KR20190043984A

KR20190043984A - 공진 전류 검출 정확도가 개선된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치

Info

Publication number: KR20190043984A
Application number: KR1020170173672A
Authority: KR
Inventors: 문현욱; 김의성; 옥승복
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2017-10-19
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2019-04-29
Also published as: KR102401359B1

Abstract

본 발명은 공진 전류 검출 회로 구조가 개선된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치에 관한 것이다. 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치는, 제1 워킹 코일, 스위칭 동작을 수행하여 제1 워킹 코일에 공진 전류를 인가하는 인버터부, 제1 워킹 코일에 인가된 공진 전류를 검출하기 위해 제1 워킹 코일에 연결된 제1 검출부 및, 인버터부 및 제1 검출부의 동작을 각각 제어하여 제1 워킹 코일의 상부에 대상체가 위치하는지를 검출하거나 제1 워킹 코일의 출력을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

공진 전류 검출 정확도가 개선된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치 {INDUCTION HEATING AND WIRELESS POWER TRANSFERRING DEVICE HAVING IMPROVED RESONANT CURRENT DETECTION ACCURACY}

본 발명은 공진 전류 검출 정확도가 개선된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치에 관한 것이다.

가정이나 식당에서 음식을 가열하기 위한 다양한 방식의 조리 기구들이 사용되고 있다. 종래에는 가스를 연료로 하는 가스 레인지가 널리 보급되어 사용되어 왔으나, 최근에는 가스를 이용하지 않고 전기를 이용하여 피가열 물체, 예컨대 냄비와 같은 조리 용기를 가열하는 장치들의 보급이 이루어지고 있다.

전기를 이용하여 피가열 물체를 가열하는 방식은 크게 저항 가열 방식과 유도 가열 방식으로 나누어진다. 전기 저항 방식은 금속 저항선 또는 탄화규소와 같은 비금속 발열체에 전류를 흘릴 때 생기는 열을 방사 또는 전도를 통해 피가열 물체에 전달함으로써 피가열 물체를 가열하는 방식이다. 그리고 유도 가열 방식은 소정 크기의 고주파 전력을 코일에 인가할 때 코일 주변에 발생하는 자계를 이용하여 금속 성분으로 이루어진 피가열 물체(예를 들어, 조리 용기)에 와전류(eddy current)를 발생시켜 피가열 물체 자체가 가열되도록 하는 방식이다.

한편, 최근에는 무선으로 전력을 공급하는 기술이 개발되어 많은 전자 장치에 적용되고 있다. 무선 전력 전송 기술이 적용된 전자 장치는 별도의 충전 커넥터를 연결하지 않고 충전 패드에 올려 놓는 것 만으로도 배터리가 충전된다. 이러한 무선 전력 전송이 적용된 전자 장치는 유선 코드나 충전기가 필요하지 않으므로 휴대성이 향상되며 크기와 무게가 종래에 비해 감소한다는 장점이 있다.

무선 전력 전송 기술은 크게 코일을 이용한 전자기 유도 방식과, 공진을 이용하는 공진 방식, 그리고 전기적 에너지를 마이크로파로 변환시켜 전달하는 전파 방사 방식 등이 있다. 이 중 전자기 유도 방식은 무선 전력을 송신하는 장치에 구비되는 1차 코일과 무선 전력을 수신하는 장치에 구비되는 2차 코일 간의 전자기 유도를 이용하여 전력을 전송하는 기술이다.

전술한 바와 같은 유도 가열 장치의 유도 가열 방식은 전자기 유도에 의하여 피가열 물체를 가열한다는 점에서 전자기 유도에 의한 무선 전력 전송 기술과 원리가 실질적으로 동일하다.

이에 따라, 유도 가열 및 무선 전력 전송을 사용자의 필요에 따라 선택적으로 수행할 수 있는 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치에 대한 연구 및 개발이 활발하게 진행되고 있다.

이러한 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치는 복수개의 대상체 각각(예를 들어, 조리 용기)을 가열하거나 복수개의 대상체 각각(예를 들어, 무선 전력 수신 장치)에 무선으로 전력을 전송하기 위해 대응하는 영역에 각각 워킹 코일을 구비하고 있는 것이 일반적이다.

여기에서, 유럽 특허(EP2533605A2, EP2932794B1)를 참조하면, 종래의 유도 가열 장치가 도시되어 있는바, 이를 참조하여, 종래의 유도 가열 장치를 살펴보도록 한다.

도 1 및 도 2는 종래의 유도 가열 장치를 설명하는 도면들이다.

참고로, 도 1은 유럽 특허(EP2533605A2)에 도시된 도면이고, 도 2는 유럽 특허(EP2932794B1)에 도시된 도면이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 종래의 유도 가열 장치의 경우, 인버터 스위치 소자(Q1, Q2)에 직렬로 연결된 션트 저항(Rs; Shunt Resistor)을 통해 공진 전류(즉, 인버터 스위치 소자(Q1, Q2)에 의해 변환된 공진 전류)를 전압으로 변경함으로써 해당 공진 전류의 크기를 판단하였다.

다만, 제어기(114)에서 측정할 수 있는 전압 범위 및 최대 공진 전류 크기를 토대로 션트 저항 값이 작게 선정되는바, 작은 공진 전류를 측정하기 어렵다는 문제가 있다.

또한, 도 2를 참조하면, 종래의 유도 가열 장치의 경우, 공진 전류를 공진 회로부에 직렬로 연결된 CT(14; Current Transformer)의 변압 비율을 토대로 제어기(11)에서 측정 가능한 수준으로 낮춘 후 션트 저항(13)을 통해 공진 전류를 전압으로 변경함으로써 해당 공진 전류의 크기를 판단하였다.

다만, 션트 저항(13)의 값과 용량 및 자속 포화를 고려하여 수백 대 1의 변압 비율을 가지도록 CT(14)가 설계되어야 하는바, 이러한 CT(14)의 큰 변압 비율로 인해 작은 공진 전류를 측정하기 위해서는 션트 저항 값이 크게 선정되어야 하고, 큰 공진 전류를 측정하기 위해서는 션트 저항 값이 작게 선정되어야 한다는 모순점이 발생하였다.

이에 따라, 션트 저항 값이 크게 선정되었을 때 큰 공진 전류가 흐르는 경우, 션트 저항 양단에 과전압이 발생한다는 문제가 있고, 션트 저항 값이 작게 선정되었을 때 작은 공진 전류가 흐르는 경우, 제어기(11)에서 측정할 수 있는 전압 범위를 벗어나게 된다는 문제점이 있다.

한편, 최근에는 하나의 대상체를 복수개의 워킹 코일로 동시에 가열하거나 하나의 대상체에 복수개의 워킹 코일을 통해 동시에 무선으로 전력을 전송하는 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(즉, 존프리(ZONE FREE) 방식의 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치)가 널리 보급되고 있다.

이러한 존프리 방식의 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 경우, 복수개의 워킹 코일이 존재하는 영역 내에서는 대상체의 크기 및 위치에 상관 없이 대상체를 유도 가열하거나 대상체에 무선으로 전력을 전송할 수 있다.

도 3은 종래의 존프리 방식의 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치를 설명하는 블록도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 종래의 존프리 방식의 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(10)는, 복수개의 워킹 코일(WC1~WC4)을 독립적으로 구분하고 대상체 검출 작업을 위한 회로 절환을 하기 위해 복수개의 워킹 코일(WC1~WC4)마다 개별 릴레이(R1~R4; 예를 들어, 3단자 릴레이)가 연결되는 구조를 가지고 있다. 다만, 이러한 구조로 인해, 릴레이(R1~R4)의 절환 동작시 소음이 발생한다는 문제가 있다.

또한 대상체가 서로 다른 워킹 코일 그룹(예를 들어, WC1~WC4)의 상부에 걸쳐서 위치하는 경우, 워킹 코일(WC1~WC4)의 동기화 제어를 위해 제1 및 제2 그룹 릴레이(35, 40)가 모두 제1 인버터부(25) 또는 제2 인버터부(30)로 연결되도록 절환되어야 한다. 다만, 이 경우에도, 그룹 릴레이의 절환 동작으로 인해 소음이 발생한다는 문제가 있다.

또한, 전술한 그룹 릴레이(35, 40), 개별 릴레이(R1~R4) 및 대상체 검출을 위해 구비된 대상체 검출 회로(45)가 회로 면적의 상당 부분을 차지하는바, 회로 부피가 커진다는 문제도 있다.

본 발명의 목적은 공진 전류 검출 정확도가 개선된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 릴레이 및 대상체 검출 회로를 제거함으로써 릴레이 전환 동작시 발생하는 소음 문제를 해결할 수 있고 회로 부피도 줄일 수 있는 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치는, 선택적으로 구동되는 제1 및 제2 션트 저항을 통해 워킹 코일에 인가되는 다양한 크기의 공진 전류를 검출하는 검출부를 포함함으로써 공진 전류 검출 정확도를 개선할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치는 릴레이 및 대상체 검출 회로 대신 반도체 스위치, 검출부 및 제어부를 이용하여 대상체 검출 작업 및 워킹 코일 출력 제어 작업을 수행함으로써 릴레이 전환 동작시 발생하는 소음 문제를 해결할 수 있고 회로 부피도 줄일 수 있다.

