KR20200051209A - Method and Apparatus for Detection Foreign Object - Google Patents
Method and Apparatus for Detection Foreign Object Download PDFInfo
- Publication number
- KR20200051209A KR20200051209A KR1020180134265A KR20180134265A KR20200051209A KR 20200051209 A KR20200051209 A KR 20200051209A KR 1020180134265 A KR1020180134265 A KR 1020180134265A KR 20180134265 A KR20180134265 A KR 20180134265A KR 20200051209 A KR20200051209 A KR 20200051209A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- voltage
- quality factor
- wireless power
- power
- transmitter
- Prior art date
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
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H13/00—Measuring resonant frequency
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
- G01V3/08—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices
Abstract
Description
본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 상세하게, 무선 전력 송신기에서의 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless power transmission technology, and more particularly, to a foreign matter detection method in a wireless power transmitter and an apparatus therefor.
무선 충전 가능 영역에 무선 전력 수신기가 아닌 전도체-즉, 이물질(FO:Foreign Object)-가 존재하는 경우, FO에는 무선 전력 송신기로부터 송출된 전자기 신호가 유도되어 온도가 상승할 수 있다. 일 예로, FO는 동전, 클립, 핀, 볼펜 등을 포함할 수 있다.When a non-wireless power receiver conducts a non-wireless power receiver, that is, a foreign object (FO), an electromagnetic signal transmitted from the wireless power transmitter is induced in the FO to increase the temperature. As an example, the FO may include coins, clips, pins, ballpoint pens, and the like.
만약, 무선 전력 수신기와 무선 전력 송신기 사이에 FO가 존재하는 경우, 무선 충전 효율이 현저히 떨어질 뿐만 아니라 FO에 의한 주변 온도 상승으로 인해 무선 전력 수신기와 무선 전력 송신기의 온도가 함께 상승할 수 있다. 만약, 충전 영역에 위치한 FO가 제거되지 않는 경우, 전력 낭비가 초래될 뿐만 아니라 과열로 인해 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 손상을 야기시킬 수 있다.If the FO is present between the wireless power receiver and the wireless power transmitter, the wireless charging efficiency is not only significantly reduced, but also the temperature of the wireless power receiver and the wireless power transmitter may rise due to an increase in the ambient temperature caused by the FO. If the FO located in the charging area is not removed, not only waste of power is caused, but overheating may cause damage to the wireless power transmitter and the wireless power receiver.
또한, 실제 충전 영역에 FO가 존재하지 않음에도, 무선 전력 송신기가 충전 영역에 이물질이 존재하는 것으로 잘못 판단한 경우, 충전이 중단될 수도 있다.In addition, even if there is no FO in the actual charging area, charging may be stopped when the wireless power transmitter erroneously determines that foreign matter is present in the charging area.
따라서, 충전 영역에 위치한 FO를 정확히 검출하는 것은 무선 충전 기술 분야에서 중요한 이슈로 부각되고 있다.Therefore, accurate detection of the FO located in the charging area has emerged as an important issue in the field of wireless charging technology.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 무선 충전 시 이물질을 검출하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.The present invention has been devised to solve the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a method and apparatus for detecting foreign substances during wireless charging.
본 발명의 다른 목적은 보다 정확하게 이물질을 검출하는 것이 가능한 무선 전력 송신기를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a wireless power transmitter capable of detecting foreign substances more accurately.
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.The technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description. Will be able to.
본 발명은 무선 전력 송신기 및 그것의 이물질 검출 방법을 제공할 수 있다.The present invention can provide a wireless power transmitter and a method for detecting foreign matters.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 이물질 검출 방법은 물체가 감지되면, 공진 주파수를 검출하는 단계와 상기 공진 주파수로 저전력 신호를 생성하여 공진 탱크의 수렴 전압을 검출하는 단계와 상기 수렴 전압에 기반하여 기준 전압을 설정하는 단계와 기준 전압 도달 시간을 측정하는 단계와 상기 기준 전압 도달 시간에 기반하여 품질 인자를 결정하는 단계와 상기 결정된 품질 인자에 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.A method for detecting a foreign object in a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention includes detecting a resonance frequency when an object is detected and detecting a convergence voltage of a resonance tank by generating a low power signal with the resonance frequency and the convergence voltage Based on the step of setting a reference voltage and measuring the reference voltage arrival time and determining the quality factor based on the reference voltage arrival time and determining the presence or absence of foreign matter based on the determined quality factor It can contain.
여기서, 상기 기준 전압은 상기 수렴 전압의 65%에서 75%사이의 값으로 설정될 수 있다.Here, the reference voltage may be set to a value between 65% and 75% of the convergence voltage.
또한, 상기 기준 전압 도달 시간을 측정하는 단계는 상기 공진 탱크에 축적된 전력을 방전시키는 단계와 상기 공진 주파수를 이용한 저전력 신호를 상기 공진 탱크에 인가하는 단계와 상기 공진 탱크의 전압이 상기 기준 전압에 도달하는데 소요되는 시간을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the step of measuring the time to reach the reference voltage includes discharging power accumulated in the resonant tank, applying a low power signal using the resonant frequency to the resonant tank, and a voltage of the resonant tank to the reference voltage. It may include measuring the time it takes to reach.
또한, 상기 저전력 신호는 1와트(W)이하의 신호일 수 있다.Also, the low power signal may be a signal of 1 watt or less.
또한, 상기 기준 전압 도달 시간에 기반하여 품질 인자를 결정하는 단계는 상기 기준 전압 도달 시간 동안 상기 공진 탱크에 공급된 전력을 산출하는 단계와 상기 기준 전압 도달 시간 동안 상기 공진 탱크에 축적된 전력을 측정하는 단계와 상기 공급된 전력에서 상기 축적된 전력을 차감하여 상기 기준 전압 도달 시간 동안 상기 공진 탱크에 의해 소모된 전력을 산출하는 단계와 상기 축적된 전력에서 상기 소모된 전력을 나눈 값을 품질 인자로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, determining the quality factor based on the reference voltage arrival time includes calculating power supplied to the resonance tank during the reference voltage arrival time and measuring power accumulated in the resonance tank during the reference voltage arrival time. And calculating the power consumed by the resonant tank during the reference voltage arrival time by subtracting the accumulated power from the supplied power and the value obtained by dividing the consumed power from the accumulated power as a quality factor. And determining.
또한, 상기 품질 인자에 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계는 상기 품질 인자가 기준치보다 작으면 이물질이 존재하는 것으로 판단하는 단계와 상기 품질 인자가 기준치보다 크거나 같으면 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the step of determining the presence or absence of a foreign substance based on the quality factor is judged as the presence of a foreign substance if the quality factor is less than the reference value, and if the quality factor is greater than or equal to the reference value, it is determined that the foreign substance does not exist. It may include the steps.
또한, 상기 이물질 검출 방법은 상기 품질 인자 결정 후 무선 전력 수신기를 식별되면, 상기 무선 전력 수신기로부터 기준 품질 인자 값을 수신하는 단계를 더 포함하고, 상기 기준 품질 인자 값에 기반하여 상기 기준치가 결정될 수 있다.In addition, when the wireless power receiver is identified after the quality factor is determined, the foreign matter detection method further includes receiving a reference quality factor value from the wireless power receiver, and the reference value can be determined based on the reference quality factor value. have.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 이물질 검출 방법은 물체가 감지되면, 공진 주파수를 검출하는 단계와 상기 공진 주파수가 검출되면, 공진 탱크에 축적된 전력을 방전시키는 단계와 상기 방전이 완료되면, 상기 검출된 공진 주파수를 이용한 저전력 신호를 생성하여 상기 공진 탱크에 인가하는 단계와 시간에 따른 상기 공진 탱크의 전압 변화에 기초하여 품질 인자를 결정하는 단계와 상기 결정된 품질 인자에 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a method of detecting a foreign object in a wireless power transmitter includes detecting an resonance frequency when an object is detected, and discharging the power accumulated in the resonance tank when the resonance frequency is detected, and completing the discharge. If it is, generating a low power signal using the detected resonant frequency and applying it to the resonant tank, determining a quality factor based on a change in the voltage of the resonant tank over time, and based on the determined quality factor. It may include determining whether it exists.
여기서, 상기 품질 인자를 결정하는 단계는 상기 저전력 신호의 인가 후 제1 시간이 경과한 시점에 측정된 상기 공진 탱크의 전압을 제1 전압으로 확정하는 단계와 상기 저전력 신호의 인가 후 제2 시간이 경과한 시점에 측정된 상기 공진 탱크의 전압을 제2 전압으로 확정하는 단계와 상기 제1 전압과 상기 제2 전압에 기반하여 품질 인자를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 제2 시간은 상기 제1 시간 이후의 시간일 수 있다.Here, the determining of the quality factor may include determining a voltage of the resonance tank measured as a first voltage after a first time has elapsed after the application of the low power signal and a second time after application of the low power signal. Determining a voltage of the resonance tank measured as a second voltage as a second voltage, and determining a quality factor based on the first voltage and the second voltage, wherein the second time is the first It may be a time after the time.
또한, 상기 공진 탱크의 전압이 수렴 전압에 도달하기 이전 시간이 상기 제1 시간으로 설정되고, 상기 공진 탱크의 전압이 상기 수렴 전압에 도달한 이후 시간이 상기 제2 시간으로 설정될 수 있다.In addition, a time before the voltage of the resonance tank reaches the convergence voltage may be set as the first time, and a time after the voltage of the resonance tank reaches the convergence voltage may be set as the second time.
또한, 상기 제1 전압을 상기 제2 전압으로 나눈 값에 기반하여 상기 품질 인자가 결정될 수 있다.In addition, the quality factor may be determined based on a value obtained by dividing the first voltage by the second voltage.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 공진 탱크를 포함하는 안테나와 교류 전력 신호를 생성하여 상기 안테나에 공급하는 전력 변환기와 상기 전력 변환기의 동작을 제어하는 제어기를 포함하고, 상기 제어기가 물체를 감지하면 주파수 스윕을 통해 공진 주파수를 검출하고, 상기 검출된 공진 주파수로 생성된 저전력 신호가 상기 공진 탱크에 인가되도록 제어하여 상기 공진 탱크의 수렴 전압을 검출하고, 상기 수렴 전압에 기반하여 기준 전압을 설정한 후 기준 전압 도달 시간을 측정하고, 상기 기준 전압 도달 시간에 기반하여 품질 인자를 결정하여 상기 품질 인자에 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다.A wireless power transmitter according to another embodiment of the present invention includes an antenna including a resonant tank and a power converter that generates an AC power signal and supplies it to the antenna, and a controller that controls the operation of the power converter. When an object is sensed, a resonance frequency is detected through a frequency sweep, and a low power signal generated with the detected resonance frequency is controlled to be applied to the resonance tank to detect a convergence voltage of the resonance tank, and a reference is based on the convergence voltage. After setting the voltage, the time to reach the reference voltage is measured, and the quality factor is determined based on the time to reach the reference voltage to determine whether a foreign substance is present based on the quality factor.
여기서, 상기 제어기가 상기 수렴 전압의 65%에서 75%사이의 값으로 상기 기준 전압을 설정할 수 있다.Here, the controller may set the reference voltage to a value between 65% and 75% of the convergence voltage.
또한, 상기 제어기가 상기 공진 탱크로 인가되는 전력을 차단하여 상기 공진 탱크에 축적된 에너지를 방전시킨 후 상기 저전력 신호가 상기 공진 탱크에 인가되도록 제어하여 상기 공진 탱크의 전압이 상기 기준 전압에 도달하는데 소요되는 시간을 측정할 수 있다.In addition, the controller blocks the power applied to the resonance tank to discharge the energy accumulated in the resonance tank, and then controls the low power signal to be applied to the resonance tank so that the voltage of the resonance tank reaches the reference voltage. The time taken can be measured.
또한, 상기 저전력 신호는 1와트(W)이하의 신호일 수 있다.Also, the low power signal may be a signal of 1 watt or less.
또한, 상기 제어기가 상기 기준 전압 도달 시간 동안 상기 공진 탱크에 공급된 전력을 산출하고, 상기 기준 전압 도달 시간 동안 상기 공진 탱크에 축적된 전력을 측정하고, 상기 공급된 전력에서 상기 축적된 전력을 차감하여 상기 기준 전압 도달 시간 동안 상기 공진 탱크에 의해 소모된 전력을 산출하고, 상기 축적된 전력에서 상기 소모된 전력을 나눈 값을 품질 인자로 결정할 수 있다.In addition, the controller calculates the power supplied to the resonance tank during the reference voltage arrival time, measures the power accumulated in the resonance tank during the reference voltage arrival time, and subtracts the accumulated power from the supplied power. By calculating the power consumed by the resonant tank during the reference voltage arrival time, a value obtained by dividing the power consumed by the accumulated power can be determined as a quality factor.
또한, 상기 제어기가 상기 품질 인자가 기준치보다 작으면 이물질이 존재하는 것으로 판단하고, 상기 품질 인자가 기준치보다 크거나 같으면 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.In addition, if the quality factor is smaller than the reference value, the controller determines that a foreign substance exists, and if the quality factor is greater than or equal to the reference value, it can be determined that the foreign substance does not exist.
또한, 상기 제어기가 상기 품질 인자 결정 후 무선 전력 수신기를 식별되면, 상기 무선 전력 수신기로부터 기준 품질 인자 값을 수신하고, 상기 기준 품질 인자 값에 기반하여 상기 기준치가 결정할 수 있다.In addition, when the controller identifies the wireless power receiver after determining the quality factor, the reference quality factor value may be received from the wireless power receiver, and the reference value may be determined based on the reference quality factor value.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 공진 탱크를 포함하는 안테나와 교류 전력 신호를 생성하여 상기 안테나에 공급하는 전력 변환기와 상기 전력 변환기의 동작을 제어하는 제어기를 포함하고,A wireless power transmitter according to another embodiment of the present invention includes an antenna including a resonant tank and a power converter that generates and supplies an AC power signal to the antenna, and a controller that controls the operation of the power converter,
상기 제어기가 충전 영역에 배치된 물체를 감지하면 주파수 스윕을 통해 공진 주파수를 검출하고, 상기 공진 탱크를 방전시킨 후 상기 공진 주파수로 생성된 저전력 신호가 상기 공진 탱크에 인가되도록 제어하여 시간에 따른 상기 공진 탱크의 전압 변화를 측정하고, 상기 공진 탱크의 전압 변화에 기반하여 품질 인자를 결정하고, 결정된 상기 품질 인자에 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다.When the controller detects an object disposed in the charging area, the resonance frequency is detected through a frequency sweep, and after discharging the resonance tank, a low power signal generated at the resonance frequency is controlled to be applied to the resonance tank, and the The voltage change of the resonant tank may be measured, a quality factor may be determined based on the voltage change of the resonant tank, and the presence or absence of a foreign material may be determined based on the determined quality factor.
또한, 상기 제어기가 상기 저전력 신호의 인가 후 제1 시간이 경과한 시점에 측정된 상기 공진 탱크의 전압을 제1 전압으로 확정하고, 상기 저전력 신호의 인가 후 제2 시간이 경과한 시점에 측정된 상기 공진 탱크의 전압을 제2 전압으로 확정하고, 상기 제1 전압을 상기 제2 전압으로 나눈 값에 기반하여 품질 인자를 결정하되, 상기 공진 탱크의 전압이 수렴 전압에 도달하기 이전 시간을 상기 제1 시간으로 설정하고, 상기 공진 탱크의 전압이 상기 수렴 전압에 도달한 이후 시간을 상기 제2 시간으로 설정할 수 있다.In addition, the controller determines the voltage of the resonant tank measured as a first voltage after the first time has elapsed after the application of the low power signal, and is measured when the second time elapses after the application of the low power signal. The voltage of the resonant tank is determined as a second voltage, and a quality factor is determined based on the value obtained by dividing the first voltage by the second voltage, but the time before the voltage of the resonant tank reaches the convergence voltage is determined by Set to 1 hour, and the time after the voltage of the resonance tank reaches the convergence voltage may be set to the second time.
