KR20210105205A - 무선 전력 전송 장치 및 그의 동작방법 - Google Patents

무선 전력 전송 장치 및 그의 동작방법 Download PDF

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KR20210105205A
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Abstract

본 발명은, 무선 전력 전송 장치 및 그의 동작방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는, 무선 전력 수신 장치에 전력을 전송하는 송신 코일, 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 복수의 스위칭 소자의 동작을 통해, 소정 주파수의 전류를 송신 코일로 출력하는 인버터 및 제어부를 포함하고, 제어부는, 송신 코일을 통해 전송되는 전력의 출력 레벨을 산출하고, 송신 코일을 통해 전송되는 전력에 대한 목표 레벨과 출력 레벨에 기초하여, 무선 전력 수신 장치의 부하 상태를 판단하고, 무선 전력 수신 장치의 부하 상태에 따라 인버터를 제어할 수 있다. 이를 통해, 무선 전력 전송 장치에서 전송되는 전력의 레벨에 기초하여, 무선 전력 수신 장치의 부하 상태를 판단할 수 있어, 무선 전력 수신 장치의 부하 상태 변화에 보다 신속하게 대응할 수 있다. 그 외에 다양한 실시예들이 가능하다.

Description

무선 전력 전송 장치 및 그의 동작방법{WIRELESS POWER TRANSFER APPARATUS AND METHOD THEREOF}
본 발명은, 무선 전력 전송 장치 및 그의 동작방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 무선 전력 수신 장치의 부하 상태를 판단하는 무선 전력 전송 장치 및 그의 동작방법에 관한 것이다.
일반적으로 전자기기에 전력을 공급하는 경우, 전자기기에 물리적인 케이블 또는 전선을 연결하여 상용전원을 공급하는 단자 공급 방식이 사용된다. 이러한, 단자 공급 방식은, 케이블 또는 전선들이 상당한 공간을 차지하고, 정리가 용이하지 않으며, 단선의 위험이 있다. 최근에는 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 무선 전력 공급 방식에 대한 연구가 논의되고 있다.
무선 전력 공급 시스템은, 단일 코일 또는 멀티 코일을 통해 전력을 공급하는 무선 전력 전송 장치와, 무선 전력 전송 장치로부터 무선으로 공급되는 전력을 수신하여 이를 사용하는 무선 전력 수신 장치로 구성될 수 있다.
무선 전력 공급 방식으로는 유도 결합(inductive coupling) 방식이 주로 사용되고 있으며, 이 방식은, 인접한 두 개의 코일(coil) 중 1차 코일에 전류의 세기가 변하는 교류 전류가 흐르는 경우, 1차 코일에 흐르는 교류 전류에 의해 자기장이 변하고, 이로 인하여 2차 코일을 지나는 자속이 변하게 되어, 2차 코일 측에 유도 기전력이 생기는 원리를 이용한다. 즉, 이 방식에 따르면, 두 개 코일을 이격시킨 채, 1차 코일에 흐르는 전류만 변화시키면, 2차 코일 측에 유도 기전력이 생기게 된다.
주방에서 흔히 사용되는 블렌더(blender), 미니 오븐(mini oven) 등과 같은 다양한 소형 조리 기기들 역시, 다른 전자 기기들과 마찬가지로 전력 공급이 필수적으로 요구되며, 공간 활용, 안전성 등의 이유로 무선 전력 공급 방식이 적용된 소형 조리 기기들에 대한 수요 역시 급증하고 있다.
한편, 종래의 무선 전력 공급 방식에서는, 무선 전력 전송 장치가, 무선 전력 전송 장치로 공급되는 전원의 변동이나, 무선 전력 수신 장치로부터 수신되는 데이터에 기초하여, 출력되는 전력(이하, 출력 전력)의 레벨을 제어한다. 예를 들면, 선행기술 1(미국 공개특허 제2019/0027969호)와 같이, 무선 전력 전송 장치는, 입력되는 전류의 크기를 모니터링하여, 전류 크기의 변동이 일정 수준 이상인 경우, 출력 전력의 레벨을 제한하거나, 무선 전력 수신 장치로부터 수신되는 전력 제어 메시지에 따라 출력 전력의 레벨을 제한한다.
일반적으로 종래 무선 전력 공급 방식은 무선 전력 수신 장치의 배터리 충전에 이용되는데, 이 경우 무선 전력 수신 장치의 부하 상태가 급격하게 변동되는 경우가 극히 드물어, 무선 전력 전송 장치로 공급되는 전원의 변동이나, 무선 전력 전송 장치는 무선 전력 수신 장치로부터 수신되는 전력 제어 메시지에 기초하여, 출력 전력의 레벨을 조절하는 것으로 충분하다.
이에 반해, 공급되는 전력에 의해 동작하는 소형 조리 기기들의 경우, 배터리 충전에 비하여 부하 상태가 급격하게 변동되는 경우가 빈번하게 발생할 수 있다. 예를 들면, 칼날을 회전시켜 음식물을 분쇄하는 블렌더의 경우, 사용자가 설정한 동작 모드에 따라 칼날을 회전시키는 모터의 회전 속도 등이 결정되는데, 블렌더가 음식물을 분쇄하는 중에, 음식물이 급격하게 분쇄되거나, 칼날과 모터 간의 연결이 해제되어, 모터가 헛도는 등의 경우가 발생하게 되면, 무선 전력 수신 장치 측인 블렌더의 부하 상태가 급격하게 변동될 수 있으며, 과일이나 야채의 즙을 짜는 쥬서기(juicer)나, 점성이 높은 물질 등을 혼합하는 반죽기(kneader) 등과 같은 소형 조리 기기들의 경우에도 마찬가지의 상황이 발생할 수 있다.
이와 같이, 무선 전력 전송 장치로부터 전력이 공급되는 동안, 소형 조리 기기들과 같은 무선 전력 수신 장치의 부하 상태가, 전부하 상태에서 경부하 또는 무부하 상태로 급격하게 변동되는 경우, 무선 전력 수신 장치에 과전압이 인가될 수 있다.
그러나 종래와 같이, 무선 전력 수신 장치의 부하 상태의 변동에 대한 구체적인 판단 없이, 무선 전력 전송 장치로 공급되는 전원의 변동이나, 무선 전력 전송 장치가 무선 전력 수신 장치로부터 수신되는 데이터에 기초하여 단순히 출력 전력의 레벨을 조절하는 경우, 무선 전력 수신 장치의 부하 상태의 변동 시, 무선 전력 수신 장치에 구비된 소자들에 과전압이 인가되어, 소자들이 손상되는 문제점이 있다.
또한, 무선 전력 전송 장치가 무선 전력 수신 장치로부터 소자에 인가되는 전압에 대한 데이터를 수신하여, 무선 전력 수신 장치의 소자들에 과전압이 인가되는지 여부를 모니터링하는 경우에도, 무선 전력 전송 장치가 무선 전력 수신 장치의 소자에 과전압이 인가된 것을 확인했을 때는 이미 무선 전력 수신 장치의 소자들이 과전압에 의해 손상되는 문제점이 있다.
또한, 무선 전력 수신 장치로부터의 데이터 전송이 지연되거나, 데이터 전송이 실패하게 되면, 무선 전력 전송 장치는 과전압 인가에 따른 무선 전력 수신 장치의 소자들의 손상을 방지할 수 있는 방안이 전무한 문제점이 있다.
US 2019/0027969 A
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 무선 전력 수신 장치의 부하 상태를 능동적으로 판단할 수 있는 무선 전력 전송 장치 및 그의 동작방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명은, 무선 전력 수신 장치로부터 전압에 대한 데이터가 수신되는지 여부와 무관하게, 무선 전력 수신 장치의 부하 상태에 따라, 무선 전력 수신 장치로 전송되는 전력의 레벨을 조절할 수 있는 무선 전력 전송 장치 및 그의 동작방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명은, 무선 전력 수신 장치의 부하 상태가 비정상인 경우, 능동적으로 경고 메시지를 출력할 수 있는 무선 전력 전송 장치 및 그의 동작방법을 제공함에 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는, 무선 전력 수신 장치에 전력을 전송하는 송신 코일, 및 송신 코일을 통해 무선 전력 전송 장치로부터 출력되는 전력의 실제 출력 레벨과, 무선 전력 전송 장치로부터 출력되는 전력에 대한 목표 레벨에 기초하여, 무선 전력 수신 장치의 부하 상태를 판단하여, 무선 전력 수신 장치의 부하 상태의 변동을 판단할 수 있는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 무선 전력 전송 장치는, 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 복수의 스위칭 소자의 동작을 통해, 소정 주파수의 전류를 송신 코일로 출력하는 인버터를 더 포함하고, 상기 제어부는, 무선 전력 수신 장치의 부하 상태의 변동에 따라 인버터를 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 무선 전력 수신 장치의 부하 상태가 정상인 경우, 목표 레벨에 따라 인버터를 제어하고, 무선 전력 수신 장치의 부하 상태가 비정상인 경우, 목표 레벨보다 낮은 소정 전력 레벨에 따라 인버터를 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 무선 전력 수신 장치의 부하 상태가 정상인 경우, 출력 레벨이 목표 레벨에 도달하도록 인버터를 제어하고, 무선 전력 수신 장치의 부하 상태가 비정상인 경우, 출력 레벨이 소정 전력 레벨에 따라 유지되도록 인버터를 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 목표 레벨과 출력 레벨 간의 차이가 소정 차이 이상인 경우, 무선 전력 수신 장치의 부하 상태를 비정상으로 판단하고, 목표 레벨과 출력 레벨 간의 차이가 소정 차이 미만인 경우, 무선 전력 수신 장치의 부하 상태를 정상으로 판단할 수 있다.
상기 제어부는, 목표 레벨이 제1 기준 레벨 이상이고, 출력 레벨이 제1 기준 레벨보다 낮은 제2 기준 레벨 미만인 경우, 무선 전력 수신 장치의 부하 상태를 비정상으로 판단하고, 목표 레벨이 제1 기준 레벨 미만이거나, 출력 전력의 레벨이 제2 기준 레벨 이상인 경우, 무선 전력 수신 장치의 부하 상태를 정상으로 판단할 수 있다.
상기 무선 전력 전송 장치는, 무선 전력 수신 장치와 통신을 수행하는 통신부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 통신부를 통해, 무선 전력 수신 장치로부터 목표 레벨에 대한 데이터를 수신하고, 수신된 목표 레벨에 대한 데이터에 기초하여 목표 레벨을 결정할 수 있다.
상기 제어부는, 통신부를 통해, 무선 전력 수신 장치로부터 과전압에 대한 데이터를 수신하고, 과전압에 대한 데이터에 기초하여 무선 전력 수신 장치의 부하 상태를 판단할 수 있다.
상기 제어부는, 무선 전력 수신 장치로부터 과전압에 대한 데이터가 수신되는 경우, 무선 전력 수신 장치의 부하 상태를 비정상으로 판단하고, 무선 전력 수신 장치로부터 과전압에 대한 데이터가 수신되지 않는 경우, 목표 레벨과 출력 전력의 레벨에 기초하여, 무선 전력 수신 장치의 부하 상태를 판단할 수 있다.
무선 전력 전송 장치는, 인버터로부터 출력되는 전류를 검출하는 전류 검출부 및 인버터의 출력단에 인가되는 전압을 검출하는 전압 검출부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 전류 검출부를 통해 검출되는 전류 값 및 전압 검출부를 통해 검출되는 전압 값에 기초하여 출력 레벨을 산출할 수 있다.
상기 무선 전력 전송 장치는, 출력부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 무선 전력 수신 장치의 부하 상태가 비정상인 경우, 출력부를 통해 경고 메시지를 출력할 수 있다.
