KR20180002206A - 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템 - Google Patents

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채용석
권용일
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Abstract

본 발명은 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 이물질 검출 방법은 소정 주기로 인버터 입력 전압 및 송신 코일 전류를 측정하는 단계와 기준 인버터 입력 전압 및 기준 송신 코일 전류와 상기 측정된 인버터 입력 전압 및 송신 코일 전류를 이용하여 인버터 입력 전압 변화율 및 송신 코일 전류 변화율을 산출하는 단계와 상기 송신 코일 전류 변화율과 인버터 입력 전압 변화율을 이용하여 변화 비율을 산출하는 단계와 상기 변화 비율의 소정 제3 임계치 초과 여부를 비교하여 충전 영역에 이물질이 존재하는지 판단하는 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명은 보다 효과적으로 FO를 검출할 수 있는 장점이 있다.

Description

이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템{Foreign Object Detection Method and Apparatus and System therefor}
본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 상세하게, 무선 충전 시스템상에서의 이물질 검출 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.
무선 충전 가능 영역에 무선 전력 수신기가 아닌 전도체-즉, FO(Foreign Object)가 존재하는 경우, FO에는 무선 전력 송신기로부터 송출된 전자기 신호가 유도되어 온도가 상승할 수 있다. 일 예로, FO는 동전, 클립, 핀, 볼펜 등을 포함할 수 있다.
만약, 무선 전력 수신기와 무선 전력 송신기 사이에 FO가 존재하는 경우, 무선 충전 효율이 현저히 떨어질 뿐만 아니라 FO 주변 온도 상승으로 인해 무선 전력 수신기와 무선 전력 송신기의 온도가 함께 상승할 수 있다. 만약, 충전 영역에 위치한 FO가 제거되지 않는 경우, 전력 낭비가 초래될 뿐만 아니라 과열로 인해 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 손상이 야기될 수 있다.
따라서, 충전 영역에 위치한 이물질을 정확하게 검출하는 것은 무선 충전 기술 분야에서 중요한 이슈로 부각되고 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 무선 충전을 위한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 인버터에 인가되는 전압의 변화 및(또는) 송신 코일에 흐르는 전류의 변화에 기반하여 충전 영역에 위치한 이물질을 검출하는 것이 가능한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 무선 전력 송신 장치에 대응되는 기준 인버터 입력 전압 및 기준 송신 코일 전류 대비 산출된 인버터 입력 전압 및 송신 코일 전류의 변화량 또는 변화 비율에 기반하여 충전 영역에 위치한 이물질을 검출하는 것이 가능한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 이물질 검출 방법은 소정 주기로 인버터 입력 전압 및 송신 코일 전류를 측정하는 단계와 기준 인버터 입력 전압 및 기준 송신 코일 전류와 상기 측정된 인버터 입력 전압 및 송신 코일 전류를 이용하여 인버터 입력 전압 변화율 및 송신 코일 전류 변화율을 산출하는 단계와 상기 송신 코일 전류 변화율과 인버터 입력 전압 변화율을 이용하여 변화 비율을 산출하는 단계와 상기 변화 비율의 소정 제3 임계치 초과 여부를 비교하여 충전 영역에 이물질이 존재하는지 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 이물질 검출 방법은 협력 단계에서 상기 기준 인버터 입력 전압에 대한 정보 및 상기 기준 송신 코일 전류에 대한 정보가 포함된 FOD(Foreign Object Detection) 상태 패킷을 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 FOD 상태 패킷은 2비트 길이의 모드 필드를 포함하되, 상기 모드 필드의 값이 이진수 “00”이 아닌 값으로 설정될 수 있다.
또한, 상기 이물질 검출 방법은 상기 판단 결과, 이물질이 존재하면, 이물질이 감지되었음을 알리는 소정 알람 신호를 출력하는 단계를 더 포함하되, 상기 알람 신호 출력 후 선택 단계로 진입할 수 있다.
또한, 상기 이물질 검출 방법은 상기 변화 비율이 상기 제3 임계치보다 작거나 같으면, 상기 변화 비율을 소정 제4 임계치와 비교하여 송수신 코일 정렬 여부를 판단하는 단계를 더 포함하고, 상기 제4 임계치는 상기 제3 임계치보다 크고, 상기 변화 비율이 제4 임계치를 초과하면, 송수신 코일이 정렬되지 않은 것으로 판단될 수 있다.
또한, 상기 인버터 입력 전압 변화율은 상기 측정된 인버터 입력 전압과 상기 기준 인버터 입력 전압과의 차이 값을 상기 기준 인버터 입력 전압으로 나누어 산출될 수 있다.
또한, 상기 송신 코일 전류 변화율은 상기 측정된 송신 코일 전류와 상기 기준 송신 코일 전류와의 차이 값을 상기 기준 송신 코일 전류로 나누어 산출될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 이물질 검출 방법은 소정 주기로 인버터 입력 전압을 측정하는 단계와 기준 인버터 입력 전압과 상기 측정된 인버터 입력 전압을 이용하여 인버터 입력 전압 변화율을 산출하는 단계와 상기 인버터 입력 전압 변화율의 소정 제1 임계치 초과 여부를 확인하여 충전 영역에 이물질이 존재하는지 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 이물질 검출 방법은 소정 주기로 송신 코일 전류를 측정하는 단계와 기준 송신 코일 전류와 상기 측정된 송신 코일 전류를 이용하여 송신 코일 전류 변화율을 산출하는 단계와 상기 송신 코일 전류 변화율의 소정 제2 임계치 초과 여부를 확인하여 충전 영역에 이물질이 존재하는지 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치는 소정 주기로 인버터 입력 전압 및 송신 코일 전류를 측정하는 센싱부와 기준 인버터 입력 전압 및 기준 송신 코일 전류와 상기 측정된 인버터 입력 전압 및 송신 코일 전류를 이용하여 인버터 입력 전압 변화율 및 송신 코일 전류 변화율을 산출하는 변화량 산출부와 상기 송신 코일 전류 변화율과 인버터 입력 전압 변화율을 이용하여 변화 비율을 산출하는 변화 비율 산출부와 상기 변화 비율의 소정 제3 임계치 초과 여부를 비교하여 충전 영역에 이물질이 존재하는지 판단하는 검출부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 이물질 검출 장치는 협력 단계에서 상기 기준 인버터 입력 전압에 대한 정보 및 상기 기준 송신 코일 전류에 대한 정보가 포함된 FOD(Foreign Object Detection) 상태 패킷을 수신하는 통신부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 FOD 상태 패킷은 2비트 길이의 모드 필드를 포함하되, 상기 모드 필드의 값이 이진수 “00”이 아닌 값으로 설정되어 수신될 수 있다.
또한, 상기 이물질 검출 장치는 상기 판단 결과, 이물질이 존재하면, 이물질이 감지되었음을 알리는 소정 알람 신호를 출력하는 알람부를 더 포함하되, 상기 알람 신호 출력 후 선택 단계로 진입될 수 있다.
또한, 상기 검출부가 상기 변화 비율이 상기 제3 임계치보다 작거나 같으면, 상기 변화 비율을 소정 제4 임계치와 비교하여 송수신 코일 정렬 여부를 판단하고, 상기 변화 비율이 제4 임계치를 초과하면, 송수신 코일이 정렬되지 않은 것으로 판단하되, 상기 제4 임계치는 상기 제3 임계치보다 크게 설정될 수 있다.
여기서, 상기 인버터 입력 전압 변화율은 상기 측정된 인버터 입력 전압과 상기 기준 인버터 입력 전압과의 차이 값을 상기 기준 인버터 입력 전압으로 나누어 산출될 수 있다.
또한, 상기 송신 코일 전류 변화율은 상기 측정된 송신 코일 전류와 상기 기준 송신 코일 전류와의 차이 값을 상기 기준 송신 코일 전류로 나누어 산출될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치는 소정 주기로 인버터 입력 전압을 측정하는 센싱부와 기준 인버터 입력 전압과 상기 측정된 인버터 입력 전압을 이용하여 인버터 입력 전압 변화율을 산출하는 변화량 산출부와 상기 인버터 입력 전압 변화율의 소정 제1 임계치 초과 여부를 확인하여 충전 영역에 이물질이 존재하는지 판단하는 검출부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치는 소정 주기로 송신 코일 전류를 측정하는 센싱부와 기준 송신 코일 전류와 상기 측정된 송신 코일 전류를 이용하여 송신 코일 전류 변화율을 산출하는 변화량 산출부와 상기 송신 코일 전류 변화율의 소정 제2 임계치 초과 여부를 확인하여 충전 영역에 이물질이 존재하는지 판단하는 검출부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예는 상기 이물질 검출 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 무선 충전을 위한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 송수신 코일 정렬 문제와 이물질 문제를 구별함으로써, 보다 정확하게 이물질을 검출하는 것이 가능한 무선 전력 송신기를 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 불필요한 전력 낭비 및 이물질에 의한 발열 현상을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 무선 전력 송신 장치의 타입에 따라 동적으로 이물질 존재 여부를 판단하기 위한 임계치를 결정함으로써, 보다 정확한 이물질 검출이 가능한 이물질 검출 방법 및 그를 이용한 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.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템에서의 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 WPC 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 5는 WPC(Qi) 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 상기 도 6에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 신호의 변조 및 복조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 패킷 포맷을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 WPC(Qi) 표준에 정의된 패킷의 종류를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 12a 및 12b는 본 발명에 일 실시예에 따른 FOD 상태 패킷의 메시지 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 구성 패킷의 메시지 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기 타입 식별자에 대응되는 전류 변화 임계치가 정의된 수신기 타입 식별자 매핑 테이블이다.
도 15는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 수신기 타입 식별자에 대응되는 전류 변화 임계 비율이 정의된 수신기 타입 식별자 매핑 테이블이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 이물질 감지 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 이물질 감지 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 이물질 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에 장착되는 송신 코일의 일 실시 형태이다.
도 20a 및 도 20b는 도 19에 따른 송신 코일의 위치 별 인덕터 입력 전류 세기와 송신 코일 입력 전류 세기의 측정 결과를 보여주는 그래프이다.
도 21 및 22는 상기 도 19의 Position 1에서 핑 단계에서 이물질이 충전 영역에 위치된 경우의 코일 전류 및 인버터 입력 전류의 변화 패턴을 보여준다.
도 23은 이물질 존재 여부 및 송수신 코일 정렬 상태에 따라 기준 송신 코일 전류 및 기준 인버터 입력 전압 대비 송신 코일 전류와 인버터 입력 전압의 변화 비율을 보여주는 실험 결과 테이블이다.
도 24 내지 도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 이물질 검출 및 정렬 확인 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 28 내지 30은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 이물질 검출을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 본 발명의 실시예들이 적용되는 장치 및 다양한 방법들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
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. 여기서, 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.
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(30)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 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.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신단(10)은 고속 충전 지원 여부를 지시하는 소정 패킷을 무선 전력 수신단(20)에 전송할 수 있다. 무선 전력 수신단(20)은 접속된 무선 전력 송신단(10)이 고속 충전 모드를 지원하는 것으로 확인된 경우, 이를 전자 기기(30)에 알릴 수 있다. 전자 기기(30)는 구비된 소정 표시 수단-예를 들면, 액정 디스플레이일 수 있음-을 통해 고속 충전이 가능함을 표시할 수 있다.
또한, 전자 기기(30) 사용자는 액정 표시 수단에 표시된 소정 고속 충전 요청 버튼을 선택하여 무선 전력 송신단(10)이 고속 충전 모드로 동작하도록 제어할 수도 있다. 이 경우, 전자 기기(30)는 사용자에 의해 고속 충전 요청 버튼이 선택되면, 소정 고속 충전 요청 신호를 무선 전력 수신단(20)에 전송할 수 있다. 무선 전력 수신단(20)은 수신된 고속 충전 요청 신호에 상응하는 충전 모드 패킷을 생성하여 무선 전력 송신단(10)에 전송함으로써, 일반 저전력 충전 모드를 고속 충전 모드로 전환시킬 수 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, 도면 부호 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 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)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.
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 지시자-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(440)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 WPC(Qi) 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 5를 참조하면, WPC(Qi) 표준에 따른 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(Selection Phase, 510), 핑 단계(Ping Phase, 520), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 530), 협상 단계(Negotiation Phase, 540), 보정 단계(Calibration Phase, 550), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 560) 단계 및 재협상 단계(Renegotiation Phase, 570)로 구분될 수 있다.
선택 단계(510)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(510)에서 송신기는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다. 만약, 송신기가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 단계(520)로 천이할 수 있다. 그러나 아날로그 핑은 다른 대체 수단으로 대체될 수 있다. 다른 대체 수단은 근접센서, 자기장 변화를 감지하는 홀센서, 압력센서 또는 생략 중 적어도 하나의 수단일 수 있다. 선택 단계(510)에서 송신기는 매우 짧은 펄스의 아날로그 핑(Analog Ping) 신호를 전송하며, 송신 코일 또는 1차 코일(Primary Coil)의 전류 변화에 기반하여 인터페이스 표면의 활성 영역(Active Area)에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다.
