KR20230011607A - Apparatus and method for transmitting power wirelessly - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a wireless power transmission method and device. The wireless power transmission method according to an embodiment of the present invention may comprise the steps of: transmitting power to a receiving device wirelessly; detecting a resonance frequency and Q value of a resonance circuit included in a transmitting device as a Q factor while transmitting power; and continuing or stopping a power transmission operation based on comparison of a position of the detected Q factor and a foreign object boundary curve in a plane with the frequency and the Q value as two axes. The power transmission operation may be continued or stopped according to whether the position of the Q factor is in a first area with a foreign object or a second area without the foreign object based on the foreign object boundary curve. When the position of the Q factor is within the first area, the distance between the Q factor and the foreign object boundary curve is calculated, wherein when the distance is greater than the first value, the power transmission operation stops but when the distance is less than the first value, the power transmission operation continues. In addition, when the position of the Q factor is within the second area, the power transmission operation may continue. Accordingly, it can be effectively determined whether a metallic foreign object is on the transmitting device or between the transmitting device and the receiving device.

Description

무선 전력 전송 장치 및 방법 {Apparatus and method for transmitting power wirelessly}Wireless power transmission apparatus and method {Apparatus and method for transmitting power wirelessly}

본 발명은 무선으로 전력을 전송하는 장치와 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 수신 장치와 사이에 놓인 이물질을 효과적으로 검출하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for wirelessly transmitting power, and more particularly, to a method for effectively detecting a foreign object interposed between a receiving apparatus and the like.

통신 및 정보 처리 기술이 발달함에 따라 스마트 폰 등은 스마트 단말기의 사용이 점차적으로 증가되고 있는데, 현재 스마트 단말에 많이 적용되고 있는 충전 방식은 전원에 연결된 어댑터를 스마트 단말기에 직접 연결하여 외부 전원을 공급받아 충전하거나 또는 호스트의 USB 단자를 통해 스마트 단말기에 연결하여 호스트의 USB 전원을 공급받아 충전하는 방식이다.With the development of communication and information processing technology, the use of smart terminals such as smart phones is gradually increasing. The current charging method, which is widely applied to smart terminals, supplies external power by directly connecting an adapter connected to a power source to the smart terminal. It is a method of charging by receiving USB power from the host by connecting it to a smart terminal through the USB terminal of the host.

최근에는, 연결 선을 통해 어댑터에 또는 호스트에 스마트 단말기를 직접 연결해야 하는 불편함을 줄이기 위하여, 전기적 접촉 없이 자기 결합을 이용하여 배터리를 무선으로 충전하는 무선 충전 방식이 점차 스마트 단말기에 적용되고 있다.Recently, in order to reduce the inconvenience of directly connecting the smart terminal to an adapter or a host through a connection line, a wireless charging method for wirelessly charging a battery using magnetic coupling without electrical contact is gradually being applied to smart terminals. .

무선으로 전기 에너지를 공급하거나 공급받기 위한 방법이 몇 가지 있는데, 대표적으로 전자기 유도 현상에 기초한 유도 결합(Inductive Coupling) 방식과 특정 주파수의 무선 전력 신호에 의한 전자기적 공진 현상에 기초한 공진 결합(Electromagnetic Resonance Coupling) 방식이 있다.There are several methods for wirelessly supplying or receiving electrical energy. Representatively, an inductive coupling method based on electromagnetic induction and a resonant coupling method based on an electromagnetic resonance phenomenon by a wireless power signal of a specific frequency There is a method of coupling.

두 방식 모두 무선 충전 장치와 스마트 단말과 같은 전자 기기 사이에 통신 채널을 형성하여 데이터를 주고받음으로써 전력 전송의 안정성을 확보하고 전송 효율을 높일 수 있다. 유도 결합 방식은 무선으로 전력을 전송하는 동안 전력 수신 장치가 이동하여 전송 효율이 저하되는 문제가 있고, 공진 결합 방식은 통신 채널에 잡음이 발생하여 전력 전송이 중단되는 현상이 발생하는 문제가 있다.In both methods, a communication channel is formed between an electronic device such as a wireless charging device and a smart terminal to exchange data, thereby ensuring stability of power transmission and increasing transmission efficiency. The inductive coupling method has a problem in that the power receiving device moves while power is transmitted wirelessly, thereby reducing transmission efficiency, and the resonant coupling method has a problem in that power transmission is stopped due to noise in a communication channel.

전송 장치와 수신 장치 사이에 동전과 같은 금속 이물질이 있을 때, 전력 손실이 발생하고 금속 이물질에 무선 전송 전력이 집중되면 발열 위험이 있어서, 안정적인 전력 전송을 방해한다. 따라서, 최근 유도 결합 방식의 무선 충전 규격을 적용하는 제품에 전송 장치에 금속 이물질이 놓여 있는지 여부를 탐지할 수 있는 FOD(Foreign Object Detection) 기능이 필수적으로 구현되고 있다.When there is a metal foreign object such as a coin between the transmitting device and the receiving device, power loss occurs and when the wireless transmission power is concentrated on the metal foreign object, there is a risk of overheating, which hinders stable power transmission. Therefore, a foreign object detection (FOD) function capable of detecting whether or not a metal foreign object is placed in a transmission device is necessarily implemented in a product to which the wireless charging standard of the inductive coupling method is applied.

전송 파워와 수신 파워 사이의 차이를 검출하여 파워 차이가 소정 값 이상인지 여부를 판단하는 기술이나 전력을 전송하면서 측정하는 전송 코일의 공진 주파수에서의 큐-팩터(Q-Factor)와 수신 장치에서 전송되는 Q 팩터를 비교하는 기술이 금속 이물질을 검출하기 위해서 일반적으로 사용되고 있다.A technique for determining whether the power difference is greater than or equal to a predetermined value by detecting the difference between the transmit power and the receive power, or the Q-Factor at the resonant frequency of the transmit coil measured while transmitting the power and transmitted by the receiving device A technique of comparing the Q factor to be used is generally used to detect metal contaminants.

하지만, 후자의 경우, Q 팩터가 저장되지 않은 수신 장치에는 적용할 수 없는 문제가 있다. 또한, 클립과 같이 금속 물질의 크기가 작거나 전력 수신 장치, 예를 들어 스마트 폰의 케이스에 이물질이 있는 경우 무선 충전기가 이를 검출하지 못하는 경우가 발생하고, 이러한 경우 충전 효율이 떨어지고 열이 발생할 수 있다.However, in the latter case, there is a problem that is not applicable to a receiving device in which the Q factor is not stored. In addition, if the size of a metal material such as a clip is small or there is a foreign material in the case of a power receiving device, for example, a smart phone, the wireless charger may not detect it, and in this case, charging efficiency may decrease and heat may be generated. there is.

본 발명은 이러한 상황을 감안한 것으로, 본 발명의 목적은 전송 장치가 수신 장치 사이에 이물질이 있는지 여부를 효과적으로 판단하는 방법을 제공하는 데 있다.The present invention has been made in consideration of such a situation, and an object of the present invention is to provide a method for effectively determining whether or not a foreign substance is present between a transmitting device and a receiving device.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 방법은, 수신 장치에 전력을 무선으로 전송하는 단계; 전력을 전송하는 동안 전송 장치에 포함된 공진 회로의 공진 주파수와 Q 값을 Q 팩터로 검출하는 단계; 및 주파수와 Q 값을 두 축으로 하는 평면에서 검출된 Q 팩터의 위치와 이물질 경계 커브의 비교를 근거로 전력 전송 동작을 계속하거나 전력 전송 동작을 중지하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.A wireless power transmission method according to an embodiment of the present invention for realizing the above object includes wirelessly transmitting power to a receiving device; Detecting a resonant frequency and a Q value of a resonant circuit included in a transmission device as a Q factor while transmitting power; and continuing the power transmission operation or stopping the power transmission operation based on a comparison between the detected Q factor position and the foreign matter boundary curve in a plane having the frequency and the Q value as two axes.

본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는, 직류 전원을 교류로 변환하기 위한 인버터와 수신 장치의 2차 코일과의 자기 유도 결합에 의해 전력을 전송하기 위한 1차 코일을 포함하는 공진 회로를 포함하는 전력 변환부; 공진 회로의 공진 주파수와 Q 값을 Q 팩터로 검출하기 위한 Q 팩터 검출부; 및 전력을 전송하는 동안 Q 팩터를 검출하도록 Q 팩터 검출부를 제어하고, 주파수와 Q 값을 두 축으로 하는 평면에서 검출된 Q 팩터의 위치와 이물질 경계 커브의 비교를 근거로 전력 전송 동작을 계속하거나 전력 전송 동작을 중지하도록 전력 변환부를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.A wireless power transmission device according to another embodiment of the present invention includes a resonant circuit including a primary coil for transmitting power by magnetic induction coupling between an inverter for converting direct current power into alternating current and a secondary coil of a receiving device. Power conversion unit comprising a; a Q factor detector for detecting a resonance frequency and a Q value of the resonance circuit as a Q factor; and controlling the Q factor detection unit to detect the Q factor during power transmission, and continuing the power transmission operation based on the comparison between the detected position of the Q factor and the foreign matter boundary curve in a plane of which the frequency and the Q value are two axes. It is characterized in that it is configured to include a control unit for controlling the power conversion unit to stop the power transmission operation.

따라서, 금속 이물질이 전송 장치 위나 전송 장치와 수신 장치 사이에 있는지 여부를 효과적으로 판단할 수 있고, 무선 전력 전송 때 금속 이물질에 출력이 집중하여 발열이 심하게 되고 화제가 발생하는 위험을 사전에 방지할 수 있다.Therefore, it is possible to effectively determine whether a metal foreign substance is on the transmission device or between the transmission device and the reception device, and to prevent the risk of excessive heat generation and fire caused by concentration of output on the metal foreign substance during wireless power transmission. there is.

도 1은 무선 전력 전송 장치로부터 전자 기기로 전력이 무선으로 전송되는 것을 개념적으로 나타낸 것이고,
도 2는 전자기 유도 방식으로 전력을 무선으로 전송하기 위한 전송 모듈의 전력 변환부의 회로 구성을 개념적으로 도시한 것이고,
도 3은 무선 전력 전송 모듈과 수신 모듈이 전력과 메시지를 주고받기 위한 구성을 도시한 것이고,
도 4는 무선 전력 전송 모듈과 수신 모듈 사이 전력 전송을 제어하기 위한 루프를 블록으로 도시한 것이고,
도 5는 입력 전압과 출력 전압의 비율을 이용하여 Q 팩터를 검출하기 위한 회로와 검출되는 Q 팩터에 대한 그래프를 도시한 것이고,
도 6은 신호의 감쇠를 검출하여 이물질 여부를 판단하는 개념을 도시한 것이고,
도 7은 수신 장치의 위치 및 이물질의 종류와 위치를 변경하면서 Q 팩터를 측정한 값을 근거로 이물질이 있을 경우와 충전 가능한 경우를 구분하는 FOD 라인을 설정하는 예를 도시한 것이고,
도 8은 FOD 라인과의 거리를 근거로 이물질 판단의 레벨을 조정하는 예를 도시한 것이고,
도 9는 본 발명이 적용되는 무선 전력 전송 장치의 구성을 블록으로 도시한 것이고,
도 10은 본 발명에 따라 이물질을 검출하면서 무선으로 전력을 전송하는 방법에 대한 동작 흐름도를 도시한 것이다.
1 conceptually shows that power is wirelessly transmitted from a wireless power transmission device to an electronic device;
2 conceptually illustrates a circuit configuration of a power conversion unit of a transmission module for wirelessly transmitting power by an electromagnetic induction method;
3 shows a configuration for exchanging power and messages between a wireless power transmission module and a reception module;
4 shows a loop for controlling power transmission between a wireless power transmission module and a reception module in blocks;
5 shows a graph of a circuit for detecting a Q factor using a ratio of an input voltage to an output voltage and a detected Q factor;
6 illustrates the concept of determining whether a foreign substance is present by detecting signal attenuation,
7 shows an example of setting an FOD line that distinguishes between a case in which a foreign material is present and a case in which charging is possible based on a value obtained by measuring a Q factor while changing the location of a receiving device and the type and location of a foreign material,
8 shows an example of adjusting the level of foreign matter determination based on the distance from the FOD line;
9 shows the configuration of a wireless power transmission device to which the present invention is applied in blocks,
10 is a flowchart illustrating an operation of a method of wirelessly transmitting power while detecting a foreign object according to the present invention.

