KR20170127885A - 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법은 전력 전송 중 무선 전력 수신기로부터 주기적으로 수신되는 피드백 신호에 기반하여 송출 전력을 제어하는 단계와 상기 전력 전송 중 상기 무선 전력 수신기가 충전 영역에 존재하는지 여부를 판단하는 단계와 상기 판단 결과, 상기 무선 전력 수신기가 상기 충전 영역에 존재하지 않는 경우, 상기 송출 전력의 세기를 일정하게 유지시키는 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명은 사용자의 의도에 반하여 불필요하게 전력 전송이 중단되는 현상을 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.

Description

무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템{Wireless Charging Method and Apparatus and System therefor}
본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 상세하게, 정상적인 충전 종료 없이 무선 전력 수신기가 감지되지 않는 경우, 적응적으로 초기화 과정을 제어하는 것이 가능한 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템에 관한 것이다.
최근 정보 통신 기술이 급속도로 발전함에 따라, 정보 통신 기술을 기반으로 하는 유비쿼터스 사회가 이루어지고 있다.
언제 어디서나 정보통신 기기들이 접속되기 위해서는 사회 모든 시설에 통신 기능을 가진 컴퓨터 칩을 내장시킨 센서들이 설치되어야 한다. 따라서 이들 기기나 센서의 전원 공급 문제는 새로운 과제가 되고 있다. 또한 휴대폰뿐만 아니라 블루투스 핸드셋과 아이팟 같은 뮤직 플레이어 등의 휴대기기 종류가 급격히 늘어나면서 배터리를 충전하는 작업이 사용자에게 시간과 수고를 요구하고 됐다. 이러한 문제를 해결하는 방법으로 무선 전력 전송 기술이 최근 들어 관심을 받고 있다.
무선 전력 전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 자기장의 유도 원리를 이용하여 무선으로 송신기에서 수신기로 전기 에너지를 전송하는 기술로서, 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 고주파, Microwave, 레이저 등과 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도되었다. 우리가 흔히 사용하는 전동칫솔이나 일부 무선면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다.
현재까지 무선을 이용한 에너지 전달 방식은 크게 자기 유도 방식, 자기 공진(Electromagnetic Resonance) 방식 및 단파장 무선 주파수를 이용한 RF 전송 방식 등으로 구분될 수 있다.
자기 유도 방식은 두 개의 코일을 서로 인접시킨 후 한 개의 코일에 전류를 흘려보내면 이 때 발생한 자속(MagneticFlux)이 다른 코일에 기전력을 일으키는 현상을 사용한 기술로서, 휴대폰과 같은 소형기기를 중심으로 빠르게 상용화가 진행되고 있다. 자기 유도 방식은 최대 수백 키로와트(kW)의 전력을 전송할 수 있고 효율도 높지만 최대 전송 거리가 1센티미터(cm) 이하이므로 일반적으로 충전기나 바닥에 인접시켜야 하는 단점이 있다.
자기 공진 방식은 전자기파나 전류 등을 활용하는 대신 전기장이나 자기장을 이용하는 특징이 있다. 자기 공진 방식은 전자파 문제의 영향을 거의 받지 않으므로 다른 전자 기기나 인체에 안전하다는 장점이 있다. 반면, 한정된 거리와 공간에서만 활용할 수 있으며 에너지 전달 효율이 다소 낮다는 단점이 있다.
단파장 무선 전력 전송 방식-간단히, RF 전송 방식-은 에너지가 라디오 파(RadioWave)형태로 직접 송수신될 수 있다는 점을 활용한 것이다. 이 기술은 렉테나(rectenna)를 이용하는 RF 방식의 무선 전력 전송 방식으로서, 렉테나는 안테나(antenna)와 정류기(rectifier)의 합성어로서 RF 전력을 직접 직류 전력으로 변환하는 소자를 의미한다. 즉, RF 방식은 AC 라디오파를 DC로 변환하여 사용하는 기술로서, 최근 효율이 향상되면서 상용화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
무선 전력 전송 기술은 모바일 뿐만 아니라 IT, 철도, 가전 산업 등 산업 전반에 다양하게 활용될 수 있다.
최근에는 무선 충전 마우스에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
무선 충전 마우스는 무선 전력 송신기가 탑재된 무선 충전 마우스 패드상을 움직이면서 충전이 이루어질 수 있다. 하지만, 무선 충전 마우스는 사용자의 조작에 따라 충전 가능 영역을 잠시 벗어날 수 있다. 이때, 종래의 무선 전력 송신기는 충전 종료 의도가 아님에도 불구하고 전력 전송을 중단하여 충전을 종료시켰다. 충전이 종료되면, 무선 전력 수신기의 MCU(Main Control Unit)로의 전원 공급이 차단되며, 그에 따라 무선 전력 송신기와 설정된 통신 연결-예를 들면, 저전력 블루투스 통신일 수 있음-이 해제되는 문제점이 있었다.
따라서, 종래의 무선 충전 마우스 시스템은 사용자의 의도와는 다르게 충전이 종료되는 경우, 수신기 감지 및 통신 연결을 위한 절차가 다시 수행되어야 하므로, 충전 효율이 현저히 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 정상적인 충전 종료 없이 무선 전력 수신기가 감지되지 않는 경우, 적응적으로 초기화 과정을 제어하는 것이 가능한 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 불필요한 초기화 과정을 최소화시키는 것이 가능한 무선 충전 방법 및 그를 이용한 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법은 전력 전송 중 무선 전력 수신기로부터 주기적으로 수신되는 피드백 신호에 기반하여 송출 전력을 제어하는 단계와 상기 전력 전송 중 상기 무선 전력 수신기가 충전 영역에 존재하는지 여부를 판단하는 단계와 상기 판단 결과, 상기 무선 전력 수신기가 상기 충전 영역에 존재하지 않는 경우, 상기 송출 전력의 세기를 일정하게 유지시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 송출 전력의 세기를 일정하게 유지하는 동안, 상기 무선 전력 수신기가 상기 충전 영역에 존재하는 것으로 판단되면, 상기 피드백 신호에 기반하여 송출 전력을 제어하는 단계가 수행될 수 있다.
또한, 상기 무선 충전 방법은 상기 판단 결과, 상기 무선 전력 수신기가 상기 충전 영역에 존재하지 않는 경우, 초기화 개시 타이머를 구동시키는 단계를 더 포함하되, 상기 초기화 개시 타이머가 만료되면, 상기 무선 전력 수신기로의 전력 전송을 중단하고, 초기 단계로 진입할 수 있다.
여기서, 상기 초기화 개시 타이머가 만료되기 이전에 상기 무선 전력 수신기가 상기 충전 영역에 존재하는 것으로 판단되면, 상기 피드백 신호에 기반하여 송출 전력을 제어하는 단계가 다시 수행될 수 있다.
또한, 상기 초기 단계는 A4WP(Alliance For Wireless Power) 표준에 정의된 비활성화 상태 또는 부트 상태, WPC(Wireless Power Consortium) 표준에 정의된 선택 단계, PMA(Power Matters Alliance) 표준에 정의된 대기 단계 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 무선 충전 방법은 상기 초기화 개시 타이머가 만료되면, 상기 초기 단계로의 진입 이전에 전력 전송이 중단됨을 지시하는 소정 알람 신호를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 수신에 전력을 전송하는 방식이 전자기 공진 방식인 경우, 상기 피드백 신호는 A4WP(Alliance For Wireless Power) 표준에 정의된 동적 특성 파라메터(Dynamic characteristic parameter) 패킷일 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 수신기에 전력을 전송하는 방식이 전자기 유도 방식인 경우, 상기 피드백 신호는 WPC(Wireless Power Consortium) 표준에 정의된 제어 오류(Control Error) 패킷일 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 수신기에 전력을 전송하는 방식이 전자기 유도 방식인 경우, 상기 피드백 신호는 PMA(Power Matters Alliance) 표준에 정의된 증가(Increase) 신호, 감소(Decrease) 신호, 유지(No Change) 신호 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전력 전송 중 상기 무선 전력 수신기가 충전 영역에 존재하는지 여부를 판단하는 단계는 상기 피드백 신호가 일정 시간 내에 정상 수신되는지를 확인하는 단계와 상기 확인 결과, 상기 일정 시간 내에 정상 수신되면, 상기 무선 전력 수신기가 충전 영역에 존재하는 것으로 판단하는 단계와 상기 확인 결과, 상기 일정 시간 내에 정상 수신되지 않으면, 상기 무선 전력 수신기가 충전 영역에 존재하지 않는 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전력 전송 중 상기 무선 전력 수신기가 충전 영역에 존재하는지 여부를 판단하는 단계와 상기 무선 전력 송신기에 구비된 센서로부터 센싱 정보를 획득하는 단계와 상기 획득된 센싱 정보에 기반하여 상기 무선 전력 수신기가 충전 영역에 존재하는지를 판단하는 단계를 포함할 수도 있다.
여기서, 상기 센서는 조도 센서, 압력 센서, 홀 센서, 전류 센서, 전압 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전력 전송 중 상기 무선 전력 수신기가 충전 영역에 존재하는지 여부를 판단하는 단계는 상기 무선 전력 수신기에 전력을 전송하는 방식이 전자기 공진 방식이고, 상기 무선 전력 수신기와 블루투스 통신이 연결된 경우, 상기 블루투스 통신의 수신 신호 세기를 측정하는 단계와 상기 측정된 수신 신호 세기가 소정 기준치 이하이면, 상기 무선 전력 수신기가 충전 영역에 존재하지 않는 것으로 판단하는 단계와 상기 측정된 수신 신호 세기가 소정 기준치를 초과하면, 상기 무선 전력 수신기가 충전 영역에 존재하지 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 송출 전력의 세기를 일정하게 유지시키는 단계에서, 상기 일정하게 유지되는 상기 송출 전력의 세기는 마지막으로 수신된 상기 피드백 신호에 기반하여 조절된 송출 전력의 세기로 결정될 수 있다.
또한, 상기 송출 전력의 세기를 일정하게 유지시키는 단계에서, 상기 일정하게 유지되는 상기 송출 전력의 세기는 상기 전력 전송을 개시한 시점의 초기 전송 전력 세기로 결정될 수도 있다.