핑 단계(520)에서 송신기는 물체가 감지되면, 수신기를 활성화시키고, 수신기가 WPC 표준이 호환되는 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송한다. 핑 단계(520)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 패킷-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(510)로 천이할 수 있다. 또한, 핑 단계(520)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 패킷-을 수신하면, 선택 단계(510)로 천이할 수도 있다.
핑 단계(520)가 완료되면, 송신기는 수신기를 식별하고 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(530)로 천이할 수 있다.
식별 및 구성 단계(530)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(510)로 천이할 수 있다.
송신기는 식별 및 구성 단계(530)에서 수시된 구성 패킷(Configuration packet)의 협상 필드(Negotiation Field) 값에 기반하여 협상 단계(540)로의 진입이 필요한지 여부를 확인할 수 있다.
확인 결과, 협상이 필요하면, 송신기는 협상 단계(540)로 진입하여 소정 FOD 검출 절차를 수행할 수 있다.
반면, 확인 결과, 협상이 필요하지 않은 경우, 송신기는 곧바로 전력 전송 단계(560)로 진입할 수도 있다.
협상 단계(540)에서, 송신기는 기준 품질 인자 값이 포함된 FOD(Foreign Object Detection) 상태 패킷을 수신할 수 있다. 이때, 송신기는 기준 품질 인자 값에 기반하여 FO 검출을 위한 임계치를 결정할 수 있다.
송신기가 기준 품질 인자 값에 기반하여 FO 검출을 위한 임계치를 결정하는 다양한 방법들에 대해서는 후술할 도면의 설명을 통해 상세히 설명하기로 한다.
송신기는 결정된 임계치 및 현재 측정된 품질 인자 값을 이용하여 충전 영역에 FO가 존재하는지를 검출할 수 있으며, FO 검출 결과에 전력 전송을 제어할 수 있다.
일 예로, FO가 검출된 경우, 송신기는 선택 단계(510)로 회귀할 수 있다. 반면, FO가 검출되지 않은 경우, 송신기는 보정 단계(550)를 거쳐 전력 전송 단계(560)로 진입할 수도 있다. 상세하게, 송신기는 FO가 검출되지 않은 경우, 보정 단계(550)에서 송신기는 수신기에 수신된 전력의 세기를 결정하고, 송신기에서 전송한 전력의 세기를 결정하기 위해 수신기과 송신기에서의 전력 손실을 측정할 수 있다. 즉, 송신기는 보정 단계(550)에서 송신기의 송신 파워와 수신기의 수신 파워 사이의 차이에 기반하여 전력 손실을 예측할 수 있다. 일 실시예에 따른 송신기는 예측된 전력 손실을 반영하여 FOD 검출을 위한 임계치를 보정할 수도 있다.
전력 전송 단계(560)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(510)로 천이할 수 있다.
또한, 전력 전송 단계(560)에서, 송신기는 송신기 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 재협상 단계(570)로 천이할 수 있다. 이때, 재협상이 정상적으로 완료되면, 송신기는 전력 전송 단계(560)로 회귀할 수 있다.
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 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6을 참조하면 무선 전력 송신기(600)는 크게, 전력 변환부(610), 전력 전송부(620), 통신부(630), 제어부(640), 센싱부(650)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기한 무선 전력 송신기(600)의 구성은 반드시 필수적인 구성은 아니어서, 그보다 많거나 적은 구성 요소를 포함하여 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 전력 변환부(610)는 전원부(660)로부터 전원이 공급되면, 이를 소정 세기의 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.
이를 위해, 전력 변환부(610)는 DC/DC 변환부(611), 증폭기(612)를 포함하여 구성될 수 있다.
DC/DC 변환부(611)는 전원부(650)로부터 공급된 DC 전력을 제어부(640)의 제어 신호에 따라 특정 세기의 DC 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.
이때, 센싱부(650)는 DC 변환된 전력의 전압/전류 등을 측정하여 제어부(640)에 제공할 수 있다. 또한, 센싱부(650)는 과열 발생 여부 판단을 위해 무선 전력 송신기(600)의 내부 온도를 측정하고, 측정 결과를 제어부(640)에 제공할 수도 있다. 일 예로, 제어부(640)는 센싱부(650)에 의해 측정된 전압/전류 값에 기반하여 적응적으로 전원부(650)로부터의 전원 공급을 차단하거나, 증폭기(612)에 전력이 공급되는 것을 차단할 수 있다. 이를 위해, 전력 변환부(610)의 일측에는 전원부(650)로부터 공급되는 전원을 차단하거나, 증폭기(612)에 공급되는 전력을 차단하기 위한 소정 전력 차단 회로가 가 더 구비될 수도 있다.
증폭기(612)는 DC/DC 변환된 전력의 세기를 제어부(640)의 제어 신호에 따라 조정할 수 있다. 일 예로, 제어부(640)는 통신부(630)를 통해 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태 정보 또는(및) 전력 제어 신호를 수신할 수 있으며, 수신된 전력 수신 상태 정보 또는(및) 전력 제어 신호에 기반하여 증폭기(612)의 증폭률을 동적으로 조정할 수 있다. 일 예로, 전력 수신 상태 정보는 정류기 출력 전압의 세기 정보, 수신 코일에 인가되는 전류의 세기 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 전력 제어 신호는 전력 증가를 요청하기 위한 신호, 전력 감소를 요청하기 위한 신호 등을 포함할 수 있다.
전력 전송부(620)는 다중화기(621)(또는 멀티플렉서), 송신 코일(622)을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 전력 전송부(620)는 전력 전송을 위한 특정 동작 주파수를 생성하기 위한 반송파 생성기(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
반송파 생성기는 다중화기(621)를 통해 전달 받은 증폭기(612)의 출력 DC 전력을 특정 주파수를 갖는 AC 전력으로 변환하기 위한 특정 주파수를 생성할 수 있다. 이상의 설명에서는 반송파 생성기에 의해 생성된 교류 신호가 다중화기(621)의 출력단에 믹싱되어 교류 전력이 생성되는 것으로 설명되고 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 예는 증폭기(612) 이전단 또는 이후단 또는 증폭기(612)를 대신하여 구비되는 인버터를 통해 AC 전력이 생성될 수도 있음을 주의해야 한다. 여기서, 인버터는 하프 브릿지(Half Bridge) 인버터, 풀 브릿지(Full Bridge) 인버터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른각각의 송신 코일에 전달되는 AC 전력의 주파수가 서로 상이할 수도 있음을 주의해야 한다. 본 발명의 다른 일 실시예는 LC 공진 특성을 송신 코일마다 상이하게 조절하는 기능이 구비된 소정 주파수 제어기를 이용하여 각각의 송신 코일 별 공진주파수를 상이하게 설정할 수도 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 전력 전송부(620)는 증폭기(612)의 출력 전력이 송신 코일에 전달되는 것을 제어하기 위한 다중화기(621)와 복수의 송신 코일(622)-즉, 제1 내지 제n 송신 코일-을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(640)는 복수의 무선 전력 수신기가 연결된 경우, 송신 코일 별 시분할 다중화를 통해 전력을 전송할 수도 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(600)에 3개의 무선 전력 수신기-즉, 제1 내지 3 무선 전력 수신기-가 각각 3개의 서로 다른 송신 코일-즉, 제1 내지 3 송신 코일-을 통해 식별된 경우, 제어부(640)는 다중화기(621)를 제어하여, 특정 타임 슬롯에 특정 송신 코일을 전력이 송출될 수 있도록 제어할 수 있다. 이때, 송신 코일 별 할당된 타임 슬롯의 길이에 따라 해당 무선 전력 수신기로 전송되는 전력의 양이 제어될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 예는 송신 코일 별 할당된 타일 슬롯 동안의 증폭기(612) 증폭률을 제어하여 무선 전력 수신기 별 송출 전력을 제어할 수도 있다.
제어부(640)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 제1 내지 제n 송신 코일(622)을 통해 감지 신호가 순차적으로 송출될 수 있도록 다중화기(621)를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(640)는 감지 신호가 전송될 시점을 타이머(655)를 이용하여 식별할 수 있으며, 감신 신호 전송 시점이 도래하면, 다중화기(621)를 제어하여 해당 송신 코일을 통해 감지 신호가 송출될 수 있도록 제어할 수 있다. 일 예로, 타이머(655)는 핑 전송 단계 동안 소정 주기로 특정 이벤트 신호를 제어부(640)에 송출할 수 있으며, 제어부(640)는 해당 이벤트 신호가 감지되면, 다중화기(621)를 제어하여 해당 송신 코일을 통해 디지털 핑이 송출될 수 있도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(640)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 복조부(632)로부터 어느 송신 코일을 통해 신호 세기 지시자(Signal Strength Indicator)가 수신되었는지를 식별하기 위한 소정 송신 코일 식별자 및 해당 송신 코일을 통해 수신된 신호 세기 지시자를 수신할 수 있다. 연이어, 제2차 감지 신호 송출 절차에서 제어부(640)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 신호 세기 지시자가 수신된 송신 코일(들)을 통해서만 감지 신호가 송출될 수 있도록 다중화기(621)를 제어할 수도 있다. 다른 일 예로, 제어부(640)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 신호 세기 지시자가 수신된 송신 코일이 복수개인 경우, 가장 큰 값을 갖는 신호 세기 지시자가 수신된 송신 코일을 제2차 감지 신호 송출 절차에서 감지 신호를 가장 먼저 송출할 송신 코일로 결정하고, 결정 결과에 따라 다중화기(621)를 제어할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는 전력 전송부(620)는 하나의 송신코일을 포함하는 구성일 수 있다.
변조부(631)는 제어부(640)에 의해 생성된 제어 신호를 변조하여 다중화기(621)에 전달할 수 있다. 여기서, 제어 신호를 변조하기 위한 변조 방식은 FSK(Frequency Shift Keying) 변조 방식, 맨체스터 코딩(Manchester Coding) 변조 방식, PSK(Phase Shift Keying) 변조 방식, 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation) 방식, 차등 2단계(Differential bi-phase) 변조 방식 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
복조부(632)는 송신 코일을 통해 수신되는 신호가 감지되면, 감지된 신호를 복조하여 제어부(640)에 전송할 수 있다. 여기서, 복조된 신호에는 신호 세기 지시자, 무선 전력 전송 중 전력 제어를 위한 오류 정정(EC:Error Correction) 지시자, 충전 완료(EOC: End Of Charge) 지시자, 과전압/과전류/과열 지시자 등이 포함될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 수신기의 상태를 식별하기 위한 각종 상태 정보가 포함될 수 있다.
또한, 복조부(632)는 복조된 신호가 어느 송신 코일로부터 수신된 신호인지를 식별할 수 있으며, 식별된 송신 코일에 상응하는 소정 송신 코일 식별자를 제어부(640)에 제공할 수도 있다.
또한, 복조부(632)는 송신 코일(623)을 통해 수신된 신호를 복조하여 제어부(640)에 전달할 수 있다. 일 예로, 복조된 신호는 신호 세기 지시자를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 복조 신호는 무선 전력 수신기의 각종 상태 정보를 포함할 수 있다.
일 예로, 무선 전력 송신기(600)는 무선 전력 전송에 사용되는 동일한 주파수를 이용하여 무선 전력 수신기와 통신을 수행하는 인밴드(In-Band) 통신을 통해 상기 신호 세기 지시자를 획득할 수 있다.
또한, 무선 전력 송신기(600)는 송신 코일(622)을 이용하여 무선 전력을 송출할 수 있을 뿐만 아니라 송신 코일(622)을 통해 무선 전력 수신기와 각종 정보를 교환할 수도 있다. 다른 일 예로, 무선 전력 송신기(600)는 송신 코일(622)-즉, 제1 내지 제n 송신 코일)에 각각 대응되는 별도의 코일을 추가로 구비하고, 구비된 별도의 코일을 이용하여 무선 전력 수신기와 인밴드 통신을 수행할 수도 있음을 주의해야 한다.
이상이 도 6의 설명에서는 무선 전력 송신기(600)와 무선 전력 수신기가 인밴드 통신을 수행하는 것을 예를 들어 설명하고 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 무선 전력 신호 전송에 사용되는 주파수 대역과 상이한 주파수 대역을 통해 근거리 양방향 통신을 수행할 수 있다. 일 예로, 근거리 양방향 통신은 저전력 블루투스 통신, RFID 통신, UWB 통신, 지그비 통신 중 어느 하나일 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기(600)는 무선 전력 수신기의 요청에 따라 고속 충전 모드 및 일반 저전력 충전 모드를 적응적으로 제공할할 수도 있다.
