KR20240017082A

KR20240017082A - 무선 전력 전송

Info

Publication number: KR20240017082A
Application number: KR1020247000607A
Authority: KR
Inventors: 요하네스 윌헬무스 드라크; 윌헬무스 게라르두스 마리아 에티스; 파스칼 레오날드 마리아 테오두어 레벤스; 클라스 자코브 룰로프스
Original assignee: 코닌클리케 필립스 엔.브이.
Priority date: 2021-06-08
Filing date: 2022-05-30
Publication date: 2024-02-06
Also published as: JP2024522158A; WO2022258403A1; BR112023025470A2; CN117529869A; EP4102681A1; EP4352855A1

Abstract

전력 송신기(101)는 송신기 코일(103)에 공급된 구동 신호에 의해 생성된 전력 전송 신호를 통해 전력 수신기(105)에 전력을 제공한다. 전력 송신기(101)의 제1 제어기(209)는 전력 수신기(105)로부터 수신된 전력 제어 에러 메시지들에 응답하여 전력 전송 신호를 제어하기 위해 전력 제어 루프를 동작시키는 것을 포함하는 제1 모드에 따라 구동 신호의 파라미터를 제어한다. 제2 제어기(211)는 전력 수신기(105)로부터 수신된 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점에 응답하여 구동 신호의 파라미터를 설정하는 것을 포함하는 제2 모드에 따라 구동 신호의 파라미터를 제어한다. 회로(213)는 전력 수신기(105)로부터 수신된 전력 전송 제어 모드 요청에 응답하여 제1 동작 모드와 제2 동작 모드 사이에서 선택하고, 타이밍 회로(215)는 2개의 동작 모드들 사이에서 통신 시간 구간들에 대한 타이밍 파라미터를 변경한다.

Description

무선 전력 전송

본 발명은 무선 전력 전송에 관한 것이며 특히, 그러나 비배타적으로, 고전력 주방 기기들을 위한 무선 전력 전송에 관한 것이다.

대부분의 오늘날의 전기 제품들은 외부 전력 공급 장치로부터 전력을 공급받기 위해 전용 전기 접촉을 요구한다. 그러나, 이것은 비실용적인 경향이 있으며 사용자가 커넥터를 물리적으로 삽입하거나 달리 물리적 전기 접촉을 확립할 것을 요구한다. 전형적으로, 전력 요건들이 또한 현저히 상이하고, 현재 대부분의 디바이스들은 그들 자신의 전용 전력 공급 장치를 갖추고 있고, 그 결과 전형적인 사용자는 다수의 상이한 전력 공급 장치들을 가지고 있으며 이때 각각의 전력 공급 장치는 특정 디바이스에 전용된다. 비록 내부 배터리의 사용이 사용 동안 전력 공급 장치에 대한 유선 연결에 대한 필요성을 회피할 수 있지만, 배터리는 재충전(또는 교체)을 필요로 할 것이기 때문에 이것은 부분적인 해결책만을 제공할 뿐이다. 배터리의 사용은 또한 디바이스의 무게와 잠재적으로 비용 및 크기를 상당히 증가시킬 수 있다.

현저히 개선된 사용자 경험을 제공하기 위해, 전력이 전력 송신기 디바이스 내의 송신기 인덕터로부터 개별 디바이스들 내의 수신기 코일로 유도적으로 전송되는 무선 전력 공급 장치를 사용하는 것이 제안되었다.

자기 유도를 통한 전력 송신은 1차 송신기 인덕터/코일과 2차 수신기 코일 간의 긴밀한 결합을 갖는 변압기들에서 대부분 적용되는 잘 알려진 개념이다. 2개의 디바이스 간에 1차 송신기 코일과 2차 수신기 코일을 분리함으로써, 이들 간의 무선 전력 전송이 느슨하게 결합된 변압기의 원리에 기초하여 가능해진다.

그러한 배열은 어떠한 유선 또는 물리적 전기 연결도 이루어질 것을 요구함이 없이 디바이스로의 무선 전력 전송을 허용한다. 실제로, 그것은 외부에서 재충전되거나 전력을 공급받기 위해 간단히 디바이스가 송신기 코일에 인접하게 또는 그 위에 배치되도록 허용할 수 있다. 예를 들어, 전력 송신기 디바이스들은 디바이스가 전력을 공급받기 위해 간단히 그 상에 배치될 수 있는 수평 표면을 갖도록 배열될 수 있다.

더욱이, 그러한 무선 전력 전송 배열들은 유리하게도 전력 송신기 디바이스가 다양한 전력 수신기 디바이스들과 함께 사용될 수 있도록 설계될 수 있다. 특히, Qi 사양으로 알려진 무선 전력 전송 접근법이 정의되었으며 현재 더욱 개발되고 있다. 이 접근법은 Qi 사양을 충족시키는 전력 송신기 디바이스들과 Qi 사양을 또한 충족시키는 전력 수신기 디바이스들이 동일한 제조자로부터의 것이어야 함 또는 서로 전용되어야 함이 없이 이들이 함께 사용되도록 허용한다. Qi 표준은 동작이 특정 전력 수신기 디바이스에 적응되도록(예를 들어, 특정 전력 소모에 의존하도록) 허용하기 위한 어떤 기능을 추가로 포함한다.

Qi 사양은 무선 전력 컨소시엄(Wireless Power Consortium)에 의해 개발되고, 더 많은 정보를 예를 들어 그들의 웹사이트: http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html에서 찾아볼 수 있으며, 그곳에서 특히 정의된 사양 문서들을 찾아볼 수 있다.

무선 전력 컨소시엄은 또한, 구체적으로 주방 기기들을 위한, 더 높은 전력 응용들을 가능하게 하기 위해 Qi 표준의 성공을 기반으로 하는 Ki 코드리스 주방 표준을 개발하는 과정에 있다. 표준은 세이브 및 유연한 동작을 허용하면서 2 kW 초과의 전력 전송들을 허용하도록 Qi를 확장한다.

코드리스 주방 기기들은 전력 송신기 코일로부터 전력 수신기 코일로 전력을 무선으로 전송하는 것에 의해 전력을 공급받는다. 전력 송신기 코일은 송신기 코일을 포함하는 공진 회로에 0- 2500 W의 전력을 전달할 수 있는 인버터에 의해 구동된다. 인버터가 턴온되기 전에, 전력 송신기와 전력 수신기 사이의 통신 채널이 확립된다. 통신이 셋업되고 2개의 디바이스들의 식별이 수행되었을 때, 전력 송신기는 전력 수신기로의 전력 송신을 시작할 수 있다.

매우 다양한 전력 송신기들 및 전력 수신기들이 존재할 것으로 예상된다. 예를 들어, 코일 크기들, 유도 값들 및 부하들이 상당히 다를 수 있다. 또한, 전력 송신기에 대한 전력 수신기의 배치가 달라서, 전력 전송 코일들 사이의 결합에 있어서의 상당한 변화들을 야기할 수 있다. 따라서, 전력 전송에 대한 시스템 파라미터들 및 조건들이 상당히 다를 수 있다.

더욱이, 동작 조건들 및 구체적으로 전력 전송 레벨들이 상당히 다를 수 있다. 예를 들어, 전력 수신 디바이스들은 그들이 동작하는 몇 개의 모드들을 가질 수 있다. 예를 들어, 에어프라이어 기기에 대해, 가열 요소가 턴온 및 턴오프되어, 50 내지 1200 W의 부하 스텝(load step)을 야기할 수 있으며, 이것은 일정한 온도를 유지하기 위해 동작 동안 반복적으로 발생한다.

디바이스들은 또한, 예를 들어 저항성 컴포넌트 대신에, 비선형 부하들을 제공할 수 있으며, 전력 수신 디바이스는 모터를 포함할 수 있다(예컨대, 식품 가공기). 이것은 시스템의 완전히 상이한 응답을 야기하며, 제어 시스템 설계에 큰 영향을 미친다.

다양한 특성들 및 파라미터들에 동작을 적응시키기 위해, 그러한 무선 전력 전송 시스템들은 전형적으로 시스템을 적절한 동작점으로 지향시키기 위한 전력 제어 루프를 구현한다. 그러한 전력 제어 루프에서, 전력 수신기는 규칙적으로 그리고 빈번하게(Qi에서 최대 간격은 250 msec임) 생성된 전력 전송 신호의 전력 레벨을 증가시키거나 감소시키라고 전력 송신기에게 지시하는 전력 에러 메시지들을 전송한다. 전력 에러 메시지들은 수신된 전력과 원하는 수신된 전력의 비교에 기초하여 전력 수신기에 의해 생성될 수 있다. 이어서 전력 송신기가 요청들에 응답하여 전력을 동적으로 증가 및 감소시키고, 그에 의해 전력 수신기가 동작을 원하는 동작점으로 제어할 수 있게 할 수 있다.

그러나, 그러한 전력 제어 접근법이 많은 시나리오들에서 유리한 성능을 제공하는 경향이 있지만, 그것은 모든 상황들에서 최적은 아닌 경향이 있다. 그것은 높은 시그널링 레이트를 요구하는 복잡한 동작인 경향이 있다. 또한, 그것은 몇몇 시나리오들에서 최적이 아닌 동적 성능을 제공하는 경향이 있으며, 동적 설계는 종종 잡음 성능과 과도 응답 사이의 트레이드-오프(trade-off)이다.

특히, 가열 기기들(예컨대, 주전자들)과 같은, 많은 예상되는 Ki 기기들은 매우 낮은 비용의 디바이스들로 예상되며, 그러한 낮은 비용을 달성하기 위해, 요구되는 기능이 가능한 한 최소화되는 것이 요망된다. 그러나 종래의 전력 제어 루프 접근법은 비교적 복잡한 경향이 있으며, 비교적 높은 데이터 레이트를 지원하는 통신 기능을 요구할 뿐만 아니라, 동작 조건들을 측정하고 적합한 전력 에러 메시지들을 생성하기 위해 적합한 측정 기능 및 처리 전력을 요구한다. 이것은 디바이스들의 비용을 증가시키며, 매우 낮은 비용의 디바이스들의 개발을 방해할 수 있다.

무선 전력 전송 시스템들에서의 전력 송신기와 전력 수신기 사이의 통신은 시스템의 효율적인 동작에 중요하다. 효율적인 무선 전력 전송을 지원하기 위해, Qi 및 Ki 기반 시스템들과 같은 무선 전력 전송 시스템들은 전력 송신기와 전력 수신기 간의 상당한 통신을 이용한다. 처음에, Qi는 전력 전송 신호의 부하 변조를 사용하여 전력 수신기로부터 전력 송신기로의 통신만을 지원하였다. 그러나, 표준의 발전은 양방향 통신을 도입하였고, 전력 수신기와 전력 송신기 간의 통신 교환에 의해 많은 기능들이 지원된다. 많은 시스템들에서, 전력 송신기로부터 전력 수신기로의 통신은 전력 전송 신호를 변조함으로써 달성된다. 전력 수신기와 전력 송신기 사이의 통신을 이용하는 무선 전력 전송 시스템들의 예들이 US2018/323647A1호, WO2021/048019A1호, 및 US2018/323648A1호에 개시되어 있다.

그러나, 이것은 더 높은 전력 레벨들에 덜 적합한 경향이 있기 때문에, Ki와 같은 시스템들은, 전력 전송 신호와는 독립적이고 전력 전송 신호를 데이터에 의해 변조되는 캐리어로서 사용하지 않는 통신 기능을 사용한다. 특히, 전력 송신기와 전력 수신기 사이의 통신은 단거리 통신 시스템에 의해, 예컨대 구체적으로 NFC(Near Field Communication) 기반 통신 기술을 사용하여 달성될 수 있다.

전용 통신 기능을 사용하는 것은 많은 상황들에서 개선된 성능을 제공할 수 있고, 예를 들어 더 높은 통신 신뢰성 및 진행 중인 전력 전송에 대한 감소된 영향을 갖는 더 빠른 통신을 제공할 수 있다.

전력 수신기는 많은 실시예들에서 전형적으로 리더(reader)의 튜닝된 안테나와 수신기의 공진 회로 사이의 전자기 결합을 사용하는 비접촉 통신을 위한 소형 디바이스인 NFC 비접촉 스마트 카드와 유사한 통신 기능을 제공하는 NFC 통신 기능을 포함할 수 있다. 많은 상황들에서, 스마트 카드는 공진 회로에서 유도되는 신호에 의해 전력을 공급받는 수동 디바이스이다. 유사하게, 전력 수신기의 NFC 통신 기능은 몇몇 상황들에서, 예컨대 시동 동안 NFC 캐리어에 의해 전력을 공급받을 수 있다.

그러나, NFC와 같은 전용 통신 기능의 사용이 많은 상황들에서 유리한 성능 및 동작을 제공할 수 있지만, 그것은 모든 상황들에서 최적은 아닐 수 있다.

무선 전력 전송 시스템들은 전자기 간섭을 생성할 수 있으며, 다른 디바이스들과의 전자기 호환성을 달성하기 위해, 이러한 전자기 간섭이 너무 과도하지 않은 것이 요구된다. 전력 전송 신호에 의해 생성되는 전자기 간섭은 다른 전기 디바이스들을 간섭할 수 있을 뿐만 아니라, 전력 전송 디바이스들 자체를 간섭할 수 있다. 특히, 전력 전송 신호에 의해 야기되는 전자기 간섭은, 예컨대 NFC 통신 기능에 의해 제공되는 바와 같은, 통신 기능을 간섭할 수 있다.

전형적으로 전력 송신기는 엄격한 전자기 간섭 한계의 영향을 받기 쉬우며, 종종 그것은 주파수의 함수로서 허용가능 전자기 간섭 레벨들을 나타내는 주파수 마스크들에 의해 제한된다. 그러나, 그러한 전자기 간섭 요건들은 달성하기가 매우 어려울 수 있으며, 특히 전력 전송 신호가 연속적으로 동일한 레벨에 있지 않을 때, 전자기 간섭이 생성될 수 있다. 예를 들어, 전력 전송 신호를 반복적으로 스위칭 오프하는 것은 상당한 고조파 성분들을 증가시키는 경향이 있으며, 이는 종종 전자기 호환성 요건들을 충족시키지 않을 수 있다.

따라서, 전력 전송 시스템에 대한 개선된 동작이 유리할 것이며, 특히 증가된 유연성, 감소된 비용, 감소된 복잡성, 전력 전송 시스템의 동작들에 대한 개선된 동작, 개선된 적응, 개선된 동적 성능, 개선된 적응성, 하위 호환성, 감소된 시그널링 요건들, 전력 수신기 측정들에 대한 감소된 요건들, 개선된 통신 성능, 감소된 전자기 간섭, 개선된 전자기 호환성, 감소된 비용의 디바이스들에 대한 지원, 및/또는 개선된 성능을 허용하는 접근법이 유리할 것이다.

따라서, 본 발명은 전술한 불리한 점들 중 하나 이상을 단독으로 또는 임의의 조합으로 바람직하게 완화, 경감 또는 제거하고자 한다.

본 발명의 태양에 따르면, 유도 전력 전송 신호를 통해 전력 수신기에 전력을 무선으로 제공하기 위한 전력 송신기로서, 전력 전송 신호를 생성하도록 배열된 송신기 코일; 전력 전송 신호를 생성하기 위해 송신기 코일에 대한 구동 신호를 생성하도록 배열된 구동기로서, 전력 전송 신호가 전력 수신기에 전력을 전송하도록 배열되는 전력 전송 시간 구간들, 및 전력 전송 신호의 전력이 전력 전송 시간 구간에 비해 감소되는 통신 시간 구간들을 이용하도록 구동 신호를 생성하도록 배열되는, 상기 구동기; 통신 시간 구간들 동안 전력 수신기로부터 메시지들을 수신하기 위한 수신기; 제1 동작 모드에 따라 구동 신호의 파라미터를 제어하도록 배열된 제1 제어기로서, 제1 동작 모드는 전력 수신기로부터 수신된 전력 제어 에러 메시지들에 응답하여 전력 전송 신호의 전력 특성을 제어하기 위해 전력 제어 루프를 동작시키는 것을 포함하고, 전력 제어 에러 메시지들 사이의 최대 지속시간은 300 msec 이하인, 상기 제1 제어기; 제2 동작 모드에 따라 구동 신호의 파라미터를 제어하도록 배열된 제2 제어기로서, 제2 동작 모드는 전력 수신기로부터 수신된 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점에 응답하여 구동 신호의 파라미터를 설정하는 것을 포함하고, 전력 전송 신호 설정점은 전력 전송 신호에 대한 목표 전력 특성을 나타내고, 전력 전송 신호 설정점들 사이의 최대 지속시간은 1초 이상이고, 제2 동작 모드는 전력 수신기로부터 수신된 전력 제어 에러 메시지들에 응답하여 구동 신호를 제어하는 어떤 전력 제어 루프도 동작시키지 않는 것을 포함하는, 상기 제2 제어기; 및 전력 수신기로부터 수신된 전력 전송 제어 모드 요청에 응답하여 제1 동작 모드와 제2 동작 모드 사이에서 선택하도록 배열된 회로; 및 전력 송신기가 제1 동작 모드에서 동작하고 있는지 그리고 제2 동작 모드에서 동작하고 있는지에 따라 통신 시간 구간들에 대한 타이밍 파라미터를 변경하도록 배열된 타이밍 회로를 포함하며, 타이밍 파라미터는 통신 시간 구간들의 지속시간, 및 통신 시간 구간들의 주파수로 이루어진 군으로부터 선택되는 파라미터인, 전력 송신기가 제공된다.

본 발명은 많은 실시예들에서 개선된 성능을 제공할 수 있으며, 많은 시스템들 및 실시예들에서 전반적인 개선된 전력 전송 동작을 제공할 수 있다. 그것은 특히 전력 송신기가, 동적으로, 정확한 전력 제공을 요구하는 비교적 높은 복잡성의 전력 수신기 디바이스들을 지원하는 것뿐만 아니라, 엄격하게 제어된 또는 매우 정확한 전력 제공을 요구하지 않을 수 있는 낮은 복잡성의 전력 수신기 디바이스들을 지원하는 것 둘 모두를 허용할 수 있다. 그 접근법은 매우 낮은 복잡성의 전력 수신기 디바이스들에 대한 지원을 가능하게 하여서, 더 낮은 비용의 디바이스들의 개발 및 생산을 가능하게 할 수 있다. 그 접근법은 특히 주전자들, 팬들 또는 유사한 주방 기기들과 같은, 매우 낮은 비용의 가열 디바이스들에 대한 지원을 허용할 수 있다. 예를 들어, 그러한 디바이스가 전용 전기 부하 신호 측정들 또는 복잡한 보고 메커니즘들을 포함할 것을 요구함이 없이 낮은 비용의 가열 디바이스가 효과적으로 지원될 수 있다. 예를 들어, 가열 디바이스가 측정들이 전혀 없이, 또는 예컨대 현재 가열 온도에 따라 가열을 스위칭 온 또는 오프하기 위해 간단한 온도 측정만을 사용하여 지원될 수 있다.

많은 실시예들에서, 그 접근법은 상이한 유형들의 전력 수신기들 및 부하들에 대한 개선된 지원을 제공할 수 있다. 특히, 많은 실시예들에서, 제1 동작 모드는 몇몇 모터들과 같은 비선형 부하들에 전력을 제공하기에 매우 적합할 수 있고, 제2 동작 모드는 낮은 복잡성 및/또는 비용을 달성하면서 선형 부하들에 대한 매우 유리한 성능을 제공할 수 있다.

본 발명은 많은 실시예들에서 개선된 통신을 제공할 수 있으며, 특히 많은 실시예들에서 전력 전송 신호에 의해 지원되지 않는 통신 채널을 캐리어로서 사용하여 전력 송신기와 전력 수신기 사이의 개선된 통신을 제공할 수 있다. 본 발명은 많은 실시예들에서 개선된 전력 전송을 제공할 수 있다.

