KR20190083584A - 노이즈 저감 무선 전력 전송 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노이즈 저감 무선 전력 전송 방법 및 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 인버터와 일단이 상기 인버터에 연결되고, 타단이 공진 캐패시터에 연결되는 송신 코일과 상기 송신 코일에 흐르는 전류의 세기를 측정하는 센서와 상기 측정된 전류의 세기에 기반하여 충전 영역에 배치된 물체를 감지하는 제어부를 포함하고, 전원이 인가되면, 상기 물체를 감지하기 위한 제1신호의 전송이 개시되고, 상기 물체가 감지될 때까지 상기 제어부가 시간의 경과에 따라 상기 제1신호의 세기, 전송 주기 중 적어도 하나가 변경되도록 제어할 수 있다. 따라서, 본 발명은 무선 전력 송신기의 대기 상태에서 발생되는 노이즈 및 전원 낭비를 효과적으로 방지할 수 있는 장점이 있다.

Description

노이즈 저감 무선 전력 전송 방법 및 장치{Noise Reduction Wireless Power Transmission Method and Apparatus}

본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 상세하게, 대기 상태에서 노이즈를 저감시키는 것이 가능한 무선 전력 전송 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.

다양한 분야의 기기에 무선 충전 장치가 탑재됨에 따라, 무선 충전 장치에 의해 야기되는 전자파 간섭을 효과적으로 차단하는 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

종래에는 무선 충전 기능이 장착되지 않은 스마트폰이 무선 전력 송신기의 충전 영역에 배치되는 경우, 스마트폰에 장착된 NFC(Near Field Communication) 차폐 부재가 무선 전력 송신기의 물체 감지 신호-즉, 아날로그 핑-에 의해 진동하여 소음이 발생되는 문제점이 있었다.

또한, 차량에 무선 전력 송신기가 장착된 경우, 대기 상태에서 전송되는 물체 감지 신호는 다른 주파수 대역-예를 들면, 라디오 주파수 대역-의 간섭 신호로 작용하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 충전 대기 상태에서 노이즈를 저감시키는 것이 가능한 무선 전력 전송 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 대기 상태에서 경과 시간에 따라 동적으로 감지 신호의 전송 패턴을 변경하는 가능한 무선 전력 전송 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 대기 상태에서의 전력 소모 및 노이즈 발생을 최소화시키는 것이 가능한 무선 전력 전송 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 노이즈 저감 무선 전력 전송 방법 및 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 인버터와 일단이 상기 인버터에 연결되고, 타단이 공진 캐패시터에 연결되는 송신 코일과 상기 송신 코일에 흐르는 전류의 세기를 측정하는 센서와 상기 측정된 전류의 세기에 기반하여 충전 영역에 배치된 물체를 감지하는 제어부를 포함하고, 전원이 인가되면, 상기 물체를 감지하기 위한 제1신호의 전송이 개시되고, 상기 물체가 감지될 때까지 상기 제어부가 시간의 경과에 따라 상기 제1신호의 세기, 전송 주기 중 적어도 하나가 변경되도록 제어할 수 있다.

여기서, 상기 전원 인가 후 제1시간이 경과될 때까지 상기 물체가 감지되지 않으면, 상기 제어부가 상기 제1신호의 세기를 변경할 수 있다.

또한, 상기 전원 인가 후 제1시간이 경과될 때까지 상기 물체가 감지되지 않으면, 상기 제어부가 상기 제1신호의 전압이 감소되도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 제1시간 경과 후 제2시간이 경과될 때까지 상기 물체가 감지되지 않으면, 상기 제어부가 상기 제1신호의 상기 전송 주기를 변경할 수 있다.

또한, 상기 제1시간 경과 후 제2시간이 경과될 때까지 상기 물체가 감지되지 않으면, 상기 제어부가 상기 제1신호의 상기 전송 주기가 증가하도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 전원 인가 후 제1시간이 경과될 때까지 상기 물체가 감지되지 않으면, 상기 제어부가 상기 제1신호의 전압을 낮추고, 상기 제1신호의 전송 주기를 증가시킬 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 방법은 전원이 인가되면, 제1타이머를 구동하고, 물체 감지를 위한 제1신호를 제1주기로 전송하는 단계와 상기 제1타이머가 만료될 때까지 상기 물체가 감지되지 않으면, 상기 제1신호의 세기를 변경하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 무선 전력 전송 방법은 상기 제1신호의 세기를 변경한 후, 제2타이머를 구동하는 단계와 상기 제2타이머가 만료될 때까지 상기 물체가 감지되지 않으면, 제2주기로 상기 제1신호를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제2주기는 상기 제1주기보다 길 수 있다.

