KR20180010796A - 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템 - Google Patents

이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선으로 전력을 전송하기 위한 공진 회로가 구비된 무선 전력 송신기에서의 이물질 검출 방법은 충전 영역에 배치된 물체를 감지하는 단계와 상기 물체가 감지되면, 상기 공진 회로의 품질 인자 값을 측정하는 단계와 감지 신호를 송출하여 무선 전력 수신기를 식별하는 단계와 식별된 상기 무선 전력 수신기로부터 수신된 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질 검출을 위한 임계 값을 결정하는 단계와 상기 측정된 품질 인자 값과 상기 결정된 임계 값을 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계를 포함하고, 상기 임계 값은 상기 기준 품질 인자 값에 따라 증가하는 가중치가 적용되어 결정될 수 있다. 따라서, 본 발명은 보다 효과적이고 정확하게 이물질을 검출할 수 있는 장점이 있다.

Description

이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템{Foreign Object Detection Method and Apparatus and System therefor}
본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 상세하게, 무선 충전 시스템상에서의 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템에 관한 것이다.
최근 정보 통신 기술이 급속도로 발전함에 따라, 정보 통신 기술을 기반으로 하는 유비쿼터스 사회가 이루어지고 있다.
언제 어디서나 정보통신 기기들이 접속되기 위해서는 사회 모든 시설에 통신 기능을 가진 컴퓨터 칩을 내장시킨 센서들이 설치되어야 한다. 따라서 이들 기기나 센서의 전원 공급 문제는 새로운 과제가 되고 있다. 또한 휴대폰뿐만 아니라 블루투스 핸드셋과 아이팟 같은 뮤직 플레이어 등의 휴대기기 종류가 급격히 늘어나면서 배터리를 충전하는 작업이 사용자에게 시간과 수고를 요구하고 됐다. 이러한 문제를 해결하는 방법으로 무선 전력 전송 기술이 최근 들어 관심을 받고 있다.
무선 전력 전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 자기장의 유도 원리를 이용하여 무선으로 송신기에서 수신기로 전기 에너지를 전송하는 기술로서, 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 고주파, Microwave, 레이저 등과 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도되었다. 우리가 흔히 사용하는 전동칫솔이나 일부 무선면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다.
현재까지 무선을 이용한 에너지 전달 방식은 크게 자기 유도 방식, 자기 공진(Electromagnetic Resonance) 방식 및 단파장 무선 주파수를 이용한 RF 전송 방식 등으로 구분될 수 있다.
자기 유도 방식은 두 개의 코일을 서로 인접시킨 후 한 개의 코일에 전류를 흘려보내면 이 때 발생한 자속(MagneticFlux)이 다른 코일에 기전력을 일으키는 현상을 사용한 기술로서, 휴대폰과 같은 소형기기를 중심으로 빠르게 상용화가 진행되고 있다. 자기 유도 방식은 최대 수백 키로와트(kW)의 전력을 전송할 수 있고 효율도 높지만 최대 전송 거리가 1센티미터(cm) 이하이므로 일반적으로 충전기나 바닥에 인접시켜야 하는 단점이 있다.
자기 공진 방식은 전자기파나 전류 등을 활용하는 대신 전기장이나 자기장을 이용하는 특징이 있다. 자기 공진 방식은 전자파 문제의 영향을 거의 받지 않으므로 다른 전자 기기나 인체에 안전하다는 장점이 있다. 반면, 한정된 거리와 공간에서만 활용할 수 있으며 에너지 전달 효율이 다소 낮다는 단점이 있다.
단파장 무선 전력 전송 방식-간단히, RF 전송 방식-은 에너지가 라디오 파(RadioWave)형태로 직접 송수신될 수 있다는 점을 활용한 것이다. 이 기술은 렉테나(rectenna)를 이용하는 RF 방식의 무선 전력 전송 방식으로서, 렉테나는 안테나(antenna)와 정류기(rectifier)의 합성어로서 RF 전력을 직접 직류 전력으로 변환하는 소자를 의미한다. 즉, RF 방식은 AC 라디오파를 DC로 변환하여 사용하는 기술로서, 최근 효율이 향상되면서 상용화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
무선 전력 전송 기술은 모바일 뿐만 아니라 IT, 철도, 가전 산업 등 산업 전반에 다양하게 활용될 수 있다.
무선 충전 가능 영역에 무선 전력 수신기가 아닌 전도체-즉, FO(Foreign Object)가 존재하는 경우, FO에는 무선 전력 송신기로부터 송출된 전자기 신호가 유도되어 온도가 상승할 수 있다. 일 예로, FO는 동전, 클립, 핀, 볼펜 등을 포함할 수 있다.
만약, 무선 전력 수신기와 무선 전력 송신기 사이에 FO가 존재하는 경우, 무선 충전 효율이 현저히 떨어질 뿐만 아니라 FO 주변 온도 상승으로 인해 무선 전력 수신기와 무선 전력 송신기의 온도가 함께 상승할 수 있다. 만약, 충전 영역에 위치한 FO가 제거되지 않는 경우, 전력 낭비가 초래될 뿐만 아니라 과열로 인해 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 손상을 야기시킬 수 있다.
따라서, 충전 영역에 위치한 FO를 정확히 검출하는 것은 무선 충전 기술 분야에서 중요한 이슈로 부각되고 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 무선 충전을 위한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 기준 품질 인자 값에 따라 선형적 또는 지수적으로 결정되는 가중치를 반영하여 동적으로 이물질을 검출하기 위한 임계 값 또는 임계 범위를 결정함으로써, 보다 정확하게 이물질을 검출하는 것이 가능한 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 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선으로 전력을 전송하기 위한 공진 회로가 구비된 무선 전력 송신기에서의 이물질 검출 방법은 충전 영역에 배치된 물체를 감지하는 단계와 상기 물체가 감지되면, 상기 공진 회로의 품질 인자 값을 측정하는 단계와 감지 신호를 송출하여 무선 전력 수신기를 식별하는 단계와 식별된 상기 무선 전력 수신기로부터 수신된 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질 검출을 위한 임계 값을 결정하는 단계와 상기 측정된 품질 인자 값과 상기 결정된 임계 값을 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계를 포함하고, 상기 임계 값은 상기 기준 품질 인자 값에 따라 증가하는 가중치가 적용되어 결정될 수 있다.
여기서, 상기 가중치는 상기 기준 품질 인자 값에 따라 선형적 또는 지수적으로 증가될 수 있다.
또한, 상기 임계 값의 결정에 상기 무선 전력 송신기에 대응하는 구성 인자 및 미리 정의된 허용 오차가 더 적용되고, 상기 임계 값은 상기 기준 품질 인자 값과 상기 구성 인자를 곱한 값에 상기 허용 오차를 더한 후 상기 가중치를 차감하여 결정될 수 있다.
또한, 상기 이물질 검출 방법은 상기 판단 결과, 이물질이 존재하지 않으면, 상기 식별된 무선 전력 수신기로의 충전을 개시하는 단계와 상기 판단 결과, 이물질이 존재하면, 상기 공진 회로를 통한 전력 전송을 중단하고, 이물질이 감지되었음을 지시하는 소정 알람 신호를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전력 전송 중단되면 상기 충전 영역에 배치된 물체를 감지하는 단계로 회귀할 수 있다.
또한, 상기 이물질 검출 방법은 상기 회귀 후 측정한 상기 공진 회로의 품질 인자 값을 상기 결정된 임계 값과 비교하여, 감지된 상기 이물질이 상기 충전 영역에서 제거되었는지 여부를 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 확인 결과, 상기 이물질이 제거된 경우, 상기 중단된 전력 전송이 재개될 수 있다.
또한, 상기 기준 품질 인자 값은 협상 단계에서 수신되는 이물질 검출 상태 패킷에 포함되어 수신될 수 있다.
또한, 상기 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계는 상기 측정된 품질 인자 값이 상기 임계 값을 초과하면 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단하는 단계와 상기 측정된 품질 인자 값이 상기 임계 값 이하이면 이물질이 존재하는 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선으로 전력을 전송하기 위한 공진 회로가 구비된 무선 전력 송신기에서의 이물질 검출 방법은 충전 영역에 배치된 물체를 감지하는 단계와 상기 물체가 감지되면, 상기 공진 회로의 품질 인자 값을 측정하는 단계와 감지 신호를 송출하여 무선 전력 수신기를 식별하는 단계와 식별된 상기 무선 전력 수신기로부터 수신된 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질 검출을 위한 임계 범위를 결정하는 단계와 상기 측정된 품질 인자 값과 상기 결정된 임계 범위를 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계를 포함하고, 상기 임계 범위는 상기 기준 품질 인자 값에 따라 증가하는 상한 가중치와 하한 가중치가 적용되어 결정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치는 공진 캐패시터와 공진 인덕터를 포함하는 공진 회로와 충전 영역에 배치된 물체를 감지하는 센싱부와 상기 물체가 감지되면, 상기 공진 회로의 품질 인자 값을 측정하는 측정부와 식별된 무선 전력 수신기로부터 수신되는 이물질 검출 상태 패킷의 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질 검출을 위한 임계 값을 결정하고, 상기 측정된 품질 인자 값과 상기 결정된 임계 값을 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 제어부를 포함하고, 상기 임계 값은 상기 기준 품질 인자 값에 따라 증가하는 가중치가 적용되어 결정될 수 있다.
여기서, 상기 가중치는 상기 기준 품질 인자 값에 따라 선형적 또는 지수적으로 증가하고, 상기 임계 값은 상기 기준 품질 인자 값과 상기 무선 전력 송신기에 대응하는 구성 인자를 곱한 값에 미리 정의된 허용 오차를 더한 후 상기 가중치를 차감하여 결정될 수 있다.
또한, 상기 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단되면, 상기 제어부가 상기 식별된 무선 전력 수신기로의 충전을 개시하고, 상기 이물질이 존재하는 것으로 판단되면, 상기 제어부가 상기 공진 회로를 통한 전력 전송을 중단하고, 이물질이 감지되었음을 지시하는 소정 알람 신호가 출력되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부가 상기 전력 전송 중단 후 선택 단계로 회귀하여 측정한 상기 공진 회로의 품질 인자 값을 상기 결정된 임계 값과 비교하여, 감지된 상기 이물질이 상기 충전 영역에서 제거되었는지 여부를 확인할 수 있다.
또한, 상기 확인 결과, 상기 이물질이 제거된 경우, 상기 제어부가 상기 중단된 전력 전송이 재개되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 이물질 검출 장치는 전원으로부터 인가된 직류 전력을 특정 직류 전력으로 변환하는 직류-직류 변환기와 상기 변환된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터를 더 포함하고, 상기 제어부가 상기 측정부에 의한 측정이 완료되면, 상기 무선 전력 수신기를 식별하기 위한 디지털 핑이 주기적으로 송출되도록 상기 직류-직류 변환기 및 상기 인버터를 제어하고, 상기 디지털 핑에 대응되는 신호 세기 지시자가 수신되면, 상기 무선 전력 수신기를 식별할 수 있다.
