KR20220127790A - 무선 전력 전송 및 충전 시스템 - Google Patents

무선 전력 전송 및 충전 시스템 Download PDF

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무선 전력 전송 및 충전 시스템이 개시된다. 무선전력 전송 장치의 충전 상태 판단 방법은 전력 전송 단계에서 무선 전력 수신 장치로부터 주기적으로 수신되는 제어 오류 값(CEV: Control Error Value)에 기초하여 송신 전력 값을 추정하는 단계와, 상기 송신 전력 값이 기 설정된 시간 이상 변동 없이 유지되면, 정상 안정 상태(NSS: Normal Stable State)에 진입한 것으로 판단하는 단계와, 상기 NSS에 진입한 이후 수신되는 제어 오류 값에 기초하여 상기 송신 전력 값의 상승 폭을 모니터링 하는 단계 및 상기 송신 전력 값의 상승 폭이 기 설정된 임계값을 초과하면, 현재 충전 상태를 '이물질 발생 상태' 또는 '부하변동 상태'로 판정하는 단계를 포함한다.

Description

무선 전력 전송 및 충전 시스템{WIRELESS POWER TRANSMISSION AND CHARGING SYSTEM}
기술분야는 무선으로 전력을 송수신하는 무선전력 전송 시스템의 전력 제어에 관한 것이다.
무선 전력 전송 시스템은 전기 에너지를 무선으로 전송하는 무선전력 전송장치와 무선전력 전송장치로부터 전기 에너지를 수신하는 무선전력 수신장치를 포함한다. 무선 전력 전송 시스템은 로컬 컴퓨팅 환경에 적용될 수 있다.
무선 전력 전송 시스템을 이용하면, 예를 들어 휴대폰을 별도의 충전 커넥터를 연결 하지 않고 단지 휴대폰을 충전 패드에 올려놓음으로써, 휴대폰의 배터리를 충전하는 것이 가능하다.
무선으로 전기 에너지를 전달하는 방식은, 전기 에너지를 전달하는 원리에 따라 자기 유도 방식, 자기 공진 방식 및 전자기파 방식으로 구분할 수 있다.
자기 유도 방식은 송신부 코일과 수신부 코일 사이에서 전기가 유도되는 현상을 이용하여 전기 에너지를 전달하는 방식이다.
자기 공진 방식은 송신부 코일에서 공진주파수로 진동하는 자기장을 생성하여 동일한 공진주파수로 설계된 수신부 코일에 에너지가 집중적으로 전달되는 방식이다.
전자기파 방식은 송신부에서 발생된 전자기파를 수신부에서 여러 개의 렉테나를 이용하여 전자기파를 수신하여 전기 에너지로 변환하는 방식이다.
한편, 무선 전력 전송 기술은 송신부 코일과 수신부 코일의 자기 공진 결합(magnetic resonant coupling)의 형태 내지 강도에 따라 유연하게 결합된 무선 전력 전송 기술(flexibly coupled wireless power transfer technology, 이하 'flexibly coupled technology')과 단단하게 결합된 무선 전력 전송 기술(tightly coupled wireless power transfer technology, 이하 'tightly coupled technology ')으로 구분될 수 도 있다.
이때, 'flexibly coupled technology'의 경우 하나의 송신부 공진기와 다수의 수신부 공진기들 사이에 자기 공진 결합이 형성될 수 있기 때문에, 동시 다중 충전(Concurrent Multiple Charging)이 가능할 수 있다.
이때, 'tightly coupled technology '는 단지 하나의 송신부 코일과 하나의 수신부 코일 간의 전력 전송(one-to-one power transmission) 만이 가능한 기술일 수 있다.
이러한 무선 전력 전송 및 충전 시스템을 로컬 컴퓨팅 환경과 같은 무선 전력 전송 네트워크에 적용한 예로 "선행기술문헌"에 기재한 종래기술 3 및 종래기술 5가 공개되어 있다.
그러나, 종래기술 3 및 종래기술 5 역시 전력 제어에 관하여 명확한 방법을 제공하지 못하고 있다.
종래기술 1: 한국공개특허 제2014-0057503호(2014.05.13), 발명의 명칭 "무선전력 수신장치 및 그의 전력 제어 방법" 종래기술 2: 한국공개특허 제2014-0061337호(2014.05.13), 발명의 명칭 "무선전력 송신장치 및 무선전력 전송 방법"
무선전력 전송 및 충전 시스템의 제시하고, 무선전력 전송 및 충전 시스템의 개선된 구성을 제시하고자 한다.
일 실시예에 따른 무선전력 전송 장치의 충전 상태 판단 방법은, 전력 전송 단계에서 무선 전력 수신 장치로부터 주기적으로 수신되는 제어 오류 값(CEV: Control Error Value)에 기초하여 송신 전력 값을 추정하는 단계와, 상기 송신 전력 값이 기 설정된 시간 이상 변동 없이 유지되면, 정상 안정 상태(NSS: Normal Stable State)에 진입한 것으로 판단하는 단계와, 상기 NSS에 진입한 이후 수신되는 제어 오류 값에 기초하여 상기 송신 전력 값의 상승 폭을 모니터링 하는 단계 및 상기 송신 전력 값의 상승 폭이 기 설정된 임계값을 초과하면, 현재 충전 상태를 '이물질 발생 상태' 또는 '부하변동 상태'로 판정하는 단계를 포함한다.
다른 일 실시예에 따른 무선전력 전송 장치의 충전 상태 판단 방법은, 전력 전송 단계에서 무선 전력 수신 장치로부터 주기적으로 수신되는 제어 오류 값(CEV: Control Error Value)이 기 설정된 횟수 이상 기 설정된 안정화 기준값 이하로 유지되면, 정상 안정 상태(NSS: Normal Stable State)에 진입한 것으로 판단하는 단계와, 상기 NSS에 진입한 이후 수신되는 제어 오류 값의 상승 폭을 모니터링 하는 단계 및 상기 NSS에 진입한 이후 수신되는 제어 오류 값의 상승 폭이 상기 안정화 기준값을 초과하면, 현재 충전 상태를 '이물질 발생 상태' 또는 '부하변동 상태'로 판정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따른 무선전력 전송 장치는, 전력 전송 단계에서 무선 전력 수신 장치로부터 주기적으로 수신되는 제어 오류 값(CEV: Control Error Value)에 기초하여 송신 전력 값을 추정하는 송신 전력 값 추정부와, 상기 송신 전력 값이 기 설정된 시간 이상 변동 없이 유지되면, 정상 안정 상태(NSS: Normal Stable State)에 진입한 것으로 판단하는 판단부 및 상기 송신 전력 값의 상승 폭이 기 설정된 임계값을 초과하면, 현재 충전 상태를 '이물질 발생 상태' 또는 '부하변동 상태'로 판정하는 충전 상태 판정부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면 안정적이고, 효율적인 무선전력 전송 및 충전이 가능하다.
무선 전력 전송 장치에서 별도의 추가적인 구성이나 측정 없이 현재 송신 전력 값을 추정하고, 이물질 감지 상태를 판별할 수 있다.
도 1은 무선 전력 전송 시스템의 전반적인 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 상세 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 6은 도 5의 실시예에 따른 무선 전력 송신기가 인가하는 전력량의 시간 축에 대한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 8은 2개의 1차 코일을 구성하는 예를 도시한 도면이다.
도 9는 3개의 1차 코일을 구성하는 예를 도시한 도면이다.
도 10은 도 7의 실시예에 따른 무선 전력 송신기에 대한 전력 송신부의 상세 블록도이다.
도 11은 전력 송신부에 대한 1차 코일 어레이를 구성하는 예를 도시한 도면이다.
도 12는 무선 전력 송신기의 제어 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 13은 일 실시예에 따른 전력 송신부의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 도 13의 전력변환부에 포함된 인버터의 출력단과 자기 유도 송신부 및 자기 공진 송신부의 연결관계의 예를 나타내는 도면이다.
도 15는 도 13의 자기 유도 송신부 및 자기 공진 송신부의 구성 예를 나타낸다.
도 16은 일 실시예에 따른 도 11의 1차 코일 어레이를 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 무선 전력 전송 장치의 전력 전송(Power Transfer) 제어 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 구성을 나타낸다.
도 19는 일 실시예에 따른 무선전력 전송 장치의 충전 상태 판단 방법을 나타낸다.
도 20 내지 도 24는 충전 상태 판단을 위한 여러 가지 경우를 설명하기 위한 예시도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 무선 전력 전송 시스템의 전반적인 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 무선 충전 시스템은 무선 전력 송신기(100) 및 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)에 무선으로 각각 전력(1-1, 1-2, 1-n)을 송신할 수 있다. 더욱 상세하게는, 무선 전력 송신기(100)는 소정의 인증절차를 수행한 인증된 무선 전력 수신기에 대하여서만 무선으로 전력(1-1, 1-2, 1-n)을 송신할 수 있다.
무선 전력 송신기(100)는 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)와 전기적 연결을 형성할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(100)는 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)로 전자기파 형태의 무선 전력을 송신할 수 있다.
또한, 무선 전력 송신기(100)는 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)와 양방향 통신을 수행할 수 있다. 이 때, 무선 전력 송신기(100) 및 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)는 소정의 프레임으로 구성된 패킷(2-1, 2-2, 2-n)을 처리하거나 송수신할 수 있다. 상술한 프레임에 대하여서는 더욱 상세하게 후술하도록 한다. 무선 전력 수신기는 특히, 이동통신단말기, PDA, PMP, 스마트폰 등으로 구현될 수 있다.
또한, 무선 전력 송신기(100)는 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)로 무선으로 전력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(100)는 공진 방식을 통하여 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)에 전력을 전송할 수 있다. 무선 전력 송신기(100)가 공진 방식을 채택한 경우, 무선 전력 송신기(100)와 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,1110-n) 사이의 거리는 바람직하게는 30m 이하일 수 있다. 또한 무선 전력 송신기(100)가 전자기 유도 방식을 채택한 경우, 무선 전력 송신기(100)와 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n) 사이의 거리는 바람직하게는 10cm 이하일 수 있다.
