KR20200022086A - 무선 전력 전송 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 전력 전송 방법 및 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 무선 전력 전송 방법은 충전 중 통신 상태가 정상인지 여부를 판단하는 제1 판단 단계와 상기 제1판단 단계에서 상기 통신 상태가 정상이 아니면, 무선 전력 수신기가 충전 가능 영역에 존재하는지 판단하는 제2 판단 단계와 상기 제2 판단 단계에서 상기 충전 가능 영역에 존재하면, 충전에 사용중인 송신 코일을 제외한 나머지 송신 코일을 이용하여 통신 상태가 정상인 송신 코일을 탐색하는 탐색 단계와 상기 탐색된 송신 코일을 이용하여 충전을 수행하는 충전 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명은 충전 베드상에서의 무선 전력 수신기의 이동에 관계없이 끊김 없는 충전이 가능한 무선 전력 송신기를 제공할 수 있는 장점이 있다.

Description

무선 전력 전송 방법 및 장치{Wireless Power Transmission Method and Apparatus}

본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 상세하게, 복수의 송신 코일이 구비된 무선 전력 송신기에서 충전 중 통신 이상이 감지되면, 충전을 중단하지 않고 충전 가능한 새로운 송신 코일을 탐색하여 충전을 재개하는 것이 가능 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.

무선 충전은 충전 효율을 극대화시키는 것도 중요하지만 사용자의 불편을 최소화시키는 것도 중요하다.

종래의 무선 충전 시스템은 충전 중 충전 영역에 배치된 무선 전력 수신기가 외부 충격 등에 의해 움직여 통신이 불가한 경우, 충전을 중단하고 다시 수신기를 탐색하는 절차를 수행하였다.

충전이 비정상적으로 종료되는 경우, 무선 전력 송신기가 특정 알람음을 출력하므로 종래의 무선 충전 시스템은 사용자의 불편을 야기하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 끊김 없는 충전을 제공하는 무선 전력 전송 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 사용자의 불편을 최소화시키는 것이 가능한 무선 전력 전송 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 충전 중 통신 장애 감지 시 충전을 중단하지 않고 즉시 통신 장애를 복구하여 충전 상태를 지속적으로 유지하는 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 무선 전력 전송 방법 및 무선 전력 송신기를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 무선 전력 전송 방법은 충전 중 통신 상태가 정상인지 여부를 판단하는 제1 판단 단계와 상기 제1판단 단계에서 상기 통신 상태가 정상이 아니면, 무선 전력 수신기가 충전 가능 영역에 존재하는지 판단하는 제2 판단 단계와 상기 제2 판단 단계에서 상기 충전 가능 영역에 존재하면, 충전에 사용중인 송신 코일을 제외한 나머지 송신 코일을 이용하여 통신 상태가 정상인 송신 코일을 탐색하는 탐색 단계와 상기 탐색된 송신 코일을 이용하여 충전을 수행하는 충전 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 판단 단계에서, 주기적인 피드백 신호의 수신 상태에 기초하여 통신 상태가 정상인지 여부가 판단될 수 있다.

또한, 상기 제2 판단 단계에서, 상기 충전에 사용중인 송신 코일의 전류 변화량이 기준치 이하이면 상기 무선 전력 수신기가 충전 가능 영역에 존재하는 것으로 판단되고, 상기 전류 변화량이 상기 기준치를 초과하면 상기 무선 전력 수신기가 충전 가능 영역에 존재하지 않는 것으로 판단될 수 있다.

또한, 상기 송신 코일의 동작 모드는 충전을 위한 제1 전력이 전송되는 전송모드와 전환 대상인 송신 코일을 탐색하기 위한 제2 전력이 전송되는 중립 모드와 전력 전송이 차단되는 차단 모드를 포함하고, 상기 제1 전력의 세기가 상기 제2 전력의 세기보다 클 수 있다.

또한, 상기 탐색 단계는 상기 전송 모드의 송신 코일을 상기 차단 모드로 전환하는 단계와 상기 차단 모드로 전환된 송신 코일을 제외한 나머지 송신 코일을 상기 차단 모드에서 상기 중립 모드로 전환하는 단계와 상기 중립 모드로 전환된 송신 코일 중 피드백 신호가 정상적으로 수신되는 송신 코일을 탐색하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 충전 단계는 상기 피드백 신호가 정상적으로 수신되는 송신 코일을 상기 중립 모드에서 상기 전송 모드로 전환하는 단계와 상기 중립 모드인 송신 코일을 상기 차단 모드로 전환하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 복수의 송신 코일을 포함하는 안테나와 교류 전력 신호를 생성하여 상기 안테나에 제공하는 전력 변환기와 충전 중 통신 상태가 정상인지 여부를 판단하고, 상기 통신 상태가 정상이 아니면, 무선 전력 수신기가 충전 가능 영역에 존재하는지 판단하고, 상기 무선 전력 수신기가 충전 가능 영역에 존재하면, 충전에 사용중인 송신 코일을 제외한 나머지 송신 코일을 이용하여 통신 상태가 정상인 송신 코일을 탐색하고, 상기 탐색된 송신 코일을 통해 충전이 이루어지도록 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어기는 주기적인 피드백 신호의 수신 상태에 기초하여 통신 상태가 정상인지 여부를 판단할 수 있다.