무선 전력 송신기(600)는 고속 충전 모드가 지원 가능한 경우, 소정 패턴의 신호-이하 설명의 편의를 위해, 제1 패킷이라 명함-를 송출할 수 있다. 무선 전력 수신기(600)는 제1 패킷이 수신되면, 접속중인 무선 전력 송신기(600)가 고속 충전이 가능함을 식별할 수 있다.
특히, 무선 전력 수신기는 고속 충전이 필요한 경우, 고속 충전을 요청하는 소정 제1 응답 패킷을 무선 전력 송신기(600)에 전송할 수 있다.
특히, 무선 전력 송신기(600)는 상기 제1 응답 패킷이 수신 후 소정 시간이 경과하면, 자동으로 고속 충전 모드로 전환하여 고속 충전을 개시할 수 있다.
일 예로, 무선 전력 송신기(600)의 제어부(640)는 상기한 도 4 내지 도 5의 전력 전송 단계(440 또는 560)로 천이한 경우, 제1 패킷이 송신 코일(622)을 통해 송출되도록 제어할 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 예는 상기 도 4의 식별 및 구성 단계(430) 또는 도 5의 식별 단계(530)에서 제1 패킷이 송출될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예는 무선 전력 송신기(600)가 송출하는 디지털 핑 신호에 고속 충전 지원 가능 여부를 식별할 수 있는 정보가 인코딩되어 전송될 수도 있음을 주의해야 한다.
무선 전력 수신기는 전력 전송 단계의 어느 시점에서든 고속 충전이 필요하면, 충전 모드가 고속 충전으로 설정된 소정 충전 모드 패킷을 무선 전력 송신기(600)에 전송할 수도 있다. 여기서, 충전 모드 패킷의 세부 구성은 후술할 도 8 내지 12의 설명을 통해 보다 명확히 하도록 한다. 물론, 무선 전력 송신기(600)와 무선 전력 수신기는 충전 모드가 고속 충전 모드로 변경된 경우, 고속 충전 모드에 상응하는 전력이 송출 및 수신 가능할 수 있도록 내부 동작을 제어할 수 있다. 일 예로, 충전 모드가 일반 저전력 충전 모드에서 고속 충전 모드로 변경된 경우, 과전압(Over Voltage) 판단 기준, 과열(Over Temperature) 판단 기준, 저전압(Low Voltage)/고전압(High Voltage) 판단 기준, 최적 전압 레벨(Optimum Voltage Level), 전력 제어 옵셋 등의 값이 변경 설정될 수 있다.
일 예로, 충전 모드가 일반 저전력 충전 모드에서 고속 충전 모드로 변경된 경우, 과전압(Over Voltage) 판단을 위한 임계 전압이 고속 충전이 가능하도록 높게 설정될 수 있다. 또 다른 일 예로, 과열 발생 여부를 판단하기 임계 온도가 고속 충전에 따른 온도 상승을 고려하여 높게 설정될 수 있다. 또 다른 일 예로, 송신단에서의 전력이 제어되는 최소 레벨을 의미하는 전력 제어 옵셋 값은 고속 충전 모드에서 빠르게 원하는 목표 전력 레벨로 수렴 가능하도록 일반 저전력 충전 모드에 비해 큰 값으로 설정될 수도 있다.
도 7은 상기 도 6에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7을 참조하면, 무선 전력 수신기(700)는 수신 코일(710), 정류부(720), 직류/직류 변환기(DC/DC Converter, 730), 부하(740), 센싱부(750), 통신부(760), 주제어부(770)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 통신부(760)는 복조부(761) 및 변조부(762)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기한 도 7의 예에 도시된 무선 전력 수신기(700)는 인밴드 통신을 통해 무선 전력 송신기(600)와 정보를 교환할 수 있는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 통신부(760)는 무선 전력 신호 전송에 사용되는 주파수 대역과는 상이한 주파수 대역을 통해 근거리 양방향 통신을 제공할 수도 있다.
수신 코일(710)을 통해 수신된 AC 전력은 정류부(720)에 전달할 수 있다. 정류기(720)는 AC 전력을 DC 전력으로 변환하여 직류/직류 변환기(730)에 전송할 수 있다. 직류/직류 변환기(730)는 정류기 출력 DC 전력의 세기를 부하(740)에 의해 요구되는 특정 세기로 변환한 후 부하(740)에 전달할 수 있다.
센싱부(750)는 정류기(720) 출력 DC 전력의 세기를 측정하고, 이를 주제어부(770)에 제공할 수 있다. 또한, 센싱부(750)는 무선 전력 수신에 따라 수신 코일(710)에 인가되는 전류의 세기를 측정하고, 측정 결과를 주제어부(770)에 전송할 수도 있다. 또한, 센싱부(750)는 무선 전력 수신기(700)의 내부 온도를 측정하고, 측정된 온도 값을 주제어부(770)에 제공할 수도 있다.
일 예로, 주제어부(770)는 측정된 정류기 출력 DC 전력의 세기가 소정 기준치 와 비교하여 과전압 발생 여부를 판단할 수 있다. 판단 결과, 과전압이 발생된 경우, 과전압이 발생되었음을 알리는 소정 패킷을 생성하여 변조부(762)에 전송할 수 있다. 여기서, 변조부(762)에 의해 변조된 신호는 수신 코일(710) 또는 별도의 코일(미도시)을 통해 무선 전력 송신기(600)에 전송될 수 있다. 또한, 주제어부(770)는 정류기 출력 DC 전력의 세기가 소정 기준치 이상인 경우, 감지 신호가 수신된 것으로 판단할 수 있으며, 감지 신호 수신 시, 해당 감지 신호에 대응되는 신호 세기 지시자가 변조부(762)를 통해 무선 전력 송신기(600)에 전송될 수 있도록 제어할 수 있다. 다른 일 예로, 복조부(761)는 수신 코일(710)과 정류기(720) 사이의AC 전력 신호 또는 정류기(720) 출력 DC 전력 신호를 복조하여 감지 신호의 수신 여부를 식별한 후 식별 결과를 주제어부(770)에 제공할 수 있다. 이때, 주제어부(770)는 감지 신호에 대응되는 신호 세기 지시자가 변조부(762)를 통해 전송될 수 있도록 제어할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 신호의 변조 및 복조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8의 도면 번호 810에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 동일한 주기를 가지는 내부 클락 시그널에 기반하여 전송 대상 패킷을 인코딩하거나 디코딩할 수 있다.
이하에서는 상기 도 1 내지 도 8을 참조하여, 전송 대상 패킷의 인코딩 방법을 상세히 설명하기로 한다.
상기 도 1을 참조하면, 무선 전력 송신단(10) 또는 무선 전력 수신단(20)가 특정 패킷을 전송하지 않는 경우, 무선 전력 신호는 도 1의 도면 번호 41에 도시된 바와 같이, 특정 주파수를 가진 변조되지 않은 교류 신호일 수 있다. 반면, 무선 전력 송신단(10) 또는 무선 전력 수신단(20)이 특정 패킷을 전송하는 경우, 무선 전력 신호는 도 1의 도면 번호 42에 도시된 바와 같이, 특정 변조 방식으로 변조된 교류 신호일 수 있다. 일 예로, 변조 방식은 진폭 변조 방식, 주파수 변조 방식, 주파수 및 진폭 변조 방식, 위상 변조 방식 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
무선 전력 송신단(10) 또는 무선 전력 수신단(20)에 의해 생성된 패킷의 이진 데이터는 도면 번호 820과 같이 차등 2단계 인코딩(Differential bi-phase encoding) 이 적용될 수 있다. 상세하게, 차등 2단계 인코딩은 데이터 비트 1을 인코딩하기 위하여 두 번의 상태 전이(transitions)를 갖도록 하고, 데이터 비트 0을 인코딩하기 위하여 한 번의 상태 전이를 갖도록 한다. 즉, 데이터 비트 1은 상기 클럭 신호의 상승 에지(rising edge) 및 하강 에지(falling edge)에서 HI 상태 및 LO 상태간의 전이가 발생하도록 인코딩된 것이고, 데이터 비트 0은 상기 클럭 신호의 상승 에지에서 HI 상태 및 LO 상태간의 전이가 발생하도록 인코딩된 것일 수 있다.
인코딩된 이진 데이터는 상기 도면 번호 830에 도시된 바와 같은, 바이트 인코딩 기법이 적용될 수 있다. 도면 번호 830을 참조하면, 일 실시예에 따른 바이트 인코딩 기법은 8비트의 인코딩된 이진 비트 스트림에 대해 해당 비트 스트림의 시작과 종류를 식별하기 위한 시작 비트(Start Bit) 및 종료 비트(Stop Bit), 해당 비트 스트림(바이트)의 오류 발생 여부를 감지하기 위한 페리티 비트(Parity Bit)가 삽입하는 방법일 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 패킷 포맷을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20) 사이의 정보 교환에 사용되는 패킷 포맷(900)은 해당 패킷의 복조를 위한 동기 획득 및 해당 패킷의 정확한 시작 비트를 식별하기 위한 프리엠블(Preamble, 910) 필드, 해당 패킷에 포함된 메시지의 종류를 식별하기 위한 헤더(Header, 920) 필드, 해당 패킷의 내용(또는 페이로드(Payload))를 전송하기 위한 메시지(Message, 930) 필드 및 해당 패킷에 오류가 발생되었는지 여부를 식별하기 위한 체크썸(Checksum, 940) 필드를 포함하여 구성될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 패킷 수신단은 헤더(920) 값에 기반하여 해당 패킷에 포함된 메시지(930)의 크기를 식별할 수도 있다.
또한, 헤더(920)는 무선 전력 전송 절차의 각 단계별로 정의될 수 있으며, 일부, 헤더(920) 값은 서로 다른 단계에서 동일한 값이 정의될 수도 있다. 일 예로, 도 9를 참조하면, 핑 단계의 전력 전송 종료(End Power Transfer) 및 전력 전송 단계의 전력 전송 종료에 대응되는 헤더 값은 0x02로 동일할 수 있음을 주의해야 한다.
메시지(930)는 해당 패킷의 송신단에서 전송하고자 하는 데이터를 포함한다. 일 예로, 메시지(930) 필드에 포함되는 데이터는 상대방에 대한 보고 사항(report), 요청 사항(request) 또는 응답 사항(response)일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 패킷(900)은 해당 패킷을 전송한 송신단을 식별하기 위한 송신단 식별 정보, 해당 패킷을 수신할 수신단을 식별하기 위한 수신단 식별 정보 중 적어도 하나가 더 포함될 수도 있다. 여기서, 송신단 식별 정보 및 수신단 식별 정보는 IP 주소 정보, MAC 주소 정보, 제품 식별 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 충전 시스템상에서 수신단 및 송신단을 구분할 수 있는 정보이면 족하다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 패킷(900)은 해당 패킷이 복수의 장치에 의해 수신되어야 하는 경우, 해당 수신 그룹을 식별하기 위한 소정 그룹 식별 정보가 더 포함될 수도 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기에서 무선 전력 송신기로 전송되는 패킷의 종류를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 무선 전력 수신기에서 무선 전력 송신기로 전송하는 패킷은 감지된 핑 신호의 세기 정보를 전송하기 위한 신호 세기(Signal Strength) 패킷, 송신기가 전력 전송을 중단하도록 요청하기 위한 전력 전송 종류(End Power Transfer), 제어 제어를 위한 제어 오류 패킷 수신 후 실제 전력을 조정하기까지 대기하는 시간 정보를 전송하기 위한 전력 제어 보류(Power Control Hold-off) 패킷, 수신기의 구성 정보를 전송하기 위한 구성 패킷, 수신기 식별 정보를 전송하기 위한 식별 패킷 및 확장 식별 패킷, 일반 요구 메시지를 전송하기 위한 일반 요구 패킷, 특별 요구 메시지를 전송하기 위한 특별 요구 패킷, FO 검출을 위한 기준 품질 인자 값을 전송하기 위한 FOD 상태 패킷, 송신기의 송출 전력을 제어하기 위한 제어 오류 패킷, 재협상 개시를 위한 재협상 패킷, 수신 전력의 세기 정보를 전송하기 위한 24비트 수신 전력 패킷 및 8비트 수신 전력 패킷 및 현재 부하의 충전 상태 정보를 전송하기 위한 충전 상태 패킷을 포함할 수 있다.
상기한 무선 전력 수신기에서 무선 전력 송신기로 전송하는 패킷들은 무선 전력 전송에 사용되는 주파수 대역과 동일한 주파수 대역을 이용한 인밴드 통신을 이용하여 전송될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 11을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(1100)는 전원부(1101), 직류-직류 변환기(DC-DC Converter, 1102), 인버터(Inverter, 1103), 공진 캐패시터(1104), 송신 코일(1105), 품질 인자 측정부(1106), 복조부(1107), 변조부(1108), 센싱부(1109) 및 제어부(1110)를 포함하여 구성될 수 있다.
