KR20200039162A - 무선 전력 송신 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 최적의 충전 효율을 위한 무선 전력 송신기를 개시한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 전원으로부터 인가되는 전력을 직류 변환하여 출력하는 전력공급기, 상기 전력공급기로부터 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터, 상기 인버터로부터 출력되는 교류 전력을 무선으로 출력하는 전송 안테나; 및 상기 전력공급기를 제어하는 제어기를 포함하며, 상기 전력공급기는 복수의 컨버터들 및 상기 복수의 컨버터들 각각과 인버터를 전기적으로 연결하는 스위치를 포함하고, 상기 제어기는 무선 전력 수신기와 협상된 전력 값에 기초하여 상기 복수의 컨버터 및 스위치를 제어한다.

Description

무선 전력 송신 방법 및 장치{Wireless Power Transmission Method and Apparatus}
본 발명은 무선 전력 전송에 관한 것으로서, 상세하게는 다양한 레벨의 전력을 공급할 때, 최적의 충전 효율을 나타내는 것이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 장치에 관한 것이다.
다양한 레벨의 무선 전력을 공급하는데 있어서, 하나의 DC/DC 컨버터만을 사용하는 경우, 출력하고자 하는 전력 값에 따라 충전 효율의 차이가 있다. 최근 무선 전력 수신기가 받은 수 있는 전력의 레벨이 다양해 지면서 각각의 다른 레벨에서 충전 효율 차이가 발생하고, 효율이 낮을 경우 발열 문제가 커지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 다양한 레벨의 전력 공급에 있어서, 최적의 충전 효율을 보여주는 무선 전력 송신 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 무선 전력 송신 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치는 전원으로부터 인가되는 전력을 직류 변환하여 출력하는 전력공급기, 상기 전력공급기로부터 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터, 상기 인버터로부터 출력되는 교류 전력을 무선으로 출력하는 전송 안테나; 및 상기 전력공급기를 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.
여기에서 상기 전력공급기는 복수의 컨버터들 및 상기 복수의 컨버터들 각각과 인버터를 전기적으로 연결하는 스위치를 포함하고, 상기 제어기는 무선 전력 수신기와 협상된 전력 값에 기초하여 상기 복수의 컨버터 및 스위치를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어기는 무선 전력 수신 장치와 협상된 전력 값과 상기 복수의 컨버터들의 최적 출력 전력 값에 기초하여 스위치 동작을 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어기는 협상된 전력 값이 클수록 더 많은 컨버터와 인버터를 연결하도록 스위치 동작을 제어할 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 송신 장치는 출력 전력 값에 따른 컨버터 제어 및 스위치 제어에 대한 데이터를 저장하는 메모리를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어기는 무선 전력 수신 장치와 협상된 전력 값 및 상기 메모리에 저장된 데이터에 기초하여 복수의 컨버터들의 출력 전력 및 스위치 동작을 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어기는 무선 전력 수신 장치와 협상된 전력 값 및 상기 메모리에 저장된 데이터에 기초하여 복수의 컨버터들 각각의 출력 전력 값을 제어하고, 스위치 동작 제어를 통해 복수의 컨버터들과 인버터간의 전기적 연결관계를 제어할 수 있다.
또한, 상기 스위치는 로드 밸런스 스위치일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 방법은 제1 전력 전송 요청을 무선 전력 수신 장치로부터 수신하는 단계, 상기 제1 전력 전송 요청 및 기 저장된 데이터에 기초하여 컨버터 및 스위치 제어 명령을 생성하는 단계, 상기 제어 명령을 복수의 컨버터 및 스위치로 전송하는 단계, 제2 전력 전송 요청을 무선 전력 수신 장치로부터 수신하는 단계, 상기 제2 전력 전송 요청 및 기 저장된 데이터에 기초하여 새로운 컨버터 및 스위치 제어 명령을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 제어 명령은 복수의 컨버터 각각에 대한 출력 전력 제어에 관한 것 또는 스위치 동작 제어를 통한 복수의 컨버터 각각과 인버터간의 전기적 연결관계 제어에 관한 것일 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 수신 장치는 인밴드 신호를 통해 제1 전력 요청 및 제2 전력 요청을 전송할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 다른 무선 전력 송신 장치는 전원으로부터 인가되는 전력을 직류 변환하여 출력하는 전력공급기, 상기 전력공급기로부터 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터 및 상기 인버터로부터 출력되는 교류 전력을 무선으로 출력하는 전송 안테나; 및 상기 전력공급기를 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 전력 공급기는 제1 컨버터와 제2 컨버터를 포함하고, 상기 출력되는 교류 전력이 제1 전력 미만인 경우 상기 제1 컨버터와 상기 인버터가 연결되고, 상기 출력되는 교류 전력이 제1 전력 이상 제2 전력 미만인 경우, 상기 제1 컨버터 및 상기 제2 컨버터와 상기 인버터가 연결될 수 있다.
본 발명은 다양한 레벨의 전력 공급에서 각각 최적의 충전 효율로 전력 공급이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.
따라서, 본 발명은 단일 채널의 컨버터를 사용하는 기존에 비해 다양한 레벨에 적응적으로 최적의 충전 효율을 내도록 전력 공급이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 무선 전력 전송 시스템상에서의 전력 전송 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 4는 무선 전력 수신기와 무선 전력 송신기 간의 데이터 송/수신 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 무선 전력 송신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기를 나타내는 블록도이다.
도 7은 단일 채널의 DC/DC 컨버터를 운용하는 경우 무선 전력 수신기의 요청 전력에 따른 충전 효율을 나타낸다.