본 발명에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치는 반도체 스위치 및 제어부를 통해 복수개의 워킹 코일을 독립적으로 구분하여 고속으로 턴온 또는 턴오프함으로써 대상체 검출 속도 및 알고리즘을 개선할 수 있다. 또한 선택적으로 구동되는 제1 및 제2 션트 저항을 통해 다양한 크기의 공진 전류를 검출함으로써 공진 전류 검출 정확도를 개선할 수 있다. 나아가 공진 전류 검출 정확도 개선을 통해 대상체 검출 작업 및 워킹 코일 출력 제어 작업의 정확도도 개선할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치는 릴레이 및 대상체 검출 회로 대신 반도체 스위치, 검출부 및 제어부를 이용하여 대상체 검출 작업 및 워킹 코일 출력 제어 작업을 수행함으로써 릴레이의 절환 동작시 발생하는 소음 문제를 해결할 수 있고, 이를 통해 사용자 만족도를 개선할 수 있다. 또한 사용자가 소음 문제에 민감한 시간대(예를 들어, 새벽 또는 늦은 밤)에도 조용하게 사용할 수 있는바, 사용 편의성이 개선될 수 있다. 그 뿐만 아니라 회로에서 부피를 많이 차지하는 릴레이 및 대상체 검출 회로를 제거함으로써 회로 부피를 줄일 수 있고, 이를 통해 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 전체 부피도 줄일 수 있다. 나아가, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 전체 부피를 줄임으로써 공간 활용도를 개선할 수 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1 및 도 2는 종래의 유도 가열 장치를 설명하는 도면들이다.
도 3은 종래의 존프리 방식의 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치를 설명하는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치를 설명하는 블록도이다.
도 5는 도 4의 검출부의 일 예를 설명하기 위한 개략도이다.
도 6은 도 4의 검출부의 다른 예를 설명하기 위한 개략도이다.
도 7은 도 4의 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 대상체 검출 방법을 구체적으로 설명하기 위한 회로도이다.
도 8은 도 7의 워킹 코일 배치를 설명하는 개략도이다.
도 9는 도 7의 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 대상체 검출 방법의 일 예를 설명하는 개략도이다.
도 10은 도 7의 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 대상체 검출 방법의 다른 예를 설명하는 개략도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치를 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치를 설명하는 블록도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)는 전원부(100), 정류부(150), 제1 및 제2 인버터부(IV1, IV2), 제어부(250), 제1 내지 제8 워킹 코일(WC1~WC4), 제1 내지 제8 검출부(D1~D4), 제1 내지 제8 반도체 스위치(S1~S4), 보조 전원(300), 입력 인터페이스(350)를 포함할 수 있다.

참고로, 도 4에 도시된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 일부 구성요소(예를 들어, 인버터부, 워킹 코일, 반도체 스위치 등)의 개수는 변경될 수 있다.

전원부(100)는 교류 전력을 출력할 수 있다.

구체적으로, 전원부(100)는 교류 전력을 출력하여 정류부(150)에 제공할 수 있고, 예를 들어, 상용 전원일 수 있다.

정류부(150)는 전원부(100)로부터 공급받은 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 제1 인버터부(IV1) 및 제2 인버터부(IV2) 중 적어도 하나에 공급할 수 있다.

구체적으로, 정류부(150)는 전원부(100)로부터 공급받은 교류 전력을 정류하여 직류 전력으로 변환할 수 있다.

참고로, 도면에 도시되어 있지 않지만, 정류부(150)에 의해 정류된 직류 전력은 필터부(미도시)로 제공될 수 있고, 필터부는 해당 직류 전력에 남아 있는 교류 성분을 제거할 수 있다. 또한 정류부(150)에 의해 정류된 직류 전력은 직류 링크 커패시터(미도시; 평활 커패시터)로 제공될 수 있고, 직류 링크 커패시터는 해당 직류 전력의 리플(Ripple)을 저감할 수 있다.

이와 같이, 정류부(150) 및 필터부(또는 직류 링크 커패시터)에 의해 정류된 직류 전력은 제1 및 제2 인버터부(IV1, IV2) 중 적어도 하나에 공급될 수 있다.

제1 인버터부(IV1)는 스위칭 동작을 수행하여 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2) 중 적어도 하나에 공진 전류를 인가할 수 있다.

구체적으로, 제1 인버터부(IV1)는 제어부(250)에 의해 스위칭 동작이 제어될 수 있다. 즉, 제1 인버터부(IV1)는 제어부(250)로부터 제공받은 스위칭 신호를 토대로 스위칭 동작을 수행할 수 있다.

참고로, 제1 인버터부(IV1)에는 2개의 스위칭 소자(미도시)가 포함될 수 있고, 2개의 스위칭 소자는 제어부(250)로부터 제공받은 스위칭 신호에 의하여 교대로 턴온(turn-on) 및 턴오프(turn-off)될 수 있다.

또한 이러한 2개의 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 고주파의 교류 전류(즉, 공진 전류)가 생성될 수 있고, 생성된 고주파의 교류 전류는 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2) 중 적어도 하나로 인가될 수 있다.

마찬가지로, 제2 인버터부(IV2)는 스위칭 동작을 수행하여 제3 및 제4 워킹 코일(WC3, WC4) 중 적어도 하나에 공진 전류를 인가할 수 있다.

구체적으로, 제2 인버터부(IV2)는 제어부(250)에 의해 스위칭 동작이 제어될 수 있다. 즉, 제2 인버터부(IV2)는 제어부(250)로부터 제공받은 스위칭 신호를 토대로 스위칭 동작을 수행할 수 있다.

참고로, 제2 인버터부(IV2)에는 2개의 스위칭 소자(미도시)가 포함될 수 있고, 2개의 스위칭 소자는 제어부(250)로부터 제공받은 스위칭 신호에 의하여 교대로 턴온(turn-on) 및 턴오프(turn-off)될 수 있다.

또한 이러한 2개의 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의하여 고주파의 교류 전류(즉, 공진 전류)가 생성될 수 있고, 생성된 고주파의 교류 전류는 제3 및 제4 워킹 코일(WC3, WC4) 중 적어도 하나로 인가될 수 있다.

제어부(250)는 제1 및 제2 인버터부(IV1, IV2)와, 제1 내지 제4 검출부(D1~D4)와, 제1 내지 제4 반도체 스위치(S1~S4)의 동작을 각각 제어할 수 있다.

구체적으로, 제어부(250)의 스위칭 신호에 따라서 제1 및 제2 인버터부(IV1, IV2)의 스위칭 동작이 제어될 수 있고, 제어부(250)의 제어 신호에 따라서 제1 내지 제4 반도체 스위치(S1~S4)가 순차적으로 또는 특정 순서대로 또는 동시에 턴온 또는 턴오프될 수 있다.

예를 들어, 제어부(250)의 스위칭 신호에 의해 제1 인버터부(IV1)가 구동되고, 제어부(250)의 제어 신호에 의해 제1 반도체 스위치(S1)가 턴온된 경우, 제1 워킹 코일(WC1)로 공진 전류가 인가될 수 있다.

이와 같이, 제1 워킹 코일(WC1)로 인가된 공진 전류에 의해 제1 워킹 코일(WC1)의 상부에 위치한 대상체가 가열되거나 상기 대상체로 전력이 무선 전송될 수 있다.

참고로, 제어부(250)는 PWM(Pulse Width Modulation) 기능을 통해 다양한 스위칭 신호 또는 제어 신호를 생성할 수 있다.

또한 제어부(250)에 의해 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 구동 모드, 즉, 유도 가열 모드 또는 무선 전력 전송 모드가 제어될 수 있다.

즉, 제어부(250)에 의해 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 구동 모드가 무선 전력 전송 모드로 설정되면, 제1 내지 제4 워킹 코일(WC1~WC4) 중 적어도 하나가 구동되어 대상체(미도시)에 무선으로 전력을 전송하게 된다.

반면에, 제어부(250)에 의해 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 구동 모드가 유도 가열 모드로 설정되면, 제1 내지 제4 워킹 코일(WC1~WC4) 중 적어도 하나가 구동되어 대상체(미도시)를 가열하게 된다.

또한, 제어부(250)는 구동 대상 워킹 코일의 수를 결정할 수 있고, 구동되는 워킹 코일의 수에 따라서 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 전송 전력량 또는 가열 세기가 달라질 수 있다.

그리고, 제어부(250)는 대상체의 위치에 따라서 어떤 워킹 코일을 구동할지를 결정할 수 있고, 구동 대상 워킹 코일 간 스위칭 신호의 동기화 여부도 결정할 수 있다.

또한, 제어부(250)는 후술할 제1 내지 제4 검출부(D1~D4)에서 각각 검출된 공진 전류를 토대로 제1 내지 제4 워킹 코일(WC1~WC4) 중 어느 워킹 코일의 상부에 대상체가 위치하는지를 판단하거나 제1 내지 제4 워킹 코일(WC1~WC4)의 출력을 제어할 수 있다.

제어부(250)의 대상체 검출 방법에 대한 구체적인 내용은 후술하도록 한다.

그리고, 제어부(250)는 제1 내지 제4 검출부(D1~D4)에서 검출된 공진 전류 값을 토대로 대상체가 자성체인지 또는 비자성체인지를 판단할 수도 있다.

구체적으로, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 상부에 안착되는 대상체가 자성체일 경우, 워킹 코일에서 대상체로 많은 와전류가 유도되면서 공진되므로, 워킹 코일에는 상대적으로 작은 공진 전류가 흐르게 된다. 그러나 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 상부에 안착되는 대상체가 존재하지 않거나 비자성체일 경우, 워킹 코일이 공진되지 않으므로 워킹 코일에는 상대적으로 큰 공진 전류가 흐르게 된다.

따라서 제어부(250)는 워킹 코일에 흐르는 공진 전류가 미리 설정된 기준 전류보다 작은 경우, 대상체를 자성체로 판단할 수 있다. 반대로 워킹 코일에 흐르는 공진 전류가 미리 설정된 기준 전류보다 크거나 같은 경우, 제어부(250)는 대상체를 비자성체로 판단하거나 대상체가 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.

한편, 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2)은 서로 병렬 연결될 수 있다.

구체적으로, 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2)은 서로 병렬 연결되고, 제1 인버터부(IV1)로부터 공진 전류를 인가받을 수 있다.

즉, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 구동 모드가 유도 가열 모드인 경우, 제1 인버터부(IV1)에서 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2) 중 적어도 하나로 인가되는 고주파의 교류 전류에 의해 해당 워킹 코일과 대상체 사이에 와전류가 발생되어 대상체가 가열될 수 있다.

또한 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 구동 모드가 무선 전력 전송 모드인 경우, 제1 인버터부(IV1)에서 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2) 중 적어도 하나로 인가되는 고주파의 교류 전류에 의해 해당 워킹 코일에서 자기장이 발생할 수 있다. 이로 인해 해당 워킹 코일에 대응되는 대상체 내부의 코일에도 전류가 흐르게 되고, 대상체 내부의 코일에 흐르는 전류에 의해 대상체가 충전될 수 있다.

그리고, 제1 워킹 코일(WC1)은 제1 반도체 스위치(S1)에 연결되고, 제2 워킹 코일(WC2)은 제2 반도체 스위치(S2)에 연결될 수 있다.

이에 따라, 각각의 워킹 코일은 대응되는 반도체 스위치에 의해 고속으로 턴온 또는 턴오프될 수 있다.

참고로, 반도체 스위치에 의해 워킹 코일이 턴온 또는 턴오프된다는 의미는 인버터부로부터 워킹 코일로 인가되는 공진 전류의 흐름이 반도체 스위치에 의해 차단 해제 또는 차단된다는 의미일 수 있다.

