KR20200122678A - 무선 충전을 수행하기 위한 방법, 무선 전력 송신 장치 및 저장 매체 - Google Patents
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Abstract
다양한 실시 예에 따르면, 무선 전력 송신 장치는, 전자 장치로의 전력 전송을 위한 전력 신호를 발생시키도록 구성된 코일 회로, 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, 상기 교류 전력을 상기 코일 회로에 제공하도록 구성된 인버터, 상기 코일 회로와 인접하게 배치되고, 상기 전력 신호에 대응되는 신호를 검출하도록 구성된 코일 타입의 검출부 및 상기 검출된 신호에 근거하여, 상기 인버터로부터 출력되는 교류 전력을 변경하기 위해 상기 인버터의 스위칭 주파수를 조절하도록 구성된 제어 회로를 포함할 수 있다. 다른 실시 예가 가능하다.
Description
다양한 실시 예는 무선 충전을 수행하기 위한 방법, 무선 전력 송신 장치 및 저장 매체에 관한 것이다.
현대를 살아가는 많은 사람들에게 휴대용 디지털 통신기기들은 하나의 필수 요소가 되었다. 소비자들은 언제 어디서나 자신이 원하는 다양한 고품질의 서비스를 제공받고 싶어한다. 뿐만 아니라 최근 IoT (Internet of Thing) 기술의 발달로 인하여 우리 생활 속에 존재하는 각종 센서, 가전기기, 통신기기 등은 하나로 네트워크화 되고 있다. 이러한 각종 센서들을 원활하게 동작시키기 위해서는 무선 전력 송신 시스템이 필요하다.
무선 전력 송신은 자기유도, 자기공진, 그리고 전자기파 방식이 있다. 자기유도 또는 자기공진 방식은, 무선 전력 송신 장치에 상대적으로 근거리에 위치한 전자 장치를 충전하는데 유리하다. 전자기파 방식은, 자기유도 또는 자기 공진 방식에 수 m에 이르는 원거리 전력 전송에 보다 유리하다. 전자기파 방식에 기반하여 전력을 무선으로 수신하는 전자 장치는, 무선 전력 송신 장치로부터 형성된 RF(radio frequency) 웨이브(wave)를 전기적인 에너지로 변환함으로써 무선으로 전력을 수신할 수 있다.
자기 유도 방식과 관련하여서는 WPC(wireless power consortium) 표준 (또는, Qi 표준)이 마련되어 있으며, 공진 방식과 관련하여서는 A4WP(Alliance for Wireless Power) 표준 (또는, AFA(air fuel alliance) 표준)이 마련되어 있다. WPC 표준에서는, 전력을 수신하는 전자 장치가 온/오프 키잉(on/off keying) 변조 방식에 따라, 인-밴드 통신을 무선 전력 송신 장치와 수행할 수 있다. 아울러, A4WP 표준에서는, 전자 장치가 아웃-밴드 통신을 위한 별도의 통신 모듈(예: BLE 통신 모듈)을 포함한다. 전자 장치는, 충전이 개시된 이후에 지속적으로 전자 장치의 내부 센싱 정보(예: 전자 장치의 적어도 하나의 지점에서의 전압, 전류, 또는 전력의 크기)를 무선 전력 송신 장치에 보고할 수 있다.
전자기 유도형 무선 충전 시스템에서는 무선 전력 송신 장치의 송신단 회로와 전자 장치의 수신단 회로 간 코일의 누설인덕턴스가 매우 크기 때문에 무선 전력 송신 장치의 인버터단의 스위칭 주파수의 미소변동에도 출력이 급격하게 변동될 수 있으며, 이에 따라 무선 충전 효율이 저하될 수 있다. 또한 전자 장치에서는 최종 배터리단의 안정적인 충방전 제어를 위해 배터리 제어 컨버터의 입력전압 즉, IPT(inductive power transfer)의 컨버터 출력 전압 정보를 실시간으로 무선 전력 송신 장치로 전송해야 한다. 하지만 통신 모듈을 활용한 양방향 통신은 수십 msec에서 수백 msec의 전송속도에 대한 한계를 지니고 있기 때문에 실시간으로 필요한 정보를 송신측에 전달하는 것에 어려움을 지니고 있다. 이러한 한계로 인해 통신 속도에 비해 빠르게 변하는 부하변동과 같은 환경에서는 IPT 컨버터의 출력전압을 실시간으로 빠르게 제어하지 못하는 느린 동특성을 나타낼 수 있다.
따라서 통신 모듈을 통한 센싱 정보의 수신 없이도, 무선 충전 중인 전자 장치의 로드 전압과 같은 전력 상태를 확인할 수 있는 방법이 필요할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 무선 전력 송신 장치는, 전자 장치로의 전력 전송을 위한 전력 신호를 발생시키도록 구성된 코일 회로, 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, 상기 교류 전력을 상기 코일 회로에 제공하도록 구성된 인버터, 상기 코일 회로와 인접하게 배치되고, 상기 전력 신호에 대응되는 신호를 검출하도록 구성된 코일 타입의 검출부 및 상기 검출된 신호에 근거하여, 상기 인버터로부터 출력되는 교류 전력을 변경하기 위해 상기 인버터의 스위칭 주파수를 조절하도록 구성된 제어 회로를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 무선 전력 송신 장치에서 무선 충전을 위한 방법은, 무선 전력 송신 장치의 인버터를 통해 직류 전력을 교류 전력으로 인버팅하여 출력하는 동작, 상기 무선 전력 송신 장치의 코일 회로를 통해 전자 장치로의 전력 전송을 위한 전력 신호를 발생시키는 동작, 상기 코일 회로와 인접하게 배치되는 코일 타입의 검출부를 이용하여 상기 전력 신호에 대응되는 신호를 검출하는 동작 및 상기 검출된 신호에 근거하여, 상기 인버터로부터 출력되는 교류 전력을 변경하기 위해 상기 인버터의 스위칭 주파수를 조절하는 동작을 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 명령들을 저장하고 있는 저장 매체에 있어서, 상기 명령들은 적어도 하나의 회로에 의하여 실행될 때에 상기 적어도 하나의 회로로 하여금 적어도 하나의 동작을 수행하도록 설정된 것으로서, 상기 적어도 하나의 동작은, 무선 전력 송신 장치의 인버터를 통해 직류 전력을 교류 전력으로 인버팅하여 출력하는 동작, 상기 무선 전력 송신 장치의 코일 회로를 통해 전자 장치로의 전력 전송을 위한 전력 신호를 발생시키는 동작, 상기 코일 회로와 인접하게 배치되는 코일 타입의 검출부를 이용하여 상기 전력 신호에 대응되는 신호를 검출하는 동작 및 상기 검출된 신호에 근거하여, 상기 인버터로부터 출력되는 교류 전력을 변경하기 위해 상기 인버터의 스위칭 주파수를 조절하는 동작을 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에서는, 통신 모듈을 통한 센싱 정보의 수신 없이도, 실시간으로 무선 충전 중인 전자 장치에 인가되는 전력의 상태를 확인할 수 있다.
다양한 실시 예에서는, 통신 모듈을 이용한 무선 충전 시스템이 가지고 있는 느린 제어 동특성을 극복할 수 있을 뿐만 아니라 부하 변동에서 실시간으로 출력 전압 동특성을 개선할 수 있는 효과가 있다.
다양한 실시 예에서는, 전자기유도형 무선충전 시스템에서 송수신측 코일의 상대적으로 큰 누설 인덕턴스로 인해 인버터단의 스위칭 주파수 가변범위를 좁게 가져갈 수 밖에 없는 제약 조건을 극복하여 효과적으로 스위칭 주파수를 가변함으로써 빠르고도 안정적인 충전이 가능한 효과가 있다.
도 1은 다양한 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 전자 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 다양한 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 전자 장치의 내부 블록도를 도시한다.
도 3은 다양한 실시 예에 따른 유도 방식에 따른 무선 전력 송신 장치 및 전자 장치의 내부 블록도를 도시한다.
도 4는 다양한 실시 예에 따른 무선 충전 시스템의 회로 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 다양한 실시 예에 따른 제어 회로 및 검출부의 상세 회로 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 다양한 실시 예에 따른 검출부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 7은 다양한 실시 예에 따른 코일 구조와의 연결 관계를 나타낸 도면이다.
도 8은 다양한 실시 예에 따른 출력 전압 검출과 관련한 주요 파형을 나타낸 도면이다.
도 9는 다양한 실시 예에 따른 역률 보상 회로의 출력 전압에 따른 무선 전력 송신 장치의 출력 전압과의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 다양한 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치의 동작 흐름도이다.
