KR20180006665A - 무선 충전 기기를 이용한 전력 수집 장치 및 제어 방법 - Google Patents

무선 충전 기기를 이용한 전력 수집 장치 및 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 충전 기기를 이용한 전력 수집 장치 및 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 수집 장치는, 무선 전력 수신기가 탑재된 제1 단말에 충전된 전력을 수신하기 위한 입력 포트; 상기 입력 포트를 통해 수신된 전력을 충전하는 배터리; 상기 배터리로부터 인가된 전력을 소정 세기의 전력으로 변환하는 전력 변환부; 상기 변환된 전력을 공급받기 위한 제2 단말이 접속되는 출력 포트; 및 상기 입력 포트 및 상기 출력 포트로의 단말 접속 여부를 감지하여 상기 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 제어부; 를 포함할 수 있다.

Description

무선 충전 기기를 이용한 전력 수집 장치 및 제어 방법{Power collection device and a control method using a wireless charging device}
본 발명은 무선 전력 전송에 관한 것으로, 상세하게 무선 충전 시스템에 의해 충전된 전력을 수집하는 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
휴대폰, 노트북과 같은 휴대용 단말은 전력을 저장하는 배터리와 배터리의 충전 및 방전을 위한 회로를 포함한다. 이러한 단말의 배터리가 충전되려면, 외부의 충전기로부터 전력을 공급받아야 한다.
일반적으로 배터리에 전력을 충전시키기 위한 충전장치와 배터리 간의 전기적 연결방식의 일 예로, 상용전원을 공급받아 배터리에 대응하는 전압 및 전류로 변환하여 해당 배터리의 단자를 통해 배터리로 전기에너지를 공급하는 단자공급방식을 들 수 있다. 이러한 단자공급방식은 물리적인 케이블(cable) 또는 전선의 사용이 동반된다. 따라서 단자공급방식의 장비들을 많이 취급하는 경우, 많은 케이블들이 상당한 작업 공간을 차지하고 정리가 곤란하며 외관상으로도 좋지 않다. 또한 단자공급방식은 단자들간의 서로 다른 전위차로 인한 순간방전현상, 이물질에 의한 소손 및 화재 발생, 자연방전, 배터리의 수명 및 성능 저하 등의 문제점을 야기할 수 있다.
최근 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 무선으로 전력을 전송하는 방식을 이용한 충전시스템(이하 "무선 충전 시스템"이라 칭함.)과 제어방법들이 제시되고 있다. 또한, 무선 충전 시스템이 과거에는 일부 휴대용 단말에 기본 장착되지 않고 소비자가 별도 무선 충전 수신기 액세서리를 별도로 구매해야 했기에 무선 충전 시스템에 대한 수요가 낮았으나 무선 충전 사용자가 급격히 늘어날 것으로 예상되며 향후 단말 제조사에서도 무선충전 기능을 기본 탑재할 것으로 예상된다.
일반적으로 무선 충전 시스템은 무선 전력 전송 방식으로 전기에너지를 공급하는 무선 전력 송신기와 무선 전력 송신기로부터 공급되는 전기에너지를 수신하여 배터리를 충전하는 무선 전력 수신기로 구성된다.
이러한 무선 충전 시스템은 적어도 하나의 무선 전력 전송 방식(예를 들어, 전자기 유도 방식, 전자기 공진 방식, RF 무선 전력 전송 방식 등)에 의해 전력을 전송할 수 있다.
일 예로, 무선 전력 전송 방식은 전력 송신기 코일에서 자기장을 발생시켜 그 자기장의 영향으로 수신기 코일에서 전기가 유도되는 전자기 유도 원리를 이용하여 충전하는 전자기 유도 방식에 기반한 다양한 무선 전력 전송 표준이 사용될 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 있다.
다른 일 예로, 무선 전력 전송 방식은 무선 전력 송신기의 송신 코일에 의해 발생되는 자기장을 특정 공진 주파수에 동조하여 근거리에 위치한 무선 전력 수신기에 전력을 전송하는 전자기 공진(Electromagnetic Resonance) 방식이 이용될 수도 있다. 여기서, 전자기 공진 방식은 무선 충전 기술 표준 기구인 A4WP(Alliance for Wireless Power) 표준 기구에서 정의된 공진 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다. 또 다른 일 예로, 무선 전력 전송 방식은 RF 신호에 저전력의 에너지를 실어 원거리에 위치한 무선 전력 수신기로 전력을 전송하는 RF 무선 전력 전송 방식이 이용될 수도 있다.
한편, 무선 전력 수신기를 탑재하지 않은 이동 기기에 전력이 필요한 경우가 있다. 또는 무선 전력 수신기를 탑재하더라도 무선 전력 송신기의 전송 전력 레벨이 무선 전력 수신기의 전력 수신 레벨에 미치지 못하는 경우가 있다. 상기의 경우, 이동 기기는 전력을 수신할 수 없거나, 수신하더라도 충분한 전력을 수신할 수 없다.
따라서, 무선 전력 수신기를 탑재한 단말에 충전된 전력을 수집 및 변환하여 무선 전력 수신기를 탑재하지 않은 이동 기기 또는 전력 수신 레벨이 높은 이동 기기에 전력을 중간에서 전달해줄 수 있는 장치 및 방법이 필요하다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 무선 충전 기기를 이용한 전력 수집 장치 및 제어 방법를 제공하는 것이다.
본 발명은 무선 전력 수신기를 탑재한 단말에 충전된 전력을 이용하여 다른 단말 또는 소형 전자 기기로 전력을 공급하기 위한 전력 수집 장치 및 제어 방법을 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.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 수집 장치는, 무선 전력 수신기가 탑재된 제1 단말에 충전된 전력을 수신하기 위한 입력 포트; 상기 입력 포트를 통해 수신된 전력을 충전하는 배터리; 상기 배터리로부터 인가된 전력을 소정 세기의 전력으로 변환하는 전력 변환부; 상기 변환된 전력을 공급받기 위한 제2 단말이 접속되는 출력 포트; 및 상기 입력 포트 및 상기 출력 포트로의 단말 접속 여부를 감지하여 상기 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 제어부; 를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 입력 포트는 복수개이며, 적어도 하나의 상기 제1 단말로부터 전력을 수신할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 입력 포트를 통해 상기 제1 단말로부터 수신된 전력을 상기 배터리에 충전하기 위한 충전부; 를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 전력 변환부는, 상기 배터리로부터 출력되는 제1 전력을 상기 출력 포트에 접속된 상기 제2 단말에 대응되는 제2 전력으로 변환할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 입력 포트에 접속된 상기 제1 단말과 상기 출력 포트에 접속된 상기 제2단말을 감지하는 센싱부; 를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 센싱부는, 상기 제어부로 상기 입력 포트에 상기 제1단말의 접속 여부 정보와 상기 출력 포트에 상기 제2단말의 접속 여부 정보를 전달할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 전력 변환부는, 상기 배터리에 저장된 전력 에너지를 출력 전압으로 승압 또는 감압하는 하는 승감압부; 를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제어부의 방전을 제어하는 동작의 활성화 여부를 사용자의 입력에 따라 달리하는 스위치; 를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제1 단말에 충전된 전력은, 무선 전력 송신기로부터 수신한 전력일 수 있다.
실시예에 따라, 상기 충전부는 정류회로를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 수집 장치 제어 방법은, 무선 전력 수신기가 탑재된 제1 단말에 충전된 전력을 입력 포트가 수신하는 단계; 상기 입력 포트를 통해 수신된 전력을 배터리가 충전하는 단계; 상기 배터리로부터 인가된 전력을 전력 변환부가 소정 세기의 전력으로 변환하는 단계; 상기 변환된 전력을 공급받기 위한 제2 단말이 출력 포트에 접속 하면 제어부가 상기 출력 포트로의 단말 접속 여부를 감지하여 상기 배터리의 방전을 제어하는 단계; 를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 입력 포트는 복수 개이며, 상기 제1 단말에 충전된 전력을 입력 포트가 수신하는 단계는, 적어도 하나의 상기 제1 단말로부터 전력을 수신하는 단계; 를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 입력 포트를 통해 상기 제1 단말로부터 수신된 전력을 충전부가 상기 배터리에 충전하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 배터리로부터 인가된 전력을 전력 변환부가 소정 세기의 전력으로 변환하는 단계는, 상기 배터리로부터 출력되는 제1 전력을 상기 출력 포트에 접속된 상기 제2 단말에 대응되는 제2 전력으로 변환하는 단계; 를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 센싱부가 상기 입력 포트에 접속된 상기 제1 단말과 상기 출력 포트에 접속된 상기 제2단말을 감지하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 센싱부가 상기 제어부로 상기 입력 포트에 상기 제1단말의 접속 여부 정보와 상기 출력 포트에 상기 제2단말의 접속 여부 정보를 전달하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 배터리로부터 인가된 전력을 전력 변환부가 소정 세기의 전력으로 변환하는 단계는, 승감압부가 상기 배터리에 저장된 전력 에너지를 출력 전압으로 승압 또는 감압하는 하는 단계; 를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 위치가 사용자의 입력에 따라 상기 제어부의 방전을 제어하는 동작의 활성화 여부를 달리하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제1 단말이 무선 전력 송신기로부터 전력을 수신하여 충전하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 충전부는 정류회로를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 본 발명은 상기 기재된 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 무선 충전 기기를 이용한 전력 수집 장치 및 제어 방법에 대한 효과를 설명하면 다음과 같다.
