KR20200060884A - Wireless power transmission method and apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 실시 예는 무선 전력 송신 장치에 관한 것으로, 특히 다양한 레벨의 전력을 공급하고 저렴한 제조 원가로 전력 전송 효율을 극대화시키는 것이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 장치에 관한 것이다.The present embodiment relates to a wireless power transmission apparatus, and more particularly, to a wireless power transmission method and apparatus capable of supplying various levels of power and maximizing power transmission efficiency at a low manufacturing cost.
무선 전력 전송 기술이 최근 들어 관심을 받고 있다.Wireless power transmission technology has recently received attention.
무선 전력 전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 자기장의 유도 원리를 이용하여 무선으로 송신기에서 수신기로 전기 에너지를 전송하는 기술로서, 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 고주파, Microwave, 레이저 등과 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도되었다. 우리가 흔히 사용하는 전동칫솔이나 일부 무선면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다.Wireless power transmission technology (wireless power transmission or wireless energy transfer) is a technology that wirelessly transmits electric energy from a transmitter to a receiver using the induction principle of a magnetic field. An electric motor or transformer using the electromagnetic induction principle was already used in the 1800s. Since then, a method of transmitting electric energy by radiating electromagnetic waves such as radio waves, microwaves, and lasers has been attempted. Electric toothbrushes and some wireless shavers that we commonly use are actually charged using the electromagnetic induction principle.
현재까지 무선을 이용한 에너지 전달 방식은 크게 자기 유도 방식, 자기 공진(Electromagnetic Resonance) 방식 및 단파장 무선 주파수를 이용한 RF 전송 방식 등으로 구분될 수 있다.Until now, the energy transmission method using wireless can be largely classified into a magnetic induction method, an electromagnetic resonance method, and an RF transmission method using a short-wavelength radio frequency.
자기 유도 방식은 두 개의 코일을 서로 인접시킨 후 한 개의 코일에 전류를 흘려보내면 이 때 발생한 자속(MagneticFlux)이 다른 코일에 기전력을 일으키는 현상을 사용한 기술로서, 휴대폰과 같은 소형기기를 중심으로 빠르게 상용화가 진행되고 있다.The magnetic induction method is a technology that uses the phenomenon that the magnetic flux generated at this time causes electromotive force in another coil when two coils are adjacent to each other and then a current flows through one coil, and is rapidly commercialized around small devices such as mobile phones. Is going on.
자기 유도 방식은 최대 수백 키로와트(kW)의 전력을 전송할 수 있고 효율도 높지만 최대 전송 거리가 1센티미터(cm) 이하이므로 일반적으로 충전기나 바닥에 인접시켜야 하는 단점이 있다.The magnetic induction method can transmit power up to hundreds of kilowatts (kW) and has high efficiency, but the maximum transmission distance is less than 1 centimeter (cm).
자기 공진 방식은 전자기파나 전류 등을 활용하는 대신 전기장이나 자기장을 이용하는 특징이 있다. 자기 공진 방식은 전자파 문제의 영향을 거의 받지 않으므로 다른 전자 기기나 인체에 안전하다는 장점이 있다.The magnetic resonance method is characterized by using an electric field or a magnetic field instead of using electromagnetic waves or current. Since the magnetic resonance method is hardly affected by electromagnetic wave problems, it has the advantage of being safe for other electronic devices or the human body.
반면, 한정된 거리와 공간에서만 활용할 수 있으며 에너지 전달 효율이 다소 낮다는 단점이 있다. 단파장 무선 전력 전송 방식-간단히, RF 전송 방식-은 에너지가 라디오 파(RadioWave)형태로 직접 송수신될 수 있다는 점을 활용한 것이다.On the other hand, it can be used only in a limited distance and space, and has a disadvantage in that energy transfer efficiency is somewhat low. The short-wavelength wireless power transmission method-simply, the RF transmission method-utilizes the point that energy can be directly transmitted and received in the form of a radio wave.
이 기술은 렉테나(rectenna)를 이용하는 RF 방식의 무선 전력 전송 방식으로서, 렉테나는 안테나(antenna)와 정류기(rectifier)의 합성어로서 RF 전력을 직접 직류 전력으로 변환하는 소자를 의미한다.This technology is a wireless power transmission method of an RF method using a rectenna, and a rectenna is a compound word of an antenna and a rectifier, which means a device that directly converts RF power into direct current power.
즉, RF 방식은 AC 라디오파를 DC로 변환하여 사용하는 기술로서, 최근 효율이 향상되면서 상용화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한, 무선 전력 전송 기술은 모바일 뿐만 아니라 IT, 철도, 가전 산업 등 산업 전반에 다양하게 활용될 수 있다.That is, the RF method is a technique of converting and using AC radio waves to DC. Recently, as efficiency has improved, research on commercialization has been actively conducted. In addition, wireless power transmission technology can be used in a variety of industries, such as IT, railroad, home appliance industry as well as mobile.
따라서, 다양한 레벨의 무선 전력을 공급하는 무선 전력 송신 장치가 요구되고 있다.Accordingly, there is a need for a wireless power transmission device that supplies various levels of wireless power.
무선 충전은 충전 효율을 극대화시키는 것도 중요하지만 발열을 최소화시키는 것 또한 중요하다.Wireless charging is also important to maximize charging efficiency, but it is also important to minimize heat generation.
종래의 무선 전력 송신 장치는 다양한 타입의 수신기에 의해 요구되는 다양한 레벨의 전력 공급을 위해 하프 브릿지와 풀 브릿지를 스위칭하는 듀얼 모드 풀 브릿지 인버터가 사용되었다.In a conventional wireless power transmission apparatus, a dual-mode full-bridge inverter that switches half-bridge and full-bridge is used to supply various levels of power required by various types of receivers.
하지만, 듀얼 모드 풀 브릿지 인버터의 사용은 무선 전력 송신 장치의 가격을 상승시킬 뿐만 아니라 열 손실 및 효율이 떨어뜨리는 문제점이 있었다. 또한, 인버터에 인가되는 동작 주파수를 변경하여 전송 전력의 세기를 조절하는 무선 전력 송신 장치는 주변 기기에 전자파 간섭을 야기시킬 수 있는 문제점도 있었다.However, the use of a dual-mode full-bridge inverter not only increases the price of the wireless power transmission device, but also has a problem of lowering heat loss and efficiency. In addition, the wireless power transmission apparatus that adjusts the intensity of transmission power by changing the operating frequency applied to the inverter has a problem that may cause electromagnetic interference to peripheral devices.
실시 예는 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 실시 예의 목적은 다양한 레벨의 전력 공급이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 장치를 제공하는 것이다.The embodiments are designed to solve the problems of the above-described prior art, and an object of the embodiments is to provide a wireless power transmission method and apparatus capable of supplying various levels of power.
실시 예의 다른 목적은 효율 및 발열 성능이 탁월한 무선 전력 송신 방법 및 장치를 제공하는 것이다.Another object of the embodiment is to provide a wireless power transmission method and apparatus having excellent efficiency and heat generation performance.
실시 예의 또 다른 목적은 고정된 동작 주파수로 동작하는 하프 브릿지 인버터를 구비함으로써, 전자파 장애를 미연에 방지하는 것이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 장치를 제공하는 것이다.Another object of the embodiment is to provide a wireless power transmission method and apparatus capable of preventing electromagnetic interference in advance by having a half-bridge inverter operating at a fixed operating frequency.
실시 예에서 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 embodiments are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs from the following description. Will be able to.
실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치는 제1 직류 전력을 제2 직류 전력으로 변환하여 출력하는 벅 부스터; 상기 제2 직류 전력에 기반하여 교류 전력을 생성하는 인버터; 상기 교류 전력을 무선으로 전송하는 안테나; 및 수신기의 요구 전력에 기반하여 상기 벅 부스터를 제어하는 제어기를 포함하고, 상기 벅 부스터는, 전원라인과 공통 인덕터 사이에 배치되는 제1 스위치와, 상기 공통 인덕터와 상기 인버터 사이에 배치되는 제2 스위치를 포함하고, 상기 제어기는 상기 벅 부스터의 모드를 선택하고, 상기 벅 부스터의 모드는 상기 요구 전력에 기반하여 최소 듀티 레이트와 제1 듀티 레이트 사이에서 상기 제1 스위치가 스위칭되고, 0%의 듀티 레이트로 상기 제2 스위치가 스위칭되는 제1 모드와, 상기 요구 전력에 기반하여 제2 듀티 레이트와 최대 듀티 레이트 사이에서 상기 제1 스위치가 스위칭되고, 최소 듀티 레이트로 상기 제2 스위치가 스위칭되는 제2 모드와, 상기 요구 전력에 기반하여 최대 듀티 레이트로 상기 제1 스위치가 스위칭되고, 최소 듀티 레이트와 최대 듀티 레이트 사이에서 상기 제2 스위치가 스위칭되는 제3 모드를 포함하고, 상기 제1 듀티 레이트는, 상기 최대 듀티 레이트보다 작고, 상기 제2 듀티 레이트보다 크다.A wireless power transmission apparatus according to an embodiment includes a buck booster that converts first DC power to second DC power and outputs the converted DC power; An inverter that generates AC power based on the second DC power; An antenna for wirelessly transmitting the AC power; And a controller that controls the buck booster based on the required power of the receiver, wherein the buck booster comprises: a first switch disposed between a power line and a common inductor, and a second switch disposed between the common inductor and the inverter. A switch, the controller selects the mode of the buck booster, the mode of the buck booster is the first switch is switched between the minimum duty rate and the first duty rate based on the required power, 0% A first mode in which the second switch is switched at a duty rate, and the first switch is switched between a second duty rate and a maximum duty rate based on the required power, and the second switch is switched at a minimum duty rate A second mode and a third mode in which the first switch is switched at a maximum duty rate based on the required power, and the second switch is switched between a minimum duty rate and a maximum duty rate, and the first duty The rate is smaller than the maximum duty rate and greater than the second duty rate.
또한, 상기 안테나를 통해 수신된 제어 신호를 복조하는 복조부를 포함하고, 상기 제어기는, 상기 제어 신호에 포함된 상기 수신기의 요구 전력에 기반하여 상기 벅 부스터의 모드를 선택하고, 상기 선택된 모드 내에서의 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 듀티 레이트를 결정한다.In addition, a demodulator for demodulating the control signal received through the antenna, the controller, based on the required power of the receiver included in the control signal, selects the mode of the buck booster, and within the selected mode The duty rates of the first switch and the second switch are determined.
또한, 상기 제 1 스위치는, 상기 제1 직류 전력의 전압을 감압하여 출력하는 감압 회로와 연결되고, 상기 제2 스위치는, 상기 제1 직류 전력의 전압을 승압하여 출력하는 승압 회로와 연결된다.In addition, the first switch is connected to a decompression circuit that depressurizes and outputs the voltage of the first DC power, and the second switch is connected to a step-up circuit that boosts and outputs the voltage of the first DC power.
또한, 상기 최소 듀티 레이트는, 0%의 듀티 레이트보다 크고, 상기 최대 듀티 레이트는, 100%의 듀티 레이트보다 작다.Further, the minimum duty rate is greater than the 0% duty rate, and the maximum duty rate is less than the 100% duty rate.
또한, 상기 제 1 듀티 레이트는, 상기 최대 듀티 레이트에서 상기 최소 듀티 레이트를 감산한 듀티 레이트에 대응한다.Further, the first duty rate corresponds to a duty rate obtained by subtracting the minimum duty rate from the maximum duty rate.
또한, 상기 제2 듀티 레이트는, 상기 제1 듀티 레이트에서 상기 최소 듀티 레이트를 감산한 듀티 레이트에 대응한다.Further, the second duty rate corresponds to a duty rate obtained by subtracting the minimum duty rate from the first duty rate.
또한, 상기 제어부는, 상기 결정된 상기 제1 스위치의 듀티 레이트에 대응하는 제1 신호를 상기 제1 스위치에 출력하고, 상기 결정된 상기 제2 스위치의 듀티 레이트에 대응하는 제2 신호를 상기 제2 스위치에 출력한다.In addition, the control unit outputs a first signal corresponding to the determined duty rate of the first switch to the first switch, and the second signal corresponding to the determined duty rate of the second switch to the second switch Output to
또한, 상기 제어부는, 상기 요구 전력에 기반하여, 상기 제1 신호의 듀티 레이트와 상기 제2 신호의 듀티 레이트의 합을 결정하고, 상기 결정된 합을 기준으로 상기 제1 신호의 듀티 레이트 및 상기 제2 신호의 듀티 레이트를 각각 결정한다.In addition, the controller determines the sum of the duty rate of the first signal and the duty rate of the second signal based on the requested power, and based on the determined sum, the duty rate and the second of the
한편, 실시 예에 따른 무선 전력 송신 방법은 안테나를 통해 수신한 제어신호를 복조하는 단계; 상기 복조된 제어신호에 기반하여 수신기의 요구 전력을 결정하는 단계; 상기 결정된 요구 전력에 기반하여 벅 부스터의 모드를 선택하는 단계; 및 상기 선택된 모드에 기반하여 상기 벅 부스터를 제어하는 단계를 포함하고, 상기 벅 부스터는, 전원라인과 공통 인덕터 사이에 배치되는 제1 스위치와, 상기 공통 인덕터와 인버터 사이에 배치되는 제2 스위치를 포함하고, 상기 벅 부스터 모드는, 상기 요구 전력에 기반하여 최소 듀티 레이트와 제1 듀티 레이트 사이에서 상기 제1 스위치가 스위칭되고, 0%의 듀티 레이트로 상기 제2 스위치가 스위칭되는 제1 모드와, 상기 요구 전력에 기반하여 제2 듀티 레이트와 최대 듀티 레이트 사이에서 상기 제1 스위치가 스위칭되고, 최소 듀티 레이트로 상기 제2 스위치가 스위칭되는 제2 모드와, 상기 요구 전력에 기반하여 최대 듀티 레이트로 상기 제1 스위치가 스위칭되고, 제3 듀티 레이트와 최대 듀티 레이트 사이에서 상기 스위칭되는 제3 모드를 포함하는 단계를 포함하고, 상기 제1 듀티 레이트는, 상기 최대 듀티 레이트보다 작고, 상기 제2 듀티 레이트보다 크다.Meanwhile, a wireless power transmission method according to an embodiment includes demodulating a control signal received through an antenna; Determining a required power of a receiver based on the demodulated control signal; Selecting a mode of the buck booster based on the determined required power; And controlling the buck booster based on the selected mode, wherein the buck booster includes a first switch disposed between the power line and a common inductor, and a second switch disposed between the common inductor and the inverter. The buck booster mode includes a first mode in which the first switch is switched between a minimum duty rate and a first duty rate based on the required power, and the second switch is switched at a duty rate of 0%. , A second mode in which the first switch is switched between a second duty rate and a maximum duty rate based on the requested power, and the second switch is switched at a minimum duty rate, and a maximum duty rate based on the requested power And including the third mode in which the first switch is switched, and the third mode is switched between a third duty rate and a maximum duty rate, wherein the first duty rate is less than the maximum duty rate and the second Greater than the duty rate.
또한, 상기 최소 듀티 레이트는, 0%의 듀티 레이트보다 크고, 상기 최대 듀티 레이트는, 100%의 듀티 레이트보다 작다.Further, the minimum duty rate is greater than the 0% duty rate, and the maximum duty rate is less than the 100% duty rate.
또한, 상기 제 1 듀티 레이트는, 상기 최대 듀티 레이트에서 상기 최소 듀티 레이트를 감산한 듀티 레이트에 대응한다.Further, the first duty rate corresponds to a duty rate obtained by subtracting the minimum duty rate from the maximum duty rate.
또한, 상기 제2 듀티 레이트는, 상기 제1 듀티 레이트에서 상기 최소 듀티 레이트를 감산한 듀티 레이트에 대응한다.Further, the second duty rate corresponds to a duty rate obtained by subtracting the minimum duty rate from the first duty rate.
본 발명은 벅 모드, 부스트 모드 및 상기 벅 모드와 부스트 모드 사이에 벅-부스트 모드로 동작하는 벅 부스터를 제공하고, 이에 따라 무선 전력 수신기에서 요구하는 전력에 따라 벅 모드, 부스트 모드 및 벅-부스트 모드 중 어느 하나의 모드로 상기 벅 부스터가 동작하도록 한다. The present invention provides a buck mode, a boost mode, and a buck booster operating in a buck-boost mode between the buck mode and the boost mode, and accordingly, the buck mode, the boost mode and the buck-boost according to the power required by the wireless power receiver. The buck booster operates in any one of the modes.
이에 따르면, 본 발명에서는 벅 모드와 부스트 모드와 같은 단독 동작 모드로의 빈번한 모드 전환을 방지할 수 있으며, 이에 따른 안정적인 시스템으로 동작이 가능하다.According to this, in the present invention, frequent mode switching to a single operation mode such as a buck mode and a boost mode can be prevented, and accordingly, a stable system can be operated.