도 11은 다양한 실시 예에 따른 부하 변동에 따른 스위칭 주파수 가변 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 다양한 실시 예에 따른 역률 보상 회로의 출력 전압 가변에 따른 이득 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 다양한 실시 예에 따른 추가 코일 구조를 예시하고 있다.
도 14a는 다양한 실시 예에 따른 원통형 코일 구조를 예시하고 있다.
도 14b는 다양한 실시 예에 따른 평면 코일 구조를 예시하고 있다.
도 2는 다양한 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 전자 장치의 내부 블록도를 도시한다.
도 3은 다양한 실시 예에 따른 유도 방식에 따른 무선 전력 송신 장치 및 전자 장치의 내부 블록도를 도시한다.
도 4는 다양한 실시 예에 따른 무선 충전 시스템의 회로 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 다양한 실시 예에 따른 제어 회로 및 검출부의 상세 회로 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 다양한 실시 예에 따른 검출부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 7은 다양한 실시 예에 따른 코일 구조와의 연결 관계를 나타낸 도면이다.
도 8은 다양한 실시 예에 따른 출력 전압 검출과 관련한 주요 파형을 나타낸 도면이다.
도 9는 다양한 실시 예에 따른 역률 보상 회로의 출력 전압에 따른 무선 전력 송신 장치의 출력 전압과의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 다양한 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치의 동작 흐름도이다.
도 11은 다양한 실시 예에 따른 부하 변동에 따른 스위칭 주파수 가변 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 다양한 실시 예에 따른 역률 보상 회로의 출력 전압 가변에 따른 이득 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 다양한 실시 예에 따른 추가 코일 구조를 예시하고 있다.
도 14a는 다양한 실시 예에 따른 원통형 코일 구조를 예시하고 있다.
도 14b는 다양한 실시 예에 따른 평면 코일 구조를 예시하고 있다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 발명의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
도 1은 다양한 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 전자 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 다양한 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)는 전자 장치(150)에 무선으로 전력(161)을 송신할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는, 다양한 충전 방식에 따라 전자 장치(150)로 전력(161)을 송신할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는, 유도 방식에 따라 전력(161)을 송신할 수 있다.
무선 전력 송신 장치(100)가 유도 방식에 의한 경우에, 무선 전력 송신 장치(100)는, 예를 들어 전력 소스, 직류-교류 변환 회로, 증폭 회로, 임피던스 매칭 회로, 적어도 하나의 커패시터, 적어도 하나의 코일, 통신 변복조 회로 등을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 커패시터는 적어도 하나의 코일과 함께 공진 회로를 구성할 수도 있다.
무선 전력 송신 장치(100)는, WPC(wireless power consortium) 표준(또는, Qi 표준)에서 정의된 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는, 공진 방식에 따라 전력(161)을 송신할 수 있다. 공진 방식에 의한 경우에는, 무선 전력 송신 장치(100)는, 예를 들어 전력 소스, 직류-교류 변환 회로, 증폭 회로, 임피던스 매칭 회로, 적어도 하나의 커패시터, 적어도 하나의 코일, 아웃 밴드 통신 회로(예: BLE(bluetooth low energy) 통신 회로) 등을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 커패시터 및 적어도 하나의 코일은 공진 회로를 구성할 수 있다.
무선 전력 송신 장치(100)는, A4WP(Alliance for Wireless Power) 표준(또는, AFA(air fuel alliance) 표준)에서 정의된 방식으로 구현될 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는, 공진 방식 또는 유도 방식에 따라 전류가 흐르면 유도 자기장을 생성할 수 있는 코일을 포함할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)가 유도 자기장을 생성하는 과정을, 무선 전력 송신 장치(100)가 전력(161)을 무선으로 송신한다고 표현할 수 있다. 아울러, 전자 장치(150)는, 주변에 형성된 시간에 따라 크기가 변경되는 자기장에 의하여 유도 기전력이 발생되는 코일을 포함할 수 있다. 전자 장치(150)가, 코일을 통하여 유도 기전력을 발생시키는 과정을, 전자 장치(150)가 전력(161)을 무선으로 수신한다고 표현할 수 있다.
다양한 실시 예에 의한 무선 전력 송신 장치(100)는, 전자 장치(150)와 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는, 인-밴드 방식에 따라 전자 장치(150)와 통신을 수행할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150)는, 송신하고자 하는 데이터를 예를 들어 온/오프 키잉(on/off keying) 변조 방식에 따라, 로드(또는, 임피던스)를 변경할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150)는, 코일의 전류, 전압 또는 전력의 크기 변경에 기초하여 로드 변경(또는, 임피던스 변경)을 측정함으로써, 상대 장치에서 송신하는 데이터를 판단할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는, 아웃-밴드 방식에 따라 전자 장치(150)와 통신을 수행할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150)는, 코일 또는 패치 안테나와 별도로 구비된 통신 회로(예: BLE 통신 모듈)를 이용하여 데이터를 송수신할 수 있다.
다양한 실시 예에서, 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150), 또는 다른 전자 장치가 특정 동작을 수행하는 것은, 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150), 또는 다른 전자 장치에 포함된 다양한 하드웨어, 예를 들어 프로세서와 같은 제어 회로, 코일 또는 패치 안테나 등이 특정 동작을 수행하는 것을 의미할 수 있다. 또는, 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150), 또는 다른 전자 장치가 특정 동작을 수행하는 것은, 프로세서가 다른 하드웨어로 하여금 특정 동작을 수행하도록 제어하는 것을 의미할 수도 있다. 또는, 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150), 또는 다른 전자 장치가 특정 동작을 수행하는 것은, 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150), 또는 다른 전자 장치의 저장 회로(예: 메모리)에 저장되었던 특정 동작을 수행하기 위한 인스트럭션이 수행됨에 따라, 프로세서 또는 다른 하드웨어가 특정 동작을 수행하도록 야기하는 것을 의미할 수도 있다.
도 2는 다양한 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 전자 장치의 블록도이다.
다양한 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)는, 전력 송신 회로(209), 제어 회로(202), 통신 회로(203), 메모리(205) 및 전력 소스(206)를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에 따른 전자 장치(150)는, 전력 수신 회로(259), 제어 회로(252), 통신 회로(253), 메모리(256), 차저(charger)(254), 배터리(255), PMIC(power management integrated circuit)(258) 및 로드(257)를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따른 전력 송신 회로(209)는 전력 수신 회로(259)로, 유도 방식, 공진 방식 또는 전자기파 방식 중 적어도 하나의 방식에 따라 무선으로 전력을 송신할 수 있다. 전력 송신 회로(209) 및 전력 수신 회로(259)의 상세 구성에 대하여서는 도 3을 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 제어 회로(202)는, 전력 송신 회로(209)가 송신하는 전력의 크기를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(202)는 전력 소스(206)에서 출력되는 전력의 크기를 제어하거나, 또는 전력 송신 회로(209)에 포함된 전력 증폭기(power amplifier)의 증폭 이득을 제어함에 따라, 전력 송신 회로(209)가 송신하는 전력의 크기를 제어할 수 있다. 제어 회로(202)는, 전력 소스(206)에서 출력되는 전력의 듀티 사이클 또는 주파수를 제어함으로써, 전력 소스(206)에서 출력되는 전력의 크기를 조정할 수 있다. 전력 소스(206)는, 예를 들어 벽 전원과 연결 가능한 전력 인터페이스를 포함할 수 있으며, 벽 전원으로부터 국가별로 설정된 전압을 가지는 교류 전력을 수신하여 전력 송신 회로(209)로 송신할 수 있다.
제어 회로(202)는, 전력 증폭기(power amplifier)의 바이어스 전압의 크기를 제어함으로써, 전력 송신 회로(209)로 인가되는 전력의 크기를 제어할 수 있다. 제어 회로(202) 또는 제어 회로(252)는, CPU와 같은 범용 프로세서, 미니 컴퓨터, 마이크로 프로세서, MCU(micro controlling unit), FPGA(field programmable gate array) 등의 연산을 수행할 수 있는 다양한 회로로 구현될 수 있으며, 그 종류에는 제한이 없다.
다양한 실시 예에 따른 전력 수신 회로(259)는 전력 송신 회로(209)로부터 유도 방식, 공진 방식 또는 전자기파 방식 중 적어도 하나의 방식에 따라 무선으로 전력을 수신할 수 있다. 예를 들어, 전력 수신 회로(259)는 무선으로 전력 신호를 수신하는 전력 수신용 안테나를 포함할 수 있다.
전력 수신 회로(259)는, 수신된 교류 파형의 전력을 직류 파형으로 정류하거나, 전압을 컨버팅(converting)하거나, 전력을 레귤레이팅(regulating)하는 전력 처리를 수행할 수 있다.
