KR20190012985A - 무선 전력 송신기 및 무선 전력 송신기의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 전력 송신기 및 무선 전력 송신기의 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 제어 방법은, 제1 전력의 아날로그(analog) 감지 신호를 발생시키는 단계; 아날로그 감지 신호에 대응한 전력 송신 코일의 임피던스 변화에 의해 물체가 감지되면, 제2 전력의 디지털(digital) 감지 신호를 발생시키는 단계; 디지털 감지 신호에 대응한 응답 신호에 의해 무선 전력 수신기를 식별하는 단계; 및 식별된 무선 전력 수신기로부터 수신한 전력 레벨(power class)에 따라 디지털 감지 신호의 제2 전력을 제2 전력 보다 높은 제3 전력으로 변경하거나, 제2 전력을 상기 제2 전력 보다 낮은 제4 전력으로 변경하는 단계;를 포함하며, 제1 전력은 제2 전력과 상이할 수 있다.

Description

무선 전력 송신기 및 무선 전력 송신기의 제어 방법{A method for controlling a wireless power transmitter and a wireless power transmitter}

본 발명은 무선 전력 송신기에 관한 것이다.

일반적으로 배터리에 전력을 충전시키기 위한 충전장치와 배터리 간의 전기적 연결방식의 일 예로, 상용전원을 공급받아 배터리에 대응하는 전압 및 전류로 변환하여 해당 배터리의 단자를 통해 배터리로 전기에너지를 공급하는 단자공급방식을 들 수 있다. 이러한 단자공급방식은 물리적인 케이블(cable) 또는 전선의 사용이 동반된다. 따라서 단자공급방식의 장비들을 많이 취급하는 경우, 많은 케이블들이 상당한 작업 공간을 차지하고 정리가 곤란하며 외관상으로도 좋지 않다. 또한 단자공급방식은 단자들간의 서로 다른 전위차로 인한 순간방전현상, 이물질에 의한 소손 및 화재 발생, 자연방전, 배터리의 수명 및 성능 저하 등의 문제점을 야기할 수 있다.

최근 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 무선으로 전력을 전송하는 방식을 이용한 충전시스템(이하 "무선 충전 시스템"이라 칭함.)과 제어방법들이 제시되고 있다. 또한, 무선 충전 시스템이 과거에는 일부 단말에 기본 장착되지 않고 소비자가 별도 무선 충전 수신기 액세서리를 별도로 구매해야 했기에 무선 충전 시스템에 대한 수요가 낮았으나 무선 충전 사용자가 급격히 늘어날 것으로 예상되며 향후 단말 제조사에서도 무선충전 기능을 기본 탑재할 것으로 예상된다.

일반적으로 무선 충전 시스템은 무선 전력 전송 방식으로 전기에너지를 공급하는 무선 전력 송신기와 무선 전력 송신기로부터 공급되는 전기에너지를 수신하여 배터리를 충전하는 무선 전력 수신기로 구성된다.

이러한 무선 충전 시스템은 적어도 하나의 무선 전력 전송 방식(예를 들어, 전자기 유도 방식, 전자기 공진 방식, RF 무선 전력 전송 방식 등)에 의해 전력을 전송할 수 있다.

일 예로, 무선 전력 전송 방식은 전력 송신단 코일에서 자기장을 발생시켜 그 자기장의 영향으로 수신단 코일에서 전기가 유도되는 전자기 유도 원리를 이용하여 충전하는 전자기 유도 방식에 기반한 다양한 무선 전력 전송 표준이 사용될 수 있다. 여기서, 전자기 유도 방식의 무선 전력 전송 표준은 WPC(Wireless Power Consortium) 또는/및 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.

다른 일 예로, 무선 전력 전송 방식은 무선 전력 송신기의 송신 코일에 의해 발생되는 자기장을 특정 공진 주파수에 동조하여 근거리에 위치한 무선 전력 수신기에 전력을 전송하는 전자기 공진(Electromagnetic Resonance) 방식이 이용될 수도 있다. 여기서, 전자기 공진 방식은 무선 충전 기술 표준 기구인 A4WP(Alliance for Wireless Power) 표준 기구에서 정의된 공진 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.

또 다른 일 예로, 무선 전력 전송 방식은 RF 신호에 저전력의 에너지를 실어 원거리에 위치한 무선 전력 수신기로 전력을 전송하는 RF 무선 전력 전송 방식이 이용될 수도 있다.

한편, 무선 충전 시스템은 차량에 장착될 수 있고, 무선 전력 송신기는 차량에 장착된 배터리로부터 전원을 공급받을 수 있다. 이때, 차량이 전기 차량이든 화석 연료 차량이든 차량에 장착된 배터리의 용량은 무선 전력 송신기의 전원으로서 제한적이다. 차량에 장착된 배터리는 물리적으로 출력 전류, 출력 전압에 따라 공급할 수 있는 전력은 정해져 있다. 이에 따라, 제한적인 배터리 용량을 가진 전원으로부터 무선 전력 수신기로 전기 에너지를 공급할 때, 낭비되는 소모 전력을 감소시키는 방법이 필요하다.

또한, 최근 충전되는 전력이 기존에 널리 사용되는 5W에 한정되지 않고, 5W 이상의 전력을 제공할 수 있는 전력 송신 장치 및 5W 이상의 전력을 공급 받을 수 있는 전력 수신 장치가 포함된 급속 충전(또는 고속 충전) 기술이 사용되고 있다. 이와 관련하여, 무선 충전 시스템에서도 5W 이상의 전력을 공급할 수 있는 무선 전력 송신기가 사용되는데, 차량에 장착되는 무선 전력 송신기는 차량에 장착된 제한된 용량을 가진 배터리로부터 보다 효율적으로 대기 전력을 관리하여 무선 전력 수신기로 전력을 공급해야 할 필요가 있다.

따라서, 차량에 장착되는 무선 전력 송신기에서 대기소모전력을 감소시키기 위해 고정적으로 소모되는 전력을 줄일 수 있는 구체적인 방법이 필요하다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 무선 전력 송신기 및 무선 전력 송신기의 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 무선 전력 수신기를 감지할 수 있는 감지 신호의 발생에 소모되는 전력을 무선 전력 수신기의 전력 레벨에 따라 달리 설정함으로써, 대기 중에 소모되는 전력을 감소시킬 수 있는 무선 전력 송신기를 제공한다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 제어 방법은, 제1 전력의 아날로그(analog) 감지 신호를 발생시키는 단계; 및 상기 아날로그 감지 신호에 대응한 전력 송신 코일의 임피던스 변화에 의해 물체가 감지되면, 제2 전력의 디지털(digital) 감지 신호를 발생시키는 단계; 를 포함하며, 상기 제1 전력은 상기 제2 전력과 상이할 수 있다.

실시예에 따라, 상기 디지털 감지 신호에 대응한 응답 신호에 의해 무선 전력 수신기를 식별하는 단계; 및 상기 식별된 무선 전력 수신기로부터 수신한 전력 레벨(power level)에 따라 상기 디지털 감지 신호의 상기 제2 전력을 상기 제2 전력 보다 높은 제3 전력으로 변경하거나, 상기 제2 전력을 상기 제2 전력 보다 낮은 제4 전력으로 변경하는 단계;를 더 포함하며, 상기 전력 레벨은 상기 무선 전력 수신기에 제공 받는 허용 전력을 지시할 수 있다.

실시예에 따라, 상기 전력 레벨은 상기 무선 전력 수신기로부터 수신한 식별 패킷 또는 구성 패킷에 포함될 수 있다.

실시예에 따라, 상기 제3 전력 또는 제4 전력으로 변경된 상기 디지털 감지 신호를 전력 신호가 전송될 상기 무선 전력 수신기가 결정되기 전까지 발생시키는 단계;더 포함할 수 있다.

실시예에 따라, 상기 변경하는 단계는, DC/DC 변환기의 출력 전압(vrail)을 기 설정 전압 보다 낮은 제1 전압으로 변경하거나, 상기 기 설정 전압 보다 높은 제2 전압으로 변경하는 단계;를 포함할 수 있다.

실시예에 따라, 상기 디지털(digital) 감지 신호를 발생시킨 후 제1 시간 내에 상기 응답 신호를 수신하지 못할 경우, 상기 아날로그 감지 신호를 발생시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.

실시예에 따라, 상기 응답 신호를 수신한 후 상기 무선 전력 수신기로부터 상기 식별 패킷을 제2 시간 동안 수신하지 못한 경우, 상기 아날로그 감지 신호를 발생시키는 단계; 를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기는, 제1 전력의 아날로그(analog) 감지 신호를 발생시키는 전력 송신 코일; 및 상기 아날로그 감지 신호에 대응한 상기 전력 송신 코일의 임피던스 변화에 의해 물체가 감지되는지 여부를 판단하는 제어부; 를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 물체가 감지되면 제2 전력의 디지털(digital) 감지 신호를 발생시키며, 상기 제1 전력은 상기 제2 전력과 상이할 수 있다.

실시예에 따라, 상기 제어부는, 상기 디지털 감지 신호에 대응한 응답 신호에 의해 무선 전력 수신기를 식별하고, 상기 식별된 무선 전력 수신기로부터 수신한 전력 레벨(power level)에 따라 상기 디지털 감지 신호의 상기 제2 전력을 상기 제2 전력 보다 높은 제3 전력으로 변경하거나, 상기 제2 전력을 상기 제2 전력 보다 낮은 제4 전력으로 변경할 수 있고, 상기 전력 레벨은 상기 무선 전력 수신기에 제공 받는 허용 전력을 지시할 수 있다.

실시예에 따라, 상기 전력 레벨은 상기 무선 전력 수신기로부터 수신한 식별 패킷 또는 구성 패킷에 포함될 수 있다.

실시예에 따라, 상기 전력 송신 코일은, 상기 제3 전력 또는 제4 전력으로 변경된 상기 디지털 감지 신호를 전력 신호가 전송될 상기 무선 전력 수신기가 결정되기 전까지 발생시킬 수 있다.

