KR20180091326A - 무선전력 송신장치 및 무선전력 송신장치 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송신장치는, 전원으로부터 무선전력을 생성하는 무선전력 생성부와, 무선전력을 무선방식으로 수신장치에 송신하는 무선전력 송신부와, 무선전력 송신부의 전압 또는 전류를 감지하는 감지부와, 무선전력 송신부의 전압 또는 전류으로부터 수신장치에 대한 거리를 계산하는 거리 계산부와, 수신장치에 대한 거리에 대응되는 기준 효율과 전력송신 효율을 서로 비교하고 비교 결과에 기초하여 송신상태 정보를 생성하는 비교부와, 송신상태 정보에 대응되는 동작 모드에 따라 무선전력 생성부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 무선전력 송신장치 및 무선전력 송신장치 제어 방법에 관한 것이다.
무선전력 송신장치는 무선전력을 무선방식으로 수신장치에 송신할 수 있는데, 무선전력의 송신 과정에 외부 물체(Foreign Object)가 개입될 경우에 불필요한 전력소모, 오작동 또는 수명단축을 유발할 수 있다. 따라서, 최근의 무선전력 송신장치에는 외부 물체 감지(Foreign Object Detection) 기술이 적용되고 있다.
만약 무선전력 송신장치가 외부 물체의 존재를 감지하지 못하거나 잘못 판단할 경우, 불필요한 전력소모, 오작동 및 수명단축이 유발될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예는, 무선전력 송신장치와 수신장치간의 거리 정보를 외부 물체 감지에 반영하여 외부 물체 감지의 정확도를 향상시킬 수 있는 무선전력 송신장치 및 무선전력 송신장치 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송신장치는, 전원으로부터 무선전력을 생성하는 무선전력 생성부; 상기 무선전력을 무선방식으로 수신장치에 송신하는 무선전력 송신부; 상기 무선전력 송신부의 전압 또는 전류를 감지하는 감지부; 상기 무선전력 송신부의 전압 또는 전류로부터 상기 수신장치에 대한 거리를 계산하는 거리 계산부; 상기 수신장치에 대한 거리에 대응되는 기준 효율과 전력송신 효율을 서로 비교하고 비교 결과에 기초하여 송신상태 정보를 생성하는 비교부; 및 상기 송신상태 정보에 대응되는 동작 모드에 따라 상기 무선전력 생성부를 제어하는 제어부; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송신장치 제어 방법은, 무선전력 송신장치가 송신코일을 통해 수신장치로 무선전력을 송신할 때의 상기 송신코일의 전압 또는 전류를 감지하는 단계; 상기 송신코일의 전압 또는 전류로부터 상기 무선전력 송신장치와 상기 수신장치간의 거리 정보를 생성하는 단계; 상기 거리 정보에 대응되는 기준 효율 정보를 생성하는 단계; 상기 기준 효율과 상기 무선전력 송신장치의 전력송신 효율을 서로 비교하는 단계; 및 상기 전력송신 효율이 상기 기준 효율보다 낮을 경우에 상기 무선전력의 크기를 감소시키는 단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송신장치는, 무선전력 송신장치와 수신장치간의 거리 정보를 외부 물체 감지에 반영하여 외부 물체 감지의 정확도를 향상시킬 수 있으며, 외부 물체 감지 오판단에 따른 불필요한 전력소모 및 오작동의 빈도를 감소시킬 수 있으며, 무선전력 송신시에 외부 물체로부터 받는 영향을 줄여서 안정적으로 동작하고 수명을 연장시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송신장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송신장치의 일부를 구체적으로 예시한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송신장치의 다른 일부를 구체적으로 예시한 블록도이다.
도 4는 도 2의 무선전력 생성부에서 인버터가 하프-브리지 인버터인 경우를 예시한 회로도이다.
도 5는 도 2의 무선전력 생성부에서 컨버터를 생략한 경우를 예시한 회로도이다.
도 6은 도 4의 무선전력 생성부에서 컨버터를 생략한 경우를 예시한 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송신장치 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송신장치의 일부를 구체적으로 예시한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송신장치의 다른 일부를 구체적으로 예시한 블록도이다.
도 4는 도 2의 무선전력 생성부에서 인버터가 하프-브리지 인버터인 경우를 예시한 회로도이다.