전원부(1101)는 외부 전원 단자를 통해 DC 전력을 인가 받아 직류-직류 변환기(1102)에 전달할 수 있다.
직류-직류 변환기(1102)는 제어부(1110)의 제어에 따라 전원부(1101)로부터 수신되는 직류 전력의 세기를 특정 세기의 직류 전력으로 변환할 수 있다. 일 예로, 직류-직류 변환기(1102)는 전압의 세기 조절이 가능한 가변 전압기로 구성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
인버터(1103)는 변환된 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다. 인버터(1103)는 구비된 복수의 스위치 제어를 통해 입력되는 직류 전력 신호를 교류 전력 신호로 변환하여 출력할 수 있다.
일 예로, 인버터(1103)는 풀 브릿지(Full Bridge) 회로를 포함하여 구성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 하프 브리지(Half Bridge)를 포함하여 구성될 수도 있다.
다른 일 예로, 인버터(1103)는 하프 브릿지 회로와 풀 브릿지 회로를 모두 포함하여 구성될 수도 있으며, 이 경우, 제어부(1110)는 인버터(1103)를 하프 브릿지로 동작시킬지 풀 브릿지로 동작시킬지 동적으로 결정할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 무선 전력 수신 장치에 의해 요구되는 전력의 세기에 따라 적응적으로 인버터(1103)의 브릿지 모드를 제어할 수도 있다. 일 예로, 무선 전력 수신 장치가 5W의 저전력을 요구하는 경우, 제어부(1110)는 인버터(1103)의 하프 브릿지 회로가 구동되도록 제어할 수 있다.
반면, 무선 전력 수신 장치가 15W의 높은 전력을 요구하는 경우, 제어부(1110)는 풀 브릿지 회로가 구동되도록 제어할 수 있다.
다른 일 예로, 무선 전력 송신 장치는 감지된 온도에 따라 적응적으로 풀 브리지 회로 또는 하프 브리지 회로를 선택 구동시킬 수도 있다. 일 예로, 하프 브리지 회로를 이용하여 무선 전력을 전송하는 중 무선 전력 송신 장치의 온도가 소정 기준치를 초과하는 경우, 제어부(1110)는 하프 브리지 회로를 비활성화시키고 풀 브릿지 회로를 활성화시킬 수 있다. 즉, 무선 전력 송신 장치는 동일 세기의 전력 전송을 위해 풀 브릿지 회로를 통해 전압은 상승시키고, 송신 코일(1105)에 흐르는 전류의 세기는 감소시킴으로써, 무선 전력 송신 장치의 온도를 기준치 이하로 낮출 수 있다. 일반적으로, 전자 기기에 장착되는 전자 부품에 발생되는 열의 양은 해당 전자 부품에 인가되는 전압의 세기보다 전류의 세기에 보다 민감할 수 있다.
또한, 인버터(1103)는 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있을 뿐만 아니라 교류 전력의 세기를 변경시킬 수도 있다.
일 예로, 인버터(1103)는 제어부(1110)의 제어에 따라 또는 자체 구비된 회로 설계에 따라 교류 전력 생성에 사용되는 기준 교류 신호(Reference Alternating Current Signal)의 주파수를 조절하여 출력되는 교류 전력의 세기를 조절할 수도 있다. 이를 위해, 인버터(1103)는 특정 주파수를 가지는 기준 교류 신호를 생성하는 주파수 발진기를 포함하여 구성될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 예는 주파수 발진기가 인버터(1103)와는 별개로 구성되어 무선 전력 송신 장치의 일측에 장착될 수도 있다.
또한, 인버터(1103)는 기준 교류 신호의 듀티 사이클 또는 변환된 교류 신호의 듀티 사이클을 제어하여 출력되는 전력의 세기를 조절할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(1100)는 직류-직류 변환기(1102)의 출력 DC 전압, 인버터(1103)에 인가되는 동작 주파수, 인버터(1103)에 의해 변환된 교류 신호의 듀티 사이클 중 적어도 하나를 제어하여 송출 전력의 세기를 조절할 수 있다.
품질 인자 측정부(1106)는 공진 캐패시터(1104) 양단의 인덕턴스(또는 전압, 또는 전류) 값의 변화를 모니터링하여 해당 무선 전력 송신 장치의 송신 코일에 대한 품질 인자 값을 측정할 수 있다. 이때, 측정된 현재 품질 인자 값은 제어부(1110)에 전달되고, 제어부(1110)는 품질 인자 측정부(1106)로부터 전달 받은 측정된 현재 품질 인자 값을 소정 기록 영역에 저장할 수 있다.
일 예로, 제어부(1110)는 상기한 도 4 내지 5의 선택 단계(410, 510)에서 품질 인자 값을 측정할 수 있다. 제어부(1110)는 무선 전력 수신기로부터 수신된 기준 품질 인자 기준 값(Reference Quality Factor Value, RQF_Value)에 기반하여 이물질 존재 여부를 판단하기 위한 이물질 감지 품질 인자 임계 값(Foreign Object Detection Quality Factor Threshold Value, FOD_QFT_Value)을 결정할 수 있다. 제어부(1110)는 측정된 품질 인자 값(Measured_Quality_Factor_Value, MQF_Value)과 FOD_QFT_Value를 비교하여 이물질 존재 여부를 판단하는 품질 인자 값에 기반한 이물질 감지 절차를 수행할 수 있다.
여기서, RQF_Value는 성능 테스트를 위해 지정된 특정 무선 전력 송신기의 충전 영역상의 복수의 지점에서 측정된 품질 인자 값 중 가장 작은 값을 갖는 값으로 결정될 수 있다.
FOD_QFT_Value는 RQF_Value에서 기준 품질 인자 정확도와 생산 및 측정 오차를 뺀 값으로 결정될 수 있다.
여기서, 기준 품질 인자 정확도는 이물질이 존재하지 않을 때 측정된 기준 품질 인자 값에 대한 오차의 허용 범위일 수 있다. 일 예로, 오차의 허용 범위가 적용된 기준 품질 인자 값은 무선 전력 수신 장치로부터 수신된 기준 품질 인자 값 대비 증가하거나 감소되는 비율로 설정될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
현재 WPC Qi 표준에서는 모든 제품에 대해 동일한 기준 품질 인자 정확도를 적용하도록 정의되어 있다.
하지만, 기준 품질 인자 정확도는 해당 제품의 제조사 및 제품의 종류에 따라 상이한 값을 가질 수 있다. 일 예로, A사의 무선 전력 수신기와 B사의 무선 전력 수신기는 동일한 무선 전력 송신기와 연동하여 기준 품질 인자 값이 측정될 수 있다. 하지만 두 제품에 대해 측정된 기준 품질 인자 값의 정확도는 서로 상이할 수 있다. 따라서, 무선 전력 수신기 별 상이한 기준 품질 인자 정확도에 기반하여 결정되는 이물질 존재 여부를 판단하기 위한 FOD_QFT_Value는 이물질 존재 여부 판단을 위한 정확한 임계값이 아닐 수 있다.
일 예로, 동일 무선 전력 송신기에 대한 테스트 결과, A사의 무선 전력 수신기에 대해 측정된 기준 품질 인자 값은 100이고, B사의 무선 전력 수신기에 대해 측정된 기준 품질 인자 값은 70일 수 있다. 이 경우, B사의 무선 전력 수신기에 대응되는 기준 품질 인자 정확도는 +/- 7%, A사의 무선 전력 수신기에 대응되는 기준 품질 인자 정확도는 +/- 10%로 설정되는 것이 양사 모두 +/- 10%로 설정하는 것에 비해 보다 정확하게 이물질 감지할 확률이 높아질 수 있다. 하지만, 현재 WPC Qi 표준에 따른 FOD 인증 테스트 시 모든 무선 전력 수신기에 대해 동일한 기준 품질 인자 정확도를 적용하므로, 정확한 FOD 인증 테스트가 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.
복조부(1107)는 무선 전력 수신기로부터 수신되는 인밴드 신호를 복조하여 제어부(1110)에 전달한다. 일 예로, 복조부(1107)는 후술할 도 12의 FOD 상태 패킷 및 도 13의 구성 패킷을 복조하여 제어부(1110)에 전달할 수 있다. 여기서, FOD 상태 패킷 또는 구성 패킷에는 무선 전력 수신기의 종류 및 타입을 식별하기 위한 소정 수신기 타입 식별자가 포함될 수 있다.
제어부(1110)는 수신된 수신기 타입 식별자에 기반하여 이물질 존재 여부를 판단하기 위한 소정 전류 변화 임계치(Delta_Current_Threshold)를 결정할 수 있다. 제어부(1110)는 핑 단계에서 측정된 I_rail의 변화량(Delta_RAIL_Current)와 결정된 전류 변화 임계치를 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다.
일 실시예로, 수신기 타입 식별자가 구성 패킷에 포함되어 수신되는 경우, 제어부(1110)는 상기 도 5의 식별 및 구성 단계(530)에서 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다.
다른 일 실시예로, 수신기 타입 식별자가 FOD 상태 패킷에 포함되어 수신되는 경우, 제어부(1110)는 상기 도 5의 협상 단계(540)에서 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다.
만약, 식별 및 구성 단계(530)에서 이물질이 존재하는 것으로 판단된 경우, 제어부(1110)는 무선 전력 송신기의 상태를 선택 단계(510)로 천이시킬 수 있다.
만약, 협상 단계(540)에서 이물질이 존재하는 것으로 판단된 경우, 제어부(1110)는 전력 전송 단계(560)로 진입시키지 않고, 선택 단계(510)로 진입시킬 수 있다.
변조부(1108)는 제어부(1110)로부터 수신된 제어 패킷을 변조하여 송신 코일(1105)을 통해 전송한다. 일 예로, 제어부(1110)는 수신기 타입 식별자가 포함된 FOD 상태 패킷이 수신되면, 해당 수신기 타입 식별자에 대응되는 전류 변화 임계치를 결정하고, 기 측정된 핑 단계에서의 인버터(1103) 전류 변화량-즉, Delta_Rail_Current-과 결정된 전류 변화 임계치를 비교하여 이물질의 존재 여부를 최종적으로 판단할 수 있다. 이물질 존재 여부에 대한 판단 결과에 따라, 제어부(1110)는 ACK 패킷 또는 NACK 패킷을 생성하여 변조부(1108)에 전달할 수도 있다.
여기서, ACK 패킷은 이물질 감지되지 않았음을 의미하고, NACK 패킷은 이물질이 감지되었음을 의미할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 제어부(1110)는 Delta_Rail_Current와 Delta_Current_Threshold의 비교하여 이물질 존재 여부를 판단한 후, 품질 인자 값에 기반한 이물질 감지 절차를 수행할 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해, Delta_Rail_Current와 Delta_Current_Threshold의 비교하여 이물질 존재 여부를 판단하는 절차를 전류 변화량에 기반한 이물질 감지 절차라 명하기로 한다.
일 예로, 제어부(1110)는 전류 변화량에 기반한 이물질 감지 절차와 품질 인자 값에 기반한 이물질 감지 절차의 수행을 통해 모두 이물질이 존재하는 것으로 판단된 경우, 최종적으로 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
다른 일 예로, 제어부(1110)는 전류 변화량에 기반한 이물질 감지 절차와 품질 인자 값에 기반한 이물질 감지 절차 중 적어도 하나의 절차에서 이물질이 존재하는 것으로 판단된 경우, 최종적으로 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수도 있다.
또 다른 일 예로, 제어부(1110)는 품질 인자 값에 기반한 이물질 감지 절차를 통해 이물질이 존재하는 것으로 판단된 경우, 전류 변화량에 기반한 이물질 감지 절차를 수행하도록 제어할 수 있다. 이 경우, 제어부(1110)는 전류 변화량에 기반한 이물질 감지 절차를 통해 이물질이 존재하는 것으로 판단된 경우에만, 최종적으로 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
또 다른 일 예로, 제어부(1110)는 FOD 상태 패킷 수신 시 자신이 품질 인자 값에 기반한 이물질 감지 절차 수행이 불가한 경우, 전류 변화량에 기반한 이물질 감지 절차만을 수행하여 이물질의 존재 여부를 최종적으로 판단할 수도 있음을 주의해야 한다. 이때, 이물질이 존재하는 것으로 판단된 경우, 제어부(1110)는 상기 도 5의 협상 단계(540)에서 전력 전송 단계(560)로 진입하지 않고 충전 영역에 이물질이 존재함이 사용자 인지 가능하도록 특정 알림 수단을 제어할 수 있다. 일 예로, 알림 수단은 비퍼, LED 램프, 진동 소자, 액정 디스플레이 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
센싱부(1109)는 무선 전력 송신 장치의 특정 노드, 특정 부품, 특정 위치 등에서의 전압, 전류, 전력 및 온도 등을 측정할 수 있다.