또한 제1 워킹 코일(WC1)에 인가된 공진 전류는 제1 검출부(D1)에 의해 검출되고, 제2 워킹 코일(WC2)에 인가된 공진 전류는 제2 검출부(D2)에 의해 검출될 수 있다. 제1 및 제2 검출부(D1, D2)의 공진 전류 검출 방법은 후술하도록 한다.

한편, 제3 및 제4 워킹 코일(WC3, WC4)은 서로 병렬 연결될 수 있다.

구체적으로, 제3 및 제4 워킹 코일(WC3, WC4)은 서로 병렬 연결되고, 제2 인버터부(IV2)로부터 공진 전류를 인가받을 수 있다.

즉, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 구동 모드가 유도 가열 모드인 경우, 제2 인버터부(IV2)에서 제3 및 제4 워킹 코일(WC3, WC4) 중 적어도 하나로 인가되는 고주파의 교류 전류에 의해 해당 워킹 코일과 대상체 사이에 와전류가 발생되어 대상체가 가열될 수 있다.

또한 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 구동 모드가 무선 전력 전송 모드인 경우, 제2 인버터부(IV2)에서 제3 및 제4 워킹 코일(WC3, WC4) 중 적어도 하나로 인가되는 고주파의 교류 전류에 의해 해당 워킹 코일에서 자기장이 발생할 수 있다. 이로 인해 해당 워킹 코일에 대응되는 대상체 내부의 코일에도 전류가 흐르게 되고, 대상체 내부의 코일에 흐르는 전류에 의해 대상체가 충전될 수 있다.

그리고, 제3 워킹 코일(WC3)은 제3 반도체 스위치(S3)에 연결되고, 제4 워킹 코일(WC4)은 제4 반도체 스위치(S4)에 연결될 수 있다.

또한 제3 워킹 코일(WC3)에 인가된 공진 전류는 제3 검출부(D3)에 의해 검출되고, 제4 워킹 코일(WC4)에 인가된 공진 전류는 제4 검출부(D4)에 의해 검출될 수 있다.

제3 및 제4 검출부(D3, D4)의 공진 전류 검출 방법은 후술하도록 한다.

한편, 제1 내지 제4 반도체 스위치(S1~S4)는 각각 제1 내지 제4 워킹 코일(WC1~WC4)을 턴온 또는 턴오프하기 위해 제1 내지 제4 워킹 코일(WC1~WC4)에 각각 연결될 수 있고, 보조 전원(300)으로부터 전력을 공급받을 수 있다.

구체적으로, 제1 반도체 스위치(S1)는 제1 워킹 코일(WC1)에 연결되어 제1 워킹 코일(WC1)을 턴온 또는 턴오프할 수 있고, 제2 반도체 스위치(S2)는 제2 워킹 코일(WC2)에 연결되어 제2 워킹 코일(WC2)을 턴온 또는 턴오프할 수 있다. 또한 제3 반도체 스위치(S3)는 제3 워킹 코일(WC3)에 연결되어 제3 워킹 코일(WC3)을 턴온 또는 턴오프할 수 있고, 제4 반도체 스위치(S4)는 제4 워킹 코일(WC4)에 연결되어 제4 워킹 코일(WC4)을 턴온 또는 턴오프할 수 있다.

또한, 제1 및 제2 반도체 스위치(S1, S2)는 제어부(250)에 의해 제1 인버터부(IV1)와 보조를 맞추어 구동됨으로써 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2) 위에 대상체가 존재하는지 여부를 검출하거나 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2)의 출력을 제어하고자 할 때 이용될 수 있다.

또한, 제3 및 제4 반도체 스위치(S3, S4)는 제어부(250)에 의해 제2 인버터부(IV2)와 보조를 맞추어 구동됨으로써 제3 및 제4 워킹 코일(WC3, WC4) 위에 대상체가 존재하는지 여부를 검출하거나 제3 및 제4 워킹 코일(WC3, WC4)의 출력을 제어하고자 할 때 이용될 수 있다.

참고로, 제1 내지 제4 반도체 스위치(S1~S4)는 예를 들어, 스태틱 스위치(static switch)를 포함할 수 있다. 또한 제1 내지 제4 반도체 스위치(S1~S4)에는 예를 들어, MOSFET(Metal oxide semiconductor field effect transistor) 또는 IGBT(Insulated gate bipolar mode transistor)가 적용될 수 있다.

보조 전원(300)은 제1 내지 제4 반도체 스위치(S1~S4)에 전력을 공급할 수 있다.

구체적으로, 보조 전원(300)은 단일 출력 구조(즉, 하나의 출력단)를 가질 수 있다. 따라서, 보조 전원(300)은 단일 출력으로 제1 내지 제4 반도체 스위치(S1~S4)에 전력을 공급할 수 있다. 또한 보조 전원(300)은 다른 다중 출력 구조와 비교하였을 때 제1 내지 제4 반도체 스위치(S1~S4)와의 연결을 위해 필요한 핀(pin) 수를 줄일 수 있다.

물론, 단일 출력 용량이 너무 큰 경우(즉, 미리 설정된 기준 용량을 크게 벗어난 경우), 보조 전원(300)은 이중 출력 구조(각각의 출력단이 단일 출력 용량을 미리 설정된 기준 용량 이하의 용량으로 분할하여 출력하는 구조)로 설계될 수도 있다.

참고로, 보조 전원(300)은 예를 들어, SMPS(Switched mode power supply)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

입력 인터페이스(350)는 사용자로부터 입력을 제공받아 제어부(250)로 해당 입력을 제공할 수 있다.

구체적으로, 입력 인터페이스(350)는 사용자가 원하는 가열 강도나 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 구동 시간 등을 입력하기 위한 모듈로서, 물리적인 버튼이나 터치 패널 등으로 다양하게 구현될 수 있다.

또한 입력 인터페이스(350)에는 예를 들어, 전원 버튼, 잠금 버튼, 파워 레벨 조절 버튼(+, -), 타이머 조절 버튼(+, -), 충전 모드 버튼 등이 구비될 수 있다.

이러한 입력 인터페이스(350)는 제공받은 입력 정보를 제어부(250)로 제공할 수 있고, 제어부(250)는 입력 인터페이스(350)로부터 제공받은 입력 정보를 토대로 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)를 다양하게 구동시킬 수 있는바, 그 예시는 다음과 같다.

유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)가 구동되지 않은 상태에서 사용자가 입력 인터페이스(350)에 구비된 전원 버튼을 일정 시간 동안 터치할 경우, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 구동이 시작될 수 있다. 반대로 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)가 구동되고 있는 상태에서 사용자가 전원 버튼을 일정 시간 동안 터치할 경우 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 구동이 종료될 수 있다.

또한 사용자가 잠금 버튼을 일정 시간 동안 터치할 경우 다른 모든 버튼의 조작이 불가능한 상태가 될 수 있다. 이후 사용자가 다시 잠금 버튼을 일정 시간 동안 터치할 경우 다른 모든 버튼의 조작이 가능한 상태가 될 수 있다.

또한 전원이 입력된 상태에서 사용자가 파워 레벨 조절 버튼(+, -)을 터치할 경우, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 현재 파워 레벨이 입력 인터페이스(350) 상에 숫자로 표시될 수 있다. 또한 파워 레벨 조절 버튼(+, -)의 터치에 의해 제어부(250)는 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 구동 모드가 유도 가열 모드임을 확인할 수 있다. 그리고, 제어부(250)는 입력된 파워 레벨에 대응되도록 제1 및 제2 인버터부(IV1, IV2)의 스위칭 동작을 위한 주파수를 조절할 수 있다.

또한 사용자는 타이머 조절 버튼(+, -)을 터치하여 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 구동 시간을 설정할 수 있다. 제어부(250)는 사용자가 설정한 구동 시간이 경과할 경우 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 구동을 종료시킬 수 있다.

이 때 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)가 유도 가열 모드로 동작하는 경우, 타이머 조절 버튼(+, -)에 의하여 설정되는 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 구동 시간은 대상체의 가열 시간이 될 수 있다.

또한 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)가 무선 전력 전송 모드로 동작하는 경우, 타이머 조절 버튼(+, -)에 의하여 설정되는 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 구동 시간은 대상체의 충전 시간이 될 수 있다.

한편, 사용자가 충전 모드 버튼을 터치할 경우 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)는 무선 전력 전송 모드로 구동될 수 있다.

이 때 제어부(250)는 구동 영역(즉, 워킹 코일 상부)에 안착된 대상체와의 통신을 통해 해당 대상체에 대한 장치 정보를 수신할 수 있다. 대상체로부터 전송되는 장치 정보는 예를 들어, 대상체의 종류, 충전 모드, 요구 전력량과 같은 정보를 포함할 수 있다.

또한 제어부(250)는 수신된 장치 정보에 기초하여 대상체의 종류를 판단하고, 대상체의 충전 모드를 파악할 수 있다.

참고로, 대상체의 충전 모드는 일반 충전 모드 및 고속 충전 모드를 포함할 수 있다.

이에 따라, 제어부(250)는 확인된 충전 모드를 토대로 제1 및 제2 인버터부(IV1, IV2) 중 적어도 하나의 주파수를 조절할 수 있다. 예컨대 고속 충전 모드인 경우, 제어부(250)는 인버터부의 스위칭 동작에 따라 보다 큰 공진 전류가 워킹 코일에 인가되도록 주파수를 조절할 수 있다.

물론, 대상체의 충전 모드는 입력 인터페이스(350)를 통해 사용자에 의하여 입력될 수도 있다.

참고로, 제어부(250)는 대상체(예를 들어, 무선 전력 수신 장치)를 검출한 경우, 입력 인터페이스(350)를 제어하여 검출된 대상체의 검출 사실 및 해당 대상체에 대한 무선 전력 전송 제안을 UI(User Interface)로 표시할 수도 있다. 사용자가 입력 인터페이스(350)에 표시된 UI를 통해 해당 대상체에 대한 무선 전력 전송을 지시하는 입력을 제공하면, 제어부(250)는 상기 입력을 토대로 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)를 무선 전력 전송 모드로 구동시킬 수 있다.

한편, 제1 내지 제4 검출부(D1~D4)는 각각 제1 내지 제4 워킹 코일(WC1~WC4)에 연결되어 해당 워킹 코일에 흐르는 공진 전류를 검출할 수 있다.

