KR20220085444A - 무선 전력 전송 장치 및 이의 알람 생성 방법 - Google Patents

Abstract

이 명세서는 무선 전력 전송 장치 및 이의 알람 생성 방법에 관한 것이다. 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치는 입력 전압을 이용하여 무선 전력 신호를 생성하는 전력 변환부, 전력 변환부가 무선 전력 신호를 생성하는 절차를 제어하고, 입력 전압이 미리 설정된 임계전압 이하인 것에 기초하여 알람 신호를 생성하는 제어부 및 알람 신호에 기초하여 알람을 생성하는 알람부를 포함한다.

Description

무선 전력 전송 장치 및 이의 알람 생성 방법{Wireless Power Transmission Device and Alarm Generation Method thereof}

이 명세서는 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 전송 장치 및 이의 알람 생성 방법에 관한 것으로, 전원이 오프되는 것을 감지하고 알람을 생성할 수 있는 발명에 관한 것이다.

통신 및 정보 처리 기술이 발달함에 따라 스마트 폰이나 태블릿 PC 등과 같은 스마트 단말기의 사용이 점차적으로 증가되고 있는데, 현재 스마트 단말에 많이 적용되고 있는 충전 방식은 전원에 연결된 어댑터를 스마트 단말기에 직접 연결하여 외부 전원을 공급받아 충전하거나 또는 호스트의 USB 단자를 통해 스마트 단말기에 연결하여 호스트의 USB 전원을 공급받아 충전하는 방식이다.

최근에는, 연결 선을 통해 어댑터에 또는 호스트에 스마트 단말기를 직접 연결해야 하는 불편함을 줄이기 위하여, 전기적 접촉 없이 자기 결합을 이용하여 배터리를 무선으로 충전하는 무선 충전기가 점차 스마트 단말기에 적용되고 있다.

무선 충전기는 여러 형태로 구현될 수 있고, 차량의 선반에 배치되는 홀더나 박스 형태로 구현될 수도 있다. 운전자는 시동을 끈 이후에, 무선 충전기를 통해 충전하고 있던 휴대 단말기를 방치하는 경우가 발생할 수 있다. 특히, 무선 충전기가 컵 홀더나 박스 형태로 구현될 경우에는 운전자의 시야에 쉽게 드러나지 않기 때문에, 휴대 단말기가 방치될 가능성이 더욱 높다.

이 명세서는 이러한 상황을 감안한 것으로, 이 명세서의 목적은 무선 전력 전송 장치가 오프 된 것을 감지하고, 사용자에게 알람을 송출하는 무선 전력 전송 장치 및 이의 알람 생성 방법을 제공하는 데에 있다.

특히, 본 명세서의 목적은, 차량용 무선 전력 전송 장치에서 시동이 꺼진 것을 감지하여 사용자에게 알람을 송출할 수 있는 무선 전력 전송 장치 및 이의 알람 생성 방법을 제공하는 데에 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치는 입력 전압을 이용하여 무선 전력 신호를 생성하는 전력 변환부, 전력 변환부가 무선 전력 신호를 생성하는 절차를 제어하고, 입력 전압이 미리 설정된 임계전압 이하인 것에 기초하여 알람 신호를 생성하는 제어부 및 알람 신호에 기초하여 알람을 생성하는 알람부를 포함한다.

다른 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치에서 알람을 생성하는 방법은 입력 전압을 모니터링하고, 입력 전압이 미리 설정된 임계전압과 비교하는 단계; 입력 전압이 임계전압 이하인 것에 기초하여, 입력 전압의 변화율을 확인하는 단계; 입력 전압의 변화율이 미리 설정된 임계 변화율 이하인 것에 기초하여 알람을 송출하는 단계를 포함한다.

본 명세서에 의하면, 무선 전력 전송 장치의 전압이 오프된 것을 감지하여 이를 사용자에게 알림으로써 사용자의 조치를 요구할 수 있다.

특히, 본 명세서에 의하면, 차량의 시동이 꺼진 것을 감지하여 이를 사용자에게 알림으로써, 시동이 꺼진 이후 운전자가 부주의하게 휴대 단말기를 방치하는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 무선 전력 전송 장치로부터 전자 기기로 전력이 무선으로 전송되는 것을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 전자기 유도 방식으로 전력을 무선으로 전송하기 위한 전송 장치의 전력 변환부의 회로 구성을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 3은 무선 전력 전송 장치와 수신 장치가 전력과 메시지를 주고받기 위한 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 무선 전력 전송 장치와 수신 장치 사이 전력 전송을 제어하기 위한 루프를 블록도이다.
도 5는 USB 종류마다의 최대 전압/전류/전력을 나타내는 도면이다.
도 6은 USB PD에 따른 출력 전력의 전압과 전류 범위를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 명세서의 실시 예에 의한 무선 전력 전송 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 차량용 무선 전력 전송 장치가 알람 신호를 생성하는 실시 예를 나타내는 순서도이다.
도 9는 전원 입력부와 연결된 케이블이 이탈할 경우와 차량의 시동이 꺼진 경우의 입력 전압의 변화를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 명세서의 실시 예에 따라, 차량의 시동이 꺼진 경우, 무선 전력 전송 장치가 알람부를 통해서 알람을 송출하는 것을 나타내는 도면이다.

