KR20180016831A - Wireless Power Control Method and Wireless Power Transmitter for Wireless Charging - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 상세하게, 무선 충전을 위한 무선 전력 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wireless power transmission technique, and more particularly, to a wireless power control method and apparatus for wireless charging.
최근 정보 통신 기술이 급속도로 발전함에 따라, 정보 통신 기술을 기반으로 하는 유비쿼터스 사회가 이루어지고 있다.Recently, as the information and communication technology rapidly develops, a ubiquitous society based on information and communication technology is being made.
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.In order for information communication devices to be connected anytime and anywhere, sensors equipped with a computer chip having a communication function must be installed in all facilities of the society. Therefore, power supply problems of these devices and sensors are becoming a new challenge. In addition, mobile devices such as Bluetooth handsets and iPods, as well as mobile phones, have been rapidly increasing in number, and charging the battery has required users time and effort. As a way to solve this problem, wireless power transmission technology has recently attracted attention.
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.The wireless power transmission technology (wireless power transmission or wireless energy transfer) is a technology to transmit electric energy from the transmitter to the receiver wirelessly using the induction principle of the magnetic field. In the 1800s, electric motor or transformer And thereafter, a method of transmitting electrical energy by radiating electromagnetic waves such as high frequency, microwave, and laser has also been attempted. Our electric toothbrushes and some wireless shavers are actually charged with electromagnetic induction.
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.Up to the present, energy transmission using radio may be roughly classified into a magnetic induction method, an electromagnetic resonance method, and an RF transmission method using a short wavelength radio frequency.
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.In the magnetic induction method, when two coils are adjacent to each other and a current is supplied to one coil, a magnetic flux generated at this time causes an electromotive force to the other coils. As a technology, . The magnetic induction method has the disadvantage that it can transmit power of up to several hundred kilowatts (kW) and the efficiency is high, but the maximum transmission distance is 1 centimeter (cm) or less, so it is usually adjacent to the charger or the floor.
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.The self-resonance method is characterized by using an electric field or a magnetic field instead of using electromagnetic waves or currents. The self-resonance method is advantageous in that it is safe to other electronic devices or human body since it is hardly influenced by the electromagnetic wave problem. On the other hand, it can be used only at a limited distance and space, and has a disadvantage that energy transfer efficiency is somewhat low.
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.Short wavelength wireless power transmission - simply, RF transmission - takes advantage of the fact that energy can be transmitted and received directly in radio wave form. This technology is a RF power transmission system using a rectenna. Rectena is a combination of an antenna and a rectifier, which means a device that converts RF power directly into direct current power. That is, the RF method is a technique of converting an AC radio wave into DC and using it. Recently, as the efficiency has improved, commercialization has been actively researched.
무선 전력 전송 기술은 모바일 뿐만 아니라 IT, 철도, 가전 산업 등 산업 전반에 다양하게 활용될 수 있다.Wireless power transmission technology can be applied not only to mobile, but also to various industries such as IT, railroad, and household appliance industry.
다양한 기기에 무선 충전 기능이 탑재되고, 무선 전력 수신 장치에 의해 요구되는 전력의 세기가 증가됨에 따라, 구동 회로 및 송신 코일에서의 발열 현상이 발생되어 기기가 손상될 수 있다.As a variety of devices are equipped with a wireless charging function and the intensity of power required by the wireless power receiving device is increased, a heating phenomenon may occur in the driving circuit and the transmission coil, and the device may be damaged.
발열 현상을 방지하기 위해 각종 방열 구조-예를 들면, 방열 팬, 방열 소재 등을 포함함-가 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치에 장착되고 있으나, 방열 효과가 기대에 미치지 못할 뿐만 아니라 원가 및 기구적인 제한으로 한계가 있는 실정이다.In order to prevent a heat generation phenomenon, various heat dissipation structures (for example, a heat dissipation fan, a heat dissipation material, etc.) are installed in the wireless power transmission device and the wireless power reception device. However, There are limits to the mechanism limitations.
특히, 발생된 열을 빨리 방열하는 것도 중요하지만, 무엇보다 제어 회로 기판 및 코일 자체에 발생되는 열을 최소화시키는 것이 중요하다.In particular, it is important to quickly dissipate the generated heat. However, it is important to minimize the heat generated in the control circuit board and the coil itself.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 무선 충전을 위한 무선 전력 제어 방법 및 무선 전력 송신기를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a wireless power control method and a wireless power transmitter for wireless charging.
본 발명의 다른 목적은 전력 전송 모드를 변경하는 것이 불가능한 경우에도 충전 끊김 없이 발열을 최소화시키는 것이 가능한 무선 전력 제어 방법 및 무선 전력 송신기를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a wireless power control method and a wireless power transmitter capable of minimizing heat generation without interruption of charging even when it is impossible to change the power transmission mode.
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.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not restrictive of the invention, unless further departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be possible.
본 발명은 무선 충전을 위한 무선 전력 제어 방법 및 그를 위한 장치를 제공할 수 있다.The present invention can provide a wireless power control method for wireless charging and an apparatus therefor.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 송신기에서의 무선 전력 제어 방법은, 상기 무선 전력 수신기로 로우 파워 모드(low power mode)에 따른 전력 전송 중 과열을 감지하는 단계; 과열이 감지된 경우, 상기 무선 전력 수신기의 요구 전력에 대한 정보에 기초하여 상기 무선 전력 송신기의 전력 송신 모드를 미듐 파워 모드(medium power mode)로 변경 가능한지 여부를 판단하는 단계; 상기 무선 전력 송신기의 전력 송신 모드를 미듐 파워 모드로 변경할 수 없는 경우, 송신 코일의 전류를 감소시키는 단계; 및 상기 송신 코일의 전류가 임계치에 도달하여도 과열이 감지되면, DC/DC 변환기의 출력 전압을 승압하여 인버터에 전달하는 단계를 포함할 수 있다.A method of wireless power control in a wireless power transmitter for wirelessly transmitting power to a wireless power receiver according to an exemplary embodiment of the present invention includes sensing a temperature of the wireless power receiver and detecting an overheating during a power transmission according to a low power mode ; Determining whether a power transmission mode of the wireless power transmitter can be changed to a medium power mode based on information on a required power of the wireless power receiver when an overheating is detected; Reducing the current in the transmit coil if the power transmission mode of the wireless power transmitter can not be changed to the non-power mode; And a step of boosting the output voltage of the DC / DC converter and transmitting the boosted voltage to the inverter when the current of the transmission coil reaches the threshold value and the overheat is sensed.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 송신기는, 상기 무선 전력 수신기로 로우 파워 모드(low power mode)에 따른 전력 전송 중 과열이 감지된 경우, 상기 무선 전력 수신기의 요구 전력에 대한 정보에 기초하여 상기 무선 전력 송신기의 전력 송신 모드를 미듐 파워 모드(medium power mode)로 변경 가능한지 여부를 판단하는 제어부; 및 상기 무선 전력 송신기의 전력 송신 모드를 미듐 파워 모드로 변경할 수 없는 경우, DC/DC 변환기의 출력 전압을 승압하여 인버터에 전달하는 전압 조정기를 포함할 수 있다.A wireless power transmitter that wirelessly transmits power to a wireless power receiver in accordance with an embodiment of the present invention includes a wireless power transmitter configured to wirelessly transmit power to the wireless power receiver when the wireless power receiver detects an overheating during a power transmission according to a low power mode, A controller for determining whether or not the power transmission mode of the wireless power transmitter can be changed to a medium power mode based on information on the power demanded by the receiver; And a voltage regulator for boosting the output voltage of the DC / DC converter and transmitting the output voltage to the inverter when the power transmission mode of the wireless power transmitter can not be changed to the non-power mode.