실시예에 따라, 상기 제어부는, DC/DC 변환기의 출력 전압(vrail)을 기 설정 전압 보다 낮은 제1 전압으로 변경하거나, 상기 기 설정 전압 보다 높은 제2 전압으로 변경할 수 있다.

실시예에 따라, 상기 디지털(digital) 감지 신호를 발생시킨 후 제1 시간 내에 상기 응답 신호를 수신하지 못할 경우, 상기 제어부는 상기 아날로그 감지 신호를 발생시킬 수 있다.

실시예에 따라, 상기 응답 신호를 수신한 후 상기 무선 전력 수신기로부터 상기 식별 패킷을 기 설정 시간 동안 수신하지 못한 경우, 상기 제어부는 상기 아날로그 감지 신호를 발생시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 제어 방법은, 제1 주기 마다 제1 전력의 아날로그(analog) 감지 신호를 발생시키는 단계; 및 제2 주기 마다 제2 전력의 디지털(digital) 감지 신호를 발생시키는 단계; 를 포함하며, 상기 아날로그 감지 신호의 일부는 상기 디지털 감지 신호로 대체되며, 상기 제2 주기는 상기 제1 주기를 정수배이며, 상기 제1 전력은 상기 제2 전력 미만일 수 있다.

실시예에 따라, 상기 디지털 감지 신호에 대응한 응답 신호에 의해 무선 전력 수신기를 식별하는 단계; 및 상기 식별된 무선 전력 수신기로부터 수신한 전력 레벨(power level)에 따라 상기 디지털 감지 신호의 상기 제2 전력을 상기 제2 전력 보다 높은 제3 전력으로 변경하거나, 상기 제2 전력을 상기 제2 전력 보다 낮은 제4 전력으로 변경하는 단계;를 더 포함할 수 있고, 상기 전력 레벨은 상기 무선 전력 수신기에 제공 받는 허용 전력을 지시할 수 있다.

실시예에 따라, 상기 전력 레벨은 상기 무선 전력 수신기로부터 수신한 식별 패킷 또는 구성 패킷에 포함될 수 있다.

실시예에 따라, 상기 제3 전력 또는 제4 전력으로 변경된 상기 디지털 감지 신호를 전력 신호가 전송될 상기 무선 전력 수신기가 결정되기 전까지 발생시키는 단계; 더 포함할 수 있다.

실시예에 따라, 상기 변경하는 단계는, DC/DC 변환기의 출력 전압(vrail)을 기 설정 전압 보다 낮은 제1 전압으로 변경하거나, 상기 기 설정 전압 보다 높은 제2 전압으로 변경하는 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기는, 제1 주기 마다 제1 전력의 아날로그(analog) 감지 신호를 발생시키며, 제2 주기 마다 제2 전력의 디지털(digital) 감지 신호를 발생시키는 전력 송신 코일; 및 상기 아날로그 감지 신호의 일부를 상기 디지털 감지 신호로 대체시키는 제어부; 를 포함하며, 상기 제2 주기는 상기 제1 주기를 정수배이며, 상기 제1 전력은 상기 제2 전력 미만일 수 있다.

실시예에 따라, 상기 제어부는, 상기 디지털 감지 신호에 대응한 응답 신호에 의해 무선 전력 수신기를 식별하고, 상기 식별된 무선 전력 수신기로부터 수신한 전력 레벨(power level)에 따라 상기 디지털 감지 신호의 상기 제2 전력을 상기 제2 전력 보다 높은 제3 전력으로 변경하거나, 상기 제2 전력을 상기 제2 전력 보다 낮은 제4 전력으로 변경할 수 있고. 상기 전력 레벨은 상기 무선 전력 수신기에 제공 받는 허용 전력을 지시할 수 있다.

실시예에 따라, 상기 전력 레벨은 상기 무선 전력 수신기로부터 수신한 식별 패킷 또는 구성 패킷에 포함될 수 있다.

실시예에 따라, 상기 전력 송신 코일은, 상기 제3 전력 또는 제4 전력으로 변경된 상기 디지털 감지 신호를 전력 신호가 전송될 상기 무선 전력 수신기가 결정되기 전까지 발생시킬 수 있다.

실시예에 따라, 상기 제어부는, DC/DC 변환기의 출력 전압(vrail)을 기 설정 전압 보다 낮은 제1 전압으로 변경하거나, 상기 기 설정 전압 보다 높은 제2 전압으로 변경할 수 있다.

실시예에 따라, 본 발명은 상기 기재된 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공할 수 있다.

상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.

일 실시예에 따른 무선 전력 송신기 및 무선 전력 송신기의 제어 방법에 대한 효과를 설명하면 다음과 같다.

첫째, 일 실시예는 무선 전력 수신기의 감지하기 위해 지속적으로 발생되는 신호에 소모되는 전력을 감소시켜 차량에 장착된 제한된 배터리에 대한 효율적 사용이 가능하다.

둘째, 일 실시예는 무선 전력 수신기에 따라 설정된 전력 레벨에 따라 감지 신호의 전력을 동적으로 변경시킴으로써 대기 전력 소모를 도모할 수 있을 뿐 아니라, 무선 전력 수신기를 더욱 명확하게 감지할 수 있다.

실시예에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템에서의 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 상기 도 5에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기 사이 송수신되는 패킷 포맷을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기가 핑 단계에서 전송할 수 있는 패킷의 종류를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기가 전송하는 식별 패킷의 포맷을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기가 전송하는 구성 패킷 및 전력 제어 보류 패킷의 포맷을 설명하기 위한 도면이다.
도 11(a) 및 도 11(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기가 발생시키는 감지 신호를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예들이 적용되는 장치 및 다양한 방법들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 하드웨어적이 구성 요소-예를 들면, 회로 소자, 마이크로 프로세서, 메모리, 센서 등을 포함함-로 구현될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 해당 구성 요소의 일부 기능 또는 전체가 소프트웨어로 구현될 수도 있다.

실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.

또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

일반적으로, 무선 전력 시스템을 구성하는 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기는 인밴드 통신 또는 BLE(Bluetooth Low Energy) 통신을 통해 제어 신호 또는 정보를 교환할 수 있다. 여기서, 인밴드 통신, BLE 통신은 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation) 방식, 주파수 변조 방식, 위상 변조 방식, 진폭 변조 방식, 진폭 및 위상 변조 방식 등으로 수행될 수 있다. 일 예로, 무선 전력 수신기는 수신 코일을 통해 유도된 전류를 소정 패턴으로 ON/OFF 스위칭하여 궤환 신호(feedback signal)를 생성함으로써 무선 전력 송신기에 각종 제어 신호 및 정보를 전송할 수 있다. 무선 전력 수신기에 의해 전송되는 정보는 수신 전력 세기 정보를 포함하는 다양한 상태 정보를 포함할 수 있다. 이때, 무선 전력 송신기는 수신 전력 세기 정보에 기반하여 충전 효율 또는 전력 전송 효율을 산출할 수 있다.

실시예의 설명에 있어서, 무선 충전 시스템상에서 무선 전력을 송신하는 기능이 탑재된 장치는 설명의 편의를 위해 무선 파워 송신기, 무선 파워 송신 장치, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 송신기, 송신단, 송신기, 송신 장치, 송신측, 무선 파워 전송 장치, 무선 파워 전송기 등을 혼용하여 사용하기로 한다. 또한, 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 기능이 탑재된 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 무선 파워 수신 장치, 무선 파워 수신기, 수신 단말기, 수신측, 수신 장치, 수신기 등이 혼용되어 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 송신기는 패드 형태, 거치대 형태, AP(Access Point) 형태, 소형 기지국 형태, 스텐드 형태, 천장 매립 형태, 벽걸이 형태 등으로 구성될 수 있으며, 하나의 송신기는 복수의 무선 전력 수신 장치에 파워를 전송할 수도 있다. 이를 위해, 송신기는 적어도 하나의 무선 파워 전송 수단을 구비할 수도 있다. 여기서, 무선 파워 전송 수단은 전력 송신단 코일에서 자기장을 발생시켜 그 자기장의 영향으로 수신단 코일에서 전기가 유도되는 전자기유도 원리를 이용하여 충전하는 전자기 유도 방식에 기반한 다양한 무전 전력 전송 표준이 사용될 수 있다. 일 예로, 무선 전력 전송 표준은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) 및 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 표준 기술을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기는 적어도 하나의 무선 전력 수신 수단이 구비될 수 있으며, 1개 이상의 송신기로부터 무선 파워를 수신할 수도 있다.

본 발명에 따른 수신기는 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 player, 전동 칫솔, 전자 태그, 조명 장치, 리모콘, 낚시찌, 스마트 워치와 같은 웨어러블 디바이스 등의 소형 전자 기기 등에 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며 본 발명에 따른 무선 전력 수신 수단이 장착되어 배터리 충전이 가능한 기기라면 족하다.

도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 무선 충전 시스템은 크게 무선으로 전력을 송출하는 무선 전력 송신단(10), 상기 송출된 전력을 수신하는 무선 전력 수신단(20) 및 수신된 전력을 공급 받는 전자기기(30)로 구성될 수 있다. 실시예에 따라, 무선 전력 송신단(10)이 무선 전력 수신단(20)으로 송출하는 전력은 전력 신호의 송수신에 의해 수행될 수 있다.

일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 동일한 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 인밴드(In-band) 통신을 수행할 수 있다.

인밴드 통신에 있어서, 무선 전력 송신단(10)에 의해 송출된 전력 신호(41)가 무선 전력 수신단(20)에 수신되면, 무선 전력 수신단(20)은 수신된 전력 신호를 변조하고, 변조된 신호(42)가 무선 전력 송신단(10)에 전송될 수 있다.

다른 일예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 상이한 별도의 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 대역외(Out-of-band) 통신을 수행할 수도 있다.

일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20) 사이에 교환되는 정보는 서로의 상태 정보뿐만 아니라 제어 정보도 포함될 수 있다. 여기서, 송수신단 사이에 교환되는 상태 정보 및 제어 정보는 후술할 실시예들의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.

