KR20190111375A - 이물질 검출 장치 및 무선 충전 시스템 - Google Patents

이물질 검출 장치 및 무선 충전 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 검출 코일의 임피던스 변화와 유기 전압 변화를 함께 감지하여 이물질 존재 여부를 판단하는 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, 부가적인 장치들이 요구되고, 검출 신뢰성에 문제가 있다.
본 발명의 실시예는 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 이물질 검출 신뢰도가 높으면서 저가의 무선 충전 시스템에서 이용되는 이물질 검출 장치를 제공하는데 목적을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명의 실시예는, 이물질 검출 장치를 포함하는 무선 충전 시스템을 제공하는데 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, 검출 코일의 임피던스 변화와 유기 전압 변화를 함께 감지하여 이물질 존재 여부를 판단한다.
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 따른 이물질 검출 장치의 시스템 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 코일의 조합의 측면도이다.
도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 코일의 조합에 자속 밀도를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이물질 검출 장치를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 8은 유기 전압이 발생되지 않은 경우의 검출 회로의 일부를 예시한다.
도 9는 유기 전압이 발생된 경우의 검출 회로의 일부를 예시한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 이물질 투입시 유기 전압 파형을 예시한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 잔여 유기 전압이 존재하는 경우 검출 회로의 출력을 예시한다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따라 잔여 유기 전압이 존재하는 경우 검출 코일의 전류를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 13a 내지 도 13d는 본 발명의 실시예에 따른 제1 내지 제3 신호 처리부를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따라 검출 코일에 유기되는 전압의 크기에 따른 시뮬레이션 파형을 나타낸다.
도 15a는 본 발명의 실시예에 따른 제2 신호 처리부 또는 제3 신호 처리부를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 다른 이물질 검출 장치의 동작을 설명하는데 참조되는 플로우 차트이다.
도 17a는 본 발명의 실시예에 따른 신호 처리부를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 17b는, 도 17a의 신호 처리부에서 처리되는 신호를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 18a는 본 발명의 실시예에 따른 신호 처리부를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 18b는 도 18a의 신호 처리부에서 처리되는 신호를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 이물질 검출 장치의 동작을 설명하는데 참조되는 플로우 차트이다.
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.
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 따른 이물질 검출 장치의 시스템 구성도이다.
도 4를 참조하면, 이물질 검출 장치(200)는, 복수의 검출 코일과 유기 전압 상쇄 코일의 조합(이하, 코일의 조합)(201a, 201b, ..., 201n)(이하, 201) 및 검출 회로(270)를 포함할 수 있다.
복수의 코일의 조합(201)은, 송신 패드(14) 및 수신 패드(21) 사이에 위치할 수 있다.
예를 들면, 복수의 코일의 조합(201)은, 송신 패드(14) 상에 배치될 수 있다.
예를 들면, 복수의 코일의 조합(201)은, 수신 패드(21) 상에 배치될 수 있다.
복수의 코일의 조합(201)은, 송신 패드(14)를 커버할 수 있다.
예를 들면, 송신 패드(14)가 사각형으로 형성될 수 있다. 복수의 코일의 조합(201)의 유기 전압 상쇄 코일(212)는, 다각형으로 형성될 수 있다. 다각형인 복수의 코일의 조합(201)의 조합으로, 사각형의 송신 패드(14) 전체를 커버할 수 있다.
예를 들면, 수신 패드(21)가 사각형으로 형성될 수 있다. 복수의 코일의 조합(201)의 유기 전압 상쇄 코일(212)는, 다각형으로 형성될 수 있다. 다각형인 복수의 코일의 조합(201)의 조합흐로, 사각형의 수신 패드(21) 전체를 커버할 수 있다.
복수의 코일의 조합(201)는, 오브젝트를 감지할 수 있다.
여기서, 오브젝트는, 송신 패드(14) 및 수신 패드(21) 사이에 위치하는 금속성 이물질로 정의될 수 있다.
만약, 금속성 이물질이 송신 패드(14) 및 수신 패드(21) 사이에 위치하는 경우, 충전이 원활하게 수행되지 않을 뿐 아니라, 열화가 발생되어 안전 문제가 발생될 수 있다.
복수의 코일의 조합(201) 각각은, 검출 코일(210a, 210b, ..., 210n)(이하, 210) 및 유기 전압 상쇄 코일(212a, 212b, ..., 212n)(이하, 212)을 포함할 수 있다.
검출 코일(210)과 유기 전압 상쇄 코일(212)은, 상호 적층될 수 있다.
예를 들면, 검출 코일(210) 상에 유기 전압 상쇄 코일(212)가 적층될 수 있다. 이경우, 검출 코일(210)은, 제1 레이어를 구성하고, 유기 전압 상쇄 코일(212)은, 제2 레이어를 구성할 수 있다.
예를 들면, 유기 전압 상쇄 코일(212) 상에 검출 코일(210)이 적층될 수 있다. 이경우, 유기 전압 상쇠 코일(212)은, 제1 레이어를 구성사고, 검출 코일(210)은, 제2 레이어를 구성할 수 있다.
예를 들면, 검출 코일(210)과 유기 전압 상쇄 코일(212)는, 검출 코일(210)에서 코일의 권취에 의해 정의되는 제1 형상의 중심과 유기 전압 상쇄 코일(210)에서 코일의 권취에 의해 정의되는 제2 형상의 중심이 매칭되도록 적층될 수 있다. 예를 들면, 제1 형상의 중심과 제2 형상의 중심을 연결한 가상의 선은, 지면과 수직을 이룰 수 있다.