일 예로, 센싱부(1109)는 직류-직류 컨버터(1102)와 인버터(1103) 사이의 전류/전압/전력의 세기 또는(및) 전류/전압/전력의 세기 변화량을 측정하고, 측정 결과를 제어부(1110)에 전달할 수 있다.
이하 설명의 편의를 위해, 직류-직류 컨버터(1102)와 인버터(1103) 사이에 흐르는 전류를 I_rail, 직류-직류 컨버터(1102) 출력단 또는 인버터(1103) 입력단에 인가되는 전압을 V_rail, 직류-직류 컨버터(1102)에서 인버터(1103)에 전달되는 전력을 P_rail이라 명하기로 한다.
다른 일 예로, 센싱부(1109)는 송신 코일(1105)-즉, 인덕터-에 흐르는 전류의 세기와 송신 코일(1105)의 양단에 인가되는 전압의 세기를 측정하고, 측정 결과를 제어부(1110)에 전달할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(1110)는 핑 단계에서 센싱부(1109)로부터 수신되는 센싱 정보에 기반하여 인버터(1103)에 인가되는 전류의 세기(I_rail) 변화량를 산출하고, 산출된 전류 세기 변화량을 소정 기록 영역에 저장할 수 있다.
제어부(1110)는 식별 및 구성 단계에서 기 저장된 전류 세기 변화량과 소정 전류 변화 임계치를 비교하여 이물질 존재 가능성-즉, 확률-을 판단할 수 있다.
판단 결과, 이물질 존재 가능성이 높은 것으로 판단되면, 제어부(1110)는 기준 품질 인자 정확도를 일정 수준 낮게 조정할 수 있다. 일 예로, 이물질 존재 가능성이 높은 것으로 판단된 경우, 제어부(1110)는 기준 품질 인자 정확도를 +/-10%에서 +/-5%로 조정하여 FOD_QFT_Value를 결정할 수 있다. 이를 통해, 제어부(1110)는 품질 인자 값에 기반한 이물질 존재 여부 판단 시 이물질 검출 정확도를 향상시킬 수 있다. 반면, 판단 결과, 이물질 존재 가능성이 낮으면, 제어부(1110)는 미리 정의된 기준 품질 인자 정확도에 기반하여 FOD_QFT_Value를 결정할 수 있다.
제어부(1110)는 MQF_Value가 FOD_QFT_Value보다 작은 경우, 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 이물질이 존재하는 경우, 제어부(1110)는 상기 도 5의 협상 단계(540)에서 전력 전송 단계(560)으로 진입하지 않을 수 있다. 이때, 제어부(1110)는 충전 영역에 이물질이 존재함을 사용자가 인지하도록 무선 전력 송신 장치에 구비된 소정 알림 수단을 제어할 수 있다. 여기서, 알림 수단은 비퍼, LED 램프, 진동 소자, 액정 디스플레이 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
제어부(1110)는 MQF_Value가 FOD_QFT_Value보다 크거나 같은 경우, 충전 영역에 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다. 이물질이 존재하지 않는 경우, 제어부(1110)는 전력 전송 단계로 진입하여 해당 무선 전력 송신 장치에 의해 요구되는 전력이 전송되도록 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 제어부(1110)는 핑 단계에서 측정된 전류 값-예를 들면, 직류-직류 컨버터의 출력 전류(I_rail) 또는 송신 코일(1105)에 인가되는 전류(I_coil)일 수 있음-을 소정 기준 전류 값과 비교할 수 있다. 비교 결과, 측정된 전류 값이 기준 전류 값 보다 크면, 이물질의 존재 가능성이 낮은 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 제어부(1110)는 협상 단계에서 FOD 상태 패킷이 수신되어도 품질 인자 값에 기반한 이물질 판단 절차를 진행하지 않고, 전력 전송 단계로 진입할 수 있다.
상기 도 11을 참조하면, 인버터 입력 전류(I_rail)은 DC 전력이고, 송신 코일(1105)에 흐르는 전류는 AC 전류이다. 특히, 핑 단계에서 인버터(1103)에 입력되는 전류는 일정한 레벨을 가지는 DC 전력이나, 인버터(1103) 출력 전력은 일정한 주기로 비연속적으로 전송되는 AC 전력이다. 따라서, I_rail의 시간 평균 값은 I_coil의 시간 평균 값에 비해 상대적으로 클 수 있다. 따라서, I_rail의 변화를 기반으로 이물질의 존재 가능성을 판단하는 것이 판단 오류 확률을 현저히 줄일 수 있다.
무선 전력 송신 장치의 충전 영역에 정상적인 무선 전력 수신 장치가 아닌 전도성 이물질이 위치하는 경우, 송신 코일과 이물질 사이의 상호 임피던스(Mutual Impedance) 값은 거의 0에 가까워진다. 이때, 인버터(1103)에 인가되는 전류(I_rail)의 세기는 급격히 증가된다. 따라서, 제어부(1110)는 핑 단계에서 인버터(1103)에 인가되는 전류(I_rail)의 세기 변화를 모니터링함으로써, 이물질의 존재 가능성을 판단할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치는 핑 단계에서의 인덕터에 인가되는 전류의 변화량에 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 전력 전송을 적응적으로 차단함으로써, 장비 손상 및 전력 낭비를 최소화시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명에 따른 이물질 검출 장치는 전류 세기 변화에 기반한 이물질 검출 절차 수행 시 해당 무선 전력 수신기에 대응되는 수신기 타입 식별자에 기반하여 동적으로 전류 변화 임계치를 결정함으로써, 이물질에 대한 검출 정확도를 높일 수 있는 장점이 있다.
도 12a는 본 발명의 일 실시예에 따른 FOD 상태 패킷의 메시지 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 12a를 참조하면, FOD 상태 패킷 메시지(1200)는 2바이트의 길이를 가지며, 6비트 길이의 수신기 타입 식별자(Receiver Type Identifier, 1201) 필드, 2비트 길이의 모드(Mode, 1202) 필드 및 1바이트 길이의 기준 품질 인자 값(Reference Quality Factor Value, 1203) 필드를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 도 12a에는 수신기 타입 식별자(1201) 필드의 길이가 6비트인 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 당업자의 설계에 따라 6비트보다 작은 크기로 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.
도면 번호 1204에 보여지는 바와 같이, 모드(1202) 필드가 이진수 '00'로 설정되면, 기준 품질 인자 값(1203) 필드에 무선 전력 수신기의 전원이 OFF된 상태에서 결정된 기준 품질 인자 값이 기록되어 있음을 의미할 수 있다.
도 12b는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 FOD 상태 패킷의 메시지 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 12a를 참조하면, FOD 상태 패킷 메시지(1210)는 2바이트의 길이를 가지며, 6비트 길이의 제1 정보(First Information, 1211) 필드, 2비트 길이의 모드(Mode, 1212) 필드 및 1바이트 길이의 제2 정보(Second Information, 1213) 필드를 포함하여 구성될 수 있다.
도면 번호 1214를 참조하면, 모드(1212) 필드가 이진수 '00'로 설정되면, 제2 정보(1213) 필드에 무선 전력 수신기의 전원이 오프(OFF)된 상태에서 결정된 기준 품질 인자 값이 기록되어 있음을 의미할 수 있다. 이때, 제1 정보(1211) 필드의 각 비트는 모두 0으로 설정되거나, 상기한 도 12a의 실시예와 같이, 수신기 타입 식별자(1201)가 기록될 수도 있다.
또한, 도면 번호 1214를 참조하면, 모드(1212) 필드가 이진수 '01'로 설정되면, 제1 정보(1211) 필드에는 기준 인버터 출력 전압(Reference V_rail)에 관한 정보가 기록되고, 제2 정보(1213) 필드에는 기준 송신 코일 전류(Reference I_coil)에 대한 정보가 기록될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 제1 정보(1211) 필드와 제2 정보(1213) 필드에 기록되는 정보가 각각 Reference I_coil과 Reference V_rail에 관한 정보일 수도 있다. 여기서, 기준 인버터 출력 전압 및 기준 송신 코일 전류는 무선 전력 수신기의 전원이 온(ON)된 상태에서 측정된 값일 수 있다. 일 예로, 기준 인버터 출력 전압 및 기준 송신 코일 전류는 핑 단계에서 측정된 값일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 식별 및 구성 단계, 협상 단계, 재협상 단계 및 전력 전송 단계 중 어느 하나의 단계에서 측정된 값일 수도 있다.
상기한 도 12b의 실시예는 모드(1212) 필드가 이진수 '01'로 설정되면, 제1 정보(1211) 필드 및 제2 정보(1213)에 각각 Reference V_rail과 Reference I_coil에 관한 정보가 기록되는 것으로 정의되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 해당 정보 전송을 위해 모드(1212) 값이 이진수 '10' 또는 이진수 '11'이 설정되도록 정의될 수 있다.
기준 인버터 출력 전압과 기준 송신 코일 전류는 무선 전력 송신 장치의 구성 태양, 디자인, 전력 등급(Power Class), 보장된 전력(Guaranteed Power) 등에 따라 상이한 값을 가질 수 있다. 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 접속된 무선 전력 송신 장치에 대응되는 기준 인버터 출력 전압 및 기준 송신 코일 전류에 관한 정보를 유지할 수 있다. 이 경우, 무선 전력 수신 장치는 협상 단계에서 FOD 상태 패킷을 통해 해당 기준 인버터 출력 전압 및 기준 송신 코일 전류에 관한 정보를 인밴드 통신을 통해 해당 무선 전력 송신 장치에 전송할 수 있다.
무선 전력 수신 장치는 식별 및 구성 단계에서 무선 전력 송신 장치의 타입을 식별할 수 있으며, 식별된 타입에 대응되는 기준 인버터 출력 전압 및 기준 송신 코일 전류에 관한 정보가 내부 기록 영역에 존재하는지 확인할 수 있다. 확인 결과, 존재하면, 무선 전력 수신 장치는 식별된 타입에 대응되는 기준 인버터 출력 전압 및 기준 송신 코일 전류에 관한 정보가 포함된 FOD 상태 패킷을 해당 무선 전력 송신 장치에 송신할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 FOD 상태 패킷을 통해 수신된 기준 인버터 출력 전압 및 기준 송신 코일 전류에 대한 정보와 실시간 측정된 인버터 출력 전압 및 송신 코일 전류에 기반하여 충전 영역에 이물질이 존재하는지 판단할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 FOD 상태 패킷을 통해 수신된 기준 송신 코일 전류 대비 현재 측정된 송신 코일의 전류 변화량 또는 변화 비율에 기반하여 충전 영역에 이물질이 존재하는지 판단할 수도 있다. 이 경우, FOD 상태 패킷 메시지는 기준 송신 코일 전류에 관한 정보만이 포함될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 FOD 상태 패킷 을 통해 수신된 기준 인버터 출력 전압에 대한 정보와 실시간 측정된 인버터 출력 전압에 기반하여 충전 영역에 이물질이 존재하는지 판단할 수도 있다. 이 경우, FOD 상태 패킷 메시지는 기준 인버터 출력 전압에 관한 정보만이 포함될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 FOD 상태 패킷 메시지는 제1 정보(1211) 필드, 제2 정보(1213) 필드 중 어느 하나의 필드에 기준 인버터 출력 전류에 관한 정보가 기록될 수도 있다. 이 경우, 무선 전력 송신 장치는 기준 인버터 출력 전류 대비 현재 측정된 인버터 출력 전류의 변화량 또는 변화 비율에 기반하여 충전 영역에 이물질이 존재하는지 판단할 수도 있다. 일 예로, 기준 인버터 출력 전류가 a이고 현재 측정된 인버터 출력 전류가 b인 경우, 인버터 출력 전류의 변화 비율(r)은 (b-a)/a로 계산될 수 있다. 이때, r이 소정 기준치(t)를 초과하는 경우, 무선 전력 송신 장치는 충전 영역에 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 구성 패킷의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 13의 도면 번호 1301에 도시된 바와 같이, 구성 패킷의 메시지 포맷은 5바이트의 길이를 가질 수 있으며, 전력 등급(Power Class) 필드, 최대 전력(Maximum Power) 필드, 전력 제어(Power Control) 필드, 카운트(Count) 필드, 윈도우 사이즈(Window Size) 필드, 윈도우 옵셋(Window Offset) 필드 및 제1 내지 제3 예약 필드(1301 내지 1303) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
전력 등급 필드에는 해당 무선 전력 수신기에 할당된 전력 등급이 기록될 수 있다.
최대 전력 필드에는 무선 전력 수신기의 정류기 출력단에서 제공할 수 있는 최대 전력의 세기 값이 기록될 수 있다.
일 예로, 전력 등급이 a이고 최대 전력이 b인 경우에 있어서, 무선 전력 수신 장치의 정류기 출력단에서 제공되길 바라는 최대 전력량(Pmax)는 (b/2)*10a로 산출될 수 있다.
