KR20190064914A - 무선 전력 송신 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선 전력 송신 방법 및 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치는 제1 주제어기, 제1 변환기 및 제1 전송기를 포함하는 제1 송신기와 제2 주제어기, 제2 변환기 및 제2 전송기를 포함하는 제2 송신기를 포함하고, 상기 제1 변환기 및 상기 제2 변환기의 효율에 기반하여 상기 제1 전송기와 상기 제2 전송기에 전송 전력을 분배할 수 있다. 따라서, 본 발명은 충전 효율 및 발열 성능이 우수한 무선 전력 송신 장치를 제공할 수 있는 장점이 있다.

Description

무선 전력 송신 방법 및 장치{Wireless Power Reception Method and Apparatus}
본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 상세하게, 구비된 복수의 송신기를 이용하여 동적으로 충전을 제어하는 것이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 정보 통신 기술이 급속도로 발전함에 따라, 정보 통신 기술을 기반으로 하는 유비쿼터스 사회가 이루어지고 있다.
언제 어디서나 정보통신 기기들이 접속되기 위해서는 사회 모든 시설에 통신 기능을 가진 컴퓨터 칩을 내장시킨 센서들이 설치되어야 한다. 따라서 이들 기기나 센서의 전원 공급 문제는 새로운 과제가 되고 있다. 또한 휴대폰뿐만 아니라 블루투스 핸드셋과 아이팟 같은 뮤직 플레이어 등의 휴대기기 종류가 급격히 늘어나면서 배터리를 충전하는 작업이 사용자에게 시간과 수고를 요구하고 됐다. 이러한 문제를 해결하는 방법으로 무선 전력 전송 기술이 최근 들어 관심을 받고 있다.
무선 전력 전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 자기장의 유도 원리를 이용하여 무선으로 송신기에서 수신기로 전기 에너지를 전송하는 기술로서, 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 고주파, Microwave, 레이저 등과 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도되었다. 우리가 흔히 사용하는 전동칫솔이나 일부 무선면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다.
현재까지 무선을 이용한 에너지 전달 방식은 크게 자기 유도 방식, 자기 공진(Electromagnetic Resonance) 방식 및 단파장 무선 주파수를 이용한 RF 전송 방식 등으로 구분될 수 있다.
자기 유도 방식은 두 개의 코일을 서로 인접시킨 후 한 개의 코일에 전류를 흘려보내면 이 때 발생한 자속(MagneticFlux)이 다른 코일에 기전력을 일으키는 현상을 사용한 기술로서, 휴대폰과 같은 소형기기를 중심으로 빠르게 상용화가 진행되고 있다. 자기 유도 방식은 최대 수백 키로와트(kW)의 전력을 전송할 수 있고 효율도 높지만 최대 전송 거리가 1센티미터(cm) 이하이므로 일반적으로 충전기나 바닥에 인접시켜야 하는 단점이 있다.
자기 공진 방식은 전자기파나 전류 등을 활용하는 대신 전기장이나 자기장을 이용하는 특징이 있다. 자기 공진 방식은 전자파 문제의 영향을 거의 받지 않으므로 다른 전자 기기나 인체에 안전하다는 장점이 있다. 반면, 한정된 거리와 공간에서만 활용할 수 있으며 에너지 전달 효율이 다소 낮다는 단점이 있다.
단파장 무선 전력 전송 방식-간단히, RF 전송 방식-은 에너지가 라디오 파(RadioWave)형태로 직접 송수신될 수 있다는 점을 활용한 것이다. 이 기술은 렉테나(rectenna)를 이용하는 RF 방식의 무선 전력 전송 방식으로서, 렉테나는 안테나(antenna)와 정류기(rectifier)의 합성어로서 RF 전력을 직접 직류 전력으로 변환하는 소자를 의미한다. 즉, RF 방식은 AC 라디오파를 DC로 변환하여 사용하는 기술로서, 최근 효율이 향상되면서 상용화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
무선 전력 전송 기술은 모바일 뿐만 아니라 IT, 철도, 가전 산업 등 산업 전반에 다양하게 활용될 수 있다.
한국 공개 특허 10-2013-0078078(“멀티 무선 충전 장치 및 그 제조 방법")에는 멀티 무선 충전 과정을 전반적으로 제어하는 하나의 제어기와 멀티 코일을 구비하여 복수의 무선 전력 수신 장치를 동시에 충전하는 것이 가능한 멀티 무선 충전 장치가 개시되어 있으나, 해당 장치는 멀티 코일 충전 시 송신기 내부 발열 상황 및 수신기 타입에 따라 적응적으로 전력을 관리할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 복수의 송신기가 구비되어 적어도 하나의 무선 전력 수신 장치를 충전하는 것이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 충전 영역에 배치되는 무선 전력 수신 장치의 타입에 따라 구비된 복수의 송신기를 동적으로 제어하여 충전하는 것이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 복수의 송신기에 구비되는 변환기의 효율 특성에 따라 최고의 충전 효율을 가지도록 송신기 별 전송 전력을 할당하는 것이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 송신기 별 측정된 온도에 기반하여 적응적으로 전력을 분배함으로써, 과열 발생을 미연에 방지하는 것이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 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.
본 발명은 무선 전력 송신 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 공급하는 무선 전력 송신 장치는 입력 전원을 전압 강하하여 직류 전력으로 변환하는 변환기와 레퍼런스 클락을 공급하는 주제어기와 상기 레퍼런스 클락 및 상기 변환된 직류 전력을 이용하여 교류 전력 신호를 생성하는 구동기와 상기 교류 전력 신호를 무선으로 전송하는 전송기를 포함하는 송신기가 복수 개 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 송신기 별 효율에 기반하여 상기 송신기 별 전송 전력이 할당될 수 있다.
여기서, 상기 송신기 별 효율은 적어도 상기 변환기의 효율을 포함하고, 상기 변환기의 효율이 최대가 되는 전력이 해당 송신기에 할당될 수 있다.
또한, 충전 영역에 배치된 상기 무선 전력 수신 장치의 타입에 기반하여 적어도 하나의 상기 송신기가 무선 전력을 전송할 수 있다.
만약, 상기 무선 전력 수신 장치가 복수의 수신기를 포함한 타입인 경우, 상기 변환기의 효율 특성에 기초하여 최대 효율 조합을 가지도록 해당 송신기 별 최대 전송 전력을 할당할 수 있다.
또한, 상기한 무선 전력 송신 장치는 상기 주제어기 사이의 통신을 위한 제어기 통신 라인을 더 포함하고, 상기 복수의 수신기와 연동되는 복수의 송신기 중 마스터로 결정된 송신기가 상기 제어기 통신 라인을 통해 해당 송신기의 전송 전력을 할당할 수 있다.
또한, 상기한 무선 전력 송신 장치는 상기 송신기 별 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함하고, 상기 온도 센서로부터 수집된 온도 센싱 정보에 기반하여 해당 송신기의 전송 전력이 재할당될 수 있다.
또한, 상기 입력 전원은 AC 전원 및 DC 전원 중 어느 하나일 수 있다.
여기서, 상기 입력 전원이 AC 전원이면, 상기 변환기는 스위칭 모드 전력 공급기이고, 상기 입력 전원이 DC 전원이면, 상기 변환기는 벅 컨버터일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 적어도 하나의 무선 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 송신 장치에서의 무선 전력 송신 방법은 충전 영역에 배치된 무선 전력 수신 장치를 식별하는 단계와 상기 식별된 무선 전력 수신 장치가 멀티 코일 충전이 가능한지 확인하는 단계와 상기 확인 결과, 상기 멀티 코일 충전이 가능하면, 상기 식별된 무선 전력 수신 장치로 전력 전송이 가능한 제1 내지 제n 송신기를 식별하는 단계와 상기 식별된 제1 내지 제n 송신기 각각에 의해 전송될 전력을 할당하는 단계와 상기 할당된 전력에 기반하여 상기 식별된 제1 내지 제n 송신기가 상기 식별된 무선 전력 수신 장치로 전력을 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 무선 전력 송신 방법은 상기 식별된 제1 내지 제n 송신기 중 마스터를 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 마스터가 상기 제1 내지 제n 송신기 각각에 대한 전력을 할당할 수 있다.
