KR20230025998A - Apparatus and method for transmitting power wirelessly - Google Patents
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Abstract
Description
이 명세서는 무선으로 전력을 전송하는 장치와 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 수신 장치와 사이에 놓인 이물질을 효과적으로 검출하는 방법에 관한 것이다.This specification 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 작은 금속 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 if there is a small metal 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, the charging efficiency is reduced and heat is generated. can happen
이 명세서는 이러한 상황을 감안한 것으로, 이 명세서의 목적은 전송 장치가 수신 장치 사이에 이물질이 있는지 여부를 효과적으로 판단하는 방법을 제공하는 데 있다.This specification takes this situation into consideration, and an object of this specification is to provide a method for effectively determining whether or not a foreign object is present between a transmitting device and a receiving device.
상기한 과제를 실현하기 위한 이 명세서의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 방법은, 전송 장치에 포함된 공진 회로의 공진 주파수와 Q 값을 Q 팩터로 검출하는 단계; Q 팩터를 근거로 금속 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계; 금속 이물질이 있는 것으로 판단할 때, 전력 손실 여부를 판단하는 문턱 값 레벨을 이동시키는 단계; 전력을 무선으로 수신 장치에 전송하면서 전력 손실을 검출하는 단계; 및 검출되는 전력 손실과 문턱 값 레벨의 비교를 통해 전력 전송 동작을 계속하거나 중지하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.A wireless power transmission method according to an embodiment of this specification for realizing the above object includes detecting a resonance frequency and a Q value of a resonance circuit included in a transmission device as a Q factor; Determining whether a metal foreign substance is present based on the Q factor; moving a threshold level for determining power loss when it is determined that there is a metal foreign substance; detecting power loss while wirelessly transmitting power to a receiving device; and continuing or stopping the power transfer operation through comparison between the detected power loss and the threshold level.
이 명세서의 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 Q 팩터를 검출하도록 Q 팩터 검출부를 제어하고, Q 팩터를 근거로 금속 이물질의 존재 여부를 판단하고 금속 이물질이 있는 것으로 판단할 때 전력 손실 여부를 판단하는 문턱 값 레벨을 이동시키고 전력을 무선으로 수신 장치에 전송하면서 전력 손실을 검출하고 검출되는 전력 손실과 문턱 값 레벨의 비교를 통해 전력 전송 동작을 계속하거나 중지하도록 전력 변환부를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.A wireless power transmission device according to another embodiment of the present specification 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, determining whether or not there is a metal foreign material based on the Q factor, moving a threshold level for determining whether or not power is lost when it is determined that there is a metal foreign material, and transmitting power wirelessly. It is characterized in that it is configured to include a control unit for controlling the power converter to continue or stop the power transmission operation through detecting power loss while transmitting to the receiving device and comparing the detected power loss with a threshold level.
따라서, 금속 이물질이 전송 장치 위나 전송 장치와 수신 장치 사이에 있는지 여부를 효과적으로 판단할 수 있고, 특히 문서 클립과 같이 작은 금속 이물질을 효과적으로 검출하여 충전을 중지시킬 수 있다. 또한, 무선 전력 전송 때 금속 이물질에 출력이 집중하여 발열이 심하게 되고 화제가 발생하는 위험을 사전에 방지할 수 있다.Accordingly, it is possible to effectively determine whether a metal foreign object is on the transmitting device or between the transmitting device and the receiving device, and in particular, a small metal foreign object such as a document clip can be effectively detected and charging can be stopped. In addition, during wireless power transmission, it is possible to prevent in advance the danger of excessive heat generation and occurrence of fire due to concentration of output on metal foreign substances.
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 이물질에 의해 공진 주파수가 이동하는 그래프를 도시한 것이고,
도 7은 전송 파워와 수신 파워의 차이로 전력 손실을 계산하는 것을 개념적으로 도시한 것이고,
도 8은 전력 손실을 근거로 문턱 값 레벨을 설정하여 이물질 여부를 검출하는 그래프를 설명한 것이고,
도 9는 전력 손실을 근거로 이물질 여부를 검출하는 그래프에 수신 장치의 위치 및 이물질의 종류와 위치를 변경하는 여러 상황의 좌표들을 표시한 것이고,
도 10은 수신 장치의 위치 및 이물질의 종류와 위치를 변경하면서 Q 팩터를 측정한 값을 근거로 이물질이 있을 경우와 충전 가능한 경우를 구분하는 FOD 라인을 설정하는 예와 클립이 있는 경우의 영역을 도시한 것이고,
도 11은 전력 손실을 근거로 이물질 여부를 검출하는 그래프에서 문턱 값 레벨을 이동시키는 예를 도시한 것이고,
도 12는 이 명세서의 일 실시예가 적용되는 무선 전력 전송 장치의 구성을 블록으로 도시한 것이고,
도 13은 이 명세서의 일 실시예에 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 shows a graph in which a resonant frequency moves due to foreign matter;
7 conceptually illustrates calculating power loss as the difference between transmit power and receive power;
8 illustrates a graph for detecting foreign matter by setting a threshold level based on power loss;
9 shows coordinates of various situations in which the location of a receiving device and the type and location of a foreign object are changed in a graph for detecting foreign matter based on power loss;
10 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 measured for a Q factor while changing the location of a receiving device and the type and location of a foreign material, and an area in case there is a clip. is shown,
11 shows an example of moving a threshold level in a graph for detecting foreign matter based on power loss;
12 shows the configuration of a wireless power transmission device to which an embodiment of this specification is applied in blocks,
13 is a flowchart illustrating an operation of a method of wirelessly transmitting power while detecting a foreign material according to an embodiment of the present specification.
이하, 무선 전력 전송 장치 및 방법에 대한 실시예를 첨부하는 도면에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of a wireless power transmission apparatus and method 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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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, 차량 등에 장착되는 무선 충전기는 동전이나 문서 클립 등과 같은 이물질에 노출되기 쉽다. 또한, 최근 무선 충전이 가능한 스마트 폰과 같은 수신 장치는 스마트 폰 보호를 위해 전용 케이스에 씌워진 상태로 사용되고 또한 그 상태로 무선 충전기에 올려지는데, 케이스 내부에 NFC와 같은 RF 기능이 있는 RF 모듈을 포함하는 신용 카드가 수납되기도 한다. 이러한 신용 카드의 RF 모듈도 무선 충전 동작을 방해하는 이물질 역할을 한다.Meanwhile, a wireless charger mounted on a vehicle or the like is easily exposed to foreign substances such as coins or document clips. In addition, 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 smart phone, and is also placed on a wireless charger in that state. Credit cards are also accepted. The RF module of these credit cards also acts as a foreign substance that interferes with the wireless charging operation.
