KR20190088690A - 이물질 검출 장치 및 무선 충전 시스템 - Google Patents

이물질 검출 장치 및 무선 충전 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20190088690A
KR20190088690A KR1020180007092A KR20180007092A KR20190088690A KR 20190088690 A KR20190088690 A KR 20190088690A KR 1020180007092 A KR1020180007092 A KR 1020180007092A KR 20180007092 A KR20180007092 A KR 20180007092A KR 20190088690 A KR20190088690 A KR 20190088690A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signal
detection coil
reference signal
pad
wireless charging
Prior art date
Application number
KR1020180007092A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102077567B1 (ko
Inventor
이병혁
백종석
조용남
최보환
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR1020180007092A priority Critical patent/KR102077567B1/ko
Publication of KR20190088690A publication Critical patent/KR20190088690A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102077567B1 publication Critical patent/KR102077567B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/60—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power responsive to the presence of foreign objects, e.g. detection of living beings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

본 발명은 무선 충전 시스템의 송신 패드 및 수신 패드 사이에 위치하는 이물질을 검출하는 이물질 검출 장치에 있어서, 상기 송신 패드 또는 상기 수신 패드에 배치되는 적어도 하나의 검출 코일; 제1 시간에서의 상기 검출 코일에서의 출력 신호에 기초하여, 일정 범위를 가지는 기준 신호를 설정하는 기준 신호 발생기; 및 상기 기준 신호와 제2 시간에서의 상기 검출 코일에서의 출력 신호를 비교하여, 제1 신호 및 제2 신호를 생성하는 비교기;를 포함하는 이물질 검출 장치에 관한 것이다.

Description

이물질 검출 장치 및 무선 충전 시스템{Foreign Object Detector and wireless charging system}
본 발명은 무선 충전 시스템의 이물질 검출 장치 및 무선 충전 시스템에 관한 것이다.
전자 기기에 대한 연구가 지속됨에 따라, 전자 기기에 전기 에너지를 공급하는 무선 충전 시스템에 대한 연구도 함께 이루어지고 있다.
이동 단말기의 무선 충전 시스템 및 전기 자동차의 무선 충전 시스템에 대해 많은 업체들이 연구 개발에 몰두하고 있다.
무선 충전시, 송신부와 수신부 사이에 금속 이물질이 존재할 때, 시스템의 온도를 상승시켜 화재 발생의 위험이 있다.
이러한 이물질을 검출하기 위해, 카메라 설치등 다양한 방식의 이물질 검출 방식이 도입되고 있으나, 검출 신뢰성에 문제가 있다.
본 발명의 실시예는 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 이물질 검출 신뢰도가 높으면서 저가의 무선 충전 시스템에서 이용되는 이물질 검출 장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명의 실시예는, 이물질 검출 장치를 포함하는 무선 충전 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 이물질 검출 장치는, 무선 충전 시스템의 송신 패드 및 수신 패드 사이에 위치하는 이물질을 검출하는 이물질 검출 장치에 있어서, 상기 송신 패드 또는 상기 수신 패드에 배치되는 적어도 하나의 검출 코일; 제1 시간에서의 상기 검출 코일에서의 출력 신호에 기초하여, 일정 범위를 가지는 기준 신호를 설정하는 기준 신호 발생기; 및 상기 기준 신호와 제2 시간에서의 상기 검출 코일에서의 출력 신호를 비교하여, 제1 신호 및 제2 신호를 생성하는 비교기;를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 설치가 용이하면서, 가격이 저렴한 이물질 검출 장치를 제공하는 효과가 있다.
둘째, 검출 민감도가 높아, 작은 크기의 이물질도 검출 가능하고, 이물질 검출 신뢰성이 높아지는 효과가 있다.
셋째, 충전 중이나 충전이 아닌 상태에서도, 이물질 검출이 가능해지는 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 시스템의 외관을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 시스템의 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 방식을 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 기준 신호에 영향을 주는 요소를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이물질 검출 장치의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이물질 검출 장치의 신호 처리도이다.
도 8는 본 발명의 실시예에 따른 검출 코일을 설명하는데 참고되는 도면이다.
도 9은 본 발명의 실시예에 따른 오실레이터 회로 및 비교 회로의 회로 구성을 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 이물질 검출 장치의 동작을 설명하는데 참조되는 플로우 차트이다.
도 11 내지 도 12는 본 발명의 실시예에 따라, 기준 신호와 출력 신호를 설명하는데 참조되는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 기술되는 차량은, 자동차, 오토바이를 포함하는 개념일 수 있다. 이하에서는, 차량에 대해 자동차를 위주로 기술한다.
본 명세서에서 기술되는 차량은, 동력원으로서 엔진을 구비하는 내연기관 차량, 동력원으로서 엔진과 전기 모터를 구비하는 하이브리드 차량, 동력원으로서 전기 모터를 구비하는 전기 차량등을 모두 포함하는 개념일 수 있다.
이하의 설명에서 차량의 좌측은 차량의 주행 방향의 좌측을 의미하고, 차량의 우측은 차량의 주행 방향의 우측을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 시스템의 외관을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 시스템의 블럭도이다.
도면을 참조하면, 무선 충전 시스템(100)은, 전력 송신 장치(10)와 전력 수신 장치(20)를 포함할 수 있다.
