KR20170102454A - Wireless Power Transfer System and Operating method thereof - Google Patents

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KR20170102454A
KR20170102454A KR1020170110315A KR20170110315A KR20170102454A KR 20170102454 A KR20170102454 A KR 20170102454A KR 1020170110315 A KR1020170110315 A KR 1020170110315A KR 20170110315 A KR20170110315 A KR 20170110315A KR 20170102454 A KR20170102454 A KR 20170102454A
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박재희
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

The present invention relates to a wireless power transmission system capable of solving the instability of power transmission due to a sudden change in a coupling coefficient between a transmission device and a reception device due to shaking of the reception device being wirelessly charged, and a driving method thereof. A method for wirelessly transmitting power from a transmission device to a reception device comprises the steps of: transmitting a signal for detecting the reception device; receiving an identification packet from the reception device; resetting a range of driving frequency of the transmission device based on the identification packet of the reception device; and transmitting wireless power generated in the range of the reset driving frequency.

Description

무전전력전송 시스템 및 이의 구동 방법. {Wireless Power Transfer System and Operating method thereof}An electrolone power transmission system and its driving method. {Wireless Power Transfer System and Operating Method}

본 발명은 무전전력전송 시스템 및 이의 구동 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electroluminescent transmission system and a driving method thereof.

일반적으로 각종 전자 기기가 배터리를 구비하고, 배터리에 충전된 전력을 이용하여 구동한다. 이 때 전자 기기에서, 배터리는 교체될 수 있으며, 재차 충전될 수도 있다. 이를 위해, 전자 기기는 외부의 충전 장치와 접촉하기 위한 접촉 단자를 구비한다. 즉 전자 기기는 접촉 단자를 통해, 충전 장치와 전기적으로 연결된다. 그런데, 전자 기기에서 접촉 단자가 외부로 노출됨에 따라, 이물질에 의해 오염되거나 습기에 의해 단락(short)될 수 있다. 이러한 경우, 접촉 단자와 충전 장치 사이에 접촉 불량이 발생되어, 전자 기기에서 배터리가 충전되지 않는 문제점이 있다. Generally, various electronic apparatuses are equipped with a battery and are driven by using electric power charged in the battery. At this time, in the electronic device, the battery may be replaced and charged again. To this end, the electronic device has a contact terminal for contact with an external charging device. That is, the electronic device is electrically connected to the charging device through the contact terminal. However, as the contact terminal is exposed to the outside in the electronic device, it may be contaminated by foreign substances or short-circuited by moisture. In this case, there is a problem that a contact failure occurs between the contact terminal and the charging device, and the battery is not charged by the electronic device.

상기한 문제점을 해결하기 위하여, 무선으로 전자 기기를 충전하기 위한 무선전력전송(Wireless Power Transfer; WPT)이 제안되고 있다.In order to solve the above-mentioned problem, a wireless power transfer (WPT) for charging an electronic device by wireless has been proposed.

무선전력전송 시스템은 공간을 통하여 선 없이 전력을 전달하는 기술로써, 모바일(Mobile) 기기 및 디지털 가전 기기들에 대한 전력 공급의 편의성을 극대화한 기술이다.The wireless power transmission system is a technology that transfers power without a line through space and maximizes the convenience of power supply to mobile devices and digital home appliances.

무선전력전송 시스템은 실시간 전력 사용 제어를 통한 에너지 절약, 전력 공급의 공간 제약 극복 및 배터리 재충전을 이용한 폐 건전지 배출량 절감 등의 강점을 지닌다.The wireless power transmission system has advantages such as saving energy through real-time power usage control, overcoming space limit of power supply, and reducing waste battery discharge by battery recharging.

무선전력전송 시스템의 구현 방법으로써 대표적으로 자기유도방식과 자기공진방식이 있다. 자기유도방식은 두 개의 코일을 근접시켜 한쪽의 코일에 전류를 흘려 그에 따라 발생한 자속을 매개로 하여 다른 쪽의 코일에도 기전력이 발생하는 비접촉 에너지 전송기술로써, 수백 kHz의 주파수를 사용할 수 있다. 자기 공진 방식은 전자파나 전류를 이용하지 않고 전장 또는 자장만을 이용하는 자기 공명 기술로써 전력 전송이 가능한 거리가 수 미터 이상으로써, 수 MHz의 대역을 이용할 수 있다.As a method of implementing a wireless power transmission system, there are typically a magnetic induction type and a self resonance type. The magnetic induction method is a noncontact energy transmission technique in which two coils are brought close to each other, a current is supplied to one coil, and an electromotive force is generated in the other coil via the magnetic flux generated thereby. The self-resonance method is a magnetic resonance technique that uses only electric fields or magnetic fields without using electromagnetic waves or currents, and the distance capable of power transmission is several meters or more, and a band of several MHz can be used.

무선전력전송 시스템은 무선으로 전력을 전송하는 송신장치와 전력을 수신하여 배터리 등 부하를 충전하는 수신장치를 포함한다. 이 때 수신장치의 충전 방식, 즉 자기 유도 방식과 자기 공진 방식 중 어느 하나의 충전 방식을 택할 수 있고, 수신장치의 충전 방식에 대응하여 무선으로 전력을 전달할 수 있는 송신장치가 개발되고 있다.The wireless power transmission system includes a transmitting device that transmits power wirelessly and a receiving device that receives power to charge a load such as a battery. At this time, a transmitting apparatus capable of selecting a charging system of a receiving apparatus, that is, a charging system of either a magnetic induction system or a self-resonance system, and capable of transmitting power wirelessly corresponding to a charging system of a receiving apparatus has been developed.

한편 송신장치의 충전영역에 배치된 수신장치를 의도적으로 흔들거나, 자동차와 같이 수신장치의 흔들림 현상이 빈번하게 나타나는 경우, 상기 송수신장치 간의 미스 얼라인에 따른 결합계수의 급변으로 상기 송신장치로부터의 송신 전력이 급변함으로써 상기 수신장치에 손상을 가하는 문제가 있었다.In the meantime, when a receiving device disposed in a charging area of a transmitting device is shaken intentionally or a vibration phenomenon of a receiving device such as an automobile frequently occurs, a sudden change in coupling coefficient according to misalignment between the transmitting and receiving devices There has been a problem that the receiving apparatus is damaged due to a sudden change in the transmission power.

이처럼 송신 전력의 급변함에 따라 과도한 송신 전력이 송신되는 경우, 수신장치의 수신코일 상에 과전압이 걸리는 문제가 있다. 수신장치는 과전압을 방지하기 위하여 송신장치로 송신 전력을 감소하라는 피드백을 제공하거나, 자체적으로 클램프 커패시터(clamp capacitor)를 구비하여 과도한 송신 전력에 따른 과전류를 방전하는 기능을 가지나, 과도한 송신 전력에 따라 수신장치가 피드백 제공 전에 이미 손상을 입거나, 클램프 커패시터만으로는 순간적으로 급변하는 과전류에 대응하는데 한계가 있다.When excessive transmission power is transmitted in response to a rapid change in the transmission power, there is a problem in that an overvoltage is applied on the reception coil of the reception apparatus. The receiving apparatus has a function of providing a feedback to the transmission apparatus to reduce the transmission power to prevent the overvoltage or discharging the overcurrent according to the excessive transmission power by providing a clamp capacitor by itself, There is a limitation in responding to an overcurrent that is suddenly changed suddenly only by the receiving capacitor being damaged before the feedback device provides feedback or by the clamp capacitor alone.

실시예는 무선 충전 중인 수신장치의 흔들림 등의 원인으로 송신장치와 수신장치의 결합 계수가 급변함에 따른 전력 전송의 불안정을 해결할 수 있는 무전전력전송 시스템 및 이의 구동 방법을 제공할 수 있다.Embodiments can provide an unshielded power transmission system and a method of driving the same that can solve the instability of power transmission due to a sudden change in the coupling coefficient between the transmitting apparatus and the receiving apparatus due to the shaking of the receiving apparatus being wirelessly charged.

실시예에 따른 전력 전송 방법은, 송신장치로부터 수신장치에 무선으로 전력을 전송하는 방법으로서, 상기 수신장치의 검출을 위한 신호를 송신하는 단계; 상기 수신장치로부터 식별 패킷을 수신하는 단계; 상기 수신장치의 식별 패킷에 기초하여 송신장치의 구동 주파수의 범위를 재 설정하는 단계; 및 상기 재 설정된 구동 주파수의 범위 내에서 생성된 무선 전력을 전송하는 단계;를 포함하는 전력 전송 방법을 제공할 수 있다.A power transmission method according to an embodiment is a method of wirelessly transmitting power from a transmission device to a reception device, comprising: transmitting a signal for detection of the reception device; Receiving an identification packet from the receiving device; Resetting a range of the driving frequency of the transmitting apparatus based on the identification packet of the receiving apparatus; And transmitting the generated wireless power within the range of the reset frequency.

실시예에 따른 전력 전송 방법에서, 상기 구동 주파수의 범위를 재 설정하는 단계는, 상기 구동 주파수의 최소 주파수와 최대 주파수를 재 설정하는 전력 전송 방법을 제공할 수도 있다.In the power transmission method according to the embodiment, the step of resetting the range of the driving frequency may provide a power transmission method for resetting the minimum frequency and the maximum frequency of the driving frequency.

실시예에 따른 전력 전송 방법에서, 상기 구동 주파수의 범위는, 상기 식별 패킷에 포함된 수신측 코일부의 전류 임계 값에 기초하여 재 설정되는 전력 전송 방법을 제공할 수도 있다.In the power transmission method according to the embodiment, the range of the driving frequency may be reset based on a current threshold value of the receiving side coil part included in the identification packet.

실시예에 따른 전력 전송 방법에서, 상기 구동 주파수의 범위는, 상기 수신장치로부터 제어 오차 패킷을 수신한 후, 상기 식별 패킷에 기초하여 재 설정되는 전력 전송 방법을 제공할 수도 있다.In the power transmission method according to the embodiment, the range of the driving frequency may provide a power transmission method that is reset based on the identification packet after receiving the control error packet from the reception device.

실시예에 따른 전력 전송 방법에서, 상기 재 설정된 구동 주파수의 최소 주파수는 상기 송신장치의 기 설정된 구동 주파수의 최소 주파수보다 큰 전력 전송 방법을 제공할 수도 있다.In the power transmission method according to the embodiment, the minimum frequency of the reset driving frequency may be greater than the minimum frequency of the predetermined driving frequency of the transmitting apparatus.

실시예에 따른 전력 전송 방법에서, 상기 재 설정된 구동 주파수의 최대 주파수는 상기 송신장치의 기 설정된 구동 주파수의 최대 주파수보다 작은 전력 전송 방법을 제공할 수도 있다.In the power transmission method according to the embodiment, the maximum frequency of the reset driving frequency may be less than the maximum frequency of the predetermined driving frequency of the transmitting apparatus.

실시예에 따른 전력 전송 방법에서, 상기 수신장치로부터 제어 오차 패킷을 수신하는 단계; 및 상기 제어 오차 패킷의 수신장치의 요구 전력량에 대한 정보에 기초하여 무선 전력을 생성하는 단계;를 더 포함하는 전력 전송 방법을 제공할 수도 있다.In the power transmission method according to the embodiment, receiving the control error packet from the receiving device; And generating wireless power based on the information on the amount of power required by the receiving apparatus of the control error packet.

실시예에 따른 전력 전송 방법에서, 상기 무선 전력을 생성하는 단계는, 비례 제어, 적분 제어 및 미분 제어(proportional integral differential control; 이하 PID 제어)에 기초하여 무선 전력을 생성하는 전력 전송 방법을 제공할 수도 있다.In the power transmission method according to the embodiment, the step of generating the wireless power provides a power transmission method for generating wireless power based on proportional control, integral control, and proportional integral differential control (PID control) It is possible.

실시예에 따른 전력 전송 방법에서, 이전 제어 오차 패킷에 따른 전회 제어 변수에 현재 제어 오차 패킷에 따른 금회 PID 제어량과 스케일링 팩터의 곱의 차이 값에 기초하여 금회 제어 변수를 설정하고 상기 금회 제어 변수에 기초하여 무선 전력을 생성하는 전력 전송 방법을 제공할 수도 있다.In the power transmission method according to the embodiment, the current control variable is set based on the difference between the current control error packet and the scaling factor multiplied by the current PID control amount according to the previous control error packet, May also provide a power transmission method for generating wireless power based on the received power.

실시예에 따른 전력 전송 방법에서, 상기 스케일링 팩터는 재 설정된 상기 구동 주파수의 범위에 기초하여 변경되는 전력 전송 방법을 제공할 수도 있다.In the power transmission method according to the embodiment, the scaling factor may provide a power transmission method that is changed based on the range of the reset drive frequency.

실시예에 따른 전력 수신 방법은, 수신장치가 송신장치로부터 무선으로 전력을 수신하는 방법으로서, 상기 송신장치로부터의 검출 신호에 대한 응답 신호를 송신하는 단계; 상기 송신장치로 식별 패킷를 송신하는 단계; 및 상기 식별 패킷에 기초하여 재 설정된 구동 주파수의 범위에 따라 생성된 무선 전력을 수신하는 단계;를 포함하는 전력 수신 방법을 제공할 수도 있다.A power receiving method according to an embodiment includes: transmitting a response signal to a detection signal from the transmitting device, the method comprising: receiving a power from a transmitting device wirelessly; Transmitting an identification packet to the transmitting device; And receiving wireless power generated based on the range of the driving frequency that is reset based on the identification packet.

실시예에 따른 전력 수신 방법에서, 상기 식별 패킷은 상기 수신장치의 전류 임계 값을 포함하고, 상기 전류 임계 값에 기초하여 상기 구동 주파수의 범위는 재 설정되는 전력 수신 방법을 제공할 수도 있다.In the power receiving method according to the embodiment, the identification packet may include a current threshold value of the receiving apparatus, and the range of the driving frequency may be reset based on the current threshold value.

실시예에 따른 전력 수신 방법에서, 상기 구동 주파수의 최소 주파수와 최대 주파수를 재 설정하여 상기 구동 주파수의 범위가 재 설정되는 전력 수신 방법을 제공할 수도 있다.In the power receiving method according to the embodiment, the power receiving method may be provided in which the range of the driving frequency is reset by resetting the minimum frequency and the maximum frequency of the driving frequency.

실시예에 따른 전력 수신 방법에서, 상기 재 설정된 구동 주파수의 최소 주파수는 상기 송신장치의 기 설정된 구동 주파수의 최소 주파수보다 큰 전력 전송 방법을 제공할 수도 있다.In the power receiving method according to the embodiment, the minimum frequency of the reset driving frequency may be greater than the minimum frequency of the predetermined driving frequency of the transmitting apparatus.

실시예에 따른 전력 수신 방법에서, 상기 재 설정된 구동 주파수의 최대 주파수는 상기 송신장치의 기 설정된 구동 주파수의 최대 주파수보다 작은 전력 전송 방법을 제공할 수도 있다.In the power receiving method according to the embodiment, the maximum frequency of the reset driving frequency may be smaller than the maximum frequency of the predetermined driving frequency of the transmitting apparatus.

실시예에 따른 전력 수신 방법에서, 수신한 무선 전력과 요구 전력을 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과에 따라 상기 송신장치로 제어 오차 패킷을 송신하는 단계;를 더 포함하고, 상기 제어 오차 값은 양수, 영 또는 음수 중 어느 하나이고, 상기 전력 증가 요청 신호는 양수의 제어 오차 값에 대응하고, 전력 유지 요청 신호는 영의 제어 오차 값에 대응하며, 전력 감소 요청 신호는 음수의 제어 오차 값에 대응하는 전력 수신 방법을 제공할 수도 있다.In the power receiving method according to the embodiment, comparing the received radio power with the required power; And transmitting the control error packet to the transmission apparatus according to the comparison result, wherein the control error value is any one of a positive value, a zero value, and a negative value, and the power increase request signal includes a positive control error value The power hold request signal corresponds to a control error value of zero and the power decrease request signal may provide a power reception method corresponding to a negative control error value.

실시예에 따른 송신장치는, 무선 전력 송신을 위한 송신 코일; 상기 송신 코일에 전력을 출력하는 전력변환부; 상기 송신 코일에 출력되는 전력의 양을 제어하기 위해 상기 전력변환부를 제어하는 제어부; 상기 제어부는, 상기 무선 전력을 수신하는 수신장치의 식별 패킷에 기초하여 상기 전력변환부의 구동 주파수의 범위를 재 설정하는 송신장치를 제공할 수도 있다.A transmitting apparatus according to an embodiment includes: a transmitting coil for wireless power transmission; A power converter for outputting power to the transmission coil; A control unit for controlling the power conversion unit to control an amount of power output to the transmission coil; The control unit may provide a transmitting apparatus for resetting the driving frequency range of the power converting unit based on the identification packet of the receiving apparatus that receives the wireless power.

실시예에 따른 송신장치에서, 상기 식별 패킷은 상기 수신장치의 전류 임계 값을 포함하고, 상기 전류 임계 값에 기초하여 상기 구동 주파수의 범위는 재 설정하는 송신장치를 제공할 수도 있다.In a transmitting apparatus according to an embodiment, the identification packet may include a current threshold value of the receiving apparatus, and the transmitting apparatus may reset the range of the driving frequency based on the current threshold value.

실시예에 따른 송신장치에서, 상기 전력변환부는 상기 식별 패킷에 기초하여 하프 브릿지 인버터(half bridge inverter) 또는 풀 브릿지 인버터(full bridge inverter) 중 어느 하나로 동작하는 송신장치를 제공할 수도 있다.In the transmitting apparatus according to the embodiment, the power converting unit may provide a transmitting apparatus that operates either as a half bridge inverter or a full bridge inverter based on the identification packet.

실시예에 따른 송신장치에서, 상기 제어부는, 상기 전력 변환부의 구동 주파수, 입력 전압, 듀티 사이클(duty cycle) 및 위상 천이(phase shift) 중 어느 하나를 조절하여 상기 무선 전력의 양을 제어하는 송신장치를 제공할 수도 있다.In the transmission apparatus according to the embodiment, the control unit may control the amount of the radio power by controlling any one of a driving frequency, an input voltage, a duty cycle, and a phase shift of the power conversion unit, Device may be provided.

실시예에 따른 송신장치에서, 상기 제어부는, 상기 수신장치로부터의 전력 증가 요청 신호와 상기 송신코일의 제1 전류에 기초하여 제2 전류를 결정하는 제1 연산부; 비례 제어, 적분 제어 및 미분 제어(proportional integral differential control; 이하 PID 제어)에 기초하여 제어량을 결정하는 PID 제어부; 및 상기 제어량 및 전회 제어 변수에 기초하여 금회 제어 변수를 결정하는 제2 연산부;를 포함하고, 상기 금회 제어 변수에 기초하여 상기 전력변환부를 제어하는 송신장치를 제공할 수도 있다.In the transmitting apparatus according to the embodiment, the control unit may include: a first calculating unit that determines a second current based on a power increase request signal from the receiving apparatus and a first current of the transmitting coil; A PID controller for determining a control amount based on proportional control, integral control, and proportional integral differential control (PID control); And a second calculation unit for determining a current control variable based on the control amount and the previous control variable, wherein the control unit controls the power conversion unit based on the current control variable.

실시예에 따른 송신장치에서, 상기 제2 연산부는, 상기 제어량에 스케일링 팩터를 곱한 값과 상기 전회 제어 변수의 차이 값에 기초하여 상기 금회 제어 변수를 결정하는 송신장치를 제공할 수도 있다.In the transmission apparatus according to the embodiment, the second calculation unit may provide a transmission apparatus for determining the current time control variable based on a value obtained by multiplying the control amount by a scaling factor and a difference value between the previous control variable.

실시예에 따른 송신장치에서, 상기 스케일링 팩터는 재 설정된 상기 구동 주파수의 범위에 기초하여 변경되는 송신장치를 제공할 수도 있다.In the transmitting apparatus according to the embodiment, the scaling factor may be changed based on the range of the driving frequency that is reset.

실시예에 따른 수신장치는, 상기 송신장치와 통신하여 식별 패킷을 전송하는 제어부; 및 상기 식별 패킷에 기초하여 재 설정된 구동 주파수의 범위에 따라 생성된 무선 전력을 수신하는 수신 코일;를 포함하는 수신장치를 제공할 수도 있다.A receiving apparatus according to an embodiment of the present invention includes: a control unit for communicating with the transmitting apparatus to transmit an identification packet; And a receiving coil for receiving the wireless power generated according to the range of the driving frequency that is reset based on the identification packet.

