KR20190026244A - 무선 전력 송신 방법 및 그를 위한 장치 - Google Patents

무선 전력 송신 방법 및 그를 위한 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 특히, 무선 전력 송신 방법 및 그를 위한 장치에 관한 것이다.
본 발명의 무선 전력 송신 방법은, 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신기의 무선 전력 송신 방법에 있어서, 제1 구동 전압으로 동작하는 단계; 핑 단계 진입 여부를 판단하는 단계; 핑 단계로 진입하면 제1 상태 여부를 판단하는 단계; 및 제1 상태이면 제2 구동 전압으로 동작하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

무선 전력 송신 방법 및 그를 위한 장치{Wireless Power Transmission Method and Apparatus therefor}
본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 특히, 무선 전력 송신 방법 및 그를 위한 장치에 관한 것이다.
휴대폰, 노트북과 같은 휴대용 단말은 전력을 저장하는 배터리와 배터리의 충전 및 방전을 위한 회로를 포함한다. 이러한 단말의 배터리가 충전되려면, 외부의 충전기로부터 전력을 공급받아야 한다.
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 휴대용 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 송신기 코일에서 자기장을 발생시켜 그 자기장의 영향으로 수신기 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) 및 Air Fuel Alliance(구 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 Air Fuel Alliance(구 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 영역에 이물질이 존재하는 경우, 이물질에 전자기장이 흡수되어 발열 현상이 발생된다. 또한, 이물질이 전자 소자 등을 포함하는 경우 전자기장이 흡수 될 때 소음을 발생시킬 수 있다. 이 소음은 약 35dB에서 40dB 정도이고, 보통 40dB 정도의 소음의 경우 일반 사람들이 잠자는데 불편을 느낄 수 있는 정도이다. 또한, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기를 감지하기 위하여 감지신호를 발생시킬 때 코일에 흐르는 전류가 증가하여 열을 발생시키고 필요 없는 전력을 소비하게 된다. 또한, 무선 전력 송신기에서 발생시키는 전자기장이 FM 라디오 주파수에 간섭을 주는 문제가 있었다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 무선 전력 송신 방법 및 그를 위한 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 이물질에 의한 소음을 제거하는 것이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 그를 위한 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 이물질에 의한 발열 현상을 제거하는 것이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 그를 위한 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 이물질 감지 여부에 따라 대기전력을 감소 시킬 수 있는 무선 전력 송신 방법 및 그를 위한 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 이물질 감지 여부에 따라 FM 라디오 주파수 간섭을 제거 할 수 있는 무선 전력 송신 방법 및 그를 위한 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 이물질 감지 여부에 따라 무선 전력 송신기의 발열 현상을 제거할 수 있는 무선 전력 송신 방법 및 그를 위한 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 이물질 감지 여부에 따라 적응적으로 구동 전압을 제어하는 것이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 그를 위한 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 이물질 감지 여부에 따라 적응적으로 핑 신호 전송을 제어하는 것이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 그를 위한 장치를 제공하는 것이다.
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, 실시예에 따른 무선 전력 송신 방법은, 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신기의 무선 전력 송신 방법에 있어서, 제1 구동 전압으로 동작하는 단계; 핑 단계 진입 여부를 판단하는 단계; 상기 핑 단계로 진입하면 제1 상태 여부를 판단하는 단계; 및 상기 제1 상태이면 제2 구동 전압으로 동작하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 전력 송신 방법은, 상기 제1 상태 여부를 판단하는 단계는, 상기 무선 전력 수신기에 제1 감지 신호를 송신하는 단계; 내부 전류를 측정하는 단계; 상기 측정된 내부 전류가 제1 기준 전류 이상인지 판단하는 단계; 및 상기 측정된 내부 전류가 상기 제1 기준 전류 이상이면 상기 제1 상태로 판단하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 전력 송신 방법은, 상기 제1 상태 여부를 판단하는 단계는, 상기 제1 상태가 제1 기준 시간 동안 유지되는지 판단하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 전력 송신 방법은, 상기 제1 상태 여부를 판단하는 단계는, 상기 무선 전력 수신기로부터 상기 제1 감지 신호에 대한 응답 신호를 수신하였는지 판단하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 전력 송신 방법은, 상기 제2 구동 전압으로 동작하면 상기 무선 전력 수신기에 제2 감지 신호를 송신하는 단계; 상기 제2 감지 신호 송신 후 내부 전류를 측정하는 단계; 상기 제2 감지 신호 송신 후 측정된 내부 전류가 제2 기준 전류 미만인지 판단하는 단계; 상기 상기 제2 감지 신호 송신 후 측정된 내부 전류가 제2 기준 전류 미만이면 제2 상태로 판단하는 단계; 상기 제2 상태가 제2 기준 시간 동안 유지되는지 판단하는 단계; 및 상기 제2 상태가 상기 제2 기준 시간 동안 유지되면 상기 제1 구동 전압으로 동작하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 전력 송신 방법은, 상기 제1 기준 전류는 상기 제2 기준 전류보다 클 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 전력 송신 방법은, 상기 제1 기준 시간은 상기 제2 기준 시간보다 길 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 전력 송신 방법은, 상기 제1 구동 전압은 상기 제2 구동 전압보다 클 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 전력 송신 방법은, 상기 제1 상태는 충전 영역에 이물질이 존재하는 상태이고, 상기 제2 상태는 충전 영역에 이물질이 제거된 상태일 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 전력 송신 방법은, 제3 상태는 충전 영역에 무선 전력 수신기가 존재하는 상태이고, 상기 제1 기준 전류는 상기 제3 상태에서 상기 무선 전력 송신기가 제1 구동 전압으로 동작 시의 최대 내부 전류 값일 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 전력 송신 방법은, 상기 제1 상태 여부를 판단하는 단계는, 제1 감지 신호 카운터를 초기화 하는 단계; 상기 무선 전력 수신기에 제1 감지 신호를 송신하는 단계; 상기 무선 전력 수신기로부터 상기 제1 감지 신호에 대한 응답 신호를 수신하였는지 판단하는 단계; 상기 응답 신호를 수신하지 않으면 상기 제1 감지 신호 카운터를 1 만큼 증가시킨 후 상기 제1 감지 신호 카운터가 소정 임계치를 초과하는지 판단하는 단계; 및 상기 제1 감지 신호 카운터가 상기 소정 임계치를 초과하면 상기 제1 상태로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 전력 송신 방법은, 상기 제1 상태이면 제2 구동 전압으로 동작하는 단계는 제1 감지 신호 카운터를 초기화하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 전력 송신 방법은, 상기 제2 구동 전압으로 동작하면 상기 무선 전력 수신기에 제2 감지 신호를 송신하는 단계; 및 상기 무선 전력 수신기로부터 상기 제2 감지 신호에 대한 응답 신호를 수신하였는지 판단하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 전력 송신 방법은, 상기 제2 감지 신호에 대한 응답 신호를 수신하지 않으면 슬립 기간 동안 슬립모드로 동작하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 전력 송신 방법은, 슬립 기간이 경과하면 상기 무선 전력 수신기에 상기 제2 감지 신호를 송신할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 전력 송신 방법은, 상기 제1 구동 전압은 상기 제2 구동 전압보다 클 수 있다.
실시예에 따른 무선 전력 송신기는, 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 송신기에 있어서, 제1 구동 전압을 제공하는 전력 변환부; 상기 제1 구동 전압에 기초하여 제1 감지 신호를 송신하는 전력 전송부; 및 제1 상태이면 상기 전력 변화부가 제2 구동 전압을 제공하도록 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 전력 송신기는, 내부 전류를 측정하는 전류 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 측정된 내부 전류가 제1 기준 전류 이상이면 상기 제1 상태로 판단하고, 상기 전력 전송부가 상기 제2 구동 전압에 기초하여 제2 감지 신호를 송신하도록 제어할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 전력 송신기는, 상기 제어부는 핑 단계에 진입하면 제1 감지 신호 카운터를 초기화하고, 상기 제1 감지 신호에 대한 응답 신호를 수신 하지 않으면 상기 제1 감지 신호 카운터를 1 만큼 증가 시키고, 상기 제1 감지 신호 카운터가 소정 임계치를 초과하면 상기 제1 상태로 판단할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 전력 송신기는, 상기 제어부는 상기 제1 상태로 판단하면 상기 전력 전송부가 상기 제2 구동 전압에 기초하여 제2 감지 신호를 송신하도록 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 송신 방법 및 그를 위한 장치에 대한 효과에 대한 효과를 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 무선 전력 송신 방법 및 그를 위한 장치을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 이물질에 의한 소음을 제거하는 것이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 그를 위한 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 이물질에 의한 발열 현상을 제거하는 것이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 그를 위한 장치를 제공 할 수 있다.