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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, And can be understood and understood.
본 발명에 따른 방법, 장치 및 시스템에 대한 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.Effects of the method, apparatus and system according to the present invention will be described as follows.
본 발명은 무선 전력 송신 장치의 발열에 따른 조정시에 충전 끊김을 미연에 방지하는 것이 가능한 무선 전력 제어 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.An advantage of the present invention is to provide a wireless power control method and apparatus capable of preventing a charge disconnection at the time of adjustment according to heat generation of a wireless power transmission apparatus.
본 발명은 로우 파워 모드 만을 지원하는 무선 전력 수신기에 대한 전력 전송 중 과열 발생시에도, 충전 끊김 현상 없이 전력 전송 상태를 유지하면서 발열을 최소화할 수 있다.The present invention can minimize the heat generation while maintaining the power transmission state without the occurrence of the charge disconnection even when the overheating occurs during the power transmission to the wireless power receiver supporting only the low power mode.
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.The effects obtained by the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description will be.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템에서의 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 WPC 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 5는 WPC(Qi) 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 상기 도 6에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 전압 조정기를 설명하기 위한 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 조정기를 나타낸 회로도이다.
도 10은 일반 모드에서 도 9에 도시된 전압 조정기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 부스트 모드에서 도 9에 도시된 전압 조정기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.1 is a block diagram illustrating a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating a wireless charging system according to another embodiment of the present invention.
3 is a diagram for explaining a sensing signal transmission procedure in a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
4 is a state transition diagram for explaining the wireless power transmission procedure defined in the WPC standard.
5 is a state transition diagram for explaining a wireless power transmission procedure defined in the WPC (Qi) standard.
6 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.
7 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power receiver interworking with the wireless power transmitter according to the FIG.
8 is a block diagram illustrating a voltage regulator of a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.
9 is a circuit diagram showing a voltage regulator according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram for explaining the operation of the voltage regulator shown in FIG. 9 in the normal mode.
11 is a diagram for explaining the operation of the voltage regulator shown in Fig. 9 in the boost mode.
12 is a flowchart illustrating an operation of a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.
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.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an apparatus and various methods to which embodiments of the present invention are applied will be described in detail with reference to the drawings. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role.
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.In the description of the embodiment, in the case where it is described as being formed "above" or "below" each element, the upper or lower (lower) And that at least one further component is formed and arranged between the two components. Also, in the case of "upper (upper) or lower (lower)", it may include not only an upward direction but also a downward direction based on one component.
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.In the description of the embodiments, an apparatus equipped with a function of transmitting wireless power on a wireless charging system includes a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, a transmitter, a transmitter, , A transmitting side, a wireless power transmission device, a wireless power transmitter, and the like are used in combination. Further, for the sake of convenience of explanation, it is to be understood that a wireless power receiving apparatus, a wireless power receiving apparatus, a wireless power receiving apparatus, a wireless power receiving apparatus, a receiving terminal, a receiving side, A receiver, a receiver, and the like can be used in combination.
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.The transmitter according to the present invention may be configured as a pad type, a cradle type, an access point (AP) type, a small base type, a stand type, a ceiling embedded type, a wall type, Power can also be transmitted. To this end, the transmitter may comprise at least one radio power transmission means. Here, the radio power transmitting means may be various non-electric power transmission standards based on an electromagnetic induction method in which a magnetic field is generated in a power transmitting terminal coil and charged using an electromagnetic induction principle in which electricity is induced in a receiving terminal coil under the influence of the magnetic field. Here, the wireless power transmission means may include an electromagnetic induction wireless charging technique defined by Wireless Power Consortium (WPC) and Power Matters Alliance (PMA), which are standard wireless charging technologies.
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.Also, a receiver according to an embodiment of the present invention may include at least one wireless power receiving means, and may receive wireless power from two or more transmitters at the same time. Here, the wireless power receiving means may include an electromagnetic induction wireless charging technique defined by Wireless Power Consortium (WPC) and Power Matters Alliance (PMA), which are standard wireless charging technologies.
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.The receiver according to the present invention may be used in a mobile phone, a smart phone, a laptop computer, a digital broadcasting terminal, a PDA (Personal Digital Assistants), a PMP (Portable Multimedia Player), a navigation device, A portable electronic device such as a toothbrush, an electronic tag, a lighting device, a remote control, a fishing rod, a smart watch, etc. However, the present invention is not limited thereto. It suffices.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
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.Referring to FIG. 1, the wireless charging system includes a wireless
일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 동일한 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 인밴드(In-band) 통신을 수행할 수 있다. 다른 일예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 상이한 별도의 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 대역외(Out-of-band) 통신을 수행할 수도 있다.For example, the wireless
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.For example, information exchanged between the wireless
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.The in-band communication and the out-of-band communication may provide bidirectional communication, but the present invention is not limited thereto. In another embodiment, the in-band communication and the out-of-band communication may be provided.
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. For example, the unidirectional communication may be that the wireless
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.In the half duplex communication mode, bidirectional communication is possible between the wireless
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.The wireless
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.In particular, the wireless
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.Also, the user of the
도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.2 is a block diagram illustrating a wireless charging system according to another embodiment of the present invention.