본 발명은 많은 실시예들에서 상이한 모드들에서의 상이한 통신 요건들/선호들에 대한 개선된 적응을 제공할 수 있다. 많은 실시예들에서, 그것은 감소된 전자기 간섭을 야기할 수 있다. 예를 들어, 더 높은 전력 레벨들에 대해 전력 송신기는 제2 동작 모드에서 동작할 수 있으며, 이때 타이밍 회로는 타이밍 파라미터를 적응시켜 더 낮은 전자기 간섭을 야기한다. 많은 실시예들에서, 타이밍 회로는 반복 통신 시간 구간들의 감소된 고조파들이 달성될 수 있도록 타이밍 파라미터를 제어할 수 있다.

그 접근법은 종종 간섭 완화/방지와 다른 불리한 효과들 사이의 개선된 트레이드-오프를 제공함으로써 개선된 성능을 제공할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 전력 송신기(예컨대, 구체적으로 구동기)는 통신 시간 구간 동안 구동 신호 및/또는 전력 전송 신호를 생성하지 않도록 배열될 수 있다.

1초 이상인 전력 전송 신호 설정점들 사이의 최대 지속시간은 전력 수신기로부터 수신되는 전력 전송 신호 설정점들 사이의 최대 가능한 지속시간일 수 있다. 전력 수신기로부터 수신되는 전력 전송 신호 설정점들 사이의 지속시간은 1초를 초과할 수 있고, 이에 따라 전력 수신기는 1초, 그리고 종종 2초, 5초, 10초, 또는 1분을 초과할 수 있는 전력 전송 신호 설정점들 사이의 지속시간을 갖고서 전력 전송 신호 설정점들을 송신하도록 배열될 수 있다.

300초 이하인 전력 제어 에러 메시지들 사이의 최대 지속시간은 전력 수신기로부터 수신되는 전력 제어 에러 메시지들 사이의 최대 가능한 지속시간일 수 있다. 전력 수신기로부터 수신되는 전력 제어 에러 메시지 사이의 지속시간은 300 msec를 초과하지 않을 수 있고, 이에 따라 전력 수신기는 300 msec를 초과하지 않을 수 있는 전력 제어 에러 메시지들 사이의 지속시간을 갖고서 전력 제어 에러 메시지들을 송신하도록 배열될 수 있다.

많은 실시예들에서, 전력 송신기는 제2 동작 모드에 있을 때 임의의 전력 제어 에러 메시지들을 수신하지 않도록, 그리고/또는 수신된 전력 제어 에러 메시지들을 무시하도록 배열된다. 많은 실시예들에서, 전력 송신기는 제2 동작 모드에 있을 때 전력 제어 에러 메시지들을 요구함이 없이 전력 전송을 수행하도록 배열된다.

구동 신호는 제1 동작 모드에 있을 때 그리고 제2 동작 모드에 있을 때 둘 모두에서 전력 전송 시간 구간들 및 통신 시간 구간들을 이용할 수 있다.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 구동기는 전력 전송 신호에 반복 시간 프레임을 이용하도록 배열되고, 각각의 반복 시간 프레임은 적어도 하나의 전력 전송 시간 구간을 포함하고, 적어도 몇몇의 반복 시간 프레임들은 적어도 하나의 통신 시간 구간을 포함한다.

이것은 많은 실시예들에서 동작을 개선하고/하거나 용이하게 할 수 있다. 그것은 많은 실시예들에서 전력 송신기와 전력 수신기 통신 기능들 사이의 조정을 용이하게 할 수 있다.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 타이밍 회로는 제2 동작 모드에 있을 때보다 제1 동작 모드에 있을 때 적어도 하나의 통신 시간 구간에 반복 시간 프레임의 더 큰 비율을 할당하도록 배열된다.

이것은 많은 실시예들에서 동작을 개선하고/하거나 용이하게 할 수 있다. 그것은 많은 실시예들에서 전자기 간섭이 제2 동작 모드에 대해 감소될 수 있게 하면서 제1 및 제2 동작 모드에서의 통신 요건들 및 특성들에 대한 개선된 적응을 제공할 수 있다.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 타이밍 회로는 제1 동작 모드에 있을 때 모든 반복 시간 프레임들에 통신 시간 구간을 포함시키고 제2 동작 모드에 있을 때 반복 시간 프레임들의 서브세트(subset)에만 통신 시간 구간을 포함시키도록 배열된다.

이것은 많은 실시예들에서 동작을 개선하고/하거나 용이하게 할 수 있다. 특히, 그것은 상이한 동작 모드들에서 전력 송신기 및 전력 수신기가 이용가능한 통신 리소스들의 낮은 복잡성의, 실용적인, 그리고/또는 강건한 제어 및 적응을 허용할 수 있다.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 타이밍 회로는 통신 시간 구간들의 지속시간을 제2 동작 모드에 있을 때보다 제1 동작 모드에 있을 때 더 높도록 설정하도록 배열된다.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 타이밍 회로는 통신 시간 구간들의 듀티 사이클(duty cycle)을 제2 동작 모드에 있을 때보다 제1 동작 모드에 있을 때 더 높도록 설정하도록 배열된다.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 타이밍 회로는 통신 시간 구간들의 주파수를 제2 동작 모드에 있을 때보다 제1 동작 모드에 있을 때 더 높도록 설정하도록 배열된다.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 구동기는 변화하는 전력 공급 신호에 의해 공급되도록 배열되고, 전력 송신기는 통신 시간 구간의 중심 시간을 변화하는 전력 공급 신호에 대한 전력 최소치와 정렬하도록 배열된다.

이것은 많은 실시예들에서 개선된 성능 및/또는 동작을 제공할 수 있고, 구체적으로 전력 전송 신호에 대한 중단들의 영향을 감소시킬 수 있고/있거나, 특히 통신 시간 구간들의 존재로부터 기인하거나 그에 의해 악영향을 받는 전자기 간섭을 포함한, 전자기 간섭을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 전력 송신기는 제1 동작 모드에 있을 때 제1 임계치를 초과하는 지속시간 동안 전력 제어 에러 메시지들이 수신되지 않았다는 검출에 응답하여 전력 전송을 종료하고 제2 동작 모드에 있을 때 제2 임계치를 초과하는 지속시간 동안 전력 전송 신호 설정점이 수신되지 않은 경우 전력 전송을 종료하지 않도록 배열되고, 제2 임계치는 제1 임계치의 적어도 2배이다.

제1 임계치는 많은 실시예들에서 300 msec, 500 msec, 1초, 5초 이하일 수 있다. 제2 임계치는 많은 실시예들에서 1초, 5초, 30초, 1분, 10분 이상일 수 있다.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 전력 제어 에러 메시지들은 전력 전송 신호의 전력 특성에 있어서의 요청된 상대적 변화를 나타내고, 설정점 메시지들은 목표 전력 특성의 요청된 절대값을 나타낸다.

이것은 많은 실시예들에서 유리한 동작을 제공할 수 있고, 특히 많은 실시예들에서 둘 모두의 동작 모드들에서의 효율적이고 낮은 복잡성의 동작을 허용할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 전력 제어 에러 메시지들 사이의 지속시간들은 300 msec 이하이고, 전력 전송 신호 설정점들 사이의 최대 지속시간은 10초 이상이다.

동작 모드들은 실질적으로 상이한 시간 특성들을 가질 수 있다. 전력 전송 신호 설정점들 사이의 최대 지속시간은 새로운 전력 전송 신호 설정점을 수신함이 없이 전력 전송이 유지되도록 보장되는 지속시간일 수 있다. 전력 송신기는 10초 이상의 지속시간 동안 새로운 전력 전송 신호 설정점을 수신함이 없이 제2 동작 모드에서 동작하도록 배열될 수 있다.

많은 실시예들에서, 전력 전송 신호 설정점들 사이의 최대 지속시간은 30초, 1분, 또는 심지어 5분 이상이다.

몇몇 실시예들에서, 전력 제어 루프에 대한 시간 상수와 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점에 응답하여 구동 신호의 파라미터를 변경하기 위한 시간 상수는 적어도 2배, 5배, 또는 심지어 10배만큼 상이하다.

동작 모드들은 실질적으로 상이한 시간 특성들을 가질 수 있다. 이것은 많은 실시예들에서 개선된 성능을 제공할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 제2 제어기는 전력 전송 신호에 대한 전력 레벨 표시를 생성하기 위한 추정기; 전력 레벨 표시와 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점으로부터 결정된 기준 전력 사이의 비교에 응답하여 에러 신호를 생성하기 위한 비교기; 및 에러 신호에 응답하여 구동 신호의 파라미터를 적응시키기 위한 어댑터를 포함하는 구동 신호 제어 루프를 구현한다.

이것은 많은 실시예들에서 유리한 동작 및/또는 성능 및/또는 구현을 제공할 수 있다.

많은 실시예들에서, 구동 신호 제어 루프의 시간 상수는 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점에 대한 업데이트 레이트의 절반 이하이다.

많은 실시예들에서, 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점의 전력 전송 신호 설정점들을 수신하는 것 사이의 지속시간은 5초 이상이다.

몇몇 실시예들에서, 제2 동작 모드에 있을 때, 구동 신호의 파라미터는 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점 중의 전력 전송 신호 설정점을 수신하는 것에만 응답하여 변경된다.

이것은 많은 실시예들에서 개선된 성능을 제공할 수 있다.

많은 실시예들에서, 구동 신호의 파라미터는 전류; 전압; 위상; 듀티 사이클; 및 주파수 중 적어도 하나이다.

몇몇 실시예들에서, 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점은 전력 전송 신호에 대한 목표 전력 레벨을 나타낸다.

이것은 많은 실시예들 및 시나리오들에서 특히 유리한 성능을 제공할 수 있다. 그것은 종종 복잡성이 낮으면서도 신뢰성 있는 동작을 허용할 수 있다.

많은 실시예들에서, 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점은 다음 중 적어도 하나를 나타낸다: 전력 전송 신호에 대한 목표 전력 레벨; 구동 신호에 대한 목표 전류 레벨; 구동 신호에 대한 목표 전압 레벨; 구동 신호에 대한 목표 위상; 전력 전송 신호에 대한 목표 듀티 사이클; 및 전력 전송 신호에 대한 목표 주파수.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점은 유효 시간 구간에 링크되고, 제2 제어기는 유효 시간 구간의 끝에서 구동 신호의 파라미터를 공칭 값으로 설정하도록 배열된다.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 전술된 바와 같은 전력 송신기, 및 전력 수신기를 포함하는 무선 전력 전송 시스템으로서, 전력 수신기는, 전력 전송 신호로부터 전력을 추출하기 위한 코일; 전력 전송 신호로부터 추출된 전력을 부하에 제공하기 위한 전력 회로; 통신 시간 구간 동안 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점을 전력 송신기에 송신하기 위한 송신기를 포함하는, 무선 전력 전송 시스템이 제공된다.

몇몇 실시예들에서, 전력 수신기는 전력 전송 신호에 대한 미리 결정된 목표 전력 특성의 표시로서 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점을 송신하도록 배열된다.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 전력 수신기는 부하에 제공되는 전기 신호에 대한 임의의 측정된 값과는 관계없이 전력 전송 신호에 대한 목표 전력 특성의 표시로서 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점을 송신하도록 배열된다.

몇몇 실시예들에서, 전력 수신기는 부하에 제공된 전기 신호에 대한 측정된 값에 응답하여 전력 전송 신호 설정점을 송신하도록 배열된다.

많은 실시예들에서, 전력 수신기는 복수의 부하 모드들에서 동작하도록 배열되고, 전력 수신기는 부하 모드를 스위칭할 때 새로운 전력 전송 신호 설정점을 전력 송신기에 송신하도록 배열된다.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 전력 수신기는 복수의 부하 모드들에서 동작하도록 배열되고, 전력 수신기는 부하 모드를 스위칭하지 않는 한 새로운 전력 전송 신호 설정점을 전력 송신기에 송신하지 않도록 배열된다.

유도 전력 전송 신호를 통해 전력 수신기로부터 전력을 무선으로 수신하기 위한 전력 수신기로서, 전력 전송 신호로부터 전력을 추출하도록 배열된 수신기 코일; 수신기 코일에 결합되고, 수신기 코일로부터 부하로 전력을 제공하도록 배열된 전력 회로; 전력 송신기에 메시지들을 송신하기 위한 송신기로서, 송신기는 전력 전송 제어 모드 요청을 전력 송신기에 송신하도록 배열되고, 전력 전송 제어 모드 요청은 전력 송신기가 제1 동작 모드에 따라 또는 제2 동작 모드에 따라 구동 신호의 파라미터를 제어하라는 요청을 나타내고, 제1 동작 모드는 전력 수신기로부터 수신된 전력 제어 에러 메시지들에 응답하여 전력 전송 신호의 전력 특성을 제어하기 위해 전력 제어 루프를 동작시키는 것을 포함하고; 제2 동작 모드는 전력 수신기로부터 수신된 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점에 응답하여 구동 신호의 파라미터를 설정하는 것을 포함하며, 전력 전송 신호 설정점은 전력 전송 신호에 대한 목표 전력 특성을 나타내는, 상기 송신기를 포함하는, 전력 수신기가 제공될 수 있다.

많은 실시예들에서, 송신기는 전력 전송 신호 설정점을 전력 송신기에 송신하도록 추가로 배열된다.

본 발명의 태양에 따르면, 유도 전력 전송 신호를 통해 전력 수신기에 전력을 무선으로 제공하는 전력 송신기를 위한 동작의 방법으로서, 전력 송신기는, 전력 전송 신호를 생성하도록 배열된 송신기 코일을 포함하고, 방법은, 전력 전송 신호를 생성하기 위해 송신기 코일에 대한 구동 신호를 생성하는 단계로서, 구동 신호는 전력 전송 신호가 전력 수신기에 전력을 전송하도록 배열되는 전력 전송 시간 구간들, 및 전력 전송 신호의 전력이 전력 전송 시간 구간에 비해 감소되는 통신 시간 구간들을 이용하도록 생성되는, 상기 전력 전송 신호를 생성하기 위해 송신기 코일에 대한 구동 신호를 생성하는 단계; 통신 시간 구간들 동안 전력 수신기로부터 메시지들을 수신하는 단계; 제1 동작 모드에 따라 구동 신호의 파라미터를 제어하는 단계로서, 제1 동작 모드는 전력 수신기로부터 수신된 전력 제어 에러 메시지들에 응답하여 전력 전송 신호의 전력 특성을 제어하기 위해 전력 제어 루프를 동작시키는 것을 포함하고, 전력 제어 에러 메시지들 사이의 최대 지속시간은 300 msec 이하인, 상기 제1 동작 모드에 따라 구동 신호의 파라미터를 제어하는 단계; 제2 동작 모드에 따라 구동 신호의 파라미터를 제어하는 단계로서, 제2 동작 모드는 전력 수신기로부터 수신된 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점에 응답하여 구동 신호의 파라미터를 설정하는 것을 포함하고, 전력 전송 신호 설정점은 전력 전송 신호에 대한 목표 전력 특성을 나타내고, 전력 전송 신호 설정점들 사이의 최대 지속시간은 1초 이상이고, 제2 동작 모드는 전력 수신기로부터 수신된 전력 제어 에러 메시지들에 응답하여 구동 신호를 제어하는 어떤 전력 제어 루프도 동작시키지 않는 것을 포함하는, 상기 제2 동작 모드에 따라 구동 신호의 파라미터를 제어하는 단계; 전력 수신기로부터 수신된 전력 전송 제어 모드 요청에 응답하여 제1 동작 모드와 제2 동작 모드 사이에서 선택하는 단계; 및 전력 송신기가 제1 동작 모드에서 동작하고 있는지 그리고 제2 동작 모드에서 동작하고 있는지에 따라 통신 시간 구간들에 대한 타이밍 파라미터를 변경하는 단계를 포함하며, 타이밍 파라미터는 통신 시간 구간들의 지속시간, 및 통신 시간 구간들의 주파수로 이루어진 군으로부터 선택되는 파라미터인, 방법이 제공된다.

유도 전력 전송 신호를 통해 전력 수신기로부터 전력을 무선으로 수신하는 전력 수신기를 위한 동작의 방법으로서, 전력 수신기는, 전력 전송 신호로부터 전력을 추출하도록 배열된 수신기 코일; 및 수신기 코일에 결합되고, 수신기 코일로부터 부하로 전력을 제공하도록 배열된 전력 회로; 전력 송신기에 메시지들을 송신하기 위한 송신기를 포함하고, 방법은 송신기가 전력 전송 제어 모드 요청을 전력 송신기에 송신하는 단계를 포함하며, 전력 전송 제어 모드 요청은 전력 송신기가 제1 동작 모드에 따라 또는 제2 동작 모드에 따라 구동 신호의 파라미터를 제어하라는 요청을 나타내고, 제1 동작 모드는 전력 수신기로부터 수신된 전력 제어 에러 메시지들에 응답하여 전력 전송 신호의 전력 특성을 제어하기 위해 전력 제어 루프를 동작시키는 것을 포함하고; 제2 동작 모드는 전력 수신기로부터 수신된 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점에 응답하여 구동 신호의 파라미터를 설정하는 것을 포함하며, 전력 전송 신호 설정점은 전력 전송 신호에 대한 목표 전력 특성을 나타내는, 방법이 제공될 수 있다.

본 발명의 이들 및 다른 태양들, 특징들 및 이점들이 이하에 설명되는 실시예(들)로부터 명백할 것이며 그것을 참조하여 설명될 것이다.

본 발명의 실시예들이 도면을 참조하여 단지 예로서 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 전력 전송 시스템의 요소들의 예를 예시한다.
도 2는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 전력 송신기의 요소들의 예를 예시한다.
도 3은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 전력 수신기의 요소들의 예를 예시한다.
도 4는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 전력 전송 경로의 요소들의 예를 예시한다.
도 5는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 전력 전송 경로의 요소들의 예를 예시한다.
도 6은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 전력 전송 경로의 요소들의 예를 예시한다.
도 7은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 전력 전송 경로의 요소들의 예를 예시한다.
도 8은 전력 전송 신호에 대한 반복 시간 프레임의 예를 예시한다.
도 9는 전력 송신기를 위한 하프 브리지 인버터(half bridge inverter)의 예를 예시한다.
도 10은 전력 송신기를 위한 풀 브리지 인버터(full bridge inverter)의 예를 예시한다.
도 11은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 전력 전송 신호의 예를 예시한다.
도 12는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 통신 시간 구간들, 이물체 검출 시간 구간, 및 전력 송신기를 위한 구동 신호의 예를 예시한다.
도 13은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 전자기 간섭 및 전력 송신기에 대한 간섭 요건들의 예를 예시한다.
도 14는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 전자기 간섭 및 전력 송신기에 대한 간섭 요건들의 예를 예시한다.
도 15는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 통신 시간 구간들, 이물체 검출 시간 구간, 및 전력 송신기를 위한 구동 신호의 예를 예시한다.
도 16은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 전자기 간섭 및 전력 송신기에 대한 간섭 요건들의 예를 예시한다.
도 17은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 통신 시간 구간들, 이물체 검출 시간 구간, 및 전력 송신기를 위한 구동 신호의 예를 예시한다.
도 18은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 전자기 간섭 및 전력 송신기에 대한 간섭 요건들의 예를 예시한다.

다음의 설명은 Qi 사양으로부터 알려진 것과 같은 전력 전송 접근법을 이용하는 무선 전력 전송 시스템에 적용 가능한 본 발명의 실시예들에 중점을 둔다. 그러나, 본 발명은 이러한 응용으로 제한되는 것이 아니라 많은 다른 무선 전력 전송 시스템들에 적용될 수 있다는 것이 인식될 것이다.

도 1은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 전력 전송 시스템의 예를 예시한다. 전력 전송 시스템은 송신기 코일/인덕터(103)를 포함하는(또는 그에 결합되는) 전력 송신기(101)를 포함한다. 시스템은 수신기 코일/인덕터(107)를 포함하는(또는 그에 결합되는) 전력 수신기(105)를 추가로 포함한다.