실시예에 따른 수신장치는, 상기 식별 패킷은 상기 수신장치의 전류 임계 값을 포함하고, 상기 전류 임계 값에 기초하여 상기 구동 주파수의 범위는 재 설정되는 수신장치를 제공할 수도 있다.A receiving apparatus according to an embodiment may provide a receiving apparatus in which the identification packet includes a current threshold value of the receiving apparatus and the range of the driving frequency is reset based on the current threshold value.

실시예에 따른 수신장치는, 상기 구동 주파수의 최소 주파수와 최대 주파수를 재 설정하여 상기 구동 주파수의 범위가 재 설정되는 수신장치를 제공할 수도 있다.The receiving apparatus according to the embodiment may provide a receiving apparatus in which the range of the driving frequency is reset by resetting the minimum frequency and the maximum frequency of the driving frequency.

실시예에 따른 수신장치는, 상기 재 설정된 구동 주파수의 최소 주파수는 상기 송신장치의 기 설정된 구동 주파수의 최소 주파수보다 크고, 상기 재 설정된 구동 주파수의 최대 주파수는 상기 송신장치의 기 설정된 구동 주파수의 최대 주파수보다 작은 수신장치를 제공할 수도 있다.The reception apparatus according to the embodiment is characterized in that the minimum frequency of the reset drive frequency is larger than the minimum frequency of the predetermined drive frequency of the transmission apparatus and the maximum frequency of the reset drive frequency is a maximum It is also possible to provide a receiving device smaller than the frequency.

실시예는 무선 충전 중인 수신장치의 흔들림 등의 원인으로 송신장치와 수신장치의 결합 계수가 급변함에 따른 전력 전송의 불안정, 발열, 수신장치의 시스템 손상 문제점을 미연에 방지할 수 있다.Embodiments can prevent a problem of unstable power transmission, heat generation, and system damage of the receiving apparatus due to a sudden change in the coupling coefficient between the transmitting apparatus and the receiving apparatus due to the shaking of the receiving apparatus being wirelessly charged.

도 1은 자기 유도 방식 등가회로.
도 2는 자기 공진 방식 등가회로.
도 3a 및 3b는 무선전력전송 시스템을 구성하는 서브 시스템 중 하나로 송신부를 나타낸 블록도.
도 3c는 실시예에 따른 송신측 전력변환부의 구체적인 회로도.
도 4a 및 도 4b는 무선전력전송 시스템을 구성하는 서브 시스템 중 하나로 수신부를 나타낸 블록도.
도 5는 무선전력전송 시스템의 동작 흐름도로써, 실시예에 따른 송신장치의 동작 상태를 중심으로 한 동작 흐름도.
도 6은 수신장치의 로드에 따른 전력변환부의 구동 상태를 나타낸 그래프.
도 7은 수신장치의 요구 전력 결정 방법에 관한 흐름도.
도 8은 구동 주파수에 따른 송신측 코일부 상의 코일 전류의 크기를 나타낸 그래프.
도 9 및 도 10은 구동 주파수 경계값 설정 단계를 포함한 송신장치의 동작 흐름도.
도 11은 전력 전송 제어 방법을 위한 송신장치의 제어부를 상세히 나타낸 도면.
도 12는 전력 전송 상태에서 송신장치의 타이밍도.
1 is a magnetic induction type equivalent circuit.
2 is a self-resonant-type equivalent circuit.
Figures 3a and 3b are block diagrams illustrating a transmitter as one of the subsystems that make up the wireless power transmission system.
3C is a specific circuit diagram of the transmission-side power conversion unit according to the embodiment;
4A and 4B are block diagrams illustrating a receiving unit as one of the sub-systems constituting the wireless power transmission system.
FIG. 5 is a flowchart illustrating an operation of a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention. FIG.
6 is a graph illustrating a driving state of a power conversion unit according to a load of a receiving apparatus;
7 is a flowchart related to a method for determining a required power of a receiving apparatus;
8 is a graph showing the magnitude of the coil current on the transmission side coil part according to the driving frequency.
9 and 10 are operational flowcharts of a transmitting apparatus including a driving frequency boundary value setting step.
11 is a detailed view of a control unit of a transmission apparatus for a power transmission control method.
12 is a timing diagram of a transmitting apparatus in a power transmission state.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 무선으로 전력을 전송하는 기능을 구비한 송신장치와 무선으로 전력을 수신하는 수신장치를 포함한 무선전력전송 시스템을 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a wireless power transmission system including a transmitting apparatus having a function of transmitting power wirelessly and a receiving apparatus receiving power wirelessly according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following embodiments are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in other forms. In the drawings, the size and thickness of an apparatus may be exaggerated for convenience. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

실시예는 무선 전력 전송을 위하여 저주파(50kHz)부터 고주파(15MHz)까지의 다양한 종류의 주파수 대역을 선택적으로 사용하며, 시스템 제어를 위하여 데이터 및 제어신호를 교환할 수 있는 통신시스템을 포함할 수도 있다.Embodiments may include a communication system that selectively uses various types of frequency bands from a low frequency (50 kHz) to a high frequency (15 MHz) for wireless power transmission and can exchange data and control signals for system control .

실시예는 배터리를 사용하거나 필요로 하는 전자기기를 사용하는 휴대단말 산업, 스마트 시계 산업, 컴퓨터 및 노트북 산업, 가전기기 산업, 전기자동차 산업, 의료기기 산업, 로봇 산업 등 다양한 산업분야에 적용될 수 있다.The embodiments can be applied to various industrial fields such as a mobile terminal industry using a battery or an electronic device required, a smart clock industry, a computer and notebook industry, a household appliance industry, an electric car industry, a medical device industry, and a robot industry .

실시예는 하나 또는 복수개의 전송 코일을 사용하여 한 개 이상의 다수기기에 전력 전송이 가능한 시스템을 고려할 수 있다.Embodiments may consider a system capable of power transmission to one or more multiple devices using one or more transmission coils.

실시예에 따르면 스마트폰, 노트북 등 모바일 기기에서의 배터리 부족문제를 해결할 수 있고, 일 예로 테이블에 무선충전패드를 놓고 그 위에서 스마트폰, 노트북을 사용하면 자동으로 배터리가 충전되어 장시간 사용할 수 있게 된다. 또한 까페, 공항, 택시, 사무실, 식당 등 공공장소에 무선충전패드를 설치하면 모바일기기 제조사별로 상이한 충전단자에 상관없이 다양한 모바일기기를 충전할 수 있다. 또한 무선전력전송 기술이 청소기, 선풍기 등의 생활가전제품에 적용되면 전원케이블을 찾아 다닐 필요가 없게 되고 가정 내에서 복잡한 전선이 사라지면서 건물 내 배선이 줄고 공간활용 폭도 넓어질 수 있다. 또한 현재의 가정용 전원으로 전기자동차를 충전할 경우 많은 시간이 소요되지만 무선전력전송 기술을 통해서 고전력을 전송한다면 충전시간을 줄일 수 있게 되고 주차장 바닥에 무선충전시설을 설치하게 되면 전기자동차 주변에 전원케이블을 준비 해야 하는 불편함을 해소 할 수 있다.According to the embodiment, it is possible to solve the battery shortage problem in a mobile device such as a smart phone and a notebook. For example, when a wireless charging pad is placed on a table and a smart phone or a notebook is used on the table, the battery is automatically charged and can be used for a long time . In addition, by installing wireless charging pads in public places such as cafes, airports, taxis, offices, restaurants, etc., mobile devices manufacturers can charge various mobile devices regardless of charging terminals. In addition, when wireless power transmission technology is applied to household electrical appliances such as cleaners, electric fans, etc., there is no need to look for power cables and complex wires can be eliminated in the home, which can reduce wiring in buildings and increase the space utilization. In addition, it takes a lot of time to charge the electric car with the current household power, but if the high power is transmitted through the wireless power transmission technology, the charging time can be reduced. If the wireless charging facility is installed at the bottom of the parking lot, It is possible to solve the inconvenience of having to prepare.

실시예에서 사용되는 용어와 약어는 다음과 같다.The terms and abbreviations used in the examples are as follows.

무선전력전송 시스템 (Wireless Power Transfer System): 자기장 영역 내에서 무선 전력 전송을 제공하는 시스템 Wireless Power Transfer System: A system that provides wireless power transmission within a magnetic field region

송신장치(Wireless Power Transfer System-Charger; Power Transfer Unit: PTU): 자기장 영역 내에서 전력수신기에게 무선전력전송을 제공하며 시스템 전체를 관리하는 장치로 송신장치 또는 송신기로 지칭할 수 있다. Power Transmission Unit (PTU): A device that provides wireless power transmission to a power receiver within a magnetic field range and manages the entire system, which can be referred to as a transmitter or transmitter.

수신장치(Wireless Power Receiver System-Device; Power Receiver Unit: PRU): 자기장 영역 내에서 전력송신기로부터 무선전력 전송을 제공받는 장치로 수신장치 또는 수신기로 지칭할 수 있다. Wireless Power Receiver System (PRU): A device that receives a wireless power transmission from a power transmitter within a magnetic field region and may be referred to as a receiver or receiver.

충전 영역(Charging Area): 자기장 영역 내에서 실제적인 무선 전력 전송이 이루어지는 지역이며, 응용 제품의 크기, 요구 전력, 동작주파수에 따라 변할 수 있다. Charging Area: A region where actual wireless power transmission occurs within the magnetic field region, and may vary depending on the size, required power, and operating frequency of the application product.

S 파라미터(Scattering parameter): S 파라미터는 주파수 분포상에서 입력전압 대 출력전압의 비로 입력 포트 대 출력 포트의 비(Transmission; S21) 또는 각각의 입/출력 포트의 자체 반사값, 즉 자신의 입력에 의해 반사되어 돌아오는 출력의 값(Reflection; S11, S22). Scattering parameter: The S parameter is the ratio of the input port to the output port in terms of the input voltage to the output voltage on the frequency distribution (Transmission S21) or the self reflection value of each input / output port, Reflection (S11, S22) of the reflected output.

품질 지수 Q(Quality factor): 공진에서 Q의 값은 주파수 선택의 품질을 의미하고 Q 값이 높을수록 공진 특성이 좋으며, Q 값은 공진기에서 저장되는 에너지와 손실되는 에너지의 비로 표현됨. Quality factor Q: The value of Q in resonance means the quality of frequency selection. The higher the Q value, the better the resonance characteristics. The Q value is expressed as the ratio of the energy stored in the resonator to the energy lost.

무선으로 전력을 전송하는 원리를 살펴보면, 무선 전력 전송 원리로 크게 자기 유도 방식과 자기 공진 방식이 있다.The principles of wireless power transmission include magnetic induction and self-resonance.

자기 유도 방식은 소스 인덕터(Ls)와 부하 인덕터(Ll)를 서로 근접시켜 한쪽의 소스 인덕터(Ls)에 전류를 흘리면 발생하는 자속을 매개로 부하 인덕터(Ll)에도 기전력이 발생하는 비접촉 에너지 전송기술이다. 그리고 자기 공진 방식은 2개의 공진기를 결합하는 것으로 2개의 공진기 간의 고유 주파수에 의한 자기 공진이 발생하여 동일 주파수로 진동 하면서 동일 파장 범위에서 전기장 및 자기장을 형성시키는 공명 기법을 활용하여 에너지를 무선으로 전송하는 기술이다.The magnetic induction method is a noncontact energy transfer technique in which an electromotive force is generated in the load inductor Ll via a magnetic flux generated when the source inductor Ls and the load inductor Ll are brought close to each other and a current is supplied to one of the source inductors Ls. to be. The self-resonance method combines two resonators to generate self-resonance by the natural frequency between the two resonators. By resonating at the same frequency and using the resonance technique to form an electric field and a magnetic field in the same wavelength range, Technology.

도 1은 자기 유도 방식 등가회로이다. 1 is a magnetic induction equivalent circuit.

도 1을 참조하면, 자기 유도 방식 등가회로에서 송신부는 전원을 공급하는 장치에 따른 소스 전압(Vs), 소스 저항(Rs), 임피던스 매칭을 위한 소스 커패시터(Cs) 그리고 수신부와의 자기적 결합을 위한 소스 코일(Ls)로 구현될 수 있고, 수신부는 수신부의 등가 저항인 부하 저항(Rl), 임피던스 매칭을 위한 부하 커패시터(Cl) 그리고 송신부와의 자기적 결합을 위한 부하 코일(Ll)로 구현될 수 있고, 소스 코일(Ls)과 부하 코일(Ll)의 자기적 결합 정도는 상호 인덕턴스(Msl)로 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 1, in a magnetic induction equivalent circuit, a transmitter includes a source voltage Vs, a source resistance Rs, a source capacitor Cs for impedance matching, and a magnetic coupling with a receiving unit, And a load coil Rl for an impedance matching and a load coil Ll for magnetic coupling with a transmitting unit. The load coil Rl may be implemented as a source coil Ls for impedance matching, And the degree of magnetic coupling between the source coil Ls and the load coil Ll can be expressed by mutual inductance Msl.

도 1에서 임피던스 매칭을 위한 소스 커패시터(Cs)와 부하 커패시터(Cl)이 없는 오로지 코일로만 이루어진 자기 유도 등가회로로부터 입력전압 대 출력전압의 비(S21)를 구하여 이로부터 최대 전력 전송 조건을 찾으면 최대 전력 전송 조건은 이하 수학식 1을 충족한다.In FIG. 1, the ratio S21 of the input voltage to the output voltage is obtained from the magnetic induction equivalent circuit consisting only of the coil without the source capacitor Cs and the load capacitor Cl for impedance matching, The power transmission condition satisfies Equation (1) below.

수학식 1Equation 1

Ls/Rs=Ll/RlLs / Rs = L1 / R1

상기 수학식 1에 따라 송신 코일(Ls)의 인덕턴스와 소스 저항(Rs)의 비와 부하 코일(Ll)의 인덕턴스와 부하 저항(Rl)의 비가 같을 때 최대 전력 전송이 가능하다. 인덕턴스만 존재하는 시스템에서는 리액턴스를 보상할 수 있는 커패시터가 존재하지 않기 때문에 최대 전력 전달이 이루이지는 지점에서 입/출력 포트의 자체 반사값(S11)의 값은 0이 될 수 없고, 상호 인덕턴스(Msl) 값에 따라 전력 전달 효율이 크게 변화할 수 있다. 그리하여 임피던스 매칭을 위한 보상 커패시터로써 송신부에 소스 커패시터(Cs)가 부가될 수 있고, 수신부에 부하 커패시터(Cl)가 부가될 수 있다. 상기 보상 커패시터(Cs, Cl)는 예로 수신 코일(Ls) 및 부하 코일(Ll) 각각에 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 또한 임피던스 매칭을 위하여 송신부 및 수신부 각각에는 보상 커패시터 뿐만 아니라 추가적인 커패시터 및 인덕터와 같은 수동 소자가 더 부가될 수 있다.The maximum power transmission is possible when the ratio of the inductance of the transmission coil Ls to the source resistance Rs and the ratio of the inductance of the load coil Ll to the load resistance Rl are equal to each other. Since there is no capacitor that can compensate for reactance in a system with only an inductance, the value of the self reflection value S11 of the input / output port can not be zero at the point where the maximum power transfer occurs, and the mutual inductance Msl), the power transmission efficiency may vary greatly. Thus, the source capacitor Cs may be added to the transmitter as a compensation capacitor for impedance matching, and the load capacitor Cl may be added to the receiver. The compensation capacitors Cs and Cl may be connected in series or in parallel to the receiving coil Ls and the load coil Ll, respectively. For impedance matching, a passive element such as an additional capacitor and an inductor may be added to each of the transmitter and the receiver as well as the compensation capacitor.

도 2는 자기 공진 방식 등가회로이다. 2 is a self-resonant-type equivalent circuit.

도 2를 참조하면, 자기 공진 방식 등가회로에서 송신부는 소스 전압(Vs), 소스 저항(Rs) 그리고 소스 인덕터(Ls)의 직렬 연결로 폐회로를 구성하는 소스 코일(Source coil)과 송신측 공진 인덕터(L1)와 송신측 공진 커패시터(C1)의 직렬 연결로 폐회로를 구성하는 송신측 공진 코일(Resonant coil)로 구현되고, 수신부는 부하 저항(Rl)와 부하 인덕터(Ll)의 직렬 연결로 폐회로를 구성하는 부하 코일(Load coil)과 수신측 공진 인덕터(L2)와 수신측 공진 커패시터(C2)의 직렬 연결로 폐회로를 구성하는 수신측 공진 코일로 구현되며, 소스 인덕터(Ls)와 송신측 인덕터(L1)는 K01의 결합계수로 자기적으로 결합되고, 부하 인덕터(Ll)와 부하측 공진 인덕터(L2)는 K23의 결합계수로 자기적으로 결합되고, 송신측 공진 인덕터(L1)와 수신측 공진 인덕터(L2)는 K12의 결합 계수로 자기적으로 결합된다. 또 다른 실시예의 등가회로에서는 소스 코일 및/또는 부하 코일을 생략하고 송신측 공진 코일과 수신측 공진 코일만으로 이루어질 수도 있다. 2, in the self-resonant type equivalent circuit, a transmitter includes a source coil constituting a closed circuit by a series connection of a source voltage Vs, a source resistor Rs and a source inductor Ls, Side resonant coil constituting a closed circuit by a series connection of the transmission line L1 and the transmission-side resonance capacitor C1, and the reception unit is realized by a series connection of the load resistance Rl and the load inductor Ll, Side resonance coil constituting a closed circuit by a series connection of a load coil constituting a receiving side resonance inductor L2 and a receiving side resonance capacitor C2 and a receiving side resonance coil constituting a closed circuit constituted by a source inductor Ls and a transmitting side inductor L1 are magnetically coupled to each other by a coupling coefficient of K01 and the load inductor L1 and the load side resonance inductor L2 are magnetically coupled to each other by a coupling coefficient of K23 and the transmission side resonance inductor L1 and the reception side resonance inductor L2, (L2) is the magnetic coupling coefficient of K12 . In the equivalent circuit of another embodiment, the source coil and / or the load coil may be omitted and only the transmission-side resonance coil and the reception-side resonance coil may be formed.

자기 공진 방식은 두 공진기의 공진 주파수가 동일할 때에는 송신부의 공진기의 에너지의 대부분이 수신부의 공진기로 전달되어 전력 전달 효율이 향상될 수 있고, 자기 공진 방식에서의 효율은 이하 수학식 2를 충족할 때 좋아진다.When the two resonators have the same resonance frequency, most of the energy of the resonator of the transmitter is transmitted to the resonator of the receiver so that the power transfer efficiency can be improved, and the efficiency in the self resonance method satisfies Equation When it gets better.

수학식 2Equation 2

k/Γ >> 1 (k는 결합계수, Γ 감쇄율)k / Γ >> 1 (k is the coupling coefficient, Γ attenuation factor)

자기 공진 방식에서 효율을 증가시키기 위하여 임피던스 매칭을 위한 소자를 부가할 수 있고, 임피던스 매칭 소자는 인덕터 및 커패시터와 같은 수동 소자가 될 수 있다.In order to increase the efficiency in the self-resonant mode, an element for impedance matching can be added, and the impedance matching element can be a passive element such as an inductor and a capacitor.

이와 같은 무선 전력 전송 원리를 바탕으로 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식으로 전력을 전달하기 위한 무선전력전송 시스템을 살펴본다.Based on such a wireless power transmission principle, a wireless power transmission system for transmitting power by a magnetic induction method or a self resonance method will be described.

<송신부><Transmitter>

도 3a 및 도 3b는 무선전력전송 시스템을 구성하는 서브 시스템 중 하나로 송신부를 나타낸 블록도이다. 또한 도 3c는 실시예에 따른 송신측 전력변환부의 구체적인 회로도이다. FIGS. 3A and 3B are block diagrams showing a transmitter as one of subsystems configuring a wireless power transmission system. 3C is a specific circuit diagram of the transmission-side power conversion unit according to the embodiment.

