KR20180022524A - 무선 전력 송신 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치가 공개된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 브리지 회로를 형성하는 복수개의 스위칭 소자들을 포함하고, 상기 복수개의 스위칭 소자 중 적어도 하나의 스위칭 소자의 동작 주파수에 따라 결정된 주파수를 가지는 교류 전압을 출력하는 변환부, 인덕터 및 커패시터를 포함하고 상기 교류 전압을 입력받아 무선으로 전력을 송신하는 공진부 및 상기 변환부가 동작 듀티는 고정되고 상기 동작 주파수가 가변되는 제1 모드 동작을 수행하도록 상기 복수개의 스위칭 소자들을 제어하는 복수개의 제어 신호들을 출력하고, 상기 동작 주파수가 제1 기준 주파수에 이르게 되면 상기 변환부가 상기 제1 모드 동작에서 상기 동작 주파수는 고정되고 상기 동작 듀티는 가변되는 제2 모드 동작으로 전환되도록 상기 복수개의 스위칭 소자들을 제어하는 복수개의 제어 신호들을 출력하는 제어부를 포함한다.
Description
본 출원은 전력을 무선으로 송신하는 장치에 관한 것이다.
무선 기술의 발전에 따라, 무선 기술은 데이터뿐만 아니라 전력까지 전송하는 등 다양하게 발전되고 있다. 특히, 최근에는 비 접촉 상태에서도 전자 기기에 전력 충전이 가능한 무선 전력 송신 기술이 개발되고 있다.
이러한 무선 전력 송신 기술에 따른 무선 전력 송신 장치는, 테이블 내부나 자동차 내부 등 다양한 환경에서도 적용될 수 있으며, 그에 따라 소형화에 대한 요구가 있다.
또한, 무선 전력 수신 장치의 위치가 변동 되는 등의 환경에서도 안정적으로 전력을 송신하기 위하여, 무선 전력 송신 장치는 무선 전력 수신 장치와의 거리에 적응적으로 전력을 성공적으로 제공하기 위한 다양한 기술에 대한 요구가 있다.
본 발명에 따른 일 실시형태의 목적은, 무선 전력 송신 장치의 소형화를 제공하고, 또한 보다 긴 충전 거리를 제공할 수 있는 무선 전력 송신 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는, 브리지 회로를 형성하는 복수개의 스위칭 소자들을 포함하고, 상기 복수개의 스위칭 소자 중 적어도 하나의 스위칭 소자의 동작 주파수에 따라 결정된 주파수를 가지는 교류 전압을 출력하는 변환부, 인덕터 및 커패시터를 포함하고 상기 교류 전압을 입력받아 무선으로 전력을 송신하는 공진부 및 상기 변환부가 동작 듀티는 고정되고 상기 동작 주파수가 가변되는 제1 모드 동작을 수행하도록 상기 복수개의 스위칭 소자들을 제어하는 복수개의 제어 신호들을 출력하고, 상기 동작 주파수가 제1 기준 주파수에 이르게 되면 상기 변환부가 상기 제1 모드 동작에서 상기 동작 주파수는 고정되고 상기 동작 듀티는 가변되는 제2 모드 동작으로 전환되도록 상기 복수개의 스위칭 소자들을 제어하는 복수개의 제어 신호들을 출력하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 송신 방법은, 브리지 회로를 형성하는 복수개의 스위칭 소자들을 포함하고, 상기 복수개의 스위칭 소자 중 하나의 스위칭 소자의 동작 듀티에 따라 결정된 진폭과 상기 하나의 스위칭 소자의 동작 주파수에 따라 결정된 주파수를 가지는 교류 전압을 출력하는 변환부, 인덕터 및 커패시터를 포함하고 상기 교류 전압을 입력받아 무선으로 전력을 송신하는 공진부 및 상기 동작 주파수의 변화에 대응하여, 상기 변환부가 상기 동작 듀티는 고정되고 상기 동작 주파수가 가변되는 제1 모드 동작 또는 상기 동작 주파수는 고정되고 상기 동작 듀티는 가변되는 제2 모드 동작 중 어느 하나를 수행하도록 상기 복수개의 스위칭 소자들을 제어하는 복수개의 제어 신호들을 출력하는 제어부를 포함한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 방법은 무선 전력 송신 장치의 제작에 필요한 부품의 수를 감소시켜 무선 전력 송신 장치를 소형화할 수 있음과 동시에 재료비를 절감할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 방법은 전력을 무선으로 송신함에 있어서 만족시켜야 하는 다양한 제한 사항들을 모두 만족시키면서도 무선 전력 전송이 가능한 범위를 보다 넓히는 등 사용자가 보다 편리하게 사용할 수 있음과 동시에, 무선 전력 전송 효율도 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 방법은 전력 전송을 보다 정밀하게 제어함으로써, 불필요하게 소모되는 전력 낭비를 방지할 수 있음과 동시에, 무선 전력 수신 장치의 과열이나 소자 손상 등을 방지할 수도 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 방법은 무선 전력 수신 장치의 존재 유무 등을 판단하기 위한 신호의 생성시 발생할 수 있는 돌입 전류 및 피크성 전류를 저감할 수 있으며, 이로 인하여 무선 전력 수신 장치의 존재 여부를 판단하는 검출 모드 동작의 안정화를 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 일 적용예를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 방법을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치 간의 거리에 따라 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력을 송신하기 위한 무선 전력 송신 장치의 동작이 달라지는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치 사이의 정렬(alignment) 정도에 따라 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력을 송신하기 위한 무선 전력 송신 장치의 동작이 달라지는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 무선 전력 수신 장치 사이의 배터리의 충전량에 따라 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력을 송신하기 위한 무선 전력 송신 장치의 동작이 달라지는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 무선 전력 송신 장치의 송전 코일과 무선 전력 수신 장치의 수전 코일 사이의 전압 이득과 동작 주파수 사이의 관계를 도시하는 도면이다.
도 7 내지 도 15 각각은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 초기 동작 모드의 동작을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 대기 동작 모드의 동작을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 초기 동작 모드 및 대기 동작 모드에서 승압 전압의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 19 내지 도 24 각각은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 전력 송신 모드에서의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 무선 전력 송신 장치의 스위칭 소자들을 제어하기 위한 제어 신호의 파형도를 나타낸 것이다.
도 25 및 도 26 각각은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 방법에서, 조정하는 변수를 변경하는 과정을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 27 내지 도 46 각각은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 전력 송신 모드에서의 동작을 설명하기 위한 동작 흐름도 또는 동작 주파수와 동작 듀티의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 47은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 코일 전류와 출력 전압을 도시하는 도면이다.
도 48은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서 듀티의 변화에 따른 승압 전압과 출력 전압을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 방법을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치 간의 거리에 따라 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력을 송신하기 위한 무선 전력 송신 장치의 동작이 달라지는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치 사이의 정렬(alignment) 정도에 따라 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력을 송신하기 위한 무선 전력 송신 장치의 동작이 달라지는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 무선 전력 수신 장치 사이의 배터리의 충전량에 따라 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력을 송신하기 위한 무선 전력 송신 장치의 동작이 달라지는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 무선 전력 송신 장치의 송전 코일과 무선 전력 수신 장치의 수전 코일 사이의 전압 이득과 동작 주파수 사이의 관계를 도시하는 도면이다.
도 7 내지 도 15 각각은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 초기 동작 모드의 동작을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 대기 동작 모드의 동작을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 초기 동작 모드 및 대기 동작 모드에서 승압 전압의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 19 내지 도 24 각각은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 전력 송신 모드에서의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 무선 전력 송신 장치의 스위칭 소자들을 제어하기 위한 제어 신호의 파형도를 나타낸 것이다.
도 25 및 도 26 각각은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 방법에서, 조정하는 변수를 변경하는 과정을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 27 내지 도 46 각각은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 전력 송신 모드에서의 동작을 설명하기 위한 동작 흐름도 또는 동작 주파수와 동작 듀티의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 47은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 코일 전류와 출력 전압을 도시하는 도면이다.
도 48은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서 듀티의 변화에 따른 승압 전압과 출력 전압을 도시하는 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 일 적용예를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(1) 및 무선 전력 수신 장치(2)는 자기적으로 결합하여 무선으로 전력을 송신 및 수신할 수 있다. 일 예로, 무선 전력 송신 장치(1) 및 무선 전력 수신 장치(2)는 자기 공명 및 자기 유도 중 적어도 하나의 방식으로 결합할 수 있다.
무선 전력 수신 장치(2)는 수신한 전력을 전자 기기(3)에 제공할 수 있다. 전자 기기(3)는 무선 전력 수신 장치(2)로부터 제공받은 전력을 이용하여 내부의 배터리를 충전하는 등의 동작을 수행할 수 있다. 무선 전력 수신 장치(2)는 전자 기기(3) 내에 일 구성으로서 존재하거나, 전자 기기(3)에 연결되는 별도의 장치일 수 있다.
도 1을 참조하면, 무선 전력 수신 장치(2)는 무선 전력 송신 장치(1)에 인접하여 배치되어 있으나, 무선 전력 송신 장치(1)와의 상대적 거리 또는 무선 전력 송신 장치(1)와 무선 전력 수신 장치(2) 사이의 정렬(alignment) 상태가 변동될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(1)는 무선 전력 수신 장치(2)와의 거리가 멀어지거나 정렬 상태가 나빠지는 등의 이유로 무선 전력 수신 장치(2)가 필요로 하는 전력을 충분히 수신하지 못하는 경우, 전자 기기(3)의 배터리가 방전 상태에 가까운 등의 이유로 큰 전력을 필요로 하는 경우, 및/또는 기타 필요한 경우에 부스트 모드로 동작하여, 무선 전력 수신 장치(2)에 안정적으로 전력을 전송할 수 있다. 또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(1)는 무선 전력 수신 장치(2)와의 거리가 가까워지거나 정렬 상태가 좋아지는 등의 이유로 무선 전력 수신 장치(2)가 필요로 하는 전력 이상을 수신하는 경우, 전자 기기(3)의 배터리가 완전 충전전 상태에 가까운 등의 이유로 작은 전력을 필요로 하는 경우, 및/또는 기타 필요한 경우에 리듀스 모드로 동작하여 불필요한 전력 소모를 방지하고 무선 전력 수신 장치(2) 및/또는 전자 기기(3)의 과열 등을 방지할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 방법을 개략적으로 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 방법은 무선 전력 송신 장치(1)에서 수행될 수 있다. 도 2의 흐름도는 시계열적인 순서로 도시되어 있으나, 일부 순서가 변경되거나 생략되어 진행될 수 있고, 또한 일부 단계가 주기적으로 반복될 수 있다. 일 예로, 무선 전력 송신 장치(1)는 아날로그 핑 단계(Analog Ping Phase)(S10 단계) 및 디지털 핑 단계(Digital Ping Phase)(S20 단계)에 주기적으로 진입할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 방법은 아날로그 핑 단계(Analog Ping Phase)에 진입하는 것으로 시작할 수 있다(S10 단계).
아날로그 핑 단계에서, 무선 전력 송신 장치(1)는 아날로그 핑 신호를 송출할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(1)는 송출 중인 아날로그 핑 신호의 임피던스 레벨 등이 변화하는 경우, 외부 물체가 무선 전력 송신 장치(1)의 주변에 위치한 것으로 판단할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 송신 장치(1)는 송전 코일 또는 기타 별개의 코일을 통해 아날로그 핑 신호를 송출하고, 아날로그 핑 신호를 송출한 코일의 임피던스 변화 또는 아날로그 핑 신호의 레벨 변화를 이용하여 외부 물체가 무선 전력 송신 장치(1) 주변에 위치하고 있는지 여부를 판단할 수 있다. 아날로그 핑 신호는 설정된 주기에 따라 송출될 수 있다.
무선 전력 송신 장치(1)는 아날로그 핑 단계에서 소정의 외부 물체가 인접한 것으로 판단하면, 디지털 핑 단계(Digital Ping Phase)로 진입할 수 있다(S20 단계). 또는, 무선 전력 송신 장치(1)는 설정된 주기에 따라 디지털 핑 단계로 진입할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(1)는 디지털 핑 단계에서 디지털 핑 신호를 송출하여, 무선 전력 송신 장치(1)에 인접한 외부 물체가 무선 전력 수신 장치인지 판단할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 송신 장치(1)는 디지털 핑 신호를 송출한 후, 무선 전력 수신 장치(2)로부터 응답 신호가 수신되는지 여부에 따라 인접한 외부 물체가 무선 전력 수신 장치인지 여부를 판단할 수 있다.
무선 전력 송신 장치(1)는 디지털 핑 신호에 대한 무선 전력 수신 장치의 응답 신호에 따라 인식 및 구성 단계(Identification & Configuration Phase)로 진입할 수 있다(S30 단계). 외부 물체가 무선 전력 수신 장치인 경우, 무선 전력 수신 장치는 수신한 디지털 핑 신호에 대한 응답 신호를 송출할 수 있다. 무선 전력 수신 장치의 응답 신호는 신호 세기 정보, 무선 전력 수신 장치의 종류에 대한 정보, 입력 전압 세기에 대한 정보, 무선 전력 수신 장치가 요구하는 전력에 대한 정보, 및 무선 전력 수신 장치가 요구하는 전력과 무선 전력 수신 장치가 수신한 전력의 차이를 나타내는 에러값 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 따라서, 무선 전력 송신 장치(1)는 디지털 핑 신호에 대한 무선 전력 수신 장치의 응답 신호를 이용하여 대상 및 전력 요구를 확인할 수 있다.
이 후, 무선 전력 송신 장치(1)는 전력 전송 단계(Power transfer Phase)로 진입할 수 있다(S40 단계). 무선 전력 송신 장치(1)는 인식 및 구성 단계(Identification & Configuration Phase)에서 확인된 정보를 이용하여 무선 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 제공할 수 있다.
전력 전송 단계(S40)에서, 무선 전력 송신 장치(1)는 노멀 모드, 부스트 모드, 또는 리듀스 모드로 동작할 수 있다.
노멀 모드는 무선 전력 송신 장치(1)의 스위칭 소자를 제어하기 위한 제어 신호의 듀티가 임의의 값으로 고정되고 무선 전력 송신 장치(1)의 동작 주파수가 미리 설정된 기준 범위 내에서 가변되는 동작 모드일 수 있다. 듀티가 고정되는 값은 상술한 아날로그 핑 및/또는 디지털 핑 신호, 기타 무선 전력 수신 장치의 존재 여부를 판단하기 위한 신호를 송신하기 위해 생성되는 제어 신호의 듀티일 수 있다. 동작 주파수의 기준 범위는 정해진 표준 기타 다른 제약들에 의해 사용 가능한 주파수 범위일 수도 있고, 상기 사용 가능한 주파수 범위 내에서 무선 전력 수신 장치의 발열량 또는 무선 전력 송신 장치를 이용하여 충전하려는 공간적 영역의 범위 등을 고려하여 결정된 범위일 수도 있고, 무선 전력 송신 장치(1)와 무선 전력 수신 장치(2) 사이의 전력 전송 특성 등을 고려하여 결정된 범위일 수도 있다.
부스트 모드는 노멀 모드와 비교하여 무선 전력 수신 장치(2)가 보다 큰 크기의 전력을 수신하도록 동작하는 무선 전력 송신 장치(1)의 동작 모드이다. 무선 전력 송신 장치(1)는 듀티를 조정하거나, 동작 주파수를 상기 기준 범위보다 더 작게 조정하여 무선 전력 수신 장치(2)가 보다 큰 전력을 수신하도록 할 수 있다.
리듀스 모드는 노멀 모드와 비교하여 무선 전력 수신 장치(2)가 보다 작은 크기의 전력을 수신하도록 동작하는 무선 전력 송신 장치(1)의 동작 모드이다. 무선 전력 송신 장치(1)는 듀티를 조정하거나, 동작 주파수를 상기 기준 범위보다 더 크게 조정하여 무선 전력 수신 장치(2)가 보다 작은 전력을 수신하도록 할 수 있다.
도 2에서는 무선 전력 송신 장치(1)가 무선 전력 수신 장치(2)의 존재 여부를 판단하기 위해 아날로그 핑 신호와 디지털 핑 신호를 이용하는 경우를 예시하고 있으나, 무선 전력 송신 장치(1)는 핑 신호가 아닌 다른 신호를 이용하여 무선 전력 수신 장치(2)의 존재 여부를 판단할 수도 있다.
또한, 도 2에서는 무선 전력 송신 장치(1)가 무선 전력 수신 장치(2)의 존재 여부를 판단하기 위해 아날로그 핑 단계와 디지털 핑 단계를 수행하는 경우를 예시하고 있으나, 무선 전력 송신 장치(1)는 이와 다른 방식으로 무선 전력 수신 장치(2)의 존재 여부를 판단할 수도 있다. 예를 들면, 무선 전력 송신 장치(1)는 블루투스 등과 같은 별도의 근거리 통신 회로 등을 이용하여 무선 전력 수신 장치(2)의 존재 여부를 판단할 수도 있고, 하나의 단계 또는 셋 이상의 단계들을 통해서 외부 물체의 근접 여부 및 근접한 물체가 무선 전력 수신 장치인지 여부를 판단할 수도 있다.
도 3은 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치 간의 거리에 따라 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력을 송신하기 위한 무선 전력 송신 장치의 동작이 달라지는 것을 설명하기 위한 도면으로서, 무선 전력 수신 장치(2)를 포함하는 전자 기기(3)와 무선 전력 송신 장치(1)를 나타낸 것이다.
도 3은 상황 (a1) 내지 상황 (c1)를 도시하고 있으며, 상황 (a1)는 무선 전력 수신 장치(2)가 무선 전력 송신 장치(1) 상에 놓여진 경우를 나타내고, 상황 (b1)는 무선 전력 수신 장치(2)가 무선 전력 송신 장치(1)로부터 이격 임계 거리(Dt) 이하로 이격된 경우를 나타내고, 상황 (c1)는 무선 전력 수신 장치(2)가 무선 전력 송신 장치(1)로부터 이격 임계 거리(Dt) 이상 이격된 경우를 나타낸다.
상황 (a1) 또는 상황 (b1)과 비교할 때, 상황 (c1)의 경우 무선 전력 수신 장치(2)가 필요로 하는 크기의 전력을 수신하기 위해서, 무선 전력 송신 장치(1)는 보다 큰 크기를 가지는 전력을 송신하여야 한다. 반대로, 상황 (b1) 또는 상황 (c1)과 비교할 때, 상황 (a1)의 경우 무선 전력 송신 장치(1)가 보다 작은 크기를 가지는 전력을 송신하더라도 무선 전력 수신 장치(2)는 필요로 하는 크기의 전력을 수신할 수 있다.
도시된 예에서 이격 임계 거리(Dt)는 노멀 모드에서 최대 전력으로 송출 시 유효한 충전 거리일 수 있다.
무선 전력 송신 장치(1)는 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치 사이의 거리가 이격 임계 거리 이하인 경우에 노멀 모드로 동작할 수 있다. 즉, 상황 (a1) 및/또는 상황 (b1)에서, 무선 전력 송신 장치(1)는 듀티를 고정하고 스위치들의 동작 주파수를 변경하여 출력을 조절하는 노멀 모드로 동작할 수 있다.
한편, 무선 전력 송신 장치(1)와 무선 전력 수신 장치(2) 사이의 거리가 이격 임계 거리(Dt) 이상인 경우, 무선 전력 송신 장치(1)는 부스트 모드로서 동작하여 보다 강한 출력을 형성할 수 있다. 즉, 상황 (c1)에서 무선 전력 송신 장치(1)는 듀티를 조정하거나, 주파수를 추가적으로 조정할 수 있다.
또는, 무선 전력 송신 장치(1)는 상황 (b1)에서는 노멀 모드로 동작하고, 상황 (a1)에서는 리듀스 모드로 동작할 수도 있다.
도 4는 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치 사이의 정렬(alignment) 정도에 따라 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력을 송신하기 위한 무선 전력 송신 장치의 동작이 달라지는 것을 설명하기 위한 도면으로서, 무선 전력 수신 장치(2)를 포함하는 전자 기기(3)와 무선 전력 송신 장치(1)를 나타낸 것이다.
도 4는 상황 (a2) 내지 상황 (c2)를 도시하고 있으며, 상황 (a2)는 무선 전력 수신 장치(2)의 중심과 무선 전력 송신 장치(1)의 중심이 일치하는 경우를 나타내고, 상황 (b2)는 무선 전력 수신 장치(2)의 중심과 무선 전력 송신 장치(1)의 중심 사이의 거리(L1)가 이격 임계 거리(Lt) 이하로 이격된 경우를 나타내고, 상황 (c2)는 무선 전력 수신 장치(2)의 중심과 무선 전력 송신 장치(1)의 중심 사이의 거리(L2)가 가 이격 임계 거리(Lt) 이상 이격된 경우를 나타낸다.