무선 충전 시스템(100)은, 전기 자동차 배터리의 무선 충전, 이동 단말기 배터리의 무선 충전 등에 이용될 수 있다.
전기 자동차 배터리의 무선 충전에 무선 충전 시스템(100)이 이용되는 경우, 전력 송신 장치(10)는, 충전소 등에 설치될 수 있고, 전력 수신 장치(20)는, 차량 내부에 구비될 수 있다.
이동 단말기 배터리의 무선 충전에 무선 충전 시스템(100)이 이용되는 경우, 전력 송신 장치(10)는, 포터블 형식으로 구성될 수 있고, 전력 수신 장치(20)는, 이동 단말기 내부에 구비될 수 있다.
실시예에 따라, 차량 내부에 전력 송신 장치(10)가 구비되어, 전력 수신 장치(20)를 구비한 이동 단말기와 무선 충전 시스템을 구성할 수 있다.
전력 송신 장치(10)는, AC/DC 컨버터(11), DA/AC 인버터(12), 공진 탱크(13) 및 송신 패드(14)를 포함할 수 있다.
AC/DC 컨버터(11)는, 계통(1)에서 제공되는 교류 형태의 전기 에너지를 직류 형태로 전환할 수 있다.
DC/AC 컨버터(12)는, 직류 형태의 전기 에너지를 교류 형태의 전기 에너지로 전환한다. 이때, DC/AC 컨버터(12)는, 수십 내지 수백 kHz의 고주파 신호를 생성할 수 있다.
공진 탱크(13)는, 무선 충전에 적합하게 임피던스를 보상한다.
송신 패드(14)는, 전기 에너지를 무선으로 전송한다.
송신 패드(14)는, 내부에 송신 코일(15)을 포함한다.
전력 수신 장치(20)는, 수신 패드(21), 공진 탱크(22) 및 정류기(23)를 포함할 수 있다.
수신 패드(23)는, 전기 에너지를 무선으로 수신한다.
수신 패드(23)는, 내부에 수신 코일(25)을 포함한다.
송신 패드(14)와 수신 패드(23)는, 자기 결합(magnetic coupling)을 가지는 코일 세트(송신 코일(15) 및 수신 코일(25))를 포함한다.
송신 패드(14)와 수신 패드(23)는, 고주파 구동 신호로 인해 발생하는 자기장(magnetic field)를 매개로 물리적인 전극간의 접촉(electrical contact)없이 전기 에너지를 전달한다.
수신 패드(14)와 수신 패드(23) 사이에 금속성의 이물질(Foreign Object)가 존재하는 경우, 와전류 손실이 발생된다. 이경우, 화재가 발생 등의 위험이 있다.
공진 탱크(22)는, 무선 충전에 적합하게 임피던스를 보상한다.
정류기(21)는, 배터리(30)에 직류 형태의 전기 에너지를 공급하기 위해, 교류 형태의 전기 에너지를 직류 형태의 전기 에너지로 전환한다.
배터리(30)는, 차량 또는 이동 단말기에 구비될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 방식을 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 3을 참조하면, 무선 충전 시스템은, 유도 결합 방식 또는 공진 결합 방식을 이용할 수 있다.
유도 결합 방식(Inductive Coupling) 방식은, 인접한 두 개의 코일(coil) 중 1차 코일(coil)에 흐르는 전류의 세기를 변화시키면 그 전류에 의해 자기장이 변하고, 이로 인하여 2차 코일(coil)을 지나는 자속이 변하게 되어 2차 코일(coil)측에 유도 기전력이 생기게 되는 원리를 이용한다. 즉, 이 방식에 따르면, 두 개 도선을 공간적으로 움직이지 않고도 두 개 코일(coil)을 근접시킨 채 1차 코일(coil)의 전류만 변화시키면 유도 기전력이 생기게 된다. 이 경우, 주파수 특성은 크게 영향을 받지 않으나, 각 코일(coil)을 포함하는 송신 장치(예를 들면, 무선 충전 장치) 및 수신 장치(예를 들면, 이동 단말기) 사이의 배열(Alignment) 및 거리(Distance)에 따라 전력 효율이 영향을 받게 된다.
공진 결합(Resonance Coupling) 방식은, 일정 거리가 떨어진 두 개의 코일(coil) 중 1차 코일(coil)에 공진 주파수(Resonance Frequncy)를 인가하여 발생한 자기장 변화량 중 일부가 동일한 공진 주파수의 2차 코일(coil)에 인가되어 2차 코일(coil)에서 유도 기전력이 발생되는 원리를 이용한다. 즉, 이 방식에 따르면, 송수신 장치가 각각 동일 주파수로 공진하는 경우, 전자파가 근거리 전자장을 통해 전달되게 되므로, 주파수가 다르면 에너지 전달이 없게 된다. 이 경우, 주파수의 선택이 중요한 문제가 될 수 있다. 소정 거리 이상 이격된 공진 주파수간에는 서로간에 에너지 전달이 없으므로, 공진 주파수 선택을 통해 충전 대상 기기를 선택할 수도 있다. 만일, 하나의 공진 주파수에 하나의 기기만이 할당되는 경우, 공진 주파수의 선택은 곧 충전 대상 기기를 선택하는 의미를 가질 수도 있다.
