KR20180002207A - 무선 충전 시스템에서의 무선 전력 송신 방법 및 장치 - Google Patents

무선 충전 시스템에서의 무선 전력 송신 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자기 공진 방식을 지원하는 무선 충전 시스템에서의 무선 전력 송신 방법 및 그를 위한 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 공진 현상을 통해 무선으로 무선 전력 수신기에 전력을 공급하는 무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법은 전원 인가에 따라 구성 상태에 진입하여 부팅을 수행하는 단계와 상기 부팅이 완료되면, 랜덤한 제1 대기 옵셋을 생성하는 단계와 상기 제1 대기 옵셋에 기반하여 결정된 시점에 전력 절약 상태에 진입하여 비콘 시퀀스를 개시하는 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명은 무선 충전 시스템에서 교차 연결에 따른 전력 낭비 및 발열에 의한 기기 손상을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

무선 충전 시스템에서의 무선 전력 송신 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTING WIRELESS POWER IN WIRELESS CHARGING SYSTEM}
본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 상세하게 전자기 공진 방식을 지원하는 무선 충전 시스템에서 교차 연결을 회피하는 것이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 그를 위한 장치에 관한 것이다.
근래 정보 통신 기술이 급속도로 발전함에 따라, 정보 통신 기술을 기반으로 하는 유비쿼터스 사회가 이루어지고 있다.
언제 어디서나 정보통신 기기들이 접속되기 위해서는 사회 모든 시설에 통신 기능을 가진 컴퓨터 칩을 내장시킨 센서들이 설치되어야 한다. 따라서 이들 기기나 센서의 전원 공급 문제는 새로운 과제가 되고 있다. 또한 휴대폰뿐만 아니라 블루투스 핸드셋과 아이팟 같은 뮤직 플레이어 등의 휴대기기 종류가 급격히 늘어나면서 배터리를 충전하는 작업이 사용자에게 시간과 수고를 요구하고 됐다. 이러한 문제를 해결하는 방법으로 무선 전력 전송 기술이 최근 들어 관심을 받고 있다.
무선 전력 전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 자기장의 유도 원리를 이용하여 무선으로 송신기에서 수신기로 전기 에너지를 전송하는 기술로서, 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 라디오파나 레이저, 고주파, 마이크로웨이브와 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.
현재까지는 전자기 유도를 이용한 무선 전력 전송 방식이 주류를 이루고 있으나, 전자기 유도에 의한 전력 전송 방법은 1차 코일인 송신 코일과 2차 코일인 수신 코일 간의 정확한 정렬 상태가 유지되어야 하며, 무선 충전이 가능한 송수신 코일 사이의 이격 거리가 짧은 단점이 있었다.
이에 반해, 전자기 공진 방식에 의한 무선 전력 전송 방법은 소리를 공명시키는 대신 전기 에너지를 담은 전자기파를 공명시키는 방식을 이용한다. 공명 현상이 유도되기 위해서는 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치가 동일한 공진 주파수를 가지고 동작되어야 한다.
전자기 공진 방식은 무선 전력 송수신 코일 간의 정렬 문제에 대한 제약이 적고 무선 충전이 가능한 송수신 코일 사이의 이격 거리가 전자기 유도 방식에 비해 긴 특징이 있다.
무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기는 서로 소정의 방식, 예를 들어 Zig-bee 방식 또는 블루투스 저 에너지(bluetooth low energy; BLE) 방식에 기초하여 통신을 수행할 수 있다. Zig-bee 방식 또는 블루투스 저 에너지 방식과 같은 아웃-밴드(out-band) 방식은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수 대역과 동일한 대역을 사용하여 통신을 수행하는 인-밴드(In-band) 통신 방식에 비해 통신 가능 거리가 긴 특징이 있다.
이하에서는 도 10을 참조하여, 종래 전자기 공진 방식의 무선 충전 시스템에서의 교차 연결을 상세히 설명하기로 한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제1 무선 전력 송신기(TX1) 및 제2 무선 전력 송신기(TX2)가 배치된다. 아울러, 제1 무선 전력 송신기(TX1) 상에는 제1 무선 전력 수신기(RX1)가 배치되고, 제2 무선 전력 송신기(TX2) 상에는 제2 무선 전력 수신기(RX2)가 배치된다. 충전 효율을 극대화시키기 위해서는 제1 무선 전력 송신기(TX1)는 근린에 배치된 제1 무선 전력 수신기(RX1)로 전력을 송신하여야 하고, 제 2 무선 전력 송신기(TX2)는 근린에 배치된 제2 무선 전력 수신기(RX2)로 전력을 송신하여야 한다. 이 경우, 제1 무선 전력 송신기(TX1)는 제1 무선 전력 수신기(RX1)와 통신을 수행하고, 제2 무선 전력 송신기(TX2)는 제2 무선 전력 수신기(RX2)와 통신을 수행한다.
전자기 공진 방식과 같이 통신 가능 거리 및 충전 가능 거리가 증가되는 경우, 제1 무선 전력 송신기(TX1)와 제2 무선 전력 수신기(RX2)가 통신 연결되고, 제2 무선 전력 송신기(TX2)와 제1 무선 전력 수신기(RX1)가 통신 연결될 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해, 이를 교차 연결(Cross-Connection)이라 명하기로 한다.
교차 연결이 이루어지는 경우, 정상적인 통신 연결에 비해 무선 충전 효율이 떨어질 뿐만 아니라 무선 전력 수신기에 의해 원하지 않는 전력이 수신되어 기기 손상이 발생될 수 있다.
일 예로, A4WP 표준과 같은 전자기 공진 방식을 지원하는 제1 무선 전력 송신기(TX1)과 제2 무선 전력 송신기(TX2)가 동시에 무선 전력 수신기를 감지하기 위한 비콘 신호를 전송하는 경우, 제1 무선 전력 송신기(TX1)와 제2 무선 전력 송신기(TX2) 각각은 제1 무선 전력 수신기(RX1)와 제2 무선 전력 수신기(RX2) 모두로부터 광고 신호를 수신할 수 있다. 이 경우, 교차 연결이 발생될 수 있다.
본 발명의 목적은 전자기 공진 방식을 지원하는 무선 충전 시스템에서의 무선 전력 송신 방법 및 그를 위한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 교차 연결 없이 무선 전력 수신기를 탐색하고 통신을 연결하는 것이 가능한 싱글 타입의 무선 전력 송신 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 전자기 공진 방식을 지원하는 무선 충전 시스템에서의 교차 연결 회피하는 것이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 그를 위한 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공진 현상을 통해 무선으로 무선 전력 수신기에 전력을 공급하는 무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법은 전원 인가에 따라 구성 상태에 진입하여 부팅을 수행하는 단계와 상기 부팅이 완료되면, 랜덤한 제1 대기 옵셋을 생성하는 단계와 상기 제1 대기 옵셋에 기반하여 결정된 시점에 전력 절약 상태에 진입하여 비콘 시퀀스를 개시하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 무선 전력 송신기는 어느 한 시점에 하나의 무선 전력 수신기와 통신 연결되어 무선 전력을 전송하는 싱글 타입 무선 전력 송신기일 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 송신 방법은 상기 전력 절약 상태에서 동시에 복수의 광고 신호가 수신되면, 랜덤한 제2 대기 옵셋을 생성하는 단계와 상기 제2 대기 옵셋에 기반하여 결정된 시점에서 상기 비콘 시퀀스를 다시 개시하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 송신 방법은 상기 전력 절약 상태에서 대역외 통신을 통해 제1 무선 전력 수신기의 광고 신호가 수신되면, 저전력 상태로 천이하여 상기 제1 무선 전력 수신기를 식별하는 단계와 상기 식별된 제1 무선 전력 수신기로 전력을 전송하는 전력 전송 상태로 천이하는 단계를 더 포함하고, 상기 전력 전송 상태에서 제2 무선 전력 수신기로부터의 광고 신호가 수신되면, 상기 전력 절약 상태로 천이하여 상기 비콘 시퀀스를 다시 개시할 수 있다.
또한, 상기 제2 전력 수신기로부터 소정 개수의 광고 신호가 연속적으로 수신되면, 상기 전력 절약 상태로 천이할 수도 있다.
또한, 상기 전력 전송 상태에서 제2 무선 전력 수신기로부터의 광고 신호가 수신되면 제3 대기 옵셋을 생성하고, 상기 제3 대기 옵셋에 대응되는 시간만큼 대기 후 상기 전력 절약 상태로 천이할 수도 있다.
여기서, 상기 제3 대기 옵셋은 랜덤 값이거나 미리 설정된 고정 값 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 제1 대기 옵셋에 따라 결정되는 대기 시간이 소정 최대 대기 시간을 초과하지 않도록 상기 제1 대기 옵셋이 생성될 수 있다.
또한, 상기 비콘 시퀀스는 충전 영역에 배치된 물체를 감지하기 위한 소정 제1 주기로 송출되는 제1 비콘 시퀀스 및 상기 감지된 물체가 무선 전력 수신이 가능한 기기인지를 식별하기 위해 소정 제2 주기로 송출되는 제2 비콘 시퀀스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 공진 현상을 통해 무선으로 무선 전력 수신기에 전력을 공급하는 무선 전력 송신기는 제어부와 전원 인가에 따라 부팅이 완료되면, 상기 제어부의 제어 신호에 따라 랜덤한 제1 대기 옵셋을 생성하는 대기 옵셋 생성부와 상기 제어부의 제어 신호에 따라 상기 제1 대기 옵셋에 기반하여 결정된 시점에 전력 절약 상태에 진입하여 비콘 시퀀스를 생성 및 전송하는 전력 전송부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제어부가 어느 한 시점에 하나의 무선 전력 수신기와 통신 연결하여 해당 무선 전력 수신기로 무선 전력이 전송되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 송신기는 대역외 통신을 통해 광고 신호를 수신하는 대역외 통신부를 더 포함하고, 상기 제어부가 상기 전력 절약 상태에서 동시에 복수의 상기 광고 신호가 수신되면, 랜덤한 제2 대기 옵셋을 생성하도록 상기 대기 옵셋 생성부를 제어하고, 상기 제2 대기 옵셋에 기반하여 결정된 시점에 상기 비콘 시퀀스가 다시 개시되도록 상기 전력 전송부를 제어할 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 송신기는 대역외 통신을 통해 광고 신호를 수신하는 대역외 통신부를 더 포함하고, 상기 제어부가 상기 전력 절약 상태에서 상기 대역외 통신을 통해 제1 무선 전력 수신기의 상기 광고 신호가 수신되면, 저전력 상태로 천이하여 상기 제1 무선 전력 수신기를 식별하고, 상기 식별된 제1 무선 전력 수신기로 전력을 전송하는 전력 전송 상태로 천이하도록 상기 전력 전송부를 제어하고, 상기 전력 전송 상태에서 제2 무선 전력 수신기로부터의 상기 광고 신호가 수신되면, 상기 전력 절약 상태로 천이하여 상기 비콘 시퀀스를 다시 개시하도록 상기 전력 전송부를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부가 상기 제2 무선 전력 수신기로부터 소정 개수의 광고 신호가 연속적으로 수신되면, 상기 전력 절약 상태로 천이하여 상기 비콘 시퀀스를 개시하도록 상기 전력 전송부를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부가 상기 전력 전송 상태에서 제2 무선 전력 수신기로부터 광고 신호가 수신되면 제3 대기 옵셋을 생성하도록 상기 대기 옵셋 생성부를 제어하고, 상기 제3 대기 옵셋에 대응되는 시간만큼 대기 후 상기 전력 절약 상태로 천이하여 상기 비콘 시퀀스를 개시하도록 상기 전력 전송부를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제3 대기 옵셋은 랜덤 값이거나 미리 설정된 고정 값 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 제1 대기 옵셋에 따라 결정되는 대기 시간이 소정 최대 대기 시간을 초과하지 않도록 상기 제1 대기 옵셋이 생성될 수 있다.