또한, 상기 제어기는 충전 중 상기 안테나로 인가되는 전류의 변화량이 기준치 이하이면 상기 무선 전력 수신기가 충전 가능 영역에 존재하는 것으로 판단하고, 상기 전류의 변화량이 상기 기준치를 초과하면 상기 무선 전력 수신기가 충전 가능 영역에 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.

또한, 상기 안테나는 상기 복수의 송신 코일 각각의 동작 모드를 전환하기 위한 모드 스위치를 포함하고, 상기 동작 모드는 충전을 위한 제1 전력이 전송되는 전송모드와 전환 대상인 송신 코일을 탐색하기 위한 제2 전력이 전송되는 중립 모드와 전력 전송이 차단되는 차단 모드를 포함하고, 상기 제1 전력의 세기가 상기 제2 전력의 세기보다 클 수 있다.

또한, 상기 제어기가 상기 전송 모드의 송신 코일을 상기 차단 모드로 전환하고, 상기 차단 모드로 전환된 송신 코일을 제외한 나머지 송신 코일을 상기 차단 모드에서 상기 중립 모드로 전환하고, 상기 중립 모드로 전환된 송신 코일 중 피드백 신호가 정상적으로 수신되는 송신 코일을 탐색할 수 있다.

또한, 상기 제어기가 상기 피드백 신호가 정상적으로 수신되는 송신 코일을 상기 중립 모드에서 상기 전송 모드로 전환하고, 상기 중립 모드인 송신 코일을 상기 차단 모드로 전환할 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 끊김 없는 충전을 제공하는 무선 전력 전송 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 비정상 충전 중단에 따른 알람 발생을 미연에 차단함으로써, 사용자의 불편을 최소화시키는 것이 가능한 무선 전력 전송 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 충전 중 통신 장애 감지 시 충전을 중단하지 않고도 즉시 통신 장애를 복구하여 충전 상태를 유지함으로써, 충전 완료 시간을 단축하는 가능한 무선 전력 전송 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 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
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 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치의 세부 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 도 6의 무선 전력 송신 장치에 구비되는 안테나의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 7의 안테나에 구비되는 모드 스위치의 예시적인 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 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.

실시 예에 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.

또한, 일 실시 예에 따른 수신기는 적어도 하나의 무선 전력 수신 수단이 구비될 수 있으며, 2개 이상의 송신기로부터 동시에 무선 파워를 수신할 수도 있다.

일 실시 예에 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 발명의 일 실시 예에 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 인밴드통신(In-band Communication) 을 수행할 수 있다.

다른 일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 상이한 별도의 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 대역외통신(Out-of-band Communication)을 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 실시 예들의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.

상기 인밴드통신 및 대역외통신은 양방향 통신을 제공할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 다른 실시 예에 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 통신 방식일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 송신단(10)이 무선 전력 수신단(20)으로만 정보를 전송하는 통신 방식일 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. 즉, 반이중 통신 방식은 특정 시점에 하나의 송신기 및 수신기 중 어느 하나에 의해서만 통신 채널이 점유되는 통신 방식을 의미할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 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 실시 예에 따른 무선 전력 송신단(10)은 고속 충전 지원 여부를 지시하는 소정 패킷을 무선 전력 수신단(20)에 전송할 수 있다.

도 2는 본 발명에 다른 실시 예에 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 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

도 3을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(300)는 제어기(310), 전력 변환기(320), 안테나(330) 및 복조기(340)을 포함하여 구성될 수 있다.

전력 변환기(320)는 제어기(310)의 제어 신호에 따라 직류 전력을 교류 전력으로 변환시킬 수 있다.

안테나(330)은 전력 변환기(320)의 출력단에 연결되어 전력 변환기(320)에 의해 생성된 교류 전력 신호를 구비된 송신 코일(미도시)을 통해 무선으로 출력할 수 있다.

실시 예에 따른 안테나(330)는 무선 전력 전송을 위한 송신 코일뿐만 아니라 NFC(Near Field Communication) 등과 같은 근거리 무선 통신을 위한 근거리 무선 통신 안테나 및 무선 모바일 결제 서비스를 위한 모바일 결재 안테나 중 적어도 하나를 더 포함하여 구성될 수도 있다.

이때, 송신 코일, 무선 통신 안테나 및 모바일 결재 안테나는 상호 간섭이 최소화되도록 서로 중첩되지 않게 배치될 수 있다.