또한, 상기 측정부가 상기 공진 캐패시터 양단에서 측정된 전압에 기반하여 상기 공진 회로의 품질 인자 값을 측정할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치는 공진 캐패시터와 공진 인덕터를 포함하는 공진 회로와 충전 영역에 배치된 물체를 감지하는 센싱부와 상기 물체가 감지되면, 상기 공진 회로의 품질 인자 값을 측정하는 측정부와 식별된 무선 전력 수신기로부터 수신되는 이물질 검출 상태 패킷의 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질 검출을 위한 임계 범위를 결정하고, 상기 측정된 품질 인자 값과 상기 결정된 임계 범위를 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 제어부를 포함하고, 상기 임계 범위는 상기 기준 품질 인자 값에 따라 증가하는 상한 가중치와 하한 가중치가 적용되어 결정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예는 상기 이물질 검출 방법들 중 어느 하나의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공될 수 있다.
상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
본 발명에 따른 방법, 장치 및 시스템에 대한 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 무선 충전을 위한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 보다 정확하게 이물질을 검출하는 것이 가능한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 불필요한 전력 낭비 및 이물질에 의한 발열 현상을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 기준 품질 인자 값에 따라 선형적 또는 지수적으로 결정되는 가중치를 반영하여 동적으로 이물질을 검출하기 위한 임계 값 또는 임계 범위를 결정함으로써, 보다 정확하게 이물질을 검출하는 것이 가능한 무선 전력 송신 장치를 제공하는 장점이 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템에서의 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 상기 도 6에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 신호의 변조 및 복조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 패킷 포맷을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 패킷의 종류를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 상태 패킷(Foreign Object Detection Status Packet)의 메시지 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치에서의 이물질 검출을 위한 상태 천이 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 이물질 감지 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 이물질 감지 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 16 및 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 영역에 이물질이 배치되었을 때의 수신기 타입 별 기준 품질 인자 값 대비 품질 인지 값이 떨어지는 정도를 보여주는 실험 결과 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시예들이 적용되는 장치 및 다양한 방법들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
실시예의 설명에 있어서, 무선 충전 시스템상에서 무선 전력을 송신하는 기능이 탑재된 장치는 설명의 편의를 위해 무선 파워 송신기, 무선 파워 송신 장치, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 송신기, 송신단, 송신기, 송신 장치, 송신측, 무선 파워 전송 장치, 무선 파워 전송기 등을 혼용하여 사용하기로 한다. 또한, 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 기능이 탑재된 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 무선 파워 수신 장치, 무선 파워 수신기, 수신 단말기, 수신측, 수신 장치, 수신기 등이 혼용되어 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 송신기는 패드 형태, 거치대 형태, AP(Access Point) 형태, 소형 기지국 형태, 스텐드 형태, 천장 매립 형태, 벽걸이 형태 등으로 구성될 수 있으며, 하나의 송신기는 복수의 무선 전력 수신 장치에 파워를 전송할 수도 있다. 이를 위해, 송신기는 적어도 하나의 무선 파워 전송 수단을 구비할 수도 있다. 여기서, 무선 파워 전송 수단은 전력 송신단 코일에서 자기장을 발생시켜 그 자기장의 영향으로 수신단 코일에서 전기가 유도되는 전자기유도 원리를 이용하여 충전하는 전자기 유도 방식에 기반한 다양한 무전 전력 전송 표준이 사용될 수 있다. 여기서, 무선파워 전송 수단은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) 및 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기는 적어도 하나의 무선 전력 수신 수단이 구비될 수 있으며, 2개 이상의 송신기로부터 동시에 무선 파워를 수신할 수도 있다. 여기서, 무선 전력 수신 수단은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) 및 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 수신기는 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 player, 전동 칫솔, 전자 태그, 조명 장치, 리모콘, 낚시찌, 스마트 워치와 같은 웨어러블 디바이스 등의 소형 전자 기기 등에 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며 본 발명에 따른 무선 전력 수신 수단이 장착되어 배터리 충전이 가능한 기기라면 족하다.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 무선 충전 시스템은 크게 무선으로 전력을 송출하는 무선 전력 송신단(10), 상기 송출된 전력을 수신하는 무선 전력 수신단(20) 및 수신된 전력을 공급 받는 전자기기(30)로 구성될 수 있다.
일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 동일한 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 인밴드(In-band) 통신을 수행할 수 있다.
인밴드 통신에 있어써, 무선 전력 송신단(10)에 의해 송출된 전력 신호(41)가 무선 전력 수신단(20)에 수신되면, 무선 전력 수신단(20)은 수신된 전력 신호를 변조하고, 변조된 신호(42)가 무선 전력 송신단(10)에 전송될 수 있다.
다른 일예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 상이한 별도의 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 대역외(Out-of-band) 통신을 수행할 수도 있다.
일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20) 사이에 교환되는 정보는 서로의 상태 정보뿐만 아니라 제어 정보도 포함될 수 있다. 여기서, 송수신단 사이에 교환되는 상태 정보 및 제어 정보는 후술할 실시예들의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.
상기 인밴드 통신 및 대역외 통신은 양방향 통신을 제공할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 다른 실시예에 있어서는 단방향 통신 또는 반이중 방식의 통신을 제공할 수도 있다.
일 예로, 단방향 통신은 무선 전력 수신단(20)이 무선 전력 송신단(10)으로만 정보를 전송하는 것일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 송신단(10)이 무선 전력 수신단(20)으로 정보를 전송하는 것일 수도 있다.
반이중 통신 방식은 무선 전력 수신단(20)과 무선 전력 송신단(10) 사이의 양방향 통신은 가능하나, 어느 한 시점에 어느 하나의 장치에 의해서만 정보 전송이 가능한 특징이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신단(20)은 전자 기기(30)의 각종 상태 정보를 획득할 수도 있다. 일 예로, 전자 기기(30)의 상태 정보는 현재 전력 사용량 정보, 실행중인 응용을 식별하기 위한 정보, CPU 사용량 정보, 배터리 충전 상태 정보, 배터리 출력 전압/전류 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 전자 기기(30)로부터 획득 가능하고, 무선 전력 제어에 활용 가능한 정보이면 족하다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신단(10)은 고속 충전 지원 여부를 지시하는 소정 패킷을 무선 전력 수신단(20)에 전송할 수 있다. 무선 전력 수신단(20)은 접속된 무선 전력 송신단(10)이 고속 충전 모드를 지원하는 것으로 확인된 경우, 이를 전자 기기(30)에 알릴 수 있다. 전자 기기(30)는 구비된 소정 표시 수단-예를 들면, 액정 디스플레이일 수 있음-을 통해 고속 충전이 가능함을 표시할 수 있다.
또한, 전자 기기(30) 사용자는 액정 표시 수단에 표시된 소정 고속 충전 요청 버튼을 선택하여 무선 전력 송신단(10)이 고속 충전 모드로 동작하도록 제어할 수도 있다. 이 경우, 전자 기기(30)는 사용자에 의해 고속 충전 요청 버튼이 선택되면, 소정 고속 충전 요청 신호를 무선 전력 수신단(20)에 전송할 수 있다. 무선 전력 수신단(20)은 수신된 고속 충전 요청 신호에 상응하는 충전 모드 패킷을 생성하여 무선 전력 송신단(10)에 전송함으로써, 일반 저전력 충전 모드를 고속 충전 모드로 전환시킬 수 있다.
도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
일 예로, 도면 부호 200a에 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신단(20)은 복수의 무선 전력 수신 장치로 구성될 수 있으며, 하나의 무선 전력 송신단(10)에 복수의 무선 전력 수신 장치가 연결되어 무선 충전을 수행할 수도 있다. 이때, 무선 전력 송신단(10)은 시분할 방식으로 복수의 무선 전력 수신 장치에 전력을 분배하여 송출할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며. 다른 일 예로, 무선 전력 송신단(10)은 무선 전력 수신 장치 별 할당된 상이한 주파수 대역을 이용하여 복수의 무선 전력 수신 장치에 전력을 분배하여 송출할 수 있다.
이때, 하나의 무선 전력 송신 장치(10)에 연결 가능한 무선 전력 수신 장치의 개수는 무선 전력 수신 장치 별 요구 전력량, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량 및 무선 전력 송신 장치의 가용 전력량 중 적어도 하나에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.
다른 일 예로, 도면 부호 200b에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신단(10)은 복수의 무선 전력 송신 장치로 구성될 수도 있다. 이 경우, 무선 전력 수신단(20)은 복수의 무선 전력 송신 장치와 동시에 연결될 수 있으며, 연결된 무선 전력 송신 장치들로부터 동시에 전력을 수신하여 충전을 수행할 수도 있다. 이때, 무선 전력 수신단(20)과 연결된 무선 전력 송신 장치의 개수는 무선 전력 수신단(20)의 요구 전력량, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량, 무선 전력 송신 장치의 가용 전력량 등에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템에서의 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.
일 예로, 무선 전력 송신기는 3개의 송신 코일(111, 112, 113)이 장착될 수 있다. 각각의 송신 코일은 일부 영역이 다른 송신 코일과 서로 중첩될 수 있으며, 무선 전력 송신기는 각각의 송신 코일을 통해 무선 전력 수신기의 존재를 감지하기 위한 소정 감지 신호(117, 127)-예를 들면, 디지털 핑 신호-를 미리 정의된 순서로 순차적으로 송출한다.
상기 도 3에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기는 도면 번호 110에 도시된 1차 감지 신호 송출 절차를 통해 감지 신호(117)를 순차적으로 송출하고, 무선 전력 수신기(115)로부터 신호 세기 지시자(Signal Strength Indicator, 116)가 수신된 송신 코일(111, 112)을 식별할 수 있다. 연이어, 무선 전력 송신기는 도면 번호 120에 도시된 2차 감지 신호 송출 절차를 통해 감지 신호(127)를 순차적으로 송출하고, 신호 세기 지시자(126)가 수신된 송신 코일(111, 112) 중 전력 전송 효율(또는 충전 효율)-즉, 송신 코일과 수신 코일 사이의 정렬 상태-이 좋은 송신 코일을 식별하고, 식별된 송신 코일을 통해 전력이 송출되도록-즉, 무선 충전이 이루어지도록- 제어할 수 있다.
상기의 도 3에서 보여지는 바와 같이, 무선 전력 송신기가 2회의 감지 신호 송출 절차를 수행하는 이유는 어느 송신 코일에 무선 전력 수신기의 수신 코일이 잘 정렬되어 있는지를 보다 정확하게 식별하기 위함이다.
만약, 상기한 도 3의 도면 번호 110 및 120에 도시된 바와 같이, 제1 송신 코일(111), 제2 송신 코일(112)에 신호 세기 지시자(116, 126)가 수신된 경우, 무선 전력 송신기는 제1 송신 코일(111)과 제2 송신 코일(112) 각각에 수신된 신호 세기 지시자(126)에 기반하여 가장 정렬이 잘된 송신 코일을 선택하고, 선택된 송신 코일을 이용하여 무선 충전을 수행한다
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 4를 참조하면, 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(Selection Phase, 410), 핑 단계(Ping Phase, 420), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 430), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 440) 단계로 구분될 수 있다.