이와 같이, 무선 충전기 위에 동전이 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 when the receiving device is placed on the interface surface of the wireless charger in a state where a coin is placed on the wireless charger and foreign matter interferes with charging, the receiving device is wirelessly charged while a credit card or clip is stored inside the case of the receiving device. There are more cases where foreign objects placed on top of the charger interfere with charging.
종래에는 이물질의 유무를 판단하고 이를 근거로 충전의 진행 여부를 결정하는데, 동전과 같이 일정한 크기를 갖는 금속 이물질의 경우 변별력이 좋다. 하지만, 단면적이 작은 금속, 예를 들어 문서 클립과 같이 금속으로 이루어진 선이 구부러진 형태의 이물질에 대해서는 검출이 어렵다.Conventionally, the presence or absence of a foreign substance is determined and based on this, whether to proceed with charging is determined. In the case of a metal foreign substance having a certain size, such as a coin, the discrimination power is good. However, it is difficult to detect a metal having a small cross-section, for example, a foreign object having a bent metal line such as a document clip.
이 명세서는, Q 팩터 특성과 전력 손실 검출 방법을 서로 결합하여 문서 클립과 같은 작은 금속을 효과적으로 검출하는 방법을 제안한다.This specification proposes a method for effectively detecting a small metal such as a document clip by combining Q factor characteristics and a power loss detection method.
도 5는 입력 전압과 출력 전압의 비율을 이용하여 Q 팩터를 검출하기 위한 회로와 검출되는 Q 팩터에 대한 그래프를 도시한 것이고, 도 6은 이물질에 의해 공진 주파수가 이동하는 그래프를 도시한 것이다.FIG. 5 shows a graph of a circuit for detecting a Q factor using a ratio of input voltage to output voltage and a graph of the detected Q factor, and FIG. 6 shows a graph of a resonant frequency shifted by a foreign material.
도 5에 도시한 것과 같이, 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)과 입력 전압(V1)의 비를 이용하여 Q 팩터를 계산할 수 있다. 도 5의 아래 그래프에서 100kHz 주파수가 공진 주파수(Q frequency)가 되어 공진 주파수에서 입력 전압 대비 출력 전압(Q 값)이 가장 높은 것을 볼 수 있다.As shown in FIG. 5, the AC voltage is input as the input voltage V1 while changing the frequency to the resonant circuit including the capacitor C and the coil L, and the voltage across the coil L is the output voltage ( V2), and the Q factor can be calculated using the ratio of the output voltage V2 and the input voltage V1. In the lower graph of FIG. 5 , it can be seen that the 100 kHz frequency becomes the resonance frequency (Q frequency), and the output voltage (Q value) to the input voltage is the highest at the resonance frequency.
주위에 수신 장치가 없는 경우 도 5의 Q 주파수와 Q 값은 공진 회로의 고유 주파수에 해당하지만, 주위에 수신 장치가 있거나 이물질이 있으면 Q 주파수와 Q 값은 바뀌게 된다.When there is no receiving device around, the Q frequency and Q value of FIG. 5 correspond to the natural frequency of the resonant circuit, but when there is a receiving device or foreign matter around, the Q frequency and Q value change.
도 6에서, 전송 장치(TX)만 있는 경우(TX Only) Q 값이 가장 크고, 전송 장치(TX) 주위에 수신 장치(RX)가 배치되면(TX+RX) Q 주파수(Fr)는 거의 바뀌지 않지만 Q 값이 작아진다. 반면, 전송 장치(TX) 주위에 수신 장치(RX)뿐만 아니라 금속 이물질(FO)이 함께 있으면(TX+RX+FO), Q 주파수가 이동하고(Fr_shifted) Q 값도 줄어든다.In FIG. 6, when there is only a transmitting device (TX), the Q value is the largest, and when a receiving device (RX) is placed around the transmitting device (TX) (TX+RX), the Q frequency (Fr) hardly changes. but the Q value decreases. On the other hand, if there is a metal foreign material (FO) as well as a receiving device (RX) around the transmitter (TX) (TX + RX + FO), the Q frequency shifts (Fr_shifted) and the Q value decreases.
이와 같이 수신 장치나 이물질이 있을 때 Q 주파수 및/또는 Q 값이 바뀌는 현상을 이용하여, 수신 장치 또는 이물질을 검출할 수 있다.In this way, the receiving device or the foreign material may be detected by using a phenomenon in which the Q frequency and/or the Q value change when the receiving device or the foreign material is present.
도 7은 전송 파워와 수신 파워의 차이로 전력 손실을 계산하는 것을 개념적으로 도시한 것이다.7 conceptually illustrates calculating power loss as a difference between transmit power and receive power.
전송 장치는 수신 장치에 전송하는 전송 전력(Tx Power)을 검출하고, 수신 장치도 수신하고 있는 수신 전력(Rx Power)을 검출하고 이를 수신 파워 패킷으로 전송 장치에 전송한다.The transmitting device detects transmit power (Tx Power) transmitted to the receiving device, and also detects received received power (Rx Power) received by the receiving device and transmits it to the transmitting device as a received power packet.
전송 장치는 직접 검출하는 전송 전력(Tx Power)과 수신 장치로부터 수신 파워 패킷(RPP)을 통해 받은 수신 전력(Rx Power)의 차이를 계산하여 전력 손실(Power Loss)을 계산한다.The transmitting device calculates power loss by calculating a difference between transmit power (Tx Power) that is directly detected and received power (Rx Power) received through a RPP from the receiving device.
전송 장치는, 전력 손실을 근거로 전력 전송 효율과 이물질이 있는지 여부를 판단할 수 있고, 전력 손실이 크면 금속 이물질이 수신 장치와 사이에 있다고 추정할 수 있다. 즉 이물질을 검출하기 위해 전력 손실을 이용하는 방법이 일반적으로 사용되고 있다.The transmitting device may determine power transmission efficiency and whether there is a foreign substance based on the power loss, and if the power loss is large, it may be estimated that a metal foreign substance is present between the receiving device and the receiving device. That is, a method using power loss is generally used to detect foreign matter.
도 8은 전력 손실을 근거로 문턱 값 레벨을 설정하여 이물질 여부를 검출하는 그래프를 설명한 것이다.8 illustrates a graph in which a foreign substance is detected by setting a threshold level based on power loss.