복수의 코일의 조합(201)은, 복수의 레이어로 구성될 수 있다.
예를 들면, 검출 코일(210) 및 유기 전압 상쇄 코일(212)는, 교대로 배치되어, 제1 레이어(291)를 형성할 수 있다.
예를 들면, 유기 전압 상쇄 코일(212) 및 검출 코일(210)는 교대로 배치되어, 제2 레이어(292)를 형성할 수 있다.
검출 회로(270)는, 복수의 코일의 조합(201)과 전기적으로 연결된다.
검출 회로(270)는, 복수의 코일의 조합(201)에서 수신되는 데이터에 기초하여, 오브젝트의 존재 여부 판단의 기초가 되는 신호를 출력할 수 있다.
검출 회로(270)는, 검출 코일(210)의 임피던스 변화에 기초하여, 오브젝트의 존재 여부 판단의 기초가 되는 신호를 출력할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 코일의 조합의 측면도이다.
검출 코일(210)은, 제1 방향으로 권취될 수 있다.
예를 들면, 제1 방향은, 시계 방향일 수 있다.
검출 코일(210)은, 제1 방향(311)으로 소정 횟수만큼 권취될 수 있다.
검출 코일(210)은, 유기 전압 상쇄 코일(212)보다 더 큰 횟수로 권취될 수 있다.
예를 들면, 검출 코일(210)의 권취 횟수는, 유기 전압 상쇄 코일(212)의 코일의 권취 횟수에 제1 형상의 면적 및 제2 형상의 면적의 비율을 곱한값에 기초하여 결정될 수 있다. 제1 형상은, 검출 코일(210)의 코일의 권취에 의해 정의되는 형상일 수 있다. 제2 형상은, 유기 전압 상쇄 코일(212)의 코일의 권취에 의해 정의되는 형상일 수 있다.
검출 코일(210)은, 제1 면적을 가지는 제1 형상을 가질 수 있다.
검출 코일(210)에서 코일의 권취에 의해 제1 면적을 가지는 제1 형상이 정의될 수 있다.
도 6에서는, 제1 형상으로 사각형을 예시하나, 이에 한정되지 아니하고, 제1 형상은, 다각형, 원형 또는 타원형일 수 있다.
제1 형상은, 유기 전압 상쇄 코일(212)에서 코일의 권취에 의해 정의되는 제2 형상보다 더 작을 수 있다. 즉, 제1 면적은, 제2 면적보다 더 작을 수 있다.
검출 코일(210)의 권취 횟수는, 유기 전압 상쇄 코일(212)의 코일의 권취 횟수에 의해 결정될 수 있다.
예를 들면, 검출 코일(210)의 권취 횟수는, 유기 전압 상쇄 코일(212)의 코일의 권취 횟수에, 제1 형상의 면적 및 제2 형상의 면적의 비율을 곱한값에 기초하여 결정될 수 있다.
이와 같은 특징에 의해, 충전 자기장에 의한 유기 전압을 상쇄하면서, 코일의 조합의 인덕턴스는 상쇄하지 않고, 오브젝트 감지 민감도를 최대화할 수 있다.
도 6a에 예시된 바와 같이, 제1 형상은, 제1 사각형일 수 있다.
제1 사각형의 한변의 길이는, 제2 사각형의 한변의 길이의 1/2배일 수 있다.
한편, 제1 형상은, 제2 형상과 다른 형상을 가질 수 있다.
예를 들면, 제1 형상은 사각형이고, 제2 형상은 육각형일 수 있다.
예를 들면, 제1 형상은 육각형이고, 제2 형상은 사각형일 수 있다.
예를 들면, 제1 형상은 원형이고, 제2 형상은, 사각형이나 육각형일 수 있다.
제1 형상과 제2 형상은, 오브젝트 감지 민감도 및 수신 패드, 송신 패드의 형상 등에 의해 결정될 수 있다.
유기 전압 상쇄 코일(212)은, 제2 방향으로 권취될 수 있다. 제2 방향은, 제1 방향과 다른 방향일 수 있다.
예를 들면, 제2 방향은, 반시계 방향일 수 있다.
유기 전압 상쇄 코일(212)은, 코일이 제2 방향으로 소정 횟수만큼 권취될 수 있다.
유기 전압 상쇄 코일은, 검출 코일(210)보다 더 적은 횟수로 권취될 수 있다.
한편, 귄취되는 횟수는 턴(turn)으로 명명될 수 있다.
유기 전압 상쇄 코일(212)은, 제2 면적을 가지는 제2 형상을 가질 수 있다.
유기 전압 상쇄 코일(212)에서 코일의 권취에 의해 제2 면적을 가지는 제2 형상이 정의될 수 있다.
도 6a에서는, 제2 형상으로 사각형을 예시하나, 이에 한정되지 아니하고, 제2 형상은, 다각형, 원형 또는 타원형일 수 있다.
제2 형상은, 검출 코일(210)에서 코일의 권취에 의해 정의되는 제1 형상보다 더 클 수 있다. 즉, 제2 면적은, 제1 면적보다 더 클 수 있다.
도 6a에 예시된 바와 같이, 제2 형상은, 제1 사각형보다 더 큰 제2 사각형일 수 있다.
이와 같이, 제1 형상 및 제2 형상이 사각형 형상을 가짐으로 인해, 복수의 감지 장치(201)에 의해, 사각 형상의 송신 패드(14) 및 수신 패드(21) 전체를 커버하기에 유리하다.