도 8은 두 개 채널의 DC/DC 컨버터를 운용하는 경우 무선 전력 수신기의 요청 전력에 따른 충전 효율을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 다른 무선 전력 송신기의 동작을 나타내는 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시 예를 상세하게 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시 예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A,B,C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B,(a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속' 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 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 수 도 있다.
이를 위해, 송신기는 적어도 하나의 무선 파워 전송 수단을 구비할 수도 있다. 여기에서, 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 무선 전력 전송 표준이 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수신기는 적어도 하나의 무선 전력 수신 수단이 구비될 수 있으며, 2개 이상의 송신기로부터 동시에 무선 파워를 수신할 수도 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 디바이스를 포함하는 소형 전자 기기에 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며, 본 발명에 따른 무선 전력 수신 수단이 장착되어 배터리 충전기 가능한 기기라면 족하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참고하면, 무선 충전 시스템은 크게 무선으로 전력을 송출하는 무선 전력 송신단(10), 송출된 전력을 수신하는 무선 전력 수신단(20) 및 수신된 전력을 공급 받는 전자기기(30)으로 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 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 대역외(Out-of-band) 통싱을 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.
인밴드 통신 및 대역외 통신은 양방향 통신을 제공할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 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 시점에서 어느 하나의 장치에 의해서만 정보 전송이 가능한 특징이 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 한정되는 것은 아니며, 전자기기(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 무선 전력 전송 시스템상에서의 전력 전송 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신기(210)는 무선 전력 송신기(220)로부터 교류 전력을 수신할 수 있다(S211).
무선 전력 수신기(210)는 수신된 전력의 세기에 기초하여 실제 제어 포인트(Actual Control Point)를 결정할 수 있다(S212).
또한, 무선 전력 수신기(210)는 요구 제어 포인트(Desired Control Point)를 선택할 수 있다(S213).
여기서, 요구 제어 포인트는 해당 무선 전력 수신기(210)의 타입 및 전력 수신 등급에 기초하여 선택될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 요구 제어 포인트는 무선 전력 송신기(220)와의 소정의 협상 절차를 통해 동적으로 선택될 수 있다.
무선 전력 수신기(210)는 결정된 실제 제어 포인트와 선택된 요구 제어 포인트에 기반하여 제어 오류 값을 산출할 수 있다(S214).
무선 전력 수신기(210)는 제어 오류 값이 포함된 제어 오류 패킷을 생성하여 무선 전력 송신기(220)로 전송할 수 있다(S230).
일 예로, 무선 전력 송신기(220)는 인밴드 통신 신호를 복조하여 제어 오류 패킷에 포함된 제어 오류 값을 식별할 수 있다.
무선 전력 송신기(220)는 송신 코일에 흐르는 전류의 세기를 측정하여 실제 송신 코일 전류를 결정할 수 있다(S221).
무선 전력 송신기(220)는 제어 오류 패킷에 포함된 제어 오류 값과 결정된 실제 송신 코일 전류에 기반하여 새로운 송신 코일 전류를 결정할 수 있다(S222).
무선 전력 송신기(220)는 실제 송신 코일 전류가 결정된 새로운 송신 코일 전류에 수렵하도록 제어할 수 있다(S223).
이때, 무선 전력 송신기(220)는 현재 송신 코일에 흐르는 전류를 결정된 새로운 송신 코일 전류로 조절하기 위한 제어 방법을 결정할 수 있다. 여기서, 결정된 제어 방법에 따라 무선 전력 송신기(220)는 새로운 동작 포인트를 산출할 수 있다.
무선 전력 송신기(220)는 산출된 새로운 동작 포인트를 설정할 수 있다(S224).
무선 전력 송신기(220)는 설정된 새로운 동작 포인트에 따라 전력을 변환하여 무선 전력 수신기(210)로 전송할 수 있다(S225).
도 3을 참조하면, 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(selecting phase, 310), 핑 단계(ping, phase, 320), 식별 및 구성 단계(identification and configuration phase, 330), 협상 단계(negotiation phase, 340), 보정 단계(calibration phase, 40350), 전력 전송 단계(power transfer phase, 360) 및 재협상 단계(renegotiation phase, 370)로 구분될 수 있다.
선택 단계(310)는 파워 전송을 시작하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면 천이되는 단계일 수 있다. 여기에서, 특정 오류 및 특정 이벤트에 관한 상세한 설명은 후술하기로 한다. 선택 단계(310)에서 송신기는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다.
만약, 송신기가 인터페이스 표면에 물체가 놓여져 있는 것을 감지하는 경우, 핑 단계(320)로 천이할 수 있다. 선택 단계(310)에서 송신기는 매우 짧은 펄스의 아날로그 핑 신호를 전송하며, 송신 코일 또는 1차 코일의 전류 변화에 기반하여 인터페이스 표면의 활성 영역에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다.
핑 단계(320)에서 송신기는 물체가 감지되면, 수신기를 활성화시키고, 수신기가 표준에 호환되는 수신기를 식별하기 위한 디지털 핑을 전송한다. 핑 단계(320)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널(예를 들면, 신호 세기 패킷)을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(310)로 천이할 수 있다.
또한, 핑 단계(320)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호(다시 말해서, 충전 완료 패킷)을 수신하며, 선택 단계(310)로 천이할 수도 있다.
핑 단계(320)가 완료되면, 송신기는 수신기를 식별하고 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(403)로 천이할 수 있다.
