KR20210082244A

KR20210082244A - 무선 충전 수신 장치, 방법, 단말기 및 시스템

Info

Publication number: KR20210082244A
Application number: KR1020217016457A
Authority: KR
Inventors: 윤허 마오; 지시안 우; 샤오성 정; 얀딩 류
Original assignee: 후아웨이 테크놀러지 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2021-07-02
Also published as: JP2022509325A; EP3866303B1; EP3866303A4; US20210249889A1; EP3866303A1; WO2020087360A1; CN111386646A; CN111386646B; JP7104249B2; KR102592269B1

Abstract

본 출원은 무선 충전 수신 장치, 방법, 단말기 및 시스템을 제공한다. 상기 수신 장치는 수신 코일, 정류기 및 제어기를 포함한다. 상기 수신기 코일은 송신기 코일에 의해 송신되는 전자기 에너지를 수신하고 교류 전류를 출력하도록 구성된다. 상기 정류기는 둘 이상의 제어 가능한 스위치를 포함하며, 상기 둘 이상의 제어 가능한 스위치를 사용하여 상기 수신기 코일로부터의 교류 전류를 직류 전류로 정류하도록 구성된다. 상기 제어기는 상기 정류기에 의해 수신되는 교류 전류의 전류 기본파 성분의 위상에 대해 위상 고정을 수행하여, 상기 전류 기본파 성분과 동일한 주파수를 갖는 주기적 신호를 획득하도록 구성되고; 상기 제어기는 추가로, 상기 주기적 신호와 동일한 주파수를 갖는 동기화 참조 신호를 생성하고, 상기 동기화 참조 신호에 기초하여 상기 정류기 내의 제어 가능한 스위치의 구동 신호를 생성하고, 상기 구동 신호에 기초하여 상기 정류기 내의 제어 가능한 스위치를 제어하여 상기 교류 전류를 상기 직류 전류로 변환하도록 구성되며, 상기 구동 신호와 상기 전류 기본파 성분은 동일한 주파수를 갖는다. 위상 고정 후, 부하의 갑작스런 변화로 인해 동기화 참조 신호의 주기가 변화하지 않고, 구동 신호의 주파수가 급변하지 않아, 전체 무선 충전 시스템이 안정된 상태로 작동한다.

Description

무선 충전 수신 장치, 방법, 단말기 및 시스템

본 출원은 전력 전자 기술 분야에 관한 것으로, 특히 무선 충전 수신 장치, 방법, 단말기 및 시스템에 관한 것이다.

현대 사회의 에너지 부족과 환경오염이 심화됨에 따라, 새로운 에너지 차량으로서 전기 자동차가 출시되면서 큰 관심을 받고 있다. 그러나 대부분의 기존 전기 자동차는 배터리 용량의 한계로 인해 비교적 짧은 거리를 주행할 수 있다. 또한, 전기 자동차의 긴 배터리 충전 시간과 상응하는 충전소 자원의 부족은 전기 자동차의 응용과 대중화를 방해하는 가장 큰 장애물이 되고 있다.

전기 자동차의 배터리 충전 방법은 일반적으로 접촉식 충전(contact charging) 및 무선 충전(wireless charging)을 포함한다. 접촉식 충전은 플러그의 금속이 소켓의 금속과 접촉하여 전기를 전도하는 것을 의미하고, 무선 충전은 결합 된 전자기장이 전기 에너지를 전달하는 매개체로 사용되는 것을 의미한다. 접촉식 충전에 비해 무선 충전은 많은 장점이 있으며 미래 전기 자동차의 주류 충전 방식에 된다. 작동 시에, 무선 충전 시스템은 출력 전력을 조정해야 한다. 즉, 튜닝(tuning)을 수행해야 한다. 무선 충전 시스템의 출력 전력은 정류기의 출력 전력에 의해 결정되고, 정류기의 등가 임피던스는 정류기의 출력 전력 값을 결정한다. 따라서, 일반적으로 무선 충전 시스템의 출력 전력은 정류기의 등가 임피던스를 조정함으로써 조정된다. 정류기의 등가 임피던스는 정류기의 브리지 암 전압(bridge arm voltage)을 정류기의 입력 전류로 나눈 값이다. 따라서 브리지 암 전압과 정류기의 입력 전류를 제어함으로써 정류기의 등가 임피던스를 조정할 수 있다.

무선 충전 시스템은 무 튜닝(un-tuning)에서 수동 튜닝(passive tuning)을 거쳐 능동 튜닝으로 발전하는 과정을 거친다. 무 튜닝을 수행하기 위해, 직류 변환 회로가 출력 전력을 조정하는 데 사용된다. 수동 튜닝을 수행하기 위해, 인덕터 및 커패시터와 같은 수동 구성요소가 출력 전력을 조정하는 데 사용된다. 능동 튜닝(active tuning)을 수행하기 위해, 스위치가 사용된다. 첨부 도면을 참조하여 이하에 개별적으로 설명한다.

도 1은 직류 변환 회로가 송신단(transmit end)에 있는 무 튜닝형(un-tuned) 무선 충전 시스템의 개략도이다. 도 2는 직류 변환 회로가 수신 장치에 있는 무 튜닝형 무선 충전 시스템의 개략도이다.

도 1에서 직류 변환 회로(201)는 무선 충전 시스템의 송신단에 배치되어 있고, 도 2에서 직류 변환 회로(201)는 무선 충전 시스템의 수신 장치에 배치되어 있음을 알 수 있다.

도 1 및 도 2로부터, 무 튜닝형 무선 충전 시스템에 직류 변환 회로(201)의 한 스테이지(one stage)를 추가해야 함을 알 수 있다. 또한, 송신단 및 수신 장치 각각에 직류 변환 회로가 추가될 수 있다. 이것은 변환 회로의 스테이지 수량이 증가되었음 보여준다.

따라서, 변환 회로의 스테이지 수량을 줄이기 위한 수동 튜닝 방법이 제안된다. 이 방법에서는 인덕터, 커패시터 등의 수동 소자를 사용하여 송신단과 수신 장치의 임피던스를 조정하고, 임피던스를 조정함으로써 공진 주파수를 변경하여 무선 충전 시스템의 공진 상태를 조정할 수 있다. 그러나 수동 소자의 허용 오차 및 조정 정밀도의 영향으로, 수동 튜닝에는 비교적 크기가 크고 정밀도가 낮은 수동 소자가 많이 필요하다.

기계가 많고 수동 튜닝의 정밀도가 낮다는 기술적 문제를 해결하기 위해 능동 튜닝이 제안된다. 구체적으로, 브리지 암 전압과 정류기의 입력 전류는 스위치의 스위치 온 및 스위치 오프를 제어함으로써 조정된다. 그러나 부하가 급변하면(jump), 무선 충전 시스템이 능동 튜닝 시에 불안정하게 작동한다.

본 출원은 무선 충전 수신 장치, 방법, 단말기 및 시스템을 제공하며, 부하 급변 시에 브리지 암 전압과 정류기의 입력 전류를 제어할 수 있어, 무선 충전 시스템의 안정적인 작동을 보장한다.

본 출원의 실시예에 의해 제공되는 무선 충전 수신 장치에서, 제어기는 정류기의 입력단에서 획득되는 교류 전류의 전류 기본파 성분(current fundamental component)의 위상에 대해 위상 고정(phase-locking)을 수행하는 데 사용되며, 상기 제어기는 위상 고정을 사용함으로써 전류 기본파 성분과 동일한 주파수를 갖는 주기적 신호(periodic signal)를 획득할 수 있다. 주기적 신호와 전류 기본파 성분은 위상 고정 폐루프 제어(phase-locked closed loop control)를 사용함으로써 동일한 주파수를 갖는다. 위상 고정은 관성이 있기 때문에 부하의 급격한 변화로 인해 전류 기본파 성분의 주파수가 변화할 때, 주기적 신호의 주파수가 급격하게 변하지 않는다. 상기 제어기는 상기 주기적 신호와 동일한 주파수를 갖는 동기화 참조 신호를 생성하고, 상기 동기화 참조 신호에 기초하여 상기 정류기 내의 제어 가능한 스위치의 구동 신호를 생성한다. 구동 신호는 정류기의 브리지 암 전압의 주파수를 결정하기 때문에, 구동 신호와 전류 기본파 성분이 동일한 주파수를 가질 때, 브리지 암 전압과 전류 기본파 성분도 동일한 주파수를 갖는다. 브리지 암 전압이 전류 기본파 성분과 동기화되도록 보장하므로, 무선 충전 시스템이 정상 상태(steady state)에서 작동하고 갑작스런 부하 변화로 인해 시스템이 불안정하게 작동하지 않는 것을 보장할 수 있다.

상기 정류기는 풀 브리지 정류기(full-bridge rectifier) 또는 하프 브리지 정류기(half-bridge rectifier)일 수 있다. 풀 브리지 정류기의 경우, 브리지 암 전압은 두 브리지 암 중간점 사이의 전압이다. 하프 브리지 정류기의 경우, 브리지 암 전압은 브리지 암 중간점과 접지 사이의 전압이다.

가능한 구현예에서, 상기 제어기는 전류 기본파 성분의 위상 신호에 대해 위상 고정을 수행하여 주기적 신호를 획득한다. 상기 위상 고정은 첫 라운드의 위상 고정(first round of phase-locking)과 첫 라운드가 아닌 위상 고정(non-first round of phase-locking)을 포함한다. 상기 첫 라운드의 위상 고정은 제1 주기의 위상 고정이다. 상기 첫 라운드의 위상 고정 시에, 상기 제어기는 전류 기본파 성분과 초기의 미리 설정된 주기적 신호 사이의 위상 차를 획득하고, 상기 위상 차에 대해 저역 통과 필터링을 수행하여 필터링된 위상 차를 획득하고, 상기 필터링된 위상 차에 대해 비례 적분 제어를 수행하여 제1 주기 값을 획득하고 - 상기 제1 주기 값은 위상 차에 반비례함 -, 상기 제1 주기 값에 기초하여, 상기 첫 라운드의 위상 고정에 대응하는 주기적 신호를 획득한다. 주기적 신호는 첫 번째 주기에서 생성되지 않기 때문에, 초기의 미리 설정된 주기적 신호가 전류 기본파 성분과 비교된다.

첫 라운드가 아닌 위상 고정 시에, 상기 제어기는 위상 고정 후 획득된 이전 주기(previous period)의 주기적 신호를 현재 주기(present period)의 전류 기본파 성분과 비교하여, 현재 주기의 주기적 신호를 획득한다. 첫 라운드가 아닌 위상 고정과 첫 라운드의 위상 고정의 차이점은 이전 주기의 주기적 신호가 있었고, 따라서 이전 주기의 주기적 신호가 전류 기본파 성분와 비교된다는 것이다.

상기 제어기가 비례 적분 단계에서 위상 차에 반비례하도록 상기 제1 주기 값을 제어할 수 있다는 것은 구체적으로 다음과 같다: 상기 전류 기본파 성분의 위상이 상기 주기적 신호의 위상을 앞서면(lead), 위상 차는 양(positive)이다. 따라서 주기적 신호와 전류 기본파 성분이 동일한 위상을 갖도록, 제1 주기 값을 줄여야 하고 주기적 신호의 주파수를 높여야 한다. 상기 전류 기본파 성분의 위상이 상기 주기적 신호의 위상보다 뒤처지면(behind), 위상 차는 음(negative)이다. 따라서, 주기적 신호와 전류 기본파 성분이 동일한 위상을 갖도록, 제1 주기 값을 높여야 하고, 주기적 신호의 주파수를 줄여야 한다.

가능한 구현예에서, 상기 제어기가 주기적 신호와 동일한 주파수를 갖는 동기화 참조 신호를 생성하는 것은 구체적으로 다음과 같다: 위상 고정 단계에서 상기 제1 주기 값과 상기 제1 미리 설정된 비교 값에 기초하여 상기 동기화 참조 신호를 획득하는 것이며, 상기 제1 미리 설정된 비교 값은 상기 주기적 신호와 상기 동기화 참조 신호의 위상 차에 기초하여 설정될 수 있다. 상기 제어기가 상기 동기화 참조 신호를 생성하는 과정은, 상기 제어기가 각각의 주기에서 0부터 상기 제1 주기 값까지 카운팅하여 카운팅 시퀀스를 형성하고, 상기 카운팅 시퀀스에 기초하여 삼각파(triangle wave)를 획득하고, 상기 삼각파의 진폭을 상기 제1 미리 설정된 비교 값과 비교하는 것이며, 진폭이 상기 제1 미리 설정된 비교 값보다 큰 상기 삼각파의 부분은 고 레벨의 상기 동기화 참조 신호를 형성하고, 진폭이 상기 제1 미리 설정된 비교 값보다 작은 상기 삼각파의 부분은 저 레벨의 상기 동기화 참조 신호를 형성한다. 즉, 제1 미리 설정된 비교 값에 대응하는 진폭을 사용하여 삼각파에 대해 초핑(chopping)을 수행하여 동기화 참조 신호를 획득한다. 이 실시예에서, 동기화 참조 신호는 제1 주기 값이 동기화 참조 신호의 주파수를 결정하고, 제1 미리 설정된 비교 값이 주기적 신호와 동기화 참조 신호 사이의 위상 차를 결정하기 때문에, 동기화 참조 신호는 제1 주기 값과 제1 미리 설정된 비교 값을 사용하여 생성된다. 제1 미리 설정된 비교 값은 요건에 따라 설정될 수 있다.

가능한 구현예에서, 상기 제어기가 추가로, 상기 동기화 참조 신호에 기초하여 상기 정류기 내의 제어 가능한 스위치의 구동 신호를 생성하도록 구성되는 것은 구체적으로, 상기 제어기가 상기 동기화 참조 신호 및 제2 미리 설정된 비교 값에 기초하여 상기 정류기 내의 제어 가능한 스위치의 구동 신호를 생성하는 것이며, 상기 제2 미리 설정된 비교 값은 상기 제1 주기 값의 절반이다.

가능한 구현예에서, 상기 정류기는 풀 브리지 정류기일 수 있으며, 상기 풀 브리지 정류기는 두 개의 브리지 암을 포함한다. 상기 제어기는 상기 동기화 참조 신호, 상기 두 개의 브리지 암 사이의 위상 편이 각(phase-shift angle), 및 제2 미리 설정된 비교 값에 기초하여 전방 브리지 암의 제1 구동 신호, 및 후방 브리지 암의 제2 구동 신호를 생성한다. 상기 위상 편이 각은 상기 제1 구동 신호와 상기 제2 구동 신호 사이의 위상 차이고, 상기 제2 미리 설정된 비교 값은 상기 제1 주기 값의 절반이다. 상기 정류기가 풀 브리지인 경우, 상기 두 개의 브리지 암의 구동 신호 사이에 위상 편이 각이 있을 수 있다. 따라서 미리 설정된 위상 편이 각에 따라 대응하는 구동 신호가 생성될 수 있다.