본 발명의 또 다른 실시 예는 상기 이물질 검출 방법들 중 어느 하나의 방법을 실행시키기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공할 수도 있다.Another embodiment of the present invention may provide a computer-readable recording medium in which a program for executing any one of the foreign matter detection methods is recorded.
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.The above aspects of the present invention are only some of the preferred embodiments of the present invention, and various embodiments in which the technical features of the present invention are reflected are detailed description of the present invention to be described below by those skilled in the art. It can be derived and understood based on.
본 발명에 따른 방법, 장치 및 시스템에 대한 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.The effects on the method, apparatus and system according to the present invention are as follows.
본 발명은 무선 전력 송신기의 이물질 검출 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.The present invention has an advantage of providing a method and apparatus for detecting foreign matter in a wireless power transmitter.
또한, 본 발명은 보다 정확하게 이물질을 검출하는 것이 가능한 무선 전력 송신기를 제공하는 장점이 있다.In addition, the present invention has the advantage of providing a wireless power transmitter capable of detecting foreign substances more accurately.
또한, 본 발명은 이물질 검출 오류를 최소화시킴으로써 불필요한 충전 중단을 미연에 방지하는 것이 무선 전력 송신기를 제공하는 장점이 있다.In addition, the present invention has the advantage of providing a wireless power transmitter to prevent unnecessary charging interruption by minimizing foreign material detection errors.
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.The effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned may be clearly understood by those skilled in the art from the following description. will be.
도 1은 본 발명에 일 실시 예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 다른 실시 예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 충전 시스템에서의 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템에서의 이물질 검출 절차를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 도 6의 안테나 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따라 상기 도 6에 따른 무선 전력 송신 장치와 연동되는 무선 전력 수신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신기가 장착된 전자 기기의 전력 관리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 저전력 신호 생성기가 구비된 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 공진 주파수 대역폭을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에 구비되는 공진 탱크의 전압 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 공진 탱크에 저전력 신호가 인가되는 동안 공진 탱크에서 소모되는 전력과 충전되는 전력을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에서 공진 탱크에 축적되는 전력을 보여준다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 무전 전력 송신기에서 품질 인자 별 공진 탱크에 축적되는 전력 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 이물질 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 이물질 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 18은 상기 도 16의 실시 예에서, 수렴 전압 검출 및 기준 전압 도달 시간을 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 상기한 도 17의 실시 예에서, 제1 시간 경과 시점에 측정되는 전압인 제1 전압과 제2 시간 경과 시점에 측정되는 제2 전압을 이용하여 품질 인자를 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.1 is a block diagram illustrating a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating a wireless charging system according to another embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a detection signal transmission procedure in a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
4 is a state transition diagram illustrating a wireless power transmission procedure according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a foreign material detection procedure in a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.
6 is a block diagram illustrating the structure of a wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.
7 is a view for explaining the antenna configuration of FIG. 6 according to an embodiment of the present invention.
8 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power receiving device interworking with the wireless power transmitting device according to FIG. 6 according to an embodiment of the present invention.
9 is a view for explaining a power management method of an electronic device equipped with a wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.
10 is a view for explaining the structure of a wireless power transmitter equipped with a low power signal generator according to the present invention.
11 is a view for explaining a resonance frequency bandwidth according to an embodiment of the present invention.
12 is a view for explaining the voltage characteristics of the resonance tank provided in the wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.
13 is a view for explaining the power consumed in the resonant tank and the power charged while the low power signal is applied to the resonant tank according to the present invention.
14 shows power accumulated in the resonance tank in the wireless power transmitter according to the embodiment.
15 is a view for explaining a power pattern accumulated in the resonance tank for each quality factor in the radio power transmitter according to the embodiment of the present invention.
16 is a flowchart illustrating a method for detecting a foreign material in a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.
17 is a flowchart illustrating a method for detecting a foreign material in a wireless power transmitter according to another embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a view for explaining a method for detecting convergence voltage and measuring a reference voltage arrival time in the embodiment of FIG. 16.
19 is a diagram for explaining a method of determining a quality factor using a first voltage, which is a voltage measured at a first time elapsed time, and a second voltage measured at a second time elapsed time, in the embodiment of FIG. 17 described above; It is a drawing.
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.Hereinafter, apparatus and various methods to which embodiments of the present invention are applied will be described in more detail with reference to the drawings. The suffixes "modules" and "parts" for components used in the following description are given or mixed only considering the ease of writing the specification, and do not have meanings or roles distinguished from each other in themselves.
또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 하드웨어적이 구성 요소-예를 들면, 회로 소자, 마이크로 프로세서, 메모리, 센서 등을 포함함-로 구현될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 해당 구성 요소의 일부 기능 또는 전체가 소프트웨어로 구현될 수도 있다.In addition, the suffixes “module” and “unit” for components used in the following description may be implemented by hardware components (for example, including circuit elements, microprocessors, memories, sensors, etc.), This is only one embodiment, and some functions or all of the components may be implemented in software.
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.In the description of the embodiment, in the case of being described as being formed on the "top (top) or bottom (bottom)" of each component, the top (top) or bottom (bottom) is when the two components are in direct contact with each other or It includes all that is formed by placing one or more other components between the two components. In addition, when expressed as “up (up) or down (down)”, it may include the meaning of the downward direction as well as the upward direction based on one component.
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.In the description of the embodiment, a device equipped with a function for transmitting wireless power on a wireless charging system includes a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, a transmitter, a transmitter, and a transmitter for convenience of description. , The transmitting side, a wireless power transmission device, a wireless power transmitter, etc. will be used interchangeably. In addition, a wireless power receiving device, a wireless power receiver, a wireless power receiving device, a wireless power receiver, a receiving terminal, a receiving side, for convenience of description as an expression of a device equipped with a function for receiving wireless power from the wireless power transmitting device, A receiving device, a receiver, and the like can be used interchangeably.
본 발명에 따른 송신기는 패드 형태, 거치대 형태, AP(Access Point) 형태, 소형 기지국 형태, 스텐드 형태, 천장 매립 형태, 벽걸이 형태 등으로 구성될 수 있으며, 하나의 송신기는 복수의 무선 전력 수신 장치에 파워를 전송할 수도 있다. 이를 위해, 송신기는 적어도 하나의 무선 파워 전송 수단을 구비할 수도 있다.The transmitter according to the present invention may be configured in a pad shape, a cradle shape, an AP (Access Point) shape, a small base station shape, a stand shape, a ceiling buried shape, a wall-mounted shape, etc., and one transmitter is provided to a plurality of wireless power receiving devices. You can also transmit power. To this end, the transmitter may include at least one wireless power transmission means.
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. 일 예로, 무선 전력 전송 표준은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) Qi 및 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 표준 기술을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.Here, as the wireless power transmission means, various radio power transmission standards based on an electromagnetic induction method that generates a magnetic field in the coil of the power transmitting end and charges it using the electromagnetic induction principle in which electricity is induced in the coil of the receiving end under the influence of the magnetic field may be used. As an example, the wireless power transmission standard may include, but is not limited to, a standard technology of an electromagnetic induction method defined by Wireless Power Consortium (WPC) Qi and Power Matters Alliance (PMA), which are wireless charging technology standards bodies.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기는 적어도 하나의 무선 전력 수신 수단이 구비될 수 있으며, 1개 이상의 송신기로부터 무선 파워를 수신할 수도 있다.In addition, the receiver according to an embodiment of the present invention may be provided with at least one wireless power receiving means, and may also receive wireless power from one or more transmitters.
본 발명에 따른 수신기는 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 player, 전동 칫솔, 전자 태그, 조명 장치, 리모콘, 낚시찌, 스마트 워치와 같은 웨어러블 디바이스 등의 소형 전자 기기 등에 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며 본 발명에 따른 무선 전력 수신 수단이 장착되어 배터리 충전이 가능한 기기라면 족하다.The receiver according to the present invention is a mobile phone, a smart phone, a laptop computer, a terminal for digital broadcasting, PDA (Personal Digital Assistants), PMP (Portable Multimedia Player), navigation, MP3 player, electric It may be used in a small electronic device such as a toothbrush, an electronic tag, a lighting device, a remote control, a fishing boat, a wearable device such as a smart watch, but is not limited thereto. Enough.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
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(30)로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1, the wireless charging system includes a
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.For example, the wireless
인밴드 통신에 있어서, 무선 전력 송신단(10)에 의해 송출된 전력 신호(41)가 무선 전력 수신단(20)에 수신되면, 무선 전력 수신단(20)은 수신된 전력 신호를 변조하고, 변조된 신호(42)가 무선 전력 송신단(10)에 전송될 수 있다.In the in-band communication, when the power signal 41 transmitted by the wireless
다른 일예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 상이한 별도의 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 대역외(Out-of-band) 통신을 수행할 수도 있다.As another example, the wireless
일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20) 사이에 교환되는 정보는 서로의 상태 정보뿐만 아니라 제어 정보도 포함될 수 있다.For example, information exchanged between the wireless
여기서, 송수신단 사이에 교환되는 상태 정보 및 제어 정보는 후술할 실시예들의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.Here, the state information and control information exchanged between the transmitting and receiving terminals will become clearer through the description of the embodiments to be described later.
상기 인밴드 통신 및 대역외 통신은 양방향 통신을 제공할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 다른 실시예에 있어서는 단방향 통신 또는 반이중 방식의 통신을 제공할 수도 있다.The in-band communication and the out-of-band communication may provide two-way communication, but are not limited thereto, and in other embodiments, one-way communication or half-duplex communication may be provided.
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)으로만 정보를 전송하는 것일 수도 있다.For example, the unidirectional communication may be that the wireless
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.In the half-duplex communication method, two-way communication between the wireless
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신단(20)은 전자 기기(30)의 각종 상태 정보를 획득할 수도 있다.The
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.For example, the status information of the
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신단(10)은 고속 충전 지원 여부를 지시하는 소정 패킷을 무선 전력 수신단(20)에 전송할 수 있다.In particular, the
무선 전력 수신단(20)은 접속된 무선 전력 송신단(10)이 고속 충전 모드를 지원하는 것으로 확인된 경우, 이를 전자 기기(30)에 알릴 수 있다.The
전자 기기(30)는 구비된 소정 표시 수단-예를 들면, 액정 디스플레이일 수 있음-을 통해 고속 충전이 가능함을 표시할 수 있다.The
도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.2 is a block diagram illustrating a wireless charging system according to another embodiment of the present invention.
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.For example, as shown in
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.In this case, the
이때, 하나의 무선 전력 송신단(10)에 연결 가능한 무선 전력 수신 장치의 개수는 무선 전력 수신 장치 별 요구 전력량, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량 및 무선 전력 송신 장치의 가용 전력량 중 적어도 하나에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.At this time, the number of wireless power receiving devices that can be connected to one wireless
다른 일 예로, 도면 부호 200b에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신단(10)은 복수의 무선 전력 송신 장치로 구성될 수도 있다.As another example, as illustrated in 200b, the
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.In this case, the
이때, 무선 전력 수신단(20)과 연결된 무선 전력 송신 장치의 개수는 무선 전력 수신단(20)의 요구 전력량, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량, 무선 전력 송신 장치의 가용 전력량 등에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.At this time, the number of wireless power transmitting devices connected to the wireless
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템에서의 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining a detection signal transmission procedure in a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
일 예로, 무선 전력 송신기는 3개의 송신 코일(111, 112, 113)이 장착될 수 있다. 각각의 송신 코일은 일부 영역이 다른 송신 코일과 서로 중첩될 수 있으며, 무선 전력 송신기는 각각의 송신 코일을 통해 무선 전력 수신기의 존재를 감지하기 위한 소정 감지 신호(117, 127)-예를 들면, 디지털 핑 신호-를 미리 정의된 순서로 순차적으로 송출한다.For example, the wireless power transmitter may be equipped with three
상기 도 3에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기는 도면 번호 110에 도시된 1차 감지 신호 송출 절차를 통해 감지 신호(117)를 순차적으로 송출하고, 무선 전력 수신기(115)로부터 신호 세기 지시자(Signal Strength Indicator, 116)가 수신된 송신 코일(111, 112)을 식별할 수 있다.As shown in FIG. 3, the wireless power transmitter sequentially transmits the detection signals 117 through the primary detection signal transmission procedure shown in FIG. 110, and a signal strength indicator (Signal) from the
연이어, 무선 전력 송신기는 도면 번호 120에 도시된 2차 감지 신호 송출 절차를 통해 감지 신호(127)를 순차적으로 송출하고, 신호 세기 지시자(126)가 수신된 송신 코일(111, 112) 중 전력 전송 효율(또는 충전 효율)-즉, 송신 코일과 수신 코일 사이의 정렬 상태-이 좋은 송신 코일을 식별하고, 식별된 송신 코일을 통해 전력이 송출되도록-즉, 무선 충전이 이루어지도록- 제어할 수 있다.Subsequently, the wireless power transmitter sequentially transmits the detection signals 127 through the secondary detection signal transmission procedure illustrated in FIG. 120, and transmits power among the transmission coils 111 and 112 where the
상기의 도 3에서 보여지는 바와 같이, 무선 전력 송신기가 2회의 감지 신호 송출 절차를 수행하는 이유는 어느 송신 코일에 무선 전력 수신기의 수신 코일이 잘 정렬되어 있는지를 보다 정확하게 식별하기 위함이다.As shown in FIG. 3 above, the reason why the wireless power transmitter performs two detection signal transmission procedures is to more accurately identify which transmission coil is well aligned with the receiving coil of the wireless power receiver.
만약, 상기한 도 3의 도면 번호 110 및 120에 도시된 바와 같이, 제1 송신 코일(111), 제2 송신 코일(112)에 신호 세기 지시자(116, 126)가 수신된 경우, 무선 전력 송신기는 제1 송신 코일(111)과 제2 송신 코일(112) 각각에 수신된 신호 세기 지시자(126)에 기반하여 가장 정렬이 잘된 송신 코일을 선택하고, 선택된 송신 코일을 이용하여 무선 충전을 수행한다.If the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.4 is a state transition diagram for describing a wireless power transmission procedure according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(Selection Phase, 410), 핑 단계(Ping Phase, 420), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 430), 협상 단계(Negotiation Phase, 440), 보정 단계(Calibration Phase, 450), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 460) 단계 및 재협상 단계(Renegotiation Phase, 470)로 구분될 수 있다.4, the power transmission from the transmitter to the receiver according to an embodiment of the present invention is largely a selection phase (Selection Phase, 410), a ping phase (Ping Phase, 420), identification and configuration phase (Identification and Configuration Phase) , 430), a negotiation phase (Negotiation Phase, 440), a calibration phase (Calibration Phase, 450), a power transfer phase (Power Transfer Phase, 460) phase, and a renegotiation phase (Renegotiation Phase, 470).
선택 단계(410)는 파워 전송을 시작하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계-예를 들면, 도면 부호 S402, S404, S408, S410 및 S412를 포함함-일 수 있다.The
여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다.Here, specific errors and specific events will be clarified through the following description.
또한, 선택 단계(410)에서 송신기는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다.In addition, in the
만약, 송신기가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 단계(420)로 천이할 수 있다(S403).If the transmitter detects that an object is placed on the interface surface, it may transition to the ping step 420 (S403).
일 예로, 선택 단계(410)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. 여기서, 활성 영역은 수신기가 배치되어 무선 충전이 가능한 영역을 의미할 수 있다.For example, in the
다른 일 예로, 선택 단계(410)에서 송신기는 구비된 센서를 이용하여 인터페이스 표면의 활성 영역(Active Area)에 물체가 존재하는지를 감지할 수도 있다.As another example, in the
일 예로, 센서는 홀 센서, 압력 센서, 정전 용량 센서, 전류 센서, 전압 센서, 빛 감지 센서 등을 포함할 수 있으며, 이들 중 적어도 하나의 센서를 통해 활성 영역에 배치된 물체를 감지할 수 있다.As an example, the sensor may include a hall sensor, a pressure sensor, a capacitive sensor, a current sensor, a voltage sensor, a light detection sensor, and the like, and detect an object disposed in the active area through at least one sensor. .
