KR20170077587A - 유무선 전력 전송 제어 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

유무선 전력 전송 제어 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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KR20170077587A
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Abstract

본 발명은 유무선 전력 전송 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 유무선 통합 충전기는 전원으로부터 인가된 직류 전력을 분배하는 전력분배부와 유선 충전을 위해 본체 외부 일측에 장착되는 접속 단자와 무선 전력을 송출하기 위한 송신 코일이 구비된 무선 전력 송신부와 상기 접속 단자 및 상기 무선 전력 송신부 중 적어도 하나로 상기 분배된 직류 전력이 전달되는 것을 제어하기 위한 제1 내지 제2 스위치와 충전 대상 디바이스의 감지에 따라 상기 제1 내지 제2 스위치를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 충전기는 유선 및 무선을 통해 적응적으로 충전을 수행할 수 있는 장점이 있다.

Description

유무선 전력 전송 제어 방법 및 이를 위한 장치{WIRE/WIRELESS POWER TRANSMISSION CONTROLLING METHOD, AND APPARATUS FOR THEREFOR}
본 발명은 충전 기술에 관한 것으로서, 상세하게, 충전 대상 디바이스의 접속 상태에 따라 유선 충전, 무선 충전 중 적어도 하나를 적응적으로 제공하는 것이 가능한 유무선 전력 전송 제어 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.
최근 정보 통신 기술이 급속도로 발전함에 따라, 정보 통신 기술을 기반으로 하는 유비쿼터스 사회가 이루어지고 있다.
언제 어디서나 정보통신 기기들이 접속되기 위해서는 사회 모든 시설에 통신 기능을 가진 컴퓨터 칩을 내장시킨 센서들이 설치되어야 한다. 따라서 이들 기기나 센서의 전원 공급 문제는 새로운 과제가 되고 있다. 또한 휴대폰뿐만 아니라 블루투스 핸드셋과 아이팟 같은 뮤직 플레이어 등의 휴대기기 종류가 급격히 늘어나면서 배터리를 충전하는 작업이 사용자에게 시간과 수고를 요구하고 됐다. 이러한 문제를 해결하는 방법으로 무선 전력 전송 기술이 최근 들어 관심을 받고 있다.
무선 전력 전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 자기장의 유도 원리를 이용하여 무선으로 송신기에서 수신기로 전기 에너지를 전송하는 기술로서, 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 라디오파나 레이저와 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도되었다. 우리가 흔히 사용하는 전동칫솔이나 일부 무선면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다.
현재까지 무선을 이용한 에너지 전달 방식은 크게 자기 유도 방식, 자기 공진(Electromagnetic Resonance) 방식 및 단파장 무선 주파수를 이용한 RF 전송 방식 등으로 구분될 수 있다.
전자기 유도 방식은 두 개의 코일을 서로 인접시킨 후 한 개의 코일에 전류를 흘려보내면 이 때 발생한 자속(MagneticFlux)이 다른 코일에 기전력을 일으키는 현상을 사용한 기술로서, 휴대폰과 같은 소형기기를 중심으로 빠르게 상용화가 진행되고 있다. 자기 유도 방식은 최대 수백 키로와트(kW)의 전력을 전송할 수 있고 효율도 높지만 최대 전송 거리가 1센티미터(cm) 이하이므로 일반적으로 충전기나 바닥에 인접시켜야 하는 단점이 있다.
자기 공진 방식은 전자기파나 전류 등을 활용하는 대신 전기장이나 자기장을 이용하는 특징이 있다. 자기 공진 방식은 전자파 문제의 영향을 거의 받지 않으므로 다른 전자 기기나 인체에 안전하다는 장점이 있다. 반면, 한정된 거리와 공간에서만 활용할 수 있으며 에너지 전달 효율이 다소 낮다는 단점이 있다.
단파장 무선 전력 전송 방식-간단히, RF 전송 방식-은 에너지가 라디오 파(RadioWave)형태로 직접 송수신될 수 있다는 점을 활용한 것이다. 이 기술은 렉테나(rectenna)를 이용하는 RF 방식의 무선 전력 전송 방식으로서, 렉테나는 안테나(antenna)와 정류기(rectifier)의 합성어로서 RF 전력을 직접 직류 전력으로 변환하는 소자를 의미한다. 즉, RF 방식은 AC 라디오파를 DC로 변환하여 사용하는 기술로서, 최근 효율이 향상되면서 상용화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
무선 전력 전송 기술은 모바일 뿐만 아니라 IT, 철도, 가전 산업 등 산업 전반에 다양하게 활용될 수 있다.
하지만, 종래에는 충전 대상 디바이스의 접속 상태에 기반하여 적응적으로 유/무선 듀얼 충전이 가능한 유무선 통합 충전기가 제공되지 않았다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 유무선 전력 전송 제어 방법 및 이를 위한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 충전 대상 디바이스의 접속 상태에 기반하여 적응적으로 유무선 충전을 제어하는 것이 가능한 유무선 통합 충전 방법 및 그를 위한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 유무선 전력 전송 방법 및 이를 위한 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유무선 통합 충전기는 전원으로부터 인가된 직류 전력을 분배하는 전력분배부와 유선 충전을 위해 본체 외부 일측에 장착되는 접속 단자와 무선 전력을 송출하기 위한 송신 코일이 구비된 무선 전력 송신부와 상기 접속 단자 및 상기 무선 전력 송신부 중 적어도 하나로 상기 분배된 직류 전력이 전달되는 것을 제어하기 위한 제1 내지 제2 스위치와 충전 대상 디바이스의 감지에 따라 상기 제1 내지 제2 스위치를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제어부가 상기 충전 대상 디바이스가 상기 접속 단자에 접속된 것이 감지되면, 상기 제1 스위치를 단락시켜 상기 분배된 직류 전력이 상기 접속 단자에 공급되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부가 상기 충전 대상 디바이스가 무선 전력 수신기인 것이 감지되면, 상기 제2 스위치를 단락시켜 상기 분배된 직류 전력이 상기 무선 전력 송신부에 전달되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 유무선 통합 충전기는 상기 전력분배부와 상기 제1 스위치 사이에 장착되어, 상기 전력분배부로부터 수신된 직류 전력을 특정 세기의 직류 전력으로 변환하는 벅 컨버터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 유무선 통합 충전기는 상기 제2 스위치와 상기 무선 전력 송신부 사이에 장착되어, 상기 전력분배부로 수신된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 직류 교류 변환기를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 직류 교류 변환기는 하프 브리지 인버터 및 풀 브리지 인버터 중 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 유무선 통합 충전기는 상기 직류 교류 변환기에 구비된 복수의 스위치를 제어하여 상기 교류 전력의 진폭 및 주기를 제어하는 게이트 드라이버를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 유무선 통합 충전기는 상기 제1 스위치와 상기 접속 단자 사이에 장착되어 상기 제어부의 소정 제어 신호에 따라 급속 충전을 수행하는 급속충전부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 급속충전부는 상기 접속 단자에 구비된 전력 신호 단자의 전력 변화에 기반하여 상기 접속 단자에 상기 충전 대상 디바이스가 접속되었음을 감지하되, 상기 감지 결과를 상기 제어부에 전송할 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 송신부를 통해 무선 충전중인 디바이스가 존재하지 않는 상태에서, 상기 접속 단자에 디바이스가 접속된 경우, 상기 제어부가 상기 접속 단자에 접속된 디바이스에 대해 급속 충전이 이루어지도록 상기 제1 스위치 및 상기 급속충전부를 제어할 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 송신부를 통한 무선 충전 및 상기 접속 단자를 통한 유선 충전이 동시에 이루어지는 경우, 상기 제어부가 상기 접속 단자에 접속된 디바이스에 대해 일반 충전이 수행되도록 상기 제1 스위치를 제어할 수 있다.
또한, 새로운 충전 대상 디바이스가 감지되거나, 충전중인 디바이스의 충전이 완료된 경우, 상기 전력분배부가 상기 인가된 직류 전력을 재분배할 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 송신부는 전자기 공진 방식, 전자기 유도 방식 중 적어도 하나의 방식으로 무선 전력을 송출할 수 있다.
또한, 상기 접속 단자는 USB 충전 단자, 마이크로 USB 충전 단자, 아이폰 전용 충전 단자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부가 접속된 충전 대상 디바이스의 개수, 요구 전력량, 최대 수신 가능 전력량, 현재 충전량 중 적어도 하나에 기반하여 상기 인가된 직류 전력의 분배 비율을 동적으로 결정하여 상기 전력분배부를 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유무선 통합 충전기에서의 유무선 전력 전송 제어 방법은 새로운 충전 대상 디바이스의 접속을 감지하는 단계와 상기 접속 감지된 충전 대상 디바이스에 대응되는 충전 방식을 식별하는 단계와 상기 식별된 충전 방식에 따라 전원으로부터 인가된 직류 전력을 분배하는 단계와 상기 분배된 직류 전력을 이용하여 상기 접속 감지된 충전 대상 디바이스에 대한 충전을 수행하는 단계를 포함하되, 상기 충전 방식은 유선 충전 방식 및 무선 충전 방식 중 어느 하나로 식별될 수 있다.
여기서, 상기 유선 충전 방식은 상기 유무선 통합 충전기에 구비된 접속 단자에 상기 충전 대상 디바이스가 접속된 경우 식별되는 것을 특징으로 하는, 유무선 전력 전송 제어 방법.