상기 무선 전력 전송 장치의 동작방법은, 송신 코일을 통해 무선 전력 수신 장치에 전송되는 전력의 실제 출력 레벨을 산출하는 동작, 송신 코일을 통해 전송되는 전력에 대한 목표 레벨과 산출된 출력 레벨에 기초하여, 무선 전력 수신 장치의 부하 상태를 판단하는 동작을 포함할 수 있다.
상기 무선 전력 전송 장치의 동작방법은, 실제 출력 레벨과 목표 레벨에 기초하여 판단된 무선 전력 수신 장치의 부하 상태에 따라, 무선 전력 전송 장치에 포함된 인버터를 제어하는 동작을 더 포함할 수 있다.
상기 무선 전력 전송 장치의 동작방법은, 실제 출력 레벨과 목표 레벨에 기초하여 판단한 결과, 무선 전력 수신 장치의 부하 상태가 비정상인 경우, 출력부를 통해 경고 메시지를 출력하는 동작을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 무선 전력 전송 장치에서 무선 전력 수신 장치로 전송되는 전력의 레벨에 기초하여, 무선 전력 수신 장치의 부하 상태를 무선 전력 전송 장치가 능동적으로 판단할 수 있고, 무선 전력 수신 장치로부터의 데이터 전송이 지연되거나, 데이터 전송이 실패하는 경우에도, 무선 전력 수신 장치의 부하 상태를 판단할 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 무선 전력 수신 장치로부터 수신되는, 소자에 인가되는 전압에 대한 데이터를 이용하여, 무선 전력 수신 장치의 부하 상태를 보다 정확하게 판단할 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 능동적으로 판단한 무선 전력 수신 장치의 부하 상태에 따라, 무선 전력 수신 장치로 전송되는 전력의 레벨을 조절함으로써, 무선 전력 수신 장치로부터의 과전압 인가에 관한 데이터가 수신되지 않더라도, 무선 전력 수신 장치에 과전압이 인가되는 것을 방지할 수 있고, 과전압 인가에 따른 무선 전력 수신 장치에 구비된 소자들의 손상을 방지할 수 있다.또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 무선 전력 수신 장치의 부하 상태가 비정상인 경우, 보다 신속하고 정확하게 경고 메시지를 출력할 수 있어, 사용자의 제품에 대한 신뢰성과 사용 만족도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2a 및 2b는, 무선 전력 시스템에 포함되는 구성들의 일 실시예에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 3a 및 3b는, 도 1의 무선 전력 전송 장치의 내부 회로도이다.
도 4는, 도 1의 무선 전력 수신 장치의 내부 회로도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 전송 장치의 전력 전송을 위한 과정에 대한 순서도의 일 예이다.
도 6은, 도 5의 순서도에 따른, 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치의 상태에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 7a 및 7b는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 전송 장치의 동작방법에 대한 순서도의 일 예이다.
도 8a 내지 10은, 무선 전력 전송 장치의 동작방법에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 11은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른, 무선 전력 전송 장치의 동작방법에 대한 순서도의 일 예이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것들의 존재, 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이 때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
또한, 본 명세서에서, 다양한 요소들을 설명하기 위해 제1, 제2 등의 용어가 이용될 수 있으나, 이러한 요소들은 이러한 용어들에 의해 제한되지 아니한다. 이러한 용어들은 한 요소를 다른 요소로부터 구별하기 위해서만 이용된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 무선 전력 시스템(10)은, 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 전송 장치(100) 및 전송된 전력을 수신하는 무선 전력 수신 장치(200)를 포함할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 코일(150)에 흐르는 전류에 의한 자기장의 변화에 따라, 무선 전력 수신 장치(200)에 구비된 코일(210)에 전류가 유도되는 자기 유도 현상을 이용하여, 무선 전력 수신 장치(200)에 무선으로 전력을 전달할 수 있다.
이때, 무선 전력 전송 장치(100) 및 무선 전력 수신 장치(200)는, WPC(Wireless Power Consortium) 또는 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 전력 공급 방식을 이용할 수 있다.
또는, 무선 전력 전송 장치(100) 및 무선 전력 수신 장치(200)는, A4WP(Alliance for Wireless Power)에서 정의된 자기공명 방식의 무선 전력 공급 방식을 이용할 수 있다.
이하, 무선 전력 전송 장치(100)에 구비된 코일(150)과, 무선 전력 수신 장치(200)에 구비된 코일(210)의 구분을 위해, 무선 전력 전송 장치(100)에 구비된 코일(150)을 송신 코일로 명명할 수 있고, 무선 전력 수신 장치(200)에 구비된 코일(210)을 수신 코일로 명명할 수 있다.
일 실시예에 따라, 하나의 무선 전력 전송 장치(100)는, 복수의 무선 전력 수신 장치(200)에 전력을 전송할 수 있다. 이때, 무선 전력 전송 장치(100)는, 시분할 방식에 따라 복수의 무선 전력 수신 장치(200)에 전력을 전송할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 무선 전력 수신 장치(200) 각각에 할당된 상이한 주파수 대역을 이용하여 복수의 무선 전력 수신 장치(200)에 전력을 전송할 수도 있다.
한편, 하나의 무선 전력 전송 장치(100)로부터 전력을 수신할 수 있는 무선 전력 수신 장치(200)의 개수는, 복수의 무선 전력 수신 장치(200) 각각의 요구 전력량, 무선 전력 전송 장치(100)의 가용 전력량 등을 고려하여 적응적으로 결정될 수 있다.
무선 전력 수신 장치(200)는, 무선 전력 전송 장치(100)로부터 전송된 전력을 수신할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 수신 장치(200)는, 착즙기(citrus press), 핸드블렌더(handblender), 블렌더(blender), 쥬서기(juicer), 반죽기(kneader), 스마트팬(smart pan), 전기주전자(kettle), 밥솥(rice cooker)과 같은 소형 조리 기기일 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100) 및 무선 전력 수신 장치(200)는, 상호 간에 통신할 수 있다. 실시예에 따라, 무선 전력 전송 장치(100) 및 무선 전력 수신 장치(200)는, 단방향 통신 또는 반이중 통신하는 것도 가능하다.
이 때, 통신 방식은, 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 동일한 주파수 대역을 사용하는 인밴드(in-band) 통신 방식 및/또는 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 상이한 주파수 대역을 사용하는 아웃오브밴드(out-of-band) 통신 방식일 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)가 상호 간에 송수신하는 데이터는, 장치의 상태에 관한 데이터, 전력 사용량에 관한 데이터, 배터리 충전에 관한 데이터, 전압 및/또는 전류에 관한 데이터, 제어 명령과 관련된 데이터 등을 포함할 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)에 인접하여, 금속 냄비와 같은 조리도구(미도시)가 위치하는 경우, 송신 코일(150)에 흐르는 전류에 의해 발생된 자기장이 조리도구를 통과할 수 있다. 이때, 조리도구를 통과하는 자기장에 의해, 조리도구에 와류전류가 형성될 수 있고, 조리도구에 와류전류가 흐름에 따라 열이 생성되어 조리도구 자체가 가열되고, 조리도구 내의 내용물도 가열될 수 있다. 이때, 무선 전력 전송 장치(100)에 구비된 송신 코일(150)은, 송신 코일로 명명될 수 있다.
또한, 무선 전기 포트와 같이, 전력을 수신하는 수신 코일(210)을 구비하지 않는 소형 조리 기기의 경우에도, 무선 전력 전송 장치(100)의 송신 코일(150)에 흐르는 전류에 의해, 소형 조리 기기의 발열부가 가열될 수 있다.
즉, 무선 전력 전송 장치(100)는, 무선 전력 수신 장치(200)에 전력을 공급하는 전력 공급 장치로서 동작할 수도 있고, 전자유도 가열방식을 통해 조리도구를 가열시키는 인덕션(Induction) 방식의 조리기기로서 동작할 수도 있다.
도 2a 및 2b는, 무선 전력 시스템에 포함되는 구성들의 일 실시예에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 2a는, 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치의 상면 사시도이고, 도 2b는, 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치의 단면도이다.
도 2a 및 2b를 참조하면, 무선 전력 전송 장치(100)에 인접하여 무선 전력 수신 장치(200)가 위치할 수 있고, 무선 전력 수신 장치(200)는 무선 전력 전송 장치(100)로부터 무선으로 전력을 공급받을 수 있다.
도 2b와 같이, 무선 전력 전송 장치(100)는 상판 글래스(11)를 포함할 수 있고, 무선 전력 수신 장치(200)는 상판 글래스(11) 상에 위치할 수 있다.
상판 글래스(11)는, 무선 전력 전송 장치(100)의 내부를 보호하고, 무선 전력 수신 장치(200)를 지지하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상판 글래스(11)는, 여러 광물질을 합성한 세라믹 재질의 강화 유리로 형성될 수 있다.
송신 코일(150)은, 상판 글래스(11)의 하부에 근접하여 배치될 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)의 송신 코일(150)에 흐르는 전류에 의해 자기장(20)이 발생할 수 있고, 자기장(20)에 의해 무선 전력 수신 장치(200)의 수신 코일(210)에 전류가 유도될 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 페라이트(ferrite)(13)를 더 포함할 수 있다. 페라이트(13)는, 투자율(permeability)이 높은 물질로 형성될 수 있다. 페라이트(13)는, 무선 전력 전송 장치(100)의 내부에 배치될 수 있다.
페라이트(13)는, 누설 자기장이 저감되고, 자기장의 방향성이 극대화될 수 있도록, 송신 코일(150)로부터 발생되는 자기장이 방사되지 않고, 페라이트(13)를 통해 흐르도록 유도할 수 있다.
무선 전력 수신 장치(200)는, 송신 코일(150)에 흐르는 전류에 의해 발생되는 자기장을 통해, 전력을 수신할 수 있다.
무선 전력 수신 장치(200)는, 수신 코일(210)을 통해 수신된 전력을 이용하여, 무선 전력 수신 장치(200)에 구비된 각 구성에 전원을 공급할 수 있고, 각 구성의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들면, 도 2a와 같이 무선 전력 수신 장치(200)가 블렌더인 경우, 수신 코일(210)을 통해 수신된 전력을 이용하여, 부하(250)인 모터 및 칼날을 회전시킬 수 있다.
도 3a 및 3b는, 도 1의 무선 전력 전송 장치의 내부 회로도이다.
도 3a 및 3b를 참조하면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 외부전원에 연결되는 정류부(120), dc 단 커패시터(130), 인버터(140), 송신 코일(150), 공진부(160) 및/또는 제어부(170)를 포함할 수 있다.
정류부(120)는, 외부전원인 상용 전원(201)으로부터 입력되는 교류 전원을 정류하여 출력할 수 있다. 정류부(120)는, 상용 전원(201)을 통해 공급되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환할 수 있다. 이때, 상용 전원(201)은, 단상 교류 전원 또는 3상 교류 전원일 수 있다. 예를 들면, 정류부(120)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 다이오드 소자 및 하암 다이오드 소자가 한 쌍이 되며, 총 두 쌍 또는 세 쌍의 상, 하암 다이오드 소자가 서로 병렬로 연결되는, 브릿지 다이오드(미도시)를 구비할 수 있다. 한편, 정류부(120)는, 복수의 스위칭 소자를 더 포함할 수도 있다.
dc 단 커패시터(130)는, 정류부(120)의 출력단인 dc 단에 접속될 수 있고, 정류부(120)로부터 공급되는 직류 전원을 평활하여 저장할 수 있다.
도면에서는, dc 단 커패시터(130)로 하나의 소자(Cp1)를 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 소자가 구비되어, 소자 안정성을 확보할 수도 있다.