또한, 본 발명은 다양한 레벨의 전력 공급이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.실시 예는 벅 모드, 부스트 모드 및 상기 벅 모드와 부스트 모드 사이에 벅-부스트 모드로 동작하는 벅 부스터를 제공하고, 이에 따라 무선 전력 수신기에서 요구하는 전력에 따라 벅 모드, 부스트 모드 및 벅-부스트 모드 중 어느 하나의 모드로 상기 벅 부스터가 동작하도록 한다. In addition, the present invention has an advantage of providing a wireless power transmission method and apparatus capable of supplying various levels of power. An embodiment is a buck mode, a boost mode, and a buck operating in a buck-boost mode between the buck mode and the boost mode. A booster is provided, and accordingly, the buck booster operates in one of a buck mode, a boost mode, and a buck-boost mode according to the power required by the wireless power receiver.
이에 따르면, 실시 예에서는 벅 모드와 부스트 모드와 같은 단독 동작 모드로의 빈번한 모드 전환을 방지할 수 있으며, 이에 따른 안정적인 시스템으로 동작이 가능하다.According to this, in the embodiment, frequent mode switching to a single operation mode such as a buck mode and a boost mode can be prevented, and accordingly, a stable system can be operated.
또한, 실시 예는 다양한 레벨의 전력 공급이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.In addition, the embodiment has the advantage of providing a wireless power transmission method and apparatus capable of supplying various levels of power.
또한, 실시 예는 효율 및 발열 성능이 탁월한 무선 전력 송신 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.In addition, the embodiment has the advantage of providing a wireless power transmission method and apparatus excellent in efficiency and heat generation performance.
또한, 실시 예는 고정된 동작 주파수로 동작하는 하프 브릿지 인버터를 구비함으로써, 전자파 장애를 미연에 방지하는 것이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.In addition, the embodiment has the advantage of providing a wireless power transmission method and apparatus capable of preventing electromagnetic interference in advance by having a half-bridge inverter operating at a fixed operating frequency.
또한, 실시 예는 인버터로 인가되는 직류 전압만을 제어하여 전송 전력을 제어함으로써, 제조 단가 및 구조가 간단한 무선 전력 송신 방법 및 장치를 제공할 수 있는 장점이 있다.In addition, the embodiment is advantageous in that it is possible to provide a wireless power transmission method and apparatus having a simple manufacturing cost and structure by controlling only the direct voltage applied to the inverter to control the transmission power.
실시 예에서 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 obtained in the embodiments are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description. will be.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 5는 다른 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치의 세부 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 일 실시예에 하프 브릿지 인버터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 풀 브릿지 인버터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 벅 부스터의 동작을 설명하기 위한 구성도이다.
도 10은 일 실시 예에 따른 벅 부스터의 세부 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 11은 실시 예에 따른 벅 부스터에 구비되는 스위치의 등가 회로도이다.
도 12는 일 실시 예에 따른 벅 부스터가 벅 모드로 동작할 때의 등가 회로 구성을 보여준다.
도 13은 일 실시 예에 따른 벅 부스터가 부스트 모드로 동작할 때의 등가 회로 구성을 보여준다.
도 14는 일 실시 예에 따른 벅 부스터가 벅-부스트 모드로 동작할 때의 등가 회로 구성을 보여준다.
도 15는 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 벅 부스터의 동작 모드 결정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 16은 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 무선 전력 전송 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 17은 실시 예에 따른 벅 모드에서의 무선 전력 전송 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 18은 실시 예에 따른 벅-부스트 모드에서의 무선 전력 전송 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 19는 실시 예에 따른 부스트 모드에서의 무선 전력 전송 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 20a는 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치의 제어기에서 벅 부스터의 동작을 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 20b는 실시 에에 따른 제1 모드에서 제3 모드 사이의 상태 변이를 나타낸 도면이다.
도 21은 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템상에서의 전력 전송 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 22는 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에서의 전송 전력 제어를 위한 동작 포인트 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.1 is a block diagram illustrating a wireless charging system according to an embodiment.
2 is a block diagram illustrating a wireless charging system according to another embodiment.
3 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power transmission apparatus according to an embodiment.
4 is a state transition diagram for describing a wireless power transmission procedure according to an embodiment.
5 is a state transition diagram for describing a wireless power transmission procedure according to another embodiment.
6 is a block diagram illustrating a detailed structure of a wireless power transmission apparatus according to an embodiment.
7 is a view for explaining the operation of the half-bridge inverter in one embodiment.
8 is a view for explaining the operation of the full-bridge inverter according to another embodiment.
9 is a block diagram illustrating an operation of a buck booster according to an embodiment.
10 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a buck booster according to an embodiment.
11 is an equivalent circuit diagram of a switch provided in a buck booster according to an embodiment.
12 shows an equivalent circuit configuration when the buck booster operates in the buck mode according to an embodiment.
13 shows an equivalent circuit configuration when the buck booster operates in the boost mode according to an embodiment.
14 shows an equivalent circuit configuration when the buck booster operates in the buck-boost mode according to an embodiment.
15 is a flowchart illustrating a method of determining an operation mode of a buck booster in a wireless power transmission apparatus according to an embodiment.
16 is a flowchart illustrating a method for controlling wireless power transmission in a wireless power transmission apparatus according to an embodiment.
17 is a flowchart illustrating a method for controlling wireless power transmission in a buck mode according to an embodiment.
18 is a flowchart illustrating a method for controlling wireless power transmission in a buck-boost mode according to an embodiment.
19 is a flowchart illustrating a method for controlling wireless power transmission in a boost mode according to an embodiment.
20A is a diagram illustrating a method of controlling an operation of a buck booster in a controller of a wireless power transmission apparatus according to an embodiment.
20B is a diagram illustrating a state transition between a first mode and a third mode according to an embodiment.
21 is a view for explaining a method for controlling power transmission in a wireless power transmission system according to an embodiment.
22 is a diagram illustrating a method of controlling an operation point for controlling transmission power in a wireless power transmitter according to an embodiment.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.However, the technical spirit of the present invention is not limited to some embodiments described, but may be implemented in various different forms, and within the scope of the technical spirit of the present invention, one or more of its components between embodiments may be selectively selected. It can be used by bonding and substitution.
또한, 본 발명의 실시 예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.In addition, terms (including technical and scientific terms) used in the embodiments of the present invention, unless specifically defined and specifically described, can be generally understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. It can be interpreted as a meaning, and terms that are commonly used, such as a dictionary-defined term, may interpret the meaning in consideration of the contextual meaning of the related technology. In addition, the terms used in the embodiments of the present invention are for describing the embodiments and are not intended to limit the present invention.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함 할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.In the present specification, a singular form may also include a plural form unless specifically stated in the phrase, and is combined with A, B, C when described as "at least one (or more than one) of A and B, C". It can contain one or more of all possible combinations. In addition, in describing the components of the embodiments of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다. 그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우 뿐만아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.These terms are only for distinguishing the component from other components, and the term is not limited to the nature, order, or order of the component. And, when a component is described as being'connected','coupled' or'connected' to another component, the component is not only directly connected, coupled or connected to the other component, but also to the component It may also include a case of'connected','coupled' or'connected' due to another component between the other components.
또한, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.Further, when described as being formed or disposed in the "top (top) or bottom (bottom)" of each component, the top (top) or bottom (bottom) is one as well as when the two components are in direct contact with each other It also includes a case in which another component described above is formed or disposed between 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.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.
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 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, etc. 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.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.
이를 위해, 송신기는 적어도 하나의 무선 파워 전송 수단을 구비할 수도 있다. 여기서, 무선 파워 전송 수단은 전력 송신단 코일에서 자기장을 발생시켜 그 자기장의 영향으로 수신단 코일에서 전기가 유도되는 전자기유도 원리를 이용하여 충전하는 전자기 유도 방식에 기반한 다양한 무전 전력 전송 표준이 사용될 수 있다.To this end, the transmitter may include at least one wireless power transmission means. Here, as the wireless power transmission means, a variety of radio power transmission standards based on an electromagnetic induction method that generates a magnetic field in a coil of a power transmitting end and charges it using an electromagnetic induction principle in which electricity is induced in a coil in a receiving end under the influence of the magnetic field may be used.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기는 적어도 하나의 무선 전력 수신 수단이 구비될 수 있으며, 2개 이상의 송신기로부터 동시에 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 simultaneously receive wireless power from two 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 can be used in small electronic devices such as toothbrushes, electronic tags, lighting devices, remote controllers, fishing boats, wearable devices such as smart watches, but is not limited thereto, and if the device is equipped with a wireless power receiving means according to the present invention and can charge a battery Enough.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a wireless charging system according to an embodiment.
도 1을 참조하면, 무선 충전 시스템은 크게 무선으로 전력을 송출하는 무선 전력 송신단(10), 상기 송출된 전력을 수신하는 무선 전력 수신단(20) 및 수신된 전력을 공급 받는 전자기기(20)로 구성될 수 있다.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
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)으로 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
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, 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
도 2는 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.2 is a block diagram illustrating a wireless charging system according to another embodiment.
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 일예로, 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 송신 장치(10)에 연결 가능한 무선 전력 수신 장치의 개수는 무선 전력 수신 장치 별 요구 전력, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량 및 무선 전력 송신 장치의 가용 전력 중 적어도 하나에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.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 전력, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량, 무선 전력 송신 장치의 가용 전력 등에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.At this time, the number of wireless power transmitting devices connected to the wireless
도 3은 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.3 is a block diagram illustrating the structure of a wireless power transmission apparatus according to an embodiment.
도 3을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(300)는 제어기(310), 전력 변환기(320), 송신 코일(330) 및 복조기(340)을 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 3, the wireless
전력 변환기(320)는 제어기(310)의 제어 신호에 따라 직류 전력을 교류 전력으로 변환시킬 수 있다.The
일 실시 예에 따른 제어기(310)는 전력 변환기(320)에 구비된 인버터의 동작 모드를 동적으로 변경할 수도 있다.The
여기서, 인버터 동작 모드는 하프 브릿지 모드와 풀 브릿지 모드를 포함할 수 있으며, 디폴트 모드는 풀 브릿지 모드로 설정될 수 있다.Here, the inverter operation mode may include a half bridge mode and a full bridge mode, and the default mode may be set as a full bridge mode.
다른 일 실시 예에 따른 전력 변환기(320)는 하프 브릿지 타입의 인버터가 구비되어 인버터 동작 모드 변경이 불가할 수도 있다.The
전력 변환기(320)의 세부 구성과 인버터 동작 모드에 대한 설명은 후술할 도면의 설명들을 통해 보다 명확해질 것이다.The detailed configuration of the
송신 코일(330)은 전력 변환기(320)의 출력단에 연결되어 교류 전력을 무선으로 출력할 수 있다.The
복조기(340)는 송신 코일(330)의 일측에 연결될 수 있으며, 아날로그 디지털 변환기(Analog Digital Converter)를 포함할 수 있다.The
복조기(340)는 복조된 패킷을 제어기(310)로 전달할 수 있다.The
제어기(310)는 복조기(340)로부터 수신되는 소정 패킷-예를 들면, 제어 오류 값이 포함된 제어 오류 패킷일 수 있음-에 기반하여 동적으로 전송 전력을 제어할 수 있다.The
또한, 제어기(310)는 고정된 동작 주파수(Operating Frequecy), 듀티 레이트(Duty Rate) 및 위상(Phase)을 가지는 구동 신호-즉, 펄스 폭 변조 신호-가 전력 변환기(320)에 구비된 인버터(미도시)에 공급되도록 제어할 수도 있다.In addition, the
제어기(310)는 전력 변환기(320)의 인버터(미도시) 인가되는 직류 전압의 세기를 조절하여 전송 전력의 세기를 제어할 수 있다.The
실시 예에 따른 전력 변환기(320)에 구비되는 인버터(미도시)는 하프 브릿지로 구현될 수 있다.An inverter (not shown) provided in the
후술할 도 7에 도시된 바와 같이, 하프 브릿지 회로는 2개의 스위치를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 후술할 도 8에 도시된 바와 같이 풀 브릿지 회로는 4개의 스위치를 포함하여 구성될 수 있다.As illustrated in FIG. 7 to be described later, the half-bridge circuit may include two switches. Also, as shown in FIG. 8 to be described later, the full bridge circuit may include four switches.
따라서, 풀 브릿지 회로는 하프 브릿지 회로에 비해 전력 증폭 비율은 최대 2배이나, 스위치 소자에 의한 전력 손실도 최대 2배일 수 있다.Therefore, the full bridge circuit may have a maximum power amplification ratio of up to twice the half bridge circuit, but the power loss by the switch element may also be up to twice.
또한, 풀 브릿지 회로는 하프 브릿지 회로에 비해 단가가 높은 단점이 있다.In addition, the full bridge circuit has a disadvantage that the unit cost is higher than that of the half bridge circuit.
풀 브릿지 회로는 구동 신호를 어떻게 제어하느냐에 따라 하프 브릿지 모드로도 동작될 수도 있으며, 이를 통해 폭넓은 범위의 전력을 제공할 수 있다.The full bridge circuit can also be operated in half bridge mode, depending on how the drive signal is controlled, thereby providing a wide range of power.
하지만, 풀 브릿지 회로에서 급격한 동작 모드 변환-예를 들면, 하프 브릿지 모드에서 풀 브릿지 모드로의 전환 또는 풀 브릿지 모드에서 하프 브릿지 모드로의 전환일 수 있음-은 출력 전압 또는 전류의 급격한 변화를 야기시킬 수 있으며, 이에 따라 무선 전력 송신 장치(300) 및 무선 전력 수신 장치가 손상될 수 있다.However, abrupt operation mode conversion in a full bridge circuit, which may be, for example, a transition from half bridge mode to full bridge mode or a transition from full bridge mode to half bridge mode, causes a rapid change in output voltage or current. The wireless
이를 해결하기 위해, 종래의 무선 전력 송신 장치에서는 인버터의 동작 모드 변경 시 보다 완만한 전력 변화를 위해 다음과 같은 3가지 방식 중 적어도 하나를 사용하였다.In order to solve this, in the conventional wireless power transmission apparatus, at least one of the following three methods is used for a more gentle power change when the operation mode of the inverter is changed.
1) 구동 신호의 주파수를 변경(가변 주파수 방식)1) Change the frequency of the drive signal (variable frequency method)
2) 구동 신호의 위상 제어(위상 제어 방식)2) Phase control of the drive signal (phase control method)
3) 구동 신호의 듀티 레이트 제어(듀티 레이트 제어 방식)3) Duty rate control of driving signal (duty rate control method)
하지만, 상기 가변 주파수 방식의 경우, 전자파 장애(EMI: Electro Magnetic Interference)를 제어하기 힘든 단점이 있다. 따라서, 차량 통신 장치 등과 같이 EMI에 민감한 기기 주변에 무선 전력 송신 장치가 배치되는 경우, 별도의 EMI 차단을 위한 부가적인 소자 또는 부품-예를 들면, EMI 필터(Filter)-이 무선 전력 송신 장치에 추가 구비되어야 한다.However, the variable frequency method has a disadvantage in that it is difficult to control electromagnetic interference (EMI). Accordingly, when a wireless power transmission device is disposed around an EMI-sensitive device such as a vehicle communication device, an additional element or component for blocking EMI, for example, an EMI filter, is applied to the wireless power transmission device. It should be provided.
이는 무선 전력 송신 장치의 크기/중량/원가 등의 상승 원인이 될 수 있다.This may cause an increase in size/weight/cost of the wireless power transmission device.
하지만, 최근 무선 충전 기술에 대한 응용 범위가 넓어짐에 따라, 무선 전력 수신 장치에 의해 요구되는 전력 범위가 넓어지고 있는 실정이다.However, in recent years, as the application range for the wireless charging technology has been widened, the power range required by the wireless power receiving device is widening.
실시 예는 가격이 높은 풀 브릿지 회로가 아닌 저렴한 하프 브릿지 회로를 구비하고, 가변 주파수 방식이 아닌 고정 주파수 방식으로 하프 브릿지 회로를 구동시킴으로써, 가격 경쟁력 및 EMI 성능이 우수한 무선 전력 송신 장치를 제공할 수 있다.The embodiment is provided with a low-cost half-bridge circuit rather than a full-bridge circuit with a high price, and by driving the half-bridge circuit with a fixed frequency method rather than a variable frequency method, it is possible to provide a wireless power transmission device having excellent price competitiveness and EMI performance have.
도 4는 일 실시 예에 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.
도 4를 참조하면, 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(Selection Phase, 410), 핑 단계(Ping Phase, 420), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 430), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 440) 단계로 구분될 수 있다.4, the power transmission from the transmitter to the receiver is largely a selection phase (Selection Phase, 410), a ping phase (Ping Phase, 420), identification and configuration phase (Identification and Configuration Phase, 430), power transmission phase ( Power Transfer Phase, 440).
선택 단계(410)는 파워 전송을 시작하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계일 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(S401)If the transmitter detects that an object is placed on the interface surface, it may transition to the ping step 420 (S401).
선택 단계(410)에서 송신기는 매우 짧은 펄스의 아날로그 핑(Analog Ping) 신호를 전송하며, 송신 코일의 전류 변화에 기반하여 인터페이스 표면의 활성 영역(Active Area)에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다.In the
핑 단계(420)에서 송신기는 물체가 감지되면, 수신기를 활성화시키고, 수신기가 해당 표준에 호환되는 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송한다.In the
핑 단계(420)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 지시자-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(410)로 천이할 수 있다(S402).In the
또한, 핑 단계(420)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 신호-를 수신하면, 선택 단계(410)로 천이할 수도 있다(S403).Also, in the
핑 단계(420)가 완료되면, 송신기는 수신기 식별 및 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(430)로 천이할 수 있다(S404).When the
식별 및 구성 단계(430)에서 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpectedpacket), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 패킷 전송 오류가 있거나(transmission error), 전력 전송 계약이 설정되지 않으면(no power transfer contract) 선택 단계(410)로 천이할 수 있다(S405).In the identification and
수신기에 대한 식별 및 구성이 완료되면, 송신기는 무선 전력을 전송하는 전력 전송 단계(240)로 천이할 수 있다(S406).When identification and configuration of the receiver is completed, the transmitter may transition to a power transmission step 240 of transmitting wireless power (S406).
