KR20170109929A - 무선 전력 제어 장치 및 그를 이용한 무선 전력 송신 장치 - Google Patents

무선 전력 제어 장치 및 그를 이용한 무선 전력 송신 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 기술적 측면에 따른 무선 전력 송신 장치는, 교류 전압을 입력받아 직류 전압으로 변환하고 트랜스포머에 대한 스위칭 제어에 따라 상기 직류 전압으로부터 유도 전류를 생성하는 무선 전력 제어부 및 상기 유도 전류에 의하여 공진하는 공진기를 포함할 수 있다.

Description

무선 전력 제어 장치 및 그를 이용한 무선 전력 송신 장치{CONTROL APPARATUS FOR TRANSMITING POWER WIRELESSLY AND APPARATUS FOR TRANSMITING POWER WIRELESSLY}
본 발명은 무선 전력 제어 장치 및 그를 이용한 무선 전력 송신 장치에 관한 것이다.
무선 기술의 발전에 따라, 무선 기술은 데이터뿐만 아니라 전력까지 전송하는 등 다양하게 발전되고 있다. 특히, 최근에는 비 접촉 상태에서도 전자 기기에 전력 충전이 가능한 무선 전력 충전 기술이 개발되고 있다.
종래의 무선 전력 충전 장치의 경우, 상용 교류 전원을 직류로 변환하는 전원 변환 장치로부터 직류 전원을 제공받아 무선 충전을 제공한다. 그러나, 이러한 종래의 무선 전력 충전 장치는 별도의 전원 변환 장치가 필요하므로 휴대가 불편하고, 크기가 커져야 하는 문제가 있다.
이에 따라, 상용 교류 전원을 직접 입력받아 구동하는 무선 전력 충전 장치에 대한 요구가 발생하고 있다.
한국 공개특허공보 제2012-0049175호 한국 공개특허공보 제2014-0043975호 한국 공개특허공보 제2015-0076001호
본 발명에 따른 일 실시형태의 목적은, 상용 교류 전원을 직접 입력받아 구동되면서도, 또한 상용 교류 전원에 의한 고전압 환경에서도 신뢰성 있게 구동 가능한 무선 전력 송신 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 기술적 측면은 무선 전력 송신 장치를 제안한다. 상기 무선 전력 송신 장치는, 교류 전압을 입력받아 직류 전압으로 변환하고 트랜스포머에 대한 스위칭 제어에 따라 상기 직류 전압으로부터 유도 전류를 생성하는 무선 전력 제어부 및 상기 유도 전류에 의하여 공진하는 공진기를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 기술적 측면은 무선 전력 제어 장치를 제안한다. 상기 무선 전력 제어 장치는, 교류 전압을 입력받아 직류 전압을 출력하는 교류 직류 컨버터, 상기 직류 전압으로부터 유발된 교류 전류가 1차 코일을 통해 흐르고, 상기 교류 전류가 상기 1차 코일과 2차 코일의 권선비에 따른 비율로 감소된 상기 유도 전류를 출력하는 트랜스포머 및 스위칭 동작하여 상기 직류 전압으로부터 상기 1차 코일에 상기 교류 전류를 유발시키는 스위치부를 포함할 수 있다.
상기한 과제의 해결 수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 과제 해결을 위한 다양한 수단들은 이하의 상세한 설명의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 무선 전력 수신 장치는, 상용 교류 전원을 직접 입력받아 구동되면서도, 또한 상용 교류 전원에 의한 고전압 환경에서도 신뢰성 있게 구동 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 도시하는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 도시하는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 도시하는 회로도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 도시하는 회로도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 도시하는 회로도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 도시하는 회로도이다.
도 8 내지 도 9는 주파수 가변 방식의 스위칭 제어에 따른 무선 전력 송신 장치의 일 예에 따른 출력 신호들을 도시하는 그래프이다.
도 10 내지 도 11은 주파수 가변 방식의 스위칭 제어에 따른 무선 전력 송신 장치의 일 예에 따른 출력 신호들을 도시하는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 '~사이에'와 '바로 ~사이에' 또는 '~에 이웃하는'과 '~에 직접 이웃하는' 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 무선 전력 수신 장치(200)는 무선 전력 송신 장치(100)에 인접하여, 무선 전력 송신 장치(100)와 자기적으로 결합-예컨대, 자기 공명이나 자기 유도-하여 무선으로 전력을 수신할 수 있다.
