WO2012165688A1 - 용량이 다른 이동기기 배터리를 충전하는 무선 충전 패드 및 그 충전 방법 - Google Patents

용량이 다른 이동기기 배터리를 충전하는 무선 충전 패드 및 그 충전 방법 Download PDF

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wireless charging
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charging pad
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심순섭
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Sim Soon Sub
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Definitions

  • the present invention relates to a wireless charging pad for charging a battery of a mobile device having a different capacity and a charging method thereof.
  • a gender attached to a mobile phone equipped with a battery is placed on the wireless charging pad, the gender is transmitted from the gender.
  • the wireless charging pad detects the type and battery capacity of the mobile phone by the RF frequency and generates the induced electromotive force by oscillating at the natural frequency through the coil and ferrite magnet from the wireless charging pad to the gender to generate the mobile phone's battery through the gender.
  • Mobile devices with different capacities that automatically charge the mobile phone's battery by blocking the induction of electromotive force by transmitting a full charge signal to prevent charging from the gender to the wireless charging pad when fully charged to prevent overcharging. It relates to a wireless charging pad and a charging method for charging the.
  • the portable terminal charger includes an adapter for converting a household AC voltage (AC 220 / 110V) into a DC voltage and outputting it to a regulator; A voltage is applied to the charger through the home power cable and maintains the input voltage at a constant voltage; And a charging circuit that receives a DC voltage and converts it into a charging voltage and provides the battery to a battery attached to the charger.
  • AC 220 / 110V household AC voltage
  • a voltage is applied to the charger through the home power cable and maintains the input voltage at a constant voltage
  • a charging circuit that receives a DC voltage and converts it into a charging voltage and provides the battery to a battery attached to the charger.
  • a battery charging circuit for charging electricity from a current source into a cell includes: a cell voltage detection device for detecting a variable resistor and a current voltage value of the cell in parallel with the cell; And a comparator for comparing the current voltage value to a pre-set voltage value.
  • the resistance value of the variable resistor is controlled in response to the temperature result to flow through both the variable resistor as the cell and the capacitor of the cell are charged by the current from the current source. When the cell is fully charged, it prevents overcharging by preventing current from flowing through the cell.
  • the charger of the mobile terminal detects the charging capacity of the battery by using the voltage and temperature of the battery installed to prevent overcharging.
  • the charger charges during the time of detecting full charge according to the delta voltage or temperature difference, causing the battery to overcharge and shortening the battery life.
  • the battery voltage value and the battery temperature value are stored as the full charge setting value when the full charge flag is set, and the value is stored from the stored full charge voltage value and the temperature value when the full charge flag is not set.
  • the difference value is detected by subtracting the voltage value and the temperature value of the installed battery, and the difference value for the detected voltage and temperature is compared with the set reference value to determine the fully charged state of the mounted battery, and the mounted battery is fully charged.
  • the charger reads the state of the next battery, that is, voltage and temperature, and compares the full charge voltage and temperature to each other to distinguish whether the battery is a full charge battery or a battery to be charged, thereby preventing overcharging of the battery. To charge the battery.
  • the wired charger of a conventional mobile terminal can be charged by attaching a battery in a contact method.
  • a system for charging a mobile terminal battery in a non-contact manner with a wireless charger has recently been released, overvoltage or overcurrent There was a problem that could not provide the overcharge protection by.
  • An object of the present invention to solve the problems of the prior art is to place a gender attached to a mobile phone equipped with a battery (Gender) on the wireless charging pad (Pad), the minute potential difference is detected and the wireless charging pad (Pad) in the standby current mode Is switched to the energy oscillation mode from Gender, and transmits the type and battery capacity of the mobile phone through the RF frequency from Gender to the wireless charging pad, and adjusts the amount of charge per hour according to the battery capacity information of each type of mobile phone.
  • the present invention provides a wireless charging pad and a charging method for charging a mobile device battery having different capacities.
  • a wireless charger (PAD) for charging a battery of a mobile device having a different capacity includes a gender connected to a portable terminal equipped with a battery. When placed on the charger, the cell phone and the battery capacity included in the RF frequency signal transmitted from the gender to the wireless charging pad after sensing a small potential difference and switching from the standby current mode to the energy oscillation mode.
  • a battery capacity sensing circuit for receiving information;
  • an induction electromotive force control circuit for receiving the battery capacity information of the portable terminal type from the battery capacity sensing circuit and generating induction electromotive force according to the capacity of the battery of the portable terminal, wherein the induction electromotive force control circuit is a battery of the portable terminal type battery.
  • Specific LC-resonance circuit and induction magnetic field transmitter related to battery capacity information of a mobile phone recognized among a plurality of LC resonant circuits in the wireless charging pad and inductive magnetic field transmitters (ferrites) having different turns ratios according to capacity information (voltage and current specification information). It selects (ferrite), and adjusts the amount of charge per hour to oscillate at a natural frequency, it characterized in that the induced electromotive force to the coil and ferrite of the gender (Gender) through the coil and the ferrite (Ferrite).
  • the wireless charging pad for charging the battery of the mobile device having different capacities according to the present invention and the charging method thereof are fine when the gender attached to the mobile phone equipped with the battery is placed on the wireless charging pad.
  • the potential difference is detected and the wireless charging pad switches from standby current mode to energy oscillation mode, and transmits the type and battery capacity information of the mobile phone through the RF frequency from Gender to the wireless charging pad.
  • the magnetic flux permeability of the induction field through ferrite magnets from the wireless charging pad to the gender by applying the electromagnetic field principle by adjusting the charge amount per hour according to the type of battery capacity information.
  • Gender contains information on the type and battery capacity of the phone, and if you connect Gender connected mobile phone battery to the wireless charging pad Is detected and the wireless charging pad switches from standby current mode to energy oscillation mode and transmits cell phone type and battery capacity information from Gender to wireless charging pad at RF frequency.
  • the wireless charging pad (Pad) recognizes the type of the mobile phone and the battery capacity information by the battery capacity detection circuit, and adjusts the amount of charge per hour, and is carried by the induction electromotive force by the coil and ferrite by the induction electromotive force control circuit. You can charge the battery of the terminal.
  • the gender circuit connected to the mobile phone battery disconnects the RF frequency signal from the gender to automatically shut off the mobile phone's battery when the gender connected to the mobile phone's battery is fully charged to prevent overcharge by overvoltage and overcurrent.
  • Wireless Charger Transfers to a wireless charging pad.
  • the wireless charging pad (Pad) is switched from the energy oscillation mode to the standby current mode to cut off the voltage and current supply to block the generation of induced electromotive force by the coil and ferrite to prevent overcharge and to safely charge the mobile phone battery.
  • 1 is a configuration diagram of a wireless charger.
  • FIGS. 2 to 4 are diagrams illustrating an example of use of a mobile phone in which the wireless charging body Pad has two or more genders.
  • 5 shows a screen of a gender connected to a mobile phone.
  • FIG. 6 shows an appearance design of a mobile phone case to which a gender is attached.
  • FIG. 7 shows the charging current of the battery by cell phone type (iPhone, smartphone, general phone) by frequency when detecting the oscillation signal (potential difference detection) in the initial standby current state of the wireless charging pad (Pad).
  • cell phone type iPhone, smartphone, general phone
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an internal system configuration of a wireless charging pad for charging a mobile device battery having different capacities according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a charging method of a wireless charging pad charging a battery of a mobile device having different capacities according to an embodiment of the present invention.
  • cooling plate 150 and 160 induction magnetic field transmitter (ferrite)
  • mobile phone case 210 induction magnetic field receiving unit (ferrite)
  • overcharge protection circuit 261 control unit
  • 1 is a configuration diagram of a wireless charger.
  • the wireless charging pad (Pad) 100 detects a minute potential difference and switches from the standby current mode to the energy oscillation mode, and is transmitted from the gender 200 to the wireless charging pad 100.
  • the secondary device (Gender) 200 through the coil and the ferrite of the primary device (wireless charging pad, Pad) 100 by contactless by applying the electromagnetic field principle by adjusting the amount of charge per hour according to Magnetic field with coils and ferrites
  • the magnetic permeability ( ⁇ ) is oscillated at a natural frequency in a good band (250 ⁇ 350KHz) to generate an electromotive force to the gender 200 through the coil and ferrite.
  • the gender 200 receives and charges the floating electromotive force, and charges the voltage with the battery 300 of the portable terminal connected to the gender connector 270.
  • the wireless charging pad 100 which is a main body of the wireless charger according to the present invention, uses a DC voltage of 12-18 V and a current of 1 to 2 A as input power, and a coil of the wireless charging pad 100.
  • Copper foil circuit coil made of printed circuit board (PCB) of both sides or multilayers (4 layers or more) of thin plate to generate sufficient induced electromotive force through induction magnetic field formed by ferrite Increase the working standby voltage of 50 ⁇ 100V.
  • the gender 200 While the gender 200 is connected to the battery 300 of the mobile phone through the gender connector 270, the gender 200 attached to the mobile terminal (iPhone, smartphone, general phone) is wirelessly charged.
  • the wireless charging pad 100 When placed on the pad 100, the wireless charging pad 100 generates a small potential difference due to the ferrite magnet in the gender 200, and the energy oscillation mode (frequency oscillation state) from the standby current mode.
  • Is switched to receives the type and battery capacity information of the mobile phone included in the RF frequency signal transmitted from the gender (Gender) 200 to the wireless charging pad (Pad) 100 to the battery capacity detection circuit, the induction electromotive force control
  • the circuit selects the LC resonant circuit and the induction electromotive force transmitter according to the battery capacity information of each type of mobile phone, and adjusts the amount of charge per hour, and the natural frequency (250 ⁇ 350KHz frequency range) through the coil and ferrite of the wireless charging pad (Pad) 100. Rash to Thus, induction electromotive force (induction current, induction voltage) is generated by the coil and ferrite of the gender 200.
  • Gender (200) is absorbed from the optimized circuit coil through the ferrite to adjust the constant current under a constant voltage to charge the mobile phone battery.
  • Wireless Charger is the optimal coil turn for charging a mobile device (mobile communication device, iPhone, smartphone, DMB phone, tablet PC, camera, game console, etc.) with a large capacity battery (more than 2000mA) without contact. (L value) ratio must be provided.
  • the wireless charging pad (Pad) 100 supplies a current of 800 mA or more for the first predetermined time.
  • the wireless charging pad 100 When the gender 200 attached to the mobile terminal is separated from the wireless charging pad 100 by a predetermined distance or more, the wireless charging pad 100 generates a potential difference, and an energy oscillation mode (frequency Oscillation state) to the standby current mode.
  • an energy oscillation mode frequency Oscillation state
  • the wireless charging pad (Pad) 100 is made of a double-sided, multi-layered PCB with a coil part to efficiently generate the induction magnetic field, and a special form of ferrite to increase the magnetic flux permeability of the induction magnetic field. ) was used by molding.
  • the induction magnetic field transmitter (ferrite) in the wireless charging pad (Pad) 100 air-cools the heat generated in the coil and the ferrite to the Al cooling plate by the generation of the induction magnetic field.
  • a coil part may be formed on both sides of a multi-layered PCB to efficiently receive the induced electromotive force generated from the wireless charging pad 100 by the gender 200 when an induction magnetic field is formed.
  • Gender Gender or Socket
  • Gender 200 which is a device for supplying power to a battery of a mobile terminal, integrates an input part into a standard specification to receive induction electromotive force (wireless energy) generated from the wireless charging pad (Pad) 100. Take charge voltage.
  • the wireless charging pad (Pad) 100 forms two ferrite beads (miniaturized EMC core) on the Al cooling plate and forms them on a printed circuit board (PCB) and noise blocking effect, respectively.
  • PCB coil is formed on ferrite bead of 0.5 ⁇ 1mm and minimized with product top plate.
  • the gender 200 connected to a portable terminal equipped with a battery checks the existence and type of the mobile phone and the battery capacity by exchanging RF frequency with the wireless charging pad 100 as a product protection role and a product appearance design. Oscillation of the energy frequency from the charging pad 100 to an appropriate working condition, and senses the current charging speed of the battery by induction electromotive force to cut off the charge from the gender 200 to the wireless charging pad 100 when fully charged Transmit full charge signal.
  • the wireless charging pad 100 receiving the full charge signal operates from the energy oscillation mode to the standby power mode (standby power state) and does not provide the induced electromotive force to the gender 200.
  • the gender 200 displays the battery charging state of the portable terminal with LEDs, and adopts a micro USB terminal function to enable charging with a computer and a USB, and has an electronic memory chip function.
  • this product oscillates a natural frequency from the wireless charging pad (Pad) (100) to the gender (Gender) 200 in a contactless manner to perform energy transfer and data communication.
  • the product provides a voltage of 12 to 20 V and a current of 1 to 2 A as input power, and printing on both sides or multiple layers (four or more layers) of thin plate to emit sufficient induced electromotive force from the wireless charging pad (100).
  • the copper coil made of circuit board is raised to the working standby voltage of 5 ⁇ 100V.
  • the wireless charging pad 100 In order to wirelessly charge a mobile terminal having a large capacity battery (2000 mA or more) without contact, the wireless charging pad 100 should have an optimal coil turn (L value) ratio, and give a current rate of 800 mA or more for the first predetermined time.
  • the inductive electromotive force control circuit (CPU) control detects the intrinsic current rate of all the batteries to determine the current capacity of the wireless charging pad (Pad) 100 ( Adjust the Capa).
  • the wireless charging pad 100 detects an initial minute potential difference and generates energy from the standby current mode. It is switched to a mode (frequency oscillation state), and generates induced electromotive force from the wireless charging pad 100 to the gender 200.
  • the gender 200 receives the induced current and the induced voltage, absorbs them from the optimized circuit coil of the ferrite, adjusts them to a constant current under a constant voltage, and moves the charging voltage to the battery of the mobile terminal connected to the gender 200.
  • the LED display indicates the state of charge of the battery of the portable terminal connected to the gender, and if charging is required, the red LED is turned on. When fully charged, the Yellow LED (or Green LED) lights up.
  • the wireless charging pad 100 senses the speed of the current when the yellow LED is turned on when the gender 200 is fully charged, and then receives the full charge signal from the gender 200 and then controls the induction electromotive force control circuit (CPU function). Control) switches from the energy oscillation mode to the standby current mode (standby current state), cuts off the voltage and current supply, and prevents energy loss by blocking the generation of induced electromotive force with coils and ferrites.
  • CPU function induction electromotive force control circuit
  • the wireless charging pad 100 detects the speed of current and then controls the control of the induction electromotive force control circuit (CPU function). This switches from the energy oscillation mode to the standby current mode (standby current state) to prevent energy loss. Subsequently, when the gender 200 is placed on the wireless charging pad 100 again, the wireless charging pad 100 is switched from the standby current mode to the energy oscillation mode and oscillates at a natural frequency having a good magnetic flux permeability of the induction magnetic field. To supply the induced electromotive force from the wireless charging pad 100 to the gender 200.