여기서, 상기 마스터가 상기 제1 내지 제n 송신기 각각의 충전 효율에 기반하여 상기 제1 내지 제n 송신기 각각의 전송 전력을 할당할 수 있다.
또한, 상기 송신기 별 충전 효율은 적어도 상기 송신기 별 구비된 변환기의 효율을 포함하고, 상기 마스터가 상기 변환기의 효율 특성에 기초하여 최대 효율 조합을 가지도록 상기 제1 내지 제n 송신기 각각의 전송 전력을 결정할 수 있다.
또한, 상기 마스터는 상기 변환기의 효율이 최대가 되는 전류가 흐르도록 상기 제1 내지 제n 송신기 각각의 전송 전력을 결정할 수 있다.
또한, 상기 확인 결과, 상기 멀티 코일 충전이 가능하지 않으면, 상기 무선 전력 수신 장치를 식별한 송신기가 상기 식별된 무선 전력 수신 장치로 전력을 전송할 수 있다.
또한, 상기 식별된 무선 전력 수신 장치로의 전력 전송 중 새로운 무선 전력 수신 장치가 식별되면, 상기 새롭게 식별된 무선 전력 수신 장치가 상기 멀티 코일 충전이 가능한지 여부를 확인할 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 송신 장치는 상기 송신기 별 온도를 측정하는 온도 센서를 더 구비하고, 상기 온도 센서로부터 수집된 온도 센싱 정보에 기반하여 해당 송신기의 전송 전력이 재할당될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 예는 상기한 무선 전력 송신 방법들 중 어느 하나의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체가 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치는 제1 주제어기, 제1 변환기 및 제1 전송기를 포함하는 제1 송신기; 및 제2 주제어기, 제2 변환기 및 제2 전송기를 포함하는 제2 송신기를 포함하고, 상기 제1 변환기 및 상기 제2 변환기의 효율에 기반하여 상기 제1 전송기와 상기 제2 전송기에 전송 전력을 분배할 수 있다.
또한, 상기 제1 변환기 및 상기 제2 변환기의 효율이 최대가 되도록 상기 제1 전송기와 상기 제2 전송기에 전송 전력을 분배할 수 있다.
또한, 상기 제1 변환기 및 상기 제2 변환기의 효율에 기반하여 상기 제1 변환기 및 상기 제2 변환기에 입력되는 전류를 분배할 수 있다.
또한, 상기 제1 변환기 및 상기 제2 변환기의 효율이 최대가 되도록 상기 제1 변환기 및 상기 제2 변환기에 입력되는 전류를 분배할 수 있다.
상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
본 발명에 따른 방법, 장치 및 시스템에 대한 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 복수의 송신기가 구비되어 적어도 하나의 무선 전력 수신 장치를 충전하는 것이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 충전 영역에 배치되는 무선 전력 수신 장치의 타입에 따라 구비된 복수의 송신기를 동적으로 제어하여 충전하는 것이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 복수의 송신기에 구비되는 변환기의 효율 특성에 따라 최고의 충전 효율을 가지도록 송신기 별 전송 전력을 할당하는 것이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 송신기 별 측정된 온도에 기반하여 적응적으로 전력을 분배함으로써, 과열 발생을 미연에 방지하는 것이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 장치를 제공하는 장점이 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.
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 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 상기 도 3에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위칭 모드 전력 공급기가 구비된 무선 전력 송신 장치의 내부 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 DC/DC 변환기가 구비된 무선 전력 송신 장치의 내부 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복수의 송신기가 구비되어 듀얼 모드로 충전 가능한 무선 전력 송신 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 벅 컨버터의 회로도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 무선 충전 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 충전 시나리오를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 무선 충전 시나리오를 설명하기 위한 도면이다.
도 11a 내지 도 11b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 복수의 송신기가 구비된 무선 전력 송신 장치에서 송신기 별 전력 할당에 따른 발열 성능 변화를 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.
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.
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. 여기서, 무선파워 전송 수단은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) 및 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기는 적어도 하나의 무선 전력 수신 수단이 구비될 수 있으며, 2개 이상의 송신기로부터 동시에 무선 파워를 수신할 수도 있다. 여기서, 무선 전력 수신 수단은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) 및 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 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.
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.
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.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신단(10)은 고속 충전 지원 여부를 지시하는 소정 패킷을 무선 전력 수신단(20)에 전송할 수 있다. 무선 전력 수신단(20)은 접속된 무선 전력 송신단(10)이 고속 충전 모드를 지원하는 것으로 확인된 경우, 이를 전자 기기(30)에 알릴 수 있다. 전자 기기(30)는 구비된 소정 표시 수단-예를 들면, 액정 디스플레이일 수 있음-을 통해 고속 충전이 가능함을 표시할 수 있다.
또한, 전자 기기(30) 사용자는 액정 표시 수단에 표시된 소정 고속 충전 요청 버튼을 선택하여 무선 전력 송신단(10)이 고속 충전 모드로 동작하도록 제어할 수도 있다. 이 경우, 전자 기기(30)는 사용자에 의해 고속 충전 요청 버튼이 선택되면, 소정 고속 충전 요청 신호를 무선 전력 수신단(20)에 전송할 수 있다. 무선 전력 수신단(20)은 수신된 고속 충전 요청 신호에 상응하는 충전 모드 패킷을 생성하여 무선 전력 송신단(10)에 전송함으로써, 일반 저전력 충전 모드를 고속 충전 모드로 전환시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신단은 두 개의 송신기를 구비할 수 있다. 이때, 일반 충전 모드에서는 하나의 송신기를 이용하여 충전을 수행하다가 고속 충전 모드로 전환되면, 두 개의 송신기를 이용하여 충전을 수행할 수 있다. 즉, 무선 전력 송신단은 충전 모드에 따라 동적으로 충전에 사용되는 송신기의 개수를 제어할 수 있다.
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 송신 장치(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 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3을 참조하면 무선 전력 송신기(300)는 크게, 전력 변환부(310), 전력 전송부(320), 통신부(330), 제어부(340), 센싱부(350)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기한 무선 전력 송신기(300)의 구성은 반드시 필수적인 구성은 아니어서, 그보다 많거나 적은 구성 요소를 포함하여 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 전력 변환부(310)는 전원부(360)로부터 DC 전원이 공급되면, 이를 소정 세기의 교류 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.
이를 위해, 전력 변환부(310)는 DC/DC 변환부(311), 인버터(312) 및 주파수 생성기(313)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 인버터(312)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(311)는 전원부(350)로부터 공급된 DC 전력을 제어부(340)의 제어 신호에 따라 특정 세기의 DC 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.
이때, 센싱부(350)는 DC 변환된 전력의 전압/전류 등을 측정하여 제어부(340)에 제공할 수 있다.
또한, 센싱부(350)는 과열 발생 여부 판단을 위해 무선 전력 송신기(300)의 내부 온도를 측정하고, 측정 결과를 제어부(340)에 제공할 수도 있다.
일 예로, 제어부(340)는 센싱부(350)에 의해 측정된 전압/전류 값에 기반하여 적응적으로 전원부(350)로부터의 전원 공급을 차단하거나, 인버터(312)에 전력이 공급되는 것을 차단할 수 있다. 이를 위해, 전력 변환부(310)의 일측에는 전원부(350)로부터 공급되는 전원을 차단하거나, 인버터(312)에 공급되는 전력을 차단하기 위한 소정 전력 차단 회로가 더 구비될 수도 있다.