무선 전력 수신 장치(200)는 수신한 전력을 전자 기기(300)에 제공할 수 있다. 무선 전력 수신 장치(200)는 전자 기기(300) 내에 일 구성으로서 존재하거나, 또는 전자 기기(300)에 연결되는 별도의 장치일 수 있다.
도시된 예에서는 무선 전력 수신 장치(200)와 무선 전력 송신 장치(100)가 일부 이격되어 있으나, 이는 예시적인 것으로서, 실제로는 무선 전력 수신 장치(200)와 무선 전력 송신 장치(100)는 서로 접촉하거나 또는 인접할 수 있다.
무선 전력 송신 장치(100)는 상용 교류 전원을 직접 입력받아 구동될 수 있다. 즉, 종래의 무선 전력 송신 장치가 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 전원 공급 장치를 요구하던 점과 다르게, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)는 상용 교류 전원을 직접 입력받아 동작할 수 있다. 따라서, 무선 전력 송신 장치(100)는 휴대가 용이하고 소형화 가능한 장점이 있다.
이하에서는, 도 2 내지 도 6을 참조하여, 상용 교류 전원을 직접 입력받아 동작하는 무선 전력 송신 장치(100)의 다양한 실시예들에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 도시하는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(100)는 무선 전력 제어부(10) 및 공진기(130)를 포함할 수 있다.
무선 전력 제어부(10)는 공진기(130)와 구조적으로 구분 가능한 별도의 장치 또는 하드웨어로 구현될 수 있다.
무선 전력 제어부(10)는 교류 직류 컨버터(110), 트랜스포머(120), 공진기(130) 및 스위치부(140)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 무선 전력 제어부(10)는 제어부(150)를 더 포함할 수 있다.
교류 직류 컨버터(110)는 교류 전압을 입력받아 직류 전압을 출력할 수 있다. 예를 들어, 교류 직류 컨버터(110)는 상용 교류 전압을 입력받고, 이를 직류 전압으로 변환할 수 있다.
트랜스포머(120)는 1차 코일과 2차 코일을 포함할 수 있다. 상기 직류 전압으로부터 유발된 교류 전류가 1차 코일을 통해 흐르고, 2차 코일에는 유도 전류가 흐른다. 상기 유도 전류는, 상기 교류 전류가 1차 코일과 2차 코일의 권선비에 따른 비율로 감소된 것에 대응할 수 있다.
트랜스포머(120)는 1차 코일의 권선수와 2차 코일의 권선 수를 다르게 하여, 변압을 수행할 수 있다. 트랜스포머(120)의 1차 코일의 감은 수를 N1, 1차 코일 전압을 V1, 2차 코일의 감은 수를 N2, 2차 코일 전압을 V2라고 할 때, 이들은 아래와 같은 수학식 1을 만족한다.
[수학식 1]
V1 / N1 = V2 / N2 , 　V2 = V1 * (N2 / N1)
열 손실이 없다고 가정할 때, 에너지는 보존되므로 1차 코일로 입력된 전력은 2차 코일로 출력된 전력과 같다. 따라서, 1차 코일에 입력된 교류　전류를 I1, 2차 코일에 유도된　유도 전류를 I2라고 할 때, 이들은 아래의 수학식 2를 만족한다.
[수학식 2]
V1 * I1 = V2 * I2, 　I2 = I1 * (V1 / V2)
결국, 2차 코일에 유도된 유도 전류 I2는, 1차 코일로 입력된 교류 전류에 대하여, 1차 코일 전압의 2차 코일 전압에 대한 비율로 감소됨을 알 수 있다.
공진기(130)는 상기 2차 코일에서 제공된 교류 전류에 의하여 공진할 수 있다. 공진기(130)는 무선 전력 수신 장치의 수신 공진기와 자기적으로 결합하여, 무선으로 전력을 제공할 수 있다.
스위치부(140)는 트랜스포머(120)의 1차 코일에 연결되고, 스위칭 동작하여 상기 직류 전압으로부터 상기 1차 코일에 교류 전류를 유발시킬 수 있다.