또한, 상기 송출 전력의 세기를 일정하게 유지시키는 단계에서, 상기 일정하게 유지되는 상기 송출 전력의 세기는 상기 무선 전력 수신기의 카테고리 또는 등급에 기반하여 결정될 수도 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법은 전력 전송 중 무선 전력 수신기로부터 주기적으로 수신되는 피드백 신호에 기반하여 송출 전력을 제어하는 단계와 상기 전력 전송 중 상기 무선 전력 수신기가 충전 영역에 존재하는지 여부를 판단하는 단계와 상기 판단 결과, 상기 무선 전력 수신기가 상기 충전 영역에 존재하지 않는 경우, 상기 송출 전력의 세기를 일정 레벨만큼 단계적으로 감소시키는 단계와 상기 송출 전력의 세기가 소정 임계치 이하로 감소되면, 상기 전력 전송을 중단하고 초기 단계로 진입하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 송신기는 전력 전송 중 상기 무선 전력 수신기에 의해 전송된 주기적인 피드백 신호를 수신하는 통신부와 상기 피드백 신호에 기반하여 상기 무선 전력 수신기로의 송출 전력을 제어하는 전력 변환부와 상기 전력 전송 중 상기 무선 전력 수신기가 충전 영역에 존재하는지 여부를 판단하는 수신기 존재 확인부와 상기 판단 결과, 상기 무선 전력 수신기가 상기 충전 영역에 존재하지 않는 경우, 상기 송출 전력의 세기가 일정하게 유지되도록 상기 전력 변환부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 송신기는 전력 전송 중 상기 무선 전력 수신기에 의해 전송된 주기적인 피드백 신호를 수신하는 통신부와 상기 피드백 신호에 기반하여 상기 무선 전력 수신기로의 송출 전력을 제어하는 전력 변환부와 상기 전력 전송 중 상기 무선 전력 수신기가 충전 영역에 존재하는지 여부를 판단하는 수신기 존재 확인부와 상기 판단 결과, 상기 무선 전력 수신기가 상기 충전 영역에 존재하지 않는 경우, 상기 송출 전력의 세기가 일정 레벨만큼 단계적으로 감소되도록 상기 전력 변환부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한 상기 제어부는 상기 송출 전력의 세기가 소정 임계치 이하로 감소되기 이전에 상기 무선 전력 수신기가 상기 충전 영역에 존재하는 경우, 상기 피드백 신호에 기반하여 송출 전력이 제어되도록 상기 전력 변환부를 제어할 수도 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 송출 전력의 세기가 소정 임계치 이하로 감소된 경우, 상기 전력 전송을 중단하고, 상기 무선 전력 송신기의 상태가 초기 상태로 진입하도록 제어할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예는 상기 무선 충전 방법들 중 어느 하나의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공될 수 있다.
상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
본 발명에 따른 방법, 장치 및 시스템에 대한 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 불필요한 초기화 과정을 미연에 차단함으로써 충전 효율을 극대화시키는 것이 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 무선 충전 마우스 시스템에 최적화된 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 충전 중단 시간을 최소화하는 것이 가능한 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 장점이 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템에서의 무선 전력 수신기 감지 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 WPC 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 5는 PMA 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 공진 방식을 지원하는 무선 전력 수신기의 상태 천이도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기기 공진 방식을 지원하는 무선 전력 송신기에서의 상태 천이 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 블록도이다.
이하, 본 발명의 실시예들이 적용되는 장치 및 다양한 방법들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
실시예의 설명에 있어서, 무선 충전 시스템상에서 무선 전력을 송신하는 기능이 탑재된 장치는 설명의 편의를 위해 무선 파워 송신기, 무선 파워 송신 장치, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 송신기, 송신단, 송신기, 송신 장치, 송신측, 무선 파워 전송 장치, 무선 파워 전송기 등을 혼용하여 사용하기로 한다. 또한, 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 기능이 탑재된 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 무선 파워 수신 장치, 무선 파워 수신기, 수신 단말기, 수신측, 수신 장치, 수신기 등이 혼용되어 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 송신기는 패드 형태, 거치대 형태, AP(Access Point) 형태, 소형 기지국 형태, 스텐드 형태, 천장 매립 형태, 벽걸이 형태 등으로 구성될 수 있으며, 하나의 송신기는 복수의 무선 전력 수신 장치에 파워를 전송할 수도 있다. 이를 위해, 송신기는 적어도 하나의 무선 파워 전송 수단을 구비할 수도 있다. 여기서, 무선 파워 전송 수단은 전력 송신단 코일에서 자기장을 발생시켜 그 자기장의 영향으로 수신단 코일에서 전기가 유도되는 전자기유도 원리를 이용하여 충전하는 전자기 유도 방식에 기반한 다양한 무전 전력 전송 표준이 사용될 수 있다. 여기서, 무선파워 전송 수단은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) 및 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기는 적어도 하나의 무선 전력 수신 수단이 구비될 수 있으며, 2개 이상의 송신기로부터 동시에 무선 파워를 수신할 수도 있다. 일 예로, 무선 전력 수신 수단은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) 및 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다. 다른 일 예로, 무선 전력 수신 수단은 무선 충전 기술 표준 기구인 A4WP(Alliance For Wireless Power)에서 정의된 전자기 공진 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수도 있다. 또 다른 일 예로, 무선 전력 수신 수단은 상기 전자기 유도 방식 및 전자기 공진 방식을 통해 동시 또는 그중 어느 하나의 방식으로 적응적으로 전력을 수신하도록 정의된 표준인 에어퓨얼얼라이언스(Airfuel Alliance)에 정의된 다중모드 충전 기술을 포함할 수도 있다.
본 발명에 따른 수신기는 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 player, 전동 칫솔, 전자 태그, 조명 장치, 리모콘, 낚시찌, 스마트 워치와 같은 웨어러블 디바이스 등의 소형 전자 기기 등에 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며 본 발명에 따른 무선 전력 수신 수단이 장착되어 배터리 충전이 가능한 기기라면 족하다.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 무선 충전 시스템은 크게 무선으로 전력을 송출하는 무선 전력 송신단(10), 상기 송출된 전력을 수신하는 무선 전력 수신단(20) 및 수신된 전력을 공급 받는 전자기기(20)로 구성될 수 있다.
일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 동일한 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 인밴드(In-band) 통신을 수행할 수 있다. 다른 일예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 상이한 별도의 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 대역외(Out-of-band) 통신을 수행할 수도 있다.
일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20) 사이에 교환되는 정보는 서로의 상태 정보뿐만 아니라 제어 정보도 포함될 수 있다. 여기서, 송수신단 사이에 교환되는 상태 정보 및 제어 정보는 후술할 실시예들의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.
상기 인밴드 통신 및 대역외 통신은 양방향 통신을 제공할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 다른 실시예에 있어서는 단방향 통신 또는 반이중 방식의 통신을 제공할 수도 있다.
일 예로, 단방향 통신은 무선 전력 수신단(20)이 무선 전력 송신단(10)으로만 정보를 전송하는 것일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 송신단(10)이 무선 전력 수신단(20)으로 정보를 전송하는 것일 수도 있다.
반이중 통신 방식은 무선 전력 수신단(20)과 무선 전력 송신단(10) 사이의 양방향 통신은 가능하나, 어느 한 시점에 어느 하나의 장치에 의해서만 정보 전송이 가능한 특징이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신단(20)은 전자 기기(30)의 각종 상태 정보를 획득할 수도 있다. 일 예로, 전자 기기(30)의 상태 정보는 현재 수신 감도 정보, 현재 전력 사용량 정보, 실행중인 응용을 식별하기 위한 정보, CPU 사용량 정보, 배터리 충전 상태 정보, 배터리 출력 전압/전류 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 전자 기기(30)로부터 획득 가능하고, 무선 전력 제어에 활용 가능한 정보이면 족하다. 무선 전력 수신단(20)은 획득된 전자 기기(30)의 각종 상태 정보를 인밴드 통신 또는 대역외 통신을 통해 무선 전력 송신단(10)에 전송할 수도 있다.
도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
일 예로, 도면 부호 200a에 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신단(20)은 복수의 무선 전력 수신 장치로 구성될 수 있으며, 하나의 무선 전력 송신단(10)에 복수의 무선 전력 수신 장치가 연결되어 무선 충전을 수행할 수도 있다. 이때, 무선 전력 송신단(10)은 시분할 방식으로 복수의 무선 전력 수신 장치에 전력을 분배하여 송출할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며. 다른 일 예로, 무선 전력 송신단(10)은 무선 전력 수신 장치 별 할당된 상이한 주파수 대역을 이용하여 복수의 무선 전력 수신 장치에 전력을 분배하여 송출할 수 있다.
이때, 하나의 무선 전력 송신 장치(10)에 연결 가능한 무선 전력 수신 장치의 개수는 무선 전력 수신 장치 별 요구 전력량, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량 및 무선 전력 송신 장치의 가용 전력량 중 적어도 하나에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.
다른 일 예로, 도 200b에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신단(10)은 복수의 무선 전력 송신 장치로 구성될 수도 있다. 이 경우, 무선 전력 수신단(20)은 복수의 무선 전력 송신 장치와 동시에 연결될 수 있으며, 연결된 무선 전력 송신 장치들로부터 동시에 전력을 수신하여 충전을 수행할 수도 있다. 이때, 무선 전력 수신단(20)과 연결된 무선 전력 송신 장치의 개수는 무선 전력 수신단(20)의 요구 전력량, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량, 무선 전력 송신 장치의 가용 전력량, 무선 전력 수신단(20)이 탑재된 단말의 수신 감도 등에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템에서의 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.
일 예로, 무선 전력 송신기는 3개의 송신 코일(111, 112, 113)이 장착될 수 있다. 각각의 송신 코일은 일부 영역이 다른 송신 코일과 서로 중첩될 수 있으며, 무선 전력 송신기는 각각의 송신 코일을 통해 무선 전력 수신기의 존재를 감지하기 위한 소정 감지 신호(117, 127)-예를 들면, 디지털 핑 신호-를 미리 정의된 순서로 순차적으로 송출한다.