또한, 상기 비콘 시퀀스는 충전 영역에 배치된 물체를 감지하기 위한 소정 제1 주기로 송출되는 제1 비콘 시퀀스 및 상기 감지된 물체가 무선 전력 수신이 가능한 기기인지를 식별하기 위해 소정 제2 주기로 송출되는 제2 비콘 시퀀스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예는 상기 무선 전력 송신 방법들 중 어느 하나의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신기의 무선 전력 송신 방법은 무선 전력 송신기에 전원이 인가되는 단계와 제1 대기 시간을 설정하는 단계, 무선 전력 수신기를 감지 또는 식별하기 위한 요청 신호를 송신하는 단계를 포함하고, 상기 제1 대기 시간은 랜덤하게 설정되고, 상기 요청 신호를 송신하는 단계는 제1 특정 시점으로부터 상기 제1 대기 시간이 경과된 시점에 개시될 수 있다.
여기서, 무선 전력 송신기는 동시에 한 개의 무선 전력 수신기에만 전력을 공급하는 무선 전력 송신기 일 수 있다.
또한, 상기 제1 특정 시점은 상기 전원이 인가되는 시점 일 수 있다.
또한, 상기 제1 특정 시점은 상기 무선 전력 송신기의 부팅이 완료되는 시점 일 수 있다.
또한, 상기 제1 대기 시간은 기 설정된 최대 대기 시간을 초과하지 않도록 설정될 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 수신기로부터 식별 정보 및 특성 정보를 포함하는 정보 신호를 수신하는 단계, 제2 대기 시간을 설정하는 단계, 상기 요청 신호를 재송신하는 단계를 더 포함하고, 상기 제2 대기 시간은 랜덤 하게 설정되고, 상기 요청 신호를 재송신하는 단계는 제2 특정 시점으로부터 상기 제2 대기 시간이 경과된 시점에 개시될 수 있다.
또한, 상기 제2 특정 시점은 복수개의 상기 무선 전력 수신기로부터 상기 정보 신호를 수신하는 시점일 수 있다.
또한, 상기 제2 대기 시간은 기 설정된 최대 대기 시간을 초과하지 않도록 설정될 수 있다.
또한, 제1 무선 전력 수신기에 전력을 송신하는 단계, 제2 무선 전력 수신기로부터 식별 정보 및 특성 정보를 포함하는 정보 신호를 수신하는 단계, 제3 대기 시간을 설정하는 단계, 상기 요청 신호를 재송신하는 단계를 더 포함 할 수 있다.
또한, 상기 제3 대기 시간은 랜덤 하게 설정되고, 상기 요청 신호를 재송신하는 단계는 제3 특정 시점으로부터 상기 제3 대기 시간이 경과된 시점에 개시될 수 있다.
또한, 상기 제3 특정 시점은, 상기 제1 무선 전력 수신기에 대한 전력 송신이 종료된 시점일 수 있다.
또한, 상기 제3 특정 시점에 경고 알람이 개시 될 수 있다.
또한, 상기 제3 대기 시간은 기 설정된 최대 대기 시간을 초과하지 않도록 설정될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신기의 무선 전력 송신 방법은 무선 전력 수신기를 감지 또는 식별하기 위한 요청 신호를 송신하는 단계, 상기 무선 전력 수신기로부터 식별 정보 및 특성 정보를 포함하는 정보 신호를 수신하는 단계, 대기 시간을 설정하는 단계, 상기 무선 전력 수신기에 요청 신호를 재송신하는 단계를 포함하고,
상기 대기 시간은 랜덤하게 설정되고, 상기 요청 신호를 재송신하는 단계는 특정 시점으로부터 상기 대기 시간이 경과된 시점에 개시 될 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 송신기는 동시에 한 개의 무선 전력 수신기에만 전력을 공급하는 무선 전력 송신기 일 수 있다.
또한, 상기 특정 시점은 복수개의 상기 무선 전력 수신기로부터 상기 정보 신호를 수신하는 시점일 수 있다.
또한, 상기 대기 시간은 기 설정된 최대 대기 시간을 초과하지 않도록 설정될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신기의 무선 전력 송신 방법은 무선 전력 수신기를 감지 또는 식별하기 위한 요청 신호를 송신하는 단계, 제1 무선 전력 수신기로부터 식별 정보 또는 특성 정보를 포함하는 제1 정보 신호를 수신하는 단계, 상기 제1 무선 전력 수신기에 전력을 송신하는 단계, 제2 무선 전력 수신기로부터 식별 정보 또는 특성 정보를 포함하는 제2 정보 신호를 수신하는 단계, 대기 시간을 설정하는 단계,
상기 요청 신호를 재송신하는 단계를 포함하고 상기 대기 시간은 랜덤 하게 설정되고, 상기 요청 신호를 재송신하는 단계는 특정 시점으로부터 상기 대기 시간이 경과된 시점에 개시될 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 송신기는 동시에 한 개의 무선 전력 수신기에만 전력을 공급하는 무선 전력 송신기일 수 있다.
또한, 상기 특정 시점은, 상기 제1 무선 전력 수신기에 대한 전력 송신이 종료된 시점일 수 있다.
또한, 상기 대기 시간은 기 설정된 최대 대기 시간을 초과하지 않도록 설정될 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 전자기 공진 방식을 지원하는 무선 충전 시스템에서 교차 연결을 회피하는 방법 및 그를 위한 장치를 제공할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 교차 연결에 따른 전력 낭비 및 기기 손상을 최소화시키는 것이 가능한 전자기 공진 방식을 지원하는 싱글 타입의 무선 전력 송신 장치를 제공할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 타입 및 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기의 타입 및 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 등가 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 상태 천이 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기의 상태 천이도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 VRECT에 따른 무선 전력 수신기의 동작 영역을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 절차를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 구성도이다.
도 10은 본 발명에 따른 싱글 타입 무선 전력 송신기에서의 교차 연결 문제를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서 교차 연결을 회피를 위한 비콘 신호 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서 교차 연결을 회피를 위한 비콘 신호 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 싱글 타입 무선 전력 송신기에서의 전력 전송 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 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.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
하기 실시예의 설명에 있어서, 무선 충전 시스템상에서 무선 전력을 송신하는 장치는 설명의 편의를 위해 무선 파워 송신기, 무선 파워 송신 장치, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 송신기, 송신단, 송신기, 송신 장치, 송신측, 무선 파워 전송 장치, 무선 파워 전송기 등을 혼용하여 사용하기로 한다.
또한, 무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 전력을 수신하는 장치에 대한 표현으로 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 무선 파워 수신 장치, 무선 파워 수신기, 수신 단말기, 수신측, 수신 장치, 수신기 등이 혼용되어 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 송신기는 패드 형태, 거치대 형태, AP(Access Point) 형태, 소형 기지국 형태, 스텐드 형태, 천장 매립 형태, 벽걸이 형태, 차량 매립 형태, 차량 거치 형태 등으로 구성될 수 있으며, 하나의 무선 전력 송신기는 복수의 무선 전력 수신 장치에 동시에 전력을 전송하거나 하나의 무선 전력 수신 장치에만 전력을 전송할 수 있다.
이를 위해, 무선 전력 송신기는 적어도 하나의 무선 전력 전송 수단을 구비할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 무선 전력 송신기는 다른 무선 전력 송신기와 네트워크 연동될 수도 있다. 일 예로, 무선 전력 송신기는 블루투스와 같은 근거리 무선 통신을 이용하여 상호 연동될 수 있다. 다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access), LTE(Long Term Evolution)/LTE-Advanced, Wi-Fi 등의 무선 통신 기술을 이용하여 상호 연동될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 유선으로 인터넷망을 통해 상호 연동될 수도 있다.
본 발명에 적용되는 무선 전력 전송 수단은 송신단 코일에서 자기장을 발생시켜 그 자기장의 영향으로 수신단 코일에서 전기가 유도되는 전자기 유도 원리를 이용하여 충전하는 전자기 유도 방식에 기반한 다양한 무전 전력 전송 표준이 적용된 장치 또는 부품일 수 있다. 여기서, 전자기 유도 방식의 무선 전력 전송 표준은 WPC(Wireless Power Consortium) 또는/및 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
다른 일 예로, 무선 전력 전송 수단은 무선 전력 송신기의 송신 코일에 의해 발생되는 자기장을 특정 공진 주파수에 동조시켜 근거리에 위치한 무선 전력 수신기로 전력을 전송하는 전자기 공진(Electromagnetic Resonance) 방식이 적용된 장치 또는 부품일 수 있다. 일 예로, 전자기 공진 방식은 무선 충전 기술 표준 기구인 A4WP(Alliance for Wireless Power)에서 정의된 공진 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
또 다른 일 예로, 무선 전력 전송 수단은 RF 신호에 저전력의 에너지를 실어 원거리에 위치한 무선 전력 수신기로 전력을 전송하는 RF 무선 전력 전송 방식이 적용된 장치 또는 부품일 수도 있다.
본 발명의 또 다른 일 예로, 본 발명에 따른 무선 파워 송신기는 상기한 전자기 유도 방식, 전자기 공진 방식, RF 무선 파워 전송 방식 중 적어도 2개 이상의 무선 전력 전송 방식을 동시에 지원할 수 있도록 설계될 수도 있다.