첫째, 본 발명은 무선 전력 수신기를 탑재한 단말에 충전되어 있는 전력을 상황에 따라 능동적으로 이용할 수 있다.
둘째, 본 발명은 무선 전력 수신기를 탑재하지 않은 단말로 전력을 공급할 수 있다.
셋째, 본 발명은 충전기의 전력 송신 레벨과 단말의 전력 수신 레벨이 상이한 상황에서 전력 변환을 통해 적절한 전력을 공급할 수 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 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 WPC 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 4는 PMA 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 공진 방식의 무선 전력 전송 시스템의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 공진 방식의 무선 전력 전송 시스템의 등가 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 공진 방식의 무선 전력 송신기에서의 상태 천이 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 공진 방식의 무선 전력 수신기의 상태 천이도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시에에 따른 전자기 공진 방식의 무선 충전 절차를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 수집 시스템을 설명하기 위한 구도조이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 수집 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 수집 장치를 설명하기 위한 구조도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 수집 장치의 충전 모드 및 방전 모드를 설명하기 위한 구조도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 수집 장치를 포함하는 제2 단말을 설명하기 위한 구조도이다.
도 15는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전력 수집 장치를 포함하는 제2 단말을 설명하기 위한 구조도이다.
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.
실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)", "전(앞) 또는 후(뒤)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(위) 또는 하(아래)" 및"전(앞) 또는 후(뒤)"는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다.
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.
그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
실시예의 설명에 있어서, 무선 전력 충전 시스템상에서 무선 전력을 송신하는 장치는 설명의 편의를 위해 무선 전력 송신기, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 송신기, 송신단, 송신기, 송신 장치, 송신측, 무선 전력 전송 장치, 무선 전력 전송기, 무선충전장치 등을 혼용하여 사용하기로 한다. 또한, 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 수신 단말기, 수신측, 수신 장치, 수신기 단말 등이 혼용되어 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 무선충전장치는 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 전력을 전송할 수도 있다.
일 예로, 무선 전력 송신기는 통상적으로 책상이나 탁자 위 등에서 놓여서 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 자동차용으로도 개발되어 적용되어 차량 내에서 사용될 수 있다. 차량에 설치되는 무선 전력 송신기는 간편하고 안정적으로 고정 및 거치할 수 있는 거치대 형태로 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 단말은 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 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며 본 발명에 따른 무선 전력 수신 수단이 장착되어 배터리 충전이 가능한 모바일 디바이스 기기(이하, "디바이스"라 칭함.)라면 족하고, 단말 또는 디바이스라는 용어는 혼용하여 사용될 수 있다. 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기는 차량, 무인 항공기, 에어 드론 등에도 탑재될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기는 적어도 하나의 무선 전력 전송 방식이 구비될 수 있으며, 2개 이상의 무선 전력 송신기로부터 동시에 무선 전력을 수신할 수도 있다. 여기서, 무선 전력 전송 방식은 상기 전자기 유도 방식, 전자기 공진 방식, RF 무선 전력 전송 방식 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 특히, 전자기 유도 방식을 지원하는 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.
일반적으로, 무선 전력 시스템을 구성하는 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기는 인밴드 통신 또는 BLE(Bluetooth Low Energy) 통신을 통해 제어 신호 또는 정보를 교환할 수 있다. 여기서, 인밴드 통신, BLE 통신은 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation) 방식, 주파수 변조 방식, 위상 변조 방식, 진폭 변조 방식, 진폭 및 위상 변조 방식 등으로 수행될 수 있다. 일 예로, 무선 전력 수신기는 수신 코일을 통해 유도된 전류를 소정 패턴으로 ON/OFF 스위칭하여 궤환 신호(feedback signal)를 생성함으로써 무선 전력 송신기에 각종 제어 신호 및 정보를 전송할 수 있다. 무선 전력 수신기에 의해 전송되는 정보는 수신 전력 세기 정보를 포함하는 다양한 상태 정보를 포함할 수 있다. 이때, 무선 전력 송신기는 수신 전력 세기 정보에 기반하여 충전 효율 또는 전력 전송 효율을 산출할 수 있다.
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 송신기(10), 상기 송출된 전력을 수신하는 무선 전력 수신기(20) 및 수신된 전력을 공급 받는 전자기기(20)로 구성될 수 있다.
일 예로, 무선 전력 송신기(10)과 무선 전력 수신기(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 송신기(10)과 무선 전력 수신기(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 송신기(10)과 무선 전력 수신기(20) 사이에 교환되는 정보는 서로의 상태 정보뿐만 아니라 제어 정보도 포함될 수 있다. 여기서, 송수신기 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 수신기(20)이 무선 전력 송신기(10)으로만 정보를 전송하는 것일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 송신기(10)이 무선 전력 수신기(20)으로 정보를 전송하는 것일 수도 있다.
반이중 통신 방식은 무선 전력 수신기(20)과 무선 전력 송신기(10) 사이의 양방향 통신은 가능하나, 어느 한 시점에 어느 하나의 장치에 의해서만 정보 전송이 가능한 특징이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기(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 송신기(10)은 고속 충전 지원 여부를 지시하는 소정 패킷을 무선 전력 수신기(20)에 전송할 수 있다. 무선 전력 수신기(20)은 접속된 무선 전력 송신기(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 송신기(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 수신기(20)에 전송할 수 있다. 무선 전력 수신기(20)은 수신된 고속 충전 요청 신호에 상응하는 충전 모드 패킷을 생성하여 무선 전력 송신기(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 수신기(20)은 복수의 무선 전력 수신 장치로 구성될 수 있으며, 하나의 무선 전력 송신기(10)에 복수의 무선 전력 수신 장치가 연결되어 무선 충전을 수행할 수도 있다. 이때, 무선 전력 송신기(10)은 시분할 방식으로 복수의 무선 전력 수신 장치에 전력을 분배하여 송출할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 다른 일 예로, 무선 전력 송신기(10)은 무선 전력 수신 장치 별 할당된 상이한 주파수 대역을 이용하여 복수의 무선 전력 수신 장치에 전력을 분배하여 송출할 수 있다.
이때, 하나의 무선 전력 송신 장치(10)에 연결 가능한 무선 전력 수신 장치의 개수는 무선 전력 수신 장치 별 요구 전력량, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량 및 무선 전력 송신 장치의 가용 전력량 중 적어도 하나에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.
다른 일 예로, 도 200b에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기(10)은 복수의 무선 전력 송신 장치로 구성될 수도 있다. 이 경우, 무선 전력 수신기(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 수신기(20)과 연결된 무선 전력 송신 장치의 개수는 무선 전력 수신기(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 WPC 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 3를 참조하면, WPC 표준에 따른 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(Selection Phase, 310), 핑 단계(Ping Phase, 320), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 330), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 340) 단계로 구분될 수 있다.
선택 단계(310)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(310)에서 송신기는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다. 만약, 송신기가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 단계(320)로 천이할 수 있다(S301). 선택 단계(310)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(320)에서 송신기는 물체가 감지되면, 수신기를 활성화시키고, 수신기가 WPC 표준이 호환되는 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송한다. 핑 단계(320)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 지시자-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(310)로 천이할 수 있다(S302). 또한, 핑 단계(320)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 신호-를 수신하면, 선택 단계(310)로 천이할 수도 있다(S303).
핑 단계(320)가 완료되면, 송신기는 수신기 식별 및 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(330)로 천이할 수 있다(S304).
식별 및 구성 단계(330)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(310)로 천이할 수 있다(S305).
수신기에 대한 식별 및 구성이 완료되면, 송신기는 무선 전력을 전송하는 전력 전송 단계(340)로 천이할 수 있다(S306).
전력 전송 단계(340)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(310)로 천이할 수 있다(S307).