예를 들어, 스위치부(140)는 상기 1차 코일과 접지단 사이에 연결되어, 스위칭 동작함으로써 교류 직류 컨버터(110)에 저장된 직류 전압을 이용하여 교류 전류를 생성할 수 있다.
제어부(150)는 직류 전압의 리플에 대응하여 스위치부(140)의 스위칭 주파수 또는 스위칭 듀티를 조절할 수 있다. 즉, 제어부(150)는 입력인 직류 전압을 센싱하여 직류 전압의 리플을 보정하도록 스위치부(140)의 동작을 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(150)는 직류 전압이 기준 레벨을 초과하면, 상기 교류 전류의 크기가 감소하도록 스위치부(140)의 스위칭 주파수 또는 스위칭 듀티를 조절할 수 있다.
다른 예를 들어, 제어부(150)는 직류 전압이 기준 레벨 미만이면, 상기 교류 전류의 크기가 증가하도록 스위치부(140)의 스위칭 주파수 또는 스위칭 듀티를 조절할 수 있다.
이와 같이 제어함으로써, 직류 전압의 크기가 변동되는 경우라도 공진기(130)의 출력은 일정하게 유지될 수 있다.
제어부(150)는 프로세싱 유닛으로 구현될 수 있다. 실시예에 따라 제어부(150)는 메모리나 저장장치를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로세싱 유닛은 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU), 마이크로프로세서, 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC), Field Programmable Gate Arrays(FPGA) 등을 포함할 수 있으며, 복수의 코어를 가질 수 있다. 메모리는 휘발성 메모리(예를 들어, RAM 등), 비휘발성 메모리(예를 들어, ROM, 플래시 메모리 등) 또는 이들의 조합일 수 있다.
이와 같이, 무선 전력 송신 장치(100)는 출력단의 전압이 감압되는 트랜스포머(120)를 이용하므로, 공진기(130)의 요구 내압이 낮아지는 효과를 가질 수 있다. 따라서, 공진기(130)의 코일의 턴수 및 인덕턴스가 작아도 정확하게 동작할 수 있으므로, 설계 편의성, 신뢰성 및 가격적인 효율성을 확보할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 도시하는 회로도이다.
도 3을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(101)는 교류 직류 컨버터(310), 트랜스포머(320), 공진기(330), 스위치부(340) 및 제어부(350)를 포함할 수 있다.
교류 직류 컨버터(310)는 정류기(311) 및 평활 커패시터(312)를 포함할 수 있다.
정류기(311)는 교류 전압을 입력받아 정류할 수 있다. 도시된 예에서는 입력 신호를 반파 정류하는 풀 브리지 정류기가 도시되어 있으나, 실시예에 따라 다양한 정류회로가 적용 될 수 있다.
평활 커패시터(312)는 정류기(311)의 출력을 평활할 수 있다. 평활 커패시터(312)는 정류기(311)에서 출력된 전하를 축적하여, 직류 전압을 출력할 수 있다.
스위치(340)의 스위칭 동작에 따라 트랜스포머(320)의 1차 코일에 교류 전류가 제공될 수 있다. 즉, 스위치(340)의 스위칭 동작에 따라 평활 커패시터(312)의 직류 전압이 트랜스포머(320)의 1차 코일에 제공되거나 제공되지 않게 됨에 따라, 트랜스포머(320)의 1차 코일에는 교류 전류가 유도될 수 있다.
공진 커패시터(C2)는 평활 커패시터(312) 및 트랜스포머(320)의 1차 코일에 연결될 수 있다. 공진 커패시터(C2)에 의하여, 스위치(340)의 스위칭 동작에 따라 트랜스포머(320)의 1차 코일에 유도되는 교류 전류의 파형이 보다 사인파에 가까운 형상이 될 수 있다.
공진기(330)는 트랜스포머(320)의 2차 코일에서 제공되는 교류 전류에 따라 공진할 수 있다. 트랜스포머(320)의 2차 코일에는, 1차 코일로 입력된 교류 전류에 대하여, 1차 코일 전압의 2차 코일 전압에 대한 비율로 감소된 유도 전류가 흐를 수 있다. 공진기(330)는 트랜스포머(320)의 2차 코일과 직접 연결되어 있으므로, 공진기(330)에는 상기 유도 전류가 흐를 수 있다. 상기 유도 전류는 사인파일 수 있으므로, 공진기는 이러한 유도 전류로부터 공진할 수 있다.