제2 사각형의 한변의 길이는, 제1 사각형의 한변의 길이의 두배일 수 있다.
이와 같은 특징으로 인해, 데드존 없이, 사각 형상의 송신 패드(14) 및 수신 패드(21) 전체를 커버할 수 있다.
여기서, 데드존은, 오브젝트가 센싱되지 않은 영역일 수 있다.
유기 전압 상쇄 코일(212)은, 검출 코일(210)이 적층되는 영역을 제외한 영역에 권취될 수 있다.
유기 전압 상쇄 코일(212)은, 제2 형상의 외곽에 권취되는 것이 바람직하다.
유기 전압 상쇄 코일(212)은, 검출 코일(210)과의 거리가 최대한 이격되도록 권취되는 것이 바람직하다.
유기 전압 상쇄 코일(212)은 1 내지 3회 권취될 수 있다.
4회 이상 권취되는 경우, 코일의 조합(201) 전체 인덕턴스를 감소시켜, 오브젝트 감지의 민감도가 감소하게 된다.
검출 코일(210)의 권취 횟수는 유기 전압 상쇄 코일(212)의 권취 횟수 보다 클 수 있다.
또한, 유기 전압 상쇄 코일(212)의 제2 형상의 면적은 검출 코일(210)의 제1 형상의 면적보다 더 클 수 있다.
이로 인해, 외부 자기장에 의해 코일의 조합(201)에 형성되는 유기 전압이 검출 코일(210) 및 유기 전압 상쇄 코일(212) 각각에 걸리는 전압에 의해 상쇄된다.
도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 코일의 조합에 자속 밀도를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 6a는 코일의 조합(201)의 상면도를 예시한다.
도 6b는 코일의 조합(201)의 복수의 지점에서의 자속 밀도를 나타낸다.
이물질 검출 성능은 유기전압의 상쇄가 금속검출이 가능한 수준까지 상쇄되느냐에 따라 판단된다.
송신 패드(14) 상의 자기장 분포는 균일하지 않을 수 있고, 이로 인해 검출 성능이 떨어질 수 있다.
도 6b와 같이 자기장 분포는 검출 코일(210) 내부의 형상에 의하여 비선형적인 특성을 보인다. 이로 인해, 유기 전압 상쇄 코일(212)에 의한 상쇄 전압은 수백mV 수준으로 제한되게 된다.
이는 클립, 못 등과 같은 금속물질에 의해서 검출 코일(210)의 임피던스가 변하였을 시의 검출 신호 변화량 수준이다.
해당 크기의 물질을 검출하기 위한 상쇄 전압 크기는 수십mV 수준이 되어야 하므로 해당방식으로는 작은 크기의 금속물질 검출이 어렵게 된다.
이하에서는, 작은 크기의 금속물질 검출까지 가능한 이물질 검출 장치에 대해 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이물질 검출 장치를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 8은 유기 전압이 발생되지 않은 경우의 검출 회로의 일부를 예시한다.
도 9는 유기 전압이 발생된 경우의 검출 회로의 일부를 예시한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 이물질 투입시 유기 전압 파형을 예시한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 잔여 유기 전압이 존재하는 경우 검출 회로의 출력을 예시한다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따라 잔여 유기 전압이 존재하는 경우 검출 코일의 전류를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 13a 내지 도 13d는 본 발명의 실시예에 따른 제1 내지 제3 신호 처리부를 설명하는데 참조되는 도면이다.
이물질 검출 장치(200)는, 무선 충전 시스템(100)의 송신 패드(14) 및 수신 패드(21) 사이에 위치하는 이물질을 검출할 수 있다.
도면을 참조하면, 이물질 검출 장치(200)는, 적어도 하나의 검출 코일(210), 적어도 하나의 유기 전압 상쇄 코일(212), 검출 회로(270), 제1 신호 처리부(241), 제2 신호 처리부(242) 및 제3 신호 처리부(243)를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 검출 코일(210), 적어도 하나의 유기 전압 상쇄 코일(212), 검출 회로(270), 제1 신호 처리부(241), 제2 신호 처리부(242) 및 제3 신호 처리부(243)는, 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
검출 코일(210)은, 송신 패드(14) 또는 수신 패드(21)에 배치될 수 있다.
유기 전압 상쇄 코일(212)은, 검출 코일(210)과 적층될 수 있다.
유기 전압 상쇄 코일(212)은, 검출 코일(210)에 형성되는 유기 전압을 상쇄할 수 있다.
유기 전압은, 전력 전송 과정에서, 송신 패드(14) 및/또는 수신 패드(21)에서 발생되는 자기장에 의해 생성될 수 있다.
검출 코일(210) 및 유기 전압 상쇄 코일(212)은, 도 4 내지 도 6b의 설명이 적용될 수 있다.
검출 회로(270)는, 송신 패드(14)와 수신 패드(21) 사이에 위치하는 이물질을 검출을 위한 신호를 생성할 수 있다.
도 10을 참조하면, 상술한 바와 같이, 유기 전압 상쇄 코일(212)에 의해, 검출 코일(210)에 형성되는 유기 전압이 상쇄되는 경우에도, 송신 코일(15)의 형상 등에 의해, 유기 전압의 일부는 남게된다.
도 10의 A는, 금속 물질 투입 전, 검출 코일(210)의 잔여 유기 전압을 도시한다.