인버터(312)는 DC/DC 변환된 직류 전력을 주파수 생성기(313)에 의해 생성된 기준 교류 신호-예를 들면, 펄스 폭 변조 신호일 수 있음-에 기반하여 교류 전력으로 변환할 수 있다. 이때, 기준 교류 신호의 주파수 는 제어부(340)의 제어 신호에 따라 동적으로 변경될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기(300)는 동작 주파수를 조절하여 송출 전력의 세기를 조절할 수도 있다. 일 예로, 제어부(340)는 통신부(330)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 송출 전력의 세기를 조절할 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(320)는 다중화기(321)(또는 멀티플렉서), 송신 코일부(322)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 송신 코일부(322)는 제1 내지 제n 송신 코일로 구성될 수 있다.
또한, 전력 전송부(320)는 전력 전송을 위한 특정 캐리어 주파수를 생성하기 위한 반송파 생성기(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 이 경우, 반송파 생성기는 다중화기(321)를 통해 전달 받은 인버터(312)의 출력 교류 전력과 믹싱하기 위한 특정 캐리어 주파수를 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(321)는 제어부(340)에 의해 선택된 송신 코일로 교류 전력을 전달하기 위한 스위치 기능을 수행할 수 있다. 제어부(340)는 송신 코일 별 무선 전력 수신기로부터 수신되는 소정 신호 세기 지시자에 기반하여 해당 무선 전력 수신기로의 전력 전송에 사용할 송신 코일을 선택할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(340)는 복수의 무선 전력 수신기가 연결된 경우, 송신 코일 별 시분할 다중화를 통해 전력을 전송할 수도 있다.
예를 들어, 무선 전력 송신기(300)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(340)는 다중화기(321)를 제어하여, 특정 타임 슬롯에 특정 송신 코일을 통해서만 교류 전력이 송출될 수 있도록 제어할 수도 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(311)의 출력 직류 전력의 세기를 제어하여 무선 전력 수신기로 송출되는 전력을 제어할 수도 있다.
제어부(340)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 제1 내지 제n 송신 코일(322)을 통해 감지 신호가 순차적으로 송출될 수 있도록 다중화기(321)를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(340)는 감지 신호가 전송될 시점을 타이머(355)를 이용하여 식별할 수 있으며, 감지 신호 전송 시점이 도래하면, 다중화기(321)를 제어하여 해당 송신 코일을 통해 감지 신호가 송출될 수 있도록 제어할 수 있다.
일 예로, 타이머(350)는 감지 신호를 전송해야 하는 단계 동안 소정 주기로 특정 이벤트 신호를 제어부(340)에 송출할 수 있으며, 제어부(340)는 해당 이벤트 신호가 감지될 때마다, 다중화기(321)를 제어하여 해당 송신 코일을 통해 특정 감지 신호가 송출될 수 있도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(340)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 복조부(332)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.
연이어, 제2차 감지 신호 송출 절차에서 제어부(340)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 신호 세기 지시자가 수신된 송신 코일(들)을 통해서만 감지 신호가 송출될 수 있도록 다중화기(321)를 제어할 수도 있다. 다른 일 예로, 제어부(340)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(321)를 제어할 수도 있다.
통신부(330)는 변조부(331)와 복조부(332) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
변조부(331)는 제어부(340)에 의해 생성된 제어 신호를 변조하여 다중화기(321)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(332)는 송신 코일을 통해 특정 신호가 감지되면, 감지된 신호를 복조하여 제어부(340)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(332)는 복조된 신호가 어느 송신 코일로부터 수신된 신호인지를 식별할 수 있으며, 식별된 송신 코일에 상응하는 소정 송신 코일 식별자를 제어부(340)에 제공할 수도 있다.
또한, 복조부(332)는 송신 코일(323)을 통해 수신된 신호를 복조하여 제어부(340)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(300)는 무선 전력 전송에 사용되는 동일한 주파수를 이용하여 무선 전력 수신기와 통신을 수행하는 인밴드(In-Band) 통신을 통해 상기 신호 세기 지시자를 획득할 수도 있다.
또한, 무선 전력 송신기(300)는 송신 코일부(322)을 이용하여 무선 전력을 송출할 수 있을 뿐만 아니라 송신 코일부(322)을 통해 무선 전력 수신기와 각종 제어 신호 및 상태 정보를 교환할 수도 있다. 다른 일 예로, 송신 코일부(322)의 제1 내지 제n 송신 코일에 각각 대응되는 별도의 코일이 무선 전력 송신기(300)에 추가로 구비될 수 있으며, 구비된 별도의 코일을 이용하여 무선 전력 수신기와 인밴드 통신을 수행할 수도 있음을 주의해야 한다.
이상이 도 3의 설명에서는 무선 전력 송신기(300)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 3의 설명에서는 무선 전력 송신기(300)의 전력 전송부(320)가 다중화기(321)와 복수의 송신 코일(322)을 포함하나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 실시예에 따른 전력 전송부(320)는 하나의 송신 코일로 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.
도 4는 상기 도 3에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 무선 전력 수신기(400)는 수신 코일(410), 정류기(420), 직류/직류 변환기(DC/DC Converter, 430), 부하(440), 센싱부(450), 통신부(460), 주제어부(470)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 통신부(460)는 복조부(461) 및 변조부(462) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
상기한 도 4의 예에 도시된 무선 전력 수신기(400)는 인밴드 통신을 통해 무선 전력 송신기(300)와 정보를 교환할 수 있는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 통신부(460)는 무선 전력 신호 전송에 사용되는 주파수 대역과는 상이한 주파수 대역을 통해 근거리 양방향 통신을 제공할 수도 있다.
수신 코일(410)을 통해 수신되는 AC 전력은 정류기(420)에 전달할 수 있다. 정류기(420)는 AC 전력을 DC 전력으로 변환하여 직류/직류 변환기(430)에 전송할 수 있다. 직류/직류 변환기(430)는 정류기 출력 DC 전력의 세기를 부하(440)에 의해 요구되는 특정 세기로 변환한 후 부하(440)에 전달할 수 있다.
센싱부(450)는 정류기(420) 출력 DC 전력의 세기를 측정하고, 이를 주제어부(470)에 제공할 수 있다. 또한, 센싱부(450)는 무선 전력 수신에 따라 수신 코일(410)에 인가되는 전류의 세기를 측정하고, 측정 결과를 주제어부(470)에 전송할 수도 있다. 또한, 센싱부(450)는 무선 전력 수신기(400)의 내부 온도를 측정하고, 측정된 온도 값을 주제어부(470)에 제공할 수도 있다.
일 예로, 주제어부(470)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(462)에 전송할 수 있다.
여기서, 변조부(462)에 의해 변조된 신호는 수신 코일(410) 또는 별도의 코일(미도시)을 통해 무선 전력 송신기(300)에 전송될 수 있다.
또한, 주제어부(470)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(462)를 통해 무선 전력 송신기(300)에 전송될 수 있도록 제어할 수 있다.
다른 일 예로, 복조부(761)는 수신 코일(410)과 정류기(420) 사이의 AC 전력 신호 또는 정류기(420) 출력 DC 전력 신호를 복조하여 감지 신호의 수신 여부를 식별한 후 식별 결과를 주제어부(470)에 제공할 수 있다. 이때, 주제어부(470)는 감지 신호에 대응되는 신호 세기 지시자가 변조부(462)를 통해 전송될 수 있도록 제어할 수 있다.
도 5a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위칭 모드 전력 공급기가 구비된 무선 전력 송신 장치의 내부 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5a를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(500)는 주제어기(510), 게이트 드라이버(520), 인버터(Invertor, 530), 전력 전송기(540), AC 전원(550), 가변 주파수 스위칭 모드 전력 공급기(Variable Frequency Switching Mode Power Supply(VF SMPS), 560) 및 통신 복조기(570)를 포함하여 구성될 수 있다.