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.For example, as shown in 200a, the wireless
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.At this time, the number of wireless power receiving apparatuses connectable to one wireless
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.As another example, as shown in 200b, the wireless
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템에서의 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.3 is a diagram for explaining a sensing signal transmission procedure in a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
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.As an example, the wireless power transmitter may be equipped with three transmit
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.As shown in FIG. 3, the wireless power transmitter sequentially transmits the
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.As shown in FIG. 3, the reason why the wireless power transmitter performs the two detection signal transmission procedures is to more accurately identify to which transmission coil the reception coil of the wireless power receiver is well aligned.
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.If the
도 4는 WPC 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.4 is a state transition diagram for explaining the wireless power transmission procedure defined in the WPC standard.
도 4를 참조하면, WPC 표준에 따른 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(Selection Phase, 410), 핑 단계(Ping Phase, 420), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 430), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 440) 단계로 구분될 수 있다.Referring to FIG. 4, power transmission from a transmitter to a receiver according to the WPC standard is largely divided into a
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.The
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).At
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).Once the
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).In the identifying and configuring
수신기에 대한 식별 및 구성이 완료되면, 송신기는 무선 전력을 전송하는 전력 전송 단계(440)로 천이할 수 있다(S406).Once the identification and configuration for the receiver is complete, the transmitter may transition to
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).In the
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).In addition, in the
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.The power transmission contract may be set based on the status and characteristic information of the transmitter and the receiver. For example, the transmitter status information may include information on the maximum amount of transmittable power, information on the maximum number of receivable receivers, and the receiver status information may include information on the requested power and the like.
도 5는 WPC(Qi) 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.5 is a state transition diagram for explaining a wireless power transmission procedure defined in the WPC (Qi) standard.
도 5를 참조하면, WPC(Qi) 표준에 따른 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(Selection Phase, 510), 핑 단계(Ping Phase, 520), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 530), 협상 단계(Negotiation Phase, 540), 보정 단계(Calibration Phase, 550), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 560) 단계 및 재협상 단계(Renegotiation Phase, 570)로 구분될 수 있다.Referring to FIG. 5, power transmission from a transmitter to a receiver according to the WPC (Qi) standard is largely divided into a
선택 단계(510)는 파워 전송을 시작하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계-예를 들면, 도면 부호 S502, S504, S506, S509, S일 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.The
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.At
핑 단계(520)가 완료되면, 송신기는 수신기를 식별하고 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(530)로 천이할 수 있다.Once the
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.In the identifying and configuring
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.The transmitter may determine whether an entry to the
확인 결과, 협상이 필요하면, 송신기는 협상 단계(540)로 진입하여 소정 FOD 검출 절차를 수행할 수 있다.If it is determined that negotiation is required, the transmitter may enter
반면, 확인 결과, 협상이 필요하지 않은 경우, 송신기는 곧바로 전력 전송 단계(560)로 진입할 수도 있다.On the other hand, if it is determined that negotiation is not required, the transmitter may immediately enter the
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.At
송신기는 결정된 FO 검출을 위한 임계치 및 현재 측정된 품질 인자 값을 이용하여 충전 영역에 FO가 존재하는지를 검출할 수 있으며, FO 검출 결과에 따라 전력 전송을 제어할 수 있다. 일 예로, FO가 검출된 경우, 전력 전송이 중단될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The transmitter can detect whether the FO exists in the charging area using the determined threshold value for FO detection and the currently measured quality factor value, and can control the power transmission according to the FO detection result. As an example, if FO is detected, power transmission may be interrupted, but is not limited thereto.
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.If FO is detected, the transmitter may return to
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.In the
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.Also, in the
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.The power transmission contract may be set based on the status and characteristic information of the transmitter and the receiver. For example, the transmitter status information may include information on the maximum amount of transmittable power, information on the maximum number of receivable receivers, and the receiver status information may include information on the requested power and the like.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.6 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.
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.6, the
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.6, when the DC power is supplied from the
이를 위해, 전력 변환부(610)는 DC/DC 변환부(611), 전압 조정기(612), 인버터(613) 및 주파수 생성기(613)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 인버터(613)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.The
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.The DC /
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.At this time, the
전압 조정기(612)는 DC/DC 변환부(611)로부터 공급된 특정 세기의 DC 전력을 제어부(640)의 제어 신호에 따라 그대로 출력하거나, 다른 세기의 DC 전력으로 승압된 DC 전력을 출력할 수 있다. 전압 조정기(612)의 세부 구성 및 동작은 도 8 내지 도 12를 통해 후술하기로 한다.The
인버터(613)는 전압 조정기(612)로부터 출력된 직류 전력을 주파수 생성기(614)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(614)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.The
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(613)의 출력 교류 전력과 믹싱하기 위한 특정 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.The
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.The
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.The
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.The
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.In addition, the
통신부(630)는 변조부(631)와 복조부(632) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.The
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.The
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.The
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.Also, the
또한, 복조부(632)는 송신 코일(623)을 통해 수신된 신호를 복조하여 제어부(640)에 전달할 수 있다. 일 예로, 복조된 신호는 신호 세기 지시자를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 복조 신호는 무선 전력 수신기의 각종 상태 정보를 포함할 수 있다. The
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.In one example, the
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.In addition, the
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.Although the
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.6, the
도 7은 상기 도 6에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.7 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power receiver interworking with the wireless power transmitter according to the FIG.
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.7, the
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.Although the
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.AC power received through the receiving
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.The
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.For example, the
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 전압 조정기를 설명하기 위한 블록도이다.8 is a block diagram illustrating a voltage regulator of a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 무선 전력 송신기(800)의 전압 조정기(820)는 DC/DC 변환기(810)와 인버터(830) 사이에 구현되며, DC/DC 변환기(810)로부터 출력된 DC 전압을 제어부(840)의 모드 선택 신호(SEL)에 따라 처리하여 인버터(830)로 전달할 수 있다. DC/DC 변환기(810), 전압 조정기(820), 인버터(830) 및 제어부(840) 각각은 도 6에 도시된 DC/DC 변환기(611), 전압 조정기(612), 인버터(613) 및 제어부(640)를 의미할 수 있다.8, the
제어부(840)는 센싱부(650)로부터 무선 전력 송신기(800)의 내부 온도를 측정한 결과를 제공받아 무선 전력 송신기(800)의 과열 발생 여부를 판단할 수 있다. 또한, 제어부(840)는 무선 전력 수신기로부터 수신되는 과열(over-temperature) 지시자로부터 무선 전력 수신기의 과열 발생 여부를 판단할 수 있다. 제어부(840)는 무선 전력 송신기(800) 또는 무선 전력 수신기의 과열이 발생하였다고 판단한 경우, 전력 전송 모드를 변경할 수 있다.The
여기서, 전력 전송 모드는 로우 파워 모드(low power mode) 및 미듐 파워 모드(medium power mode)를 포함할 수 있으며, 미듐 파워 모드는 로우 파워 모드에 비해 상대적으로 높은 전력을 무선 전력 수신기(700)로 전송할 수 있는 모드를 의미한다.Here, the power transmission mode may include a low power mode and a medium power mode, and the < RTI ID = 0.0 > medium power mode < / RTI & It means the mode that can transmit.
