KR20220104748A - 무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 동안에 데이터를 전송하는 방법, 장치, 및 테스트 시스템 - Google Patents

무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 동안에 데이터를 전송하는 방법, 장치, 및 테스트 시스템 Download PDF

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부온 키옹 라우
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엘렉트디스 에이비
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Abstract

무선 전력 전송 시스템(100)에서 전력 전송 동안에 데이터를 전송하는 방법이 개시된다. 상기 무선 전력 전소 시스템(100)은 송신 주파수에서 동작하는 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)를 통해 전력을 전력수신장치(110)로 전송하도록 구성된 전력송신장치(120)를 포함한다. 상기 무선 전력 전송 시스템(100)은 일방향은 주파수 편이 변조(Frequency Shift Keying 또는 FSK)를 활용하고 타방향은 진폭 편이 변조(Amplitude Shift Keying 또는 ASK)를 활용하는 반이중 방식(half duplex)으로 정보를 전달하도록 구성된다. 상기 방법은 상기 전력송신장치(120)가 상기 송신 주파수에서 전력을 상기 전력수신장치로 전송하는 단계와, 상기 전송 동안에, 상기 전력송신장치(120)와 상기 전력수신장치(110) 중의 하나가 FSK와 ASK의 두 변조 유형 중의 하나를 활용하여 상기 송신 주파수에서 제1 데이터 패킷을 상기 전력송신장치(120)와 상기 전력수신장치(110) 중의 다른 하나로 송신하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 상기 송신 동안에, 상기 제1 데이터 패킷을 송신하는 상기 장치(110, 120)가 시그널링 조건이 충족되는지 여부를 판단하고, 상기 시그널링 조건이 충족되는 경우, 상기 제1 데이터 패킷을 송신(311)하는 상기 장치(110, 120)의 데이터 통신 설정을 변경하는 단계를 더 포함한다. 이 외에도, 전력송신장치, 전력수신장치, 및 테스트 시스템이 개시된다.

Description

무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 동안에 데이터를 전송하는 방법, 장치, 및 테스트 시스템
본 발명은 무선 전력 전송에 관한 것으로, 구체적으로 유도 무선 전력 전송에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 전력 전송 동안에 데이터의 신뢰성 있는 통신에 관한 것이다.
무선전력전송은 특히 모바일 단말기, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 카메라, 오디오 플레이어, 충전식 칫솔, 무선 헤드세트, 기타 다양한 소비자 제품 및 기기 등의 모바일장치의 무선 배터리 충전에 대해 강한 성장세를 보이고 있다.
전형적으로, 무선 충전을 지원하는 장치는 평판형 코일 사이의 자기 유도에 의존한다. 여기에는 두 종류의 장치가 사용되는데, 즉, 무선 전력을 제공하는 장치('베이스스테이션'또는 '무선전력송신장치'로 지칭)와 무선 전력을 소비하는 장치('모바일장치' 또는 '전력수신장치'로 지칭)가 그것이다. 전력 전송은 예를 들어 베이스스테이션에서 모바일장치로 이루어진다. 이를 위해, 베이스스테이션은 1차 코일을 포함하는 서브시스템(전력 송신기)을 포함하고, 모바일장치는 2차 코일을 포함하는 서브시스템(전력 수신기)을 포함한다. 작동에 있어서, 1차 코일과 2차 코일은 코어리스 트랜스포머(coreless transformer)를 절반씩 구성하게 된다. 전형적으로, 전력송신장치는 평면을 포함하여, 사용자가 그 상부에 하나 이상의 모바일장치(역시 일반적으로 평면을 포함)를 위치하여 베이스스테이션 상에 위치한 모바일장치에 대해 무선 배터리 충전을 하거나 작동을 위한 전원 공급을 할 수 있다. 모든 유형의 유도 전력 전송에 대해 공통적으로, 전력 전송의 효율은 코일들 사이의 거리와 코일들의 정렬에 달려있게 된다.
WPC(Wireless Power Consortium)는 치(Qi)라고 알려진 무선전력전송 표준을 개발했다. 기타 알려진 무선전력전송 방식에는 Alliance for Wireless Power와 PMA(Power Matters Alliance)가 있다.
본 명세서에서는 본 발명에 적용될 선호 무선전력전송 방식으로 '치(Qi)'라고 알려진 WPC의 무선전력전송 표준을 참조하여 설명하겠지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 상기에 언급된 방식 뿐만 아니라 다른 무선전력전송 표준 또는 방식에도 일반적으로 적용될 수 있다. 치를 준수하는 장치는 전력 전송이 개시되기 전에 특정된 스키마에 따라 상호작용하도록 구성되게 된다. 이 스키마는 선택 상태에서 핑(ping) 상태로 이동하고, 나아가 식별 및 구성 상태에 이어 전력 전송 상태로 이동한다. 장치가 전력 전송 상태에 있는 경우, 전력이 전력송신장치에서 전력수신장치로 전송된다. 전력 전송 동안에, 전력수신장치는 수신된 전력을 평가하고 원하는 전력 증가 또는 감소를 컨트롤 에러 패킷(control error packet)을 활용하여 전력송신장치로 전달한다. 전력송신장치는 전력수신장치가 컨트롤 에러 패킷에서 요청한 바와 같이 전송 전력을 조절하게 된다. 컨트롤 에러 패킷이 전력송신장치가 예상한 바와 같이 수신되지 않는 경우에, 전력송신장치는 전력 전송을 중단하고, 시스템은 선택 상태로 되돌아간다.
이는 전력수신장치로부터 전력송신장치로의 일체의 통신 실패는 전력전송 스키마를 다시 시작하는 결과를 초래한다는 것을 의미한다. 전력전송 스키마가 다시 시작할 때마다, 휴대폰에 중단된 충전의 표시, 초기화 프로세스로 인한 충전 시간 증가, 및/또는 충전 효율의 저하 등의 결과가 초래될 수 있다.
상기의 내용으로부터 개선의 여지가 있음을 알 수 있다.
본 발명의 목적은 종래 기술보다 개선되고 앞서 설명한 문제들을 제거 내지는 적어도 완화하는 무선 전력 전송 시스템에서 새로운 유형의 데이터 통신 방법을 제공하는 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명의 목적은 무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 동안에 신뢰성 있고 효율적으로 데이터를 송수신할 수 있는 개선된 데이터 통신 방법을 제공하는 것이다. 이러한 목적은 첨부된 청구항의 독립항에 기재되고 바람직한 실시예들이 그 종속항에 정의된 방법에 의해 달성된다.
제1 측면에서, 무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 동안에 데이터를 전송하는 방법이 제시된다. 상기 무선 전력 전송 시스템은 송신 주파수에서 동작하는 유도 무선 전력 전송 인터페이스를 통해 전력을 전력수신장치로 전송하도록 구성된 전력송신장치를 포함한다. 상기 무선 전력 전송 시스템은 일방향은 주파수 편이 변조(Frequency Shift Keying 또는 FSK)를 활용하고 타방향은 진폭 편이 변조(Amplitude Shift Keying 또는 ASK)를 활용하는 반이중 방식(half duplex)으로 정보를 전달하도록 구성된다. 상기 방법은 상기 전력송신장치가 상기 송신 주파수에서 전력을 상기 전력수신장치로 전송하는 단계를 포함한다. 상기 전송 동안에, 상기 방법은 상기 전력송신장치와 상기 전력수신장치 중의 하나가 FSK와 ASK의 두 변조 유형 중의 하나를 활용하여 상기 송신 주파수에서 제1 데이터 패킷을 상기 전력송신장치와 상기 전력수신장치 중의 다른 하나로 송신하는 단계를 더 포함한다. 상기 송신 동안에, 상기 제1 데이터 패킷을 송신하는 상기 장치는 상기 제1 데이터 패킷의 송신에 관한 시그널링 조건(signaling condition)이 충족되는지 여부를 판단하고, 상기 제1 데이터 패킷의 송신에 관한 상기 시그널링 조건이 충족되는 경우, 상기 제1 데이터 패킷을 송신하는 상기 장치의 데이터 통신 설정을 변경한다.
상기 방법의 한 변형에서, 상기 전력송신장치는 FSK를 활용하여 정보를 송신하고 ASK를 활용하여 정보를 수신하도록 구성된다. 또한, 상기 전력수신장치는 ASK를 활용하여 정보를 송신하고 FSK를 활용하여 정보를 수신하도록 구성된다. 이는 효율적인 설정이고 무선 전력 전송을 하는 많은 표준 방식으로 통신이 수행되는 방법이므로 이점이 있다.
상기 방법의 변형에서, 상기 변경된 데이터 통신 설정은 하나 이상의 변조 지수(modulation index), 하나 이상의 심볼 레이트(symbol rate), 및 하나 이상의 심볼값 별 비트(bits per symbol values)의 적어도 하나를 포함하는 소정의 또는 설정 가능한 변조 파라미터 세트의 하나이다. 변조 파라미터의 변경이 유연해짐으로써, 무선 전력 전송 시스템의 변경에 대응하고 데이터 전송을 최적화하는 것이 가능해진다.
상기 방법의 다른 변형에서, 상기 제1 데이터 패킷을 송신하는 상기 장치는 상기 전력수신장치이고, 상기 변경된 데이터 통신 설정은 진폭 편차 형태의 변조 지수이다. 이 결과, 진폭 편차가 최적화되어 전력 전송이 최적화되는 우수한 시그널링 조건이 보장될 수 있다.
상기 방법의 또 다른 변형에서, 상기 제1 데이터 패킷을 송신하는 상기 장치는 전력송신장치이고, 상기 진폭 편차가 최적화되어 전력 전송이 최적화되는 우수한 시그널링 조건이 보장될 수 있다. 변경된 데이터 통신 설정은 송신 주파수의 변경 및/또는 주파수 편차 형태의 변조 지수이다. 이 결과, 송신 주파수 및/또는 변조 지수가 최적화되어 전력 전송이 최적화되는 우수한 시그널링 조건이 보장될 수 있다.
상기 방법의 한 변형에서, 시그널링 조건이 충족되는지 여부를 판단하는 단계는 상기 제1 데이터 패킷을 포함하는 신호의 변조 정확도를 평가하는 단계를 포함하고, 상기 평가된 변조 정확도가 변조 정확도 한계치보다 낮은 경우, 상기 시그널링 조건이 충족되는 것으로 판단된다. 상기 변조 정확도를 평가하면, 데이터 전송이 최적화되어 전력 전송이 최적화되는 우수한 시그널링 조건이 보장되도록 상기 설정이 변경될 수 있다.
상기 방법의 변형에서, 상기 변조 정확도를 평가하는 단계는 상기 제1 데이터 패킷을 포함하는 상기 신호의 진폭을 평가하는 단계를 포함한다. 상기 진폭을 평가한다는 것은 안 좋거나 효율이 낮은 진폭이 검출될 수 있음을 의미하고, 신호 전송이 최적화되어 전력 전송이 최적화되는 우수한 시그널링 조건이 보장될 수 있다.
상기 방법의 다른 변형에서, 상기 변경하는 단계는 상기 시그널링 조건이 충족되는 것으로 더 이상 판단되지 않거나 소정의 또는 설정 가능한 설정 세트가 평가 완료될 때까지 상기 설정을 반복적으로 변경하는 단계를 포함한다. 설정을 변경하고 상기 시그널링 조건을 재평가함으로써, 실질적으로 최적의 설정을 알아내도록 상기 신호를 효율적으로 설정하는 것이 가능해진다.