복조기(340)는 안테나(330)의 일측에 연결될 수 있으며, 아날로그 디지털 변환기(Analog Digital Converter)를 포함하여 구성될 수 있다.

복조기(340)는 안테나(330)를 통해 수신된 신호를 복조한 후, 복조된 패킷을 제어기(310)로 전달할 수 있다.

일 실시 예로, 제어기(310)와 복조기(340)가 하드웨어적으로 하나의 모듈(또는 칩셋)으로 통합 구성될 수도 있다.

다른 실시 예로, 복조기(340)의 일부 기능 및 구성이 제어기(310)로 통합되어 구성될 수도 있다.

제어기(310)는 복조기(340)로부터 수신되는 소정 패킷-예를 들면, 제어 오류 값이 포함된 제어 오류 패킷일 수 있음-에 기반하여 동적으로 동작점(Operating Point)을 결정할 수 있다. 여기서, 제어 오류 값은 수신기가 요구한 전력과 실제 수신기에 수신되는 전력의 편차를 식별하기 위한 값일 수 있다. 따라서, 제어기(310)는 제어 오류 값에 기반하여 전송 전력을 제어할 수 있다.

제어기(310)는 결정된 동작점에 상응하는 소정 전력 제어 파라메터를 제어(또는 설정)함으로써, 안테나(330)를 통해 전송되는 무선 전력의 세기를 조절할 수 있다.

일 예로, 제어기(310)는 결정된 동작점에 따라 동작 주파수(Operating Frequency), 펄스 폭 변조 신호의 듀티 레이트(Duty Rate) 및 펄스 폭 변조 신호의 위상(Phase) 중 적어도 하나의 전력 제어 파라메터를 제어하여 전력 변환기(320)의 출력을 제어할 수 있다.

전력 변환기(320)는 외부 전원으로부터 인가되는 직류 전압을 소정 직류 전압으로 변환하여 출력하는 직류-직류 변환기(미도시), 제어기(310)로부터 복수의 펄스 폭 변조 신호에 따라 구비된 스위치를 제어하여 교류 전력 신호를 생성하는 인버터(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.

전력 변환기(320)의 세부 구성은 후술할 도면들의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 전력 변환기(320)에 구비되는 인버터는 하프 브릿지 인버터 또는 풀 브릿지 인버터로 구현될 수 있다.

풀 브릿지 회로는 하프 브릿지 회로에 비해 전력 증폭 비율은 최대 2배이나, 스위치 소자에 의한 전력 손실도 최대 2배일 수 있다.

풀 브릿지 회로는 구동 신호-즉, 펄스 폭 변조 신호-를 어떻게 제어하느냐에 따라 하프 브릿지 모드로도 동작될 수 있으며, 이를 통해 폭넓은 범위의 전력이 제공될 수 있다.

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(unexpectedpacket), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 패킷 전송 오류가 있거나(transmission error), 전력 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(unexpectedpacket), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 기 설정된 전력 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 전력 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 식별 및 구성 단계(430)로 천이할 수 있다(S408).

상기한 전력 전송 계약은 송신기와 수신기의 상태 및 특성 정보에 기반하여 설정될 수 있다. 일 예로, 송신기 상태 정보는 최대 전송 가능한 파워에 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 다른 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 단계일 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(unexpectedpacket), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out),패킷 전송 오류가 있거나(transmission error), 전력 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 실시 예에 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 전력 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 전력 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 전력 전송 계약은 송신기와 수신기의 상태 및 특성 정보에 기반하여 설정될 수 있다. 일 예로, 송신기 상태 정보는 최대 전송 가능한 파워에 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 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치의 세부 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

도 6을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(600)는 제어기(610), 전력변환기(620), 안테나(630), 복조기(640), 전원 입력 단자(650)을 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 전력변환기(620)는 인버터(Invertor, 621) 및 직류-직류 변환기(DC-DC Convertor, 623)를 포함하여 구성될 수 있다.

전원 입력 단자(650)를 통해 인가되는 제1 직류 전압(V_in)은 직류-직류 변환기(623)에 의해 제2 직류 전압(V_rail)으로 변환되어 인버터(621)의 동작 전압으로 제공될 수 있다.

제어기(610)는 인버터(621)에 구비된 복수의 스위치를 제어하기 위한 제1 내지 제N 스위치 제어 신호(SC_1 및 SC_N)를 생성하여 인버터(621)에 제공할 수 있다.

인버터(621)는 제1 내지 제N 스위치 제어 신호에 따라 제2 직류 전압(V_rail)을 스위칭 제어하여 교류 전력 신호를 생성할 수 있다.

여기서, 제1 내지 제N 스위치 제어 신호는 펄스 폭 변조 신호일 수 있다.