제어부(350)는 스위치부(340)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 스위치부(340)는 트랜스포머(320)의 1차 코일에 연결되어 있고, 트랜스포머(320)의 2차 코일에 유도된 교류 전류에 의하여 공진기(330)가 공진하므로, 제어부(350)는 스위치부(340)의 스위칭 동작을 제어함으로써 공진기(330)의 동작을 제어할 수 있다. 즉, 제어부(350)는 트랜스포머(320)의 1차측의 스위칭을 조절하여, 트랜스포머(320)의 2차측의 공진기(330)를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(350)는 평활 커패시터(312)의 출력을 검출하고, 평활 커패시터(312)의 출력에 존재하는 리플에 대응하여 피드 포워드 방식으로 스위치(340)의 제어를 조절할 수 있다. 즉, 무선 전력 송신 장치(101)가 별도의 전원 변환 장치를 사용하지 않고, 정류기(311) 및 평활 커패시터(312)를 통하여 직류 전압을 생성한다. 그에 따라, 평활 커패시터(312)는 외부 영향 등에 의하여 리플이 발생할 수 있으며, 이러한 리플은 트랜스포머(320)의 입력의 변동에 해당하게 된다. 따라서, 제어부(350)는 평활 커패시터(312)에서 출력되는 직류 전압의 리플에 대응하여 피드 포워드 방식으로 스위치(340)를 조절함으로써, 공진기(330)의 안정적인 동작을 제공할 수 있다.
예를 들어, 제어부(150)는 직류 전압이 기준 레벨을 초과하면, 공진기의 이득을 낮추도록 스위치부(140)의 스위칭 주파수 또는 스위칭 듀티를 조절할 수 있다.
다른 예를 들어, 제어부(150)는 직류 전압이 기준 레벨 미만이면, 공진기의 이득을 높이도록 스위치부(140)의 스위칭 주파수 또는 스위칭 듀티를 조절할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 도시하는 회로도이다.
도 4를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(102)는 교류 직류 컨버터(410), 트랜스포머(420), 공진기(430), 스위치부(440), 제어부(450) 및 모듈레이터(460)를 포함할 수 있다.
교류 직류 컨버터(410), 트랜스포머(420), 공진기(430), 스위치부(440) 및 제어부(450)에 대해서는 도 2 및 도3에서 상술한 내용을 참조하여 이해할 수 있다.
공진 커패시터(C2)는 스위치(440)의 양단에 연결될 수 있다. 이는 도 3에 도시된 공진 커패시터(C2)와 유사하게 동작하므로, 스위치(440)의 동작에 따라 트랜스포머(420)의 1차 코일에 인가되는 교류 전류를 사인파 형태로 만들어줄 수 있다.
모듈레이터(460)는 공진기(430)에 연결되어 공진기(430)의 출력을 모듈레이션할 수 있다. 제어부(450)는 모듈레이터(460)를 통하여, 무선 전력 수신 장치와 무선 충전을 위한 정보를 송신 또는 수신할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 도시하는 회로도이다.
도 5에 도시된 무선 전력 송신 장치(103)는 공진 커패시터가 없는 실시예를 도시하고 있다. 본 실시예의 경우, 트랜스포머(420)의 1차 권선에 인가되는 교류 전류의 형태가 구형파에 가까우므로, 도 3 내지 도 4에 도시된 실시예에 비하여 노이즈가 유발될 수 있으나, 트랜스포머(420)의 자기적 결합에 의한 전송에 의하여 상기 노이즈가 일부 상쇄될 수 있으며, 또한 구성이 간단한 측면에서 유리하다.
교류 직류 컨버터(510), 트랜스포머(520), 공진기(530), 스위치부(540) 및 제어부(550)에 대해서는 도 3 내지 도 4를 참조하여 상술한 바로부터 쉽게 이해할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 도시하는 회로도로서, 도 6에 도시된 무선 전력 송신 장치(104)는, 도 3 내지 도 4에 도시된 실시예와 달리, 공진 커패시터가 생략된 실시예에 관한 것이다.