전력 전송 단계(440)에서, 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpectedpacket), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out),기 설정된 전력 전송 계약에 대한 위반이 발생되거나(power transfer contract violation), 충전이 완료된 경우, 선택 단계(410)로 천이할 수 있다(S407).In the power transmission step 440, the transmitter receives an undesired packet (unexpectedpacket), a desired packet is not received for a predefined time (time out), or a violation of a predetermined power transmission contract occurs (power transfer). contract violation), when charging is completed, the process may transition to the selection step 410 (S407).
또한, 전력 전송 단계(440)에서, 송신기는 송신기 상태 변화 등에 따라 전력 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 식별 및 구성 단계(430)로 천이할 수 있다(S408).In addition, in the power transmission step 440, the transmitter may transition to the identification and
상기한 전력 전송 계약은 송신기와 수신기의 상태 및 특성 정보에 기반하여 설정될 수 있다. 일 예로, 송신기 상태 정보는 최대 전송 가능한 파워에 대한 정보, 최대 수용 가능한 수신기 개수에 대한 정보 등을 포함할 수 있으며, 수신기 상태 정보는 요구 전력에 대한 정보 등을 포함할 수 있다.The above-described power transmission contract may be established based on 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.
도 5는 다른 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.5 is a state transition diagram for describing a wireless power transmission procedure according to another embodiment.
도 5를 참조하면, 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(Selection Phase, 510), 핑 단계(Ping Phase, 520), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 530), 협상 단계(Negotiation Phase, 540), 보정 단계(Calibration Phase, 550), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 560) 단계 및 재협상 단계(Renegotiation Phase, 570)로 구분될 수 있다.5, the power transmission from the transmitter to the receiver is largely a selection phase (Selection Phase, 510), a ping phase (Ping Phase, 520), identification and configuration phase (Identification and Configuration Phase, 530), negotiation phase (Negotiation) Phase, 540), a calibration phase (Calibration Phase, 550), a power transfer phase (Power Transfer Phase, 560) phase and a renegotiation phase (Renegotiation Phase, 570).
선택 단계(510)는 파워 전송을 시작하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계일 수 있다.The
여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다. 또한, 선택 단계(510)에서 송신기는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다.Here, specific errors and specific events will be clarified through the following description. In addition, in the
만약, 송신기가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 단계(520)로 천이할 수 있다. 선택 단계(510)에서 송신기는 매우 짧은 펄스의 아날로그 핑(Analog Ping) 신호를 전송하며, 송신 코일 또는 1차 코일(Primary Coil)의 전류 변화에 기반하여 인터페이스 표면의 활성 영역(Active Area)에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다.If the transmitter detects that an object is placed on the interface surface, it may transition to
핑 단계(520)에서 송신기는 물체가 감지되면, 수신기를 활성화시키고, 수신기가 WPC 표준이 호환되는 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송한다. 핑 단계(520)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 패킷-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(510)로 천이할 수 있다.In
또한, 핑 단계(520)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 패킷-을 수신하면, 선택 단계(510)로 천이할 수도 있다.In addition, in the
핑 단계(520)가 완료되면, 송신기는 수신기를 식별하고 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(530)로 천이할 수 있다.When the
식별 및 구성 단계(530)에서 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpectedpacket), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out),패킷 전송 오류가 있거나(transmission error), 전력 전송 계약이 설정되지 않으면(no power transfer contract) 선택 단계(510)로 천이할 수 있다.In the identification and
송신기는 식별 및 구성 단계(530)에서 수시된 구성 패킷(Configuration packet)의 협상 필드(Negotiation Field) 값에 기반하여 협상 단계(540)로의 진입이 필요한지 여부를 확인할 수 있다.The transmitter may check whether entry into the
확인 결과, 협상이 필요하면, 송신기는 협상 단계(540)로 진입하여 소정 FOD 검출 절차를 수행할 수 있다.As a result of the confirmation, if negotiation is required, the transmitter may enter a
반면, 확인 결과, 협상이 필요하지 않은 경우, 송신기는 곧바로 전력 전송 단계(560)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
협상 단계(540)에서, 송신기는 기준 품질 인자 값이 포함된FOD(Foreign Object Detection) 상태 패킷을 수신할 수 있다. 이때, 송신기는 기준 품질 인자 값에 기반하여 FO 검출을 위한 임계치를 결정할 수 있다.In the
송신기는 결정된 FO 검출을 위한 임계치 및 현재 측정된 품질 인자 값을 이용하여 충전 영역에 FO가 존재하는지를 검출할 수 있으며, FO 검출 결과에 따라 전력 전송을 제어할 수 있다. 일 예로, FO가 검출된 경우, 전력 전송이 중단될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The transmitter may detect whether the FO exists in the charging area by using the determined threshold for FO detection and the currently measured quality factor value, and may control power transmission according to the FO detection result. For example, when a FO is detected, power transmission may be stopped, but is not limited thereto.
FO가 검출된 경우, 송신기는 선택 단계(510)로 회귀할 수 있다. 반면, FO가 검출되지 않은 경우, 송신기는 보정 단계(550)를 거쳐 전력 전송 단계(560)로 진입할 수도 있다.If an FO is detected, the transmitter can return to
상세하게, 송신기는 FO가 검출되지 않은 경우, 송신기는 보정 단계(550)에서 수신단에 수신된 전력의 세기를 결정하고, 송신단에서 전송한 전력의 세기를 결정하기 위해 수신단과 송신단에서의 전력 손실을 측정할 수 있다.In detail, when the FO is not detected, the transmitter determines the strength of the power received at the receiving end in the
즉, 송신기는 보정 단계(550)에서 송신단의 송신 파워와 수신단의 수신 파워 사이의 차이에 기반하여 전력 손실을 예측할 수 있다.That is, the transmitter may predict power loss based on the difference between the transmit power of the transmitting end and the receiving power of the receiving end in the
일 실시예에 따른 송신기는 예측된 전력 손실을 반영하여 FOD 검출을 위한 임계치를 보정할 수도 있다.The transmitter according to an embodiment may correct the threshold for FOD detection by reflecting the predicted power loss.
전력 전송 단계(540)에서, 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out),기 설정된 전력 전송 계약에 대한 위반이 발생되거나(power transfer contract violation), 충전이 완료된 경우, 선택 단계(510)로 천이할 수 있다.In the
또한, 전력 전송 단계(440)에서, 송신기는 송신기 상태 변화 등에 따라 전력 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 재협상 단계(570)로 천이할 수 있다.In addition, in the power transmission step 440, the transmitter may transition to the
이때, 재협상이 정상적으로 완료되면, 송신기는 전력 전송 단계(560)로 회귀할 수 있다.At this time, when the renegotiation is normally completed, the transmitter may return to the
상기한 전력 전송 계약은 송신기와 수신기의 상태 및 특성 정보에 기반하여 설정될 수 있다. 일 예로, 송신기 상태 정보는 최대 전송 가능한 파워에 대한 정보, 최대 수용 가능한 수신기 개수에 대한 정보 등을 포함할 수 있으며, 수신기 상태 정보는 요구 전력에 대한 정보 등을 포함할 수 있다.The above-described power transmission contract may be established based on 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.
도 6는 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.
도 6을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(600)는 크게 제어기(610), 전력변환기(620), 안테나(630) 및 복조기(640)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 6, the
여기서, 전력변환기(623)는 게이트 드라이버(Gate Driver, 622), 하프 브릿지 인버터(Half Bridge Invertor, 622) 및 벅 부스터(Buck Booster, 623)를 포함하여 구성될 수 있다.Here, the
전력변환기(620)는 전원(650)로부터 인가되는 제1 직류 전력을 제2 직류 전력으로 변환한 후 제어기(610)로부터 수신되는 레퍼런스 클락(Ref_CLK:Reference Clock)에 기반하여 생성한 제1 내지 제2 스위치 제어 신호(SC_0 및 SC_1)를 이용하여 제2 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 안테나(630)에 제공할 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 회로를 포함하여 구성될 수 있다.In this embodiment, the
일 실시 예로 안테나(630)는 하나의 코일-즉, 하나의 인덕터-로 구성된 단일 코일 형태일 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 다른 실시 예에 따른 안테나(630)는 복수의 코일로 구성될 수 도 있다.In one embodiment, the
이하, 제2 직류 전력에 상응하는 직류 전압-즉, 하프 브릿지 인버터(622)에 인가되는 전압-을 인버터 입력 전압 또는 브이 레일(V_rail)이라 명하기로 한다.Hereinafter, the DC voltage corresponding to the second DC power-that is, the voltage applied to the half-bridge inverter 622-will be referred to as an inverter input voltage or V-rail.
여기서, 제1 내지 제2 스위치 제어 신호(SC_0 및 SC_1)는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation) 신호일 수 있다.Here, the first to second switch control signals SC_0 and SC_1 may be pulse width modulation signals.
전력변환기(620)는 전원(650)으로부터 인가되는 전력의 타입이 교류인 경우, 벅 부스터(623) 전단에 배치되어 교류 신호를 직류 신호로 변환하는 교류/직류 변환기(AC/DC Converter, 미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다.The
게이트 드라이버(621)는 제어기(610)로부터 수신되는 레퍼런스 클락을 이용하여 하프 브릿지 인버터(622)에 구비된 2개의 스위치를 제어하기 위한 제1 내지 제2 스위치 제어 신호(SC_0 및 SC_1)를 생성할 수 있다.The
여기서, 레퍼런스 클락의 주파수 및 제1 내지 제2 스위치 제어 신호(SC_0 및 SC_1)의 위상(Phase) 및 듀티 레이트(Duty Rate)는 고정될 수 있다. 일 예로, 레퍼런스 클락의 주파수는 110KHz로 고정되고, 제1 내지 제2 스위치 제어 신호(SC_0 및 SC_1)의 위상(Phase) 및 듀티 레이트(Duty Rate)는 각각 0도와 50%로 고정될 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 당업자의 설계에 따라 다르게 설정될 수도 있음을 주의해야 한다.Here, the frequency of the reference clock and the phase and duty rate of the first to second switch control signals SC_0 and SC_1 may be fixed. For example, the frequency of the reference clock is fixed at 110 KHz, and the phase and duty rate of the first to second switch control signals SC_0 and SC_1 may be fixed at 0 and 50%, respectively. It should be noted that this is only an example, and may be set differently according to the design of a person skilled in the art.
즉, 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(600)는 가변 주파수 방식이 아닌 고정 주파수 방식으로 동작할 수 있다.That is, the wireless
또한, 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(600)는 하프 브릿지 인버터(622)에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 위상 및 듀티 레이트를 제어하지 않고, 벅 부스터(623)의 출력 전압-즉, 브이 레일-만을 제어하여 안테나(630)을 통해 전송되는 전력의 세기를 제어할 수 있다.In addition, the wireless
일 실 시예에 따른 벅 부스터(623)는 제어기(610)의 제어 신호에 따라 제1 모드, 제2 모드 및 제3 모드 중 어느 하나의 모드로 동작할 수 있다. 이때, 제1 모드는 벅 모드일 수 있다. 그리고, 제2 모드는 벅-부스트 모드일 수 있다. 또한, 제3 모드는 부스트 모드일 수 있다. The
일 예로, 무선 전력 수신기로 전송해야 할 전력이 제1 전력 미만인 경우, 제어기(610)는 벅 부스터(623)가 벅 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.For example, when the power to be transmitted to the wireless power receiver is less than the first power, the
만약, 무선 전력 수신기로 전송해야 할 전력이 제2 전력을 초과하는 경우, 제어기(610)는 벅 부스터(623)가 부스트 모드로 동작하도록 제어할 수 있다. 여기서, 제2 전력은 제1 전력 보다 크다.If the power to be transmitted to the wireless power receiver exceeds the second power, the
반면, 무선 전력 수신기로 전송해야 할 전력이 제1 전력 이상 제2 전력 이하인 경우, 제어기(610)는 벅 부스터(623)가 벅-부스트 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.On the other hand, when the power to be transmitted to the wireless power receiver is less than the first power or the second power, the
벅 부스터(623)의 세부 구성 및 벅 부스터(623)에서 출력 전압이 제어되는 방법은 후술할 도면의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.The detailed configuration of the
하프 브릿지 인버터(622)는 게이트 드라이버(621)를 통해 수신되는 제1 내지 제2 스위치 제어 신호(SC_0 및 SC_1)에 기반하여 직류 전압인 브이 레일(V_rail)을 교류 전압으로 변환하여 안테나(630)에 제공할 수 있다.The half-
제어기(610)는 복조기(640)를 통해 수신되는 제어 오류 패킷에 기반하여 벅 부스터(623)의 출력 전압을 동적으로 제어할 수 있다.The
일 예로, 벅 부스터(623)의 최대 출력 전압은 25V이고, 그에 따른, 최대 충전 전력은 15W일 수 있으나 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 당업자의 설계에 따라 벅 부스터(623)의 최대 출력 전압 및 최대 충전 전력은 상이하게 설계될 수도 있음을 주의해야 한다.For example, the maximum output voltage of the
제어기(610)가 벅 부스터(623)의 출력 전압을 제어하는 방법은 후술할 도면들의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.The method by which the
이상에서 설명한 바와 같이, 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(600)는 고정 주파수 방식으로 동작하므로, EMI 성능이 개선될 수 있다.As described above, since the wireless
또한, 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(600)는 인버터 동작 모드 변경이 발생되지 않으므로, 인버터 모드 변경 시 급격한 전압 변화로 인해 기기가 손상되는 것을 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.In addition, since the wireless
또한, 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(600)는 가격이 높은 풀 브릿지 회로 대신에 스위치 개수가 적고 저렴한 하프 브릿지 회로를 구비함으로써, 가격 경쟁력이 높을 뿐만 아니라 효율 및 열 손실을 개선할 수 있는 장점이 있다.In addition, the wireless
도 7 및 8은 인버터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.7 and 8 are views for explaining the operation of the inverter.
도 7을 참조하면, 하프 브릿지 인버터는 두 개의 스위치(S1및 S2)를 포함하고, 게이트 드라이버의 PWM 신호에 따라 해당 스위치가 ON/OFF 제어되어 출력 전압(Vo)이 변경될 수 있다. 일 예로, 도면 번호 710에 도시된 바와 같이, S1 스위치가 단락되고, S2 스위치가 개방되면, 출력 전압(Vo)는 입력 전압인 +Vdc 값을 갖는다. 반면, S1 스위치가 개방되고, S2 스위치가 단락되면, 출력 전압(Vo)는 0 값을 갖는다.Referring to FIG. 7, the half-bridge inverter includes two switches S1 and S2, and the corresponding switch is ON/OFF controlled according to the PWM signal of the gate driver to change the output voltage Vo. For example, as illustrated in 710, when the S1 switch is shorted and the S2 switch is opened, the output voltage Vo has an input voltage +Vdc. On the other hand, when the S1 switch is opened and the S2 switch is shorted, the output voltage Vo has a value of zero.
하프 브릿지 인버터는 게이트 드라이버로부터 위상이 상이한 제1 내지 제2 PWM 신호를 수신하고, 제1 내지 제2 PWM 신호를 이용하여 S1 스위치와 S2스위치를 제어할 수 있다. 제1 내지 제2 PWM 신호에 따라 S1 스위치와 S2 스위치가 교차 단락되면, 하프 브릿지 인버터는 특정 주기를 가지는 교류 전력 신호를 출력할 수 있다.The half bridge inverter receives the first to second PWM signals having different phases from the gate driver, and may control the S1 switch and the S2 switch using the first to second PWM signals. When the S1 switch and the S2 switch are cross-shorted according to the first to second PWM signals, the half bridge inverter may output an AC power signal having a specific period.
도 8을 참조하면, 풀 브릿지 인버터는 네 개의 스위치(S1, S2, S3 및 S4)를 포함하여 구성될 수 있으며, 게이트 드라이버로부터 수신되는 PWM 신호에 따라 해당 스위치가 ON/OFF 제어될 수 있다.Referring to FIG. 8, the full bridge inverter may include four switches S1, S2, S3, and S4, and the corresponding switch may be ON/OFF controlled according to the PWM signal received from the gate driver.
풀 브릿지 인버터의 출력 전압(Vo) 레벨은 도면 번호 810에 도시된 바와 같이, +Vdc 또는 -Vdc 또는 0의 값을 가질 수 있다.The output voltage (Vo) level of the full bridge inverter may have a value of +Vdc or -Vdc or 0, as shown in FIG.
일 예로, S1 스위치와 S2 스위치가 단락되고, 나머지 스위치가 개방되면, 출력 전압(Vo) 레벨은 +Vdc 값을 가진다. 반면, S3 스위치와 S4 스위치가 단락되고, 나머지 스위치가 개방되면, 출력 전압(Vo) 레벨은 -Vdc 값을 가진다.For example, when the S1 switch and the S2 switch are short-circuited and the remaining switches are opened, the output voltage (Vo) level has a value of +Vdc. On the other hand, when the S3 switch and the S4 switch are short-circuited and the remaining switches are opened, the output voltage (Vo) level has a value of -Vdc.