선택 단계(410)는 파워 전송을 시작하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계일 수 있다. 여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다. 또한, 선택 단계(410)에서 송신기는 충전 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다. 만약, 송신기가 충전 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것을 감지하면, 핑 단계(420)로 천이할 수 있다(S401). 선택 단계(410)에서 송신기는 매우 짧은 펄스의 아날로그 핑(Analog Ping) 신호를 전송할 수 있으며, 송신 코일의 전류 변화에 기반하여 충전 인터페이스 표면의 활성 영역(Active Area)-즉, 충전 가능 영역-에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다.
핑 단계(420)에서 송신기는 물체를 감지하면, 수신기를 활성화-즉, 부팅(booting)-시키고, 수신기가 WPC 표준에 호환되는 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송한다. 핑 단계(420)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 지시자-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(410)로 천이할 수 있다(S402). 또한, 핑 단계(420)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 신호-를 수신하면, 선택 단계(410)로 천이할 수도 있다(S403).
핑 단계(420)가 완료되면, 송신기는 수신기를 식별하고, 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(430)로 천이할 수 있다(S404).
식별 및 구성 단계(430)에서 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 패킷 전송 오류가 있거나(transmission error), 파워 전송 계약이 설정되지 않으면(no power transfer contract) 선택 단계(410)로 천이할 수 있다(S405).
수신기에 대한 식별 및 구성이 완료되면, 송신기는 무선 전력을 전송하는 전력 전송 단계(440)로 천이할 수 있다(S406).
전력 전송 단계(440)에서, 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 기 설정된 파워 전송 계약에 대한 위반이 발생되거나(power transfer contract violation), 충전이 완료된 경우, 선택 단계(410)로 천이할 수 있다(S407).
또한, 전력 전송 단계(440)에서, 송신기는 송신기 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 식별 및 구성 단계(430)로 천이할 수 있다(S408).
상기한 파워 전송 계약은 송신기와 수신기의 상태 및 특성 정보에 기반하여 설정될 수 있다. 일 예로, 송신기 상태 정보는 최대 전송 가능한 파워량에 대한 정보, 최대 수용 가능한 수신기 개수에 대한 정보 등을 포함할 수 있으며, 수신기 상태 정보는 요구 전력에 대한 정보 등을 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 5를 참조하면, 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(Selection Phase, 510), 핑 단계(Ping Phase, 520), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 530), 협상 단계(Negotiation Phase, 540), 보정 단계(Calibration Phase, 550), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 560) 단계 및 재협상 단계(Renegotiation Phase, 570)로 구분될 수 있다.
선택 단계(510)는 파워 전송을 시작하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계일 수 있다. 여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다. 또한, 선택 단계(510)에서 송신기는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다. 만약, 송신기가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 단계(520)로 천이할 수 있다. 선택 단계(510)에서 송신기는 매우 짧은 펄스의 아날로그 핑(Analog Ping) 신호를 전송하며, 송신 코일 또는 1차 코일(Primary Coil)의 전류 변화에 기반하여 인터페이스 표면의 활성 영역(Active Area)에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다.
핑 단계(520)에서 송신기는 물체가 감지되면, 수신기를 활성화시키고, 수신기가 WPC 표준이 호환되는 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송한다. 핑 단계(520)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 패킷-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(510)로 천이할 수 있다. 또한, 핑 단계(520)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 패킷-을 수신하면, 선택 단계(510)로 천이할 수도 있다.
핑 단계(520)가 완료되면, 송신기는 수신기를 식별하고 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(530)로 천이할 수 있다.
식별 및 구성 단계(530)에서 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 패킷 전송 오류가 있거나(transmission error), 파워 전송 계약이 설정되지 않으면(no power transfer contract) 선택 단계(510)로 천이할 수 있다.
송신기는 식별 및 구성 단계(530)에서 수시된 구성 패킷(Configuration packet)의 협상 필드(Negotiation Field) 값에 기반하여 협상 단계(540)로의 진입이 필요한지 여부를 확인할 수 있다.
확인 결과, 협상이 필요하면, 송신기는 협상 단계(540)로 진입하여 소정 FOD 검출 절차를 수행할 수 있다.
반면, 확인 결과, 협상이 필요하지 않은 경우, 송신기는 곧바로 전력 전송 단계(560)로 진입할 수도 있다.
협상 단계(540)에서, 송신기는 기준 품질 인자 값이 포함된 FOD(Foreign Object Detection) 상태 패킷을 수신할 수 있다. 이때, 송신기는 기준 품질 인자 값에 기반하여 FO 검출을 위한 임계치를 결정할 수 있다. 일 예로, 송신기는 기준 품질 인자 값을 매개 변수로 하는 소정 임계 생성 함수를 이용하여 이물질의 존재 여부를 판단하기 위한 임계 값 또는 임계 범위를 결정할 수 있다. 여기서, 임계 생성 함수에 의해 산출되는 임계 값 또는 임계 범위는 기준 품질 인자 값보다 작은 값이다. 일 실시예에 따른 이물질 검출을 위한 임계 값(FO_Threshold)은 기준 품질 인자 값(RQF_Value), 해당 무선 전력 송신기에 상응하여 미리 설정된 구성 인자(Design_factor), 표준에 정의된 허용 오차(tolerence) 및 가중치에 기반하여 결정될 수 있다. 여기서, 가중치는 기준 품질 인자 값에 따라 선형적 또는 지수적으로 증가될 수 있다. 즉, 이물질 검출을 위한 임계 값은 하기 수식 1:
FO_Threshold = (RQF_Value*Design_factor) + tolerance - 가중치 (수식 1)
에 의해 결정될 수 있다.
일반적으로 충전 영역에 이물질이 배치되면 송신기의 공진 회로에서 측정되는 품질 인자 값은 이물질 배치되기 이전에 비해 떨어진다. 실제 무선 충전 시스템에서 충전 영역에 이물질이 배치되는 경우, 기준 품질 인자 값 대비 측정된 품질 인자 값이 감소되는 비율은 충전 영역에 배치된 수신기의 타입-즉, 해당 무선 전력 수신기의 기준 품질 인자 값-에 따라 상이할 수 있다. 특히, 기준 품질 인자 값이 클수록 이물질 배치에 따른 품질 인자 값의 감소 비율은 급격히 높아지는 특징이 있다. 따라서, 본 발명에 따른 송신기는 기준 품질 인자 값이 큰 무선 전력 수신기일수록 기준 품질 인자 값 대비 이물질을 검출하기 위한 임계 값의 비율이 낮아지도록 임계 값(또는 임계 범위)를 결정할 수 있다. 이를 통해, 송신기가 이물질 검출에 실패할 확률이 낮아질 수 있다.
송신기는 물체 감지 후 측정된 품질 인자 값과 FO 검출을 위해 결정된 임계 값을 비교하여 충전 영역에 FO가 존재하는지를 판단할 수 있으며, FO 검출 결과에 따라 전력 전송을 제어할 수 있다. 일 예로, FO가 검출된 경우, 송신기는 전력 전송을 중단할 수 있으며, FO가 검출되었음을 지시하는 소정 경고 알람을 출력할 수 있다.
FO가 검출된 경우, 송신기는 선택 단계(510)로 회귀할 수 있다. 반면, FO가 검출되지 않은 경우, 송신기는 보정 단계(550)를 거쳐 전력 전송 단계(560)로 진입할 수도 있다. 상세하게, 송신기는 FO가 검출되지 않은 경우, 송신기는 보정 단계(550)에서 수신단에 수신된 전력의 세기를 결정하고, 송신단에서 전송한 전력의 세기를 결정하기 위해 수신단과 송신단에서의 전력 손실을 측정할 수 있다. 즉, 송신기는 보정 단계(550)에서 송신단의 송신 파워와 수신단의 수신 파워 사이의 차이에 기반하여 전력 손실을 예측할 수 있다. 일 실시예에 따른 송신기는 예측된 전력 손실을 반영하여 FOD 검출을 위한 임계치를 보정할 수도 있다.
전력 전송 단계(560)에서, 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 기 설정된 파워 전송 계약에 대한 위반이 발생되거나(power transfer contract violation), 충전이 완료된 경우, 선택 단계(510)로 천이할 수 있다.
또한, 전력 전송 단계(560)에서, 송신기는 송신기 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 재협상 단계(570)로 천이할 수 있다. 이때, 재협상이 정상적으로 완료되면, 송신기는 전력 전송 단계(560)로 회귀할 수 있다.
상기한 파워 전송 계약은 송신기와 수신기의 상태 및 특성 정보에 기반하여 설정될 수 있다. 일 예로, 송신기 상태 정보는 최대 전송 가능한 파워량에 대한 정보, 최대 수용 가능한 수신기 개수에 대한 정보 등을 포함할 수 있으며, 수신기 상태 정보는 요구 전력에 대한 정보 등을 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6을 참조하면 무선 전력 송신기(600)는 크게, 전력 변환부(610), 전력 전송부(620), 통신부(630), 제어부(640), 센싱부(650)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기한 무선 전력 송신기(600)의 구성은 반드시 필수적인 구성은 아니어서, 그보다 많거나 적은 구성 요소를 포함하여 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 전력 변환부(610)는 전원부(660)로부터 DC 전원이 공급되면, 이를 소정 세기의 교류 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.
이를 위해, 전력 변환부(610)는 DC/DC 변환부(611), 인버터(612) 및 주파수 생성기(613)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 인버터(612)는 하프 브릿지 인버터 또는 풀 브릿지 인버터일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 직류 전력을 특정 동작 주파수를 가지는 교류 전력으로 변환할 수 있는 회로 구성이면 족하다.
DC/DC 변환부(611)는 전원부(650)로부터 공급된 DC 전력을 제어부(640)의 제어 신호에 따라 특정 세기의 DC 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.
이때, 센싱부(650)는 DC 변환된 전력의 전압/전류 등을 측정하여 제어부(640)에 제공할 수 있다. 또한, 센싱부(650)는 과열 발생 여부 판단을 위해 무선 전력 송신기(600)의 내부 온도를 측정하고, 측정 결과를 제어부(640)에 제공할 수도 있다. 일 예로, 제어부(640)는 센싱부(650)에 의해 측정된 전압/전류 값에 기반하여 적응적으로 전원부(650)로부터의 전원 공급을 차단하거나, 증폭기(612)에 전력이 공급되는 것을 차단할 수 있다. 이를 위해, 전력 변환부(610)의 일측에는 전원부(650)로부터 공급되는 전원을 차단하거나, 증폭기(612)에 공급되는 전력을 차단하기 위한 소정 전력 차단 회로가 가 더 구비될 수도 있다.