차저(254)는, 전자 장치(150)의 배터리(255)를 충전할 수 있다. 차저(254)는, 배터리(255)를 CV(constant voltage) 모드 또는 CC(constant current) 모드 등으로 충전할 수 있으나, 충전 모드에는 제한이 없다. PMIC(258)는, 연결되는 로드(257)에 적합한 전압 또는 전류로 조정하여, 로드(257)에 제공할 수 있다. 제어 회로(252)는, 전자 장치(150)의 전반적인 동작을 제어할 수 있으며, 적어도 하나의 프로세서가 제어 회로(252)를 대신할 수 있다. 메모리(256)에는, 전자 장치(150)의 전반적인 동작의 수행을 위한 인스트럭션이 저장될 수 있다. 메모리(205)는, 무선 전력 송신 장치(100)의 동작을 수행하기 위한 인스트럭션을 저장할 수 있다. 메모리(205) 또는 메모리(256)는, ROM(read only memory), RAM(random access memory), 또는 플래시 메모리 등의 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 구현 형태에는 제한이 없다.
도 3은 다양한 실시 예에 따른 유도 방식에 따른 무선 전력 송신 장치 및 전자 장치의 내부 블록도를 도시한다.
다양한 실시 예에 따르면, 무선 전력 송신 장치(100)는, 전력 소스(106), 정류기(110), 역률 보상 회로(111), 인버터(112), 전력 송신 회로(113), 검출부(114) 및 제어 회로(115)를 포함할 수 있다. 전자 장치(150)는, 전력 수신 회로(151), 정류기(152) 및 로드(153)를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)는 전자 장치(150)로, 유도 방식, 공진 방식 또는 전자기파 방식 중 적어도 하나의 방식에 따라 무선으로 전력을 송신할 수 있다.
먼저, 다양한 실시 예에 따라 전력 송신 회로(113)는 하나 이상의 코일을 포함할 수 있다.
제어 회로(115)는, 무선 전력 송신 장치(100)가 송신하는 전력의 크기를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(115)는 정류기(110) 또는 역률 보상 회로(111)에서 출력되는 전력의 크기를 제어하거나, 또는 역률 보상 회로(111) 및 인버터(112) 사이, 또는 인버터(112) 및 전력 송신 회로(113) 사이에서 제어함에 따라, 무선 전력 송신 장치(100)가 송신하는 전력의 크기를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(115)는, 인버터(112)의 스위칭 주파수를 제어함으로써, 무선 전력 송신 장치(100)에서 무선으로 송신되는 전력의 크기를 조정할 수 있다. 또는 제어 회로(115)는 역률 보상 회로(111)의 링크 전압을 제어함으로써 무선 전력 송신 장치(100)에서 무선으로 송신되는 전력의 크기를 조정할 수 있다. 또는 제어 회로(115)는, 인버터(112)에서 출력되는 전력의 듀티 사이클(또는, 폭(width))을 스위칭 주파수와 함께 제어함으로써 상기 전력의 크기를 조정할 수 있다.
제어 회로(115)는, CPU와 같은 범용 프로세서, 미니 컴퓨터, 마이크로 프로세서, MCU(micro controlling unit), FPGA(field programmable gate array) 등의 연산을 수행할 수 있는 다양한 회로로 구현될 수 있으며, 그 종류에는 제한이 없다.
정류기(110)는 전력 소스(106)로부터의 교류 전력을 정류할 수 있으며, 전력 소스(106)와 역률 보상 회로(111) 사이에 배치될 수 있다. 정류기(110)는 예를 들어, 브릿지 정류기(bridge rectifier)로 구현될 수 있으나, 구현 형태에는 제한이 없다.
역률 보상 회로(power factor corrector: PFC)(111)는 전력 소스(110)로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환할 수 있으며, 인버터(112)에 공급되는 직류 전력의 크기를 제어할 수 있다. 역률 보상 회로(111)는 고조파 규제와 역률 조건을 만족시키기 위한 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 역률 보상 회로(111)는 PFC 컨버터라고도 칭할 수 있으며 부스트(boost) PFC 정전압 출력 제어를 수행할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 역률 보상 회로(111)는 인버터(112)에 입력되는 링크 전압(예: Vlink)을 제공할 수 있고 링크 전압 값을 제어할 수 있다. 이에 따라 역률 보상 회로(111)는 링크 전압 값을 제어함으로써 전력 송신 회로(113)(예: 코일)에 유기되는 전력을 제어할 수 있다. 또한 역률 보상 회로(111)는 전력 송신 회로(113)에 입력되는 전압, 전류와 같은 신호들의 위치 차이를 제어할 수 있으며, 펄스 폭 변조(pulse width modulation: PWM)의 기능 일부를 수행할 수도 있다. 다르게는 펄스 폭 변조기(pulse width modulator)(도시하지 않음)가 역률 보상 회로(111)의 입력단에 연결될 수도 있다.
인버터(112)는 역률 보상 회로(111)를 통해서 변환된 직류 전력에 기반하여 전력 송신 회로(113)에 공급하는 전력의 스위칭 주파수를 제어하여 전력 송신 회로(113)를 통해 전송되는 전력을 제어할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 인버터(112)는 링크 전압을 입력으로 받아 교류로 변환할 수 있다.
인버팅 동작에 의하여 전력 송신 회로(113)에는 기설정된 주기로 최대 전압 또는 0의 전압이 번갈아가면서 인가될 수 있으며, 이에 따라 전력 송신 회로(113)로부터 자기장이 발생할 수 있다. 인버팅 주파수, 즉 전력 송신 회로(113)에 인가되는 교류 파형의 주파수는, 표준에 따라 100 내지 205kHz 또는 6.78MHz 등으로 설정될 수 있으나, 제한은 없다. 전력 송신 회로(113)에 전력이 인가되면, 전력 송신 회로(113)로부터 시간에 따라 크기가 변경되는 유도 자기장이 형성될 수 있으며, 이에 따라 무선으로 전력이 송신될 수 있다.
인버터(112)로부터 출력되는 교류 전력의 전압을 Vp라고 명명하도록 한다. 예를 들어, Vp는 고정된 주파수를 가질 수 있다. 인버터(112)는 제어 회로(115)에 의해 듀티 사이클(D)이 변경됨으로써, 전력 송신 회로(113)에 전달되는 전력의 크기를 조정할 수 있으며, 이에 따라 전력 송신 회로(113)로부터 무선으로 송신되는 전력의 크기가 조정될 수도 있다.
다양한 실시 예에 따라 검출부(114)는 전력 송신 회로(113)를 통해 전자 장치(150)로 전송되는 전력 신호에 대응되는 신호를 검출할 수 있다. 예를 들어, 검출부(114)로 입력되는 전력의 크기를 측정할 수 있다. 검출부(114)는 센서라고도 칭할 수 있으며, 전자 장치(150)로 전송되는 전력 신호의 최대 전압 크기를 검출할 수 있다. 검출된 신호의 최대 전압은 출력 전압에 비례하는 값으로 예를 들어, 수신측 IPT 컨버터의 출력전압 즉, 전자 장치(150)에 인가되는 전력의 크기에 대응할 수 있다. 이에 따라 제어 회로(115)는 검출부(114)에 의해 검출되는 신호에 기반하여, 무선으로 충전을 수행하고 있는 전자 장치(150)에 인가되는 전압을 확인할 수 있다.
다양한 실시 예에서, 무선 전력 송신 장치(100) 및 전자 장치(150)는 인-밴드 통신 또는 아웃-밴드 통신을 위한 통신 회로(예: 도 2의 통신 회로(103))를 포함할 수 있으며, 이러한 경우 가입 과정 중에 전자 장치(150)와 통신을 수행할 수 있다. 다양한 실시 예에 따라 무선 전력 송신 장치(100)는 충전 개시 시점까지는 전자 장치(150)와 통신을 수행하고, 충전을 시작한 이후부터는 통신을 중단할 수도 있다. 이후 무선 전력 송신 장치(100)는 상술한 바와 같이 통신을 수행하지 않으면서도 전자 장치(150)에 인가되는 전압을 판단하여, 송신하는 전력의 크기를 조정할 수도 있다. 이때, 통신을 수행하지 않는 상태에서 전자 장치(150) 상태의 변경이 검출되면, 예를 들어, 전자 장치(150)의 로드 전압의 변경이 검출되는 경우 통신을 재개하여 전자 장치(150)로부터 센싱 데이터를 수신할 수도 있다.
