KR20220161204A - 무선 전력 전송 시스템을 위한 이물질 검출 장치 및 방법 - Google Patents

무선 전력 전송 시스템을 위한 이물질 검출 장치 및 방법 Download PDF

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쯔준 루오
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누볼타 테크놀로지스 (헤페이) 씨오 엘티디
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Abstract

방법은 무선 전력 전송 시스템의 메인 코일을 통해 전력을 무선으로 전송하는 단계 - 여기서 상기 메인 코일은 메인 공진 커패시터와 직렬로 연결되고, 상기 메인 코일과 상기 메인 공진 커패시터는 제1 공진 주파수를 갖는 메인 공진 탱크를 형성 -, 보조 코일 및 보조 공진 커패시터를 포함하는 보조 공진 탱크에 전압 스텝을 포함하는 여자를 인가하는 단계 - 상기 보조 공진 탱크는 제1 공진 주파수와 다른 제2 공진 주파수를 가짐 -, 상기 보조 공진 탱크로부터 획득된 감쇠된 정현파 파형으로부터 유도된 복수의 파라미터에 기초하여 상기 무선 전력 전송 시스템의 양호도를 계산하는 단계, 및 상기 양호도에 기초하여 상기 무선 전력 전송 시스템에 이물질이 자기적으로 결합되어 있는지 여부를 판단하는 단계를 포함한다.

Description

무선 전력 전송 시스템을 위한 이물질 검출 장치 및 방법{Foreign Object Detection Apparatus and Method for Wireless Power Transfer System}
본 발명은 이물질 검출 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 실시예는 무선 전력 전송 시스템을 위한 이물질 검출 장치에 관한 것이다.
기술이 발전함에 따라 무선 전력 전송은 휴대 전화, 태블릿 PC, 디지털 카메라, MP3 플레이어 등과 같은 배터리 기반 모바일 장치에 전원을 공급하거나 충전하기 위한 효율적이고 편리한 메커니즘으로 부상했다. 무선 전력 전송 시스템은 일반적으로 일차측 송신기 및 이차측 수신기를 포함한다. 일차측 송신기는 자기 결합을 통해 이차측 수신기에 자기적으로 결합된다. 상기 자기 결합은 일차측 송신기에 형성된 일차측 코일 및 이차측 수신기에 형성된 이차측 코일을 갖는 느슨하게 결합된 변압기로서 구현될 수 있다.
일차측 송신기는 전력 변환기의 일차측과 같은 전력 변환 유닛을 포함할 수 있다. 상기 전력 변환부는 전원에 연결되고 전력을 무선 전력 신호로 변환할 수 있다. 이차측 수신기는 느슨하게 결합된 변압기를 통해 무선 전력 신호를 수신하고 수신된 무선 전력 신호를 부하에 적합한 전력으로 변환할 수 있다.
무선 전력 전송 시스템에서, 에너지 전달은 일차측 송신기와 이차측 수신기 사이에서 일어나도록 의도된다. 일차측 송신기와 이차측 수신기 사이에 또는 인접하여 배치된 이물질은 불필요한 전력 소모를 유발하여 무선 전력 전송 시스템에서 전력 전달 효율을 저하시킬 수 있다. 전력 전달 효율이 더욱 중요해짐에 따라, 다양한 작동 조건 하에서 빠르고 정확한 솔루션을 제공할 수 있는 간단하고 신뢰할 수 있는 이물질 검출 장치 및 방법을 갖는 것이 바람직할 것이다
무선 전력 전송 시스템을 위한 이물질 검출 장치를 제공하는 본 발명의 바람직한 실시예에 의해, 이러한 문제 및 기타 문제가 일반적으로 해결되거나 우회되고, 기술적 이점이 일반적으로 달성된다.
일 실시예에 따르면, 방법은 무선 전력 전송 시스템의 메인 코일을 통해 전력을 무선으로 전송하는 단계 - 여기서 상기 메인 코일은 메인 공진 커패시터와 직렬로 연결되고, 상기 메인 코일과 상기 메인 공진 커패시터는 제1 공진 주파수를 갖는 메인 공진 탱크를 형성 -, 보조 코일 및 보조 공진 커패시터를 포함하는 보조 공진 탱크에 전압 스텝을 포함하는 여자를 인가하는 단계 - 상기 보조 공진 탱크는 제1 공진 주파수와 다른 제2 공진 주파수를 가짐 -, 상기 보조 공진 탱크로부터 획득된 감쇠된 정현파 파형으로부터 유도된 복수의 파라미터에 기초하여 상기 무선 전력 전송 시스템의 양호도(quality factor)를 계산하는 단계, 및 상기 양호도에 기초하여 상기 무선 전력 전송 시스템에 이물질이 자기적으로 결합되어 있는지 여부를 판단하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 방법은 무선 전력 전송 시스템에서 메인 코일을 통해 전력을 무선으로 전송하는 단계 - 메인 코일은 메인 공진 커패시터와 직렬로 연결되고, 상기 메인 코일과 상기 메인 공진 커패시터는 제1 공진 주파수를 갖는 메인 공진 탱크를 형성 -, 상기 메인 코일을 통해 무선으로 전력을 전달하는 과정에서, 상기 무선 전력 전달 시스템에서 전력 손실을 계산하는 단계, 상기 메인 코일을 통해 무선으로 전력을 전달하는 과정에서, 보조 코일과 보조 공진 커패시터를 포함하는 보조 공진 탱크에 전압 스텝을 포함하는 여자를 인가하는 단계 - 상기 보조 공진 탱크는 제1 공진 주파수와 다른 제2 공진 주파수를 가짐 -, 상기 보조 공진 탱크로부터 획득된 감쇠된 정현파 파형으로부터 유도된 복수의 파라미터에 기초하여 상기 무선 전력 전송 시스템의 양호도를 계산하는 단계, 및 상기 양호도 및 상기 전력 손실에 기초하여 상기 무선 전력 전송 시스템에 이물질이 자기적으로 결합되어 있는지 여부를 판단하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 장치는 무선 전력 전송 시스템의 메인 공진 탱크에 결합된 전력 변환 장치 - 상기 메인 공진 탱크는 직렬로 연결된 메인 공진 커패시터 및 메인 코일을 포함 -, 상기 무선 전력 전송 시스템의 보조 공진 탱크에 연결된 여자 주입 회로 - 상기 보조 공진 탱크는 보조 공진 커패시터 및 직렬 연결된 보조 코일을 포함 -, 상기 무선 전력 전송 시스템의 양호도 및 전력 손실에 기초하여 상기 무선 전력 전송 시스템에 이물질이 자기적으로 결합되었는지 여부를 판단하는 컨트롤러를 포함한다.
전술한 내용은 뒤따르는 개시내용의 상세한 설명이 더 잘 이해될 수 있도록 본 개시내용의 특징 및 기술적 이점을 다소 광범위하게 요약하였다. 본 발명의 청구범위의 주제를 형성하는 본 발명의 추가적인 특징 및 이점이 이하에서 설명될 것이다. 개시된 개념 및 특정 실시예는 본 개시의 동일한 목적을 수행하기 위한 다른 구조 또는 프로세스를 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 용이하게 활용될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해되어야 한다. 또한, 그러한 등가 구성은 첨부된 청구범위에 기재된 개시내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않는다는 것이 당업자에 의해 인식되어야 한다.
