KR20210000334A - 무선 전력 송신 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 전력 송신 방법 및 그를 위한 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 방법은 공진 품질 인자와 공진 주파수를 측정하는 단계; 기준 공진 품질 인자 및 기준 공진 주파수를 포함하는 이물질 검출 상태 패킷을 수신하는 단계; 상기 공진 품질 인자 및 상기 공진 주파수에 기반하여 공진 주파수 대역폭을 산출하는 단계; 상기 기준 공진 품질 인자 및 상기 기준 공진 주파수에 기반하여 기준 공진 주파수 대역폭을 산출하는 단계; 및 상기 공진 주파수 대역폭과 상기 기준 공진 주파수 대역폭을 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

무선 전력 송신 방법 및 장치

본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 상세하게, 무선 충전 시 이물질을 검출하는 것이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 그를 위한 장치에 관한 것이다.

무선 충전 가능 영역에 무선 전력 수신기가 아닌 전도체-즉, 이물질(FO:Foreign Object)-가 존재하는 경우, FO에는 무선 전력 송신기로부터 송출된 전자기 신호가 유도되어 온도가 상승할 수 있다. 일 예로, FO는 동전, 클립, 핀, 볼펜 등을 포함할 수 있다.

만약, 무선 전력 수신기와 무선 전력 송신기 사이에 FO가 존재하는 경우, 무선 충전 효율이 현저히 떨어질 뿐만 아니라 FO에 의한 주변 온도 상승으로 인해 무선 전력 수신기와 무선 전력 송신기의 온도가 함께 상승할 수 있다. 만약, 충전 영역에 위치한 FO가 제거되지 않는 경우, 전력 낭비가 초래될 뿐만 아니라 과열로 인해 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 손상을 야기시킬 수 있다.

또한, 실제 충전 영역에 FO가 존재하지 않음에도, 무선 전력 송신기가 충전 영역에 이물질이 존재하는 것으로 잘못 판단한 경우, 충전이 중단될 수도 있다.

따라서, 충전 영역에 위치한 FO를 정확히 검출하는 것은 무선 충전 기술 분야에서 중요한 이슈로 부각되고 있다.

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

본 발명의 다른 목적은 보다 정확하게 이물질을 검출하는 것이 가능한 무선 전력 송신기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 이물질 검출 오류를 최소화시킴으로써 불필요한 충전 중단을 미연에 방지하는 것이 무선 전력 송신 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 이물질에 의한 기기 손상을 방지하고, 이물질 존재 여부에 따른 적응적 전송 전력 제어를 통해 끊김 없는 충전을 가능하게 하는 무선 전력 송신기를 제공하는 것이다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 무선 전력 송신 방법 및 그를 위한 장치들을 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 방법은 공진 품질 인자와 공진 주파수를 측정하는 단계; 기준 공진 품질 인자 및 기준 공진 주파수를 포함하는 이물질 검출 상태 패킷을 수신하는 단계; 상기 공진 품질 인자 및 상기 공진 주파수에 기반하여 공진 주파수 대역폭을 산출하는 단계; 상기 기준 공진 품질 인자 및 상기 기준 공진 주파수에 기반하여 기준 공진 주파수 대역폭을 산출하는 단계; 및 상기 공진 주파수 대역폭과 상기 기준 공진 주파수 대역폭을 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신 방법은 공진 품질 인자와 공진 주파수를 측정하는 단계; 기준 공진 주파수 대역폭이 포함된 이물질 검출 상태 패킷을 수신하는 단계; 상기 공진 품질 인자 및 상기 공진 주파수에 기반하여 공진 주파수 대역폭을 산출하는 단계; 및 상기 공진 주파수 대역폭과 상기 기준 공진 주파수 대역폭을 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신 방법은 공진 품질 인자와 공진 주파수를 측정하는 단계; 기준 공진 품질 인자, 기준 공진 주파수 및 기준 공진 주파수 대역폭을 포함하는 이물질 검출 상태 패킷을 수신하는 단계; 상기 공진 품질 인자 및 상기 공진 주파수에 기반하여 공진 주파수 대역폭을 산출하는 단계; 상기 기준 공진 품질 인자, 기준 공진 주파수 및 기준 공진 주파수 대역폭 중 적어도 하나에 기반하여 기준 공진 주파수 대역폭을 확정하는 단계; 및 상기 공진 주파수 대역폭과 상기 기준 공진 주파수 대역폭에 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 공진 주파수는 공진기 증폭 비율이 최대인 주파수이고, 상기 공진 품질 인자는 상기 공진 주파수에의 공진기 증폭 비율에 기반하여 산출될 수 있다.

또한, 상기 공진 주파수는 공진기의 피크 투 피크 전압이 최대인 주파수이고, 상기 공진 품질 인자는 상기 공진 주파수에의 피크 투 피크 전압에 기반하여 산출될 수 있다.

또한, 상기 공진 주파수 대역폭과 상기 기준 공진 주파수 대역폭을 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계는,

공진 주파수 대역폭의 변동 비율을 임계 비율과 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 공진 주파수 대역폭의 변동 비율은 상기 공진 주파수 대역폭에서 상기 기준 공진 주파수 대역폭을 뺀 값을 상기 기준 공진 주파수 대역폭으로 나누어 산출될 수 있다.

또한, 상기 임계 비율은 25%보다 크고 35%보다 작은 값 중 어느 하나의 값으로 설정될 수 있다.

또한, 상기 공진 주파수 대역폭의 변동 비율을 임계 비율과 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계는, 상기 공진 주파수 대역폭의 변동 비율이 상기 임계 비율을 초과하면, 이물질이 존재하는 것으로 판단하여 NACK 응답을 전송하는 단계; 및 상기 공진 주파수 대역폭의 변동 비율이 상기 임계 비율보다 작으면, 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단하여 ACK 응답을 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예는 상기 무선 전력 전송 제어 방법들 중 어느 하나의 방법을 실행시키기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공할 수도 있다.

상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.

본 발명에 따른 방법, 장치 및 시스템에 대한 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 무선 충전을 위한 무선 전력 송신 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 보다 정확하게 이물질을 검출하는 것이 가능한 무선 전력 송신기를 제공하는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 이물질 검출 오류를 최소화시킴으로써 불필요한 충전 중단을 미연에 방지하는 것이 무선 전력 송신 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 이물질에 의한 기기 손상을 방지하고, 이물질 존재 여부에 따른 적응적 전송 전력 제어를 통해 끊김 없는 충전을 가능하게 하는 무선 전력 송신기를 제공하는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 수신기의 타입 및 전력 전송 환경에 따라 안정적으로 폭넓은 범위의 무선 전력을 전송하는 것이 가능한 무선 전력 송신기를 제공할 수 있는 장점이 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템에서의 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템에서의 이물질 검출 절차를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 도 6의 전송 안테나 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따라 상기 도 6에 따른 무선 전력 송신 장치와 연동되는 무선 전력 수신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 9는 종래 기술에 따른 무선 전력 송신기에서의 이물질 검출 여부에 따른 전력 전송 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 일 실시예에 따른 패킷 포맷을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 공진 주파수 대역폭을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템에서의 공진 주파수 대역폭을 이용한 이물질 검출 절차를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 18은 이물질 배치 여부에 따른 공진 주파수 대역폭의 변화 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 송신기 타입 별 다양한 이물질에 대한 이물질 검출 실험 결과를 보여준다.
도 21은 수신기 타입 별 다양한 이물질에 대한 이물질 검출 실험 결과를 보여준다.

발명의 실시를 위한 최선의 형태

본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 방법은 공진 품질 인자와 공진 주파수를 측정하는 단계; 기준 공진 품질 인자 및 기준 공진 주파수를 포함하는 이물질 검출 상태 패킷을 수신하는 단계; 상기 공진 품질 인자 및 상기 공진 주파수에 기반하여 공진 주파수 대역폭을 산출하는 단계; 상기 기준 공진 품질 인자 및 상기 기준 공진 주파수에 기반하여 기준 공진 주파수 대역폭을 산출하는 단계; 및 상기 공진 주파수 대역폭과 상기 기준 공진 주파수 대역폭을 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

발명의 실시를 위한 형태

이하, 본 발명의 실시예들이 적용되는 장치 및 다양한 방법들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 하드웨어적이 구성 요소-예를 들면, 회로 소자, 마이크로 프로세서, 메모리, 센서 등을 포함함-로 구현될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 해당 구성 요소의 일부 기능 또는 전체가 소프트웨어로 구현될 수도 있다.

실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

실시예의 설명에 있어서, 무선 충전 시스템상에서 무선 전력을 송신하는 기능이 탑재된 장치는 설명의 편의를 위해 무선 파워 송신기, 무선 파워 송신 장치, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 송신기, 송신단, 송신기, 송신 장치, 송신측, 무선 파워 전송 장치, 무선 파워 전송기 등을 혼용하여 사용하기로 한다.

또한, 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 기능이 탑재된 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 무선 파워 수신 장치, 무선 파워 수신기, 수신 단말기, 수신측, 수신 장치, 수신기 등이 혼용되어 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 송신기는 패드 형태, 거치대 형태, AP(Access Point) 형태, 소형 기지국 형태, 스텐드 형태, 천장 매립 형태, 벽걸이 형태 등으로 구성될 수 있으며, 하나의 송신기는 복수의 무선 전력 수신 장치에 파워를 전송할 수도 있다. 이를 위해, 송신기는 적어도 하나의 무선 파워 전송 수단을 구비할 수도 있다.

여기서, 무선 파워 전송 수단은 전력 송신단 코일에서 자기장을 발생시켜 그 자기장의 영향으로 수신단 코일에서 전기가 유도되는 전자기유도 원리를 이용하여 충전하는 전자기 유도 방식에 기반한 다양한 무전 전력 전송 표준이 사용될 수 있다.

일 예로, 무선 전력 전송 표준은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) Qi 및 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 표준 기술을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기는 적어도 하나의 무선 전력 수신 수단이 구비될 수 있으며, 1개 이상의 송신기로부터 무선 파워를 수신할 수도 있다.

본 발명에 따른 수신기는 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 player, 전동 칫솔, 전자 태그, 조명 장치, 리모콘, 낚시찌, 스마트 워치와 같은 웨어러블 디바이스 등의 소형 전자 기기 등에 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며 본 발명에 따른 무선 전력 수신 수단이 장착되어 배터리 충전이 가능한 기기라면 족하다.

도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 무선 충전 시스템은 크게 무선으로 전력을 송출하는 무선 전력 송신단(10), 상기 송출된 전력을 수신하는 무선 전력 수신단(20) 및 수신된 전력을 공급 받는 전자기기(30)로 구성될 수 있다.

일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 동일한 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 인밴드(In-band) 통신을 수행할 수 있다.

인밴드 통신에 있어서, 무선 전력 송신단(10)에 의해 송출된 전력 신호(41)가 무선 전력 수신단(20)에 수신되면, 무선 전력 수신단(20)은 수신된 전력 신호를 변조하고, 변조된 신호(42)가 무선 전력 송신단(10)에 전송될 수 있다.

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.

일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20) 사이에 교환되는 정보는 서로의 상태 정보뿐만 아니라 제어 정보도 포함될 수 있다.

여기서, 송수신단 사이에 교환되는 상태 정보 및 제어 정보는 후술할 실시예들의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.

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.

일 예로, 단방향 통신은 무선 전력 수신단(20)이 무선 전력 송신단(10)으로만 정보를 전송하는 것일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 송신단(10)이 무선 전력 수신단(20)으로만 정보를 전송하는 것일 수도 있다.

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.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신단(20)은 전자 기기(30)의 각종 상태 정보를 획득할 수도 있다.

일 예로, 전자 기기(30)의 상태 정보는 현재 전력 사용량 정보, 실행중인 응용을 식별하기 위한 정보, CPU 사용량 정보, 배터리 충전 상태 정보, 배터리 출력 전압/전류 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 전자 기기(30)로부터 획득 가능하고, 무선 전력 제어에 활용 가능한 정보이면 족하다.

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

무선 전력 수신단(20)은 접속된 무선 전력 송신단(10)이 고속 충전 모드를 지원하는 것으로 확인된 경우, 이를 전자 기기(30)에 알릴 수 있다.

전자 기기(30)는 구비된 소정 표시 수단-예를 들면, 액정 디스플레이일 수 있음-을 통해 고속 충전이 가능함을 표시할 수 있다.

도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.

일 예로, 도면 부호 200a에 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신단(20)은 복수의 무선 전력 수신 장치로 구성될 수 있으며, 하나의 무선 전력 송신단(10)에 복수의 무선 전력 수신 장치가 연결되어 무선 충전을 수행할 수도 있다.

이때, 무선 전력 송신단(10)은 시분할 방식으로 복수의 무선 전력 수신 장치에 전력을 분배하여 송출할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며. 다른 일 예로, 무선 전력 송신단(10)은 무선 전력 수신 장치 별 할당된 상이한 주파수 대역을 이용하여 복수의 무선 전력 수신 장치에 전력을 분배하여 송출할 수 있다.

이때, 하나의 무선 전력 송신단(10)에 연결 가능한 무선 전력 수신 장치의 개수는 무선 전력 수신 장치 별 요구 전력량, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량 및 무선 전력 송신 장치의 가용 전력량 중 적어도 하나에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.

다른 일 예로, 도면 부호 200b에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신단(10)은 복수의 무선 전력 송신 장치로 구성될 수도 있다.

이 경우, 무선 전력 수신단(20)은 복수의 무선 전력 송신 장치와 동시에 연결될 수 있으며, 연결된 무선 전력 송신 장치들로부터 동시에 전력을 수신하여 충전을 수행할 수도 있다.

이때, 무선 전력 수신단(20)과 연결된 무선 전력 송신 장치의 개수는 무선 전력 수신단(20)의 요구 전력량, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량, 무선 전력 송신 장치의 가용 전력량 등에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템에서의 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.

일 예로, 무선 전력 송신기는 3개의 송신 코일(111, 112, 113)이 장착될 수 있다. 각각의 송신 코일은 일부 영역이 다른 송신 코일과 서로 중첩될 수 있으며, 무선 전력 송신기는 각각의 송신 코일을 통해 무선 전력 수신기의 존재를 감지하기 위한 소정 감지 신호(117, 127)-예를 들면, 디지털 핑 신호-를 미리 정의된 순서로 순차적으로 송출한다.

상기 도 3에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기는 도면 번호 110에 도시된 1차 감지 신호 송출 절차를 통해 감지 신호(117)를 순차적으로 송출하고, 무선 전력 수신기(115)로부터 신호 세기 지시자(Signal Strength Indicator, 116)가 수신된 송신 코일(111, 112)을 식별할 수 있다.

연이어, 무선 전력 송신기는 도면 번호 120에 도시된 2차 감지 신호 송출 절차를 통해 감지 신호(127)를 순차적으로 송출하고, 신호 세기 지시자(126)가 수신된 송신 코일(111, 112) 중 전력 전송 효율(또는 충전 효율)-즉, 송신 코일과 수신 코일 사이의 정렬 상태-이 좋은 송신 코일을 식별하고, 식별된 송신 코일을 통해 전력이 송출되도록-즉, 무선 충전이 이루어지도록- 제어할 수 있다.

상기의 도 3에서 보여지는 바와 같이, 무선 전력 송신기가 2회의 감지 신호 송출 절차를 수행하는 이유는 어느 송신 코일에 무선 전력 수신기의 수신 코일이 잘 정렬되어 있는지를 보다 정확하게 식별하기 위함이다.

만약, 상기한 도 3의 도면 번호 110 및 120에 도시된 바와 같이, 제1 송신 코일(111), 제2 송신 코일(112)에 신호 세기 지시자(116, 126)가 수신된 경우, 무선 전력 송신기는 제1 송신 코일(111)과 제2 송신 코일(112) 각각에 수신된 신호 세기 지시자(126)에 기반하여 가장 정렬이 잘된 송신 코일을 선택하고, 선택된 송신 코일을 이용하여 무선 충전을 수행한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(Selection Phase, 410), 핑 단계(Ping Phase, 420), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 430), 협상 단계(Negotiation Phase, 440), 보정 단계(Calibration Phase, 450), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 460) 단계 및 재협상 단계(Renegotiation Phase, 470)로 구분될 수 있다.

선택 단계(410)는 파워 전송을 시작하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계-예를 들면, 도면 부호 S402, S404, S408, S410 및 S412를 포함함-일 수 있다.

여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다.

또한, 선택 단계(410)에서 송신기는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다.

만약, 송신기가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 단계(420)로 천이할 수 있다(S403).

일 예로, 선택 단계(410)에서 송신기는 매우 짧은 펄스의 아날로그 핑(Analog Ping) 신호를 전송하며, 송신 코일(또는 1차 코일(Primary Coil))의 전류 변화에 기반하여 인터페이스 표면의 활성 영역(Active Area)에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다. 여기서, 활성 영역은 수신기가 배치되어 무선 충전이 가능한 영역을 의미할 수 있다.

다른 일 예로, 선택 단계(410)에서 송신기는 구비된 센서를 이용하여 인터페이스 표면의 활성 영역(Active Area)에 물체가 존재하는지를 감지할 수도 있다.

일 예로, 센서는 홀 센서, 압력 센서, 정전 용량 센서, 전류 센서, 전압 센서, 빛 감지 센서 등을 포함할 수 있으며, 이들 중 적어도 하나의 센서를 통해 활성 영역에 배치된 물체를 감지할 수 있다.