선택 단계(410)에서 물체가 감지된 경우, 무선 전력 송신기는 구비된 LC 공진 회로-예를 들면, LC 공진 회로는 직렬로 연결된 코일(인덕터) 및 공진 캐패시터를 포함하여 구성될 수 있음-에 상응하는 품질 인자를 측정할 수 있다.When an object is detected in the
본 발명의 일 실시예에 따른 송신기는 선택단계(410)에서 물체가 감지되면, 충전 영역에 이물질과 함께 무선 전력 수신기가 배치되었는지를 판단하기 위하여 품질 인자(Quality Factor) 값을 측정할 수 있다.When an object is detected in the
여기서, 품질 인자 값은 핑 단계(420)로의 진입 이전에 측정될 수 있다. 또한, 품질 인자 값은 송신 코일을 통한 전력 전송이 일시 중단된 상태에서 측정될 수 있다.Here, the quality factor value may be measured before entering the
품질 인자 값은 다양한 방법으로 측정될 수 있다.Quality factor values can be measured in a variety of ways.
일 예로, 품질 인자 값은 타임 도메인(Time Domain)에서 단위 시간 동안의 펄스 신호의 전압 감쇄율에 기반하여 측정될 수 있다.For example, the quality factor value may be measured based on a voltage attenuation rate of a pulse signal for a unit time in a time domain.
다른 일 예로, 품질 인자 값은 주파수 도메인(Frequency Domain)에서 공진점에서의 에너지 집중률에 기반하여 측정될 수 있다.As another example, the quality factor value may be measured based on an energy concentration rate at a resonance point in a frequency domain.
또 다른 일 예로, 품질 인자 값은 공진 회로에서의 전압 증폭률에 기반하여 측정될 수도 있다.As another example, the quality factor value may be measured based on the voltage amplification factor in the resonant circuit.
일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 미리 정의된 기준 동작 주파수에 대한 품질 인자 값을 측정할 수 있다. 여기서, 기준 동작 주파수는 100KHz일 수 있다.The wireless power transmitter according to an embodiment may measure a quality factor value for a predefined reference operating frequency. Here, the reference operating frequency may be 100KHz.
다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 무선 전력 전송에 사용 가능한 동작 주파수 대역 내에서 일정 주파수 단위로 품질 인자 값을 측정할 수도 있다. 이 경우, 무선 전력 송신기는 동작 주파수 대역 내 측정된 품질 인자 값들 중 최대값을 가지는 동작 주파수 값을 확인하고, 이를 메모리에 저장할 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해 동작 주파수 대역 내 품질 인자 값이 최대인 주파수를 품질 인자 피크 주파수(Quality Factor Peak Frequency) 또는 설명의 편의를 위해 간단히 피크 주파수 또는 공진 주파수(Resonance Frequecy)라 명하기로 한다.The wireless power transmitter according to another embodiment may measure the quality factor value in a predetermined frequency unit within an operating frequency band usable for wireless power transmission. In this case, the wireless power transmitter may check the operating frequency value having the maximum value among the quality factor values measured in the operating frequency band and store it in the memory. Hereinafter, for convenience of description, a frequency in which the quality factor value in the operating frequency band is maximum is referred to as a quality factor peak frequency or simply a peak frequency or a resonance frequency for convenience of description.
동작 주파수 대역에 상응하여 측정되는 품질 인자 값의 측정 패턴 및 품질 인자 피크 주파수는 무선 전력 송신기의 타입에 따라 상이할 수 있다.The measurement pattern and the quality factor peak frequency of the quality factor value measured corresponding to the operating frequency band may be different depending on the type of the wireless power transmitter.
특히, 동일 동작 주파수에 대해 수신기를 인증하기 위해 사용되는 송신기-이하 설명의 편의를 위해 '인증용 송신기'라 명함-와 LCR 미터를 이용하여 측정된 품질 인자 값은 상용 송신기에서 측정된 품질 인자 값과 상이할 수도 있다.In particular, the transmitter used to authenticate the receiver for the same operating frequency-the quality factor value measured using a business card called the 'transmitter for authentication' and the LCR meter for convenience of description below is a quality factor value measured in a commercial transmitter And may be different.
무선 전력 송신기는 핑 단계(420)에서 신호 세기 패킷이 수신되면, 식별 및 구성 단계(430)로 진입할 수 있다(S403).When the signal strength packet is received in the
무선 전력 송신기는 식별 및 구성 절차가 정상적으로 완료되면, 협상 단계로(440)로 진입할 수 있다(S405).When the identification and configuration procedure is normally completed, the wireless power transmitter may enter the negotiation step 440 (S405).
또한, 무선 전력 송신기는 식별 및 구성 절차가 정상적으로 완료되면, 수신기의 타입에 따라 전력 전송 단계(460)로 진입할 수도 있다(S406).In addition, when the identification and configuration procedures are normally completed, the wireless power transmitter may enter the
무선 전력 송신기는 협상 단계(440)로 진입하면 무선 전력 수신기로부터 기준 품질 인자 값이 포함된 이물질 검출 상태 패킷(Foreign Object Detection Status Packet)을 수신할 수 있다.Upon entering the
무선 전력 송신기는 수신된 기준 품질 인자 값에 기반하여 품질 인자 임계 값을 결정할 수 있다.The wireless power transmitter may determine a quality factor threshold value based on the received reference quality factor value.
이후, 무선 전력 송신기는 측정된 품질 인자 값과 품질 인자 임계 값을 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다.Thereafter, the wireless power transmitter may compare the measured quality factor value and the quality factor threshold value to determine whether a foreign material is present.
하지만, 기준 품질 인자 값에 기초하여 결정된 소정 품질 인자 임계 값과 측정된 품질 인자 값을 단순 비교하여 이물질의 존재 여부를 검출하는 이물질 검출 방법이 상용 송신기에 적용되는 경우 이물질 검출에 대한 정확도가 낮아질 수 있다.However, if a foreign substance detection method for detecting the presence of a foreign substance by simply comparing a predetermined quality factor threshold value determined based on the reference quality factor value and the measured quality factor value is applied to a commercial transmitter, the accuracy for foreign substance detection may be lowered. have.
여기서, 기준 품질 인자 값은 인증용 송신기의 충전 영역에 이물질 배치되지 않은 상태에서 측정된 기준 동작 주파수에서의 품질 인자 값을 의미한다.Here, the reference quality factor value means a quality factor value at a reference operating frequency measured in a state in which no foreign matter is placed in the charging area of the authentication transmitter.
협상 단계(440)에서 수신된 기준 품질 인자 값과 핑 단계(420) 이전에 측정된 기준 동작 주파수에 상응하는 품질 인자 값-이하, 설명의 편의를 위해 현재 품질 인자 값이라 명함-을 비교하여 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다.Compare the reference quality factor value received in the
하지만, 기준 품질 인자 값이 측정된 송신기-즉, 인증용 송신기-와 현재 품질 인자 값이 측정된 송신기는 서로 상이할 수 있다. 따라서, 이물질 존재 여부를 판단하기 위한 결정된 품질 인자 임계 값은 정확하지 않을 수 있다.However, the transmitter for which the reference quality factor value has been measured-that is, the transmitter for authentication-may be different from the transmitter for which the current quality factor value has been measured. Therefore, the determined quality factor threshold for determining the presence of foreign substances may not be accurate.
따라서, 본 발명의 일 실시에 따른 송신기는 해당 송신기 타입에 대응하는 기준 품질 인자 값을 무선 전력 수신기로부터 수신하고, 수신된 기준 품질 인자 값에 기초하여 품질 인자 임계 값을 결정할 수도 있다.Accordingly, the transmitter according to an embodiment of the present invention may receive a reference quality factor value corresponding to the corresponding transmitter type from the wireless power receiver, and determine a quality factor threshold value based on the received reference quality factor value.
송신 코일은 주변 환경 변화에 따라 인덕턴스 및/또는 해당 송신 코일 내 직렬 저항 성분이 감소될 수 있고, 이로 인해 해당 송신 코일에서의 공진 주파수가 변경(시프트)될 수 있다. 즉, 동작 주파수 대역 내 최대 품질 인자 값이 측정되는 주파수인 품질 인자 피크 주파수가 이동될 수 있다.The transmit coil may have an inductance and / or a series resistance component in the corresponding transmit coil reduced according to a change in the surrounding environment, thereby changing (shifting) the resonance frequency in the corresponding transmit coil. That is, the peak frequency of the quality factor, which is the frequency at which the maximum quality factor value in the operating frequency band is measured, may be shifted.
일 예로, 무선 전력 수신기는 높은 투자율을 갖는 마그네틱 실드(차폐재)를 포함하기 때문에, 높은 투자율은 송신 코일에서 측정되는 인덕턴스 값을 증가시킬 수 있다. 반면에 금속 타입의 이물질은 인덕턴스 값을 감소시킬 수 있다.As an example, since the wireless power receiver includes a magnetic shield (shielding material) having a high magnetic permeability, a high magnetic permeability may increase the inductance value measured in the transmitting coil. On the other hand, a metal type foreign material may reduce the inductance value.
일반적으로 LC 공진 회로의 경우, 공진 주파수(f_resonant)는 로 계산된다.In general, in the case of an LC resonance circuit, the resonance frequency (f_resonant) is Is calculated as
송신기의 충전 영역에 무선 전력 수신기만이 배치되면, L값이 증가되므로 공진주파수는 작아지게 된다. 즉, 공진 주파수는 주파수 축상에서 왼쪽으로 이동(쉬프트)하게 된다.When only the wireless power receiver is placed in the charging area of the transmitter, the L value is increased, so that the resonance frequency is reduced. That is, the resonance frequency is shifted (shifted) to the left on the frequency axis.
반면, 송신기의 충전 영역에 이물질이 배치되면, L값이 감소시키므로 공진주파수는 커지게 된다. 즉, 공진 주파수는 주파수 축상에서 오른쪽으로 이동(쉬프트)하게 된다.On the other hand, when a foreign material is placed in the charging area of the transmitter, the L value decreases, and thus the resonance frequency increases. That is, the resonance frequency is shifted (shifted) to the right on the frequency axis.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 송신기는 품질 인자 피크 주파수의 변화에 기반하여 충전 영역에 배치된 이물질의 존재 여부를 판단할 수도 있다.The transmitter according to another embodiment of the present invention may determine the presence or absence of a foreign material disposed in the charging area based on the change in the peak frequency of the quality factor.
송신기는 해당 송신기 타입에 대응하여 미리 설정된 품질 인자 피크 주파수-이하, 설명의 편의를 위해 '기준 품질 인자 피크 주파수(pf_reference)' 또는 '기준 피크 주파수'또는 '기준 공진 주파수(Reference Resonance Frequency)'라 명함-에 관한 정보를 수신기로부터 획득하거나 미리 소정 기록 영역에 유지할 수 있다.The transmitter is a preset quality factor peak frequency corresponding to the corresponding transmitter type-hereinafter referred to as 'reference quality factor peak frequency (pf_reference)' or 'reference peak frequency' or 'reference resonance frequency' for convenience of explanation. The business card-related information can be obtained from a receiver or held in advance in a predetermined recording area.
송신기는 충전 영역에 물체가 배치되었음을 감지하면, 핑 단계(420)로의 진입 이전에 동작 주파수 대역 내 품질 인자 값을 측정하고, 측정 결과에 기반하여 품질 인자 피크 주파수를 식별할 수 있다. 여기서, 식별된 품질 인자 피크 주파수를 기준 품질 인자 피크 주파수와 구분하기 위해 '측정 품질 인자 피크 주파수(pf_measured)' 또는 '측정 피크 주파수 또는 '측정 공진 주파수(Measured Resonance Frequency'라 명하기로 한다.When the transmitter detects that an object is placed in the charging area, it can measure the quality factor value in the operating frequency band before entering the
협상 단계(430)에서 송신기는 기준 품질 인자 피크 주파수와 측정 품질 인자 피크 주파수에 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수도 있다.In the
만약, 기준 품질 인자 피크 주파수에 관한 정보가 수신기로부터 수신되는 경우, 식별 및 구성 단계(430) 또는 협상 단계(440)에서 소정 패킷을 통해 수신될 수 있다.If information regarding the reference quality factor peak frequency is received from the receiver, it may be received through a predetermined packet in the identification and
일 예로, 송신기는 식별 및 구성 단계(430)는 자신의 송신기 타입에 관한 정보를 수신기에 전송할 수 있다. 수신기는 수신된 송신기 타입 정보에 대응하여 미리 저장된 기준 품질 인자 피크 주파수를 해당 메모리에서 독출하고, 독출된 기준 품질 인자 피크 주파수에 관한 정보를 송신기에 전송할 수 있다.As an example, the transmitter identifies and configures
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 송신기는 품질 인자 피크 주파수에 기반한 이물질 검출 방법과 품질 인자 값에 기반한 이물질 검출 방법을 모두 이용하여 이물질 존재 여부를 판단할 수도 있다. 일 예로, 송신기 타입에 대응되는 기준 품질 인자 값과 측정된 품질 인자 값의 비교 결과 큰 차이가 없는 경우-예를 들면, 두 값 사이의 차이가 10% 이하인 경우-, 송신기 타입에 대응되는 기준 품질 인자 피크 주파수와 측정된 품질 인자 피크 주파수를 비교하여 이물질 존재 여부를 판단할 수도 있다. 반면, 두 품질 인자 값의 차이가 10%를 초과하는 경우, 송신기는 즉시 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the transmitter may determine whether a foreign substance exists by using both a foreign substance detection method based on a quality factor peak frequency and a foreign substance detection method based on a quality factor value. For example, when there is no significant difference as a result of comparing the reference quality factor value corresponding to the transmitter type and the measured quality factor value, for example, when the difference between the two values is 10% or less, the reference quality corresponding to the transmitter type The presence or absence of foreign matter may be determined by comparing the peak frequency of the factor with the peak frequency of the measured quality factor. On the other hand, if the difference between the two quality factor values exceeds 10%, the transmitter can immediately determine that a foreign substance is present.
다른 실시 예로, 송신기 타입에 대응되는 기준 품질 인자 값에 기반하여 결정된 품질 인자 임계 값과 측정된 품질 인자 값의 비교 결과 이물질이 없다고 판단되는 경우, 송신기는 송신기 타입에 대응되는 기준 품질 인자 피크 주파수와 측정된 품질 인자 피크 주파수를 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수도 있다.In another embodiment, when it is determined that there is no foreign substance as a result of comparing the quality factor threshold value determined based on the reference quality factor value corresponding to the transmitter type and the measured quality factor value, the transmitter determines the reference quality factor peak frequency corresponding to the transmitter type and The presence or absence of foreign matter may be determined by comparing the measured peak frequency of the quality factor.
송신기는 품질 인자 값에 기반하여 이물질을 검출하는 것이 용이하기 않은 경우, 식별된 수신기에 해당 송신기 타입에 대응되는 기준 품질 인자 피크 주파수에 관한 정보를 요청할 수도 있다. 이 후, 송신기는 기준 품질 인자 피크 주파수에 관한 정보가 수신기로부터 수신되면, 기준 품질 인자 피크 주파수와 측정 품질 인자 피크 주파수를 이용하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다. 이를 통해, 송신기는 충전 영역에 배치된 이물질을 보다 정확하게 검출할 수 있다.If it is not easy to detect a foreign object based on the quality factor value, the transmitter may request information on the reference quality factor peak frequency corresponding to the corresponding transmitter type to the identified receiver. Thereafter, when the information on the reference quality factor peak frequency is received from the receiver, the transmitter may determine whether a foreign substance is present using the reference quality factor peak frequency and the measurement quality factor peak frequency. Through this, the transmitter can more accurately detect the foreign matter disposed in the charging area.