안테나(630)는 인버터(621)로부터 수신되는 교류 전력 신호를 구비된 공진 회로(미도시)를 통해 무선으로 출력할 수 있다.

실시 예로, 안테나(630)는 적어도 하나의 인덕터(Inductor, L)와 적어도 하나의 캐패시터(Capacitor, C)로 구성된 LC 공진 회로를 포함하여 구성될 수 있다.

실시 예로, 안테나(630)는 후술할 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 송신 코일을 포함하여 구성될 수 있다.

제어기(610)는 복수의 송신 코일 중 어느 하나를 선택하여 해당 수신기에 대한 충전을 수행할 수 있다.

직류-직류 변환기(623)의 출력인 제2 직류 전력은 설명의 편의를 위해 인버터 입력 전압, 브이레일(V_rail), 레일 전압, 인버터 동작 전압 등으로 혼용하여 사용하기로 한다.

스위치 제어 신호의 개수 N은 인버터(621)에 구비되는 스위치-예를 들면, MOSFET 스위치일 수 있음-의 개수와 동일할 수 있다.

제어기(610)는 복조기(640)로부터 수신되는 신호에 기반하여 통신 연결 상태를 감지할 수 있다.

또한, 제어기(610)는 안테나(630)에 구비된 센서를 이용하여 송신 코일 별 전류 변화량을 측정할 수도 있다.

제어기(610)는 충전 중-즉, 전력 전송 단계에서- 피드백 신호의 수신 상태에 기초하여 통신 연결 상태가 정상인지 판단할 수 있다.

일 예로, 제어기(610)는 충전 중 일정 주기로 수신되어야 하는 피드백 신호가 연속적으로 소정 회수 이상 수신되지 않으면, 통신 연결 상태가 정상이 아닌 것으로 판단할 수 있다.

다른 일 예로, 제어기(610)는 제1 시간 동안 수신되지 않은 특정 피드백 신호의 개수가 소정 임계치를 초과하면, 해당 수신기와의 통신 연결 상태가 정상이 아닌 것으로 판단할 수도 있다.

여기서, 제어기(610)는 충전 중 피드백 신호가 정상적으로 수신되지 않아 해당 무선 전력 수신기와의 통신 연결을 해제하기 위해 사용되는 통신 연결 해제 타이어의 구동 시간보다 제1 시간을 짧게 설정할 수 있다.

일 예로, 무선 전력 송신 장치(600)가 WPC Qi 표준에 따른 전자기 유도 방식으로 동작하는 경우, 피드백 신호는 송신기에 의해 전송되는 전력을 제어하기 위해 수신기가 충전 중 일정 주기로 전송하는 제어 오류 패킷을 포함할 수 있다.

다른 일 예로, 무선 전력 송신 장치(600)가 WPC Qi 표준에 따른 전자기 유도 방식으로 동작하는 경우, 피드백 신호는 수신기가 측정한 수신 전력의 세기 정보를 주기적으로 송신기에 보고하기 위한 수신 신호 세기 패킷을 포함할 수도 있다.

또 다른 예로 무선 전력 송신기가 A4WP 표준에 따른 전자기 공진 방식으로 동작하는 경우, 피드백 신호는 송신기의 전송 전력을 제어하기 위해 수신기가 일정 주기로 전송하는 PRU(Power Receiving Unit) 동작 파라메터(Dynamic Parameter) 메시지를 포함할 수도 있다.

제어기(610)는 안테나(630)에 구비된 복수의 송신 코일에 대한 동작 모드를 제어할 수 있다. 여기서, 동작 모드는 전송 모드, 중립 모드 및 차단 모드를 포함할 수 있다.

전송 모드는 무선 전력이 해당 송신 코일을 통해 전송되어 정상적인 충전이 이루어지는 동작 모드일 수 있다.

중립 모드는 충전 중 통신 장애로 통신 연결을 해제하기 이전에 충전에 사용할 새로운 송신 코일이 탐색되는 동작 모드일 수 있다.

차단 모드는 해당 송신 코일에서의 전력 전송이 완전히 차단되는 동작 모드일 수 있다.

제어기(610)는 통신 연결 상태가 정상이 아니면, 현재 충전에 사용중인 송신 코일의 전류 변화를 감지하여 충전 가능 영역에 무선 전력 수신기가 존재하는지 판단할 수 있다.

일 예로, 제어기(610)는 현재 무선 전력을 전송하고 있는 송신 코일-즉, 전송 모드의 송신 코일-에 대한 전류 변화가 감지되면, 해당 시점의 해당 송신 코일에 대응하는 전류 변화량을 측정할 수 있다.

만약, 측정된 전류 변화량이 소정 기준치 이하이면, 제어기(610)는 무선 전력 수신기가 외부 충격 등에 의해 충전 베드상에서 이동하였으나, 아직 충전이 가능한 영역에 배치되어 있는 것으로 판단할 수 있다.