인버터(140)는, 복수의 스위칭 소자(S1, S2)를 구비하고, 스위칭 소자(S1, S2)의 온/오프 동작에 의해, dc 단 커패시터(130)에 평활되어 저장된 직류 전원을 소정 주파수의 교류 전원으로 변환하여, 송신 코일(150)에 출력할 수 있다. 예를 들면, 스위칭 소자(S1, S2)가 IGBT(insulated gate bipolar transistor)인 경우, 펄스폭 변조 방식(pulse width modulation; PWM)의 신호에 의해 생성된 구동 신호가 제어부(180)로부터 출력되어, 스위칭 소자(S1, S2)의 게이트 단자에 입력될 수 있다. 이때, 구동 신호에 따른 스위칭 소자(S1, S2)의 온/오프 동작에 의해, 인버터(140)에서 고주파의 전류가 출력되어 송신 코일(150)에 흐를 수 있다.
인버터(140)에서 출력된 고주파의 전류가 송신 코일(150)에 흐르는 경우, 송신 코일(150)에서 자기장이 발생될 수 있고, 송신 코일(150)에서 발생된 자기장에 의해 무선 전력 수신 장치(200)의 수신 코일(210)에 소정 주파수의 전류가 유도될 수 있다.
인버터(140)는, 복수의 스너버 커패시터(Cs1, Cs2)를 더 포함할 수 있다. 복수의 스너버 커패시터(Cs1, Cs2)는, 복수의 스위칭 소자(S1, S2)에 각각 연결될 수 있다.
스너버 커패시터(Cs1, Cs2)는, 스위칭 소자(S1, S2)에 발생하는 돌입 전류 또는 과도 전압을 제어 및 경감하기 위해 구비되며, 경우에 따라 전자파 노이즈 제거용으로도 사용 가능하다.
스너버 커패시터(Cs1, Cs2)는, 스위칭 소자(S1, S2)의 턴오프 동안 포화 전압 상승 비율을 조절하여, 턴오프 동안의 에너지 손실에 영향을 줄 수 있다.
송신 코일(150)은, 원형(round), 부채꼴(circular sector) 형상이나, 삼각형(triangular), 사각형(rectangular)과 같은 다각형 형상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
공진부(160)는, 정류부(120)의 출력단인 dc 단과 송신 코일(150) 사이에 접속되는 제1 공진 커패시터(Cr1)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 공진 커패시터(Cr1)는, 일단이 송신 코일(150)에 연결되고, 타단이 dc 단 커패시터(130)에 연결될 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)의 공진 주파수는, 공진부(160)의 커패시턴스(capacitance)에 따라 결정될 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)의 공진 주파수는, 송신 코일(150)의 인덕턴스(inductance)와 공진부(160)의 커패시턴스에 따라 결정될 수 있다.
또한, 송신 코일(150)의 인덕턴스와 공진부(160)의 커패시턴스에 의해 결정된 공진 주파수를 중심으로 공진 곡선이 형성될 수 있다. 여기서, 공진 곡선은, 주파수에 따른 출력 전력을 나타내는 곡선일 수 있다.
송신 코일(150)의 인덕턴스와 공진부(160)의 커패시턴스에 따라, 품질 계수(quality factor; Q)가 결정될 수 있고, 품질 계수(Q)에 따라 공진 곡선이 상이하게 형성될 수 있다.
따라서, 송신 코일(150)의 인덕턴스와 공진부(160)의 커패시턴스에 따라, 무선 전력 전송 장치(100)는 상이한 출력 특성을 가질 수 있고, 최대 전력을 출력하는 주파수가 공진 주파수로 명명될 수 있다.
한편, 공진부(160)는, 복수의 제1 공진 커패시터(Cr1)로 구성될 수도 있다. 이때, 복수의 제1 공진 커패시터(Cr1)의 커패시턴스는 동일할 수 있다. 예를 들면, 복수의 제1 공진 커패시터(Cr1) 중 어느 하나는, 일단이 dc 단 커패시터(130)의 일단에 연결되고, 송신 코일(150)에 연결될 수 있고, 복수의 제1 공진 커패시터(Cr1) 중 다른 어느 하나는, 일단이 dc 단 커패시터(130)의 타단에 연결되고, 타단이 송신 코일(150)에 연결될 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 공진 곡선의 공진 주파수를 기준으로, 공진 주파수보다 큰 주파수 대역을 이용할 수 있고, 주파수를 감소시켜 전송되는 전력의 레벨을 높이거나, 주파수를 증가시켜 전송되는 전력의 레벨을 낮출 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 20kHz 내지 75kHz의 주파수 대역의 주파수 중 어느 하나를, 인버터(140)에 구비된 스위칭 소자(S1, S2)의 스위칭 주파수로 결정할 수 있고, 결정된 스위칭 주파수에 따라 스위칭 소자(S1, S2)가 교대로 턴-온/오프 되도록 제어할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 20kHz 내지 75kHz의 주파수 대역의 주파수 중 어느 하나를, 인버터(140)에 구비된 스위칭 소자(S1, S2)의 스위칭 주파수로 결정할 수 있고, 결정된 스위칭 주파수에 따라 스위칭 소자(S1, S2)가 교대로 턴-온/오프 되도록 제어할 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)가 인덕션 방식의 조리기기로서 동작하는 경우, 무선 전력 전송 장치(100)는, 주파수를 감소시켜 화력 단계를 높이거나, 주파수를 증가시켜 화력 단계를 낮출 수도 있다.
한편, 도 3b와 같이, 무선 전력 전송 장치(100)는, 제2 공진부(170)를 더 포함할 수도 있다.
제2 공진부(170)는, 전환 스위치(RL) 및 제2 공진 커패시터(Cr2)를 포함할 수 있다. 제2 공진부(170)는, 공진부(160)에 병렬 연결될 수 있다.
전환 스위치(RL)는, 제어부(180)의 제어에 따라, 턴-온/오프 될 수 있다. 본 도면에서는, 전환 스위치(RL)가 코일에 흐르는 전류에 기초하여 턴-온/오프 되는 릴레이인 것으로 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 전환 스위치(RL)는 트랜지스터(transistor) 소자일 수도 있다. 예를 들면, 전환 스위치(RL)는, 양극성 접합 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor; BJT) 또는 전계 효과 트랜지스터(Field Effective Transistor; FET)일 수 있다.
제2 공진 커패시터(Cr2)는, 전환 스위치(RL)의 동작에 따라 제1 공진 커패시터(Cr1)에 병렬 연결될 수 있다. 예를 들면, 제2 공진 커패시터(Cr2)는, 전환 스위치(RL)가 턴-온 되는 경우, 제1 공진 커패시터(Cr1)에 병렬 연결될 수 있다.
제2 공진부(170)는, 무선 전력 전송 장치(100)의 공진 주파수를 변경하는 구성일 수 있다.
보다 구체적으로, 전환 스위치(RL)의 동작에 따라 제2 공진 커패시터(Cr2)가 제1 공진 커패시터(Cr1)에 병렬 연결되는 경우, 제1 공진 커패시터(Cr1)와 제2 공진 커패시터(Cr2)의 합성 커패시턴스는 증가하게 되며, 합성 커패시턴스가 증가함에 따라 무선 전력 전송 장치(100)의 공진 주파수는 감소된다.
한편, 전환 스위치(RL)는, 무선 전력 전송 장치(100)의 동작 모드에 따라, 턴-온/오프 될 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)의 동작 모드가 무선으로 전력을 전송하는 전력 전송 모드인 경우, 무선 전력 전송 장치(100)의 공진 주파수가 감소하도록, 복수의 전환 스위치(RL)는 턴-온 될 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)의 동작 모드가 인덕션 방식의 조리기기로서 동작하는 유도 가열 모드인 경우, 무선 전력 전송 장치(100)의 공진 주파수가 전력 전송 모드에 비해 증가하도록, 복수의 전환 스위치(RL)는 턴-오프 될 수 있다.
한편, 공진부(160)가 복수의 제1 공진 커패시터(Cr1)를 포함하는 경우, 제2 공진부(170)는 복수의 제2 공진 커패시터(Cr2)와, 복수의 전환 스위치(RL)를 포함할 수 있다. 이때, 복수의 제2 공진 커패시터(Cr2)의 커패시턴스는 동일할 수 있다.
복수의 제2 공진 커패시터(Cr2)는, 복수의 제1 공진 커패시터(Cr1)에 각각 병렬 연결되도록 배치될 수 있다. 이때, 복수의 전환 스위치(RL)는, 턴-온 시, 복수의 제2 공진 커패시터(Cr2)가 복수의 제1 공진 커패시터(Cr1)에 각각 병렬 연결되도록, 복수의 제2 공진 커패시터(Cr2)에 각각 직렬 연결될 수 있다.
복수의 전환 스위치(RL)는, 제어부(180)의 제어에 따라, 동시에 턴-온/오프 될 수 있다.
제어부(180)는, 무선 전력 전송 장치(100)에 구비된 각 구성과 연결되어, 각 구성의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
제어부(180)는, 무선 전력 전송 장치(100)의 동작 모드를 결정할 수 있다. 예를 들면, 제어부(180)는 사용자 입력에 따라 무선 전력 전송 장치(100)의 동작 모드를 결정할 수 있다.
이를 위해, 무선 전력 전송 장치(100)는, 입력부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 입력부는, 무선 전력 전송 장치(100)의 동작 제어의 조작을 위한 각종 스위치를 포함할 수 있다. 예를 들면, 입력부는, 무선 전력 전송 장치(100)의 온/오프나, 동작 모드의 선택을 위한 조작 스위치 등을 포함할 수 있다.
제어부(180)는, 입력부를 통해 수신되는 사용자 입력에 따라, 무선 전력 전송 장치(100)의 동작 모드를 결정할 수 있다.
제어부(180)는, 송신 코일(150)에 교류 전류가 흐르도록 인버터(140)의 동작을 제어할 수 있다. 이때, 제어부(180)는, 무선 전력 전송 장치(100)의 동작 모드에 따라, 인버터(140)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(180)는, 무선 전력 전송 장치(100)의 동작 모드가 전력 전송 모드인 경우, 송신 코일(150)을 통해 무선 전력 수신 장치(200)로 전력이 전송되도록, 스위칭 소자(S1, S2)의 온/오프 동작을 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(180)는, 무선 전력 전송 장치(100)의 동작 모드가 유도 가열 모드인 경우, 조리도구의 가열을 위한 자기장이 발생되도록, 스위칭 소자(S1, S2)의 온/오프 동작을 제어할 수 있다.
제어부(180)는, 펄스폭 변조 방식(pulse width modulation; PWM)의 신호를 발생하는 PWM 발생부(미도시) 및 PWM 신호에 기초하여, 구동 신호(Sic)를 생성하여 인버터(140)의 스위칭 소자(S1, S2)로 출력하는 드라이버(미도시)를 구비할 수 있다.
제어부(180)는, 송신 코일(150)을 통해 전송되는 전력의 레벨(이하, 출력 레벨)을 산출할 수 있다.
제어부(180)는, 인버터(140)로부터 출력되어 송신 코일(150)에 흐르는 전류와, 인버터(140)의 출력단에 인가되는 전압에 기초하여, 송신 코일(150)을 통해 전송되는 전력의 출력 레벨을 산출할 수 있다.
이를 위해, 무선 전력 전송 장치(100)는, 인버터(140)로부터 출력되는 전류를 검출하는 전류 검출부(A)와, 인버터(140)의 출력단에 인가되는 전압을 검출하는 전압 검출부(B)를 더 포함할 수 있다.
전류 검출부(A)는, 인버터(140)로부터 출력되는 전류의 검출을 위해, 변류기, 션트(shunt) 저항 등을 포함할 수 있고, 검출된 전류(Ir)는 제어부(180)에 입력될 수 있다. 예를 들면, 전류 검출부(A)를 통해 검출된 전류(Ir)에 대한 검출 값은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 제어부(180)에 입력될 수 있다.