또한, 상기 제1신호의 세기를 변경하는 단계에서 상기 제1신호의 전압이 강하될 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시 예는 상기한 무선 전력 전송 방법들 중 어느 하나의 방법을 실행시키기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공할 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 노이즈 저감 무선 전력 전송 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 대기 상태에서 경과 시간에 따라 동적으로 감지 신호의 전송 패턴을 변경함으로써, 전력 소모 및 노이즈 발생을 최소화시키는 것이 가능한 무선 전력 전송 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 무선 전력 송신기가 차량에 장착되는 경우, 차량에서 사용되는 타 주파수 대역-예를 들면, 라디오 주파수 대역-으로의 간섭을 최소화시킬 수 있는 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 충전 시스템에서의 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 상기 도 6의 전송 안테나의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 충전 영역에 배치된 물체를 감지하기 위한 신호인 아날로그 핑의 전송 타이밍을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 종래 기술에 따른 물체 감지 신호 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 노이즈 저감을 위한 물체 감지 신호의 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 노이즈 저감을 위한 물체 감지 신호의 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 노이즈 저감을 위한 무선 전력 전송 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 노이즈 저감을 위한 무선 전력 전송 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 노이즈 저감을 위한 무선 전력 전송 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

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(20)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.

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 전력, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량 및 무선 전력 송신 장치의 가용 전력 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 전력, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량, 무선 전력 송신 장치의 가용 전력 등에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.

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

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

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

상기의 도 3에서 보여지는 바와 같이, 무선 전력 송신기가 2회의 감지 신호 송출 절차를 수행하는 이유는 어느 송신 코일에 무선 전력 수신기의 수신 코일이 잘 정렬되어 있는지를 보다 정확하게 식별하기 위함이다.

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

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.

도 4를 참조하면, 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(Selection Phase, 410), 핑 단계(Ping Phase, 420), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 430), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 440) 단계로 구분될 수 있다.

선택 단계(410)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(410)에서 송신기는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다. 만약, 송신기가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 단계(420)로 천이할 수 있다(S401). 선택 단계(410)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(420)에서 송신기는 물체가 감지되면, 수신기를 활성화시키고, 수신기가 해당 표준에 호환되는 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송한다. 핑 단계(420)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 지시자-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(410)로 천이할 수 있다(S402). 또한, 핑 단계(420)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 신호-를 수신하면, 선택 단계(410)로 천이할 수도 있다(S403).

핑 단계(420)가 완료되면, 송신기는 수신기 식별 및 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(430)로 천이할 수 있다(S404).

식별 및 구성 단계(430)에서 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 패킷 전송 오류가 있거나(transmission error), 파워 전송 계약이 설정되지 않으면(no power transfer contract) 선택 단계(410)로 천이할 수 있다(S405).

수신기에 대한 식별 및 구성이 완료되면, 송신기는 무선 전력을 전송하는 전력 전송 단계(240)로 천이할 수 있다(S406).

전력 전송 단계(440)에서, 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 기 설정된 파워 전송 계약에 대한 위반이 발생되거나(power transfer contract violation), 충전이 완료된 경우, 선택 단계(410)로 천이할 수 있다(S407).

또한, 전력 전송 단계(440)에서, 송신기는 송신기 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 식별 및 구성 단계(430)로 천이할 수 있다(S408).

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 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.

도 5를 참조하면, 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(Selection Phase, 510), 핑 단계(Ping Phase, 520), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 530), 협상 단계(Negotiation Phase, 540), 보정 단계(Calibration Phase, 550), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 560) 단계 및 재협상 단계(Renegotiation Phase, 570)로 구분될 수 있다.

선택 단계(510)는 파워 전송을 시작하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계-예를 들면, 도면 부호 S502, S504, S506, S509, S일 수 있다.

여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다. 또한, 선택 단계(510)에서 송신기는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다.

만약, 송신기가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 단계(520)로 천이할 수 있다. 선택 단계(510)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.

핑 단계(520)에서 송신기는 물체가 감지되면, 수신기를 활성화시키고, 수신기가 WPC 표준이 호환되는 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송한다. 핑 단계(520)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 패킷-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(510)로 천이할 수 있다.

또한, 핑 단계(520)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 패킷-을 수신하면, 선택 단계(510)로 천이할 수도 있다.

핑 단계(520)가 완료되면, 송신기는 수신기를 식별하고 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(530)로 천이할 수 있다.

식별 및 구성 단계(530)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(510)로 천이할 수 있다.

송신기는 식별 및 구성 단계(530)에서 수시된 구성 패킷(Configuration packet)의 협상 필드(Negotiation Field) 값에 기반하여 협상 단계(540)로의 진입이 필요한지 여부를 확인할 수 있다.

확인 결과, 협상이 필요하면, 송신기는 협상 단계(540)로 진입하여 소정 FOD 검출 절차를 수행할 수 있다.

반면, 확인 결과, 협상이 필요하지 않은 경우, 송신기는 곧바로 전력 전송 단계(560)로 진입할 수도 있다.

협상 단계(540)에서, 송신기는 기준 품질 인자 값이 포함된 FOD(Foreign Object Detection) 상태 패킷을 수신할 수 있다. 이때, 송신기는 기준 품질 인자 값에 기반하여 FO 검출을 위한 임계치를 결정할 수 있다.