상황 (a2) 또는 상황 (b2)과 비교할 때, 상황 (c2)의 경우 무선 전력 수신 장치(2)가 필요로 하는 크기의 전력을 수신하기 위해서, 무선 전력 송신 장치(1)는 보다 큰 크기를 가지는 전력을 송신하여야 한다. 반대로, 상황 (b2) 또는 상황 (c2)과 비교할 때, 상황 (a2)의 경우 무선 전력 송신 장치(1)가 보다 작은 크기를 가지는 전력을 송신하더라도 무선 전력 수신 장치(2)는 필요로 하는 크기의 전력을 수신할 수 있다.
도시된 예에서 이격 임계 거리(Lt)는 노멀 모드에서 최대 전력으로 송출 시 유효한 충전 거리일 수 있다.
도 3에서 설명한 것과 유사하게, 상황 (a2) 및/또는 상황 (b2)에서 무선 전력 송신 장치(1)는 노멀 모드로 동작할 수 있다. 상황 (c2)에서 무선 전력 송신 장치(1)는 부스트 모드로 동작할 수 있다. 또는, 상황 (a2)에서 무선 전력 송신 장치(1)는 리듀스 모드로 동작할 수도 있다.
도 5는 무선 전력 수신 장치 사이의 배터리의 충전량에 따라 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력을 송신하기 위한 무선 전력 송신 장치의 동작이 달라지는 것을 설명하기 위한 도면이다.
배터리의 충전량이 완전 충전에 가까운 경우(상황 (a3)), 무선 전력 수신 장치는 보다 작은 크기의 전력을 요구할 수 있고, 배터리의 충전량이 방전에 가까운 경우(상황 (c3)), 무선 전력 수신 장치는 보다 큰 크기의 전력을 요구할 수 있다.
무선 전력 송신 장치는 무선 전력 수신 장치로부터 수신한 신호에 응답하여 동작 모드를 결정할 수 있다. 이때, 무선 전력 송신 장치는 상황 (b3)인 경우에 노멀 모드로 동작할 수 있다. 또한, 무선 전력 송신 장치는 상황 (c3)인 경우에 부스트 모드로 동작할 수 있다. 또한, 무선 전력 송신 장치는 상황(a3)인 경우에 리듀스 모드로 동작할 수 있다.
도 6은 무선 전력 송신 장치의 송전 코일과 무선 전력 수신 장치의 수전 코일 사이의 전압 이득과 동작 주파수 사이의 관계를 도시하는 도면 도면으로서, X축은 동작 주파수를, Y축은 전압 이득을 각각 나타낸다.
도 6을 참고하여 무선 전력 송신 장치의 동작을 설명한다.
무선 전력 송신 장치는 노멀 모드에서 스위치들의 듀티를 고정하고, 동작 주파수를 제1 기준 주파수(f1)과 제2 기준 주파수(f2) 사이에서 조정할 수 있다. 노멀 모드에서의 듀티는 무선 전력 송신 장치가 무선 전력 수신 장치의 존재 여부를 판단하기 위해 사용한 신호의 듀티일 수 있다. 노멀 모드에서, 무선 전력 수신 장치가 다소 멀어지거나 또는 보다 큰 크기의 전력을 필요로 하는 경우 무선 전력 송신 장치는 주파수를 감소시킴으로써, 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기를 증가시킬 수 있다. 또는, 노멀 모드에서, 무선 전력 수신 장치가 다소 가까워지거나 또는 보다 작은 크기의 전력을 필요로 하는 경우 무선 전력 송신 장치는 주파수를 증가시킴으로써, 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기가 감소되도록 할 수 있다.
한편, 무선 전력 수신 장치가 요구하는 전력이 노멀 모드에서 무선 전력 수신 장치가 수신할 수 있는 전력의 최대값보다 큰 경우, 무선 전력 송신 장치는 노멀 모드에서 무선 전력 수신 장치가 수신할 수 있는 크기 이상의 전력을 무선 전력 수신 장치가 수신할 수 있도록, 동작 모드를 부스트 모드로 변경할 수도 있다. 이 경우, 무선 전력 송신 장치의 동작 주파수는 제1 기준 주파수(f1)로 고정되고, 듀티가 조정될 수 있다. 나아가, 듀티를 규정된 범위의 한계값까지 증가시켜도 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기가 충분히 크지 않은 경우, 무선 전력 송신 장치는 듀티를 상기 한계값으로 고정시킨 후, 동작 주파수를 추가적으로 감소시킬 수 있다. 부스트 모드에서의 구체적인 동작은 후술한다.
또한, 무선 전력 수신 장치가 요구하는 전력이 노멀 모드에서 무선 전력 수신 장치가 수신할 수 있는 전력의 최소값보다 작은 경우, 무선 전력 송신 장치는 동작 모드를 리듀스 모드로 변경할 수도 있다. 이 경우, 무선 전력 송신 장치의 동작 주파수는 제2 기준 주파수(f2)로 고정되고, 듀티가 조정될 수도 있다. 또는, 무선 전력 송신 장치는 풀 브리지로 동작하다가 하프 브리지로 동작할 수도 있다. 리듀스 모드에서의 구체적인 동작은 후술한다.
제1 기준 주파수(f1) 및 제2 기준 주파수(f2) 각각은 최소 주파수(f_min) 및 최대 주파수(f_max) 각각과 동일할 수도 있다. 여기서, 최소 주파수(f_min) 및 최대 주파수(f_max) 각각은 표준 또는 기타 규약 등에 의해서 정해진 사용 가능한 주파수 범위의 하한값과 상한값일 수 있다. 또는, 제1 기준 주파수(f1) 및 제2 기준 주파수(f2) 각각은 최소 주파수(f_min)와 최대 주파수(f_max) 사이의 범위에서 무선 전력 수신 장치의 발열량 또는 무선 전력 송신 장치를 이용하여 충전하려는 공간적 영역의 범위 등을 고려하여 결정될 수도 있다. 이와 같이 결정됨으로써, 무선 전력 송신 장치는 규정된 범위 내에서 보다 더 안정적으로 동작할 수 있고, 무선 전력 수신 장치에서 발생될 수 있는 소자의 손상이나 과열 등을 방지할 수도 있다.
또는, 제1 기준 주파수(f1) 및 제2 기준 주파수(f2) 각각은 최소 주파수(f_min)와 최대 주파수(f_max) 사이의 범위에서 무선 전력 송신 장치(1)와 무선 전력 수신 장치(2) 사이의 전력 전송 특성 등을 고려하여 결정될 수도 있다.
도 6에 나타낸 바와 같이 주파수가 일정한 범위 이내인 경우에는 주파수의 변화량에 따른 이득의 변화량이 지나치게 크거나, 지나치게 작지 않음으로 인해, 무선 전력 수신 장치가 적절한 크기의 전력을 수신하도록 무선 전력 송신 장치를 제어하는 것이 용이하다. 그러나, 주파수가 일정한 문턱값(f2) 이하로 떨어지게 되면, 주파수의 변화량에 따른 이득의 변화량이 지나치게 커지며, 주파수가 일정한 문턱값(f1) 이상이 되면, 주파수의 변화량에 따른 이득의 변화량이 지나치게 작아지게 되므로, 무선 전력 수신 장치가 적절한 크기의 전력을 수신하도록 무선 전력 송신 장치를 제어하는 것이 용이하지 않게 된다.
이러한 점을 고려하여, 노멀 모드에서 동작시, 주파수 변화량에 따른 이득의 변화량이 기준 범위 이내가 되도록 제1 기준 주파수(f1) 및 제2 기준 주파수(f2)가 결정될 수 있다. 즉, 도 6에 나타낸 그래프를 참조하여, 제1 기준 주파수(f1)는 최소 주파수(f_min)와 최대 주파수(f_max) 사이의 범위에서 주파수 변화량에 따른 이득의 변화량이 소정의 최대값인 주파수로 결정될 수 있고, 제2 기준 주파수(f2)는 최소 주파수(f_min)와 최대 주파수(f_max) 사이의 범위에서 주파수 변화량에 따른 이득의 변화량이 소정의 최소값인 주파수로 결정될 수 있다.
이와 같이 결정됨으로써, 무선 전력 송신 장치는 무선 전력 수신 장치에서 발생될 수 있는 소자의 손상이나 과열 등을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 무선 전력 수신 장치로의 전력 전송을 보다 정밀하게 제어할 수 있다.
제1 기준 주파수(f1) 및 제2 기준 주파수(f2) 각각은 실험적으로 결정되어 사전에 설정되거나, 외부로부터 입력될 수 있다. 또는, 제1 기준 주파수(f1) 및 제2 기준 주파수(f2) 각각은 무선 전력 송신 장치가 동작한 이후에, 무선 전력 송신 장치에서 설정되거나, 변경될 수도 있다. 무선 전력 송신 장치는 제1 기준 주파수(f1) 및 제2 기준 주파수(f2)를 설정하거나 변경하기 위해 소정의 알고리즘을 수행할 수도 있고, 이를 위해 추가적인 하드웨어 구성을 포함할 수도 있다.
또한, 도 6에 나타낸 바와 같이, 공진 주파수(f_r)에서 전압 이득이 최대가 될 수 있다. 상기 공진 주파수(f_r)는 후술하는 무선 전력 송신 장치의 공진부의 공진 주파수일 수 있다. 이 경우, 최소 주파수(f_min)는 공진 주파수(f_r)의 약 110%일 수 있고, 최대 주파수(f_max)는 공진 주파수(f_r)의 약 150%일 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(1)는 회로부(100) 및 제어부(200)를 포함한다. 회로부(100)는 변환부(110) 및 공진부(120)를 포함할 수 있다. 도 7에서 식별번호 300은 입력 전원을 나타낸다.
회로부(100)는 입력 전원(300)으로부터 입력 전압(Vin)을 인가받고, 적어도 하나의 제어 신호(con)에 응답하여 전력을 무선으로 송신한다. 무선으로 송신되는 전력의 크기 및 주파수는 제어 신호(con)에 의해 가변될 수 있다.
변환부(110)는 적어도 하나의 제어 신호(con)에 응답하여 입력 전압(Vin)을 교류 전압(Vac)으로 변환하여 출력한다. 교류 전압(Vac)의 진폭 및 주파수는 제어 신호(con)에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 교류 전압(Vac)의 진폭은 제어 신호(con) (제어 신호(con)가 복수개일 경우, 그 중 일부 또는 전부)의 듀티에 따라 결정될 수 있다. 또한, 교류 전압(Vac)의 주파수는 제어 신호(con) (제어 신호(con)가 복수개일 경우, 그 중 일부 또는 전부)의 주파수에 따라 결정될 수 있다.
교류 전압(Vac)의 주파수는 공진부(120)의 공진 주파수(도 6의 f_r)보다 클 수 있다. 예를 들면, 교류 전압(Vac)의 주파수는 공진부(120)의 공진 주파수(도 6의 f_r)의 약 110% 내지 150% 사이에서 결정될 수도 있다.
변환부(110)는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 변환부(110)는 부스트 컨버터 및 인버터를 포함할 수도 있고, 인버터 만으로 구성될 수도 있고, 부스트 컨버터의 기능과 인버터의 기능을 모두 수행하는 승압형 인버터로 구성될 수도 있다.
공진부(120)는 교류 전압(Vac)을 인가받고, 아날로그 핑 신호 또는 디지털 핑 신호 등 무선 전력 수신 장치의 존재 여부를 판단하기 위한 신호를 송신하거나, 전력을 무선으로 송신한다. 공진부(120)는 교류 전압(Vac)에 따라 주변의 자기장을 변화시킴으로써, 신호 및/또는 전력을 무선으로 송신할 수 있다. 공진부(120)는 공진 커패시터와 공진 코일을 포함할 수 있으며, 공진부(120)의 공진 주파수(도 6의 f_r)는 공진 커패시터의 커패시턴스와 공진 코일의 인덕턴스에 의해 결정될 수 있다.
제어부(200)는 요청 신호(req)에 응답하여 적어도 하나의 제어 신호(con)를 출력한다. 제어부(200)는 요청 신호(req)에 응답하여 제어 신호(con)의 듀티비 및/또는 주파수를 조정할 수 있다. 요청 신호(req)는 전력을 무선으로 수신하는 무선 전력 수신 장치로부터 입력될 수 있으며, 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 요청 신호(req)는 무선 전력 송신 장치가 무선으로 송신하는 전력의 크기를 증가시켜 줄 것을 요청하는 신호이거나, 상기 전력의 크기를 감소시켜 줄 것을 요청하는 신호일 수 있다. 또는, 요청 신호(req)는 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기와 무선 전력 수신 장치가 실제로 수신한 전력의 크기의 차이를 나타내는 신호일 수도 있다. 제어부(200)는 요청 신호(req)를 기초로 송신하는 전력의 크기를 증가시킬 것인지, 감소시킬 것인지 등을 판단하고, 이에 따라 동작 주파수와 동작 듀티를 조정할 수 있다.
예를 들면, 제어부(200)는 노멀 모드에서 동작 주파수를 조정할 수 있고, 부스트 모드 또는 리듀스 모드에서는 동작 듀티를 조정하거나, 동작 듀티와 동작 주파수를 모두 조정할 수 있다. 구체적으로, 노멀 모드에서, 제어부(200)는 무선 전력 수신 장치와 무선 전력 송신 장치 사이의 거리가 증가하면 주파수를 감소시키고, 상기 거리가 줄어들면 주파수를 증가시킬 수 있다. 또한, 부스트 모드 또는 리듀스 모드에서, 제어부(200)는 무선 전력 수신 장치와 무선 전력 송신 장치 사이의 거리가 증가하면 듀티를 증가시키고, 상기 거리가 줄어들면 듀티를 감소시킬 수 있다.
일 예로, 제어부(200)는 동작 주파수가 최하 기준 주파수에 대응되며 노멀 모드 동작이 수행될 때, 무선 전력 수신 장치로부터 수신된 요청 신호가 전력의 크기를 증가시켜줄 것을 요청하는 신호이면, 노멀 모드에서 부스트 모드로 전환되도록 제어할 수 있다.
다른 예로, 제어부(200)는 동작 듀티가 최하 기준 듀티에 대응되며 부스트 모드 동작이 수행될 때, 무선 전력 수신 장치로부터 수신된 요청 신호가 전력의 크기를 감소시켜줄 것을 요청하는 신호이면, 부스트 모드에서 노멀 모드로 전환되도록 제어할 수 있다.
제어부(200)의 구체적인 동작에 관하여는 도 16 내지 도 46를 참고하여 후술한다.
제어부(200)는 적어도 하나의 프로세싱 유닛을 포함할 수 있다. 실시예에 따라 제어부(200)는 메모리를 더 포함할 수 있다. 프로세싱 유닛은 예를 들어 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU), 마이크로프로세서, 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC), Field Programmable Gate Arrays(FPGA) 등을 포함할 수 있으며, 복수의 코어를 가질 수 있다. 메모리는 휘발성 메모리(예를 들어, RAM 등), 비휘발성 메모리(예를 들어, ROM, 플래시 메모리 등) 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 메모리에는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 방법을 수행하기 위해 작성된 프로그램이 저장될 수 있다.
제어부(200)는 게이트 드라이버를 포함할 수 있다. 또는 실시예에 따라, 무선 전력 송신 장치는 제어부로부터 제공된 제어 신호에 따라 변환부(110)에 포함된 스위치들을 구동하는 게이트 드라이버를 별도로 포함할 수 있다.
입력 전원(300)은 입력 전압(Vin)을 출력할 수 있다. 예를 들면, 입력 전원(300)은 외부로부터 입력되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 출력하는 어댑터일 수 있다. 입력 전원(300)이 출력하는 입력 전압(Vin)의 레벨은 무선 전력 송수신 시스템에서 규격화된 다양한 전압 레벨 중 하나일 수 있다. 예를 들어, 입력 전압은 5V, 9V, 또는 12V 중 하나일 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(1-1)는 회로부(101), 및 제어부(201)를 포함한다. 회로부(101)는 변환부(111) 및 공진부(121)를 포함할 수 있다. 변환부(111)는 스위칭 소자들(Q11, Q21), 제1 코일(L11), 및 제1 커패시터(C11)를 포함할 수 있다. 공진부(121)는 제2 커패시터(C21) 및 제2 코일(L21)을 포함할 수 있다. 도 8에서 300은 입력 전원을 나타낸다.
회로부(101), 변환부(111), 공진부(121), 제어부(201), 및 입력 전원(300) 각각의 기능은 도 7에서 설명한 회로부(100), 변환부(110), 공진부(120), 제어부(200) 및 입력 전원(300) 각각의 기능과 실질적으로 동일할 수 있다.
변환부(111)가 출력하는 교류 전압의 진폭은 제2 노드(N2)의 전압, 즉, 승압 전압의 크기에 따라 결정될 수 있다. 승압 전압(Vboost)의 크기는 수학식 1에 의해 결정될 수 있다.
[수학식 1]
Vboost = Vin / (1-D)
여기서, Vin은 입력 전원(300)으로부터 입력되는 전원의 전압 크기이고, D는 제어 신호(con21)의 온 듀티이다.
부스트 모드에서의 듀티는 노멀 모드에서의 듀티보다 커질 수 있다. 따라서, 부스트 모드에서의 승압 전압은 노멀 모드에서의 승압 전압보다 커질 수 있으며, 따라서 부스트 모드에서 무선 전력 송신 장치가 송신하는 전력의 크기는 노멀 모드에서 무선 전력 송신 장치가 송신하는 전력의 크기보다 커질 수 있다.
또한, 제1 노드(N1)의 전압이 변환부(111)가 출력하는 교류 전압일 수 있으며, 변환부(111)가 출력하는 교류 전압(Vinv(t))은 수학식 2에 의해 결정될 수 있다.
[수학식 2]
Vinv(t) = 2(Vin / (1-D))sin(wt/π)
여기서, w는 제어 신호들(con11, con21)의 주파수이다.
변환부(111)는 입력 전압이 인가되는 단자와 제1 노드(N1) 사이에 연결된 제1 코일(L11), 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 연결되는 제1 스위칭 소자(Q11), 제1 노드(N1)와 접지 단자 사이에 연결된 제2 스위칭 소자(Q21), 및 제2 노드(N2)와 접지 단자 사이에 연결된 제1 커패시터(C11)를 포함할 수 있다. 제1 노드(N1)로는 변환부(111)에 의해 생성된 교류 전압이 출력될 수 있다. 제2 노드(N2)의 전압은 변환부(111)에 의해 입력 전압이 승압된 승압 전압일 수 있다. 제1 스위칭 소자(Q11)는 제1 제어 신호(con11)에 응답하여 온오프되며, 제2 스위칭 소자(Q21)는 제2 제어 신호(con21)에 응답하여 온오프될 수 있다. 또한, 제1 스위칭 소자(Q11)와 제2 스위칭 소자(Q21)는 서로 상보적으로 온오프될 수 있다.
다시 말하면, 변환부(111)는 브리지 회로를 포함할 수 있으며, 브리지 회로는 서로 직렬 연결되어 교번적으로 동작하는 제1 스위치(Q11) 및 제2 스위치(Q21)를 포함할 수 있다. 변환부(111)는, 일 단은 입력 전원(300)의 일 단에 연결되고, 타 단은 제1 및 제2 스위치의 접속단(N1)에 연결되는 인덕터(L11), 일 단은 하프 브리지 회로의 일 단에 연결되고, 타 단은 입력 전원(300)의 타 단 및 하프 브리지 회로의 타 단에 연결되는 출력 커패시터(C11)를 포함할 수 있다.
즉, 변환부(111)는 제어 신호(con11, con21)의 듀티비에 따라 입력 전압을 승압 전압으로 승압하는 부스트 컨버터로서의 기능과, 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터의 기능을 동시에 수행할 수 있다. 구체적으로, 스위칭 소자들(Q11, Q12), 제1 커패시터(C11), 및 제1 코일(L11)이 부스트 컨버터로서 동작한다. 또한, 스위칭 소자들(Q11, Q12)은 인버터로서도 동작한다. 다시 말하면, 변환부(111)는 스위칭 소자들(Q11, Q12)을 공통적으로 사용하는 부스트 컨버터와 인버터가 결합된 형태를 가지는 승압형 인버터를 포함할 수 있다.
즉, 하프 브리지 회로를 구성하는 스위칭 소자들(Q11, Q21)의 스위칭 동작에 의해, 제1 커패시터(C11)에 전하가 축적되어 제1 커패시터(C11) 양단 전압이 입력 전원(300)에서 제공된 입력 전압이 승압된 승압 전압이 되며, 승압 전압의 크기는 제어 신호(con11, con21)의 듀티비에 의해 결정될 수 있다. 또한, 하프 브리지 회로를 구성하는 스위칭 소자들(Q11, Q21)의 상기 스위칭 동작에 의해 공진부(121)의 양단에 상기 출력 커패시터(C11)에 축적된 승압 전압을 이용하여 생성된 교류 전압이 인가되며, 교류 전압의 진폭은 승압 전압의 크기에 의해 결정되고, 교류 전압의 주파수는 제어 신호(con11, con21)의 주파수에 의해 결정될 수 있다.
스위칭 소자들(Q11, Q21)의 스위칭 동작은 무선 전력 송신 장치의 모드에 따라 다르게 제어될 수 있다.