다양한 실시 예에서 무선 전력 송신 장치(100)는 예를 들어, 무선 충전을 위한 시작 버튼 입력에 대응하여, 바로 무선 충전을 수행할 수도 있다. 이러한 경우 통신을 수행하지 않은 상태에서 무선 전력 송신 장치(100는 상술한 바와 같이 검출되는 신호에 기반하여, 전자 장치(150)에 인가되는 전압을 확인할 수 있으며, 이에 대응하여 송신하는 전력의 크기를 조정할 수도 있다. 다양한 실시 예에 따르면 무선 전력 송신 장치(100)는 통신을 수행하지 않고도 부하 변동 상황에서 적응적으로 무선 충전을 위한 전력을 조정할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 무선 전력 송신 장치(100)는 전자 장치(150)로의 전력 전송을 위한 전력 신호를 발생시키도록 구성된 코일 회로(예: 전력 송신 회로(113), 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, 상기 교류 전력을 상기 코일 회로에 제공하도록 구성된 인버터(112), 상기 코일 회로와 인접하게 배치되고, 상기 전력 신호에 대응되는 신호를 검출하도록 구성된 코일 타입의 검출부(114) 및 상기 검출된 신호에 근거하여, 상기 인버터(112)의 스위칭 주파수 또는 상기 인버터(112)로부터 출력되는 교류 전력을 변경하도록 구성된 제어 회로(115)를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어 회로(115)는 상기 검출된 신호의 최대 크기를 임계값과 비교하여, 상기 인버터(112)로부터 출력되는 교류 전력의 크기를 조절하기 위해 상기 인버터(112)의 스위칭 주파수를 조절하도록 설정할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어 회로(115)는 상기 검출된 신호의 최대 크기가 임계값에 대응되는 경우, 상기 인버터(112)의 스위칭 주파수를 유지하도록 설정할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 코일 타입의 검출부(114)는, 상기 코일 회로의 외주를 둘러싸도록 권선되는 코일을 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어 회로(115)는 펄스 주파수 변조 방식을 이용하여 상기 검출된 신호의 최대 크기가 임계값에 대응되도록 상기 인버터(112)의 스위칭 주파수를 변경하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 무선 전력 송신 장치(100)는 역률 보상되어 출력되는 직류 전력을 상기 인버터로 출력하는 역률 보상 회로(111) 및 듀티 사이클을 가변하는 펄스 폭 변조기(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어 회로(115)는 상기 검출된 신호에 근거하여, 상기 역률 보상 회로(111)를 제어하여 상기 인버터(112)에 입력되는 전력의 크기를 조절하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어 회로(115)는 상기 검출된 신호에 근거하여, 상기 역률 보상 회로(111)의 출력 전력을 조절하는 경우 상기 인버터(112)의 스위칭 주파수는 유지되도록 제어할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어 회로(115)는 상기 펄스 폭 변조기를 제어하여 상기 듀티 사이클을 가변함으로써 상기 역률 보상 회로(111)의 출력 전력을 조절하고, 상기 인버터(112)의 스위칭 주파수를 지정된 주파수 범위 이내에서 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 듀티 사이클을 가변할 경우 상기 역률 보상 회로(111)의 출력 전력이 조절될 수 있으며, 상기 출력 전력의 조절에 대응하여 상기 인버터(112)의 스위칭 주파수가 지정된 주파수 범위 이내에서 제어될 수 있다.
전자 장치(150)의 전력 수신 회로(151)는 하나 이상의 코일을 포함할 수 있으며, 코일에는 주변에 형성된 시간에 따라 크기가 변경되는 자기장에 의하여 유도 기전력이 발생할 수 있으며, 이에 따라 전자 장치(150)는 무선으로 전력을 수신할 수 있다. 정류기(152)는, 수신된 교류 파형의 전력을 직류 파형으로 정류할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 정류기(152)로부터 출력되는 정류된 전력을 레귤레이팅(regulating)하는 레귤레이터(또는, DC/DC 컨버터)가 더 포함될 수도 있다. 또한 전자 장치(150)는 배터리 충전을 제어하는 배터리 제어 컨버터(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있으며, 송신측 플랫폼과 수신측 플랫폼의 사업자가 분리되어 있는 무선 충전기의 특징과 배터리의 전압 제어 성능의 장점으로 인해 배터리 충전 제어는 수신측의 배터리 제어 컨버터가 전담하는 형태로 구성되어 있다.
로드(153)는 정류된 전력(또는, 컨버팅된 전력)의 출력단을 의미할 수도 있으며, 또는 전자 장치(150)의 다양한 하드웨어를 의미할 수도 있다.
도 4는 다양한 실시 예에 따른 무선 충전 시스템의 회로 구성을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(100)의 인버터(112), 전력 송신 회로(113) 및 전자 장치(150)의 전력 수신 회로(151) 및 정류기(152)를 포함하는 구성을 IPT(inductive power transfer) 컨버터(400)라고 칭할 수 있다. IPT 컨버터(400)에는 배터리 충전을 위한 전력을 효율적 전달을 위한 제어 알고리즘이 적용될 수 있다. IPT 컨버터(400)에서는 최대 전력 전달을 위한 제어 동작이 수행되며, IPT 컨버터(400)의 출력 전압 정보는 실시간으로 송신측인 무선 전력 송신 장치(100)로 전달되어야 최대 효율로 무선 충전이 가능할 수 있다. 다만 통신 신호의 전달 속도로 인한 지연을 방지하기 위해 다양한 실시 예에서는 통신 회로를 통한 통신을 수행하지 않는 상태에서도 최대 효율로 무선 충전이 가능하도록 할 수 있다. 예를 들어, IPT 컨버터(400)의 출력 전압은 검출부(114)에서 검출되는 신호의 최대 전압에 비례하는 값이므로, 검출부(114)에서 최대 전압을 검출함으로써 IPT 컨버터(400)의 출력 전압 즉, 전자 장치(150)에 인가되는 전력을 확인할 수 있다.
도 4를 참조하면, 정류기(110)는 교류 형태의 전력 소스(예: VAC)를 직류로 변환하기 위해 4개의 다이오드로 이루어진 브릿지 정류 회로를 이용한 회로로 구현될 수 있다. 정류기(110)로부터 출력되는 직류 전력은 역률 보상 회로(111)로 전달될 수 있다.
역률 보상 회로(111) 내의 캐패시터는 전력 송신 회로(113)에 연결될 수 있으며, Clink의 커패시턴스를 가질 수 있다. 또한, 역률 보상 회로(111)는 제어 회로(115)에 의해 듀티 사이클(예: S1)이 조정될 수 있으며, 제어 회로(115)에 의해 인버터(112)의 입력 전압인 링크 전압(예: Vlink)을 조정하기 위한 전압(예: VL)이 인가될 수 있다. 제어 회로(115)에 의해 인가되는 링크 전압(예: Vlink)을 조정하기 위한 전압(예: VL)은 검출부(114)에 의해 검출되는 신호에 근거하여 결정될 수 있다.
전력 송신 회로(113)는 CP의 커패시턴스와 NP의 코일 권수를 가질 수 있다. 전자 장치(150)의 전력 수신 회로(151)는 CS의 커패시턴스와 NS의 코일 권수를 가질 수 있다. 정류기(152)는 4개의 다이오드로 이루어진 브릿지 정류 회로를 이용한 회로로 구현될 수 있으며, CO의 커패시턴스를 포함할 수 있다. 이에 따라 정류기(152)의 출력 전압 즉, IPT 컨버터(400)의 출력 전압은 Vo이 될 수 있다. 이와 같이 다양한 실시 예에 따르면 제어 회로(115)는 전자 장치(150)의 정류기(152)의 출력 전압 즉, IPT 컨버터(400)의 출력 전압에 해당하는 Vo를 확인하기 위해 검출부(114)에 의해 검출되는 신호를 이용할 수 있다. 여기서, 정류기(152)의 출력 전압 Vo은 로드(153)의 입력 전압에 대응할 수 있으며, 출력 전압 Vo은 전자 장치(150)의 로드 전압이라고 칭할 수도 있다.
일 실시 예에 따르면, 검출부(114)는 출력 전압 Vo에 비례하는 전력의 최대 전압(예: Vsen _peak)을 검출할 수 있다. 예를 들어, 검출부(114)에 의해 검출되는 신호는 최대 크기를 가지는 신호로 출력 전압에 비례하는 값일 수 있다.
일 실시 예에 따르면 제어 회로(115)는 검출부(114)에 의해 검출되는 신호에 근거하여 인버터(112)의 스위칭 주파수를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(115)는 검출부(114)에 의해 검출된 신호의 최대 크기(예: Vsen _peak)를 임계값과 비교할 수 있다. 만일 검출된 신호의 최대 크기(예: Vsen _peak)가 임계값 보다 크거나 작은 경우 비교 결과에 기반하여 인버터(112)의 스위칭 주파수를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(115)는 비교 결과에 기반하여 인버터(112)의 스위칭 주파수를 얼마만큼 어떻게 조정할 것인지를 나타내는 제어 신호를 인터버(112)로 출력할 수 있다.