또한, 본 발명은 이물질 감지 여부에 따라 대기전력을 감소 시킬 수 있는 무선 전력 송신 방법 및 그를 위한 장치를 제공 할 수 있다.
또한, 본 발명은 이물질 감지 여부에 따라 FM 라디오 주파수 간섭을 제거 할 수 있는 무선 전력 송신 방법 및 그를 위한 장치를 제공 할 수 있다.
또한, 본 발명은 이물질 감지 여부에 따라 무선 전력 송신기의 발열 현상을 제거할 수 있는 무선 전력 송신 방법 및 그를 위한 장치를 제공 할 수 있다.
또한, 본 발명은 이물질 감지 여부에 따라 적응적으로 구동 전압을 제어하는 것이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 그를 위한 장치를 제공 할 수 있다.
또한, 본 발명은 이물질 감지 여부에 따라 적응적으로 핑 신호 전송을 제어하는 것이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 그를 위한 장치를 제공 할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
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 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 WPC 표준에 정의된 제1 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 3는 WPC 표준에 정의된 제2 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 4은 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 상기 도 4에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 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.
이상에서, 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, 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.
실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)", "전(앞) 또는 후(뒤) "에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(위) 또는 하(아래)" 및 "전(앞) 또는 후(뒤) "는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다.
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.
실시예의 설명에 있어서, 무선 전력 충전 시스템상에서 무선 전력을 송신하는 장치는 설명의 편의를 위해 무선 전력 송신기, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 송신기, 송신단, 송신기, 송신 장치, 송신측, 무선 전력 전송 장치, 무선 전력 전송기, 무선충전장치 등을 혼용하여 사용하기로 한다. 또한, 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 수신 단말기, 수신측, 수신 장치, 수신기 단말 등이 혼용되어 사용될 수 있다.
실시예에 따른 무선충전장치는 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 전력을 전송할 수도 있다.
일 예로, 무선 전력 송신기는 통상적으로 책상이나 탁자 위 등에서 놓여서 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 자동차용으로도 개발되어 적용되어 차량 내에서 사용될 수 있다. 차량에 설치되는 무선 전력 송신기는 간편하고 안정적으로 고정 및 거치할 수 있는 거치대 형태로 제공될 수 있다.
실시예에 따른 단말은 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 등의 소형 전자 기기 등에 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며 실시예에 따른 무선 전력 수신 수단이 장착되어 배터리 충전이 가능한 모바일 디바이스 기기(이하, "디바이스"라 칭함.)라면 족하고, 단말 또는 디바이스라는 용어는 혼용하여 사용될 수 있다. 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기는 차량, 무인 항공기, 에어 드론 등에도 탑재될 수 있다.
실시예에 따른 무선 전력 수신기는 적어도 하나의 무선 전력 전송 방식이 구비될 수 있으며, 2개 이상의 무선 전력 송신기로부터 동시에 무선 전력을 수신할 수도 있다. 여기서, 무선 전력 전송 방식은 상기 전자기 유도 방식, 전자기 공진 방식, RF 무선 전력 전송 방식 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 특히, 전자기 유도 방식을 지원하는 무선 전력 수신 수단은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) 및 Air Fuel Alliance(구 PMA, Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다. 또한 전자기 공진 방식을 지원하는 무선 전력 수신 수단은 무선 충전 기술 표준 기구인 Air Fuel Alliance(구 A4WP, Alliance for Wireless Power) 표준 기구에서 정의된 공진 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.
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.
도 1은 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.
일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 동일한 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 인밴드(In-band) 통신을 수행할 수 있다. 다른 일예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 상이한 별도의 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 대역외(Out-of-band) 통신을 수행할 수도 있다.
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)으로 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.
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, 온도 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 전자 기기(30)로부터 획득 가능하고, 무선 전력 제어에 활용 가능한 정보이면 족하다.
도 2는 WPC 표준에 정의된 제1 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 2를 참조하면, WPC 표준의 제1 무선 전력 전송 절차에 따라 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(Selection Phase, 210), 핑 단계(Ping Phase, 220), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 230), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 240) 단계로 구분될 수 있다.
선택 단계(210)는 파워 전송을 시작하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계일 수 있다. 여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다. 또한, 선택 단계(210)에서 송신기는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다. 만약, 송신기가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 단계(220)로 천이할 수 있다(S201). 선택 단계(210)에서 송신기는 매우 짧은 펄스의 아날로그 핑(Analog Ping) 신호를 전송하며, 송신 코일의 전류 변화에 기반하여 인터페이스 표면의 활성 영역(Active Area)에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다.
핑 단계(220)에서 송신기는 물체가 감지되면, 수신기를 활성화시키고, 수신기가 WPC 표준이 호환되는 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송한다. 핑 단계(220)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 지시자-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(210)로 천이할 수 있다(S202). 또한, 핑 단계(220)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 신호-를 수신하면, 선택 단계(210)로 천이할 수도 있다(S203).
핑 단계(220)가 완료되면, 송신기는 수신기 식별 및 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(230)로 천이할 수 있다(S204).
식별 및 구성 단계(230)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(210)로 천이할 수 있다(S205).
수신기에 대한 식별 및 구성이 완료되면, 송신기는 무선 전력을 전송하는 전력 전송 단계(240)로 천이할 수 있다(S206).
전력 전송 단계(240)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(210)로 천이할 수 있다(S207).
또한, 전력 전송 단계(240)에서, 송신기는 송신기 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 식별 및 구성 단계(230)로 천이할 수 있다(S208).
상기한 파워 전송 계약은 송신기와 수신기의 상태 및 특성 정보에 기반하여 설정될 수 있다. 일 예로, 송신기 상태 정보는 최대 전송 가능한 파워량에 대한 정보, 최대 수용 가능한 수신기 개수에 대한 정보 등을 포함할 수 있으며, 수신기 상태 정보는 요구 전력에 대한 정보 등을 포함할 수 있다.
도 3는 WPC 표준에 정의된 제2 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 3을 참조하면, WPC 표준의 제2 무선 전력 전송 절차에 따라 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(Selection Phase, 310), 핑 단계(Ping Phase, 320), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 330), 협상 단계(Negotiation Phase, 340), 보정 단계(Calibration Phase, 350), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 360) 단계 및 재협상 단계(Renegotiation Phase, 370)로 구분될 수 있다.
선택 단계(310)는 파워 전송을 시작하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계-예를 들면, 도면 부호 S302, S304, S308, S310, S312를 포함함-일 수 있다. 여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다. 또한, 선택 단계(310)에서 송신기는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다. 만약, 송신기가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 단계(320)로 천이할 수 있다. 선택 단계(310)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.
선택 단계(310)에서 물체가 감지되는 경우, 무선 전력 송신기는 무선전력 공진 회로, 예를 들어 무선 전력 전송을 위한 송신 코일 및/또는 공진 캐패시터의 품질 인자를 측정할 수 있다.
무선 전력 송신기는 무선전력 공진 회로(예를 들어 전력전송 코일 및/또는 공진 캐패시터)의 인덕턴스를 측정할 수 있다.
품질계수 및/또는 인덕턴스는 향후 협상단계(340)에서 이물질 존재 여부를 판단하는데 사용될 수 있다.
핑 단계(320)에서 송신기는 물체가 감지되면, 수신기를 활성화(Wake up)시키고, 감지된 물체가 무선 전력 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송한다(S301). 핑 단계(320)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 패킷-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(310)로 천이할 수 있다. 또한, 핑 단계(320)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 패킷-을 수신하면, 선택 단계(310)로 천이할 수도 있다(S302).
핑 단계(320)가 완료되면, 송신기는 수신기를 식별하고 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(330)로 천이할 수 있다(S303).
식별 및 구성 단계(330)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(310)로 천이할 수 있다(S304).