공진부(121)는 제1 노드(N1)와 접지 단자 사이에 직렬로 연결된 제2 커패시터(C21), 및 제2 코일(L21)을 포함할 수 있다. 제2 커패시터(C21)는 공진 커패시터이고, 제2 코일(L21)은 공진 코일로서, 제2 커패시터(C21)와 제2 코일(L21)에 의해 LC 공진이 발생된다. 따라서, 공진부(121)의 공진 주파수(도 6의 f_r)는 제2 커패시터(C21)의 커패시턴스와 제2 코일(L21)의 인덕턴스에 의해 결정된다. 즉, 본 발명의 무선 전력 송신 장치(1-1)가 사용되는 제반 환경, 예를 들면, 무선 전력 전송 표준 등에 따라 제2 커패시터(C21)의 커패시턴스와 제2 코일(L21)의 인덕턴스가 결정되며, 이에 따라 결정된 공진 주파수에 따라 제어 신호(con11, con21)의 주파수 범위가 결정될 수 있다.
제어부(201)는 요청 신호(req)에 응답하여 제어 신호(con11, con21)를 출력한다. 제어부(201)는 요청 신호(req)에 응답하여 제어 신호(con11, con21)의 듀티비 및/또는 주파수를 조정할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(1-2)는 회로부(102), 및 제어부(202)를 포함한다. 회로부(102)는 변환부(112) 및 공진부(122)를 포함하고, 변환부(112)는 승위칭 소자들(Q12, Q22), 제1 코일(L12), 제1 커패시터(C12), 및 다이오드(D)를 포함하고, 공진부(122)는 제2 커패시터(C22) 및 제2 코일(L22)을 포함한다. 도 9에서 300은 입력 전원을 나타낸다.
회로부(102), 변환부(112), 공진부(122), 제어부(202), 및 입력 전원(300) 각각의 기능은 도 7에서 설명한 회로부(100), 변환부(110), 공진부(120), 제어부(200) 및 입력 전원(300) 각각의 기능과 실질적으로 동일할 수 있다. 또한, 공진부(122)의 구성 및 동작은 도 8에서 설명한 공진부(121)의 구성 및 동작과 동일할 수 있다.
변환부(112)는 입력 전압이 인가되는 단자와 제1 노드(N1) 사이에 연결된 제1 코일(L12), 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 연결되는 제1 스위칭 소자(Q12), 제1 노드(N1)와 접지 단지 사이에 연결된 제2 스위칭 소자(Q22), 제2 노드(N2)와 접지 단자 사이에 연결된 제1 커패시터(C12), 및 제2 노드(N2)와 상기 입력 전압이 인가되는 단자 사이에 연결된 다이오드(D)를 포함할 수 있다. 제1 노드(N1)로는 변환부(112)에 의해 생성된 교류 전압이 출력될 수 있다. 제2 노드(N2)의 전압은 변환부(112)에 의해 입력 전압이 승압된 승압 전압일 수 있다. 제1 스위칭 소자(Q12)는 제1 제어 신호(con12)에 응답하여 온오프되며, 제2 스위칭 소자(Q22)는 제2 제어 신호(con22)에 응답하여 온오프될 수 있다. 또한, 제1 스위칭 소자(Q12)와 제2 스위칭 소자(Q22)는 서로 상보적으로 온오프될 수 있다.
변환부(112)의 동작은 도 8에서 설명한 변환부(111)의 동작을 참조하면 쉽게 이해될 것이다. 또한, 도 9에 도시한 바와 같이, 변환부(112)는 부스트 컨버터와 인버터의 기능을 모두 수행하는 하프 브리지 회로(Q12, Q22)를 포함할 수 있다. 즉, 변환부(112)는 부스트 컨버터와 인버터를 포함하되, 부스트 컨버터와 인버터가 스위칭 소자들(Q12, Q22)를 공유하는 형태를 가지는 승압형 인버터를 포함할 수 있다.
도 9에 나타낸 본 발명의 일 실시예의 변환부(112)는 승압 노드에서 입력 전압이 인가되는 단자로 흐르는 역전류를 방지하는 다이오드(D)를 포함함으로써, 제1 스위칭 소자(Q12)와 제2 스위칭 소자(Q22)의 상보적 스위칭 동작에 의해 유발되는 리플을 방지할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(1-3)는 회로부(103), 및 제어부(203)를 포함한다. 회로부(103)는 변환부(113) 및 공진부(123)를 포함하고, 변환부(113)는 승위칭 소자들(Q13, Q23), 제1 코일(L13), 및 제1 커패시터(C13)를 포함하고, 공진부(123)는 제2 커패시터(C23) 및 제2 코일(L23)을 포함한다. 도 10에서 300은 입력 전원을 나타낸다.
회로부(103), 변환부(113), 공진부(123), 제어부(203), 및 입력 전원(300) 각각의 기능은 도 7에서 설명한 회로부(100), 변환부(110), 공진부(120), 제어부(200) 및 입력 전원(300) 각각의 기능과 실질적으로 동일할 수 있다. 또한, 공진부(122)의 구성 및 동작은 도 8에서 설명한 공진부(121)의 구성 및 동작과 동일할 수 있다.
변환부(113)는 입력 전압이 인가되는 단자와 제1 노드(N1) 사이에 연결된 제1 코일(L13), 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 연결되는 제1 스위칭 소자(Q13), 제1 노드(N1)와 접지 단지 사이에 연결된 제2 스위칭 소자(Q23), 및 제2 노드(N2)와 입력 전압이 인가되는 단자 사이에 연결된 제1 커패시터(C13)를 포함할 수 있다. 제1 노드(N1)로는 변환부(113)에 의해 생성된 교류 전압이 출력될 수 있다. 제2 노드(N2)의 전압은 변환부(113)에 의해 입력 전압이 승압된 승압 전압일 수 있다. 제1 스위칭 소자(Q13)는 제1 제어 신호(con13)에 응답하여 온오프되며, 제2 스위칭 소자(Q23)는 제2 제어 신호(con23)에 응답하여 온오프될 수 있다. 또한, 제1 스위칭 소자(Q13)와 제2 스위칭 소자(Q23)는 서로 상보적으로 온오프될 수 있다.
변환부(113)의 동작은 도 8에서 설명한 변환부(111)의 동작을 참조하면 쉽게 이해될 것이다. 또한, 도 10에 도시한 바와 같이, 변환부(113)는 부스트 컨버터와 인버터의 기능을 모두 수행하는 하프 브리지 회로(Q13, Q23)를 포함할 수 있다. 즉, 변환부(113)는 부스트 컨버터와 인버터를 포함하되, 부스트 컨버터와 인버터가 스위칭 소자들(Q13, Q23)를 공유하는 형태를 가지는 승압형 인버터를 포함할 수 있다.
도 10에 나타낸 본 발명의 일 실시예의 변환부(113)는 제1 커패시터(C13)의 초기 전압이 입력 전압이 되도록 함으로써, 초기 동작 성능을 개선할 수 있다. 또한, 스위칭 소자들(Q13, Q23)의 교번적인 동작에 의하여 승압할 때 유발될 수 있는 리플을 방지할 수도 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(1-4)는 회로부(104), 및 제어부(204)를 포함한다. 회로부(104)는 변환부(114) 및 공진부(124)를 포함하고, 변환부(114)는 승위칭 소자들(Q14, Q24, Q34, Q44), 제1 코일(L14), 및 제1 커패시터(C14)를 포함하고, 공진부(124)는 제2 커패시터(C24) 및 제2 코일(L24)을 포함한다. 도 11에서 300은 입력 전원을 나타낸다.
회로부(104), 변환부(114), 공진부(124), 제어부(204), 및 입력 전원(300) 각각의 기능은 도 7에서 설명한 회로부(100), 변환부(110), 공진부(120), 제어부(200) 및 입력 전원(300) 각각의 기능과 실질적으로 동일할 수 있다. 또한, 공진부(122)의 구성 및 동작은 도 8에서 설명한 공진부(121)의 구성 및 동작과 동일할 수 있다.
변환부(114)는 입력 전압이 인가되는 단자와 제1 노드(N1) 사이에 연결되는 제1 코일(L14), 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 연결되는 제1 스위칭 소자(Q14), 제1 노드(N1)와 접지 단자 사이에 연결되는 제2 스위칭 소자(Q24), 제2 노드(N2)와 제3 노드(N3) 사이에 연결되는 제3 스위칭 소자(Q34), 제3 노드(N3)와 접지 노드 사이에 연결되는 제4 스위칭 소자(Q44), 제2 노드(N2)와 접지 노드 사이에 연결되는 제1 커패시터(C14)를 포함할 수 있다. 제1 노드(N1)와 제3 노드(N3) 사이의 전압이 변환부(114)에 의해 생성된 교류 전압일 수 있다. 제2 노드(N2)의 전압은 변환부(114)에 의해 입력 전압이 승압된 승압 전압일 수 있다. 제1 스위칭 소자(Q14)는 제1 제어 신호(con14)에 응답하여 온오프되고, 제2 스위칭 소자(Q24)는 제2 제어 신호(con24)에 응답하여 온오프되며, 제3 스위칭 소자(Q34)는 제3 제어 신호(con34)에 응답하여 온오프되고, 제4 스위칭 소자(Q44)는 제4 제어 신호(con44)에 응답하여 온오프될 수 있다. 또한, 제1 스위칭 소자(Q14)와 제2 스위칭 소자(Q24)는 서로 상보적으로 온오프되고, 제3 스위칭 소자(Q34)와 제4 스위칭 소자(Q44)는 서로 상보적으로 온오프될 수 있다. 제3 스위칭 소자(Q34)는 오프 상태를 유지하거나, 제2 스위칭 소자(Q24)와 동일한 타이밍으로 온오프될 수 있고, 제4 스위칭 소자(Q44)는 온 상태를 유지하거나, 제1 스위칭 소자(Q14)와 동일한 타이밍으로 온오프될 수 있다.
공진부(124)는 제1 노드(N1)와 제3 노드(N3) 사이에 연결될 수 있다.
즉, 도 11에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 변환부(114)는 풀 브리지 회로로 구현된다. 경우에 따라 제3 스위칭 소자(Q34)는 오프 상태를 유지하고, 제4 스위칭 소자(Q44)는 온 상태를 유지함으로써, 변환부(114)는 하프 브리지 회로와 동일하게 동작할 수 있고, 제3 스위칭 소자(Q34)는 제2 스위칭 소자(Q24)와 동일한 타이밍으로 온오프되고, 제4 스위칭 소자(Q44)는 제1 스위칭 소자(Q14)와 동일한 타이밍으로 온오프됨으로써 풀 브리지 회로와 동일하게 동작할 수도 있다. 경우에 따라, 제3 스위칭 소자(Q34) 및 제4 스위칭 소자(Q44) 각각은 제2 스위칭 소자(Q24) 및 제1 스위칭 소자(Q14) 각각과 서로 다른 타이밍에 온오프되면서 변환부(114)가 풀 브리지 회로로서 동작할 수도 있다.
도 11에 나타낸 실시예에서, 제1 코일(L14), 제1 커패시터(C14), 제1 스위칭 소자(Q14) 및 제2 스위칭 소자(Q24)는 부스트 컨버터로서 동작하고, 제1 승위칭 소자(Q14), 제2 스위칭 소자(Q24), 제3 스위칭 소자(Q34) 및 제4 스위칭 소자(Q44)는 인버터로서 동작한다. 즉, 제1 스위칭 소자(Q14) 및 제2 스위칭 소자(Q24)는 부스트 컨버터로서 동작함과 동시에 인버터로서 동작한다. 다시 말하면, 도 11의 변환부(114)는 제1 스위칭 소자(Q14) 및 제2 스위칭 소자(Q24)를 공유하는 부스트 컨버터와 인버터가 결합된 형태를 가지는 승압형 인버터를 포함한다.
도 11의 무선 전력 송신 장치(1-4)의 변환부(114)의 출력 전압(Vinv(t)), 즉, 제1 노드(N1)와 제3 노드(N3) 사이의 전압은 수학식 3과 같이 결정될 수 있다.
[수학식 3]
Vinv(t) = 4(Vin / (1-D))sin(wt/π)
여기서, Vin은 입력 전원(300)으로부터 입력되는 전원의 전압 크기이고, D는 제어 신호(con24)의 듀티이고, w는 제어 신호들(con14, con24, con34, con44)의 주파수이다.
즉, 도 11의 실시예의 경우, 하프 브리지 회로와 비교할 때 입력 전압이 2배로 증가한 것과 동일한 것과 같은 효과를 얻을 수 있으므로, 코일의 전류 스트레스가 감소되며, 효율도 개선될 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(1-5)는 회로부(105), 및 제어부(205)를 포함한다. 회로부(105)는 변환부(115) 및 공진부(125)를 포함하고, 변환부(115)는 승위칭 소자들(Q15, Q25, Q35, Q45), 제1 코일(L15), 제3 코일(L35), 및 제1 커패시터(C15)를 포함하고, 공진부(125)는 제2 커패시터(C25) 및 제2 코일(L25)을 포함한다. 도 12에서 300은 입력 전원을 나타낸다.
회로부(105), 변환부(115), 공진부(125), 제어부(205), 및 입력 전원(300) 각각의 기능은 도 7에서 설명한 회로부(100), 변환부(110), 공진부(120), 제어부(200) 및 입력 전원(300) 각각의 기능과 실질적으로 동일할 수 있다. 또한, 공진부(125)의 구성 및 동작은 도 8에서 설명한 공진부(121)의 구성 및 동작과 동일할 수 있다.
변환부(115)는 입력 전압이 인가되는 단자와 제1 노드(N1) 사이에 연결되는 제1 코일(L15), 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 연결되는 제1 스위칭 소자(Q15), 제1 노드(N1)와 접지 단자 사이에 연결되는 제2 스위칭 소자(Q25), 제2 노드(N2)와 제3 노드(N3) 사이에 연결되는 제3 스위칭 소자(Q35), 제3 노드(N3)와 접지 노드 사이에 연결되는 제4 스위칭 소자(Q45), 입력 전압이 인가되는 단자와 제3 노드(N3) 사이에 연결되는 제3 코일(L35), 제2 노드(N2)와 접지 노드 사이에 연결되는 제1 커패시터(C15)를 포함할 수 있다. 제1 노드(N1)와 제3 노드(N3) 사이의 전압이 변환부(115)에 의해 생성된 교류 전압일 수 있다. 제2 노드(N2)의 전압은 변환부(115)에 의해 입력 전압이 승압된 승압 전압일 수 있다. 제1 스위칭 소자(Q15)는 제1 제어 신호(con15)에 응답하여 온오프되고, 제2 스위칭 소자(Q25)는 제2 제어 신호(con25)에 응답하여 온오프되며, 제3 스위칭 소자(Q35)는 제3 제어 신호(con35)에 응답하여 온오프되고, 제4 스위칭 소자(Q45)는 제4 제어 신호(con45)에 응답하여 온오프될 수 있다. 또한, 제1 스위칭 소자(Q15)와 제2 스위칭 소자(Q25)는 서로 상보적으로 온오프되고, 제3 스위칭 소자(Q35)와 제4 스위칭 소자(Q45)는 서로 상보적으로 온오프될 수 있다. 제3 스위칭 소자(Q35)는 오프 상태를 유지하거나, 제2 스위칭 소자(Q25)와 동일한 타이밍으로 온오프될 수 있고, 제4 스위칭 소자(Q45)는 온 상태를 유지하거나, 제1 스위칭 소자(Q15)와 동일한 타이밍으로 온오프될 수 있다.
공진부(125)는 제1 노드(N1)와 제3 노드(N3) 사이에 연결될 수 있다.
즉, 도 12에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 변환부(115)는 풀 브리지 회로로 구현된다. 경우에 따라 제3 스위칭 소자(Q35)는 오프 상태를 유지하고, 제4 스위칭 소자(Q45)는 온 상태를 유지함으로써, 변환부(115)는 하프 브리지 회로와 동일하게 동작할 수 있고, 제3 스위칭 소자(Q35)는 제2 스위칭 소자(Q25)와 동일한 타이밍으로 온오프되고, 제4 스위칭 소자(Q45)는 제1 스위칭 소자(Q15)와 동일한 타이밍으로 온오프됨으로써 풀 브리지 회로와 동일하게 동작할 수도 있다. 경우에 따라, 제3 스위칭 소자(Q35) 및 제4 스위칭 소자(Q45) 각각은 제2 스위칭 소자(Q25) 및 제1 스위칭 소자(Q15) 각각과 서로 다른 타이밍에 온오프되면서 변환부(115)가 풀 브리지 회로로서 동작할 수도 있다.
도 12에 나타낸 실시예에서, 제1 코일(L15), 제3 코일(L25), 제1 커패시터(C15), 제1 스위칭 소자(Q15), 제2 스위칭 소자(Q25), 제3 스위칭 소자(Q35) 및 제4 스위칭 소자(Q45)는 부스트 컨버터로서 동작하고, 제1 승위칭 소자(Q15), 제2 스위칭 소자(Q25), 제3 스위칭 소자(Q35) 및 제4 스위칭 소자(Q45)는 인버터로서 동작한다. 즉, 제1 스위칭 소자(Q15), 제2 스위칭 소자(Q25), 제3 스위칭 소자(Q35) 및 제4 스위칭 소자(Q45)는 부스트 컨버터로서 동작함과 동시에 인버터로서 동작한다. 다시 말하면, 도 11의 변환부(115)는 제1 스위칭 소자(Q15), 제2 스위칭 소자(Q25), 제3 스위칭 소자(Q35) 및 제4 스위칭 소자(Q45)를 공유하는 부스트 컨버터와 인버터가 결합된 형태를 가지는 승압형 인버터를 포함한다.
도 12의 실시예의 경우, 풀 브리지 회로로서 동작함으로써, 하프 브리지 회로와 비교할 때 입력 전압이 2배로 증가한 것과 동일한 것과 같은 효과를 얻을 수 있으므로, 코일의 전류 스트레스가 감소되며, 효율도 개선될 수 있다. 또한, 제3 스위칭 소자(Q35) 및 제4 스위칭 소자(Q45)도 입력 전압을 승압하는데 기여하게 되므로, 제1 커패시터(C15)로서 보다 적은 용량을 가지는 커패시터를 사용할 수도 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(1-6)는 회로부(106), 및 제어부(206)를 포함한다. 회로부(106)는 변환부(116) 및 공진부(126)를 포함하고, 변환부(116)는 승위칭 소자들(Q16, Q26, Q56), 제1 코일(L16), 제1 커패시터(C16), 다이오드(D)를 포함하고, 공진부(126)는 제2 커패시터(C26) 및 제2 코일(L26)을 포함한다. 도 13에서 300은 입력 전원을 나타낸다.
회로부(106), 변환부(116), 공진부(126), 제어부(206), 및 입력 전원(300) 각각의 기능은 도 7에서 설명한 회로부(101), 변환부(111), 공진부(121), 제어부(201) 및 입력 전원(300) 각각의 기능과 실질적으로 동일할 수 있다. 또한, 공진부(126)의 구성 및 동작은 도 8에서 설명한 공진부(121)의 구성 및 동작과 동일할 수 있다.
변환부(116)는 입력 전압이 인가되는 단자와 제1 노드(N1) 사이에 직렬로 연결된 연결된 제1 코일(L13) 및 제5 스위칭 소자(Q56), 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 연결되는 제1 스위칭 소자(Q16), 제1 노드(N1)와 접지 단지 사이에 연결된 제2 스위칭 소자(Q26), 제2 노드(N2)와 접지 단자 사이에 연결된 제1 커패시터(C16), 및 제2 노드(N2)와 상기 입력 전압이 인가되는 단자 사이에 연결된 다이오드(D)를 포함할 수 있다. 제1 노드(N1)로는 변환부(116)에 의해 생성된 교류 전압이 출력될 수 있다. 제2 노드(N2)의 전압은 변환부(116)에 의해 입력 전압이 승압된 승압 전압일 수 있다. 제1 스위칭 소자(Q16)는 제1 제어 신호(con16)에 응답하여 온오프되며, 제2 스위칭 소자(Q26)는 제2 제어 신호(con22)에 응답하여 온오프되고, 제5 스위칭 소자(Q56)는 제5 제어 신호(con56)에 응답하여 온오프될 수 있다. 또한, 제1 스위칭 소자(Q16)와 제2 스위칭 소자(Q26)는 서로 상보적으로 온오프될 수 있다.
변환부(116)의 동작은 도 8에서 설명한 변환부(111)의 동작을 참조하면 쉽게 이해될 것이다. 또한, 도 13에 도시한 바와 같이, 변환부(116)는 부스트 컨버터와 인버터의 기능을 모두 수행하는 하프 브리지 회로(Q16, Q26)를 포함할 수 있다. 즉, 변환부(116)는 부스트 컨버터와 인버터를 포함하되, 부스트 컨버터와 인버터가 스위칭 소자들(Q16, Q26)를 공유하는 형태를 가지는 승압형 인버터를 포함할 수 있다.
제5 스위칭 소자(Q56)는 입력 전원(300)로부터 입력되는 입력 전압의 크기에 따라 온오프될 수 있다. 예를 들면, 입력 전압의 크기가 기준값 이하인 경우 온되고, 기준값보다 큰 경우에 오프될 수 있다. 제5 스위칭 소자(Q56)가 오프되면, 변환부(116)는 부스트 컨버터로서는 기능하지 않고 인버터로서만 기능하게 된다.