상기 인밴드 통신 및 대역외 통신은 양방향 통신을 제공할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 다른 실시예에 있어서는 단방향 통신 또는 반이중 방식의 통신을 제공할 수도 있다.

일 예로, 단방향 통신은 무선 전력 수신단(20)이 무선 전력 송신단(10)으로만 정보를 전송하는 것일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 송신단(10)이 무선 전력 수신단(20)으로만 정보를 전송하는 것일 수도 있다.

반이중 통신 방식은 무선 전력 수신단(20)과 무선 전력 송신단(10) 사이의 양방향 통신은 가능하나, 어느 한 시점에 어느 하나의 장치에 의해서만 정보 전송이 가능한 특징이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신단(20)은 전자 기기(30)의 각종 상태 정보를 획득할 수도 있다. 일 예로, 전자 기기(30)의 상태 정보는 현재 전력 사용량 정보, 실행중인 응용을 식별하기 위한 정보, CPU 사용량 정보, 배터리 충전 상태 정보, 배터리 출력 전압/전류 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 전자 기기(30)로부터 획득 가능하고, 무선 전력 제어에 활용 가능한 정보이면 족하다.

도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.

일 예로, 도면 부호 200a에 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신단(20)은 복수의 무선 전력 수신 장치로 구성될 수 있으며, 하나의 무선 전력 송신단(10)에 복수의 무선 전력 수신 장치가 연결되어 무선 충전을 수행할 수도 있다. 이때, 무선 전력 송신단(10)은 시분할 방식으로 복수의 무선 전력 수신 장치에 전력을 분배하여 송출할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며. 다른 일 예로, 무선 전력 송신단(10)은 무선 전력 수신 장치 별 할당된 상이한 주파수 대역을 이용하여 복수의 무선 전력 수신 장치에 전력을 분배하여 송출할 수 있다.

이때, 하나의 무선 전력 송신단(10)에 연결 가능한 무선 전력 수신 장치의 개수는 무선 전력 수신 장치 별 요구 전력량, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량 및 무선 전력 송신 장치의 가용 전력량 중 적어도 하나에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.

다른 일 예로, 도면 부호 200b에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신단(10)은 복수의 무선 전력 송신 장치로 구성될 수도 있다. 이 경우, 무선 전력 수신단(20)은 복수의 무선 전력 송신 장치와 동시에 연결될 수 있으며, 연결된 무선 전력 송신 장치들로부터 동시에 전력을 수신하여 충전을 수행할 수도 있다. 이때, 무선 전력 수신단(20)과 연결된 무선 전력 송신 장치의 개수는 무선 전력 수신단(20)의 요구 전력량, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량, 무선 전력 송신 장치의 가용 전력량 등에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템에서의 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.

일 예로, 무선 전력 송신기는 3개의 송신 코일(111, 112, 113)이 장착될 수 있다. 각각의 송신 코일은 일부 영역이 다른 송신 코일과 서로 중첩될 수 있으며, 무선 전력 송신기는 각각의 송신 코일을 통해 무선 전력 수신기의 존재를 감지하기 위한 소정 감지 신호(117, 127)-예를 들면, 디지털 핑 신호-를 미리 정의된 순서로 순차적으로 송출한다.

상기 도 3에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기는 도면 번호 110에 도시된 1차 감지 신호 송출 절차를 통해 감지 신호(117)를 순차적으로 송출하고, 무선 전력 수신기(115)로부터 신호 세기 지시자(Signal Strength Indicator, 116)가 수신된 송신 코일(111, 112)을 식별할 수 있다. 연이어, 무선 전력 송신기는 도면 번호 120에 도시된 2차 감지 신호 송출 절차를 통해 감지 신호(127)를 순차적으로 송출하고, 신호 세기 지시자(126)가 수신된 송신 코일(111, 112) 중 전력 전송 효율(또는 충전 효율)-즉, 송신 코일과 수신 코일 사이의 정렬 상태-이 좋은 송신 코일을 식별하고, 식별된 송신 코일을 통해 전력이 송출되도록-즉, 무선 충전이 이루어지도록- 제어할 수 있다.

상기의 도 3에서 보여지는 바와 같이, 무선 전력 송신기가 2회의 감지 신호 송출 절차를 수행하는 이유는 어느 송신 코일에 무선 전력 수신기의 수신 코일이 잘 정렬되어 있는지를 보다 정확하게 식별하기 위함이다. 다른 일 실시예에 따른 감지 신호 송출 절차는 1차(또는 1회)만 수행될 수도 있다.

만약, 상기한 도 3의 도면 번호 110 및 120에 도시된 바와 같이, 제1 송신 코일(111), 제2 송신 코일(112)에 신호 세기 지시자(116, 126)가 수신된 경우, 무선 전력 송신기는 제1 송신 코일(111)과 제2 송신 코일(112) 각각에 수신된 신호 세기 지시자(126)에 기반하여 가장 정렬이 잘된 송신 코일을 선택하고, 선택된 송신 코일을 이용하여 무선 충전을 수행한다.

도 4는 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(Selection Phase, 410), 핑 단계(Ping Phase, 420), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 430), 협상 단계(Negotiation Phase, 440), 보정 단계(Calibration Phase, 450), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 460) 단계 및 재협상 단계(Renegotiation Phase, 470)로 구분될 수 있다.

선택 단계(410)는 파워 전송을 시작하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계-예를 들면, 도면 부호 S402, S404, S408, S410 및 S412를 포함함-일 수 있다. 여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다.

또한, 선택 단계(410)에서 송신기는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다. 만약, 송신기가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 단계(420)로 천이할 수 있다.

일 예로, 선택 단계(410)에서 송신기는 매우 짧은 펄스의 아날로그 핑(Analog Ping) 신호를 전송하며, 송신 코일 또는 1차 코일(Primary Coil)의 전류 변화에 기반하여 인터페이스 표면의 활성 영역(Active Area)에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다. 여기서, 활성 영역은 송신기상에서의 무선 충전이 가능한 영역을 의미할 수 있다.

다른 일 예로, 선택 단계(410)에서 송신기는 구비된 센서를 이용하여 인터페이스 표면의 활성 영역(Active Area)에 물체가 존재하는지를 감지할 수도 있다. 일 예로, 센서는 홀 센서, 압력 센서, 정전 용량 센서, 전류 센서, 전압 센서, 빛 감지 센서 등을 포함할 수 있으며, 이들 중 적어도 하나의 센서를 이용하여 활성 영역에 전도성 물체가 배치되었는지가 감지될 수 있다.

송신기는 물체를 감지하면, 핑 단계(420)에 진입하여 수신기를 활성화(Wake up)시키고, 감지된 물체가 무선 전력 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송할 수 있다. 핑 단계(420)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 패킷-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(410)로 천이할 수 있다. 또한, 핑 단계(420)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 패킷-을 수신하면, 선택 단계(410)로 천이할 수도 있다.

일 실시예에 따라, 선택 단계(410) 또는 핑 단계(420)의 구분 없이 무선 전력 송신기는 아날로그 핑 신호와 디지털 핑 신호를 하나의 단계에서 발생시킬 수 있다. 아날로그 핑 신호는 기 설정된 제1 주기 마다 발생될 수 있고, 디지털 핑 신호가 아날로그 핑 신호에 대체되어 기 설정된 제2 주기 마다 발생될 수 있다. 다시 말해서, 활성 영역에 물체가 존재하는지 감지되지 않더라도 무선 전력 송신기는 디지털 핑 신호를 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 아날로그 핑 신호에 대응한 전력 송신 코일의 임피던스의 변화를 감지한 후 디지털 핑 신호를 발생시키는 경우 보다, 디지털 핑 신호를 제2 주기 마다 발생시킴으로써 무선 전력 수신기를 보다 신속하게 감지할 수 있다.

한편, 무선 전력 송신기가 차량에 장착되어 있는 경우, 무선 전력 송신기는 차량에 장착된 배터리로부터 전원을 공급 받아 무선 전력 수신기로 전송할 아날로그 핑 신호 및 디지털 핑 신호를 발생시킬 수 있다. 아날로그 핑 신호는 물체를 감지하기 위한 신호로서, 차량에 시동이 걸린 이후부터 무선 전력 수신기가 감지되기 전까지 계속해서 발생될 수 있다. 다시 말해서, 아날로그 핑 신호를 발생시키기 위한 전력은 대기 전력으로서 제한된 배터리 용량을 고려할 때, 핑 신호의 발생에 필요한 전력을 감소시키는 방법이 요구된다.

이와 관련하여, 고속 충전(급속 충전)을 수행할 수 있는 무선 전력 수신기가 감지된 경우 보다 많은 전력 소모가 있을 수 있기 때문에 고정적으로 소모되는 전력으로서 아날로그 핑 신호의 발생에 요구되는 전력을 감소시키는 방법이 필요하다. 이에 따라, 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 제2 전력의 디지털 핑 신호보다 작은 제1 전력의 아날로그 핑 신호를 발생시킴으로써, 고정적으로 소모되는 대기 전력을 감소시킬 수 있다.

구체적으로, 기존의 무선 전력 송신기에 설정된 아날로그 핑 신호를 발생시키기 위해 전력 송신 코일에 인가되는 제1 전압(Vbias)과 디지털 핑 신호를 발생시키기 위해 전력 송신 코일에 인가되는 제2 전압이 동일하게 설정되어 고정적으로 소모되는 아날로그 핑 신호의 발생에 요구되는 전력이 낭비될 수 있으나, 일 실시예에서 아날로그 핑 신호를 발생시키기 위해 전력 송신 코일에 인가되는 제1 전압과 디지털 핑 신호를 발생시키기 위해 전력 송신 코일에 인가되는 제2 전압을 상이하게 설정할 수 있다. 예를 들어, 제1 전압을 3V 내지 3.5V로 설정할 수 있고, 제2 전압을 5.5V로 설정할 수 있다.