선택 단계(410)에서 물체가 감지된 경우, 무선 전력 송신기는 구비된 LC 공진 회로-예를 들면, LC 공진 회로는 직렬로 연결된 코일(인덕터) 및 공진 캐패시터를 포함하여 구성될 수 있음-에 상응하는 품질 인자를 측정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 송신기는 선택단계(410)에서 물체가 감지되면, 충전 영역에 이물질과 함께 무선 전력 수신기가 배치되었는지를 판단하기 위하여 품질 인자(Quality Factor) 값을 측정할 수 있다.

여기서, 품질 인자 값은 핑 단계(420)로의 진입 이전에 측정될 수 있다. 또한, 품질 인자 값은 송신 코일을 통한 전력 전송이 일시 중단된 상태에서 측정될 수 있다.

품질 인자 값은 다양한 방법으로 측정될 수 있다.

일 예로, 품질 인자 값은 타임 도메인(Time Domain)에서 단위 시간 동안의 펄스 신호의 전압 감쇄율에 기반하여 측정될 수 있다.

다른 일 예로, 품질 인자 값은 주파수 도메인(Frequency Domain)에서 공진점에서의 에너지 집중률에 기반하여 측정될 수 있다.

또 다른 일 예로, 품질 인자 값은 공진 회로에서의 전압 증폭률에 기반하여 측정될 수도 있다.

일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 미리 정의된 기준 동작 주파수에 대한 품질 인자 값을 측정할 수 있다. 여기서, 기준 동작 주파수는 100KHz일 수 있다.

다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 무선 전력 전송에 사용 가능한 동작 주파수 대역 내에서 일정 주파수 단위로 품질 인자 값을 측정할 수도 있다.

이 경우, 무선 전력 송신기는 동작 주파수 대역 내 측정된 품질 인자 값들 중 최대값을 가지는 동작 주파수 값을 확인하고, 이를 메모리에 저장할 수 있다.

이하 설명의 편의를 위해 동작 주파수 대역 내 품질 인자 값이 최대인 주파수를 품질 인자 피크 주파수(Quality Factor Peak Frequency) 또는 설명의 편의를 위해 간단히 피크 주파수 또는 공진 주파수(Resonance Frequecy)라 명하기로 한다.

동작 주파수 대역에 상응하여 측정되는 품질 인자 값의 측정 패턴 및 품질 인자 피크 주파수는 무선 전력 송신기의 타입에 따라 상이할 수 있다.

특히, 동일 동작 주파수에 대해 수신기를 인증하기 위해 사용되는 송신기-이하 설명의 편의를 위해 '인증용 송신기'라 명함-와 LCR 미터를 이용하여 측정된 품질 인자 값은 상용 송신기에서 측정된 품질 인자 값과 상이할 수도 있다.

무선 전력 송신기는 핑 단계(420)에서 신호 세기 패킷이 수신되면, 식별 및 구성 단계(430)로 진입할 수 있다(S403).

무선 전력 송신기는 식별 및 구성 절차가 정상적으로 완료되면, 협상 단계로(440)로 진입할 수 있다(S405).

또한, 무선 전력 송신기는 식별 및 구성 절차가 정상적으로 완료되면, 수신기의 타입에 따라 전력 전송 단계(460)로 진입할 수도 있다(S406).

무선 전력 송신기는 협상 단계(440)로 진입하면 무선 전력 수신기로부터 기준 품질 인자 값이 포함된 이물질 검출 상태 패킷(Foreign Object Detection Status Packet)을 수신할 수 있다.

무선 전력 송신기는 수신된 기준 품질 인자 값에 기반하여 품질 인자 임계 값을 결정할 수 있다.

이후, 무선 전력 송신기는 측정된 품질 인자 값과 품질 인자 임계 값을 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다.

하지만, 기준 품질 인자 값에 기초하여 결정된 소정 품질 인자 임계 값과 측정된 품질 인자 값을 단순 비교하여 이물질의 존재 여부를 검출하는 이물질 검출 방법이 상용 송신기에 적용되는 경우 이물질 검출에 대한 정확도가 낮아질 수 있다.

여기서, 기준 품질 인자 값은 인증용 송신기의 충전 영역에 이물질 배치되지 않은 상태에서 측정된 기준 동작 주파수에서의 품질 인자 값을 의미한다.

협상 단계(440)에서 수신된 기준 품질 인자 값과 핑 단계(420) 이전에 측정된 기준 동작 주파수에 상응하는 품질 인자 값-이하, 설명의 편의를 위해 현재 품질 인자 값이라 명함-을 비교하여 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다.

하지만, 기준 품질 인자 값이 측정된 송신기-즉, 인증용 송신기-와 현재 품질 인자 값이 측정된 송신기는 서로 상이할 수 있다. 따라서, 이물질 존재 여부를 판단하기 위한 결정된 품질 인자 임계 값은 정확하지 않을 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시에 따른 송신기는 해당 송신기 타입에 대응하는 기준 품질 인자 값을 무선 전력 수신기로부터 수신하고, 수신된 기준 품질 인자 값에 기초하여 품질 인자 임계 값을 결정할 수도 있다

송신 코일은 주변 환경 변화에 따라 인덕턴스 및/또는 해당 송신 코일 내 직렬 저항 성분이 감소될 수 있고, 이로 인해 해당 송신 코일에서의 공진 주파수가 변경(시프트)될 수 있다. 즉, 동작 주파수 대역 내 최대 품질 인자 값이 측정되는 주파수인 품질 인자 피크 주파수가 이동될 수 있다.

일 예로, 무선 전력 수신기는 높은 투자율을 갖는 마그네틱 실드(차폐재)를 포함하기 때문에, 높은 투자율은 송신 코일에서 측정되는 인덕턴스 값을 증가시킬 수 있다. 반면에 금속 타입의 이물질은 인덕턴스 값을 감소시킬 수 있다.

일반적으로 LC 공진 회로의 경우, 공진 주파수(f_resonant)는

로 계산된다.

송신기의 충전 영역에 무선 전력 수신기만이 배치되면, L값이 증가되므로 공진주파수는 작아지게 된다. 즉, 공진 주파수는 주파수 축상에서 왼쪽으로 이동(쉬프트)하게 된다.

반면, 송신기의 충전 영역에 이물질이 배치되면, L값을 감소시키므로 공진주파수는 커지게 된다. 즉, 공진 주파수는 주파수 축상에서 오른쪽으로 이동(쉬프트)하게 된다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 송신기는 품질 인자 피크 주파수의 변화에 기반하여 충전 영역에 배치된 이물질의 존재 여부를 판단할 수도 있다.

송신기는 해당 송신기 타입에 대응하여 미리 설정된 품질 인자 피크 주파수-이하, 설명의 편의를 위해 '기준 품질 인자 피크 주파수(pf_reference)' 또는 '기준 피크 주파수' 또는 '기준 공진 주파수(Reference Resonance Frequency)'라 명함-에 관한 정보를 수신기로부터 획득하거나 미리 소정 기록 영역에 유지할 수 있다.

송신기는 충전 영역에 물체가 배치되었음을 감지하면, 핑 단계(420)로의 진입 이전에 동작 주파수 대역 내 품질 인자 값을 측정하고, 측정 결과에 기반하여 품질 인자 피크 주파수를 식별할 수 있다. 여기서, 식별된 품질 인자 피크 주파수를 기준 품질 인자 피크 주파수와 구분하기 위해 '측정 품질 인자 피크 주파수(pf_measured)' 또는 '측정 피크 주파수 또는 '측정 공진 주파수(Measured Resonance Frequency'라 명하기로 한다.

협상 단계(430)에서 송신기는 기준 품질 인자 피크 주파수와 측정 품질 인자 피크 주파수에 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수도 있다.

만약, 기준 품질 인자 피크 주파수에 관한 정보가 수신기로부터 수신되는 경우, 식별 및 구성 단계(430) 또는 협상 단계(440)에서 소정 패킷을 통해 수신될 수 있다.

일 예로, 송신기는 식별 및 구성 단계(430)는 자신의 송신기 타입에 관한 정보를 수신기에 전송할 수 있다.

수신기는 수신된 송신기 타입 정보에 대응하여 미리 저장된 기준 품질 인자 피크 주파수를 해당 메모리에서 독출하고, 독출된 기준 품질 인자 피크 주파수에 관한 정보를 송신기에 전송할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 송신기는 품질 인자 피크 주파수에 기반한 이물질 검출 방법과 품질 인자 값에 기반한 이물질 검출 방법을 모두 이용하여 이물질 존재 여부를 판단할 수도 있다.

일 예로, 송신기 타입에 대응되는 기준 품질 인자 값과 측정된 품질 인자 값의 비교 결과 큰 차이가 없는 경우-예를 들면, 두 값 사이의 차이가 10% 이하인 경우-, 송신기 타입에 대응되는 기준 품질 인자 피크 주파수와 측정된 품질 인자 피크 주파수를 비교하여 이물질 존재 여부를 판단할 수도 있다.

반면, 두 품질 인자 값의 차이가 10%를 초과하는 경우, 송신기는 즉시 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.

다른 실시 예로, 송신기 타입에 대응되는 기준 품질 인자 값에 기반하여 결정된 품질 인자 임계 값과 측정된 품질 인자 값의 비교 결과 이물질이 없다고 판단되는 경우, 송신기는 송신기 타입에 대응되는 기준 품질 인자 피크 주파수와 측정된 품질 인자 피크 주파수를 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수도 있다.

송신기는 품질 인자 값에 기반하여 이물질을 검출하는 것이 용이하기 않은 경우, 식별된 수신기에 해당 송신기 타입에 대응되는 기준 품질 인자 피크 주파수에 관한 정보를 요청할 수도 있다.

이 후, 송신기는 기준 품질 인자 피크 주파수에 관한 정보가 수신기로부터 수신되면, 기준 품질 인자 피크 주파수와 측정 품질 인자 피크 주파수를 이용하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다.

이를 통해, 송신기는 충전 영역에 배치된 이물질을 보다 정확하게 검출할 수 있다.

송신기는 물체를 감지하면, 핑 단계(420)에 진입하여 수신기를 활성화(Wake up)시키고, 감지된 물체가 무선 전력 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송할 수 있다.

핑 단계(420)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 패킷-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(410)로 천이할 수 있다.

또한, 핑 단계(420)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 패킷-을 수신하면, 선택 단계(410)로 천이할 수도 있다.

핑 단계(420)가 완료되면, 송신기는 수신기를 식별하고 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(430)로 천이할 수 있다.

송신기는 식별 및 구성 단계(430)에서 송신기 타입에 관한 정보를 수신기에 전송할 수도 있다.

수신기는 식별 및 구성 단계(430)에서 송신기 타입에 관한 정보를 송신기에 요구할 수도 있으며, 송신기는 수신기의 요구에 따라 송신기 타입에 관한 정보를 수신기에 전송할 수도 있다.

또한, 식별 및 구성 단계(430)에서 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 패킷 전송 오류가 있거나(transmission error), 파워 전송 계약이 설정되지 않으면(no power transfer contract) 선택 단계(410)로 천이할 수 있다.

송신기는 식별 및 구성 단계(430)에서 수신된 구성 패킷(Configuration packet)의 협상 필드(Negotiation Field) 값에 기반하여 협상 단계(440)로의 진입이 필요한지 여부를 확인할 수 있다.

확인 결과, 협상이 필요하면, 송신기는 협상 단계(440)로 진입하여 소정 FOD 검출 절차를 수행할 수 있다.

반면, 확인 결과, 협상이 필요하지 않은 경우, 송신기는 곧바로 전력 전송 단계(460)로 진입할 수도 있다.

일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 식별 및 구성 단계(430)에서 해당 무선 전력 수신기가 제1 전력 전송 모드만을 지원하는 수신기로 확인된 경우, 협상 단계(440)를 수행하지 않고, 곧바로 전력 전송 단계(460)로 진입할 수 있다.

무선 전력 송신기는 전력 전송 단계(460)로의 진입 후 주기적으로 소정 이물질 검출 절차를 수행할 수 있다.

여기서, 이물질 검출 절차는 품질 인자 값에 기반한 이물질 검출 절차일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 전력 손실(Power loss)에 기반한 이물질 검출 절차가 적용될 수 있다.

전력 손실에 기반한 이물질 검출 절차는 무선 전력 송신기의 전송 전력과 무선 전력 수신기의 수신 전력의 차이를 소정 기준치와 비교하여 이물질 존재 여부를 판단하는 방법으로서 자세한 절차는 후술할 도면들의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.

일 예로, 협상 단계(440)에서, 송신기는 기준 품질 인자 값이 포함된 이물질 검출 상태 패킷(FOD(Foreign Object Detection) Status Packet)을 수신할 수 있다. 또는, 송신기 타입에 대응되는 기준 피크 주파수 값이 포함된 FOD Status Packet을 수신할 수 있다.

다른 일 예로, 협상 단계(440)에서 송신기는 송신기 타입에 대응되는 기준 품질 인자 값 및 기준 피크 주파수 값이 포함된 상태 패킷을 수신할 수도 있다.

이때, 송신기는 송신기 타입에 대응되는 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질 검출을 위한 품질 인자 임계 값을 결정할 수 있다.

송신기는 송신기 타입에 대응되는 기준 품질 인자 피크 주파수 값에 기반하여 이물질 검출을 위한 품질 인자 피크 주파수 임계 값을 결정할 수도 있다.

송신기는 결정된 품질 인자 임계 값 및(또는) 결정된 품질 인자 피크 주파수 임계 값을 측정된 품질 인자 값-핑 단계(420) 이전에 측정된 품질 인자 값을 의미함- 및(또는) 측정 품질 인자 피크 주파수 값과 비교하여 충전 영역에 배치된 이물질을 검출할 수도 있다.

송신기는 이물질 검출 결과에 따라 전력 전송을 제어할 수 있다. 일 예로, 이물질이 검출된 경우, 송신기는 이물질 검출 상태 패킷에 대한 응답으로 네거티브 응답 패킷(Negative acknowledge packet)을 수신기로 전송할 수 있다. 이에 따라, 전력 전송이 중단될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

송신기는 결정된 품질 인자 피크 주파수 임계 값 및 측정 품질 인자 피크 주파수 값을 비교하여 충전 영역에 배치된 이물질을 검출할 수 있다. 송신기는 이물질 검출 결과에 따라 전력 전송을 제어할 수 있다.

일 예로, 이물질이 검출된 경우, 송신기는 이물질 검출 상태 패킷(FOD Status Packet)에 대한 응답으로 NACK 패킷(Negative acknowledge packet)을 수신기로 전송할 수 있다. 이에 따라, 전력 전송이 중단될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

이물질이 검출된 경우, 송신기는 수신기로부터 충전 종료 메시지(End of Charge Message)를 수신할 수 있으며, 그에 따라 선택 단계(410)로 진입할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 송신기는 협상 단계(440)에서 이물질이 검출된 경우, 전력 전송 단계(460)로 진입할 수도 있다(S415).

반면, 이물질이 검출되지 않은 경우, 송신기는 송신 전력에 대한 협상 단계(440)를 완료하고, 보정 단계(450)를 거쳐 전력 전송 단계(460)로 진입할 수도 있다(S407 및 S409).

상세하게, 이물질이 검출되지 않은 경우, 송신기는 보정 단계(450)에 진입하면 수신단에서 수신된 전력의 세기를 확정하고, 송신단에서 전송할 전력의 세기를 결정하기 위해 송신단과 수신단 사이의 전력 손실을 측정할 수 있다.

일 예로, 송신기는 전력 전송 중 수신단으로부터 피드백되는 수신 전력 세기 정보에 기반하여 수신기에의 수신 전력 세기를 확정할 수 있다. 즉, 송신기는 보정 단계(450)에서 송신단에서의 전송 전력과 수신단에서의 수신 전력 사이의 세기 차이에 기반하여 전력 손실을 예측(또는 산출)할 수 있다.

전력 전송 단계(460)에서, 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 기 설정된 파워 전송 계약에 대한 위반이 발생되거나(power transfer contract violation), 충전이 완료된 경우, 선택 단계(410)로 진입할 수 있다(S410).

또한, 전력 전송 단계(460)에서, 송신기는 송신기 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 재협상 단계(470)로 천이할 수 있다(S411). 이때, 재협상이 정상적으로 완료되면, 송신기는 전력 전송 단계(460)로 회귀할 수 있다(S413).

상기한 파워 전송 계약은 송신기와 수신기의 상태 및 특성 정보에 기반하여 설정될 수 있다.

일 예로, 송신기 상태 정보는 최대 전송 가능한 파워에 대한 정보, 최대 수용 가능한 수신기 개수에 대한 정보 등을 포함할 수 있으며, 수신기 상태 정보는 요구 전력에 대한 정보 등을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기에 의해 요구되는 보장 전력에 기반하여 제1 전력 전송 모드 중 제2 전력 전송 모드 중 어느 하나의 동작 모드로 동작할 수 있다.

무선 전력 송신기에 연결되는 무선 전력 수신기는 제1 전력 전송 모드만을 지원하는 수신기이거나 제1 전력 전송 모드 및 제2 전력 전송 모드를 모두 지원하는 수신기일 수 있다.