인버터(612)는 DC/DC 변환된 직류 전력을 주파수 생성기(613)에 의해 생성된 기준 교류 신호에 기반하여 교류 전력으로 변환할 수 있다. 이때, 기준 교류 신호의 주파수-즉, 동작 주파수-는 제어부(640)의 제어 신호에 따라 동적으로 변경될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기(600)는 동작 주파수를 조절하여 송출 전력의 세기를 조절할 수도 있다. 일 예로, 제어부(640)는 통신부(630)를 통해 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태 정보 또는(및) 전력 제어 신호를 수신할 수 있으며, 수신된 전력 수신 상태 정보 또는(및) 전력 제어 신호에 기반하여 동작 주파수를 결정하고, 결정된 동작 주파수가 생성되도록 주파수 생성기(613)를 동적으로 제어할 수 있다. 일 예로, 전력 수신 상태 정보는 정류기 출력 전압의 세기 정보, 수신 코일에 인가되는 전류의 세기 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 전력 제어 신호는 전력 증가를 요청하기 위한 신호, 전력 감소를 요청하기 위한 신호 등을 포함할 수 있다.
전력 전송부(620)는 다중화기(621)(또는 멀티플렉서), 송신 코일부(622)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 송신 코일부(622)는 제1 내지 제n 송신 코일로 구성될 수 있다. 또한, 전력 전송부(620)는 전력 전송을 위한 특정 캐리어 주파수를 생성하기 위한 반송파 생성기(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 이 경우, 반송파 생성기는 다중화기(621)를 통해 전달 받은 인버터(612)의 출력 교류 전력과 믹싱하기 위한특정 캐리어 주파수로 생성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 각각의 송신 코일에 전달되는 AC 전력의 주파수가 서로 상이할 수도 있음을 주의해야 한다. 본 발명의 다른 일 실시예는 LC 공진 특성을 송신 코일마다 상이하게 조절하는 기능이 구비된 소정 주파수 제어기를 이용하여 각각의 송신 코일 별 공진 주파수를 상이하게 설정할 수도 있다.
다중화기(621)는 제어부(640)에 의해 선택된 송신 코일로 교류 전력을 전달하기 위한 스위치 기능을 수행할 수 있다. 제어부(640)는 송신 코일 별 수신되는 신호 세기 지시자에 기반하여 해당 무선 전력 수신기로의 전력 전송에 사용할 송신 코일을 선택할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(640)는 복수의 무선 전력 수신기가 연결된 경우, 송신 코일 별 시분할 다중화를 통해 전력을 전송할 수도 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(600)에 3개의 무선 전력 수신기-즉, 제1 내지 3 무선 전력 수신기-가 각각 3개의 서로 다른 송신 코일-즉, 제1 내지 3 송신 코일-을 통해 식별된 경우, 제어부(640)는 다중화기(621)를 제어하여, 특정 타임 슬롯에 특정 송신 코일을 통해서만 교류 전력이 송출될 수 있도록 제어할 수 있다. 이때, 송신 코일 별 할당된 타임 슬롯의 길이에 따라 해당 무선 전력 수신기로 전송되는 전력의 양이 제어될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 예는 송신 코일 별 할당된 타임 슬롯 동안 DC/DC 변환기(611)의 출력 직류 전력의 세기를 제어하여 무선 전력 수신기 별 송출 전력을 제어할 수도 있다.
제어부(640)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 제1 내지 제n 송신 코일(622)을 통해 감지 신호가 순차적으로 송출될 수 있도록 다중화기(621)를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(640)는 감지 신호가 전송될 시점을 타이머(655)를 이용하여 식별할 수 있으며, 감신 신호 전송 시점이 도래하면, 다중화기(621)를 제어하여 해당 송신 코일을 통해 감지 신호가 송출될 수 있도록 제어할 수 있다. 일 예로, 타이머(650)는 핑 전송 단계 동안 소정 주기로 특정 이벤트 신호를 제어부(640)에 송출할 수 있으며, 제어부(640)는 해당 이벤트 신호가 감지될 때마다, 다중화기(621)를 제어하여 해당 송신 코일을 통해 디지털 핑이 송출될 수 있도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(640)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 복조부(632)로부터 어느 송신 코일을 통해 신호 세기 지시자(Signal Strength Indicator)가 수신되었는지를 식별하기 위한 소정 송신 코일 식별자 및 해당 송신 코일을 통해 수신된 신호 세기 지시자를 수신할 수 있다. 연이어, 제2차 감지 신호 송출 절차에서 제어부(640)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 신호 세기 지시자가 수신된 송신 코일(들)을 통해서만 감지 신호가 송출될 수 있도록 다중화기(621)를 제어할 수도 있다. 다른 일 예로, 제어부(640)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 신호 세기 지시자가 수신된 송신 코일이 복수개인 경우, 가장 큰 값을 갖는 신호 세기 지시자가 수신된 송신 코일을 제2차 감지 신호 송출 절차에서 감지 신호를 가장 먼저 송출할 송신 코일로 결정하고, 결정 결과에 따라 다중화기(621)를 제어할 수도 있다.
통신부(630)는 변조부(631)와 복조부(632) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
변조부(631)는 제어부(640)에 의해 생성된 제어 신호를 변조하여 다중화기(621)에 전달할 수 있다. 여기서, 제어 신호를 변조하기 위한 변조 방식은 FSK(Frequency Shift Keying) 변조 방식, 맨체스터 코딩(Manchester Coding) 변조 방식, PSK(Phase Shift Keying) 변조 방식, 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation) 방식, 차등 2단계(Differential bi-phase) 변조 방식 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
복조부(632)는 송신 코일을 통해 수신되는 신호가 감지되면, 감지된 신호를 복조하여 제어부(640)에 전송할 수 있다. 여기서, 복조된 신호에는 신호 세기 지시자, 무선 전력 전송 중 전력 제어를 위한 오류 정정(EC:Error Correction) 지시자, 충전 완료(EOC: End Of Charge) 지시자, 과전압/과전류/과열 지시자 등이 포함될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 수신기의 상태를 식별하기 위한 각종 상태 정보가 포함될 수 있다.
또한, 복조부(632)는 복조된 신호가 어느 송신 코일로부터 수신된 신호인지를 식별할 수 있으며, 식별된 송신 코일에 상응하는 소정 송신 코일 식별자를 제어부(640)에 제공할 수도 있다.
또한, 복조부(632)는 송신 코일(623)을 통해 수신된 신호를 복조하여 제어부(640)에 전달할 수 있다. 일 예로, 복조된 신호는 신호 세기 지시자를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 복조된 신호는 무선 전력 수신기의 각종 상태 정보를 포함하는 신호일 수 있다.
일 예로, 무선 전력 송신기(600)는 무선 전력 전송에 사용되는 동일한 주파수를 이용하여 무선 전력 수신기와 통신을 수행하는 인밴드(In-Band) 통신을 통해 상기 신호 세기 지시자를 획득할 수 있다.
또한, 무선 전력 송신기(600)는 송신 코일부(622)을 이용하여 무선 전력을 송출할 수 있을 뿐만 아니라 송신 코일부(622)을 통해 무선 전력 수신기와 각종 제어 신호 및 상태 정보를 교환할 수도 있다. 다른 일 예로, 송신 코일부(622)의 제1 내지 제n 송신 코일에 각각 대응되는 별도의 코일이 무선 전력 송신기(600)에 추가로 구비될 수 있으며, 구비된 별도의 코일을 이용하여 무선 전력 수신기와 인밴드 통신을 수행할 수도 있음을 주의해야 한다.
이상이 도 6의 설명에서는 무선 전력 송신기(600)와 무선 전력 수신기가 인밴드 통신을 수행하는 것을 예를 들어 설명하고 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 무선 전력 신호 전송에 사용되는 주파수 대역과 상이한 주파수 대역을 통해 근거리 양방향 통신을 수행할 수 있다. 일 예로, 근거리 양방향 통신은 저전력 블루투스 통신, RFID 통신, UWB 통신, 지그비 통신 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 이상의 도 6의 설명에서는 무선 전력 송신기(600)의 전력 전송부(620)가 다중화기(621)와 복수의 송신 코일(622)을 포함하나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 실시예에 따른 전력 전송부(620)는 하나의 송신 코일로 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.
도 7은 상기 도 6에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7을 참조하면, 무선 전력 수신기(700)는 수신 코일(710), 정류기(720), 직류/직류 변환기(DC/DC Converter, 730), 부하(740), 센싱부(750), 통신부(760), 주제어부(770)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 통신부(760)는 복조부(761) 및 변조부(762) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
상기한 도 7의 예에 도시된 무선 전력 수신기(700)는 인밴드 통신을 통해 무선 전력 송신기(600)와 정보를 교환할 수 있는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 통신부(760)는 무선 전력 신호 전송에 사용되는 주파수 대역과는 상이한 주파수 대역을 통해 근거리 양방향 통신을 제공할 수도 있다.
수신 코일(710)을 통해 수신되는 AC 전력은 정류부(720)에 전달할 수 있다. 정류기(720)는 AC 전력을 DC 전력으로 변환하여 직류/직류 변환기(730)에 전송할 수 있다. 직류/직류 변환기(730)는 정류기 출력 DC 전력의 세기를 부하(740)에 의해 요구되는 특정 세기로 변환한 후 부하(740)에 전달할 수 있다.
센싱부(750)는 정류기(720) 출력 DC 전력의 세기를 측정하고, 이를 주제어부(770)에 제공할 수 있다. 또한, 센싱부(750)는 무선 전력 수신에 따라 수신 코일(710)에 인가되는 전류의 세기를 측정하고, 측정 결과를 주제어부(770)에 전송할 수도 있다. 또한, 센싱부(750)는 무선 전력 수신기(700)의 내부 온도를 측정하고, 측정된 온도 값을 주제어부(770)에 제공할 수도 있다.
일 예로, 주제어부(770)는 측정된 정류기 출력 DC 전력의 세기가 소정 기준치 와 비교하여 과전압 발생 여부를 판단할 수 있다. 판단 결과, 과전압이 발생된 경우, 과전압이 발생되었음을 알리는 소정 패킷을 생성하여 변조부(762)에 전송할 수 있다. 여기서, 변조부(762)에 의해 변조된 신호는 수신 코일(710) 또는 별도의 코일(미도시)을 통해 무선 전력 송신기(600)에 전송될 수 있다. 또한, 주제어부(770)는 정류기 출력 DC 전력의 세기가 소정 기준치 이상인 경우, 감지 신호가 수신된 것으로 판단할 수 있으며, 감지 신호 수신 시, 해당 감지 신호에 대응되는 신호 세기 지시자가 변조부(762)를 통해 무선 전력 송신기(600)에 전송될 수 있도록 제어할 수 있다. 다른 일 예로, 복조부(761)는 수신 코일(710)과 정류기(720) 사이의 AC 전력 신호 또는 정류기(720) 출력 DC 전력 신호를 복조하여 감지 신호의 수신 여부를 식별한 후 식별 결과를 주제어부(770)에 제공할 수 있다. 이때, 주제어부(770)는 감지 신호에 대응되는 신호 세기 지시자가 변조부(762)를 통해 전송될 수 있도록 제어할 수 있다.