이하, 무선 전력 전송 장치 및 이의 알람 생성 방법에 대한 실시예를 첨부하는 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 무선 전력 전송 장치로부터 전자 기기로 전력이 무선으로 전송되는 것을 개념적으로 나타낸 것이다.

무선 전력 전송 장치(100)는, 무선 전력 수신 장치 또는 전자 기기(200)가 필요로 하는 전력을 무선으로 전달하는 전력 전달 장치이거나, 무선으로 전력을 전달함으로써 전자 기기(200)의 배터리를 충전하기 위한 무선 충전 장치일 수 있고, 또는 접촉되지 않은 상태에서 전원이 필요한 전자 기기(200)에 전력을 전달하는 여러 가지 형태의 장치로 구현될 수 있다.

전자 기기(200)는 무선 전력 전송 장치(100)로부터 무선으로 전력을 수신하여 동작이 가능한 기기로, 무선으로 수신되는 전력을 이용하여 배터리를 충전할 수도 있다. 무선으로 전력을 수신하는 전자 기기는 휴대가 가능한 전자 기기, 예를 들어 스마트 폰이나 스마트 단말, 태블릿 컴퓨터, 멀티미디어 단말, 키보드, 마우스, 영상 또는 음성의 보조 장치 등의 입출력 장치, 보조 배터리 등을 포함할 수 있다.

무선 전력 전송 장치(100)의 무선 전력 신호에 의한 전자기 유도 현상에 기초한 유도 결합 방식, 즉 무선 전력 전송 장치(100)에서 전송하는 무선 전력 신호에 의하여 전자 기기(200)에서 공진이 발생하고 공진 현상에 의하여 무선 전력 전송 장치(100)로부터 전자 기기(200)로 접촉 없이 무선으로 전력이 전달될 수 있는데, 전자기 유도 현상에 의하여 1차 코일에서 교류 전류에 의해 자기장을 변화시켜 2차 코일 쪽에 전류를 유도함으로써 전력을 전달한다.

무선 전력 전송 장치(100)의 1차 코일에 흐르는 전류의 세기가 변화하면, 그 전류에 의해 1차 코일 또는 전송 코일(primary coil, TX coil)을 통과하는 자기장이 변화하고, 변화된 자기장은 전자 기기(200) 내의 2차 코일 또는 수신 코일(secondary coil, RX coil) 측에 유도 기전력을 발생시킨다.

무선 전력 전송 장치(100) 측의 1차 코일과 전자 기기(200) 측의 수신 코일이 근접하도록 무선 전력 전송 장치(100) 및 전자 기기(200)를 배치하고, 무선 전력 전송 장치(100)가 1차 코일의 전류가 변화하도록 제어하면, 전자 기기(200)는 수신 코일에 유도된 기전력을 이용하여 배터리와 같은 부하에 전원을 공급한다.

유도 결합 방식에 의한 무선 전력 전달의 효율은, 무선 전력 전송 장치(100)와 전자 기기(200) 사이의 배치와 거리의 영향을 받게 되므로, 무선 전력 전송 장치(100)는 평평한 인터페이스 표면을 포함하도록 구성되고 인터페이스 표면의 하부에는 1차 코일이 장착되고, 인터페이스 표면 상부에 하나 이상의 전자 기기가 놓일 수 있다. 인터페이스 표면 하부에 장착된 1차 코일과 인터페이스 표면 상부에 위치한 수신 코일 사이 공간을 충분히 작게 함으로써 유도 결합 방식에 의한 무선 전력 전달의 효율을 올릴 수 있다.

인터페이스 표면 상부에는 전자 기기가 놓일 위치를 지시하는 마크가 표시될 수 있는데, 인터페이스 표면 하부에 장착된 1차 코일과 수신 코일 사이의 배열이 적합하게 이루어지도록 하는 전자 기기의 위치를 지시할 수 있다. 전자 기기의 위치를 안내하기 위한 돌출 형태의 구조물이 인터페이스 표면 상부에 형성될 수도 있고, 인터페이스 표면 하부에 자석과 같은 자성체를 형성하여 전자 기기 내부에 마련된 다른 극의 자성체와의 인력에 의하여 1차 코일과 수신 코일이 잘 배열되도록 안내할 수도 있다.

도 2는 전자기 유도 방식으로 전력을 무선으로 전송하기 위한 전송 장치의 전력 변환부의 회로 구성을 개념적으로 도시한 것이다.

무선 전력 전송 장치는 크게 전원 및 인버터와 공진 회로로 구성되는 전력 변환부를 포함하여 구성될 수 있는데, 전원은 전압원이나 전류원이 될 수 있고 전력 변환부는 전원으로부터 공급되는 전력을 무선 전력 신호로 변환하여 수신 장치에 전달한다. 무선 전력 신호는 공진 특성을 갖는 자기장 또는 전자기장 형태로 형성되고, 공진 회로는 무선 전력 신호를 발생시키는 코일을 포함한다.

인버터는 스위칭 소자와 제어 회로를 통해 직류 입력을 원하는 전압과 주파수의 교류 파형으로 변환하는데, 도 2에서는 풀 브리지(Full-bridge) 인버터를 도시한 것이고, 하프 브리지 인버터 등 다른 종류의 인버터도 가능하다.

공진 회로는 자기 유도 방식으로 전력을 전송할 1차 코일(Lp)과 커패시터(Cp)를 포함하여 구성되는데, 코일과 커패시터가 전력 전송의 기본 공진 주파수를 결정한다. 1차 코일은 전류의 변화에 따라 무선 전력 신호에 해당하는 자기장을 형성하고, 평판 형태 또는 솔레노이드 형태로 구현될 수 있다.