반면, 상기 측정된 전류 변화량이 상기 기준치를 초과하면, 제어기(610)는 무선 전력 수신기가 충전 가능한 영역을 벗어났거나 충전 베드에서 완전히 제거된 것으로 판단할 수 있다.

제어기(610)는 통신 상태가 정상이 아닌 수신기가 아직 충전 가능 영역에 존재하고 있다고 판단하면, 제어기(610)는 현재 전송 모드의 송신 코일을 차단 모드로 전환시킬 수 있다.

제어기(610)는 차단 모드로 전환된 송신 코일을 제외한 나머지 송신 코일을 차단 모드에서 중립 모드로 전환하여 피드백 신호가 정상적으로 수신되는 송신 코일을 탐색할 수 있다. 여기서, 제어기(610)는 일정 시간 간격을 두고 순차적으로 차단 모드의 송신 코일을 중립 모드로 전환시킬 수 있다.

여기서, 중립 모드에 상응하는 동작 전압은 전송 모드에 상응하는 동작 전압보다 낮도록 제어될 수 있다.

일 예로, 중립 모드의 동작 전압은 디지털 핑(또는 롱 비콘)에 상응하는 동작 전압으로 설정될 수 있다. 이는, 충전 중인 무선 전력 수신기가 외부 충격 등에 의해 충전 베드상에서 이동된 후 갑자기 과도하게 높은 전압 또는 전류를 수신하여 파손되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

제어기(650)는 피드백 신호가 정상적으로 수신되는 송신 코일이 탐색되면, 탐색된 송신 코일의 동작 모드를 중립 모드에서 전송 모드로 전환시키고, 중립 모드의 송신 코일은 다시 차단 모드로 전환시킬 수 있다.

이후, 무선 전력 송신 장치(600)는 전송 모드로 전환된 송신 코일을 이용하여 충전을 수행할 수 있다.

제어기(610)는 통신 장애 감지 후 충전 가능 영역에 무선 전력 수신기가 존재하지 않다고 판단하거나, 차단 모드에서 중립 모드로 전환한 송신 코일 중 피드백 신호가 정상적으로 수신되는 송신 코일이 존재하지 않는 경우, 선택 단계로 진입하여 통신 연결을 해제할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(600)는 충전 중 통신 장애가 감지되어도 통신 연결이 해제되기 이전에-즉, 선택 단계로 진입하기 이전에- 충전 재개가 가능한 송신 코일을 탐색할 수 있으며, 그에 따라 끊김 없는 충전을 수행할 수 있는 장점이 있다.

도 7은 도 6의 무선 전력 송신 장치에 구비되는 안테나의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 안테나(630)는 모드 스위치 어셈블리(710), 코일 어셈블리(720), 센서 어셈블리(730) 및 공진 캐패시터(740)를 포함하여 구성될 수 있다.

모드 스위치 어셈블리(710)에 구비되는 모드 스위치의 개수, 코일 어셈블리(720)에 구비되는 송신 코일의 개수 및 센서 어셈블리(730)에 구비되는 센서의 개수는 동일할 수 있다.

모드 스위치 어셈블리(710)는 제어기(610)의 제어 신호에 따라 구비된 모드 스위치의 동작 모드가 제어될 수 있도록 구현될 수 있다.

제어기(610)는 모드 스위치 어셈블리(710)를 제어하여 무선 충전에 사용될 송신 코일을 선택할 수 있다.

또한, 제어기(610)는 충전 중 피드백 신호의 수신 상태 및 센서 어셈블리(730)의 센싱 결과에 기초하여 무선 전력 수신기의 충전 베드상에서 이동하였는지 여부를 판단할 수 있다.

제어기(610)는 충전 중인 무선 전력 수신기가 충전 가능한 영역 내에서 이동한 것으로 판단하면, 무선 충전을 위한 송신 코일을 다시 탐색하고, 탐색 결과에 따라 해당 송신 코일을 통해 충전이 이루어지도록 모드 스위치 어셈블리(710)를 제어할 수 있다.

코일 어셈블리(720)는 복수의 송신 코일-제1 내지 제N 코일(여기서, N은 2 이상)-을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 복수의 송신 코일은 충전 베드상에 물리적으로 서로 이격되게 배치될 수 있으나 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 복수의 송신 코일은 인접 배치된 송신 코일과 일부 중첩되게 배치될 수도 있다.

제어기(610)는 코일 어셈블리(720)에 포함된 송신 코일 중 어느 하나 (또는 적어도 어느 하나)에 인버터(621)의 출력 전류(I_coil)가 흐르도록 모드 스위치 어셈블리(710)를 제어할 수 있다.

모드 스위치 어셈블리(710)에 구비된 제1 내지 제n 모드 스위치의 일단은 인버터(621) 출력단에 연결되고 각 모드 스위치의 타단은 해당 모드 스위치에 대응하는 송신 코일에 연결될 수 있다.