  • the induction electromotive force control circuit CPU function
  • FIGS. 2 to 4 are diagrams illustrating an example of use of a mobile phone in which the wireless charging body Pad has two or more genders.
  • This product can charge iPhone (2400mA), charge two or more iPhones at the same time, can mix iPhone and general phones, and carry multiple phones in one wireless charging pad (100). Simultaneous charging of the terminal is possible, and it is free to move for the use of the portable terminal during charging, and the use of the Gender 200 applies chargers of various models to create unique charging efficiency (energy Efficiency), and the amount of charge (charge rate) control function according to the capacity and charge of the battery reduces product protection and energy loss.
  • the pad provides the function of judging whether a gender product is present and controlling energy oscillation when a product is present.
  • Gender 200 is a system that is easy to carry due to miniaturization of a mobile terminal, is switched to standby power when the battery of the mobile terminal is fully charged, and is operated only by the capacity of the battery of the Gender in its pad, and wirelessly.
  • the coil and the ferrite from the charging pad 100 to communicate at a natural frequency (250 ⁇ 350kHz) after mutual check to prevent duplication.
  • the wireless charging pad 100 After recognizing the product by gender, the wireless charging pad 100 selects a product working condition and performs the work.
  • the product classification method uses the natural frequency recognition method for each product. Wireless Charger products have the function to generate and destroy high frequency that insects don't like, and provide detection and power off function when the product heats up.
  • the crystal structure of magnetic oxides such as Fe 2 O 3 of ferrite is composed of pineel ferrite (high frequency magnet material), magnet plum bite ferrite (permanent magnet), garnet type ferrite, and perovskite type ferrite. It is classified into four types, and the phenomenon of electric current making a magnetic field was discovered by Orsted.
  • the directionality of ferrite is anisotropic, in which the magnetic field coil is wound up and down in the magnetization direction during molding, so that the direction of the magnetic domain is constant. Divided into.
  • the magnitude of the magnetic field of the inductive magnetic field formed by the coils and ferrites of the wireless charging pad 100 and the gender 200 attached to the portable terminal is proportional to the magnitude of the current, and is a distance from a straight line. Inversely proportional to If the magnetic flux passing vertically through the small area ⁇ S is ⁇ , the magnetic flux density B at that point is
  • B the number of magnetic fluxes passing through the unit area
  • B magnetic flux density (wb / m 2 )
  • H magnetic field strength
  • ⁇ 0 permeability of vaccum
  • ⁇ s magnetic permeability of magnetic material (relative permeability)
  • N is the number of coils
  • ⁇ is the magnetic flux
  • ⁇ t is the time
  • N is the number of coils wound (winding ratio)
  • B is the magnetic flux density B generated by the strength of the magnetic field.
  • the intensity of the induced current flowing through the coil and the intensity of the induced voltage can be measured by a galvanometer, and the direction of the induced current can be determined by Fleming's left-hand rule.
  • FIG. 5 shows a screen of a gender connected to a mobile phone and connects a gender connector of a small or large size to a portable terminal.
  • FIG. 6 shows an appearance design of a mobile phone case to which a gender is attached.
  • FIG. 7 shows the charging current of the battery by cell type (iphone, smartphone, general phone) by frequency when detecting the oscillation signal (potential difference detection) in the initial standby current state of the wireless charging pad (Pad).
  • the wireless charging pad (Pad) 100 generates induction electromotive force to the gender 200 through a coil and a ferrite, and the gender 200 receiving the induction electromotive force is a gender connector 270.
  • the battery 300 is charged with the battery 300 of the mobile terminal (smartphone, iPhone, etc.) 301 connected to the.
  • a feature of this product is to connect and use the gender 200 through a gender connector to a mobile terminal such as a smartphone (Galaxy), iPhone (iPhone).
  • a mobile terminal such as a smartphone (Galaxy), iPhone (iPhone).
  • the gender 200 generates an induced electromotive force through a coil and a ferrite in a contactless manner with the wireless charging pad 100 to charge the battery of the mobile phone connected to the gender 200 and the gender connector 270, and the gender is fully charged. (Gender) to transmit the full charge signal to the wireless charging pad (Pad) 100 to block the charge to block the current and voltage supply to the coil and ferrite of the wireless charging pad 100 to block the generation of induced electromotive force This prevents overcharging.
  • the gender 200 displays the state of charge in red by charging using induction electromotive force using the LED and yellow (or blue) in full charging.
  • the wireless charging pad (Pad) 100 minimizes the standby power to prevent the heat generated in the access area, the product of the gender (Gender) 200 attached to the mobile terminal (eg, mobile phone, smartphone) placed thereon After recognizing the type of the mobile terminal and the battery capacity, the oscillation at the natural frequency is generated by the coil and the ferrite to generate the induced electromotive force.
  • the product of the gender (Gender) 200 attached to the mobile terminal (eg, mobile phone, smartphone) placed thereon
  • Wireless charging pad (Pad) 100 has a frequency control range of 250 ⁇ 350KHz, electrically ON function when the gender (200) connected to the mobile terminal is placed on the wireless charging pad (Pad) (100) When the product placed on the wireless charging pad (Pad) 100 is spaced out of a predetermined distance (Out), it provides an electrically off function.
  • the wireless charging pad (Pad) 100 generates energy from the standby current mode by detecting a minute potential difference when a gender 200 connected to a mobile phone equipped with a battery 300 is placed on the wireless charging pad (Pad) 100.
  • the mode is switched to a plurality of LC resonant circuits for each cell type in the wireless charging pad 100 to check the type and battery capacity information of the mobile phone included in the RF frequency signal received from the gender 200 by the battery capacity detection circuit
  • an LC-resonance circuit and an induction magnetic field transmitter (ferrite) related to the battery capacity information of the recognized mobile phone among the induction magnetic field transmitters (ferrites) to generate induction electromotive force through the coil and the ferrite, and one control circuit (CPU function).
  • CPU function control circuit
  • the wireless charging pad 100 uses the overcharge protection circuit of the gender 200 according to the capacity of the battery of the mobile phone to reduce the product protection and energy loss by preventing overcharge by overvoltage and overcurrent to adjust the maximum charge amount.
  • the gender 200 connected to the mobile phone 301 equipped with the battery 300 placed on the wireless charging pad 100 transmits the full charge signal to the wireless charging pad 100 to induce it from the wireless charging pad. It prevents generation of electromotive force and provides overcharge protection.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an internal system configuration of a wireless charging pad for charging a mobile device battery having different capacities according to an embodiment of the present invention.
  • Wireless charging pad (Pad) system for charging a battery of a different capacity device is a wireless charging pad (Pad) 100, Gender (200), gender connector 270, and the battery of the mobile terminal It consists of 300.
  • the wireless charging pad that charges mobile batteries of different capacities
  • a gender 200 connected to a portable terminal equipped with a battery is placed on a wireless charger (Pad: Wireless Charger) 100, a minute potential difference is detected to switch from a standby current mode to an energy oscillation mode, and the gender 200 Battery capacity sensing circuit that receives the type of mobile phone (iphone, smartphone, general phone) and battery capacity information (voltage / current specification information) included in the RF frequency signal transmitted from the wireless charging pad (Pad) 100) ; And a plurality of LC resonance circuits and cell phone tiles in the wireless charging pad 100 according to the battery capacity information (voltage and current specification information) of each type of mobile terminal (iphone, smartphone, general phone) received from the battery capacity sensing circuit.
  • a primary device (wireless charging pad, pad) 100 including an induction electromotive force control circuit for generating induction electromotive force with coils and ferrites of the gender through Ferrite;
  • a secondary device that displays a charging state and transmits a full charge signal to the wireless charging pad 100 so as to prevent overcharging of the battery of the mobile terminal by overvoltage and overcurrent during full charge;
  • Battery of the mobile terminal connected to the gender 200 and the Gender connector 270 to charge the voltage to the coil and ferrite of the gender 200 by the induction electromotive force generated from the coil and the ferrite of the wireless charging pad (Pad) (100) 300.
  • the wireless charging pad 100 includes a battery capacity sensing circuit and an induction electromotive force control circuit.
  • the battery capacity detecting circuit is composed of a communication unit 101 and a control unit 102.
  • the induction electromotive force control circuit includes a control circuit 110, an AC power supply connection unit 120, an LC resonance circuit 130, a cooling plate 140a and 140b, an induction magnetic field transmitter (ferrite) 150 and 160, and coils 170a and 170b. It is composed.
  • the wireless charging pad 100 detects a minute potential difference to generate energy from the standby current mode. Mode, and oscillates from the wireless charging pad (Pad) 100 to the gender 200 at a natural frequency in the frequency range of 250 to 350 KHz through the coil and the ferrite of the wireless charging pad (Pad) 100. Induced electromotive force is generated in the coil and ferrite of the gender 200.
  • the type of mobile phone iphone, smart phone, general
  • Phone and battery capacity information (current and voltage specification information) are received to the wireless charging pad (Pad) 100 via short-range wireless communication (Asynchronous ConnectionLess (ACL) link for data communication of the Bluetooth protocol), and the battery of the mobile phone.
  • ACL Asynchronous ConnectionLess
  • the control unit 102 controls the induction electromotive force when the type of the mobile phone and the battery capacity information (current and voltage specification information) are transmitted from the communication unit 101 to the wireless charging pad and the short range wireless communication (Bluetooth protocol 2.4 GHz ISM band).
  • the circuit 110 is controlled to operate from the standby current mode to the energy oscillation mode so as to generate induction electromotive force, or full charge to cut off charging from the gender 200 to the wireless charging pad during charging of the mobile phone battery.
  • the induction electromotive force control circuit 110 of the wireless charging pad (Pad) 100 is operated to operate from the energy oscillation mode to the standby current mode, and the current and voltage supply to the coil and ferrite are cut off. To generate the induced electromotive force to (gender) (200).
  • the control circuit 110 of the wireless charging pad 100 detects a small potential difference and starts the energy oscillation mode from the standby current mode. Induction of a plurality of LC resonant circuits and turns ratios in the wireless charging pad 100 according to the mobile phone type (A, B, C type) and battery capacity information (voltage and current specification information) received from the gender 200.
  • the magnetic field transmitters select a specific LC-resonance circuit and induction magnetic field transmitters (ferrites) related to the battery capacity information of the mobile phone, and supply voltage and current to the coil and ferrite to generate induced electromotive force, or wireless
  • the wireless charging pad from the gender 200 can be spaced apart from the Gender connected to the mobile terminal during charging on the charging pad, or to stop charging when the battery is fully charged.
  • the switch is switched from the energy oscillation mode to the standby current mode to control the supply of voltage and current to the coil and the ferrite to generate the induced electromotive force to the secondary device (Gender). To prevent overcharge.
  • Induction electromotive force control circuit 110 is a plurality of LC resonant circuit in the wireless charging pad 100 according to the cell phone type (A, B, C type) and battery capacity information (voltage and current specification information) received from the gender 200 And a specific LC-resonance circuit and an induction magnetic field transmitter (ferrite) related to the battery capacity information of the corresponding mobile phone among induction magnetic field transmitters (ferrites) having different winding ratios for each cell phone type, and immediately through the LC resonant circuit 130 and the ferrites. Oscillation at a natural frequency is controlled to generate an induced electromotive force into the coil and ferrite of the gender 200 through the coil and the ferrite.
  • the wireless charging pad 100 includes a plurality of LC resonant circuits 130 having different turns ratios for each type of portable terminal, and the gender 200 is controlled by the control circuit 110.
  • a specific LC resonant circuit and an induction magnetic field transmitter (ferrite) are selected according to the battery capacity information for each cell type received from the mobile phone, the induced electromotive force is generated from the wireless charging pad 100 to the gender 200 through the selected coil and the ferrite.
  • the wireless charging pad 100 when the gender 200 is separated by a predetermined distance or more while charging the gender 200 connected to the battery of the mobile terminal over the wireless charging pad 100, the wireless charging pad 100 generates a minute potential difference. Then, the amount of current of the wireless charging pad (Pad) 100 is sensed. In this case, the induction electromotive force control circuit 110 is switched back to the standby current mode from the energy oscillation mode and prevents the generation of induced electromotive force to the gender 200 to prevent energy loss.
  • the AC power connection unit 120 receives AC power from an external AC power source.
  • the wireless charging pad 100 may be a ferrite magnet and a gender (Induction electromotive force control circuit for generating minute (small amount) potential difference by ferrite magnet of Gender 200, switching from standby current mode to energy oscillation mode, and recognizing mobile phone type and battery capacity information to adjust the amount of charge per hour ( Under the control of 110, it oscillates to a natural frequency (250 ⁇ 350kHz frequency range).
  • the induction magnetic field transmitters (ferrites) 150 and 160 are oscillated at the natural frequency from the LC resonant circuit 130, they form an induction magnetic field by the coils and ferrites of the wireless charging pad (Pad) 100 and the coils of the gender 200 and Ferrite generates induced electromotive force.
  • the cooling plates 140a and 140b air-cool the heat generated in the coil and the ferrite due to the generation of induction magnetic fields.
  • the coils 170a and 170b are wound around the ferrites of the induction magnetic field transmitters 150 and 160 so that induction electromotive force is generated according to the number of turns wound by applying current.
  • the gender 200 connected to a portable terminal equipped with a battery includes an induction magnetic field receiver (ferrite) 210, a rectifier circuit 220, a charging circuit 230, a charge amount sensing circuit 240, and an LED 250. , An overcharge prevention circuit 260, and a Gender connector 270.
  • the wireless charging pad 100 detects a minute potential difference. Switching from the standby current mode to the energy oscillation mode, and receives the type and battery capacity information of the mobile phone included in the RF frequency transmitted from the gender 200 to the wireless charging pad (Pad) 100, the battery capacity for each recognized mobile phone type According to the information, the coil and ferrite magnets are controlled by controlling the amount of charge per hour through a specific LC oscillation circuit and an induction magnetic field transmitter (ferrite) related to the battery capacity of a corresponding mobile phone among the induction magnetic field transmitters (ferrite) having different LC resonant circuits and turns ratios.
  • induced electromotive force induction current, induced voltage
  • the gender 200 converts the AC voltage received from the induction magnetic field receiver 210 by the rectifying circuit 220 into a DC voltage, rectifies the DC voltage by a constant voltage circuit and a smoothing circuit (regulator), and then charges the charging circuit 230.
  • the charge amount is measured by the charge amount detection circuit 240 to indicate the charge state by the LED 250, and the charge voltage is prevented by the overcharge prevention circuit 260 through the gender connector 270 up to the threshold charge voltage. It is provided to charge the battery 300 of the mobile terminal.
  • the induction magnetic field receiver (ferrite) 210 is oscillated at a natural frequency from the wireless charging pad (Pad) 100, and then the ferrite of the gender 200 from the induction magnetic field transmitters (ferrites) 150 and 160 of the wireless charging pad (Pad).