전력 제어 필드에는 무선 전력 송신기에서의 전력 제어가 어떤 알고리즘에 따라 이루어져야 하는지를 지시하기 위해 사용될 수 있다. 일 예로, 전력 제어 필드 값이 0이면, 표준에 정의된 전력 제어 알고리즘 적용을 의미하고, 전력 제어 필드 값이 1이면, 제조사에 의해 정의된 알고리즘에 따라 전력 제어가 이루어지는 것을 의미할 수 있다.
카운트 필드는 무선 전력 수신 장치가 식별 및 구성 단계에서 전송할 옵션 구성 패킷의 개수를 기록하기 위해 사용될 수 있다.
윈도우 사이즈 필드는 평균 수신 파워 산출을 위한 윈도우 크기를 기록하기 위해 사용될 수 있다. 일 예로, 윈도우 사이즈는 0보다 크고, 4ms 단위를 가지는 양의 정수 값일 수 있다.
윈도우 옵셋 필드는 평균 수신 파워 산출 윈도우 종료 시점부터 다음 수신 전력 패킷의 전송 시작 시점까지의 시간을 식별하기 위한 정보가 기록될 수 있다. 일 예로, 윈도우 옵셋은 0보다 크고, 4ms 단위를 가지는 양의 정수 값일 수 있다.
상기한 도 11 내지 12a에서 설명된 수신기 타입 식별자는 상기한 도 13의 제1 내지 제3 예약 필드(1301 내지 1303) 중 적어도 하나의 예약 필드에 기록되어 무선 전력 송신기에 전송될 수도 있다.
여기서, 수신기 타입 식별자를 위해 할당되는 비트 수는 당업자의 설계에 따라 상이한 길이를 가질 수 있으며, 그 비트 수를 한정하지는 않는다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기 타입 식별자에 대응되는 전류 변화 임계치가 정의된 수신기 타입 식별자 매핑 테이블이다.
도 14를 참조하면, 수신기 타입 식별자 필드는 6비트의 길이를 가지며, 0에서 63까지의 범위를 가질 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 전류 변화 임계치는 mA 단위를 가지고, 타입 식별자가 1씩 증가됨에 따라 100mA가 증가되도록 정의될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 타입 식별자에 대응되는 전류 변화 임계치는 당업자의 설계에 따라 상이하게 정의될 수 있음을 주의해야 한다. 일 예로, 전류 변화 임계치는 타입 식별자가 1씩 증가됨에 따라 50mA가 증가되도록 정의될 수 있다.
또한, 상기한 도 13의 실시예는 수신기 타입 식별자 필드는 6비트의 길이를 가지는 것으로 설명되고 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 수신기 타입 식별자 필드의 길이는 6비트보다 크거나 작게 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.
만약, 무선 전력 수신기 A에 대한 사전 실험 결과, 핑 단계에서 무선 전력 수신기 A가 충전 영역에 위치되는 시점에 측정된 전류 변화량이 600mA인 경우, 무선 전력 수신기 A에 대응되는 수신기 타입 식별자는 이진수 “000101”이 할당될 수 있다. 일 예로, 무선 전력 수신기는 자신에 할당된 수신기 타입 식별자를 구성 및 식별 단계에서 구성 패킷을 통해 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다. 다른 일 예로, 무선 전력 수신기는 자신에 할당된 수신기 타입 식별자를 협상 단계에서 FOD 상태 패킷을 통해 무선 전력 송신기에 전송할 수도 있다.
도 15는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 수신기 타입 식별자에 대응되는 전류 변화 임계 비율이 정의된 수신기 타입 식별자 매핑 테이블이다.
도 15를 참조하면, 수신기 타입 식별자는 2비트의 길이를 가지며, 전류 변화 임계 비율은 무선 전력 수신기가 충전 영역에 올려지지 않았을 때 측정된 디지털 핑 신호의 전류 값-이하, 설명의 편의를 위해, 초기 인버터 입력 전류 값(Initial_Inverter_Input_Current_Value)이라 명함- 대비 무선 전력 수신기가 충전 영역에 올려진 후 측정된 디지털 핑 신호의 전류 값(Measured_Inverter_Inpurt_Current_Value)-즉, 인버터 입력 전류 세기 값-의 변화 비율로 정의될 수 있다.
일 예로, 핑 단계에서의 전류 변화 비율은
{(Measured_Inverter_Inpurt_Current_Value-Initial_Inverter_Input_Current_Value)/(Initial_Inverter_Input_Current_Value)}*100
으로 계산될 수 있다. 만약, 특정 무선 전력 수신기에 상응하는 전류 변화 비율이 80인 경우, 해당 무선 전력 수신기에 대응되는 수신기 타입 식별자는 도 15에 도시된 바와 같이, 이진수 “10”으로 정의될 수 있다.
상기한 도 15의 실시예에서는 수신기 타입 식별자가 2비트의 길이를 가지고, 각각의 수신기 타입 식별자에 대응되는 전류 변화 임계 비율이 20% 범위를 가지는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 수신기 타입 식별자의 길이 및 각각의 수신기 타입 식별자에 대응되는 전류 변화 임계 비율의 할당 범위는 당업자의 설계 및 적용되는 장비 및 시스템에 따라 상이하게 정의될 수 있음을 주의해야 한다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 이물질 감지 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 16을 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 핑 단계에서 인버터에 인가되는 전류의 세기를 측정하고, 측정된 인버터 입력 전류 세기에 관한 정보를 소정 기록 영역에 저장할 수 있다(S1601).
무선 전력 송신 장치는 수신기 타입 식별자가 포함된 패킷을 수신할 수 있다(S1602). 여기서, 수신기 타입 식별자는 구성 및 식별 단계에서 구성 패킷을 통해 수신될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 실시예는 협상 단계에서 FOD 상태 패킷을 통해 수신기 타입 식별자가 수신될 수도 있다.
무선 전력 송신 장치는 수신기 타입 식별자에 대응되는 전류 세기 임계치를 결정할 수 있다(S1603). 여기서, 전류 세기 임계치는 상기 도 14에서 설명된 수신기 타입 식별자 매핑 테이블을 참조하여 결정될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
무선 전력 송신 장치는 상기 1601 단계에서 저장된 인버터 입력 전류 세기와 전류 세기 임계치를 비교하여 충전 영역에 이물질이 존재하는지 여부를 판단할 수 있다(S1604). 일 예로, 무선 전력 송신 장치는 인버터 입력 전류 세기가 전류 세기 임계치를 초과하는 경우, 충전 영역에 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 반면, 인버터 입력 전류 세기가 전류 세기 임계치보다 작거나 같으면, 충전 영역에 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.
무선 전력 송신 장치는 이물질이 존재하는 것으로 판단하면, 이물질이 감지되었음을 알리는 소정 알람 신호를 출력한 후 선택 단계(510)로 진입할 수 있다(S1605).
무선 전력 송신 장치는 상기한 1604 단계의 판단 결과, 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단되면, 협상 단계 또는 전력 전송 단계로 진입할 수 있다(S1606).
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 이물질 감지 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 17을 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 핑 단계에서 인버터에 입력되는 전류의 세기를 측정하고, 측정된 인버터 입력 전류 세기(Measured_I_Rail)에 관한 정보를 소정 기록 영역에 저장할 수 있다(S1701).
무선 전력 송신 장치는 물체가 감지되지 않은 상태에서 인버터에 입력되는 전류의 세기 정보-즉, 초기 인버터 입력 전류 값(Initial_Inverter_Input_Current_Value)에 대한 정보- 및 핑 단계에서 측정된 인버터 입력 전류 값(Measured_Inverter_Input_Current_Value)에 대한 정보를 이용하여 인버터 입력 전류(I_rail)의 변화 비율을 산출할 수 있다(S1702). 여기서, 인터버 입력 전류의 변화 비율은 {(Measured_Inverter_Inpurt_Current_Value-Initial_Inverter_Input_Current_Value)/(Initial_Inverter_Input_Current_Value)}으로 계산될 수 있다. 무선 전력 송신 장치는 수신기 타입 식별자가 포함된 패킷을 수신할 수 있다(S1703). 여기서, 수신기 타입 식별자는 구성 및 식별 단계에서 구성 패킷을 통해 수신될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 실시예는 협상 단계에서 FOD 상태 패킷을 통해 수신기 타입 식별자가 수신될 수도 있다.
무선 전력 송신 장치는 수신기 타입 식별자에 대응되는 전류 세기 임계 비율을 결정할 수 있다(S1704). 여기서, 전류 세기 임계 비율은 상기 도 15에서 설명된 수신기 타입 식별자 매핑 테이블을 참조하여 결정될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
무선 전력 송신 장치는 상기 1702 단계에서 산출된 인버터 입력 전류의 변화 비율과 상기 1704 단계에서 결정된 전류 세기 임계 비율을 비교하여 충전 영역에 이물질이 존재하는지 여부를 판단할 수 있다(S1705). 일 예로, 무선 전력 송신 장치는 인버터 입력 전류의 변화 비율이 전류 세기 임계 비율을 초과하는 경우, 충전 영역에 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 반면, 무선 전력 송신 장치는 인버터 입력 전류의 변화 비율이 전류 세기 임계 비율보다 작거나 같으면, 충전 영역에 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.
무선 전력 송신 장치는 이물질이 존재하는 것으로 판단하면, 이물질이 감지되었음을 알리는 소정 알람 신호를 출력한 후 선택 단계(510)로 진입할 수 있다(S1706).
무선 전력 송신 장치는 상기한 1705 단계의 판단 결과, 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단되면, 협상 단계 또는 전력 전송 단계로 진입할 수 있다(S1707).
도 18은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 이물질 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 18을 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 핑 단계에서의 인버터 입력 전류 세기 변화에 기반한 이물질 감지 절차 수행할 수 있다(S1801).
무선 전력 송신 장치는 인버터 입력 전류 세기 변화에 기반한 이물질 감지 절차를 통해 이물질이 존재 여부를 판단할 수 있다(S1802). 판단 결과, 이물질이 존재하는 것으로 판단된 경우, 협상 단계에서 품질 인자 값에 기반한 이물질 감지 절차 수행할 수 있다(S1803). 이때, 무선 전력 송신 장치는 품질 인자 임계 값을 결정하기 위해 사용되는 기준 품질 인자 정확도를 보정할 수 있다. 일 예로, 기준 품질 인자 정확도는 +/- 10%에서 +/- 5%로 조정되어 보다 정확하게 이물질이 감지되도록 제어될 수 있다.
본 발명의 전체 실시예에서 상기 기준 품질 인자 정확도는, Q FACTOR Threshold 조정(보정)치라고 표현할 수도 있다.
무선 전력 송신 장치는 협상 단계에서의 품질 인자 값에 기반한 이물질 감지 절차를 수행하여 이물질이 존재하는지를 판단할 수 있다(S1804). 판단 결과, 이물질이 존재하는 경우, 무선 전력 송신 장치는 NACK 패킷을 전송 후 선택 단계(510)로 진입할 수 있다(S1805). 반면, 상기한 1804 단계의 판단 결과, 이물질이 존재하지 않는 경우, 무선 전력 송신 장치는 ACK 패킷 전송 후(S1806) 전력 전송 단계로 진입하여 충전을 개시할 수 있다(S1807).
또한, 상기한 1802 단계의 판단 결과, 이물질이 존재하지 않는 경우, 무선 전력 송신 장치는 품질 인자 값에 기반한 이물질 감지 절차를 수행하지 않고 상기한 1806 단계를 수행할 수 있다. 이때, 무선 전력 송신 장치는 협상 단계에서 FOD 상태 패킷이 수신된 이후에 ACK 패킷을 생성하여 해당 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에 장착되는 송신 코일의 일 실시 형태이다.
도 19를 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 3개의 송신 코일이 일정 영역 중첩되도록 배치될 수 있다. 도 19에 도시된 바와 같이, 송신 코일 블록의 중심인 Position 1과 그로부터 20mm 이격된 Position 2에 이물질이 위치되는 경우, 후술할 도 20a 내지 도 20b에 도시된 바와 같이, 인버터 입력 전류의 세기가 변경될 수 있다. 송신 코일 블록의 중심으로부터 40mm 이격된 위치인 Position 3에서는 모든 이물질에 대해 인버터 입력 전류의 변화가 크지 않은 특징이 있다.
도 20a 내지 도 20b는 도 19에 따른 송신 코일의 위치 별 인덕터 입력 전류 세기와 송신 코일 입력 전류 세기의 측정 결과를 보여주는 그래프이다.
도 20a는 상기 도 19의 Position 1에서의 이물질 종류에 따른 인버터 입력 전류 세기와 송신 코일 입력 전류 세기의 측정 결과를 보여준다.