또한, 무선 전력 송신기(100)는 디스플레이와 같은 표시수단을 포함할 수 있으며, 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n) 각각으로부터 수신한 메시지에 기초하여 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n) 각각의 상태를 표시할 수 있다. 아울러, 무선 전력 송신기(100)는 각각의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)가 충전이 완료되기까지 예상되는 시간을 함께 표시할 수도 있다.
또한, 무선 전력 송신기(100)는 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n) 각각에 무선 충전 기능을 디스에이블(disabled)하도록 하는 제어 신호를 송신할 수도 있다. 무선 전력 송신기(100)로부터 무선 충전 기능의 디스에이블 제어 신호를 수신한 무선 전력 수신기는 무선 충전 기능을 디스에이블할 수 있다.
무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)는 무선 전력 송신기(100)로부터 무선 전력을 수신하여 내부에 구비된 배터리의 충전을 수행할 수 있다. 또한, 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)는 무선 전력 전송을 요청하는 신호, 무선 전력 수신에 필요한 정보, 무선 전력 수신기 상태 정보 또는 무선 전력 송신기(100) 제어 정보 등을 무선 전력 송신기(100)에 송신할 수 있다. 상기의 송신 신호의 정보에 관하여서는 더욱 상세하게 후술하도록 한다.
또한, 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)는 각각의 충전상태를 나타내는 메시지를 무선 전력 송신기(100)로 송신할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 2를 참조하면, 무선 전력 송신기(200)는 전력 송신부(211), 제어부(212) 및 통신부(213)를 포함할 수 있다. 또한, 무선 전력 수신기(250)는 전력 수신부(251), 제어부(252) 및 통신부(253)를 포함할 수 있다.
전력 송신부(211)는 무선 전력 송신기(200)가 요구하는 전력을 제공할 수 있으며, 무선으로 무선 전력 수신기(250)에 전력을 제공할 수 있다. 여기서, 전력 송신부(211)는 교류 파형의 형태로 전력을 공급할 수 있고, 직류 파형의 형태로 전력을 공급하면서 이를 인버터를 이용하여 교류 파형으로 변환하여 교류 파형의 형태로 공급할 수도 있다. 전력 송신부(211)는 내장된 배터리의 형태로 구현될 수도 있으며, 또는 전력 수신 인터페이스의 형태로 구현되어 외부로부터 전력을 수신하여 다른 구성 요소에 공급하는 형태로도 구현될 수 있다. 전력 송신부(211)는 일정한 교류 파형의 전력을 제공할 수 있는 수단이라면 제한이 없다는 것은 당업자가 용이하게 이해할 것이다.
아울러, 전력 송신부(211)는 교류 파형을 전자기파 형태로 무선 전력 수신기(250)로 제공할 수 있다. 전력 송신부(211)는 추가적으로 루프 코일을 더 포함할 수 있으며, 이에 따라 소정의 전자기파를 송신 또는 수신할 수 있다. 전력 송신부(211)가 루프 코일로 구현되는 경우, 루프 코일의 인덕턴스(L)는 변경 가능할 수도 있다. 한편, 전력 송신부(211)는 전자기파를 송수신할 수 있는 수단이라면 제한이 없는 것은 당업자는 용이하게 이해할 것이다.
제어부(212)는 무선 전력 송신기(200)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 제어부(212)는 저장부(미도시)로부터 독출한 제어에 요구되는 알고리즘, 프로그램 또는 어플리케이션을 이용하여 무선 전력 송신기(200)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 제어부(212)는 CPU, 마이크로프로세서, 미니 컴퓨터와 같은 형태로 구현될 수 있다. 제어부(212)의 세부 동작과 관련하여서는 더욱 상세하게 후술하도록 한다.
통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)와 소정의 방식으로 통신을 수행할 수 있다. 통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)의 통신부(253)와 NFC(Near Field Communication), Zigbee 통신, 적외선 통신, 가시광선 통신 등을 이용하여 통신을 수행할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 의한 통신부(213)는 IEEE802.15.4 방식의 Zigbee 통신 방식을 이용하여 통신을 수행할 수 있다. 아울러, 통신부(213)는 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 알고리즘을 이용할 수 있다. 통신부(213)가 이용하는 주파수 및 채널 선택에 관한 구성은 더욱 상세하게 후술하도록 한다. 한편, 상술한 통신 방식은 단순히 예시적인 것이며, 본원 발명은 통신부(213)에서 수행하는 특정 통신 방식에 의하여 그 권리범위가 한정되지 않는다.
한편, 통신부(213)는 무선 전력 송신기(200)의 정보에 대한 신호를 송신할 수 있다. 여기에서, 통신부(213)는 신호를 유니캐스트(unicast), 멀티캐스트(multicast) 또는 브로드캐스트(broadcast)할 수 있다.
통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)로부터 전력 정보를 수신할 수 있다. 여기서 전력 정보는 무선 전력 수신기(250)의 용량, 배터리 잔량, 충전 횟수, 사용량, 배터리 용량 및 배터리 비율 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)의 충전 기능을 제어하는 충전 기능 제어 신호를 송신할 수 있다. 충전 기능 제어 신호는 특정 무선 전력 수신기(250)의 무선 전력 수신부(251)를 제어하여 충전 기능을 인에이블(enabled) 또는 디스에이블(disabled)하게 하는 제어 신호일 수 있다.
또한, 통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)뿐만 아니라, 다른 무선 전력 송신기(미도시)로부터의 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 통신부(213)는 다른 무선 전력 송신기로부터 프레임의 노티스(Notice) 신호를 수신할 수 있다.
한편, 도 2에서는 전력 송신부(211) 및 통신부(213)가 상이한 하드웨어로 구성되어 무선 전력 송신기(200)가 아웃-밴드(out-band) 형식으로 통신되는 것과 같이 도시되었지만, 이는 예시적인 것이다. 본 발명은 전력 송신부(211) 및 통신부(213)가 하나의 하드웨어로 구현되어 무선 전력 송신기(200)가 인-밴드(in-band) 형식으로 통신을 수행할 수 있다.
무선 전력 송신기(200) 및 무선 전력 수신기(250)는 각종 신호를 송수신할 수 있고, 이에 따라 무선 전력 송신기(200)가 관제하는 무선 전력 네트워크로의 무선 전력 수신기(250)의 가입과 무선 전력 송수신을 통한 충전 과정이 수행될 수 있으며, 상술한 과정은 더욱 상세하게 후술하도록 한다.
또한, 도 2에서는 무선 전력 송신기(200) 및 무선 전력 수신기(250)의 구성을 간략하게 예시하고 있으나, 도 3에서는 무선 전력 송신기(200) 및 무선 전력 수신기(250)의 상세 구성을 예시하고 있으며, 그 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 상세 블록도이다.
도 3을 참조하면, 무선 전력 송신기(200)는 전력 송신부(211), 제어부 및 통신부(212,213), 구동부(214), 증폭부(215) 및 매칭부(216)를 포함할 수 있다. 무선 전력 수신기(250)는 전력 수신부(251), 제어부 및 통신부(252,253), 정류부(254), DC/DC 컨버터부(255), 스위치부(256) 및 로드부(257)를 포함할 수 있다.
구동부(214)는 기설정된 전압 값을 가지는 직류 전력을 출력할 수 있다. 구동부(214)에서 출력되는 직류 전력의 전압 값은 제어부 및 통신부(212,213)에 의하여 제어될 수 있다.
구동부(214)로부터 출력되는 직류 전류는 증폭부(215)로 출력될 수 있다. 증폭부(215)는 기설정된 이득으로 직류 전류를 증폭할 수 있다. 아울러, 제어부 및 통신부(212,213)로부터 입력되는 신호에 기초하여 직류 전력을 교류로 변환할 수 있다. 이에 따라, 증폭부(215)는 교류 전력을 출력할 수 있다.
매칭부(216)는 임피던스 매칭(Impedance Matching)을 수행할 수 있다. 예를 들어, 매칭부(216)로부터 바라본 임피던스를 조정하여, 출력 전력이 고효율 또는 고출력이 되도록 제어할 수 있다. 매칭부(216)는 제어부 및 통신부(212,213)의 제어에 기초하여 임피던스를 조정할 수 있다. 매칭부(216)는 코일(Coil) 및 커패시터(Capacitor) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제어부 및 통신부(212,213)는 코일 및 커패시터 중 적어도 하나와의 연결 상태를 제어할 수 있고, 이에 따라 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
전력 송신부(211)는 입력된 교류 전력을 전력 수신부(251)로 송신할 수 있다. 전력 송신부(211) 및 전력 수신부(251)는 동일한 공진 주파수를 가지는 공진 회로로 구현될 수 있다. 예를 들어, 공진 주파수는 6.78MHz로 결정될 수 있다. 제어부 및 통신부(212,213)는 무선 전력 수신기(250) 측의 제어부 및 통신부(252,253)와 통신을 수행할 수 있다.
한편, 전력 수신부(251)는 전력 송신부(211)으로부터 충전 전력을 수신할 수 있다.
정류부(254)는 전력 수신부(251)에 수신되는 무선 전력을 직류 형태로 정류할 수 있고, 예를 들어, 브리지 다이오드(Bridge Diode)의 형태로 구현될 수 있다. DC/DC 컨버터부(255)는 정류된 전력을 기설정된 이득으로 컨버팅할 수 있다. 예를 들어, DC/DC 컨버터부(255)는 출력단(259)의 전압이 5V가 되도록 정류된 전력을 컨버팅할 수 있다. 한편, DC/DC 컨버터부(255)의 전단(258)에는 인가될 수 있는 전압의 최소값 및 최대값이 기 설정될 수 있다.
스위치부(256)는 DC/DC 컨버터부(255) 및 로드부(257)를 연결할 수 있다. 스위치부(256)는 제어부(252)의 제어에 따라 온(on)/오프(off) 상태를 유지할 수 있다. 로드부(257)는 스위치부(256)가 온 상태인 경우에 DC/DC 컨버터부(255)로부터 입력되는 컨버팅된 전력을 저장할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 무선 전력 송신기(400)는 전원을 인가할 수 있다(S401). 전원이 인가되면, 무선 전력 송신기(400)는 환경을 설정(configuration)할 수 있다(S402).