이 경우, 무선 전력 송신기는 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기에 탑재한 능력뿐만 아니라 무선 전력 수신기의 종류, 상태, 요구 전력 등에 기반하여 적응적으로 무선 전력 전송 방식을 결정할 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기는 적어도 하나의 무선 전력 수신 수단이 구비될 수 있으며, 2개 이상의 무선 전력 송신기로부터 동시에 무선 전력을 수신할 수도 있다. 여기서, 무선 전력 수신 수단은 상기 전자기 유도 방식, 전자기 공진 방식, RF 무선 파워 전송 방식 중 적어도 하나를 지원하는 장치 또는 부품일 수 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 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 등의 소형 전자 기기 등에 탑재될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며 본 발명에 따른 무선 전력 수신 수단이 장착되어 무선으로 전력 수신이 가능하거나 배터리 충전이 가능한 기기라면 족하다. 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 파워 수신기는 TV, 냉장고, 세탁기 등을 포함하는 댁내 가전기기, 차량, 무인 항공기, 에어 드론, 로봇 등에도 탑재될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 무선 전력 전송 시스템은 무선 전력 송신기(100)와 무선 전력 수신기(200)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 도 1에는 무선 전력 송신기(100)가 하나의 무선 전력 수신기(200)에 무선 파워를 전송하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기(100)는 복수의 무선 전력 수신기(200)에 무선 파워를 전송할 수도 있다. 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전련 수신기(200)는 복수의 무선 전력 송신기(100)로부터 동시에 무선 전력을 수신할 수도 있음을 주의해야 한다.
무선 전력 송신기(100)는 특정 전력 전송 주파수를 이용하여 자기장을 발생시켜 무선 전력 수신기(200)에 전력을 송신할 수 있다.
무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 송신기(100)에 의해 사용되는 주파수와 동일한 주파수로 동조하여 전력을 수신할 수 있다.
일 예로, 전력 전송을 위한 주파수는 6.78MHz 대역일 수 있으나, 이에 국한되지는 않는다.
즉, 무선 전력 송신기(100)에 의해 전송된 전력은 무선 전력 송신기(100)와 공진을 이루는 무선 전력 수신기(200)에 전달될 수 있다.
하나의 무선 전력 송신기(100)로부터 전력을 수신할 수 있는 무선 전력 수신기(200)의 최대 개수는 무선 전력 송신기(100)의 최대 전송 파워 레벨, 무선 전력 수신기(200)의 최대 전력 수신 레벨, 무선 전력 송신기(100) 및 무선 전력 수신기(200)의 물리적인 구조에 기반하여 결정될 수 있다.
무선 전력 송신기(100)와 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송을 위한 주파수 대역-즉, 공진 주파수 대역-과는 상이한 주파수 대역으로 양방향 통신을 수행할 수 있다. 일 예로, 양방향 통신은 반이중 방식의 BLE(Bluetooth Low Energy) 통신 프로토콜이 사용될 수 있다.
무선 전력 송신기(100)와 무선 전력 수신기(200)는 상기 양방향 통신을 통해 서로의 특성 및 상태 정보-즉, 전력 협상 정보-를 교환할 수 있다.
일 예로, 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 송신기(100)로부터 수신되는 전력 레벨을 제어하기 위한 소정 전력 수신 상태 정보를 양방향 통신을 통해 무선 전력 송신기(100)에 전송할 수 있으며, 무선 전력 송신기(100)는 수신된 전력 수신 상태 정보에 기반하여 동적으로 전송 전력 레벨을 제어할 수 있다. 이를 통해, 무선 전력 송신기(100)는 전력 전송 효율을 최적화시킬 수 있을 뿐만 아니라 과전압(Over-Voltage)에 따른 부하 파손을 방지하는 기능, 저전압(Under-Voltage)에 따라 불필요한 전력이 낭비되는 것을 방지하는 기능 등을 제공할 수 있다.
또한, 무선 전력 송신기(100)는 양방향 통신을 통해 무선 전력 수신기(200)에 대한 인증 및 식별하는 기능, 호환되지 않는 장치 또는 충전이 불가능한 물체를 식별하는 기능, 유효한 부하를 식별하는 기능 등을 수행할 수도 있다.
이하에서는, 보다 구체적으로 공진 방식의 무선 전력 전송 과정을 상기 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.
무선 전력 송신기(100)는 전원공급부(power supplier, 110), 전력변환부(Power Conversion Unit, 120), 매칭회로(Matching Circuit, 130), 송신공진기(Transmission Resonator, 140), 주제어부(Main Controller, 150) 및 통신부(Communication Unit, 160)를 포함하여 구성될 수 있다. 통신부는 데이터 송신기(Data Transmitter)와 데이터 수신기(Data receiver)를 포함할 수 있다.
전원공급부(110)는 주제어부(150)의 제어에 따라 전력변환부(120)에 특정 공급 전압을 공급할 수 있다. 이때, 공급 전압은 DC 전압 또는 AC 전압일 수 있다.
전력변환부(120)는 주제어부(150)의 제어에 따라 전력공급부(110)로부터 수신된 전압을 특정 전압으로 변환시킬 수 있다. 이를 위해, 전력변환부(210)는 DC/DC 변환기(DC/DC convertor), AC/DC 변환기(AC/DC convertor), 파워 증폭기(Power amplifier) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
매칭회로(130)는 전력 전송 효율을 극대화시키기 위해 전력변환부(210)와 송신공진기(140) 사이의 임피던스를 정합하는 회로이다.
송신공진기(140)는 매칭회로(130)로부터 인가된 전압에 따라 특정 공진 주파수를 이용하여 무선으로 전력을 전송할 수 있다.
무선 전력 수신기(100)는 수신공진기(Reception Resonator, 210), 정류기(Rectifier, 220), DC-DC 변환기(DC-DC Converter, 230), 부하(Load, 240), 주제어부(Main Controller, 250) 및 통신부(Communication Unit, 260)를 포함하여 구성될 수 있다. 통신부는 데이터 송신기(Data Transmitter)와 데이터 수신기(Data receiver)를 포함할 수 있다.
수신공진기(210)는 공진 현상을 통해 송신공진기(140)에 의해 송출된 전력을 수신할 수 있다.
정류기(210)는 수신공진기(210)로부터 인가되는 AC 전압을 DC 전압으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.
DC-DC 변환기(230)는 정류된 DC 전압을 부하(240)에 요구되는 특정 DC 전압으로 변환할 수 있다.
주제어부(250)는 정류기(220) 및 DC-DC 변환기(230)의 동작을 제어하거나 무선 전력 수신기(200)의 특성 및 상태 정보를 생성하고 통신부(260)를 제어하여 무선 전력 송신기(100)에 상기 무선 전력 수신기(200)의 특성 및 상태 정보를 전송할 수 있다. 일 예로, 주제어부(250)는 정류기(220)와 DC-DC 변환기(230)에서의 출력 전압 및 전류의 세기를 모니터링하여 정류기(220) 및 DC-DC 변환기(230)의 동작을 제어할 수 있다.
모니터링된 출력 전압 및 전류의 세기 정보는 통신부(260)를 통해 무선 전력 송신기(100)에 실시간으로 전송될 수 있다.
또한, 주제어부(250)는 정류된 DC 전압을 소정 기준 전압과 비교하여 과전압 상태(Over-Voltage State)인지 저전압 상태(Under-Voltage State)인지를 판단하고, 판단 결과에 따라 시스템 오류 상태가 감지되면, 감지 결과를 통신부(260)를 통해 무선 전력 송신기(100)에 전송할 수도 있다.
또한, 주제어부(250)는 시스템 오류 상태가 감지되면, 부하의 훼손을 방지하기 위해 정류기(220) 및 DC-DC 변환기(230)의 동작을 제어하거나 스위치 또는(및) 제너 다이오드를 포함한 소정 과전류 차단 회로를 이용하여 부하(240)에 인가되는 전력을 제어할 수도 있다.
상기한 도 1에서는 주제어부(150, 250)와 통신부(160, 260)가 서로 다른 모듈로 구성된 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예는 주제어부(150, 250)와 통신부(160, 260)가 하나의 모듈로 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 타입 및 특성을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기는 각각 등급(Class)과 카테고리(Category)로 타입 및 특성이 분류될 수 있다.
무선 전력 송신기의 타입 및 특성은 크게 다음의 3가지 파라메터를 통해 식별될 수 있다.
첫째, 무선 전력 송신기는 송신 공진기(140)에 인가되는 최대 전력의 세기에 따라 결정되는 등급에 의해 식별될 수 있다.
여기서, 무선 전력 송신기의 등급은 송신 공진기(140)에 인가되는 파워(PTX_IN_COIL)의 최대 값을 하기 무선 전력 송신기 등급 테이블-이하, 표 1이라 명함-에 명기된 등급 별 미리 정의된 최대 입력 파워(PTX _IN_MAX)와 비교하여 결정될 수 있다. 여기서, PTX _IN_COIL은 송신공진기(140)에 단위 시간 동안 인가되는 전압(V(t))과 전류(I(t))의 곱을 해당 단위 시간으로 나누어 산출되는 평균 실수 값일 수 있다.
등급(Class) 최대 입력 파워 최소 카테고리
지원 요구 조건		 지원 가능 최대
디바이스의 개수
등급 1 2W 1 x 등급1 1 x 등급1
등급 2 10W 1 x 등급3 2 x 등급2
등급 3 16W 1 x 등급4 2 x 등급3
등급 4 33W 1 x 등급5 3 x 등급3
등급 5 50W 1 x 등급6 4 x 등급3
등급 6 70W 1 x 등급6 5 x 등급3
상기 표 1에 개시된 등급은 일 실시예에 불과하며, 새로운 등급이 추가되거나 삭제될 수도 있다. 또한, 등급 별 최대 입력 파워, 최소 카테고리 지원 요구 조건, 지원 가능 최대 디바이스 개수에 대한 값도 무선 전력 송신기의 용도, 형상 및 구현 형태 등에 따라 변경될 수도 있음을 주의해야 한다.
일 예로, 상기 표 1을 참조하면, 송신 공진기(140)에 인가되는 파워(PTX_IN_COIL)의 최대 값이 등급 3에 대응되는 PTX _IN_MAX 값보다 크거나 같고, 등급 4에 대응되는 PTX _IN_MAX 값보다 작은 경우, 해당 무선 전력 송신기의 등급은 등급 3으로 결정될 수 있다.
둘째, 무선 전력 송신기는 식별된 등급에 대응되는 최소 카테고리 지원 요구 조건(Minimum Category Support Requirements)에 따라 식별될 수도 있다.