상기 도 3에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기는 도면 번호 110에 도시된 1차 감지 신호 송출 절차를 통해 감지 신호(117)를 순차적으로 송출하고, 무선 전력 수신기(115)로부터 신호 세기 지시자(Signal Strength Indicator, 116)(또는 신호 세기 패킷)가 수신된 송신 코일(111, 112)을 식별할 수 있다. 연이어, 무선 전력 송신기는 도면 번호 120에 도시된 2차 감지 신호 송출 절차를 통해 감지 신호(127)를 순차적으로 송출하고, 신호 세기 지시자(126)가 수신된 송신 코일(111, 112) 중 전력 전송 효율(또는 충전 효율)-즉, 송신 코일과 수신 코일 사이의 정렬 상태-이 좋은 송신 코일을 식별하고, 식별된 송신 코일을 통해 전력이 송출되도록-즉, 무선 충전이 이루어지도록- 제어할 수 있다.
상기의 도 3에서 보여지는 바와 같이, 무선 전력 송신기가 2회의 감지 신호 송출 절차를 수행하는 이유는 어느 송신 코일에 무선 전력 수신기의 수신 코일이 잘 정렬되어 있는지를 보다 정확하게 식별하기 위함이다.
만약, 상기한 도 3의 도면 번호 110 및 120에 도시된 바와 같이, 제1 송신 코일(111), 제2 송신 코일(112)에 신호 세기 지시자(116, 126)가 수신된 경우, 무선 전력 송신기는 제1 송신 코일(111)과 제2 송신 코일(112) 각각에 수신된 신호 세기 지시자(126)에 기반하여 가장 정렬이 잘된 송신 코일을 선택하고, 선택된 송신 코일을 이용하여 무선 충전을 수행한다.
이하에서는 하기 도 4 내지 도 5를 참조하여, 전자기 유도 방식을 지원하는 WPC 표준과 PMA 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 WPC 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 4를 참조하면, WPC 표준에 따른 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(Selection Phase, 410), 핑 단계(Ping Phase, 420), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 430), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 440) 단계로 구분될 수 있다.
선택 단계(410)는 파워 전송을 시작하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계일 수 있다. 여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다. 또한, 선택 단계(410)에서 송신기는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다. 만약, 송신기가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 단계(420)로 천이할 수 있다(S401). 선택 단계(410)에서 송신기는 매우 짧은 펄스의 아날로그 핑(Analog Ping) 신호를 전송하며, 송신 코일의 전류 변화에 기반하여 인터페이스 표면의 활성 영역(Active Area)에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다.
핑 단계(420)에서 송신기는 물체가 감지되면, 수신기를 활성화시키고, 수신기가 WPC 표준이 호환되는 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송한다. 핑 단계(420)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 패킷-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(410)로 천이할 수 있다(S402). 또한, 핑 단계(420)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 신호-를 수신하면, 선택 단계(410)로 천이할 수도 있다(S403).
핑 단계(420)가 완료되면, 송신기는 수신기 식별 및 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(430)로 천이할 수 있다(S404).
식별 및 구성 단계(430)에서 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 패킷 전송 오류가 있거나(transmission error), 파워 전송 계약이 설정되지 않으면(no power transfer contract) 선택 단계(410)로 천이할 수 있다(S405).
수신기에 대한 식별 및 구성이 완료되면, 송신기는 무선 전력을 전송하는 전력 전송 단계(240)로 천이할 수 있다(S406).
전력 전송 단계(440)에서, 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 기 설정된 파워 전송 계약에 대한 위반이 발생되거나(power transfer contract violation), 충전이 완료된 경우, 선택 단계(410)로 천이할 수 있다(S407).
또한, 전력 전송 단계(440)에서, 송신기는 송신기 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 식별 및 구성 단계(430)로 천이할 수 있다(S408).
상기한 파워 전송 계약은 송신기와 수신기의 상태 및 특성 정보에 기반하여 설정될 수 있다. 일 예로, 송신기 상태 정보는 최대 전송 가능한 파워량에 대한 정보, 최대 수용 가능한 수신기 개수에 대한 정보 등을 포함할 수 있으며, 수신기 상태 정보는 요구 전력에 대한 정보 등을 포함할 수 있다.
도 5는 PMA 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 5를 참조하면, PMA 표준에 따른 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 대기 단계(Standby Phase, 510), 디지털 핑 단계(Digital Ping Phase, 520), 식별 단계(Identification Phase, 530), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 540) 단계 및 충전 완료 단계(End of Charge Phase, 550)로 구분될 수 있다.
대기 단계(510)는 파워 전송을 위한 수신기 식별 절차를 수행하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계일 수 있다. 여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다. 또한, 대기 단계(510)에서 송신기는 충전 표면(Charging Surface)에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다. 만약, 송신기가 충전 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되거나 RXID 재시도가 진행중인 경우, 디지털 핑 단계(520)로 천이할 수 있다(S501). 여기서, RXID는 PMA 호환 수신기에 할당되는 고유 식별자이다. 대기 단계(510)에서 송신기는 매우 짧은 펄스의 아날로그 핑(Analog Ping)을 전송하며, 송신 코일의 전류 변화에 기반하여 인터페이스 표면-예를 들면, 충전 베드-의 활성 영역(Active Area)에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다.
디지털 핑 단계(520)로 천이된 송신기는 감지된 물체가 PMA 호환 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑 신호를 송출한다. 송신기가 전송한 디지털 핑 신호에 의해 수신단에 충분한 전력이 공급되는 경우, 수신기는 수신된 디지털 핑 신호를 PMA 통신 프로토콜에 따라 변조하여 소정 응답 시그널을 송신기에 전송할 수 있다. 여기서, 응답 시그널은 수신기에 수신된 전력의 세기를 지시하는 신호 세기 패킷이 포함될 수 있다. 디지털 핑 단계(520)에서 수신기는 유효한 응답 시그널이 수신되면, 식별 단계(530)로 천이할 수 있다(S502).
만약, 디지털 핑 단계(520)에서, 응답 시그널이 수신되지 않거나, PMA 호환 수신기가 아닌 것으로 확인되면-즉, FOD(Foreign Object Detection)인 경우-, 송신기는 대기 단계(510)로 천이할 수 있다(S503). 일 예로, FO(Foreign Object)는 동전, 키 등을 포함하는 금속성 물체일 수 있다.
식별 단계(530)에서, 송신기는 수신기 식별 절차가 실패하거나 수신기 식별 절차를 재수행하여야 하는 경우 및 미리 정의된 시간 동안 수신기 식별 절차를 완료하지 못한 경우에 대기 단계(510)로 천이할 수 있다(S504).
송신기는 수신기 식별에 성공하면, 식별 단계(530)에서 전력 전송 단계(540)로 천이하여 충전을 개시할 수 있다(S505).
전력 전송 단계(540)에서, 송신기는 원하는 신호가 미리 정해진 시간 이내에 수신되지 않거나(Time Out), FO가 감지되거나, 송신 코일의 전압이 미리 정의된 기준치를 초과하는 경우, 대기 단계(510)으로 천이할 수 있다(S506).
또한, 전력 전송 단계(540)에서, 송신기는 내부 구비된 온도 센서에 의해 감지된 온도가 소정 기준치를 초과하는 경우, 충전 완료 단계(550)로 천이할 수 있다(S507).
충전 완료 단계(550)에서, 송신기는 수신기가 충전 표면에서 제거된 것이 확인되면, 대기 상태(510)으로 천이할 수 있다(S509).
또한, 송신기는 Over Temperature 상태에서, 일정 시간 경과 후 측정된 온도가 기준치 이하로 떨어진 경우, 충전 완료 단계(550)에서 디지털 핑 단계(520)로 천이할 수 있다(S510).
디지털 핑 단계(520) 또는 전력 전송 단계(540)에서, 송신기는 수신기로부터 EOC(End Of Charge) 요청이 수신되면, 충전 완료 단계(550)로 천이할 수도 있다(S508 및 S511).
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 공진 방식을 지원하는 무선 전력 수신기의 상태 천이도이다.
도 6을 참조하면, 무선 전력 수신기의 상태는 크게 비활성화 상태(Disable State, 610), 부트 상태(Boot State, 620), 활성화 상태(Enable State, 630)(또는, On state) 및 시스템 오류 상태(System Error State, 640)을 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 무선 전력 수신기의 상태는 무선 전력 수신기의 정류기단에서의 출력 전압의 세기-이하, 설명의 편의를 위해 VRECT이라 명함-에 기반하여 결정될 수 있다.
활성화 상태(630)는 VRECT의 값에 따라 최적 전압 상태(Optimum Voltage State, 631), 저전압 상태(Low Voltage State, 632) 및 고전압 상태(High Voltage State, 633)로 구분될 수 있다.
비활성화 상태(610)의 무선 전력 수신기는 측정된 VRECT 값이 미리 정의된 VRECT_BOOT 값보다 크거나 같으면, 부트 상태(620)로 천이할 수 있다. 비활성화 상태(610)에서 무선 전력 수신기는 비콘 신호-예를 들면, A4WP에 정의된 Long Beacon일 수 있음-를 수신할 수 있다.
부트 상태(620)에서, 무선 전력 수신기는 광고 시그널(Advertisement Siganl)을 송출하여 무선 전력 송신기와의 대역외 통신 링크를 설정하고 VRECT 값이 소정 부하단에 요구되는 전력에 도달할 때까지 대기할 수 있다.
부트 상태(620)의 무선 전력 수신기는 VRECT 값이 부하단에 요구되는 전력에 도달된 것이 확인되면, 활성화 상태(630)로 천이하여 충전을 시작할 수 있다.
활성화 상태(630)의 무선 전력 수신기는 충전이 완료되거나 충전이 중단된 것이 확인되면, 부트 상태(620) 또는 비활성화 상태(610)로 천이될 수 있다.
또한, 활성화 상태(630)의 무선 전력 수신기는 소정 시스템 오류가 감지되면, 시스템 오류 상태(640)로 천이할 수 있다. 여기서, 시스템 오류는 과전압(Over Voltage), 과전류(Over Current) 및 과온도(Over Temperature)뿐만 아니라 미리 정의된 다른 시스템 오류 조건이 포함될 수 있다.