송신기는 식별 및 구성 단계(330)에서 수신된 구성 패킷(Configuration packet)의 협상 필드(Negotiation Field) 값에 기반하여 협상 단계(340)로의 진입이 필요한지 여부를 확인할 수 있다.
확인 결과, 협상이 필요하면, 송신기는 협상 단계(340)로 진입할 수 있다(S305). 협상 단계(340)에서 송신기는 소정 FOD 검출 절차를 수행할 수 있다.
반면, 확인 결과, 협상이 필요하지 않은 경우, 송신기는 곧바로 전력 전송 단계(360)로 진입할 수도 있다(S306).
협상 단계(340)에서, 송신기는 기준 품질 인자 값이 포함된 FOD(Foreign Object Detection) 상태 패킷을 수신할 수 있다. 또는 기준 인덕턴스 값이 포함된 FOD 상태 패킷을 수신할 수 있다. 또는 기준 품질 인자 값 및 기준 인덕턴스 값이 포함된 상태 패킷을 수신할 수 있다. 이때, 송신기는 기준 품질 인자 값에 기반하여 FO 검출을 위한 품질 인자 임계치를 결정할 수 있다. 송신기는 기준 인덕턴스 값에 기반하여 FO 검출을 위한 인덕턴스 임계치를 결정할 수 있다.
송신기는 결정된 FO 검출을 위한 품질 인자 임계치 및 현재 측정된 품질 인자 값-예를 들면, 핑 단계 이전에 측정된 품질 인자 값일 수 있음-을 이용하여 충전 영역에 FO가 존재하는지를 검출할 수 있으며, FO 검출 결과에 따라 전력 전송을 제어할 수 있다. 일 예로, FO가 검출된 경우, 전력 전송이 중단될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
송신기는 결정된 FO 검출을 위한 인덕턴스 임계치 및 현재 측정된 인덕턴스 값-예를 들면, 핑 단계 이전에 측정된 인덕턴스 값일 수 있음-을 이용하여 충전 영역에 FO가 존재하는지를 검출할 수 있으며, FO 검출 결과에 따라 전력 전송을 제어할 수 있다. 일 예로, FO가 검출된 경우, 전력 전송이 중단될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
FO가 검출된 경우, 송신기는 선택 단계(310)로 회귀할 수 있다(S308). 반면, FO가 검출되지 않은 경우, 송신기는 보정 단계(350)를 거쳐 전력 전송 단계(360)로 진입할 수도 있다(S307 및 S309). 상세하게, 송신기는 FO가 검출되지 않은 경우, 송신기는 보정 단계(350)에서 수신단에 수신된 전력의 세기를 결정하고, 송신단에서 전송한 전력의 세기를 결정하기 위해 수신단과 송신단에서의 전력 손실을 측정할 수 있다. 즉, 송신기는 보정 단계(350)에서 송신단의 송신 파워와 수신단의 수신 파워 사이의 차이에 기반하여 전력 손실을 예측할 수 있다. 일 실시예에 따른 송신기는 예측된 전력 손실을 반영하여 FOD 검출을 위한 임계치를 보정할 수도 있다.
전력 전송 단계(360)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(310)로 천이할 수 있다(S310).
또한, 전력 전송 단계(360)에서, 송신기는 송신기 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 재협상 단계(370)로 천이할 수 있다(S311). 이때, 재협상이 정상적으로 완료되면, 송신기는 전력 전송 단계(360)로 회귀할 수 있다(S313).
상기한 파워 전송 계약은 송신기와 수신기의 상태 및 특성 정보에 기반하여 설정될 수 있다. 일 예로, 송신기 상태 정보는 최대 전송 가능한 파워량에 대한 정보, 최대 수용 가능한 수신기 개수에 대한 정보 등을 포함할 수 있으며, 수신기 상태 정보는 요구 전력에 대한 정보 등을 포함할 수 있다.
송신기는 재협상이 정상적으로 완료되지 않으면, 해당 수신기로의 전력 전송을 중단하고, 선택 단계로(310) 천이할 수도 있다(S312).
도 4은 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4를 참조하면 무선 전력 송신기(400)는 크게, 전력 변환부(410), 전력 전송부(420), 무선 충전 통신부(430), 제어부(440), 전류센서(450), 온도 센서(460), 저장부(470), 팬(480), 타이머(490)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기한 무선 전력 송신기(400)의 구성은 반드시 필수적인 구성은 아니어서, 그보다 많거나 적은 구성 요소를 포함하여 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 전원부(100)는 공급 전력을 제공할 수 있다. 전원부(100)는 무선 전력 송신기(400)에 내장된 배터리에 해당할 수 있고 외부 전원일 수도 있다. 실시예는 전원부(100)의 형태에 제한되지 않는다.
전력 변환부(410)는 전원부(100)로부터 전원이 공급되면, 이를 소정 세기의 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.
이를 위해, 전력 변환부(410)는 DC/DC 변환부(411), 증폭기(412)를 포함하여 구성될 수 있다.
DC/DC 변환부(411)는 전원부(100)로부터 공급된 DC 전력을 제어부(440)의 제어 신호에 따라 특정 세기의 DC 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.
증폭기(412)는 DC/DC 변환된 전력의 세기를 제어부(440)의 제어 신호에 따라 조정할 수 있다. 일 예로, 제어부(440)는 무선 충전 통신부(430)를 통해 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태 정보 또는(및) 전력 제어 신호를 수신할 수 있으며, 수신된 전력 수신 상태 정보 또는(및) 전력 제어 신호에 기반하여 증폭기(412)의 증폭률을 동적으로 조정할 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. 다른 예로, 제어부(440)는 충전 영역에 이물질 존재 여부 등의 상태에 따라 증폭기(412)의 증폭률을 동적으로 조정할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(440)는 충전 영역에 이물질이 존재하는 것으로 판단하면 증폭기(412)의 증폭률을 낮추어 송신 코일(423)에 흐르는 전류를 낮출 수 있다. 또 다른 예로, 제어부(440)는 충전 영역에 이물질이 존재하는 것으로 판단하면 슬립 모드로 동작하여 전력 전송부(420)에 전압 또는 전류를 제공하지 않을 수 있다. 이에 무선 전력 송신기는 이물질에 제공되는 전자기장의 세기를 낮추거나 전자기장을 제공하지 않아 소음을 제거할 수 있다. 또한, 무선 전력 송신기는 이물질에서 발생되는 발열 현상을 제거 할 수 있다. 또한, 무선 전력 송신기는 대기전력을 감소 시킬 수 있다. 또한, 무선 전력 송신기는 FM 라디오 주파수 간섭을 제거할 수 있다. 또한, 무선 전력 송신기는 코일의 발열 현상을 제거할 수 있다. 또한, 무선 전력 송신기는 구동 전압의 세기를 제어할 수 있다. 또한, 무선 전력 송신기는 핑 신호의 세기를 제어할 수 있다. 이에 관한 자세한 설명은 후술하는 도 6 내지 도 8에 따른다.
전류센서(450)는 무선 전력 송신기(400)의 내부 전류를 측정할 수 있다. 보다 구체적으로, 전류센서(450)는 구동부(421)에 입력되는 입력 전류를 측정할 수 있다. 이 경우, 측정된 입력 전류가 내부 전류일 수 있다. 전류센서(450)는 측정된 입력 전류 값을 제어부(440)에 제공할 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니고, 전류센서(450)는 송신 코일(423)에 입력되는 코일 전류를 측정할 수 있다. 이 경우, 측정된 코일 전류가 내부 전류일 수 있다. 일 예로, 제어부(440)는 전류센서(450)에 의해 측정된 내부 전류 값에 기반하여 적응적으로 전원부(100)로부터의 전원 공급을 차단하거나, 증폭기(412)에 전력이 공급되는 것을 차단할 수 있다. 다른 예로, 제어부(440)는 전류센서(450)에 의해 측정된 내부 전류 값에 기반하여 충전 영역에 이물질 존재여부 등의 상태를 판단할 수 있다. 이에 관한 자세한 설명은 후술하는 도 6 내지 도 8에 따른다.
타이머(490)는 소정의 이벤트에 따른 시간을 측정할 수 있다. 일 예로, 제어부(440)는 충전 영역에 이물질이 존재하는 것으로 판단 후 또는 충전 영역에 이물질이 제거된 것으로 판단한 후 일정 시간이 경과하면 구동 전압의 세기를 조절할 수 있다. 다른 예로, 제어부(440)는 슬립 모드로 동작한 후 일정 시간이 경과하면 슬립 모드에서 벗어날 수 있다.
온도센서(460)는 무선 전력 송신기(400)의 내부 온도를 측정하고, 측정 결과를 제어부(440)에 제공할 수도 있다. 보다 구체적으로, 온도센서(460)는 하나 이상의 온도 센서를 구비할 수 있다. 하나 이상의 온도 센서는 전력 전송부(420)의 송신 코일(423)에 대응하여 배치하여 송신 코일(423)의 온도를 측정할 수 있다. 일 예로, 제어부(440)는 온도센서(460)에 의해 측정된 온도 값에 기반하여 적응적으로 전원부(100)로부터의 전원 공급을 차단하거나, 증폭기(412)에 전력이 공급되는 것을 차단할 수 있다. 이를 위해, 전력 변환부(410)의 일측에는 전원부(100)로부터 공급되는 전원을 차단하거나, 증폭기(412)에 공급되는 전력을 차단하기 위한 소정 전력 차단 회로가 가 더 구비될 수도 있다. 다른 예로, 제어부(440)는 온도센서(460)에 의해 측정된 온도 값에 기반하여 전력 전송부(420)에 제공되는 전력의 세기를 조절할 수 있다. 이에, 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 과열로 인해 내부 회로가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
전력 전송부(420)는 전력 변환부(410)로부터 출력되는 전력 신호를 무선 전력 수신기로 전송하는 역할을 한다. 이를 위해, 전력 전송부(420)는 구동부(421), 선택부(422) 및 하나 이상의 송신 코일(423)을 포함할 수 있다.
구동부(421)는 전력 변환부(410)로부터 출력되는 DC 전력 신호에 특정 주파수를 갖는 교류(AC) 성분이 삽입된 AC 전력 신호를 생성하여 송신 코일(423)로 전송할 수 있다. 이때, 송신 코일(423)에 포함된 복수의 송신 코일에 전달되는 AC 전력 신호의 주파수는 동일하거나 서로 상이할 수 있다.
선택부(422)는 특정 주파수를 갖는 AC 전력 신호를 구동부(421)로부터 받아서 복수의 송신 코일 중에서 선택된 송신 코일로 AC 전력 신호를 전달할 수 있다. 여기서, 코일 선택부(422)는 제어부(440)의 소정 제어 신호에 따라 제어부(440)에 의해 선택된 송신 코일로 AC 전력 신호가 전달될 수 있도록 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 선택부(422)는 복수의 송신 코일(423)에 대응하여 LC 공진회로를 연결하는 스위치(미도시)를 포함할 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니고, 선택부(422)는 송신 코일(423)이 하나의 송신 코일로 구성될 경우 전력 전송부(420)에서 제외될 수 있다.
송신 코일(423)은 적어도 하나의 송신 코일을 포함할 수 있으며, 선택부(422)로부터 수신된 AC 전력 신호를 해당 송신 코일을 통해 수신기로 송출할 수 있다. 송신 코일이 복수인 경우, 송신 코일(423)은 제1 내지 제n 송신 코일-을 포함하여 구성될 수 있다. 복수의 송신 코일 중에서 '해당하는 송신 코일'을 선택하기 위해, 선택부(422)는 스위치(미도시)로 구현되거나 멀리플렉서(미도시)로 구현될 수 있다. 또한, 송신 코일(423)은 LC 공진회로를 구현하기 위하여 복수의 송신 코일과 직렬로 연결되는 하나의 커패시터(미도시)를 포함할 수 있다. 커패시터(미도시)는 일단이 송신 코일(423)과 연결되고 타단이 구동부(421)와 연결될 수 있다. 여기서, '해당하는 송신 코일'이란, 무선으로 전력을 받을 수 있도록 자격이 부여된 무선 전력 수신기의 수신 코일과 전자기장에 의해 결합될 수 있는 상태를 갖는 송신 코일을 의미할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 제어부(440)는 송신 코일 별 전송한 제1 감지 신호에 대응하여 수신된 시그널 세기 지시자(Signal Strength Indicator)에 기반하여 구비된 복수의 송신 코일 중 무선 전력 전송에 사용할 송신 코일을 동적으로 선택할 수 있다. 제1 감지 신호는 디지털 핑 신호일 수 있다. 다른 실시 예에 의하면, 제어부(440)는 송신 코일 별 전송한 제2 감지 신호에 대응하여 수신된 시그널 세기 지시자(Signal Strength Indicator)에 기반하여 구비된 복수의 송신 코일 중 무선 전력 전송에 사용할 송신 코일을 동적으로 선택할 수 있다. 제2 감지 신호는 제1 감지 신호보다 신호의 세기가 작고 송출 시간이 더 짧을 수 있다.
변조부(431)는 제어부(440)에 의해 생성된 제어 신호를 변조하여 구동부(421)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(432)는 송신 코일을 통해 수신되는 신호가 감지되면, 감지된 신호를 복조하여 제어부(440)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.
또한, 복조부(432)는 복조된 신호가 어느 송신 코일로부터 수신된 신호인지를 식별할 수 있으며, 식별된 송신 코일에 상응하는 소정 송신 코일 식별자를 제어부(440)에 제공할 수도 있다.
일 예로, 무선 전력 송신기(400)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(400)는 송신 코일(423)을 이용하여 무선 전력을 송출할 수 있을 뿐만 아니라 송신 코일(423)을 통해 무선 전력 수신기와 각종 정보를 교환할 수도 있다. 다른 일 예로, 무선 전력 송신기(400)는 송신 코일(423)-즉, 제1 내지 제n 송신 코일)에 각각 대응되는 별도의 코일을 추가로 구비하고, 구비된 별도의 코일을 이용하여 무선 전력 수신기와 인밴드 통신을 수행할 수도 있음을 주의해야 한다.
저장부(470)는 무선 전력 수신기 또는 이물질 존재 판단을 위한 무선 전력 송신기의 내부 전류 값과 기준 시간 무선 전력 수신기 또는 이물질 존재에 따른 구동 전압 세기, 감지 신호의 종류, 슬립 모드 동작 여부, , 팬 동작 여부, 팬 RPM 등을 저장할 수 있다.
팬(480)은 모터에 의해 회전하여 과열된 무선 전력 송신기(400)를 냉각 시킬 수 있다. 팬(480)은 과열 정도가 심한 구성에 대응하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 팬(480)은 전력 전송부(420)에 대응하여 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 팬(480)은 전력 전송부(420)의 송신 코일(423)에 대응하여 배치될 수 있다. 제어부(240)는 무선 전력 수신기의 충전 상태에 따라 팬(480)을 동작 시킬 수 있다.
도 5는 상기 도 4에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 무선 전력 수신기(500)는 무선 충전 코일 모듈(510), 정류기(520), 직류/직류 변환기(DC/DC Converter, 530), 부하(540), 센싱부(550), 무선 충전 통신부(560), 주제어부(570)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 무선 충전 통신부(560)는 복조부(561) 및 변조부(562) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
무선 충전 코일 모듈(510)을 통해 수신되는 AC 전력은 정류부(520)에 전달할 수 있다. 정류기(520)는 AC 전력을 DC 전력으로 변환하여 직류/직류 변환기(530)에 전송할 수 있다. 직류/직류 변환기(530)는 정류기 출력 DC 전력의 세기를 부하(540)에 의해 요구되는 특정 세기로 변환한 후 부하(540)에 전달할 수 있다. 또한 무선 충전 코일 모듈(510)은 복수의 수신 코일(미도시)-즉, 제1 내지 제n 수신 코일-을 포함하여 구성될 수 있다. 일 실시예에 따른 각각의 수신 코일(미도시)에 전달되는 AC 전력의 주파수가 서로 상이할 수도 있고, 다른 일 실시예는 LC 공진 특성을 수신 코일마다 상이하게 조절하는 기능이 구비된 소정 주파수 제어기를 이용하여 각각의 수신 코일 별 공진주파수를 상이하게 설정할 수도 있다.
센싱부(550)는 정류기(520) 출력 DC 전력의 세기를 측정하고, 이를 주제어부(570)에 제공할 수 있다. 또한, 센싱부(550)는 무선 전력 수신에 따라 수신 코일(510)에 인가되는 전류의 세기를 측정하고, 측정 결과를 주제어부(570)에 전송할 수도 있다. 일 예로, 주제어부(570)는 측정된 정류기 출력 DC 전력의 세기가 소정 기준치와 비교하여 과전압 발생 여부를 판단할 수 있다. 판단 결과, 과전압이 발생된 경우, 과전압이 발생되었음을 알리는 소정 패킷을 생성하여 변조부(562)에 전송할 수 있다. 여기서, 변조부(562)에 의해 변조된 신호는 수신 코일(510) 또는 별도의 코일(미도시)을 통해 무선 전력 송신기에 전송될 수 있다. 또한, 주제어부(570)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(562)를 통해 무선 전력 송신기에 전송될 수 있도록 제어할 수 있다. 다른 일 예로, 복조부(561)는 수신 코일(510)과 정류기(520) 사이의 AC 전력 신호 또는 정류기(520) 출력 DC 전력 신호를 복조하여 감지 신호의 수신 여부를 식별한 후 식별 결과를 주제어부(570)에 제공할 수 있다. 이때, 주제어부(570)는 감지 신호에 대응되는 신호 세기 지시자가 변조부(562)를 통해 전송될 수 있도록 제어할 수 있다. 또한, 센싱부(550)는 무선 전력 수신기(500)의 내부 온도를 측정하고, 측정된 온도 값을 주제어부(570)에 제공할 수도 있다. 보다 구체적으로, 센싱부(550)는 하나 이상의 온도 센서를 구비할 수 있다. 하나 이상의 온도 센서는 충전 코일 모듈(510)의 수신 코일의 온도를 측정할 수 있다. 일 예로, 주제어부(570)는 측정된 내부 온도가 소정의 기준치와 비교하여 과열 발생 여부를 판단할 수 있다. 판단 결과, 과열이 발생된 경우, 과열이 발생되었음을 알리는 소정 패킷을 생성하여 변조부(562)에 전송할 수 있다. 여기서, 변조부(562)에 의해 변조된 신호는 수신 코일(510) 또는 별도의 코일(미도시)을 통해 무선 전력 송신기에 전송될 수 있다.
도 6은 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 표 1은 무선 전력 송신기의 충전 영역 상태와 구동 전압에 따른 내부 전류 값을 나타내기 위한 표이다.
[표 1]
Figure pat00001
표 1을 참조하면, 무선 전력 송신기의 충전 영역 상태는 충전 영역에 무선 전력 송신기 또는 이물질 존재 여부를 나타낸다. 충전 영역 상태는 제1 내지 제3 상태를 포함할 수 있다. 제1 상태는 무선 전력 송신기의 충전 영역에 이물질이 존재하는 상태이다. 이물질은 전자기장을 흡수할 수 있는 금속 물질을 포함할 수 있다. 제2 상태는 무선 전력 송신기의 충전 영역에 이물질 또는 무선 전력 수신기가 존재하지 않은 상태일 수 있다. 즉, 제2 상태는 무선 전력 송신기의 충전 영역에 무선 전력을 흡수할 수 있는 물질이 존재하지 않는 상태일 수 있다. 제3 상태는 무선 전력 송신기의 충전 영역에 무선 전력을 수신할 수 있는 무선 전력 수신기가 존재하는 상태이다. 제1 구동 전압은 전력 전송 계약에 따른 무선 전력을 출력하기 위해 필요한 전압 크기일 수 있다. 또한, 무선 전력 송신기는 전력 변환부(410)에서 제1 구동 전압을 제공할 때 전력 전송부(420)에서 제1 감지 신호를 송신할 수 있다. 예를 들어, 제1 구동 전압은 3V 내지 4V일 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 구동 전압은 3.5V일 수 있다. 제2 구동 전압은 제1 구동 전압보다 세기가 작을 수 있다. 무선 전력 송신기는 전력 변환부(410)에서 제2 구동 전압을 제공할 때 전력 전송부(420)에서 제2 감지 신호를 송신할 수 있다. 예를 들어, 제2 구동 전압은 0.5V 내지 1.5V일 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 구동 전압은 1V일 수 있다. 제1 구동 전압으로 동작 할 경우를 살펴보면, 무선 전력 송신기의 내부 전류(A)는 제1 상태에서 700mA 이상이 흐를 수 있다. 즉, 충전 영역에 이물질이 존재할 경우, 내부 전류가 증가하여 내부 전류가 가장 클 수 있다. 무선 전력 송신기의 내부 전류(A)는 제2 상태에서 400mA 이하가 흐를 수 있다. 즉, 충전 영역에 이물질과 무선 전력 수신기가 존재 하지 않는 경우, 무선 전력을 흡수하는 물질이 없으므로 내부 전류가 가장 작을 수 있다. 무선 전력 송신기의 내부 전류(A)는 제3 상태에서 600mA 이상 700mA 미만으로 흐를 수 있다. 즉, 충전 영역에 무선 전력 수신기가 존재하면, 충전 영역에 이물질이 존재한 경우보다 내부 전류(A)가 작게 흐를 수 있다. 제2 구동 전압으로 동작 할 경우를 살펴보면, 무선 전력 송신기의 내부 전류(B)는 제1 상태에서 400mA 이상이 흐를 수 있다. 즉, 충전 영역에 이물질이 존재할 경우, 내부 전류가 증가하여 내부 전류가 가장 클 수 있다. 무선 전력 송신기의 내부 전류(B)는 제2 상태에서 200mA 이하가 흐를 수 있다. 즉, 충전 영역에 이물질과 무선 전력 수신기가 존재 하지 않는 경우, 무선 전력을 흡수하는 물질이 없으므로 내부 전류가 가장 작을 수 있다. 무선 전력 송신기의 내부 전류(B)는 제3 상태에서 300mA 이상 400mA 미만으로 흐를 수 있다. 즉, 충전 영역에 무선 전력 수신기가 존재하면, 충전 영역에 이물질이 존재한 경우보다 내부 전류(A)가 작게 흐를 수 있다. 따라서, 무선 전력 송신기는 제1 구동 전압 보다 제2 구동 전압으로 동작할 경우 내부 전류를 감소시킬 수 있다.
도 6을 참조하면, 무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법은 무선 전력 전송기가 제1 구동전압으로 동작하는 단계(S610)를 포함할 수 있다. 이 경우, 무선 전력 송신기는 제1 구동전압에 기초하여 아날로그 핑 신호, 제1 감지 신호 등을 생성할 수 있다.
무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법은 핑 단계 진입 여부를 판단하는 단계(S620)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 무선 전력 송신기는 제1 구동 전압에 기초하여 생성된 아날로그 핑 신호를 송신하고, 내부 전류 변화에 기반하여 충전 영역에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다. 무선 전력 송신기는 물체가 감지되면 핑 단계로 천이하고, 물체가 감지되지 않으면 선택 단계에서 제1 구동 전압으로 동작할 수 있다.
무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법은 무선 전력 송신기가 제1 상태 여부를 판단하는 단계(S630)을 포함할 수 있다. 제1 상태 여부는 무선 전력 송신기의 충전 영역에 이물질이 존재하는지를 판단하는 것이다. 제1 상태 여부를 판단하는 구체적인 방법은 도 7 및 도 8의 무선 전력 송신 방법을 따를 수 있다.
무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법은 제1 상태로 판단하면 제2 구동 전압으로 동작하는 단계(S640)를 포함 할 수 있다. 이 경우, 무선 전력 송신기는 제2 구동전압에 기초하여 제2 감지 신호 등을 생성할 수 있다.
무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법은 무선 전력 송신기가 제1 상태가 해제 되었는지를 판단하는 단계(S660)를 포함할 수 있다. 제1 상태가 해제되었는지를 판단하는 것은 무선 전력 송신기의 충전 영역에 이물질이 제거되거나 무선 전력 수신기가 존재하는지를 판단하는 것이다. 제1 상태가 해제되었는지를 판단하는 것은 도 7의 제2 상태인지를 판단하는 방법 또는 도8 의 제3 상태인지를 판단하는 방법을 포함할 수 있다. 이에 과한 자세한 설명은 도 7 내지 도 8 에서 설명한다. 무선 전력 송신기는 제1 상태가 해제되었다고 판단하면 S610의 제1 구동전압으로 동작하는 단계로 천이할 수 있다.
따라서, 실시예는 이물질 존재에 따라 구동 전압을 낮추어 전자기장의 세기를 낮출 수 있다. 또한, 실시예는 전자기장의 세기가 낮아지므로 이물질에서 발생되는 발열 현상을 제거 할 수 있다. 또한, 실시예는 구동 전압이 낮아지므로 대기전력을 감소 시킬 수 있다. 또한, 실시예는 전자기장의 세기가 낮아지므로 FM 라디오 주파수 간섭을 제거할 수 있다. 또한, 실시예는 구동 전압의 세기가 낮아지므로 코일의 발열 현상을 제거할 수 있다. 또한, 실시예는 감지 신호를 제어할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7을 참조하면, 무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법은 무선 전력 송신기가 제1 구동 전압으로 동작하는 단계(S701)을 포함할 수 있다. 이 경우, 무선 전력 송신기는 제1 구동 전압에 기초하여 아날로그 핑 신호, 제1 감지 신호 등을 생성할 수 있다. 예를 들어, 제1 구동 전압은 3V 내지 4V일 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 구동 전압은 3.5V일 수 있다.
무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법은 핑 단계 진입 여부를 판단하는 단계(S702)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 무선 전력 송신기는 제1 구동 전압에 기초하여 생성된 아날로그 핑 신호를 송신하고, 내부 전류 변화에 기반하여 충전 영역에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다. 무선 전력 송신기는 물체가 감지되면 핑 단계로 천이하고, 물체가 감지되지 않으면 s701 단계를 반복하여 선택 단계에서 제1 구동 전압으로 동작할 수 있다.
무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법은 제1 감지 신호를 송신하는 단계(S703)을 포함할 수 있다. 제1 감지 신호는 디지털 핑 신호일 수 있다. 보다 구체적으로, 아날로그 핑 신호는 송출 시간이 약 5ms 이하일 수 있다. 디지털 핑 신호의 송출 시간은 약 65ms일 수 있다. 즉, 아날로그 핑 신호와 디지털 핑 신호의 송출 시간은 현격한 차이가 있다. 또한, 제1 감지 신호는 제2 구동 전압보다 높은 레벨의 제1 구동 전압을 기초로 하여 생성되므로 제2 구동 전압에 기초하여 생성된 제2 감지 신호의 레벨보다 레벨이 높을 수 있다. 따라서, 물체 감지 후 제1 감지 신호가 지속적으로 송출되는 경우, 소비되는 대기전력이 증가하고, 이물질에 의해 흡수된 전자기장에 의해 심각한 발열 현상, 소음 발생이 일어날 수 있다.
무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법은 내부 전류를 측정하는 단계(S704)를 포함할 수 있다. 무선 전력 송신기의 전류 센서는 내부 전류를 측정할 수 있다.
무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법은 측정된 내부 전류 값이 제1 기준 전류 값 이상인지 판단하는 단계(S705)를 포함할 수 있다. 제1 기준 전류는 이물질이 무선 전력 송신기의 충전 영역에 존재하는 제1 상태의 경우, 제1 감지 신호를 송신할 때 내부에 흐르는 기준이 되는 전류일 수 있다. 예를 들어, 제1 기준 전류는 700mA 일 수 있다. 즉, 제1 기준 전류는 표 1에서 제1 상태일 때 제1 구동 전압으로 동작 하는 경우 무선 전력 송신기의 내부 전류 값일 수 있다. 측정된 내부 전류 값이 제1 기준 전류 값 미만이면 S701 단계를 반복할 수 있다.
무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법은 측정된 내부 전류 값이 제1 기준 전류 값 이상이면 제1 상태로 판단하는 단계(S706)를 포함할 수 있다. 즉, 무선 전력 송신기는 내부 전류 값에 기초하여 충전 영역에 이물질이 존재하는지를 판단할 수 있다.
무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법은 제1 상태가 제1 기준 시간 동안 유지되는지 판단하는 단계(S707)를 포함할 수 있다. 무선 전력 송신기의 타이머는 제1 상태로 판단되면 동작할 수 있다. 무선 전력 송신기의 제어부는 제1 상태가 유지되는 시간이 제1 기준 시간인지 비교할 수 있다. 이에, 무선 전력 송신 방법은 무선 전력 송신기의 충전 영역에 이물질이 존재하는지 정확히 판단할 수 있다. 또한, 무선 전력 송신 방법은 제1 상태 유지되는 시간 동안 내부 전류가 제1 기준 전류보다 낮아졌는지를 실시간으로 비교하여 이물질이 제거 되었는지를 판단할 수 있다. 무선 전력 송신기는 제1 상태가 제1 기준 시간 동안 유지되지 않으면 s701 단계를 반복할 수 있다.
무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법은 무선 전력 송신기가 응답 신호 수신 여부를 판단하는 단계(S708)을 포함할 수 있다. 무선 전력 송신기는 제1 감지 신호에 대한 응답으로 무선 전력 수신기로부터 응답 신호 수신여부를 판단할 수 있다. 응답 신호는 무선 전력 수신기의 커플링 상태를 나타내는 신호 세기 값을 포함한 신호 세기 패킷 일 수 있다. 무선 전력 송신기는 제1 상태로 판단한 상태에서도 무선 전력 수신기의 존재로 인하여 신호 세기 패킷을 수신하는 경우가 있다. 무선 전력 송신기는 제1 상태에서 응답 신호를 수신하면 제1 구동 전압으로 계속 동작하기 위하여 S701 단계를 반복 할 수 있다.
무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법은 제1 상태에서 응답 신호를 수신하지 않으면 제2 구동 전압으로 동작하는 단계(s709)를 포함할 수 있다. 이 경우, 무선 전력 송신기는 제2 구동 전압에 기초하여 제2 감지 신호 등을 생성할 수 있다. 무선 전력 송신기는 핑 단계에서 제2 감지 신호를 생성할 수 있다. 제2 구동 전압은 제1 구동 전압보다 세기가 작을 수 있다. 예를 들어, 제2 구동 전압은 0.5V 내지 1.5V일 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 구동 전압은 1V일 수 있다.
무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법은 제2 감지 신호를 송신하는 단계(S710)을 포함할 수 있다. 제2 감지 신호는 송출 시간이 제1 감지 신호의 송출 시간보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제2 감지 신호의 송출 시간은 약 30ms 일 수 있다. 또한, 제2 감지 신호는 레벨이 제1 감지 신호의 레벨보다 작을 수 있다. 즉, 제2 감지 신호는 제1 구동 전압보다 낮은 레벨의 제2 구동 전압을 기초로 하여 생성되므로 제1 구동 전압에 기초하여 생성된 제1 감지 신호의 레벨보다 레벨이 낮을 수 있다. 따라서, 물체 감지 후 제1 상태로 판단하면 제2 감지 신호를 송출하여 소비되는 대기전력을 감소시키고 하고, 이물질에 의해 흡수된 전자기장이 줄어 들어 발열 현상이 제거되고, 소음 발생이 제거될 수 있다.
무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법은 제2 감지 신호를 송신한 후 내부 전류를 측정하는 단계(S711)를 포함할 수 있다. 무선 전력 송신기의 전류 센서는 내부 전류를 측정할 수 있다.
무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법은 측정된 내부 전류 값이 제2 기준 전류 값 미만인지 판단하는 단계(S712)를 포함할 수 있다. 제2 기준 전류는 이물질이 존재하지 않은 제2 상태인 경우 제2 감지 신호를 송신할 때 내부에 흐르는 기준이 되는 전류일 수 있다. 예를 들어, 제2 기준 전류는 400mA 일 수 있다. 측정된 내부 전류 값이 제2 기준 전류 값 이상이면 여전히 이물질이 존재하는 제1 상태로 판단하여 s710 단계를 반복할 수 있다.
무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법은 측정된 내부 전류 값이 제2 기준 전류 값 미만이면 제2 상태로 판단하는 단계(S713)를 포함할 수 있다. 즉, 무선 전력 송신기는 내부 전류 값에 기초하여 충전 영역에 이물질이 존재하지 않는 지를 판단할 수 있다.
무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법은 제2 상태가 제2 기준 시간 동안 유지되는지 판단하는 단계(S714)를 포함할 수 있다. 무선 전력 송신기의 타이머는 제2 상태로 판단되면 동작할 수 있다. 무선 전력 송신기의 제어부는 제2 상태가 유지되는 시간이 제2 기준 시간인지 비교할 수 있다. 이에, 무선 전력 송신 방법은 무선 전력 송신기의 충전 영역에 이물질이 존재하지 않은 상태를 정확히 판단할 수 있다. 또한, 제2 기준 시간은 제1 기준시간 보다 짧을 수 있다. 이는, 무선 전력 송신기의 최초 감지 신호 송신에 따른 무선 전력 수신기의 응답이 늦을 가능성이 있고, 저전압인 제2 구동 전압으로 동작 시 무선 충전이 정상적으로 동작 하지 않을 가능성이 있기 때문이다. 또한, 사용자가 이물질을 제거하여 신속한 무선 전력 송신기의 충전을 원하는 경우가 있으므로 제1 기준 시간보다 제2 기준 시간을 짧게 하여 제1 구동 전압으로 동작 하는데 빠르게 회귀할 수 있게 한다. 무선 전력 송신기는 제2 상태가 제2 기준 시간 동안 유지되면 s701 단계를 반복할 수 있다. 무선 전력 송신기는 제2 상태가 제2 기준 시간 동안 유지되지 않으면 제2 감지 신호를 송신하는 s710 단계를 반복할 수 있다. 즉, 무선 전력 송신 방법은 제2 상태 유지되는 시간 동안 내부 전류가 제2 기준 전류 이상이 되었는지를 실시간으로 비교하여 이물질이 다시 존재하는지를 판단할 수 있다.
따라서, 일 실시예는 이물질 존재에 따라 구동 전압을 낮추어 감지 신호의 세기를 낮출 수 있다. 또한, 일 실시예는 감지 신호의 세기가 낮아지므로 이물질에서 발생되는 발열 현상을 제거 할 수 있다. 또한, 일 실시예는 구동 전압이 낮아지므로 대기전력을 감소 시킬 수 있다. 또한, 일 실시예는 감지 신호의 세기가 낮아지므로 FM 라디오 주파수 간섭을 제거할 수 있다. 또한, 일 실시예는 구동 전압의 세기가 낮아지므로 코일의 발열 현상을 제거할 수 있다.
도 8은 다른 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8을 참조하면, 무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법은 무선 전력 송신기가 제1 구동 전압으로 동작하는 단계(S801)을 포함할 수 있다. 이 경우, 무선 전력 송신기는 제1 구동 전압에 기초하여 아날로그 핑 신호, 제1 감지 신호 등을 생성할 수 있다. 예를 들어, 제1 구동 전압은 3V 내지 4V일 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 구동 전압은 3.5V일 수 있다.
무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법은 핑 단계 진입 여부를 판단하는 단계(S802)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 무선 전력 송신기는 제1 구동 전압에 기초하여 생성된 아날로그 핑 신호를 송신하고, 내부 전류 변화에 기반하여 충전 영역에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다. 무선 전력 송신기는 물체가 감지되면 핑 단계로 천이하고, 물체가 감지되지 않으면 S801 단계를 반복하여 선택 단계에서 제1 구동 전압으로 동작할 수 있다.
무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법은 핑 단계에 진입하면 제1 감지신호 카운터(d_ping_couter)를 0으로 초기화시키는 단계(S803)을 포함할 수 있다.
무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법은 제1 감지 신호를 송신하는 단계(S803)을 포함할 수 있다. 제1 감지 신호는 디지털 핑 신호일 수 있다. 보다 구체적으로, 아날로그 핑 신호는 송출 시간이 약 5ms 이하일 수 있다. 디지털 핑 신호의 송출 시간은 약 65ms일 수 있다. 즉, 아날로그 핑 신호와 디지털 핑 신호의 송출 시간은 현격한 차이가 있다. 또한, 제1 감지 신호는 제2 구동 전압보다 높은 레벨의 제1 구동 전압을 기초로 하여 생성되므로 제2 구동 전압에 기초하여 생성된 제2 감지 신호의 레벨보다 레벨이 높을 수 있다. 따라서, 물체 감지 후 제1 감지 신호가 지속적으로 송출되는 경우, 소비되는 대기전력이 증가하고, 이물질에 의해 흡수된 전자기장에 의해 심각한 발열 현상, 소음 발생이 일어날 수 있다.
무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법은 무선 전력 송신기가 응답 신호 수신 여부를 판단하는 단계(S805)을 포함할 수 있다. 무선 전력 송신기는 제1 감지 신호에 대한 응답으로 무선 전력 수신기로부터 응답 신호 수신여부를 판단할 수 있다. 응답 신호는 무선 전력 수신기의 커플링 상태를 나타내는 신호 세기 값을 포함한 신호 세기 패킷 일 수 있다. 무선 전력 송신기는 핑 단계 진입 후 응답 신호를 수신하면 무선 전력 수신기가 존재하는 제3 상태로 판단할 수 있다(S813). 무선 전력 송신기는 제3 상태로 판단하면 무선 충전을 진행할 수 있다(S814). 또한, 무선 충전을 진행하면 무선 전력 송신기는 제1 구동전압으로 계속하여 동작할 수 있다(S801).
무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법은 무선 전력 송신기가 응답 신호를 수신하지 않으면 무선 전력 송신기가 제1 감지 신호 카운터(d_ping_couter)를 1 만큼 증가시킨 후 제1 감지 신호 카운터(d_ping_couter)가 소정 임계치를 초과하는지를 판단하는 단계(S806)을 포함할 수 있다. 소정 임계치는 무선 전력 수신기가 존재하는지 판단하는데 충분한 제1 감지 신호 송신 개수 일 수 있다. 예를 들어 소정 임계치는 5일 수 있다. S806 단계의 판단 결과, 제1 감지 신호 카운터가 소정 임계치를 초과하지 않은 경우, S804 단계로 회귀할 수 있다. 이에, 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기가 존재함에도 이물질이 존재하는 것으로 오인식되는 것을 방지할 수 있다.
무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법은 제1 감지 신호 카운터가 소정 임계치를 초과하면 제1 상태로 판단하는 단계(S807)를 포함할 수 있다. 즉, 무선 전력 송신기는 내부 전류 값에 기초하여 충전 영역에 이물질이 존재하는지를 판단할 수 있다.
무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법은 제1 상태로 판단하면 제1 감지 신호 카운터를 0으로 초기화하는 단계(S808)를 포함할 수 있다.
무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법은 제1 상태로 판단하면 제2 구동 전압으로 동작하는 단계(S809)를 포함할 수 있다. 이 경우, 무선 전력 송신기는 제2 구동 전압에 기초하여 제2 감지 신호 등을 생성할 수 있다. 무선 전력 송신기는 핑 단계에서 제2 감지 신호를 생성할 수 있다. 제2 구동 전압은 제1 구동 전압보다 세기가 작을 수 있다. 예를 들어, 제2 구동 전압은 0.5V 내지 1.5V일 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 구동 전압은 1V일 수 있다.
무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법은 제2 감지 신호를 송신하는 단계(S810)을 포함할 수 있다. 제2 감지 신호는 송출 시간이 제1 감지 신호의 송출 시간보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제2 감지 신호의 송출 시간은 약 30ms 일 수 있다. 또한, 제2 감지 신호는 레벨이 제1 감지 신호의 레벨보다 작을 수 있다. 즉, 제2 감지 신호는 제1 구동 전압보다 낮은 레벨의 제2 구동 전압을 기초로 하여 생성되므로 제1 구동 전압에 기초하여 생성된 제1 감지 신호의 레벨보다 레벨이 낮을 수 있다. 따라서, 물체 감지 후 제1 상태로 판단하면 제2 감지 신호를 송출하여 소비되는 대기전력을 감소시키고 하고, 이물질에 의해 흡수된 전자기장이 줄어 들어 발열 현상이 제거되고, 소음 발생이 제거될 수 있다.
무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법은 무선 전력 송신기가 응답 신호 수신 여부를 판단하는 단계(S811)을 포함할 수 있다. 무선 전력 송신기는 제2 감지 신호에 대한 응답으로 무선 전력 수신기로부터 응답 신호 수신여부를 판단할 수 있다. 응답 신호는 무선 전력 수신기의 커플링 상태를 나타내는 신호 세기 값을 포함한 신호 세기 패킷 일 수 있다. 즉, 무선 전력 수신기는 제1 감지 신호 또는 제2 감지 신호에 대한 응답으로 응답 신호를 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다. 무선 전력 송신기는 제1 상태로 판단한 상태에서도 무선 전력 수신기의 존재로 인하여 신호 세기 패킷을 수신하는 경우가 있다. 무선 전력 송신기는 제1 상태에서 응답 신호를 수신하면 무선 전력 수신기가 존재하는 제3 상태로 판단할 수 있다(S813). 무선 전력 송신기는 제3 상태로 판단하면 무선 충전을 진행할 수 있다(S814). 또한, 무선 충전을 진행하면 무선 전력 송신기는 제1 구동전압으로 계속하여 동작할 수 있다(S801).
무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법은 무선 전력 송신기가 제1 상태에서 응답 신호를 수신하지 않으면 슬립 기간 동안 슬립 모드로 동작하는 단계(S812)를 포함할 수 있다. 슬립 모드는 무선 전력 송신기가 제1 감지 신호 또는 제2 감지 신호를 전송하지 않고 대기하는 동작 한다. 이에, 무선 전력 송신기는 슬립 모드 동안 감지 신호 송신에 따른 전력 소비를 방지할 수 있다. 슬립 기간은 무선 전력 송신기의 충전 영역에 이물질이 제거되고 무선 전력 수신기가 존재하기에 충분한 시간일 수 있다. 예를 들어, 슬립 기간은 5분 내지 10분일 수 있다. 무선 전력 송신기는 슬립 기간이 경과하면 S810의 제2 감지 신호를 다시 송신할 수 있다.
따라서, 다른 실시예는 이물질 존재에 따라 구동 전압을 낮추어 감지 신호의 세기를 낮출 수 있다. 또한, 다른 실시예는 감지 신호의 세기가 낮아지므로 이물질에서 발생되는 발열 현상을 제거 할 수 있다. 또한, 다른 실시예는 구동 전압이 낮아지므로 대기전력을 감소 시킬 수 있다. 또한, 다른 실시예는 감지 신호의 세기가 낮아지므로 FM 라디오 주파수 간섭을 제거할 수 있다. 또한, 다른 실시예는 구동 전압의 세기가 낮아지므로 코일의 발열 현상을 제거할 수 있다.
상술한 실시예에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상술한 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
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 (20)

  1. 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신기의 무선 전력 송신 방법에 있어서,
    제1 구동 전압으로 동작하는 단계;
    핑 단계 진입 여부를 판단하는 단계;
    상기 핑 단계로 진입하면 제1 상태 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 제1 상태이면 제2 구동 전압으로 동작하는 단계;를 포함하는 무선 전력 송신 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 상태 여부를 판단하는 단계는,
    상기 무선 전력 수신기에 제1 감지 신호를 송신하는 단계;
    내부 전류를 측정하는 단계;
    상기 측정된 내부 전류가 제1 기준 전류 이상인지 판단하는 단계; 및
    상기 측정된 내부 전류가 상기 제1 기준 전류 이상이면 상기 제1 상태로 판단하는 단계;를 포함하는 무선 전력 송신 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 상태 여부를 판단하는 단계는,
    상기 제1 상태가 제1 기준 시간 동안 유지되는지 판단하는 단계;를 더 포함하는 무선 전력 송신 방법.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 상태 여부를 판단하는 단계는,
    상기 무선 전력 수신기로부터 상기 제1 감지 신호에 대한 응답 신호를 수신하였는지 판단하는 단계;를 더 포함하는 무선 전력 송신 방법.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 구동 전압으로 동작하면 상기 무선 전력 수신기에 제2 감지 신호를 송신하는 단계;
    상기 제2 감지 신호 송신 후 내부 전류를 측정하는 단계;
    상기 제2 감지 신호 송신 후 측정된 내부 전류가 제2 기준 전류 미만인지 판단하는 단계;
    상기 상기 제2 감지 신호 송신 후 측정된 내부 전류가 제2 기준 전류 미만이면 제2 상태로 판단하는 단계;
    상기 제2 상태가 제2 기준 시간 동안 유지되는지 판단하는 단계; 및
    상기 제2 상태가 상기 제2 기준 시간 동안 유지되면 상기 제1 구동 전압으로 동작하는 단계;를 더 포함하는 무선 전력 송신 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 기준 전류는 상기 제2 기준 전류보다 큰 무선 전력 송신 방법.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 기준 시간은 상기 제2 기준 시간보다 긴 무선 전력 송신 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 구동 전압은 상기 제2 구동 전압보다 큰 무선 전력 송신 방법.
  9. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 상태는 충전 영역에 이물질이 존재하는 상태이고,
    상기 제2 상태는 충전 영역에 이물질이 제거된 상태인 무선 전력 송신 방법.
  10. 제2 항에 있어서,
    제3 상태는 충전 영역에 무선 전력 수신기가 존재하는 상태이고,
    상기 제1 기준 전류는 상기 제3 상태에서 상기 무선 전력 송신기가 제1 구동 전압으로 동작 시의 최대 내부 전류 값인 무선 전력 송신 방법.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 상태 여부를 판단하는 단계는,
    제1 감지 신호 카운터를 초기화 하는 단계;
    상기 무선 전력 수신기에 제1 감지 신호를 송신하는 단계;
    상기 무선 전력 수신기로부터 상기 제1 감지 신호에 대한 응답 신호를 수신하였는지 판단하는 단계;
    상기 응답 신호를 수신하지 않으면 상기 제1 감지 신호 카운터를 1 만큼 증가시킨 후 상기 제1 감지 신호 카운터가 소정 임계치를 초과하는지 판단하는 단계; 및
    상기 제1 감지 신호 카운터가 상기 소정 임계치를 초과하면 상기 제1 상태로 판단하는 단계를 포함하는 무선 전력 송신 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 상태이면 제2 구동 전압으로 동작하는 단계는 제1 감지 신호 카운터를 초기화하는 단계를 포함하는 무선 전력 송신 방법.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 구동 전압으로 동작하면 상기 무선 전력 수신기에 제2 감지 신호를 송신하는 단계; 및
    상기 무선 전력 수신기로부터 상기 제2 감지 신호에 대한 응답 신호를 수신하였는지 판단하는 단계;를 더 포함하는 무선 전력 송신 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제2 감지 신호에 대한 응답 신호를 수신하지 않으면 슬립 기간 동안 슬립모드로 동작하는 단계;를 더 포함하는 무선 전력 송신 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    슬립 기간이 경과하면 상기 무선 전력 수신기에 상기 제2 감지 신호를 송신하는 무선 전력 송신 방법.
  16. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 구동 전압은 상기 제2 구동 전압보다 큰 무선 전력 송신 방법.
  17. 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 송신기에 있어서,
    제1 구동 전압을 제공하는 전력 변환부;
    상기 제1 구동 전압에 기초하여 제1 감지 신호를 송신하는 전력 전송부; 및
    제1 상태이면 상기 전력 변화부가 제2 구동 전압을 제공하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 무선 전력 송신기.
  18. 제17 항에 있어서,
    내부 전류를 측정하는 전류 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는 측정된 내부 전류가 제1 기준 전류 이상이면 상기 제1 상태로 판단하고, 상기 전력 전송부가 상기 제2 구동 전압에 기초하여 제2 감지 신호를 송신하도록 제어하는 무선 전력 송신기.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 제어부는 핑 단계에 진입하면 제1 감지 신호 카운터를 초기화하고, 상기 제1 감지 신호에 대한 응답 신호를 수신 하지 않으면 상기 제1 감지 신호 카운터를 1 만큼 증가 시키고, 상기 제1 감지 신호 카운터가 소정 임계치를 초과하면 상기 제1 상태로 판단하는 무선 전력 송신기.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 상태로 판단하면 상기 전력 전송부가 상기 제2 구동 전압에 기초하여 제2 감지 신호를 송신하도록 제어하는 무선 전력 송신기.
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