무선 전력 수신기는 특정 전력 전송 모드를 지원하는 것으로 정해질 수 있으며, 상기 특정 전력 전송 모드는 무선 전력 수신기에 요구되는 전력의 세기를 나타내는 무선 전력 수신기의 요구 전력에 대한 정보에 따라 결정될 수 있다. 예컨대, 높은 요구 전력을 갖는 노트북과 같은 기기는 높은 전력을 수신하는 미듐 파워 모드와 낮은 전력을 수신하는 로우 파워 모드 모두를 지원할 수 있다. 다른 예로, 낮은 요구 전력을 갖는 특정 스마트폰은 미듐 파워 모드를 지원하지 않고 로우 파워 모드 만을 지원할 수 있다.The wireless power receiver may be determined to support a particular power transmission mode and the specific power transmission mode may be determined according to information about the required power of the wireless power receiver indicating the power required for the wireless power receiver. For example, a device such as a notebook with a high demand power can support both a low power mode that receives high power and a low power mode that receives low power. As another example, a particular smartphone with a low demand power may support only a low power mode without supporting a low power mode.
인버터(830)는 하프 브릿지 인버터 및/또는 풀 브릿지 인버터를 포함할 수 있다. 제어부(840)는 무선 전력 수신기의 요구 전력에 따라 결정된 전력 전송 모드에 따라 하프 브릿지 인버터 및 풀 브릿지 인버터 중 어느 하나를 구동시킬지 동적으로 결정할 수 있다. 일 예로, 무선 전력 수신기가 5W의 저전력을 요구하는 경우, 제어부(840)는 전력 전송 모드를 로우 파워 모드로 결정하고 인버터(840)의 하프 브릿지 회로가 구동되도록 제어할 수 있다. 반면, 무선 전력 수신기가 15W의 높은 전력을 요구하는 경우, 제어부(840)는 전력 전송 모드를 미듐 파워 모드로 결정하고 인버터(830)의 풀 브릿지 회로가 구동되도록 제어할 수 있다.The
이는 하프 브릿지 회로의 전압 범위(예컨대, 0~VDD(V))는 풀 브릿지 회로의 전압 범위(예컨대, -VDD(V)~VDD(V))보다 좁으며, 풀 브릿지 회로는 하프 브릿지 회로에 비해 동일한 전류 대비 더 큰 전력을 전송할 수 있기 때문이다.This is because the voltage range of the half bridge circuit (for example, 0 to VDD (V)) is narrower than the voltage range of the full bridge circuit (for example, -VDD (V) to VDD (V)) and the full bridge circuit is connected to the half bridge circuit As compared to the same current.
현재 전력 전송 모드가 로우 파워 모드일 때, 제어부(840)가 무선 전력 송신기(800) 또는 무선 전력 수신기의 과열이 발생하였다고 판단한 경우, 제어부(840)는 과열을 해소하기 위해 전력 전송 모드를 미듐 파워 모드로 변경할 수 있다. 무선 전력 송신기 또는 무선 전력 수신기의 발열은 송신 코일 또는 수신 코일에 흐르는 전류에 의존하므로, 발열을 줄이기 위해서는 송신 코일 또는 수신 코일에 흐르는 전류를 낮추어야 한다. 그런데, 무선 전력 송신기(800)가 송신하는 전력을 유지하면서 송신 코일 또는 수신 코일에 흐르는 전류를 낮추기 위해서, 제어부(840)는 전압 범위가 넓은 풀 브릿지 회로를 구동할 수 있는 미듐 파워 모드로 현재 전력 전송 모드를 변경할 수 있다.If the
제어부(840)는 미듐 파워 모드에 따라 인버터(830)의 풀 브릿지 회로가 구동되도록 제어할 수 있으며, 무선 전력 송신기(800)가 동일한 전력을 송신하면서도 줄어든(예컨대, 1/2) 전류가 송신 코일에 흐를 수 있다. 이에 따라 무선 전력 수신기의 수신 코일에도 줄어든 전류가 흐를 수 있다.The
만일, 수신기의 요구 전력에 대한 정보에 따라 무선 전력 수신기가 미듐 파워 모드를 지원하지 않는 수신기일 경우, 제어부(840)는 과열 현상이 발생할지라도 전력 전송 모드를 변경하여 송신 코일 및 수신 코일의 전류를 감소시킬 수 없다. 따라서, 제어부(840)는 인덕터(830)에 연결된 공진 회로의 임피던스를 조절함으로써 송신 코일 및 수신 코일의 전류를 감소시킬 수 있다.If the wireless power receiver does not support the non-power mode according to the information on the power demanded by the receiver, the
상기 공진 회로는 인덕터(Inductor)와 캐패시터(capacitor)가 직렬 또는 병렬 연결되어 공진을 실현하기 위한 회로이다. 여기서, 인덕터는 송신 코일을 의미할 수 있다. 인덕터와 캐패시터가 직렬로 연결된 직렬 공진 회로의 경우, 공진 회로에 흐르는 전류의 세기(IR)는 인덕터-즉, 송신 코일-의 인덕턴스 값(RL)에 반비례하고, 상기 공진 회로에 인가되는 교류 전압의 진폭(EV)에 비례한다. 즉, IR = EV/ RL이다. 따라서, 과열이 발생한 경우, 제어부(840)는 상기 공진 회로의 인덕턴스 값을 증가되도록 제어할 수 있다. 이 경우, 상기 공진 회로의 인덕턴스 값이 증가되면, 그에 따라 상기 공진 회로의 전체적인 임피던스가 증가하게 되어 상기 공진 회로에 흐르는 전류가 감소한다.The resonance circuit is a circuit for realizing resonance by connecting an inductor and a capacitor in series or in parallel. Here, the inductor may mean a transmitting coil. In the case of a series resonance circuit in which an inductor and a capacitor are connected in series, the intensity IR of the current flowing in the resonance circuit is inversely proportional to the inductance value RL of the inductor, i.e., the transmission coil, It is proportional to the amplitude (EV). That is, IR = EV / RL. Accordingly, when overheating occurs, the