또한, 활성화 상태(630)의 무선 전력 수신기는 VRECT 값이 VRECT _BOOT 값 이하로 떨어지면, 비활성화 상태(610)로 천이될 수도 있다.
또한, 부트 상태(620) 또는 시스템 오류 상태(640)의 무선 전력 수신기는 VRECT 값이 VRECT _BOOT 값 이하로 떨어지면, 비활성화 상태(610)로 천이될 수도 있다.
이하에서는, 활성화 상태(630)내에서의 무선 전력 수신기의 상태 천이를 상세히 설명하기로 한다.
전자기 공진 방식에 있어서의 VRECT에 따른 무선 전력 수신기의 동작 영역을 상세히 설명하기로 한다.
VRECT 값이 소정 VRECT _ BOOT 보다 작으면, 무선 전력 수신기는 비활성화 상태(610)로 유지된다.
이 후, VRECT 값이 VRECT _BOOT 이상으로 증가되면, 무선 전력 수신기는 부트 상태(620)로 천이되며, 미리 지정된 시간 이내에 광고 시그널을 브로드캐스팅할 수 있다. 이 후, 광고 시그널이 무선 전력 송신기에 의해 감지되면, 무선 전력 송신기는 대역외 통신 링크 설정을 위한 소정 연결 요청 시그널을 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다.
무선 전력 수신기는 대역외 통신 링크가 정상적으로 설정되고, 등록에 성공한 경우, VRECT 값이 정상적인 충전을 위한 정류기에서의 최소 출력 전압-이하, 설명의 편의를 위해 VRECT _ MIN이라 명함-에 도달할 때까지 대기할 수 있다.
VRECT 값이 VRECT _MIN을 초과하면, 무선 전력 수신기의 상태는 부트 상태(620)에서 활성화 상태(630)로 천이되며 부하에 충전을 시작할 수 있다.
만약, 활성화 상태(630)에서 VRECT 값이 과전압을 판단하기 위한 소정 기준치인 VRECT _MAX을 초과하면, 무선 전력 수신기는 활성화 상태(630)에서 시스템 오류 상태(640)로 천이될 수 있다.
도 6을 참조하면, 활성화 상태(630)는 VRECT의 값에 따라 저전압 상태(Low Voltage State, 632), 최적 전압 상태(Optimum Voltage State, 631) 및 고전압 상태(High Voltage State, 633)로 구분될 수 있다.
저전압 상태(632)는 VRECT _BOOT <= VRECT <= VRECT _ MIN인 상태를 의미하고, 최적 전압 상태(631)은 VRECT _MIN < VRECT <=VRECT _ HIGH인 상태를 의미하고, 고전압 상태(633)는 VRECT_HIGH < VRECT <=VRECT _ MAX인 상태를 의미할 수 있다.
특히, 고전압 상태(633)로 천이된 무선 전력 수신기는 부하에 공급되는 전력을 차단하는 동작을 미리 지정된 시간-이하 설명의 편의를 위해 고전압 상태 유지 시간이라 명함- 동안 유보시킬 수도 있다. 이때, 고전압 상태 유지 시간은 고전압 상태(633)에서 무선 전력 수신기 및 부하에 피해가 발생되지 않도록 미리 결정될 수 있다.
무선 전력 수신기는 시스템 오류 상태(640)로 천이되면, 과전압 발생을 지시하는 소정 메시지를 미리 지정된 시간 이내에 대역외 통신 링크를 통해 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다.
또한, 무선 전력 수신기는 시스템 오류 상태(630)에서 과전압에 따른 부하의 피해를 방지하기 위해 구비된 과전압 차단 수단을 이용하여 부하에 인가되는 전압을 제어할 수도 있다. 여기서, 과전압 차단 수단으로 ON/OFF 스위치 또는/및 제너다이오드 등이 사용될 수 있다.
상기 실시예에서는 무선 전력 수신기에 과전압이 발생되어 시스템 오류 상태(640)로 천이된 경우, 무선 전력 수신기에서의 시스템 오류 대응 방법 및 수단을 설명하고 있으나 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 실시예는 무선 전력 수신기에 과열, 과온도, 과전류 등에 의해서도 시스템 오류 상태로 천이될 수도 있다.
일 예로, 과열 또는 과온도(Over Temperature)에 따라 시스템 오류 상태로 천이된 경우, 무선 전력 수신기는 과열 또는 과온도 발생을 알리는 소정 메시지를 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다. 이때, 무선 전력 수신기는 구비된 냉각팬 등을 구동하여 내부 발생된 열을 감소시킬 수도 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기는 복수의 무선 전력 송신기와 연동하여 무선 전력을 수신할 수도 있다. 이 경우, 무선 전력 수신기는 실제 무선 전력을 수신하기로 결정된 무선 전력 송신기와 실제 대역외 통신 링크가 설정된 무선 전력 송신기가 서로 상이한 것으로 판단되면, 시스템 오류 상태(640)로 천이할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기기 공진 방식을 지원하는 무선 전력 송신기에서의 상태 천이 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 7을 참조하면, 무선 전력 송신기의 상태는 크게 구성 상태(Configuration State, 710), 전력 절약 상태(Power Save State, 720), 저전력 상태(Low Power State, 730), 전력 전송 상태(Power Transfer State, 740), 로컬 장애 상태(Local Fault State, 750) 및 잠금 장애 상태(Latching Fault State, 760)을 포함하여 구성될 수 있다.
무선 전력 송신기에 전력이 인가되면, 무선 전력 송신기는 구성 상태(710)로 천이할 수 있다. 무선 전력 송신기는 구성 상태(710)에서 소정 리셋 타이머가 만료되거나 초기화 절차가 완료되면, 전력 절약 상태(720)로 천이할 수 있다.
전력 절약 상태(720)에서, 무선 전력 송신기는 비콘 시퀀스를 생성하여 공진 주파수 대역을 통해 전송할 수 있다.
여기서, 무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(720)에 진입한 후 소정 시간 이내에 비콘 시퀀스가 개시될 수 있도록 제어할 수 있다. 일 예로, 무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(720) 천이 후 50ms 이내에 비콘 시퀀스가 개시될 수 있도록 제어할 수 있으나, 이에 국한되지는 않는다.
전력 절약 상태(720)에서, 무선 전력 송신기는 충전 영역상에 전도성 물체의 존재 여부를 감지하기 위한 제1 비콘 시퀀스(First Beacon Sequence)를 주기적으로 생성하여 전송하고, 수신 공진기의 임피던스 변화-즉, Load Variation-를 감지할 수 있다.
또한, 전력 절약 상태(720)에서, 무선 전력 송신기는 감지된 물체를 식별하기 위한 소정 제2 비콘 시퀀스(Second Beacon Sequence) 주기적으로 생성하여 전송할 수도 있다. 이때, 제1 비콘 시퀀스와 제2 비콘 시퀀스는 서로 중첩되지 않도록 해당 비콘의 전송 타이밍이 결정될 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 제1 비콘 시퀀스와 제2 비콘 시퀀스를 각각 숏 비콘 시퀀스(Short Beacon Sequence)와 롱 비콘 시퀀스(Long Beacon Sequence)라 명하기로 한다.
특히, 숏 비콘 시퀀스는 충전 영역상에 전도성 물체가 감지되기 전까지 무선 전력 송신기의 대기 전력이 절약될 수 있도록 짧은 구간 동안(tSHORT _BEACON) 일정 시간 간격(tCYCLE)으로 반복 생성되어 전송될 수 있다. 일 예로, tSHORT _BEACON은 30ms이하, tCYCLE은 250ms ±5 ms로 각각 설정될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 또한, 숏 비콘 시퀀스에 포함된 각각의 숏 비콘의 전류 세기는 소정 기준치 이상이고, 일정 시간 구간 동안 점증적으로 증가될 수 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 송신기는 숏 비콘 수신에 따른 수신 공진기에서의 리액턴스(reactance) 및 저항(resistance) 변화를 감지하기 위한 소정 센싱 수단이 구비될 수 있다.
또한, 전력 절약 상태(720)에서, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 부팅(Booting) 및 응답에 필요한 충분한 전력을 공급하기 위한 상기 제2 비콘 시퀀스-즉, 롱 비콘 시퀀스-를 주기적으로 생성하여 전송할 수 있다.
즉, 무선 전력 수신기는 롱 비콘 시퀀스를 통해 부팅이 완료되면, 대역외 통신 채널을 통해 소정 응답 신호를 브로드캐스팅하여 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다.
특히, 롱 비콘 시퀀스는 무선 전력 수신기의 부팅에 필요한 충분한 전원을 공급하기 위해 숏 비콘 시퀀스에 비해 상대적으로 긴 구간 동안(tLONG_BEACON)동안 일정 시간 간격(tLONG _BEACON_PERIOD)으로 생성되어 전송될 수 있다. 일 예로, tLONG _BEACON은 105 ms+5 ms, tLONG _BEACON_PERIOD 은 850ms로 각각 설정될 수 있으며, 각각의 롱 비콘의 전류 세기는 숏 비콘의 전류 세기에 비해 상대적으로 강할 수 있다. 또한, 롱 비콘은 전송 구간 동안 전력 세기가 일정하게 유지될 수 있다.
이 후, 무선 전력 송신기는 수신 공진기의 임피던스 변화가 감지되면, 롱 비콘 전송 구간 동안 소정 응답 신호의 수신을 대기할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 상기 응답 신호를 광고 신호(Advertisement Signal)라 명하기로 한다. 여기서, 무선 전력 수신기는 공진 주파수 대역과는 상이한 대역외 통신 주파수 대역을 통해 광고 신호를 브로드캐스팅할 수 있다.
일 예로, 광고 신호는 해당 대역외 통신 표준에 정의된 메시지를 식별하기 위한 메시지 식별 정보, 무선 전력 수신기가 적법한 또는 해당 무선 전력 송신기에 호환 가능한 수신기인지를 식별하기 위한 고유한 서비스 식별 정보 또는 무선 전력 수신기 식별 정보, 무선 전력 수신기의 출력 파워 정보, 부하에 인가되는 정격 전압/전류 정보, 무선 전력 수신기의 안테나 이득 정보, 무선 전력 수신기의 카테고리를 식별하기 위한 정보, 무선 전력 수신기 인증 정보, 과전압 보호 기능의 탑재 여부에 관한 정보, 무선 전력 수신기에 탑재된 소프트웨어 버전 정보 중 적어도 하나 또는 어느 하나를 포함할 수 있다.