일 예로, 상기 접속 단자는 USB 충전 단자, 마이크로 USB 충전 단자, 아이폰 전용 충전 단자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 식별된 충전 방식이 상기 유선 충전 방식이고, 상기 충전 대상 디바이스가 감지된 시점에 무선 충전중인 디바이스가 존재하는 경우, 상기 접속 감지된 충전 대상 디바이스에 대해 일반 충전이 이루어지도록 상기 직류 전력을 분배할 수 있다.
또한, 상기 식별된 충전 방식이 상기 유선 충전 방식이고, 상기 충전 대상 디바이스가 감지된 시점에 무선 충전중인 디바이스가 존재하는 않는 경우, 상기 접속 감지된 충전 대상 디바이스에 대해 급속 충전이 이루어지도록 상기 직류 전력을 분배할 수 있다.
또한, 상기 식별된 충전 방식이 상기 무선 충전 방식이고, 상기 충전 대상 디바이스가 감지된 시점에 상기 유선 충전 방식으로 급속 충전중인 디바이스가 존재하는 경우, 상기 급속 충전을 일반 충전으로 전환시킬 수 있다.
또한, 현재 접속중인 충전 대상 디바이스의 개수, 요구 전력량, 최대 수신 가능 전력량, 현재 충전량 중 적어도 하나에 기반하여 상기 인가된 직류 전력의 분배 비율이 동적으로 결정될 수 있다.
또한, 상기 무선 충전 방식은 전자기 공진 방식, 전자기 유도 방식 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예는 상기한 유무선 전력 전송 제어 방법들 중 어느 하나의 방법을 실행시키기 위한 프로그램이 기록된 기록 매체를 제공할 수 있다.
상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
본 발명에 따른 방법 및 장치에 대한 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 유무선 전력 전송 제어 방법 및 이를 위한 장치를 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 충전 대상 디바이스의 접속 상태에 기반하여 적응적으로 유무선 충전을 제어하는 것이 가능한 유무선 통합 충전 방법 및 그를 위한 장치를 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 다양한 유선 충전 단자뿐만 아니라 다양한 무선 충전 방식을 동시에 지원함으로써, 다양한 전자 기기에 대한 충전을 가능하게 하는 유무선 통합 충전기를 제공할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무선 전력 전송 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-AC 변환기 등가 회로도이다.
도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 급속 충전부에서의 디바이스 접속 감지 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무선 전력 전송 장치에 탑재 가능한 무선 전력 전송 방식의 하나인 WPC 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유무선 전력 전송 장치에 탑재 가능한 무선 전력 전송 방식의 하나인 PMA 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무선 전력 전송 장치에 탑재 가능한 무선 전력 전송 방식의 하나인 A4WP 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무선 통합 충전기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 내지 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유무선 통합 충전기에서의 전력 전송 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 본 발명의 실시예들이 적용되는 장치 및 다양한 방법들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
실시예의 설명에 있어서, 무선 전력 시스템상에서 무선 전력을 송신하는 장치는 설명의 편의를 위해 무선 파워 송신기, 무선 파워 송신 장치, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 송신기, 송신단, 송신기, 송신 장치, 송신측, 무선 파워 전송 장치, 무선 파워 전송기 등을 혼용하여 사용하기로 한다. 또한, 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 무선 파워 수신 장치, 무선 파워 수신기, 수신 단말기, 수신측, 수신 장치, 수신기 등이 혼용되어 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 송신기는 패드 형태, 거치대 형태, AP(Access Point) 형태, 소형 기지국 형태, 스텐드 형태, 천장 매립 형태, 벽걸이 형태 등으로 구성될 수 있으며, 하나의 송신기는 복수의 무선 전력 수신 장치에 파워를 전송할 수도 있다. 이를 위해, 무선 전력 송신기는 적어도 하나의 무선 파워 전송 수단을 구비할 수도 있다. 여기서, 무선 파워 전송 수단은 전력 송신단 코일에서 자기장을 발생시켜 그 자기장의 영향으로 수신단 코일에서 전기가 유도되는 전자기유도 원리를 이용하여 충전하는 전자기 유도 방식에 기반한 다양한 무전 전력 전송 표준이 사용될 수 있다. 여기서, 전자기 유도 방식의 무선파워 전송 수단은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) 및 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 전자기 공진 방식에 기반한 다양한 무선 전력 전송 표준이 적용될 수도 있다. 일 예로, 전자기 공진 방식의 무선 전력 전송 표준은 A4WP(Alliance for Wireless Power)에서 정의된 공진 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 상기한 전자기 유도 방식 및 전자기 공진 방식을 모두 지원할 수도 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 유무선 통합 충전기 또는 유무선 전력 전송 제어 장치는 상기한 전자기 유도 방식 및 전자기 공진 방식 중 적어도 하나의 무선 전력 전송 방식을 지원할 수 있을 뿐만 아니라 충전기 일측에 구비된 적어도 하나의 충전 단자를 통해 유선으로 전자 기기에 전력을 공급할 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기는 적어도 하나의 무선 전력 수신 수단이 구비될 수 있으며, 2개 이상의 송신기로부터 동시에 무선 파워를 수신할 수도 있다. 여기서, 무선 전력 수신 수단은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) 및 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식 및 A4WP(Alliance for Wireless Power)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유무선 통합 충전기로부터 전력 수신이 가능한 전자 기기는 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 player, 전동 칫솔, 전자 태그, 조명 장치, 리모콘, 낚시찌, 스마트 워치와 같은 웨어러블 디바이스 등의 소형 전자 기기 등에 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며 본 발명에 따른 유무선 통합 충전기 또는 유무선 전력 전송 제어 장치에 탑재된 무선 전력 전송 방식 및 장착된 유선 충전용 접속 단자를 통해 전력을 수신하여 배터리 충전이 가능한 기기라면 족하다.
이하의 설명에서는 유선 충전 수단 및 무선 충전 수단이 모두 구비되어 유무선 통합 전력 공급이 가능한 충전기를 유무선 통합 충전기 또는 유무선 전력 전송 제어 장치라 명하기로 한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무선 전력 전송 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 1a를 참조하면, 유무선 통합 충전기(100)는 전력분배부(110), 벅 컨버터(Buck Converter, 111), 제1 내지 제2 스위치(112, 115), 급속 충전부(113), 접속 단자(114), 직류 교류 변환기(DC-AC Converter, 116), 게이트 드라이버(Gate Driver, 117), 무선 전력 송신부(118), 전력 센서(119), 온도 센서(120), 통신부(130) 및 제어부(140)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 유무선 통합 충전기(100)의 구성 요소들은 반드시 필수적인 것은 아니어서 그보다 많거나 적은 구성 요소들을 포함하여 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.
전력분배부(110)는 전원으로부터 공급되는 DC 전력을 제어부(140)의 제어 신호에 따라 벅 컨버터(111)와 직류 교류 변환기(116)에 분배하는 기능을 수행할 수 있다.
일 예로, 제어부(140)는 무선 전력 수신기가 충전 영역에 감지되거나 외부 전자 기기가 접속 단자(114)에 접속된 것이 감지되면, 전력 분배가 필요한지 여부를 판단하고, 판단 결과에 기반하여 전력 분배가 필요한 경우, 전력 분배를 위한 소정 제어 신호를 전력분배부(110)에 송출할 수 있다. 이때, 제어부(140)는 감지된 무선 전력 수신기의 카테고리, 요구 전력량, 최대 수신 전력량, 현재 충전량 등에 기반하여 적응적으로 전력을 분배할 수 있다. 또한, 제어부(140)는 접속 단자에 접속된 외부 전자 기기의 요구 전력량, 현재 충전량, 최대 수신 전력량 등에 기반하여 적응적으로 전력을 분배할 수도 있다. 또한, 제어부(140)는 충전 영역에서 감지된 무선 전력 수신기의 개수 및 접속 단자에 접속된 외부 전자 기기의 개수에 기반하여 적응적으로 전력을 분배할 수도 있다.
벅 컨버터(111)는 전력분배부(110)로부터 수신된 DC 전력을 특정 DC 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다. 일 예로, 벅 컨버터(111)는 MOSFET 등의 반도체 소자를 구비하여 입력된 직류 전압을 구형파로 변환한 후 필터를 통해 직류 출력 전압을 획득할 수 있다. 이 후, 벅 컨버터(111)는 구비된 궤환 제어 회로를 이용하여 직류 출력 전압을 오차 보정하여 안정화시킬 수 있다. 이를 위해, 벅 컨버터(111)의 궤환 제어 회로는 오차 증폭기, 비교기, 구동 회로 등을 포함하여 구성될 수 있다.
일 예로, 벅 컨버터(111)를 통해 출력되는 직류 전압은 벅 컨버터(111)에 입력되는 직류 전압보다 낮은 전압 범위를 가질 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 수신된 DC 전력을 특정 DC 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있으면 족하다.