송신기는 물체를 감지하면, 핑 단계(420)에 진입하여 수신기를 활성화(Wake up)시키고, 감지된 물체가 무선 전력 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송할 수 있다.Upon detecting an object, the transmitter may enter a
핑 단계(420)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 패킷-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(410)로 천이할 수 있다.In the
또한, 핑 단계(420)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 패킷-을 수신하면, 선택 단계(410)로 천이할 수도 있다.In addition, in the
핑 단계(420)가 완료되면, 송신기는 수신기를 식별하고 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(430)로 천이할 수 있다.When the
송신기는 식별 및 구성 단계(430)에서 송신기 타입에 관한 정보를 수신기에 전송할 수도 있다.The transmitter may send information regarding the transmitter type to the receiver in
수신기는 식별 및 구성 단계(430)에서 송신기 타입에 관한 정보를 송신기에 요구할 수도 있으며, 송신기는 수신기의 요구에 따라 송신기 타입에 관한 정보를 수신기에 전송할 수도 있다.The receiver may request information on the transmitter type at the identification and
또한, 식별 및 구성 단계(430)에서 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 패킷 전송 오류가 있거나(transmission error), 파워 전송 계약이 설정되지 않으면(no power transfer contract) 선택 단계(410)로 천이할 수 있다.In addition, in the identification and
송신기는 식별 및 구성 단계(430)에서 수신된 구성 패킷(Configuration packet)의 협상 필드(Negotiation Field) 값에 기반하여 협상 단계(440)로의 진입이 필요한지 여부를 확인할 수 있다.The transmitter may check whether entry into the
확인 결과, 협상이 필요하면, 송신기는 협상 단계(440)로 진입하여 소정 FOD 검출 절차를 수행할 수 있다.As a result of the confirmation, if negotiation is required, the transmitter may enter the
반면, 확인 결과, 협상이 필요하지 않은 경우, 송신기는 곧바로 전력 전송 단계(460)로 진입할 수도 있다.On the other hand, as a result of the confirmation, if negotiation is not required, the transmitter may immediately enter the
일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 식별 및 구성 단계(430)에서 해당 무선 전력 수신기가 제1 전력 전송 모드만을 지원하는 수신기로 확인된 경우, 협상 단계(440)를 수행하지 않고, 곧바로 전력 전송 단계(460)로 진입할 수 있다.When the wireless power transmitter according to an embodiment is identified as a receiver supporting only the first power transmission mode in the identification and
무선 전력 송신기는 전력 전송 단계(460)로의 진입 후 주기적으로 소정 이물질 검출 절차를 수행할 수 있다.The wireless power transmitter may periodically perform a process for detecting a foreign object after entering the
여기서, 이물질 검출 절차는 품질 인자 값에 기반한 이물질 검출 절차일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 전력 손실(Power loss)에 기반한 이물질 검출 절차가 적용될 수 있다.Here, the foreign substance detection procedure may be a foreign substance detection procedure based on the quality factor value, but is not limited thereto, and a foreign substance detection procedure based on power loss may be applied.
전력 손실에 기반한 이물질 검출 절차는 무선 전력 송신기의 전송 전력과 무선 전력 수신기의 수신 전력의 차이를 소정 기준치와 비교하여 이물질 존재 여부를 판단하는 방법으로서 자세한 절차는 후술할 도면들의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.The foreign matter detection procedure based on power loss is a method of determining whether a foreign substance exists by comparing a difference between the transmitted power of the wireless power transmitter and the received power of the wireless power receiver with a predetermined reference value. will be.
일 예로, 협상 단계(440)에서, 송신기는 기준 품질 인자 값이 포함된 이물질 검출 상태 패킷(FOD(Foreign Object Detection) Status Packet)을 수신할 수 있다. 또는, 송신기 타입에 대응되는 기준 피크 주파수 값이 포함된 FOD Status Packet을 수신할 수 있다.For example, in the
다른 일 예로, 협상 단계(440)에서 송신기는 송신기 타입에 대응되는 기준 품질 인자 값 및 기준 피크 주파수 값이 포함된 상태 패킷을 수신할 수도 있다. 이때, 송신기는 송신기 타입에 대응되는 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질 검출을 위한 품질 인자 임계 값을 결정할 수 있다.As another example, in the
송신기는 송신기 타입에 대응되는 기준 품질 인자 피크 주파수 값에 기반하여 이물질 검출을 위한 품질 인자 피크 주파수 임계 값을 결정할 수도 있다.The transmitter may determine a quality factor peak frequency threshold for foreign matter detection based on a reference quality factor peak frequency value corresponding to the transmitter type.
송신기는 결정된 품질 인자 임계 값 및(또는) 결정된 품질 인자 피크 주파수 임계 값을 측정된 품질 인자 값-핑 단계(420) 이전에 측정된 품질 인자 값을 의미함- 및(또는) 측정 품질 인자 피크 주파수 값과 비교하여 충전 영역에 배치된 이물질을 검출할 수도 있다.The transmitter measures the determined quality factor threshold and / or the determined quality factor peak frequency threshold to the measured quality factor value-means the quality factor value measured before the ping step 420-and / or the measured quality factor peak frequency It is also possible to detect the foreign matter disposed in the filling area by comparing with the value.
송신기는 이물질 검출 결과에 따라 전력 전송을 제어할 수 있다. 일 예로, 이물질이 검출된 경우, 송신기는 이물질 검출 상태 패킷에 대한 응답으로 네거티브 응답 패킷(Negative acknowledge packet)을 수신기로 전송할 수 있다. 이에 따라, 전력 전송이 중단될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The transmitter can control the power transmission according to the result of the foreign object detection. For example, when a foreign object is detected, the transmitter may transmit a negative acknowledgment packet to the receiver in response to the foreign object detection status packet. Accordingly, power transmission may be stopped, but is not limited thereto.
송신기는 결정된 품질 인자 피크 주파수 임계 값 및 측정 품질 인자 피크 주파수 값을 비교하여 충전 영역에 배치된 이물질을 검출할 수 있다. 송신기는 이물질 검출 결과에 따라 전력 전송을 제어할 수 있다. 일 예로, 이물질이 검출된 경우, 송신기는 이물질 검출 상태 패킷(FOD Status Packet)에 대한 응답으로 NACK 패킷(Negative acknowledge packet)을 수신기로 전송할 수 있다. 이에 따라, 전력 전송이 중단될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The transmitter compares the determined quality factor peak frequency threshold and the measured quality factor peak frequency value to detect a foreign substance disposed in the charging area. The transmitter can control the power transmission according to the result of the foreign object detection. For example, when a foreign object is detected, the transmitter may transmit a negative acknowledgment packet (NACK packet) to the receiver in response to the foreign object detection status packet (FOD Status Packet). Accordingly, power transmission may be stopped, but is not limited thereto.
이물질이 검출된 경우, 송신기는 수신기로부터 충전 종료 메시지(End of Charge Message)를 수신할 수 있으며, 그에 따라 선택 단계(410)로 진입할 수 있다.When a foreign object is detected, the transmitter may receive an End of Charge Message from the receiver, and may enter the
본 발명의 다른 실시 예에 따른 송신기는 협상 단계(440)에서 이물질이 검출된 경우, 전력 전송 단계(460)로 진입할 수도 있다(S415).The transmitter according to another embodiment of the present invention may enter the
반면, 이물질이 검출되지 않은 경우, 송신기는 송신 전력에 대한 협상 단계(440)를 완료하고, 보정 단계(450)를 거쳐 전력 전송 단계(460)로 진입할 수도 있다(S407 및 S409).On the other hand, if no foreign matter is detected, the transmitter may complete the
상세하게, 이물질이 검출되지 않은 경우, 송신기는 보정 단계(450)에 진입하면 수신단에서 수신된 전력의 세기를 확정하고, 송신단에서 전송할 전력의 세기를 결정하기 위해 송신단과 수신단 사이의 전력 손실을 측정할 수 있다.In detail, when a foreign substance is not detected, the transmitter determines the strength of the power received at the receiving end when entering the
일 예로, 송신기는 전력 전송 중 수신단으로부터 피드백되는 수신 전력 세기 정보에 기반하여 수신기에의 수신 전력 세기를 확정할 수 있다. 즉, 송신기는 보정 단계(450)에서 송신단에서의 전송 전력과 수신단에서의 수신 전력 사이의 세기 차이에 기반하여 전력 손실을 예측(또는 산출)할 수 있다.For example, the transmitter may determine the received power strength to the receiver based on the received power strength information fed back from the receiving end during power transmission. That is, the transmitter may predict (or calculate) the power loss based on the difference in intensity between the transmit power at the transmitting end and the receive power at the receiving end in the
전력 전송 단계(460)에서, 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 기 설정된 파워 전송 계약에 대한 위반이 발생되거나(power transfer contract violation), 충전이 완료된 경우, 선택 단계(410)로 진입할 수 있다(S410).In the
또한, 전력 전송 단계(460)에서, 송신기는 송신기 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 재협상 단계(470)로 천이할 수 있다(S411). 이때, 재협상이 정상적으로 완료되면, 송신기는 전력 전송 단계(460)로 회귀할 수 있다(S413).In addition, in the
상기한 파워 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.The above-described power transmission contract may be established based on the status and characteristic information of the transmitter and receiver. For example, the transmitter status information may include information on the maximum transmittable power, information on the maximum number of receivers that can be accommodated, and receiver status information may include information on required power.
본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기에 의해 요구되는 보장 전력에 기반하여 제1 전력 전송 모드 중 제2 전력 전송 모드 중 어느 하나의 동작 모드로 동작할 수 있다.The wireless power transmitter according to the embodiment of the present invention may operate in any one of the first power transmission mode and the second power transmission mode based on the guaranteed power required by the wireless power receiver.
무선 전력 송신기에 연결되는 무선 전력 수신기는 제1 전력 전송 모드만을 지원하는 수신기이거나 제1 전력 전송 모드 및 제2 전력 전송 모드를 모두 지원하는 수신기일 수 있다.The wireless power receiver connected to the wireless power transmitter may be a receiver supporting only the first power transmission mode or a receiver supporting both the first power transmission mode and the second power transmission mode.
여기서, 제2 전력 전송 모드에 상응하여 설정 가능한 보장 전력은 제1 전력 전송 모드에서 설정 가능한 보장 전력보다 클 수 있다.Here, the guaranteed power that can be set corresponding to the second power transmission mode may be greater than the guaranteed power that can be set in the first power transmission mode.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템에서의 이물질 검출 절차를 설명하기 위한 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a foreign material detection procedure in a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.
상세하게 도 5는 제2 전력 전송 모드에서의 이물질 검출 절차를 설명하기 위한 도면이다.In detail, FIG. 5 is a diagram for describing a foreign matter detection procedure in the second power transmission mode.
도 5를 참조하면, 무선 전력 송신기(510)는 선택 단계에서 물체가 감지되면, 핑 단계로의 진입 이전에 소정 기준 동작 주파수에서의 품질 인자 값을 측정할 수 있다(S501). 여기서, 기준 동작 주파수는 공진 주파수(resonance frequency)일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 무선 전력 송신기(510)는 측정된 품질 인자 값을 내부 메모리에 저장할 수 있다(S502).Referring to FIG. 5, when an object is detected in the selection step, the
무선 전력 송신기(510)는 핑 단계로 진입하여 상기한 도 3에서 설명된 감지 신호 전송 절차를 수행할 수 있다(S503).The
무선 전력 송신기(510)는 무선 전력 수신기(520)가 감지되면, 식별 및 구성 단계로 진입하여 식별 패킷 및 구성 패킷을 수신할 수 있다(S504 및 S505).When the
무선 전력 송신기(510)는 협상 단계로 진입하여 이물질 검출 상태 패킷을 무선 전력 수신기(520)로부터 수신할 수 있다(S506). 여기서, 이물질 검출 상태 패킷은 기준 품질 인자 값을 포함할 수 있다.The
무선 전력 수신기(510)는 이물질 검출 상태 패킷에 포함된 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질 존재 여부 판단을 위한 임계 값을 결정할 수 있다(S507).The
일 예로, 임계 값은 기준 품질 인자 값보다 소정 비율만큼 작은 값으로 결정될 수 있다.As an example, the threshold value may be determined as a value smaller than a reference quality factor value by a predetermined ratio.
무선 전력 송신기(510)는 측정된 품질 인자 값과 결정된 임계 값을 비교하여 이물질을 검출할 수 있다(S508). 여기서, 측정된 품질 인자 값이 임계 값보다 작으면, 무선 전력 송신기(510)는 충전 영역에 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.The
무선 전력 송신기(510)는 이물질 검출 결과에 따라 ACK 응답 또는 NACK 응답 또는 ND(No Decision) 응답을 무선 전력 수신기(520)에 전송할 수 있다(S509).The
무선 전력 수신기(520)는 무선 전력 송신기(510)로부터 NACK 응답 또는 ND 응답이 수신되면, 무선 전력 송신기(510)에 의해 전력 전송이 완전히 중단될 때까지 자신의 출력 단자를 통해 전자 기기(또는 배터리/부하)에 일정 세기 이상의 전력이 공급되지 않도록 제어할 수 있다.When the NACK response or the ND response is received from the
여기서, 일정 세기 이상의 전력은 5W가 기준일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 당업자의 설계 및 무선 전력 수신기(510)가 탑재된 전자 기기 및(또는 무선 전력 수신기(510)와 연결된 배터리/부하)에 따라 상이하게 정의될 수 있다.Here, the power of a certain intensity or more may be 5W as a standard, but is not limited thereto. It can therefore be defined differently.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치의 세부 구조를 설명하기 위한 블록도이다.6 is a block diagram illustrating a detailed structure of a wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(600)는 제어기(610), 전력변환기(620), 안테나(630), 복조기(640), 전류 센서(650), 메모리(660), 전원 입력 단자(670)을 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 6, the
여기서, 전력변환기(620)는 인버터(Invertor, 621) 및 직류-직류 변환기(DC-DC Convertor, 623)를 포함하여 구성될 수 있다.Here, the
전원 입력 단자(670)를 통해 인가되는 제1 직류 전압(V_in)은 직류-직류 변환기(623)에 의해 제2 직류 전압(V_rail)으로 변환된 후 인버터(621)의 구동 전압으로 인가될 수 있다.The first DC voltage V_in applied through the
제어기(610)는 인버터(621)에 구비된 복수의 스위치를 제어하기 위해 제1 내지 제N 스위치 제어 신호(SC_1 및 SC_N)를 생성하여 인버터(621)로 공급할 수 있다.The
인버터(621)는 제1 내지 제N 스위치 제어 신호에 따라 제2 직류 전압(V_rail)을 스위칭 제어하여 교류 전력 신호를 생성할 수 있다.The
여기서, 제1 내지 제N 스위치 제어 신호는 펄스 폭 변조 신호일 수 있다.Here, the first to Nth switch control signals may be pulse width modulated signals.