상기 방법의 또 다른 변형에서, 상기 반복적으로 변경하는 단계는 상기 소정의 또는 설정 가능한 데이터 통신 설정 세트의 각각에 대한 신호 품질 지시자(Signal Quality Indicator 또는 SQI) 및/또는 전송된 전력을 평가하는 단계를 더 포함한다. 또한, 상기 반복적으로 변경하는 단계는 상기 소정의 또는 설정 가능한 데이터 통신 설정 세트의 각각에 대해 적어도 하나의 시그널링 조건이 충족되는 경우에, SQI 및/또는 전송 전력이 가장 높은 설정으로 변경하는 단계를 포함한다. 설정을 변경하고 상기 시그널링 조건 및 SQI를 재평가함으로써, 실질적으로 최적의 설정을 알아내도록 상기 신호를 효율적으로 설정하는 것이 가능해진다.
상기 방법의 한 변형에서, 상기 제1 데이터 패킷을 수신하는 상기 장치로부터 동작 피드백(operational feedback)이 수신되는 경우, 상기 시그널링 조건이 충족되는 것으로 판단된다. 상기 수신하는 장치가 동작 피드백에 피드백을 할 수 있게 함으로써 두 장치를 모두 포함하는 폐회로(closed loop) 시스템이 가능해지고, 실질적으로 최적의 설정을 알아내도록 상기 신호를 효율적으로 설정하는 것이 가능해진다.
상기 방법의 변형은 상기 제1 데이터 패킷을 송신하지 않는 상기 장치가 상기 제1 데이터 패킷을 수신하는 단계를 더 포함한다. 상기 수신 동안에, 상기 제1 데이터 패킷을 송신하지 않는 상기 장치는 상기 제1 데이터 패킷을 포함하는 상기 신호의 신호 품질을 평가한다. 상기 제1 데이터 패킷을 포함하는 상기 신호의 상기 평가된 품질이 한계치 신호 품질에 미달하는 경우, 상기 제1 데이터 패킷을 송신하지 않는 상기 장치는 상기 FSK 및 ASK의 2가지 변조 유형의 다른 하나를 활용하여 상기 송신 주파수에서 동작 정보를 송신함으로써 상기 동작 피드백을 제공한다. 상기 수신하는 장치가 동작 피드백에 피드백을 할 수 있게 함으로써 두 장치를 모두 포함하는 폐회로(closed loop) 시스템이 가능해지고, 실질적으로 최적의 설정을 알아내도록 상기 신호를 효율적으로 설정하는 것이 가능해진다.
제2 측면에서, 전력수신장치가 제시된다. 상기 전력수신장치는 무선 전력 전송 시스템 내에 배치되어 송신 주파수에서 동작하는 유도 무선 전력 전송 인터페이스를 통해 전력을 전력송신장치로부터 수신한다. 상기 무선 전력 전송 시스템은 일방향은 주파수 편이 변조(Frequency Shift Keying 또는 FSK)를 활용하고 타방향은 진폭 편이 변조(Amplitude Shift Keying 또는 ASK)를 활용하는 반이중 방식(half duplex)으로 정보를 전달하도록 구성된다. 상기 전력수신장치는 전력 수신 회로에 작동적으로 연결된 수신 컨트롤러를 포함한다. 상기 전력수신장치는 상기 전력 수신 회로로 하여금 상기 전력송신장치로부터 전력을 상기 송신 주파수에서 수신하게 유발하도록 구성된다. 상기 전력수신장치는 상기 전력 수신 회로로 하여금, 상기 수신 동안에 상기 송신 주파수에서 제1 데이터 패킷을 상기 전력송신장치로 송신하고, 상기 제1 데이터 패킷의 상기 송신에 관한 시그널링 조건이 충족되는지 여부를 상기 송신 동안에 판단하도록 더 구성된다. 상기 제1 데이터 패킷의 상기 송신에 관한 상기 시그널링 조건이 충족되는 경우, 상기 전력수신장치는 상기 전력수신장치의 데이터 통신 설정을 변경하도록 구성된다.
상기 전력수신장치의 한 변형은 상기 방법에 기재된 바와 같은 상기 전력수신장치의 상기 기능성을 수행하도록 더 구성된다.
제3 측면에서, 전력송신장치가 제시된다. 상기 전력송신장치는 무선 전력 전송 시스템 내에 배치되어 송신 주파수에서 동작하는 유도 무선 전력 전송 인터페이스를 통해 전력을 전력수신장치로 송신한다. 상기 무선 전력 전송 시스템은 일방향은 주파수 편이 변조(Frequency Shift Keying 또는 FSK)를 활용하고 타방향은 진폭 편이 변조(Amplitude Shift Keying 또는 ASK)를 활용하는 반이중 방식(half duplex)으로 정보를 전달하도록 구성된다. 상기 전력송신장치는 전력 송신 회로에 작동적으로 연결된 송신 컨트롤러를 포함한다. 상기 전력송신장치는 상기 전력 송신 회로로 하여금 상기 송신 주파수에서 전력을 상기 전력수신장치로 송신하게 유발하도록 구성된다. 상기 전력송신장치는 상기 전력 송신 회로로 하여금, 전력의 상기 송신 동안에 상기 송신 주파수에서 제1 데이터 패킷을 상기 전력수신장치로 송신하고, 상기 제1 데이터 패킷의 상기 송신 동안에 상기 제1 데이터 패킷의 상기 송신에 관한 시그널링 조건이 충족되는지 여부를 판단하게 유발하도록 더 구성된다. 상기 제1 데이터 패킷의 상기 송신에 관한 상기 시그널링 조건이 충족되는 경우, 상기 전력송신장치는 상기 전력송신장치의 데이터 통신 설정을 변경하도록 구성된다.
상기 전력송신장치의 한 변형은 상기 방법에 기재된 바와 같은 상기 전력송신장치의 기능성을 수행하도록 더 구성된다.
제4 측면에서, 프로브(probe) 장치 및 분석 장치를 포함하는 테스트 시스템이 제시된다. 상기 프로브 장치는 송신 주파수에서 동작하는 유도 무선 전력 전송 인터페이스를 통해 전력을 전력수신장치로 전송하도록 구성된 전력송신장치를 포함하는 무선 전력 전송 시스템 내에 배치될 수 있다. 상기 무선 전력 전송 시스템은 일방향은 주파수 편이 변조(Frequency Shift Keying 또는 FSK)를 활용하고 타방향은 진폭 편이 변조(Amplitude Shift Keying 또는 ASK)를 활용하는 반이중 방식(half duplex)으로 정보를 전달하도록 구성된 유형이다. 상기 프로브 장치는 적어도 하나의 픽업 코일(pickup coil)을 포함하고, 상기 프로브 장치는 상기 프로브 분석 장치를 더 포함하거나 상기 프로브 분석 장치에 작동적으로 연결된다. 상기 분석 장치는, 상기 송신 주파수에서 상기 전력송신장치에 의한 상기 전력수신장치로의 전력의 전송을 검출하도록 구성된다. 상기 분석 장치는 상기 전송 동안에 FSK와 ASK의 두 변조 유형 중의 하나를 활용하여 상기 송신 주파수에서 상기 전력송신장치와 상기 전력수신장치 중의 하나에 의한 상기 전력송신장치와 상기 전력수신장치 중의 다른 하나로의 제1 데이터 패킷의 송신을 검출하도록 더 구성된다. 상기 분석 장치는 상기 제1 데이터 패킷을 송신하는 상기 장치에 의한 데이터 통신 설정의 변경을 검출하고 상기 검출에 관한 정보를 출력으로 제공하도록 더 구성된다.
상기 테스트 시스템의 한 변형은 시그널링 조건이 충족되는지 여부를 상기 데이터 통신 설정의 변경 검출 이전에 판단하도록 더 구성된다. 상기 시그널링 조건의 충족은 다음 중의 하나이다.
● 상기 제1 데이터 패킷을 포함하는 신호의 변조 정확도가 변조 정확도 한계치보다 낮음
● 동작 피드백이 상기 장치로 제공됨
● 상기 제1 데이터 패킷을 수신하는 상기 장치가 상기 제1 데이터 패킷을 송신
상기 테스트 시스템의 다른 변형은 상기 시그널링 조건이 충족되지 않았는데도 상기 설정이 변경되는지 여부를 검출하고 이에 대한 출력을 생성하도록 더 구성된다.
상기 테스트 시스템의 또 다른 변형에서, 상기 분석 장치는 상기 시그널링 조건이 충족되도록 상기 분석 장치가 상기 유도 무선 전력 전송 인터페이스로 신호를 주입하도록 구성 가능한 생성 장치를 더 포함한다.
상기 테스트 시스템의 또 다른 변형에서, 상기 분석 장치는 상기 방법에 설명된 모든 임의의 상기 설정 변경을 검출하도록 더 구성된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. 본 발명 개념의 일부 실시예가 첨부된 도면에 도시되어 있지만 이에 제한되지 않는다.
도 1은 일부 실시예들에 따른 무선 전력 전송 시스템의 구성도이다.
도 2a 내지 도 2c는 상이한 송신 신호의 플롯(plot)이다.
도 3은 무선 전력 전송 프로세스를 단순하게 도시한 순서도이다.
도 4a 내지 도 4b는 상이한 송신 신호의 플롯이다.
도 5는 일부 실시예들에 따른 전력수신장치의 구성도이다.
도 6은 일부 실시예들에 따른 전력송신장치의 구성도이다.
도 7a 내지 도 7b는 일부 실시예들에 따른 부하 회로를 단순하게 도시한 회로도이다.
도 8a 내지 도 8b는 일부 실시예들에 따른 부하 회로를 단순하게 도시한 회로도이다.
도 9는 일부 실시예들에 따른 송신 신호의 플롯이다.
도 10a 내지 도 10c는 일부 실시예들에 따른 주파수 대비 신호 진폭을 단순하게 도시한 플롯이다.
도 11은 일부 실시예들에 따른 무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 동안에 데이터를 전송하는 방법을 단순하게 도시한 순서도이다.
도 12는 일부 실시예들에 따른 시그널링 조건이 충족되는지 여부를 판단하는 방법을 단순하게 도시한 순서도이다.
도 13은 일부 실시예들에 따른 무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 동안에 데이터를 전송하는 방법을 단순하게 도시한 순서도이다.
도 14는 일부 실시예들에 따른 테스트 시스템과 무선 전력 전송 시스템의 구성도이다.
도 15는 일부 실시예들에 따른 테스트 시스템의 구성도이다.
도 16은 일부 실시예들에 따른 테스트 시스템의 구성도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 특정 실시예들을 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 수많은 상이한 형태로 실시될 수 있고, 여기에 기재된 실시예들로 한정되는 것으로 이해되어서는 안 된다. 오히려, 이러한 실시예들은 첨부된 청구항에 정의된 바와 같은 본 발명의 권리 범위를 본 개시가 당업자들에게 완벽하고 충분하게 전달되도록 예시로서 제공된다.
도 1을 참조하면, 무선 전력 전송 시스템(100)이 도시되어 있다. 시스템은 전력수신장치(110) 및 전력송신장치(120)를 포함한다. 전력송신장치(120)는 전력수신장치(110)로 전력을 전송하도록 구성된다. 전력은 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)를 통해 유도 결합에 의해 전송된다. 유도 결합은 전력송신장치(120)에 포함된 전력 송신 회로(122)와 전력수신장치(110)에 포함된 전력 수신 회로(112)의 결합을 통해 이루어진다. 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)는 전형적으로 에어 인터페이스(air interface)이고, 장치(110, 120) 사이의 유도 결합은 무선이다.