상기 공진 회로는 제어부(840)의 소정 제어 신호에 따라 상기 공진 회로의 전체 임피던스 값을 조절하기 위한 임피던스 조절 회로를 포함할 수 있다. 일 예로, 임피던스 조절 회로는 스위치와 인덕터를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 스위치와 인덕터의 개수는 임피던스 조절 단위 및 조절 범위의 설계에 따라 상이할 수 있다.The resonance circuit may include an impedance adjustment circuit for adjusting the overall impedance value of the resonance circuit in accordance with a predetermined control signal of the
즉, 무선 전력 수신기가 미듐 파워 모드를 지원하지 않는 수신기일 경우, 제어부(840)는 임피던스 조절 회로를 통해 공진 회로의 임피던스를 조절함으로써 송신 코일 및 수신 코일의 전류를 감소시킬 수 있다.That is, when the wireless power receiver is a receiver that does not support the low power mode, the
그러나, 송신 코일의 전류가 감소되면 송신 코일을 통해 출력되는 전력은 함께 감소하게 되며, 무선 전력 수신기가 수신하는 전력이 일정 전력 이하로 감소할 경우 무선 전력 수신기는 기 설정된 파워 전송 계약에 대한 위반이 발생한(power transfer contract violation) 것으로 판단할 수 있다. 이 경우 무선 전력 수신기는 전력 전송 단계로부터 선택 단계로 진입하게 되며, 무선 전력 송신기(800) 역시 전력 송출을 중단하게 된다.However, if the current in the transmit coil is reduced, the power output through the transmit coil will decrease together, and if the power received by the wireless power receiver drops below a certain power, the wireless power receiver will violate the pre- It can be judged that it is a power transfer contract violation. In this case, the wireless power receiver enters the selection phase from the power transfer phase, and the
즉, 과열 발생시 로우 파워 모드 만을 지원하는 무선 전력 수신기에 대해 무선 충전이 끊겨버리는 현상이 발생할 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 조정기(820)를 포함하는 무선 전력 송신기(800)에 의하면 이러한 현상을 방지할 수 있다.That is, wireless charging may be interrupted for a wireless power receiver supporting only a low power mode when an overheating occurs. However, this phenomenon can be prevented by the
전압 조정기(820)는 전압 전달 회로(821) 및 부스트 컨버터(822)를 포함할 수 있다.The
전압 전달 회로(821) 및 부스트 컨버터(822) 각각은 모드 선택 신호(SEL)에 따라 활성화 또는 비활성화될 수 있고, 모드 선택 신호(SEL)는 전압 조정기(820)의 모드를 선택하기 위한 신호이다.Each of the
전압 조정기(820)는 일반 모드 또는 부스트 모드 중 어느 하나로 동작할 수 있다. 상기 부스트 모드는 무선 전력 송신기가 로우 파워 모드로 동작 중 과열이 발생하여 송신 코일의 전류를 줄일 경우 충전 끊김 현상을 방지하기 위하여 인버터(830)에 인가되는 전압을 승압시키는 모드를 의미한다. 즉, 무선 전력 수신기가 로우 파워 모드 만을 지원할 경우, 제어부(840)는 인버터(830)에 인가되는 전압을 승압시킴으로써(VDD->VDD';VDD<VDD') 하프 브릿지 회로의 전압 범위를 증가시켜(0~VDD(V) -> 0~VDD'(V)), 송신 코일의 전류의 감소에 따른 송신 전력의 감소를 방지할 수 있다.The
상기 일반 모드는 상기 부스트 모드를 제외한 시간 영역에서의 동작 모드를 의미할 수 있다.The normal mode may mean an operation mode in a time domain except for the boost mode.
일 실시예에 따라, 제어부(840)는 과열 발생시 송신 코일의 전류를 단계적으로 감소시킬 수 있으며, 송신 코일의 전류가 소정 임계치(충전 끊김 현상의 발생이 발생할 수 있는 전류)에 도달하여도 과열이 해소되지 않을 경우에 송신 코일의 전류를 더 감소시키기 전에 전압 조정기(820)를 부스트 모드로 동작시킬 수 있다.According to one embodiment, the
다른 실시예에 따라, 제어부(840)는 과열 발생시 송신 코일의 전류를 바로 소정 임계치(충전 끊김 현상의 발생이 발생할 수 있는 전류)로 감소시킬 수 있으며, 소정 임계치에 도달하여도 과열이 해소되지 않을 경우에 송신 코일의 전류를 더 감소시키기 전에 전압 조정기(820)를 부스트 모드로 동작시킬 수 있다.According to another embodiment, the
전압 전달 회로(821)는 일반 모드를 나타내는 모드 선택 신호(SEL)에 따라 활성화되고, 활성화된 전압 전달 회로(821)는 DC/DC 변환기(810)의 출력 전압을 그대로 인버터(830)에 전달할 수 있다.The
전압 전달 회로(821)는 부스트 모드를 나타내는 모드 선택 신호(SEL)에 따라 비활성화되고, 비활성화된 전압 전달 회로(821)는 DC/DC 변환기(810)의 출력 전압이 인버터(830)에 전달되지 않도록 차단할 수 있다.The
부스트 컨버터(822)는 부스트 모드를 나타내는 모드 선택 신호(SEL)에 따라 활성화되고, 활성화된 부스트 컨버터(822)는 DC/DC 변환기(810)의 출력 전압을 승압하여 승압된 전압을 인버터(830)에 전달할 수 있다.The
부스트 컨버터(822)는 일반 모드를 나타내는 모드 선택 신호(SEL)에 따라 비활성화되고, 비활성화된 부스트 컨버터(822)는 DC/DC 변환기(810)의 출력 전압에 대한 승압 동작을 수행하지 않을 수 있다.The
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기(800)에 의하면, 로우 파워 모드 만을 지원하는 무선 전력 수신기에 대한 전력 전송 중 과열 발생시에도, 충전 끊김 현상 없이 전력 전송 상태를 유지하면서 발열을 최소화할 수 있다.According to the
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 조정기를 나타낸 회로도이다. 도 10은 일반 모드에서 도 9에 도시된 전압 조정기의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 11은 부스트 모드에서 도 9에 도시된 전압 조정기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.9 is a circuit diagram showing a voltage regulator according to an embodiment of the present invention. 10 is a diagram for explaining the operation of the voltage regulator shown in FIG. 9 in the normal mode. 11 is a diagram for explaining the operation of the voltage regulator shown in Fig. 9 in the boost mode.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 무선 전력 송신기(900)는 도 8에 도시된 무선 전력 송신기(800)의 구성의 일 실시예를 나타낸 것이다.9-11, a