  • a coil wound around (Ferrite) receives induction electromotive force (induction current, induction voltage).
  • the rectifier circuit 220 rectifies the voltage generated by the induction electromotive force using an AC voltage corresponding to the induction electromotive force received through the coil and the ferrite from the induction magnetic field receiver 210 using a bridge rectifier.
  • the LC frequency component is low pass filtered (LPF), and the DC voltage of the mobile phone battery (eg, DC 4V) is stabilized by a constant voltage circuit and a smoothing circuit (regulator).
  • the charging circuit 230 receives the rectified DC voltage from the rectifier circuit 220 to adjust a constant current to charge the DC voltage, and provides the charged DC voltage to the overcharge prevention circuit 260.
  • the charge detection circuit 240 detects the charge amount of the DC voltage charged from the charging circuit 230 and measures the state of charge in real time.
  • the LED 250 receives the charge amount of the DC voltage charged from the charge detection circuit 240 to display the battery charge status of the mobile terminal connected to the gender 200 in a non-contact to the wireless charging pad (Pad) 100, When charging is required, Red LED is on and when fully charged, it is turned on by Yellow LED (or Blue LED).
  • the overcharge prevention circuit 260 receives the charged voltage from the charging circuit 230 and when the charging voltage of the battery of the current mobile terminal reaches a preset maximum charging reference voltage, that is, the battery of the mobile terminal battery is overcharged by overvoltage and overcurrent.
  • the full charge signal is transmitted from the gender 200 to the wireless charging pad 100 through the control unit 261 and the communication unit 262 to prevent overcharge.
  • the charging unit (Pad) 100 when the wireless charging pad 100 receives the full charge signal to the wireless charging pad 100 from the communication unit 261 of the gender 200 when charging the portable terminal battery, the charging unit (Pad) 100, The mobile phone battery connected to the gender connector 270 by switching from the energy oscillation mode to the standby current mode to cut off the supply of the voltage and current of the coil and the ferrite of the wireless charging pad 100 and the generation of induced electromotive force to the gender 200. To prevent overcharge by blocking the supply of further voltage to the
  • the control unit 261 is connected to the overcharge protection circuit 260, when the gender 200 connected to the portable terminal equipped with a battery on the wireless charging pad (Pad) 100, the type and battery capacity information of the mobile phone Is transmitted from the gender 200 to the wireless charging pad 100 through a short range wireless communication (ACL (Asynchronous ConnectionLess) link for data communication of the Bluetooth protocol) of the communication unit 262, and the battery charge voltage of the mobile phone is fully charged.
  • ACL Asynchronous ConnectionLess
  • the full charge signal is controlled to be transmitted to the non-charge pad 100.
  • the communication unit 262 of the gender 200 controls the wireless charging pad and the short range wireless communication (2.4GHz ISM band using Bluetooth protocol) of the mobile phone under the control of the control unit 261.
  • the wireless charging pad (Pad) is used to transmit the full charge signal from the gender 200 to transmit the type (iPhone, smartphone, general phone) and battery capacity information (current and voltage specification information) or to stop charging when the mobile phone battery is fully charged. To 100).
  • the Gender connector 270 connects the battery 200 of the portable terminal through the gender 200 connected to the portable terminal equipped with the battery and the gender connection unit 310.
  • the battery 300 of the mobile terminal is charged in real time to the gender 200 by the induction electromotive force generated from the wireless charging pad 100 to charge the DC voltage in real time through the gender 200 and the Gender connector 270. .
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a charging method of a wireless charging pad charging a battery of a mobile device having different capacities according to an embodiment of the present invention.
  • the charging method of the wireless charging pad for charging the battery of the mobile device having different capacities includes (a) a secondary device (Gender) 200 connected to a portable terminal equipped with a battery, which is a wireless charger body 1.
  • the wireless charging pad 100 detects a small potential difference and switches from the standby current mode to the energy oscillation mode, and the battery capacity sensing circuit (communication unit 101). ),
  • S10 confirming the type and battery capacity information of the cellular phone included in the RF frequency signal transmitted from the gender 200 connected to the portable terminal in the wireless charging pad (Pad) 100, and by the control circuit 110.
  • the mobile phone type (A, B, C type) and battery capacity information (voltage and current specification information) received from the gender 200 a plurality of LC resonant circuits in the wireless charging pad 100 and an induction magnetic field having a different winding ratio for each mobile phone type
  • a secondary device (Gender) 200 connected to the mobile terminal from the wireless charging pad 100 by selecting a specific LC-resonance circuit and an induction magnetic field transmitter (ferrite) related to the battery capacity information of the recognized mobile phone among the transmitters (ferrites).
  • Gender (200) connected to the mobile terminal by inducing electromotive force through the coil and ferrite by oscillating at a natural frequency having a good magnetic permeability (250-350 kHz frequency range) of the induction magnetic field.
  • (d) When the predetermined amount of charge is charged by the charge amount detecting circuit 240 of the gender 200 (S30), the amount of charge is displayed by the LED (S40), and the overcharge preventing circuit 260 is charged by the charging circuit 230.
  • the charging pad 100 operates from the energy oscillation mode to the standby current mode (standby power state) and blocks the current and voltage supply to the coil and the ferrite (S70) to block the generation of induced electromotive force.
  • the wireless charging pad (Pad) (100) is (a1) receiving AC power from an external AC power by the AC power connection; (a2) When the gender 200 connected to the mobile terminal is placed on the wireless charging pad 100 by the control circuit 110 of the wireless charging pad 100, an energy oscillation mode is generated from the standby current mode.
  • the gender 200 attached to the portable terminal equipped with a battery oscillates at a natural frequency from the wireless charging pad 100 and then ferrites 210 of the gender 200 from ferrites 150 and 160 of the wireless charging pad 100.
  • the battery charging state of the gender 200 attached to the at least one portable terminal that is contactlessly charged to the wireless charging pad 100 is indicated by the LED 240, and if charging is required, the Red LED is turned on and fully charged.
  • the overcharge preventing circuit 250 supplies more voltage to the battery of the mobile terminal. Preventing overcharge by transmitting a full charge signal from the gender 200 to the wireless charging pad 100 so as to block; And providing the voltage charged in the gender 200 to the battery 300 of the portable electronic device 400 through the Gender connector 270 up to the maximum charging reference voltage.
  • the gender 200 connected to the portable terminal equipped with the battery is placed on the wireless charging pad 100, the gender 200 is charged by the induction electromotive force provided from the wireless charging pad 100, and the state of charge of the battery with the LED (Yellow: Completed, Red) (Charging status) is displayed.
  • the LED display is a red LED is turned on when charging is required, a yellow LED (or Blue LED) is turned on when fully charged.
  • the wireless charging pad 100 When a gender 200 connected to a mobile terminal (smartphone, iPhone, general phone, etc.) is placed on the wireless charging pad 100, the wireless charging pad 100 generates a small potential difference and changes the amount of current. After sensing, it is turned on by the Red LED, and the control circuit of the control circuit (Control) to switch from the standby current mode to the energy oscillation state mode, from the wireless charging pad (Pad) 100, the natural frequency of 250 ⁇ 350KHz By oscillating, the electromotive force is received through the coil and the ferrite through the coil and the ferrite of the gender 200 to charge the voltage with the battery of the mobile terminal.
  • a gender 200 connected to a mobile terminal smart phone, iPhone, general phone, etc.
  • the overcharge prevention circuit of the gender 200 receives a full charge signal in order to block the charge from the gender 200 to the wireless charging pad 100 so as to prevent overcharging to the battery 300 of the mobile terminal when the battery is over the threshold.
  • Induction electromotive force from the wireless charging pad 100 to the gender 200 by blocking the supply of voltage and current to the coils and ferrites of the induction magnetic field transmitters 150 and 160 by the control of the control circuit 110 of the wireless charging pad 100. It prevents occurrence and provides overcharge protection.
  • Figure 4 shows the charging current of the battery by cell phone type (iPhone, Galaxy phone, general phone) by frequency when detecting the oscillation signal (potential difference detection) in the initial standby current state of the wireless charging pad (Pad) of the wireless charger body.
  • the battery of the iPhone (A) is 2400mA
  • the battery of the smartphone (Galaxy Phone) (B) is 1500mA
  • the general mobile phone (C) has a charge of 800mA (DC 3.7V).
  • the wireless charging pad 100 receives a short range wireless communication protocol from the gender 200 when an oscillation signal (potential difference detection) is performed in an initial standby current state. (Bluetooth protocol)
  • the cell phone of RF frequency signal transmitted using dmf checks the required current and voltage of the type battery and generates induction electromotive force in energy oscillation mode to induce charging with gender.
  • the current supply according to time is 500mmA for iPhone (A phone), 400mmA for Galaxy phone (B phone), 300mmA for general phone (C phone) after a certain time elapsed (recorded as 10 seconds in Fig. 5). Is adjusted.
  • the wireless charging pad 100 has an advantage of stably charging batteries having different capacities by adjusting the amount of current supply to the batteries having different capacities per hour, and may supply more current at the beginning of charging.
  • the wireless charger product can be adjusted to 700mmA for iPhone (A phone), 600mmA for Galaxy phone (B phone), 500mmA for general phone (C phone), and the current is normal after a certain time as described above. To charge the battery.
  • the wireless charging pad 100 is spaced apart during the oscillation in the energy oscillation mode and changes to the standby current mode (standby current state) when there is no Gender 200 product.
  • the wireless charging pad 100 receives a full charge signal from the gender 200 to cut off the charge and is switched from the energy oscillation mode to the standby current mode to block generation of induced electromotive force.
  • the wireless charging pad 100 detects a potential difference, and then the wireless charging pad 100 is detected. Switching from the energy oscillation mode to the standby current mode by the control circuit 110 of the) to block the current and power supply to the coil and ferrite to block the generation of induced electromotive force to prevent energy loss.
  • the wireless charging pad 100 is switched from the standby current mode to the energy oscillation mode again, and thus the 250 to 350 KHz By oscillating the natural frequency of the frequency range, the induced electromotive force is generated by the coil and the ferrite of the gender 200 through the coil and the ferrite.

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Abstract

본 발명은 용량이 다른 이동기기 배터리를 충전하는 무선 충전 패드 및 그 충전 방법에 관한 것으로, 배터리가 장착된 휴대단말기에 연결된 젠더(Gender)를 무선 충전 패드(Pad:Wireless Charger) 위에 놓이면, 미세한 전위차를 감지하여 대기 전류 모드로부터 에너지 발진 모드로 전환된 후, 상기 젠더(Gender)로부터 상기 무선 충전 패드(Pad)로 전송된 RF 주파수 신호에 포함된 휴대폰의 종류와 배터리 용량 정보를 수신하는 배터리 용량 감지 회로; 및 상기 배터리 용량 감지 회로로부터 휴대단말기 종류의 배터리 용량 정보를 수신하고 휴대단말기의 배터리의 용량에 따라 유도기전력을 발생하는 유도기전력 제어회로를 포함한다. 휴대단말기에 연결된 젠더를 무선 충전 패드 위에 놓이면, 무선 충전 패드는 휴대폰의 종류와 배터리 용량 정보에 따라 시간당 충전량을 조절하여 코일과 페라이트를 통해 고유주파수로 발진시켜 유도기전력을 발생하여 젠더를 통해 휴대폰의 배터리를 충전하고, 만충전시 과충전을 방지하도록 젠더로부터 만충전 신호를 무선 충전 패드로 수신받아 유도기전력 발생을 차단하여 과충전을 방지한다.

Description

용량이 다른 이동기기 배터리를 충전하는 무선 충전 패드 및 그 충전 방법
본 발명은 용량이 다른 이동기기 배터리를 충전하는 무선 충전 패드 및 그 충전 방법에 관한 것으로, 특히 배터리를 장착한 휴대폰에 부착된 젠더(Gender)를 무선 충전 패드(Pad) 위에 놓으면, 젠더로부터 전송된 RF 주파수에 의해 무선 충전 패드가 휴대폰의 종류와 배터리 용량을 감지하고, 무선 충전 패드로부터 젠더로 코일과 페라이트(Ferrite) 자석을 통해 고유주파수로 발진시켜 유도기전력을 발생하여 젠더를 통해 휴대폰의 배터리를 충전하며, 과충전을 방지하도록 만충전되었을때 젠더로부터 무선 충전 패드로 충전 차단을 위한 만충전 신호를 전송하여 유도기전력 발생을 차단하여 휴대폰의 배터리의 충전을 자동으로 차단하는, 용량이 다른 이동기기 배터리를 충전하는 무선 충전 패드 및 그 충전 방법에 관한 것이다.
최근 이동통신 단말기, IMT-2000폰, 스마트폰, iPhone 등이 많은 휴대폰이 보급됨에 따라, 휴대폰의 배터리를 다 소모할 경우, 사용자는 휴대폰 배터리를 AC 교류 전원에 연결된 충전기(Charger)에 배터리를 부착하여 전압을 재충전하고 다시 휴대용 단말기에 충전된 배터리를 부착하여 사용한다.
기본적으로, 휴대단말기용 충전기는 가정용 교류 전압(AC 220/110V)을 직류 전압으로 변환하여 레귤레이터로 출력하는 어댑터; 가정용 전원 케이블을 통해 충전기로 전압이 인가되고, 입력되는 전압을 일정 전압으로 유지시키는 레귤레이터; 및 직류 전압(DC Voltage)을 전달받아 충전 전압으로 변환하여 충전기에 부착된 배터리로 제공하는 충전 회로로 구성된다.
전류원에서 나오는 전기를 셀에 충전하기 위한 배터리 충전 회로는 셀과 병렬로 가변 저항, 셀의 현재 전압 값을 검출하기 위한 셀 전압 검출 장치; 및 현재 전압 값을 미리-설정된 전압 값에 비교하기 위한 비교기를 구비한다. 가변 저항의 저항 값은 전류원에서 나오는 전류에 의해 셀, 및 셀의 커패시터에 충전이 됨에 따라 가변 저항 모두를 통해 흐르도록 온도 결과에 응답하여 제어된다. 셀이 완전히 충전될 때, 전류가 셀을 통해 흐르지 않게 함으로써 과잉 충전을 방지한다.
휴대 단말기의 충전기는 장착된 배터리의 전압 및 온도를 이용하여 배터리의 충전용량을 감지하여 과충전을 방지한다.