여기서, 제2 전력 전송 모드에 상응하여 설정 가능한 보장 전력은 제1 전력 전송 모드에서 설정 가능한 보장 전력보다 클 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템에서의 이물질 검출 절차를 설명하기 위한 흐름도이다.

상세하게 도 5는 제2 전력 전송 모드에서의 이물질 검출 절차를 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 무선 전력 송신기(510)는 선택 단계에서 물체가 감지되면, 핑 단계로의 진입 이전에 소정 기준 동작 주파수에서의 품질 인자 값을 측정할 수 있다(S501).

여기서, 기준 동작 주파수는 공진 주파수(resonance frequency)일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 무선 전력 송신기(510)는 측정된 품질 인자 값을 내부 메모리에 저장할 수 있다(S502).

무선 전력 송신기(510)는 핑 단계로 진입하여 상기한 도 3에서 설명된 감지 신호 전송 절차를 수행할 수 있다(S503).

무선 전력 송신기(510)는 무선 전력 수신기(520)가 감지되면, 식별 및 구성 단계로 진입하여 식별 패킷 및 구성 패킷을 수신할 수 있다(S504 및 S505).

무선 전력 송신기(510)는 협상 단계로 진입하여 이물질 검출 상태 패킷을 무선 전력 수신기(520)로부터 수신할 수 있다(S506). 여기서, 이물질 검출 상태 패킷은 기준 품질 인자 값을 포함할 수 있다.

무선 전력 수신기(510)는 이물질 검출 상태 패킷에 포함된 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질 존재 여부 판단을 위한 임계 값을 결정할 수 있다(S507).

일 예로, 임계 값은 기준 품질 인자 값보다 소정 비율만큼 작은 값으로 결정될 수 있다.

무선 전력 송신기(510)는 측정된 품질 인자 값과 결정된 임계 값을 비교하여 이물질을 검출할 수 있다(S508). 여기서, 측정된 품질 인자 값이 임계 값보다 작으면, 무선 전력 송신기(510)는 충전 영역에 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.

무선 전력 송신기(510)는 이물질 검출 결과에 따라 ACK 응답 또는 NACK 응답 또는 ND(Not defined) 응답을 무선 전력 수신기(520)에 전송할 수 있다(S509).

무선 전력 수신기(520)는 무선 전력 송신기(510)로부터 NACK 응답 또는 ND 응답이 수신되면, 무선 전력 송신기(510)에 의해 전력 전송이 완전히 중단될 때까지 자신의 출력 단자를 통해 전자 기기(또는 배터리/부하)에 일정 세기 이상의 전력이 공급되지 않도록 제어할 수 있다.

여기서, 일정 세기 이상의 전력은 5W가 기준일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 당업자의 설계 및 무선 전력 수신기(510)가 탑재된 전자 기기 및(또는 무선 전력 수신기(510)와 연결된 배터리/부하)에 따라 상이하게 정의될 수 있다.

도 6는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

도 6을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(600)는 제어기(610), 게이트 드라이버(Gate Driver, 620), 인버터(Invertor, 630), 전송 안테나(640), 전원(650), 전력공급기(Power Supply, 660), 센서(670) 및 복조기(680)을 포함하여 구성될 수 있다.

전력공급기(660)는 전원(650)로부터 인가되는 직류 전력 또는 교류 전력을 변환하여 인버터(630)에 제공할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해, 전력 공급기(660)로부터 인버터(630)에 공급되는 전압을 인버터 입력 전압 또는 브이 레일(V_rail)이라 명하기로 한다.

전력 공급기(660)는 전원(650)으로부터 인가되는 전력의 타입에 따라, 교류/직류 변환기(AC/DC Converter) 및 직류/직류 변환기(DC/DC Converter) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

일 예로, 전력 공급기(660)는 스위칭 모드 전력 공급기(Switching Mode Power Supply, SMPS)일 수 있으며, 스위칭 트랜지스터, 필터 및 정류기 등을 이용하여 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 스위치 제어 방식을 사용할 수 있다. 여기서, 정류기 및 필터가 독립적으로 구성되어 AC 전원과 SMPS 사이에 배치될 수도 있다.

SMPS는 반도체 스위치 소자의 온/오프(on/off) 시간 비율을 제어하여 출력이 안정화된 직류 전원을 해당 디바이스, 또는 회로 소자에 공급하는 전원 장치로서, 고효율, 소형 및 경량화가 가능하여　대부분의 전자기기 및 장비 등에 널리 사용되고 있다.

전원의 품질에 따라 전자 회로 동작의 안정성이나 정밀도가 좌우되는 경우가 많다. 일반적으로 배터리 및 상용 AC 전원으로부터 안정적 전원을 변환하여 공급하는 방식에는 크게 선형 제어(series regulator) 방식과 스위치 모드(switched mode) 방식이 있다.

TV 수상기나 CRT 모니터 등에 사용되는 선형 제어 방식은 주위 회로가 간단하고 가격이 저렴하지만, 열 발생이 많고 전원 효율이 낮으며 부피가 크다는 단점이 있다.

반면, 스위칭 모드 방식은 열 발생이 거의 없고 전력 효율이 높으며 부피가 작다는 장점이 있는 반면, 가격이 비싸고 회로가 복잡하며 고주파 스위칭에 의한 출력 노이즈와 전자파 간섭이 발생될 수 있는 단점이 있다.

다른 일 예로, 전력공급기(660)는 가변 SMPS(Variable Switching Mode Power Supply)가 사용될 수 있다. 가변 SMPS는 교류 전원(AC Power Supply)으로부터 출력되는 수십 Hz 대역의 AC 전압을 스위칭 및 정류하여 DC 전압을 생성한다.

가변 SMPS(Variable SMPS)는 일정한 레벨의 DC 전압을 출력하거나 송신 제어기(Tx Controller)의 소정 제어에 따라 DC 전압의 출력 레벨을 조정할 수도 있다.

가변 SMPS는 무선 전력 송신기의 전력 증폭기가 항상 효율이 높은 포화 영역에서 동작할 수 있도록, 전력 증폭기-즉, 인버터(530)-의 출력 전력 레벨에 따라 공급 전압을 제어하여, 모든 출력 레벨에서 최대 효율을 유지하게 할 수 있다.

가변 SMPS 대신에 일반적으로 사용되는 상용 SMPS를 사용하는 경우에는, 추가적으로 가변 DC/DC 변환기(Variable DC/DC)를 사용할 수 있다.

상용 SMPS와 가변 DC/DC 변환기는 전력 증폭기가 효율이 높은 포화 영역에서 동작할 수 있도록, 전력 증폭기의 출력 전력 레벨에 따라 공급 전압을 제어하여, 모든 출력 레벨에서 최대효율을 유지하게 할 수 있다. 일 실시 예에서, 전력 증폭기는 Class E 타입이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

인버터(630)는 게이트 드라이버(620)를 통해 수신되는 수 MHz ~ 수십 MHz 대역의 스위칭 펄스 신호-즉, 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulated) 신호-에 의하여 일정한 레벨의 DC 전압(V_rail)을 AC 전압으로 변환함으로써 무선으로 전송될 교류 전력을 생성할 수 있다.

이때, 게이트 드라이버(620)는 제어기(610)로부터 공급되는 레퍼런스 클락(Ref_CLK) 신호를 이용하여 인버터(630)에 포함된 복수의 스위치를 제어하기 위한 복수의 PWM 신호(SC_0 ~ SC_N)를 생성할 수 있다.

여기서, 인버터(630)가 하프 브릿지 회로를 포함하는 경우, N은 1이고, 인버터(630)가 풀 브릿지 회로를 포함하는 경우, N은 3일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 인버터(630)의 설계 형태에 따라 인버터 타입 별 상이한 개수의 PWM 신호가 공급될 수도 있다.

예를 들면, 도 6의 실시 예에서 인버터(630)가 4개의 스위치를 포함하는 풀 브릿지 회로를 포함하는 경우, 인버터(630)는 각각의 스위치를 제어하기 위한 4개의 PWM 신호(SC_0, SC_1, SC_2, SC_3)를 게이트 드라이버(620)로부터 수신할 수 있다.

반면, 도 6의 실시 예에서 인버터(630)가 2개의 스위치를 포함하는 하프 브릿지 회로를 포함하는 경우, 인버터(630)는 각각의 스위치를 제어하기 위한 2개의 PWM 신호(SC_0, SC_1)를 게이트 드라이버(620)로부터 수신할 수 있다.

전송 안테나(640)는 인버터(630)로부터 수신되는 교류 전력 신호를 무선으로 전송하기 위한 적어도 하나의 전력 전송 안테나(미도시)-예를 들면, LC 공진 회로- 및 임피던스 매칭을 위한 매칭 회로(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 전송 안테나(640)에 복수의 송신 코일이 구비되는 경우, 전송 안테나(640)는 복수의 송신 코일 중 무선 전력 전송에 사용될 송신 코일을 선택하기 위한 코일 선택 회로(미도시)가 더 포함될 수도 있다.

센서(670)는 인버터(630)로부터 입력되는 전력/전압/전류의 세기 또는(및) 전송 안테나(640)에 구비된 송신 코일에 흐르는 전력/전압/전류의 세기, 무선 전력 송신기의 내부 특정 위치-예를 들면, 송신 코일, 충전 베드, 제어 회로 기판 등을 포함할 수 있음-에서의 온도 및(또는) 온도 변화 등을 측정하기 위한 각종 센싱 회로를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 센서(670)에 의해 센싱된 정보는 제어기(610)로 전달될 수 있다.

또한, 센서(670)는 선택 단계(410, 510)에서 아날로그 핑이 전송되는 동안 송신 코일을 흐르는 전류의 세기를 측정하여 제어기(610)에 전달할 수 있다. 제어기(610)는 선택 단계에서 송신 코일에 흐르는 전력의 세기 정보와 소정 기준치를 비교하여 충전 영역에 배치된 물체의 존재 여부를 감지할 수 있다.

무선 전력 송신기(600)가 무선 전력 수신기와 인밴드 통신을 수행하는 경우, 무선 전력 송신기(600)는 전송 안테나(640)와 연결된 복조기(680)를 포함할 수 있다.

복조기(680)는 진폭 변조된 인밴드 신호를 복조하여 제어기(610)에 전달할 수 있다.

일 예로, 제어기(610)는 복조기(680)로부터 수신된 복조 신호에 기반하여 전송한 디지털 핑에 대응하는 신호 세기 지시자(Signal Strength Indicator)의 수신 여부를 확인할 수 있다.

제어기(610)는 선택 단계(410)에서 충전 영역에 배치된 물체를 감지하면, 핑 단계(420)로 진입하여 전송 안테나(640)를 통해 디지털 핑이 전송되도록 제어할 수 있다.

제어기(610)는 선택 단계(410)에서 충전 영역에 배치된 물체를 감지하면, 핑 단계로 진입하기 이전에 전력 전송을 일시 중단하고 품질 인자 값을 측정할 수 있다. 여기서, 측정된 품질인자 값은 무선 전력 송신기(600)에 구비된 소정 메모리(미도시)에 유지될 수 있다.

제어기(610)는 핑 단계에서 신호 세기 지시자의 수신이 확인되면, 디지털 핑 전송을 중단하고 식별 및 구성 단계(430)로 진입하여 식별 패킷 및 구성 패킷을 수신할 수 있다.

제어기(610)는 전력 전송 단계(460)로의 진입 후 전력 전송 종료 패킷이 수신되면, 전력 전송을 중단하고, 선택 단계(410)로 진입할 수 있다.

또한, 제어기(610)는 충전 영역에 이물질이 존재하는 경우, 전력 전송을 중단하고 선택 단계(410)로 진입할 수도 있다.

또한, 제어기(610)는 무선 전력 수신기로부터 수신되는 수신 신호 세기 패킷에 기반하여 무선 전력 전송 경로상의 전력 손실을 산출(또는 추정)할 수 있다.

제어기(610)는 산출(또는 추정)된 전력 손실에 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수도 있다.

또한, 제어기(610)는 센서(670)로부터 수신된 온도 센싱 정보 또는 무선 전력 수신기로부터 수신되는 온도 측정 정보에 기반하여 온도 변화를 측정할 수 있다. 제어기(610)는 측정된 온도 변화에 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수도 있다.

또한, 제어기(610)는 전력 손실에 기반한 이물질 존재 여부 판단 결과에 기반하여 온도 변화에 기반한 이물질 존재 여부 판단 절차를 수행할 수도 있다.

또한, 본 발명에 따른 제어기(610)는 협상 단계(440)에서 FOD 상태 패킷을 수신하면, 수신된 FOD 상태 패킷에 기반하여 이물질 검출을 위한 임계 값을 결정하고, 결정된 임계 값에 기반하여 이물질 존재 여부를 판단할 수도 있다.

제어기(610)는 전력 전송 단계(460)에서 복조기(680)을 통해 리핑 코드 또는 과열 코드가 포함된 전력 전송 종료 패킷이 수신되는 경우, 전력 전송을 중단하고, 선택 단계(410)로 진입하여 리핑 타이머를 구동시킬 수도 있다.

제어기(610)는 구동된 리핑 타이머가 만료될 때까지 아날로그 핑 전송 및 비프 신호 출력을 억제시킬 수 있다. 이후, 리핑 타이머가 만료되면, 제어기(610)는 핑 단계(420)로 진입하여 전송 안테나(640)를 통해 디지털 핑이 전송되도록 제어할 수 있다.

제어기(610)는 감지된 수신기에 대한 식별 및 구성이 완료된 후 리핑 코드 또는 과열 코드가 포함된 전력 전송 종료 패킷이 수신되면, 리핑 시간을 재설정한 후 선택 단계(410)로 회귀할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기(600)의 동작 모드는 제1 전력 전송 모드 및 제2 전력 전송 모드를 포함할 수 있다.

제어기(610)는 협상 단계(440)에서의 이물질이 존재 여부에 대한 판단 결과에 기초하여 제1 전력 전송 모드와 제2 전력 전송 모드 중 어느 하나의 동작 모드로 동작시킬 수 있다.

여기서, 제2 전력 전송 모드는 제1 전력 전송 모드보다 보장 전력(또는 최대 전송 전력)이 크게 설정될 수 있다.

일 예로, 제1 전력 전송 모드에서의 보장 전력은 5W이고, 제2 전력 전송 모드에서의 보장 전력은 15W일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 당업자의 설계에 따라 각각의 동작 모드에 대응하는 보장 전력은 상이하게 설정될 수도 있음을 주의해야 한다.

협상 단계(440)에서의 이물질 존재 여부에 대한 판단 결과 이물질이 존재하면, 제어기(610)는 보장 전력의 레벨을 제2 전력 전송 모드에 상응하는 제2 레벨로부터 제1 전력 전송 모드에 상응하는 제1 레벨로 변경시킬 수 있다.

즉, 제어기(610)는 협상 단계(440)에서 이물질이 존재하는 것으로 판단하면, 보장 전력을 하향 조절할 수 있다. 이를 통해, 고전력 전송 시 이물질에 의한 과열로 기기가 손상되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

제어기(610)는 제1 전력 전송 모드에 진입하면, 상기한 도 4의 보정 단계(450)가 수행되지 않도록 제어할 수 있다.

만약, 충전 영역에 이물질이 존재함에도 불구하고 제1 전력 전송 모드에서 보정 단계(450)가 수행되는 경우, 상기 전력 손실에 기반한 이물질 검출 방법은 정확도가 떨어지는 문제점이 있다.

일반적으로 보정 단계(450)는 이물질이 존재하지 않는다는 가정하게 수행되는 절차이다. 따라서, 충전 영역에 이물질이 존재함에도 불구하고 보정 단계(450)가 수행되면, 전력 손실에 기반한 이물질 검출 방법은 그 정확도가 떨어져 신뢰할 수 없는 문제점이 있다.

만약, 제1 전력 전송 모드로의 진입 후 상기 전력 손실에 기반한 이물질 검출 방법 및(또는) 상기 온도 변화에 기반한 이물질 검출 방법을 통해 이물질이 검출되지 않은 경우, 제어기(610)는 상기한 도 4의 재협상 단계(470)로 진입할 수 있다.

제어기(610)는 무선 전력 수신기와의 재협상 결과에 따라 전력 전송 계약이 확정되면, 확정된 전력 전송 계약에 따라 동작 모드를 변경할 수도 있다.

일 예로, 전력 전송 계약은 보장 전력을 포함할 수 있으며, 제어기(610)는 무선 전력 수신기와의 재협상 절차를 통해 보장 전력을 변경 설정할 수 있다.

만약, 재협상 결과 무선 전력 수신기에 의해 요구되는 보장 전력이 제1 전력 전송 모드에 상응하는 제1 보장 전력에서 제2 전력 전송 모드에 상응하는 제2 보장 전력으로 변경된 경우, 제어기(610)는 동작 모드를 제1 전력 전송 모드에서 제2 전력 전송 모드로 전환시킬 수도 있다.

이상의 실시 예에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 전력 송신기(600)는 실제 이물질이 존재하지 않음에도 불구하고, 이물질이 존재하는 것으로 판별한 경우에도 지속적으로 충전을 진행할 수 있는 장점이 있다.

상세하게, 무선 전력 송신기(600)는 초기 제2 전력 전송 모드로 동작 중 실제 이물질이 존재하지 않음에도 불구하고, 이물질이 존재하는 것으로 판단한 경우, 즉시 충전을 중단하지 하지 않고, 전력 전송 모드를 제2 전력 전송 모드에서 제1 전력 전송 모드로 전환시켜 충전을 유지시킬 수 있다.