도 3a를 참조하면, 실시예에 따른 무선전력전송 시스템은 송신부(1000)와 상기 송신부(1000)로부터 무선으로 전력을 전송받는 수신부(2000)를 포함할 수 있다. 상기 송신부(1000)는 입력되는 교류 신호를 전력 변환하여 교류 신호로 출력하는 송신측 전력변환부(101)와 상기 송신측 전력변환부(101)로부터 출력되는 교류 신호에 기초하여 자기장을 생성하여 충전 영역 내의 수신부(2000)에 전력을 제공하는 송신측 공진회로부(102) 및 상기 송신측 전력변환부(101)의 전력 변환을 제어하고, 상기 송신측 전력변환부(101)의 출력 신호의 진폭과 주파수를 조절하고, 상기 송신측 공진회로부(102)의 임피던스 매칭을 수행하며, 상기 송신측 전력변환부(101) 및 상기 송신측 공진회로부(102)로부터 임피던스, 전압, 전류 정보를 센싱하며, 상기 수신부(2000)와 무선 통신할 수 있는 송신측 제어부(103)를 포함할 수 있다. 상기 송신측 전력변환부(101)는 교류신호를 직류로 변환하는 전력변환부, 직류의 레벨을 가변하여 직류를 출력하는 전력변환부, 직류를 교류로 변환하는 전력변환부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그리고 상기 송신측 공진회로부(102)는 코일과 상기 코일과 공진할 수 있는 임피던스 매칭부를 포함할 수 있다. 또한 상기 송신측 제어부(103)는 임피던스, 전압, 전류 정보를 센싱하기 위한 센싱부와 무선 통신부를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3A, a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention may include a transmitter 1000 and a receiver 2000 that receives power wirelessly from the transmitter 1000. FIG. The transmission unit 1000 generates a magnetic field based on an AC signal output from the transmission-side power conversion unit 101 and outputs the AC signal as an AC signal, Side resonance circuit section 102 that provides power to the receiving section 2000 within the region and the transmission side power conversion section 101 and controls the power conversion of the transmission side power conversion section 101 to the amplitude of the output signal of the transmission side power conversion section 101 Frequency, impedance matching of the transmission-side resonance circuit unit 102, sensing impedance, voltage, and current information from the transmission-side power conversion unit 101 and the transmission-side resonance circuit unit 102, And a transmission side control unit 103 capable of wireless communication with the reception unit 2000. The transmission-side power conversion section 101 includes at least one of a power conversion section for converting an AC signal to DC, a power conversion section for varying the level of DC to output a DC, and a power conversion section for converting DC to AC . The transmission-side resonance circuit unit 102 may include a coil and an impedance matching unit capable of resonating with the coil. The transmission-side control unit 103 may include a sensing unit and a wireless communication unit for sensing impedance, voltage, and current information.

또한 도 3b를 참조하면, 상기 송신부(1000)는 송신측 교류/직류 변환부(1100), 송신측 직류/교류 변환부(1200), 송신측 임피던스 매칭부(1300), 송신 코일부(1400) 그리고 송신측 통신 및 제어부(1500)을 포함할 수 있다. 3B, the transmitting unit 1000 includes a transmitting side AC / DC converting unit 1100, a transmitting side DC / AC converting unit 1200, a transmitting side impedance matching unit 1300, a transmitting coil unit 1400, And a transmission-side communication and control unit 1500.

송신측 교류/직류 변환부(1100)는 송신측 통신 및 제어부(1500)의 제어 하에 외부로부터 제공되는 교류 신호를 직류 신호로 변환하는 전력 변환부로써, 상기 송신측 교류/직류 변환부(1100)는 서브 시스템으로 정류기(1110)와 송신측 직류/직류 변환부(1120)을 포함할 수 있다. 상기 정류기(1110)는 제공되는 교류 신호를 직류 신호로 변환하는 시스템으로써 이를 구현하는 실시예로 고주파수 동작 시 상대적으로 높은 효율을 가지는 다이오드 정류기, 원-칩(one-chip)화가 가능한 동기 정류기 또는 원가 및 공간 절약이 가능하고 및 데드 타임(Dead time)의 자유도가 높은 하이브리드 정류기가 될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 교류를 직류로 변환하는 시스템이라면 적용 가능하다. 또한 상기 송신측 직류/직류 변환부(1120)는 송신측 통신 및 제어부(1500)의 제어 하에 상기 정류기(1110)으로부터 제공되는 직류 신호의 레벨을 조절하는 것으로 이를 구현하는 예로 입력 신호의 레벨을 낮추는 벅 컨버터(Buck converter), 입력 신호의 레벨을 높이는 부스트 컨버터(Boost converter), 입력 신호의 레벨을 낮추거나 높일 수 있는 벅 부스트 컨버터(Buck Boost converter) 또는 축 컨버터(Cuk converter)가 될 수 있다. 또한 상기 송신측 직류/직류 변환부(1120)는 전력 변환 제어 기능을 하는 스위치소자와 전력 변환 매개 역할 또는 출력 전압 평활 기능을 하는 인덕터 및 커패시터, 전압 이득을 조절 또는 전기적인 분리 기능(절연 기능)을 하는 트랜스 등을 포함할 수 있으며, 입력되는 직류 신호에 포함된 리플 성분 또는 맥동 성분(직류 신호에 포함된 교류 성분)을 제거하는 기능을 할 수 있다. 그리고 상기 송신측 직류/직류 변환부(1120)의 출력 신호의 지령치와 실제 출력 치와의 오차는 피드백 방식을 통해 조절될 수 있고, 이는 상기 송신측 통신 및 제어부(1500)에 의하여 이루어 질 수 있다.The transmitting side AC / DC converting unit 1100 is a power converting unit for converting an AC signal provided from the outside under the control of the transmitting side communication and control unit 1500 to a DC signal. The transmitting side AC / DC converting unit 1100 includes: May include a rectifier 1110 and a transmission side DC / DC converter 1120 as a subsystem. The rectifier 1110 converts a supplied AC signal into a DC signal. The rectifier 1110 may be a diode rectifier having a relatively high efficiency in high-frequency operation, a synchronous rectifier capable of one-chip operation, And a hybrid rectifier capable of saving space and having a high degree of freedom in dead time. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to a system that converts AC to DC. The transmitting side DC / DC converting unit 1120 adjusts the level of the DC signal provided from the rectifier 1110 under the control of the transmitting side communication and control unit 1500. As an example of implementing the DC signal, A buck converter, a boost converter that boosts the level of the input signal, a buck-boost converter or a Cuk converter that can raise or lower the level of the input signal. Also, the transmission side DC / DC converter 1120 includes a switch element that performs a power conversion control function, an inductor and a capacitor that perform a power conversion medium function or an output voltage smoothing function, a voltage gain control function or an electrical isolation function (insulation function) And may have a function of removing a ripple component or a ripple component (AC component included in the DC signal) included in the input DC signal. The error between the command value of the output signal of the transmitting side DC / DC converting unit 1120 and the actual output value can be adjusted through the feedback method and can be performed by the transmitting side communication and control unit 1500 .

송신측 직류/교류 변환부(1200)는 송신측 통신 및 제어부(1500)의 제어 하에 송신측 교류/직류 변환부(1100)으로부터 출력되는 직류 신호를 교류 신호로 변환하고, 변환된 교류 신호의 주파수를 조절할 수 있는 시스템으로 이를 구현하는 예로 하프 브릿지 인버터(Half bridge inverter) 또는 풀 브릿지 인버터(Full bridge inverter)가 있다. 그리고 무선전력전송 시스템은 직류를 교류로 변환하는 다양한 증폭기가 적용될 수 있고, 예로 A급, B급, AB급, C급, E 급 F급 증폭기가 있다. 또한 상기 송신측 직류/교류 변환부(1200)는 출력 신호의 주파수를 생성하는 오실레이터(Ocillator)와 출력 신호를 증폭하는 파워 증폭부를 포함할 수 있다.The transmission side DC / AC conversion unit 1200 converts the DC signal output from the transmission side AC / DC conversion unit 1100 into an AC signal under the control of the transmission side communication and control unit 1500 and outputs the converted AC signal frequency A half bridge inverter or a full bridge inverter is an example of implementing this system. In the wireless power transmission system, various amplifiers for converting direct current to alternating current can be applied. For example, class A, class B, class AB, class C, class E class F amplifier. The transmission side DC / AC conversion unit 1200 may include an oscillator for generating a frequency of an output signal and a power amplifier for amplifying an output signal.

또한 도 3a의 송신측 전력변환부(101) 또는 도 3b의 송신측 직류/교류 변환부(1200)는 도 3c와 같이 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1~Q4)의 제어에 따라 하프 브릿지 인버터 또는 풀 브릿지 인버터로 구동할 수 있다.3B, the transmission side power conversion unit 101 of FIG. 3A or the transmission side DC / AC conversion unit 1200 of FIG. 3B is controlled by the first to fourth switching devices Q1 to Q4, Or a full bridge inverter.

예를 들어, 제1 스위칭 소자(Q1)는 턴 오프를 유지하고. 제4 스위칭 소자(Q4)는 턴 온을 유지한 상태에서 제2 및 제3 스위칭 소자(Q2, Q3)를 턴온 및 턴오프 제어함에 따라 하프 브릿지 인버터로 구동할 수 있고, 상기 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q12, Q4)를 턴온 및 턴오프 제어함에 따라 풀 브릿지 인버터로 구동할 수 있다.For example, the first switching device Q1 maintains turn-off. The fourth switching device Q4 can be driven by the half bridge inverter as the second and third switching devices Q2 and Q3 are controlled to be turned on and off while the turn-on state is maintained. The full bridge inverter can be driven by turning on and off the switching elements Q12 and Q4.

실시예에 따른 송신측 직류. 교류 변환부(1200)는 하프 브릿지 인버터 구동 상태에서 제2 및 제3 스위칭 소자(Q2, Q3)의 교번 구동할 수 있고, 풀 브릿지 인터버 구동 상태에서 제1 및 제4 스위칭 소자(Q1, Q4)와 제2 및 제3 스위칭 소자(Q2, Q3)를 교번 구동할 수 있다.A transmitter side DC according to an embodiment. The AC converting unit 1200 can alternately drive the second and third switching devices Q2 and Q3 in the half bridge inverter driving state and the first and fourth switching devices Q1 and Q4 And the second and third switching elements Q2 and Q3 can be alternately driven.

또한 상기 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1~Q4)는 트랜지스터가 될 수 있다.The first to fourth switching elements Q1 to Q4 may be transistors.

상기 교류/직류 변환부(1100) 및 송신측 직류/교류 변환부(1200)의 구성은 교류 전력 공급기로 대체할 수 있으며, 생략되거나 또 다른 구성으로 대체할 수도 있다.The configuration of the AC / DC converter 1100 and the transmission side DC / AC converter 1200 may be replaced with an AC power supply, or may be omitted or replaced with another configuration.

송신측 임피던스 매칭부(1300)는 서로 다른 임피던스를 가진 지점에서 반사파를 최소화하여 신호의 흐름을 좋게 한다. 송신부(1000)와 수신부(2000)의 두 코일은 공간적으로 분리되어 있어 자기장의 누설이 많으므로 상기 송신부(1000)와 수신부(2000)의 두 연결단 사이의 임피던스 차이를 보정하여 전력 전달 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 송신측 임피던스 매칭부(1300)는 인덕터, 커패시터 그리고 저항 소자 중 적어도 하나로 구성될 수 있고, 통신 및 제어부(1500)의 제어 하에 상기 인덕터의 인덕턴스와 커패시터의 커패시턴스 그리고 저항의 저항 값을 가변하여 임피던스 매칭을 위한 임피던스 값을 조정할 수 있다. 그리고 무선전력전송 시스템이 자기 유도 방식으로 전력을 전송하는 경우, 송신측 임피던스 매칭부(1300)는 직렬 공진 구조 또는 병렬 공진 구조를 가질 수 있고, 송신부(1000)와 수신부(2000) 사이의 유도 결합 계수를 증가시켜 에너지 손실을 최소화 할 수 있다. 그리고 무선전력전송 시스템이 자기 공진 방식으로 전력을 전송하는 경우, 송신측 임피던스 매칭부(1300)는 송신부(1000)와 수신부(2000) 간의 이격 거리가 변화되거나 금속성 이물질(FO; Foreign Object), 다수의 디바이스에 의한 상호 영향 등에 따라 코일의 특성의 변화로 에너지 전송 선로상의 매칭 임피던스 변화에 따른 임피던스 매칭의 실시간 보정을 가능하게 할 수 있고, 그 보정 방식으로써 커패시터를 이용한 멀티 매칭 방식, 멀티 안테나를 이용한 매칭 방식, 멀티 루프를 이용한 방식 등이 될 수 있다.The transmission-side impedance matching unit 1300 minimizes the reflected waves at points having different impedances to improve the signal flow. Since the two coils of the transmitting unit 1000 and the receiving unit 2000 are spatially separated and the leakage of the magnetic field is large, the impedance difference between the two connecting ends of the transmitting unit 1000 and the receiving unit 2000 is corrected, . The impedance matching unit 1300 may include at least one of an inductor, a capacitor, and a resistance element. The impedance of the inductor, the capacitance of the inductor, and the resistance of the resistance may be varied under the control of the communication and control unit 1500, The impedance value for matching can be adjusted. When the wireless power transmission system transmits power in a self-induction manner, the transmission-side impedance matching unit 1300 may have a series resonance structure or a parallel resonance structure, and may have an inductive coupling between the transmission unit 1000 and the reception unit 2000 The energy loss can be minimized by increasing the coefficient. When the wireless power transmission system transmits power in a self-resonant manner, the transmission-side impedance matching unit 1300 may change the separation distance between the transmission unit 1000 and the reception unit 2000, or may change a foreign object (FO) It is possible to perform real-time correction of the impedance matching according to the change of the matching impedance on the energy transmission line due to the change of the characteristics of the coil due to the mutual influence by the device of the capacitor, A matching method, a method using a multi-loop, and the like.

송신측 코일(1400)은 복수개의 코일 또는 단수개의 코일로 구현될 수 있고, 송신측 코일(1400)이 복수개로 구비되는 경우 이들은 서로 이격되어 배치되거나 서로 중첩되어 배치될 수 있고, 이들이 중첩되어 배치되는 경우 중첩되는 면적은 자속 밀도의 편차를 고려하여 결정할 수 있다. 또한 송신측 코일(1400)을 제작할 때 내부 저항 및 방사 저항을 고려하여 제작할 수 있고, 이 때 저항 성분이 작으면 품질 지수(Quality factor)가 높아지고 전송 효율이 상승할 수 있다.The transmitting coil 1400 may be implemented as a plurality of coils or a plurality of coils. If a plurality of transmitting coils 1400 are provided, they may be spaced apart from each other, The overlapping area can be determined in consideration of the deviation of the magnetic flux density. Also, when the transmission coil 1400 is manufactured, it can be manufactured in consideration of the internal resistance and the radiation resistance. If the resistance component is small, the quality factor can be increased and the transmission efficiency can be increased.

통신 및 제어부(1500)는 송신측 제어부(1510)와 송신측 통신부(1520)를 포함할 수 있다. 상기 송신측 제어부(1510)는 수신부(2000)의 전력 요구량, 현재 충전량, 수신부의 정류기 출력단의 전압(Vrect), 복수 수신부의 각 충전 효율 그리고 무선 전력 방식중 적어도 하나 이상을 고려하여 상기 송신측 교류/직류 변환부(1100)의 출력 전압(또는 송신 코일에 흐르는 전류(Itx_coil)을 조절하는 역할을 할 수 있다. 그리고 최대 전력 전송 효율를 고려하여 상기 송신측 직류/교류 변환부(1200)를 구동하기 위한 주파수 및 스위칭 파형들을 생성하여 전송될 전력을 제어할 수 있다. 또한 수신부(2000)의 저장부(미도시)로부터 독출한 제어에 요구되는 알고리즘, 프로그램 또는 어플리케이션을 이용하여 수신부(2000)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 한편 상기 송신측 제어부(1510)는 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤유닛(Micro Controller Unit) 또는 마이콤(Micom)이라고 지칭할 수 있다. 상기 송신측 통신부(1520)는 수신측 통신부(2620)와 통신을 수행할 수 있고, 통신 방식의 일 예로 블루투스, NFC, Zigbee 등의 근거리 통신 방식을 이용할 수 있다. 상기 송신측 통신부(1520)와 수신측 통신부(2620)는 서로간에 충전 상황 정보 및 충전 제어 명령 등의 송수신을 진행할 수 있다. 그리고 상기 충전 상황 정보로는 수신부(2000)의 개수, 배터리 잔량, 충전 횟수, 사용량, 배터리 용량, 배터리 비율 그리고 송신부(1000)의 전송 전력량 등을 포함할 수 있다. 또한 송신측 통신부(1520)는 수신부(2000)의 충전 기능을 제어하는 충전 기능 제어 신호를 송신할 수 있고, 상기 충전 기능 제어 신호는 수신부(2000)를 제어하여 충전 기능을 인에이블(enabled) 또는 디스에이블(disabled)하게 하는 제어 신호일 수 있다. The communication and control unit 1500 may include a transmission side control unit 1510 and a transmission side communication unit 1520. The transmission side control unit 1510 controls the transmission side AC control unit 1510 in consideration of at least one of a power requirement of the receiving unit 2000, a present charging amount, a voltage Vrect of a rectifier output terminal of the receiving unit, DC converter 1100 or the current (Itx_coil) flowing in the transmission coil of the transmission side DC / AC converter 1200. The transmission side DC / AC converter 1200 is driven in consideration of the maximum power transmission efficiency The control unit 230 may control the operation of the receiving unit 2000 by using an algorithm, a program, or an application required for control read from a storage unit (not shown) of the receiving unit 2000 The transmission side control unit 1510 may be a microprocessor, a microcontroller unit, or a microcomputer. The transmission side communication unit 1520 can perform communication with the reception side communication unit 2620 and can use a short distance communication scheme such as Bluetooth, NFC, Zigbee, etc. As an example of the communication scheme, And the receiving side communication unit 2620 can transmit and receive the charging status information and the charging control command to each other. The charging status information includes the number of the receiving units 2000, the remaining battery level, the number of charging cycles, The battery capacity, the battery ratio, and the transmission power amount of the transmission unit 1000. The transmission side communication unit 1520 can transmit a charging function control signal for controlling the charging function of the receiving unit 2000, The function control signal may be a control signal for controlling the receiver 2000 to enable or disable the charge function.

이처럼, 송신측 통신부(1520)는 별도의 모듈로 구성되는 아웃-오브-밴드(out-of-band) 형식으로 통신될 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 송신부가 전송하는 전력신호를 이용하여 수신부가 송신부에 전달하는 피드백 신호를 이용하고, 송신부가 전송하는 전력신호의 주파수를 쉬프트(Frequency shift)를 이용하여 송신부가 수신부에 신호를 전송하는 인-밴드(in-band) 형식으로 통신을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 수신부는 피드백 신호를 변조하여 충전 개시, 충전 종료, 배터리 상태 등의 정보를 피드백 신호를 통해 송신기에 전달할 수도 있다. 또한 상기 송신측 통신부(1520)는 상기 송신측 제어부(1510)와 별도로 구성될 수 있고, 상기 수신부(2000) 또한 수신측 통신부(2620)가 수신 장치의 제어부(2610)에 포함되거나 별도로 구성될 수 있다.As described above, the transmitting-side communication unit 1520 may be communicated in an out-of-band format, which is a separate module, but the present invention is not limited thereto. A feedback signal to be transmitted to a transmitter may be used to perform communication in an in-band format in which a transmitter transmits a signal to a receiver using a frequency shift of a frequency of a power signal transmitted by the transmitter have. For example, the receiver may modulate the feedback signal to transmit information such as start of charge, end of charge, battery condition, etc. to the transmitter through a feedback signal. The transmission side communication unit 1520 may be configured separately from the transmission side control unit 1510 and the reception side communication unit 2620 may be included in the control unit 2610 of the reception device or separately have.

또한 실시예에 따른 무선전력전송 시스템의 송신부(1000)는 검출부(1600)를 추가로 구비할 수 있다.In addition, the transmitter 1000 of the wireless power transmission system according to the embodiment may further include a detector 1600.

상기 검출부(1600)는 송신측 교류/직류 변환부(1100)의 입력 신호, 송신측 교류/직류 변환부(1100)의 출력 신호, 송신측 직류/교류 변환부(1200)의 입력 신호, 송신측 직류/교류 변환부(1200)의 출력 신호, 송신측 임피던스 매칭부(1300)의 입력 신호, 송신측 임피던스 매칭부(1300)의 출력 신호, 송신측 코일(1400)의 입력 신호 또는 송신측 코일(1400) 상의 신호 중 적어도 하나를 검출할 수 있다. 일 예로, 상기 신호는 전류에 대한 정보, 전압에 대한 정보 또는 임피던스에 대한 정보 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 검출된 신호는 통신 및 제어부(1500)로 피드백되고 이를 기초로 상기 통신 및 제어부(1500)는 송신측 교류/직류 변환부(1100), 송신측 직류/교류 변환부(1200), 송신측 임피던스 매칭부(1300)를 제어할 수 있다. 또한 상기 검출부(1600)의 검출 결과를 기초하여 상기 통신 및 제어부(1500)는 FOD(Foreign object detection)를 수행할 수 있다. 그리고 상기 검출되는 신호는 전압 및 전류 중 적어도 하나일 수 있다. 한편 상기 검출부(1600)는 통신 및 제어부(1500)와 상이한 하드웨어로 구성되거나, 하나의 하드웨어로 구현될 수 있다.The detecting unit 1600 detects an input signal of the transmitting side AC / DC converting unit 1100, an output signal of the transmitting side AC / DC converting unit 1100, an input signal of the transmitting side DC / AC converting unit 1200, The input signal of the transmission side impedance matching unit 1300, the output signal of the transmission side impedance matching unit 1300, the input signal of the transmission side coil 1400, or the transmission side coil 1400). &Lt; / RTI &gt; For example, the signal may include at least one of information on a current, information on a voltage, or information on an impedance. The detected signal is fed back to the communication and control unit 1500 and the communication and control unit 1500 controls the transmission side AC / DC conversion unit 1100, the transmission side DC / AC conversion unit 1200, the transmission side impedance matching The control unit 1300 can be controlled. Also, the communication and control unit 1500 can perform a foreign object detection (FOD) based on the detection result of the detection unit 1600. And the detected signal may be at least one of a voltage and a current. Meanwhile, the detection unit 1600 may be implemented by hardware different from the communication and control unit 1500, or may be implemented by one hardware.