센서 어셈블리(730)는 제1 내지 제n 송신 코일에 상응하는 전류 변화를 측정하는 제1 내지 제n 센서를 포함하여 구성될 수 있다.

복조기(640)는 코일 어셈블리(720)와 공진 캐피시터(740) 사이의 신호-여기서, 신호는 진폭 변조된 인밴드 신호일 수 있음-를 복조하여 제어기(610)에 전달할 수 있다.

제어기(610)는 충전 중 통신 연결 상태가 정상이 아닌 것으로 판단하면, 센서 어셈블리(730)의 해당 센서에 의해 측정된 전류 변화량에 기반하여 해당 무선 전력 수신기가 충전 가능 영역에 존재하는지 판단할 수 있다.

판단 결과, 충전 가능 영역에 존재하면, 제어기(610)는 통신 연결을 해제하지 않고, 현재 충전에 사용중인 송신 코일을 제외한 나머지 송신 코일을 이용해 무선 전력 수신기의 이동 위치-즉, 무선 전력 수신기가 이동한 위치에 대응하는 송신 코일-을 식별할 수 있다.

이때, 제어기(610)는 이동된 위치에 대응하는 송신 코일을 이용하여 충전을 재개할 수 있다.

본 발명에 따른 무선 전력 송신기는 충전 중 통신 상태가 정상이 아닌 경우, 해당 수신기와의 통신 연결을 해제하지 않고도 수신기의 이동 위치를 빠르게 탐색하여 즉시 충전을 재개할 수 있는 장점이 있다.

상기한 도 7의 실시 예에서는 센서 어셈블리(730)에 의해 측정된 전류 변화량에 기초하여 무선 전력 수신기가 충전 가능 영역에 존재하는지 여부를 판단하는 것으로 설명되었으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 다른 실시 예는 센서 어셈블리(730) 대신에 직류-직류 변환기(632)와 인버터(621) 사이에 흐르는 전류의 변화를 측정하는 전류 센서(미도시)가 통신 장애 감지 후 무선 전력 수신기가 충전 가능 영역에 존재하는지 여부를 판단하기 위한 목적으로 구비될 수도 있다.

또 다른 실시 예는 센서 어셈블리(730) 대신에 인버터(621)와 안테나(630) 사이에 흐르는 전류의 변화를 측정하는 전류 센서(미도시)가 통신 장애 감지 후 무선 전력 수신기가 충전 가능 영역에 존재하는지 여부를 판단하기 위한 목적으로 구비될 수도 있다.

도 8은 도 7의 안테나에 구비되는 모드 스위치의 예시적인 구조를 설명하기 위한 도면이다.

무선 전력 송신기의 안테나에 구비되는 모드 스위치(800)는 해당 안테나에 배치된 각각의 송신 코일을 전송 모드, 중립 모드, 차단 모드 중 어느 하나의 동작 모드로 스위치 제어할 수 있도록 구현될 수 있다.

도 8을 참조하면, 모드 스위치(800)는 송신 코일(850)을 전송 모드로 동작시키기 위한 제1 회로 블록(820), 송신 코일(850)을 중립 모드로 동작시키기 위한 제2 회로 블록(830) 및 송신 코일(850)을 차단 모드로 동작시키기 위한 제3 회로 블록(840) 및 코일 전류(I_Coil)가 제1 회로 블록(820), 제2 회로 블록(830) 및 제3 회로 블록(400) 중 어느 하나에 인가되도록 제어하는 블록 스위치(810)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 블록 스위치(810)는 무선 전력 송신기의 제어기(610)에 의해 제어될 수 있다.

제1 회로 블록(820)은 인가된 코일 전류가 바이패스되어 송신 코일(850)에 전달되도록 구현될 수 있다.

제2 회로 블록(820)은 인가된 코일 전류가 전압 강하 소자(831)를 통과하여 전압이 일정 레벨 떨어진 후 송신 코일(850)에 전달되도록 구현될 수 있다.

일 실시 예에 따른 전압 강하 소자(831)는 저항 소자일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 일정 레벨만큼 전압을 강하시킬 수 있는 회로 소자이면 족하다.

일 예로, 전압 강하 소자(831)는 가변 저항으로 구현될 수 있다. 이 경우, 제어기(610)는 가변 저항을 제어하여 중립 모드에서의 전압 강하 레벨을 동적으로 제어할 수 있다.

제3 회로 블록(830)은 인가된 코일 전류가 완전히 차단되어 송신 코일(850)에 전달되지 않도록 구현될 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 무선 전력 전송 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 9를 참조하면, 무선 전력 송신기는 충전 영역에 배치된 무선 전력 수신기를 식별하여 충전을 수행할 수 있다(S901).