여기서, 최소 카테고리 지원 요구 조건은 해당 등급의 무선 전력 송신기가 지원 가능한 무선 전력 수신기 카테고리 중 가장 높은 수준의 카테고리에 해당되는 무선 전력 수신기의 지원 가능 개수일 수 있다. 즉, 최소 카테고리 지원 요구 조건은 해당 무선 전력 송신기가 지원 가능한 최대 카테고리 디바이스의 최소 개수일 수 있다. 이때, 무선 전력 송신기는 상기 최소 카테고리 요구 조건에 따른 최대 카테고리 이하에 해당하는 모든 카테고리의 무선 전력 수신기를 지원할 수 있다.
다만, 만약, 무선 전력 송신기가 상기 최소 카테고리 지원 요구 조건에 명시된 카테고리보다 더 높은 카테고리의 무선 전력 수신기를 지원할 수 있다면, 무선 전력 송신기가 해당 무선 전력 수신기를 지원하는 것을 제한하지는 않을 수 있다.
일 예로, 상기 표 1을 참조하면, 등급 3인 무선 전력 송신기는 적어도 하나의 카테고리 5인 무선 전력 수신기를 지원해야 한다. 물론, 이 경우, 무선 전력 송신기는 최소 카테고리 지원 요구 조건에 해당되는 카테고리 수준 보다 낮은 수준의 카테고리에 해당되는 무선 전력 수신기(100)를 지원할 수 있다.
또한, 무선 전력 송신기는 최소 카테고리 지원 요구 조건에 대응되는 카테고리보다 더 높은 수준의 카테고리를 지원 가능한 것으로 판단되면, 더 높은 수준의 카테고리를 갖는 무선 전력 수신기를 지원할 수도 있음을 주의해야 한다.
셋째, 무선 전력 송신기는 식별된 등급에 대응되는 지원 가능 최대 디바이스 개수에 의해 식별될 수도 있다. 여기서, 지원 가능 최대 디바이스 개수는 해당 등급에서 지원 가능한 카테고리 중 가장 낮은 수준의 카테고리에 해당되는 무선 전력 수신기의 최대 지원 가능 개수-이하, 간단히 지원 가능 디바이스의 최대 개수라 명함-에 의해 식별될 수도 있다.
일 예로, 상기 표 1을 참조하면, 등급 3의 무선 전력 송신기는 최소 카테고리 3인 무선 전력 수신기를 최대 2개까지 지원할 수 있어야 한다.
다만, 무선 전력 송신기가 자신의 등급에 상응하는 최대 디바이스 개수 이상을 지원할 수 있는 경우, 최대 디바이스 개수 이상을 지원하는 것을 제한하지는 않는다.
본 발명에 따른 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 전력 전송 요청을 허락하지 않을 특별한 이유가 없는 경우, 가용한 파워 내에서 적어도 상기 표 1에 정의된 개수까지는 무선 전력 전송을 수행할 있어야 한다.
일 예로, 무선 전력 송신기는 해당 전력 전송 요청을 수용할 정도의 가용한 파워가 남아있지 않는 경우, 해당 무선 전력 수신기의 전력 전송 요청을 수락하지 않을 수 있다. 또는, 무선전력 수신기의 전력 조정을 제어할 수 있다.
다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 전력 전송 요청을 수락하면 수용 가능한 무선 전력 수신기의 개수를 초과하는 경우, 해당 무선 전력 수신기의 전력 전송 요청을 수락하지 않을 수 있다.
또 다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 전력 전송을 요청한 무선 전력 수신기의 카테고리가 자신의 등급에서 지원 가능한 카테고리 수준을 초과하는 경우, 해당 무선 전력 수신기의 전력 전송 요청을 수락하지 않을 수 있다.
또 다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 내부 온도가 기준치 이상을 초과하는 경우, 해당 무선 전력 수신기의 전력 전송 요청을 수락하지 않을 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기의 타입 및 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 수신공진기(210)의 평균 출력 전압(PRX _OUT)은 단위 시간 동안 수신공진기(210)에 의해 출력되는 전압(V(t))와 전류(I(t))의 곱을 해당 단위 시간으로 나누어 산출되는 실수 값일 수 있다.
무선 전력 수신기의 카테고리는 하기 표 2에 도시된 바와 같이, 수신공진기(210)의 최대 출력 전압(PRX_OUT_MAX)에 기반하여 정의될 수 있다.
카테고리
(Category)		 최대 입력 파워 응용 예
카테고리 1 TBD 블루투스 핸드셋
카테고리 2 3.5W 피쳐폰
카테고리 3 6.5W 스마트폰
카테고리 4 13W 테블릿
카테고리 5 25W 소형 랩탑
카테고리 6 37.5W 랩탑
카테고리 6 50W TBD
일 예로, 부하단에서의 충전 효율이 80%이상인 경우, 카테고리 3의 무선 전력 수신기는 부하의 충전 포트에 5W의 전력을 공급할 수 있다.
상기 표 2에 개시된 카테고리는 일 실시예에 불과하며, 새로운 카테고리가 추가되거나 삭제될 수도 있다. 또한, 상기 표 2에 보여지는 카테고리 별 최대 출력 파워, 응용 어플리케이션의 예도 무선 전력 수신기의 용도, 형상 및 구현 형태 등에 따라 변경될 수도 있음을 주의해야 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 등가 회로도이다.
상세하게, 도 4는 후술할 레퍼런스 파라메터들이 측정되는 등가 회로상에서의 인터페이스 지점을 보여준다.
이하에서는, 상기 도 4에 표시된 레퍼런스 파라메터들의 의미를 간단히 설명하기로 한다.
ITX와 ITX _COIL은 각각 무선 전력 송신기의 매칭 회로(또는 매칭 네트워크)(420)에 인가되는 RMS(Root Mean Square) 전류와 무선 전력 송신기의 송신 공진기 코일(425)에 인가되는 RMS 전류를 의미한다.
ZTX _IN 은 무선 전력 송신기의 전원부/증폭기/필터(410) 후단의 입력 임피던스(Input Impedance)와 매칭 회로(420) 전단의 입력 임피던스(Input Impedance)를 의미한다.
ZTX _IN_COIL은 매칭 회로(420) 후단 및 송신 공진기 코일(425) 전단에서의 입력 임피던스를 의미한다.
L1과 L2는 각각 송신 공진기 코일(425)의 인덕턴스 값과 수신 공진기 코일(427)의 인덕턴스 값을 의미한다.
ZRX _IN은 무선전력수신기의 매칭 회로(430) 후단과 무선전력수신기의 필터/정류기/부하(440) 전단에서의 입력 임피던스를 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 동작에 사용되는 공진 주파수는 6.78MHz ± 15㎑일 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템은 복수의 무선 전력 수신기에 대한 동시 충전-즉, 멀티 충전-을 제공할 수 있으며, 이 경우, 무선 전력 수신기가 새로 추가되거나 삭제되더라도 남아 있는 무선 전력 수신기의 수신 파워 변화량은 소정 기준치 이상을 초과하지 않도록 제어될 수 있다. 일 예로, 수신 파워 변화량은 ±10%일 수 있으나 이에 국한되지는 않는다.
상기 수신 파워 변화량을 유지하기 위한 조건은 무선 전력 수신기가 충전 영역에 추가 또는 삭제 시 기존 무선 전력 수신기와 중첩되지 않아야 한다.
무선 전력 수신기의 매칭 회로(430)가 정류기에 연결된 경우, 상기 ZTX _IN의 실수부(Real Part)는 정류기의 부하 저항-이하, RRECT이라 명함-과 역의 관계일 수 있다. 즉, RRECT의 증가는 ZTX_IN을 감소시키고, RRECT의 감소는 ZTX_IN을 증가시킬 수 있다.
본 발명에 따른 공진기 정합 효율(Resonator Coupling Efficiency)은 수신공진기 코일에서 부하(440)로 전달되는 파워를 송신공진기 코일(425)에서 공진 주파수 대역에 실어주는 파워로 나누어 산출되는 최대 파워 수신 비율일 수 있다. 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기 사이의 공진기 정합 효율은 송신공진기의 레퍼런스 포트 임피던스(ZTX_IN)과 수신공진기의 레퍼런스 포트 임피던스(ZRX _IN)가 완벽하게 매칭되는 경우에 산출될 수 있다.
하기 표 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 등급 및 무선 전력 수신기의 클래스에 따른 최소 공진기 정합 효율의 예이다.
카테고리
1		 카테고리
2		 카테고리
3		 카테고리
4		 카테고리
5		 카테고리
6		 카테고리
7
등급 1 N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A
등급 2 N/A 74%(-1.3) 74%(-1.3) N/A N/A N/A N/A
등급 3 N/A 74%(-1.3) 74%(-1.3) 76%(-1.2) N/A N/A N/A
등급 4 N/A 50%(-3) 65%(-1.9) 73%(-1.4) 76%(-1.2) N/A N/A
등급 5 N/A 40%(-4) 60%(-2.2) 63%(-2) 73%(-1.4) 76%(-1.2) N/A
등급 6 N/A 30%(-5.2) 50%(-3) 54%(-2.7) 63%(-2) 73%(-1.4) 76%(-1.2)
만약, 복수의 무선 전력 수신기가 사용될 경우, 상기 표 3에 표시된 클래스 카테고리에 대응되는 최소 공진기 정합 효율은 증가될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 상태 천이 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 5를 참조하면, 무선 전력 송신기의 상태는 크게 구성 상태(Configuration State, 510), 전력 절약 상태(Power Save State, 520), 저전력 상태(Low Power State, 530), 전력 전송 상태(Power Transfer State, 540), 로컬 장애 상태(Local Fault State, 550) 및 잠금 장애 상태(Latching Fault State, 560)을 포함하여 구성될 수 있다.
무선 전력 송신기에 전력이 인가되면, 무선 전력 송신기는 구성 상태(510)로 천이할 수 있다. 무선 전력 송신기는 구성 상태(510)에서 소정 리셋 타이머가 만료되거나 초기화 절차가 완료되면, 전력 절약 상태(520)로 천이할 수 있다.
전력 절약 상태(520)에서, 무선 전력 송신기는 비콘 시퀀스를 생성하여 공진 주파수 대역을 통해 전송할 수 있다.
여기서, 무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(520)에 진입한 후 소정 시간 이내에 비콘 시퀀스가 개시될 수 있도록 제어할 수 있다. 일 예로, 무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(520) 천이 후 50ms 이내에 비콘 시퀀스가 개시될 수 있도록 제어할 수 있으나, 이에 국한되지는 않는다.