만충전된 배터리가 유선 방식의 충전기에 장착될 경우, 충전기는 델타전압 또는 온도차에 따라 만충전을 감지하는 시간동안 충전하게 되어 배터리의 과충전을 일으켜 배터리의 수명을 단축시키는 문제를 해결하기 위해 충전기에 배터리가 장착된 후, 만충전 플랙이 세트되어 있을때 이 배터리 전압값과 배터리 온도값을 만충전 설정값으로 저장하고, 만충전 플랙이 세트되어 있지 않을때 저장된 만충전 전압값과 온도값으로부터 그 장착된 배터리의 전압값과 온도값을 감산하여 그 차값을 각각 검출하며, 이 검출된 전압 및 온도에 대한 차값이 설정된 기준값과 비교하여 장착된 배터리의 만충전 상태를 결정하고, 장착된 배터가 만충전이 될 때까지 충전하며, 충전이 완료된 후 만충전 플랙을 세트시키고, 일정시간 동안 만충전 전압과 온도를 저장하며, 일정시간 경과 후에 만충전 전압과 온도를 갱신하지 않는다. 그리고, 충전기는 다음에 장착되는 배터리의 상태 즉 전압과 온도를 읽어 만충전 전압과 온도를 서로 비교하여 집착된 배터리가 만충전 배터리인지 또는 충전을 해야할 배터리 인지를 구분하여 충전하므로 배터리의 과충전을 방지하여 배터리를 충전한다.
그러나, 기존 휴대 단말기의 유선 방식의 충전기는 접점 방식으로 배터리를 부착하여 충전이 가능하였으나, 최근 무선 충전 패드(Wireless Charger)에 무접점 방식으로 휴대 단말기의 배터리를 충전하는 시스템이 출시되면서 과전압 또는 과전류에 의해 과충전 방지 기능을 제공하지 못했던 문제점이 있었다.
종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 배터리를 장착한 휴대폰에 부착된 젠더(Gender)를 무선 충전 패드(Pad) 위에 놓으면, 미세한 전위차가 감지되고 무선 충전 패드(Pad)가 대기 전류 모드에서 에너지 발진 모드로 전환되며, 젠더(Gender)로부터 무선 충전 패드(Pad)로 RF 주파수를 통해 휴대폰의 종류 및 배터리 용량 정보를 전송하여 휴대폰의 종류별 배터리 용량 정보에 따라 시간당 충전량을 조절하여 전자기장(Electromagnetic Field)의 기본원리를 응용하여 무접점으로 무선 충전 패드(Pad)에서 젠더(Gender)로 페라이트(Ferrite) 자석을 통해 유도자기장의 자속 투자율(magnetic flux permeability)이 좋은 대역(250~350KHz)으로 고유주파수로 발진시켜 유도자기장을 형성하고 유도기전력을 발생하여 젠더(Gender)를 통해 휴대폰의 배터리를 충전하고, 과전압 및 과전류에 의해 과충전을 방지하도록 만충전되었을때 젠더로부터 무선 충전 패드로 충전 차단을 위해 만충전 신호를 전송하여 무선 충전 패드를 에너지 발진 모드로부터 대기 전류 모드로 전환하고 유도기전력 발생을 차단하여 휴대폰의 배터리의 충전을 자동으로 차단하는, 용량이 다른 이동기기 배터리를 충전하는 무선 충전 패드 및 그 충전 방법을 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 용량이 다른 이동기기 배터리를 충전하는 무선 충전 패드(Wireless Charger:PAD)는, 배터리가 장착된 휴대단말기에 연결된 젠더(Gender)를 무선 충전 패드(Pad:Wireless Charger) 위에 놓이면, 미세한 전위차를 감지하여 대기 전류 모드로부터 에너지 발진 모드로 전환된 후, 상기 젠더(Gender)로부터 상기 무선 충전 패드(Pad)로 전송된 RF 주파수 신호에 포함된 휴대폰의 종류와 배터리 용량 정보를 수신하는 배터리 용량 감지 회로; 및 상기 배터리 용량 감지 회로로부터 휴대단말기 종류의 배터리 용량 정보를 수신하고 휴대단말기의 배터리의 용량에 따라 유도기전력을 발생하는 유도기전력 제어회로를 포함하며, 상기 유도기전력 제어 회로는 상기 휴대단말기 종류의 배터리 용량 정보(전압과 전류 규격 정보)에 따라 상기 무선 충전 패드 내의 다수의 L-C공진회로 및 권선비가 다른 유도자기장 송신부(페라이트) 중 인식된 휴대폰의 배터리 용량 정보와 관련된 특정 LC-공진 회로 및 유도자기장 송신부(페라이트)를 선택하고, 시간당 충전량을 조절하여 고유주파수로 발진시키며, 그 코일 및 페라이트(Ferrite)를 통해 상기 젠더(Gender)의 코일과 페라이트로 유도기전력을 발생시키는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 용량이 다른 이동기기 배터리를 충전하는 무선 충전 패드 및 그 충전 방법은 배터리를 장착한 휴대폰에 부착된 젠더(Gender)를 무선 충전 패드(Pad) 위에 놓으면, 미세한 전위차가 감지되고 무선 충전 패드(Pad)가 대기 전류 모드에서 에너지 발진 모드로 전환되며, 젠더(Gender)로부터 무선 충전 패드(Pad)로 RF 주파수를 통해 휴대폰의 종류 및 배터리 용량 정보를 전송하여 휴대폰의 종류별 배터리 용량 정보에 따라 시간당 충전량을 조절하여 전자기장(Electromagnetic Field) 원리를 응용하여 무접점으로 무선 충전 패드(Pad)에서 젠더(Gender)로 페라이트(Ferrite) 자석을 통해 유도자기장의 자속 투자율(magnetic flux permeability)이 좋은 대역(250~350KHz)으로 고유주파수로 발진시켜 유도자기장을 형성하고 유도기전력을 발생하여 젠더(Gender)를 통해 휴대폰의 배터리를 충전하고, 과전압 및 과전류에 의해 과충전을 방지하도록 만충전되었을때 젠더로부터 무선 충전 패드로 충전 차단을 위해 만충전 신호를 전송하여 무선 충전 패드를 에너지 발진 모드로부터 대기 전류 모드로 전환하고 유도기전력 발생을 차단하여 휴대폰의 배터리의 충전을 자동으로 차단하는 효과가 있다.
배터리를 장착한 휴대폰에 젠더(Gender)를 연결하고, 젠더(Gender)에 휴대폰의 종류 및 배터리 용량 정보를 포함하며, 젠더(Gender)를 연결한 휴대폰 배터리를 무선 충전 패드(Pad)에 놓으면 미세한 전위가 감지되고 무선 충전 패드(Pad)가 대기 전류 모드에서 에너지 발진 모드로 전환되며 젠더(Gender)로부터 무선 충전 패드(Pad)로 RF 주파수로 휴대폰 종류 및 배터리 용량 정보를 전송한다. 무선 충전 패드(Pad)는 배터리 용량 감지 회로에 의해 휴대폰의 종류 및 배터리 용량 정보를 인식하여 시간당 충전량을 조정하여 유도기전력 제어 회로에 의해 코일 및 페라이트(Ferrite)에 의한 유도기전력에 의한 젠더를 통해 휴대단말기의 배터리로 충전이 가능하다.
휴대폰 배터리에 연결된 젠더 회로는 과전압 및 과전류에 의해 과충전을 방지하기 위해 휴대폰의 배터리에 연결된 젠더(Gender)가 만충전되었을때 휴대폰의 배터리의 충전을 자동으로 차단하도록 RF주파수 신호를 젠더(Gender)로부터 무선충전기 무선 충전 패드(Pad)로 전송한다. 무선 충전 패드(Pad)는 에너지 발진 모드로부터 대기 전류 모드로 전환하여 전압과 전류 공급을 차단하여 코일과 페라이트에 의한 유도기전력 발생을 차단함으로써 과충전을 방지하며 안전하게 휴대폰 배터리의 충전이 가능하게 되었다.
도 1은 무선 충전기(Wireless Charger)의 구성도이다.
도 2 내지 도 4는 무선충전 본체(Pad)가 2대 이상의 젠더(Gender)를 구비한 휴대폰의 사용 예를 도시한 도면이다.
도 5은 휴대폰에 연결된 젠더(Gender)의 화면을 나타낸다.
도 6는 젠더(Gender)를 부착한 휴대폰 케이스의 외관 디자인을 나타낸다.
도 7는 무선 충전 패드(Pad)의 초기 대기 전류 상태에서 발진신호 감지시(전위차 감지) 주파수별로 휴대폰 종류별(아이폰, 스마트폰, 일반 폰)로 배터리의 충전 전류를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 용량이 다른 이동기기 배터리를 충전하는 무선 충전 패드(Pad)의 내부 시스템 구성도이다.
도 9은 본 발명의 실시예에 따른 용량이 다른 이동기기 배터리를 충전하는 무선 충전 패드의 충전 방법을 설명한 순서도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 무선 충전 패드(PAD) 110: 제어회로
120: AC 전원 연결부 130: L-C공진회로
140a,140b: 냉각판 150,160: 유도자기장 송신부(페라이트)
170a,170b: 코일
200: 휴대폰 케이스에 내장된 젠더(Gender)
211: 휴대폰 케이스 210: 유도자기장 수신부(페라이트)
220: 정류 회로 230: 충전회로
240: 충전량 감지회로 250: LED
260: 과충전 방지 회로 261: 제어부
262: 통신부 270: Gender 커넥터
300: 배터리 301: 휴대폰
310: 젠더 연결부
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 발명의 구성과 동작을 상세하게 설명한다.
도 1은 무선 충전기(Wireless Charger)의 구성도이다.
젠더(Gender)(200)를 젠더 커넥터(270)를 통해 휴대폰의 배터리(300)에 연결된 상태에서, 휴대폰의 배터리(300)와 연결된 젠더(Gender)(200)가 무선 충전 패드(Pad)(100) 위에 놓이면, 무선 충전 패드(Pad)(100)는 미세한 전위차가 감지되고 대기 전류 모드로부터 에너지 발진 모드로 전환하며, 젠더(Gender)(200)로부터 무선 충전 패드(Pad)(100)로 전송된 RF 주파수 신호에 포함된 휴대폰의 종류(iphone, 스마트폰, 일반 폰)와 배터리 용량 정보(전압/전류 규격 정보)를 배터리 용량 감지 회로로 수신하여 유도기전력 제어 회로에 의해 휴대단말기 종류의 배터리 용량 정보에 따라 시간당 충전량을 조절하여 전자기장(Electromagnetic Field) 원리를 응용하여 무접점으로 1차기기(무선 충전 패드, Pad)(100)의 코일 및 페라이트(Ferrite)를 통해 2차 기기(Gender)(200)의 코일 및 페라이트로 유도자기장의 자속 투자율(permeability, μ)이 좋은 대역(250~350KHz)으로 고유주파수로 발진시켜 코일 및 페라이트(Ferrite)를 통해 젠더(200)로 유도기전력(electromotive force)을 발생한다. 젠더(Gender)(200)는 유동기전력을 수신받아 충전하고, 젠더 커넥터(270)로 연결된 휴대 단말기의 배터리(300)로 전압을 충전시킨다.
본 발명에 따른 무선충전기(Wireless Charger) 본체인 무선 충전 패드(100)는 12-18V의 DC 전압과 1~2A의 전류를 입력 전원으로 사용하며, 무선 충전 패드(Pad)(100)의 코일과 페라이트(Ferrite)에 의해 형성된 유도자기장을 통해 충분한 유도기전력을 발생하기 위해 박판의 양면 또는 다층(4층 이상)의 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)으로 제작된 동(Cu)박의 회로코일에 50~100V의 작업대기 전압으로 상승시켜 준다.
젠더(Gender)(200)를 젠더 커넥터(270)를 통해 휴대폰의 배터리(300)에 연결된 상태에서, 휴대 단말기(iPhone, 스마트폰, 일반 폰)에 부착된 젠더(Gender)(200)가 무선 충전 패드(Pad)(100) 위에 놓이면, 젠더(Gender)(200)내의 페라이트 자석에 의해 무선 충전 패드(Pad)(100)는 미세한 전위차가 발생하고, 대기 전류 모드로부터 에너지 발진 모드(주파수 발진 상태)로 전환되며, 동시에 젠더(Gender)(200)로부터 무선 충전 패드(Pad)(100)로 전송된 RF 주파수 신호에 포함된 휴대폰의 종류 및 배터리 용량 정보를 배터리 용량 감지회로로 수신하고, 유도기전력 제어 회로에 의해 휴대폰의 종류별 배터리 용량 정보에 따라 L-C공진회로 및 유도기전력 송신부를 선택하며 시간당 충전량을 조절하여 무선 충전 패드(Pad)(100)의 코일 및 페라이트를 통해 고유주파수(250~350KHz 주파수 범위)로 발진하여 젠더(Gender)(200)의 코일 및 페라이트로 유도기전력(유도 전류, 유도 전압)을 발생시킨다. 젠더(Gender)(200)는 페라이트를 통해 최적화된 회로 코일로부터 흡수하여 정전압하에 일정한 전류로 조절하여 휴대폰 배터리를 충전시킨다.
무선 충전 패드(Wireless Charger)는 대용량 배터리(2000mA 이상)를 보유한 휴대 단말기(이동통신 단말기, iPhone, 스마트폰, DMB폰, 타블렛 PC, 카메라, 게임기 등)를 무접점으로 충전하기 위해 최적의 코일 턴(L값)비를 갖추어야 한다. 무선 충전 패드(Pad)(100)는 최초 일정시간 동안 800mA 이상의 전류를 공급한다.
무선 충전 패드(Pad)(100)로부터 휴대 단말기에 부착된 젠더(Gender)(200)가 일정 거리 이상으로 이격되면, 무선 충전 패드(Pad)(100)는 전위차가 발생하고, 에너지 발진 모드(주파수 발진 상태)로부터 대기 전류 모드로 전환된다.
무선 충전 패드(Pad)(100)는 유도자기장의 발생을 효율적으로 하기 위해 코일 부분을 양면, 다층 기판 PCB로 제작하였으며, 유도자기장의 자속 투자율(magnetic flux permeability)을 높이기 위해 특수한 형태의 페라이트(Ferrite)를 성형하여 사용하였다. 무선 충전 패드(Pad)(100)내 유도자기장 송신부(페라이트)는 유도자기장의 발생으로 코일 및 페라이트에 발생되는 열을 Al 냉각판으로 공랭시킨다.
배터리가 장착된 휴대 단말기에 부착된 젠더(200)는 유도자기장이 형성되면, 무선 충전 패드(100)로부터 발생된 유도기전력을 젠더(200)로 효율적으로 수신받도록 코일 부분을 양면, 다층 기판 PCB로 제작하였으며, 무선 충전 패드(100)로부터 유도되는 유도기전력을 최적으로 모으기 위해 특수한 형태의 페라이트(Ferrite)를 성형하여 채택하였다. 휴대 단말기의 배터리에 전원을 공급하기 위한 장치인 젠더(Gender 또는 Socket)(200)는 Input 부분을 표준 규격으로 일체화시켜 무선 충전 패드(Pad)(100)로부터 발생되는 유도기전력(무선 에너지)을 수신받아 전압을 충전한다.