공진 결합 방식은 유도 결합 방식에 비해, 각 코일(coil)을 포함하는 송신 장치 및 수신 장치 사이의 배열(Alignment) 및 거리(Distance)가 상대적으로 전력 효율에 덜 영향을 주는 장점이 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 기준 신호에 영향을 주는 요소를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 4를 참조하면, 제1 동작점(operating point)(401)에서 송신 패드(14)와 수신 패드(21)간 전력 전송이 수행된다고 가정한다.
수신측의 배터리 전압(403), 송신 패드(14)와 수신 패드(21)의 정합 관계(404), 전송 전력량(405), 주변 금속 물질의 존재 여부(406) 및 무선 충전 시스템(100) 구동회로의 제어 변동(407) 중 적어도 어느 하나에 변화게 발생하게 되면, 송신 패드(14)에 흐르는 전류가 달라지게 된다.
송신 패드(14)에 흐르는 전류가 달라지면, 송신 패드(14) 표면의 자기장 분포가 변화하게 되고, 그에 따라, 제1 동작점(410)이 제2 동작점(402)으로 변하게 된다.
이경우, 제1 동작점(401)에서 정상 출력을 가지고 캘리브레이션된 이물질 검출 장치(200)는 동작점의 변화에 따라 정상 출력의 수준이 달라지게 된다.
이러한 변화로 인해, 이물질 검출 장치(200)에 의한 이물질 검출 신뢰도가 떨어지게 되는 문제점이 있다.
이하에서는, 이러한 문제점을 해결하기 위한 본원 발명의 특징들을 설명한다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이물질 검출 장치의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이물질 검출 장치의 신호 처리도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 이물질 검출 장치(200)는, 적어도 하나의 검출 코일(210), 오실레이터(220), 기준 신호 발생기(280), 비교기(230) 및 프로세서(270)를 포함할 수 있다.
이물질 검출 장치(200)는, 무선 충전 시스템(100)의 송신 패드(14) 및 수신 패드(21) 사이에 위치하는 이물질을 검출할 수 있다.
이물질 검출 장치(200)는, 전원 공급부를 더 포함할 수 있다.
적어도 하나의 검출 코일(210), 오실레이터(220), 기준 신호 발생기(280), 비교기(230) 및 프로세서(270)는 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
검출 코일(210)은, 송신 패드(14) 또는 수신 패드(21)에 배치될 수 있다.
예를 들면, 검출 코일(210)는, 송신 패드(14) 및 수신 패드(21) 사이에 배치될 수 있다.
예를 들면, 검출 코일(210)은, 송신 패드(14) 상에 배치될 수 있다.
예를 들면, 검출 코일(210)는, 수신 패드(21) 상에 배치될 수 있다.
검출 코일(210)은, 오실레이터(220)와 전기적으로 연결될 수 있다.
검출 코일(210)은 복수개일 수 있다.
검출 코일(210)은, 특정된 임피던스를 가진다. 만약, 검출 코일(210) 주변에 금속성 이물질이 위치하는 경우, 외부에서 볼 때, 검출 코일(210)의 임피던스에 변화가 발생한다.
오실레이터(220)는, 교류 신호를 생성할 수 있다.
예를 들면, 오실레이터(220)는, BJT(bopolar junction transistor) 또는 OP Amp(Operational Amplifier)를 포함하는 발진 회로로 구성될 수 있다.
예를 들면, 오실레이터(220)는, 콜피츠 오실레이터일 수 있다.
검출 코일(210)의 출력 신호는, 오실레이터(220)에서 출력하는 교류 신호에 기초하여 생성될 수 있다.
기준 신호 발생기(280)는, 기준 신호를 설정할 수 있다.
기준 신호 발생기(280)는, 제1 시간에서의 검출 코일(210)에서의 출력 신호에 기초하여, 일정 범위를 가지는 기준 신호를 설정할 수 있다.
기준 신호 발생기(280)는, 적어도 하나의 커패시터, 적어도 하나의 트랜지스터, 적어도 하나의 스위치, 적어도 하나의 다이오드, 적어도 하나의 저항, 적어도 하나의 NOR 게이트, 적어도 하나의 AMP를 포함하는 회로로 구성될 수 있다.
기준 신호 발생기(280)는, 커패시터(281)를 포함할 수 있다.
커패시터(281)는, 검출 코일(210)에 연결될 수 있다.
예를 들면, 커패시터(281)는, 스위치와 저항을 사이에 두고 검출 코일(210)과 연결될 수 있다.
한편, 커패시터(281)는, 전해질 커패시터일 수 있다.
기준 신호 발생기(280)는, 일정 시간 범위내에서 커패시터(281)에 누적된 전압에 기초하여 기준 신호를 설정할 수 있다. 여기서, 일정 시간 범위는, 프로세서(270)에 의해 정해질 수 있다.
기준 신호 발생기(280)는, 누적 전압의 분배를 통해, 일정 범위의 상한값을 정의하는 제1 기준값(RV1)을 설정할 수 있다. 여기서, 제1 기준값(RV1)은, 누적 전압 대비 일정 퍼센트가 증가한 값일 수 있다. 제1 기준값(RV1)은, 하이 윈도우(high-window)로 명명될 수 있다.