안테나(630)는 인버터(621)로부터 수신되는 교류 전력 신호를 구비된 공진 회로(미도시)를 전자기장 신호로 변환하여 무선으로 출력할 수 있다.The
본 실시 예에 있어서, 안테나(630)는 적어도 하나의 인덕터(Inductor, L)와 적어도 하나의 캐패시터(Capacitor, C)로 구성된 LC 공진 회로-즉, LC Tank-를 포함하여 구성될 수 있다.In this embodiment, the
일 실시 예로 안테나(630)는 하나의 송신 코일-즉, 하나의 인덕터-로 구성된 단일 코일 형태일 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 다른 실시 예에 따른 안테나(630)는 후술할 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 송신 코일-즉, 복수의 송신 코일-로 구성될 수도 있다.As an example, the
직류-직류 변환기(623)의 출력인 제2 직류 전력은 설명의 편의를 위해 인버터 입력 전압 또는 브이레일(V_rail) 또는 인버터 동작 전압 등과 혼용하여 사용하기로 한다.The second DC power, which is the output of the DC-
상기 제1 내지 제N 스위치 제어 신호(SC_1 및 SC_N)의 N 값은 인버터(621)에 구비되는 스위치-예를 들면, MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect-Transistor) 스위치일 수 있음-의 개수와 동일할 수 있다.The N values of the first to Nth switch control signals SC_1 and SC_N are the number of switches provided in the
전력 센서(650)는 제어기(610)의 제어 신호에 따라 안테나(630)에 흐르는 전류 및 전압의 세기를 측정하고, 측정 결과를 제어기(610)에 전달할 수 있다.The
일 예로, 제어기(610)는 물체 감지 후 핑 단계로 진입하기 이전에 전력 센서(650)에 소정 제어 신호를 전송하여 안테나(630)에 흐르는 전력을 측정하도록 제어할 수 있다.For example, the
제어기(610)는 측정된 전력에 기초하여 인버터(621)에 인가되는 스위치 제어 신호의 버스트 패턴을 제어함으로써, 품질 인자 측정을 위한 저전력 신호를 생성할 수 있다. 여기서, 저전력 신호는 무선 전력 수신기가 부팅되지 않아 통신이 연결되지 않는 전력 신호일 수 있다.The
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 도 6의 안테나 구성을 설명하기 위한 도면이다.7 is a view for explaining the antenna configuration of FIG. 6 according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 안테나(630)는 코일 선택 회로(710), 코일 어셈블리(720) 및 공진 캐패시터(730)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 7, the
코일 어셈블리(720)는 적어도 하나의 송신 코일-즉, 제1 내지 제N 코일-을 포함하여 구성될 수 있다.The
코일 선택 회로(710)는 코일 어셈블리(720)에 포함된 송신 코일 중 어느 하나 또는 적어도 어느 하나에 인버터(621) 출력 전류(I_coil)가 전달되도록 구성된 스위칭 회로를 포함하여 구성될 수 있다.The
일 예로, 코일 선택 회로(710)는 그것의 일단이 인버터(621) 출력단에 연결되고 타단이 그것에 대응되는 코일에 연결된 제1 내지 제N 스위치를 포함하여 구성될 수 있다.For example, the
코일 어셈블리(720)에 포함된 제1 내지 제N 코일은 그것의 일단이 코일 선택 회로(710)의 대응되는 스위치에 연결되고, 그것의 타단이 공진 캐패시터(730)와 연결될 수 있다.The first to Nth coils included in the
복조기(640)는 코일 어셈블리(720)와 공진 캐피시터(730) 사이의 신호-여기서, 신호는 진폭 변조된 신호임-를 복조하여 제어기(610)에 전달할 수 있다.The
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따라 상기 도 6에 따른 무선 전력 송신 장치와 연동되는 무선 전력 수신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.8 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power receiving device interworking with the wireless power transmitting device according to FIG. 6 according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 무선 전력 수신기(800)는 수신 안테나(810), 정류기(820), 직류/직류 변환기(DC/DC Converter, 830), 스위치(840), 부하(850), 변조부(860) 및 제어기(870)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 8, the
상기한 도 8의 예에 도시된 무선 전력 수신기(800)는 인밴드 통신을 통해 무선 전력 송신기와 정보를 교환할 수 있다.The
수신 안테나(810)는 인덕터와 적어도 하나의 캐패시터를 포함하여 구성될 수 있다.The receiving
무선 전력 송신기(600)에 의해 전송된 AC 전력은 수신 안테나(810)을 통해 정류기(820)에 전달할 수 있다.The AC power transmitted by the
정류기(820)는 수신 안테나(810)를 통해 전달 받은 AC 전력을 DC 전력으로 변환하여 직류/직류 변환기(830)에 전송할 수 있다.The
제어기(870)는 직류/직류 변환기(830)로부터 인가되는 전압에 따라 부팅되어 무선 전력 송신기와의 통신 연결을 시도할 수 있다.The
무선 전력 수신기(800)가 부팅되기 위해서는 기준치 이상의 전력이 수신되어야 한다.In order for the
직류/직류 변환기(830)는 제어기(870)의 제어 신호에 따라 정류기(820)의 출력 DC 전력의 세기를 부하(850)에 의해 요구되는 특정 세기로 DC 전력으로 변환할 수 있다.The DC /
제어기(870)는 정류기(820)의 출력 DC 전력 세기를 측정하고, 측정 결과에 기반하여 스위치(840)를 제어할 수 있다.The
일 예로 제어기(870)는 정류기(820) 출력 전압이 소정 임계치를 초과하면, 스위치(840)를 OFF하여 부하(850)에 과전압이 전달되지 않도록 제어할 수 있다.For example, if the output voltage of the
제어기(870)는 정류기(820)의 출력 DC 전력에 기반하여 전력 제어를 수행할 수도 있다.The
과전압이 감지된 경우, 제어기(870)는 변조부(860)를 제어하여 과전압이 감지되었음을 알리는 소정 패킷을 무선 전력 송신기(600)에 전송할 수 있다.When the overvoltage is detected, the
변조부(860)는 수신 안테나(810)를 통해 수신된 AC 전력 신호를 구비된 변조 스위치를 이용해 진폭 변조함으로써, 해당 패킷을 무선 전력 송신기(600)에 전송할 수 있다. 이때, 제어기(870)는 변조 스위치를 제어하기 위한 소정 스위치 제어 신호를 생성할 수 있다.The
이때, 무선 전력 송신기(600)는 무선 전력 수신기(800)에 의해 진폭 변조된 신호를 구비된 복조기(670)을 통해 복조할 수 있다.At this time, the
다른 일 예로, 제어기(870)는 무선 전력 수신기(800)가 장착된 전자 기기의 내부 전력을 제어하는 전력 관리 소자-예를 들면, PMIC(Power Management IC)(미도시)와 연동될 수 있다. 이 경우, 후술할 도 9에 도시된 바와 같이, 직류/직류 변환기(830)의 출력 DC 전력은 스위치(840)를 통해 PMIC(910)로 전달될 수 있다.As another example, the
PMIC(910)는 전자 기기(900) 내부에 구비된 배터리(920)의 충전 및 전자 기기(900) 내부 부품(930)으로의 전력 공급을 제어할 수 있다.The
PMIC(910)는 배터리(920)의 현재 충전 상태 정보를 제어기(870)에 제공할 수 있다. 제어기(870)는 배터리(920)의 현재 충전 상태 정보 및 내부 온도 정보 등에 기반하여 충전의 진행 여부를 판단할 수 있다.The
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신기(800)는 협상 단계(440)에 진입하면, 기준 품질 인자 값이 포함된 이물질 검출 상태 패킷을 생성하여 무선 전력 송신기(600)에 전송할 수 있다.When the
무선 전력 송신기(600)는 이물질 검출 상태 패킷에 포함된 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질 존재 여부를 판단하기 위한 소정 임계 값을 결정할 수 있다.The
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신기가 장착된 전자 기기의 전력 관리 방법을 설명하기 위한 도면이다.9 is a view for explaining a power management method of an electronic device equipped with a wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 전자 기기(900)는 무선 전력 수신기(901), PMIC(910), 배터리(920) 및 내부 부품(930)을 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 9, the
무선 전력 수신기(901)의 세부 구성 및 동작은 상술한 도 8의 설명으로 대체한다.The detailed configuration and operation of the
내부 부품(930)은 특정 동작 전압이 요구되는 회로 소자, 마이크로 프로세서, 디스플레이, 센서 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The
무선 전력 수신기(901)과 PMIC(910)는 WLC_I 단자를 통해 상호 전기적으로 연결되며, PMIC(910)는 제1 스위치(911) 및 제2 스위치(912)를 포함할 수 있다.The
제1 스위치(911)의 일단은 WLC_I 단자와 연결되고 타단은 내부 전원 및 제2 스위치(912)의 일단에 연결될 수 있다.One end of the
상기 내부 전원은 디바이스의 내부에 구비되는 부품 및 소자(예를 들어, 응용 프로세서, 메인 메모리, 디스플레이 모듈, 터치 모듈, 지문 인식 모듈, 카메라 모듈, 스피커, 진동 모듈 등)의 동작에 필요한 전원으로 공급됨을 의미하며, 상기한 부품 및 소자로 전력을 분배하기 위한 별도의 분배기를 더 포함할 수도 있다.The internal power is supplied as power required for the operation of components and elements (eg, application processor, main memory, display module, touch module, fingerprint recognition module, camera module, speaker, vibration module, etc.) provided inside the device. It means, it may further include a separate divider for distributing power to the above-described components and devices.
제2 스위치(912)의 일단은 제1 스위치(911)와 연결되고 타단은 배터리(920)에 연결될 수 있다.One end of the
PMIC(910)는 제1 스위치(911) 및 제2 스위치(912)를 제어하여 무선 전력 수신기(901)로부터 수신되는 직류 전력을 내부 부품(930), 배터리(920) 중 적어도 하나에 공급하거나, 내부 부품(930) 및 배터리(920)로 공급되는 전원을 차단할 수 있다.The
일 예로, 제1 스위치(911)는 상기한 도 8의 스위치(840)에 대응될 수 있으며, 과전압 보호 스위치(over voltage protection switch)라 정의될 수 있다.For example, the
무선 전력 수신기(901)로부터 인가되는 전압이 소정 기준치를 초과하는 경우, PMIC(910)는 제1 스위치(911)를 OFF시켜 과전압에 의해 내부 부품(930) 및 배터리(920)가 손상되는 것을 미연에 방지할 수 있다.When the voltage applied from the
또한, PMIC(910)는 전자 기기(900)에 장착되는 응용 프로세서의 요청-예를 들어, 무선 전력 수신 비활성화 요청-에 따라 무선 전력 수신기(901)과의 연결을 차단하기 위해 제1 스위치(911)를 OFF시킬 수도 있다. Also, the
제2 스위치(912)는 배터리 과열 보호 스위치(Battery Over Temperature Protection Switch)라 정의될 수 있다.The
일 예로, PMIC(910)는 배터리(920)의 온도가 소정 임계 치에 도달하면, 제2 스위치(912)를 OFF시켜 배터리(920)의 충전을 차단시킬 수 있다.For example, when the temperature of the
또한, PMIC(910)는 배터리(920)의 충전이 완료된 경우, 제2 스위치(912)를 OFF시켜 배터리 충전을 차단시킬 수도 있다.In addition, when charging of the
상기한 도 9에서는 배터리(920)를 등가 회로인 하나의 저항으로 표현하였으나, 이는 설명의 편의를 위함일뿐 실제 구현에 있어서, 배터리(920)는 리튬-이온 배터리 등으로 구현될 수 있다.In FIG. 9, the
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 저전력 신호 생성기가 구비된 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.10 is a view for explaining the structure of a wireless power transmitter equipped with a low power signal generator according to an embodiment of the present invention.
도 10에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기(1000)는 저전력 신호 생성기(1010), 교류 증폭 회로(1020), 피크 감지기(1030), 감쇄기 또는 직류 제거기(1040) 및 제어기(1050)를 포함하여 구성되었다. 이하 설명의 편의를 위해 감쇄기 또는 직류 제거기(1040)를 간단히, 감쇄기(1040)라 이름하여 설명하기로 한다.As shown in FIG. 10, the
교류 증폭 회로(1020)는 제1 내지 제4 스위치(1021 내지 1024) 및 공진 탱크 회로(1025)를 포함하여 구성된다. 이하 설명의 편의를 위해 공진 탱크 회로를 공진 탱크, 공진 회로 등과 혼용하여 사용하기로 한다.The
교류 증폭 회로(1020)를 구성하는 제1 내지 제4 스위치(1021 내지 1024)와 공진 탱크 회로(1025)는 각각 상기한 도 6의 인버터(621)와 안테나(630)에 대응될 수 있다. 즉, 안테나(630)는 직렬 연결된 인덕터와 캐패시터를 구성된 공진 탱크를 포함하고, 인버터(621)는 교류 전력 신호를 생성하기 위한 제1 내지 제4 스위치(1021 내지 1024)를 포함하여 구성될 수 있다.The first to
교류 증폭 회로(1020)에 구비된 제1 내지 제4 스위치(1021 내지 1024)는 제어기(1050)로부터 인가되는 제1 내지 제4 스위치 제어 신호(SC_1 내지 SC_4, 1051)에 기반하여 구동될 수 있다.The first to
제1 내지 제4 스위치(1021 내지 1024)는 풀-브릿지(Full-Bridge) 형태로 배치되고, 공진 탱크 회로(1025)는 직렬 연결된 캐피시터(C1)와 인덕터(L1)을 포함하여 구성될 수 있다.The first to
저전력 신호 생성기(1010)는 제5 스위치(1011), 제6 스위치(1012) 및 저항 소자(R1, 1013)을 포함하여 구성될 수 있다.The low
저전력 신호 생성기(1010))의 제5 스위치(1011) 및 제6 스위치(1012)는 제어기(1050)로부터 인가되는 제5 내지 제6 스위치 제어 신호(SC_5 내지 SC_6, 1052)에 기반하여 구동되며, 하프-브릿지(Half-Bridge) 형태로 배치될 수 있다. 여기서, 제5 스위치(1011)와 제6 스위치(1012) 사이에는 저항 소자(R1, 1013)가 연결된다.The
여기서, 저항 소자(1013)는 제5 스위치(1011)와 제6 스위치(1012)에 의해 생성된 신호의 전압 V3를 전압 V1으로 강하시켜 공진 탱크 회로(1025)로 전달할 수 있다.Here, the
제어기(1050)는 듀티가 50%이고, 위상이 180도 상이하도록 펄스 폭 변조된 제5 스위치 제어 신호(SC_5) 및 제6 스위치 제어 신호(SC_6)를 저전력 신호 생성기(1010)에 제공할 수 있다.The
제어기(1050)는 충전 영역에 물체가 감지되면 핑 단계로의 진입 이전에 저전력 신호가 생성되도록 저전력 신호 생성기(1010)를 제어할 수 있다.When an object is detected in the charging area, the
이때, 제어기(1050)는 교류 증폭 회로(1020)에 구비된 스위치들 중 제4 스위치(1024)만이 ON되고 나머지 스위치-즉, 제1 내지 제3 스위치(1021 내지 1023)-는 OFF되도록 제1 내지 제4 스위치 제어 신호(SC_1 내지 SC_4, 1051)를 제어할 수 있다. 일 예로, 스위치 제어 신호가 HIGH 신호이면, 스위치 ON되고, LOW 신호이면 스위치 OFF될 수 있다.At this time, the
피크 감지기(1030)는 공진 탱크 회로(1025)의 캐패시터(C1)와 인덕터(L1) 사이에 흐르는 신호의 피크를 감지하고, 피크 감지 신호를 감쇄기 또는 직류 제거기(1040)에 전송할 수 있다.The
감쇄기 또는 직류 제거기(1040)는 피크 감지 신호의 세기를 제어기(1050)에 의해 요구되는 레밸로 감쇄하거나 직류 성분을 제거하여 제어기(1050)에 전송할 수 있다.The attenuator or DC remover 1040 may attenuate the intensity of the peak detection signal to a level required by the
제어기(1050)는 저전력 신호 생성기(1010)를 제어하여 교류 증폭 회로(1020)를 통해 저전력 신호가 출력되도록 제어할 수 있다. 일 예로, 저전력 신호의 세기는 1와트(W)이하로 제어될 수 있다.The
제어기(1050)는 저전력 신호 출력 중 동작 주파수 대역 내 주파수를 스윕하여 피크 투 피크 전압 또는 전류가 최대인 주파수를 탐색하고, 탐색된 주파수를 공진 주파수로 확정할 수 있다.The
또한, 제어기(1050)는 탐색된 공진 주파수를 이용하여 공진 탱크의 수렴 전압을 측정할 수 있다. 제어기(1050)는 감쇄기(1140)로부터 인가되는 신호의 전압에 기반하여 공진 탱크의 수렴 전압을 결정할 수 있다. 여기서, 공진 탱크의 수렴 전압은 후술할 도 12에 도시된 바와 같이, 공진 탱크에 에너지가 거의 완전히 축적되어 더이상 전압이 증가하지 않고 일정하게 수렴하는 전압을 의미한다.In addition, the
따라서, 제어기(1050)는 저전력 신호 전송 중 공진 탱크에 저장된 에너지가 거의 포화되어 전압이 소정 오차 범위 이내에서 일정한 레벨을 유지하면, 해당 전압 레벨을 수렴 전압으로 확정할 수 있다.Therefore, the
제어기(1050)는 공진 주파수에 대응하는 수렴 전압이 확정되면, 저전력 신호 출력을 일시 중단시켜 공진 탱크에 저장된 에너지가 모두 방전되도록 제어할 수 있다.When the convergence voltage corresponding to the resonant frequency is determined, the
일 예로, 제어기(1050)는 감쇄기(1140)로 입력되는 신호의 전압 레벨이 더 이상 떨어지지 않고 일정 레벨로 유지되면 공진 탱크에 저장된 에너지가 모두 방전된 것으로 판단할 수 있다.For example, the
제어기(1050)는 공진 탱크에 저장된 에너지가 모두 방전되면, 공진 주파수를 이용한 저전력 신호 출력이 다시 개시되도록 제어할 수 있다.When all of the energy stored in the resonance tank is discharged, the
제어기(1050)는 저전력 신호 출력 재개 후 완전히 방전된 공진 탱크의 전압이 특정 레벨에 도달할때까지 소요된 시간을 측정할 수 있다. 여기서, 특정 레벨은 공진 탱크 포화 전압의 일정 비율로 결정될 수 있다. 일 예로, 일정 비율은 65%에서 75% 사이의 값으로 결정될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The
이하 설명의 편의를 위해, 방전 후 공진 탱크의 전압이 특정 레벨에 도달할때까지 소요되는 시간을 "기준 전압 도달 시간"이라 명하기로 한다.For convenience of the following description, the time required for the voltage of the resonant tank to reach a certain level after discharge will be referred to as "reference voltage arrival time".