본 개시내용 및 이의 이점에 대한 보다 완전한 이해를 위해, 이제 첨부 도면과 함께 취해진 다음 설명을 참조한다.
도 1은 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 블록도를 예시한다.
도 2는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 도 1에 도시된 무선 전력 전송 시스템의 개략도를 도시한다.
도 3은 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 도 2에 도시된 메인 코일 및 보조 코일의 배열을 예시한다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시예에 따라 도 1에 도시된 무선 전력 전송 시스템의 보조 공진 탱크에 여자를 인가하기 위한 장치를 도시한다.
도 5는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 보조 공진 탱크에 여자를 인가하기 위한 장치의 개략도를 예시한다.
도 6은 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 공진 감쇠 포락선을 갖는 신호를 예시한다. 그리고
도 7은 본 개시내용의 다양한 실시예에 따라 이물질을 검출하기 위해 무선 전력 전송 시스템의 양호도를 사용하는 흐름도를 예시한다.
다른 도면에서 대응하는 숫자 및 기호는 일반적으로 달리 지시되지 않는 한 대응하는 부분을 지칭한다. 도면은 다양한 실시예의 관련 양태를 명확하게 예시하기 위해 그려지며 반드시 일정한 비율로 그려지는 것은 아니다.
현재 바람직한 실시예의 제조 및 사용은 아래에서 상세히 논의된다. 그러나, 본 개시는 매우 다양한 특정 맥락에서 구현될 수 있는 많은 적용 가능한 발명 개념을 제공한다는 것을 이해해야 한다. 논의된 특정 실시예는 단지 본 개시를 만들고 사용하는 특정한 방법의 예시일 뿐이며, 본 개시의 범위를 제한하지 않는다.
본 개시는 특정 맥락, 즉 무선 전력 전송 시스템을 위한 이물질 검출 장치에서 바람직한 실시예와 관련하여 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 다양한 전력 시스템에도 적용될 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 블록도를 예시한다. 무선 전력 전송 시스템(100)은 전력 변환기(104) 및 입력 전원(102)과 부하(114) 사이에 캐스케이드 연결된 무선 전력 전송 장치(101)를 포함한다. 무선 전력 전송 장치(101)는 송신기(110) 및 수신기(120)를 포함한다. 도 1에서, 송신기(110)는 송신기 회로(107) 및 캐스케이드로 연결된 송신기 코일(L1)을 포함한다. 송신기 회로(107)의 입력은 전력 변환기(104)의 출력에 결합된다. 수신기(120)는 캐스케이드로 연결된 수신기 코일(L2) 및 정류기(112)를 포함한다. 정류기(112)의 출력은 부하(114)에 연결된다.
송신기(110)는 수신기(120)가 송신기(110) 근처에 배치될 때 자기장을 통해 수신기(120)에 자기적으로 결합된다. 느슨하게(loosely) 결합된 변압기(115)는 송신기(110)의 일부인 송신기 코일(L1)과 수신기(120)의 일부인 수신기 코일(L2)에 의해 형성된다. 그 결과, 전력이 송신기(110)로부터 수신기(120)로 전달될 수 있다.
일부 실시예에서, 송신기(110)는 충전 패드 내부에 있을 수 있다. 송신기 코일은 충전 패드의 윗면 아래에 있다. 수신기(120)는 휴대폰에 내장될 수 있다. 휴대폰을 충전 패드 근처에 놓으면, 송신기 코일과 수신기 코일 사이에 자기 결합이 설정될 수 있다. 즉, 송신기 코일과 수신기 코일은 느슨하게 결합된 변압기를 형성하여 송신기(110)와 수신기(120) 사이에 전력 전달이 발생한다. 송신기 코일(L1)과 수신기 코일(L2) 사이의 결합 강도는 결합 계수 k에 의해 정량화된다. 일부 실시양태에서, k는 약 0.05 내지 약 0.9의 범위이다.
일부 실시예에서, 송신기 코일(L1)과 수신기 코일(L2) 사이에 자기 결합이 설정된 후, 송신기(110) 및 수신기(120)는 전력이 입력 전원(102)으로부터 부하 (114)에 무선으로 전달되는 전력 시스템을 형성할 수 있다.
입력 전원(102)은 유틸리티 라인 전압을 직류(dc) 전압으로 변환하는 전원 어댑터일 수 있다. 대안적으로, 입력 전원(102)은 태양광 패널 어레이와 같은 재생 가능한 전원일 수 있다. 또한, 입력 전원(102)은 재충전 가능한 배터리, 연료 전지 등과 같은 에너지 저장 장치일 수 있다.
부하(114)는 수신기(120)에 결합된 모바일 장치(예를 들어, 이동 전화)에 의해 소비된 전력을 나타낸다. 대안적으로, 부하(114)는 재충전 가능한 배터리 및/또는 직렬/병렬로 연결되고 수신기(120)의 출력에 결합된 배터리를 지칭할 수 있다.
송신기 회로(107)는 일부 실시예에 따른 풀 브리지 전력 변환기의 1차 측 스위치를 포함할 수 있다. 풀 브리지는 H 브리지라고도 한다. 대안적으로, 송신기 회로(107)는 하프 브리지 변환기, 푸시-풀 변환기 등과 같은 다른 변환기의 1차 측 스위치를 포함할 수 있다. 송신기 회로(107)의 상세한 구성은 도 2와 관련하여 아래에서 설명될 것이다.
위에서 설명된 상기 변환기는 단지 예에 불과하다는 점에 유의해야 한다. 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 클래스 E 토폴로지 기반 전력 변환기(예를 들어, 클래스 E 증폭기)와 같은 다른 적절한 전력 변환기가 대안적으로 사용될 수 있음을 인식할 것이다.
송신기 회로(107)는 공진 커패시터를 더 포함할 수 있다. 공진 커패시터와 송신기 코일의 자기 인덕턴스가 공진 탱크를 형성할 수 있다. 설계 요구 사항과 다양한 애플리케이션에 따라 공진 탱크는 공진 인덕터를 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 공진 인덕터는 외부 인덕터로 구현될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 공진 인덕터는 연결 와이어로 구현될 수 있다.
수신기(120)는 수신기(120)가 송신기(110) 근처에 배치된 후에 송신기 코일(L1)에 자기적으로 결합된 수신기 코일(L2)을 포함한다. 그 결과, 전력이 수신기 코일에 전달될 수 있고 정류기를 통해 부하(114)에 추가로 전달될 수 있다. 수신기(120)는 2차 공진 커패시터를 포함할 수 있다.
정류기(112)는 수신 코일(L2)의 출력으로부터 수신된 교번 극성 파형을 단일 극성 파형으로 변환한다. 일부 실시예에서, 정류기(112)는 4개의 스위치를 포함하는 동기식 정류기로 구현된다. 대안적인 실시예에서, 정류기(112)는 전파 다이오드 브리지 및 출력 커패시터를 포함한다.