예를 들면, 제1 기준값(RV1)은, 적어도 하나의 저항 배치를 통해, 설정되는 전압값(예를 들면, 전압의 피크값)일 수 있다.
예를 들면, 제1 기준값(RV2)은, 적어도 하나의 인덕터 및 적어도 하나의 커패시터 배치를 통해 설정되는, 주파수값일 수 있다.
기준 신호 발생기(280)는, 누적 전압의 분배를 통해, 일정 범위의 하한값을 정의하는 제2 기준값(RV2)을 설정할 수 있다. 여기서, 제2 기준값(RV2)은, 누적 전압 대비 일정 퍼센트가 감소한 값일 수 있다. 제2 기준값(RV2)은, 로우 윈도위(low-window)로 명명될 수 있다.
예를 들면, 제2 기준값(RV2)은, 적어도 하나의 저항 배치를 통해, 설정되는 전압값(예를 들면, 전압의 피크값)일 수 있다.
예를 들면, 제2 기준값(RV2)은, 적어도 하나의 인덕터 및 적어도 하나의 커패시터 배치를 통해 설정되는, 주파수값일 수 있다.
기준 신호 발생기(280)는, 하이 레퍼런스 생성기(281) 및 로우 레퍼런스 생성기(282)를 포함할 수 있다.
하이 레퍼런스 생성기(281)는, 제1 기준값(RV1)을 생성할 수 있다.
로우 레퍼런스 생성기(282)는, 제2 기준값(RV2)을 생성할 수 있다.
한편, 커패시터(281)는, 프로세서(270)에서 제공되는 신호에 기초하여, 디스차징될 수 있다.
예를 들면, 커패시터(281)는, 스위치와 연결될 수 있다. 스위치가 제어되어, 커패시터(281)가 그라운드에 연결되는 경우, 디스차징될 수 있다.
기준 신호 발생기(280)는, 일정 범위를 가지는 기준 신호를 비교기(230)에 제공할 수 있다.
기준 신호 발생기(280)는, 제1 기준값(RV1) 및 제2 기준값(RV2)을 비교기(230)에 제공할 수 있다.
비교기(230)는, 기준 신호와 출력 신호를 비교할 수 있다.
비교기(230)는, 기준 신호 발생기(280)에서 제공된 기준 신호와 제2 시간에서의 검출 코일(210)에서의 출력 신호를 비교하여, 제1 신호(SG1) 및 제2 신호(SG2)를 생성할 수 있다.
비교기(230)는, 기준 신호 발생기(280)에서 기준 신호를 설정한 시간과 다른 시간의 검출 코일(210)의 출력 신호를 기준 신호와 비교할 수 있다.
예를 들면, 검출 코일(210)의 출력 신호는, 검출 코일(210)의 출력 전압값(예를 들면, 전압의 피크값)일 수 있다.
예를 들면, 검출 코일(210)의 출력 신호는, 검출 코일(210)의 출력 주파수값일 수 있다.
비교기(230)는, 제2 시간에서 검출 코일(210)에서의 출력값이, 기준 신호의 일정 범위내인 경우, 제1 신호(SG1)를 생성할 수 있다.
비교기(230)는, 제2 시간에서 검출 코일(210)에서의 출력값이, 기준 신호의 일정 범위밖인 경우, 제2 신호(SG2)를 생성할 수 있다.
비교기(230)는, 하이 레벨 비교기(231) 및 로우 레벨 비교기(232)를 포함할 수 있다.
하이 레벨 비교기(231)는, 제2 시간에서의 검출 코일(210)의 출력값을 제1 기준값(RV1)과 비교할 수 있다.
로우 레벨 비교기(232)는, 제2 시간에서의 검출 코일(210)의 출력값을 제2 기준값(RV2)와 비교할 수 있다.
비교기(230)는, 제2 시간에서의 검출 코일(210)의 출력값이 제1 기준값(RV1) 이하이고, 제2 기준값(RV2) 이상인 경우, 제1 신호(SG1)를 출력할 수 있다.
비교기(230)는, 제2 시간에서의 검출 코일(210)의 출력값이 제1 기준값(RV1)을 초과하거나, 제2 기준값(RV2) 미만인 경우, 제2 신호(SG2)를 출력할 수 있다.
한편, 기준 신호는, 검출 코일(210) 등, 세팅된 회로 구성에 변화가 없는 상태에서, 오실레이터(220)에 의한 출력 신호로 정의될 수 있다.
예를 들면, 기준 신호는, 검출 코일(210) 주변에 금속성 이물질이 위치하지 않아, 검출 코일(210)을 포함한 회로의 고유 임피던스에 기초한 출력단의 신호이다.
만약, 검출 코일(210) 주변에 금속성 이물질이 위치하는 경우, 검출 코일(210)의 임피던스가 변한다.
이경우, 기준 신호와 실제 출력 신호 사이에는 차이가 발생하게 된다.
예를 들면, 검출 코일(210) 주변에 금속성 이물질이 위치하는 경우, 전원단에서 볼때 검출 코일(210)의 임피던스가 변화한 것과 같은 효과가 발생하여, 기준 신호의 피크값과 실제 출력 신호의 피크값에 차이가 발생한다.