도 20b는 상기 도 19의 Position 2에서의 이물질 종류에 따른 인덕터 입력 전류 세기와 송신 코일 입력 전류 세기의 측정 결과를 보여준다.
도 20a 및 도 20b를 참조하면, Position 1에서 측정된 전류의 세기가 전체적으로 Position 2에서 측정된 전류의 세기보다 큰 것을 알 수 있다.
또한, 도 20a 및 도 20b를 참조하면, 핑 전송 시 이물질이 없는 상태에서 측정된 전류의 세기가 이물질이 존재하는 상태에서 측정된 전류의 세기보다 큰 것을 알 수 있다.
특히, 이물질이 없는 상태에서 이물질이 존재하는 상태로 변경된 경우, 인버터 입력 전류의 세기 변화가 송신 코일 전류의 세기 변화보다 큰 것을 알 수 있다.
도 21 내지 22는 상기 도 19의 Position 1에서 핑 단계에서 이물질이 충전 영역에 위치된 경우의 코일 전류 및 인버터 입력 전류의 변화 패턴을 보여준다.
도 21은 이물질이 10원짜리 동전인 경우이고, 도 22는 이물질이 500원짜리 동전인 경우에 있어서의 실험 결과를 보여준다.
상기 도 21에 도시된 그래프는 이물질이 충전 영역에 위치되지 않은 제1 핑 전송 시점에서의 코일 전류 및 인버터 입력 전류의 변화량은 수십 mA이나, 이물질이 충전 영역에 위치된 제2 핑 전송 시점에서의 코일 전류 및 인버터 입력 전류의 변화량은 수백 mA인 것을 보여준다.
도 22을 참조하면, 이물질이 500원짜리인 경우, 이물질이 충전 영역에 위치된 제2 핑 전송 시점에서의 코일 전류 및 인버터 입력 전류의 변화량은 수천 mA인 것을 보여준다.
도 23은 이물질 존재 여부 및 송수신 코일 정렬 상태에 따라 기준 송신 코일 전류 및 기준 인버터 입력 전압 대비 송신 코일 전류와 인버터 입력 전압의 변화 비율을 보여주는 실험 결과 테이블이다.
도 23을 참조하면, 이물질이 충전 영역에 존재하지 않고 수신기가 충전 영역의 가운데에 배치된 상태에서 측정된 인버터 입력 전압(V_rail) 및 송신 코일 전류(I_coil)이 각각 기준 인버터 입력 전압(Reference_V_rail), 기준 송신 코일 전류((Reference_I_coil)로 정의될 수 있다.
도 23을 참조하면, 이물질이 충전영역에 존재하지 않는 상태에서 무선 전력 수신 장치를 충전 영역의 가운데로부터 좌측 상단 및 우측 하단으로 각각 이동하였을 때의 인버터 입력 전압 및 송신 코일 전류의 변화율은 동일 위치(가운데)에서 별도 이동 없이 이물질이 충전 영역에 배치되었을 때 산출된 인버터 입력 전압 및 송신 코일 전류의 변화율에 비해 낮은 것을 알 수 있다.
이하 설명의 편의를 위해, 기준 인버터 입력 전압(Reference_V_rail) 대비 측정된 인버터 입력 전압(Measured_V_rail)의 변화율은 ΔV, 기준 송신 코일 전류(Reference_I_coil) 대비 측정된 송신 코일 전류(Measured_I_coil)의 변화율은 ΔI라 명하기로 한다.
이때, ΔV는 (Measured_V_rail - Reference_V_rail)/Reference_V_rail로 계산되고, ΔI는 (Measured_I_coil - Reference_I_coil)/Reference_I_coil로 계산될 수 있다.
특히, 도 23을 참조하면 변화 비율인 ΔI/ΔV는 이물질이 충전영역에 존재하지 않는 상태에서 무선 전력 수신 장치를 충전 영역상에서 이동하는 것에 비해 이물질이 충전영역에 존재하는 경우가 보다 큰 값을 가지는 것을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 변화 비율인 ΔI/ΔV에 기반하여 충전 영역에 이물질이 존재하는지를 판단할 수 있다.
일 예로, 상기 도 23의 실험 결과 테이블에 기반한 이물질 존재 여부를 판단하기 위한 변화 비율 임계치는 1.5로 정의될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 이 경우, 변화 비율이 1.5를 초과하면, 무선 전력 송신 장치는 충전 영역에 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 반면, ΔI 및(또는) ΔV가 소정 임계 범위내이고, 변화 비율이 1.5이하 이면, 무선 전력 송신 장치는 송수신 코일 사이의 정렬 문제가 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 ΔI 및(또는) ΔV에 기반하여 이물질 존재 여부를 판단할 수도 있다. 상기 도 23의 실험 결과 테이블을 참조하며, ΔV가 0.4이상이고, ΔI가 0.6이상인 경우, 무선 전력 송신 장치는 충전 영역에 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 이물질 존재 여부를 판단하기 위한 ΔV 임계치(0.4) 및 ΔI 임계치(0.6)은 하나의 실시예에 불과하며, 적용되는 제품의 형태 및 구성 태양에 따라 상이한 값이 적용될 수도 있다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 이물질 검출 및 정렬 확인 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 24를 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 소정 주기로 인버터 입력 전압을 측정할 수 있다(S2401). 이하 설명의 편의를 위해 일정 주기로 측정되는 인버터 입력 전압을 Measured_V_rail이라 명하기로 한다.
무선 전력 송신 장치는 미리 저장된 기준 인버터 입력 전압(Reference_V_rail)과 Measured_V_rail을 이용하여 인버터 입력 전압 변화율(ΔV)을 산출할 수 있다(S2402). 여기서, 인버터 입력 전압 변화율은 (Measured_V_rail - Reference_V_rail)/Reference_V_rail로 계산될 수 있다.
무선 전력 송신 장치는 인버터 입력 전압 변화률((ΔV)이 이물질 존재 여부 판단을 위한 소정 인버터 입력 전압 변화률 임계치(ΔV_FO_threshold)를 초과하는지 확인할 수 있다(S2403).
확인 결과, ΔV_FO_threshold를 초과하면, 무선 전력 송신 장치는 이물질이 감지되었음을 알리는 소정 알람 신호를 출력한 후 선택 단계로 진입할 수 있다(S2404).
상기 2403 단계의 확인 결과, 초과하지 않으면, 무선 전력 송신 장치는 인버터 입력 전압 변화률((ΔV)이 송수신 코일 정렬 상태 판단을 위한 소정 인버터 입력 전압 변화률 임계치(ΔV_Alignment_threshold)를 초과하는지 확인할 수 있다(S2405).
확인 결과, ΔV_Alignment_threshold를 초과하면, 무선 전력 송신 장치는 송수신 코일 정렬 문제가 감지되었음을 지시하는 소정 알람 신호를 출력할 수 있다(S2406).
도 25는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 이물질 검출 및 정렬 확인 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 25를 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 소정 주기로 송신 코일 전류를 측정할 수 있다(S2501). 이하 설명의 편의를 위해 일정 주기로 측정되는 송신 코일 전류를 Measured_I_coil이라 명하기로 한다.
무선 전력 송신 장치는 미리 저장된 기준 송신 코일 전류 (Reference_I_coil)과 Measured_I_coil을 이용하여 송신 코일 전류 변화율(ΔI)를 산출할 수 있다(S2502). 여기서, 송신 코일 전류 변화율은 (Measured_I_coil - Reference_I_coil)/Reference_I_coil로 계산될 수 있다.
무선 전력 송신 장치는 송신 코일 전류 변화율(ΔI)이 이물질 존재 여부 판단을 위한 소정 송신 코일 전류 변화율 임계치(ΔI_FO_threshold)를 초과하는지 확인할 수 있다(S2503).
확인 결과, ΔI_FO_threshold를 초과하면, 무선 전력 송신 장치는 이물질이 감지되었음을 알리는 소정 알람 신호를 출력한 후 선택 단계로 진입할 수 있다(S2504).
상기 2503 단계의 확인 결과, 초과하지 않으면, 무선 전력 송신 장치는 송신 코일 전류 변화율(ΔI)이 송수신 코일 정렬 상태 판단을 위한 소정 송신 코일 전류 변화율 임계치(ΔI_Alignment_threshold)를 초과하는지 확인할 수 있다(S2505).
확인 결과, ΔI_Alignment_threshold를 초과하면, 무선 전력 송신 장치는 송수신 코일 정렬 문제가 감지되었음을 지시하는 소정 알람 신호를 출력할 수 있다(S2506).
도 26은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 이물질 검출 및 정렬 확인 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 26을 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 소정 주기로 송신 코일 전류 및 인버터 입력 전압을 측정할 수 있다(S2601). 이하 설명의 편의를 위해 일정 주기로 측정되는 송신 코일 전류와 인버터 입력 전압을 각각 Measured_I_coil과 Measured_V_rail이라 명하기로 한다.
무선 전력 송신 장치는 미리 저장된 기준 송신 코일 전류 (Reference_I_coil) 및 기준 인버터 입력 전압(Reference_V_rail)과 Measured_I_coil 및 Measured_V_rail을 이용하여 변화 비율(ΔI/ ΔV) 산출할 수 있다(S2602). 여기서, ΔI는 (Measured_I_coil - Reference_I_coil)/Reference_I_coil로 계산되고, ΔV는 (Measured_V_rail - Reference_V_rail)/Reference_V_rail로 계산될 수 있다.
무선 전력 송신 장치는 변화 비율(ΔI/ΔV)이 이물질 존재 여부 판단을 위한 소정 변화 비율 임계치(ΔI/ΔV_FO_threshold)를 초과하는지 확인할 수 있다(S2603).
확인 결과, ΔI/ΔV_FO_threshold를 초과하면, 무선 전력 송신 장치는 이물질이 감지되었음을 알리는 소정 알람 신호를 출력한 후 선택 단계로 진입할 수 있다(S2604).
상기 2603 단계의 확인 결과, 초과하지 않으면, 무선 전력 송신 장치는 무선 전력 송신 장치는 변화 비율(ΔI/ΔV)이 송수신 코일 정렬 상태 판단을 위한 소정 소정 변화 비율 임계치(ΔI/ΔV_Alignment_threshold)를 초과하는지 확인할 수 있다(S2605).
확인 결과, ΔI/ΔV_Alignment_threshold를 초과하면, 무선 전력 송신 장치는 송수신 코일 정렬 문제가 감지되었음을 지시하는 소정 알람 신호를 출력할 수 있다(S2606).
도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 27을 참조하면, 이물질 검출 장치(2700)는 통신부(2710), 센싱부(2720), 변화량 산출부(2730), 변화 비율 산출부(2740), 검출부(2750), 알람부(2760) 및 제어부(2770)를 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치(2700)는 무선 전력 송신 장치에 장착 또는 탑재될 수 있으며, 무선 전력 송신 장치에 구비되는 다른 구성 요소들과 상호 연동되어 동작될 수도 있다.
통신부(2710)는 무선 전력 수신 장치와의 통신을 수행할 수 있다. 여기서, 통신은 인밴드 통신이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와는 상이한 주파수를 사용하여 대역외 통신이 사용될 수도 있음을 주의해야 한다. 일 예로, 대역외 통신은 저전력 블루투스 통신과 같은 근거리 무선 통신을 포함할 수 있다.
일 예로, 통신부(2710)는 상기한 도 10에 정의된 패킷을 송신 또는(및) 수신할 수 있다.
센싱부(2720)는 인버터에 입력되는 전압 또는(및) 전류 또는(및) 전력의 세기를 측정할 수 있다. 또한, 센싱부(2710)는 LC 회로의 인덕터-즉, 송신 코일-에 흐르는 전류의 세기를 측정할 수도 있다.
변화량 산출부(2730)는 기준 인버터 입력 전압(Reference_V_rail) 대비 현재 인버터에 흐르는 전류(V_rail)의 변화량(ΔV)를 산출할 수 있다. 또한 변화량 산출부(2730)는 기준 송신 코일 전류(Reference_I_coil) 대비 현재 송신 코일에 흐르는 전류(I_coil)의 변화량(ΔI)를 산출할 수 있다. 여기서, ΔI는 (Measured_I_coil - Reference_I_coil)/Reference_I_coil로 산출되고, ΔV는 (Measured_V_rail - Reference_V_rail)/Reference_V_rail로 산출될 수 있다.
또한, 변화량 산출부(2730)는 일정 주기로 ΔV 및 ΔI를 산출할 수 있다.
일 예로, 기준 인버터 입력 전압(Reference_V_rail)과 기준 송신 코일 전류(Reference_I_coil)에 관한 정보는 무선 전력 송신 장치의 소정 기록 영역에 미리 저장되어 유지될 수 있다. 다른 일 예로, 기준 인버터 입력 전압(Reference_V_rail)과 기준 송신 코일 전류(Reference_I_coil)에 관한 정보는 협력 단계에서 FO 상태 패킷을 통해 무선 전력 수신 장치로부터 수신될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 식별 및 구성 단계에 정의된 다른 패킷을 통해 무선 전력 수신 장치로부터 수신될 수도 있다. .