도 9는 일 실시 예에 따른 벅 부스터의 동작을 설명하기 위한 구성도이다.9 is a block diagram illustrating the operation of a buck booster according to an embodiment.
도 9를 참조하면, 벅 부스터(900)는 제1 회로(910), 제2 회로(920) 및 공통 인덕터(930)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 9, the
도 9에 도시된 바와 같이, 공통 인덕터(930)는 제1 회로(910)와 제2 회로(920) 사이에 배치되며, 제1 회로(910)와 제2 회로(920)에 전기적으로 연결될 수 있다.As illustrated in FIG. 9, the
제1 회로(910)는 입력 전압(V_in) 이하로 출력 전압(V_rail)을 변환하는 감압 회로를 포함하고, 제2 회로(920)는 입력 전압 이상으로 출력 전압을 변환하는 승압 회로를 포함할 수 있다. 다시 말해서, 제1 회로(910)는 벅 컨버터일 수 있고, 제 2 회로(920)는 부스트 컨버터일 수 있다. The
제1 회로(910)는 제1 신호(940)의 듀티 레이트에 기반하여 감압의 정도가 조정되고, 제 2 회로(920)는 제2 신호(950)의 듀티 레이트에 기반하여 승압의 정도가 조정될 수 있다.In the
여기서, 제1 신호(940) 및 제2 신호(950)는 상기한 도 6의 제어기(610)로부터 수신되거나 제어기(610)에 의해 제어되는 펄스 폭 변조 신호 컨트롤러(미도시)로부터 수신되는 펄스 폭 변조 신호일 수 있다.Here, the
제어기(610)는 제1 신호(940) 및 제2 신호(950)의 레벨 및 듀티 레이트를 제어하여 제2 회로(920)를 통해 출력되는 전압-즉, 벅 부스터(900)의 출력 전압인 브이 레일(V_rail)-을 제어할 수 있다.The
여기서, 제1 신호(940) 및 제2 신호(950)의 레벨은 제1 레벨인 “”레벨과 제2 레벨인 “”레벨로 구분될 수 있다.Here, the levels of the
제1 신호(940) 및 제2 신호(950)는 후술할 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 회로(910)와 제2 회로(920)에 구비된 제1 스위치(911)과 제2 스위치(921)를 제어하기 위한 스위치 제어 신호일 수 있다.The
일 예로, 제1 신호(940)의 레벨이 “”이면, 제1 회로(910)내 구비된 스위치가 단락되고, 제1 신호(940)의 레벨이 “”이면, 제1 회로(910)내 구비된 스위치가 개방될 수 있다.For example, when the level of the
또한, 제2 신호(950)의 레벨이 “”이면, 제2 회로(920)내 구비된 스위치가 단락되고, 제2 신호(950)의 레벨이 “”이면, 제2 회로(930)내 구비된 스위치가 개방될 수 있다.In addition, when the level of the second signal 950 is “”, the switch provided in the
만약, 제1 신호(940)의 레벨이 “”상태로 유지되면, 벅 부스터(900)는 부스트 모드로 동작하여 입력 전압(V_in)보다 큰 전압을 출력할 수 있다.If the level of the
이때, 출력 전압의 세기는 제2 신호(950)의 듀티 레이트에 비례하여 결정될 수 있다.At this time, the intensity of the output voltage may be determined in proportion to the duty rate of the second signal 950.
일 예로, 부스트 모드에서 벅 부스터(900)의 출력 전압은 최대로 입력 전압(V_in)의 대략 2배까지 증폭될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 당업자의 설계에 따라 승압 레벨은 상이할 수 있다.For example, in the boost mode, the output voltage of the
예를 들어, 입력 전압의 세기가 13V이고, 벅 부스터(900)가 부스트 모드로 동작하는 경우, 제2 신호(950) 제어를 통한 벅 부스터(900)의 최대 출력 전압은 25V일 수 있다. 여기서, 벅 부스터(900)의 출력 전압이 25V일 때, 무선 전력 송신 장치는 해당 무선 전력 수신기에 15W 충전을 제공할 수 있다.For example, when the intensity of the input voltage is 13V and the
반면, 제2 신호(950)의 레벨이 “”상태로 유지되면, 벅 부스터(900)는 벅 모드로 동작하여 입력 전압(V_in)보다 낮은 전압을 출력할 수 있다. 이때, 벅 부스터(900)의 출력 전압은 제1 신호(940)의 듀티 레이트에 비례하여 결정될 수 있다.On the other hand, when the level of the second signal 950 is maintained in the “” state, the
만약, 제1 신호(940)가 제1 레벨을 계속 유지하지 않고 일정 범위의 듀티 레이트를 가지는 펄스 폭 변조 신호이고, 제 2 신호(950)가 "LOW" 상태가 아닌 특정 제 2 레벨을 계속 유지하는 펄스 폭 변조 신호인 경우, 벅 부스터(900)는 벅-부스트 모드로 동작할 수 있다. 여기에서, “LOW" 상태는 0%의 듀티 레이트를 의미할 수 있다.If, the
일 실시 예에 따른 벅 부스터(900)는 제1 신호(940) 및 제2 신호(950)에 따라 특정 시점에 벅 모드, 부스트 모드 및 벅-부스트 모드로 동작할 수 있다. 이때, 실질적으로 벅 모드, 부스트 모드 및 벅-부스트 모드는 무선 전력 수신기에서 요구하는 전력의 크기에 의해 결정될 수 있다. 다만, 요구 전력이 제 1 전력 이상이고 제 2 전력 이하인 경우, 벅 부스터(900)는 벅-부스트 모드로 동작할 수 있다. 이때, 벅-부스트 모드가 동작하는 시점은, 제 1 신호(940)가 가질 수 있는 최대 듀티 레이트와, 제 2 신호(950)가 가질 수 있는 최소 듀티 레이트(여기에서, 최소 듀티 레이트는 'Low' 상태에 대응하는 0%가 큰 값을 가짐)를 토대로 결정될 수 있다. 이에 대해서는 하기에서 더욱 상세히 설명하기로 한다.The
한편, 벅 부스터(900)가 벅 모드 또는 부스트 모드로 동작하는 경우, 벅 부스터(900)는 구비된 2개의 스위치 중 어느 하나의 스위치만이 구동되도록 제어되며, 그에 따른 스위칭 손실이 최소화될 수 있다. 또한, 벅 부스터(900)는 상기 두 개의 스위치 중 어느 하나의 스위치만이 PWM 신호에 의해 스위칭되도록 제어되므로 급격한 전압 변화로 인해 공통 인덕터(930)에 과전류가 흐르는 것을 미연에 방지할 수 있는 장점도 있다.On the other hand, when the
또한, 벅 부스터(900)가 벅-부스트 모드로 동작하는 경우, 벅 부스터(900)는 구비된 2개의 스위치가 모두 구동되도록 제어될 수 있다.In addition, when the
다시 말해서, 수신기의 요구 전력이 제1 전력 미만이면, 벅 부스터(900)는 벅 모드로 동작하도록 제어되고, 수신기의 요구 전력이 제2 전력을 초과하면, 벅 부스터(900)는 부스트 모드로 동작하도록 제어될 수 있다.In other words, if the required power of the receiver is less than the first power, the
반면, 수신기의 요구 전력이 제1 전력 이상 제2 전력 이하이면, 벅 부스터(900)는 벅-부스트 모드로 동작하도록 제어될 수 있다. 여기서, 제2 전력은 제1 전력보다 크다.On the other hand, if the required power of the receiver is the first power or less than the second power, the
벅-부스트 모드에서, 제1 신호(940)와 제2 신호(950)의 듀티 레이트는 수신기의 요구 전력에 상응하여 결정될 수 있다. 결정된 제1 신호(940)와 제2신호(950)의 듀티 레이트에 따라 제1 회로(910)와 제2 회로(920)에서는 각각 감압과 승압이 이루어질 수 있다. 이때, 실시 예에서의 제1 신호(940)는 벅-부스트 모드 내에서 수신기의 요구 전력에 따라 일정 범위 내에서 변화할 수 있다. 이와 다르게, 벅-부스트 모드 내에서의 제 2 신호(950)는 특정 듀티 레이트를 유지할 수 있다. 이때, 상기 제 2 신호(950)가 가지는 듀티 레이트는 0%보다는 큰 값을 가진다. 바람직하게, 벅-부스트 모드 내에서의 제 2 신호(950)는 최소 듀티 레이트를 유지할 수 있다. 이때, 상기 최소 듀티 레이트는 5%일 수 있다. 다만, 이는 일 실시 예에 불과하며, 상기 최소 듀티 레이트는 실시 예에 따라 변경될 수 있을 것이다.In the buck-boost mode, the duty rates of the
도 10은 일 실시 예에 따른 벅 부스터의 세부 구성을 설명하기 위한 블록도이다.10 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a buck booster according to an embodiment.
도 10을 참조하면, 벅 부스터(1000)는 제1 회로(1010), 제2 회로(1020) 및 공동 인덕터(1030)을 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 10, the
여기서, 제1 회로(1010)는 감압 회로(1011)와 제1 정전압 회로(1012)로 구성되고, 제2 회로(1020)는 제2 정전압 회로(1021)와 승압 회로(1022)를 포함하여 구성될 수 있다.Here, the
벅 모드에서는, 제2 신호(1050)의 레벨이 “”로 유지되어 승압회로(1022)는 비활성되며-즉, 승압 회로(1022)의 내부 스위치가 개방(OPEN) 상태로 유지됨-, 감압 회로(1011)에 인가되는 제1 신호(1040)의 듀티 레이트가 조절되어 벅 부스터(1000)의 출력 전압(V_Rail)이 제어될 수 있다.In the buck mode, the level of the
부스트 모드에서는, 제1 신호(1040)의 레벨이 최대 듀티 레이트로 유지되어 감압 회로(1011)는 도통되며, 승압 회로(1022)에 인가되는 제2 신호(1050)의 듀티 레이트가 조절되어 벅 부스터(1000)의 출력 전압(V_Rail)이 제어될 수 있다.In the boost mode, the level of the
여기서, 감압 회로(1011)가 도통된다는 것은 감압 회로(1011) 내부에 구비된 스위치가 90%의 듀티 레이트로 동작하는 것을 의미할 수 있으며, 이에 따라 벅 부스터(100)의 입력 전류(I_in)가 그대로 공통 인덕터(1030)로 전달되는 것을 의미할 수 있다.Here, the conduction of the
벅-부스트 모드에서는, 감압 회로(1011)와 승압 회로(1022)에 각각 인가되는 제1 신호(1040) 및 제2 신호(1050)의 레벨은 최대 듀티 레이트 또는 “”로 유지되지 않는다. 즉, 제1 신호(1040) 및 제2 신호(1050)는 각각은 수신기의 요구 전력에 따라 결정된 듀티 레이트를 가지는 펄스 폭 변조 신호일 수 있다. 즉, 제1 신호(1040)는 수신기의 요구 전력에 따라 변화하는 듀티 레이트를 가진 펄스 폭 변조 신호일 수 있다. 또한, 제1 신호(1050)는 수신기의 요구 전력과는 관계 없이 특정 듀티 레이트가 유지된 펄스 폭 변조 신호일 수 있다. 여기에서, 상기 특정 듀티 레이트는 0%보다 큰 레벨을 가질 수 있다. 바람직하게, 상기 특정 듀티 레이트는 상기 승압 회로(1022)가 가질 수 있는 최소 듀티 레이트일 수 있다. 예를 들어, 상기 최소 듀티 레이트는 5%일 수 있다.In the buck-boost mode, the levels of the
즉, 일반적으로 감압 회로(1011)와 승압 회로(1022)에 각각 인가되는 제1 신호(1040) 및 제2 신호(1050)의 레벨은 0%~100%까지 제어가 가능하다. 다만, 실시 예에서는 시스템의 안정적인 동작을 위해 상기 제1 신호(1040) 및 제2 신호(1050)의 각각의 듀티 레이트에 대한 최소 듀티 레이트 및 최대 듀티 레이트를 설정한다. 이때, 상기 최소 듀티 레이트는 0%보다 크며, 상기 최대 듀티 레이트는 100%보다 작다. 예를 들어, 상기 최소 듀티 레이트는 5%로 설정될 수 있으며, 상기 최대 듀티 레이트는 90%로 설정될 수 있다. 이에 따라, 상기 감압 회로(1011)와 승압 회로(1022)가 동작하는 경우, 제1 신호(1040) 및 제2 신호(1050)는 5%~90% 범위 내의 듀티 레이트를 가질 수 있다. 또한, 상기 감압 회로(1011)와 승압 회로(1022)의 동작 오프 시에의 제1 신호(1040) 및 제2 신호(1050)는 0%의 듀티 레이트를 가질 수 있다. That is, in general, the level of the
한편, 감압 회로(1011) 및 승압 회로(1022)의 제어는 상기 제1 신호(1040) 및 제2 신호(1050)의 듀티 레이트의 제어에 의해 이루어진다. 이때, 감압 회로(1011) 및 승압 회로(1022) 모두는 듀티 레이트에 따라 출력이 증가 또는 감소되는 비율이 같다. 예를 들어, 듀티 레이트가 a%로 변경되는 경우, 상기 변경된 a%가 출력 전압에 그대로 반영된다. 다시 말해서, 감압 회로(1011)가 50%의 듀티 레이트를 가지고 동작한다면, 입력 전압은 출력 전압의 1/2의 값이 된다. 또한, 승압 회로(1022)가 50%의 듀티 레이트를 가지고 동작한다면, 입력 전압은 출력 전압의 2배가 된다. 이에 따라, 감압 회로(1011)의 듀티 레이트와 승압 회로(1022)의 듀티 레이트의 총 합인 총 듀티 레이트가 같다면, 벅 부스터(900)를 통해 출력되는 전압은 동일해진다. Meanwhile, the control of the
따라서, 실시 예에서는 감압 회로(1011)에 제공되는 제1 신호(1040)의 듀티 레이트와, 승압 회로(1022)에 제공되는 제2 신호(1022)의 듀티 레이트를 각각 구분하지 않고, 이들의 총 합인 벅 부스터(900)의 듀티 레이트를 가지고 상기 감압 회로(1011) 및 승압 회로(1022)를 각각 제어할 수 있도록 한다.Therefore, in the embodiment, the duty rate of the
다시 말해서, 벅 부스터(900)의 듀티 레이트는 감압 회로(1011)에 제공되는 제1 신호(1040)의 듀티 레이트와, 승압 회로(1022)에 제공되는 제2 신호(1022)의 듀티 레이트의 합일 수 있다.In other words, the duty rate of the
이에 대해서는 하기에서 더욱 상세히 설명하기로 한다.This will be described in more detail below.
한편, 제1 정전압 회로(1012) 및 제2 정전압 회로(1021)는 입력 전압(V_in)에 따라 일정한 전압이 인가될 수 있도록 구성될 수 있다.Meanwhile, the first
제1 정전압 회로(1012)의 일단은 감압 회로(1011)의 출력단 및 공통 인덕터(1030)의 일단에 연결되고, 제1 정전압 회로(1012)의 타단은 접지에 연결될 수 있다.One end of the first
제2 정전압 회로(1012)의 일단은 벅 부스터(100)의 출력단에 연결되고, 제2 정전압 회로(1012)의 타단은 공통 인덕터(1030)의 타단과 승압 회로(1022)의 일단에 연결될 수 있다.One end of the second
도 11은 실시 예에 따른 벅 부스터에 구비되는 스위치의 등가 회로도이다.11 is an equivalent circuit diagram of a switch provided in a buck booster according to an embodiment.
상기 도 10에 도시된 벅 부스터(1000)의 감압 회로(1011)과 승압 회로(1022)는 상기 도 11에 도시된 바와 같은 스위치(1100)를 포함하여 구성될 수 있다.The
감압 회로(1011)와 승압 회로(1022)는 각각 게이트(Gate, G)에 입력되는 펄스 폭 변조 신호에 기반하여 동작할 수 있다.The
스위치(1100)의 게이트(G)와 소스(Source, S)사이의 전압 V_GS가 소정 항복 전압(V_threshold)을 초과하면, 드레인(Drain, D)에 인가된 전류(I_in)가 소스(S) 방향으로 흘러 드레인(D)과 소스(S) 사이에 전압 V_DS가 인가된다.When the voltage V_GS between the gate G of the
반면, 게이트(G)와 소스(Source, S)사이의 전압이 소정 항복 전압(V_threshold) 이하이면, 드레인(Drain, D)에 인가된 전류(I_in)가 소스(S) 방향으로 흐르는 것이 차단된다.On the other hand, if the voltage between the gate G and the sources Source and S is equal to or less than a predetermined breakdown voltage V_threshold, the current I_in applied to the drains D is blocked from flowing in the source S direction. .
도 12는 일 실시 예에 따른 벅 부스터가 벅 모드로 동작할 때의 등가 회로 구성을 보여준다.12 shows an equivalent circuit configuration when the buck booster operates in the buck mode according to an embodiment.
이하에서는 상기 도 10 내지 도 12를 참조하여, 벅 모드 등가 회로 구성을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration of the buck mode equivalent circuit will be described in detail with reference to FIGS. 10 to 12.