시스템은 전력 송신기(101)로부터 전력 수신기(105)로 전력을 유도적으로 전송할 수 있는 전자기 전력 전송 신호를 제공한다. 구체적으로, 전력 송신기(101)는 전자기 신호를 생성하며, 이는 송신기 코일 또는 인덕터(103)에 의해 자기 플럭스로서 전파된다. 전력 전송 신호는 전력 송신기로부터 전력 수신기로의 에너지 전송을 나타내는 전자기 전력 전송 성분에 대응할 수 있고, 전력 송신기로부터 전력 수신기로 전력을 전송하는 생성된 전자기 필드의 성분에 대응하는 것으로 간주될 수 있다. 예를 들어, 수신 코일(107)의 장하(loading)가 없다면, 생성된 전자기 필드로부터 전력 수신기에 의해 전력이 추출되지 않을 것이다(손실을 제외하고는). 그러한 시나리오에서, 송신기 코일(103)의 구동은 잠재적으로 높은 필드 강도의 전자기 필드를 생성할 수 있지만 전력 전송 신호의 전력 레벨은 0일 것이다(손실을 제외하고는). 이물체가 존재하는 몇몇 상황들에서, 전력 전송 신호는 이물체로의 전력 전송에 대응하는 성분을 포함하는 것으로 간주될 수 있고, 이에 따라 전력 전송 신호는 전력 송신기에 의해 생성된 전자기 필드로부터 추출되는 전력에 대응하는 것으로 간주될 수 있다.

전력 전송 신호는 전형적으로 약 20 ㎑ 내지 약 500 ㎑의, 그리고 종종 Qi 호환 가능 시스템에 대해 전형적으로 95 ㎑ 내지 205 ㎑의 범위의 주파수를 가질 수 있다(또는 예를 들어 고전력 주방 응용들에 대해, 주파수는 전형적으로 20 ㎑ 내지 80 ㎑의 범위일 수 있다). 송신기 코일(103)과 전력 수신 코일(107)은 느슨하게 결합되고 이에 따라 전력 수신 코일(107)은 전력 송신기(101)로부터 전력 전송 신호(의 적어도 일부)를 픽업한다. 이에 따라, 전력은 송신기 코일(103)로부터 전력 수신 코일(107)로의 무선 유도 결합을 통해 전력 송신기(101)로부터 전력 수신기(105)로 전송된다. 용어 '전력 전송 신호'는 주로 송신기 코일(103)과 전력 수신 코일(107) 사이의 유도 신호/자기 필드(자기 플럭스 신호)를 지칭하는 데 사용되지만, 동등하게 그것은 또한 송신기 코일(103)에 제공되거나 전력 수신 코일(107)에 의해 픽업되는 전기 신호에 대한 지칭으로 간주되고 사용될 수 있다는 것이 인식될 것이다.

예에서, 전력 수신기(105)는 구체적으로 수신기 코일(107)을 통해 전력을 수신하는 전력 수신기이다. 그러나, 다른 실시예들에서, 전력 수신기(105)는 금속 가열 요소와 같은 금속 요소를 포함할 수 있으며, 그 경우에 전력 전송 신호는 요소의 직접 가열을 야기하는 와전류를 직접 유도한다.

시스템은 상당한 전력 레벨들을 전송하도록 배열되며, 구체적으로 전력 송신기는 많은 실시예들에서 500 mW, 1 W, 5 W, 50 W, 100 W 또는 500 W를 초과하는 전력 레벨들을 지원할 수 있다. 예를 들어, Qi 대응 응용들에 대해, 전력 전송은 전형적으로 저전력 응용들에 대해 1- 5 W 전력 범위(기본 전력 프로파일), Qi 사양 버전 1.2에 대해 최대 15 W, 전동 공구, 랩톱, 드론, 로봇 등과 같은 더 높은 전력 응용들에 대해 최대 100 W의 범위, 그리고 예를 들어 주방 응용들과 같은 매우 높은 전력 응용들에 대해 100 W 초과 및 최대 1000 W 초과일 수 있다.

이하에서, 전력 송신기(101) 및 전력 수신기(105)의 동작이 일반적으로 Qi 사양(본 명세서에 설명된(또는 결과적인) 수정들 및 향상들을 제외하고)에 따른 또는 무선 전력 컨소시엄에 의해 개발되고 있는 더 높은 전력의 주방 사양에 적합한 실시예를 특히 참조하여 설명될 것이다. 특히, 전력 송신기(101) 및 전력 수신기(105)는 Qi 사양 버전 1.0, 1.1 또는 1.2 또는 Ki 코드리스 주방 사양의 요소들을 따르거나 그와 실질적으로 호환 가능할 수 있다(본 명세서에 설명된(또는 결과적인) 수정들 및 향상들을 제외하고).

도 2는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 전력 송신기의 예를 예시한다.

전력 송신기(101)는 송신기 코일(103)에 공급되는 구동 신호를 생성할 수 있는 구동기(201)를 포함하고, 송신기 코일(103)은 응답으로 전력 수신기(105)로의 전력 전송을 제공하는 전자기 전력 전송 신호를 생성한다. 전력 전송 신호는 전력 전송 단계 동안 제공된다.

예에서, 송신기 코일(103)은, 특정 예에서 병렬 공진/탱크 회로를 형성하도록 병렬로 결합된 송신기 코일(103) 및 송신기 커패시터(203)에 의해 형성되는 탱크 회로의 일부이다. 많은 다른 실시예들에서, 송신기 코일(103)은 직렬 공진/탱크 회로의 일부일 수 있다는 것이 인식될 것이다.

구동기(201)는 당업자에게 잘 알려진 바와 같이 전형적으로 풀 또는 하프 브리지를 구동시킴으로써 형성되는, 인버터의 형태의 출력 회로를 전형적으로 포함할 수 있다.

전력 송신기(101)는 원하는 동작 원리들에 따라 전력 송신기(101)의 동작을 제어하도록 배열된 전력 송신기 제어기(205)를 추가로 포함한다.

전력 수신기(105)로부터 데이터 및 메시지들을 수신하기 위해, 전력 송신기(101)는 전력 수신기(105)로부터 데이터 및 메시지들을 수신하도록 배열된 제1 통신기(207)를 포함한다(당업자에 의해 인식될 바와 같이, 데이터 메시지는 하나 이상의 정보 비트를 제공할 수 있다). 몇몇 실시예들에서, 전력 수신기(105)는 송신기 코일(103)에 의해 생성된 전력 전송 신호를 부하 변조하도록 배열되고, 제1 통신기(207)는 송신기 코일(103)의 전압 및/또는 전류에 있어서의 변화를 감지하도록 그리고 이들에 기초하여 부하 변조를 복조하도록 배열된다. 당업자는 예를 들어 Qi 무선 전력 전송 시스템에서 사용되는 바와 같은 부하 변조의 원리들을 알 것이며, 따라서 이들은 더 상세히 설명되지 않을 것이다.

많은 실시예들에서, 제1 통신기(207)는 또한, 예컨대 당업자에게 잘 알려질 바와 같이 전력 전송 신호를 변조함으로써, 데이터를 전력 수신기(105)에 송신하도록 배열될 수 있다.

특정한 설명된 예시적인 실시예에서, 통신은 별개의 통신 코일을 사용하여, 또는 실제로 송신기 코일(103)을 사용하여 달성될 수 있는 별개의 통신 채널을 사용하여 수행된다. 예를 들어, NFC(Near Field Communication)가 구현될 수 있거나, 고주파 캐리어(예를 들어, 13.56 ㎒의 캐리어 주파수를 가짐)가 전력 전송 신호 상에 오버레이될 수 있다. 많은 실시예들에서, 제1 통신기(207)는 NFC 또는 RFID 카드 리더일 수 있다.

이들은 단지 예들일 뿐이며, (어느 방향으로든) 전력 송신기와 전력 수신기 사이에서 메시지들/데이터를 통신하기 위한 임의의 수단 또는 기능들이 사용될 수 있다는 것이 인식될 것이다.

도 3은 전력 수신기(105)의 몇몇 예시적인 요소들을 예시한다.

수신기 코일(107)은 스위치(305)를 통해 수신기 코일(107)을 부하(303)에 결합하는(즉, 그것은 스위칭가능 부하(305)임) 전력 수신기 제어기(301)에 결합된다. 전력 수신기 제어기(301)는 수신기 코일(107)에 의해 추출된 전력을 부하(303)를 위한 적합한 공급물로 변환하는 전력 제어 경로를 포함한다. 또한, 전력 수신기 제어기(301)는 전력 전송을 수행하기 위해 요구되는 다양한 전력 수신기 제어기 기능, 및 특히 Qi 또는 Ki 사양들에 따라 전력 전송을 수행하기 위해 요구되는 기능들을 포함할 수 있다.

많은, 그러나 모두는 아닌, 실시예들에서, 수신기 코일(107)은 탱크/공진 회로의 일부일 수 있고, 커패시터와 병렬 또는 직렬로 결합될 수 있다. 이에 따라, 많은 실시예들에서, 전력 전송은 공진 회로들 사이의 공진 전력 전송일 수 있다.

전력 수신기(105)로부터 전력 송신기(101)로의 통신을 지원하기 위해, 전력 수신기(105)는 제2 통신기(307)를 포함한다. 제2 통신기(307)는 구체적으로 전력 송신기(101)에 송신될 데이터에 응답하여 수신기 코일(107)의 장하를 변경하도록 배열된 부하 변조기일 수 있다. 이어서 부하 변화들이 당업자에게 알려질 바와 같이 전력 송신기(101)에 의해 검출 및 복조된다. 많은 실시예들에서, 제2 통신기(307)는, 예를 들어 당업자에게 알려질 바와 같이 전력 전송 신호의 변조를 복조함으로써, 전력 송신기(101)로부터 데이터를 수신하도록 추가로 배열될 수 있다.

많은 실시예들에서, 제2 통신기(307)는 전력 전송 신호를 사용함이 없이 통신하도록 배열되며, 구체적으로 그것은 별개의 통신 시스템을 위한 것일 수 있는데, 예컨대 그것은 NFC 통신 유닛일 수 있다.

구체적으로, 제1 통신기(207)와 제2 통신기(307)는 서로 통신하도록 배열된 매칭되는/상호보완적인 통신 기능들일 수 있다.

시스템은 전력 전송 신호가 적합한 동작 파라미터들/특성들을 획득하고 전력 전송이 적합한 동작점에서 동작하도록 구동 신호를 제어하도록 배열된다. 실제로, 시스템은 구동 신호 및 전력 전송 신호를 제어하기 위한 상이한 접근법들을 이용하는 상이한 모드들에서 동작하도록 배열된다. 또한, 동작 모드는 전력 송신기를 선택된 모드에서 동작하도록 제어하기 위해 전력 송신기에 메시지를 송신할 수 있는 전력 수신기에 의해 선택될 수 있다.

전력 송신기(101)는 제1 통신기(207)에 그리고 구동기(201)(뿐만 아니라 가능하게는 송신 제어기(205)와 같은 다른 기능들)에 결합된 제1 제어기(209)를 포함한다. 제1 제어기(209)는 제1 동작 모드에 따라 구동 신호의 파라미터를 제어하도록 배열된다. 이러한 제1 동작 모드에서, 시스템 및 전력 송신기는 전력 제어 루프를 동작시키며, 여기서 전력 전송 신호의 전력 특성이 전력 수신기로부터 수신된 전력 제어 에러 메시지들에 응답하여 제어된다.

규칙적인, 그리고 전형적으로 빈번한, 간격으로, 전력 수신기는 전력 제어 에러 메시지를 전력 송신기에 송신한다. 예로서, 전력 수신기(105)는 그러한 전력 제어 루프를 지원하기 위한 기능을 포함할 수 있으며, 이는 전력 수신기 제어기(301)가 예를 들어 부하에 제공되는 부하 신호의 전력 또는 전압을 연속적으로 모니터링하고 이것이 원하는 값 초과인지 또는 미만인지를 검출할 수 있는 것을 포함한다. 그것은 규칙적인 간격으로 전력 전송 신호의 전력 레벨이 증가되거나 감소될 것을 요청하는 전력 제어 에러 메시지를 생성할 수 있고, 그것은 이러한 전력 제어 에러 메시지를 전력 송신기에 송신할 수 있다(제1 및 제2 통신기(209, 307)에 의해 형성되는 통신 채널을 사용하여).

전력 수신기로부터 전력 제어 에러 메시지를 수신할 때, 그것은 제1 제어기(209)로 전송되며, 제1 제어기(209)는 요청된 바와 같은 전력 전송 신호의 전력 레벨을 증가시키거나 감소시키기 위해 구동 신호 파라미터가 어떻게 수정되어야 하는지를 결정할 수 있다. 전력 전송이 제1 모드에서 동작하고 있는 경우, 제1 제어기(209)는 이어서 구동 신호 파라미터를 그에 맞춰 제어하고 적응시킬 수 있다.

따라서, 이러한 제1 동작 모드에서, 전력 수신기에서 원하는 동작점을 야기하도록 전력 전송 신호의 전력 특성을 제어하는 전력 제어 루프가 이용된다.

제1 동작 모드에서 동작되는 전력 제어 루프는 몇몇 실시예들에서 Qi 또는 Ki 주방 기기 사양들의 요건들 및 사양들에 따른 전력 제어 루프일 수 있다.

도 2의 전력 송신기(101)는 또한 제2 동작 모드에서 동작할 수 있다. 전력 송신기(101)는 제1 통신기(207)에 그리고 구동기(201)(뿐만 아니라 가능하게는 송신 제어기(205)와 같은 다른 기능들)에 결합된 제2 제어기(211)를 포함한다. 제2 제어기(211)는 제2 동작 모드에 따라 구동 신호의 파라미터를 제어하도록 배열된다. 제2 제어기(211)는 이러한 제2 동작 모드에서 전력 수신기로부터 수신된 전력 전송 신호 설정점에 응답하여 구동 신호의 파라미터를 설정하도록 배열되며, 여기서 설정점은 전력 전송 신호에 대한 목표 전력 특성을 나타낸다.

설정점은 예를 들어 전력 전송 신호의 고정 절대 전력 레벨을 나타낼 수 있다. 실제로, 전력 제어 에러 메시지들은 전형적으로 요청된 상대적 변화들을 나타내는 반면, 설정점들은 전형적으로 전력 전송 신호에 대한 목표 전력 특성의 요청된 절대값들을 나타낸다. 이어서 제2 제어기(211)는 이러한 요청된 고정 절대 전력 레벨에 응답하여 구동 신호를 제어할 수 있고, 예를 들어 원하는 전력 레벨을 갖는 전력 전송 신호가 생성되도록 전압, 전류, 또는 주파수를 설정할 수 있다. 이어서 제2 제어기(211)는 이러한 일정한 레벨을 유지하도록 배열될 수 있다.

전력 수신기(101)는 예를 들어 전력 동작의 시작 시에만 설정점을 전송하는 것이 가능할 수 있으며, 전력 송신기는 그때 전력 전송 전체에 걸쳐 이러한 일정한 전력 레벨을 유지하도록 진행할 수 있다. 이에 따라, 이러한 경우에, 제2 동작 모드에서 전력 제어가 수행되는 것이 아니라, 오히려 전력 수신기에 의해 요청된 고정 전력 레벨이 유지된다.

그러한 접근법은 몇몇 전력 수신기 디바이스들 및 기기들에 매우 적합할 수 있다. 특히, 그것은 전력 제어 루프 피드백이 구현될 것을 요구함이 없이 낮은 복잡성 디바이스들이 구현될 수 있게 할 수 있다. 예를 들어, 주전자에 대해, 전력이 정확한 또는 동적으로 적응된 특정 전력 레벨일 것에 대한 어떠한 필요성도 없이 대략의 전력이 가열 요소에서 유도되는 것이 전형적으로 요구될 뿐이다.

이에 따라, 제2 동작 모드에서, 전력 제어 루프는 동작하지 않을 수 있으며, 전력 제어 루프 에러 메시지들이 전력 수신기로부터 수신되는 것에 응답하여 구동 신호의 적응이 수행되지 않는다. 제2 동작 모드에서, 전력 송신기는 전력 수신기를 포함하는 전력 제어 루프를 이용하지 않도록 배열될 수 있다. 제2 동작 모드에서, 제1 동작 모드에서 이용된 전력 제어 루프가 비활성화될 수 있으며 구동 신호에 영향을 미치지 않을 수 있다.

2개의 동작 모드에서 제공될 수 있는 전력 레벨들은 많은 실시예들에서 동일할 수 있거나, 실제로 제1 동작 모드에서보다 제2 동작 모드에서 훨씬 더 많은 전력을 제공하는 것이 가능할 수 있다. 많은 실시예들에서, 제2 동작 모드에 대한 최대 (허용가능) 전력 레벨은 적어도 제1 동작 모드에 대한 최대 (허용가능) 전력 레벨만큼 높다. 최대 전력 레벨은 공급 전력, 컴포넌트 특성들, 안전 한계들 등과 같은 많은 것들에 의해 제한될 수 있으며, 이러한 인자들은 동작 모드와는 독립적일 수 있고 동작 모드는 전력 수신기에 의해 제공/추출되도록 허용되는 최대 전력 레벨을 변경하지 않을 수 있다.

구동 신호의 상이한 파라미터들이 상이한 실시예들에서 (제1 제어기(209) 및 제2 제어기(211)에 의해) 적응될 수 있으며, 설정점들은 전력 전송 신호의 상이한 특성들을 나타낼 수 있다. 하기의 설명은 설정점이 전력 전송 신호의 요청된 또는 원하는 전력 레벨을 나타내고 조정된 구동 신호 파라미터가 구동 신호의 실제 전력인 예들에 초점을 맞출 것이다. 대부분의 경우들에서, 예컨대 공진 회로 및 송신기 코일(103)에서의 전력 손실들은 비교적 낮고, 전력 전송 신호의 전력 레벨은 구동 신호의 전력 레벨과 동일한 것으로 고려/가정될 수 있다. 다른 경우들에서, 시스템은 구동 신호 파라미터 값을 결정할 때 구동 신호 파라미터와 전력 전송 신호 특성 사이의 차이의 고려들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 제어기(211)는 손실이 출력 회로에서 발생하는 것을 고려하고 구동 신호의 전력 레벨을 설정점에 의해 요청된 것보다 더 높도록 설정함으로써 보상할 수 있는데, 예컨대 그것은 10% 더 높도록 설정될 수 있거나 전용 기능(예컨대, 교정 프로세스에 의해 채워진 룩업 테이블로서 구현됨)이 설정점 값을 구동 신호 파라미터/전력 레벨에 대한 적합한 목표 값으로 변환하는 데 사용될 수 있다.

전력 송신기는 전력 송신기를 제1 동작 모드와 제2 동작 모드 사이에서 스위칭하도록 배열된 선택 회로(213)를 추가로 포함한다. 그 예에서, 선택 회로(213)는 제1 제어기(209) 또는 제2 제어기(211)를 활성이도록 그리고 구동 신호의 파라미터를 적응시키기 위한 제어 신호를 구동기에 제공하도록 제어함으로써 제1 모드와 제2 모드 사이에서 선택하도록 배열된다. 다른 실시예들에서, 예컨대 2개의 제어기들(209, 211)의 출력들 사이에서 선택하고 적절한 출력만을 구동기(201)에 결합하는 것, 구동기(201)를 적절한 제어기로부터의 신호들에만 반응하도록 제어하는 것 등과 같은, 다른 접근법들이 사용될 수 있다.

선택 회로(213)는 제1 통신기(207)에 결합된다. 전력 수신기는 전력 전송 제어 모드 요청을 전력 송신기에 송신하도록 배열되며, 여기서 전력 전송 제어 모드 요청은 전력 송신기에 의한 요청된 동작 모드를 나타낸다. 특정 예에서, 전력 전송 제어 모드 요청은 전력 송신기가 제1 동작 모드에서 또는 제2 동작 모드에서 동작하라는 요청을 나타낼 수 있다(다른 실시예들에서 2개 초과의 동작 모드들이 가능할 수 있다는 것이 인식될 것이다).

선택 회로(213)는 전력 전송 제어 모드 요청에 의해 표시된 동작 모드를 선택하도록 배열되며, 구체적으로 전력 수신기로의 전력 전송과 함께 사용될 제1 또는 제2 동작 모드의 선택은 전력 전송 제어 모드 요청에 따라 수행된다. 이에 따라, 그 접근법에서, 전력 수신기는 전력 송신기의 전력 전송 신호 제어 동작을 제어하는 전력 전송 제어 모드 요청을 송신한다.