이때, 제어 회로(115)는 제어 신호들(예: QS1, QS2 신호들)을 이용하여 두 가지의 분기 회로로 나누어질 수 있도록 인버터(112)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 신호들(예: QS1, QS2 신호들)에 의해 인버터(112)의 QS1, QS2 가 각각 번갈아 가면서 온 상태가 될 수 있다. 이에 따라 인버터(112)는 Vp의 전압을 가지는 전력을 전력 송신 회로(113)로 전달할 수 있으며, 전력 송신 회로(113)의 코일은 자기장을 형성할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 제어 회로(115)에 의해 인버터(112)의 입력 전압인 링크 전압(예: Vlink)을 조정하기 위한 전압(예: VL)이 인가되는 경우에는 인버터(112)의 스위칭 주파수는 가변되지 않고 고정된 상태에서 링크 전압 조정이 수행될 수 있다. 이에 따라 다양한 실시 예에 따르면, 역률 보상 회로(111)로의 출력측 전압인 링크 전압을 빠르게 가변함으로써 스위칭 주파수의 미소 변동에도 높은 이득을 얻을 수 있다. 이와 같이 역률 보상 회로(111)의 출력 전압인 링크 전압을 제어함으로써 스위칭 주파수를 크게 가변하지 않고도 높은 이득을 얻을 수 있기 때문에 무선 충전 시스템의 코일 설계가 유연하게 이루어질 수 있다. 또한 전자기 유도형 무선 충전 시스템에서 송수신측 코일의 상대적으로 큰 누설 인덕턴스로 인해 인버터(112)의 스위칭 주파수 가변 범위가 좁을 수 밖에 없는 제약 조건 내에서 최적의 무선 충전이 가능한 효과가 있다.
도 5는 다양한 실시 예에 따른 제어 회로 및 검출부의 상세 회로 구성을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 검출부(114)는 코일 타입으로 전력 송신 회로(113)의 코일과 인접하게 배치되며, 코일, 하나의 캐패시터와 2개의 다이오드를 포함하여 구성될 수 있다. 전력 송신 회로(113)의 코일을 통해 인버터(112)의 출력 전압인 Vp의 전압을 가지는 전력이 전송되면, 검출부(114)에 해당하는 추가 코일에 인가되는 전압의 크기를 검출할 수 있다. 이를 구체적으로 살펴보기 위해 도 6을 참조할 수 있다. 도 6은 다양한 실시 예에 따른 검출부의 구성을 나타낸 도면이다. 도 6을 참조하면, 추가 코일에 인가되는 전압을 VNA라고 할 경우 하나의 캐패시터와 2개의 다이오드를 이용하여 인가되는 전압 VNA 에 대한 최대 전압(예: Vsen _peak)을 검출할 수 있다.
예를 들어, 인가되는 전압 VNA 에 대한 최대 전압(예: Vsen _peak)은 하기 수학식 1과 같이 산출할 수 있다.
상기 수학식 1에서 K는 상수이며, Vo은 출력 전압을 나타내며, NA는 추가 코일의 권수, NS는 수신측 코일의 권수를 나타낼 수 있다. 여기서, 출력 전압 Vo은 전자 장치(150)의 정류기(152)의 출력 전압에 해당하는 것이므로, 최대 전압(예: Vsen_peak)은 출력 전압 Vo와 비례 관계임을 알 수 있다. 이에 따라 무선 전력 송신 장치(100)에서는 최대 전압(예: Vsen _peak)을 검출함으로써 전자 장치(150)에 인가되는 출력 전압 Vo을 확인할 수 있어, 전자 장치(150)로의 전송 전력의 크기를 조정할 수 있다.
검출부(114)에 의해 검출되는 신호는 최대 전압(예: Vsen _peak)을 나타내는 것일 수 있으며, 제어 회로(115)에는 K * (NA/NS)* Vo 값을 가지는 최대 전압(예: Vsen_peak)이 제공될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이 제어 회로(115)는 제1 S/H(sample and hold) 회로(510), 제2 S/H 회로(530), 연산 증폭기(515), PFM(pulse frequency modulation)(520) 및 게이트 드라이버(525)를 포함할 수 있다. 최대 전압(예: Vsen _peak)은 제1 S/H 회로(510)를 거쳐 비교기에 해당하는 연산 증폭기(515)(예: OP amp)를 통해 임계치인 내부 전압 Vref와 비교될 수 있다. 만일 부하 변동으로 인해 내부 전압 Vref와 비교했을 때 최대 전압(예: Vsen _peak)이 더 크거나 작은 경우 PFM(520)을 이용하여 인버터(112)에 인가되는 게이트의 주파수 미소 변동을 통해 최대 전압(예: Vsen _peak)이 임계치인 내부 전압 Vref와 같아지도록 제어할 수 있다.
이에 따라 제어 회로(115)의 게이트 드라이버(525)를 통해 제어 신호들(예: QS1, QS2 신호들)을 인버터(112)로 출력함으로써 인버터(112)의 스위칭 주파수를 변경할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(115)는 최대 전압(예: Vsen _peak)이 임계치인 내부 전압 Vref와 같아지도록 스위칭 주파수를 변경하도록 제어할 수 있다. 이렇게 함으로써 통신 신호의 수신을 통한 피드백 없이도 실시간으로 부하 변동 상황에 적응적으로 전송 전력을 조정할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제어 회로(115)는 인버터(112)로부터 출력되는 교류 전력을 변경하기 위해 인버터(112)의 스위칭 주파수를 가변함으로써 전송 전력을 조정할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 인버터(112)의 입력 전압은 역률 보상 회로(111)의 출력 전압인 링크 전압이므로, 역률 보상 회로(111)의 출력 전압(예: Vlink)을 조정함으로써 전송 전력을 조정할 수도 있다. 일 실시 예에 따르면, 제어 회로(115)는 제2 S/H 회로(530)를 거친 최대 전압(예: Vsen _peak)을 역률 보상 회로(111)의 출력 전압(예: Vlink)을 조정하기 위한 VL _ ref 로 결정하는 데 이용할 수 있다.
예를 들어, 제어 회로(115)는 역률 보상 회로(111)의 출력 전압(예: Vlink)을 얼마만큼 조정할 것인지를 결정하는 데 있어 최대 전압(예: Vsen _peak)과 내부 전압 Vref 간의 차이인 VL _ ref 를 기반으로 역률 보상 회로(111)로 제어 전압(예: VL)을 출력할 수 있다. 이에 따라 역률 보상 회로(111)에서는 제어 전압(예: VL)만큼 조정된 링크 전압(예: Vlink)을 인버터(112)로 출력할 수 있으며, 인버터(112)에서는 조정된 링크 전압에 대응하는 전력을 전력 송신 회로(113)로 전달함으로써 전송 전력의 크기가 조정될 수 있다. 이와 같이 조정된 전력을 전력 송신 회로(113)로 전달할 수 있으며, 조정된 전력에 대응하여 전력 송신 회로(113)의 코일은 자기장을 형성할 수 있다. 이에 따라 전력 수신 회로(151)에서는 조정된 전력을 수신할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제어 회로(115)는 인버터(112)의 스위칭 주파수 또는 역률 보상 회로(111)의 출력 전압(예: Vlink)을 조정함으로써 전송 전력을 조정할 수도 있으며, 다르게는 PWM(116)을 이용하여 역률 보상 회로(111)의 듀티 사이클을 제어함으로써 전송 전력을 조정할 수도 있다.
도 7은 다양한 실시 예에 따른 코일 구조와의 연결 관계를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 코일(705)의 양 끝 단자 또는 중간에 인출선을 통해 인버터(112)와 연결될 수 있다. 도선이 감긴 형태인 코일(705)을 외부 혹은 내부에서 또 다른 도선으로 감은 별도의 코일(710)이 더 구비될 수 있다. 도 7에서는 코일의 도선이 원형태로 도시하고 있지만 실제로는 하나의 도선이 내부에서 외부로 감은 형태를 가질 수 있다. 이때, 추가로 감긴 코일(710)의 양 끝 단자가 검출부(114)에 연결되는 것으로 도시되어 있으나, 추가로 감긴 코일(710)을 포함하는 구성을 검출부(114)라고 칭할 수도 있다.