송신기는 결정된 FO 검출을 위한 임계치 및 현재 측정된 품질 인자 값을 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(510)로 회귀할 수 있다. 반면, FO가 검출되지 않은 경우, 송신기는 보정 단계(550)를 거쳐 전력 전송 단계(560)로 진입할 수도 있다.

상세하게, 송신기는 FO가 검출되지 않은 경우, 송신기는 보정 단계(550)에서 수신단에 수신된 전력의 세기를 결정하고, 송신단에서 전송한 전력의 세기를 결정하기 위해 수신단과 송신단에서의 전력 손실을 측정할 수 있다.

즉, 송신기는 보정 단계(550)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(540)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(510)로 천이할 수 있다.

또한, 전력 전송 단계(440)에서, 송신기는 송신기 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 재협상 단계(570)로 천이할 수 있다. 이때, 재협상이 정상적으로 완료되면, 송신기는 전력 전송 단계(560)로 회귀할 수 있다.

상기한 파워 전송 계약은 송신기와 수신기의 상태 및 특성 정보에 기반하여 설정될 수 있다. 일 예로, 송신기 상태 정보는 최대 전송 가능한 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 6는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

도 6을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(600)는 제어기(610), 게이트 드라이버(Gate Driver, 620), 인버터(Invertor, 630), 전송 안테나(640), 전원(650), 전력공급기(Power Supply, 660), 센서(670), 복조기(680)을 포함하여 구성될 수 있다.

전력공급기(660)는 전원(650)로부터 인가되는 직류 전력 또는 교류 전력을 변환하여 인버터(630)에 제공할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해, 전력 공급기(660)로부터 인버터(630)에 공급되는 전압을 인버터 입력 전압 또는 브이 레일(V_rail)이라 명하기로 한다.

전력공급기(660)는 전원(650)으로부터 인가되는 전력의 타입에 따라, 교류/직류 변환기(AC/DC Converter) 및 직류/직류 변환기(DC/DC Converter) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

일 예로, 전력 공급기(660)는 스위칭 모드 전력 공급기(Switching Mode Power Supply, SMPS)일 수 있으며, 스위칭 트랜지스터, 필터 및 정류기 등을 이용하여 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 스위치 제어 방식을 사용할 수 있다. 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.

다른 일 예로, 전력공급기(660)는 가변 SMPS(Variable Switching Mode Power Supply)가 사용될 수 있다. 가변 SMPS는 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)를 사용할 수 있다. 상용 SMPS와 가변 DC/DC 변환기는 전력 증폭기가 효율이 높은 포화 영역에서 동작할 수 있도록, 전력 증폭기의 출력 전력 레벨에 따라 공급 전압을 제어하여, 모든 출력 레벨에서 최대효율을 유지하게 할 수 있다. 일 실시예에서, 전력 증폭기는 Class E 타입이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

인버터(630)는 게이트 드라이버(620)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(620)는 제어기(610)로부터 공급되는 레퍼런스 클락(Ref_CLK) 신호를 이용하여 인버터(630)에 포함된 복수의 스위치를 제어하기 위한 복수의 PWM 신호(SC_0 ~ SC_N)를 생성할 수 있다.

여기서, 인버터(630)가 하프 브릿지 회로를 포함하는 경우, N은 1이고, 인버터(630)가 풀 브릿지 회로를 포함하는 경우, N은 3일 수 있다.

예를 들면, 도 6의 실시 예에서 인버터(630)가 4개의 스위치를 포함하는 풀 브릿지 회로를 포함하는 경우, 인버터(630)는 각각의 스위치를 제어하기 위한 4개의 PWM 신호(SC_0, SC_1, SC_2, SC_3)를 게이트 드라이버(620)로부터 수신할 수 있다.

반면, 도 6의 실시 예에서 인버터(630)가 2개의 스위치를 포함하는 하프 브릿지 회로를 포함하는 경우, 인버터(630)는 각각의 스위치를 제어하기 위한 2개의 PWM 신호(SC_0, SC_1)를 게이트 드라이버(620)로부터 수신할 수 있다.

전송 안테나(640)는 인버터(630)로부터 수신되는 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, 전송 안테나(640)에 복수의 송신 코일이 구비되는 경우, 전송 안테나(640)는 복수의 송신 코일 중 무선 전력 전송에 사용될 송신 코일을 선택하기 위한 코일 선택 회로(미도시)가 더 포함될 수도 있다.

센서(670)는 인버터(630)로부터 입력되는 전력의 세기 또는(및) 송신 코일을 통해 송출되는 전력의 세기, 무선 전력 송신기의 내부 특정 위치에서의 온도 등을 측정하기 위한 각종 센싱 회로를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 센서(670)에 의해 센싱된 정보는 제어기(610)로 전달될 수 있다.

또한, 센서(670)는 선택 단계(410, 510)에서 아날로그 핑이 전송되는 동안 송신 코일을 흐르는 전류의 세기를 측정하여 제어기(610)에 전달할 수 있다. 제어기(610)는 선택 단계에서 송신 코일에 흐르는 전력의 세기 정보와 소정 기준치를 비교하여 충전 영역에 배치된 물체의 존재 여부를 감지할 수 있다.