벅 컨버터(111)의 출력 직류 전압은 제1 스위치(112)를 통해 급속충전부(113) 및(또는) 접속 단자(114)에 전달될 수 있다. 일 예로, 접속 단자(114) 접속된 전자 기기가 복수개인 경우, 일부 전자 기기는 급속충전부(113)에 의해 급속 충전이 이루어지고, 나머지 전자 기기는 벅 컨버터(111)의 출력 직류 전력 중 일부가 제1 스위치(112)를 통해 직접 접속 단자(114)에 전달되어 일반 충전 모드로 충전이 이루어질 수 있다. 급속 충전 모드는 일반 충전 모드에 비해 50%이상 충전 속도가 향상될 수 있다.
제1 스위치(112)는 제어부(140)에 의해 제어될 수 있으며, 접속 단자(114)에 외부 전자 기기가 접속된 경우, 벅 컨버터(111)로부터 수신되는 직류 전력을 급속 충전부(113) 및(또는) 해당 접속 단자(114)에 제공할 수 있다.
일 예로, 급속충전부(113)는 접속 단자(114)에 외부 전자 기기가 접속되었음을 감지하면, 소정 감지 신호를 제어부(140)에 전달할 수 있다. 이때, 제어부(140)는 현재 무선 전력 충전중인 무선 전력 수신기가 존재하는지 여부를 확인하고, 확인 결과에 기반하여 접속 단자(114)에 접속된 외부 전자 기기로 급속 충전이 가능한지 여부를 판단할 수 있다. 판단 결과, 급속 충전이 가능한 경우, 제어부(140)는 제1 스위치(112)를 제어하여 급속충전부(113)에 직류 전력이 공급되도록 제어할 수 있다. 반면, 판단 결과, 급속 충전이 불가능한 경우, 제어부(140)는 제1 스위치(112)를 제어하여 접속 단자(114)로 직접 전력이 공급되어 일반 충전이 이루어지도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(140)는 급속 충전이 요구되는 경우, 전력분배부(110), 벅 컨버터(111) 중 적어도 하나를 더 제어하여 급속 충전에 필요한 직류 전력이 급속충전부(113)에 공급될 수 있도록 제어할 수도 있다.
일 예로, 급속 충전부(113)는 급속 충전을 위한 충분한 전력이 수신되지 않는 경우, 수신 전력이 부족함을 지시하는 소정 제어 신호-여기서, 제어 신호에는 급속 충전부(113)에 입력되는 직류 전력의 세기 정보가 포함될 수 있음-를 제어부(140)에 전송할 수 있다. 이때, 제어부(140)는 수신된 제어 신호에 따라 벅 컨버터(111)로의 전력 재분배를 요청하는 소정 제어 신호를 전력분배부(110)에 전송할 수 있다.
다른 일 예로, 급속충전부(113)는 급속 충전을 위해 충분한 전력이 수신되지 않는 경우, 수신 전력이 부족함을 지시하는 소정 제어 신호- 여기서, 제어 신호에는 급속 충전부(113)에 입력되는 DC 전력의 세기 정보가 포함될 수 있음-를 제어부(140)에 전송할 수 있다. 이때, 제어부(140)는 급속 충전부(113)에 입력되는 DC 전력의 세기가 소정 기준치 이상인 경우, 벅 컨버터(111)에 소정 레벨까지 전력을 증폭하도록 지시하는 소정 제어 신호를 송출할 수도 있다.
벅 컨버터(117)의 출력 직류 전력의 일부는 게이트 드라이버(117)의 구동 전력으로 사용될 수 있다.
제어부(140)는 무선 전력 수신기가 감지된 경우, 전력분배부(110)에 소정 제어 신호를 송출하여 직류 교류 변환기(116)에 전력이 분배될 수 있도록 제어할 수 있다. 이때, 제어부(140)는 제2 스위치(115)를 단락시킬 수 있다.
직류 교류 변환기(116)는 전력분배부(110) 및 제2 스위치(115)를 통해 전달 받은 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다. 이때, 교류 전압의 진폭 및 주기는 게이트 드라이버(117)의 소정 제어 신호에 따라 제어될 수 있다. 일 예로, 게이트 드라이버(117)는 직류 교류 변환기(116)에 구비된 복수의 스위치를 제어하여 소정 교류 파형의 신호가 직류 교류 변환기(116)에 의해 출력될 수 있도록 제어할 수 있다.
직류 교류 변환기(116)의 세부 구성 예는 후술할 도 1b를 통해 상세히 설명하기로 한다.
직류 교류 변환기(116)에 의해 출력된 교류 전력은 무선 전력 송신부(118)에 의해 주파수 변환되어 무선으로 송출될 수도 있다.
무선 전력 송신부(118)는 인덕터(Inductor)와 캐패시터(Capacitor)의 조합으로 구성된 적어도 하나의 송신 코일을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 송신 코일의 개수는 3개일 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 충전 영역의 크기 동시 충전 가능한 무선 전력 수신기의 개수, 무선 전력 수신기의 종류에 따라 상이하게 장착될 수 있다.
전력 센서(119)는 전력분배부(110)로부터 직류 교류 변환기(116)에 전달되는 직류 전력의 세기를 측정하여 제어부(140)에 제공할 수 있다. 제어부(140)는 수신된 직류 전력의 세기에 기반하여 송신단에서의 과전압/과전류 발생 여부를 판단하고, 판단 결과, 과전압 또는 과전류 감지 시, 전력분배부(110)로부터 직류 교류 변환기(116)에 직류 전력이 공급되는 것을 차단할 수 있다.
온도 센서(120)는 유무선 통합 충전기(100)의 내부 온도를 측정하여 제어부(140)에 제공할 수 있다. 제어부(140)는 측정된 내부 온도에 기반하여 유무선 통합 충전기(100) 내부의 과열 발생 여부를 판단하고, 판단 결과, 과열이 감지된 경우, 직류 교류 변환기(116)로의 전력 공급이 차단되도록 제어할 수 있다. 물론, 유무선 통합 충전기(100) 내부의 과열은 접속 단자(114)를 통한 유선 충전에 의해 발생될 수도 있다. 이 경우, 제어부(140)는 전력분배부(110) 또는 제1 스위치(112)를 제어하여 급속충전부(113) 또는(및) 접속 단자(114)로의 전력 공급을 차단할 수도 있다.
통신부(130)는 감지된 무선 전력 수신기와의 통신 기능을 제공할 수 있다. 일 예로, 통신부(130)는 전자기 유도 방식의 무선 전력 전송이 수행중인 경우, 인밴드 통신을 통해 무선 전력 수신기와 통신할 수 있다. 다른 일 예로, 통신부(130)는 전자기 공진 방식의 무선 전력 전송이 수행중인 경우, 대역외 통신을 통해 무선 전력 수신기와 통신할 수 있다. 여기서, 대역외 통신은 블루투스 통신, RFID 통신, Zigbee 통신, WiFi 통신, UWB 통신 등을 포함할 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 무선 전력 전송에 사용되는 주파수 이외의 다른 주파수 대역을 통해 통신을 수행하는 통신 방식이면 족하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 접속 단자는 USB (Universal Serial Bus) 충전 단자, Micro USB 충전 단자, i-Phone 충전 단자 등을 포함할 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 외부 전자 기기의 유선 충전을 위해 설계된 충전 단자이면 족하다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 교류 변환기 등가 회로도이다.
도 1b를 참조하면, 상기 도 1a의 직류 교류 변환기(116)은 하프 브리지 인버터(116a) 또는 풀 브리지 인버터(116b) 중 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
하프 브리지 인버터(116a)는 두 개의 스위치(S1 및 S2)를 포함하고, 게이트 드라이버(117)의 주기적인 스위치 ON/OFF 제어에 따라 출력 전압(Vo)이 변경될 수 있다. 일 예로, S1 스위치가 단락되고, S2 스위치가 개방되면, 출력 전압(Vo)는 입력 전압인 +Vdc 값을 갖는다. 반면, S1 스위치가 개방되고, S2 스위치가 단락되면, 출력 전압(Vo)는 0 값을 갖는다. 하프 브리지 인버터(116a)는 소정 주기로 S1 스위치와 S2 스위치가 교차 단락되면, 해당 주기를 갖는 교류 파형을 출력할 수 있다.
이와 유사하게, 풀 브리지 인버터(116b)는 네 개의 스위치(S1, S2, S3 및 S4)를 포함하여 구성될 수 있으며, 게이트 드라이버(117)의 주기적인 스위치 ON/OFF 제어에 따라 출력 전압(Vo) 레벨은 도면 번호 116b에 포함된 표에 도시된 바와 같이, +Vdc 또는 -Vdc 또는 0의 값을 가질 수 있다. 일 예로, S1 스위치와 S2 스위치가 단락되고, 나머지 스위치가 개방되면, 출력 전압(Vo) 레벨은 +Vdc 값을 가진다. 반면, S3 스위치와 S4 스위치가 단락되고, 나머지 스위치가 개방되면, 출력 전압(Vo) 레벨은 -Vdc 값을 가진다.
도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 급속 충전부에서의 디바이스 접속 감지 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1c를 참조하면, 급속충전부(113)와 접속단자(114) 사이에는 4개의 신호 라인이 연결될 수 있다. 여기서, 신호 라인은 VBUS 신호 라인, D+ 신호 라인, D- 신호 라인, 접지(GND) 신호 라인을 포함할 수 있다. 이때, VBUS 신호 라인은 외부 접속된 전자 기기와의 데이터 통신을 위한 데이터 신호 라인이고, D+/D- 라인은 유선 충전을 위한 전력 신호 라인이다.