전압 검출부(B)는, 인버터(140)의 출력단에 인가되는 전압의 검출을 위해, 변압기(voltage transformer, VT), 저항 소자, OP AMP 등을 구비할 수 있다. 전압 검출부(B)를 통해 검출된 전압(Vs2)에 대한 검출 값은, 제어부(180)에 입력될 수 있다. 예를 들면, 전압 검출부(B)를 통해 검출된 전압(Vs2)에 대한 검출 값은, 펄스 형태의 이산 신호로서, 제어부(180)에 입력될 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 통신부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 통신부는, 무선 전력 수신 장치(200)와의 통신을 위한, 적어도 하나의 통신 모듈을 포함할 수 있다.
이하, 무선 전력 전송 장치(100)에 구비된 통신부와, 무선 전력 수신 장치(200)에 구비된 통신부의 구분을 위해, 무선 전력 전송 장치(100)에 구비된 통신부를 송신측 통신부로 명명할 수 있고, 무선 전력 수신 장치(200)에 구비된 통신부를 수신측 통신부로 명명할 수 있다.
송신측 통신부는, 제1 및 제2 송신측 통신부(미도시)를 포함할 수 있다.
제1 송신측 통신부는, 제1 통신 방식으로 통신할 수 있다. 제1 송신측 통신부는, 장치의 상태에 관한 데이터, 전력 사용량에 관한 데이터 등을 포함하는 신호를 무선 전력 수신 장치(200)에 전송할 수 있고, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 장치의 상태에 관한 데이터, 전력 사용량에 관한 데이터, 배터리 충전에 관한 데이터 등을 포함하는 신호를 수신할 수 있다.
제2 송신측 통신부는, 무선 전력 수신 장치(200)와 제1 통신 방식과는 상이한 제2 통신 방식으로 통신할 수 있다. 제2 송신측 통신부는, 장치의 상태에 관한 데이터, 전력 사용량에 관한 데이터 등을 포함하는 신호를 무선 전력 수신 장치(200)에 전송할 수 있고, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 장치의 상태에 관한 데이터, 전력 사용량에 관한 데이터, 배터리 충전에 관한 데이터 등을 포함하는 신호를 수신할 수 있다.
제1 및 제2 송신측 통신부는, 무선 전력 전송 장치(100)에서 송출되는 신호 및 무선 전력 수신 장치(200)로부터 수신되는 신호를 변복조(modulation/demodulation)하기 위한, 변복조부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
제1 및 제2 송신측 통신부는, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 수신되는 신호를 필터링하는 필터부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이때, 필터부는, 대역통과필터(Band Pass Filter; BPF)를 구비할 수 있다.
한편, 제1 통신 방식은, 인밴드(in-band) 통신 방식일 수 있다. 예를 들면, 제1 송신측 통신부가 인밴드(in-band) 통신 방식으로 통신하는 경우, 제1 송신측 통신부와 송신 코일(150)은 하나의 구성으로 구현될 수 있고, 제1 송신측 통신부는 송신 코일(150)을 통해, 무선 전력 수신 장치(200)와 상호 간에 통신을 수행할 수 있다.
한편, 제2 통신 방식은, 아웃오브밴드(out-of-band) 통신 방식일 수 있다. 예를 들면, 제2 송신측 통신부가 아웃오브밴드(out-of-band) 통신 방식으로 통신하는 경우, 제2 송신측 통신부와 송신 코일(150)은 서로 구분되는 구성으로 각각 구현될 수 있고, 제2 송신측 통신부는 별도의 통신 모듈을 통해, 무선 전력 수신 장치(200)와 상호 간에 통신을 수행할 수 있다.
실시예에 따라, 아웃오브밴드(out-of-band) 통신 방식에서 사용되는 통신 모듈은, 블루투스(BlueTooth), 지그비(Zigbee), 무선랜(wireless LAN), NFC(Near Field Communication)과 같은 근거리 통신 방식을 사용할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)에서 사용되는 통신 방식은, 무선 전력 수신 장치(200)에 대한 데이터 등에 기초하여, 제1 및 제2 통신 방식 중 적어도 어느 하나로 변경될 수 있다.
제어부(180)는, 송신측 통신부를 통해, 무선 전력 수신 장치(200)와 상호 간에 데이터를 송수신할 수 있다.
제어부(180)는, 송신 코일(150)을 통해 전송되는 전력에 대한 지령치(이하, 목표 레벨)에 기초하여, 인버터(140)의 동작을 제어할 수 있다.
제어부(180)는, 송신 코일(150)을 통해 전송되는 전력의 출력 레벨과, 송신 코일(150)을 통해 전송되는 전력에 대한 목표 레벨을 비교할 수 있고, 비교 결과에 따라 인버터(140)의 동작을 제어할 수 있다.
예를 들면, 제어부(180)는, 출력 레벨이 목표 레벨보다 낮은 경우, 출력 레벨이 목표 레벨에 도달하도록, 인버터(140)의 동작을 제어할 수 있다. 이때, 제어부(180)는, 출력 레벨이 증가하도록, 인버터(140)의 스위칭 소자(S1, S2)의 스위칭 주파수를 감소시킬 수 있다.
예를 들면, 제어부(180)는, 출력 레벨이 목표 레벨보다 높은 경우, 출력 레벨이 목표 레벨에 도달하도록, 인버터(140)의 동작을 제어할 수 있다. 이때, 제어부(180)는, 출력 레벨이 감소하도록, 인버터(140)의 스위칭 소자(S1, S2)의 스위칭 주파수를 증가시킬 수 있다.
예를 들면, 제어부(180)는, 출력 레벨이 목표 레벨에 상응하는 경우, 출력 레벨이 유지되도록, 인버터(140)의 동작을 제어할 수 있다. 이때, 제어부(180)는, 출력 레벨이 유지되도록, 인버터(140)의 스위칭 소자(S1, S2)의 스위칭 주파수를 유지할 수 있다.
제어부(180)는, 목표 레벨을 결정할 수 있다. 이때, 제어부(180)는, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 수신되는 데이터에 기초하여, 목표 레벨을 결정할 수 있다.
제어부(180)는, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 수신되는 전압, 전류 및 전력 중 적어도 하나에 대한 데이터에 기초하여, 목표 레벨을 결정할 수 있다. 예를 들면, 제어부(180)는, 무선 전력 수신 장치(200)의 구성 중 dc 단 커패시터(도 4의 230)에 인가되는 전압(Vo)(이하, dc단 전압)에 대한 데이터에 기초하여, 목표 레벨을 결정할 수 있다.
제어부(180)는, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 수신되는 목표 레벨에 대한 데이터에 기초하여, 목표 레벨을 결정할 수 있다. 예를 들면, 제어부(180)는, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 특정 목표 레벨을 지정하는 데이터를 수신하는 경우, 목표 레벨을 특정 목표 레벨로 변경할 수 있다. 예를 들면, 제어부(180)는, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 목표 레벨의 증가를 요청하는 데이터가 수신되는 경우, 목표 레벨을, 현재 목표 레벨에서 기 설정된 레벨만큼 증가시킬 수 있고, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 목표 레벨의 감소를 요청하는 데이터가 수신되는 경우, 목표 레벨을, 현재 목표 레벨에서 기 설정된 레벨만큼 감소시킬 수 있다.
제어부(180)는, 무선 전력 수신 장치(200)의 동작 상태를 판단할 수 있다. 예를 들면, 제어부(180)는, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 수신되는, dc 단 커패시터(도 4의 230)에 인가되는 dc단 전압(Vo)에 대한 데이터에 기초하여, 무선 전력 수신 장치(200)에 과전압이 인가되는지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들면, 제어부(180)는, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 수신되는 과전압에 대한 데이터에 기초하여, 무선 전력 수신 장치(200)에 과전압이 인가되는지 여부를 판단할 수 있다.
제어부(180)는, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태를 판단할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하(240)가 전부하 상태에서 동작하는 중, 경부하 또는 무부하 상태로 급격하게 변동되는 경우, 무선 전력 전송 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200) 간의 전력 송수신의 효율이 급격하게 낮아질 수 있다. 또한, 무선 전력 전송 장치(100)의 송신 코일(150)에 흐르는 전류가 작아지는 등의 변화가 발생할 수 있고, 이로 인해 무선 전력 전송 장치(100)에서 전송되는 전력의 출력 레벨이 목표 레벨보다 현저히 낮아질 수 있다.
제어부(180)는, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 수신되는 부하 상태를 나타내는 데이터에 기초하여, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태를 판단할 수 있다.
제어부(180)는, 출력 레벨 및 목표 레벨에 기초하여, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태를 판단할 수 있다. 예를 들면, 제어부(180)는, 목표 레벨이 출력 레벨보다 높고, 목표 레벨과 출력 레벨 간의 차이가 소정 차이 이상인 경우, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태를 비정상으로 판단할 수 있다. 예를 들면, 제어부(180)는, 목표 레벨이 기 설정된 제1 기준 레벨 이상이고, 출력 레벨이 제2 기준 레벨 미만인 경우, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태를 비정상으로 판단할 수 있다. 이때, 제1 기준 레벨은, 제2 기준 레벨보다 높은 레벨일 수 있다.
여기서, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태에 대한 판단 기준인 소정 차이 및/또는 제1 및 제2 기준 레벨은, 설정에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
제어부(180)는, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태에 따라, 인버터(140)의 동작을 제어할 수 있다.
제어부(180)는, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태가 정상인 경우, 목표 레벨에 따라 인버터(140)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(180)는, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태가 정상인 경우, 출력 레벨이 목표 레벨에 도달하도록, 인버터(140)의 동작을 제어할 수 있다.
제어부(180)는, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태가 비정상인 경우, 목표 레벨보다 낮은 소정 전력 레벨에 따라 인버터(140)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(180)는, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태가 비정상인 경우, 출력 레벨이 목표 레벨보다 낮은 소정 전력 레벨에 상응하여 유지되도록 인버터(140)의 동작을 제어할 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)는, 출력부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 출력부는, 디스플레이, 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED) 등의 표시 장치 및/또는 스피커, 버저 등의 오디오 장치를 구비할 수 있다.
제어부(160)는, 출력부를 통해, 무선 전력 전송 장치(100)에 대한 메시지를 출력할 수 있다. 예를 들면, 제어부(160)는, 디스플레이를 통해, 무선 전력 전송 장치(100)의 동작 모드에 대한 메시지를 출력할 수 있다.
제어부(160)는, 출력부를 통해, 무선 전력 수신 장치(200)에 대한 메시지를 출력할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태가 비정상인 경우, 제어부(160)는, 스피커를 통해, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태에 대한 경고 메시지를 출력할 수 있다.
도 4는, 도 1의 무선 전력 수신 장치의 내부 회로도이다.
도 4를 참조하면, 무선 전력 수신 장치(200)는, 수신 코일(210), 공진부(215), 정류부(220), dc 단 커패시터(230), 및/또는 부하(240)를 포함할 수 있다.
수신 코일(210)은, 무선 전력 전송 장치(100)로부터 전송되는 전력을 수신할 수 있다. 예를 들면, 송신 코일(150)에서 발생된 자기장에 의해, 수신 코일(210)에 소정 주파수의 전류가 유도될 수 있고, 유도 전류에 따른 유도 기전력이 무선 전력 수신 장치(200)의 동작을 위한 전력으로서 공급될 수 있다.
공진부(215)는, 무선 전력 전송 장치(100)와 공진 회로를 형성하기 위한, 제3 공진 커패시터(Cr3)를 포함할 수 있다. 제3 공진 커패시터(Cr3)는, 수신 코일(210)에 직렬 접속될 수 있다.