무선 전력 송신기(600)가 무선 전력 수신기와 인밴드 통신을 수행하는 경우, 무선 전력 송신기(600)는 전송 안테나(640)와 연결된 복조기(680)를 포함할 수 있다.

복조기(680)는 인밴드 신호를 복조하여 제어기(610)에 전달할 수 있다.

일 예로, 제어기(610)는 복조기(680)로부터 수신된 복조 신호에 기반하여 신호 세기 지시자(Signal Strength Indicator)의 수신 여부를 확인할 수 있다.

제어기(610)는 선택 단계에서 충전 영역에 배치된 물체를 감지하면, 핑 단계로 진입하여 전송 안테나(640)를 통해 디지털 핑이 전송되도록 제어할 수 있다.

제어기(610)는 핑 단계에서 신호 세기 지시자의 수신이 확인되면, 디지털 핑 전송을 중단하고 식별 및 구성 단계로 진입할 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 제어기(610)는 선택 단계-즉, 대기 상태-에서 경과되는 시간에 따라 물체 검출을 위한 제1 신호-즉, 아날로그 핑-의 세기 및 전송 주기 중 적어도 하나를 동적으로 변경함으로써, 대기 상태에서의 전력 소모 및 노이즈 발생을 최소화시킬 수 있다.

제어기(610)의 대기 상태에서의 노이즈 및 전력 소모 저감을 위한 전력 제어 방법들은 후술할 도면들의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 도 6의 전송 안테나 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 전송 안테나(640)는 코일 선택 회로(710), 코일 어셈블리(720) 및 공진 캐패시터(730)를 포함하여 구성될 수 있다.

코일 어셈블리(720)는 적어도 하나의 송신 코일-즉, 제1 내지 제N 코일-을 포함하여 구성될 수 있다.

코일 선택 회로(710)는 코일 어셈블리(720)에 포함된 송신 코일 중 적어도 어느 하나에 인버터(630) 출력 전류(I_coil)이 전달되도록 구성된 스위칭 회로로 구성될 수 있다.

일 예로, 코일 선택 회로(710)는 그것의 일단이 인버터 출력단에 연결되고 타단이 그것에 대응되는 코일에 연결된 제1 내지 제N 스위치를 포함하여 구성될 수 있다.

코일 어셈블리(720)에 포함된 제1 내지 제N 코일은 그것의 일단이 코일 선택 회로(710)의 대응되는 스위치에 연결되고, 그것의 타단이 공진 캐패시터(730)와 연결될 수 있다.

복조기(680)는 코일 어셈블리(720)와 공진 캐피시터(730) 사이의 신호를 복조하여 제어기(610)에 전달할 수 있다.

도 8은 충전 영역에 배치된 물체를 감지하기 위한 신호인 아날로그 핑의 전송 타이밍을 설명하기 위한 도면이다.

도 8을 참조하면, 현재 충전 영역에 배치된 물체를 감지하기 위한 아날로그 핑(810)은 특정 주파수를 가지는 펄스 신호로서 일정 전송 주기(t_a)를 가지고 물체가 감지될 때까지 지속적으로 전송된다.

아날로그 핑(810)의 전송 시간(t_b)-즉, 물체 감지 구간(Object Detection Duration)-는 70마이크로세컨드(μs)이하로 결정될 수 있다.

무선 전력 송신기가 아날로그 핑(810)을 전송한 후 충전 영역에 물체가 배치되었는지 여부를 판단하기 위해 전류 값을 측정하는 시간(t_m)-즉, 물체 감지 측정 시간(Object Detection Measurement Time)은 19.5마이크로세컨드(μs)이하를 만족해야 한다.

아날로그 핑(810)의 전송 주기(t_a)는 500ms이하로 결정될 수 있다.

무선 전력 송신기는 선택 단계에서 물체가 감지될 때까지 지속적으로 아날로그 핑(810)을 전송할 수 있다.

도 9는 종래 기술에 따른 물체 감지 신호 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 9를 참조하면, 무선 전력 송신기는 전원이 인가되면, 선택 단계로 진입하여 소정 전송 주기(t_a)로 아날로그 핑(910) 전송을 시작한다.

무선 전력 송신기는 선택 단계 동안 물체가 감지되면, 아날로그 핑(910) 전송을 중단하고, 핑 단계로 전환하여 디지털 핑(920) 전송을 개시한다.

무선 전력 송신기는 디지털 핑(920)에 대한 응답으로 신호 세기 지시자가 수신되면, 식별 및 구성 단계로 진입하여 수신기를 식별하고 전력 전송을 위한 각종 구성 파라메터를 설정할 수 있다. 이후, 무선 전력 송신기는 식별 및 구성이 완료되면, 전력 전송 단계로 진입하여 충전을 수행할 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 아날로그 핑(910)의 전압(V_ap)은 디지털 핑(920)의 전압(V_dp)보다 낮다.