이하, 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치 및 방법에 대한 실시예를 첨부하는 도면에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of a wireless power transmission apparatus and method according to the present invention will be described in detail based on the accompanying drawings.

도 1은 무선 전력 전송 장치로부터 전자 기기로 전력이 무선으로 전송되는 것을 개념적으로 나타낸 것이다.1 conceptually shows that power is wirelessly transmitted from a wireless power transmitter to an electronic device.

무선 전력 전송 장치(1)는, 전자 기기(2)가 필요로 하는 전력을 무선으로 전달하는 전력 전달 장치이거나, 무선으로 전력을 전달함으로써 전자 기기(2)의 배터리를 충전하기 위한 무선 충전 장치일 수 있고, 또는 접촉되지 않은 상태에서 전원이 필요한 전자 기기(2)에 전력을 전달하는 여러 가지 형태의 장치로 구현될 수 있다.The wireless power transmission device 1 may be a power transmission device that wirelessly transfers power required by the electronic device 2 or a wireless charging device for charging the battery of the electronic device 2 by wirelessly transferring power. Alternatively, it may be implemented in various types of devices that deliver power to the electronic device 2 requiring power in a non-contact state.

전자 기기(2)는 무선 전력 전송 장치(1)로부터 무선으로 전력을 수신하여 동작이 가능한 기기로, 무선으로 수신되는 전력을 이용하여 배터리를 충전할 수도 있다. 무선으로 전력을 수신하는 전자 기기는 휴대가 가능한 전자 기기, 예를 들어 스마트 폰이나 스마트 단말, 태블릿 컴퓨터, 멀티미디어 단말, 키보드, 마우스, 영상 또는 음성의 보조 장치 등의 입출력 장치, 보조 배터리 등을 포함할 수 있다.The electronic device 2 is a device capable of operating by receiving power wirelessly from the wireless power transmitter 1, and may charge a battery using the power wirelessly received. Electronic devices that receive power wirelessly include portable electronic devices such as smart phones, smart terminals, tablet computers, multimedia terminals, input/output devices such as keyboards, mice, video or audio auxiliary devices, and auxiliary batteries. can do.

무선 전력 전송 장치(1)의 무선 전력 신호에 의한 전자기 유도 현상에 기초한 유도 결합 방식, 즉 무선 전력 전송 장치(1)에서 전송하는 무선 전력 신호에 의하여 전자 기기(2)에서 공진이 발생하고 공진 현상에 의하여 무선 전력 전송 장치(1)로부터 전자 기기(2)로 접촉 없이 무선으로 전력이 전달될 수 있는데, 전자기 유도 현상에 의하여 1차 코일에서 교류 전류에 의해 자기장을 변화시켜 2차 코일 쪽에 전류를 유도함으로써 전력을 전달한다.Resonance occurs in the electronic device 2 by the inductive coupling method based on the electromagnetic induction phenomenon by the wireless power signal of the wireless power transmitter 1, that is, the wireless power signal transmitted from the wireless power transmitter 1 and the resonance phenomenon Power can be transmitted wirelessly from the wireless power transmitter 1 to the electronic device 2 without contact. By changing the magnetic field by alternating current in the primary coil due to the electromagnetic induction phenomenon, the current flows toward the secondary coil. transfers power by induction.

무선 전력 전송 장치(1)의 1차 코일에 흐르는 전류의 세기가 변화하면, 그 전류에 의해 1차 코일 또는 전송 코일(primary coil, TX coil)을 통과하는 자기장이 변화하고, 변화된 자기장은 전자 기기(2) 내의 2차 코일 또는 수신 코일(secondary coil, RX coil) 측에 유도 기전력을 발생시킨다.When the intensity of the current flowing in the primary coil of the wireless power transmitter 1 changes, the current changes the magnetic field passing through the primary coil or transmission coil (primary coil, TX coil), and the changed magnetic field is (2) An induced electromotive force is generated on the secondary coil or receiving coil (secondary coil, RX coil) side.

무선 전력 전송 장치(1) 측의 1차 코일과 전자 기기(2) 측의 2차 코일이 근접하도록 무선 전력 전송 장치(1) 및 전자 기기(2)를 배치하고, 무선 전력 전송 장치(1)가 1차 코일의 전류가 변화하도록 제어하면, 전자 기기(2)는 2차 코일에 유도된 기전력을 이용하여 배터리와 같은 부하에 전원을 공급한다.The wireless power transmitter 1 and the electronic device 2 are disposed so that the primary coil of the wireless power transmitter 1 and the secondary coil of the electronic device 2 are close to each other, and the wireless power transmitter 1 When the current of the primary coil is controlled to change, the electronic device 2 supplies power to a load such as a battery using the electromotive force induced in the secondary coil.

유도 결합 방식에 의한 무선 전력 전달의 효율은, 무선 전력 전송 장치(1)와 전자 기기(2) 사이의 배치와 거리의 영향을 받게 되므로, 무선 전력 전송 장치(1)는 평평한 인터페이스 표면을 포함하도록 구성되고 인터페이스 표면의 하부에는 1차 코일이 장착되고, 인터페이스 표면 상부에 하나 이상의 전자 기기가 놓일 수 있다. 인터페이스 표면 하부에 장착된 1차 코일과 인터페이스 표면 상부에 위치한 2차 코일 사이 공간을 충분히 작게 함으로써 유도 결합 방식에 의한 무선 전력 전달의 효율을 올릴 수 있다.Since the efficiency of wireless power transfer by the inductive coupling method is affected by the arrangement and distance between the wireless power transmitter 1 and the electronic device 2, the wireless power transmitter 1 includes a flat interface surface. A primary coil is mounted on the bottom of the interface surface, and one or more electronic devices may be placed on the interface surface. By making the space between the primary coil mounted below the interface surface and the secondary coil located above the interface surface sufficiently small, the efficiency of wireless power transfer by inductive coupling can be increased.

인터페이스 표면 상부에는 전자 기기가 놓일 위치를 지시하는 마크가 표시될 수 있는데, 인터페이스 표면 하부에 장착된 1차 코일과 2차 코일 사이의 배열이 적합하게 이루어지도록 하는 전자 기기의 위치를 지시할 수 있다. 전자 기기의 위치를 안내하기 위한 돌출 형태의 구조물이 인터페이스 표면 상부에 형성될 수도 있고, 인터페이스 표면 하부에 자석과 같은 자성체를 형성하여 전자 기기 내부에 마련된 다른 극의 자성체와의 인력에 의하여 1차 코일과 2차 코일이 잘 배열되도록 안내할 수도 있다.A mark indicating a position where an electronic device is to be placed may be displayed on the upper part of the interface surface, and may indicate a position of an electronic device that properly arranges between a primary coil and a secondary coil mounted on the lower part of the interface surface. . A protrusion-shaped structure for guiding the location of the electronic device may be formed on the upper surface of the interface, and a magnetic body such as a magnet is formed on the lower surface of the interface, and the primary coil is attracted by the magnetic body of the other pole provided inside the electronic device. and the secondary coil may be guided to be well aligned.

도 2는 전자기 유도 방식으로 전력을 무선으로 전송하기 위한 전송 모듈의 전력 변환부의 회로 구성을 개념적으로 도시한 것이다.2 conceptually illustrates a circuit configuration of a power conversion unit of a transmission module for wirelessly transmitting power using an electromagnetic induction method.

무선 전력 전송 모듈은 크게 전원 및 인버터와 공진 회로로 구성되는 전력 변환부를 포함하여 구성될 수 있는데, 전원은 전압원이나 전류원이 될 수 있고 전력 변환부는 전원으로부터 공급되는 전력을 무선 전력 신호로 변환하여 무선 전력 수신 모듈에 전달한다. 무선 전력 신호는 공진 특성을 갖는 자기장 또는 전자기장 형태로 형성되고, 공진 회로는 무선 전력 신호를 발생시키는 코일을 포함한다.The wireless power transmission module may include a power converter composed of a power source, an inverter, and a resonance circuit. The power source may be a voltage source or a current source, and the power converter converts the power supplied from the power source into a wireless power signal and converts it into a wireless power signal. It is transmitted to the power receiving module. The wireless power signal is formed in the form of a magnetic field or electromagnetic field having resonance characteristics, and the resonance circuit includes a coil that generates the wireless power signal.

인버터는 스위칭 소자와 제어 회로를 통해 직류 입력을 원하는 전압과 주파수의 교류 파형으로 변환하는데, 도 2에서는 풀 브리지(Full-bridge) 인버터를 도시한 것이고, 하프 브리지 인버터 등 다른 종류의 인버터도 가능하다.The inverter converts a direct current input into an alternating current waveform of a desired voltage and frequency through a switching element and a control circuit. In FIG. 2, a full-bridge inverter is shown, and other types of inverters such as a half-bridge inverter are also possible .

공진 회로는 자기 유도 방식으로 전력을 전송할 1차 코일(Lp)과 커패시터(Cp)를 포함하여 구성되는데, 코일과 커패시터가 전력 전송의 기본 공진 주파수를 결정한다. 1차 코일은 전류의 변화에 따라 무선 전력 신호에 해당하는 자기장을 형성하고, 평판 형태 또는 솔레노이드 형태로 구현될 수 있다.The resonance circuit includes a primary coil (Lp) and a capacitor (Cp) that transmit power in a magnetic induction method, and the coil and capacitor determine the basic resonance frequency of power transmission. The primary coil forms a magnetic field corresponding to a wireless power signal according to a change in current, and may be implemented in a flat plate shape or a solenoid shape.

인버터에 의해 변환된 교류 전류가 공진 회로를 구동시킴으로써 1차 코일에 자기장이 형성되는데, 인버터가 포함된 스위치의 온/오프 타이밍을 제어하여 공진 회로의 공진 주파수에 가까운 주파수의 교류를 생성하여 전송 모듈의 전송 효율을 높일 수 있고, 인버터를 제어함으로써 전송 모듈의 전송 효율을 변경할 수 있다.The alternating current converted by the inverter drives the resonant circuit so that a magnetic field is formed in the primary coil. By controlling the on/off timing of the switch including the inverter, an alternating current with a frequency close to the resonant frequency of the resonant circuit is generated to transmit the module. The transmission efficiency of can be increased, and the transmission efficiency of the transmission module can be changed by controlling the inverter.

도 3은 무선 전력 전송 모듈과 수신 모듈이 전력과 메시지를 주고받기 위한 구성을 도시한 것이다.3 illustrates a configuration for exchanging power and messages between a wireless power transmission module and a reception module.

전력 변환부는 수신 모듈의 수신 상태와 상관없이 일방적으로 전력을 전송할 뿐이므로, 수신 모듈의 상태에 맞도록 전력을 전송하기 위해서는 수신 모듈로부터 수신 상태와 관련된 피드백을 받기 위한 구성이 무선 전력 전송 모듈에 필요하다.Since the power converter only transmits power unilaterally regardless of the reception status of the reception module, the wireless power transmission module needs a configuration for receiving feedback related to the reception status from the reception module in order to transmit power in accordance with the status of the reception module. Do.

무선 전력 전송 모듈(100)은 전력 변환부(110), 통신부(120), 제어부(130) 및 전원부(140)를 포함하여 구성될 수 있고, 무선 전력 수신 모듈(200)은 전력 수신부(210), 통신부(220) 및 제어부(230)를 포함하여 구성될 수 있고 수신되는 전력이 공급될 부하(또는 전원부)(240)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 부하(240)는 전력 수신부(210)로부터 공급되는 전력으로 내부 배터리를 충전하기 위한 충전부를 포함할 수 있다.The wireless power transmission module 100 may include a power conversion unit 110, a communication unit 120, a control unit 130, and a power supply unit 140, and the wireless power reception module 200 may include a power reception unit 210 , It may be configured to include a communication unit 220 and a control unit 230, and may be configured to further include a load (or power supply unit) 240 to which received power is supplied. The load 240 may include a charger for charging an internal battery with power supplied from the power receiver 210 .