또한, 전력 전송 단계(340)에서, 송신기는 송신기 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 식별 및 구성 단계(330)로 천이할 수 있다(S308).
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 4은 PMA 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 4를 참조하면, PMA 표준에 따른 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 대기 단계(Standby Phase, 410), 디지털 핑 단계(Digital Ping Phase, 420), 식별 단계(Identification Phase, 430), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 440) 단계 및 충전 완료 단계(End of Charge Phase, 450)로 구분될 수 있다.
대기 단계(410)는 파워 전송을 위한 수신기 식별 절차를 수행하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계일 수 있다. 여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다. 또한, 대기 단계(410)에서 송신기는 충전 표면(Charging Surface)에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다. 만약, 송신기가 충전 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되거나 RXID 재시도가 진행중인 경우, 디지털 핑 단계(420)로 천이할 수 있다(S401). 여기서, RXID는 PMA 호환 수신기에 할당되는 고유 식별자이다. 대기 단계(410)에서 송신기는 매우 짧은 펄스의 아날로그 핑(Analog Ping)을 전송하며, 송신 코일의 전류 변화에 기반하여 인터페이스 표면-예를 들면, 충전 베드-의 활성 영역(Active Area)에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다.
디지털 핑 단계(420)로 천이된 송신기는 감지된 물체가 PMA 호환 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑 신호를 송출한다. 송신기가 전송한 디지털 핑 신호에 의해 수신기에 충분한 전력이 공급되는 경우, 수신기는 수신된 디지털 핑 신호를 PMA 통신 프로토콜에 따라 변조하여 소정 응답 시그널을 송신기에 전송할 수 있다. 여기서, 응답 시그널은 수신기에 수신된 전력의 세기를 지시하는 신호 세기 지시자가 포함될 수 있다. 디지털 핑 단계(420)에서 수신기는 유효한 응답 시그널이 수신되면, 식별 단계(430)로 천이할 수 있다(S402).
만약, 디지털 핑 단계(420)에서, 응답 시그널이 수신되지 않거나, PMA 호환 수신기가 아닌 것으로 확인되면-즉, FOD(Foreign Object Detection)인 경우-, 송신기는 대기 단계(410)로 천이할 수 있다(S403). 일 예로, FO(Foreign Object)는 동전, 키 등을 포함하는 금속성 물체일 수 있다.
식별 단계(430)에서, 송신기는 수신기 식별 절차가 실패하거나 수신기 식별 절차를 재수행하여야 하는 경우 및 미리 정의된 시간 동안 수신기 식별 절차를 완료하지 못한 경우에 대기 단계(410)로 천이할 수 있다(S404).
송신기는 수신기 식별에 성공하면, 식별 단계(430)에서 전력 전송 단계(440)로 천이하여 충전을 개시할 수 있다(S405).
전력 전송 단계(440)에서, 송신기는 원하는 신호가 미리 정해진 시간 이내에 수신되지 않거나(Time Out), FO가 감지되거나, 송신 코일의 전압이 미리 정의된 기준치를 초과하는 경우, 대기 단계(410)으로 천이할 수 있다(S406).
또한, 전력 전송 단계(440)에서, 송신기는 내부 구비된 온도 센서에 의해 감지된 온도가 소정 기준치를 초과하는 경우, 충전 완료 단계(450)로 천이할 수 있다(S407).
충전 완료 단계(450)에서, 송신기는 수신기가 충전 표면에서 제거된 것이 확인되면, 대기 상태(410)으로 천이할 수 있다(S409).
또한, 송신기는 Over Temperature 상태에서, 일정 시간 경과 후 측정된 온도가 기준치 이하로 떨어진 경우, 충전 완료 단계(450)에서 디지털 핑 단계(420)로 천이할 수 있다(S410).
디지털 핑 단계(420) 또는 전력 전송 단계(440)에서, 송신기는 수신기로부터 EOC(End Of Charge) 요청이 수신되면, 충전 완료 단계(450)로 천이할 수도 있다(S408 및 S411).
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 공진 방식의 무선 전력 전송 시스템의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5을 참조하면, 무선 전력 전송 시스템은 무선 전력 송신기(510)와 무선 전력 수신기(520)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 도 5에는 무선 전력 송신기(510)가 하나의 무선 전력 수신기(520)에 무선 전력을 전송하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기(510)는 복수의 무선 전력 수신기(520)에 무선 전력을 전송할 수도 있다. 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기(520)는 복수의 무선 전력 송신기(510)로부터 동시에 무선 전력을 수신할 수도 있음을 주의해야 한다.
무선 전력 송신기(510)는 특정 전력 전송 주파수를 이용하여 자기장을 발생시켜 무선 전력 수신기(520)에 전력을 송신할 수 있다.
무선 전력 수신기(520)는 무선 전력 송신기(510)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(510)에 의해 전송된 전력은 무선 전력 송신기(510)와 공진을 이루는 무선 전력 수신기(520)에 전달될 수 있다.
하나의 무선 전력 송신기(510)로부터 전력을 수신할 수 있는 무선 전력 수신기(520)의 최대 개수는 무선 전력 송신기(510)의 최대 전송 전력 레벨, 무선 전력 수신기(520)의 최대 전력 수신 레벨, 무선 전력 송신기(510) 및 무선 전력 수신기(520)의 물리적인 구조에 기반하여 결정될 수 있다.
무선 전력 송신기(510)와 무선 전력 수신기(520)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(510)와 무선 전력 수신기(520)는 상기 양방향 통신을 통해 서로의 특성 및 상태 정보-즉, 전력 협상 정보-를 교환할 수 있다.
일 예로, 무선 전력 수신기(520)는 무선 전력 송신기(510)로부터 수신되는 전력 레벨을 제어하기 위한 소정 전력 수신 상태 정보를 양방향 통신을 통해 무선 전력 송신기(510)에 전송할 수 있으며, 무선 전력 송신기(510)는 수신된 전력 수신 상태 정보에 기반하여 동적으로 전송 전력 레벨을 제어할 수 있다. 이를 통해, 무선 전력 송신기(510)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(510)는 양방향 통신을 통해 무선 전력 수신기(520)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 5을 참조하여 설명하기로 한다.
무선 전력 송신기(510)는 전원공급부(power supplier, 511), 전력변환부(Power Conversion Unit, 512), 매칭회로(Matching Circuit, 513), 송신공진기(Transmission Resonator, 514), 주제어부(Main Controller, 515) 및 통신부(Communication Unit, 516)를 포함하여 구성될 수 있다. 통신부는 데이터 송신기(Data Transmitter)와 데이터 수신기(Data receiver)를 포함할 수 있다.
전원공급부(511)는 주제어부(515)의 제어에 따라 전력변환부(512)에 특정 공급 전압을 공급할 수 있다. 이때, 공급 전압은 DC 전압 또는 AC 전압일 수 있다.
전력변환부(521)는 주제어부(515)의 제어에 따라 전력공급부(511)로부터 수신된 전압을 특정 전압으로 변환시킬 수 있다. 이를 위해, 전력변환부(521)는 DC/DC 변환기(DC/DC convertor), AC/DC 변환기(AC/DC convertor), 전력 증폭기(Power amplifier) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
매칭회로(513)는 전력 전송 효율을 극대화시키기 위해 전력변환부(521)와 송신공진기(514) 사이의 임피던스를 정합하는 회로이다.
송신공진기(514)는 매칭회로(513)로부터 인가된 전압에 따라 특정 공진 주파수를 이용하여 무선으로 전력을 전송할 수 있다.
무선 전력 수신기(520)는 수신공진기(Reception Resonator, 521), 정류기(Rectifier, 522), DC-DC 변환기(DC-DC Converter, 523), 부하(Load, 524), 주제어부(Main Controller, 525) 및 통신부(Communication Unit, 526)를 포함하여 구성될 수 있다. 통신부는 데이터 송신기(Data Transmitter)와 데이터 수신기(Data receiver)를 포함할 수 있다.
수신공진기(521)는 공진 현상을 통해 송신공진기(514)에 의해 송출된 전력을 수신할 수 있다.
정류기(521)는 수신공진기(521)로부터 인가되는 AC 전압을 DC 전압으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.
DC-DC 변환기(523)는 정류된 DC 전압을 부하(524)에 요구되는 특정 DC 전압으로 변환할 수 있다.
부하(524)는 무선 전력 수신기가 포함되어 있는 단말의 내부 배터리일 수 있다. 내부 배터리는 DC-DC 변환기(523)에서 출력되는 특정 DC 전압을 입력 전압으로 배터리에 전력을 저장할 수 있다.