무선 전력 송신기(400)는 전력 절약 모드(Power Save Mode)에 진입할 수 있다(S403). 전력 절약 모드에서, 무선 전력 송신기(400)는 이종의 검출용 전력 비콘(Power Beacon)(404,405) 각각을 각각의 주기로 인가할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기(400)는 검출용 전력 비콘를 인가할 수 있고, 검출용 전력 비콘들(404,405) 각각의 전력 값의 크기는 상이할 수 있다. 검출용 전력 비콘들(404,405) 중 일부 또는 전부는 무선 전력 수신기(450)의 통신부를 구동할 수 있는 전력량과 인가 시간을 가질 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기(450)는 검출용 전력 비콘들(404,405) 중 일부 또는 전부에 의하여 통신부를 구동시켜 무선 전력 송신기(400)와 통신을 수행할 수 있다. 상기 상태를 널(Null) 상태로 명명할 수 있다.
무선 전력 송신기(400)는 무선 전력 수신기(450)의 배치에 의한 로드 변경을 검출할 수 있다. 무선 전력 송신기(400)는 저전력 모드(S409)로 진입할 수 있다. 저전력 모드는 무선 전력 송신기가 검출 전력을 주기 또는 비주기적으로 인가하는 모드일 수 있다. 한편, 무선 전력 수신기(450)는 무선 전력 송신기(400)로부터 수신된 전력에 기초하여 통신부를 구동시킬 수 있다(S409).
무선 전력 수신기(450)는 무선 전력 송신기(400)로 PTU(Power Transmitter Unit) 검색(Searching) 신호를 송신할 수 있다(S410). 무선 전력 수신기(450)는 BLE 기반의 애드버타이즈먼트(Advertisement) 신호로서, PTU 검색 신호를 송신할 수 있다. 무선 전력 수신기(450)는 PTU 검색 신호를 주기적 또는 비주기적으로 송신할 수 있고, 무선 전력 송신기(400)로부터 PRU(Power Receiver Unit) 응답(Response) 신호를 수신하거나, 또는 기 설정된 시간이 도래할 때까지 송신할 수 있다.
무선 전력 수신기(450)로부터 PTU 검색 신호가 수신되면, 무선 전력 송신기(400)는 PRU 응답 신호를 송신할 수 있다(S411). 여기에서 PRU 응답 신호는 무선 전력 송신기(400) 및 무선 전력 수신기(450) 사이의 연결(connection)을 형성(establishment)할 수 있다.
무선 전력 수신기(450)는 PRU 스테틱(static) 신호를 송신할 수 있다(S412). 여기서, PRU 스테틱 신호는 무선 전력 수신기(450)의 상태를 지시하는 신호일 수 있으며, 무선 전력 송신기(400)가 관제하는 무선 전력 네트워크에 가입을 요청할 수 있다.
무선 전력 송신기(400)는 PTU 스테틱(static) 신호를 송신할 수 있다(S413). 무선 전력 송신기(400)가 송신하는 PTU 스테틱 신호는 무선 전력 송신기(400)의 캐퍼빌리티(capability)를 지시하는 신호일 수 있다.
무선 전력 송신기(400) 및 무선 전력 수신기(450)가 PRU 스테틱 신호 및 PTU 스테틱 신호를 송수신하면, 무선 전력 수신기(450)는 PRU 다이내믹(Dynamic) 신호를 주기적으로 송신할 수 있다(S414, S415).
PRU 다이내믹 신호는 무선 전력 수신기(450)에서 측정된 적어도 하나의 파라미터 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, PRU 다이내믹 신호는 무선 전력 수신기(450)의 정류부 후단의 전압 정보를 포함할 수 있다. 무선 전력 수신기(450)의 상태를 부트(Boot) 상태라고 명명할 수 있다.
무선 전력 송신기(400)는 전력 송신 모드로 진입하고(S416), 무선 전력 송신기(400)는 무선 전력 수신기(450)가 충전을 수행하도록 하는 명령 신호인 PRU 명령(command) 신호를 송신할 수 있다(S417). 전력 송신 모드에서, 무선 전력 송신기(400)는 충전 전력을 송신할 수 있다.
무선 전력 송신기(400)가 송신하는 PRU 명령 신호는 무선 전력 수신기(450)의 충전을 인에이블/디스에이블하는 정보 및 승인(permission) 정보를 포함할 수 있다. PRU 명령 신호는 무선 전력 송신기(400)가 무선 전력 수신기(450)의 상태를 변경하도록 하는 경우에 송신하거나 또는 기 설정된 주기(예를 들어, 250ms의 주기)로 송신될 수도 있다. 무선 전력 수신기(400)는 PRU 명령 신호에 따라서 설정을 변경하고, 무선 전력 수신기(450)의 상태를 보고하기 위한 PRU 다이내믹 신호를 송신할 수 있다(S418, S419). 무선 전력 수신기(450)가 송신하는 PRU 다이내믹 신호는 전압, 전류, 무선 전력 수신기 상태 및 온도 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 무선 전력 수신기(450)의 상태를 On 상태로 명명할 수 있다.
무선 전력 수신기(450)는 PRU 명령 신호를 수신하여 충전을 수행할 수 있다.예를 들어, 무선 전력 송신기(400)는 무선 전력 수신기(450)를 충전하기에 충분한 전력을 가지는 경우 충전을 인에이블하도록 하는 PRU 명령 신호를 송신할 수 있다. 한편, PRU 명령 신호는 충전 상태가 변경될 때마다 송신될 수 있다. PRU 명령 신호는 예를 들어, 250ms 마다 송신될 수 있거나, 파라미터 변경이 있을 때 송신될 수 있다. PRU 명령 신호는 파라미터가 변경되지 않더라도 기 설정된 임계 시간(예를 들어, 1초 이내)에는 송신되어야 하도록 설정될 수도 있다.
한편, 무선 전력 수신기(450)는 에러 발생을 감지할 수 있다. 무선 전력 수신기(450)는 경고 신호를 무선 전력 송신기(400)로 송신할 수 있다(S420). 경고 신호는 PRU 다이내믹 신호로 송신되거나 또는 PRU 경고 신호로 송신할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기(450)는 표 4의 PRU 경고 정보 필드에 에러 상황을 반영하여 무선 전력 송신기(400)로 송신할 수 있다. 또는, 무선 전력 수신기(450)는 에러 상황을 지시하는 단독 경고 신호를 무선 전력 송신기(400)로 송신할 수도 있다. 무선 전력 송신기(400)는 PRU 경고 신호를 수신하면, 래치(Latch) 실패 모드로 진입할 수 있다(S422). 무선 전력 수신기(450)는 널(Null) 상태로 진입할 수 있다(S423).
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 5의 제어 방법은 도 6을 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 도 6은 도 5의 실시예에 따른 무선 전력 송신기가 인가하는 전력량의 시간 축에 대한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 무선 전력 송신기는 구동을 개시할 수 있다(S501). 아울러, 무선 전력 송신기는 초기설정을 리셋할 수 있다(S503). 무선 전력 송신기는 전력 절약 모드에 진입할 수 있다(S505). 여기서, 전력 절약 모드는 무선 전력 송신기가 전력 송신부에 전력량이 상이한 이종의 전력을 인가하는 구간일 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기는 도 6에서의 제 2 검출 전력(601, 602) 및 제 3 검출 전력(611, 612,613, 614, 615)을 전력 송신부에 인가하는 구간일 수 있다. 여기서, 무선 전력 송신기는 제 2 검출 전력(601, 602)을 제 2 주기로 주기적으로 인가할 수 있고, 제 2 검출 전력(601, 602)을 인가하는 경우에는 제 2 기간 동안 인가할 수 있다.
무선 전력 송신기는 제 3 검출 전력(611, 612, 613, 614, 615)을 제 3 주기로 주기적으로 인가할 수 있고, 제 3 검출 전력(611, 612, 613, 614, 615)을 인가하는 경우에는 제 3 기간 동안 인가할 수 있다. 한편, 제 3 검출 전력(611, 612, 613, 614, 615)의 각각의 전력 값은 상이한 것과 같이 도시되어 있지만, 제 3 검출 전력(611, 612,613, 614, 615)의 각각의 전력 값은 상이할 수도 있고, 또는 동일할 수도 있다.
무선 전력 송신기는 제 3 검출 전력(611)을 출력한 이후에 동일한 크기의 전력량을 가지는 제 3 검출 전력(612)을 출력할 수 있다. 상기와 같이 무선 전력 송신기가 동일한 크기의 제 3 검출 전력을 출력하는 경우, 제 3검출 전력의 전력량은 가장 소형의 무선 전력 수신기, 예를 들어 카테고리 1의 무선 전력 수신기를 검출할 수 있는 전력량을 가질 수 있다.
무선 전력 송신기는 제 3 검출 전력(611)을 출력한 이후에 상한 크기의 전력량을 가지는 제 3 검출 전력(612)을 출력할 수 있다. 무선 전력 송신기가 상이한 크기의 제 3 검출 전력을 출력하는 경우, 제 3 검출 전력의 전력량 각각은 카테고리 1 내지 5의 무선 전력 수신기를 검출할 수 있는 전력량일 수 있다. 예를 들어, 제 3 검출 전력(611)는 카테고리 5의 무선 전력 수신기를 검출할 수 있는 전력량을 가질 수 있고, 제 3 검출 전력(612)는 카테고리 3의 무선 전력 수신기를 검출할 수 있는 전력량을 가질 수 있으며, 제 3 검출 전력(613)는 카테고리 1의 무선 전력 수신기를 검출할 수 있는 전력량을 가질 수 있다.
한편, 제 2 검출 전력(601, 602)은 무선 전력 수신기를 구동시킬 수 있는 전력일 수 있다. 보다 상세하게는, 제2 검출 전력(601, 602)은 무선 전력 수신기의 제어부 및 통신부를 구동시킬 수 있는 전력량을 가질 수 있다.