무선 전력 송신기는 물체가 감지된 시점부터 3초 이내에 해당 무선 전력 수신기로의 충전을 개시할 수 있어야 한다.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 노이즈 저감을 위한 물체 감지 신호의 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 10을 참조하면, 무선 전력 송신기는 전원이 인가되면, 선택 단계로 진입하여 제1 타이머를 구동시킬 수 있다. 여기서, 제1 타이머의 만료 시간(t_ping_max)은 당업자의 설계에 따라 상이할 수 있다.

일 예로, 제1 타이머의 만료 시간(t_ping_max)은 1분으로 설정될 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 그보다 길거나 짧게 설정될 수도 있음을 주의해야 한다.

무선 전력 송신기는 전압이 V_ap1인 아날로그 핑(1010)을 제1주기(t_a)로 전송할 수 있다. 여기서, 제1주기(t_a)는 500ms보다 작은 어느 값일 수 있다.

일 예로, 제1주기(t_a)는 400ms일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 400ms와 500ms 사이의 어느 하나의 값이 적용될 수도 있다.

제1 타이머가 만료될 때까지 물체가 감지되지 않으면, 무선 전력 송신기는 아날로그 핑(1010)의 세기를 V_ap2로 변경할 수 있다. 여기서, V_ap2는 상기 V_ap1보다 작은 값일 수 있다.

상기한 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 타이머가 만료되기 이전에 전송되는 아날로그 핑(1010) 전송 주기와 제1 타이머가 만료된 이후에 전송되는 아날로그 핑(1010)의 전송 주기는 상기 도 10에 도시된 바와 같이 동일할 수 있다.

다른 실시 예로, 제1 타이머가 만료되기 이전에 전송되는 아날로그 핑(1010) 전송 주기와 제1 타이머가 만료된 이후에 전송되는 아날로그 핑(1010)의 전송 주기는 서로 상이할 수도 있다.

일 예로, 제1 타이머가 만료되기 이전에 전송되는 아날로그 핑(1010) 전송 주기가 제1 타이머가 만료된 이후에 전송되는 아날로그 핑(1010)의 전송 주기보다 짧을 수 있다.

일 예로, 상기 V_ap1은 모든 충전 영역(Full Charging Area)에서 물체를 감지할 수 있는 세기의 전압일 수 있다. 일 예로, 제1 타이머 만료 전 전송되는 아날로그 핑(1010)의 전압 V_ap1은 3.5V로 설정될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

일 예로, 상기 V_ap2는 특정 충전 영역에 배치된 물체를 감지할 수 있는 최소 전압일 수 있다.

일 예로, V_ap2는 1V로 설정될 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 당업자의 설계 및 제품의 구성에 따라 그보다 높거나 작은 전압으로 변경될 수 있다.

무선 전력 송신기는 송신 코일에 흐르는 전류와 소정 기준치를 비교하여 충전 영역에 배치된 물체를 감지할 수 있다.

무선 전력 송신기는 디지털 핑(920)에 대한 응답으로 신호 세기 지시자가 수신되면, 식별 및 구성 단계로 진입하여 수신기를 식별하고 전력 전송을 위한 각종 구성 파라메터를 설정할 수 있다. 이후, 무선 전력 송신기는 식별 및 구성이 완료되면, 전력 전송 단계로 진입하여 충전을 수행할 수 있다.

상기 도 10의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 대기 상태에서 경과 시간에 따라 동적으로 아날로그 핑 세기를 변경함으로써, 대기 상태에서의 전력 소모 및 노이즈 발생을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.

도 11은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 노이즈 저감을 위한 물체 감지 신호의 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 11을 참조하면, 무선 전력 송신기는 전원이 인가되면, 선택 단계로 진입하여 제1 타이머를 구동시킬 수 있다. 여기서, 제1 타이머의 만료 시간(t_ping_max_1)은 당업자의 설계에 따라 상이할 수 있다. 일 예로, 제1 타이머의 만료 시간(t_ping_max1)은 1분으로 설정될 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 그보다 길거나 짧게 설정될 수도 있음을 주의해야 한다.

무선 전력 송신기는 전압이 V_ap1인 아날로그 핑(1110)을 제1주기(t_a1)로 전송할 수 있다. 여기서, 제1주기(t_a1)는 500ms보다 작은 어느 값일 수 있다.

일 예로, 제1주기(t_a1)는 400ms일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 400ms와 500ms 사이의 어느 하나의 값이 적용될 수도 있다.

제1 타이머가 만료될 때까지 물체가 감지되지 않으면, 무선 전력 송신기는 아날로그 핑(1110)의 세기를 V_ap2로 변경할 수 있다.

여기서, V_ap2는 상기 V_ap1보다 작은 값이고, 이때, 아날로그 핑(1110)의 전송 주기는 t_a1으로 그대로 유지될 수 있다.

무선 전력 송신기는 제1 타이머가 만료될 때까지 물체가 감지되지 않으면 제2 타이머를 구동시킬 수 있다.

여기서, 제2 타이머의 만료 시간(t_ping_max_2)은 제1 타이머의 만료 시간(t_ping_max_1)과 동일할 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 서로 상이하게 설정될 수도 있다.