유기 전압 상쇄 코일(212)로 인해, 검출 코일(210)의 잔여 유기 전압은, 전원 공급부(199)의 전압값보다 작게 된다.
도 10의 B는, 금속 물질 투입후, 검출 코일(210)의 잔여 유기 전압의 변화를 도시한다.
금속 물질 투입시, 유기 전압 상쇄 코일(212)의 유기 전압 상쇄 기능에 영향을 주게 되어, 검출 코일(210)에 걸리는 유기 전압이 변화하는 특성을 가진다.
이러한 유기 전압의 변화시, 전압 변화량의 최대치를 전원 공급부(199)의 전압값보다 낮게 검출 회로(270)를 설계하면, 검출 회로(270)의 오동작/고장을 야기하지 않은 수준에서, 이물질 검출 기능 수행이 가능하게 된다.
도 11은, 검출 회로(270)의 출력 파형으로 설명될 수 있다. 검출 회로(270)의 출력은 검출 코일(210)의 전류를 전압 형태로 변환한 신호로 이해될 수 있다.
도 11의 A는, 금속 물질 투입 전, 검출 회로(270)의 출력 파형을 도시한다.
도 11의 B는, 금속 물질 투입 후, 검출 회로(270)의 출력 파형을 도시한다.
금속 물질 투입 전후로, 잔여 유기 전압의 크기가 달라지기 때문에, 검출 회로(270)의 출력 양상이 금속 물질 투입 전후로 달라지게 된다.
잔여 유기 전압과 무관하게, 검출 회로(270) 출력의 기울기 및 피크값은 검출 코일(210)의 임피던스 변화에 따라 달라진다.
실제 도 11의 파형은, 잔여 유기 전압의 유무에 따른 변화량과 검출 코일(210)의 임피던스 변화량이 중첩(superposition)된 형태이다.
잔여 유기 전압의 주파수와 스위칭부(220)의 스위칭 주파수는 서로 다르기 때문에, 필터를 사용하여, 각 출력 특성을 분리할 수 있다.
도 12는, 전류 감지부(230)에 의해 검출 코일(210)에 흐르는 전류의 변화(또는 증폭된 전류의 변화)로 설명될 수 있다
스위칭부(220)의 스위칭 주파수가 잔여 유기 전압의 주파수보다 충분히 큰 경우, 지시부호 197의 표와 같이, 잔여 유기 전압의 포지티브 사이클(positive cycle)과 네거티브 사이클(negative cycle)로 나누어 분석이 가능하다.
산출된 각 조건의 검출 코일(210)의 전류 최대치(IL1)는 잔존 유기 전압의 크기와 스위칭부(220)의 스위칭 주파수(1/TSW1)에 영향을 받음을 알 수 있다.
도 8 내지 도 9에 예시된 바와 같이, 검출 회로(270)는, 전원 공급부(199) 스위칭부(220), 전류 감지부(230), 다이오드(239)를 포함할 수 있다.
전원 공급부(199)는, 직류 전원(DC)을 공급할 수 있다.
스위칭부(220)는, 직류 전원(199)과 검출 코일(210) 사이에 배치될 수 있다.
스위칭부(220)는, 직류 전원과 검출 코일(210)의 연결을 단속할 수 있다.
다이오드(239)는, 환류 다이오드일 수 있다. 다이오드(239)는, 검출 코일(210)과 병렬 연결될 수 있다. 다이오드(239)는, 역류를 방지할 수 있다.
스위칭부(220)는, PMW(pulse width modulation) 신호에 기초하여 제어되는 MOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor)을 포함할 수 있다.
스위칭부(220)는, 검출 코일(210)의 갯수에 대응되는 수만큼 구비될 수 있다.
스위칭부(220)에 포함되는 복수의 스위치는, 동기화되어, 동시에 턴 온되거나 동시에 턴오프될 수 있다.
전류 감지부(230)는, 스위칭부(220)의 턴온(turn on) 및 턴오프(turn off)에 따라 검출 코일(210)에 흐르는 전류의 변화를 센싱할 수 있다.
전류 감지부(230)는, 센싱 저항을 포함할 수 있다. 이경우, 센싱 저항은, 검출 코일(210)에 직렬 연결될 수 있다.
전류 감지부(230)는, 홀 소자를 포함할 수 있다.
전류 감지부(230)는, 검출 코일(210) 갯수에 대응되는 수만큼 구비될 수 있다.
도 13a 내지 도 13d를 참조하면, 제1 신호 처리부(241)는, 전류 감지부(230)에서 생성되는 제1 신호를 주파수 대역에 기초하여, 제2 신호와 제3 신호로 분리할 수 있다.
제1 신호는, 유기 전압이 있는 상태에서, 임피던스 변화에 따라, 검출 코일(210)에 흐르는 전류의 변화에 대응되는 신호로 정의될 수 있다.
제1 신호는, RL 과도 응답 형태를 가지는 신호일 수 있다.
제2 신호는, 스위칭부(220)의 스위칭 주파수에 기초한 신호로 정의될 수 있다.
스위칭 주파수는, 유기 전압의 주파수와 다른 주파수를 가질 수 있다.
예를 들면, 스위칭 주파수는, 수백kHz 이상일 수 있다.
예를 들면, 유기 전압은, 80-90kHz의 주파수를 가질 수 있다.
제3 신호는, 검출 코일(210)에 형성되는 유기 전압의 주파수에 기초한 신호로 정의될 수 있다.