무선 전력 송신기는 광고 신호가 수신되면, 전력 절약 상태(720)에서 저전력 상태(730)로 천이한 후, 무선 전력 수신기와의 대역외 통신 링크를 설정할 수 있다. 연이어, 무선 전력 송신기는 설정된 대역외 통신 링크를 통해 무선 전력 수신기에 대한 등록 절차를 수행할 수 있다. 일 예로, 대역외 통신이 블루투스 저전력 통신인 경우, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기와 블루투스 페어링을 수행하고, 페어링된 블루투스 링크를 통해 서로의 상태 정보, 특성 정보 및 제어 정보 중 적어도 하나를 교환할 수 있다.
무선 전력 송신기가 저전력 상태(730)에서 대역외 통신을 통해 충전을 개시하기 위한 소정 제어 신호-즉, 무선 전력 수신기가 부하에 전력을 전달하도록 요청하는 소정 제어 신호-를 무선 전력 수신기에 전송하면, 무선 전력 송신기의 상태는 저전력 상태(730)에서 전력 전송 상태(740)로 천이될 수 있다.
만약, 저전력 상태(730)에서 대역외 통신 링크 설정 절차 또는 등록 절차가 정상적으로 완료되지 않은 경우, 무선 전력 송신기의 상태는 저전력 상태(730)에서 전력 절약 상태(720)에 천이될 수 있다.
무선 전력 송신기는 각 무선 전력 수신기와의 접속을 위한 별도의 분리된 링크 만료 타이머(Link Expiration Timer)가 구동될 수 있으며, 무선 전력 수신기는 소정 시간 주기로 무선 전력 송신기에 자신이 존재함을 알리는 소정 메시지를 링크 만료 타이머가 만료되기 이전에 전송해야 한다. 링크 만료 타이머는 상기 메시지가 수신될 때마다 리셋되며, 링크 만료 타이머가 만료되지 않으면 무선 전력 수신기와 무선 전력 수신기 사이에 설정된 대역외 통신 링크는 유지될 수 있다.
만약, 저전력 상태(730) 또는 전력 전송 상태(740)에서, 무선 전력 송신기와 적어도 하나의 무선 전력 수신기 사이에 설정된 대역외 통신 링크에 대응되는 모든 링크 만료 타이머가 만료된 경우, 무선 전력 송신기의 상태는 전력 절약 상태(720)로 천이될 수 있다.
또한, 저전력 상태(730)의 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기로부터 유효한 광고 신호가 수신되면 소정 등록 타이머를 구동시킬 수 있다. 이때, 등록 타이머가 만료되면, 저전력 상태(730)의 무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(720)로 천이할 수 있다. 이때, 무선 전력 송신기는 등록에 실패하였음을 알리는 소정 알림 신호를 무선 전력 송신기에 구비된 알림 표시 수단-예를 들면, LED 램프, 디스플레이 화면, 비퍼(beeper) 등을 포함함-을 통해 출력할 수도 있다.
또한, 전력 전송 상태(740)에서, 무선 전력 송신기는 접속된 모든 무선 전력 수신기의 충전이 완료되면, 저전력 상태(730)로 천이될 수 있다.
특히, 무선 전력 수신기는 구성 상태(710), 로컬 장애 상태(750) 및 잠금 장애 상태(760)를 제외한 나머지 상태에서 새로운 무선 전력 수신기의 등록을 허용할 수 있다.
또한, 무선 전력 송신기는 전력 전송 상태(740)에서 무선 전력 수신기로부터 수신되는 상태 정보에 기반하여 전송 전력을 동적으로 제어할 수 있다.
이때, 무선 전력 수신기로부터 무선 전력 송신기에 전송되는 수신기 상태 정보는 요구 전력 정보, 정류기 후단에서 측정된 전압 및/또는 전류 정보, 충전 상태 정보, 과전류 및/또는 과전압 및/또는 과열 및/또는 과온도 상태를 통보하기 위한 정보, 과전류 또는 과전압에 따라 부하에 전달되는 전력을 차단하거나 감소시키는 수단이 활성화되었는지 여부를 지시하는 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, 수신기 상태 정보는 미리 지정된 주기로 전송되거나 특정 이벤트가 발생될 때마다 전송될 수 있다. 또한, 상기 과전류 또는 과전압에 따라 부하에 전달되는 전력을 차단하거나 감소시키는 수단은 ON/OFF 스위치, 제너다이오드 중 적어도 하나를 이용하여 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기로부터 무선 전력 송신기에 전송되는 수신기 상태 정보는 무선 전력 수신기에 유선으로 외부 전원이 연결되었음을 알리는 정보, 대역외 통신 방식이 변경되었음을 알리는 정보-일 예로, NFC(Near Field Communication)에서 BLE(Bluetooth Low Energy) 통신으로 변경될 수 있음- 중 적어도 하나를 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 자신의 현재 가용한 전력, 무선 전력 수신기 별 우선 순위, 접속된 무선 전력 수신기의 개수 중 적어도 하나에 기반하여 무선 전력 수신기 별 수신해야 할 파워 세기를 적응적으로 결정할 수도 있다. 여기서, 무선 전력 수신기 별 파워 세기는 해당 무선 전력 수신기의 정류기에서 처리 가능한 최대 파워 대비 얼마의 비율로 파워를 수신해야 하는지로 결정될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
이 후, 무선 전력 송신기는 결정된 파워 세기에 관한 정보가 포함된 소정 전력 제어 명령을 해당 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다. 이때, 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기에 의해 결정된 파워 세기로 전력 제어가 가능한지 여부를 판단하고, 판단 결과를 소정 전력 제어 응답 메시지를 통해 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기의 전력 제어 명령에 따라 무선 전력 제어가 가능한지 여부를 지시하는 소정 수신기 상태 정보를 상기 전력 제어 명령을 수신하기 이전에 무선 전력 송신기에 전송할 수도 있다.
전력 전송 상태(740)는 접속된 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태에 따라 제1 상태(741), 제2 상태(742) 및 제3 상태(743) 중 어느 하나의 상태일 수 있다.
일 예로, 제1 상태(741)는 무선 전력 송신기에 접속된 모든 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태가 정상 전압인 상태임을 의미할 수 있다.
제2 상태(742)는 무선 전력 송신기에 접속된 적어도 하나의 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태가 저전압 상태이고 고전압 상태인 무선 전력 수신기가 존재하지 않음을 의미할 수 있다.
제3 상태(743)는 무선 전력 송신기에 접속된 적어도 하나의 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태가 고전압 상태임을 의미할 수 있다.
무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(720) 또는 저전력 상태(730) 또는 전력 전송 상태(740)에서 시스템 오류가 감지되면, 잠금 장애 상태(760)로 천이될 수 있다
잠금 장애 상태(760)의 무선 전력 송신기는 접속된 모든 무선 전력 수신기가 충전 영역에서 제거된 것으로 판단되면, 구성 상태(710) 또는 전력 절약 상태(720)로 천이할 수 있다.
또한, 잠금 장애 상태(760)에서, 무선 전력 송신기는 로컬 장애가 감지되면, 로컬 장애 상태(750)로 천이할 수 있다. 여기서, 로컬 장애 상태(750)인 무선 전력 송신기는 로컬 장애가 해제되면, 다시 잠금 장애 상태(760)로 천이될 수 있다.
반면, 구성 상태(710), 전력 절약 상태(720), 저전력 상태(730), 전력 전송 상태(740) 중 어느 하나의 상태에서 로컬 장애 상태(750)로 천이된 경우, 무선 전력 송신기는 로컬 장애가 해제되면, 구성 상태(710)로 천이될 수 있다.
무선 전력 송신기는 로컬 장애 상태(750)로 천이되면, 무선 전력 송신기에 공급되는 전원을 차단할 수도 있다. 일 예로, 무선 전력 송신기는 과전압, 과전류, 과열 등의 장애가 감지되면 로컬 장애 상태(750)로 천이될 수 있으나 이에 국한되지는 않는다.
일 예로, 무선 전력 송신기는 과전류, 과전압, 과열 등이 감지되면, 무선 전력 수신기에 의해 수신되는 전력의 세기를 감소시키기 위한 소정 전력 제어 명령을 접속된 적어도 하나의 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다.
다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 과전류, 과전압, 과열 등이 감지되면, 무선 전력 수신기의 충전을 중단시키기 위한 소정 제어 명령을 접속된 적어도 하나의 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다.
상기와 같은 전력 제어 절차를 통해, 무선 전력 송신기는 과전압, 과전류, 과열 등에 따른 기기 파손을 미연에 방지할 수 있다.
무선 전력 송신기는 송신 공진기의 출력 전류의 세기가 기준치 이상인 경우, 잠금 장애 상태(760)로 천이할 수 있다. 이때, 잠금 장애 상태(760)로 천이된 무선 전력 송신기는 송신 공진기의 출력 전류의 세기를 미리 지정된 시간 동안 기준치 이하가 되도록 시도할 수 있다. 여기서, 상기 시도는 미리 지정된 회수 동안 반복 수행될 수 있다. 만약, 반복 수행에도 불구하고, 잠금 장애 상태(760)가 해제되지 않는 경우, 무선 전력 송신기는 소정 알림 수단을 이용하여 사용자에게 잠금 장애 상태(760)가 해제되지 않음을 지시하는 소정 알림 신호를 송출할 수 있다. 이때, 무선 전력 송신기의 충전 영역에 위치한 모든 무선 전력 수신기가 사용자에 의해 충전 영역에서 제거되면, 잠금 장애 상태(760)가 해제될 수 있다.
반면, 송신 공진기의 출력 전류의 세기가 미리 지정된 시간 이내에 기준치 이하로 떨어지거나 상기 미리 지정된 반복 수행 동안 송신 공진기의 출력 전류의 세기가 기준치 이하로 떨어지는 경우, 잠금 장애 상태(760)는 자동으로 해제될 수 있으며, 이때, 무선 전력 송신기의 상태는 잠금 장애 상태(760)에서 전력 절약 상태(720)로 자동 천이되어 무선 전력 수신기에 대한 감지 및 식별 절차가 다시 수행될 수 있다.