일 예로, 제2 타이머의 만료 시간(t_ping_max_2)이 제1 타이머의 만료 시간(t_ping_max_1)보다 길게 설정될 수 있다.

무선 전력 송신기는 제2 타이머가 만료될 때까지 물체가 감지되지 않으면, 아날로그 핑(1110)의 전송 주기를 제1주기(t_a1)에서 제2주기(t_a2)로 변경할 수 있다. 이때, 아날로그 핑(1110)의 전압은 변경 없이 V_a2로 유지될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 제2주기(t_a2)를 제1주기(t_a1)보다 큰 값으로 설정할 수 있다.

일 예로, 무선 전력 송신기는 제1주기(t_a1)와 제2주기(t_a2)를 각각 400ms와 1.5초로 설정할 수 있다.

다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 제1주기(t_a1)는 300ms와 500ms 사이의 어느 하나의 값으로 설정하고, 제2주기(t_a2)는 1초와 2.5초 사이의 어느 하나의 값으로 설정할 수 있다.

상기 제1 타이머 또는 제2 타이머가 구동되고 있는 동안, 물체가 감지되면, 무선 전력 송신기는 아날로그 핑(1110) 전송을 중단하고 핑 단계로 진입하여 수신기 식별을 위한 디지털 핑(1120)을 전송할 수 있다.

상기 도 11의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 대기 상태에서 경과 시간에 따라 동적으로 제1 신호-즉, 아날로그 핑-의 세기 및 전송 주기 중 적어도 하나를 변경함으로써, 대기 상태에서의 전력 소모 및 노이즈 발생을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.

도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 노이즈 저감을 위한 무선 전력 전송 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 12를 참조하면, 무선 전력 송신기는 전원이 인가되면, 선택 단계(410, 510)로 진입하여 제1 타이머를 구동시킬 수 있다(S1210).

여기서, 제1 타이머의 만료 시간은 당업자의 설계에 따라 상이할 수 있다. 일 예로, 제1 타이머의 만료 시간은 1분으로 설정될 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 그보다 길거나 짧게 설정될 수도 있음을 주의해야 한다.

무선 전력 송신기는 물체 감지를 위한 제1 신호를 제1 주기로 전송할 수 있다(S1220). 여기서, 제1 신호는 특정 주파수를 가지는 교류 신호인 아날로그 핑이고, 제1 주기는 500ms보다 작은 어느 값일 수 있다.

일 예로, 제1 주기는 400ms일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 400ms와 500ms 사이의 어느 하나의 값이 적용될 수 있다.

제1 타이머가 만료되기 이전에 전송되는 제1 신호의 세기는 모든 충전 영역(Full Charging Area)에서 물체를 감지할 수 있는 세기의 전압으로 송출될 수 있다.

일 예로, 제1 타이머 만료 전 전송되는 제1 신호의 전압은 3.5V로 설정될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

무선 전력 송신기는 송신 코일에 흐르는 전류와 소정 기준치를 비교하여 충전 영역에 배치된 물체를 감지할 수 있다(S1230).

무선 전력 송신기가 물체를 감지하면, 무선 전력 송신기는 핑 단계(420, 520)로 진입하여 감지된 물체를 식별하기 위한 제3 신호를 전송할 수 있다(S1270). 여기서, 제3 신호는 디지털 핑일 수 있다.

상기한 1230 단계에서, 물체가 감지되지 않은 경우, 무선 전력 송신기는 제1 타이머가 만료되었는지 확인할 수 있다(S1240).

확인 결과, 제1 타이머가 만료된 경우, 무선 전력 송신기는 제1 신호의 세기를 감소시킬 수 있다(S1250). 여기서, 제1 타이머 만료 후 변경되는 제1 신호의 세기는 특정 충전 영역에 배치된 물체를 감지할 수 있는 최소 전압으로 설정될 수 있다.

일 예로, 제1 타이머가 만료된 이후의 제1 신호 전압은 1V로 설정될 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 당업자의 설계 및 제품의 구성에 따라 그보다 높거나 작은 전압으로 변경될 수 있다.

무선 전력 송신기는 제1 타이머를 리셋시키고(S1260) 상기 1230 단계로 진입하여 충전 영역에 배치된 물체의 존재 여부를 감지할 수 있다.

상기 도 12의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 대기 상태에서 경과 시간에 따라 동적으로 제1 신호-즉, 아날로그 핑-의 세기를 변경함으로써, 대기 상태에서의 전력 소모 및 노이즈 발생을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.

도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 노이즈 저감을 위한 무선 전력 전송 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 13을 참조하면, 무선 전력 송신기는 전원이 인가되면, 선택 단계(410, 510)로 진입하여 제1 타이머를 구동시킬 수 있다(S1310). 여기서, 제1 타이머의 만료 시간은 당업자의 설계에 따라 상이할 수 있다.

일 예로, 제1 타이머의 만료 시간은 1분으로 설정될 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 그보다 길거나 짧게 설정될 수도 있음을 주의해야 한다.