전력이 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)를 통해 전송되게 하기 위하여, 전력 송신 회로(122)는 전력 수신 코일 회로(112) 내의 수신 전류(IRX)를 유도해야 할 것이다. 송신 주파수(fTX)를 가진 교류인 송신 전류(ITX)는 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)를 통해 전력 수신 회로(112)로 전파하는 전자기장을 생성하게 된다. 이러한 전자기장은 전력 수신 회로(112) 내의 수신 전류(IRX)를 유도하게 된다. 수신 전류(IRX)는 송신 주파수(fTX)를 가진 교류가 된다. 실제로 전송되는 전력은 여러 요인 중에서도 전력 송신 코일(127)과 전력 수신 회로(112) 사이의 결합 요인에 달려있게 된다. 따라서, 결합은 전력 수신 회로와 전력 송신 회로에 각각 포함된 코일의 회전 수, 이러한 코일의 정렬, 및 이러한 코일 사이의 거리 등과 같은 요인에 영향을 받는다. 송신 주파수(fTX)는 시스템의 효율에 영향을 줄 수 있어, 너무 낮으면 회로(112, 122) 중의 하나가 포화(saturate)되게 할 수 있고, 너무 높으면 불필요한 스위칭으로 인해 효율이 저하될 수 있다.
일반적인 모든 무선 전력 전송 시스템은 물론이고 특히 도 1의 무선 전력 전송 시스템(100)은 장치(110, 120) 사이에 일종의 통신이 있어야 한다. 무선 충전 상황 등에서 통신이 없다면, 전력송신장치(120)는 얼마나 많은 전력을 전력수신장치(110)로 전송해야 할지를 알 길이 없을 것이고 모든 전력수신장치(110)에 동일한 전송 전력을 겨냥해야 할 것이다. 전력수신장치(110)는 전력 수신 회로(112)에 어떤 전력이 유도되어도 이 전력을 취급해야 할 것이고, 수신된 전력이 과도한 경우에는 전력이 의사 부하(dummy load)에서 소진되어야 할 것이다. 이러한 문제는 WPC의 치(Qi) 표준에서 정보 인터페이스를 통해 다루고 있고, 이에 대해서는 하기의 도 3을 참조하여 간략하게 설명하기로 한다.
전력송신장치(120)와 전력수신장치(110) 사이에 데이터를 송수신하는 한 가지 방법은 전력송신장치(120)의 송신 주파수(fTX)를 변경하는 것이다. 도 2a는 단일 송신 주파수(fTX)로 진동하는 송신 회로(122)로 제공되는 송신 신호를 도시한 것이다. 도 2b에서, 송신 주파수(fTX)는 제1 송신 주파수(fTX1)와 제2 송신 주파수(fTX2) 사이에서 주기적으로 변화한다. 각 변화 사이의 시간은 심볼 타임(TS)으로 묘사될 수 있다. 이러한 송신 주파수(fTX)의 변화는 전력수신장치(110)에 의해 검출 가능하다. 제1 송신 주파수(fTX1)와 제2 송신 주파수(fTX2) 사이의 절대차는 주파수 편차(fdev)라고 불리고 변조 깊이(modulation depth)로 일컬어질 수 있다. 이러한 유형의 변조는 본 기술분야에서 주파수 편이 변조(Frequency Shift Keying 또는 FSK)로 알려져 있고, 2개의 상이한 값의 송신 주파수를 가진 도 2b의 특정 예는 일반적으로 이진 주파수 편이 변조(Binary Frequency Shift Keying 또는 BFSK)라고 불린다.
전력송신장치(120)와 전력수신장치(110) 사이에 데이터를 송수신하는 다른 한 가지 방법은 송신 신호의 진폭을 주기적으로 변경하는 것이다. 이는 도 2c에 도시되어 있는데, 여기서 송신 신호의 진폭이 심볼 타임(TS)으로 변경된다. 진폭은 제1 진폭(A1)과 제2 진폭(A2) 사이에서 변경된다. 제1 진폭(A1)과 제2 진폭(A2) 사이의 절대차는 진폭 편차(Adev)라고 불리고 변조 깊이로 일컬어질 수 있다. 진폭의 변경은 전력송신장치(120) 또는 전력수신장치(110)에 의해 쉽게 검출 가능하다. 송신 회로(122)는 수신 회로(112)에 유도결합 되므로, 전력수신장치(110)의 전력 수신 회로(112)의 임의의 모든 변화는 전력송신장치(120)에 의해 검출 가능하게 된다. 간단히 말해, 이는 전력수신장치(110)가 수신 회로(112)를 변경 또는 수정할 수 있다는 것을 의미하고, 이는 전력송신장치(120)의 송신 회로(122)에서 송신 신호의 진폭 변화로 보일 수 있다. 이는 후방산란 통신(backscatter communication) 또는 주변 후방산란 통신(ambient backscatter communication)으로 알려져 있다.
수신 회로(112)의 변경은 전력 수신 회로(112)의 임의의 모든 적절한 임피던스 요소를 전환하거나 변경함으로써 이행될 수 있고, 이에 대해서는 하기에 더 상세히 설명하기로 한다. 이러한 유형의 변조는 본 기술분야에서 진폭 편이 변조(Amplitude Shift Keying 또는 ASK)로 알려져 있고, 2개의 상이한 값의 송신 주파수를 가진 도 2c의 특정 예는 일반적으로 이진 진폭 편이 변조(Binary Amplitude Shift Keying 또는 BASK)라고 불린다.
진정한 ASK에서, 변조는 전형적으로 전력 수신 회로(112) 내에 저항을 변경하는 것만으로 달성된다. 임피던스 요소에 무효분(reactive component)이 주어지는 경우, 진폭 사이의 전환 동안에 위상 변이가 발생한다. 실제 응용에서, 임피던스 요소가 순수하게 저항성이 되게 하기는 어렵다. 그 결과, 위상의 변위가 어느 정도 예상된다. 임피던스 요소가 주로 저항성인 방식의 이행이 있을 수 있고, 이는 위상 편이 변조(Phase Shift Keying 또는 PSK)의 형태로 보일 수 있다.
치(Qi) 표준에서, 전력송신장치(120)는 BFSK에 의해 통신하고, 전력수신장치(110)는 BASK에 의해 통신한다.
도 3을 참조하여, 치(Qi) 전력 전송 프로세스(300)에 대해 간략하게 설명하기로 한다. 이 설명은 완전한 설명은 아니고 일반적인 소개일 뿐이다. 전력을 절약하기 위하여, 프로세스(300)는 전력송신장치(120)가 전형적으로 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)를 모니터링하여 변화, 특히 전력수신장치(110)의 도입을 감지하는 선택 단계(302)로 시작한다. 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)에 물체가 검출되면, 핑 단계(304)가 개시된다. 핑 단계(304)에서, 전력송신장치(120)는 송신 주파수(fTX)의 송신 신호를 송신 코일(127)로 제공하여 디지털 핑을 실행한다. 소정의 시간 주기 이내에 송신 신호 상에 변조가 검출되면, 프로세스(300)는 식별 및 설정 단계(306)로 진행한다. 변조가 검출되지 않으면, 프로세스(300)는 선택 단계(302)로 되돌아간다. 식별 및 설정 단계(306)에서, 전력송신장치(120)는 전력수신장치(110)를 식별하고 전송될 최대 전력 등에 관한 설정 정보를 확보한다. 식별 및 설정 단계(306)는 전력송신장치(120)와 전력수신장치(110)의 능력에 따라 교섭 단계 및 교정 단계(두 단계 모두 도 3에는 미도시)를 포함할 수 있다. 식별 및 설정 단계(306)에서 오류가 발생하면, 프로세스(300)는 선택 단계(302)로 되돌아간다. 반면에, 식별 및 설정 단계(306)가 성공적으로 수행되면, 프로세스(300)는 전력이 전송되고 전송된 전력은 전력수신장치(110)에 의해 송신된 제어 데이터에 의거하여 제어되는 전력 전송 단계(308)로 진행한다. 전력송신장치(120)가 소정의 시간 주기 이내에 전력수신장치(110)로부터 아무 통신도 수신하지 못하면, 전력송신장치(120)는 전형적으로 전력 전송을 종료하고 선택 단계(302)로 되돌아간다.
본 발명의 발명자들은 앞서 설명한 프로세스(300)가 많은 방법으로 개선될 수 있음을 인지하게 되었다. 전력 전송 단계(308)에 도달할 때까지 상당한 전력이 들어가고, 전력 전송 단계(308)로 이어지는 단계들(302, 304, 306)은 전력송신장치(120)와 전력수신장치(110) 사이의 통신에 어떤 문제가 생기면 반복되어야 하는 것이 보통이다. 또한, 예상치 못한 일이 발생하는 경우, 전력송신장치(120)가 전력 전송 단계(308)의 동작에서 전력수신장치(110)와 통신을 개시할 수 있는 방법이 없다.
앞서 도 3과 전력 전송 프로세스(300)를 참조하여 설명한 바와 같이, 전력송신장치(120)가 소정의 시간 주기 이내에 전력수신장치(110)로부터 통신을 수신하지 못하면, 전력송신장치(120)는 전력 전송을 종료하고 선택 단계(302)로 되돌아가는 것이 보통이다. 전력송신장치가 수신된 ASK 심볼을 정확하게 디코딩하는 확률은 변조 깊이 및 ASK 변조 신호를 포함하는 신호에 포함된 노이즈에 달려있다. 이러한 관계는 흔히 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio 또는 SNR)로 부르며 통신의 일반적인 메트릭이다. 단순하게 설명하면, SNR은 수신된 신호의 쓸 만한 부분을 수신된 신호의 노이즈로 나눈 것으로 설명될 수 있다. SNR이 감소하면, 수신장치가 변조된 신호를 정확하게 디코딩할 확률도 감소한다. 도 4a에서, 도 2c의 신호에 무작위 노이즈가 가해졌고, 도시된 바와 같이 제1 진폭(△A1)의 분포가 제2 진폭(△A2)의 상응하는 분포에 중첩하고 있다. 수신장치의 관점에서, 진폭 편차(Adev) 판단의 어려움, 즉, 낮은 SNR로 인하여 ASK 변조된 신호를 정확하게 수신하고 디코딩하는 것이 어려워지게 된다. 도 4b에서, 송신 신호가 도 2c와 비슷하게 ASK 변조와 함께 도시되어 있다. 도 4b와 도 2c의 한 가지 차이는 변조 깊이, 즉, 제1 진폭(A1)과 제2 진폭(A2) 사이의 진폭의 절대차가 도 4b에서 매우 감소되었다는 것이다. 변조 길이가 감소함에 따라, 전력송신장치가 전력수신장치로부터 통신을 수신하는 것이 더 어려워지게 된다.
ASK 변조된 신호가 도 4a와 도 4b에 도시된 것과 같은, 또는 그 조합과 같은 양상, 즉, 작은 진폭 편차(Adev) 및 높은 노이즈를 나타내는 이유는 많다. 노이즈는 외부 또는 내부에서 생성되는 방해이거나 전력송신장치(120) 또는 전력수신장치(110)의 발열로 인한 열 노이즈일 수 있다. 진폭 편차(Adev)가 낮은 것은 전력 송신 회로(122)와 전력 수신 회로(112) 사이의 결합이 약하기 때문일 수 있다. 수신 신호의 임의의 모든 이러한 변화는 변조 정확도의 변화로 일컬어질 수 있다.