AC 전원(550)으로부터 공급되는 교류 전압 신호(V_in)는 VF SMPS(560)에 의해 직류 전압 신호(V_rail)로 변환된 후 인버터(530)에 공급될 수 있다.
일반적으로, 스위칭 모드 전력 공급기(Switching Mode Power Supply, SMPS)는 전원 공급 장치로서, 스위칭 트랜지스터, 필터 및 정류기 등을 이용하여 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 스위치 제어 방식을 사용한다. 여기서, 정류기 및 필터가 독립적으로 구성되어 AC 전원과 SMPS 사이에 배치될 수도 있다.
SMPS는 반도체 스위치 소자의 온/오프(on/off) 시간 비율을 제어하여 출력이 안정화된 직류 전원을 해당 디바이스, 또는 회로 소자에 공급하는 전원 장치로서, 고효율, 소형 및 경량화가 가능하여　대부분의 전자기기 및 장비 등에 널리 사용되고 있다.
전원의 품질에 따라 전자 회로 동작의 안정성이나 정밀도가 좌우되는 경우가 많다. 일반적으로 배터리 및 상용 AC 전원으로부터 안정적 전원을 변환하여 공급하는 방식에는 크게 선형 제어(series regulator) 방식과 스위치 모드(switched mode) 방식이 있다.
TV 수상기나 CRT 모니터 등에 사용되는 선형 제어 방식은 주위 회로가 간단하고 가격이 저렴하지만, 열 발생이 많고 전원 효율이 낮으며 부피가 크다는 단점이 있다.
반면, 스위칭 모드 방식은 열 발생이 거의 없고 전력 효율이 높으며 부피가 작다는 장점이 있는 반면, 가격이 비싸고 회로가 복잡하며 고주파 스위칭에 의한 출력 노이즈와 전자파 간섭이 발생될 수 있는 단점이 있다.
무선 충전 시스템에 적용되는 가변 SMPS(Variable Switching Mode Power Supply)는 교류 전원(AC Power Supply)으로부터 출력되는 수십 Hz 대역의 AC 전압을 스위칭 및 정류하여 DC 전압을 생성한다.
가변 SMPS(Variable SMPS)는 일정한 레벨의 DC 전압을 출력하거나 송신 제어기(Tx Controller)의 소정 제어에 따라 DC 전압의 출력 레벨을 조정할 수도 있다.
가변 SMPS는 무선 전력 송신기의 전력 증폭기가 항상 효율이 높은 포화 영역에서 동작할 수 있도록, 전력 증폭기-즉, 인버터(530)-의 출력 전력 레벨에 따라 공급 전압을 제어하여, 모든 출력 레벨에서 최대 효율을 유지하게 할 수 있다.
가변 SMPS 대신에 일반적으로 사용되는 상용 SMPS를 사용하는 경우에는, 추가적으로 가변 DC/DC 변환기(Variable DC/DC Converter)를 사용할 수 있다. 상용 SMPS와 가변 DC/DC 변환기는 전력 증폭기가 효율이 높은 포화 영역에서 동작할 수 있게 전력 증폭기의 출력 전력 레벨에 따라 공급 전압을 제어하여, 모든 출력 레벨에서 최대 효율을 유지하게 할 수 있다. 일 실시예에서, 전력 증폭기는 Class E 타입이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
인버터(530)는 게이트 드라이버(520)를 통해 수신되는 수 MHz ~ 수십 MHz 대역의 스위칭 펄스 신호-즉, 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulated) 신호-에 의하여 일정한 레벨의 DC 전압(V_rail)을 AC 전압으로 변환함으로써 무선으로 전송될 교류 전력을 생성할 수 있다.
이때, 게이트 드라이버(520)는 주제어기(510)로부터 공급되는 레퍼런스 클락(Ref_CLK) 신호를 이용하여 인버터(530)에 포함된 복수의 스위치를 제어하기 위한 복수의 PWM 신호를 생성할 수 있다.
상기한, 도 5a의 실시 예에서는 인버터(530)가 구비된 4개의 스위치로 각각을 제어하기 위한 4개의 PWM 신호(SC1, SC2, SC3, SC4)를 게이트 드라이버(520)로부터 수신하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 다른 실시 예에 따른 인버터가 하프 브릿지로 구성되는 경우, 구비된 2개의 스위치를 각각 제어하기 위한 2개의 PWM 신호를 게이트 드라이버(520)로부터 수신할 수도 있다.
여기서, 스위치는 모스펫(MOSFET, Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor)로 구성될 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 다른 형태의 스위치가 사용될 수도 있다.
VF SMPS(560)는 주제어기(510)의 제어 신호에 따라 출력되는 DC 전압(V_rail)을 동적으로 조절할 수도 있다. 일 예로, 주제어기(510)는 충전 대상 수신기에 의해 요구되는 전력의 세기에 따라 동적으로 VF SMPS(560)의 출력 DC 전압을 제어할 수도 있다. 다른 일 예로, 주제어기(510)는 구비된 센서에 의해 과전압, 과전류, 과열 등이 감지되면, 동적으로 AC 전원(550)을 차단하거나, VF SMPS(560)의 출력 DC 전압(V_rail)을 감소 또는 차단시킬 수 있다.
또한, VF SMPS(560) 및 가변 DC/DC 변환기는 그것의 제조사 및 용도에 따라 입력 전류에 대한 효율 특성이 상이할 수 있다.
일 예로, 제1 제조사의 가변 DC/DC 변환기는 입력 전류가 1A일 때 효율이 85%이고, 전류 2A일 때 효율이 95%일 수 있다. 반면, 제2 제조사의 가변 DC/DC 변환기는 입력 전류가 1A일 때 효율이 95%이고, 전류 2A일 때 효율이 85%일 수도 있다.
주제어기(510)는 무선 전력 송신 장치(500)의 전체적인 동작을 제어할 수 있다.
전력 전송기(540)는 인버터(530)로부터 출력된 교류 전력 신호를 무선으로 전송하기 위한 적어도 하나의 전력 전송 안테나(미도시)-예를 들면, LC 공진 회로- 및 임피던스 매칭을 위한 매칭 회로(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 전력 전송기(540)에 복수의 송신 코일이 구비된 경우, 전력 전송기(540)에는 복수의 송신 코일 중 무선 전력 전송에 사용될 송신 코일을 선택하기 위한 선택 스위칭 회로가 더 포함될 수도 있다.
또한, 전력 전송기(540)는 인버터(530)로부터 입력되는 전력의 세기 또는(및) 송신 코일을 통해 송출되는 전력의 세기, 온도 등을 측정하기 위한 각종 센싱 회로를 더 포함하여 구성될 수도 있다. 여기서, 센싱 결과는 주제어기(510)로 전달될 수 있다.
통신 복조기(570)는 전력 전송기(540)를 통해 수신되는 제어 신호를 복조하여 주제어기(510)에 전달할 수 있다.
전력 전송기(540)는 인밴드 통신을 통해 수신되는 제어 신호를 통신 복조기(570)에 제공할 수 있다.
도 5b는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 따른 DC/DC 변환기가 구비된 무선 전력 송신 장치의 내부 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5b을 참조하면, 본 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(501)는 DC 전원(580)으로부터 인가되는 직류 전력을 주제어기(510)의 제어 신호에 따라 특정 세기의 직류 전력으로 변환하는 DC/DC 변환기(590)를 포함하여 구성될 수도 있다.
일 예로, 주제어기(510)는 PWM 신호의 듀티 레이트를 조절하여 DC/DC 변환기(590)의 직류 변환 비율을 조절할 수 있다.
일 예로, 듀티 레이트가 0.5이면, 입력 전압 대비 출력 전압의 비율은 50%일 수 있다.
다른 일 예로, 듀티 레이트가 0.2이면, 입력 전압 대비 출력 전압의 비율은 20%일 수 있다.