인버터에 의해 변환된 교류 전류가 공진 회로를 구동시킴으로써 1차 코일에 자기장이 형성되는데, 인버터가 공진 회로의 공진 주파수에 가까운 주파수의 교류를 생성하여 전송 장치의 전송 효율을 높일 수 있고, 인버터를 제어함으로써 전송 장치의 전송 효율을 변경할 수 있다.

도 3은 무선 전력 전송 장치와 수신 장치가 전력과 메시지를 주고받기 위한 구성을 도시한 것이다.

전력 변환부는 수신 장치의 수신 상태와 상관없이 일방적으로 전력을 전송할 뿐이므로, 수신 장치의 상태에 맞도록 전력을 전송하기 위해서는 수신 장치로부터 수신 상태와 관련된 피드백을 받기 위한 구성이 무선 전력 전송 장치에 필요하다.

무선 전력 전송 장치(100)는 전력 변환부(110), 통신부(120), 제어부(130) 및 전원부(140)를 포함하여 구성될 수 있고, 무선 전력 수신 장치(200)는 전력 수신부(210), 통신부(220) 및 제어부(230)를 포함하여 구성될 수 있고 수신되는 전력이 공급될 부하(250)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

전력 변환부(110)는, 도 2의 인버터와 공진 회로로 구성되고, 무선 전력 신호를 형성시키기 위해 사용되는 주파수, 전압, 전류 등의 특성을 조절할 수 있는 회로를 더 포함하도록 구성될 수 있다.

통신부(120)는, 전력 변환부(110)에 연결되어, 전송 장치(100)로부터 자기 유도에 따라 무선으로 전력을 수신하는 수신 장치(200)에 의하여 변조되는 무선 전력 신호를 복조하여 전력 제어 메시지를 검출할 수 있다.

제어부(130)는, 통신부(120)가 검출하는 메시지를 기초로, 전력 변환부(110)의 동작 주파수, 전압, 전류 중 하나 이상의 특성을 결정하고, 전력 변환부(110)를 제어하여 전력 변환부(110)가 메시지에 적합한 무선 전력 신호를 생성하도록 할 수 있다. 통신부(120)와 제어부(130)는 하나의 모듈로 구성될 수 있다.

전력 수신부(210)는, 전력 변환부(110)의 1차 코일에서 발생하는 자기장의 변화에 따라 유도 기전력이 발생하는 수신 코일과 커패시터로 구성되는 매칭 회로를 포함하고, 수신 코일에 흐르는 교류 전류를 정류하여 직류 전류를 출력하는 정류 회로를 포함할 수 있다.

수신 장치의 통신부(220)는, 전력 수신부(210)에 연결되고, DC에서의 저항 부하 및/또는 AC에서의 용량성 부하를 조절하는 방식으로 전력 수신부의 부하를 조절함으로써, 전송 장치와 수신 장치 사이의 무선 전력 신호를 변화시켜 전력 제어 메시지를 전송 장치에 전송할 수 있다.

수신 장치의 제어부(230)는, 수신 장치에 포함된 각 구성 요소를 제어하는데, 전력 수신부(210)의 출력을 전류 또는 전압 형태로 측정하고, 이를 근거로 통신부(220)를 제어하여 무선 전력 전송 장치(100)에 전력 제어 메시지를 전달할 수 있다. 메시지는 무선 전력 전송 장치(100)로 하여금 무선 전력 신호의 전달을 시작하거나 종료하도록 지시할 수 있고 또한 무선 전력 신호의 특성을 조절하도록 할 수 있다.

전송 장치의 전력 변환부(110)에 의하여 형성된 무선 전력 신호는 전력 수신부(210)에 의하여 수신되고, 수신 장치의 제어부(230)는 무선 전력 신호를 변조하도록 통신부(220)를 제어하는데, 제어부(230)는 통신부(220)의 리액턴스(reactance)를 변경시킴으로써 무선 전력 신호로부터 수신하는 전력량이 변하도록 하는 변조 과정을 수행할 수 있다. 무선 전력 신호로부터 수신되는 전력량이 변하면 무선 전력 신호를 형성시키는 전력 변환부(110)의 전류 및/또는 전압도 바뀌고, 무선 전력 전송 장치(100)의 통신부(120)는 전력 변환부(110)의 전류 및/또는 전압의 변경을 감지하여 복조 과정을 수행할 수 있다.

수신 장치의 제어부(230)는, 무선 전력 전송 장치(100)에게 전달하고자 하는 메시지를 포함하는 패킷을 생성하고 생성되는 패킷을 포함하도록 무선 전력 신호를 변조하고, 전송 장치의 제어부(130)는 통신부(120)를 통해 추출한 패킷을 디코딩 하여 전력 제어 메시지를 획득할 수 있는데, 수신 장치의 제어부(230)는 수신되는 파워를 조절하기 위하여 전력 수신부(210)를 통해 수신되는 전력량을 근거로 무선 전력 신호의 특성을 변경을 요청하는 메시지를 전송할 수 있다.

도 4는 무선 전력 전송 장치와 수신 장치 사이 전력 전송을 제어하기 위한 루프를 블록으로 도시한 것이다.