제1 신호 처리부(241)는, 증폭기(701), ADC(702), 로우 패스 필터(LPF : low pass filter)(703) 및 하이 패스필터(HPF : high pass filter)(704)를 포함할 수 있다.
증폭기(701)는, 검출 회로(270)의 출력 신호를 증폭할 수 있다. 증폭기(701)는, 제1 신호를 증폭할 수 있다.
ADC(Analog-to-digital converter)(702)는, 증폭된 아날로그 출력 신호를 디지털 신호로 전환할 수 있다. ADC(702)는 증폭된 제1 신호를 디지털 신호로 전환할 수 있다.
로우 패스 필터(703)는, 제1 신호에서 제2 신호를 분리할 수 있다.
하이 패스 필터(704)는, 제1 신호에서 제3 신호를 분리할 수 있다.
실시예에 따라, 도 13d에 예시된 바와 같이, 로우 패스 필터(703) 및 하이 패스 필터(704)는 생략될 수 있다.
제2 신호 처리부(242)는, 제2 신호와 제1 기준 신호를 비교하여 제1 판별 신호를 출력할 수 있다.
예를 들면, 제2 신호 처리부(242)는, 제2 신호의 적분값을 기준값과 비교하여 제1 판별 신호를 출력할 수 있다.
예를 들면, 제2 신호 처리부(242)는, 제2 신호의 피크값을 기준값과 비교하여 제1 판별 신호를 출력할 수 있다.
예를 들면, 제2 신호 처리부(242)는, 제2 신호의 평균값을 기준값과 비교하여 제1 판별 신호를 출력할 수 있다.
예를 들면, 제2 신호 처리부(242)는, 제2 신호의 최대값을 기준값과 비교하여 제1 판별 신호를 출력할 수 있다.
예를 들면, 제2 신호 처리부(242)는, 제2 신호의 기울기를 기준값과 비교하여 제1 판별 신호를 출력할 수 있다.
예를 들면, 제2 신호 처리부(242)는, 제2 신호의 최대/최소 변화량을 기준 값과 비교하여 제1 판별 신호를 출력할 수 있다.
도 13d에 예시된 바와 같이, 제2 신호 처리부(242)는, 검출 회로(270)의 출력을 송신 패드(14)와 수신 패드(21)간 충전 주파수와 동기화하여 유기 전압의 포지티브 사이클간의 비교 또는 네거티브 사이클 간의 비교를 통해 제1 판별 신호를 출력할 수 있다.
제1 판별 신호는, DC 신호일 수 있다.
예를 들면, 제2 신호 처리부(242)는, 제2 신호와 제1 기준 신호간에 차이가 발생되는 경우, 하이(high) 신호를 생성할 수 있다.
예를 들면, 제2 신호 처리부(242)는, 제2 신호와 제1 기준 신호간에 차이가 발생되지 않는 경우, 로우(low) 신호를 생성할 수 있다.
출력된 제1 판별 신호는, 프로세서(271)에 제공될 수 있다.
프로세서(271)는, 제1 판별 신호에 기초하여, 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다.
한편, 제2 신호 처리부(242)의 하위 구성은, 도 15a 이후를 참조하여 설명한다.
제3 신호 처리부(243)는, 제3 신호와 제2 기준 신호를 비교하여 제2 판별 신호를 출력할 수 있다.
예를 들면, 제3 신호 처리부(243)는, 제3 신호의 적분값을 기준값과 비교하여 제2 판별 신호를 출력할 수 있다.
예를 들면, 제3 신호 처리부(243)는, 제3 신호의 피크값을 기준값과 비교하여 제2 판별 신호를 출력할 수 있다.
예를 들면, 제3 신호 처리부(243)는, 제3 신호의 평균값을 기준값과 비교하여 제2 판별 신호를 출력할 수 있다.
예를 들면, 제3 신호 처리부(243)는, 제3 신호의 최대값을 기준값과 비교하여 제2 판별 신호를 출력할 수 있다.
예를 들면, 제3 신호 처리부(243)는, 제3 신호의 기울기를 기준값과 비교하여 제2 판별 신호를 출력할 수 있다.
예를 들면, 제3 신호 처리부(243)는, 제3 신호의 최대/최소 변화량을 기준값과 비교하여 제2 판별 신호를 출력할 수 있다.
도 13d에 예시된 바와 같이, 제2 신호 처리부(243)는, 검출 회로(270)의 출력을 송신 패드(14)와 수신 패드(21)간 충전 주파수와 동기화하여 유기 전압의 포지티브 사이클간의 비교 또는 네거티브 사이클 간의 비교를 통해 제2 판별 신호를 출력할 수 있다.
제2 판별 신호는, DC 신호일 수 있다.
예를 들면, 제3 신호 처리부(243)는, 제3 신호와 제2 기준 신호간에 차이가 발생되는 경우, 하이 신호를 생성할 수 있다.
예를 들면, 제3 신호 처리부(243)는, 제3 신호와 제2 기준 신호간에 차이가 발생되지 않는 경우, 로우 신호를 생성할 수 있다.
출력된 제2 판별 신호는, 프로세서(271)에 제공될 수 있다.
프로세서(271)는, 제2 판별 신호에 기초하여, 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다.
한편, 제3 신호 처리부(243)의 하위 구성은, 도 15a 이후를 참조하여 설명한다.
프로세서(271)는, 이물질 검출 장치(200)의 각 구성 요소와 전기적으로 연결될 수 있다.
프로세서(271)는, 이물질 검출 장치의 각 구성 요소를 제어할 수 있다.