가능한 구현예에서, 상기 제어기는 위상 고정 루프 회로를 포함할 수 있고, 위상 고정 루프 회로를 사용하여 위상 고정을 수행할 수 있다. 위상 고정 루프 회로(phase-locked loop circuit)는 위상 검출기, 프로세서 및 전압 제어 발진기(voltage-controlled oscillator)를 포함하며, 상기 위상 검출기는 위상 차를 획득하도록 구성되고, 상기 프로세서는 위상 차에 따라 대응하는 전압 값을 획득하도록 구성되고, 상기 전압 제어 발진기는 상기 전압 값을 출력을 위한 대응하는 주파수로 변환하도록 구성된다. 주파수와 주기는 서로 역수이다. 결과적으로, 출력은 주기적인 신호이다. 첫 라운드의 위상 고정에서는 주기적인 신호가 없다. 따라서, 위상 검출기는 전류 기본파 성분을 초기의 미리 설정된 주기 신호와 비교한다. 첫 라운드가 아닌 위상 고정 시에, 상기 위상 검출기는 상기 전류 기본파 성분과 이전 라운드의 주기적 신호 사이의 위상 차를 획득한다.

이 실시예에서는, 위상 고정 루프 회로를 사용하여 전류 기본파 성분에 대해 위상 고정이 수행된다. 위상 고정 루프 회로의 집적도(integration level)는 비교적 높으며, 하드웨어는 비교적 고속으로 위상 고정을 구현한다. 위상 고정 루프 회로는 폐루프 제어를 구현한다. 전류 기본파 성분은 위상 고정 루프의 참조 신호 역할을 하고, 주기적 신호는 위상 고정 루프의 피드백 신호 역할을 한다. 피드백 신호는 위상 고정 폐루프 제어를 사용함으로써 참조 신호를 따른다. 주기적 신호와 위상 신호 전류 기본파 성분은 동일한 주파수와 동일한 위상을 갖는다. 또한, 주기적 신호는 동기화 참조 신호의 역할도 할 수 있다.

위상 고정 루프 회로가 위상 고정을 구현하는 실시예에서, 상기 제어기가 상기 동기화 참조 신호에 기초하여 상기 정류기 내의 제어 가능한 스위치의 구동 신호를 생성하는 것은 구체적으로, 상기 전압 값에 대해 아날로그-디지털 변환을 수행하여 디지털 전압 값을 획득하고, 상기 디지털 전압 값에 기초하여 제2 주기 값을 획득하고, 상기 동기화 참조 신호 및 제3 미리 설정된 비교 값에 기초하여 상기 정류기 내의 제어 가능한 스위치의 구동 신호를 생성하는 것을 포함하며, 상기 제3 미리 설정된 비교 값은 상기 제2 주기 값의 절반이다. 상기 위상 고정 루프 회로가 위상 고정을 구현하는 경우, 상기 구동 신호는 상기 프로세서에 의해 출력되는 전압 값에 기초하여 획득되는 대응하는 제2 주기 값에 기초하여 생성된다.

이하의 설명에서, 위상 고정 실패 여부는 어느 두 신호의 주기를 비교하여 판단한다. 또한, 위상 고정 실패는 어느 한 신호의 변화율이 너무 크다고 판단함으로써 결정될 수 있다. 위상 고정이 실패한 경우, 부하가 갑자기 변화하고, 정류기의 입력 전류가 정류기의 브리지 암 전류와 비동기적임을 나타낸다. 시간이 지남에 따라, 전체 무선 충전 시스템이 불안정하고 심지어 고장이 난다. 따라서 위상 고정에 실패한 것으로 판단되면, 복구 불가능한 사고를 피하기 위해, 무선 충전 수신 장치의 작동을 중지하도록 제어해야 한다.

가능한 구현예에서, 상기 무선 충전 수신 장치는 송신 장치에 의해 전송되는 송신기 코일의 전류 주기 정보를 수신하도록 구성되는 무선 통신 유닛을 더 포함한다. 상기 제어기는 상기 송신기 코일의 전류 주기 정보, 상기 동기화 참조 신호 및 상기 제1 주기 값 중 어느 둘의 주기가 불일치하는 경우, 위상 고정이 실패한 것으로 결정하고, 상기 무선 충전 수신 장치를 제어하여 작동을 중지시킨다. 또한, 상기 제어기는 대안으로 상기 송신기 코일의 전류 주기 정보, 상기 주기 참조 신호 및 상기 제1 주기 값 중 적어도 하나의 변화율이 미리 설정된 비율을 초과하는 경우, 상기 무선 충전 수신 장치를 제어하여 작동을 중지시킬 수 있다.

가능한 구현예에서, 상기 무선 충전 수신 장치는 송신 장치에 의해 전송되는 수신기 코일의 교번 자기장 주기 정보(alternating magnetic field period information)를 수신하도록 구성된 무선 통신 유닛을 더 포함할 수 있다. 상기 제어기는 상기 수신기 코일의 교류 자기장 주기 정보, 상기 동기화 참조 신호 및 상기 제2 주기 값 중 어느 둘의 주기가 불일치하는 경우, 위상 고정이 실패한 것으로 결정하고 상기 무선 충수신 장치를 제어하여 작동을 중지시킨다. 또한, 상기 제어기는 대안으로, 상기 수신기 코일의 교번 자기장 주기 정보, 상기 동기화 참조 신호 및 상기 제2 주기 값 중 적어도 하나의 변화율이 미리 설정된 비율을 초과하는 경우, 상기 무선 충전 수신 장치를 제어하여 작동을 중지시킬 수 있다.

상기 무선 충전 수신 장치는 전기 자동차에 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 무선 충전 수신 장치는 전기 자동차의 배터리 팩을 무선으로 충전할 수 있다.

또한, 본 출원의 실시예는 전기를 사용하는 요소, 배터리 및 상기 무선 충전 수신 장치를 포함하는 전기 단말기를 더 제공하며, 상기 무선 충전 수신 장치는 상기 배터리를 충전하도록 구성되고, 상기 배터리는 전기를 사용하는 상기 요소에 전원을 공급하도록 구성된다.

상기 전기 단말기가 전기 자동차인 경우, 전기를 사용하는 상기 요소는 배터리 팩이다.

본 출원의 실시예는 또한 다음을 포함하는 무선 충전 제어 방법을 제공하며, 상기 무선 충전 제어 방법은, 정류기의 입력단에서 교류 전류의 전류 기본파 성분의 위상에 대해 위상 고정을 수행하여, 상기 전류 기본파 성분과 동일한 주파수를 갖는 주기적 신호를 획득하는 단계 - 상기 위상 고정은 관성이 있기 때문에 부하의 급격한 변화로 인해 상기 전류 기본파 성분의 주파수가 변화하는 경우, 상기 주기적 신호의 주파수가 급격하게 변하지 않음 -; 및 상기 주기적 신호와 동일한 주파수를 갖는 동기화 참조 신호를 생성하고, 상기 동기화 참조 신호에 기초하여 상기 정류기 내의 제어 가능한 스위치의 구동 신호를 생성한 단계 - 상기 구동 신호와 상기 전류 기본파 성분이 동일한 주파수를 가짐 -를 포함한다. 구동 신호는 정류기의 브리지 암 전압의 주파수를 결정하기 때문에, 구동 신호와 전류 기본파 성분이 동일한 주파수를 가질 때, 브리지 암 전압과 전류 기본파 성분도 동일한 주파수를 갖는다. 다시 말해, 브리지 암 전압이 전류 기본파 성분과 동기화되도록 보장하므로, 무선 충전 시스템이 정상 상태에서 작동하도록 보장할 수 있다.

본 출원의 실시예는 송신 장치 및 상기한 무선 충전 수신 장치를 포함하는 무선 충전 시스템을 더 제공한다. 상기 송신 장치는 인버터 및 송신기 코일을 포함하며, 상기 인버터는 직류 전원의 직류 전류를 교류 전류로 반전하도록 구성되고, 상기 송신기 코일은 전자기 에너지를 상기 무선 충전 수신 장치로 전송하도록 구성된다.

전기 자동차 분야에 무선 충전 시스템을 적용하기 위해, 상기 송신 장치는 지상에 위치할 수 있고, 상기 무선 충전 수신 장치는 전기 자동차에 위치할 수 있다. 상기 송신 장치 내의 송신기 코일은 전자기 에너지를 전기 자동차에 위치한 상기 무선 충전 수신 장치로 전송한다. 상기 무선 충전 수신 장치는 전자기 에너지를 수신하고 변환을 수행한 후에 배터리 팩을 충전한다.

전술한 기술적 방안으로부터 본 출원의 실시예가 다음과 같은 이점을 갖는다는 것을 알 수 있다:

본 출원의 실시예에서 제공되는 무선 충전 수신 장치에서, 제어기는 정류기의 입력 전류의 위상에 대해 위상 고정을 수행하고 폐루프 제어 방식으로 입력 전류의 위상을 고정한다. 무선 충전 시스템이 정상 상태에서 작동하는 경우, 위상 고정 폐루프 제어의 입력 신호와 피드백 신호는 주로 위상 고정 제어의 관성 단계(inertia stage)를 사용하여 동일한 위상을 갖는다. 부하가 급변하는 경우, 정류기 입력 전류의 위상 또는 주기가 변화할 수 있다. 그러나 위상 고정 제어의 관성 단계로 인해, 부하의 갑작스런 변화로 인한 발진 과도 상태(oscillation transient state)의 경우, 위상 고정 폐루프 제어의 출력 신호는 여전히 정상 상태와 동일한 위상과 주기를 유지할 수 있으므로, 과도 상태에서 안정적인 성능을 보장한다. 따라서, 동기화 참조 신호와 정류기의 입력 전류의 기본파 성분이 동일한 주기, 즉 동일한 주파수를 갖는 것을 보장할 수 있다. 제어 가능한 스위치의 구동 신호는 동기화 참조 신호를 사용하여 생성되므로, 정류기의 브리지 암 전압과 입력 전류가 동일한 주파수를 가질 수 있다. 그 결과, 위상 고정 후에는, 부하의 갑작스런 변화로 인해 동기화 참조 신호의 주기가 변하지 않고, 구동 신호의 주파수가 급변하지 않는다. 본 출원의 실시예에 따르면, 정류기의 입력 전류가 정류기의 브리지 암 전압과 동기화되어, 전체 무선 충전 시스템이 정상 상태에서 작동하도록 보장할 수 있다.

도 1은 직류 변환 회로가 송신단에 있는 무 튜닝형 무선 충전 시스템의 개략도이다.
도 2는 직류 변환 회로가 수신 장치에 있는 무 튜닝형 무선 충전 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 출원의 일 실시예에 따른 전기 자동차용 무선 충전 시스템의 개략도이다.
도 4는 본 출원의 일 실시예에 따른 능동 튜닝을 사용하는 무선 충전 시스템의 개략도이다.
도 5는 본 출원의 실시예 1에 따른 무선 충전 수신 장치의 개략 구성도이다.
도 6은 본 출원의 실시예 2에 따른 주기적 신호를 획득하는 방법의 흐름도이다.
도 7은 본 출원의 실시예 3에 따른 동기화 참조 신호를 생성하는 방법의 흐름도이다.
도 8은 본 출원의 실시예 3에 따른 신호 생성의 개략도이다.
도 9는 본 출원의 실시예 4에 따른 스위치의 구동 신호를 생성하는 방법의 흐름도이다.
도 10은 본 출원의 실시예 4에 따른 정류기의 구동 신호 생성의 개략도이다.
도 11은 본 출원의 실시예 5에 따른 무선 충전 수신 장치의 개략 구성도이다.
도 12는 본 출원의 실시예 6에 따른 무선 충전 수신 장치의 개략 구성도이다.
도 13은 본 출원의 실시예 6에 따른 위상 고정 제어를 위해 위상 고정 루프가 사용되는 능동 튜닝의 신호 간의 관계의 개략도이다.
도 14는 본 출원의 실시예 7에 따른 무선 충전 수신 장치의 개략 구성도이다.
도 15는 본 출원의 실시예 8에 따른 무선 충전 수신 장치의 개략 구성도이다.
도 16은 본 출원의 실시예 9에 따른 무선 충전 수신 장치의 개략 구성도이다.
도 17은 본 출원의 실시예 10에 따른 무선 충전 수신 장치의 개략 구성도이다.
도 18은 본 출원의 실시예 11에 따른 무선 충전 수신 장치의 개략 구성도이다.
도 19는 본 출원의 실시예 12에 따른 무선 충전 수신 장치의 개략 구성도이다.
도 20은 본 출원의 실시예 13에 따른 무선 충전 수신 장치의 개략 구성도이다.
도 21은 본 출원의 실시예 14에 따른 무선 충전 수신 장치의 개략 구성도이다.
도 22는 본 출원의 실시예 15에 따른 능동 튜닝을 사용하고 정류 및 반전 각각에 대해 하프 브리지 구조를 사용하는 무선 충전 시스템의 개략 구성도이다.
도 23은 본 출원의 실시예 15에 따른 무선 충전 수신 장치의 개략 구성도이다.
도 24는 본 출원의 실시예 16에 따른 무선 충전 제어 방법의 흐름도이다.
도 25는 본 출원의 실시예 17에 따른 무선 충전 시스템의 개략 구성도이다.

당업자가 본 출원의 실시예에서 제공되는 기술적 방안을 더 잘 이해할 수 있도록 하기 위해, 이하에서는 먼저 전기 자동차 분야에 적용되는 무선 충전 시스템이 어떻게 작동하는지를 설명한다.

도 3은 본 출원의 일 실시예에 따른 전기 자동차용 무선 충전 시스템의 개략도이다.

무선 충전 시스템은 적어도 전기 자동차(100) 및 무선 충전소(wireless charging station)(101)를 포함할 수 있다.

전기 자동차(100)는 무선 충전 수신 장치(1000)를 포함할 수 있고, 무선 충전소(101)는 무선 충전 송신 장치(1010)를 포함할 수 있다.

현재, 무선 충전 시스템에 의해 전기 자동차를 충전하는 과정은 전기 자동차(100)의 무선 충전 수신 장치(1000)와 무선 충전소(101)의 무선 충전 송신 장치(1010)가 함께 작동하여 비접촉 충전(contactless charging)을 수행하는 것이다.

무선 충전소(101)는 구체적으로 고정 무선 충전소, 고정 무선 충전 주차 공간, 무선 충전 도로 등일 수 있다. 무선 충전 송신 장치(1010)는 지상에 배치되거나 지하에 매립될 수 있으며, 무선 충전 송신 장치(1010) 위의 전기 자동차(100)를 무선으로 충전할 수 있다.