추가로 감긴 코일(710)을 포함하는 구성을 검출부(114)라고 할 경우, 검출부(114)는 추가로 감긴 코일(710)의 양 끝 단자를 통해 검출되는 전력 신호로부터 최대 크기의 전압을 검출하기 위한 구성 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 추가로 감긴 코일(710)의 양 끝 단자에는 최대 크기의 전압을 검출하기 위한 구성 요소로서 각각 다이오드 및 캐피시터가 연결될 수 있다. 또는 추가로 감긴 코일(710)을 검출부라고 할 경우 추가로 감긴 코일(710)의 양 끝 단자가 제어 회로(115)에 연결되도록 구성될 수도 있다.
도 8은 다양한 실시 예에 따른 출력 전압 검출과 관련한 주요 파형을 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 인버터(112)에서는 제어 회로(115)로부터 인가되는 제어 신호들(예: QS1, QS2 신호들)에 대응하여, 인버터(112)의 게이트들이 번갈아 온 됨에 따라 전자 장치(150)의 정류기(152)의 출력단에서는 사인 파형의 출력 전압 Vo이 출력될 수 있다. 또한 전자 장치(150)의 전력 수신 회로(151)의 코일에 인가되는 전압도 사인 파형 형태로 출력 전압 VNS가 출력될 수 있다. 반면, 무선 전력 송신 장치(100)의 검출부(114)의 코일에 인가되는 전압은 사인 파형 형태로 출력 전압 VNA가 출력될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이 출력 전압 VNS가 출력 전압 VNA와 비례하는 관계를 가짐을 알 수 있으며, 출력 전압 VNS과 출력 전압 VNA 간의 비례 관계를 기반으로 전술한 수학식 1을 통해 일정 값을 가지는 최대 전압(예: Vsen _peak)에 대한 파형을 획득할 수 있다.
도 9는 다양한 실시 예에 따른 역률 보상 회로의 출력 전압에 따른 무선 전력 송신 장치의 출력 전압과의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 9을 참조하면, 인터버(112)의 스위칭 주파수가 고정된 상태에서 역률 보상 회로(111)의 링크 전압(예: Vlink)을 가변함에 따라 출력 전압(예: Vo)이 달라지는 경우를 예시하고 있다. 도 9에 도시된 바와 같이 일정 값 이상의 링크 전압(예: Vlink)에 대응하여 출력 전압은 비례적인 관계를 보이고 있다. 따라서 링크 전압(예: Vlink)을 제어함으로써 무선 전력 송신 장치의 출력 전압(예: Vo)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는 전원 소스(110)로부터 제공받은 전력을 전력 송신 회로(예: 코일)(113)을 통해서 전자 장치(150)의 전력 수신 회로(151)로 전력 전송을 시작함에 있어서 역률 보상 회로(111)에 지정된 링크 전압(예: Vlink)을 적용하여 전력 전송을 시작할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는 역률 보상 회로(111)에 지정된 링크 전압(예: Vlink)을 적용한 후 인버터(112)의 스위칭 주파수 범위 내의 특정 주파수를 스위칭 주파수로 설정한 상태에서 초기 구동을 실시할 수 있다.
이때, 무선 전력 송신 장치(100)는 통신 회로(203)를 통해 전자 장치(150)와 통신을 수행할 수도 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는 전자 장치(150)의 식별 정보, 정격 전압 정보, 정격 전력 정보, 정류기 출력단에서 허용되는 전류 또는 전압의 최대 크기에 대한 정보, 전자 장치(150)의 캐퍼빌리티(capability)에 대한 정보를 수신할 수 있다. 이와 같이 무선 전력 송신 장치(100)는 전자 장치(150)에 대한 정보를 수신하고 이후 전자 장치(150)에 대한 충전을 수행할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는 충전 개시 시점까지는 전자 장치(150)와 통신을 수행하고, 충전을 시작한 이후부터는 통신을 중단할 수 있다. 이후, 무선 전력 송신 장치(100)는 통신을 수행하지 않으면서도 전자 장치(150)에 인가되는 전력의 상태를 판단하여 송신하는 전력의 크기를 조정할 수도 있다.
예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는 임계치 이상의 출력 전압(예: Vo)을 확인하는 경우 링크 전압(예: Vlink)을 낮춤으로써 출력 전압(예: Vo)을 조절할 수 있다. 이를 위해 무선 전력 송신 장치(100)는 전력 송신 회로(113)에 인접하게 배치되는 추가 코일 형태의 검출부(114)로부터 검출되는 신호에 기반하여, 무선 충전을 수행하는 전자 장치(150)에 인가되는 전압을 확인할 수 있으며, 전자 장치(150)에 인가되는 전압은 무선 전력 송신 장치(100)의 출력 전압(예: Vo)에 대응할 수 있다. 이에 따라 무선 전력 송신 장치(100)는 전자 장치(150)와 통신을 수행하지 않으면서도 전자 장치(150)에 대한 출력 전압(예: Vo)을 확인할 수 있어 지정된 범위의 출력 전압(예: Vo)을 유지하도록 링크 전압(예: Vlink)을 조정할 수 있다.
도 10은 다양한 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 동작 흐름도이다.
도 10에서는 부하 변동 적응형 무선 충전을 수행하기 위한 동작을 예시하고 있으며, 동작 방법은 1005 내지 1020 동작들을 포함할 수 있다. 동작 방법의 각 단계/동작은, 무선 전력 송신 장치(예: 도 1 및 도 2의 무선 전력 송신 장치(100)), 무선 전력 송신 장치의 적어도 하나의 프로세서(예: 도 2의 제어 회로(202), 도 3의 제어 회로(115)) 중 적어도 하나에 의해 수행될 수 있다. 한 실시 예에서, 1005 내지 1020 동작들 중 적어도 하나가 생략되거나, 일부 동작들의 순서가 바뀌거나, 다른 동작이 추가될 수 있다.
도 10을 참조하면, 1005 동작에서 무선 전력 송신 장치(100)는 무선 전력 송신 장치(100)의 인버터(112)(예: 도 3의 인버터(112))를 통해 직류 전력을 교류 전력으로 인버팅하여 출력할 수 있다.
1010 동작에서 무선 전력 송신 장치(100)는 상기 무선 전력 송신 장치(100)의 코일 회로(예: 도 3의 전력 송신 회로(113))을 통해 전자 장치(150)로의 전력 전송을 위한 전력 신호를 발생시킬 수 있다.
1015 동작에서 무선 전력 송신 장치(100)는 상기 코일 회로(예: 도 3의 전력 송신 회로(113))와 인접하게 배치되는 코일 타입의 검출부(예: 도 3의 검출부(114))를 이용하여 상기 전력 신호에 대응되는 신호를 검출할 수 있다.
1020 동작에서 무선 전력 송신 장치(100)는 상기 검출된 신호에 근거하여, 상기 인버터(112)로부터 출력되는 교류 전력을 변경하기 위해 상기 인버터(112)의 스위칭 주파수를 조절할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 인버터(112)의 스위칭 주파수를 조절하는 동작은, 상기 검출된 신호의 최대 크기를 임계값과 비교하는 동작 및 상기 비교 결과에 근거하여, 상기 인버터(112)의 스위칭 주파수를 조절하는 동작을 포함할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는 상기 검출된 신호의 최대 크기(예: Vsen_peak)를 임계값(예: 내부 전압 Vref)과 비교했을 때 임계값(예: 내부 전압 Vref)보다 크거나 작을 경우 최대 크기(예: Vsen _peak)가 임계값(예: 내부 전압 Vref)과 같아지도록 상기 인버터(112)의 스위칭 주파수를 조절할 수 있다. 또한 일 실시 예에 따르면, 무선 전력 송신 장치(100)는 상기 인버터(112)로부터 출력되는 교류 전력의 크기를 조절하기 위해 인버터(112)로 입력되는 전압에 해당하는 링크 전압인 역률 보상 회로(111)의 출력 전압을 조정할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 방법은, 상기 비교 결과에 근거하여, 상기 검출된 신호의 최대 크기가 상기 임계값에 대응되는 경우, 상기 인버터(112)의 스위칭 주파수를 유지하는 동작을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 인버터(112)의 스위칭 주파수를 조절하는 동작은, 펄스 주파수 변조 방식을 이용하여 상기 검출된 신호의 최대 크기가 임계값에 대응되도록 상기 인버터(112)의 스위칭 주파수를 변경하는 동작을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 인버터(112)의 스위칭 주파수를 조절하는 동작은, 상기 검출된 신호에 근거하여, 역률 보상되어 출력되는 직류 전력을 상기 인버터(112)로 출력하는 역률 보상 회로(111)(예: 도 3의 역률 보상 회로(111))를 제어하여, 상기 인버터(112)에 입력되는 전력의 크기를 조절하는 동작을 포함할 수 있다. 예를 들어, 역률 보상 회로(111)로부터 출력되는 출력 전압은 인버터(112)의 입력 전압에 해당하므로, 인버터(112)의 입력에 해당하는 링크 전압(Vlink)을 조정함으로써 전송 전력을 조정할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 방법은, 상기 검출된 신호에 근거하여, 상기 역률 보상 회로(111)의 출력 전력을 조절하는 경우 상기 인버터(112)의 스위칭 주파수는 유지시키는 동작을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 역률 보상 회로(111)의 출력 전압을 조정하는 경우에는 인버터(112)의 스위칭 주파수는 가변 없이 고정될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 인버터(112)의 스위칭 주파수를 조절하는 동작은, 듀티 사이클을 가변함으로써 상기 역률 보상 회로(111)의 출력 전력을 조절하는 동작과, 상기 인버터(112)의 스위칭 주파수를 지정된 주파수 범위 이내에서 제어하는 동작을 포함할 수 있다. 예를 들어, 듀티 사이클을 가변할 경우 상기 역률 보상 회로(111)의 출력 전력이 조절되며, 상기 출력 전력의 조절에 대응하여 상기 인버터(112)의 스위칭 주파수를 지정된 주파수 범위 이내에서 제어하는 것이 가능할 수 있다.