제어기(1050)는 측정된 기준 전압 도달 시간에 대응하는 품질 인자를 결정할 수 있다.The
일 예로, 제어기(1050)는 측정된 기준 전압 도달 시간 동안 공진 탱크의 공급 전력 a를 산출할 수 있다. 일 예로, 초당 1와트(W)의 저전력이 공급되고, 측정된 기준 전압 도달 시간이 5초이면, 공급 전력 a은 5W로 산출될 수 있다.For example, the
또한, 제어기(1050)는 측정된 기준 전압 도달 시간 공진 탱크에 저장된 전력 b을 측정할 수 있다.Further, the
제어기(1050)는 공급 전력 a에서 공진 탱크에 저장된 전력 b를 빼서 공진 탱크에 의해 소모된 전력 c를 산출할 수 있다.The
이때, 품질 인자 Q는 b/c로 결정될 수 있다.At this time, the quality factor Q may be determined as b / c.
다른 일 예로, 기준 레벨 도달 시간에 대응하는 품질 인자는 테이블의 형태로 구성된 후 무선 전력 송신기(1000)에 구비된 메모리(미도시)에 미리 저장되어 유지될 수도 있다.As another example, the quality factor corresponding to the reference level arrival time may be pre-stored in a memory (not shown) provided in the
제어기(1050)는 결정된 품질 인자에 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다.The
일 예로, 제어기(1050)는 결정된 품질 인자가 소정 임계치보다 작으면, 충전 영역에 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 반면, 제어기(1050)는 결정된 품질 인자가 소정 임계치보다 크거나 같으면, 충전 영역에 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 임계치는 협상 단계(440)에 수신되는 이물질 검출 상태 패킷에 포함된 기준 품질 인자 값에 기반하여 결정될 수 있다.For example, if the determined quality factor is smaller than a predetermined threshold, the
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 공진 주파수 대역폭을 설명하기 위한 도면이다.11 is a view for explaining a resonance frequency bandwidth according to an embodiment of the present invention.
도면 번호 1100은 무선 충전 시스템의 공진 회로에서 대역폭과 공진 주파수의 관계를 보여주는 그래프이다.1100 is a graph showing a relationship between a bandwidth and a resonance frequency in a resonance circuit of a wireless charging system.
도 11을 참조하면, 공진 주파수인 (1112)에서 피크 투 피크 전압의 진폭 또는 전압/전류의 진폭이 최대인 것을 알 수 있다.11, the resonance frequency It can be seen from (1112) that the amplitude of the peak-to-peak voltage or the amplitude of the voltage / current is the maximum.
값이 최대인 진폭 로부터 3dB 아래인 전압 또는 전류를 가지는 2개의 동작 주파수 또는 하프 파워 대역폭 주파수가 존재할 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해 최대 진폭(1111)으로부터 3dB 아래인 2개의 동작 주파수를 각각 하한 대역폭 주파수(, 1113) 및 상한 대역폭 주파수(, 1114)로 명하기로 한다. 여기서, 3dB 아래인 진폭은 최대 진폭(1111)의 약 70.7%일 수 있다.Amplitude with maximum value There may be two operating frequencies or half power bandwidth frequencies with voltage or current below 3 dB from. For convenience of explanation below, the two operating frequencies, which are 3 dB below the maximum amplitude (1111), are each lower bandwidth frequencies ( , 1113) and the upper bandwidth frequency ( , 1114). Here, the amplitude below 3dB may be about 70.7% of the
품질 인자는 무선 전력의 충전 효율에 직접적인 영향을 미치는 파라메터로서, 품질 인자가 3dB 강하되는 것은 전력 전송 효율(또는 전송 전력)이 절반으로 감소하는 것을 의미할 수 있다.The quality factor is a parameter that directly affects the charging efficiency of wireless power, and a 3dB drop in the quality factor may mean that the power transmission efficiency (or transmission power) is reduced in half.
본 발명의 실시 예에 따른 공진 주파수 대역폭(1115)은 상한 대역폭 주파수(1614)에서 하한 대역폭 주파수(1613)를 뺀 값-즉, - 으로 정의될 수 있다.The
상기한 도 11의 실시 예에서는 공진 주파수 대역폭(1115)이 최대 진폭(1111)으로부터 3dB 아래인 전압 또는 전류를 가지는 주파수들에 의해 결정되는 것으로 설명되고 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 최대 진폭(1111)으로부터 3dB가 아래가 아닌 xdB 낮은 전압 또는 전류를 가지는 주파수 영역을 공진 주파수 대역폭(1115)으로 정의할 수도 있다. 여기서, x 값은 당업자의 설계 목적 및 제품의 특성에 따라 상이하게 설정될 수도 있음을 주의해야 한다.In the above-described embodiment of FIG. 11, it is described that the
본 발명의 다른 실시 예에 따른 공진 주파수 대역폭(BW: Bandwidth)는 하기의 수학식 1과 같이, 공진 주파수()와 해당 공진 주파수 에서의 품질 인자 값 에 기반하여 산출될 수도 있다.Resonant frequency bandwidth according to another embodiment of the present invention (BW: Bandwidth) is a resonant frequency ( ) And corresponding resonance frequency Quality factor values at It may be calculated based on.
<수학식 1> <
저 전력 시스템(Low Power System)에서 품질 인자 값 는 하기의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.Quality factor values in low power systems Can be expressed as Equation 2 below.
<수학식 2> <Equation 2>
여기서, 은 하한 대역폭 주파수이고 는 상한 대역폭 주파수이다.here, Is the lower bandwidth frequency Is the upper bandwidth frequency.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에 구비되는 공진 탱크의 전압 특성을 설명하기 위한 도면이다.12 is a view for explaining the voltage characteristics of the resonance tank provided in the wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.
도 12에 도시된 바와 같이 참조하면, 공진 탱크의 전압이 방전 전압(1230)인 상태-즉, 공진 탱크의 전압이 0V인 상태-에서 공진 탱크에 전력이 인가되면, 공진 탱크의 전압은 시간의 경과에 따라 증가하다가 일정한 레벨로 수렴하게 된다.Referring to FIG. 12, when power is applied to the resonance tank in a state where the voltage of the resonance tank is a discharge voltage 1230-that is, the voltage of the resonance tank is 0V, the voltage of the resonance tank is the time It increases over time and then converges to a certain level.
여기서, 공진 탱크의 전압이 일정한 레벨로 수렴하는 것은 공진 탱크에 충전된 에너지가 거의 포화 상태에 도달하였음을 의미한다.Here, converging the voltage of the resonant tank to a constant level means that the energy charged in the resonant tank has almost reached the saturation state.
이하 설명의 편의를 위해 공진 탱크의 에너지가 거의 포화 상태에 도달한 상태에 상응하는 전압을 ‘수렴 전압(1230)’이라 명하기로 한다.Hereinafter, for convenience of description, a voltage corresponding to a state in which the energy of the resonant tank has almost reached the saturation state will be referred to as a “
여기서, 수렴 전압(1230)은 공진 탱크에 에너지가 완전히 충전되어 포화된 상태에서 측정된 전압이 아닌것을 주의해야 한다.Here, it should be noted that the
무선 전력 송신기는 수렴 전압(1230)의 소정 비율에 상응하는 전압을 기준 전압(1220)으로 결정할 수 있다.The wireless power transmitter may determine a voltage corresponding to a predetermined ratio of the
여기서, 기준 전압(1220)은 수렴 전압(1230)보다 낮은 전압이다.Here, the
실시 예로, 기준 전압(1220)은 수렴 전압(1230)의 70% 수준으로 결정될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 기준 전압은 수렴 전압(1230)의 65%에서 75% 사이의 비율 중 어느 하나로 선택될 수 있다.In an embodiment, the
무선 전력 송신기는 저전력 신호 출력 중 방전 상태인 공진 탱크의 전압이 기준 전압(1220)에 도달하기까지 소요되는 시간을 산출할 수 있다.The wireless power transmitter may calculate a time required for the voltage of the resonant tank in the discharged state to reach the
이하 설명의 편의를 위해 공진 탱크의 전압이 방전 전압(1240)인 상태에서 공진 주파수의 저전력 신호가 공진 탱크에 인가된 후 기준 전압(1220)에 도달할 때까지 소요된 시간을 기준 전압 도달 시간(1240)이라 명하기로 한다.For convenience of description below, the time taken until the
무선 전력 송신기는 기준 전압 도달 시간(1240)에 기초하여 품질 인자를 추정 또는 결정할 수 있다. 일반적으로, 품질 인자가 높을수록 기준 전압 도달 시간(1240)은 증가한다.The wireless power transmitter may estimate or determine a quality factor based on the reference
도 12에 도시된 바와 같이, 수렴 전압(1230)에 근접할수록 시간에 따른 전압 변화가 거의 없으므로 수렴 전압(1230)에 도달한 시간을 정확하게 측정하기 힘든 문제점이 있다.As shown in FIG. 12, the closer to the
따라서, 본 실시 예에 따른 무선 전력 송신기가 수렴 전압(1230)이 아닌 기준 전압(1220)에 기반하여 품질 인자를 결정 또는 추정하는 이유는 시간에 따른 전압 변화가 분명한 구간상에 기준 전압(1220)을 설정함으로써, 보다 명확하게 기준 전압(1240)에 도달한 시간을 측정할 수 있는 장점이 있기 때문이다.Therefore, the reason why the wireless power transmitter according to the present embodiment determines or estimates the quality factor based on the
또한, 본 실시 예에 따른 무선 전력 송신기가 수렴 전압(1230)이 아닌 기준 전압(1220)에 도달하는 시간을 측정함으로써, 보다 빠르게 품질 인자를 결정 또는 추정할 수 있는 장점이 있다.In addition, the wireless power transmitter according to the present embodiment has an advantage of determining or estimating the quality factor more quickly by measuring the time to reach the
도 13은 본 발명에 따른 공진 탱크에 저전력 신호가 인가되는 동안 공진 탱크에서 소모되는 전력과 충전되는 전력을 설명하기 위한 도면이다.13 is a view for explaining the power consumed in the resonance tank and the power charged while the low power signal is applied to the resonance tank according to the present invention.
상세하게 도 13은 품질 인자가 9일 때 시간에 따른 공진 탱크에서의 소모 전력과 충전 전력의 변화를 설명하기 위한 도면이다.In detail, FIG. 13 is a view for explaining changes in power consumption and charging power in a resonance tank over time when the quality factor is 9.
품질 인자는 소정 시간 동안 공진 탱크에 저장된 전력을 해당 시간 동안 공진 탱크에서 소모된 전력으로 나누어 산출될 수 있다. 공진 탱크는 자체적인 저항 성분으로 인한 전력 소모가 발생된다.The quality factor may be calculated by dividing the power stored in the resonant tank for a predetermined time by the power consumed in the resonant tank during the corresponding time. The resonant tank generates power consumption due to its own resistance component.
도 13을 참조하면, 제1 주기 동안의 공급 전력이 1일 때, 품질 인자 9인 무선 전력 송신기의 공진 탱크에서 제1 주기 동안 소모되는 전력은 0.1이고, 공진 탱크에 축적되는 전력은 0.9이다.Referring to FIG. 13, when the supply power during the first period is 1, power consumed during the first period in the resonance tank of the wireless power transmitter having a quality factor of 9 is 0.1, and power accumulated in the resonance tank is 0.9.
제2 주기 동안의 공급 전력이 1일 때, 제2 주기 동안 소모되는 전력은 제1 주기 축적된 전력 0.9와 제2 주기 동안 공급된 전력 1의 합의 10%인 0.19이고, 제2 주기 동안 공진 탱크에 축적된 전력은 제1 주기 동안 축적된 전력 0.9와 제2 주기 동안 공급된 전력 1의 합의 90%인 1.71이다.When the power supplied during the second cycle is 1, the power consumed during the second cycle is 0.19, which is 10% of the sum of the power accumulated in the first cycle 0.9 and the
제3 주기 동안의 공급 전력이 1일 때, 제3 주기 동안 소모되는 전력은 제1 주기 동안 축적된 전력 0.9, 제2 주기 동안 축적된 전력 1.71 및 제3 주기 동안 공급된 전력 1의 합의 10%인 0.271이고, 제3 주기 동안 공진 탱크에 축적된 전력은 제2 주기 동안 축적된 전력 1.71 및 제3 주기 동안 공급된 전력 1의 합의 90%인 2.439이다.When the supply power during the third cycle is 1, the power consumed during the third cycle is 10% of the sum of the power accumulated during the first cycle 0.9, the power accumulated during the second cycle 1.71, and the
즉, 품질 인자가 일때, N번째 주기에 공진 탱크에 축적된 전력 은 하기의 수식:In other words, the quality factor Power, accumulated in the resonant tank in the Nth cycle Is the following formula:
로 산출될 수 있다.Can be calculated as
도 14는 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에서 공진 탱크에 축적되는 전력을 보여준다.14 shows power accumulated in the resonance tank in the wireless power transmitter according to the embodiment.
상세하게 도 14는 품질 인자가 10인 무선 전력 송신기에서 공진 탱크에 축적되는 전력을 보여준다.In detail, FIG. 14 shows power accumulated in the resonance tank in the wireless power transmitter having a quality factor of 10.
도 14의 도면 번호 1410을 참조하면, 공진 탱크에 저장된 에너지가 완전히 방전된 후 전력을 공급하면 공진 탱크의 전압은 제1 시간(1412)이 경과하면 수렴하게 된다.14, when the energy stored in the resonance tank is completely discharged and power is supplied, the voltage of the resonance tank converges when the
즉, 공진 탱크에 전력 공급을 개시한 후 제1 시간(1412)이 경과하면, 공진 탱크의 전압은 수렴 전압(1411)에 도달한다. 이때, 방전 상태에서 수렴 전압(1411)에 도달하는데 소요되는 시간인 제1 시간(1412)은 품질 인자에 비례한다.That is, when the
즉, 품질 인자가 클수록 수렴 상태에 도달하는데 소요되는 시간은 증가한다.In other words, the larger the quality factor, the more time it takes to reach the convergence state.
도 14의 도면 번호 1420을 참조하면, 무선 전력 송신기는 수렴 전압(1411)의 소정 비율-예를 들면, 70%-인 전압을 기준 전압(1421)로 설정할 수 있다.14, the wireless power transmitter may set a voltage that is a predetermined ratio of convergence voltage 1411-for example, 70%-as
공진 탱크에 저장된 에너지가 완전히 방전된 후 전력을 다시 공급하면 공진 탱크의 전압은 제2 시간(1422)이 경과한 이후에 기준 전압(1412)에 도달하게 된다.When the energy stored in the resonance tank is completely discharged and power is supplied again, the voltage of the resonance tank reaches the
본 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 제2 시간(1421)을 측정하고, 측정된 제2 시간(1421)에 기반하여 품질 인자를 결정 또는 추정할 수 있다.The wireless power transmitter according to the present embodiment may measure the
무선 전력 송신기는 추정된 품질 인자와 소정 임계치를 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다.The wireless power transmitter may compare the estimated quality factor with a predetermined threshold to determine the presence of foreign matter.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 무전 전력 송신기에서 품질 인자 별 공진 탱크에 축적되는 전력 패턴을 설명하기 위한 도면이다.15 is a view for explaining a power pattern accumulated in the resonance tank for each quality factor in the radio power transmitter according to the embodiment of the present invention.