도 5는 도 2의 무선전력 생성부에서 컨버터를 생략한 경우를 예시한 회로도이다.
도 6은 도 4의 무선전력 생성부에서 컨버터를 생략한 경우를 예시한 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송신장치 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 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 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송신장치를 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송신장치(100)는, 무선전력 생성부(110), 무선전력 송신부(120), 감지부(130), 거리 계산부(140), 비교부(150) 및 제어부(160)를 포함할 수 있으며, 수신장치(10)로 무선전력을 송신할 수 있다
무선전력 생성부(110)는 전원으로부터 무선전력을 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 전원은 배터리로부터 출력된 전력 또는 외부에서 입력된 유선전력일 수 있다.
무선전력 송신부(120)는 상기 무선전력을 무선방식으로 수신장치에 송신할 수 있다. 여기서, 상기 무선방식은 무선전력 송신부(120)가 수신장치(10)에 접촉하지 않더라도 수신장치(10)에 무선전력을 전자기적으로 송신할 수 있는 방식을 의미한다. 예를 들어, 상기 무선전력 송신부(120)는 앙페르 법칙에 따라 발생된 자속을 매개로 하여 수신장치(10)에 전자기적으로 결합하고 무선전력을 송신할 수 있다. 여기서, 상기 무선전력 송신부(120)와 수신장치(10)간의 전자기적인 결합 정도는 상기 무선전력 송신부(120)와 수신장치(10)간의 거리에 영향을 받을 수 있다.
감지부(130)는 무선전력 송신부(120)의 전압 또는 전류를 감지하여 전기적인 값을 감지할 수 있다. 무선전력 송신부(120)와 수신장치(10)간의 전자기적인 결합 정도는 무선전력 송신부(120)의 전기적인 값에 영향을 줄 수 있다. 여기서, 상기 전기적인 값은 최대전압, 평균전압, 최대전류, 평균전류, 주파수, 자가인덕턴스(self-inductance), 상호인덕턴스(mutual-inductance) 및 결합계수 k 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 주파수, 자가인덕턴스, 상호인덕턴스 및 결합계수 k는 무선전력 송신부(120)의 전압 또는 전류로부터 산출될 수 있다. 따라서, 상기 감지부(130)는 무선전력 송신부(120)의 전압 또는 전류를 감지함으로써, 상기 주파수, 자가인덕턴스, 상호인덕턴스 및 결합계수 k를 감지할 수 있다.
예를 들어, 무선전력 송신부(120)의 전기적인 값인 최대전압 및 주파수는 하기의 표 1과 같이 수신장치(10)에 대한 거리에 따라 달라질 수 있다. 표 1의 1행은 수신장치(10)에 대한 거리를 나타내고, 표 1의 2행은 상기 주파수를 나타내고, 표 1의 3행은 상기 최대전압을 나타낸다.
예를 들어, 무선전력 송신부(120)의 전기적인 값인 자가인덕턴스, 상호인덕턴스 및 결합계수 k는 하기의 표 2와 같이 수신장치(10)에 대한 거리에 따라 달라질 수 있다. 표 2의 1행은 수신장치(10)에 대한 거리를 나타내고, 표 2의 2행은 상기 자가인덕턴스를 나타내고, 표 2의 3행은 상기 결합계수 k를 나타내고, 표 2의 4행은 상기 상호인덕턴스를 나타낸다.
거리 계산부(140)는 무선전력 송신부(120)의 전기적인 값으로부터 수신장치(10)에 대한 거리를 계산할 수 있다. 예를 들어, 무선전력 송신부(120)와 수신장치(10)간의 거리와 상기 전기적인 값간의 관계는 사전의 시험동작을 통해 결정될 수 있다. 상기 거리 계산부(140)는 상기 관계를 룩업(look-up) 테이블의 방식으로 저장할 수 있으며, 감지부(130)로부터 전달받은 상기 전기적인 값을 상기 룩업 테이블의 정보와 비교함으로써 수신장치(10)에 대한 거리 정보를 얻을 수 있다.