더욱이, 상기 동기 정류기는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET) 디바이스, 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT) 디바이스, 초접합 트랜지스터(SJT) 디바이스, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT) 디바이스, 질화갈륨(GaN) 기반 전력 디바이스 및/또는 이와 유사한 임의의 제어 가능한 디바이스에 의해 형성될 수 있다. 정류기(112)의 상세한 구조는 도 2와 관련하여 아래에서 논의될 것이다.
전력 변환기(104)는 입력 전원(102)과 무선 전력 전송 장치(101)의 입력 사이에 결합된다. 설계 요구 및 상이한 애플리케이션에 따라, 전력 변환기(104)는 많은 상이한 구성을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 변환기(104)는 벅 변환기와 같은 비절연 전력 변환기일 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 변환기(104)는 선형 레귤레이터로서 구현될 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 변환기(104)는 순방향 변환기와 같은 절연된 전력 변환기일 수 있다.
위에서 설명된 전력 변환기(104)의 구현은 단지 예일 뿐이며, 이는 청구범위의 범위를 과도하게 제한하지 않아야 한다. 당업자는 많은 변형, 대안 및 수정을 인식할 것이다. 또한, 상이한 애플리케이션 및 설계 요구에 따라, 전력 변환기(104)는 무선 전력 전송 시스템(100)의 선택적 요소일 수 있다. 다시 말해서, 입력 전원(102)은 송신기 회로(107)에 직접 연결될 수 있다.
동작시, 무선 전력 전송 시스템(100)의 양호도는 이물질이 무선 전력 전송 시스템(100)에 자기적으로 결합되어 있는지 여부를 결정하는데 이용될 수 있다. 무선 전력 전송 시스템(100)의 송신기 및 수신기. 무선으로 전력을 전달하는 과정에서 양호도를 계산하기 위해, 보조 코일을 사용하여 양호도를 계산하기 위한 복수의 동작 파라미터를 생성한다. 보조 코일의 상세한 구조와 작동 원리는 도 2 내지 도 5와 관련하여 아래에서 논의될 것이다.
도 2는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 도 1에 도시된 무선 전력 전송 시스템의 개략도를 예시한다. 무선 전력 전송 장치(101)는 송신기 회로(107), 공진 커패시터(Cp), 느슨하게 결합된 변압기(115), 공진 커패시터(Cs) 및 캐스케이드로 연결된 정류기(112)를 포함한다. 느슨하게 결합된 변압기(115)는 송신기 코일(L1) 및 수신기 코일(L2)에 의해 형성된다. 송신기 회로(107)는 도 2에 도시된 바와 같이 풀 브리지로 구현된다. 설명 전반에 걸쳐, 송신기 회로(107)는 대안적으로 풀 브리지 또는 전력 변환 장치로 지칭될 수 있다.
풀 브리지(107)는 4개의 스위칭 소자, 즉 S1, S2, S3 및 S4를 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 스위칭 소자 S1 및 S2는 입력 전압 버스(VIN)와 접지 사이에 직렬로 연결된다. 입력 전압 버스(VIN)는 도 1에 도시된 전력 변환기(104)의 출력에 연결된다. 마찬가지로, 스위칭 소자(S3, S4)는 입력 전압 버스(VIN)와 접지 사이에 직렬로 연결된다. 스위칭 소자(S1, S2)의 공통 노드는 공진 커패시터(Cp)를 통해 송신기 코일(L1)의 제1 입력 단자에 연결된다. 스위칭 소자(S3, S4)의 공통 노드는 송신기 코일(L1)의 제2 입력 단자에 연결된다.
일부 실시예에 따르면, 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4)는 병렬로 연결된 MOSFET들 또는 MOSFET, 이들의 임의의 조합 등으로 구현된다. 대안적인 실시예에 따르면, 스위칭 소자(예를 들어, 스위치 S1)는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT) 디바이스일 수 있다. 대안적으로, 1차 스위치는 집적 게이트 정류 사이리스터(IGCT) 디바이스, 게이트 턴오프 사이리스터(GTO) 디바이스, 실리콘 제어 정류기(SCR) 디바이스, 접합 게이트 전계 효과 트랜지스터(JFET) 디바이스, MOS 제어 사이리스터(MCT) 다바이스, 질화갈륨(GaN) 기반 전력 디바이스 및/또는 이와 유사한 임의의 제어 가능한 스위치일 수 있다.
설명 전체에 걸친 예가 풀 브리지 변환기(예를 들어, 도 2에 도시된 풀 브리지(107))를 기반으로 하지만, 도 2에 도시된 송신기 회로(107)의 구현은 많은 변형대안 및 수정을 가질 수 있다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, 하프 브리지 변환기, 푸시-풀 변환기, 클래스 E 기반 전력 변환기(예를 들어, 클래스 E 증폭기)가 대안적으로 사용될 수 있다. 더욱이, 인덕터-인덕터-커패시터(LLC) 공진 변환기는 일부 애플리케이션에서 송신기 코일 L1이 수신기 코일 L2와 단단히(tightly) 결합될 때 형성될 수 있다.
요컨대, 여기에 예시된 풀 브리지(107)는 다양한 실시예의 독창적인 측면을 명확하게 예시하기 위한 목적으로만 제한된다. 본 발명은 임의의 특정 전력 토폴로지에 제한되지 않는다.
도 2가 4개의 스위치(S1-S4)를 도시하고 있지만, 본 개시내용의 다양한 실시예는 다른 변형, 수정 및 대안을 포함할 수 있음을 추가로 주목해야 한다. 예를 들어, 별도의 커패시터가 풀 브리지(107)의 각 스위치와 병렬로 연결될 수 있다. 이러한 개별 커패시터는 풀 브리지(107)의 공진 프로세스의 타이밍을 더 잘 제어하는 데 도움이 된다.
수신기 코일(L2)의 출력은 공진 커패시터(Cs), 정류기(112) 및 커패시터(Co)를 통해 부하(RL)에 결합된다. 정류기는 수신기 코일(L2)의 출력으로부터 수신된 교류 극성 파형을 단일 극성 파형으로 변환한다 . 커패시터(Co)는 노이즈를 감쇠하고 안정적인 출력 전압을 제공하는 데 사용된다. 공진 커패시터(Cs)는 무선 전력 전송 시스템에 대한 소프트 스위칭을 달성하는 데 도움이 된다.
일부 실시예에서, 정류기(112)는 동기식 정류기로서 구현된다. 정류기(112)는 4개의 스위칭 소자, 즉 S5, S6, S7 및 S8을 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 스위칭 소자(S5, S6)는 정류기(112)의 출력 단자와 접지 사이에 직렬로 연결된다. 마찬가지로, 스위칭 소자(S7, S8)는 정류기(112)의 출력 단자와 접지 사이에 직렬로 연결된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 스위칭 소자(S5, S6)의 공통 노드는 수신기 코일(L2)의 제1 단자에 결합된다. 스위칭 소자(S7, S8)의 공통 노드는 공진 커패시터(Cs)를 통해 수신 코일(L2)의 제2 단자에 연결된다.