DC/DC 변환기(910)는 전압 조정기(920)의 관점에서 하나의 DC 전압원으로 도시되어 있다.The DC /
전압 조정기(920)는 도 9에 도시된 바와 같은 회로 구성으로 구현될 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.The
전압 조정기(920)는 전압 전달 회로(921)와 부스트 컨버터(922)를 포함할 수 있다.The
전압 전달 회로(921)는 DC/DC 변환기(910)와 인버터(930) 사이에 연결된 제1 파워 트랜지스터(Px1)와 제2 파워 트랜지스터(Px2)를 포함할 수 있다. 제1 파워 트랜지스터(Px1)는 PNP 형 트랜지스터로, 제2 파워 트랜지스터(Px2)는 NPN 형 트랜지스터로 구현될 수 있다. 제1 파워 트랜지스터(Px1)와 제2 파워 트랜지스터(Px2) 각각은 게이트 입력으로 모드 선택 신호(SEL)와 모드 선택 신호(SEL)가 반전기(925)에 의해 반전된 반전 모드 선택 신호(SEL_b)를 수신할 수 있다.The
부스트 컨버터(922)는 반전 모드 선택 신호(SEL_b)에 따라 동작하는 제1 스위치(SW1), 제1 인덕터(L1), 제1 다이오드(D1), 제1 커패시터(C1), 제3 파워 트랜지스터(Px3) 및 반전 모드 선택 신호(SEL_b)에 따라 동작하는 PWM(Power Width Modulation) 신호 발생기를 포함할 수 있다. 반전 모드 선택 신호(SEL_b)는 모드 선택 신호(SEL_b)와 반대의 위상을 갖는 신호이며, 모드 선택 신호(SEL)를 반전시키는 반전기(925)에 의해 생성될 수 있다.The
제3 파워 트랜지스터(Px3)는 PNP 형 트랜지스터로 구현될 수 있다. PWM 신호 발생기는 반전 모드 선택 신호(SEL_b)에 따라 활성화되어 제어부(840)의 제어에 따라 결정된 위상, 주파수 및 듀티 레이트(duty rate)를 갖는 PWM 신호를 생성할 수 있다.The third power transistor Px3 may be implemented as a PNP type transistor. The PWM signal generator may be activated according to the inversion mode selection signal SEL_b to generate a PWM signal having a phase, frequency, and duty rate determined in accordance with the control of the
인버터(930)는 전압 조정기(920)와 연결되어 출력 전압(Vout)을 입력받아 동작할 수 있다.The
도 10에서, 전압 조정기(920)는 일반 모드 동작을 나타내는 제1 레벨(예컨대, 하이 레벨)의 모드 선택 신호(SEL)를 수신한다고 가정한다.10, it is assumed that the
부스트 컨버터(922)의 제1 스위치(SW1)는 제2 레벨(예컨대, 로우 레벨)의 반전 모드 선택 신호(SEL_b)를 수신하게 되어 오프(off)된다. 이에 따라 부스트 컨버터(922) 내부로 전류가 흐르지 않게 되어 도 10에 도시된 바와 같이 부스트 컨버터(922)는 동작하지 않게 된다.The first switch SW1 of the
제1 레벨의 모드 선택 신호(SEL)가 전압 전달 회로(921)에 인가되면, 제1 전력 트랜지스터(Px1)와 제2 전력 트랜지스터(Px2)는 각각 턴온(turn-on)되어 전류가 흐르게 된다. 또한, 제1 전력 트랜지스터(Px1)와 제2 전력 트랜지스터(Px2)에 의한 전압 강하가 무시된다고 가정하면, 출력 전압(Vout)은 DC/DC 변환기(910)의 출력 전압인 Vdc와 동일하게 된다.When the mode selection signal SEL of the first level is applied to the
즉, 전압 조정기(920)가 일반 모드 동작을 나타내는 제1 레벨(예컨대, 하이 레벨)의 모드 선택 신호(SEL)를 수신하면, 전압 조정기(920)는 DC/DC 변환기(910)의 출력 전압을 그대로 인버터(930)로 출력할 수 있다.That is, when the
도 11에서, 전압 조정기(920)는 부스트 모드 동작을 나타내는 제2 레벨(예컨대, 로우 레벨)의 모드 선택 신호(SEL)를 수신한다고 가정한다.11, it is assumed that the
제2 레벨의 모드 선택 신호(SEL)가 전압 전달 회로(921)에 인가되면, 제1 전력 트랜지스터(Px1)와 제2 전력 트랜지스터(Px2)는 각각 턴오프(turn-off)되어 전류가 흐르지 않게 된다. 또한, 제1 전력 트랜지스터(Px1)와 제2 전력 트랜지스터(Px2) 각각의 내부의 다이오드로 인해 제1 전력 트랜지스터(Px1)로부터 제2 전력 트랜지스터(Px2)로, 그리고 제2 전력 트랜지스터(Px2)로부터 제1 전력 트랜지스터(Px1)로 전류가 흐르지 않게 되어 도 11에 도시된 바와 같이 전압 전달 회로(921)는 동작하지 않게 된다.When the mode selection signal SEL of the second level is applied to the
부스트 컨버터(922)의 제1 스위치(SW1)는 제1 레벨(예컨대, 하이 레벨)의 반전 모드 선택 신호(SEL_b)를 수신하게 되어 온(on)된다. 이에 따라 부스트 컨버터(922) 내부로 전류가 흐르게 되며, PWM 신호 발생기 역시 활성화되어 제1 듀티비를 갖는 PWM 신호를 생성할 수 있다.The first switch SW1 of the
부스트 컨버터(922)의 동작을 설명하면, PWM 신호의 하이 레벨에서 제3 전력 트랜지스터(Px3)는 턴온되며 DC/DC 변환기(910)로부터 제1 인덕터(L1)로 전류가 흐르면서 제1 인덕터(L1)에 에너지가 축적된다. 이때 제1 다이오드(D1)는 역바이어스가 되어 오프된다.The third power transistor Px3 is turned on at the high level of the PWM signal and the current flows from the DC /
PWM 신호의 로우 레벨에서 제3 전력 트랜지스터(Px3)는 턴오프되며 온 상태의 제1 다이오드(D1)를 통해 제1 인덕터(L1)에 축적된 에너지가 제1 커패시터(C1)에 축적될 수 있다. The third power transistor Px3 is turned off at the low level of the PWM signal and the energy stored in the first inductor L1 through the first diode D1 in the on state can be accumulated in the first capacitor C1 .