무선 전력 송신기는 제 2 검출 전력(601, 602) 및 제 3 검출 전력(611, 612,613, 614, 615)을 전력 수신부로 각각 제 2 주기 및 제 3 주기로 인가할 수 있다. 무선 전력 송신기 상에 무선 전력 수신기가 배치되는 경우, 무선 전력 송신기의 일 지점에서 바라보는 임피던스가 변경될 수 있다. 무선 전력 송신기는 제 2 검출 전력(601, 602) 및 제 3 검출 전력(611,612,613,614,615)이 인가되는 중 임피던스 변경을 검출할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기는 제 3 검출 전력(615)을 인가하는 중, 임피던스가 변경되는 것을 검출할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 송신기는 물체를 검출할 수 있다(S507). 물체가 검출되지 않는 경우에는(S507-N), 무선 전력 송신기는 이종의 전력을 주기적으로 인가하는 전력 절약 모드를 유지할 수 있다(S505).
한편, 임피던스가 변경되어 물체가 검출되는 경우에는(S507-Y), 무선 전력 송신기는 저전력 모드로 진입할 수 있다. 여기서, 저전력 모드는 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 제어부 및 통신부를 구동시킬 수 있는 전력량을 가진 구동 전력을 인가하는 모드이다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기는 구동 전력(620)을 전력 송신부에 인가할 수 있다. 무선 전력 수신기는 구동 전력(620)을 수신하여 제어부 및 통신부를 구동할 수 있다. 무선 전력 수신기는 구동 전력(620)에 기초하여 무선 전력 송신기와 소정의 방식에 기초하여 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기는 인증에 요구되는 데이터를 송수신할 수 있고, 이에 기초하여 무선 전력 송신기가 관장하는 무선 전력 네트워크에 가입할 수 있다. 다만, 무선 전력 수신기가 아닌 이물질이 배치되는 경우에는, 데이터 송수신이 수행될 수 없다. 이에 따라, 무선 전력 송신기는 배치된 물체가 이물질인지 여부를 결정할 수 있다(S511). 예를 들어, 무선 전력 송신기는 기 설정된 시간 동안 물체로부터 응답을 수신하지 못한 경우, 물체를 이물질로 결정할 수 있다.
이물질로 결정된 경우에는(S511-Y), 무선 전력 송신기는 랫치 실패 모드로 진입할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 송신기는 도 6에서의 제 1 전력(631 내지 634)을 제 1 주기로 주기적으로 인가할 수 있다. 무선 전력 송신기는 제 1 전력을 인가하는 중에 임피던스 변경을 검출할 수 있다. 예를 들어, 이물질이 회수되는 경우에는 임피던스 변경을 검출할 수 있으며, 무선 전력 송신기는 이물질이 회수된 것으로 판단할 수 있다. 또는, 이물질이 회수되지 않는 경우에는 무선 전력 송신기는 임피던스 변경을 검출할 수 없고, 무선 전력 송신기는 이물질이 회수되지 않은 것으로 판단할 수 있다. 이물질이 회수되지 않는 경우에는, 무선 전력 송신기는 램프 및 경고음 중 적어도 하나를 출력하여 현재의 무선 전력 송신기의 상태가 에러 상태임을 사용자에게 알릴 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 송신기는 램프 및 경고음 중 적어도 하나를 출력하는 출력부를 포함할 수 있다.
이물질이 회수되지 않은 것으로 판단되는 경우(S515-N), 무선 전력 송신기는 랫치 실패 모드를 유지할 수 있다(S513). 한편, 이물질이 회수된 것으로 판단되는 경우(S515-Y), 무선 전력 송신기는 전력 절약 모드로 재진입할 수 있다(S517). 예를 들어, 무선 전력 송신기는 제 2 전력(651,652) 및 제 3 전력(661 내지 665)을 인가할 수 있다.
한편, 도 5 및 6과 관련한 경우, 무선 전력 수신기의 배치에 기인한 임피던스 변경이 크지 않은 경우에는 무선 전력 수신기 검출이 어려울 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 7을 참조하면, 무선 전력 송신기(700)는 시스템 제어부(710) 및 적어도 하나의 전력 송신부(720, 730)를 포함할 수 있고, 전력 송신부(720, 730)는 파워 변환부(721, 731)와 통신 및 제어부(723, 733)를 포함할 수 있다. 또한, 무선 전력 수신기(750)는 전력 수신부(751) 및 로드부(755)를 포함할 수 있고, 전력 수신부(751)는 파워 픽업부(752)와 통신 및 제어부(753)를 포함할 수 있다.
파워 변환부(721, 731)는 전기적 전력을 무선 전력으로 변환하고, 적어도 하나의 무선 전력 수신기(750)의 수신부(752)에 포함된 파워 픽업부(752)로 무선 전력을 전송할 수 있다. 파워 변환부(721, 731)는 무선 전력을 송신하는 자기 유도 방식의 1차 코일(Primary coil)이 포함될 수 있다.
파워 픽업부(752)는 무선 전력을 파워 변환부(721, 731)로부터 무선 전력을 수신하고, 수신된 무선 전력을 전기적 전력으로 변환할 수 있으며, 무선 전력을 수신하는 자기 유도 방식의 2차 코일(Secondary Coil)이 포함될 수 있다. 예를 들어, 파워 변환부(721, 731) 및 파워 픽업부(752)는 1차 코일과 2차 코일을 수평적 정렬 상태 및 수직적 정렬 중 적어도 하나의 상태로 유지하여 무선 전력을 송수신할 수 있다. 1차 코일은 권선(Wire-wound) 유형의 코일일 수 있고, 적어도 하나의 코일로 이루어진 코일 어레이일 수 있으며, 2차 코일과 함께 코어리스(Coreless) 공진 변압기 부분을 형성할 수 있다.
한편, 무선 전력 송신기(700)는 는 무선 전력을 전송하기 위하여 평평한 표면(Flat Surface) 형태의 인터페이스 표면(Interface Surface)(미도시)을 더 포함할 수 있다. 인터페이스 표면의 상부에는 적어도 하나의 무선 전력 수신기(750)가 놓일 수 있고, 인터페이스 표면의 하부에는 1차 코일이 구비될 수 있다. 이 때, 인터페이스 표면의 하부에 장착되는 1차 코일과 인터페이스 표면의 상부에 위치한 무선 전력 수신기(750)의 2차 코일 사이에 수직 공간(Vertical Spacing)이 작게 형성하여 1차 코일과 2차 코일 간의 유도 결합이 이루어질 수 있다. 이하, 1차 코일에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 8은 2개의 1차 코일을 구성하는 예를 도시한 도면이고, 도 9는 3개의 1차 코일을 구성하는 예를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 2개의 1차 코일은 권선 유형의 코일일 수 있고, 권선 유형의 코일은 115가닥과 0.08mm 직경으로 이루어진 리츠 와이어(Litz Wire)로 구성될 수 있다. 또한, 2개의 1차 코일은 레이스트렉(Racetrack-like) 형상일 수 있고, 단일 층으로 구성될 수 있다. 또한, 2개의 1차 코일의 파라미터는 do 및 dh를 포함할 수 있고, do는 1차 코일의 외경이고, dh는 2개의 1차 코일의 센터간의 거리일 수 있다.
도 9를 참조하면, 3개의 1차 코일은 105가닥과 0.08mm 직경으로 이루어진 리츠 와이어로 구성될 수 있다. 또한, 3개의 1차 코일은 직사각형(Rectangular) 형상일 수 있고, 단일 층으로 구성될 수 있다. 또한, 3개의 1차 코일의 파라미터는 doe 및 doo를 포함할 수 있고, doe는 1번째 1차 코일의 센터와 2번째 1차 코일의 센터간의 거리이며, doo는 1번째 1차 코일의 센터와 3번째 1차 코일의 센터간의 거리일 수 있다.
다시 도 7을 참조하면, 통신 및 제어부(723, 733)는 적어도 하나의 전력 수신부(752)와의 통신을 수행할 수 있다. 또한, 통신 및 제어부(723, 733)는 전력 수신부(752)로부터 필요한 무선 전력에 대한 요청 메시지를 수신할 수 있고, 이에 따라 통신 및 제어부(723, 733)는 전력 수신부(752)에게 요청한 무선 전력이 전송되도록 파워 변환부(721)를 제어할 수 있다.
파워 픽업부(752)는 파워 변환부(721)로부터 무선 전력을 수신할 수 있고, 로드부(755)는 수신된 무선 전력 로드하여 배터리를 충전할 수 있다. 통신 및 제어부(753)는 송신부(720, 730)와의 통신을 수행할 수 있고, 송신부로부터(720, 730) 무선 전력이 수신되도록 제어할 수 있다. 이하, 도 10을 참조하여, 전력 송신부(720, 730)의 상세한 구성을 설명하기로 한다.
도 10은 도 7의 실시예에 따른 무선 전력 송신기에 대한 전력 송신부의 상세 블록도이다.
도 10을 참조하면, 전력 송신부(720, 730)는 통신 및 제어부(721) 및 파워 변환부(723)가 포함될 수 있고, 파워 변환부(723)는 인버터(723a), 임피던스 매칭부(723b), 센싱부(723c), 멀티플렉서(723d) 및 1차 코일 어레이(723e)를 포함할 수 있다.
파워 변환부(723)에서 인버터(723a)는 직류(DC, Digital Current) 입력을 교류(AC, Analog Current) 웨이브폼으로 변환할 수 있고, 임피던스 매칭부(723b)는 공진 회로와 1차 코일 어레이(723e) 간의 연결이 되도록 매칭할 수 있다. 또한, 센싱부는 공진 회로와 1차 코일 어레이(723e) 간의 전류와 전압을 감지하여 모니터링 할 수 있고, 멀티플렉서(723d)는 전력 수신기(751)의 위치에 따라 적절한 1차 코일을 연결/비연결할 수 있다.
통신 및 제어부(721)는 전력 수신기(751)로부터 무선 전력에 대한 요청 메시지를 수신할 수 있고, 멀티플렉서(723d)를 통하여 적절한 1차 코일 어레이에 대한 연결을 제어할 수 있다. 또한, 통신 및 제어부(721)는 전력 제어 알고리즘 및 프로토콜을 실행하여 무선 전력량이 조절되도록 인버터(723a)를 제어하고, 무선 전력을 전력 수신기(751)로 전송되도록 1차 코일 어레이(723e)를 제어할 수 있다. 이하, 도 11을 참조하여 전력 송신부(720, 730)의 1차 코일 어레이(723e)를 설명하기로 한다.