무선 전력 전송장치(100) 측의 전력 송신 제어부(112)는 상기 변조된 무선 전력 신호(52)를 포락선
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 신호의 변조 및 복조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8의 도면 번호 810에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 동일한 주기를 가지는 내부 클락 시그널에 기반하여 전송 대상 패킷을 인코딩하거나 디코딩할 수 있다.
이하에서는 상기 도 1 내지 도 8을 참조하여, 전송 대상 패킷의 인코딩 방법을 상세히 설명하기로 한다.
상기 도 1을 참조하면, 무선 전력 송신단(10) 또는 무선 전력 수신단(20)이 특정 패킷을 전송하지 않는 경우, 무선 전력 신호는 도 1의 도면 번호 41에 도시된 바와 같이, 특정 주파수를 가진 변조되지 않은 교류 신호일 수 있다. 반면, 무선 전력 송신단(10) 또는 무선 전력 수신단(20)이 특정 패킷을 전송하는 경우, 무선 전력 신호는 도 1의 도면 번호 42에 도시된 바와 같이, 특정 변조 방식으로 변조된 교류 신호일 수 있다. 일 예로, 변조 방식은 진폭 변조 방식, 주파수 변조 방식, 주파수 및 진폭 변조 방식, 위상 변조 방식 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
무선 전력 송신단(10) 또는 무선 전력 수신단(20)에 의해 생성된 패킷의 이진 데이터는 도면 번호 820과 같이 차등 2단계 인코딩(Differential bi-phase encoding) 이 적용될 수 있다. 상세하게, 차등 2단계 인코딩은 데이터 비트 1을 인코딩하기 위하여 두 번의 상태 전이(transitions)를 갖도록 하고, 데이터 비트 0을 인코딩하기 위하여 한 번의 상태 전이를 갖도록 한다. 즉, 데이터 비트 1은 상기 클럭 신호의 상승 에지(rising edge) 및 하강 에지(falling edge)에서 HI 상태 및 LO 상태간의 전이가 발생하도록 인코딩된 것이고, 데이터 비트 0은 상기 클럭 신호의 상승 에지에서 HI 상태 및 LO 상태간의 전이가 발생하도록 인코딩된 것일 수 있다.
인코딩된 이진 데이터는 상기 도면 번호 830에 도시된 바와 같은, 바이트 인코딩 기법이 적용될 수 있다. 도면 번호 830을 참조하면, 일 실시예에 따른 바이트 인코딩 기법은 8비트의 인코딩된 이진 비트 스트림에 대해 해당 비트 스트림의 시작과 종류를 식별하기 위한 시작 비트(Start Bit) 및 종료 비트(Stop Bit), 해당 비트 스트림(바이트)의 오류 발생 여부를 감지하기 위한 페리티 비트(Parity Bit)를 삽입하는 방법일 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 패킷 포맷을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20) 사이의 정보 교환에 사용되는 패킷 포맷(900)은 해당 패킷의 복조를 위한 동기 획득 및 해당 패킷의 정확한 시작 비트를 식별하기 위한 프리엠블(Preamble, 910) 필드, 해당 패킷에 포함된 메시지의 종류를 식별하기 위한 헤더(Header, 920) 필드, 해당 패킷의 내용(또는 페이로드(Payload))를 전송하기 위한 메시지(Message, 930) 필드 및 해당 패킷에 오류가 발생되었는지 여부를 확인하기 위한 체크썸(Checksum, 940) 필드를 포함하여 구성될 수 있다.
패킷 수신단은 헤더(920) 값에 기반하여 해당 패킷에 포함된 메시지(930)의 크기를 식별할 수도 있다.
또한, 헤더(920)는 무선 전력 전송 절차의 각 단계별로 정의될 수 있으며, 일부, 헤더(920) 값은 무선 전력 전송 절차의 서로 다른 단계에서 동일한 값을 가지도록 정의될 수도 있다. 일 예로, 도 10을 참조하면, 핑 단계의 전력 전송 종료(End Power Transfer) 및 전력 전송 단계의 전력 전송 종료에 대응되는 헤더 값은 0x02로 동일할 수 있음을 주의해야 한다.
메시지(930)는 해당 패킷의 송신단에서 전송하고자 하는 데이터를 포함한다. 일 예로, 메시지(930) 필드에 포함되는 데이터는 상대방에 대한 보고 사항(report), 요청 사항(request) 또는 응답 사항(response)일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 패킷(900)은 해당 패킷을 전송한 송신단을 식별하기 위한 송신단 식별 정보, 해당 패킷을 수신할 수신단을 식별하기 위한 수신단 식별 정보 중 적어도 하나가 더 포함될 수도 있다. 여기서, 송신단 식별 정보 및 수신단 식별 정보는 IP 주소 정보, MAC 주소 정보, 제품 식별 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 충전 시스템상에서 수신단 및 송신단을 구분할 수 있는 정보이면 족하다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 패킷(900)은 해당 패킷이 복수의 장치에 의해 수신되어야 하는 경우, 해당 수신 그룹을 식별하기 위한 소정 그룹 식별 정보가 더 포함될 수도 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기에서 무선 전력 송신기로 전송되는 패킷의 종류를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 무선 전력 수신기에서 무선 전력 송신기로 전송하는 패킷은 감지된 핑 신호의 세기 정보를 전송하기 위한 신호 세기(Signal Strength) 패킷, 송신기가 전력 전송을 중단하도록 요청하기 위한 전력 전송 종류(End Power Transfer), 제어 제어를 위한 제어 오류 패킷 수신 후 실제 전력을 조정하기까지 대기하는 시간 정보를 전송하기 위한 전력 제어 보류(Power Control Hold-off) 패킷, 수신기의 구성 정보를 전송하기 위한 구성 패킷, 수신기 식별 정보를 전송하기 위한 식별 패킷 및 확장 식별 패킷, 일반 요구 메시지를 전송하기 위한 일반 요구 패킷, 특별 요구 메시지를 전송하기 위한 특별 요구 패킷, FO 검출을 위한 기준 품질 인자 값을 전송하기 위한 FOD 상태 패킷, 송신기의 송출 전력을 제어하기 위한 제어 오류 패킷, 재협상 개시를 위한 재협상 패킷, 수신 전력의 세기 정보를 전송하기 위한 24비트 수신 전력 패킷 및 8비트 수신 전력 패킷 및 현재 부하의 충전 상태 정보를 전송하기 위한 충전 상태 패킷을 포함할 수 있다.
상기한 무선 전력 수신기에서 무선 전력 송신기로 전송하는 패킷들은 무선 전력 전송에 사용되는 주파수 대역과 동일한 주파수 대역을 이용한 인밴드 통신을 이용하여 전송될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 11을 참조하면, 이물질 검출 장치(1100)는 전원부(1101), 직류-직류 변환기(DC-DC Converter, 1110), 인버터(Inverter, 1120), 공진 회로(1130), 측정부(1140), 통신부(1160), 센싱부(1170) 및 제어부(1180)을 포함하여 구성될 수 있다. 본 실시예에 따른 이물질 검출 장치(1100)는 무선 전력 송신 장치에 장착될 수 있다.
공진 회로(1130)는 공진 캐패시터(1131) 및 공진 인덕터(1132)를 포함하여 구성되고, 통신부(1160)는 복조부(1161)와 변조부(1162) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
전원부(1101)는 외부 전원 단자를 통해 DC 전력을 인가 받아 직류-직류 변환기(1110)에 전달할 수 있다.
직류-직류 변환기(1110)는 제어부(1180)의 제어에 따라 전원부(1101)로부터 입력되는 직류 전력의 세기를 특정 세기의 직류 전력으로 변환할 수 있다. 일 예로, 직류-직류 변환기(1110)는 전압의 세기 조절이 가능한 가변 전압기로 구성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
인버터(1120)는 변환된 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다. 인버터(1120)는 구비된 복수의 스위치 제어를 통해 입력되는 직류 전력 신호를 교류 전력 신호로 변환하여 출력할 수 있다.
일 예로, 인버터(1120)는 풀 브릿지(Full Bridge) 회로를 포함하여 구성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 하프 브리지(Half Bridge)를 포함하여 구성될 수도 있다.
다른 일 예로, 인버터(1120)는 하프 브릿지 회로와 풀 브릿지 회로를 모두 포함하여 구성될 수도 있으며, 이 경우, 제어부(1180)는 인터버(1120)를 하프 브릿지로 동작시킬지 풀 브릿지로 동작시킬지 동적으로 결정하여 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 무선 전력 수신 장치에 의해 요구되는 전력의 세기에 따라 적응적으로 인버터(1120)의 브릿지 모드를 제어할 수 있다. 여기서, 브릿지 모드는 하프 브리짓 모드 및 풀 브릿지 모드를 포함한다.
일 예로, 무선 전력 수신 장치가 5W의 저전력을 요구하는 경우, 제어부(1180)는 인버터(1120)가 하프 브릿지 모드로 동작하도록 제어할 수 있다. 반면, 무선 전력 수신 장치가 15W의 전력을 요구하는 경우, 제어부(1180)는 풀 브릿지 모드로 동작되도록 제어할 수 있다.
다른 일 예로, 무선 전력 송신 장치는 감지된 온도에 따라 적응적으로 브릿지 모드를 결정하고, 결정된 브릿지 모드에 따라 인버터(1120)를 구동시킬 수도 있다. 일 예로, 하프 브리지 모드를 통해 무선 전력을 전송하는 중 무선 전력 송신 장치의 온도가 소정 기준치를 초과하는 경우, 제어부(1180)는 하프 브리지 모드를 비활성화시키고 풀 브릿지 모드가 활성화되도록 제어할 수 있다. 즉, 무선 전력 송신 장치는 동일 세기의 전력 전송을 위해 풀 브릿지 회로를 통해 전압은 상승시키고, 공진 회로(1130)에 흐르는 전류의 세기는 감소시킴으로써, 무선 전력 송신 장치의 내부 온도가 소정 기준치 이하를 유지하도록 제어할 수 있다.
일반적으로, 전자 기기에 장착되는 전자 부품에 발생되는 열의 양은 해당 전자 부품에 인가되는 전압의 세기보다 전류의 세기에 보다 민감할 수 있다.
또한, 인버터(1120)는 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있을 뿐만 아니라 교류 전력의 세기를 변경시킬 수도 있다.
일 예로, 인버터(1120)는 제어부(1180)의 제어에 따라 교류 전력 생성에 사용되는 기준 교류 신호(Reference Alternating Current Signal)의 주파수를 조절하여 출력되는 교류 전력의 세기를 조절할 수도 있다. 이를 위해, 인버터(1120)는 특정 주파수를 가지는 기준 교류 신호를 생성하는 주파수 발진기를 포함하여 구성될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 예는 주파수 발진기가 인버터(1120)와 별개로 구성되어 이물질 검출 장치(1100)의 일측에 장착될 수 있다.