이러한 동작이 스위칭 주기를 한 주기로 하여 반복되며, 출력 전압(Vout)은 DC/DC 변환기(910)의 출력 전압인 Vdc와 Vout=Vdc/(1-D)의 관계를 가질 수 있다. 여기서, D는 듀티비(한 주기동안 하이 레벨의 시간 비율)를 의미한다.This operation is repeated with the switching period as one cycle, and the output voltage Vout may have a relation of Vdc, which is the output voltage of the DC /
제어부(840)는 듀티비를 조절함으로써 특정 레벨의 출력 전압(Vout)을 인버터(930)로 전달할 수 있다. 예컨대, 제어부(840)는 12V의 Vdc가 14V의 Vout으로 승압되도록 부스트 컨버터(922)를 제어할 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다. 상기 특정 레벨은 무선 전력 수신기의 요구 전력에 대한 정보와 송신 코일의 전류에 기초하여 결정될 수 있다. The
즉, 전압 조정기(920)가 부스트 모드 동작을 나타내는 제2 레벨(예컨대, 로우 레벨)의 모드 선택 신호(SEL)를 수신하면, 전압 조정기(920)는 DC/DC 변환기(910)의 출력 전압을 일정 비율로 승압하여 인버터(930)로 출력할 수 있다.That is, when the
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.12 is a flowchart illustrating an operation of a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.
도 12를 참조하면, 무선 전력 송신기(800)는 전력 전송 단계에 진입하여 로우 파워 모드로 무선 전력 수신기에 전력을 전송할 수 있다(S1201).Referring to FIG. 12, the
제어부(840)는 무선 전력 송신기(800) 내의 온도 센싱 결과 또는 무선 전력 수신기의 과열 지시자로부터 과열 발생 여부를 감지할 수 있다(S1202).The
제어부(840)는 무선 전력 수신기의 요구 전력에 대한 정보에 기초하여 무선 전력 송신기의 전력 전송 모드를 미듐 파워 모드로 변경이 가능한지 여부를 판단할 수 있다(S1203).The
만일 무선 전력 수신기의 요구 전력에 대한 정보에 따라 무선 전력 수신기가 미듐 파워 모드를 지원하는 기기일 경우, 제어부(840)는 무선 전력 송신기의 전력 전송 모드를 미듐 파워 모드로 변경하여 전력을 전송할 수 있다(S1204). 이때, 인버터(830)의 하프 브릿지 인버터의 동작이 중단되고 풀 브릿지 인버터가 구동될 수 있다.If the wireless power receiver is a device supporting the < RTI ID = 0.0 > non-powered mode < / RTI > according to information on the required power of the wireless power receiver, the
만일 무선 전력 수신기의 요구 전력에 대한 정보에 따라 무선 전력 수신기가 미듐 파워 모드를 지원하지 않는 기기일 경우, 제어부(840)는 인덕터(830)에 연결된 공진 회로의 임피던스를 조절함으로써 송신 코일 및 수신 코일의 전류를 감소시킬 수 있다(S1205).If the wireless power receiver does not support the mid-power mode according to the information about the required power of the wireless power receiver, the
송신 코일의 전류가 소정 임계치에 도달하여도 과열 현상이 해소되지 않을 경우, 제어부(840)는 전압 조정기(820)를 부스트 모드로 동작시켜 인버터에 인가되는 전압을 승압시킴으로써 충전 끊김 현상을 방지할 수 있다(S1206).If the overheat phenomenon is not solved even when the current of the transmission coil reaches a predetermined threshold value, the
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.The methods according to the above-described embodiments may be implemented as a program for execution in a computer and stored in a computer-readable recording medium. Examples of the computer-readable recording medium include ROM, RAM, CD- , A floppy disk, an optical data storage device, and the like, and may also be implemented in the form of a carrier wave (for example, transmission over the Internet).
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.The computer readable recording medium may be distributed over a networked computer system so that computer readable code can be stored and executed in a distributed manner. And, functional program, code, and code segments for implementing the above-described method can be easily inferred by programmers in the technical field to which the embodiment belongs.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.
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.Accordingly, the above description should not be construed in a limiting sense in all respects and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by rational interpretation of the appended claims, and all changes within the scope of equivalents of the present invention are included in the scope of the present invention.
Claims (13)
상기 무선 전력 수신기로 로우 파워 모드(low power mode)에 따른 전력 전송 중 과열을 감지하는 단계;
과열이 감지된 경우, 상기 무선 전력 수신기의 요구 전력에 대한 정보에 기초하여 상기 무선 전력 송신기의 전력 송신 모드를 미듐 파워 모드(medium power mode)로 변경 가능한지 여부를 판단하는 단계;
상기 무선 전력 송신기의 전력 송신 모드를 미듐 파워 모드로 변경할 수 없는 경우, 송신 코일의 전류를 감소시키는 단계; 및
상기 송신 코일의 전류가 임계치에 도달하여도 과열이 감지되면, DC/DC 변환기의 출력 전압을 승압하여 인버터에 전달하는 단계를 포함하는 무선 전력 제어 방법.A method of wireless power control in a wireless power transmitter for wirelessly transmitting power to a wireless power receiver,
Sensing overheating during power transmission in accordance with a low power mode with the wireless power receiver;
Determining whether a power transmission mode of the wireless power transmitter can be changed to a medium power mode based on information on a required power of the wireless power receiver when an overheating is detected;
Reducing the current in the transmit coil if the power transmission mode of the wireless power transmitter can not be changed to the non-power mode; And
And boosting the output voltage of the DC / DC converter and transmitting the boosted voltage to the inverter when the current of the transmission coil reaches the threshold value and the overheat is sensed.