일 예로, 무선 전력 송신기(600)는 충전 영역에 이물질 없이 무선 전력 수신기가 배치된 상태인 경우에도, 송신 코일과 수신 코일 사이의 정렬 상태에 따라 충전 영역에 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수도 있다.

본 발명에 따른 무선 전력 송신기(600)는 제1 전력 전송 모드로의 전환 이후에도 추가적인 이물질 검출 절차를 수행함으로써, 보다 정확하게 이물질을 검출할 수 있는 장점이 있다.

여기서, 추가적인 이물질 검출 절차는 전력 손실에 기반한 이물질 검출 절차 및 온도 변화에 기반한 이물질 검출 절차 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 도 6의 전송 안테나 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 전송 안테나(640)는 코일 선택 회로(710), 코일 어셈블리(720) 및 공진 캐패시터(730)를 포함하여 구성될 수 있다.

코일 어셈블리(720)는 적어도 하나의 송신 코일-즉, 제1 내지 제N 코일-을 포함하여 구성될 수 있다.

코일 선택 회로(710)는 코일 어셈블리(720)에 포함된 송신 코일 중 어느 하나 또는 적어도 어느 하나에 인버터(630) 출력 전류(I_coil)가 전달되도록 구성된 스위칭 회로를 포함하여 구성될 수 있다.

일 예로, 코일 선택 회로(710)는 그것의 일단이 인버터 출력단에 연결되고 타단이 그것에 대응되는 코일에 연결된 제1 내지 제N 스위치를 포함하여 구성될 수 있다.

코일 어셈블리(720)에 포함된 제1 내지 제N 코일은 그것의 일단이 코일 선택 회로(710)의 대응되는 스위치에 연결되고, 그것의 타단이 공진 캐패시터(730)와 연결될 수 있다.

복조기(680)는 코일 어셈블리(720)와 공진 캐피시터(730) 사이의 신호-여기서, 신호는 진폭 변조된 신호임-를 복조하여 제어기(610)에 전달할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따라 상기 도 6에 따른 무선 전력 송신 장치와 연동되는 무선 전력 수신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

도 8을 참조하면, 무선 전력 수신기(800)는 수신 안테나(810), 정류기(820), 직류/직류 변환기(DC/DC Converter, 830), 스위치(840), 부하(850), 센싱부(860), 변조부(870), 주제어부(870)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기한 도 8의 예에 도시된 무선 전력 수신기(800)는 인밴드 통신을 통해 무선 전력 송신기와 정보를 교환할 수 있다.

수신 안테나(810)는 인덕터와 적어도 하나의 캐패시터를 포함하여 구성될 수 있다.

무선 전력 송신기(600)에 의해 전송된 AC 전력은 수신 안테나(810)을 통해 정류기(820)에 전달할 수 있다. 정류기(820)는 수신 안테나(810)를 통해 전달 받은 AC 전력을 DC 전력으로 변환하여 직류/직류 변환기(830)에 전송할 수 있다.

직류/직류 변환기(830)는 정류기(820)의 출력 DC 전력의 세기를 부하(850)에 의해 요구되는 특정 세기로 DC 전력으로 변환할 수 있다.

센싱부(840)는 정류기(820)의 출력 DC 전력 세기를 측정하고, 측정 결과를 주제어부(880)에 제공할 수 있다.

주제어부(880)는 정류기(820)의 출력 DC 전력에 기반하여 전력 제어를 수행할 수 있다.

또한, 센싱부(840)는 무선 전력 수신에 따라 수신 안테나(810)에 인가되는 전류의 세기를 측정하고, 측정 결과를 주제어부(880)에 전송할 수도 있다.

또한, 센싱부(840)는 무선 전력 수신기(800) 또는 무선 전력 수신기(800)가 장착된 전자 기기의 내부 온도를 측정하고, 측정된 온도 값을 주제어부(880)에 제공할 수도 있다.

일 예로, 주제어부(880)는 측정된 정류기 출력 DC 전력의 세기를 소정 기준치와 비교하여 과전압 발생 여부를 판단할 수 있다. 판단 결과, 과전압이 발생된 경우, 주제어부(880)는 과전압이 발생되었음을 알리는 소정 패킷을 변조부(870)를 통해 무선 전력 송신기(600)에 전송할 수 있다.

변조부(870)는 주제어부(880)로부터 패킷이 수신되면, 수신 안테나(810)를 통해 수신된 AC 전력 및 구비된 스위치를 이용하여 수신된 패킷에 상응하는 진폭 변조 신호를 생성할 수 있다. 이때, 무선 전력 송신기(600)는 무선 전력 수신기(800)에 의해 진폭 변조된 신호를 구비된 복조기(680)을 통해 복조할 수 있다.

일 예로, 변조부(870)는 핑 단계에서 주제어부(880)로부터 신호 세기 패킷이 수신되면, 수신 안테나(1010)를 통해 수신된 디지털 핑을 수신된 신호 세기 패킷에 상응하게 진폭 변조할 수 있다.

일 실시 예에 따른 변조부(870)는 수신 안테나(810)를 통해 수신된 교류 전력 신호를 진폭 변조하기 위한 변조 스위치가 구비될 수 있다. 이 경우, 주제어부(880)는 전송 대상 패킷에 대응하는 펄스 폭 변조 신호를 변조부(870)에 전송하여 변조 스위치를 직접 제어할 수도 있다.

또한, 주제어부(880)는 정류기 출력 DC 전력의 세기가 소정 기준치 이상인 경우, 감지 신호-예를 들면, 디지털 핑-가 수신된 것으로 판단할 수 있으며, 감지 신호 수신 시, 해당 감지 신호에 대응되는 신호 세기 패킷이 변조부(870)를 통해 무선 전력 송신기에 전송될 수 있도록 제어할 수 있다.

일 예로, 주제어부(880)는 내부 온도가 소정 기준치를 초과하면, 스위치(840)를 제어-예를 들면, 스위치 OFF-하여 직류/직류 변환기(830)의 출력 DC 전력이 부하(850)에 전달되지 않도록 제어할 수도 있다. 이때, 주제어부(880)는 과열 코드가 포함된 전력 전송 중단 패킷을 변조부(1070)를 통해 무선 전력 송신기(600)에 전송할 수 있다.

다른 일 예로, 주제어부(880)는 무선 전력 수신기(800)가 장착된 전자 기기의 내부 전력을 제어하는 전력 관리 소자-예를 들면, PMIC(Power Management IC)와 연동될 수 있다.

이 경우, 직류/직류 변환기(1030)의 출력 DC 전력은 스위치(840)를 통해 전력 관리 소자로 전달될 수 있으며, 전력 관리 소자는 배터리 충전 및 전자 기기 내부 부품으로의 전력 공급을 제어할 수 있다.

전력 관리 소자는 배터리 충전 상태 정보를 주제어부(880)에 제공할 수 있다. 주제어부(880)는 배터리 충전 상태 정보 및 내부 온도 정보에 기반하여 충전의 진행 여부를 판단할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신기(800)는 협상 단계(440)에 진입하면, 이물질 검출 상태 패킷을 생성하여 무선 전력 송신기(600)에 전송할 수 있다.

여기서, 이물질 검출 상태 패킷은 기준 품질 인자 값을 포함할 수 있다.

무선 전력 송신기(600)는 이물질 검출 상태 패킷에 포함된 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질 존재 여부를 판단하기 위한 소정 임계 값을 결정할 수 있다.

이상의 도 8의 실시 예에 따른 무선 전력 수신기(800)는 무선 전력 송신기(600)가 전송한 패킷을 복조하기 위한 복조부(미도시)를 더 포함하여 구성될 수도 있다.

이를 통해, 무선 전력 송신기(600)와 무선 전력 수신기(800)는 양방향 통신을 수행할 수도 있다. 일 실시 예로, 양방향 통신은 무선 전력 송신기에서의 패킷 전송 가능 시간과 무선 전력 수신기에서의 패킷 전송 가능 시간이 구분된 시분할 통신일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.

도 9는 종래 기술에 따른 무선 전력 송신기에서의 이물질 검출 여부에 따른 전력 전송 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.

무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기로부터 협상 요구 패킷을 수신하면, 승인 패킷(Grant Packet)을 전송하여 협상 단계(440)로 진입할 수 있다.

도 9를 참조하면, 협상 단계(440)에서 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기로부터 이물질 검출 상태 패킷(FOD(Foreign Object Detection) Status Packet)을 수신할 수 있다(S901).

일 예로, 무선 전력 송신기는 기준 품질 인자 값(Reference Quality Factor Value)이 포함된 이물질 검출 상태 패킷을 수신할 수 있다.

무선 전력 송신기는 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다(S902). 여기서, 무선 전력 송신기는 선택 단계(410)에서의 물체 감지 후 핑 단계(420)로의 진입 이전에 측정된 품질 인자 값과 협상 단계(440)에서 수신된 기준 품질 인자 값에 기반하여 결정한 품질 인자 임계 값을 비교하여 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다.

판단 결과, 이물질이 존재하지 않으면, 무선 전력 송신기는 해당 무선 전력 수신기로 ACK 신호를 전송할 수 있다(S903).

이 후, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기에 의해 요구되는 보장 전력에 관한 정보가 포함된 보장 전력 패킷을 수신할 수 있다(S904).

무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기로부터 협상 종료 패킷을 수신할 수 있다(S905).

무선 전력 송신기는 협상 종료 패킷이 수신되면, 협상 단계(440)에서 보정 단계(450) 단계로 진입할 수 있다.

무선 전력 송신기는 보정 단계(450)로 진입하여 소정 보정 절차를 수행할 수 있다(S906).

무선 전력 송신기는 보정 절차를 통해 전력 전송 계약이 완료되면, 전력 전송 단계(460)로 진입하여 충전을 개시할 수 있다(S907).

만약, 상기한 902 단계의 판단 결과, 이물질이 존재하면, 무선 전력 송신기는 이물질 검출 상태 패킷에 대한 응답으로 NACK 신호를 전송할 수 있다(S908).

무선 전력 수신기는 이물질 검출 상태 패킷에 대한 응답으로 NACK 신호가 수신되면, 무선 전력 송신기로부터 수신되는 전력 신호가 완전히 제거될 때까지, 자신의 출력단에서의 전력이 소정 기준치-예를 들면, 5W일 수 있으나, 이에 한정되지는 않음-를 초과하지 않도록 제어할 수 있다.

무선 전력 송신기는 NACK 신호 전송 후 미리 정의된 시간 이내-예를 들면, 5초일 수 있음-에 전력 전송을 중단시킬 수 있다(S909).

전력 전송이 중단되면, 무선 전력 송신기는 선택 단계(410)로 진입할 수 있다(S910).

충전 영역에 이물질이 배치된 상태에서 제2 전력 전송 모드로 전력을 전송하는 것은 기기의 발열 위험성을 높일 수 있다.

따라서, 종래의 무선 전력 송신기는 이물질이 존재하는 것으로 판단하면, 전력 전송 단계(460)로의 진입을 차단하고 미리 정의된 시간 이내에 전력 전송을 중단한 후 선택 단계(410)로 진입하였다.

하지만, 무선 전력 송신기는 구비된 LCR Meter의 측정 오차, 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 기구 설계 및 각각에 장착되는 코일의 디자인 차이로 인한 품질 인자 상호 보정 오차(Quality Factor Cross Calibration Error), 송신 코일과 수신 코일 사이의 이격 거리-즉, Z distance- 및 충전 영역에 배치되는 무선 전력 수신기의 위치-즉, XY displacement- 등에 의해 실제 이물질이 존재하지 않으나 이물질이 존재하는 것으로 오판할 수 있다.

만약, 실제 이물질이 없음에도 불구하고, 무조건 전력 전송을 중단한 후 선택 단계로 회귀하는 것은 심각한 사용자의 불편을 초래할 수 있다.

특히, 스마트폰 등에 적용되는 무선 전력 수신기는 해당 제품의 두께를 줄이기 위해 투자율이 높은 차폐제를 적용하고, 수신 코일의 두께가 최대한 작아지도록 설계될 수 있다.

이 경우, 저항 R은 매우 커지고, 품질 인자 Q는 매우 작아질 수 있다. 또한, 해당 제품에 금속 재질의 하우징이 적용되는 경우 품질 인자 Q는 더욱 낮아지게 될 수 있다.

이는 무선 전력 송신기에서의 이물질 존재 여부 판단에 대한 오류 확률을 증가시킬 수 있다.

예를 들면, 이물질 존재 판단에 대한 오류가 발생하는 경우는 스마트폰이 충전 영역에 배치되었음에도 불구하고, 품질 인자 Q가 낮게 측정되어 이물질로 판단하는 상황, 이물질뿐만 아니라 스마트폰도 함께 충전 영역에 배치된 상황 등을 포함할 수 있다.

따라서, 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 과열로 인한 기기 손상을 방지하면서, 사용자 불편을 최소화시킬 수 있는 무선 전력 송신기에서의 전력 전송 제어 방법이 요구되고 있다.

도 10a 내지 10d는 본 발명의 일 실시예에 따른, 패킷 포맷을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 인밴드 통신을 통해 패킷을 교환할 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 대역외 통신을 통해 해당 패킷을 교환할 수도 있다.

도 10a를 참조하면, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20) 사이의 정보 교환에 사용되는 패킷 포맷(1000)은 해당 패킷의 복조를 위한 동기 획득 및 해당 패킷의 정확한 시작 비트를 식별하기 위한 프리엠블(Preamble, 1010) 필드, 해당 패킷에 포함된 메시지의 종류를 식별하기 위한 헤더(Header, 1020) 필드, 해당 패킷의 내용(또는 페이로드(Payload))를 전송하기 위한 메시지(Message, 1030) 필드 및 해당 패킷에 오류가 발생되었는지 여부를 확인하기 위한 체크썸(Checksum, 1040) 필드를 포함하여 구성될 수 있다.

패킷 수신단은 헤더(1020) 값에 기반하여 해당 패킷에 포함된 메시지(1030)의 크기를 식별할 수도 있다.

또한, 상기한 도 4에 도시된 단계 별 전송 가능한 패킷의 종류는 헤더(1020) 값에 의해 정의될 수 있으며, 일부 헤더(1020) 값은 무선 전력 전송 절차의 서로 다른 단계에서 공용될 수 있도록 정의될 수 있다. 일 예로, 핑 단계(420) 및 전력 전송 단계(460)에서 무선 전력 송신기의 전력 전송을 중단시키기 위한 전력 전송 종료(End Power Transfer) 패킷이 동일한 헤더(1020)로 정의될 수 있다.

메시지(1030)는 해당 패킷의 송신단에서 전송하고자 하는 데이터를 포함한다.

일 예로, 메시지(1030) 필드에 포함되는 데이터는 상대방에 대한 보고 사항(report), 요청 사항(request) 또는 응답 사항(response)일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 패킷 포맷(1000)은 해당 패킷을 전송한 송신단을 식별하기 위한 송신단 식별 정보, 해당 패킷을 수신할 수신단을 식별하기 위한 수신단 식별 정보 중 적어도 하나를 더 포함할 수도 있다.

여기서, 송신단 식별 정보 및 수신단 식별 정보는 IP 주소 정보, MAC(Medium Access Control) 주소 정보, 제품 식별 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 충전 시스템상에서 수신단 및 송신단을 구분할 수 있는 정보이면 족하다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 패킷 포맷(1000)은 해당 패킷이 복수의 장치에 의해 수신되어야 하는 경우, 해당 수신 그룹을 식별하기 위한 소정 그룹 식별 정보를 더 포함할 수도 있다.

헤더(1020)가 이물질 검출 상태 패킷에 대응하는 값인 경우, 본 발명의 일 실시 예에 따른 메시지(1030) 필드는 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이,

2바이트의 길이를 가질 수 있으며, 6비트 길이의 예약(Reserved, 1031) 필드, 2비트 길이의 모드(Mode, 1032) 필드 및 1바이트 길이의 기준 이물질 검출 값(Reference FOD Value, 1033) 필드를 포함하여 구성될 수 있다.

이하 설명의 편의를 위해 기준 이물질 검출 값(1033)은 “기준값”과 혼용하여 사용하기로 한다.

일 예로, 도 10a를 참조하면, 이물질 검출 상태 패킷의 메시지(1030) 필드는 도면 번호 1050에 보여지는 바와 같이, 모드(1032) 필드가 이진수 '00'으로 설정되면, 기준 이물질 검출 값(1033) 필드에 기준 공진 품질 인자(Reference Resonance Quaility Factor Value)가 기록되고, 모드(1033) 필드가 이진수 '01'로 설정되면, 기준 이물질 검출 값(1033) 필드에 기준 공진 주파수(Reference Resonance Frequency)가 기록될 수 있다.

여기서, 기준 공진 품질 인자(Reference Resonance Quaility Factor Value)와 기준 공진 주파수(Reference Resonance Frequency)는 양의 정수 값이고, 기준 공진 품질 인자는 기준 공진 주파수에 상응하여 측정된 품질 인자로 정의될 수 있다.