급속충전부(113)는 접속 단자(114)에 외부 디바이스가 접속되는 경우, D+/D- 신호 라인 중 적어도 하나의 전류 또는 전압 변화를 감지할 수 있다. 일 예로, 감지된 전류 변화가 소정 기준치 이상인 경우, 급속충전부(113)는 새로운 외부 전자 기기가 접속 단자(114)에 접속되었음을 감지할 수 있으며, 소정 제어 신호를 통해 감지 결과를 제어부(140)에 전송할 수 있다.
또한, 급속충전부(113)는 데이터 신호 라인을 통해 접속된 외부 전자 기기의 요구 전력량, 최대 수신 가능 전력량, 현재 충전 상태에 관한 정보를 획득하여 제어부(140)에 제공할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무선 전력 전송 장치에 탑재 가능한 무선 전력 전송 방식의 하나인 WPC 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 2를 참조하면, WPC 표준에 따른 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(Selection Phase, 210), 핑 단계(Ping Phase, 220), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 230), 파워 전송 단계(Power Transfer Phase, 240) 단계로 구분될 수 있다.
선택 단계(210)는 파워 전송을 시작하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계일 수 있다. 여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다. 또한, 선택 단계(210)에서 송신기는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다. 만약, 송신기가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 단계(220)로 천이할 수 있다(S201). 선택 단계(210)에서 송신기는 매우 짧은 펄스의 디지털 핑(Analog Ping) t신호를 전송하며, 송신 코일의 전류 변화에 기반하여 인터페이스 표면의 활성 영역(Active Area)에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다.
핑 단계(220)에서 송신기는 물체가 감지되면, 수신기를 활성화시키고, 수신기가 WPC 표준이 호환되는 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송한다. 핑 단계(220)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 시그널 세기 지시자-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(210)로 천이할 수 있다(S202). 또한, 핑 단계(220)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 신호-를 수신하면, 선택 단계(210)로 천이할 수도 있다(S203).
핑 단계(220)가 완료되면, 송신기는 수신기 식별 및 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(230)로 천이할 수 있다(S204).
식별 및 구성 단계(230)에서 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 패킷 전송 오류가 있거나(transmission error), 파워 전송 계약이 설정되지 않으면(no power transfer contract) 선택 단계(210)로 천이할 수 있다(S205).
수신기에 대한 식별 및 구성이 완료되면, 송신기는 무선 전력을 전송하는 파워 전송 단계(240)로 천이할 수 있다(S206).
파워 전송 단계(240)에서, 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 기 설정된 파워 전송 계약에 대한 위반이 발생되거나(power transfer contract violation), 충전이 완료된 경우, 선택 단계(210)로 천이할 수 있다(S207).
또한, 파워 전송 단계(240)에서, 송신기는 송신기 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 식별 및 구성 단계(230)로 천이할 수 있다(S208).
상기한 파워 전송 계약은 송신기와 수신기의 상태 및 특성 정보에 기반하여 설정될 수 있다. 일 예로, 송신기 상태 정보는 최대 전송 가능한 파워량에 대한 정보, 최대 수용 가능한 수신기 개수에 대한 정보 등을 포함할 수 있으며, 수신기 상태 정보는 요구 전력에 대한 정보 등을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유무선 전력 전송 장치에 탑재 가능한 무선 전력 전송 방식의 하나인 PMA 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 3을 참조하면, PMA 표준에 따른 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 대기 단계(Standby Phase, 310), 디지털 핑 단계(Digital Ping Phase, 320), 식별 단계(Identification Phase, 330), 파워 전송 단계(Power Transfer Phase, 340) 단계 및 충전 완료 단계(End of Charge Phase, 350)로 구분될 수 있다.
대기 단계(310)는 파워 전송을 위한 수신기 식별 절차를 수행하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계일 수 있다. 여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다. 또한, 대기 단계(310)에서 송신기는 충전 표면(Charging Surface)에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다. 만약, 송신기가 충전 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되거나 RXID 재시도가 진행중인 경우, 디지털 핑 단계(320)로 천이할 수 있다(S301). 여기서, RXID는 PMA 호환 수신기에 할당되는 고유 식별자이다. 대기 단계(310)에서 송신기는 매우 짧은 펄스의 아날로그 핑(Analog Ping)을 전송하며, 송신 코일의 전류 변화에 기반하여 인터페이스 표면-예를 들면, 충전 베드-의 활성 영역(Active Area)에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다.
디지털 핑 단계(320)로 천이된 송신기는 감지된 물체가 PMA 호환 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑 신호를 송출한다. 송신기가 전송한 디지털 핑 신호에 의해 수신단에 충분한 전력이 공급되는 경우, 수신기는 수신된 디지털 핑 신호를 PMA 통신 프로토콜에 따라 변조하여 소정 응답 시그널을 송신기에 전송할 수 있다. 여기서, 응답 시그널은 수신기에 수신된 전력의 세기를 지시하는 신호 세기 지시자가 포함될 수 있다. 디지털 핑 단계(320)에서 수신기는 유효한 응답 시그널이 수신되면, 식별 단계(330)로 천이할 수 있다(S302).
만약, 디지털 핑 단계(320)에서, 응답 시그널이 수신되지 않거나, PMA 호환 수신기가 아닌 것으로 확인되면-즉, FOD(Foreign Object Detection)인 경우-, 송신기는 대기 단계(310)로 천이할 수 있다(S303). 일 예로, FO(Foreign Object)는 동전, 키 등을 포함하는 금속성 물체일 수 있다.
식별 단계(330)에서, 송신기는 수신기 식별 절차가 실패하거나 수신기 식별 절차를 재수행하여야 하는 경우 및 미리 정의된 시간 동안 수신기 식별 절차를 완료하지 못한 경우에 대기 단계(310)로 천이할 수 있다(S304).
송신기는 수신기 식별에 성공하면, 식별 단계(330)에서 파워 전송 단계(340)로 천이하여 충전을 개시할 수 있다(S305).
파워 전송 단계(340)에서, 송신기는 원하는 신호가 미리 정해진 시간 이내에 수신되지 않거나(Time Out), FO가 감지되거나, 송신 코일의 전압이 미리 정의된 기준치를 초과하는 경우, 대기 단계(310)으로 천이할 수 있다(S306).
또한, 파워 전송 단계(340)에서, 송신기는 내부 구비된 온도 센서에 의해 감지된 온도가 소정 기준치를 초과하는 경우, 충전 완료 단계(350)로 천이할 수 있다(S307).
충전 완료 단계(350)에서, 송신기는 수신기가 충전 표면에서 제거된 것이 확인되면, 대기 상태(310)으로 천이할 수 있다(S309).
또한, 송신기는 Over Temperature 상태에서, 일정 시간 경과 후 측정된 온도가 기준치 이하로 떨어진 경우, 충전 완료 단계(350)에서 디지털 핑 단계(320)로 천이할 수 있다(S310).
디지털 핑 단계(320) 또는 파워 전송 단계(340)에서, 송신기는 수신기로부터 EOC(End Of Charge) 요청이 수신되면, 충전 완료 단계(350)로 천이할 수도 있다(S308 및 S311).
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무선 전력 전송 장치에 탑재 가능한 무선 전력 전송 방식의 하나인 A4WP 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 4를 참조하면, 무선 전력 송신기의 상태는 크게 구성 상태(Configuration State, 410), 전력 절약 상태(Power Save State, 420), 저전력 상태(Low Power State, 430), 전력 전송 상태(Power Transfer State, 440), 로컬 장애 상태(Local Fault State, 450) 및 잠금 장애 상태(Latching Fault State, 460)을 포함하여 구성될 수 있다.
무선 전력 송신기에 전력이 인가되면, 무선 전력 송신기는 구성 상태(410)로 천이할 수 있다. 무선 전력 송신기는 구성 상태(410)에서 소정 리셋 타이머가 만료되거나 초기화 절차가 완료되면, 전력 절약 상태(420)로 천이할 수 있다.
전력 절약 상태(420)에서, 무선 전력 송신기는 비콘 시퀀스를 생성하여 공진 주파수 대역을 통해 전송할 수 있다.
여기서, 무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(420)에 진입한 후 소정 시간 이내에 비콘 시퀀스가 개시될 수 있도록 제어할 수 있다. 일 예로, 무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(420) 천이 후 50ms 이내에 비콘 시퀀스가 개시될 수 있도록 제어할 수 있으나, 이에 국한되지는 않는다.
전력 절약 상태(420)에서, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기를 감지하기 위한 제1 비콘 시퀀스(First Beacon Sequece)를 주기적으로 생성하여 전송하고, 수신 공진기의 임피던스 변화-즉, Load Variation-를 감지할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 제1 비콘과 제1 비콘 시퀀스를 각각 Short Beacon과 Short Beacon 시퀀스라 명하기로 한다.
특히, Short Beacon 시퀀스는 무선 전력 수신기가 감지되기 전까지 무선 전력 송신기의 대기 전력이 절약될 수 있도록 짧은 구간 동안(tSHORT _BEACON) 일정 시간 간격(tCYCLE)으로 반복 생성되어 전송될 수 있다. 일 예로, tSHORT _BEACON은 30ms이하, tCYCLE은 250ms ±5 ms로 각각 설정될 수 있다. 또한, Short Beacon의 전류 세기는 소정 기준치이상이고, 일정 시간 구간 동안 점증적으로 증가될 수 있다. 일 예로, Short Beacon의 최소 전류 세기는 상기 표 2의 카테고리 2 이상의 무선 전력 수신기가 감지될 수 있도록 충분히 크게 설정될 수 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 송신기는 Short Beacon에 따른 수신 공진기에서의 리액턴스(reactance) 및 저항(resistance) 변화를 감지하기 위한 소정 센싱 수단이 구비될 수 있다.