무선 충전 패드(Pad)(100)는 Al 냉각판 위에 각각 2개의 페라이트 비드(EMC Core를 소형화시켜 PCB(Printed Circuit Board, 인쇄회로기판)상에 실장하는 형태, 잡음 차단 효과)를 형성하고, 각각의 페라이트 비드 위에 PCB 코일(PCB Coil)을 형성하며, 제품 상판과 0.5~1mm 간격(최소화)을 유지한다.
배터리가 장착된 휴대단말기에 연결된 젠더(Gender)(200)는 제품 보호 역할과 제품 외관 디자인으로 무선 충전 패드(Pad)(100)와 RF 주파수 교환으로 휴대폰의 존재 및 종류와 배터리 용량을 확인하여 무선 충전 패드(100)로부터 에너지 주파수를 발진 적정한 작업조건으로 발진하게 하고, 유도기전력에 의해 배터리의 전류충전속도를 감지하여 만충전되었을때 젠더(200)로부터 무선 충전 패드(100)로 충전 차단을 위해 만충전 신호를 전송한다. 만충전 신호를 수신한 무선 충전 패드(100)는 에너지 발진 모드로부터 대기 전력 모드(대기 전력 상태)로 작동되고 유도기전력을 젠더(200)로 제공하지 않는다. 젠더(200)는 LED로 휴대 단말기의 배터리 충전 상태를 표시하며, 마이크로 USB 단자기능을 채택하여 컴퓨터 및 USB로 충전 가능하고, 전자 Memory 칩 기능을 보유한다.
본 제품은 전자기장(Electromagnetic Field)의 기본원리를 응용하여 무접점으로 무선 충전 패드(Pad)(100)로부터 젠더(Gender)(200)로 고유주파수를 발진시켜 에너지 이동 및 데이타 통신을 할 수 있다.
본 제품은 12~20V의 전압과 1~2A의 전류를 입력전원으로 제공하며, 무선 충전 패드(Pad)(100)로부터 충분한 유도기전력을 발산시키기 위해 박판의 양면 또는 다층(4층 이상)의 인쇄회로기판으로 제작된 동(Cu)박의 회로코일에 5~100V의 작업대기 전압으로 상승시켜준다. 휴대단말기와 연결된 젠더(Gender)(200)가 무선 충전 패드(Pad)(100) 위에 놓이면, 젠더(200)의 페라이트 자석에 의해 무선 충전 패드(100)는 미세한 전위차가 발생하고 무선 충전 패드(Pad)(100)는 이 전위차를 감지하여 대기 전류 모드로부터 에너지 발진 모드로 전환하여 인식된 휴대단말기의 배터리 용량에 따라 선택된 L-C공진 회로 및 페라이트를 통해 즉시 고유 주파수로 발진하여 코일과 페라이트를 통해 유도기전력(에너지)을 젠더(200)로 이동시킨다.
대용량 배터리(2000mA 이상)를 보유한 휴대 단말기를 무접점으로 무선으로 충전하기 위해 무선 충전 패드(100)는 최적의 코일 턴(L값)비를 갖춰야 하며, 최초 일정시간 동안 800mA 이상의 전류속도를 주고, 대용량 배터리가 안정적인 전류 입력으로 에너지 발진 모드로 되면, 유도기전력 제어 회로(CPU)의 제어(Control)에 의해 모든 배터리의 고유 전류속도를 감지하여 무선 충전 패드(Pad)(100)의 전류의 용량(Capa)을 조절해준다.
배터리(300)가 장착된 휴대단말기에 연결된 젠더(Gender)(200)는 무선 충전 패드(Pad)(100) 위에 놓이면, 무선 충전 패드(100)는 초기 미세한 전위차가 감지하고 대기전류 모드로부터 에너지 발진 모드(주파수 발진 상태)로 전환되며, 무선 충전 패드(100)로부터 유도기전력을 젠더(200)로 발생한다. 젠더(200)는 유도 전류 및 유도 전압을 수신받아 페라이트의 최적화된 회로코일에서 흡수하여 정전압하에 일정한 전류로 조절하여 젠더(200)에 연결된 휴대 단말기의 배터리로 충전 전압을 이동시킨다.
또한, 배터리가 장착된 휴대단말기에 연결된 젠더(200)는 무선 충전 패드(100) 위에 놓이면, LED 표시로 젠더에 연결된 휴대단말기의 배터리의 충전량 상태를 표시하고, 충전이 필요하면 Red LED가 점등되고, 충분히 충전되면 Yellow LED(또는 Green LED)가 점등된다.
무선 충전 패드(100)는 젠더(200)가 만충전시 Yellow LED가 점등되면 전류의 속도를 감지한 후, 젠더(200)로부터 만충전 신호를 수신받은 후 유도기전력 제어회로(CPU 기능)의 제어(Control)에 의해 에너지 발진 모드로부터 대기 전류 모드(대기 전류 상태)로 전환되고, 전압과 전류 공급을 차단하며, 코일과 페라이트로 유도기전력 발생을 차단하여 에너지 손실을 방지한다.
마찬가지로, 젠더(200)를 무선 충전 패드(100) 위에서 충전 중에 일정거리 이상 이격시키면, 무선 충전 패드(100)는 전류의 속도를 감지한 후 유도기전력 제어회로(CPU 기능)의 제어(Control)에 의해 에너지 발진 모드로부터 대기 전류 모드(대기 전류 상태)로 전환되어 에너지 손실을 방지한다. 이후, 다시 젠더(200)를 무선 충전 패드(100) 위에 놓으면, 무선 충전 패드(100)는 대기 전류 모드로부터 에너지 발진 모드로 전환되고 유도자기장의 자속 투자율(magnetic flux permeability)이 좋은 고유주파수로 발진시켜 무선 충전 패드(100)로부터 유도기전력을 젠더(200)로 공급한다.
도 2 내지 도 4는 무선충전 본체(Pad)가 2대 이상의 젠더(Gender)를 구비한 휴대폰의 사용 예를 도시한 도면이다.
본 제품은 아이폰 충전(2400mA)이 가능하고, 아이폰 2대 이상 동시 충전 가능하며, 아이폰(iphone)과 일반 폰의 혼용 충전이 가능하고, 1개의 무선 충전 패드(Pad)(100)에서 다수의 휴대 단말기의 동시 충전이 가능하며, 충전중에 휴대 단말기의 사용을 위해 이동이 자유롭고, 젠더(Gender)(200)의 사용으로 다양한 모델의 충전기를 적용하여 내부 코일 및 적용 부품의 독창적 설계로 충전 효율(에너지 효율)을 높이며, 배터리의 용량 및 충전량에 따라 충전량(충전속도) 조절기능으로 제품 보호 및 에너지 손실을 감소한다. Pad는 위에 젠더 제품 유무의 판단 기능 및 제품 유무시 에너지 발진 조절 기능을 제공한다.
젠더(200)는 휴대 단말기의 소형화로 휴대가 간편하고, 휴대단말기의 배터리(Battery)의 만충전시에 대기 전원으로 전환하며, 자사 Pad에 자사 Gender의 배터리 용량(Capacity) 만으로 작동되는 시스템이고, 무선 충전 패드(100)로부터 코일과 페라이트를 고유주파수(250~350kHz)로 통신하여 상호 확인후 작동하므로 복제를 방지한다.
젠더(Gender) 제품별로 구분하여 인식한 후, 무선 충전 패드(100)는 제품별 작업조건을 선정하여 작업을 진행한다. 제품 구분 방법은 각 제품별 고유주파수 인식 방법을 사용한다. 무선충전기(Wireless Charger) 제품은 별도로 해충이 싫어하는 고 주파수를 발생하여 퇴충시키는 기능을 보유하며, 제품 발열시 감지 및 전원 차단 기능을 제공한다.
참고로, 페라이트(Ferrite)의 Fe2O3 등의 자성산화물의 결정 구조는 피넬형 페라이트(고주파형 자석 재료), 마그네트 플럼 바이트 페라이트(영구 자석), 가네트형 페라이트, 및 페로브스카이트형 페라이트로 크게 4종류로 분류되며, 전류가 자계를 만드는 현상을 에르스넷(Oersted)에 의해 발견됐다. 페라이트의 방향성은 성형시에 자화 방향쪽으로 자장 코일이 상하 금형에 감겨있어 자구의 방향을 일정하게 하는 이방성(Anisotropic)과, 자구의 방향이 정렬되어 있지 않으므로 성형시 자장을 걸어주지 않는 등방성(Isotropic)으로 나뉘어진다.
무선 충전 패드(Pad)(100)와 휴대 단말기에 부착된 젠더(Gender)(200)의 코일과 페라이트에 의해 형성된 유도자기장의 자계(magnetic field)의 크기는 전류의 크기에 비례하고, 직선으로부터 거리에 반비례한다. 미소 면적(△S)을 수직으로 통과한 자속(magnetic flux)을 △Φ라 하면, 그 점에서의 자속 밀도(magnetic flux density) B는
수학식 1
Figure PCTKR2011004370-appb-M000001
이다. 여기서, B는 단위 면적을 통과하는 자속수이고 , 자속(Φ)은 Φ=BㆍS(B는 자속밀도, S는 면적)로 표현된다.
면적 S(m2)의 자속밀도가 B(wb/m2) 일때, 이 면적을 지나는 자속(magnetic flux) Φ는 다음과 같이 표시된다.
수학식 2
Figure PCTKR2011004370-appb-M000002
(여기서, B=μH, μ=μ0μs, B는 자속 밀도(wb/m2), H는 자계의 세기, μ0는 공기중 투자율(permeability of vaccum), μs는 자성체의 비투자율(relative permeability)).
패러데이 전자기 유도 법칙에 의해 페라이트를 감은 코일에 유도 전류가 흐르고 코일 내부의 자속(Φ)이 변하면, 발생되는 유도 전압의 세기는 감은 코일 수에 비례하고, 단위 시간당 자속의 변화를 방해하는 방향으로 유도 전압이 발생한다. 유도 전압의 크기는
수학식 3
Figure PCTKR2011004370-appb-M000003
로 표현된다.(여기서, N:감은 코일수, △Φ:자속, △t:시간, (-) 자속의 변화를 방해하는 방향의 의미이다)
N은 감은 코일수(권선비), B는 자계의 세기에 의해 발생하는 자속밀도 B이다. dt(s) 시간 내에 단면적 S(m2)인 경우, 페라이트 자석의 권선내에 발생되는 유도기전력은
수학식 4
Figure PCTKR2011004370-appb-M000004
이 된다.
코일에 흐르는 유도 전류의 세기, 유도 전압의 세기 측정은 검류계(Galvanometer)에 의해 측정 가능하고, 플레밍의 왼손 법칙에 의해 유도전류의 방향을 알 수 있다.
도 5은 휴대폰에 연결된 젠더(Gender)의 화면을 나타내며 휴대 단말기에 소형 또는 대형 크기의 젠더 커넥터를 연결하여 사용한다.
도 6는 젠더(Gender)를 부착한 휴대폰 케이스의 외관 디자인을 나타낸다.
도 7는 무선 충전 패드(Pad)의 초기 대기 전류 상태에서 발진신호 감지시(전위차 감지) 주파수별로 휴대폰 종류별(iphone, 스마트폰, 일반 폰)로 배터리의 충전 전류를 나타낸다.
무선 충전 패드(Pad)(100)는 코일과 페라이트(Ferrite)를 통해 젠더(Gender)(200)로 유도기전력을 발생하고, 유도기전력을 수신한 젠더(Gender)(200)는 젠더 커넥터(270)로 연결된 휴대 단말기(스마트폰, iPhone 등)(301)의 배터리(300)로 전압을 충전한다.
본 제품의 특징은 스마트폰(갤럭시), 아이폰(iPhone) 등의 휴대 단말기에 젠더 커넥터를 통해 젠더(200)를 연결하여 사용한다.
젠더(200)는 무선 충전 패드(100)와 무접점으로 코일과 페라이트(Ferrite)를 통해 유도기전력을 발생하여 젠더(200)와 젠더 커넥터(270)로 연결된 휴대폰의 배터리를 충전하고, 만충전시 젠더(Gender)(200)로부터 무선 충전 패드(Pad)(100)로 충전 차단을 위해 만충전 신호를 전송하여 무선 충전 패드(100)의 코일 및 페라이트로 전류 및 전압 공급을 차단하여 유도기전력 발생을 차단함으로써 과충전을 방지되도록 한다.
젠더(Gender)(200)는 LED를 사용하여 유도기전력을 사용하여 충전시 Red, 만충전시 Yellow(또는 blue)으로 충전상태를 표시한다.
무선 충전 패드(Pad)(100)는 접근 부위의 발열을 방지하기 위해 대기 전원을 최소화하여, 그 위에 놓여진 휴대 단말기(예:휴대폰, 스마트폰)에 부착된 젠더(Gender)(200)의 제품의 휴대단말기의 종류와 배터리 용량을 인식한 후, 코일 및 페라이트(Ferrite)에 의해 고유주파수로 발진하여 유도기전력을 발생한다.
무선 충전 패드(Pad)(100)는 250~350KHz의 주파수 조절 범위를 가지며, 무선 충전 패드(Pad)(100) 위에 휴대 단말기에 연결된 젠더(Gender)(200) 제품이 놓였을 때 전기적으로 ON 기능, 무선 충전 패드(Pad)(100) 위에 놓인 상기 제품이 일정 거리 밖으로 이격되면(Out) 전기적으로 Off 기능을 제공한다.
무선 충전 패드(Pad)(100)는 배터리(300)가 장착된 휴대폰에 연결된 젠더(Gender)(200)를 무선 충전 패드(Pad)(100) 위에 놓으면 미세한 전위차를 감지하여 대기 전류 모드로부터 에너지 발진 모드로 전환되며 배터리 용량 감지 회로에 의해 젠더(200)로부터 수신된 RF 주파수 신호에 포함된 휴대폰의 종류 및 배터리 용량 정보를 확인하고 무선 충전 패드(100)내의 휴대폰 종류별로 제공되는 다수의 L-C공진회로 및 유도자기장 송신부(페라이트) 중 인식된 휴대폰의 배터리 용량 정보에 관련된 LC-공진 회로 및 유도자기장 송신부(페라이트)를 선택하여 그 코일과 페라이트를 통해 유도기전력을 발생하며, 1개의 제어 회로(CPU 기능)로 2 코일(coil)을 제어한다.
무선 충전 패드(100)는 휴대폰의 배터리의 용량에 따라 젠더(200)의 과충전 방지 회로를 사용하여 최대 충전량을 조절하기 위해 과전압, 과전류에 의한 과충전 방지함으로써 제품 보호 및 에너지의 손실을 감소시킨다. 만충전시, 무선 충전 패드(100) 위에 놓여진 배터리(300)가 장착된 휴대폰(301)이 연결된 젠더(Gender)(200)는 만충전 신호를 무선충전패드(100)로 전송하여 무선충전패드로부터 유도기전력 발생을 차단하여 과충전 방지 기능을 제공한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 용량이 다른 이동기기 배터리를 충전하는 무선 충전 패드(Pad)의 내부 시스템 구성도이다.