무선 전력 송신 장치(600)를 구성하는 나머지 구성 요소들에 대한 설명은 상술한 도 5a의 설명으로 대체하기로 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복수의 송신기가 구비되어 듀얼 모드로 충전 가능한 무선 전력 송신 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 6을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(600)는 제1 송신기(610)와 제2 송신기(620)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기한 도 6의 실시 예에서는 무선 전력 송신 장치가 2개의 송신기로 구성되어 있는 것으로 설명되고 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시 예는 3개 이상의 송신기를 포함하여 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.
제1 송신기(610)는 제1 주제어기(611), 제1 변환기(612), 제1 구동기(613), 제1 전송기(614) 및 제1 온도 센서(615)를 포함하여 구성될 수 있다.
이와 유사하게, 제2 송신기(610)는 제2 주제어기(621), 제2 변환기(622), 제2 구동기(623), 제2 전송기(624) 및 제2 온도 센서(625)를 포함하여 구성될 수 있다.
제1 변환기(612)와 제2 변환기(622)는 동일 또는 유사한 성능 및 효율을 가진 부품이거나, 동일 제조사의 동일 부품으로 구성될 수 있으나 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 서로 다른 성능 효율을 가진 부품이거나, 서로 다른 제조사의 서로 다른 효율 특성을 가지는 부품으로 구성될 수도 있다.
일 실시 예에 따른 제1 변환기(612)와 제2 변환기(622)는 외부 AC 전원을 DC 전력으로 변환하는 AC/DC Converter일 수 있으며, 상기한 도 5a에서 설명된 VF SMPS(560) 또는 일반 SMPS로 구성될 수 있다.
다른 실시 예에 따른 제1 변환기(612) 및 제2 변환기(622)는 외부 DC 전원을 주제어기로부터 수신되는 PWM 신호에 따라 전압 강하하여 출력하는 DC/DC 변환기일 수 있으며, 상기한 도 5b에서 설명된 DC/DC 변환기(590) 또는 후술할 도7에서 설명될 벅 컨버터(Buck Converter)로 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 변환기(615)와 제2 변환기(622)는 입력 전압 대비 출력 전압을 낮추기 위한 일련의 회로 소자들로 구성된 강압형 컨버터 또는 스텝 다운 컨버터(Step Down Converter)가 사용될 수 있다.
후술할 도 7을 통해 본 발명의 일 실시 예에 따라 적용 가능한 벅 컨버터의 내부 회로 구성을 상세히 설명하기로 한다.
제1 구동기(613)와 제2 구동기(613)는 각각 해당 변환기(612, 622)로부터 인가되는 직류 전력과 해당 주제어기(611, 621)로부터 기준 클락 신호(Reference Clock Signal)에 따라 교류 전력 신호를 생성할 수 있다.
일 실시 예에 따른 제1 구동기(613) 및 제2 구동기(613)는 상기한 도 5 에서 설명된 게이트 드라이버(520) 및 인버터(530)를 포함하여 구성될 수 있다.
제1 전송기(614) 및 제2 전송기(624)는 해당 구동기(613, 623)로부터 수신되는 교류 전력 신호를 구비된 LC 공진 회로를 이용하여 무선으로 전송하는 기능을 제공할 수 있다.
설계의 목적에 따라 제1 전송기(614) 및 제2 전송기(624)의 LC 공진 회로를 구성하는 인덕터(송신 코일)의 타입은 동일할 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며 무선 전력 송신 장치의 구성 태양 및 용도에 따라 상이할 수도 있다.
만약, 제1 전송기(614)와 제2 전송기(624)에 구비되는 송신 코일의 타입이 상이한 경우, 동일한 입력 전압(V_in)에 대해 제1 전송기(614)와 제2 전송기(624)에 의해 요구되는 V_rail 값은 상이하여야 한다.
일 예로, 제1 전송기(614)와 제2 전송기(624)에 구비된 송신 코일의 타입이 서로 상이한 경우, 제1 변환기(612)와 제2 변환기(622)가 동일한 타입이어도 제1 변환기(612)에 의해 출력되는 전압(V_rail_#1)과 제2 변환기(622)에 의해 출력되는 전압(V_rail_#2)은 서로 상이할 수 있다.
일 예로, 제1 송신기(610)는 스마트워치와 같은 웨어러블 기기의 충전에 적합한 송신 코일을 구비하고, 제2 송신기(620)는 스마트폰의 충전에 적합한 송신 코일을 구비할 수 있다.
다른 일 예로, 제1 송신기(610)는 5W 전송에 적합한 송신 코일을 구비하고, 제2 송신기(620)는 10W 전송에 적합한 송신 코일을 구비할 수도 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 듀얼 모드로 충전 가능한 무선 전력 송신 장치(600)는 제1 송신기(610) 및 제2 송신기(620)를 이용하여 15W의 전력을 송신할 수도 있다.
일 예로, 노트북의 경우, 최대 15W의 전력이 요구될 수 있다. 무선 전력 송신 장치(600)는 무선 전력 수신이 가능한 노트북이 충전 영역에 배치된 경우, 제1 송신기(610) 및 제2 송신기(620)를 이용하여 15W의 전력을 공급할 수도 있다.
또 다른 일 예로, 제1 송신기(610)에 대응되는 충전 영역에 5W 충전 가능한 기기가 배치되고, 제2 송신기(620)에 대응되는 충전 영역에 9W 충전 가능한 기기가 배치된 경우, 무선 전력 송신 장치(600)는 제1 송신기(610)와 제2 송신기(620)를 동시에 구동하여 두 개의 서로 다른 기기를 충전할 수도 있다.
또 다른 일 예로, 제1 송신기(610)와 제2 송신기(620)는 서로 통신할 수 있으며, 서로 협업을 통해 하나의 기기를 충전할 수도 있다. 이때, 두 개의 송신기 중 하나의 송신기는 마스터로 동작하고, 다른 하나의 송신기는 슬레이브로 동작할 수 있다.
여기서, 마스터 송신기는 수신기의 요구 전력에 기반하여 제1 송신기(610)와 제2 송신기(620)를 통해 전송될 전력을 배분 및 할당할 수 있다. 제1 송신기(610)와 제2 송신기(620)는 할당된 전력 내에서 전송 전력이 조절되도록 제어할 수 있다.
일 예로, 제1 송신기(610) 및 제2 송신기(620)로부터 동시에 전력을 수신하여 충전이 가능한 무선 전력 수신 장치가 충전 영역에 배치된 경우, 무선 전력 송신 장치(600)의 미리 설정된 송신기가 마스터로 설정되고, 나머지 송신기는 슬레이브로 설정될 수 있다.
다른 일 예로, 제1 송신기(610) 및 제2 송신기(620)로부터 동시에 전력을 수신하여 충전이 가능한 무선 전력 수신 장치가 충전 영역에 배치된 경우, 무선 전력 송신 장치(600)는 해당 수신기를 먼저 감지한 송신기를 마스터로 설정할 수 있다.
이때, 나머지 송신기는 자동적으로 슬레이브로 설정될 수 있다. 일 예로, 제1 송신기(610)의 제1 주제어기(611)가 동시 충전이 가능한 수신기를 감지한 경우, 제1 주제어기(611)는 제어기 통신 링크(630)를 통해 듀얼 충전이 가능한 수신기가 감지되었음을 지시하는 소정 제어 신호를 제2 주제어기(621)에 전송할 수 있다. 이를 통해, 제1 주제어기(611)는 마스터 제어기로 동작하고, 제2 주제어기(621)는 슬레이브 제어기로 동작할 수 있다.
마스터 송신기는 충전의 시작 및 중단, 송신기 별 전력 할당, 송신기 별 전력 재분배 등의 기능을 수행할 수 있다.
또한, 마스터 송신기는 송신기 별 구비된 온도 센서(615, 625)로부터 수집된 온도 센싱 정보에 기반하여 동적으로 각각의 송신기를 통해 전송할 전력을 재분배할 수도 있다.