프로세서(271)는, 제2 신호 및 제3 신호에 기초한 신호에 따라, 송신 패드(14)와 수신 패드(21) 사이에 위치하는 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다.
프로세서(271)는, 검출 코일(210)의 임피던스 변화에 기초하여, 오브젝트의 존재 여부를 판단할 수 있다.
예를 들면, 프로세서(271)는, 제2 신호 처리부(242)에서 하이 신호를 수신하는 경우, 송신 패드(14)와 수신 패드(21) 사이에 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
프로세서(271)는, 검출 코일(210)에 걸리는 유기 전압값에 기초하여, 오브젝트의 존재 여부를 판단할 수 있다.
예를 들면, 프로세서(271)는, 제3 신호 처리부(243)에서 하이 신호를 수신하는 경우, 송신 패드(14)와 수신 패드(21) 사이에 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
프로세서(271)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(271)는, 알람부에서 알람이 출력되도록 제어할 수 있다.
프로세서(271)는, 무선 충전 시스템(100)에 무선 충전 중단을 위한 신호를 제공할 수 있다.
실시예에 따라, 프로세서는(271)는 제2 신호 처리부(242) 및 제3 신호 처리부(243)의 역할을 수행할 수 있다.
한편, 이물질 검출 장치(200)는, 메모리를 더 포함할 수 있다.
메모리는, 후술하는 기준값을 저장할 수 있다.
실시예에 따라, 메모리는, 프로세서(271)의 하위 구성으로 분류될 수도 있다.
한편, 프로세서(271)는, ASICs (application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따라 검출 코일에 유기되는 전압의 크기에 따른 시뮬레이션 파형을 나타낸다.
도 14를 참조하면, 지시부호 1401은 검출 코일(210)에 유기되는 전압의 크기에 따른 3개의 파형(초록색 : 0V, 파란색 : 2V, 빨간색 : 5V)을 나타낸다.
지시부호 1402는 이에 따른 검출 코일(210)의 전류 파형을 나타낸다.
검출 코일(210)에 유기되는 전압의 크기가 0보다 작아지는 구간에서 검출코일(210)의 전류가 상승함을 확인할 수 있다.
유기전압이 작아짐에 따라 피크 전류뿐만 아니라, 정현파 형태를 가지는 파형이 같이 보임을 확인할 수 있다.
이는 스위치 턴-온 시간이 전류가 0으로 감쇄되는 시간보다 짧기 때문이다. 오히려 유기전압에 대한 변화를 확실히 보여줄 수 있으므로, 검출 성능에는 더 도움이 된다.
도 15a는 본 발명의 실시예에 따른 제2 신호 처리부 또는 제3 신호 처리부를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 15b는, 도 15a에서 처리되는 신호를 설명하는데 참조되는 도면이다
도 15a 내지 도 15b를 참조하면, 제2 신호 처리부(242)는, 2 신호와 제1 기준 신호를 비교하여 제1 판별 신호를 출력할 수 있다.
제2 신호 처리부(242)는, 적분기(720) 및 비교기(730)를 포함할 수 있다.
적분기(720)는, 제2 신호를 기 설정된 시간 동안 적분할 수 있다.
적분기(720)는, 제2 신호를 기 설정된 시간 동안 적분하여 신호를 출력할 수 있다.
지시 부호 741 및 742는, 기 설정된 시간 동안 적분된 제2 신호를 예시한다.
특히, 지시 부호 741은, 검출 코일(210) 주변에 이물질이 존재하는 경우를 예시하고, 지시 부호 742는 검출 코일(210) 주변에 이물질이 존재하지 않는 경우를 예시한다.
이물질의 유무에 따라 검출코일의 전류값이 다르기에 적분기 출력이 기준값에 도달하는 속도에 차이가 발생한다. 이러한 특성을 이용하여 적절한 기준값을 설정하여 이물질을 검출 할 수 있다.
이물질 유무에 따른 적분기 출력신호를 비교해 보면 검출시점(t')에서 이물질이 있는 경우(741) 기준값(740) 이상의 출력전압을 가진다. 이물질이 없는 경우(742)에는 검출시점에서 기준값(740) 미만의 출력전압을 가진다.
기준값(740) 및 검출시점을 조정(캘리브레이션 과정)하여 적용환경에 알맞은 이물질 검출회로의 민감도를 조정 가능하다.
도 15b의 파형은 특정 상황에 대한 이론적 예시이며, 실제 측정과정 및 검출하고자 하는 이물질의 물성치에 따라 이물질이 있는 경우와 없는 경우의 파형 특징이 반전될 수도 있다.
비교기(730)는, 적분기(720)의 출력값(741)과 기준값(740)을 비교할 수 있다.
비교기(730)는, 적분기(720)의 출력값(741)이 기준값(740) 이상인 경우, 하이 신호를 출력할 수 있다.
프로세서(271)는, 하이 신호를 수신하는 경우, 검출 코일(210) 주변에 금속성 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
비교기(730)는, 적분기(720)의 출력값(741)이 기준값(740) 보다 작은 경우, 로우 신호를 출력할 수 있다.
프로세서(271)는, 로우 신호를 수신하는 경우, 검출 코일(210) 주변에 금속성 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.
한편, 기준값(740)은, 이물질이 없는 상태에서, 검출 코일(210)에 흐르는 전류에 대한 테스트에 의해 설정된 값일 수 있다. 기준값(740)은, 기 설정된 시간동안 검출 코일(210)에 흐르는 전류 신호를 적분한 값에 기초하여 설정된 값일 수 있다.