<수신부><Receiver>

도 4a 및 도 4b는 무선전력전송 시스템을 구성하는 서브 시스템 중 하나로 수신부(또는, 수신 장치)를 나타낸 블록도이다. 도 4a를 참조하면, 실시예에 따른 무선전력전송 시스템은 송신부(1000)와 상기 송신부(1000)로부터 무선으로 전력을 전송받는 수신부(2000)를 포함할 수 있다. 상기 수신장치(2000)는 상기 송신장치(1000)로부터 전송되는 교류 신호를 수신하는 수신측 공진회로부(201), 상기 수신측 공진회로부(201)로부터의 교류 전력을 전력 변환하여 직류 신호로 출력하는 수신측 전력변환부(202)와 상기 수신측 전력변환부(202)로부터 출력되는 직류 신호를 수신하여 충전되는 부하(2500) 그리고 상기 수신측 공진회로부(201)의 전류 전압을 센싱하거나, 상기 수신측 공진회로부(201)의 임피던스 매칭을 수행하거나, 상기 수신측 전력변환부(202)의 전력 변환을 제어하고, 상기 수신측 전력변환부(202)의 출력 신호의 레벨을 조절하거나, 상기 수신측 전력변환부(202)의 입력 또는 출력 전압이나 전류를 센싱하거나, 상기 수신측 전력변환부(202)의 출력 신호의 상기 부하(2500)로의 공급 여부를 제어하거나, 상기 송신장치(1000)와 통신할 수 있는 수신측 제어부(203)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 수신측 전력변환부(202)는 교류신호를 직류로 변환하는 전력변환부, 직류의 레벨을 가변하여 직류를 출력하는 전력변환부, 직류를 교류로 변환하는 전력변환부를 포함할 수 있다. 또한 도 4b를 참조하면, 실시예에 따른 무선전력전송 시스템은 송신부(또는, 송신 장치)(1000)와 상기 송신부(1000)로부터 무선으로 전력을 전송받는 수신부(또는, 수신 장치)(2000)를 포함할 수 있고, 상기 수신부(2000)는 수신측 코일부(2100) 및 수신측 임피던스 매칭부(2200)로 구성된 수신측 공진회로부(2120), 수신측 교류/직류 변환부(2300), 직류/직류변환부(2400), 부하(2500) 및 수신측 통신 및 제어부(2600)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 수신측 교류/직류 변환부(2300)는 교류 신호를 직류 신호로 정류하는 정류부로 지칭할 수 있다. 4A and 4B are block diagrams showing a receiving unit (or receiving apparatus) as one of the subsystems constituting the wireless power transmission system. Referring to FIG. 4A, a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention may include a transmitter 1000 and a receiver 2000 that receives power wirelessly from the transmitter 1000. FIG. The receiving apparatus 2000 includes a receiving-side resonant circuit unit 201 for receiving an AC signal transmitted from the transmitting apparatus 1000, an AC-to-AC converting circuit for converting AC power from the receiving- A load 2500 to receive a DC signal output from the receiving-side power converter 202 and the receiving-side power converter 202, a current voltage of the receiving-side resonator circuit 201, Side resonance circuit unit 201 or to control the power conversion of the reception side power conversion unit 202 and to adjust the level of the output signal of the reception side power conversion unit 202, It is possible to sense the input or output voltage or current of the power conversion section 202 or to control whether or not the output signal of the reception side power conversion section 202 is supplied to the load 2500, That can be It may include sincheuk control section 203. The receiving-side power converting section 202 may include a power converting section for converting the AC signal into DC, a power converting section for varying the level of the DC to output the DC, and a power converting section for converting the DC to AC. Referring to FIG. 4B, a wireless power transmission system according to an embodiment includes a transmitter (or a transmitter) 1000 and a receiver (or receiver) 2000 that receives power wirelessly from the transmitter 1000 The receiving unit 2000 includes a receiving-side resonant circuit unit 2120 including a receiving-side coil unit 2100 and a receiving-side impedance matching unit 2200, a receiving-side AC / DC converting unit 2300, a DC / A DC conversion unit 2400, a load 2500, and a reception side communication and control unit 2600. The receiving-side AC / DC converter 2300 may be referred to as a rectifier for rectifying the AC signal into a DC signal.

수신측 코일부(2100)은 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식을 통해 전력을 수신할 수 있다. 이와 같이 전력 수신 방식에 따라서 유도 코일 또는 공진 코일 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. The receiving side coil part 2100 can receive power through a magnetic induction method or a self resonance method. As described above, at least one of the induction coil and the resonance coil may be included according to the power reception scheme.

일 실시예로, 수신측 코일부(2100)는 근거리 통신용 안테나(NFC: Near Field Communication)와 함께 휴대단말에 배치될 수 있다. 그리고 상기 수신측 코일부(2100)은 송신측 코일부(1400)와 동일할 수도 있고, 수신 안테나의 치수는 수신부(200)의 전기적 특성에 따라 달라질 수도 있다.In one embodiment, the receiving side coil part 2100 may be disposed in a portable terminal together with an antenna for near field communication (NFC). The receiving side coil part 2100 may be the same as the transmitting side coil part 1400 and the dimensions of the receiving antenna may be different according to the electrical characteristics of the receiving part 200. [

수신측 임피던스 매칭부(2200)는 송신기(1000)와 수신기(2000) 사이의 임피던스 매칭을 수행한다. The receiving-side impedance matching unit 2200 performs impedance matching between the transmitter 1000 and the receiver 2000.

상기 수신측 교류/직류 변환부(2300)는 수신측 코일부(2100)으로부터 출력되는 교류 신호를 정류하여 직류 신호를 생성한다. 그리고 상기 수신측 교류/직류 변환부(2300)의 출력 전압은 정류 전압(Vrect)로 지칭할 수 있고, 수신측 통신 및 제어부(2600)는 상기 수신측 교류/직류 변환부(2300)의 출력 전압을 검출하거나 변경할 수 있고, 상기 수신측 교류/직류 변환부(2300)의 출력 전압의 최소값인 최소 정류 전압(Vrect_min)(또는 최소 출력 전압(Vrect_min)으로 지칭), 최대값인 최대 정류 전압(Vrect_max)(또는 최대 출력 전압(Vrect_max)으로 지칭), 상기 최소값과 최대값 사이의 값 중 어느 하나의 전압 값을 가지는 최적 정류 전압(Vrect_set)(또는 최적 출력 전압(Vrect_set)으로 지칭)에 대한 정보와 같은 상태 파라미터 정보를 송신부(1000)에 전송할 수 있다.The receiving-side AC / DC converter 2300 rectifies the AC signal output from the receiving-side coil part 2100 to generate a DC signal. DC converter 2300 can be referred to as a rectified voltage Vrect and the receiving-side communication and control unit 2600 can be referred to as an output voltage of the receiving-side AC / DC converting unit 2300 (Or referred to as a minimum output voltage Vrect_min) which is the minimum value of the output voltage of the receiving AC / DC converter 2300 and a maximum rectified voltage Vrect_max (Or referred to as the maximum output voltage Vrect_max), the optimum rectified voltage Vrect_set (referred to as the optimum output voltage Vrect_set) having any one of the values between the minimum value and the maximum value, It is possible to transmit the same status parameter information to the transmission unit 1000.

수신측 직류/직류변환부(2400)는 수신측 교류/직류 변환부(2300)에서 출력되는 직류 신호의 레벨을 부하(2500)의 용량에 맞게 조정할 수 있다.The receiving-side DC / DC converting section 2400 can adjust the level of the DC signal output from the receiving-side AC / DC converting section 2300 to the capacity of the load 2500.

상기 부하(2500)는 배터리, 디스플레이, 음성 출력 회로, 메인 프로세서, 배터리 관리부 그리고 각종 센서들을 포함할 수 있다. 그리고 상기 부하(2500)는 도 4a와 같이 적어도 배터리(2510) 및 배터리 관리부(2520)을 포함할 수 있다. 상기 배터리 관리부(2520)는 상기 배터리(2510)의 충전 상태를 감지하여 상기 배터리(2510)로 인가되는 전압과 전류를 조절할 수 있다.The load 2500 may include a battery, a display, a sound output circuit, a main processor, a battery management unit, and various sensors. The load 2500 may include at least a battery 2510 and a battery management unit 2520 as shown in FIG. 4A. The battery management unit 2520 senses the state of charge of the battery 2510 and can adjust the voltage and current applied to the battery 2510.

수신측 통신 및 제어부(2600)는 송신측 통신 및 제어부(1500)로부터 웨이크-업 전력에 의해 활성화 될 수 있고, 상기 송신측 통신 및 제어부(1500)와 통신을 수행하고, 수신부(2000)의 서브 시스템의 동작을 제어할 수 있다.The receiving side communication and control unit 2600 can be activated by the wake-up power from the transmitting side communication and control unit 1500 and performs communication with the transmitting side communication and control unit 1500, The operation of the system can be controlled.

상기 수신부(2000)는 단수 또는 복수개로 구성되어 송신부(1000)로부터 동시에 에너지를 무선으로 전달 받을 수 있다. 즉 자기 공진 방식의 무선전력전송 시스템에서는 하나의 송신부(1000)로부터 복수의 타켓 수신부(2000)가 전력을 공급받을 수 있다. 이때 상기 송신부(1000)의 송신측 매칭부(1300)는 복수개의 수신부(2000)들 사이의 임피던스 매칭을 적응적으로 수행할 수 있다. 이는 자기 유도 방식에서 서로 독립적인 수신측 코일부를 복수개 구비하는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.The receiving unit 2000 includes a single or a plurality of receiving units 2000, and can simultaneously receive energy from the transmitting unit 1000 wirelessly. That is, in the self-resonant wireless power transmission system, a plurality of target receivers 2000 can receive power from one transmitter 1000. At this time, the transmitter matching unit 1300 of the transmitter 1000 may adaptively perform impedance matching between the plurality of receivers 2000. This can be equally applied to a case where a plurality of reception side coil portions independent from each other in the magnetic induction system are provided.

또한 상기 수신부(2000)가 복수개로 구성된 경우 전력 수신 방식이 동일한 시스템이거나, 서로 다른 종류의 시스템이 될 수 있다. 이 경우, 송신부(1000)는 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식으로 전력을 전송하는 시스템이거나 양 방식을 혼용한 시스템일 수 있다.When the receiving unit 2000 includes a plurality of units, the power receiving systems may be the same system or different types of systems. In this case, the transmitting unit 1000 may be a system for transmitting power by a magnetic induction system or a self-resonance system, or a system for mixing both systems.

한편 무선전력전송 시스템의 신호의 크기와 주파수 관계를 살펴보면, 자기 유도 방식의 무선 전력 전송의 경우, 송신부(1000)에서 송신측 교류/직류 변환부(1100)은 수십 또는 수백 V대(예를 들어 110V~220V)의 수십 또는 수백 Hz 대(예를 들어 60Hz)의 교류 신호를 인가 받아 수V 내지 수십V, 수백V(예를 들어 10V~20V)의 직류 신호로 변환하여 출력할 수 있고, 송신측 직류/교류 변환부(1200)는 직류 신호를 인가 받아 KHz대(예를 들어 125KHz)의 교류 신호를 출력할 수 있다. 그리고 수신부(2000)의 수신측 교류/직류 변환부(2300)는 KHz대(예를 들어 125KHz)의 교류 신호를 입력 받아 수V 내지 수십V, 수백V대(예를 들어 10V~20V)의 직류 신호로 변환하여 출력할 수 있고, 수신측 직류/직류변환부(2400)는 부하(2500)에 적합한, 예를 들어 5V의 직류 신호를 출력하여 상기 부하(2500)에 전달할 수 있다. 그리고 자기 공진 방식의 무선 전력 전송의 경우, 송신부(1000)에서 송신측 교류/직류 변환부(1100)은 수십 또는 수백 V대(예를 들어 110V~220V)의 수십 또는 수백 Hz 대(예를 들어 60Hz)의 교류 신호를 인가 받아 수V 내지 수십V, 수백V(예를 들어 10V~20V)의 직류 신호로 변환하여 출력할 수 있고, 송신측 직류/교류 변환부(1200)는 직류 신호를 인가받아 MHz대(예를 들어 6.78MHz)의 교류 신호를 출력할 수 있다. 그리고 수신부(2000)의 수신측 교류/직류 변환부(2300)는 MHz(예를 들어 6.78MHz)의 교류 신호를 입력 받아 수V 내지 수십V, 수백V (예를 들어 10V~20V)의 수신측 직류 신호로 변환하여 출력할 수 있고, 직류/직류변환부(2400)는 부하(2500)에 적합한, 예를 들어 5V의 직류 신호를 출력하여 상기 부하(2500)에 전달할 수 있다.Meanwhile, in the case of a wireless power transmission of a magnetic induction type, the transmission side AC / DC conversion unit 1100 in the transmission unit 1000 may transmit data of several tens or hundreds of V (for example, (For example, 10 V to 20 V) and can output a DC signal of several V to several tens V and several hundred V (for example, 10 V to 20 V) by receiving an AC signal of several tens or several hundred Hz Side DC / AC converting unit 1200 can receive an AC signal and output an AC signal of KHz band (for example, 125 KHz). The receiving AC / DC converting unit 2300 of the receiving unit 2000 receives AC signals of KHz band (for example, 125KHz) and receives DC signals of several V to several tens V, several hundred V (for example, 10V to 20V) And the receiving side DC / DC converting section 2400 can output a DC signal of, for example, 5V suitable for the load 2500 and transmit the DC signal to the load 2500. In the case of the wireless power transmission of the self-resonance type, the transmitting side AC / DC converting unit 1100 in the transmitting unit 1000 may transmit power of several tens or several hundreds Hz (for example, 110 V to 220 V) And the transmission side DC / AC conversion unit 1200 converts the DC signal into a DC signal of several V to several tens V and several hundred V (for example, 10V to 20V) And can output an AC signal of MHz band (for example, 6.78 MHz). The receiving AC / DC converting unit 2300 of the receiving unit 2000 receives AC signals of MHz (for example, 6.78 MHz) and receives AC signals of several V to several tens V, several hundred V (for example, 10 V to 20 V) DC converter 2400 can output a DC signal of, for example, 5V suitable for the load 2500 and transmit it to the load 2500. The DC /

<송신장치의 동작 상태>&Lt; Operation state of transmitting apparatus >

도 5는 무선전력전송 시스템의 동작 흐름도로써, 실시예에 따른 송신장치의 동작 상태를 중심으로 한 동작 흐름도이다. 또한 도 6은 수신장치의 로드에 따른 전력변환부의 구동 상태를 나타낸 그래프이다. 5 is a flowchart illustrating an operation of the wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention. 6 is a graph showing the driving state of the power conversion unit according to the load of the receiving apparatus.

도 5를 참조하면, 실시예에 따른 송신장치는 적어도 1) 선택 상태, 2) 검출 상태, 3) 식별 및 설정 상태, 4) 전력 전달 상태 및 5) 충전 종료 상태를 가질 수 있다.5, a transmitting apparatus according to an embodiment may have at least 1) a selection state, 2) a detection state, 3) an identification and setting state, 4) a power delivery state, and 5) a charge end state.

[선택 상태(Selection Phase)][Selection Phase]

(1) 선택 상태에서 송신장치(1000)는 감지 영역 또는 충전 영역에 존재하는 수신장치(200)를 선택하기 위하여 검출 과정을 수행할 수 있다.(1) In the selected state, the transmitting apparatus 1000 can perform a detecting process to select the receiving apparatus 200 existing in the sensing area or the charging area.

(2) 상기 감지 영역 또는 충전 영역은, 전술된 바와 같이, 해당 영역 내의 물체가 상기 송신측 전력변환부(101)의 전력의 특성에 영향을 미칠 수 있는 영역을 지칭할 수 있다. 검출 상태와 비교하여, 상기 선택 상태에서 수신장치(2000)의 선택을 위한 검출 과정은 전력 제어 메시지를 이용하여 상기 수신장치(2000)로부터 응답을 수신하는 방식 대신에, 상기 송신장치(1000) 측의 전력 변환부에서 무선 전력 신호를 형성하기 위한 전력량이 변화하는 것을 감지하여 일정 범위 내에 물체가 존재하는지 확인하는 과정이다. 상기 선택 상태에서의 검출 과정은 후술될 검출 상태에서 디지털 형식의 패킷을 이용 않고, 무선 전력 신호를 이용하여 물체를 검출하는 점에서 아날로그 검출 과정(analog ping)으로 지칭할 수 있다.(2) The sensing area or the charging area may refer to an area where an object in the area may affect the characteristics of the power of the transmission-side power converter 101, as described above. The detection process for selecting the receiving apparatus 2000 in the selected state may be performed by the transmitting apparatus 1000 side instead of receiving the response from the receiving apparatus 2000 using the power control message The power conversion unit of the mobile communication terminal detects the change of the amount of power for forming the wireless power signal and checks whether an object exists within a certain range. The detection process in the selected state can be referred to as an analog detection process (analog ping) in that an object is detected using a wireless power signal without using a digital format packet in a detection state to be described later.

(3) 선택 상태에서 송신장치(1000)는 상기 감지 영역 또는 충전 영역 내에 객체(object)가 들어오고 나가는 것을 감지할 수 있다. 또한 상기 송신장치(1000)는 상기 감지 영역 또는 충전 영역 내에 있는 물체들 중에서 무선으로 전력을 전달할 수 있는 수신장치(2000)와 그 밖의 물체들(예를 들어, 열쇠, 동전 등)을 구분할 수 있다.(3) In the selected state, the transmitting apparatus 1000 can detect that an object enters or exits the sensing area or the charging area. Also, the transmitting apparatus 1000 can distinguish the receiving apparatus 2000 and other objects (e.g., keys, coins, etc.) capable of wirelessly transmitting power among the objects in the sensing region or the charging region .

전술된 바와 같이, 유도 결합 방식 및 공진 결합 방식에 따라 무선으로 전력을 전송할 수 있는 거리가 다르므로 상기 선택 상태에서 물체가 검출되는 감지 영역은 서로 다를 수 있다.As described above, since the distance over which the electric power can be transmitted wirelessly differs according to the inductive coupling method and the resonant coupling method, the sensing area where the object is detected in the selected state may be different from each other.

(4) 먼저, 유도 결합 방식에 따라 전력이 전송되는 경우에 상기 선택 상태의 송신장치(1000)는 물체들의 배치 및 제거를 감지하기 위하여 인터페이스 표면(미도시)을 모니터링 할 수 있다.(4) First, when power is transmitted according to the inductive coupling method, the transmitting apparatus 1000 in the selected state can monitor the interface surface (not shown) to detect the placement and removal of objects.

또한 상기 송신장치(1000)는 상기 인터페이스 표면의 상부에 놓인 무선 전력 수신장치(2000)의 위치를 감지할 수도 있다.The transmitting apparatus 1000 may sense the position of the wireless power receiving apparatus 2000 placed on the interface surface.

(5) 상기 송신장치(1000)가 하나 이상의 전송 코일을 포함하는 경우, 상기 선택 상태에서 상기 검출 상태로 진입하고, 상기 검출 상태에서 각각의 코일을 이용하여 상기 object로부터 검출 신호에 대한 응답이 전송되는지 여부를 확인하거나 또는 그 후 상기 식별 상태로 진입하여 상기 object로부터 식별 정보가 전송되는지 여부를 확인하는 방법을 수행할 수 있다. (5) When the transmitting apparatus 1000 includes one or more transmission coils, the controller enters the detection state in the selected state, and transmits a response to the detection signal from the object using each coil in the detection state Or after entering the identification state, it is checked whether identification information is transmitted from the object.