무선 충전 수신 장치(1000)는 구체적으로, 전기 자동차(100)의 하부에 일체화될 수 있다. 전기 자동차(100)가 무선 충전 송신 장치(1010)의 무선 충전 범위에 진입하면, 전기 자동차(100)는 무선 충전 방식으로 충전될 수 있다. 무선 충전 수신 장치(1000)의 전력 수신 안테나와 정류 회로는 통합되거나 분리될 수 있다. 전력 수신 안테나와 정류기 회로가 분리되면 정류기 회로의 정류기는 일반적으로 차량 내부에 배치된다.

무선 충전 송신 장치(1010)의 전력 송신 안테나와 인버터 회로는 통합되거나 분리될 수 있다. 도 1은 전력 송신 안테나와 인버터 회로가 통합된 형태를 보여준다.

또한, 비접촉 충전은 무선 충전 수신 장치(1000) 및 무선 충전 송신 장치(1010)에 의해 구체적으로는 전기장 유도 방식, 자기 유도 방식, 자기 공명 방식 또는 무선 방사 방식일 수 있는, 전기장 결합 방식 또는 자기장 결합 방식으로 수행하는 무선 전력 전송일 수 있다. 본 출원의 이 실시예에서는 이를 특별히 한정하지 않는다. 또한, 전기 자동차(100)와 무선 충전소(101)는 양방향 충전을 수행할 수 있다. 다시 말해, 무선 충전소(101)가 전원을 사용하여 전기 자동차(100)를 충전하거나, 전기 자동차(100)가 전원에 방전할 수 있다.

본 출원의 실시예에서 제공되는 기술적 방안은 능동 튜닝에 기초한다. 당업자가 기술적 방안을 더 잘 이해할 수 있도록 하기 위해, 이하에서는 첨부 도면을 참조하여 능동 튜닝이 어떻게 작동하는지 상세히 설명한다.

무선 충전 시스템의 출력 전력은 정류기의 등가 임피던스와 연관된다. 정류기의 출력 전류가 일정할 때, 정류기의 출력 전력은 정류기의 등가 임피던스와 정류기 출력 전류의 제곱의 곱과 같다. 따라서, 무선 충전 시스템의 출력 전력은 정류기의 등가 임피던스를 조정함으로써 조정될 수 있다. 정류기의 등가 임피던스는 정류기의 브리지 암 전압을 정류기의 입력 전류로 나눔으로써 획득된다. 따라서 정류기의 등가 임피던스 조정의 전제는 브리지 암 전압이 정류기의 입력 전류와 동기화된다는 것이다. 정류기의 브리지 암 전압과 입력 전류가 변동 상태에 있고, 브리지 암 전압과 입력 전류 사이의 위상을 고정할 수 없는 경우, 무선 충전 시스템의 출력 전력은 제어할 수 없는 상태에 있다. 결과적으로, 능동 튜닝을 구현할 수 없다.

도 4는 본 출원의 일 실시예에 따른 능동 튜닝을 사용하는 무선 충전 시스템의 개략도이다.

제어 가능한 스위치(S1, S2, S3, S4)는 능동 튜닝을 사용하는 무선 충전 시스템의 수신 장치에 사용된다. 제어 불가능한 다이오드 대신에, IGBT 또는 MOS 트랜지스터와 같은 제어 가능한 스위치가 수신 장치의 정류기에 사용된다.

정류기에 제어 가능한 스위치를 사용하는 능동 튜닝에서, 수신 장치의 정류기의 브리지 암 전압과 입력 전류의 동기화 제어가 포함된다. 그러나 정류기의 입력 전류는 부하가 변화함에 따라 쉽게 변화한다. 특히 부하가 갑자기 증가 또는 감소되는 경우, 정류기의 입력 전류가 크게 변화하므로, 동기화된 신호의 주기가 변화한다. 결과적으로, 제어 가능한 스위치를 구동하는 구동 신호의 주파수가 급변하고, 무선 충전 시스템이 과도 상태에서 불안정하게 작동하거나, 심지어 보호가 트리거되어 정지된다.

전술한 문제를 해결하기 위해, 본 출원의 실시예는 무선 충전 수신 장치를 제공하여, 정류기의 입력 전류의 위상에 대해 위상 고정을 수행한다. 무선 충전 시스템이 정상 상태에서 작동하는 경우, 위상 고정 폐루프 제어의 입력 신호와 피드백 신호는 위상 고정의 관성 원리를 사용하여 동일한 위상을 갖는다. 따라서 부하가 갑자기 변화할 때, 위상 고정 후 획득된 전류 기본파 성분의 위상이 급변하지 않는다. 위상 고정 후 획득된 위상은 정류기의 제어 가능한 스위치의 구동 신호를 동기화하는 데 사용되어, 전류 기본파 성분의 주파수가 정류기의 브리지 암 전압의 주파수와 동기화된다. 따라서 이 무선 충전 수신 장치를 적용하면, 부하가 갑자기 변화할 때 정류기의 입력 전류를 정류기의 브리지 암 전압과 동기화시켜, 무선 충전 시스템이 정상 상태에서 작동할 수 있도록 한다.

본 출원은 능동 튜닝을 사용하는 무선 충전 수신 장치를 제공한다. 이하에서는 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 출원의 이하의 실시예에서 제공되는 무선 충전 수신 장치는 도 1에 대응하는 무선 충전 수신 장치(1000)에 적용될 수 있다.

[실시예 1]

도 5는 본 출원의 실시예 1에 따른 무선 충전 수신 장치의 개략 구성도이다.

도 5는 무선 충전 시스템을 도시하며, 송신단은 도 4의 것과 동일하다. 여기서는 세부사항을 설명하지 않는다. 본 출원의 실시예에서 제공되는 기술적 방안은 무선 충전 수신 장치의 개선이다. 이하에서는 주로 무선 충전 수신 장치의 작동 방식을 설명한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 출원의 이 실시예에서 제공되는 무선 충전 수신 장치(500)는 수신기 코일(501), 정류기(502) 및 제어기(503)를 포함한다. 무선 충전 수신 장치는 부하(504) 및 보상 회로(505)를 더 포함할 수 있다.

수신기 코일(501)의 출력단(output end)은 보상 회로(505)의 입력단에 연결된다. 보상 회로(505)의 출력단은 정류기(502)의 입력단에 연결된다. 정류기(502)의 출력단은 부하(504)에 연결된다. 무선 충전 시스템이 전기 자동차에 적용되는 경우, 부하는 배터리 팩일 수 있다.

수신기 코일(501)은 송신기 코일에 의해 송신되는 전자기 에너지를 수신하고 교류 전류를 출력하도록 구성된다.

보상 회로(505)는 수신기 코일에 의해 출력되는 교류 전류를 보상하고, 수신기 코일(501)이 송신단에서 송신기 코일에 의해 송신되는 교류 전류를 수신할 때 발생하는 추가적인 위상 편이를 제거하고, 보상 후에 획득된 교류 전류를 정류기(502)에 출력하도록 구성되어, 무선 충전 수신 장치가 안정적인 교류 전류를 획득할 수 있도록 한다.

정류기(502)는 적어도 두 개의 제어 가능한 스위치를 포함하고, 적어도 두 개의 제어 가능한 스위치를 사용하여 수신기 코일로부터의 교류 전류를 직류 전류로 정류하도록 구성된다.

정류기(502)는 풀 브리지 정류기 또는 하프 브리지 정류기일 수 있다.

본 실시예에서는, 정류기(502)가 풀 브리지 정류기이고, 풀 브리지 정류기의 네 개의 스위치가 모두 제어 가능한 스위치인 예를 사용하여 설명한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 정류기는 제어 가능한 스위치 S1, S2, S3 및 S4를 포함한다.

제어기(503)는 추가로, 주기적 신호와 동일한 주파수를 갖는 동기화 참조 신호를 생성하고, 동기화 참조 신호에 기초하여 정류기(502) 내의 제어 가능한 스위치의 구동 신호를 생성하고, 구동 신호에 기초하여, 교류 전류를 직류 전류로 변환하도록 류기(502) 내의 제어 가능한 스위치를 제어하도록 구성되며, 여기서 구동 신호와 전류 기본파 성분은 동일한 주파수를 갖는다.

직접 샘플링되는 정류기(502)의 입력 전류는 고조파를 포함하고 있기 때문에, 정류기(502)의 입력 전류의 기본파 성분을 추출해야 하며, 기본파 성분은 고조파를 포함하지 않는다. 제어기(503)는 정류기(502)의 브리지 암 전압을 정류기(502)의 입력 전류와 동기화되도록 제어하고, 이는 제어기(503)가 정류기(502)의 브리지 암 전압의 주기를 기본파 성분의 주기와 동기화되도록 제어함을 의미한다. 정류기(502)의 브리지 암 전압과 정류기 내의 제어 가능한 스위치의 구동 신호는 동일한 주기를 갖는다. 따라서, 구동 신호는 전류 기본파 성분과 동일한 주기를 갖도록 제어될 수 있다. 또한, 주파수는 주기의 역수이기 때문에, 구동 신호는 전류 기본파 성분과 동일한 주파수를 갖도록 제어될 수 있다. 정류기(502)의 브리지 암 전압은 두 개의 브리지 암 중간점 사이의 전압이다. 정류기(502)가 하프 브리지이고 브리지 암이 하나뿐인 경우, 브리지 암 전압은 브리지 암 중간점과 접지 사이의 전압이다.

정류기(502)의 입력 전류를 샘플링하는 하드웨어 회로 때문에, 샘플링되는 입력 전류의 위상은 실제 입력 전류의 위상보다 뒤처진다. 샘플링되는 입력 전류의 위상이 실제 입력 전류의 위상보다 뒤처지는 차이는 샘플링을 수행하는 하드웨어 회로의 구체적인 구조와 구체적인 파라미터에 따라 달라진다.

주기적 신호는 구형파(square wave) 형태 또는 정현파(sine wave) 형태의 주기적 신호일 수 있다. 본 출원의 이 실시예에서는 이를 특별히 한정하지 않는다. 주기적 신호와 전류 기본파 성분의 위상 차는 각각의 주기에서 고정되며, 고정된 위상 차는 0 또는 다른 값일 수 있다.

동기화 참조 신호와 주기적 신호는 동일한 주파수, 즉 동일한 주기를 갖는다. 또한, 동기화 참조 신호와 주기적 신호 사이에는 고정된 위상 차가 있을 수 있으며, 고정된 위상 차는 0 또는 다른 값일 수 있다.

정류기(102) 내의 제어 가능한 스위치의 구동 신호는 동기화 참조 신호에 기초하여 생성되고, 구동 신호는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 신호이다. 도 5에 도시된 제어 가능한 스위치를 참조하면, 본 출원의 이 실시예에서의 구동 신호는 구체적으로 제1 PWM 구동 신호 및 제2 PWM 구동 신호를 포함할 수 있다. 제1 PWM 구동 신호는 제어 가능 스위치(S1, S3)를 구동하는 데 사용될 수 있고, 제2 PWM 구동 신호는 제어 가능 스위치(S2, S4)를 구동하는 데 사용될 수 있다. 제1 PWM 구동 신호 및 제2 PWM 구동 신호는 각각 주기적인 신호와 동일한 주기를 가지며, 제1 PWM 구동 신호와 제2 PWM 구동 신호 사이에 조정 가능한 위상 편이 각(θ)이 있다. 위상 편이 각(θ), 즉 정류기(502)의 전방 브리지 암과 후방 브리지 암 사이의 위상 편이 각을 조정하여 구동 신호의 위상 편이 기능을 구현할 수 있다.

위상 고정 제어의 경우, 주기적 신호는 피드백 신호의 역할을 하고, 전류 기본파 성분은 참조 신호의 역할을 한다. 주기적 신호의 위상과 전류 기본파 성분의 위상 사이에서 감산이 수행되어 위상 차를 획득한다. 주기적 신호는 위상 차에 기초하여 제어되므로, 주기적 신호는 전류 기본파 성분을 따른다. 구체적으로는, 주기적 신호의 위상은 정류기의 입력 전류의 기본파 성분의 위상을 따르며, 주기적 신호의 주기는 정류기의 입력 전류의 기본파 성분의 주기와 동기화된다.

본 출원의 이 실시예에서 제공되는 무선 충전 수신 장치에서, 제어기는 정류기의 입력 전류의 위상에 대해 위상 고정을 수행하고 폐루프 제어 방식으로 입력 전류의 위상을 고정한다. 무선 충전 시스템이 정상 상태에서 작동할 때, 위상 고정 폐루프 제어의 입력 신호와 피드백 신호는 주로 위상 고정 제어의 관성 단계를 사용하여 동일한 위상을 갖는다. 부하가 급변하는 경우, 정류기의 입력 전류의 위상 또는 주기가 변화할 수 있다. 그러나 위상 고정 제어의 관성 단계로 인해, 부하의 갑작스런 변화로 인해 야기된 발진 과도 상태의 시간 내에서, 위상 고정 폐루프 제어의 출력 신호는 여전히 정상 상태에서의 것과 동일한 위상과 주기를 유지할 수 있어, 과도 상태에서 안정적인 성능을 보장한다. 따라서, 동기화 참조 신호와 정류기의 입력 전류의 기본파 성분이 동일한 주기, 즉 동일한 주파수를 갖도록 보장할 수 있다. 제어 가능한 스위치의 구동 신호는 동기화 참조 신호를 사용하여 생성되므로, 정류기의 브리지 암 전압과 입력 전류가 동일한 주파수를 가질 수 있다. 그 결과, 위상 고정 후에는 동기화 참조 신호의 주기가 부하의 갑작스런 변화로 인해 변화하지 않고, 구동 신호의 주파수가 급변하지 않으며, 구동 신호와 브리지 암 전압이 동일한 주기를 갖는다. 구동 신호와 동기화 참조 신호의 주기가 동일한 경우, 정류기의 입력 전류가 정류기의 브리지 암 전압과 동기화되는 것을 보장할 수 있어, 전체 무선 충전 시스템이 정상 상태에서 작동할 수 있도록 한다.

[실시예 2]

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 제어기가 주기적 신호를 획득하기 위해 전류 기본파 성분에 대해 위상 고정을 수행하는 방법을 구체적으로 설명한다.

도 6은 본 출원의 실시예 2에 따른 주기적 신호를 획득하는 방법의 흐름도이다.

제어기는 주기적 신호를 획득하기 위해 다음 단계를 수행하여 전류 기본파 성분에 대한 위상 고정을 수행한다.

S601. 제어기가 첫 라운드의 위상 고정의, 전류 기본파 성분과 초기의 미리 설정된 주기적 신호 사이의 위상 차를 획득하고, 위상 차에 대해 저역 통과 필터링을 수행하고, 저역 통과 필터링 후 획득된 위상 차에 대해 비례 적분 제어를 수행하여 제1 주기 값을 획득하고, 제1 주기 값에 기초하여, 첫 라운드의 위상 고정에 대응하는 주기적인 신호를 획득하며, 여기서 제1 주기 값은 위상 차에 반비례한다.

제어기에 의해 수행되는 위상 고정 제어는 폐루프 피드백 제어에 속하며, 여기서 전류 기본파 성분은 폐루프 제어의 입력 참조 신호의 역할을 하고, 주기적인 신호는 폐루프 제어의 피드백 신호의 역할을 한다. 그러나 제어기가 작동을 위해 전력을 공급받는 첫 번째 주기에는, 폐루프 제어는 출력된 주기적 신호가 없다. 따라서 첫 라운드의 위상 고정 시에, 초기의 미리 설정된 주기적인 신호가 피드백신호로서, 전류 기본파 성분과 비교되어, 첫 라운드의 위상 고정의, 전류 기본파 성분과 초기의 미리 설정된 주기적인 신호 사이의 위상 차를 구한다. 첫 라운드의 위상 고정은 첫 번째 주기에서의 위상 고정이다.

초기의 미리 설정된 주기적인 신호는 입력 전류의 주기 값에 기초하여 설정될 수 있으며, 일반적으로, 초기의 미리 설정된 주기적인 신호와 입력 전류의 기본파 성분 사이에 위상 차가 미리 설정된 범위 내에 있다면 초기의 미리 설정된 주기적인 신호는 임의의 값으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 입력 전류의 기본파 성분의 주파수가 85kHz이면, 초기의 미리 설정된 주기적인 신호는 80kHz로 설정될 수 있다. 부하가 갑자기 변화하는 경우, 입력 전류의 기본파 성분의 주파수는 83kHz로 변경될 수 있다.

제1 주기 값은 카운터를 사용하여 획득될 수 있다. 제어기 내의 카운터는 0부터 제1 주기 값까지 카운팅한다. 카운터가 제1 주기 값까지 카운팅하면, 카운터는 0으로 재설정되고 0부터 다시 카운팅한다. 따라서 카운터의 카운트 값의 변화는 시간이 지남에 따라 삼각파 형태를 나타낸다.

제1 주기 값은 주기에 대응한다. 구체적으로는, 제1 주기 값을 사용하여 대응하는 주기적인 신호를 획득할 수 있다.

제어기가 위상 고정을 수행하는 과정은 폐루프 제어 과정이며, S601에서, 제어기는 제1 주기에서 첫 라운드의 위상 고정만을 수행한다. 첫 라운드의 위상 고정가 완료된 후, 주기적인 신호가 생성된다. 후속하여 S602에서, 이전 주기에서 생성된 주기적 신호를 전류 기본파 성분과 비교하여 주기적 신호와 전류 기본파 성분 사이의 위상 차를 획득하고, 위상 차에 기초하여 대응하는 주기 값을 획득하고, 주기 값에 기초하여 현재 주기의 주기적인 신호를 획득한다.

S602. 첫 라운드가 아닌 위상 고정에서, 제어기는 위상 고정 후 획득된 이전 주기의 주기적 신호를 전류 기본파 성분와 비교하여 현재 주기의 주기적 신호를 획득한다.

S602와 S601의 차이점은 전류 기본파 성분와 비교되는 객체에만 존재한다. S601에서는, 초기의 미리 설정된 주기적인 신호가 전류 기본파 성분와 비교되고, S602에서는, 이전 주기의 주기적 신호가 전류 기본파 성분과 비교된다. 다른 설명은 동일하다.

이하에서는 첫 라운드가 아닌 위상 고정을 예로 사용하여 설명하며, 제1 주기 값은 위상 차에 반비례한다.

전류 기본파 성분의 위상이 주기적 신호의 위상에 앞서면, 위상 차는 양이다. 따라서, 주기적 신호의 위상이 전류 기본파 성분의 위상에 가깝도록, 제1 주기 값을 감소시켜야 하고, 주기적 신호의 주파수를 증가시켜야 한다.

전류 기본파 성분의 위상이 주기적 신호의 위상에 뒤처지면, 위상 차는 음이다. 따라서, 주기적 신호의 위상이 전류 기본파 성분의 위상에 가깝도록, 제1 주기 값을 증가시켜야 하고, 주기적 신호의 주파수를 감소시켜야 한다.

본 출원의 이 실시예에서는, 제어기를 사용하여 전류 기본파 성분에 대한 위상 고정을 수행하여 주기적 신호를 획득한다. 위상 고정 제어는 폐루프 제어 과정에 속한다. 주기적 신호는 피드백 신호의 역할을 하고 전류 기본파 성분은 참조 신호의 역할을 한다. 피드백 신호를 참조 신호와 비교하여 피드백 신호와 참조 신호 사이의 위상 차를 획득한다. 그 후, 위상 차에 기초하여 제1 주기 값을 획득한다. 주기적 신호는 제1 주기 값에 기초하여 획득되므로, 주기적 신호와 전류 기본파 성분이 동일한 주파수를 가질 수 있고, 위상 차는 고정될 수 있다. 위상 고정의 관성 특징으로 인해, 주기적 신호에는 간섭 방지 기능이 있다. 부하의 갑작스런 증가 또는 감소 또는 다른 이유로 인해 무선 충전 수신 장치의 전류로서 과도 상태에 있는 전류에 비교적 큰 변화가 발생하는 경우, 주기적 신호의 주파수는 그에 따라 갑자기 변동하지 않으므로, 무선 충전 시스템이 정상 상태에서 작동한다.

[실시예 3]

전술한 실시예에서는 제어기가 주기적 신호를 획득하는 구체적인 과정을 설명하였다. 이하에서는 첨부 도면을 참조하여 제어기가 주기적 신호와 동일한 주파수를 갖는 동기화 참조 신호를 어떻게 생성하는지를 구체적으로 설명한다. 이 실시예에서, 동기화 참조 신호와 주기적 신호 사이에는 고정된 위상 차가 있을 수 있고, 고정된 위상 차는 0 또는 다른 값일 수 있다. 고정된 위상 차가 0일 때, 동기화 참조 신호와 주기적 신호는 동일한 주파수 및 동일한 위상을 갖는다. 고정된 위상 차가 다른 값일 때, 동기화 참조 신호와 주기적 신호는 동일한 주파수를 갖지만 위상이 다르다.

도 7은 본 출원의 실시예 3에 따른, 제어기가 동기화 참조 신호를 생성하는 방법의 흐름도이다.

도 8은 본 출원의 실시예 3에 따른 신호 파형을 도시한다.

제어기가 주기적 신호와 동일한 주파수를 갖는 동기화 참조 신호를 생성한다는 것은 구체적으로 다음과 같다: 제어기는 제1 주기 값 및 제1 미리 설정된 비교 값에 기초하여 동기화 참조 신호를 획득하도록 구성되며, 여기서 제1 미리 설정된 비교는 값은 주기적 신호와 동기화 참조 신호 사이의 위상 차를 조정하는 데 사용된다.

제어기가 제1 주기 값 및 제1 미리 설정된 비교 값에 기초하여 동기화 참조 신호를 획득하도록 구성된다는 것은 S701 및 S702에서 구체적으로 설명된다.

S701. 제어기 내의 카운터는 각각의 주기에서 0부터 제1 주기 값까지 카운팅하여 카운팅 시퀀스를 형성하고, 카운팅 시퀀스에 삼각파를 획득한다.

S702. 제어기는 삼각파의 진폭을 제1 미리 설정된 비교 값과 비교하도록 구성되며, 여기서 진폭이 제1 미리 설정된 비교 값보다 큰 삼각파의 부분은 고 레벨의 동기화 참조 신호를 형성하고, 진폭이 제1 미리 설정된 비교 값보다 작은 삼각파 부분은 동기화 참조 신호의 저 레벨을 형성한다.

구체적으로, 도 8에 도시된 파형을 참조하면, PWM1 카운팅 신호의 파형은 삼각파이고, 삼각파와 교차하는 수평 파선은 제1 미리 설정된 비교 값을 나타낸다. 제어기 내의 카운터는 삼각파를 생성한다. 각각의 주기에서의 PWM1 카운팅 신호는 하나의 카운팅 주기에 대응하고, 각각의 카운팅 주기에서 카운터는 0부터 제1 주기 값까지 카운팅한다. 카운트 값의 변화는 시간이 지남에 따라 삼각파 형태를 나타낸다. 냅니다. 제1 주기 값에 대응하는 데이터까지 카운팅한 경우, 카운터는 0으로 재설정되고 다음 카운팅 주기에서 다시 카운팅를 시작한다. 도 8에서의 PWM1 카운팅 신호의 파고 값(crest value)은 제1 주기 값이다. 동기화 참조 신호는 제1 주기 값을 실어 전달한다.

도 8에서, δ는 주기적 신호와 PWM1 카운팅 신호 사이의 위상 차를 나타내는 데 사용되고, 위상 차는 제1 미리 설정된 비교 값과 연관된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 미리 설정된 비교 값이 증가하고, 대응하는 수평 파선이 위로 이동한다. 이 경우, 주기적 신호와 PWM1 카운팅 신호의 위상 차 δ가 커진다. 제1 미리 설정된 비교 값이 감소하고, 대응하는 수평 파선이 아래로 이동한다. 이 경우, 주기적 신호와 PWM1 카운팅 신호의 위상 차 δ가 작아진다. 제1 미리 설정된 비교 값을 조정함으로써 주기적 신호와 동기화 참조 신호의 위상 차를 조정할 수 있음을 알 수 있다.

도 8에서, 카운터가 0인 순간에 항상 동기화 참조 신호가 생성된다. 대안으로, 카운터가 다른 데이터를 카운트하는 순간에 동기화 참조 신호가 생성될 수 있다. 카운터의 카운트 값이 제1 미리 설정된 비교 값과 같은 순간이 주기적 신호의 상승 에지 순간(rising edge moment)이다. 따라서, 제1 미리 설정된 비교 값을 조정함으로써 주기적 신호와 동기화 참조 신호의 위상 차를 조정할 수 있다.

본 출원의 이 실시예에서, 제어기는 제1 주기 값 및 제1 미리 설정된 비교 값에 기초하여 동기화 참조 신호를 획득한다. 제1 미리 설정된 비교 값은 주기적 신호와 동기화 참조 신호의 위상 차에 기초하여 설정된다. 제어기는 제1 주기 값에 기초하여 카운팅을 수행함으로써 PWM1 카운팅 신호를 획득할 수 있고, 주기적으로 카운팅을 수행함으로써 대응하는 삼각파를 획득할 수 있다. 제어기는 삼각파를 제1 미리 설정된 값과 비교하여 동기화 참조 신호를 생성한다. 또한, 주기적 신호와 PWM1 카운팅 신호의 위상 차는 제1 미리 설정된 비교 값을 조정함으로써 조정할 수 있으며, 동기화 참조 신호는 주기 값과 위상 차를 실어 전달한다.

[실시예 4]

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 제어기가 동기화 참조 신호에 기초하여 정류기 내의 제어 가능한 스위치의 구동 신호를 어떻게 생성하는지를 구체적으로 설명한다.

본 실시예에서, 정류기가 풀 브리지 정류기이고 두 개의 브리지 암을 포함하는 예를 사용하며, 제어기가 동기화 참조 신호에 기초하여 정류기 내의 제어 가능한 스위치의 구동 신호를 생성하는 것은 구체적으로 다음을 포함한다:

제어기는 동기화 참조 신호, 풀 브리지 정류기의 두 브리지 암 사이의 위상 편이 각, 및 제2 미리 설정된 비교 값에 기초하여 풀 브리지 정류기의 전방 브리지 암에 있는 제어 가능한 스위치의 제1 구동 신호 및 풀 브리지 정류기의 후방 브리지 암에 있는 제어 가능한 스위치의 제2 구동 신호를 생성하며, 여기서 제1 구동 신호와 제2 구동 신호의 위상 차가 위상 편이 각이고, 제2 미리 설정된 비교 값은 제1 주기 값의 절반이다.

도 9는 본 출원의 실시예 4에 따른 제어기가 스위치의 구동 신호를 생성하는 방법의 흐름도이다.

제어기는 다음 단계를 수행함으로써 구동 신호를 생성한다.

S901. 제어기는 동기화 참조 신호 및 미리 설정된 제2 비교 값에 기초하여 정류기 내의 제어 가능한 스위치의 구동 신호를 생성한다.

본 출원의 이 실시예에서는, 정류기가 풀 브리지 정류기이고 네 개의 스위치(S1, S2, S3, S4)를 포함하는 예를 설명에 사용한다. 제1 PWM 구동 신호는 스위치(S1, S3)를 구동하는 데 사용될 수 있고, 제2 PWM 구동 신호는 스위치(S2, S4)를 구동하는 데 사용될 수 있다. 제1 PWM 구동 신호 및 제2 PWM 구동 신호는 각각 주기적인 신호와 동일한 주기 값을 갖는다.

도 10은 본 출원의 실시예 4에 따른 정류기의 구동 신호를 생성하는 개략도이다.

본 출원의 이 실시예에서, 제1 미리 설정된 비교 값이 제1 주기 값의 절반 인 예는, 구체적으로, 주기적 신호와 동기화 참조 신호 사이의 위상 차가 주기의 절반이다. 또한, 제1 미리 설정된 비교 값으로서 다른 값이 선택될 수 있다. 본 출원의 이 실시예에서는 이를 특별히 한정하지 않는다.

동기화 참조 신호는 PWM1 카운팅 신호에 관한 정보를 실어 전달한다. 이해의 편의를 위해, 이하에서는 PWM1 카운팅 신호의 파형을 참조하여 설명한다.

제어기의 카운터가 PWM2 카운팅 신호와 PWM3 카운팅 신호를 생성하는 원리는 PWM1 카운팅 신호를 생성하는 것과 동일하다. 여기서는 세부사항을 설명하지 않는다. 구별을 위해, PWM1 카운팅 신호는 PWM1 카운터에 대응하고, PWM2 카운팅 신호는 PWM2 카운터에 대응하고, PWM3 카운팅 신호는 PWM3 카운터에 대응한다.

PWM2 카운팅 신호 및 PWM3 카운팅 신호는 각각 PWM1 카운팅 신호와 동일한 주기 값을 갖는다. PWM1 카운터가 미리 설정된 값일 때, PWM2 카운터와 PWM3 카운터가 동기화된다. PWM2 카운팅 신호가 0인 초기 위치와 PWM3 카운팅 신호가 0인 초기 위치는 각각 PWM1 카운팅 신호가 0인 초기 위치에 대해 각도 α만큼 위상 편이되어 있으며, 여기서 α는 0 이상이고 주기 값보다 작다. 본 출원의 이 실시예에서는 각도 α의 값을 특별히 한정하지 않는다.

도 10에 도시된 바와 같이, PWM3 카운팅 신호는 PWM2 카운팅 신호에 대해 반주기만큼 위상이 편이된다. PWM3 카운팅 신호는 또한 PWM2 카운팅 신호에 대해 다른 각도만큼 위상이 편이될 수 있음을 이해할 수 있다.

제1 PWM 구동 신호 및 제2 PWM 구동 신호는 PWM2 카운팅 신호 및 PWM3 카운팅 신호를 각각 사용하여 제2 미리 설정된 비교 값에 기초하여 생성될 수 있다. 미리 설정된 제2 비교 값과 제1 미리 설정된 비교 값은 동일하거나 상이할 수 있다. 도 10은 제2 미리 설정된 비교 값과 제1 미리 설정된 비교 값이 동일한 경우의 구동 신호를 생성하는 개략도이다.

PWM2 카운팅 신호와 PWM3 카운팅 신호는 제2 미리 설정된 비교 값과 비교되어 각각 제1 PWM 구동 신호와 제2 PWM 구동 신호를 출력한다. 제2 미리 설정된 비교 값이 제1 주기 값의 절반이면, PWM2 카운팅 신호는 한 주기의 절반 동안 제2 미리 설정된 비교 값보다 크므로, 제1 PWM 구동 신호의 듀티 사이클은 50%이고; PWM3 카운팅 신호는 한 주기의 절반 동안 제2 미리 설정된 비교 값보다 크므로, 제2 PWM 구동 신호의 듀티 사이클은 50%이다. 제1 PWM 구동 신호와 제2 PWM 구동 신호의 위상 차는 θ이며, 여기서 θ는 정류기의 전방 브리지 암과 후방 브리지 암 사이의 위상 편이 각이다.

본 출원의 이 실시예에서, 제어기는 동기화 참조 신호에 기초하여 정류기 내의 제어 가능한 스위치의 구동 신호를 생성하고, 제2 미리 설정된 비교 값을 조정함으로써, 생성되는 제1 PWM 구동 신호 및 제2 PWM 구동 신호의 듀티 사이클을 변경한다.

[실시예 5]

본 출원의 전술한 실시예는 무선 충전 수신 장치가 어떻게 작동하는지 설명한다. 이하에서는 첨부 도면을 참조하여 정류기의 입력 전류가 어떻게 샘플링되고 입력 전류를 사용하여 전류 기본파 성분을 어떻게 획득하는지 구체적으로 설명한다. 이 실시예에서, 제어기 이외의 주변 회로는 정류기의 입력 전류에 대해 샘플링, 필터링 및 영 교차 검출(zero-crossing detection)을 수행한다.

도 11은 본 출원의 실시예 5에 따른 무선 충전 수신 장치의 개략 구성도이다.

수신 코일(501), 정류기(502) 및 제어기(503)에 더하여, 무선 충전 수신 장치(1100)는 전류 센서(1101), 필터(1102) 및 영 교차 검출기(1103)를 더 포함한다.

전류 센서(1101)는 정류기(502)의 입력 전류 i를 검출하도록 구성된다.

전류 센서(1101)는 구체적으로, 홀 전류 센서, 변류기(current transformer, CT) 또는 다른 유형의 전류 검출 회로일 수 있다. 본 출원의 이 실시예에서는 이를 특별히 한정하지 않는다.

필터(1102)는 전류 센서(1101)에 의해 획득되는 입력 전류를 필터링하여, 정류기의 입력 전류의 기본파 성분의 위상을 나타내는 전류 신호를 획득하도록 구성된다.

필터는 입력 전류의 고차 고조파(high-order harmonic)를 필터링하고, 입력 전류의 기본파 성분만을 유지할 수 있다. 본 출원의 이 실시예에서, 필터(1102)는 하드웨어 필터일 수 있다. 하드웨어 필터의 소자는 출력 신호와 입력 신호 사이에 위상 차를 일으키기 때문에, 획득된 전류 기본파 성분과 정류기의 입력 전류의 실제 기본파 성분 사이에 위상 차가 있다. 따라서, 입력 전류의 기본파 성분의 위상을 나타내는 전류 신호가 획득된다. 위상 차는 하드웨어 필터의 파라미터 및 구조를 이용하여 획득될 수 있으며, 후속하여 제어기는 위상 차를 보상할 수 있다.

영 교차 검출기(1103)는 필터에 의해 출력되는 전류 신호에 대해 영 교차 검출을 수행하여 전류 기본파 성분을 획득하도록 구성된다.

하드웨어 필터에 의해 출력되는 전류 신호는 아날로그 정현파 신호이다. 영 교차 검출기(1103)는 아날로그 정현파 신호에 대해 영 교차 검출을 수행하여 구형파 전류 기본파 성분을 획득하며, 여기서 구형파 전류 기본파 성분은 디지털 신호이다. 구형파 전류 기본파 성분은 제어기(503)의 입력 신호의 역할을 한다.

본 출원의 이 실시예에서, 전류 센서, 필터 및 영 교차 검출기가 제어기와 정류기 사이에 추가된다. 필터는 정류기의 입력 전류에서 고차 고조파를 필터링하고, 영 교차 검출기는 필터링 후 획득된 입력 전류에 대해 영 교차 검출를 수행하여, 입력 전류의 기본파 성분을 나타내는 전류 기본파 성분을 획득한다.

정류기의 입력 전류를 처리함으로써 획득되는 전류 기본파 성분을 사용하여 구형파 신호를 생성하는 것이 더 쉽고, 전류 기본파 성분과 입력 전류 사이에 고정된 위상 차가 있다. 위상 차는 제어기에 의해 보상될 수 있으며, 보상 후 획득된 전류 기본파 성분과 입력 전류의 실제 기본파 성분은 동일한 위상을 갖는다.

[실시예 6]

본 출원의 이 실시예는 다른 무선 충전 수신 장치를 제공하며, 여기서 위상 고정 루프 회로는 무선 충전 수신 장치의 제어기에 통합되고, 위상 고정 루프 회로가 전류 기본파 성분에 대해 위상 고정을 구현한다. 위상 고정 루프 회로의 경우, 주기적 신호와 동기화 참조 신호는 동일한 주파수와 동일한 위상을 갖는 신호이다. 즉, 주기적 신호와 동기화 참조 신호는 동일한 신호일 수 있다. 이하에서는 첨부 도면을 참조하여 무선 충전 수신 장치가 어떻게 작동하는지 구체적으로 설명한다.

도 12는 본 출원의 실시예 6에 따른 무선 충전 수신 장치의 개략 구성도이다.

수신 장치는 제어기(1200), 전류 센서(1206), 필터(1207) 및 영 교차 검출기(1208)를 포함한다.

제어기(1200)는 구체적으로 위상 검출기(1201), 프로세서(1202), 전압 제어 발진기(1203), 제2 PWM 생성 유닛(1204) 및 위상 편이 각 계산 유닛(1205)을 포함하며, 여기서 위상 검출기(1201), 프로세서(1202) 및 전압 제어 발진기(1203)는 위상 고정 루프 회로에 속한다.

전류 센서(1206)는 정류기의 입력 전류 i를 검출하도록 구성된다.

전류 센서(1206)는 구체적으로, 홀 전류 센서, 변류기(CT) 또는 다른 유형의 전류 검출 회로일 수 있다. 본 출원의 이 실시예에서는 이를 특별히 한정하지 않는다.

필터(1207)는 전류 센서에 의해 검출되는 입력 전류를 필터링하여, 입력 전류의 기본파 성분의 위상을 나타내는 전류 신호를 획득하도록 구성된다.

필터는 입력 전류의 고차 고조파를 필터링하고, 입력 전류의 기본파 성분만을 유지할 수 있다. 본 출원의 이 실시예에서, 필터(1207)는 하드웨어 필터일 수 있다. 하드웨어 필터의 소자는 출력 신호와 입력 신호 사이에 위상 차를 일으키기 때문에, 획득된 전류 기본파 성분과 정류기의 실제 전류 기본파 성분 사이에 위상 차가 있다. 위상 차는 하드웨어 필터의 파라미터 및 구조를 이용하여 획득될 수 있으며, 제어기가 후속하여 위상 차를 보상할 수 있다.

하드웨어 필터에 의해 출력되는 전류 신호는 아날로그 정현파 신호이다. 영 교차 검출기(1103)는 아날로그 정현파 신호에 대해 영 교차 검출을 수행하여 구형파 전류 기본파 성분을 획득하며, 여기서 구형파 전류 기본파 성분은 디지털 신호이다.

위상 검출기(1201)는 첫 라운드의 위상 고정의 전류 기본파 성분과 초기의 미리 설정된 주기적 신호 사이의 위상 차를 획득하도록 구성된다.

프로세서(1202)는 첫 라운드의 위상 고정의 위상 차에 대해 저역 통과 필터링을 수행하고 저역 통과 필터링 후 획득된 위상 차에 기초하여 첫 라운드의 위상 고정의 전압 값을 획득하도록 구성된다.

전압 제어 발진기(1203)는 첫 라운드의 위상 고정의 전압 값에 기초하여 첫 라운드의 위상 고정의 주기적 신호를 획득하도록 구성된다.

위상 검출기(1201)는 첫 라운드가 아닌 위상 고정 시에, 위상 고정 후 획득되는 이전 주기의 주기적 신호와 현재 주기의 전류 기본파 성분 사이의 위상 차를 획득하도록 구성되고, 프로세서(1202)는 현재 주기의 위상 차에 기초하여 현재 주기의 전압 값을 획득하도록 구성되고, 전압 제어 발진기는 현재 주기의 전압 값에 기초하여 현재 주기의 주기적 신호를 획득하도록 구성된다.

영 교차 검출기(1103)에 의해 출력되는 전류 기본파 성분은 위상 고정 루프 회로의 입력 신호임에 유의해야 한다. 다시 말해, 전류 기본파 성분은 위상 고정 루프 회로에 의해 수행되는 폐 루프 제어의 참조 신호 역할을 한다. 전압 제어 발진기의 출력 신호는 폐루프 제어의 피드백 신호 역할을 한다. 피드백 신호의 위상은 폐루프 제어를 사용함으로써 참조 신호의 위상을 따른다. 폐 루프 제어는 전압 제어 발진기(1203)에 의해 출력되는 주기적 신호가 위상 검출기(1201)에 입력되는 전류 기본파 성분과 동일한 주파수 및 동일한 위상을 갖는 신호가 되도록 하는 것이다.

제2 PWM 생성 유닛(1204)은 PWM2 카운팅 신호 및 PWM3 카운팅 신호를 생성하도록 구성되며, 여기서 PWM2는 카운팅 신호는 제어 가능한 스위치(S1, S3)를 구동하기 위한 제1 PWM 구동 신호를 생성하는 데 사용되고, PWM3 카운팅 신호는 제어 가능한 스위치(S2, S4)를 구동하기 위한 제2 PWM 구동 신호를 생성하는 데 사용된다. PWM2 카운팅 신호와 PWM3 카운팅 신호는 제2 미리 설정된 비교 값에 기초하여 변환되어, 제1 PWM 구동 신호와 제2 PWM 구동 신호를 생성할 수 있다.

PWM2 카운팅 신호 및 PWM3 카운팅 신호는 각각 동기화 참조 신호와 동일한 주기 값을 가지며, PWM3 카운팅 신호는 PWM2 카운팅 신호에 대해 반 주기만큼 위상이 편이된다.

위상 편이 각 계산 유닛(1205)은 정류기의 전방 브리지 암과 후방 브리지 암 사이의 위상 편이 각(θ)을 계산하고, 위상 편이 각(θ)을 제2 PWM 생성 유닛에 전송하도록 구성된다. 제2 PWM 생성 유닛은 위상 편이 각(θ)과 동기 신호에 기초하여 제어 가능한 스위치의 구동 신호를 생성한다.

도 13은 도 12에 대응하는 신호 각각의 파형을 도시한다.

도 13에 도시된 바와 같이, 필터링 후 획득된 전류의 파형은 정현파 신호에 대응한다. 영 교차 검출기는 필터링 후 획득된 전류에 대해 영 교차 검출을 수행하고, 영 교차 검출 후 획득된 신호는 구형파 신호이다. 구형파 신호는 전류 기본파 성분의 역할을 한다.

전압 제어 발진기에 의해 출력되는 주기적 신호는 폐루프 제어의 피드백 신호 역할을 하며, 주기적 신호의 위상은 참조 신호의 위상을 따른다. 다시 말해, 제어가 안정적 일 때 전압 제어 발진기에 의해 출력되는 주기적 신호는 전류 기본파 성분와 동일한 주파수 및 동일한 위상을 갖는 신호이다.

도 13에서, 미리 설정된 제2 비교 값이 주기 값의 절반인 예가 여전히 제1 PWM 구동 신호 및 제2 PWM 구동 신호를 생성하는 데 사용된다. 이 경우, 제1 PWM 구동 신호와 제2 PWM 구동 신호는 동일한 주파수를 가지며, 각각 50%의 듀티 사이클을 갖는다. 또한, 위상 편이 각은 90도이다. 브리지 암 전압의 파형은 제1 PWM 구동 신호와 제2 PWM 구동 신호의 파형도를 중첩시킴으로써 획득된다. 위상 편이 각으로서 다른 값이 선택될 수 있다. 본 출원에서는 이를 특별히 한정하지 않는다.

본 출원의 이 실시예에서, 위상 고정 루프 회로를 사용하여 위상 고정이 직접 수행된다. 위상 고정 루프 회로는 위상 검출기, 프로세서 및 전압 제어 발진기를 포함하고, 비교적 높은 집적도를 가지며, 제어하기 쉽다. 위상 고정 루프 회로는 폐루프 제어를 구현한다. 전류 기본파 성분은 위상 고정 루프의 참조 신호 역할을 하고, 주기적인 신호는 위상 고정 루프의 피드백 신호 역할을 한다. 피드백 신호는 위상 고정 폐루프 제어를 사용함으로써 참조 신호를 따른다. 다시 말해, 주기적 신호와 전류 기본파 성분은 동일한 주파수와 동일한 위상을 갖는다. 또한, 주기적 신호는 동기화 참조 신호 역할도 할 수 있다. 본 실시예에서 제공되는 무선 충전 수신 장치는 정류기의 입력 전류의 위상을 고정할 수 있으며, 부하가 갑자기 변화할 때, 예를 들어 부하가 갑자기 증가 또는 감소될 때, 동기화 참조 신호는 변화하지 않아, 정류기의 브리지 암 전압은 정류기의 입력 전류와 동기화되어, 무선 충전 시스템의 안정적인 운용을 용이하게 한다.

[실시예 7]

위상 고정 루프 회로의 위상 검출기는 아날로그 신호와 디지털 신호를 모두 처리할 수 있다. 도 12에 대응하는 실시예에서, 위상 고정 루프 회로에 의해 수신되는 전류 기본파 성분은 구형파 신호, 즉 디지털 신호이다. 이 실시예에서는, 위상 검출기에 의한 아날로그 신호 처리의 구현을 설명한다. 이 실시예에서, 도 12와 동일한 부분은 여기서 설명되지 않는다.

도 14는 본 출원의 실시예 7에 따른 무선 충전 수신 장치의 개략 구성도이다.

수신 장치는 제어기(1400), 전류 센서(1406) 및 필터(1407)를 포함한다.

제어기(1400)는 구체적으로 위상 고정 루프 회로, 영 교차 검출기(1408), 제2 PWM 생성 유닛(1404) 및 위상 편이 각 계산 유닛(1405)을 포함한다.

위상 고정 루프 회로는 위상 검출기(1401), 프로세서(1402) 및 전압 제어 발진기(1403)를 포함한다.

위상 고정 루프 회로가 아날로그 신호를 처리하기 때문에, 영 교차 검출기(1408)는 전압 제어 발진기(1403) 뒤에 위치하지만, 도 12에서, 영 교차 검출기는 필터 뒤에 위치한다.

영 교차 검출기(1408)는 주기적 신호에 대해 영 교차 검출을 수행하여, 영 교차 검출 후에 획득되는 주기적 신호를 획득하도록 구성된다. 주기적 신호는 동기화 신호로서, 제2 PWM 생성 유닛(1404)에 입력된다.

이 실시예에서, 위상 고정 루프 회로에 의해 출력되는 주기적 신호는 아날로그 정현파 신호이다. 따라서, 영 교차 검출기(1408)는 위상 고정 루프 회로의 출력단에 위치하며, 정현파 신호에 대해 영 교차 검출을 수행하여 대응하는 구형파 신호를 획득하도록 구성되며, 여기서 구형파 신호는 디지털 신호이다.

본 출원의 이 실시예에서 사용되는 위상 고정 루프 회로는 아날로그 신호의 형태로 전류 기본파 성분을 처리할 수 있으며, 위상 고정 루프 회로의 입력 신호와 출력 신호는 모두 아날로그 신호이다. 영 교차 검출 처리가 수행되지 않은 아날로그 전류 신호는 위상 검출기(1401)에 입력되고, 전압 제어 발진기(1403)에 의해 출력되는 주기적 신호는 아날로그 정현파 신호이다. 아날로그 정현파 신호는 위상 검출기(1401)의 입력단에, 피드백 신호로서 입력된다. 후속 회로는 디지털 신호만 처리할 수 있기 때문에, 전압 제어 발진기에 의해 출력되는 주기적 신호에 대해 영 교차 검출을 수행하여 주기적인 신호를 디지털 신호로 변환할 필요가 있다. 이 디지털 신호는 동기화 신호 역할을 하고, 동기화 신호는 참조 신호로서, 제2 PWM 생성 부(1404)에 입력된다. 이 실시예에서 제공되는 무선 충전 수신 장치는 정류기의 입력 전류의 위상을 고정할 수 있으며, 부하가 갑자기 변화할 때, 예를 들어 부하 가 갑자기 증가 또는 감소될 때, 동기화 참조 신호는 변화되지 않으므로, 정류기의 브리지 암 전압이 정류기의 입력 전류와 동기화되어, 무선 충전 시스템의 안정적인 운용을 용이하게 한다.

[실시예 8]

실시예 5, 실시예 6 및 실시예 7 모두에서, 필터링 및 영 교차 검출은 제어기 이외의 하드웨어를 사용하여 정류기의 입력 전류에 대해 수행된다. 또한, 제어기는 정류기의 입력 전류에 대해 필터링 및 영 교차 검출을 수행할 수 있다. 이 실시예는 첨부 도면을 참조하여 상세한 설명을 제공한다.

도 15는 본 출원의 실시예 8에 따른 무선 충전 수신 장치의 개략 구성도이다.

본 출원의 이 실시예에서 제공되는 무선 충전 수신 장치(1500)는 구체적으로 수신 코일(501), 정류기(502), 제어기(503) 및 전류 센서(1101)를 포함한다.

전류 센서(1101)는 전술한 실시예들에서의 전류 센서와 동일하다. 여기서는 세부사항을 설명하지 않는다.

제어기(503)는 추가로, 정류기(502)의 입력 전류를 필터링하여 전류 기본파 성분을 획득하고, 전류 기본파 성분에 대해 영 교차 검출을 수행하여 전류 기본파 성분을 획득하도록 구성된다.

전류 기본파 성분은 제어기(503)의 입력단에 직접 입력된다.

본 출원의 이 실시예에서, 제어기는 하드웨어 형태의 영 교차 검출기 및 필터를 사용하지 않고 전류 기본파 성분에 대해 필터링 및 영 교차 검출을 수행함으로써, 하드웨어 비용 및 하드웨어 크기를 감소시킨다.

또한, 실제 작동 시의 보안을 위해, 전술한 실시예에서의 무선 충전 수신 장치는 무선 통신 유닛(도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다.

무선 통신 유닛은 송신단에 의해 전송되는 교번 자기장 주기 정보를 수신하도록 구성된다.

제어기는 또한 주기 정보, 동기화 참조 신호 및 제1 주기 값 중 적어도 두 개 동일한 주기를 갖는지를 판정하도록 구성된다. 주기 정보, 동기화 참조 신호 및 제1 주기 값 중 적어도 두 개의 주기가 일치하지 않으면, 제어기는 위상 고정이 실패한 것으로 결정한다.

다른 실시예에서, 무선 충전 수신 장치는 무선 통신 유닛(도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다.

무선 통신 유닛은 송신단에 의해 전송되는 교번 자기장 주기 정보를 수신하도록 구성된다. 제어기는 추가로, 주기 정보, 주기 참조 신호 및 제1 주기 값 중 적어도 하나의 변화율이 미리 설정된 비율을 초과하는지를 판정하도록 구성된다.

주기 정보, 주기 참조 신호 및 제1 주기 값 중 적어도 하나의 변화율이 미리 설정된 비율을 초과하면, 제어기는 위상 고정이 실패한 것으로 결정한다.

또한, 위상 고정 루프 회로의 일 실시예에서, 무선 충전 수신 장치는 무선 통신 유닛을 더 포함할 수 있다.

제어기는 추가로, 주기 정보, 주기 참조 신호 및 제2 주기 값 중 적어도 두 개가 동일한 주기를 갖는지를 판정하도록 구성된다. 주기 정보, 동기화 참조 신호 및 제2 주기 값 중 적어도 두 개의 주기가 일치하지 않으면, 제어기는 위상 고정이 실패한 것으로 결정한다.

위상 고정 루프의 다른 실시예에서, 무선 충전 수신 장치는 무선 통신 유닛을 더 포함할 수 있다.

제어기는 추가로, 주기 정보, 주기 참조 신호 및 제2 주기 값 중 적어도 하나의 변화율이 미리 설정된 비율을 초과하는지를 판정하도록 구성된다. 주기 정보, 주기 참조 신호 및 제2 주기 값 중 적어도 하나의 변화율이 미리 설정된 비율을 초과하면, 제어기는 위상 고정이 실패한 것으로 결정한다.

위상 고정이 실패한 것으로 결정되는 경우, 전체 무선 충전 시스템이 정지되도록 제어하여, 전체 시스템이 제어 불가능한 동작 모드로 진입하는 경우에 발생하는 시스템 고장 또는 시스템 장애를 방지할 수 있다.

정류기는 다음의 경우 중 어느 하나일 수 있다: 두 개의 브리지 암에 있는 스위치들은 각각 하나의 스위치이고, 브리지 암 중 하나에 있는 스위치들은 각각 하나의 스위치이고, 두 개의 브리지 암 중 상부 하프 브리지 암에 있는 스위치들은 각각 하나의 스위치이고, 두 개의 브리지 암 중 하부 하프 브리지 암에 있는 스위치들은 각각 하나의 스위치이다. 전술한 실시예들에서 정류기는 각각, 정류기가 풀 브리지 정류기이고 네 개의 제어 가능한 스위치를 포함하는 예를 사용하여 설명되었다. 이하에서는 첨부 도면을 참조하여 다른 구현예를 설명한다.

[실시예 9]

본 출원의 이 실시예에서, 정류기의 한 브리지 암에 있는 스위치는 제어 불가능한 다이오드이고, 다른 브리지 암에 있는 스위치는 제어 가능한 스위치이다. 이하에서는 첨부 도면을 참조하여 상세한 설명을 제공한다.

도 16은 본 출원의 실시예 9에 따른 무선 충전 수신 장치의 개략 구성도이다.

본 출원의 이 실시예와 실시예 5의 차이점은 정류기의 왼쪽 브리지 암에 있는 제어 가능한 스위치(S1, S3)가 제어 불가능한 다이오드(D1, D2)로 교체된다는 점에만 있다. 정류기의 오른쪽 브리지 암에 있는 제어 가능한 스위치(S2, S4)를 제어 불가능한 다이오드로 교체하면, 효과는 정류기의 왼쪽 브리지 암에 있는 제어 가능한 스위치(S1, S3)를 교체한 효과와 동일하다 것에 유의해야 한다.

본 실시예에서 제공되는 무선 충전 수신 장치가 작동하는 방식은 전술한 실시예에서와 유사하다. 여기서는 세부사항을 설명하지 않는다.

[실시예 10]

본 출원의 이 실시예에서, 정류기의 한 브리지 암에 있는 스위치는 제어 불가능한 다이오드이고, 다른 브리지 암에 있는 스위치는 제어 가능한 스위치이며, 제어기는 디지털 위상 고정 루프 회로를 포함한다. 이하에서는 첨부 도면을 참조하여 상세한 설명을 제공한다.

도 17은 본 출원의 실시예 10에 따른 무선 충전 수신 장치의 개략 구성도이다.

본 출원의 이 실시예와 실시예 6의 차이점은 정류기의 오른쪽 브리지 암에 있는 제어 가능한 스위치(S2, S4)가 제어 불가능한 다이오드(D2, D4)로 교체된다는 점에만 있다. 정류기의 왼쪽 브리지 암에 있는 제어 가능한 스위치(S1, S3)를 제어 불가능한 다이오드로 교체하면, 효과는 정류기의 오른쪽 브리지 암에 있는 제어 가능한 스위치(S2, S4)를 교체한 효과와 동일하다는 것에 유의해야 한다.

[실시예 11]

본 출원의 이 실시예에서, 정류기의 한 브리지 암에 있는 스위치는 제어 불가능한 다이오드이고, 다른 브리지 암에 있는 스위치는 제어 가능한 스위치이며, 제어기는 아날로그 위상 고정 루프 회로를 포함한다. 이하에서는 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 18은 본 출원의 실시예 11에 따른 무선 충전 수신 장치의 개략 구성도이다.

본 출원의 이 실시예와 실시예 7의 차이점은 정류기의 왼쪽 브리지 암에 있는 제어 가능한 스위치(S1, S3)가 제어 불가능한 다이오드(D1, D2)로 교체된다는 점에만 있다. 정류기의 오른쪽 브리지 암에 있는 제어 가능한 스위치(S2, S4)를 제어 불가능한 다이오드로 교체하면, 효과는 왼쪽 브리지 암에 있는 제어 가능한 스위치(S1, S3)를 교체한 효과와 동일하는 것에 유의해야 한다.

[실시예 12]

본 출원의 이 실시예에서, 정류기의 두 개의 하부 트랜지스터 또는 두 개의 상부 트랜지스터는 제어 불가능한 다이오드이고, 다른 두 개의 스위치는 제어 가능한 스위치이다. 이하에서는 첨부 도면을 참조하여 상세한 설명을 제공한다.

도 19는 본 출원의 실시예 12에 따른 무선 충전 수신 장치의 개략 구성도이다.

본 출원의 이 실시예와 실시예 5의 차이점은 정류기 내의 두 개의 하부 트랜지스터(S3, S4)가 제어 불가능한 다이오드(D3, D4)로 교체된다는 점에만 있다. 정류기 내의 두 개의 상부 트랜지스터(S1, S2)가 제어 불가능한 다이오드로 교체되면, 효과는 정류기 내의 두 개의 하부 트랜지스터를 교체하는 효과와 동일하다는 것에 유의해야 한다.

[실시예 13]

본 출원의 이 실시예에서, 정류기 내의 두 개의 하부 트랜지스터 또는 두 개의 상부 트랜지스터는 제어 불가능한 다이오드이고, 나머지 스위치는 제어 가능한 스위치이며, 제어기는 디지털 위상 고정 루프 회로를 포함한다. 이하에서는 첨부 도면을 참조하여 상세한 설명을 제공한다.

도 20은 본 출원의 실시예 13에 따른 무선 충전 수신 장치의 개략 구성도이다.

본 출원의 이 실시예와 실시예 6의 차이점은 정류기 내의 두 개의 상부 트랜지스터(S1, S2)가 제어 불가능한 다이오드(D1, D2)로 교체된다는 점에만 있다. 정류기 내의 두 개의 하부 트랜지스터(S3, S4)가 제어 불가능한 다이오드로 교체되면, 효과는 정류기 내의 두 개의 상부 트랜지스터를 교체하는 효과와 동일하는 것에 유의해야 한다.

[실시예 14]

본 출원의 이 실시예에서, 정류기 내의 두 개의 하부 트랜지스터 또는 두 개의 상부 트랜지스터는 제어 불가능한 스위치이고, 다른 두 개의 스위치는 제어 가능하며, 제어기는 아날로그 위상 고정 루프 회로를 포함한다. 이하에서는 첨부 도면을 참조하여 상세한 설명을 제공한다.

도 21은 본 출원의 실시예 14에 따른 무선 충전 수신 장치의 개략 구성도이다.

본 출원의 이 실시예와 실시예 7 사이의 차이점은 정류기 내의 두 개의 상부 트랜지스터(S1, S2)가 제어 불가능한 다이오드(D1, D2)로 교체된다는 점에만 있다. 정류기의 두 개의 하부 트랜지스터(S3, S4)가 제어 불가능한 다이오드로 교체되면, 효과는 정류기 내의 두 개의 상부 트랜지스터를 교체하는 효과와 동일하는 것에 유의해야 한다.

[실시예 15]

본 출원의 전술한 실시예에서 제공된 무선 충전 수신 장치에서, 정류기는 각각 풀 브리지 구조로 되어 있다. 본 출원의 이 실시예는 무선 충전 수신 장치를 더 제공하고, 무선 충전 수신 장치의 정류기는 하프 브리지 구조이다. 이하에서는 첨부 도면을 참조하여 설명을 제공한다.

도 22는 본 출원의 실시예 15에 따른 하프 브리지 구조의 정류기와 능동 튜닝을 사용하는 무선 충전 시스템의 개략 구성도이다.

도 23은 본 출원의 실시예 15에 따른 무선 충전 수신 장치의 개략 구성도이다.

실시예 5 내지 실시예 7에서 사용된 세 가지 제어 방식은 모두 실시예 15의 하프 브리지 구조에 적용 가능하다. 차이점은 두 개의 브리지 암의 구동 신호 대신에 하나의 브리지 암의 구동 신호가 제2 PWM 생성 유닛에서 동기화될 필요가 있다는 것이다.

본 출원의 이 실시예에서, 제어기가 동기화 참조 신호에 기초하여 정류기 내의 제어 가능한 스위치의 구동 신호를 생성한다는 것은, 제어기가 동기화 참조 신호, 하프 브리지 정류기의 브리지 암의 위상 편이 각, 및 제2 미리 설정된 비교 값에 기초하여 하프 브리지 정류기 내의 제어 가능한 스위치의 구동 신호를 생성하는 것이다.

[실시예 16]

전술한 실시예에서 제공된 무선 충전 수신 장치에 기초하여, 본 출원의 이 실시예는 무선 충전 수신 장치를 더 제공한다. 이하에서는 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

도 24는 본 출원의 제16 실시예에 따른 무선 충전 제어 방법의 흐름도이다.

본 실시예에서 제공되는 방법은 무선 충전 수신 장치에 적용된다.

본 출원의 이 실시예에서 설명되는 방법은 다음 단계를 포함한다.

S1601. 송신기 코일에 의해 송신되는 전자기 에너지를 수신하고 교류 전류를 출력하고; 교류 전류의 전류 기본파 성분의 위상에 대해 위상 고정을 수행하여, 전류 기본파 성분과 동일한 주파수를 갖는 주기적 신호를 획득한다.

구체적으로, 전류 기본파 성분의 위상에 대해 위상 고정을 수행하여 주기적 신호를 획득하는 것은 구체적으로 다음을 포함한다:

첫 라운드의 위상 고정의 전류 기본파 성분과 초기의 미리 설정된 주기적 신호 사이의 위상 차를 획득하는 것;

위상 차에 대해 저역 통과 필터링을 수행하고, 필터링 후 획득된 위상 차에 비례 적분 제어를 수행하여 제1 주기 값을 획득하고, 제1 주기 값에 기초하여 첫 라운드의 위상 고정에 대응하는 주기적 신호를 획득하는 것 - 여기서 제1 주기 값은 위상 차에 반비례함 -; 및

첫 라운드가 아닌 위상 고정 시에, 위상 고정 후 획득되는 이전 주기의 주기적 신호를 현재 주기의 전류 기본파 성분과 비교하여, 현재 주기의 주기적 신호를 획득하는 것.

제어기 내의 위상 고정 루프 회로가 위상 고정을 수행하는 데 사용되는 경우, 전류 기본파 성분의 위상에 대해 위상 고정을 수행하여 주기적 신호를 획득하는 것은 구체적으로 다음을 포함한다는 것에 유의해야 한다:

위상 검출기는 첫 라운드의 위상 고정의, 전류 기본파 성분과 초기의 미리 설정된 주기적 신호 사이의 위상 차를 획득하도록 구성되고;

프로세서는 첫 라운드의 위상 고정의 위상 차에 대해 저역 통과 필터링을 수행하고 저역 통과 필터링 후 획득된 위상 차에 기초하여 첫 라운드의 위상 고정의 전압 값을 획득하도록 구성되고;

전압 제어 발진기는 첫 라운드의 위상 고정의 전압 값에 기초하여 첫 라운드의 위상 고정의 주기적 신호를 획득하도록 구성되고;

위상 검출기는 첫 라운드 아닌 위상 고정 시에, 위상 고정 후 획득되는 이전 주기의 주기적 신호와 현재 주기의 전류 기본파 성분 사이의 위상 차를 획득하도록 구성되고, 프로세서는 현재 주기의 위상 차에 기초하여 현재 주기의 전압 값을 획득하도록 구성되고, 전압 제어 발진기는 현재 주기의 전압 값에 기초하여 현재 주기의 주기적 신호를 획득하도록 구성된다.

S1602. 주기적 신호와 동일한 주파수를 갖는 동기화 참조 신호를 생성한다.

제어기는 제1 주기 값 및 제1 미리 설정된 비교 값에 기초하여 동기화 참조 신호를 획득하도록 구성되며, 여기서 제1 미리 설정된 비교 값은 주기적 신호와 동기화 참조 신호 사이의 위상 차를 조정하는 데 사용된다.

S1603. 동기화 참조 신호에 기초하여 정류기 내의 제어 가능한 스위치의 구동 신호를 생성하고, 구동 신호에 기초하여 정류기 내의 제어 가능한 스위치를 제어하여 교류 전류를 직류 전류로 변환하며, 여기서 구동 신호와 전류 기본파 성분 동일한 주파수를 갖는다.

정류기의 입력 전류는 고조파를 포함하며, 정류기의 브리지 암 전압이 정류기의 입력 전류와 동기화되도록 제어된다는 것은, 정류기의 브리지 암 전압의 주기가 전류 기본파 성분의 주기와 동기화되도록 제어된다는 것이다. 따라서 참조 대상은 전류 기본파 성분의 위상이며, 위상에 대해 위상 고정을 수행함으로써 주기적 신호가 획득된다.

입력 전류를 샘플링하는 하드웨어 회로는 위상 지연(phase lag)을 일으키기 때문에, 전류의 기본파 성분은 실제 입력 전류와 위상 차가 있는 신호이다. 이 위상 차는 샘플링을 수행하는 하드웨어 회로의 구조와 파라미터에 따라 달라진다.

주기적 신호는 구형파 또는 정현파일 수 있다. 본 출원의 이 실시예에서는 이를 특별히 한정하지 않는다.

동기화 참조 신호와 주기적 신호는 동일한 주파수, 즉 동일한 주기를 갖는다. 또한, 동기화 참조 신호와 주기적 신호는 동일한 위상을 가질 수 있거나, 동기화 참조 신호와 주기적 신호 사이에 고정된 위상 차가 있을 수 있다.

정류기(102)의 제어 가능한 스위치의 구동 신호는 동기화 참조 신호에 기초하여 생성되고, 구동 신호는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 신호이다. 도 5에 도시된 제어 가능한 스위치를 참조하면, 본 출원의 이 실시예에서의 구동 신호는 구체적으로 제1 PWM 구동 신호 및 제2 PWM 구동 신호를 포함할 수 있으며, 여기서 제1 PWM 구동 신호는 제어 가능한 스위치(S1, S3)를 구동하는 데 사용될 수 있고, 제2 PWM 구동 신호는 제어 가능한 스위치(S2, S4)를 구동하는 데 사용될 수 있다. 제1 PWM 구동 신호 및 제2 PWM 구동 신호는 각각 주기적인 신호와 동일한 주기를 가지고, 제1 PWM 구동 신호와 제2 PWM 구동 신호 사이에는 조정 가능한 위상 편이 각(θ)이 있다. 위상 편이 각(θ), 즉 정류기의 전방 브리지 암과 후방 브리지 암 사이의 위상 편이 각을 조정하여 구동 신호의 위상 편이 기능을 구현할 수 있다.

위상 고정 제어의 경우, 주기적 신호는 피드백 신호 역할을 하고 전류 기본파 성분은 참조 신호 역할을 한다. 주기적 신호의 위상과 전류 기본파 성분의 위상 사이에 감산이 수행된다. 주기적 신호는 위상 차에 기초하여 제어되므로, 주기적 신호는 전류 기본파 성분을 따른다. 구체적으로는, 주기적 신호의 위상은 전류 기본파 성분의 위상을 따르고, 주기적 신호의 주기는 전류 기본파 성분의 주기와 동기화된다.

본 출원의 이 실시예에서 제공되는 무선 충전 수신 장치에서, 제어기는 정류기의 입력 전류의 위상에 대해 위상 고정을 수행하고 폐루프 제어 방식으로 입력 전류의 위상을 고정한다. 무선 충전 시스템이 정상 상태에서 작동하는 경우, 위상 고정 폐루프 제어의, 입력 신호와 피드백 신호는 주로 위상 고정 제어의 관성 단계를 사용하여 동일한 위상을 갖는다. 부하가 급변하는 경우, 정류기의 입력 전류의 위상 또는 주기가 변화될 수 있다. 그러나 위상 고정 제어의 관성 단계로 인해, 발진의 시간 내에서. 위상 고정 폐루프 제어의 출력 신호는 여전히 정상 상태와 동일한 위상과 주기를 유지할 수 있으므로, 과도 상태에서 안정적인 성능을 보장할 수 있다. 따라서, 동기화 참조 신호와 입력 전류의 기본파 성분이 동일한 주기, 즉 동일한 주파수를 가지는 것을 보장할 수 있다. 제어 가능한 스위치의 구동 신호는 동기화 참조 신호를 사용하여 생성되므로, 브리지 암 전압과 입력 전류가 동일한 주파수를 가질 수 있다. 그 결과, 위상 고정 후에, 부하의 갑작스러운 변화로 인해 동기화 참조 신호의 주기가 변화되지 않고, 구동 신호의 주파수가 급변하지 않는다. 본 출원의 이 실시예에서, 정류기의 입력 전류가 정류기의 브리지 암 전압과 동기화되도록 보장할 수 있다. 다시 말해, 입력 전류와 브리지 암 전압이 동일한 주파수를 가지므로, 전체 무선 충전 시스템은 정상 상태에서 작동한다.

[실시예 17]

본 출원의 전술한 실시예에서 제공된 무선 충전 수신 장치에 기초하여, 본 출원의 이 실시예는 무선 충전 시스템을 더 제공한다. 이하에서는 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

도 25는 본 출원의 실시예 17에 따른 무선 충전 시스템의 개략 구성도이다.

본 출원의 이 실시예에서 제공되는 무선 충전 시스템은 전술한 실시예에서 설명한 송신 장치(2500) 및 무선 충전 수신 장치(500)를 포함한다. 무선 충전 수신 장치(500)는 수신 코일(501), 정류기(502) 및 제어기(503)를 포함한다.

송신 장치는 인버터(2501) 및 송신 코일(2502)을 포함한다.

인버터(2501)는 직류 전원에서 오는 직류 전류를 교류 전류로 반전시키도록 구성된다. 인버터(2501)와 정류기(502)는 동일한 구조일 수 있다. 예를 들어, 인버터(2501) 및 정류기(502)는 각각 풀 브리지이고 두 개의 브리지 암을 포함하며, 두 개의 브리지 암에 있는 스위치들은 각각 스위치이다.

송신기 코일(2502)은 전자기 에너지를 무선 충전 수신 장치에 전송하도록 구성된다.

주기적 신호는 구형파 형태 또는 정현파 형태의 주기적 신호일 수 있다. 본 출원의 이 실시예에서는 이를 특별히 한정하지 않는다. 주기적 신호와 전류 기본파 성분 사이에는 고정된 위상 차가 있으며, 고정된 위상 차는 0 또는 다른 값일 수 있다.

정류기(102) 내의 제어 가능한 스위치의 구동 신호는 동기화 참조 신호에 기초하여 생성되고, 구동 신호는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 신호이다. 도 5에 도시된 제어 가능한 스위치를 참조하면, 본 출원의 이 실시예에서의 구동 신호는 구체적으로 제1 PWM 구동 신호 및 제2 PWM 구동 신호를 포함할 수 있다. 제1 PWM 구동 신호는 제어 가능 스위치(S1, S3)를 구동하는 데 사용될 수 있고, 제2 PWM 구동 신호는 제어 가능 스위치(S2, S4)를 구동하는 데 사용될 수 있다. 제1 PWM 구동 신호 및 제2 PWM 구동 신호는 각각 주기적인 신호와 동일한 주기를 가지며, 제1 PWM 구동 신호와 제2 PWM 구동 신호 사이에는 조정 가능한 위상 편이 각(θ)이 있다. 위상 편이 각(θ), 즉 정류기(502)의 전방 브리지 암과 후방 브리지 암 사이의 위상 편이 각을 조정하여 구동 신호의 위상 편이 기능을 구현할 수 있다.

위상 고정 제어의 경우, 주기적 신호는 피드백 신호 역할을 하고, 전류 기본파 성분은 참조 신호 역할을 한다. 주기적 신호의 위상과 전류 기본파 성분의 위상 사이의 감산을 수행하여 위상 차를 획득한다. 주기적 신호는 위상 차에 기초하여 제어되므로, 주기적 신호는 전류 기본파 성분을 따른다. 구체적으로는, 주기적 신호의 위상은 전류 기본파 성분의 위상을 따르며, 주기적 신호의 주기는 전류 기본파 성분의 주기와 동기화된다.

본 출원의 이 실시예에서 제공되는 무선 충전 수신 장치에서, 제어기는 정류기의 입력 전류의 위상에 대해 위상 고정을 수행하고 폐루프 제어 방식으로 입력 전류의 위상을 고정한다. 무선 충전 시스템이 정상 상태에서 작동할 때, 위상 고정 폐루프 제어의 입력 신호와 피드백 신호는 주로 위상 고정 제어의 관성 단계를 사용함으로써 동일한 위상을 갖는다. 부하가 급변하는 경우, 정류기의 입력 전류의 위상 또는 주기가 변화할 수 있다. 그러나 위상 고정 제어의 관성 단계로 인해, 부하의 갑작스런 변화로 인해 야기된 발진 과도 상태의 시간 내에서, 위상 고정 폐루프 제어의 출력 신호는 여전히 정상 상태에서의 것과 동일한 위상과 주기를 유지할 수 있어, 과도 상태에서 안정적인 성능을 보장한다. 따라서, 동기화 참조 신호와 전류 기본파 성분이 동일한 주기, 즉 동일한 주파수를 갖도록 보장할 수 있다. 제어 가능한 스위치의 구동 신호는 동기화 참조 신호를 사용하여 생성되므로, 정류기의 브리지 암 전압과 입력 전류가 동일한 주파수를 가질 수 있다. 그 결과, 위상 고정 후에는, 부하의 갑작스런 변화로 인해 동기화 참조 신호의 주기가 변화하지 않고, 구동 신호의 주파수가 급변하지 않는다. 본 출원의 이 실시예에서, 정류기의 입력 전류가 정류기의 브리지 암 전압과 동기화되는 것을 보장할 수 있어, 전체 무선 충전 시스템이 정상 상태에서 작동할 수 있도록 한다.

본 출원에서 "적어도 하나"는 하나 이상을 의미하고, "복수"는 둘 이상을 의미함을 이해해야 한다. 용어 "및/또는"은 연관된 객체 간의 연관 관계를 설명하는 데 사용되며 세 가지 관계가 존재할 수 있음을 나타낸다. 예를 들어, "A 및/또는 B"는 세 가지 경우: A만 존재하는 경우, B만 존재하는 경우, 및 A와 B가 모두 존재하는 나타낼 수 있으며, 여기서 A와 B는 단수 또는 복수일 수 있다. 문자 "/"는 일반적으로 연관된 객체 간의 "또는" 관계를 나타낸다. "다음 중 적어도 하나" 또는 이와 유사한 표현은 다음 중 하나 이상의 조합을 포함한, 다음의 임의의 조합을 나타낸다: 예를 들어, a, b 또는 c 중 적어도 하나는, a, b, c, "a 및 b", "a 및 c", "b 및 c" 또는 "a, b 및 c"를 나타낼 수 있으며, 여기서 a, b 및 c는 단수 또는 복수일 수 있다.

전술한 실시예는 본 출원의 기술적 방안을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 출원을 한정하기 위한 것이 아니다. 본 출원이 전술한 실시예를 참조하여 상세하게 설명되었지만, 본 출원의 실시예의 기술적 방안의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서, 당업자는 전술한 실시예에서 설명된 기술적 방안을 수정하거나 그 일부 기술 특징을 동등한 대체를 할 수 있음을 이해해야 한다.

Claims

수신기 코일, 정류기 및 제어기를 포함하는 무선 충전 수신 장치로서,
상기 수신기 코일은 송신기 코일에 의해 송신되는 전자기 에너지를 수신하고 교류 전류를 출력하도록 구성되고;
상기 정류기는 둘 이상의 제어 가능한 스위치를 포함하며, 상기 둘 이상의 제어 가능한 스위치를 사용하여 상기 수신기 코일로부터의 교류 전류를 직류 전류로 정류하도록 구성되고;
상기 제어기는 상기 정류기에 의해 수신되는 교류 전류의 전류 기본파 성분의 위상에 대해 위상 고정을 수행하여, 상기 전류 기본파 성분과 동일한 주파수를 갖는 주기적 신호를 획득하도록 구성되고;
상기 제어기는 추가로, 상기 주기적 신호와 동일한 주파수를 갖는 동기화 참조 신호를 생성하고, 상기 동기화 참조 신호에 기초하여 상기 정류기 내의 제어 가능한 스위치의 구동 신호를 생성하고, 상기 구동 신호에 기초하여 상기 정류기 내의 제어 가능한 스위치를 제어하여 상기 교류 전류를 상기 직류 전류로 변환하도록 구성되며, 상기 구동 신호와 상기 전류 기본파 성분은 동일한 주파수를 갖는,
무선 충전 수신 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어기가 전류 기본파 성분에 대해 위상 고정을 수행하여 주기적 신호를 획득하는 것은 구체적으로,
상기 제어기가 첫 라운드의 위상 고정의, 전류 기본파 성분과 초기의 미리 설정된 주기적 신호 사이의 위상 차를 획득하고,
상기 제어기가 상기 위상 차에 대해 저역 통과 필터링을 수행하고, 상기 저역 통과 필터링 후 획득된 위상 차에 대해 비례 적분 제어를 수행하여 제1 주기 값을 획득하고, 상기 제1 주기 값에 기초하여 상기 첫 라운드의 위상 고정에 대응하는 주기적 신호를 획득하고 - 상기 제1 주기 값은 위상 차에 반비례함 -;
첫 라운드가 아닌 위상 고정 시에, 상기 제어기가 위상 고정 후 획득되는 이전 주기의 주기적 신호를 현재 주기의 전류 기본파 성분과 비교하여, 상기 현재 주기의 주기적 신호를 획득하는 것인, 무선 충전 수신 장치.
제2항에 있어서,
상기 제어기가 추가로 상기 주기적 신호와 동일한 주파수를 갖는 동기화 참조 신호를 생성하도록 구성되는 것은 구체적으로,
상기 제어기가 상기 제1 주기 값 및 제1 미리 설정된 비교 값에 기초하여 상기 동기화 참조 신호를 획득하도록 구성되는 것이며, 상기 제1 미리 설정된 비교 값은 상기 주기적 신호와 상기 동기화 참조 신호 사이의 위상 차를 조정하는 데 사용되는, 무선 충전 수신 장치.
제3항에 있어서,
상기 제어기가 상기 제1 주기 값 및 제1 미리 설정된 비교 값에 기초하여 상기 동기화 참조 신호를 획득하도록 구성되는 것은 구체적으로,
상기 제어기 내의 카운터가 각각의 주기에서 0부터 상기 제1 주기 값까지 카운팅하여 카운팅 시퀀스를 형성하고, 상기 카운팅 시퀀스에 기초하여 삼각파를 획득하고, 상기 제어기가 상기 삼각파의 진폭을 상기 제1 미리 설정된 비교 값과 비교하는 것이며, 진폭이 상기 제1 미리 설정된 비교 값보다 큰 상기 삼각파의 부분은 고 레벨의 상기 동기화 참조 신호를 형성하고, 진폭이 상기 제1 미리 설정된 비교 값보다 작은 상기 삼각파의 부분은 저 레벨의 상기 동기화 참조 신호를 형성하는, 무선 충전 수신 장치.
제2항에 있어서,
상기 제어기가 추가로, 상기 동기화 참조 신호에 기초하여 상기 정류기 내의 제어 가능한 스위치의 구동 신호를 생성하도록 구성되는 것은 구체적으로,
상기 제어기가 상기 동기화 참조 신호 및 제2 미리 설정된 비교 값에 기초하여 상기 정류기 내의 제어 가능한 스위치의 구동 신호를 생성하는 것을 포함하며, 상기 제2 미리 설정된 비교 값은 상기 제1 주기 값의 절반인, 무선 충전 수신 장치.
제2항에 있어서,
상기 정류기는 풀 브리지 정류기(full-bridge rectifier)이고 두 개의 브리지 암(bridge arm)을 포함하며, 상기 제어기가 상기 동기화 참조 신호에 기초하여 상기 정류기 내의 제어 가능한 스위치의 구동 신호를 생성하는 것은 구체적으로,
상기 제어기가 상기 동기화 참조 신호, 상기 풀 브리지 정류기의 두 개의 브리지 암 사이의 위상 편이 각(phase-shift angle), 및 제2 미리 설정된 비교 값에 기초하여 상기 풀 브리지 정류기의 전방 브리지 암에 있는 제어 가능한 스위치의 제1 구동 신호, 및 상기 풀 브리지 정류기의 후방 브리지 암에 있는 제어 가능한 스위치의 제2 구동 신호를 생성하는 것을 포함하며, 상기 제1 구동 신호와 상기 제2 구동 신호 사이의 위상 차는 상기 위상 편이 각이고, 상기 제2 미리 설정된 비교 값은 상기 제1 주기 값의 절반인, 무선 충전 수신 장치.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
무선 통신 유닛을 더 포함하고,
상기 무선 통신 유닛은 송신 장치에 의해 전송되는 상기 송신기 코일의 전류 주기 정보를 수신하도록 구성되고;
상기 제어기는 추가로, 상기 송신기 코일의 전류 주기 정보, 상기 동기화 참조 신호 및 상기 제1 주기 값 중 어느 둘의 주기가 불일치하는 경우, 상기 무선 충전 수신 장치를 제어하여 작동을 중지시키도록 구성되는, 무선 충전 수신 장치.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
무선 통신 유닛을 더 포함하고,
상기 무선 통신 유닛은 송신 장치에 의해 전송되는 송신기 코일의 전류 주기 정보를 수신하도록 구성되고;
상기 제어기는 추가로, 상기 송신기 코일의 전류 주기 정보, 상기 주기 참조 신호 및 상기 제1 주기 값 중 적어도 하나의 변화율이 미리 설정된 비율을 초과하는 경우, 상기 무선 충전 수신 장치를 제어하여 작동을 중지시키도록 구성되는, 무선 충전 수신 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어기는 위상 검출기, 프로세서 및 전압 제어 발진기를 포함하고;
상기 위상 검출기는 상기 첫 라운드의 위상 고정의, 상기 전류 기본파 성분과 초기의 미리 설정된 주기적 신호 사이의 위상 차를 획득하도록 구성되며;
상기 프로세서는 상기 첫 라운드의 위상 고정의 위상 차에 대해 저역 통과 필터링을 수행하고 상기 저역 통과 필터링 후 획득된 위상 차에 기초하여 상기 첫 라운드의 위상 고정의 전압 값을 획득하도록 구성되며;
상기 전압 제어 발진기는 상기 첫 라운드의 위상 고정의 전압 값에 기초하여 상기 첫 라운드의 위상 고정의 주기적 신호를 획득하도록 구성되고;
상기 위상 검출기는 첫 라운드 아닌 위상 고정 시에, 위상 고정 후 획득되는 이전 주기의 주기적 신호와 현재 주기의 전류 기본파 성분 사이의 위상 차를 획득하도록 구성되고, 상기 프로세서는 상기 현재 주기의 위상 차에 기초하여 상기 현재 주기의 전압 값을 획득하도록 구성되고, 상기 전압 제어 발진기는 상기 현재 주기의 전압 값에 기초하여 상기 현재 주기의 주기적 신호를 획득하도록 구성되는, 무선 충전 수신 장치.
제9항에 있어서,
상기 동기화 참조 신호와 상기 주기적 신호는 동일한 위상을 갖는, 무선 충전 수신 장치.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 제어기가 추가로, 상기 동기화 참조 신호에 기초하여 상기 정류기 내의 제어 가능한 스위치의 구동 신호를 생성하도록 구성되는 것은 구체적으로,
상기 제어기가, 상기 전압 값에 대해 아날로그-디지털 변환을 수행하여 디지털 전압 값을 획득하고;
상기 디지털 전압 값에 기초하여 제2 주기 값을 획득하고;
상기 동기화 참조 신호 및 제3 미리 설정된 비교 값에 기초하여 상기 정류기 내의 제어 가능한 스위치의 구동 신호를 생성하는 것을 포함하며, 상기 제3 미리 설정된 비교 값은 상기 제2 주기 값의 절반인, 무선 충전 수신 장치.
제11항에 있어서,
무선 통신 유닛을 더 포함하고,
상기 무선 통신 유닛은 송신 장치에 의해 전송되는 상기 수신기 코일의 교번 자기장 주기 정보를 수신하도록 구성되고;
상기 제어기는 추가로, 상기 수신기 코일의 교류 자기장 주기 정보, 상기 동기화 참조 신호 및 상기 제2 주기 값 중 어느 둘의 주기가 불일치하는 경우, 상기 무선 충전 수신 장치를 제어하여 작동을 중지시키도록 구성되는, 무선 충전 수신 장치.
제11항에 있어서,
무선 통신 유닛을 더 포함하고,
상기 무선 통신 유닛은 송신 장치에 의해 전송되는 상기 수신기 코일의 교번 자기장 주기 정보를 수신하도록 구성되고;
상기 제어기는 추가로, 상기 수신기 코일의 교번 자기장 주기 정보, 상기 동기화 참조 신호 및 상기 제2 주기 값 중 적어도 하나의 변화율이 미리 설정된 비율을 초과하는 경우, 상기 무선 충전 수신 장치를 제어하여 작동을 중지시키도록 구성되는, 무선 충전 수신 장치.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 주기적 신호와 상기 전류 기본파 성분 사이의 위상 차는 각각의 주기에서 고정되는, 무선 충전 수신 장치.
제1항에 있어서,
보상 회로를 더 포함하고,
상기 보상 회로는 상기 수신기 코일과 상기 정류기를 연결하고;
상기 보상 회로는 상기 수신기 코일에 의해 출력되는 교류 전류를 보상하고 보상 후 획득된 교류 전류를 상기 정류기에 출력하도록 구성되는, 무선 충전 수신 장치.
전기를 사용하는 요소, 배터리, 및 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 무선 충전 수신 장치를 포함하는 전기 단말기로서,
상기 무선 충전 수신 장치는 상기 배터리를 충전하도록 구성되고;
상기 배터리는 전기를 사용하는 상기 요소에 전력을 공급하도록 구성되는,
전기 단말기.
무선 충전 수신 장치에 적용되는 무선 충전 제어 방법으로서,
송신기 코일에 의해 송신되는 전자기 에너지를 수신하고 교류 전류를 출력하는 단계;
상기 교류 전류의 전류 기본파 성분의 위상에 대해 위상 고정을 수행하여, 상기 전류 기본파 성분과 동일한 주파수를 갖는 주기적 신호를 획득하는 단계;
상기 주기적 신호와 동일한 주파수를 갖는 동기화 참조 신호를 생성하는 단계; 및
상기 동기화 참조 신호에 기초하여 정류기 내의 제어 가능한 스위치의 구동 신호를 생성하고 상기 구동 신호에 기초하여 상기 정류기가 수신기 코일에 의해 수신되는 교류 전류를 직률 전류로 정류하는 단계 - 상기 구동 신호와 상기 전류 기본파 성분은 동일한 주파수를 가짐 -
를 포함하는 무선 충전 제어 방법.
제17항에 있어서,
상기 전류 기본파 성분의 위상에 대해 위상 고정을 수행하여, 상기 전류 기본파 성분과 동일한 주파수를 갖는 주기적 신호를 획득하는 단계는 구체적으로,
첫 라운드의 위상 고정의, 상기 전류 기본파 성분과 미리 설정된 주기적 신호의 초기 값 사이의 위상 차를 획득하는 단계;
상기 위상 차에 대해 저역 통과 필터링을 수행하여 상기 저역 통과 필터링 후의 제1 주기 값을 획득하고, 상기 제1 주기 값에 기초하여 상기 첫 라운드의 위상 고정의 주기적 신호를 획득하는 단계 - 상기 제1 주기 값은 위상 차에 반비례함 -; 및
첫 라운드가 아닌 위상 고정 시에, 위상 고정 후 획득되는 이전 주기의 주기적 신호를 현재 주기의 전류 기본파 성분과 비교하여, 상기 현재 주기의 주기적 신호를 획득하는 단계를 포함하는, 무선 충전 제어 방법.
제18항에 있어서,
상기 주기적 신호와 동일한 주파수를 갖는 동기화 참조 신호를 생성하는 단계는 구체적으로,
상기 제1 주기 값 및 제1 미리 설정된 비교 값에 기초하여 상기 동기화 참조 신호를 획득하는 단계 - 상기 제1 미리 설정된 비교 값은 상기 주기적 신호와 상기 동기화 참조 신호 사이의 위상 차를 조정하는 데 사용됨 -를 포함하는, 무선 충전 제어 방법.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 송신 장치 및 수신 장치를 포함하는 무선 충전 시스템으로서,
상기 송신 장치는 송신기 코일을 포함하고;
상기 송신기 코일은 전자기 에너지를 상기 무선 충전 수신 장치로 송신하도록 구성되는,
무선 충전 시스템.