전력 절약 상태(520)에서, 무선 전력 송신기는 충전 영역에 위치한 물체-여기서, 물체는 무선 전력 수신기뿐만 아니라 전도성 이물질을 포함하는 포괄된 개념임-를 감지하기 위한 제1 비콘 시퀀스(First Beacon Sequece)를 주기적으로 생성하여 전송하고, 수신 공진기의 임피던스 변화-즉, Load Variation-를 감지할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 제1 비콘과 제1 비콘 시퀀스를 각각 Short Beacon과 Short Beacon 시퀀스라 명하기로 한다.
특히, Short Beacon 시퀀스는 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 있다. 또한, Short Beacon의 전류 세기는 소정 기준치이상이고, 일정 시간 구간 동안 점증적으로 증가될 수 있다. 일 예로, Short Beacon의 최소 전류 세기는 상기 표 2의 카테고리 2 이상의 무선 전력 수신기가 감지될 수 있도록 충분히 크게 설정될 수 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 송신기는 Short Beacon에 따른 수신 공진기에서의 리액턴스(reactance) 및 저항(resistance) 변화를 감지하기 위한 소정 센싱 수단이 구비될 수 있다.
또한, 전력 절약 상태(520)에서, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 부팅(Booting) 및 응답에 필요한 충분한 전력을 공급하기 위한 제2 비콘 시퀀스를 주기적으로 생성하여 전송할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 제2 비콘과 제2 비콘 시퀀스를 각각 Long Beacon과 Long Beacon 시퀀스라 명하기로 한다.
즉, 무선 전력 수신기는 제2 비콘 시퀀스를 통해 부팅이 완료되면, 대역외 통신 채널을 통해 소정 응답 신호를 브로드캐스팅할 수 있다.
특히, Long Beacon 시퀀스는 무선 전력 수신기의 부팅에 필요한 충분한 전원을 공급하기 위해 Short Beacon에 비해 상대적으로 긴 구간 동안(tLONG_BEACON)동안 일정 시간 간격(tLONG _BEACON_PERIOD)으로 생성되어 전송될 수 있다. 일 예로, tLONG _BEACON은 105 ms+5 ms, tLONG _BEACON_PERIOD 은 850ms로 각각 설정될 수 있으며, Long Beacon의 전류 세기는 Short Beacon의 전류 세기에 비해 상대적으로 강할 수 있다. 또한, Long Beacon은 전송 구간 동안 일정 세기의 파워가 유지될 수 있다.
이 후, 무선 전력 송신기는 수신 공진기의 임피던스 변화가 감지된 후, 무선 전력 송신기는 Long Beacon 전송 구간 동안 소정 응답 시그널의 수신을 대기할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 상기 응답 시그널을 광고 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 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(520)에서 저전력 상태(530)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(530)에서 대역외 통신을 통해 충전을 개시하기 위한 소정 제어 신호-즉, 무선 전력 수신기가 부하에 전력을 전달하도록 요청하는 소정 소정 제어 신호-를 무선 전력 송신기에 전송하면, 무선 전력 송신기의 상태는 저전력 상태(530)에서 전력 전송 상태(540)로 천이될 수 있다.
만약, 저전력 상태(530)에서 대역외 통신 링크 설정 절차 또는 등록 절차가 정상적으로 완료되지 않은 경우, 무선 전력 송신기의 상태는 저전력 상태(530)에서 전력 절약 상태(520)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. 여기서, 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(530) 또는 전력 전송 상태(540)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(520)로 천이될 수 있다.
또한, 저전력 상태(530)의 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기로부터 유효한 광고 신호가 수신되면 소정 등록 타이머를 구동시킬 수 있다. 이때, 등록 타이머가 만료되면, 저전력 상태(530)의 무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(520)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(540)에서, 무선 전력 송신기는 접속된 모든 무선 전력 수신기의 충전이 완료되면, 저전력 상태(530)로 천이될 수 있다.
특히, 무선 전력 수신기는 구성 상태(510), 로컬 장애 상태(550) 및 잠금 장애 상태(560)를 제외한 나머지 상태에서 새로운 무선 전력 수신기의 등록을 허용할 수 있다.
또한, 무선 전력 송신기는 전력 전송 상태(540)에서 무선 전력 수신기로부터 수신되는 상태 정보에 기반하여 전송 전력을 동적으로 제어할 수 있다.
이때, 무선 전력 수신기로부터 무선 전력 송신기에 전송되는 수신기 상태 정보는 요구 전력 정보, 정류기 후단에서 측정된 전압 및/또는 전류 정보, 충전 상태 정보, 과전류 및/또는 과전압 및/또는 과열 상태를 통보하기 위한 정보, 과전류 또는 과전압에 따라 부하에 전달되는 전력을 차단하거나 감소시키는 수단 또는 장치의 활성화 여부를 지시하는 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, 수신기 상태 정보는 미리 지정된 주기로 전송되거나 특정 이벤트가 발생될 때마다 전송될 수 있다. 또한, 상기 과전류 또는 과전압에 따라 부하에 전달되는 전력을 차단하거나 감소시키는 수단은 ON/OFF 스위치, 제너다이오드 중 적어도 하나를 이용하여 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기로부터 무선 전력 송신기에 전송되는 수신기 상태 정보는 무선 전력 수신기에 유선으로 외부 전원이 연결되었음을 알리는 정보, 대역외 통신 방식이 변경되었음을 알리는 정보-일 예로, NFC(Near Field Communication)에서 BLE(Bluetooth Low Energy) 통신으로 변경될 수 있음- 중 적어도 하나를 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 자신의 현재 가용한 전력, 무선 전력 수신기 별 우선 순위, 접속된 무선 전력 수신기의 개수 중 적어도 하나에 기반하여 무선 전력 수신기 별 수신해야 할 파워 세기를 적응적으로 결정할 수도 있다. 여기서, 무선 전력 수신기 별 파워 세기는 해당 무선 전력 수신기의 정류기에서 처리 가능한 최대 파워 대비 얼마의 비율로 파워를 수신해야 하는지로 결정될 수 있다.
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 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 가능한지를 지시하는 소정 수신기 상태 정보를 상기 전력 제어 명령을 수신하기 이전에 전송할 수도 있다.
전력 전송 상태(540)는 접속된 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태에 따라 제1 상태(541), 제2 상태(542) 및 제3 상태(543) 중 어느 하나의 상태일 수 있다.
일 예로, 제1 상태(541)는 무선 전력 송신기에 접속된 모든 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태가 정상 전압인 상태임을 의미할 수 있다.
제2 상태(542)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(543)는 무선 전력 송신기에 접속된 적어도 하나의 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태가 고전압 상태임을 의미할 수 있다.
무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(520) 또는 저전력 상태(530) 또는 전력 전송 상태(540)에서 시스템 오류가 감지되면, 잠금 장애 상태(560)로 천이될 수 있다
잠금 장애 상태(560)의 무선 전력 송신기는 접속된 모든 무선 전력 수신기가 충전 영역에서 제거된 것으로 판단되면, 구성 상태(510) 또는 전력 절약 상태(520)로 천이할 수 있다.
또한, 잠금 장애 상태(560)에서, 무선 전력 송신기는 로컬 장애가 감지되면, 로컬 장애 상태(550)로 천이할 수 있다. 여기서, 로컬 장애 상태(550)인 무선 전력 송신기는 로컬 장애가 해제되면, 다시 잠금 장애 상태(560)로 천이될 수 있다.
반면, 구성 상태(510), 전력 절약 상태(520), 저전력 상태(530), 전력 전송 상태(540) 중 어느 하나의 상태에서 로컬 장애 상태(550)로 천이된 경우, 무선 전력 송신기는 로컬 장애가 해제되면, 구성 상태(510)로 천이될 수 있다.
무선 전력 송신기는 로컬 장애 상태(550)로 천이되면, 무선 전력 송신기에 공급되는 전원을 차단할 수도 있다. 일 예로, 무선 전력 송신기는 과전압, 과전류, 과열 등의 장애가 감지되면 로컬 장애 상태(550)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(560)로 천이할 수 있다. 이때, 잠금 장애 상태(560)로 천이된 무선 전력 송신기는 송신 공진기 출력 전류의 세기가 소정 기준치 이하가 되도록 미리 지정된 시간 동안 전력 제어를 시도할 수 있다. 여기서, 상기 전력 제어 시도는 미리 지정된 회수 동안 반복 수행될 수 있다. 만약, 반복 수행에도 불구하고, 잠금 장애 상태(560)가 해제되지 않는 경우, 무선 전력 송신기는 소정 알림 수단을 이용하여 사용자에게 잠금 장애 상태(560)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(560)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(560)는 자동으로 해제될 수 있으며, 이때, 무선 전력 송신기의 상태는 잠금 장애 상태(560)에서 전력 절약 상태(520)로 자동 천이되어 무선 전력 수신기에 대한 감지 및 식별 절차를 다시 수행할 수 있다.
전력 전송 상태(540)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 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 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.
부트 상태(620)에서, 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기와의 대역외 통신 링크를 설정하고 VRECT 값이 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)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, 과전류 및 과열뿐만 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 후술할 도 7을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 VRECT에 따른 무선 전력 수신기의 동작 영역을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, VRECT 값이 소정 VRECT _ BOOT 보다 작으면, 무선 전력 수신기는 비활성화 상태(610)에 유지된다.
이 후, VRECT 값이 VRECT _BOOT 이상으로 증가되면, 무선 전력 수신기는 부트 상태(620)로 천이되며, 미리 지정된 시간 이내에 광고 신호를 브로드캐스팅할 수 있다. 이 후, 광고 신호가 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 7를 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, 과전류 등에 의해서도 시스템 오류 상태로 천이될 수도 있다.
일 예로, 과열에 따라 시스템 오류 상태로 천이된 경우, 무선 전력 수신기는 과열 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 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 공진 방식을 지원하는 무선 충전 시스템에서의 무선 충전 절차를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 무선 전력 송신기는 전원 인가에 따라 부팅되어 구성이 완료되면 전력 절약 상태로 천이하고 비콘 시퀀스를 생성하여 송신 공진기를 통해 전송할 수 있다(S801).
무선 전력 수신기는 비콘 시퀀스가 감지되면 전원이 ON되어 부트 상태로 천이하고, 무선 전력 송신기를 탐색하기 위해 자신의 식별 정보 및 특성 정보가 포함된 광고 신호(Advertisement Signal)를 브로드캐스팅할 수 있다(S803). 이때, 광고 신호는 후술할 연결 요청 신호가 무선 전력 송신기로부터 수신되기 이전까지 소정 주기로 반복 전송될 수 있다.
무선 전력 송신기는 광고 신호가 수신되면, 해당 무선 전력 수신기와의 대역외 통신 링크를 설정하기 위한 소정 연결 요청 신호(Connection Request Siganl)를 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다(S805).