다른 일 예로, 도 10b를 참조하면, 이물질 검출 상태 패킷의 메시지(1030) 필드는 도면 번호 1060에 보여지는 바와 같이, 모드(1032) 필드가 이진수 '00'으로 설정되면, 기준 이물질 검출 값(1033) 필드에 기준 품질 인자(Reference Resonance Quaility Factor Value)가 기록되고, 모드(1033) 필드가 이진수 '01'로 설정되면, 기준 이물질 검출 값(1033) 필드에 기준 공진 주파수(Reference Resonance Frequency)가 기록될 수 있다.

여기서, 기준 품질 인자(Reference Resonance Quaility Factor Value)와 기준 공진 주파수(Reference Resonance Frequency)는 양의 정수 값일 수 있다.

일 예로, 기준 이물질 검출 값(1033) 필드가 기준 공진 주파수이면, 실제 주파수 값은 기준 이물질 검출 값(1033) 필드의 값을 2로 나눈 값과 36을 더하여 계산될 수 있다. 따라서, 기준 이물질 검출 값(1033) 필드에 기록되는 기준 공진 주파수는 0.5kHz 단위이고, 36 ~163.5kHz의 범위를 가지를 수 있다.

여기서, 기준 품질 인자는 해당 무선 전력 수신기가 전원이 OFF된 상태로 인증용 무선 전력 송신기의 충전 영역에 배치된 상태에서 미리 정의된 기준 동작 주파수-예를 들면, 100kHz일 수 있으나 이에 한정되지는 않음-에 상응하여 측정된 품질 인자 값으로 정의될 수 있다. 상세하게, 기준 품질 인자는 충전 영역의 중앙에 수신기가 배치되었을 때 측정된 품질 인자 및 중앙으로부터 X축 및 Y축을 따라 각각 +/- 5mm 이동 후 측정된 품질 인자 중 가장 작은 값이 해당 수신기에 대응되는 기준 품질 인자로 결정될 수 있다.

또한, 기준 공진 주파수는 해당 무선 전력 수신기가 전원이 OFF된 상태로 인증용 무선 전력 송신기의 충전 영역에 배치된 상태에서의 송신 코일의 공진 주파수로 정의될 수 있다.

이때, 인증용 무선 전력 송신기의 충전 영역에 이물질이 배치되지 않은 상태에서 기준 공진 주파수가 측정된다. 여기서, 송신기(또는 송신코일)은 기준 송신 코일을 의미할 수 있다.

예를 들어, 기준 송신 코일은 기준 값을 정하기 위한 인증용 코일 디자인을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신기는 그것의 버전에 따라 협상 단계 동안 두 개의 서로 다른 기준 이물질 검출 값을 가지는 이물질 검출 상태 패킷을 일정 시간 간격을 두고 순차적으로 전송할 수 있다.

일 예로, 두 개의 서로 다른 기준 이물질 검출 값은 상기 도 10a에 도시된 바와 같이, 기준 공진 품질 인자 및 기준 공진 주파수일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 다른 실시 예에 따른 두 개의 서로 다른 기준 이물질 검출 값은 상기 도 10b에 도시된 바와 같이, 기준 품질 인자 및 기준 공진 주파수일 수도 있다.

일 실시 예에 따른, 무선 전력 수신기는 모드(1032) 필드를 이진수 '00'으로 설정하여 기준 공진 품질 인자 또는 기준 품질 인자를 먼저 무선 전력 송신기에 전송하고, 이후 모드(1032) 필드를 이진수 '01'으로 설정하여 기준 공진 주파수 값을 무선 전력 송신기에 전송할 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 다른 실시 예는 기준 공진 주파수가 먼저 전송된 후 기준 공진 품질 인자 또는 기준 품질 인자가 전송될 수도 있다.

무선 전력 송신기는 수신된 이물질 검출 상태 패킷에 포함된 기준 이물질 검출 값에 기반하여 산출한 대역폭과 해당 송신기에서 측정한 품질 인자 및 공진 주파수를 이용하여 산출한 대역폭을 이용하여 이물질을 검출할 수 있다.

무선 전력 송신기는 이물질 검출 결과에 따라 ACK 응답 또는 NACK 응답을 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다.

또한, 무선 전력 송신기는 수신된 이물질 검출 상태 패킷에 포함된 필드 값들의 정상 여부를 확인하고, 확인 결과 수신된 패킷이 정상이 아닌 경우, ND 응답을 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다. 즉, 무선 전력 송신기는 수신된 패킷에 대해 정의된 적절한 응답이 없는 경우, ND 응답을 무선 전력 수신기에 전송하고, 상기 수신된 패킷의 내용을 무시할 수 있다.

수신된 패킷이 정상이 아닌 경우의 예시로써, 예약(Reserved, 1601) 필드의 값이 '000000'이 아니거나, 모드(Mode, 1612) 필드의 값이 '00' 또는 '01'이 아닌 경우가 있을 수 있다.

본 실시예에 따른 이물질 검출 절차는 전력 전송 단계로의 진입 이전에 완료될 수 있다.

무선 전력 수신기는 복수의 이물질 검출 상태 패킷에 대한 응답으로 적어도 하나의 NACK 응답이 수신되면, 무선 전력 송신기의 전력 신호 전송이 중단될 때까지 소정 기준치 이상의 전력이 무선 전력 수신기의 출력단에 제공되지 않도록 제어할 수 있다.

예를 들어, 소정 기준치 이상의 전력은 5와트(Watt) 이상의 전력일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 일 예로, 무선 전력 수신기는 NACK 응답이 수신되면, 전력 신호가 제거될 때까지 무선 전력 송신기로 5와트 이상의 전력 전송을 요청하지 않을 수 있다.

또한, 무선 전력 수신기는 복수의 이물질 검출 상태 패킷에 대한 응답으로 모두 ND 응답이 수신되면, 무선 전력 송신기의 전력 신호 전송이 중단될 때까지 소정 기준치 이상의 전력이 무선 전력 수신기의 출력단에 제공되지 않도록 제어할 수 있다.

무선 전력 송신기는 협상 단계 진입 후 정상적인 이물질 검출 상태 패킷이 소정 시간 이내에 정상적으로 수신되지 않는 경우, 전력 신호 전송을 중단한 후 선택 단계로 진입할 수 있다. 이때, 무선 전력 수신기도 협상단계에서 전력 신호가 더 이상 감지되지 않으면, 해당 무선 전력 송신기와의 연결을 해제하고 선택 단계로 진입할 수 있다.

또 다른 일 예로, 무선 전력 수신기는 이물질 검출 상태 패킷을 통해 기준 공진 주파수 대역폭에 관한 정보를 무선 전력 송신기로 전송할 수도 있다.

도 10c의 도면 번호 1070에 도시된 바와 같이, 모드(1032) 값이 이진수 '00'일때, 기준 이물질 검출 값(1033) 필드에는 기준 공진 주파수 대역폭이 기록될 수 있다.

상기한 도 10a 내지 도 10c에서 설명된 이물질 검출 상태 패킷의 모드(1032) 값에 매핑되는 기준 이물질 검출 값(1033)은 하나의 실시 예일뿐 설계에 따라 다른 모드(1032) 값에 매핑되는 기준 이물질 검출 값(1033)은 상이할 수도 있다.

또 다른 일 예로, 무선 전력 수신기는 이물질 검출 상태 패킷을 통해 기준 공진 품질 인자, 기준 공진 주파수 및 기준 공진 주파수 대역폭에 관한 정보를 무선 전력 송신기로 전송할 수도 있다.

도 10d의 도면 번호 1080에 도시된 바와 같이, 모드(1032) 값이 이진수 '00'일때, 기준 이물질 검출 값(1033) 필드에는 기준 품질 인자가 기록되고, 모드(1032) 값이 이진수 '01'일때, 기준 이물질 검출 값(1033) 필드에는 기준 공진 주파수가 기록되고, 모드(1032) 값이 이진수 '10'일때, 이물질 검출 값(1033) 필드에는 기준 공진 주파수 대역폭이 기록될 수 있다.

상기한 도 10a 내지 도 10d에서 설명된 이물질 검출 상태 패킷의 모드(1032) 값에 매핑되는 기준 이물질 검출 값(1033)은 하나의 실시 예일뿐 설계에 따라 다른 모드(1032) 값에 매핑되는 기준 이물질 검출 값(1033)은 상이할 수도 있다.

또한, 상기한 도 10a 내지 도 10d에서 설명된 이물질 검출 상태 패킷은 하나의 기준 이물질 검출 값(1033) 필드를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 다른 실시 예에 따른 이물질 검출 상태 패킷은 복수의 상이한 기준 이물질 검출 값이 하나의 패킷을 통해 전송되도록 정의될 수도 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에서의 전력 전송 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기로부터 협상 요구 패킷을 수신하면, 승인 패킷(Grant Packet)을 전송하여 협상 단계(440)로 진입할 수 있다.

도 11을 참조하면, 협상 단계(440)에서 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기로부터 이물질 검출 상태 패킷(FOD(Foreign Object Detection) Status Packet)을 수신할 수 있다(S1110).

일 예로, 무선 전력 송신기는 상기의 도 10a에 도시된 바와 같이, 메시지 필드(1030)에 기준 공진 품질 인자 값(Reference Resonance Quality Factor Value,1031) 및 기준 공진 주파수(Reference Resonance Frequency, 1032)이 포함된 이물질 검출 상태 패킷을 수신할 수 있다.

다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 상기의 도 10b에 도시된 바와 같이, 메시지 필드(1030)에 기준 품질 인자 값(Reference Resonance Quality Factor Value,1033) 및 기준 공진 주파수(Reference Resonance Frequency, 1034)이 포함된 이물질 검출 상태 패킷을 수신할 수도 있다.

협상 단계(440)에서의 이물질 검출 절차는 무선 전력 수신기로부터 수신한 기준값(또는 기준값에 기반하여 산출한 값)과 무선 전력 송신기 내부에서 측정한 측정값(또는 측정값에 기반하여 산출한 값)을 비교하는 절차이며, 기준값과 측정값은 다양한 종류의 파라미터일 수 있다.

예를 들어, 기준값과 측정값(또는 기준값 및 측정값에 기반하여 산출한 값)은 품질 인자, 공진 주파수, 공진 주파수 대역폭, 저항, 인덕턴스 등이 포함될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.

무선 전력 송신기는 기 저장된 측정 피크 주파수(PF_measured)-예를 들면, 측정 공진 주파수-와 측정 품질 인자 값(Q_measured)-예를 들면, 측정 공진 품질 인자 값-을 이용하여 측정 등가 직렬 저항(Measured ESR(Equivalent Series Resistance), ESR_measured)을 계산할 수 있다.

여기서, ESR은 RLC 직렬 회로에서 캐패시터 등에 기생하는 직렬 저항 성분이다. 전기 회로에 사용되는 실제 커패시터 및 인덕터는 커패시턴스 또는 인덕턴스만 있는 이상적인 부품이 아니다. 그러나 저항과 직렬로 연결되면 매우 근사적으로 이상적인 캐패시터 및 인덕터로 간주될 수 있다. 이 저항은 등가 직렬 저항(ESR)로 정의된다.

무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기로부터 수신한 기준 피크 주파수(PF_reference)-즉, 후술할 기준 공진 주파수-와 기준 피크 주파수에 대응하는 품질 인자 값-즉, 후술할 기준 공진 품질 인자 값-을 이용하여 기준 등가 직렬 저항(Reference ESR, ESR_reference)을 계산할 수 있다.

무선 전력 송신기는 ESR_measured와 ESR_reference을 이용하여 이물질을 검출할 수도 있다. 일 예로, 무선 전력 송신기는 ESR_reference와 ESR_measured의 비율을 소정 임계 값과 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수도 있다.

무선 전력 송신기는 이물질 검출 결과에 따라 ACK 응답 또는 NACK 응답을 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다.

무선 전력 송신기로부터 NACK 응답이 수신되면, 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기가 전력 전송을 완전히 중단할 때까지 출력 단자를 통해 전자 기기(또는 배터리/부하)에 일정 세기 이상의 전력이 공급되지 않도록 제어할 수 있다. 여기서, 일정 세기 이상의 전력은 5W가 기준일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

이하에서는 ESR과 품질 인자 값(Q) 및 주파수의 관계를 설명하기로 한다.

이상적인 RLC 직렬 회로 및 TRF 수신기(Tuned Radio Frequency Receiver)에서의 품질 인자 값 Q는 하기의 수식에 따라 산출될 수 있다.

여기서, R, L 및 C는 각각 저장, 인덕턴스, 캐패시턴스를 의미하고,

이고,

는 공진 주파수를 의미한다.

이므로,

이 된다.

ESR은 항상 표준 주파수에서 측정된 AC 저항이고, 높은 ESR은 부품의 노화, 발열 및 리플 전류를 증가시킬 수 있다.

로 계산될 수 있다.

따라서, 상기 실시예에서 ESR_reference는

로 계산되고, ESR_measured는

로 계산될 수 있다.

: 무선충전기가 측정한 Q-factor

: 무선 충전기가 측정한 Peak frequency

: 무선충전기 타입 코일에서의 기준 Q-factor(수신기 배치, 이물질 없는 상태)

: 무선충전기 타입 코일에서의 기준 Peak frequency(수신기 배치, 이물질 없는 상태)

: 무선충전기의 공진 캐패시터의 캐패시턴스

이때, ESR_referenc와 ESR_measured의 비율은 하기와 같이 계산될 수 있다.

일 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 ESR_referenc와 ESR_measured의 비율이 미리 정의된 비율 임계 값을 초과하면 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 비율 임계 값은 실험 결과에 의해 결정될 수 있다. 일 예로,

이 0.2보다 크면 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 기준 공진 대역폭과 측정 공진 대역폭을 이용하여 이물질 존재 여부를 판단할 수도 있다.

공진 주파수 대역폭에 대한 정의 및 공진 주파수 대역폭 변화에 기반한 이물질 검출 방법은 후술할 도면의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.

이하의 설명에서는 무선 전력 송신기가 공진 주파수 대역폭 변화에 기반하여 이물질 존재 여부를 판단하는 실시 예를 중심으로 설명하기로 한다.

무선 전력 송신기는 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다(S1120). 여기서, 무선 전력 송신기는 공진 주파수 대역폭 변화에 기반하여 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다.

판단 결과, 이물질이 존재하지 않으면, 무선 전력 송신기는 해당 무선 전력 수신기로 제1 응답 신호를 전송할 수 있다(S1130). 여기서, 제1 응답 신호는 ACK 신호일 수 있다.

무선 전력 송신기는 제1 응답 신호 전송 후 제1 전력 전송 제어 절차를 수행할 수 있다(S1140).

상기한 1120 단계의 판단 결과, 이물질이 존재하면, 무선 전력 송신기는 제2 응답 신호를 전송할 수 있다(S1150). 여기서, 제2 응답 신호는 NACK 신호일 수 있다.

무선 전력 송신기는 제2 응답 신호 전송 후 제2 전력 전송 제어 절차를 수행할 수 있다(S1160).

여기서, 제1 전력 전송 제어 절차와 제2 전력 전송 제어 절차의 세부 구성은 후술할 도면의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.

판단 결과, 이물질이 존재하면, 무선 전력 송신기는 제2 응답 신호를 전송할 수 있다(S1150). 여기서, 제2 응답 신호는 NACK 신호일 수 있다.

무선 전력 송신기는 제2 응답 신호 전송 후 제2 전력 전송 제어 절차를 수행할 수 있다(S1160).

여기서, 제1 전력 전송 제어 절차와 제2 전력 전송 제어 절차의 세부 구성은 후술할 도면의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.

도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기로부터 협상 요구 패킷을 수신하면, 승인 패킷(Grant Packet)을 전송하여 협상 단계(440)로 진입할 수 있다.

도 12를 참조하면, 협상 단계(440)에서 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기로부터 이물질 검출 상태 패킷(FOD(Foreign Object Detection) Status Packet)을 수신할 수 있다(S1201).

일 예로, 무선 전력 송신기는 상기의 도 10a에 도시된 바와 같이, 메시지 필드(1030)에 기준 공진 품질 인자 값(Reference Resonance Quality Factor Value,1031) 및 기준 공진 주파수(Reference Resonance Frequency, 1032)이 포함된 이물질 검출 상태 패킷을 수신할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 상기의 도 10b에 도시된 바와 같이, 메시지 필드(1030)에 기준 품질 인자 값(Reference Resonance Quality Factor Value,1033) 및 기준 공진 주파수(Reference Resonance Frequency, 1034)이 포함된 이물질 검출 상태 패킷을 수신할 수도 있다.

무선 전력 송신기는 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다(S1202). 여기서, 무선 전력 송신기는 공진 주파수 대역폭 변화에 기반하여 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다.

판단 결과, 이물질이 존재하지 않으면, 무선 전력 송신기는 해당 무선 전력 수신기로 제1 응답 신호를 전송할 수 있다(S1203). 여기서, 제1 응답 신호는 ACK 신호일 수 있다.

무선 전력 송신기는 제1 응답 신호가 수신되면, 제1 전력 전송 제어 절차(S1140)을 수행할 수 있다.

이하에서는 제1 전력 전송 제어 절차(S1140)를 상세히 설명하기로 한다.

무선 전력 송신기는 이물질이 없다고 판단하는 경우 보장 전력을 최대 전력(Maximum or potential power)까지 설정할 수 있다.