전력 전송 시스템(100)에서, 이러한 유형의 시스템(100)의 SNR을 일반적으로 증가시키는 주목할 만한 특징이 있다. 전력 전송의 최적화를 위해 전력 레벨, 전송 효율 등과 같은 다양한 파라미터가 활용될 수 있다. 정의상, 전력 전송 시스템(100)은 최적의 동작 지점에서 동작하려고 한다. 그러나, 이러한 최적의 동작 지점은 한정될 수 있다. 임의의 모든 변조는 실제로 최적의 동작 지점으로부터의 편차이므로, 이는 곧 임의의 모든 변조는 시스템(100)을 변조 시간 동안에 최적 상태에 못 미치게 한다는 것을 의미한다. 그 결과, 한 편으로는, 증가된 변조 깊이가 신뢰성이 증가된 데이터 전송으로 이어지지만, 다른 한 편으로는, 최적에 못 미치는 데이터 전송으로 이어진다. 이에 따라, 증가된 진폭 편차(Adev)가 전력 전송 시스템(100)에 더 큰 영향을 미친다. 이로 인해, 시스템 설계자들은 가장 효율적인 동작 지점에서 동작하는 것을 목표로 하는 시스템을 설계함으로써 SNR을 최대한 최소화하고 싶어한다. 그 결과, 전력 전송을 최대화하면서 신뢰할 만한 통신을 유지하기 위하여 진폭 편차(Adev)가 최대한 낮게 유지되게 된다. 이에 따라 무선 전력 전송 시스템의 데이터 통신이 노이즈에 민감해지게 되고, 이러한 시스템의 전형적인 SNR은 낮게 된다. 앞서 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 메시지의 통신 오류나 통신 실패는 전력 전송 프로세스(300)를 반복하는 결과를 초래하게 된다.
도 2b 등에 도시된 주파수 변조에서, 전력 전송 시스템(100)의 대역폭은 적어도 주파수 편차를 커버하고, 전송된 전력, 즉, 전력 전송 손실은 모든 변조 주파수에 대해 실질적으로 동일하다고 가정한다. 이는 송신 주파수(fTX)가 전력 전송 시스템(100)의 공진주파수(resonance frequency)와 동일한 경우에 해당한다. 그러나, 보통 이러한 경우는 없고, FSK 변조 동안에 원치 않는 진폭 변이가 있을 수 있다. 이러한 원치 않는 진폭 변이는 변조 정확도와 ASK 변조의 SNR에 영향을 미쳐, 통신 오류와 전력 전송 프로세스(300)의 반복 가능성을 증가시킨다.
도 5는 전력수신장치(110)를 조금 더 상세히 도시한 것이다. 전력 수신 회로(112)는 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)로의 결합을 가능하게 하여 수신 전류(IRX)가 전력 수신 회로(112) 내에 유도되도록 하는 적어도 전력 수신 코일(117)을 포함한다. 전력 수신 회로(112)는 수신 전류(IRX)를 정류하도록 구성된 일종의 정류 회로를 포함하는 것이 일반적이고, 정류 회로의 출력은 충전 회로 및/또는 배터리 등과 같은 부하에 작동적으로 연결될 수 있다. 전력수신장치(110)는 전력 수신 회로(112)에 임피던스를 제시하도록 배치될 수 있는 부하 회로(115)를 전형적으로 포함하게 된다. 많은 경우에서, 부하 회로(115)는 전력 수신 회로(112)에 포함되거나 전력 수신 회로(112)와 부하 사이에 배치된다. 부하 회로(115)는 하기에 상세히 설명하기로 한다. 전력수신장치(110)는 또한 전력수신장치(110)의 적어도 전력 전송 부분을 제어하도록 구성될 수 있는 수신 컨트롤러(111)를 포함한다. 전력수신장치(110)는 수신 회로(112)의 수신 전류(IRX)를 ASK 변조하도록 구성될 수 있는 ASK 모듈(116)을 더 포함한다. 또한, 하나 이상의 센서가 전력수신장치(110)에 포함될 수 있고, 이러한 센서는 흔히 전력 수신 회로(112)에 배치되어 전압, 전류, 전력, 주파수, 및/또는 온도 등과 같은 메트릭을 수신 컨트롤러(111)로 제공한다. 나아가, 전력수신장치(110)는 수신 회로(112)의 수신 전류(IRX)에 포함된 FSK 변조된 신호를 검출하도록 구성될 수 있는 FSK 모듈(113)을 포함한다. 전형적으로, 변조 모듈(116, 113)은 수신 컨트롤러(111)에 포함되거나 작동적으로 연결되게 된다. 변조 모듈(116, 113)은 단독 하드웨어 블록/컴포넌트이거나 소프트웨어로 구현될 수 있다. ASK 모듈(116)은 ASK 변조가 이루어지게 부하 회로(115)를 제어하도록 배치되게 된다. 부하 회로(115)는 수신 회로(112)에 작동적으로 연결 가능하게 되고, 전력 수신 코일(117)에서 볼 때 전력 수신 회로의 정류 회로 이전 또는 이후에 수신 회로(112)에 포함될 수 있다. 유사하게, FSK 모듈(113)은 상기 하나 이상의 센서(114) 중의 하나이거나 수신 전류(IRX) 및/또는 연관 수신 전압(VRX)의 디지털 표현의 주파수 성분을 검출하도록 구성된 소프트웨어로 구현될 수 있는 별도의 센서일 수 있는 주파수 센서에 작동적으로 연결되게 된다. 전력수신장치(110)의 실제 내부 배치는 많은 방식으로 다양할 수 있고, 당업자라면 특정 구성과 상호 연결은 상황에 따라 다르게 된다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 6에는 전력송신장치(120)가 개략적으로 도시되어 있다.
전력송신장치(120)는 전력 송신 회로(122) 및 전력 송신 회로(122)에 작동적으로 연결된 송신 컨트롤러(121)를 포함한다. 전력 송신 회로(122)는 전력수신장치(110)의 전력 수신 코일(117)에 유도 결합되게 되는 적어도 하나의 전력 송신 코일(127)을 포함한다. 송신 컨트롤러(121)는 전력 송신 회로(122)의 여기(excitation)를 제어하고 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)를 통해 전력수신장치(110)로 전달된 전력을 제어하도록 구성된다. 이를 달성하기 위해, 전력송신장치(120)는 송신 컨트롤러(121)에 작동적으로 연결되거나 포함된 송신 모듈(125)을 포함한다. 송신 모듈(125)은 송신 주파수(fTX)에서 송신 신호를 생성하고 송신 컨트롤러 및/또는 전력수신장치에 포함된 FSK 모듈로부터 수신된 명령에 의거하여 송신 신호를 변경하게 된다. FSK 모듈(123)은 송신 모듈(125)의 FSK 변조를 제어하고 단독 블록/컴포넌트이거나 송신 모듈(125) 또는 송신 컨트롤러에 포함될 수 있다. 전력송신장치(120)는 하나 이상의 센서(124)를 포함하게 되고, 보통 이러한 센서(124)는 전력 송신 회로(122)에 배치되어 전압, 전류, 전력, 주파수, 및/또는 온도 등과 같은 메트릭을 송신 컨트롤러(121)로 제공한다. 전력 전송 모듈은 송신 회로의 송신 전류(ITX) 및/또는 연관 송신 전압(VTX)으로부터 ASK 변조를 수신하도록 작동적으로 연결된 ASK 모듈(122)을 더 포함한다. 대안적으로 또는 추가적으로, ASK 모듈(122)은 송신 신호의 디지털 표현 상에서 ASK 변조를 검출하도록 구성될 수 있다. 전력송신장치(120)의 실제 내부 배치는 많은 방식으로 다양할 수 있고, 당업자라면 특정 구성과 상호 연결은 상황에 따라 다르게 된다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
앞서 도 5와 도 6에서 설명한 모듈(116, 113, 114, 122, 123, 124)과 컨트롤러(111, 121)는 소프트웨어 또는 하드웨어 모듈이거나 소프트웨어와 하드웨어의 조합일 수 있다. 모듈(116, 113, 114, 115, 122, 123, 124, 125)의 기능은 분리된 모듈로 설명되었지만, 이는 설명의 편의상 이렇게 설명한 것뿐이고, 각 모듈은 모든 임의의 다른 모듈에 분산되거나 포함될 수 있다.
도 7a에는 부하 회로(115)의 구성도의 일례가 도시되어 있다. 부하 회로의 본 예는 전력 수신 회로(112)와 부하 사이를 작동적으로 직렬 연결하기 위한 것이다. 도 7b에는 전력 수신 회로(112)와 부하 사이를 작동적으로 병렬 연결하기 위한 부하 회로(115)의 구성도의 상응하는 예가 도시되어 있다. 부하 회로(115)는 전력 수신 회로(112)로 부하 임피던스(ZL)를 제시하는 것으로 설명될 수 있다. 부하 회로(115)는 임의의 모든 방법으로 전력 수신 회로(112)에 연결될 수 있고 전력 수신 회로(112)에 포함될 수 있다. 도 7a와 도 7b를 비교하여 알 수 있듯이, 직렬 또는 병렬 연결을 위한 부하 회로(115)의 설계에는 차이가 있을 수 있다. 이하의 예시들은 설명만을 위한 것이며 부하 회로(115), 전력 수신 회로(112), 또는 전력수신장치(110)의 구현이 이에 한정되는 것으로 간주되어서는 안 된다. 부하 임피던스(ZL)는 전형적으로 제1 부하 임피던스(ZL1)와 제2 부하 임피던스(ZL2) 사이의 임피던스로 제공된다. 도 7a 및 도 7b에서, 부하 임피던스(ZL)는 부하 임피던스 포트(ZL1, ZL2)에서 제1 부하 임피던스(ZL1)를 연결하거나 연결 해제하여 변경된다. 이러한 변경은 전형적으로 수신 컨트롤러(111) 및/또는 ASK 모듈(116)에 의해 제어되는 스위칭 요소(S)에 의해 제어된다. 도 7a에서, 스위치(S)는, 한 위치는 부하 임피던스 포트(ZL1, ZL2)가 근본적으로 단락되고 다른 위치는 제1 부하 임피던스(ZL1)가 부하 임피던스 포트(ZL1, ZL2)를 통해 연결되는, 두 개의 위치 사이에서 전환 가능한 것으로 도시되어 있다. 도 7b에서, 스위치(S)는, 한 위치는 부하 임피던스 포트(ZL1, ZL2)가 근본적으로 개회로가 되고 다른 위치는 제1 부하 임피던스(ZL1)가 부하 임피던스 포트(ZL1, ZL2)를 통해 연결되는, 두 개의 위치 사이에서 전환 가능한 것으로 도시되어 있다. 앞서 도 2c를 참조하여 설명한 바와 같이, 스위치(S)를 껐다 켰다 함으로써, 전력 수신 회로(112)에 제시된 부하 임피던스(ZL)는 변하게 되고, 그 결과로 송신 신호의 진폭이 변하게 된다. 여기서, 도 7a와 도 7b에 제시된 부하 회로(115)는 전력 수신 회로(112)와의 직렬 동작에 적합한 것이고, 병렬 동작에 적합한 예에서 스위치의 한 위치는 근본적으로 부하 임피던스 포트(ZL1, ZL2)에 무한의 임피던스를 제공하도록 배치될 수 있다.
도 7을 참조하여 상기에 설명한 부하 회로(115)를 구현하면 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명한 문제를 야기하여 전력 전송 프로세스(300)가 다시 선택 단계(302)로 돌아가야만 하고 개시 단계(304, 306)를 반복하는 결과로 이어질 수 있다. 본 발명의 발명자들은 부하 회로(115)로부터 둘 이상의 부하 임피던스(ZL)의 제공이 가능하게 함으로써 변조 정확도를 향상할 수 있다는 것을 인식하게 되었다. 이는, 변조 정확도를 향상할 수 있을 뿐만 아니라 비트율(bitrate)을 증가시켜 고차 변조(higher order modulation)가 가능하게 된다.