일부 실시예에 따르면, 스위칭 소자(S5, S6, S7, S8)는 병렬로 연결된 MOSFET들 또는 MOSFET, 이들의 임의의 조합 등으로 구현된다.
무선 전력 전송 시스템의 양호도를 계산하기 위해, 무선 전력 전송 시스템에서 하나의 추가 코일(L3)이 사용된다. 설명 전반에 걸쳐 L3는 대안적으로 보조 코일로 지칭될 수 있다. 일부 실시예에서, 보조 코일(L3) 및 송신기 코일(L1)은 서로 인접하게 배치된다(예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 서로 인접하는 2개의 코일). 보조 코일(L3)과 송신기 코일(L1)은 모두 무선 전력 전송 시스템의 송신기에 있다. 이러한 구성에서, 송신 코일(L1)은 대안적으로 메인 코일로 지칭될 수 있다. 공진 커패시터(Cp)는 대안적으로 메인 공진 커패시터로 지칭될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 보조 코일(L3) 및 수신기 코일(L2)은 서로 인접하게 배치된다(예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 서로 인접하는 2개의 코일). 보조 코일(L3)과 수신기 코일(L2)은 모두 무선 전력 전송 시스템의 수신기에 있다. 이러한 구성에서, 수신 코일(L2)은 대안적으로 메인 코일로 지칭될 수 있다. 공진 커패시터(Cs)는 대안적으로 메인 공진 커패시터로 지칭될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 보조 코일(L3)과 보조 공진 커패시터(Cq)가 직렬로 연결된다. 보조 코일(L3)과 보조 공진 커패시터(Cq)는 보조 공진 탱크를 형성한다. 보조 공진 탱크는 제1 공진 주파수를 갖는다. 메인 공진 탱크(예를 들어, 공진 커패시터(Cp)와 송신기 코일(L1)에 의해 형성되는 메인 공진 탱크)는 제2 공진 주파수를 갖는다. 풀 브리지(107)는 제2 공진 주파수(메인 공진 탱크의 공진 주파수)와 대략 동일한 스위칭 주파수에서 동작하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제1 공진 주파수는 약 500KHz 내지 약 1MHz의 범위에 있다. 제2 공진 주파수는 약 100KHz이다. 풀 브리지(107)의 스위칭 주파수는 약 100KHz이다.
보조 공진 탱크는 송신기와 수신기 사이에 전력을 전달하는 과정에서 무선 전력 전송 시스템의 양호도를 얻기 위해 사용된다. 전술한 바와 같이 보조 탱크의 공진 주파수는 메인 공진 탱크의 공진 주파수와 다르다. 보다 구체적으로, 메인 공진 탱크의 공진 주파수는 보조 공진 탱크의 공진 주파수보다 적어도 5배 더 크다. 이러한 공진 주파수 차이는 주 자기 결합(L1과 L2 사이의 자기 결합)이 보조 공진 탱크의 작동을 방해하는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다.
양호도를 계산하는 과정에서 보조 공진 탱크에 전압 스텝(voltage step)을 포함하는 여자(excitation)가 인가된다. 여자 주입 회로(150) 및 바이어스 전압원(VDC)에 의해 여자가 생성된다. 여자 주입 회로(150)는 제1 스위치(S0) 및 제2 스위치(S9)를 포함한다. 제1 스위치(S0)는 바이어스 전압원(VDC)과 보조 공진 탱크의 제1 입력 사이에 연결된다. 제2 스위치(S9)는 보조 공진 탱크의 제1 입력과 제2 입력 사이에 연결된다. 설명 전체에 걸쳐 여자 주입 회로는 대안적으로 스위치 네트워크로 지칭될 수 있다.
당업자는 도 2에 도시된 여자 주입 회로가 단순히 보조 공진 탱크에 여자를 적용하는 한 방식이고 다른 대안적인 실시예의 여자 주입 회로가 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다(예를 들어, 스위치) 및 다른 회로(예: 풀 브리지)가 이 기능에 사용될 수 있다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 도 2에 도시된 메인 코일 및 보조 코일의 배치를 도시한다. 일부 실시예에서, 메인 코일(151)과 보조 코일(152)은 서로 인접하게 배치된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 메인 코일(151)은 보조 코일(152)에 의해 둘러싸여 있다. 다시 도 2를 참조하면, 메인 코일(151)은 송신 코일(L1)로 구현될 수 있다. 또는 메인 코일(151)은 수신 코일(L2)로 구현될 수 있다. 보조 코일(L3)은 2개의 단자(q1, q2)를 갖는다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이들 2개의 단자 q1 및 q2는 서로 옆에 배치된다.
당업자는 도 3에 도시된 코일 배열이 단순히 하나의 실시예이고 이들 2개의 코일에 대한 다른 구성이 채용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 하나의 코일이 다른 코일 위에 쌓일 수 있다. 또한, 이들 2개의 코일은 나란히 배치될 수 있다.
도 4는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따라 도 1에 도시된 무선 전력 전송 시스템의 보조 공진 탱크에 여자를 인가하기 위한 장치를 예시한다. 장치는 컨트롤러(402), 스위치 네트워크(404), 바이어스 전압원(406), 보조 공진 커패시터(Cq) 및 보조 코일(L3)을 포함한다. 일부 실시예에서, 스위치 네트워크(404)는 도 2에 도시된 여자 주입 회로(150)로서 구현된다. 바이어스 전압원(406)은 DC 전압을 제공하도록 구성된 DC 전원이다. DC 전압은 보조 공진 커패시터(Cq)와 보조 코일(L3)에 의해 형성된 보조 공진 탱크에 인가되는 여자를 발생시키기 위해 사용된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 스위치 네트워크(404)는 보조 공진 커패시터(Cq)를 통해 보조 코일(L3)에 연결된다. 컨트롤러(402)는 스위치 네트워크(404) 및 바이어스 전압원(406)에 연결된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(402)는 스위치 네트워크(404)로부터 다양한 작동 파라미터를 수신하고 스위치를 제어하기 위한 복수의 작동 명령을 생성하도록 구성된다. 또한, 컨트롤러(402)는 L3에 걸친 전압 및/또는 L3을 통해 흐르는 전류를 검출하도록 구성된다.
동작 시에, 이물질(예를 들어, 동전)이 무선 전력 전송 시스템에 자기적으로 결합될 수 있다. 무선 전력 전송 시스템을 안정적으로 동작시키기 위해, 컨트롤러(402)는 바이어스 전압원(406)과 스위치 네트워크(404)를 Cp와 L3로 구성된 보조 공진 탱크에 여자(예: 전압 스텝)가 인가되도록 구성할 수 있다. 보조공진탱크에 여자를 가하는 것은 도 5를 참조하여 아래에서 상세히 설명한다.
이러한 여기에 응답하여, 감쇠된 사인파형을 갖는 신호가 보조 공진 탱크에서 생성된다. 컨트롤러(402)는 이 신호를 검출한다(예를 들어, L3에 걸친 전압을 검출한다). 감지된 신호를 기반으로 알고리즘을 사용하여 무선 전력 전송 시스템의 양호도를 계산한다. 양호도를 계산하기 위한 알고리즘은 도 6과 관련하여 아래에서 상세히 설명될 것이다. 양호도에 기초하여, 컨트롤러(402)는 이물질이 무선 전력 전송 시스템에 자기적으로 결합되는지 여부를 결정할 수 있다. 설명 전반에 걸쳐, 도 4에 도시된 장치는 대안적으로 이물 검출 장치로 지칭될 수 있다. 일부 실시예에서, 이물질 검출 장치는 이물질 검출 시스템의 일부일 수 있다. 이물질 검출 시스템은 풀 브리지(107)를 더 포함할 수 있다.
양호도에 기초하여 이물질을 검출하는 것은 무선 전력 전송 시스템에서 전력 손실 증가에 기초하여 이물질을 검출하는 것과 같은 다른 적절한 이물질 검출 방법과 결합될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 송신기와 수신기 사이에 무선으로 전력을 전달하는 과정에서 컨트롤러(402)는 수신기에서 수신한 전력과 송신기에서 송신된 전력을 비교하여 전력 손실을 계산할 수 있다. 전력 손실은 사전에 결정된 전력 손실 임계값과 비교된다. 전력 손실이 사전에 결정된 전력 손실 임계값을 초과한 후, 컨트롤러(402)는 이것을 전력 손실의 증가로 간주한다. 이러한 전력 손실의 증가는 무선 전력 전송 시스템에 이물질이 자기적으로 결합되어 있음을 의미한다. 동시에, 컨트롤러(402)는 무선 전력 전송 시스템의 양호도를 계산할 수 있다. 양호도 값의 감소는 이물질이 무선 전력 전송 시스템에 자기적으로 결합되었음을 나타낸다. 예를 들어, 이물질이 무선 전력 전송 시스템에 자기적으로 결합되는 경우, 양호도는 높은 양호도 값(예를 들어, 약 50에서 약 60으로)에서 낮은 양호도 값(예를 들어, 약 30)으로 떨어진다. 이 두 가지 방법을 조합하여 무선 전력 전송 시스템에 이물질이 자기적으로 결합되어 있는지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 양호도와 전력 손실을 얻은 후 컨트롤러는 이물질이 무선 전력 전송 시스템에 자기적으로 결합되어 있는지 여부를 결정할 수 있다.
도 5는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 보조 공진 탱크에 여자를 인가하기 위한 장치의 개략도를 예시한다. 도 4에 도시된 바이어스 전압원(406)은 사전에 결정된 DC 전압(VDC)을 생성하도록 구성된다. 바이어스 전압원(406)의 출력은 S0 및 S9를 포함하는 스위치 네트워크를 통해 보조 공진 탱크에 연결된다.
컨트롤러(402)(도 4에 도시됨)는 여자가 Cq 및 L3에 의해 형성된 보조 공진 탱크에 인가되도록 바이어스 전압원(406) 및 스위치(S0)를 구성한다. 여자는 두 단계를 통해 보조 공진 탱크에 적용된다. 첫 번째 단계에서, 점선 직사각형(502)에 도시된 바와 같이, 스위치(S0)는 켜지고 스위치(S9)는 꺼진다. 스위치(S0)를 켠 후 보조 공진 탱크에 VDC가 적용된다. VDC에 응답하여 전류는 점선으로 표시된 바와 같이 바이어스 전압원(406)(VDC)에서 S0, Cq 및 L3을 통해 접지로 흐른다. 두 번째 단계에서, 점선 직사각형(504)으로 도시된 바와 같이, 스위치(S0)는 꺼지고 스위치(S9)는 켜진다. 스위치(S0)를 끄고 스위치(S9)를 켜면 보조 공진 탱크의 두 단자가 접지로 단락된다. 전류는 점선으로 표시된 S9, Cq 및 L3에 의해 형성된 전도성 루프에 흐른다. 스위치 네트워크(S0 및 S9)를 제어하여 보조 공진 감사의 입력에 전압 스텝(VDC에서 0까지)이 적용된다. 이 전압 스텝에 응답하여 공진 감쇠 포락선을 갖는 신호가 보조 공진 탱크에서 생성된다. 이 신호는 무선 전력 전송 시스템의 양호도를 계산하는 데 사용할 수 있다. 공진 감쇠 포락선이 있는 신호는 도 6과 관련하여 아래에서 설명한다.
도 6은 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 공진 감쇠 포락선을 갖는 신호를 예시한다. 보조 코일(L3)과 보조 공진 커패시터(Cq)에 의해 형성된 보조 공진 탱크에 여자(예: 전압 스텝)가 적용된 후, 보조 코일(L3) 양단의 전압은 감쇠된 정현파 파형을 갖는다. 이 감쇠된 정현파 파형은 도 6과 같이 공진 감쇠 포락선을 가지고 있다.
도 6에 도시된 전압 신호는 단지 예일 뿐이며, 이는 청구범위의 범위를 과도하게 제한하지 않아야 함을 주목해야 한다. 당업자는 보조 코일을 가로지르는 전압 신호가 단순히 공진 감쇠 포락선을 갖는 감쇠된 사인파 파형을 생성하는 한 방식이고 다른 대안적인 실시예 방법이 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어 상기 신호는 보조 공진 탱크를 통해 흐르는 전류일 수 있다. 이 전류에는 공진 감쇠 포락선이 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, t2는 감쇠된 정현파의 값이 사전에 결정된 임계 전압(Vth)과 동일한 마지막 시점이다. 적절한 센서를 통해 t2를 측정할 수 있다. 도 6과 같이 t1은 감쇠된 정현파의 피크값에 해당하는 순간이다. 피크 값 y1은 t2에 인접한 가장 가까운 피크 값이다. 도 6에서 볼 수 있듯이 t1과 t2는 감쇠된 정현파의 동일한 주기에 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 시점 t1은 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pat00001
(1)
수학식 (1)에서 T는 감쇠된 정현파의 주기이다. T는 적절한 센서를 통해 측정할 수 있다. N은 정수이다. 도 6의 예에서 N은 4와 같다.
피크 값 y1은 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pat00002
(2)
수학식 (2)에서 Vth는 미리 정해진 문턱 전압이다. T는 감쇠된 정현파의 주기이다. 도 6에서 볼 수 있듯이 t4와 t5 사이의 시간은 기간의 절반과 같다. y1의 값은 수학식 2를 풀면 얻을 수 있다.
t2 및 t3은 t1에 대해 대칭임을 주목해야 한다. t2와 t1의 차이(t2-t1)는 t1과 t3의 차이(t1-t3)와 같다.
감쇠된 정현파 파형에 따르면, 피크 값 y1은 다음과 같이 표현될 수도 있다:
Figure pat00003
(3)
수학식 (3)에서, VDC는 바이어스 전압원의 전압 레벨이다. τ는 감쇠된 정현파 파형의 시간 상수이다. 시간 상수는 지수 함수가 얼마나 빨리 감소하는지를 나타내는 데 사용된다.
수학식 (3)은 다음과 같이 단순화될 수 있다:
Figure pat00004
(4)
수학식 (4)는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00005
(5)
시간 상수의 정의에 따르면, τ는 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pat00006
(6)
수학식 (6)에서, L은 보조 공진탱크의 등가 인덕턴스이다. R은 보조 공진탱크의 등가 저항이다. 수학식 (5)는 수학식 (6)을 수학식 (5)에 대입하여 다음 수학식과 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00007
(7)
보조 공진 탱크의 양호도는 다음 방정식으로 나타낼 수 있다.
Figure pat00008
(8)
수학식 (8)에서, f는 감쇠된 정현파 파형의 주파수이다. 일부 실시예들에서, 감쇠된 정현파 파형의 주파수는 100 KHz와 동일하다. 보조 공진 탱크의 양호도는 수학식 (7)을 수학식 (8)에 대입하여 다음 수학식으로 표현할 수 있다.
Figure pat00009
(9)
수학식 9에서, t1은 수학식 (1)로부터 얻을 수 있다. 한편, y1은 수학식 (2) 풀기를 통해 얻을 수 있고, y1은 피크 값이다. VDC는 바이어스 전압원의 전압 레벨이다. VDC는 여자의 전압 스텝으로서 기능한다. 수학식 (9)는 양호도를 나타내며 피크 값(y1)에 대한 전압 스텝(VDC)의 비율에 기초하여 계산될 수 있다. 수학식 9로부터, 양호도 Q는 정확하게 계산될 수 있다.
동작에서, 이물질은 무선 전력 전달 시스템에 자기적으로 결합될 수 있다. 상기 이물질은 수학식 (8)의 L 및 R의 값에 영향을 미칠 수 있다. 보다 상세하게는, 이물질은 코일의 인덕턴스를 감소시키고 등가 직렬 임피던스를 증가시킬 수 있다. 이러한 변경은 무선 전력 전송 시스템의 양호도의 감소를 초래할 수 있다. 이와 같이, 양호도 Q의 값은 이물질이 무선 전력 전송 시스템에 자기적으로 결합되었는지 여부를 나타낼 수 있다.
적합한 장치는 감쇠된 정현파 파형을 갖는 신호의 시작점(도 6에 도시된 DC 및 t0)을 기록하도록 구성된다. 상기 컨트롤러는 소정의 문턱 전압(Vth)을 제공하도록 구성된다. 적절한 타이밍 측정 센서는 감쇠된 정현파 파형의 공진 주기(T)를 측정하도록 구성된다. 센서는 공진 탱크의 코일을 가로 지르는 전압을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 컨트롤러(402)는 측정된 전압을 수신한다. 알고리즘은 측정된 전압(예를 들어, 도 6에 도시된 전압 파형)을 분석하는데 사용된다. 컨트롤러(402)는 감쇠된 정현파 파형의 전압이 사전에 결정된 문턱 전압 Vth와 동일한 마지막 시간 순간(t2)을 기록하도록 구성된다. 수학식 (1) 및 (2)에 나타낸 바와 같이, 알고리즘은 t1 및 y1의 값을 획득할 수 있다. 시작점(VDC 및 t0)이 기록되었다. t1, y1, t0 및 VDC를 갖은 후에, 양호도 Q는 수학식 9를 풀음으로써 결정될 수 있다. 또한, 양호도 Q의 값에 기초하여, 알고리즘은 이물질이 무선 전력 전송 시스템에 자기적으로 결합되었는지 여부를 더 결정할 수 있다.
도 6에 도시된 양호도 계산 방법은 단지 예에 불과하다는 점에 유의해야 한다. 당업자는 많은 변형, 대안 및 변형을 인식할 것이다. 예를 들어, 양호도는 보조 공진 탱크에 정현파 신호를 적용하고, 정현파 신호가 보조 코일에 인가된 후 보조 코일을 가로지르는 전압을 측정하고, 정현파 신호의 RMS 값에 대한 보조 코일을 가로지르는 전압의 RMS(Root Mean Square) 값의 비율에 기초하여 적격 계수를 계산함으로써 계산될 수 있다. 설명 전반에 걸쳐, 이 단락에서 설명된 방법은 대안적으로 RMS 비율 방법으로서 지칭될 수 있다.
또한, 양호도는 보조 공진탱크에 전압 스텝을 포함하는 여기, 보조 코일을 가로지르는 제1 전압 피크(Vpeak1)를 측정하고, 대응하는 제1 시간 순간(t1)을 측정하고, 보조 코일을 가로지르는 제2 전압 피크(Vpeak2)를 측정하고, 대응하는 제2 시간 순간(t2)을 측정하고, 다음 식에 기초하여 적격 계수를 계산함으로써 계산 될 수 있다.
Figure pat00010
(10)
위의 수학식 10에서, f는 무선 전력 전송 시스템에서 타이머 클럭의 주파수이다. 일부 실시예들에서, 타이머 클럭의 주파수는 약 100 KHz이다. 설명 전반에 걸쳐, 수학식 (10)에 도시된 방법은 대안적으로 피크 값 검출 방법으로서 지칭될 수 있다.
도 7은 본 명세서의 다양한 실시예에 따른 이물질을 검출하기 위해 무선 전력 전송 시스템의 양호도를 이용하는 흐름도를 도시한다. 도 7에 도시된 이러한 흐름도는 단지 예시일 뿐이며, 이는 청구항의 범위를 과도하게 제한해서는 안 된다. 당업자는 많은 변형, 대안 및 변형을 인식할 것이다. 예를 들어, 도 7에 예시된 다양한 단계들은 추가, 제거, 교체, 재배열 및 반복될 수 있다.
무선 전력 전송 시스템(예를 들어, 도 1에 도시된 무선 전력 전송 시스템)은 송신기 및 수신기를 포함한다. 상기 송신기는 풀 브리지, 공진 커패시터 및 송신기 코일로 구성된다. 상기 수신기는 수신기 코일 및 정류기를 포함한다. 상기 송신기 코일은 상기 수신기 코일에 자기적으로 결합된다. 상기 무선 전력 전송 시스템은 보조 코일을 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 보조 코일은 상기 송신기 코일(예를 들어, 도 3에 도시된 코일 배열)에 인접하여 배치될 수 있다. 상기 송신기 코일은 메인 코일로 간주된다 . 대안적인 실시예들에서, 상기 보조 코일은 상기 수신기 코일(예를 들어, 도 3에 도시된 코일 배열)에 인접하여 배치될 수 있다. 상기 수신기 코일은 메인 코일로 간주된다 .
일부 실시예들에서, 상기 송신기는 충전 패드일 수 있다. 상기 수신기는 휴대폰일 수 있다. 이물질을 검출하기 위해, 무선 전력 전송 시스템의 양호도는 아래의 단계에 기초하여 계산된다.
단계(702)에서, 전력은 메인 코일을 통해 전달된다. 메인 코일은 메인 공진 커패시터와 직렬로 연결된다. 상기 메인 코일 및 메인 공진 커패시터가 첫 번째 공진 주파수를 갖는 메인 공진 탱크를 형성한다.
단계(704)에서, 전압 스텝를 포함하는 여자는 보조 코일 및 보조 공진 커패시터를 포함하는 보조 공진 탱크에 인가된다. 보조 공진 탱크는 첫 번째 공진 주파수와 다른 두 번째 공진 주파수를 가지고 있다. 여자는 두 단계를 통해 보조 공진 탱크에 적용된다. 첫 번째 단계에서, 바이어스 전압원은 첫 번째 스위치를 켜고 두 번째 스위치를 끄는 것을 통해 보조 공진 탱크에 연결된다. 전류는 바이어스 전압원에서 보조 공진 탱크를 통해 접지로 흐른다. 두 번째 단계에서, 바이어스 전압원은 첫 번째 스위치를 끄고 두 번째 스위치를 켜서 보조 공진 탱크에서 분리된다. 전류는 보조 공진 탱크와 두 번째 스위치에 의해 형성된 전도성 루프로 흐른다. 첫 번째 스위치를 끄고 두 번째 스위치를 켠 후, 보조 코일을 가로지르는 전압은 감쇠된 정현파 파형(예를 들어, 도 6에 도시된 감쇠된 정현파 파형)을 갖는다.
단계(706)에서, 무선 전력 전송 시스템의 양호도는 보조 공진 탱크로부터 획득된 감쇠된 정현파 파형으로부터 유도된 다수의 파라미터들(예를 들어, 도 6에 도시된 t1 및 y1)에 기초하여 계산된다. 대안적으로, 무선 전력 전송 시스템의 양호도는 RMS 비(ratio) 방법, 피크 값 검출 방법, 및 임의의 적합한 양호도 방법에 기초하여 계산될 수 있다.
단계(708)에서, 컨트롤러는 양호도에 기초하여 이물질이 무선 전력 전송 시스템에 자기적으로 결합되는지 여부를 결정하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 양호도의 값의 감소는 무선 전력 전달 시스템에 자기적으로 결합된 이물질을 나타낼 수 있다. 도 7에 도시된 방법은 도 4에 도시된 이물질 검출 장치에서 구현될 수 있다.
일부 실시예들에서, 이물질 검출 방법은 무선 전력 전송 시스템에서 메인 코일을 통해 무선으로 전력을 전송하는 것을 포함하며, 여기서 메인 코일은 메인 공진 커패시터와 직렬로 연결되고, 메인 코일 및 메인 공진 커패시터는 메인 코일을 통해 무선으로 전력을 전송하는 과정 동안, 첫 번째 공진 주파수를 갖는 메인 공진 탱크를 형성하고, 상기 무선 전력 전송 시스템에서의 전력 손실을 계산하고, 상기 메인 코일을 통해 무선으로 전력을 전송하는 과정 중에, 보조 코일 및 보조 공진 커패시터를 포함하는 보조 공진 탱크에 전압 스텝를 포함하는 여기단계를 적용하고, 상기 보조 공진 탱크는 상기 제 1 공진 주파수와 상이한 두 번째 공진 주파수를 가지며, 보조 공진 탱크로부터 획득된 감쇠된 정현파 파형으로부터 도출된 복수의 파라미터에 기초하여 무선 전력 전송 시스템의 양호도를 계산하고, 양호도 및 전력 손실에 기초하여 이물질이 무선 전력 전송 시스템에 자기적으로 결합되는지 여부를 결정한다.
본 개시 내용의 실시예들 및 그의 이점들이 상세히 설명되었지만, 다양한 변경들, 치환들 및 변경들이 첨부된 청구항들에 의해 정의된 본 개시 내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 본원에서 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 더욱이, 본원의 범위는 본 명세서에 기재된 공정, 기계, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법 및 단계의 특정 실시양태로 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 본 개시 내용의 개시로부터 당업자가 쉽게 이해할 수 있는 바와 같이, 공정, 기계, 제조, 물질의 조성물, 수단, 방법, 또는 단계, 현재 존재하거나 또는 이후에 개발될 단계, 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 본원에 기재된 상응하는 실시예와 실질적으로 동일한 결과를 달성하는 것이 본 개시 내용에 따라 활용될 수 있다. 따라서, 첨부된 청구항들은 이러한 공정들, 기계들, 제조들, 물질의 조성물들, 수단들, 방법들, 또는 단계들을 그들의 범위 내에 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 무선 전력 전송 시스템의 메인 코일을 통해 전력을 무선으로 전송하는 단계 - 메인 코일은 메인 공진 커패시터와 직렬로 연결되고, 상기 메인 코일과 상기 메인 공진 커패시터는 제1 공진 주파수를 갖는 메인 공진 탱크를 형성-;
    보조 코일 및 보조 공진 커패시터를 포함하는 보조 공진 탱크에 전압 스텝을 포함하는 여자를 인가하는 단계 - 상기 보조 공진 탱크는 상기 제1 공진 주파수와 다른 제2 공진 주파수를 가짐 -;
    상기 보조 공진 탱크로부터 획득된 감쇠된 정현파 파형으로부터 유도된 복수의 파라미터에 기초하여 상기 무선 전력 전송 시스템의 양호도를 계산하는 단계; 및
    상기 양호도에 기초하여 상기 무선 전력 전송 시스템에 이물질이 자기적으로 결합되어 있는지 여부를 판단하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    공진 감쇠 포락선을 갖는 감쇠된 정현파 파형을 사전에 결정된 임계 전압과 비교하고, 상기 감쇠된 정현파 파형의 값이 상기 사전에 결정된 임계 전압과 동일한 마지막 시점을 검출하는 단계 - 감쇠된 정현파 파형은 상기 보조 코일로부터 검출된 전압 신호 -;
    상기 마지막 시점에 기초하여 감쇠된 정현파 파형의 피크 값을 결정하는 단계 - 상기 피크 값에 대응하는 시점과 상기 마지막 시점은 감쇠된 정현파 파형의 동일한 주기에 있음 - ; 및
    상기 피크 값에 대한 상기 전압 스텝의 비율에 기초하여 상기 양호도를 계산하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 양호도의 값의 감소에 기초하여 상기 무선 전력 전송 시스템에 상기 이물질이 자기적으로 결합되어 있는지 여부를 판단하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 메인 코일을 통해 무선으로 전력을 전달하는 단계에서 무선 전력 전달 시스템의 전력 손실을 계산하는 단계; 및
    상기 전력 손실을 사전에 결정된 전력 손실 임계값과 비교하여 상기 이물질이 무선 전력 전송 시스템에 자기적으로 결합되었는지 여부를 판단하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 양호도와 상기 전력 손실을 조합하여 상기 이물질이 상기 무선 전력 전송 시스템에 자기적으로 결합되었는지 여부를 결정하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    스위치 네트워크를 통해 상기 보조 공진 탱크에 여자를 인가하는 단계 - 상기 스위치 네트워크는 바이어스 전압원과 상기 보조 공진 탱크의 제1 입력 사이에 연결된 제1 스위치, 및 상기 보조 공진 탱크의 제1 입력과 제2 입력 사이에 연결된 제2 스위치를 포함 -
    를 더 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 바이어스 전압원을 상기 보조 공진 탱크에 연결하는 단계 - 전류는 상기 바이어스 전압원으로부터 상기 보조 공진 탱크 및 상기 스위치 네트워크의 제1 스위치를 통해 접지로 흐름 - ; 및
    상기 보조 공진 탱크로부터 상기 바이어스 전압원을 분리하는 단계 - 상기 전류는 상기 보조 공진 탱크 및 상기 스위치 네트워크의 제2 스위치를 포함하는 전도성 루프에 흐름 -
    를 더 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 메인 코일은 상기 무선 전력 전송 시스템의 송신기 코일이고, 상기 송신기 코일은 상기 무선 전력 전송 시스템의 수신기 코일에 자기적으로 결합되도록 구성되는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 메인 코일은 상기 무선 전력 전송 시스템의 수신기 코일이고, 상기 수신기 코일은 상기 무선 전력 전송 시스템의 송신기 코일에 자기적으로 결합되도록 구성되는 방법.