다른 일 예로, 이물질 검출 장치(1100)는 인버터(1120)에 구비된 스위치를 제어하기 위한 게이트 드라이버(Gate Driver, 미도시) 더 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우, 게이트 드라이버는 제어부(1180)로부터 적어도 하나의 펄스 폭 변조 신호를 수신할 수 있으며, 수신된 펄스 폭 변조 신호에 따라 인버터(1120)의 스위치를 제어할 있다. 제어부(1180)는 펄스 폭 변조 신호의 듀티 사이클(Duty Cycle)-즉, 듀티 레이트(Duty Rate)- 및 위상(Phase)를 제어하여 인버터(1120) 출력 전력의 세기를 제어할 수 있다. 제어부(1180)는 무선 전려 수신 장치로부터 수신되는 피드백 신호에 기반하여 적응적으로 펄스 폭 변조 신호의 듀티 사이클 및 위상을 제어할 수 있다.
측정부(1140)는 제어부(1180)의 제어 신호에 따라 공진 캐패시터(1131) 양단의 전압, 전류, 임피던스 중 적어도 하나를 측정하여 공진 회로(1130)에 대한 품질 인자 값을 산출할 수 있다. 이때, 산출된 품질 인자 값은 제어부(1180)에 전달되고, 제어부(1180)는 소정 기록 영역에 측정부(1140)로부터 전달 받은 품질 인자 값을 임시 저장할 수도 있다. 일 예로, 제어부(1180)는 선택 단계에서 충전 영역상에 물체가 감지되면, 핑 단계로 진입하기 이전에 측정부(1140)가 품질 인자 값을 산출하도록 제어할 수 있다.
제어부(1180)는 협상 단계에서 변조부(1162)로부터 FOD 상태 패킷이 수신되면, FOD 상태 패킷에 포함된 정보에 기반하여 이물질 존재 여부를 판단하기 위한 임계 값(또는 임계 범위)를 결정할 수 있다.
일 실시예에 따른 이물질 검출을 위한 임계 값(FO_Threshold)은 기준 품질 인자 값(RQF_Value), 해당 무선 전력 송신기에 상응하여 미리 설정된 구성 인자(Design_factor), 표준에 정의된 허용 오차(tolerence) 및 가중치에 기반하여 결정될 수 있다. 여기서, 가중치는 기준 품질 인자 값에 따라 선형적 또는 지수적으로 증가될 수 있다. 즉, 제어부(1180)는 하기 수식 1:
FO_Threshold = (RQF_Value*Design_factor) + tolerance - 가중치 (수식 1)
에 의해 이물질 검출을 위한 임계 값을 결정할 수 있다.
일 예로, 가중치는 기준 품질 인자 값을 매개 변수로 하는 소정 일차 함수에 의해 산출될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 2차 이상의 고차 함수에 의해 산출될 수도 있다.
다른 일 예로, 가중치는 무선 전력 수신기 타입 별 미리 정의되어 이물질 검출 장치(1100)의 소정 기록 영역-예를 들면, 비휘발성 메모리-에 기록되어 유지될 수 있다. 이때, 무선 전력 수신기 타입 별 가중치는 매핑 테이블의 형태로 유지될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
다른 일 실시예에 따른 이물질 검출을 위한 임계 범위는 상한 임계 값(FO_Theshold_Upper_Limit)과 하한 임계 값(FO_Theshold_Lower_Limit)로 식별되며, 기준 품질 인자 값(RQF_Value), 해당 무선 전력 송신기에 상응하여 미리 설정된 구성 인자(Design_factor), 표준에 정의된 허용 오차(tolerence), 상한 가중치 및 하한 가중치에 기반하여 결정될 수 있다. 여기서, 상한 가중치 및 하한 가중치는 기준 품질 인자 값에 따라 선형적 또는 지수적으로 증가될 수 있다. 즉, 제어부(1180)는 하기 수식 2:
FO_Threshold_Upper_Limit = (RQF_Value*Design_factor) + tolerance - 상한 가중치
FO_Threshold_Lower_Limit = (RQF_Value*Design_factor) + tolerance - 하한 가중치 (수식 2)
에 의해 이물질 검출을 위한 임계 범위를 결정할 수 있다. 제어부(1180)는 측정된 품질 인자 값이 상한 임계 값과 하한 임계 값 사이의 값인 경우, 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이물질 검출을 위한 임계 값(FO_Threshold)은 하기 표 1에 도시된 바와 같이, 기준 품질 인자(RQF) 값의 크기에 따라 차등적으로 비율이 적용되어 결정될 수도 있다.
일 예로, 하기 표 1을 참조하면, 기준 품질 인자(RQF) 값이 80을 초과하면, 차등 비율(Diff Ratio)이 40%로 적용되고, 이때의 이물질 검출을 위한 임계 값(FO_Threshold)은 RQFx0.6 + 허용 오차(tolerance)로 계산될 수 있다.
다른 일 예로, 하기 표 1을 참조하면, 기준 품질 인자(RQF) 값이 50보다 크고 60이하인 경우, 차등 비율(Diff Ratio)이 10%로 적용되고, 이때의 이물질 검출을 위한 임계 값(FO_Threshold)은 RQFx0.9 + 허용 오차(tolerance)로 계산될 수 있다.
기준 품질 인자 (RQF) Diff ratio FO_Threshold
> 80 40%
Figure pat00001
Figure pat00002
 30%
Figure pat00003
Figure pat00004
 20%
Figure pat00005
Figure pat00006
 10%
Figure pat00007
Figure pat00008
 5%
Figure pat00009
무선 전력 송신기는 협상 단계에서 FOD 상태 패킷을 통해 기준 품질 인자 값을 수신하며, 수신된 기준 품질 인자 값에 따라 적응적으로 FO_Threshold를 결정할 수 있다. 상기 표 1에 도시된 바와 RQF 값이 클수록 RQF 값과 FO_Threshold 사이의 차이 값은 해당 RQF 값에 대응되는 차등 비율에 따라 증가한다. 반면, RQF 값이 작아질수록 RQF 값과 FO_Threshold 사이의 차이 값은 해당 RQF 값에 대응되는 차등 비율에 따라 감소한다. 상기 표 1은 하나의 실시예에 불과할 뿐 RQF 값에 따른 차등 비율은 당업자의 설계 및 디바이스의 구성 태양에 따라 상이하게 결정될 수도 있음을 주의해야 한다.
일반적으로 충전 영역에 이물질이 배치되면 송신기의 공진 회로에서 측정되는 품질 인자 값은 이물질 배치되기 이전에 비해 떨어진다. 실제 무선 충전 시스템에서 충전 영역에 이물질이 배치되는 경우, 기준 품질 인자 값 대비 측정된 품질 인자 값이 감소되는 비율은 충전 영역에 배치된 수신기의 타입-즉, 해당 무선 전력 수신기의 기준 품질 인자 값-에 따라 상이할 수 있다.
특히, 기준 품질 인자 값이 클수록 이물질 배치에 따른 품질 인자 값의 감소 비율은 급격히 높아지는 특징이 있다. 따라서, 본 발명에 따른 제어부(1180)는 기준 품질 인자 값이 큰 무선 전력 수신기일수록 기준 품질 인자 값 대비 이물질을 검출하기 위한 임계 값의 비율이 낮아지도록 임계 값(또는 임계 범위)를 결정할 수 있다. 이를 통해, 송신기가 이물질 검출에 실패할 확률이 낮아질 수 있다.
제어부(1180)는 물체 감지 후 측정된 품질 인자 값과 FO 검출을 위해 결정된 임계 값을 비교하여 충전 영역에 FO가 존재하는지를 판단할 수 있으며, FO 검출 결과에 따라 전력 전송을 제어할 수 있다.
일 예로, FO가 검출된 경우, 제어부(1180)는 전력 전송을 중단할 수 있으며, FO가 검출되었음을 지시하는 소정 경고 알람이 출력되도록 제어할 수 있다. 여기서, 경고 알람은 이물질 검출 장치(1100)에 구비되는 비퍼, LED 램프, 진동 소자 및 액정 디스플레이 중 적어도 하나를 통해 출력될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
일 예로, 제어부(1180)는 선택 단계에서 물체 감지 후 핑 단계로 진입하기 이전에 측정된 품질 인자 값이 결정된 임계 값보다 작은 경우, 충전 영역에 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
다른 일 예로, 제어부(1180)는 선택 단계에서 물체 감지 후 핑 단계로 진입하기 이전에 측정된 품질 인자 값이 결정된 임계 범위에 포함되는 경우, 충전 영역에 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수도 있다.
FOD 상태 패킷에 포함되는 기준 품질 인자 값은 표준 성능 테스트를 위해 지정된 무선 전력 송신기의 충전 베드의 특정 위치에서 해당 무선 전력 수신기에 대응하여 산출된 품질 인자 값들 중 가장 작은 값으로 결정될 수 있다.
또한, 제어부(1180)는 협상단계에서 이물질이 감지되면, 선택 단계로 회귀하며, 소정 주기로 공진 회로(1130)의 품질 인자 값을 산출하도록 측정부(1140)를 제어할 수 있다.
이때, 제어부(1180)는 이물질이 감지된 상태에서 획득된 품질 인자 값을 기 결정된 임계 값(또는 임계 범위)와 비교하여 기 감지된 이물질이 충전 영역에서 제거되었는지를 판단할 수 있다.
일 예로, 제어부(1180)는 이물질이 감지된 상태에서 측정된 품질 인자 값이 기 결정된 임계 값보다 크면, 이물질이 제거된 것으로 판단할 할 수 있다. 다른 일 예로, 제어부(1180)는 이물질이 감지된 상태에서 측정된 품질 인자 값이 상한 임계치를 초과하면, 이물질이 제거된 것으로 판단할 수도 있다.
또한, 제어부(1180)는 상기한 표 1-이하 설명의 편의를 위해 '임계 값 결정 테이블'이라 명함-을 참조하여 이물질 검출을 위한 임계 값을 적응적으로 결정할 수도 있다.
상기한 표 1은 이물질 검출 장치(1180)에 구비된 메모리(미도시)의 소정 기록 영역에 유지될 수 있으며, 제어부(1180)는 협상 단계에서 기준 품질 인자 값이 포함된 FOD 상태 패킷이 수신되면, 수신된 기준 품질 인자 값 및 임계 값 결정 테이블을 참조하여, 이물질 검출을 위한 임계 값을 결정하고, 결정된 임계 값을 기 측정된 품질 인자 값과 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다.
여기서, 임계 값 결정 테이블은 갱신될 수 있다. 일 예로, 이물질 검출 장치는 유선 또는 무선 네트워크를 통해 특정 서버와 연결될 수 있으며, 해당 서버와 연동하여 임계 값 결정 테이블을 갱신할 수 있다. 다른 일 예로, 이물질 검출 장치는 접속된 무선 전력 수신기로부터 임계 값 결정 테이블을 수신하거나 갱신할 수도 있다.
임계 값 결정 테이블은 무선 전력 수신기의 타입 별로 생성될 수 있으며, 이물질 검출 장치는 식별된 무선 전력 수신기의 타입에 대응되는 임계 값 결정 테이블을 참조하여 이물질 검출을 위한 임계 값을 결정할 수도 있다.