전력 전송 상태(740)의 무선 전력 송신기는 연속된 전력을 송출하고, 무선 전력 수신기의 상태 정보 및 미리 정의된 최적 전압 영역(Optimal Voltage Region) 설정 파라메터에 기반하여 적응적으로 송출 전력을 제어할 수 있다.
일 예로, 최적 전압 영역(Optimal Voltage Region) 설정 파라메터는 저전압 영역을 식별하기 위한 파라메터, 최적 전압 영역을 식별하기 위한 파라메터, 고전압 영역을 식별하기 위한 파라메터, 과전압 영역을 식별하기 위한 파라메터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태가 저전압 영역에 있으면, 송출 전력을 증가시키고, 고전압 영역에 있으면, 송출 전력을 감소시킬 수 있다.
또한, 무선 전력 송신기는 전력 전송 효율이 최대화되도록 송출 전력을 제어할 수도 있다.
또한, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기에 의해 요구된 전력량의 편차가 기준치 이하가 되도록 송출 전력을 제어할 수도 있다.
또한, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 정류기 출력 전압이 소정 과전압 영역에 도달한 경우-즉, Over Voltage가 감지된 경우-, 전력 전송을 중단할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8을 참조하면, 무선 전력 송신기는 전력 전송 상태 또는 활성화 상태에서 무선 전력 수신기로부터 주기적으로 수신되는 피드백 신호에 기반하여 전력 제어를 수행할 수 있다(S810).
일 예로, 무선 전력 수신기가 전자기 공진 방식으로 전력을 수신하는 경우, 피드백 신호는 A4WP 표준에 정의된 동적 특성 파라메터(Dynamic Characteristic Parameter) 신호일 수 있다. 여기서, 동적 특성 파라메터(Dynamic Characteristic Parameter) 신호에는 무선 전력 수신기에서의 전력 수신 상태 정보뿐만 아니라 요구 전력에 관한 정보도 포함된다. 전력 수신 상태 정보는 정류기 출력 전압 및 전류 세기 정보, 배터리 출력 전압 및 전류 정보 및 수신기 온도 정보 등을 포함할 수 있다. 또한, 요구 전력에 관한 정보는 정류기 출력단에 요구되는 최소(Minimum)/최대(Maximum)/설정(Set) 전압에 대한 정보가 포함될 수 있다. 이때, 무선 전력 송신기는 요구 전력에 관한 정보에 기반하여 동적으로 송출 전력의 세기를 제어할 수 있다. 일 예로, 무선 전력 수신기는 적어도 매 250mm마다 동적 특성 파라메터를 전력 전송 상태에서 접속된 무선 전력 송신기에 송신하도록 요구될 수 있다.
다른 일 예로, 무선 전력 수신기가 전자기 유도 방식으로 전력을 수신하는 경우, 피드백 신호는 무선 전력 수신기가 전력 전송 단계에서 소정 주기로 전송하는 WPC 표준에 정의된 제어 오류 패킷(Control Error Packet)일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
다른 일 예로, 무선 전력 수신기가 전자기 유도 방식으로 전력을 수신하는 경우, 피드백 신호는 전력 제어를 위한 동작 주파수를 변경하기 위해 소정 주기로 전송하는 PMA 표준에 정의된 증가(Increase) 신호, 감소(Decrease) 신호, 유지(No Change) 신호 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
무선 전력 송신기는 충전 영역 내 무선 전력 수신기가 존재하는지 여부를 판단할 수 있다(S820).
일 예로, 충전 영역 내 무선 전력 수신기가 존재하는지 여부는 단위 시간 동안 피드백 신호의 정상 수신 여부에 기반하여 판단될 수 있다.
다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 구비된 센서의 센싱 정보에 기반하여 전력 전송 상태의 무선 전력 수신기가 충전 영역에 존재하는지 여부가 판단할 수도 있다. 여기서, 무선 전력 수신기의 존재 여부를 판단하기 위한 센서는 조도 센서, 압력 센서, 홀 센서, 전류 센서, 전압 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
또 다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기에 전력을 전송하는 방식이 전자기 공진 방식이고, 무선 전력 수신기와 블루투스 통신이 연결된 경우, 블루투스 통신의 수신 신호 세기에 기반하여 충전 영역 내 무선 전력 수신기가 존재하는지 여부를 판단할 수도 있다. 일 예로, 무선 전력 송신기는 측정된 수신 신호 세기가 소정 기준치 이하이면, 상기 무선 전력 수신기가 충전 영역에서 이탈한 것으로 판단할 수 있다. 반면, 무선 전력 송신기는 측정된 수신 신호 세기가 소정 기준치를 초과하면, 전력 전송 상태의 무선 전력 수신기가 충전 영역에 존재하지 것으로 판단할 수 있다.
또 다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 구비된 송신 코일에서의 전압 또는(및) 전류 변화에 기반하여 충전 영역 내에 무선 전력 수신기가 존재하는지 판단할 수도 있다.
충전 영역 내에 무선 전력 수신기가 존재하지 않는 것으로 판단된 경우, 무선 전력 송신기는 송출 전력의 세기를 특정 레벨로 일정하게 유지시킬 수 있다(S830).
일 예로, 상기한 830 단계에서 유지되는 전력 레벨은 가장 최근에-즉, 마지막으로- 수신된 피드백 신호에 기반하여 결정된 전력 레벨일 수 있다.
다른 일 예로, 상기한 830 단계에서 유지되는 전력 레벨은 전력 전송 상태로 천이 시-즉, 전력 전송 개시 시점-에 송출되는 전력의 세기-즉, 초기 전송 전력 세기-로 결정될 수 있다.
또 다른 일 예로, 상기한 830 단계에서 유지되는 전력 레벨은 무선 전력 수신기와의 통신 세션이 유지될 수 있는 최소 전력의 세기로 결정될 수 있다.
또 다른 일 예로, 상기한 830 단계에서 유지되는 전력 레벨은 해당 무선 전력 수신기의 카테고리 또는 등급에 기반하여 적응적으로 결정될 수도 있다.
무선 전력 송신기는 초기화 개시 타이머를 구동시킬 수 있다(S840). 여기서, 초기화 개시 타이머는 무선 전력 송신기가 전력 전송을 중단하고, 초기 단계로의 진입 여부를 제어하기 위한 타이머일 수 있다. 무선 전력 송신기는 구동된 초기화 개시 타이머가 만료되면, 전력 전송을 중단하고 초기 단계로 천이할 수 있다. 예를 들면, 초기 단계는 상기한 도 4의 선택 단계(410), 상기한 도 5의 대기 단계(510) 및 상기한 도 6의 비활성화 상태(610) 또는 부트 상태(620) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
무선 전력 송신기는 초기화 개시 타이머 구동 중 충전 영역 내 무선 전력 수신기가 존재하는지 판단할 수 있다(S850).
이때, 무선 전력 송신기는 초기화 개시 타이머가 만료될 때까지 충전 영역 내 무선 전력 수신기가 존재하는지 판단할 수 있다(S860).
만약, 상기한 860 단계에서 초기화 개시 타이머가 만료된 경우, 무선 전력 송신기는 전력 전송이 중단됨을 지시하는 소정 알람 신호를 송출한 후 초기 단계로 진입할 수 있다(S870 내지 S880). 여기서, 알람 신호는 LED 램프 신호, 진동 신호, 부저(Buzzer) 신호, 디스플레이 화면에 표시되는 소정 메시지 등의 형태로 출력될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 사용자가 전력 전송이 중단됨을 인지할 수 있는 특정 신호이면 충분하다.
만약, 상기 850 단계에서, 초기화 개시 타이머 구동 중 충전 영역 내 무선 전력 수신기가 존재하는 것으로 판단되면, 무선 전력 송신기는 상기한 810 단계로 회귀할 수 있다.
일 예로, 상기 도 8의 무선 충전 방법은 정상적인 충전 종료 절차가 수행되지 않은 상태에서 무선 전력 수신기의 존재가 확인되지 않을 수 있는 무선 충전 마우스 시스템에 적용될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 본 발명에 따른 무선 충전 방법이 적용된 무선 충전 마우스 시스템은 무선 충전 마우스가 충전 영역을 잠시 벗어난 경우에도, 그 즉시 전력 전송을 중단하거나 초기 단계로 진입하지 않고 일정 시간 전력 전송 상태를 유지함으로써, 불필요하게 전력 전송이 중단되는 것을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명은 불필요한 전력 전송 중단을 미연에 방지함으로써, 사용자의 무선 충전 체험 만족도를 향상시킬 뿐만 아니라 단위 시간 동안의 충전 효율을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.
다른 일 예로, 상기 도 9의 무선 충전 방법은 전력 전송 중 사용자에 의한 이동이 빈번한 무선 전력 수신기와 연동되는 무선 전력 송신기에 적용될 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 충전 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9를 참조하면, 무선 전력 송신기는 전력 전송 상태에서 무선 전력 수신기로부터 주기적으로 수신되는 피드백 신호에 기반하여 적응적으로 전력 제어를 수행할 수 있다(S910). 여기서, 피드백 신호의 수신 주기는 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기 사이에 설정된 무선 전력 전송 방식에 따라 상이할 수 있다. 다른 일 예로, 피드백 신호의 수신 주기는 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기 사이의 소정 협상 절차를 통해 동적으로 결정될 수도 있다.
무선 전력 송신기는 피드백 신호가 소정 주기로 정상 수신되는지 여부를 확인할 수 있다(S920). 여기서, 무선 전력 송신기는 소정 주기로 피드백 신호가 정상 수신되는 경우, 전력 전송 상태의 무선 전력 수신기가 충전 영역 내에 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 반면, 소정 주기로 피드백 신호가 정상 수신되지 않는 경우, 무선 전력 송신기는 전력 전송 상태의 무선 전력 수신기가 충전 영역을 이탈한 것으로 판단할 수 있다.