예를 들면, 검출 코일(210) 주변에 금속성 이물질이 위치하는 경우, 전원단에서 볼때 검출 코일(210)의 임피던스가 변화한 것과 같은 효과가 발생하여, 기준 신호의 주파수와 실제 신호의 주파수에 차이가 발생한다.
실시예에 따라, 이물질 검출 장치(200)는, 피크 디텍터를 더 포함할 수 있다.
피크 디텍터는, 출력 신호의 피크값을 검출할 수 있다.
비교기(230)는, 기준 신호의 피크값과 출력 신호의 피크값을 비교하여, 제1 신호 및 제2 신호를 생성할 수 있다.
실시예에 따라 이물질 검출 장치(200)는, 주파수 디텍터를 더 포함할 수 있다.
주파수 디텍터는, 출력 신호의 주파수를 검출할 수 있다.
비교기(230)는, 기준 신호의 주파수와 출력 신호의 주파수를 비교하여, 제1 신호 및 제2 신호를 생성할 수 있다.
프로세서(270)는, 이물질 검출 장치(200)의 각 구성 요소와 전기적으로 연결될 수 있다.
프로세서(270)는, 이물질 검출 장치(200)의 각 구성 요소를 제어할 수 있다.
프로세서(270)는, 제1 신호 및 제2 신호에 기초하여, 송신 패드(14)와 수신 패드(21) 사이에 위치하는 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다.
프로세서(270)는, 송신 패드(14)와 수신 패드(21) 사이에 이물질이 존재한다고 판단되는 경우, 알람 출력을 위한 신호를 생성할 수 있다.
실시예에 따라, 이물질 검출 장치(200)는 별도의 알람부를 포함할 수 있다.
프로세서(270)는, 알람부에서 알람이 출력되도록 제어할 수 있다.
프로세서(270)는, 사용자 인터페이스 장치를 통해 알람이 출력되도록 제어 신호를 사용자 인터페이스 장치에 제공할 수 있다.
프로세서(270)는, 무선 충전 시스템(100)에 무선 충전 중단을 위한 신호를 제공할 수 있다.
실시예에 따라, 프로세서는(270)는 비교기(230)의 역할을 수행할 수 있다.
프로세서(270)는, 일정 주기로, 커패시터(281)에 대한 디스차징 신호를 생성할 수 있다.
예를 들면, 프로세서(270)는, 100ms 단위로, 커패시터(281)에 대한 디스차징 신호를 생성할 수 있다.
무선 충전 시스템(100)에 있어서, 동작점의 변화는 수초 또는 수십초 단위로 발생하기 때문에, 수백ms 단위로 디스차징 신호를 발생시켜, 기준 신호를 리셋할 수 있다.
예를 들면, 프로세서(270)는, 디스차징 신호를, 커패시터(281)를 단속하는 스위치에 제공할 수 있다. 이경우, 커패시터(281)는, 그라운드와 연결되어 디스차징될 수 있다.
실시예에 따라, 프로세서(270)는, 무선 충전 시스템(100)으로부터 수신되는 수신 신호에 기초하여, 디스차징 신호를 생성할 수 있다. 여기서, 수신 신호는, 수신측의 배터리 전압(403), 송신 패드(14)와 수신 패드(21)의 정합 관계(404), 전송 전력량(405), 주변 금속 물질의 존재 여부(406) 및 무선 충전 시스템(100) 구동회로의 제어 변동(407) 중 적어도 어느 하나의 변화에 대한 정보를 포함할 수 있다.
커패시터(281)를 디스차징 시킴으로써, 일정 주기로, 기준 신호를 설정할 수 있게되고, 그에 따라, 변화되는 상황에 적응적으로 기준 신호를 제공할 수 있게된다.
프로세서(270)는, 일정 주기로, 리셋 신호를 생성할 수 있다.
예를 들면, 프로세서(270)는, 리셋 신호를, 검출 코일(210)과 기준 신호 발생기(280) 사이에 위치하는 스위치에 제공할 수 있다.
실시예에 따라, 프로세서(270)는, 무선 충전 시스템(100)으로부터 수신되는 수신 신호에 기초하여, 리셋 신호를 생성할 수 있다. 여기서, 수신 신호는, 수신측의 배터리 전압(403), 송신 패드(14)와 수신 패드(21)의 정합 관계(404), 전송 전력량(405), 주변 금속 물질의 존재 여부(406) 및 무선 충전 시스템(100) 구동회로의 제어 변동(407) 중 적어도 어느 하나의 변화에 대한 정보를 포함할 수 있다.
한편, 프로세서(270)는, 디스차징 신호와 리셋 신호를 동시에 제공할 수 있다.
한편, 프로세서(270)는, 디지털 시그널 프로세서(digital signal processor, DSP)일 수 있다.
도 8는 본 발명의 실시예에 따른 검출 코일을 설명하는데 참고되는 도면이다.
도 8를 참조하면, 검출 코일(210)은 복수개(210a, ... 210n)일 수 있다.
일반적인 상황에서, 복수의 검출 코일(210)의 임피던스는 동일하다.
검출 코일(210)은, 복수의 턴을 가지는 루프 코일 형태를 가질 수 있다.