본 발명에 따른 용량이 다른 이동기기 배터리를 충전하는 무선 충전 패드(Pad) 시스템은 무선 충전 패드(Pad)(100), 젠더(Gender)(200), 젠더 커넥터(270), 및 휴대 단말기의 배터리(300)로 구성된다.
용량이 다른 이동기기 배터리를 충전하는 무선 충전 패드(Pad)는
배터리가 장착된 휴대단말기에 연결된 젠더(Gender)(200)를 무선 충전 패드(Pad:Wireless Charger)(100) 위에 놓으면, 미세한 전위차를 감지하여 대기 전류 모드로부터 에너지 발진 모드로 전환되고, 젠더(200)로부터 무선 충전 패드(Pad)(100)로 전송된 RF 주파수 신호에 포함된 휴대폰의 종류(iphone, 스마트폰, 일반 폰)와 배터리 용량 정보(전압/전류 규격 정보)를 수신하는 배터리 용량 감지 회로; 및 상기 배터리 용량 감지 회로로부터 수신된 휴대단말기 종류별(iphone, 스마트폰, 일반 폰)의 배터리 용량 정보(전압 및 전류 규격 정보)에 따라 무선 충전 패드(100)내의 다수의 L-C공진회로 및 휴대폰 타일별로 사용되는 권선비가 다른 유도자기장 송신부(페라이트) 중 해당 휴대폰의 배터리 용량 정보에 해당하는 특정 LC-공진 회로 및 유도자기장 송신부(페라이트)를 선택하여 시간당 충전량을 조절하여 고유주파수로 발진시켜 코일 및 페라이트(Ferrite)를 통해 상기 젠더(Gender)의 코일과 페라이트로 유도기전력을 발생시키는 유도기전력 제어 회로를 포함하는 1차기기(무선 충전 패드, Pad)(100);
상기 무선 충전 패드(Pad)(100)로부터 코일 및 페라이트를 통해 상기 유도기전력을 수신받아 AC 전압을 DC 전압으로 변환하고 정류 및 과충전이 방지되도록 충전하는 상기 휴대 단말기의 배터리(300)로 충전하고, 충전상태를 표시하며, 만충전시 과전압 및 과전류에 의해 휴대 단말기의 배터리의 과충전을 방지하도록 상기 무선 충전 패드(100)로 만충전 신호를 전송하는 2차기기(젠더, Gender)(200); 및
상기 무선 충전 패드(Pad)(100)의 코일과 페라이트로부터 발생된 유도기전력에 의해 젠더(200)의 코일과 페라이트로 전압을 충전하는 젠더(200)와 Gender 커넥터(270)로 연결된 휴대 단말기의 배터리(300)를 포함한다.
무선 충전 패드(Pad)(100)는 배터리 용량 감지 회로 및 유도기전력 제어 회로로 구성된다.
배터리 용량 감지 회로는 통신부(101) 및 제어부(102)로 구성된다.
유도기전력 제어 회로는 제어회로(110), AC 전원 연결부(120), L-C공진회로(130), 냉각판(140a,140b), 유도자기장 송신부(페라이트)(150,160), 코일(170a,170b)로 구성된다.
무선 충전 패드(Pad)(100)는 휴대 단말기의 배터리(300)와 연결된 젠더(Gender)(200)가 무선 충전 패드(Pad)(100) 위에 놓이면, 미세한 전위차를 감지하여 대기 전류 모드로부터 에너지 발진 모드로 전환되고, 무선 충전 패드(Pad)(100)로부터 젠더(200)로 250~350KHz의 주파수 범위의 고유주파수로 발진시켜 무선 충전 패드(Pad)(100)의 코일 및 페라이트(Ferrite)를 통해 유도기전력을 젠더(200)의 코일 및 페라이트로 발생한다.
통신부(101)는 Standby 상태에 있다가 무선 충전 패드(Pad) 위에 배터리가 장착된 휴대단말기에 연결된 젠더(Gender)(200)가 놓이면, 젠더(200)로부터 휴대폰의 종류(iphone, 스마트폰, 일반 폰)와 배터리 용량 정보(전류 및 전압 규격 정보)를 근거리 무선통신(Bluetooth 프로토콜의 데이타 통신을 위한 ACL(Asynchronous ConnectionLess) link)을 통해 무선 충전 패드(Pad)(100)로 수신하고, 휴대폰의 배터리 충전 전압이 만충전되면 충전을 차단하기 위해 젠더(200)로부터 만충전 신호를 무선 충전 패드(Pad)(100)로 수신한다.
제어부(102)는 통신부(101)로부터 무선 충전 패드(Pad)와 근거리 무선통신으로(블루투스 프로토콜 2.4GHz ISM 대역) 휴대폰의 종류와 배터리 용량 정보(전류 및 전압 규격 정보)를 전송되면, 유도기전력 제어 회로(110)를 제어하여 대기 전류 모드로부터 에너지 발진 모드로 동작시키도록 제어하여 유도기전력을 발생되도록 하며, 또는 휴대폰 배터리의 만충전시 젠더(200)로부터 무선 충전 패드(Pad)로 충전 차단하기 위해 만충전 신호를 수신한 경우 무선 충전 패드(Pad)(100)의 유도기전력 제어 회로(110)를 제어하여 에너지 발진 모드로부터 대기 전류 모드로 동작시키고 코일 및 페라이트로 전류 및 전압 공급을 차단하여 2차기기(gender)(200)로 유도기전력을 발생을 차단되도록 한다.
무선 충전 패드(100)의 제어회로(110)는 휴대 단말기에 연결된 젠더(Gender)(200)가 무선 충전 패드(Pad)(100) 위에 놓이는 경우, 미세한 전위차가 감지되고 대기 전류 모드로부터 에너지 발진 모드로 전환하여 젠더(200)로부터 수신된 휴대폰 종류(A,B,C 타입)와 배터리 용량 정보(전압과 전류 규격 정보)에 따라 무선 충전 패드(100)내의 다수의 L-C공진회로 및 권선비가 다른 유도자기장 송신부(페라이트)중 해당하는 휴대폰의 배터리 용량 정보와 관련된 특정 LC-공진 회로 및 유도자기장 송신부(페라이트)를 선택하고, 전압과 전류를 코일과 페라이트로 공급하여 유도기전력을 발생하게 하거나, 또는 무선 충전 패드(Pad)에 위에서 충전중에 휴대단말기에 연결된 젠더(Gender)를 일정거리 이격시키거나 또는 만충전시 충전 차단을 위해 젠더(Gender)(200)로부터 무선 충전 패드(Pad)(100)로 만충전 신호를 수신하면, 에너지 발진 모드로부터 대기 전류 모드로 전환되어 코일 및 페라이트(Ferrite)로 전압 및 전류 공급을 차단하도록 제어하여 2차기기(Gender)로 유도기전력 발생을 차단하여 과충전을 방지한다.
휴대 단말기에 연결된 젠더(Gender)(200)가 무선 충전 패드(Pad)(100) 위에 놓이면, 무선 충전 패드(Pad)(100)에 미세한 전위차가 발생하고, 대기 전류 모드로부터 에너지 발진 모드로 전환된다. 유도기전력 제어회로(110)는 젠더(200)로부터 수신된 휴대폰 종류(A,B,C 타입)와 배터리 용량 정보(전압과 전류 규격 정보)에 따라 무선 충전 패드(100)내의 다수의 L-C공진회로 및 휴대폰 종류별로 권선비가 다른 유도자기장 송신부(페라이트)중 해당하는 휴대폰의 배터리 용량 정보와 관련된 특정 LC-공진 회로 및 유도자기장 송신부(페라이트)를 선택하고 그 L-C 공진회로(130) 및 페라이트를 통해 즉시 고유주파수로 발진하여 코일 및 페라이트(Ferrite)를 통해 유도기전력을 젠더(200)의 코일 및 페라이트(Ferrite)로 발생시키도록 제어한다.
페라이트를 감은 코일의 권선비는 전압 조절이 가능하므로, 무선충전 패드(100)는 휴대단말기 종류별 서로 다른 권선비를 가진 다수의 L-C 공진 회로(130)를 구비하고, 제어회로(110)에 의해 젠더(200)로부터 수신된 휴대폰 종류별 배터리 용량 정보에 따라 특정 L-C 공진 회로 및 유도자기장 송신부(페라이트)가 선택되면 무선 충전 패드(100)로부터 선택된 코일과 페라이트를 통해 젠더(200)로 유도기전력을 발생한다.
또한, 휴대 단말기의 배터리에 연결된 젠더(200)를 무선 충전 패드(Pad)(100) 위에서 충전중에 젠더(Gender)(200)가 일정거리 이상 이격되면, 무선 충전 패드(100)는 미세한 전위차가 발생하고, 무선 충전 패드(Pad)(100)의 전류의 양을 감지된다. 이 경우, 유도기전력 제어 회로(110)는 에너지 발진 모드에서 다시 대기 전류 모드로 전환되고 젠더(200)로 유도기전력을 발생을 차단하여 에너지 손실을 방지한다.
AC 전원 연결부(120)는 외부 AC 전원으로부터 교류 전원을 인가받는다.
L-C공진회로(130)는 배터리를 장착한 휴대 단말기에 연결된 젠더(Gender)(200)를 무선 충전 패드(Pad)(100) 위에 놓으면, 무선 충전 패드(Pad)(100)는 페라이트 자석과 젠더(Gender)(200)의 페라이트 자석에 의해 미세한(미량의) 전위차가 발생하고, 대기 전류 모드에서 에너지 발진 모드로 전환되며 휴대폰의 종류 및 배터리 용량 정보를 인식하여 시간당 충전량을 조절하는 유도기전력 제어 회로(110)의 제어에 따라 고유 주파수(250~350kHz 주파수 범위)로 발진시킨다.
유도자기장 송신부(페라이트)(150,160)는 L-C 공진회로(130)로부터 고유 주파수로 발진되면, 무선 충전 패드(Pad)(100)의 코일 및 페라이트에 의해 유도자기장을 형성하고 젠더(200)의 코일 및 페라이트(Ferrite)로 유도기전력을 발생시킨다.
냉각판(140a,140b)은 유도자기장 발생으로 코일 및 페라이트에서 발생되는 열을 공랭시킨다.
코일(170a,170b)은 전류를 인가받아 감은 권수에 따라 유도기전력이 발생되도록 유도자기장 송신부(150,160)의 페라이트에 감는다.
배터리를 장착한 휴대 단말기에 연결되는 젠더(Gender)(200)는 유도자기장 수신부(페라이트)(210), 정류 회로(220), 충전회로(230), 충전량 감지회로(240), LED(250), 과충전 방지 회로(260), 및 Gender 커넥터(270)로 구성된다.
젠더 커넥터(270)를 통해 배터리를 장착한 휴대 단말기에 연결된 젠더(Gender)(200)가 무선 충전 패드(Pad)(100) 위에 놓이면, 무선 충전 패드(Pad)(100)는 미세한 전위차를 감지하여 대기 전류 모드에서 에너지 발진 모드로 전환되고, 젠더(200)로부터 무선 충전 패드(Pad)(100)로 전송된 RF 주파수에 포함된 휴대폰의 종류 및 배터리 용량 정보를 수신하며, 인식된 휴대폰 종류별 배터리 용량 정보에 따라 다수의 L-C 공진 회로 및 권선비가 다른 유도자기장 송신부(페라이트) 중 해당하는 휴대폰의 배터리 용량과 관련된 특정 L-C 발진회로 및 유도자기장 송신부(패라이트)를 통해 시간당 충전량을 조절하여 코일 및 페라이트 자석에 의해 무선 충전 패드(Pad)(100)로부터 코일 및 페라이트에 의해 고유주파수로 발진하여 유도기전력(유도 전류, 유도 전압)을 젠더(200)의 유도자기장 수신부(210)로 발생한다.
젠더(200)는 정류 회로(220)에 의해 유도자기장 수신부(210)로부터 수신된 AC 전압을 DC 전압으로 변환하고 정전압 회로 및 평활 회로(레귤레이터)에 의해 정류한 후, 충전회로(230)로 충전되고, 충전량 감지회로(240)에 의해 충전량을 측정하여 LED(250)로 충전 상태를 표시하며, 과충전 방지회로(260)에 의해 과충전을 방지하여 임계치 충전 전압까지 젠더 커넥터(270)를 통해 충전 전압을 제공하여 휴대 단말기의 배터리(300)로 충전한다.
유도자기장 수신부(페라이트)(210)는 무선 충전 패드(Pad)(100)로부터 고유주파수로 발진된 후, 무선 충전 패드(Pad)의 유도자기장 송신부(페라이트)(150,160)로부터 젠더(200)의 페라이트(Ferrite)에 감겨진 코일로 유도기전력(유도 전류, 유도 전압)을 수신한다.
정류 회로(220)는 유도자기장 수신부(210)에서 코일과 페라이트(Ferrite)를 통해 수신된 유도기전력에 해당하는 AC 전압을 브릿지 정류회로(Bridge Rectifier)를 사용하여 유도기전력에 의해 생성된 전압을 정류하여(rectify) L-C 주파수성분을 저역 필터링(LPF:Low Pass Filter)하고, 정전압회로 및 평활회로(레귤레이터)에 의해 안정된 휴대폰 배터리의 DC 전압(예:DC 4V)을 생성한다.
충전회로(230)는 정류회로(220)로부터 정류된 DC 전압을 제공받아 일정한 전류를 조절하여 DC 전압을 충전하고, 충전된 DC 전압을 과충전 방지회로(260)로 제공한다.
충전량 감지 회로(240)는 상기 충전 회로(230)로부터 충전되는 DC 전압의 충전량을 감지하여 실시간으로 충전상태를 측정한다.
LED(250)는 충전량 감지 회로(240)로부터 충전되는 DC 전압의 충전량을 수신받아 무선 충전 패드(Pad)(100)에 무접점으로 젠더(200)에 연결된 휴대단말기의 배터리 충전상태를 표시하고, 충전이 필요하면 Red LED가 점등되며, 충분히 충전되면 Yellow LED(또는 Blue LED)로 점등된다.
과충전 방지 회로(260)는 충전 회로(230)로부터 충전된 전압을 수신받아 현재 휴대 단말기의 배터리의 충전 전압이 미리 설정된 최대 충전 기준 전압에 도달하면, 즉 만충전시 과전압 및 과전류에 의해 휴대단말기 배터리의 과충전을 방지하도록 제어부(261) 및 통신부(262)를 통해 젠더(200)로부터 무선 충전 패드(100)로 만충전 신호를 전송한다.