무선 전력 송신기는 협상단계에서 설정된 보장전력을 포함하는 송신기 전력 능력 패킷을 무선 전력 수신기로 전송할 수 있다. 이에 무선전력 수신기는 송신기의 보장전력 내에서 요구 전력을 결정할 수 있다.

무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기에 의해 요구되는 보장 전력(또는 요구 전력)에 관한 정보가 포함된 보장 전력 패킷을 수신할 수 있다(S1204).

무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기로부터 협상 종료 패킷을 수신할 수 있다(S1205).

무선 전력 송신기는 협상 종료 패킷이 수신되면, 협상 단계(440)에서 보정 단계(450) 단계로 진입할 수 있다.

무선 전력 송신기는 보정 단계(450)로 진입하여 보정 절차를 수행할 수 있다(S1206).

무선 전력 송신기는 보정 절차가 완료되면, 전력 전송 단계(460)로 진입하여 충전을 개시할 수 있다(S1207).

만약, 상기한 S1202 단계의 판단 결과, 이물질이 존재하면, 무선 전력 송신기는 이물질 검출 상태 패킷에 대한 응답으로 제2 응답 신호를 전송할 수 있다(S1208). 여기서, 제2 응답 신호는 NACK 신호일 수 있다.

무선 전력 수신기는 이물질 검출 상태 패킷에 대한 응답으로 제2 응답 신호가 수신되면, 제2 전력 전송 제어 절차(S1160)을 수행할 수 있다.

이하에서는 제2 전력 전송 제어 절차(S1160)를 상세히 설명하기로 한다.

무선 전력 송신기는 이물질이 존재한다고 판단되는 경우 보장 전력을 최소 보장 전력(예를 들어 5W)으로 제한할 수 있다.

무선 전력 송신기는 5W에서는 미리 설정된 전력 손실에 대한 경계값(또는 임계값)을 기준으로 이물질 존재 여부를 판단할 수 있으며, 송수신기간 미리 정해진 최소 전력이기 때문에 솔리드한 기준치를 설정하고 이물질을 판단할 수 있다.

전력 손실에 기반한 이물질 검출과는 다른 방식의 이물질 검출 방법이 적용될 수도 있다.

이때, 무선 전력 송신기는 제한된 보장 전력이 무선 전력 수신기에 전송되도록 제어할 수 있다(S1209).

여기서, 제1 전력은 제1 전력 전송 모드에 상응하는 보장 전력일 수 있다. 일 예로, 제1 전력은 5W로 설정될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 5W보다 작은 특정 전력으로 설정될 수 있다. 이때, 무선 전력 송신기는 무선 전력 신호의 전송을 중단하지 않음을 주의해야 한다.

무선 전력 송신기는 보장 전력 패킷을 수신할 수 있다(S1210). 여기서, 보장 전력 패킷은 무선 전력 수신기가 무선 전력 송신기의 가용한 보장 전력 내에서 결정한 요구 전력에 관한 정보를 포함할 수 있다.

무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기로부터 협상 종료 패킷이 수신되면, 협상 단계(440)를 종료하고, 전력 전송 단계(S460)로 진입하여 기 설정된 제1 전력으로 충전을 수행할 수 있다(S1212).

상기한 도 12의 실시 예에서는 무선 전력 송신기가 제2 전력 전송 제어 절차(S1160) 수행 중 보장 전력 패킷 및 협상 종료 패킷을 수신하는 것으로 설명되어 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 다른 실시 예는 무선 전력 송신기에 보장 전력 패킷 및 협상 종료 패킷 중 적어도 하나가 수신되지 않을 수도 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 제2 전력 전송 제어 절차(S1160) 수행 중 보정 단계(450)를 수행하지 않을 수 있다.

여기서, 보정 단계(450)는 송신기와 수신기 사이의 전송 전력과 수신 전력 그리고 전력 손실에 대한 값을 정확히 측정하도록 송신기의 전송 전력과 수신기의 수신 전력을 비교하는 과정을 의미할 수 있다.

이때, 보장 전력이 5W 초과인 제2 전력 전송 모드에서는 전송 전력이 커질수록 전력 손실이 달라질 수 있기 때문에 이를 미리 예측(계산)하고, 전송 전력이 달라질 때에 미리 예측한 값을 반영함으로써 전력 손실을 보다 정확하게 계산할 수 있다.

그러나, 최소 전력의 보장 전력을 전송하는 제1 전력 전송 모드에서는 고정된 전력을 타겟으로 설정하여 동작하기 때문에 보정을 진행할 필요가 없다.

또한, 이물질이 존재하는 상태에서 송신 전력 또는 수신 전력, 손실 전력 중 적어도 하나를 보정할 경우, 이물질에 의한 영향이 포함되어 보정이 되기 때문에 실제 이물질이 존재함에도 불구하고 무선 전력 송신기가 이물질이 존재하지 않은 것으로 판단할 확률을 높일 수 있다.

본 발명은 제2 전력 전송 제어 절차(S1160) 수행 중 보정 단계(450)가 수행되지 않도록 제어함으로써, 이물질 검출 정확도를 향상시킬 수 있다.

도 13은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 13을 참조하면, 무선 전력 송신기는 제2 전력 전송 제어 절차(S1160)가 완료되어 전력 전송 단계(460)로 진입할 수 있다(S1310).

무선 전력 송신기는 전력 전송 단계(460)에서의 전력 전송-즉, 충전- 중 수신되는 수신 전력 패킷(Received Power Packet)에 기반하여 전력 손실을 측정(또는 산출 또는 추정)할 수 있다(S1320).

이하, 설명의 편의를 위해 무선 전력 송신기가 전력 손실을 측정하는 것으로 설명하나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 무선 전력 송신단에서의 전송 전력 측정 결과와 무선 전력 수신단으로부터 수신된 수신 전력 측정 결과에 기초하여 전력 손실은 산출 또는 추정될 수 있음을 주의해야 한다.

일 예로, 전력 전송 단계(460)에서 전력 전송 중 소정 시간 동안 무선 전력 수신기로부터 피드백되는 수신 전력 패킷(Received Power Packet)에 기반하여 전력 손실을 측정할 수 있다.

여기서, 전력 손실은 무선 전력 수신기가 배터리(또는 부하)와 연결되지 않은 상태에서 측정된 제1 수신 전력 값에 기반하여 측정된 제1 전력 손실과 무선 전력 수신기가 배터리(또는 부하)와 연결된 상태에서 측정된 제2 수신 전력 값에 기반하여 측정된 제2 전력 손실 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

일 예로, 무선 전력 송신기는 소정 시간-예를 들면, 10분일 수 있음- 도안 수신 전력 패킷이 수신될 때마다 전력 손실을 측정하고, 측정된 전력 손실의 평균 값(또는 가장 작은 값 또는 가장 큰 값)을 최종 전력 손실로 확정할 수 있다.

다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 전력 전송 단계(460)로의 진입 후 연속적으로 수신되는 N개의 수신 전력 패킷에 대응하여 전력 손실을 측정할 수도 있다.

무선 전력 송신기는 측정된 전력 손실에 기반하여 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다(S1330).

일 예로, 무선 전력 송신기는 측정된 전력 손실이 소정 전력 손실 임계치를 초과하면 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 반면, 측정된 전력 손실이 소정 전력 손실 임계치 이하이면, 이물질이 존재하지 않은 것으로 판단할 수 있다.

다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 전력 전송 단계로의 진입 후 연속적으로 수신되는 N개의 수신 전력 패킷에 대응하여 추정된 전력 손실이 모두 소정 전력 손실 임계치 이내이면, 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.

특정 시간 동안 임계치 이내인 경우, 또는 특정 시간 초과 후 전력 손실이 임계치 이내인 경우에도 이물질이 없는 것으로 판단할 수 있다.

반면, 전력 전송 단계로의 진입 후 연속적으로 수신되는 N개의 수신 전력 패킷 중 적어도 하나의 수신 전력 패킷에 대응하여 추정된 전력 손실이 소정 전력 손실 임계치를 초과하면, 무선 전력 송신기는 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.

판단 결과, 이물질이 존재하면, 무선 전력 송신기는 전력 전송을 중단하고 선택 단계로 진입할 수 있다(S1340 및 S1350).

상기한 1330 단계의 판단 결과, 이물질이 존재하지 않으면, 무선 전력 송신기는 재협상 단계로 진입하여 무선 전력 수신기와 전력 전송 계약을 재협상할 수 있다(S1360). 이때 협상되는 보장 전력은 5W 이상이 될 수 있다.

무선 전력 송신기는 재협상 결과에 따라 전력 전송 단계(460)로 다시 진입하여 해당 무선 전력 수신기에 대한 충전을 계속 수행할 수 있다.

일 예로, 무선 전력 송신기는 전력 전송 단계로의 진입 후 이물질이 검출되지 않은 경우, 재협상을 통해 제1 전력 전송 모드에서 제2 전력 전송 모드로 전환함으로써 전송 전력의 세기를 상승시켜 충전 시간을 단축시킬 수 있다.

도 14는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 14를 참조하면, 무선 전력 송신기는 제2 전력 전송 제어 절차(S1160)가 완료되어 전력 전송 단계(460)로 진입할 수 있다(S1410).

무선 전력 송신기는 전력 전송 단계(460)에서의 전력 전송 중 온도 변화를 측정할 수 있다(S1420).

일 예로, 전력 전송 단계(460)에서 전력 전송 중 무선 전력 송신기는 단위 시간 동안의 내부 온도 변화량 또는 온도 변화 비율을 측정할 수 있다. 여기서, 무선 전력 송신기상에서 온도 변화가 측정되는 위치는 전송 안테나(640)의 송신 코일일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 당업자의 설계에 따라 무선 전력 송신기의 다른 위치-예를 들면, 무선 전력 송신기에 구비된 제어 회로 기판, 충전 베드-에서 측정될 수도 있다.

다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 전력 전송 중 소정 주기로 무선 전력 수신기에 의해 측정된 온도 정보를 수신할 수도 있다. 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기로부터 수신된 온도 정보에 기초하여 온도 변화를 측정할 수도 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 내부 측정된 제1 온도 변화 및 무선 전력 수신기로부터 수신된 온도 정보에 기초하여 측정된 제2 온도 변화에 기반하여 최종 온도 변화를 확정할 수도 있다.

무선 전력 송신기는 측정된 온도 변화에 기반하여 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다(S1430). 일 예로, 무선 전력 송신기는 측정된 온도 변화가 소정 온도 변화 임계치를 초과하면, 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.

반면, 측정된 온도 변화가 소정 온도 변화 임계치 이하이면, 무선 전력 송신기는 이물질이 존재하는 않는 것으로 판단할 수 있다.

판단 결과, 이물질이 존재하면, 무선 전력 송신기는 전력 전송을 중단하고 선택 단계로 진입할 수 있다(S1440 및 S1450).

상기한 1430 단계의 판단 결과, 이물질이 존재하지 않으면, 무선 전력 송신기는 재협상 단계로 진입하여 무선 전력 수신기와 전력 전송 계약을 재협상할 수 있다(S1360).

무선 전력 송신기는 재협상 결과에 따라 전력 전송 단계(460)로 다시 진입하여 충전을 계속 진행할 수 있다.

일 예로, 무선 전력 송신기는 전력 전송 단계로의 진입 후 이물질이 검출되지 않은 경우, 재협상을 통해 제1 전력 전송 모드에서 제2 전력 전송 모드로 전환함으로써 전송 전력의 세기를 상승시켜 충전 시간을 단축시킬 수 있다.

도 15는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에서의 무선 전력 송신 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 15를 참조하면, 무선 전력 송신기는 제2 전력 전송 제어 절차(S1160)가 완료되어 전력 전송 단계(460)로 진입할 수 있다(S1510).

무선 전력 송신기는 전력 전송 단계(460)에서의 전력 전송 중 수신되는 수신 전력 패킷(Received Power Packet) 전력 손실을 측정할 수 있다(S1520).

일 예로, 전력 전송 단계(460)에서 전력 전송 중 무선 전력 수신기로부터 피드백되는 수신 전력 패킷(Received Power Packet)에 기반하여 전력 손실을 측정할 수 있다.

여기서, 전력 손실은 무선 전력 수신기가 배터리(또는 부하)와 연결되지 않은 상태에서 측정된 제1 수신 전력 값에 기반하여 측정된 제1 전력 손실과 무선 전력 수신기가 배터리(또는 부하)와 연결된 상태에서 측정된 제2 수신 전력 값에 기반하여 측정된 제2 전력 손실 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

무선 전력 송신기는 측정된 전력 손실에 기반하여 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다(S1530).

일 예로, 무선 전력 송신기는 측정된 전력 손실이 소정 전력 손실 임계치를 초과하면 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 반면, 측정된 전력 손실이 소정 전력 손실 임계치 이하이면, 이물질이 존재하지 않은 것으로 판단할 수 있다.

판단 결과, 이물질이 존재하면, 무선 전력 송신기는 전력 전송을 중단하고 선택 단계로 진입할 수 있다(S1540 및 S1550).

상기한 1530 단계의 판단 결과, 이물질이 존재하지 않으면, 무선 전력 송신기는 전력 전송 단계(460)에서의 전력 전송 중 온도 변화를 측정할 수 있다(S1560).

일 예로, 전력 전송 단계(460)에서 전력 전송 중 무선 전력 송신기는 단위 시간 동안의 내부 온도 변화량 또는 온도 변화 비율을 측정할 수 있다.

여기서, 무선 전력 송신기상에서 온도 변화가 측정되는 위치는 송신 코일 주변일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 당업자의 설계에 따라 무선 전력 송신기의 다른 위치에서 측정될 수도 있다.

다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 전력 전송 중 소정 주기로 무선 전력 수신기에 의해 측정된 온도 정보를 수신할 수도 있다. 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기로부터 수신된 온도 정보에 기초하여 온도 변화를 측정할 수도 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 내부 측정된 제1 온도 변화 및 무선 전력 수신기로부터 수신된 온도 정보에 기초하여 측정된 제2 온도 변화에 기반하여 최종 온도 변화를 확정할 수도 있다.

무선 전력 송신기는 측정된 온도 변화에 기반하여 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다(S1570). 일 예로, 무선 전력 송신기는 측정된 온도 변화가 소정 온도 변화 임계치를 초과하면, 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.

반면, 측정된 온도 변화가 소정 온도 변화 임계치 이하이면, 무선 전력 송신기는 이물질이 존재하는 않는 것으로 판단할 수 있다.

판단 결과, 이물질이 존재하면, 무선 전력 송신기는 전력 전송을 중단하고 선택 단계로 진입할 수 있다(S1540 및 S1550).

상기한 1570 단계의 판단 결과, 이물질이 존재하지 않으면, 무선 전력 송신기는 재협상 단계로 진입하여 무선 전력 수신기와 전력 전송 계약을 재협상할 수 있다(S1580). 무선 전력 송신기는 재협상 결과에 따라 전력 전송 단계(460)로 다시 진입하여 충전을 계속 진행할 수 있다.

일 예로, 무선 전력 송신기는 전력 전송 단계로의 진입 후 이물질이 검출되지 않은 경우, 재협상을 통해 제1 전력 전송 모드에서 제2 전력 전송 모드로 전환함으로써 전송 전력의 세기를 상승시켜 충전 시간을 단축시킬 수 있다.

상기한 도 15의 실시 예에서는 무선 전력 송신기가 전력 손실에 기반하여 이물질 검출 절차를 수행한 후, 판단 결과에 따라 온도 변화에 기반한 이물질 검출 절차를 수행하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 온도 변화에 기반하여 이물질 검출 절차를 수행한 후, 판단 결과에 따라 전력 손실에 기반한 이물질 검출 절차를 수행하도록 구현될 수도 있다.

도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 공진 주파수 대역폭을 설명하기 위한 도면이다.

도면 번호 1600은 무선 충전 시스템의 공진 회로에서 대역폭과 공진 주파수의 관계를 보여주는 그래프이다.

도 16을 참조하면, 공진 주파수인

(1612)에서 피크 투 피크 전압의 진폭 또는 전압/전류의 진폭이 최대 임을 알 수 있다.

값이 최대인 진폭으로부터 3dB 아래인 전압 또는 전류를 가지는 2개의 동작 주파수 또는 하프 파워 대역폭 주파수가 존재할 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해 최대 진폭 값(1611)으로부터 3dB 아래인 2개의 동작 주파수를 각각 하한 대역폭 주파수(

, 1613) 및 상한 대역폭 주파수(

, 1614)로 명하기로 한다. 여기서, 3dB 아래인 진폭 값은 최대 진폭 값(1611)의 약 70.7%일 수 있다.

품질 인자는 무선 전력의 충전 효율에 직접적인 영향을 미치는 파라메터로서, 품질 인자가 3dB 강하되는 것은 전력 전송 효율(또는 전송 전력)이 절반으로 감소하는 것을 의미할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 공진 주파수 대역폭(1615)은 상한 대역폭 주파수(1614)에서 하한 대역폭 주파수(1613)를 뺀 값-즉,

- 으로 정의될 수 있다.