예를 들어, 상기 거리 계산부(140)는 무선전력 송신부(120)와 수신장치(10)간의 거리와 상기 전기적인 값간의 관계를 규정한 수학식에 감지부(130)로부터 전달받은 상기 전기적인 값을 적용하여 수신장치(10)에 대한 거리를 계산할 수 있다. 여기서, 상기 수학식은 사전의 시험동작을 통해 얻은 데이터들에 대한 수치해석에 의해 도출될 수 있다.
표 1을 참조하면, 상기 거리 계산부(140)는 무선전력 송신부(120)의 최대전압이 클수록 수신장치(10)에 대한 거리가 길도록 수신장치에 대한 거리를 계산할 수 있다.
비교부(150)는 수신장치(10)에 대한 거리에 대응되는 기준 효율과 전력송신 효율을 서로 비교하고 비교 결과에 기초하여 송신상태 정보를 생성할 수 있다. 여기서, 전력송신 효율은 수신장치(10)의 수신전력의 크기에서 전원의 전원전력의 크기를 나눈 값에 대응될 수 있다. 상기 전력송신 효율은 무선전력 송신부(120)와 수신장치(10)간에 존재하는 외부 물체에 의해 낮아질 수 있다.
상기 기준 효율은 무선전력 송신부(120)와 수신장치(10)간에 외부 물체가 존재할 경우의 전력송신 효율보다 높고, 무선전력 송신부(120)와 수신장치(10)간에 외부 물체가 존재하지 않을 경우의 전력송신 효율보다 낮도록 설정될 수 있다. 따라서, 상기 비교부(150)는 전력송신 효율이 기준 효율 이상일 때 송신상태가 정상이라고 판단할 수 있으며, 전력송신 효율이 기준 효율보다 낮을 때 송신상태가 외부 물체 개입 상태라고 판단할 수 있다.
한편, 전력송신 효율은 무선전력 송신부(120)와 수신장치(10)간의 거리에 영향을 받을 수 있다. 이는 무선전력 송신부(120)와 수신장치(10)간의 거리에 따라 무선전력 송신부(120)와 수신장치(10)간의 전자기적인 결합 정도가 달라지기 때문이다. 상기 전자기적인 결합 정도의 변화는 무선전력 송신부(120)의 인덕턴스 변화 및 주파수 변화를 유발할 수 있다.
예를 들어, 무선전력 송신부(120)와 수신장치(10)간에 외부 물체가 존재하지 않을 경우의 전력송신 효율과 무선전력 송신부(120)와 수신장치(10)간의 거리간의 관계는 하기의 표 3과 같을 수 있다.
따라서, 상기 비교부(150)는 무선전력 송신부(120)와 수신장치(10)간의 거리에 대응되는 기준 효율을 설정할 수 있다. 표 3을 참조하면, 상기 비교부(150)는 거리 계산부(140)에 의해 계산된 거리가 길수록 기준 효율이 낮도록 기준 효율 정보를 생성할 수 있다.
예를 들어, 무선전력 송신부(120)와 수신장치(10)간의 거리 별 기준 효율은 사전의 시험동작을 통해 결정될 수 있으며, 상기 비교부(150)에 저장될 수 있다. 상기 비교부(150)는 거리 계산부(140)로부터 거리 정보를 전달받고 상기 거리 정보를 기초로 다수의 기준 효율 중 하나를 선택할 수 있다.
이에 따라, 상기 비교부(150)는 무선전력 송신부(120)와 수신장치(10)간에 외부 물체가 존재하는지 여부를 정확하게 알 수 있다.
제어부(160)는 상기 송신상태 정보에 대응되는 동작 모드에 따라 무선전력 생성부(110)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어부(160)는 전력송신 효율이 기준 효율 이상일 경우에 상기 동작 모드를 제1 동작 모드로 설정하고, 전력송신 효율이 기준 효율보다 낮을 경우에 동작 모드를 제2 동작 모드로 설정하고, 상기 제2 동작 모드로 동작할 때의 상기 무선전력의 크기가 상기 제1 동작 모드로 동작할 때의 상기 무선전력의 크기보다 작도록 무선전력 생성부(110)를 제어할 수 있다.