전송 장치(100)의 전력 변환부(110)에서 발생하는 자기장의 변화에 따라 수신 장치(200)의 전력 수신부(210)에서 전류가 유도되어 전력이 전송되고, 수신 장치의 제어부(230)는 원하는 제어 점, 즉 원하는 출력 전류 및/또는 전압을 선택하고, 전력 수신부(210)를 통해 수신되는 전력의 실제 제어 점을 결정한다.

수신 장치의 제어부(230)는 전력이 전송되는 동안 원하는 제어 점과 실제 제어 점을 이용하여 제어 에러 값을 계산하는데, 예를 들어 2개의 출력 전압 또는 전류의 차이를 제어 에러 값으로 취할 수 있다. 원하는 제어 점에 도달하기 위해 적은 전력이 요구되면, 예를 들어 마이너스 값이 되고, 원하는 제어 점에 도달하기 위해 더 많은 전력이 필요하면 플러스 값이 되도록 제어 에러 값을 결정할 수 있다. 수신 장치의 제어부(230)는 통신부(220)를 통해 전력 수신부(210)의 리액턴스를 시간에 따라 변경하는 방식으로 계산된 제어 에러 값을 포함하는 패킷을 생성하여 전송 장치(100)에 전송할 수 있다.

전송 장치의 통신부(120)는 수신 장치(200)에 의하여 변조되는 무선 전력 신호에 포함되는 패킷을 복조하여 메시지를 검출하는데, 제어 에러 값을 포함하는 제어 에러 패킷을 복조할 수 있다.

전송 장치의 제어부(130)는, 통신부(120)를 통해 추출한 제어 에러 패킷을 디코딩 하여 제어 에러 값을 얻고, 전력 변환부(110)에 실제로 흐르는 실제 전류 값과 제어 에러 값을 이용하여 수신 장치가 원하는 전력을 전송하기 위한 새로운 전류 값을 결정할 수 있다.

전송 장치의 제어부(130)는, 수신 장치로부터 제어 에러 패킷을 수신하는 과정으로부터 시스템이 안정화되면, 1차 코일에 흐르는 실제 전류 값이 새로운 전류 값이 되도록 새로운 동작 점, 즉 1차 코일에 인가되는 AC 전압의 크기, 주파수, 듀티 비 등이 새로운 값에 이르도록 전력 변환부(110)를 제어하고, 수신 장치가 추가로 제어 정보나 상태 정보를 통신할 수 있도록 새로운 동작 점을 계속 유지하도록 한다.

무선 전력 전송 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200) 사이 상호 작용은 선택(selection), 핑(ping), 식별/구성(identification & configuration) 및 파워 전송(power transfer)을 포함하여 4가지 단계로 이루어질 수 있다. 선택 단계는 전송 장치가 인터페이스 표면 위에 놓인 대상물을 발견하기 위한 단계이고, 핑 단계는 대상물이 수신 장치를 포함하는 지 여부를 확인하는 단계이고, 식별/구성 단계는 수신 장치에 전력을 보내기 위한 준비 단계로 수신 장치로부터 적절한 정보를 수신하고 이를 근거로 수신 장치와 전력 전송 계약(Power Transfer Contract)을 체결하고, 파워 전송 단계는 전송 장치와 수신 장치의 상호 작용으로 실제로 전력을 무선으로 수신 장치에 전송하는 단계이다.

핑 단계에서는, 수신 장치(200)가 1차 코일과 수신 코일의 자속 결합 정도를 가리키는 신호 강도 패킷(Signal Strength Packet, SSP)을 공진 파형의 변조를 통해 전송 장치(100)에 전송하는데, 신호 강도 패킷(SSP)은 수신 장치에서 정류한 전압을 모니터링 하여 생성하는 메시지로서, 전송 장치(100)는 이를 수신 장치(200)로부터 수신하여 전력 전송을 위한 초기 구동 주파수를 선정하는 데 활용할 수 있다.

식별/구성 단계에서는, 수신 장치(200)의 버전, 제조사 코드, 장치 식별 정보 등을 포함하는 식별 패킷(Identification Packet), 수신 장치(200)의 최대 파워, 파워 전송 방법 등의 정보를 포함하는 구성 패킷(Configuration Packet) 등을 수신 장치(200)가 전송 장치(100)에 전송한다.

파워 전송 단계에서는, 수신 장치(200)가 전력 신호를 수신하는 동작 점과 파워 전송 계약에서 정한 동작 점과의 차이를 가리키는 제어 에러 패킷(Control Error Packet, CEP), 수신 장치(200)가 인터페이스 표면을 통해 수신하는 파워의 평균 값을 가리키는 수신 파워 패킷(Received Power Packet, RPP) 등을 수신 장치(200)가 전송 장치(100)에 전송한다.

수신 파워 패킷(RPP)은, 수신 장치의 전력 수신부(210)의 정류 전압, 부하 전류, 옵셋 전력 등을 감안한 수신 전력량 데이터로, 수신 장치(200)에 의해 전력을 수신 중에 계속하여 전송 장치(100)로 전송되고, 전송 장치(100)는 이를 수신하여 전력 제어를 위한 연산 인자로 사용한다.

전송 장치의 통신부(120)는 각각 공진 파형의 변화로부터 패킷을 추출하고, 제어부(130)는 추출되는 패킷을 디코딩 하여 메시지를 얻고 이를 기초로 전력 변환부(110)를 제어하여 수신 장치(200)가 요청하는 대로 파워 전송 특성을 바꾸면서 전력을 무선으로 전송할 수 있다.