일 예로, 특정 송신기의 내부 온도가 소정 기준치 이상 상승한 경우, 마스터 송신기는 해당 송신기에 대응하여 할당된 전력을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따라 사용되는 제1 내지 제2 변환기(612, 622)는 입력 DC 전압을 소정 비율로 전압 강하하여 출력하는 직류-직류 변환기(DC-DC Converter)로 구현될 수 있다.
일반적으로, 직류-직류 변환기로 사용되는 벅 컨버터는 로드 별 효율 특성이 상이할 수 있다. 일 예로, 제1 변환기(612)는 1A의 전류가 입력될 때 효율이 85%이고, 2A의 전류가 입력될 때 효율이 95%일 수 있다. 반면, 제2 변환기(622)는 1A의 전류가 입력될 때 효율이 95%이고, 2A의 전류가 입력될 때 효율이 85%일 수 있다.
만약, 제1 전송기(614)와 제2 전송기(624)에 구비된 송신 코일의 타입이 동일한 경우, 무선 전력 송신 장치(600)는 효율이 최대가 되도록 제1 변환기(612) 및 제2 변환기(622)에 흐르는 전류의 세기-즉, 제1 전송기(614) 및 제2 전송기(624)에 구비된 코일에 흐르는 전류의 세기-를 제어할 수도 있다.
또한, 실시 예에 따른 제1 주제어기(611)와 제2 주제어기(621)는 각각 제1 변환기(612)와 제2 변환기(621)의 로드 별 효율을 측정할 수도 있다. 이 경우, 제1 주제어기(611)와 제2 주제어기(621)는 해당 변환기에 대해 측정한 로드 별 효율에 기반하여 식별된 무선 전력 수신기에 대한 보장 전력(Gauranteed Power)을 결정할 수도 있다. 일 예로, 무선 전력 수신기에 의해 요구된 전력이 20W라고 가정하자. 만약, 주제어기가 변환기의 로드 별 효율에 기반하여 해당 무선 전력 수신기로 제공 가능한 최대 전력이 15W인 것으로 판단한 경우, 주제어기는 해당 무선 전력 수신기에 대한 보장 전력을 15W로 제한할 수도 있다.
일반적으로 변환기(612, 622)의 전력 손실은 내부 구비된 스위칭 소자-예를 들면, MOSFET-에 의한 스위칭 제어 손실과 LC 필터를 구성하는 인덕터의 저항에 의한 열 손실이 가장 크다.
따라서, 변환기(612, 622)의 효율이 낮아지면, 그에 따른 발열 현상이 발생될 수 있다.
일반적으로, 변환기(612, 622)로 사용되는 벅 컨버터의 경우, 해당 전송기를 통해 전송되어야 할 전력의 세기에 비례하여 벅 컨버터의 입력 전류가 증가한다. 일 예로, 수신기에 의해 요구되는 전력이 7.5W일 때, 벅 컨버터의 입력 전류가 1A이면, 수신기에 의해 요구되는 전력이 15W일 때, 벅 컨버터의 입력 전류는 2A로 증가할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(600)는 송신기 별 측정된 온도에 기반하여 적응적으로 송신기 출력 전력을 조절할 수도 있다.
일 예로, 후술할 도 9와 같이, 2개의 수신기가 장착된 무선 전력 수신 장치가 장착된 테블릿 PC가 충전 영역에 배치되었다고 가정하자. 이때, 태블릿 PC에 의해 요구되는 최대 전력이 10W이고, 각각의 송신기에서 전송 가능한 최대 전력이 15W인 것으로 가정한다.
최초에, 무선 전력 송신 장치(600)가 제1 송신기(610)를 이용하여 10W의 전력을 테블릿 PC에 전송하여 충전을 수행하고 있다고 가정하자. 이 후, 제1 온도 센서(615)에 의해 측정된 온도가 소정 기준치를 초과한 경우, 제1 주제어기(611)는 소정 제어 절차를 통해 제2 송신기(620)를 활성화시켜 전력을 재분할 수 있다.
일 예로, 제1 주제어기(611)는 제1 송신기(610)와 제2 송신기(620)가 각각 최대 5W의 전력을 전송하도록 제어할 수 있다. 다른 일 예로, 제1 주제어기(611)는 제1 송신기(610)는 전력 전송을 중단하고, 제2 송신기(620)가 10W의 전력을 전송하도록 제어할 수도 있다.
또 다른 일 예로, 제1 주제어기(611)는 제1 온도 센서(615)에 의해 측정된 온도에 기반하여 적응적으로 제1 송신기(610) 및 제2 송신기(620)에 의해 전송될 최대 전력을 결정할 수도 있다. 일 예로, 제1 온도 센서(615)에 의해 측정된 온도가 높을수록 제1 송신기(610)에 할당되는 최대 전력 비율은 낮아질 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 벅 컨버터의 회로도이다.
도 7을 참조하면, 벅 컨버터(710)는 입력 전원(711)에 연결된 스위칭 소자(712)와 스위칭 소자(713)을 제어하는 주제어기(713), 다이오드(714), LC 회로(715) 및 저항 소자(716)을 포함하여 구성될 수 있다.
도 7의 도면 번호 710에 도시된 바와 같이, 스위칭 소자(712)에 인가되는 입력 전류(Iin)는 주제어기(713)의 PWM 신호에 따라 빠른 주파수로 스위칭되며, LC 회로를 거쳐 출력된다.
다이오드(714)는 스위치 소자(713)가 빠르게 on/off 되었을 때 LC 회로(715)의 인덕터(715-1)에 의해 발생되는 관성 전류가 빠져나갈 수 있게 해주는 역할을 한다. 스위치 소자(713)가 빠른 주파수로 동작하므로, 본 발명의 실시 예에 따른 다이오드(714)는 쇼트키 다이오드(Schottky diode)나 고속 회복 다이오드(Fast recovery diode)가 사용될 수 있다.
도면 번호 710 및 720을 참조하면, 스위칭 소자(712)가 ON 상태일 때는 입력 전류가 스위칭 소자(712)를 통과하여 흐르게 된다. 이때, LC 회로(715)에 의해 고주파 성분은 접지 단자로 빠져나가고 저주파 성분만 통과하게 된다. 즉, LC 회로(715)는 저역 통과 필터(Low Pass Filter)로서 동작한다.
도면 번호 710 및 730을 참조하면, 스위칭 소자(712)가 OFF 상태일 때는, 입력 전류가 스위칭 소자(712)를 통과하지 못하도록 차단되며, LC 회로(715)에 의해 전류가 서서히 감소된다. 따라서, LC 회로(715)의 인덕터(715-1)를 통과한 전류는 약간의 리플 성분이 존재할 수 있으나 LC 회로(715)의 캐패시터(715-2)에 평활되어 일정한 세기를 가지는 DC 전력이 출력될 수 있다.
본 발명에 따른 주제어기(713)는 스위치 소자(712)를 제어하기 위한 구형파-예를 들면, PWM 신호-의 듀티 비율(duty ratio)를 조절함으로써, 출력 DC 전압의 세기를 동적으로 조절할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 무선 전력 송신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8을 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 충전 영역에 배치된 수신기를 식별할 수 있다(S810).
무선 전력 송신 장치는 식별된 수신기가 멀티 코일 충전이 가능한지 확인할 수 있다(S820).
확인 결과, 멀티 코일 충전이 가능한 경우, 무선 전력 송신 장치는 식별된 수신기로 전력 전송이 가능한 제1 내지 제n 송신기를 식별할 수 있다(830).
일 예로, 무선 전력 송신 장치는 송신 코일 별 전송한 핑 신호의 응답 여부에 기초하여 전력 전송이 가능한 송신기를 식별할 수도 있다.