무선 전력 송신 장치(104)는 트랜스포머(620)의 2차측에 다이오드(D1)을 구비하고, 병렬 공진기(630)를 사용하고 있다.
이에 따라, 트랜스포머(620)의 1차측에 구형파의 교류 전류가 인가되어도, 공진기(630)에는 사인파의 교류가 입력되게 되며, 그에 따라 공진기(630)의 성능을 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 도시하는 회로도이다.
도 7에 도시된 무선 전력 송신 장치(105)는 하브 브리지 인버터를 스위치부(740)로서 이용하는 실시예에 관한 것이다.
즉, 스위치부(740) 일단이 평활 커패시터(712)의 일 단에 연결되는 제1 스위치(Q1)와, 일단이 제1 스위치(Q1)의 타단에 연결되고, 타단이 평활 커패시터(712)의 타 단에 연결되는 제2 스위치(Q2)를 포함할 수 있다.
트랜스포머(720)의 1차 코일의 일단은 제1 스위치(Q1)의 타단 및 제2 스위치(Q2)의 일단에 연결될 수 있다. 트랜스포머(720)의 1차 코일의 타단은 제2 스위치(Q2)의 타단 및 평활 커패시터(712)의 타 단에 연결될 수 있다.
도 8 내지 도 9는 주파수 가변 방식의 스위칭 제어에 따른 무선 전력 송신 장치의 일 예에 따른 출력 신호들을 도시하는 그래프이다.
본 예에서, 무선 전력 송신 장치의 입력 전압은 상용 교류 전원에 해당하는 380V의 교류 전원이다. 트랜스포머의 경우 50:1의 턴비를 적용하여 2차측 전압을 감압하였다.
도 8 및 도 9는 주파수 변화에 따른 출력 전압 및 기타 전류 파형의 변화를 도시하고 있다. 도 8 및 도 9의 첫 번째 파형은 트랜스포머 1차측 스위치의 스위칭 신호를, 두 번째 파형은 공진기의 코일 전류, 세 번째 파형은 무선충전 수신기의 정류단 전류, 네 번째 파형은 무선충전 수신기의 출력 전압을 각각 나타내고 있다.
도 8은 스위칭 주파수를 200kHz으로 하고 시비율을 50%으로 했을 때의 결과를, 도 9는 스위칭 주파수를 160kHz으로 하고 시비율을 50%으로 했을 때의 결과를 나타내고 있다.
도 8의 예에서는 출력 전압이 약 9.5V이고, 도 9의 예에서는 출력 전압이 약 13.2V인 것을 알 수 있다. 따라서, 트랜스포머에 대한 주파수 가변에 대응하여 출력 전압이 정상적으로 가변됨을 알 수 있다.
도 10 내지 도 11은 주파수 가변 방식의 스위칭 제어에 따른 무선 전력 송신 장치의 일 예에 따른 출력 신호들을 도시하는 그래프이다.
본 예에서, 무선 전력 송신 장치의 입력 전압은 상용 교류 전원에 해당하는 380V의 교류 전원이다. 트랜스포머의 경우 50:1의 턴비를 적용하여 2차측 전압을 감압하였다.
도 10 및 도 11은 시비율 변화에 따른 출력 전압 및 기타 전류 파형의 변화를 도시하고 있다. 도 10 및 도 11의 첫 번째 파형은 트랜스포머 1차측 스위치의 스위칭 신호를, 두 번째 파형은 공진기의 코일 전류, 세 번째 파형은 무선충전 수신기의 정류단 전류, 네 번째 파형은 무선충전 수신기의 출력 전압을 각각 나타내고 있다.
도 10은 스위칭 주파수를 200kHz으로 하고 시비율을 50%으로 했을 때의 결과를, 도 11은 스위칭 주파수를 200kHz으로 하고 시비율을 70%으로 했을 때의 결과를 나타내고 있다.