한편, 유도 결합에 의해 전력을 무선으로 전달 방식에서 그 효율은 주파수 특성에 따른 영향은 적으나, 전송 장치(100)와 수신 장치(200) 사이의 배열과 거리의 영향을 받게 된다.

무선 전력 신호가 도달할 수 있는 영역을 두 가지로 구분할 수 있는데, 전송 장치(100)가 수신 장치(200)에 무선으로 전력을 전달할 때 높은 효율의 자기장이 통과할 수 있는 인터페이스 표면의 부분을 활동 영역이라고 할 수 있고, 전송 장치(100)가 수신 장치(200)의 존재를 감지할 수 있는 영역을 감지 영역이라 할 수 있다.

전송 장치의 제어부(130)는, 수신 장치(200)가 활동 영역 또는 감지 영역에 배치되거나 제거되었는지 여부에 대하여 감지할 수 있는데, 전력 변환부(110)에서 형성되는 무선 전력 신호를 이용하거나 별도로 구비되는 센서에 의하여 수신 장치(200)가 활동 영역 또는 감지 영역에 배치되었는지 여부를 검출할 수 있다.

예를 들어, 전송 장치의 제어부(130)는 감지 영역에 존재하는 수신 장치(200)로 인하여 무선 전력 신호가 영향을 받아 전력 변환부(110)의 무선 전력 신호를 형성하기 위한 전력의 특성이 변화하는지 여부를 모니터링 함으로써 수신 장치(200)의 존재를 검출할 수 있다. 전송 장치의 제어부(130)는 수신 장치(200)의 존재를 검출한 결과에 따라 수신 장치(200)를 식별하는 과정을 수행하거나 무선 전력 전송을 시작할 것인지 여부 등을 결정할 수 있다.

전송 장치의 전력 변환부(110)는 위치 결정부를 더 포함할 수 있는데, 위치 결정부는 유도 결합 방식에 의한 무선 전력 전달의 효율을 높이기 위하여 1차 코일을 이동 또는 회전시킬 수 있고, 특히 수신 장치(200)가 전송장치(100)의 활동 영역 내에 존재하지 않는 경우에 사용될 수 있다.

위치 결정부는 전송 장치(100)의 1차 코일과 수신 장치(200)의 수신 코일의 중심간 거리가 일정 범위 이내가 되도록 1차 코일을 이동시키거나 1차 코일과 수신 코일의 중심이 중첩되도록 1차 코일을 이동시키는 구동부를 포함하도록 구성될 수 있다. 이를 위해 전송 장치(100)는 수신 장치(200)의 위치를 감지하기 위한 센서나 감지부를 더 구비할 수 있고, 전송 장치의 제어부(130)는 감지부의 센서로부터 수신하는 수신 장치(200)에 대한 위치 정보를 기초로 위치 결정부를 제어할 수 있다.

또는, 전송 장치의 제어부(130)는 통신부(120)를 통하여 수신 장치(200)와의 배열 또는 거리에 대한 제어 정보를 수신하고 이를 기초로 위치 결정부를 제어할 수도 있다.

또한, 전송 장치(100)는 둘 이상 복수의 1차 코일을 포함하도록 형성되어 복수의 1차 코일 중에서 수신 장치(200)의 수신 코일과 적합하게 배열되는 일부의 코일을 선택적으로 이용하여 전송 효율을 높일 수 있는데, 이 경우 위치 결정부는 복수의 1차 코일 중에서 어느 것이 전력 전달을 위하여 사용될 것인지 결정할 수 있다.

활동 영역을 통과하는 자기장을 형성시키는 단일 1차 코일 또는 하나 이상의 1차 코일들의 조합을 주요 셀(primary cell)로 지칭할 수 있는데, 전송 장치의 제어부(130)는, 수신 장치(200)의 위치를 감지하고 이를 기초로 활동 영역을 결정하고, 활동 영역에 대응되는 주요 셀을 구성하는 전송 모듈을 연결하고 해당 전송 모듈의 1차 코일과 수신 장치(200)의 수신 코일이 유도 결합될 수 있도록 제어할 수 있다.

한편, 수신 장치(200)는 스마트 폰 또는 멀티미디어 재생 단말을 포함하는 스마트 폰이나 스마트 기기와 같은 전자 기기 내에 내장되고, 전자 기기가 전송 장치(100)의 인터페이스 표면 위에 수직이나 수평 방향으로 일정하지 않은 방향이나 위치로 놓이게 되므로, 전송 장치는 넓은 활동 영역을 필요로 한다.

활동 영역을 넓히기 위하여 복수 개의 전송 코일을 사용할 경우, 전송 코일 개수만큼 구동 회로가 필요하고 복수 개의 전송 코일에 대한 제어가 복잡해지므로, 제품화할 때 전송 장치 즉 무선 충전기의 비용 증가가 발생한다. 또한, 활동 영역을 확대하기 위하여 전송 코일의 위치를 바꾸는 방식을 적용하는 경우에도 전송 코일의 위치를 옮기기 위한 이송 메커니즘을 구비해야 하므로, 부피와 무게가 커지고 제작 비용이 많아지는 문제가 있다.