그 접근법은 전력 송신기가 더 복잡한 전력 수신기들을 포함한 다양한 상이한 전력 수신기들, 및 정확하게 제어된 전력 공급을 요구하고 전체 전력 제어 루프를 지원할 수 있는 전력 전송 동작들과 함께 동작할 수 있게 할 수 있다. 그것은 추가로 또한, 단지 대략의 전력 전송을 요구할 뿐이고 전력 변화들에 민감하지 않은 간단한 전력 수신기들을 지원할 수 있다. 이것은 예를 들어 고급 및 더 요구가 많은 전력 수신기들에 제공될 수 있는 잠재적 성능을 희생시킴이 없이 매우 낮은 비용의 전력 수신기들이 지원될 수 있게 할 수 있다. 그 접근법은 개개의 전력 전송 동작 및 전력 수신기의 특정 요건들 및 선호들에 효과적으로 그리고 낮은 복잡성으로 적응될 수 있는 개선된 성능을 제공할 수 있다.

그 접근법의 이점은 또한 그것이 전력 전송이 상이한 부하들에 적응될 수 있게 할 수 있다는 것이다. 예를 들어, 제1 동작 모드는 모터들과 같은 선형 부하 및 비선형 부하 둘 모두에 매우 적합할 수 있는 반면, 제2 동작 모드는 주로 선형인 또는 실질적으로 선형인 부하들에 적합할 수 있다. 이에 따라, 제2 동작 모드는 낮은 복잡성 동작을 갖는 선형, 예컨대 저항성, 부하들에 대해 선택되고 사용될 수 있다. 그러나, 비선형 부하가 요구된 전력 제공 정확도의 면에서 중요하지 않을지라도, 제1 동작 모드를 선택하는 것이 여전히 유리할 수 있는데, 왜냐하면 이것은 비선형성에 대한 개선된 보상을 제공할 것이기 때문이다.

그 접근법을 예시하기 위한 특정 예로서, 송신기 코일(103)로부터 전력 수신기로 무선으로 전력을 전송함으로써 코드리스 주방 기기가 전력을 공급받을 수 있으며, 이때 송신기 코일(103)은 0- 2500 W의 전력을 송신기 코일(103)을 포함하는 공진 회로에 전달할 수 있는 구동기/인버터에 의해 구동된다. 인버터가 턴온되기 전에, 전력 송신기와 전력 수신기 사이의 통신 채널이 확립된다. 통신이 셋업되고 2개의 디바이스들의 식별이 실행되었을 때, 전력 송신기는 전력 수신기로의 전력 송신을 시작할 수 있다. 전력 전송 동작을 위한 등가 회로가 도 4에 도시되어 있다.

매우 다양한 전력 송신기들 및 전력 수신기들이 존재할 수 있다. 예를 들어, 코일 크기들, 유도 값들 및 부하들이 상당히 다를 수 있다. 따라서, 도 4에서 등가 컴포넌트들에 의해 표현된 것들과 같은 시스템 파라미터들은 특정 디바이스들 및 기계적 구성들에 따라 달라진다. 또한, 전력 수신기의 배치는 코일들(Lp 및 Ls) 사이의 결합을 변경하여, 시스템 거동에 대한 변화들을 야기할 것이다.

더욱이, 디바이스들은 그들이 동작하는 몇 개의 모드들을 가질 수 있는데, 예를 들어 몇 개의 부하들이 스위칭 온 또는 오프될 수 있다. 예를 들어, 가열 요소가 턴온 및 턴오프되어, 말하자면, 50 W와 1200 W 사이의 부하 스텝들을 야기할 수 있다.

종래의 시스템들은 올바른 동작점에 도달하는 것을 보장하기 위해 전력 제어 루프를 사용하는 경향이 있다. 이러한 제어 루프는 전력 수신기에 송신되는 전력의 양을 변경한다. 수신된 전력(또는 전압 또는 전류)은 전력 수신기에 의해 측정되고 기준 값과 비교되어 에러 표시를 생성할 수 있다. 전력 수신기는 이러한 에러 표시를, 정적 에러를 최소화하도록 구동 신호를 적응시킬 수 있는 전력 송신기 내의 제어 시스템에 전송할 수 있다. 에러 표시는 전력 제어 에러 메시지로서 송신된다. 그러한 제어 루프는 소정의 응답 시간 및 내부 지연들을 가질 것이며, 저역 통과 필터링이 루프가 올바른 동작점에 즉시 도달하는 것을 방지할 것이다.

도 2를 참조하여 설명된 전력 송신기는 제1 동작 모드에 있을 때 그러한 전력 제어 루프를 사용하여 종래의 전력 수신기와 함께 동작하도록 배열될 수 있다.

그러나, 기기 및 응용에 따라, 올바른 동작점에 도달하는 속도가 매우 중요할 수 있다. 더욱이, 몇몇 기기들에 대해, 특정한 정확한 전력 레벨에 도달하는 것은 그다지 중요하지 않으며, 제공된 전력 레벨이 몇몇 경우들에서 상당히 다를 수 있는 적합한 범위에 있으면 충분할 수 있다.

그러한 전력 수신기들 및 응용들에 대해, 전력 전송 신호 전력의 제어는 전력 수신기가 전력 전송 신호에 대한 목표 전력 특성을 나타내는 전력 전송 신호 설정점을 송신하는 것에 기초할 수 있으며, 전력 송신기는 그때 제1 동작 모드에서 구현되는 정상적인 전체 전력 제어 루프를 구현함이 없이 이러한 전력 특성을 제공하도록 단순히 구동 신호를 제어한다. 이에 따라, 그러한 기기들 및 응용들에 대해, 전력 송신기는 대신에 제2 동작 모드에서 동작할 수 있다.

전력 수신기는 전력 전송 전에 전력 전송 제어 모드 요청을 전력 송신기에 송신할 수 있으며, 바람직한 제어가 선택될 수 있다. 예를 들어, 기기가 빠른 제어 루프를 요구하는 경우, 수신된 전력이 기기에서 측정될 수 있고, 적절한 전력 제어 에러 메시지들이 전력 송신기에 전송될 수 있다. 드문 전력 변화들 및 대략의 전력 제공만이 요구되는 경우, 전력 전송 제어는 대신에 전력 수신기가 설정점을 전력 송신기에 송신하는 것에 기초할 수 있다.

그 접근법은 기기의 비용을 감소시킬 기회를 제공할 수 있는데, 왜냐하면 돈이 많이 드는 전력 측정 및 제어 수단이 필요하지 않기 때문이다. 이것은 임의의 내부 측정 회로들을 포함함이 없이 매우 간단한 기기들이 생산될 수 있는 것을 가능하게 한다.

몇몇 실시예들에서, 제2 동작 모드에 있을 때의 동작은 실질적으로 정적 동작일 수 있다. 구체적으로, 제2 제어기(211)는 전력 전송 신호 설정점이 전력 수신기로부터 수신될 때에만 구동 신호 파라미터를 변경하도록 배열될 수 있다. 이에 따라, 전력 송신기는 설정점을 수신할 수 있고, 이어서 새로운 설정점이 수신될 때까지 이러한 설정점에 따라 동작점을 제공하도록 구동 신호 파라미터를 고정적으로 설정할 수 있다.

이러한 예에서, 설정점은 구체적으로 전력 전송 신호에 대한 미리 결정된 목표 전력 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 전력 수신기가 주어진 전력 레벨에 대해 설계될 수 있다. 예를 들어, 주전자의 가열 요소가, 말하자면, 2 kW의 유도 전력에 대해 설계될 수 있다. 그러한 전력 수신기는 미리 결정된 전력 레벨에 대응하는 설정점을 송신하도록 배열될 수 있으며, 임의의 측정들 또는 전류 조건들의 다른 고려들 등을 포함하지 않을 수 있다. 오히려, 낮은 복잡성의 접근법이 구현될 수 있으며, 여기서 그러한 전력 수신기가 전력 전송을 개시할 때마다, 그것은 전력 송신기가 요청된 전력을 제공하도록 동작을 제어하도록 요청하는 설정점을 송신하는데, 즉 특정 예에서, 주전자가 전력 전송을 개시하고 있을 때마다, 그것은 2 kW의 고정 전력이 연속적으로 그리고 끊임없이 제공되는 것을 요청하는 설정점을 전송한다. 이어서 전력 송신기는, 전형적으로 2 kW의(또는 약간 더 높은) 구동 신호 전력 레벨을 야기하도록 구동 신호 파라미터를 제어함으로써, 그러한 전력 레벨을 갖는 전력 전송 신호를 제공하도록 구동 신호 파라미터를 설정하도록 진행한다.

많은 정적 실시예들에서, 전력 수신기는 부하에 제공되는 전기 신호에 대한 임의의 측정된 값들과는 독립적인 목표 전력 특성을 나타내는 설정점을 송신할 수 있다. 이에 따라, 전력 수신기는 전기 부하 신호의 어떠한 고려 또는 측정도 없이 설정점을 생성할 수 있으며, 실제로 많은 실시예들에서 임의의 전류 조건들 또는 측정들과는 완전히 독립적일 수 있다. 그러한 실시예들에서, 전력 수신기 제어기(301)는 전력 전송 초기화 동안 검색되고 전력 송신기에 송신될 수 있는 하나의(또는 그 초과의) 적합한 설정점을 저장할 수 있다.

도 5는 그러한 실시예에서 존재할 수 있는 전력 전송 및 제어 경로들의 예를 예시한다. 그러한 접근법은 언급된 바와 같이 단순히 전력 전송 셋업의 일부로서 미리 결정된 전력 요청을 갖는 설정점을 송신할 수 있는 낮은 복잡성의 주전자에 매우 적합할 수 있으며, 전력 송신기는 그때 전체 동작에 대해 이러한 전력 레벨을 추구한다. 많은 실시예들에서, 설정점은 단순히 최대의 가능한 전력 레벨이 제공되는 것을 요청할 수 있다.

이러한 예에서, 전력 수신 기기 자체는 어떠한 측정 전자장치들도 포함하지 않으며, 단지 전력 설정점 신호를 송신한다. 이것은 그 기기를 측정 회로들을 포함하는 기기보다 더 저렴하게 만들 수 있다. 기기가 수신하는 실제 전력에 있어서 작은 정상 상태 에러가 있을 수 있지만, 가열 기기들에 대해 이것은 전형적으로 문제가 되지 않는다. (예컨대, 전력 수신기가 이동되는 것으로 인한) 변화하는 시스템 파라미터들의 영향은 그러한 접근법을 이용하면 눈에 띄지 않을 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 전력 수신기는 복수의 부하 모드들에서 동작하도록 배열될 수 있다. 각각의 부하 모드는 부하에 제공되는 부하 신호에 대한 상이한 세트의 파라미터들과 연관될 수 있다. 예를 들어, 각각의 부하 모드는 부하에 제공되는 상이한 전력, 부하에 제공되는 전압과 전류의 상이한 조합 등과 연관될 수 있다. 예를 들어, 주전자는 고전력 모드, 저전력 모드에서 동작하도록 배열될 수 있거나, 스위칭 오프될 수 있다.

이러한 모드들 각각은 상이한 설정점과, 예컨대 전력 전송 신호에 대한 상이한 목표/요구된/요청된 전력과 연관될 수 있다. 그러한 실시예에서, 전력 수신기가 새로운 부하 모드로 스위칭할 때마다, 그것은 새로운 설정점을 송신할 수 있다. 예를 들어, 전력 수신기 제어기(301)는 각각의 부하 모드에 대한 적절한 설정점을 저장할 수 있으며, 그것이 새로운 부하 모드로 스위칭할 때, 이것에 대한 설정점이 검색되고 전력 송신기에 송신될 수 있다. 이어서 전력 송신기는 새로운 설정점에 적응할 수 있다. 실제로, 많은 실시예들에서, 부하에 제공되는 부하 신호에 있어서의 변화는 실제로 새로운 설정점의 송신 및 전력 송신기에 의한 적응을 통해 달성된다.

많은 실시예들에서, 전력 수신기는 부하 모드의 스위칭 외에는 새로운 전력 전송 신호 설정점을 전력 송신기에 송신하지 않도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 전력 수신기가 새로운 부하 모드로 스위칭할 때마다, 전력 수신기는 새로운 설정점을 송신하지만, 시스템이 동일한 부하 모드에서 동작하고 있을 때 추가적인 설정점들은 송신되지 않는다.

이에 따라 시스템은 간단하고 정적인 동작 및 전력 전송 신호 제어를 제공하면서도, 여전히 상이한 부하 모드들이 상이한 특성들로 지원되도록 허용할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 전력 수신기는 부하에 공급된 부하 신호의 전기 파라미터들의 임의의 측정들을 수행하지 않을 수 있지만, 이동, 진동, 또는 온도와 같은 다른 모달리티(modality)들의 측정들에 응답하여 동작을 적응시킬 수 있다.

예를 들어, 도 6에 예시된 바와 같이, 도 5의 주전자는 몇몇 실시예들에서 주전자 내의 액체의 온도를 측정하는 온도계(601)를 포함할 수 있다. 온도계(601)는 측정 회로(603)에 결합되며, 이 측정 회로(603)는 측정 신호를 전력 수신기 제어기(301)에 공급되는 적합한 데이터 표현으로 변환한다.

그러한 경우에, 전력 수신기 제어기(301)는 기준을 충족시키는 비-전기적 특성의 측정에 응답하여 새로운 설정점이 송신되어야 한다고 결정하도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 이동이 검출된 경우, 전력 수신기 제어기(301)는 다른 요소들에서의 의도치 않은 유도의 위험이 감소되도록 전력 전송 신호를 더 낮은 전력 레벨로 스위칭하는 설정점을 송신할 수 있다.

그 접근법은 또한 상이한 부하 모드들에서 동작하는 전력 수신기와 조합될 수 있다. 예를 들어, 측정이 기준을 충족시키는 경우, 전력 수신기는 상이한 부하 모드로 스위칭할 수 있고 새로운 설정점이 송신될 수 있다. 특정 예로서, 주전자는 가열되는 액체의 온도를 측정하는 온도계를 포함할 수 있다. 새로운 전력 전송 동작이 개시될 때, 전력 수신기는 최대 부하 모드로 스위칭할 수 있고, 최대 전력을 요청하는 설정점 표시가 전력 송신기에 송신되어, 최대 전력 레벨 전력 전송(예컨대, 2 kW)을 야기할 수 있다. 온도계가 비등점에 도달했음을 나타내는 경우, 전력 수신기는, 예컨대 50 W 전력 레벨을 갖는, 저전력 모드로 스위칭할 수 있다. 이제 온도가 주어진 레벨, 예컨대 90℃ 아래로 떨어지면, 전력 수신기는 다시 최대 전력으로 스위칭할 수 있고, 최대 전력을 요청하는 설정점이 전력 송신기에 송신될 수 있다. 이러한 방식으로, 액체는 원하는 온도로의 가열을 달성하면서도 매우 낮은 복잡성의 동작을 허용할 수 있다.

설명된 접근법은 특히 매우 간단한 제어 수단을 갖는 가열 기기들을 지원하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, Ki 가열 디바이스(예컨대, 주전자)가 (예컨대, 저렴한 코드식 주전자들과 같은) 다른 가열 디바이스들과 경쟁하기 위해 낮은 비용의 기기로서 생산될 수 있는 것이 바람직하다. 매우 낮은 비용을 유지하기 위해, 포함되어야 하는 요건들 및 기능을 최소화하는 것이 중요하다. 현재 접근법은 많은 기능을 요구하지 않고 특별히 측정 및 보고 요건들을 감소시키는 매우 낮은 복잡성의 제어 메커니즘들을 야기할 수 있다. 후자는 매우 중요할 수 있는데, 왜냐하면 그것은 예컨대 전력 수신기가 예를 들어 더 비싼 블루투스 통신보다는 NFC 통신만을 사용하여 제조되도록 허용할 수 있기 때문이다. 또한, 이러한 지원은 정확한 전력 제어를 요구하는 더 복잡하고 비싼 디바이스들에 대한 지원을 희생시킴이 없이 제공될 수 있다.

현재 접근법은 그러한 저비용 가열 기기가 간단한 정적 전력 요청을 전력 송신기에 간단히 알릴 수 있게 하며, 전력 송신기는 이어서 이것을 처리하여 적합한 특성들을 갖는 전력 전송 신호를 생성한다. 이것은, 예컨대 고속 내부 구동 신호 제어 루프를 사용하여, 구동 신호 파라미터를 적절하게 설정하는 전력 송신기에 의해 달성된다.

그러한 경우에, 전력 수신기/가열 기기는 간단히 전력을 수신하고 다른 제어 동작을 수행하지 않을 수 있다. 그러나, 많은 실시예들에서, 그것은 온도를 측정하고 이것이 주어진 온도에 도달하였는지 여부를 간단히 체크하는 저비용 온도 측정을 포함할 수 있다. 온도가 이러한 레벨에 도달할 때, 그것은 예컨대, 예를 들어 전력 오프 명령에 대응할 수 있거나(새로운 설정점은 제로 출력임), 예를 들어 낮은 전력 값에 대응할 수 있는 새로운 설정점을 송신할 수 있다.

실제로, 많은 실시예들에서, 전력 레벨들은 고정될 수 있으며(또는 예컨대 디바이스 초기화 동안 한 번 통신될 수 있으며), 설정점은 간단한 이진 값으로서 통신될 수 있다. 예를 들어, 1의 설정점 표시는, 말하자면, 2000 W의 전력 레벨을 갖는 전력 전송 신호를 야기할 수 있고, 0의 설정점 표시는, 말하자면, 50 W(또는 예컨대 0 W)의 전력 레벨을 갖는 전력 전송 신호를 야기할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 전력 수신기가 부하에 제공된 전기 신호에 대한 측정된 값에 응답하여 전력 전송 신호 설정점을 송신하도록 배열되는 더 동적인 접근법이 취해질 수 있다. 전력 수신기 제어기(301)는 구체적으로 전기 부하 신호에 대한 측정된 값에 응답하여 전력 전송 신호에 대한 목표 전력 특성에 대한 적합한 값을 결정할 수 있다. 이에 따라, 몇몇 실시예들에서, 전력 수신기 제어기(301)는 측정된 값(들)이 기준을 충족시키는 것으로 검출될 때 새로운 설정점 표시를 송신하도록 배열될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 설정점, 예컨대 요청된 전력 레벨은 측정된 값에 기초하여 결정될 수 있다.

부하에 제공되는 신호의 전압이 측정되고 설정점 송신을 제어하는 데 사용되는 그러한 접근법의 예가 도 7에 도시된다.

그 예에서, 전력 수신기 제어기(301)는 부하 전압(예컨대, 모터 전압) U_Rx를 측정하고, 이것이 기준을 충족시키는지를 평가한다. 구체적으로, 많은 실시예들에서, 전력 수신기 제어기(301)는 부하 신호 전압 U_Rx를 원하는 기준 레벨 U_Rx_set와 비교할 수 있다. 차이가 주어진 레벨을 초과하는 경우, 전력 수신기 제어기(301)는 새로운 설정점 표시를 생성하고 송신하도록 진행할 수 있다. 예를 들어, 측정된 전압이 너무 낮은 경우, 전력 전송 신호의 더 높은 전력 레벨이 요청될 수 있고, 그것이 너무 높은 경우, 전력 전송 신호의 더 낮은 전력 레벨이 요청될 수 있다.

많은 실시예들에서, 제2 제어기(211)는 수신된 설정점을 기준 또는 목표 값으로서 사용하는 제어 루프를 전력 송신기에서 구현함으로써 구동 파라미터를 제어하도록 배열될 수 있는데, 즉 루프의 특성에 대한 목표 값이 설정점에 기초하여 결정되고, 이어서 루프는 이것과 현재 루프 파라미터 사이의 에러 신호가 최소화되도록 동작된다.