주제어부(525)는 정류기(522) 및 DC-DC 변환기(523)의 동작을 제어하거나 무선 전력 수신기(520)의 특성 및 상태 정보를 생성하고 통신부(526)를 제어하여 무선 전력 송신기(510)에 상기 무선 전력 수신기(520)의 특성 및 상태 정보를 전송할 수 있다. 일 예로, 주제어부(525)는 정류기(522)와 DC-DC 변환기(523)에서의 출력 전압 및 전류의 세기를 모니터링하여 정류기(522) 및 DC-DC 변환기(523)의 동작을 제어할 수 있다.
모니터링된 출력 전압 및 전류의 세기 정보는 통신부(526)를 통해 무선 전력 송신기(510)에 실시간으로 전송될 수 있다.
또한, 주제어부(525)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(526)를 통해 무선 전력 송신기(510)에 전송할 수도 있다.
또한, 주제어부(525)는 시스템 오류 상태가 감지되면, 부하의 훼손을 방지하기 위해 정류기(522) 및 DC-DC 변환기(523)의 동작을 제어하거나 스위치 또는(및) 제너 다이오드를 포함한 소정 과전류 차단 회로를 이용하여 부하(524)에 인가되는 전력을 제어할 수도 있다.
상기한 도 5에서는 주제어부(515, 525)와 통신부(516, 526)가 서로 다른 모듈로 구성된 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예는 주제어부(515, 525)와 통신부(516, 526)가 하나의 모듈로 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 공진 방식의 무선 전력 전송 시스템의 등가 회로도이다.
상세하게, 도 6은 후술할 레퍼런스 파라메터들이 측정되는 등가 회로상에서의 인터페이스 지점을 보여준다.
이하에서는, 상기 도 6에 표시된 레퍼런스 파라메터들의 의미를 간단히 설명하기로 한다.
ITX와 ITX _COIL은 각각 무선 전력 송신기의 매칭 회로(또는 매칭 네트워크)(601)에 인가되는 RMS(Root Mean Square) 전류와 무선 전력 송신기의 송신 공진기 코일(602)에 인가되는 RMS 전류를 의미한다.
ZTX _IN과 ZTX _IN_COIL은 각각 무선 전력 송신기의 매칭 회로(601) 전단의 입력 임피던스(Input Impedance)와 매칭 회로(601) 후단 및 송신공진기 코일(602) 전단에서의 입력 임피던스를 의미한다.
L1과 L2는 각각 송신공진기 코일(602)의 인덕턴스 값과 수신공진기 코일(603)의 인덕턴스 값을 의미한다.
ZRX _IN은 무선전력수신기의 매칭회로(604) 후단과 필터/정류기/부하(605) 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 전력 변화량은 소정 기준치 이상을 초과하지 않도록 제어될 수 있다. 일 예로, 수신 전력 변화량은 ±10%일 수 있으나 이에 국한되지는 않는다.
상기 수신 전력 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(604)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(604)로 전달되는 전력을 송신공진기 코일(602)에서 공진 주파수 대역에 실어주는 전력으로 나누어 산출되는 최대 전력 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.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 공진 방식의 무선 전력 송신기에서의 상태 천이 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 7를 참조하면, 무선 전력 송신기의 상태는 크게 구성 상태(Configuration State, 710), 전력 절약 상태(Power Save State, 720), 저전력 상태(Low Power State, 730), 전력 전송 상태(Power Transfer State, 740), 로컬 장애 상태(Local Fault State, 750) 및 잠금 장애 상태(Latching Fault State, 760)을 포함하여 구성될 수 있다.
무선 전력 송신기에 전력이 인가되면, 무선 전력 송신기는 구성 상태(710)로 천이할 수 있다. 무선 전력 송신기는 구성 상태(710)에서 소정 리셋 타이머가 만료되거나 초기화 절차가 완료되면, 전력 절약 상태(720)로 천이할 수 있다.
전력 절약 상태(720)에서, 무선 전력 송신기는 비콘 시퀀스를 생성하여 공진 주파수 대역을 통해 전송할 수 있다.
여기서, 무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(720)에 진입한 후 소정 시간 이내에 비콘 시퀀스가 개시될 수 있도록 제어할 수 있다. 일 예로, 무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(720) 천이 후 50ms 이내에 비콘 시퀀스가 개시될 수 있도록 제어할 수 있으나, 이에 국한되지는 않는다.
전력 절약 상태(720)에서, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기를 감지하기 위한 제1 비콘 시퀀스(First Beacon Sequence)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 무선 전력 수신기가 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 테이블 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(720)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 전력이 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 시그널(Advertisement Signal)이라 명하기로 한다. 여기서, 무선 전력 수신기는 공진 주파수 대역과는 상이한 대역외 통신 주파수 대역을 통해 광고 시그널을 브로드캐스팅할 수 있다.
일 예로, 광고 시그널은 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 전력 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 시그널이 수신되면, 전력 절약 상태(720)에서 저전력 상태(730)로 천이한 후, 무선 전력 수신기와의 대역외 통신 링크를 설정할 수 있다. 연이어, 무선 전력 송신기는 설정된 대역외 통신 링크를 통해 무선 전력 수신기에 대한 등록 절차를 수행할 수 있다. 일 예로, 대역외 통신이 블루투스 저전력 통신인 경우, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기와 블루투스 페어링을 수행하고, 페어링된 블루투스 링크를 통해 서로의 상태 정보, 특성 정보 및 제어 정보 중 적어도 하나를 교환할 수 있다.
무선 전력 송신기가 저전력 상태(730)에서 대역외 통신을 통해 충전을 개시하기 위한 소정 제어 신호-즉, 무선 전력 수신기가 부하에 전력을 전달하도록 요청하는 소정 소정 제어 신호-를 무선 전력 수신기에 전송하면, 무선 전력 송신기의 상태는 저전력 상태(730)에서 전력 전송 상태(740)로 천이될 수 있다.
만약, 저전력 상태(730)에서 대역외 통신 링크 설정 절차 또는 등록 절차가 정상적으로 완료되지 않은 경우, 무선 전력 송신기의 상태는 저전력 상태(730)에서 전력 절약 상태(720)에 천이될 수 있다.
무선 전력 송신기는 각 무선 전력 수신기와의 접속을 위한 별도의 분리된 링크 만료 타이머(Link Expiration Timer)가 구동될 수 있으며, 무선 전력 수신기는 소정 시간 주기로 무선 전력 송신기에 자신이 존재함을 알리는 소정 메시지를 링크 만료 타이머가 만료되기 이전에 전송해야 한다. 링크 만료 타이머는 상기 메시지가 수신될 때마다 리셋되며, 링크 만료 타이머가 만료되지 않으면 무선 전력 수신기와 무선 전력 수신기 사이에 설정된 대역외 통신 링크는 유지될 수 있다.
만약, 저전력 상태(730) 또는 전력 전송 상태(740)에서, 무선 전력 송신기와 적어도 하나의 무선 전력 수신기 사이에 설정된 대역외 통신 링크에 대응되는 모든 링크 만료 타이머가 만료된 경우, 무선 전력 송신기의 상태는 전력 절약 상태(720)로 천이될 수 있다.
또한, 저전력 상태(730)의 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기로부터 유효한 광고 시그널이 수신되면 소정 등록 타이머를 구동시킬 수 있다. 이때, 등록 타이머가 만료되면, 저전력 상태(730)의 무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(720)로 천이할 수 있다. 이때, 무선 전력 송신기는 등록에 실패하였음을 알리는 소정 알림 신호를 무선 전력 송신기에 구비된 알림 표시 수단-예를 들면, LED 램프, 디스플레이 화면, 비퍼(beeper) 등을 포함함-을 통해 출력할 수도 있다.
또한, 전력 전송 상태(740)에서, 무선 전력 송신기는 접속된 모든 무선 전력 수신기의 충전이 완료되면, 저전력 상태(730)로 천이될 수 있다.
특히, 무선 전력 수신기는 구성 상태(710), 로컬 장애 상태(750) 및 잠금 장애 상태(760)를 제외한 나머지 상태에서 새로운 무선 전력 수신기의 등록을 허용할 수 있다.
또한, 무선 전력 송신기는 전력 전송 상태(740)에서 무선 전력 수신기로부터 수신되는 상태 정보에 기반하여 전송 전력을 동적으로 제어할 수 있다.