또한, 전력 절약 상태(420)에서, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 부팅(Booting) 및 응답에 필요한 충분한 전력을 공급하기 위한 제2 비콘 시퀀스를 주기적으로 생성하여 전송할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 제2 비콘과 제2 비콘 시퀀스를 각각 Long Beacon과 Long Beacon 시퀀스라 명하기로 한다.
즉, 무선 전력 수신기는 제2 비콘 시퀀스를 통해 부팅이 완료되면, 대역외 통신 채널을 통해 소정 응답 신호를 브로드캐스팅할 수 있다.
특히, Long Beacon 시퀀스는 무선 전력 수신기의 부팅에 필요한 충분한 전원을 공급하기 위해 Short Beacon에 비해 상대적으로 긴 구간 동안(tLONG_BEACON)동안 일정 시간 간격(tLONG _BEACON_PERIOD)으로 생성되어 전송될 수 있다. 일 예로, tLONG _BEACON은 105 ms+5 ms, tLONG _BEACON_PERIOD 은 850ms로 각각 설정될 수 있으며, Long Beacon의 전류 세기는 Short Beacon의 전류 세기에 비해 상대적으로 강할 수 있다. 또한, Long Beacon은 전송 구간 동안 일정 세기의 파워가 유지될 수 있다.
이 후, 무선 전력 송신기는 수신 공진기의 임피던스 변화가 감지된 후, 무선 전력 송신기는 Long Beacon 전송 구간 동안 소정 응답 시그널의 수신을 대기할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 상기 응답 시그널을 광고 시그널(Advertisement Signal)이라 명하기로 한다. 여기서, 무선 전력 수신기는 공진 주파수 대역과는 상이한 대역외 통신 주파수 대역을 통해 광고 시그널을 브로드캐스팅할 수 있다.
일 예로, 광고 시그널은 해당 대역외 통신 표준에 정의된 메시지를 식별하기 위한 메시지 식별 정보, 무선 전력 수신기가 적법한 또는 해당 무선 전력 송신기에 호환 가능한 수신기인지를 식별하기 위한 고유한 서비스 또는 무선 전력 수신기 식별 정보, 무선 전력 수신기의 출력 파워 정보, 부하에 인가되는 정격 전압/전류 정보, 무선 전력 수신기의 안테나 이득 정보, 무선 전력 수신기의 카테고리를 식별하기 위한 정보, 무선 전력 수신기 인증 정보, 과전압 보호 기능의 탑재 여부에 관한 정보, 무선 전력 수신기에 탑재된 소프트웨어 버전 정보 중 적어도 하나 또는 어느 하나를 포함할 수 있다.
무선 전력 송신기는 광고 시그널이 수신되면, 전력 절약 상태(420)에서 저전력 상태(430)로 천이한 후, 무선 전력 수신기와의 대역외 통신 링크를 설정할 수 있다. 연이어, 무선 전력 송신기는 설정된 대역외 통신 링크를 통해 무선 전력 수신기에 대한 등록 절차를 수행할 수 있다. 일 예로, 대역외 통신이 블루투스 저전력 통신인 경우, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기와 블루투스 페어링을 수행하고, 페어링된 블루투스 링크를 통해 서로의 상태 정보, 특성 정보 및 제어 정보 중 적어도 하나를 교환할 수 있다.
무선 전력 송신기가 저전력 상태(430)에서 대역외 통신을 통해 충전을 개시하기 위한 소정 제어 신호-즉, 무선 전력 수신기가 부하에 전력을 전달하도록 요청하는 소정 소정 제어 신호-를 무선 전력 수신기에 전송하면, 무선 전력 송신기의 상태는 저전력 상태(430)에서 전력 전송 상태(440)로 천이될 수 있다.
만약, 저전력 상태(430)에서 대역외 통신 링크 설정 절차 또는 등록 절차가 정상적으로 완료되지 않은 경우, 무선 전력 송신기의 상태는 저전력 상태(430)에서 전력 절약 상태(420)에 천이될 수 있다.
무선 전력 송신기는 각 무선 전력 수신기와의 접속을 위한 별도의 분리된 링크 만료 타이머(Link Expiration Timer)가 구동될 수 있으며, 무선 전력 수신기는 소정 시간 주기로 무선 전력 송신기에 자신이 존재함을 알리는 소정 메시지를 링크 만료 타이머가 만료되기 이전에 전송해야 한다. 링크 만료 타이머는 상기 메시지가 수신될 때마다 리셋되며, 링크 만료 타이머가 만료되지 않으면 무선 전력 수신기와 무선 전력 수신기 사이에 설정된 대역외 통신 링크는 유지될 수 있다.
만약, 저전력 상태(430) 또는 전력 전송 상태(440)에서, 무선 전력 송신기와 적어도 하나의 무선 전력 수신기 사이에 설정된 대역외 통신 링크에 대응되는 모든 링크 만료 타이머가 만료된 경우, 무선 전력 송신기의 상태는 전력 절약 상태(420)로 천이될 수 있다.
또한, 저전력 상태(430)의 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기로부터 유효한 광고 시그널이 수신되면 소정 등록 타이머를 구동시킬 수 있다. 이때, 등록 타이머가 만료되면, 저전력 상태(430)의 무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(420)로 천이할 수 있다. 이때, 무선 전력 송신기는 등록에 실패하였음을 알리는 소정 알림 신호를 무선 전력 송신기에 구비된 알림 표시 수단-예를 들면, LED 램프, 디스플레이 화면, 비퍼(beeper) 등을 포함함-을 통해 출력할 수도 있다.
또한, 전력 전송 상태(440)에서, 무선 전력 송신기는 접속된 모든 무선 전력 수신기의 충전이 완료되면, 저전력 상태(430)로 천이될 수 있다.
특히, 무선 전력 수신기는 구성 상태(410), 로컬 장애 상태(450) 및 잠금 장애 상태(460)를 제외한 나머지 상태에서 새로운 무선 전력 수신기의 등록을 허용할 수 있다.
또한, 무선 전력 송신기는 전력 전송 상태(440)에서 무선 전력 수신기로부터 수신되는 상태 정보에 기반하여 전송 전력을 동적으로 제어할 수 있다.
이때, 무선 전력 수신기로부터 무선 전력 송신기에 전송되는 수신기 상태 정보는 요구 전력 정보, 정류기 후단에서 측정된 전압 및/또는 전류 정보, 충전 상태 정보, 과전류 및/또는 과전압 및/또는 과열 상태를 통보하기 위한 정보, 과전류 또는 과전압에 따라 부하에 전달되는 전력을 차단하거나 감소시키는 수단이 활성화되었는지 여부를 지시하는 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, 수신기 상태 정보는 미리 지정된 주기로 전송되거나 특정 이벤트가 발생될 때마다 전송될 수 있다. 또한, 상기 과전류 또는 과전압에 따라 부하에 전달되는 전력을 차단하거나 감소시키는 수단은 ON/OFF 스위치, 제너다이오드 중 적어도 하나를 이용하여 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기로부터 무선 전력 송신기에 전송되는 수신기 상태 정보는 무선 전력 수신기에 유선으로 외부 전원이 연결되었음을 알리는 정보, 대역외 통신 방식이 변경되었음을 알리는 정보-일 예로, NFC(Near Field Communication)에서 BLE(Bluetooth Low Energy) 통신으로 변경될 수 있음- 중 적어도 하나를 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 자신의 현재 가용한 전력, 무선 전력 수신기 별 우선 순위, 접속된 무선 전력 수신기의 개수 중 적어도 하나에 기반하여 무선 전력 수신기 별 수신해야 할 파워 세기를 적응적으로 결정할 수도 있다. 여기서, 무선 전력 수신기 별 파워 세기는 해당 무선 전력 수신기의 정류기에서 처리 가능한 최대 파워 대비 얼마의 비율로 파워를 수신해야 하는지로 결정될 수 있다.
이 후, 무선 전력 송신기는 결정된 파워 세기에 관한 정보가 포함된 소정 전력 제어 명령을 해당 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다. 이때, 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기에 의해 결정된 파워 세기로 전력 제어가 가능한지 여부를 판단하고, 판단 결과를 소정 전력 제어 응답 메시지를 통해 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기의 전력 제어 명령에 따라 무선 전력 제어가 가능한지 여부를 지시하는 소정 수신기 상태 정보를 상기 전력 제어 명령을 수신하기 이전에 전송할 수도 있다.
전력 전송 상태(440)는 접속된 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태에 따라 제1 상태(441), 제2 상태(442) 및 제3 상태(443) 중 어느 하나의 상태일 수 있다.
일 예로, 제1 상태(441)는 무선 전력 송신기에 접속된 모든 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태가 정상 전압인 상태임을 의미할 수 있다.
제2 상태(441)는 무선 전력 송신기에 접속된 적어도 하나의 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태가 저전압 상태이고 고전압 상태인 무선 전력 수신기가 존재하지 않음을 의미할 수 있다.