상기 송신장치(1000)는 이와 같은 과정을 통하여 획득한 상기 감지된 수신장치(2000)의 위치에 기초하여 무선 전력 전송에 사용될 코일을 결정할 수 있다.The transmitting apparatus 1000 can determine a coil to be used for wireless power transmission based on the position of the receiving apparatus 2000 that is acquired through the above process.

(6) 또한, 공진 결합 방식에 따라 전력이 전송되는 경우에 상기 선택 상태의 송신장치(1000)는 상기 감지 영역 또는 충전 영역 내의 물체로 인한 상기 전력 변환부의 주파수, 전류, 전압 중 하나 이상이 변경되는 것을 감지함으로써 상기 object를 검출할 수 있다.(6) When power is transmitted in accordance with the resonance coupling method, the transmitting apparatus 1000 in the selected state changes the frequency, current, and voltage of the power conversion unit due to an object in the sensing area or the charging area to The object can be detected.

(7) 한편, 상기 선택 상태의 송신장치(1000)는 상기 유도 결합 방식 및 공진 결합 방식에 따른 검출 방법 중 적어도 하나의 방법에 의하여 물체를 검출할 수 있다. (7) On the other hand, the transmitting apparatus 1000 in the selected state can detect an object by at least one of the inductive coupling method and the resonant coupling method detecting method.

(8) 상기 송신장치(1000)는 각 전력 전송 방식에 따른 물체 검출 과정을 수행하고, 이후에 다른 상태들로 진행하기 위하여 무선 전력 전달을 위한 결합 방식 중에서 상기 물체를 검출한 방식을 선택할 수 있다.(8) The transmitting apparatus 1000 may perform an object detecting process according to each power transmission method, and then select a method of detecting the object among the combining methods for wireless power transmission in order to proceed to other states .

(9) 한편, 상기 선택 상태의 송신장치(1000)는 물체를 검출하기 위하여 형성하는 무선 전력 신호와 이후 상태들에서의 디지털 검출, 식별, 설정 및 전력 전송을 위하여 형성하는 무선 전력 신호는 그 주파수, 세기 등의 특성이 다를 수 있다. 이는 상기 송신장치(1000)의 선택 상태는 물체를 검출하기 위한 대기 상태(idle phase)에 해당하여, 상기 송신장치(1000)가 대기 중의 소비 전력을 줄이거나 또는 효율적인 물체 검출을 위하여 특화된 신호를 생성시킬 수 있도록 하기 위함이다.(9) On the other hand, in the transmitting apparatus 1000 in the selected state, a wireless power signal to be formed for detecting an object and a wireless power signal for digital detection, identification, setting, and power transmission in the following states, , Intensity, etc. may be different. This is because the selected state of the transmitting apparatus 1000 corresponds to an idle phase for detecting an object, and thus the transmitting apparatus 1000 can reduce the power consumption in the air or generate a specialized signal for efficient object detection So that it can be used.

[검출 상태(Ping Phase)][Detection state (Ping Phase)]

(1) 검출 상태에서 송신장치(1000)가 전력 제어 메시지를 통해 감지 영역 또는 충전 영역 내에 존재하는 수신장치(2000)를 검출하는 과정을 수행할 수 있다. 상기 선택 상태에서 무선 전력 신호의 특성 등을 이용한 수신장치(2000)의 검출 과정과 비교하여, 상기 검출 상태에서의 검출 과정은 디지털 검출 과정(digital ping)이라 지칭할 수 있다.(1) In the detection state, the transmitting apparatus 1000 can detect the receiving apparatus 2000 existing in the sensing area or the charging area through the power control message. In comparison with the detection process of the receiving apparatus 2000 using the characteristics of the wireless power signal in the selected state, the detection process in the detection state can be referred to as digital ping.

(2) 송신장치(1000)는 수신장치(2000)를 검출하기 위한 무선 전력 신호를 형성하고, 상기 수신장치(2000)에 의하여 변조된 무선 전력 신호를 복조하고, 상기 복조된 무선 전력 신호로부터 상기 검출 신호에 대한 응답에 해당하는 디지털 데이터 형태의 전력 제어 메시지를 획득할 수 있다.(2) The transmitting apparatus 1000 forms a radio power signal for detecting the receiving apparatus 2000, demodulates the radio power signal modulated by the receiving apparatus 2000, A power control message in the form of digital data corresponding to a response to the detection signal can be obtained.

(3) 상기 송신장치(1000)는 상기 검출 신호에 대한 응답에 해당하는 전력 제어 메시지를 수신함으로써 전력 전송의 대상이 되는 상기 수신장치(2000)를 인지 할 수 있다.(3) The transmitting apparatus 1000 can recognize the receiving apparatus 2000 that is a target of power transmission by receiving a power control message corresponding to a response to the detection signal.

(4) 검출 상태에 있는 송신장치(1000)가 디지털 검출 과정을 수행하기 위하여 형성하는 검출 신호는 특정 동작 포인트(operating point)의 전력 신호를 일정한 시간 동안 인가함으로써 형성되는 무선 전력 신호일 수 있다. (4) The detection signal formed by the transmitting apparatus 1000 in the detecting state to perform the digital detecting process may be a wireless power signal formed by applying a power signal of a specific operating point for a predetermined time.

여기서의 동작 포인트는 송신 코일부(1400)에 인가되는 전압의 주파수, 듀티 사이클(duty cycle) 및 진폭을 의미할 수 있다. The operating point herein may refer to the frequency, duty cycle and amplitude of the voltage applied to the transmitting coil section 1400.

상기 송신장치(1000)는 상기 특정 동작 포인트의 전력 신호를 인가함으로써 생성된 상기 검출 신호를 일정한 시간 동안 생성하고, 상기 수신장치(2000)로부터 전력 제어 메시지를 수신할 것을 시도할 수 있다.The transmitting apparatus 1000 may generate the detecting signal generated by applying the power signal of the specific operating point for a predetermined time and attempt to receive the power control message from the receiving apparatus 2000. [

(5) 한편, 상기 검출 신호에 대한 응답에 해당하는 전력 제어 메시지는 상기 수신장치(2000)가 수신한 무선 전력 신호의 강도(strength)를 나타내는 메시지일 수 있다. 예를 들어, 상기 수신장치(2000)는 상기 검출 신호에 대한 응답으로서 수신된 무선 전력 신호의 강도를 나타내는 메시지가 포함된 신호 강도 패킷(Signal Strength Packet)을 전송할 수 있다. 상기 패킷은 신호 강도를 나타내는 패킷임을 알리는 헤더 및 상기 수신장치(2000)가 수신한 전력 신호의 강도를 나타내는 메시지를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 메시지 내의 전력 신호의 강도는 상기 송신장치(1000)와 상기 수신장치(2000) 사이의 전력 전송을 위한 유도 결합 또는 공진 결합의 정도(degree of coupling)를 나타내는 값일 수 있다.(5) Meanwhile, the power control message corresponding to the response to the detection signal may be a message indicating the strength of the wireless power signal received by the receiving apparatus 2000. For example, the receiving apparatus 2000 may transmit a signal strength packet including a message indicating the strength of the received wireless power signal in response to the detection signal. The packet may include a header indicating that the packet is a signal indicating the signal strength and a message indicating the strength of the power signal received by the receiving apparatus 2000. The strength of the power signal in the message may be a value indicating the degree of coupling of inductive coupling or resonant coupling for power transmission between the transmitting device 1000 and the receiving device 2000.

(6) 상기 송신장치(1000)는 상기 검출 신호에 대한 응답 메시지를 수신하여 상기 수신장치(2000)를 발견한 후에, 상기 디지털 검출 과정을 연장하여 식별 및 검출 상태로 진입할 수 있다. 즉, 상기 송신장치(1000)는 상기 수신장치(2000)를 발견한 후에 상기 특정 동작 포인트의 전력 신호를 유지하여 상기 식별 및 검출 상태에서 필요한 전력 제어 메시지를 수신할 수 있다.(6) After receiving the response message to the detection signal and finding the receiving apparatus 2000, the transmitting apparatus 1000 may extend the digital detecting process to enter the identification and detection state. That is, the transmitting apparatus 1000 can receive the power control message required in the identifying and detecting state by maintaining the power signal of the specific operating point after finding the receiving apparatus 2000.

다만, 상기 송신장치(1000)가 전력을 전달할 수 있는 수신장치(2000)를 발견하지 못한 경우, 상기 송신장치(1000)의 동작 상태는 상기 선택 상태로 되돌아갈 수 있다.However, if the transmitting apparatus 1000 does not find the receiving apparatus 2000 capable of transmitting the power, the operating state of the transmitting apparatus 1000 may be returned to the selected state.

[식별 및 설정 상태(Identification and Configuration Phase)][Identification and Configuration Phase]

(1) 상기 식별 및 설정 상태에서 송신장치(1000)는 수신장치(2000)가 전송하는 식별 정보 및/또는 설정 정보를 수신하여 전력 전달이 효율적으로 이루어지도록 제어할 수 있다.(1) In the identification and setting state, the transmitting apparatus 1000 can receive the identification information and / or the setting information transmitted by the receiving apparatus 2000 and control the power transmission to be efficiently performed.

(2) 상기 식별 및 설정 상태에서 상기 수신장치(2000)는 자신의 식별 정보를 포함하는 전력 제어 메시지를 전송할 수 있다. 이를 위하여, 상기 수신장치(2000)는, 예컨대, 상기 수신장치(2000)의 식별 정보를 나타내는 메시지가 포함된 식별 패킷(Identification Packet)을 전송할 수 있다. 상기 패킷은 식별 정보를 나타내는 패킷임을 알리는 헤더 및 상기 수신장치(2000)의 식별 정보를 포함하는 메시지를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 메시지는 무선 전력 전송을 위한 규약의 버전을 나타내는 정보, 상기 수신장치(2000)의 제조 업체를 식별하는 정보, 확장 장치 식별자의 유무를 나타내는 정보 및 기본 장치 식별자를 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 확장 장치 식별자의 유무를 나타내는 정보에 확장 장치 식별자가 존재하는 것으로 표시되는 경우, 확장 장치 식별자를 포함한 확장 식별 패킷(Extended Identification Packet) 이 별도로 전송될 수 있다. 상기 패킷은 확장 장치 식별자를 나타내는 패킷임을 알리는 헤더 및 확장 장치 식별자를 포함하는 메시지를 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 같이 확장 장치 식별자가 사용되는 경우에, 상기 수신장치(2000)를 식별하기 위하여 상기 제조 업체의 식별 정보, 상기 기본 장치 식별자 및 상기 확장 장치 식별자에 기초한 정보가 사용될 수 있다.(2) In the identification and setting state, the receiving apparatus 2000 can transmit a power control message including its own identification information. For this purpose, the receiving apparatus 2000 may transmit an identification packet including a message indicating identification information of the receiving apparatus 2000, for example. The packet may be configured to include a header indicating that it is a packet indicating identification information and a message including identification information of the reception apparatus 2000. The message may be configured to include information indicating a version of a protocol for wireless power transmission, information identifying a manufacturer of the receiving device 2000, information indicating the presence or absence of an extension device identifier, and a basic device identifier. Also, in the case where the extension device identifier is present in the information indicating the presence or absence of the extension device identifier, an Extended Identification Packet including the extension device identifier may be separately transmitted. The packet may be configured to include a message including a header indicating an extension device identifier and an extension device identifier. In the case where the extension apparatus identifier is used, information based on the identification information of the manufacturer, the base apparatus identifier, and the extension apparatus identifier may be used to identify the receiving apparatus 2000.

(3) 상기 식별 및 설정 상태에서 상기 수신장치(2000)는 예상 최대 전력에 대한 정보를 포함하는 전력 제어 메시지를 전송할 수 있다. 이를 위하여, 상기 수신장치(2000)는, 예컨대, 설정 패킷(Configuration Packet)을 전송할 수 있다. 상기 패킷은 설정 패킷임을 알리는 헤더 및 상기 예상 최대 전력에 대한 정보를 포함하는 메시지를 포함하도록 구성될 수 있다. (3) In the identifying and setting state, the receiving apparatus 2000 may transmit a power control message including information on the estimated maximum power. To this end, the receiving apparatus 2000 can transmit, for example, a configuration packet (Configuration Packet). The packet may be configured to include a header indicating that the packet is a configuration packet and a message including information on the estimated maximum power.

상기 메시지는 전력 클래스, 예상 최대 전력에 대한 정보, 무선 전력 송신장치(1000) 측의 주요 셀의 전류를 결정하는 방법을 나타내는 지시자, 선택적인 설정 패킷들의 수를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 지시자는 무선 전력 전송을 위한 규약에 명시된 대로 상기 송신장치(1000) 측의 주요 셀의 전류가 결정될 것인지 여부를 나타내는 것일 수 있다.The message may be configured to include a power class, information about the expected maximum power, an indicator that indicates how to determine the current of the primary cell on the side of the wireless power transmission device 1000, and the number of optional configuration packets. The indicator may indicate whether or not the current of the main cell of the transmitting apparatus 1000 side is determined as specified in the protocol for the wireless power transmission.

(4) 한편, 상기 송신장치(1000)는 상기 식별 정보 및/또는 설정 정보를 기초로 상기 수신장치(2000)와 전력 충전에 사용되는 전력 전달 규약(power transfer contract)을 생성할 수 있다. 상기 전력 전달 규약은 상기 전력 전달 상태에서의 전력 전달 특성을 결정하는 파라미터들의 한정 사항들(limits)을 포함할 수 있다.(4) On the other hand, the transmitting apparatus 1000 may generate a power transfer contract to be used for power charging with the receiving apparatus 2000 based on the identification information and / or the setting information. The power transfer protocol may include limits of parameters that determine the power transfer characteristics in the power transfer state.

(5) 상기 송신장치(1000)는 상기 전력 전달 상태로 진입하기 전에 상기 식별 및 설정 상태를 종료하고, 상기 선택 상태로 되돌아 갈 수 있다. 예컨대, 상기 송신장치(1000)는 무선으로 전력을 수신할 수 있는 다른 수신장치(2000)를 찾기 위하여 상기 식별 및 설정 상태를 종료할 수 있다.(5) The transmitting apparatus 1000 may terminate the identification and setting state before entering the power transmission state, and return to the selected state. For example, the transmitting apparatus 1000 may terminate the identifying and setting state to search for another receiving apparatus 2000 capable of receiving power wirelessly.

[전력 전달 상태(Power Transfer Phase)][Power Transfer Phase]

(1) 상기 전력 전송 상태에서의 상기 송신장치(1000)는 상기 수신장치(2000)로 전력을 전송한다.(1) The transmitting apparatus 1000 in the power transmission state transmits power to the receiving apparatus 2000.

(2) 이 경우, 송신장치(1000)는 수신한 식별 패킷에 기초하여 수신장치(2000)의 버전에 따라 전력변환부(101)를 제어하여 무선 전력을 전송할 수 있다. 구체적으로 상기 수신장치(2000)의 버전을 확인하여 상기 수신장치(2000)가 로우(Low) 파워급에 해당하는 경우, 전력변환부(101)를 하프 브릿지 인버터로 구동하여 무선 전력을 전송할 수 있고, 상기 수신장치(2000)가 미들(Middle) 파워급에 해당하는 경우, 전력변환부(101)를 풀 브릿지 인버터로 구동하여 무선 전력을 전송할 수 있다.(2) In this case, the transmitting apparatus 1000 can transmit the wireless power by controlling the power converting unit 101 according to the version of the receiving apparatus 2000, based on the received identification packet. Specifically, if the receiving apparatus 2000 checks the version of the receiving apparatus 2000 and the receiving apparatus 2000 corresponds to a low power level, the power converting unit 101 may be driven by the half bridge inverter to transmit the wireless power If the receiving apparatus 2000 corresponds to the middle power class, the power conversion unit 101 may be driven by a full bridge inverter to transmit wireless power.

보다 더 구체적으로 도 6를 참조하면, 수신장치(2000)의 버전이 로우 파워급에서 미들 파워급으로 갈수록 수신장치(2000)의 로드(Load)는 커지는 것으로 볼 수 있다. 이 경우, 송신장치(1000)의 전력변환부(101)는 하프 브릿지 인버터로 구동함에 따라 작은 부하, 즉 로우 파워급에 해당하는 수신장치(2000)로 무선 전력을 전송할 수 있다. More specifically, referring to FIG. 6, it can be seen that the load of the receiving apparatus 2000 becomes larger as the version of the receiving apparatus 2000 goes from the low power level to the middle power level. In this case, the power conversion unit 101 of the transmission apparatus 1000 can transmit wireless power to the receiving apparatus 2000 corresponding to a small load, that is, a low power class, as it is driven by the half bridge inverter.

또한 제2 로드(Load2)보다 작은 로드를 가진 로우 파워급 수신장치(2000)에 대해서 스위칭 소자(Q2, Q3)의 듀티비(Duty ratio) 및 스위칭 주파수 변경 중 적어도 하나의 방식을 통해 무선 전력의 량을 조절할 수 있다. 구체적으로 제1 로드(Load1)보다 작은 로드를 가진 수신장치(2000)에 대해서 전력변환부(101)의 스위칭 소자(Q2, Q3)의 스위칭 주파수는 제3 구동 주파수(f3)로 고정한 상태에서 듀티비(Duty ratio)를 조절함에 따라 무선 전력의 량을 조절할 수 있고, 1 로드(Load1)보다 큰 로드를 가진 수신장치(2000)에 대해서 고정된 듀티비 하에서, 스위칭 주파수를 조절, 즉 제3 구동 주파수(f3)와 제2 구동 주파수(f2) 사이에서의 주파수 변경에 따라 무선 전력의 량을 조절할 수 있다. 다만, 도면의 도시된 바에 한정되는 것은 아니고, 제1 로드(Load1)보다 작은 로드를 가진 수신장치(2000)에 대해서 스위칭 주파수 변경에 따라 무선 전력의 량을 조절할 수 있고, 제1 로드(Load1)보다 큰 로드를 가진 수신장치(2000)에 대해서 듀티비 변경에 따라 무선 전력의 량을 조절할 수도 있으며, 스위칭 주파수 및 듀티비를 동시에 변경하며 무선 전력의 량을 조절할 수도 있다.The power consumption of the low power class receiving apparatus 2000 having a load smaller than that of the second load Load2 can be reduced by at least one of the duty ratio of the switching elements Q2 and Q3 and the switching frequency change. Can be adjusted. The switching frequency of the switching elements Q2 and Q3 of the power conversion section 101 is fixed to the third driving frequency f3 with respect to the receiving apparatus 2000 having a load smaller than that of the first load Load1, The amount of wireless power can be adjusted by adjusting the duty ratio and the switching frequency can be adjusted, that is, the third drive (for example, the second drive), for a receiving apparatus 2000 having a load larger than one load The amount of wireless power can be adjusted according to the frequency change between the frequency f3 and the second driving frequency f2. However, the present invention is not limited to that shown in the drawing, and it is possible to adjust the amount of wireless power according to the switching frequency change for the receiving apparatus 2000 having a load smaller than that of the first load (Load1) For the receiving apparatus 2000 having a larger load, the amount of wireless power may be adjusted according to the duty ratio change, the switching frequency and the duty ratio may be changed at the same time, and the amount of wireless power may be adjusted.

또한 제2 로드(Load2)보다 큰 로드를 가진 미들 파워급 수신장치(2000)에 대해서 전력변환부(101)는 풀 브릿지 인버터로 구동함과 함께 스위칭 소자(Q1~Q4)의 스위칭 주파수는 제2 구동 주파수(f2)로 고정한 상태에서 위상 천이(phase shift)이나, 스위칭 주파수 변경을 통해 무선 전력의 량을 조절할 수 있다. 구체적으로 제3 로드(Load3)보다 작은 로드를 가진 수신장치(2000)에 대해서 전력변환부(101)의 스위칭 소자(Q1~Q4)의 구동 주파수는 제2 구동 주파수(f2)로 고정한 상태에서 위상 천이를 통해 무선 전력의 량을 조절할 수 있고, 제3 로드(Load3)보다 큰 로드를 가진 수신장치(2000)에 대해서 전력변환부(101)의 스위칭 소자(Q1~Q4)의 스위칭 주파수의 변경, 즉 제2 구동 주파수(f2)와 제1 구동 주파수(f1) 사이에서 구동 주파수의 변경에 따라 무선 전력의 량을 조절할 수 있다. 다만, 도면의 도시된 바에 한정되는 것은 아니고, 제3 로드(Load3)보다 작은 로드를 가진 수신장치(2000)에 대해서 스위칭 주파수 변경에 따라 무선 전력의 량을 조절할 수 있고, 제3 로드(Load3)보다 큰 로드를 가진 수신장치(2000)에 대해서 위상 천이에 따라 무선 전력의 량을 조절할 수도 있으며, 스위칭 주파수 변경 및 위상 천이를 동시에 진행하여 무선 전력의 량을 조절할 수도 있다.The power conversion section 101 is driven by the full bridge inverter for the middle power-class receiving apparatus 2000 having the load larger than the second load Load2 and the switching frequency of the switching elements Q1 to Q4 is the second The amount of wireless power can be adjusted through a phase shift or a switching frequency change while the driving frequency f2 is fixed. Specifically, the driving frequency of the switching elements Q1 to Q4 of the power conversion section 101 is fixed to the second driving frequency f2 with respect to the receiving apparatus 2000 having a load smaller than that of the third load (Load3) Change of the switching frequency of the switching elements Q1 to Q4 of the power conversion section 101 with respect to the receiving apparatus 2000 having a load larger than that of the third load (Load3) That is, the amount of wireless power can be adjusted according to the change of the driving frequency between the second driving frequency f2 and the first driving frequency f1. However, the present invention is not limited to that shown in the drawing, and the amount of wireless power can be adjusted according to the switching frequency change for the receiving apparatus 2000 having a load smaller than that of the third load (Load3) For the receiving apparatus 2000 having a larger load, the amount of the wireless power may be adjusted according to the phase shift, and the amount of the wireless power may be adjusted by simultaneously performing the switching frequency change and the phase shift.