참고로, 제1 내지 제4 검출부(D1~D4)은 별개로 존재하지 않고 하나의 통합 검출부 형태로 존재할 수도 있다. 다만, 설명의 편의를 위해, 본 발명의 실시예에서는, 제1 내지 제8 검출부(D1~D4)은 별개로 존재하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

구체적으로, 제1 검출부(D1)는 제1 워킹 코일(WC1)과 제1 반도체 스위치(S1) 사이에 구비되고, 제2 검출부(D2)는 제2 워킹 코일(WC2)과 제2 반도체 스위치(S2) 사이에 구비될 수 있다. 그리고, 제3 검출부(D3)는 제3 워킹 코일(WC3)과 제3 반도체 스위치(S3) 사이에 구비되고, 제4 검출부(D4)는 제4 워킹 코일(WC4)과 제4 반도체 스위치(S4) 사이에 구비될 수 있다.

또한 제1 검출부(D1)는 제1 워킹 코일(WC1)에 인가된 공진 전류를 검출하고 검출된 공진 전류와 관련된 정보를 제어부(250)에 제공할 수 있고, 제2 검출부(D2)는 제2 워킹 코일(WC2)에 인가된 공진 전류를 검출하고 검출된 공진 전류와 관련된 정보를 제어부(250)에 제공할 수 있다. 그리고, 제3 검출부(D3)는 제3 워킹 코일(WC3)에 인가된 공진 전류를 검출하고 검출된 공진 전류와 관련된 정보를 제어부(250)에 제공할 수 있고, 제4 검출부(D4)는 제4 워킹 코일(WC4)에 인가된 공진 전류를 검출하고 검출된 공진 전류와 관련된 정보를 제어부(250)에 제공할 수 있다.

여기에서, 도 5를 참조하여, 도 4의 검출부의 일 예를 설명하도록 한다.

참고로, 제1 내지 제4 검출부(D1~D4)는 구성, 기능 및 효과가 동일한바, 제1 검출부(D1)를 예로 들어 설명하기로 한다.

구체적으로, 도 5를 참조하면, 제1 검출부(D1)는 변류기(400), 제1 저항(420), 제2 저항(440), 제어 스위치(460), 풀업 저항(480), 서브 정류부(500), 전압 분배부(520), 서브 필터부(540)를 포함할 수 있다.

변류기(400)는 제1 워킹 코일(WC1)에 직렬 연결되어 제1 워킹 코일(WC1)에 인가된 공진 전류의 크기를 변환할 수 있다.

구체적으로, 변류기(400)는 제1 워킹 코일(WC1)과 제1 반도체 스위치(S1) 사이에 연결될 수 있다.

또한, 변류기(400)는 제1 워킹 코일(WC1)에 흐르는 공진 전류를 1차단(400a)과 2차단(400b)의 변압 비율에 따라 변환할 수 있다. 예를 들어, 1차단(400a)과 2차단(400b)의 권선비가 1:320인 경우, 1차단(400a)에 흐르는 공진 전류(80A)의 크기를 1/320으로 변환(즉, 0.25A로 변환)할 수 있다.

참고로, 변류기(400)는 제1 워킹 코일(WC1)에 흐르는 공진 전류의 크기를 제어부(250)에서 측정 가능한 크기로 낮추기 위해 사용될 수 있다.

제1 저항(420)은 변류기(400)에 병렬 연결되고, 제1 저항값을 가질 수 있다.

구체적으로, 제1 저항(420)은 변류기(400)에 병렬 연결되고, 대상체가 제1 워킹 코일(WC1)의 상부에 위치하는지를 판단할 때 이용될 수 있다.

이에 따라, 제1 저항값은 대상체를 검출할 때 이용되는 작은 공진 전류(예를 들어, 최소 공진 전류)를 고려하여 설정될 수 있다.

또한, 제1 저항(420)에 인가된 전압은 제어부(250)에서 측정 가능한 범위 내에 포함되어야 하는바, 제1 저항값 역시 이를 고려하여 설정될 수 있다. 이를 통해, 제1 저항(420)에 과전압이 인가되는 것을 방지할 수 있다.

참고로, 제1 저항(420)은 예를 들어, 션트 저항(Shunt Resistor)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

제2 저항(440)은 제1 저항(420)에 병렬 연결되고, 제1 저항값보다 작은 제2 저항값을 가질 수 있다.

구체적으로, 제2 저항(440)은 제1 저항(420), 즉, 변류기(400)에 병렬 연결되고, 제1 워킹 코일(WC1)의 출력 제어시 이용될 수 있다.

이에 따라, 제2 저항값은 제1 워킹 코일(WC1)의 출력을 제어하기 위해 이용되는 큰 공진 전류(예를 들어, 최대 공진 전류)를 고려하여 설정될 수 있다.

또한, 제2 저항(440)에 인가된 전압은 제어부(250)에서 측정 가능한 범위 내에 포함되어야 하는바, 제2 저항값 역시 이를 고려하여 설정될 수 있다.

그리고, 제2 저항(440)은 제1 저항(420)가 달리, 제어 스위치(460)에 직렬 연결될 수 있고, 제어 스위치(460)에 의해 턴온 또는 턴오프될 수 있는바, 이에 대한 구체적인 내용은 후술하도록 한다.

참고로, 제2 저항(440)은 예를 들어, 션트 저항(Shunt Resistor)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

제어 스위치(460)는 제2 저항(440)을 턴온 또는 턴오프하기 위해 제2 저항(440)에 직렬 연결되고, 제어부(250)에 의해 동작이 제어될 수 있다.

구체적으로, 제어 스위치(460)는 제어부(250)로부터 제어 신호를 제공받아 턴온 또는 턴오프될 수 있고, 제어 스위치(460)의 상태에 따라 제2 저항(440) 역시 턴온 또는 턴오프될 수 있다.

여기에서, 제2 저항(440)이 턴온 또는 턴오프된다는 의미는 제어 스위치(460)에 의해 제2 저항(440)이 활성화 또는 비활성화된다는 것을 의미할 수 있다.

또한 제어 스위치(460)에 대한 제어부(250)의 제어 방식은 풀업 저항(480)의 유무에 따라 변경될 수 있다.

예를 들어, 도 5에 도시된 풀업 저항(480)이 제1 검출부(D1)에 포함되지 않는다고 가정하였을 때, 제어부(250)가 제어 스위치(460)에 하이 레벨(high level) 신호(예를 들어, 1)를 제공하면 제어 스위치(460)는 턴온될 수 있다. 또한 제어부(250)가 제어 스위치(460)에 로우 레벨(low level) 신호(예를 들어, 0)를 제공하면, 제어 스위치(460)는 턴오프될 수 있다.

즉, 풀업 저항(480)이 없는 경우, 제어 스위치(460)의 기본 상태는 턴오프 상태(즉, 로우 레벨 또는 0)일 수 있다.

참고로, 제어부(250)에 의해 제어 스위치(460)가 턴오프된 경우, 제1 저항(420)만이 활성화되는바, 변류기(400)에 의해 크기가 변환된 공진 전류는 제1 저항(420)을 통해 전압으로 변환될 수 있다. 또한 제어부(250)에 의해 제어 스위치(460)가 턴온된 경우, 제1 및 제2 저항(420, 440) 둘다가 활성화되는바, 변류기(400)에 의해 크기가 변환된 공진 전류는 제1 및 제2 저항(420, 440)의 합성 저항을 통해 전압으로 변환될 수 있다.

즉, 제1 저항값이 제2 저항값보다 크고 제1 및 제2 저항(440)이 병렬 연결된바, 제어 스위치(460)에 의해 제2 저항이 턴온되면, 제1 저항(420)과 제2 저항(440)의 합성 저항값은 제2 저항값에 가까워진다.

예를 들어, 제1 저항값이 10kΩ이고, 제2 저항값이 100Ω인 경우, 제1 저항값과 제2 저항값의 합성 저항값은 약 99Ω일 수 있다.

이에 따라, 제어부(250)는 제1 저항(420)을 통해 변환된 전압(작은 공진 전류가 변환된 전압)을 토대로 대상체가 제1 워킹 코일(WC1)의 상부에 위치하는지를 판단할 수 있고, 제1 및 제2 저항(420, 440)의 합성 저항을 통해 변환된 전압(큰 공진 전류가 변환된 전압)을 토대로 제1 워킹 코일(WC1)의 출력을 제어할 수 있다.

반면에, 도 5에 도시된 바와 같이, 제어 스위치(460)를 반전시키는 풀업 저항(480)이 제1 검출부(D1)에 포함된다고 가정하였을 때, 제어부(250)가 제어 스위치(460)에 하이 레벨(high level) 신호(예를 들어, 1)를 제공하면 제어 스위치(460)는 턴오프될 수 있다. 또한 제어부(250)가 제어 스위치(460)에 로우 레벨(low level) 신호(예를 들어, 0)를 제공하면, 제어 스위치(460)는 턴온될 수 있다.

즉, 풀업 저항(480)이 있는 경우, 제어 스위치(460)의 기본 상태는 턴온 상태(즉, 하이 레벨 또는 1)일 수 있다.

한편, 서브 정류부(500)는 제1 및 제2 저항(420, 440)에 연결되어 제1 저항(420) 또는 제1 및 제2 저항(420, 440)을 통해 변환된 전압을 정류할 수 있다.

구체적으로, 서브 정류부(500)는 제1 저항(420) 또는 제1 및 제2 저항(420, 440)을 통해 변환된 교류 전압을 직류 전압으로 정류하여 전압 분배부(520)로 제공할 수 있다.

전압 분배부(520)는 서브 정류부(500)에 의해 정류된 전압을 제어부(250)에서 측정 가능한 전압 레벨로 변환(즉, 측정 가능한 전압 범위 내에 포함되도록 변환)할 수 있다.

구체적으로, 전압 분배부(520)는 서브 정류부(500)로부터 제공받은 전압을 제어부(250)에서 측정 가능한 전압 레벨로 변환하여 서브 필터부(540)로 제공할 수 있다.

물론, 이에 앞서, 제1 워킹 코일(WC1)에 인가된 공진 전류는 변류기(400)를 통해 제어부(250)에서 측정 가능한 전압 레벨로 변환되는바, 전압 분배부(520)는 필수 구성요소가 아닐 수 있다. 즉, 전압 분배부(520)는, 변류기(400)의 오작동 또는 오류 등으로 인해 공진 전류가 제어부(250)에서 측정 가능한 전압 레벨로 변환되지 않은 경우를 대비하기 위한 구성요소일 수 있다.