무선 전력 수신기는 연결 요청 신호가 수신되면, 대역외 통신 링크를 설정하고, 설정된 대역외 통신 링크를 통해 자신의 정적 특성(PRU Static Characteristic) 메시지를 전송할 수 있다(S807).
여기서, 무선 전력 수신기의 정적 상태 특성 메시지에는 카테고리 정보, 하드웨어 및 소프트웨어 버전 정보, 최대 정류기 출력 파워 정보, 전력 제어를 위한 초기 기준 파라메터 정보, 요구 전압 또는 전력에 관한 정보, 전력 조절 기능 탑재 여부를 식별하기 위한 정보, 지원 가능한 대역외 통신 방식에 관한 정보, 지원 가능한 전력 제어 알고리즘에 관한 정보, 무선전력수신기에 초기 설정된 선호 정류기단 전압 값 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 정적 상태 특성 메시지가 수신되면, 무선 전력 송신기의 정적 특성(PTU Static Characteristic) 메시지를 대역외 통신 링크를 통해 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다(S809).
여기서, 무선 전력 송신기의 정적 특성 메시지에는 송신기 전력 정보, 클래스 정보, 하드웨어 및 소프트웨어 버전 정보, 지원 가능한 무선 전력 수신기의 최대 개수에 관한 정보 및/또는 현재 접속된 무선 전력 수신기의 개수에 관한 정보 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
이 후, 무선 전력 수신기는 자신의 실시간 전력 수신 상태 및 충전 상태를 모니터링하며, 주기적 또는 특정 이벤트 발생 시 동적 특성(Dynamic Characteristic) 메시지를 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다(S811).
여기서, 무선 전력 수신기의 동적 특성 메시지에는 정류기 출력 전압 및 전류에 관한 정보, 부하에 인가되는 전압 및 전류에 관한 정보, 무선 전력 수신기의 내부 측정 온도에 관한 정보, 전력 제어를 위한 기준 파라메터 변경 정보(정류 전압 최소 값, 정류 전압 최대 값, 초기 설정된 선호 정류기단 전압 변경 값), 충전 상태 정보, 시스템 오류 정보, 경보 정보 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기를 충전하기 위한 충분한 전력이 준비되면, 전력 전송 상태로 천이하고, 대역외 통신 링크를 통해 소정 제어 명령을 송출하여 무선 전력 수신기가 충전을 개시하도록 제어할 수 있다(S813). 무선 전력 수신기는 충전 개시를 지시하는 무선 전력 수신기 제어(PRU Control) 메시지가 수신되면, 부트 상태에서 활성화 상태로 천이한다.
이 후, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기로부터 주기적으로 수신되는 동적 특성 메시지에 기반하여 송출 전력을 동적으로 제어할 수 있다(S815).
또한, 무선 전력 수신기는 내부 시스템 오류가 감지되거나 충전이 완료된 경우, 동적 특성 메시지에 포함되는 알람 필드(Alert Field) 또는 별도의 무선 전력 수신기 알람(PRU Alert) 메시지를 통해 해당 시스템 오류를 식별하기 위한 데이터 및/또는 충전이 완료되었음을 지시하는 데이터를 포함하여 무선 전력 송신기에 전송할 수도 있다(S817). 여기서, 알람 필드 또는 알람 메시지를 통해 전송되는 데이터는 과전류, 과전압, 과온도, 무선 전력 수신기 셀프 보호, 충전 완료, 유선 충전 감지, 모드 전환 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
만약, 동적 특성 메시지 또는 PRU Alert 메시지에 포함된 정보가 특정 시스템 오류 발생을 알리는 메시지인 경우, 무선 전력 송신기는 전력 전송 상태에서 잠금 장애 상태로 천이할 수 있다. 물론, 활성화 상태에서 시스템 오류가 감지된 경우, 무선 전력 수신기는 시스템 오류 상태로 천이한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 구성도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 무선 전력 전송 시스템은 스타 토폴로지(Star Topology)로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
무선 전력 송신기는 대역외 통신 링크를 통해 무선 전력 수신기로부터 각종 특성 정보 및 상태 정보를 수집하고, 수집된 정보에 기반하여 무선 전력 수신기의 동작 및 송출 전력을 제어할 수 있다.
또한, 무선 전력 송신기는 자신의 특성 정보 및 소정 제어 신호를 대역외 통신 링크를 통해 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다.
또한, 무선 전력 송신기는 접속된 무선 전력 수신기의 무선 전력 수신기 별 전력 전송 순서를 결정할 수 있으며, 결정된 전력 전송 순서에 따라 무선 전력을 송출할 수도 있다. 일 예로, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 카테고리, 무선 전력 수신기 별 미리 할당된 우선 순위, 무선 전력 수신기의 전력 수신 효율 또는 무선 전력 송신기에서의 전력 전송 효율, 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기 사이의 최소 공진 정합 효율, 부하에서의 충전 효율, 무선 전력 수신기의 충전 상태, 무선 전력 수신기 별 시스템 오류 발생 여부 중 적어도 하나에 기반하여 전력 전송 순서를 결정할 수 있다.
또한, 무선 전력 송신기는 접속된 무선 전력 수신기 별 전송해야 할 전력량을 결정할 수도 있다. 일 예로, 무선 전력 송신기는 현재 가용한 전력량 및 무선 전력 수신기 별 전력 수신 효율 등에 기반하여 무선 전력 수신기 별 전송할 전력량을 산출할 수 있으며, 산출된 전력량에 관한 정보를 소정 제어 메시지를 통해 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다.
또한, 무선 전력 송신기는 새로운 무선 전력 수신기가 충전 영역에 추가되는 경우, 기존 충전 중인 무선 전력 수신기가 충전 영역에서 제거되는 경우, 기존 충전 중인 무선 전력 수신기의 충전이 완료된 경우, 기존 충전 중인 무선 전력 수신기의 시스템 오류가 감지된 경우 등의 무선 충전 상태의 변화가 감지된 경우, 전력 재분배 절차를 개시할 수도 있다. 이때, 전력 재분배 결과는 소정 제어 메시지를 통해 무선 전력 수신기에 전송될 수 있다.
또한, 무선 전력 송신기는 네트워크 연결된 무선 전력 수신기(들)과의 시간 동기를 획득하기 위한 시간 동기 신호(Tim Synchronization Signal)를 생성하여 무선 전력 수신기에 제공할 수도 있다. 여기서, 시간 동기 신호는 무선 전력을 전송하기 위한 주파수 대역-즉, 인밴드(In-Bnad)- 또는 대역외 통신을 수행하기 위한 주파수 대역-즉, 아웃오브밴드(Out-Of-Band)-을 통해 전송될 수 있다. 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기는 시간 동기 신호에 기반하여 서로의 통신 타이밍 및 통신 시퀀스를 관리할 수 있다.
도 9에는 하나의 무선 전력 송신기와 복수의 무선 전력 수신기로 구성된 무선 전력 전송 시스템이 스타 토폴로지로 네트워크 연결된 구성이 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템은 복수의 무선 전력 송신기 및 복수의 무선 전력 수신기가 네트워크 연결되어 무선 전력을 송수신할 수 있다. 이 경우, 무선 전력 송신기는 별도의 통신 채널을 통해 자신의 상태 정보 또는(및) 자신에 접속된 무선 전력 수신기의 상태 정보를 네트워크 연결된 다른 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다. 또한, 무선 전력 수신기가 이동 가능한 장치인 경우, 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기 사이의 핸드오버를 통해 이동 중인 무선 전력 수신기에 끊김 없는 전력이 수신될 수 있도록 제어할 수도 있다.
만약, 하나의 무선 전력 수신기가 핸드 오버 과정 중 복수의 무선 전력 송신기로부터 동시에 무선 전력을 수신하는 경우, 무선 전력 수신기는 각각의 무선 전력 송신기로부터 수신되는 전력을 합산하고, 그에 기반하여 부하의 충전이 완료되기까지의 예상 소요 시간을 산출할 수도 있다. 즉, 무선 전력 수신기 또는 무선 전력 수신기와 연결된 전자기기는 핸드 오버에 따라 적응적으로 충전 완료 예상 소요 시간을 산출하고 이를 디스플레이 화면에 표시되도록 제어할 수 있다.
또한, 무선 전력 송신기는 네트워크 조정자(Network Coordinator)로서 동작하며 대역외 통신 링크를 통해 무선 전력 수신기와 정보를 교환할 수 있다. 일 예로, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 각종 정보를 수신하여 소정 디바이스 제어 테이블(Device Control Table)을 생성 및 관리하고, 디바이스 제어 테이블을 기초하여 네트워크 관리 정보를 해당 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다. 이를 통해, 무선 전력 송신기는 무선 전력 전송 시스템 네트워크를 생성하고, 이를 유지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템은 복수의 싱글 타입 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기로 구성될 수도 있다. 여기서, 싱글 타입 무선 전력 송신기는 항상 하나의 무선 전력 수신기와 통신이 연결되어 전력 전송을 수행하는 기기를 의미할 수 있다. A4WP 표준을 지원하는 싱글 타입 무선 전력 송신기의 경우, 가장 먼저 수신된 광고 신호에 대응되는 무선 전력 수신기와 통신 연결되어 전력 전송을 개시할 수 있다.
이하 설명의 편의를 위해 싱글 타입 무선 전력 송신기와 대비되는 의미로, 한번에 복수의 무선 전력 수신기와 연결되어 전력을 전송하는 것이 가능한 무선 전력 송신기를 멀티 타입 무선 전력 송신기라 명하기로 한다.
이하, 도 10에 도시된 제1 무선 전력 송신기(TX1)과 제2 무선 전력 송신기(TX2)가 싱글 타입 무선 전력 송신기라 가정한다.
도 10은 본 발명에 따른 싱글 타입 무선 전력 송신기에서의 교차 연결 문제를 설명하기 위한 도면이다.
종래의 무선 충전 시스템에서 TX1과 TX2에 전원이 동시에 인가되면, TX1과 TX2는 동일 시점에 부팅된 후 동일한 시점에 무선 전력 수신기를 감지 및 식별하기 위한 비콘 시퀀스를 개시한다. 이 경우, RX1과 RX2는 비콘 신호를 수신하여 부팅되고, 거의 동일 시점에 광고 신호를 생성하여 대역외 통신 채널을 통해 브로드캐스팅할 수 있다. 이때, RX1에 의해 송출된 제1 광고 신호-이하 설명의 편의를 위해 a1이라 명함-가 TX2에 의해 수신되고, RX2에 의해 송출된 제2 광고 신호-이하 설명의 편의를 위해 a2라 명함-가 TX1에 의해 수신되는 경우, 교차 연결이 이루어질 수 있다.