제3 상태(441)는 무선 전력 송신기에 접속된 적어도 하나의 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태가 고전압 상태임을 의미할 수 있다.
무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(420) 또는 저전력 상태(430) 또는 전력 전송 상태(440)에서 시스템 오류가 감지되면, 잠금 장애 상태(460)로 천이될 수 있다.
잠금 장애 상태(460)의 무선 전력 송신기는 접속된 모든 무선 전력 수신기가 충전 영역에서 제거된 것으로 판단되면, 구성 상태(410) 또는 전력 절약 상태(420)로 천이할 수 있다.
또한, 잠금 장애 상태(460)에서, 무선 전력 송신기는 로컬 장애가 감지되면, 로컬 장애 상태(450)로 천이할 수 있다. 여기서, 로컬 장애 상태(450)인 무선 전력 송신기는 로컬 장애가 해제되면, 다시 잠금 장애 상태(460)로 천이될 수 있다.
반면, 구성 상태(410), 전력 절약 상태(420), 저전력 상태(430), 전력 전송 상태(440) 중 어느 하나의 상태에서 로컬 장애 상태(450)로 천이된 경우, 무선 전력 송신기는 로컬 장애가 해제되면, 구성 상태(410)로 천이될 수 있다.
무선 전력 송신기는 로컬 장애 상태(450)로 천이되면, 무선 전력 송신기에 공급되는 전원을 차단할 수도 있다. 일 예로, 무선 전력 송신기는 과전압, 과전류, 과열 등의 장애가 감지되면 로컬 장애 상태(450)로 천이될 수 있으나 이에 국한되지는 않는다.
일 예로, 무선 전력 송신기는 과전류, 과전압, 과열 등이 감지되면, 무선 전력 수신기에 의해 수신되는 전력의 세기를 감소시키기 위한 소정 전력 제어 명령을 접속된 적어도 하나의 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다.
다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 과전류, 과전압, 과열 등이 감지되면, 무선 전력 수신기의 충전을 중단시키기 위한 소정 제어 명령을 접속된 적어도 하나의 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다.
상기와 같은 전력 제어 절차를 통해, 무선 전력 송신기는 과전압, 과전류, 과열 등에 따른 기기 파손을 미연에 방지할 수 있다.
무선 전력 송신기는 송신 공진기의 출력 전류의 세기가 기준치 이상인 경우, 잠금 장애 상태(460)로 천이할 수 있다. 이때, 잠금 장애 상태(460)로 천이된 무선 전력 송신기는 송신 공진기의 출력 전류의 세기를 미리 지정된 시간 동안 기준치 이하가 되도록 시도할 수 있다. 여기서, 상기 시도는 미리 지정된 회수 동안 반복 수행될 수 있다. 만약, 반복 수행에도 불구하고, 잠금 장애 상태(460)가 해제되지 않는 경우, 무선 전력 송신기는 소정 알림 수단을 이용하여 사용자에게 잠금 장애 상태(460)가 해제되지 않음을 지시하는 소정 알림 신호를 송출할 수 있다. 이때, 무선 전력 송신기의 충전 영역에 위치한 모든 무선 전력 수신기가 사용자에 의해 충전 영역에서 제거되면, 잠금 장애 상태(460)가 해제될 수 있다.
반면, 송신 공진기의 출력 전류의 세기가 미리 지정된 시간 이내에 기준치 이하로 떨어지거나 상기 미리 지정된 반복 수행 동안 송신 공진기의 출력 전류의 세기가 기준치 이하로 떨어지는 경우, 잠금 장애 상태(460)는 자동으로 해제될 수 있으며, 이때, 무선 전력 송신기의 상태는 잠금 장애 상태(460)에서 전력 절약 상태(420)로 자동 천이되어 무선 전력 수신기에 대한 감지 및 식별 절차를 다시 수행할 수 있다.
전력 전송 상태(440)의 무선 전력 송신기는 연속된 전력을 송출하고, 무선 전력 수신기의 상태 정보 및 미리 정의된 최적 전압 영역(Optimal Voltage Region) 설정 파라메터에 기반하여 적응적으로 송출 전력을 제어할 수 있다.
일 예로, 최적 전압 영역(Optimal Voltage Region) 설정 파라메터는 저전압 영역을 식별하기 위한 파라메터, 최적 전압 영역을 식별하기 위한 파라메터, 고전압 영역을 식별하기 위한 파라메터, 과전압 영역을 식별하기 위한 파라메터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태가 저전압 영역에 있으면, 송출 전력을 증가시키고, 고전압 영역에 있으면, 송출 전력을 감소시킬 수 있다.
또한, 무선 전력 송신기는 전력 전송 효율이 최대화되도록 송출 전력을 제어할 수도 있다.
또한, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기에 의해 요구된 전력량의 편차가 기준치 이하가 되도록 송출 전력을 제어할 수도 있다.
또한, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 정류기 출력 전압이 소정 과전압 영역에 도달한 경우-즉, Over Voltage가 감지된 경우-, 전력 전송을 중단할 수도 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기는 각각 등급(Class)과 카테고리(Category)로 타입 및 특성이 분류될 수 있다.
무선 전력 송신기의 타입 및 특성은 크게 다음의 3가지 파라메터를 통해 식별될 수 있다.
첫째, 무선 전력 송신기는 전송 가능한 최대 전력의 세기에 따라 결정되는 등급에 의해 식별될 수 있다.
여기서, 무선 전력 송신기의 등급은 송신 코일에 인가되는 파워(PTX _IN_COIL)의 최대 값을 하기 무선 전력 송신기 등급 표-이하, 표 1이라 명함-에 명기된 등급 별 미리 정의된 최대 입력 파워(PTX _IN_MAX)와 비교하여 결정될 수 있다. 여기서, PTX_IN_COIL은 송신 코일에 단위 시간 동안 인가되는 전압(V(t))과 전류(I(t))의 곱을 해당 단위 시간으로 나누어 산출되는 평균 실수 값일 수 있다.
등급(Class) 최대 입력 파워 최소 카테고리
지원 요구 조건		 지원 가능 최대 디바이스의 개수
등급 1 2W 1 x 등급1 1 x 등급1
등급 2 10W 1 x 등급3 2 x 등급2
등급 3 16W 1 x 등급4 2 x 등급3
등급 4 33W 1 x 등급5 3 x 등급3
등급 5 50W 1 x 등급6 4 x 등급3
등급 6 70W 1 x 등급6 5 x 등급3
상기 표 1에 개시된 등급은 일 실시예에 불과하며, 새로운 등급이 추가되거나 삭제될 수도 있다. 또한, 등급 별 최대 입력 파워, 최소 카테고리 지원 요구 조건, 지원 가능 최대 디바이스 개수에 대한 값도 무선 전력 송신기의 용도, 형상 및 구현 형태 등에 따라 변경될 수도 있음을 주의해야 한다.
일 예로, 상기 표 1을 참조하면, 송신 코일에 인가되는 파워(PTX _IN_COIL)의 최대 값이 등급 3에 대응되는 PTX _IN_MAX 값보다 크거나 같고, 등급 4에 대응되는 PTX_IN_MAX 값보다 작은 경우, 해당 무선 전력 송신기의 등급은 등급 3으로 결정될 수 있다.
둘째, 무선 전력 송신기는 식별된 등급에 대응되는 최소 카테고리 지원 요구 조건(Minimum Category Support Requirments)에 따라 식별될 수도 있다.
여기서, 최소 카테고리 지원 요구 조건은 해당 등급의 무선 전력 송신기가 지원 가능한 무선 전력 수신기 카테고리 중 가장 높은 수준의 카테고리에 해당되는 무선 전력 수신기의 지원 가능 개수일 수 있다. 즉, 최소 카테고리 지원 요구 조건은 최대 카테고리 디바이스의 최소 값일 수 있다.
일 예로, 상기 표 1을 참조하면, 등급 3인 무선 전력 송신기는 적어도 하나의 카테고리 5인 무선 전력 수신기를 지원해야 한다. 물론, 이 경우, 무선 전력 송신기는 최소 카테고리 지원 요구 조건에 해당되는 카테고리 수준 보다 낮은 수준의 카테고리에 해당되는 무선 전력 수신기를 지원해야 한다.
또한, 무선 전력 송신기는 최소 카테고리 지원 요구 조건에 대응되는 카테고리보다 더 높은 수준의 카테고리를 지원 가능한 것으로 판단되면, 더 높은 수준의 카테고리를 갖는 무선 전력 수신기를 지원할 수도 있음을 주의해야 한다.
셋째, 무선 전력 송신기는 식별된 등급에 대응되는 지원 가능 최대 디바이스 개수에 의해 식별될 수도 있다. 여기서, 지원 가능 최대 디바이스 개수는 해당 등급에서 지원 가능한 카테고리 중 가장 낮은 수준의 카테고리에 해당되는 무선 전력 수신기의 최소 지원 가능 개수-이하, 간단히 지원 가능 디바이스의 최소 개수라 명함-에 의해 식별될 수도 있다. 일 예로, 상기 표 1을 참조하면, 등급 3의 무선 전력 송신기는 최소 카테고리 3인 무선 전력 수신기를 적어도 2개 이상 지원해야 한다.