상기한 도 16의 실시 예에서는 공진 주파수 대역폭(1615)이 최대 진폭 값(1611)으로부터 3dB 아래인 전압 또는 전류를 가지는 주파수들에 의해 결정되는 것으로 설명되고 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 최대 진폭 값(1611)으로부터 3dB가 아래가 아닌 xdB 낮은 전압 또는 전류를 가지는 주파수 영역을 공진 주파수 대역폭(1615)으로 정의할 수도 있다. 여기서, x 값은 당업자의 설계 목적 및 제품의 특성에 따라 상이하게 설정될 수도 있음을 주의해야 한다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 공진 주파수 대역폭

(BW: Bandwidth)는 하기의 수학식 1과 같이, 공진 주파수(

)와 해당 공진 주파수

에서의 품질 인자 값

에 기반하여 산출될 수도 있다.

<수학식 1>

저 전력 시스템(Low Power System)에서 품질 인자 값

는 하기의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.

<수학식 2>

여기서,

은 하한 대역폭 주파수이고

는 상한 대역폭 주파수이다.

도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템에서의 공진 주파수 대역폭을 이용한 이물질 검출 절차를 설명하기 위한 흐름도이다.

도 17을 참조하면, 무선 전력 송신기(1710)는 선택 단계에서 물체가 감지되면, 핑 단계로의 진입 이전에 공진 품질 인자 및 공진 주파수를 측정할 수 있다(S1701).

여기서, 공진 주파수는 동작 주파수 대역 내 전압 또는 전류(예를 들면, 피크 대 피크 전압 또는 피크 대 피크 전류)가 최대인 주파수를 의미할 수 있다.

또는, 공진 주파수는 공진기 입력 전압 대비 출력 전압(코일 전압)이 최대일 때의 주파수를 의미할 수 있다.

일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 동작 주파수 대역 내 일정 단위의 주파수 간격으로 품질 인자 값을 측정할 수 있다.

무선 전력 송신기(1710)는 측정된 공진 품질 인자 및 공진 주파수를 내부 메모리에 저장할 수 있다(S1702).

무선 전력 송신기(1710)는 핑 단계로 진입하여 상기한 도 3에서 설명된 감지 신호 전송 절차를 수행할 수 있다(S1703).

무선 전력 송신기(1710)는 무선 전력 수신기(1720)이 감지되면, 식별 및 구성 단계로 진입하여 식별 패킷 및 구성 패킷을 무선 전력 수신기(1720)로부터 수신할 수 있다(S1704 및 S1705).

무선 전력 송신기(1710)가 협상 단계로 진입하면 이물질 검출 상태 패킷을 무선 전력 수신기(1720)로부터 수신할 수 있다(S1706).

여기서, 이물질 검출 상태 패킷은 기준 공진 주파수(Reference Resonance Frequency) 및/또는 기준 공진 주파수에 대응하는 품질 인자-즉, 기준 공진 품질 인자-가 포함될 수 있다.

본 실시 예에 따른 기준 공진 주파수는 인증용 송신기의 충전 영역에 무선 전력 수신기(1720)가 배치된 상태에서 수신기의 코일, 차폐제, 기구, 배터리 등에 의해 쉬프트된 송신 코일의 공진 주파수(셀프 공진 주파수)를 의미할 수 있다.

이하 설명의 편의를 위해 기준 공진 주파수에 대응하는 품질 인자 값을 기준 공진 품질 인자(Reference Resonance Quality Factor)라 명하기로 한다.

일 예로, 무선 전력 송신기(1710)는 이물질 검출 상태 패킷에 포함된 기준 공진 주파수와 기준 공진 주파수에서의 품질 인자- 즉, 기준 공진 품질 인자-에 기반하여 기준 공진 주파수 대역폭을 산출하고, 상기 1702 단계에서 저장된 공진 주파수와 공진 품질 인자에 기반하여 공진 주파수 대역폭을 산출할 수 있다(S1707).

다른 일 예로, 무선 전력 송신기(1710)는 이물질 검출 상태 패킷을 통해 기준 공진 주파수 대역폭을 바로 수신할 수도 있다.

무선 전력 송신기(1710)는 공진 주파수 대역폭과 기준 공진 주파수 대역폭에 기반하여 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다(S1708).

일반적으로 무선 전력 송신기(1710)의 충전 영역에 이물질이 배치되면 후술할 도 18에서 설명되는 바와 같이, 공진 주파수 대역폭은 이물질이 배치되지 않았을 때와 비교하여 급격히 증가하는 특성이 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기(1710)는 공진 주파수 대역폭의 증가량(또는 증가 비율)이 소정 임계치(또는 소정 임계 비율)을 초과하면, 충전 영역에 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.

일 예로, 무선 전력 송신기(1710)는 공진 주파수 대역폭과 기준 공진 주파수 대역폭의 차이(또는 비율) 값이 소정 임계치를 초과하면, 무선 전력 송신기(1710)는 충전 영역에 이물질 존재하는 것으로 판단할 수 있다.

반면, 공진 주파수 대역폭과 기준 공진 주파수 대역폭의 차이 값이 소정 임계치 이하이면, 무선 전력 송신기(1710)는 충전 영역에 이물질 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.

공진 주파수 대역폭

과 기준 공진 주파수 대역폭

의 비율인

는 하기 수학식 3에 의해 계산될 수 있다.

<수학식 3>

기준 공진 주파수는 이물질 없이 오로지 수신기만 송신기(또는 송신코일) 의 충전 영역에 올려진 상태에서 측정된 송신 코일의 공진 주파수를 의미할 수 있다.

여기서, 송신기(또는 송신코일)은 기준 송신 코일을 의미할 수 있다. 예를 들어, 기준 송신 코일은 기준 값을 정하기 위한 인증용 코일 디자인을 가질 수 있다.

무선 전력 송신기(1710)는 이물질 존재 여부에 대한 판단 결과에 따른 소정 응답 패킷을 생성하여 무선 전력 수신기(1720)로 전송할 수 있다.

일 예로, 상기한 1708 단계에서, 이물질이 존재하는 것으로 판단되면, 무선 전력 송신기(1710)는 NACK 응답 패킷을 생성하여 무선 전력 수신기(1720)로 전송할 수 있다. 반면, 이물질이 존재하지 않은 것으로 판단되면, 무선 전력 송신기(1710)는 ACK 응답 패킷을 생성하여 무선 전력 수신기(1720)로 전송할 수 있다.

또한, 상기한 1708 단계에서, 이물질이 존재 여부에 대한 판단이 불가능한 경우, 무선 전력 송신기(1710)는 ND(Not Defined) 응답 패킷을 생성하여 무선 전력 수신기(1720)에 전송할 수 있다.

무선 전력 수신기(1720)는 무선 전력 송신기(1710)로부터 NACK 응답 또는 ND 응답이 수신되면, 무선 전력 송신기(1710)에 의한 전력 전송이 완전히 중단될 때까지 자신의 출력 단자를 통해 전자 기기(또는 배터리/부하)에 일정 세기 이상의 전력이 공급되지 않도록 제어할 수 있다.

여기서, 일정 세기 이상의 전력은 5W가 기준일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 설계 및 무선 전력 수신기(1720)가 탑재된 전자 기기 및(또는 무선 전력 수신기(1720)와 연결된 배터리/부하)에 따라 상이하게 정의될 수 있다.

상기한 도 17의 실시 예에서는 무선 전력 송신기(1710)가 기준 공진 주파수 및 기준 공진 주파수에서의 품질 인자 값-즉, 기준 공진 품질 인자 값-이 포함된 이물질 검출 상태 패킷을 수신하고, 기준 공진 주파수 및 기준 공진 품질 인자 값에 기반하여 기준 공진 주파수 대역폭을 산출할 수 있다.

기준 공진 주파수는 이물질 없이 오로지 수신기만 송신기(또는 송신코일) 위에 올려진 상태에서 측정된 송신 코일의 공진 주파수를 의미할 수 있다.

다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신기(1710)는 기준 공진 주파수 및/또는 기준 품질 인자 값이 포함된 이물질 검출 상태 패킷을 수신하고, 기준 공진 주파수 및 기준 품질 인자에 기반하여 기준 공진 주파수 대역폭을 산출할 수도 있다.

여기서, 기준 품질 인자는 미리 정의된 기준 동작 주파수에 대응하여 인증용 기준 송신기 코일에서의 품질 인자일 수 있다. 일 예로, 측정 주파수는 100KHz일 수 있다.

또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신기(1710)는 기준 공진 주파수 대역폭이 포함된 이물질 검출 상태 패킷을 수신하고, 공진 주파수 대역폭과 기준 공진 주파수 대역폭에 기반하여 이물질 존재 여부를 판단할 수도 있다.

또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신기(1710)는 기준 공진 품질 인자, 기준 공진 주파수 및 기준 공진 주파수 대역폭을 적어도 하나의 이물질 검출 상태 패킷을 통해 수신하여 이물질 존재 여부를 판단할 수도 있다.

도 18은 이물질 배치 여부에 따른 공진 주파수 대역폭의 변화 패턴을 설명하기 위한 도면이다.

도 18을 참조하면, 도면 번호 1810은 수신기와 충전 영역 사이에 이물질이 배치되지 않은 경우, 동작 주파수 대역 내 공진기 증폭 비율(Vin/Vout) 패턴을 보여주는 그래프이고, 도면 번호 1820은 수신기와 충전 영역 사이에 이물질이 존재하는 경우, 동작 주파수 대역 내 공진기 증폭 비율(Vin/Vout) 패턴을 보여주는 그래프이다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 공진 품질 인자는 공진 주파수에서의 공진기 증폭 비율(Vin/Vout)로 정의되고, 공진 주파수는 공진 증폭 비율이 최대인 주파수를 의미할 수 있다.

다른 실시 예로, 공진 품질 인자는 공진기 피크 투 피크(Peak to Peak) 전압으로 정의되고, 공진 주파수는 공진기 피크 투 피크 전압이 최대인 주파수를 의미할 수 있다.

도면 번호 1811은 충전 영역에 이물질이 배치되지 않았을 때의 공진 주파수 대역폭이고, 도면 번호 1821은 충전 영역에 이물질이 배치되었을 때의 공진 주파수 대역폭을 보여준다.

여기서, 충전 영역에 이물질이 배치되지 않았을 때의 주파수 대역폭은 상기한 도 17에서 설명된 기준 공진 주파수 대역폭

에 대응되고, 충전 영역에 이물질이 배치되었을 때의 주파수 대역폭은 상기한 도 17에서 설명된 공진 주파수 대역폭

에 대응될 수 있다.

도 18에 도시된 바와 같이, 충전 영역에 이물질이 배치되면, 공진 주파수 대역폭이 증가하는 것을 알 수 있다. 즉, 기준 공진 주파수 대역폭

(1811)보다 공진 주파수 대역폭

(1821)이 커진다.

또한, 충전 영역에 이물질이 배치되면, 도면 번호 1830에 도시된 바와 같이, 품질 인자가 최대인 공진 주파수가 오른쪽으로 이동할 수 있다. 즉, 충전 영역에 수신기 및 이물질이 배치되었을 때의 공진 주파수(1832)는 충전 영역에 이물질이 배치되기 이전(수신기만 있을 때)의 공진 주파수(1831)과 비교하여 증가한다. 또는 수신기와 충전영역의 거리가 넓어질 때에도 차폐제의 영향이 줄어들면서 공진 주파수가 증가할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 공진 주파수 대역폭의 증가량(또는 증가 비율)이 소정 임계치(또는 소정 임계 비율)을 초과하면, 충전 영역에 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.

일 예로, 공진 주파수 대역폭

과 기준 공진 주파수 대역폭

의 차이 값이 소정 임계치를 초과하면, 무선 전력 송신기는 충전 영역에 이물질 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 반면, 공진 주파수 대역폭

과 기준 공진 주파수 대역폭

의 차이 값이 소정 임계치 이하이면, 무선 전력 송신기는 충전 영역에 이물질 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.

다른 일 예로, 기준 공진 주파수 대역폭

에서 공진 주파수 대역폭

으로의 변화 비율이 소정 임계 비율을 초과하면, 무선 전력 송신기는 충전 영역에 이물질 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 반면, 기준 공진 주파수 대역폭

에서 공진 주파수 대역폭

로의 변화 비율이 소정 임계 비율 이하이면, 무선 전력 송신기(1710)는 충전 영역에 이물질 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.

또 다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 품질 인자가 최대인 공진 주파수의 이동에 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수도 있다.

일 예로, 도 18을 참조하면, 기준 공진 주파수(1821) 대비 공진 주파수(1822)의 증가량(또는 증가 비율)이 소정 임계치(또는 임계 비율) 이상이면, 무선 전력 송신기는 충전 영역에 이물질이 배치한 것으로 판단할 수 있다.

하지만, 특정 재질의 이물질-예를 들면, 철(IRON) 재질의 이물질-의 경우, 투자율이 매우 높아 송신 코일의 인덕턴스에 영향을 매우 작게 미친다. 그렇기 때문에 이물질 배치에 따른 공진 주파수 쉬프트의 크기를 비교해서는 이물질 유무의 구분이 어려운 문제점이 있다.

또한 품질 인자도 알루미늄 계열의 이물질에 대해서 저항 성분의 차이가 적어 이물질로 구분되지 않을 수 있다.

공진 주파수와 품질인자를 함께 사용하여 단일화된 판단기준이 되는 대역폭 비교를 하게 되면 상호 보완적인 두 개의 변수를 활용할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 공진 주파수 이동에 기반한 이물질 검출 결과에 따라, 공진 주파수 대역폭 변화에 기반한 이물질 검출 절차를 수행하도록 제어할 수도 있다.

일 예로, 무선 전력 송신기는 측정된 공진 주파수 변화량(또는 변화 비율)이 소정 임계치(또는 임계 비율) 이상이면, 별도의 공진 주파수 대역폭 변화에 기반한 이물질 검출 절차를 수행하지 않고, 충전 영역에 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.

반면, 측정된 공진 주파수 변화량(또는 변화 비율)이 소정 임계치(또는 임계 비율) 미만이면, 무선 전력 송신기는 공진 주파수 대역폭 변화에 기반한 이물질 검출 절차를 수행하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다.

상기 도 5에서 설명된 종래의 품질 인자에 기반한 이물질 검출 방법은 하기의 몇가지 문제점으로 인해 이물질 검출에 대한 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있었다.

첫째, 품질 인자의 경우, 무선 충전 기기의 구성 태양 및 종류에 따라 그 값의 편차가 클 뿐만 아니라 무선 전력 수신기가 장착된 일부 스마트폰의 경우, 스마트 폰의 다른 구성들(예를들어 friendly metal)로 인하여 이물질이 배치되지 않더라도 품질 인자 값이 너무 작을 수 있다. 품질 인자가 작을 경우 이물질 유무에 따른 품질인자 값의 차이가 작아 오판할 수 있는 확률이 높아진다.

이러한 오판은 발열의 직접적인 원인이 될 뿐만 아니라 기기 파손을 발생시킬 수 있다. 또는 이물질이 없음에도 불구하고, 스마트폰을 이물질로 판단하여 충전이 개시되지 않는 문제점을 발생시킬 수 있다.

둘째, 품질 인자의 경우, 이물질의 종류에 따라 이물질 배치 전후 측정되는 품질 인자 값의 변화량이 매우 작은 문제점이 있다.

만약, 품질 인자의 변화가 적은 이물질이 배치되는 경우, 무선 전력 송신기는 충전 영역에 이물질이 배치되었음에도 불구하고, 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다. 이러한 오판은 발열의 직접적인 원인이 될 뿐만 아니라 기기 파손 및 전력 손실을 발생시킬 수 있다.

셋째, 품질 인자의 경우, 무선 전력 수신기에 장착되는 수신 코일의 종류에 따라, 일부 무선 전력 수신기는 이물질이 존재하지 않음에도 불구하고 충전 영역에 배치 전후 품질 인자의 변화가 매우 클 수도 있다.

이 경우, 무선 전력 송신기는 실제 충전 영역에 이물질이 배치되지 않았음에도 불구하고, 이물질이 배치된 것으로 오판할 수 있다. 이는 충전이 중단되므로, 사용자의 불편을 야기시킬 수 있다.

이하에서는 무선 전력 송신기의 충전 영역에 이물질이 배치되었을 때 품질 인자 값의 변화량

과 공진 주파수 대역폭 변화량

중 어느 것이 더 큰지를 설명하기로 한다.

품질 인자 값의 변화량

과 공진 주파수 대역폭 변화량

의 차이 값은 하기 수학식 4로 표현될 수 있다.

<수학식 4>

여기서,

은 측정 품질 인자 값이고,

는 기준 품질 인자 값이다.

은 측정 공진 주파수이고,

은 기준 공진 주파수이다.

만약, 충전 영역에 이물질이 존재하면,

이고,

가 된다.

만약,

가 1이라고 가정하면-즉, 이물질 배치에 따라 공진 주파수 이동이 없다고 가정하면-,

가

이 되어,

상기 수학식 4는

로 표현될 수 있다.

여기서,

이

보다 작다고 가정하면,

상기 수학식 4는

이 되고,

이므로,

이 된다.

따라서, 공진 주파수 대역폭 변화량

이 항상 품질 인자 값의 변화량

보다 클 수 있다.

만약,

가 1보다 크다고 가정하면-즉, 이물질 배치에 따라 공진 주파수 이동이 있다고 가정하면-,

가

로 표현될 수 있다.

이하, 이물질 배치에 따라 공진 주파수 이동이 없을 때의 공진 주파수 대역폭을

, 이물질 배치에 따라 공진 주파수 이동이 있을 때의 공진 주파수 대역폭을

라 가정한다.

이때, 이물질 배치에 따른 공진 주파수 대역폭 변화량은 하기의 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.

<수학식 5>

이때,

이

보다 작으면,

상기 수학식 5는

이 되므로,

는 항상

보다 크다.

상기한 설명을 종합해 볼때, 충전 영역에 이물질이 배치되는 경우, 공진 주파수 대역폭 변화량

이 항상 품질 인자 값의 변화량

보다 큰 것을 알 수 있다.

상기한 수학식 5에서 충전 영역에 이물질이 배치되지 않으면,

과

는 동일하고,

과

도 동일하게 된다. 따라서, 공진 주파수 대역폭 변화량

이 항상 품질 인자 값의 변화량

은 서로 같다.

이상을 살펴보면, 이물질이 없을 때는 BW와 Q가 변화량이 같고, 이물질이 있을 때에는 BW가 항상 Q의 변화량보다 크다는 것을 알 수 있다. 이는 이물질 존재여부 판단시, BW가 더 이물질이 존재함을 판단하기 용이하다는 것을 의미한다.

도 19는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 19를 참조하면, 무선 전력 전송 장치(1900)는 안테나(1910), 전력 변환기(1920), 변복조기(1930), 메모리(1950) 및 제어기(1960)을 포함하여 구성될 수 있다.

안테나(1910)는 전력 변환기(1920)로부터 교류 전력 신호가 수신되면, 구비된 공진 회로를 통해 무선으로 출력할 수 있다.

전력 변환기(1920)는 외부 전원으로부터 인가된 전력 신호를 특정 주파수의 교류 전력 신호로 변환할 수 있다.

여기서, 교류 전력 신호의 주파수는 기 정의된 동작 주파수 대역 내에서 제어기(1960)가 선택하여 제어할 수 있다.

변복조기(1930)는 안테나(1910)를 통해 수신되는 신호를 복조하여 제어기(1960)에 전달할 수 있다. 일 예로, 변복조기(1930)는 안테나(1910)를 통해 감지되는 진폭 변조 신호-즉, 인밴드 신호-를 복조하여 제어기(1960)에 전달할 수 있다.

또한, 변복조기(1930)는 제어기(1960)에 의해 생성된 신호를 변조-예를 들면, 진폭 변조일 수 있으나, 이에 한정되지는 않음-하여 안테나(1910)에 전달할 수 있다.

이상의 도 19의 설명에서는 변복조기(1930)가 인밴드 통신 신호를 변조하거나 복조하는 것으로 설명되고 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 다른 실시 예에 따른 변복조기(1930)는 근거리 무선 통신을 통해 송수신되는 신호를 처리할 수도 있다. 이를 위해, 안테나(1910)에는 무선 전력 전송을 위한 충전 안테나뿐만 아니라 근거리 무선 통신을 위한 통신 안테나가 추가로 구비될 수도 있다.

변복조기(1930)는 협상 단계에 진입하면, 이물질 검출 상태 패킷을 복조하여 제어기(1960)에 전달할 수 있다.

일 예로, 무선 전력 송신기는 이물질 검출 상태 패킷을 통해 상기한 도 10a 내지 10b에 도시된 바와 같이, 기준 공진 품질 인자(Reference Resonance Quality Factor)(또는 기준 품질 인자(Reference Quality Factor) 및/또는 기준 공진 주파수(Reference Resonance Frequency)가 수신할 수 있다.

다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 이물질 검출 상태 패킷을 통해 상기한 도 10c에 도시된 바와 같이, 기준 공진 주파수 대역폭을 수신할 수도 있다.

또 다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 이물질 검출 상태 패킷을 통해 기준 공진 품질 인자(Reference Resonance Quality Factor)(또는 기준 품질 인자(Reference Quality Factor) 및/또는 기준 공진 주파수(Reference Resonance Frequency) 및 기준 공진 주파수 대역폭을 수신할 수도 있다.

제어기(1960)는 품질 인자 값을 측정할 수 있다.

제어기(1960)는 충전 영역에 배치된 물체를 감지하면, 핑 단계로의 진입 이전에 품질 인자 값을 측정할 수 있다. 이때, 제어기(1960)는 동작 주파수 대역 내 일정 주파수 단위로 품질 인자를 제어할 수 있다.

제어기(1960)는 송신 코일에 걸리는 피크 전압의 진폭을 이용하여 공진 주파수를 결정할 수 있다.

제어기(1960)는 측정된 공진 주파수와 공진 품질 인자에 기반하여 공진 주파수 대역폭을 산출할 수 있다.

또한, 제어기(1960)는 기준 공진 주파수와 기준 공진 품질 인자에 기반하여 기준 공진 주파수 대역폭을 산출할 수도 있다.

제어기(1960)는 공진 주파수 대역폭 변화량(또는 변화 비율)을 산출할 수 있다.

공진 주파수 대역폭 변화량은 공진 주파수 대역폭에서 기준 공진 주파수 대역폭을 차감하여 계산될 수 있다.

공진 주파수 대역폭 변화 비율은 공진 주파수 대역폭에서 기준 공진 주파수 대역폭을 뺀 후 기준 공진 주파수 대역폭으로 나누어 계산될 수 있다.

여기서, 공진 주파수 대역폭 및 공진 주파수 대역폭 변화 비율을 산출하는 방법은 상기한 도면의 설명으로 대체한다.

제어기(1960)는 산출된 공진 주파수 대역폭 변화량(또는 변화 비율)을 소정 임계값(또는 임계 비율)과 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다.

일 예로, 산출된 공진 주파수 대역폭 변화량(또는 변화 비율)이 소정 임계값(또는 임계 비율)을 초과하면, 제어기(1960)는 충전 영역에 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.

반면, 산출된 공진 주파수 대역폭 변화량(또는 변화 비율)이 소정 임계값(또는 임계 비율)보다 작으면, 제어기(1960)는 충전 영역에 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.

공진 주파수 대역폭 변화량(또는 변화 비율)과 비교되는 임계값(또는 임계 비율)은 무선 전력 전송 장치의 종류에 상관없이 고정된 값일 수 있으나, 이는 하나의 실시 에에 불과하며, 다른 실시 예에 따른 임계값(또는 임계 비율)은 무선 전력 전송 장치의 종류 및(또는) 식별된 무선 전력 수신 장치의 종류에 따라 상이하게 설정될 수도 있음을 주의해야 한다.

또 다른 예로, 제어기(1960)는 기준 공진 주파수 대역폭을 기반으로 임계값을 결정할 수 있다. 이 임계값은 품질인자와 공진 주파수를 한꺼번에 비교할 수 있는 단일화된 임계값이다. 제어기(1960)는 단일화된 임계값과 측정 공진 주파수 대역폭을 비교하여 이물질 존재 유무를 판단할 수 있다.

제어기(1960)는 이물질 검출 결과에 따라 소정 응답 신호를 생성하고, 생성된 응답 신호를 변복조기(1930)를 통해 해당 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다.

일 예로, 제어기(1960)는 이물질이 검출된 경우, ACK 응답 신호를 생성하고, 이물질이 검출되지 않은 경우, NACK 응답 신호를 생성할 수 있다.

응답 신호 전송 후의 제어기(1960) 동작은 상술한 도면들의 설명으로 대체한다.

메모리(1950)는 무선 전력 전송 장치(1900)의 동작에 필요한 프로그램 및 각종 레지스터 값이 기록될 수 있다.

무선 전력 전송 장치(1900)가 부팅되면, 제어기(1950)는 메모리(1950)에 저장된 프로그램을 로딩하여 무선 전력 전송 장치(1900)의 동작 및 입출력을 제어할 수 있다.

또한, 메모리(1950)에는 측정된 품질 인자 값, 측정 공진 주파수, 측정 공진 주파수 대역폭 등에 관한 정보가 기록될 수도 있다.

도 20은 송신기 타입 별 다양한 이물질에 대한 이물질 검출 실험 결과를 보여준다.

도 20을 참조하면, 도면 번호 2010은 송신기 타입 별 다양한 이물질에 대해 측정된 품질 인자 값의 변화 패턴을 보여주고, 도면 번호 2020은 송신기 타입 별 다양한 이물질에 대해 측정된 공진 주파수 대역폭의 변화 패턴을 보여준다.

상세하게, 본 실험 결과는 구비된 송신 코일의 타입이 상이한 3개의 서로 다른 송신기-즉, 제1 내지 제3 송신기(2011, 2012, 2013)-에서 4개의 서로 다른 이물질-즉, FO#1, FO#2, FO#3, FO#4-에 대해 측정한 품질 인자 값의 변화 패턴 및 공진 주파수 대역폭의 변화 패턴을 보여준다.

도면 번호 2010을 참조하면, 충전 영역에 이물질이 배치되면, 모든 이물질에 대해 품질 인자 값아 낮아지는 것을 보여준다.

또한, 도면 번호 2010은 이물질의 종류 및 송신기의 종류에 따라 품질 인자 값이 낮아지는 비율이 상이한 것을 보여준다.

특히, 도면 번호 2010은 제1 송신기(2011)상에 FO#4가 배치되었을 때 품질 인자 값의 강하 비율이 가장 낮은 것을 보여준다.

도면 번호 2020을 참조하면, 충전 영역에 이물질이 배치되면, 송신기의 타입 및 이물질의 종류에 상관 없이 공진 주파수 대역폭이 증가하는 것을 보여준다.

또한, 도면 번호 2020은 송신기의 타입 및 이물질의 종류에 따라 공진 주파수 대역폭이 증가하는 비율이 상이한 것을 보여준다.

특히, 도면 번호 2010은 제1 송신기(2011)상에 FO#4가 배치되었을 때 공진 주파수 대역폭의 증가 비율이 가장 낮은 것을 보여준다.

송신기 타입 별 충전 영역에 배치된 이물질의 종류에 따른 품질 인자 값의 변화 비율과 공진 주파수 대역폭의 변화 비율을 비교하면, 공진 주파수 대역폭의 변화 비율이 품질 인자 값의 변화 비율보다 상대적으로 큰 것을 알 수 있다.

특히, FO#4가 제1 송신기(2011)의 충전 영역에 배치되는 경우, 품질 인자 값의 변화 비율이 매우 낮아 해당 송신기가 이물질 검출에 실패할 확률이 높아질 수 있다.

도면 번호 2010 및 2020을 참조하면, 최소 품질 인자 변화 비율

(2014)보다 최소 공진 주파수 대역폭 변화 비율

(2021)이 2배 이상 큰 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 공진 주파수 대역폭에 기반한 이물질 검출 방법이 종래의 품질 인자 값에 기반한 이물질 검출 방법에 비해 보다 정확하게 이물질을 검출할 수 있는 장점이 있다.

도 21은 수신기 타입 별 다양한 이물질에 대한 이물질 검출 실험 결과를 보여준다.

도 21을 참조하면, 도면 번호 2110은 수신기 타입 별 다양한 이물질에 대해 측정된 품질 인자 값의 변화 패턴을 보여주고, 도면 번호 2120은 수신기 타입 별 다양한 이물질에 대해 측정된 공진 주파수 대역폭의 변화 패턴을 보여준다.

상세하게, 본 실험 결과는 특정 송신기의 충전 영역에 타입이 상이한 5개의 서로 다른 수신기-즉, 제1 내지 제5 수신기-와 4개의 서로 다른 이물질-즉, FO#1, FO#2, FO#3, FO#4-가 배치되었을 때 측정한 품질 인자 값의 변화 패턴 및 공진 주파수 대역폭의 변화 패턴을 보여준다.

도면 번호 2110을 참조하면, 충전 영역에 이물질이 배치되면, 수신기의 타입및 이물질의 종류에 상관 없이 품질 인자 값아 낮아지는 것을 보여준다.

또한, 도면 번호 2110은 이물질의 종류 및 수신기의 종류에 따라 품질 인자 값이 낮아지는 비율이 상이한 것을 보여준다.

특히, 도면 번호 2110은 송신기의 충전 영역에 제1 수신기와 FO#4가 배치되었을 때 품질 인자 값의 강하 비율이 가장 낮은 것을 보여준다.

도면 번호 2120을 참조하면, 충전 영역에 이물질이 배치되면, 수신기의 타입 및 이물질의 종류에 상관 없이 공진 주파수 대역폭이 증가하는 것을 보여준다.

또한, 도면 번호 2120은 충전 영역에 배치되는 수신기 타입 및 이물질의 종류에 따라 공진 주파수 대역폭이 증가하는 비율이 상이한 것을 보여준다.

특히, 도면 번호 2120은 충전 영역에 제1 수신기와 FO#4가 배치되었을 때 공진 주파수 대역폭의 증가 비율이 가장 낮은 것을 보여준다.

충전 영역에 배치된 수신기의 타입과 이물질의 종류에 따른 품질 인자 값의 변화 비율과 공진 주파수 대역폭의 변화 비율을 비교하면, 공진 주파수 대역폭의 변화 비율이 품질 인자 값의 변화 비율보다 상대적으로 큰 것을 알 수 있다.

특히, Q 값이 35인 제1 수신기와 FO#4가 충전 영역에 배치되는 경우, 품질 인자 값의 변화 비율이 매우 낮아 해당 송신기가 이물질 검출에 실패할 확률이 높아질 수 있다.

도면 번호 2110 및 2120을 참조하면, 최소 품질 인자 변화 비율

(2111)보다 최소 공진 주파수 대역폭 변화 비율

(2121)이 2배 이상 큰 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 공진 주파수 대역폭에 기반한 이물질 검출 방법이 종래의 품질 인자 값에 기반한 이물질 검출 방법에 비해 보다 정확하게 이물질을 검출할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치는 보다 정확하게 이물질을 검출함으로써, 이물질에 의한 발열 및 전력 손실을 미연에 차단할 수 있을 뿐만 아니라 발열에 의한 기기 손상을 방지할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

본 발명은 무선 충전에 관한 것으로서, 특히, 이물질 검출 기능이 탑재되는 무선 전력 송신기에 적용될 수 있다.

Claims (9)

1. 공진 품질 인자와 공진 주파수를 측정하는 단계;
   기준 공진 품질 인자 및 기준 공진 주파수를 포함하는 이물질 검출 상태 패킷을 수신하는 단계;
   상기 공진 품질 인자 및 상기 공진 주파수에 기반하여 공진 주파수 대역폭을 산출하는 단계;
   상기 기준 공진 품질 인자 및 상기 기준 공진 주파수에 기반하여 기준 공진 주파수 대역폭을 산출하는 단계; 및
   상기 공진 주파수 대역폭과 상기 기준 공진 주파수 대역폭을 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계
   를 포함하는 무선 전력 송신 방법.
2. 공진 품질 인자와 공진 주파수를 측정하는 단계;
   기준 공진 주파수 대역폭이 포함된 이물질 검출 상태 패킷을 수신하는 단계;
   상기 공진 품질 인자 및 상기 공진 주파수에 기반하여 공진 주파수 대역폭을 산출하는 단계;
   상기 공진 주파수 대역폭과 상기 기준 공진 주파수 대역폭을 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계
   를 포함하는 무선 전력 송신 방법.
3. 공진 품질 인자와 공진 주파수를 측정하는 단계;
   기준 공진 품질 인자, 기준 공진 주파수 및 기준 공진 주파수 대역폭을 포함하는 이물질 검출 상태 패킷을 수신하는 단계;
   상기 공진 품질 인자 및 상기 공진 주파수에 기반하여 공진 주파수 대역폭을 산출하는 단계;
   상기 기준 공진 품질 인자, 기준 공진 주파수 및 기준 공진 주파수 대역폭 중 적어도 하나에 기반하여 기준 공진 주파수 대역폭을 확정하는 단계; 및
   상기 공진 주파수 대역폭과 상기 기준 공진 주파수 대역폭에 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계
   를 포함하는 무선 전력 송신 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 공진 주파수는 공진기 증폭 비율이 최대인 주파수이고, 상기 공진 품질 인자는 상기 공진 주파수에의 공진기 증폭 비율에 기반하여 산출되는 무선 전력 송신 방법.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 공진 주파수는 공진기의 피크 투 피크 전압이 최대인 주파수이고, 상기 공진 품질 인자는 상기 공진 주파수에의 피크 투 피크 전압에 기반하여 산출되는 무선 전력 송신 방법.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 공진 주파수 대역폭과 상기 기준 공진 주파수 대역폭을 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계는,
   공진 주파수 대역폭의 변동 비율을 임계 비율과 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계
   를 포함하는 무선 전력 송신 방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 공진 주파수 대역폭의 변동 비율은 상기 공진 주파수 대역폭에서 상기 기준 공진 주파수 대역폭을 뺀 값을 상기 기준 공진 주파수 대역폭으로 나누어 산출되는 무선 전력 송신 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 임계 비율은 25%보다 크고 35%보다 작은 값 중 어느 하나의 값으로 설정되는 무선 전력 송신 방법.
9. 제6항에 있어서,
   상기 공진 주파수 대역폭의 변동 비율을 임계 비율과 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계는,
   상기 공진 주파수 대역폭의 변동 비율이 상기 임계 비율을 초과하면, 이물질이 존재하는 것으로 판단하여 NACK 응답을 전송하는 단계; 및
   상기 공진 주파수 대역폭의 변동 비율이 상기 임계 비율보다 작으면, 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단하여 ACK 응답을 전송하는 단계
   를 포함하는 무선 전력 송신 방법.

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