이에 따라, 제1 검출부(D1)는 전압 분배부(520)를 포함하지 않을 수도 있으나, 본 발명의 실시예에서는 제1 검출부(D1)가 전압 분배부(520)를 포함하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

서브 필터부(540)는 전압 분배부(520)에서 전압 레벨이 변환된 전압을 필터링하여 제어부(250)로 제공하고, 과전압을 방지하기 위한 다이오드를 포함할 수 있다.

구체적으로, 서브 필터부(540)는 전압 분배부(520)로부터 제공받은 전압을 필터링(예를 들어, 전압의 노이즈 제거)하여 제어부(250)로 제공할 수 있다. 또한 서브 필터부(540)는 전압 분배부(520)로부터 제공받은 전압이 과전압 상태로 제어부(250)로 전달되는 것을 방지하기 위해 과전압 방지용 다이오드를 포함할 수 있다.

참고로, 제어부(250)는 서브 필터부(540)로부터 제공받은 전압(예를 들어, 엔벨로프(envelop) 형태 전압)을 토대로 제1 워킹 코일(WC1)의 상부에 대상체가 위치하는지를 검출하거나 제1 워킹 코일(WC1)의 출력을 제어할 수 있다.

다만, 제어부(250)는 대상체 검출 작업과 출력 제어 작업을 별개의 루트로 진행할 수도 있다.

즉, 제어부(250)는 전압 분배부(520)로부터 전압 레벨이 변환된 전압을 제공받아 펄스 신호로 변환하고, 변환된 펄스 신호를 토대로 제1 워킹 코일(WC1)의 상부에 대상체가 위치하는지를 판단할 수 있다. 또한 이와 별개로 제어부(250)는 서브 필터부(540)로부터 제공받은 필터링된 전압을 토대로 제1 워킹 코일(WC1)의 출력을 제어할 수 있다.

전술한 바와 같이, 제1 검출부(D1)는 선택적으로 구동되는 제1 및 제2 저항(420, 440)을 통해 다양한 크기의 공진 전류를 용도에 따라 검출함으로써 공진 전류 검출 정확도를 개선할 수 있다. 나아가, 제어부(250)는 제1 검출부(D1)로부터 정확도가 개선된 공진 전류 정보를 제공받음으로써, 대상체 검출 작업 및 워킹 코일 출력 제어 작업의 정확도 개선이 가능하다.

이어서, 도 6을 참조하여, 도 4의 검출부의 다른 예를 설명하도록 한다.

참고로, 제1 내지 제4 검출부(D1~D4)은 구성, 기능 및 효과가 동일한바, 제1 검출부(D1)를 예로 들어 설명하기로 한다. 또한 도 6의 제1 검출부(D1)는 도 5의 제1 검출부(D1)와 일부 구성 요소를 제외하고는 동일한바, 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.

도 6을 참조하면, 도 5와 달리, 제1 검출부(D1)는 제1 및 제2 저항(420, 440)에 연결되어 제1 저항(420)을 통해 변환된 전압을 정류하는 제2 서브 정류부(560)와, 제2 서브 정류부(560)에 의해 정류된 전압을 제어부(250)에서 측정 가능한 전압 레벨로 변환하는 제2 전압 분배부(580)와, 제2 전압 분배부(580)에서 전압 레벨이 변환된 전압을 펄스 신호로 변환하여 제어부(250)에 제공하는 펄스 변환부(600)를 더 포함할 수 있다.

여기에서, 펄스 변환부(600)는 예를 들어, OP Amp(Operational amplifier) 또는 BJT(Bipolar Junction Transistor) 소자를 통해 제2 전압 분배부(580)에서 전압 레벨이 변환된 전압을 펄스 신호로 변환할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한 도 6의 제1 검출부(D1)는 제1 저항(420)을 통해 변환된 전압을 정류하는 제2 서브 정류부(560)와 제1 및 제2 저항(440)을 통해 변환된 전압을 정류하는 제1 서브 정류부(500; 전술한 서브 정류부(500)와 동일)를 별개로 포함할 수 있다.

이를 통해, 도 6의 제1 검출부(D1)는 작은 공진 전류 검출용 구성 요소(제2 서브 정류부(560), 제2 전압 분배부(580), 펄스 변환부(600))와 큰 공진 전류 검출용 구성 요소(제1 서브 정류부(500), 제1 전압 분배부(520), 서브 필터부(540))를 별도로 구비할 수 있다.

또한 도 6의 제1 검출부(D1)가 펄스 변환부(600)를 포함하는바, 도 5에서 제어부(250)가 담당하던 기능(즉, 검출된 작은 공진 전류에 대한 정보를 펄스로 변환하는 기능)을 대신할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)는 전술한 특징 및 구성을 가질 수 있다.

이하에서는, 전술한 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 특징 및 구성을 토대로 대상체 검출 방법에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.

도 7은 도 4의 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 대상체 검출 방법을 구체적으로 설명하기 위한 회로도이다. 도 8은 도 7의 워킹 코일 배치를 설명하는 개략도이다. 도 9는 도 7의 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 대상체 검출 방법의 일 예를 설명하는 개략도이다. 도 10은 도 7의 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 대상체 검출 방법의 다른 예를 설명하는 개략도이다.

참고로, 도 7에 도시된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치는 도 4에 도시된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치와 동일한 구성 및 특징을 가지고 있으나, 최적 예시를 설명하기 위해 일부 구성요소를 추가하거나 일부 구성요소의 개수 및 명칭을 변경하여 사용하도록 한다.

먼저, 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)는 전원부(100), 정류부(150), 직류 링크 커패시터(200), 제1 내지 제3 인버터부(IV1~IV3), 제1 내지 제3 워킹 코일부(AWC, BWC, CWC), 제1 내지 제3 검출 그룹(AD~CD), 제1 내지 제3 반도체 스위치부(AS, BS, CS), 제어부(250), 보조 전원(300), 입력 인터페이스(350)를 포함할 수 있다.

참고로 도 8에 도시된 바와 같이, 도 7에는 전체 영역(존프리 영역)의 절반을 구성하는 워킹 코일만이 도시되어 있는바, 나머지 절반을 구성하기 위해 도 7은 추가 인버터부, 워킹 코일부, 워킹 코일, 검출 그룹, 검출부, 반도체 스위치부, 반도체 스위치를 더 포함할 수 있다.

다만 설명의 편의를 위해, 본 발명의 실시예에서는, 도 7의 인버터부, 워킹 코일부, 워킹 코일, 검출 그룹, 검출부, 반도체 스위치부, 반도체 스위치를 예로 들어 설명하기로 한다.

구체적으로, 전원부(100)는 교류 전력을 출력하여 정류부(150)에 제공할 수 있고, 정류부(150)는 전원부(100)로부터 공급받은 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 직류 링크 커패시터(200)에 제공할 수 있다.

여기에서, 직류 링크 커패시터(200)는 정류부(150)와 병렬 연결될 수 있다.

구체적으로, 직류 링크 커패시터(200)는 정류부(150)와 병렬 연결되어 정류부(150)로부터 직류 전압을 제공받을 수 있다. 또한 직류 링크 커패시터(200)는 예를 들어, 평활 커패시터일 수 있고, 이에 따라 제공받은 직류 전압의 리플을 저감시킬 수 있다.

참고로, 직류 링크 커패시터(200)의 경우, 정류부(150)로부터 직류 전압을 제공받는바, 일단에는 직류 전압이 인가되고, 타단은 일단과의 전위차에 의해 접지될 수 있다.

또한, 정류부(150)에 의해 정류되고 직류 링크 커패시터(200)에 의해 리플이 감소된 직류 전력(또는 직류 전압)은 제1 내지 제3 인버터부(IV1~IV3) 중 적어도 하나에 공급될 수 있다.

한편, 제1 인버터부(IV1)는 2개의 스위칭 소자(SV1, SV1')를 포함하고, 제2 인버터부(IV2)는 2개의 스위칭 소자(SV2, SV2')를 포함하며, 제3 인버터부(IV3)는 2개의 스위칭 소자(SV3, SV3')를 포함할 수 있다.

또한 각각의 인버터부(IV1~IV3)에 포함된 스위칭 소자들은 제어부(250)로부터 제공받은 스위칭 신호에 의해 교대로 턴온 및 턴오프되어 직류 전력을 고주파의 교류 전류(즉, 공진 전류)로 변환할 수 있고, 변환된 고주파의 교류 전류는 워킹 코일에 제공될 수 있다.

예를 들어, 제1 인버터부(IV1)의 스위칭 동작에 의해 변환된 공진 전류는 제1 워킹 코일부(AWC)로 제공될 수 있고, 제2 인버터부(IV2)의 스위칭 동작에 의해 변환된 공진 전류는 제2 워킹 코일부(BWC)로 제공될 수 있다. 또한 제3 인버터부(IV3)의 스위칭 동작에 의해 변환된 공진 전류는 제3 워킹 코일부(CWC)로 제공될 수 있다.

물론, 제1 인버터부(IV1)에 의해 생성된 공진 전류는 제1 워킹 코일부(AWC) 내에 포함된 워킹 코일(AWC1~AWC6) 중 적어도 하나로 인가될 수 있고, 제2 인버터부(IV2)에 의해 생성된 공진 전류는 제2 워킹 코일부(BWC) 내에 포함된 워킹 코일(BWC1~BWC4) 중 적어도 하나로 인가될 수 있다. 또한 제3 인버터부(IV3)에 의해 생성된 공진 전류는 제3 워킹 코일부(CWC) 내에 포함된 워킹 코일(CWC1~CWC6) 중 적어도 하나로 인가될 수 있다.

여기에서, 제1 워킹 코일부(AWC) 내에 포함된 워킹 코일(AWC1~AWC6)은 서로 병렬 연결되어 있고, 제2 워킹 코일부(BWC) 내에 포함된 워킹 코일(BWC1~BWC4)도 서로 병렬 연결되어 있다. 또한 제3 워킹 코일부(CWC) 내에 포함된 워킹 코일(CWC1~CWC6)도 서로 병렬 연결되어 있다.

이에 따라, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 워킹 코일부(AWC) 내에 포함된 워킹 코일(AWC1~AWC6)은 A 영역(AR)에 그룹화되어 배치될 수 있고, 제2 워킹 코일부(BWC) 내에 포함된 워킹 코일(BWC1~BWC4)은 B 영역(BR)에 그룹화되어 배치될 수 있다. 또한 제3 워킹 코일부(CWC) 내에 포함된 워킹 코일(CWC1~CWC6)은 C 영역(CR)에 그룹화되어 배치될 수 있다.