이때, 무선 전력 수신기로부터 무선 전력 송신기에 전송되는 수신기 상태 정보는 요구 전력 정보, 정류기 후단에서 측정된 전압 및/또는 전류 정보, 충전 상태 정보, 과전류 및/또는 과전압 및/또는 과열 상태를 통보하기 위한 정보, 과전류 또는 과전압에 따라 부하에 전달되는 전력을 차단하거나 감소시키는 수단이 활성화되었는지 여부를 지시하는 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, 수신기 상태 정보는 미리 지정된 주기로 전송되거나 특정 이벤트가 발생될 때마다 전송될 수 있다. 또한, 상기 과전류 또는 과전압에 따라 부하에 전달되는 전력을 차단하거나 감소시키는 수단은 ON/OFF 스위치, 제너다이오드 중 적어도 하나를 이용하여 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기로부터 무선 전력 송신기에 전송되는 수신기 상태 정보는 무선 전력 수신기에 유선으로 외부 전원이 연결되었음을 알리는 정보, 대역외 통신 방식이 변경되었음을 알리는 정보-일 예로, NFC(Near Field Communication)에서 BLE(Bluetooth Low Energy) 통신으로 변경될 수 있음- 중 적어도 하나를 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 자신의 현재 가용한 전력, 무선 전력 수신기 별 우선 순위, 접속된 무선 전력 수신기의 개수 중 적어도 하나에 기반하여 무선 전력 수신기 별 수신해야 할 전력 세기를 적응적으로 결정할 수도 있다. 여기서, 무선 전력 수신기 별 전력 세기는 해당 무선 전력 수신기의 정류기에서 처리 가능한 최대 전력 대비 얼마의 비율로 전력을 수신해야 하는지로 결정될 수 있다.
이 후, 무선 전력 송신기는 결정된 전력 세기에 관한 정보가 포함된 소정 전력 제어 명령을 해당 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다. 이때, 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기에 의해 결정된 전력 세기로 전력 제어가 가능한지 여부를 판단하고, 판단 결과를 소정 전력 제어 응답 메시지를 통해 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기의 전력 제어 명령에 따라 무선 전력 제어가 가능한지 여부를 지시하는 소정 수신기 상태 정보를 상기 전력 제어 명령을 수신하기 이전에 전송할 수도 있다.
전력 전송 상태(740)는 접속된 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태에 따라 제1 상태(741), 제2 상태(742) 및 제3 상태(743) 중 어느 하나의 상태일 수 있다.
일 예로, 제1 상태(741)는 무선 전력 송신기에 접속된 모든 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태가 정상 전압인 상태임을 의미할 수 있다.
제2 상태(742)는 무선 전력 송신기에 접속된 적어도 하나의 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태가 저전압 상태이고 고전압 상태인 무선 전력 수신기가 존재하지 않음을 의미할 수 있다.
제3 상태(743)는 무선 전력 송신기에 접속된 적어도 하나의 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태가 고전압 상태임을 의미할 수 있다.
무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(720) 또는 저전력 상태(730) 또는 전력 전송 상태(740)에서 시스템 오류가 감지되면, 잠금 장애 상태(760)로 천이될 수 있다
잠금 장애 상태(760)의 무선 전력 송신기는 접속된 모든 무선 전력 수신기가 충전 영역에서 제거된 것으로 판단되면, 구성 상태(710) 또는 전력 절약 상태(720)로 천이할 수 있다.
또한, 잠금 장애 상태(760)에서, 무선 전력 송신기는 로컬 장애가 감지되면, 로컬 장애 상태(750)로 천이할 수 있다. 여기서, 로컬 장애 상태(750)인 무선 전력 송신기는 로컬 장애가 해제되면, 다시 잠금 장애 상태(760)로 천이될 수 있다.
반면, 구성 상태(710), 전력 절약 상태(720), 저전력 상태(730), 전력 전송 상태(740) 중 어느 하나의 상태에서 로컬 장애 상태(750)로 천이된 경우, 무선 전력 송신기는 로컬 장애가 해제되면, 구성 상태(710)로 천이될 수 있다.
무선 전력 송신기는 로컬 장애 상태(750)로 천이되면, 무선 전력 송신기에 공급되는 전원을 차단할 수도 있다. 일 예로, 무선 전력 송신기는 과전압, 과전류, 과열 등의 장애가 감지되면 로컬 장애 상태(750)로 천이될 수 있으나 이에 국한되지는 않는다.
일 예로, 무선 전력 송신기는 과전류, 과전압, 과열 등이 감지되면, 무선 전력 수신기에 의해 수신되는 전력의 세기를 감소시키기 위한 소정 전력 제어 명령을 접속된 적어도 하나의 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다.
다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 과전류, 과전압, 과열 등이 감지되면, 무선 전력 수신기의 충전을 중단시키기 위한 소정 제어 명령을 접속된 적어도 하나의 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다.
상기와 같은 전력 제어 절차를 통해, 무선 전력 송신기는 과전압, 과전류, 과열 등에 따른 기기 파손을 미연에 방지할 수 있다.
무선 전력 송신기는 송신 공진기의 출력 전류의 세기가 기준치 이상인 경우, 잠금 장애 상태(760)로 천이할 수 있다. 이때, 잠금 장애 상태(760)로 천이된 무선 전력 송신기는 송신 공진기의 출력 전류의 세기를 미리 지정된 시간 동안 기준치 이하가 되도록 시도할 수 있다. 여기서, 상기 시도는 미리 지정된 회수 동안 반복 수행될 수 있다. 만약, 반복 수행에도 불구하고, 잠금 장애 상태(760)가 해제되지 않는 경우, 무선 전력 송신기는 소정 알림 수단을 이용하여 사용자에게 잠금 장애 상태(760)가 해제되지 않음을 지시하는 소정 알림 신호를 송출할 수 있다. 이때, 무선 전력 송신기의 충전 영역에 위치한 모든 무선 전력 수신기가 사용자에 의해 충전 영역에서 제거되면, 잠금 장애 상태(760)가 해제될 수 있다.
반면, 송신 공진기의 출력 전류의 세기가 미리 지정된 시간 이내에 기준치 이하로 떨어지거나 상기 미리 지정된 반복 수행 동안 송신 공진기의 출력 전류의 세기가 기준치 이하로 떨어지는 경우, 잠금 장애 상태(760)는 자동으로 해제될 수 있으며, 이때, 무선 전력 송신기의 상태는 잠금 장애 상태(760)에서 전력 절약 상태(720)로 자동 천이되어 무선 전력 수신기에 대한 감지 및 식별 절차를 다시 수행할 수 있다.
전력 전송 상태(740)의 무선 전력 송신기는 연속된 전력을 송출하고, 무선 전력 수신기의 상태 정보 및 미리 정의된 최적 전압 영역(Optimal Voltage Region) 설정 파라메터에 기반하여 적응적으로 송출 전력을 제어할 수 있다.
일 예로, 최적 전압 영역(Optimal Voltage Region) 설정 파라메터는 저전압 영역을 식별하기 위한 파라메터, 최적 전압 영역을 식별하기 위한 파라메터, 고전압 영역을 식별하기 위한 파라메터, 과전압 영역을 식별하기 위한 파라메터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태가 저전압 영역에 있으면, 송출 전력을 증가시키고, 고전압 영역에 있으면, 송출 전력을 감소시킬 수 있다.
또한, 무선 전력 송신기는 전력 전송 효율이 최대화되도록 송출 전력을 제어할 수도 있다.
또한, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기에 의해 요구된 전력량의 편차가 기준치 이하가 되도록 송출 전력을 제어할 수도 있다.
또한, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 정류기 출력 전압이 소정 과전압 영역에 도달한 경우-즉, Over Voltage가 감지된 경우-, 전력 전송을 중단할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 공진 방식의 무선 전력 수신기의 상태 천이도이다.
도 8을 참조하면, 무선 전력 수신기의 상태는 크게 비활성화 상태(Disable State, 810), 부트 상태(Boot State, 820), 활성화 상태(Enable State, 830)(또는, On state) 및 시스템 오류 상태(System Error State, 840)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(830)는 VRECT의 값에 따라 최적 전압 상태(Optimum Voltage State, 831), 저전압 상태(Low Voltage State, 832) 및 고전압 상태(High Voltage State, 833)로 구분될 수 있다.
비활성화 상태(810)의 무선 전력 수신기는 측정된 VRECT 값이 미리 정의된 VRECT_BOOT 값보다 크거나 같으면, 부트 상태(820)로 천이할 수 있다.
부트 상태(820)에서, 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기와의 대역외 통신 링크를 설정하고 VRECT 값이 부하단에 요구되는 전력에 도달할 때까지 대기할 수 있다.
부트 상태(820)의 무선 전력 수신기는 VRECT 값이 부하단에 요구되는 전력에 도달된 것이 확인되면, 활성화 상태(830)로 천이하여 충전을 시작할 수 있다.