일 실시예에 따른 무선 전력 수신기에는 무선 전력 송신기 타입 별 임계 값 결정 테이블이 유지될 수도 있다. 이 경우, 무선 전력 수신기는 식별된 무선 전력 송신기의 타입에 대응되는 임계 값 결정 테이블을 해당 무선 전력 송신기에 전송할 수도 있다. 무선 전력 송신기는 수신된 임계 값 결정 테이블에 기반하여 이물질 검출을 위한 임계 값을 결정할 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치는 무선 전력 수신기의 타입 또는(및) 무선 전력 송신기의 타입에 대응되는 임계 값 결정 테이블을 참조하여 적응적으로 이물질 검출을 위한 임계 값을 결정할 수 있다.
판단 결과, 이물질이 제거된 경우, 제어부(1180)는 전력 전송 단계로 다시 진입하여 해당 무선 전력 수신 장치로의 충전이 재개되도록 제어할 수 있다.
복조부(1161)는 무선 전력 수신 장치로부터 수신되는 인밴드 신호를 복조하여 제어부(1180)에 전달한다. 일 예로, 복조부(1161)는 상기한 도 10에서 설명된 패킷을 복조하여 제어부(1180)에 전달할 수 있다.
센싱부(1170)는 이물질 검출 장치(1100)(또는 무선 전력 송신 장치)의 특정 단자, 특정 소자, 특정 위치 등에서의 전압, 전류, 전력, 임피던스 및 온도 등을 측정할 수 있다.
일 예로, 센싱부(1170)는 DC 변환된 전력의 전압/전류 등을 측정하여 제어부(1180)에 제공할 수 있다. 또한, 센싱부(1170)는 과열 발생 여부 판단을 위해 무선 전력 송신 장치의 내부 온도를 측정하고, 측정 결과를 제어부(1180)에 제공할 수도 있다. 이 경우, 제어부(1180)는 센싱부(1170)에 의해 측정된 전압/전류 값에 기반하여 적응적으로 전원으로부터의 전원 공급을 차단하거나, 공진 회로(1130)에 전력이 공급되는 것을 차단할 수 있다. 이를 위해, 이물질 검출 장치(1100)의 일측에는 전원부(1101)로부터 공급되는 전원을 차단하거나, 인버터(1120)에 공급되는 직류 전력을 차단하기 위한 소정 전력 차단 회로가 더 구비될 수도 있다.
센싱부(1170)는 홀 센서, 압력 센서 등을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 충전 영역에 물체가 존재하는지 여부는 홀 센서 또는 압력 센서 등을 통해 감지될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
센싱부(1170)는 선택 단계에서 아날로그 핑 신호를 전송 중 공진 회로(1130)의 전류, 전압, 임피던스 등의 변화를 감지하여 충전 영역에 물체가 존재하는지를 감지할 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이물질 검출 장치(1100)는 선택 단계에서 물체가 감지되면, 핑 단계로의 진입 이전에 공진 회로의 품질 인자 값을 측정(또는 산출)하고, 협상 단계에서 결정된 임계 값(또는 임계 범위)와 측정된 품질 인자 값을 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단함으로써, 이물질 검출에 실패할 확률을 현저히 낮출 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 이물질 검출 장치(1100)는 이물질 검출을 위한 임계 값(또는 임계 범위)를 해당 무선 전력 수신기에 대응되는 기준 품질 인자 값에 따라 동적으로 결정함으로써, 해당 무선 전력 수신기에 최적화된 이물질 검출을 수행할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 상태 패킷(Foreign Object Detection Status Packet)의 메시지 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면, FOD 상태 패킷 메시지(1200)는 2바이트의 길이를 가질 수 있으며, 6비트 길이의 예약(Reserved, 1201) 필드, 2비트 길이의 모드(Mode, 1202) 필드 및 1바이트 길이의 기준 품질 인자 값(Reference Quality Factor Value, 1203) 필드를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 예약(1201) 필드의 모든 비트는 0으로 기록된다.
도면 번호 1204에 보여지는 바와 같이, 모드(1202) 필드가 이진수 ‘00’으로 설정되면, 기준 품질 인자 값(1203) 필드에 해당 무선 전력 수신기의 전원이 OFF된 상태에서 측정되어 결정된 기준 품질 인자 값이 기록되었음을 의미할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치에서의 이물질 검출을 위한 상태 천이 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 13을 참조하면, 이물질 검출 장치는 선택 단계(1310)에서 물체가 감지되면, 공진 회로의 품질 인자 값을 측정 및 저장한 후 핑 단계(1320)로 진입할 수 있다. 핑 단계(1320)에서 이물질 검출 장치는 무선 전력 수신기를 식별하기 위한 소정 전력 신호-예를 들면, 디지털 핑-을 주기적으로 전송할 수 있다.
이물질 검출 장치는 핑 단계(1320)에서 디지털 핑에 대응되는 신호 세기 지시자가 수신되면, 식별 및 구성 단계(1330)로 진입하여 무선 전력 수신기를 식별하고, 식별된 무선 전력 수신기를 위한 각종 구성 파라메터를 설정할 수 있다.
무선 전력 수신기에 대한 식별 및 구성이 완료되면, 이물질 검출 장치는 협상 단계(1340)로 진입하여 기준 품질 인자 값이 포함된 FOD 상태 패킷을 수신할 수 있다.
이물질 검출 장치는 FOD 상태 패킷에 포함된 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질 존재 여부를 판단하기 위한 임계 값(또는 임계 범위)를 결정하고, 저장된 품질 인자 값과 결정된 임계 값(또는 임계 범위)을 비교하여 충전 영역에 이물질이 존재하는지를 판단할 수 있다.
상기 도 11에서 설명된 바와 같이, 기준 품질 인자 값이 낮은 무선 전력 수신기일수록 충전 영역에 이물질이 배치되면, 해당 기준 품질 인자 값 대비 품질 인자 값이 강하 크기 및 비율이 기준 품질 인자 값이 큰 무선 전력 수신기에 비해 상대적으로 작거나 낮은 특징이 있다. 따라서, 본 발명에 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치는 무선 전력 수신기로부터 수신된 기준 품질 인자 값에 따라 적응적으로 이물질 검출을 위한 임계 값(또는 임계 범위)를 결정할 수 있다.
판단 결과, 이물질이 존재하면, 이물질 검출 장치는 전력 전송을 중단하고 선택 단계(1310)로 회귀할 수 있다. 반면, 판단 결과, 이물질이 존재하지 않으면, 이물질 검출 장치는 전력 전송 단계(1350)에 진입하여 해당 무선 전력 수신기에 대한 무선 충전을 개시할 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 이물질 감지 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 14을 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 선택 단계에서 충전 영역상에 물체가 감지되면, 공진 회로의 품질 인자 값을 측정하여 소정 기록 영역에 저장할 수 있다(S1401).
무선 전력 송신 장치는 핑 단계로 진입하여 무선 전력 수신기를 식별하기 위한 디지털 핑 신호를 무선으로 송출할 수 있다(S1402).
무선 전력 송신 장치는 디지털 핑 신호에 대응하여 신호 세기 지시자가 수신되면, 식별 및 구성 단계로 진입하며, 무선 전력 수신기에 대한 식별 및 구성이 완료되면 협상 단계로 천이할 수 있다(S1403).
무선 전력 송신 장치는 협상 단계에서 수신되는 FOD 상태 패킷에 포함된 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질 존재 여부를 판단하기 위한 임계 값(또는 임계 범위)를 결정할 수 있다(S1404). 여기서, 임계 값 및 임계 범위를 결정하는 방법은 상술한 도 11 내지 도 13의 설명으로 대체한다. 무선 전력 송신 장치는 협상 단계에서 소정 세기의 전력 신호를 무선으로 송출할 수 있다.
무선 전력 송신 장치는 저장된 품질 인자 값과 결정된 임계 값(또는 임계 범위)를 비교하여 충전 영역상에 이물질이 존재하는지를 판단할 수 있다(S1405).
판단 결과, 이물질이 존재하는 경우, 무선 전력 송신 장치는 전력 신호 송출을 중단하고, 이물질이 검출되었음을 지시하는 소정 경고 알람이 출력되도록 제어할 수 있다(S1406 내지 S1407).
상기한 1405 단계의 판단 결과, 이물질이 존재하지 않는 경우, 무선 전력 송신 장치는 전력 전송 단계로 진입하여 해당 무선 전력 수신기에 대한 충전을 개시할 수 있다(S1408).
도 15는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 이물질 감지 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 15를 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 선택 단계에서 충전 영역상에 물체가 감지되면, 공진 회로의 품질 인자 값을 측정하여 소정 기록 영역에 저장할 수 있다(S1501).
무선 전력 송신 장치는 이전에 이물질이 감지된 상태인지 여부를 확인할 수 있다(S1502).
확인 결과, 이물질이 감지된 상태가 아닌 경우, 무선 전력 송신 장치는 핑 단계로 진입하여 무선 전력 수신기를 식별하기 위한 디지털 핑 신호를 무선으로 송출할 수 있다(S1503).
무선 전력 송신 장치는 디지털 핑 신호에 대응하여 신호 세기 지시자가 수신되면, 식별 및 구성 단계로 진입하며, 무선 전력 수신기에 대한 식별 및 구성이 완료되면 협상 단계로 천이할 수 있다(S1504).
무선 전력 송신 장치는 협상 단계에서 수신되는 FOD 상태 패킷에 포함된 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질 존재 여부를 판단하기 위한 임계 값(또는 임계 범위)를 결정할 수 있다(S1505). 여기서, 임계 값 및 임계 범위를 결정하는 방법은 상술한 도 11 내지 도 13의 설명으로 대체한다. 무선 전력 송신 장치는 협상 단계에서 소정 세기의 전력 신호를 무선으로 송출할 수 있다.
무선 전력 송신 장치는 저장된 품질 인자 값과 결정된 임계 값(또는 임계 범위)를 비교하여 충전 영역상에 이물질이 존재하는지를 판단할 수 있다(S1506).
판단 결과, 이물질이 존재하는 경우, 무선 전력 송신 장치는 전력 신호 송출을 중단하고, 이물질이 검출되었음을 지시하는 소정 경고 알람이 출력되도록 제어할 수 있다(S1507 내지 S1508). 이 후, 무선 전력 송신 장치는 상기한 1501 단계로 회귀할 수 있다.
상기한 1506 단계의 판단 결과, 이물질이 존재하지 않는 경우, 무선 전력 송신 장치는 전력 전송 단계로 진입하여 해당 무선 전력 수신기에 대한 충전을 개시할 수 있다(S1509).
상기한 1502 단계의 확인 결과, 이물질이 이미 감지된 상태인 경우, 무선 전력 송신 장치는 감지된 이물질이 충전 영역에서 제거되었는지 판단할 수 있다(S1510). 여기서, 감지된 이물질이 충전 영역에서 제거되었는지 여부에 대한 판단 방법은 상술한 도 11 내지 도 13의 설명으로 대체한다.
판단 결과, 감지된 이물질이 제거된 경우, 무선 전력 송신 장치는 전력 전송 단계로 진입하여 해당 무선 전력 수신기로의 충전을 재개할 수 있다.