검출 코일(210)은, 원형, 타원형, 다각형, 별모양 등 다양한 외형을 가질 수 있다.
복수의 검출 코일(210a, ... 210n)은, 인쇄회로 기판에 배치될 수 있다.
인쇄회로 기판은, 플렉서블 재질로 형성될 수 있다.
플랙서블 재질의 인쇄회로 기판을 사용함으로써, 송신 패드(14) 또는 수신 패드(21)의 표면이 고르지 못하고 구부러진 경우에도, 이물질 검출 장치(200)가 이용될 수 있다.
실시예에 따라, 복수의 검출 코일(210a, ... 210n)은 복수의 레이어를 형성할 수 있다.
예를 들면, 복수의 검출 코일은, 제1 인쇄회로 기판 및 제2 인쇄회로 기판 중 적어도 어느 하나에 배치될 수 있다.
제1 인쇄회로 기판 및 제2 인쇄회로 기판은 상호 적층되어 송신 패드(14) 또는 수신 패드(21)에 배치될 수 있다.
복수의 검출 코일(210a, ... 210n)이 복수의 레이어를 형성함에 따라, 검출 코일의 임피던스 변화 감지 민감도를 높일 수 있다.
한편, 제1 인쇄 회로 기판에 배치되는 제1 그룹의 검출 코일의 권취 방향은, 제2 인쇄 회로 기판에 배치되는 제2 그룹의 검출 코일의 권취 방향과 반대 방향일 수 있다.
이와 같이, 복수의 레이어를 형성하는 검출 코일의 권취 방향을 반대로 함으로써, 이물질 검출 민감도를 향상시킬 수 있다.
한편, 제1 인쇄 회로 기판 및 제2 인쇄회로 기판은, 플렉서블 재질로 형성될 수 있다.
도 9은 본 발명의 실시예에 따른 오실레이터 회로 및 비교 회로의 회로 구성을 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 9을 참조하면, 오실레이터(220)는 콜피츠 오실레이터(220a)가 이용될 수 있다.
실시예에 따라, 오실레이터(220)는, BJT 또는 OP Amp가 포함된 발진 회로로 구성될 수 있다.
만약, 금속성 이물질이, 검출 코일(210)에 근접한 경우, 검출 코일(210)의 등가 임피던스가 바뀌게 된다.
비교 회로(230a)에 포함되는 제2 트랜지스터(Tr2)는, 오실레이터(220)에 포함된 제1 트랜지스터(Tr1)의 발진 신호의 크기를 증폭한다.
비교기(230)는, 제2 트랜지스터(Tr2)의 에미터 단 출력 전압과 비교기(230)의 +단 기준 전압을 비교하여 제1 신호 또는 제2 신호를 생성한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 이물질 검출 장치의 동작을 설명하는데 참조되는 플로우 차트이다.
도 10을 참조하면, 프로세서(270)는, 기준 신호에 대한 캘리브레이션을 수행할 수 있다.
프로세서(270)는, 오실레이터(220)가 동작되도록 제어할 수 있다(S710).
비교기(230)는, 오실레이터(220)의 기준 신호를 정의하는 제1 요소와 오실레이터(220)에 의한 출력 신호를 정의하는 제2 요소를 비교할 수 있다.
예를 들면, 이물질 검출 장치(200)는, 피크 디텍터를 더 포함할 수 있다. 이경우, 비교기(230)는, 오실레이터(220)의 기준 신호의 피크값과 피크 디텍터에 의해 검출된 출력 신호의 피크값을 비교할 수 있다(S720).
만약, 검출 코일(210)의 임피던스 성분 중 저항 성분에 변화가 발생되는 경우, 출력 신호의 피크값에 변화가 발생될 수 있다.
예를 들면, 이물질 검출 장치(200)는, 주파수 디텍터를 더 포함할 수 있다. 이경우, 비교기(230)는, 오실레이터(220)의 기준 신호의 주파수와 주파수 디텍터에 의해 검출된 출력 신호의 주파수를 비교할 수 있다(S730).
만약, 검출 코일(210)의 임피던스 성분 중 인덕턴스 성분에 변화가 발생되는 경우, 출력 신호의 주파수에 변화가 발생될 수 있다.
S720 단계에서, 기준 신호의 피크값과 출력 신호의 피크값에 차이가 있는 것으로 판단되는 경우, 프로세서(270)는, 알람 출력을 위한 신호를 생성할 수 있다(S740).
S730 단계에서, 기준 신호의 주파수와 출력 신호의 주파수에 차이가 있는 것으로 판단되는 경우, 프로세서(270)는, 알람 출력을 위한 신호를 생성할 수 있다(S740).
도 11 내지 도 12는 본 발명의 실시예에 따라, 기준 신호와 출력 신호를 설명하는데 참조되는 도면이다.
비교기(230)는, 오실레이터(220)의 기준 신호를 정의하는 제1 요소와 오실레이터(220)에 의한 실제 출력 신호를 정의하는 제2 요소를 비교할 수 있다.
만약, 검출 코일(210) 주변에 금속성 이물질이 존재하는 경우, 오실레이터(220)에서 검출 코일(210)을 바라볼때, 검출 코일(210)의 등가 임피던스가, 금속성 이물질에 의해 변하게 된다.