위치가 고정된 하나의 1차 코일을 가지고도 활동 영역을 확장하는 방법이 있다면 효과적이지만, 단순하게 1차 코일의 크기를 키운다면 1차 코일의 단위 면적당 자속 밀도가 떨어지고 송수신 코일 사이에 자기 결합력이 약해져 기대하는 만큼 활동 영역이 증가하지도 않고 전송 효율도 떨어지게 된다.

이와 같이, 활동 영역의 확대와 전송 효율의 향상을 위하여 1차 코일의 적절한 형상과 크기를 결정하는 것이 중요하다. 둘 이상의 1차 코일을 채용하는 다중 코일 방식이 무선 전력 전송 장치의 활동 영역을 확대하는 방법으로 효과적일 수 있다.

도 5는 USB 종류마다의 최대 전압/전류/전력을 도시한 표이고, 도 6은 USB PD에 따른 출력 전력의 전압과 전류 범위를 도시한 표이다.

도 5에서, USB 2.0, USB 3.0, USB 3.1, USB Type-C 등의 규격에 따르면 출력 전압은 최대 5.0V이고 파워는 최대 15W이고, USB PD 규격에서 출력 전압은 최대 20V이고 파워는 최대 100W이다.

도 6에서, USB PD 규격에 따라 전력을 전송할 때, 소스의 출력 파워는 출력 전압에 따라 달라지고, 60W 이상 최대 100W의 전력을 공급하기 위해서는 출력 전압을 20V로 해야 한다.

본 명세서의 실시 예에 의한 무선 전력 전송 장치(100)는 무선 전력 전송 장치(100)의 전원이 오프(Off) 된 경우 알람을 통해서 사용자에게 무선 전력 수신 장치(200), 예컨대 휴대 단말기의 위치를 알려줄 수 있다. 이를 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

도 7은 본 명세서의 실시 예에 의한 무선 전력 전송 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 명세서의 실시 예에 의한 무선 전력 전송 장치는 전력 변환부(110), 제어부(130), 축전부(160) 및 알람부(170)를 포함한다.

전원부(140)가 생성한 입력 전압(Vin)은 전원 입력부(141)를 통해서 무선 전력 전송 장치(100)로 제공된다. 전원부(140)는 무선 전력 전송 장치(100)의 외부에서 전원을 생성하는 구성일 수 있다.

전원 입력부(141)는 전원부(140)와 연결을 위한 것으로, 범용 직렬 버스(Universal Serial BUS; 이하, USB) 포트(Port) 일 수 있다. 예를 들어, 본 명세서의 무선 전력 전송 장치가 차량용 무선 충전기로 구현될 경우, 전원 입력부(141)는 USB 케이블을 통해서 차량용 USB 포트와 연결될 수 있다.

전력 변환부(110)는 입력 전압(Vin)을 이용하여 무선 전력 신호를 생성한다. 전력 변환부(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 인버터와 공진 회로로 구성될 수 있다.

제어부(130)는 전력 변환부(110)가 무선 전력 신호를 생성하는 동작을 제어하고, 알람 신호(CS)를 생성한다. 알람 신호(CS)는 알람부(170)를 동작시키는 알람 신호(CS)이며, 알람부(170)의 종류에 따라 달라질 수 있다.

제어부(130)는 전원 입력부(141)의 입력 전압(Vin)을 모니터링하면서, 입력 전압(Vin)이 오프(Off) 되는지를 확인한다. 제어부(130)는 입력 전압(Vin)이 오프 된 것에 기초하여 알람 신호를 생성할 수 있다. 이를 위해서, 제어부(130)는 입력 전압(Vin)을 미리 설정된 임계 전압과 비교하고, 입력 전압(Vin)이 임계 전압 이하일 경우, 알람 신호(CS)를 생성할 수 있다. 특히, 제어부(130)는 차량용과 연결된 무선 전력 전송 장치(100)에서, 차량의 시동이 꺼진 것을 확인하고 알람 신호(CS)를 생성할 수 있다.

제어부(130)가 알람 신호(CS)를 생성하는 보다 구체적인 실시 예에 대해서는 후술하기로 한다.

축전부(160)는 입력 전압(Vin)을 충전하고, 입력 전압(Vin)이 오프(off) 된 이후, 충전된 전압을 알람부(170)에 제공한다. 축전부(160)는 보다 큰 정전 용량을 확보하기 위해서 전기 이중층 커패시터(Electric Double Layer Capacitor; EDLC)로 구현될 수 있다. 전기 이중층 커패시터는 두 개의 집전체(current collector), 집전체를 덮는 전극활물질(electrode active layer), 집전체 사이를 채우는 전해질(electrolyte), 및 두 전극을 분리하는 분리막(separator)으로 구성될 수 있다.

알람부(170)는 알람 신호(CS)에 의해서 동작하여 알람을 생성한다. 알람부(170)는 발광 다이오드(Lighti Emittin Diode; LED) 또는 버저(buzzer)일 수 있고, 발광 다이오드를 발광시키기 위한 회로부 및 버저를 동작시키기 위한 회로부를 포함할 수 있다.

본 명세서에 의한 실시 예에 의하면, 알람부(170)는 전원 입력부(141)의 전원이 오프된 것에 기초하여 알람을 출력함으로써, 사용자에게 무선 전력 전송 장치(100)가 외부의 전원부(140)와 분리된 상태를 알릴 수 있다. 이를 통해서, 사용자가 의도하지 않은 무선 전력 전송 장치(100)의 상태를 확인할 수 있거나, 무선 전력 전송 장치(100)를 통해서 충전되는 휴대 단말기 등의 수신 장치(200)의 상태를 확인할 수 있도록 한다.