다른 일 예로, 무선 전력 송신 장치는 식별된 수신기로부터 수신되는 소정 수신기 타입 식별 정보에 기초하여 전력 전송이 가능한 송신기를 식별할 수도 있다.
또 다른 일 예로, 무선 전력 송신 장치는 송신 코일 별 자기장의 변화에 기반하여 전력 전송이 가능한 송신기를 식별할 수도 있다.
또 다른 일 예로, 무선 전력 송신 장치는 송신 코일 별 구비된 홀 센서를 이용하여 전력 전송이 가능한 송신기를 식별할 수도 있다.
무선 전력 송신 장치는 식별된 제1 내지 제n 송신기 중 마스터를 결정할 수 있다(S840).
일 예로, 마스터는 해당 수신기를 최초 식별한 송신기로 결정될 수 있다.
다른 일 예로, 마스터는 무선 전력 송신 장치에 구비된 송신기 중 어느 하나가 미리 지정될 수도 있다.
또 다른 일 예로, 마스터는 식별된 수신기로 최대 전력 전송이 가능한 송신기로 결정될 수도 있다.
또 다른 일 예로, 마스터는 송신기 별 측정된 온도가 가장 낮은 송신기로 결정될 수도 있다.
마스터는 제1 내지 제n 송신기 각각이 식별된 수신기로 전송할 전력을 할당할 수 있다(S850). 여기서, 제1 내지 제n 송신기 각각에 할당되는 전력은 상이할 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 제1 내지 제n 송신기에 동일한 전력이 할당될 수도 있다.
제1 내지 제n 송신기는 각각 자신에 할당된 전력에 기반하여 해당 수신기로 전력을 전송할 수 있다(S860).
상기한 820 단계에서 식별된 수신기가 멀티 코일 충전이 불가한 경우-즉, 단일 코일 충전만이 가능한 경우-, 해당 수신기를 감지한 송신기가 식별된 수신기로 전력을 전송하여 충전을 개시할 수 있다(S870).
이후, 무선 전력 송신 장치는 전력 전송 중 새로운 수신기가 식별되었는지 확인할 수 있다(S880). 새로운 수신기가 식별된 경우, 무선 전력 송신 장치는 상기한 820 단계로 회귀하여, 새롭게 식별된 수신기가 멀티 코일 충전이 가능한지 확인할 수 있다. 이 후, 절차는 상기 830 단계 내지 870 단계와 동일하므로, 해당 동작에 대한 설명은 상기 설명으로 대체하기로 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 충전 시나리오를 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(920)는 제1 송신기와 제2 송신기를 포함하여 구성될 수 있다.
제1 송신기는 제1 송신 제어 회로(921), 제1 송신 코일(922) 및 제1 온도 센서(923)을 포함하여 구성될 수 있다.
제2 송신기는 제2 송신 제어 회로(925), 제2 송신 코일(926) 및 제2 온도 센서(927)을 포함하여 구성될 수 있다.
제1 송신 제어 회로(921)와 제2 송신 제어 회로(925)는 제어 통신 링크(924)를 통해 상호 정보를 교환할 수 있다.
제1 내지 제2 송신 제어 회로(921, 925)는 각각 상기한 도 7에서 설명된 주제어기, 변환기, 구동기, 전송기 등을 포함하여 구성될 수 있다.
제1 온도 센서(923)에 의해 수집된 온도 센싱 정보는 제1 송신 제어 회로(921)로 전달되고, 제2 온도 센서(923)에 의해 수집된 온도 센싱 정보는 제2 송신 제어 회로(925)로 전달될 수 있다.
이때, 제1 송신 제어 회로(921)와 제2 송신 제어 회로(925)는 제어 통신 링크(924)를 통해 온도 센싱 정보를 상호 교환할 수도 있다.
무선 전력 수신 장치(910)는 제1 수신기 및 제2 수신기를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 제1 수신기는 제1 수신 제어 회로(911)와 제1 수신 코일(912)를 포함하여 구성되고, 제2 수신기는 제2 수신 제어 회로(913)와 제2 수신 코일(914)를 포함하여 구성될 수 있다.
제1 수신 제어 회로(911) 및 제2 수신 제어 회로(913)는 별도의 통신 링크(미도시)를 통해 상호 상태 정보를 교환할 수도 있다.
본 실시 예에 따른 무선 전력 수신 장치(910)는 태블릿 PC 등에 적용될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
일 예로, 태블릿 PC가 최대 25W의 전력을 수신할 수 있는 경우, 제1 수신기 및 제2 수신기는 각각 12.5W의 전력을 각각 제1 송신기 및 제2 송신기로부터 수신할 수 있다. 여기서, 제1 송신기 및 제2 송신기는 각각 최대 12.5W 또는 15W의 전력을 전송할 수 있도록 구성될 수 있다.
다른 일 예로, 태블릿 PC가 최대 15W의 전력을 수신할 수 있는 경우, 제1 수신기 및 제2 수신기는 7.5W의 전력을 각각 제1 송신기 및 제2 송신기로부터 수신할 수 있다. 여기서, 제1 송신기 및 제2 송신기는 각각 최대 7.5W 또는 10W의 전력을 전송할 수 있도록 구성될 수 있다.
또 다른 일 예로, 태블리 PC가 최대 15W의 전력을 수신할 수 있는 경우, 제1 수신기 및 제 2 수신기는 각각 5W와 10W의 전력을 각각 제1 송신기 및 제2 송신기로부터 수신할 수 있다. 여기서, 제1 송신기 및 제2 송신기의 최대 전송 전력은 각각 5W와 10W가 되도록 구성될 수 있다.
상기한 도 9의 실시 예에서는 무선 전력 수신 장치가 2개의 수신기를 포함하고, 각각의 수신기가 제어 회로(또는 제어기)를 가지고 있는 것으로 설명되고 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 하나의 제어 회로가 2개의 수신 코일을 제어하도록 구성될 수도 있다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 무선 충전 시나리오를 설명하기 위한 도면이다.
도 10를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(920)는 상기 도 9에서 설명한 바와 같이, 제1 송신기와 제2 송신기를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 제1 송신 제어 회로(921)와 제2 송신 제어 회로(925)는 제어 통신 링크(924)를 통해 온도 센싱 정보를 상호 교환할 수도 있다.
제1 무선 전력 수신 장치(1010)와 제2 무선 전력 수신 장치(1020)는 별개의 디바이스에 장착될 수 있다.
일 예로, 제1 무선 전력 수신 장치(1010)는 스마트 워치와 같은 웨어러블 디바이스에 장착되고, 제2 무선 전력 수신 장치(1020)는 스마트폰에 장착될 수 있다. 이 경우, 제1 무선 전력 수신 장치(1010)와 제2 무선 전력 수신 장치(1020)에 의해 요구되는 전력은 상이할 수 있다. 예를 들면, 제1 무선 전력 수신 장치(1010)에 의해 요구되는 최대 전력은 5W이고, 제2 무선 전력 수신 장치(1020)에 의해 요구되는 최대 전력은 10W일 수 있다.
상기 도 10의 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(920)는 제1 송신 코일(923)을 통해 제1 무선 전력 수신 장치(1010)에 5W의 전력을 전송하고, 제2 송신 코일(927)을 통해 제2 무선 전력 수신 장치(1020)로 10W의 전력을 전송할 수 있다.
이 경우, 무선 전력 송신 장치(920)는 제1 송신기와 제2 송신기가 독립적으로 동작하여 2개의 디바이스를 동시에 충전시킬 수 있다.
도 11a 내지 도 11b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 복수의 송신기가 구비된 무선 전력 송신 장치에서 송신기 별 전력 할당에 따른 발열 성능 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 11a를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(1100)는 제1 송신기(1110)와 제2 송신기(1120)를 포함하여 구성될 수 있다. 무선 전력 송신 장치(1100)는 제1 송신기(1110)와 제2 송신기(1120)를 이용하여 하나의 무선 전력 수신 장치(1130)에 전력을 전송할 수 있다.