즉, 상기 제어부(160)는 무선전력 송신부(120)와 수신장치(10)간에 외부 물체가 존재할 경우에 무선전력 생성부(110)의 동작을 중단시키거나 무선전력 생성부(110)가 생성하는 무선전력의 크기를 줄일 수 있다. 이에 따라, 무선전력 송신장치(100)의 불필요한 전력소모, 오작동 또는 수명단축은 예방될 수 있다.
비교부(150)에 의해 무선전력 송신부(120)와 수신장치(10)간에 외부 물체가 존재하는지 여부가 정확하게 확인될 수 있으므로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송신장치(100)는 불필요한 전력소모, 오작동 또는 수명단축을 더욱 효율적으로 예방될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송신장치의 일부를 구체적으로 예시한 회로도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송신장치는 무선전력 생성부, 무선전력 송신부(220) 및 감지부를 포함할 수 있으며, 상기 무선전력 생성부는 전원(211), DC-DC 컨버터(212) 및 인버터(213)를 포함할 수 있으며, 상기 감지부는 제1 감지부(231), 제2 감지부(232), 제3 감지부(233) 및 제4 감지부(234)를 포함할 수 있다.
전원(211)은 직류전력인 전원전력을 출력할 수 있다.
DC-DC 컨버터(212)는 제1 스위치(212m)를 가지고 제1 스위치(212m)의 온-오프 동작을 통해 전원전력의 DC전압을 변환하여 변환 전원을 생성할 수 있다. 상기 제1 스위치(212m)의 온 상태 기간과 오프 상태의 기간의 비율인 듀티비(duty ratio)는 상기 변환 전원의 DC전압에 영향을 줄 수 있으며, 상기 1 스위치(212m)의 게이트 단자에 입력되는 구동 신호의 펄스 폭에 따라 결정될 수 있다. 따라서, 상기 구동 신호에 대한 펄스 폭 변조(PWM)는 상기 변환 전원에 대한 제어에 활용될 수 있다.
상기 DC-DC 컨버터(212)는 인덕터(212l)와 다이오드(212d)와 DC링크 캐패시터(212c)를 포함할 수 있다. 상기 DC-DC 컨버터(212)는 전원전력의 DC전압을 승압할 수 있는 부스트(boost) 컨버터, 전원전력의 DC전압을 강압할 수 있는 벅(buck) 컨버터 또는 전원전력의 DC전압을 강압하거나 승압할 수 있는 벅-부스트(buck-boost) 컨버터 중 하나로 설계될 수 있다.
인버터(213)는 제2, 제3, 제4 및 제5 스위치(213a, 213b, 213c, 213d)를 가지고 상기 제2, 제3, 제4 및 제5 스위치(213a, 213b, 213c, 213d)의 온-오프 동작을 통해 변환 전원으로부터 교류전력인 무선전력을 생성할 수 있다. 상기 제2, 제3, 제4 및 제5 스위치(213a, 213b, 213c, 213d)의 게이트 단자에는 펄스 폭 변조(PWM)되고 주파수가 제어되는 구동 신호가 입력될 수 있다. 한편, 상기 제2, 제3, 제4 및 제5 스위치(213a, 213b, 213c, 213d)에는 다이오드가 연결될 수 있다.
무선전력 송신부(220)는 송신코일(221) 및 송신 캐패시터(222)를 포함할 수 있다. 상기 송신코일(221)은 수신장치에 전자기적으로 결합되도록 구성될 수 있다.
제1 감지부(231)는 전원(211)의 전압(Vin_sen)을 감지할 수 있다. 상기 전압(Vin_sen)은 전력송신 효율 계산에 이용될 수 있다.
제2 감지부(232)는 전원(211)의 전류(Iin_sen)를 감지할 수 있다. 상기 전류(Iin_sen)는 전력송신 효율 계산에 이용될 수 있다.
제3 감지부(233)는 DC링크 캐패시터(212c)의 전압(Vdc_sen)을 감지할 수 있다. 상기 전압(Vdc_sen)은 DC-DC 컨버터(212)에 대한 제어에 이용될 수 있다.
제4 감지부(234)는 송신코일(221)의 전압(Vcoil_sen)을 감지할 수 있다. 상기 전압(Vcoil_sen)은 수신장치에 대한 거리 계산에 이용될 수 있다.