도 11은 전력 송신부에 대한 1차 코일 어레이를 구성하는 예를 도시한 도면이다.
도 11에서 (a)는 1차 코일 레이어의 상부 단층을 도시한 예이고, (b)는 1차 코일 어레이의 일 측면을 도시한 예이며, (c)는 1차 코일 어레이의 상부 단층을 도시한 예이다.
1차 코일은 원형 형상 및 단일 층으로 구성될 수 있고, 1차 코일 어레이는 육각형 격자의 영역을 갖는 복수의 1차 코일 레이어들로 구성될 수 있다.
도 11을 참조하면, 1차 코일 어레이 파라미터는 do, di, dc, da, dh, t2 및 t3를 포함할 수 있다. do는 1차 코일 레이어의 외경, di는 1차 코일 레이어의 내경, dc는 1차 코일 레이어의 두께, da는 1차 코일 어레이의 두께, dh는 인접하는 1차 코일 레이어들간의 센터 거리, t2는 2번째 1차 코일 레이어 어레이의 오프셋 및 t3는 3번째 1차 코일 레이어 어레이의 오프셋으로 나타낼 수 있다.
다시 도 7을 참조하면, 시스템 제어부(710)는 적어도 하나의 무선 전력 수신기(750)와의 무선 전력 전송을 제어할 수 있다. 따라서, 무선 전력 송신기(700)는 복수의 무선 전력 수신기(미도시)에게 무선 전력을 전송할 수 있다. 이하 도 12를 참조하여 무선 전력 송신기(700)의 제어 동작을 수행하는 시스템 제어부(710)를 상세히 설명하기로 한다.
도 12는 무선 전력 송신기의 제어 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 무선 전력 송신기의 제어 동작은 선택(Selection)하는 단계, 핑(Ping)하는 단계, 식별(Identification)과 설정(Configuration)하는 단계 및 전력 전송(Power Transfer)하는 단계를 포함할 수 있다.
선택하는 단계는 무선 전력 수신기의 위치 및 제거에 대한 인터페이스 표면을 모니터링 할 수 있다. 예를 들어, 선택하는 단계는 자유위치에 존재하는 적어도 하나의 무선 전력 수신기를 발견하여 모니터링 할 수 있고, 무선 전력 수신기가 아닌 개체(예를 들어, 이물질, 열쇠 및 동전 등)를 구별할 수 있다.
또한, 무선 전력 수신기에 대한 정보가 부족한 경우, 선택하는 단계는 핑하는 단계 및 식별과 설정하는 단계를 반복적으로 수행하여 관련 정보를 선택할 수 있다. 또한, 선택하는 단계는 무선 전력 수신기에 무선 전력을 전송할 1차 코일을 선택할 수 있다. 또한, 선택하는 단계는 1차 코일을 선택하지 않는 경우 대기 모드로 전환할 수 있다.
핑하는 단계는 디지털 핑을 실행하고, 무선 전력 수신기에 대한 응답을 수신되도록 대기할 수 있다. 또한, 핑하는 단계는 무선 전력 수신기를 발견하는 경우, 디지털 핑을 연장할 수 있고, 디지털 핑의 레벨을 유지할 수 있다. 또한, 디지털 핑을 연장하지 않는 경우에 핑하는 단계는 다시 선택하는 단계로 돌아갈 수 있다.
식별과 설정하는 단계는 선택된 무선 전력 수신기를 식별하고, 무선 전력 수신기가 요청한 무선 전력량 설정 정보를 획득할 수 있다. 또한, 식별과 설정하는 단계는 연장된 디지털 핑을 종료되도록 설정할 수 있고, 다른 무선 전력 수신기를 발견하기 위해 다시 선택하는 단계로 돌아갈 수 있다.
전력 전송하는 단계는 식별된 무선 전력 수신기에게 요청한 무선 전력량을 전송할 수 있고, 제어 데이터를 기반으로 1차 코일의 전류를 조절할 수 있다. 또한, 식별된 무선 전력 수신기로 요청한 무선 전력량에 대한 전송이 완료되면, 전력 전송하는 단계는 식별된 무선 전력 수신기에 대한 무선 전력 전송을 중단할 수 있다.
도 13은 일 실시예에 따른 전력 송신부의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 13에 도시된 전력 송신부(1300)는 인버터를 포함하는 전력 변환부(1310), 자기 유도 방식으로 전력을 전송하기 위한 자기 유도 송신부(1320) 및 자기 공진 방식으로 전력을 전송하기 위한 자기 공진 송신부(1330)를 포함할 수 있다.
자기 유도 송신부(1320) 및 자기 공진 송신부(1330)는 시분할 방식으로 온/오프 되거나 동시에 온/오프 될 수 있다. 따라서, 전력 송신부(1300)는 자기 유도 방식의 무선 전력 수신 장치 및 자기 공진 방식의 무선 전력 수신 장치로 동시에 전력을 전송할 수 있다.
도 14는 도 13의 전력변환부(1300)에 포함된 인버터의 출력단과 자기 유도 송신부(1320) 및 자기 공진 송신부(1330)의 연결관계의 예를 나타내는 도면이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 전력 송신부(1300)는 제1 스위치(1410), 제2 스위치(1420) 및 제3 스위치(1430)를 제어하여 자기 유도 송신 모드, 자기 공진 송신 모드 및 하이브리드 모드로 동작할 수 있다. 이때, 하이브리드 모드는 자기 유도 방식의 전력 전송 및 자기 공진 방식의 전력 전송을 동시에 수행하는 모드일 수 있다.
무선 전력 전송 장치는 전력 송신부(1300)의 동작 모드를 결정하기 위하여, 무선 전력 수신 장치와 통신을 수행하거나 임피던스의 변화를 측정할 수 있고, 평상시 또는 무선 전력 수신 장치의 종류가 명확하지 않은 경우 하이브리드 모드로 동작할 수 도 있다.
전원부(1311)는 직류 전압을 스위치부(1315)로 인가하고, 구동부(1313)는 스위치부(1315)를 제어하여 인버터 출력단(1401)으로 교류 전압을 출력한다.
도 13의 자기 유도 송신부(1320)는 제1 커패시터(1321) 및 제1 인덕터(1323)를 포함할 수 있다.
도 13의 자기 공진 송신부(1330)는 제2 커패시터(1331) 및 제2 인덕터(1333)를 포함할 수 있다.
제1 스위치(1410)의 일단은 인버터 출력단(1401)에 연결되고 타단은 제1 커패시터(1321)에 연결될 수 있다.
제2 스위치(1420)의 일단은 인버터 출력단(1401)에 연결되고 타단은 제2 커패시터(1331)에 연결될 수 있다.
자기 유도 송신 모드에서 제1 스위치(1410)는 온 되고, 제2 스위치(1420) 및 제3 스위치(1430)는 오프 될 수 있다.
제1 자기 공진 송신 모드에서 제1 스위치(1410)는 오프 되고, 제2 스위치(1420)는 온 될 수 있다.
제2 자기 공진 송신 모드에서 제1 스위치(1410)는 온 되고, 제3 스위치(1430)는 온 될 수 있다.
이때, 전력 송신부(1300)는 제3 스위치(1430)를 온 시키는 경우 제1 스위치를 항상 온 시키고 제2 스위치(1420)를 항상 오프시킨다.
자기 공진 송신 모드에서 제3 스위치(1430)가 온 되는 경우, 제2 커패시터(1331) 및 제2 인덕터(1333)는 폐루프를 형성한다. 이때, 폐루프를 공진기라 칭할 수 있다. 제2 자기 공진 송신 모드에서 에너지는 제1 인덕터(1323)로부터 제2 인덕터로(1333) 유도 된후, 공진기를 통해 무선 전력 수신 장치로 전달 될 수 있다.
제2 자기 공진 송신 모드에서 제2 커패시터(1331) 및 제2 인덕터(1333)는 공진기로 동작하기 때문에 전체 시스템의 고유 공진 주파수에 영향을 주지 않는다. 따라서, 제2 자기 공진 송신 모드에서 에너지는 제1 자기 공진 송신 모드에 비해 높은 효율로 무선 전력 수신 장치에 전달될 수 있다. 따라서, 도 14에 도시된 제2 스위치(1320)는 제거 될 수 도 있다.
전력 송신부(1300)는 제1 스위치(1410) 및 제2 스위치(1320)를 시분할로 온/오프 시킴으로써, 하이브리드 모드로 동작할 수 있다. 또한, 전력 송신부(1300)는 제1 스위치(1410)가 항시 온 된 상태에서 제3 스위치(1430)를 시분할로 온/오프 시킴으로써, 하이브리드 모드로 동작할 수 있다.
한편, 도 14에서 제1 커패시터(1321) 및 제1 인덕터(1323)는 유도 코일의 등가회로 일 수 있고, 각각 제1 커패시턴스 및 제2 인덕턴스라 칭할 수 도 있다. 마찬가지로 제2 커패시터(1331) 및 제2 인덕터(1333)는 공진 코일의 등가 회로 일 수 있고, 각각 제2 커패시턴스 및 제2 인덕턴스라 칭할 수 도 있다.
도 15는 도 13의 자기 유도 송신부(1320) 및 자기 공진 송신부(1330)의 구성 예를 나타낸다.
도 15를 참조하면, 자기 유도 송신부(1320)는 단일 코일 또는 코일 어레이(1520)로 구성되고, 자기 공진 송신부(1330)는 코일 어레이(1520)를 감싸는 형태의 공진 코일(1530)로 구성될 수 있다.
코일 어레이(1520)는 복수의 코일 셀들(1521, 1523, 1525, 1527)을 포함할 수 있다. 물론, 코일 어레이(1520)는 도 9 또는 도 11과 같이 구성된 복수의 1차 코일들을 포함할 수 있다.