송신기는 식별 및 구성 단계(403)에서 수신된 구성 패킷의 협상 필드 값에 기반하여 협상 단계(340)로의 진입이 필요한지 여부를 확인할 수 있다.
확인 결과 협상이 필요하면, 송신기는 협상 단계(340)로 진입하여 이물질(Foreign Object, FO) 검출 절차를 수행할 수 있다. 반면에 협상이 필요하지 않은 경우, 송신기는 곧바로 전력 전송 단계(360)로 진입할 수 있다.
협상 단계(340)에서, 송신기는 기준 품질 인자 값이 포함된 FOD(Foreign Object Detection) 상태 패킷을 수신할 수 있다. 이때, 송신기는 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질 검출을 위한 임계치를 결정할 수 있다.
송신기는 결정된 이물질 검출을 위한 임계치 및 현재 측정된 품질 인자 값을 이용하여 충전 영역에 이물질이 존재하는지를 검출할 수 있으며, 이물질 검출 결과에 따라 전력 전송을 제어할 수 있다. 일 예로, 이물질이 검출된 경우 전력 전송이 중단될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
이물질이 검출된 경우, 송신기는 선택 단계(310)로 회귀할 수 있다. 반면 이물질이 검출되지 않은 경우 송신기는 보정 단계(40350)를 거쳐 전력 전송 단계(360)로 진입할 수도 있다.
상세하게 이물질이 검출되지 않은 경우, 송신기는 보정단계(40350)에서 수신단에 수신된 전력의 세기를 결정하고, 송신단에서 전송한 전력의 세기를 결정하기 위해 수신단과 송신단에서 전력 손실을 측정할 수 있다. 즉, 송신기는 보정 단계(40350)에서 송신단의 송신 파워와 수신단의 수신 파워 사이의 차이에 기반하여 전력 손실을 예측할 수 있다.
일 실시 예에 따른 송신기는 예측된 전력 손실을 반영하여 이물질 검출을 위한 임계치를 보정할 수도 있다.
전력 전송 단계(340)에서 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나, 기 설정된 전력 전송 계약에 대한 위반이 발생하거나, 충전이 완료된 경우 선택 단계로 천이할 수 있다.
또한, 전력 전송 단계에서 송신기는 송신기 상태 변화에 따라 전력 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 재협상 단계(370)로 천이할 수 있다. 이때, 재협상이 정상적으로 완료되면, 송신기는 전력 전송 단계(360)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 정보를 포함할 수 있으며, 수신기 상태 정보는 요구 전력에 대한 정보를 포함할 수 있다.
도 4는 무선 전력 수신기와 무선 전력 송신기 간의 데이터 송/수신 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기간의 데이터 송수신 과정은 크게 식별 및 구성 페이즈(401), 협상 페이즈(403), 전력 전송 페이즈(407) 및 재협상 페이즈(407)로 구성된다.
식별 및 구성 페이즈(401)에서, 무선 전력 수신기가 식별 패킷(identification packet)을 무선 전력 송신기로 전송한다(S401). 식별 패킷은 버전 정보 또는 생산자 코드 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 식별 및 구성 페이즈(401)에서, 무선 전력 수신기가 구성 패킷(configuration packet)을 무선 전력 송신기로 전송한다(S403). 구성 패킷은 전력 클래스 정보 또는 최대 전력 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 도 6은 구성 패킷의 일 실시 예를 나타낸다.
협상 페이즈(403)에서, 무선 전력 송신기는 무선 전력 송신기 능력(capability) 패킷을 무선 전력 수신기로 전송한다(S405). 일 실시 예에서, 무선 전력 송신기는 5W의 보증 전력 정보를 무선 전력 수신기로 전송할 수 있다.
협상 페이즈(403)에서, 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기 능력 패킷에 기초하여 특정 요구 패킷(specific request packet)을 전송한다(S407). 일 실시 예에서 무선 전력 수신기는 5W의 보증 전력을 무선 전력 송신기로 요청할 수 있다.
전력 전송 페이즈(407)에서 무선 전력 수신기는 CEP(Control Error Packet)을 무선 전력 송신기로 전송한다. CEP는 무선 전력 수신기가 수신하는전력(특정 구성요소의 출력 전압/전류 등이 될 수 있다. 예를 들어 정류기의 전압)에 대하여 특정 비율의 전력 증/감을 요청하는 메시지이다. CEP는 원하는 타겟 전력/전압/전류와 현재 값과의 차이를 일정 레벨로 양자화 한 값일 수 있다. CEP를 무선전력 송신기에 전송하여 무선 전력 송신기가 출력 전력을 제어함으로써 무선 전력 수신기는 원하는 특정의 전력을 일정하게 수신할 수 있다. 무선 전력 송신기의 출력 전력 제어는 인버터 입력 전압, 인버터 스위칭 주파수, 인버터 스위칭 신호의 듀티비, 인버터 스위칭 신호간 페이즈를 제어하여 조절될 수 있다.
재협상 페이즈(407)에서 무선 전력 송신기는 다시 무선 전력 송신기 능력 패킷을 전송한다(S409). 일 실시 예에서 무선 전력 송신기는 15W의 게런티 전력 정보를 무선 전력 수신기로 전송할 수 있다.
재협상 페이즈(407)에서 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기 능력 패킷에 기초하여 특정 요구 패킷(specific request packet)을 전송한다(S411). 일 실시 예에서 무선 전력 수신기는 12W의 보증 전력을 무선 전력 송신기로 요청할 수 있다.