물론, 나머지 빈 공간에도 워킹 코일이 배치될 수 있으며, 입력 인터페이스(350) 역시 도 8에 도시된 위치 외 다른 위치에 배치될 수 있다.

다시 도 7을 참조하면, 제1 반도체 스위치부(AS)는 제1 워킹 코일부(AWC)에 연결되고, 제2 반도체 스위치부(BS)는 제2 워킹 코일부(BWC)에 연결되며, 제3 반도체 스위치부(CS)는 제3 워킹 코일부(CWC)에 연결될 수 있다.

구체적으로, 제1 반도체 스위치부(AS)는 6개의 반도체 스위치(AS1~AS6)를 포함하고, 6개의 반도체 스위치(AS1~AS6) 각각은 제1 워킹 코일부(AWC)에 포함된 6개의 워킹 코일(AWC1~AWC6)에 각각 연결되어 6개의 워킹 코일(AWC1~AWC6)을 각각 턴온 또는 턴오프할 수 있다.

여기에서, 6개의 반도체 스위치(AS1~AS6) 각각의 일단은 6개의 워킹 코일(AWC1~AWC6)에 각각 연결되고, 6개의 반도체 스위치(AS1~AS6) 각각의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 타단(즉, 접지단)에 연결될 수 있다.

또한 제2 반도체 스위치부(BS)는 4개의 반도체 스위치(BS1~BS4)를 포함하고, 4개의 반도체 스위치(BS1~BS4) 각각은 제2 워킹 코일부(BWC)에 포함된 4개의 워킹 코일(BWC1~BWC4)에 각각 연결되어 4개의 워킹 코일(BWC1~BWC4)을 각각 턴온 또는 턴오프할 수 있다.

여기에서, 4개의 반도체 스위치(BS1~BS4) 각각의 일단은 4개의 워킹 코일(BWC1~BWC4)에 각각 연결되고, 4개의 반도체 스위치(BS1~BS4) 각각의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 타단(즉, 접지단)에 연결될 수 있다.

또한 제3 반도체 스위치부(CS)는 6개의 반도체 스위치(CS1~CS6)를 포함하고, 6개의 반도체 스위치(CS1~CS4) 각각은 제3 워킹 코일부(CWC)에 포함된 6개의 워킹 코일(CWC1~CWC6)에 각각 연결되어 6개의 워킹 코일(CWC1~CWC6)을 각각 턴온 또는 턴오프할 수 있다.

여기에서, 6개의 반도체 스위치(CS1~CS6) 각각의 일단은 6개의 워킹 코일(CWC1~CWC6)에 각각 연결되고, 6개의 반도체 스위치(CS1~CS6) 각각의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 타단(즉, 접지단)에 연결될 수 있다.

즉, 제1 내지 제3 반도체 스위치부(AS, BS, CS)의 모든 반도체 스위치들의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 타단(즉, 접지단)에 연결될 수 있고, 이를 통해, 보조 전원(300)은 하나의 출력단을 통해 모든 반도체 스위치들에 전력을 공급할 수 있다.

참고로, 반도체 스위치가 인버터부와 워킹 코일부 사이에 연결된 경우, 각 반도체 스위치의 이미터(emitter)가 서로 플로팅(floating)되어 반도체 스위치의 개수만큼 보조 전원(300)의 출력단 수가 증가한다는 문제가 있다. 또한 이로 인해, 보조 전원(300)의 핀수도 증가하게 되어 회로 부피가 커진다는 문제가 있다.

반면에, 본 발명의 일 실시예와 같이, 반도체 스위치가 모두 접지단(즉, 직류 링크 커패시터(200)의 타단)에 연결된 경우, 반도체 스위치의 이미터가 플로팅되지 않고 모두 공통(common)될 수 있다. 따라서, 보조 전원(300)은 하나의 출력단을 통해 모든 반도체 스위치에 전력을 공급할 수 있다. 또한 반도체 스위치의 이미터가 플로팅된 경우보다 보조 전원(300)의 핀수가 저감될 수 있고, 나아가 회로 부피도 저감될 수 있다.

물론, 모든 반도체 스위치들의 타단은 모두 직류 링크 커패시터(200)의 일단(즉, 직류 전압이 인가된 부분)에 연결될 수도 있다. 또한 보조 전원(300)의 단일 출력 용량이 너무 큰 경우(즉, 미리 설정된 기준 용량을 크게 벗어난 경우), 일부 반도체 스위치부에 포함된 반도체 스위치들의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 타단(즉, 접지단)에 연결되고, 나머지 반도체 스위치부에 포함된 반도체 스위치들의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 일단(즉, 직류 전압이 인가된 부분)에 연결될 수도 있다.

다만, 설명의 편의를 위해, 본 발명의 일 실시예에서는 반도체 스위치가 모두 접지단(즉, 직류 링크 커패시터(200)의 타단)에 연결된 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

한편, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)는 워킹 코일과 반도체 스위치 사이(즉, 검출부와 반도체 스위치 사이)에 연결된 공진 커패시터(예를 들어, C)를 더 포함할 수 있다.

공진 커패시터(C)의 경우, 인버터부(예를 들어, 제1 인버터부(IV1))의 스위칭 동작에 의해 전압이 인가되면, 공진을 시작하게 된다. 또한 공진 커패시터(C)가 공진하게 되면, 해당 공진 커패시터(C)와 연결된 워킹 코일(예를 들어, AWC1)에 흐르는 전류가 상승하게 된다.

이와 같은 과정을 거쳐, 해당 공진 커패시터(C)에 연결된 워킹 코일(AWC1)의 상부에 배치된 대상체로 와전류가 유도되는 것이다.

참고로, 공진 커패시터는 워킹 코일과 검출부 사이에 위치할 수도 있으나, 본 발명의 실시예에서는, 설명의 편의를 위해, 공진 커패시터가 검출부와 반도체 스위치 사이에 위치하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

제1 내지 제3 검출 그룹(AD, BD, CD)은 각각 제1 내지 제3 워킹 코일부(AWC, BWC, CWC)에 연결되어 해당 워킹 코일에 흐르는 공진 전류를 검출할 수 있다.

구체적으로, 제1 검출 그룹(AD)은 6개의 검출부(AD1~AD6)를 포함하고, 6개의 검출부(AD1~AD6) 각각은 제1 워킹 코일부(AWC)에 포함된 6개의 워킹 코일(AWC1~AWC6)에 각각 연결되어 6개의 워킹 코일(AWC1~AWC6)에 인가된 공진 전류를 검출할 수 있다.

여기에서, 6개의 검출부(AD1~AD6) 각각은 검출된 공진 전류에 관한 정보를 다양한 형태로 제어부(250)로 제공할 수 있다.

예를 들어, 검출부는, 큰 공진 전류가 검출된 경우에는 해당 공진 전류를 엔벨로프 형태의 전압 신호로 변환하여 제어부(250)에 제공하고, 작은 공진 전류가 검출된 경우에는 해당 공진 전류를 펄스 형태의 신호로 변환하여 제어부(250)에 제공할 수 있다.

또한 제2 검출 그룹(BD)은 4개의 검출부(BD1~BD4)를 포함하고, 4개의 검출부(BD1~BD4) 각각은 제2 워킹 코일부(BWC)에 포함된 4개의 워킹 코일(BWC1~BWC4)에 각각 연결되어 4개의 워킹 코일(BWC1~BWC4)에 인가된 공진 전류를 검출할 수 있다.

여기에서, 4개의 검출부(BD1~BD4) 각각은 검출된 공진 전류에 관한 정보를 전술한 바와 같이, 다양한 형태로 제어부(250)에 제공할 수 있다.

또한 제3 검출 그룹(CD)은 6개의 검출부(CD1~CD6)를 포함하고, 6개의 검출부(CD1~CD6) 각각은 제3 워킹 코일부(CWC)에 포함된 6개의 워킹 코일(CWC1~CWC6)에 각각 연결되어 6개의 워킹 코일(CWC1~CWC6)에 인가된 공진 전류를 검출할 수 있다.

여기에서, 6개의 검출부(CD1~CD6) 각각은 검출된 공진 전류에 관한 정보를 전술한 바와 같이, 다양한 형태로 제어부(250)에 제공할 수 있다.

제어부(250)는 제1 내지 제3 인버터부(IV1~IV3)와, 제1 내지 제3 검출 그룹(AD, BD, CD)과, 제1 내지 제3 반도체 스위치부(AS, BS, CS)의 동작을 각각 제어할 수 있다.

즉, 제어부(250)는 각각의 인버터부(IV1~IV3)의 동작을 제어하기 위해 스위칭 신호를 제공할 수 있고, 각각의 검출부(AD1~AD6, BD1~BD4, CD1~CD6)를 제어하기 위해 제어 신호를 제공할 수 있으며, 각각의 반도체 스위치(AS1~AS6, BS1~BS4, CS1~CS6)를 제어하기 위해 제어 신호를 제공할 수 있다.

또한 제어부(250)는 제1 내지 제3 검출 그룹(AD, BD, CD)에 포함된 검출부(AD1~AD6, BD1~BD4, CD1~CD6)로부터 워킹 코일(AWC1~AWC6, BWC1~BWC4, CWC1~CWC6)에 인가된 공진 전류에 관한 정보를 제공받을 수 있다. 그리고, 제어부(250)는 제공받은 공진 전류에 관한 정보를 토대로 어느 워킹 코일의 상부에 대상체가 위치하는지를 판단하거나 워킹 코일의 출력을 제어할 수 있다.

즉, 제어부(250)는 제1 내지 제3 인버터부(IV1~IV3)와, 제1 내지 제3 검출 그룹(AD, BD, CD)에 포함된 검출부(AD1~AD6, BD1~BD4, CD1~CD6)와, 제1 내지 제3 반도체 스위치부(AS, BS, CS)에 포함된 반도체 스위치(AS1~AS6, BS1~BS4, CS1~CS6)의 동작을 각각 제어하여 제1 내지 제3 워킹 코일부(AWC, BWC, CWC)에 포함된 워킹 코일(AWC1~AWC6, BWC1~BWC4, CWC1~CWC6) 중 어느 워킹 코일의 상부에 대상체가 위치하는지를 검출하거나 워킹 코일(AWC1~AWC6, BWC1~BWC4, CWC1~CWC6) 각각의 출력을 제어할 수 있다.

여기에서, 도 7 및 도 9를 참조하여, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 대상체 검출 방법의 일 예에 대해 설명하도록 한다.