도 5 내지 도 7은 제2 제어기(211)가 그러한 내부 전력 송신기 구동 신호 제어 루프를 구현하는 예를 예시한다.

그 예들에서, 구동 신호 제어 루프는 전력 측정치들에 기초한다. 제어 루프에 대한 목표 전력 레벨은 수신된 설정점 표시 및 전력 전송 신호에 대한 전력 특성에 응답하여 결정된다. 많은 실시예들에서, 전력 기준 Pset는 간단히 전력 전송 신호에 대한 요청된 전력 레벨로 설정될 수 있다. 추정기가 전력 전송 신호에 대한 전력 레벨 표시 Pmeas를 결정한다. 도 5 내지 도 7의 예들에서, 이것은 구동 신호에 대한 전력 추정치에 기초하며, 구체적으로 구동기(201)에 의해 생성되는 구동 신호의 전류 및 전압을 측정하고 이러한 측정치들의 곱셈으로부터 평균화된/저역 통과 필터링된 전력 추정치를 결정하는 것에 의한다.

이어서 비교기가 추정된 구동 신호 전력 Pmeas와 전력 기준 Pset를 비교하여, 이들 사이의 차이를 나타내는 전력 레벨 에러 표시를 나타내는 에러 신호 Perr을 생성할 수 있다. 에러 신호 Perr은 적어도 하나의 적분을 포함하는 저역 통과 필터 PID 1에 의해 필터링된다. 결과적인 신호 Dcon은, 그 예에서 구동기(201)의 출력의 변조(PWM)를 갖는 펄스를 사용하여 구동 신호의 듀티 사이클을 변경함으로써, 구동 신호의 전력 레벨을 변경하도록 배열된 어댑터에 공급되는 에러 신호이다.

몇몇 실시예들에서, 제2 동작 모드는 따라서 구동 신호 및 이에 따라 전력 전송 신호를 제어하기 위한 로컬 피드백 제어 루프를 구현하는 전력 송신기를 포함할 수 있다. 이것은 특정 설정점에 대한 정확하고 빠른 적응을 제공할 수 있으면서도, 낮은 복잡성 및 저비용 전력 수신기 디바이스들을 허용할 수 있다.

그러한 실시예들에서, 내부 전력 송신기 구동 신호 제어 루프의 적응 성능 및 동작은 전형적으로 설정점 업데이트들로부터 기인할 수 있는 임의의 변경들 또는 변화들보다 훨씬 더 빠르다. 많은 실시예들에서, 구동 신호 제어 루프의 시간 상수는 설정점들에 대한 업데이트 레이트의 절반 이하, 그리고 종종 ¼, 1/10, 또는 1/100이다. 많은 응용들에서, 구동 신호 제어 루프가 새로운 설정점에 적응하는 데 걸리는 시간은 새로운 설정점과 연관된 동작들의 타이밍들과 비교하여 실질적으로 순간인 것으로 간주될 수 있다.

이에 따라 설명된 접근법은 단일 전력 송신기가 전력 수신기의 제어하에서 상이한 전력 전송 신호 제어 모드들에서 동작하는 것을 가능하게 할 수 있다.

제1 동작 모드의 전력 제어 루프는 전형적으로 변화들에 적응함에 있어서 매우 빠른 반면, 제2 동작 모드의 설정점 접근법은 훨씬 더 느린 경향이 있다. 실제로, 전형적으로, 2개의 접근법들은, 각각, 정확하고 빠른 전력 제어를 요구하는 전력 수신기들, 및 전력 변화들 또는 부정확들에 민감하지 않은 전력 수신기들과 함께 사용되며, 여기서 유일한 변경들은 느리고 드물다(이를테면, 예컨대, 부하 모드를 변경할 때).

실제로, 대부분의 응용들에서, 전력 제어 에러 메시지들 사이의 지속시간들은 300 msec 이하이고(예컨대, Qi 또는 Ki 호환가능 시스템들에 대해, 전력 제어 에러 메시지는 적어도 매 250 msec마다 송신되어야 함), 전력 전송 신호 설정점들 사이의 최대 지속시간은 10초, 또는 심지어 50초 또는 100초 이상이다. 실제로, 많은 실시예들에서, 설정점의 임의의 업데이트에 대한 필요성은 없으며, 설정점들 사이의 최대 지속시간은 원칙적으로 무한일 수 있다.

대조적으로, 전력 전송 신호 설정점들 사이의 최대 지속시간은 1초 이상이고, 전력 송신기는 임의의 전력 전송 신호 설정점들을 수신함이 없이 1초 이상 동안 제2 동작 모드에서 동작하도록 배열된다. 제2 동작 모드에서 동작할 때의 전력 송신기는 1초 이상, 그리고 전형적으로 5초, 10초, 60초 이상의 지속시간 동안, 그리고 실제로 종종 무한으로 전력 전송을 계속하도록 배열된다. 이에 따라, 제2 동작 모드에 있을 때, 추가의 전력 전송 신호 설정점이 5초, 10초, 60초 이상의 구간 동안, 그리고 실제로 종종 무한으로 수신되지 않더라도, 전력 전송은 마지막 수신된 전력 전송 신호 설정점에 기초하여 계속된다.

많은 실시예들에서, 전력 송신기는 제1 동작 모드에서 동작할 때 전력 제어 에러 메시지들이 제1 임계치보다 더 긴 지속시간 동안 수신되지 않은 것으로 검출되는 경우 전력 전송을 종료하도록 배열될 수 있다. 이러한 제1 임계치는 구체적으로 많은 응용들에서 250- 300 msec일 수 있으며, 여기서 전력 제어 에러 메시지는 적어도 매 250 msec마다 송신되도록 요구된다(예컨대, Qi 또는 Ki 시스템들에서). 몇몇 실시예들에서, 임계치는 잠재적으로 몇몇의 실패한 송신들을 허용하도록 더 높게 선택될 수 있다. 많은 실시예들에서, 제1 임계치는 250 msec, 300 msec, 500 msec, 1초 이상일 수 있다.

대조적으로, 제2 동작 모드에 있을 때 전력 송신기는 전력 전송 신호 설정점이 제1 임계치의 적어도 2배, 그리고 종종 제1 임계치의 적어도 10배 또는 100배인 제2 임계치보다 더 긴 지속시간 동안 수신되지 않더라도 전력 전송을 종료하지 않도록 배열된다. 많은 실시예들에서, 전력 송신기는 전력 전송 신호 설정점이 처음의 전력 전송 신호 설정점들 후에 전혀 수신되지 않더라도, 즉 하나의 전력 전송 신호 설정점만이 수신되더라도 전력 전송을 종료하지 않도록 배열된다. 이에 따라, 많은 실시예들에서, 제2 동작 모드에 있을 때 전력 전송 신호 설정점들의 반복되는 송신 및 수신이 요구되지 않는다. 오히려, 많은 실시예들에서, 새로운 전력 전송 신호 설정점이 수신될 때까지, 또는 가능하게는 추가의 전력 전송 신호 설정점들이 수신되지 않는 경우 전력 전송 동작이 완료되거나 시스템들이 제1 동작 모드로 스위칭할 때까지 전력 송신기가 대응하는 전력 레벨을 유지하는 상태에서 초기의 전력 전송 신호 설정점만이 요구된다.

많은 실시예들에서, 제2 동작 모드에 있을 때 전력 제어 에러 메시지들은 수신되지 않는다. 많은 실시예들에서, 전력 송신기는 전력 레벨의 변경을 요청하는 데이터가 전력 송신기로부터 수신되지 않더라도 제2 동작 모드에 있을 때 전력 전송 동작을 계속하도록 배열될 수 있다. 많은 실시예들에서, 제2 임계치는 1초, 10초, 60초, 10분 이상일 수 있다.

많은 실시예들에서, 전력 제어 루프에 대한 시간 상수와 새로운 설정점에 응답하여 구동 신호 파라미터를 변경하기 위한 시간 상수는 적어도 2배만큼, 그리고 종종 적어도 5배, 10배, 20배, 또는 100배만큼 상이하다. 대부분의 실시예들에서, 전력 제어 루프는 고속 반응일 것인 반면, 설정점 접근법은 실질적으로 정적이다.

실제로, 많은 실시예들에서, 송신되는 설정점들의 수신 사이의 간격은 5초, 10초, 또는 심지어 60초 이상이다.

구동 신호의 상이한 파라미터들이 상이한 실시예들에서 제어될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 위에서 설명된 바와 같이 제1 제어기(209) 및 제2 제어기(211)는, 예컨대 앞서 설명된 바와 같은 구동 신호 제어 루프를 사용하여, 구동 신호의 전력 레벨을 직접 제어할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 적응은 구동 신호의 전류 및/또는 전압 중 어느 하나를 적응시킴으로써 수행될 수 있다. 예를 들어, 고정 공급 전압이 구동기(201)에 제공될 수 있고, 구동 신호는 대응하는 고정 전압 진폭을 가질 수 있다. 그러한 실시예들에서, 적응은 구동 신호의 전류를 적응시키는 것에 의할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 전력 전송 신호 전력의 적응은 구동 신호의 듀티 사이클을 적응시키는 것에 의할 수 있다. 예를 들어, 전형적으로, 듀티 사이클을 증가시키는 것은 평균 전력 레벨을 증가시킬 것인 반면, 듀티 사이클을 감소시키는 것은 그것을 감소시킬 것이다.

몇몇 실시예들에서, 적응은 구동 신호의 주파수를 적응시킴으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 공진 출력 회로에 대해, 주파수를 공진 주파수에 더 가깝도록 변경하는 것은 더 높은 전력 전송 레벨을 야기하고, 그것을 공진 주파수로부터 더 멀도록 변경하는 것은 전력 레벨을 감소시킨다.

몇몇 실시예들에서, 적응은 구동 신호의 위상을 적응시킴으로써 수행될 수 있다. 예를 들어, 위상 시프트 변조가 풀 브리지 인버터에 적용될 수 있다.

많은 실시예들에서, 설정점은 전력 전송 신호의 목표 전력 레벨을 나타낼 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 설정점은, 예를 들어 전력 전송 신호에 대한 목표 듀티 사이클 또는 전력 전송 신호에 대한 목표 주파수와 같은, 전력 전송 신호의 전력 특성을 나타낼 수 있는 가능한 다른 파라미터들을 직접 나타낼 수 있다. 실제로, 몇몇 실시예들에서, 설정점은 구동 신호에 대한 목표 전류 레벨 또는 목표 전압 레벨과 같은, 구동 신호의 파라미터 또는 특성을 직접 나타낼 수 있다.

무선 전력 전송 시스템의 동작은 전력 송신기와 전력 수신기 사이의 통신에 기초하며, 특히 전력 제어 루프는 전력 수신기로부터 전력 송신기로의 메시지들(전력 제어 에러 메시지들)의 빈번한 송신들에 기초한다. 전력 송신기와 전력 수신기 사이의 통신의 신뢰성 및 효율은 매우 중요하며, 무선 전력 전송에 대한 전체 성능에 큰 영향을 미친다. 많은 실제 시스템들에서, 앞서 언급된 바와 같은 NFC 사양들에 기초한 통신을 사용함으로써 유리한 성능이 달성된다.

이에 따라 시스템은 많은 실시예들에서 무선 전력 송신기와 전력 수신기 사이에서 통신하기 위한 매체로서 NFC를 사용한다. NFC의 이점은, 통신 채널의 매우 짧은 범위 특성으로 인해, 그것이 전력 및 통신 코일들 사이의 일대일 물리적 관계를 제공하여, 전력 송신기와 전력 송신기에 의해 전력을 공급받는 것이 아닌 전력 수신기 사이의 통신의 위험이 매우 작다는 것이다. 추가적으로, NFC 캐리어가 하베스팅(harvesting)되고 전력 송신기를 시작되게 함이 없이 무선 수신기 통신 전자장치들에 전력을 공급하는 데 사용될 수 있다.

그러나, NFC를 사용하는 시스템을 포함한, 무선 전력 전송 시스템에서의 통신에 대한 문제는 통신이 전력 신호로부터의 간섭에 취약할 수 있다는 것이다. 통신 캐리어는 구동 신호 및 전력 전송 신호의 동작 주파수와는 매우 상이한 주파수를 가질 수 있는 반면(예컨대, 20- 80 ㎑에 비해 13.56 ㎒), Ki와 같은 시스템들에서의 전력 전송 신호의 전력 레벨은 매우 높을 수 있으며, 전형적으로 통신 캐리어의 전력보다 몇 자릿수 더 높다. 따라서, 통신 성능 및 그 결과 전체로서 전력 전송의 성능에 영향을 미칠 수 있는 상당한 교차-간섭이 발생할 수 있다.

많은 시스템들에서, 예컨대 구체적으로 Ki에서, 이러한 문제는 전력 전송과 (NFC) 통신을 시간적으로 분리함으로써 해결되었으며, 구체적으로 반복 시간 프레임이 적어도 하나의 전력 전송 시간 구간 및 하나의 통신 시간 구간으로 분할되는 시분할 접근법이 사용될 수 있다. 그러한 경우들에서, 전력 전송은 통신 시간 구간 밖에서만 수행될 수 있으며, 이에 따라 전력 전송으로부터 통신으로의 간섭이 회피될 수 있다.

도 1 및 도 2의 예에서, 구동기(201)는 구동 신호를 생성하여, 통신 및 전력 전송을 공통 부분을 갖지 않는 통신 시간 구간들로, 그리고 구체적으로 통신 시간 구간들 및 전력 전송 시간 구간들로 분리하도록 배열된다. 하기에서, 구동기(201)가 제1 동작 모드에 있을 때, 그리고 선택적으로 또한 제2 동작 모드에 있을 때 전력 전송 단계 동안 구동 신호 및 전력 전송 신호에 대한 반복 시간 프레임을 이용하는 실시예들의 예들이 설명될 것이다.

반복 시간 프레임은 적어도 하나의 전력 전송 시간 구간 및 하나의 통신 시간 구간을 포함한다. 그러한 반복 시간 프레임의 예가 도 8에 예시되어 있으며, 여기서 전력 전송 시간 구간들은 PT에 의해 표시되고 통신 시간 구간들은 C에 의해 표시된다. 그 예에서, 각각의 시간 프레임 FRM은 단지 하나의 통신 시간 구간 C 및 하나의 전력 전송 시간 구간 PT를 포함하며, 이들(뿐만 아니라 시간 프레임 자체)은 각각의 프레임에서 실질적으로 동일한 지속시간을 갖는다. 그러나, 다른 실시예들에서, 다른 시간 구간들이 또한 반복 시간 프레임에 포함될 수 있거나(이를테면, 예를 들어 이물체 검출 구간들), 복수의 통신 시간 구간들 및/또는 전력 전송 시간 구간들이 각각의 시간 프레임에 포함될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 더욱이, 상이한 시간 구간들(및 실제로 시간 프레임 자체)의 지속시간은 몇몇 실시예들에서 나중에 설명될 바와 같이 동적으로 변할 수 있다.

그 예에서, 전력 전송은 전력 전송 시간 구간들에서 수행된다. 구동기는 전력 전송 시간 구간들 동안 구동 신호 및 이에 따라 전력 전송 신호를 생성하도록 배열되며, 구체적으로 0이 아닌 진폭/전력을 갖는 구동 신호가 전력 전송 시간 구간들 동안 생성된다. 그러나, 통신 시간 구간들 동안, 감소된 전력 레벨이 사용되며, 구체적으로 많은 실시예들에서 전력 전송 신호가 생성되지 않는다. 전형적으로, 이것은 구동기(201)가 통신 시간 구간들 동안 구동 신호를 생성하지 않는 것에 의해 달성된다(또는 동등하게 구동 신호가 0의 또는 0에 가까운 진폭/전력을 갖도록 제어된다(예컨대, 구체적으로 구동 신호가 0, 1, 2, 3 또는 5, 또는 10 V의 진폭 임계치 미만인 진폭을 갖고서 생성되고/되거나, 구동 신호가 1, 2, 3, 5, 10 W 미만 또는 예컨대 전력 전송에 대한 최대 전력의 1, 2, 3, 5, 또는 10%의 전력 임계치 미만인 전력을 갖고서 생성된다)).

통신 및 전력 전송을 시간적으로 분리하는 것, 및 구체적으로 반복 시간 프레임을 사용하는 것은 전력 전송으로부터 통신 동작으로의 크게 감소된 교차-간섭을 야기할 수 있다(그리고 가능하게는 어떤 교차-간섭도 야기하지 않을 수 있다). 이에 따라, 전력 전송 신호로부터 통신으로 야기된 간섭은 크게 감소될 수 있으며, 실제로 실질적으로 0으로 감소될 수 있다. 이것은 통신 성능 및 신뢰성을 매우 크게 개선하며 그에 의해 개선된 그리고 더 신뢰성 있는 전력 전송 동작으로 이어질 수 있다.

전력 전송 단계에서, 전력 송신기는 이에 따라 시간 프레임들의 전력 전송 시간 구간 동안 전력 전송을 수행하도록 배열된다. 구체적으로, 이러한 시간 구간들 동안 그리고 제1 모드에서 동작할 때, 전력 송신기(101) 및 전력 수신기(105)는 전력 제어 루프를 동작시킬 수 있다. 전력 제어 루프는 전력 전송 시간 구간 내에서의 통신에 기초할 수 있거나, 예를 들어 전력 전송 시간 구간 밖에서의, 예컨대 전용 통신 시간 구간들에서의 통신에 기초할 수 있다. 이에 따라, 전송되는 전력의 레벨은 동적으로 변경될 수 있다. 통신 시간 구간들에서, 전력 전송 신호는 사실상 스위칭 오프될 수 있지만, 전력 전송 시간 구간들 동안 전력 루프 동작들을 제어하기 위한 전력 제어 에러 메시지들이 통신될 수 있다.

그러나, 통신과 전력 전송 사이의 그러한 시간 분리는 다수의 실질적인 이점들을 제공할 수 있는 반면, 그것은 또한 몇몇 연관된 불리한 점들을 가질 수 있다. 예를 들어, 반복된 중단은 많은 상황들에서 (예를 들어, 생성된 자기 필드에 있어서의 변동들에 응답하여 주변 물체의 기계적 영향들에 의해 야기되는) 가청 잡음을 야기할 수 있다. 또한, 구동 신호 및 전력 전송 신호의 스위칭 온 및 오프는 전기 및 전자기 잡음을 생성할 수 있는 진폭 고조파들을 야기할 수 있다. 예를 들어, 전력 신호를 중단시키는 것은 메인즈 공급(mains supply)으로의 전자기 간섭(예컨대, 50 ㎐ 고조파들)을 생성할 수 있다. 통신 시간 구간으로 인한 전력에 있어서의 중단이 클수록, 잡음을 충분히 억제하기 위해 더 큰 필터가 필요하다. 더 큰 통신 시간 구간은 또한 전력의 스위칭 온/오프가 더 높은 전력 레벨들에 대해 발생하는 것을 야기할 수 있으며, 이는 증가된 메인즈 관련 잡음을 야기하고 잠재적으로 더 많은 전자기 간섭이 생성되는 것을 야기할 수 있다.

또한, 통신 시간 구간들 동안의 전력 전송 신호의 결여는 전력이 더 짧은 시간 동안 제공될 것을 요구하며, 이는 더 높은 전력 레벨이 전력 전송 시간 구간들 동안 요구되는 것을 야기한다. 또한, 전력 전송이 간헐적일 수 있기 때문에, 많은 응용들에 대해 통신 시간 구간들 동안 전력 공급을 유지하기 위해 전력 수신기가 어떤 형태의 에너지 저장소(예를 들어, 커패시터)를 포함하는 것이 필요하다. 많은 접근법들에서, 통신하기 위해 전력 전송을 스위칭 오프하는 요건은 전력 전송 중단들의 지속시간을 최소화하기 위해 통신이 짧은 데이터 메시지들로 제한되는 것을 야기할 수 있다. 그 불리한 점들은 증가하는 전력 전송 레벨들에 대해 중대성이 증가하는 경향이 있고, 매우 높은 전력 레벨들을 전송하는 데 사용될 수 있는 Ki와 같은 응용들에 대해 매우 중대한 경향이 있다.