도 8에서 가로 축은 전력 손실이고 세로 축은 문턱 값 레벨인데, 전력 손실은 전송 전력과 수신 전력의 차이 값이고, 문턱 값 레벨은 전송 전력에 일정 비율을 곱한 값이다.In FIG. 8 , a horizontal axis is a power loss and a vertical axis is a threshold level. The power loss is a difference between transmit power and received power, and the threshold level is a value obtained by multiplying transmit power by a predetermined ratio.
도 8에서 왼쪽 위 영역은 충전을 진행하는 충전 진행 영역(이물질 미검출 영역, Non-FOD Area)에 해당하고 오른쪽 아래 영역은 충전을 중지하는 충전 중지 영역(이물질 검출 영역, FOD Area)에 해당하는데, 충전 진행 영역과 충전 중지 영역을 구분하는 문턱 값 경계선은 기울기가 1인 직선이다.In FIG. 8, the upper left area corresponds to a charging progress area (foreign matter detection area, Non-FOD Area) in which charging is in progress, and the lower right area corresponds to a charging stop area (foreign matter detection area, FOD Area) in which charging is stopped. , the threshold value boundary line dividing the charging progress area and the charging stop area is a straight line with a slope of 1.
예를 들어 제1 수신 장치(Rx No.1)에 대해서 전송 전력이 1,000mW이고 수신 전력이 600mW이면 전력 손실은 400mW이고, 제2 수신 장치(Rx No.2)에 대해서 전송 전력이 2,000mW이고 수신 전력이 1,600mW이면 전력 손실은 400mW인 경우를 가정할 수 있다.For example, if the transmission power is 1,000 mW and the reception power is 600 mW for the first reception device (Rx No. 1), the power loss is 400 mW, and the transmission power is 2,000 mW for the second reception device (Rx No. 2). It may be assumed that if the received power is 1,600mW, the power loss is 400mW.
이 경우 두 수신 장치 모두 전력 손실이 400mW로 같지만, 전송 전력과의 비율로 보면 제1 수신 장치가 제2 수신 장치에 비해 더 큰 전력 손실이 발생하는 것을 알 수 있다. 그래서, 충전 중단을 결정하는 문턱 값 레벨은 전송 전력에 비례해서 설정할 필요가 있다.In this case, although both receiving devices have the same power loss of 400 mW, it can be seen that the first receiving device has a greater power loss than the second receiving device in terms of the ratio of the transmission power. Thus, the threshold level for determining charging interruption needs to be set in proportion to the transmission power.
문턱 값 레벨을 결정하는 일정 비율 값을 예를 들어 0.3으로 설정했을 때, 제1 수신 장치(Rx No.1)에 대한 문턱 값 레벨은 0.3*1,000mW=300mW가 되고, 제1 수신 장치(Rx No.1)에 대한 문턱 값 레벨은 0.3*2,000mW=600mW가 된다.When a certain ratio value for determining the threshold level is set to, for example, 0.3, the threshold level for the first receiving device (Rx No. 1) is 0.3 * 1,000mW = 300mW, and the first receiving device (Rx No. The threshold level for No.1) becomes 0.3*2,000mW=600mW.
따라서, 제1 수신 장치(Rx No.1)에 대해서는 문턱 값 레벨보다 전력 손실이 커서, 즉 제1 수신 장치(Rx No.1)의 전력 손실에 대한 좌표인 (전력 손실, 문턱 값 레벨)=(400, 300)이 문턱 값 경계선보다 아래인 이물질 검출 영역에 있어서, 전송 장치는 제1 수신 장치(Rx No.1)에 대한 충전을 중단한다.Therefore, the power loss of the first receiving device (Rx No. 1) is greater than the threshold level, that is, the coordinates of the power loss of the first receiving device (Rx No. 1) (power loss, threshold level) = In the foreign matter detection area where (400, 300) is below the threshold boundary, the transmission device stops charging the first reception device (Rx No. 1).
반면에, 제2 수신 장치(Rx No.2)에 대해서는 문턱 값 레벨보다 전력 손실이 작아서, 즉 제2 수신 장치(Rx No.2)의 전력 손실에 대한 좌표인 (전력 손실, 문턱 값 레벨)=(400, 600)이 문턱 값 경계선보다 위인 이물질 미검출 영역에 있어서, 전송 장치는 제2 수신 장치(Rx No.2)에 대한 충전을 계속한다.On the other hand, for the second receiving device (Rx No. 2), the power loss is smaller than the threshold level, that is, the coordinates for the power loss of the second receiving device (Rx No. 2) (power loss, threshold level) =(400, 600) is above the threshold boundary in the non-detected foreign matter area, the transmission device continues to charge the second reception device (Rx No. 2).
만약 제1 수신 장치(Rx No.1)에 대한 충전을 진행하게 하기 위해서는, 문턱 값 레벨에 플러스 옵셋을 더하여(또는 1보다 더 큰 옵셋을 더 곱하여) 좌표를 이물질 미검출 영역으로 이동시킬 수 있다. 반대로, 제2 수신 장치(Rx No.2)에 대한 충전을 중지시키기 위해서는, 문턱 값 레벨에 마이너스 옵셋을 더하여(또는 1보다 더 작은 옵셋을 더 곱하여) 좌표를 이물질 검출 영역으로 이동시킬 수 있다.If charging of the first receiving device (Rx No. 1) is performed, a positive offset may be added to the threshold level (or an offset greater than 1 may be further multiplied) to move the coordinates to the foreign matter detection area. . Conversely, in order to stop charging the second receiver Rx No. 2, the coordinates may be moved to the foreign matter detection area by adding a negative offset to the threshold level (or by further multiplying the offset smaller than 1).
도 9는 전력 손실을 근거로 이물질 여부를 검출하는 그래프에 수신 장치의 위치 및 이물질의 종류와 위치를 변경하는 여러 상황의 좌표들을 표시한 것이다.9 shows coordinates of various situations in which the location of a receiving device and the type and location of a foreign object are changed in a graph for detecting foreign matter based on power loss.
도 9에서 동그라미 점들은 이물질 없이 수신 장치, 예를 들어 스마트 폰만을 충전할 때의 경우로, 좌표를 손실 전력을 가로 축으로 하고 문턱 값 레벨을 세로 축으로 하는 평면에 도시하고 있다. 동그라미 점들은 전력 손실이 문턱 값 레벨보다 작아서 이물질 미검출 영역에 있기 때문에 무선 충전이 진행된다.In FIG. 9 , circled dots are cases in which only a receiving device, for example, a smart phone, is charged without foreign matter, and the coordinates are shown on a plane having power loss as a horizontal axis and a threshold level as a vertical axis. The circled dots are wireless charging because the power loss is less than the threshold level and is in the foreign matter undetected area.