도 15를 참조하면, 도면 번호 1510는 품질 인자가 10일 때, 시간에 따라 공진 탱크에 축적되는 전력 변화-즉, 공진 탱크의 전압 변화-를 보여주는 그래프이고, 도면 번호 1520은 품질 인자가 20일 때, 시간에 따라 공진 탱크에 축적되는 전력 변화를 보여주는 그래프이고, 도면 번호 1530은 품질 인자가 30일 때, 시간에 따라 공진 탱크에 축적되는 전력 변화를 보여주는 그래프이다.15,
도면 번호 1510을 참조하면, 품질 인자가 10일 때, 방전 상태에서 공진 탱크의 전압이 기준 전압(1511)에 도달하기 위해 소요되는 시간은 13주기인 것을 보여준다.Referring to FIG. 1510, when the quality factor is 10, it is shown that the time required for the voltage of the resonance tank to reach the
도면 번호 1520을 참조하면, 품질 인자가 20일 때, 방전 상태에서 공진 탱크의 전압이 기준 전압(1521)에 도달하기 위해 소요되는 시간은 25주기인 것을 보여준다.Referring to FIG. 1520, when the quality factor is 20, it is shown that the time required for the voltage of the resonance tank to reach the
도면 번호 1530을 참조하면, 품질 인자가 30일 때, 방전 상태에서 공진 탱크의 전압이 기준 전압(1531)에 도달하기 위해 소요되는 시간은 37주기인 것을 보여준다.Referring to FIG. 1530, when the quality factor is 30, it is shown that the time required for the voltage of the resonant tank to reach the
상기한 도 15에 도시된 바와 같이, 품질 인자가 클수록 방전 상태에서 기준 전압에 도달하기 위해 소요되는 시간은 증가하는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 15, it can be seen that as the quality factor is increased, the time required to reach the reference voltage in the discharged state increases.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 이물질 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.16 is a flowchart illustrating a method for detecting a foreign material in a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.
도 16을 참조하면, 무선 전력 송신기는 물체가 감지되면, 동작 주파수 대역 내 주파수 스윕을 통해 공진 주파수를 탐색할 수 있다(S1610 내지 S1620).Referring to FIG. 16, when an object is detected, the wireless power transmitter may search for a resonance frequency through a frequency sweep in an operating frequency band (S1610 to S1620).
무선 전력 송신기는 탐색된 공진 주파수로 저전력 신호를 생성하여 공진 탱크에 인가할 수 있다(S1630).The wireless power transmitter may generate and apply a low power signal to the resonance tank at the resonant frequency (S1630).
무선 전력 송신기는 공진 탱크의 수렴 전압을 검출할 수 있다(S1640).The wireless power transmitter may detect the convergence voltage of the resonant tank (S1640).
무선 전력 송신기는 수렴 전압에 기반하여 기준 전압을 설정할 수 있다(S1650). 여기서, 기준 전압은 수렴 전압보다 낮게 설정될 수 있다. 일 예로, 기준 전압은 수렴 전압의 70%로 설정될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 다른 일 예로, 수렴 전압의 65%에서 75%사이의 어느 하나의 값으로 기준 전압이 설정될 수 있다.The wireless power transmitter may set the reference voltage based on the convergence voltage (S1650). Here, the reference voltage may be set lower than the convergence voltage. For example, the reference voltage may be set to 70% of the convergence voltage, but is not limited thereto. As another example, the reference voltage may be set to any one value between 65% and 75% of the convergence voltage.
무선 전력 송신기는 공진 탱크로의 전력 공급을 일시 차단하여 공진 탱크를 완전히 방전 시킨 후 다시 저전력 신호를 공진 탱크에 인가하여 공진 탱크의 전압이 기준 전압에 도달하는 시간을 측정할 수 있다(S1660).The wireless power transmitter temporarily measures the time at which the voltage of the resonance tank reaches the reference voltage by temporarily shutting off the supply of power to the resonance tank to completely discharge the resonance tank and then applying a low power signal to the resonance tank again (S1660).
무선 전력 송신기는 측정된 기준 전압 도달 시간에 기반하여 품질 인자를 추정(또는 산출 또는 결정)할 수 있다(S1670).The wireless power transmitter may estimate (or calculate or determine) a quality factor based on the measured reference voltage arrival time (S1670).
일 예로, 무선 전력 송신기는 기준 전압 도달 시간 동안 공진 탱크에 인가된 공급 전력을 산출하고, 기준 전압 도달 시간 동안 공진 탱크에 축적된 전력을 측정할 수 있다. 이후, 무선 전력 송신기는 산출된 공급 전력에서 축적된 전력을 차감하여 기준 전압 도달 시간 동안 공진 탱크에서 소모된 전력을 산출할 수 있다. 무선 전력 송신기는 기준 전압 도달 시간 동안 공진 탱크에 축적된 전력을 소모된 전력으로 나누어 품질 인자를 추정(또는 결정 또는 산출)할 수 있다.For example, the wireless power transmitter may calculate the supply power applied to the resonance tank during the reference voltage arrival time and measure the power accumulated in the resonance tank during the reference voltage arrival time. Thereafter, the wireless power transmitter may calculate power consumed in the resonance tank during a reference voltage arrival time by subtracting the accumulated power from the calculated supply power. The wireless power transmitter may estimate (or determine or calculate) a quality factor by dividing the power accumulated in the resonance tank during the reference voltage arrival time by the power consumed.
무선 전력 송신기는 결정 또는 추정된 품질 인자에 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다(S1680).The wireless power transmitter may determine the presence or absence of a foreign object based on the determined or estimated quality factor (S1680).
일 예로, 무선 전력 송신기는 상기 결정 또는 추정된 품질 인자가 기준치보다 작으면 이물질이 존재하는 것으로 판단하고, 상기 결정 또는 추정된 품질 인자가 기준치보다 크거나 같으면 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 기준치는 협상 단계(440)에서 무선 전력 수신기로부터 수신되는 이물질 검출 상태 패킷의 기준 품질 인자 값에 기반하여 결정될 수 있다.For example, if the determined or estimated quality factor is less than the reference value, the wireless power transmitter may determine that a foreign substance exists, and if the determined or estimated quality factor is greater than or equal to the reference value, the foreign substance does not exist. . Here, the reference value may be determined based on the reference quality factor value of the foreign matter detection status packet received from the wireless power receiver in the
도 17은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 이물질 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.17 is a flowchart illustrating a method for detecting a foreign material in a wireless power transmitter according to another embodiment of the present invention.
도 17을 참조하면, 무선 전력 송신기는 물체가 감지되면, 동작 주파수 대역 내 주파수 스윕을 통해 공진 주파수를 탐색할 수 있다(S1710 내지 S1720).Referring to FIG. 17, when an object is detected, the wireless power transmitter may search for a resonance frequency through a frequency sweep in an operating frequency band (S1710 to S1720).
무선 전력 송신기는 공진 주파수 탐색이 완료되면 공진 탱크로 인가되는 전력을 차단하여 공진 탱크에 축적된 에너지를 방전시킬 수 있다(S1730).When the resonant frequency search is completed, the wireless power transmitter may cut off power applied to the resonant tank to discharge the energy accumulated in the resonant tank (S1730).
무선 전력 송신기는 공진 탱크가 완전히 방전되면, 탐색된 공진 주파수로 저전력 신호를 생성하여 공진 탱크에 인가할 수 있다(S1740).When the resonant tank is completely discharged, the wireless power transmitter may generate a low power signal with the searched resonant frequency and apply it to the resonant tank (S1740).
무선 전력 송신기는 저전력 신호 인가 후 제1 시간이 경과된 시점에 공진 탱크의 전압을 측정할 수 있다(S1750). 여기서, 저전력 신호 인가 후 제1 시간이 경과된 시점에 측정되는 전압을 제1 전압이라 명하기로 한다.The wireless power transmitter may measure the voltage of the resonant tank at the time when the first time elapses after the low power signal is applied (S1750). Here, the voltage measured when the first time elapses after the application of the low power signal is referred to as the first voltage.
무선 전력 송신기는 저전력 신호 인가 후 제2 시간이 경과된 시점에 공진 탱크의 전압을 측정할 수 있다(S1760). 여기서, 저전력 신호 인가 후 제2 시간이 경과된 시점에 측정된 전압을 제2 전압이라 명하기로 한다. 여기서, 제2 시간은 제1 시간 이후의 시간이다.The wireless power transmitter may measure the voltage of the resonant tank when the second time elapses after the low power signal is applied (S1760). Here, the voltage measured at the time when the second time elapses after the application of the low power signal is referred to as the second voltage. Here, the second time is a time after the first time.
일 예로, 제1 시간은 0.4ms이고 제2 시간은 10ms일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 제1 시간과 제2 시간은 당업자의 설계에 따라 상이하게 설정될 수 있다.For example, the first time may be 0.4ms and the second time may be 10ms, but is not limited thereto, and the first time and the second time may be set differently according to the design of a person skilled in the art.
무선 전력 송신기는 제1 전압과 제2 전압에 기반하여 품질 인자를 결정 또는 결정 또는 추정할 수 있다(1770).The wireless power transmitter may determine or determine or estimate a quality factor based on the first voltage and the second voltage (1770).
일 예로, 무선 전력 송신기는 제1 전압을 제2 전압으로 나눈 값에 기반하여 품질 인자를 결정 또는 추정할 수 있다. 여기서, 제1 전압을 제2 전압으로 나눈 값이 작아질수록 품질 인자는 커지고, 제1 전압을 제2 전압으로 나눈 값이 커질수록 품질 인자는 작아진다.For example, the wireless power transmitter may determine or estimate the quality factor based on the value obtained by dividing the first voltage by the second voltage. Here, as the value obtained by dividing the first voltage by the second voltage decreases, the quality factor increases, and as the value divided by the first voltage increases, the quality factor decreases.
무선 전력 송신기는 결정 또는 추정된 품질 인자에 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다(S1780).The wireless power transmitter may determine whether a foreign object is present based on the determined or estimated quality factor (S1780).
일 예로, 무선 전력 송신기는 상기 추정된 품질 인자가 기준치보다 작으면 이물질이 존재하는 것으로 판단하고, 상기 추정된 품질 인자가 기준치보다 크거나 같으면 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 기준치는 협상 단계(440)에서 무선 전력 수신기로부터 수신되는 이물질 검출 상태 패킷의 기준 품질 인자 값에 기반하여 결정될 수 있다.For example, if the estimated quality factor is less than the reference value, the wireless power transmitter may determine that a foreign substance exists, and if the estimated quality factor is greater than or equal to the reference value, it may be determined that the foreign substance does not exist. Here, the reference value may be determined based on the reference quality factor value of the foreign matter detection status packet received from the wireless power receiver in the
도 18은 상기한 도 16의 실시 예에서, 수렴 전압 검출 및 기준 전압 도달 시간을 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.18 is a view for explaining a method of measuring convergence voltage and measuring a time to reach a reference voltage in the embodiment of FIG. 16 described above.
도 18을 참조하면, 공진 탱크에 전력이 인가되면(S1801), 공진 탱크에 에너지가 축적되기 시작하며, 그에 따라 공진 탱크의 전압은 시간의 경과에 따라 증가한다(S1802). 공진 탱크에 축적된 에너지가 거의 포화 상태에 도달하면 공진 탱크의 전압은 거의 일정한 레벨로 유지되면서 수렴한다(S1803). 이때, 무선 전력 송신기는 일정한 레벨로 유지되는 전압을 수렴 전압으로 결정할 수 있다(S1804).Referring to FIG. 18, when power is applied to the resonance tank (S1801), energy starts to accumulate in the resonance tank, and accordingly, the voltage of the resonance tank increases over time (S1802). When the energy accumulated in the resonant tank reaches an almost saturated state, the voltage of the resonant tank converges while being maintained at a substantially constant level (S1803). At this time, the wireless power transmitter may determine a voltage maintained at a constant level as a converging voltage (S1804).
무선 전력 송신기는 결정된 수렴 전압에 기초하여 기준 전압을 설정할 수 있다(S1805).The wireless power transmitter may set the reference voltage based on the determined convergence voltage (S1805).
수렴 전압이 결정되면, 무선 전력 송신기는 공진 탱크에 인가되는 전력을 차단하여 공진 탱크에 축적된 에너지를 방전시킨다(S1806).When the convergence voltage is determined, the wireless power transmitter cuts power applied to the resonance tank to discharge the energy accumulated in the resonance tank (S1806).
무선 전력 송신기는 공진 탱크가 완전히 방전되면 다시 공진 탱크에 전력을 인가할 수 있다(S1807).When the resonant tank is completely discharged, the wireless power transmitter may apply power to the resonant tank again (S1807).
무선 전력 송신기는 전력 인가 후 공진 탱크의 전압이 기준 전압에 도달할때까지 소요되는 시간을 측정할 수 있다(S1808).After the power is applied, the wireless power transmitter may measure the time taken until the voltage of the resonance tank reaches the reference voltage (S1808).
이후, 무선 전력 송신기는 측정된 기준 전압 도달 시간에 기반하여 품질 인자를 결정 또는 추정할 수 있다.Thereafter, the wireless power transmitter may determine or estimate the quality factor based on the measured reference voltage arrival time.
도 19는 상기한 도 17의 실시 예에서, 제1 시간 경과 시점에 측정되는 전압인 제1 전압과 제2 시간 경과 시점에 측정되는 제2 전압을 이용하여 품질 인자를 결정 또는 추정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.19 illustrates a method of determining or estimating a quality factor using the first voltage, which is the voltage measured at the first time elapsed, and the second voltage measured at the second time elapsed, in the embodiment of FIG. 17 described above. It is a drawing for doing.
도 19에 도시된 바와 같이, 제1 시간은 제2 시간 이전이고, 제1 전압은 제2 전압보다 항상 낮게 측정된다.As shown in FIG. 19, the first time is before the second time, and the first voltage is always lower than the second voltage.
무선 전력 송신기는 제1 전압과 제2전압의 비율에 기초하여 품질 인자를 결정 또는 추정할 수 있다.The wireless power transmitter may determine or estimate the quality factor based on the ratio of the first voltage and the second voltage.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치는 보다 정확하게 이물질을 검출함으로써, 이물질에 의한 발열 및 전력 손실을 미연에 차단할 수 있을 뿐만 아니라 발열에 의한 기기 손상을 방지할 수 있는 장점이 있다.As described above, the wireless power transmission apparatus according to the present invention has an advantage of detecting foreign substances more accurately, thereby preventing heat and power loss due to foreign substances from being prevented and preventing damage to devices due to heat generation. .
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit and essential features of the present invention.
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.Accordingly, the above detailed description should not be construed as limiting in all respects, but should be considered illustrative. The scope of the invention should be determined by rational interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the invention are included in the scope of the invention.
Claims (20)
상기 공진 주파수로 저전력 신호를 생성하여 공진 탱크의 수렴 전압을 검출하는 단계;
상기 수렴 전압에 기반하여 기준 전압을 설정하는 단계;
기준 전압 도달 시간을 측정하는 단계;
상기 기준 전압 도달 시간에 기반하여 품질 인자를 결정하는 단계; 및
상기 품질 인자에 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계
를 포함하는 무선 전력 송신기의 이물질 검출 방법.Detecting a resonance frequency;
Generating a low power signal at the resonant frequency to detect a converging voltage of the resonant tank;
Setting a reference voltage based on the converging voltage;
Measuring a reference voltage arrival time;
Determining a quality factor based on the reference voltage arrival time; And
Determining whether a foreign substance is present based on the quality factor
Foreign matter detection method of a wireless power transmitter comprising a.