도 5는 무선 전력 송신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(500)는 제어기(510), 게이트 드라이버(520), 인버터(530), 전송 안테나(540), 전원(550), 전력공급기(560) 및 복조기(570)을 포함할 수 있다. 인버터(530)와 전송 안테나(540)을 통합하여 교류 전력 전송기(580)라 지칭한다.
전력공급기(560)는 전원(550)으로부터 인가되는 전력을 변환하여 인버터(530)의 동작 전원을 공급할 수 있다. 일 예로, 전력공급기(560)는 전원(550)으로부터 인가되는 제1 직류전압(V_in)을 제2 직류 전압(브이 레일, V_rail)로 변환할 수 있다.
다른 일 예로, 전력공급기(560)는 전원(550)으로부터 인가되는 제1 교류 전압을 정류한 후, 정류된 직류 전압을 제2 직류 전압으로 변환할 수도 있다.
전력공급기(560)의 출력 직류 전압의 세기는 제어기(510)에 의해 제어될 수 있다.
제어기(510)가 전송 안테나(또는 송신 코일)(540)를 통해 전송되는 교류 전력을 세기를 제어하는 방법은 크게 3가지로 분류될 수 있다.
첫째로, 제어기(510)는 전력공급기(560)로부터 출력되는 직류 전압의 세기를 조절하여 전송 안테나(540)를 통해 송출되는 교류 전력의 세기를 제어할 수 있다.
둘째로, 제어기(510)는 동작 주파수(operating frequency)를 제어하여 전송 안테나(540)를 통해 전송되는 교류 전력의 세기를 조절할 수도 있다. 예를 들어, 전송 안테나의 공진 주파수 또는 무선전력 수신기가 충전영역에 놓인 상태에서 전송 안테나의 셀프 공진 주파수에 근접하거나 멀어지게 동작 주파수를 제어하여 전력의 세기를 조절하는 것이다.
셋째로, 제어기(510)는 인버터(530)에 인가되는 복수의 PWM 신호(SC_0 ~ SC_N)의 위상을 제어하여 전송 안테나(540)를 통해 전송되는 교류 전력의 세기를 조절할 수도 있다.
제어기(510)는 무선 전력 수신기로부터 수신되는 전력 제어 신호(예를 들어 WPC 표준의 제어 오류 패킷을 포함함)에 기반하여 동작 점을 결정할 수 있다.
제어기(510)는 결정된 동작 점에 따라 소정 제어 신호를 하부 모듈로 전송하여 전송 안테나(540)를 통해 전송되는 교류 전력의 세기를 동적으로 조절할 수 있다. 여기에서, 하부 묘듈은 전력공급기(560)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
일 예로, 동작 점은 전력 공급기(560)의 출력 전압 조절에 필요한 제1 동작 파라메터, 동작 주파수에 상응하는 제2 동작 파라메터 및 인버터(530)로 공급되는 복수의 PWM 신호(SC_0 ~ SC_N)의 위상에 상응하는 제3 동작 파라메터 중 적어도 하나의 파라메터에 기반하여 결정될 수 있다.
제어기(510)는 교류 신호 생성을 위해 인버터(530)에 구비된 복수의 스위치로 복수의 PWM 신호를 생성하여 제공할 수 있다. 이때, 제어기(510)의 복수의 PWM 신호(다시 말해서, 인버터 제어 신호)에 대한 위상을 제어할 수 있다.
이하, 설명의 편의를 위해, 전력 공급기(560)로부터 인버터(530)에 공급되는 직류 전압을 인버터 입력 전압, 인버터 동작 전압, 인버터 구동 전압 또는 브이 레일로 혼용하여 지칭하기로 한다.
전력공급기(560)는 전원(550)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(560)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. 여기에서 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 디바이스 또는 회로 소자에 공급하는 전원 장치로서, 고효율, 소형 및 경량화가 가능하며 대부분의 전자기기 및 장비에 널리 사용되고 있다.
일 실시 예에 따른 제어기(510)는 전력 공급기(560)가 스위칭 모드 전력 공급기인 경우, 스위칭 트랜지스터를 제어하기 위한 PWM 신호의 듀티를 제어하여 전송 안테나(540)에 흐르는 전류의 세기를 제어할 수 있다.
전원의 품질에 따라 전자 회로 동작의 안정성이나 정밀도가 좌우되는 경우가 많을 수 있다. 일반적으로 배터리 및 상용 AC 전원으로부터 안정적 전원을 변환하여 공급하는 방식에는 크게 선형 제어(series regulator) 방식과 스위치 모드(switched mode) 방식이 있다. 또 다른 예로, 전력공급기(560)는 가변 SMPS(Variable Switching Mode Power Supply)가 사용될 수 있다.
가변 SMPS는 교류전원으로부터 출력되는 수십 Hz 대역의 AC 전압을 스위칭 및 정류하여 DC 전압을 생성한다. 가변 SMPS는 일정한 레벨의 DC전압을 출력하거나 제어기(510)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 수도 있다.
가변 SMPS 대신에 일반적으로 사용되는 상용 SMPS를 사용하는 경우에는, 추가적으로 가변 DC/DC 변환기를 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 최대 효율을 유지하게 할 수 있다.
인버터(530)는 게이트 드라이버(520)를 통해 수신되는 수 Hz ~ 수십 MHz 대역의 스위칭 펄스 신호(즉, 인버터 스위치 제어를 위한 펄스 폭 변조 신호)에 의하여 일정한 레벨의 DC 전압(V_rail)을 AC 전압으로 변환시킴으로써 전송 안테나(540)를 통해 전송할 교류 전력 신호를 생성할 수 있다.