무선 전력 송신기는 물체 감지를 위한 제1 신호를 제1 주기로 설정하여 전송할 수 있다(S1320). 여기서, 제1 신호는 특정 주파수를 가지는 교류 신호인 아날로그 핑이고, 제1 주기는 500ms보다 작은 어느 값일 수 있다. 일 예로, 제1 주기는 400ms일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 400ms와 500ms 사이의 어느 하나의 값이 선택되어 적용될 수 있다.

제1 타이머가 만료되기 이전에 전송되는 제1 신호의 세기는 모든 충전 영역(Full Charging Area)에서 물체를 감지할 수 있는 세기의 전압으로 송출될 수 있다. 일 예로, 제1 타이머 만료 전 전송되는 제1 신호의 전압은 3.5V로 설정될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

무선 전력 송신기는 송신 코일에 흐르는 전류와 소정 기준치를 비교하여 충전 영역에 배치된 물체를 감지할 수 있다(S1330).

물체가 감지되면, 무선 전력 송신기는 핑 단계(420, 520)로 진입하여 감지된 물체를 식별하기 위한 제3 신호를 전송할 수 있다(S1370).

여기서, 제3 신호는 디지털 핑일 수 있다. 제3 신호는 무선 전력 수신기를 기동(Booting)시킬 수 있는 충분한 세기의 전력으로 전송될 수 있다.

상기한 1330 단계에서, 물체가 감지되지 않은 경우, 무선 전력 송신기는 현재 구동된 타이머가 만료되었는지 확인할 수 있다(S1340).

확인 결과, 구동된 타이머가 만료된 경우, 무선 전력 송신기는 제1 신호의 세기를 일정 레벨 감소시켜 제2 주기로 전송할 수 있다(S1350).

여기서, 제1 타이머 만료 후 변경되는 제1 신호의 세기는 특정 충전 영역에 배치된 물체를 감지할 수 있는 최소 전압으로 설정될 수 있다. 일 예로, 제1 타이머가 만료된 이후의 제1 신호 전압은 1V로 설정될 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 당업자의 설계 및 제품의 구성에 따라 그보다 높거나 작은 전압으로 변경될 수 있다.

상기한 도 13의 실시 예에서, 제2주기는 제1주기보다 길 수 있다. 일 예로, 제1주기는 400ms이고 제2주기는 1.5초일 수 있다.

다른 일 예로, 제1주기는 300ms와 500ms 사이의 어느 하나의 값이 선택될 수 있고, 제2주기는 1초와 2.5초 사이의 어느 하나의 값이 선택될 수 있다.

무선 전력 송신기는 제2 타이머를 구동시키고(S1360) 상기 1330 단계로 진입하여 충전 영역에 배치된 물체의 존재 여부를 감지할 수 있다.

상기 도 13의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 대기 상태에서 경과 시간에 따라 동적으로 제1 신호-즉, 아날로그 핑-의 세기 및 전송 주기를 변경함으로써, 대기 상태에서의 전력 소모 및 노이즈 발생을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.

도 14는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 노이즈 저감을 위한 무선 전력 전송 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 14를 참조하면, 무선 전력 송신기는 전원이 인가되면, 선택 단계(410, 510)로 진입하여 제1 타이머를 구동시킬 수 있다(S1410). 여기서, 제1 타이머의 만료 시간은 당업자의 설계에 따라 상이할 수 있다. 일 예로, 제1 타이머의 만료 시간은 1분으로 설정될 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 그보다 길거나 짧게 설정될 수도 있음을 주의해야 한다.

무선 전력 송신기는 물체 감지를 위한 제1 신호를 제1 주기로 설정하여 전송할 수 있다(S1420).

여기서, 제1 신호는 특정 주파수를 가지는 교류 신호인 아날로그 핑이고, 제1 주기는 500ms보다 작은 어느 값으로 설정될 수 있다.

일 예로, 제1 주기는 400ms일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 400ms와 500ms 사이의 어느 하나의 값이 선택되어 적용될 수 있다.

제1 타이머가 만료되기 이전에 전송되는 제1 신호의 세기는 모든 충전 영역(Full Charging Area)에서 물체를 감지할 수 있는 세기의 전압으로 송출될 수 있다.

일 예로, 제1 타이머 만료 전 전송되는 제1 신호의 전압은 3.5V로 설정될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

무선 전력 송신기는 송신 코일에 흐르는 전류와 소정 기준치를 비교하여 충전 영역에 배치된 물체를 감지할 수 있다(S1430).

물체가 감지되면, 무선 전력 송신기는 핑 단계(420, 520)로 진입하여 감지된 물체를 식별하기 위한 제3 신호를 전송할 수 있다(S1470).

여기서, 제3 신호는 디지털 핑일 수 있다. 제3 신호는 무선 전력 수신기를 기동(Booting)시킬 수 있는 충분한 세기의 전력으로 전송될 수 있다.