실시예에 따라, 선택 단계(410) 또는 핑 단계(420)의 구분 없이 아날로그 핑 신호와 디지털 핑 신호를 하나의 단계에서 시분할되어 무선 전력 송신 코일에서 발생되는 경우, 아날로그 핑 신호의 발생에 소요되는 전력에 기 설정된 전력보다 낮은 전력을 공급할 수 있다. 예를 들어, 제1 디지털 핑 신호와 제2 디지털 핑 신호 사이에서 발생되는 아날로그 핑 신호의 발생에 요구되는 전압에 디지털 핑 신호의 발생에 요구되는 전압 보다 낮은 전압을 전력 송신 코일에 인가할 수 있다. 즉, 아날로그 핑 신호의 발생시에는 전력 송신 코일에 제1 전압을 인가하고, 디지털 핑 신호의 발생시에만 제1 전압 보다 높은 전압을 전력 송신 코일에 인가하여 아날로그 핑 신호의 발생에 소모되는 전력을 감소시킬 수 있다.

핑 단계(420)가 완료되면, 송신기는 수신기를 식별하고 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(430)로 천이할 수 있다.

또한, 식별 및 구성 단계(430)에서 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 패킷 전송 오류가 있거나(transmission error), 파워 전송 계약이 설정되지 않으면(no power transfer contract) 선택 단계(410)로 천이할 수 있다.

송신기는 식별 및 구성 단계(430)에서 수신된 구성 패킷(Configuration packet)의 협상 필드(Negotiation Field) 값에 기반하여 협상 단계(440)로의 진입이 필요한지 여부를 확인할 수 있다.

수신기는 수신할 수 있는 전력 레벨(power level)에 따라 기준 전력 프로파일(Baseline Power Profile) 및 확장 전력 프로파일(Extended Power Profile)로 구분될 수 있다.

기준 전력 프로파일은 약 5 W 이하의 전력을 전송할 수 있는 무선 전력 송신기 및 약 5 W 이하의 전력을 수신할 수 있는 무선 전력 수신기에 적용되며, 확장 전력 프로파일은 5W를 초과하는 전력을 전송할 수 있는 무선 전력 송신기 및 5W를 초과하는 전력을 수신할 수 있는 전력 수신기에 적용될 수 있다.

예를 들어, 기준 전력 프로파일은, 무선 전력 송신기가 통상적으로 일반 충전이라 지칭되는 5W(5V, 1A)의 전력 레벨인 전력 신호를 무선 전력 수신기로 전송하는 경우 적용될 수 있다. 확장 전력 프로파일은, 무선 전력 송신기가 통상적으로 고속 충전(또는 급속 충전)이라 지칭되는 10W(5V, 2A)의 전력 레벨인 전력 신호를 전송하거나, 15W(9V, 1.67A)의 전력 레벨인 전력 신호를 전송하거나 22.5W(5V, 4.5A)의 전력 레벨인 전력 신호를 전송하는 경우 적용될 수 있다.

무선 전력 송신기는 구성 패킷에 포함된 협상 필드에 따라 무선 전력 수신기가 제공 받을 수 있는 허용 전력(전력 레벨)을 판단할 수 있다.

무선 전력 송신기는 식별된 무선 전력 수신기로부터 수신한 무선 전력 수신기의 전력 레벨에 따라 디지털 핑 신호의 전력을 변경시킬 수 있다.

실시예에 따라, 식별된 무선 전력 수신기가 5W 이하의 전력 레벨로 설계된 경우, 무선 전력 송신기는 동적으로 디지털 핑 신호의 전력을 기 설정된 전력 보다 낮출 수 있다. 반대로, 식별된 무선 전력 수신기가 5W 초과의 전력 레벨로 설계된 경우, 무선 전력 송신기는 디지털 핑 신호의 전력을 기 설정된 전력 보다 높일 수 있다.

무선 전력 송신기는 디지털 핑 신호의 전력을 변경하기 위해 송신 코일로 입력되는 전압을 변경시킬 수 있고, 송신 코일의 입력 전압을 제어하는 DC/DC 변환부의 출력 전압을 변경시킬 수 있다.

확정 전력 프로파일을 가지는 수신기는 전력 전송 단계로의 진입 이전에 일부 이물질 검출 절차(FOD Extensions의 일부 기능)를 수행할 수 있다. 반면, 기준 전력 프로파일을 가지는 수신기는 전력 전송 단계로 진입하기 이전에 이물질 검출 절차를 수행할 수 없다.

수신기의 무선 전력 수신 성능이 향상됨에 따라 고전력 수신이 가능하게 되었으며, 그에 따라 충전 영역에 배치된 이물질을 검출하는 기능의 중요성이 높아지고 있다. 수신기는 협상 필드를 1로 설정하여 전력 전송 단계 이전에 이물질 검출 절차를 수행하고, 후술하는 보정 단계를 통해 전력 전송 단계에서의 이물질 검출 성능 향상을 도모할 수 있다.

송신기는 협상필드가 1로 설정된 구성 패킷을 수신기로부터 수신하면 수신기에 정상 응답(ACK response)를 전송하여 수신기를 협상 단계로 진입시킬 수 있다.

구성 패킷 및 정상 응답에 따라 송신기 및 수신기가 협상 단계에 진입하면, 송신기 및 수신기는 소정 이물질 검출 절차를 수행할 수 있다.

협상 단계에서는 수신기가 적어도 한번 이물질 검출 상태 패킷(FOD Status Packet)을 송신기에게 전송한다.

FOD Status Packet을 수신한 송신기는 후술할 적어도 하나의 이물질 검출 방법을 이용하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다.

이물질 존재 여부에 대한 판단 결과에 따라 송신기는 수신기에게 ACK/NACK 응답을 전송할 수 있다.

또는, FOD Status Packet에 미리 정의된 정보가 수신되지 않거나 오류가 발생한 경우, 송신기는 비정의 응답(ND(non-defined) Response)를 전송할 수도 있다.

이물질 존재 여부의 판단 결과, 이물질이 검출되지 않은 경우, 송신기는 ACK 응답을 전송할 수 있다.

또한, 이물질이 검출된 경우, 송신기는 NACK 응답을 전송할 수 있다.

일 예로, 만약 수신기가 NACK 응답을 수신하는 경우, 수신기는 5W를 초과하는 전력을 송신기에 요구하지 않도록 스스로 요구 전력 파라메터를 제한할 수 있다. 다른 일 예로, 수신기는 NACK 응답을 수신하는 경우, 전력 중단, 협상 중단을 요청하는 소정 제어 메시지를 송신기에 전송할 수도 있다. 만약 송신기가 NACK 응답을 전송한 경우, 송신기는 수신기로부터의 추가적인 통신과 관계없이 일정 시간 내에 선택 단계(410)로 되돌아갈 수 있다.

반면, 이물질이 검출되지 않은 경우, 송신기는 송신 전력에 대한 협상 단계(440)를 완료하고, 보정 단계(450)를 거쳐 전력 전송 단계(460)로 진입할 수도 있다.

상세하게, 이물질이 검출되지 않은 경우, 송신기는 보정 단계(450)에서 수신기로부터 수신 전력의 세기에 관한 정보-이하, 설명의 편의를 위해, 수신 전력 세기 정보라 명함-를 수신할 수 있다.

일 예로, 송신기는 현재 송출중인 전력의 세기와 수신 전력 세기를 비교하여 해당 수신기의 동지 이물질(Friendly FO)-수신기가 포함된 전자기기(30)의 케이스, 배터리 및 기타 회로들을 포함할 수 있음-에 의해 누수되는 전력을 산출할 수 있다.

다른 일 예로, 송신기는 전력 전송 과정에서 수신기에 도달되지 못하고 방사된 전력-즉, 누수 전력-을 산출할 수도 있다. 산출된 누수 전력을 기반으로, 송신기는 전력 전송 중 충전 영역에 추가되는 이물질을 보다 정확하게 검출할 수 있다.

또 다른 실시 예로, 송신단에서 전송한 전력의 세기를 결정하기 위해 수신단과 송신단에서의 전력 손실이 측정될 수 있다. 송신기는 보정 단계(450)에서 송신단에서의 송신 전력과 수신단에서의 수신 전력 사이의 세기 차이에 기반하여 전력 손실-즉, 경로 손실-을 예측할 수 있다.

한편, 무선 전력 송신기는 전력 전송 단계(460)로 진입하기 전까지 디지털 핑 신호를 발생시킬 수 있다. 즉, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기로부터 수신한 패킷에 대한 응답 신호를 전송한 후, 디지털 핑 신호를 발생시킬 수 있는데, 무선 전력 수신기가 이후 전송할 패킷을 전송할 수 있을 정도의 전력을 공급할 수 있다. 또한, 무선 전력 송신기는 디지털 핑 신호를 발생시킴으로써 추가로 다른 무선 전력 수신기를 발견할 수 있다.

전력 전송 단계(460)에서, 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 기 설정된 파워 전송 계약에 대한 위반이 발생되거나(power transfer contract violation), 충전이 완료된 경우, 선택 단계(410)로 진입할 수 있다.

또한, 전력 전송 단계(460)에서, 송신기는 송신기 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 재협상 단계(470)로 천이할 수 있다.

또한, 수신기는 수신 전력 상태 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 재협상 단계(470)로 천이할 수도 있다. 이때, 재협상이 정상적으로 완료되면, 송신기는 전력 전송 단계(460)로 회귀할 수 있다.

상기한 파워 전송 계약은 송신기와 수신기의 상태 및 특성 정보에 기반하여 설정될 수 있다. 일 예로, 송신기 상태 정보는 최대 전송 가능한 파워에 대한 정보, 최대 수용 가능한 수신기 개수에 대한 정보 등을 포함할 수 있으며, 수신기 상태 정보는 요구 전력에 대한 정보 등을 포함할 수 있다.

도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

도 5을 참조하면 무선 전력 송신기(500)는 크게, 전력 변환부(510), 전력 전송부(520), 통신부(530), 제어부(540), 센싱부(550)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기한 무선 전력 송신기(500)의 구성은 반드시 필수적인 구성은 아니어서, 그보다 많거나 적은 구성 요소를 포함하여 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 전력 변환부(510)는 전원부(560)로부터 DC 전원이 공급되면, 이를 소정 세기의 교류 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.