(3) 상기 송신장치(1000)는 전력을 전송하는 도중에 상기 수신장치(2000)로부터 전력 제어 메시지를 수신하고, 상기 수신한 전력 제어 메시지에 대응하여 상기 송신 코일부(1400) 인가되는 전력의 특성을 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 송신 코일의 전력 특성을 조절하기 위해 사용되는 전력 제어 메시지는 제어 오차 패킷(Control Error Packet)에 포함될 수 있다. 상기 패킷은 제어 오차 패킷임을 알리는 헤더와 제어 오차 값을 포함하는 메시지를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 송신장치(1000)는 상기 제어 오차 값(control error value)에 따라 상기 송신 코일에 인가되는 전력을 조절할 수 있다. 즉, 상기 제어 오차 값이 0인 경우, 수신장치(2000)가 요구하는 제어 포인트(desired control point)와 수신장치(2000)의 실제 제어 포인트(actual control point)가 실질적으로 동일하므로 상기 전송 코일에 인가되는 전류는 유지되고, 음수(negative value)인 경우에 감소되고, 양수(positive value)인 경우에 증가하도록 조절될 수 있다.(3) The transmitting apparatus 1000 receives a power control message from the receiving apparatus 2000 during the transmission of the power, and determines a characteristic of the power applied to the transmitting coil unit 1400 according to the received power control message Can be adjusted. For example, a power control message used to control the power characteristic of the transmission coil may be included in a control error packet. The packet may be configured to include a header indicating a control error packet and a message including a control error value. The transmission apparatus 1000 can adjust the power applied to the transmission coil according to the control error value. That is, when the control error value is 0, since the desired control point requested by the receiving apparatus 2000 and the actual control point of the receiving apparatus 2000 are substantially equal to each other, The applied current can be maintained, reduced in the case of a negative value, and adjusted in the case of a positive value.

(4) 또한 송신장치(1000)는 전력 전달 상태의 초기 구동 시점에 전력변환부(101)가 하프 브릿지 인버터로 구동하고, 첫 번째 제어 오차 패킷인 제1 제어 오차 패킷(1st Control Error Packet)을 수신한 이후에 이미 수신된 식별 패킷에 기초하여 수신장치(2000)의 버전을 판단하고, 상기 수신장치(2000)가 로우 파워급에 해당하는 경우, 전력변환부(101)의 하프 브릿지 인버터 구동을 유지하고, 미들 파워급에 해당하는 경우, 풀 브릿지 인버터 구동으로 변경할 수도 있다.(4) Further, at the initial driving time of the power transfer state, the transmitting apparatus 1000 is driven by the half bridge inverter in the power conversion unit 101, and the first control error packet (1 st Control Error Packet) And determines the version of the receiving apparatus 2000 on the basis of the identification packet already received after the receiving apparatus 2000 receives the identification packet. If the receiving apparatus 2000 corresponds to the low power class, the half bridge inverter of the power converting section 101 And if it corresponds to the middle power class, it may be changed to full bridge inverter drive.

(5) 상기 전력 전송 상태에서 상기 송신장치(1000)는 상기 식별 정보 및/또는 설정 정보를 기초로 생성된 전력 전달 규약(power transfer contract) 내의 파라미터들을 모니터링할 수 있다. 상기 파라미터들을 모니터링 한 결과, 상기 수신장치(2000)와의 전력 전송이 상기 전력 전달 규약 내에 포함되어 있는 한정 사항들을 위반하게 되는 경우에는 상기 송신장치(1000)는 상기 전력 전송을 취소하고 선택 상태로 되돌아갈 수 있다.(5) In the power transmission state, the transmission apparatus 1000 may monitor parameters in a power transfer contract generated based on the identification information and / or the setting information. As a result of monitoring the parameters, when the power transmission to the receiving apparatus 2000 violates the limitations contained in the power transfer protocol, the transmitting apparatus 1000 cancels the power transmission and returns to the selected state I can go.

(6) 또한 상기 전력 전달 규약은 수신장치(2000)의 수신 코일부(2100) 상에 유도되는 전류의 임계 전류 값과과 송신장치(1000)로부터 수신장치(2000)로 전송되는 전력의 특성에 관한 경계 조건(boundary conditions)을 포함할 수 있다. (5) 상기 송신장치(1000)는 상기 수신장치(2000)로부터 전달된 전력 제어 메시지를 기초로 상기 전력 전송 상태를 종료할 수 있다.(6) Also, the power transfer protocol is related to the threshold current value of the current induced on the receiving coil part 2100 of the receiving apparatus 2000 and the characteristics of the power transmitted from the transmitting apparatus 1000 to the receiving apparatus 2000 And may include boundary conditions. (5) The transmitting apparatus 1000 may terminate the power transmission state based on the power control message transmitted from the receiving apparatus 2000. [

예를 들어, 상기 수신장치(2000)가 전달된 전력을 이용하여 배터리를 충전하는 도중에 상기 배터리의 충전이 완료된 경우, 상기 송신장치(1000)로 무선 전력 전송을 중지할 것을 요청하는 전력 제어 메시지를 전달할 수 있다. 이 경우, 상기 송신장치(1000)는 상기 전력 전송의 중지를 요청하는 메시지를 수신한 후, 무선 전력 전송을 종료하고 상기 선택 상태로 되돌아 갈 수 있다.For example, if the charging of the battery is completed while the receiving apparatus 2000 is charging the battery using the transmitted power, a power control message requesting the transmitting apparatus 1000 to suspend the wireless power transmission . In this case, the transmitting apparatus 1000 may terminate the wireless power transmission and return to the selected state after receiving the message requesting the suspension of the power transmission.

또 다른 예를 들어, 상기 수신장치(2000)는 이미 생성된 전력 전달 규약을 갱신하기 위하여 재협상(renegotiation) 또는 재설정(reconfigure)을 요청하는 전력 제어 메시지를 전달할 수 있다. 상기 수신장치(2000)는 현재 전송되는 전력량보다 많거나 적은 양의 전력이 필요한 경우에 상기 전력 전달 규약의 재협상을 요청하는 메시지를 전달할 수 있다. 이 경우, 상기 송신장치(1000)는 상기 전력 전달 규약의 재협상을 요청하는 메시지를 수신한 후, 무선 전력 전송을 종료하고 상기 식별 및 설정 상태로 되돌아 갈 수 있다.As another example, the receiving apparatus 2000 may transmit a power control message requesting renegotiation or reconfiguration to update the already generated power transfer protocol. The receiving apparatus 2000 may transmit a message requesting renegotiation of the power transfer protocol when a power amount that is more or less than the currently transmitted power amount is required. In this case, the transmitting apparatus 1000 may terminate the wireless power transmission and return to the identification and setting state after receiving the message requesting renegotiation of the power transfer protocol.

이를 위하여, 상기 수신장치(2000)가 전송하는 메시지는, 예컨대, 도 18에 도시된 바와 같은 전력 전송 중단 패킷(End Power Transfer Packet)일 수 있다. 상기 패킷은 전력 전송 중단 패킷임을 알리는 헤더 및 중단의 이유를 나타내는 전력 전송 중단 코드를 포함하는 메시지를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 전력 전송 중단 코드는 충전 완료(Charge Complete), 내부 오차(Internal Fault), 과열(Over Temperature), 과전압(Over Voltage), 과전류(Over Current), 배터리 오차(Battery Failure), 재설정(Reconfigure), 무응답(No Response), 알려지지 않은 오차(Unknown) 중 어느 하나를 나타낼 수 있다.To this end, the message transmitted by the receiving apparatus 2000 may be, for example, an End Power Transfer Packet as shown in FIG. The packet may be configured to include a header indicating a power transmission interruption packet and a power transmission interruption code indicating a reason for the interruption. The power transmission interruption code may be generated by a plurality of power transmission interruption codes such as Charge Complete, Internal Fault, Over Temperature, Over Voltage, Over Current, Battery Failure, Reconfigure, No Response, and Unknown Error.

<전력 전송 제어><Power transmission control>

- 수신장치의 요구 전력 결정 방법.A method for determining a required power of a receiving device.

도 7은 수신장치의 요구 전력 결정 방법에 관한 흐름도이다.7 is a flowchart related to a method for determining a required power of a receiving apparatus.

도 7을 참조하면, 수신장치(2000)는 1) 요구되는 제어 포인트(desired control point)를 결정하는 단계(S210), 2) 실제 제어 포인트(actual control point)를 검출하는 단계(S230), 3) 제어 오차(오류) 값(control error value) 생성 단계(S250)를 수행하여 수신하고자 하는 전력, 즉 요구 전력을 결정할 수 있다.Referring to FIG. 7, the receiving apparatus 2000 includes the steps of 1) determining a desired control point S210, 2) detecting an actual control point S230, 3) ) Control error value (S250) to determine the power to be received, i.e., the required power.

구체적으로 요구되는 제어 포인트(desired control point)를 결정하는 단계(S210)에서 수신장치(2000)는 전압, 전류, 온도 등에 관한 요구되는 제어 포인트를 결정할 수 있다. 그리고 실제 제어 포인트(actual control point)를 검출하는 단계(S230)에서 수신장치(2000)는 실제 전압, 전류, 온도 등에 관한 실제 제어 포인트를 결정할 수 있다. 상기 수신장치(2000)가 상기 실제 제어 포인트를 결정할 때 전압이나 전류 검출, 온도 센싱 등 다양한 방법을 적용할 수 있고, 전력 전송 상태 중 어느 시간에서든 이와 같은 과정을 수행할 수 있다. 그리고 제어 오차 값(control error value) 생성 단계(S250)에서 수신장치(2000)는 예를 들어 요구되는 제어 전압 값과 실제 제어 전압 값의 차이 등을 기초하여 제어 오차 값을 생성할 수 있다. 그리고 상기 제어 오차 값은 양의 값과 음의 값을 지칭하는 파라미터일 수 있고, 요구되는 전력량보다 실제 전력량이 작은 경우 상기 제어 오차 값은 양의 값을 지칭할 수 있고, 요구되는 전력량보다 실제 전력량이 많은 경우 상기 제어 오차 값은 음의 값을 지칭할 수 있으며 요구되는 전력량과 실제 전력량이 동일한 경우, 0(zero) 값을 가질 수 있다. 이와 같이 전력 제어 과정에 있어서 송신장치(1000)와 수신장치(2000) 간의 얼라인에 따라서 결합계수가 급격히 낮아질 수 있고, 그에 따라 수신장치(2000)의 요구 전력량은 순간적으로 높아질 수 있다. 또한 수신장치(2000)는 수신측 코일부(2100)에 유도되는 전류는 임계 값을 상회할 수 있을 정도의 요구 전력량을 송신장치(1000)로 요청할 수 있으나, 송신장치(1000)는 수신측 코일부(2100)에 유도되는 전류의 임계 값을 기초하여 재 설정된 구동 주파수의 범위 내에서 생성된 무선 전력이 전송되므로, 수신장치(2000)가 손상되는 문제는 방지된다.In step S210 of determining a desired desired control point, the receiving apparatus 2000 may determine a required control point related to voltage, current, temperature, and the like. And, in step S230 of detecting an actual control point, the receiving apparatus 2000 can determine an actual control point related to an actual voltage, a current, a temperature, and the like. When the receiving apparatus 2000 determines the actual control point, various methods such as voltage or current detection, temperature sensing, and the like can be applied, and such a process can be performed at any time during the power transmission state. In the control error value generating step S250, the receiving apparatus 2000 may generate a control error value based on, for example, the difference between the required control voltage value and the actual control voltage value. The control error value may be a parameter indicating a positive value and a negative value. When the actual power amount is smaller than the required power amount, the control error value may indicate a positive value, and the actual power amount The control error value may refer to a negative value and may have a value of zero when the required power amount is equal to the actual power amount. In this way, in the power control process, the coupling coefficient can be drastically lowered according to the alignment between the transmitting apparatus 1000 and the receiving apparatus 2000, and accordingly, the required power amount of the receiving apparatus 2000 can be instantaneously increased. Also, the receiving apparatus 2000 can request the transmitting apparatus 1000 to request the amount of power required for the current to be induced in the receiving-side coil unit 2100 to exceed the threshold value. However, The problem of damaging the receiving apparatus 2000 is prevented because the generated radio power is transmitted within the range of the driving frequency that is reset based on the threshold value of the current induced in the part 2100. [

한편 상기 제어 오차 값은 제어 오차 패킷(control error packet) 형태로 송신장치(1000)로 전송될 수 있다.Meanwhile, the control error value may be transmitted to the transmission apparatus 1000 in the form of a control error packet.

상기 제어 오차 값을 수신한 송신장치로부터 신규 송신전력이 수신되면, 전술한 단계를 거쳐 상기 신규 송신전력이 요구된 전력을 만족시키는지 판단할 수 있다.When the new transmission power is received from the transmission apparatus that has received the control error value, it can be determined through the steps described above whether the new transmission power satisfies the requested power.

<전력 제어 방법><Power Control Method>

도 8은 구동 주파수에 따른 송신측 코일부 상의 코일 전류의 크기를 나타낸 그래프이다. 그리고 도 9 및 도 10은 구동 주파수 경계값 설정 단계를 포함한 송신장치의 동작 흐름도이다.8 is a graph showing the magnitude of the coil current on the transmitting side coil part according to the driving frequency. 9 and 10 are operational flowcharts of a transmitting apparatus including a driving frequency boundary value setting step.

도 8을를 참조하면, 전력변환부(101)는 식별 및 설정 상태에서 수신한 식별 패킷에 포함된 수신장치(2000)의 버전, 즉 수신장치(2000)가 로우 파워급인지 미들 파워급인지에 따라 하프 브릿지 인버터 또는 풀 브릿지 인버터 중 어느 하나로 동작할 수 있고, 전력변환부(101)의 스위칭 주파수는 제1 구동 주파수(f1) 내지 제3 구동 주파수(f3) 범위의 구동 주파수 값 중 어느 하나가 될 수 있다. Referring to FIG. 8, the power conversion unit 101 converts the version of the receiving apparatus 2000 included in the identification packet received in the identification and setting state, that is, according to whether the receiving apparatus 2000 is a low power or a middle power A half bridge inverter or a full bridge inverter and the switching frequency of the power conversion section 101 may be any one of driving frequency values in the range of the first driving frequency f1 to the third driving frequency f3 .

또한 상기 최소 주파수인 제1 구동 주파수(f1)와 최대 주파수인 제3 구동 주파수(f3)의 주파수 값은 송신장치(1000)의 용량이나 타입(Type)에 따라 기 설정될 수 있다.The frequency of the first driving frequency f1 which is the minimum frequency and the frequency of the third driving frequency f3 which is the maximum frequency may be preset according to the capacity or type of the transmitting apparatus 1000.

보통 송신장치(1000)와 수신장치(2000)의 결합 계수가 0.5보다 큰 경우, 스위칭 주파수는 제2 구동 주파수(f2)에서 형성될 수 있다. 이 때, 송신측 코일부(1400) 상의 송신 코일 전류는 제1 전류(A1)가 될 수 있다. 이 때 무선 전력 량을 증가시키기 위해, 구동 주파수를 변경할 수 있다. 즉, 하프 브릿지 인버터 구동 상태에서는 구동 주파수를 높임에 따라 무선 전력 량을 증가시킬 수 있고, 풀 브릿지 인버터 구동 상태에서는 구동 주파수를 낮춤에 따라 무선 전력 량을 증가시킬 수 있다. 그리고 수신장치(2000)의 미스 얼라인(mis-align)에 따라 결합 계수가 0.5보다 작아지는 것에 대응하여, 수신장치(2000)로 수신될 전력 량을 일정하게 유지시키기 위해, 하프 브릿지 인버터 구동 상태에서는 구동 주파수를 높임에 따라 무선 전력 량을 증가시킬 수 있고, 풀 브릿지 인버터 구동 상태에서는 구동 주파수를 낮춤에 따라 무선 전력 량을 증가시킬 수 있다.If the coupling coefficient between the transmitting apparatus 1000 and the receiving apparatus 2000 is larger than 0.5, the switching frequency may be formed at the second driving frequency f2. At this time, the transmission coil current on the transmission side coil part 1400 can be the first current A1. At this time, in order to increase the amount of radio power, the driving frequency can be changed. That is, in the half-bridge inverter driving state, the amount of radio power can be increased as the driving frequency is increased, and in the full bridge inverter driving state, the amount of radio power can be increased as the driving frequency is lowered. In order to keep the amount of power to be received by the receiving apparatus 2000 constant, corresponding to the coupling coefficient becoming smaller than 0.5 according to the misalignment of the receiving apparatus 2000, the half bridge inverter driving state The amount of radio power can be increased as the driving frequency is increased and the amount of radio power can be increased as the driving frequency is lowered in the full bridge inverter driving state.

다만, 결합 계수의 급격한 변화나, 결합 계수가 현저히 낮아지는 경우, 구동 주파수가 최저 구동 주파수인 제1 구동 주파수(f1)로의 변동 또는 최대 구동 주파수인 제3 구동 주파수(f3)로의 변동이 있을 수 있다. 이 경우, 송신측 코일부(1400) 상에 인가되는 전류가 제2 전류(A2) 이상 그리고 제3 전류(A3)에 이를 수 있다. 이 경우, 도 9와 같이 수신장치(2000)의 수신측 코일부(2100)에 유도되는 전류의 량도 급격히 증가하여 수신장치(2000)에 손상을 가할 수 있으므로, 구동 주파수의 경계 값을 재 설정하여 이를 방지할 수 있다. 상기 구동 주파수의 경계 값은 식별 패킷에 포함된 수신장치(2000)의 전류 임계 값에 대한 정보에 기초하여 전력 전달 상태 돌입 전에 재 설정되거나, 도 10과 같이 전력 전달 상태 돌입한 상태에서 1차 제어 오차 패킷 수신 후 식별 패킷에 포함된 수신장치(2000)의 전류 임계 값에 대한 정보에 기초하여 재 설정될 수 있다. 예를들어 송신측 코일부(1400)에 인가되는 전류가 제4 전류(A4)에 해당할 때, 수신측 코일부(2100)에 유도되는 전류 량이 임계값에 해당하는 경우라면, 송신장치(1000)의 구동 주파수의 경계값은 제4 전류(A4)에 매칭되는 제4 내지 제5 구동 주파수(f4, f5) 범위 내의 주파수로 결정될 수 있다.However, if the coupling coefficient is abruptly changed or the coupling coefficient is significantly lowered, there may be a variation to the first driving frequency f1, which is the lowest driving frequency, or a variation to the third driving frequency f3, which is the maximum driving frequency have. In this case, the current applied on the transmission side coil part 1400 can reach the second current A2 and the third current A3. In this case, as shown in FIG. 9, the amount of current induced in the receiving-side coil part 2100 of the receiving apparatus 2000 also rapidly increases, which may damage the receiving apparatus 2000, This can be prevented. The boundary value of the driving frequency may be reset before the power transmission state rushes based on the information on the current threshold value of the receiving apparatus 2000 included in the identification packet, May be reset based on the information on the current threshold value of the receiving apparatus 2000 included in the identification packet after receiving the error packet. For example, when the current applied to the transmitting side coil part 1400 corresponds to the fourth current A4 and the amount of current induced in the receiving side coil part 2100 corresponds to the threshold value, the transmitting device 1000 May be determined to be within the range of the fourth to fifth driving frequencies f4 and f5 matching the fourth current A4.