게이트 드라이버(520)는 제어기(510)로부터 펄스 폭 변조 신호가 수신되면 인버터(530)에 포함된 복수의 스위치의 구동에 요구되는 적정한 전압으로 증폭할 수 있다. 즉, 게이트 드라이버(520)는 인버터(530)에 입력되는 펄스 폭 변조 신호가 적정한 구동 전압을 가지도록 증폭시키는 버퍼의 기능을 수행할 수 있다.
이하, 설명의 편의를 위해 교류 전력 신호를 생성하기 위해 인버터 스위치로 입력되는 펄스 폭 신호를 인버터 제어 신호 또는 인버터 스위치 제어 신호라 명하기로 한다.
인버터(530)가 하프 브릿지 회로를 포함하는 경우, N은 1이고, 인버터(530)가 풀 브릿지 회로를 포함하는 경우, N은 3일 수 있다. 동작 주파수는 미리 고정된 값으로 설정될 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 다른 실시 예에 따른 제어기(510)는 결정된 동작 점에 따라 동적으로 동작 주파수를 결정할 수도 있다.
일 실시 예에 따른 제어기(510)는 복조된 피드백 신호에 기반하여 전송 전력의 조절 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 동작 주파수를 제어하여 전송 안테나(540)를 통해 전송되는 교류 전력 신호의 세기를 조절할 수도 있다.
또한, 제어기(510)는 복조된 피드백 신호에 기반하여 전송 전력의 조절 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 동작 주파수를 제어하여 전송 안테나(540), 즉 송신 코일, 을 통해 흐르는 전류의 세기를 조절할 수도 있다.
도 5의 실시 예에 있어서, 인버터(530)가 4개의 스위치를 포함하는 풀 브릿지 회로를 포함하는 경우, 인버터(530)는 구비된 각각의 스위치를 제어하기 위한 4개 PWM 신호(SC_0, SC_1, SC_2, SC_3)를 게이트 드라이버(520)를 통해 수신할 수 있다.
이때, PWM 신호(SC_0, SC_1, SC_2, SC_3)는 제어기(510)에 의해 생성된 후 게이트 드라이버(520)에 제공되면 적절한 구동 전압으로 증폭된 후 인버터(530)에 공급될 수 있다.
도 5의 실시 예에 있어서, 인버터(530)가 2개의 스위치를 포함하는 하프 브릿지 회로를 포함하는 경우, 인버터(530)는 각각의 스위치를 제어하기 위한 2개의 PWM 신호(SC_0, SC_1)를 게이트 드라이버(520)를 통해 수신할 수 있다.
전송 안테나(540)는 인버터(530)에서 출력되는 교류 전력 신호를 무선으로 전송하기 위한 LC 공진 회로를 포함하여 구성될 수 있다. 여기에서 LC 공진 회로는 하나의 송신 코일을 포함할 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 다른 실시 예에 따른 LC 공진 회로는 복수의 송신 코일을 포함하여 구성될 수 있다.
전송 안테나(540)는 캐패시터와 인덕터가 직렬로 연결된 상기 LC 공진 회로뿐만 아니라 임피던스 매칭을 위한 매칭 회로를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 전송 안테나(540)에 복수의 송신 코일이 구비되는 경우, 전송 안테나(540)는 복수의 송신 코일 중 실제 해당 무선 전력 수신기로의 전력 전송에 사용될 송신 코일을 선택하기 위한 코일 선택 회로를 더 포함하여 구성될 수도 있다.
본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 제어기(510)와 연결된 센서(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 이때, 센서는 인버터(530)에/로부터 입력/출력되는 전력의 세기 또는(및) 송신 코일에 흐르는 전류의 세기, 무선 전력 송신기의 내부 특정 위치에서의 온도를 측정하기 위한 각종 센싱 회로를 포함하여 구성될 수 있다.
여기에서, 센서에 의해 센싱된 정보는 제어기(510)로 전달될 수 있으며, 제어기(510)는 센싱 정보에 기초하여 무선 전력 송신기의 동작을 제어할 수 있다. 일 예로, 센서에 의해 측정된 온도가 기준치를 초과하거나 특정 위치에서 측정된 전압 또는 전류의 세기가 소정 기준치를 초과하는 경우, 제어기(510)는 전송 전력의 세기를 낮추거나 전력 전송을 일시 중단하도록 제어할 수도 있다.
또한, 센서는 아날로그 핑이 전송되는 동안 송신 코일을 흐르는 전류의 세기를 측정하여 제어기(510)에 전달할 수 있다.
또한, 제어기(510)는 선택 단계에서 송신 코일에 흐르는 전력의 세기 정보와 소정 기준치를 비교하여 충전 영역에 배치된 물체의 존재 여부를 감지할 수 있다.
무선 전력 송신기(500)가 무선 전력 수신기와 인밴드 통신을 수행하는 경우, 무선 전력 송신기(500)는 전송 안테나(540)와 연결된 복조기(580)를 포함할 수 있다.
복조기(580)는 인밴드 신호를 복조하여 제어기(510)에 전달할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 복조기(570)는 제어기(510)로부터 수신되는 구형파 신호를 이용하여 무선 전력 수신기에 의해 전송된 피드백 신호를 복조할 수 있다. 여기에서, 구형파 신호는 인버터(530)로 공급되는 인버터 제어 신호를 이용하여 생성될 수 있다. 일 예로, 구형파 신호는 인버터(530)로 인가되는 펄스 폭 변조 신호 SC_0 내지 SC_N 중 SC_0 일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 당업자의 설계에 따라 인버터 제어 신호들 중 다른 펄스 폭 변조 신호가 이용될 수도 있다.