본 명세서에 의한 무선 전력 전송 장치(100)는 차량용 무선 충전 장치로 구현될 수 있다. 차량용 무선 충전 장치로 구현된 무선 전력 전송 장치(100)가 알람 신호(CS)를 생성하는 실시 예를 살펴보면 다음과 같다.

도 8은 차량용 무선 전력 전송 장치가 알람 신호를 생성하는 실시 예를 나타내는 순서도이다.

도 8을 참조하면, 차량용 무선 전력 전송 장치가 알람 신호를 생성하는 방법은 제1 단계(S810)에서, 제어부(130)는 입력 전압(Vin)을 모니터링한다. 제어부(130)는 입력 전압(Vin)을 미리 설정된 임계 전압과 비교할 수 있다. 임계 전압은 전원 입력부(141)에 인가되는 전압이 오프된 것으로 판단될 수 있는 수준에서 설정될 수 있다.

제2 단계(S820) 및 제3 단계(S830)에서, 제어부(130)는 입력 전압(Vin)이 임계 전압(Vth) 이하인 것에 기초하여, 입력 전압(Vin)의 변화율을 판단한다. 입력 전압(Vin)의 변화율은 전원 입력부(141)의 전압이 오프된 원인을 판단하기 위한 것이다.

전원 입력부(141)의 전압은 전원 입력부(141)와 연결된 케이블이 이탈하거나 차량의 시동이 꺼진 경우에 오프될 수 있다. 케이블이 전원 입력부(141)에서 분리되는 경우는 사용자가 무선 전력 전송 장치(100)를 응시하는 것이 일반적이기 때문에, 무선 전력 전송 장치(100)의 전압이 오프된 현상을 알람으로 알릴 필요성이 약하다.

제3 단계(S830)는 무선 전력 전송 장치(100)의 전압이 오프된 이유가 차량의 시동 꺼짐인지를 판단하는 절차이며, 이를 위해서 전압이 오프된 순간의 전압 변화율을 판단한다.

전원 입력부(141)와 연결된 케이블이 이탈할 경우와 차량의 시동이 꺼진 경우의 입력 전압의 변화를 살펴보면 도 9와 같다.

도 9의 (a)는 무선 전력 전송 장치로부터 케이블이 분리되는 경우 입력 전압의 변화를 나타내는 도면이고, 도 9의 (b)는 차량의 시동이 꺼지는 경우 입력 전압의 변화를 나타내는 도면이다.

도 9의 (a) 및 도 9의 (b)를 참조하면, 입력 전압(Vin)은 오프되는 순간 완전한 구형파의 형태를 갖지 않는다. 이는 내부 커패시턴스(capacitance)로 인해서 입력 전압(Vin)이 일정 수준의 기울기를 갖고 변하기 때문이다. 도 9의 (a)에서와 같이 케이블이 분리되어 전원이 오프되는 경우, 입력 전압(Vin)은 무선 전력 전송 장치(100)의 내부 커패시턴스의 영향을 받으면서 전압이 감소한다. 도 9의 (b)에서와 같이 차량의 시동이 꺼진 경우, 무선 전력 전송 장치(100)는 차량 어댑터와 연결된 상태이기 때문에 차량 어댑터의 커패시턴스의 영향을 받으면서 전압이 감소한다.

도 9의 (a)에 도시된 오프 타이밍(t_off) 직후의 입력 전압(Vin)의 기울기에 대비하여 도 9의 (b)에 도시된 오프 타이밍(t_off) 직후의 입력 전압(Vin)의 기울기가 작은 것을 알 수 있다. 즉, 무선 전력 전송 장치(100)로부터 케이블리 분리된 경우보다 차량의 시동이 꺼졌을 때, 입력 전압의 변화율이 더 작은 것을 알 수 있다. 입력 전압의 변화율은 전압 오프 타이밍(t_off) 직후에, 일정 시간 동안 전압의 감소량을 지칭한다. 이와 같이 입력 전압(Vin)의 변화율 차이는 무선 전력 전송 장치(100)의 내부 커패시턴스보다 차량 어댑터의 내부 커패시턴스가 크기 때문이다.

제4 단계(S840)에서, 제어부(130)는 입력 전압 변화율이 임계 변화율 이하인 것에 기초하여, 알람 신호를 생성한다. 임계 변화율은 도 9의 (a)에 도시된 변화율 미만이고, 도 9의 (b)에 도시된 변화율 이상으로 설정될 수 있다. 결과적으로 제4 단계(S840)의 절차를 통해서, 제어부(130)는 차량의 시동이 꺼진 경우에 한해서 알람 신호(CS)를 생성할 수 있다.

도 10은 본 명세서의 실시 예에 따라, 차량의 시동이 꺼진 경우, 무선 전력 전송 장치가 알람부를 통해서 알람을 송출하는 것을 나타내는 도면이다.