도 12에 도시된 바와 같이, 벅 모드 등가 회로는 감압 회로(1011), 제1 정전압 회로(1012), 제2 정전압 회로(1021) 및 공통 인덕터(1030)를 포함하여 구성될 수 있다.As shown in FIG. 12, the buck mode equivalent circuit may include a
감압 회로(1011)는 제1 CR 직렬 회로(1110)와 제1 스위치(Q1, 1150) 및 제5 저항(1191)을 포함하여 구성될 수 있다.The
여기서, 제1 스위치(1150)는 상기 도 11에 도시된 스위치(1100)의 형태일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.Here, the
제1 CR 직렬 회로(1110)는 직렬 연결된 제1 캐패시터(C1)와 제1 저항(R1)을 포함하고, 제1 CR 직렬 회로(1110)의 양단은 각각 제1 스위치(1150)의 드레인(D)과 소스(D)에 연결될 수 있다.The first
제5 저항(R5, 1191)은 제1 스위치(1150)의 게이트(G)와 소스(S)에 연결될 수 있다.The fifth resistors R5 and 1191 may be connected to the gate G and the source S of the
제1 정전압 회로(1012)는 제1 다이오드(1170)와 제2 CR 직렬 회로(1120)를 포함하여 구성될 수 있다.The first
제2 CR 직렬 회로(1120)는 직렬 연결된 제2 캐패시터(C2)와 제2 저항(R2)을 포함하고, 제2 CR 직렬 회로(1120)의 양단은 제1 다이오드(1170)의 양단에 연결될 수 있다.The second
제2 정전압 회로(1021)는 제2 다이오드(1180)와 제3 CR 직렬 회로(1130)를 포함하여 구성될 수 있다.The second
제3 CR 직렬 회로(1130)는 직렬 연결된 제3 캐패시터(C3)와 제3 저항(R3)을 포함하고, 제3 CR 직렬 회로(1130)의 양단은 제2 다이오드(1180)의 양단에 연결될 수 있다.The third
감압 회로(1011)의 출력과 제2 정전압 회로(1021)의 입력은 공통 인덕터(1030)을 통해 상호 연결될 수 있다.The output of the
또한, 제1 정전압 회로(1012)와 제2 정전압 회로(1021)도 공통 인덕터(1030)를 통해 연결될 수 있다.In addition, the first
벅 모드에서의 입력 전압(V_in)과 출력 전압(V_rail) 사이의 관계는 하기 수식 1에 의해 결정될 수 있다.The relationship between the input voltage V_in and the output voltage V_rail in the buck mode may be determined by
V_rail = V_in x D1 (수식 1)V_rail = V_in x D1 (Equation 1)
여기서, D1은 제1 신호(1040)의 듀티 레이트를 의미한다. 일 예로, D1이 100%이면, 벅 부스터의 입력 전압과 출력 전압은 동일하고, D1이 50%이면, 벅 부스터의 출력 전압(V_rail)은 입력 전압(V_in)의 절반으로 강하될 수 있다.Here, D1 means the duty rate of the
도 13는 일 실시 예에 따른 벅 부스터가 부스트 모드로 동작할 때의 등가 회로 구성을 보여준다.13 shows an equivalent circuit configuration when the buck booster operates in the boost mode according to an embodiment.
이하에서는 상기 도 10, 도 11 및 도 13을 참조하여, 부스트 모드 등가 회로 구성을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration of the boost mode equivalent circuit will be described in detail with reference to FIGS. 10, 11, and 13.
도 13에 도시된 바와 같이, 부스트 모드 등가 회로는 제1 정전압 회로(1012), 제2 정전압 회로(1021), 승압 회로(1022) 및 공통 인덕터(1030)를 포함하여 구성될 수 있다.13, the boost mode equivalent circuit may include a first
도 13을 참조하면, 승압 회로(1022)는 제4 CR 직렬 회로(1140)와 제2 스위치(Q2, 1160) 및 제6 저항(1192)을 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 13, the boosting
여기서, 제2 스위치(1160)는 상기한 도 12의 제1 스위치(1150)와 동일한 타입의 스위치일 수 있다. 일 실시 예에 따른 제2 스위치(1160)는 상기 도 11에 도시된 스위치(1100)로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.Here, the
제4 CR 직렬 회로(1140)는 직렬 연결된 제4 캐패시터(C4)와 제4 저항(R4)을 포함하고, 제4 CR 직렬 회로(1140)의 양단은 각각 제2 스위치(1160)의 드레인(D)과 소스(D)에 연결될 수 있다.The fourth
제6 저항(1192)은 제2 스위치(1160)의 게이트(G)와 소스(S)에 연결될 수 있다.The
제1 정전압 회로(1012)는 제1 다이오드(1170)와 제2 CR 직렬 회로(1120)를 포함하여 구성될 수 있다.The first
제2 CR 직렬 회로(1120)는 직렬 연결된 제2 캐패시터(C2)와 제2 저항(R2)을 포함하고, 제2 CR 직렬 회로(1120)의 양단은 제1 다이오드(1170)의 양단에 연결될 수 있다.The second
제2 정전압 회로(1021)는 제2 다이오드(1180)와 제3 CR 직렬 회로(1130)를 포함하여 구성될 수 있다.The second
제3 CR 직렬 회로(1130)는 직렬 연결된 제3 캐패시터(C3)와 제3 저항(R3)을 포함하고, 제3 CR 직렬 회로(1130)의 양단은 제2 다이오드(1180)의 양단에 연결될 수 있다.The third
승압 회로(1022)의 출력과 제2 정전압 회로(1021)의 입력은 상호 연결될 수 있다.The output of the boosting
또한, 제1 정전압 회로(1012)와 제2 정전압 회로(1021)도 공통 인덕터(1030)를 통해 연결될 수 있다.In addition, the first
부스트 모드에서의 입력 전압(V_in)과 출력 전압(V_rail) 사이의 관계는 하기 수식 2에 의해 결정될 수 있다.The relationship between the input voltage V_in and the output voltage V_rail in the boost mode may be determined by
V_rail = V_in/(1-D2) (수식 2)V_rail = V_in/(1-D2) (Equation 2)
여기서, D2는 제2 신호(1050)의 듀티 레이트를 의미한다.Here, D2 means the duty rate of the
일 예로, D2가 0%이면, 벅 부스터의 입력 전압과 출력 전압은 동일하고, D2이 50%이면, 벅 부스터의 출력 전압(V_rail)은 입력 전압(V_in)의 두 배로 승압될 수 있다.For example, when D2 is 0%, the input voltage and the output voltage of the buck booster are the same, and when D2 is 50%, the output voltage V_rail of the buck booster may be boosted to twice the input voltage V_in.
즉, D2의 값이 작아질수록 입력 전압(V_in) 대비 출력 전압(V_rail)의 세기는 증가될 수 있다.That is, as the value of D2 decreases, the intensity of the output voltage V_rail compared to the input voltage V_in may increase.
도 14는 일 실시 예에 따른 벅 부스터가 벅-부스트 모드로 동작할 때의 등가 회로 구성을 보여준다.14 shows an equivalent circuit configuration when the buck booster operates in the buck-boost mode according to an embodiment.
이하에서는 상기 도 10 내지 도 14을 참조하여, 벅-부스트 모드 등가 회로 구성을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration of the buck-boost mode equivalent circuit will be described in detail with reference to FIGS. 10 to 14.
도 14에 도시된 바와 같이, 벅-부스트 모드 등가 회로는 감압 회로(1011), 제1 정전압 회로(1012), 제2 정전압 회로(1021), 승압 회로(1022) 및 공통 인덕터(1030)를 포함하여 구성될 수 있다.As shown in FIG. 14, the buck-boost mode equivalent circuit includes a
도 14를 참조하면, 감압 회로(1011)는 제1 CR 직렬 회로(1110)와 제1 스위치(Q1, 1150) 및 제5 저항(1191)을 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 14, the
여기서, 제1 스위치(1150)는 상기 도 11에 도시된 스위치(1100)의 형태일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.Here, the
제1 CR 직렬 회로(1110)는 직렬 연결된 제1 캐패시터(C1)와 제1 저항(R1)을 포함하고, 제1 CR 직렬 회로(1110)의 양단은 각각 제1 스위치(1150)의 드레인(D)과 소스(D)에 연결될 수 있다.The first
제5 저항(1191)은 제1 스위치(1150)의 게이트(G)와 소스(S)에 연결될 수 있다.The
승압 회로(1022)는 제4 CR 직렬 회로(1140)와 제2 스위치(Q2, 1160) 및 제6 저항(1192)을 포함하여 구성될 수 있다.The boosting
여기서, 제2 스위치(1160)는 상기한 도 12의 제1 스위치(1150)와 동일한 타입의 스위치일 수 있다. 일 실시 예에 따른 제2 스위치(1160)는 상기 도 11에 도시된 스위치(1100)로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.Here, the
제4 CR 직렬 회로(1140)는 직렬 연결된 제4 캐패시터(C4)와 제4 저항(R4)을 포함하고, 제4 CR 직렬 회로(1140)의 양단은 각각 제2 스위치(1160)의 드레인(D)과 소스(D)에 연결될 수 있다.The fourth
제6 저항(1192)은 제2 스위치(1160)의 게이트(G)와 소스(S)에 연결될 수 있다.The
제1 정전압 회로(1012)는 제1 다이오드(1170)와 제2 CR 직렬 회로(1120)를 포함하여 구성될 수 있다.The first
제2 CR 직렬 회로(1120)는 직렬 연결된 제2 캐패시터(C2)와 제2 저항(R2)을 포함하고, 제2 CR 직렬 회로(1120)의 양단은 제1 다이오드(1170)의 양단에 연결될 수 있다.The second
제2 정전압 회로(1021)는 제2 다이오드(1180)와 제3 CR 직렬 회로(1130)를 포함하여 구성될 수 있다.The second
제3 CR 직렬 회로(1130)는 직렬 연결된 제3 캐패시터(C3)와 제3 저항(R3)을 포함하고, 제3 CR 직렬 회로(1130)의 양단은 제2 다이오드(1180)의 양단에 연결될 수 있다.The third
감압 회로(1011)의 출력과 제2 정전압 회로(1021)의 입력은 공통 인덕터(1030)을 통해 상호 연결될 수 있다.The output of the
감압 회로(1011)와 승압 회로(1022)는 공통 인덕터(1030)를 통해 연결될 수 있다.The step-
승압 회로(1022)와 제2 정전압 회로(1021)는 상호 연결될 수 있다.The boosting
제1 정전압 회로(1012)와 제2 정전압 회로(1021)는 공통 인덕터(1030)를 통해 연결될 수 있다.The first
벅-부스트 모드에서의 입력 전압(V_in)과 출력 전압(V_rail) 사이의 관계는 하기 수식 3에 의해 결정될 수 있다.The relationship between the input voltage V_in and the output voltage V_rail in the buck-boost mode may be determined by Equation 3 below.
V_rail = V_in x D1 + V_in/(1-D2) (수식 3)V_rail = V_in x D1 + V_in/(1-D2) (Equation 3)
여기서, D1은 제1 신호(1040)의 듀티 레이트이고, D2는 제2 신호(1050)의 듀티 레이트를 의미한다.Here, D1 is the duty rate of the
즉, 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치는 D1과 D2의 값을 제어하여 벅 부스터(1000)의 출력 전압(V_rail)을 입력 전압(V_in) 이상의 특정 전압으로 제어할 수 있다.That is, the wireless power transmission apparatus according to the embodiment may control the values of D1 and D2 to control the output voltage V_rail of the
도 15는 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 벅 부스터의 설계 시의 듀티 레이트 결정 방법에 대한 순서도이다.15 is a flowchart of a method for determining a duty rate when designing a buck booster in a wireless power transmission apparatus according to an embodiment.
도 15를 참조하면, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 요구 전력별로 벅 부스터(900)의 듀티 레이트를 결정(또는 산출)할 수 있다(S1510). 이때, 벅 부스터(900)가 가지는 듀티 레이트의 범위는 감압 회로(1011)에 공급되는 제1 신호(1040)가 가지는 듀티 레이트의 범위와 승압 회로(1022)에 공급되는 제2 신호(1050)가 가지는 듀티 레이트의 범위를 토대로 결정될 수 있다. Referring to FIG. 15, the wireless power transmitter may determine (or calculate) the duty rate of the
예를 들어, 제 1 신호(1040)의 최소 듀티 레이트는 5%로 설정될 수 있고, 최대 듀티 레이트는 90%로 설정될 수 있다. 또한, 제 2 신호(1050) 의 최소 듀티 레이트는 5%로 설정될 수 있고, 최대 듀티 레이트는 90%로 설정될 수 있다. 또한, 감압 회로(1011) 및 승압 회로(1022)의 오프 시, 상기 제1 신호(1040) 및 제2 신호(1050)는 0%의 듀티 레이트를 가질 수 있다. 따라서, 상기 벅 부스터(900)가 동작하는 경우, 벅 부스터(900)의 듀티 레이트의 범위는 5%~180%를 가질 수 있다. 이때, 벅 부스터(900)의 듀티 레이트는 제1 신호(1040)가 가지는 듀티 레이트와 제2 신호(1050)가 가지는 듀티 레이트의 합을 의미할 수 있다.For example, the minimum duty rate of the
그리고, 무선 전력 송신기는 상기 감압 회로(1011)가 가지는 최대 듀티 레이트와, 상기 승압 회로(1022)가 가지는 최소 듀티 레이트를 확인한다(1520단계). Then, the wireless power transmitter checks the maximum duty rate of the
상기 감압 회로(1011)가 가지는 최대 듀티 레이트와, 상기 승압 회로(1022)가 가지는 최소 듀티 레이트를 확인하는 이유는, 상기 벅 부스터(900)의 벅-부스트 모드의 동작 구간을 결정하기 위함이다. 이때, 상기 감압 회로(1011)가 가지는 최대 듀티 레이트는 90%일 수 있고, 상기 승압 회로(1022)가 가지는 최소 듀티 레이트는 5%일 수 있다.The reason for checking the maximum duty rate of the
이에 따라, 상기 무선 전력 송신기는 상기 확인한 상기 감압 회로(1011)가 가지는 최대 듀티 레이트와, 상기 승압 회로(1022)가 가지는 최소 듀티 레이트를 토대로 벅 모드 구간, 벅-부스트 모드 구간 및 부스트 모드 구간을 결정한다(S1530). 즉, 상기 벅 부스터(900)의 듀티 레이트의 범위는 5%~180%를 가질 수 있다. 그리고, 상기 벅 부스터(900)의 듀티 레이트의 범위 중 제 1 구간은 벅 모드 구간이고, 제 2 구간은 벅-부스트 모드 구간이며, 제 3 구간은 부스트 모드 구간일 수 있다. 이때, 실시 예에서는 상기 감압 회로(1011)의 최대 듀티 레이트와, 상기 승압 회로(1022)의 최소 듀티 레이트를 토대로 상기 제 1 구간과 제 3 구간 사이에 위치하는 제 2 구간에 대한 시작 포인트를 결정하도록 한다. 상기 제 2 구간에 대한 시작 포인트는, 상기 제 1 구간의 종료 포인트에 대응될 수 있다. Accordingly, the wireless power transmitter determines a buck mode period, a buck-boost mode period and a boost mode period based on the identified maximum duty rate of the
이때, 실시 예에서는 상기 감압 회로(1011)의 최대 듀티 레이트에서 상기 승압 회로(1022)의 최소 듀티 레이트를 감산한 포인트를 기준으로 상기 제 2 구간의 시작 포인트를 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 감압 회로(1011)의 최대 듀티 레이트는 90%이고, 상기 승압 회로(1022)의 최소 듀티 레이트는 5%이며, 이에 따라 상기 제 2 구간의 시작 포인트는 벅 부스터(900)의 듀티 레이트가 85%인 지점일 수 있다. 이와 다르게, 상기 85%인 지점까지 상기 제 1 구간이 동작하고, 이에 따라 이 이후의 제 1 듀티 레이트인 86%를 상기 제 2 구간의 시작 포인트로 결정할 수 있다. In this case, in an embodiment, the starting point of the second section may be determined based on a point obtained by subtracting the minimum duty rate of the boosting
또한, 상기 제 2 구간의 종료 포인트도 상기 감압 회로(1011)의 최대 듀티 레이트와, 상기 승압 회로(1022)의 최소 듀티 레이트를 토대로 결정할 수 있다. 바람직하게, 상기 제 2 구간의 종료 포인트는 상기 감압 회로(1011)의 최대 듀티 레이트에서 상기 승압 회로(1022)의 최소 듀티 레이트를 가산한 지점일 수 있다. 예를 들어, 상기 감압 회로(1011)의 최대 듀티 레이트는 90%이고, 상기 승압 회로(1022)의 최소 듀티 레이트는 5%이며, 이에 따라 상기 제 2 구간의 종료 포인트는 벅 부스터(900)의 듀티 레이트가 95%인 지점일 수 있다. Also, the end point of the second section may be determined based on the maximum duty rate of the
이에 따라, 상기 벅 부스터(900)가 가지는 듀티 레이트의 범위 중 86%~95% 범위는 소프트 제어 구간으로 지정하고, 이에 따라 해당 소프트 제어 구간에서는 상기 벅 부스터(900)가 벅-부스트 모드로 동작하도록 한다. 그리고, 상기 소프트 제어 구간을 제외한 나머지 범위는 벅 모드 제어 구간 및 부스트 모드 제어 구간으로 정의될 수 있다. Accordingly, 86% to 95% of the duty rate range of the
상기 벅 부스터(900)의 듀티 레이트의 범위는 5%~180%를 가질 수 있다. 그리고, 상기 벅 부스터(900)의 듀티 레이트의 범위 중 86%~95% 범위는 벅-부스트 모드 구간으로 결정될 수 있다. 그리고, 상기 벅 부스터(900)의 듀티 레이트의 범위 중 5%~85.9% 범위는 벅 모드 구간으로 결정될 수 있다. 그리고, 상기 벅 부스터(900)의 듀티 레이트의 범위 중 95.1%~180% 범위는 부스트 모드 구간으로 결정될 수 있다. The duty rate of the
한편, 상기 벅 모드 구간을 상기 감압 회로(1011)의 최대 듀티 레이트 지점까지 설정할 수 있다. 즉, 상기 벅 모드 구간을 5%~90%까지 설정할 수 있다. 그리고, 상기 벅-부스트 모드 구간을 90.1%~95%까지 설정할 수 있다. 그러나, 이와 같은 경우, 상기 벅 모드 구간에서는 상기 감압 회로(1011)의 제 1 신호(1040)가 최대 듀티 레이트까지 상승하게 되며, 이에 따라 벅-부스트 모드의 시작 지점에서 상기 제 1 신호(1040)의 듀티 레이트의 감소가 이루어진다. 이와 같은 경우, 상기 감압 회로(1011)가 최대 듀티 레이트까지 상승했다 감소함에 따라 스위치에 스트레스가 발생하며, 이에 따른 동작 신뢰성에 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 실시 예에서는 벅 모드 구간이 상기 제 1 신호(1040)의 최대 듀티 레이트보다 낮은 레벨에서 종료되도록 하고, 이에 따라서 상기 벅-부스트 모드 구간에서 상기 제 1 신호가 최대 듀티 레이트까지 상승하도록 한다.Meanwhile, the buck mode period may be set up to a maximum duty rate point of the
한편, 무선 전력 송신기는 상기와 같이 벅 부스터(900)의 듀티 레이트에 대한 각 모드 구간이 결정되면, 상기 벅 부스터(900)의 듀티 레이트에 대응하는 제 1 신호(1040)의 듀티 레이트와, 제 2 신호(1050)의 듀티 레이트를 각각 결정한다(S1540). 다시 말해서, 수신기의 요구 전력 별로 벅 부스터(900)의 듀티 레이트가 결정되고, 상기 요구 전력 및 상기 벅 부스터(900)의 듀티 레이트에 따른 제 1 및 제2 신호의 듀티 레이트를 결정한다.Meanwhile, when each mode section for the duty rate of the
결론적으로, 실시 예에서는 제1 신호(1040)의 듀티 레이트와 제 2 신호(1050)의 듀티 레이트의 합으로 표현되는 벅 부스터(900)의 듀티 레이트로 벅 부스터(900)의 모드 제어 구간을 구분하고, 이를 토대로 각 모드별로 승압 회로(1022) 및 감압 회로(1011)의 제어가 이루어지도록 한다. In conclusion, in the embodiment, the mode control section of the
이때, 실시 예에서 결정되는 벅 부스터(900)의 듀티 레이트, 그리고 이에 대응하는 제 1 및 제2 신호의 듀티 레이트를 나타내면 표 1과 같다.In this case, the duty rates of the
듀티 레이트Duty rate
듀티 레이트Duty rate
듀티 레이트Duty
또한, 상기 표 1에 따른 벅 부스터(900)의 듀티 레이트에 따라, 상기 수신기의 요구 전력의 전체 범위를 기준으로 상기 벅 모드 구간에 대한 범위, 상기 벅-부스트 모드 구간에 대한 범위 및 부스트 모드 구간에 대한 범위가 각각 설정될 수 있다.In addition, according to the duty rate of the
상기 벅 모드 구간에 대한 범위는 상기 설명한 바와 같이 제 1 전력 미만 범위이고, 부스트 모드 구간에 대한 범위는 제 2 전력 초과 범위이고, 벅-부스트 모드 구간은 제 1 전력 이상에서 제 2 전력 이하 범위일 수 있다.The range for the buck mode period is a range less than the first power as described above, the range for the boost mode period is a second power exceeding range, and the buck-boost mode period is a range from the first power or higher to the second power or lower. You can.