도 10의 예에서는 출력 전압이 약 9.5V이고, 도 11의 예에서는 출력 전압이 약 11.6V인 것을 알 수 있다. 따라서, 트랜스포머에 대한 시비율 가변에 대응하여 출력 전압이 정상적으로 가변됨을 알 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
100 : 무선 전력 송신 장치
110, 310, 410, 510, 610, 710 : 교류 직류 컨버터
311, 411, 511, 611, 711 : 정류기
312, 412, 512, 612, 712 : 평활 커패시터
120, 320, 420, 520, 620, 720 : 트랜스포머
130, 330, 430, 530, 630, 730 : 공진기
140, 340, 440, 540, 640, 740 : 스위치부
150, 350, 450, 550, 650, 750 : 제어부
200 : 무선 전력 수신 장치
300 : 전자 기기

Claims (14)

  1. 교류 전압을 입력받아 직류 전압으로 변환하고, 트랜스포머에 대한 스위칭 제어에 따라 상기 직류 전압으로부터 유도 전류를 생성하는 무선 전력 제어부; 및
    상기 유도 전류에 의하여 공진하는 공진기;
    를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 무선 전력 제어부는
    상기 교류 전압을 입력받아 상기 직류 전압을 출력하는 교류 직류 컨버터;
    상기 직류 전압으로부터 유발된 교류 전류가 1차 코일을 통해 흐르고, 상기 교류 전류가 상기 1차 코일과 2차 코일의 권선비에 따른 비율로 감소된 상기 유도 전류를 출력하는 트랜스포머; 및
    스위칭 동작하여 상기 직류 전압으로부터 상기 1차 코일에 상기 교류 전류를 유발시키는 스위치부;
    를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 무선 전력 송신 장치는
    상기 직류 전압의 리플에 대응하여 상기 스위치부의 스위칭 주파수 또는 스위칭 듀티를 조절하는 제어부;
    를 더 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 직류 전압이 기준 레벨을 초과하면 상기 교류 전류의 크기가 감소하도록 상기 스위치부의 스위칭 주파수 또는 스위칭 듀티를 조절하는 무선 전력 송신 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 직류 전압이 기준 레벨 미만이면 상기 교류 전류의 크기가 증가하도록 상기 스위치부의 스위칭 주파수 또는 스위칭 듀티를 조절하는 무선 전력 송신 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 교류 직류 컨버터는
    상기 교류 전압을 입력받아 정류하는 정류기; 및
    상기 정류기의 출력을 평활하는 평활 커패시터; 를 포함하고,
    상기 무선 전력 송신 장치는
    상기 평활 커패시터 및 상기 1차 코일에 연결되는 공진 커패시터;
    를 더 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  7. 제2항에 있어서, 상기 교류 직류 컨버터는
    상기 교류 전압을 입력받아 정류하는 정류기; 및
    상기 정류기의 출력을 평활하는 평활 커패시터; 를 포함하고,
    상기 스위치부는
    일단이 상기 평활 커패시터의 일 단에 연결되는 제1 스위치; 및
    일단이 상기 제1 스위치의 타단에 연결되고, 타단이 상기 평활 커패시터의 타 단에 연결되는 제2 스위치;
    를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 1차 코일의 일단은 상기 제1 스위치의 타단 및 상기 제2 스위치의 일단에 연결되고,
    상기 1차 코일의 타단은 상기 제2 스위치의 타단 및 상기 평활 커패시터의 타 단에 연결되는 무선 전력 송신 장치.