이때, 무선 충전 패드(100)는 휴대단말기 배터리의 만충전시에 젠더(Gender)(200)의 통신부(261)로부터 충전 차단을 위해 만충전 신호를 무선 충전 패드(Pad)(100)로 수신하면, 에너지 발진 모드로부터 대기 전류 모드로 전환하여 무선 충전 패드(100)의 코일과 페라이트의 전압과 전류의 공급을 차단하고, 젠더(200)로 유도기전력 발생을 차단하여 젠더 커넥터(270)로 연결된 휴대폰 배터리에 더 이상의 전압 공급을 차단하여 과충전을 방지한다.
제어부(261)는 과충전 방지회로(260)와 연결되고, 무선 충전 패드(Pad)(100) 위에 배터리를 장착한 휴대 단말기에 연결된 젠더(Gender)(200)가 놓이면, 휴대폰의 종류와 배터리 용량 정보를 통신부(262)의 근거리 무선통신(Bluetooth 프로토콜의 데이타 통신을 위한 ACL(Asynchronous ConnectionLess) link)을 통해 젠더(200)로부터 무선 충전 패드(100)로 전송하고, 휴대폰의 배터리 충전 전압이 만충전되면 젠더(200)로부터 충전을 차단하기 위해 만충전 신호를 무전 충전 패드(100)로 전송되도록 제어한다.
젠더(Gender)(200)의 통신부(262)는 제어부(261)의 제어에 의해 무선 충전 패드(Pad)와 근거리 무선통신(블루투스 프로토콜을 사용하여 2.4GHz ISM 대역)으로 RF 주파수를 사용하여 휴대폰의 종류(iPhone, 스마트폰, 일반 폰)와 배터리 용량 정보(전류 및 전압 규격 정보)를 전송하거나 또는 휴대폰 배터리의 만충전시, 충전을 차단하기 위해 젠더(200)로부터 만충전 신호를 무선 충전 패드(Pad)(100)로 전송한다.
Gender 커넥터(270)는 배터리를 장착한 휴대 단말기에 연결된 젠더(Gender)(200)와 젠더 연결부(310)를 통해 휴대 단말기의 배터리(300)를 연결한다.
휴대 단말기의 배터리(300)는 무선 충전 패드(100)로부터 발생된 유도기전력에 의해 젠더(200)로 실시간으로 충전되면서 젠더(200)와 Gender 커넥터(270)를 통해 실시간으로 DC 전압을 충전하게 된다.
도 9은 본 발명의 실시예에 따른 용량이 다른 이동기기 배터리를 충전하는 무선 충전 패드의 충전 방법을 설명한 순서도이다.
본 발명에 따른 용량이 다른 이동기기 배터리를 충전하는 무선 충전 패드의 충전 방법은 (a) 배터리를 장착한 휴대 단말기에 연결된 2차기기(Gender)(200)를 무선 충전기(Wireless Charger) 본체인 1차기기(무선 충전 패드)(Pad)(100) 위에 놓이면, 상기 무선 충전 패드(Pad)(100)에서 미세한 전위차를 감지하여 대기 전류 모드로부터 에너지 발진 모드로 전환되며 배터리 용량 감지 회로(통신부(101), 제어부(102))에 의해 젠더(200)로부터 무선 충전 패드(100)로 전송된 RF 주파수 신호에 포함된 휴대폰의 종류(iphone, 스마트폰, 일반 폰)와 배터리 용량 정보(전압 및 전류 규격 정보)를 수신하는 단계(S10); (b) 상기 무선 충전 패드(Pad)(100)에서 상기 휴대 단말기에 연결된 젠더(200)로부터 전송된 RF 주파수 신호에 포함된 휴대폰의 종류 및 배터리용량 정보를 확인하고, 제어 회로(110)에 의해 젠더(200)로부터 수신된 휴대폰 종류(A,B,C 타입)와 배터리 용량 정보(전압과 전류 규격 정보)에 따라 무선 충전 패드(100)내의 다수의 L-C공진회로 및 휴대폰 종류별 권선비가 다른 유도자기장 송신부(페라이트) 중 인식된 휴대폰의 배터리 용량 정보와 관련된 특정 LC-공진 회로 및 유도자기장 송신부(페라이트)를 선택하여 상기 무선 충전 패드(100)로부터 휴대단말기에 연결된 2차 기기(Gender)(200)로 유도자기장의 자속 투자율(permeability)이 좋은 고유주파수(250~350kHz 주파수 범위)로 발진하여 코일 및 페라이트(Ferrite)를 통해 유도기전력을 상기 휴대 단말기에 연결된 젠더(Gender)(200)의 코일 페라이트로 발생시키는 단계(S20); (c) 상기 무선 충전 패드(Pad)(100)로부터 상기 휴대 단말기에 연결된 젠더(200)의 코일 및 페라이트로 유도기전력을 수신받아 정류 회로(220) 및 충전 회로(230)에 의해 AC 전압을 DC 전압으로 변환하며 정류 및 충전하여 충전된 DC전압을 상기 휴대 단말기의 배터리(300)로 제공하도록 하는 단계; (d) 젠더(200)의 충전량 감지 회로(240)에 의해 일정 충전량이 충전되면(S30) LED로 충전량을 표시하고(S40), 과충전 방지 회로(260)가 충전 회로(230)로부터 충전된 전압을 수신받아 현재 휴대단말기의 배터리의 충전 전압이 미리 설정된 최대 충전 기준 전압에 도달하면, 만충전시, 과전압 및 과전류에 의해 과충전을 방지하도록 과충전 방지 회로(260)에 의해 충전 차단을 위한 만충전 신호를 젠더(200)로부터 상기 무선 충전 패드(100)로 전송하는 단계(S60); 및 (e) 상기 무선 충전 패드(100)로부터 젠더(200)가 일정거리 이상 이격되거나 또는 만충전시 충전 차단을 위해 젠더(200)로부터 무선 충전 패드(100)로 만충전 신호를 수신하는 경우 상기 무선 충전 패드(100)가 에너지 발진 모드로부터 대기 전류 모드(대기 전력 상태)로 작동시키고 코일 및 페라이트(Ferrite)로 전류 및 전압 공급을 차단하여 유도기전력 발생을 차단하는 단계(S70)를 포함한다.
상기 단계 (a)에서, 무선 충전 패드(Pad)(100)는 (a1) AC 전원 연결부에 의해 외부 AC 전원으로부터 교류 전원을 인가받는 단계; (a2) 상기 무선 충전 패드(Pad)(100)의 제어 회로(110)에 의해 상기 무선 충전 패드(Pad)(100) 위에 휴대단말기에 연결된 젠더(200)가 놓이면, 대기 전류 모드로부터 에너지 발진 모드로 전환하여 유도기전력에 의해 충전하거나 상기 젠더(Gender)(200)가 일정거리 이상 이격되거나 만충전되면 그 반대로 에너지 발진 모드로부터 대기 전류 모드로 전환되어 유도기전력 발생을 차단하는 기능을 제어하는 단계; (a3) 젠더 커넥터(270)를 통해 상기 배터리가 장착된 휴대단말기에 연결된 젠더(Gender)(200)가 상기 무선 충전 패드(Pad)(100) 위에 놓이면, 상기 무선 충전 패드(Pad)(100)에 미세한 전위차가 감지되고 상기 제어회로(110)의 제어에 따라 L-C공진회로(130)에 의해 상기 젠더(200)로 즉시 고유 주파수로 발진시키는 단계; (a4) 상기 L-C공진회로(130)로부터 고유 주파수로 발진 후, 상기 무선 충전 패드(100)의 유도자기장 송신부(페라이트)(160)로부터 상기 젠더(200)의 페라이트(유도자기장 수신부)(210)로 유도기전력을 발생시키는 단계; 및 (a5) 냉각판(140a,140b)에 의해 상기 유도자기장 발생으로 코일 및 페라이트에서 발생되는 열을 공랭시키는 단계를 포함한다.
배터리를 장착한 휴대 단말기에 부착된 젠더(200)는 무선 충전 패드(100)로부터 고유주파수로 발진 후, 무선 충전 패드(100)의 페라이트(150,160)로부터 젠더(Gender)(200)의 페라이트(210)의 감겨진 코일로 유도기전력(유도 전류, 유도 전압)을 수신받는 단계; 정류 회로(브릿지 정류 회로)(220)에 의해 유도기전력에 의해 생성된 전압을 정류하는 단계; 정류 회로(220)로부터 정류된 전압을 제공받아 내부 레귤레이터에 의해 정전압하에서 충전회로(230)에 의해 일정한 전류를 조절하여 입력되는 직류로 충전 전압을 충전하는 단계; 상기 무선 충전 패드(100)에 무접점으로 충전하는 적어도 하나 이상의 휴대 단말기에 부착된 젠더(200)의 배터리 충전상태를 LED(240)로 표시하고, 충전이 필요하면 Red LED가 점등되고, 충분히 충전되면 Yellow LED(또는 Green LED)로 점등되는 단계; 충전 회로(230)로부터 충전된 전압을 수신받고 각 배터리의 충전상태를 측정한 후 충전 전압이 최대충전 기준 전압에 도달하면, 과충전 방지 회로(250)에 의해 휴대 단말기의 배터리에 더 이상의 전압 공급을 차단하도록 젠더(200)로부터 만충전 신호를 무선 충전 패드(100)로 전송하여 과충전을 방지하는 단계; 및 젠더(Gender)(200)에 충전된 전압을 최대충전 기준 전압까지 Gender 커넥터(270)를 통해 휴대용 전자기기(400)의 배터리(300)로 제공하는 단계로 구성된다.
배터리를 장착한 휴대 단말기에 연결된 젠더(200)는 무선 충전 패드(100) 위에 놓이면, 무선충전패드(100)로부터 제공된 유도기전력에 의해 충전되고, LED로 배터리의 충전량 상태(Yellow:충전완료, Red:충전 상태)를 표시한다.
일예로, LED 표시는 충전이 필요하면 Red LED가 점등되고, 충분히 충전되면 Yellow LED(또는 Blue LED)가 점등된다.
휴대 단말기(스마트폰, iPhone, 일반 폰 등)에 연결된 젠더(Gender)(200)가 무선충전패드(100) 위에 놓이면, 무선 충전 패드(Pad)(100)는 미세한 전위차가 발생하고 전류의 양을 감지한 후 Red LED로 점등되고, 제어 회로의 제어(Control)에 의해 대기 전류 모드에서 에너지 발진 상태 모드로 전환되며, 무선 충전 패드(Pad)(100)로부터 250~350KHz의 주파수 범위의 고유 주파수를 발진시켜 코일 및 페라이트(Ferrite)를 통해 유도기전력(electromotive force)을 젠더(Gender)(200)의 코일 및 페라이트로 수신받아 휴대 단말기의 배터리로 전압을 충전한다.
젠더(200)의 과충전 방지 회로에 의해 임계치 이상 만충전시, 휴대 단말기의 배터리(300)로 과충전을 방지하도록 젠더(200)로부터 무선 충전 패드(100)로 충전을 차단하기 위해 만충전 신호를 전송받으면, 무선충전패드(100)의 제어 회로(110)의 제어에 의해 유도자기장 송신부(150,160)의 코일과 페라이트로 전압과 전류의 공급을 차단하여 무선 충전 패드(100)로부터 젠더(200)로 유도기전력 발생을 차단하여 과충전 방지 기능을 제공한다.
도 4는 무선충전기 본체인 무선 충전 패드(Pad)의 초기 대기 전류 상태에서 발진신호 감지시(전위차 감지) 주파수별로 휴대폰 종류별(아이폰, 갤럭시폰, 일반 폰)로 배터리의 충전 전류를 나타낸다.
아이폰(iPhone)(A)의 배터리는 2400mA, 스마트폰(갤럭시 폰)(B)의 배터리는 1500mA, 일반 휴대폰(C)은 800mA(DC 3.7V) 충전량을 가진다. 무선 충전 패드(100)는 젠더(200)와 연결된 휴대폰 제품이 놓이면, 무선 충전 패드(Pad)(100)는 초기 대기 전류 상태에서 발진 신호(전위차 감지)시, 젠더(200)로부터 근거리 무선통신 프로토콜(Bluetooth 프로토콜)dmf 사용하여 전송된 RF주파수 신호의 휴대폰이 종류 배터리의 필요 전류 및 전압을 확인하고, 에너지 발진 모드에서 유도기전력을 발생하여 젠더로 충전을 유도한다.
예를 들면, 시간에 따른 전류 공급량은 일정시간 경과후(도 5에는 10초로 기록됨) 아이폰(A폰)의 경우 500mmA, 갤럭시폰(B폰)의 경우 400mmA, 일반폰(C폰)의 경우 300mmA로 조절된다.
즉 무선 충전 패드(100)는 용량이 다른 배터리에 시간당 차이나도록 전류공급량을 조절함으로써 용량이 다른 배터리도 안정적으로 충전시킬 수 있는 장점이 있고, 충전이 시작되는 초기에 좀 더 많은 전류를 공급할 수 있다. 무선충전기(Wireless Charger) 제품은 아이폰(A폰)의 경우 700mmA, 갤럭시폰(B폰)의 경우 600mmA, 일반폰(C폰)의 경우 500mmA로 조절될 수 있으며 상기 설명한 바와 같이 일정시간 후에 정상적으로 전류를 공급하여 배터리를 충전한다.
무선 충전 패드(100)는 에너지 발진 모드에서 발진 도중에 이격되어 젠더(Gender)(200) 제품이 없을때, 다시 대기 전류 모드(대기 전류 상태)로 변경한다. 휴대단말기의 배터리가 만충전시, 무선 충전 패드(100)는 젠더(200)로부터 충전 차단을 위해 만충전 신호를 수신받아 에너지 발진 모드로부터 대기 전류 모드로 전환되고, 유도기전력 발생을 차단한다.
배터리를 장착한 휴대 단말기에 연결된 젠더(200)를 무선 충전 패드(Pad)(100)에 위에서 충전중에 이격시키면, 무선 충전 패드(Pad)(100)는 전위차를 감지한 후, 무선충전패드(100)의 제어 회로(110)에 의해 에너지 발진 모드로부터 대기 전류 모드로 전환되어 코일과 페라이트로 전류 및 전원 공급을 차단하여 유도기전력 발생을 차단하여 에너지 손실을 방지한다.