이후, 무선 전력 송신기는 상기 요구 전력별로 결정된 벅 부스터(900)의 듀티 레이트를 저장하고, 이에 대응하는 제 1 및 제2 신호의 듀티 레이트를 저장한다(S1550).Thereafter, the wireless power transmitter stores the duty rates of the
즉, 실시 예에서는 무선 전력 송신기에 구비되는 벅 부스터(900)의 동작 설계 시에 상기와 같은 제1 신호 및 제2 신호가 각각 가지는 듀티 레이트의 합의 개념으로, 벅 부스터(900)의 총 듀티 레이트를 결정하여, 벅 부스터(900)의 동작을 제어할 수 있다.That is, in the embodiment, in the operation design of the
도 16은 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 무선 전력 전송 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.16 is a flowchart illustrating a method for controlling wireless power transmission in a wireless power transmission apparatus according to an embodiment.
도 16을 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 수신기의 요구 전력을 결정(또는 산출)할 수 있다(S1610).Referring to FIG. 16, the wireless power transmission apparatus may determine (or calculate) the required power of the receiver (S1610).
일 예로, 수신기의 요구 전력은 해당 무선 전력 수신기로부터 수신된 정보에 기반하여 동적으로 결정(또는 산출)될 수 있다.For example, the required power of the receiver may be dynamically determined (or calculated) based on information received from the corresponding wireless power receiver.
일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 상기 도 4 또는 상기 도 5의 식별 및 구성 단계(430 또는 530)에서 수신되는 수신기 식별 정보 및 구성 정보에 기반하여 전력 전송 계약(Power Transfer Contract)를 생성하고, 생성된 전력 전송 계약에 기초하여 수신기의 요구 전력을 결정할 수 있다.The wireless power transmitter according to an embodiment generates a power transfer contract based on receiver identification information and configuration information received in the identification and
여기서, 수신기 식별 정보는 제조사 정보, 기기 식별 정보, 버전 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.Here, the receiver identification information may include manufacturer information, device identification information, version information, etc., but is not limited thereto.
여기서, 구성 정보는 수신기의 파워 클래스(Power Class), 수신기의 정류기 출력단에서 기대하는 최대 전력 및 수신기에 의해 요구되는 보장 전력 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.Here, the configuration information may include, but is not limited to, the power class of the receiver, the maximum power expected at the output terminal of the rectifier of the receiver, and guaranteed power required by the receiver.
다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치는 상기 도 5의 협상 단계(540) 및(또는) 재협상 단계(570) 단계에서 갱신된 전력 전송 계약에 기초하여 수신기의 요구 전력을 결정(또는 산출)할 수도 있다.The wireless power transmission apparatus according to another embodiment may determine (or calculate) the required power of the receiver based on the renewed power transmission contract in the
여기서, 전력 전송 계약은 상기 도 4 또는 상기 도 5의 전력 전송 단계(440 또는 560)에서 해당 수신기로의 전력 전송을 특정하는 각종 파라미터의 한계 값들을 포함할 수 있다. 일 예로, 전력 전송 계약은 해당 수신기의 정류기 출력단에서 제공될 전력 하한 값(보장 전력) 및(또는) 전력 상한 값(최대 전력)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.Here, the power transmission contract may include limit values of various parameters specifying power transmission to the corresponding receiver in the
무선 전력 송신기는 상기 요구 전력이 결정되면, 상기 요구 전력에 기반하여 벅 부스터(900)의 모드를 선택한다(S1620). 이때, 상기 벅 부스터(900)의 모드는 제1 모드, 제2 모드 및 제3 모드를 포함할 수 있다. When the required power is determined, the wireless power transmitter selects the mode of the
즉, 벅 부스터(900)의 모드는 상기 요구 전력에 기반하여 최소 듀티 레이트와 제1 듀티 레이트 사이에서 상기 제1 스위치가 스위칭되고, 0%의 듀티 레이트로 상기 제2 스위치가 스위칭하는 제1 모드와, 상기 요구 전력에 기반하여 제2 듀티 레이트와 최대 듀티 레이트 사이에서 상기 제1 스위치가 스위칭되고, 최소 듀티 레이트로 상기 제2 스위치가 스위칭되는 제2 모드와, 상기 요구 전력에 기반하여 최대 듀티 레이트로 상기 제1 스위치가 스위칭되고, 제3 듀티 레이트와 최대 듀티 레이트 사이에서 상기 스위칭하는 제3 모드를 포함할 수 있다. 상기 제1 모드는 벅 모드이고, 상기 제2 모드는 벅-부스트 모드이고, 제3 모드는 부스트 모드이다.That is, the mode of the
무선 전력 송신기는 상기 요구 전력이 결정되면, 상기 요구 전력에 기반하여 상기 제1 내지 제3 모드 중에서 벅 부스터(900)의 모드를 선택할 수 있다.When the required power is determined, the wireless power transmitter may select a mode of the
한편, 무선 전력 송신기는 벅 부스터(900)의 모드가 선택되면, 상기 선택된 모드 내에서의 제1 신호의 듀티 레이트와 제2 신호의 듀티 레이트를 결정한다(S1630).Meanwhile, when the mode of the
즉, 제1 모드가 선택되면, 상기 제2 신호는 0%로 고정된 듀티 레이트를 가지고, 제1 신호의 듀티 레이트는 최소 듀티 레이트와 제1 듀티 레이트 사이에서 변화할 수 있다. That is, when the first mode is selected, the second signal has a fixed duty rate of 0%, and the duty rate of the first signal may vary between the minimum duty rate and the first duty rate.
또한, 제2 모드가 선택되면, 상기 제1 신호의 듀티 레이트는 제2 듀티 레이트와 최대 듀티 레이트 사이에서 변화하고, 제2 신호의 듀티 레이트는 최소 듀티 레이트로 고정될 수 있다.In addition, when the second mode is selected, the duty rate of the first signal varies between the second duty rate and the maximum duty rate, and the duty rate of the second signal can be fixed at the minimum duty rate.
또한, 제3 모드가 선택되면, 제1 신호의 듀티 레이트는 최대 듀티 레이트로 고정될 수 있고, 제2 신호의 듀티 레이트는 최소 듀티 레이트와 최대 듀티 레이트 사이에서 변화할 수 있다.Further, when the third mode is selected, the duty rate of the first signal may be fixed at the maximum duty rate, and the duty rate of the second signal may vary between the minimum duty rate and the maximum duty rate.
이후, 무선 전력 송신기는 상기 결정된 듀티 레이트에 대응하는 제 1 신호(1040) 및 제 2 신호(1050)를 상기 감압 회로(1011) 및 승압 회로(1022)에 각각 공급하여 벅 부스터(900)를 제어한다(S1640).Thereafter, the wireless power transmitter controls the
도 17은 실시 예에 따른 벅 모드에서의 무선 전력 전송 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.17 is a flowchart illustrating a method for controlling wireless power transmission in a buck mode according to an embodiment.
도 17을 참조하면, 수신기의 요구 전력에 따라 벅 모드가 결정되면, 상기 요구 전력에 대응하는 벅 모드 내에서의 제1 신호(1040)의 듀티 레이트 및 제 2 신호(1050)의 듀티 레이트를 결정할 수 있다. Referring to FIG. 17, when the buck mode is determined according to the required power of the receiver, the duty rate of the
그리고, 상기 무선 전력 송신기는 상기 요구 전력에 따라 제 1 범위 내의 듀티 레이트를 가진 상기 제 1 신호(1040)를 출력한다(S1710). 이때, 상기 제 1 범위는 제 1 레벨에서 제 2 레벨 사이일 수 있다. 상기 제 1 레벨은 상기 제 1 신호(1040)가 가지는 최소 듀티 레이트를 기준으로 결정될 수 있다. 상기 제 2 레벨은 제1 듀티 레이트일 수 있다. 그리고, 제1 듀티 레이트는 상기 제 1 신호(1040)의 최대 듀티 레이트에서 상기 제 2 신호(1050)의 최소 듀티 레이트를 감산한 값에 대응될 수 있다. Then, the wireless power transmitter outputs the
이후, 무선 전력 송신기는 'LOW' 상태의 제2 신호(1050)를 출력한다(S1720). 즉, 무선 전력 송신기는 0%의 듀티 레이트를 가진 제 2 신호(1050)를 출력한다.Thereafter, the wireless power transmitter outputs a
그리고, 무선 전력 송신기는 상기 출력된 제 1 신호(1040) 및 제 2 신호(1050)를 토대로 벅 부스터(900)를 제어하여, 수신기에서 요구하는 전력을 출력한다(S1730).Then, the wireless power transmitter controls the
도 18은 실시 예에 따른 벅-부스트 모드에서의 무선 전력 전송 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.18 is a flowchart illustrating a method for controlling wireless power transmission in a buck-boost mode according to an embodiment.
도 18을 참조하면, 수신기의 요구 전력에 따라 벅-부스트 모드가 선택되면, 상기 요구 전력에 대응하는 제 1 신호(1040)의 듀티 레이트 및 제 2 신호(1050)의 듀티 레이트를 결정할 수 있다. 이를 위해, 벅 부스터(900)의 듀티 레이트를 우선적으로 결정할 수 있다. 그리고 , 벅 부스터(900)의 듀티 레이트에 기반하여 제 1 신호(1040)의 듀티 레이트 및 제 2 신호(1050)의 듀티 레이트를 결정할 수 있다.Referring to FIG. 18, when the buck-boost mode is selected according to the required power of the receiver, the duty rate of the
그리고, 상기 무선 전력 송신기는 상기 요구 전력에 따라 제 2 범위 내의 듀티 레이트를 가진 상기 제 1 신호(1040)를 출력한다(S1810). 이때, 상기 제 2 범위는 제 3 레벨에서 제 4 레벨 사이일 수 있다. 상기 제 3 레벨은 제2 듀티 레이트일 수 있다. 그리고, 제2 듀티 레이트는 상기 제 1 신호(1040)의 최대 듀티 레이트에서 상기 제 2 신호(1050)의 최소 듀티 레이트를 감산한 레벨에 대응할 수 있다. 또한, 상기 제 4 레벨은 상기 제 1 신호(1040)의 최대 듀티 레이트에서 상기 제 2 신호(1050)의 최소 듀티 레이트를 가산한 레벨로부터 결정될 수 있다. Then, the wireless power transmitter outputs the
이후, 무선 전력 송신기는 최소 듀티 레이트로 고정된 제2 신호(1050)를 출력한다(S1820). 즉, 무선 전력 송신기는 5%의 듀티 레이트를 가진 제 2 신호(1050)를 고정하여 출력한다.Thereafter, the wireless power transmitter outputs the
그리고, 무선 전력 송신기는 상기 출력된 제 1 신호(1040) 및 제 2 신호(1050)를 토대로 벅 부스터(900)를 제어하여, 수신기에서 요구하는 전력을 출력한다(S1830).Then, the wireless power transmitter controls the
도 19는 실시 예에 따른 부스트 모드에서의 무선 전력 전송 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.19 is a flowchart illustrating a method for controlling wireless power transmission in a boost mode according to an embodiment.
도 19를 참조하면, 수신기의 요구 전력에 따라 부스트 모드가 결정되면, 상기 결정된 부스트 모드 내에서의 제 1 신호(1040)의 듀티 레이트 및 제 2 신호(1050)의 듀티 레이트를 결정할 수 있다. Referring to FIG. 19, when the boost mode is determined according to the required power of the receiver, the duty rate of the
그리고, 상기 무선 전력 송신기는 상기 요구 전력에 따라 최대 듀티 레이트로 고정된 제 1 신호(1040)를 출력한다(S1910). 즉, 무선 전력 송신기는 90%의 듀티 레이트를 가진 제 1 신호(1040)를 고정하여 출력한다.Then, the wireless power transmitter outputs the
또한, 무선 전력 송신기는 상기 요구 전력에 따라 제 3 범위 내의 듀티 레이트를 가진 상기 제 2 신호(1050)를 출력한다(S1920). 이때, 상기 제 3 범위는 제 5 레벨에서 제 6 레벨 사이일 수 있다. 상기 제 5 레벨은 상기 제 1 신호(1040)의 최대 듀티 레이트에서 상기 제 2 신호(1050)의 가산한 레벨로부터 결정될 수 있다. 즉, 제 5 레벨은 상기 벅-부스트 모드의 종료 포인트를 기준으로 결정될 수 있다. 또한, 제 6 레벨은 상기 제 2 신호(1050)의 최대 듀티 레이트를 기준으로 결정될 수 있다. 즉, 제 6 레벨은 90%의 듀티 레이트일 수 있다.In addition, the wireless power transmitter outputs the
도 20a는 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치의 제어기에서 벅 부스터의 동작을 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.20A is a diagram illustrating a method of controlling an operation of a buck booster in a controller of a wireless power transmission apparatus according to an embodiment.