도 2의 전력 송신기는 통신 시간 구간들의 타이밍을 제어하도록 배열된 타이밍 회로(215)를 포함하며, 구체적으로 타이밍 회로(215)는 제1 동작 모드와 제2 동작 모드 사이에서 통신 시간 구간들에 대한 타이밍 파라미터를 변경하도록 배열된다. 이에 따라, 선택 회로(213)는 전력 송신기가 제1 동작 모드에서 동작하고 있는지 또는 제2 동작 모드에서 동작하고 있는지에 따라 통신 시간 구간들에 대한 타이밍 특성을 변경할 수 있다.

특히, 타이밍 회로(215)는 제2 동작 모드에 있을 때보다 제1 동작 모드에 있을 때 (전형적으로 상당히) 더 높은 시간 비율을 통신 시간 구간들에 할당하도록 배열될 수 있다. 이에 따라 시스템은 상이한 동작 모드들을 구별하도록 통신 기능을 동적으로 적응시킬 수 있다. 도 2의 전력 송신기는 통신 성능 및 구체적으로 (적어도) 전력 전송 시간 구간들 및 통신 시간 구간들로의 시분할을, 그들이 상이한 동작 모드들에 대한 상이한 통신 선호들에 더 밀접하게 적합하도록 적응시킴으로써 개선된 성능을 제공할 수 있다. 이것은 예를 들어 개선된 전력 전송, 더 낮은 복잡성의 동작, 감소된 전자기 간섭, 및 개선된 전자기 호환성을 허용할 수 있다.

실제로, 몇몇 실시예들에서, 전력 수신기는 심지어 허용가능한 전자기 간섭에 기초하여 상이한 동작 모드들 사이에서 선택하도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 전력 수신기는 제1 동작 모드에서 동작하도록 선택하고, 이어서 이것이 너무 과도한 전자기 간섭을 야기하는 경우 제2 동작 모드로 스위칭할 수 있다. 특정 예로서, 그 접근법은 전력 수신 디바이스가 전자기 간섭이 비교적 낮은 더 낮은 전력 레벨들에 대해 전체 전력 제어를 사용하도록 허용할 수 있다. 그러나, 전자기 간섭이 증가하는 전력 전송 레벨들에 대해 증가할 수 있으며, 전력 수신 디바이스는 그에 따라서 더 높은 전력 레벨들에 대해 제2 동작 모드로 스위칭하여서, 주어진 전력 레벨에 대한 전자기 간섭을 감소시킬 수 있다.

전력 전송 시스템은 제1 동작 모드에 있을 때보다 제2 동작 모드에 있을 때 더 적은 통신 용량을 제공하도록 배열될 수 있다. 제2 동작 모드에서의 감소된 통신 용량은 제1 모드에 있을 때보다 제2 모드에 있을 때 전력 수신기와 전력 송신기 사이의 감소된 통신으로 제2 동작 모드가 구현되는 것에 의해 실현가능하게 될 수 있다. 특히, 제2 동작 모드는 동적 전력 제어 루프를 지원하기 위해 빈번한 전력 제어 에러 메시지들을 요구하지 않으며, 실제로 많은 실시예들에서 초기 전력 전송 신호 설정점을 제외하고는 어떠한 전력 피드백도 없이 구현될 수 있다. 이에 따라, 시스템은, 예컨대, 예를 들어 한 쪽에서의 전력 전송 효율, 유연성, 정확도, 전자기 간섭 등과, 다른 쪽에서의 복잡성 및 전자기 호환성 사이의 트레이드-오프들의 동적이고 유연한 적응을 제공할 수 있다.

따라서 타이밍 회로(215)는 제2 동작 모드에 대한 통신 용량을 감소시키도록 배열될 수 있고, 제2 동작 모드는 전력 전송을 지원하기 위해 더 적은 통신을 이용하도록 배열될 수 있다.

특히, 예컨대 정적 제어가 이용되는 것과 함께 제2 동작 모드에 있을 때, 더 적은 데이터 및 더 적은 메시지들이 전력 수신기로부터 전력 송신기로 전송될 필요가 있으며, 타이밍 회로(215)는 더 짧은 또는 더 적은 통신 시간 구간들을 이용하도록 적응할 수 있다.

많은 실시예들에서, 구동 신호 및 전력 전송 신호는 전력 전송 시간 구간들(여기서 전력이 전송되고 전력 제어 루프가 전형적으로 동작됨) 및 감소된 전력 시간 구간들(여기서 전력은 전력 전송 시간 구간들에 비해 감소됨)을 포함하는 반복 시간 프레임을 이용하도록 구동된다. 이러한 감소된 전력 시간 구간들은 전형적으로 적어도 얼마간의 통신이 (전력 전송으로부터의 간섭이 없거나 감소된 상태로) 수행될 수 있는 통신 시간 구간들로서 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 감소된 전력 시간 구간들은 또한 이물체 검출에 사용될 수 있으며, 실제로 몇몇 실시예들에서, 감소된 전력 시간 구간들이 동시의 통신 및 이물체 검출을 수행하는 데 사용될 수 있다.

많은 실시예들에서, 구동기(201)는 변화하는 전력 공급 신호에 의해, 그리고 전형적으로 변화하는 공급 전압에 의해 공급될 수 있다. 구동 신호는 전형적으로 변화하는 전력 공급 신호를 따르는, 그리고 구체적으로 변화하는 공급 전압을 따르는 진폭을 갖도록 생성될 수 있다.

예를 들어, 구동기(201)의 출력은 전형적으로 스위치 브리지로서, 스위치 브리지의 스위치들의 적절한 스위칭에 의해 구동 신호를 생성하는, 상기 스위치 브리지이다. 도 9는 하프-브리지 스위치 브리지/인버터를 도시한다. 스위치들 S1 및 S2는 그들이 결코 동시에 닫히지 않도록 제어된다. 교번하여 S1은 S2가 열려 있는 동안 닫히고 S2는 S1이 열려 있는 동안 닫힌다. 스위치들은 원하는 주파수로 열리고 닫히며, 그에 의해 출력에서 교번하는 신호를 생성한다. 전형적으로, 인버터의 출력은 공진 커패시터를 통해 송신기 인덕터에 연결된다. 도 10은 풀-브리지 스위치 브리지/인버터를 도시한다. 스위치들 S1 및 S2는 그들이 결코 동시에 닫히지 않도록 제어된다. 스위치들 S3 및 S4는 그들이 결코 동시에 닫히지 않도록 제어된다. 교번하여 스위치들 S1 및 S4는 S2 및 S3이 열려 있는 동안 닫히고, 이어서 S2 및 S3은 S1 및 S4가 열려 있는 동안 닫히며, 그에 의해 출력에서 구형파 신호를 생성한다. 스위치들은 원하는 주파수로 열리고 닫힌다. 그러한 구동기에서, 공급 전압은 변화하는 공급 전압일 수 있고, 구동 신호는 스위치 요소들에 걸친 작은 전압 강하를 제외하고는 공급 전압과 동일한 진폭을 갖도록 생성될 수 있다.

예를 들어, 많은 실시예들에서, 구동기(201)를 위한(그리고 구체적으로 도 9 및 도 10의 것들과 같은 출력 인버터를 위한) 공급 전압은 정류된(그리고 가능하게는 부분적으로 평활화된) AC 메인즈 전압으로부터 생성될 수 있다. 비-평활화된 그리고 정류된 전압에 대해, 입력 공급 전압, 및 이에 따라 구동 신호 전압은 메인즈 전압의 제로 교차들에 대응하는 시간들에서 0 볼트들의 최소치에 도달할 것이다. 부분적으로 평활화된 정류된 공급 전압들에 대해, 최소 전압/전력은 제로 교차들에 비해 지연을 갖고서 발생할 수 있으며, 0 볼트들보다 더 높을 수 있다.

그러한 실시예들에서, 감소된 전력/이물체 검출/통신 시간 구간들은 (절대) 공급 신호/전압에서의 최소치들에 동기화될 수 있다. 타이밍 회로(215)는 변화하는 전력 공급 신호의 최소치들의 시간이 감소된 전력 시간 구간들 내에 들어가도록, 그리고 전형적으로 통신 시간 구간이 이러한 최소치들에 중심을 두도록 통신 시간 구간을 동기화하도록 배열될 수 있다.

많은 실시예들에서, 감소된 전력 시간 구간들/통신 시간 구간들의 타이밍은, 그들이 변화하는 전력 공급 신호의 치소치들의 시간에, 그리고 이에 따라 전형적으로 전력 전송 신호의 최소치들에 중심을 두게 한다. 많은 실시예들에서, 타이밍 회로(215)는 통신 시간 구간들의 타이밍을, 그들이 실질적으로 입력 공급 전압의 제로 레벨들(종종 입력 메인즈 전압의 제로 교차들)에 중심을 두도록 제어하도록 배열될 수 있다.

예를 들어, 50 ㎐의 정류된 메인즈 전압에 의해 공급되는 구동기(201)에 대해, 메인즈의 제로 교차, 및 이에 따라 정류된 공급 전압 및 전력의 최소치가 10 msec 간격으로 발생하며, 각각의 반복 시간 프레임은 10 msec의 지속시간을 갖도록 설정될 수 있다. 결과적인 구동 신호/전력 전송 신호의 예가 도 11에 예시되어 있으며, 도 11은 전력 전송 시간 구간들 PT 및 통신 시간 구간들 C 동안의 구동 신호/전력 전송 신호를 도시한다.

많은 실시예들에서, 반복 시간 프레임이 제1 동작 모드 및 제2 동작 모드 둘 모두에서 이용될 수 있으며, 추가로 통신 시간 구간들은 공급 전력에 대한 전력/진폭 최소치들 주위에 위치될 수 있다. 그러한 반복 시간 프레임을 사용하여, 통신과 전력 전송이 시간 도메인에서 분리되어서, 전력 전송으로부터 통신으로의 크게 감소된 교차-간섭을 야기할 수 있다(그리고 가능하게는 어떤 교차-간섭도 야기하지 않을 수 있다). 이에 따라, 전력 전송 신호에 의해 통신으로 야기된 간섭은 크게 감소될 수 있으며, 실제로 실질적으로 0으로 감소될 수 있다. 이것은 통신 성능 및 신뢰성을 크게 개선하며 그에 의해 개선된 그리고 더 신뢰성 있는 전력 전송 동작으로 이어질 수 있다.

전력 전송 단계에서, 전력 송신기는 이에 따라 시간 프레임들의 전력 전송 시간 구간 동안 전력 전송을 수행하도록 배열된다. 구체적으로, 제1 동작 모드에 있을 때, 전력 송신기(101) 및 전력 수신기(105)는 통신 시간 구간들 동안 수행된 통신에 기초하여 전력 전송 시간 구간들 동안 전력 제어 루프를 동작시킬 수 있다. 이에 따라, 전송되는 전력의 레벨은 동적으로 변경될 수 있다. 통신 시간 구간들에서, 전력 전송 신호는 사실상 스위칭 오프될 수 있지만, 전력 전송 시간 구간들 동안 전력 루프 동작들을 제어하기 위한 전력 제어 에러 메시지들이 통신될 수 있다.

그러나, 통신과 전력 전송 사이의 그러한 시간 분리는 다수의 실질적인 이점들을 제공할 수 있는 반면, 그것은 또한 몇몇 연관된 불리한 점들을 가질 수 있다. 예를 들어, 앞서 언급된 바와 같이, 반복된 중단은 많은 상황들에서 가청 잡음을 야기할 수 있고, 구동 신호 및 전력 전송 신호의 스위칭 온 및 오프는 전기 및 전자기 잡음과 간섭 및 전자기 잡음(50 ㎐ 고조파들) 둘 모두를 생성할 수 있는 진폭 고조파들을 야기할 수 있다.

또한, 통신 시간 구간들 동안의 전력 전송 신호의 결여는 전력이 더 짧은 시간 동안 제공될 것을 요구하며, 이는 더 높은 전력 레벨이 전력 전송 시간 구간들 동안 요구되는 것을 야기한다. 또한, 전력 전송이 간헐적일 수 있기 때문에, 많은 응용들에 대해 전력 수신기가 어떤 형태의 에너지 저장소를 포함하는 것이 필요하다. 더 짧은 통신 시간 구간은 또한 통신을 실질적으로 제약할 수 있으며, 이것은 전력 전송 성능에 영향을 미칠 수 있다.

도 12는 전력 전송 신호들에 의해 분리된 교번하는 통신 시간 구간(T_slot_com)과 이물체 검출 시간 구간(T_slot_fod)을 포함하는 반복 시간 프레임이 사용될 수 있는 예를 예시한다. 반복 시간 프레임은 공급 전력의 기간과 동일한 지속시간을 갖고, 통신 시간 구간 및 이물체 검출 시간 구간은 공급 전력의 제로 교차들/최소치들 주위에 위치된다. 도 12는 1.2 msec의 그리고 2.2 kW 전력 전송에 대한 통신 시간 구간들 및 이물체 검출 시간 구간들의 시간 슬롯 지속시간의 예에 대한 구동 신호 전류(Imains)의 예를 추가로 도시한다.

도 13은 IEC 61000-3-2: 고조파 전류 방출들에 대한 한계들에 따른 허용가능한 한계들과 비교하여 발생할 수 있는 결과적인 고조파들을 예시한다. 예시된 바와 같이, 인출된 전류 및 저전력 시간 구간들의 존재는 IEC 61000-3- 2 한계에 가까운 고조파들을 야기한다. 이러한 고조파들의 더 낮은 진폭들을 갖는 것이 바람직할 것이다.

또한, 고조파들의 크기는 전력 레벨에 의존하며, 전력 레벨을 증가시키는 것은 한계들이 더 이상 충족되지 않는 것을 야기할 것이다. 예를 들어, 도 14는 전력 레벨이 3 kW로 증가된 대응하는 예를 도시한다.

몇몇 실시예들에서, 타이밍 회로(215)는 제1 동작 모드에 있을 때에 비해 제2 동작 모드에 있을 때 통신 시간 구간들(및 종종 또한 임의의 이물체 검출 시간 구간들과 같은 다른 감소된 전력 시간 구간들)의 지속시간을 감소시키도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 도 15는 도 12에 대응하는 예를 예시하지만, 전력 송신기는 제2 동작 모드에 있고, 감소된 전력 시간 구간들은 그에 따라, 그 예에서 0.6 msec로, 감소된다. 도 16은 도 14에 대응하는 3 kW 전력 전송에 대한 대응하는 고조파 응답을 예시한다. 비교해 보면, 고조파들의 레벨이 크게 감소되고, 실제로 시간 슬롯 지속시간에 있어서의 감소가 IEC 한계를 충족시키는 고조파들을 야기한다는 것을 알 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 전력 수신기는 그에 따라 더 낮은 전력 레벨들에 대해 제1 동작 모드에서 동작하도록 배열될 수 있다. 그러나, 전력 수신기가 주어진 레벨 초과의 전력 전송이 요구된다고 결정하는 경우, 그것은 제2 동작 모드로 스위칭하라는 요청을 전력 송신기에 송신할 수 있고, 그것은 원하는 전력 전송 레벨을 나타내는 전력 전송 신호 설정점을 송신할 수 있다. 이어서 전력 송신기는 제2 동작 모드로 스위칭하고, 전력 레벨을 요청된 양으로 설정하고, 통신 시간 구간들의 지속시간을, 예컨대, 특정 예에서 1.2 msec로부터 0.6 msec로 감소시킬 수 있다. 그러한 접근법은 예를 들어 전자기 간섭이 요구되는 레벨 아래로 유지되는 것을 보장하면서 증가된 전력 전송을 허용할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 타이밍 회로(215)는 그에 따라 통신 시간 구간들의 지속시간을 제2 동작 모드에 있을 때보다 제1 동작 모드에 있을 때 더 높도록 설정하도록 배열된다. 제2 모드에 있을 때의 더 짧은 지속시간은 고조파들 및 전자기 간섭 등을 감소시킬 수 있지만, 전력 제어 에러 메시지들의 빈번한 송신들을 허용하지 않을 수 있다. 대조적으로, 제1 동작 모드에 있을 때, 통신 시간 구간들의 더 긴 지속시간은 더 많은 정보 및 더 긴 메시지들을 허용할 수 있고, 이것은 전력 제어 루프를 지원하는 데 사용될 수 있고, 그것은 구체적으로 전력 제어 에러 메시지들의 빈번한 통신을 허용하기에 충분하도록 설정될 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 타이밍 회로(215)는 상이한 동작 모드들 사이에서 통신 시간 구간들의 주파수를 변경하도록 배열될 수 있다. 타이밍 회로(215)는 전력 송신기가 제1 동작 모드에서 동작하고 있는지 또는 제2 동작 모드에서 동작하고 있는지에 따라 통신 시간 구간들 사이에서 지속시간을 변경할 수 있다/적응시킬 수 있다. 이에 따라, 많은 실시예들에서, 타이밍 회로(215)는 통신 시간 구간들의 주파수를 제2 동작 모드에 있을 때보다 제1 동작 모드에 있을 때 더 높도록 설정하도록 배열된다.

예로서, 타이밍 회로(215)는 각각의 통신 시간 구간의 지속시간을 일정한 지속시간으로 유지하도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 통신 시간 구간의 지속시간은 전체 메시지가 전력 수신기로부터 전력 송신기로(또는 그 반대로) 송신될 수 있게 하기에 충분히 크도록 배열될 수 있다. 메시지들이 상이한 길이들을 가질 수 있는 경우, 통신 시간 구간의 지속시간은 예를 들어 가장 긴 가능한 메시지가 송신될 수 있는 것을 보장할 가장 낮은 값으로 설정될 수 있다. 특정 예로서, 통신 시간 구간들의 지속시간은 제1 동작 모드 및 제2 동작 모드 둘 모두에 대해, 말하자면, 1.2 msec로 고정되도록 설정될 수 있다.

그러나, 통신 시간 구간들 사이의 지속시간, 및 이에 따라 통신 시간 구간들의 주파수는 2개의 모드들에서 (잠재적으로 매우) 상이하도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 제1 동작 모드에서, 통신 시간 구간들은 공급 전력에 있어서의 변화들과 동기화될 수 있으며, 공급 전력이, 전형적으로 메인즈 전력 공급의 제로 교차에 대응하는, 전력 최소치에 도달할 때마다 통신 시간 구간이 포함될 수 있다. 50 ㎐의 메인즈 주파수에 대해, 통신 시간 구간들의 주파수는 10 msec 간격들로 발생하는 새로운 통신 시간 구간에 대응하는 100 ㎐일 수 있다.

대조적으로, 전력 송신기가 제2 동작 모드에 있을 때, 통신 시간 구간들은 훨씬 더 낮은 주파수로 발생할 수 있다. 예를 들어, 통신 시간 구간은 단지 예컨대 매초 또는 10초마다 생성될 수 있다. 이에 따라, 전체 메시지가 여전히 각각의 통신 시간 구간에서 송신될 수 있는 반면, 데이터 메시지들의 훨씬 더 낮은 레이트가 구현된다. 이러한 시나리오에서, 전력 전송의 신속한 적응 및 예컨대 고속 반응 전력 제어 루프를 지원하는 것이 가능하지 않을 수 있다. 그러나, 제2 동작 모드는 구체적으로 정적 동작이 사용되는 모드이며, 따라서 그러한 고속 동작 및 적응에 대한 필요성이 필요하지 않다.

많은 실시예들에서, 타이밍 회로(215)는 통신 시간 구간들의 듀티 사이클을 제2 동작 모드에 있을 때보다 제1 동작 모드에 있을 때 더 높도록 설정하도록 배열될 수 있다. 듀티 사이클은 통신 시간 구간(들) 및 전력 전송 시간 구간(들)에서의 조합된 시간에 대한 통신 시간 구간(들)에서의 시간의 비율일 수 있다. 듀티 사이클은 통신 시간 구간의 지속시간과, 통신 시간 구간의 지속시간과 전력 전송 시간 구간(구체적으로 인접한 전력 전송 시간 구간)의 지속시간의 합 사이의 비율일 수 있다.