상기한 1510 단계의 판단 결과, 감지된 이물질이 제거되지 않은 경우, 무선 전력 송신 장치는 상기한 1501 단계를 수행할 수 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 영역에 이물질이 배치되었을 때의 수신기 타입 별 기준 품질 인자 값 대비 품질 인지 값이 떨어지는 정도를 보여주는 실험 결과 그래프이다.
도 16에 보여지는 실험 결과는 충전 영역에 10센트 동전이 배치되었을 때의 실험 결과이다.
도 16의 도면 번호 1610 및 1630을 참조하면, 충전 영역에 10센트 동전을 배치한 후 기준 품질 인자 값 대비 품질 인자 값이 떨어지는 절대적인 양(diff1)은 기준 품질 인자 값이 증가함에 따라 증가되는 것을 보여준다. 이때, 이물질이 배치되지 않았을 때 측정된 품질 인자(NO_FO) 값-즉, 기준 품질 인자(RFQ) 값-과 diff1과의 관계는 도면 번호 1611의 수식으로 근사화시킬 수 있다. 상기한 도면 번호 1611은 2차 방정식으로 근사화되었으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 1차 방정식, 다른 고차 방정식, 지수 방정식 등으로 근사화될 수도 있음을 주의해야 한다.
도 16의 도면 번호 1620 및 1630을 참조하면, 충전 영역에 10센트 동전을 배치한 후 기준 품질 인자 값 대비 품질 인자 값이 떨어지는 비율(%diff1)은 기준 품질 인자 값이 증가함에 따라 증가되는 것을 보여준다. 이때, 이물질이 배치되지 않았을 때 측정된 품질 인자(NO_FO) 값-즉, 기준 품질 인자(RFQ) 값-과 %diff1과의 관계는 도면 번호 1621의 수식으로 근사화시킬 수 있다. 상기한 도면 번호 1621은 2차 방정식으로 근사화되었으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 1차 방정식, 다른 고차 방정식, 지수 방정식 등으로 근사화될 수도 있음을 주의해야 한다.
도 17은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 충전 영역에 이물질이 배치되었을 때의 수신기 타입 별 기준 품질 인자 값 대비 품질 인지 값이 떨어지는 정도를 보여주는 실험 결과 그래프이다.
도 17에 보여지는 실험 결과는 충전 영역에 25센트 동전이 배치되었을 때의 실험 결과이다.
도 17의 도면 번호 1710 및 1730을 참조하면, 충전 영역에 25센트 동전을 배치한 후 기준 품질 인자 값 대비 품질 인자 값이 떨어지는 절대적인 양(diff2)은 기준 품질 인자 값이 증가함에 따라 증가되는 것을 보여준다. 이때, 이물질이 배치되지 않았을 때 측정된 품질 인자(NO_FO) 값-즉, 기준 품질 인자(RFQ) 값-과 diff2와의 관계는 도면 번호 1711의 수식으로 근사화시킬 수 있다. 상기한 도면 번호 1711은 2차 방정식으로 근사화되었으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 1차 방정식, 다른 고차 방정식, 지수 방정식 등으로 근사화될 수도 있음을 주의해야 한다.
도 17의 도면 번호 1720 및 1730을 참조하면, 충전 영역에 25센트 동전을 배치한 후 기준 품질 인자 값 대비 품질 인자 값이 떨어지는 비율(%diff2)은 기준 품질 인자 값이 증가함에 따라 증가되는 것을 보여준다. 이때, 이물질이 배치되지 않았을 때 측정된 품질 인자(NO_FO) 값-즉, 기준 품질 인자(RFQ) 값-과 %diff2와의 관계는 도면 번호 1721의 수식으로 근사화시킬 수 있다. 상기한 도면 번호 1721은 2차 방정식으로 근사화되었으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 1차 방정식, 다른 고차 방정식, 지수 방정식 등으로 근사화될 수도 있음을 주의해야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치는 선택 단계에서 물체가 감지되면, 핑 단계로의 진입 이전에 공진 회로의 품질 인자 값을 측정(또는 산출)하고, 협상 단계에서 수신된 FOD 상태 패킷에 기반하여 결정된 임계 값과 측정된 품질 인자 값을 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단함으로써, 이물질 검출에 실패할 확률을 현저히 낮출 수 있는 장점이 있다.
상술한 실시예에 따른 방법들은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상술한 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (18)

  1. 무선으로 전력을 전송하기 위한 공진 회로가 구비된 무선 전력 송신기에서의 이물질 검출 방법에 있어서,
    충전 영역에 배치된 물체를 감지하는 단계;
    상기 물체가 감지되면, 상기 공진 회로의 품질 인자 값을 측정하는 단계;
    감지 신호를 송출하여 무선 전력 수신기를 식별하는 단계;
    식별된 상기 무선 전력 수신기로부터 수신된 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질 검출을 위한 임계 값을 결정하는 단계; 및
    상기 측정된 품질 인자 값과 상기 결정된 임계 값을 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계
    를 포함하고, 상기 임계 값은 상기 기준 품질 인자 값에 따라 증가하는 가중치가 적용되어 결정되는, 이물질 검출 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가중치는 상기 기준 품질 인자 값에 따라 선형적 또는 지수적으로 증가하는, 이물질 검출 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 임계 값은 상기 무선 전력 송신기에 대응하는 구성 인자 및 미리 정의된 허용 오차가 더 적용되어 결정되되, 상기 임계 값은 상기 기준 품질 인자 값과 상기 구성 인자를 곱한 값에 상기 허용 오차를 더한 후 상기 가중치를 차감하여 결정되는, 이물질 검출 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 판단 결과, 이물질이 존재하지 않으면, 상기 식별된 무선 전력 수신기로의 충전을 개시하는 단계; 및
    상기 판단 결과, 이물질이 존재하면, 상기 공진 회로를 통한 전력 전송을 중단하고, 이물질이 감지되었음을 지시하는 소정 알람 신호를 출력하는 단계
    를 더 포함하는, 이물질 검출 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전력 전송 중단 후 상기 충전 영역에 배치된 물체를 감지하는 단계로 회귀하는, 이물질 검출 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 회귀 후 측정한 상기 공진 회로의 품질 인자 값을 상기 결정된 임계 값과 비교하여, 감지된 상기 이물질이 상기 충전 영역에서 제거되었는지 여부를 확인하는 단계를 더 포함하는, 이물질 검출 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 확인 결과, 상기 이물질이 제거된 경우, 상기 중단된 전력 전송을 재개하는, 이물질 검출 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기준 품질 인자 값은 협상 단계에서 수신되는 이물질 검출 상태 패킷에 포함되어 수신되는, 이물질 검출 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계는
    상기 측정된 품질 인자 값이 상기 임계 값을 초과하면 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단하는 단계; 및
    상기 측정된 품질 인자 값이 상기 임계 값 이하이면 이물질이 존재하는 것으로 판단하는 단계
    를 포함하는, 이물질 검출 방법.
  10. 무선으로 전력을 전송하기 위한 공진 회로가 구비된 무선 전력 송신기에서의 이물질 검출 방법에 있어서,
    충전 영역에 배치된 물체를 감지하는 단계;
    상기 물체가 감지되면, 상기 공진 회로의 품질 인자 값을 측정하는 단계;
    감지 신호를 송출하여 무선 전력 수신기를 식별하는 단계;
    식별된 상기 무선 전력 수신기로부터 수신된 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질 검출을 위한 임계 범위를 결정하는 단계; 및
    상기 측정된 품질 인자 값과 상기 결정된 임계 범위를 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계
    를 포함하고, 상기 임계 범위는 상기 기준 품질 인자 값에 따라 증가하는 상한 가중치와 하한 가중치가 적용되어 결정되는, 이물질 검출 방법.
  11. 공진 캐패시터와 공진 인덕터를 포함하는 공진 회로;
    충전 영역에 배치된 물체를 감지하는 센싱부;
    상기 물체가 감지되면, 상기 공진 회로의 품질 인자 값을 측정하는 측정부; 및
    식별된 무선 전력 수신기로부터 수신되는 이물질 검출 상태 패킷의 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질 검출을 위한 임계 값을 결정하고, 상기 측정된 품질 인자 값과 상기 결정된 임계 값을 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 제어부
    를 포함하고, 상기 임계 값은 상기 기준 품질 인자 값에 따라 증가하는 가중치가 적용되어 결정되는, 이물질 검출 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 가중치는 상기 기준 품질 인자 값에 따라 선형적 또는 지수적으로 증가하고, 상기 임계 값은 상기 기준 품질 인자 값과 상기 무선 전력 송신기에 대응하는 구성 인자를 곱한 값에 미리 정의된 허용 오차를 더한 후 상기 가중치를 차감하여 결정되는, 이물질 검출 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단되면, 상기 제어부가 상기 식별된 무선 전력 수신기로의 충전을 개시하고, 상기 이물질이 존재하는 것으로 판단되면, 상기 제어부가 상기 공진 회로를 통한 전력 전송을 중단하고, 이물질이 감지되었음을 지시하는 소정 알람 신호가 출력되도록 제어하는, 이물질 검출 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어부가 상기 전력 전송 중단 후 선택 단계로 회귀하여 측정한 상기 공진 회로의 품질 인자 값을 상기 결정된 임계 값과 비교하여, 감지된 상기 이물질이 상기 충전 영역에서 제거되었는지 여부를 확인하는, 이물질 검출 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 확인 결과, 상기 이물질이 제거된 경우, 상기 제어부가 상기 중단된 전력 전송이 재개되도록 제어하는, 이물질 검출 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 이물질 검출 장치는
    전원으로부터 인가된 직류 전력을 특정 직류 전력으로 변환하는 직류-직류 변환기; 및
    상기 변환된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터
    를 더 포함하고,
    상기 제어부가
    상기 측정부에 의한 측정이 완료되면, 상기 무선 전력 수신기를 식별하기 위한 디지털 핑이 주기적으로 송출되도록 상기 직류-직류 변환기 및 상기 인버터를 제어하고, 상기 디지털 핑에 대응되는 신호 세기 지시자가 수신되면, 상기 무선 전력 수신기를 식별하는, 이물질 검출 장치.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 측정부가 상기 공진 캐패시터 양단에서 측정된 전압에 기반하여 상기 공진 회로의 품질 인자 값을 측정하는, 이물질 검출 장치.
  18. 공진 캐패시터와 공진 인덕터를 포함하는 공진 회로;
    충전 영역에 배치된 물체를 감지하는 센싱부;
    상기 물체가 감지되면, 상기 공진 회로의 품질 인자 값을 측정하는 측정부; 및
    식별된 무선 전력 수신기로부터 수신되는 이물질 검출 상태 패킷의 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질 검출을 위한 임계 범위를 결정하고, 상기 측정된 품질 인자 값과 상기 결정된 임계 범위를 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 제어부
    를 포함하고, 상기 임계 범위는 상기 기준 품질 인자 값에 따라 증가하는 상한 가중치와 하한 가중치가 적용되어 결정되는, 이물질 검출 장치.
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