참고로, 설명의 편의를 위해, 제1 워킹 코일부(AWC)가 배치된 A 영역(도 8의 AR)에서의 대상체 검출 과정을 예로 들기로 한다. 또한 제1 워킹 코일부(AWC)가 4개의 워킹 코일을 포함하고, 제1 반도체 스위치부(AS)가 4개의 워킹 코일에 각각 연결된 4개의 반도체 스위치(AS1~AS4)를 포함한다고 가정하고 설명하도록 한다.

먼저, 도 7 및 도 9를 참조하면, 제어부(250)는 대상체의 위치를 검출하기 위해 미리 설정된 주기마다 제1 인버터부(IV1)에 N개의 펄스를 제공(여기에서, N은 1, 2, 3 중 어느 하나이고, N이 1인 경우, 원 펄스 샷(One Pulse Shot)을 제1 인버터부(IV1)에 스위칭 신호로 제공)할 수 있다.

제1 인버터부(IV1)는 제어부(250)로부터 N개의 펄스를 제공받을 때마다 이에 맞추어 턴온 및 턴오프될 수 있고, 이를 통해 제1 워킹 코일부(AWC)가 포함된 회로에 자유 공진이 발생할 수 있다.

여기에서, 제어부(250)가 N개의 펄스가 아닌 연속적인 펄스(즉, 4개 이상의 펄스)를 제공하는 경우, 대기 전력에 문제가 발생할 수 있는바, 제어부(250)는 N개의 펄스를 주기적으로 제1 인버터부(IV1)에 제공하는 것이다.

참고로, 설명의 편의를 위해, 이하에서는 N개의 펄스가 1개 펄스(즉, 단일 펄스)인 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.

제어부(250)는 대상체의 위치가 검출되기 전까지 각각의 단일 펄스에 맞추어 4개의 반도체 스위치(AS1~AS4)를 순차적으로 턴온 또는 턴오프할 수 있다.

즉, 제어부(250)는 제1 시점(P1)에서 첫번째 반도체 스위치(AS1)를 턴온하고, 첫번째 반도체 스위치(AS1)를 턴온한 후 일정 시간(P1~P1') 동안의 제1 딜레이(delay)가 경과되면 단일 펄스를 제1 인버터부(IV1)에 제공할 수 있다. 여기에서, 제1 딜레이 경과 시간을 가지는 이유는 첫번째 반도체 스위치(AS1)가 턴온 후 안정화되는데 일정 시간이 필요하기 때문이다.

이어서, 단일 펄스가 제1 인버터부(IV1)에 제공된 후, 다시 일정 시간(P1''~P2) 동안의 제2 딜레이가 경과될 수 있다. 여기에서, 제2 딜레이 경과 시간을 가지는 이유는 제1 인버터부(IV1)에 제공된 단일 펄스에 대한 신호 처리 및 대상체에 대한 검출 작업에 일정 시간이 필요하기 때문이다.

제1 시점(P1) 이후 미리 설정된 주기가 경과된 제2 시점(P2) 이전까지 대상체가 검출되지 않은 경우, 제2 시점(P2)에서 첫번째 반도체 스위치(AS1)를 턴오프하며, 두번째 반도체 스위치(AS2)를 턴온한 후 단일 펄스를 다시 제1 인버터부(IV1)에 제공할 수 있다.

또한, 제어부(250)는 대상체가 검출될 때까지 전술한 과정을 세번째 및 네번째 반도체 스위치(AS3, AS4)에 대해서도 순차적으로 반복할 수 있다.

다만, 제3 시점(P3) 이전까지도 대상체가 검출되지 않는 경우, 제어부(250)는 제3 시점(P3)에서 네번째 반도체 스위치(AS4)를 턴오프하고, 첫번째 반도체 스위치(AS1)를 턴온한 후 단일 펄스를 다시 제1 인버터부(IV1)에 제공함으로써 전술한 과정을 다시 반복할 수도 있다.

참고로, 첫번째 반도체 스위치(AS1)를 턴온한 후 제1 인버터부(IV1)에 단일 펄스를 제공하는 경우, 첫번째 워킹 코일(AWC1)에만 공진 전류가 흐르게 된다. 이 때, 첫번째 검출부(AD1)는 첫번째 워킹 코일(AWC1)에 흐르는 공진 전류를 검출하고, 검출된 공진 전류에 관한 정보를 제어부(250)로 제공할 수 있다. 또한 제어부(250)는 첫번째 검출부(AD1)로부터 제공받은 공진 전류에 관한 정보를 토대로 첫번째 워킹 코일(AWC1) 위에 대상체가 위치하는지 여부를 검출할 수 있다.

부연 설명을 하자면, 첫번째 워킹 코일(AWC1) 위에 대상체가 위치하는 경우, 대상체의 저항으로 인해 전체 저항이 증가할 수 있고, 이로 인해 첫번째 워킹 코일(AWC1)을 흐르는 공진 전류 값이 변경(즉, 공진 전류의 감쇄 정도가 증가)될 수 있다.

즉, 첫번째 검출부(AD1)는 첫번째 워킹 코일(AWC1)에 흐르는 공진 전류를 검출하고, 검출된 공진 전류에 관한 정보를 제어부(250)로 제공시, 공진 전류의 감쇄에 따른 펄스 개수의 변화(예를 들어, 펄스 개수의 감소) 또는 펄스 폭의 변화(예를 들어, 펄스 폭의 감소)에 관한 정보를 제어부(250)로 제공할 수 있다.

이에 따라, 첫번째 검출부(AD1)가 첫번째 워킹 코일(AWC1)에 흐르는 공진 전류를 검출한 후 검출된 공진 전류에 관한 정보를 제어부(250)에 제공하면, 제어부(250)는 검출된 공진 전류에 관한 정보를 토대로 첫번째 워킹 코일(AWC1) 위에 대상체가 있는지 여부를 검출할 수 있다.

전술한 바와 같이, 제어부(250)는 두번째 내지 네번째 워킹 코일(AWC2~AWC4)에 대해서도 순차적으로 대상체가 위치하는지 여부를 검출할 수 있고, 이러한 과정을 지속적으로 반복할 수 있다.

또한 전술한 대상체 검출 작업은 제1 워킹 코일부(AWC) 뿐만 아니라 제2 및 제3 워킹 코일부(BWC, CWC)에서도 동일한 방법으로 이루어질 수 있다.

이어서, 도 7 및 도 10을 참조하여, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 대상체 검출 방법의 다른 예에 대해 설명하도록 한다.

도 7 및 도 10을 참조하면, 제어부(250)는 예를 들어, 첫번째 및 두번째 워킹 코일(AWC1, AWC2)의 상부에서 대상체가 검출된 경우, 제4 시점(P4)에 첫번째 및 두번째 반도체 스위치(AS1, AS2)를 턴온한 후 제1 인버터부(IV1)에 사용자로부터 입력받은 파워 레벨(즉, 가열 세기 또는 전력 전송량)에 대응되도록 주파수 및 위상이 조절된 스위칭 신호를 제공할 수 있다.

이를 통해, 첫번째 및 두번째 워킹 코일(AWC1, AWC2)에는 공진 전류가 인가될 수 있고, 그 상부에 위치한 대상체는 유도 가열되거나 무선으로 전력을 전송받을 수 있다.

물론 이 때에도 제어부(250)는 첫번째 및 두번째 반도체 스위치(AS1, AS2)를 턴온한 후 일정 시간(P4~P4') 동안의 제3 딜레이가 경과되면 제1 인버터부(IV1)에 스위칭 신호를 제공할 수 있다. 여기에서, 제3 딜레이 경과 시간을 가지는 이유는 첫번째 및 두번째 반도체 스위치(AS1, AS2)가 턴온 후 안정화되는데 일정 시간이 필요하기 때문이다.

참고로, 제어부(250)는 첫번째 및 두번째 검출부(AD1, AD2)로부터 제공받은 첫번째 및 두번째 워킹 코일(AWC1, AWC2)에 인가된 공진 전류에 관한 정보를 토대로 첫번째 및 두번째 워킹 코일(AWC1, AWC2)의 출력을 제어할 수 있다.

즉, 제어부(250)는 첫번째 및 두번째 워킹 코일(AWC1, AWC2)에 흐르는 공진 전류에 관한 정보를 토대로 첫번째 및 두번째 워킹 코일(AWC1, AWC2)에 제공할 스위칭 신호의 주파수 및 위상을 조절할 수 있다. 이에 따라, 첫번째 및 두번째 워킹 코일(AWC1, AWC2)에 제공되는 스위칭 신호의 주파수 및 위상은 사용자로부터 입력받은 파워 레벨에 대응되도록 조절될 수 있다.

또한 제어부(250)는, 구동되지 않는 워킹 코일(즉, 세번째 워킹 코일(AWC3) 또는 네번째 워킹 코일(AWC4))의 상부에 상기 대상체(즉, 첫번째 및 두번째 워킹 코일(AWC1, AWC2)의 상부에 위치한 대상체)가 아닌 다른 대상체가 위치하는지를 지속적으로 검출할 수 있다.

즉, 제어부(250)는 구동되지 않는 워킹 코일의 상부에 다른 대상체가 위치하는지를 검출하기 위해 제1 인버터부(IV1)에 대한 스위칭 신호의 제공을 중단할 수 있다.

구체적으로, 제어부(250)는 제1 인버터부(IV1)에 대한 스위칭 신호의 제공을 중단한 후 일정 시간(P4''~P5) 동안의 제4 딜레이가 경과되면 미리 설정된 시간(예를 들어, P5~P7; 구동되지 않는 워킹 코일의 수 X 미리 설정된 주기에 해당하는 시간)의 시작과 동시에 첫번째 및 두번째 반도체 스위치(AS1, AS2)를 턴오프하고, 세번째 반도체 스위치(AS3)를 턴온할 수 있다. 이후 제어부(250)는 단일 펄스를 미리 설정된 시간 내에 제1 인버터부(IV1)에 제공할 수 있다.

여기에서, 제4 딜레이 경과 시간을 가지는 이유는 제1 인버터부(IV1)에 제공된 스위칭 신호에 대한 신호 처리 작업에 일정 시간이 필요하기 때문이다.

전술한 이유와 동일한 이유로, 제어부(250)는 단일 펄스를 미리 설정된 시간 내에 제1 인버터부(IV1)에 제공시, 제공하는 시점 전후로 P5~P5', P5''~P6의 시간 동안 딜레이를 가질 수 있다.

물론, 제어부(250)는 이후 다른 대상체를 검출하기 위해 전술한 방법과 동일한 방법으로 미리 설정된 주기에 맞추어 세번째 및 네번째 반도체 스위치(AS3, AS4)를 순차적으로 턴오프 또는 턴온할 수 있다.