이에 따라, 제1 동작 모드에 있을 때, 타이밍 회로(215)는 전력 전송 시간 구간에서 소비되는 시간에 비해 통신 시간 구간에서 소비되는 상대적 시간을 증가시킬 수 있다. 듀티 사이클에 있어서의 이러한 증가는 제2 동작 모드에 있을 때에 비해 제1 동작 모드에 있을 때 통신 시간 구간들의 지속시간 및/또는 주파수를 증가시킴으로써 달성될 수 있다.

앞서 언급된 바와 같이, 많은 실시예들에서, 전력 송신기는 구동 신호 및 전력 전송 신호에 대한 반복 시간 프레임을 이용할 수 있다. 반복 시간 프레임은 몇몇 실시예들에서 제1 동작 모드 동안 이용될 수 있지만 제2 동작 모드 동안에는 이용되지 않을 수 있다. 예를 들어, 제1 동작 모드에 있을 때, 시간 프레임이 예컨대 50 ㎐ 공급에 대해 10 또는 20 msec마다 반복될 수 있다. 각각의 시간 프레임은 전력 전송 시간 구간 및 통신 시간 구간으로 분할될 수 있으며, 동일한 분할이 각각의 시간 프레임에서 사용될 수 있다. 대조적으로, 제2 동작 모드 동안, 타이밍 회로(215)는 애드-호크 또는 세미랜덤 기반으로 통신 시간 구간들을 생성하도록 배열될 수 있다.

예를 들어, 제2 동작 모드에 있을 때, 타이밍 회로(215)는 (전형적으로 지속시간에 대한 상한 및/또는 하한을 조건으로) 통신 시간 구간들 사이에서 지속시간을 랜덤으로 변경할 수 있다. 타이밍 회로(215)가 새로운 통신 시간 구간이 시작되고 있다고 결정할 때, 그것은 전력 전송 신호를 스위칭 오프하고 통신 캐리어를 생성할 수 있다. 전력 수신기는 전력이 스위칭 오프되는 것 및/또는 통신 캐리어가 존재하는 것을 검출할 수 있고, 그것은 응답하여, 예컨대 캐리어를 부하 변조함으로써, 임의의 보류 중인 메시지들을 전력 송신기에 송신하도록 진행할 수 있다.

통신 시간 구간들 사이의 지속시간의 그러한 애드-호크 및/또는 (의사)랜덤 변화는 예를 들어 주파수에서 전자기 간섭을 확산시키는 이점을 가질 수 있다. 구체적으로, 통신 시간 구간의 주파수의 고조파들에서 전자기 간섭을 집중시키는 대신에, 변화는 주파수에서 전자기 간섭 에너지를 더 동등하게 확산시켜, 더 낮은 잡음 밀도를 야기할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 전력 송신기가 제2 동작 모드에 있을 때 반복 시간 프레임이 또한 이용될 수 있다. 그러나, 반복 시간 프레임은 제1 동작 모드에 있을 때에 비해 제2 동작 모드에 있을 때 수정될 수 있다.

많은 실시예들에서, 타이밍 회로(215)는 상이한 실시예들 사이에서 통신 시간 구간들에 할당되는 반복 시간 프레임의 비율을 변경하도록 배열될 수 있으며, 구체적으로 제2 동작 모드에 있을 때 비율을 감소시키도록 배열될 수 있다.

구체적으로, 제1 및 제2 동작 모드에서 동일한 기간을 갖는 반복 시간 프레임에 대해, 통신 시간 구간의 지속시간은 감소될 수 있다. 이전에 제공된 예들에 대응하는 특정 예로서, 타이밍 회로(215)는 (예컨대, 각각 도 12 및 도 15의 예들에서와 같이) 반복 시간 프레임들의 고정된 지속시간을 10 msec로 유지하면서 제1 동작 모드로부터 제2 동작 모드로 스위칭할 때 통신 시간 구간들의 지속시간을 1.2 msec로부터 0.6 msec로 감소시킬 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 타이밍 회로(215)는 동작 모드에 따라 반복 시간 프레임 내의 통신 시간 구간들의 주파수를 변경하도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 타이밍 회로(215)는 제2 동작 모드로 스위칭할 때 통신 시간 구간들 사이의 지속시간을 증가시키도록 배열될 수 있다. 이것은 예를 들어 반복 시간 프레임의 지속시간/반복 주파수를 변경함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 타이밍 회로(215)는 제1 동작 모드에 있을 때 도 12의 패턴을 부과하고, 이어서 제2 동작 모드에 있을 때 도 17의 패턴으로 스위칭할 수 있다. 도 17의 예에서, 통신 시간 구간들(및 이물체 검출 시간 구간들)의 지속시간은 1.2 msec로 유지되지만, 공급 전력 최소치들의 절반만이 감소된 전력 시간 구간들과 연관된다. 이에 따라, 도 17의 예는 도 12의 예에 대응하는 것으로 간주될 수 있지만, 반복 시간 프레임의 지속시간은 2배가 된다. 이것은 감소된 간섭을 야기할 수 있으며, 구체적으로 도 18에 도시된 바와 같이 주파수의 절반으로 그러나 감소된 레벨들에서 고조파들이 발생하는 것을 야기할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 타이밍 회로(215)는 제1 동작 모드에 있을 때 그리고 제2 동작 모드에 있을 때 상이한 패턴을 따르도록 통신 시간 구간들이 반복 시간 프레임에 포함되는지를 적응시키도록 배열될 수 있다. 구체적으로, 제1 동작 모드에 있을 때, 타이밍 회로(215)는 모든 반복 시간 프레임들에서 통신 시간 구간을 생성하도록 전력 송신기를 제어할 수 있다. 그러나, 제2 동작 모드로 스위칭할 때, 타이밍 회로(215)는 몇몇 반복 시간 프레임들에서만 통신 시간 구간들을 생성하도록 진행할 수 있다.

예를 들어, 전력 송신기는 제2 동작 모드에 있을 때 동일한 지속시간을 갖는 반복 시간 프레임을 계속 이용할 수 있지만, (통신 시간 구간들의 주파수가 제1 동작 모드로부터 제2 동작 모드로 스위칭할 때 2배만큼 감소되는 것에 대응하여) 단지 하나 걸러의 시간 프레임에서만 통신 시간 구간을 포함할 수 있다. 다른 경우들에서, 타이밍 회로(215)는 2개 걸러, 3개 걸러 등의 반복 시간 프레임에서만 통신 시간 구간들을 포함하도록 배열될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 통신 시간 구간을 포함하는 반복 시간 프레임들의 패턴은 비주기적일 수 있으며, 예컨대 미리 결정된 패턴을 따를 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 통신 시간 구간이 포함되는 반복 시간 프레임들은 의사-랜덤일 수 있다.

상이한 접근법들이 실시예의 특정 선호들 및 요건들에 따라 상이한 실시예들에서 사용될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 상이한 접근법들이 조합될 수 있는데, 예컨대 타이밍 회로(215)가 2개의 상이한 동작 모드들 사이에서 통신 시간 구간 지속시간 및 주파수 둘 모두를 변경하도록 배열될 수 있다는 것이 또한 인식될 것이다.

설명된 접근법들은 통신, 및 구체적으로 통신 시간 구간들의 타이밍 특성을 2개의 상이한 모드들에서 상이한 동작들에 적응시킬 수 있다. 구체적으로, 전력 송신기와 전력 수신기 사이의 통신에 이용가능하게 되는 통신 리소스는 이들이 2개의 모드들 사이에서 (종종 크게) 상이할 수 있다는 것을 반영하도록 적응될 수 있다. 이것은 구체적으로 전자기 간섭을 감소시키고 전자기 호환성을 증가시키는 데 사용될 수 있다. 구체적으로, 통신 시간 구간들의 고조파들로부터의 간섭은 많은 실시예들에서 매우 크게 감소될 수 있다.

위의 설명은 명료함을 위해 상이한 기능 회로들, 유닛들 및 프로세서들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였음이 인식될 것이다. 그러나, 본 발명으로부터 벗어남이 없이 상이한 기능 회로들, 유닛들 또는 프로세서들 간의 기능의 임의의 적합한 분산이 사용될 수 있음이 명백할 것이다. 예를 들어, 별개의 프로세서들 또는 제어기들에 의해 수행되도록 예시된 기능이 동일한 프로세서 또는 제어기에 의해 수행될 수 있다. 따라서, 특정 기능 유닛들 또는 회로들에 대한 언급들은 오로지 엄격한 논리적 또는 물리적 구조 또는 조직을 나타내기보다는 설명된 기능을 제공하기 위한 적합한 수단에 대한 언급들로 간주되어야 한다.

본 발명은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 임의의 조합을 포함한 임의의 적합한 형태로 구현될 수 있다. 본 발명은 선택적으로 하나 이상의 데이터 프로세서 및/또는 디지털 신호 프로세서 상에서 실행되는 컴퓨터 소프트웨어로서 적어도 부분적으로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예의 요소들 및 컴포넌트들은 임의의 적합한 방식으로 물리적으로, 기능적으로 그리고 논리적으로 구현될 수 있다. 실제로 기능은 단일 유닛에서, 복수의 유닛에서, 또는 다른 기능 유닛들의 일부로서 구현될 수 있다. 그렇기 때문에, 본 발명은 단일 유닛에서 구현될 수 있거나, 상이한 유닛들, 회로들 및 프로세서들 간에 물리적으로 그리고 기능적으로 분산될 수 있다.

본 발명이 몇몇 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 발명은 본 명세서에 기재된 특정 형태로 제한되도록 의도되지 않는다. 오히려, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항들에 의해서만 제한된다. 또한, 소정 특징이 특정 실시예들과 관련하여 설명되는 것처럼 보일 수 있지만, 당업자는 설명된 실시예들의 다양한 특징들이 본 발명에 따라 조합될 수 있음을 인식할 것이다. 청구항들에서, 용어 '포함하는'은 다른 요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다.

바람직한 값에 대한 언급은 그것이 이물체 검출 초기화 모드에서 결정된 값임을 넘어서 어떠한 제한도 암시하지 않는다는 것, 즉 그것은 적응 과정에서 결정되는 덕분에 바람직하다는 것이 인식될 것이다. 바람직한 값에 대한 언급들은 예를 들어 제1 값에 대한 언급들을 대신할 수 있다.

또한, 개별적으로 열거되지만, 복수의 수단, 요소, 회로 또는 방법 단계는 예를 들어 단일 회로, 유닛 또는 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 또한, 개개의 특징들이 상이한 청구항들에 포함될 수 있지만, 이들은 아마도 유리하게 조합될 수 있으며, 상이한 청구항들에의 포함은 특징들의 조합이 실현 가능하지 않고/않거나 유리하지 않다는 것을 암시하지 않는다. 또한 하나의 카테고리의 청구항들에의 소정 특징의 포함은 이 카테고리로의 제한을 암시하는 것이 아니라, 오히려 그 특징이 적절한 바에 따라 다른 청구항 카테고리들에 동등하게 적용될 수 있음을 나타낸다. 또한, 청구항들에서의 특징들의 순서는 특징들이 작용되어야 하는 임의의 특정 순서를 암시하지 않으며, 특히 방법 청구항에서의 개별 단계들의 순서는 단계들이 이 순서대로 수행되어야 함을 암시하지 않는다. 오히려, 단계들은 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 또한, 단수형 언급은 복수를 배제하지 않는다. 이에 따라, "부정관사(a, an)", "제1", "제2" 등에 대한 언급은 복수를 배제하지 않는다. 청구항들에서의 참조 부호들은 단지 명료화 예로서 제공되며, 어떤 방식으로도 청구항들의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

일반적으로, 무선 전력 전송 장치들 및 방법의 예들이 아래의 실시예들에 의해 나타내어진다.

실시예들:

실시예 1. 유도 전력 전송 신호를 통해 전력 수신기(105)에 전력을 무선으로 제공하기 위한 전력 송신기(101)로서,

전력 전송 신호를 생성하도록 배열된 송신기 코일(103);

전력 전송 신호를 생성하기 위해 송신기 코일(103)에 대한 구동 신호를 생성하도록 배열된 구동기(201);

전력 수신기(105)로부터 메시지들을 수신하기 위한 수신기(207);

제1 동작 모드에 따라 구동 신호의 파라미터를 제어하도록 배열된 제1 제어기(209)로서, 제1 동작 모드는 전력 수신기(105)로부터 수신된 전력 제어 에러 메시지들에 응답하여 전력 전송 신호의 전력 특성을 제어하기 위해 전력 제어 루프를 동작시키는 것을 포함하는, 상기 제1 제어기(209);

제2 동작 모드에 따라 구동 신호의 파라미터를 제어하도록 배열된 제2 제어기(211)로서, 제2 동작 모드는 전력 수신기(105)로부터 수신된 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점에 응답하여 구동 신호의 파라미터를 설정하는 것을 포함하고, 전력 전송 신호 설정점은 전력 전송 신호에 대한 목표 전력 특성을 나타내는, 상기 제2 제어기(211); 및

전력 수신기(105)로부터 수신된 전력 전송 제어 모드 요청에 응답하여 제1 동작 모드와 제2 동작 모드 사이에서 선택하도록 배열된 회로(213)를 포함하는, 전력 송신기(101).

실시예 2. 실시예 1에 있어서, 전력 제어 에러 메시지들은 전력 전송 신호의 전력 특성에 있어서의 요청된 상대적 변화를 나타내고, 설정점 메시지들은 목표 전력 특성의 요청된 절대값을 나타내는, 전력 송신기.

실시예 3. 실시예 1 또는 실시예 2에 있어서, 전력 제어 에러 메시지들 사이의 지속시간들은 300 msec 이하이고, 전력 전송 신호 설정점들 사이의 최대 지속시간은 10초 이상인, 전력 송신기.

실시예 4. 실시예 1 내지 실시예 3 중 어느 한 실시예에 있어서, 전력 제어 루프에 대한 시간 상수와 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점에 응답하여 구동 신호의 파라미터를 변경하기 위한 시간 상수는 적어도 2배만큼 상이한, 전력 송신기.

실시예 5. 실시예 1 내지 실시예 4 중 어느 한 실시예에 있어서, 제2 제어기(211)는,

전력 전송 신호에 대한 전력 레벨 표시를 생성하기 위한 추정기;

전력 레벨 표시와 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점으로부터 결정된 기준 전력 사이의 비교에 응답하여 에러 신호를 생성하기 위한 비교기; 및

에러 신호에 응답하여 구동 신호의 파라미터를 적응시키기 위한 어댑터

를 포함하는 구동 신호 제어 루프를 구현하는, 전력 송신기.

실시예 6. 실시예 1 내지 실시예 5 중 어느 한 실시예에 있어서, 제2 동작 모드에 있을 때, 구동 신호의 파라미터는 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점 중의 전력 전송 신호 설정점을 수신하는 것에만 응답하여 변경되는, 전력 송신기.

실시예 7. 실시예 1 내지 실시예 6 중 어느 한 실시예에 있어서, 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점은 전력 전송 신호에 대한 목표 전력 레벨을 나타내는, 전력 송신기.

실시예 8. 실시예 1 내지 실시예 7 중 어느 한 실시예에 있어서, 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점은 유효 시간 구간에 링크되고, 제2 제어기(211)는 유효 시간 구간의 끝에서 구동 신호의 파라미터를 공칭 값으로 설정하도록 배열되는, 전력 송신기.

실시예 9. 실시예 1 내지 실시예 8 중 어느 한 실시예의 전력 송신기(101), 및 전력 수신기(105)를 포함하는 무선 전력 전송 시스템으로서, 전력 수신기(105)는,

전력 전송 신호로부터 전력을 추출하기 위한 코일(107);

전력 전송 신호로부터 추출된 전력을 부하(303)에 제공하기 위한 전력 회로(301, 305);

적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점을 전력 송신기에 송신하기 위한 송신기(307)를 포함하는, 무선 전력 전송 시스템.

실시예 10. 실시예 9에 있어서, 전력 수신기(105)는 전력 전송 신호에 대한 미리 결정된 목표 전력 특성의 표시로서 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점을 송신하도록 배열되는, 무선 전력 전송 시스템.

실시예 11. 실시예 9 또는 실시예 10에 있어서, 전력 수신기(105)는 부하(303)에 제공되는 전기 신호에 대한 임의의 측정된 값과는 관계없이 전력 전송 신호에 대한 목표 전력 특성의 표시로서 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점을 송신하도록 배열되는, 무선 전력 전송 시스템.

실시예 12. 실시예 9에 있어서, 전력 수신기(105)는 부하(303)에 제공된 전기 신호에 대한 측정된 값에 응답하여 전력 전송 신호 설정점을 송신하도록 배열되는, 무선 전력 전송 시스템.

실시예 13. 실시예 9 내지 실시예 12 중 어느 한 실시예에 있어서, 전력 수신기(105)는 복수의 부하 모드들에서 동작하도록 배열되고, 전력 수신기(105)는 부하 모드를 스위칭하지 않는 한 새로운 전력 전송 신호 설정점을 전력 송신기(101)에 송신하지 않도록 배열되는, 무선 전력 전송 시스템.

실시예 14. 유도 전력 전송 신호를 통해 전력 수신기(101)로부터 전력을 무선으로 수신하기 위한 전력 수신기(105)로서,

전력 전송 신호로부터 전력을 추출하도록 배열된 수신기 코일(107);

수신기 코일(107)에 결합되고, 수신기 코일로부터 부하(303)로 전력을 제공하도록 배열된 전력 회로(301, 305);

전력 송신기(101)에 메시지들을 송신하기 위한 송신기(307)로서, 송신기(307)는 전력 전송 제어 모드 요청을 전력 송신기(101)에 송신하도록 배열되고, 전력 전송 제어 모드 요청은 전력 송신기가 제1 동작 모드에 따라 또는 제2 동작 모드에 따라 구동 신호의 파라미터를 제어하라는 요청을 나타내는, 상기 송신기(307)를 포함하며, 제1 동작 모드는 전력 수신기(105)로부터 수신된 전력 제어 에러 메시지들에 응답하여 전력 전송 신호의 전력 특성을 제어하기 위해 전력 제어 루프를 동작시키는 것을 포함하고; 제2 동작 모드는 전력 수신기로(105)부터 수신된 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점에 응답하여 구동 신호의 파라미터를 설정하는 것을 포함하며, 전력 전송 신호 설정점은 전력 전송 신호에 대한 목표 전력 특성을 나타내는, 전력 수신기(105).

실시예 15. 유도 전력 전송 신호를 통해 전력 수신기(105)에 전력을 무선으로 제공하는 전력 송신기(101)를 위한 동작의 방법으로서, 전력 송신기(101)는,

전력 전송 신호를 생성하도록 배열된 송신기 코일(103)을 포함하고,

방법은

전력 전송 신호를 생성하기 위해 송신기 코일(103)에 대한 구동 신호를 생성하는 단계;

전력 수신기(105)로부터 메시지들을 수신하는 단계;

제1 동작 모드에 따라 구동 신호의 파라미터를 제어하는 단계로서, 제1 동작 모드는 전력 수신기(105)로부터 수신된 전력 제어 에러 메시지들에 응답하여 전력 전송 신호의 전력 특성을 제어하기 위해 전력 제어 루프를 동작시키는 것을 포함하는, 상기 제1 동작 모드에 따라 구동 신호의 파라미터를 제어하는 단계;

제2 동작 모드에 따라 구동 신호의 파라미터를 제어하는 단계로서, 제2 동작 모드는 전력 수신기(105)로부터 수신된 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점에 응답하여 구동 신호의 파라미터를 설정하는 것을 포함하고, 전력 전송 신호 설정점은 전력 전송 신호에 대한 목표 전력 특성을 나타내는, 상기 제2 동작 모드에 따라 구동 신호의 파라미터를 제어하는 단계; 및

전력 수신기(105)로부터 수신된 전력 전송 제어 모드 요청에 응답하여 제1 동작 모드와 제2 동작 모드 사이에서 선택하는 단계를 포함하는, 방법.