이러한 검출 방식으로 인해, 이물질의 존재로 인해 변하는 전류값의 미세한 차이도 적분을 통해, 검출해 낼 수 있어, 이물질 검출 민감도가 증대되는 효과가 있다.
한편, 제3 신호 처리부(243)는, 제3 신호와 제2 기준 신호를 비교하여 제2 판별 신호를 출력할 수 있다.
제3 신호 처리부(243)는, 적분기(720) 및 비교기(730)를 포함할 수 있다.
제3 신호 처리부(243)에 포함되는 적분기(720) 및 비교기(730)는, 도 15a 내지 도 15b에서 설명한 적분기(720) 및 비교기(730)에 대한 설명이 적용될 수 있다.
도 16은 본 발명의 실시예에 다른 이물질 검출 장치의 동작을 설명하는데 참조되는 플로우 차트이다.
도 16을 참조하면, 프로세서(271)는, 캘리브레이션을 수행할 수 있다. 프로세서(271)는, 기준값을 설정할 수 있다.
프로세서(271)는, 적분기(720) 리셋 동작을 수행할 수 있다(S810).
적분기(720)를 이용하는 이물질 검출 방식은 적분기(720)의 출력신호가 포화(예, 증폭기의 출력신호의 최대값이 공급전압으로 제한되는 현상)되는 것을 방지하기 위해 검출 전후로 리셋 동작이 필수적으로 시행되어야 한다.
적분기 리셋(t0) 이후 일정 시간이 지난 검출시점(t')에서 비교기(730)는 이물질이 없는 경우는 로우 신호를, 이물질이 있는 경우는 하이 신호를 출력할 수 있다(S820).
프로세서(271)는, 비교기(730)로부터 수신되는 신호가 하이 신호인지 판단할 수 있다(S830).
수신 신호가 하이 신호로 판단되는 경우, 프로세서(271)는, 알람 출력을 위한 신호를 생성하여 제공할 수 있다(S840).
이후에, 프로세서(271)는, 적분기(720)를 리셋하여 반복적인 이물질 검출 작업을 수행한다.
도 17a는 본 발명의 실시예에 따른 신호 처리부를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 17b는, 도 17a의 신호 처리부에서 처리되는 신호를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 17a 내지 도 17b를 참조하면, 제2 신호 처리부(242)는, 2 신호와 제1 기준 신호를 비교하여 제1 판별 신호를 출력할 수 있다.
제2 신호 처리부(242)는, 피크 디텍터(721) 및 비교기(730)를 포함할 수 있다.
피크 디텍터(721)는, 제2 신호의 피크값을 검출할 수 있다.
피크 디텍터(721)는, 제2 신호의 피크값을 검출하여 신호를 출력할 수 있다.
지시 부호 941 및 942는, 피크 디텍터(721)에 의해 생성된 신호를 예시한다.
이물질이 있을 경우, 검출 코일(210)의 인덕턴스 변화에 의해, 센싱값 파형의 첨두치가 변하게 된다. 이러한 특성을 이용하여 적절한 기준값을 설정하여 이물질을 검출 할 수 있다.
비교기(730)는, 피크 디텍터(721)의 출력값(941, 942)과 기준값(940)을 비교할 수 있다.
비교기(730)는, 피크 디텍터(721)의 출력값(942)이 기준값(940) 이상인 경우, 하이 신호를 출력할 수 있다.
프로세서(271)는, 하이 신호를 수신하는 경우, 검출 코일(210) 주변에 금속성 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
비교기(730)는, 피크 디텍터(721)의 출력값(941)이 기준값(940)보다 작은 경우, 로우 신호를 출력할 수 있다.
프로세서(271)는, 로우 신호를 수신하는 경우, 검출 코일(210) 주변에 금속성 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.
한편, 기준값(940)은, 이물질이 없는 상태에서, 검출 코일(210)에 흐르는 전류에 대한 테스트에 의해 설정된 값일 수 있다. 기준값(940)은, 검출 코일(210)에 흐르는 전류의 피크값에 기초하여 설정된 값일 수 있다.
한편, 제3 신호 처리부(243)는, 제3 신호와 제2 기준 신호를 비교하여 제2 판별 신호를 출력할 수 있다.
제3 신호 처리부(243)는, 피크 디텍터(721) 및 비교기(730)를 포함할 수 있다.
제3 신호 처리부(243)에 포함되는 피크 디텍터(721) 및 비교기(730)는, 도 17a 내지 도 17b에서 설명한 피크 디텍터(721) 및 비교기(730)에 대한 설명이 적용될 수 있다.
도 18a는 본 발명의 실시예에 따른 신호 처리부를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 18b는 도 18a의 신호 처리부에서 처리되는 신호를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 18a 내지 도 18b를 참조하면, 제2 신호 처리부(242)는, 2 신호와 제1 기준 신호를 비교하여 제1 판별 신호를 출력할 수 있다.
제2 신호 처리부(242)는, 저역 필터(722) 및 비교기(730)를 포함할 수 있다.
저역 필터(722)는, 제2 신호의 평균값을 추출할 수 있다.
저역 필터(722)는, 제2 신호의 평균값을 추출하여 신호를 출력할 수 있다.
지시 부호 1141 및 1142는, 저역 필터(722)에 의해 생성된 신호를 예시한다.
이물질이 있는 경우, 검출 코일(210)의 등가 저항이 증가하여 전류 감지부(230)에서 센싱하는 센싱값 파형의 평균값이, 아래 수학식에 의해 낮아지게 된다.