따라서, 도 13의 실시예의 경우, 입력 전압의 크기에 따라 변환부(116)의 기능을 가변시킬 수 있어 보다 효율적인 전력 전송을 가능하게 한다.
도시하지는 않았지만, 도 8, 도 10, 도 11, 및 도 12의 실시예 각각에도 도 13의 실시예의 제5 스위칭 소자(Q56)가 추가될 수도 있다. 또한, 도 11 및 도 12의 실시예에 도 9의 다이오드(D)가 추가될 수도 있다. 또한, 도 11 및 도 12의 실시예의 제1 커패시터(C14, C15)는 도 10의 실시예의 제1 커패시터(C13)과 동일한 방식으로 연결될 수도 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(1-7)는 회로부(107), 및 제어부(207)를 포함한다. 회로부(107)는 변환부(117) 및 공진부(127)를 포함한다. 변환부(117)는 승위칭 소자들(Q17, Q27, Q67), 제1 코일(L17), 제1 커패시터(C17), 다이오드(D), 및 제3 커패시터(C37)를 포함할 수 있다. 공진부(127)는 제2 커패시터(C27) 및 제2 코일(L27)을 포함한다. 도 14에서 300은 입력 전원을 나타낸다.
회로부(107), 변환부(117), 공진부(127), 제어부(207), 및 입력 전원(300) 각각의 기능은 도 7에서 설명한 회로부(100), 변환부(110), 공진부(120), 제어부(200) 및 입력 전원(300) 각각의 기능과 실질적으로 동일할 수 있다. 또한, 공진부(127)의 구성 및 동작은 도 8에서 설명한 공진부(121)의 구성 및 동작과 동일할 수 있다.
변환부(117)는 입력 전압이 인가되는 단자와 제3 노드(N3) 사이에 연결된 제1 코일(L17), 입력 전압이 인가되는 단자와 접지 단자 사이에 연결된 제3 커패시터(C37), 제3 노드(N3)와 접지 단자 사이에 연결된 제6 스위칭 소자(Q67), 제3 노드(N3)와 제2 노드(N2) 사이에 연결된 다이오드(D), 제2 노드(N2)와 접지 단자 사이에 연결된 제1 커패시터(C17), 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 연결되는 제1 스위칭 소자(Q12), 및 제1 노드(N1)와 접지 단지 사이에 연결된 제2 스위칭 소자(Q22)를 포함할 수 있다. 제1 노드(N1)로는 변환부(117)에 의해 생성된 교류 전압이 출력될 수 있다. 제2 노드(N2)의 전압은 변환부(117)에 의해 입력 전압이 승압된 승압 전압일 수 있다. 제1 스위칭 소자(Q17)는 제1 제어 신호(con17)에 응답하여 온오프되며, 제2 스위칭 소자(Q27)는 제2 제어 신호(con27)에 응답하여 온오프되며, 제6 스위칭 소자(Q67)는 제6 제어 신호(con67)에 응답하여 온오프될 수 있다. 또한, 제1 스위칭 소자(Q17)와 제2 스위칭 소자(Q27)는 서로 상보적으로 온오프될 수 있다.
도 14의 실시예에서, 제1 스위칭 소자(Q17) 및 제2 스위칭 소자(Q27)의 듀티는 고정될 수 있다. 즉, 도 14의 실시예의 경우, 제6 스위칭 소자(Q67)의 듀티를 조정하거나, 제1 스위칭 소자(Q17) 및 제2 스위칭 소자(Q27) 동작 주파수를 조정함으로써, 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기를 조정할 수 있다.
도 14에서, 제1 코일(L17), 제6 스위칭 소자(Q67), 다이오드(D), 및 제1 커패시터(C17)는 부스트 컨버터로서 동작하고, 제1 스위칭 소자(Q17) 및 제2 스위칭 소자(Q27)는 인버터로서 동작한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 변환부(117)는 도 14에 나타낸 것과 유사하게 부스트 컨버터와 인버터를 포함할 수 있다.
도 14에서는 변환부(117)가 하프 브리지 인버터를 포함하는 경우를 예시하였으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 변환부는 부스트 컨버터와 풀 브리지 인버터를 포함할 수도 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(1-8)는 회로부(108), 및 제어부(208)를 포함한다. 회로부(108)는 변환부(118) 및 공진부(128)를 포함한다. 변환부(118)는 승위칭 소자들(Q18, Q28, Q38, Q48), 및 제1 커패시터(C14)를 포함할 수 있다. 공진부(124)는 제2 커패시터(C24) 및 제2 코일(L24)을 포함한다. 도 15에서 300은 입력 전원을 나타낸다.
회로부(108), 변환부(118), 공진부(128), 제어부(208), 및 입력 전원(300) 각각의 기능은 도 7에서 설명한 회로부(100), 변환부(110), 공진부(120), 제어부(200) 및 입력 전원(300) 각각의 기능과 실질적으로 동일할 수 있다. 또한, 공진부(128)의 구성 및 동작은 도 8에서 설명한 공진부(121)의 구성 및 동작과 동일할 수 있다.
변환부(118)는 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 연결되는 제1 스위칭 소자(Q18), 제1 노드(N1)와 접지 단자 사이에 연결되는 제2 스위칭 소자(Q28), 제2 노드(N2)와 제3 노드(N3) 사이에 연결되는 제3 스위칭 소자(Q38), 제3 노드(N3)와 접지 노드 사이에 연결되는 제4 스위칭 소자(Q48), 제2 노드(N2)와 접지 노드 사이에 연결되는 제3 커패시터(C38)를 포함할 수 있다. 제1 노드(N1)와 제3 노드(N3) 사이의 전압이 변환부(118)에 의해 생성된 교류 전압일 수 있다. 제2 노드(N2)로 입력 전원(300)으로부터 출력되는 입력 전압이 인가될 수 있다. 제1 스위칭 소자(Q18)는 제1 제어 신호(con18)에 응답하여 온오프되고, 제2 스위칭 소자(Q28)는 제2 제어 신호(con28)에 응답하여 온오프되며, 제3 스위칭 소자(Q38)는 제3 제어 신호(con38)에 응답하여 온오프되고, 제4 스위칭 소자(Q48)는 제4 제어 신호(con48)에 응답하여 온오프될 수 있다. 또한, 제1 스위칭 소자(Q18)와 제2 스위칭 소자(Q28)는 서로 상보적으로 온오프되고, 제3 스위칭 소자(Q38)와 제4 스위칭 소자(Q48)는 서로 상보적으로 온오프될 수 있다. 제3 스위칭 소자(Q38)는 오프 상태를 유지하거나, 제2 스위칭 소자(Q28)와 동일한 타이밍으로 온오프될 수 있고, 제4 스위칭 소자(Q48)는 온 상태를 유지하거나, 제1 스위칭 소자(Q18)와 동일한 타이밍으로 온오프될 수 있다. 경우에 따라, 제3 스위칭 소자(Q38) 및 제4 스위칭 소자(Q48) 각각은 제2 스위칭 소자(Q28) 및 제1 스위칭 소자(Q18) 각각과 서로 다른 타이밍에 온오프될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 변환부(118)는 도 15에 나타낸 것과 유사하게 인버터 만을 포함할 수도 있다. 도 15에서는 변환부(118)가 풀 브리지 인버터를 포함하는 경우를 예시하였으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 변환부는 하프 브리지 인버터를 포함할 수도 있다.
도 7 내지 도 15 각각에 나타낸 무선 전력 송신 장치는 검출 모드 및 전력 송신 모드로 동작할 수 있다. 전력 송신 모드는 노멀 모드, 부스트 모드, 및 리듀스 모드 중 둘 이상을 포함할 수 있다.
이하, 먼저 검출 모드에 대해서 설명한다.
검출 모드는, 무선 전력 송신 장치로의 외부 물체의 접근 여부 또는 접근한 외부 물체가 무선 전력 수신 장치인지 여부를 판별하기 위한 모드로써, 상술한 아날로그 핑 단계(Analog Ping Phase) 및 디지털 핑 단계(Digital Ping Phase)가 검출 모드에 대응할 수 있다.
검출 모드에서, 무선 전력 송신 장치는 외부 물체의 접근 여부를 판별하기 위한 아날로그 핑 신호 및 접근한 물체가 무선 전력 수신 장치인지 여부를 판별하기 위한 디지털 핑 신호를 송출할 수 있다.
이 때, 전술한 바와 같이, 무선 전력 송신 장치는 주기적으로 아날로그 핑 신호를 송출한 이후, 외부 물체가 접근한 것으로 판단되는 경우 디지털 핑 신호를 송출하거나, 설정된 주기에 따라 디지털 핑 신호를 송출할 수 있다.
이하, 설명의 편의상, 검출 모드에서, 무선 전력 송신 장치가 송출하는 아날로그 핑 신호 및 디지털 핑 신호를 핑 신호로 통칭하여 지칭하도록 한다.
검출 모드는 제1 모드 및 제2 모드를 포함할 수 있다. 제1 모드는 무선 전력 송신 장치의 오프된 전원이 온 상태로 전환된 경우와 같이, 기준 시간 이상 동안의 정지 상태 이 후, 핑 신호를 송출하기 위해 동작을 시작하는 초기 동작 모드에 해당한다. 제2 모드는 초기 동작 모드 이 후, 기준 시간 미만 동안의 정지 상태에서 핑 신호를 송출하기 위한 대기 동작 모드에 해당한다.
초기 동작 모드에서, 변환부(도 8 내지 도 14 각각의 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117)는 입력 전압을 점진적으로 승압하여, 제1 커패시터(도 8 내지 도 14 각각의 C11, C12, C13, C14, C15, C16, C17)에 승압 전원을 축전한다. 변환부는 입력 전원을 점진적으로 승압하여, 교번적인 스위칭을 통하여 생성되는 승압 전원에 소정의 리플이 유발되는 문제점을 제거할 수 있다.
변환부의 스위칭 소자(도 8 내지 도 14 각각의 Q21, Q22, Q23, Q24, Q25(및/또는 Q45), Q26, Q67)에 제공되는 게이트 신호의 듀티를 제1 듀티에서부터 점진적으로 증가하여, 입력 전압을 점진적으로 승압할 수 있다. 듀티의 점진적 증가는, 듀티가 특정 듀티에서부터 기준 듀티 만큼 반복적, 순차적으로 증가되는 것으로 이해될 수 있다.
일 예로, 제1 듀티는 0% 듀티에서부터 기준 듀티 만큼 증가한 듀티에 해당할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 듀티를 0%에 근접한 듀티로 설정하여, 기준 시간 이상 동안의 정지 상태 이 후, 동작을 시작하는 단계에서 급격한 입력 전원의 승압을 방지하여, 승압 전원에 소정의 리플이 유발되는 문제점을 효과적으로 제거할 수 있다.
0% 듀티에 근접한 제1 듀티에서부터 듀티를 기준 듀티 만큼 순차적으로 증가하여 입력 전압을 승압하는 과정에서, 변환부(또는 제어부)는 점진적으로 승압되는 승압 전원의 전압 레벨 및 이에 대응되는 듀티에 관한 데이터를 산출할 수 있다. 변환부(또는 제어부)에서 산출된 점진적으로 승압되는 승압 전원의 전압 레벨 및 이에 대응되는 듀티에 관한 데이터는 별도의 메모리 소자에 저장될 수 있다.
또한, 변환부는 제1 커패시터에 축전된 승압 전원의 전압 레벨이 목표 승압 전원의 전압 레벨에 도달하는 경우, 교류 전압(또는 교류 전류)를 출력하여 공진부(도 7 내지 도 15 각각의 120, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128)를 통해 핑 신호를 송출할 수 있다.
변환부는 입력 전원(300)로부터 다양한 전압 레벨이 제공되는 경우에도 설정된 목표 승압 전압까지 입력 전압을 승압할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 변환부는 입력 전압의 전압 레벨이 변동되는 경우에도, 설정된 목표 승압 전압까지 입력 전압을 승압하여, 입력 전원(300)의 의존도를 낮출 수 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 초기 동작 모드의 동작을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초기 동작 모드는 현재 듀티가 0% 듀티인지 판단하는 것으로 시작한다(S1110 단계). 현재 설정된 듀티가 0%인 경우, 듀티를 0% 듀티에서부터 기준 듀티 만큼 증가한 제1 듀티로 설정할 수 있다(S1120 단계). 현재 설정된 듀티가 0%이 아닌 경우, 승압 전원과 목표 승압 전원을 비교하고(S1130 단계), 비교 결과, 승압 전원이 목표 승압 전원에 도달하지 못한 경우, 듀티를 기준 듀티만큼 증가시켜(S1140 단계), 승압 전원을 점진적으로 승압한다. 이와 달리, 비교 결과, 승압 전원이 목표 승압 전원에 도달한 경우, 현재 듀티와 제한 듀티를 비교한다(S1150 단계). 제한 듀티는 검출 모드에서 허용되는 최대 듀티에 해당할 수 있다. 검출 모드에서 제한 듀티를 설정하여, 핑 신호 송출에 과도한 전원이 소모되는 것을 방지하고, 발열 문제를 제거할 수 있다. 현재 듀티와 제한 듀티의 비교 결과, 현재 듀티가 제한 듀티보다 높은 경우, 제한 듀티를 목표 승압 전원에 대응하는 핑 듀티로 저장하고(S1160 단계), 현재 듀티가 제한 듀티보다 낮은 경우, 현재 듀티를 목표 승압 전원에 대응하는 핑 듀티로 저장한다(S1170 단계). 이 후, 목표 승압 전원을 이용하여, 핑 신호를 송출하여(S1180 단계), 초기 동작 모드가 종료될 수 있다. 이 후, 초기 동작 모드가 종료된 후, 대기 동작 모드로 진입하거나, 초기 동작 모드에서 송출된 핑 신호에 대한 무선 전력 수신 장치의 응답 신호에 따라 전력 송신 모드로 진입할 수 있다.
대기 동작 모드에서, 변환부(또는 제어부)는 제2 듀티에서부터 듀티를 점진적으로 증가하여, 입력 전압을 승압할 수 있다. 변환부는 제2 듀티에서부터 듀티를 점진적으로 증가하여 급격한 전압 변화에 의한 돌입 전류를 최소화하여, 대기 전력을 감소시킬 수 있다. 또한, 공진부로 피크성 전류가 입력되는 것을 방지하여, 무선 전력 송신 장치의 소음을 저감할 수 있다.
제2 듀티는 현재 승압 전원의 전압 레벨에 따라 결정될 수 있다.
대기 동작 모드에서, 제1 커패시터(도 8 내지 도 14 각각의 C11, C12, C13, C14, C15, C16, C17)에 축전된 승압 전원은 핑 신호가 송출되는 주기에 따라 방전되어, 승압 전원의 전압 레벨이 점차 감소될 수 있다. 제2 듀티는 핑 신호가 송출되는 시간 간격에 따라 제1 커패시터에 축전된 승압 전원이 방전되는 양을 고려하여 결정될 수 있다. 제2 듀티는 제1 듀티보다 높을 수 있다.
일 예로, 제1 커패시터에 축전된 승압 전원의 전압 레벨은 별도의 검출 소자를 통해 직접적으로 검출될 수 있다. 검출된 승압 전원의 전압 레벨에 대응되는 듀티가 제2 듀티로 결정될 수 있다.
다른 예로, 핑 신호가 송출되는 주기에 따라 승압 전원의 전압 레벨이 추정될 수 있다. 구체적으로, 핑 신호가 송출되는 시간 간격에 의한 방전에 따라 승압 전원의 전압 레벨이 감소되므로, 핑 신호의 주기가 판정되는 경우, 목표 승압 전원으로부터 전압 레벨이 일부 감소한 승압 전원의 전압 레벨이 추정될 수 있다. 추정된 승압 전원의 전압 레벨에 대응되는 듀티가 제2 듀티로 결정될 수 있다.
상술한 바와 같이, 초기 동작 모드의 변환부(또는 제어부)에서 산출된 점진적으로 승압되는 승압 전원의 전압 레벨 및 이에 대응되는 듀티에 관한 데이터는 별도의 메모리 소자에 저장될 수 있다. 이 때, 제2 듀티는 초기 동작 모드에서 저장된 승압 전원의 전압 레벨 및 이에 대응되는 듀티 관한 데이터에 기초하여, 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 목표 승압 전원의 전압 레벨과 현재 승압 전원의 전압 레벨을 비교하여 가중 지수를 산출하고, 산출된 가중 지수를 목표 승압 전원에 대응되는 핑 듀티에 적용하여 제2 듀티를 산출할 수 있다. 이 때, 가중 지수는 0 초과 1 미만의 값일 수 있다. 본 실시예는, 초기 동작 모드에서 저장된 데이터에 목표 승압 전원의 전압 레벨 및 이에 대응되는 핑 듀티만이 저장된 경우에 적용될 수 있다. 초기 동작 모드에서, 승압 전원의 모든 전압 레벨 및 이에 대응하는 복수의 핑 듀티를 저장하는 것이 아니라, 목표 승압 전원의 전압 레벨 및 이에 대응하는 핑 듀티만을 저장함으로써, 메모리 소자의 사이즈를 줄일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제2 듀티는 현재 승압 전원의 전압 레벨에 대응되는 듀티의 검색에 의해 결정될 수 있다. 본 실시예는, 초기 동작 모드에서, 승압 전원의 모든 전압 레벨 및 이에 대응하는 복수의 핑 듀티가 저장된 경우에 적용될 수 있다. 이 경우, 승압 전원의 모든 전압 레벨 및 이에 대응하는 복수의 핑 듀티는 데이터에 룩업-테이블(Lookup table) 형태로 저장될 수 있고, 상기 룩업-테이블 테이블을 대기 동작 모드에서 이용하여, 연산 과정의 부하를 제거할 수 있다.
변환부(또는 제어부)는 제2 듀티에서부터 듀티를 점진적으로 증가시켜, 입력 전압을 점진적으로 승압할 수 있다. 듀티가 점차 증가하여, 핑 듀티에 도달하는 경우, 제1 커패시터에 축전된 승압 전원의 전압 레벨이 목표 승압 전원의 전압 레벨에 도달하므로, 변환부는 교류 전류를 출력하여 공진부를 통해 핑 신호를 송출할 수 있다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 대기 동작 모드의 동작을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 대기 동작 모드는 현재 듀티가 0% 듀티인지 판단하는 것으로 시작한다(S1210 단계). 현재 설정된 듀티가 0%인 경우, 듀티를 제2 듀티로 설정할 수 있다(S1220 단계). 제2 듀티는 제1 듀티 보다 높을 수 있고, 일 예로, 제2 듀티는 핑 듀티에 가중 지수를 적용하여 산출될 수 있다. 이 때, 가중 지수는 0 초과 1 미만의 값일 수 있다.
현재 설정된 듀티가 0%이 아닌 경우, 현재 듀티와 초기 동작 모드에서 산출 및 저장된 핑 듀티를 비교한다(S1230 단계). 현재 듀티와 핑 듀티의 비교 결과, 현재 듀티가 핑 듀티보다 낮은 경우, 듀티를 기준 듀티 만큼 증가시켜(S1240 단계), 승압 전원을 점진적으로 승압한다. 이와 달리, 현재 듀티가 핑 듀티보다 높은 경우, 듀티를 핑 듀티로 제한하고(S1250 단계), 핑 신호를 송출하여(S1260 단계), 대기 동작 모드가 종료될 수 있다. 이후, 핑 신호에 대한 무선 전력 수신 장치의 응답 신호에 따라 전력 송신 모드로 진입할 수 있다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 초기 동작 모드 및 대기 동작 모드에서 승압 전압의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 18을 참조하면, 초기 동작 모드에서, 변환부(도 7 내지 도 15 각각의 110, 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118)(또는 제어부(도 7 내지 도 15 각각의 100, 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208)는 제1 듀티에서부터 듀티를 점진적으로 증가하여, 입력 전압을 점진적으로 승압할 수 있다. 변환부의 승압 결과, 제1 커패시터(도 8 내지 도 14 각각의 C11, C12, C13, C14, C15, C16, C17)에 축전된 승압 전원이 목표 승압 전원에 도달하는 경우, 시점 t1에서 핑 신호를 송출할 수 있다. 핑 신호를 송출한 후, 초기 동작 모드가 종료되고, 대기 동작 모드로 진입할 수 있다.
대기 동작 모드에서, 제1 커패시터에 축전된 승압 전원의 전압 레벨은 핑 신호가 송출되는 주기에 따라 감소한다. 변환부(또는 제어부)는 제1 커패시터에 축전된 승압 전원의 전압 레벨에 따라 시점 t2에서 제2 듀티에서부터 듀티를 점진적으로 증가하여, 입력 전압을 승압하고, 변환부의 승압 결과, 제1 커패시터에 축전된 승압 전원이 목표 승압 전원에 도달하는 경우, 시점 t3에서 핑 신호를 송출할 수 있다. 이 때, 핑 신호의 송출 주기 - 시점 t3 ~ 시점 t5의 시간 간격, 또는 시점 t5 ~ 시점 t7의 시간 간격 - 에 따라 상기 과정이 반복될 수 있다. 이 후, 핑 신호에 대한 무선 전력 수신 장치의 응답 신호에 따라 전력 송신 모드로 진입할 수 있다.