활성화 상태(830)의 무선 전력 수신기는 충전이 완료되거나 충전이 중단된 것이 확인되면, 부트 상태(820)로 천이될 수 있다.
또한, 활성화 상태(830)의 무선 전력 수신기는 소정 시스템 오류가 감지되면, 시스템 오류 상태(840)로 천이할 수 있다. 여기서, 시스템 오류는 과전압, 과전류 및 과열뿐만 아니라 미리 정의된 다른 시스템 오류 조건이 포함될 수 있다.
또한, 활성화 상태(830)의 무선 전력 수신기는 VRECT 값이 VRECT _BOOT 값 이하로 떨어지면, 비활성화 상태(810)로 천이될 수도 있다.
또한, 부트 상태(820) 또는 시스템 오류 상태(840)의 무선 전력 수신기는 VRECT 값이 VRECT_BOOT 값 이하로 떨어지면, 비활성화 상태(810)로 천이될 수도 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시에에 따른 전자기 공진 방식의 무선 충전 절차를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 무선 전력 송신기는 전원 인가에 따라 무선 전력 송신기 구성, 즉, 부팅이 완료되면, 비콘 시퀀스를 생성하여 송신 공진기를 통해 전송할 수 있다(S901).
무선 전력 수신기는 비콘 시퀀스가 감지되면 자신의 식별 정보 및 특성 정보가 포함된 광고 시그널을 브로드캐스팅할 수 있다(S903). 이때, 광고 시그널은 후술할 연결 요청 신호가 무선 전력 송신기로부터 수신되기 이전까지 소정 주기로 반복 전송될 수 있음을 주의해야 한다.
무선 전력 송신기는 광고 시그널이 수신되면, 대역외 통신 링크를 설정하기 위한 소정 연결 요청 신호를 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다(S905).
무선 전력 수신기는 연결 요청 신호가 수신되면, 대역외 통신 링크를 설정하고, 설정된 대역외 통신 링크를 통해 자신의 정적 상태 정보를 전송할 수 있다(S907).
여기서, 무선 전력 수신기의 정적 상태 정보는 카테고리 정보, 하드웨어 및 소프트웨어 버전 정보, 최대 정류기 출력 전력 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 전압값 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 정적 상태 정보가 수신되면, 무선 전력 송신기의 정적 상태 정보를 대역외 통신 링크를 통해 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다(S909).
여기서, 무선 전력 송신기의 정적 상태 정보는 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 상태 정보를 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다(S911).
여기서, 무선 전력 수신기의 동적 상태 정보는 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. 무선 전력 송신기는 상기 전력 제어를 위한 기준 파라메터 변경 정보 수신시 기존 정적 상태 정보에 포함된 설정 값을 변경하여 전력 조절을 수행할 수 있다.
또한, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기를 충전하기 위한 충분한 전력이 준비되면, 대역외 통신 링크를 통해 소정 제어 명령을 송출하여 무선 전력 수신기가 충전을 개시하도록 제어할 수 있다(S913).
이 후, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기로부터 동적 상태 정보를 수신하여 송출 전력을 동적으로 제어할 수 있다(S915).
또한, 무선 전력 수신기는 내부 시스템 오류가 감지되거나 충전이 완료된 경우, 동적 상태 정보에 해당 시스템 오류를 식별하기 위한 데이터 및/또는 충전이 완료되었음을 지시하는 데이터를 포함하여 무선 전력 송신기에 전송할 수도 있다(S917). 여기서, 시스템 오류는 과전류, 과전압, 과열 등을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 현재 가용한 전력이 접속된 모든 무선 전력 수신기의 요구 전력을 충족하지 못하는 경우, 각 무선 전력 수신기에 전송할 전력을 재분배하고 이를 소정 제어 명령을 통해 해당 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다.
또한, 무선 전력 송신기는 무선 충전 중 새로운 무선 전력 수신기가 등록된 경우, 현재 가용한 전력에 기반하여 접속된 무선 전력 수신기 별 수신할 전력을 재분배하고, 이를 소정 제어 명령을 통해 해당 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다
또한, 무선 전력 송신기는 무선 충전 중 기존 접속된 무선 전력 수신기의 충전이 완료되거나 대역외 통신 링크가 해제-예를 들면, 무선 전력 수신기가 충전 영역에서 제거된 경우를 포함함-되는 경우, 남아있는 무선 전력 수신기 별 수신할 전력을 재분배하고 이를 소정 제어 명령을 통해 해당 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다.
또한, 무선 전력 송신기는 소정 제어 절차를 통해 무선 전력 수신기가 전력 조절 기능이 탑재되었는지 여부를 확인할 수도 있다. 이 경우, 무선 전력 송신기는 전력 재분배 상황이 발생된 경우, 전력 조절 기능이 탑재된 무선 전력 수신기에 대해서만 전력 재분배를 수행할 수도 있다.
일 예로, 전력 재분배 상황은 연결되지 않은 무선 전력 수신기로부터 유효한 광고 시그널을 수신하여 새로운 무선 전력 수신기가 추가되거나 연결된 무선 전력 수신기의 현재 상태 등을 지시하는 동적 파라메터를 수신되거나, 기 연결된 무선 전력 수신기가 더 이상 존재하지 않음이 확인되거나, 기 연결된 무선 전력 수신기의 충전이 완료되거나, 기 연결된 무선 전력 수신기의 시스템 오류 상태를 지시하는 알람(Alert) 메시지가 수신되는 등의 이벤트가 발생된 경우 발생될 수 있다.
여기서, 시스템 오류 상태는 과전압 상태, 과전류 상태, 과열 상태, 네트워크 연결 상태 등을 포함할 수 있다.
일 예로, 무선 전력 송신기는 소정 제어 명령을 통해 전력 재분배 관련 정보를 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다.
여기서, 전력 재분배 관련 정보는 전력 제어를 위한 무선 전력 송신기 명령,
일 예로, 무선 전력 송신기는 새로운 무선 전력 수신기가 등록되면, 자신의 가용한 전력량에 기반하여 무선 전력 수신기에 의해 요구된 전력량을 제공 가능한지 여부를 판단할 수 있다. 판단 결과, 요구된 전력량이 가용한 전력량을 초과하는 경우, 무선 전력 송신기는 해당 무선 전력 수신기에 전력 조절 기능이 탑재되었는지 여부를 확인할 수 있다. 확인 결과, 전력 조절 기능이 탑재된 경우, 무선 전력 수신기는 가용한 전력량 내에서 무선 전력 수신기가 수신할 전력의 양을 결정하고, 결정된 결과를 소정 제어 명령을 통해 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다.
물론, 상기 전력 재분배는 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기가 정상적으로 동작 가능한 범위 및/또는 정상적인 충전이 가능한 범위 내에서 수행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기는 복수의 대역외 통신 방식을 지원할 수 있다. 만약, 현재 설정된 대역외 통신 링크를 다른 방식으로 변경하고자 하는 경우, 무선 전력 수신기는 대역외 통신 변경을 요청하는 소정 제어 신호를 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다. 무선 전력 송신기는 대역외 통신 변경 요청 신호가 수신되면, 현재 설정된 대역외 통신 링크를 해제하고, 무선 전력 수신기에 의해 요청된 대역외 통신 방식으로 새로운 대역외 통신 링크를 설정할 수 있다.
일 예로, 본 발명에 적용 가능한 대역외 통신 방식에는 NFC(Near Field Communication) 통신, RFID(Radio Frequency Identification) 통신, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신, WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 통신, LTE(Long Term Evolution)/LTE-Advance 통신, Wi-Fi 통신 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 수집 시스템을 설명하기 위한 구도조이다.
도 10을 참조하면, 전력 수집 시스템은 전력 수집 장치(1010), 무선 전력 수신기(1021)를 포함하는 제1 단말(1020), 전력 수집 장치(1010)로부터 전력을 수신하는 제2단말(1030) 및 무선 전력 송신기를 포함하는 충전 장치(1040)를 포함할 수 있다. 도 10에 도시된 구성요소들은 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성 요소들을 갖는 전력 수집 시스템이 구현될 수 있다.
이하, 상기 구성 요소들에 대해 상세히 살펴보기로 한다.
전력 수집 장치(1010)은 무선 전력 수신기(1021)를 포함하는 적어도 하나의 제1 단말(1020)로부터 충전된 전력을 수신하여 내부에 포함되어 있는 배터리에 충전할 수 있다.
이후, 전력 수집 장치(1010)은 제2 단말(1030)과의 접속을 확인하면, 내부 배터리에 충전한 전력을 방전시켜 제2 단말(1030)로 전송할 수 있다.