판단 결과, 소정 주기로 피드백 신호가 정상 수신되지 않는 경우, 무선 전력 송신기는 초기화 개시 타이머를 구동시킬 수 있다(S930). 여기서, 초기화 개시 타이머는 무선 전력 송신기가 전력 전송을 중단하고, 초기 단계로의 진입 여부를 제어하기 위한 타이머일 수 있다. 무선 전력 송신기는 구동된 초기화 개시 타이머가 만료되면, 전력 전송을 중단하고 초기 단계로 천이할 수 있다. 예를 들면, 초기 단계는 상기한 도 4의 선택 단계(410), 상기한 도 5의 대기 단계(510) 및 상기한 도 6의 비활성화 상태(610) 또는 부트 상태(620) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
무선 전력 송신기는 초기화 개시 타이머 구동 중 충전 영역 내 무선 전력 수신기가 존재하는지 판단할 수 있다(S940). 일 예로, 무선 전력 송신기는 소정 주기로 피드백 신호가 정상 수신되는지를 확인하여 충전 영역 내 무선 전력 수신기가 존재하는지 판단할 수 있다. 즉, 무선 전력 송신기는 잠시 동안 피드백 신호가 수신되지 않더라도 전력 전송을 중단하지 않고 초기화 개시 타이머가 만료되기 이전까지는 지속적으로 피드백 신호의 수신 여부를 모니터링할 수 있다. 상기한 940 단계의 판단 결과, 충전 영역 내 무선 전력 수신기가 존재하지 않는 경우, 무선 전력 송신기는 구동된 초기화 개시 타이머가 만료되었는지 확인할 수 있다(S950).
확인 결과, 초기화 개시 타이머가 만료된 경우, 무선 전력 송신기는 전력 전송이 중단됨을 지시하는 소정 알람 신호를 송출한 후 초기 단계로 진입할 수 있다(S980 내지 S990).
상기한 950 단계의 확인 결과, 초기화 개시 타이머가 만료되지 않은 경우, 무선 전력 송신기는 일정 레벨 송출 전력의 세기를 감소시킨 후 일정 시간 대기 후 상기한 940 단계로 회귀할 수 있다(S960 내지 S970). 여기서, 감소되는 전력 레벨은 무선 전력 수신기의 카테고리 또는 등급, 초기화 개시 타이머가 만료될 때까지 구동되는 시간, 무선 전력 수신기와의 통신 연결을 유지시키기 위한 최소 전력의 세기 중 적어도 하나에 기반하여 동적으로 결정될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
만약, 상기한 940 단계에서, 충전 영역 내 무선 전력 수신기가 존재하는 것으로 판단된 경우, 무선 전력 송신기는 상기한 910 단계로 회귀할 수 있다.
일 예로, 상기 도 9의 무선 충전 방법은 정상적인 충전 종료 절차가 수행되지 않은 상태에서 무선 전력 수신기의 존재가 확인되지 않을 수 있는 무선 충전 마우스 시스템에 적용될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 본 발명에 따른 무선 충전 방법이 적용된 무선 충전 마우스 시스템은 무선 충전 마우스가 충전 영역을 잠시 벗어난 경우에도, 그 즉시 전력 전송을 중단하거나 초기 단계로 진입하지 않고 일정 시간 동안 송출 전력의 세기를 단계적으로 감소시킴으로써, 불필요하게 전력 전송이 중단되는 것을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명은 불필요한 전력 전송 중단을 미연에 방지함으로써, 사용자의 무선 충전 체험 만족도를 향상시킬 뿐만 아니라 단위 시간 동안의 충전 효율을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.
다른 일 예로, 상기 도 9의 무선 충전 방법은 전력 전송 중 사용자에 의한 이동이 빈번한 무선 전력 수신기와 연동되는 무선 전력 송신기에 적용될 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 충전 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10을 참조하면, 무선 전력 송신기는 전력 전송 상태 또는 활성화 상태에서 대역외 통신 또는 인밴드 통신을 통해 무선 전력 수신기로부터 주기적으로 수신되는 피드백 신호에 기반하여 적응적으로 전력 제어를 수행할 수 있다(S1010). 여기서, 피드백 신호의 수신 주기는 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기 사이에 설정된 무선 전력 전송 방식에 따라 상이할 수 있다. 다른 일 예로, 피드백 신호의 수신 주기는 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기 사이의 소정 협상 절차를 통해 동적으로 결정될 수도 있다.
무선 전력 송신기는 피드백 신호가 소정 주기로 정상 수신되는지 여부를 확인할 수 있다(S1020).
판단 결과, 소정 주기로 피드백 신호가 정상 수신되지 않는 경우, 무선 전력 송신기는 현재 송출되는 전력의 세기를 일정 레벨만큼 감소시킨 후 일정 시간 대기할 수 있다(S1030 내지 S1040). 여기서, 감소되는 전력 레벨은 무선 전력 수신기의 카테고리 또는 등급에 기반하여 동적으로 결정될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
무선 전력 송신기는 충전 영역 내 무선 전력 수신기가 존재하는지 판단할 수 있다(S1050). 일 예로, 무선 전력 송신기는 소정 주기로 피드백 신호가 정상 수신되는지를 확인하여 충전 영역 내 무선 전력 수신기가 존재하는지 판단할 수 있다. 즉, 무선 전력 송신기는 잠시 동안 피드백 신호가 수신되지 않더라도 전력 전송을 중단하지 않고 송출 전력의 세기가 소정 임계치에 도달할 때까지 단계적으로 송출 전력의 세기를 감소시킬 수 있다.
만약, 상기한 1050 단계에서, 충전 영역 내 무선 전력 수신기가 존재하는 것으로 판단된 경우, 무선 전력 송신기는 상기한 1010 단계로 회귀할 수 있다.
반변, 상기한 1050 단계에서, 충전 영역 내 무선 전력 수신기가 존재하지 않는 경우, 무선 전력 송신기는 현재 송출 전력의 세기가 소정 임계치 이하인지 확인할 수 있다(S1060).
확인 결과, 현재 송출 전력의 세기가 소정 임계치 이하이면, 무선 전력 송신기는 전력 전송이 중단됨을 지시하는 소정 알람 신호를 송출한 후 초기 단계로 진입할 수 있다(S1070 내지 S1080).
만약, 상기한 1060 단계의 확인 결과, 현재 송출 전력의 세기가 소정 임계치를 초과하면, 무선 전력 송신기는 상기한 1030 단계를 수행할 수 있다.
일 예로, 상기 도 10의 무선 충전 방법은 정상적인 충전 종료 절차가 이루어지지 않은 상태에서 무선 전력 수신기의 존재가 확인되지 않을 수 있는 무선 충전 마우스 시스템에 적용될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 본 발명에 따른 무선 충전 방법이 적용된 무선 충전 마우스 시스템은 무선 충전 마우스가 충전 영역을 잠시 벗어난 경우에도, 그 즉시 전력 전송을 중단하거나 초기 단계로 진입하지 않고 일정 시간 동안 송출 전력의 세기를 단계적으로 감소시킴으로써, 불필요하게 전력 전송이 중단되는 것을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명은 불필요한 전력 전송 중단을 미연에 방지함으로써, 사용자의 무선 충전 체험 만족도를 향상시킬 뿐만 아니라 단위 시간 동안의 충전 효율을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.
다른 일 예로, 상기 도 10의 무선 충전 방법은 전력 전송 중 사용자에 의한 이동이 빈번한 무선 전력 수신기와 연동되는 무선 전력 송신기에 적용될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 11을 참조하면, 무선 전력 송신기(1100)는 통신부(1110), 수신기 존재 확인부(1120), 전력 변환부(1130), 초기화 개시 타이머(1140), 전력 전송부(1150), 제어부(1160) 및 알람부(1170) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 도 11에 도시된 무선 전력 송신기(1100)의 구성 요소들은 반드시 필수적인 구성 요소들은 아니어서, 일부 구성 요소가 변경/추가/삭제될 수도 있음을 주의해야 한다.
본 발명에 따른 무선 전력 송신기(1100)는 전자기 공진 방식, 전자기 유도 방식 중 적어도 어느 하나의 방식을 이용하여 전력을 송출함으로써, 무선 전력 수신기를 충전시킬 수 있다.
통신부(1110)는 제어부(1160)로부터 수신된 패킷 또는 메시지를 변조하여 해당 무선 전력 수신기에 전송하거나, 무선 신호를 복조하여 획득된 패킷 또는 메시지를 제어부(1160)에 전달할 수 있다. 여기서, 변조된 신호는 활성화된 무선 전력 전송 방식에 따라 인밴드 통신 또는 대역외 통신을 통해 무선 전력 수신기에 송신될 수 있다.
수신기 존재 확인부(1120)는 충전 영역에 무선 전력 수신기가 존재하는지 여부를 확인할 수 있다.
일 예로, 수신기 존재 확인부(1120)는 통신부(1110)와 연동하여 전력 전송 상태에서의 피드백 신호의 정상 수신 여부에 기반하여 충전 영역에 무선 전력 수신기가 존재하는지 확인할 수 있다. 수신기 존재 확인부(1120)는 피드백 신호가 미리 정의된 주기로 정상 수신되는 것이 확인되면, 전력 전송 상태의 무선 전력 수신기가 충전 영역에 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 반면, 수신기 존재 확인부(1120)는 피드백 신호가 정상 수신되지 않는 것으로 확인되면, 전력 전송 상태의 무선 전력 수신기가 충전 영역을 이탈한 것으로 판단할 수 있다.
다른 일 예로, 수신기 존재 확인부(1120)는 구비된 센서(미도시)의 센싱 정보에 기반하여 전력 전송 상태의 무선 전력 수신기가 충전 영역에 존재하는지 여부를 판단할 수도 있다. 여기서, 무선 전력 수신기의 존재 여부를 판단하기 위한 센서는 조도 센서, 압력 센서, 홀 센서, 전류 센서, 전압 센서, 정전 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
전력 변환부(1130)는 제어부(1160)의 제어 신호에 따라 전력 송신부(1150)를 통해 송출되는 전력의 세기를 조절할 수 있다. 전력 변환부(1130)는 외부 전원(미도시)으로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 AC-DC 컨버터, 변환된 DC 전력을 증폭시키기 위한 증폭 회로 등을 포함하여 구성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
전력 변환부(1130)는 제어부(1160)의 소정 제어 신호에 따라 송출 전력의 세기를 특정 레벨로 유지시킬 수 있다.