  9. 교류 전압을 입력받아 직류 전압을 출력하는 교류 직류 컨버터;
    상기 직류 전압으로부터 유발된 교류 전류가 1차 코일을 통해 흐르고, 상기 교류 전류가 상기 1차 코일과 2차 코일의 권선비에 따른 비율로 감소된 유도 전류를 출력하는 트랜스포머; 및
    스위칭 동작하여 상기 직류 전압으로부터 상기 1차 코일에 상기 교류 전류를 유발시키는 스위치부;
    를 포함하는 무선 전력 제어 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 무선 전력 제어 장치는
    상기 직류 전압의 리플에 대응하여 상기 스위치부의 스위칭 주파수 또는 스위칭 듀티를 조절하는 제어부;
    를 더 포함하는 무선 전력 제어 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 교류 직류 컨버터는
    상기 교류 전압을 입력받아 정류하는 정류기; 및
    상기 정류기의 출력을 평활하는 평활 커패시터;
    를 포함하는 무선 전력 제어 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 무선 전력 제어 장치는
    상기 평활 커패시터 및 상기 1차 코일에 연결되는 공진 커패시터;
    를 더 포함하는 무선 전력 제어 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 스위치부는
    일단이 상기 평활 커패시터의 일 단에 연결되는 제1 스위치; 및
    일단이 상기 제1 스위치의 타단에 연결되고, 타단이 상기 평활 커패시터의 타 단에 연결되는 제2 스위치;
    를 포함하는 무선 전력 제어 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 1차 코일의 일단은 상기 제1 스위치의 타단 및 상기 제2 스위치의 일단에 연결되고,
    상기 1차 코일의 타단은 상기 제2 스위치의 타단 및 상기 평활 커패시터의 타 단에 연결되는 무선 전력 제어 장치.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019083170A1 (ko) * 2017-10-27 2019-05-02 엘지이노텍(주) 무선 전력 송신 장치
WO2023128037A1 (ko) * 2022-01-03 2023-07-06 엘지전자 주식회사 회전형 디스플레이 장치의 전력 공급 장치

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106160086B (zh) * 2016-07-14 2019-10-15 深圳市禾家欢科技有限公司 一种无线充电输出装置
WO2019126828A1 (en) 2017-12-22 2019-06-27 Wireless Advanced Vehicle Electrification, Inc. Wireless power transfer pad with multiple windings
US11462943B2 (en) 2018-01-30 2022-10-04 Wireless Advanced Vehicle Electrification, Llc DC link charging of capacitor in a wireless power transfer pad
US11437854B2 (en) * 2018-02-12 2022-09-06 Wireless Advanced Vehicle Electrification, Llc Variable wireless power transfer system
US11557921B2 (en) * 2020-03-11 2023-01-17 Ut-Battelle, Llc Wireless power system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4011486A (en) * 1975-03-27 1977-03-08 Pylon Electronic Development Company Ltd. Tone operated switching arrangement
KR20120049175A (ko) 2009-06-18 2012-05-16 가부시키가이샤 다이후쿠 무접촉 급전 설비
US20140097697A1 (en) * 2012-10-04 2014-04-10 Lg Innotek Co., Ltd. Wired-wireless combined power transmission apparatus and the method using the same
KR20150046114A (ko) * 2012-08-24 2015-04-29 퀄컴 인코포레이티드 무선 전력 전송 시스템들에서의 전력 공급 제어
KR20150076001A (ko) 2013-12-26 2015-07-06 울산대학교 산학협력단 전계 결합형 무선 충전장치

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8487480B1 (en) * 2008-09-27 2013-07-16 Witricity Corporation Wireless energy transfer resonator kit
US20120006855A1 (en) * 2010-07-08 2012-01-12 Ehrmann Scott J Liquid pump dispensing system for liquids having wide ranges of viscosities with no waste
CN103368281A (zh) * 2013-07-25 2013-10-23 华南理工大学 一种具有pfc的谐振式无线电能传输发射装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4011486A (en) * 1975-03-27 1977-03-08 Pylon Electronic Development Company Ltd. Tone operated switching arrangement
KR20120049175A (ko) 2009-06-18 2012-05-16 가부시키가이샤 다이후쿠 무접촉 급전 설비
KR20150046114A (ko) * 2012-08-24 2015-04-29 퀄컴 인코포레이티드 무선 전력 전송 시스템들에서의 전력 공급 제어
US20140097697A1 (en) * 2012-10-04 2014-04-10 Lg Innotek Co., Ltd. Wired-wireless combined power transmission apparatus and the method using the same
KR20140043975A (ko) 2012-10-04 2014-04-14 엘지이노텍 주식회사 유선-무선 전력 전송 장치 및 그 방법
KR20150076001A (ko) 2013-12-26 2015-07-06 울산대학교 산학협력단 전계 결합형 무선 충전장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019083170A1 (ko) * 2017-10-27 2019-05-02 엘지이노텍(주) 무선 전력 송신 장치
WO2023128037A1 (ko) * 2022-01-03 2023-07-06 엘지전자 주식회사 회전형 디스플레이 장치의 전력 공급 장치

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Publication number Publication date
US10205349B2 (en) 2019-02-12
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KR102497624B1 (ko) 2023-02-08

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