다음으로, 전력 전송 모드에 대해서 설명한다. 이하, 전력 전송 모드의 동작은 제어부(도 7 내지 도 15의 200, 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208)에서 수행될 수 있다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 전력 송신 모드에서의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 무선 전력 송신 장치의 스위칭 소자들을 제어하기 위한 제어 신호의 파형도를 나타낸 것이다. 도 19는 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기를 증가시킬 때 무선 전력 송신 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 내지 도 10, 및 도 13의 제1 제어 신호(con11, con12, con13, con16)는 도 19의 제1 제어 신호(con1)과 동일할 수 있고, 도 8 내지 도 10, 및 도 13의 제2 제어 신호(con21, con22, con23, con26)는 도 19의 제2 제어 신호(con2)과 동일할 수 있다.
또한, 도 11, 도 12 및 도 15의 제1 제어 신호(con14, con15, con18)는 도 19의 제1 제어 신호(con1)와 동일할 수 있고, 도 11, 도 12 및 도 15의 제2 제어 신호(con24, con25, con28)는 도 19의 제2 제어 신호(con2)와 동일할 수 있다. 이 경우, 도 11, 도 12 및 도 15의 제3 제어 신호(con34, con35, con38)는 로우 레벨로 유지될 수 있고, 도 11, 도 12 및 도 15의 제4 제어 신호(con44, con45, con48)는 하이 레벨로 유지될 수 있다.
먼저, 노멀 모드에서 최초로 출력되는 제어 신호들은 (a) 및 (b)와 같은 형태일 수 있다. 이 때, 제어 신호들의 주파수 및 듀티는 상술한 핑 주파수 및 핑 듀티일 수 있다. (a) 및 (b)에 나타낸 제어 신호들은 검출 모드에서 출력될 수도 있다.
노멀 모드에서, 제어 신호의 주파수는 무선 전력 수신 장치로부터 수신한 신호에 따라 조정된다. 즉, 무선 전력 수신 장치가 수신한 전력의 크기가 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기보다 작은 경우, 노멀 모드에서 제어부는 제어 신호들(con1, con2)의 주파수를 (c) 및 (d)에 나타낸 것과 같이 감소시키게 된다. 따라서, 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기가 증가될 수 있다. 여기서, (c) 및 (d)의 제어 신호들(con1, con2)의 주파수는 노멀 모드에서의 주파수의 최소값(도 6의 f1)일 수 있다. 노멀 모드에서, 듀티는 상술한 핑 듀티로 고정될 수 있다.
부스트 모드에서, 제어 신호의 듀티가 무선 전력 수신 장치로부터 수신한 신호에 따라 조정될 수 있다. 즉, 제어 신호들(con1, con2)의 주파수를 일정한 기준 주파수(예를 들면, 도 6의 f1)까지 감소시키더라도 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 크기의 전력을 수신할 수 없는 경우, (e) 및 (f)에 나타낸 바와 같이, 제어부는 제어 신호(con1, con2)의 주파수는 기준 주파수(예를 들면, 도 6의 f1)로 고정하고, 제2 제어 신호(con2)의 듀티를 증가시킬 수 있다.
또는, (g) 및 (h)에 나타낸 바와 같이, 부스트 모드에서 제어부는 제어 신호(con1, con2)의 주파수를 추가적으로 감소시킬 수도 있다. 이 때, 듀티는 이전에 증가된 듀티로 고정될 수 있다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 전력 송신 모드에서의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 무선 전력 송신 장치의 스위칭 소자들을 제어하기 위한 제어 신호의 파형도를 나타낸 것이다. 도 20은 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기를 증가시킬 때 무선 전력 송신 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11, 도 12 및 도 15의 제1 제어 신호(con14, con15, con18)는 도 20의 제1 제어 신호(con1)과 동일할 수 있고, 도 11, 도 12 및 도 15의 제2 제어 신호(con24, con25, con28)는 도 20의 제2 제어 신호(con2)과 동일할 수 있고, 도 11, 도 12 및 도 15의 제3 제어 신호(con34, con35, con38)는 도 20의 제3 제어 신호(con3)과 동일할 수 있고, 도 11, 도 12 및 도 15의 제4 제어 신호(con44, con45, con48)는 도 20의 제4 제어 신호(con4)과 동일할 수 있다.
도 20의 경우, 변환부(도 11, 도 12 및 도 15 각각의 114, 115, 118)가 풀 브리지 회로로 동작하는 경우에 적용된다는 것을 제외하면 도 19와 동일하다.
제어부는 먼저 (a) 및 (b)에 나타낸 것과 같은 제어 신호들을 출력한다. 상술한 바와 같이, 제어부는 노멀 모드에서, 최초로 출력되는 제어 신호들을 (a) 및 (b)에 나타낸 형태로 출력할 수도 있고, 검출 모드에서 출력할 수도 있다. (a)에 나타낸 제어 신호들(con1, con4)의 듀티가 상술한 핑 듀티일 수 있으며, (a) 및 (b)에 나타낸 제어 신호들(con1, con2, con3, con4)의 주파수가 상술한 핑 주파수일 수 있다.
노멀 모드에서, 무선 전력 수신 장치가 수신한 전력의 크기가 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기보다 작은 경우, 제어부는 (c) 및 (d)에 나타낸 바와 같이 제어 신호들(con1, con2, con3, con4)의 주파수를 감소시킬 수 있다.
부스트 모드에서, 제어 신호의 듀티가 무선 전력 수신 장치로부터 수신한 신호에 따라 조정될 수 있다. 즉, 제어 신호들(con1, con2, con3, con4)의 주파수를 일정한 기준 주파수(예를 들면, 도 6의 f1)까지 감소시키더라도 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 크기의 전력을 수신할 수 없는 경우, (e) 및 (f)에 나타낸 바와 같이, 제어부는 제어 신호(con1, con2, con3, con4)의 주파수는 기준 주파수(예를 들면, 도 6의 f1)로 고정하고, 제2 제어 신호(con2) 및 제3 제어 신호(con3)의 듀티를 증가시킬 수 있다.
또는, (g) 및 (h)에 나타낸 바와 같이, 부스트 모드에서 제어부는 제어 신호(con1, con2, con3, con5)의 주파수를 추가적으로 감소시킬 수도 있다. 이 때, 듀티는 이전에 증가된 듀티로 고정될 수 있다.
도 19 및 도 20에는 나타내지 않았으나, 부스트 모드에서 (g) 및 (h)에 나타낸 바와 같이 주파수를 추가적으로 감소시킨 이후에, 듀티를 추가적으로 증가시킬 수도 있다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 전력 송신 모드에서의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 무선 전력 송신 장치의 스위칭 소자들을 제어하기 위한 제어 신호의 파형도를 나타낸 것이다. 도 21은 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기를 감소시킬 때 무선 전력 송신 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 내지 도 10, 및 도 13의 제1 제어 신호(con11, con12, con13, con16)는 도 21의 제1 제어 신호(con1)과 동일할 수 있고, 도 8 내지 도 10, 및 도 13의 제2 제어 신호(con21, con22, con23, con26)는 도 21의 제2 제어 신호(con2)과 동일할 수 있다.
또한, 도 11, 도 12 및 도 15의 제1 제어 신호(con14, con15, con18)는 도 21의 제1 제어 신호(con1)와 동일할 수 있고, 도 11, 도 12 및 도 15의 제2 제어 신호(con24, con25, con28)는 도 21의 제2 제어 신호(con2)와 동일할 수 있다. 이 경우, 도 11, 도 12 및 도 15의 제3 제어 신호(con34, con35, con38)는 로우 레벨로 유지될 수 있고, 도 11, 도 12 및 도 15의 제4 제어 신호(con44, con45, con48)는 하이 레벨로 유지될 수 있다.
먼저, 제어부는 (a) 및 (b)에 나타낸 것과 동일한 제어 신호들(con1, con2)을 출력할 수 있다. 제어부는 노멀 모드에서 최초로 출력하는 제어 신호를 (a) 및 (b)에 나타낸 것과 동일한 형태로 출력할 수도 있고, 검출 모드에서 (a) 및 (b)에 나타낸 것과 동일한 제어 신호들을 출력할 수도 있다.
무선 전력 수신 장치가 수신한 전력의 크기가 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기보다 큰 경우, 노멀 모드에서 제어부는 제어 신호들(con1, con2)의 주파수를 (c) 및 (d)에 나타낸 바와 같이 증가시킬 수 있다. 따라서, 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기가 감소될 수 있다. 여기서, (c) 및 (d)의 제어 신호들(con1, con2)의 주파수는 노멀 모드에서의 주파수의 최대값(도 6의 f2)일 수 있다. 노멀 모드에서, 듀티는 상술한 핑 듀티로 고정될 수 있다.
리듀스 모드에서, 제어 신호의 듀티가 무선 전력 수신 장치로부터 수신한 신호에 따라 조정될 수 있다. 즉, 제어 신호들(con1, con2)의 주파수를 일정한 기준 주파수(예를 들면, 도 6의 f2)까지 증가시킨 경우에도, 무선 전력 수신 장치가 수신한 전력의 크기가 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기보다 큰 경우, (e) 및 (f)에 나타낸 바와 같이, 제어부는 제어 신호(con1, con2)의 주파수는 기준 주파수(예를 들면, 도 6의 f2)로 고정하고, 제2 제어 신호(con2)의 듀티를 감소시킬 수 있다.
또는, (g) 및 (h)에 나타낸 바와 같이, 리듀스 모드에서 제어부는 제어 신호(con1, con2)의 주파수를 추가적으로 증가시킬 수도 있다. 이 때, 듀티는 이전에 감소된 듀티로 고정될 수 있다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 전력 송신 모드에서의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 무선 전력 송신 장치의 스위칭 소자들을 제어하기 위한 제어 신호의 파형도를 나타낸 것이다. 도 22는 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기를 감소시킬 때 무선 전력 송신 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11, 도 12 및 도 15의 제1 제어 신호(con14, con15, con18)는 도 22의 제1 제어 신호(con1)과 동일할 수 있고, 도 11, 도 12 및 도 15의 제2 제어 신호(con24, con25, con28)는 도 22의 제2 제어 신호(con2)과 동일할 수 있고, 도 11, 도 12 및 도 15의 제3 제어 신호(con34, con35, con38)는 도 22의 제3 제어 신호(con3)과 동일할 수 있고, 도 11, 도 12 및 도 15의 제4 제어 신호(con44, con45, con48)는 도 22의 제4 제어 신호(con4)과 동일할 수 있다.
도 22의 경우, 변환부(도 11, 도 12 및 도 15 각각의 114, 115, 118)가 풀 브리지 회로로 동작하는 경우에 적용된다는 것을 제외하면 도 21과 동일하다.
먼저, 제어부는 (a) 및 (b)에 나타낸 것과 동일한 제어 신호들(con1, con2, con3, con4)을 출력할 수 있다. 제어부는 노멀 모드에서 최초로 출력하는 제어 신호를 (a) 및 (b)에 나타낸 것과 동일한 형태로 출력할 수도 있고, 검출 모드에서 (a) 및 (b)에 나타낸 것과 동일한 제어 신호들을 출력할 수도 있다.
무선 전력 수신 장치가 수신한 전력의 크기가 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기보다 큰 경우, 노멀 모드에서 제어부는 제어 신호들(con1, con2, con3, con4)의 주파수를 (c) 및 (d)에 나타낸 바와 같이 증가시킬 수 있다. 따라서, 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기가 감소될 수 있다. 여기서, (c) 및 (d)의 제어 신호들(con1, con2, con3, con4)의 주파수는 노멀 모드에서의 주파수의 최대값(도 6의 f2)일 수 있다. 노멀 모드에서, 듀티는 상술한 핑 듀티로 고정될 수 있다.
리듀스 모드에서, 제어 신호의 듀티가 무선 전력 수신 장치로부터 수신한 신호에 따라 조정될 수 있다. 즉, 제어 신호들(con1, con2, con3, con4)의 주파수를 일정한 기준 주파수(예를 들면, 도 6의 f2)까지 증가시킨 경우에도, 무선 전력 수신 장치가 수신한 전력의 크기가 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기보다 큰 경우, (e) 및 (f)에 나타낸 바와 같이, 제어부는 제어 신호(con1, con2, con3, con4)의 주파수는 기준 주파수(예를 들면, 도 6의 f2)로 고정하고, 제2 제어 신호 및 제3 제어 신호(con2, con3)의 듀티를 감소시킬 수 있다.
또는, (g) 및 (h)에 나타낸 바와 같이, 리듀스 모드에서 제어부는 제어 신호(con1, con2, con3, con4)의 주파수를 추가적으로 증가시킬 수도 있다. 이 때, 듀티는 이전에 감소된 듀티로 고정될 수 있다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 전력 송신 모드에서의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 무선 전력 송신 장치의 스위칭 소자들을 제어하기 위한 제어 신호의 파형도를 나타낸 것이다. 도 23은 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기를 감소시킬 때 무선 전력 송신 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11, 도 12 및 도 15의 제1 제어 신호(con14, con15, con18)는 도 23의 제1 제어 신호(con1)과 동일할 수 있고, 도 11, 도 12 및 도 15의 제2 제어 신호(con24, con25, con28)는 도 23의 제2 제어 신호(con2)과 동일할 수 있고, 도 11, 도 12 및 도 15의 제3 제어 신호(con34, con35, con38)는 도 23의 제3 제어 신호(con3)과 동일할 수 있고, 도 11, 도 12 및 도 15의 제4 제어 신호(con44, con45, con48)는 도 23의 제4 제어 신호(con4)과 동일할 수 있다.
먼저, 제어부는 (a) 및 (b)에 나타낸 것과 동일한 제어 신호들(con1, con2, con3, con4)을 출력할 수 있다. 제어부는 노멀 모드에서 최초로 출력하는 제어 신호를 (a) 및 (b)에 나타낸 것과 동일한 형태로 출력할 수도 있고, 검출 모드에서 (a) 및 (b)에 나타낸 것과 동일한 제어 신호들을 출력할 수도 있다.
무선 전력 수신 장치가 수신한 전력의 크기가 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기보다 큰 경우, 노멀 모드에서 제어부는 제어 신호들(con1, con2, con3, con4)의 주파수를 (c) 및 (d)에 나타낸 바와 같이 증가시킬 수 있다. 따라서, 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기가 감소될 수 있다. 여기서, (c) 및 (d)의 제어 신호들(con1, con2, con3, con4)의 주파수는 노멀 모드에서의 주파수의 최대값(도 6의 f2)일 수 있다. 노멀 모드에서, 듀티는 상술한 핑 듀티로 고정될 수 있다.
리듀스 모드에서, 제어 신호의 듀티가 무선 전력 수신 장치로부터 수신한 신호에 따라 조정될 수 있다. 즉, 제어 신호들(con1, con2, con3, con4)의 주파수를 일정한 기준 주파수(예를 들면, 도 6의 f2)까지 증가시킨 경우에도, 무선 전력 수신 장치가 수신한 전력의 크기가 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기보다 큰 경우, (e), (f), (g), 및 (h)에 나타낸 바와 같이, 제어부는 제어 신호(con1, con2, con3, con4)의 주파수는 기준 주파수(예를 들면, 도 6의 f2)로 고정하고, 제2 제어 신호(con2)의 듀티는 고정하고, 제4 제어 신호(con4)의 듀티를 감소시킬 수 있다. 이 경우, 풀 브리지 회로에서 데드 타임이 증가하게 되고, 따라서 무선 전력 송신 장치가 송신하는 전력의 크기가 감소되며, 결과적으로 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기도 감소하게 된다.
또는, (i) 및 (j)에 나타낸 바와 같이, 리듀스 모드에서 제어부는 제어 신호(con1, con2, con3, con4)의 주파수를 추가적으로 증가시킬 수도 있다. 이 때, (e) 및 (f)의 제어 신호들(con1, con2)의 듀티는 (i) 및 (j)의 제어 신호들(con1, con2)의 듀티와 동일할 수 있다. 또한, 이와 동시에, (k) 및 (l)에 나타낸 바와 같이 제3 제어 신호(con3)는 로우 레벨을 유지하고, 제4 제어 신호(con4)는 하이 레벨을 유지할 수 있다. 이 경우, 도 11, 도 12 및/또는 도 15의 변환부(114, 115, 118)는 하프 브리지 회로로 동작하게 됨으로써, 무선 전력 송신 장치가 송신하는 전력의 크기는 감소하게 되고, 따라서 주파수만 조정하는 경우와 비교할 때, 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기는 더욱 감소하게 된다.
도 23의 (k) 및 (l)에는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 제어부가 제3 제어 신호(con3)는 로우 레벨을 유지하고, 제4 제어 신호(con4)는 하이 레벨을 유지하는 경우를 도시하였으나, 제3 제어 신호(con3)는 (j)의 제2 제어 신호(con2)와 동일하고, 제4 제어 신호(con4)는 (i)의 제1 제어 신호(con1)와 동일할 수도 있다. 즉, 제1 내지 제4 제어 신호 모두의 주파수를 증가시킴으로써, 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력이 작아지도록 할 수도 있다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 전력 송신 모드에서의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 무선 전력 송신 장치의 스위칭 소자들을 제어하기 위한 제어 신호의 파형도를 나타낸 것이다. 도 24은 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기를 감소시킬 때 무선 전력 송신 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11, 도 12 및 도 15의 제1 제어 신호(con14, con15, con18)는 도 24의 제1 제어 신호(con1)과 동일할 수 있고, 도 11, 도 12 및 도 15의 제2 제어 신호(con24, con25, con28)는 도 24의 제2 제어 신호(con2)과 동일할 수 있고, 도 11, 도 12 및 도 15의 제3 제어 신호(con34, con35, con38)는 도 24의 제3 제어 신호(con3)과 동일할 수 있고, 도 11, 도 12 및 도 15의 제4 제어 신호(con44, con45, con48)는 도 24의 제4 제어 신호(con4)과 동일할 수 있다.
먼저, 제어부는 (a) 및 (b)에 나타낸 것과 동일한 제어 신호들(con1, con2, con3, con4)을 출력할 수 있다. 제어부는 노멀 모드에서 최초로 출력하는 제어 신호를 (a) 및 (b)에 나타낸 것과 동일한 형태로 출력할 수도 있고, 검출 모드에서 (a) 및 (b)에 나타낸 것과 동일한 제어 신호들을 출력할 수도 있다.
무선 전력 수신 장치가 수신한 전력의 크기가 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기보다 큰 경우, 노멀 모드에서 제어부는 제어 신호들(con1, con2, con3, con4)의 주파수를 (c) 및 (d)에 나타낸 바와 같이 증가시킬 수 있다. 따라서, 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기가 감소될 수 있다. 여기서, (c) 및 (d)의 제어 신호들(con1, con2, con3, con4)의 주파수는 노멀 모드에서의 주파수의 최대값(도 6의 f2)일 수 있다. 노멀 모드에서, 듀티는 상술한 핑 듀티로 고정될 수 있다.
제어 신호들(con1, con2, con3, con4)의 주파수를 일정한 기준 주파수(예를 들면, 도 6의 f2)까지 증가시킨 경우에도, 무선 전력 수신 장치가 수신한 전력의 크기가 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기보다 큰 경우, 제어부는 리듀스 모드로 동작할 수 있다. 리듀스 모드에서, (e), (f), (g) 및 (h)에 나타낸 바와 같이, 제어부는 제1 제어 신호(con1) 및 제2 제어 신호(con2)의 주파수를 증가시킴과 동시에 제3 제어 신호(con3)는 로우 레벨을 유지하고, 제4 제어 신호(con4)는 하이 레벨을 유지할 수 있다. 이 경우, 도 11, 도 12 및/또는 도 15의 변환부(114, 115, 118)는 하프 브리지 회로로 동작하게 됨으로써, 무선 전력 송신 장치가 송신하는 전력의 크기는 감소하게 되고, 따라서 주파수만 조정하는 경우와 비교할 때, 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기는 더욱 감소하게 된다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 방법에서, 조정하는 변수를 변경하는 과정을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
제어부는 무선 전력 수신 장치로부터 입력되는 요청 신호에 응답하여, 무선으로 송신되는 전력의 주파수를 조정할 수 있다(S2110 단계). 예를 들면, 제어 신호의 주파수를 조정함으로써, 무선으로 송신되는 전력의 주파수를 조정할 수 있다. 즉, 무선 전력 수신 장치가 더 큰 크기의 전력을 요구하는 경우 주파수를 낮출 수 있고, 무선 전력 수신 장치가 더 작은 크기의 전력을 요구하는 경우 주파수를 높일 수 있다. S2110 단계는 노멀 모드에서 수행될 수도 있고, 부스트 모드에서 수행될 수도 있다.
다음으로, 조정된 주파수에서의 이득이 기준값보다 큰지 여부를 판단할 수 있다(S2120 단계). 이 경우, 조정된 주파수가 기준값에 도달하였는지 여부를 판단함으로써, 조정된 주파수에서의 이득이 기준값보다 큰지 여부를 판단할 수도 있다.