자기 유도 송신 모드에서 무선 전력 수신 장치의 요구 전력량에 따라 복수의 코일 셀들 중 일부 만 온 되거나 전부 온 될 수 도 있다.
또한, 코일 어레이(1520)가 복수의 코일 셀들로 구성되는 경우, 제2 자기 공진 송신 모드에서 무선 전력 수신 장치의 요구 전력량에 따라 복수의 코일 셀들 중 일부 만 온 되거나 전부 온 될 수 도 있다.
도 16은 일 실시예에 따른 도 11의 1차 코일 어레이를 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12에서 설명된 바와 같이, 무선 전력 전송 장치는 식별(Identification)과 설정(Configuration)하는 단계 이후, 전력 전송(Power Transfer)하는 단계로 동작할 수 있다.
이때, 전력 전송(Power Transfer)하는 단계에서 새로운 무선 전력 수신기가 등장하거나, 이물질(Foreign object)이 존재하게 되는 경우 1차 코일 어레이의 동작을 제어하는 방법이 필요하다.
도 16을 참조하면, 일 실시예에 따른 1차 코일 어레이(1600)는 복수의 1차 코일들 및 복수의 센서(1640)들로 구성될 수 있다.
이때, 센서(1640)는 압력 센서일 수 도 있고, 온도 센서일 수 도 있다. 다시 말해, 1차 코일 어레이(1600)는 복수의 압력 센서들 및 복수의 온도 센서들을 포함할 수 도 있다.
센서(1640)는 1차 코일 어레이(1600)의 복수 위치에 구비될 수 있다. 따라서, 무선 전력 전송 장치는 센서(1640)를 통해 압력 변화에 의한 특정 위치의 새로운 물체 감지 및 특정 위치의 온도 변화를 감지할 수 있다.
예를 들어, 제1 시간 구간에서 제1 무선 전력 수신 장치(1610)로 전력을 전송하는 " Power Transfer" 단계에서 새로운 무선 전력 수신 장치(1620)가 1차 코일 어레이(1600)의 특정 위치하게 되면, 해당 위치의 압력 센서의 센싱 값이 변화할 수 있다.
이때, 무선 전력 전송 장치는 " Power Transfer" 단계를 중단하고, 다시 식별(Identification)과 설정(Configuration)하는 단계로 동작할 수 있다.
한편, " Power Transfer" 단계에서 이물질(1630)이 구동되고 있는 1차 코일들 위에 또는 구동되고 있지 않는 1차 코일들 위에 위치하게 될 수 있다.
이때, 무선 전력 전송 장치는 온도 센서를 통해 특정 위치의 온도가 상승하는 것을 감지할 수 있다. 만일 기 설정된 임계치 이상 온도가 상승하게 되면, 해당 온도 센서 주변의 구동되는 1차 코일들(예를 들어, 온도 센서 주변의 4개 코일)을 오프 시켜 구동을 정지 시킬 수 도 있다.
또한, 온도 상승을 감지한 온도 센서 주변의 1차 코일들을 오프 시킨 경우에도 온도가 임계치 이하로 하강하지 않거나 상승하면, 전체 1차 코일 어레이의 동작을 일시 정지 시킬 수 도 있다. 또한, 이물질을 감지하기 위해 " Power Transfer" 단계를 중단하고, 다시 식별(Identification)과 설정(Configuration)하는 단계로 동작할 수 있다.
일 실시예에서, 온도 센서는 전체 1차 코일 어레이(1600)의 3군데 또는 4군데에만 구비될 수 있다. 3개의 온도 센서가 구비된 경우 3개의 센서에서 측정되는 온도의 차이 값을 이용하여 어느 위치의 셀에서 온도가 임계치 이상으로 상승한 것인지를 판단할 수 도 있다.
예를 들어, 제1 온도 센서, 제2 온도 센서 및 제3 온도 센서가 삼각형 형태로 배치되고, 각각의 센싱 값이 A, B, C일 때, A-B, B-C, C-A의 값 또는 이들의 절대값에 따라 기 측정된 값을 테이블로 저장해 두고, A-B가 가장 큰 값이고 A가 B보다 크고 임계값 보다 일정 값 이상 큰 값이면 A주변의 1차 코일들을 오프 시킬 수 도 있다. 또는, A가 25, B가 24.5, C가 24.6인 경우 A와 C사이의 셀들 중 B로부터 특정 거리 이상에 있는 셀들을 오프 시키도록 설정하는 것도 가능하다.
한편, 1차 코일 어레이(1600)에 포함된 각각의 1차 코일 당 전송 가능한 전력은 온도 상승, 전자파 문제 등으로 인해 제한될 수 있다. 따라서, 무선 전력 전송 장치는 무선 전력 수신 장치에 전력을 전달하기 위해, 구동 시킬 적어도 하나의 1차 코일을 결정하고, 구동 시킬 1차 코일의 최대 전송 전력량이 무선 전력 수신 장치의 요구 전력량 보다 큰 경우에만 전력 전송을 개시할 수 도 있다.
예를 들어, 무선 전력 전송 장치는 통신을 통해 무선 전력 수신 장치의 위치 및 요구 전력량 Prequest을 파악하고, 해당 위치에서 구동시킬 1차 코일들 전체의 전송 가능 전력량 Psum을 계산할 수 있다. 이때, 구동시킬 1차 코일들의 개수는 무선 전력 수신 장치 하나 당 기 설정된 수로 제한될 수 도 있다. 무선 전력 전송 장치는 Prequest 보다 Psum이 큰 경우에만 해당 1차 코일들을 온 시킬 수 있다.
도 17은 무선 전력 전송 장치의 전력 전송(Power Transfer) 제어 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
무선 전력 전송 장치의 전력 전송 제어는 PID(Proportional Integral Differential) 알고리즘을 사용하여 진행될 수 있다. 도 17에 도시된 예는 PID 알고리즘의 예를 나타낸다.
자기 유도 방식의 무선 전력 전송 시스템에서, 동작 주파수(Operating Frequency) 제어를 위한 PID 파라미터들의 예는 [표 1]과 같고, 듀티 사이클 제어를 위한 PID 파라미터들의 예는 [표 2]와 같다.
[표 1]
Figure pat00001
[표 2]
Figure pat00002
전력 전송(Power Transfer) 단계에서, 무선 전력 전송 장치는 제어 데이터를 기반으로 1차 코일의 전류를 조절할 수 있다. 이때, 1차 코일의 전류 조절은 PID 알고리즘에 기초하여 수행될 수 있다.
도 17에서, 인덱스 j = 1, 2, 3, …은 "Control Error Packet"들의 시퀀스를 나타내고, "Control Error Packet"은 전력 전송(Power Transfer) 단계에서 무선 전력 전송 장치가 무선 전력 수신 장치로부터 수신하는 메시지를 나타낸다.
무선 전력 전송 장치는 j번째(jth) Control Error Packet을 수신하면, 새로운 1차 셀 전류
Figure pat00003
를 수학식 1과 같이 계산할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00004
여기서,
Figure pat00005
는 j번째 Control Error Packet에 담긴 제어 오류 값(Control Error Value)를 나타내고,
Figure pat00006
는 전력 전송(Power Transfer) 단계에서 최초로 1차 코일에 공급된 전류를 나타낸다.
무선 전력 전송 장치는 수학식 2와 같이 새로운 1차 셀 전류와 실제 1차 셀 전류(actual Primary Cell current)의 차를 계산할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00007
여기서,
Figure pat00008
는 루프의 i-1 번째 반복에서 결정된 1차 셀 전류를 나타내고,
Figure pat00009
는 루프의 시작에서의 실제(actual) 1차 셀 전류를 나타낸다. 인덱스 i=1, 2, 3,…imax는 PID 알고리즘 루프의 반복 횟수를 나타낸다.
무선 전력 전송 장치는 수학식 3과 같이 Proportional term, Integral term 및 Derivative term을 계산할 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00010
여기서, Kp는 proportional gain이고, Ki는 integral gain이고, Kd는 derivative gain이고, tinner는 PID 알고리즘 루프의 수행에 요구되는 시간을 나타낸다.
무선 전력 전송 장치는 수학식 4와 같이 Proportional term, Integral term 및 Derivative term의 합을 계산한다.
[수학식 4]
Figure pat00011
수학식 4의 계산에 있어서, 무선 전력 전송 장치는 합인
Figure pat00012
를 제한해야만 한다.
무선 전력 전송 장치는 제어된 변수의 새로운 값를 수학식 5와 같이 계산해야 한다.
[수학식 5]
Figure pat00013
여기서,
Figure pat00014
는 제어된 변수에 의존하는 조정계수(scaling factor)이다.
제어된 변수의 새로운 값은 파워 컨버전 유닛에 전달된다. 제어된 변수의 새로운 값은 1차 코일의 전류 조절 제한 폭으로 사용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 무선 전력 전송 장치는 1차 코일 어레이에 포함된 코일 들 중, 구동되는 코일의 개수에 따라 "PID output limit"의 값을 변경할 수 있다.
예를 들어, 무선 전력 전송 장치는 구동 되는 셀 개수가 많을수록 "PID output limit"의 값을 증가시키고, 장치는 구동 되는 셀 개수가 적을수록 "PID output limit"의 값을 감소시킬 수 있다.
따라서, 셀 내의 단일 코일들 각각의 최대 출력 전력을 조절함으로써, 무선 전력 전송 장치의 보호 및 안정적인 전력 전송이 가능하다.
또한, 일 실시예에 따르면, 무선 전력 전송 장치는 전력 제어에 사용되는 전압 및 듀티 등을 구동되는 셀 개수에 따라 제한할 수 도 있다.
무선 전력 전송 장치는 1차 코일 어레이에 포함된 코일 들 중, 구동되는 코일의 개수에 따라 1차 코일 어레이에 입력되는 전력을 제한할 수 있다.
또한, 무선 전력 전송 장치는 1차 코일 어레이에 포함된 코일 들 중, 구동되는 코일의 개수에 따라 인버터의 출력 전력을 제한할 수 도 있다.