전력 변환부(110)는, 도 2의 인버터와 공진 회로로 구성되고, 무선 전력 신호를 형성시키기 위해 사용되는 주파수, 전압, 전류 등의 특성을 조절할 수 있는 회로를 더 포함하도록 구성될 수 있다.The power conversion unit 110 is composed of the inverter and the resonance circuit of FIG. 2 and may be configured to further include a circuit capable of adjusting characteristics such as frequency, voltage, and current used to form a wireless power signal.

통신부(120)는, 전력 변환부(110)에 연결되어, 전송 모듈(100)로부터 자기 유도에 따라 무선으로 전력을 수신하는 수신 모듈(200)에 의하여 변조되는 무선 전력 신호를 복조하여 전력 제어 메시지를 검출할 수 있다.The communication unit 120 is connected to the power conversion unit 110 and demodulates a wireless power signal modulated by the receiving module 200 that wirelessly receives power according to magnetic induction from the transmission module 100 to send a power control message. can be detected.

제어부(130)는, 통신부(120)가 검출하는 메시지를 기초로, 전력 변환부(110)의 동작 주파수, 전압, 전류 중 하나 이상의 특성을 결정하고, 전력 변환부(110)를 제어하여 전력 변환부(110)가 메시지에 적합한 무선 전력 신호를 생성하도록 할 수 있다. 통신부(120)와 제어부(130)는 하나의 모듈로 구성될 수 있다.The control unit 130 determines one or more characteristics of the operating frequency, voltage, and current of the power conversion unit 110 based on the message detected by the communication unit 120, and controls the power conversion unit 110 to convert power. The unit 110 may generate a wireless power signal suitable for the message. The communication unit 120 and the control unit 130 may be configured as one module.

전력 수신부(210)는, 전력 변환부(110)의 1차 코일에서 발생하는 자기장의 변화에 따라 유도 기전력이 발생하는 2차 코일과 커패시터로 구성되는 매칭 회로를 포함하고, 2차 코일에 흐르는 교류 전류를 정류하여 직류 전류를 출력하는 정류 회로를 포함할 수 있다.The power receiver 210 includes a matching circuit composed of a capacitor and a secondary coil generating an induced electromotive force according to a change in the magnetic field generated in the primary coil of the power converter 110, and an AC flowing through the secondary coil. It may include a rectifier circuit that rectifies the current and outputs a DC current.

수신 모듈의 통신부(220)는, 전력 수신부(210)에 연결되고, DC에서의 저항 부하 및/또는 AC에서의 용량성 부하를 조절하는 방식으로 전력 수신부의 부하를 조절함으로써, 전송 모듈과 수신 모듈 사이의 무선 전력 신호를 변화시켜 전력 제어 메시지를 전송 모듈에 전송할 수 있다.The communication unit 220 of the receiving module is connected to the power receiving unit 210 and adjusts the load of the power receiving unit in a manner of adjusting the resistive load in DC and/or the capacitive load in AC, so that the transmission module and the receiving module A power control message may be transmitted to the transmission module by changing a wireless power signal between the terminals.

수신 모듈의 제어부(230)는, 수신 모듈에 포함된 각 구성 요소를 제어하는데, 전력 수신부(210)의 출력을 전류 또는 전압 형태로 측정하고, 이를 근거로 통신부(220)를 제어하여 무선 전력 전송 모듈(100)에 전력 제어 메시지를 전달할 수 있다. 메시지는 무선 전력 전송 모듈(100)로 하여금 무선 전력 신호의 전달을 시작하거나 종료하도록 지시할 수 있고 또한 무선 전력 신호의 특성을 조절하도록 할 수 있다.The control unit 230 of the receiving module controls each component included in the receiving module, measures the output of the power receiving unit 210 in the form of current or voltage, and controls the communication unit 220 based on this measurement to transmit power wirelessly. A power control message may be communicated to module 100 . The message may instruct the wireless power transmission module 100 to start or end transmission of the wireless power signal and also to adjust characteristics of the wireless power signal.

전송 모듈의 전력 변환부(110)에 의하여 형성된 무선 전력 신호는 전력 수신부(210)에 의하여 수신되고, 수신 모듈의 제어부(230)는 무선 전력 신호를 변조하도록 통신부(220)를 제어하는데, 제어부(230)는 통신부(220)의 리액턴스(reactance)를 변경시킴으로써 무선 전력 신호로부터 수신하는 전력량이 변하도록 하는 변조 과정을 수행할 수 있다. 무선 전력 신호로부터 수신되는 전력량이 변하면 무선 전력 신호를 형성시키는 전력 변환부(110)의 전류 및/또는 전압도 바뀌고, 무선 전력 전송 모듈(100)의 통신부(120)는 전력 변환부(110)의 전류 및/또는 전압의 변경을 감지하여 복조 과정을 수행할 수 있다.The wireless power signal formed by the power converter 110 of the transmission module is received by the power receiver 210, and the control unit 230 of the receiving module controls the communication unit 220 to modulate the wireless power signal. 230 may perform a modulation process to change the amount of power received from the wireless power signal by changing the reactance of the communication unit 220 . When the amount of power received from the wireless power signal changes, the current and/or voltage of the power conversion unit 110 that forms the wireless power signal also changes, and the communication unit 120 of the wireless power transmission module 100 changes the power conversion unit 110. A demodulation process may be performed by detecting a change in current and/or voltage.

수신 모듈의 제어부(230)는, 무선 전력 전송 모듈(100)에게 전달하고자 하는 메시지를 포함하는 패킷을 생성하고 생성되는 패킷을 포함하도록 무선 전력 신호를 변조하고, 전송 모듈의 제어부(130)는 통신부(120)를 통해 추출한 패킷을 디코딩 하여 전력 제어 메시지를 획득할 수 있는데, 수신 모듈의 제어부(230)는 수신되는 파워를 조절하기 위하여 전력 수신부(210)를 통해 수신되는 전력량을 근거로 무선 전력 신호의 특성을 변경을 요청하는 메시지를 전송할 수 있다.The control unit 230 of the receiving module generates a packet including a message to be transmitted to the wireless power transmission module 100 and modulates the wireless power signal to include the generated packet, and the control unit 130 of the transmission module is a communication unit A power control message can be obtained by decoding the packet extracted through 120. The controller 230 of the receiving module generates a wireless power signal based on the amount of power received through the power receiver 210 to adjust the received power. A message requesting a change in the characteristics of can be transmitted.

도 4는 무선 전력 전송 모듈과 수신 모듈 사이 전력 전송을 제어하기 위한 루프를 블록으로 도시한 것이다.4 is a block diagram illustrating a loop for controlling power transmission between a wireless power transmission module and a reception module.

전송 모듈(100)의 전력 변환부(110)에서 발생하는 자기장의 변화에 따라 수신 모듈(200)의 전력 수신부(210)에서 전류가 유도되어 전력이 전송되고, 수신 모듈의 제어부(230)는 원하는 제어 점, 즉 원하는 출력 전류 및/또는 전압을 선택하고, 전력 수신부(210)을 통해 수신되는 전력의 실제 제어 점을 결정한다.Current is induced in the power receiving unit 210 of the receiving module 200 according to the change in the magnetic field generated by the power conversion unit 110 of the transmitting module 100 and power is transmitted, and the control unit 230 of the receiving module A control point, that is, a desired output current and/or voltage is selected, and an actual control point for power received through the power receiver 210 is determined.

수신 모듈(100)의 제어부(230)는 전력이 전송되는 동안 원하는 제어 점과 실제 제어 점을 이용하여 제어 에러 값을 계산하는데, 예를 들어 2개의 출력 전압 또는 전류의 차이를 제어 에러 값으로 취할 수 있다. 원하는 제어 점에 도달하기 위해 적은 전력이 요구되면, 예를 들어 마이너스 값이 되고, 원하는 제어 점에 도달하기 위해 더 많은 전력이 필요하면 플러스 값이 되도록 제어 에러 값을 결정할 수 있다. 수신 모듈(200)의 제어부(230)는 통신부(220)를 통해 전력 수신부(210)의 리액턴스를 시간에 따라 변경하는 방식으로 계산된 제어 에러 값을 포함하는 패킷을 생성하여 전송 모듈(100)에 전송할 수 있다.The controller 230 of the receiving module 100 calculates a control error value using a desired control point and an actual control point while power is being transmitted. For example, the difference between two output voltages or currents is taken as a control error value. can The control error value may be determined such that it becomes, for example, a negative value when less power is required to reach the desired control point, and a positive value when more power is required to reach the desired control point. The control unit 230 of the receiving module 200 generates a packet including a control error value calculated by changing the reactance of the power receiving unit 210 over time through the communication unit 220 and transmits the packet to the transmission module 100. can transmit

전송 모듈의 통신부(120)는 수신 모듈(200)에 의하여 변조되는 무선 전력 신호에 포함되는 패킷을 복조하여 메시지를 검출하는데, 제어 에러 값을 포함하는 제어 에러 패킷을 복조할 수 있다.The communication unit 120 of the transmission module demodulates a packet included in the wireless power signal modulated by the reception module 200 to detect a message, and may demodulate a control error packet including a control error value.

전송 모듈의 제어부(130)는, 통신부(120)를 통해 추출한 제어 에러 패킷을 디코딩 하여 제어 에러 값을 얻고, 전력 변환부(110)에 실제로 흐르는 실제 전류 값과 제어 에러 값을 이용하여 수신 모듈이 원하는 전력을 전송하기 위한 새로운 전류 값을 결정할 수 있다.The controller 130 of the transmission module decodes the control error packet extracted through the communication unit 120 to obtain a control error value, and uses the actual current value that actually flows in the power conversion unit 110 and the control error value to A new current value can be determined to transmit the desired power.

전송 모듈의 제어부(130)는, 수신 모듈로부터 제어 에러 패킷을 수신하는 과정으로부터 시스템이 안정화되면, 1차 코일에 흐르는 실제 전류 값이 새로운 전류 값이 되도록 새로운 동작 점, 즉 1차 코일에 인가되는 AC 전압의 크기, 주파수, 듀티 비 등이 새로운 값에 이르도록 전력 변환부(110)를 제어하고, 수신 모듈이 추가로 제어 정보나 상태 정보를 통신할 수 있도록 새로운 동작 점을 계속 유지하도록 한다.When the system is stabilized from the process of receiving the control error packet from the receiving module, the control unit 130 of the transmission module applies a new operating point, that is, to the primary coil so that the actual current value flowing in the primary coil becomes a new current value. The power conversion unit 110 is controlled so that the magnitude, frequency, duty ratio, etc. of the AC voltage reach a new value, and the new operating point is maintained so that the receiving module can additionally communicate control information or status information.

무선 전력 전송 모듈(100)과 무선 전력 수신 모듈(200) 사이 상호 작용은 선택(selection), 핑(ping), 식별/구성(identification & configuration) 및 파워 전송(power transfer)을 포함하여 4가지 단계로 이루어질 수 있다. 선택 단계는 전송 모듈이 인터페이스 표면 위에 놓인 대상물을 발견하기 위한 단계이고, 핑 단계는 대상물이 수신 모듈을 포함하는 지 여부를 확인하는 단계이고, 식별/구성 단계는 수신 모듈에 전력을 보내기 위한 준비 단계로 수신 모듈로부터 적절한 정보를 수신하고 이를 근거로 수신 모듈과 전력 전송 계약(Power Transfer Contract)을 체결하고, 파워 전송 단계는 전송 모듈과 수신 모듈의 상호 작용으로 실제로 전력을 무선으로 수신 모듈에 전송하는 단계이다.The interaction between the wireless power transmission module 100 and the wireless power reception module 200 includes four steps including selection, ping, identification & configuration, and power transfer can be made with The select step is for the transmitting module to discover the object placed on the interface surface, the ping step is for checking whether the object contains the receiving module or not, and the identification/configuration step is the preparation step for sending power to the receiving module. It receives appropriate information from the receiving module and concludes a power transfer contract with the receiving module based on this, and the power transfer step is the interaction between the transmitting module and the receiving module to actually transmit power to the receiving module wirelessly. It is a step.