도 8a를 참조하면, 전력 수신 회로(112) 등으로 둘 이상의 부하 임피던스(ZL)가 제공되는 것을 가능하게 하는 부하 회로(115)의 구현예가 도시되어 있다. 부하 회로(115)에 포함된 제1 스위치(S1)로 3개 또는 그 이상의 쓰로우(throw)가 있게 함으로써, 본 예에서, 제1 임피던스(Z1), 제2 임피던스(Z2), 또는 도 8a에 아무 컴포넌트가 없는 선으로 표시된 단락을 부하 임피던스 포트(ZL1, ZL2)에 걸쳐 제시하는 것이 가능하다. 도 8b에 도시된 바와 같이 제2 스위치(S2)를 추가함으로써, 컴포넌트 비용은 상승하게 되겠지만 부하 임피던스 포트(ZL1, ZL2)에 걸쳐 더 많은 임피던스가 제시될 수 있다. 도 8b에서, 제1 스위치(S1)는 제1 스위치 제1 쓰로우(S1T1)와 제1 스위치 제2 쓰로우(S1T2) 사이에서 전환 가능하고, 이에 상응하여 제2 스위치(S2)는 제2 스위치 제1 쓰로우(S2T1)와 제2 스위치 제2 쓰로우(S2T2) 사이에서 전환 가능하다. 이는 제1 스위치(S1)는 제1 스위치 제1 쓰로우(S1T1)에 연결된 임피던스 포트(ZL1, ZL2)를 연결 해제하거나 제1 스위치 제2 쓰로우(S1T2)에 연결된 임피던스 포트(ZL1, ZL2)에 걸쳐 제1 임피던스 요소(Z1)를 연결한다는 것을 의미한다. 제2 스위치(S2)는 제2 스위치 제1 쓰로우(S2T1)에 연결된 제2 임피던스 요소(Z2) 또는 제2 스위치 제2 쓰로우(S2T2)에 연결된 제3 임피던스 요소(Z3)를 제1 스위치(S1)에 의해 연결된 임피던스에 병렬인 임피던스 포트(ZL1, ZL2)에 걸쳐 연결한다. 도 8b에 도시된 회로로부터, 부하 임피던스(ZL)에 대한 다수의 상이한 값이 구현될 수 있고, 이러한 임피던스는 하기의 표 1에 정리되어 있다.
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도 7a 내지 도 8b의 임피던스 Z1, Z2, Z3, ZL 및 단락을 나타내는 선들은 모두 임피던스의 예이다. 단락을 나타내는 선들은 임피던스 요소로 도시되고 0Ω저항기로 구현될 수 있다. 임피던스 요소 Z1, Z2, Z3는 전형적으로 주로 저항분인(primarily resistive) 요소들에 의해 구현되게 되지만, 주로 무효분인(primarily reactive) 요소들이 사용될 수도 있다. 당업자라면 이에 대해 이해할 것이고, 임피던스 요소의 유형이 변경되는 경우에 그에 따라 본 개시의 기재 내용을 조절할 수 있을 것이다. 본 개시의 내용을 이해하여 알 수 있는 바와 같이, 부하 임피던스(ZL)의 일 설정은 임피던스 포트(ZL1, ZL2)에 걸쳐 연결되는 어떤 임피던스에도 상응하지 않게 될 가능성이 매우 높고, 이는 전송되는 전력을 최대화하기 위한 것이다.
도 9는 제1 진폭(A1), 제2 진폭(A2)을 활용하고 제3 진폭(A3)을 도입하는 송신 신호의 일례를 도시한 것이다. 도 9의 송신 신호는 도 8a 또는 도 8b의 부하 회로(115) 중의 하나에 의해 제공될 수 있고, 각 진폭(A1, A2, A3)은 부하 임피던스(ZL)와 연관된 값에 상응하게 된다. 도 9에 도시된 송신 신호의 지속 시간이 도 2c에 도시된 송신 신호의 지속 시간과 동일하다는 가정하에, 도 9에서 심볼 Ts 당 시간은 도 2c의 심볼 당 시간의 절반이 되게 된다. 이는 심볼 레이트가 2배가 되어 데이터를 더 빠르게 전송하는 것이 가능하게 된다는 것을 의미한다. 대안적으로, 전력 전송 효율의 손실 없이 우수한 진폭 정확도와 신뢰성 있는 SNR을 보장하기 위하여 추가적인 진폭 상태가 사용될 수 있다. 또 다른 가능성은, 고차 변조가 사용되는 것을 모르는 장치(110, 120)에 의해 디코딩 되지 않을 송신 신호의 정보를 인코딩하도록 추가적인 진폭 상태를 사용하는 것이다. 이로써, 일반적인 장치에 의해 무시되게 되는 채널 전체를 통해 숨겨진 메시지를 전달하는 방법이 가능하거나, 오류 수정 메커니즘이 숨겨진 메시지를 걸러내게 된다. 이러한 메커니즘은 인증 또는 저작권 보호 목적 등으로 활용될 수 있다.
ASK 모듈(116, 126), 부하 회로(115), 전력 수신 회로(112), 및 전력 송신 회로 중의 어느 하나는 회로, 센서, 및/또는 컨트롤러를 포함하여 송신 신호의 진폭을 평가할 수 있다. 이러한 평가는 전력송신장치(120) 또는 전력수신장치에 의해 수행될 수 있다. 진폭 변조를 수행하는 장치(전형적으로 전력수신장치)가 ASK데이터의 송신과 동시에 송신 신호의 진폭을 평가하는 경우, 상이한 ASK 진폭의 변조에 사용되는 부하를 변경할 수 있다. 도시된 예로 한정되지는 않지만, 도 8b의 부하 회로(115)라고 가정하고, ASK변조가 제1 진폭(A1)과 제2 진폭(A2)으로만 수행될 것으로 가정한다. 제1 진폭(A1)은 Z2에 상응하는 부하 임피던스(ZL)이고, 제2 진폭(A2)은 Z3에 상응하는 부하 임피던스(ZL)이다. 즉, 도 8b의 제2 스위치만이 스위칭을 하고 있고, 제1 스위치(S1)는 제1 스위치 제1 쓰로우(S1T1)을 연결하고 있다. 특정 진폭 편차(Adev)가 예상되고 진폭 편차(Adev)가 이보다 낮은 경우, 통신 오류 또는 데이터 손실의 위험이 있어서 전력 전송 프로세스(300)이 반복되는 결과로 이어질 수 있다. 또한, 진폭 편차(Adev)가 너무 높은 경우, 낮은 진폭은 전송되는 전력이 줄어든다는 것을 의미하므로, 전력이 낭비되게 된다. 양 경우 모두, 진폭(A1, A2)에 상응하는 스위치(S1, S2)의 위치가 조정되어, 평가된 편차가 예상 진폭 편차(Adev)에 근사하도록 할 수 있다. 반드시는 아니더라도 일반적으로, 스위치(S1, S2)의 설정은 전력 전송 효율을 최대화하도록 조정되어야 한다. 이는, 진폭 편차(Adev)가 감소되는 경우에, 송신 신호의 최저 진폭에 상응하는 스위치 설정은 낮은 상태의 송신 신호의 진폭이 증가되도록 조정되어야 함을 의미한다. 마찬가지로, 진폭 편차(Adev)가 증가되는 경우에, 송신 신호의 최고 진폭에 상응하는 스위치 설정은 이 상태의 송신 신호의 진폭이 증가되도록 조정되어야 함을 의미한다. 상기의 설명은 예시일 뿐이고, 진폭 편차(Adev)를 증가시키기 위해 송신 신호의 높은 상태의 진폭을 증가시키고자 하지만 이를 달성하기 위한 부하 임피던스(ZL)가 없는 경우에, 낮은 상태에 상응하는 부하 임피던스(ZL)가 변경되어야 한다.
ASK 변조를 위해 사용되는 부하 임피던스(ZL)의 변경에 관한 상기의 설명과 유사한 방법으로, FSK를 위해 사용되는 주파수가 변경될 수 있다. 주파수의 변경, 즉, 주파수 편차(fdev)는 전압 제어 발진기(Voltage Control Oscillator 또는 VCO) 또는 상응하는 회로로의 제어를 변경하여 제어된다. FSK 변조를 생성하는 이러한 회로는 전형적으로 송신 모듈(125)의 FSK 모듈(123) 등에 포함되게 된다. FSK 변조의 검출은 FSK 변조를 수행하는 장치(110, 120) 및 FSK 변조 신호를 수신하는 장치(120, 110) 모두에서 수행될 수 있다. 주파수 편차(fdev)의 검출은 정확도, 복잡도, 및 비용이 다양한 방대한 수의 방법으로 완수될 수 있다. 당업자는 FSK 변조를 검출하는 경우에 솔루션을 특정 설계 요건 등에 따라 적절히 선택할 수 있다.
또한, 주파수 편차(fdev)는 전력 전송의 효율에 영향을 미치고 특히 송신 주파수(fTX)가 바뀌는지 여부에 영향을 미치게 된다. 도 10a에는 송신 신호에 대한 송신 주파수(fTX) 대비 진폭(A)의 플롯이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 진폭(A)은 공진주파수(f0)라고 불리는 곳에서 최대값을 가진다. 공진주파수(f0)는 전력 전송이 가장 효율적인 주파수이다. 이는 최소화되는 전력 전송의 임피던스에 포함된 무효분 때문인데, 전력 전송의 임피던스는 순수하게 저항분인 것이 이상적이다. 도 10a에서, 제1 송신 주파수(fTX1)와 제2 송신 주파수(fTX2)는 각각 공진주파수(f0)의 위와 아래에 기본적으로 동일한 간격으로 떨어져 있는 것으로 도시되어 있다. 이러한 구성은 FSK 변조된 데이터의 송신 동안에 가장 효율적인 전력 전송으로 이어지게 되는 구성일 수 있다. 도 10b에서, 송신 주파수들(fTX1, fTX2)은 공진주파수(f0)의 위로 이동되어 있다. 이 결과, 평균 진폭(A)은 감소되어 전력 전송의 효율이 떨어진다.
앞서 설명한 바와 같이 송신 신호의 진폭을 평가함으로써, 공진주파수(f0)를 중심으로 송신 주파수(fTX)가 있게 하기 위하여 송신 주파수(fTX)를 올려야 하는지 또는 내려야 하는지를 판단할 수 있다. 송신 주파수(fTX1, fTX2)의 낮은 주파수의 진폭이 송신 주파수(fTX1, fTX2)의 높은 주파수보다 작은 경우, 송신 주파수(fTX)의 주파수는 올려져야 한다. 마찬가지로, 송신 주파수(fTX1, fTX2)의 낮은 주파수의 진폭이 송신 주파수(fTX1, fTX2)의 높은 주파수보다 큰 경우, 송신 주파수(fTX)의 주파수는 내려져야 한다. 이하, 도 10c를 참조하여 치(Qi) 표준과 연관된 특정 예에 대하여 설명하기로 한다. 치(Qi) 표준에는 본 개시의 송신 주파수(fTX)와 유사한 동작 주파수 및 제1 또는 제2 송신 주파수(fTX1, fTX2)와 유사한 변조 주파수가 있다. 시스템은 동작 주파수(fTX) 상에서 가장 많은 시간을 보내므로, 도 10c에 도시된 바와 같이, 이것은 최적화되고 변조 주파수(fTX1)는 약간 이동되게 된다. 앞서 설명한 바와 같이, 동작 주파수, 즉, 송신 주파수(fTX1)와 변조 주파수, 즉, 도 10c의 제1 송신 주파수 사이의 차이는 신뢰성 있는 변조 깊이를 갖기에 충분하지만 전력 전송에 영향을 미칠 정도는 아니다.