물론, 후술할 도 13에 도시된 바와 같이, TX1과 TX2의 전원 인가 시점이 상이한 경우에도 TX1과 TX2는 동일 시점에 비콘 신호를 송출할 수도 있다. 이 경우에도, 상기한 교차 연결이 이루어질 수 있다.
일 예로, TX1은 일단 RX2와의 통신이 연결되면, 이후 수신되는 광고 신호를 무시한다. 따라서, 교차 연결이 발생된 경우, TX1은 RX2와의 연결이 끊어지거나 재부팅이 이루어지는 경우를 제외하고 RX1과의 연결이 설정될 가능성은 없다. 이처럼, 교차 연결이 발생되면 심각한 전력 낭비뿐만 아니라 발열에 의한 기기 손상을 야기시킬 수 있다. 일 예로, TX1이 RX2와 교차 연결된 경우를 가정하면, TX1은 RX2의 피드백 신호-예를 들면, 동적 특성 메시지-에 기반하여 전력 제어를 수행하게 된다. 이 경우, TX1이 RX1과 정상 연결된 경우에 비해, RX2는 보다 강한 전력 전송을 TX1에 요청할 수 있다. 이 경우, TX1상에 놓여진 RX1에 강한 자기장이 흡수되어 발열 현상이 발생될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 무선 전력 송신기는 전원이 인가되면, 구성 상태에 진입하여 부팅 절차를 개시한다. 부팅이 완료되면, 무선 전력 송신기는 전력 절약 상태에 진입하여 미리 설정된 비콘 시퀀스 전송 절차를 개시한다.
비콘 시퀀스 전송 중 부하 변화를 감지하면 무선 전력 송신기는 저전력 상태로 진입하여 해당 무선 전력 수신기에 대한 등록 절차를 개시한다. 이때, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기로부터 광고 신호를 수신하고, 해당 무선 전력 수신기와 통신 연결을 시도한다.
무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기에 대한 정상적인 통신 연결 및 등록이 완료된 경우, 전력 전송 상태로 진입하여 충전을 개시한다.
후술할 도 12 내지 도 13의 설명에서는 상기한 도 10의 배치 구조에 기반하여 싱글 타입의 무선 전력 송신기가 교차 연결을 회피하는 방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서 교차 연결을 회피를 위한 비콘 신호 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 전원 인가 후 부팅이 완료되면, 구성 상태에서 전력 절약 상태로 천이하기 위해 대기하는 시간-이하 설명의 편의를 위해 대기 옵셋(Waiting Offset)이라 명함-을 임의로 랜덤하게 결정할 수 있다. 물론 최대로 대기하는 시간인 최대 대기 시간 및 대기 옵셋 단위는 미리 정의되어 무선 전력 송신기의 소정 메모리에 유지될 수 있다. 즉, 무선 전력 송신기는 최대 대기 시간 내에서 임의로 대기 시간을 결정할 수 있다.
무선 충전 표준을 따르는 제품들에 대해 해당 무선 충전 표준 규약은 전원 인가 후 부팅이 완료되어 비콘 시퀀스를 개시하기까지의 최대 허용 시간이 정의될 수 있다. 이 경우, 랜덤하게 결정된 대기 옵셋이 너무 큰 대기 시간에 대응되는 경우, 상기한 최대 허용 시간이 초과될 수 있다. 따라서, 대기 옵셋이 소정 최대 대기 시간 이내에서 선택되도록 제어하는 것이 중요할 수 있다.
이에 따라 동일 시점에 전원이 인가된 복수의 무선 전력 송신기에서의 전력 절약 상태로의 천이 시점은 서로 상이할 수 있으며, 그에 따른 비콘 신호의 송출 시점도 상이할 수 있다. 일 예로, 랜덤한 대기 옵셋은 소정 랜덤 값 생성 함수에 의해 생성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 또한, 랜덤 값 생성 함수에 입력되는 초기 값-즉, Seed 값은-은 해당 무선 전력 송신기를 고유하게 식별하는 기기 시리얼 넘버, 제조 년/월/일, 해당 무선 전력 송신기에 탑재된 소프트웨어 버전 정보, 등급 중 적어도 하나, 또는 적어도 하나의 조합으로 결정될 수 있다.
도 12의 도면 부호 12a 내지 12b에 도시된 바와 같이, TX1과 TX2는 t1 시점에 동시에 전원이 인가되면, t2 시점에 동시에 부팅을 완료하고, 각각 대기 옵셋을 랜덤하게 결정하고, 결정된 대기 옵셋만큼 대기 후 전력 절약 상태로 천이할 수 있다. 이때, TX1과 TX2에 의해 결정된 대기 옵셋이 서로 상이한 경우-즉, 제1 대기 옵셋과 제2 대기 옵셋 다르게 결정될 수 있음-, TX1과 TX2에서의 비콘 신호 송출을 시작하는 시점은 서로 상이함을 알 수 있다. 따라서, TX1과 TX2의 충전 영역상에 RX1과 RX2가 동시에 놓여진 경우에도, TX1과 TX2이 물체의 존재를 감지하는 시점-즉, 부하 변화를 감지하는 시점-은 상이하게 된다. 또한, 물체 감지 후 수신기를 식별하기 위해 송출되는 롱 비콘 신호의 전송 시점은 TX1과 TX2에서 상이할 수도 있다. 이때. 롱 비콘 신호는 미리 설정된 디폴트 롱 비콘 주기(t_default_lb_period)로 전송될 수 있다.
특히, 특정 무선 전력 송신기에 의해 송출된 비콘 신호는 해당 무선 전력 송신기의 충전 가능 영역 내에 위치한 무선 전력 수신기에 의해서만 수신될 수 있다. 무선 전력 수신기는 비콘 신호를 통해 수신된 전력을 이용하여 부팅되며, 부팅 후 무선 전력 송신기와의 통신 연결을 위한 광고 신호를 브로드캐스팅한다.
도 12의 도면 부호 12a를 참조하면, TX1에 의해 송출된 비콘 신호는 RX 1에만 수신되고, TX1은 t5 시점에 RX1에 의해 송출된 광고 신호인 a1을 수신하여 저전력 상태로 천이할 수 있다. 대역외 통신 채널을 통해 전송되는 RX1의 광고 신호 a1은 TX2에 의해서도 수신될 수 있다. 하지만, 물체가 감지된 적이 없으므로, TX2는 수신된 광고 신호(a1)을 무시할 수 있다.
도 12의 도면 부호 12b를 참조하면, TX2에 의해 송출된 비콘 신호는 RX 2에만 수신되고, TX2는 t6 시점에 RX2에 의해 송출된 광고 신호인 a2를 수신하여 저전력 상태로 천이할 수 있다. 대역외 통신 채널을 통해 전송되는 RX2의 광고 신호 a2은 TX1에 의해서도 수신될 수 있다. 하지만, 싱글 타입 무선 전력 송신기인 TX1은 이미 저전력 상태로 천이된 상태이므로, 수신된 a2를 무시할 수 있다.
도 12의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 특히, 복수개의 무선 전력 송신기와 복수개의 무선 전력 수신기가 근거리에 설치되어 사용될 수 있으며, 여러 인원이 단체로 사용하여 동시에 전원을 인가하게 되는 상황에서 발생할 수 있는 교차 연결을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 13은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서 교차 연결을 회피를 위한 비콘 신호 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13의 도면 부호 13a 내지 13b를 참조하면, TX1과 TX2에서의 전원 인가 시점은 각각 t1과 t2로 상이할 수 있다. 이 경우, 구성 상태에서 부팅이 완료되는 시점은 TX1과 TX2가 서로 상이할 수 있다. TX1과 TX2는 부팅이 완료되면, 각각 전력 절약 상태로 천이하기 위한 대기 옵셋을 랜덤하게 결정할 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해 TX1과 TX2에 의해 랜덤하게 결정된 대기 옵셋을 각각 제1 대기 옵셋과 제2 대기 옵셋이라 명하기로 한다.
도면 부호 13a 내지 13b에 도시된 바와 같이, 결정된 제1 대기 옵셋 및 제2 대기 옵셋에 기반하여 전력 절약 상태로 천이되는 타이밍은 TX1과 TX2이 모두 t5로 동일할 수 있다. 이 경우, 비콘 신호 송출 개시 시점이 TX1과 TX2에서 동일하므로, TX1과 TX는 t6 시점에 RX1 및 RX2에 의해 송출된 광고 신호인 a1과 a2를 수신할 수 있다. 싱글 타입의 무선 전력 송신기인 TX1과 TX2는 물체 감지 후 복수의 무선 전력 수신기로부터 광고 신호가 수신된 경우, 다음 롱 비콘 신호의 전송 타이밍을 랜덤하게 결정할 수 있다.
도면 부호 13a 및 13b에 도시된 바와 같이, TX1 및 TX2는 t6 시점에 복수의 광고 신호가 수신되면, 각각 다음 롱 비콘 전송을 위한 대기 옵셋을 각각 제3 대기 옵셋과 제4 대기 옵셋으로 결정할 수 있다. 만약, 제3 대기 옵셋과 제4 대기 옵셋이 상이하고 제4 대기 옵셋이 제3 대기 옵셋보다 큰 경우, TX1은 t7 시점에 RX1으로부터 광고 신호 a1를 수신하여 저전력 상태로 천이하고, TX2는 t8 시점에 RX2로부터 광고 신호 a2를 수신하여 저전력 상태로 천이할 수 있다.
상기한 도 12 및 도 13에 개시된 실시예를 통해 본원 발명의 일 실시예에 따른 싱글 타입의 무선 전력 송신 장치는 전원 인가 시점에 관계 없이 무선 전력 수신기가 교차 연결되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다. 이를 통해, 본원 발명은 불필요한 전력 낭비 및 발열 현상을 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 싱글 타입 무선 전력 송신기에서의 전력 전송 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14의 도면 부호 14a를 참조하면, TX1은 충전 영역에 RX1이 배치되어 충전 중인 상태에서 RX2가 TX1의 충전 영역에 위치될 수 있다. 이 경우, 도면 부호 14b에 도시된 바와 같이, 전력 전송 상태에서 RX1으로 전력 전송 중 TX1은 대역외 통신 채널을 통해 RX2에 의해 생성된 광고 신호 a2를 소정 주기로 반복 수신할 수 있다.
일 실시예에 따른 TX1은 광고 신호 a2의 연속 수신 개수가 소정 기준치를 초과하는 경우, RX1으로의 전력 전송을 중단하고, 충전 영역에 복수의 무선 전력 수신기가 배치되었음을 지시하는 소정 경고 알람 신호를 출력할 수 있다.