무선 전력 송신기는 충전 중-즉, 전력 전송 단계에서- 피드백 신호의 수신 상태에 기초하여 통신 상태가 정상인지 판단할 수 있다(S903).

일 예로, 무선 전력 송신기는 충전 중 일정 주기로 수신되어야 하는 피드백 신호가 연속적으로 소정 회수 이상 수신되지 않으면, 통신 상태가 정상이 아닌 것으로 판단할 수 있다.

다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 제1 시간 동안 수신되지 않은 피드백 신호의 개수가 소정 임계치를 초과하면, 통신 상태가 정상이 아닌 것으로 판단할 수도 있다.

여기서, 제1 시간은 충전 중 피드백 신호가 정상적으로 수신되지 않을 때 해당 무선 전력 수신기와의 통신 연결을 해제하기 위해 사용하는 통신 연결 해제 타이어의 구동 시간보다 짧게 설정될 수 있다.

실시 예에 따른 무선 전력 송신기가 WPC Qi 표준에 따른 전자기 유도 방식으로 동작하는 경우, 피드백 신호는 전력 제어를 위한 제어 오류 패킷, 무선 전력 수신기에 수신되는 전력 신호의 세기를 주기적으로 보고하기 위한 수신 신호 세기 패킷 등을 포함할 수 있다.

다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신기가 A4WP 표준에 따른 전자기 공진 방식으로 동작하는 경우, 피드백 신호는 송신기의 전송 전력을 제어하기 위해 수신기가 주기적으로 전송하는 PRU(Power Receiving Unit) 동작 파라메터(Dynamic Parameter) 메시지를 포함할 수 있다.

상기 903 단계의 판단 결과, 통신 상태가 정상이 아니면, 무선 전력 송신기는 전송 모드의 송신 코일에 흐르는 전류의 변화를 감지하여 충전 영역에 무선 전력 수신기가 존재하는지 판단할 수 있다(S905).

일 예로, 무선 전력 송신기는 현재 무선 전력을 전송하고 있는 송신 코일-즉, 전송 모드의 송신 코일-에 대한 전류 변화가 감지되면, 해당 시점의 전류 변화량을 측정할 수 있다.

측정된 전류 변화량이 소정 기준치 이하이면, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기가 외부 충격 등에 의해 충전 베드상에서 이동하였지만, 아직 충전이 가능한 영역에 배치되어 있는 것으로 판단할 수 있다.

반면, 상기 측정된 전류 변화량이 상기 기준치를 초과하면, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기가 충전 가능한 영역을 벗어났거나 충전 베드에서 완전히 제거된 것으로 판단할 수 있다.

상기한 905 단계의 판단 결과, 무선 전력 수신기가 충전 가능 영역에 존재하면, 무선 전력 송신기는 전송 모드의 송신 코일을 차단 모드로 전환시킬 수 있다(S907).

무선 전력 송신기는 상기한 907 단계에서 차단 모드로 전환된 송신 코일을 제외한 나머지 송신 코일을 차단 모드에서 중립 모드로 전환하여 피드백 신호가 정상적으로 수신되는 송신 코일을 탐색할 수 있다(S909).

여기서, 중립 모드에 상응하는 동작 전압은 전송 모드에 상응하는 동작 전압보다 낮도록 제어될 수 있다.

일 예로, 중립 모드의 동작 전압은 디지털 핑(또는 롱 비콘)에 상응하는 동작 전압으로 설정될 수 있다. 이는, 충전 중인 무선 전력 수신기가 외부 충격 등에 의해 충전 베드상에서 이동된 후 갑자기 과도하게 높은 전압 또는 전류를 수신하여 파손되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

무선 전력 송신기는 상기 909 단계의 탐색을 통해 피드백 신호가 정상적으로 수신되는 송신 코일이 존재하는지 확인할 수 있다(S911).

무선 전력 송신기는 정상적으로 피드백 신호 수신이 가능한 송신 코일이 존재하면, 해당 송신 코일의 동작 모드를 중립 모드에서 전송 모드로 전환시키고, 중립 모드인 송신 코일을 다시 차단 모드로 전환시킬 수 있다(S913).

이후, 무선 전력 송신기는 상기한 901 단계로 진입하여 계속 충전을 수행할 수 있다.