전력 수신의 공진 주파수는, 공진부(215)의 커패시턴스에 따라 결정될 수 있다. 예를 들면, 전력 수신의 공진 주파수는, 수신 코일(210)의 인덕턴스와 공진부(215)의 커패시턴스에 따라 결정될 수 있다.
이때, 전력 전송의 공진 주파수와 전력 수신의 공진 주파수는, 동일할 수 있고, 송신 코일(150)에 흐르는 전류의 주파수와 동일한 주파수의 유도 전류가 수신 코일(210)에 흐를 수 있다.
정류부(220)는, 수신 코일(210)로부터 전달되는 전원을 정류하여 출력할 수 있다. 정류부(220)는, 송신 코일(150)에서 발생된 자기장에 의해 수신 코일(210)에 유도되는 교류 전류를 직류 전류로 변환할 수 있다.
정류부(220)는, 브릿지 다이오드(미도시)를 구비할 수 있고, 복수의 스위칭 소자를 더 포함할 수도 있다.
한편, 무선 전력 수신 장치(200)의 정류부(220)에 포함되는 소자는, 무선 전력 전송 장치(100)의 정류부(120)에 포함되는 소자와 상이할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 수신 장치(200)의 정류부(220)에 포함되는 소자는, 수신 코일(210)를 통해 전달되는 높은 주파수(예: 32kHz)의 전원에 대응하는 소자일 수 있고, 무선 전력 전송 장치(100)의 정류부(120)에 포함되는 소자는, 상용 전원(205)을 통해 공급되는 낮은 주파수(예: 60Hz)의 전원에 대응하는 소자일 수 있다.
dc 단 커패시터(230)는, 정류부(220)의 출력단인 dc 단에 접속될 수 있고, 정류부(220)로부터 공급되는 직류 전원을 평활하여 저장할 수 있다.
dc 단 커패시터(235)는, 부하(240)의 입력단에 접속될 수 있다.
도면에서는, dc 단 커패시터(230)에 대하여, 하나의 소자(Cdc)를 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 소자가 구비되어, 소자 안정성을 확보할 수도 있다.
부하(240)는, dc 단 커패시터(230)에 저장되는 전원에 기초하여, 동작하는 구성일 수 있다.
예를 들면, 부하(240)는, dc 단 커패시터(230)에 저장되는 전원에 기초하여 충전되는 배터리일 수 있다.
예를 들면, 부하(240)는, 복수의 스위칭 소자를 구비하고, dc 단 커패시터(230)에 평활되어 저장된 직류 전원을 소정 주파수의 교류 전원으로 변환하여 출력하는 인버터(미도시)를 포함할 수 있다.
이때, 부하(240)는, 교류 전원에 의해 구동하는 모터(미도시), 자기장을 발생시키는 워킹 코일(미도시) 등을 더 포함할 수 있다.
예를 들면, 무선 전력 수신 장치(200)가 블렌더인 경우, 부하(240)는 모터를 더 포함할 수 있고, 무선 전력 수신 장치(200)는 인버터로부터 출력되는 교류 전원에 의해 회전하는 모터를 이용하여, 모터에 연결된 칼날을 회전시킴으로써, 음식물을 분쇄할 수 있다.
예를 들면, 무선 전력 수신 장치(200)가 미니 오븐인 경우, 부하(240)는 워킹 코일을 더 포함할 수 있고, 무선 전력 수신 장치(200)는 인버터로부터 출력되는 교류 전원에 의해 자기장을 발생시키는 워킹 코일을 이용하여, 워킹 코일에 인접하게 배치된 조리기구를 가열시킴으로써, 조리기구 내의 음식물을 가열시킬 수 있다.
한편, 무선 전력 수신 장치(200)는, 무선 전력 전송 장치(100)와 통신하기 위한, 수신측 통신부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
수신측 통신부는, 제1 수신측 통신부(미도시) 및 제2 수신측 통신부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이때, 제1 수신측 통신부는, 무선 전력 전송 장치(100)에 포함된 제1 송신측 통신부와 동일 또는 유사한 구성일 수 있다. 또한, 제2 수신측 통신부는, 예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)에 포함된 제2 송신측 통신부와 동일 또는 유사한 구성일 수 있다.
예를 들면, 무선 전력 수신 장치(200)는, 제1 수신측 통신부를 통해, 인밴드(in-band) 통신 방식으로 무선 전력 전송 장치(100)와 통신을 수행할 수 있다.
예를 들면, 무선 전력 수신 장치(200)는, 제2 수신측 통신부를 통해, 아웃오브밴드(out-of-band) 통신 방식으로 무선 전력 전송 장치(100)와 통신을 수행할 수 있다.
무선 전력 수신 장치(200)는, 무선 전력 수신 장치(200)에 구비된 각 구성과 연결되어, 각 구성의 전반적인 동작을 제어하는 제어부(250)를 더 포함할 수 있다. 무선 전력 전송 장치(100)에 포함된 제어부(180)와의 구분을 위해, 제어부(250)를 수신측 제어부로 명명할 수 있다.
수신측 제어부(250)는, 부하(240)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들면, 부하(240)가 인버터 및 모터를 포함하는 경우, 수신측 제어부(250)는, 부하(240)의 인버터에 포함된 복수의 스위칭 소자(미도시)의 스위칭 동작을 제어하는 제어 신호(Sc)를 출력하여, 모터의 회전을 제어할 수 있다.
수신측 제어부(250)는, 수신측 통신부를 통해 무선 전력 전송 장치(100)와 상호 간에 데이터를 송수신할 수 있다.
예를 들면, 수신측 제어부(250)는, 수신측 통신부를 통해, 무선 전력 수신 장치(200)의 상태에 관한 데이터, 전력 사용량에 관한 데이터, 배터리 충전에 관한 데이터 등을, 무선 전력 전송 장치(100)와 상호 간에 송수신할 수 있다.
무선 전력 수신 장치(200)는, 수신 코일(210)에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부(C), 정류부(220)의 입력단에 인가되는 전압을 검출하는 제1 전압 검출부(D), 및/또는 dc 단 커패시터(230)에 인가되는 전압을 검출하는 제2 전압 검출부(E)를 더 포함할 수 있다.
전류 검출부(C)는, 수신 코일(210)에 흐르는 전류의 검출을 위해, 변류기, 션트 저항 등을 포함할 수 있고, 검출된 전류(Iin)는 수신측 제어부(250)에 입력될 수 있다. 예를 들면, 전류 검출부(C)를 통해 검출된 전류(Iin)에 대한 검출 값은, 펄스 형태의 이산 신호로서, 수신측 제어부(250)에 입력될 수 있다.
제1 전압 검출부(D)는, 정류부(220)의 입력단에 인가되는 전압의 검출을 위해, 변압기, 저항 소자, OP AMP 등을 구비할 수 있다. 제1 전압 검출부(D)를 통해 검출된 전압(Vin)에 대한 검출 값은, 수신측 제어부(250)에 입력될 수 있다. 예를 들면, 제1 전압 검출부(D)를 통해 검출된 전압(Vin)에 대한 검출 값은, 펄스 형태의 이산 신호로서, 수신측 제어부(250)에 입력될 수 있다.
제2 전압 검출부(E)는, dc 단 커패시터(230)에 인가되는 전압의 검출을 위해, 변압기, 저항 소자, OP AMP 등을 구비할 수 있다. 제2 전압 검출부(E)를 통해 검출된 dc단 전압(Vo)에 대한 검출 값은, 수신측 제어부(250)에 입력될 수 있다. 예를 들면, 제2 전압 검출부(E)를 통해 검출된 dc단 전압(Vo)에 대한 검출 값은, 펄스 형태의 이산 신호로서, 수신측 제어부(250)에 입력될 수 있다.
수신측 제어부(250)는, 전류 검출부(C), 제1 전압 검출부(D), 및/또는 제2 전압 검출부(E)를 통해 검출된 검출 값에 기초하여, 무선 전력 수신 장치(200)의 각 구성에 인가되는 전압, 각 구성에 흐르는 전류, 및/또는 전력을 산출할 수 있다. 예를 들면, 수신측 제어부(250)는, 제2 전압 검출부(E)를 통해 검출된 검출 값에 기초하여, dc 단 커패시터(230)에 인가되는 전압을 산출할 수 있다.
수신측 제어부(250)는, 수신측 통신부를 통해, 무선 전력 수신 장치(200)의 각 구성에 인가되는 전압, 각 구성에 흐르는 전류, 및/또는 전력에 대한 데이터를 무선 전력 전송 장치(100)에 전송할 수 있다. 예를 들면, 수신측 제어부(250)는, 전류 검출부(C) 및 제1 전압 검출부(D)를 통해 검출되는 검출 값에 기초하여, 무선 전력 전송 장치(100)로부터 전송되는 전력을 산출할 수 있다.
수신측 제어부(250)는, 무선 전력 전송 장치(100)로부터 전송되는 전력과, 부하(240)의 동작에 필요한 전력에 기초하여, 목표 레벨에 대한 데이터를 무선 전력 전송 장치(100)로 전송할 수 있다. 예를 들면, 수신측 제어부(250)는, 무선 전력 수신 장치(200)의 동작 모드에 따라, 부하(240)의 동작에 필요한 전력을 결정할 수 있고, 부하(240)의 동작에 필요한 특정 목표 레벨을 지정하는 데이터를 무선 전력 전송 장치(100)로 전송할 수 있다.
이때, 무선 전력 수신 장치(200)는, 특정 목표 레벨을 이전 목표 레벨과 일정 수준 미만으로 차이가 나도록 지정하여, 무선 전력 전송 장치(100) 측으로 전달함으로써, 목표 레벨이 순차적으로 증가되도록 하여, 무선 전력 시스템(10)의 안정성을 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 수신측 제어부(250)는, 무선 전력 전송 장치(100)로부터 전송되는 전력이 부하(240)의 동작에 필요한 전력보다 낮은 경우, 목표 레벨의 증가를 요청하는 데이터를, 무선 전력 전송 장치(100)로부터 전송되는 전력이 부하(240)의 동작에 필요한 전력보다 높은 경우, 목표 레벨의 감소를 요청하는 데이터를, 수신측 통신부를 통해 무선 전력 전송 장치(100)로 전송할 수 있다.
이때, 무선 전력 전송 장치(100)는, 목표 레벨의 증가 또는 감소를 요청하는 데이터가 수신되는 경우, 현재 목표 레벨과 일정 수준 미만으로 차이가 나도록 목표 레벨을 변경하여, 목표 레벨이 순차적으로 증가되도록 함으로써, 무선 전력 시스템(10)의 안정성을 향상시킬 수 있다.
한편, 수신측 제어부(250)는, dc 단 커패시터(230)에 인가되는 전압이 소정 전압 값을 초과하는 경우, 과전압이 인가되는 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 과전압 인가의 판단 기준인 소정 전압 값은, 무선 전력 수신 장치(200)에 포함된 구성들의 기준 사항(specification)에 따라 결정될 수 있다.
수신측 제어부(250)는, 과전압이 인가되는 것으로 판단된 경우, 수신측 통신부를 통해, 과전압에 대한 데이터를 무선 전력 전송 장치(100)로 전송할 수 있다. 예를 들면, 부하(240)가 전부하 상태에서 동작하는 중, 경부하 또는 무부하 상태로 급격하게 변동되는 경우, 부하(240)에 흐르는 전류가 급격하게 작아질 수 있고, dc 단 커패시터(230)에 소정 전압 값을 초과하는 과전압이 인가될 수 있다.
이때, 수신측 제어부(250)는, dc 단 커패시터(230)에 인가되는 전압에 기초하여, 과전압에 대한 데이터를 무선 전력 전송 장치(100)로 전송할 수 있다.
한편, 무선 전력 수신 장치(200)는, 입력부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 입력부는, 무선 전력 수신 장치(200)의 동작 제어의 조작을 위한 각종 스위치를 포함할 수 있다. 예를 들면, 입력부는, 무선 전력 수신 장치(200)의 온/오프나, 동작 모드의 선택을 위한 조작 스위치 등을 포함할 수 있다.
수신측 제어부(250)는, 입력부를 통해 수신되는 사용자 입력에 따라, 무선 전력 수신 장치(200)의 동작 모드를 결정할 수 있고, 무선 전력 수신 장치(200)의 동작 모드에 따라, 부하(240)의 동작에 필요한 전력을 결정할 수 있다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 전송 장치의 전력 전송을 위한 과정에 대한 순서도의 일 예이고, 도 6은, 도 5의 순서도에 따른, 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치의 상태에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 5 및 6을 참조하면, 무선 전력 전송 장치(100)는, S510 동작에서, Idle 모드로 진입할 수 있다.
여기서, Idle 모드는, 무선 전력 전송 장치(100)의 전원이 온(on)되는 경우, 무선 전력 전송 장치(100)에 포함된 각 구성에 전원이 인가되고, 제어부(180)가 활성화되는 모드를 의미할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, S520 동작에서, 무선 전력 전송 장치(100)의 동작 모드가 무선 전력 전송 모드인지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 무선 전력 전송 장치(100)에 구비된 입력부를 통해 수신되는 사용자 입력에 따라, 무선 전력 전송 장치(100)의 동작 모드를 결정할 수 있다.
이때, 무선 전력 전송 장치(100)의 동작 모드가 무선 전력 전송 모드가 아닌 경우, 예를 들면, 유도 가열 모드인 경우, 무선 전력 전송 장치(100)는, 유도 가열 모드에 대응하는 동작을 수행할 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)는, S530 동작에서, 무선 전력 전송 장치(100)의 동작 모드가 무선 전력 전송 모드인 경우, 송신 코일(150)에 인접하여 대상물이 존재하는지 여부를 감지할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 송신 코일(150)에 소정 전류가 흐르도록, 인버터(140)에 포함된 스위칭 소자(S1, S2)가 제1 스위칭 주파수(예: 75kHz)에 따라 스위칭 동작을 수행하도록 제어할 수 있다.
이때, 무선 전력 전송 장치(100)는, 송신 코일(150)에 인접하여 대상물이 존재하는지 여부 및/또는 대상물의 종류를 판단할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 송신 코일(150)에 흐르는 전류, 송신 코일(150)에 인가되는 전압 등에 기초하여, 대상물이 존재하지 않는지 여부, 대상물이 송신 코일(150)에 인접하여 대상물이 수신 코일(210)을 포함하는 무선 전력 수신 장치(200)인지, 전력을 수신하는 수신 코일(210)을 구비하지 않는 소형 조리 기기인지, 냄비와 같은 일반적인 조리도구인지, 아니면 이물질인지 여부 등을 판단할 수 있다. 또한, 예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 송신 코일(150)에 대한 대상물의 정렬 상태도 판단할 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)는, S540 동작에서, 송신 코일(150)에 인접하여 대상물이 무선 전력 수신 장치(200)인 경우, Stand-by 모드로 진입할 수 있다.
여기서, Stand-by 모드는, 송신 코일(150)에 인접하여 이물질(foreign object; FO)이 존재하는지 여부를 판단하기 이전에, 인버터(140)의 스위칭 소자(S1. S2)의 스위칭 동작을 위한 스위칭 주파수를, 대상물 감지를 위한 제1 스위칭 주파수(예: 75kHz)에서 제2 스위칭 주파수(예: 44kHz)로 변경하는 모드를 의미할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, Stand-by 모드에서, 스위칭 소자(S1. S2)의 스위칭 동작을 위한 스위칭 주파수가, 제1 스위칭 주파수(예: 75kHz)에서 제2 스위칭 주파수(예: 44kHz)로 주파수 스윕(sweep)되도록 제어할 수 있다.
이때, 대상물 감지 동작과 이물질 감지 동작 사이에서, Stand-by 모드를 수행하는 이유는, 무선 전력 전송 장치(100)의 dc 링크단의 전압이 충전된 상태에서, 처음부터 제1 스위칭 주파수(예: 75kHz)보다 낮은 제2 스위칭 주파수(예: 44kHz)에 따라 스위칭 소자(S1, S2)가 스위칭 동작하는 경우, 구동 소음이 발생할 수 있기 때문이다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)는, S550 동작에서, 이물질(FO)이 존재하는지 여부를 판단하는 이물질 검출(foreign object detection; FOD) 동작을 수행할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 송신 코일(150)에 교류 전류가 흐르도록, 제2 스위칭 주파수(예: 44kHz)에 따라 스위칭 소자(S1, S2)가 스위칭 동작하도록 제어할 수 있다. 이때, 제2 스위칭 주파수(예: 44kHz)는, 무선 전력 수신 장치(200)를 활성화(awake)시킬 수 있는 전력이 송신 코일(150)로부터 전송되는 경우의 스위칭 주파수일 수 있다.
이때, 무선 전력 수신 장치(200)의 수신 코일(210)에 유도 전류가 흐를 수 있고, 무선 전력 수신 장치(200)의 각 구성에 전원이 공급되어 활성화될 수 있다. 여기서, 무선 전력 수신 장치(200)의 모드를 wakeup 모드로 명명할 수 있고, wakeup 모드 이전 모드를 Sleep 모드로 명명할 수 있다.
또한, 무선 전력 전송 장치(100)는, 활성화된 무선 전력 수신 장치(200)와 통신 페어링을 수행할 수 있고, 상호 간에 데이터를 송수신할 수 있다. 이때, 무선 전력 전송 장치(100)는, 무선 전력 수신 장치(200)에 유도된 전압에 대한 데이터를, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 수신할 수 있고, 수신된 데이터에 기초하여, 이물질(FO)이 존재하는지 여부를 판단할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, S530 동작에서 대상물이 무선 전력 수신 장치(200)가 아닌 것으로 판단된 경우, 또는 S550 동작에서 이물질(FO)이 존재하는 것으로 판단된 경우, S510 동작으로 분기하여, Idle 모드로 진입할 수 있다.
이때, 무선 전력 전송 장치(100)는, S530 동작에서 대상물이 무선 전력 수신 장치(200)가 아닌 것으로 판단된 경우, 또는 S550 동작에서 이물질(FO)이 존재하는 것으로 판단된 경우, 무선 전력 전송 장치(100)의 출력부를 통해, 대상물 또는 이물질에 대한 메시지를 출력할 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)는, S560 동작에서, 이물질(FO)이 존재하는지 않는 것으로 판단된 경우, Soft start 모드로 진입할 수 있다.
여기서, Soft start 모드는, 송신 코일(150)을 통해 전송되는 전력의 레벨인 출력 레벨이, 무선 전력 수신 장치(200)의 정상적인 동작을 위한 전력 레벨(예: 목표 레벨)까지 상승되는 모드를 의미할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 기 설정된 전력 레벨까지 출력 레벨을 상승시킬 수 있다. 또는, 예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 전력 레벨에 대한 데이터를 수신할 수 있고, 수신된 목표 레벨에 따라 출력 레벨을 상승시킬 수 있다.
이때, 무선 전력 전송 장치(100)는, 전력 레벨까지 출력 레벨이 증가하도록, 인버터(140)의 스위칭 소자(S1, S2)의 스위칭 주파수를 감소시킬 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, S570 동작에서, 무선 전력 수신 장치(200)의 정상적인 동작을 위한 전력 레벨까지 출력 레벨이 상승된 경우, 정상 동작 모드로 진입할 수 있다.
여기서, 정상 동작 모드는, 무선 전력 전송 장치(100)가 출력 레벨과 목표 레벨을 비교하여, 비교 결과에 따라 출력 레벨을 조절하는 모드를 의미할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 정상 동작 모드에서, 목표 레벨의 변화를 모니터링할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 목표 레벨에 대한 데이터를 수신할 수 있고, 수신된 목표 레벨에 대한 데이터에 기초하여, 목표 레벨의 변화를 모니터링할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 부하(240)의 동작에 필요한 특정 목표 레벨을 지정하는 데이터가 수신되는 경우, 현재 목표 레벨과 특정 목표 레벨 간의 차이를 확인하여, 현재 목표 레벨을 유지, 증가 또는 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 목표 레벨의 증가를 요청하는 데이터, 또는 목표 레벨의 감소를 요청하는 데이터가 수신되는 경우, 수신된 데이터에 따라 현재 목표 레벨을 유지, 증가 또는 감소시킬 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)는, 정상 동작 모드에서, 목표 레벨에 따라 출력 레벨을 조절할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 출력 레벨이 목표 레벨보다 낮은 경우, 출력 레벨이 목표 레벨까지 증가하도록, 인버터(140)의 스위칭 소자(S1, S2)의 스위칭 주파수를 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 출력 레벨이 목표 레벨보다 높은 경우, 출력 레벨이 목표 레벨까지 감소하도록, 인버터(140)의 스위칭 소자(S1, S2)의 스위칭 주파수를 증가시킬 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 출력 레벨이 목표 레벨에 상응하는 경우, 출력 레벨이 유지되도록, 인버터(140)의 스위칭 소자(S1, S2)의 스위칭 주파수를 유지할 수 있다.
또한, 무선 전력 전송 장치(100)는, 현재 목표 레벨이 변경되는 경우, 변경된 목표 레벨에 따라 출력 레벨을 조절할 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)는, 정상 동작 모드에서, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태를 판단할 수 있고, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태에 따라 인버터(140)의 동작을 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 도 7a 및 7b를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 7a 및 7b는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 전송 장치의 동작방법에 대한 순서도의 일 예이고, 도 8a 내지 10은, 무선 전력 전송 장치의 동작방법에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 7a를 참조하면, 무선 전력 전송 장치(100)는, S710 동작에서, 정상 동작 모드에서 동작 중인지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 출력 레벨이 무선 전력 수신 장치(200)의 정상적인 동작을 위한 전력 레벨까지 상승된 이후, 목표 레벨에 따라 출력 레벨을 조절하는 중인지 여부를 판단할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 정상 동작 모드에서 동작 중이 아닌 경우, 무선 전력 전송 장치(100)가 진입한 모드에 해당하는 동작을 수행할 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)는, S720 동작에서, 목표 레벨에 따라, 무선 전력 수신 장치(100)로 전력을 전송할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 부하(240)의 동작에 필요한 특정 목표 레벨을 지정하는 데이터가 수신되는 경우, 현재 목표 레벨과 특정 목표 레벨 간의 차이를 확인하여, 현재 목표 레벨을 유지, 증가 또는 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 제어부(180)는, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 특정 목표 레벨을 지정하는 데이터를 수신하는 경우, 목표 레벨을 특정 목표 레벨로 변경할 수 있다.
이때, 무선 전력 전송 장치(100)는, 출력 레벨이 목표 레벨에 도달하도록, 인버터(140)의 스위칭 소자(S1, S2)의 스위칭 주파수를 변경할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 출력 레벨이 목표 레벨보다 낮은 경우, 출력 레벨이 목표 레벨까지 증가하도록, 인버터(140)의 스위칭 소자(S1, S2)의 스위칭 주파수를 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 출력 레벨이 목표 레벨보다 높은 경우, 출력 레벨이 목표 레벨까지 감소하도록, 인버터(140)의 스위칭 소자(S1, S2)의 스위칭 주파수를 증가시킬 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 출력 레벨이 목표 레벨에 상응하는 경우, 출력 레벨이 유지되도록, 인버터(140)의 스위칭 소자(S1, S2)의 스위칭 주파수를 유지할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, S730 동작에서, 송신 코일(150)을 통해 전송되는 전력의 레벨인 출력 레벨을 산출할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 인버터(140)로부터 출력되어 송신 코일(150)에 흐르는 전류와, 인버터(140)의 출력단에 인가되는 전압에 기초하여, 출력 레벨을 산출할 수 있다.