상기한 1430 단계에서, 물체가 감지되지 않은 경우, 무선 전력 송신기는 현재 구동된 타이머가 만료되었는지 확인할 수 있다(S1440).

확인 결과, 구동된 타이머가 만료된 경우, 무선 전력 송신기는 제1 신호의 세기를 일정 레벨 감소시키고 제1 타이머를 리셋시킬 수 있다(S1450).

여기서, 감소되는 제1 신호의 세기는 특정 충전 영역(Required Charging Area)에 배치된 물체를 감지하기 위해 요구되는 최소 전압으로 결정될 수 있다.

일 예로, 제1 신호의 전압은 3.5V에서 1V로 감소될 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 당업자의 설계 및 제품의 구성에 따라 그보다 높거나 작은 전압으로 감소될 수 있다.

이하 설명의 편의를 위해, 감소되기 이전의 제1신호의 세기를 제1레벨, 감소된 이후의 제1신호의 세기를 제2레벨이라 명하기로 한다.

무선 전력 송신기는 제2레벨의 제1신호 전송 주 충전 영역에 물체가 배치되었는지 여부를 감지할 수 있다(S1460).

물체가 감지되면, 무선 전력 송신기는 상기한 1370 단계를 수행하고, 물체가 감지되지 않은 경우, 구동된 타이머가 만료되었는지 확인할 수 있다(S1470).

확인 결과, 구동된 타이머가 만료된 경우, 무선 전력 송신기는 제1신호의 전송 주기를 제2주기로 변경할 수 있다(S1480).

상기한 도 14의 실시 예에서, 제2주기는 제1주기보다 길 수 있다.

일 예로, 제1주기는 400ms이고 제2주기는 1.5초일 수 있다.

다른 일 예로, 제1주기는 300ms와 500ms 사이의 어느 하나의 값이 선택될 수 있고, 제2주기는 1초와 2.5초 사이의 어느 하나의 값이 선택될 수 있다.

상기 도 14의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 대기 상태에서 경과 시간에 따라 동적으로 제1 신호-즉, 아날로그 핑-의 세기 및 전송 주기 중 적어도 하나를 변경함으로써, 대기 상태에서의 전력 소모 및 노이즈 발생을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 상기한 도 6 내지 도 14의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기가 차량에 장착되는 경우, 차량에서 사용되는 타 주파수 대역-예를 들면, 라디오 주파수 대역-으로의 간섭을 최소화시킬 수 있는 장점이 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 (11)

1. 인버터;
   일단이 상기 인버터에 연결되고, 타단이 공진 캐패시터에 연결되는 송신 코일;
   상기 송신 코일에 흐르는 전류의 세기를 측정하는 센서; 및
   상기 측정된 전류의 세기에 기반하여 충전 영역에 배치된 물체를 감지하는 제어부
   를 포함하고, 전원이 인가되면, 상기 물체를 감지하기 위한 제1신호의 전송이 개시되고, 상기 물체가 감지될 때까지 상기 제어부가 시간의 경과에 따라 상기 제1신호의 세기, 전송 주기 중 적어도 하나가 변경되도록 제어하는 무선 전력 송신 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전원 인가 후 제1시간이 경과될 때까지 상기 물체가 감지되지 않으면, 상기 제어부가 상기 제1신호의 세기를 변경하는 무선 전력 송신 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 전원 인가 후 제1시간이 경과될 때까지 상기 물체가 감지되지 않으면, 상기 제어부가 상기 제1신호의 전압이 감소되도록 제어하는 무선 전력 송신 장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 제1시간 경과 후 제2시간이 경과될 때까지 상기 물체가 감지되지 않으면, 상기 제어부가 상기 제1신호의 상기 전송 주기를 변경하는 무선 전력 송신 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1시간 경과 후 제2시간이 경과될 때까지 상기 물체가 감지되지 않으면, 상기 제어부가 상기 제1신호의 상기 전송 주기가 증가하도록 제어하는 무선 전력 송신 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 전원 인가 후 제1시간이 경과될 때까지 상기 물체가 감지되지 않으면, 상기 제어부가 상기 제1신호의 전압을 낮추고, 상기 제1신호의 전송 주기를 증가시키는 무선 전력 송신 장치.
7. 전원이 인가되면, 제1타이머를 구동하고, 물체 감지를 위한 제1신호를 제1주기로 전송하는 단계; 및
   상기 제1타이머가 만료될 때까지 상기 물체가 감지되지 않으면, 상기 제1신호의 세기를 변경하는 단계
   를 포함하는 무선 전력 전송 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1신호의 세기를 변경한 후, 제2타이머를 구동하는 단계; 및
   상기 제2타이머가 만료될 때까지 상기 물체가 감지되지 않으면, 제2주기로 상기 제1신호를 전송하는 단계
   를 더 포함하는 무선 전력 전송 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제2주기는 상기 제1주기보다 긴 무선 전력 전송 방법.
10. 제7항에 있어서,
    상기 제1신호의 세기를 변경하는 단계에서
    상기 제1신호의 전압을 강하되는 무선 전력 전송 방법.
11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.

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