무선 전력 수신기는 수신 코일을 통해 수신되는 교류 신호의 전압 또는 전류의 진폭을 구비된 스위치를 이용하여 변화시키는 진폭 변조 기법을 통해 피드백 신호를 무선 전력 송신기로 전송할 수 있다. 무선 전력 송신기는 전송 안테나(540)상의 진폭 변조 신호를 복조하여 피드백 신호를 획득할 수 있다. 일 예로, 제어기(510)는 복조기(580)로부터 수신된 복조 신호에 기반하여 신호 세기 지시자의 수신 여부를 확인할 수 있다.
제어기(510)는 선택 단계에서 충전 영역에 배치된 물체를 감지하면 핑 단계로 진입하여 전송 안테나(540)를 통해 디지털 핑이 전송되도록 제어할 수 있다. 제어기(510)는 핑 단계에서 신호 세기 지시자의 수신이 확인되면, 디지털 핑 전송을 중단하고 식별 및 구성 단계로 진입할 수 있다.
본 발명에 따른 제어기(510)는 전력 전송 단계에서 전력 전송 종료 패킷이 수신되면, 전력 전송을 중단하고, 선택 단계로 진입할 수 있다.
도 5에 도시된 일반적인 무선 전력 송신기(500)는 전력공급기(560)가 하나의 DC/DC 컨버터만을 포함하는 것이 일반적이다. 그리고 DC/DC 컨버터의 경우 고유의 최적 출력 전력이 정해져 있으며, 무선 전력 송신기마다 출력되는 전력에 기초하여 하나의 DC/DC 컨버터가 마련되어 있는 것이 일반적이다.
따라서 일 예로, 무선 전력 수신기가 5W의 전력을 요청하는 경우, DC/DC 컨버터가 4V/1.25A로 5W의 전력을 인버터로 보내고, 인버터는 이를 교류 전력으로 변환하여 전송 안테나에 전달한다. 여기에서 DC/DC 컨버터는 5W의 전력을 전송하는 경우에 최적의 충전 효율을 나타내는 컨버터로서, 무선 전력 송신기의 출력 전력이 5W로 고정되어 있는 일반적인 케이스에서 최적의 충전 효율을 보여줄 수 있다.
최근, 다양한 전력 레벨을 요구하는 무선 전력 수신기가 등장하고 있으며, 이에 맞추어 무선 전력 송신기 또한 다양한 전력 레벨을 출력하는 것이 요구되고 있다. 일반적으로 DC/DC 컨버터가 최적의 충전 효율을 보여주는 출력 전력은 정해져 있으나, 그 외의 전력을 출력할 수 없는 것은 아니며, 제어에 따라 일정 범위 안에서 다른 전력도 출력이 가능하다. 따라서, 무선 전력 수신기로부터 최적 출력 전력을 넘는 전력 송신이 요구되는 경우에, DC/DC 컨버터는 출력되는 전력을 변경하여 무선 전력 수신기가 원하는 전력을 출력할 수는 있으나, 최적 충전 효율을 나타내는 전력에 비해 낮은 충전 효율을 보여줄 수 밖에 없다.
하나의 DC/DC 컨버터만을 운용하는 것에서 발생하는 충전 효율 감소의 문제를 해결하기 위해 전력 레벨마다 각기 다른 무선 전력 송신기를 마련하는 것을 생각해 볼 수 있으나 경제적 문제 및 사용상의 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 고정된 최적 출력 전력을 갖는 하나의 DC/DC 컨버터만을 운용하는 것에서 발생하는 문제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기를 이하 도 6을 참고하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기를 나타내는 블록도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기(600)는 제어기(610), 게이트 드라이버(620), 인버터(630), 전송 안테나(640), 전원(650), 전력 공급기(660) 및 복조기(670)를 포함할 수 있다. 여기에서, 전력 공급기(660)를 제외한 나머지 구성은 도 5에 설명한 것과 동일한바 여기에서는 상세한 설명을 생략하고, 본 발명의 특징인 전력 공급기(660)를 중심으로 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기(600)의 전력 공급기(660)는 제1 DC/DC 컨버터(661), 제2 DC/DC 컨버터(662) 및 스위치(663)을 포함할 수 있다. 도 6의 실시 예에서는 두 개의 DC/DC 컨버터를 포함하는 것으로 도시하고 있으나, 이는 일 예일 뿐이며, DC/DC 컨버터는 2개 이상으로 추가될 수 있음은 통상의 기술자에게 자명한 부분이다.
DC/DC 컨버터의 동작은 상술한 것과 동일하여 여기에서는 설명을 생략한다. 스위치(663)은 DC/DC 컨버터에서 인버터로 전달되는 출력을 제어한다. 구체적으로 스위치(663)은 DC/DC 컨버터와 인버터간의 연결을 차단하거나 차단하지 않을 수 있다. 일 예로, 스위치(663)은 로드 밸런스 스위치가 사용될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 전원(650)으로부터 공급되는 V_in을 변환하는 제1 DC/DC 컨버터(661) 및 제2 DC/DC 컨버터(662)의 일단이 스위치(663)의 일단에 연결된다. 구체적으로 스위치(663)은 각 DC/DC 컨버터마다 마련되어 있는 복수의 스위치 집합일 수 있으며, 이 경우, 각각의 컨버터는 연결되어 있는 각각의 스위치를 통해 인버터와 연결될 수 있다. 스위치(663)의 다른 일단은 인버터(630)와 연결되어 브이 레일을 인버터(630)로 출력한다. 다시 말해서, 스위치(663)는 제어기(610)의 제어를 받아 제1 DC/DC 컨버터(661)로부터 오는 출력과 제2 DC/DC 컨버터(662)로부터 오는 출력의 인버터 전달 여부를 결정한다.