이후, 다시 상기 휴대 단말기에 연결된 젠더(200)를 무선 충전 패드(Pad)(100) 위에 놓으면, 무선 충전 패드(Pad)(100)는 다시 대기 전류 모드에서 에너지 발진 모드로 전환되어 250~350KHz의 주파수 범위의 고유 주파수를 발진시켜 코일과 페라이트(Ferrite)를 통해 젠더(200)의 코일 및 페라이트로 유도기전력을 발생한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용이 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 용량이 다른 이동기기 배터리를 충전하는 무선 충전 패드(Wireless Charger:PAD)에 있어서,
    배터리가 장착된 휴대단말기에 연결된 젠더(Gender)가 무선 충전 패드(Pad:Wireless Charger) 위에 놓이면, 미세한 전위차를 감지하여 대기 전류 모드로부터 에너지 발진 모드로 전환된 후, 상기 젠더(Gender)로부터 상기 무선 충전 패드(Pad)로 전송된 RF 주파수 신호에 포함된 휴대폰의 종류와 배터리 용량 정보를 수신하는 배터리 용량 감지 회로; 및
    상기 배터리 용량 감지 회로로부터 휴대단말기 종류의 배터리 용량 정보를 수신하고 휴대단말기의 배터리의 용량에 따라 유도기전력을 발생하는 유도기전력 제어회로를 포함하며,
    상기 유도기전력 제어 회로는 상기 휴대단말기 종류의 배터리 용량 정보(전압과 전류 규격 정보)에 따라 상기 무선 충전 패드 내의 다수의 L-C공진회로 및 권선비가 다른 유도자기장 송신부(페라이트) 중 인식된 휴대폰의 배터리 용량 정보와 관련된 특정 LC-공진 회로 및 유도자기장 송신부(페라이트)를 선택하고, 시간당 충전량을 조절하여 고유주파수로 발진시키며, 그 코일 및 페라이트(Ferrite)를 통해 상기 젠더(Gender)의 코일과 페라이트로 유도기전력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 용량이 다른 이동기기 배터리를 충전할 수 있는 무선 충전 패드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 용량 감지 회로는,
    상기 무선 충전 패드(Pad) 위에 배터리가 장착된 휴대단말기에 연결된 젠더(Gender)가 놓이면, 휴대폰의 종류(예: iphone, 스마트폰, 일반 폰)와 배터리 용량 정보를 근거리 무선통신을 통해 상기 젠더로부터 상기 무선 충전 패드로 수신하고, 휴대폰의 배터리 충전 전압이 만충전시 충전을 차단하기 위해 상기 젠더로부터 상기 무선 충전 패드(Pad)로 만충전 신호를 수신하는 통신부; 및
    상기 통신부로부터 상기 무선 충전 패드(Pad)로 휴대폰의 종류와 배터리 용량 정보가 전송되면 대기 전류 모드로부터 에너지 발진 모드로 동작시키고 유도기전력이 발생되도록 제어하거나, 휴대폰 배터리의 만충전시 상기 젠더로부터 상기 무선 충전 패드로 만충전 신호를 수신한 경우 상기 에너지 발진 모드로부터 상기 대기 전류 모드로 동작시키도록 제어하여 유도기전력을 발생을 차단되도록 하는 제어부;
    를 포함하는 용량이 다른 이동기기 배터리를 충전하는 무선 충전 패드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유도기전력 제어 회로는,
    상기 휴대 단말기에 연결된 젠더(Gender)가 상기 무선 충전 패드(Pad) 위에 놓이는 경우, 전위차가 감지되어 상기 대기 전류 모드로부터 상기 에너지 발진 모드로 전환된 후, 상기 젠더로부터 수신된 휴대폰 종류(A,B,C 타입)와 배터리 용량 정보(전압과 전류 규격 정보)에 따라 상기 무선 충전 패드 내의 다수의 L-C공진회로 회로중 인식된 휴대폰의 배터리 용량 정보와 관련된 특정 L-C공진회로 및 유도자기장 수신부(페라이트)를 선택하고, 전압과 전류를 코일과 페라이트로 공급하여 유도기전력을 발생시키며, 상기 무선 충전 패드(Pad)에 위에서 충전중에 상기 휴대단말기에 연결된 젠더를 일정거리를 이격시키거나 만 충전시 상기 젠더로부터 상기 무선 충전 패드로 충전 차단을 위해 만충전 신호를 수신하면, 상기 에너지 발진 모드로부터 상기 대기 전류 모드로 전환되어 코일 및 페라이트(Ferrite)로 전압 및 전류 공급을 차단하여 유도기전력 발생을 차단하는 제어회로;
    외부 AC 전원으로부터 교류 전원을 인가받는 AC 전원 연결부;
    상기 배터리를 장착한 휴대 단말기에 연결된 젠더(Gender)를 상기 무선 충전 패드(Pad)위에 놓으면, 상기 무선 충전 패드(Pad)에 미세한 전위차가 감지됨에 따라, 상기 제어 회로의 제어에 따라 상기 대기 전류 모드로부터 상기 에너지 발진 모드로 전환되며 상기 휴대폰의 종류 및 배터리 용량 정보를 인식하여 시간당 충전량을 조절하는 고유 주파수(250~350kHz 주파수 범위)로 발진시키는 다수의 L-C공진회로
    상기 L-C 공진회로로부터 고유 주파수로 발진되면, 상기 무선 충전 패드(Pad)의 코일 및 페라이트로부터 상기 젠더의 코일 및 페라이트로 유도기전력을 발생하는 유도자기장 송신부(페라이트);
    상기 유도자기장 발생으로 상기 코일 및 페라이트에서 발생되는 열을 공랭시키는 냉각판; 및
    전류를 인가받아 감은 권수에 따라 유도기전력이 발생되도록 유도자기장 송신부의 페라이트에 감는 코일;
    를 포함하는 용량이 다른 이동기기 배터리를 충전하는 무선 충전 패드.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어 회로는,
    상기 휴대 단말기에 연결된 젠더(Gender)가 상기 무선 충전 패드(Pad) 위에 놓임에 따라, 미세한 전위차가 감지되면 고유주파수로 발진하여 유도기전력을 상기 젠더(Gender)로 발진되도록 제어하고, 상기 젠더(Gender)가 상기 무선 충전 패드(Pad)위에서 충전중에 일정거리 이격되거나, 만충전시 상기 젠더(Gender)로부터 충전을 차단시키는 만충전 신호를 무선 충전 패드(Pad)로 수신하면, 상기 제어 회로에 의해 상기 에너지 발진 모드로부터 상기 대기 전류 모드로 전환되어 과충전을 방지하는 것을 특징으로 하는 용량이 다른 이동기기 배터리를 충전하는 무선 충전 패드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 젠더는,
    상기 무선 충전 패드(Pad)로부터 코일 및 페라이트를 통해 상기 유도기전력을 수신받아 AC 전압을 DC 전압으로 변환하고 정류 및 과충전이 방지되도록 충전하는 상기 휴대 단말기의 배터리로 충전하고, 충전상태를 표시하며, 만충전시 과전압 및 과전류에 의해 휴대 단말기 배터리의 과충전을 방지하도록 상기 무선 충전 패드(Pad)로 만충전 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 용량이 다른 이동기기 배터리를 충전하는 무선 충전 패드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 젠더(Gender)는,
    상기 무선 충전 패드(Pad)로부터 고유주파수로 발진된 후, 상기 무선 충전 패드(Pad)의 유도자기장 송신부(페라이트)로부터 상기 젠더(Gender)의 페라이트에 감겨진 코일로 유도기전력을 수신하는 유도자기장 수신부(페라이트);
    상기 유도자기장 수신부에서 코일과 페라이트(Ferrite)에 의해 수신된 유도기전력을 해당하는 AC 전압을 브릿지 정류회로를 사용하여 유도기전력에 의해 생성된 전압을 정류하고(rectify), L-C 주파수성분을 저역 필터링(LPF:Low Pass Filter)하며, 정전압회로 및 평활회로에 의해 안정된 DC 전압으로 생성하는 정류 회로;
    상기 정류회로로부터 정류된 DC 전압을 제공받아 일정한 전류를 조절하여 DC 전압을 충전하는 충전회로;
    상기 충전 회로로부터 충전되는 DC 전압의 충전량을 감지하여 실시간으로 충전상태를 측정하는 충전량 감지 회로;
    상기 충전량 감지 회로로부터 충전되는 DC 전압의 충전량을 수신받아 무선 충전 패드(Pad)에 무접점으로 충전하는 상기 휴대단말기에 연결된 젠더의 배터리 충전상태를 표시하고, 충전이 필요하면 Red LED가 점등되고, 충분히 충전되면 Yellow LED(또는 Blue LED)로 점등되는 LED;
    상기 충전 회로로부터 충전된 전압을 수신받아 현재 배터리의 충전 전압이 미리 설정된 최대 충전 기준 전압에 도달하면, 즉 만충전시 유도기전력에 의해 과전압 및 과전류에 의해 과충전을 방지하고 휴대 단말기 배터리에 충전을 차단하도록 상기 무선 충전 패드(Pad)로 만충전 신호를 전송하는 과충전 방지 회로; 및
    상기 휴대폰 케이스에 내장된 젠더(Gender)와 휴대 단말기의 배터리를 연결되고, 충전 전압을 휴대단말기의 젠더 연결부와 연결되는 Gender 커넥터;
    를 포함하는 용량이 다른 이동기기 배터리를 충전하는 무선 충전 패드.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 젠더(Gender)는,
    상기 과충전 방지회로와 연결되고, 상기 무선 충전 패드(Pad) 위에 휴대단말기에 연결된 젠더(Gender)가 놓이면 휴대폰의 종류와 배터리 용량 정보를 전송하고, 휴대폰의 배터리 충전 전압이 만충전되면 상기 젠더(gender)로부터 상기 무선 충전 패드(Pad)로 만충전 신호를 전송되도록 제어하는 제어부; 및
    근거리 무선통신을 사용하여 RF주파수 신호에 포함된 상기 휴대폰의 종류와 배터리 용량 정보를 전송하거나, 또는 휴대폰 배터리의 만충전시 충전 차단하기 위해 만충전 신호를 상기 젠더(Gender)로부터 상기 무선 충전 패드(Pad)로 전송하는 젠더(Gender)의 통신부;
    를 더 포함하는 용량이 다른 이동기기 배터리를 충전하는 무선 충전 패드.
  8. 용량이 다른 이동기기 배터리를 충전하는 무선 충전 패드의 충전 방법에 있어서,
    (a) 배터리를 장착한 휴대 단말기에 연결된 젠더(Gender)를 무선 충전 패드(Pad) 위에 놓이면, 상기 무선 충전 패드(Pad)가 미세한 전위차를 감지하여 대기 전류 모드로부터 에너지 발진 모드로 전환되며 배터리 용량 감지 회로에 의해 상기 젠더로부터 상기 무선 충전 패드로 전송된 RF 주파수 신호에 포함된 휴대폰의 종류와 배터리 용량 정보를 수신하는 단계;
    (b) 상기 휴대 단말기에 연결된 젠더로부터 수신된 RF 주파수의 휴대폰의 종류 및 배터리용량 정보를 확인하고, 유도기전력 제어 회로에 의해 휴대폰 종류(A,B,C 타입)와 배터리 용량 정보(전압과 전류 규격 정보)에 따라 무선 충전 패드 내의 다수의 L-C공진회로 및 휴대폰 종류별로 권선비가 다른 유도자기장 송신부(페라이트) 중 인식된 휴대폰의 배터리 용량 정보와 관련된 다른 특정 LC-공진 회로 및 및 유도자기장 송신부(페라이트)를 선택하고, 상기 무선 충전 패드로부터 상기 휴대단말기에 연결된 젠더로 유도자기장의 자속 투자율(permeability)이 좋은 고유주파수(250~350kHz 주파수 범위)로 발진시키며, 그 코일 및 페라이트를 통해 유도기전력을 상기 휴대 단말기에 연결된 젠더의 코일 및 페라이트로 발생시키는 단계;
    (c) 상기 무선 충전 패드(Pad)로부터 상기 휴대 단말기에 연결된 젠더로 유도기전력을 전송하여 정류 회로 및 충전 회로에 의해 AC 전압을 DC 전압으로 변환하여 정류 및 충전하고, 충전된 DC전압을 상기 휴대 단말기의 배터리로 제공하도록 하는 단계;
    (d) 상기 젠더의 충전량 감지 회로에 의해 일정 충전량이 충전되면, LED로 충전량을 표시하고, 젠더의 과충전 방지 회로에 의해 충전 회로로부터 충전된 전압을 수신받아 현재 휴대단말기의 배터리 충전 전압이 미리 설정된 최대 충전 기준 전압에 도달하면, 과전압 및 과전류에 의해 과충전을 방지하도록 상기 젠더로부터 만충전 신호를 상기 무선 충전 패드로 전송하는 단계; 및
    (e) 상기 무선 충전 패드로부터 상기 젠더가 일정거리 이상 이격되거나 또는 만충전시, 상기 젠더로부터 상기 무선 충전 패드로 만충전 신호를 수신하는 경우 상기 무선 충전 패드가 에너지 발진 모드로부터 대기 전류 모드로 작동되고 코일 및 페라이트로 전류 및 전압 공급을 차단하여 유도기전력 발생을 차단하는 단계;
    를 포함하는 용량이 다른 이동기기 배터리를 충전하는 무선 충전 패드의 충전 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 단계 (a)는,
    (a1) AC 전원 연결부에 의해 외부 AC 전원으로부터 교류 전원을 인가받는 단계;
    (a2) 상기 무선 충전 패드(Pad)의 제어 회로에 의해 상기 무선 충전 패드 위에 휴대단말기에 연결된 젠더가 놓이면 상기 대기 전류 모드로부터 상기 에너지 발진 모드로 전환하여 유도기전력에 의해 충전하거나, 상기 젠더(Gender)가 일정거리 이상 이격되거나 만충전되면 에너지 발진 모드로부터 대기 전류 모드로 전환되어 유도기전력 발생을 차단하는 기능을 제어하는 단계;
    (a3) 젠더 커넥터를 통해 상기 배터리가 장착된 휴대단말기에 연결된 젠더가 상기 무선 충전 패드 위에 놓이면, 상기 무선 충전 패드에 미세한 전위차가 감지되고 상기 제어회로의 제어에 따라 L-C공진회로에 의해 상기 젠더로 고유 주파수로 발진시키는 단계;
    (a4) 상기 L-C공진회로로부터 고유 주파수로 발진 후, 상기 무선 충전 패드의 유도자기장 송신부(페라이트)로부터 상기 젠더의 페라이트(유도자기장 수신부)로 유도기전력을 발생시키는 단계; 및
    (a5) 냉각판에 의해 상기 유도자기장 발생으로 코일 및 페라이트에서 발생되는 열을 공랭시키는 단계;
    를 포함하는 용량이 다른 이동기기 배터리를 충전하는 무선 충전 패드의 충전 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 단계 (d)는,
    만충전시 과충전을 방지하기 위해 상기 젠더로부터 상기 무선 충전 패드(Pad)로 만충전 신호가 전송되면, 상기 무선 충전 패드의 제어 회로의 제어에 의해 유도자기장 송신부의 코일과 페라이트로 전압과 전류의 공급을 차단하여 상기 무선 충전 패드로부터 상기 젠더로 유도기전력 발생을 차단하여 젠더의 과충전 방지 기능을 제공하는 것을 특징으로 하는 용량이 다른 이동기기 배터리를 충전하는 무선 충전 패드의 충전 방법.
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