도 3 내지 도 7은 자기 공진 방식으로 전력을 전송하기 위한 방식에 대한 설명이고, 도 8 내지 도 12는 자기 유도 방식으로 전력을 전송하기 위한 방식을 나타낸다. 자기 공진 방식으로 전력을 전송하는 예는 종래기술 4에 상세하게 기술되어 있다. 그리고, 도 13내지 도 17은 하이브리드 방식을 나타낸다.
도 8 내지 도 12는 자기 유도 방식은 로컬 컴퓨팅 환경에서 메인 디바이스와는 독립적으로 마우스 패드에 적용되어 마우스 패드 위의 마우스로 전력을 전송하기 위해 사용될 수 도 있다.
도 18은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 구성을 나타낸다.
도 18을 참조하면, 무선 전력 전송 장치(1800)는 제어부(1810) 및 통신부(1820)를 포함한다. 물론, 무선 전력 전송 장치(1800)는 무선 전력 수신 장치로 전력을 전송하기 위한 전력 전송부(1830)를 더 포함할 수 있다.
제어부(1810)는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 제어부에 의해 일시적으로 구현될 수 있는 송신 전력 값 추정부(1811), 판단부(1813) 및 충전 상태 판정부(1815)를 포함할 수 있다.
송신 전력 값 추정부(1811)는 전력 전송 단계에서 무선 전력 수신 장치로부터 주기적으로 수신되는 제어 오류 값(CEV: Control Error Value)에 기초하여 송신 전력 값을 추정한다.
판단부(1813)는 송신 전력 값이 기 설정된 시간 이상 변동 없이 유지되면, 정상 안정 상태(NSS: Normal Stable State)에 진입한 것으로 판단한다.
충전 상태 판정부(1815)는 송신 전력 값의 상승 폭이 기 설정된 임계값을 초과하면, 현재 충전 상태를 '이물질 발생 상태' 또는 '부하변동 상태'로 판정한다.
충전 상태 판정부(1815)는 상기 송신 전력 값의 상승 폭이 기 설정된 임계값을 초과하여 발생한 시점으로부터 기 설정된 판정 시간 내에, 현재 송신 전력 값과 상기 NSS에 진입할 시점의 전력 값과의 차가 상기 기 설정된 임계값 이하가 되면 상기 현재 충전 상태를 '부하변동 상태'로 판정할 수 있다.
충전 상태 판정부(1815)는 상기 기 설정된 판정 시간을 초과하여 상기 송신 전력 값의 상승 폭이 기 설정된 임계값을 초과하는 상태가 유지되면, 상기 현재 충전 상태를 '이물질 발생 상태'로 판정할 수 있다.
충전 상태 판정부(1815)는 상기 NSS에 진입한 후 상기 송신 전력 값이 상승하기 시작한 제1 시점으로부터 상기 송신 전력 값의 상승 폭이 기 설정된 임계값을 초과한 제2 시점까지 걸린 트랜지션 인터벌(Transition Interval)에 기초하여 상기 현재 충전 상태를 상기 '이물질 발생 상태' 또는 '부하변동 상태'를 판정할 수 있다.
충전 상태 판정부(1815)는 상기 트랜지션 인터벌이 기준값 보다 큰 경우 상기 현재 충전 상태를 '이물질 발생 상태'로 판정할 수 있다.
도 19는 일 실시예에 따른 무선전력 전송 장치의 충전 상태 판단 방법을 나타낸다. 또한, 도 20 내지 도 24는 충전 상태 판단을 위한 여러 가지 경우를 설명하기 위한 예시도이다.
도 19를 참조하면, 1910 단계에서 무선 전력 전송 장치는 전력 전송 단계에서 무선 전력 수신 장치로부터 주기적으로 수신되는 제어 오류 값(CEV: Control Error Value)에 기초하여 송신 전력 값을 추정한다.
무선 전력 전송 시스템에서 무선 전력 전송 장치(Tx라고도 칭함)는 전력 전송 모드(Power Transfer Phase)에 진입한 후, 무선 전력 수신 장치(Rx라고도 칭함)에 전력을 전송하기 위하여 전력 제어를 수행한다.
이때, Tx는 Rx로부터 CEV(control error value)를 수신하고, 수신된 CEV를 이용하여 전력 제어를 수행할 수 있다.
Control Error Value가 수신전력과 밀접한 관계가 있는 Parameter 이므로 별도의 수신전력을 연산할 필요가 없이, CEV를 모니터링하면 송신전력을 기반으로 한 수신전력을 유추할 수 도 있다.
Tx는 PID값을 이용하여 송신전력을 추정할 수 있다. 예를 들어, 초기전력값과 PID값을 모니터링하면 현재 송신 전력을 추정할 수 있다.
다시 말해, 현재 송신 전력은 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00015
Rx의 타입에 따라서는 정상적인 전력이 전송되는 동안에 CEV가 '0'에 수렴하거나 일정 시간 동안의 CEV들의 합이 '0'에 수렴하게 된다.
따라서, Control Error Value가 정상상태가 될 때의 현재 송신전력을 정상상태에서의 송진전력으로 기억하고, 이 전력보다 더 높은 전력을 전송하는 경우 이물이 존재한다고 판정할 수 있다.
또한, Rx의 충전 레벨이 상승함에 따라 Rx의 요구 전력은 감소할 수 있다. 따라서, 정상상태에서의 송신전력보다 더 낮은 전력을 전송하는 경우는 이물이 존재한다고 판정하지 않는다.
도 20에서 CEV0, CEV1, CEV2, CEV3, CEV4, CEV5는 각각 Rx에서 CEV가 수신되는 시점 및 각 시점에서의 CEV 값을 나타낸다.
1920 단계에서 무선 전력 전송 장치는 송신 전력 값이 기 설정된 시간 이상 변동 없이 유지되면, 도 20 내지 도 24에 도시된 정상 안정 상태(NSS: Normal Stable State)에 진입한 것으로 판단한다.
1930 단계에서 무선 전력 전송 장치는 상기 NSS에 진입한 이후 수신되는 제어 오류 값에 기초하여 상기 송신 전력 값의 상승 폭을 모니터링 한다.
예를 들어, Tx는 도 21에 도시된 시점 CEV3와 시점 CEV4사이에서 NSS에 진입한 것으로 판단한 후, 이후 수신된 CEV4를 기초로 PID값을 연산하여 현재 송신 전력 값을 추정할 수 있다. 만일 CEV4와 CEV 5 시점 사이에 이물질(FO)이 충전 영역에 진입한 경우, CEV5 시점에서 측정되는 현재 송신 전력은 상승한 상태로 나타난다.
1940 단계에서 무선 전력 전송 장치는 상기 송신 전력 값의 상승 폭이 기 설정된 임계값을 초과하면, 현재 충전 상태를 '이물질 발생 상태' 또는 '부하변동 상태'로 판정한다.
예를 들어, 도 21에서 시점 CEV5에서 측정된 현재 송신 전력(Present Stable State Power)에서 정상 상태에서의 전력 값(Normal Stable State Power)을 뺀 값이 기 설정된 임계값 보다 크면 이물질이 발생한 상태로 판정될 수 있다.
한편, Rx측의 전력 사용이 갑자기 증가하여 부하 변동이 발생하는 경우에도 현재 송신 전력의 상승폭이 임계값을 넘게 되는 경우가 발생할 수 도 있다.
예를 들어, 도 22에 도시된 바와 같이 CEV 4 시점과 CEV 5 시점 사이에 Rx의 부하변동이 발생할 수 있다. 이때, Rx는 CEV 값을 증가 시켜 Tx에 더 높은 전력을 요구할 수 있다.
충전 중인 상태에서의 부하 변동은 지속시간이 짧은 것이 대부분이므로, 일정시간 이후 Present Stable State Power가 Normal Stable State Power와 동일한가를 판정하면 FO와 부하변동 구별이 가능하다.
예를 들어, 도 23에 도시된 바와 같이 부하변동의 경우에는 CEV5 시점에서 현재 송신 전력이 임계값 이상으로 상승한 후, 일정 시간이 지나면 다시 NSS 상태로 되돌아 올 수 있다. 다시 말해, 도 23의 예에서는 CEV15 시점 이후에는 다시 NSS 상태로 판정될 수 있다.
따라서, Tx는 송신 전력 값의 상승 폭이 기 설정된 임계값을 초과하여 발생한 시점(도 23의 CEV5 또는 CEV6 시점)으로부터 기 설정된 판정 시간 내에(예를 들어 CEV interval 10개 이내), 현재 송신 전력 값과 상기 NSS에 진입할 시점의 전력 값과의 차가 상기 기 설정된 임계값 이하가 되면 상기 현재 충전 상태를 '부하변동 상태'로 판정할 수 있다.
한편, 이물질이 전력을 흡수하는 경우(예를 들어, 금속 등) 부하 변동으로 인한 송신 전력의 상승과 이물질에 의한 송신 전력의 상승은 시간적으로 더 오래 걸릴 수 도 있다.
예를 들어 도 24의 (A)는 부하변동으로 인해 송신 전력이 상승하는 송신 전력 곡선을 나타내고, (B)는 이물질 발생으로 인해 송신 전력이 상승하는 송신 전력 곡선을 나타낸다.
도 24에 도시된 바와 같이 부하 변동으로 인한 송신 전력 상승의 Transition Interval은 이물질 발생으로 인한 Transition Interval보다 짧게 된다. 따라서, Transition Interval의 길이를 통해 부하 변동 상태와 이물질 발생 상태를 구별할 수 도 있다.
앞서 설명한 바와 같이, Rx의 타입에 따라서는 정상적인 전력이 전송되는 동안에 CEV가 '0'에 수렴하거나 일정 시간 동안의 CEV들의 합이 '0'에 수렴할 수 있다.
따라서, 전력 전송 단계에서 무선 전력 수신 장치로부터 주기적으로 수신되는 제어 오류 값만을 모니터링함으로써, 부하변동 상태와 이물질 발생 상태를 추정하는 것도 가능하다.