또한 구동 주파수가 고정된 상태에서는 스위칭 소자의 듀티비나 위상 천이를 통해서 송신측 코일부(1400) 상의 송신 코일 전류의 크기를 변경하고, 그에 따라 수신측 코일부(2100)에 유도되는 전류량을 조절할 수 있다. 이 경우에도 송신측 코일부(1400) 상의 송신 코일 전류의 크기를 수신측 코일부(2100)에 유도되는 전류 량의 임계값을 고려하여 제한함에 따라 수신장치(2000)가 손상되는 문제를 방지할 수 있다.Further, in a state where the driving frequency is fixed, the magnitude of the transmission coil current on the transmission side coil part 1400 is changed through the duty ratio or the phase transition of the switching device, and the amount of current induced in the reception side coil part 2100 can be adjusted accordingly have. Even in this case, since the magnitude of the transmission coil current on the transmission side coil part 1400 is limited in consideration of the threshold value of the amount of current induced in the reception side coil part 2100, the problem of damage to the reception device 2000 is prevented .

<전력 전송 제어 방법><Power Transmission Control Method>

도 11은 전력 전송 제어 방법을 위한 송신장치의 제어부를 상세히 나타낸 도면이다. 그리고 도 12는 전력 전송 상태에서 송신장치의 타이밍도이다.11 is a detailed block diagram of a control unit of a transmission apparatus for a power transmission control method. And Fig. 12 is a timing chart of the transmitting apparatus in the power transmission state.

도 11을 참조하면, 전력 전송 제어 방법으로, 송신장치(1000)의 제어부(103)는 송신 코일부(1400)의 전류를 제어하여 새로운 송신 코일 전류가 되도록 할 수 있다. 이러한 전력 전송 제어는 proportional integral differential(PID) algorithm에 기반하여 실행될 수 있다.11, in the power transmission control method, the control unit 103 of the transmission apparatus 1000 can control the current of the transmission coil unit 1400 to obtain a new transmission coil current. This power transfer control can be performed based on a proportional integral differential (PID) algorithm.

PDI 알고리즘을 실행하기 위하여 송신장치(1000)는 제1 연산기(11)와 제2 연산기(15) 그리고 비례 제어기(12a), 적분 제어기(12b), 미분 제어기(12c)를 포함할 수 있고, 또한 제1 내지 제5 증폭기(13a, 13b, 13c, 13d, 13e) 그리고 제1 및 제2 합산기(14a, 14b)를 포함할 수 있으며, 다음과 같은 과정을 수행하여 전력변환부(101)을 제어 할 수 있다.The transmitting apparatus 1000 may include a first operator 11 and a second operator 15 and a proportional controller 12a, an integral controller 12b and a differential controller 12c in order to execute the PDI algorithm, And may include first to fifth amplifiers 13a to 13e and first and second summing amplifiers 14a and 14b and may perform the following operation to convert the power conversion unit 101 Can be controlled.

이하의 j=1, 2, 3,..은 송신장치(1000)가 수신한 제어 오차 패킷(Control Error Packet)의 순번을 지칭할 수 있다. 그리고 상기 제1 내지 제5 증폭기(13a, 13b, 13c, 13d, 13e) 각각은 증폭기, 버퍼, 지연기 중 적어도 하나의 기능을 가질 수 있다.The following j = 1, 2, 3, .. may refer to the order of control error packets received by the transmitting apparatus 1000. [ Each of the first to fifth amplifiers 13a, 13b, 13c, 13d, and 13e may have at least one of an amplifier, a buffer, and a delay.

(1) 새로운 송신 코일 전류 계산 단계.(1) a new transmit coil current calculation step.

1) 송신장치(1000)의 제1 연산기(11)가 j(th) 제어 오차 패킷(Control Error Packet)을 수신하면 수학식 3에 따라 새로운 송신 코일 전류(td(j))를 계산할 수 있다.1) When the first operator 11 of the transmitting apparatus 1000 receives j (th) Control Error Packet, a new transmit coil current td (j) can be calculated according to Equation (3).

수학식 3Equation 3

Figure pat00001
Figure pat00001

2) 여기서 ta(j-1)은 이전 제어 오차 패킷 c(j-1)에 따라 결정된, 실제(현재) 송신 코일 전류(actual Primary Cell current)를 지칭하고, c(j)는 j(th) 제어 오차 패킷(Control Error Packet)에 포함된 제어 오차 값(Control Error Value)를 지칭할 수 있다. 또한 ta(0)은 전력 전송 상태의 시작 시점의 송신 코일부(1400)의 전류를 의미할 수 있다.2) where ta (j-1) refers to an actual primary cell current determined according to the previous control error packet c (j-1), c (j) May refer to a control error value included in a control error packet. Further, ta (0) may mean the current of the transmitting coil part 1400 at the start of the power transmission state.

상기 송신 코일 전류에 기초하여 송신 코일부(1400)에 자기장이 발생하여 출력 전력이 생성될 수 있다.A magnetic field may be generated in the transmission coil section 1400 based on the transmission coil current to generate output power.

3) 상기 제1 연산기(11)는 j번째 제어 오차 패킷(Control Error Packet) 및 제1 증폭기(13a)를 통해 실제 송신 코일 전류 ta(j-1)을 입력 받아 상기 수학식 3에 따른 연산 과정을 거친 후 새로운 송신 코일 전류 td(j)를 계산하여 출력 할 수 있다.3) The first operator 11 receives the actual transmission coil current ta (j-1) through the jth control error packet and the first amplifier 13a, And then calculates and outputs a new transmit coil current td (j).

4) 만약 제어 오차 값(Control Error Value)인 c(j)가 0이 아닌 경우(non-zero), 송신장치(1000)는 기 설정된 시간(도 13의 t_active) 동안 송신 코일 전류를 조절할 수 있다. 이를 위해 송신장치(1000)는 후술할 스텝을 포함하는 루프(loop)를 실행할 수 있다.4) If the control error value c (j) is not 0 (non-zero), the transmitting apparatus 1000 can adjust the transmission coil current for a predetermined time (t_active in FIG. 13) . To this end, the transmitting apparatus 1000 can execute a loop including steps to be described later.

여기서 i=1, 2, 3,..max는 루프의 반복 횟수를 지칭할 수 있다.Where i = 1, 2, 3, ... max can refer to the number of iterations of the loop.

(2) 오차(error) 계산 단계. (2) Error calculation step.

1) 송신장치(1000)는 수학식 4에 따라 새로운 송신 코일 전류(td(j))와 i-1번째 루프에 따른 실제 송신 코일 전류(ta(j,i-1))의 차이에 따라 i번째 루프에서의 오차( error)를 계산할 수 있다.1) The transmitting apparatus 1000 calculates i (i, j) according to the difference between the new transmission coil current td (j) and the actual transmission coil current ta (j, i-1) Th loop can be calculated.

수학식 4Equation 4

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서 ta(j, i-1)는 i-1번째 루프에 의해 결정된 송신 코일 전류를 지칭할 수 있다. 여기서 ta(j,0)은 루프의 시작 시점에서의 실제 송신 코일 전류를 지칭할 수 있다.Where ta (j, i-1) may refer to the transmit coil current determined by the (i-1) th loop. Where ta (j, 0) may refer to the actual transmitted coil current at the beginning of the loop.

2) 상기 제1 합산부(14a)는 새로운 송신 코일 전류 td(j)와 제2 증폭기(13a)로부터의 i-1번째 루프에 의해 결정된 실제 송신 코일 전류 ta(j, i-1)을 합산하여 오차(error)를 계산하고 계산된 오차를 PID 제어기(12)로 출력할 수 있다.2) The first adder 14a adds up the new transmit coil current td (j) and the actual transmit coil current ta (j, i-1) determined by the i-1th loop from the second amplifier 13a And can output the calculated error to the PID controller 12. [0034] FIG.

(3) 제어량 계산 단계.(3) the control amount calculation step.

1) 송신장치(1000)의 PID 제어기(12)는 오차에 비례하여 제어량을 변화 시키 위한 비례 제어(P), 오차를 적분하여 제어하는 적분 제어(I) 및 오차의 변화량을 통해 제어량을 결정하는 미분 제어(D)를 실행할 수 있다.1) The PID controller 12 of the transmission apparatus 1000 determines a proportional control (P) for changing the control amount in proportion to the error, an integral control (I) for integrating and controlling the error, and a control amount The differential control (D) can be executed.

PID 제어기(12)는 수학식 5에서 표현된 바와 같이 비례 요소(proportional term), 적분 요소(integral term) 및 미분 요소(derivative term)를 계산할 수 있다. 구체적으로 비례 제어기(12a)는 오차에 기초하여 비례 요소 P(j,i)를 계산하고, 적분 제어기(12b)는 오차의 누적값에 기초하여 적분 요소 I(j,i)를 계산하며, 미분 제어기(12c)는 오차의 변화량에 기초하여 미분 요소 D(j,i)를 계산할 수 있다.The PID controller 12 may calculate a proportional term, an integral term and a derivative term as expressed in Equation (5). Specifically, the proportional controller 12a calculates the proportional element P (j, i) based on the error, the integral controller 12b calculates the integral element I (j, i) based on the cumulative value of the error, The controller 12c can calculate the differential element D (j, i) based on the amount of error change.

수학식 5Equation 5

Figure pat00003
Figure pat00003

Figure pat00004
Figure pat00004

Figure pat00005
Figure pat00005

2) 여기서 Kp는 비례 게인(Gain)이고, Ki는 적분 게인이며, Kd는 미분 게인이다. 그리고 t_inner은 하나의 루프가 반복되는데 요구되는 시간이다. 그리고 적분 항 I(j,0)=0, 오차 e(j,0)=0이다. 그리고 송신장치(1000)는 적분 항 I(j,i)는 -M_I..+M_I 범위 내로 제한할 수 있고, 필요에 따라서 계산된 적분 요소 I(j,i)를 적절한 경계값으로 변경할 수 있다. 여기서 M_I는 적분 요소 제한 파라미터(Integral term limit Parameter)이다.2) where Kp is the proportional gain, Ki is the integral gain, and Kd is the differential gain. And t_inner is the time required for a loop to iterate. Then, the integral term I (j, 0) = 0 and the error e (j, 0) = 0. The transmission device 1000 can limit the integral term I (j, i) to within the range of -M_I .. + M_I, and can change the calculated integral element I (j, i) . Where M_I is an integral term limit parameter.

3) 상기 적분 제어기(12b)의 출력 신호는 제4 증폭기(13d)를 경유하여 자신의 입력으로 피드백 될 수 있고, 이 때 피드백된 출력 신호는 전회(i-1번째) 루프의 적분항(I(j,i-1))이다. 또한 미분 제어기(12c)의 입력 신호는 제3 증폭기(13c)를 경유하여 상기 미분 제어기(12c)로 입력될 수 있고, 이 때 입력 신호는 전회(i-1번째) 루프의 오차(e(j,i-1))이다..3) The output signal of the integral controller 12b may be fed back to its input via the fourth amplifier 13d, where the feedback output signal is an integral term of the (i-1) th loop of the previous (j, i-1)). Also, the input signal of the differential controller 12c can be input to the differential controller 12c via the third amplifier 13c, where the input signal is the error of the previous (i-1) , i-1)).

4) 송신장치(1000)의 제2 합산기(14b)는 수학식 6과 같이, 비례 제어기(12a)로부터 출력되는 비례 요소 P(j,i), 적분 제어기(12b)로부터 출력되는 적분 요소 I(j,i) 및 미분 제어기(12c)로부터 출력되는 미분 요소 D(j,i)를 합산(sum)하여 금회(i) 제어량 PID(j,i)를 계산할 수 있다.4) The second summer 14b of the transmitting apparatus 1000 calculates the proportional element P (j, i) output from the proportional controller 12a, the integral element I (j, i) output from the integral controller 12b, (i, j) by summing the differential elements D (j, i) output from the derivative controller 12 (j, i) and the differential controller 12c.

수학식 6Equation 6

Figure pat00006
Figure pat00006

5) 이러한 계산에 따라 송신장치(1000)는 금회(i) 제어량 PID(j,i)를 출력할 수 있고, 상기 금회(i) 제어량 PID(j,i)는 -M_PID..+M_PID 범위 내로 제한할 수 있다. 여기서 M_PID는 제어량 제한 파라미터(PID output limit Parameter)이다.(I) the control amount PID (j, i) is within the range of -M_PID .. + M_PID (i, j) Can be limited. Here, M_PID is a PID output limit parameter.

(4) 새로운 제어 변수 값 계산 단계.(4) a new control variable value calculation step.

1) 송신장치(1000)는 수학식 7을 기초한 새로운 제어 변수(controlled variable) 값을 계산할 수 있다.1) The transmitting apparatus 1000 may calculate a new controlled variable value based on Equation (7).

수학식 7Equation 7

Figure pat00007
Figure pat00007

2) 여기서 Sv는 제어 변수에 기초한 스케링 팩터(scaling factor)를 지칭할 수 있다. 2) where Sv may refer to a scaling factor based on a control variable.

또한 제어 변수 v(i,0)=v(j-1, i_max)이고, v(0,0)은 전력 전송 상태의 시작 시점에서의 제어 변수의 실제 값(actual value of the controlled variable)을 지칭할 수 있다. 그리고 상기 제어 변수는 동작 주파수(Operating Frequency), 직류/교류 변환부(1200)의 듀티 싸이클(duty cycle) 또는 직류/교류 변환부(1200)의 입력 전압이나 위상 천이(phase shift)의 변화량 중 어느 하나가 될 수 있다. Also, the control variable v (i, 0) = v (j-1, i_max) and v (0,0) denotes the actual value of the controlled variable at the start of the power transmission state can do. The control variable may be an operating frequency, a duty cycle of the DC / AC converter 1200, or a variation amount of an input voltage or a phase shift of the DC / AC converter 1200 It can be one.

만약 계산된 v(j,i)가 기 설정 범위를 초과하는 경우 송신장치(1000)는 상기 계산된 v(j,i)를 적절한 한계값으로 변경할 수 있다.If the calculated v (j, i) exceeds the preset range, the transmitting apparatus 1000 may change the calculated v (j, i) to an appropriate threshold value.

3) 제2 연산기(15)는 입력되는 금회(i) 제어량 PID(j,i)과 자신의 출력이 제5 증폭기(13e)를 경유하여 피드백 되는, 전회(i-1번째) 루프의 제어 변수 값을 기초하여 상기 수학식 7에 따라 새로운 제어 변수 값 v(j,i)을 계산할 수 있다.3) The second calculator 15 calculates the control variable PID (j, i) of the previous (i-1) th loop, which is fed back via the fifth amplifier 13e, The new control variable value v (j, i) can be calculated according to Equation (7) above.

4) 또한 수신측 코일부(2100)에 유도되는 전류를 전류 임계 값 범위 내로 적절히 제한하기 위하여 스케일링 팩터(Sv)나 새로운 제어 변수 값(v(j,i) 중 적어도 하나를 조절할 수 있다.4) It is also possible to adjust at least one of the scaling factor Sv and the new control variable value v (j, i) to properly limit the current induced in the receiving side coil part 2100 to within the current threshold value range.

구체적으로 상기 스케링 팩터(Sv)는 일 예로써 표 1과 같이 구동 주파수의 범위에 따라서 달라질 수 있다. Specifically, the scaling factor Sv may vary according to the range of the driving frequency as shown in Table 1, for example.

[표 1][Table 1]

Figure pat00008
Figure pat00008

또한 송신장치(1000)의 구동 주파수가 표 1과 같이 110kHz 내지 205 kHz의 범위를 가진다고 하여도, 식별 상태에서 수신한 수신장치(2000)의 수신측 코일부(2100) 상에 유도되는 전류 임계 값에 기초하여 구동 주파수를 110kHz 보다 크고 205kHz 보다 작은 값으로 제한할 필요가 있는 경우, 상기 스케일링 팩터(Sv) 중 최저 스케일링 팩터(Sv)는 1.5보다 큰 값으로 변경될 수 있고, 최대 스케일링 팩터(Sz)는 5보다 작은 값으로 변경될 수 있다. 그리하여 구동 주파수의 최소 및 최대 값이 달라지도록 하여 구동 주파수의 주파수 범위를 재 설정할 수 있다. 이러한 스케일링 팩터(Sv)는 도 9에서 설명한 바와 같이 전력 전달 상태에 돌입하기 전 또는 도 10에서 설명한 바와 같이 1차 제어 오차 패킷 수신 후에 재 설정될 수 있다.Also, even if the driving frequency of the transmitting apparatus 1000 is in the range of 110 kHz to 205 kHz as shown in Table 1, the current threshold value induced on the receiving side coil section 2100 of the receiving apparatus 2000, , The minimum scaling factor Sv of the scaling factor Sv may be changed to a value larger than 1.5, and the maximum scaling factor Sz (Sv) may be changed to a value larger than 1.5 when the driving frequency needs to be limited to a value larger than 110 kHz and smaller than 205 kHz ) Can be changed to a value smaller than 5. Thus, the frequency range of the driving frequency can be reset by changing the minimum and maximum values of the driving frequency. This scaling factor Sv may be reset before entering the power delivery state as described in FIG. 9 or after receiving the primary control error packet as described in FIG.

또한 다른 예로 제어 변수가 동작 주파수(Operating Frequency)가 될 때, 표 1에서의 160kHz를 경계로 전력변환부(101)의 하프 브릿지 인버터 구동 상태에서 상기 전력변환부(101)는 160kHz보다 높은 구동 주파수로 구동할 수 있고, 상기 구동 주파수를 한계 최대값(예를 들어 도 7의 제4 구동 주파수, f4)을 초과하지 않도록 새로운 제어 변수 값(v(j,i)을 변경할 수 있다. 마찬가지로 전력변환부(101)의 풀 브릿지 인버터 구동 상태에서 상기 전력변환부(101)는 160kHz보다 낮은 구동 주파수로 구동할 수 있고, 상기 구동 주파수를 한계 최저값(예를 들어 도 7의 제5 구동 주파수, f5)을 초과하지 않도록 새로운 제어 변수 값(v(j,i)을 변경할 수 있다.As another example, when the control variable is the operating frequency, the power conversion section 101, in the half-bridge inverter driven state of the power conversion section 101 at 160 kHz in Table 1, And can change the new control variable value v (j, i) so that the drive frequency does not exceed the limit maximum value (for example, the fourth drive frequency f4 in FIG. 7). Similarly, The power conversion section 101 can be driven at a driving frequency lower than 160 kHz and the driving frequency can be reduced to a minimum limit value (for example, the fifth driving frequency f5 in FIG. 7) (J, i) so as not to exceed the new control variable value v (j, i).

(5) 새로운 제어 변수를 기초하여 전력변환부를 제어하는 단계.(5) controlling the power converter based on the new control variable.

1) 송신장치(1000)는 새로운 값의 제어 변수 v(j,i)를 직류/교류 변환부(1200)에 적용할 수 있고, 상기 새로운 제어 변수 v(j,i)는 수신측 코일부(2100)에 유도되는 전류값이 전류 임계 값을 초과하지 않도록 설정된 값으로 결합계수의 급격한 변동에도 수신장치(2000)에 손상을 가하지 않는다.1) The transmitting apparatus 1000 can apply a new value of the control variable v (j, i) to the DC / AC converter 1200 and the new control variable v (j, i) 2100 does not exceed the current threshold value, the receiving apparatus 2000 is not damaged even if the coupling coefficient is abruptly changed.

2) 송신장치(1000)는 새로운 값의 제어 변수 v(j,i)에 기초하여 제1 연산부(11)에 의해 결정된 송신 코일 전류(ta(j,i))에 따른 신규 전력을 생성할 수 있다.2) The transmitting apparatus 1000 can generate a new power according to the transmission coil current ta (j, i) determined by the first calculating section 11 based on the control variable v (j, i) have.

(6) 한편 도 12를 참조하면, 송신장치(1000)는 송신 코일 전류(ta(j))를 j(th) 제어 오차 패킷의 수신 종료 시점 이후 t_delay+t_active+t_settle 시간 동안 결정할 수 있다.(6) On the other hand, referring to FIG. 12, the transmitting apparatus 1000 can determine the transmission coil current ta (j) for a time t_delay + t_active + t_settle after the reception end point of the control error packet j (th).

여기서 t_delay는 이전 제어 오차 패킷을 수신 후 상기 이전 제어 오차 패킷에 따른 전력 제어를 수행하는데 지연되는 시간을 의미할 수 있고, t_active는 상기 이전 제어 오차 패킷에 따라 전력 제어를 수행(도면에 따른 예로 전송 전력 증가)하는데 걸린 시간을 의미 할 수 있으며, t_settle는 목표하는 전력 값의 정착 시간을 의미할 수 있다.Here, t_delay may be a delay time for performing power control according to the previous control error packet after receiving the previous control error packet, t_active may be a power control according to the previous control error packet Power increase), and t_settle may mean the settling time of the target power value.