본 도면에서는, 무선 전력 전송 장치(100)가 S730 동작에서 출력 레벨을 산출하는 것으로 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 무선 전력 전송 장치(100)가 정상 동작 모드에서 동작 중인 경우, 출력 레벨을 지속적으로 산출하여, 송신 코일(150)을 통해 전송되는 전력을 모니터링할 수 있다.
한편, 정상 동작 모드에서 무선 전력 수신 장치(200)의 부하(240)가 전부하 상태에서 동작하는 중, 경부하 또는 무부하 상태로 급격하게 변동되는 경우, 무선 전력 수신 장치(200)에 포함된 구성들에 과전압이 인가될 수 있다.
도 8a 및 8b는, 무선 전력 전송 장치(100)가 전력을 전송함에 따라, 무선 전력 수신 장치(200)의 dc 단 커패시터(230)에 인가되는 전압에 대한 그래프이다.
도 8a 및 8b를 참조하면, T1 구간은, 무선 전력 전송 장치(100)가 무선 전력 수신 장치(200)를 활성화시키는 전력을 전송하는 구간이고, T2 구간은, 무선 전력 전송 장치(100)가 무선 전력 수신 장치(200)를 활성화시키는 전력을 전송하는 동안, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하(240)가 전부하 상태에서 동작하는 구간이고, T2' 구간은, 무선 전력 전송 장치(100)가 목표 레벨에 따라 전력을 전송하는 동안, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하(240)가 전부하 상태에서 동작하는 구간이고, T3 구간은, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하(240)가 경부하 또는 무부하 상태로 변경된 구간이다.
여기서, 과전압 인가의 판단 기준인 소정 전압 값은 400V로 설정되나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 무선 전력 수신 장치(200)에 포함된 구성들의 기준 사항(specification)에 따라 설정될 수 있다.
도 8a를 참조하면, T1 내지 T3 구간에서, 무선 전력 전송 장치(100)가 무선 전력 수신 장치(200)를 활성화시키는 전력(예: 500W)을 전송하는 동안은, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태와 상관없이, 무선 전력 수신 장치(200)의 dc 단 커패시터(230)에 소정 전압 값(예: 400V) 미만의 전압이 인가되는 것을 확인할 수 있다.
보다 구체적으로, 무선 전력 전송 장치(100)가 무선 전력 수신 장치(200)를 활성화시키는 전력을 전송하는 동안, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하(240)가 전부하 상태에서 동작하는 T2 구간에서는, 무선 전력 수신 장치(200)의 dc 단 커패시터(230)에 인가되는 전압 값이 172V이며, 피크(peak) 값 역시 269V에 불과하다.
또한, 무선 전력 전송 장치(100)가 무선 전력 수신 장치(200)를 활성화시키는 전력을 전송하는 동안, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하(240)가 경부하 또는 무부하 상태로 변경되는 T3 구간에서도, 무선 전력 수신 장치(200)의 dc 단 커패시터(230)에 인가되는 전압 값은 275V에 불과하다.
한편, 도 8b를 참조하면, 무선 전력 전송 장치(100)가 목표 레벨(예: 2kW)에 따라 전력을 전송하는 동안, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하(240)가 전부하 상태에서 동작하는 T2' 구간에서는, 무선 전력 수신 장치(200)의 dc 단 커패시터(230)에 소정 전압 값(예: 400V) 미만의 전압(예: 212V)이 인가되며, 피크 값 역시 326V에 불과한 것을 확인할 수 있다.
그러나 무선 전력 전송 장치(100)가 목표 레벨(예: 2kW)에 따라 전력을 전송하는 동안, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하(240)가 경부하 또는 무부하 상태로 변경되는 T3 구간에서는, 무선 전력 수신 장치(200)의 dc 단 커패시터(230)에 인가되는 전압이 증가하여, 소정 전압 값(예: 400V)을 초과하는 전압(예: 548V)이 인가되는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 무선 전력 전송 장치(100)가 목표 레벨에 따라 전력을 전송하는 동안, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하(240)가 경부하 또는 무부하 상태로 급격하게 변동되는 경우, 무선 전력 수신 장치(200)의 dc 단 커패시터(230)에 소정 전압 값을 초과하는 과전압이 인가될 수 있고, 이로 인해 무선 전력 수신 장치(200)에 포함된 구성들이 손상될 수 있다.
또한, 정상 동작 모드에서 무선 전력 수신 장치(200)의 부하(240)가 전부하 상태에서 동작하는 중, 경부하 또는 무부하 상태로 급격하게 변동되는 경우, 무선 전력 전송 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200) 간의 전력 송수신의 효율이 급격하게 낮아질 수 있고, 무선 전력 전송 장치(100)에서 전송되는 전력의 출력 레벨이 목표 레벨보다 현저히 낮아질 수 있다.
다시 도 7a를 참조하면, 무선 전력 전송 장치(100)는, S740 동작에서, 출력 레벨 및 목표 레벨에 기초하여, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태를 판단할 수 있다.
도 7b를 참조하면, 무선 전력 전송 장치(100)는, S741 동작에서, 목표 레벨이 기 설정된 제1 기준 레벨 이상이고, 출력 레벨이 제2 기준 레벨 미만인지 여부를 판단할 수 있다.
여기서, 제1 기준 레벨 및 제2 기준 레벨의 설정과 관련하여, 도 9를 참조하여 설명하도록 한다.
도 9는, 무선 전력 수신 장치(200)의 dc 단 커패시터(230)에 인가되는 전압에 대한 그래프이다.
이때, 도 9는, T2' 구간 및 T3 구간에서의 목표 레벨이, 1kW으로 설정된 경우에 있어서, 무선 전력 수신 장치(200)의 dc 단 커패시터(230)에 인가되는 전압에 대한 그래프이다.
도 9를 참조하면, 목표 레벨이 1kW인 경우, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하(240)가 전부하 상태에서 동작하는 T2' 구간에서는, 무선 전력 수신 장치(200)의 dc 단 커패시터(230)에 소정 전압 값(예: 400V) 미만의 전압)이 인가되는 것을 확인할 수 있다.
한편, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하(240)가 경부하 또는 무부하 상태로 변경되는 T3 구간에서, 무선 전력 수신 장치(200)의 dc 단 커패시터(230)에 소정 전압 값(예: 400V)에 근접하는 전압(예: 399V)이 인가되는 것을 확인할 수 있다.
즉, 도 9와 같이, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하(240)가 경부하 또는 무부하 상태로 변경되더라도, 무선 전력 전송 장치(100)가 일정 레벨 미만의 목표 레벨에 따라 전력을 전송하는 경우, 무선 전력 수신 장치(200)의 dc 단 커패시터(230)에 과전압이 인가되지 않을 수 있다.
이에 기초할 때, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태에 대한 판단 기준인 제1 기준 레벨은, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하(240)가 경부하 또는 무부하 상태로 변경되더라도, 무선 전력 수신 장치(200)의 dc 단 커패시터(230)에 과전압이 인가되지 않는 최대 목표 레벨(예: 1kW)일 수 있다.
한편, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태에 대한 또 다른 판단 기준인 제2 기준 레벨은, 무선 전력 수신 장치(200)의 각 구성에 전원이 인가될 수 있는 최소 목표 레벨일 수 있다. 예를 들면, 제2 기준 레벨은, 전력 수신 장치(200)를 활성화시키는 전력(예: 500W)에 상응할 수 있다.
또는, 제2 기준 레벨은, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태가 경부하 또는 무부하 상태인 경우에 있어서, 무선 전력 전송 장치(100)에서 산출되는 출력 레벨의 최대 레벨일 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, S742 동작에서, 목표 레벨이 출력 레벨보다 높고, 목표 레벨과 출력 레벨 간의 차이가 소정 차이(예: 500W) 이상인 경우, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태를 비정상으로 판단할 수 있다.
여기서, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태에 대한 판단 기준인 소정 차이(예: 500W)는, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하(240)가 목표 레벨과 출력 레벨 간에 벌어질 수 있는 최대 차이(예: 200W)보다 큰 전력 값일 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, S743 동작에서, 목표 레벨과 출력 레벨 간의 차이가 소정 차이 미만인 경우, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태가 정상인 것으로 판단할 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)는, S744 동작에서, 목표 레벨이 기 설정된 제1 기준 레벨 이상이고, 출력 레벨이 제2 기준 레벨 미만이거나, 목표 레벨과 출력 레벨 간의 차이가 소정 차이 이상인 경우, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태가 비정상인 것으로 판단할 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)는, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태에 대한 판단에 있어서, S741 동작 및 S742 동작 중 어느 하나를 생략할 수도 있다.
다시 도 7a를 참조하면, 무선 전력 전송 장치(100)는, S750 동작에서, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태가 정상인 것으로 판단된 경우, 목표 레벨에 따라 인버터(140)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태가 정상인 경우, 출력 레벨이 목표 레벨에 도달하도록, 인버터(140)의 동작을 제어할 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)는, S760 동작에서, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태가 비정상인 것으로 판단된 경우, 목표 레벨보다 낮은 소정 전력 레벨에 따라 인버터(140)의 동작을 제어할 수 있다.
여기서, 소정 전력 레벨은, 무선 전력 수신 장치(200)의 각 구성에 전원이 인가될 수 있는 최소 목표 레벨 이상, 무선 전력 수신 장치(200)의 dc 단 커패시터(230)에 과전압이 인가되지 않는 최대 목표 레벨 미만일 수 있다. 예를 들면, 소정 전력 레벨은, 전력 수신 장치(200)를 활성화시키는 전력(예: 500W) 이상, 무선 전력 수신 장치(200)의 dc 단 커패시터(230)에 과전압이 인가되지 않는 최대 목표 레벨(예: 1kW) 미만인 레벨(예: 600W)일 수 있다. 예를 들면, 제어부(180)는, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태가 비정상인 경우, 출력 레벨이 소정 전력 레벨에 상응하여 유지되도록 인버터(140)의 동작을 제어할 수 있다.
도 10을 참조하면, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하(240)가 경부하 또는 무부하 상태로 변경되는 T3 구간에서, 무선 전력 전송 장치(100)는 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태를 비정상으로 판단하고, 출력 레벨이 소정 전력 레벨(예: 600W)에 상응하도록, 출력 레벨을 변경할 수 있다.
이때, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하(240)가 경부하 또는 무부하 상태인 경우에 있어서, 무선 전력 전송 장치(100)의 출력 레벨이 소정 전력 레벨(예: 600W)에 상응하여 유지되는 T3' 구간에서, 무선 전력 수신 장치(200)의 dc 단 커패시터(230)에 소정 전압 값(예: 400V) 미만의 전압(예: 305V)이 인가되는 것을 확인할 수 있다.
도 11은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른, 무선 전력 전송 장치의 동작방법에 대한 순서도의 일 예이다. 도 7에서 설명한 내용과 중복되는 내용에 대해서는 상세한 설명을 생략하도록 한다.
도 11을 참조하면, 무선 전력 전송 장치(100)는, S1110 동작에서, 정상 동작 모드에서 동작 중인지 여부를 판단할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 정상 동작 모드에서 동작 중이 아닌 경우, 무선 전력 전송 장치(100)가 진입한 모드에 해당하는 동작을 수행할 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)는, S1120 동작에서, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 목표 레벨에 대한 데이터를 수신할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 특정 목표 레벨을 지정하는 데이터를 수신할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 목표 레벨의 증가, 감소 또는 유지를 요청하는 데이터를 수신할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, S1130 동작에서, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 수신된 목표 레벨에 대한 데이터에 기초하여, 무선 전력 수신 장치(100)로 전력을 전송할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, S1140 동작에서, 송신 코일(150)을 통해 전송되는 전력의 레벨인 출력 레벨을 산출할 수 있다.