도 11은 다양한 실시 예에 따른 부하 변동에 따른 스위칭 주파수 가변 제어를 설명하기 위한 도면(1100)이다.
도 11을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(100)는 부하 변동 시 부하 변화에 따른 입출력 특성 변동에 대응하여 정전압 레귤레이션을 위해 인버터(112)의 스위칭 주파수(fs)를 가변하기 위한 동작을 제어할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 전체 부하 범위에서 정전압 제어를 만족시키기 위해서 스위칭 주파수의 가변 범위를 고려하여 자성체가 설계될 수 있다. 만일 스위칭 주파수의 가변 범위가 크게 되면 공진전류 구성요소 중 순환전류 비율이 커지게 됨에 따라, 스위칭 손실과 코어에서 발생하는 손실이 커질 수 있다. 예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이 제1 전력(예: Po = 50W) 내지 제3 전력(예: Po = 250W)의 경우를 살펴보면, 같은 게인을 기준으로 했을 때 스위칭 주파수의 가변 범위(1105)가 다를 수 있으며, 제3 전력(예: Po = 250W)에 대한 스위칭 주파수의 가변 범위가 제1 전력(예: Po = 50W)에 대한 스위칭 주파수의 가변 범위에 비해 좁음을 알 수 있다. 여기서, 스위칭 주파수의 가변 범위(1105)는 부하 변동에 따른 스위칭 주파수의 가변을 통해 정전압 제어가 가능함을 보여주고 있다.
따라서 스위칭 주파수의 가변 범위가 클 경우 발생하는 손실을 최소화하기 위해서 스위칭 주파수의 미소 변동에도 게인이 크게 변화하는 방법이 이용될 수 있다. 예를 들어, IPT 컨버터(400)의 입출력 특성 곡선을 보다 더 가파르게 하기 위해서는 인덕터 비율 k(=Lm/Lr) 즉, 자화인덕턴스와 누설인덕턴스의 비율값인 k를 줄이게 되면 입출력 특성 곡선이 가파르게 출력될 수 있다. 이를 구체적으로 설명하기 위해 도 12를 참조하기로 한다.
도 12는 다양한 실시 예에 따른 역률 보상 회로의 출력 전압 가변에 따른 이득 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(100)는 부하변동에 따른 정전압 특성을 제어하기 위해 인버터(112)의 스위칭 주파수를 가변할 수 있다. 먼저 제1 그래프(1210)에서는 지정된 범위 내에서의 인버터(112)의 스위칭 주파수의 변경을 예시하고 있다. 예를 들어, 제 1그래프(1210)에서 제1 지점(1215)은 부하 변동 전의 전 정전압제어 포인트이며, 제2 지점(1220)은 부하 변동에 의해 변동된 입출력 게인특성커브 안에서 정전압제어 포인트일 수 있다. 만일 부하 변동에 따라 원하는 정전압제어를 위해서 무선 전력 송신 장치(100)는 스위칭 주파수를 제1 지점(1215)에서 제2 지점(1220)으로 변경시키는 제어를 수행할 수 있다.
만일 인버터(112)의 스위칭 주파수를 가변하지 않고 전송 전력을 제어하고자 하는 경우 무선 전력 송신 장치(100)는 역률 보상 회로(111)의 출력 전압을 가변함으로써 전자 장치(150)로의 전송 전력을 조정할 수 있다. 제2 그래프(1230)에서는 부하 변동에 따른 입출력 게인 곡선이 바뀌더라도 인버터(112)의 스위칭 주파수를 변경하지 않고 즉, 제3 지점(1235)에서와 같이 고정된 지점에서 스위칭 주파수가 고정 주파수로 유지되는 상태에서 링크 전압의 가변을 통해 정전압 제어를 수행할 수 있다. 이와 같이 인버터(112)의 스위칭 주파수를 유지하는 상태에서도 정전압 제어를 수행할 수 있어, 순환전류에 의한 도통 손실 저감과 자성체 설계의 용이성 확보 및 무선 충전 시스템 전력밀도가 향상될 수 있다.
도 13은 다양한 실시 예에 따른 추가 코일 구조(1300)를 예시하고 있다.
도 13을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(100)인 TX에서는 하나 이상의 1차 코일(1310)(primary coil)과 상기 1차 코일(1310)을 감싸는 추가 코일(1315)가 배치되며, 전자 장치(150)인 RX에서는 2차 코일(1305)(second coil)가 배치될 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)의 전력 전달이 유도 방식을 따르는 경우, 1차 코일(1310)에 흐르는 전류의 세기(또는 전력)가 변화되면 상기 전력에 의해 1차 코일(1310)을 통과하는 자기장(Z)이 변화할 수 있다. 이와 같이 변화된 자기장(Z)은 전자 장치(150) 내의 2차 코일(1305) 측에 유도 기전력을 발생시킬 수 있다. 여기서, 1차 코일로 동작하는 전송 코일은 NP의 권수를 가지며, 2차 코일로 동작하는 수신 코일은 NS의 권수를 가지며, 전자 장치(150)에 인가되는 전력을 확인하는 데 사용되는 신호를 검출하는 추가 코일(1315)은 NA의 권수를 가지도록 구현될 수 있다.
도 14a는 다양한 실시 예에 따른 원통형 코일 구조(1405)를 예시하고 있다. 도 14a를 참조하면, 코일 구조는 원통형과 같이 막대 구조(1405)에 하나의 도선이 외부에 감기는 형태(1410)를 가질 수 있다. 이때, 추가 코일(1415)은 도선이 감겨진 중앙 부위 또는 도선이 감긴 형태를 기준으로 아래 또는 위에 외부에서 감은 형태를 가질 수 있다. 도 14a에서는 도선이 감기는 원통형 입체 구조를 예시하나, 그 형태는 이에 한정되지 않을 수 있다.
도 14b는 다양한 실시 예에 따른 평면 코일 구조(1420)를 예시하고 있다. 도 14b를 참조하면, 환형 나선의 평면화 형상으로 코일 구조가 형성될 수 있다. 도선이 감긴 형태인 코일(1425)을 내부 혹은 외부에서 또 다른 도선으로 감은 별도의 코일(1430)이 더 배치될 수 있다. 평면 코일 구조의 경우 기판에 코일을 형성하며 멀티 코일이 구비될 수 있다. 예를 들어, 제1 코일의 턴수(또는 감김 횟수)를 가지는 제1 코일 및 제2 코일의 턴수를 가지는 제2 코일이 배치될 수 있으며, 전력 크기 검출을 위한 추가 코일(1430)은 최외각에 가장 크게 배치될 수도 있다. 또는 추가 코일(1430)은 코일(1425)의 가장 안쪽에 배치될 수도 있다.
이와 같이 코일 세트는 하나 이상 구비되는 멀티 코일의 형태를 가질 수 있으며, 도 14b에서와 같이 추가 코일을 포함하는 코일 세트는 서로 중첩되지 않을 수 있다. 도 14b에서는 단지 하나의 예를 나타낸 것으로 코일 세트가 반드시 두 개 또는 세 개로 한정되는 것은 아닐 수 있다.
본 문서에 개시된 다양한 실시 예에 따른 전자 장치는 다양한 형태의 장치가 될 수 있다. 전자 장치는, 예를 들면, 휴대용 통신 장치(예: 스마트폰), 컴퓨터 장치, 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 기기, 카메라, 웨어러블 장치, 또는 가전 장치를 포함할 수 있다. 본 문서의 실시 예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다.
본 문서의 다양한 실시 예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시 예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나","A 또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나" 및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제 3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
본 문서에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로 등의 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일 실시 예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다.