도 20a를 참조하면, 수신기의 요구 전력(또는 송신기의 전송 전력)이 제1 기준 전력 미만이면 벅 부스터는 벅 모드로 동작할 수 있다. 또한, 수신기의 요구 전력(또는 송신기의 전송 전력)이 제1 기준 전력 이상이고 제2 기준 전력 이하이면, 벅 부스터는 벅-부스트 모드로 동작하고, 제2 기준 전력을 초과하면, 벅 부스터는 부스트 모드로 동작할 수 있다.Referring to FIG. 20A, when the required power of the receiver (or the transmission power of the transmitter) is less than the first reference power, the buck booster may operate in the buck mode. In addition, if the required power of the receiver (or the transmission power of the transmitter) is greater than or equal to the first reference power and less than or equal to the second reference power, the buck booster operates in a buck-boost mode, and if the second power is exceeded, the buck booster boosts. Mode.
벅 모드에서, 상술한 도면의 승압 회로(1022)의 제2 스위치(1160)에 인가되는 제2 신호의 레벨은 “”값으로 유지될 수 있다. 즉, 벅 모드에서 제2 스위치(1160)에 인가되는 제2 신호의 듀티 레이트는 0%일 수 있다. 또한, 감압 회로(1011)의 제1 스위치(1150)로 인가되는 제1 신호는 일정 듀티 레이트를 가지는 펄스 폭 변조 신호일 수 있다. 여기서, 제1 신호의 듀티 레이트는 최소 듀티 레이트에서 제1 듀티레이트 사이일 수 있다. 즉, 벅 모드에서의 제1 신호의 듀티 레이트는 5%~85.9% 사이의 범위를 가질 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 제1 신호의 듀티 레이트는 당업자의 설계 목적에 따라 상이하게 정의될 수 있다. 즉, 벅 모드에서 제 1 신호의 듀티 레이트의 최소 레벨은, 상기 제 1 신호가 가질 수 있는 최소 듀티 레이트일 수 있다. 그리고, 상기 벅 모드에서 제 1 신호의 듀티 레이트의 최대 레벨(제1 듀티 레이트)은, 상기 제 1 신호의 최대 듀티 레이트에서 상기 제 2 신호의 최소 듀티 레이트를 감산한 레벨일 수 있다. In the buck mode, the level of the second signal applied to the
벅-부스트 모드에서, 감압 회로(1011)의 제1 스위치(1150)에 인가되는 제1 신호와 승압 회로(1022)의 제2 스위치(1160)에 인가되는 제2 신호는 모두 일정 듀티 레이트를 가지는 펄스 폭 변조 신호일 수 있다.In the buck-boost mode, both the first signal applied to the
여기서, 제1 신호의 듀티 레이트는 일정 범위를 가질 수 있다. 즉, 벅-부스트 모드에서의 제 1 신호의 듀티 레이트의 최소 레벨은 상기 제 1 신호의 최대 듀티 레이트에서 상기 제 2 신호의 최소 듀티 레이트를 감산한 레벨을 토대로 결정될 수 있다. 또한, 벅-부스트 모드에서의 제 1 신호의 듀티 레이트의 최대 레벨은 상기 제 1 신호의 최대 듀티 레이트에서 상기 제 2 신호의 최소 듀티 레이트를 가산한 레벨을 토대로 결정될 수 있다. Here, the duty rate of the first signal may have a certain range. That is, the minimum level of the duty rate of the first signal in the buck-boost mode may be determined based on a level obtained by subtracting the minimum duty rate of the second signal from the maximum duty rate of the first signal. Also, the maximum level of the duty rate of the first signal in the buck-boost mode may be determined based on the level of the maximum duty rate of the first signal plus the minimum duty rate of the second signal.
또한, 상기 벅-부스트 모드에서 상기 제 2 신호의 듀티 레이트는 특정 레벨을 유지할 수 있다. 바람직하게, 벅-부스트 모드에서 상기 제 2 신호의 듀티 레이트는 최소 듀티 레이트를 유지할 수 있다. 바람직하게, 벅-부스트 모드에서 상기 제 2 신호의 듀티 레이트는 5%로 고정될 수 있다.Also, in the buck-boost mode, the duty rate of the second signal may be maintained at a specific level. Preferably, in the buck-boost mode, the duty rate of the second signal may maintain a minimum duty rate. Preferably, in the buck-boost mode, the duty rate of the second signal may be fixed at 5%.
부스트 모드에서, 상술한 도면의 감압 회로(1011)의 제1 스위치(1150)에 인가되는 제1 신호의 레벨은 최대 듀티 레이트로 유지될 수 있다. 바람직하게, 부스트 모드에서, 감압 회로(1011)의 제1 스위치(1150)에 인가되는 제1 신호의 레벨은 90%로 고정될 수 있다. 또한, 부스트 모드에서 승압 회로(1022)의 제2 스위치(1160)로 인가되는 제2 신호는 일정 듀티 레이트를 가지는 펄스 폭 변조 신호일 수 있다.In the boost mode, the level of the first signal applied to the
여기서, 부스트 모드에서의 제2 신호의 듀티 레이트는 상기 제 2 신호가 가질 수 있는 최소 듀티 레이트에서 최대 듀티 레이트 사이의 범위를 가질 수 있다. Here, the duty rate of the second signal in the boost mode may have a range between the minimum duty rate and the maximum duty rate that the second signal can have.
이때, 제1 기준 전력은 5와트(Watt)이고 제2 기준 전력은 75와트(Watt)일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 당업자의 설계 목적에 따라 상이한 기준 전력이 설정될 수 있음을 주의해야 한다.In this case, the first reference power may be 5 watts (Watt) and the second reference power may be 75 watts (Watt), but it is not limited thereto, and it should be noted that different reference powers may be set according to design purposes of those skilled in the art do.
도 20b는 실시 에에 따른 제1 모드에서 제3 모드 사이의 상태 변이를 나타낸 도면이다.20B is a diagram illustrating a state transition between a first mode and a third mode according to an embodiment.
도 20b를 참조하면, 실시 예에서의 벅 부스터(900)는 요구 전력에 따라 모드가 결정될 수 있다. 20B, the mode of the
벅 부스터(900)의 모드는 상기 요구 전력에 기반하여 최소 듀티 레이트와 제1 듀티 레이트 사이에서 상기 제1 스위치가 스위칭되고, 0%의 듀티 레이트로 상기 제2 스위치가 스위칭되는 제1 모드와, 상기 요구 전력에 기반하여 제2 듀티 레이트와 최대 듀티 레이트 사이에서 상기 제1 스위치가 스위칭되고, 최소 듀티 레이트로 상기 제2 스위치가 스위칭되는 제2 모드와, 상기 요구 전력에 기반하여 최대 듀티 레이트로 상기 제1 스위치가 스위칭되고, 최소 듀티 레이트와 최대 듀티 레이트 사이에서 상기 제2 스위치가 스위칭되는 제3 모드 중에서 상기 벅 부스터의 모드를 포함할 수 있다.The mode of the
그리고, 벅 부스터(900)의 모드는 CE(control error) 패킷에 기반하여 변경될 수 있다.Further, the mode of the
예를 들어, 벅 부스터(900)가 제1 모드로 동작하는 동안에는, 최소 듀티 레이트와 제1 듀티 레이트 사이에서 상기 제1 스위치의 듀티 레이트(D1)가 변경될 수 있다. 그리고, 벅 부스터(900)가 제1 모드로 동작하는 동안에는 0%의 듀티 레이트로 상기 제2 스위치의 듀티 레이트가 고정될 수 있다.For example, while the
그리고, 제1 모드에 있어서, 제1 스위치의 듀티 레이트(D1)가 제1 듀티레이트까지 증가한 상태에서, 요구 전력의 증가(또는 송신 전력의 증가)를 지시하는 전력 제어 신호(양의 CE 패킷, CE > 0)가 수신되었을 때, 벅 부스터(900)는 제1 모드에서 제2 모드로 변경될 수 있다(S2010). Then, in the first mode, in the state in which the duty rate D1 of the first switch is increased up to the first duty rate, a power control signal (positive CE packet, which indicates an increase in required power (or an increase in transmit power)) When CE> 0) is received, the
그리고, 벅 부스터(900)가 제2 모드로 동작하는 동안에는 요구 전력에 따라 제1 듀티 레이트와 최대 듀티 레이트 사이에서 제1 스위치의 듀티 레이트(D1)가 변경될 수 있다. 그리고, 벅 부스터(900)가 제2 모드로 동작하는 동안에는 최소 듀티 레이트에 대응하는 5%의 듀티 레이트로 상기 제2 스위치의 듀티 레이트가 고정될 수 있다. In addition, while the
그리고, 제2 모드에 있어서, 제1 스위치의 듀티 레이트(D1)가 제1 듀티 레이트까지 감소한 상태에서, 요구 전력의 감소(또는 송신 전력의 감소)를 지시하는 전력 제어 신호(음의 CE 패킷, CE < 0)가 수신되었을 때, 벅 부스터(900)는 제2 모드에서 제1 모드로 변경될 수 있다(S2020). Then, in the second mode, in a state in which the duty rate D1 of the first switch is reduced to the first duty rate, a power control signal (negative CE packet, indicating a decrease in required power (or a decrease in transmission power)) When CE<0) is received, the
그리고, 제2 모드에 있어서, 제1 스위치의 듀티 레이트(D1)가 최대 듀티 레이트까지 증가한 상태에서, 요구 전력의 증가(또는 송신 전력의 증가)를 지시하는 전력 제어 신호(양의 CE 패킷, CE > 0)가 수신되었을 때, 벅 부스터(900)는 제2 모드에서 제3 모드로 변경될 수 있다(S2030). Then, in the second mode, in a state in which the duty rate D1 of the first switch is increased to the maximum duty rate, a power control signal (positive CE packet, CE) indicating an increase in required power (or an increase in transmission power) When >0) is received, the
그리고, 벅 부스터(900)가 제3 모드로 동작하는 동안에는 요구 전력에 따라 제1 스위치의 듀티 레이트(D1)는 최대 듀티 레이트인 90%로 고정될 수 있다. 그리고, 제2 스위치의 듀티 레이트(D2)는 최소 듀티 레이트와 최대 듀티 레이트 사이에서 변경될 수 있다.In addition, while the
그리고, 제3 모드에 있어서, 제2 스위치의 듀티 레이트(D2)가 최소 듀티 레이트까지 감소한 상태에서, 요구 전력의 감소(또는 송신 전력의 감소)를 지시하는 전력 제어 신호(음의 CE 패킷, CE < 0)가 수신되었을 때, 벅 부스터(900)는 제3 모드에서 제2 모드로 변경될 수 있다(S2040). Then, in the third mode, the power control signal (negative CE packet, CE) indicating a decrease in the required power (or a decrease in transmission power) in a state in which the duty rate D2 of the second switch is reduced to the minimum duty rate. When <0) is received, the
도 21은 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템상에서의 전력 전송 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.21 is a diagram for explaining a method of controlling power transmission on a wireless power transmission system according to an embodiment.
도 21을 참조하면, 무선 전력 수신기(2110)는 무선 전력 송신기(2120)로부터 교류 전력을 수신할 수 있다(S2111).Referring to FIG. 21, the
무선 전력 수신기(2110)는 수신된 전력의 세기에 기초하여 실제 제어 포인트(Actual Control Point)를 결정할 수 있다(S2112).The
또한, 무선 전력 수신기(2110)는 요구 제어 포인트(Desired Control Point)를 선택할 수 있다(S2113).Further, the
여기서, 요구 제어 포인트는 해당 무선 전력 수신기(2110)의 타입 및 전력 수신 등급 등에 기초하여 선택될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 요구 제어 포인트는 무선 전력 송신기(2120)와의 소정 협상 절차를 통해 동적으로 선택될 수도 있다.Here, the request control point may be selected based on the type and power reception class of the corresponding
하지만, 이 또한, 실시 예에 불과하며, 요구 제어 포인트의 선택 방법은 당업자의 설계에 따라 상이할 수 있음을 주의해야 한다.However, it should be noted that this is only an example, and the method for selecting the required control point may be different according to the design of a person skilled in the art.
무선 전력 수신기(2110)는 결정된 실제 제어 포인트와 선택된 요구 제어 포인트에 기반하여 제어 오류 값을 산출할 수 있다(S2114).The
무선 전력 수신기(2110)는 제어 오류 값이 포함된 제어 오류 패킷을 생성하여 무선 전력 송신기(2120)로 전송할 수 있다(S2130).The
일 예로, 무선 전력 송신기(2120)는 인밴드 통신 신호를 복조하여 제어 오류 패킷에 포함된 제어 오류 값을 식별할 수 있다.For example, the
무선 전력 송신기(2120)는 송신 코일에 흐르는 전류의 세기를 측정하여 실제 송신 코일 전류를 결정할 수 있다(S2121).The
무선 전력 송신기(2120)는 제어 오류 패킷에 포함된 제어 오류 값과 결정된 실제 송신 코일 전류에 기반하여 새로운 송신 코일 전류를 결정할 수 있다(S2122).The
무선 전력 송신기(2120)는 실제 송신 코일 전류가 결정된 새로운 송신 코일 전류에 수렴하도록 제어할 수 있다(S2123).The
이때, 무선 전력 송신기(2120)는 현재 송신 코일에 흐르는 전류를 결정된 새로운 송신 코일 전류로 조절하기 위한 제어 방법을 결정할 수 있다. 여기서, 결정된 제어 방법에 따라 무선 전력 송신기(2120)는 새로운 동작 포인트를 산출할 수 있다.At this time, the
무선 전력 송신기(2120)는 산출된 새로운 동작 포인트를 설정할 수 있다(S2124).The
무선 전력 송신기(2120)는 설정된 새로운 동작 포인트에 따라 전력을 변환하여 무선 전력 수신기(2110)로 전송할 수 있다(S2125).The
상기한 도 21의 실시 예에 있어서, 현재 송신 코일에 흐르는 전류를 결정된 새로운 송신 코일 전류로 조절하기 위한 제어 방법은 다음의 네 가지 제어 방법 중 적어도 하나로 결정될 수 있다.In the above-described embodiment of FIG. 21, the control method for adjusting the current flowing through the current transmission coil to the determined new transmission coil current may be determined by at least one of the following four control methods.
1) 전력 변환기에 입력되는 DC 전압-즉, 인버터 동작 전압-을 제어하는 전압 제어 방법1) A voltage control method that controls the DC voltage input to the power converter, that is, the inverter operating voltage.
2) 인버터에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 위상을 제어하는 위상 제어 방법2) Phase control method to control the phase of the pulse width modulated signal applied to the inverter
3) 인버터에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티 레이트를 제어하는 듀티 제어 방법3) Duty control method for controlling the duty rate of the pulse width modulated signal applied to the inverter
4) 전력 변환기에 입력되는 레퍼런스 신호의 주파수-즉, 동작 주파수-를 제어하는 주파수 제어 방법4) Frequency control method for controlling the frequency of the reference signal input to the power converter, that is, the operating frequency.
본 실시 예에 따른 무선 전력 송신기(2120)는 상기한 4가지 방법들 중 전력 변환기에 입력되는 DC 전압-즉, 인버터 동작 전압-을 제어하는 전압 제어 방법만이 적용 가능하도록 설계될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The
이 경우, 무선 전력 송신기(2120)는 상기 도 9의 벅-부스터(900)로 인가되는 제1 신호(940) 및 제2 신호(950)의 듀티 레이트를 제어함으로써, 새로운 동작 포인트를 설정할 수 있다. 즉, 상기한 2124 단계에서 설정되는 새로운 동작 포인트는 펄스 폭 변조 신호인 제1 신호(940) 및 제2 신호(950) 각각에 상응하는 듀티 레이트일 수 있다.In this case, the
일 예로, 무선 전력 송신기(2120)가 최소 전송 가능 전력에서 최대 전송 가능 전력까지 점증적으로 전력의 세기를 증가하여 충전을 수행한다고 가정하자.As an example, assume that the
무선 전력 송신기(2120)는 제2 신호(950)가 오프(OFF)-즉, LOW 또는 0%의 듀티 레이트를 가진-인 상태에서, 결정된 새로운 송신 코일 전류에 따라 설정된 제1 신호(940)의 듀티 레이트를 제어하는 벅 모드로 동작할 수 있다.The
만약, 벅 모드에서 제1 신호(940)의 듀티 레이트가 전환 포인트에 도달하면, 무선 전력 송신기(2120)는 제1 신호(940) 듀티 레이트를 제 2 신호(950)의 최소 듀티 레이트만큼 감소시키고, 이에 따라 제 2 신호(950)의 듀티 레이트를 최소 듀티 레이트로 유지시킨다. 즉, 무선 전력 송신기(1920)는 벅 모드에서 벅-부스트 모드로 전환할 수 있다.If the duty rate of the
일 실시 예로, 벅-부스트 모드에서, 새로운 동작 포인트 설정에 따라 제1 신호(950)의 최대 듀티 레이트에 도달하는 경우, 무선 전력 송신기(2120)는 제1 신호(940)를 상기 최대 듀티 레이트로 유지시키고, 제 2 신호(950)를 최소 듀티 레이트에서 최대 듀티레이트가지 증가하도록 제어할 수도 있다.In one embodiment, in the buck-boost mode, when the maximum duty rate of the first signal 950 is reached according to a new operation point setting, the
이상의 실시 예와 같이, 실시 예에 따른 무선 전력 송신기(2120)는 새로운 동작 포인트 설정에 따라 벅 모드, 벅-부스트 모드 및 부스트 모드 사이에서 부드럽게 모드 전환을 수행할 수 있으며, 이를 통해 벅 부스터(900)의 급격한 출력 전압 변화를 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라 불필요한 전력 소모 및 기기의 손상을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.As described above, the
도 22는 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에서의 전송 전력 제어를 위한 동작 포인트 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.22 is a view for explaining an operation point control method for controlling transmit power in a wireless power transmitter according to an embodiment.