일 실시 예에서, 스위치(663)은 제어기(610)의 제어를 받아 제1 DC/DC 컨버터(661)로부터 출력되는 전력만을 인버터로 전달하고, 제2 DC/DC 컨버터(662)로부터 출력되는 전력은 인버터(630)로 전달하지 않을 수 있다.
또 다른 일 실시 예에서, 스위치(663)는 제어기(610)의 제어를 받아 제1 DC/DC 컨버터(661)로부터 출력되는 전력 및 제2 DC/DC 컨버터(662)로부터 출력되는 전력을 모두 인버터(630)로 전달할 수 있다.
구체적인 동작 예를 설명하면, 제1 DC/DC 컨버터(661) 및 제2 DC/DC 컨버터(662)가 각각 5W를 출력할 때 가장 높은 충전 효율을 나타낸다고 가정했을 때 무선 전력 수신기가 5W의 전력을 요청할 수 있다. 이때, 제어기(610)는 스위치(663)을 제어하여 제2 DC/DC 컨버터(662)와 인버터(630)간의 연결을 차단한다. 제2 DC/DC 컨버터(662)는 동작 중이나, 인버터(630)와 연결되지 않아 인버터(630)로 전력을 출력하지 않는다. 따라서, 제1 DC/DC 컨버터(661)만이 인버터(630)와 연결되어 인버터(630)에 1.25A/4V를 출력하여 5W의 전력을 전달한다.
이 경우, 제1 DC/DC 컨버터(661)가 5W의 전력을 출력할 때 가장 높은 충전 효율을 보여주는바, 무선 전력 수신기의 요청에 따라 무선 전력 송신기가 가장 효율적인 충전을 수행할 수 있다.
만약, 무선 전력 수신기와 협상을 통해 전송 전력을 5W에서 10W로 증가하는 메시지를 제어기(610)가 복조기(670)를 통해 수신할 수 있다. 이때 제어기(610)는 제1 DC/DC 컨버터(661)에서 출력되는 전력을 제어하는 것이 아니고, 스위치(663)을 제어하여 제2 DC/DC 컨버터(662)를 인버터(630)와 추가 연결한다. 이 경우 제1 DC/DC 컨버터(661) 및 제2 DC/DC 컨버터(662)에서 동일한 전력을 출력되어 각각의 컨버터가 5W를 출력한다. 예를 들어 제1 DC/DC 컨버터(661) 및 제2 DC/DC 컨버터(662)는 각각 0.9A/5.5V로 5W 전력을 출력하고 각각의 컨버터로부터 출력된 전력은 합쳐져 총 10W의 전력이 인버터를 통해 무선 전력 수신기로 전달된다.
다시 말해서, 본 발명의 일 실시 예에서는 요구되는 전력이 변경되는 경우 하나의 DC/DC 컨버터가 출력되는 전력을 변경하는 것이 아니며, 출력하고자 하는 전력에 따라 인버터와 연결되는 컨버터의 수를 제어하여 결과적으로 무선 전력 송신기가 최적의 충전 효율을 보여주도록 동작할 수 있다.
구체적인 예를 들면 무선 전력 송신기가 출력하고자 하는 교류 전력이 제1 전력(예를 들어 5W) 미만인 경우 제1 컨버터(661)와 인버터(630)만이 연결될 수 있다. 이때, 제2 컨버터(662)와 인버터(630)은 연결되지 않은 상태이다. 또한, 무선 전력 송신기가 출력하고자 하는 교류 전력이 제1 전력(예를 들어 5W) 이상 제2 전력(예를 들어 10W) 미만인 경우 제1 컨버터(661) 및 제2 컨버터(662) 모두가 인터터(630)과 연결될 수 있다. 도 7 내지 도 8은 충전 전력별 효율 데이터를 나타낸다. 구체적으로 도 7은 단일 채널의 DC/DC 컨버터를 운용하는 경우 무선 전력 수신기의 요청 전력에 따른 충전 효율을 나타내며, 도 8은 두 개 채널의 DC/DC 컨버터를 운용하는 경우 무선 전력 수신기의 요청 전력에 따른 충전 효율을 나타낸다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 도 7 또는 도 8에서 예시하는 충전 효율에 관한 데이터를 저장하는 메모리를 추가적으로 더 포함할 수 있다. 그리고, 무선 전력 송신기의 제어기는 메모리에 저장된 데이터에 기초하여 요구되는 요청 전력에 따라 DC/DC 컨버터 및 스위치를 제어할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 다른 무선 전력 송신기의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 9에서 설명하고 있는 동작은 구체적으로 무선 전력 송신기의 제어기를 통해 수행되는 동작이다.
제어기는 복조기를 통해 무선 전력 수신기로부터 제1 전력 전송 요청을 수신한다(S901). 앞서 설명한 바와 같이, 복조기가 무선 전력 수신기로부터의 인밴드 신호를 복조하고, 복조된 디지털 신호를 제어기로 전달한다.