반면, 네모 점들은 여러 동전들 중 하나를 전송 장치의 1차 코일 주위에 놓은 상태로 스마트 폰을 충전할 때의 경우로, 전력 손실이 문턱 값 레벨보다 커서 그 좌표가 이물질 검출 영역에 있기 때문에 무선 충전이 중단된다.On the other hand, the square dots are cases when a smart phone is charged while one of several coins is placed around the primary coil of the transmission device. Charging stops.
마름모(기울어진 네모) 점들은 문서 클립(또는 paper clip)을 전송 장치의 1차 코일 주위에 놓은 상태로 스마트 폰을 충전할 때의 경우이다. 클립은 전력 손실을 크게 일으키지 않아 대부분의 경우 이물질 검출 영역과 이물질 미검출 영역을 구분하는 라인, 즉 문턱 값 경계선 가까이 위치하고 있다. 종래에는, 단순히, 좌표가 이물질 검출 영역에 있으면 충전을 멈추고, 좌표가 이물질 미검출 영역에 있으면 충전을 진행하게 된다.The diamond (slanted square) dots are the case when the smartphone is charged while a document clip (or paper clip) is placed around the primary coil of the transmission device. The clip does not cause much power loss, and in most cases is located close to the line dividing the foreign matter detection area and the foreign matter non-detection area, that is, the threshold boundary line. Conventionally, charging is simply stopped when the coordinates are in the foreign matter detection area, and charging proceeds when the coordinates are in the foreign matter detection area.
이와 같이, 문서 클립의 경우, 동전과 같은 이물질 없이 스마트 폰만을 놓고 충전하는 경우일 때의 전력 손실과 차이가 크지 않아, 충전을 멈추게 하지 못하고 계속하여 스마트 폰이 발열하게 되는 상황이 발생할 수 있다. 즉, 전력 손실만을 이용해서는 문서 클립과 같은 작은 이물질이 있는지 여부를 제대로 판별하기 어렵다.As such, in the case of a document clip, there is not a large difference from the power loss when charging only the smart phone without foreign objects such as coins, so that charging cannot be stopped and the smart phone continues to heat up. That is, it is difficult to accurately determine whether there is a small foreign object such as a document clip using only power loss.
도 10은 수신 장치의 위치 및 이물질의 종류와 위치를 변경하면서 Q 팩터를 측정한 값을 근거로 이물질이 있을 경우와 충전 가능한 경우를 구분하는 FOD 라인을 설정하는 예와 클립이 있는 경우의 영역을 도시한 것이다. 도 10의 Q 평면은 가로 축이 Q 값이 세로 축이 공진 주파수, 즉 Q 주파수이다.10 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 a location of a receiving device and a type and location of a foreign material, and an area in case there is a clip. it is depicted In the Q plane of FIG. 10 , the horizontal axis represents the Q value and the vertical axis represents the resonant frequency, that is, the Q frequency.
도 10에서 동그라미 점들은 이물질 없이 수신 장치, 예를 들어 스마트 폰만을 충전할 때의 경우로, 수신 장치를 전송 장치의 1차 코일을 기준으로 위치를 변경하면서 측정한 Q 값과 공진 주파수를 가로 축과 세로 축으로 하는 Q 평면에 좌표로 표시한 것이다. 도 6을 참조하여 설명한 것으로부터 예측할 수 있듯이, 동그라미 점들은 대체로 Q 평면에서 오른쪽 아래, 즉 공진 주파수가 낮고 Q 값은 높은 영역에 위치한다.In FIG. 10, the circled dots indicate a case when only a receiving device, for example, a smart phone, is charged without any foreign matter, and the Q value and the resonance frequency measured while changing the position of the receiving device relative to the primary coil of the transmitting device are displayed on the horizontal axis. It is expressed as coordinates on the Q plane with ordinate and ordinate. As can be predicted from the description with reference to FIG. 6 , the circled points are generally located at the lower right of the Q plane, that is, in a region where the resonant frequency is low and the Q value is high.
반면, 네모 점들은 여러 동전들 중 하나를 전송 장치의 1차 코일 주위에 놓은 상태로 스마트 폰을 충전할 때의 경우로, 동전들의 크기와 위치를 바꾸면서 측정한 Q 팩터를 Q 평면에 좌표로 표시한 것이다. 마찬가지로 도 6으로부터 예측할 수 있듯이, 네모 점들은 대체로 Q 평면에서 왼쪽 위, 즉 공진 주파수가 높고 Q 값은 낮은 영역에 위치한다.On the other hand, the square dots are cases when charging a smart phone with one of several coins placed around the primary coil of the transmission device, and the Q factor measured while changing the size and position of the coins is displayed as coordinates on the Q plane. it did Likewise, as can be predicted from FIG. 6, the square points are generally located in the upper left corner of the Q plane, that is, in a region where the resonant frequency is high and the Q value is low.
동그라미 점들이 위치하는 우하 영역(또는 제1 영역)은 이물질이 없는 상태의 경우로 충전을 계속 진행할 수 있고, 네모 점들이 위치하는 좌상 영역(제2 영역)은 금속 이물질이 있는 상태의 경우로 충전을 중지해야 한다. 도 10의 Q 평면에서 제1 영역과 제2 영역은 어느 정도 구분이 가능하여 두 영역을 가르는 커브를 결정할 수 있고, 도 10과 같이 직선(FOD 라인)으로 표현될 수 있고 필요에 따라 2차식 곡선 또는 더 높은 차원의 곡선으로 표현할 수도 있다. FOD 라인(또는 이물질 경계선)에 대한 데이터는 해당 무선 충전기를 출하하는 과정에서 측정되어 무선 충전기의 비휘발성 메모리에 저장될 수 있다.The lower right area (or the first area) where the circle dots are located is in a state where there is no foreign matter, and charging can continue, and the upper left area (the second area) where the square dots are located is a case where there is a metal foreign material. should stop In the Q plane of FIG. 10, the first area and the second area can be distinguished to some extent so that a curve dividing the two areas can be determined, and can be expressed as a straight line (FOD line) as shown in FIG. Alternatively, it can be expressed as a higher-dimensional curve. Data on the FOD line (or foreign matter boundary line) may be measured in the process of shipping the wireless charger and stored in the non-volatile memory of the wireless charger.
한편, 마름모(기울어진 네모) 점들은 문서 클립을 전송 장치의 1차 코일 주위에 놓은 상태로 스마트 폰을 충전할 때의 경우로, 문서 클립의 크기와 위치를 바꾸면서 측정한 Q 팩터를 Q 평면에 좌표로 표시한 것이다. 문서 클립의 경우, 좌표들이 충전이 가능한 우하 영역과 충전을 중지해야 하는 좌상 영역을 가르는 이물질 경계선(FOD 라인) 부근에 주로 분포하고, 특히 도 10에 네모 박스로 표시한 것과 같이 특정 영역(예를 들어 클립 Q 영역으로 칭할 수 있음)에 집중적으로 위치하는 것을 알 수 있다. 클립 Q 영역에 대한 데이터도 무선 충전기를 출하하는 과정에서 측정되어 무선 충전기의 비휘발성 메모리에 저장될 수 있다.On the other hand, the rhombus (slanted square) points are cases when the smartphone is charged while the document clip is placed around the primary coil of the transmission device, and the Q factor measured while changing the size and position of the document clip is placed on the Q plane indicated by coordinates. In the case of a document clip, the coordinates are mainly distributed around the foreign matter boundary line (FOD line) that divides the lower right area where charging is possible and the upper left area where charging should be stopped, especially in a specific area (eg, as indicated by a square box in FIG. 10). For example, it can be referred to as the clip Q area). Data on the clip Q area may also be measured in the process of shipping the wireless charger and stored in the non-volatile memory of the wireless charger.
따라서, 이 명세서의 실시예는, 문서 클립이 있을 때 Q 팩터의 좌표가 Q 평면에서 FOD 라인의 특정 영역인 클립 Q 영역에 집중되는 현상을 이용하여, 이물질로 클립이 있는 것을 특정할 수 있다. 또한, 클립이 이물질로 개입되는 것을 확인할 때, 수신 장치에 전력을 전송하면서 전력 손실을 측정하고 전력 손실과 관련되는 문턱 값 레벨을 시프트 하여 충전 진행 또는 충전 중지를 더 정확하게 결정할 수 있다.Therefore, in the embodiment of this specification, when there is a document clip, it is possible to specify that the clip is a foreign substance by using a phenomenon in which the coordinates of the Q factor are concentrated in the clip Q area, which is a specific area of the FOD line in the Q plane. In addition, when it is confirmed that the clip is intervened with a foreign object, power loss is measured while power is transmitted to the receiving device, and a threshold level related to the power loss is shifted to more accurately determine charging progress or charging cessation.
도 11은 전력 손실을 근거로 이물질 여부를 검출하는 그래프에서 문턱 값 레벨을 이동시키는 예를 도시한 것이다.FIG. 11 illustrates an example of shifting a threshold level in a graph for detecting foreign matter based on power loss.
클립 이물질이 있는 경우, 기본적으로 충전을 중지하는 편이 타당하므로, 전력 손실과 관련한 도 8의 그래프에서 전력 손실과 문턱 값 레벨을 가로 축과 세로 축으로 하는 좌표가 이물질 검출 영역으로 더 이동하도록, 문턱 값 레벨을 하향 조절할 수 있다. 즉, 전송 전력에 곱하는 비율 값을 더 작은 값으로 조정하여, 문턱 값 레벨을 작아지게 하여, 전력 손실과 관련된 좌표가 아래 방향(금속 이물질로 판단하는 가능성이 더 높은 방향)으로 이동하도록 할 수 있다.If there is a clip foreign matter, it is basically reasonable to stop charging, so that the power loss and threshold level in the graph of FIG. You can adjust the value level down. That is, by adjusting the value of the ratio multiplied by the transmission power to a smaller value, the threshold level becomes smaller, so that the coordinates related to the power loss move in a downward direction (a direction with a higher probability of determining the metal foreign matter). .
도 11에서 클립 이물질로 판정된 경우의 문턱 값 레벨이 작아져 마름모 점이 아래 방향으로 이동하여, 좌표가 문턱 값 경계선보다 아래인 이물질 검출 영역에 속하게 되어, 이를 근거로 전송 장치는 충전 또는 전력 전송을 중지할 수 있다. In FIG. 11, when the clip is determined to be a foreign substance, the threshold level decreases, the diamond point moves downward, and the coordinates belong to the foreign substance detection area below the threshold boundary line, and based on this, the transmission device performs charging or power transmission. can be stopped
도 12는 이 명세서의 일 실시예가 적용되는 무선 전력 전송 장치의 구성을 블록으로 도시한 것이다.12 is a block diagram showing the configuration of a wireless power transmission device to which an embodiment of this specification is applied.
도 12의 전송 장치는 도 3에 도시한 전송 모듈에 더해 Q 팩터를 검출하기 위한 Q 팩터 검출부를 더 포함할 수 있다. 또한, 도 12의 전송 장치는 FOD 라인 및 클립 Q 영역과 관련된 데이터를 저장하기 위한 저장 수단과 이물질의 부착 및 충전 중지를 사용자에게 알리기 위한 출력 수단을 더 포함할 수 있다.The transmission device of FIG. 12 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. 12 may further include a storage means for storing data related to the FOD line and the clip Q area, and an output means for notifying the user of attachment of foreign substances and stop of charging.
무선 전력 전송 장치(100) 또는 전송 모듈(100)은, 도 12에 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. 12, the
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
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
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
전원부(140)는 전송 장치의 구성 요소에 전원을 공급할 수 있다.The
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
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
전송 장치의 각 구성 요소를 제어하는 제어부(130)는, 전력 손실을 이용하여 전력 전송의 계속 또는 중지를 결정할 수 있다. 즉, 제어부(130)는, 수신 모듈(200)에 전력을 무선으로 전송하면서 통신부(120)를 통해 수신 파워 패킷(Received Power Packet, RPP)을 받고, 이로부터 수신 모듈(200)이 수신하는 수신 전력을 계산하고, 수신 모듈(200)에 전달하는 전송 전력과 수신 전력의 차이를 전력 손실로 계산할 수 있다.The
또한, 제어부(130)는, 전송 전력에 일정 비율 값을 곱하여 문턱 값 레벨을 얻고, 이를 전력 손실과 비교하여, 전력 손실이 문턱 값 레벨보다 클 때 이물질이 있는 것으로 판단하여 전력 전송을 중지하고, 전력 손실이 문턱 값 레벨보다 작을 때 전력 전송을 계속할 수 있다.In addition, the
또는, 제어부(130)는, Q 팩터를 이용하여 이물질 여부를 판단하고 전력 전송의 중지 또는 계속을 결정할 수도 있다. 즉, 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 값과 Q 주파수로 형성되는 Q 평면에서 속하는 영역, 즉 이물질이 없는 제1 영역 또는 이물질이 있는 제2 영역에 있는지 확인하고, Q 팩터가 제1 영역에 있으면 이물질이 없는 것으로 판단하고 Q 팩터가 제2 영역에 있으면 이물질이 있는 것으로 판단할 수 있다.Alternatively, the
제어부(130)는, Q 팩터 검출부(150)를 통해 측정한 Q 팩터가 제1 영역에 있으면 이물질이 없다고 판단하여, 수신 장치 또는 수신 모듈에 대한 충전 동작을 계속할 수 있다. 반면, 제어부(130)는, Q 팩터가 제2 영역에 있으면, 이물질이 있는 것으로 판단하여, 수신 장치 또는 수신 모듈에 대한 충전 동작을 중지할 수 있다.If the Q factor measured by the
또한, 제어부(130)는, Q 팩터 검출부(150)를 통해 측정한 Q 팩터의 좌표가 Q 평면에서 제1 영역과 제2 영역의 경계인 FOD 라인 부근에 있으면, Q 팩터의 좌표가 메모리(미도시)에 저장된 클립 Q 영역에 있는지 다시 확인하고, 클립 Q 영역에 있으면, 전력 손실을 이용하여 전력 전송을 중지 또는 계속할 것을 결정하는 과정을 진행하되, 전력 손실과 비교할 문턱 값 레벨을 계산하는 데 사용되는 비율 값을 하향 조절할 수 있다.In addition, if the coordinates of the Q factor measured by the
도 13은 이 명세서의 일 실시예에 따라 이물질을 검출하면서 무선으로 전력을 전송하는 방법에 대한 동작 흐름도를 도시한 것이다.13 is a flowchart illustrating an operation of a method of wirelessly transmitting power while detecting a foreign material according to an embodiment of the present specification.
제어부(130)는, Q 팩터 검출부(150)를 통해 공진 회로의 Q 팩터, 즉 공진 주파수(또는 Q 주파수)와 그 때의 Q 값을 검출한다(S1310).The
제어부(130)는, 검출한 Q 팩터를 Q 값과 Q 주파수의 어느 하나를 가로 축으로 하고 다른 하나를 세로 축으로 하는 Q 평면에 하나의 좌표로 표시할 때, Q 팩터의 좌표가 클립 Q 영역에 속하는지 확인한다(S1320). 클립 Q 영역은 전송 장치가 출하될 때 메모리에 저장된 값으로, Q 팩터를 기준으로 이물질 미검출 영역(또는 충전 가능 영역)과 이물질 검출 영역(또는 충전 중지 영역)을 가르는 FOD 라인 부근의 특정 영역에 해당한다.When the
제어부(130)는, Q 팩터 좌표가 클립 Q 영역에 속하는 것을 확인할 때(S1320에서 YES), 1차 코일 부근에 문서 클립이 있는 것으로 판단하고, 전력 손실을 이용하여 충전 계속 또는 중지를 결정할 때 전력 손실과 비교할 문턱 값 레벨을 계산하는 데 사용되는 비율 값을 하향 조절하여 문턱 값 레벨을 이동시킨다(S1330). 참고로, 문턱 값 레벨은 전송 전력에 일정 비율 값을 곱하여 계산된다.When confirming that the Q factor coordinates belong to the clip Q region (YES in S1320), the
Q 팩터 좌표가 클립 Q 영역에 속하지 않을 때(S1320에서 NO), 문턱 값 레벨을 이동시키는 S1330 단계는 생략된다.When the Q factor coordinates do not belong to the clip Q region (NO in S1320), the step S1330 of moving the threshold level is omitted.
제어부(130)는, 전략 전환부(110)와 통신부(120)를 제어하여, 수신 모듈 또는 수신 장치에 전력을 무선으로 전송하면서, 수신 장치로부터 수신 전력에 해당하는 수신 파워 패킷(Received Power Packet, RPP)을 받고, 전송 전력과 수신 전력의 차이를 전력 손실로 계산한다(S1340).The
제어부(130)는, 전송 전력에 일정 비율 값(S1330 단계에서 조정된 또는 S1330 단계가 생략되어 조정되지 않은)을 곱하여 문턱 값 레벨을 계산하고, 이를 전력 손실과 비교한다(S1350).The
제어부(130)는, 전력 손실이 문턱 값 레벨보다 크면(S1350에서 YES), 전력 손실과 관련된 도 8의 그래프에서 수신 장치에 대한 전력 손실 데이터가 이물질 검출 영역에 있는 것으로 판단하여 충전 또는 전력 전송을 중지할 수 있다(S1360).If the power loss is greater than the threshold level (YES in S1350), the
반면, 제어부(130)는, 전력 손실이 문턱 값 레벨보다 작으면(S1350에서 NO), 전력 손실과 관련된 도 8의 그래프에서 수신 장치에 대한 전력 손실 데이터가 이물질 미검출 영역에 있는 것으로 판단하여 충전 또는 전력 전송을 계속할 수 있다(S1370).On the other hand, if the power loss is less than the threshold level (NO in S1350), the
S1320 단계에서 Q 팩터의 좌표가 클립 Q 영역에 있는지 여부를 판단하였지만, Q 팩터의 좌표가 FOD 라인과 멀리 이물질이 없는 제1 영역에 있거나 이물질이 있는 제2 영역에 있는 경우, 그 아래 단계를 수행하지 않고 바로 전력 전송을 시작하거나 전력 전송을 중지할 수도 있다.In step S1320, it is determined whether the coordinates of the Q factor are in the clip Q area, but if the coordinates of the Q factor are in the first area without foreign matter far from the FOD line or in the second area with foreign matter, the steps below are performed. It is also possible to immediately start or stop power transmission without doing so.
종래 방식으로는 Q 주파수와 Q 값을 이용하여 충전 중지/계속을 결정하는 방법과 전력 손실을 문턱 값 레벨과 비교하는 방법을 각각 따로 사용하였지만, 두 방법 모두 문서 클립과 같은 작은 금속을 이물질로 판단하지 못하는 경우가 자주 발생하였다.In the conventional method, a method of determining charging stop/continuation using Q frequency and Q value and a method of comparing power loss with a threshold level were separately used, but both methods judged small metals such as document clips as foreign substances. It was often not possible to do so.
하지만, 앞서 설명한 실시예는 Q 평면에서 클립 Q 영역을 사용하여 문서 클립을 특정할 수 있게 되고, 추가로 전력 손실을 이용하는 방법에서 문턱 값 레벨을 이동시켜 더 엄밀하게 이물질 여부를 판단할 수 있게 된다. 따라서, 문서 클립을 더 정확하게 검출하고 전력 전송을 중단시킬 수 있게 되어, 클립이 개입될 때 무선 충전을 진행하여 열이 과도하게 발생하는 문제를 해결할 수 있게 된다.However, in the above-described embodiment, the document clip can be specified using the clip Q area in the Q plane, and the presence of foreign matter can be determined more strictly by moving the threshold level in the method using additional power loss. . Therefore, it is possible to more accurately detect the document clip and stop power transmission, thereby solving the problem of excessive heat generation by proceeding with wireless charging when the clip is intervened.
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, 전송 장치에 포함된 공진 회로의 공진 주파수와 Q 값을 Q 팩터로 검출하는 단계; Q 팩터를 근거로 금속 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계; 금속 이물질이 있는 것으로 판단할 때, 전력 손실 여부를 판단하는 문턱 값 레벨을 이동시키는 단계; 전력을 무선으로 수신 장치에 전송하면서 전력 손실을 검출하는 단계; 및 검출되는 전력 손실과 문턱 값 레벨의 비교를 통해 전력 전송 동작을 계속하거나 중지하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.A wireless power transmission method according to an embodiment includes detecting a resonance frequency and a Q value of a resonance circuit included in a transmission device as a Q factor; Determining whether a metal foreign substance is present based on the Q factor; moving a threshold level for determining power loss when it is determined that there is a metal foreign substance; detecting power loss while wirelessly transmitting power to a receiving device; and continuing or stopping the power transfer operation by comparing the detected power loss with the threshold level.
일 실시예에서, 금속 이물질은 금속으로 이루어진 선이 구부러진 형상의 물건일 수 있다.In one embodiment, the metal foreign material may be a bent metal line.
일 실시예에서, 이동시키는 단계는 문턱 값 레벨을 금속 이물질로 판단하는 가능성을 더 높게 하는 방향으로 이동시킬 수 있다.In one embodiment, the moving step may shift the threshold level in a direction that increases the probability of determining a metal contaminant.
일 실시예에서, 문턱 값 레벨을 계산할 때 전송 전력에 적용하는 비율 값을 작게 조정할 수 있다.In one embodiment, when calculating the threshold level, a ratio value applied to transmit power may be adjusted to be small.
일 실시예에서, 판단하는 단계는 Q 팩터의 위치가 Q 값과 주파수를 두 축으로 하는 Q 평면에서 제1 영역에 속하는지 여부를 근거로 금속 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다.In one embodiment, the determining step may determine whether a metal foreign material is present or not based on whether the position of the Q factor belongs to the first region in the Q plane having two axes of the Q value and the frequency.
일 실시예에서, 제1 영역은 Q 평면에서 금속 이물질이 없어서 충전을 진행하는 영역과 금속 이물질이 있어서 충전을 중단하는 영역을 구분하는 이물질 경계 라인의 일부를 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the first region may include a part of a foreign substance boundary line dividing a region in which charging is performed because there is no metal foreign substance in the Q plane and a region where charging is stopped because there is a metal foreign substance.
일 실시예에서, 이물질 경계 라인과 관련된 데이터는 전송 장치를 출하할 때 수신 장치의 종류와 위치 및 이물질의 종류, 크기 및 위치를 바꾸어가면서 측정한 복수 개의 Q 팩터를 근거로 추출되어 전송 장치의 메모리에 저장될 수 있다.In one embodiment, the data related to the foreign matter boundary line 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 material when the transmission device is shipped, and is stored in the memory of the transmission device. can be stored in
일 실시예에서, 전력 전송 동작을 계속하거나 중지하는 단계는 검출되는 전력 손실이 문턱 값 레벨보다 작을 때 전력 전송 동작을 계속하고, 검출되는 전력 손실이 문턱 값 레벨보다 클 때 전력 전송 동작을 중지할 수 있다.In one embodiment, continuing or stopping the power transfer operation includes continuing the power transfer operation when the detected power loss is less than the threshold level and stopping the power transfer operation when the detected power loss is greater than the threshold level. can
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 Q 팩터를 검출하도록 Q 팩터 검출부를 제어하고, Q 팩터를 근거로 금속 이물질의 존재 여부를 판단하고 금속 이물질이 있는 것으로 판단할 때 전력 손실 여부를 판단하는 문턱 값 레벨을 이동시키고 전력을 무선으로 수신 장치에 전송하면서 전력 손실을 검출하고 검출되는 전력 손실과 문턱 값 레벨의 비교를 통해 전력 전송 동작을 계속하거나 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, determining whether or not there is a metal foreign material based on the Q factor, moving a threshold level for determining whether or not power is lost when it is determined that there is a metal foreign material, and transmitting power wirelessly. It may be configured to include a control unit for controlling the power converter to continue or stop the power transmission operation through detecting power loss while transmitting to the receiving device and comparing the detected power loss with a threshold level.
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: 부하1: 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 (16)
상기 Q 팩터를 근거로 금속 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계;
상기 금속 이물질이 있는 것으로 판단할 때, 전력 손실 여부를 판단하는 기준이 되는 문턱 값 레벨을 이동시키는 단계;
전력을 무선으로 수신 장치에 전송하면서 전력 손실을 검출하는 단계; 및
상기 검출되는 전력 손실과 상기 문턱 값 레벨의 비교를 통해 전력 전송 동작을 계속하거나 중지하는 단계를 포함하여 이루어지는 무선 전력 전송 방법.Detecting a resonance frequency and a Q value of a resonance circuit included in the transmission device as a Q factor;
Determining whether a metal foreign substance is present based on the Q factor;
moving a threshold level that is a criterion for determining power loss when it is determined that the metal foreign matter is present;
detecting power loss while wirelessly transmitting power to a receiving device; and
A wireless power transmission method comprising the step of continuing or stopping a power transmission operation through comparison of the detected power loss and the threshold level.
상기 금속 이물질은 금속 선이 구부러진 형상의 물건인 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.According to claim 1,
The metal foreign material is a wireless power transmission method, characterized in that the metal wire is a bent shape.
상기 이동시키는 단계는, 상기 문턱 값 레벨을 금속 이물질로 판단하는 가능성을 더 높게 하는 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.According to claim 2,
The moving of the wireless power transmission method, characterized in that for moving the threshold value level in a direction to increase the possibility of determining the metal foreign matter.
상기 이동시키는 단계는, 상기 문턱 값 레벨을 계산할 때 전송 전력에 적용하는 비율 값을 작게 조정하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.According to claim 3,
In the step of moving, when calculating the threshold value level, the wireless power transmission method characterized in that for adjusting a small ratio value applied to the transmission power.
상기 판단하는 단계는, 상기 Q 팩터의 위치가 Q 값과 주파수를 두 축으로 하는 Q 평면에서 제1 영역에 속하는지 여부를 근거로 상기 금속 이물질의 존재 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.According to claim 2,
In the determining step, wireless power transmission characterized in that the existence of the metal foreign matter is determined based on whether the location of the Q factor belongs to a first area in a Q plane having two axes of a Q value and a frequency. method.
상기 제1 영역은 상기 Q 평면에서 금속 이물질이 없어서 충전을 진행하는 영역과 금속 이물질이 있어서 충전을 중단하는 영역을 구분하는 이물질 경계 라인의 일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.According to claim 5,
The first region includes a portion of a foreign matter boundary line dividing a region in which charging is performed because there is no metal foreign substance in the Q plane and a region where charging is stopped because there is a metal foreign substance.
상기 이물질 경계 라인과 관련된 데이터는, 상기 전송 장치를 출하할 때 수신 장치의 종류와 위치 및 이물질의 종류, 크기 및 위치를 바꾸어가면서 측정한 복수 개의 Q 팩터를 근거로 추출되어 상기 전송 장치의 메모리에 저장되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.According to claim 6,
The data related to the foreign matter boundary line 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 material when the transmission device is shipped, and stored in the memory of the transmission device. Wireless power transmission method, characterized in that stored.
상기 전력 전송 동작을 계속하거나 중지하는 단계는, 상기 검출되는 전력 손실이 상기 문턱 값 레벨보다 작을 때 상기 전력 전송 동작을 계속하고, 상기 검출되는 전력 손실이 상기 문턱 값 레벨보다 클 때 상기 전력 전송 동작을 중지하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.According to claim 1,
Continuing or stopping the power transfer operation may include continuing the power transfer operation when the detected power loss is less than the threshold level, and continuing the power transfer operation when the detected power loss is greater than the threshold level. Wireless power transmission method characterized in that for stopping.
상기 공진 회로의 공진 주파수와 Q 값을 Q 팩터로 검출하기 위한 Q 팩터 검출부; 및
상기 Q 팩터를 검출하도록 상기 Q 팩터 검출부를 제어하고, 상기 Q 팩터를 근거로 금속 이물질의 존재 여부를 판단하고 상기 금속 이물질이 있는 것으로 판단할 때 전력 손실 여부를 판단하는 기준이 되는 문턱 값 레벨을 이동시키고 전력을 무선으로 상기 수신 장치에 전송하면서 전력 손실을 검출하고 상기 검출되는 전력 손실과 상기 문턱 값 레벨의 비교를 통해 전력 전송 동작을 계속하거나 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
Controls the Q factor detection unit to detect the Q factor, determines whether or not there is a metal foreign material based on the Q factor, and sets a threshold level that is a criterion for determining whether or not power is lost when it is determined that the metal foreign material is present. and a control unit for controlling the power conversion unit to continue or stop a power transmission operation through a comparison between the detected power loss and the threshold value level while detecting power loss while transferring power to the receiving device wirelessly. wireless power transmission device.
상기 금속 이물질은 금속 선이 구부러진 형상의 물건인 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.According to claim 9,
The metal foreign material is a wireless power transmission device, characterized in that the metal wire is a bent shape.
상기 제어부는 상기 문턱 값 레벨을 금속 이물질로 판단하는 가능성을 더 높게 하는 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.According to claim 10,
The wireless power transmission device, characterized in that the control unit moves the threshold value level in a direction to increase the possibility of determining the metal foreign matter.
상기 이동시키는 단계는, 상기 문턱 값 레벨을 계산할 때 전송 전력에 적용하는 비율 값을 작게 조정하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.According to claim 11,
In the step of moving, when calculating the threshold value level, the wireless power transmission device, characterized in that for adjusting a small ratio value applied to the transmission power.
상기 제어부는 상기 Q 팩터의 위치가 Q 값과 주파수를 두 축으로 하는 Q 평면에서 제1 영역에 속하는지 여부를 근거로 상기 금속 이물질의 존재 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.According to claim 10,
The control unit determines whether or not the metal foreign material exists based on whether the position of the Q factor belongs to a first area in a Q plane having two axes of Q value and frequency.
상기 제1 영역은 상기 Q 평면에서 금속 이물질이 없어서 충전을 진행하는 영역과 금속 이물질이 있어서 충전을 중단하는 영역을 구분하는 이물질 경계 라인의 일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.According to claim 13,
The first region includes a part of a foreign matter boundary line dividing a region in which charging is performed because there is no metal foreign substance in the Q plane and a region where charging is stopped because there is a metal foreign substance.
상기 전송 장치를 출하할 때 수신 장치의 종류와 위치 및 이물질의 종류, 크기 및 위치를 바꾸어가면서 측정된 복수 개의 Q 팩터를 근거로 추출된 상기 이물질 경계 라인과 관련된 데이터를 저장하는 메모리를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.According to claim 14,
Further comprising a memory for storing data related to the foreign substance boundary line 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 substance when the transmission device is shipped Wireless power transmission device, characterized in that configured.
상기 제어부는, 상기 검출되는 전력 손실이 상기 문턱 값 레벨보다 작을 때 상기 전력 전송 동작을 계속하고, 상기 검출되는 전력 손실이 상기 문턱 값 레벨보다 클 때 상기 전력 전송 동작을 중지하도록 상기 전력 변환부를 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.According to claim 9,
The controller controls the power conversion unit to continue the power transmission operation when the detected power loss is less than the threshold level and to stop the power transmission operation when the detected power loss is greater than the threshold level. A wireless power transmission device characterized in that for doing.
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KR1020210107843A KR20230025998A (en) | 2021-08-17 | 2021-08-17 | Apparatus and method for transmitting power wirelessly |
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CN117996985A (en) * | 2024-04-03 | 2024-05-07 | 深圳市金致卓科技有限公司 | Wireless charging control method, device, equipment and storage medium |
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2021
- 2021-08-17 KR KR1020210107843A patent/KR20230025998A/en unknown
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