본 발명에 따른 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 전력 전송 요청을 허락하지 않을 특별한 이유가 없는 경우, 가용한 파워 내에서 적어도 상기 표 1에 정의된 개수까지는 무선 전력 전송을 수행할 수 있어야 한다.
일 예로, 무선 전력 송신기는 해당 전력 전송 요청을 수용할 정도의 가용한 파워가 남아있지 않는 경우, 해당 무선 전력 수신기의 전력 전송 요청을 수락하지 않을 수 있다.
다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 전력 전송 요청을 수락하면 수용 가능한 무선 전력 수신기의 개수를 초과하는 경우, 해당 무선 전력 수신기의 전력 전송 요청을 수락하지 않을 수 있다.
또 다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 전력 전송을 요청한 무선 전력 수신기의 카테고리가 자신의 등급에서 지원 가능한 카테고리 수준을 초과하는 경우, 해당 무선 전력 수신기의 전력 전송 요청을 수락하지 않을 수 있다.
또 다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 내부 온도가 기준치 이상을 초과하는 경우, 해당 무선 전력 수신기의 전력 전송 요청을 수락하지 않을 수 있다.
이하의 설명에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기의 타입 및 특성을 설명하기로 한다.
무선 전력 수신기의 평균 출력 전압(PRX _OUT)은 단위 시간 동안 무선 전력 수신기에 의해 출력되는 전압(V(t))와 전류(I(t))의 곱을 해당 단위 시간으로 나누어 산출되는 실수 값일 수 있다.
무선 전력 수신기의 카테고리는 하기 표 2에 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신기의 최대 출력 전압(PRX_OUT_MAX)에 기반하여 정의될 수 있다.
카테고리
(Category)		 최대 입력 파워 응용 예
카테고리 1 TBD 블루투스 핸드셋
카테고리 2 3.5W 피쳐폰
카테고리 3 6.5W 스마트폰
카테고리 4 13W 테블릿
카테고리 5 25W 소형 랩탑
카테고리 6 37.5W 랩탑
카테고리 6 50W TBD
일 예로, 부하단에서의 충전 효율이 80%이상인 경우, 카테고리 3의 무선 전력 수신기는 부하의 충전 단자에 5W의 전력을 공급할 수 있다.
상기 표 2에 개시된 카테고리는 일 실시예에 불과하며, 새로운 카테고리가 추가되거나 삭제될 수도 있다. 또한, 상기 표 2에 보여지는 카테고리 별 최대 출력 파워, 응용 어플리케이션의 예도 무선 전력 수신기의 용도, 형상 및 구현 형태 등에 따라 변경될 수도 있음을 주의해야 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무선 통합 충전기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 유무선 통합 충전기(500)는 본체(510), 본체(510)의 일측에 장착되는 마이크로 USB 충전 단자(520), 아이폰 전용 충전 단자(530), 외부 전원 단자(540)를 포함하여 구성될 수 있다. 본체(510) 내부에는 무선 전력 송신을 위한 적어도 하나의 송신 코일 및 송신 코일로의 전력 전송과 마이크로 USB 충전 단자(520) 및 아이폰 전용 충전 단자(530)로의 전력 전송을 제어하기 위한 제어 회로 기판이 구비될 수 있다.
상기 도 5의 예에서는 마이크로 USB 충전 단자(520)와 아이폰 전용 충전 단자(530)가 본체(510)의 외부로 돌출되어 장착되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예는 마이크로 USB 충전 단자(520)와 아이폰 전용 충전 단자(530) 중 적어도 하나가 본체(510)에 매립되어 장착될 수도 있음을 주의해야 한다.
또한, 상기 도 5의 실시예에서는 유무선 통합 충전기(500)가 평면 패드 형태인 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예에 다른 유무선 통합 충전기(500)는 거치대 형태, AP(Access Point) 형태, 소형 기지국 형태, 스텐드 형태, 천장 매립 형태, 벽걸이 형태 등으로 다양하게 구성될 수 있으며, 그 형태는 제한되지 않는다.
이하에서는 도 6 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유무선 충전기에서의 유무선 전력 전송 제어 방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 6을 참조하면, 유무선 통합 충전기는 유선 충전을 위해 접속 단자에 외부 전자 기기가 접속되었음을 감지할 수 있다(S601).
유무선 통합 충전기는 무선 충전중인 디바이스-즉, 무선 전력 수신기-가 존재하는지를 확인하고, 확인 결과, 무선 충전중인 디바이스가 존재하면, 유/무선 전력 분배를 수행할 수 있다(S602 내지 S603). 여기서, 유/무선 전력 분배 비율은 접속 단자에 접속된 외부 전자 기기의 요구 전력과 무선 충전중인 디바이스의 요구 전력에 기반하여 산출될 수 있다. 또한, 유/무선 전력 분배 비율은 무선 충전중인 디바이스의 개수와 접속 단자에 접속된 외부 전자 기기의 개수를 고려하여 산출될 수도 있다.
유무선 통합 충전기는 무선 충전중인 디바이스가 존재하는 경우, 일반 충전 모드로 상기 접속 감지된 외부 전자 기기에 대한 충전을 개시할 수 있다(S604). 다른 일 예로, 유무선 통합 충전기는 무선 충전중인 디바이스가 존재하고, 잔여 가용 전력량이 급속 충전 모드로 충전하기에 충분한 경우, 급속 충전 모드로 상기 접속 감지된 외부 전자 기기에 대한 충전을 수행할 수도 있음을 주의해야 한다. 이하의 설명에서는 접속 감지된 외부 전자 기기에 일반 충전 모드로 충전이 수행되는 것을 예를 들어 설명하기로 한다.
유무선 통합 충전기는 충전 완료된 디바이스가 존재하는 경우, 충전 완료된 디바이스가 무선 충전 디바이스인지 여부를 확인할 수 있다(S605 내지 S606).
확인 결과, 충전 완료된 디바이스가 무선 충전 디바이스인 경우, 유무선 통합 충전기는 접속 단자에 접속된 외부 전자 기기를 위한 충전 모드를 일반 충전 모드에서 급속 충전 모드로 전환시킬 수 있다(S607). 이때, 유무선 통합 충전기는 전력 재분배를 통해 외부 전자 기기가 접속된 접속 단자로 급속 충전에 필요한 전력이 공급될 수 있도록 제어할 수 있다.
이 후, 유무선 통합 충전기는 급속 충전 모드로 외부 전자 기기에 대한 유선 충전을 수행하고, 충전이 완료되면 충전 완료 상태로 천이할 수 있다(S608).
상기한 602 단계에서, 만약, 무선 충전중인 디바이스가 존재하지 않는 경우, 유무선 통합 충전기는 상기한 607 단계로 진입하여 접속 단자에 접속된 외부 전자 기기에 대한 충전 모드를 급속 충전 모드로 설정할 수 있다(S607).
만약, 상기한 606 단계에서, 충전 완료된 디바이스가 유선 충전 디바이스인 경우, 유무선 통합 충전기는 해당 접속 단자로의 전력 공급을 차단하고, 무선 충전중인 디바이스로의 전력 재분배를 수행하여 무선 충전을 수행할 수 있다(S609 내지 S610). 여기서, 무선 충전이 완료되면, 유무선 통합 충전기는 충전 대기 상태로 천이할 수 있다.
도 7을 참조하면, 대기 상태에서 유무선 통합 충전기는 새로운 무선 전력 수신기가 충전 영역에 존재함을 감지할 수 있다(S701).
유무선 통합 충전기는 무선 전력 수신기가 감지되면, 접속 단자를 통해 유선 충전중인 디바이스가 존재하는지 확인할 수 있다(S702).
확인 결과, 유선 충전중인 디바이스가 존재하면, 유무선 통합 충전기는 현재 유선 충전중인 디바이스가 급속 충전 모드로 충전중인지를 확인할 수 있다(S703).
확인 결과, 급속 충전 모드로 충전중인 경우, 유무선 통합 충전기는 유선 충전중인 디바이스의 충전 모드를 급속 충전 모드에서 일반 충전 모드로 전환시킬 수 있다(S704).
연이어, 유무선 통합 충전기는 유/무선 전력 재분배를 수행할 수 있다(S705).
유무선 통합 충전기는 유/무선 충전 중 충전 완료된 디바이스가 존재하는지를 감지할 수 있다(S706).
유무선 통합 충전기는 충전 완료된 디바이스를 감지하면, 충전 완료된 디바이스가 무선 충전 디바이스인지 여부를 확인할 수 있다(S707).
확인 결과, 무선 충전 디바이스인 경우, 유무선 통합 충전기는 무선 전력 수신기로의 전력 전송을 차단하고, 접속 단자를 통해 유선 충전중인 외부 전자 기기의 충전 모드를 일반 충전 모드에서 급속 충전 모드로 전환하여 유선 충전을 수행할 수 있다(S708 내지 S709). 이 후, 유선 충전이 완료되면, 유무선 통합 충전기는 충전 대기 상태로 천이할 수 있다.
상기한 702 단계에서, 유선 충전중인 디바이스가 존재하지 않는 경우, 유무선 통합 충전기는 감지된 무선 전력 수신기에 대해 무선 충전을 수행할 수 있다(S711).
또한, 상기한 703 단계에서, 유선 충전중인 디바이스가 급속 충전 모드가 아닌 일반 충전 모드로 충전중인 경우, 상기한 705 단계로 진입할 수 있다.