제어기는무선 전력 수신기로부터 요청 받은 전력에 최적화된 DC/DC 컨버터의스위칭 제어 명령을 생성한다(S903). 구체적으로, 무선 전력 송신기는 요구된 전력별로 최적화된 컨버터 의 스위치 제어에 관한 테이블을 데이터베이스화하여 가지고 있을 수 있으며, 제어기는 요청 받은 전력에 대응하는 컨버터 동작 및 스위치 제어에 관한 데이터를 획득하여 제어 명령을 생성할 수 있다. 여기에서 컨버터 동작에 관한 제어 명령은 컨버터에서 출력되는 전력에 관한 것일 수 있다. 또한, 스위치 동작에 관한 제어 명령은 컨버터와 인버터간의 연결에 관한 것일 수 있다.
일 실시 예에서, 제어기는 무선 전력 수신기로부터 요청 받은 전력이 제1 전력 미만인 경우, 하나의 컨버터만이 인버터와 연결되도록 스위치 제어 명령을 생성할 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 제어기는 무선 전력 수신기로부터 요청 받은 전력이 제1 전력 이상, 제2 전력 미만인 경우 두개의 컨버터와 인버터가 연결되도록 스위치 제어 명령을 생성할 수 있다.
제어기는 제어 명령을 컨버터 및 스위치로 전송한다(S905). 구체적으로 제어기는 제어 명령을 컨버터 및 스위치로 전송하여, 하나 이상의 컨버터들로부터의 출력 전력과, 컨버터들과 인버터간의 연결 관계를 제어한다.
제어기는 제2 전력 전송 요청을 수신한다(S907). 무선 전력 수신기가 교체되거나, 혹은 동일한 무선 전력 수신기가 제1 전력과 다른 전력을 인밴드 신호로 요청하는 경우에 제어기는 S901 단계와 동일한 방법으로 제2 전력 전송 요청을 수신한다.
제어기는 제2 전력을 수신하면, 다시 단계 S903으로 돌아가컨버터의 스위칭 제어 명령을 생성한다. 이때, 제1 전력과 제2 전력이 다른 경우, 제어기는 제1 전력에 대응한 스위치 제어 명령과 다른 스위치 제어 명령을 생성할 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이 제어기는 1개의 컨버터만이 인버터와 연결된 상태에서 2개의 컨버터가 인버터와 연결되도록 하는 제어 명령을 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 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.

Claims (9)

  1. 전원으로부터 인가되는 전력을 직류 변환하여 출력하는 전력공급기;
    상기 전력공급기로부터 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터; 및
    상기 인버터로부터 출력되는 교류 전력을 무선으로 출력하는 전송 안테나; 및 상기 전력공급기를 제어하는 제어기를 포함하며,
    상기 전력공급기는 복수의 컨버터들 및 상기 복수의 컨버터들 각각을 병렬로 상기 인버터에 연결하는 스위치를 포함하고,
    상기 제어기는 무선 전력 수신기와 협상된 전력 값에 기초하여 상기 복수의 컨버터 및 상기 스위치를 제어하는
    무선 전력 송신 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 협상된 전력 값이 클수록 더 많은 컨버터와 인버터를 연결하도록 스위치 동작을 제어하는
    무선 전력 송신 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    출력 전력 값에 따른 컨버터 제어 및 스위치 제어에 대한 데이터를 저장하는 메모리를 더 포함하고,
    상기 제어기는 무선 전력 수신 장치와 협상된 전력 값 및 상기 메모리에 저장된 데이터에 기초하여 복수의 컨버터들의 출력 전력 및 스위치 동작을 제어하는
    무선 전력 송신 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어기는 무선 전력 수신 장치와 협상된 전력 값 및 상기 메모리에 저장된 데이터에 기초하여 복수의 컨버터들 각각의 출력 전력 값을 제어하고, 스위치 동작 제어를 통해 복수의 컨버터들과 인버터간의 전기적 연결관계를 제어하는
    무선 전력 송신 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치는 로드 밸런스 스위치인
    무선 전력 송신 장치.
  6. 제1 전력 전송 요청을 무선 전력 수신 장치로부터 수신하는 단계;
    상기 제1 전력 전송 요청 및 기 저장된 데이터에 기초하여 컨버터 및 스위치 제어 명령을 생성하는 단계;
    상기 제어 명령을 복수의 컨버터 및 스위치로 전송하는 단계;
    제2 전력 전송 요청을 무선 전력 수신 장치로부터 수신하는 단계; 및
    상기 제2 전력 전송 요청 및 기 저장된 데이터에 기초하여 새로운 컨버터 및 스위치 제어 명령을 생성하는 단계를 포함하는
    무선 전력 송신 장치 동작 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어 명령은 복수의 컨버터 각각에 대한 출력 전력 제어에 관한 것 또는 스위치 동작 제어를 통한 복수의 컨버터 각각과 인버터간의 전기적 연결관계 제어에 관한 것인
    무선 전력 송신 장치 동작 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신 장치는 인밴드 신호를 통해 제1 전력 요청 및 제2 전력 요청을 전송하는
    무선 전력 송신 장치 동작 방법.
  9. 전원으로부터 인가되는 전력을 직류 변환하여 출력하는 전력공급기;
    상기 전력공급기로부터 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터; 및
    상기 인버터로부터 출력되는 교류 전력을 무선으로 출력하는 전송 안테나; 및 상기 전력공급기를 제어하는 제어기를 포함하며,
    상기 전력 공급기는 제1 컨버터와 제2 컨버터를 포함하고,
    상기 출력되는 교류 전력이 제1 전력 미만인 경우 상기 제1 컨버터와 상기 인버터가 연결되고,
    상기 출력되는 교류 전력이 제1 전력 이상 제2 전력 미만인 경우, 상기 제1 컨버터 및 상기 제2 컨버터와 상기 인버터가 연결되는
    무선 전력 송신 장치.
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