도 10을 참조하면, 알람부(170)는 발광 다이오드(171) 등의 표시소자일 수 있고, 버저(172) 등의 음성 출력 수단일 수 있다. 운전자는 차량의 시동을 끄는 순간 무선 전력 전송 장치(100)를 응시하지 않는 것이 일반적이고, 부주의로 무선 전력 전송 장치(100)를 이용하여 충전 중인 휴대 단말기(MP)를 방치할 우려가 있다. 특히, 무선 전력 전송 장치(100)가 거치대 형태로 구현되어 핸들 주위에 있는 것이 아니라, 도 9에서와 같이 휴대 단말기(MP)를 내측에 안착시킬 수 있는 홀더 형태로 구현될 경우에는 휴대 단말기(MP)를 방치할 가능성이 더 높다. 본 명세서에 의한 실시 예에서는 차량의 시동이 꺼진 경우에 알람을 송출함으로써, 차량의 탑승자가 무선 전력 전송 장치(100)로 주의를 끌 수 있도록 한다. 따라서, 운전자가 시동을 끄고, 무의식적으로 휴대 단말기(MP)를 차량 내부에 방치하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 명세서의 실시 예에 따른 차량용 무선 전력 전송 장치(100)는 차량과 별도의 통신 기능이나 추가적인 연결 구성을 요구하지 않으면서도, 차량의 시동이 꺼지는 것을 확인하고, 이에 따라 사용자의 휴대 단말기의 위치를 상기시킬 수 있다.

이 명세서에 기재된 전력 중계 장치 및 방법은 아래와 같이 설명될 수 있다.

일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치는 입력 전압을 이용하여 무선 전력 신호를 생성하는 전력 변환부, 전력 변환부가 무선 전력 신호를 생성하는 절차를 제어하고, 입력 전압이 미리 설정된 임계전압 이하인 것에 기초하여 알람 신호를 생성하는 제어부 및 알람 신호에 기초하여 알람을 생성하는 알람부를 포함한다.

일 실시 예에서, 무선 전력 전송 장치는 입력 전압을 충전하여, 입력 전압이 오프 된 이후 상기 알람부에 전압을 제공하는 축전부를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에서, 축전부는 전기 이중층 커패시터일 수 있다.

일 실시 예에서, 입력 전압은 차량의 차량용 어댑터로부터 제공받고, 제어부는, 차량용 어댑터로부터의 입력 전압이 오프된 것에 기초하여 알람 신호를 생성할 수 있다.

일 실시 예에서, 제어부는 입력 전압의 변화율이 미리 설정된 임계 변화율 이하인 것에 기초하여, 알람 신호를 생성할 수 있다.

일 실시 예에서, 임계 변화율은 입력 전압을 제공받는 케이블이 분리되는 경우 입력 전압의 변화율 미만이고, 차량의 시동이 꺼지는 경우 입력 전압의 변화율 이상으로 설정될 수 있다.

일 실시 예에서, 알람부는 광을 표시하는 발광 다이오드 또는 음성을 출력하는 버저일 수 있다.

다른 실시 예에 따른 차량과 케이블로 연결되는 무선 전력 전송 장치에서 알람을 생성하는 방법은 입력 전압을 모니터링하고, 입력 전압이 미리 설정된 임계전압과 비교하는 단계; 입력 전압이 임계전압 이하인 것에 기초하여, 입력 전압의 변화율을 확인하는 단계; 입력 전압의 변화율이 미리 설정된 임계 변화율 이하인 것에 기초하여 알람을 송출하는 단계를 포함한다.

본 발명은 기재된 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100: 무선 전력 전송 장치 110: 전력 변환부
120: 통신부 130: 제어부
140: 전원부 141: 전원 입력부
160: 축전부 170: 알람부
200: 무선 전력 수신 장치 210: 전력 수신부
220: 통신부 230: 제어부
250: 충전부

Claims (8)

1. 입력 전압을 이용하여 무선 전력 신호를 생성하는 전력 변환부;
   상기 전력 변환부가 상기 무선 전력 신호를 생성하는 절차를 제어하고, 상기 입력 전압이 미리 설정된 임계전압 이하인 것에 기초하여 알람 신호를 생성하는 제어부; 및
   상기 알람 신호에 기초하여, 알람을 생성하는 알람부를 포함하는 무선 전력 전송 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 입력 전압을 충전하여, 상기 입력 전압이 오프 된 이후 상기 알람부에 전압을 제공하는 축전부를 더 포함하는 무선 전력 전송 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 축전부는 전기 이중층 커패시터인 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 입력 전압은 차량의 차량용 어댑터로부터 제공받고,
   상기 제어부는, 상기 차량용 어댑터로부터의 입력 전압이 오프된 것에 기초하여, 상기 알람 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 입력 전압의 변화율이 미리 설정된 임계 변화율 이하인 것에 기초하여, 상기 알람 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 임계 변화율은, 상기 입력 전압을 제공받는 케이블이 분리되는 경우 입력 전압의 변화율 미만이고, 상기 차량의 시동이 꺼지는 경우 입력 전압의 변화율 이상으로 설정되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 알람부는 광을 표시하는 발광 다이오드 또는 음성을 출력하는 버저인 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
8. 차량과 케이블로 연결되는 무선 전력 전송 장치에서 알람을 생성하는 방법에 있어서,
   입력 전압을 모니터링하고 상기 입력 전압을 미리 설정된 임계전압과 비교하는 단계;
   상기 입력 전압이 상기 임계전압 이하인 것에 기초하여 입력 전압의 변화율을 확인하는 단계; 및
   상기 입력 전압의 변화율이 미리 설정된 임계 변화율 이하인 것에 기초하여 알람을 송출하는 단계를 포함하여 이루어지는 무선 전력 전송 장치에서 알람을 생성하는 방법.

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