본 도면에서도, 무선 전력 전송 장치(100)가 S1140 동작에서 출력 레벨을 산출하는 것으로 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 무선 전력 전송 장치(100)가 정상 동작 모드에서 동작 중인 경우, 출력 레벨을 지속적으로 산출하여, 송신 코일(150)을 통해 전송되는 전력을 모니터링할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, S1150 동작에서, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 과전압에 대한 데이터가 수신되는지 여부를 확인할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 수신 장치(200)의 dc 단 커패시터(230)에 소정 전압 값(예: 400V)을 초과하는 과전압이 인가되는 경우, 무선 전력 수신 장치(200)는 무선 전력 전송 장치(100)로 과전압에 대한 데이터를 전송할 수 있다. 이때, 무선 전력 전송 장치(100)는, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 과전압에 대한 데이터가 수신되는 경우, 무선 전력 수신 장치(200)의 dc 단 커패시터(230)에 소정 전압 값(예: 400V)을 초과하는 과전압이 인가되는 것으로 판단할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 전송 장치(100)는, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 dc 단 커패시터(230)에 인가되는 전압에 대한 데이터를 수신할 수 있다. 이때, 무선 전력 수신 장치(200)의 dc 단 커패시터(230)에 소정 전압 값(예: 400V)을 초과하는 과전압이 인가되는 것으로 판단된 경우, 무선 전력 전송 장치(100)는, 과전압에 대한 데이터가 수신된 것으로 판단할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, S1160 동작에서, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 과전압에 대한 데이터가 수신되지 않은 경우, 출력 레벨 및 목표 레벨에 기초하여, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태를 판단할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 목표 레벨이 출력 레벨보다 높고, 목표 레벨과 출력 레벨 간의 차이가 소정 차이(예: 500W) 이상인 경우, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태를 비정상으로 판단할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 목표 레벨이 기 설정된 제1 기준 레벨 이상(예; 1kW)이고, 출력 레벨이 제2 기준 레벨 미만(예: 500W)인 경우, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태를 비정상으로 판단할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는, S1170 동작에서, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태가 정상인 것으로 판단된 경우, 목표 레벨에 따라 인버터(140)의 동작을 제어할 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)는, S1180 동작에서, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 과전압에 대한 데이터가 수신된 경우, 또는 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태가 비정상인 것으로 판단된 경우, 목표 레벨보다 낮은 소정 전력 레벨에 따라 인버터(140)의 동작을 제어할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 무선 전력 전송 장치(100)로부터 전송되는 전력의 출력 레벨에 기초하여, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태를 판단할 수 있어, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태가 경부하 또는 무부하 상태로 급격하게 변동되는 경우에도, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태의 변화에 대하여 보다 신속하게 대응할 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 무선 전력 수신 장치로부터 수신되는 전압에 대한 데이터, 과전압에 대한 데이터 등을 이용하여, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태를 보다 정확하게 판단할 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태에 따라, 무선 전력 수신 장치(200)로 전송되는 전력의 레벨을 조절함으로써, 무선 전력 수신 장치(200)에 과전압이 인가되는 것을 방지할 수 있고, 과전압 인가에 따른 무선 전력 수신 장치(200)에 구비된 소자들의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 무선 전력 수신 장치(200)의 부하 상태가 비정상인 경우, 무선 전력 수신 장치(200)로부터 과전압에 대한 데이터 등을 수신하기 이전에도, 사용자에게 보다 신속하고 정확하게 경고 메시지를 출력할 수 있어, 사용자의 제품에 대한 신뢰성과 사용 만족도를 향상시킬 수 있다.
첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

Claims (20)

  1. 무선 전력 전송 장치에 있어서,
    무선 전력 수신 장치에 전력을 전송하는 송신 코일;
    복수의 스위칭 소자를 구비하고, 상기 복수의 스위칭 소자의 동작을 통해, 소정 주파수의 전류를 상기 송신 코일로 출력하는 인버터; 및
    제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 송신 코일을 통해 전송되는 전력의 출력 레벨을 산출하고,
    상기 송신 코일을 통해 전송되는 전력에 대한 목표 레벨과, 상기 산출된 출력 레벨에 기초하여, 상기 무선 전력 수신 장치의 부하 상태를 판단하고,
    상기 판단된 무선 전력 수신 장치의 부하 상태에 따라, 상기 인버터를 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 무선 전력 수신 장치의 부하 상태가 정상인 경우, 상기 목표 레벨에 따라 상기 인버터를 제어하고,
    상기 무선 전력 수신 장치의 부하 상태가 비정상인 경우, 상기 목표 레벨보다 낮은 소정 전력 레벨에 따라 상기 인버터를 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 무선 전력 수신 장치의 부하 상태가 정상인 경우, 상기 출력 레벨이 상기 목표 레벨에 도달하도록, 상기 인버터를 제어하고,
    상기 무선 전력 수신 장치의 부하 상태가 비정상인 경우, 상기 출력 레벨이 상기 소정 전력 레벨에 따라 유지되도록, 상기 인버터를 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 목표 레벨이 제1 기준 레벨 이상이고, 상기 출력 레벨이 상기 제1 기준 레벨보다 낮은 제2 기준 레벨 미만인 경우, 상기 무선 전력 수신 장치의 부하 상태를 비정상으로 판단하고,
    상기 목표 레벨이 상기 제1 기준 레벨 미만이거나, 상기 출력 레벨이 상기 제2 기준 레벨 이상인 경우, 상기 무선 전력 수신 장치의 부하 상태를 정상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 목표 레벨과 상기 출력 레벨 간의 차이가 소정 차이 이상인 경우, 상기 무선 전력 수신 장치의 부하 상태를 비정상으로 판단하고,
    상기 차이가 상기 소정 차이 미만인 경우, 상기 무선 전력 수신 장치의 부하 상태를 정상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신 장치와 통신을 수행하는 통신부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 통신부를 통해, 상기 무선 전력 수신 장치로부터 상기 목표 레벨에 대한 데이터를 수신하고,
    상기 수신된 목표 레벨에 대한 데이터에 기초하여, 상기 목표 레벨을 결정하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 통신부를 통해, 상기 무선 전력 수신 장치로부터 과전압에 대한 데이터를 수신하고,
    상기 과전압에 대한 데이터에 기초하여, 상기 무선 전력 수신 장치의 부하 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 무선 전력 수신 장치로부터 상기 과전압에 대한 데이터가 수신되는 경우, 상기 무선 전력 수신 장치의 부하 상태를 비정상으로 판단하고,
    상기 무선 전력 수신 장치로부터 상기 과전압에 대한 데이터가 수신되지 않는 경우, 상기 목표 레벨과 상기 출력 레벨에 기초하여, 상기 무선 전력 수신 장치의 부하 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 인버터로부터 출력되는 전류를 검출하는 전류 검출부; 및
    상기 인버터의 출력단에 인가되는 전압을 검출하는 전압 검출부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 전류 검출부를 통해 검출되는 전류 값 및 상기 전압 검출부를 통해 검출되는 전압 값에 기초하여, 상기 출력 레벨을 산출하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    출력부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 무선 전력 수신 장치의 부하 상태가 비정상인 경우, 상기 출력부를 통해 경고 메시지를 출력하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  11. 무선 전력 전송 장치의 동작방법에 있어서,
    상기 무선 전력 전송 장치에 포함된 송신 코일을 통해 전송되는 전력의 출력 레벨을 산출하는 동작;
    상기 송신 코일을 통해 전송되는 전력에 대한 목표 레벨과, 상기 산출된 출력 레벨에 기초하여, 무선 전력 수신 장치의 부하 상태를 판단하는 동작; 및
    상기 판단된 무선 전력 수신 장치의 부하 상태에 따라, 상기 무선 전력 전송 장치에 포함된 인버터를 제어하는 동작을 포함하는 무선 전력 전송 장치의 동작방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 인버터를 제어하는 동작은,
    상기 무선 전력 수신 장치의 부하 상태가 정상인 경우, 상기 목표 레벨에 따라 상기 인버터를 제어하는 동작; 및
    상기 무선 전력 수신 장치의 부하 상태가 비정상인 경우, 상기 목표 레벨보다 낮은 소정 전력 레벨에 따라 상기 인버터를 제어하는 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치의 동작방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 목표 레벨에 따라 상기 인버터를 제어하는 동작은, 상기 출력 레벨이 상기 목표 레벨에 도달하도록, 상기 인버터를 제어하는 동작이고,
    상기 소정 전력 레벨에 따라 상기 인버터를 제어하는 동작은, 상기 출력 레벨이 상기 소정 전력 레벨에 따라 유지되도록, 상기 인버터를 제어하는 동작인 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치의 동작방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신 장치의 부하 상태를 판단하는 동작은,
    상기 목표 레벨이 제1 기준 레벨 이상이고 상기 출력 레벨이 상기 제1 기준 레벨보다 낮은 제2 기준 레벨 미만인 경우, 상기 무선 전력 수신 장치의 부하 상태를 비정상으로 판단하는 동작; 및
    상기 목표 레벨이 상기 제1 기준 레벨 미만이거나, 상기 출력 레벨이 상기 제2 기준 레벨 이상인 경우, 상기 무선 전력 수신 장치의 부하 상태를 정상으로 판단하는 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치의 동작방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신 장치의 부하 상태를 판단하는 동작은,
    상기 목표 레벨과 상기 출력 레벨 간의 차이가 소정 차이 이상인 경우, 상기 무선 전력 수신 장치의 부하 상태를 비정상으로 판단하는 동작; 및
    상기 차이가 상기 소정 차이 미만인 경우, 상기 무선 전력 수신 장치의 부하 상태를 정상으로 판단하는 동작을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치의 동작방법.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 무선 전력 전송 장치에 포함된 통신부를 통해, 상기 무선 전력 수신 장치로부터 상기 목표 레벨에 대한 데이터를 수신하는 동작; 및
    상기 수신된 목표 레벨에 대한 데이터에 기초하여, 상기 목표 레벨을 결정하는 동작을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치의 동작방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 통신부를 통해, 상기 무선 전력 수신 장치로부터 과전압에 대한 데이터를 수신하는 동작; 및
    상기 과전압에 대한 데이터에 기초하여, 상기 무선 전력 수신 장치의 부하 상태를 판단하는 초기 판단 동작을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치의 동작방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 초기 판단 동작은,
    상기 무선 전력 수신 장치로부터 상기 과전압에 대한 데이터가 수신되는 경우, 상기 무선 전력 수신 장치의 부하 상태를 비정상으로 판단하는 동작; 및
    상기 무선 전력 수신 장치로부터 상기 과전압에 대한 데이터가 수신되지 않는 경우, 상기 목표 레벨과 상기 출력 레벨에 기초하여, 상기 무선 전력 수신 장치의 부하 상태를 판단하는 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치의 동작방법.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 출력 레벨을 산출하는 동작은,
    상기 인버터로부터 출력되는 전류를 검출하는 전류 검출 동작;
    상기 인버터의 출력단에 인가되는 전압을 검출하는 전압 검출 동작; 및
    상기 전류 검출 동작을 통해 검출되는 전류 값 및 상기 전압 검출 동작을 통해 검출되는 전압 값에 기초하여, 상기 출력 레벨을 산출하는 동작을 포함하는 것을 특징으로 무선 전력 전송 장치의 동작방법.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신 장치의 부하 상태가 비정상인 경우, 상기 무선 전력 전송 장치에 포함된 출력부를 통해, 경고 메시지를 출력하는 동작을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치의 동작방법.
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