제1 송신기(1110)는 제1 주제어기(1111), 제1 변환기(1112) 및 제1 전송기(1113)을 포함하고, 제2 송신기(1120)는 제2 주제어기(1121), 제2 변환기(1122), 제2 전송기(1123)을 포함하여 구성될 수 있다.
도 11a에 도시된 바와 같이, 제1 변환기(1112)는 1A의 전류가 입력될 때 효율이 85%이고, 2A의 전류가 입력될 때 효율이 95%이라 가정하자. 반면, 제2 변환기(1122)는 1A의 전류가 입력될 때 효율이 95%이고, 2A의 전류가 입력될 때 효율이 85%이라고 가정하자.
무선 전력 수신 장치(1130)에 의해 요구되는 전력이 15W인 경우, 무선 전력 송신 장치(1100)가 제1 송신기(1110)와 제2 송신기(1120)에 각각 5W와 10W를 할당하였다고 가정하자. 이 경우, 제1 변환기(1112)에는 1A의 전류가 흐르고, 제2 변환기(1122)에는 2A의 전류가 흐를 수 있다. 제1 변환기(1112)는 입력 전류 1A에서의 효율이 85%이고, 제2 변환기(1122)는 입력 전류 2A에서의 효율이 85%이다. 따라서, 무선 전력 송신 장치(1100)의 전체적인 충전 효율은 85%일 수 있다.
반면, 도 11b에 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신 장치(1130)에 의해 요구되는 전력이 15W로 동일하나, 무선 전력 송신 장치(1100)가 제1 송신기(1110)와 제2 송신기(1120)에 각각 10W와 5W를 할당하였다고 가정하자. 이 경우, 제1 변환기(1112)에는 2A의 전류가 흐르고, 제2 변환기(1122)에는 1A의 전류가 흐를 수 있다. 제1 변환기(1112)는 입력 전류 2A에서의 효율이 95%이고, 제2 변환기(1122)는 입력 전류 1A에서의 효율이 95%이다. 따라서, 무선 전력 송신 장치(1100)의 전체적인 충전 효율은 95%일 수 있다.
충전 효율이 높으면 높을 수록 변환기에서의 발열량은 줄어들 수 있다. 따라서, 도 11b와 같이, 송신기 별 전력을 할당하는 것이 도 11a의 전력 할당에 비해 충전 효율이 높을 뿐만 아니라 발열 성능이 우수할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치는 충전 영역에 배치되는 무선 전력 수신 장치의 타입-즉, 디바이스의 종류-에 따라 동적으로 구비된 복수의 송신기를 제어하여 충전을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 복수의 송신기가 장착된 무선 전력 송신 장치는 송신기에 구비된 변환기가 로드 별 효율 특성이 상이한 점을 고려하여 최고의 충전 효율을 가지도록 송신기 별 최대 전력을 제한할 수도 있다.
예를 들면, 무선 전력 수신 장치의 타입이 복수의 수신기를 포함한 경우, 무선 전력 송신 장치는 구비된 변환기의 효율 특성에 기초하여 최대 효율 조합을 가지도록 해당 송신기 별 최대 전력을 할당할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치는 송신기 별 측정된 온도에 기반하여 적응적으로 전력을 분배함으로써, 과열 발생을 미연에 방지할 수도 있다.
상술한 실시예에 따른 방법들은 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 등의 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 (16)

  1. 제1 주제어기, 제1 변환기 및 제1 전송기를 포함하는 제1 송신기; 및
    제2 주제어기, 제2 변환기 및 제2 전송기를 포함하는 제2 송신기를 포함하고,
    상기 제1 변환기 및 상기 제2 변환기의 효율에 기반하여 상기 제1 전송기와 상기 제2 전송기에 전송 전력을 분배하는, 무선 전력 송신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 변환기 및 상기 제2 변환기의 효율이 최대가 되도록 상기 제1 전송기와 상기 제2 전송기에 전송 전력을 분배하는, 무선 전력 송신 장치
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 변환기 및 상기 제2 변환기의 효율에 기반하여 상기 제1 변환기 및 상기 제2 변환기에 입력되는 전류를 분배하는, 무선 전력 송신 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 변환기 및 상기 제2 변환기의 효율이 최대가 되도록 상기 제1 변환기 및 상기 제2 변환기에 입력되는 전류를 분배하는, 무선 전력 송신 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    충전 영역에 배치된 무선 전력 수신 장치의 타입에 기반하여 상기 제1 송신기 및 상기 제2 송신기 중 적어도 하나의 상기 송신기가 무선 전력을 전송하는, 무선 전력 송신 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신 장치의 타입이 복수의 수신기를 포함한 경우, 상기 제1 변환기 및 상기 제2 변환기의 효율 특성에 기초하여 최대 효율 조합을 가지도록 해당 송신기 별 최대 전송 전력을 할당하는, 무선 전력 송신 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 주제어기 사이의 통신을 위한 제어기 통신 라인을 더 포함하고, 상기 복수의 수신기와 연동되는 상기 제1 송신기와 상기 제2 송신기 중 마스터로 결정된 송신기가 상기 제어기 통신 라인을 통해 해당 송신기의 전송 전력을 할당하는, 무선 전력 송신 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 송신기 및 상기 제2 송신기의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함하고, 상기 온도 센서로부터 수집된 온도 센싱 정보에 기반하여 해당 송신기의 전송 전력이 재할당되는, 무선 전력 송신 장치.
  9. 충전 영역에 배치된 무선 전력 수신 장치를 식별하는 단계;
    상기 식별된 무선 전력 수신 장치가 멀티 코일 충전이 가능한지 확인하는 단계;
    상기 확인 결과, 상기 멀티 코일 충전이 가능하면, 상기 식별된 무선 전력 수신 장치로 전력 전송이 가능한 제1 내지 제n 송신기를 식별하는 단계;
    상기 식별된 제1 내지 제n 송신기 각각에 의해 전송될 전력을 할당하는 단계; 및
    상기 할당된 전력에 기반하여 상기 식별된 제1 내지 제n 송신기가 상기 식별된 무선 전력 수신 장치로 전력을 전송하는 단계
    를 포함하는, 무선 전력 송신 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 식별된 제1 내지 제n 송신기 중 마스터를 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 마스터가 상기 제1 내지 제n 송신기 각각에 대한 전력을 할당하는, 무선 전력 송신 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 마스터가 상기 제1 내지 제n 송신기 각각의 충전 효율에 기반하여 상기 제1 내지 제n 송신기 각각의 전송 전력을 할당하는, 무선 전력 송신 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 송신기 별 충전 효율은 적어도 상기 송신기 별 구비된 변환기의 효율을 포함하고, 상기 마스터가 상기 변환기의 효율 특성에 기초하여 최대 효율 조합을 가지도록 상기 제1 내지 제n 송신기 각각의 전송 전력을 결정하는, 무선 전력 송신 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 마스터는 상기 변환기의 효율이 최대가 되는 전류가 흐르도록 상기 제1 내지 제n 송신기 각각의 전송 전력을 결정하는, 무선 전력 송신 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 확인 결과, 상기 멀티 코일 충전이 가능하지 않으면, 상기 무선 전력 수신 장치를 식별한 송신기가 상기 식별된 무선 전력 수신 장치로 전력을 전송하는, 무선 전력 송신 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 식별된 무선 전력 수신 장치로의 전력 전송 중 새로운 무선 전력 수신 장치가 식별되면, 상기 새롭게 식별된 무선 전력 수신 장치가 상기 멀티 코일 충전이 가능한지 여부를 확인하는, 무선 전력 송신 방법.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 송신기 별 온도를 측정하는 온도 센서로부터 수집된 온도 센싱 정보에 기반하여 해당 송신기의 전송 전력을 재할당하는, 무선 전력 송신 방법.
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