본 문서의 다양한 실시 예는 기기(machine)(예: 전자 장치(101)) 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)(예: 내장 메모리(136) 또는 외장 메모리(138))에 저장된 하나 이상의 명령어들을 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램(140))로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기(예: 전자 장치(101))의 프로세서(예: 프로세서(120))는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 상기 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 상기 하나 이상의 명령어들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장매체 는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, ‘비일시적’은 저장매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다.
일 실시 예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시 예에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory (CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 또는 두 개의 사용자 장치들(예: 스마트폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시 예에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 명령들을 저장하고 있는 저장 매체에 있어서, 상기 명령들은 적어도 하나의 회로에 의하여 실행될 때에 상기 적어도 하나의 회로로 하여금 적어도 하나의 동작을 수행하도록 설정된 것으로서, 상기 적어도 하나의 동작은, 무선 전력 송신 장치의 인버터를 통해 직류 전력을 교류 전력으로 인버팅하여 출력하는 동작, 상기 무선 전력 송신 장치의 코일 회로를 통해 전자 장치로의 전력 전송을 위한 전력 신호를 발생시키는 동작, 상기 코일 회로와 인접하게 배치되는 코일 타입의 검출부를 이용하여 상기 전력 신호에 대응되는 신호를 검출하는 동작 및 상기 검출된 신호에 근거하여, 상기 인버터로부터 출력되는 교류 전력을 변경하기 위해 상기 인버터의 스위칭 주파수를 조절하는 동작을 포함할 수 있다.
그리고 본 명세서와 도면에 발명된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 실시 예에 따른 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 실시 예의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시 예의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 다양한 실시 예의 범위는 여기에 발명된 실시 예들 이외에도 본 발명의 다양한 실시 예의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 다양한 실시 예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (20)
- 무선 전력 송신 장치에 있어서,
전자 장치로의 전력 전송을 위한 전력 신호를 발생시키도록 구성된 코일 회로;
직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, 상기 교류 전력을 상기 코일 회로에 제공하도록 구성된 인버터;
상기 코일 회로와 인접하게 배치되고, 상기 전력 신호에 대응되는 신호를 검출하도록 구성된 코일 타입의 검출부; 및
상기 검출된 신호에 근거하여, 상기 인버터로부터 출력되는 교류 전력을 변경하기 위해 상기 인버터의 스위칭 주파수를 조절하도록 구성된 제어 회로를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는,
상기 검출된 신호의 최대 크기를 임계값과 비교하여, 상기 인버터의 스위칭 주파수를 조절하도록 설정된 무선 전력 송신 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는,
상기 검출된 신호의 최대 크기가 임계값에 대응되는 경우, 상기 인버터의 스위칭 주파수를 유지하도록 설정된 무선 전력 송신 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 코일 타입의 검출부는,
상기 코일 회로의 외주를 둘러싸도록 권선되는 코일을 포함하는 무선 전력 송신 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는,
펄스 주파수 변조 방식을 이용하여 상기 검출된 신호의 최대 크기가 임계값에 대응되도록 상기 인버터의 스위칭 주파수를 변경하도록 구성된 무선 전력 송신 장치.
- 제1항에 있어서,
역률 보상되어 출력되는 직류 전력을 상기 인버터로 출력하는 역률 보상 회로; 및
듀티 사이클을 가변하는 펄스 폭 변조기를 더 포함하는, 무선 전력 송신 장치.
- 제6항에 있어서, 상기 제어 회로는,
상기 검출된 신호에 근거하여, 상기 역률 보상 회로를 제어하여 상기 인버터에 입력되는 전력의 크기를 조절하도록 구성된 무선 전력 송신 장치.
- 제6항에 있어서, 상기 제어 회로는,
상기 검출된 신호에 근거하여, 상기 역률 보상 회로의 출력 전력을 조절하는 경우 상기 인버터의 스위칭 주파수는 유지되도록 제어하는 무선 전력 송신 장치.
- 제6항에 있어서, 상기 제어 회로는,
상기 펄스 폭 변조기를 제어하여 상기 듀티 사이클을 가변함으로써 상기 역률 보상 회로의 출력 전력을 조절하고, 상기 인버터의 스위칭 주파수를 지정된 주파수 범위 이내에서 제어하도록 구성된 무선 전력 송신 장치.
- 무선 전력 송신 장치에서 무선 충전을 위한 방법에 있어서,
상기 무선 전력 송신 장치의 인버터를 통해 직류 전력을 교류 전력으로 인버팅하여 출력하는 동작;
상기 무선 전력 송신 장치의 코일 회로를 통해 전자 장치로의 전력 전송을 위한 전력 신호를 발생시키는 동작;
상기 코일 회로와 인접하게 배치되는 코일 타입의 검출부를 이용하여 상기 전력 신호에 대응되는 신호를 검출하는 동작; 및
상기 검출된 신호에 근거하여, 상기 인버터로부터 출력되는 교류 전력을 변경하기 위해 상기 인버터의 스위칭 주파수를 조절하는 동작을 포함하는 무선 충전을 위한 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 인버터의 스위칭 주파수를 조절하는 동작은,
상기 검출된 신호의 최대 크기를 임계값과 비교하는 동작; 및
상기 비교 결과에 근거하여, 상기 인버터의 스위칭 주파수를 조절하는 동작을 포함하는 무선 충전을 위한 방법.
- 제11항에 있어서,
상기 비교 결과에 근거하여, 상기 검출된 신호의 최대 크기가 상기 임계값에 대응되는 경우, 상기 인버터의 스위칭 주파수를 유지하는 동작을 더 포함하는 무선 충전을 위한 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 인버터의 스위칭 주파수를 조절하는 동작은,
펄스 주파수 변조 방식을 이용하여 상기 검출된 신호의 최대 크기가 임계값에 대응되도록 상기 인버터의 스위칭 주파수를 변경하는 동작을 포함하는 무선 충전을 위한 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 인버터의 스위칭 주파수를 조절하는 동작은,
상기 검출된 신호에 근거하여, 역률 보상되어 출력되는 직류 전력을 상기 인버터로 출력하는 역률 보상 회로를 제어하여, 상기 인버터에 입력되는 전력의 크기를 조절하는 동작을 포함하는 무선 충전을 위한 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 검출된 신호에 근거하여, 상기 역률 보상 회로의 출력 전력을 조절하는 경우 상기 인버터의 스위칭 주파수는 유지시키는 동작을 더 포함하는 무선 충전을 위한 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 인버터의 스위칭 주파수를 조절하는 동작은,
듀티 사이클을 가변함으로써 상기 역률 보상 회로의 출력 전력을 조절하는 동작과,
상기 인버터의 스위칭 주파수를 지정된 주파수 범위 이내에서 제어하는 동작을 포함하는 무선 충전을 위한 방법.
- 명령들을 저장하고 있는 저장 매체에 있어서, 상기 명령들은 적어도 하나의 프로세서에 의하여 실행될 때에 상기 적어도 하나의 프로세서로 하여금 적어도 하나의 동작을 수행하도록 설정된 것으로서, 상기 적어도 하나의 동작은,
무선 전력 송신 장치의 인버터를 통해 직류 전력을 교류 전력으로 인버팅하여 출력하는 동작;
상기 무선 전력 송신 장치의 코일 회로를 통해 전자 장치로의 전력 전송을 위한 전력 신호를 발생시키는 동작;
상기 코일 회로와 인접하게 배치되는 코일 타입의 검출부를 이용하여 상기 전력 신호에 대응되는 신호를 검출하는 동작; 및
상기 검출된 신호에 근거하여, 상기 인버터로부터 출력되는 교류 전력을 변경하기 위해 상기 인버터의 스위칭 주파수를 조절하는 동작을 포함하는 저장 매체.
- 제17항에 있어서, 상기 인버터의 스위칭 주파수를 조절하는 동작은,
상기 검출된 신호의 최대 크기를 임계값과 비교하는 동작; 및
상기 비교 결과에 근거하여, 상기 인버터의 스위칭 주파수를 조절하는 동작을 포함하는 저장 매체.
- 제18항에 있어서, 상기 적어도 하나의 동작은,
상기 비교 결과에 근거하여, 상기 검출된 신호의 최대 크기가 상기 임계값에 대응되는 경우, 상기 인버터의 스위칭 주파수를 유지하는 동작을 더 포함하는 저장 매체.
- 제17항에 있어서, 상기 인버터의 스위칭 주파수를 조절하는 동작은,
펄스 주파수 변조 방식을 이용하여 상기 검출된 신호의 최대 크기가 임계값에 대응되도록 상기 인버터의 스위칭 주파수를 변경하는 동작을 포함하는 저장 매체.
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