또한, 상기한 707 단계에서, 충전 완료된 디바이스가 유선 충전중인 디바이스인 경우, 유무선 통합 충전기는 해당 접속 단자로의 전력 공급을 차단하고 무선 전력 재분배를 수행하여 무선 충전을 수행할 수도 있다(S710 내지 S711). 이후, 무선 충전이 완료되면, 유무선 통합 충전기는 충전 대기 상태로 천이할 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100: 유무선 통합 충전기
110: 전력분배부
111: 벅 컨버터
112: 제1 스위치
113: 급속충전부
114: 접속 단자
115: 제2 스위치
116: 직류 교류 변환기
118: 무선 전력 송신부
140: 제어부

Claims (24)

  1. 유무선 통합 충전기에 있어서,
    전원으로부터 인가된 직류 전력을 분배하는 전력분배부;
    유선 충전을 위해 본체 외부 일측에 장착되는 접속 단자;
    무선 전력을 송출하기 위한 송신 코일이 구비된 무선 전력 송신부;
    상기 접속 단자 및 상기 무선 전력 송신부 중 적어도 하나로 상기 분배된 직류 전력이 전달되는 것을 제어하기 위한 제1 내지 제2 스위치; 및
    충전 대상 디바이스의 감지에 따라 상기 제1 내지 제2 스위치를 제어하는 제어부
    를 포함하는, 유무선 통합 충전기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부가
    상기 충전 대상 디바이스가 상기 접속 단자에 접속된 것이 감지되면, 상기 제1 스위치를 단락시켜 상기 분배된 직류 전력이 상기 접속 단자에 공급되도록 제어하는, 유무선 통합 충전기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부가
    상기 충전 대상 디바이스가 무선 전력 수신기인 것이 감지되면, 상기 제2 스위치를 단락시켜 상기 분배된 직류 전력이 상기 무선 전력 송신부에 전달되도록 제어하는, 유무선 통합 충전기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전력분배부와 상기 제1 스위치 사이에 장착되어, 상기 전력분배부로부터 수신된 직류 전력을 특정 세기의 직류 전력으로 변환하는 벅 컨버터를 더 포함하는, 유무선 통합 충전기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2 스위치와 상기 무선 전력 송신부 사이에 장착되어, 상기 전력분배부로 수신된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 직류 교류 변환기를 더 포함하는, 유무선 통합 충전기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 직류 교류 변환기는 하프 브리지 인버터 및 풀 브리지 인버터 중 어느 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 유무선 통합 충전기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 직류 교류 변환기에 구비된 복수의 스위치를 제어하여 상기 교류 전력의 진폭 및 주기를 제어하는 게이트 드라이버를 더 포함하는, 유무선 통합 충전기.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제1 스위치와 상기 접속 단자 사이에 장착되어 상기 제어부의 소정 제어 신호에 따라 급속 충전을 수행하는 급속충전부를 더 포함하는, 유무선 통합 충전기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 급속충전부는 상기 접속 단자에 구비된 전력 신호 단자의 전력 변화에 기반하여 상기 접속 단자에 상기 충전 대상 디바이스가 접속되었음을 감지하되, 상기 감지 결과를 상기 제어부에 전송하는 것을 특징으로 하는, 유무선 통합 충전기.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 무선 전력 송신부를 통해 무선 충전중인 디바이스가 존재하지 않는 상태에서, 상기 접속 단자에 디바이스가 접속된 경우, 상기 제어부가 상기 접속 단자에 접속된 디바이스에 대해 급속 충전이 이루어지도록 상기 제1 스위치 및 상기 급속충전부를 제어하는 것을 특징으로 하는, 유무선 통합 충전기.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 무선 전력 송신부를 통한 무선 충전 및 상기 접속 단자를 통한 유선 충전이 동시에 이루어지는 경우, 상기 제어부가 상기 접속 단자에 접속된 디바이스에 대해 일반 충전이 수행되도록 상기 제1 스위치를 제어하는 것을 특징으로 하는, 유무선 통합 충전기.
  12. 제1항에 있어서,
    새로운 충전 대상 디바이스가 감지되거나, 충전중인 디바이스의 충전이 완료된 경우, 상기 전력분배부가 상기 인가된 직류 전력을 재분배하는 것을 특징으로 하는, 유무선 통합 충전기.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 송신부는 전자기 공진 방식, 전자기 유도 방식 중 적어도 하나의 방식으로 무선 전력을 송출하는 것을 특징으로 하는, 유무선 통합 충전기.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 접속 단자는 USB 충전 단자, 마이크로 USB 충전 단자, 아이폰 전용 충전 단자 중 적어도 하나를 포함하는, 유무선 통합 충전기.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제어부가 접속된 충전 대상 디바이스의 개수, 요구 전력량, 최대 수신 가능 전력량, 현재 충전량 중 적어도 하나에 기반하여 상기 인가된 직류 전력의 분배 비율을 동적으로 결정하여 상기 전력분배부를 제어하는 것을 특징으로 하는, 유무선 통합 충전기.
  16. 유선 충전 수단 및 무선 충전 수단이 구비된 유무선 통합 충전기에서의 유무선 전력 전송 제어 방법에 있어서,
    새로운 충전 대상 디바이스의 접속을 감지하는 단계;
    상기 접속 감지된 충전 대상 디바이스에 대응되는 충전 방식을 식별하는 단계;
    상기 식별된 충전 방식에 따라 전원으로부터 인가된 직류 전력을 분배하는 단계; 및
    상기 분배된 직류 전력을 이용하여 상기 접속 감지된 충전 대상 디바이스에 대한 충전을 수행하는 단계
    를 포함하되, 상기 충전 방식은 유선 충전 방식 및 무선 충전 방식 중 어느 하나로 식별되는 것을 특징으로 하는, 유무선 전력 전송 제어 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 유선 충전 방식은 상기 유무선 통합 충전기에 구비된 접속 단자에 상기 충전 대상 디바이스가 접속된 경우 식별되는 것을 특징으로 하는, 유무선 전력 전송 제어 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 접속 단자는 USB 충전 단자, 마이크로 USB 충전 단자, 아이폰 전용 충전 단자 중 적어도 하나를 포함하는, 유무선 전력 전송 제어 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 식별된 충전 방식이 상기 유선 충전 방식이고, 상기 충전 대상 디바이스가 감지된 시점에 무선 충전중인 디바이스가 존재하는 경우, 상기 접속 감지된 충전 대상 디바이스에 대해 일반 충전이 이루어지도록 상기 직류 전력을 분배하는 것을 특징으로 하는, 유무선 전력 전송 제어 방법.
  20. 제16항에 있어서
    상기 식별된 충전 방식이 상기 유선 충전 방식이고, 상기 충전 대상 디바이스가 감지된 시점에 무선 충전중인 디바이스가 존재하는 않는 경우, 상기 접속 감지된 충전 대상 디바이스에 대해 급속 충전이 이루어지도록 상기 직류 전력을 분배하는 것을 특징으로 하는, 유무선 전력 전송 제어 방법.
  21. 제16항에 있어서
    상기 식별된 충전 방식이 상기 무선 충전 방식이고, 상기 충전 대상 디바이스가 감지된 시점에 상기 유선 충전 방식으로 급속 충전중인 디바이스가 존재하는 경우, 상기 급속 충전을 일반 충전으로 전환시키는 것을 특징으로 하는, 유무선 전력 전송 제어 방법.
  22. 제16항에 있어서
    현재 접속중인 충전 대상 디바이스의 개수, 요구 전력량, 최대 수신 가능 전력량, 현재 충전량 중 적어도 하나에 기반하여 상기 인가된 직류 전력의 분배 비율이 동적으로 결정되는 것을 특징으로 하는, 유무선 전력 전송 제어 방법.
  23. 제16항에 있어서,
    상기 무선 충전 방식은 전자기 공진 방식, 전자기 유도 방식 중 적어도 하나를 포함하는, 유무선 전력 전송 제어 방법.
  24. 제16항 내지 제23항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 실행시키기 위한 프로그램이 기록된 기록 매체.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2019093845A1 (en) * 2017-11-13 2019-05-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Device for adjusting path of power and method for operating the same
CN110518668A (zh) * 2019-09-05 2019-11-29 深圳传音控股股份有限公司 用于手持设备的快速充电系统及方法、手持设备
WO2021091093A1 (ko) * 2019-11-05 2021-05-14 삼성전자 주식회사 전력 패스 제어 방법 및 이를 지원하는 전자 장치
US11177681B2 (en) 2018-10-26 2021-11-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Electronic device and method for controlling recharge of battery

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019093845A1 (en) * 2017-11-13 2019-05-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Device for adjusting path of power and method for operating the same
US10804728B2 (en) 2017-11-13 2020-10-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Device for adjusting path of power and method for operating the same
US11177681B2 (en) 2018-10-26 2021-11-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Electronic device and method for controlling recharge of battery
CN110518668A (zh) * 2019-09-05 2019-11-29 深圳传音控股股份有限公司 用于手持设备的快速充电系统及方法、手持设备
WO2021091093A1 (ko) * 2019-11-05 2021-05-14 삼성전자 주식회사 전력 패스 제어 방법 및 이를 지원하는 전자 장치

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