한편, 제1, 제2, 제3 및 제4 감지부(231, 232, 233, 234)는 소정의 주기마다 전기적인 값을 샘플링하는 샘플링 회로로 구현될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송신장치의 다른 일부를 구체적으로 예시한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송신장치는, 복조부(235), 아날로그-디지털 변환부(236), 거리 계산부(240), 전력 계산부(245), 비교부(250), 오류 확인부(255) 및 제어부를 포함할 수 있으며, 상기 제어부는 컨버터 제어부(261), 컨버터 제어 신호 생성부(262), 인버터 제어부(263), 인버터 제어 신호 생성부(264) 및 구동부(265)를 포함할 수 있다.
복조부(235)는 수신장치의 수신전력 크기 정보를 가지는 패킷 신호를 수신장치로부터 수신하고 상기 패킷 신호를 복조하여 상기 수신전력의 크기 정보를 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 복조부(235)는 ASK(Amplitude Shift Keying) 변조방식 또는 OOK(On Off Keying) 변조방식을 사용할 수 있다.
예를 들어, 상기 복조부(235)는 송신코일을 통해 상기 패킷 신호를 수신할 수 있으므로, 감지부에 의해 감지된 송신코일의 전압(Vcoil_sen)을 전달받을 수 있다. 이후, 상기 복조부(235)는 수신전력의 크기 정보를 가지는 패킷(packet)을 아날로그-디지털 변환부(236)로 전달할 수 있다.
아날로그-디지털 변환부(236)는 전원의 전압(Vin_sen), 전원의 전류(Iin_sen), DC링크 캐패시터의 전압(Vdc_sen), 송신코일의 전압(Vcoil_sen)에 대한 아날로그-디지털 변환을 수행하여 전원의 전압값(Vin), 전원의 전류값(Iin), DC링크 캐패시터의 전압값(Vdc), 송신코일의 전압값(Vcoil) 및 수신전력값(Po_rx)을 생성할 수 있다.
거리 계산부(240)는 송신코일의 전압(Vcoil_sen)으로부터 수신장치에 대한 거리를 계산할 수 있으며, 거리 정보를 생성하여 비교부(250)로 전달할 수 있다.
전력 계산부(245)는 전원의 전압값(Vin)과 전원의 전류값(Iin)으로부터 전원전력의 크기를 계산하고 전원전력값(Pin)을 생성할 수 있다.
비교부(250)는 수신전력값(Po_rx)에서 전원전력값(Pin)을 나눈 값인 전력송신 효율값을 계산할 수 있으며, 상기 거리 정보에 기초하여 기준 효율값을 생성할 수 있다. 이후, 상기 비교부(250)는 상기 전력송신 효율값과 상기 기준 효율값을 비교하고, 비교 결과에 따른 송신상태 정보를 생성할 수 있다.
오류 확인부(255)는 전원의 전압값(Vin), 전원의 전류값(Iin), DC링크 캐패시터의 전압값(Vdc) 및 비교부(250)에 의해 계산된 전력송신 효율값의 오류를 확인할 수 있다. 상기 오류 확인부(255)는 오류 확인 결과에 기초하여 감지부, 아날로그-디지털 변환부(236) 및 비교부(250)를 제어할 수 있으며, 오류 확인이 완료된 값들을 컨버터 제어부(261)로 전달할 수 있다.
컨버터 제어부(261)는 전원의 전압값(Vin)에 기초하여 레퍼런스(reference)값을 생성하고, DC링크 캐패시터의 전압값(Vdc)에 기초하여 캐리어(carrier)값을 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 컨버터 제어부(261)는 거리 계산부(240)로부터 수신장치에 대한 거리 정보를 전달받고 상기 거리 정보에 대응되는 상기 레퍼런스(reference)값 또는 상기 캐리어(carrier)값을 생성할 수 있다.
컨버터 제어 신호 생성부(262)는 컨버터 제어 신호를 생성할 수 있다. 상기 컨버터 제어 신호의 스위칭 주파수 및 펄스 폭은 상기 레퍼런스(reference)값과 상기 캐리어(carrier)값에 기초하여 결정될 수 있다.