이 후, TX1은 전력 절약 상태로 천이하여 무선 전력 수신기의 감지 및 식별 절차를 수행할 수 있다.
일 실시예에 따른 TX1은 경고 알람 신호 송출 후 제5 대기 옵셋만큼의 시간이 경과되면, 전력 절약 상태로 천이하여 비콘 시퀀스를 개시할 수 있다.
여기서, 제5 대기 옵셋은 랜덤하게 결정될 수도 있으나 이에 한정되지는 않으며, 어느 고정된 값으로 설정될 수도 있다.
상기한 도 14에 개시된 실시 예를 통해 본원 발명의 일 실시예에 따른 싱글 타입의 무선 전력 송신 장치는 충전 영역 내에 복수 개의 무선 전력 수신기가 배치된 경우에, 교차 연결되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다. 즉, 일 실시예에 따른 경고 알람 신호 및 제5 대기 옵셋 시간 이후의 감지 및 식별 절차를 통하여, TX1의 충전 영역 내에 적절한 RX를 선택하여 충전할 수 있는 장점이 있다. 이를 통해, 본원 발명은 불필요한 전력 낭비 및 발열 현상을 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 15를 참조하면, 무선 전력 송신기(1500)는 대역외 통신부(1510), 대기 옵셋 생성부(1520), 전력 전송부(1530), 알람부(1540) 및 제어부(1550)를 포함하여 구성될 수 있다.
대역외 통신부(1510)는 블루투스 저전력 통신과 같은 근거리 무선 통신을 통해 무선 전력 수신기와 각종 제어 신호 및 상태 정보를 교환할 수 있다.
일 예로, 대역외 통신부(1510)는 광고 신호를 수신하여 제어부(1550)에 전달할 수 있다.
대기 옵셋 생성부(1520)는 제어부(1550)의 제어 신호에 따라 랜덤한 대기 옵셋을 생성할 수 있다. 일 예로, 랜덤한 대기 옵셋은 소정 랜덤 값 생성 함수에 의해 생성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 또한, 랜덤 값 생성 함수에 입력되는 초기 값-즉, Seed 값은-은 해당 무선 전력 송신기를 고유하게 식별하는 기기 시리얼 넘버, 제조 년/월/일, 해당 무선 전력 송신기에 탑재된 소프트웨어 버전 정보, 등급 중 적어도 하나, 또는 적어도 하나의 조합으로 결정될 수 있다.
전력 전송부(1530)는 제어부(1550)의 제어 신호에 따라 비콘 시퀀스를 생성하고, 구비된 공진 회로를 통해 송출할 수 있다. 또한, 전력 전송부(1530)는 제어부(1550)의 제어 신호에 따라 무선 전력 수신기의 부하 충전을 위한 전력을 생성하여 구비된 공진 회로를 통해 송출할 수 있다. 물론, 공진 회로를 통해 송출되는 전력의 세기는 제어부(1550)의 제어 신호에 따라 조절될 수 있다. 전력 전송부(1530)는 공진 회로를 통해 송출되는 교류 신호의 세기를 듀티 레이트(duty rate), 동작 주파수, 위상, 인버터에 입력되는 DC 전력의 세기 중 적어도 하나를 조절하여 제어할 수 있다.
알람부(1540)는 제어부(1550)의 소정 제어 신호에 따라 교차 연결되었음을 지시하는 소정 경고 알람을 출력할 수 있다.
또한, 알람부(1540)는 제어부(1550)의 소정 제어 신호에 따라 복수의 무선 전력 수신기가 충전 영역에 배치되었음을 지시하는 소정 경고 알람을 출력할 수도 있다.
제어부(1550)는 무선 전력 송신기(1500)의 전체적인 동작을 제어할 수 있다.
일 예로, 제어부(1550)는 구성 상태에서 부팅이 완료된 경우 대기 옵셋을 생성하도록 지시하는 소정 제어 신호를 대기 옵셋 생성부(1520)에 송출할 수 있다. 제어부(1550)는 대기 옵셋 생성부(1520)로부터 수신된 대기 옵셋에 기반하여 비콘 시퀀스가 개시되도록 전력 전송부(1530)를 제어할 수 있다.
다른 일 예로, 제어부(1550)는 전력 절약 상태에서 복수의 광고 신호가 동시에 수신되는 경우, 대기 옵셋을 생성하도록 지시하는 소정 제어 신호를 대기 옵셋 생성부(1520)에 송출할 수 있다. 제어부(1550)는 대기 옵셋 생성부(1520)로부터 수신된 대기 옵셋에 기반하여 비콘 신호의 전송 타이밍이 조절되도록 전력 전송부(1530)을 제어할 수 있다.
또 다른 일 예로, 제어부(1550)는 전력 전송 상태에서 연속적으로 수신되는 광고 신호의 개수가 소정 기준치를 초과하는 경우, 충전 영역에 복수의 수신기가 배치되었음을 지시하는 소정 경고 알람이 출력되도록 알람부(1540)를 제어할 수 있다. 경고 알람 출력 후, 제어부(1550)는 해당 무선 전력 수신기로의 전력 전송을 중단하고 전력 절약 상태로 천이하여 무선 전력 수신기 탐색 절차가 수행되도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(1550)는 전력 전송 상태에서 복수의 수신기가 배치되었음을 지시하는 소정 경고 알람 출력 후 즉시 전력 전송을 중단한 후 소정 대기 타이머를 구동시킬 수 있다. 이 후, 대기 타이머가 만료되면, 제어부(1550)는 전력 절약 상태로 천이하여 비콘 시퀀스를 개시할 수도 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.
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 (21)

  1. 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신기의 무선 전력 송신 방법에 있어서,
    무선 전력 송신기에 전원이 인가되는 단계;
    제1 대기 시간을 설정하는 단계; 및
    무선 전력 수신기를 감지 또는 식별하기 위한 요청 신호를 송신하는 단계; 를 포함하고,
    상기 제1 대기 시간은 랜덤하게 설정되고,
    상기 요청 신호를 송신하는 단계는 제1 특정 시점으로부터 상기 제1 대기 시간이 경과된 시점에 개시되는, 무선 전력 송신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 송신기는 동시에 한 개의 무선 전력 수신기에만 전력을 공급하는 무선 전력 송신기인, 무선 전력 송신 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 특정 시점은 상기 전원이 인가되는 시점인, 무선 전력 송신 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 특정 시점은 상기 무선 전력 송신기의 부팅이 완료되는 시점인, 무선 전력 송신 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 대기 시간은 기 설정된 최대 대기 시간을 초과하지 않도록 설정되는, 무선 전력 송신 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신기로부터 식별 정보 및 특성 정보를 포함하는 정보 신호를 수신하는 단계;
    제2 대기 시간을 설정하는 단계; 및
    상기 요청 신호를 재송신하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 제2 대기 시간은 랜덤하게 설정되고,
    상기 요청 신호를 재송신하는 단계는 제2 특정 시점으로부터 상기 제2 대기 시간이 경과된 시점에 개시되는, 무선 전력 송신 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 특정 시점은 복수개의 상기 무선 전력 수신기로부터 상기 정보 신호를 수신하는 시점인, 무선 전력 송신 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2 대기 시간은 기 설정된 최대 대기 시간을 초과하지 않도록 설정되는, 무선 전력 송신 방법.
  9. 제2항에 있어서,
    제1 무선 전력 수신기에 전력을 송신하는 단계;
    제2 무선 전력 수신기로부터 식별 정보 및 특성 정보를 포함하는 정보 신호를 수신하는 단계;
    제3 대기 시간을 설정하는 단계; 및
    상기 요청 신호를 재송신하는 단계
    를 더 포함하는, 무선 전력 송신 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제3 대기 시간은 랜덤하게 설정되고,
    상기 요청 신호를 재송신하는 단계는 제3 특정 시점으로부터 상기 제3 대기 시간이 경과된 시점에 개시되는, 무선 전력 송신 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제3 특정 시점은,
    상기 제1 무선 전력 수신기에 대한 전력 송신이 종료된 시점인, 무선 전력 송신 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제3 특정 시점에 경고 알람이 개시되는, 무선 전력 송신 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제3 대기 시간은 기 설정된 최대 대기 시간을 초과하지 않도록 설정되는, 무선 전력 송신 방법.
  14. 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신기의 무선 전력 송신 방법에 있어서,
    무선 전력 수신기를 감지 또는 식별하기 위한 요청 신호를 송신하는 단계;
    상기 무선 전력 수신기로부터 식별 정보 및 특성 정보를 포함하는 정보 신호를 수신하는 단계;
    대기 시간을 설정하는 단계; 및
    상기 무선 전력 수신기에 요청 신호를 재송신하는 단계
    를 포함하고,
    상기 대기 시간은 랜덤하게 설정되고,
    상기 요청 신호를 재송신하는 단계는 특정 시점으로부터 상기 대기 시간이 경과된 시점에 개시되는, 무선 전력 송신 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 무선 전력 송신기는 동시에 한 개의 무선 전력 수신기에만 전력을 공급하는 무선 전력 송신기인, 무선 전력 송신 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 특정 시점은 복수개의 상기 무선 전력 수신기로부터 상기 정보 신호를 수신하는 시점인, 무선 전력 송신 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 대기 시간은 기 설정된 최대 대기 시간을 초과하지 않도록 설정되는, 무선 전력 송신 방법.
  18. 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신기의 무선 전력 송신 방법에 있어서,
    무선 전력 수신기를 감지 또는 식별하기 위한 요청 신호를 송신하는 단계;
    제1 무선 전력 수신기로부터 식별 정보 또는 특성 정보를 포함하는 제1 정보 신호를 수신하는 단계;
    상기 제1 무선 전력 수신기에 전력을 송신하는 단계;
    제2 무선 전력 수신기로부터 식별 정보 또는 특성 정보를 포함하는 제2 정보 신호를 수신하는 단계;
    대기 시간을 설정하는 단계; 및
    상기 요청 신호를 재송신하는 단계
    를 포함하고,
    상기 대기 시간은 랜덤 하게 설정되고, 상기 요청 신호를 재송신하는 단계는 특정 시점으로부터 상기 대기 시간이 경과된 시점에 개시되는, 무선 전력 송신 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 무선 전력 송신기는 동시에 한 개의 무선 전력 수신기에만 전력을 공급하는 무선 전력 송신기인, 무선 전력 송신 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 특정 시점은 상기 제1 무선 전력 수신기에 대한 전력 송신이 종료된 시점인, 무선 전력 송신 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 대기 시간은 기 설정된 최대 대기 시간을 초과하지 않도록 설정되는, 무선 전력 송신 방법.
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