또한, 전력 변환부(1130)는 제어부(1160)의 소정 제어 신호에 따라 송출 전력의 세기가 소정 임계치에 도달할 때까지 일정 레벨만큼 단계적으로 감소시킬 수도 있다.
또한, 전력 변환부(1130)는 제어부(1160)의 소정 제어 신호에 따라 전력 송신부(1150)에 전력이 전달되는 것을 차단할 수도 있다.
초기화 개시 타이머(1140)는 무선 전력 수신기로의 전력 전송 중 충전 영역 내 해당 무선 전력 수신기의 존재가 확인되지 않는 경우, 제어부(1160)의 소정 제어 신호에 따라 구동될 수 있다.
초기화 개시 타이머(1140)가 만료되면, 제어부(1160)는 해당 무선 전력 수신기로의 전력 전송을 중단하고, 무선 전력 송신기(1100)의 상태를 초기 단계로 진입시킬 수 있다.
또한, 초기화 개시 타이머(1140)가 만료되면, 제어부(1160)는 전력 전송이 중단됨을 지시하는 소정 알람 신호가 출력되도록 알람부(1170)를 제어할 수도 있다.
구동된 초기화 개시 타이머(1140)가 만료되기 전에 무선 전력 수신기가 충전 영역에 존재함이 확인된 경우, 제어부(1160)는 초기화 개시 타이머(1140)의 구동을 중단시키고, 해당 무선 전력 송신기로부터 수신되는 피드백 신호에 기반하여 전송 전력을 제어할 수 있다.
전력 송신부(1150)는 현재 활성화된 무선 전력 전송 방식에 대응되는 동작 주파수를 생성하기 위한 주파수 생성기, 동작 주파수로 변조된 교류 신호를 무선으로 전송하기 위한 송신 코일 등을 포함하여 구성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상술한 실시예에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상술한 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (22)

  1. 무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법에 있어서,
    전력 전송 중 무선 전력 수신기로부터 주기적으로 수신되는 피드백 신호에 기반하여 송출 전력을 제어하는 단계;
    상기 전력 전송 중 상기 무선 전력 수신기가 충전 영역에 존재하는지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 판단 결과, 상기 무선 전력 수신기가 상기 충전 영역에 존재하지 않는 경우, 상기 송출 전력의 세기를 일정하게 유지시키는 단계
    를 포함하는, 무선 충전 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 송출 전력의 세기를 일정하게 유지하는 동안, 상기 무선 전력 수신기가 상기 충전 영역에 존재하는 것으로 판단되면, 상기 피드백 신호에 기반하여 송출 전력을 제어하는 단계를 수행하는, 무선 충전 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 판단 결과, 상기 무선 전력 수신기가 상기 충전 영역에 존재하지 않는 경우, 초기화 개시 타이머를 구동시키는 단계를 더 포함하되, 상기 초기화 개시 타이머가 만료되면, 상기 무선 전력 수신기로의 전력 전송을 중단하고, 초기 단계로 진입하는, 무선 충전 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 초기화 개시 타이머가 만료되기 이전에 상기 무선 전력 수신기가 상기 충전 영역에 존재하는 것으로 판단되면, 상기 피드백 신호에 기반하여 송출 전력을 제어하는 단계를 다시 수행하는, 무선 충전 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 초기 단계는 A4WP(Alliance For Wireless Power) 표준에 정의된 비활성화 상태 또는 부트 상태, WPC(Wireless Power Consortium) 표준에 정의된 선택 단계, PMA(Power Matters Alliance) 표준에 정의된 대기 단계 중 어느 하나인, 무선 충전 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 초기화 개시 타이머가 만료되면, 상기 초기 단계로의 진입 이전에 전력 전송이 중단됨을 지시하는 소정 알람 신호를 출력하는 단계를 더 포함하는, 무선 충전 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신에 전력을 전송하는 방식이 전자기 공진 방식인 경우, 상기 피드백 신호는 A4WP(Alliance For Wireless Power) 표준에 정의된 동적 특성 파라메터(Dynamic characteristic parameter) 패킷인, 무선 충전 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신기에 전력을 전송하는 방식이 전자기 유도 방식인 경우, 상기 피드백 신호는 WPC(Wireless Power Consortium) 표준에 정의된 제어 오류(Control Error) 패킷인, 무선 충전 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신기에 전력을 전송하는 방식이 전자기 유도 방식인 경우, 상기 피드백 신호는 PMA(Power Matters Alliance) 표준에 정의된 증가(Increase) 신호, 감소(Decrease) 신호, 유지(No Change) 신호 중 적어도 하나를 포함하는, 무선 충전 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전력 전송 중 상기 무선 전력 수신기가 충전 영역에 존재하는지 여부를 판단하는 단계는
    상기 피드백 신호가 일정 시간 내에 정상 수신되는지를 확인하는 단계;
    상기 확인 결과, 상기 일정 시간 내에 정상 수신되면, 상기 무선 전력 수신기가 충전 영역에 존재하는 것으로 판단하는 단계; 및
    상기 확인 결과, 상기 일정 시간 내에 정상 수신되지 않으면, 상기 무선 전력 수신기가 충전 영역에 존재하지 않는 것으로 판단하는 단계
    를 포함하는, 무선 충전 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전력 전송 중 상기 무선 전력 수신기가 충전 영역에 존재하는지 여부를 판단하는 단계는
    상기 무선 전력 송신기에 구비된 센서로부터 센싱 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 획득된 센싱 정보에 기반하여 상기 무선 전력 수신기가 충전 영역에 존재하는지를 판단하는 단계
    를 포함하는, 무선 충전 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 센서는 조도 센서, 압력 센서, 홀 센서, 전류 센서, 전압 센서 중 적어도 하나를 포함하는, 무선 충전 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 전력 전송 중 상기 무선 전력 수신기가 충전 영역에 존재하는지 여부를 판단하는 단계는
    상기 무선 전력 수신기에 전력을 전송하는 방식이 전자기 공진 방식이고, 상기 무선 전력 수신기와 블루투스 통신이 연결된 경우, 상기 블루투스 통신의 수신 신호 세기를 측정하는 단계;
    상기 측정된 수신 신호 세기가 소정 기준치 이하이면, 상기 무선 전력 수신기가 충전 영역에 존재하지 않는 것으로 판단하는 단계; 및
    상기 측정된 수신 신호 세기가 소정 기준치를 초과하면, 상기 무선 전력 수신기가 충전 영역에 존재하지 것으로 판단하는 단계
    를 포함하는, 무선 충전 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 송출 전력의 세기를 일정하게 유지시키는 단계에서,
    상기 일정하게 유지되는 상기 송출 전력의 세기는
    마지막으로 수신된 상기 피드백 신호에 기반하여 조절된 송출 전력의 세기로 결정되는, 무선 충전 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 송출 전력의 세기를 일정하게 유지시키는 단계에서,
    상기 일정하게 유지되는 상기 송출 전력의 세기는 상기 전력 전송을 개시한 시점의 초기 전송 전력 세기로 결정되는, 무선 충전 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 송출 전력의 세기를 일정하게 유지시키는 단계에서,
    상기 일정하게 유지되는 상기 송출 전력의 세기는 상기 무선 전력 수신기의 카테고리 또는 등급에 기반하여 결정되는, 무선 충전 방법.
  17. 무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법에 있어서,
    전력 전송 중 무선 전력 수신기로부터 주기적으로 수신되는 피드백 신호에 기반하여 송출 전력을 제어하는 단계;
    상기 전력 전송 중 상기 무선 전력 수신기가 충전 영역에 존재하는지 여부를 판단하는 단계;
    상기 판단 결과, 상기 무선 전력 수신기가 상기 충전 영역에 존재하지 않는 경우, 상기 송출 전력의 세기를 일정 레벨만큼 단계적으로 감소시키는 단계; 및
    상기 송출 전력의 세기가 소정 임계치 이하로 감소되면, 상기 전력 전송을 중단하고 초기 단계로 진입하는 단계
    를 포함하는, 무선 충전 방법.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 실행시키기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  19. 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 송신기에 있어서,
    전력 전송 중 상기 무선 전력 수신기에 의해 전송된 주기적인 피드백 신호를 수신하는 통신부;
    상기 피드백 신호에 기반하여 상기 무선 전력 수신기로의 송출 전력을 제어하는 전력 변환부;
    상기 전력 전송 중 상기 무선 전력 수신기가 충전 영역에 존재하는지 여부를 판단하는 수신기 존재 확인부; 및
    상기 판단 결과, 상기 무선 전력 수신기가 상기 충전 영역에 존재하지 않는 경우, 상기 송출 전력의 세기가 일정하게 유지되도록 상기 전력 변환부를 제어하는 제어부
    를 포함하는, 무선 전력 송신기.
  20. 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 송신기에 있어서,
    전력 전송 중 상기 무선 전력 수신기에 의해 전송된 주기적인 피드백 신호를 수신하는 통신부;
    상기 피드백 신호에 기반하여 상기 무선 전력 수신기로의 송출 전력을 제어하는 전력 변환부;
    상기 전력 전송 중 상기 무선 전력 수신기가 충전 영역에 존재하는지 여부를 판단하는 수신기 존재 확인부; 및
    상기 판단 결과, 상기 무선 전력 수신기가 상기 충전 영역에 존재하지 않는 경우, 상기 송출 전력의 세기가 일정 레벨만큼 단계적으로 감소되도록 상기 전력 변환부를 제어하는 제어부
    를 포함하는, 무선 전력 송신기.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 송출 전력의 세기가 소정 임계치 이하로 감소되기 이전에 상기 무선 전력 수신기가 상기 충전 영역에 존재하는 경우, 상기 피드백 신호에 기반하여 송출 전력이 제어되도록 상기 전력 변환부를 제어하는, 무선 전력 송신기.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 송출 전력의 세기가 소정 임계치 이하로 감소된 경우, 상기 전력 전송을 중단하고, 상기 무선 전력 송신기의 상태가 초기 상태로 진입하도록 제어하는, 무선 전력 송신기.
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