인버터 제어부(263)는 수신장치로부터 수신한 패킷 신호에 포함된 피드백 신호에 기초하여 레퍼런스(reference)값을 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 인버터 제어부(263)는 거리 계산부(240)로부터 수신장치에 대한 거리 정보를 전달받고 상기 거리 정보에 대응되는 상기 레퍼런스(reference)값을 생성할 수 있다.
인버터 제어 신호 생성부(264)는 인버터 제어 신호를 생성할 수 있다. 상기 인버터 제어 신호의 스위칭 주파수 및 펄스 폭은 인버터 제어부(263)에 의해 생성된 레퍼런스(reference)값에 기초하여 결정될 수 있다.
또한, 컨버터 제어 신호 생성부(262) 및 인버터 제어 신호 생성부(264) 중 적어도 하나는 비교부(250)로부터 송신상태 정보를 전달받고, 상기 송신상태 정보에 대응되는 동작 모드를 선택할 수 있다.
예를 들어, 컨버터 제어 신호 생성부(262) 및 인버터 제어 신호 생성부(264) 중 적어도 하나는 전력송신 효율이 기준 효율 이상일 경우에 상기 동작 모드를 제1 동작 모드로 설정하고, 전력송신 효율이 기준 효율보다 낮을 경우에 동작 모드를 제2 동작 모드로 설정하고, 상기 제2 동작 모드로 동작할 때의 상기 무선전력의 크기가 상기 제1 동작 모드로 동작할 때의 상기 무선전력의 크기보다 작아지도록 컨버터 제어 신호 또는 인버터 제어 신호를 생성할 수 있다.
구동부(265)는 상기 컨버터 제어 신호로부터 제1 스위치 구동신호를 생성할 수 있고, 상기 인버터 제어 신호로부터 제2 및 제3 스위치 구동신호를 생성할 수 있다.
도 4는 도 2의 무선전력 생성부에서 인버터가 하프-브리지 인버터인 경우를 예시한 회로도이다.
도 4를 참조하면, 무선전력 생성부는 전원(311), DC-DC 컨버터(312) 및 인버터(313)를 포함하는 2-stage 시스템으로 설계될 수 있으며, 무선전력 송신부(320)는 송신코일(321) 및 송신 캐패시터(322)를 포함할 수 있다.
DC-DC 컨버터(312)는 제1 스위치(312m), 인덕터(312l)와 다이오드(312d)와 DC링크 캐패시터(312c)를 포함할 수 있다.
인버터(313)는 제2 및 제3 스위치(313a, 313b)를 포함할 수 있고, 하프-브리지 인버터로 설계될 수 있다.
도 5는 도 2의 무선전력 생성부에서 컨버터를 생략한 경우를 예시한 회로도이다.
도 5를 참조하면, 무선전력 생성부는 전원(411) 및 인버터를 포함하는 1-stage 시스템으로 설계될 수 있으며, 무선전력 송신부(420)는 송신코일(421) 및 송신 캐패시터(422)를 포함할 수 있다.
인버터는 제2, 제3, 제4 및 제5 스위치(413a, 413b, 413c, 413d)를 포함할 수 있고, 풀-브리지 인버터로 설계될 수 있다.
도 6은 도 4의 무선전력 생성부에서 컨버터를 생략한 경우를 예시한 회로도이다.
도 6을 참조하면, 무선전력 생성부는 전원(511) 및 인버터를 포함하는 1-stage 시스템으로 설계될 수 있으며, 무선전력 송신부는 송신코일(521) 및 송신 캐패시터(522)를 포함할 수 있다.
인버터는 제2 및 제3 스위치(513a, 513b)를 포함할 수 있고, 하프-브리지 인버터로 설계될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송신장치 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송신장치 제어 방법은, 무선전력 송신장치가 송신코일을 통해 수신장치로 무선전력을 송신할 때의 상기 송신코일의 전압을 감지하는 단계(S10), 상기 송신코일의 전압으로부터 상기 무선전력 송신장치와 상기 수신장치간의 거리 정보를 생성하는 단계(S20), 상기 거리 정보에 대응되는 기준 효율 정보를 생성하는 단계(S30), 상기 기준 효율과 상기 무선전력 송신장치의 전력송신 효율을 서로 비교하는 단계(S40) 및 상기 전력송신 효율이 상기 기준 효율보다 낮을 경우에 상기 무선전력의 크기를 감소시키는 단계(S50)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 무선전력 송신장치 제어 방법은 상기 수신장치의 수신전력 크기 정보를 가지는 패킷 신호를 상기 수신장치로부터 수신하고 상기 패킷 신호를 복조하여 상기 수신전력의 크기 정보를 생성하는 단계와, 상기 전원의 전압과 전류로부터 전원전력의 크기를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 비교하는 단계에서의 무선전력 송신장치는 상기 전원전력의 크기와 상기 수신전력의 크기에 기초하여 상기 전력송신 효율을 계산할 수 있으며, 상기 감지하는 단계에서의 무선전력 송신장치는 상기 전원의 전압과 전류를 더 감지할 수 있다.상기 무선전력 송신장치 제어 방법은 전술한 무선전력 송신장치에 의해 수행될 수 있으며, MCU(micro controller unit)와 같은 컴퓨팅 환경에 의해 수행될 수도 있다. 상기 컴퓨팅 환경은 프로세서, 메모리, 스토리지, 입력 디바이스, 출력 디바이스, 통신 접속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 프로세서는 수신장치에 대한 거리, 전원전력의 크기, 수신전력의 크기 및 전력송신 효율을 계산하고 제어 신호를 생성할 수 있으며, 상기 메모리는 프로세서의 계산에 참조되는 룩업-테이블, 수학식 및 기준 효율을 저장할 수 있으며, 상기 스토리지는 상기 프로세서 및 메모리를 업데이트할 수 있으며, 상기 입력 디바이스는 감지부의 감지 결과를 전달받을 수 있으며, 상기 출력 디바이스는 컨버터 제어신호 및 인버터 제어신호를 구동부로 출력할 수 있으며, 통신 접속은 수신장치와 양방향 통신을 하고 패킷 신호를 수신할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 실시 예로써 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.
10: 수신장치
100: 무선전력 송신장치
110, 210: 무선전력 생성부
120, 220: 무선전력 송신부
130: 감지부
140, 240: 거리 계산부
150, 250: 비교부
160: 제어부
211: 전원
212: DC-DC 컨버터
213: 인버터
221: 송신코일
222: 송신 캐패시터
231: 제1 감지부
232: 제2 감지부
233: 제3 감지부
234: 제4 감지부
235: 변조부
236: 아날로그-디지털 변환부
245: 전력 계산부
255: 오류 확인부
261: 컨버터 제어부
262: 컨버터 제어 신호 생성부
263: 인버터 제어부
264: 인버터 제어 신호 생성부
265: 구동부
100: 무선전력 송신장치
110, 210: 무선전력 생성부
120, 220: 무선전력 송신부
130: 감지부
140, 240: 거리 계산부
150, 250: 비교부
160: 제어부
211: 전원
212: DC-DC 컨버터
213: 인버터
221: 송신코일
222: 송신 캐패시터
231: 제1 감지부
232: 제2 감지부
233: 제3 감지부
234: 제4 감지부
235: 변조부
236: 아날로그-디지털 변환부
245: 전력 계산부
255: 오류 확인부
261: 컨버터 제어부
262: 컨버터 제어 신호 생성부
263: 인버터 제어부
264: 인버터 제어 신호 생성부
265: 구동부
Claims (12)
- 전원으로부터 무선전력을 생성하는 무선전력 생성부;
상기 무선전력을 무선방식으로 수신장치에 송신하는 무선전력 송신부;
상기 무선전력 송신부의 전압 또는 전류를 감지하는 감지부;
상기 무선전력 송신부의 전압 또는 전류로부터 상기 수신장치에 대한 거리를 계산하는 거리 계산부;
상기 수신장치에 대한 거리에 대응되는 기준 효율과 전력송신 효율을 서로 비교하고 비교 결과에 기초하여 송신상태 정보를 생성하는 비교부; 및
상기 송신상태 정보에 대응되는 동작 모드에 따라 상기 무선전력 생성부를 제어하는 제어부; 를 포함하는 무선전력 송신장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 전력송신 효율이 상기 기준 효율 이상일 경우에 상기 동작 모드를 제1 동작 모드로 설정하고, 상기 전력송신 효율이 상기 기준 효율보다 낮을 경우에 상기 동작 모드를 제2 동작 모드로 설정하고, 상기 제2 동작 모드로 동작할 때의 상기 무선전력의 크기가 상기 제1 동작 모드로 동작할 때의 상기 무선전력의 크기보다 작도록 상기 무선전력 생성부를 제어하는 무선전력 송신장치.