상기 기준 전압은 상기 수렴 전압의 65%에서 75%사이의 값으로 설정되는 무선 전력 송신기의 이물질 검출 방법.According to claim 1,
The reference voltage is set to a value between 65% and 75% of the convergence voltage.
상기 기준 전압 도달 시간을 측정하는 단계는
상기 공진 탱크에 축적된 전력을 방전시키는 단계;
상기 공진 주파수를 이용한 저전력 신호를 상기 공진 탱크에 인가하는 단계; 및
상기 공진 탱크의 전압이 상기 기준 전압에 도달하는데 소요되는 시간을 측정하는 단계
를 포함하는 무선 전력 송신기의 이물질 검출 방법.According to claim 1,
The step of measuring the time to reach the reference voltage is
Discharging the electric power accumulated in the resonance tank;
Applying a low power signal using the resonance frequency to the resonance tank; And
Measuring a time required for the voltage of the resonance tank to reach the reference voltage
Foreign matter detection method of a wireless power transmitter comprising a.
상기 저전력 신호는 1와트(W)이하의 신호인 무선 전력 송신기의 이물질 검출 방법.According to claim 3,
The low power signal is a method of detecting a foreign object in a wireless power transmitter that is a signal of 1 watt or less.
상기 기준 전압 도달 시간에 기반하여 품질 인자를 결정하는 단계는,
상기 기준 전압 도달 시간 동안 상기 공진 탱크에 공급된 전력을 산출하는 단계;
상기 기준 전압 도달 시간 동안 상기 공진 탱크에 축적된 전력을 측정하는 단계;
상기 공급된 전력에서 상기 축적된 전력을 차감하여 상기 기준 전압 도달 시간 동안 상기 공진 탱크에 의해 소모된 전력을 산출하는 단계; 및
상기 축적된 전력에서 상기 소모된 전력을 나눈 값을 품질 인자로 추정하는 단계
를 포함하는 무선 전력 송신기의 이물질 검출 방법.According to claim 1,
Determining the quality factor based on the reference voltage arrival time,
Calculating power supplied to the resonance tank during the reference voltage arrival time;
Measuring the power accumulated in the resonance tank during the reference voltage arrival time;
Subtracting the accumulated power from the supplied power to calculate power consumed by the resonant tank during the reference voltage arrival time; And
Estimating a value obtained by dividing the consumed power from the accumulated power as a quality factor
Foreign matter detection method of a wireless power transmitter comprising a.
상기 품질 인자에 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계는
상기 품질 인자가 기준치보다 작으면 이물질이 존재하는 것으로 판단하는 단계; 및
상기 품질 인자가 기준치보다 크거나 같으면 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단하는 단계
를 포함하는 무선 전력 송신기의 이물질 검출 방법.The method according to any one of claims 1 to 5,
The step of determining the presence of a foreign material based on the quality factor
If the quality factor is smaller than the reference value, determining that foreign matter is present; And
If the quality factor is greater than or equal to the reference value, determining that no foreign substance exists
Foreign matter detection method of a wireless power transmitter comprising a.
상기 품질 인자 결정 후 무선 전력 수신기가 식별되면, 상기 무선 전력 수신기로부터 기준 품질 인자 값을 수신하는 단계를 더 포함하고, 상기 기준 품질 인자 값에 기반하여 상기 기준치가 결정되는 무선 전력 송신기의 이물질 검출 방법.The method of claim 6,
If the wireless power receiver is identified after the quality factor is determined, further comprising receiving a reference quality factor value from the wireless power receiver, and detecting a foreign matter in the wireless power transmitter on which the reference value is determined based on the reference quality factor value. .
상기 공진 주파수가 검출되면, 공진 탱크에 축적된 전력을 방전시키는 단계;
상기 방전이 완료되면, 상기 검출된 공진 주파수를 이용한 저전력 신호를 생성하여 상기 공진 탱크에 인가하는 단계;
시간에 따른 상기 공진 탱크의 전압 변화에 기초하여 품질 인자를 결정하는 단계; 및
상기 결정된 품질 인자에 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계
를 포함하는 무선 전력 송신기의 이물질 검출 방법.Detecting a resonance frequency;
Discharging the electric power accumulated in the resonance tank when the resonance frequency is detected;
When the discharge is completed, generating a low power signal using the detected resonance frequency and applying it to the resonance tank;
Determining a quality factor based on a change in voltage of the resonant tank over time; And
Determining whether a foreign substance is present based on the determined quality factor
Foreign matter detection method of a wireless power transmitter comprising a.
상기 품질 인자를 결정하는 단계는
상기 저전력 신호의 인가 후 제1 시간이 경과한 시점에 측정된 상기 공진 탱크의 전압을 제1 전압으로 확정하는 단계;
상기 저전력 신호의 인가 후 제2 시간이 경과한 시점에 측정된 상기 공진 탱크의 전압을 제2 전압으로 확정하는 단계;
상기 제1 전압과 상기 제2 전압에 기반하여 품질 인자를 결정하는 단계
를 포함하고, 상기 제2 시간은 상기 제1 시간 이후의 시간인 무선 전력 송신기의 이물질 검출 방법.The method of claim 8,
Determining the quality factor is
Determining a voltage of the resonance tank measured as a first voltage after a first time has elapsed after the application of the low power signal;
Determining a voltage of the resonance tank measured as a second voltage after a second time has elapsed after the application of the low power signal;
Determining a quality factor based on the first voltage and the second voltage
Including, The second time is a time after the first time The foreign matter detection method of the wireless power transmitter.
상기 공진 탱크의 전압이 수렴 전압에 도달하기 이전 시간을 상기 제1 시간으로 설정하고, 상기 공진 탱크의 전압이 상기 수렴 전압에 도달한 이후 시간을 상기 제2 시간으로 설정하는 무선 전력 송신기의 이물질 검출 방법.The method of claim 9,
Foreign material detection of a wireless power transmitter that sets the time before the voltage of the resonance tank reaches the convergence voltage to the first time and sets the time after the voltage of the resonance tank reaches the convergence voltage to the second time Way.
상기 제1 전압을 상기 제2 전압으로 나눈 값에 기반하여 상기 품질 인자를 결정하는 무선 전력 송신기의 이물질 검출 방법.The method of claim 9 or 10,
A method of detecting a foreign material in a wireless power transmitter that determines the quality factor based on a value obtained by dividing the first voltage by the second voltage.
교류 전력 신호를 생성하여 상기 안테나에 공급하는 전력 변환기; 및
상기 전력 변환기의 동작을 제어하는 제어기
를 포함하고,
상기 제어기가 물체를 감지하면 주파수 스윕을 통해 공진 주파수를 검출하고, 상기 검출된 공진 주파수로 생성된 저전력 신호가 상기 공진 탱크에 인가되도록 제어하여 상기 공진 탱크의 수렴 전압을 검출하고, 상기 수렴 전압에 기반하여 기준 전압을 설정한 후 기준 전압 도달 시간을 측정하고, 상기 기준 전압 도달 시간에 기반하여 품질 인자를 결정하고, 상기 결정된 품질 인자에 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 무선 전력 송신기.An antenna including a resonant tank;
A power converter that generates an AC power signal and supplies it to the antenna; And
Controller for controlling the operation of the power converter
Including,
When the controller detects an object, a resonance frequency is detected through a frequency sweep, and a low power signal generated with the detected resonance frequency is controlled to be applied to the resonance tank to detect a convergence voltage of the resonance tank, and to the convergence voltage. A wireless power transmitter that measures a reference voltage arrival time after setting a reference voltage based thereon, determines a quality factor based on the reference voltage arrival time, and determines whether a foreign substance is present based on the determined quality factor.
상기 제어기가 상기 수렴 전압의 65%에서 75%사이의 값으로 상기 기준 전압을 설정하는 무선 전력 송신기.The method of claim 12,
A wireless power transmitter wherein the controller sets the reference voltage to a value between 65% and 75% of the convergence voltage.
상기 제어기가
상기 공진 탱크로 인가되는 전력을 차단하여 상기 공진 탱크에 축적된 에너지를 방전시킨 후 상기 저전력 신호가 상기 공진 탱크에 인가되도록 제어하여 상기 공진 탱크의 전압이 상기 기준 전압에 도달하는데 소요되는 시간을 측정하는 무선 전력 송신기.The method of claim 12,
The controller
The power applied to the resonance tank is cut to discharge the energy accumulated in the resonance tank, and then the low-power signal is controlled to be applied to the resonance tank to measure the time required for the voltage of the resonance tank to reach the reference voltage. Wireless power transmitter.
상기 저전력 신호는 1와트(W)이하의 신호인 무선 전력 송신기.The method of claim 14,
The low power signal is a wireless power transmitter that is a signal of 1 watt (W) or less.
상기 제어기가 상기 기준 전압 도달 시간 동안 상기 공진 탱크에 공급된 전력을 산출하고, 상기 기준 전압 도달 시간 동안 상기 공진 탱크에 축적된 전력을 측정하고, 상기 공급된 전력에서 상기 축적된 전력을 차감하여 상기 기준 전압 도달 시간 동안 상기 공진 탱크에 의해 소모된 전력을 산출하고, 상기 축적된 전력에서 상기 소모된 전력을 나눈 값을 품질 인자로 결정하는 무선 전력 송신기.The method of claim 12,
The controller calculates the power supplied to the resonant tank during the reference voltage arrival time, measures the power accumulated in the resonant tank during the reference voltage arrival time, subtracts the accumulated power from the supplied power, and A wireless power transmitter for calculating power consumed by the resonance tank during a reference voltage arrival time and determining a value obtained by dividing the power consumed by the accumulated power as a quality factor.
상기 제어기가
상기 품질 인자가 기준치보다 작으면 이물질이 존재하는 것으로 판단하고, 상기 품질 인자가 기준치보다 크거나 같으면 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단하는 무선 전력 송신기.The method according to any one of claims 12 to 16,
The controller
If the quality factor is smaller than the reference value, it is determined that a foreign substance exists, and if the quality factor is greater than or equal to the reference value, the wireless power transmitter determines that the foreign substance does not exist.
상기 제어기가 상기 품질 인자 추정 후 무선 전력 수신기를 식별되면, 상기 무선 전력 수신기로부터 기준 품질 인자 값을 수신하고, 상기 기준 품질 인자 값에 기반하여 상기 기준치를 결정하는 무선 전력 송신기.The method of claim 17,
When the controller identifies the wireless power receiver after estimating the quality factor, a wireless power transmitter that receives a reference quality factor value from the wireless power receiver and determines the reference value based on the reference quality factor value.
교류 전력 신호를 생성하여 상기 안테나에 공급하는 전력 변환기; 및
상기 전력 변환기의 동작을 제어하는 제어기
를 포함하고,
상기 제어기가
충전 영역에 배치된 물체를 감지하면 주파수 스윕을 통해 공진 주파수를 검출하고, 상기 공진 탱크를 방전시킨 후 상기 공진 주파수로 생성된 저전력 신호가 상기 공진 탱크에 인가되도록 제어하여 시간에 따른 상기 공진 탱크의 전압 변화를 측정하고, 상기 공진 탱크의 전압 변화에 기반하여 품질 인자를 결정하고, 상기 결정된 상기 품질 인자에 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 무선 전력 송신기.An antenna including a resonant tank;
A power converter that generates an AC power signal and supplies it to the antenna; And
Controller for controlling the operation of the power converter
Including,
The controller
When an object disposed in the charging area is sensed, a resonance frequency is detected through a frequency sweep, and after discharging the resonance tank, a low power signal generated at the resonance frequency is controlled to be applied to the resonance tank, thereby controlling the resonance tank over time. A wireless power transmitter that measures a voltage change, determines a quality factor based on the voltage change of the resonance tank, and determines whether a foreign object is present based on the determined quality factor.
상기 제어기가
상기 저전력 신호의 인가 후 제1 시간이 경과한 시점에 측정된 상기 공진 탱크의 전압을 제1 전압으로 확정하고, 상기 저전력 신호의 인가 후 제2 시간이 경과한 시점에 측정된 상기 공진 탱크의 전압을 제2 전압으로 확정하고, 상기 제1 전압을 상기 제2 전압으로 나눈 값에 기반하여 품질 인자를 결정하되,
상기 공진 탱크의 전압이 수렴 전압에 도달하기 이전 시간을 상기 제1 시간으로 설정하고, 상기 공진 탱크의 전압이 상기 수렴 전압에 도달한 이후 시간을 상기 제2 시간으로 설정하는 무선 전력 송신기.The method of claim 19,
The controller
The voltage of the resonant tank measured at the first time after the application of the low power signal is determined as a first voltage, and the voltage of the resonant tank measured at the second time after the application of the low power signal has passed. Is determined as a second voltage, and a quality factor is determined based on a value obtained by dividing the first voltage by the second voltage.
A wireless power transmitter that sets a time before the voltage of the resonance tank reaches the convergence voltage as the first time, and sets a time after the voltage of the resonance tank reaches the convergence voltage as the second time.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020180134265A KR20200051209A (en) | 2018-11-05 | 2018-11-05 | Method and Apparatus for Detection Foreign Object |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020180134265A KR20200051209A (en) | 2018-11-05 | 2018-11-05 | Method and Apparatus for Detection Foreign Object |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20200051209A true KR20200051209A (en) | 2020-05-13 |
Family
ID=70729837
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020180134265A KR20200051209A (en) | 2018-11-05 | 2018-11-05 | Method and Apparatus for Detection Foreign Object |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20200051209A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113300487A (en) * | 2021-05-28 | 2021-08-24 | 伏达半导体(合肥)有限公司 | Foreign matter detection device and method for wireless power transmission system |
WO2022050790A1 (en) * | 2020-09-04 | 2022-03-10 | 엘지전자 주식회사 | Wireless power transmitting device and method of detecting foreign substances by wireless power transmitting device |
WO2022050796A1 (en) * | 2020-09-04 | 2022-03-10 | 엘지전자 주식회사 | Wireless power receiving device and method of obtaining quality factor of wireless power transmitting device |
US20220404519A1 (en) * | 2021-06-18 | 2022-12-22 | Terrasee Tech, LLC | Determining presence and depth of materials in the earth |
-
2018
- 2018-11-05 KR KR1020180134265A patent/KR20200051209A/en unknown
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022050790A1 (en) * | 2020-09-04 | 2022-03-10 | 엘지전자 주식회사 | Wireless power transmitting device and method of detecting foreign substances by wireless power transmitting device |
WO2022050796A1 (en) * | 2020-09-04 | 2022-03-10 | 엘지전자 주식회사 | Wireless power receiving device and method of obtaining quality factor of wireless power transmitting device |
CN113300487A (en) * | 2021-05-28 | 2021-08-24 | 伏达半导体(合肥)有限公司 | Foreign matter detection device and method for wireless power transmission system |
US20220404519A1 (en) * | 2021-06-18 | 2022-12-22 | Terrasee Tech, LLC | Determining presence and depth of materials in the earth |
US11675101B2 (en) * | 2021-06-18 | 2023-06-13 | Terrasee Tech, LLC | Determining presence and depth of materials in the earth |
US11726227B2 (en) | 2021-06-18 | 2023-08-15 | Terrasee Tech, LLC | Determining resonant frequencies and magnetic influence factors of materials in the earth |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10742074B2 (en) | Method and apparatus for controlling wireless power transmission | |
KR20200051209A (en) | Method and Apparatus for Detection Foreign Object | |
EP4178076A1 (en) | Foreign substance detection method for wireless charging and apparatus therefor | |
US11626762B2 (en) | Method and apparatus for controlling wireless power transmission | |
KR102572975B1 (en) | Wireless power transmission method and apparatus | |
KR20230117292A (en) | Method of transmitting power in wireless power transmitter | |
KR20200045171A (en) | Method and Apparatus for Wireless Power Transmission | |
KR20200045170A (en) | Method and Apparatus for Controlling Wireless Power | |
KR20200032943A (en) | Method and Apparatus for Wireless Power Transmission | |
KR20200032907A (en) | Method and Apparatus for Controlling Wireless Power Transmission | |
KR20200028593A (en) | Method and Apparatus for Wireless Power Transmission | |
KR20200078871A (en) | Method and Apparatus for Controlling Wireless Power Transmission |