한편, PID 제어기(12)의 게인들(Ki, Ki, Kd)와, 적분 항 제한 파라미터(M_I), PID 출력 제한 파라미터(M_PID), v(j,i)가 기 설정 범위를 초과하는 경우를 판단할 때의 상기 기 설정 범위와 상기 스케링 팩터(Sv)는 전력 전달 규약(power transfer contract)의 전송 전력 특성, 송신장치(1000)의 스펙, 송신 코일부(1400)의 규격과 용량 및 수신장치(2000)의 전류 임계 값 등을 고려하여 결정될 수 있다.On the other hand, when the gains Ki, Ki and Kd of the PID controller 12, the integral term restriction parameter M_I, the PID output restriction parameters M_PID and v (j, i) The predetermined range and the scaling factor Sv at the time of determination are determined based on a transmission power characteristic of a power transfer contract, a specification of the transmission apparatus 1000, a specification and a capacity of the transmission coil unit 1400, The current threshold value of the power supply 2000, and the like.

이와 같이, 상기 제어 오차 패킷을 수신하는 송신장치(1000)는 새로운 송신 코일 전류를 결정하고 상기 새로운 송신 코일 전류에 기초하여 신규 송신 전력을 결정할 수 있다. 그리고 상기 신규 송신 전력량에 따라, 상기 신규 송신 전력을 생성하지 않고 무선 전력 송신을 중단하거나, 상기 신규 송신 전력을 생성하여 무선 전력 송신을 지속할 수 있다.Thus, the transmitting apparatus 1000 receiving the control error packet can determine a new transmit coil current and determine a new transmit power based on the new transmit coil current. According to the new transmission power amount, the wireless power transmission can be stopped without generating the new transmission power, or the new transmission power can be generated to continue the wireless power transmission.

실시예에 따르면, 송신장치(1000)와 수신장치(2000)의 미스 얼라인으로 인하여 결합 계수가 낮은 경우, 상기 송신장치(1000)로부터 출력되는 전력 대비 상기 수신장치(2000)의 수신전력이 낮아, 상기 수신장치(2000)는 더 많은 전력을 요구할 수 있어 상기 송신장치(1000)의 송신 전력 량은 증가할 수 있다. 이 때, 수신장치(2000)의 전류 임계 값을 고려하여 재 설정된 구동 주파수 범위 내에서 무선 전력을 생성하여 전송하므로 과도한 송신 전력 및 과도한 송신 전력에 따른 발열에 기인하여 수신장치(2000)가 손상되는 문제를 해결할 수 있다.According to the embodiment, when the coupling coefficient is low due to misalignment between the transmitting apparatus 1000 and the receiving apparatus 2000, the receiving power of the receiving apparatus 2000 is lower than the power output from the transmitting apparatus 1000 , The receiving apparatus 2000 may request more power and the transmission power amount of the transmitting apparatus 1000 may increase. At this time, since the wireless power is generated and transmitted within the re-set driving frequency range in consideration of the current threshold value of the receiving apparatus 2000, the receiving apparatus 2000 is damaged due to heat generation due to excessive transmission power and excessive transmission power I can solve the problem.

특히 차량 무선 충전 시스템과 같이, 송신장치(1000)와 수신장치(2000)가 차량의 흔들림 등의 원인으로 미스 얼라인이 순간적이고 반복적으로 일어나는 경우, 송신장치(1000)의 송신 전력이 순간적으로 급변할 수 있는 상황에서도 수신측 코일부(2100) 상의 유도 전류는 임계 값을 초과하지 않으므로 상기 수신장치(2000)에 손상을 가하는 것을 미연에 방지할 수 있다.Particularly, when the transmission apparatus 1000 and the reception apparatus 2000 occur instantaneously and repeatedly due to the vehicle shaking or the like, as in the vehicle wireless charging system, the transmission power of the transmission apparatus 1000 changes momentarily The induction current on the receiving side coil part 2100 does not exceed the threshold value, so that the receiving device 2000 can be prevented from being damaged in advance.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification, but should be defined by the claims.

11 제1 연산기
12 PID 제어기
12a 비례 제어기
12b 적분 제어기
12c 미분 제어기
13a 제1 증폭기
13b 제2 증폭기
13c 제3 증폭기
13d 제4 증폭기
13e 제5 증폭기
14a 제1 합산부
14b 제2 합산부
15 제2 연산기
101 전력변환부
102 송신측 공진회로부
103 제어부
1100 송신측 교류/직류 변환부(1600
1110 정류기
1120 송신측 직류/직류 변환부
1200 송신측 직류/교류 변환부
1300 송신측 임피던스 매칭부
1400 송신 코일부
1500 송신측 통신 및 제어부
1510 송신측 제어부
1520 송신측 통신부
1600 검출부
2000 수신장치
2100 수신측 코일부
201, 2120 수신측 공진회로부
2200 수신측 임피던스 매칭부
202 수신측 전력변환부
2300 수신측 교류/직류 변환부
2400 수신측 직류/직류 변환부
2500 부하부
2510 배터리
2520 배터리 관리부
2600 수신측 통신 및 제어부
203, 2610 수신측 제어부
2620 수신측 통신부
11 First operator
12 PID controller
12a proportional controller
12b integral controller
12c differential controller
13a first amplifier
13b second amplifier
13c third amplifier
13d fourth amplifier
13e fifth amplifier
14a First summing unit
14b &lt; / RTI &gt;
15 second operator
101 power conversion unit
102 Transmission-side resonance circuit section
103 control unit
1100 transmitting side AC / DC converting section 1600
1110 Rectifier
1120 Transmission side DC / DC converter unit
1200 transmission side DC / AC conversion unit
1300 transmitting side impedance matching unit
1400 transmit coil part
1500 Transmitting side communication and control unit
1510 Transmission side control section
1520 transmission side communication unit
1600 detector
2000 receiver
2100 Receiver side coil part
201, 2120 receiving side resonance circuit section
2200 receiving impedance matching unit
202 receiving side power conversion unit
2300 receiving AC / DC converter
2400 receiving side DC / DC converting section
2500 Load section
2510 battery
2520 battery management section
2600 Receive side communication and control unit
203 and 2610,
2620 Receiving side communication unit

Claims (27)

송신장치로부터 수신장치에 무선으로 전력을 전송하는 방법으로서,
상기 수신장치의 검출을 위한 아날로그 핑을송신하는 단계;
상기 수신장치로부터 신호 강도 패킷을 수신하는 단계;
상기 수신장치로부터 식별 패킷을 수신하는 단계;
상기 수신장치의 식별 패킷에 포함된 수신측 코일부의 전류 임계 값에 기초하여 송신장치의 구동 주파수의 범위를 최소 주파수는 상기 송신장치의 기 설정된 구동 주파수의 최소 주파수보다 크도록 재 설정하는 단계; 및
상기 재 설정된 구동 주파수의 범위 내에서 생성된 무선 전력을 전송하는 단계;를 포함하는 전력 전송 방법.
A method for wirelessly transmitting power from a transmitting device to a receiving device,
Transmitting an analog ping for detection of the receiving device;
Receiving a signal strength packet from the receiving device;
Receiving an identification packet from the receiving device;
Resetting the range of the driving frequency of the transmitting apparatus based on the current threshold value of the receiving side coil part included in the identification packet of the receiving apparatus such that the minimum frequency is larger than the minimum frequency of the predetermined driving frequency of the transmitting apparatus; And
And transmitting the generated wireless power within the range of the re-set driving frequency.
제1 항에 있어서,
상기 재 설정된 구동 주파수의 범위 내에서 생성된 무선 전력을 전송하는 단계는 상기 송신장치와 상기 수신장치가 미스 얼라인이 되면 상기 송신장치가 상기 재 설정된 구동 주파수의 범위 내에서 무선 전력을 생성하는 전력 전송 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of transmitting the generated wireless power within the range of the re-set driving frequency is performed such that when the transmitting device and the receiving device become misaligned, Transmission method.
제2 항에 있어서,
상기 미스 얼라인은 상기 송신장치와 상기 수신장치의 결합계수가 0.5보다 작은 경우인 전력 전송 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the misalignment is a case where a coupling coefficient between the transmitting apparatus and the receiving apparatus is less than 0.5.
제1 항에 있어서,
상기 구동 주파수의 범위는,
상기 수신장치로부터 제어 오차 패킷을 수신한 후, 상기 식별 패킷에 기초하여 재 설정되는 전력 전송 방법.
The method according to claim 1,
The range of the driving frequency is,
After receiving the control error packet from the receiving device, is reset based on the identification packet.
제2 항에 있어서,
상기 송신장치의 전력변환부는 하프 브릿지 인버터 또는 풀 브릿지 인버터로 동작하는 전력 전송 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the power conversion unit of the transmission apparatus operates as a half bridge inverter or a full bridge inverter.
제5 항에 있어서,
상기 송신장치는 상기 하프 브릿지 인버터로 동작하면 상기 구동 주파수를 높임에 따라 무선 전력 량이 증가하고, 풀 브릿지 인버터로 동작하면 상기 구동 주파수를 낮춤에 따라 무선 전력 량이 증가하는 전력 전송 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the transmitting device increases the amount of radio power as the driving frequency increases when the half bridge inverter operates, and increases the amount of radio power as the driving frequency decreases when the inverter operates as a full bridge inverter.
제1 항에 있어서,
상기 수신장치로부터 제어 오차 패킷을 수신하는 단계; 및
상기 제어 오차 패킷의 수신장치의 요구 전력량에 대한 정보에 기초하여 무선 전력을 생성하는 단계;를 더 포함하는 전력 전송 방법.
The method according to claim 1,
Receiving a control error packet from the receiving apparatus; And
And generating wireless power based on information on the amount of power required by the receiving apparatus of the control error packet.
제7 항에 있어서,
상기 무선 전력을 생성하는 단계는,
비례 제어, 적분 제어 및 미분 제어(proportional integral differential control; 이하 PID 제어)에 기초하여 무선 전력을 생성하는 전력 전송 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein generating the wireless power comprises:
A power transmission method for generating wireless power based on proportional control, integral control, and proportional integral differential control (PID control).
제8 항에 있어서,
이전 제어 오차 패킷에 따른 전회 제어 변수에 현재 제어 오차 패킷에 따른 금회 PID 제어량과 스케일링 팩터의 곱의 차이 값에 기초하여 금회 제어 변수를 설정하고
상기 금회 제어 변수에 기초하여 무선 전력을 생성하는 전력 전송 방법.
9. The method of claim 8,
The present time control variable is set based on the difference value of the product of the current PID control amount and the scaling factor according to the current control error packet to the previous control variable according to the previous control error packet
And generating wireless power based on the current time control variable.
제9 항에 있어서,
상기 스케일링 팩터는 재 설정된 상기 구동 주파수의 범위에 기초하여 변경되는 전력 전송 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the scaling factor is changed based on a range of the reset drive frequency.
수신장치가 송신장치로부터 무선으로 전력을 수신하는 방법으로서,
상기 송신장치로부터의 검출을 위한 아날로그 핑을 수신하는 단계;
상기 아날로그 핑에 대한 응답으로 신호 강도 패킷을 송신하는 단계;
상기 송신장치로 식별 패킷를 송신하는 단계; 및
상기 식별 패킷에 포함된 수신측 코일부의 전류 임계 값에 기초하여 최소 주파수는 상기 송신장치의 기 설정된 구동 주파수의 최소 주파수보다 크도록 재 설정된 구동 주파수의 범위에 따라 생성된 무선 전력을 수신하는 단계;를 포함하는 전력 수신 방법.
A method of receiving power wirelessly from a transmitting device,
Receiving an analog ping for detection from the transmitting device;
Transmitting a signal strength packet in response to the analog ping;
Transmitting an identification packet to the transmitting device; And
Receiving a radio power generated based on a range of a driving frequency that is reset so that the minimum frequency is greater than a minimum frequency of a predetermined driving frequency of the transmitting apparatus based on a current threshold value of a receiving side coil part included in the identification packet &Lt; / RTI &gt;
제11 항에 있어서,
상기 재 설정된 구동 주파수의 범위에 따라 생성된 무선 전력을 수신하는 단계는 상기 송신장치와 상기 수신장치가 미스 얼라인이 되면 상기 송신장치가 상기 재 설정된 구동 주파수의 범위 내에서 무선 전력을 생성하는 전력 수신 방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the step of receiving the generated wireless power according to the range of the re-set driving frequency includes a step of, when the transmitting device and the receiving device become misaligned, Receiving method.
제12 항에 있어서,
상기 미스 얼라인은 상기 송신장치와 상기 수신장치의 결합계수가 0.5보다 작은 경우인 전력 수신 방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the misalignment is a case where a coupling coefficient between the transmitting apparatus and the receiving apparatus is less than 0.5.
제12 항에 있어서,
상기 송신장치의 전력변환부는 하프 브릿지 인버터 또는 풀 브릿지 인버터로 동작하는 전력 수신 방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the power conversion unit of the transmission apparatus operates as a half bridge inverter or a full bridge inverter.
제14 항에 있어서,
상기 송신장치의 전력변환부는 상기 하프 브릿지 인버터로 동작하면 상기 구동 주파수를 높임에 따라 무선 전력 량이 증가하고, 풀 브릿지 인버터로 동작하면 상기 구동 주파수를 낮춤에 따라 무선 전력 량이 증가하는 전력 수신 방법.
15. The method of claim 14,
Wherein the power conversion unit of the transmission apparatus increases the amount of radio power as the driving frequency increases when the inverter operates as the half bridge inverter and increases the amount of radio power as the driving frequency decreases when the inverter operates as a full bridge inverter.
제11 항에 있어서,
수신한 무선 전력과 요구 전력을 비교하는 단계; 및
상기 비교 결과에 따라 상기 송신장치로 제어 오차 패킷을 송신하는 단계;를 더 포함하고,
상기 제어 오차 값은 양수, 영 또는 음수 중 어느 하나이고,
전력 증가 요청 신호는 양수의 제어 오차 값에 대응하고,
전력 유지 요청 신호는 영의 제어 오차 값에 대응하며,
전력 감소 요청 신호는 음수의 제어 오차 값에 대응하는 전력 수신 방법.
12. The method of claim 11,
Comparing the received radio power with the required power; And
And transmitting the control error packet to the transmission apparatus according to the comparison result,
Wherein the control error value is any one of a positive number, a zero number, and a negative number,
The power increase request signal corresponds to a positive control error value,
The power-hold request signal corresponds to a control error value of zero,
Wherein the power reduction request signal corresponds to a negative control error value.
수신장치와 통신하여 아날로그 핑을 전송하는 제어부;
무선 전력 송신을 위한 송신 코일;
상기 송신 코일에 전력을 출력하는 전력변환부;
상기 송신 코일에 출력되는 전력의 양을 제어하기 위해 상기 전력변환부를 제어하는 제어부;
상기 제어부는,
상기 무선 전력을 수신하는 상기 수신장치의 식별 패킷에 포함된 수신측 코일부의 전류 임계 값에 기초하여 상기 전력변환부의 구동 주파수의 범위를 최소 주파수는 상기 송신장치의 기 설정된 구동 주파수의 최소 주파수보다 크도록 재 설정하는 송신장치.
A controller for communicating with a receiving device to transmit an analog ping;
A transmit coil for wireless power transmission;
A power converter for outputting power to the transmission coil;
A control unit for controlling the power conversion unit to control an amount of power output to the transmission coil;
Wherein,
Wherein the minimum frequency of the range of the driving frequency of the power conversion unit based on the current threshold value of the receiving side coil part included in the identification packet of the receiving apparatus that receives the wireless power is smaller than the minimum frequency of the predetermined driving frequency of the transmitting apparatus To be larger.
제17 항에 있어서,
상기 전력변환부는 상기 식별 패킷에 기초하여 하프 브릿지 인버터(half bridge inverter) 또는 풀 브릿지 인버터(full bridge inverter) 중 어느 하나로 동작하는 송신장치.
18. The method of claim 17,
Wherein the power conversion unit operates either as a half bridge inverter or a full bridge inverter based on the identification packet.
제18 항에 있어서,
상기 전력변환부는 상기 하프 브릿지 인버터로 동작하면 상기 구동 주파수를 높임에 따라 무선 전력 량이 증가하고, 풀 브릿지 인버터로 동작하면 상기 구동 주파수를 낮춤에 따라 무선 전력 량이 증가하는 송신장치.
19. The method of claim 18,
Wherein the power conversion unit increases the amount of radio power as the driving frequency is increased when the inverter operates as the half bridge inverter and increases as the driving frequency decreases when the inverter operates as a full bridge inverter.
제17 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 전력 변환부의 구동 주파수, 입력 전압, 듀티 사이클(duty cycle) 및 위상 천이(phase shift) 중 어느 하나를 조절하여 상기 무선 전력의 양을 제어하는 송신장치.
18. The method of claim 17,
Wherein,
And controls the amount of the wireless power by adjusting any one of a driving frequency, an input voltage, a duty cycle, and a phase shift of the power conversion unit.
제17 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 수신장치로부터의 전력 증가 요청 신호와 상기 송신코일의 제1 전류에 기초하여 제2 전류를 결정하는 제1 연산부;
비례 제어, 적분 제어 및 미분 제어(proportional integral differential control; 이하 PID 제어)에 기초하여 제어량을 결정하는 PID 제어부; 및
상기 제어량 및 전회 제어 변수에 기초하여 금회 제어 변수를 결정하는 제2 연산부;를 포함하고,
상기 금회 제어 변수에 기초하여 상기 전력변환부를 제어하는 송신장치.
18. The method of claim 17,
Wherein,
A first calculation unit for determining a second current based on a power increase request signal from the reception apparatus and a first current of the transmission coil;
A PID controller for determining a control amount based on proportional control, integral control, and proportional integral differential control (PID control); And
And a second calculation unit for determining a current control variable based on the control amount and the previous control variable,
And controls the power conversion section based on the current time control variable.
제21 항에 있어서,
상기 제2 연산부는,
상기 제어량에 스케일링 팩터를 곱한 값과 상기 전회 제어 변수의 차이 값에 기초하여 상기 금회 제어 변수를 결정하는 송신장치.
22. The method of claim 21,
Wherein the second calculation unit comprises:
And determines the current time control variable based on a value obtained by multiplying the control amount by a scaling factor and a difference value between the previous control variable.
제22 항에 있어서,
상기 스케일링 팩터는 재 설정된 상기 구동 주파수의 범위에 기초하여 변경되는 송신장치.
23. The method of claim 22,
Wherein the scaling factor is changed based on a range of the drive frequency that is reset.
송신장치와 통신하여 신호 강도 패킷과 식별 패킷을 전송하는 제어부; 및
상기 식별 패킷에 포함된 수신측 코일부의 전류 임계 값에 기초하여 최소 주파수는 상기 송신장치의 기 설정된 구동 주파수의 최소 주파수보다 크도록 재 설정된 구동 주파수의 범위에 따라 생성된 무선 전력을 수신하는 수신 코일;를 포함하는 수신장치.
A control unit communicating with the transmitting apparatus to transmit a signal strength packet and an identification packet; And
Receiving a radio power generated based on a range of a driving frequency that is reset so that a minimum frequency is greater than a minimum frequency of a predetermined driving frequency of the transmitting apparatus based on a current threshold value of a receiving side coil part included in the identification packet; And a coil.
제24 항에 있어서,
상기 수신 코일은 상기 송신장치와 상기 수신장치가 미스 얼라인이 되면 상기 송신장치가 상기 재 설정된 구동 주파수의 범위 내에서 생성된 무선 전력을 수신하는 수신장치.
25. The method of claim 24,
Wherein the receiving coil receives radio power generated within the range of the re-set driving frequency when the transmitting device and the receiving device become misaligned.
제25 항에 있어서,
상기 수신 코일은 상기 송신장치의 전력변환부가 하프 브릿지 인버터 또는 풀 브릿지 인버터로 동작하여 생성된 무선 전력을 수신하는 수신장치.
26. The method of claim 25,
Wherein the reception coil receives the generated radio power by operating the power conversion unit of the transmission apparatus as a half bridge inverter or a full bridge inverter.
제26 항에 있어서,
상기 수신 코일은 상기 송신장치의 전력변환부가 상기 하프 브릿지 인버터로 동작하면 상기 구동 주파수를 높임에 따라 무선 전력 량을 증가시켜 생성된 무선 전력을 수신하고, 상기 송신장치의 전력변환부가 풀 브릿지 인버터로 동작하면 상기 구동 주파수를 낮춤에 따라 무선 전력 량을 증가시켜 생성된 무선 전력을 수신하는 수신장치.
27. The method of claim 26,
The receiving coil receives the generated radio power by increasing the amount of radio power when the power conversion unit of the transmission apparatus operates as the half bridge inverter, And operates to increase the amount of radio power as the driving frequency is lowered to receive the generated radio power.
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