S2120 단계에서 판단한 결과, 조정된 주파수에서의 이득이 기준값보다 작다면, S2110 단계를 수행할 수 있다.
S2120 단계에서 판단한 결과, 현재 주파수에서의 이득이 기준값과 같거나, 기준값보다 크다면, 제어 신호의 듀티를 조정할 수 있다(S2130 단계). 이 때, 주파수는 고정될 수 있다. 즉, S2110 단계가 노멀 모드에서 수행된 경우, 동작 모드는 부스트 모드로 변경될 수 있다.
다음으로, 듀티의 조정이 한계값까지 이루이전 이후에도 추가적인 전력 요청이 있는지 여부를 판단할 수 있다(S2140 단계). 예를 들면, 듀티를 한계값까지 증가시킨 이후에도, 무선 전력 수신 장치가 더 큰 크기의 전력을 요구하는지 여부를 판단할 수 있다.
S2140 단계에서 판단한 결과, 추가적인 전력 요청이 있다면, 주파수를 추가적으로 조정할 수 있다(S2150 단계). S2150 단계는 부스트 모드에서 수행될 수 있다.
도 25는 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기를 증가시키는 경우를 예를 들어 설명하였으나, 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기를 감소시키는 과정도 도 25와 유사하게 구현될 수 있다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 방법에서, 조정하는 변수를 변경하는 과정을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
제어부는 무선 전력 수신 장치로부터 입력되는 요청 신호에 응답하여, 제어 신호의 듀티를 조정할 수 있다(S2210 단계). 예를 들면, 무선 전력 수신 장치가 더 큰 크기의 전력을 요구하는 경우 듀티를 증가시킬 수 있고, 무선 전력 수신 장치가 더 작은 크기의 전력을 요구하는 경우 듀티를 감소시킬 수 있다. S2210 단계는 부스트 모드에서 수행될 수도 있고, 리듀스 모드에서 수행될 수도 있다.
다음으로, 조정된 듀티가 기준값보다 작은지 여부를 판단할 수 있다(S2220 단계).
S2220 단계에서 판단한 결과, 조정된 듀티가 기준값보다 크다면, S2210 단계를 수행할 수 있다.
S2220 단계에서 판단한 결과, 조정된 듀티가 기준값과 같거나, 기준값보다 작다면, 무선으로 송신되는 전력의 주파수를 조정할 수 있다(S2230 단계). 이 때, 듀티는 기준값으로 고정될 수 있다. 또한, 제어 신호의 주파수를 조정함으로써, 무선으로 송신되는 전력의 주파수를 조정할 수 있다. 예를 들면, 제어 신호의 주파수를 증가시킴으로써, 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기를 감소시킬 수 있다. S2210 단계가 부스트 모드에서 수행된 경우, S2230 단계는 노멀 모드에서 수행될 수 있다.
다음으로, 조정된 주파수가 기준 범위를 벗어났는지 여부를 판단할 수 있다(S2240 단계).
S2240 단계에서 판단한 결과, 조정된 주파수가 기준 범위를 벗어났다면, 듀티가 조정될 수 있다(S2250 단계). 예를 들어, S2240 단계에서 판단한 결과, 조정된 주파수가 기준값 이상으로 판단된 경우, 주파수는 기준값으로 고정하고, 듀티를 감소시킬 수 있다. S2230 단계가 노멀 모드에서 수행된 경우, S2250 단계는 리듀스 모드에서 수행될 수 있다. 또는, 도 23에 도시한 모든 단계가 리듀스 모드에서 수행될 수도 있다.
도 26은 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기를 감소시키는 경우를 예를 들어 설명하였으나, 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기를 증가시키는 과정도 도 26과 유사하게 구현될 수 있다.
도 27 내지 도 46 각각은 제어부가 동작 주파수와 동작 듀티를 결정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 제어부는 도 27 내지 도 46 각각에 나타낸 방법으로 동작 주파수와 동작 듀티를 결정하고, 결정된 동작 주파수와 동작 듀티를 이용하여 스위칭 소자들을 제어하는 제어 신호들을 출력한다.
도 27 내지 도 46 각각에서 에러 정보(Error)는 무선 전력 수신 장치로부터 수신되는 정보로서, 도 7 내지 도 15의 요청 신호(req)에 포함된 정보일 수도 있고, 독립된 신호 형태로 제어부로 제공될 수도 있다.
도 27 내지 도 46 각각에서, 동작 듀티는 로우 사이드 스위칭 소자(즉, 도 8 내지 도 13, 및 도 15의 제2 스위칭 소자(Q21, Q22, Q23, Q24, Q25, Q26, Q28) 및/또는 제4 스위칭 소자(Q44, Q45, Q48)) 또는 부스트 컨버터의 스위칭 소자(즉, 도 14의 제6 스위칭 소자(Q67)를 제어하는 제어 신호의 듀티를 의미한다. 따라서, 하이사이드 스위칭 소자(즉, 도 8 내지 도 13, 및 도 15의 제1 스위칭 소자(Q11, Q12, Q13, Q14, Q15, Q16, Q18) 및/또는 제3 스위칭 소자(Q34, Q35, Q38))를 제어하는 제어 신호들 각각의 듀티는 100-동작 듀티(d_c)일 수 있다.
또한, 도 27 내지 도 46 각각에서, 동작 주파수는 인버터 기능을 수행하는 스위칭 소자들(즉, 도 8 내지 도 15의 스위칭 소자들(Q11, Q21, Q12, Q22, Q13, Q23, Q14, Q24, Q34, Q44, Q15, Q25, Q35, Q45, Q16, Q26, Q17, Q27, Q18, Q28, Q38, Q48) 중 적어도 하나 이상의 동작 주파수일 수 있다.
도 27 내지 도 46에서, 제1 기준 주파수(f1) 및 제2 기준 주파수(f2)는 도 6에서 설명한 것과 동일한 방법으로 설정될 수 있다. 또한, 제1 기준 듀티(d1) 및 제2 기준 듀티(d2)도 제1 기준 주파수(f1) 및 제2 기준 주파수(f2)의 설정과 유사하게 설정될 수 있다. 예를 들면, 제1 기준 듀티(d1)는 제1 리듀스 모드에서 조정 가능한 듀티의 하한값으로서, 전력 전송 효율, 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치의 소자 특성, 표준 또는 기타 규약 등을 고려하여 결정될 수 있으며, 제2 기준 듀티(d2)는 제1 부스트 모드에서 조정 가능한 듀티의 상한값으로서, 전력 전송 효율, 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치의 소자 특성, 발열량, 표준 또는 기타 규약 등을 고려하여 결정될 수 있다. 제2 기준 주파수(f2)는 제1 기준 주파수(f1)보다 크고, 제2 기준 듀티(d2)는 제1 기준 듀티(d1)보다 크다. 또한, 제1 기준 주파수(f1)는 핑 주파수(f_p)보다 작거나, 같을 수 있고, 제2 기준 주파수(f2)는 핑 주파수(f_p)보다 크거나 같을 수 있다. 제1 기준 듀티(d1)는 핑 듀티(d_p)보다 작거나 같을 수 있고, 제2 기준 듀티(d2)는 핑 듀티(d_p)보다 크거나 같을 수 있다. 또한, 제1 기준 주파수(f1)는 도 7 내지 도 15의 공진부(200, 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208)의 공진 주파수보다 크다.
도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 전력 송신 모드에서의 동작을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
먼저, 제어부는 동작 주파수(f_c)를 핑 주파수(f_p)로, 동작 듀티(d_c)는 핑 듀티(d_p)로 설정한다(S3101 단계). S3101 단계는 검출 모드에서 수행될 수 있다.
다음으로, 제어부는 무선 전력 수신 장치로부터 수신한 에러 정보(Error)를 기초로 동작 주파수(f_c)를 계산한다(S3201 단계). 이때, 동작 듀티(d_c)는 핑 듀티(d_p)로 고정될 수 있다. 에러 정보(Error)는 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기와 무선 전력 수신 장치가 수신한 전력의 크기의 차이에 대한 정보일 수 있다.
다음으로, 계산된 동작 주파수(f_c)가 제1 기준 주파수(f1)보다 큰지 여부를 판단한다(S3301 단계).
S3301 단계에서 판단한 결과, 계산된 동작 주파수(f_c)가 제1 기준 주파수(f1)보다 크다면, 제어부는 계산된 동작 주파수(f_c) 및 동작 듀티(d_c)을 이용하여 제어 신호들을 생성하고, 생성된 제어 신호들을 출력한다(S3701 단계).
S3301 단계에서 판단한 결과, 동작 주파수(f_c)가 제1 기준 주파수(f1)보다 작거나 같다면, 제어부는 동작 주파수(f_c)를 제1 기준 주파수(f1)로 설정하고, 상기 에러 정보(Error)를 기초로 동작 듀티(d_c)를 계산한다(S3401 단계).
S3401 단계를 수행한 후, 제어부는 계산된 동작 주파수(f_c) 및 동작 듀티(d_c)을 이용하여 제어 신호들을 생성하고, 생성된 제어 신호들을 출력한다(S3701 단계).
도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 전력 송신 모드에서의 동작 주파수와 동작 듀티의 변화를 나타낸 도면이다.
먼저, 노멀 모드(n)에서, 제어부는 무선 전력 수신 장치로부터 수신한 에러 정보에 응답하여, 동작 주파수(f_c)를 가변시킴으로써, 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기를 조정한다. 이때, 동작 듀티(d_c)는 핑 듀티(d_p)로 고정될 수 있다. 노멀 모드(n)에서, 동작 주파수(f_c)는 제1 기준 주파수(f1)와 제2 기준 주파수(f2) 사이의 범위에서 가변될 수 있다.
만일, 동작 주파수(f_c)를 제1 기준 주파수(f1)까지 감소시킨 경우에도 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기가 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기보다 작다면, 제어부의 동작 모드는 제1 부스트 모드(h1)로 변경되고, 제어부는 동작 주파수(f_c)를 제1 기준 주파수(f1)로 고정시킨 후, 동작 듀티(d_c)를 조정한다. 제1 부스트 모드(h1)에서, 동작 듀티(d_c)는 핑 듀티(d_p)와 제2 기준 듀티(d2) 사이의 범위에서 가변될 수 있다.
도 28의 동작을 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기, 즉 부하량을 기준으로 설명하면 다음과 같다.
부하량이 제1 기준 부하량(R11)보다 작으면, 제어부는 노멀 모드(n)로 동작한다. 노멀 모드(n)에서 제어부는 동작 듀티(d_c)는 핑 듀티(d_p)로 고정할 수 있고, 동작 주파수(f_c)를 가변할 수 있다. 노멀 모드에서, 동작 주파수(f_c)는 제1 기준 주파수(f1)와 제2 기준 주파수(f2) 사이의 범위에서 가변될 수 있다.
부하량이 제1 기준 부하량(R11)보다 크면, 제어부는 제1 부스트 모드(h1)로 동작한다. 제1 부스트 모드(h1)에서 제어부는 동작 주파수(f_c)는 제1 기준 주파수(f1)로 고정할 수 있고, 동작 듀티(d_c)를 가변할 수 있다. 제1 부스트 모드(h1)에서, 제어부는 동작 듀티(d_c)를 핑 듀티(d_p)와 제2 듀티 사이의 범위에서 가변할 수 있다.
도 29는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 전력 송신 모드에서의 동작을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
먼저, 제어부는 동작 주파수(f_c)를 핑 주파수(f_p)로, 동작 듀티(d_c)는 핑 듀티(d_p)로 설정한다(S3102 단계). S3102 단계는 검출 모드에서 수행될 수 있다.
다음으로, 제어부는 무선 전력 수신 장치로부터 수신한 에러 정보(Error)를 기초로 동작 주파수(f_c)를 계산한다(S3202 단계). 이때, 동작 듀티(d_c)는 핑 듀티(d_p)로 고정될 수 있다. 에러 정보(Error)는 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기와 무선 전력 수신 장치가 수신한 전력의 크기의 차이에 대한 정보일 수 있다.
다음으로, 계산된 동작 주파수(f_c)가 제2 기준 주파수(f2)보다 작은지 여부를 판단한다(S3502 단계).
S3502 단계에서 판단한 결과, 계산된 동작 주파수(f_c)가 제2 기준 주파수(f2)보다 작다면, 제어부는 계산된 동작 주파수(f_c) 및 동작 듀티(d_c)을 이용하여 제어 신호들을 생성하고, 생성된 제어 신호들을 출력한다(S3702 단계).
S3502 단계에서 판단한 결과, 동작 주파수(f_c)가 제2 기준 주파수(f2)보다 크거나 같다면, 제어부는 동작 주파수(f_c)를 제2 기준 주파수(f2)로 설정하고, 상기 에러 정보(Error)를 기초로 동작 듀티(d_c)를 계산한다(S3602 단계).
S3602 단계를 수행한 후, 제어부는 계산된 동작 주파수(f_c) 및 동작 듀티(d_c)을 이용하여 제어 신호들을 생성하고, 생성된 제어 신호들을 출력한다(S3702 단계).
도 30은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 전력 송신 모드에서의 동작 주파수와 동작 듀티의 변화를 나타낸 도면이다.
먼저, 노멀 모드(n)에서, 제어부는 무선 전력 수신 장치로부터 수신한 에러 정보(Error)에 응답하여, 동작 주파수(f_c)를 가변시킴으로써, 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기를 조정한다. 이때, 동작 듀티(d_c)는 핑 듀티(d_p)로 고정될 수 있다.
만일, 동작 주파수(f_c)를 제2 기준 주파수(f2)까지 증가시킨 경우에도 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기가 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기보다 크다면, 제어부의 동작 모드는 제1 리듀스 모드(l1)로 변경되고, 제어부는 동작 주파수(f_c)를 제2 기준 주파수(f2)로 고정시킨 후, 동작 듀티(d_c)를 조정한다.
도 27의 동작을 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기, 즉 부하량을 기준으로 설명하면 다음과 같다.
부하량이 제2 기준 부하량(R22)보다 크면, 제어부는 노멀 모드(n)로 동작한다. 노멀 모드(n)에서 제어부는 동작 듀티(d_c)는 핑 듀티(d_p)로 고정할 수 있고, 동작 주파수(f_c)를 가변할 수 있다. 노멀 모드에서, 동작 주파수(f_c)는 제1 기준 주파수(f1)와 제2 기준 주파수(f2) 사이의 범위에서 가변될 수 있다.
부하량이 제2 기준 부하량(R22)보다 작으면, 제어부는 제1 리듀스 모드(l1)로 동작한다. 제1 리듀스 모드(l1)에서 제어부는 동작 주파수(f_c)는 제2 기준 주파수(f2)로 고정할 수 있고, 동작 듀티(d_c)를 가변할 수 있다. 제1 리듀스 모드(l1)에서, 제어부는 동작 듀티(d_c)를 핑 듀티(d_p)와 제1 듀티(d1) 사이의 범위에서 가변할 수 있다.
도 31은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 전력 송신 모드에서의 동작을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
먼저, 제어부는 동작 주파수(f_c)를 핑 주파수(f_p)로, 동작 듀티(d_c)는 핑 듀티(d_p)로 설정한다(S3103 단계). S3103 단계는 검출 모드에서 수행될 수 있다.
다음으로, 제어부는 무선 전력 수신 장치로부터 수신한 에러 정보(Error)를 기초로 동작 주파수(f_c)를 계산한다(S3203 단계). 이때, 동작 듀티(d_c)는 핑 듀티(d_p)로 고정될 수 있다. 에러 정보(Error)는 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기와 무선 전력 수신 장치가 수신한 전력의 크기의 차이에 대한 정보일 수 있다.
다음으로, 계산된 동작 주파수(f_c)가 제1 기준 주파수(f1)보다 큰지 여부를 판단한다(S3303 단계).
S3303 단계에서 판단한 결과, 동작 주파수(f_c)가 제1 기준 주파수(f1)보다 작거나 같다면, 제어부는 동작 주파수(f_c)를 제1 기준 주파수(f1)로 설정하고, 상기 에러 정보(Error)를 기초로 동작 듀티(d_c)를 계산한다(S3403 단계).
S3403 단계를 수행한 후, 제어부는 계산된 동작 주파수(f_c) 및 동작 듀티(d_c)을 이용하여 제어 신호들을 생성하고, 생성된 제어 신호들을 출력한다(S3703 단계).
S3303 단계에서 판단한 결과, 계산된 동작 주파수(f_c)가 제1 기준 주파수(f1)보다 크다면, 계산된 동작 주파수(f_c)가 제2 기준 주파수(f2)보다 작은지 여부를 판단한다(S3503 단계).
S3503 단계에서 판단한 결과, 계산된 동작 주파수(f_c)가 제2 기준 주파수(f2)보다 작다면, 즉, S3203 단계에서 계산한 동작 주파수(f_c)가 제1 기준 주파수(f1)와 제2 기준 주파수(f2) 사이의 값이라면, 제어부는 계산된 동작 주파수(f_c) 및 동작 듀티(d_c)을 이용하여 제어 신호들을 생성하고, 생성된 제어 신호들을 출력한다(S3703 단계).
S3503 단계에서 판단한 결과, 동작 주파수(f_c)가 제2 기준 주파수(f2)보다 크거나 같다면, 제어부는 동작 주파수(f_c)를 제2 기준 주파수(f2)로 설정하고, 상기 에러 정보(Error)를 기초로 동작 듀티(d_c)를 계산한다(S3603 단계).
S3603 단계를 수행한 후, 제어부는 제어부는 계산된 동작 주파수(f_c) 및 동작 듀티(d_c)을 이용하여 제어 신호들을 생성하고, 생성된 제어 신호들을 출력한다(S3703 단계).
도 32는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 전력 송신 모드에서의 동작 주파수와 동작 듀티의 변화를 나타낸 도면이다.
먼저, 노멀 모드(n)에서, 제어부는 무선 전력 수신 장치로부터 수신한 에러 정보에 응답하여, 동작 주파수(f_c)를 가변시킴으로써, 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기를 조정한다. 이때, 동작 듀티(d_c)는 핑 듀티(d_p)로 고정될 수 있다.
만일, 동작 주파수(f_c)를 제1 기준 주파수(f1)까지 감소시킨 경우에도 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기가 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기보다 작다면, 제어부의 동작 모드는 제1 부스트 모드(h1)로 변경되고, 제어부는 동작 주파수(f_c)를 제1 기준 주파수(f1)로 고정시킨 후, 동작 듀티(d_c)를 조정한다.
만일, 동작 주파수(f_c)를 제2 기준 주파수(f2)까지 증가시킨 경우에도 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기가 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기보다 크다면, 제어부의 동작 모드는 제1 리듀스 모드(l1)로 변경되고, 제어부는 동작 주파수(f_c)를 제2 기준 주파수(f2)로 고정시킨 후, 동작 듀티(d_c)를 조정한다.
도 32의 동작을 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기, 즉 부하량을 기준으로 설명하면 다음과 같다.
부하량이 제1 기준 부하량(R13)보다 작고 제2 기준 부하량(R23)보다 크면, 제어부는 노멀 모드(n)로 동작한다. 노멀 모드(n)에서 제어부는 동작 듀티(d_c)는 핑 듀티(d_p)로 고정할 수 있고, 동작 주파수(f_c)를 가변할 수 있다. 노멀 모드에서, 동작 주파수(f_c)는 제1 기준 주파수(f1)와 제2 기준 주파수(f2) 사이의 범위에서 가변될 수 있다.
부하량이 제1 기준 부하량(R13)보다 크면, 제어부는 제1 부스트 모드(h1)로 동작한다. 제1 부스트 모드(h1)에서 제어부는 동작 주파수(f_c)는 제1 기준 주파수(f1)로 고정할 수 있고, 동작 듀티(d_c)를 가변할 수 있다. 제1 부스트 모드(h1)에서, 제어부는 동작 듀티(d_c)를 핑 듀티(d_p)와 제2 듀티(d2) 사이의 범위에서 가변할 수 있다.
부하량이 제2 기준 부하량(R22)보다 작으면, 제어부는 제1 리듀스 모드(l1)로 동작한다. 제1 리듀스 모드(l1)에서 제어부는 동작 주파수(f_c)는 제2 기준 주파수(f2)로 고정할 수 있고, 동작 듀티(d_c)를 가변할 수 있다. 제1 리듀스 모드(l1)에서, 제어부는 동작 듀티(d_c)를 핑 듀티(d_p)와 제1 듀티(d1) 사이의 범위에서 가변할 수 있다.
도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 전력 송신 모드에서의 동작을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
먼저, 제어부는 동작 주파수(f_c)를 핑 주파수(f_p)로, 동작 듀티(d_c)는 핑 듀티(d_p)로 설정한다(S3104 단계). S3104 단계는 검출 모드에서 수행될 수 있다.
다음으로, 제어부는 무선 전력 수신 장치로부터 수신한 에러 정보(Error)를 기초로 동작 주파수(f_c)를 계산한다(S3204 단계). 이때, 동작 듀티(d_c)는 핑 듀티(d_p)로 고정될 수 있다. 에러 정보(Error)는 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기와 무선 전력 수신 장치가 수신한 전력의 크기의 차이에 대한 정보일 수 있다.