실시예에 따라, 무선 전력 송신기가 차량에 장착된 경우, 전원부(560)는 차량에 포함되는 배터리를 포함할 수 있으며, 배터리는 고전압 배터리 또는 저전압 배터리 등과 같이 구분되는 배터리의 기능 및 종류에 제한되지 않는다.

이를 위해, 전력 변환부(510)는 DC/DC 변환부(511), 인버터(512) 및 주파수 생성기(513)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 인버터(512)는 하프 브릿지 인버터 또는 풀 브릿지 인버터일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 직류 전력을 특정 동작 주파수를 가지는 교류 전력으로 변환할 수 있는 회로 구성이면 족하다.

DC/DC 변환부(511)는 전원부(550)로부터 공급된 DC 전력을 제어부(540)의 제어 신호에 따라 특정 세기의 DC 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.

이때, 센싱부(550)는 DC 변환된 전력의 전압/전류 등을 측정하여 제어부(540)에 제공할 수 있다. 실시예에 따라, 제어부(540)는 DC/DC 변환부(511)의 출력 전압(Vrail)을 제어함으로써, 동적으로 전력 송신 코일로 공급되는 전력을 제어할 수 있으나, DC/DC 변환부(511)의 출력 전류를 제어하여 전력 송신 코일로 공급되는 전력을 제어할 수 있다.

또한, 센싱부(550)는 과열 발생 여부 판단을 위해 무선 전력 송신기(500)의 내부 온도를 측정하고, 측정 결과를 제어부(540)에 제공할 수도 있다. 일 예로, 제어부(540)는 센싱부(550)에 의해 측정된 전압/전류 값에 기반하여 적응적으로 전원부(550)로부터의 전원 공급을 차단하거나, 증폭기(512)에 전력이 공급되는 것을 차단할 수 있다. 이를 위해, 전력 변환부(510)의 일측에는 전원부(550)로부터 공급되는 전원을 차단하거나, 증폭기(512)에 공급되는 전력을 차단하기 위한 소정 전력 차단 회로가 가 더 구비될 수도 있다.

인버터(512)는 DC/DC 변환된 직류 전력을 주파수 생성기(513)에 의해 생성된 기준 교류 신호에 기반하여 교류 전력으로 변환할 수 있다. 이때, 기준 교류 신호의 주파수-즉, 동작 주파수-는 제어부(540)의 제어 신호에 따라 동적으로 변경될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기(500)는 동작 주파수를 조절하여 송출 전력의 세기를 조절할 수도 있다.

일 예로, 제어부(540)는 통신부(530)를 통해 무선 전력 수신기의 전력 레벨(power level), 전력 수신 상태 정보 또는(및) 전력 제어 신호를 수신할 수 있으며, 수신된 전력 레벨(power level), 전력 수신 상태 정보 또는(및) 전력 제어 신호에 기반하여 동작 주파수를 결정하고, 결정된 동작 주파수가 생성되도록 주파수 생성기(513)를 동적으로 제어할 수 있다.

일 예로, 전력 수신 상태 정보는 정류기 출력 전압의 세기 정보, 수신 코일에 인가되는 전류의 세기 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 전력 제어 신호는 전력 증가를 요청하기 위한 신호, 전력 감소를 요청하기 위한 신호 등을 포함할 수 있다.

전력 전송부(520)는 다중화기(521)(또는 멀티플렉서), 송신 코일부(522)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 송신 코일부(522)는 제1 내지 제n 송신 코일로 구성될 수 있다. 또한, 전력 전송부(520)는 전력 전송을 위한 특정 캐리어 주파수를 생성하기 위한 반송파 생성기(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 이 경우, 반송파 생성기는 다중화기(521)를 통해 전달 받은 인버터(512)의 출력 교류 전력과 믹싱하기 위한특정 캐리어 주파수로 생성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 각각의 송신 코일에 전달되는 AC 전력의 주파수가 서로 상이할 수도 있음을 주의해야 한다. 본 발명의 다른 일 실시예는 LC 공진 특성을 송신 코일마다 상이하게 조절하는 기능이 구비된 소정 주파수 제어기를 이용하여 각각의 송신 코일 별 공진 주파수를 상이하게 설정할 수도 있다.

다중화기(521)는 제어부(540)에 의해 선택된 송신 코일로 교류 전력을 전달하기 위한 스위치 기능을 수행할 수 있다. 제어부(540)는 송신 코일 별 수신되는 신호 세기 지시자에 기반하여 해당 무선 전력 수신기로의 전력 전송에 사용할 송신 코일을 선택할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(540)는 복수의 무선 전력 수신기가 연결된 경우, 송신 코일 별 시분할 다중화를 통해 전력을 전송할 수도 있다.

예를 들어, 무선 전력 송신기(500)에 3개의 무선 전력 수신기-즉, 제1 내지 3 무선 전력 수신기-가 각각 3개의 서로 다른 송신 코일-즉, 제1 내지 3 송신 코일-을 통해 식별된 경우, 제어부(540)는 다중화기(521)를 제어하여, 특정 타임 슬롯에 특정 송신 코일을 통해서만 교류 전력이 송출될 수 있도록 제어할 수 있다.

이때, 송신 코일 별 할당된 타임 슬롯의 길이에 따라 해당 무선 전력 수신기로 전송되는 전력의 양이 제어될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 예는 송신 코일 별 할당된 타임 슬롯 동안 DC/DC 변환기(511)의 출력 직류 전력의 세기를 제어하여 무선 전력 수신기 별 송출 전력을 제어할 수도 있다.

제어부(540)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 제1 내지 제n 송신 코일(522)을 통해 감지 신호가 순차적으로 송출될 수 있도록 다중화기(521)를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(540)는 감지 신호가 전송될 시점을 타이머(555)를 이용하여 식별할 수 있으며, 감신 신호 전송 시점이 도래하면, 다중화기(521)를 제어하여 해당 송신 코일을 통해 감지 신호가 송출될 수 있도록 제어할 수 있다. 일 예로, 타이머(550)는 핑 전송 단계 동안 소정 주기로 특정 이벤트 신호를 제어부(540)에 송출할 수 있으며, 제어부(540)는 해당 이벤트 신호가 감지될 때마다, 다중화기(521)를 제어하여 해당 송신 코일을 통해 디지털 핑이 송출될 수 있도록 제어할 수 있다.

또한, 제어부(540)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 복조부(532)로부터 어느 송신 코일을 통해 신호 세기 지시자(Signal Strength Indicator)가 수신되었는지를 식별하기 위한 소정 송신 코일 식별자 및 해당 송신 코일을 통해 수신된 신호 세기 지시자를 수신할 수 있다.

일 예로, 제2차 감지 신호 송출 절차에서 제어부(540)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 신호 세기 지시자가 수신된 송신 코일(들)을 통해서만 감지 신호가 송출될 수 있도록 다중화기(521)를 제어할 수도 있다.

다른 일 예로, 제어부(540)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 신호 세기 지시자가 수신된 송신 코일이 복수개인 경우, 가장 큰 값을 갖는 신호 세기 지시자가 수신된 송신 코일을 제2차 감지 신호 송출 절차에서 감지 신호를 가장 먼저 송출할 송신 코일로 결정하고, 결정 결과에 따라 다중화기(521)를 제어할 수도 있다.

통신부(530)는 변조부(531)와 복조부(532) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

변조부(531)는 제어부(540)에 의해 생성된 제어 신호를 변조하여 다중화기(521)에 전달할 수 있다. 여기서, 제어 신호를 변조하기 위한 변조 방식은 FSK(Frequency Shift Keying) 변조 방식, 맨체스터 코딩(Manchester Coding) 변조 방식, PSK(Phase Shift Keying) 변조 방식, 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation) 방식, 차등 2단계(Differential bi-phase) 변조 방식 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

복조부(532)는 송신 코일을 통해 수신되는 신호가 감지되면, 감지된 신호를 복조하여 제어부(540)에 전송할 수 있다. 여기서, 복조된 신호에는 신호 세기 지시자, 무선 전력 전송 중 전력 제어를 위한 오류 정정(EC:Error Correction) 지시자, 충전 완료(EOC: End Of Charge) 지시자, 과전압/과전류/과열 지시자 등이 포함될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 수신기의 상태를 식별하기 위한 각종 상태 정보가 포함될 수 있다.

실시예에 따라, 복조부(532)는 식별 패킷에 포함된 기본 디바이스 식별 패킷를 복조하여 제어부(540)로 전송할 수 있고, 제어부(540)는 기본 디바이스 식별 정보에 포함된 확장 지시자를 통해 무선 전력 수신기의 전력 레벨을 판단할 수 있다. 다른 일 실시예에 따라, 복조부(532)는 구성 패킷에 포함된 전력 등급을 통해 무선 전력 수신기가 고속 충전이 가능한지 여부를 판단할 수 있다.

또한, 복조부(532)는 복조된 신호가 어느 송신 코일로부터 수신된 신호인지를 식별할 수 있으며, 식별된 송신 코일에 상응하는 소정 송신 코일 식별자를 제어부(540)에 제공할 수도 있다.

또한, 복조부(532)는 송신 코일(523)을 통해 수신된 신호를 복조하여 제어부(540)에 전달할 수 있다. 일 예로, 복조된 신호는 신호 세기 지시자를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 복조 신호는 무선 전력 수신기의 각종 상태 정보를 포함할 수 있다.

일 예로, 무선 전력 송신기(500)는 무선 전력 전송에 사용되는 동일한 주파수를 이용하여 무선 전력 수신기와 통신을 수행하는 인밴드(In-Band) 통신을 통해 상기 신호 세기 지시자를 획득할 수 있다.