또한 제어부(250)는 미리 설정된 시간(예를 들어, P5~P7)이 종료되기 전까지 세번째 워킹 코일(AWC3) 또는 네번째 워킹 코일(AWC4)의 상부에서 다른 대상체가 검출되지 않는 경우, 미리 설정된 시간의 종료와 동시에(즉, 제7 시점(P7)) 네번째 반도체 스위치(AS4)를 턴오프하고, 첫번째 및 두번째 반도체 스위치(AS1, AS2)를 턴온할 수 있다. 이 후 제어부(250)는 전술한 스위칭 신호를 제1 인버터부(IV1)에 다시 제공할 수 있다.

참고로, 도 8에 도시된 바와 같이, 세번째 반도체 스위치(AS3)는 이미 제6 시점(P6)에 턴오프된 상태이고, 제7 시점(P7) 이후 제1 인버터부(IV1)에 제공된 스위칭 신호는 사용자로부터 입력받은 파워 레벨에 대응되도록 주파수 및 위상이 조절된 스위칭 신호이다.

이와 같이, 제어부(250)는 대상체가 검출된 이후에도 구동되지 않는 워킹 코일의 상부에 다른 대상체가 위치하는지를 지속적으로 검출할 수 있다.

물론, 전술한 대상체 검출 작업은 제1 워킹 코일부(AWC) 뿐만 아니라 제2 및 제3 워킹 코일부(BWC, CWC)에서도 동일한 방법으로 이루어질 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)는 반도체 스위치(AS1~AS6, BS1~BS4, CS1~CS6) 및 제어부(250)를 통해 복수개의 워킹 코일(AWC1~AWC6, BWC1~BWC4, CWC1~CWC6)을 독립적으로 구분하여 고속으로 턴온 또는 턴오프함으로써 대상체 검출 속도 및 알고리즘을 개선할 수 있다. 또한 선택적으로 구동되는 제1 및 제2 션트 저항(예를 들어, 420, 440)을 통해 다양한 크기의 공진 전류를 검출함으로써 공진 전류 검출 정확도를 개선할 수 있다. 나아가 공진 전류 검출 정확도 개선을 통해 대상체 검출 작업 및 워킹 코일 출력 제어 작업의 정확도도 개선할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)는 릴레이 및 대상체 검출 회로 대신 반도체 스위치(AS1~AS6, BS1~BS4, CS1~CS6), 검출부(AD1~AD6, BD1~BD4, CD1~CD6) 및 제어부(250)를 이용하여 대상체 검출 작업 및 워킹 코일 출력 제어 작업을 수행함으로써 릴레이의 절환 동작시 발생하는 소음 문제를 해결할 수 있고, 이를 통해 사용자 만족도를 개선할 수 있다. 또한 사용자가 소음 문제에 민감한 시간대(예를 들어, 새벽 또는 늦은 밤)에도 조용하게 사용할 수 있는바, 사용 편의성이 개선될 수 있다. 그 뿐만 아니라 회로에서 부피를 많이 차지하는 릴레이 및 대상체 검출 회로를 제거함으로써 회로 부피를 줄일 수 있고, 이를 통해 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 전체 부피도 줄일 수 있다. 나아가, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 전체 부피를 줄임으로써 공간 활용도를 개선할 수 있다.

전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

100: 전원부 150: 정류부
200: 직류 링크 커패시터 250: 제어부
300: 보조 전원 350: 입력 인터페이스

Claims

제1 워킹 코일;
스위칭 동작을 수행하여 상기 제1 워킹 코일에 공진 전류를 인가하는 인버터부;
상기 제1 워킹 코일에 인가된 상기 공진 전류를 검출하기 위해 상기 제1 워킹 코일에 연결된 제1 검출부; 및
상기 인버터부 및 상기 제1 검출부의 동작을 각각 제어하여 상기 제1 워킹 코일의 상부에 대상체가 위치하는지를 판단하거나 상기 제1 워킹 코일의 출력을 제어하는 제어부를 포함하는
유도 가열 및 무선 전력 전송 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 검출부는,
상기 제1 워킹 코일에 연결되어 상기 제1 워킹 코일에 인가된 상기 공진 전류의 크기를 변환하는 변류기와,
상기 변류기에 연결되고, 제1 저항값을 가지는 제1 저항과,
상기 제1 저항에 연결되고, 상기 제1 저항값보다 작은 제2 저항값을 가지는 제2 저항과,
상기 제2 저항을 턴온 또는 턴오프하기 위해 상기 제2 저항에 연결되고, 상기 제어부에 의해 동작이 제어되는 제어 스위치를 포함하는
유도 가열 및 무선 전력 전송 장치.
제2항에 있어서,
상기 제어부에 의해 상기 제어 스위치가 턴오프된 경우, 상기 변류기에 의해 크기가 변환된 상기 공진 전류는 상기 제1 저항을 통해 전압으로 변환되고,
상기 제어부에 의해 상기 제어 스위치가 턴온된 경우, 상기 변류기에 의해 크기가 변환된 상기 공진 전류는 상기 제1 및 제2 저항의 합성 저항을 통해 전압으로 변환되는
유도 가열 및 무선 전력 전송 장치.
제3항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 저항을 통해 변환된 전압을 토대로 상기 대상체가 상기 제1 워킹 코일의 상부에 위치하는지를 판단하고,
상기 제1 및 제2 저항의 합성 저항을 통해 변환된 전압을 토대로 상기 제1 워킹 코일의 출력을 제어하는
유도 가열 및 무선 전력 전송 장치.
제3항에 있어서,
상기 제어부가 상기 제어 스위치에 하이 레벨(high level) 신호를 제공하는 경우, 상기 제어 스위치는 턴온되고,
상기 제어부가 상기 제어 스위치에 로우 레벨(low level) 신호를 제공하는 경우, 상기 제어 스위치는 턴오프되는
유도 가열 및 무선 전력 전송 장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 검출부는 상기 제어 스위치를 반전시키는 풀업 저항을 더 포함하되,
상기 제어부가 상기 제어 스위치에 하이 레벨(high level) 신호를 제공하는 경우, 상기 제어 스위치는 턴오프되고,
상기 제어부가 상기 제어 스위치에 로우 레벨(low level) 신호를 제공하는 경우, 상기 제어 스위치는 턴온되는
유도 가열 및 무선 전력 전송 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 검출부는,
상기 제1 및 제2 저항에 연결되어 상기 제1 저항 또는 상기 제1 및 제2 저항을 통해 변환된 전압을 정류하는 서브 정류부와,
상기 서브 정류부에 의해 정류된 전압을 상기 제어부에서 측정 가능한 전압 레벨로 변환하는 전압 분배부와,
상기 전압 분배부에서 전압 레벨이 변환된 상기 전압을 필터링하여 상기 제어부로 제공하고, 과전압을 방지하기 위한 다이오드를 포함하는 서브 필터부를 더 포함하는
유도 가열 및 무선 전력 전송 장치.
제7항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 전압 분배부로부터 상기 전압 레벨이 변환된 전압을 제공받아 펄스 신호로 변환하고, 상기 변환된 펄스 신호를 토대로 상기 제1 워킹 코일의 상부에 상기 대상체가 위치하는지를 판단하며,
상기 서브 필터부로부터 제공받은 상기 필터링된 전압을 토대로 상기 제1 워킹 코일의 출력을 제어하는
유도 가열 및 무선 전력 전송 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 검출부는,
상기 제1 및 제2 저항에 연결되어 상기 제1 및 제2 저항을 통해 변환된 전압을 정류하는 제1 서브 정류부와,
상기 제1 서브 정류부에 의해 정류된 전압을 상기 제어부에서 측정 가능한 전압 레벨로 변환하는 제1 전압 분배부와,
상기 제1 전압 분배부에서 전압 레벨이 변환된 상기 전압을 필터링하여 상기 제어부로 제공하고, 과전압을 방지하기 위한 다이오드를 포함하는 서브 필터부와,
상기 제1 및 제2 저항에 연결되어 상기 제1 저항을 통해 변환된 전압을 정류하는 제2 서브 정류부와,
상기 제2 서브 정류부에 의해 정류된 전압을 상기 제어부에서 측정 가능한 전압 레벨로 변환하는 제2 전압 분배부와,
상기 제2 전압 분배부에서 전압 레벨이 변환된 상기 전압을 펄스 신호로 변환하여 상기 제어부에 제공하는 펄스 변환부를 더 포함하는
유도 가열 및 무선 전력 전송 장치.
제9항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 펄스 변환부로부터 제공받은 상기 펄스 신호를 토대로 상기 제1 워킹 코일의 상부에 상기 대상체가 위치하는지를 판단하고,
상기 서브 필터부로부터 제공받은 상기 필터링된 전압을 토대로 상기 제1 워킹 코일의 출력을 제어하는
유도 가열 및 무선 전력 전송 장치.
제2항에 있어서,
상기 변류기는 상기 제1 워킹 코일에 직렬 연결되고,
상기 제1 저항은 상기 변류기에 병렬 연결되며,
상기 제2 저항은 상기 제1 저항에 병렬 연결되고,
상기 제어 스위치는 상기 제2 저항에 직렬 연결되는
유도 가열 및 무선 전력 전송 장치.
제1항에 있어서,
제1 워킹 코일과 병렬 연결된 제2 워킹 코일;
상기 제1 워킹 코일을 턴온(turn-on) 또는 턴오프(turn-off)하기 위해 상기 제1 워킹 코일에 연결된 제1 반도체 스위치;
상기 제2 워킹 코일을 턴온 또는 턴오프하기 위해 상기 제2 워킹 코일에 연결된 제2 반도체 스위치; 및
상기 제2 워킹 코일에 연결된 제2 검출부를 더 포함하되,
상기 인버터부는 스위칭 동작을 수행하여 상기 제1 및 제2 워킹 코일 중 적어도 하나에 공진 전류를 인가하고,
상기 제2 검출부는 상기 제2 워킹 코일에 인가된 공진 전류를 검출하며,
상기 제어부는 상기 인버터부와, 상기 제1 및 제2 반도체 스위치와, 상기 제1 및 제2 검출부의 동작을 각각 제어하여 상기 제1 및 제2 워킹 코일 중 어느 워킹 코일의 상부에 대상체가 위치하는지를 판단하거나 상기 제1 및 제2 워킹 코일 중 적어도 하나의 출력을 제어하는
유도 가열 및 무선 전력 전송 장치.