  10. 무선 전력 전송 시스템에서 메인 코일을 통해 전력을 무선으로 전송하는 단계 - 메인 코일은 메인 공진 커패시터와 직렬로 연결되고, 상기 메인 코일과 상기 메인 공진 커패시터는 제1 공진 주파수를 갖는 메인 공진 탱크를 형성 -;
    상기 메인 코일을 통해 무선으로 전력을 전달하는 과정에서, 상기 무선 전력 전달 시스템에서 전력 손실을 계산하는 단계;
    상기 메인 코일을 통해 무선으로 전력을 전달하는 과정에서, 보조 코일과 보조 공진 커패시터를 포함하는 보조 공진 탱크에 전압 스텝을 포함하는 여자를 인가하는 단계 - 상기 보조 공진 탱크는 제1 공진 주파수와 다른 제2 공진 주파수를 가짐 -;
    상기 보조 공진 탱크로부터 획득된 감쇠된 정현파 파형으로부터 유도된 복수의 파라미터에 기초하여 상기 무선 전력 전송 시스템의 양호도를 계산하는 단계; 및
    상기 양호도 및 상기 전력 손실에 기초하여 상기 무선 전력 전송 시스템에 이물질이 자기적으로 결합되어 있는지 여부를 판단하는 단계
    를 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 메인 코일은 상기 무선 전력 전송 시스템의 송신기 코일이고, 상기 송신기 코일은 수신기 코일에 자기적으로 결합되도록 구성되고, 상기 메인 코일과 상기 보조 코일은 상기 무선 전력 전송 시스템의 송신기에 배치되는 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 메인 코일은 상기 무선 전력 전송 시스템의 수신기 코일이고, 상기 수신기 코일은 송신기 코일에 자기적으로 결합되도록 구성되고, 상기 메인 코일과 상기 보조 코일은 상기 무선 전력 전송 시스템의 수신기에 배치되는 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 보조 코일로부터 획득한 상기 감쇠된 정현파 파형을 검출하는 단계;
    상기 감쇠된 정현파 파형을 사전에 결정된 임계 전압과 비교하는 단계;
    상기 감쇠된 정현파 파형의 값이 상기 사전에 결정된 임계 전압과 동일한 마지막 시점을 검출하는 단계;
    상기 마지막 시점에 기초하여 상기 감쇠된 정현파 파형의 피크 값에 대응하는 시점을 결정하는 단계 - 상기 시점과 상기 마지막 시점은 상기 감쇠된 정현파 파형의 동일한 주기에 있음 - ;
    상기 마지막 시점, 상기 시점 및 상기 사전에 결정된 임계 전압에 기초하여 상기 감쇠된 정현파 파형의 피크 값을 결정하는 단계;
    상기 시점과 전압 스텝의 전압 레벨과 피크 값의 비율에 기초하여 상기 양호도를 계산하는 단계; 및
    상기 양호도의 값의 감소에 기초하여 상기 무선 전력 전송 시스템에 상기 이물질이 자기적으로 결합되어 있는지 여부를 판단하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 전력 손실을 사전에 결정된 전력 손실 임계값과 비교하는 단계; 및
    상기 전력 손실의 증가에 기초하여 상기 무선 전력 전송 시스템에 상기 이물질이 자기적으로 결합되어 있는지 판단하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  15. 무선 전력 전송 시스템의 메인 공진 탱크에 결합된 전력 변환 장치 - 상기 메인 공진 탱크는 직렬로 연결된 메인 공진 커패시터 및 메인 코일을 포함 - ;
    상기 무선 전력 전송 시스템의 보조 공진 탱크에 연결된 여자 주입 회로 - 상기 보조 공진 탱크는 보조 공진 커패시터 및 직렬 연결된 보조 코일을 포함 - ;
    상기 무선 전력 전송 시스템의 양호도 및 전력 손실에 기초하여 상기 무선 전력 전송 시스템에 이물질이 자기적으로 결합되었는지 여부를 판단하는 컨트롤러
    를 포함하는 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 보조 공진 커패시터 및 상기 보조 코일에 여자를 인가하고, 공진 감쇠 포락선을 갖는 신호를 검출하며, 상기 신호를 사전에 결정된 임계 전압과 비교하고, 상기 신호의 값이 사전에 결정된 임계 전압과 동일한 마지막 시점을 검출하도록 구성되고, 상기 컨트롤러는 마지막 시점에 기초하여 상기 양호도를 계산하도록 구성되는 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 전력 변환 장치는 풀 브리지 변환기인 장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 여자 주입 회로는 바이어스 전압원과 상기 보조 공진 탱크의 제1 입력 사이에 연결된 제1 스위치, 및 상기 보조 공진 탱크의 상기 제1 입력과 제2 입력 사이에 연결된 제2 스위치를 포함하는 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 바이어스 전압원은 상기 제1 스위치의 턴온을 통해 상기 보조 공진 탱크에 연결되고, 상기 제1 스위치의 턴온한 후 전류는 상기 보조 공진 탱크를 통해 상기 바이어스 전압원에서 접지로 흐르며; 및
    상기 바이어스 전압원은 상기 제1 스위치 턴오프를 통해 상기 보조 공진 탱크로부터 분리되고, 상기 제1 스위치의 턴오프 후, 상기 전류는 상기 보조 공진 탱크 및 상기 제2 스위치를 포함하는 전도성 루프에 흐르는 장치.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 메인 공진 탱크는 제1 공진 주파수를 가지고,
    상기 전력 변환 장치는 상기 제1 공진 주파수와 거의 동일한 스위칭 주파수에서 작동하도록 구성되며; 및
    상기 보조 공진 탱크는 제2 공진 주파수를 갖고, 상기 제2 공진 주파수는 상기 제1 공진 주파수보다 더 높은 장치.
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