수학식
Figure pat00001
비교기(730)는, 저역 필터(722)의 출력값(1141, 1142)과 기준값(1140)을 비교할 수 있다.
비교기(730)는, 저역 필터(722)의 출력값(1141)이 기준값(1140)보다 큰 경우, 로우 신호를 출력할 수 있다.
프로세서(271)는, 로우 신호를 수신하는 경우, 검출 코일(210)의 주변에 금속성 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.
비교기(730)는, 저역 필터(722)의 출력값(1142)이 기준값(1140) 이하인 경우, 하이 신호를 출력할 수 있다.
프로세서(271)는, 하이 신호를 수신하는 경우, 검출 코일(210)의 주변에 금속성 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
한편 기준값(1140)은, 이물질이 없는 상태에서, 검출 코일(210)에 흐르는 전류에 대한 테스트에 의해 설정된 값일 수 있다. 기준값(1140)은, 검출 코일(210)에 흐르는 전류의 평균값에 기초하여 설정된 값일 수 있다.
한편, 제3 신호 처리부(243)는, 제3 신호와 제2 기준 신호를 비교하여 제2 판별 신호를 출력할 수 있다.
제3 신호 처리부(243)는, 저역 필트(722) 및 비교기(730)를 포함할 수 있다.
제3 신호 처리부(243)에 포함되는 저역 필터(722) 및 비교기(730)는, 도 18a 내지 도 18b에서 설명한 저역 필터(722) 및 비교기(730)에 대한 설명이 적용될 수 있다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 이물질 검출 장치의 동작을 설명하는데 참조되는 플로우 차트이다.
도 19를 참조하면, 프로세서(271)는, 캘리브레이션을 수행할 수 있다. 프로세서(271)는, 기준값을 설정할 수 있다.
비교기(730)는, 이물질이 없는 경우, 로우 신호를, 이물질이 있는 경우, 하이 신호를 출력할 수 있다(S1210).
프로세서(271)는, 비교기(730)로부터 수신되는 신호가 하이 신호인지 판단할 수 있다(S1220).
수신 신호가 하이 신호로 판단되는 경우, 프로세서(271)는, 알람 출력을 위한 신호를 생성하여 제공할 수 있다(S1230).
이후에, 프로세서(271)는, 저역 필터(722)를 리셋하여 반복적인 이물질 검출 작업을 수행한다.
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 (11)

  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;
    직류 전원과 상기 검출 코일 사이에 배치되는 스위칭부;
    상기 스위칭부의 턴온(turn on) 및 턴오프(turn off)에 따라 상기 검출 코일에 흐르는 전류의 변화를 센싱하는 전류 감지부;
    상기 전류 감지부에서 생성되는 제1 신호를 주파수 대역에 기초하여, 제2 신호와 제3 신호로 분리하는 제1 신호 처리부; 및
    상기 제2 신호 및 상기 제3 신호에 기초한 신호에 따라, 상기 송신 패드와 상기 수신 패드 사이에 위치하는 이물질의 존재 여부를 판단하는 프로세서;를 포함하는 이물질 검출 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 신호는, 상기 스위칭부의 스위칭 주파수에 기초한 신호이고,
    상기 제3 신호는, 상기 검출 코일에 형성되는 유기 전압의 주파수에 기초한 신호인 이물질 검출 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 신호 처리부는,
    상기 제1 신호에서 상기 제2 신호를 분리하는 로우 패스 필터(low pass filter); 및
    상기 제1 신호에서 상기 제3 신호를 분리하는 하이 패스 필터(high pass filter);를 포함하는 이물질 검출 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제2 신호와 제1 기준 신호를 비교하여 제1 판별 신호를 출력하는 제2 신호 처리부;를 더 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 판별 신호에 기초하여, 이물질의 존재 여부를 판단하는 이물질 검출 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제2 신호 처리부는,
    상기 제2 신호를 기 설정된 시간 동안 적분하는 적분기; 및
    상기 적분기의 출력값과 기준값을 비교하는 비교기;를 포함하는 이물질 검출 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 제2 신호 처리부는,
    상기 제2 신호의 피크값을 검출하는 피크 디텍터; 및
    상기 피크 디텍터의 출력값과 기준값을 비교하는 비교기;를 포함하는 이물질 검출 장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 제2 신호 처리부는,
    상기 제2 신호의 평균값을 추출하는 저역 필터; 및
    상기 저역 필터의 출력값과 기준값을 비교하는 비교기;를 포함하는 이물질 검출 장치.
  8. 제 3항에 있어서,
    상기 제3 신호와 제2 기준 신호를 비교하여 제2 판별 신호를 출력하는 제3 신호 처리부;를 더 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 제2 판별 신호에 기초하여, 이물질의 존재 여부를 판단하는 이물질 검출 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 검출 코일과 적층되고, 상기 검출 코일에 형성되는 유기 전압을 상쇄하는 유기 전압 상쇄 코일;을 더 포함하는 이물질 검출 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 검출 코일은, 제1 방향으로 권취되고,
    상기 유기 전압 상쇄 코일은, 제2 방향으로, 상기 검출 코일 보다 더 적은 횟수로 권취되는 이물질 검출 장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 검출 코일에서 코일의 권취에 의해 정의되는 제1 형상은,
    상기 유기 전압 상쇄 코일에서 코일의 권취에 의해 정의되는 제2 형상보다 작은 이물질 검출 장치.


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