핑 단계에서는, 수신 모듈(200)이 1차 코일과 수신 코일의 자속 결합 정도를 가리키는 신호 강도 패킷(Signal Strength Packet, SSP)을 공진 파형의 변조를 통해 전송 모듈(100)에 전송하는데, 신호 강도 패킷(SSP)은 수신 모듈에서 정류한 전압을 모니터링 하여 생성하는 메시지로서, 전송 모듈(100)은 이를 수신 모듈(200)로부터 수신하여 전력 전송을 위한 초기 구동 주파수를 선정하는 데 활용할 수 있다.In the ping step, the receiving module 200 transmits a Signal Strength Packet (SSP) indicating the degree of flux coupling between the primary coil and the receiving coil to the transmitting module 100 through modulation of the resonance waveform. The packet SSP is a message generated by monitoring the voltage rectified by the receiving module, and the transmitting module 100 can receive it from the receiving module 200 and use it to select an initial driving frequency for power transmission.

식별/구성 단계에서는, 수신 모듈(200)의 버전, 제조사 코드, 장치 식별 정보 등을 포함하는 식별 패킷(Identification Packet), 수신 모듈(200)의 최대 파워, 파워 전송 방법 등의 정보를 포함하는 구성 패킷(Configuration Packet) 등을 수신 모듈(200)이 전송 모듈(100)에 전송한다.In the identification/configuration step, configuration including information such as an identification packet including the version of the receiving module 200, manufacturer code, and device identification information, the maximum power of the receiving module 200, and a power transmission method. The receiving module 200 transmits a packet (Configuration Packet) to the transmitting module 100.

파워 전송 단계에서는, 수신 모듈(200)이 전력 신호를 수신하는 동작 점과 파워 전송 계약에서 정한 동작 점과의 차이를 가리키는 제어 에러 패킷(Control Error Packet, CEP), 수신 모듈(200)이 인터페이스 표면을 통해 수신하는 파워의 평균 값을 가리키는 수신 파워 패킷(Received Power Packet, RPP) 등을 수신 모듈(200)이 전송 모듈(100)에 전송한다.In the power transmission step, a control error packet (CEP) indicating the difference between the operating point at which the receiving module 200 receives the power signal and the operating point determined in the power transmission contract, and the receiving module 200 transmits the interface surface The receiving module 200 transmits to the transmitting module 100 a received power packet (RPP) indicating an average value of received power through .

수신 파워 패킷(RPP)은, 수신 모듈의 전력 수신부(210)의 정류 전압, 부하 전류, 옵셋 전력 등을 감안한 수신 전력량 데이터로, 수신 모듈(200)에 의해 전력을 수신 중에 계속하여 전송 모듈(100)로 전송되고, 전송 모듈(100)은 이를 수신하여 전력 제어를 위한 연산 인자로 사용한다.The received power packet (RPP) is received power amount data considering the rectified voltage, load current, offset power, etc. of the power receiving unit 210 of the receiving module. ), and the transmission module 100 receives it and uses it as an operation factor for power control.

전송 모듈의 통신부(120)는 각각 공진 파형의 변화로부터 패킷을 추출하고, 제어부(130)는 추출되는 패킷을 디코딩 하여 메시지를 얻고 이를 기초로 전력 변환부(110)를 제어하여 수신 모듈(200)이 요청하는 대로 파워 전송 특성을 바꾸면서 전력을 무선으로 전송할 수 있다.The communication unit 120 of the transmission module extracts packets from changes in the resonance waveform, and the control unit 130 decodes the extracted packets to obtain a message and controls the power conversion unit 110 based on this to obtain a message. Power can be wirelessly transmitted while changing the power transmission characteristics as requested.

한편, 유도 결합에 의해 전력을 무선으로 전달 방식에서 그 효율은 주파수 특성에 따른 영향은 적으나, 전송 모듈(100)과 수신 모듈(200) 사이의 배열과 거리의 영향을 받게 된다.On the other hand, in the method of wirelessly transmitting power by inductive coupling, the efficiency is less affected by frequency characteristics, but is affected by the arrangement and distance between the transmission module 100 and the reception module 200.

무선 전력 신호가 도달할 수 있는 영역을 두 가지로 구분할 수 있는데, 전송 모듈(100)이 수신 모듈(200)에 무선으로 전력을 전달할 때 높은 효율의 자기장이 통과할 수 있는 인터페이스 표면의 부분을 활동 영역이라고 할 수 있고, 전송 모듈(100)이 수신 모듈(200)의 존재를 감지할 수 있는 영역을 감지 영역이라 할 수 있다.The area where the wireless power signal can reach can be divided into two areas. When the transmission module 100 wirelessly transfers power to the reception module 200, the part of the interface surface through which a high-efficiency magnetic field can pass is active. An area in which the transmission module 100 can detect the presence of the reception module 200 may be referred to as a sensing area.

전송 모듈의 제어부(130)는, 수신 모듈(200)이 활동 영역 또는 감지 영역에 배치되거나 제거되었는지 여부에 대하여 감지할 수 있는데, 전력 변환부(110)에서 형성되는 무선 전력 신호를 이용하거나 별도로 구비되는 센서에 의하여 수신 모듈(200)이 활동 영역 또는 감지 영역에 배치되었는지 여부를 검출할 수 있다.The control unit 130 of the transmission module can detect whether the reception module 200 is placed or removed in the active area or the sensing area, using a wireless power signal formed in the power conversion unit 110 or provided separately. It is possible to detect whether the receiving module 200 is disposed in the active area or the sensing area by the sensor.

예를 들어, 전송 모듈의 제어부(130)는 감지 영역에 존재하는 수신 모듈(200)로 인하여 무선 전력 신호가 영향을 받아 전력 변환부(110)의 무선 전력 신호를 형성하기 위한 전력의 특성이 변화하는지 여부를 모니터링 함으로써 수신 모듈(200)의 존재를 검출할 수 있다. 전송 모듈의 제어부(130)는 수신 모듈(200)의 존재를 검출한 결과에 따라 수신 모듈(200)을 식별하는 과정을 수행하거나 무선 전력 전송을 시작할 것인지 여부 등을 결정할 수 있다.For example, the control unit 130 of the transmission module is influenced by the wireless power signal due to the reception module 200 present in the sensing area, and the characteristics of power for forming the wireless power signal of the power conversion unit 110 are changed. It is possible to detect the presence of the receiving module 200 by monitoring whether or not the The control unit 130 of the transmission module may determine whether to perform a process of identifying the reception module 200 or start wireless power transmission according to a result of detecting the existence of the reception module 200 .

전송 모듈의 전력 변환부(110)는 위치 결정부를 더 포함할 수 있는데, 위치 결정부는 유도 결합 방식에 의한 무선 전력 전달의 효율을 높이기 위하여 1차 코일을 이동 또는 회전시킬 수 있고, 특히 수신 모듈(200)이 전송 모듈(100)의 활동 영역 내에 존재하지 않는 경우에 사용될 수 있다.The power conversion unit 110 of the transmission module may further include a positioning unit. The positioning unit may move or rotate the primary coil in order to increase the efficiency of wireless power transfer by inductive coupling. In particular, the receiving module ( 200) may be used when it does not exist within the active area of the transport module 100.

위치 결정부는 전송 모듈(100)의 1차 코일과 수신 모듈(200)의 2차 코일의 중심간 거리가 일정 범위 이내가 되도록 1차 코일을 이동시키거나 1차 코일과 수신 코일의 중심이 중첩되도록 1차 코일을 이동시키는 구동부를 포함하도록 구성될 수 있다. 이를 위해 전송 모듈(100)은 수신 모듈(200)의 위치를 감지하기 위한 센서나 감지부를 더 구비할 수 있고, 전송 모듈의 제어부(130)는 감지부의 센서로부터 수신하는 수신 모듈(200)에 대한 위치 정보를 기초로 위치 결정부를 제어할 수 있다.The positioning unit moves the primary coil so that the distance between the centers of the primary coil of the transmission module 100 and the secondary coil of the reception module 200 is within a certain range, or the centers of the primary coil and the reception coil overlap. It may be configured to include a driving unit for moving the primary coil. To this end, the transmission module 100 may further include a sensor or detection unit for detecting the position of the reception module 200, and the control unit 130 of the transmission module controls information about the reception module 200 received from the sensor of the detection unit. Based on the location information, the location determining unit may be controlled.

또는, 전송 모듈의 제어부(130)는 통신부(120)를 통하여 수신 모듈(200)과의 배열 또는 거리에 대한 제어 정보를 수신하고 이를 기초로 위치 결정부를 제어할 수도 있다.Alternatively, the control unit 130 of the transmission module may receive control information about the arrangement or distance to the reception module 200 through the communication unit 120 and control the position determination unit based on this.

또한, 전송 모듈(100)은 둘 이상 복수의 1차 코일을 포함하도록 형성되어 복수의 1차 코일 중에서 수신 모듈(200)의 수신 코일과 적합하게 배열되는 일부의 코일을 선택적으로 이용하여 전송 효율을 높일 수 있는데, 이 경우 위치 결정부는 복수의 1차 코일 중에서 어느 것이 전력 전달을 위하여 사용될 것인지 결정할 수 있다.In addition, the transmission module 100 is formed to include two or more plural primary coils and selectively uses some of the plural primary coils that are suitably arranged with the receiving coils of the receiving module 200 to increase transmission efficiency. In this case, the positioning unit may determine which of the plurality of primary coils is to be used for power transmission.

활동 영역을 통과하는 자기장을 형성시키는 단일 1차 코일 또는 하나 이상의 1차 코일들의 조합을 주요 셀(primary cell)로 지칭할 수 있는데, 전송 모듈의 제어부(130)는, 수신 모듈(200)의 위치를 감지하고 이를 기초로 활동 영역을 결정하고, 활동 영역에 대응되는 주요 셀을 구성하는 전송 모듈을 연결하고 해당 전송 모듈의 1차 코일과 수신 모듈(200)의 2차 코일이 유도 결합될 수 있도록 제어할 수 있다.A single primary coil or a combination of one or more primary coils forming a magnetic field passing through the active region may be referred to as a primary cell. Detect and determine the active area based on this, connect the transmission module constituting the main cell corresponding to the active area, and so that the primary coil of the corresponding transmission module and the secondary coil of the receiving module 200 are inductively coupled. You can control it.

한편, 수신 모듈(200)은 스마트 폰 또는 멀티미디어 재생 단말을 포함하는 스마트 폰이나 스마트 기기와 같은 전자 기기 내에 내장되고, 전자 기기가 전송 모듈(100)의 인터페이스 표면 위에 수직이나 수평 방향으로 일정하지 않은 방향이나 위치로 놓이게 되므로, 전송 모듈은 넓은 활동 영역을 필요로 한다.On the other hand, the receiving module 200 is built into an electronic device such as a smart phone or a smart device including a smart phone or a multimedia playback terminal, and the electronic device is not constant in a vertical or horizontal direction on the interface surface of the transmitting module 100 Being oriented or positioned, the transport module requires a large active area.

활동 영역을 넓히기 위하여 복수 개의 1차 코일을 사용할 경우, 1차 코일 개수만큼 구동 회로가 필요하고 복수 개의 1차 코일에 대한 제어가 복잡해지므로, 제품화할 때 전송 모듈 즉 무선 충전기의 비용 증가가 발생한다. 또한, 활동 영역을 확대하기 위하여 전송 코일의 위치를 바꾸는 방식을 적용하는 경우에도 1차 코일의 위치를 옮기기 위한 이송 메커니즘을 구비해야 하므로, 부피와 무게가 커지고 제작 비용이 많아지는 문제가 있다.When a plurality of primary coils are used to widen the active area, as many driving circuits as the number of primary coils are required and control of the plurality of primary coils becomes complicated, the cost of the transmission module, that is, the wireless charger, increases when commercialized. . In addition, even in the case of applying a method of changing the location of the transmission coil to expand the active area, since a transfer mechanism for moving the location of the primary coil must be provided, there are problems in that the volume and weight increase and the manufacturing cost increases.