또한, 무선 전력 송신기(500)는 송신 코일부(522)을 이용하여 무선 전력을 송출할 수 있을 뿐만 아니라 송신 코일부(522)을 통해 무선 전력 수신기와 각종 제어 신호 및 상태 정보를 교환할 수도 있다. 다른 일 예로, 송신 코일부(522)의 제1 내지 제n 송신 코일에 각각 대응되는 별도의 코일이 무선 전력 송신기(500)에 추가로 구비될 수 있으며, 구비된 별도의 코일을 이용하여 무선 전력 수신기와 인밴드 통신을 수행할 수도 있음을 주의해야 한다.

이상이 도 5의 설명에서는 무선 전력 송신기(500)와 무선 전력 수신기가 인밴드 통신을 수행하는 것을 예를 들어 설명하고 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 무선 전력 신호 전송에 사용되는 주파수 대역과 상이한 주파수 대역을 통해 근거리 양방향 통신을 수행할 수 있다. 일 예로, 근거리 양방향 통신은 저전력 블루투스 통신, RFID 통신, UWB 통신, 지그비 통신 중 어느 하나일 수 있다.

또한, 이상의 도 5의 설명에서는 무선 전력 송신기(500)의 전력 전송부(520)가 다중화기(521)와 복수의 송신 코일(522)을 포함하나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 실시예에 따른 전력 전송부(520)는 하나의 송신 코일로 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.

도 6은 상기 도 5에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

도 6을 참조하면, 무선 전력 수신기(600)는 수신 코일(610), 정류기(620), 직류/직류 변환기(DC/DC Converter, 630), 부하(640), 센싱부(650), 통신부(660), 주제어부(670)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 통신부(660)는 복조부(661) 및 변조부(662) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

상기한 도 6의 예에 도시된 무선 전력 수신기(600)는 인밴드 통신을 통해 무선 전력 송신기(600)와 정보를 교환할 수 있는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 통신부(660)는 무선 전력 신호 전송에 사용되는 주파수 대역과는 상이한 주파수 대역을 통해 근거리 양방향 통신을 제공할 수도 있다.

수신 코일(610)을 통해 수신되는 AC 전력은 정류부(620)에 전달할 수 있다. 정류기(620)는 AC 전력을 DC 전력으로 변환하여 직류/직류 변환기(630)에 전송할 수 있다. 직류/직류 변환기(630)는 정류기 출력 DC 전력의 세기를 부하(640)에 의해 요구되는 특정 세기로 변환한 후 부하(640)에 전달할 수 있다.

센싱부(650)는 정류기(620) 출력 DC 전력의 세기를 측정하고, 이를 주제어부(670)에 제공할 수 있다. 또한, 센싱부(650)는 무선 전력 수신에 따라 수신 코일(610)에 인가되는 전류의 세기를 측정하고, 측정 결과를 주제어부(670)에 전송할 수도 있다. 또한, 센싱부(650)는 무선 전력 수신기(600)의 내부 온도를 측정하고, 측정된 온도 값을 주제어부(670)에 제공할 수도 있다.

일 예로, 주제어부(670)는 측정된 정류기 출력 DC 전력의 세기가 소정 기준치 와 비교하여 과전압 발생 여부를 판단할 수 있다. 판단 결과, 과전압이 발생된 경우, 과전압이 발생되었음을 알리는 소정 패킷을 생성하여 변조부(662)에 전송할 수 있다. 여기서, 변조부(662)에 의해 변조된 신호는 수신 코일(610) 또는 별도의 코일(미도시)을 통해 무선 전력 송신기(600)에 전송될 수 있다.

또한, 주제어부(670)는 정류기 출력 DC 전력의 세기가 소정 기준치 이상인 경우, 감지 신호가 수신된 것으로 판단할 수 있으며, 감지 신호 수신 시, 해당 감지 신호에 대응되는 신호 세기 지시자가 변조부(662)를 통해 무선 전력 송신기(600)에 전송될 수 있도록 제어할 수 있다. 다른 일 예로, 복조부(661)는 수신 코일(610)과 정류기(620) 사이의 AC 전력 신호 또는 정류기(620) 출력 DC 전력 신호를 복조하여 감지 신호의 수신 여부를 식별한 후 식별 결과를 주제어부(670)에 제공할 수 있다. 이때, 주제어부(670)는 감지 신호에 대응되는 신호 세기 지시자가 변조부(662)를 통해 전송될 수 있도록 제어할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기 사이 송수신되는 패킷 포맷을 설명하기 위한 도면이다.

도 7를 참조하면, 무선 전력 송신단과 무선 전력 수신단 사이의 정보 교환에 사용되는 패킷 포맷(700)은 해당 패킷의 복조를 위한 동기 획득 및 해당 패킷의 정확한 시작 비트를 식별하기 위한 프리엠블(Preamble, 710) 필드, 해당 패킷에 포함된 메시지의 종류를 식별하기 위한 헤더(Header, 720) 필드, 해당 패킷의 내용(또는 페이로드(Payload))를 전송하기 위한 메시지(Message, 730) 필드 및 해당 패킷에 오류가 발생되었는지 여부를 식별하기 위한 체크썸(Checksum, 740) 필드를 포함하여 구성될 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 패킷 수신단은 헤더(720) 값에 기반하여 해당 패킷에 포함된 메시지(730)의 크기를 식별할 수도 있다.

또한, 헤더(720)는 무선 전력 전송 절차의 각 단계별로 정의될 수 있으며, 일부, 헤더(720) 값은 서로 다른 단계에서 동일한 값이지만 다른 종류의 메시지로 정의될 수도 있다. 일 예로, 핑 단계의 전력 전송 종료(End Power Transfer) 및 전력 전송 단계의 전력 전송 종료에 대응되는 헤더 값은 0x02로 동일할 수 있다.

메시지(730)는 해당 패킷의 송신단에서 전송하고자 하는 데이터를 포함한다. 일 예로, 메시지(730) 필드에 포함되는 데이터는 상대방에 대한 보고 사항(report), 요청 사항(request) 또는 응답 사항(response)일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 패킷(700)은 해당 패킷을 전송한 송신단을 식별하기 위한 송신단 식별 정보, 해당 패킷을 수신할 수신단을 식별하기 위한 수신단 식별 정보 중 적어도 하나가 더 포함될 수도 있다. 여기서, 송신단 식별 정보 및 수신단 식별 정보는 IP 주소 정보, MAC 주소 정보, 제품 식별 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 충전 시스템상에서 수신단 및 송신단을 구분할 수 있는 정보이면 족하다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기가 핑 단계에서 전송할 수 있는 패킷의 종류를 설명하기 위한 도면이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 핑 단계에서 무선 전력 수신 장치는 신호 세기 패킷 또는 전력 전송 중단 패킷을 전송할 수 있다.

도 8의 도면 번호 801을 참조하면, 일 실시예에 따른 신호 세기 패킷의 메시지 포맷은 1바이트의 크기를 갖는 신호 세기 값(Signal Strength Value)로 구성될 수 있다. 신호 세기 값은 송신 코일과 수신 코일 사이의 정합도(Degree of Coupling)를 가리킬 수 있으며, 디지털 핑 구간에서의 정류기 출력 전압, 출력 차단 스위치 등에서 측정된 개방 회로 전압, 수신 전력의 세기 등에 기반하여 산출된 값일 수 있다. 신호 세기 값은 최저 0에서 최고 255까지의 범위를 가질 수 있으며, 특정 변수에 대한 실제 측정 값(U)이 해당 변수의 최대 값(Umax)과 동일한 경우, 255의 값을 가질 수 있다. 일 예로, 신호 세기 값(Signal Strength Value)은 U/Umax*256로 산출될 수 있다.

상기 도 8의 도면 번호 802를 참조하면, 일 실시예에 따른 전력 전송 중단 패킷의 메시지 포맷은 1바이트의 크기를 갖는 전력 전송 중단 코드(End Power Transfer Code)로 구성될 수 있다.

무선 전력 수신 장치가 전력 전송 중단을 무선 전력 송신기에 요청하는 이유는 충전 완료(Charge Complete), 내부 오류(Internal Fault), 과열(Over Temperature), 과전압(Over Voltage), 과전류(Over Current), 배터리 손상(Battery Failure), 재구성(Reconfigure) 및 응답 없음(No Response), 노이즈 전류(Noise Current) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 전력 전송 중단 코드는 새로운 전력 전송 중단 이유 각각에 대응하여 추가 정의될 수도 있음을 주의해야 한다.

충전 완료는 수신기 배터리의 충전이 완료되었음을 사용될 수 있다. 내부 오류는 수신기 내부 동작에 있어서의 소프트웨어적 또는 논리적인 오류가 감지되었을 때 사용될 수 있다.

과열/과전압/과전류는 수신기에서 측정된 온도/전압/전류 값이 각각에 대해 정의된 임계값을 초과하였을 경우에 사용될 수 있다.

배터리 손상은 수신기 배터리에 문제가 발생된 것으로 판단되었을 경우 사용될 수 있다.

재구성은 전력 전송 조건에 대한 재협상이 필요한 경우 사용될 수 있다.

응답 없음은 제어 오류 패킷에 대한 송신기의 응답-즉, 전력의 세기를 증가시키거나 감소시키는 것을 의미함-이 정상적이지 않은 것으로 판단된 경우 사용될 수 있다.

노이즈 전류는 과전류와 달리 인버터에서 스위칭시 발생하는 노이즈로 수신기에서 측정된 노이즈 전류 값이 정의된 임계값을 초과하였을 경우에 사용될 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기가 전송하는 식별 패킷의 포맷을 설명하기 위한 도면이다.

도 9를 참조하면, 식별 패킷의 메시지 포맷은 버전 정보(Version Information) 필드, 제조사 정보(Manufacturer Information) 필드, 확장 지시자(Extension Indicator) 필드 및 기본 디바이스 식별 정보(Basic Device Identification Information) 필드를 포함하여 구성될 수 있다.

버전 정보 필드에는 해당 무선 전력 수신 장치에 적용된 표준의 개정 버전 정보가 기록될 수 있다.

제조사 정보 필드에는 해당 무선 전력 수신 장치를 제조한 제조사를 식별하기 위한 소정 식별 코드가 기록될 수 있다.

확장 지시자 필드는 확장 디바이스 식별 정보를 포함하는 확장 식별 패킷이 존재하는지를 식별하기 위한 지시자일 수 있다. 일 예로, 확장 지시자 값이 0이면, 확장 식별 패킷이 존재하지 않음을 의미하고, 확장 지시자 값이 1이면, 확장 식별 패킷이 식별 패킷 이후에 존재함을 의미할 수 있다.

실시예에 따라, 식별 패킷은 무선 전력 수신기 각각 상이하게 설정될 수 있는 설계 사항을 지시하는 필드를 포함할 수 있으며, 상기 필드는 무선 전력 수신기 자신의 전력 레벨이 5W를 초과하는 전력을 수신할 수 있음을 지시하는 정보를 포함할 수 있다.

상기 정보를 수신한 무선 전력 송신기는 자신의 설계 사항에 따라 5W를 초과하는 전력을 공급할 수 있는지 확인할 수 있고, 최대 전력이 5W를 초과하는 전력 송수신 계약을 맺을 수 있다. 이러한 정보에 대응하여 무선 전력 송신기는 전송하는 전력의 크기에 따라 송신 코일에 공급되는 전압 제어, 전류 제어, 주파수 제어가 달라 질 수 있다. 예를 들어, 5W 초과의 전력을 전송하는 경우, 5W 이하의 전력을 전송할 때 설정된 공진 주파수 보다 높은 공진 주파수로 변경될 수 있다.

무선 전력 송신기는 식별된 무선 전력 수신기로부터 수신한 무선 전력 수신기의 전력 레벨에 따라 디지털 핑 신호의 전력을 변경시킬 수 있다.

실시예에 따라, 식별된 무선 전력 수신기가 5W 이하의 전력 레벨로 설계된 경우, 무선 전력 송신기는 동적으로 디지털 핑 신호의 전력을 기 설정된 전력 보다 낮출 수 있다. 반대로, 식별된 무선 전력 수신기가 5W 초과의 전력 레벨로 설계된 경우, 무선 전력 송신기는 디지털 핑 신호의 전력을 기 설정된 전력 보다 높일 수 있다.

무선 전력 송신기는 디지털 핑 신호의 전력을 변경하기 위해 송신 코일로 입력되는 전압을 변경시킬 수 있고, 송신 코일의 입력 전압을 제어하는 DC/DC 변환부의 출력 전압을 변경시킬 수 있다.

도면 번호 901 내지 902를 참조하면, 확장 지시자 값이 0이면, 해당 무선 전력 수신기를 위한 디바이스 식별자는 제조사 정보와 기본 디바이스 식별 정보의 조합으로 이루어질 수 있다. 반면, 확장 지시자 값이 1이면, 해당 무선 전력 수신기를 위한 디바이스 식별자는 제조사 정보, 기본 디바이스 식별 정보 및 확장 디바이스 식별 정보의 조합으로 이루어질 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기가 전송하는 구성 패킷 및 전력 제어 보류 패킷의 포맷을 설명하기 위한 도면이다.

도 10의 도면 번호 1001에 도시된 바와 같이, 구성 패킷의 메시지 포맷은 5바이트의 길이를 가질 수 있으며, 전력 등급(Power Class) 필드, 최대 전력(Maximum Power) 필드, 전력 제어(Power Control) 필드, 카운트(Count) 필드, 윈도우 사이즈(Window Size) 필드, 윈도우 옵셋(Window Offset) 필드 등을 포함하여 구성될 수 있다.

전력 등급 필드에는 해당 무선 전력 수신기에 할당된 전력 등급이 기록될 수 있다.

최대 전력 필드에는 무선 전력 수신기의 정류기 출력단에서 제공할 수 있는 최대 전력의 세기 값이 기록될 수 있다.

일 예로, 전력 등급이 a이고 최대 전력이 b인 경우에 있어서, 무선 전력 수신 장치의 정류기 출력단에서 제공되길 바라는 최대 전력량(Pmax)는 (b/2)*10a로 산출될 수 있다.

전력 제어 필드에는 무선 전력 송신기에서의 전력 제어가 어떤 알고리즘에 따라 이루어져야 하는지를 지시하기 위해 사용될 수 있다. 일 예로, 전력 제어 필드 값이 0이면, 표준에 정의된 전력 제어 알고리즘 적용을 의미하고, 전력 제어 필드 값이 1이면, 제조사에 의해 정의된 알고리즘에 따라 전력 제어가 이루어지는 것을 의미할 수 있다.

카운트 필드는 무선 전력 수신 장치가 식별 및 구성 단계에서 전송할 옵션 구성 패킷의 개수를 기록하기 위해 사용될 수 있다.

윈도우 사이즈 필드는 평균 수신 파워 산출을 위한 윈도우 크기를 기록하기 위해 사용될 수 있다. 일 예로, 윈도우 사이즈는 0보다 크고, 4ms 단위를 가지는 양의 정수 값일 수 있다.

윈도우 옵셋 필드는 평균 수신 파워 산출 윈도우 종료 시점부터 다음 수신 전력 패킷의 전송 시작 시점까지의 시간을 식별하기 위한 정보가 기록될 수 있다. 일 예로, 윈도우 옵셋은 0보다 크고, 4ms 단위를 가지는 양의 정수 값일 수 있다.

실시예에 따라, 구성 패킷은 무선 전력 수신기 각각 상이하게 설정될 수 있는 설계 사항을 지시하는 필드를 포함할 수 있으며, 상기 필드는 무선 전력 수신기 자신의 전력 레벨이 5W를 초과하는 전력을 수신할 수 있음을 지시하는 정보를 포함할 수 있다.

상기 정보를 수신한 무선 전력 송신기는 자신의 설계 사항에 따라 5W를 초과하는 전력을 공급할 수 있는지 확인할 수 있고, 최대 전력이 5W를 초과하는 전력 송수신 계약을 맺을 수 있다. 이러한 정보에 대응하여 무선 전력 송신기는 전송하는 전력의 크기에 따라 송신 코일에 공급되는 전압 제어, 전류 제어, 주파수 제어가 달라 질 수 있다. 예를 들어, 5W 초과의 전력을 전송하는 경우, 5W 이하의 전력을 전송할 때 설정된 공진 주파수 보다 높은 공진 주파수로 변경될 수 있다.

무선 전력 송신기는 식별된 무선 전력 수신기로부터 수신한 무선 전력 수신기의 전력 레벨에 따라 디지털 핑 신호의 전력을 변경시킬 수 있다.

실시예에 따라, 식별된 무선 전력 수신기가 5W 이하의 전력 레벨로 설계된 경우, 무선 전력 송신기는 동적으로 디지털 핑 신호의 전력을 기 설정된 전력 보다 낮출 수 있다. 반대로, 식별된 무선 전력 수신기가 5W 초과의 전력 레벨로 설계된 경우, 무선 전력 송신기는 디지털 핑 신호의 전력을 기 설정된 전력 보다 높일 수 있다.

무선 전력 송신기는 디지털 핑 신호의 전력을 변경하기 위해 송신 코일로 입력되는 전압을 변경시킬 수 있고, 송신 코일의 입력 전압을 제어하는 DC/DC 변환부의 출력 전압을 변경시킬 수 있다.

도면 번호 1002를 참조하면, 전력 제어 보류 패킷의 메시지 포맷은 전력 제어 보류 시간(T_delay)을 포함하여 구성될 수 있다. 전력 제어 보류 패킷은 식별 및 구성 단계 동안 복수개가 전송될 수 있다. 일 예로, 전력 제어 보류 패킷은 7개까지 전송될 수 있다. 전력 제어 보류 시간(T_delay)은 미리 정의된 전력 제어 보류 최소 시간(T_min: 5ms)과 전력 제어 보류 최대 시간(T_max: 205ms) 사이의 값을 가질 수 있다. 무선 전력 송신 장치는 식별 및 구성 단계에서 마지막으로 수신된 전력 제어 보류 패킷의 전력 제어 보류 시간을 이용하여 전력 제어를 수행할 수 있다. 또한, 무선 전력 송신 장치는 식별 및 구성 단계에서 전력 제어 보류 패킷이 수신되지 않은 경우, 상기 T_min 값을 T_delay 값으로 사용할 수 있다.

전력 제어 보류 시간은 무선 전력 송신 장치가 가장 최근의 제어 오류 패킷 수신 후 실제 전력 제어를 수행하기 이전에 전력 제어를 수행하지 않고 대기해야 하는 시간을 의미할 수 있다.

도 11(a) 및 도 11(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기가 발생시키는 감지 신호를 설명하기 위한 도면이다.

도 11(a)를 참조하면, 선택 단계로서 무선 전력 수신기가 감지되지 않은 상태에서 무선 전력 송신기는 아날로그 핑 신호를 발생시킬 수 있고 이후 물체가 감지되면 핑 단계로 진행되어 디지털 핑 신호가 발생될 수 있으나, 일 실시예에서는 선택 단계 또는 핑 단계의 구분 아날로그 핑 신호와 디지털 핑 신호가 하나의 단계에서 시분할되어 발생될 수 있다.

무선 전력 송신기의 송신 코일에서 발생되는 아날로그 핑 신호와 디지털 핑 신호가 각각 설정된 주기 마다 발생될 수 있다. 아날로그 핑 신호는 제1 주기 마다 발생될 수 있으며, 디지털 핑 신호는 제2 주기 마다 발생될 수 있다.

제2 주기는 제1 주기의 정수배일 수 있고, 이에 따라 무선 전력 송신기는 아날로그 핑 신호의 일부 신호를 디지털 핑 신호로 대체하여 발생시킬 수 있다.

예를 들어, 아날로그 핑 신호는 제1 주기(0.4sec) 마다 발생될 수 있고, 디지털 핑 신호가 제2 주기(4.8sec) 마다 발생될 경우, 제1 주기와 제2 주기의 공통 배수인 시점에서는 아날로그 핑 신호를 대체하여 디지털 핑 신호가 발생될 수 있다.

아날로그 핑 신호와 디지털 핑 신호가 하나의 단계에서 시분할되어 발생되는 상황에서 아날로그 핑 신호의 발생 및 디지털 핑 신호의 발생을 위해 송신 코일로 입력되는 전압은 동일할 수 있다. 송신 코일로 입력되는 전압은 DC/DC 변환기의 출력 전압에 의해 제어될 수 있다.

도 11(b)를 참조하면, 디지털 핑 신호가 발생될 시간 동안의 DC/DC 변환기의 출력 전압이 아날로그 핑 신호가 발생될 시간 동안의 DC/DC 변환기의 출력 전압 보다 높다. 디지털 핑 신호의 발생에 소요되는 전압에만 상대적으로 높은 전압을 인가하고, 아날로그 핑 신호의 발생에 소요되는 전압을 상대적으로 낮춤으로써 지속적으로 아날로그 핑 신호의 발생 소요되는 전력의 낭비를 막을 수 있다. 무선 전력 송신기는 디지털 핑 신호가 발생되는 구간에서 DC/DC 변환기의 출력 전압 변경 구간을 설정하여 전력 전송 단계 진입 이전의 대기 소모 전력을 감소시킬 수 있다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (25)

1. 제1 전력의 아날로그(analog) 감지 신호를 발생시키는 단계; 및
   상기 아날로그 감지 신호에 대응한 전력 송신 코일의 임피던스 변화에 의해 물체가 감지되면, 제2 전력의 디지털(digital) 감지 신호를 발생시키는 단계;
   를 포함하며,
   상기 제1 전력은 상기 제2 전력과 상이한,
   무선 전력 송신기의 제어 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 디지털 감지 신호에 대응한 응답 신호에 의해 무선 전력 수신기를 식별하는 단계; 및
   상기 식별된 무선 전력 수신기로부터 수신한 전력 레벨(power level)에 따라 상기 디지털 감지 신호의 상기 제2 전력을 상기 제2 전력 보다 높은 제3 전력으로 변경하거나, 상기 제2 전력을 상기 제2 전력 보다 낮은 제4 전력으로 변경하는 단계;
   를 더 포함하며,
   상기 전력 레벨은 상기 무선 전력 수신기에 제공 받는 허용 전력을 지시하는,
   무선 전력 송신기의 제어 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 전력 레벨은 상기 무선 전력 수신기로부터 수신한 식별 패킷 또는 구성 패킷에 포함되는,
   무선 전력 송신기의 제어 방법.
4. 제2항에 있어서,
   상기 제3 전력 또는 제4 전력으로 변경된 상기 디지털 감지 신호를 전력 신호가 전송될 상기 무선 전력 수신기가 결정되기 전까지 발생시키는 단계;
   더 포함하는,
   무선 전력 송신기의 제어 방법.
5. 제2항에 있어서,
   상기 변경하는 단계는,
   DC/DC 변환기의 출력 전압(vrail)을 기 설정 전압 보다 낮은 제1 전압으로 변경하거나, 상기 기 설정 전압 보다 높은 제2 전압으로 변경하는 단계;
   를 포함하는,
   무선 전력 송신기의 제어 방법.
6. 제2항에 있어서,
   상기 디지털(digital) 감지 신호를 발생시킨 후 제1 시간 내에 상기 응답 신호를 수신하지 못할 경우, 상기 아날로그 감지 신호를 발생시키는 단계;
   를 더 포함하는,
   무선 전력 송신기의 제어 방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 응답 신호를 수신한 후 상기 무선 전력 수신기로부터 상기 식별 패킷을 제2 시간 동안 수신하지 못한 경우, 상기 아날로그 감지 신호를 발생시키는 단계;
   를 더 포함하는,
   무선 전력 송신기의 제어 방법.
8. 제1 전력의 아날로그(analog) 감지 신호를 발생시키는 전력 송신 코일; 및
   상기 아날로그 감지 신호에 대응한 상기 전력 송신 코일의 임피던스 변화에 의해 물체가 감지되는지 여부를 판단하는 제어부;
   를 포함하며,
   상기 제어부는,
   상기 물체가 감지되면 제2 전력의 디지털(digital) 감지 신호를 발생시키며,
   상기 제1 전력은 상기 제2 전력과 상이한,
   무선 전력 송신기.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 디지털 감지 신호에 대응한 응답 신호에 의해 무선 전력 수신기를 식별하고,
   상기 식별된 무선 전력 수신기로부터 수신한 전력 레벨(power level)에 따라 상기 디지털 감지 신호의 상기 제2 전력을 상기 제2 전력 보다 높은 제3 전력으로 변경하거나, 상기 제2 전력을 상기 제2 전력 보다 낮은 제4 전력으로 변경하며,
   상기 전력 레벨은 상기 무선 전력 수신기에 제공 받는 허용 전력을 지시하는,
   무선 전력 송신기.
10. 제9항에 있어서,
    상기 전력 레벨은 상기 무선 전력 수신기로부터 수신한 식별 패킷 또는 구성 패킷에 포함되는,
    무선 전력 송신기.
11. 제9항에 있어서,
    상기 전력 송신 코일은,
    상기 제3 전력 또는 제4 전력으로 변경된 상기 디지털 감지 신호를 전력 신호가 전송될 상기 무선 전력 수신기가 결정되기 전까지 발생시키는,
    무선 전력 송신기.
12. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    DC/DC 변환기의 출력 전압(vrail)을 기 설정 전압 보다 낮은 제1 전압으로 변경하거나, 상기 기 설정 전압 보다 높은 제2 전압으로 변경하는,
    무선 전력 송신기.
13. 제9항에 있어서,
    상기 디지털(digital) 감지 신호를 발생시킨 후 제1 시간 내에 상기 응답 신호를 수신하지 못할 경우, 상기 제어부는 상기 아날로그 감지 신호를 발생시키는,
    무선 전력 송신기.
14. 제9항에 있어서,
    상기 응답 신호를 수신한 후 상기 무선 전력 수신기로부터 상기 식별 패킷을 기 설정 시간 동안 수신하지 못한 경우, 상기 제어부는 상기 아날로그 감지 신호를 발생시키는,
    무선 전력 송신기.
15. 제1 주기 마다 제1 전력의 아날로그(analog) 감지 신호를 발생시키는 단계; 및
    제2 주기 마다 제2 전력의 디지털(digital) 감지 신호를 발생시키는 단계;
    를 포함하며,
    상기 아날로그 감지 신호의 일부는 상기 디지털 감지 신호로 대체되며,
    상기 제2 주기는 상기 제1 주기를 정수배이며,
    상기 제1 전력은 상기 제2 전력 미만인,
    무선 전력 송신기의 제어 방법.
16. 제15항에 있어서,
    상기 디지털 감지 신호에 대응한 응답 신호에 의해 무선 전력 수신기를 식별하는 단계; 및
    상기 식별된 무선 전력 수신기로부터 수신한 전력 레벨(power level)에 따라 상기 디지털 감지 신호의 상기 제2 전력을 상기 제2 전력 보다 높은 제3 전력으로 변경하거나, 상기 제2 전력을 상기 제2 전력 보다 낮은 제4 전력으로 변경하는 단계;
    를 더 포함하며,
    상기 전력 레벨은 상기 무선 전력 수신기에 제공 받는 허용 전력을 지시하는,
    무선 전력 송신기의 제어 방법.
17. 제16항에 있어서,
    상기 전력 레벨은 상기 무선 전력 수신기로부터 수신한 식별 패킷 또는 구성 패킷에 포함되는,
    무선 전력 송신기의 제어 방법.
18. 제16항에 있어서,
    상기 제3 전력 또는 제4 전력으로 변경된 상기 디지털 감지 신호를 전력 신호가 전송될 상기 무선 전력 수신기가 결정되기 전까지 발생시키는 단계;
    더 포함하는,
    무선 전력 송신기의 제어 방법.
19. 제16항에 있어서,
    상기 변경하는 단계는,
    DC/DC 변환기의 출력 전압(vrail)을 기 설정 전압 보다 낮은 제1 전압으로 변경하거나, 상기 기 설정 전압 보다 높은 제2 전압으로 변경하는 단계;
    를 포함하는,
    무선 전력 송신기의 제어 방법.
20. 제1 주기 마다 제1 전력의 아날로그(analog) 감지 신호를 발생시키며, 제2 주기 마다 제2 전력의 디지털(digital) 감지 신호를 발생시키는 전력 송신 코일; 및
    상기 아날로그 감지 신호의 일부를 상기 디지털 감지 신호로 대체시키는 제어부;
    를 포함하며,
    상기 제2 주기는 상기 제1 주기를 정수배이며,
    상기 제1 전력은 상기 제2 전력 미만인
    무선 전력 송신기.
21. 제20항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 디지털 감지 신호에 대응한 응답 신호에 의해 무선 전력 수신기를 식별하고,
    상기 식별된 무선 전력 수신기로부터 수신한 전력 레벨(power level)에 따라 상기 디지털 감지 신호의 상기 제2 전력을 상기 제2 전력 보다 높은 제3 전력으로 변경하거나, 상기 제2 전력을 상기 제2 전력 보다 낮은 제4 전력으로 변경하며,
    상기 전력 레벨은 상기 무선 전력 수신기에 제공 받는 허용 전력을 지시하는,
    무선 전력 송신기.
22. 제21항에 있어서,
    상기 전력 레벨은 상기 무선 전력 수신기로부터 수신한 식별 패킷 또는 구성 패킷에 포함되는,
    무선 전력 송신기.
23. 제21항에 있어서,
    상기 전력 송신 코일은,
    상기 제3 전력 또는 제4 전력으로 변경된 상기 디지털 감지 신호를 전력 신호가 전송될 상기 무선 전력 수신기가 결정되기 전까지 발생시키는,
    무선 전력 송신기.
24. 제21항에 있어서,
    상기 제어부는,
    DC/DC 변환기의 출력 전압(vrail)을 기 설정 전압 보다 낮은 제1 전압으로 변경하거나, 상기 기 설정 전압 보다 높은 제2 전압으로 변경하는,
    무선 전력 송신기.
25. 제1항 내지 제7항 및 제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.

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