다음으로, 계산된 동작 주파수(f_c)가 제1 기준 주파수(f1)보다 큰지 여부를 판단한다(S3304 단계).
S3304 단계에서 판단한 결과, 동작 주파수(f_c)가 제1 기준 주파수(f1)보다 작거나 같다면, 제어부는 동작 주파수(f_c)를 제1 기준 주파수(f1)로 설정하고, 상기 에러 정보(Error)를 기초로 동작 듀티(d_c)를 계산한다(S3404 단계).
다음으로, 계산된 동작 듀티(d_c)가 제2 기준 듀티(d2)보다 큰지 여부를 판단한다(S3424 단계).
S3424 단계에서 판단한 결과, 계산된 동작 듀티(d_c)가 제2 기준 듀티(d2)보다 작거나 같다면, 제어부는 계산된 동작 주파수(f_c) 및 동작 듀티(d_c)을 이용하여 제어 신호들을 생성하고, 생성된 제어 신호들을 출력한다(S3704 단계).
S3424 단계에서 판단한 결과, 계산된 동작 듀티(d_c)가 제2 기준 듀티(d2)보다 크다면, 제어부는 동작 듀티(d_c)를 제2 듀티로 고정하고, 에러 정보(Error)를 기초로 동작 주파수(f_c)를 다시 계산한다(S3444 단계).
S3444 단계를 수행한 후, 제어부는 제어부는 계산된 동작 주파수(f_c) 및 동작 듀티(d_c)을 이용하여 제어 신호들을 생성하고, 생성된 제어 신호들을 출력한다(S3704 단계).
S3304 단계에서 판단한 결과, 계산된 동작 주파수(f_c)가 제1 기준 주파수(f1)보다 크다면, 계산된 동작 주파수(f_c)가 제2 기준 주파수(f2)보다 작은지 여부를 판단한다(S3504 단계).
S3504 단계에서 판단한 결과, 계산된 동작 주파수(f_c)가 제2 기준 주파수(f2)보다 작다면, 즉, S3204 단계에서 계산한 동작 주파수(f_c)가 제1 기준 주파수(f1)와 제2 기준 주파수(f2) 사이의 값이라면, 제어부는 계산된 동작 주파수(f_c) 및 동작 듀티(d_c)을 이용하여 제어 신호들을 생성하고, 생성된 제어 신호들을 출력한다(S3704 단계).
S3504 단계에서 판단한 결과, 동작 주파수(f_c)가 제2 기준 주파수(f2)보다 크거나 같다면, 제어부는 동작 주파수(f_c)를 제2 기준 주파수(f2)로 설정하고, 상기 에러 정보(Error)를 기초로 동작 듀티(d_c)를 계산한다(S3604 단계).
S3604 단계를 수행한 후, 제어부는 제어부는 계산된 동작 주파수(f_c) 및 동작 듀티(d_c)을 이용하여 제어 신호들을 생성하고, 생성된 제어 신호들을 출력한다(S3704 단계).
도 34은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 전력 송신 모드에서의 동작 주파수와 동작 듀티의 변화를 나타낸 도면이다.
먼저, 노멀 모드(n)에서, 제어부는 무선 전력 수신 장치로부터 수신한 에러 정보에 응답하여, 동작 주파수(f_c)를 가변시킴으로써, 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기를 조정한다. 이때, 동작 듀티(d_c)는 핑 듀티(d_p)로 고정될 수 있다. 노멀 모드(n)에서, 동작 주파수(f_c)는 제1 기준 주파수(f1)와 제2 기준 주파수(f2) 사이의 범위에서 가변될 수 있다.
만일, 동작 주파수(f_c)를 제1 기준 주파수(f1)까지 감소시킨 경우에도 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기가 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기보다 작다면, 제어부의 동작 모드는 제1 부스트 모드(h1)로 변경되고, 제어부는 동작 주파수(f_c)를 제1 기준 주파수(f1)로 고정시킨 후, 동작 듀티(d_c)를 조정한다. 제1 부스트 모드(h1)에서, 동작 듀티(d_c)는 핑 듀티(d_p)와 제2 기준 듀티(d2) 사이의 범위에서 가변될 수 있다.
만일, 제1 부스트 모드(h1)에서 동작 듀티(d_c)를 제2 기준 듀티(d2)까지 증가시킨 경우에도 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기가 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기보다 작다면, 제어부의 동작 모드는 제2 부스트 모드(h2)로 변경되고, 제어부는 동작 주파수(f_c)를 가변시킴으로써, 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기를 조정한다. 제2 부스트 모드(h2)에서, 동작 듀티(d_c)는 제2 기준 듀티(d2)로 고정될 수 있다. 제2 부스트 모드(h2)에서, 동작 주파수(f_c)는 제1 기준 주파수(f2)와 최소 주파수(f_min) 사이의 범위에서 가변될 수 있다.
노멀 모드에서, 동작 주파수(f_c)를 제2 기준 주파수(f2)까지 증가시킨 경우에도 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기가 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기보다 크다면, 제어부의 동작 모드는 제1 리듀스 모드(l1)로 변경되고, 제어부는 동작 주파수(f_c)를 제2 기준 주파수(f2)로 고정시킨 후, 동작 듀티(d_c)를 조정한다. 제1 리듀스 모드(l1)에서, 동작 듀티(d_c)는 제1 기준 듀티(d1)와 핑 듀티(d_p) 사이의 범위에서 가변될 수 있다.
도 34의 동작을 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기, 즉 부하량을 기준으로 설명하면 다음과 같다.
부하량이 제1 기준 부하량(R14)보다 작고 제2 기준 부하량(R24)보다 크면, 제어부는 노멀 모드(n)로 동작하고, 부하량이 제1 기준 부하량(R14)보다 크고 제3 기준 부하량(R34)보다 작으면, 제어부는 제1 부스트 모드(h1)로 동작하고, 부하량이 제2 기준 부하량(R24)보다 작으면, 제어부는 제1 리듀스 모드(l1)로 동작한다. 제1 리듀스 모드(l1), 노멀 모드(n), 및 제1 부스트 모드(h1)에서의 동작은 도 32에서 설명한 것과 동일하다.
부하량이 제3 기준 부하량(R34)보다 크면, 제어부는 제2 부스트 모드(h2)로 동작한다. 제2 부스트 모드(h2)에서 제어부는 동작 듀티(d_c)는 제2 기준 듀티(d2)로 고정할 수 있고, 동작 주파수(f_c)를 가변할 수 있다. 제2 부스트 모드(h2)에서, 동작 주파수(f_c)는 제1 기준 주파수(f1)와 최소 주파수(f_min) 사이의 범위에서 가변될 수 있다.
도 35는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 전력 송신 모드에서의 동작을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
S3105 단계, S3205 단계, S3305 단계, S3405 단계, S3425 단계, S3445 단계, S3505 단계, S3605 단계, 및 S3705 단계 각각은 도 33에서 설명한 S3104 단계, S3204 단계, S3304 단계, S3404 단계, S3424 단계, S3444 단계, S3504 단계, S3604 단계, 및 S3704 단계 각각과 동일하다.
S3445 단계에서 동작 주파수(d_c)를 계산한 후, 제어부는 동작 주파수(f_c)가 최소 주파수(f_min)보다 작은지 여부를 판단한다(S3465 단계).
S3465 단계 단계에서 판단한 결과, S3445 단계에서 계산된 동작 주파수(f_c)가 최소 주파수(f_min)보다 크거나 같다면, 제어부는 계산된 동작 주파수(f_c) 및 동작 듀티(d_c)을 이용하여 제어 신호들을 생성하고, 생성된 제어 신호들을 출력한다(S3705 단계)
S3465 단계 단계에서 판단한 결과, S3445 단계에서 계산된 동작 주파수(f_c)가 최소 주파수(f_min)보다 작다면, 제어부는 동작 주파수를 최소 주파수(f_min)으로 설정하고, 상기 에러 정보(Error)를 기초로 동작 듀티(d_c)를 계산한다(S3485 단계). S3485 단계에서 동작 듀티(d_c)는 제2 기준 듀티(d2) 보다 커질 수 있다. 예를 들면, 동작 듀티(d_c)는 50% 이상의 값을 가질 수도 있다.
S3485 단계를 수행한 후, 제어부는 제어부는 계산된 동작 주파수(f_c) 및 동작 듀티(d_c)을 이용하여 제어 신호들을 생성하고, 생성된 제어 신호들을 출력한다(S3705 단계).
도 36은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 전력 송신 모드에서의 동작 주파수와 동작 듀티의 변화를 나타낸 도면이다.
제1 리듀스 모드(l1), 노멀 모드(n), 제1 부스트 모드(h1), 및 제2 부스트 모드(h2)에서의 동작은 도34에서 설명한 것과 동일하다.
제2 부스트 모드(h2)에서, 동작 주파수를 최소 주파수(f_min)까지 감소시킨 경우에도 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기가 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기보다 작다면, 제어부의 동작 모드는 제3 부스트 모드(h3)로 변경한다. 제3 부스트 모드(h3)에서, 제어부는 동작 주파수(f_c)는 최소 주파수(f_min)로 고정시키고, 동작 듀티(d_c)를 증가시킬 수 있다. 제3 부스트 모드(h3)에서, 동작 듀티(d_c)는 제2 기준 듀티(d2) 이상의 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 제3 부스트 모드(h3)에서 동작 듀티(d_c)는 제2 기준 듀티(d_c) 이상, 최대 듀티(d_max) 이하의 범위에서 조정될 수 있다. 제2 기준 듀티(d2) 및 최대 듀티(d_max)는 표준 기타 규정 등에 따른 제한 사항이나, 무선 전력 송신 장치가 사용되는 환경 등을 고려하여 사용자에 의해 설정될 수 있다.
즉, 부하량이 제5 기준 부하량(R55)보다 크다면, 제어부는 제3 부스트 모드(h3)로 동작할 수 있다.
도 37은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 전력 송신 모드에서의 동작을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
S3106 단계, S3206 단계, S3306 단계, S3406 단계, S3506 단계, S3606 단계, 및 S3706 단계 각각은 도 28에서 설명한 S3103 단계, S3203 단계, S3303 단계, S3403 단계, S3503 단계, S3603 단계, 및 S3703 단계 각각과 동일하다.
S3606 단계에서 동작 듀티(d_c)를 계산한 후, 제어부는 계산된 동작 듀티(d_c)가 제1 기준 듀티(d1)보다 작은지 여부를 판단한다(S3626 단계).
S3626 단계에서 판단한 결과, 동작 듀티(d_c)가 제1 기준 듀티(d1)보다 크거나 같다면, 제어부는 S3606 단계에서 계산된 동작 주파수(f_c) 및 동작 듀티(d_c)를 이용하여 제어 신호들을 생성하고, 생성된 제어 신호들을 출력한다(S3706 단계).
S3626 단계에서 판단한 결과, 동작 듀티(d_c)가 제1 기준 듀티(d1)보다 작다면, 제어부는 동작 듀티(d_c)를 제1 기준 듀티(d1)로 설정하고, 에러 정보(Error)를 기초로 동작 주파수(f_c)를 계산한다(S3646 단계).
S3646 단계를 수행한 후, 제어부는 제어부는 계산된 동작 주파수(f_c) 및 동작 듀티(d_c)을 이용하여 제어 신호들을 생성하고, 생성된 제어 신호들을 출력한다(S3706 단계).
도 38은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 전력 송신 모드에서의 동작 주파수와 동작 듀티의 변화를 나타낸 도면이다.
제1 리듀스 모드(l1), 노멀 모드(n), 및 제1 부스트 모드(h1)에서의 동작은 도 32에서 설명한 것과 동일하다.
제1 리듀스 모드(l1)에서, 동작 듀티(d_c)를 제1 기준 듀티(d1)까지 감소시킨 경우에도 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기가 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기보다 크다면, 제어부의 동작 모드는 제2 리듀스 모드(l2)로 변경된다. 제2 리듀스 모드(l2)에서, 제어부는 동작 듀티(d_c)는 제1 기준 듀티(d1)으로 고정하고, 동작 주파수(f_c)를 변경한다. 제2 리듀스 모드(l2)에서, 동작 주파수(f_c)는 제2 기준 주파수(f2)와 최대 주파수(f_max) 사이의 범위에서 가변될 수 있다.
즉, 부하량이 제4 기준 부하량(R46)보다 작으면, 제어부는 제2 리듀스 모드(l2)로 동작할 수 있다.
도 39는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 전력 송신 모드에서의 동작을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
S3107 단계, S3207 단계, S3307 단계, S3407 단계, S3507 단계, S3607 단계, 및 S3707 단계 각각은 도 31에서 설명한 S3103 단계, S3203 단계, S3303 단계, S3403 단계, S3503 단계, S3603 단계, 및 S3703 단계 각각과 동일하다.
S3407 단계에서 동작 듀티(d_c)를 계산한 후, 제어부는 계산된 동작 듀티(d_c)가 제2 기준 듀티(d2)보다 큰지 여부를 판단한다(S3427 단계).
S3427 단계에서 판단한 결과, 계산된 동작 듀티(d_c)가 제2 기준 듀티(d2)보다 작거나 같다면, 제어부는 S3407 단계에서 계산된 동작 주파수(f_c) 및 동작 듀티(d_c)을 이용하여 제어 신호들을 생성하고, 생성된 제어 신호들을 출력한다(S3707 단계).
S3427 단계에서 판단한 결과, 계산된 동작 듀티(d_c)가 제2 기준 듀티(d2)보다 크다면, 제어부는 동작 듀티(d_c)를 제2 듀티로 고정하고, 에러 정보(Error)를 기초로 동작 주파수(f_c)를 다시 계산한다(S3447 단계).
S3447 단계를 수행한 후, 제어부는 제어부는 계산된 동작 주파수(f_c) 및 동작 듀티(d_c)을 이용하여 제어 신호들을 생성하고, 생성된 제어 신호들을 출력한다(S3707 단계).
S3607 단계에서 동작 듀티(d_c)를 계산한 후, 제어부는 계산된 동작 듀티(d_c)가 제1 기준 듀티(d1)보다 작은지 여부를 판단한다(S3627 단계).
S3627 단계에서 판단한 결과, 동작 듀티(d_c)가 제1 기준 듀티(d1)보다 크거나 같다면, 제어부는 S3607 단계에서 계산된 동작 주파수(f_c) 및 동작 듀티(d_c)를 이용하여 제어 신호들을 생성하고, 생성된 제어 신호들을 출력한다(S3707 단계).
S3627 단계에서 판단한 결과, 동작 듀티(d_c)가 제1 기준 듀티(d1)보다 작다면, 제어부는 동작 듀티(d_c)를 제1 기준 듀티(d1)로 설정하고, 에러 정보(Error)를 기초로 동작 주파수(f_c)를 계산한다(S3647 단계).
S3647 단계를 수행한 후, 제어부는 제어부는 계산된 동작 주파수(f_c) 및 동작 듀티(d_c)을 이용하여 제어 신호들을 생성하고, 생성된 제어 신호들을 출력한다(S3707 단계).
도 40은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 전력 송신 모드에서의 동작 주파수와 동작 듀티의 변화를 나타낸 도면이다.
제1 리듀스 모드(l1), 노멀 모드(n), 및 제1 부스트 모드(h1)의 동작은 도 32에서 설명한 것과 동일하다.
제1 리듀스 모드(l1)에서, 동작 듀티(d_c)를 제1 기준 듀티(d1)까지 감소시킨 경우에도 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기가 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기보다 크다면, 제어부의 동작 모드는 제2 리듀스 모드(l2)로 변경된다. 제2 리듀스 모드(l2)에서, 제어부는 동작 듀티(d_c)는 제1 기준 듀티(d1)으로 고정하고, 동작 주파수(f_c)를 변경한다. 제2 리듀스 모드(l2)에서, 동작 주파수(f_c)는 제2 기준 주파수(f2)와 최대 주파수(f_max) 사이의 범위에서 가변될 수 있다.
즉, 부하량이 제4 기준 부하량(R47)보다 작으면, 제어부는 제2 리듀스 모드(l2)로 동작할 수 있다.
제1 부스트 모드(h1)에서, 동작 듀티(d_c)를 제2 기준 듀티(d2)까지 증가시킨 경우에도 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기가 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기보다 작다면, 제어부의 동작 모드는 제2 부스트 모드(h2)로 변경되고, 제어부는 동작 주파수(f_c)를 가변시킴으로써, 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기를 조정한다. 제2 부스트 모드(h2)에서, 동작 듀티(d_c)는 제2 기준 듀티(d2)로 고정될 수 있다. 제2 부스트 모드(h2)에서, 동작 주파수(f_c)는 제1 기준 주파수(f2)와 최소 주파수(f_min) 사이의 범위에서 가변될 수 있다.
즉, 부하량이 제3 기준 부하량(R37)보다 크면, 제어부는 제2 부스트 모드(h2)로 동작할 수 있다.
도 41은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 전력 송신 모드에서의 동작을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
S3108 단계, S3208 단계, S3308 단계, S3408 단계, S3428 단계, S3438 단계, S3508 단계, 및 S3708 단계 각각은 도 33에서 설명한 S3104 단계, S3204 단계, S3304 단계, S3404 단계, S3424 단계, S3434 단계, S3504 단계, 및 S3704 단계 각각과 동일하다.
S3508 단계에서 판단한 결과, S3208 단계에서 계산된 동작 주파수(f_c)가 제2 기준 주파수(f2)보다 작다면, 제어부는 동작 주파수(f_c)를 제2 기준 주파수(f2)로 설정하고, 제1 레그의 동작 듀티(d_c1)(즉, 도 11, 도 12 및 도 15 각각의 제2 제어 신호(con24, con25, con28)의 온 듀티)는 핑 듀티(d_p)로 고정시키고, 제2 레그의 동작 듀티(d_c2)(즉, 도 11, 도 12 및 도 15 각각의 제4 제어 신호(con44, con45, con48)의 온 듀티)를 계산한다(S3608 단계).
S3608 단계를 수행한 후, 제어부는 계산된 동작 주파수(f_c) 및 동작 듀티(d_c1, d_c2)를 이용하여 제어 신호들을 생성하고, 생성된 제어 신호들을 출력한다(S3708 단계).
도 42는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 전력 송신 모드에서의 동작 주파수와 동작 듀티의 변화를 나타낸 도면이다.
노멀 모드(n), 제1 부스트 모드(h1), 및 제2 부스트 모드(h2)에서의 동작은 도 31에서 설명한 것과 동일하다.
노멀 모드(n)에서, 동작 주파수(f_c)를 제2 기준 주파수(f2)까지 증가시킨 경우에도 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기가 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기보다 크다면, 제어부의 동작 모드는 제3 리듀스 모드(l3)로 변경된다. 제3 리듀스 모드(l3)에서, 제어부는 동작 주파수(f_c)는 제2 기준 주파수(f2)로 고정하고, 제1 레그의 동작 듀티(d_c1)(즉, 도 11, 도 12 및 도 15 각각의 제2 제어 신호(con24, con25, con28)의 온 듀티)는 핑 듀티(d_p)로 고정하고, 제2 레그의 동작 듀티(d_c2)(즉, 도 11, 도 12 및 도 15 각각의 제4 제어 신호(con44, con45, con48)의 온 듀티)를 조정한다. 제3 리듀스 모드(l3)에서, 제2 레그의 동작 듀티(d_c2)는 핑 듀티(d_p)와 (100 - 핑 듀티(d_p)) 사이의 범위에서 가변될 수 있다.
즉, 부하량이 제2 기준 부하량(R28) 보다 작은 경우, 제어부는 제3 리듀스 모드(l3)로 동작할 수 있다.
도 43은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 전력 송신 모드에서의 동작을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
S3109 단계, S3209 단계, S3309 단계, S3409 단계, S3429 단계, S3439 단계, S3509 단계, 및 S3709 단계 각각은 도 33에서 설명한 S3104 단계, S3204 단계, S3304 단계, S3404 단계, S3424 단계, S3434 단계, S3504 단계, 및 S3704 단계 각각과 동일하다.
S3509 단계에서 판단한 결과, S3209 단계에서 계산된 동작 주파수(f_c)가 제2 기준 주파수(f2)보다 작다면, 제어부는 동작 듀티(d_c)를 변환부를 하프 브리지로 동작시킬 수 있는 동작 듀티로 설정하고, 에러 정보(Error)를 기초로 동작 주파수(f_c)를 계산한다(S3609 단계).
S3609 단계를 수행한 후, 제어부는 계산된 동작 주파수(f_c) 및 동작 듀티(d_c)를 이용하여 제어 신호들을 생성하고, 생성된 제어 신호들을 출력한다(S3709 단계).
도 44는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 전력 송신 모드에서의 동작 주파수와 동작 듀티의 변화를 나타낸 도면이다.
노멀 모드(n), 제1 부스트 모드(h1), 및 제2 부스트 모드(h2)에서의 동작은 도 34에서 설명한 것과 동일하다.