정상 안정 상태에서 수신되는 제어 오류 값은 '0' 또는 '0'에 매우 근접한 값일 수 있다. 따라서, 안정화 기준값을 '0' 보다 약간 큰 수(예를 들어, 0.1 등)로 설정하면, 전력 전송 단계에서 무선 전력 수신 장치로부터 주기적으로 수신되는 제어 오류 값이 기 설정된 횟수 이상 기 설정된 안정화 기준값 이하로 유지되면, 정상 안정 상태(NSS: Normal Stable State)에 진입한 것으로 판단할 수 있다.
이때, 상기 NSS에 진입한 이후 수신되는 제어 오류 값의 상승 폭을 모니터링하고, 상기 NSS에 진입한 이후 수신되는 제어 오류 값의 상승 폭이 상기 안정화 기준값을 초과하면, 현재 충전 상태를 '이물질 발생 상태' 또는 '부하변동 상태'로 판정할 수 있다.
이때, 도 19의 1940단계와 유사하게, 상기 제어 오류 값의 상승 폭이 상기 안정화 기준값을 초과한 이후 기 설정된 판정 횟수 내에 상기 안정화 기준값 이하인 제어 오류 값이 수신되면, 상기 현재 충전 상태를 '부하변동 상태'로 판정할 수 있다.
또한, 상기 판정 횟수를 초과하여 상기 안정화 기준값을 초과하는 제어 오류 값이 수신되면, 상기 현재 충전 상태를 '이물질 발생 상태'로 판정할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (13)

  1. 전력 전송 단계에서 무선 전력 송신 장치가 무선 전력 수신 장치로부터 주기적으로 수신하는 메시지인 제어 에러 패킷(Control Error Packet)에 담긴 제어 오류 값(CEV: Control Error Value)에 기초하여 송신 전력 값을 추정하는 단계;
    상기 송신 전력 값이 기 설정된 시간 이상 변동 없이 유지되면, 정상 안정 상태(NSS: Normal Stable State)에 진입한 것으로 판단하는 단계;
    상기 NSS에 진입한 이후 수신되는 제어 오류 값에 기초하여 상기 송신 전력 값의 상승 폭을 모니터링 하는 단계; 및
    상기 송신 전력 값의 상승 폭이 기 설정된 임계값을 초과하면, 현재 충전 상태를 '이물질 발생 상태' 또는 '부하변동 상태'로 판정하는 단계를 포함하는
    무선전력 전송 장치의 충전 상태 판단 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 판정하는 단계는,
    상기 송신 전력 값의 상승 폭이 기 설정된 임계값을 초과하여 발생한 시점으로부터 기 설정된 판정 시간 내에, 현재 송신 전력 값과 상기 NSS에 진입할 시점의 전력 값과의 차가 상기 기 설정된 임계값 이하가 되면 상기 현재 충전 상태를 '부하변동 상태'로 판정하는
    무선전력 전송 장치의 충전 상태 판단 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 판정하는 단계는,
    상기 기 설정된 판정 시간을 초과하여 상기 송신 전력 값의 상승 폭이 기 설정된 임계값을 초과하는 상태가 유지되면, 상기 현재 충전 상태를 '이물질 발생 상태'로 판정하는
    무선전력 전송 장치의 충전 상태 판단 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 판정하는 단계는,
    상기 NSS에 진입한 후 상기 송신 전력 값이 상승하기 시작한 제1 시점으로부터 상기 송신 전력 값의 상승 폭이 기 설정된 임계값을 초과한 제2 시점까지 걸린 트랜지션 인터벌(Transition Interval)에 기초하여 상기 현재 충전 상태를 상기 '이물질 발생 상태' 또는 '부하변동 상태'를 판정하는
    무선전력 전송 장치의 충전 상태 판단 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 판정하는 단계는 상기 트랜지션 인터벌이 기준값 보다 큰 경우 상기 현재 충전 상태를 '이물질 발생 상태'로 판정하는
    무선전력 전송 장치의 충전 상태 판단 방법.
  6. 전력 전송 단계에서 무선 전력 송신 장치가 무선 전력 수신 장치로부터 주기적으로 수신하는 메시지인 제어 에러 패킷(Control Error Packet)에 담긴 제어 오류 값(CEV: Control Error Value)이 기 설정된 횟수 이상 기 설정된 안정화 기준값 이하로 유지되면, 정상 안정 상태(NSS: Normal Stable State)에 진입한 것으로 판단하는 단계;
    상기 NSS에 진입한 이후 수신되는 제어 오류 값의 상승 폭을 모니터링 하는 단계; 및
    상기 NSS에 진입한 이후 수신되는 제어 오류 값의 상승 폭이 상기 안정화 기준값을 초과하면, 현재 충전 상태를 '이물질 발생 상태' 또는 '부하변동 상태'로 판정하는 단계를 포함하는
    무선전력 전송 장치의 충전 상태 판단 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 판정하는 단계는,
    상기 제어 오류 값의 상승 폭이 상기 안정화 기준값을 초과한 이후 기 설정된 판정 횟수 내에 상기 안정화 기준값 이하인 제어 오류 값이 수신되면, 상기 현재 충전 상태를 '부하변동 상태'로 판정하는
    무선전력 전송 장치의 충전 상태 판단 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 판정하는 단계는,
    상기 제어 오류 값의 상승 폭이 상기 안정화 기준값을 초과한 이후 기 설정된 판정 횟수를 초과하여 상기 안정화 기준값을 초과하는 제어 오류 값이 수신되면, 상기 현재 충전 상태를 '이물질 발생 상태'로 판정하는
    무선전력 전송 장치의 충전 상태 판단 방법.
  9. 무선 전력 수신장치와 통신을 수행하는 통신부 및 제어부를 포함하는 무선 전력 전송 장치에 있어서, 상기 제어부는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 제어부에 의해 일시적으로 구현되는:
    전력 전송 단계에서 무선 전력 송신 장치가 무선 전력 수신 장치로부터 주기적으로 수신하는 메시지인 제어 에러 패킷(Control Error Packet)에 담긴 제어 오류 값(CEV: Control Error Value)에 기초하여 송신 전력 값을 추정하는 송신 전력 값 추정부;
    상기 송신 전력 값이 기 설정된 시간 이상 변동 없이 유지되면, 정상 안정 상태(NSS: Normal Stable State)에 진입한 것으로 판단하는 판단부; 및
    상기 NSS에 진입한 이후 수신되는 제어 오류 값에 기초하여 송신 전력 값의 상승 폭을 모니터링하고, 상기 송신 전력 값의 상승 폭이 기 설정된 임계값을 초과하면, 현재 충전 상태를 '이물질 발생 상태' 또는 '부하변동 상태'로 판정하는 충전 상태 판정부를 포함하는
    무선전력 전송 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 충전 상태 판정부는
    상기 송신 전력 값의 상승 폭이 기 설정된 임계값을 초과하여 발생한 시점으로부터 기 설정된 판정 시간 내에, 현재 송신 전력 값과 상기 NSS에 진입할 시점의 전력 값과의 차가 상기 기 설정된 임계값 이하가 되면 상기 현재 충전 상태를 '부하변동 상태'로 판정하는
    무선 전력 전송 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 충전 상태 판정부는,
    상기 기 설정된 판정 시간을 초과하여 상기 송신 전력 값의 상승 폭이 기 설정된 임계값을 초과하는 상태가 유지되면, 상기 현재 충전 상태를 '이물질 발생 상태'로 판정하는
    무선 전력 전송 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 충전 상태 판정부는,
    상기 NSS에 진입한 후 상기 송신 전력 값이 상승하기 시작한 제1 시점으로부터 상기 송신 전력 값의 상승 폭이 기 설정된 임계값을 초과한 제2 시점까지 걸린 트랜지션 인터벌(Transition Interval)에 기초하여 상기 현재 충전 상태를 상기 '이물질 발생 상태' 또는 '부하변동 상태'를 판정하는
    무선 전력 전송 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 충전 상태 판정부는,
    상기 트랜지션 인터벌이 기준값 보다 큰 경우 상기 현재 충전 상태를 '이물질 발생 상태'로 판정하는
    무선 전력 전송 장치.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190011077A (ko) * 2017-07-24 2019-02-01 엘지이노텍 주식회사 무선 충전 시 거짓 충전 상태를 감지하여 충전 과정을 제어하는 방법 및 장치
US11355971B2 (en) 2018-10-23 2022-06-07 Lg Electronics Inc. Method and device for transmitting data in wireless power transmission system
KR20240064101A (ko) * 2022-11-04 2024-05-13 삼성전자주식회사 무선 전력 수신 장치 및 그 동작 방법

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140008975A (ko) * 2012-07-12 2014-01-22 삼성전자주식회사 무선 전력 송신기, 무선 전력 수신기 및 각각의 제어 방법
KR20140057503A (ko) 2014-03-21 2014-05-13 엘지이노텍 주식회사 무선전력 수신장치 및 그의 전력 제어 방법
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KR20140110500A (ko) * 2013-03-08 2014-09-17 삼성전자주식회사 무선 전력 송신기 및 그 제어 방법
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KR20140131230A (ko) * 2013-05-03 2014-11-12 삼성전자주식회사 무선 전력 수신기에서 비정상 상태를 제어하기 위한 방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102000987B1 (ko) * 2011-05-17 2019-07-17 삼성전자주식회사 다중 무선 전력 전송을 수행하기 위한 전력 송수신 장치 및 방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140008975A (ko) * 2012-07-12 2014-01-22 삼성전자주식회사 무선 전력 송신기, 무선 전력 수신기 및 각각의 제어 방법
KR20140110500A (ko) * 2013-03-08 2014-09-17 삼성전자주식회사 무선 전력 송신기 및 그 제어 방법
KR20140115898A (ko) * 2013-03-22 2014-10-01 삼성전자주식회사 무선 전력 송신기, 무선 전력 수신기 및 각각의 제어 방법
KR20140131230A (ko) * 2013-05-03 2014-11-12 삼성전자주식회사 무선 전력 수신기에서 비정상 상태를 제어하기 위한 방법
KR20140057503A (ko) 2014-03-21 2014-05-13 엘지이노텍 주식회사 무선전력 수신장치 및 그의 전력 제어 방법
KR20140061337A (ko) 2014-04-09 2014-05-21 엘지이노텍 주식회사 무선전력 송신장치 및 무선전력 전송 방법

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