위치가 고정된 하나의 1차 코일을 가지고도 활동 영역을 확장하는 방법이 있다면 효과적이지만, 단순하게 1차 코일의 크기를 키운다면 1차 코일의 단위 면적당 자속 밀도가 떨어지고 송수신 코일 사이에 자기 결합력이 약해져 기대하는 만큼 활동 영역이 증가하지도 않고 전송 효율도 떨어지게 된다.If there is a way to expand the active area even with one primary coil with a fixed position, it is effective, but if the size of the primary coil is simply increased, the magnetic flux density per unit area of the primary coil decreases and the magnetic coupling force between the transmitting and receiving coils increases. As it weakens, the active area does not increase as expected and the transmission efficiency decreases.

이와 같이, 활동 영역의 확대와 전송 효율의 향상을 위하여 1차 코일의 적절한 형상과 크기를 결정하는 것이 중요하다. 둘 이상의 1차 코일을 채용하는 다중 코일 방식이 무선 전력 전송 모듈의 활동 영역을 확대하는 방법으로 효과적이다.As such, it is important to determine an appropriate shape and size of the primary coil in order to expand the active area and improve transmission efficiency. A multi-coil method employing two or more primary coils is effective as a method of expanding the active area of the wireless power transmission module.

한편, 수신 장치와 전송 장치 사이에 이물질, 특히 금속 이물질이 놓여 있는지 여부를 검출하기 위한 방법 중 하나는 전송 장치 또는 수신 장치의 Q 팩터가 바뀌어 있는지 여부를 판단하는 것으로, 저장되어 있는 Q 팩터와 새로 검출한 Q 팩터가 다르면 이물질이 있다고 판단할 수 있다.On the other hand, one of the methods for detecting whether or not a foreign substance, particularly a metal foreign substance, is placed between the receiving device and the transmitting device is to determine whether the Q factor of the transmitting device or the receiving device is changed. If the detected Q factors are different, it can be determined that there is a foreign substance.

도 5는 입력 전압과 출력 전압의 비율을 이용하여 Q 팩터를 검출하기 위한 회로와 검출되는 Q 팩터에 대한 그래프를 도시한 것이다.5 illustrates a circuit for detecting a Q factor using a ratio of an input voltage to an output voltage and a graph of a detected Q factor.

커패시터(C)와 코일(L)을 포함하는 공진 회로에 주파수를 바꾸어 가면서 교류 전압을 입력 전압(V1)으로 입력하여 코일(L) 양단에 걸리는 전압을 출력 전압(V2)으로 검출하고, 출력 전압(V2)와 입력 전압(V1)의 비를 이용하여 Q 팩터를 계산할 수 있는데, 도 5의 오른쪽 그래프에서 100kHz 주파수가 공진 주파수가 되어 공진 주파수에서 가장 높은 출력 전압이 발생하는 것을 볼 수 있다.The voltage across the coil (L) is detected as the output voltage (V2) by inputting the alternating voltage as the input voltage (V1) while changing the frequency to the resonant circuit including the capacitor (C) and the coil (L), and output voltage The Q factor can be calculated using the ratio of (V2) and the input voltage (V1). In the graph on the right of FIG.

도 6은 신호의 감쇠를 검출하여 이물질 여부를 판단하는 개념을 도시한 것이다. 공진 주파수 또는 공진 주파수에 가까운 주파수의 입력 전압을 공진 회로에 공급할 때, 공진 회로의 출력 신호는

Figure pat00001
로 표현되고, 여기서
Figure pat00002
이고,
Figure pat00003
이다.6 illustrates a concept of determining whether there is a foreign substance by detecting signal attenuation. When an input voltage with a resonant frequency or a frequency close to the resonant frequency is supplied to the resonant circuit, the output signal of the resonant circuit is
Figure pat00001
is expressed as, where
Figure pat00002
ego,
Figure pat00003
to be.

공진 회로 가까이에 이물질이 없으면(NO FO), 출력 신호는 시간이 진행함에 따라 회로를 구성하는 저항 성분에 의한 자연 감쇠가 약간 발생하여 서서히 신호가 감소하지만, 공진 회로 가까이에 이물질이 있을 때(With FO), 이물질과 공진 회로의 상호 작용으로 인해 출력 신호는 급속히 감쇠하게 된다.If there is no foreign matter near the resonant circuit (NO FO), the output signal gradually decreases due to a slight natural attenuation caused by the resistive component constituting the circuit over time, but when there is a foreign material near the resonant circuit (With FO), the output signal is rapidly attenuated due to the interaction between the foreign matter and the resonant circuit.

이와 같이 공진 회로를 공진 주파수 부근의 주파수로 구동할 때 출력 신호의 감쇠 정도를 검출하여 이물질의 근접 여부를 판단할 수 있다.In this way, when the resonance circuit is driven at a frequency near the resonance frequency, the degree of attenuation of the output signal may be detected to determine whether a foreign material is nearby.

무선 충전기에 도 5나 도 6과 같이 이물질 근접 여부를 판단하기 위한 수단을 구비할 수도 있지만, 무선 충전기는 수신 장치의 Q 팩터나 공진 주파수를 모르기 때문에, 이물질이 충전기와 수신 장치 사이에 있는지 정확하게 판단하는 것이 쉽지 않다.Although the wireless charger may have a means for determining the proximity of a foreign object as shown in FIGS. 5 and 6, the wireless charger does not know the Q factor or resonant frequency of the receiving device, so it accurately determines whether a foreign object is present between the charger and the receiving device. It's not easy to do.

최근 무선 충전이 가능한 스마트 폰과 같은 수신 장치는 장치 보호를 위해 전용 케이스에 씌워진 상태로 사용되고 또한 무선 충전기에 올려지는데, 케이스 내부에 NFC와 같은 RF 기능이 있는 RF 모듈을 포함하는 신용 카드가 수납되기도 한다. 이러한 신용 카드의 RF 모듈은 무선 충전 동작을 방해하는 이물질 역할을 한다.Recently, a receiving device such as a smart phone capable of wireless charging is used in a state covered in a dedicated case to protect the device, and is also placed on a wireless charger, and a credit card including an RF module having an RF function such as NFC is stored inside the case do. The RF module of these credit cards acts as a foreign substance that interferes with the wireless charging operation.

이와 같이, 무선 충전기 위에 동전이나 클립이 놓인 상태로 수신 장치가 무선 충전기의 인터페이스 표면 위에 놓여 이물질이 충전을 방해하는 경우보다, 수신 장치의 케이스 내부에 신용 카드나 클립 등이 수납된 상태로 수신 장치가 무선 충전기 위에 놓여 이물질이 충전을 방해하는 경우가 더 많이 발생하게 된다.In this way, rather than in the case where the receiving device is placed on the interface surface of the wireless charger in a state where a coin or clip is placed on the wireless charger and foreign matter interferes with charging, the receiving device is placed in a state where a credit card or clip is stored inside the case of the receiving device. is placed on top of the wireless charger, and foreign objects are more likely to interfere with charging.

본 발명에서는, 이물질이 있는 상태와 충전이 가능한 상태를 구분할 수 있는 Q 팩터와 관련된 기준을 마련하여 저장하고, 수신 장치를 충전할 때 Q 팩터를 측정하고 이를 저장된 기준과 비교하여 현재 충전 상황이 이물질이 있는 상태인지 아니면 충전이 가능한 상태인지 판단할 수 있다.In the present invention, a criterion related to the Q factor capable of distinguishing a state in which a foreign substance is present and a state in which charging is possible is prepared and stored, and when the receiving device is charged, the Q factor is measured and compared with the stored criterion, so that the current charging situation is determined by the foreign matter It can be determined whether there is a state or a state in which charging is possible.

더 구체적으로는, 무선 전력 전송 장치를 출하할 때, 이물질이 있는 여러 상황에서 복수 개의 제1 Q 팩터와 이물질이 없고 충전이 가능한 여러 상황에서 복수 개의 제2 Q 팩터를 구하고, 제1 Q 팩터와 제2 Q 팩터를 구분할 수 있는 기준을 구하여 그 기준을 저장할 수 있다. 기준을 저장한 무선 전력 전송 장치는, 수신 장치에 전력을 무선으로 전송할 때, Q 팩터를 구하고 이를 저장된 기준과 비교하여 이물질 여부 또는 충전 가능 여부를 판단할 수 있다.More specifically, when the wireless power transmission device is shipped, a plurality of first Q factors in various situations with foreign substances and a plurality of second Q factors in various situations in which there are no foreign substances and charging is possible, and the first Q factor and A criterion for distinguishing the second Q factor may be obtained and the criterion may be stored. When transmitting power wirelessly to a receiving device, the wireless power transmission device storing the reference may obtain a Q factor and compare it with the stored reference to determine whether a foreign substance is present or whether charging is possible.

이물질이 있거나 충전이 가능한 여러 상황에서 Q 팩터를 구하고, 구한 Q 팩터들을 Q 팩터를 구성하는 공진 주파수와 Q 값을 X축과 Y축으로 하는 평면에 위치시키고, 이물질이 있는 상황의 좌표와 충전이 가능한 상황의 좌표를 구분하는 선을 결정하고, 이를 이물질 상황과 충전 가능 상황을 구분하는 기준으로 사용할 수 있다.The Q factor is obtained in various situations where there is foreign matter or charging is possible, and the obtained Q factors are placed on the plane with the X and Y axes of the resonance frequency and Q value constituting the Q factor. A line dividing the coordinates of the possible situation can be determined, and this can be used as a criterion for distinguishing the foreign matter situation from the charging possible situation.

도 7은 수신 장치의 위치 및 이물질의 종류와 위치를 변경하면서 Q 팩터를 측정한 값을 근거로 이물질이 있을 경우와 충전 가능한 경우를 구분하는 FOD 라인을 설정하는 예를 도시한 것이다.FIG. 7 illustrates an example of setting an FOD line that distinguishes between a case in which a foreign material is present and a case in which charging is possible based on a value obtained by measuring a Q factor while changing a location of a receiving device and a type and location of a foreign material.

무선 전력 전송 장치 또는 무선 충전기는 수신 장치를 충전하기에 앞서 Q 팩터, 즉 공진 주파수인 Q 주파수와 그 때의 Q 값을 측정한다.Prior to charging the receiving device, the wireless power transmitter or wireless charger measures a Q factor, that is, a Q frequency that is a resonant frequency and a Q value at that time.

이후 여러 상황을 모의하여 그 때마다의 Q 팩터를 측정하는데, 무선 전력 수신 장치, 예를 들어 스마트 폰에 여러 종류의 금속 이물질, 예를 들어 각국의 여러 크기의 동전, 클립, NFC와 같은 RF 모듈 등을 부착하여 해당 스마트 폰을 충전하면서 Q 팩터를 측정하고, 또한 금속 이물질을 부착한 상태에서 또한 이물질을 부착하지 않은 상태에서 스마트 폰과 전송 장치, 즉 무선 충전기의 중심으로 소정 길이 간격으로 평면에서 이동하면서 Q 팩터를 측정할 수 있다.Afterwards, various situations are simulated and the Q factor is measured at each time. Various types of metal foreign substances in the wireless power receiving device, for example, a smartphone, for example, various sizes of coins, clips, and RF modules such as NFC The Q factor is measured while charging the smart phone by attaching a lamp, and the smartphone and the transmission device, that is, the center of the wireless charger, are measured on a plane at predetermined length intervals with or without metal foreign matter attached. You can measure the Q factor while moving.

여러 상황에서 측정한 Q 팩터들을 가로 축(X 축)을 Q 주파수로 하고 세로 축(Y 축)을 Q 값으로 하는 Q 평면에 좌표로 표시하는데, 도 7에 도시한 것과 같이 이물질이 있는 상태와 이물질이 없고 충전이 가능한 상태를 구분할 수 있는 선을 평면에서 추출할 수 있다.The Q factors measured in various situations are displayed as coordinates on the Q plane where the horizontal axis (X axis) is the Q frequency and the vertical axis (Y axis) is the Q value. A line that can distinguish a state in which there is no foreign matter and can be charged can be extracted from the plane.

도 7과 같이, Q 주파수가 낮아지고 Q 값이 커지는 방향에 형성되는 제1 영역이 이물질이 있는 상황에 대응하고, Q 주파수가 커지고 Q 값이 작아지는 방향에 형성되는 제2 영역이 이물질이 없고 충전이 가능한 상황에 대응할 수 있다.As shown in FIG. 7, the first area formed in the direction in which the Q frequency decreases and the Q value increases corresponds to a situation in which foreign matter is present, and the second area formed in the direction in which the Q frequency increases and the Q value decreases is free of foreign matter and It can respond to situations where charging is possible.

Q 팩터로 형성되는 평면에서 이물질이 있는 제1 영역과 이물질이 없어서 충전이 가능한 제2 영역을 가르는 커브를 결정할 수 있는데, 도 7과 같이 직선(FOD 라인)으로 표현될 수 있고, 또는 필요에 따라 2차식 곡선 또는 더 높은 차원의 곡선으로 표현할 수도 있다.In a plane formed by the Q factor, a curve dividing a first area with foreign matter and a second area where charging is possible without foreign matter may be determined, and it may be expressed as a straight line (FOD line) as shown in FIG. It can also be expressed as a quadratic curve or a higher-dimensional curve.

FOD 라인(또는 이물질 경계 커브)은 해당 무선 충전기를 출하하는 과정에서 측정되어 무선 충전기의 비휘발성 메모리에 저장될 수 있다.The FOD line (or foreign matter boundary curve) may be measured in the process of shipping the corresponding wireless charger and stored in the non-volatile memory of the wireless charger.

무선 충전기는 수신 장치가 검출되어 무선 충전을 시작할 때 Q 팩터를 측정하고, 측정된 Q 팩터와 FOD 라인을 비교하여, Q 팩터의 좌표가 이물질이 있는 제1 영역에 있는지 아니면 이물질이 없는 제2 영역에 있는지 확인하고, 제1 영역에 있으면 충전을 중지하거나 이를 사용자에게 알리고, 제2 영역에 있으면 충전을 바로 또는 계속 진행할 수 있다.The wireless charger measures the Q factor when the receiving device is detected and starts wireless charging, and compares the measured Q factor with the FOD line to determine whether the coordinates of the Q factor are in the first area with foreign matter or in the second area without foreign matter. If it is in the first area, charging may be stopped or notified to the user if it is in the first area, and charging may proceed immediately or continue if it is in the second area.

또한, 수신 장치에 전력을 전송하면서 측정한 Q 팩터가 제1 영역에 있는 경우, 금속 이물질이 있는 것으로 판단할 수 있지만, 금속 이물질이 부근에 있다고 무조건 충전을 중지할 필요는 없어서, 충전을 중지할 것인지 아니면 충전은 유지하되 전력 전송 강도를 조절할 것인지 결정할 필요가 있을 수 있다.In addition, if the Q factor measured while transmitting power to the receiving device is in the first region, it can be determined that there is a metal foreign substance, but it is not necessary to stop charging unconditionally because the metal foreign substance is nearby, so charging can be stopped. It may be necessary to decide whether to maintain a charge or adjust the power transfer strength while maintaining a charge.

충전 지속 여부를 결정하기 위해서는, 측정한 Q 팩터와 FOD 라인 사이의 거리를 더 고려할 수 있다. 실험을 통해 확인하였는데, FOD 라인에서 멀어질수록 FOD가 있을 확률이 높아지고 해당 이물질이 충전을 방해할 가능성이 높아진다.In order to determine whether to continue charging, the distance between the measured Q factor and the FOD line may be further considered. It was confirmed through experimentation, that the farther away from the FOD line, the higher the probability of FOD and the higher the possibility that the foreign substance interferes with charging.

도 7에서, Q 팩터가 제1 영역 안에서 위치하는 좌표가 FOD 라인보다 왼쪽, 즉 마이너스 방향으로 FOD 라인에서 멀어질수록 충전을 중지시키는 편이 유리하고, FOD 라인에 가까울수록 이물질 여부를 좀 더 신중하게 판단하는 것이 유리하다.In FIG. 7, it is advantageous to stop charging as the coordinates at which the Q factor is located in the first area are farther to the left of the FOD line, that is, in the minus direction, from the FOD line, and the closer to the FOD line, the more carefully It is advantageous to judge

도 8은 FOD 라인과의 거리를 근거로 이물질 판단의 레벨을 조정하는 예를 도시한 것이다.8 illustrates an example of adjusting the level of foreign matter determination based on the distance from the FOD line.

도 8에서 가로축은 금속 이물질이 있는 상태로 테스트를 진행하여 Q 팩터를 측정하는 복수 개의 케이스를 가리키고, 세로축은 각 케이스에서 측정된 Q 팩터와 FOD 라인 사이의 거리를 가리키고, 가로 선은 FOD 라인에 해당하는 Q 팩터를 가리킨다.In FIG. 8, the horizontal axis indicates a plurality of cases in which the Q factor is measured by performing the test in the presence of metal foreign substances, the vertical axis indicates the distance between the Q factor measured in each case and the FOD line, and the horizontal line indicates the distance between the FOD line and the Q factor measured in each case. Indicates the corresponding Q factor.

세로축 기준으로 FOD 라인으로부터 마이너스 방향으로 멀어질수록, 즉 도 8 그래프에서 아래쪽에 놓이는 경우일수록 이물질의 영향이 크다고 판단하여 충전을 중지시키고, FOD 라인보다 아래에 있지만 거리가 멀지 않은 경우 이물질의 영향이 적다고 판단 또는 이물질 판단 레벨을 변경하여 충전을 계속 진행할 수 있다.The further away from the FOD line in the minus direction on the vertical axis, that is, the lower the graph in FIG. Charging may be continued by changing the judgment level or the foreign matter judgment level.

도 9는 본 발명이 적용되는 무선 전력 전송 장치의 구성을 기능 블록으로 도시한 것이다.9 shows the configuration of a wireless power transmission device to which the present invention is applied in functional blocks.

도 9의 전송 장치는 도 3에 도시한 전송 모듈에 더해 Q 팩터를 검출하기 위한 Q 팩터 검출부를 더 포함할 수 있다. 또한, 도 9의 전송 장치는 FOD 라인과 관련된 정보를 저장하기 위한 저장 수단과 이물질의 부착을 사용자에게 알리기 위한 출력 수단을 더 포함할 수 있다.The transmission device of FIG. 9 may further include a Q factor detector for detecting a Q factor in addition to the transmission module shown in FIG. 3 . In addition, the transmission device of FIG. 9 may further include a storage means for storing information related to the FOD line and an output means for notifying the user of attachment of foreign substances.

무선 전력 전송 장치(100) 또는 전송 모듈(100)은, 도 9에 도시한 것과 같이, 전력 변환부(110), 통신부(120), 제어부(130), 전원부(140) 및 Q 팩터 검출부(150)를 포함하여 구성될 수 있다.As shown in FIG. 9, the wireless power transmitter 100 or transmission module 100 includes a power converter 110, a communication unit 120, a controller 130, a power supply unit 140, and a Q factor detector 150. ).

전력 변환부(110)는, 도 2의 인버터와 공진 회로로 구성되고, 무선 전력 신호를 형성시키기 위해 사용되는 주파수, 전압, 전류 등의 특성을 조절할 수 있는 회로를 더 포함하도록 구성될 수 있다.The power conversion unit 110 is composed of the inverter and the resonance circuit of FIG. 2 and may be configured to further include a circuit capable of adjusting characteristics such as frequency, voltage, and current used to form a wireless power signal.

통신부(120)는, 전력 변환부(110)에 연결되어, 자기 유도에 따라 무선으로 전력을 수신하는 수신 장치에 의하여 변조되는 무선 전력 신호를 복조하여 전력 제어 메시지를 검출할 수 있다. 중전력 이상의 전력을 전송할 수 있는 전송 모듈의 통신부(120)는 블루투스(Bluetooth)와 같은 근거리 통신 수단을 포함하여 수신 모듈과 통신할 수도 있다.The communication unit 120 may be connected to the power conversion unit 110 and detect a power control message by demodulating a wireless power signal modulated by a receiving device that wirelessly receives power according to magnetic induction. The communication unit 120 of the transmission module capable of transmitting more than medium power may communicate with the reception module by including a short-range communication means such as Bluetooth.

제어부(130)는, 통신부(120)가 검출하는 메시지를 기초로, 전력 변환부(110)의 동작 주파수, 전압, 전류 중 하나 이상의 특성을 결정하고, 전력 변환부(110)를 제어하여 전력 변환부(110)가 메시지에 적합한 무선 전력 신호를 생성하도록 할 수 있다. 통신부(120)와 제어부(130)는 하나의 모듈로 구성될 수 있다.The control unit 130 determines one or more characteristics of the operating frequency, voltage, and current of the power conversion unit 110 based on the message detected by the communication unit 120, and controls the power conversion unit 110 to convert power. The unit 110 may generate a wireless power signal suitable for the message. The communication unit 120 and the control unit 130 may be configured as one module.

전원부(140)는 전송 장치의 구성 요소에 전원을 공급할 수 있다.The power supply unit 140 may supply power to components of the transmission device.

Q 팩터 검출부(150)는, 도 5를 참조하여 설명한 방법에 따라, 수신 장치에 전력을 전송하면서, 1차 코일과 커패시터로 구성되는 공진 회로의 Q 팩터, 즉 공진 주파수와 그 때의 Q 값을 검출할 수 있는데, 공진 회로의 입력 전압과 1차 코일에 걸리는 출력 전압을 검출하기 위한 전압 센서를 포함하여 구성될 수 있다.The Q factor detector 150 determines the Q factor of the resonance circuit composed of the primary coil and the capacitor, that is, the resonance frequency and the Q value at that time, while transmitting power to the receiving device according to the method described with reference to FIG. 5 . It may be detected, and may include a voltage sensor for detecting the input voltage of the resonance circuit and the output voltage applied to the primary coil.

전송 모듈(100)은 출력부(미도시)를 더 포함하여 이물질이 있는 것을 사용자에게 알릴 수 있는데, 출력부는 이미지나 빛을 통해 메시지를 출력하는 디스플레이부, 소리를 통해 메시지를 전달하는 사운드부, 진동을 통해 메시지를 전달하는 진동부 중 적어도 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다.The transmission module 100 may further include an output unit (not shown) to inform the user that there is a foreign substance. The output unit includes a display unit outputting a message through an image or light, a sound unit transmitting a message through sound, It may be configured to include at least one or more of vibration units that deliver a message through vibration.

전송 장치의 각 구성 요소를 제어하는 제어부(130)는, Q 팩터 검출부(150)를 통해 공진 회로의 Q 팩터, 즉 공진 주파수(또는 Q 주파수)와 그 때의 Q 값을 측정하고, 메모리(미도시)에 저장된 FOD 라인과 비교하여, 측정된 Q 팩터가 Q 주파수와 Q 값으로 형성되는 평면에서 속하는 영역, 즉 이물질이 있는 제1 영역 또는 이물질이 없는 제2 영역에 있는지 확인하고, Q 팩터가 제1 영역에 있으면 이물질이 있는 것으로 판단하고 Q 팩터가 제2 영역에 있으면 수신 장치가 이물질이 없어 충전이 가능한 영역에 있는 것으로 판단할 수 있다.The control unit 130 for controlling each component of the transmission device measures the Q factor of the resonance circuit, that is, the resonance frequency (or Q frequency) and the Q value at that time through the Q factor detection unit 150, and the memory (not shown) compared with the FOD line stored at), it is checked whether the measured Q factor is in the area belonging to the plane formed by the Q frequency and Q value, that is, in the first area with foreign matter or in the second area without foreign matter, and the Q factor is If it is in the first area, it is determined that there is a foreign material, and if the Q factor is in the second area, it can be determined that the receiving device is in a charging area without any foreign material.

제어부(130)는, Q 팩터 검출부(150)를 통해 측정한 Q 팩터가 제2 영역에 있으면 이물질이 없다고 판단하여, 수신 장치 또는 수신 모듈에 대한 충전 동작을 계속할 수 있다.If the Q factor measured by the Q factor detector 150 is in the second area, the control unit 130 may determine that there is no foreign material and continue charging the receiving device or receiving module.

반면, 제어부(130)는, Q 팩터가 제1 영역에 있으면, 이물질이 있는 것으로 판단하고 충전 동작에 이물질의 영향이 어느 정도 미치는지 확인하기 위해 Q 팩터와 FOD 라인 사이의 거리를 계산하고, 계산된 거리를 근거로 이물질 판단 기준을 조정하는데, 마이너스 방향으로 거리가 멀수록 이물질이 충전에 영향을 많이 주는 것으로 판단하여 충전 동작을 멈추고, 거리가 가까우면 이물질 판단 기준을 느슨하게 조절하여 충전 동작을 계속 진행할 수 있다.On the other hand, if the Q factor is in the first area, the controller 130 determines that there is a foreign material, calculates the distance between the Q factor and the FOD line to determine how much the foreign material affects the charging operation, and calculates the Based on the distance, the foreign matter judgment standard is adjusted. The farther the distance in the negative direction is, the more the foreign matter affects charging, and the charging operation is stopped. can

도 10은 본 발명에 따라 이물질을 검출하면서 무선으로 전력을 전송하는 방법에 대한 동작 흐름도를 도시한 것으로, 도 10의 동작은 전송 장치의 제어부(130)가 수행할 수 있다.FIG. 10 is a flowchart illustrating an operation of a method of wirelessly transmitting power while detecting a foreign substance according to the present invention, and the operation of FIG. 10 may be performed by the control unit 130 of the transmission device.

제어부(130)는 타이머를 리셋하고 타이머를 다시 시작하는데(S1010), 타이머는 전송 모듈이 이물질 유무를 주기적으로 검출하기 위한 시간 카운트 기능을 제공한다.The controller 130 resets the timer and starts the timer again (S1010). The timer provides a time counting function for the transmission module to periodically detect the presence or absence of foreign substances.

제어부(130)는 타이머 출력 값과 문턱 값(THD)을 비교하여 타이머 출력 값이 문턱 값(THD)보다 크게 되었는지 여부, 즉 이물질 부착 여부를 검출할 주기가 되었는지 여부를 확인하고(S1020), 타이머 출력 값이 문턱 값(THD) 이하이면 S1020 단계로 되돌아 간다.The control unit 130 compares the timer output value and the threshold value THD to determine whether the timer output value has become greater than the threshold value THD, that is, whether or not the period for detecting whether foreign substances are attached has reached (S1020), and the timer If the output value is less than the threshold value (THD), it returns to step S1020.

제어부(130)는, Q 팩터 검출부(150)를 통해 Q 팩터를 측정한다(S1030).The controller 130 measures the Q factor through the Q factor detector 150 (S1030).

제어부(130)는, 측정한 Q 팩터를 메모리(미도시)에 저장된 FOD 라인과 비교하여, Q 팩터가 이물질이 있는 제1 영역에 있는지 또는 이물질이 없어 충전 가능한 제2 영역에 있는지 확인한다(S1040).The control unit 130 compares the measured Q factor with the FOD line stored in a memory (not shown) to determine whether the Q factor is in the first area with foreign matter or in the second area where there is no foreign material and can be charged (S1040). ).

이물질이 검출되면, 즉 측정한 Q 팩터가 제1 영역에 있으면(S1040에서 YES), 제어부(130)는 이물질의 부착을 가리키는 플래그(FLAG) 값을 1로 설정한다(S1050).If a foreign material is detected, that is, if the measured Q factor is in the first area (YES in S1040), the controller 130 sets a flag value indicating the attachment of the foreign material to 1 (S1050).

제어부(130)는, 측정한 Q 팩터와 FOD 라인 사이의 거리를 계산하고, 거리가 소정 값보다 크면 이물질이 충전에 영향을 많이 주는 것으로 판단하여 충전을 중단시키거나, 거리가 소정 값 이하이면 이물질이 충전에 영향을 적게 주는 것으로 판단하여 이물질 판단 기준을 느슨하게 조절하여 충전 동작을 계속할 수 있다(S1060).The control unit 130 calculates the distance between the measured Q factor and the FOD line, and determines that the foreign matter has a great effect on charging if the distance is greater than a predetermined value, and stops charging, or if the distance is less than a predetermined value, the foreign matter It is determined that this has little effect on charging, and the charging operation may be continued by adjusting the foreign matter judgment criteria loosely (S1060).

또한, 제어부(130)는, 이물질 부착을 알리는 알람 메시지를 출력부(미도시)를 통해 출력하여 사용자에게 이를 알릴 수 있다(S1070).In addition, the controller 130 may output an alarm message notifying the attachment of a foreign substance through an output unit (not shown) to notify the user (S1070).

반면, 제어부(130)는, 이물질이 검출되지 않으면, 즉 측정한 Q 팩터를 메모리(미도시)에 저장된 FOD 라인과 비교하여, Q 팩터가 이물질이 없어 충전 가능한 제2 영역에 있으면(S1040에서 NO), 메모리(미도시)의 플래그(FLAG) 값이 1로 설정되어 있는지 확인하고(S1080), 플래그(FLAG) 값이 1로 설정되어 있으면(S1080에서 YES) 플래그(FLAG) 값을 0으로 리셋하고(S1090), 플래그(FLAG) 값이 1로 설정되어 있지 않으면(S1080에서 NO) S1010 단계로 진행한다.On the other hand, the control unit 130 compares the measured Q factor with the FOD line stored in a memory (not shown) when no foreign matter is detected, that is, when the Q factor is in the second area where there is no foreign matter and can be charged (NO in S1040). ), check whether the flag (FLAG) value of the memory (not shown) is set to 1 (S1080), and if the flag (FLAG) value is set to 1 (YES in S1080), reset the flag (FLAG) value to 0 (S1090), and if the value of the flag (FLAG) is not set to 1 (NO in S1080), the process proceeds to step S1010.

도 10의 동작 흐름도에 따르면, 제어부(130)는, 타이머 값을 근거로 주기적으로 Q 팩터 검출부(150)를 제어하여 Q 팩터를 측정하고 이를 FOD 라인과 비교함으로써 이물질을 검출할 수 있다.According to the operation flow chart of FIG. 10 , the controller 130 may periodically control the Q factor detector 150 based on the timer value to measure the Q factor and compare the Q factor with the FOD line to detect foreign matter.

또한, 제어부(130)는, 이물질 부착 여부를 가리키는 플래그를 확인하고, 이물질이 없으면 수신 장치의 배터리가 충전 완료될 때까지 전력을 전송하는 동작을 수행할 수 있다.In addition, the controller 130 may check a flag indicating whether or not a foreign substance is attached, and if there is no foreign substance, the control unit 130 may transmit power until the battery of the receiving device is fully charged.

또한, 제어부(130)는, 이물질이 검출되면 플래그 값을 1로 설정하고, 측정한 Q 팩터와 FOD 라인과의 거리를 계산하고, 거리가 먼 경우, 예를 들어 제1 값보다 크면 전력 전송 동작을 중지시키고, 거리가 가까운 경우, 예를 들어 제1 값보다 작으면 이물질 검출 레벨을 느슨하게 조절하여 전력 전송 동작을 계속 수행하되, 이물질 부착을 알리는 메시지를 출력할 수 있다.In addition, the controller 130 sets a flag value to 1 when a foreign substance is detected, calculates a distance between the measured Q factor and the FOD line, and operates power transmission when the distance is greater than the first value, for example. is stopped, and when the distance is short, for example, less than the first value, the foreign matter detection level is loosely adjusted to continue the power transmission operation, but a message informing of attachment of the foreign matter may be output.

이와 같이, 이물질이 있는지 여부를 더 정확하고 효율적으로 판단할 수 있고, 이물질이 있는 경우에도 충전을 중단할 정도인지 아니면 충전을 계속할 수 있는 정도인지 판단할 수 있게 된다.In this way, it is possible to more accurately and efficiently determine whether or not there is a foreign substance, and even when there is a foreign substance, it is possible to determine whether charging is to a degree to be stopped or to the extent that charging can be continued.

또한, 이물질이 있을 때 이물질 유무를 이미지나 소리 등을 통해 알리거나 전력 전송을 중지시켜 이물질에 의해 열이 과하게 발생하거나 화재가 발생하는 것을 막을 수 있고, 또한 충전에 영향을 별로 미치지 않는 이물질에 의해 충전 동작이 간헐적으로 중단되는 것을 막아 전자 기기를 빠르게 충전할 수 있게 된다.In addition, when there is a foreign substance, it is possible to notify the existence of the foreign substance through an image or sound or stop power transmission to prevent excessive heat or fire caused by the foreign substance. The intermittent interruption of the charging operation is prevented, and the electronic device can be quickly charged.

이 명세서에 기재된 무선 전력 전송 방법 및 장치는 아래와 같이 설명될 수 있다.The wireless power transmission method and apparatus described in this specification can be described as follows.

일 실시예에 따른 무선 전력 전송 방법은, 수신 장치에 전력을 무선으로 전송하는 단계; 전력을 전송하는 동안 전송 장치에 포함된 공진 회로의 공진 주파수와 Q 값을 Q 팩터로 검출하는 단계; 및 주파수와 Q 값을 두 축으로 하는 평면에서 검출된 Q 팩터의 위치와 이물질 경계 커브의 비교를 근거로 전력 전송 동작을 계속하거나 전력 전송 동작을 중지하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.A wireless power transmission method according to an embodiment includes wirelessly transmitting power to a receiving device; Detecting a resonant frequency and a Q value of a resonant circuit included in a transmission device as a Q factor while transmitting power; and continuing the power transmission operation or stopping the power transmission operation based on a comparison between the detected position of the Q factor and the foreign matter boundary curve in a plane having the frequency and the Q value as two axes.

일 실시예에서, 계속하거나 중지하는 단계는, Q 팩터의 위치가 이물질 경계 커브를 기준으로 이물질이 있는 제1 영역에 있는지 또는 이물질이 없는 제2 영역에 있는지 확인하는 단계를 포함할 수 있다.In an embodiment, continuing or stopping may include determining whether a Q factor is located in a first area with a foreign material or a second area without a foreign material based on a foreign material boundary curve.

일 실시예에서, 제1 영역은 평면에서 이물질 경계 커브를 기준으로 주파수가 더 낮고 Q 값이 더 높은 영역에 형성되고, 제2 영역은 평면에서 이물질 경계 커브를 기준으로 주파수가 더 높고 Q 값이 더 낮은 영역에 형성될 수 있다.In one embodiment, the first region is formed in a region having a lower frequency and a higher Q value with respect to the foreign object boundary curve in the plane, and the second region has a higher frequency and a higher Q value with respect to the foreign object boundary curve in the plane. It can be formed in a lower area.

일 실시예에서, 계속하거나 중지하는 단계는, Q 팩터의 위치가 제1 영역에 속할 때, Q 팩터와 이물질 경계 커브 거리를 계산하는 단계; 및 거리를 근거로 이물질 판단 기준을 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, continuing or stopping includes: calculating a Q factor and a foreign object boundary curve distance when the position of the Q factor belongs to the first region; and adjusting a criterion for judging the foreign matter based on the distance.

일 실시예에서, 조정하는 단계는, 거리가 제1 값보다 클 때 전력 전송 동작을 중지하고, 거리가 제1 값보다 작을 때 전력 전송 동작을 계속할 수 있다.In one embodiment, the adjusting step may stop the power transfer operation when the distance is greater than the first value and continue the power transfer operation when the distance is less than the first value.

일 실시예에서, 계속하거나 중지하는 단계는, Q 팩터의 위치가 제2 영역에 속할 때, 전력 전송 동작을 계속할 수 있다.In one embodiment, the continuing or stopping step may continue the power transfer operation when the position of the Q factor belongs to the second region.

일 실시예에서, 이물질 경계 커브는, 전송 장치를 출하할 때 수신 장치의 종류와 위치 및 이물질의 종류, 크기 및 위치를 바꾸어가면서 측정한 복수 개의 Q 팩터를 근거로 추출되고, 전송 장치의 메모리에 저장될 수 있다.In one embodiment, the foreign matter boundary curve is extracted based on a plurality of Q factors measured while changing the type and location of the receiving device and the type, size, and location of foreign substances when the transmission device is shipped, and stored in the memory of the transmission device. can be stored

다른 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는, 직류 전원을 교류로 변환하기 위한 인버터와 수신 장치의 2차 코일과의 자기 유도 결합에 의해 전력을 전송하기 위한 1차 코일을 포함하는 공진 회로를 포함하는 전력 변환부; 공진 회로의 공진 주파수와 Q 값을 Q 팩터로 검출하기 위한 Q 팩터 검출부; 및 전력을 전송하는 동안 Q 팩터를 검출하도록 Q 팩터 검출부를 제어하고, 주파수와 Q 값을 두 축으로 하는 평면에서 검출된 Q 팩터의 위치와 이물질 경계 커브의 비교를 근거로 전력 전송 동작을 계속하거나 전력 전송 동작을 중지하도록 전력 변환부를 제어하는 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.A wireless power transmission device according to another embodiment includes a resonant circuit including a primary coil for transmitting power by magnetic induction coupling between an inverter for converting direct current power into alternating current and a secondary coil of a receiving device. power converter; a Q factor detector for detecting a resonance frequency and a Q value of the resonance circuit as a Q factor; and controlling the Q factor detection unit to detect the Q factor during power transmission, and continuing the power transmission operation based on the comparison between the detected position of the Q factor and the foreign matter boundary curve in a plane of which the frequency and the Q value are two axes. It may be configured to include a control unit that controls the power conversion unit to stop the power transmission operation.

일 실시예에서, 제어부는, Q 팩터의 위치가 이물질 경계 커브를 기준으로 이물질이 있는 제1 영역에 있는지 또는 이물질이 없는 제2 영역에 있는지 확인할 수 있다.In one embodiment, the controller may determine whether the location of the Q factor is in a first area with the foreign material or a second area without the foreign material based on the foreign material boundary curve.

일 실시예에서, 제1 영역은 평면에서 이물질 경계 커브를 기준으로 주파수가 더 낮고 Q 값이 더 높은 영역에 형성되고, 제2 영역은 평면에서 이물질 경계 커브를 기준으로 주파수가 더 높고 Q 값이 더 낮은 영역에 형성될 수 있다.In one embodiment, the first region is formed in a region having a lower frequency and a higher Q value with respect to the foreign object boundary curve in the plane, and the second region has a higher frequency and a higher Q value with respect to the foreign object boundary curve in the plane. It can be formed in a lower area.

일 실시예에서, 제어부는, Q 팩터의 위치가 제1 영역에 속할 때 Q 팩터와 이물질 경계 커브 거리를 계산하고, 거리가 제1 값보다 클 때 전력 전송 동작을 중지하고 거리가 제1 값보다 작을 때 전력 전송 동작을 계속하고, Q 팩터의 위치가 제2 영역에 속할 때 전력 전송 동작을 계속할 수 있다.In one embodiment, the control unit calculates the Q factor and the foreign matter boundary curve distance when the position of the Q factor belongs to the first area, and stops the power transmission operation when the distance is greater than the first value, and the distance is greater than the first value. The power transfer operation may be continued when the Q factor is small, and the power transfer operation may be continued when the position of the Q factor belongs to the second region.

일 실시예에서, 이물질 경계 커브를 저장하기 위한 메모리를 더 포함하고, 이물질 경계 커브는, 전송 장치를 출하할 때 수신 장치의 종류와 위치 및 이물질의 종류, 크기 및 위치를 바꾸어가면서 측정한 복수 개의 Q 팩터를 근거로 추출되어, 메모리에 저장될 수 있다.In one embodiment, a memory for storing a foreign matter boundary curve is further included, and the foreign matter boundary curve includes a plurality of pieces measured while changing the type and location of the receiving device and the type, size, and location of the foreign object when the transmission device is shipped. It may be extracted based on the Q factor and stored in memory.

본 발명은 기재된 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.The present invention is not limited to the described embodiments, and it is obvious to those skilled in the art that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Accordingly, it should be said that such modifications or variations fall within the scope of the claims of the present invention.

1: 무선 전력 전송 장치 2: 전자 기기
100: 무선 전력 전송 모듈 110: 전력 변환부
120: 통신부 130: 제어부
140: 전원부 150: Q 팩터 검출부
200: 무선 전력 수신 모듈 210: 전력 수신부
220: 통신부 230: 제어부
240: 부하
1: wireless power transmission device 2: electronic device
100: wireless power transmission module 110: power conversion unit
120: communication unit 130: control unit
140: power supply unit 150: Q factor detection unit
200: wireless power receiving module 210: power receiving unit
220: communication unit 230: control unit
240: load

Claims (12)

수신 장치에 전력을 무선으로 전송하는 단계;
전력을 전송하는 동안 전송 장치에 포함된 공진 회로의 공진 주파수와 Q 값을 Q 팩터로 검출하는 단계; 및
주파수와 Q 값을 두 축으로 하는 평면에서 상기 검출된 Q 팩터의 위치와 이물질 경계 커브의 비교를 근거로 전력 전송 동작을 계속하거나 전력 전송 동작을 중지하는 단계를 포함하여 이루어지는 무선 전력 전송 방법.
wirelessly transmitting power to a receiving device;
Detecting a resonant frequency and a Q value of a resonant circuit included in a transmission device as a Q factor while transmitting power; and
Continuing the power transmission operation or stopping the power transmission operation based on a comparison of the detected position of the Q factor and the foreign matter boundary curve in a plane with frequency and Q value as two axes. Wireless power transmission method.
제1 항에 있어서,
상기 계속하거나 중지하는 단계는,
상기 Q 팩터의 위치가 상기 이물질 경계 커브를 기준으로 이물질이 있는 제1 영역에 있는지 또는 이물질이 없는 제2 영역에 있는지 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.
According to claim 1,
The continuing or stopping step,
and determining whether the Q factor is located in a first area with a foreign material or a second area without a foreign material based on the foreign material boundary curve.
제2 항에 있어서,
상기 제1 영역은 상기 평면에서 상기 이물질 경계 커브를 기준으로 상기 주파수가 더 낮고 상기 Q 값이 더 높은 영역에 형성되고, 상기 제2 영역은 상기 평면에서 상기 이물질 경계 커브를 기준으로 상기 주파수가 더 높고 상기 Q 값이 더 낮은 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.
According to claim 2,
The first region is formed in a region in which the frequency is lower and the Q value is higher with respect to the foreign matter boundary curve in the plane, and the second region is formed in an region in which the frequency is lower with respect to the foreign matter boundary curve in the plane. A wireless power transmission method, characterized in that formed in an area where the Q value is high and the Q value is lower.
제2 항에 있어서,
상기 계속하거나 중지하는 단계는,
상기 Q 팩터의 위치가 상기 제1 영역에 속할 때, 상기 Q 팩터와 상기 이물질 경계 커브 상기 거리를 계산하는 단계; 및
상기 거리를 근거로 이물질 판단 기준을 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.
According to claim 2,
The continuing or stopping step,
calculating the distance between the Q factor and the foreign matter boundary curve when the position of the Q factor belongs to the first area; and
Wireless power transmission method further comprising the step of adjusting the foreign matter determination criterion based on the distance.
제4 항에 있어서,
상기 조정하는 단계는, 상기 거리가 제1 값보다 클 때 상기 전력 전송 동작을 중지하고, 상기 거리가 상기 제1 값보다 작을 때 상기 전력 전송 동작을 계속하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.
According to claim 4,
In the adjusting, the power transmission operation is stopped when the distance is greater than the first value, and the power transmission operation is continued when the distance is less than the first value.
제2 항에 있어서,
상기 계속하거나 중지하는 단계는, 상기 Q 팩터의 위치가 상기 제2 영역에 속할 때, 상기 전력 전송 동작을 계속하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.
According to claim 2,
The continuing or stopping step continues the power transmission operation when the position of the Q factor belongs to the second region.
제1 항에 있어서,
상기 이물질 경계 커브는, 상기 전송 장치를 출하할 때 수신 장치의 종류와 위치 및 이물질의 종류, 크기 및 위치를 바꾸어가면서 측정한 복수 개의 Q 팩터를 근거로 추출되고, 상기 전송 장치의 메모리에 저장되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.
According to claim 1,
The foreign matter boundary curve is extracted based on a plurality of Q factors measured while changing the type and location of the receiving device and the type, size, and location of the foreign object when the transmission device is shipped, and stored in the memory of the transmission device A wireless power transmission method, characterized in that.
직류 전원을 교류로 변환하기 위한 인버터와 수신 장치의 2차 코일과의 자기 유도 결합에 의해 전력을 전송하기 위한 1차 코일을 포함하는 공진 회로를 포함하는 전력 변환부;
상기 공진 회로의 공진 주파수와 Q 값을 Q 팩터로 검출하기 위한 Q 팩터 검출부; 및
전력을 전송하는 동안 상기 Q 팩터를 검출하도록 상기 Q 팩터 검출부를 제어하고, 주파수와 Q 값을 두 축으로 하는 평면에서 상기 검출된 Q 팩터의 위치와 이물질 경계 커브의 비교를 근거로 전력 전송 동작을 계속하거나 전력 전송 동작을 중지하도록 상기 전력 변환부를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 무선 전력 전송 장치.
A power conversion unit including a resonant circuit including a primary coil for transmitting power by magnetic induction coupling between an inverter for converting DC power into AC and a secondary coil of a receiving device;
a Q factor detector for detecting a resonance frequency and a Q value of the resonance circuit as a Q factor; and
The Q factor detection unit is controlled to detect the Q factor during power transmission, and a power transmission operation is performed based on a comparison between the detected position of the Q factor and a foreign object boundary curve in a plane having two axes of frequency and Q value. A wireless power transmitter configured to include a control unit for controlling the power conversion unit to continue or stop the power transmission operation.
제8 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 Q 팩터의 위치가 상기 이물질 경계 커브를 기준으로 이물질이 있는 제1 영역에 있는지 또는 이물질이 없는 제2 영역에 있는지 확인하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
According to claim 8,
The control unit checks whether the Q factor is in a first area with a foreign material or a second area without a foreign material based on the foreign material boundary curve.
제9 항에 있어서,
상기 제1 영역은 상기 평면에서 상기 이물질 경계 커브를 기준으로 상기 주파수가 더 낮고 상기 Q 값이 더 높은 영역에 형성되고, 상기 제2 영역은 상기 평면에서 상기 이물질 경계 커브를 기준으로 상기 주파수가 더 높고 상기 Q 값이 더 낮은 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
According to claim 9,
The first region is formed in a region in which the frequency is lower and the Q value is higher with respect to the foreign matter boundary curve in the plane, and the second region is formed in an region in which the frequency is lower with respect to the foreign matter boundary curve in the plane. A wireless power transmission device, characterized in that formed in an area where the Q value is high and the Q value is lower.
제9 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 Q 팩터의 위치가 상기 제1 영역에 속할 때, 상기 Q 팩터와 상기 이물질 경계 커브 상기 거리를 계산하고, 상기 거리가 제1 값보다 클 때 상기 전력 전송 동작을 중지하고, 상기 거리가 상기 제1 값보다 작을 때 상기 전력 전송 동작을 계속하고,
상기 제어부는, 상기 Q 팩터의 위치가 상기 제2 영역에 속할 때, 상기 전력 전송 동작을 계속하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
According to claim 9,
The control unit calculates a distance between the Q factor and the foreign matter boundary curve when the position of the Q factor belongs to the first area, stops the power transmission operation when the distance is greater than a first value, and continue the power transfer operation when the distance is less than the first value;
The control unit continues the power transmission operation when the position of the Q factor belongs to the second area.
제8 항에 있어서,
상기 이물질 경계 커브를 저장하기 위한 메모리를 더 포함하고,
상기 이물질 경계 커브는, 상기 전송 장치를 출하할 때 수신 장치의 종류와 위치 및 이물질의 종류, 크기 및 위치를 바꾸어가면서 측정한 복수 개의 Q 팩터를 근거로 추출되어, 상기 메모리에 저장되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
According to claim 8,
Further comprising a memory for storing the foreign matter boundary curve,
The foreign matter boundary curve is extracted based on a plurality of Q factors measured while changing the type and location of the receiving device and the type, size and location of the foreign matter when the transmission device is shipped, and stored in the memory. wireless power transmission device.
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