노멀 모드(n)에서, 동작 주파수(f_c)를 제2 기준 주파수(f2)까지 증가시킨 경우에도 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기가 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기보다 크다면, 제어부의 동작 모드는 제4 리듀스 모드(l4)로 변경된다. 제4 리듀스 모드(l4)에서, 제어부는 제1 레그의 동작 듀티(d_c1)(즉, 도 11, 도 12 및 도 15 각각의 제2 제어 신호(con24, con25, con38)의 온 듀티)는 핑 듀티(d_p)로 고정하고, 제2 레그의 동작 듀티(d_c2)(즉, 도 11, 도 12 및 도 15 각각의 제4 제어 신호(con44, con45, con48)의 듀티)는 100%로 고정하고, 동작 주파수(f_c)를 조정한다. 제4 리듀스 모드(l4)에서, 동작 주파수(f_c)는 제2 기준 주파수(f2)와 최대 주파수(f_max) 사이의 범위에서 가변될 수 있다.
즉, 부하량이 제2 기준 부하량(R29) 보다 작은 경우, 제어부는 제4 리듀스 모드(l4)로 동작할 수 있다.
도 45는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 전력 송신 모드에서의 동작을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
S3110 단계, S3210 단계, S3310 단계, S3410 단계, S3430 단계, S3450 단계, S3510 단계, 및 S3710 단계 각각은 도 33에서 설명한 S3104 단계, S3204 단계, S3304 단계, S3404 단계, S3424 단계, S3434 단계, S3504 단계, 및 S3704 단계 각각과 동일하다.
S3510 단계에서 판단한 결과, S3210 단계에서 계산된 동작 주파수(f_c)가 제2 기준 주파수(f2)보다 작다면, 제어부는 동작 주파수(f_c)를 제2 기준 주파수(f2)로 설정하고, 제1 레그의 동작 듀티(d_c1)(즉, 도 11, 도 12 및 도 15 각각의 제2 제어 신호(con24, con25, con28)의 듀티)는 핑 듀티(d_p)로 고정시키고, 제2 레그의 동작 듀티(d_c2)(즉, 도 11, 도 12 및 도 15 각각의 제4 제어 신호(con44, con45, con48)의 듀티)를 계산한다(S3610 단계).
S3610 단계를 수행한 후, 제어부는 계산된 제2 레그의 동작 듀티(d_c2)가 핑 듀티(d_p)보다 작은지 여부를 판단한다(S3630 단계).
S3630 단계에서 판단한 결과, S3610 단계에서 계산된 제2 레그의 동작 듀티(d_c2)가 핑 듀티(d_p)보다 크거나 같다면, 제어부는 S3610 단계에서 계산된 동작 주파수(f_c) 및 동작 듀티(d_c1, d_c2)를 이용하여 제어 신호들을 생성하고, 생성된 제어 신호들을 출력한다(S3710 단계).
S3630 단계에서 판단한 결과, S3610 단계에서 계산된 제2 레그의 동작 듀티(d_c2)가 핑 듀티(d_p)보다 작다면, 제어부는 동작 듀티(d_c)를 변환부를 하프 브리지로 동작시킬 수 있는 동작 듀티로 설정하고, 에러 정보(Error)를 기초로 동작 주파수(f_c)를 계산한다(S3650 단계). S3650 단계에서, 제1 레그의 동작 듀티(d_c1)는 핑 듀티(d_p)로 고정하고, 제2 레그의 동작 듀티(d_c2)는 100%으로 고정할 수 있다.
S3650 단계를 수행한 후, 제어부는 계산된 동작 주파수(f_c) 및 동작 듀티(d_c)를 이용하여 제어 신호들을 생성하고, 생성된 제어 신호들을 출력한다(S3710 단계).
도 46은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 송신 방법의 전력 송신 모드에서의 동작 주파수와 동작 듀티의 변화를 나타낸 도면이다.
노멀 모드(n), 제1 부스트 모드(h1), 및 제2 부스트 모드(h2)에서의 동작은 도 34에서 설명한 것과 동일하다.
노멀 모드(n)에서, 동작 주파수(f_c)를 제2 기준 주파수(f2)까지 증가시킨 경우에도 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기가 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기보다 크다면, 제어부의 동작 모드는 제3 리듀스 모드(l3)로 변경된다. 제3 리듀스 모드(l3)에서, 제어부는 동작 주파수(f_c)는 제2 기준 주파수(f2)로 고정하고, 제1 레그의 동작 듀티(d_c1)(즉, 도 11, 도 12 및 도 15 각각의 제2 제어 신호(con24, con25, con28)의 온 듀티)는 핑 듀티(d_p)로 고정하고, 제2 레그의 동작 듀티(d_c2)(즉, 도 11, 도 12 및 도 15 각각의 제4 제어 신호(con44, con45, con48)의 온 듀티)를 조정한다. 제3 리듀스 모드(l3)에서, 제2 레그의 동작 듀티(d_c2)는 핑 듀티(d_p)와 (100 - 핑 듀티(d_p)) 사이의 범위에서 가변될 수 있다.
제3 리듀스 모드에서, 제2 레그의 동작 듀티(d_c2)를 핑 듀티(d_p)까지 감소시킨 경우에도 무선 전력 수신 장치가 수신하는 전력의 크기가 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기보다 크다면, 제어부의 동작 모드는 제4 리듀스 모드(l4)로 변경된다. 제4 리듀스 모드(l4)에서, 제어부는 제1 레그의 동작 듀티(d_c1)(즉, 도 11, 도 12 및 도 15 각각의 제2 제어 신호(con24, con25, con28)의 듀티)는 핑 듀티(d_p)로 고정하고, 제2 레그의 동작 듀티(d_c2)(즉, 도 11, 도 12 및 도 15 각각의 제4 제어 신호(con44, con45, con48)의 듀티)는 100%으로 고정하고, 동작 주파수(f_c)를 조정한다. 제4 리듀스 모드(l4)에서, 동작 주파수(f_c)는 제2 기준 주파수(f2)와 최대 주파수(f_max) 사이의 범위에서 가변될 수 있다.
즉, 부하량이 제2 기준 부하량(R210) 보다 작고, 제4 기준 부하량(R410) 보다 큰 경우, 제어부는 제3 리듀스 모드(l3)로 동작할 수 있다. 부하량이 제4 기준 부하량(R410)보다 작은 경우, 제어부는 제4 리듀스 모드(l4)로 동작할 수 있다.
도 27 내지 도 46 각각에 나타낸 제어 방법들은 다양한 형태로 재조합될 수 있다. 예를 들면, 도 27 내지 도 46 각각의 제어 방법에 도 35의 S3465 단계 및 S3485 단계 또는 도 36의 제3 부스트 모드(h3)의 동작이 추가될 수도 있다. 또는, 도 42과 도 46에 나타낸 제3 리듀스 모드 및/또는 도 44과 도 46에 제4 리듀스 모드가 다른 실시예의 제1 리듀스 모드 및/또는 제2 리듀스 모드 대신 수행될 수도 있다. 또는, 도 27 내지 도 46 각각에 있어서, 일부의 단계들 또는 일부의 동작 모드들이 제외되고 실시될 수도 있다.
도 27 내지 도 46에 나타낸 제어 방법은 무선 전력 수신 장치로부터 입력되는 요청 신호에 따라서 다양하게 수행될 수 있다.
예를 들면, 핑 주파수(f_c)를 제1 기준 주파수(f1)과 동일한 주파수로 선택될 수 있다. 이후, 무선 전력 수신 장치로부터 수신한 신호를 기초로 판단한 결과, 무선 전력 수신 장치가 수신한 전력의 크기가 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기보다 작다면, 상기 실시예들의 제1 부스트 모드(h1)의 동작이 수행될 수도 있다. 또는, 무선 전력 수신 장치로부터 수신한 신호를 기초로 판단한 결과, 무선 전력 수신 장치가 수신한 전력의 크기가 무선 전력 수신 장치가 필요로 하는 전력의 크기보다 크다면, 상기 실시예들의 노멀 모드(n)의 동작 수행될 수도 있다.
이후, 무선 전력 수신 장치로부터 수신한 신호에 따라, 상술한 실시예들의 제1 부스트 모드(h1), 제2 부스트 모드(h2), 제3 부스트 모드(h3), 노멀 모드(n), 제1 리듀스 모드(l1), 제2 리듀스 모드(l2), 제3 리듀스 모드(l3), 및 제4 리듀스 모드(l4)의 동작들 중 적어도 하나 이상의 동작이 순차적으로 수행될 수도 있다.
구체적인 상황을 예를 들어 설명하면, 무선 전력 수신 장치의 배터리가 방전에 가까운 상태인 경우, 무선 전력 수신 장치는 처음에 큰 크기의 전력을 필요로 하다가, 배터리가 서서히 충전됨에 따라 조금씩 작은 전력의 크기를 필요로 하게 된다. 이 경우, 먼저 부스트 모드(h1, h2, 또는 h3)에서의 동작을 수행한 후, 노멀 모드(n) 및 리듀스 모드(l1, l2, l3, 또는 l4)의 동작이 순차적으로 수행될 수 있다.
또는, 무선 전력 수신 장치의 배터리가 어느 정도 충전되어 있는 상태인 경우, 무선 전력 수신 장치는 처음부터 크지 않은 전력을 필요로 하게 된다. 따라서, 이 경우, 리듀스 모드(l1, l2, l3, 또는 l4)의 동작이 먼저 수행될 수 있다.
또는, 무선 전력 수신 장치와 무선 전력 송신 장치 사이의 정렬 상태가 어긋나게 되면, 도 27 내지 도 46에서 부하량가 증가하는 방향으로 제어가 변경될 수 있다. 예를 들면, 노멀 모드(n)의 동작 또는 리듀스 모드(l1, l2, l3, 또는 l4)의 동작이 수행되다가, 무선 전력 수신 장치와 무선 전력 송신 장치 사이의 정렬 상태가 어긋나게 되면, 노멀 모드(n)의 동작 또는 부스트 모드(h1, h2, 또는 h3)의 동작이 수행될 수도 있다. 또는 제1 부스트 모드(h1)의 동작이 수행되다가, 무선 전력 수신 장치와 무선 전력 송신 장치 사이의 정렬 상태가 어긋나게 되면, 제2 부스트 모드(h2)의 동작이 수행될 수도 있다.
또는, 무선 전력 수신 장치와 무선 전력 송신 장치 사이의 정렬 상태가 일치하게 되면, 도 27 내지 도 46에서 부하가 감소하는 방향으로 제어가 변경될 수 있다. 예를 들면, 노멀 모드(n)의 동작이 수행되다가 리듀스 모드(l1, l2, l3, 또는 l4)의 동작이 수행될 수 있다.
도 27 내지 도 46에 나타낸 제어 방법은 무선으로 송신되는 주파수가 기준 범위에 속하도록 수행될 수도 있다. 예를 들면, 제어부는, 무선으로 송신되는 주파수가 기준값 이하인 것 또는 기준값 이상인 것, 또는 일정한 범위 내에 속하는 조건을 우선적으로 만족하도록 하면서, 제어 신호의 듀티 및 주파수를 조정할 수 있다.
도 47은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 코일 전류와 출력 전압을 도시하는 도면이다.
도 47의 그래프 (a)의 굵은 점선으로 표시된 것은 도 7 내지 도 15 각각에 도시된 일 실시예의 공진부의 코일 전류를 나타내며, 도 47의 그래프 (a)의 얇은 실선으로 표시된 것은 비교예의 코일 전류를 나타낸다.
도 47의 그래프 (b)의 굵은 점선으로 표시된 것은 도 7 내지 도 15 각각에 도시된 일 실시예의 공진부 양단의 전압인 출력 전압을 나타내고, 도 47의 그래프 (b)의 얇은 실선으로 표시된 것은 비교예의 출력 전압을 나타낸다.
상기 비교예는 입력 전원을 입력받아 동작하는 풀 브리지 인버터를 포함하는 무선 전력 송신 장치이다. 비교예의 경우, 입력 전원은 인버터와는 별개로 구현된 부스트 컨버터에 의해 제공되는 전원일 수 있다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 하프 브리지 인버터를 적용하고도, 비교예의 풀 브리지 인버터에 상응하는 코일 전류 및 출력 전압을 제공하는 것을 확인할 수 있다.
도 48은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서 듀티의 변화에 따른 승압 전압과 출력 전압을 도시하는 도면이다.
도 48의 그래프 (a)는 승압 전압(도 8 내지 도 15의 노드(N2)의 전압)을 도시하는 그래프이고, 그래프 (b)는 무선 전력 송신 장치의 출력 전압을 도시하는 그래프이다.
그래프 (a)에서 굵은 선은 50%의 듀티에 따른 승압 전압을 나타내고, 얇은 선은 70%의 듀티에 따른 승압 전압을 나타낸다.
도시된 바와 같이, 50%의 듀티에 따른 승압 전압은 10V 정도이나, 70%의 듀티에 따른 승압부의 출력 전압은 16 V를 약간 상회하는 전압으로서, 보다 높은 승압 효율을 제공함을 알 수 있다.
또한, 그에 따라, 그래프 (b)에 도시된 바와 같이, 50%의 듀티에 따른 무선 전력 송신 장치의 출력 전압은 5V 정도 이나, 70%의 듀티에 따른 승압부의 출력 전압은 7V에 인접한 전압으로서, 보다 높은 출력을 제공함을 알 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108 : 회로부
110, 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118 : 변환부
120, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128 : 공진부
200, 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208 : 제어부
300 : 입력 전원
110, 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118 : 변환부
120, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128 : 공진부
200, 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208 : 제어부
300 : 입력 전원
Claims (16)
- 브리지 회로를 형성하는 복수개의 스위칭 소자들을 포함하고, 상기 복수개의 스위칭 소자 중 적어도 하나의 스위칭 소자의 동작 주파수에 따라 결정된 주파수를 가지는 교류 전압을 출력하는 변환부;
인덕터 및 커패시터를 포함하고, 상기 교류 전압을 입력받아 무선으로 전력을 송신하는 공진부; 및
상기 변환부가 동작 듀티는 고정되고 상기 동작 주파수가 가변되는 제1 모드 동작을 수행하도록 상기 복수개의 스위칭 소자들을 제어하는 복수개의 제어 신호들을 출력하고, 상기 동작 주파수가 제1 기준 주파수에 이르게 되면 상기 변환부의 동작이 상기 제1 모드 동작에서 상기 동작 주파수는 고정되고 상기 동작 듀티는 가변되는 제2 모드 동작으로 전환되도록 상기 복수개의 스위칭 소자들을 제어하는 복수개의 제어 신호들을 출력하는 제어부;
를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제어부는
상기 제1 모드 동작이 수행될 때, 상기 동작 듀티는 고정되고, 상기 동작 주파수는 상기 제1 기준 주파수 이상 제2 기준 주파수 이하의 범위에서 가변되도록 상기 복수개의 제어 신호들을 출력하는 무선 전력 송신 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 제어부는
상기 제1 모드 동작이 수행될 때, 무선 전력 수신 장치로부터 수신된 요청 신호가 상기 공진부의 출력을 증가시켜줄 것을 요청하는 신호이면, 상기 동작 주파수가 제1 기준 주파수에 가까워지도록 상기 복수개의 제어 신호들을 출력하는 무선 전력 송신 장치.
- 제3항에 있어서, 상기 제어부는
상기 동작 주파수가 상기 제1 기준 주파수에 대응되며 상기 제1 모드 동작이 수행될 때, 상기 무선 전력 수신 장치로부터 수신된 요청 신호가 상기 공진부의 출력을 증가시켜줄 것을 요청하는 신호이면, 상기 변환부가 상기 제1 모드 동작에서 상기 제2 모드 동작으로 전환되도록 상기 복수개의 제어 신호들을 출력하는 무선 전력 송신 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 제어부는
상기 제2 모드 동작이 수행될 때, 상기 동작 주파수는 상기 제1 기준 주파수로 고정되고, 상기 동작 듀티는 제1 기준 듀티 이상 제2 기준 듀티 이하의 범위에서 가변되도록 상기 복수개의 제어 신호들을 출력하는 무선 전력 송신 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 제어부는
상기 제2 모드 동작이 수행될 때, 무선 전력 수신 장치로부터 수신된 요청 신호가 상기 공진부의 출력을 감소시켜줄 것을 요청하는 신호이면, 상기 동작 듀티가 상기 제1 기준 듀티에 가까워지도록 상기 복수개의 제어 신호들을 출력하는 무선 전력 송신 장치.
- 제6항에 있어서, 상기 제어부는
상기 동작 듀티가 상기 제1 기준 듀티에 대응되며 상기 제2 모드 동작이 수행될 때, 상기 무선 전력 수신 장치로부터 수신된 요청 신호가 상기 공진부의 출력을 감소시켜줄 것을 요청하는 신호이면, 상기 변환부가 상기 제2 모드 동작에서 상기 제1 모드 동작으로 전환되도록 상기 복수개의 제어 신호들을 출력하는 무선 전력 송신 장치.
- 브리지 회로를 형성하는 복수개의 스위칭 소자들을 포함하고, 상기 복수개의 스위칭 소자 중 적어도 하나의 스위칭 소자의 동작 듀티에 따라 결정된 진폭과 상기 적어도 하나의 스위칭 소자의 동작 주파수에 따라 결정된 주파수를 가지는 교류 전압을 출력하는 변환부;
인덕터 및 커패시터를 포함하고, 상기 교류 전압을 입력받아 무선으로 전력을 송신하는 공진부; 및
상기 동작 주파수의 변화에 대응하여, 상기 변환부가 상기 동작 듀티는 고정되고 상기 동작 주파수가 가변되는 제1 모드 동작 또는 상기 동작 주파수는 고정되고 상기 동작 듀티는 가변되는 제2 모드 동작 중 어느 하나를 수행하도록 상기 복수개의 스위칭 소자들을 제어하는 복수개의 제어 신호들을 출력하는 제어부;
를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 제어부는
상기 변환부가 상기 동작 듀티는 고정되고 상기 동작 주파수가 가변되는 제1 모드 동작을 수행하도록 상기 복수개의 스위칭 소자들을 제어하고, 상기 동작 주파수가 제1 기준 주파수에 이르게 되면 상기 변환부가 상기 제1 모드 동작에서 상기 제2 모드 동작으로 전환되도록 상기 복수개의 제어 신호들을 출력하는 무선 전력 송신 장치.
- 제9항에 있어서, 상기 제어부는
상기 제1 모드 동작이 수행될 때, 상기 동작 듀티는 고정되고, 상기 동작 주파수는 상기 제1 기준 주파수 이상, 제2 기준 주파수 이하의 범위에서 가변되도록 상기 복수개의 제어 신호들을 출력하는 무선 전력 송신 장치.
- 제10항에 있어서, 상기 제어부는
상기 제1 모드 동작이 수행될 때, 무선 전력 수신 장치로부터 수신된 요청 신호가 상기 공진부의 출력을 증가시켜줄 것을 요청하는 신호이면, 상기 동작 주파수가 제1 기준 주파수에 가까워지도록 상기 복수개의 제어 신호들을 출력하는 무선 전력 송신 장치.
- 제11항에 있어서, 상기 제어부는
상기 동작 주파수가 상기 제1 기준 주파수에 대응되며 상기 제1 모드 동작이 수행될 때, 상기 무선 전력 수신 장치로부터 수신된 요청 신호가 상기 공진부의 출력을 증가시켜줄 것을 요청하는 신호이면, 상기 변환부가 상기 제1 모드 동작에서 상기 제2 모드 동작으로 전환되도록 상기 복수개의 제어 신호들을 출력하는 무선 전력 송신 장치.
- 제9항에 있어서, 상기 제어부는
상기 제2 모드 동작이 수행될 때, 상기 동작 주파수는 상기 제1 기준 주파수로 고정되고, 상기 동작 듀티는 제1 기준 듀티 이상 제2 기준 듀티 이하의 범위에서 가변되도록 상기 복수개의 제어 신호들을 출력하는 무선 전력 송신 장치.
- 제13항에 있어서, 상기 제어부는
상기 제2 모드 동작이 수행될 때, 무선 전력 수신 장치로부터 수신된 요청 신호가 상기 공진부의 출력을 감소시켜줄 것을 요청하는 신호이면, 상기 동작 듀티가 상기 제1 기준 듀티에 가까워지도록 상기 복수개의 제어 신호들을 출력하는 무선 전력 송신 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 브리지 회로는
서로 직렬 연결되어 교번적으로 동작하는 제1 및 제2 스위치를 포함하는 하프 브리지 회로;
를 포함하고,
상기 변환부는
일 단은 입력 전원의 일 단에 연결되고, 타 단은 상기 제1 및 제2 스위치의 접속단에 연결되는 인덕터; 및
일 단은 상기 하프 브리지 회로의 일 단에 연결되고, 타 단은 상기 입력 전원의 타 단 및 상기 하프 브리지 회로의 타 단에 연결되는 출력 커패시터;
를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
- 제15항에 있어서, 상기 변환부는
상기 하프 브리지 회로의 스위칭 동작에 의하여 상기 입력 전원에서 제공된 입력 전압이 승압되어 상기 출력 커패시터에 축전되고, 상기 하프 브리지 회로의 상기 스위칭 동작에 의하여 상기 출력 커패시터에 축전된 승압 전압으로부터 상기 교류 전압을 출력하는 무선 전력 송신 장치.
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| N231 | Notification of change of applicant | ||
| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |