KR20180137391A - 무선 전력 송신 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

무선 전력 송신 장치 및 그 동작 방법 Download PDF

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Abstract

다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는, 직류 전력을 제공하는 전력 소스, 상기 전력 소스로부터 제공받은 상기 직류 전력을 교류 전력으로 인버팅(inverting)하여 출력하는 인버터, 상기 교류 전력을 이용하여 자기장을 발생시키는 코일, 상기 인버터로부터 출력된 상기 교류 전력의 전압과, 상기 인버터로부터 출력된 상기 교류 전력의 전류를 측정하는 센서 및 상기 교류 전력의 전압 및 상기 교류 전력의 전류에 기반하여, 상기 코일로부터 발생하는 상기 자기장을 이용하여 무선 충전을 수행하는 전자 장치의 로드에 인가되는 전압을 확인하도록 설정된 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

무선 전력 송신 장치 및 그 동작 방법{WIRELESS POWER TRANSMITTING DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING THEREOF}
다양한 실시예는 무선 전력 송신 장치 및 그 동작 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자기장 또는 전자기파를 형성하여 무선으로 전자 장치를 충전할 수 있는 무선 전력 송신 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
현대를 살아가는 많은 사람들에게 휴대용 디지털 통신기기들은 하나의 필수 요소가 되었다. 소비자들은 언제 어디서나 자신이 원하는 다양한 고품질의 서비스를 제공받고 싶어한다. 뿐만 아니라 최근 IoT (Internet of Thing)로 인하여 우리 생활 속에 존재하는 각종 센서, 가전기기, 통신기기 등은 하나로 네트워크화 되고 있다. 이러한 각종 센서들을 원활하게 동작시키기 위해서는 무선 전력 송신 시스템이 필요하다.
무선 전력 송신은 자기유도, 자기공진, 그리고 전자기파 방식이 있다. 자기유도 또는 자기공진 방식은, 무선 전력 송신 장치에 상대적으로 근거리에 위치한 전자 장치를 충전하는데 유리하다. 전자기파 방식은, 자기유도 또는 자기 공진 방식에 수 m에 이르는 원거리 전력 전송에 보다 유리하다. 전자기파 방식은 주로 원거리 전력 전송에 사용되며, 원거리에 있는 전력 수신기의 정확한 위치를 파악하여 전력을 가장 효율적으로 전달할 수 있다.
자기 유도 방식과 관련하여서는 WPC(wireless power consortium) 표준 (또는, Qi 표준)이 마련되어 있으며, 공진 방식과 관련하여서는 A4WP(Alliance for Wireless Power) 표준 (또는, AFA(air fuel alliance) 표준)이 마련되어 있다. WPC 표준에서는, 전력을 수신하는 전자 장치가 온/오프 키잉(on/off keying) 변조 방식에 따라, 인-밴드 통신을 무선 전력 송신 장치와 수행할 수 있다. 아울러, A4WP 표준에서는, 전자 장치가 아웃-밴드 통신을 위한 별도의 통신 모듈(예: BLE 통신 모듈)을 포함한다. 전자 장치는, 충전이 개시된 이후에 지속적으로 전자 장치의 내부 센싱 정보(예: 전자 장치의 적어도 하나의 지점에서의 전압, 전류, 또는 전력의 크기)를 무선 전력 송신 장치에 보고할 수 있다.
WPC 표준의 경우에, 전자 장치가 온/오프 키잉 변조를 위하여 더미 로드(dummy load)에 연결된 스위치를 온/오프함에 따라 수신되는 전력의 크기가 변동될 수 있으며, 이에 따라 무선 충전 효율이 저하된다. A4WP 표준의 경우, 별도의 통신 모듈의 구동에 의하여 전자 장치가 전력을 추가적으로 소모하며, 이에 따라 충전 속도가 저하될 수 있다. 뿐만 아니라, 소형의 전자 장치에 통신을 위한 모듈(예: 변조 회로, 또는 통신 모듈)을 더 포함시킴에 따라, 전자 장치의 전체 부피 및 무게가 증가하는 문제가 발생할 수 있다. 특히, 배터리를 포함하지 않고 무선으로 수신한 전력만으로 동작하는 배터리 미포함 전자 장치의 경우에는, 통신 모듈의 턴-오프에 의하여 무선 충전 절차가 중단될 가능성도 있다.
다양한 실시예는, 상술한 문제점 또는 다른 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 통신 모듈을 통한 센싱 정보의 수신 없이도, 무선 충전 중인 전자 장치의 로드 전압, 또는 상호 유도 인덕턴스 중 적어도 하나를 확인할 수 있는 무선 전력 송신 장치 및 그 동작 방법을 제공할 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 무선 전력 송신 장치는, 직류 전력을 제공하는 전력 소스, 상기 전력 소스로부터 제공받은 상기 직류 전력을 교류 전력으로 인버팅(inverting)하여 출력하는 인버터, 상기 교류 전력을 이용하여 자기장을 발생시키는 코일, 상기 인버터로부터 출력된 상기 교류 전력의 전압과, 상기 인버터로부터 출력된 상기 교류 전력의 전류를 측정하는 센서, 및 상기 교류 전력의 전압 및 상기 교류 전력의 전류에 기반하여, 상기 코일로부터 발생하는 상기 자기장을 이용하여 무선 충전을 수행하는 전자 장치의 로드에 인가되는 전압을 확인하도록 설정된 프로세서를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 무선 전력 송신 장치의 동작 방법은, 직류 전력을 제공하는 동작, 상기 전력 소스로부터 제공받은 상기 직류 전력을 교류 전력으로 인버팅(inverting)하여 출력하는 동작, 상기 무선 전력 송신 장치의 코일을 통하여, 상기 교류 전력을 이용하여 자기장을 발생시키는 동작, 상기 교류 전력의 전압과 상기 교류 전력의 전류를 측정하는 동작, 및 상기 교류 전력의 전압 및 상기 교류 전력의 전류에 기반하여, 상기 코일로부터 발생하는 상기 자기장을 이용하여 무선 충전을 수행하는 전자 장치의 로드에 인가되는 전압을 확인하는 동작을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상술한 문제점 또는 다른 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 통신 모듈을 통한 센싱 정보의 수신 없이도, 무선 충전 중인 전자 장치의 로드 전압, 또는 상호 유도 인덕턴스 중 적어도 하나를 확인할 수 있는 무선 전력 송신 장치 및 그 동작 방법이 제공될 수 있다. 이에 따라, 통신 모듈을 포함하지 않는 전자 장치도 안정적으로 충전할 수 있는 무선 전력 송신 장치가 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 전자 장치의 블록도를 도시한다.
도 2는 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 전자 장치의 블록도를 도시한다.
도 3은 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 전자 장치의 회로도이다.
도 4는, 도 3의 회로도를 간략화하여 모델링한 회로도이다.
도 5는 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 6은 다양한 실시예에 따른 인버터의 출력 전압의 파형을 도시한다.
도 7은 다양한 실시예에 따른 전류를 측정하는 무선 전력 송신 장치의 블록도를 도시한다.
도 8은 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 동작 방법의 흐름도를 도시한다.
도 9 내지 12는 다양한 실시예에 따른 실험 결과를 나타내는 그래프를 도시한다.
도 13은 다양한 실시예에 따른 샘플링 포인트를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 효율을 나타낸다.
이하, 본 문서의 다양한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 실시예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B" 또는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1," "제 2," "첫째," 또는 "둘째,"등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.
본 문서에서, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 "~에 적합한," "~하는 능력을 가지는," "~하도록 변경된," "~하도록 만들어진," "~를 할 수 있는," 또는 "~하도록 설계된"과 상호 호환적으로(interchangeably) 사용될 수 있다. 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 전자 장치는, 예를 들면, 스마트폰, 태블릿 PC, 이동 전화기, 영상 전화기, 전자책 리더기, 데스크탑 PC, 랩탑 PC, 넷북 컴퓨터, 워크스테이션, 서버, PDA, PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 의료기기, 카메라, 또는 웨어러블 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 웨어러블 장치는 액세서리형(예: 시계, 반지, 팔찌, 발찌, 목걸이, 안경, 콘택트 렌즈, 또는 머리 착용형 장치(head-mounted-device(HMD)), 직물 또는 의류 일체형(예: 전자 의복), 신체 부착형(예: 스킨 패드 또는 문신), 또는 생체 이식형 회로 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 무선 전력 송신 장치 또는 전자 장치는, 예를 들면, 텔레비전, 텔레비전과 유선 또는 무선으로 연동되는 셋톱 박스, DVD(digital video disk) 플레이어, 오디오, 냉장고, 에어컨, 청소기, 오븐, 전자레인지, 세탁기, 공기 청정기, 셋톱 박스, 홈 오토매이션 컨트롤 패널, 보안 컨트롤 패널, 미디어 박스, 게임 콘솔, 전자 사전, 전자 키, 캠코더, 전기 자동차 또는 전자 액자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 무선 전력 송신 장치 또는 전자 장치는, 각종 의료기기(예: 각종 휴대용 의료측정기기(혈당 측정기, 심박 측정기, 혈압 측정기, 또는 체온 측정기 등), MRA(magnetic resonance angiography), MRI(magnetic resonance imaging), CT(computed tomography), 촬영기, 또는 초음파기 등), 네비게이션 장치, 위성 항법 시스템(GNSS(global navigation satellite system)), EDR(event data recorder), FDR(flight data recorder), 자동차 인포테인먼트 장치, 선박용 전자 장비(예: 선박용 항법 장치, 자이로 콤파스 등), 항공 전자기기(avionics), 보안 기기, 차량용 헤드 유닛(head unit), 산업용 또는 가정용 로봇, 드론(drone), 금융 기관의 ATM, 상점의 POS(point of sales), 또는 사물 인터넷 장치 (예: 전구, 각종 센서, 스프링클러 장치, 화재 경보기, 온도조절기, 가로등, 토스터, 운동기구, 온수탱크, 히터, 보일러 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치 또는 전자 장치는 가구, 건물/구조물 또는 자동차의 일부, 전자 보드(electronic board), 전자 사인 수신 장치(electronic signature receiving device), 프로젝터, 또는 각종 계측 기기(예: 수도, 전기, 가스, 또는 전파 계측 기기 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 무선 전력 송신 장치 또는 전자 장치는 플렉서블하거나, 또는 전술한 다양한 장치들 중 둘 이상의 조합일 수 있다. 본 문서의 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 또는 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다. 본 문서에서, 사용자라는 용어는 전자 장치를 사용하는 사람 또는 무선 전력 송신 장치 또는 전자 장치를 사용하는 장치(예: 인공지능 전자 장치)를 지칭할 수 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 전자 장치의 블록도를 도시한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)는 전자 장치(150)에 무선으로 전력(101)을 송신할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는, 다양한 충전 방식에 따라 전자 장치(150)로 전력(101)을 송신할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는, 유도 방식에 따라 전력(101)을 송신할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)가 유도 방식에 의한 경우에, 무선 전력 송신 장치(100)는, 예를 들어 전력 소스, 직류-교류 변환 회로, 증폭 회로, 임피던스 매칭 회로, 적어도 하나의 커패시터, 적어도 하나의 코일 등을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 커패시터는 적어도 하나의 코일과 함께 공진 회로를 구성할 수도 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는, 공진 방식에 따라 전력(101)을 송신할 수 있다. 공진 방식에 의한 경우에는, 무선 전력 송신 장치(100)는, 예를 들어 전력 소스, 직류-교류 변환 회로, 증폭 회로, 임피던스 매칭 회로, 적어도 하나의 커패시터, 적어도 하나의 코일 등을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 커패시터 및 적어도 하나의 코일은 공진 회로를 구성할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는, 공진 방식 또는 유도 방식에 따라 전류가 흐르면 유도 자기장을 생성할 수 있는 코일을 포함할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)가 유도 자기장을 생성하는 과정을, 무선 전력 송신 장치(100)가 전력(101)을 무선으로 송신한다고 표현할 수 있다. 아울러, 전자 장치(150)는, 주변에 형성된 시간에 따라 크기가 변경되는 자기장에 의하여 유도 기전력이 발생되는 코일을 포함할 수 있다. 전자 장치(150)가, 코일을 통하여 유도 기전력을 발생시키는 과정을, 전자 장치(150)가 전력(101)을 무선으로 수신한다고 표현할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는, 전자기파 방식에 따라 전력(161)을 송신할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)가 전자기파 방식에 의한 경우에, 무선 전력 송신 장치(100)는, 예를 들어 전력 소스, 직류-교류 변환 회로, 증폭 회로, 분배 회로, 위상 쉬프터, 복수 개의 패치 안테나를 포함하는 전력 송신용 안테나 어레이 등을 포함할 수 있다. 복수 개의 패치 안테나 각각은 RF(radio frequency) 웨이브(예: 전자기파)를 형성할 수 있다. 전자 장치(150)는, 주변에 형성된 RF 웨이브를 이용하여 전류를 출력할 수 있는 패치 안테나를 포함할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)가 RF 웨이브를 형성하는 과정을, 무선 전력 송신 장치(100)가 전력(161)을 무선으로 송신한다고 표현할 수 있다. 전자 장치(150)가 RF 웨이브를 이용하여 패치 안테나로부터 전류를 출력하는 과정을, 전자 장치(150)가 전력(101)을 무선으로 수신한다고 표현할 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 무선 전력 송신 장치(100)는, 코일의 전류, 전압 또는 전력의 크기 변경에 기초하여 로드 변경(또는, 임피던스 변경)을 측정할 수 있으며, 측정 결과를 이용하여 전자 장치(150)의 적어도 하나의 지점에서의 전압 또는 무선 전력 송신 장치(100) 및 전자 장치(150) 사이의 상호 유도 인덕턴스 중 적어도 하나를 판단할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는, 전자 장치(150)의 적어도 하나의 지점에서의 전압에 기반하여, 송신하는 전력(101)의 크기를 조정할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(150)의 로드 전압이 미리 지정된 값보다 증가하는 것으로 판단되면, 무선 전력 송신 장치(100)는 전자 장치(150)의 로드에 과전압이 부가되지 않도록, 송신하는 전력(101)의 크기를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(150)의 로드 전압이 미리 지정된 값보다 감소하는 것으로 판단되면, 무선 전력 송신 장치(100)는 전자 장치(150)의 로드에 저전압이 부가되지 않도록, 송신하는 전력(101)의 크기를 증가시킬 수 있다. 다양한 실시예에서, 무선 전력 송신 장치(100)는, 전력 소스에서 출력되는 전압의 크기 또는 전류의 크기 중 적어도 하나를 조정하거나, 인버팅 회로에서 출력되는 전류 또는 전압의 폭(width)을 조정함으로써, 전력(101)의 크기를 조정할 수 있다.
본 문서에서, 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150), 또는 다른 전자 장치가 특정 동작을 수행하는 것은, 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150), 또는 다른 전자 장치에 포함된 다양한 하드웨어, 예를 들어 프로세서와 같은 제어 회로, 코일 또는 패치 안테나 등이 특정 동작을 수행하는 것을 의미할 수 있다. 또는, 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150), 또는 다른 전자 장치가 특정 동작을 수행하는 것은, 프로세서가 다른 하드웨어로 하여금 특정 동작을 수행하도록 제어하는 것을 의미할 수도 있다. 또는, 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150), 또는 다른 전자 장치가 특정 동작을 수행하는 것은, 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150), 또는 다른 전자 장치의 저장 회로(예: 메모리)에 저장되었던 특정 동작을 수행하기 위한 인스트럭션이 수행됨에 따라, 프로세서 또는 다른 하드웨어가 특정 동작을 수행하도록 야기하는 것을 의미할 수도 있다.
도 2는 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 전자 장치의 블록도를 도시한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)는, 전력 소스(111), 인버터(112), 코일(113), 센서(114) 및 컨트롤러(115)를 포함할 수 있다. 전자 장치(150)는, 코일(151), 정류기(152) 및 로드(153)를 포함할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)는 전자 장치(150)로, 유도 방식, 공진 방식 또는 전자기파 방식 중 적어도 하나의 방식에 따라 무선으로 전력을 송신할 수 있다.
컨트롤러(115)는, 무선 전력 송신 장치(100)가 송신하는 전력의 크기를 제어할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(115)는 전력 소스(111)에서 출력되는 전력의 크기를 제어하거나, 또는 전력 소스(111) 및 인버터(112) 사이, 또는 인버터(112) 및 코일(113) 사이에 포함된 전력 증폭기(power amplifier)의 증폭 이득을 제어함에 따라, 무선 전력 송신 장치(100)가 송신하는 전력의 크기를 제어할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(115)는, 제어 회로(102)는, 전력 증폭기(power amplifier)의 바이어스 전압의 크기를 제어할 수 있다. 컨트롤러(115)는, 인버터(112)에서 출력되는 전력의 듀티 사이클(또는, 폭(width)) 또는 주파수를 제어함으로써, 무선 전력 송신 장치(100)에서 무선으로 송신되는 전력의 크기를 조정할 수 있다.
컨트롤러(115)는, CPU와 같은 범용 프로세서, 미니 컴퓨터, 마이크로 프로세서, MCU(micro controlling unit), FPGA(field programmable gate array) 등의 연산을 수행할 수 있는 다양한 회로로 구현될 수 있으며, 그 종류에는 제한이 없다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 코일(151)은 코일(113)로부터 유도 방식, 공진 방식 또는 전자기파 방식 중 적어도 하나의 방식에 따라 무선으로 전력을 수신할 수 있다. 정류기(152)는, 수신된 교류 파형의 전력을 직류 파형으로 정류할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 정류기(152)로부터 출력되는 정류된 전력을 레귤레이팅(regulating)하는 레귤레이터(또는, DC/DC 컨버터)가 더 포함될 수도 있다. 로드(153) 정류된 전력(또는, 컨버팅된 전력)의 출력단을 의미할 수도 있으며, 또는 전자 장치(150)의 다양한 하드웨어를 의미할 수도 있다.
다양한 실시예에 따라서, 센서(114)는 코일(113)로 입력되는 전류의 크기를 측정할 수 있다. 센서(114)는, 인버터(112)의 출력 전압, 또는 전력 소스(111)의 출력 전압을 측정할 수 있다. 컨트롤러(115)는 코일(113)로 입력되는 전류의 크기 및 인버터(112)의 출력 전압에 기반하여, 무선으로 충전을 수행하고 있는 전자 장치(150)의 로드(153)에 인가되는 전압을 확인할 수 있다. 컨트롤러(115)는, 코일(113)로 입력되는 전류의 크기 및 인버터(112)의 출력 전압에 기반하여, 전자 장치(150) 및 무선 전력 송신 장치(100) 사이의 상호 유도 인덕턴스를 확인할 수 있다. 컨트롤러(115)는, 확인된 로드(153)에 인가되는 전압 또는 상호 유도 인덕턴스 중 적어도 하나에 기반하여, 코일(113)로부터 무선으로 송신되는 전력의 크기를 조정할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는 로드(153)에 인가되는 전압이 미리 지정된 값보다 큰 것으로 판단되면, 송신하는 전력의 크기를 감소시킬 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는, 로드(153)에 인가되는 전압이 미리 지정된 값인 경우에는, 송신하는 전력의 크기를 유지시킬 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는, 로드(153)에 인가되는 전압이 미리 지정된 값보다 작은 경우에는, 송신하는 전력의 크기를 증가시킬 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는 상호 유도 인덕턴스의 크기가 지정된 값보다 작은 것으로 판단되면 송신하는 전력의 크기를 감소시킬 수 있으며, 상호 유도 인덕턴스의 크기가 지정된 값 이상이 되도록 제어할 수 있다.
다양한 실시예에서, 무선 전력 송신 장치(100) 및 전자 장치(150)는 인-밴드 통신 또는 아웃-밴드 통신을 위한 통신 모듈을 포함할 수도 있다. 이 경우, 무선 전력 송신 장치(100)는, 가입 과정 중에 전자 장치(150)와 통신을 수행할 수도 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는, 전자 장치(150)의 식별 정보, 정격 전압 정보, 정격 전력 정보, 정류기 출력단에서 허용되는 전류 또는 전압의 최대 크기에 대한 정보, 전자 장치(150)의 캐퍼빌리티(capability)에 대한 정보를 수신할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는 정보를 수신하고, 이후 전자 장치(150)에 대한 충전을 수행할 수 있다. 기존의 전자 장치(150)는 충전 중에, 전자 장치(150)의 적어도 하나의 지점에서의 전압, 전류, 전력 또는 온도 중 적어도 하나를 센싱하고, 센싱 데이터를 무선 전력 송신 장치(100)로 송신할 수 있다. 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)는, 충전 개시 시점까지는 전자 장치(150)와 통신을 수행하고, 충전을 시작한 이후부터는 통신을 중단할 수도 있다. 이후, 무선 전력 송신 장치(100)는, 상술한 바와 같이, 통신을 수행하지 않으면서도 전자 장치(150)의 전자 장치(150)의 로드 전압을 판단하여, 송신하는 전력의 크기를 조정할 수도 있다. 또는, 무선 전력 송신 장치(100)는 전자 장치(150)의 로드 전압의 변경이 검출되면, 통신을 재개하여 전자 장치(150)로부터 센싱 데이터를 수신할 수도 있다.
다양한 실시예에서, 무선 전력 송신 장치(100)는 핑-신호에 대한 응답에 기반하여 전자 장치를 검출할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는, 또는 로드 변경 및 애드버타이즈먼트 신호 수신에 기반하여 전자 장치를 검출할 수도 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는 통신 모듈을 포함하는 전자 장치(150)와는, 가입 절차를 수행한 이후에, 통신 모듈을 통하여 전자 장치(150)의 센싱 데이터를 수신할 수 있다. 한편, 통신 모듈을 포함하지 않는 전자 장치(150)에 대하여 사용자가 충전을 원할 수도 있다. 예를 들어, 외부 버튼의 지정 등에 따라서, 무선 전력 송신 장치(100)는 무선 충전을 바로 수행할 수도 있다. 이 경우, 무선 전력 송신 장치(100)는, 상술한 바와 같이, 인버터의 출력 전압 및 코일에 인가되는 전류에 기반하여, 충전 중인 전자 장치(150)의 로드 전압을 산출하고, 산출 결과에 따라 송신하는 전력의 크기를 제어할 수도 있다.
도 3은 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 전자 장치의 회로도이다.
다양한 실시예에 따라서, 전력 소스(301)는, 예를 들어 VDC의 전압을 가지는 직류 전력을 출력할 수 있다. 도 3의 회로도는, 예를 들어 SS(series-series) 토폴로지(topology)에 기반한 것일 수 있다. 인버터(302)는, 전달받은 직류 전력을, 교류 전력으로 인버팅하여 출력할 수 있다. 인버터(302)는, 예를 들어 위상-쉬프트 풀-브릿지 인버터(phase-shifted full-bridge inverter)로 구현될 수 있으나, 구현 형태에는 제한이 없다. 인버터(302)로부터 출력되는 교류 전력의 전압을 Vp라고 명명하도록 한다. 예를 들어, Vp는 고정된 주파수를 가질 수 있다. 인버터(302)는 듀티 사이클(D)을 변경함으로써, 코일(305)에 전달되는 전력의 크기를 조정할 수 있으며, 이에 따라 코일(305)로부터 무선으로 송신되는 전력의 크기가 조정될 수도 있다. 커패시터(303)는, 코일(305)에 직렬로 연결될 수 있다. 커패시터(303)는, C1의 커패시턴스를 가질 수 있으며, 코일(305)은 L1의 인덕턴스를 가질 수 있다. 커패시터(303)는, 코일(305)에 직렬로 연결된 것과 같이 도시되어 있지만, 이는 단순히 예시적인 것으로 커패시터(303)는 코일(305)에 병렬로 연결될 수도 있다. 또는, 커패시터(303)는 코일(305)에 직렬로 연결되면서, 또 다른 커패시터가 코일(305)에 병렬로 연결될 수도 있다. 저항(304)은, 예를 들어 코일(305) 또는 전선의 저항을 의미할 수 있으며, R1의 옴을 가질 수 있다. 코일(305)에는 제 1 전류(Ip)가 흐를 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 전자 장치(150)의 코일(311)은 L2의 인덕턴스를 가질 수 있다. 코일(305) 및 코일(311) 사이의 상호 유도 인덕턴스는 M일 수 있다. 커패시터(313)는, 코일(311)에 직렬로 연결될 수 있다. 커패시터(303) 및 커패시터(313) 각각은, 코일(305) 및 코일(311) 각각에 보상(compensation)을 위하여 직렬로 연결될 수 있으며, 이러한 연결 상태를 SS 보상 토폴로지(SS compensation topology)라 명명할 수도 있다. 커패시터(313)는, C2의 커패시턴스를 가질 수 있다. 커패시터(313)는, 코일(311)에 직렬로 연결된 것과 같이 도시되어 있지만, 이는 단순히 예시적인 것으로 커패시터(313)는 코일(311)에 병렬로 연결될 수도 있다. 또는, 커패시터(313)는 코일(311)에 직렬로 연결되면서, 또 다른 커패시터가 코일(311)에 병렬로 연결될 수도 있다. 무선 충전을 위한 공진 주파수는 수학식 1과 같이 결정될 수 있다.
Figure pat00001
저항(312)은, 예를 들어 코일(311) 또는 전선의 저항을 의미할 수 있으며, R2의 옴을 가질 수 있다. 코일(311)에는 제 2 전류(IS)가 흐를 수 있다. 아울러, 정류기(313)의 입력단에는 VS의 전압이 인가될 수 있다. 정류기(314)는, 교류 전력을 정류하여 출력할 수 있으며, 예를 들어 풀-브리지 다이오드 정류기로 구현될 수 있다. 로드(316)는, RL의 로드를 가질 수 있다. 로드(316)에 인가되는 로드 전압은 VL일 수 있다. 로드(316)에는 커패시터(315)가 병렬로 연결될 수 있으며, C0의 커패시턴스를 가질 수 있다. 공진기는 ω0에 튜닝이 되어 있으므로, 이차측에서 흐르는 전류인 Is가 기본 성분에 대하여 영향을 미칠 수 있다. Is 및 Vs는 동일한 위상(in-phase)일 수 있다. 주요 전력이 기본 성분에 의하여 전송된다고 상정한 경우의 도 3의 회로도를 단순화하면 도 4와 같을 수 있다. 이 경우, 도 3의 인버터(302)는 사인파형의 전압 소스(401)로 단순화될 수 있으며, 전압 소스(401)의 전압은 V1으로 표현될 수 있다. Vp의 기본 성분(fundamental component)은, V1와 수학식 2의 관계를 가질 수 있다.
Figure pat00002
Vdc는 전력 소스(301)에서 출력되는 전력의 전압일 수 있으며, D는 인버터(302)의 스위칭 듀티 사이클일 수 있다. 커패시터(402)는 도 3의 커패시턴스(303)의 커패시턴스(C1)을 가지며, 저항(403)은 도 3의 저항(304)의 로드(R1)를 가지며, 코일(404)는 도 3의 코일(305)의 인덕턴스(L1)를 가질 수 있다. 도 3의 정류기(314)는 사인 파형 전압 소스(414)로 단순화될 수 있으며, 전압 소스(414)의 전압은 V2로 표현될 수 있다. 도 3의 Vs의 기본 성분은 V2와 수학식 3과 같은 연관 관계를 가질 수 있다.
Figure pat00003
다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)는, 무선 전력 송신 장치(100)의 코일(404)에 흐르는 전류(Ip) 및 인버터의 출력 전압(Vp)에 기반하여 V2를 판단할 수 있으며, 이에 따라 전자 장치(150)의 로드 전압(VL) 및 상호 유도 인덕턴스(M)을 판단할 수 있다. 전자 장치(150)의 로드(316)에는 일정한 전압이 인가될 것이 요구된다. 만약, 로드 전압(VL)(또는, V2)에 변경이 생긴 경우에는, 무선 전력 송신 장치(100)는 이를 통신 모듈 없이 파악할 수 있으며, 이에 대응하여 송신하는 전력의 크기를 조정함으로써, 로드(316)에 일정한 전압이 인가될 수 있다. 만약, 전자 장치(150) 및 무선 전력 송신 장치(100) 사이의 배열(alignment)이 변경되는 경우에, 무선 전력 송신 장치(100)는 상호 유도 인덕턴스(M)의 변경을 검출할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는, 상호 유도 인덕턴스의 변경에 따라 송신하는 전력의 크기를 조정할 수도 있다.
도 4에서와 같이, 전력 소스(401)로부터 바라보는 임피던스를 입력 임피던스(Zi)로 명명할 수 있다. 입력 임피던스(Zi)는 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00004
ω는 동작 각주파수일 수 있으며, X1은 (ωL1-1/(ωC1))일 수 잇으며, X2는 (ωL2-1/(ωC2))일 수 있다. 수학식 4에서와 같이, Zi는 복소수일 수 있으며, 실수 부분 및 허수 부분을 가질 수 있다. 복소수는 극좌표계(polar coordinate)에서 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00005
|Zi|는 Zi의 크기를 나타내며, ∠Zi는 Zi의 위상 각(phase angle)을 나타낸다. 수학식 4 및 5에 따라서, |Zi| 및 ∠Zi는 하기 수학식 6 및 7와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00006
Figure pat00007
수학식 6 및 7에서의 U는
Figure pat00008
와 같이 표현될 수 있다. 수학식 6 및 7로부터, 로드(316)의 로드 예상값(RL,est)이 수학식 8과 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00009
아울러, 상호 유도 인덕턴스의 예상값(Mest)이 수학식 9과 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00010
무선 전력 송신 장치(100)는, 상술한 방식에 따라, 상호 유도 인덕턴스를 산출할 수 있으며, 이에 대응하여 송신하는 전력의 크기를 조정할 수 있다.
무선 전력 송신 장치(100)는, 도 4의 소스(414)의 전압(V2)을 수학식 10과 같이 산출할 수 있다.
Figure pat00011
무선 전력 송신 장치(100)는, 도 3의 로드 전압의 예상값(VL,est)을 수학식 11과 같이 산출할 수 있다.
Figure pat00012
상술한 과정을 통하여 산출된 로드 전압(VL)을 기반으로, 무선 전력 송신 장치(100)는 송신하는 전력의 크기를 조정 또는 유지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 무선 전력 송신 장치(100)는, 인버터(302)의 출력단에서의 전압(Vp) 및 코일(305)로 입력되는 전류(Ip)로부터 상호 유도 인덕턴스(M) 및 전자 장치(150)의 로드 전압(VL)을 산출할 수 있다. 전류(Ip)를 측정하는 구성에 대하여서는, 도 7 및 8을 참조하여 더욱 상세하게 후술하도록 한다.
도 5는 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
다양한 실시예에 따라서, 무선 전력 송신 장치(100)는, 501 동작에서 제 1 크기의 전류를 코일(예: 코일(305))에 인가할 수 있다. 503 동작에서, 무선 전력 송신 장치(100)는, 코일(예: 코일(305))에 인가되는 전류의 크기를 측정할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는, 코일에 인가되는 전류를 적어도 3회 샘플링할 수 있으며, 샘플링 결과에 기반하여 코일(예: 코일(305))에 인가되는 전류의 크기를 측정할 수 있다. 505 동작에서, 무선 전력 송신 장치(100)는, 인버터(예: 인버터(302))의 출력 전압의 크기를 측정할 수 있다. 507 동작에서, 무선 전력 송신 장치(100)는, 측정된 전류의 크기 및 측정된 전압의 크기에 기반하여, 상호 인덕턴스 및 전자 장치(150)의 로드 전압을 판단할 수 있다. 509 동작에서, 무선 전력 송신 장치(100)는 판단 결과에 기반하여 코일(예: 코일(305))에 인가하는 전류의 크기를 조정할 수 있다.
도 6은 다양한 실시예에 따른 인버터의 출력 전압의 파형을 도시한다.
다양한 실시예에 따라서, 무선 전력 송신 장치(100)의 인버터(302)는 도 6과 같이 DTs1의 폭을 가지는 전압(601)을 출력할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는, 예를 들어 전자 장치(150)의 로드 전압(VL)이 지정된 값보다 큰 것을 확인할 수 있다. 즉, 무선 전력 송신 장치(100)는, 전자 장치(150)의 로드(316)에 과전압이 인가됨을 확인할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 송신 장치(100)는, 송신하는 전력의 크기를 감소할 것을 판단할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는 인버터(302)로부터의 출력되는 전압(602)의 폭을 DTs2로 감소시킬 수 있다. 전압(602)의 폭이 감소됨에 따라서, 코일(305)로부터 생성되는 자기장의 크기가 감소될 수 있다. 전자 장치(150)의 코일(311)에서는, 상대적으로 감소된 크기의 자기장으로부터 유도된 유도 기전력이 형성될 수 있다. 이에 따라, 로드(316)에 인가되는 전압이 기존보다 감소할 수 있으며, 과전압이 인가됨이 방지될 수 있다.
도 7은 다양한 실시예에 따른 전류를 측정하는 무선 전력 송신 장치의 블록도를 도시한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)의 인버터(inverter)(711)는 Vp의 전압을 가지는 전력을 일차측 회로(primary circuit)(712)로 전달할 수 있으며, 일차측 회로(712)에 연결된 코일(713)은 자기장을 형성할 수 있다. 코일(714)에서는 자기장에 의한 유도 기전력이 생성될 수 있으며, 유도 기전력은 이차측 회로(secondary side circuit)(715)에 의하여 처리될 수 있다. 샘플러(sampler)(704)는 일차측 회로(712)의 전류(Ip,sen)를 지정된 샘플링 주기로 샘플링할 수 있다. 다양한 실시예에서, 샘플러(704)는, 일차측 회로(712)의 전류(Ip,sen)를 3회 샘플링할 수 있다. 샘플러(704)에 의하여 측정된 전류(Ip,sen)에 대한 정보 및 인버터(711)의 출력 전압(Vp)를 이용하여, 로드 검출기(load detector)(705)는 전자 장치(150)의 로드(예: 로드(316))의 로드 값(RL)을 판단할 수 있다. 예를 들어, 로드 검출기(705)는, 수학식 8과 같은 연산 과정을 통하여 로드 값(RL)을 판단할 수 있다. 샘플러(704)에 의하여 측정된 전류(Ip,sen)에 대한 정보 및 인버터(711)의 출력 전압(Vp)를 이용하여, 정렬 검출기(alignment detector)(706)는 전자 장치(150) 및 무선 전력 송신 장치(100) 사이의 상호 유도 인덕턴스(M)을 판단할 수 있다. 예를 들어, 정렬 검출기(706)는, 수학식 9과 같은 연산 과정을 통하여 상호 유도 인덕턴스(M)을 판단할 수 있다. 전압 예측기(voltage estimator)(707)는, 로드 값(RL) 및 상호 유도 인덕턴스(M)를 이용하여, 전자 장치(150)의 로드 전압의 예상값(VL,est)을 산출할 수 있다. 예를 들어, 전압 예측기(707)는 수학식 11과 같은 연산 과정을 통하여 로드 전압의 예상값(VL,est)을 산출할 수 있다. PI 제어기(proportional-integral controller)(702)는 기준 로드 전압(VL,ref) 및 전압 예측기(voltage estimator)(707)로부터 산출된 로드 전압의 예상값(VL,est)이 처리(701)된 신호를 수신할 수 있다. PI 제어기(702)는 로드 전압의 예상값(VL,est) 및 기준 로드 전압(VL,ref)의 차이에 기반하여, 듀티 사이클(Dref)을 출력할 수 있다. 리미터(703)에 의하여 제한된 듀티 사이클(Dref,lim)는 인버터(711)로 제공될 수 있다. 인버터(711)는 제한된 듀티 사이클(Dref,lim)에 기반하여 출력 전압(Vp)의 듀티 사이클을 결정할 수 있다.
도 8은 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 동작 방법의 흐름도를 도시한다.
다양한 실시예에 따라서, 801 동작에서, 무선 전력 송신 장치(100)는 지정된 갯수만큼 전류 샘플링을 수행할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는 3회의 샘플링을 수행할 수 있다. 803 동작에서, 무선 전력 송신 장치(100)는 측정 결과를 이용하여 코일로 입력되는 전류(Ip)를 판단할 수 있다. 센서에 의하여 측정된 전류(Ip,sen)는 수학식 12로 표현될 수 있다.
Figure pat00013
I0는 전류(Ip,sen)의 오프셋일 수 있으며, |Ip|는 전류(Ip,sen)의 크기일 수 있다. 한편, V1이 V1sinθ로 표현되는 경우에, δ는 V1 및 Ip 사이의 위산 각 차이일 수 있다. 세 개의 미지수인 I0, |Ip|, 및 δ를 산출할 수 있도록, 무선 전력 송신 장치(100)는 3회의 샘플링을 수행할 수 있다. 샘플링 주파수는, 스위칭 주파수의 세배일 수도 있다. 세 개의 미지수인 I0, δ 및 |Ip|는 각각 수학식 13, 14 및 15로 표현될 수 있다.
Figure pat00014
Figure pat00015
Figure pat00016
수학식 13 내지 15에서 Ipi는, 각각 θ가 γ1, γ2, 및γ3인 경우에서 측정된 전류의 크기일 수 있다. 아울러, Δγ2는 γ2-γ1이며, γ3는 γ3- γ1일 수 있다. 상술한 바에 따라서, 무선 전력 송신 장치(100)는 3회의 비교적 적은 수의 샘플링을 통하여 코일에 입력되는 전류(Ip)를 산출할 수 있다. 아울러, 무선 전력 송신 장치(100)는 코일에 입력되는 전류(Ip) 및 인버터 출력 전압(Vp)에 기반하여, 전자 장치(150)의 로드 전압(VL)을 판단할 수 있다.
도 9 내지 12는 다양한 실시예에 따른 실험 결과를 나타내는 그래프를 도시한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 비교적 일정한 크기를 유지하는 전압(Vp)(901) 및 비교적 일정한 크기를 유지하는 전압(Ip)(902)이 100%의 로드(예: RL이 35Ω인 경우: 도 9의 상측 그래프) 및 50%의 로드(예: RL이 35Ω인 경우) 각각에서 모두 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있다.
도 10에서는, 전자 장치(150)의 로드 저항이 100%로부터 50%로 변경되는 것을 상정하도록 한다. 이 경우, 도 10에 도시된 바와 같이, 로드 저항이 100%로부터 50%로 변경되는 경우에, 스위칭 듀티 사이클(D)(1001)은 제 1 값으로부터 제 2 값으로 변경됨을 확인할 수 있다. 아울러, 로드 저항 예상 값(RL,est)(1002) 또한 제 1 값으로부터 제 2 값으로 변경됨을 확인할 수 있다. 이 경우, 상호 유도 인덕턴스(M)과 연관된 k의 예상값(kest)(1003)은 듀티 사이클(D)(1001)이 변경되는 시점 정도에 미약하게 변경되며, 대부분 일정한 값을 유지하는 것을 확인할 수 있다. 이 경우, 실제 전자 장치의 로드 전압(1004) 또한 로드 저항이 100%로부터 50%로 변경됨에도 불구하고, 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있다.
도 11에서는, 전자 장치(150)의 로드 저항이 50%로부터 100%로 변경되는 것을 상정하도록 한다. 이 경우, 도 11에 도시된 바와 같이, 로드 저항이 50%로부터 100%로 변경되는 경우에, 스위칭 듀티 사이클(D)(1101)은 제 1 값으로부터 제 2 값으로 변경됨을 확인할 수 있다. 아울러, 로드 저항 예상 값(RL,est)(1102) 또한 제 1 값으로부터 제 2 값으로 변경됨을 확인할 수 있다. 이 경우, 상호 유도 인덕턴스(M)과 연관된 k의 예상값(kest)(1103)은 듀티 사이클(D)(1101)이 변경되는 시점 정도에 미약하게 변경되며, 대부분 일정한 값을 유지하는 것을 확인할 수 있다. 이 경우, 실제 전자 장치의 로드 전압(1104) 또한 로드 저항이 50%로부터 100%로 변경됨에도 불구하고, 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있다.
도 12에서는, 전자 장치(150)가 무선 전력 송신 장치(100) 상에서 정렬(align) 상태에 있다가 비정렬(misalign) 상태로 변경되는 것을 상정하도록 한다. 이 경우, 도 12에 도시된 바와 같이, 비정렬되는 경우에, 스위칭 듀티 사이클(D)(1201)은 제 1 값으로부터 제 2 값으로 변경됨을 확인할 수 있다. 아울러, 로드 저항 예상 값(RL,est)(1202)는 상태 변경 시점에서 미약하게 변경될 뿐, 대체로 일정한 값을 유지하는 것을 확인할 수 있다. 이 경우, 상호 유도 인덕턴스(M)과 연관된 k의 예상값(kest)(1203)은 제 1 값으로부터 제 2 값으로 변경됨을 확인할 수 있다. 이 경우, 실제 전자 장치(150)의 배치가 변경됨에도 불구하고, 로드 전압(1204) 또한 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있다.
도 13은 다양한 실시예에 따른 샘플링 포인트를 설명하기 위한 도면이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)는 코일에 입력되는 전류의 일부 지점들을 샘플링 지점(sampling points)으로 결정할 수 있으며, 예를 들어 전압(Vp)의 스위칭 지점의 직전으로 결정될 수도 있다.
도 14는 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 효율을 나타낸다.
도 14에 도시된 바와 같이, 전자 장치의 로드 저항이 정격 조건에 대응되는 경우에, 약 89% 정도의 높은 효율을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
상기 무선 전력 송신 장치 또는 전자 장치의 전술한 구성요소들 각각은 하나 또는 그 이상의 부품(component)으로 구성될 수 있으며, 해당 구성 요소의 명칭은 전자 장치의 종류에 따라서 달라질 수 있다. 다양한 실시예에서, 전자 장치는 전술한 구성요소 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있으며, 일부 구성요소가 생략되거나 또는 추가적인 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다. 또한, 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 구성 요소들 중 일부가 결합되어 하나의 개체(entity)로 구성됨으로써, 결합되기 이전의 해당 구성 요소들의 기능을 동일하게 수행할 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어 "모듈"은, 예를 들면, 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어(firmware) 중 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함하는 단위(unit)를 의미할 수 있다. "모듈"은, 예를 들면, 유닛(unit), 로직(logic), 논리 블록(logical block), 부품(component), 또는 회로(circuit) 등의 용어와 바꾸어 사용(interchangeably use)될 수 있다. "모듈"은, 일체로 구성된 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. "모듈"은 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는 최소 단위 또는 그 일부가 될 수도 있다. "모듈"은 기계적으로 또는 전자적으로 구현될 수 있다. 예를 들면,"모듈"은, 알려졌거나 앞으로 개발될, 어떤 동작들을 수행하는 ASIC(application-specific integrated circuit) 칩, FPGAs(field-programmable gate arrays) 또는 프로그램 가능 논리 장치(programmable-logic device) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 장치(예: 모듈들 또는 그 기능들) 또는 방법(예: 동작들)의 적어도 일부는, 예컨대, 프로그램 모듈의 형태로 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체(computer-readable storage media)에 저장된 명령어로 구현될 수 있다. 상기 명령어는, 프로세서에 의해 실행될 경우, 상기 하나 이상의 프로세서가 상기 명령어에 해당하는 기능을 수행할 수 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체는, 예를 들면, 메모리가 될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 명령들을 저장하고 있는 저장 매체에 있어서, 상기 명령들은 적어도 하나의 프로세서에 의하여 실행될 때에 상기 적어도 하나의 프로세서로 하여금 적어도 하나의 동작을 수행하도록 설정된 것으로서, 상기 적어도 하나의 동작은, 직류 전력을 제공하는 동작, 상기 전력 소스로부터 제공받은 상기 직류 전력을 교류 전력으로 인버팅(inverting)하여 출력하는 동작, 상기 무선 전력 송신 장치의 코일을 통하여, 상기 교류 전력을 이용하여 자기장을 발생시키는 동작, 상기 교류 전력의 전압과 상기 교류 전력의 전류를 측정하는 동작, 및 상기 교류 전력의 전압 및 상기 교류 전력의 전류에 기반하여, 상기 코일로부터 발생하는 상기 자기장을 이용하여 무선 충전을 수행하는 전자 장치의 로드에 인가되는 전압을 확인하는 동작을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은, 명령들은 외부 서버에 저장될 수 있으며, 무선 전력 송신기와 같은 전자 장치에 다운로드되어 설치될 수도 있다. 즉, 본 발명의 다양한 실시예에 의한 외부 서버는, 무선 전력 송신기가 다운로드할 수 있는 명령들을 저장할 수 있다.
상기 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체는, 하드디스크, 플로피디스크, 마그네틱 매체(magnetic media)(예: 자기테이프), 광기록 매체(optical media)(예: CD-ROM(compact disc read only memory), DVD(digital versatile disc), 자기-광 매체(magneto-optical media)(예: 플롭티컬 디스크(floptical disk)), 하드웨어 장치(예: ROM(read only memory), RAM(random access memory), 또는 플래시 메모리 등) 등을 포함할 수 있다. 또한, 프로그램 명령에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 상술한 하드웨어 장치는 다양한 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지다.
다양한 실시예에 따른 모듈 또는 프로그램 모듈은 전술한 구성요소들 중 적어도 하나 이상을 포함하거나, 일부가 생략되거나, 또는 추가적인 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따른 모듈, 프로그램 모듈 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적, 병렬적, 반복적 또는 휴리스틱(heuristic)한 방법으로 실행될 수 있다. 또한, 일부 동작은 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 다른 동작이 추가될 수 있다.
그리고 본 문서에 개시된 실시예는 개시된, 기술 내용의 설명 및 이해를 위해 제시된 것이며, 본 개시의 범위를 한정하는 것은 아니다. 따라서, 본 개시의 범위는, 본 개시의 기술적 사상에 근거한 모든 변경 또는 다양한 다른 실시예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 무선 전력 송신 장치에 있어서,
    직류 전력을 제공하는 전력 소스;
    상기 전력 소스로부터 제공받은 상기 직류 전력을 교류 전력으로 인버팅(inverting)하여 출력하는 인버터;
    상기 교류 전력을 이용하여 자기장을 발생시키는 코일;
    상기 인버터로부터 출력된 상기 교류 전력의 전압과, 상기 인버터로부터 출력된 상기 교류 전력의 전류를 측정하는 센서; 및
    상기 교류 전력의 전압 및 상기 교류 전력의 전류에 기반하여, 상기 코일로부터 발생하는 상기 자기장을 이용하여 무선 충전을 수행하는 전자 장치의 로드에 인가되는 전압을 확인하도록 설정된 프로세서
    를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 확인된 상기 전자 장치의 로드에 인가되는 전압이 미리 지정된 값보다 큰 경우에는, 상기 코일로 입력되는 상기 교류 전력의 크기를 감소시키도록 설정된 무선 전력 송신 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 확인된 상기 전자 장치의 로드에 인가되는 전압이 미리 지정된 값보다 작은 경우에는, 상기 코일로 입력되는 상기 교류 전력의 크기를 증가시키도록 설정된 무선 전력 송신 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 확인된 상기 전자 장치의 로드에 인가되는 전압이 미리 지정된 값에 대응되는 경우에는, 상기 코일로 입력되는 상기 교류 전력의 크기를 유지하도록 설정된 무선 전력 송신 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 교류 전력의 전압 및 상기 교류 전력의 전류에 기반하여, 상기 무선 전력 송신 장치 및 상기 전자 장치의 상호 유도 인덕턴스를 확인하도록 설정된 무선 전력 송신 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 상호 유도 인덕턴스가 지정된 값 이상을 유지하도록, 상기 코일로 입력되는 상기 교류 전력의 크기를 조정하도록 설정된 무선 전력 송신 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 교류 전력의 전압 및 상기 교류 전력의 전류에 기반하여, 상기 전자 장치의 상기 로드의 로드 값을 확인하고,
    상기 교류 전력의 전압 및 상기 교류 전력의 전류에 기반하여, 상기 확인된 로드 값, 및 상기 상호 유도 인덕턴스를 이용하여, 상기 전자 장치의 로드에 인가되는 전압을 확인하도록 설정된 무선 전력 송신 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 코일로 입력되는 상기 교류 전력의 상기 교류의 크기를 지정된 개수만큼 샘플링하고,
    상기 샘플링 결과에 적어도 기반하여, 상기 교류 전력의 전류의 크기, 상기 교류 전력의 오프셋, 상기 인버터로부터 출력되는 상기 교류 전력의 전압 및 상기 코일로 입력되는 상기 교류 전력의 전류 사이의 위상 각 차이를 확인하도록 설정된 무선 전력 송신 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 교류 전력의 전류의 크기, 상기 교류 전력의 오프셋, 상기 인버터로부터 출력되는 상기 교류 전력의 전압 및 상기 코일로 입력되는 상기 교류 전력의 전류 사이의 위상 각 차이에 기반하여, 상기 교류 전력의 상기 교류를 확인하도록 설정된 무선 전력 송신 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 교류 전력의 상기 교류의 크기를 3개의 지점에서 샘플링하도록 설정된 무선 전력 송신 장치.
  11. 무선 전력 송신 장치의 동작 방법에 있어서,
    직류 전력을 제공하는 동작;
    상기 전력 소스로부터 제공받은 상기 직류 전력을 교류 전력으로 인버팅(inverting)하여 출력하는 동작;
    상기 무선 전력 송신 장치의 코일을 통하여, 상기 교류 전력을 이용하여 자기장을 발생시키는 동작;
    상기 교류 전력의 전압과 상기 교류 전력의 전류를 측정하는 동작; 및
    상기 교류 전력의 전압 및 상기 교류 전력의 전류에 기반하여, 상기 코일로부터 발생하는 상기 자기장을 이용하여 무선 충전을 수행하는 전자 장치의 로드에 인가되는 전압을 확인하는 동작
    을 포함하는 무선 전력 송신 장치의 동작 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 확인된 상기 전자 장치의 로드에 인가되는 전압이 미리 지정된 값보다 큰 경우에는, 상기 코일로 입력되는 상기 교류 전력의 크기를 감소시키는 동작
    을 더 포함하는 무선 전력 송신 장치의 동작 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 확인된 상기 전자 장치의 로드에 인가되는 전압이 미리 지정된 값보다 작은 경우에는, 상기 코일로 입력되는 상기 교류 전력의 크기를 증가시키는 동작
    을 더 포함하는 무선 전력 송신 장치의 동작 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 확인된 상기 전자 장치의 로드에 인가되는 전압이 미리 지정된 값에 대응되는 경우에는, 상기 코일로 입력되는 상기 교류 전력의 크기를 유지하는 동작
    을 더 포함하는 무선 전력 송신 장치의 동작 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 전자 장치의 로드에 인가되는 전압을 확인하는 동작은,
    상기 교류 전력의 전압 및 상기 교류 전력의 전류에 기반하여, 상기 무선 전력 송신 장치 및 상기 전자 장치의 상호 유도 인덕턴스를 확인하는 동작을 포함하는 무선 전력 송신 장치의 동작 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 상호 유도 인덕턴스가 지정된 값 이상을 유지하도록, 상기 코일로 입력되는 상기 교류 전력의 크기를 조정하는 동작
    을 더 포함하는 무선 전력 송신 장치의 동작 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 전자 장치의 로드에 인가되는 전압을 확인하는 동작은,
    상기 교류 전력의 전압 및 상기 교류 전력의 전류에 기반하여, 상기 전자 장치의 상기 로드의 로드 값을 확인하는 동작; 및
    상기 교류 전력의 전압 및 상기 교류 전력의 전류에 기반하여, 상기 확인된 로드 값, 및 상기 상호 유도 인덕턴스를 이용하여, 상기 전자 장치의 로드에 인가되는 전압을 확인하는 동작
    을 더 포함하는 무선 전력 송신 장치의 동작 방법.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 코일로 입력되는 상기 교류 전력의 상기 교류의 크기를 지정된 개수만큼 샘플링하는 동작; 및
    상기 샘플링 결과에 적어도 기반하여, 상기 교류 전력의 전류의 크기, 상기 교류 전력의 오프셋, 상기 인버터로부터 출력되는 상기 교류 전력의 전압 및 상기 코일로 입력되는 상기 교류 전력의 전류 사이의 위상 각 차이를 확인하는 동작
    을 더 포함하는 무선 전력 송신 장치의 동작 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 교류 전력의 전류의 크기, 상기 교류 전력의 오프셋, 상기 인버터로부터 출력되는 상기 교류 전력의 전압 및 상기 코일로 입력되는 상기 교류 전력의 전류 사이의 위상 각 차이에 기반하여, 상기 교류 전력의 상기 교류를 확인하는 동작
    을 더 포함하는 무선 전력 송신 장치의 동작 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 코일로 입력되는 상기 교류 전력의 상기 교류의 크기를 지정된 개수만큼 샘플링하는 동작은,
    상기 교류 전력의 상기 교류의 크기를 3개의 지점에서 샘플링하도록 설정된 무선 전력 송신 장치의 동작 방법.
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