도 22의 실시 예는 무선 전력 송신기의 송신 코일에 인가되어야 하는 전류의 세기에 따라 벅-부스터(900)에 인가되는 제1 신호 및 제2 신호를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 상세하게, 도 22는 상술한 도 21의 전력 제어 알고리즘에 따라 실시간 결정된 새로운 송신 코일 전류에 따라 제1 신호 및 제2 신호의 듀티 레이트를 동적으로 제어하는 방법을 보여준다.22 is a view for explaining a method of controlling the first signal and the second signal applied to the buck-
이상의 설명에서는 무선 전력 송신기가 송신 코일에 인가되는 전류를 최소 전류에서 최대 전류까지 점증적으로 증가시킨다고 가정하자.In the above description, assume that the wireless power transmitter incrementally increases the current applied to the transmitting coil from the minimum current to the maximum current.
무선 전력 송신기는 결정된 새로운 송신 코일 전류가 제 1 전류에 도달할 때까지 제1 신호의 듀티 레이트를 전환 포인트까지 증가시킬 수 있다. 즉, 상기 전환 포인트는 상기 제 1 신호의 최대 듀티 레이트인 90%에서, 상기 제 2 신호의 최소 듀티 레이트인 5%를 감산한 85%를 기준으로 결정될 수 있다. The wireless power transmitter may increase the duty rate of the first signal to the switching point until the determined new transmit coil current reaches the first current. That is, the switching point may be determined based on 85% obtained by subtracting 5%, which is the minimum duty rate of the second signal, from 90% which is the maximum duty rate of the first signal.
이때, 제2 신호는 오프(OFF) 상태-즉, 신호 레벨이 LOW 상태 또는 듀티 레이트가 0%인 상태-로 유지될 수 있다. 즉, 무선 전력 송신기는 벅 모드에서 제2 신호를 OFF시키고 제1 신호의 듀티 레이트를 전환 포인트에 대응하는 값까지 증가시킬 수 있다.At this time, the second signal may be maintained in an OFF state, that is, a signal level is LOW or a duty rate is 0%. That is, the wireless power transmitter can turn off the second signal in the buck mode and increase the duty rate of the first signal to a value corresponding to the switching point.
무선 전력 송신기는 결정된 새로운 송신 코일 전류가 제1 전류를 초과하면, 벅 모드에서 벅-부스트 모드로 전환하여 같이, 제1 신호의 듀티 레이트를 감소시킬 수 있다. 다시 말해서, 새로운 송신 코일 전류가 제 1 전류를 초과하면, 벅 모드에서 벅-부스트 모드로 전환하여 제 1 신호의 듀티 레이트를 일정 값만큼(즉, 제 2 신호의 최소 듀티 레이트만큼) 하향 조정한 후 다시 점증적으로 증가시킬 수 있다. 그리고, 상기 제 1 신호의 듀티 레이트는 상기 하향 조정된 값에서부터 최대 듀티 레이트인 90%에 도달할 때까지 점증적으로 증가시킬 수 있다. 이때, 제 2 신호의 듀티 레이트는 최소 듀티 레이트를 유지할 수 있다. 즉, 제 2 신호의 듀티 레이트는 5%를 유지할 수 있다. When the determined new transmit coil current exceeds the first current, the wireless power transmitter may reduce the duty rate of the first signal by switching from buck mode to buck-boost mode. In other words, when the new transmit coil current exceeds the first current, the buck mode is switched to the buck-boost mode to adjust the duty rate of the first signal down by a certain value (i.e., the minimum duty rate of the second signal). It can then be incrementally increased again. In addition, the duty rate of the first signal may be incrementally increased from the down-adjusted value until the maximum duty rate of 90% is reached. At this time, the duty rate of the second signal may be maintained at the minimum duty rate. That is, the duty rate of the second signal can be maintained at 5%.
여기서, 제1 신호의 듀티 레이트가 최대 듀티 레이트에 도달하면, 송신 코일에 흐르는 전류의 세기는 제 2 전류에 도달할 수 있다.Here, when the duty rate of the first signal reaches the maximum duty rate, the intensity of the current flowing through the transmitting coil may reach the second current.
무선 전력 송신기는 결정된 새로운 송신 코일 전류가 제2 전류를 초과하면, 벅-부스트 모드에서 부스트 모드로 전환하여 제1 신호를 최대 듀티 레이트로 유지시키고, 제2 신호의 듀티 레이트를 최소 듀티 레이트에서부터 최대 듀티 레이트까지 점증적으로 증가시킬 수 있다.When the determined new transmit coil current exceeds the second current, the wireless power transmitter switches from buck-boost mode to boost mode to maintain the first signal at the maximum duty rate, and the duty rate of the second signal from the minimum duty rate to the maximum The duty rate can be increased incrementally.
무선 전력 송신기는 송신 코일에 흐르는 전류가 최대 전류에 도달할 때까지 제2 신호의 듀티 레이트를 점증적으로 증가시킬 수 있다.The wireless power transmitter can incrementally increase the duty rate of the second signal until the current flowing in the transmitting coil reaches the maximum current.
따라서, 본 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 새로운 동작 포인트 설정에 따라 벅 모드, 벅-부스트 모드 및 부스트 모드 사이에서 부드럽게 모드 전환을 수행할 수 있으며, 이를 통해 벅 부스터(900)의 급격한 출력 전압 변화를 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라 불필요한 전력 소모 및 급격한 전력 변화에 따른 기기 손상을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.Accordingly, the wireless power transmitter according to the present embodiment can smoothly switch between the buck mode, the buck-boost mode, and the boost mode according to the new operation point setting, through which the sudden output voltage change of the
실시 예는 벅 모드, 부스트 모드 및 상기 벅 모드와 부스트 모드 사이에 벅-부스트 모드로 동작하는 벅 부스터를 제공하고, 이에 따라 무선 전력 수신기에서 요구하는 전력에 따라 벅 모드, 부스트 모드 및 벅-부스트 모드 중 어느 하나의 모드로 상기 벅 부스터가 동작하도록 한다. The embodiment provides a buck mode, a boost mode, and a buck booster operating in a buck-boost mode between the buck mode and the boost mode, and accordingly, the buck mode, the boost mode and the buck-boost according to the power required by the wireless power receiver. The buck booster operates in one of the modes.
이에 따르면, 실시 예에서는 벅 모드와 부스트 모드와 같은 단독 동작 모드로의 빈번한 모드 전환을 방지할 수 있으며, 이에 따른 안정적인 시스템으로 동작이 가능하다.According to this, in the embodiment, frequent mode switching to a single operation mode such as a buck mode and a boost mode can be prevented, and accordingly, a stable system can be operated.
또한, 실시 예는 다양한 레벨의 전력 공급이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.In addition, the embodiment has the advantage of providing a wireless power transmission method and apparatus capable of supplying various levels of power.
또한, 실시 예는 효율 및 발열 성능이 탁월한 무선 전력 송신 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.In addition, the embodiment has the advantage of providing a wireless power transmission method and apparatus excellent in efficiency and heat generation performance.
또한, 실시 예는 고정된 동작 주파수로 동작하는 하프 브릿지 인버터를 구비함으로써, 전자파 장애를 미연에 방지하는 것이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.In addition, the embodiment has the advantage of providing a wireless power transmission method and apparatus capable of preventing electromagnetic interference in advance by having a half-bridge inverter operating at a fixed operating frequency.
또한, 실시 예는 인버터로 인가되는 직류 전압만을 제어하여 전송 전력을 제어함으로써, 제조 단가 및 구조가 간단한 무선 전력 송신 방법 및 장치를 제공할 수 있는 장점이 있다.In addition, the embodiment is advantageous in that it is possible to provide a wireless power transmission method and apparatus having a simple manufacturing cost and structure by controlling only the direct voltage applied to the inverter to control the transmission power.
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 (12)
상기 제2 직류 전력에 기반하여 교류 전력을 생성하는 인버터;
상기 교류 전력을 무선으로 전송하는 안테나; 및
수신기의 요구 전력에 기반하여 상기 벅 부스터를 제어하는 제어기를 포함하고,
상기 벅 부스터는,
전원라인과 공통 인덕터 사이에 배치되는 제1 스위치와,
상기 공통 인덕터와 상기 인버터 사이에 배치되는 제2 스위치를 포함하고,
상기 제어기는
상기 벅 부스터의 모드를 선택하고,
상기 벅 부스터의 모드는
상기 요구 전력에 기반하여 최소 듀티 레이트와 제1 듀티 레이트 사이에서 상기 제1 스위치가 스위칭되고, 0%의 듀티 레이트로 상기 제2 스위치가 스위칭되는 제1 모드와,
상기 요구 전력에 기반하여 제2 듀티 레이트와 최대 듀티 레이트 사이에서 상기 제1 스위치가 스위칭되고, 최소 듀티 레이트로 상기 제2 스위치가 스위칭되는 제2 모드와,
상기 요구 전력에 기반하여 최대 듀티 레이트로 상기 제1 스위치가 스위칭되고, 최소 듀티 레이트와 최대 듀티 레이트 사이에서 상기 제2 스위치가 스위칭되는 제3 모드를 포함하고,
상기 제1 듀티 레이트는,
상기 최대 듀티 레이트보다 작고, 상기 제2 듀티 레이트보다 큰
무선 전력 송신 장치.A buck booster that converts the first DC power to the second DC power and outputs the converted DC power;
An inverter that generates AC power based on the second DC power;
An antenna for wirelessly transmitting the AC power; And
It includes a controller for controlling the buck booster based on the required power of the receiver,
The buck booster,
A first switch disposed between the power line and the common inductor,
And a second switch disposed between the common inductor and the inverter,
The controller
Select the mode of the buck booster,
The mode of the buck booster
A first mode in which the first switch is switched between a minimum duty rate and a first duty rate based on the required power, and the second switch is switched at a duty rate of 0%;
A second mode in which the first switch is switched between a second duty rate and a maximum duty rate based on the required power, and the second switch is switched at a minimum duty rate;
A third mode in which the first switch is switched at a maximum duty rate based on the required power, and the second switch is switched between a minimum duty rate and a maximum duty rate,
The first duty rate,
Less than the maximum duty rate and greater than the second duty rate
Wireless power transmission device.
상기 안테나를 통해 수신된 제어 신호를 복조하는 복조부를 포함하고,
상기 제어기는,
상기 제어 신호에 포함된 상기 수신기의 요구 전력에 기반하여 상기 벅 부스터의 모드를 선택하고, 상기 선택된 모드 내에서의 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 듀티 레이트를 결정하는
무선 전력 송신 장치.According to claim 1,
And a demodulator demodulating the control signal received through the antenna,
The controller,
Selecting the mode of the buck booster based on the required power of the receiver included in the control signal, and determining the duty rate of the first switch and the second switch in the selected mode
Wireless power transmission device.
상기 제 1 스위치는,
상기 제1 직류 전력의 전압을 감압하여 출력하는 감압 회로와 연결되고,
상기 제2 스위치는,
상기 제1 직류 전력의 전압을 승압하여 출력하는 승압 회로와 연결되는
무선 전력 송신 장치.According to claim 2,
The first switch,
It is connected to the decompression circuit for reducing and outputting the voltage of the first DC power,
The second switch,
It is connected to a boosting circuit that boosts and outputs the voltage of the first DC power.
Wireless power transmission device.
상기 최소 듀티 레이트는,
0%의 듀티 레이트보다 크고,
상기 최대 듀티 레이트는,
100%의 듀티 레이트보다 작은
무선 전력 송신 장치.According to claim 1,
The minimum duty rate is,
Greater than the duty rate of 0%,
The maximum duty rate is,
Less than 100% duty rate
Wireless power transmission device.
상기 제 1 듀티 레이트는,
상기 최대 듀티 레이트에서 상기 최소 듀티 레이트를 감산한 듀티 레이트에 대응하는
무선 전력 송신 장치.The method of claim 4,
The first duty rate is,
Corresponding to the duty rate obtained by subtracting the minimum duty rate from the maximum duty rate
Wireless power transmission device.
상기 제2 듀티 레이트는,
상기 제1 듀티 레이트에서 상기 최소 듀티 레이트를 감산한 듀티 레이트에 대응하는
무선 전력 송신 장치.The method of claim 5,
The second duty rate is,
Corresponding to the duty rate obtained by subtracting the minimum duty rate from the first duty rate
Wireless power transmission device.
상기 제어부는,
상기 결정된 상기 제1 스위치의 듀티 레이트에 대응하는 제1 신호를 상기 제1 스위치에 출력하고,
상기 결정된 상기 제2 스위치의 듀티 레이트에 대응하는 제2 신호를 상기 제2 스위치에 출력하는
무선 전력 송신 장치.According to claim 2,
The control unit,
Outputting a first signal corresponding to the determined duty rate of the first switch to the first switch,
Outputting a second signal corresponding to the determined duty rate of the second switch to the second switch
Wireless power transmission device.
상기 제어부는,
상기 요구 전력에 기반하여, 상기 제1 신호의 듀티 레이트와 상기 제2 신호의 듀티 레이트의 합을 결정하고,
상기 결정된 합을 기준으로 상기 제1 신호의 듀티 레이트 및 상기 제2 신호의 듀티 레이트를 각각 결정하는
무선 전력 송신 장치.The method of claim 7,
The control unit,
Based on the required power, determine the sum of the duty rate of the first signal and the duty rate of the second signal,
The duty rate of the first signal and the duty rate of the second signal are respectively determined based on the determined sum.
Wireless power transmission device.
상기 복조된 제어신호에 기반하여 수신기의 요구 전력을 결정하는 단계;
상기 결정된 요구 전력에 기반하여 벅 부스터의 모드를 선택하는 단계; 및
상기 선택된 모드에 기반하여 상기 벅 부스터를 제어하는 단계를 포함하고,
상기 벅 부스터는,
전원라인과 공통 인덕터 사이에 배치되는 제1 스위치와,
상기 공통 인덕터와 인버터 사이에 배치되는 제2 스위치를 포함하고,
상기 벅 부스터 모드는,
상기 요구 전력에 기반하여 최소 듀티 레이트와 제1 듀티 레이트 사이에서 상기 제1 스위치가 스위칭되고, 0%의 듀티 레이트로 상기 제2 스위치가 스위칭되는 제1 모드와,
상기 요구 전력에 기반하여 제2 듀티 레이트와 최대 듀티 레이트 사이에서 상기 제1 스위치가 스위칭되고, 최소 듀티 레이트로 상기 제2 스위치가 스위칭되는 제2 모드와,
상기 요구 전력에 기반하여 최대 듀티 레이트로 상기 제1 스위치가 스위칭되고, 제3 듀티 레이트와 최대 듀티 레이트 사이에서 상기 스위칭되는 제3 모드를 포함하는 단계를 포함하고,
상기 제1 듀티 레이트는,
상기 최대 듀티 레이트보다 작고, 상기 제2 듀티 레이트보다 큰
무선 전력 송신 방법.Demodulating the control signal received through the antenna;
Determining a required power of a receiver based on the demodulated control signal;
Selecting a mode of the buck booster based on the determined required power; And
And controlling the buck booster based on the selected mode.
The buck booster,
A first switch disposed between the power line and the common inductor,
And a second switch disposed between the common inductor and the inverter,
The buck booster mode,
A first mode in which the first switch is switched between a minimum duty rate and a first duty rate based on the required power, and the second switch is switched at a duty rate of 0%;
A second mode in which the first switch is switched between a second duty rate and a maximum duty rate based on the required power, and the second switch is switched at a minimum duty rate;
And including the third mode in which the first switch is switched at a maximum duty rate based on the required power, and the switched between a third duty rate and a maximum duty rate.
The first duty rate,
Less than the maximum duty rate and greater than the second duty rate
Wireless power transmission method.
상기 최소 듀티 레이트는,
0%의 듀티 레이트보다 크고,
상기 최대 듀티 레이트는,
100%의 듀티 레이트보다 작은
무선 전력 송신 방법.The method of claim 9,
The minimum duty rate is,
Greater than the duty rate of 0%,
The maximum duty rate is,
Less than 100% duty rate
Wireless power transmission method.
상기 제 1 듀티 레이트는,
상기 최대 듀티 레이트에서 상기 최소 듀티 레이트를 감산한 듀티 레이트에 대응하는
무선 전력 송신 방법.The method of claim 10,
The first duty rate is,
Corresponding to the duty rate obtained by subtracting the minimum duty rate from the maximum duty rate
Wireless power transmission method.
상기 제2 듀티 레이트는,
상기 제1 듀티 레이트에서 상기 최소 듀티 레이트를 감산한 듀티 레이트에 대응하는
무선 전력 송신 방법.The method of claim 11,
The second duty rate is,
Corresponding to the duty rate obtained by subtracting the minimum duty rate from the first duty rate
Wireless power transmission method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020180146015A KR20200060884A (en) | 2018-11-23 | 2018-11-23 | Wireless power transmission method and apparatus |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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