- 제1항에 있어서,
상기 수신장치의 수신전력 크기 정보를 가지는 패킷 신호를 상기 수신장치로부터 수신하고 상기 패킷 신호를 복조하여 상기 수신전력의 크기 정보를 생성하는 복조부를 더 포함하는 무선전력 송신장치.
- 제3항에 있어서,
상기 전원의 전압과 전류로부터 전원전력의 크기를 계산하는 전력 계산부를 더 포함하고,
상기 비교부는 상기 전원전력의 크기와 상기 수신전력의 크기에 기초하여 상기 전력송신 효율을 계산하고,
상기 감지부는 상기 전원의 전압과 전류를 더 감지하는 무선전력 송신장치.
- 제1항에 있어서,
상기 무선전력 송신부는 상기 수신장치에 전자기적으로 결합되도록 구성된 송신코일을 포함하고,
상기 감지부는 상기 송신코일의 전압을 감지하는 무선전력 송신장치.
- 제5항에 있어서,
상기 거리 계산부는 상기 송신코일의 전압이 클수록 상기 수신장치에 대한 거리가 길도록 상기 수신장치에 대한 거리를 계산하는 무선전력 송신장치.
- 제1항에 있어서,
상기 비교부는 상기 거리 계산부에 의해 계산된 거리가 길수록 상기 기준 효율이 낮도록 상기 기준 효율 정보를 생성하는 무선전력 송신장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 수신장치에 대한 거리에 대응되는 상기 무선전력 생성부의 스위칭 주파수를 결정하고, 상기 스위칭 주파수의 제어 신호를 상기 무선전력 생성부로 전달하는 무선전력 송신장치.
- 제1항에 있어서,
상기 무선전력 생성부는,
제1 스위치를 가지고 상기 제1 스위치의 온-오프 동작을 통해 상기 전원의 DC전압을 변환하여 변환 전원을 생성하는 DC-DC 컨버터; 및
제2 및 제3 스위치를 가지고 상기 제2 및 제3 스위치의 온-오프 동작을 통해 상기 변환 전원으로부터 상기 무선전력을 생성하는 인버터; 를 포함하고,
상기 제어부는 상기 제1 스위치에 전달되는 컨버터 제어 신호와 상기 제2 및 제3 스위치에 전달되는 인버터 제어 신호를 생성하고,
상기 컨버터 제어 신호와 상기 인버터 제어 신호 중 적어도 하나는 상기 동작 모드의 변경에 따라 변경되는 무선전력 송신장치.
- 무선전력 송신장치가 송신코일을 통해 수신장치로 무선전력을 송신할 때의 상기 송신코일의 전압 또는 전류를 감지하는 단계;
상기 송신코일의 전압 또는 전류로부터 상기 무선전력 송신장치와 상기 수신장치간의 거리 정보를 생성하는 단계;
상기 거리 정보에 대응되는 기준 효율 정보를 생성하는 단계;
상기 기준 효율과 상기 무선전력 송신장치의 전력송신 효율을 서로 비교하는 단계; 및
상기 전력송신 효율이 상기 기준 효율보다 낮을 경우에 상기 무선전력의 크기를 감소시키는 단계; 를 포함하는 무선전력 송신장치 제어 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 수신장치의 수신전력 크기 정보를 가지는 패킷 신호를 상기 수신장치로부터 수신하고 상기 패킷 신호를 복조하여 상기 수신전력의 크기 정보를 생성하는 단계를 더 포함하는 무선전력 송신장치 제어 방법.
- 제11항에 있어서,
상기 무선전력 송신장치의 전원의 전압과 전류로부터 전원전력의 크기를 계산하는 단계를 더 포함하고,
상기 비교하는 단계는 상기 전원전력의 크기와 상기 수신전력의 크기에 기초하여 상기 전력송신 효율을 계산하고,
상기 감지하는 단계는 상기 전원의 전압과 전류를 더 감지하는 무선전력 송신장치 제어 방법.
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