데이터 전송 동안에 전력 전송을 최적화할 수 있는 것 또는 임의의 모든 수의 송신 주파수(fTXn) 또는 변조 진폭(An)을 가진 추가적인 변조 상태를 추가하여 비트 레이트를 증가하는 것과 별개로, 이러한 추가적인 변조 상태들은 무선 전력 전송 시스템(100)의 표준 통신을 위반하지 않고 추가적인 정보를 송신하는 데 활용될 수 있다. 표준 통신은 진폭 편차(Adev)와 주파수 편차(fdev)를 공차와 함께 특정하게 된다. 변조 상태를 증가하고 변조를 통제함으로써, 표준 통신이 표준 메시지를 여전히 검출하게 되지만 변조 상태들은 표준 메시지와 병렬로 동시에 추가적인 메시지가 송신되게 하도록 추가적인 변조 상태들이 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 추가적인 변조 상태들은 편차(Adev, fdev)에 관한 표준 통신의 공차에 따라 선택되게 된다. 일부 실시예들에서, 표준 통신은 변조 상태를 판단함에 있어서 예컨대 심볼 타임(Ts) 전체의 평균 변조 상태를 확인하게 되고, 이러한 통신 유형에서, 추가적인 변조 상태들은 심볼 타임(Ts) 전체의 평균값이 표준 통신을 준수하도록 선택되게 된다. 다른 실시예에서, 표준 통신은 심볼 타임(Ts)의 한 세그먼트의 변조 상태만 확인한다. 이러한 실시예에서, 추가적인 변조 상태들은 심볼 타임(Ts)의 세그먼트 이전 및/또는 이후의 시간만을 활용한다.
이하, 전력 전송 프로세스(308) 동안에 데이터를 전송하는 방법(310)에 대하여 도 11을 참조하여 설명하기로 한다. 요약하면, 방법(310)은 시그널링 조건이 충족되는 경우에 데이터 통신 설정의 변경 가능하도록 하게 된다. 방법(310)은 도 3을 참조하여 설명한 무선 충전 프로세스(300)의 전력 전송 프로세스(308) 동안에 실행되는 것이 바람직하다. 그러나, 본 개념이 에너지의 유도 전송을 활용하는 적어도 임의의 모든 시스템에 적용될 수 있음은 당업자에게 당연하다 할 것이다.
전력 전송 프로세스(308) 동안에, 전력수신장치(110) 또는 전력송신장치(120)의 하나는 다른 장치(120, 110)로 데이터를 송신한다(311). 일반적으로, 치(Qi) 표준에서, 전력송신장치(120)로 데이터를 송신(311)하는 것은 전력수신장치(110)이지만, 본 방법(310)은 이러한 정보 방향으로만 제한되지 않는다. 데이터는 전형적으로 제1 데이터 패킷에 포함되고, 이러한 제1 데이터 패킷은 FSK 변조 또는 ASK 변조로 송신된다(311). 전형적으로, 송신(311)은 전력송신장치(120)가 제1 데이터 패킷을 송신하는(311) 경우에 FSK를 활용하여 수행되게 되고 전력수신장치(110)가 제1 데이터 패킷을 송신하는(311) 경우에 ASK를 활용하여 수행되게 된다.
제1 데이터 패킷의 송신(311) 동안에, 제1 데이터 패킷을 송신하는 장치(110, 120)는 시그널링 조건이 충족되는지 여부를 판단한다(313). 시그널링 조건은 제1 데이터 패킷의 송신(311)에 직접적 또는 간접적으로 관련된 임의의 모든 수의 조건일 수 있다. 시그널링 조건 충족 여부의 판단(313)은 제1 데이터 패킷의 송신(311) 동안에 여러 번 수행되거나 제1 데이터 패킷의 송신(311) 동안에 한 번만 수행될 수 있다.
이하, 시그널링 조건의 충족 여부를 판단하는 단계(313)에 대하여 도 12를 참조하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 시그널링 조건은, 변조 파라미터, SNR, 진폭 등과 같은, 제1 데이터 패킷을 포함하는 신호에 관한 임의의 모든 조건일 수 있다. 그 결과, 시그널링 조건의 충족 여부를 판단하는 단계(313)는 송신 신호를 평가하는 단계(315)를 포함할 수 있다. 송신 신호는 송신 신호의 품질에 관한 하나 이상의 메트릭에 대해 평가될 수 있다. 이는 송신 신호의 변경 또는 송신 신호에 관한 메트릭의 절대 변경에 관한 것일 수 있다. 이러한 변화는 신호 품질 지시자(Signal Quality Indicator 또는 SQI)로 표현될 수 있다. SQI는 도 4a 내지 도 4b를 참조하여 설명한 바와 같은 변조 정확도 메트릭의 변화, 주파수 편차의 변화, 또는 심볼 타임(TS, TFs, TAs)의 변화를 포함할 수 있다. 심볼 타임(TS, TFs, TAs)의 변화는 심볼 레이트, 즉, 비트 레이트 또는 변조 속도의 변화로 볼 수 있다. SQI는 신호 품질에 관한 임의의 모든 메트릭을 포함할 수 있고, 변조 정확도에 관한 것으로만 제한되지 않는다. SQI가 SQI 한계치보다 낮은 경우에 하나의 시그널링 조건이 충족된 것으로 묘사될 수 있다. 도 10b에 도시된 바와 같이, 하나의 시그널링 조건은 FSK 신호에 진폭 변조(Adev)가 있는 것일 수 있다. 하나의 시그널링 조건은 진폭 변조(Adev)가 진폭 한계치 초과 또는 미만인 것일 수 있다. 하나의 시그널링 조건은 SNR이 SNR 한계치 초과 또는 미만인 것일 수 있다. 상기에 설명한 시그널링 조건의 예시들과 설명하지 않은 그 외의 예시들로부터, 송신 신호의 진폭과 연관된 시그널링 조건이 많다는 것을 알 수 있고, 따라서 시그널링 조건이 충족되는지 여부를 판단(313)하는 경우에 송신 신호의 진폭을 평가(315)하는 것이 이점이 있다는 것을 알 수 있다.
다시 도 12를 참조하여, 시그널링 조건이 충족되는지 여부를 판단하는 단계(313)에 관한 하나의 선택적 특징을 설명하기로 한다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 제1 데이터 패킷의 송신(311) 동안에 동작 피드백이 수신(317)되는 경우에 시그널링 조건이 충족되는 것으로 판단(313)될 수 있다. 동작 피드백은 제2 데이터 패킷에 포함될 수 있다. 동작 피드백은 앞서 설명한 동작 파라미터들 중의 임의의 모든 파라미터를 포함할 수 있거나 시스템(100)의 사용자에 의해 제공된 피드백에 관한 것일 수 있다. 일 실시예에서, 동작 피드백은 제1 데이터 패킷을 수신하는 장치(120, 110)로부터 수신된다(317). 이는 제1 데이터 패킷이 ASK 또는 FSK 중의 하나를 사용하여 송신되고 동작 피드백이 ASK 또는 FSK 중의 다른 하나를 사용하여 동작 정보를 송신함으로써 제공될 수 있기 때문에 가능하다. 제1 데이터 패킷의 송신(311) 동안에 전송된 동작 정보를 검출하도록 제1 데이터 패킷을 송신(311)하는 장치(110, 120)를 설정함으로써, 제1 데이터 패킷을 수신하는 장치(120, 110)가 제1 데이터 패킷의 수신(311) 동안에 동작 피드백을 송수신 하는 것이 가능하다. 수신장치(120, 110)가 제1 데이터 패킷의 송신(311)에서 문제 또는 기회를 검출하는 경우, 장치(120, 110)는 이러한 문제 또는 기회를 송신장치(110, 120)에 통지할 수 있고, 송신장치(110, 120)는 이러한 문제 또는 기회에 대한 데이터 통신 설정을 업데이트할 수 있다. 여기에서 언급한 문제는, 예컨대, 판단된 SQI가 SQI 한계치 미만인 문제 등과 같은, 앞서 설명한 임의의 모든 시그널링 조건일 수 있다.
더욱 일반적으로, 수신장치(120, 110)(즉, 제1 데이터 패킷을 송신하지 않는 장치(110, 120))는 제1 데이터 패킷을 포함하는 신호의 신호 품질을 평가할 수 있다. 제1 데이터 패킷을 포함하는 신호의 평가된 품질이 한계치 신호 품질에 미달하는 경우, 수신장치(120, 110)는 FSK 또는 ASK의 두 가지 변조 유형 중의 상기 하나의 다른 하나를 사용하여 송신 주파수(fTX)에서 동작 정보를 송신하여 상기 동작 피드백을 제공할 수 있다. 평가된 신호 품질에 관하거나 평가된 신호 품질을 나타내는, SQI 형태 등과 같은, 데이터는 송신된 동작 정보에 포함될 수 있다.
도 11을 다시 참조하면, 시그널링 조건이 충족되는 것으로 판단(313)되는 경우, 제1 데이터 패킷을 송신하는 장치(110, 120)는 데이터 통신 설정을 변경(319)하게 된다. 일반적으로, 설정의 변경(319)은 충족되는 것으로 판단(313)된 시그널링 조건에 관련된 것이고, 따라서, 변경된 설정은 데이터 통신에 관한 설정이다. 데이터 통신 설정이라는 용어는 일반적인 데이터의 송수신, 특히 제1 데이터 패킷의 송신(311)에 관한 모든 유형의 설정을 포함하는 의미를 담고 있다. 설정의 변경(319)은 단일 설정 파라미터 또는 여러 설정 파라미터의 변경일 수 있다. 변경(319)할 설정 파라미터는 소정의 또는 구성 가능한 설정 파라미터일 수 있다. 설정 파라미터는 송신 신호, 즉, 제1 데이터 패킷을 포함하는 신호의 변조에 관한 설정 파라미터일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 설정 파라미터는 데이터 패킷의 구조 또는 구성에 관한 설정을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 설정 파라미터는 제1 데이터 패킷의 송신(311)이 재개되도록 한다. 일 실시예에서, 설정의 변경(319)은 소정의 또는 구성 가능한 변조 파라미터 세트의 임의의 하나의 변경이다. 설정의 변경(319)이라는 맥락의 변조 파라미터는 변조 지수, 심볼 레이트(Ts), 심볼 별 비트, 편차(Adev, fdev), 송신 주파수(fTX) 등을 포함한다. 설정의 변경(319)은 임의의 모든 방식, 특히 앞서 설명한 방식으로 완수될 수 있다. 이로 제한되지 않는 예로서, 진폭 편차(Adev)의 변경은 앞서 도 8a 내지 도 8b를 참조하여 설명한 부하 회로(115)에 의하여 완수될 수 있다. 설정 변경의 추가적인 제한되지 않는 예는 시스템(100)의 동작 지점을 이동하여 이루어질 수 있다. 동작 지점은 수신장치(110) 상의 타깃 전압 및/또는 타깃 전류 및/또는 부하 저항 및/또는 전력 송신 코일(123)의 전압 및/또는 전류 및/또는 송신장치(120) 상의 동작 주파수를 포함할 수 있다.