상기 과열을 감지하는 단계는,
상기 무선 전력 송신기 내의 온도를 감지한 결과 또는 상기 무선 전력 수신기로부터 수신된 과열 지시자에 따라 과열을 감지하는 단계인 무선 전력 제어 방법.The method according to claim 1,
The method of claim 1,
Detecting overheating in accordance with a result of sensing the temperature in the wireless power transmitter or an overheat indicator received from the wireless power receiver.
상기 송신 코일의 전류를 감소시키는 단계는,
상기 송신 코일을 포함하는 공진 회로의 임피던스를 조절함으로써 상기 송신 코일의 전류를 감소시키는 단계를 포함하는 무선 전력 제어 방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of reducing the current of the transmitting coil comprises:
And reducing the current of the transmitting coil by adjusting the impedance of the resonant circuit including the transmitting coil.
상기 무선 전력 송신기의 전력 송신 모드를 미듐 파워 모드로 변경할 수 있는 경우, 인버터의 풀 브릿지 회로를 구동하는 단계를 더 포함하는 무선 전력 제어 방법.The method according to claim 1,
Further comprising the step of driving a full bridge circuit of the inverter when the power transmission mode of the wireless power transmitter can be changed to the non-power mode.
상기 무선 전력 수신기로 로우 파워 모드(low power mode)에 따른 전력 전송 중 과열이 감지된 경우, 상기 무선 전력 수신기의 요구 전력에 대한 정보에 기초하여 상기 무선 전력 송신기의 전력 송신 모드를 미듐 파워 모드(medium power mode)로 변경 가능한지 여부를 판단하는 제어부; 및
상기 무선 전력 송신기의 전력 송신 모드를 미듐 파워 모드로 변경할 수 없는 경우, DC/DC 변환기의 출력 전압을 승압하여 인버터에 전달하는 전압 조정기를 포함하는 무선 전력 송신기.A wireless power transmitter for wirelessly transmitting power to a wireless power receiver,
The power transmission mode of the wireless power transmitter to the power mode of the wireless power transmitter based on information on the power demand of the wireless power receiver when the wireless power receiver detects an overheating during power transmission according to a low power mode, a medium power mode); And
And a voltage regulator that boosts the output voltage of the DC / DC converter and transfers it to the inverter when the power transmission mode of the wireless power transmitter can not be changed to the non-power mode.
상기 제어부는, 상기 무선 전력 송신기의 전력 송신 모드를 미듐 파워 모드로 변경할 수 없는 경우, 송신 코일을 포함하는 공진 회로의 임피던스를 조절함으로써 상기 송신 코일의 전류를 감소시키는 무선 전력 송신기.6. The method of claim 5,
Wherein the control unit reduces the current of the transmitting coil by adjusting the impedance of the resonant circuit including the transmitting coil when the power transmission mode of the wireless power transmitter can not be changed to the non-powered mode.
상기 제어부는, 송신 코일의 전류가 임계치에 도달하여도 과열이 감지되면, 상기 전압 조정기를 부스트 모드로 동작시키는 무선 전력 송신기.The method according to claim 6,
Wherein the controller operates the voltage regulator in a boost mode when an overheat is detected even when the current of the transmission coil reaches a threshold value.
상기 전압 조정기는,
상기 부스트 모드가 아닌 일반 모드에서 상기 DC/DC 변환기의 출력 전압을 그대로 상기 인버터에 전달하는 전압 전달 회로; 및
상기 부스트 모드에서 상기 DC/DC 변환기의 출력 전압을 승압하여 상기 인버터에 전달하는 부스트 컨버터를 포함하는 무선 전력 송신기.8. The method of claim 7,
The voltage regulator includes:
A voltage transfer circuit for transmitting an output voltage of the DC / DC converter to the inverter in a normal mode other than the boost mode; And
And a boost converter for boosting the output voltage of the DC / DC converter in the boost mode and delivering it to the inverter.
상기 전압 전달 회로는,
상기 일반 모드에서 각각이 상기 제어부의 모드 선택 신호에 의해 턴온되는 제1 전력 트랜지스터 및 제2 전력 트랜지스터를 포함하는 무선 전력 송신기.9. The method of claim 8,
The voltage transfer circuit includes:
And a first power transistor and a second power transistor, each of which is turned on by the mode selection signal of the control unit in the normal mode.
상기 부스트 컨버터는,
상기 제어부의 모드 선택 신호에 의해 활성화되어 PWM 신호를 생성하는 PWM 신호 발생기; 및
상기 PWM 신호의 듀티비에 따라 스위칭되어 상기 DC/DC 변환기의 출력 전압을 승압하는 제3 전력 트랜지스터를 포함하는 무선 전력 송신기.9. The method of claim 8,
The boost converter includes:
A PWM signal generator activated by a mode selection signal of the controller to generate a PWM signal; And
And a third power transistor that is switched in accordance with the duty ratio of the PWM signal to step up the output voltage of the DC / DC converter.
상기 듀티비는, 상기 DC/DC 변환기의 출력 전압을 승압하는 비율을 결정하는 무선 전력 송신기.11. The method of claim 10,
Wherein the duty ratio determines a rate of stepping up the output voltage of the DC / DC converter.
상기 제어부는, 상기 무선 전력 송신기 내의 온도를 감지한 결과 또는 상기 무선 전력 수신기로부터 수신된 과열 지시자에 따라 과열을 감지하는 무선 전력 송신기.6. The method of claim 5,
Wherein the controller detects an overheating in accordance with a result of sensing a temperature in the wireless power transmitter or an overheat indicator received from the wireless power receiver.
상기 제어부는, 상기 무선 전력 송신기의 전력 송신 모드를 미듐 파워 모드로 변경할 수 있는 경우, 인버터의 풀 브릿지 회로를 구동하는 무선 전력 송신기.6. The method of claim 5,
Wherein the control unit drives the full bridge circuit of the inverter when the power transmission mode of the wireless power transmitter can be changed to the non-power mode.
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---|---|---|---|---|
KR20200007159A (en) * | 2018-07-12 | 2020-01-22 | 주식회사 다원퓨처텍 | High-efficiency wireless charging power amplification system for wearable devices |
KR20230003737A (en) | 2021-06-30 | 2023-01-06 | 한솔테크닉스(주) | Adapter for wireless power transmission and wireless power transmitter including same |
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- 2016-08-08 KR KR1020160100682A patent/KR20180016831A/en unknown
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KR20230003737A (en) | 2021-06-30 | 2023-01-06 | 한솔테크닉스(주) | Adapter for wireless power transmission and wireless power transmitter including same |
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