제1 단말(1020)은 무선 전력 수신기(1021)를 포함하는 이동 단말로서, 무선 전력 송신기를 포함하는 충전 장치(1040)로부터 전력을 수신할 수 있다.
전력 수집 시스템에 포함되어 있는 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기는 전자기 공진 방식, 전자기 유도 방식, RF 무선 전력 전송 방식 중 적어도 어느 하나에 의해 전력을 송수신할 수 있다. 무선 전력 전송 방식은 이외 전송 방식도 포함할 수 있고, 이에 한정되지 않는다.
제2 단말(1030)은 전력 수집 장치(1010)로부터 전력을 수신할 수 있는 이동 기기로서, 예를 들어, 소형 전자 기기인 노트북, 태블릿PC, PDA 등 일 있다.
제2 단말(1030)은 무선 전력 수신기를 탑재하지 않은 이동 기기로서, 무선 전력 송신기를 포함하는 충전 장치(1040)로부터 전력을 수신하지 못하는 이동 기기일 수 있다.
또는 충전 장치의 전력 송신 레벨(예를 들어, 5W)이 제2 단말(1030)의 전력 수신 레벨(예를 들어, 15W)에 미치지 못하여 제2 단말(1030)은 충분한 전력을 수신하지 못하는 이동 기기일 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 수집 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 11을 참조하면, 전력 수집 장치는 무선 전력 수신기가 탑재된 제1 단말로부터 충전된 전력을 입력 포트를 통해 수신할 수 있다(S1110).
제1 단말은 전력 수집 장치의 입력 포트와 접속하기 이전에 무선 전력 송신기를 포함하는 충전 장치로부터 전력을 수신하여 제1 단말의 내부 배터리에 전력을 충전할 수 있다.
제1 단말이 충전 장치로부터 무선으로 전력을 송신하는 방식은 전자기 유도 방식, 전자기 공진 방식 및 RF 무선 전력 전송 방식일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제1 단말이 입력 포트에 접속하면, 센싱부가 입력 포트에 접속된 제1 단말과 감지할 수 있다. 이후, 센싱부는 제어부로 상기 입력 포트에 제1단말의 접속 여부 정보를 전달할 수 있다.
전력 수집 장치가 포함하는 입력 포트는 복수 개일 수 있으며, 복수의 입력 포트는 적어도 하나의 제1 단말로부터 전력을 수신할 수 있다.
전력 수집 장치는 입력 포트를 통해 수신된 전력을 배터리에 충전할 수 있다(S1120).
전력 수집 장치의 충전부는 입력 포트를 통해 제1 단말로부터 수신된 전력을 배터리에 충전할 수 있다. 충전부는 입력 포트를 통해 공급되는 제1 단말로부터 수신된 전력을 입력으로 배터리에 소정의 정해진 전압으로 충전할 수 있다.
전력 수집 장치는 배터리로부터 인가된 전력을 전력 변환부가 소정 세기의 전력으로 변환할 수 있다(S1130).
전력 수집 장치는 배터리로부터 출력되는 제1 전력을 출력 포트에 접속된 상기 제2 단말에 대응되는 제2 전력으로 변환할 수 있다.
전력 수집 장치의 승감압부가 배터리에 저장된 전력 에너지를 소정의 출력 전압으로 승압 또는 감압할 수 있다. 승감압부는 배터리에 충전된 전력을 입력으로 제2 단말의 내부 배터리전압 보다 높게 전압을 변환(승압)하여 공급할 수 있다.
변환된 전력을 공급받기 위한 제2 단말이 출력 포트에 접속 하면 전력 수집 장치의 제어부가 출력 포트로의 단말 접속 여부를 감지하여 상기 배터리의 방전을 제어할 수 있다(S1140).
일 실시예로, 센싱부는 출력 포트에 접속된 상기 제2단말을 감지하고, 제어부로 출력 포트에 제2단말의 접속 여부 정보를 전달할 수 있다. 다른 일 실시예로, 제어부는 입력 포트 또는 출력 포트를 통해 흐르는 전류를 감시하여 충전부 및 전력 변환부의 동작을 제어할 수 있다.
한편, 전력 수집 장치의 스위치는 사용자의 입력에 따라 제어부의 방전 또는 충전을 제어하는 동작의 활성화 여부를 달리할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 수집 장치를 설명하기 위한 구조도이다.
도 12를 참조하면, 전력 수집 시스템은 전력 수집 장치(1210), 전력 수집 장치(1210)으로 전력을 송신하는 제1 단말(1220) 및 전력 수집 장치(1210)으로부터 전력을 수신하는 제2 단말(1230)을 포함할 수 있다.
전력 수집 장치(1210)는 복수의 입력 포트(1211), 센싱부(1212), 제어부(1213), 충전부(1214), 배터리(1215), 전원변환부(1216) 및 출력 포트(1217)을 포함할 수 있다. 도 12에 도시된 구성요소들은 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성 요소들을 갖는 전력 수집 장치가 구현될 수 있다.
이하, 상기 구성 요소들에 대해 상세히 살펴보기로 한다.
입력 포트(1211)는 제1 단말에 포함되어 있는 연결부와 연결하는 선로(케이블)와 접속할 수 있다. 케이블은 제1 단말 또는 제2 단말의 연결부와 연결할 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다.
입력 포트(1211)는 규격화된 형식을 따라 제작되어 기기간 호환이 가능하도록 하는 것을 기본적으로 하며, 필요에 따라 해당 제 1단말 또는 제2 단말의 규격에 맞춰 구성될 수 있다. 예를 들어, 케이블은 USB 케이블일 수 있다.
센싱부(1212)는 입력 포트의 전압 변화량 또는 전류 변화량을 감지하여 입력 포트와 제1 단말의 접속을 감지할 수 있다.
일 실시예로, 센싱부(1212)는 충전부(1214)의 입력단 전압과 입력 포트(1211)의 입력단 전압의 전압 차를 감지하여 제1 단말의 접속을 감지할 수 있다.
센싱부는 제1 단말의 접속을 감지하면, 감지 결과를 포함한 정보를 제어부(1213)로 전송할 수 있다.
제어부(1213)는 전력 수집 장치의 전반적인 동작을 관리 제어할 수 있다. 제어부(1213)는 제1 단말로부터 수신되는 전력을 배터리로 충전하는 충전 모드와 배터리에 충전된 전력을 제2 단말로 송신하는 방전 모드를 제어할 수 있다.
제어부(1213)는 센싱부(1212)로부터 제1 단말(1220)와 입력 포트(1211)의 접속 정보를 수신하면, 충전부(1214)를 제어하여 배터리에 소정의 전압 또는 전류로 전력을 저장할 수 있다.
제어부(1213)는 출력 포트(1217)와 제2 단말(1230)의 접속을 감지하면, 전력 변환부를 제어하여 제2 단말에 대응되는 전력 규격에 따라 전력을 변환하도록 할 수 있다.
제어부(1213)는 감지 결과에 따라 제1 단말로부터 수신되는 전력을 배터리에 충전하는 충전 모드 및(또는) 변환된 제2 전력을 제2 단말로 전송하는 방전 모드를 제어할 수 있다.
충전부(1214)는 정류기를 포함할 수 있고, 정류기는 입력 포트(1211)로부터 인가되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 충전부(1214)는 DC-DC 변환기를 포함할 수 있고, DC-DC 변환기는 정류된 DC 전압을 배터리(1215)에서 요구되는 특정 직류 전압으로 변환할 수 있다. 그외, 충전부(1214)는 DC/DC 변환기(DC/DC convertor), AC/DC 변환기(AC/DC convertor), 전력 증폭기(Power amplifier) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
배터리(1215)는 제1 단말(1220)로부터 수신한 전력을 충전할 수 있고, 제2 단말(1230)로 충전한 전력을 방전할 수 있다. 배터리(1215)는 충방전이 가능한 2차 전지일 수 있다.
전력 변환부(1216)는 제2 단말(1230)이 요구하는 전력 규격에 따라 전력을 변환하여 출력할 수 있다.
제2 단말(1230)은 출력 포트(1217)를 통해 제어부로 제2 단말(1230)이 요구하는 전력 규격에 대한 정보를 전송할 수 있다. 제어부(1213)은 제2 단말(1230)로부터 전송 받은 전력 규격에 따라 전력을 변환하도록 전력 변환부(1216)를 제어할 수 있다.
전력 변환부(1216)는 제어부(1213)의 제어에 따라 배터리(1215)로부터 수신된 전압을 특정 전압으로 변환시킬 수 있다. 이를 위해, 전력 변환부(1216)는 DC/DC 변환기(DC/DC convertor), AC/DC 변환기(AC/DC convertor), 전력 증폭기(Power amplifier) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
전력 변환부는 배터리에 저장된 전력 에너지를 소정의 출력 전압으로 승압 또는 감압하는 승감압부를 포함할 수 있다. 승감압부는 배터리에 충전된 전력을 입력으로 제2 단말의 내부 배터리전압 보다 높게 전압을 변환(승압)하여 공급할 수 있다.
출력 포트(1217)는 제2 단말(1230)이 접속할 수 있는 접속 인터페이스이다. 출력 포트(1217)도 규격화된 형식을 따라 제작되어 기기간 호환이 가능하도록 하는 것을 기본적으로 하며, 필요에 따라 해당 제 1단말 또는 제2 단말의 규격에 맞춰 구성될 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 수집 장치의 충전 모드 및 방전 모드를 설명하기 위한 구조도이다.
도 13을 참조하면, 전력 수집 장치는 크게 충전 모드(S1310) 및 방전 모드(S1320)로 동작할 수 있다.
충전 모드(S1310)는 제1 단말(1320)이 입력 포트(1311)에 접속하면 수행될 수 있다. 제어부(1313)는 제1 단말(1320)의 접속을 감지하면, 제1 단말(1320)에 충전된 전력을 충전부(1314)를 거쳐 배터리(1315)에 충전하는 일련의 과정을 제어할 수 있다.
방전 모드(S1320)는 제2 단말(1330)이 출력 포트(1317)에 접속하면 수행될 수 있다. 제어부(1313)는 제2 단말(1330)의 접속을 감지하면, 배터리(1315)에 충전된 전력을 전원 변환부(1316)를 거쳐 제2 단말(1330)로 전송하는 일련의 과정을 제어할 수 있다.
전력 수집 장치는 충전 모드(S1310) 및 방전 모드(S1320)의 활성화 여부를 제어할 수 있는 스위치를 포함할 수 있다. 다시 말해서, 전력 수집 장치의 스위치는 사용자의 입력에 따라 제어부의 방전 또는 충전을 제어하는 동작의 활성화 여부를 달리할 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 수집 장치를 포함하는 제2 단말을 설명하기 위한 구조도이다.
도 14를 참조하면, 전력 수집 장치를 포함하는 제2 단말(1430)은 직접 제1 단말(1420)과 접속할 수 있다.
무선 전력 수신기(1421)을 포함하는 제1 단말(1420)은 무선 전력 송신기를 포함하는 충전 장치(1440)로부터 전력을 전달 받아, 제1 단말(1420)의 내부 배터리에 전력을 저장할 수 있다.
제2 단말(1430)은 전력 수집 장치를 내부에 포함할 수 있고, 적어도 하나의 제1 단말(1420)과 직접 접속하여 전력을 전달 받을 수 있다.
제2 단말(1430)이 요구하는 전력량과 제1 단말(1420)이 요구하는 전력량이 동일한 경우, 제1 단말(1420)은 충전 장치(1440)로부터 전달 받은 전력을 직접 제2 단말(1430)으로 전달해줄 수 있다.
도 15는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전력 수집 장치를 포함하는 제2 단말을 설명하기 위한 구조도이다.
도 15를 참조하면, 전력 수집 장치를 포함하는 제2 단말(1430)은 제1 단말(1420)과 일체로 결합할 수 있다. 다시 말해서, 무선 전력 수신기(1521)를 포함하는 제1 단말(1520)이 제2 단말(1530)에 삽입될 수 있다.
제1 단말(1520)은 제2 단말(1530)과 탈착이 가능하며, 제2 단말(1530)은 제1 단말(1520)에 충전된 내부 배터리를 전원으로 사용할 수 있다.
제2 단말(1530)이 요구하는 전력량과 제1 단말(1520)이 요구하는 전력량이 동일한 경우, 제1 단말(1520)이 충전 장치(1540)로부터 전송 받은 전력을 직접 연결되는 제2 단말(1530)으로 공급할 수 있다.
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 수신기가 탑재된 제1 단말에 충전된 전력을 수신하기 위한 입력 포트;
    상기 입력 포트를 통해 수신된 전력을 충전하는 배터리;
    상기 배터리로부터 인가된 전력을 소정 세기의 전력으로 변환하는 전력 변환부;
    상기 변환된 전력을 공급받기 위한 제2 단말이 접속되는 출력 포트; 및
    상기 입력 포트 및 상기 출력 포트로의 단말 접속 여부를 감지하여 상기 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 제어부;
    를 포함하는,
    전력 수집 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입력 포트는 복수개이며, 적어도 하나의 상기 제1 단말로부터 전력을 수신하는,
    전력 수집 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 입력 포트를 통해 상기 제1 단말로부터 수신된 전력을 상기 배터리에 충전하기 위한 충전부;
    를 더 포함하는,
    전력 수집 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전력 변환부는,
    상기 배터리로부터 출력되는 제1 전력을 상기 출력 포트에 접속된 상기 제2 단말에 대응되는 제2 전력으로 변환하는,
    전력 수집 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 입력 포트에 접속된 상기 제1 단말과 상기 출력 포트에 접속된 상기 제2단말을 감지하는 센싱부;
    를 더 포함하는,
    전력 수집 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 센싱부는,
    상기 제어부로 상기 입력 포트에 상기 제1단말의 접속 여부 정보와 상기 출력 포트에 상기 제2단말의 접속 여부 정보를 전달하는,
    전력 수집 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전력 변환부는,
    상기 배터리에 저장된 전력 에너지를 출력 전압으로 승압 또는 감압하는 하는 승감압부;
    를 더 포함하는,
    전력 수집 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부의 방전을 제어하는 동작의 활성화 여부를 사용자의 입력에 따라 달리하는 스위치;
    를 더 포함하는,
    전력 수집 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단말에 충전된 전력은,
    무선 전력 송신기로부터 수신한 전력인,
    전력 수집 장치.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 충전부는 정류회로를 포함하는,
    전력 수집 장치.
  11. 무선 전력 수신기가 탑재된 제1 단말에 충전된 전력을 입력 포트가 수신하는 단계;
    상기 입력 포트를 통해 수신된 전력을 배터리가 충전하는 단계;
    상기 배터리로부터 인가된 전력을 전력 변환부가 소정 세기의 전력으로 변환하는 단계;
    상기 변환된 전력을 공급받기 위한 제2 단말이 출력 포트에 접속 하면 제어부가 상기 출력 포트로의 단말 접속 여부를 감지하여 상기 배터리의 방전을 제어하는 단계;
    를 포함하는,
    전력 수집 장치 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 입력 포트는 복수 개이며,
    상기 제1 단말에 충전된 전력을 입력 포트가 수신하는 단계는,
    적어도 하나의 상기 제1 단말로부터 전력을 수신하는 단계;
    를 포함하는,
    전력 수집 장치 제어 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 입력 포트를 통해 상기 제1 단말로부터 수신된 전력을 충전부가 상기 배터리에 충전하는 단계;
    를 더 포함하는,
    전력 수집 장치 제어 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 배터리로부터 인가된 전력을 전력 변환부가 소정 세기의 전력으로 변환하는 단계는,
    상기 배터리로부터 출력되는 제1 전력을 상기 출력 포트에 접속된 상기 제2 단말에 대응되는 제2 전력으로 변환하는 단계;
    를 포함하는,
    전력 수집 장치 제어 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    센싱부가 상기 입력 포트에 접속된 상기 제1 단말과 상기 출력 포트에 접속된 상기 제2단말을 감지하는 단계;
    를 더 포함하는,
    전력 수집 장치 제어 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 센싱부가 상기 제어부로 상기 입력 포트에 상기 제1단말의 접속 여부 정보와 상기 출력 포트에 상기 제2단말의 접속 여부 정보를 전달하는 단계;
    를 더 포함하는,
    전력 수집 장치 제어 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 배터리로부터 인가된 전력을 전력 변환부가 소정 세기의 전력으로 변환하는 단계는,
    승감압부가 상기 배터리에 저장된 전력 에너지를 출력 전압으로 승압 또는 감압하는 하는 단계;
    를 포함하는,
    전력 수집 장치 제어 방법.
  18. 제11항에 있어서,
    스위치가 사용자의 입력에 따라 상기 제어부의 방전을 제어하는 동작의 활성화 여부를 달리하는 단계;
    를 더 포함하는,
    전력 수집 장치 제어 방법.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 제1 단말이 무선 전력 송신기로부터 전력을 수신하여 충전하는 단계;를 더 포함하는,
    전력 수집 장치 제어 방법.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 충전부는 정류회로를 포함하는,
    전력 수집 장치 제어 방법.
  21. 제11항 내지 제20항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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