변화 비율 산출부(2740)는 ΔI/ΔV를 산출할 수 있다. 다른 일 예로, 변화 비율 산출부(2740)는 ΔV/ΔI를 산출할 수도 있다.
검출부(2750)는 ΔI/ΔV를 이물질 존재 여부 판단을 위해 미리 정의된 변화 비율 임계치(ΔI/ΔV_FO_threshold)와 비교하여 충전 영역에 이물질이 존재하는지 판단할 수 있다. 또한, 검출부(2750)는 ΔI/ΔV를 송수신 코일이 정상적으로 정렬되었는지를 판단하기 위한 소정 변화 비율 임계치(ΔI/ΔV_Alignment_threshold)와 비교하여 정렬 문제가 발생되었는지 여부를 판단할 수도 있다.
실시예에 따라, 검출부(2750)는 ΔI 또는(및) ΔV를 이물질 존재 여부 판단 및 송수신 코일 정렬 여부 판단을 위한 소정 임계치(들)과 비교하여 이물질의 존재 여부 및 송수신 코일 정렬 여부를 판단할 수도 있다.
알람부(2760)는 검출부(2750)의 판단 결과에 따라, 충전 영역에 이물질이 감지되었음을 지시하는 소정 알람 신호를 출력할 수 있다. 또한, 알람부(2760)는 검출부(2750)의 판단 결과에 따라, 송수신 코일간의 정렬 문제가 감지된 경우, 정렬 문제가 발생되었음을 지시하는 소정 알람 신호를 출력할 수도 있다.
제어부(2770)는 이물질 검출 장치(2700)의 전체적인 동작을 제어할 수 있다.
도 28는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 이물질 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 28를 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 소정 주기로 인버터 입력 전압을 측정할 수 있다(S2801). 이하 설명의 편의를 위해 일정 주기로 측정되는 인버터 입력 전압을 Measured_V_rail이라 명하기로 한다.
무선 전력 송신 장치는 미리 저장된 기준 인버터 입력 전압(Reference_V_rail)과 Measured_V_rail을 이용하여 인버터 입력 전압 변화율(ΔV)을 산출할 수 있다(S2802). 여기서, 인버터 입력 전압 변화율은 (Measured_V_rail - Reference_V_rail)/Reference_V_rail로 계산될 수 있다.
무선 전력 송신 장치는 인버터 입력 전압 변화률((ΔV)이 이물질 존재 여부 판단을 위한 소정 인버터 입력 전압 변화률 임계치(ΔV_FO_threshold)를 초과하는지 확인할 수 있다(S2803).
확인 결과, ΔV_FO_threshold를 초과하면, 무선 전력 송신 장치는 이물질이 감지되었음을 알리는 소정 알람 신호를 출력한 후 선택 단계로 진입할 수 있다(S2804).
상기 2803 단계의 확인 결과, 초과하지 않으면, 무선 전력 송신 장치는 상기한 2801 단계로 회귀할 수 있다.
도 29는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 이물질 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 29를 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 소정 주기로 송신 코일 전류를 측정할 수 있다(S2901). 이하 설명의 편의를 위해 일정 주기로 측정되는 송신 코일 전류를 Measured_I_coil이라 명하기로 한다.
무선 전력 송신 장치는 미리 저장된 기준 송신 코일 전류 (Reference_I_coil)과 Measured_I_coil을 이용하여 송신 코일 전류 변화율(ΔI)를 산출할 수 있다(S2902). 여기서, 송신 코일 전류 변화율은 (Measured_I_coil - Reference_I_coil)/Reference_I_coil로 계산될 수 있다.
무선 전력 송신 장치는 송신 코일 전류 변화율(ΔI)이 이물질 존재 여부 판단을 위한 소정 송신 코일 전류 변화율 임계치(ΔI_FO_threshold)를 초과하는지 확인할 수 있다(S2903).
확인 결과, ΔI_FO_threshold를 초과하면, 무선 전력 송신 장치는 이물질이 감지되었음을 알리는 소정 알람 신호를 출력한 후 선택 단계로 진입할 수 있다(S2904).
상기 2903 단계의 확인 결과, ΔI_FO_threshold를 초과하지 않으면, 무선 전력 송신 장치는 상기한 2901 단계를 수행할 수 있다.
도 30은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 이물질 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 30을 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 소정 주기로 송신 코일 전류 및 인버터 입력 전압을 측정할 수 있다(S3001). 이하 설명의 편의를 위해 일정 주기로 측정되는 송신 코일 전류와 인버터 입력 전압을 각각 Measured_I_coil과 Measured_V_rail이라 명하기로 한다.
무선 전력 송신 장치는 미리 저장된 기준 송신 코일 전류 (Reference_I_coil) 및 기준 인버터 입력 전압(Reference_V_rail)과 Measured_I_coil 및 Measured_V_rail을 이용하여 변화 비율(ΔI/ ΔV) 산출할 수 있다(S3002). 여기서, ΔI는 (Measured_I_coil - Reference_I_coil)/Reference_I_coil로 계산되고, ΔV는 (Measured_V_rail - Reference_V_rail)/Reference_V_rail로 계산될 수 있다.
무선 전력 송신 장치는 변화 비율(ΔI/ΔV)이 이물질 존재 여부 판단을 위한 소정 변화 비율 임계치(ΔI/ΔV_FO_threshold)를 초과하는지 확인할 수 있다(S3003).
확인 결과, ΔI/ΔV_FO_threshold를 초과하면, 무선 전력 송신 장치는 이물질이 감지되었음을 알리는 소정 알람 신호를 출력한 후 선택 단계로 진입할 수 있다(S3004).
상기 3003 단계의 확인 결과, ΔI/ΔV_FO_threshold를 초과하지 않으면, 무선 전력 송신 장치는 상기한 3001 단계를 수행할 수 있다.
상술한 실시예에 따른 방법들은 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 (19)

  1. 무선 전력 송신기에서의 이물질 검출 방법에 있어서,
    소정 주기로 인버터 입력 전압 및 송신 코일 전류를 측정하는 단계;
    기준 인버터 입력 전압 및 기준 송신 코일 전류와 상기 측정된 인버터 입력 전압 및 송신 코일 전류를 이용하여 인버터 입력 전압 변화율 및 송신 코일 전류 변화율을 산출하는 단계;
    상기 송신 코일 전류 변화율과 인버터 입력 전압 변화율을 이용하여 변화 비율을 산출하는 단계; 및
    상기 변화 비율의 소정 제3 임계치 초과 여부를 비교하여 충전 영역에 이물질이 존재하는지 판단하는 단계
    를 포함하는, 이물질 검출 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    협력 단계에서 상기 기준 인버터 입력 전압에 대한 정보 및 상기 기준 송신 코일 전류에 대한 정보가 포함된 FOD(Foreign Object Detection) 상태 패킷을 수신하는 단계를 더 포함하는, 이물질 검출 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 FOD 상태 패킷은 2비트 길이의 모드 필드를 포함하되, 상기 모드 필드의 값은 이진수 “00”이 아닌 값으로 설정되는, 이물질 검출 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 판단 결과, 이물질이 존재하면, 이물질이 감지되었음을 알리는 소정 알람 신호를 출력하는 단계를 더 포함하되, 상기 알람 신호 출력 후 선택 단계로 진입하는, 이물질 검출 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 변화 비율이 상기 제3 임계치보다 작거나 같으면, 상기 변화 비율을 소정 제4 임계치와 비교하여 송수신 코일 정렬 여부를 판단하는 단계
    를 더 포함하고, 상기 제4 임계치는 상기 제3 임계치보다 크고, 상기 변화 비율이 제4 임계치를 초과하면, 송수신 코일이 정렬되지 않은 것으로 판단하는, 이물질 검출 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 인버터 입력 전압 변화율은 상기 측정된 인버터 입력 전압과 상기 기준 인버터 입력 전압과의 차이 값을 상기 기준 인버터 입력 전압으로 나누어 산출되는, 이물질 검출 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 송신 코일 전류 변화율은 상기 측정된 송신 코일 전류와 상기 기준 송신 코일 전류와의 차이 값을 상기 기준 송신 코일 전류로 나누어 산출되는, 이물질 검출 방법.
  8. 무선 전력 송신기에서의 이물질 검출 방법에 있어서,
    소정 주기로 인버터 입력 전압을 측정하는 단계;
    기준 인버터 입력 전압과 상기 측정된 인버터 입력 전압을 이용하여 인버터 입력 전압 변화율을 산출하는 단계; 및
    상기 인버터 입력 전압 변화율의 소정 제1 임계치 초과 여부를 확인하여 충전 영역에 이물질이 존재하는지 판단하는 단계
    를 포함하는, 이물질 검출 방법.
  9. 무선 전력 송신기에서의 이물질 검출 방법에 있어서,
    소정 주기로 송신 코일 전류를 측정하는 단계;
    기준 송신 코일 전류와 상기 측정된 송신 코일 전류를 이용하여 송신 코일 전류 변화율을 산출하는 단계; 및
    상기 송신 코일 전류 변화율의 소정 제2 임계치 초과 여부를 확인하여 충전 영역에 이물질이 존재하는지 판단하는 단계
    를 포함하는, 이물질 검출 방법.
  10. 제1항 내지 제9항에 기재된 방법들 중 어느 하나의 방법을 실행시키기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  11. 이물질 검출 장치에 있어서,
    소정 주기로 인버터 입력 전압 및 송신 코일 전류를 측정하는 센싱부;
    기준 인버터 입력 전압 및 기준 송신 코일 전류와 상기 측정된 인버터 입력 전압 및 송신 코일 전류를 이용하여 인버터 입력 전압 변화율 및 송신 코일 전류 변화율을 산출하는 변화량 산출부;
    상기 송신 코일 전류 변화율과 인버터 입력 전압 변화율을 이용하여 변화 비율을 산출하는 변화 비율 산출부; 및
    상기 변화 비율의 소정 제3 임계치 초과 여부를 비교하여 충전 영역에 이물질이 존재하는지 판단하는 검출부
    를 포함하는, 이물질 검출 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    협력 단계에서 상기 기준 인버터 입력 전압에 대한 정보 및 상기 기준 송신 코일 전류에 대한 정보가 포함된 FOD(Foreign Object Detection) 상태 패킷을 수신하는 통신부를 더 포함하는, 이물질 검출 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 FOD 상태 패킷은 2비트 길이의 모드 필드를 포함하되, 상기 모드 필드의 값이 이진수 “00”이 아닌 값으로 설정되어 수신되는, 이물질 검출 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 판단 결과, 이물질이 존재하면, 이물질이 감지되었음을 알리는 소정 알람 신호를 출력하는 알람부를 더 포함하되, 상기 알람 신호 출력 후 선택 단계로 진입하는, 이물질 검출 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 검출부가
    상기 변화 비율이 상기 제3 임계치보다 작거나 같으면, 상기 변화 비율을 소정 제4 임계치와 비교하여 송수신 코일 정렬 여부를 판단하고, 상기 변화 비율이 제4 임계치를 초과하면, 송수신 코일이 정렬되지 않은 것으로 판단하되, 상기 제4 임계치는 상기 제3 임계치보다 크게 설정되는, 이물질 검출 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 인버터 입력 전압 변화율은 상기 측정된 인버터 입력 전압과 상기 기준 인버터 입력 전압과의 차이 값을 상기 기준 인버터 입력 전압으로 나누어 산출되는, 이물질 검출 장치.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 송신 코일 전류 변화율은 상기 측정된 송신 코일 전류와 상기 기준 송신 코일 전류와의 차이 값을 상기 기준 송신 코일 전류로 나누어 산출되는, 이물질 검출 장치.
  18. 이물질 검출 장치에 있어서,
    소정 주기로 인버터 입력 전압을 측정하는 센싱부;
    기준 인버터 입력 전압과 상기 측정된 인버터 입력 전압을 이용하여 인버터 입력 전압 변화율을 산출하는 변화량 산출부; 및
    상기 인버터 입력 전압 변화율의 소정 제1 임계치 초과 여부를 확인하여 충전 영역에 이물질이 존재하는지 판단하는 검출부
    를 포함하는, 이물질 검출 장치.
  19. 이물질 검출 장치에 있어서,
    소정 주기로 송신 코일 전류를 측정하는 센싱부;
    기준 송신 코일 전류와 상기 측정된 송신 코일 전류를 이용하여 송신 코일 전류 변화율을 산출하는 변화량 산출부; 및
    상기 송신 코일 전류 변화율의 소정 제2 임계치 초과 여부를 확인하여 충전 영역에 이물질이 존재하는지 판단하는 검출부
    를 포함하는, 이물질 검출 장치.
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