상기한 905 단계에서, 충전 가능 영역에 무선 전력 수신기가 존재하지 않거나, 상기한 911 단계에서 피드백 신호가 정상적으로 수신되는 송신 코일이 존재하지 않는 경우, 무선 전력 송신기는 선택 단계로 진입하여 충전을 중단할 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 (12)

1. 충전 중 통신 상태가 정상인지 여부를 판단하는 제1 판단 단계;
   상기 제1판단 단계에서 상기 통신 상태가 정상이 아니면, 무선 전력 수신기가 충전 가능 영역에 존재하는지 판단하는 제2 판단 단계;
   상기 제2 판단 단계에서 상기 충전 가능 영역에 존재하면, 충전에 사용중인 송신 코일을 제외한 나머지 송신 코일을 이용하여 통신 상태가 정상인 송신 코일을 탐색하는 탐색 단계; 및
   상기 탐색된 송신 코일을 이용하여 충전을 수행하는 충전 단계
   를 포함하는 무선 전력 송신기의 무선 전력 전송 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 판단 단계에서, 주기적인 피드백 신호의 수신 상태에 기초하여 통신 상태가 정상인지 여부를 판단하는 무선 전력 송신기의 무선 전력 전송 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제2 판단 단계에서, 상기 충전에 사용중인 송신 코일의 전류 변화량이 기준치 이하이면 상기 무선 전력 수신기가 충전 가능 영역에 존재하는 것으로 판단하고, 상기 전류 변화량이 상기 기준치를 초과하면 상기 무선 전력 수신기가 충전 가능 영역에 존재하지 않는 것으로 판단하는 무선 전력 송신기의 무선 전력 전송 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 송신 코일의 동작 모드는
   충전을 위한 제1 전력이 전송되는 전송모드;
   전환 대상인 송신 코일을 탐색하기 위한 제2 전력이 전송되는 중립 모드; 및
   전력 전송이 차단되는 차단 모드
   를 포함하고, 상기 제1 전력의 세기가 상기 제2 전력의 세기보다 큰 무선 전력 송신기의 무선 전력 전송 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 탐색 단계는
   상기 전송 모드의 송신 코일을 상기 차단 모드로 전환하는 단계;
   상기 차단 모드로 전환된 송신 코일을 제외한 나머지 송신 코일을 상기 차단 모드에서 상기 중립 모드로 전환하는 단계; 및
   상기 중립 모드로 전환된 송신 코일 중 피드백 신호가 정상적으로 수신되는 송신 코일을 탐색하는 단계
   를 포함하는 무선 전력 송신기의 무선 전력 전송 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 충전 단계는
   상기 피드백 신호가 정상적으로 수신되는 송신 코일을 상기 중립 모드에서 상기 전송 모드로 전환하는 단계; 및
   상기 중립 모드인 송신 코일을 상기 차단 모드로 전환하는 단계
   를 포함하는 무선 전력 송신기의 무선 전력 전송 방법.
7. 복수의 송신 코일을 포함하는 안테나;
   교류 전력 신호를 생성하여 상기 안테나에 제공하는 전력 변환기; 및
   충전 중 통신 상태가 정상인지 여부를 판단하고, 상기 통신 상태가 정상이 아니면, 무선 전력 수신기가 충전 가능 영역에 존재하는지 판단하고, 상기 무선 전력 수신기가 충전 가능 영역에 존재하면, 충전에 사용중인 송신 코일을 제외한 나머지 송신 코일을 이용하여 통신 상태가 정상인 송신 코일을 탐색하고, 상기 탐색된 송신 코일을 통해 충전이 이루어지도록 제어하는 제어기
   를 포함하는 무선 전력 송신기.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제어기는 주기적인 피드백 신호의 수신 상태에 기초하여 통신 상태가 정상인지 여부를 판단하는 무선 전력 송신기.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제어기는 충전 중 상기 안테나로 인가되는 전류의 변화량이 기준치 이하이면 상기 무선 전력 수신기가 충전 가능 영역에 존재하는 것으로 판단하고, 상기 전류의 변화량이 상기 기준치를 초과하면 상기 무선 전력 수신기가 충전 가능 영역에 존재하지 않는 것으로 판단하는 무선 전력 송신기.
10. 제9항에 있어서,
    상기 안테나는 상기 복수의 송신 코일 각각의 동작 모드를 전환하기 위한 모드 스위치를 포함하고,
    상기 동작 모드는
    충전을 위한 제1 전력이 전송되는 전송모드;
    전환 대상인 송신 코일을 탐색하기 위한 제2 전력이 전송되는 중립 모드; 및
    전력 전송이 차단되는 차단 모드
    를 포함하고, 상기 제1 전력의 세기가 상기 제2 전력의 세기보다 큰 무선 전력 송신기.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제어기가 상기 전송 모드의 송신 코일을 상기 차단 모드로 전환하고, 상기 차단 모드로 전환된 송신 코일을 제외한 나머지 송신 코일을 상기 차단 모드에서 상기 중립 모드로 전환하고, 상기 중립 모드로 전환된 송신 코일 중 피드백 신호가 정상적으로 수신되는 송신 코일을 탐색하는 무선 전력 송신기.
12. 제11항에 있어서,
    상기 제어기가 상기 피드백 신호가 정상적으로 수신되는 송신 코일을 상기 중립 모드에서 상기 전송 모드로 전환하고, 상기 중립 모드인 송신 코일을 상기 차단 모드로 전환하는 무선 전력 송신기.

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