도 11을 참조하면, 오실레이터(220) 출력 신호의 크기는, 검출 코일(210)의 등가 저항으로 결정된다.
검출 코일(210)의 등가 임피던스의 성분 중 저항 성분이 변하는 경우, 오실레이터(220) 출력 신호의 크기가 변한다.
지시부호 810은, 검출 코일(210) 주변에 금속성 이물질이 존해하지 않는 경우의 출력 신호를 나타낸다. 지시 부호 810은, 기준 신호로 이해될 수 있다.
지시부호 820은, 검출 코일(210) 주변에 금속성 이물질이 존재하는 경우의 출력 신호를 나타 낸다.
검출 코일(210) 주변에 금속성 이물질이 존재하지 않는 상태에서, 801 시간에, 금속성 이물질을 인접하게 하면, 출력 신호는 도 11의 지시부호 810 및 820와 같이 형성되게 된다.
비교기(230)는, 기준 신호(810)의 피크값(811)과 출력 신호(820)의 피크값(821)을 비교하여, 제1 신호 및 제2 신호를 생성할 수 있다.
비교기(230)는, 기준 신호(810)의 피크값(811)과 출력 신호(820)의 피크값(821)에 차이가 발생되는 경우, 제1 신호로 하이(hign) 신호를 생성할 수 있다.
비교기(230)는, 기준 신호(810)의 피크값(811)과 출력 신호(820)의 피크값(821)에 차이가 발생되지 않는 경우, 제2 신호로 로우(low) 신호를 생성할 수 있다.
한편, 비교기(230)는, 기준 신호(810) 피크값(811)보다 소정값만큼 작은 값으로 설정된 기준값(802) 기준값(802)과 출력 신호(820)의 피크값(821)을 비교하여, 제1 신호 및 제2 신호를 생성할 수도 있다.
도 12를 참조하면, 오실레이터(220) 출력 신호의 주파수는, 검출 코일(210)의 등가 인덕턴스와 오실레이터(220)에 포함되는 커패시터의 값으로 결정된다.
검출 코일(210)의 등가 임피던스의 성분 중 인덕턴스 성분이 변하는 경우, 오실레이터(220) 출력 신호의 주파수가 변한다.
지시부호 810은, 검출 코일(210) 주변에 금속성 이물질이 존해하지 않는 경우의 출력 신호를 나타낸다. 지시 부호 810은, 기준 신호로 이해될 수 있다.
지시부호 830은, 검출 코일(210) 주변에 금속성 이물질이 존재하는 경우의 출력 신호를 나타 낸다.
검출 코일(210) 주변에 금속성 이물질이 존재하지 않는 상태에서, 801 시간에, 금속성 이물질을 인접하게 하면, 출력 신호는 도 11의 지시부호 810 및 830와 같이 형성되게 된다.
비교기(230)는, 기준 신호(810)의 주파수와 출력 신호(830)의 주파수를 비교하여, 제1 신호 및 제2 신호를 생성할 수 있다.
비교기(230)는, 기준 신호(810)의 주파수와 출력 신호(820)의 주파수에 차이가 발생되는 경우, 제1 신호로 하이(hign) 신호를 생성할 수 있다.
비교기(230)는, 기준 신호(810)의 주파수와 출력 신호(820)의 주파수에 차이가 발생되지 않는 경우, 제2 신호로 로우(low) 신호를 생성할 수 있다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 프로세서 또는 제어부를 포함할 수도 있다. 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.
100 : 무선 충전 시스템
200 : 이물질 검출 장치

Claims (10)

  1. 무선 충전 시스템의 송신 패드 및 수신 패드 사이에 위치하는 이물질을 검출하는 이물질 검출 장치에 있어서,
    상기 송신 패드 또는 상기 수신 패드에 배치되는 적어도 하나의 검출 코일;
    제1 시간에서의 상기 검출 코일에서의 출력 신호에 기초하여, 일정 범위를 가지는 기준 신호를 설정하는 기준 신호 발생기; 및
    상기 기준 신호와 제2 시간에서의 상기 검출 코일에서의 출력 신호를 비교하여, 제1 신호 및 제2 신호를 생성하는 비교기;를 포함하는 이물질 검출 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 비교기는,
    제2 시간에서의 검출 코일에서의 출력값이, 상기 기준 신호의 일정 범위내인 경우, 상기 제1 신호를 생성하고,
    제2 시간에서의 검출 코일에서의 출력값이, 상기 기준 신호의 일정 범위밖인 경우, 상기 제2 신호를 생성하는 이물질 검출 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 기준 신호 발생기는,
    상기 검출 코일에 연결되는 커패시터를 포함하고,
    일정 시간 범위내에서 상기 커패시터에 누적된 전압에 기초하여 상기 기준 신호를 설정하는 이물질 검출 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 기준 신호 발생기는,
    상기 누적 전압의 분배를 통해, 상기 범위의 상한값을 정의하는 제1 기준값 및 상기 범위의 하한값을 정의하는 제2 기준값을 설정하는 이물질 검출 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    일정 주기로, 상기 커패시터에 대한 디스차징 신호를 생성하는 프로세서;를 더 포함하는 이물질 검출 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제1 신호 및 상기 제2 신호에 기초하여, 상기 송신 패드와 상기 수신 패드 사이에 위치하는 이물질의 존재 여부를 판단하는 프로세서;를 더 포함하는 이물질 검출 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    일정 주기로, 리셋 신호를 생성하는 이물질 검출 장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    무선 충전 시스템으로부터 수신되는 신호에 기초하여, 리셋 신호를 생성하는 이물질 검출 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    교류 신호를 출력하는 오실레이터를 더 포함하고,
    상기 적어도 하나의 검출 코일은, 상기 오실레이터와 연결되고,
    상기 출력 신호는, 상기 교류 신호에 기초하여 생성되는 이물질 검출 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 검출 코일은 복수개이고,
    복수의 검출 코일은,
    제1 인쇄회로 기판 및 제2 인쇄회로 기판 중 적어도 어느 하나에 배치되고,
    상기 제1 인쇄회로 기판 및 상기 제2 인쇄회로 기판은 상호 적층되어 상기 송신 패드 또는 상기 수신 패드에 배치되는, 이물질 검출 장치.