실시예 16. 유도 전력 전송 신호를 통해 전력 수신기(101)로부터 전력을 무선으로 수신하는 전력 수신기(105)를 위한 동작의 방법으로서, 전력 수신기(105)는,

전력 전송 신호로부터 전력을 추출하도록 배열된 수신기 코일(107); 및

전력 송신기(101)에 메시지들을 송신하기 위한 송신기(307)를 포함하며, 방법은 송신기(307)가 전력 전송 제어 모드 요청을 전력 송신기(101)에 송신하는 단계를 포함하고, 전력 전송 제어 모드 요청은 전력 송신기가 제1 동작 모드에 따라 또는 제2 동작 모드에 따라 구동 신호의 파라미터를 제어하라는 요청을 나타내고,

제1 동작 모드는 전력 수신기(105)로부터 수신된 전력 제어 에러 메시지들에 응답하여 전력 전송 신호의 전력 특성을 제어하기 위해 전력 제어 루프를 동작시키는 것을 포함하고;

제2 동작 모드는 전력 수신기로(105)부터 수신된 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점에 응답하여 구동 신호의 파라미터를 설정하는 것을 포함하며, 전력 전송 신호 설정점은 전력 전송 신호에 대한 목표 전력 특성을 나타내는, 방법.

전력 전송 신호를 생성하도록 배열된 송신기 코일(103);

전력 전송 신호를 생성하기 위해 송신기 코일(103)에 대한 구동 신호를 생성하도록 배열된 구동기(201)로서, 전력 전송 신호가 전력 수신기(105)에 전력을 전송하도록 배열되는 전력 전송 시간 구간들, 및 전력 전송 신호의 전력이 전력 전송 시간 구간에 비해 감소되는 통신 시간 구간들을 이용하도록 구동 신호를 생성하도록 배열되는, 상기 구동기(201);

통신 시간 구간들 동안 전력 수신기(105)로부터 메시지들을 수신하기 위한 수신기(207);

제1 동작 모드에 따라 구동 신호의 파라미터를 제어하도록 배열된 제1 제어기(209)로서, 제1 동작 모드는 전력 수신기(105)로부터 수신된 전력 제어 에러 메시지들에 응답하여 전력 전송 신호의 전력 특성을 제어하기 위해 전력 제어 루프를 동작시키는 것을 포함하고, 전력 제어 에러 메시지들 사이의 최대 지속시간은 300 msec 이하인, 상기 제1 제어기(209);

제2 동작 모드에 따라 구동 신호의 파라미터를 제어하도록 배열된 제2 제어기(211)로서, 제2 동작 모드는 전력 수신기(105)로부터 수신된 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점에 응답하여 구동 신호의 파라미터를 설정하는 것을 포함하고, 전력 전송 신호 설정점은 전력 전송 신호에 대한 목표 전력 특성을 나타내고, 전력 전송 신호 설정점들 사이의 최대 지속시간은 1초 이상인, 상기 제2 제어기(211); 및

전력 수신기(105)로부터 수신된 전력 전송 제어 모드 요청에 응답하여 제1 동작 모드와 제2 동작 모드 사이에서 선택하도록 배열된 회로(213); 및 제1 동작 모드와 제2 동작 모드 사이의 통신 시간 구간들에 대한 타이밍 파라미터를 변경하도록 배열된 타이밍 회로(215)를 포함하는, 전력 송신기(101).

실시예 2. 실시예 1에 있어서, 구동기(201)는 전력 전송 신호에 반복 시간 프레임을 이용하도록 배열되고, 각각의 반복 시간 프레임은 적어도 하나의 전력 전송 시간 구간을 포함하고, 적어도 몇몇의 반복 시간 프레임들은 적어도 하나의 통신 시간 구간을 포함하는, 전력 송신기.

실시예 3. 실시예 2에 있어서, 타이밍 회로(215)는 제2 동작 모드에 있을 때보다 제1 동작 모드에 있을 때 적어도 하나의 통신 시간 구간에 반복 시간 프레임의 더 큰 비율을 할당하도록 배열되는, 전력 송신기.

실시예 4. 실시예 2 또는 실시예 3에 있어서, 타이밍 회로(215)는 제1 동작 모드에 있을 때 모든 반복 시간 프레임들에 통신 시간 구간을 포함시키고 제2 동작 모드에 있을 때 반복 시간 프레임들의 서브세트에만 통신 시간 구간을 포함시키도록 배열되는, 전력 송신기.

실시예 5. 실시예 1 내지 실시예 4 중 어느 한 실시예에 있어서, 타이밍 회로(215)는 통신 시간 구간들의 지속시간을 제2 동작 모드에 있을 때보다 제1 동작 모드에 있을 때 더 높도록 설정하도록 배열되는, 전력 송신기.

실시예 6. 실시예 1 내지 실시예 5 중 어느 한 실시예에 있어서, 타이밍 회로(215)는 통신 시간 구간들의 듀티 사이클을 제2 동작 모드에 있을 때보다 제1 동작 모드에 있을 때 더 높도록 설정하도록 배열되는, 전력 송신기.

실시예 7. 실시예 1 내지 실시예 6 중 어느 한 실시예에 있어서, 타이밍 회로(215)는 통신 시간 구간들의 주파수를 제2 동작 모드에 있을 때보다 제1 동작 모드에 있을 때 더 높도록 설정하도록 배열되는, 전력 송신기.

실시예 8. 실시예 1 내지 실시예 7 중 어느 한 실시예에 있어서, 구동기(201)는 변화하는 전력 공급 신호에 의해 공급되도록 배열되고, 전력 송신기는 통신 시간 구간의 중심 시간을 변화하는 전력 공급 신호에 대한 신호 최소치와 정렬하도록 배열되는, 전력 송신기.

실시예 9. 실시예 1 내지 실시예 8 중 어느 한 실시예에 있어서, 제1 동작 모드에서 제1 임계치를 초과하는 지속시간 동안 전력 제어 에러 메시지들이 수신되지 않았다는 검출에 응답하여 전력 전송을 종료하고, 전력 전송 신호 설정점이 제2 동작 모드에 있을 때 제2 임계치를 초과하는 지속시간에 대해 전력 전송 신호 설정점이 수신되지 않은 경우 전력 전송을 종료하지 않도록 배열되는, 전력 송신기.

실시예 10. 실시예 1 내지 실시예 9 중 어느 한 실시예에 있어서, 전력 제어 에러 메시지들은 전력 전송 신호의 전력 특성에 있어서의 요청된 상대적 변화를 나타내고, 설정점 메시지들은 목표 전력 특성의 요청된 절대값을 나타내는, 전력 송신기.

실시예 11. 실시예 1 내지 실시예 10 중 어느 한 실시예에 있어서, 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점은 유효 시간 구간에 링크되고, 제2 제어기(211)는 유효 시간 구간의 끝에서 구동 신호의 파라미터를 공칭 값으로 설정하도록 배열되는, 전력 송신기.

실시예 12. 실시예 1 내지 실시예 11 중 어느 한 실시예의 전력 송신기(101), 및 전력 수신기(105)를 포함하는 무선 전력 전송 시스템으로서, 전력 수신기(105)는,

전력 전송 신호로부터 전력을 추출하기 위한 코일(107);

통신 시간 구간 동안 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점을 전력 송신기에 송신하기 위한 송신기(307)를 포함하는, 무선 전력 전송 시스템.

실시예 13. 실시예 12 또는 실시예 10에 있어서, 전력 수신기(105)는 부하(303)에 제공되는 전기 신호에 대한 임의의 측정된 값과는 관계없이 전력 전송 신호에 대한 목표 전력 특성의 표시로서 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점을 송신하도록 배열되는, 무선 전력 전송 시스템.

실시예 14. 실시예 12 또는 실시예 13에 있어서, 전력 수신기(105)는 복수의 부하 모드들에서 동작하도록 배열되고, 전력 수신기(105)는 부하 모드를 스위칭하지 않는 한 새로운 전력 전송 신호 설정점을 전력 송신기(101)에 송신하지 않도록 배열되는, 무선 전력 전송 시스템.

방법은,

전력 전송 신호를 생성하기 위해 송신기 코일(103)에 대한 구동 신호를 생성하는 단계로서, 구동 신호는 전력 전송 신호가 전력 수신기(105)에 전력을 전송하도록 배열되는 전력 전송 시간 구간들, 및 전력 전송 신호의 전력이 전력 전송 시간 구간에 비해 감소되는 통신 시간 구간들을 이용하도록 생성되는, 상기 전력 전송 신호를 생성하기 위해 송신기 코일(103)에 대한 구동 신호를 생성하는 단계;

통신 시간 구간들 동안 전력 수신기(105)로부터 메시지들을 수신하는 단계;

제1 동작 모드에 따라 구동 신호의 파라미터를 제어하는 단계로서, 제1 동작 모드는 전력 수신기(105)로부터 수신된 전력 제어 에러 메시지들에 응답하여 전력 전송 신호의 전력 특성을 제어하기 위해 전력 제어 루프를 동작시키는 것을 포함하고, 전력 제어 에러 메시지들 사이의 최대 지속시간은 300 msec 이하인, 상기 제1 동작 모드에 따라 구동 신호의 파라미터를 제어하는 단계;

제2 동작 모드에 따라 구동 신호의 파라미터를 제어하는 단계로서, 제2 동작 모드는 전력 수신기(105)로부터 수신된 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점에 응답하여 구동 신호의 파라미터를 설정하는 것을 포함하고, 전력 전송 신호 설정점은 전력 전송 신호에 대한 목표 전력 특성을 나타내고, 전력 전송 신호 설정점들 사이의 최대 지속시간은 1초 이상인, 상기 제2 동작 모드에 따라 구동 신호의 파라미터를 제어하는 단계;

전력 수신기(105)로부터 수신된 전력 전송 제어 모드 요청에 응답하여 제1 동작 모드와 제2 동작 모드 사이에서 선택하는 단계; 및

제1 동작 모드와 제2 동작 모드 사이의 통신 시간 구간들에 대한 타이밍 파라미터를 변경하는 단계를 포함하는, 방법.

Claims

유도 전력 전송 신호를 통해 전력 수신기(105)에 전력을 무선으로 제공하기 위한 전력 송신기(101)로서,
상기 전력 전송 신호를 생성하도록 배열된 송신기 코일(103);
상기 전력 전송 신호를 생성하기 위해 상기 송신기 코일(103)에 대한 구동 신호를 생성하도록 배열된 구동기(201)로서, 상기 전력 전송 신호가 상기 전력 수신기(105)에 전력을 전송하도록 배열되는 전력 전송 시간 구간들, 및 상기 전력 전송 신호의 전력이 상기 전력 전송 시간 구간에 비해 감소되는 통신 시간 구간들을 이용하도록 상기 구동 신호를 생성하도록 배열되는, 상기 구동기(201);
통신 시간 구간들 동안 상기 전력 수신기(105)로부터 메시지들을 수신하기 위한 수신기(207);
제1 동작 모드에 따라 상기 구동 신호의 파라미터를 제어하도록 배열된 제1 제어기(209)로서, 상기 제1 동작 모드는 상기 전력 수신기(105)로부터 수신된 전력 제어 에러 메시지들에 응답하여 상기 전력 전송 신호의 전력 특성을 제어하기 위해 전력 제어 루프를 동작시키는 것을 포함하고, 전력 제어 에러 메시지들 사이의 최대 지속시간은 300 msec 이하인, 상기 제1 제어기(209);
제2 동작 모드에 따라 상기 구동 신호의 상기 파라미터를 제어하도록 배열된 제2 제어기(211)로서, 상기 제2 동작 모드는 상기 전력 수신기(105)로부터 수신된 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점에 응답하여 상기 구동 신호의 상기 파라미터를 설정하는 것을 포함하고, 상기 전력 전송 신호 설정점은 상기 전력 전송 신호에 대한 목표 전력 특성을 나타내고, 전력 전송 신호 설정점들 사이의 최대 지속시간은 1초 이상이고, 상기 제2 동작 모드는 상기 전력 수신기(105)로부터 수신된 전력 제어 에러 메시지들에 응답하여 상기 구동 신호를 제어하는 어떤 전력 제어 루프도 동작시키지 않는 것을 포함하는, 상기 제2 제어기(211);
상기 전력 수신기(105)로부터 수신된 전력 전송 제어 모드 요청에 응답하여 상기 제1 동작 모드와 상기 제2 동작 모드 사이에서 선택하도록 배열된 회로(213); 및 상기 전력 송신기가 상기 제1 동작 모드에서 동작하고 있는지 또는 상기 제2 동작 모드에서 동작하고 있는지에 따라 상기 통신 시간 구간들에 대한 타이밍 파라미터를 변경하도록 배열된 타이밍 회로(215)를 포함하며, 상기 타이밍 파라미터는,
상기 통신 시간 구간들의 지속시간, 및
상기 통신 시간 구간들의 주파수
로 이루어진 군으로부터 선택되는 파라미터인, 전력 송신기(101).
제1항에 있어서, 상기 구동기(201)는 상기 전력 전송 신호에 반복 시간 프레임을 이용하도록 배열되고, 각각의 반복 시간 프레임은 적어도 하나의 전력 전송 시간 구간을 포함하고, 적어도 몇몇의 반복 시간 프레임들은 적어도 하나의 통신 시간 구간을 포함하는, 전력 송신기.
제2항에 있어서, 상기 타이밍 회로(215)는 상기 제2 동작 모드에 있을 때보다 상기 제1 동작 모드에 있을 때 상기 적어도 하나의 통신 시간 구간에 반복 시간 프레임의 더 큰 비율을 할당하도록 배열되는, 전력 송신기.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 타이밍 회로(215)는 상기 제1 동작 모드에 있을 때 모든 반복 시간 프레임들에 통신 시간 구간을 포함시키고 상기 제2 동작 모드에 있을 때 반복 시간 프레임들의 서브세트(subset)에만 통신 시간 구간을 포함시키도록 배열되는, 전력 송신기.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타이밍 회로(215)는 상기 통신 시간 구간들의 상기 지속시간을 상기 제2 동작 모드에 있을 때보다 상기 제1 동작 모드에 있을 때 더 높도록 설정하도록 배열되는, 전력 송신기.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타이밍 회로(215)는 상기 통신 시간 구간들의 듀티 사이클(duty cycle)을 상기 제2 동작 모드에 있을 때보다 상기 제1 동작 모드에 있을 때 더 높도록 설정하도록 배열되는, 전력 송신기.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타이밍 회로(215)는 상기 통신 시간 구간들의 상기 주파수를 상기 제2 동작 모드에 있을 때보다 상기 제1 동작 모드에 있을 때 더 높도록 설정하도록 배열되는, 전력 송신기.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동기(201)는 변화하는 전력 공급 신호에 의해 공급되도록 배열되고, 상기 전력 송신기는 상기 통신 시간 구간의 중심 시간을 상기 변화하는 전력 공급 신호에 대한 신호 최소치와 정렬하도록 배열되는, 전력 송신기.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전력 송신기는 상기 제1 동작 모드에 있을 때 제1 임계치를 초과하는 지속시간 동안 전력 제어 에러 메시지들이 수신되지 않았다는 검출에 응답하여 전력 전송을 종료하고 상기 제2 동작 모드에 있을 때 제2 임계치를 초과하는 지속시간 동안 전력 전송 신호 설정점이 수신되지 않은 경우 전력 전송을 종료하지 않도록 배열되고, 상기 제2 임계치는 상기 제1 임계치의 적어도 2배인, 전력 송신기.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전력 제어 에러 메시지들은 상기 전력 전송 신호의 상기 전력 특성에 있어서의 요청된 상대적 변화를 나타내고, 상기 설정점 메시지들은 상기 목표 전력 특성의 요청된 절대값을 나타내는, 전력 송신기.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점은 유효 시간 구간에 링크되고, 상기 제2 제어기(211)는 상기 유효 시간 구간의 끝에서 상기 구동 신호의 상기 파라미터를 공칭 값으로 설정하도록 배열되는, 전력 송신기.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 상기 전력 송신기(101), 및 상기 전력 수신기(105)를 포함하는 무선 전력 전송 시스템으로서, 상기 전력 수신기(105)는,
상기 전력 전송 신호로부터 전력을 추출하기 위한 코일(107);
상기 전력 전송 신호로부터 추출된 전력을 부하(303)에 제공하기 위한 전력 회로(301, 305);
통신 시간 구간 동안 상기 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점을 상기 전력 송신기에 송신하기 위한 송신기(307)를 포함하는, 무선 전력 전송 시스템.
제12항에 있어서, 상기 전력 수신기(105)는 상기 부하(303)에 제공되는 전기 신호에 대한 임의의 측정된 값과는 관계없이 상기 전력 전송 신호에 대한 목표 전력 특성의 표시로서 상기 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점을 송신하도록 배열되는, 무선 전력 전송 시스템.
제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 전력 수신기(105)는 복수의 부하 모드들에서 동작하도록 배열되고, 상기 전력 수신기(105)는 부하 모드를 스위칭하지 않는 한 새로운 전력 전송 신호 설정점을 상기 전력 송신기(101)에 송신하지 않도록 배열되는, 무선 전력 전송 시스템.
유도 전력 전송 신호를 통해 전력 수신기(105)에 전력을 무선으로 제공하는 전력 송신기(101)를 위한 동작의 방법으로서, 상기 전력 송신기(101)는,
상기 전력 전송 신호를 생성하도록 배열된 송신기 코일(103)을 포함하고,
상기 방법은,
상기 전력 전송 신호를 생성하기 위해 상기 송신기 코일(103)에 대한 구동 신호를 생성하는 단계로서, 상기 구동 신호는 상기 전력 전송 신호가 상기 전력 수신기(105)에 전력을 전송하도록 배열되는 전력 전송 시간 구간들, 및 상기 전력 전송 신호의 전력이 상기 전력 전송 시간 구간에 비해 감소되는 통신 시간 구간들을 이용하도록 생성되는, 상기 전력 전송 신호를 생성하기 위해 상기 송신기 코일(103)에 대한 구동 신호를 생성하는 단계;
통신 시간 구간들 동안 상기 전력 수신기(105)로부터 메시지들을 수신하는 단계;
제1 동작 모드에 따라 상기 구동 신호의 파라미터를 제어하는 단계로서, 상기 제1 동작 모드는 상기 전력 수신기(105)로부터 수신된 전력 제어 에러 메시지들에 응답하여 상기 전력 전송 신호의 전력 특성을 제어하기 위해 전력 제어 루프를 동작시키는 것을 포함하고, 전력 제어 에러 메시지들 사이의 최대 지속시간은 300 msec 이하인, 상기 제1 동작 모드에 따라 상기 구동 신호의 파라미터를 제어하는 단계;
제2 동작 모드에 따라 상기 구동 신호의 상기 파라미터를 제어하는 단계로서, 상기 제2 동작 모드는 상기 전력 수신기(105)로부터 수신된 적어도 하나의 전력 전송 신호 설정점에 응답하여 상기 구동 신호의 상기 파라미터를 설정하는 것을 포함하고, 상기 전력 전송 신호 설정점은 상기 전력 전송 신호에 대한 목표 전력 특성을 나타내고, 전력 전송 신호 설정점들 사이의 최대 지속시간은 1초 이상이고, 상기 제2 동작 모드는 상기 전력 수신기(105)로부터 수신된 전력 제어 에러 메시지들에 응답하여 상기 구동 신호를 제어하는 어떤 전력 제어 루프도 동작시키지 않는 것을 포함하는, 상기 제2 동작 모드에 따라 상기 구동 신호의 상기 파라미터를 제어하는 단계;
상기 전력 수신기(105)로부터 수신된 전력 전송 제어 모드 요청에 응답하여 상기 제1 동작 모드와 상기 제2 동작 모드 사이에서 선택하는 단계; 및
상기 전력 송신기가 상기 제1 동작 모드에서 동작하고 있는지 그리고 상기 제2 동작 모드에서 동작하고 있는지에 따라 상기 통신 시간 구간들에 대한 타이밍 파라미터를 변경하는 단계를 포함하며, 상기 타이밍 파라미터는,
상기 통신 시간 구간들의 지속시간, 및
상기 통신 시간 구간들의 주파수
로 이루어진 군으로부터 선택되는 파라미터인, 방법.