시그널링 조건이 충족되는지 여부를 판단하는 단계(313)와 설정을 변경하는 단계(319)는 충족되는 시그널링 조건이 어느 설정을 변경할지를 결정하게 된다는 점에서 서로 연관된다고 할 수 있다. 본 개시의 앞부분으로부터, 당업자라면 이러한 여러 연관에 대해 이해하게 되고 본 방법(310)을 수행하는 경우에 모두 적용 가능하다는 것을 이해하게 된다. 나아가, 시그널링 조건은 다중 장치 충전 환경의 경우에 통신 채널을 최적화하기 위해 송신장치(120)에 의해 사용될 수도 있다. 이러한 환경에서, 하나의 전력송신장치(120)에 의해 제공된 동일 송신 신호 상에서 동작하는 다중 전력수신장치(110)가 있을 수 있다. 전력송신장치(120)에 대한 최적의 설정은 임의의 모든 개별 전력수신장치(110)에 대한 최적의 설정과 동일하지 않을 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 변경(319)될 수 있는 서로 상이한 변조 파라미터가 많이 있다. 일부 실시예들에서, 특정 시그널링 조건은 특정 변경(319)을 하도록 하지만, 이러한 변경(319)이 충분히 및/또는 정확하게 시그널링 조건에 영향을 미치지 않게 된다. 이러한 경우에, 도 13에 도시된 바와 같이, 한 세트의 변조 파라미터가 있는 실시예가 이행될 수 있고, 여기서 변조 파라미터 세트는 반복적으로 변경된다(319). 도 13에 도시된 실시예는 설정을 변경하는 단계(319) 이후에 시그널링 조건이 충족되는지 여부를 판단하는 단계(314)를 더 포함한다. 시그널링 조건이 충족되는 것으로 여전히 판단되는(314) 경우, 또는 다른 시그널링 조건이 충족되는 것으로 판단되는(314) 경우, 설정이 다시 한번 변경된다(316). 이러한 추가적인 변경(316)은 더 이상 충족되는 시그널링 조건이 없는 것으로 판단(314)될 때까지 반복된다. 일 실시예에서, 추가적인 변경(316)은 변조 파라미터 세트를 여러 번 반복할 수 있다. 다른 실시예에서, 추가적인 변경(316)은 변조 파라미터 세트 내의 각 파라미터에 대한 변조 정확도 및/또는 전송된 전력과 같은 적절한 파라미터를 평가할 수 있다. 변조 파라미터 세트 내의 모든 파라미터에 대해 시그널링 조건이 충족되는 경우, 가장 적절한 변조 정확도 및/또는 전력 전송의 결과를 가져오는 파라미터가 선택된다.
당업자라면 설정의 변경은 한 설정 이상을 변경하는 것을 포함할 수 있고, 변조 파라미터 세트는 변조 파라미터의 여러 조합이 결과로 나올 수 있고, 변조 파라미터 세트를 반복하는 것은 이러한 조합의 모두 또는 일부를 포함할 수 있다는 것을 당연하게 이해할 것이다.
도 11 내지 도 13의 방법(310)에서 설명한 단계들은 여전히 치 사양을 준수하므로, 순조롭게 구현이 가능하고, 추가된 기능이 레거시(legacy) 시스템에 아무 영향을 끼치지 않게 된다.
도 5 및 도 6에 예시된 전력수신장치(110)와 전력송신장치(120)는 모두 앞서 설명한 방법(310)을 수행할 능력이 있다. 장치(110, 120)의 어느 장치라도 제1 패키지를 송신 또는 수신하도록 구성될 수 있다.
전형적으로, 치 사양에서, 전력수신장치(120)는 제1 패키지를 송신하는 장치가 된다. 이는 도 3에서 설명한 전력 전송 프로세스(300)의 전력 전송 단계(308)와 연관된 통신이다. 이러한 실시예에서, 제1 패키지는 전력수신장치(110)에 의해 송신된 제어 데이터일 수 있다. 제어 데이터를 포함하는 제1 패키지에 낮은 변조 정확도 및/또는 SQI 등과 같은 문제가 있는 경우, 도 11 내지 도 13을 참조하여 설명한 방법(310)은 전력수신장치(110)가 이를 시그널링 조건으로 검출하고 그 설정을 변경(319)하여 문제를 완화하거나 기회를 활용하도록 할 수 있다. 전력수신장치(110)는 변조 정확도 및/또는 SQI가 향상되도록 ASK 모듈(116)에 대한 필요한 조정 등을 수행할 수 있다. 그 결과, 전력 전송 단계(308)가 선택 단계(302)로 되돌아가지 않고 시작될 수 있어서, 전력 전송 프로세스(300)의 반복을 방지할 수 있다.
도 11 내지 도 13을 참조하여 설명한 본 발명에 따른 프로세스(310)는 프로브 장치(132)를 활용하여 확인, 증명, 정리, 및/또는 교정될 수 있다. 도 14를 참조하면, 테스트 시스템(130)이 도시되어 있다. 테스트 시스템(130)은 프로브 장치(132)와 분석 장치(134)를 포함하고, 호스트 인터페이스(136)를 선택적으로 더 포함한다. 프로브 장치(132)는 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)의 전자기장을 탐지하도록 무선 전력 전송 시스템(100) 내에 배치될 수 있다. 프로브 장치(132)는 분석 장치(134)에 포함되거나 작동적으로 연결될 수 있다. 분석 장치(134)는 호스트 장치(136)와 통신할 수 있다.
도 15를 참조하면, 테스트 시스템(130)의 구성도가 도시되어 있고, 프로브 장치(132)와 분석 장치(135)가 더 상세히 도시되어 있다. 프로브 장치(132)는 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)에 배치될 픽업 코일(133)을 포함한다. 전형적으로, 픽업 코일(133)은 무선 전력송신장치(120)의 하우징의 표면과 무선 전력수신장치(110)의 하우징의 표면 사이에, 즉, 송신 코일(127)과 수신코일(117) 사이에 배치되게 된다. 이에 따라, 픽업 코일(133)은 무선 전력 전송 프로토콜(300, 310)에 따라 무선 전력송신장치(120)와 무선 전력수신장치(110) 사이에 교환되는 전자기 신호를 캡처하여 전기 신호를 생성할 수 있게 된다. 분석 장치(134)는, 프로브 장치(132)에 포함되어 있지 않은 경우, 분석 장치(134)의 해당 분석기 인터페이스(137)를 활용하여 프로브 장치(132)의 프로브 인터페이스(134)에 연결된다. 전자기 신호는, 인터페이스(134, 137)를 통하여, 처리 장치(138)가 포함된 분석 장치(134)로 전송된다. 프로브 장치(132)는 온도 센서 등과 같은 기타 센서를 더 포함할 수 있고, 이러한 센서로부터의 센서 데이터도 인터페이스(134, 137)를 통해 처리 장치(138)에 의해 수신될 수 있다.
분석 장치(134)는 일반적으로 프로브 장치(132)로부터 수신된 데이터 및 신호를 처리 장치(138)를 활용하여 처리한다. 처리는 픽업 코일(133)에 의해 감지된 신호를 해석하여 시그널링이 도 3 및 도 11 내지 도 13을 참조하여 설명한 프로세스(300, 310) 등을 준수하는지 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다. 분석 장치(134)는 판단 결과를 출력으로 사용자 또는 선택적인 호스트 장치(136)로 제공하도록 더 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 분석 장치(134)는 프로브 장치(132)에 의해 제공된 데이터 및/또는 신호를 기록하도록 구성될 수 있다. 기록은 분석 장치(134)에 포함, 분석 장치(134)에 연결, 및/또는 사용자 및/또는 호스트 장치(136)와 통신하는 메모리 장치에 저장될 수 있다. 이러한 기록은 분석 장치(134)에 의해 분석되어 예를 들어 경향을 검출하거나 개별 이벤트를 식별하기 위해 일정 시간에 걸쳐 변조 정확도, 타이밍, 전력 등과 연관된 정확도를 판단할 수 있다.
도 16에 도시된 테스트 시스템(130)의 일 실시예에서, 분석 장치(134)는 선택적으로 생성 장치(139)를 포함한다. 생성 장치(139)는 프로브 장치(132)에 의해 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)로 주입되는 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 이러한 신호는 테스트될 프로세스(300, 310)에 관한 특정 이벤트를 촉발하도록 구성된 신호일 수 있다. 생성 장치(139)는 전력송신장치(120)와 전력수신장치(110) 사이에 송신되는 신호의 변조 품질에 영향을 미치게 되는 노이즈 또는 기타 원치 않는 방해 등과 같은 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 이러한 방해 신호는 도 11 내지 도 13의 방법(310)의 제1 패킷에 영향을 끼치도록 구성되어 시그널링 조건이 충족되게 하도록 구성될 수 있다. 본 실시예에서, 전력송신장치(120), 전력수신장치(110), 및/또는 무선 전력 전송 시스템(100)이 도 11 내지 도 13의 방법(310)을 준수하는지 여부를 확인할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 분석 장치(134)는 방법(310)이 의도된 바와 같이 수행되는지 여부의 검출에 매우 유용하고 이에 관한 출력을 제공하게 된다. 출력은 내부 또는 외부 저장 수단, 장치 사용자, 또는 호스트 장치(136)로 제공될 수 있다.
요약하면, 프로브 장치(132)는 신호를 분석 장치(134)로 제공하여 무선 전력 전송 시스템(100)이 전력 전송 단계(308)에서 동작하고 있는지 여부를 분석 장치가 판단할 수 있게 한다. 판단 결과 무선 전력 전송 시스템(100)이 전력 전송 단계(308)에서 동작하고 있는 경우, 분석 장치(134)는 전력송신장치(120)와 전력수신장치(110) 중의 하나가 제1 패킷을 송신(311)하는지 여부를 판단하도록 구성되게 된다. 분석장치(134)는 데이터 통신 설정 변경(319)이 제1 데이터 패킷을 송신하는 장치(110, 120)에 의해 수행되는 것을 검출하도록 구성되게 된다.
분석 장치(134)는 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)를 모니터링하고 시그널링 조건이 충족되는지 여부를 판단(313)하도록 선택적으로 구성될 수 있다. 분석 장치(134)는 시그널링 조건이 충족되지 않았는데도 데이터 통신 설정 변경(319)이 수행되는지 여부 등을 검출하도록 더 구성될 수 있다. 여기에 설명한 프로세스(300, 310)에서 임의의 편차 또는 위반이 검출되는 경우, 분석 장치(134)는 그러한 편차 또는 위반을 나타내는 출력을 생성할 수 있다.

Claims (20)

  1. 무선 전력 전송 시스템(100)에서 전력 전송(308) 동안에 데이터를 전송하는 방법(310)에 있어서, 상기 무선 전력 전송 시스템(100)은 송신 주파수(fTX)에서 동작하는 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)를 통해 전력을 전력수신장치(110)로 전송(308)하도록 구성된 전력송신장치(120)를 포함하고, 상기 무선 전력 전송 시스템(100)은 일방향은 주파수 편이 변조(Frequency Shift Keying 또는 FSK)를 활용하고 타방향은 진폭 편이 변조(Amplitude Shift Keying 또는 ASK)를 활용하는 반이중 방식(half duplex)으로 정보를 전달(311)하도록 구성되고:
    상기 전력송신장치(120)가 상기 송신 주파수(fTX)에서 전력을 상기 전력수신장치(110)로 전송하는 단계(308);
    상기 전송하는 단계(308) 동안에, 상기 전력송신장치(120)와 상기 전력수신장치(110) 중의 하나가 FSK와 ASK의 두 변조 유형 중의 하나를 활용하여 상기 송신 주파수(fTX)에서 제1 데이터 패킷을 상기 전력송신장치(120)와 상기 전력수신장치(110) 중의 다른 하나로 송신하는 단계(311);
    상기 송신하는 단계(311) 동안에, 상기 제1 데이터 패킷을 송신(311)하는 상기 장치(110, 120)가 상기 제1 데이터 패킷의 송신에 관한 시그널링 조건이 충족되는지 여부를 판단하는 단계(313); 및
    상기 제1 데이터 패킷의 상기 송신에 관한 상기 시그널링 조건이 충족되는 경우, 상기 제1 데이터 패킷을 송신하는 상기 장치(110, 120)의 데이터 통신 설정을 변경하는 단계(319)를 포함하는 방법(310).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력송신장치(120)는 FSK를 활용하여 정보를 송신(311)하고 ASK를 활용하여 정보를 수신(311)하도록 구성되고, 상기 전력수신장치는 ASK를 활용하여 정보를 송신(311)하고 FSK를 활용하여 정보를 수신(311)하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 방법(310).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 변경된 데이터 통신 설정은 하나 이상의 변조 지수(modulation index), 하나 이상의 심볼 레이트(symbol rate), 및 하나 이상의 심볼값 별 비트(bits per symbol values)의 적어도 하나를 포함하는 소정의 또는 설정 가능한 변조 파라미터 세트의 하나인 것을 특징으로 하는, 방법(310).
  4. 제1항 내지 제3항의 한 항에 있어서,
    상기 제1 데이터 패킷을 송신(311)하는 상기 장치(110, 120)는 전력수신장치(110)이고, 상기 변경된 데이터 통신 설정은 변조 편차 형태의 변조 지수인 것을 특징으로 하는, 방법(310).
  5. 제1항 내지 제3항의 한 항에 있어서,
    상기 제1 데이터 패킷을 송신(311)하는 상기 장치(110, 120)는 전력송신장치(120)이고, 상기 변경된 데이터 통신 설정은 송신 주파수(fTX)의 변경 및/또는 주파수 편차 형태의 변조 지수인 것을 특징으로 하는, 방법(310).
  6. 제1항 내지 제5항의 한 항에 있어서,
    시그널링 조건이 충족되는지 여부를 판단하는 단계(313)는 상기 제1 데이터 패킷을 포함하는 신호의 변조 정확도를 평가하는 단계(315)를 포함하고, 상기 평가된(315) 변조 정확도가 변조 정확도 한계치보다 낮은 경우, 상기 시그널링 조건이 충족되는 것으로 판단되는 것을 특징으로 하는, 방법(310).
  7. 제6항에 있어서,
    상기 변조 정확도를 평가하는 단계(315)는 상기 제1 데이터 패킷을 포함하는 상기 신호의 진폭을 평가하는 단계(315)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법(310).
  8. 제1항 내지 제7항의 한 항에 있어서,
    상기 변경하는 단계(319)는 상기 시그널링 조건이 충족되는 것으로 더 이상 판단되지 않거나 소정의 또는 설정 가능한 설정 세트가 평가 완료될 때까지 상기 설정을 반복적으로 변경하는 단계(319)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법(310).
  9. 제8항에 있어서,
    상기 반복적으로 변경하는 단계(319)는:
    상기 소정의 또는 설정 가능한 데이터 통신 설정 세트의 각각에 대한 신호 품질 지시자(Signal Quality Indicator 또는 SQI) 및/또는 전송된 전력을 평가하는 단계(315); 및
    상기 소정의 또는 설정 가능한 데이터 통신 설정 세트의 각각에 대해 적어도 하나의 시그널링 조건이 충족되는 경우에(313, 314), 상기 SQI 및/또는 상기 전송된 전력이 가장 높은 상기 설정으로 변경하는 단계(319, 316)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법(310).
  10. 제1항 내지 제9항의 한 항에 있어서,
    상기 제1 데이터 패킷을 수신하는 상기 장치로부터 동작 피드백(operational feedback)이 수신되는 경우(317), 상기 시그널링 조건이 충족되는 것으로 판단(313)되는 것을 특징으로 하는, 방법(310).
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 데이터 패킷을 송신하지 않는 상기 장치(110, 120)가 상기 수신하는 단계 동안에 상기 제1 데이터 패킷을 수신하는 단계;
    상기 제1 데이터 패킷을 송신하지 않는 상기 장치(110, 120)가 상기 제1 데이터 패킷을 포함하는 상기 신호의 신호 품질을 평가하는 단계;
    상기 제1 데이터 패킷을 포함하는 상기 신호의 상기 평가된 품질이 한계치 신호 품질에 미달하는 경우, 상기 제1 데이터 패킷을 송신하지 않는 상기 장치(110, 120)가 상기 FSK 및 ASK의 2가지 변조 유형의 상기 하나의 다른 하나를 활용하여 상기 송신 주파수(fTX)에서 동작 정보를 송신하는 단계를 더 포함하는, 방법(310).
  12. 무선 전력 전송 시스템(100) 내에 배치되어 송신 주파수(fTX)에서 동작하는 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)를 통해 전력을 전력송신장치(120)로부터 수신하는 전력수신장치(110)에 있어서, 상기 무선 전력 전송 시스템(100)은 일방향은 주파수 편이 변조(Frequency Shift Keying 또는 FSK)를 활용하고 타방향은 진폭 편이 변조(Amplitude Shift Keying 또는 ASK)를 활용하는 반이중 방식(half duplex)으로 정보를 전달하도록 구성되고, 상기 전력수신장치(110)는 전력 수신 회로(112)에 작동적으로 연결된 수신 컨트롤러(111)를 포함하고, 상기 전력수신장치(110)는 상기 전력 수신 회로(112)로 하여금:
    상기 송신 주파수(fTX)에서 전력을 상기 전력송신장치(120)로부터 수신;
    상기 수신 동안에, 상기 송신 주파수(fTX)에서 제1 데이터 패킷을 상기 전력송신장치(120)로 송신;
    상기 송신 동안에, 상기 제1 데이터 패킷의 상기 송신에 관한 시그널링 조건이 충족되는지 여부를 판단; 및
    상기 제1 데이터 패킷의 상기 송신에 관한 상기 시그널링 조건이 충족되는 경우, 상기 전력수신장치(110)의 데이터 통신 설정을 변경하게 유발하도록 구성된 것을 특징으로 하는,
    전력수신장치(110).
  13. 제12항에 있어서,
    제2항 내지 제11항의 한 항에 따른 상기 방법(310)에 기재된 바와 같은 상기 전력송신장치(120)의 기능을 수행하도록 더 구성된, 전력송신장치(120).
  14. 무선 전력 전송 시스템(100) 내에 배치되어 송신 주파수(fTX)에서 동작하는 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)를 통해 전력을 전력수신장치(110)로 전송하는 전력송신장치(120)에 있어서, 상기 무선 전력 전송 시스템(100)은 일방향은 주파수 편이 변조(Frequency Shift Keying 또는 FSK)를 활용하고 타방향은 진폭 편이 변조(Amplitude Shift Keying 또는 ASK)를 활용하는 반이중 방식(half duplex)으로 정보를 전달하도록 구성되고, 상기 전력송신장치(120)는 전력 송신 회로(122)에 작동적으로 연결된 송신 컨트롤러(121)를 포함하고, 상기 전력송신장치(120)는 상기 전력 송신 회로(122)로 하여금:
    상기 송신 주파수(fTX)에서 전력을 상기 전력수신장치(110)로 송신;
    상기 송신 동안에, 상기 송신 주파수(fTX)에서 제1 데이터 패킷을 상기 전력수신장치(110)로 송신;
    상기 제1 데이터의 상기 송신 동안에, 상기 제1 데이터 패킷의 상기 송신에 관한 시그널링 조건이 충족되는지 여부를 판단; 및
    상기 제1 데이터 패킷의 상기 송신에 관한 상기 시그널링 조건이 충족되는 경우, 상기 전력송신장치(120)의 데이터 통신 설정을 변경하게 유발하도록 구성된 것을 특징으로 하는,
    전력송신장치(120).
  15. 제13항에 있어서,
    제2항 내지 제11항의 한 항에 따른 상기 방법(310)에 기재된 바와 같은 상기 전력송신장치(120)의 기능을 수행하도록 더 구성된, 전력송신장치(120).
  16. 프로브(probe) 장치(132) 및 분석 장치(136)를 포함하는 테스트 시스템(130)에 있어서, 상기 프로브 장치(132)는 송신 주파수(fTX)에서 동작하는 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)를 통해 전력을 전력수신장치(110)로 전송하도록 구성된 전력송신장치(120)를 포함하는 무선 전력 전송 시스템(100) 내에 배치되고, 상기 무선 전력 전송 시스템(100)은 일방향은 주파수 편이 변조(Frequency Shift Keying 또는 FSK)를 활용하고 타방향은 진폭 편이 변조(Amplitude Shift Keying 또는 ASK)를 활용하는 반이중 방식(half duplex)으로 정보를 전달하도록 구성된 유형이고,
    상기 프로브 장치(132)는 적어도 하나의 픽업 코일(pickup coil)(133)을 포함하고 프로브 분석 장치(134)를 더 포함하거나 상기 프로브 분석 장치(134)에 작동적으로 연결되고,
    상기 프로브 장치(132)가 상기 무선 전력 전송 시스템(100) 내에 배치되는 경우에, 상기 분석 장치(134)는:
    상기 송신 주파수(fTX)에서 상기 전력송신장치(120)에 의한 상기 전력수신장치(110)로의 전력의 전송(308)을 검출;
    상기 전송(308) 동안에, FSK와 ASK의 두 변조 유형 중의 하나를 활용하여 상기 송신 주파수(fTX)에서 상기 전력송신장치(120)와 상기 전력수신장치(110) 중의 하나에 의한 상기 전력송신장치(120)와 상기 전력수신장치(110) 중의 다른 하나로의 제1 데이터 패킷의 송신(311)을 검출:
    상기 제1 데이터 패킷을 송신하는 상기 장치(110, 120)에 의한 데이터 통신 설정의 변경을 검출; 및
    상기 검출들에 관한 정보를 출력으로 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는,
    테스트 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    데이터 통신 설정의 상기 변경을 검출하기 전에, 시그널링 조건이 충족되는지 여부를 판단하도록 더 구성되고,
    상기 충족되는 시그널링 조건은:
    상기 제1 데이터 패킷을 포함하는 신호의 변조 정확도가 변조 정확도 한계치보다 낮음; 및
    상기 제1 데이터 패킷을 수신하는 상기 장치(110, 120)에 의해 상기 제1 데이터 패킷을 송신하는 상기 장치(110, 120)로 동작 피드백이 제공됨 중의 하나인 것을 특징으로 하는, 테스트 시스템(130).
  18. 제17항에 있어서,
    상기 시그널링 조건이 충족되지 않는데도 상기 설정이 변경되는지 여부를 검출하고 이에 대한 출력을 생성하도록 더 구성된, 테스트 시스템(130).
  19. 제16항 내지 제18항에 있어서,
    상기 분석 장치(134)는 상기 시그널링 조건이 충족되도록 상기 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)로 신호를 주입하게 상기 분석 장치(134)에 의해 구성 가능한 생성 장치(139)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 테스트 시스템(130).
  20. 제16항 내지 제19항에 있어서,
    상기 분석 장치(134)는 제2항 내지 제11항에 따른 상기 방법(310)의 상기 데이터 설정 변경들의 임의의 모든 변경을 검출하도록 더 구성된 것을 특징으로 하는, 테스트 시스템(130).

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