KR1020180007092A 2018-01-19 2018-01-19 이물질 검출 장치 및 무선 충전 시스템 KR102077567B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180007092A KR102077567B1 (ko) 2018-01-19 2018-01-19 이물질 검출 장치 및 무선 충전 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180007092A KR102077567B1 (ko) 2018-01-19 2018-01-19 이물질 검출 장치 및 무선 충전 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190088690A true KR20190088690A (ko) 2019-07-29
KR102077567B1 KR102077567B1 (ko) 2020-02-14

Family

ID=67480609

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180007092A KR102077567B1 (ko) 2018-01-19 2018-01-19 이물질 검출 장치 및 무선 충전 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102077567B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11923698B2 (en) 2021-05-21 2024-03-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Coil for foreign object detection and wireless power transmitter comprising the same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101372970B1 (ko) * 2012-10-11 2014-03-11 파나소닉 주식회사 비접촉 급전 장치의 금속 이물질 검출 방법, 비접촉 급전 장치, 수전 장치 및 비접촉 급전 시스템
KR101383731B1 (ko) * 2012-11-02 2014-04-08 파나소닉 주식회사 비접촉 급전 장치
KR20140102553A (ko) * 2013-02-14 2014-08-22 주식회사 스파콘 무선 전력 전송 시스템에서 이물질 감지 장치 및 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101372970B1 (ko) * 2012-10-11 2014-03-11 파나소닉 주식회사 비접촉 급전 장치의 금속 이물질 검출 방법, 비접촉 급전 장치, 수전 장치 및 비접촉 급전 시스템
KR101383731B1 (ko) * 2012-11-02 2014-04-08 파나소닉 주식회사 비접촉 급전 장치
KR20140102553A (ko) * 2013-02-14 2014-08-22 주식회사 스파콘 무선 전력 전송 시스템에서 이물질 감지 장치 및 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11923698B2 (en) 2021-05-21 2024-03-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Coil for foreign object detection and wireless power transmitter comprising the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR102077567B1 (ko) 2020-02-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6466557B2 (ja) 検知装置及び送電装置
US10298049B2 (en) Systems, methods, and apparatus for detecting metallic objects in a predetermined space via inductive kinematic sensing
US10564307B2 (en) Systems, methods, and apparatus for foreign object detection loop based on inductive thermal sensing
US20210359548A1 (en) System, apparatus and method for supplying electric power, apparatus and method for receiving electric power, storage medium and program
EP3216104B1 (en) Systems, methods, and apparatus for detecting ferromagnetic foreign objects in a predetermined space
EP3044845B1 (en) Systems, methods, and apparatus for increased foreign object detection loop array sensitivity
EP2931549B1 (en) A safety system, a method of operating a safety system and a method of building a safety system
CN110266119B (zh) 检测设备、电力供应系统以及控制检测设备的方法
US9704643B2 (en) Contactless power transmission device, and power feeder and power receiver for use in the same
CN107516946B (zh) 检测装置
CN110679060B (zh) 用于通用无线充电装置的传输组件及其方法
US20100328044A1 (en) Inductive power system and method of operation
KR20190009639A (ko) 이물질 검출 장치 및 무선 충전 시스템
KR102077568B1 (ko) 이물질 검출 장치 및 무선 충전 시스템
JP2014225962A (ja) 検知装置、給電システム、および、検知装置の制御方法
JP2014225963A (ja) 検知装置、給電システム、および、検知装置の制御方法
KR20130135260A (ko) 디바이스들의 무선 충전
KR20180060508A (ko) 유도 공진 통합형 무선 충전 송신기의 코일 구조 및 제어 방법
KR20130041981A (ko) 멀티-루프 무선 전력 수신 코일
CN107370249B (zh) 电力发送装置以及非接触电力提供系统
KR102630557B1 (ko) 무선전력 송신장치
KR20170050991A (ko) 무선 전력 송신기
US20110217926A1 (en) Reverse link signaling via impedance modulation
KR20190088690A (ko) 이물질 검출 장치 및 무선 충전 시스템
KR101869776B1 (ko) 무선전력 전송 장치, 무선전력 수신 장치 및 무선 충전 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant