WO2013012114A1 - 무선 전력 신호를 통한 무선 전력 수신기의 통신 - Google Patents

무선 전력 신호를 통한 무선 전력 수신기의 통신 Download PDF

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WO2013012114A1
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packet
power
power transmission
signal
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이재성
추인창
서정교
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엘지전자 주식회사
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    • H04B5/45—Transponders

Definitions

  • the present disclosure relates to wireless power transmission and, more particularly, to a wireless power receiver performing communications via a wireless power signal.
  • An electronic device that receives energy wirelessly may be driven directly by the received wireless power, or it may be powered by the charged power to charge the battery using the received wireless power.
  • the Wireless Power Consortium which deals with techniques for wireless power transmission of a self-induction type, is entitled " Wireless Power Transmission System Manual, Volume I, " on April 12, 2010 for interoperability in wireless power transmission, Low Power, Part 1: Interface Definition, Version 1.00 RC1 (System Description Wireless Power Transfer, Volume 1, Low Power, Part 1: Interface Definition, Version 1.00 Release Candidate 1)
  • the standard document of the Wireless Power Association describes a method of transferring power from one wireless power transmission device to one wireless power receiving device by a magnetic induction method.
  • the present invention is directed to a communication method using power transmission signals of receivers that receive power wirelessly. It is also intended to suggest a method by which one or more power receivers perform communications using a wireless power signal without collision.
  • a wireless power receiver that enters a region capable of wireless power transmission provides a method for transmitting a control message for wireless power transmission.
  • a power receiver for transmitting a message using a power transmission signal.
  • the power receiver includes: a power receiver for receiving a wireless power signal formed by a power transmitter; A demodulator for demodulating the received wireless power signal; A modulator for modulating the received wireless power signal; And a control unit configured to decode a first packet from a radio power signal demodulated by the demodulation unit, determine whether a second packet that does not conflict with the decoded first packet can be transmitted, And modulating the received wireless power signal to include the second packet.
  • the one or other embodiments may include one or more of the following features.
  • the determination of whether or not the second packet can be transmitted may be based on a transmission period of the first packet and a length of the decoded first packet.
  • the determination as to whether or not the second packet can be transmitted is made by comparing the transmission period of the first packet with the sum of the decoded first packet and the length of the second packet, It may be determined that transmission is possible.
  • the control unit may modulate the received wireless power signal such that the first packet is decoded and the second packet is included when the determination result indicates that the second packet can be transmitted.
  • the control unit may modulate the received wireless power signal so that if the second packet is not transmittable, the first packet is decoded and then the packet is not transmitted.
  • the second packet may be configured to include a sender address, and the controller may determine an address different from a sender address of the decoded first packet as a sender address of the second packet.
  • the second packet may include the strength, frequency, or power transmission state information of the received wireless power signal.
  • the power receiving unit may be configured to include a resonant circuit that generates self resonance by the received wireless power signal, and the demodulating unit may obtain the first packet from a current generated by self resonance generated in the resonant circuit Demodulate the wireless power signal, and the modulator may modulate the wireless power signal by changing a load connected to the power receiver based on the second packet.
  • a power transmitter is disclosed as another embodiment disclosed in the specification.
  • the power transmitter includes a power conversion unit for forming a wireless power signal using a power supplied from a power supply unit and receiving a modulated wireless power signal; A demodulator for demodulating the received wireless power signal; Acquiring a sender address and a control message of the packet by decoding the packet from the demodulated radio power signal and determining a property value of power for a power receiver corresponding to the obtained sender address based on the obtained control message And a controller for controlling power supplied to the power supply according to the determined characteristics of the power supply.
  • a method for transmitting a control message to participate in a communication using a power signal by a wireless power receiver includes receiving a wireless power signal received at a coil; Obtaining one or more packets based on a current generated by the received wireless power signal; Decoding the one or more obtained packets; Determining slots available for use in the received wireless power signal without collision with the decoded packets; Generating a response packet including caller information and a control message; And transmitting the response packet by changing the load connected to the coil so that the response packet is included in the determined slot of the wireless power signal.
  • the usable slot may be determined to be one of slots not occupied by the one or more packets within the transmission period of the packets.
  • the generating of the response packet may include: identifying sender information of the decoded packets; And determining, as the sender information of the response packet, identification information that is not duplicated with the verified sender information.
  • a control method of a power transmitter that regulates wireless power transmission based on a wireless power signal modulated by one or more power receivers.
  • the method includes forming a wireless power signal; Receiving a modulated wireless power signal of a first period; Obtaining packets belonging to the first period by demodulating the wireless power signal of the first period; And adjusting a power supply for forming the wireless power signal based on a sender address and a control message of packets belonging to the first period.
  • the method includes receiving a modulated wireless power signal of a second period; Obtaining packets belonging to the second period by demodulating the wireless power signal of the second period; Comparing the sender addresses of packets belonging to the first period and packets belonging to the second period; And changing the state of the one or more power receivers based on the comparison result.
  • changing the state of the one or more power receivers further comprises performing an identification process for the new power receiver when a new power receiver is detected as a result of the comparison, A power receiver corresponding to a sender address not included in the packet acquired in the first period among the sender addresses included in the packet obtained in the period.
  • changing the state of the one or more power receivers further comprises performing an identification process for the new power receiver when a new power receiver is detected as a result of the comparison, And a power receiver corresponding to a slot not occupied by the packet acquired in the first period among the time slots occupied by the packet acquired in the period.
  • a plurality of wireless power receiving apparatuses that receive power wirelessly from a wireless power transmission apparatus can transmit a power control message using a power transmission signal.
  • a plurality of wireless power receiving apparatuses may transmit their respective power control messages to the wireless power transmission apparatus to control the respective wireless power transmitted thereto.
  • FIG. 1 is an exemplary diagram conceptually showing a wireless power transmission device and an electronic device according to embodiments of the present invention.
  • FIGS. 2 (a) and 2 (b) are block diagrams illustrating a configuration of a wireless power transmission apparatus 100 and an electronic device 200 that can be employed in the embodiments disclosed herein, respectively.
  • FIG. 3 illustrates a concept that power is transmitted from a wireless power transmission apparatus to an electronic apparatus wirelessly according to an inductive coupling scheme.
  • FIG. 4 is a block diagram exemplarily showing a part of the configuration of the electromagnetic induction type wireless power transmission device 100 and the electronic device 200 that can be employed in the embodiments disclosed herein.
  • FIG. 5 is a block diagram of a wireless power transmission apparatus configured to have one or more transmission coils that receive power in accordance with an inductive coupling scheme employable in the embodiments disclosed herein.
  • FIG. 6 shows a concept that power is transferred from a wireless power transmission device to an electronic device wirelessly according to a resonant coupling scheme.
  • FIG. 7 is a block diagram exemplarily showing a part of the configuration of the electronic apparatus 200 and the wireless power transmission apparatus 100 of the resonance type that can be employed in the embodiments disclosed herein.
  • FIG. 8 is a block diagram of a wireless power transmission apparatus configured to have one or more transmission coils that receive power in accordance with a resonant coupling scheme employable in the embodiments disclosed herein.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a wireless power transmission apparatus further including an additional configuration in addition to the configuration shown in FIG. 2 (a).
  • FIG. 10 shows a configuration in which the electronic device 200 according to the embodiments disclosed herein is implemented in the form of a mobile terminal.
  • FIG. 11 illustrates a concept of transmitting and receiving packets between a wireless power transmission device and an electronic device through modulation and demodulation of a wireless power signal in wireless power transmission in accordance with the embodiments disclosed herein.
  • FIG. 12 illustrates a configuration for transmitting and receiving a power control message in a wireless power transmission according to the embodiments disclosed herein.
  • FIG. 13 illustrates the form of signals in modulation and demodulation performed in a wireless power transmission in accordance with the embodiments disclosed herein.
  • Figure 14 illustrates a packet including a power control message used in a wireless power transfer method in accordance with the embodiments disclosed herein.
  • FIG. 15 illustrates operational states of a wireless power transmission device 100 and an electronic device 200 in accordance with the embodiments disclosed herein.
  • 16 is a conceptual diagram showing a method by which a wireless power transmission apparatus transmits power to one or more wireless power reception apparatuses.
  • 17 is a flowchart illustrating a communication process of an electronic device according to the embodiments disclosed herein.
  • first, second, etc. used in this specification can be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
  • FIG. 1 is an exemplary diagram conceptually showing a wireless power transmission apparatus and an electronic apparatus according to the embodiments disclosed herein.
  • the wireless power transmission apparatus 100 may be a power transmission apparatus that wirelessly transmits power required for the electronic apparatus 200.
  • the wireless power transmission apparatus 100 may be a wireless charging apparatus that charges the battery of the electronic device 200 by transmitting power wirelessly.
  • An embodiment in which the wireless power transmission apparatus 100 is implemented as a wireless charging apparatus will be described below with reference to FIG.
  • the wireless power transmission apparatus 100 may be implemented in various types of devices that transmit power to the electronic device 200 that requires power in a non-contact state.
  • the electronic device 200 is a device capable of operating by receiving power wirelessly from the wireless power transmission device 100. Also, the electronic device 200 can charge the battery using the received wireless power.
  • the electronic apparatus for receiving power wirelessly described in the present specification can be applied to any portable electronic apparatus such as an input / output apparatus such as a keyboard, a mouse, an auxiliary output apparatus for video or audio, a cellular phone, a cellular phone, smart phone, PDA (Personal Digital Assistants), PMP (Portable Multimedia Player), tablet, or multimedia device.
  • an input / output apparatus such as a keyboard, a mouse, an auxiliary output apparatus for video or audio
  • a cellular phone such as a keyboard, a mouse, an auxiliary output apparatus for video or audio
  • a cellular phone such as a cellular phone, a cellular phone, smart phone, PDA (Personal Digital Assistants), PMP (Portable Multimedia Player), tablet, or multimedia device.
  • PDA Personal Digital Assistants
  • PMP Portable Multimedia Player
  • the electronic device 200 may be a mobile communication terminal (e.g., a cellular phone, a cellular phone, a tablet) or a multimedia device, as will be described later.
  • a mobile communication terminal e.g., a cellular phone, a cellular phone, a tablet
  • a multimedia device as will be described later.
  • An embodiment in which the electronic device 200 is implemented as a mobile terminal will be described below with reference to FIG.
  • the wireless power transmission apparatus 100 may use one or more wireless power transmission methods to wirelessly transmit power to the electronic device 200 without mutual contact. That is, the wireless power transmission apparatus 100 includes an inductive coupling scheme based on an electromagnetic induction phenomenon generated by the wireless power signal, a resonant coupling scheme based on a magnetic resonance phenomenon generated by a wireless power signal of a specific frequency, (Magnetic Resonance Coupling) method.
  • the inductively coupled wireless power transmission is a technique for wirelessly transmitting power using a primary coil and a secondary coil.
  • the current is transmitted to the other coil by a varying magnetic field generated by electromagnetic induction in one coil. And the electric power is transmitted.
  • electromagnetic resonance occurs in the electronic device 200 by a wireless power signal transmitted from the wireless power transmission apparatus 100, and the wireless power transmission Refers to the transmission of electric power from the device 100 to the electronic device 200.
  • FIG. 2 is a block diagram exemplarily illustrating a configuration of a wireless power transmission apparatus 100 and an electronic device 200 that can be employed in the embodiments disclosed herein.
  • the wireless power transmission apparatus 100 is configured to include a power transmission unit 110.
  • the power transmission unit 110 may include a power conversion unit 111 and a power transmission control unit 112.
  • the power conversion unit 111 converts the power supplied from the transmission power supply unit 190 into a wireless power signal and transmits the wireless power signal to the electronic device 200.
  • the radio power signal transmitted by the power converter 111 is formed in the form of a magnetic field or an electro-magnetic field having oscillation characteristics.
  • the power conversion unit 111 may be configured to include a coil for generating the wireless power signal.
  • the power conversion unit 111 may include components for forming different types of wireless power signals according to each power transmission scheme.
  • the power conversion unit 111 may be configured to include a primary coil that forms a varying magnetic field to induce a current in the secondary coil of the electronic device 200 according to an inductive coupling scheme .
  • the power conversion unit 111 includes a coil (or antenna) that forms a magnetic field having a specific resonance frequency to generate a resonance phenomenon in the electronic device 200 according to a resonance coupling scheme. .
  • the power conversion unit 111 may transmit power using one or more of the above-described inductive coupling method and resonant coupling method.
  • the power conversion unit 111 may further include a circuit for adjusting characteristics of a frequency, an applied voltage, and a current used for forming the wireless power signal.
  • the power transmission control unit 112 controls each component included in the power transmission unit 110.
  • the power transmission control 112 may be implemented to be integrated with another control (not shown) that controls the wireless power supply 100.
  • an area where the wireless power signal can reach can be divided into two types.
  • an active area refers to a region through which a wireless power signal that transmits power to the electronic device 200 passes.
  • a semi-active area refers to an area of interest in which the wireless power transmission apparatus 100 can detect the presence of the electronic device 200.
  • the power transmission control unit 112 may detect whether the electronic device 200 is placed in or removed from the active area or the sensing area. Specifically, the power transmission control unit 112 determines whether the electronic device 200 is located in the active area or the sensing area by using a wireless power signal formed in the power conversion unit 111 or a sensor provided separately Or not.
  • the power transmission control unit 112 receives the wireless power signal due to the electronic device 200 existing in the sensing area, and controls the power for the wireless power signal of the power conversion unit 111
  • the presence of the electronic device 200 can be detected by monitoring whether or not the characteristics of the electronic device 200 change.
  • the active area and the sensing area may differ depending on a wireless power transmission scheme such as an inductive coupling scheme and a resonant coupling scheme.
  • the power transmission control unit 112 may perform the process of identifying the electronic device 200 or may determine whether to start the wireless power transmission according to a result of detecting the presence of the electronic device 200.
  • the power transmission control unit 112 may determine at least one of a frequency, a voltage, and a current of the power conversion unit 111 for forming the wireless power signal.
  • the power transmission control unit 112 may receive a power control message from the electronic device 200. [ The power transmission control unit 112 may acquire information on wireless power transmitted to the electronic device 200 based on the received power control message. Also, the power transmission control unit 112 may obtain control information for controlling power transmission based on the received power control message. The wireless power transmission apparatus 100 may start or terminate the transmission of the wireless power signal based on the power control message. Also, the wireless power transmission apparatus 100 may adjust the characteristics of the wireless power signal based on the power control message.
  • the power transmission control unit 112 included in the wireless power transmission apparatus may receive the power control message through the wireless power signal.
  • the wireless power transmission apparatus 100 may further include a power communication modulation / demodulation unit 113 electrically connected to the power conversion unit 111 .
  • the modem unit 113 may be used to demodulate the wireless power signal modulated by the electronic device 200 and receive the power control message. A method for the power conversion unit 111 to receive the power control message using the wireless power signal will be described below with reference to FIG. 11 to FIG.
  • the electronic device 200 is configured to include a power supply unit 290.
  • the power supply unit 290 supplies power required for the operation of the electronic device 200.
  • the power supply unit 290 may include a power receiving unit 291 and a power receiving control unit 292.
  • the power receiving unit 291 receives power transmitted from the wireless power transmission apparatus 100 wirelessly.
  • the power receiving unit 291 may include components necessary for receiving the wireless power signal according to a wireless power transmission scheme.
  • the power receiver 291 may receive power according to one or more wireless power transmission schemes.
  • the power receiver 291 may include necessary components according to each scheme.
  • the power receiving unit 291 may be configured to include a coil for receiving a radio power signal transmitted in the form of a magnetic field or an electromagnetic field having an oscillating characteristic.
  • the power receiving unit 291 may include a secondary coil through which a current is induced by a magnetic field that varies as a component according to an inductive coupling scheme.
  • the power receiving unit 291 may include a coil and a resonant circuit that generate a resonance phenomenon by a magnetic field having a specific resonance frequency as a component according to a resonant coupling scheme.
  • the power receiver 291 may receive power according to one or more wireless power transfer schemes.
  • the power receiver 291 may be configured to receive using one coil, May be implemented to receive using a coil formed differently depending on the power transmission scheme.
  • Embodiments according to the inductive coupling scheme among the components included in the power receiving unit 291 will be described with reference to FIG. 4, and embodiments according to the resonant coupling scheme will be described later with reference to FIG.
  • the power receiving unit 291 may further include a rectifier and a regulator for converting the radio power signal into a direct current.
  • the power receiving unit 291 may further include a circuit for preventing an overvoltage or an overcurrent from occurring due to the received power signal.
  • the power reception control unit 292 controls the components included in the power supply unit 290.
  • the power receiving control unit 292 may transmit a power control message to the wireless power transmission apparatus 100.
  • the power control message may instruct the wireless power transmission apparatus 100 to start or terminate the transmission of the wireless power signal.
  • the power control message may also direct the wireless power transmission apparatus 100 to adjust the characteristics of the wireless power signal.
  • the type of the power control message is not limited to being transmitted for the purpose described above.
  • the power reception control unit 292 may transmit the power control message through the wireless power signal.
  • the electronic device 200 may further include a power communication modulation / demodulation unit 293 electrically connected to the power receiving unit 291 .
  • the modem unit 293 can be used to transmit the power control message through the wireless power signal, as in the case of the wireless power transmission apparatus 100 described above.
  • the modem unit 293 may be used as a means for adjusting the current and / or voltage flowing through the power conversion unit 111 of the wireless power transmission apparatus 100.
  • a method in which the modulation and demodulation units 113 and 293 on the side of the wireless power transmission apparatus 100 and the side of the electronic device 200 are used for transmission and reception of a power control message through a wireless power signal will be described.
  • the wireless power signal formed by the power conversion unit 111 is received by the power receiving unit 291.
  • the power reception control unit 292 controls the modem unit 293 of the electronic device 200 to modulate the wireless power signal.
  • the power reception control unit 292 may modify the reactance of the modem unit 293 connected to the power reception unit 291 so that the amount of power received from the wireless power signal changes accordingly have.
  • a change in the amount of power received from the wireless power signal results in a change in the current and / or voltage of the power conversion unit 111 forming the wireless power signal.
  • the modulation / demodulation unit 113 of the wireless power transmission apparatus 100 detects a change in the current and / or voltage of the power conversion unit 111 and performs a demodulation process.
  • the power reception controller 292 generates a packet including a power control message to be transmitted to the wireless power transmission apparatus 100, modulates the wireless power signal to include the packet,
  • the transmission control unit 112 can obtain the power control message included in the packet by decoding the packet based on the demodulation process result of the modulation / demodulation unit 113. A specific method by which the wireless power transmission apparatus 100 acquires the power control message will be described later with reference to FIG. 11 to FIG.
  • the power supply unit 290 may be configured to further include a charging unit 298 and a battery 299.
  • the electronic apparatus 200 receiving power for operation from the power supply unit 290 operates by the power transmitted from the wireless power transmission apparatus 100 or by using the transmitted power to operate the battery 299
  • the battery 299 can be operated by the electric power charged in the battery 299.
  • the power receiving control unit 292 may control the charging unit 298 to perform charging using the transmitted power.
  • Figure 3 illustrates the concept that power is transferred from a wireless power transmission device to an electronic device wirelessly in accordance with embodiments that support an inductive coupling scheme.
  • the power conversion section 111 of the wireless power transmission apparatus 100 is configured to include a transmission coil (Tx coil) 1111a that operates as a primary coil in magnetic induction.
  • the power receiving unit 291 of the electronic device 200 is configured to include a receiving coil (Rx coil) 2911a that operates as a secondary coil in magnetic induction.
  • the wireless power transmission apparatus 100 and the electronic apparatus 200 are arranged so that the transmission coil 1111a on the wireless power transmission apparatus 100 side and the reception coil on the electronic apparatus 200 side are close to each other.
  • the power transmission control unit 112 controls the current of the transmission coil 1111a to be changed
  • the power receiving unit 291 transmits the power to the electronic device 200 using the electromotive force induced in the receiving coil 2911a. As shown in FIG.
  • the efficiency of the wireless power transmission by the inductively coupled system has a small influence on the frequency characteristics but is influenced by the alignment and distance between the wireless power transmission apparatus 100 including the coils and the electronic apparatus 200, (distance).
  • the wireless power transmission apparatus 100 may be configured to include an interface surface (not shown) in the form of a flat surface for wireless power transmission by the inductive coupling method.
  • One or more electronic devices may be placed on the interface surface, and the transmission coil 1111a may be mounted on the interface surface.
  • the vertical spacing between the transmission coil 1111a mounted on the lower surface of the interface and the reception coil 2911a of the electronic device 200 located above the interface surface is small, Is sufficiently small so that wireless power transmission by the inductive coupling scheme can be efficiently performed.
  • an arrangement indicator may be formed on an upper surface of the interface to indicate a position where the electronic device 200 is to be placed.
  • the arrangement instruction unit indicates a position of the electronic device 200 in which the arrangement between the transmission coil 1111a mounted on the lower surface of the interface and the reception coil 2911a can be made suitable.
  • the arrangement indicator may be a simple mark.
  • the arrangement indication portion may be formed in the form of a protruding structure for guiding the position of the electronic device 200.
  • the arrangement directing part is formed in the form of a magnetic body such as a magnet mounted on the lower part of the interface surface, and by the mutual attractive force with other magnetic bodies mounted inside the electronic device 200, May be guided to form an appropriate arrangement.
  • the wireless power transmission apparatus 100 may be formed to include one or more transmission coils.
  • the wireless power transmission apparatus 100 may selectively increase the power transmission efficiency by selectively using a part of the coils appropriately arranged with the reception coil 2911a of the electronic device 200 among the one or more transmission coils.
  • the wireless power transmission apparatus 100 including the one or more transmission coils will be described below with reference to Fig.
  • FIG. 4 is a block diagram exemplarily showing a part of the configuration of the electromagnetic induction type wireless power transmission device 100 and the electronic device 200 that can be employed in the embodiments disclosed herein.
  • the configuration of the power transfer unit 110 included in the wireless power transmission apparatus 100 will be described with reference to FIG. 4A.
  • the power conversion unit 111 of the wireless power transmission apparatus 100 may be configured to include a transmission coil (Tx coil) 1111a and an inverter 1112.
  • the transmission coil 1111a forms a magnetic field corresponding to a radio power signal in accordance with a change in current.
  • the transmission coil 1111a may be implemented as a planar spiral type.
  • the transmission coil 1111a may be implemented as a cylindrical solenoid type.
  • the inverter 1112 transforms a DC input obtained from the power supply unit 190 into an AC waveform.
  • An alternating current deformed by the inverter 1112 is formed in the transmission coil 1111a by driving a resonant circuit including the transmission coil 1111a and a capacitor (not shown) .
  • the power conversion unit 111 may be further configured to include a positioning unit 1114.
  • the positioning unit 1114 may move or rotate the transmission coil 1111a to increase the efficiency of the wireless power transmission by the inductive coupling scheme. This is because, as described above, the power transmission by the inductively coupled method is performed by the arrangement and distance between the wireless power transmission apparatus 100 including the primary and secondary coils and the electronic apparatus 200, . Particularly, the positioning unit 1114 can be used when the electronic device 200 is not present in the active area of the wireless power transmission apparatus 100.
  • the positioning unit 1114 may determine that the distance between the center of the transmission coil 1111a of the wireless power transmission device 100 and the reception coil 2911a of the electronic device 200 is within a certain range And a driving unit (not shown) for moving the transmission coil 1111a so that the center of the transmission coil 1111a and the reception coil 2911a overlap with each other or rotating the transmission coil 1111a so as to overlap the center of the transmission coil 1111a and the reception coil 2911a .
  • the wireless power transmission apparatus 100 may further include a position detection unit (not shown) configured to detect a position of the electronic device 200, and the power transmission control unit 112 May control the positioning unit 1114 based on positional information of the electronic device 200 received from the position sensor.
  • a position detection unit (not shown) configured to detect a position of the electronic device 200
  • the power transmission control unit 112 May control the positioning unit 1114 based on positional information of the electronic device 200 received from the position sensor.
  • the power transmission control unit 112 receives control information on the arrangement or distance with the electronic device 200 through the modulation / demodulation unit 113, and based on the received control information on the arrangement or distance, The positioning unit 1114 can be controlled.
  • the positioning unit 1114 can determine which of the plurality of transmission coils is to be used for power transmission.
  • the configuration of the wireless power transmission apparatus 100 including the plurality of transmission coils will be described later with reference to Fig.
  • the power conversion unit 111 may be configured to further include a power sensing unit 1115.
  • the power sensing unit 1115 on the side of the wireless power transmission apparatus 100 monitors the current or voltage flowing in the transmission coil 1111a.
  • the power sensing unit 1115 detects a voltage or current of a power source supplied from outside and determines whether the detected voltage or current exceeds a threshold value Can be confirmed.
  • the power sensing unit 1115 compares a voltage or current value of the detected power source with a threshold value and outputs a result of the comparison. And a comparator. Based on the result of the detection by the power sensing unit 1115, the power transmission control unit 112 may control the switching unit (not shown) to cut off the power applied to the transmission coil 1111a.
  • the power supply unit 290 of the electronic device 200 may be configured to include a reception coil (Rx coil) 2911a and a rectification circuit 2913.
  • a current is induced in the reception coil 2911a by a change in the magnetic field formed from the transmission coil 1111a.
  • the embodiment of the receiving coil 2911a may be in the form of a flat spiral or a cylindrical solenoid, according to embodiments as in the case of the transmitting coil 1111a.
  • series and parallel capacitors may be connected to the receiving coil 2911a to enhance reception efficiency of the wireless power or to detect resonance.
  • the receiving coil 2911a may be in the form of a single coil or a plurality of coils.
  • the rectifying circuit 2913 performs full-wave rectification on the current to convert the alternating current into direct current.
  • the rectifier circuit 2913 may be implemented by, for example, a full bridge rectifier circuit including four diodes or a circuit using active components.
  • the rectifying circuit 2913 may further include a regulator for converting the rectified current into a more flat and stable direct current.
  • the output power of the rectifying circuit 2913 is supplied to the respective components of the power supply unit 290.
  • the rectifying circuit 2913 is a DC-DC converter that converts the output DC power to an appropriate voltage to match the power required for each component of the power supply unit 290 (for example, a circuit similar to the charging unit 298) (DC-DC converter).
  • the modulation and demodulation unit 293 may be constituted by a resistive element connected to the power receiving unit 291 and having a resistance varying with respect to a direct current and a capacitive element whose reactance is changed with respect to an alternating current .
  • the power receiving control unit 292 may modulate the wireless power signal received by the power receiving unit 291 by changing the resistance or reactance of the modem unit 293.
  • the power supply unit 290 may further include a power sensing unit 2914.
  • the power sensing unit 2914 of the electronic device 200 monitors the voltage and / or current of the power source rectified by the rectifying circuit 2913, and if the voltage and / or current of the rectified power source If the threshold value is exceeded, the power reception control unit 292 transmits a power control message to the wireless power transmission apparatus 100 to transmit appropriate power.
  • a wireless power transmission apparatus configured with one or more transmission coils
  • FIG. 5 is a block diagram of a wireless power transmission apparatus configured to have one or more transmission coils that receive power in accordance with an inductive coupling scheme employable in the embodiments disclosed herein.
  • the power conversion section 111 of the wireless power transmission apparatus 100 may be configured with one or more transmission coils 1111a-1 to 1111a-n.
  • the one or more transmission coils 1111a-1 to 1111a-n may be an array of partly overlapping primary coils.
  • An active area may be determined by a portion of the one or more transmission coils.
  • the one or more transmission coils 1111a-1 to 1111a-n may be mounted below the interface surface.
  • the power conversion unit 111 may further include a multiplexer 1113 for establishing and releasing connection of some of the one or more transmission coils 1111a-1 to 1111a-n .
  • the power transmission control unit 112 controls the power of the one or more transmission coils 1111a-1 to 1111a-1, considering the sensed position of the electronic device 200.
  • [ 1111a-n may be connected to the receiving coil 2911a of the electronic device 200. In this case,
  • the power transmission control unit 112 may acquire position information of the electronic device 200.
  • the power transmission control unit 112 can acquire the position of the electronic device 200 on the interface surface by the position sensing unit (not shown) provided in the wireless power transmission device 100 have.
  • the power transmission control unit 112 uses a power control message indicating the strength of the wireless power signal from an object on the interface surface using the one or more transmission coils 1111a-1 to 1111a-n, respectively,
  • the position information of the electronic device 200 can be obtained by receiving a power control message indicating the identification information of the object and determining which coil of the one or more transmission coils is close to the position based on the received result have.
  • the active area may be a part of the interface surface, and may refer to a portion where a high efficiency magnetic field can pass when the wireless power transmission apparatus 100 transmits power wirelessly to the electronic device 200 .
  • a single transmission coil or a combination of one or more transmission coils for forming a magnetic field passing through the active region may be referred to as a primary cell.
  • the power transmission control unit 112 determines an activity area based on the sensed position of the electronic device 200, establishes connection of major cells corresponding to the active area, The multiplexer 1113 can be controlled so that the coil 2911a and the coils belonging to the main cell can be placed in an inductive coupling relationship.
  • the power transmission control unit 112 may control the multiplexer 1113 such that the coils belonging to the main cell corresponding to the position of each electronic device are in an inductive coupling relationship. Accordingly, the wireless power transmission apparatus 100 can wirelessly transmit power to one or more electronic devices by forming wireless power signals using different coils.
  • the power transmission control unit 112 may be configured to supply power having different characteristics to the coils corresponding to the electronic apparatuses.
  • the wireless power transmission apparatus 100 can transmit power by setting a different power transmission mode, efficiency, and characteristics for each electronic device. Power delivery for one or more electronic devices is described below with reference to FIG.
  • the power conversion unit 111 may further include an impedance matching unit (not shown) that adjusts the impedance to form a resonant circuit with the coils connected thereto.
  • an impedance matching unit (not shown) that adjusts the impedance to form a resonant circuit with the coils connected thereto.
  • Figure 6 illustrates the concept that power is transmitted from a wireless power transmission device to an electronic device wirelessly according to embodiments that support the resonant coupling scheme.
  • Resonance refers to a phenomenon in which the vibration system receives an external force periodically having the same frequency as its natural frequency, and the amplitude thereof increases sharply.
  • Resonance is a phenomenon occurring in all vibrations, such as mechanical vibration and electrical vibration.
  • the natural frequency of the vibration system is equal to the frequency of the external force, the vibration becomes larger and the amplitude becomes larger.
  • an inductor and a capacitor can be used to make a resonant circuit.
  • a magnetic field having a specific vibration frequency is formed by the AC power source in the power transmission unit 110.
  • a resonance phenomenon occurs in the electronic device 200 due to the magnetic field, power is generated in the electronic device 200 by the resonance phenomenon.
  • an electromagnetic wave having a low frequency can be used.
  • an electromagnetic wave having a low frequency When electric power is transmitted using an electromagnetic wave having a low frequency, only a magnetic field affects a region located within a single wavelength of the electromagnetic wave do. This phenomenon can be called magnetic coupling or magnetic resonance. This magnetic resonance may occur when the wireless power transmission device 100 and the electronic device 200 are located within a single wavelength of the electromagnetic wave having the low frequency.
  • the resonance coupling method may be a method of transmitting electric power using an electromagnetic wave having a low frequency as described above. Therefore, in principle, the transmission coil 1111b of the wireless power transmission apparatus 100 can form a magnetic field or an electromagnetic wave for transmitting electric power.
  • the resonance coupling method will be described in terms of magnetic resonance, Will be described in terms of power delivery.
  • the resonance frequency can be determined by, for example, the following equation (1).
  • the resonance frequency f is determined by the inductance L and the capacitance C in the circuit.
  • the inductance is determined by the number of revolutions of the coil and the like, and the capacitance can be determined by an interval, an area, or the like between the coils.
  • a capacitive resonance circuit may be connected to the coil to determine the resonance frequency.
  • the power conversion unit 111 of the wireless power transmission apparatus 100 includes a transmission coil Tx coil And a resonance circuit 1116 connected to the transmission coil 1111b and for determining a specific oscillation frequency.
  • the resonant circuit 1116 can be implemented using capacitors and the specific oscillation frequency is determined based on the inductance of the transmission coil 1111b and the capacitance of the resonant circuit 1116.
  • the configuration of the circuit elements of the resonant circuit 1116 may be variously configured to form a magnetic field by the power conversion unit 111 and may be connected in parallel with the transmission coil 1111b as shown in FIG. It is not limited.
  • the power receiving unit 291 of the electronic device 200 includes a resonant circuit 2912 and a receiving coil 2911b that are configured to cause a resonance phenomenon by a magnetic field formed in the wireless power transmission apparatus 100 ). That is, the resonance circuit 2912 may be implemented using a capacitive circuit, and the resonance circuit 2912 is determined based on the inductance of the reception coil 2911b and the capacitance of the resonance circuit 2912 And the resonance frequency is equal to the resonance frequency of the magnetic field formed.
  • the configuration of the circuit elements of the resonant circuit 2912 may be variously configured to allow the power receiving unit 291 to resonate by the magnetic field and may be connected in series with the receiving coil 2911b as shown in FIG. But is not limited to.
  • the specific vibration frequency in the wireless power transmission apparatus 100 may be obtained using Equation 1 with L Tx , C Tx .
  • L RX and C RX of the electronic device 200 into Equation 1 when the result of substituting L RX and C RX of the electronic device 200 into Equation 1 is equal to the specific vibration frequency, resonance occurs in the electronic device 200.
  • the efficiency of the wireless power transmission by the resonance coupling method is largely influenced by the frequency characteristics.
  • the arrangement and distance between the wireless power transmission apparatus 100 including the coils and the electronic apparatus 200 The effect of the inductive coupling is relatively small compared to the inductive coupling method.
  • FIG. 7 is a block diagram exemplarily showing a part of the configuration of the electronic apparatus 200 and the wireless power transmission apparatus 100 of the resonance type that can be employed in the embodiments disclosed herein.
  • the configuration of the power transmission unit 110 included in the wireless power transmission apparatus 100 will be described with reference to FIG.
  • the power conversion unit 111 of the wireless power transmission apparatus 100 may be configured to include a transmission coil (Tx coil) 1111b, an inverter 1112, and a resonant circuit 1116.
  • Tx coil transmission coil
  • the inverter 1112 may be configured to be connected to the transmission coil 1111b and the resonant circuit 1116.
  • the transmission coil 1111b may be mounted separately from the transmission coil 1111a for transmitting electric power according to the inductive coupling scheme, but it may also transmit power using an inductive coupling scheme or a resonant coupling scheme using one single coil.
  • the transmission coil 1111b forms a magnetic field for transmitting electric power, as described above.
  • the transmission coil 1111b and the resonant circuit 1116 may be vibrated when the AC power is applied and at this time the oscillation frequency is set to a value based on the inductance of the transmission coil 1111b and the capacitance of the resonant circuit 1116 Can be determined.
  • the inverter 1112 transforms a DC input obtained from the power supply unit 190 into an AC waveform, and the transformed AC current is applied to the transmission coil 1111b and the resonance circuit 1116.
  • the power conversion unit 111 may further include a frequency adjustment unit 1117 for changing the resonance frequency value of the power conversion unit 111. Since the resonance frequency of the power conversion unit 111 is determined based on the inductance and the capacitance in the circuit constituting the power conversion unit 111 according to Equation 1, the power transmission control unit 112 controls the inductance and / The resonance frequency of the power converter 111 can be determined by controlling the frequency adjuster 1117 so that the capacitance is changed.
  • the frequency adjuster 1117 may be configured to include a motor that can adjust the distance between the capacitors included in the resonant circuit 1116 to change the capacitance. Also, in some embodiments, the frequency adjuster 1117 may be configured to include a motor that can change the inductance by adjusting the number of turns or the diameter of the transmission coil 1111b. Also, in some embodiments, the frequency adjuster 1117 may be configured to include active elements that determine the capacitance and / or inductance.
  • the power conversion unit 111 may be configured to further include a power sensing unit 1115.
  • the operation of the power sensing unit 1115 is the same as described above.
  • the configuration of the power supply unit 290 included in the electronic device 200 will be described with reference to FIG. 7 (b).
  • the power supply 290 may be configured to include the receive coil (Rx coil) 2911b and the resonant circuit 2912, as described above.
  • the power receiving unit 291 of the power supply unit 290 may be configured to further include a rectifying circuit 2913 that converts the alternating current generated by the resonance phenomenon to direct current.
  • the rectifying circuit 2913 may be constructed in the same manner as described above.
  • the power receiving unit 291 may further include a power sensing unit 2914 for monitoring the voltage and / or current of the rectified power.
  • the power sensing unit 2914 may be configured as described above.
  • a wireless power transmission apparatus configured with one or more transmission coils
  • FIG. 8 is a block diagram of a wireless power transmission apparatus configured to have one or more transmission coils that receive power in accordance with embodiments that support a resonant coupling scheme.
  • the power conversion section 111 of the wireless power transmission apparatus 100 includes one or more transmission coils 1111b-1 to 1111b-n and a plurality of transmission coils And may be configured to include resonant circuits 1116-1 through 1116-n.
  • the power conversion unit 111 may further include a multiplexer 1113 for establishing and releasing a connection of some of the one or more transmission coils 1111b-1 to 1111b-n .
  • the one or more transmission coils 1111b-1 to 1111b-n may be set to have the same resonance frequency. In some embodiments, a portion of the one or more transmission coils 1111b-1 through 1111b-n may be set to have different resonant frequencies, which may include one or more of the transmission coils 1111b-1 through 1111b- Or the capacitances of the resonant circuits 1116-1 through 1116-n, respectively, which are connected to the resonant circuits 1116-1 through 1116-n, respectively.
  • the control unit 112 may control the multiplexer 1113 so as to be placed in a different resonant coupling relationship with respect to each electronic device. Accordingly, the wireless power transmission apparatus 100 can wirelessly transmit power to one or more electronic devices by forming wireless power signals using different coils.
  • the power transmission control unit 112 may be configured to supply power having different characteristics to the coils corresponding to the electronic apparatuses.
  • the wireless power transmission apparatus 100 can transmit power by setting different power transmission modes, resonance frequencies, efficiencies, characteristics, and the like for each electronic device. Power delivery for one or more electronic devices is described below with reference to FIG.
  • the frequency adjuster 1117 may change the inductance and / or capacitance of the resonant circuits 1116-1 through 1116-n connected to the one or more transmission coils 1111b-1 through 1111b-n, Or < / RTI >
  • FIG. 9 is a block diagram showing a wireless power transmission apparatus further including an additional configuration in addition to the configuration shown in FIG. 2 (a).
  • the wireless power transmission apparatus 100 includes a power transmission unit 110 and a power supply unit 190 that support at least one of the inductive coupling method and the resonant coupling method described above, And may further include a sensor unit 120, a communication unit 130, an output unit 140, a memory 150, and a control unit 180.
  • the control unit 180 controls the power conversion unit 110, the sensor unit 120, the communication unit 130, the output unit 140, the memory 150, and the power supply unit 190.
  • the control unit 180 may be realized as a separate module from the power transmission control unit 112 in the power conversion unit 110 described with reference to FIG. 2, or may be implemented as a single module.
  • the sensor unit 120 may be configured to include a sensor for sensing the position of the electronic device 200.
  • the position information sensed by the sensor unit 120 may be used to allow the power conversion unit 110 to efficiently transmit power.
  • the sensor unit 120 may operate as a position sensing unit, and the position information sensed by the sensor unit 120 may be And may be used to move or rotate the transmission coil 1111a in the power conversion unit 110.
  • the wireless power transmission apparatus 100 may be configured to transmit, based on position information of the electronic device 200, It is possible to determine coils that can be placed in an inductive coupling relationship or a resonant coupling relationship with the receiving coils of the coil 200.
  • the sensor unit 120 may be configured to monitor whether the electronic device 200 is approaching a chargeable area.
  • the accessibility detection function of the sensor unit 120 may be performed separately or in combination with the function of the power transmission control unit 112 in the power transmission unit 110 to detect whether the electronic device 200 is approaching .
  • the communication unit 130 performs wire / wireless data communication with the electronic device 200.
  • the communication unit 130 may include electronic components for at least one of Bluetooth TM , Zigbee, Ultra Wide Band (UWB), Wireless USB, Near Field Communication (NFC), and Wireless LAN.
  • the output unit 140 includes at least one of a display unit 141 and an audio output unit 142.
  • the display unit 141 may be a liquid crystal display (LCD), a thin film transistor-liquid crystal display (TFT LCD), an organic light-emitting diode (OLED) a flexible display, and a 3D display.
  • the display unit 141 may display a state of charge according to the control of the controller 180.
  • the memory 150 may be a flash memory type, a hard disk type, a multimedia card micro type, a card type memory (for example, SD or XD memory) (Random Access Memory), a static random access memory (SRAM), a read-only memory (ROM), an electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM), a programmable read-only memory (PROM) A magnetic disk, and / or an optical disk.
  • the wireless power transmission apparatus 100 may operate in association with a web storage that performs a storage function of the memory 150 on the Internet.
  • the memory 150 may store programs or commands that perform the above-described functions of the wireless power transmission apparatus 100.
  • the controller 180 may execute programs or commands stored in the memory 150 to transmit power wirelessly. Other components (e.g., controller 180) included in the wireless power transmission apparatus 100 may use a memory controller (not shown) to access the memory 150. [
  • the configuration of the wireless power transmission apparatus may be applied to devices such as a docking station, a cradle device, and other electronic devices, May be readily apparent to those skilled in the art.
  • a wireless power receiving device implemented as a mobile terminal
  • FIG. 10 shows a configuration in which the electronic device 200 according to the embodiments disclosed herein is implemented in the form of a mobile terminal.
  • the mobile communication terminal 200 includes the power supply unit 290 shown in FIG. 2, FIG. 4, or FIG.
  • the terminal 200 includes a wireless communication unit 210, an audio / video input unit 220, a user input unit 230, a sensing unit 240, an output unit 250, a memory 260, An interface unit 270, and a control unit 280.
  • the components shown in Fig. 10 are not essential, and a terminal having more or fewer components may be implemented.
  • the wireless communication unit 210 can perform wireless communication between the terminal 200 and the wireless communication system or between the terminal 200 and the network where the terminal 200 is located or between the terminal 200 and the wireless power transmission apparatus 100 One or more modules.
  • the wireless communication unit 210 may include a broadcast receiving module 211, a mobile communication module 212, a wireless Internet module 213, a short distance communication module 214, and a location information module 215 .
  • the broadcast receiving module 211 receives broadcast signals and / or broadcast-related information from an external broadcast center through a broadcast channel.
  • the broadcast channel may include a satellite channel and a terrestrial channel.
  • the broadcast center may be a server for generating and transmitting broadcast signals and / or broadcast-related information, or a server for receiving broadcast signals and / or broadcast-related information generated by the broadcast center and transmitting the generated broadcast signals and / or broadcast- related information.
  • the broadcast signal may include a TV broadcast signal, a radio broadcast signal, a data broadcast signal, and a broadcast signal in which a data broadcast signal is combined with a TV broadcast signal or a radio broadcast signal.
  • the broadcast-related information may refer to a broadcast channel, a broadcast program, or information related to a broadcast service provider.
  • the broadcast-related information may also be provided through a mobile communication network. In this case, it may be received by the mobile communication module 212.
  • the broadcast-related information may exist in various forms.
  • an EPG Electronic Program Guide
  • DMB Digital Multimedia Broadcasting
  • ESG Electronic Service Guide
  • DVB-H Digital Video Broadcast-Handheld
  • the broadcast receiving module 211 may be a Digital Multimedia Broadcasting-Terrestrial (DMB-T), a Digital Multimedia Broadcasting-Satellite (DMB-S), a Media Forward Link Only (DVF-H) And a Digital Broadcasting System (ISDB-T) (Integrated Services Digital Broadcast-Terrestrial).
  • DMB-T Digital Multimedia Broadcasting-Terrestrial
  • DMB-S Digital Multimedia Broadcasting-Satellite
  • DMF-H Media Forward Link Only
  • ISDB-T Digital Broadcasting System
  • the broadcast receiving module 211 may be adapted to other broadcasting systems as well as the digital broadcasting system described above.
  • the broadcast signal and / or broadcast related information received through the broadcast receiving module 211 may be stored in the memory 260.
  • the mobile communication module 212 transmits and receives a radio signal to at least one of a base station, an external terminal, and a server on a mobile communication network.
  • the wireless signal may include various types of data depending on a voice call signal, a video call signal or a text / multimedia message transmission / reception.
  • the wireless Internet module 213 is a module for wireless Internet access, and may be built in or externally attached to the terminal 200.
  • WLAN Wi-Fi
  • Wibro Wireless broadband
  • Wimax Worldwide Interoperability for Microwave Access
  • HSDPA High Speed Downlink Packet Access
  • the short range communication module 214 is a module for short range communication.
  • Bluetooth Radio Frequency Identification (RFID), infrared data association (IrDA), Ultra Wideband (UWB), ZigBee, etc. can be used as a short range communication technology.
  • RFID Radio Frequency Identification
  • IrDA infrared data association
  • UWB Ultra Wideband
  • ZigBee ZigBee
  • USB Universal Serial Bus
  • IEEE 1394 IEEE 1394
  • Thunderbolt (TM ) Thunderbolt
  • the wireless Internet module 213 or the local area communication module 214 may establish a data communication connection with the wireless power transmission apparatus 100.
  • the audio signal is transmitted through the short- To the wireless power transmission apparatus 100.
  • the wireless Internet module 213 or the local area communication module 214 may transmit the information to the wireless power transmission apparatus 100 through the established data communication.
  • the wireless Internet module 213 or the short-range communication module 214 may receive an audio signal input through a microphone built in the wireless power transmission apparatus 100.
  • the wireless Internet module 213 or the local area communication module 214 may transmit identification information (e.g., a telephone number or a device name in the case of a mobile phone) of the mobile terminal 200 to the wireless power To the transmission apparatus 100.
  • the position information module 215 is a module for acquiring the position of the terminal, for example, a Global Position System (GPS) module.
  • GPS Global Position System
  • an A / V (Audio / Video) input unit 220 is for inputting an audio signal or a video signal, and may include a camera 221 and a microphone 222.
  • the camera 221 processes an image frame such as a still image or a moving image obtained by the image sensor in the video communication mode or the photographing mode.
  • the processed image frame can be displayed on the display unit 251.
  • the image frame processed by the camera 221 may be stored in the memory 260 or may be transmitted to the outside via the wireless communication unit 210. [ At least two cameras 221 may be provided depending on the use environment.
  • the microphone 222 receives an external sound signal by a microphone in a communication mode, a recording mode, a voice recognition mode, or the like, and processes it as electrical voice data.
  • the processed voice data may be converted into a form that can be transmitted to the mobile communication base station through the mobile communication module 212 when the voice data is in the call mode, and output.
  • Various noise elimination algorithms may be implemented in the microphone 222 to remove noise generated in receiving an external sound signal.
  • the user input unit 230 generates input data for a user to control the operation of the terminal.
  • the user input unit 230 may include a key pad dome switch, a touch pad (static / static), a jog wheel, a jog switch, and the like.
  • the sensing unit 240 may include a proximity sensor 241, a pressure sensor 242, a motion sensor 243, and the like.
  • the proximity sensor 241 can detect an object approaching the mobile terminal 200 or the presence of an object in the vicinity of the mobile terminal 200 without mechanical contact.
  • the proximity sensor 241 can detect a nearby object by using the change of the alternating magnetic field or the change of the static magnetic field, or the rate of change of the capacitance.
  • the proximity sensor 241 may include two or more sensors according to the configuration.
  • the pressure sensor 242 can detect whether pressure is applied to the mobile terminal 200, the magnitude of the pressure, and the like.
  • the pressure sensor 242 may be installed at a position where the pressure of the mobile terminal 200 needs to be detected according to the use environment. If the pressure sensor 242 is installed on the display unit 251, a touch input through the display unit 251 and a pressure greater than a touch input To identify the applied pressure touch input.
  • the magnitude of the pressure applied to the display unit 251 when the pressure touch is input can be determined according to the signal output from the pressure sensor 242.
  • the motion sensor 243 detects the position or movement of the mobile terminal 200 using an acceleration sensor, a gyro sensor, or the like.
  • An acceleration sensor that can be used in the motion sensor 243 is an element that converts an acceleration change in one direction into an electric signal. Acceleration sensors are usually constructed by mounting two or three axes in one package. Depending on the usage environment, only one axis of Z axis is required. Therefore, when the acceleration sensor in the X-axis direction or the Y-axis direction is used instead of the Z-axis direction for some reason, the acceleration sensor may be mounted on the main substrate by using a separate piece substrate.
  • the gyro sensor is a sensor for measuring the angular velocity of the mobile terminal 200, which is rotating, and can sense a rotated angle with respect to each reference direction.
  • the gyro sensor may sense azimuth, pitch and roll angles based on axes in three directions.
  • the output unit 250 includes a display unit 251, an audio output module 252, an alarm unit 253, a haptic module 254, and the like, for generating output related to visual, auditory, .
  • the display unit 251 displays (outputs) information processed by the terminal 200.
  • a UI User Interface
  • GUI Graphic User Interface
  • the terminal 200 is in the video communication mode or the photographing mode, the photographed and / or received image, UI, or GUI is displayed.
  • the display unit 251 may be a liquid crystal display (LCD), a thin film transistor-liquid crystal display (TFT LCD), an organic light-emitting diode (OLED) display, and a 3D display.
  • LCD liquid crystal display
  • TFT LCD thin film transistor-liquid crystal display
  • OLED organic light-emitting diode
  • Some of these displays may be transparent or light transmissive so that they can be seen through. This can be referred to as a transparent display, and a typical example of the transparent display is TOLED (Transparent OLED) and the like.
  • the rear structure of the display unit 251 may also be of a light transmission type. With this structure, the user can see an object located behind the terminal body through the area occupied by the display unit 251 of the terminal body.
  • a plurality of display units may be spaced apart from one another or may be disposed integrally with each other, or may be disposed on different surfaces.
  • a 'touch screen' in which a display unit 251 and a sensor (hereinafter, referred to as a 'touch sensor') for sensing a touch operation form a mutual layer structure, It can also be used as an input device.
  • the touch sensor may have the form of, for example, a touch film, a touch sheet, a touch pad, or the like.
  • the touch sensor may be configured to convert a change in a pressure applied to a specific portion of the display portion 251 or a capacitance generated in a specific portion of the display portion 251 to an electrical input signal.
  • the touch sensor can be configured to detect not only the position and area to be touched but also the pressure at the time of touch.
  • the corresponding signal (s) is sent to the touch controller.
  • the touch controller processes the signal (s) and transmits the corresponding data to the control unit 280.
  • the control unit 280 can know which area of the display unit 251 is touched or the like.
  • a proximity sensor 241 may be disposed in an inner region of the terminal to be wrapped by the touch screen or in the vicinity of the touch screen.
  • the proximity sensor refers to a sensor that detects the presence or absence of an object approaching a predetermined detection surface or a nearby object without mechanical contact using the force of an electromagnetic field or infrared rays.
  • the proximity sensor has a longer life span than the contact sensor and its utilization is also high.
  • the proximity sensor examples include a transmission type photoelectric sensor, a direct reflection type photoelectric sensor, a mirror reflection type photoelectric sensor, a high frequency oscillation type proximity sensor, a capacitive proximity sensor, a magnetic proximity sensor, and an infrared proximity sensor. And to detect the proximity of the pointer by the change of the electric field along the proximity of the pointer when the touch screen is electrostatic. In this case, the touch screen (touch sensor) may be classified as a proximity sensor.
  • proximity touch the act of recognizing that the pointer is positioned on the touch screen while the pointer is not in contact with the touch screen is referred to as " proximity touch &
  • contact touch The act of actually touching the pointer on the screen is called “ contact touch. &Quot;
  • the position where the pointer is proximately touched on the touch screen means a position where the pointer is vertically corresponding to the touch screen when the pointer is touched.
  • the proximity sensor detects a proximity touch and a proximity touch pattern (e.g., a proximity touch distance, a proximity touch direction, a proximity touch speed, a proximity touch time, a proximity touch position, a proximity touch movement state, and the like).
  • a proximity touch and a proximity touch pattern e.g., a proximity touch distance, a proximity touch direction, a proximity touch speed, a proximity touch time, a proximity touch position, a proximity touch movement state, and the like.
  • Information corresponding to the detected proximity touch operation and the proximity touch pattern may be output on the touch screen.
  • the audio output module 252 can output audio data received from the wireless communication unit 210 or stored in the memory 260 in a call signal reception mode, a call mode or a recording mode, a voice recognition mode, a broadcast reception mode, The sound output module 252 also outputs sound signals related to functions (e.g., call signal reception sound, message reception sound, etc.) performed in the terminal 200.
  • the sound output module 252 may include a receiver, a speaker, a buzzer, and the like.
  • the alarm unit 253 outputs a signal for notifying the terminal 200 of an event occurrence. Examples of events that occur in the terminal include call signal reception, message reception, key signal input, touch input, and the like.
  • the alarm unit 253 may output a signal for informing occurrence of an event in a form other than the video signal or the audio signal, for example, vibration.
  • the video signal or the audio signal may be output through the display unit 251 or the audio output module 252 so that they may be classified as a part of the alarm unit 253.
  • the haptic module 254 generates various tactile effects that the user can feel.
  • a typical example of the haptic effect generated by the haptic module 254 is vibration.
  • the intensity and pattern of the vibration generated by the haptic module 254 are controllable. For example, different vibrations may be synthesized and output or sequentially output.
  • the haptic module 254 can be used for a variety of applications including, but not limited to, a pin arrangement vertically moving with respect to the contact skin surface, a spraying force or suction force of the air through the injection port or the suction port, And various tactile effects such as an effect of reproducing a cold sensation using an endothermic or exothermic element can be generated.
  • the haptic module 254 can be implemented not only to transmit the tactile effect through direct contact but also to allow the user to feel the tactile effect through the muscular sensation of the finger or arm.
  • the haptic module 254 may include two or more haptic modules according to the configuration of the terminal 200.
  • the memory 260 may store a program for the operation of the control unit 280 and temporarily store input / output data (e.g., a phone book, a message, a still image, a moving picture, etc.).
  • the memory 260 may store data on vibration and sound of various patterns output when a touch is input on the touch screen.
  • the memory 260 may include an operating system (not shown), a module that performs the function of the wireless communication unit 210, a module that operates in conjunction with the user input unit 230, an A / V input unit 220, A module that operates in conjunction with the output module 250, and a module that operates in conjunction with the output module 250.
  • the operating system e.g., LINUX, UNIX, OS X, WINDOWS, Chrome, Symbian, iOS, Android, VxWorks or other embedded operating systems
  • provides various software for controlling system tasks such as memory management, power management, Components and / or drivers.
  • the memory 260 may also store a configuration program associated with wireless power transmission or wireless charging.
  • the setting program may be executed by the control unit 280.
  • the memory 260 may store an application related to wireless power transmission (or wireless charging) downloaded from an application providing server (e.g., an application store).
  • the wireless power transmission related application is a program for controlling wireless power transmission, and the electronic device 200 receives power wirelessly from the wireless power transmission apparatus 100 via the corresponding program, ) And a data communication link.
  • the memory 260 may be a flash memory type, a hard disk type, a multimedia card micro type, a card type memory (e.g., SD or xD memory), a RAM (Random Access Memory), SRAM (Static Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM A disk, and / or an optical disk.
  • the terminal 200 may operate in association with a web storage that performs the storage function of the memory 260 on the Internet.
  • the interface unit 270 serves as a path for communication with all external devices connected to the terminal 200.
  • the interface unit 270 receives data from an external device or supplies power to each component in the terminal 200 or transmits data in the terminal 200 to an external device.
  • a wired / wireless headset port, an external charger port, a wired / wireless data port, a memory card port, a port for connecting a device having an identification module, an audio I / O port, A video input / output (I / O) port, an earphone port, and the like may be included in the interface unit 270.
  • the identification module is a chip for storing various information for authenticating the usage right of the terminal 200 and includes a user identification module (UIM), a subscriber identity module (SIM), a universal user authentication module A Subscriber Identity Module (USIM), and the like.
  • UIM user identification module
  • SIM subscriber identity module
  • USIM universal user authentication module
  • Devices with identification modules can be manufactured in a smart card format. Accordingly, the identification device can be connected to the terminal 200 through the port.
  • the interface unit When the terminal 200 is connected to an external cradle, the interface unit may be a path through which the power from the cradle is supplied to the terminal 200, or various command signals input from the cradle by the user are transmitted to the terminal .
  • the various command signals input from the cradle or the power source may be operated as a signal for recognizing that the terminal is correctly mounted on the cradle.
  • the controller 280 typically controls the overall operation of the terminal. For example, voice communication, data communication, video communication, and the like.
  • the control unit 280 may include a multimedia module 281 for multimedia playback.
  • the multimedia module 281 may be implemented in the control unit 280 or may be implemented separately from the control unit 280.
  • the controller 180 may be implemented as a separate module from the power receiving controller 292 in the power supply unit 290 described with reference to FIG. 2, or may be implemented as a single module.
  • the control unit 280 may perform pattern recognition processing to recognize handwriting input or drawing input performed on the touch screen as characters and images, respectively.
  • the control unit 280 performs wired charging or wireless charging according to a user input or an internal input.
  • the internal input is a signal indicating that the induced current generated in the secondary coil in the terminal is detected.
  • control unit 280 The operation of the control unit 280 to control the respective components when the above-described wireless charging is performed will be described in detail with reference to the operation state in FIG.
  • the power reception control unit 292 in the power supply unit 290 may be included in the control unit 280, and operation by the power reception control unit 292 may be performed by the control unit 280 ) Can be understood as being performed.
  • the power supply unit 290 receives an external power supply and / or an internal power supply under the control of the controller 280 and supplies power necessary for operation of the respective components.
  • the power supply unit 290 may include a battery 299 for supplying power to each component of the terminal 200 and may include a charging unit 298 for wired or wirelessly charging the battery 299.
  • the present specification discloses a mobile terminal as an example of a device for receiving power wirelessly
  • the configuration according to the embodiments described herein may be applied to a fixed terminal such as a digital TV, a desktop computer, It will be readily apparent to those skilled in the art that the present invention may be applied to the present invention.
  • FIG. 11 illustrates a concept of transmitting and receiving packets between a wireless power transmission device and an electronic device through modulation and demodulation of a wireless power signal in wireless power transmission in accordance with the embodiments disclosed herein.
  • the power conversion unit 111 included in the wireless power transmission apparatus 100 forms a wireless power signal.
  • the wireless power signal is formed through a transmission coil 1111 included in the power conversion unit 111.
  • the wireless power signal 10a formed by the power conversion unit 111 reaches the electronic device 200 and is received through the power receiving unit 291 included in the electronic device 200.
  • the generated radio power signal is received through a receiving coil 2911 included in the power receiving unit 291.
  • the power reception control unit 292 controls the modulation / demodulation unit 293 connected to the power reception unit 291 to modulate the wireless power signal while the electronic device 200 receives the wireless power signal .
  • the wireless power signal forms a closed-loop within a magnetic field or an electro-magnetic field,
  • the wireless power transmission apparatus 100 can sense the modulated wireless power signal 10b.
  • Demodulation unit 113 demodulates the detected radio power signal and decodes the packet from the demodulated radio power signal.
  • a modulation method used for communication between the wireless power transmission apparatus 100 and the electronic device 200 may be amplitude modulation.
  • the modulation / demodulation unit 293 of the electronic device 200 side changes the amplitude of the wireless power signal 10a formed by the power conversion unit 111
  • the modulation and demodulation unit 293 of the base station 100 may be a backscatter modulation method for detecting the amplitude of the modulated radio power signal 10b.
  • FIG. 12 Modulation and demodulation of packets transmitted and received between the wireless power transmission apparatus 100 and the electronic apparatus 200 will be described below with reference to FIGS. 12 and 13.
  • FIG. 12 Modulation and demodulation of packets transmitted and received between the wireless power transmission apparatus 100 and the electronic apparatus 200 will be described below with reference to FIGS. 12 and 13.
  • FIG. 12 illustrates a configuration for transmitting and receiving a power control message in a wireless power transmission according to the embodiments disclosed herein.
  • FIG. 13 illustrates the form of signals in modulation and demodulation performed in a wireless power transmission in accordance with the embodiments disclosed herein.
  • a wireless power signal received through the power receiving unit 291 on the electronic device 200 side is a wireless power signal 51 that is not modulated as shown in FIG. 13 (a).
  • Resonance coupling is performed between the electronic device 200 and the wireless power transmission apparatus 100 according to the resonance frequency set by the resonance forming circuit 2912 in the power receiving unit 291 and the resonance frequency of the receiving coil 2911b
  • the wireless power signal 51 is received.
  • the power reception control unit 292 modulates the wireless power signal 51 received through the power reception unit 291 by changing the load impedance in the modem unit 293.
  • the modulation and demodulation unit 293 may be configured to include a passive element 2931 and an active element 2932 for modulating the wireless power signal 51.
  • the modem unit 293 modulates the wireless power signal 51 to include a packet to be transmitted to the wireless power transmission apparatus 100. At this time, the packet may be input to the active element 2932 in the modem unit 293.
  • the power transmission control unit 112 of the wireless power transmission apparatus 100 demodulates the modulated wireless power signal 52 through an envelope detection process, and transmits the detected signal 53 And decodes it into digital data 54.
  • the demodulation process detects that a current or a voltage flowing through the power conversion unit 111 is divided into two states according to a modulated wireless power signal, that is, a HI state and an LO state,
  • the electronic device 200 obtains a packet to be transmitted by the electronic device 200 based on the digital data classified according to the type of the digital data.
  • the power transmission control unit 112 detects an encoded bit using a clock signal CLK from an envelope-detected signal.
  • the detected encoded bits are encoded according to the bit encoding method used in the modulation process on the electronic device 200 side.
  • the bit encoding method may be NRZ (non-return to zero).
  • the bit encoding method may be bi-phase encoding.
  • the detected bits may be differential bi-phase (DBP) encoded.
  • DBP differential bi-phase
  • the power reception control unit 292 of the electronic device 200 has two state transitions to encode the data bit 1, and one state transition to encode the data bit 0, . That is, the data bit 1 is encoded such that the transition between the HI state and the LO state occurs at the rising edge and the falling edge of the clock signal, and the data bit 0 is at the rising edge of HI State and the LO state may be encoded to occur.
  • the power transmission control unit 112 can obtain data in units of bytes by using a byte format that forms a packet from the bit stream detected according to the bit encoding method.
  • the detected bit stream may be transmitted using an 11-bit asynchronous serial format as shown in FIG. 13 (c). That is, it may include a start bit indicating the start of the byte and a stop bit indicating the end, and may include data bits (b0 through b7) between the start bit and the end bit.
  • a parity bit for checking the error of the data may be added.
  • the byte-by-byte data constitutes a packet including a power control message.
  • Figure 14 illustrates a packet including a power control message used in a wireless power transfer method in accordance with the embodiments disclosed herein.
  • the wireless power transmission apparatus 100 and the electronic device 200 can transmit and receive data to be transmitted in the form of a command packet (command_packet) 510.
  • the command packet 510 may be configured to include a header 511 and a message 512.
  • the header 511 may include a field indicating a type of data included in the message 512.
  • the size and type of the message can be determined based on a value indicated by a field indicating the type of the data.
  • the header 511 may include an address field for identifying a sender of the packet.
  • the address field may indicate an identifier of the electronic device 200 or an identifier of a group to which the electronic device 200 belongs.
  • the electronic device 200 wants to transmit the packet 510, the electronic device 200 generates the packet 510 so that the address field of the packet 510 indicates its own identification information can do.
  • the message 512 includes data that the sender of the packet 510 wants to transmit.
  • the data included in the message 512 may be a report, a request, or a response to the other party.
  • the command packet 510 may be configured as shown in FIG. 14 (b).
  • the header 511 included in the command packet 510 may be represented by a predetermined size.
  • the header 511 may be two bytes in size.
  • the header 511 may be configured to include a destination address field.
  • the destination address field may be six bits in size.
  • the header 511 may be configured to include an operation command field (OCF) or an operation group field (OGF).
  • OGF is a value assigned to each group of commands for the electronic device 200 and OCF is a value assigned to each command included in each group including the electronic device 200.
  • the message 512 may be divided into a parameter length field 5121 and a parameter value field 5122. That is, the sender of the packet 510 may configure the message in the form of length-value pairs (5121a-5122a, etc.) of one or more parameters required to express the data to be transmitted.
  • the wireless power transmission apparatus 100 and the electronic apparatus 200 can receive a packet having a preamble 520 and a checksum 530 added thereto for transmission in the command packet 510 And the data can be transmitted and received in the form of the data.
  • the preamble 520 is used for the wireless power transmission apparatus 100 to perform synchronization with data to be received and to accurately detect the start bit of the command packet 510.
  • the preamble 520 may be configured to repeat the same bit.
  • the preamble 520 may be configured such that the data bit 1 according to the DBP encoding is repeated 11 to 25 times.
  • the checksum 530 is used to detect an error that may occur in the command packet 510 during the transmission of the power control message.
  • FIG. 15 illustrates operational states of a wireless power transmission device 100 and an electronic device 200 in accordance with the embodiments disclosed herein. According to each operation state, the wireless power transmission apparatus 100 and the electronic device 200 transmit / receive the power control messages in the form of packets as described with reference to FIG. 13 and FIG. However, the power control messages described with reference to FIG. 15 are merely examples of power control messages transmitted and received according to each operation state, but are not limited thereto.
  • the operating states of the wireless power transmission apparatus 100 and the electronic device 200 for wireless power transmission include a selection phase 610, a detection state (Ping Phase) 620, An Identification and Configuration Phase 630, and a Power Transfer Phase 640.
  • the wireless power transmission apparatus 100 100 sends a detection signal to the sensed object, and the electronic device 200 sends a response to the detection signal.
  • the wireless power transmission apparatus 100 identifies the selected electronic device 200 through the previous states and acquires setting information for power transmission.
  • the wireless power transmission apparatus 100 transmits power to the electronic device 200 while adjusting power to be transmitted corresponding to the control message received from the electronic device 200 .
  • the wireless power transmission apparatus 100 in the selected state 610 performs a detection process to select the electronic device 200 existing in the sensing area.
  • the sensing area refers to an area where an object in the area can affect the characteristics of the power of the power conversion part 111.
  • the detection process for selecting the electronic device 200 in the selected state 610 may be performed in a similar manner to the method for receiving a response from the electronic device 200 using the power control message,
  • the power conversion unit of the wireless power transmission apparatus 100 detects a change in the amount of power for forming a wireless power signal and determines whether an object exists within a predetermined range.
  • the detection process in the selected state 610 may be referred to as an analog detection process (analog ping) in that an object is detected using a wireless power signal without using a digital format packet in a detection state 620 to be described later .
  • the wireless power transmission apparatus 100 in the selected state 610 can sense that an object enters and exits the sensing area. Also, the wireless power transmission apparatus 100 can distinguish among the objects in the sensing area the electronic device 200 capable of wirelessly transmitting power and other objects (e.g., keys, coins, etc.) .
  • the sensing area where the object is detected in the selected state 610 may be different from each other.
  • the wireless power transmission apparatus 100 of the selected state 610 may monitor the interface surface (not shown) to detect placement and removal of objects have.
  • the wireless power transmission apparatus 100 may sense the position of the electronic device 200 on the upper surface of the interface. As described above, the wireless power transmission apparatus 100 formed to include one or more transmission coils enters the detection state 620 in the selected state 610 and uses each coil in the detection state 620 A method for confirming whether or not a response to the detection signal is transmitted from the object, or thereafter entering the identification state 630 and checking whether the identification information is transmitted from the object. The wireless power transmission apparatus 100 may determine a coil to be used for wireless power transmission based on the position of the sensed electronic device 200 obtained through the above process.
  • the wireless power transmission apparatus 100 in the selected state 610 may receive at least one of the frequency, current, and voltage of the power conversion unit due to an object in the sensing area So that the object can be detected.
  • the wireless power transmission apparatus 100 in the selected state 610 can detect an object by at least one of the inductive coupling method and the resonant coupling method detection method.
  • the wireless power transmission apparatus 100 performs an object detection process according to each power transmission method and then detects the object among the combining methods for wireless power transmission in order to proceed to other states 620, 630, and 640 You can choose one method.
  • the wireless power transmission apparatus 100 in the selected state 610 can detect a wireless power signal to detect an object and digital detection, identification, setting, and power transmission in the following states 620, 630, and 640
  • the characteristics of the wireless power signal such as frequency, intensity, etc., may be different. This is because the selected state 610 of the wireless power transmission apparatus 100 corresponds to an idle state for detecting an object so that the wireless power transmission apparatus 100 can reduce the power consumption in the air, So that it is possible to generate a specialized signal for object detection.
  • the wireless power transmission apparatus 100 in the detection state 620 performs a process of detecting an electronic device 200 existing in the sensing area through a power control message.
  • the detection process in the detection state 620 may be referred to as digital ping in comparison with the detection process of the electronic device 200 using the characteristic of the wireless power signal in the selected state 610.
  • the wireless power transmission apparatus 100 forms a wireless power signal for detecting the electronic device 200, demodulates the wireless power signal modulated by the electronic device 200, And obtains a power control message in the form of digital data corresponding to the response to the detection signal from the demodulated wireless power signal.
  • the wireless power transmission apparatus 100 may recognize the electronic device 200 that is the object of power transmission by receiving a power control message corresponding to a response to the detection signal.
  • the detection signal formed by the wireless power transmission apparatus 100 in the detection state 620 to perform the digital detection process is a wireless power signal generated by applying a power signal of a specific operating point for a predetermined time .
  • the operating point may refer to a frequency, a duty cycle and an amplitude of a voltage applied to the Tx coil.
  • the wireless power transmission apparatus 100 may generate the detection signal generated by applying the power signal of the specific operating point for a predetermined time and may attempt to receive the power control message from the electronic device 200.
  • the power control message corresponding to the response to the detection signal may be a message indicating the strength of the wireless power signal received by the electronic device 200.
  • the strength of the power signal in the message indicating the strength of the wireless power signal indicates the degree of coupling of inductive coupling or resonant coupling for power transmission between the wireless power transmission device 100 and the electronic device 200.
  • the wireless power transmission apparatus 100 may receive the response message to the detection signal and detect the electronic device 200 and then extend the digital detection process to enter the identification and detection state 630. [ That is, the wireless power transmission apparatus 100 may receive the power control message required in the identification and detection state 630 by maintaining the power signal of the specific operation point after discovery of the electronic device 200.
  • the operation state of the wireless power transmission apparatus 100 may be returned to the selected state 610 .
  • the wireless power transmission apparatus 100 in the identification and setting state 630 may receive the identification information and / or the setting information transmitted by the electronic device 200 and control the power transmission to be performed efficiently.
  • the electronic device 200 may transmit a power control message including its own identification information.
  • the message including the identification information of itself includes information indicating the version of the protocol for wireless power transmission, information identifying the manufacturer of the electronic device 200, information indicating the presence or absence of the extension device identifier, .
  • the message including the extension device identifier may be used to identify the manufacturer 200, A device identifier, or information based on the extension device identifier.
  • the electronic device 200 may transmit a power control message including information on the estimated maximum power.
  • the message including information on the expected maximum power includes information about the power class, information on the expected maximum power, an indicator indicating how to determine the current of the primary cell on the side of the wireless power transmission device, Lt; / RTI >
  • the indicator may indicate whether or not the current of the main cell of the wireless power transmission apparatus side is to be determined as specified in the protocol for wireless power transmission.
  • the wireless power transmission apparatus 100 may generate a power transfer contract to be used for power charging with the electronic device 200 based on the identification information and / or the setting information.
  • the power transfer protocol may include limits of parameters that determine the power transfer characteristics in the power transfer state 640.
  • the wireless power transmission apparatus 100 may terminate the identification and setting state 630 and return to the selection state 610 before entering the power delivery state 640.
  • the wireless power transmission device 100 may terminate the identification and setting state 630 to look for other electronic devices capable of receiving power wirelessly.
  • the wireless power transmission apparatus 100 in the power transmission state 640 transmits power to the electronic device 200.
  • the wireless power transmission apparatus 100 may receive a power control message from the electronic device 200 during power transmission and may adjust the characteristics of power applied to the transmission coil in response to the received power control message .
  • the power control message used to adjust the power characteristic of the transmission coil may be a message including a control error value.
  • the wireless power transmission apparatus 100 may adjust the power applied to the transmission coil according to the control error value. That is, the current applied to the transmission coil is maintained when the control error value is 0, decreased when the control value is a negative value, and can be adjusted to increase when the control value is a positive value.
  • the wireless power transmission apparatus 100 may monitor parameters in a power transfer contract generated based on the identification information and / or the setting information. As a result of monitoring the parameters, when the power transmission to the electronic device 200 violates the limitations contained in the power transfer protocol, the wireless power transmission apparatus 100 cancels the power transmission, State 610. < / RTI >
  • the wireless power transmission apparatus 100 may terminate the power transmission state 640 based on the power control message transmitted from the electronic device 200.
  • a power control request to stop the wireless power transmission to the wireless power transmission apparatus 100 Message.
  • the wireless power transmission apparatus 100 may terminate the wireless power transmission and return to the selected state 610 after receiving the message requesting the suspension of the power transmission.
  • the electronic device 200 may deliver a power control message requesting renegotiation or reconfiguration to update the already generated power transfer protocol.
  • the electronic device 200 may transmit a message requesting renegotiation of the power transfer protocol when a power amount that is more or less than the currently transmitted power amount is required.
  • the wireless power transmission apparatus 100 may terminate the wireless power transmission and return to the identification and setting state 630 after receiving the message requesting renegotiation of the power transfer protocol.
  • the message transmitted by the electronic device 200 may be a message including a power transmission interruption code indicating the reason for the interruption of the power transmission.
  • the power transmission interruption code may be a code for determining whether or not the power transmission interruption code is in a state of charge completion, an internal fault, an over temperature, an over voltage, an over current, a battery failure, a reconfigure, No Response, or Unknown.
  • 16 is a conceptual diagram showing a method by which a wireless power transmission apparatus transmits power to one or more wireless power reception apparatuses.
  • the wireless power transmission apparatus 100 may transmit power for one or more wireless power receiving apparatuses 200, 200 '. Although two electronic devices 200 and 200 'are shown in FIG. 16, the method according to the embodiments disclosed herein is not limited to the number of electronic devices shown.
  • the wireless power transmission apparatus 100 may be configured to determine whether there is a wireless power receiving apparatus disposed in an active area or a sensing area of a resonant coupling scheme, or whether a wireless power receiving apparatus It can be determined whether or not it exists. According to the determination result, the wireless power transmission apparatus 100 supporting each wireless power transmission scheme can change the power transmission scheme for each wireless power reception apparatus.
  • the wireless power transmission device 100 transmits power for one or more electronic devices 200, 200 'in the same wireless power transfer mode, (200, 200 ') can perform communication through the wireless power signal without colliding with each other.
  • the wireless power signal 10a formed by the wireless power transmission apparatus 100 reaches the first electronic device 200 'and the second electronic device 200, as shown in FIG.
  • the first electronic device 200 'and the second electronic device 200 may transmit a power control message using the generated wireless power signal.
  • the first electronic device 200 'and the second electronic device 200 operate as power receivers for receiving wireless power signals.
  • the power receiver according to the embodiments disclosed herein includes a power receiver 291 ', 291 for receiving the formed wireless power signal; A modulation and demodulation unit (293 ', 293) for modulating and demodulating the received wireless power signal; And controls 292 ', 292 that control the respective components of the power receiver.
  • the first electronic device 200 'and the second electronic device 200 When the second electronic device 200 enters the active area while the wireless power transmission device 100 and the first electronic device 200 'first perform wireless charging using the wireless power signal 10a The first electronic device 200 'and the second electronic device must communicate using the wireless power signal 10a. To this end, the first electronic device 200 'and the second electronic device 200 modulate the wireless power signal 10a, respectively.
  • the wireless power signal 10b modulated through the modulation process is divided into a portion 10b-1 modulated by the first electronic device 200 'and a portion 10b-1 modulated by the second electronic device 200, (10b-2).
  • the first electronic device 200 'and the second electronic device 200 operate so as not to perform a modulation process on the wireless power signal 10a at the same time.
  • the modulation and demodulation units 293 'and 293 of the power receiver may be implemented by being divided into a modulation unit and a demodulation unit, respectively.
  • the demodulator may perform a demodulation process for acquiring a packet from a wireless power signal modulated by another power receiver.
  • the demodulation process of the demodulation unit is similar to the demodulation process performed by the modulation and demodulation unit 113 of the wireless power transmission apparatus 100.
  • the power reception control unit 292 of the second electronic device 200 decodes the packet of the first electronic device 200 'from the radio power signal demodulated by the modulation / demodulation unit 293, It is determined whether or not the packet of the electronic device 200 can be transmitted. If it is determined that the transmission is possible, the power control unit 292 may control the modulation / demodulation unit 293 to modulate the received wireless power signal to include the packet of the second electronic device 200 .
  • the determination as to whether or not the transmission can be performed by the power reception control unit 292 determines whether a wireless power signal formed by the wireless power transmission apparatus 100 has a signal area that does not collide with a packet of another electronic device.
  • the transmission availability can be determined based on the transmission period at which power receivers transmit packets and the length of packets already included by other power receivers.
  • the second electronic device 200 may transmit the sum of the length of the decoded packets and the length of the packet to be transmitted by the second electronic device 200 to determine whether the packet can be transmitted, And if it is determined that the transmission period is longer than the transmission period, it can be determined that transmission is possible.
  • the second electronic device 200 determines whether there is a time slot that is not occupied by other power receivers during a time slot on the wireless power signal to determine whether the packet can be transmitted, If there is time that is not occupied, it can be judged as transferable.
  • the power reception control unit 292 determines a transmittable time when it is determined that the transmission is possible, and transmits a packet of the second electronic device 200 including the power control message at the determined time To the wireless power transmission apparatus (100).
  • the transmission power control unit 292 determines that the transmission can not be performed, the transmission power control unit 292 informs the wireless power transmission apparatus 100 that transmission is impossible.
  • the power reception controller 292 may transmit a packet including a predetermined control message to indicate that the transmission is impossible.
  • 17 is a flowchart illustrating a communication process of an electronic device according to the embodiments disclosed herein.
  • the second electronic device 200 receives a wireless power signal by the power receiving unit 291 (S10).
  • the wireless power signal may be received through a receiving coil 2911 included in the power receiving unit 291.
  • a current is generated by the resonance coupling in the resonance forming circuit 2912 in the power receiving unit 291 by the wireless power signal received in the receiving coil 2911. And use the generated current to obtain data contained in the wireless power signal.
  • the second electronic device 200 acquires one or more packets based on the current generated by the received wireless power signal (S20).
  • the packet acquisition process S20 may be a demodulation process performed by the modem unit 293. If one or more electronic devices are performing communication using the wireless power signal before the second electronic device 200 is placed in the active area, the packets transmitted by the one or more electronic devices through the modulation process are obtained . That is, in the above example, if the first electronic device 200 'modulates the wireless power signal to include a packet to be transmitted to the wireless power transmission apparatus 100, A packet of the first electronic device 200 'can be obtained through a demodulation process.
  • the second electronic device 200 decodes the one or more obtained packets (S30).
  • the decoding process of the packets (S30) may be a process of confirming the information included in the packet according to the structure of the packet as described with reference to FIG.
  • the second electronic device 200 can obtain the identification information or the sender address of one or more electronic devices that transmitted the packets.
  • the second electronic device 200 may obtain the length and the transmission period of the one or more packets through the decoding process of the packets (S30).
  • the sender address of the packet to be transmitted by the first electronic device 200 ' the length of the packet of the first electronic device 200' Lt;
  • RTI ID 0.0 > a < / RTI >
  • the second electronic device 200 generates a response packet to be transmitted to the wireless power transmission apparatus 100 (S40).
  • the response packet may be configured as any one of the packet types described with reference to Fig.
  • the generated response packet may be configured to include a power control message that the second electronic device 200 desires to transmit to the wireless power transmission apparatus 100.
  • the power control message may be one of the messages described with reference to FIG.
  • the generated response packet may be configured to include the identification information of the second electronic device 200.
  • the identification information of the second electronic device 200 may be the sender information of the response packet.
  • the sender information may be determined as information that is not duplicated with the identification information of one or more electronic devices obtained in the decoding process S30. Thereafter, the wireless power transmission apparatus 100 receiving the response packet can identify the power receiver that transmitted the power control message using the sender information included in the response packet.
  • the generated response packet may include an indicator indicating the type of the power control message.
  • the second electronic device 200 determines a transmission time of the generated response packet (S50).
  • the transmission time determination step S50 may be performed prior to the response packet determination step S40.
  • the response packet is transmitted using the wireless power signal. That is, the power reception control unit 292 included in the second electronic device 200 controls to modulate the wireless power signal so that the response packet is included.
  • the wireless power signal can be modulated for packet transmission by the one or more other electronic devices, it is necessary to determine the transmission time so that the wireless power signal can be modulated by the second electronic device 200 in an unmodulated time range.
  • FIG. 18 shows the timing of a response packet transmitted by one or more electronic devices via a wireless power signal.
  • the second electronic device 200 determines the transmission time of the response packet based on the packet transmission period of the other one or more electronic devices. Referring to FIG. 18A, the second electronic device 200 confirms the transmission period of the response packets 61a, 61b, and 61c of the first electronic device 200 '. The transmission period may be checked through the decoding process (S30) or may be confirmed by grasping the modulated form of the wireless power signal itself. At this time, the second electronic device 200 determines the length of the response packet 61a, 61b, 61c of the first electronic device 200 ' It is determined whether or not a response packet of the electronic device 200 can be transmitted.
  • the transmission time of the response packet is a specific time from the reception of the response packets 61b and 61c of the first electronic device 200 'to the arrival of the transmission period Time as the transmission time of the response packets 62b and 62c.
  • the second electronic device 200 determines the transmission time of the response packet by selecting a time slot to transmit the generated response packet. Referring to FIG. 18 (b), the second electronic device 200 determines whether there is an unoccupied time slot among the previously divided time slots on the wireless power signal at regular time intervals. If there is an unoccupied time slot as a result of the presence or absence of the slot, a time slot for transmitting the response packet among the unoccupied time slots is determined. The determined time slot is a slot usable without collision with response packets and decoded packets of the first electronic device 200 'in the received wireless power signal. The second electronic device 200 may determine whether packets from other electronic devices among the pre-partitioned time slots are acquired. If the slot 0 is occupied for the packet of the first electronic device 200 ', as shown in FIG. 18 (b), the second electronic device 200 transmits any one of the remaining slots 1 to 5 As a time slot for transmitting the response packet.
  • the second electronic device 200 transmits the generated response packet at the determined time (S60).
  • the transmission of the response packet (S60) is a process of modulating the wireless power signal so that the response packet is included.
  • the wireless power transmission apparatus 100 may demodulate the modulated wireless power signal to obtain packets transmitted from the first electronic device 200 'and the second electronic device 200. In this case, the wireless power transmission apparatus 100 may control the wireless power transmission process based on the sender information and the power control message included in the obtained packets.
  • a method in which the wireless power transmission apparatus 100 performs communication for power control with one or more electronic apparatuses via a wireless power signal corresponds to the above-described method.
  • the wireless power transmission apparatus 100 forms a wireless power signal
  • the wireless power signal is modulated by one or more electronic devices 200 and 200 'to transmit the packet to the wireless power transmission apparatus 100 send.
  • the wireless power transmission apparatus 100 receives the modulated wireless power signal and demodulates the modulated wireless power signal to acquire the packets transmitted from the respective electronic devices 200 and 200 '. The wireless power transmission apparatus 100 then adjusts the formed wireless power signal for an electronic device corresponding to the sender address included in the obtained packets, And performs the adjustment process based on the message.
  • the wireless power transmission apparatus 100 may adjust the transmission state with respect to the electronic devices by using the difference detected per period.
  • the wireless power transmission apparatus 100 may receive the modulated wireless power signal of the first period and obtain packets belonging to the first period by demodulating the wireless power signal of the first period. At this time, the wireless power transmission apparatus 100 may adjust a power supply for forming the wireless power signal based on a sender address and a control message of packets belonging to the first period, as described above.
  • the wireless power transmission apparatus 100 may then receive the modulated wireless power signal of the second period and obtain packets belonging to the second period by demodulating the wireless power signal of the second period. At this time, the wireless power transmission apparatus 100 can adjust the power transmission state of each of the electronic devices 200 and 200 'using the difference of packets belonging to the first period and the second period.
  • the wireless power transmission apparatus 100 may determine whether a new electronic device 200 has been added based on the sender address of packets belonging to the second period.
  • the wireless power transmission apparatus 100 may be configured such that the electronic device 200 corresponding to the sender address newly detected in the packet belonging to the second cycle is identified in the identification and configuration phase It is possible to perform the identification or the setting process of the data.
  • the method described above can be implemented in a recording medium that can be read by a computer or similar device using, for example, software, hardware, or a combination thereof.
  • the methods described so far can be applied to various types of application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), field programmable gate arrays microprocessors, microprocessors, and other electronic units for performing other functions.
  • ASICs application specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPDs digital signal processing devices
  • PLDs programmable logic devices
  • field programmable gate arrays microprocessors microprocessors, and other electronic units for performing other functions.
  • the methods may be implemented using the wireless Or may be implemented in the control unit 180 or the power transmission control unit 112 of the power transmission apparatus 100 or the methods may be implemented in the control unit 280 or the power reception control unit 292 of the electronic apparatus 200 have.
  • embodiments such as the procedures and functions described herein may be implemented with separate software modules. Each of the software modules may perform one or more of the functions and operations described herein.
  • Software code can be implemented in a software application written in a suitable programming language. The software code may be stored in the memory 150 of the wireless power transmission apparatus 100 and may be executed by the control unit 180 or the power transmission control unit 112, 260 and may be executed by the control unit 280 or the power reception control unit 292.

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Abstract

본 명세서는 일 실시 예로서 전력 전송 신호를 이용하여 메시지를 전송하는 전력 수신기를 개시한다. 상기 전력 수신기는 전력 전송기가 형성한 무선 전력 신호를 수신하는 전력 수신부; 상기 수신된 무선 전력 신호를 복조(demodulation)하는 복조부; 상기 수신된 무선 전력 신호를 변조(modulation)하는 변조부; 및 상기 복조부에 의하여 복조된 무선 전력 신호로부터 제 1 패킷을 디코딩하고, 상기 디코딩된 제 1 패킷과 충돌하지 않는 제 2 패킷의 전송 가능 여부를 판단하고, 상기 판단 결과 전송 가능한 경우 상기 변조부를 제어하여 상기 제 2 패킷이 포함되도록 상기 수신된 무선 전력 신호를 변조하는 제어부를 포함하는 전력 수신기이다.

Description

무선 전력 신호를 통한 무선 전력 수신기의 통신
본 명세서는 무선 전력 전송에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 무선 전력 신호를 통하여 무선 전력 수신기가 통신을 수행하는 것에 관한 것이다.
전통적으로 전자 기기들에게 유선으로 전기 에너지를 공급하는 방법 대신에, 최근에는 접촉 없이 무선으로 전기 에너지를 공급하는 방법이 사용된다. 무선으로 에너지를 수신하는 전자 기기는 상기 수신된 무선 전력에 의하여 직접 구동되거나, 상기 수신된 무선 전력을 이용하여 배터리를 충전하고 상기 충전된 전력에 의하여 구동될 수 있다.
자기 유도 방식의 무선 전력 전송에 대한 기술을 다루는 무선 전력 협의체(Wireless Power Consortium)는 2010년 4월 12일에 무선 전력 전송에서의 호환성(interoperability)에 대한 "무선 전력 전송 시스템 설명서, 제1권, 저전력, 파트 1: 인터페이스 정의, 버젼 1.00 RC1(System Description Wireless Power Transfer, Volume 1, Low Power, Part 1: Interface Definition, Version 1.00 Release Candidate 1)" 표준 문서를 공개하였다. 상기 무선 전력 협의체의 표준 문서는 자기 유도 방식에 의하여 하나의 무선 전력 전송장치로부터 하나의 무선 전력 수신장치로 전력을 전달하는 방식을 설명하고 있다.
다만, 하나의 무선 전력 전송장치가 전력을 전송하기 위하여 형성하는 무선 전력 신호를 다수의 무선 전력 수신장치들이 수신할 수 있으므로, 상기 다수의 무선 전력 수신장치들이 전달되는 전력을 제어할 수 있도록 무선 전력 전송장치와 통신을 수행하는 방법이 요구되고 있다.
본 명세서는 무선으로 전력을 수신하는 수신기들의 전력 전송 신호를 이용한 통신 방법을 제시하기 위함이다. 또한, 본 명세서는 하나 이상의 전력 수신기들이 충돌 없이 무선 전력 신호를 이용한 통신을 수행하는 방법을 제시하기 위함이다. 이를 위하여 무선 전력 전달이 가능한 영역으로 진입한 무선 전력 수신기가 무선 전력 전달을 위한 제어 메시지를 전송하는 방법을 제시한다.
본 명세서에 개시된 기술의 하나의 실시 형태로서, 전력 전송 신호를 이용하여 메시지를 전송하는 전력 수신기가 개시된다. 상기 전력 수신기는 전력 전송기가 형성한 무선 전력 신호를 수신하는 전력 수신부; 상기 수신된 무선 전력 신호를 복조(demodulation)하는 복조부; 상기 수신된 무선 전력 신호를 변조(modulation)하는 변조부; 및 상기 복조부에 의하여 복조된 무선 전력 신호로부터 제 1 패킷을 디코딩하고, 상기 디코딩된 제 1 패킷과 충돌하지 않는 제 2 패킷의 전송 가능 여부를 판단하고, 상기 판단 결과 전송 가능한 경우 상기 변조부를 제어하여 상기 제 2 패킷이 포함되도록 상기 수신된 무선 전력 신호를 변조하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 하나의 실시 형태 또는 그 밖의 실시 형태들은 다음과 같은 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 제 2 패킷의 전송 가능 여부의 판단은 상기 제 1 패킷의 전송 주기와 상기 디코딩된 제 1 패킷의 길이를 기초로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제 2 패킷의 전송 가능 여부의 판단은 상기 제 1 패킷의 전송 주기와 상기 디코딩된 제 1 패킷 및 상기 제 2 패킷의 길이의 합을 비교하고, 상기 비교 결과 상기 제 1 패킷의 전송 주기가 크다면 전송 가능한 것으로 판단하는 것일 수 있다. 또한, 상기 제어부는 상기 제 2 패킷의 전송 가능 여부 판단 결과 전송 가능한 경우에 상기 제 1 패킷이 디코딩된 후 상기 제 2 패킷이 포함되도록 상기 수신된 무선 전력 신호를 변조할 수 있다. 또한, 상기 제어부는 상기 제 2 패킷의 전송 가능 여부 판단 결과 전송 가능하지 않은 경우 상기 제 1 패킷이 디코딩된 후 전송 불가능함을 나타내는 패킷이 포함되도록 상기 수신된 무선 전력 신호를 변조할 수 있다. 또한, 상기 제 2 패킷은 발신자 주소를 포함하도록 구성되고, 상기 제어부는 상기 디코딩된 제 1 패킷의 발신자 주소와 다른 주소를 상기 제 2 패킷의 발신자 주소로 결정할 수 있다. 또한, 상기 제 2 패킷은 상기 수신된 무선 전력 신호의 세기, 주파수 또는 전력 전송 상태 정보를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전력 수신부는 상기 수신된 무선 전력 신호에 의하여 자기 공진이 발생하는 공진 회로를 포함하도록 구성되고, 상기 복조부는 상기 공진 회로에 발생한 자기 공진에 의하여 생성된 전류로부터 상기 제 1 패킷을 획득함으로써 상기 무선 전력 신호를 복조하고, 상기 변조부는 상기 제 2 패킷에 기초하여 상기 전력 수신기에 연결된 부하(load)를 변경함으로써 상기 무선 전력 신호를 변조할 수 있다.
한편, 명세서에 개시된 다른 실시 형태로서 전력 송신기가 개시된다. 상기 전력 송신기는 전원 공급부에서 공급되는 전원을 이용하여 무선 전력 신호를 형성하고, 변조된 무선 전력 신호를 수신하는 전력 변환부; 상기 수신된 무선 전력 신호를 복조하는 복조부; 상기 복조된 무선 전력 신호로부터 패킷을 디코딩함으로써 상기 패킷의 발신자 주소 및 제어 메시지를 획득하고, 상기 획득된 발신자 주소에 해당하는 전력 수신기를 위한 전원의 특성 값을 상기 획득된 제어 메시지를 기초로 결정하고, 상기 결정된 전원의 특성에 따라 상기 전력기를 위하여 공급되는 전원을 조절하는 제어부를 포함할 수 있다.
한편, 명세서에 개시된 또 다른 실시 형태로서 무선 전력 수신기가 전력 신호를 이용한 통신에 참여하기 위하여 제어 메시지를 전송하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 코일에 수신되는 무선 전력 신호를 수신하는 단계; 상기 수신된 무선 전력 신호에 의하여 생성되는 전류를 기초로 하나 이상의 패킷들을 획득하는 단계; 상기 획득된 하나 이상의 패킷들을 디코딩하는 단계; 상기 수신된 무선 전력 신호에 상기 디코딩된 패킷들과 충돌없이 사용 가능한 슬롯을 결정하는 단계; 발신자 정보 및 제어 메시지를 포함하는 응답 패킷을 생성하는 단계; 및 상기 응답 패킷이 상기 무선 전력 신호의 상기 결정된 슬롯에 포함되도록 상기 응답 패킷을 상기 코일에 연결된 부하를 변경함으로써 상기 응답 패킷을 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 또 다른 실시 형태 또는 그 밖의 실시 형태들은 다음과 같은 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 사용 가능한 슬롯은 상기 패킷들의 전송 주기 내에 상기 하나 이상의 패킷들에 의하여 점유되지 않은 슬롯 중 하나로 결정될 수 있다. 또한, 상기 응답 패킷을 생성하는 단계는 상기 디코딩된 패킷들의 발신자 정보를 확인하는 단계; 및 상기 확인된 발신자 정보와 중복되지 않는 식별 정보를 상기 응답 패킷의 발신자 정보로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 명세서에 개시된 또 다른 실시 형태로서 하나 이상의 전력 수신기에 의해 변조된 무선 전력 신호를 기초로 무선 전력 전송을 조절하는 전력 전송기의 제어 방법이 개시된다. 상기 방법은 무선 전력 신호를 형성하는 단계와; 제 1 주기의 변조된 무선 전력 신호를 수신하는 단계와; 상기 제 1 주기의 무선 전력 신호를 복조함으로써 상기 제 1 주기에 속한 패킷들을 획득하는 단계와; 상기 제 1 주기에 속한 패킷들의 발신자 주소 및 제어 메시지에 기초하여 상기 무선 전력 신호를 형성하기 위한 공급 전원을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 또 다른 실시 형태 또는 그 밖의 실시 형태들은 다음과 같은 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 방법은 제 2 주기의 변조된 무선 전력 신호를 수신하는 단계와; 상기 제 2 주기의 무선 전력 신호를 복조함으로써 상기 제 2 주기에 속한 패킷들을 획득하는 단계와; 상기 제 1 주기에 속한 패킷들 및 상기 제 2 주기에 속한 패킷들의 발신자 주소들을 비교하는 단계와; 그리고 상기 비교 결과에 기초하여 하나 이상의 전력 수신기들의 상태를 변경하는 단계를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 하나 이상의 전력 수신기들의 상태를 변경하는 단계는 상기 비교 결과 새로운 전력 수신기가 검출된 경우 상기 새로운 전력 수신기에 대하여 식별 과정을 수행하는 단계를 포함하되, 상기 검출된 새로운 전력 수신기는 상기 제 2 주기에서 획득된 패킷에 포함된 발신자 주소 중 상기 제 1 주기에 획득된 패킷에 포함되지 않은 발신자 주소에 대응되는 전력 수신기일 수 있다. 또한, 상기 하나 이상의 전력 수신기들의 상태를 변경하는 단계는 상기 비교 결과 새로운 전력 수신기가 검출된 경우 상기 새로운 전력 수신기에 대하여 식별 과정을 수행하는 단계를 포함하되, 상기 검출된 새로운 전력 수신기는 상기 제 2 주기에서 획득된 패킷이 점유한 시간 슬롯들 중 상기 제 1 주기에서 획득된 패킷이 점유하지 않은 슬롯에 대응되는 전력 수신기일 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시 예들에 따르면, 무선 전력 전송 장치로부터 무선으로 전력을 수신하는 다수의 무선 전력 수신장치가 전력 전송 신호를 이용하여 전력 제어 메시지를 송신할 수 있다. 다수의 무선 전력 수신장치는 각자의 전력 제어 메시지를 무선 전력 전송장치에게 송신하여 각각 전달되는 무선 전력을 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 무선 전력 전송장치 및 전자 기기를 개념적으로 나타낸 예시도이다.
도 2의 (a) 및 (b)는 각각 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 무선 전력 전송장치(100) 및 전자 기기(200)의 구성을 예시적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 유도 결합 방식에 따라 무선 전력 전송장치로부터 전자 기기에 무선으로 전력이 전달되는 개념을 도시한다.
도 4는 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 전자기 유도 방식의 무선 전력 전송장치(100) 및 전자 기기(200)의 구성의 일부를 예시적으로 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 유도 결합 방식에 따라 전력을 수신하는 하나 이상의 전송 코일들을 가지도록 구성된 무선 전력 전송장치의 블록도이다.
도 6은 공진 결합 방식에 따라 무선 전력 전송장치로부터 전자 기기에 무선으로 전력이 전달되는 개념을 도시한다.
도 7은 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 공진 방식의 무선 전력 전송장치(100) 및 전자 기기(200)의 구성의 일부를 예시적으로 나타낸 블록도이다.
도 8은 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 공진 결합 방식에 따라 전력을 수신하는 하나 이상의 전송 코일들을 가지도록 구성된 무선 전력 전송장치의 블록도이다.
도 9는 도 2의 (a)에 도시된 구성 외에 추가적인 구성을 더 포함하는 무선 전력 전송장치를 나타낸 블록도이다.
도 10은 본 명세서에 개시된 실시 예들에 따른 전자 기기(200)가 이동 단말기 형태로 구현된 경우의 구성을 나타낸다.
도 11은 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전달에 있어서 무선 전력 신호의 변조 및 복조를 통하여 무선 전력 전송장치와 전자 기기 사이에 패킷을 송수신하는 개념을 도시한다.
도 12는 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전송에서 전력 제어 메시지를 송수신하기 위한 구성을 도시한다.
도 13은 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전송에서 수행되는 변조 및 복조에서의 신호의 형태를 도시한다.
도 14는 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전달방법에 사용되는 전력 제어 메시지를 포함하는 패킷을 도시한다.
도 15는 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전송장치(100) 및 전자 기기(200)의 동작 상태들을 도시한다.
도 16은 무선 전력 전송장치가 하나 이상의 무선 전력 수신장치들에게 전력을 전달하는 방법을 도시한 개념도이다.
도 17은 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 전자 기기의 통신 수행 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 18은 하나 이상의 전자 기기가 무선 전력 신호를 통하여 전송하는 응답 패킷의 타이밍을 도시한다.
본 명세서에 개시된 기술은 무선 전력 전송(wireless power transfer)에 적용된다. 그러나 본 명세서에 개시된 기술은 이에 한정되지 않고, 상기 기술의 기술적 사상이 적용될 수 있는 모든 전력 전송 시스템 및 방법, 무선 충전회로 및 방법, 그 외 무선으로 전송되는 전력을 이용하는 방법 및 장치에도 적용될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 명세서에 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예들을 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
무선 전력 전송장치 및 전자 기기 개념도
도 1은 본 명세서에 개시된 실시 예들에 따른 무선 전력 전송장치 및 전자 기기를 개념적으로 나타낸 예시도이다.
도 1을 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 전자 기기(200)에게 필요한 전력을 무선으로 전달하는 전력 전달 장치일 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 무선으로 전력을 전달함으로써 상기 전자 기기(200)의 배터리를 충전하는 무선 충전 장치일 수 있다. 상기 무선 전력 전송장치(100)가 무선 충전 장치로 구현되는 실시 예는 도 9를 참조하여 후술된다.
그 밖에도, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 접촉되지 않은 상태에서 전원이 필요한 전자 기기(200)에게 전력을 전달하는 여러 가지 형태의 장치로 구현될 수 있다.
상기 전자 기기(200)는 상기 무선 전력 전송장치(100)로부터 무선으로 전력을 수신하여 동작이 가능한 기기이다. 또한, 상기 전자 기기(200)는 상기 수신된 무선 전력을 이용하여 배터리를 충전할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 설명되는 무선으로 전력을 수신하는 전자 기기는 휴대가 가능한 모든 전자 기기, 예컨대 키보드, 마우스, 영상 또는 음성의 보조 출력장치 등의 입출력장치를 비롯하여, 휴대폰, 셀룰러폰, 스마트 폰(smart phone), PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player)와, 태블릿, 혹은 멀티미디어 기기 등을 포괄하는 의미로 해석되어야 한다.
상기 전자 기기(200)는, 후술되는 바와 같이, 이동 통신 단말기(예컨대 휴대폰, 셀룰러폰, 태블릿) 또는 멀티미디어 기기일 수 있다. 상기 전자 기기(200)가 이동단말기로 구현되는 실시 예는 도 10을 참조하여 후술된다.
한편, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 전자 기기(200)로 상호간 접촉이 없이 무선으로 전력을 전달하기 위하여 하나 이상의 무선 전력 전달 방법을 이용할 수 있다. 즉, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 무선 전력 신호에 의하여 발생하는 전자기 유도 현상에 기초한 유도 결합(Inductive Coupling) 방식과 특정 주파수의 무선 전력 신호에 의하여 발생하는자기적 공진 현상에 기초한 공진 결합(Magnetic Resonance Coupling) 방식 중 하나 이상을 이용하여 전력을 전달할 수 있다.
상기 유도 결합 방식에 의한 무선 전력 송신은, 1차 코일 및 2차 코일을 이용하여 전력을 무선으로 전송하는 기술로, 하나의 코일에서 전자기 유도 현상에 의하여 생성되는 변화하는 자기장에 의하여 다른 코일 쪽에 전류가 유도됨으로써 전력이 전달되는 것을 말한다.
상기 공진 결합 방식에 의한 무선 전력 송신은, 상기 무선 전력 전송장치(100)에서 전송한 무선 전력 신호에 의하여 상기 전자 기기(200)에서 전자기적 공진이 발생하고, 상기 공진 현상에 의하여 상기 무선 전력 전송장치(100)로부터 상기 전자 기기(200)로 전력이 전달되는 것을 말한다.
이하에서는 본 명세서에 개시된 무선 전력 전송장치(100) 및 전자 기기(200)에 관한 실시 예들이 구체적으로 설명된다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 부가된 참조 부호는 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호가 사용된다.
도 2는 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 무선 전력 전송장치(100) 및 전자 기기(200)의 구성을 예시적으로 나타낸 블록도이다.
무선 전력 전송장치
도 2의 (a)를 참조하면, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 전력 전달부(Power Transmission Unit)(110)를 포함하도록 구성된다. 상기 전력 전달부(110)는 전력 변환부(Power Conversion Unit)(111) 및 전력 송신 제어부(Power Transmission Control Unit)(112)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 전력 변환부(111)는 송신측 전원 공급부(190)로부터 공급된 전력을 무선 전력 신호(wireless power signal)로 변환하여 상기 전자 기기(200)로 전달한다. 상기 전력 변환부(111)에 의하여 전달되는 무선 전력 신호는 진동(oscillation)하는 특성을 가진 자기장(magnetic field) 또는 전자기장(electro-magnetic field)의 형태로 형성된다. 이를 위하여 상기 전력 변환부(111)는 상기 무선 전력 신호가 발생하는 코일을 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 전력 변환부(111)는 각 전력 전달 방식에 따라 다른 형태의 무선 전력 신호를 형성하기 위한 구성 요소를 포함할 수 있다.
어떤 실시 예들에서는, 상기 전력 변환부(111)는 유도 결합 방식에 따라 상기 전자 기기(200)의 2차 코일에 전류를 유도시키기 위하여 변화하는 자기장을 형성시키는 1차 코일을 포함하도록 구성될 수 있다. 또한 어떤 실시 예들에서는, 상기 전력 변환부(111)는 공진 결합 방식에 따라 상기 전자 기기(200)에 공진 현상을 발생시키기 위하여 특정 공진 주파수를 가진 자기장을 형성시키는 코일(또는 안테나)를 포함하도록 구성될 수 있다.
또한 어떤 실시 예들에서는, 상기 전력 변환부(111)는 전술된 유도 결합 방식과 공진 결합 방식 중 하나 이상의 방법을 이용하여 전력을 전달할 수 있다.
상기 전력 변환부(111)에 포함되는 구성 요소들 중 유도 결합 방식을 따르는 것들에 대하여는 도 4 및 도 5를 참조하여, 공진 결합 방식을 따르는 것들에 대하여는 도 7 및 도 8을 참조하여 후술된다.
한편, 상기 전력 변환부(111)는 상기 무선 전력 신호를 형성시키기 위해 사용되는 주파수, 인가되는 전압, 전류 등의 특성을 조절할 수 있는 회로를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 전력 전달부(110)에 포함되는 각 구성요소를 제어한다. 어떤 실시 예들에서는, 상기 전력 송신 제어부(112)가 상기 무선 전력 공급 장치(100)를 제어하는 다른 제어부(미도시)와 통합되도록 구현될 수 있다.
한편, 상기 무선 전력 신호가 도달할 수 있는 영역은 두 가지로 구분될 수 있다. 먼저, 활동 영역(active area)은 상기 전자 기기(200)로 전력을 전달하는 무선 전력 신호가 통과하는 영역을 말한다. 다음으로, 감지 영역(semi-active area)은 상기 무선 전력 전송장치(100)가 상기 전자 기기(200)의 존재를 감지할 수 있는 관심 영역을 말한다. 여기서, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 전자 기기(200)가 상기 활동 영역 또는 감지 영역에 배치(placement)되거나 제거(removal)되었는지 여부에 대하여 감지할 수 있다. 구체적으로, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 전력 변환부(111)에서 형성되는 무선 전력 신호를 이용하거나, 별도로 구비된 센서에 의하여 상기 전자 기기(200)가 상기 활동 영역 또는 감지 영역에 배치되었는지 여부를 검출할 수 있다. 예컨대, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 감지 영역에 존재하는 상기 전자 기기(200)로 인하여 상기 무선 전력 신호가 영향을 받아, 상기 전력 변환부(111)의 상기 무선 전력 신호를 형성하기 위한 전력의 특성이 변화하는지 여부를 모니터링함으로써 상기 전자 기기(200)의 존재를 검출할 수 있다. 다만, 상기 활동 영역 및 감지 영역은 유도 결합 방식 및 공진 결합 방식 등의 무선 전력 전달방식에 따라 다를 수 있다.
상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 전자 기기(200)의 존재를 검출한 결과에 따라 상기 전자 기기(200)를 식별하는 과정을 수행하거나, 무선 전력 전송을 시작할 것인지 여부를 결정할 수 있다.
또한, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 신호를 형성하기 위한 상기 전력 변환부(111)의 주파수, 전압, 전류 중 하나 이상의 특성을 결정할 수 있다.
상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 전자 기기(200)로부터 전력 제어 메시지를 수신할 수 있다. 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 수신된 전력 제어 메시지를 기초로 상기 전자 기기(200)로 전송되는 무선 전력에 대한 정보를 획득할 수 있다. 또한 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 수신된 전력 제어 메시지를 기초로 전력 전송을 제어하는 제어 정보를 획득할 수 있다. 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 전력 제어 메시지를 기초로 무선 전력 신호의 전달을 개시하거나 종료할 수 있다. 또한, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 전력 제어 메시지를 기초로 상기 무선 전력 신호의 특성을 조절할 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전송장치에 포함된 상기 전력 송신 제어부(112)는 이와 같은 상기 전력 제어 메시지를 상기 무선 전력 신호를 통하여 수신할 수 있다.
상기 전력 제어 메시지를 수신하기 위하여, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 전력 변환부(111)와 전기적으로 연결된 변복조부(Power Communications Modulation/Demodulation Unit)(113)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 변복조부(113)는 상기 전자 기기(200)에 의하여 변조된 무선 전력 신호를 복조하여 상기 전력 제어 메시지를 수신하기 위하여 사용될 수 있다. 상기 전력 변환부(111)가 무선 전력 신호를 이용하여 전력 제어 메시지를 수신하는 방법에 대하여 도 11 내지 도 14를 참조하여 후술된다.
전자 기기
도 2의 (b)를 참조하면, 상기 전자 기기는(200)는 전원 공급부(290)를 포함하도록 구성된다. 상기 전원 공급부(290)는 상기 전자 기기(200)의 작동에 필요한 전력을 공급한다. 상기 전원 공급부(290)는 전력 수신부(291) 및 전력 수신 제어부(292)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 전력 수신부(291)는 상기 무선 전력 전송장치(100)로부터 무선으로 전달되는 전력을 수신한다.
상기 전력 수신부(291)는 무선 전력 전달 방식에 따라 상기 무선 전력 신호를 수신하기 위해 필요한 구성 요소를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전력 수신부(291)는 하나 이상의 무선 전력 전달 방식에 따라 전력을 수신할 수 있으며, 이 경우 상기 전력 수신부(291)는 각 방식에 따라 필요한 서로 구성 요소들을 함께 포함할 수 있다.
먼저, 상기 전력 수신부(291)는 진동하는 특성을 가진 자기장 또는 전자기장의 형태로 전달되는 무선 전력 신호를 수신하기 위한 코일을 포함하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 어떤 실시 예들에서는, 상기 전력 수신부(291)가 유도 결합 방식에 따른 구성 요소로서 변화되는 자기장에 의하여 전류가 유도되는 2차 코일을 포함할 수 있다. 또한, 어떤 실시 예들에서는, 상기 전력 수신부(291)가 공진 결합 방식에 따른 구성 요소로서 특정 공진 주파수를 가진 자기장에 의하여 공진 현상이 발생되는 코일 및 공진 회로를 포함할 수 있다.
다만, 어떤 실시 예들에서는 상기 전력 수신부(291)가 하나 이상의 무선 전력 전달 방식에 따라 전력을 수신할 수 있으며, 이러한 경우 상기 전력 수신부(291)는 하나의 코일을 이용하여 수신하도록 구현되거나, 또는 각 전력 전달 방식에 따라 다르게 형성된 코일을 이용하여 수신하도록 구현될 수 있다.
상기 전력 수신부(291)에 포함되는 구성 요소들 중 유도 결합 방식을 따르는 실시 예들에 대하여는 도 4를 참조하여, 공진 결합 방식을 따르는 실시 예들에 대하여는 도 7을 참조하여 후술된다.
한편, 상기 전력 수신부(291)는 상기 무선 전력 신호를 직류로 변환하기 위한 정류 회로(rectifier) 및 평활 회로(regulator)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 전력 수신부(291)는 수신된 전력 신호에 의하여 과전압 또는 과전류가 발생하지 않도록 방지하는 회로를 더 포함할 수 있다.
상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 전원 공급부(290)에 포함되는 각 구성요소를 제어한다.
구체적으로, 상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 무선 전력 전송장치(100)로 전력 제어 메시지를 전달할 수 있다. 상기 전력 제어 메시지는 상기 무선 전력 전송장치(100)에게 무선 전력 신호의 전달을 개시하거나 종료하도록 지시하는 것일 수 있다. 또한 상기 전력 제어 메시지는 상기 무선 전력 전송장치(100)에게 상기 무선 전력 신호의 특성을 조절하도록 지시하는 것일 수 있다. 다만, 상기 전력 제어 메시지의 종류는 전술된 목적을 위하여 전달되는 것으로 제한되지 아니한다.
본 명세서에 개시된 실시 예들에 따르면, 상기 전력 수신 제어부(292)가 상기 전력 제어 메시지를 상기 무선 전력 신호를 통하여 전송할 수 있다.
상기 무선 전력 신호를 통한 상기 전력 제어 메시지의 전송을 위하여, 상기 전자 기기(200)는 상기 전력 수신부(291)와 전기적으로 연결된 변복조부(Power Communications Modulation/Demodulation Unit)(293)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 변복조부(293)는, 전술된 상기 무선 전력 전송장치(100)의 경우와 마찬가지로, 상기 무선 전력 신호를 통하여 상기 전력 제어 메시지를 전송하기 위하여 사용될 수 있다. 상기 변복조부(293)는 상기 무선 전력 송신장치(100)의 전력 변환부(111)를 흐르는 전류 및/또는 전압을 조절하는 수단으로 사용될 수 있다. 이하, 상기 무선 전력 전송장치(100) 측과 상기 전자 기기(200) 측의 각각의 변복조부(113 및 293)가 무선 전력 신호를 통한 전력 제어 메시지의 송수신을 위하여 사용되는 방법에 대하여 설명된다.
상기 전력 변환부(111)에 의하여 형성된 무선 전력 신호는 상기 전력 수신부(291)에 의하여 수신된다. 이때, 상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 무선 전력 신호를 변조(modulation)하도록 상기 전자 기기(200) 측의 변복조부(293)를 제어한다. 예컨대, 상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 전력 수신부(291)과 연결된 변복조부(293)의 리액턴스(reactance)를 변경시킴으로써 상기 무선 전력 신호로부터 수신하는 전력량이 그에 따라 변하도록 변조 과정을 수행할 수 있다. 상기 무선 전력 신호로부터 수신되는 전력량의 변경은 상기 무선 전력 신호를 형성시키는 상기 전력 변환부(111)의 전류 및/또는 전압의 변경을 가져온다. 이 때, 상기 무선 전력 전송장치(100) 측의 변복조부(113)는 상기 전력 변환부(111)의 전류 및/또는 전압의 변경을 감지하여 복조(demodulation) 과정을 수행한다.
즉, 상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 무선 전력 전송장치(100)에게 전달하고자 하는 전력 제어 메시지를 포함하는 패킷(packet)을 생성하여 상기 패킷이 포함되도록 상기 무선 전력 신호를 변조하고, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 변복조부(113)의 복조 과정 수행 결과를 기초로 상기 패킷을 디코드함으로써, 상기 패킷에 포함되어 있는 상기 전력 제어 메시지를 획득할 수 있다. 상기 무선 전력 전송장치(100)가 상기 전력 제어 메시지를 획득하는 구체적인 방법에 대해서는 도 11 내지 도 14를 참조하여 후술된다.
그 밖에, 상기 전원 공급부(290)는 충전부(298) 및 배터리(299)를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 전원 공급부(290)로부터 동작을 위한 전원을 공급받는 상기 전자 기기(200)는 상기 무선 전력 전송장치(100)로부터 전달된 전력에 의하여 동작하거나, 또는 상기 전달된 전력을 이용하여 상기 배터리(299)를 충전한 후 상기 배터리(299)에 충전된 전력에 의하여 동작할 수 있다. 이때, 상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 전달된 전력을 이용하여 충전을 수행하도록 상기 충전부(298)를 제어할 수 있다.
이하에서, 본 명세서에 개시된 실시 예들에 적용 가능한 무선 전력 전송장치 및 전자 기기에 대하여 설명된다.
먼저, 도 3 내지 도 5를 참조하여 유도 결합 방식을 지원하는 실시 예들에 따라, 상기 무선 전력 전송장치가 상기 전자 기기로 전력을 전달하는 방법이 개시된다.
유도 결합 방식
도 3은 유도 결합 방식을 지원하는 실시 예들에 따라 무선 전력 전송장치로부터 전자 기기에 무선으로 전력이 전달되는 개념을 도시한다.
무선 전력 전송장치(100)의 전력 전달이 유도 결합 방식을 따르는 경우, 상기 전력 전달부(110) 내의 1차 코일(primary coil)에 흐르는 전류의 세기가 변화되면, 그 전류에 의해 1차 코일을 통과하는 자기장이 변화한다. 이와 같이 변화된 자기장은 상기 전자 기기(200) 내의 2차 코일(secondary coil) 측에 유도 기전력을 발생시킨다.
이 방식에 따르면, 상기 무선 전력 전송장치(100)의 상기 전력 변환부(111)는 자기 유도에서의 1차 코일로 동작하는 전송 코일(Tx coil)(1111a)를 포함하도록 구성된다. 또한 상기 전자 기기(200)의 상기 전력 수신부(291)는 자기 유도에서의 2차 코일로 동작하는 수신 코일(Rx coil)(2911a)을 포함하도록 구성된다.
먼저 상기 무선 전력 전송장치(100) 측의 상기 전송 코일(1111a)과 상기 전자 기기(200) 측의 수신 코일이 근접하도록 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 상기 전자 기기(200)를 배치한다. 그 후 상기 전력 송신 제어부(112)가 상기 전송 코일(1111a)의 전류가 변화되도록 제어하면, 상기 전력 수신부(291)는 상기 수신 코일(2911a)에 유도된 기전력을 이용하여 상기 전자 기기(200)에 전원을 공급하도록 제어한다.
상기 유도 결합 방식에 의한 무선 전력 전달의 효율은, 주파수 특성에 따른 영향은 적으나, 각 코일을 포함하는 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 상기 전자 기기(200) 사이의 배열(alignment) 및 거리(distance)의 영향을 받게 된다.
한편, 유도 결합 방식에 의한 무선 전력 전달을 위하여 상기 무선 전력 전송장치(100)는 평평한 표면(flat surface) 형태의 인터페이스 표면(interface surface)(미도시)을 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 인터페이스 표면의 상부에는 하나 이상의 전자 기기가 놓일 수 있으며, 상기 인터페이스 표면의 하부에는 상기 전송 코일(1111a)가 장착될 수 있다. 그 경우, 상기 인터페이스 표면의 하부에는 장착된 상기 전송 코일(1111a)과 상기 인터페이스 표면의 상부에 위치한 전자 기기(200)의 수신 코일(2911a) 사이의 수직 공간(vertical spacing)이 작게 형성됨으로써 상기 코일들 간의 거리는 유도 결합 방식에 의한 무선 전력 전달이 효율적으로 이루어질 수 있도록 충분히 작게 된다.
또한, 상기 인터페이스 표면의 상부에는 상기 전자 기기(200)가 놓일 위치를 지시하는 배열 지시부(미도시)가 형성될 수 있다. 상기 배열 지시부는 상기 인터페이스 표면의 하부에 장착된 전송 코일(1111a)과 상기 수신 코일(2911a) 사이의 배열이 적합하게 이루어질 수 있는 상기 전자 기기(200)의 위치를 지시한다. 어떤 실시 예들에서, 상기 배열 지시부는 단순한 표시(marks)일 수 있다. 어떤 실시 예들에서는, 상기 배열 지시부가 상기 전자 기기(200)의 위치를 가이드하는 돌출 구조의 형태로 형성될 수 있다. 또한 어떤 실시 예들에서는, 상기 배열 지시부가 상기 인터페이스 표면의 하부에 장착되는 자석과 같은 자성체의 형태로 형성되어, 상기 전자 기기(200) 내부에 장착된 다른 극의 자성체와의 상호간 인력에 의하여 상기 코일들이 적합한 배열을 이루도록 가이드할 수도 있다.
한편, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 하나 이상의 전송 코일을 포함하도록 형성될 수 있다. 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 하나 이상의 전송 코일 중에서 상기 전자 기기(200)의 수신 코일(2911a)과 적합하게 배열된 일부의 코일을 선택적으로 이용하여 전력 전송 효율을 높일 수 있다. 상기 하나 이상의 전송 코일을 포함하는 무선 전력 전송장치(100)에 관하여 도 5를 참조하여 후술된다.
이하에서는, 본 명세서에 개시된 실시 예들에 적용 가능한 유도 결합 방식의 무선 전력 전송장치 및 전자 기기의 구성에 대하여 구체적으로 설명된다.
유도 결합 방식의 무선 전력 전송장치 및 전자 기기
도 4는 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 전자기 유도 방식의 무선 전력 전송장치(100) 및 전자 기기(200)의 구성의 일부를 예시적으로 나타낸 블록도이다. 도 4의 (a)를 참조하여 상기 무선 전력 전송장치(100)에 포함된 상기 전력 전달부(110)의 구성에 대하여 설명하고, 도 4의 (b)를 참조하여 상기 전자 기기(200)에 포함된 상기 전원 공급부(290)의 구성에 대하여 설명한다.
도 4의 (a)를 참조하면, 상기 무선 전력 전송장치(100)의 상기 전력 변환부(111)는 전송 코일(Tx coil)(1111a) 및 인버터(1112)를 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 전송 코일(1111a)는, 전술된 바와 같이, 전류의 변화에 따라 무선 전력 신호에 해당하는 자기장을 형성한다. 어떤 실시 예들에서, 상기 전송 코일(1111a)은 평판 나선형태(Planar Spiral type)로 구현될 수 있다. 또한, 어떤 실시 예들에서는 상기 전송 코일(1111a)이 원통형 솔레노이드 형태(Cylindrical Solenoid type)로 구현될 수 있다.
상기 인버터(1112)는 상기 전원 공급부(190)로부터 얻은 직류 입력(DC input)을 교류 파형(AC waveform)으로 변형시킨다. 상기 인버터(1112)에 의해 변형된 교류 전류는 상기 전송 코일(1111a) 및 커패시터(capacitor)(미도시)를 포함하는 진동 회로(resonant circuit)를 구동시킴으로써 자기장이 상기 전송 코일(1111a)에서 형성된다.
그 밖에, 상기 전력 변환부(111)는 위치 결정부(Positioning Unit)(1114)를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 위치 결정부(1114)는 상기 유도 결합 방식에 의한 무선 전력 전달의 효율을 높이기 위하여 상기 전송 코일(1111a)을 이동 또는 회전시킬 수 있다. 이는, 전술된 바와 같이, 유도 결합 방식에 의한 전력 전달은 1차 및 2차 코일을 포함하는 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 상기 전자 기기(200) 사이의 배열(alignment) 및 거리(distance)의 영향을 받기 때문이다. 특히, 상기 위치 결정부(1114)는 상기 전자 기기(200)가 상기 무선 전력 전송장치(100)의 활동 영역 내에 존재하지 않는 경우에 사용될 수 있다.
따라서, 상기 위치 결정부(1114)는 상기 무선 전력 전송장치(100)의 상기 전송 코일(1111a)과 및 상기 전자 기기(200)의 상기 수신 코일(2911a)의 중심간 거리(distance)가 일정 범위 이내가 되도록 상기 전송 코일(1111a)을 이동시키거나, 상기 전송 코일(1111a)과 상기 수신 코일(2911a)의 중심이 중첩되도록 상기 전송 코일(1111a)를 회전시키는 구동부(미도시)를 포함하도록 구성될 수 있다.
이를 위하여, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 전자 기기(200)의 위치를 감지하는 센서로 이루어진 위치 감지부(detection unit)(미도시)를 더 구비할 수 있고, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 위치 감지 센서로부터 수신한 상기 전자 기기(200)의 위치 정보를 기초로 상기 위치 결정부(1114)를 제어할 수 있다.
또한, 이를 위하여 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 변복조부(113)를 통하여 상기 전자 기기(200)와의 배열 또는 거리에 대한 제어 정보를 수신하고, 상기 수신된 배열 또는 거리에 대한 제어 정보를 기초로 상기 위치 결정부(1114)를 제어할 수 있다.
만약, 상기 전력 변환부(111)가 복수의 전송 코일을 포함하도록 구성되었다면, 상기 위치 결정부(1114)는 상기 복수의 전송 코일 중에서 어느 것이 전력 전달을 위하여 사용될 것인지 결정할 수 있다. 상기 복수의 전송 코일을 포함한 무선 전력 전송장치(100)의 구성에 대해서는 도 5를 참조하여 후술된다.
한편, 상기 전력 변환부(111)는 전력 센싱부(1115)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 무선 전력 전송장치(100) 측의 전력 센싱부(1115)는 상기 전송 코일(1111a)에 흐르는 전류 또는 전압을 모니터링한다. 상기 전력 센싱부(1115)는 무선 전력 전송장치(100)의 정상동작 여부를 확인하기 위한 것으로, 외부로부터 공급되는 전원의 전압 또는 전류를 검출하고, 상기 검출된 전압 또는 전류가 임계값을 초과하는지를 확인할 수 있다. 상기 전력 센싱부(1115)는, 도시되지 않았으나, 외부로부터 공급되는 전원의 전압 또는 전류를 검출하기 위한 저항과 상기 검출된 전원의 전압값 또는 전류값과 임계값을 비교하여 그 비교 결과를 출력하는 비교기를 포함할 수 있다. 상기 전력 센싱부(1115)의 상기 확인 결과를 기초로, 상기 전력 송신 제어부(112)는 스위칭부(미도시)를 제어하여 상기 전송 코일(1111a)로 인가되는 전원을 차단할 수 있다.
도 4의 (b)를 참조하면, 상기 전자 기기(200)의 상기 전원 공급부(290)는 수신 코일(Rx 코일)(2911a) 및 정류 회로(2913)를 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 전송 코일(1111a)로부터 형성된 자기장에 변화에 의하여 상기 수신 코일(2911a)에서 전류가 유도된다. 상기 수신 코일(2911a)의 구현 형태는, 상기 전송 코일(1111a)의 경우와 마찬가지로 실시 예들에 따라, 평판 나선 형태 또는 원통형 솔레노이드 형태일 수 있다.
또한, 무선 전력의 수신 효율을 높이거나 공진 감지(resonant detection)를 위해 직/병렬 커패시터들(series and parallel capacitors)이 상기 수신 코일(2911a)과 연결되도록 구성될 수 있다.
상기 수신 코일(2911a)은 단일 코일 또는 복수의 코일 형태일 수 있다.
상기 정류 회로(2913)는 교류를 직류로 변환시키기 위하여 전류에 대하여 전파 정류(full-wave rectification)를 수행한다. 상기 정류 회로(2913)는, 예컨대, 4개의 다이오드로 이루어진 브릿지(full bridge) 정류 회로, 또는 능동 소자(active components)를 이용한 회로로 구현될 수 있다.
그 밖에, 상기 정류 회로(2913)는 정류된 전류를 보다 평탄하고 안정적인 직류로 만들어 주는 평활 회로(regulator)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 정류 회로(2913)의 출력 전원은 상기 전원 공급부(290)의 각 구성 요소들에게 공급된다. 또한, 상기 정류 회로(2913)은 출력되는 직류 전원을 상기 전원 공급부(290)의 각 구성 요소(예컨대, 충전부(298)와 같은 회로)에 필요한 전원에 맞추기 위하여 적정한 전압으로 변환하는 직류-직류 변환기(DC-DC converter)를 더 포함할 수 있다.
상기 변복조부(293)는 상기 전력 수신부(291)과 연결되고, 직류 전류에 대해서는 저항(resistance)이 변하는 저항성 소자로 구성될 수 있고, 교류 전류에 대해서는 리액턴스(reactance)가 변하는 용량성 소자로 구성될 수 있다. 상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 변복조부(293)의 저항 또는 리액턴스를 변경시킴으로써 상기 전력 수신부(291)에 수신되는 무선 전력 신호를 변조할 수 있다.
한편, 상기 전원 공급부(290)는 전력 센싱부(2914)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 전자 기기(200) 측의 전력 센싱부(2914)는 상기 정류 회로(2913)에 의하여 정류된 전원의 전압 및/또는 전류를 모니터링하고, 상기 모니터링 결과 상기 정류된 전원의 전압 및/또는 전류가 임계값을 초과하는 경우 상기 전력 수신 제어부(292)는 적절한 전력을 전달하도록 상기 무선 전력 전송장치(100)에게 전력 제어 메시지를 송신한다.
하나 이상의 전송 코일을 포함하여 구성된 무선 전력 전송장치
도 5는 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 유도 결합 방식에 따라 전력을 수신하는 하나 이상의 전송 코일들을 가지도록 구성된 무선 전력 전송장치의 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전송장치(100)의 전력 변환부(111)는 하나 이상의 전송 코일들(1111a-1 내지 1111a-n)로 구성될 수 있다. 상기 하나 이상의 전송 코일들(1111a-1 내지 1111a-n)은 부분적으로 겹치는 1차 코일들의 배열(an array of partly overlapping primary coils)일 수 있다. 상기 하나 이상의 전송 코일들 중 일부에 의하여 활동 영역이 결정될 수 있다.
상기 하나 이상의 전송 코일들(1111a-1 내지 1111a-n)은 상기 인터페이스 표면의 하부에 장착될 수 있다. 또한, 상기 전력 변환부(111)는 상기 하나 이상의 전송 코일들(1111a-1 내지 1111a-n) 중 일부의 코일들의 연결을 수립하고 해제하는 다중화기(Multiplexer)(1113)를 더 포함할 수 있다.
상기 인터페이스 표면의 상부에 놓인 전자 기기(200)의 위치가 감지되면, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 전자 기기(200)의 감지된 위치를 고려하여 상기 하나 이상의 전송 코일들(1111a-1 내지 1111a-n) 중 상기 전자 기기(200)의 수신 코일(2911a)과 유도 결합 관계에 놓일 수 있는 코일들이 연결될 수 있도록 상기 다중화기(1113)를 제어할 수 있다.
이를 위하여 상기 전력 송신 제어부(112)가 상기 전자 기기(200)의 위치 정보를 획득할 수 있다. 어떤 실시 예들에서는, 상기 전력 송신 제어부(112)가 상기 무선 전력 전송장치(100)에 구비된 상기 위치 감지부(미도시)에 의하여 상기 인터페이스 표면 상의 상기 전자 기기(200)의 위치를 획득할 수 있다. 또 다른 실시 예들에서는, 상기 전력 송신 제어부(112)가 상기 하나 이상의 전송 코일들(1111a-1 내지 1111a-n)을 각각 이용하여 상기 인터페이스 표면 상의 물체로부터 무선 전력 신호의 강도를 나타내는 전력 제어 메시지 또는 상기 물체의 식별 정보를 나타내는 전력 제어 메시지를 수신하고, 상기 수신된 결과를 기초로 상기 하나 이상의 전송 코일들 중 어느 코일의 위치와 근접한지를 판단함으로써 상기 전자 기기(200)의 위치 정보를 획득할 수 있다.
한편, 상기 활동 영역은 상기 인터페이스 표면의 일부로서, 상기 무선 전력 전송장치(100)가 상기 전자 기기(200)에 무선으로 전력을 전달할 때 높은 효율의 자기장이 통과할 수 있는 부분을 의미할 수 있다. 이 때, 상기 활동 영역을 통과하는 자기장을 형성시키는 단일 전송 코일 또는 하나 이상의 전송 코일들의 조합을 주요 셀(primary cell)로 지칭할 수 있다. 따라서, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 전자 기기(200)의 감지된 위치를 기초로 활동 영역을 결정하고, 상기 활동 영역에 대응되는 주요 셀의 연결을 수립하여 상기 전자 기기(200)의 수신 코일(2911a)와 상기 주요 셀에 속한 코일들이 유도 결합 관계에 놓일 수 있도록 상기 다중화기(1113)을 제어할 수 있다.
한편, 상기 하나 이상의 전송코일들(1111a-1 내지 1111a-n)을 포함하도록 구성된 무선 전력 전송장치(100)의 인터페이스 표면 상에 하나 이상의 전자 기기(200)들이 배치된 경우, 상기 전력 송신 제어부(112)는 각 전자 기기의 위치에 대응되는 주요 셀에 속하는 코일들이 각각 유도 결합 관계에 놓이도록 상기 다중화기(1113)를 제어할 수 있다. 이로 인하여, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 각각 다른 코일을 이용하여 무선 전력 신호를 형성함으로써 하나 이상의 전자 기기들에게 무선으로 전력을 전달할 수 있다.
또한, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 전자 기기들에 대응되는 코일들에 대하여 각각 다른 특성을 가진 전원이 공급되도록 설정할 수 있다. 이 경우 상기 무선 전력 전송장치(100)는 전자 기기 별로 다른 전력 전달 방식, 효율, 특성 등을 설정하여 전력을 전달할 수 있다. 하나 이상의 전자 기기들을 위한 전력 전달에 대하여 도 28을 참조하여 후술된다.
한편, 상기 전력 변환부(111)는 연결된 코일들과 진동 회로(resonant circuit)를 형성하도록 임피던스를 조절하는 임피던스 매칭부(impedance matching unit)(미도시)를 더 포함할 수 있다.
이하에서, 도 6 내지 도 8을 참조하여 공진 결합 방식을 지원하는 실시 예들에 따라 무선 전력 전송장치가 전력을 전달하는 방법이 개시된다.
공진 결합 방식
도 6은 공진 결합 방식을 지원하는 실시 예들에 따라 무선 전력 전송장치로부터 전자 기기에 무선으로 전력이 전달되는 개념을 도시한다.
먼저, 공진(resonance)(또는 공명)에 대해 간략하게 설명하면 다음과 같다. 공진(resonance)이란, 진동계가 그 고유 진동수와 같은 진동수를 가진 외력을 주기적으로 받아 진폭이 뚜렷하게 증가하는 현상을 말한다. 공진은 역학적 진동 및 전기적 진동 등 모든 진동에서 일어나는 현상이다. 일반적으로 외부에서 진동계에 진동시킬 수 있는 힘을 가했을 때 그 진동계의 고유 진동수와 외부에서 가해주는 힘의 진동수가 같으면 그 진동은 심해지고 진폭도 커진다.
같은 원리로, 일정 거리 내에서 떨어져 있는 복수의 진동체들이 서로 동일한 주파수로 진동하는 경우, 상기 복수의 진동체들은 상호 공진하며, 이 경우 상기 복수의 진동체들 간에는 저항이 감소하게 된다. 전기 회로에서는 인덕터와 커패시터를 사용하여 공진 회로를 만들 수 있다.
무선 전력 전송장치(100)의 전력 전달이 공진 결합 방식을 따르는 경우, 상기 전력 전달부(110)에서 교류 전원에 의하여 특정한 진동 주파수를 가진 자기장이 형성된다. 상기 형성된 자기장에 의하여 상기 전자 기기(200)에서 공진 현상이 일어나는 경우 상기 전자 기기(200) 내에서는 상기 공진 현상에 의하여 전력이 발생된다.
이하, 공진 결합 방식의 원리에 대하여 상술한다.
전술한 바와 같이 복수의 진동체들이 전자기적으로 상호 공진하면 상기 복수의 진동체들 이외의 주변 물체들에 영향을 받지 않기 때문에 전력전송효율이 매우 높을 수 있다. 이렇게 전자기적으로 상호 공진하는 복수의 진동체들 사이에는 에너지 터널(tunnel)이 발생할 수 있다. 이를 에너지 커플링(coupling) 또는 에너지 꼬리(tail)라고 하기도 한다.
본 명세서에 개시된 공진 결합 방식에서는 낮은 주파수를 가지는 전자기파가 사용될 수 있으며, 낮은 주파수를 가지는 전자기파를 이용하여 전력을 전송하는 경우, 상기 전자기파의 단일파장 내에 위치하는 영역에는 거의 자기장만이 영향을 발휘하게 된다. 이러한 현상을 자기적 결합(magnetic coupling) 또는 자기적 공진(magnetic resonance)라고 할 수 있다. 이러한 자기적 공진은 상기 낮은 주파수를 가지는 전자기파의 단일파장 내에 상기 무선 전력 전송 장치(100)와 상기 전자 기기(200)가 위치할 때 발생할 수 있다.
이 경우, 일반적으로 인체가 전기장에는 민감하고 자기장에는 둔감하기 때문에 자기적 공진을 이용하여 전력을 전송하면 전자파 노출에 의한 인체의 악영향을 줄일 수 있다. 또한, 공진 현상으로 인한 에너지 꼬리(energy tail)가 형성되어 전력 전송형태가 비방사성(non- radiative)을 띄게 된다. 이러한 이유로 전자기파를 이용하여 전송하여 전력을 전송함에 의해 흔히 발생될 수 있는 방사성(radiative) 문제가 해결될 수 있다.
상기 공진 결합 방식은 위에서 기술된 바와 같이 낮은 주파수를 가지는 전자기파를 이용하여 전력을 전달하는 방식일 수 있다. 그러므로 상기 무선 전력 전송 장치(100)의 상기 전송 코일(1111b)은 원칙적으로 전력을 전달하기 위한 자기장 또는 전자기파를 형성할 수 있지만 이하에서 공진 결합 방식에 대해서는 자기장 공진(magnetic resonance)측면, 즉, 자기장에 의한 전력 전달의 측면에서 기술하기로 한다.
공진 주파수는, 예를 들어, 다음 수학식 1과 같은 수식에 의하여 결정될 수 있다.
수학식 1
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여기서, 공진 주파수(f)는 회로 내의 인덕턴스(L) 및 커패시턴스(C)에 의하여 결정된다. 코일을 사용하여 자기장을 형성하는 회로에 있어서 상기 인덕턴스는 상기 코일의 회전 수 등에 의하여 결정되고, 상기 커패시턴스는 상기 코일 사이의 간격, 면적 등에 의하여 결정될 수 있다. 상기 공진 주파수를 결정하기 위하여 상기 코일 외에 용량성 공진 회로가 연결되도록 구성될 수도 있다.
도 6을 참조하면, 공진 결합 방식에 따라 무선으로 전력이 전송되는 실시 예들의 경우, 상기 무선 전력 전송장치(100)의 상기 전력 변환부(111)는 자기장이 형성되는 전송 코일(Tx coil)(1111b) 및 상기 전송 코일(1111b)와 연결되고 특정한 진동 주파수를 결정하기 위한 공진 회로(1116)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 공진 회로(1116)는 용량성 회로(capacitors)를 이용하여 구현될 수 있으며, 상기 전송 코일(1111b)의 인덕턴스 및 상기 공진 회로(1116)의 커패시턴스를 기초로 상기 특정한 진동 주파수가 결정된다.
상기 공진 회로(1116)의 회로 소자의 구성은 상기 전력 변환부(111)가 자기장을 형성할 수 있도록 다양한 형태로 이루어질 수 있으며, 도 6과 같이 상기 전송 코일(1111b)과 병렬로 연결되는 형태로 제한되지 아니한다.
또한, 상기 전자 기기(200)의 상기 전력 수신부(291)는 상기 무선 전력 전송장치(100)에서 형성된 자기장에 의하여 공진 현상이 일어날 수 있도록 구성된 공진 회로(2912) 및 수신 코일(Rx coil)(2911b)을 포함한다. 즉, 상기 공진 회로(2912)는 역시 용량성 회로를 이용하여 구현될 수 있으며, 상기 공진 회로(2912)는 상기 수신 코일(2911b)의 인덕턴스와 상기 공진 회로(2912)의 커패시턴스를 기초로 결정되는 공진 주파수가 상기 형성된 자기장의 공진 주파수와 동일하도록 구성된다.
상기 공진 회로(2912)의 회로 소자의 구성은 상기 전력 수신부(291)가 상기 자기장에 의하여 공진이 일어날 수 있도록 다양한 형태로 이루어질 수 있으며, 도 6과 같이 상기 수신 코일(2911b)과 직렬로 연결되는 형태로 제한되지 아니한다.
상기 무선 전력 전송장치(100)에서의 상기 특정한 진동 주파수는 LTx, CTx를 가지고 상기 수학식 1을 이용하여 획득될 수 있다. 여기서, 상기 전자 기기(200)의 LRX 및 CRX를 상기 수학식 1에 대입한 결과가 상기 특정한 진동 주파수와 동일한 경우에 상기 전자 기기(200)에서는 공진이 일어난다.
공진 결합에 의한 무선 전력 전송 방식을 지원하는 실시 예들에 따르면, 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 상기 전자 기기(200)가 각각 동일 주파수로 공진하는 경우 전자파가 근거리 전자장을 통해 전달되게 되므로, 주파수가 다르면 상기 기기간 에너지 전달이 없게 된다.
따라서, 상기 공진 결합 방식에 의한 무선 전력 전달의 효율은, 주파수 특성에 따른 영향이 큰 반면, 각 코일을 포함하는 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 상기 전자 기기(200) 사이의 배열 및 거리에 따른 영향은 유도 결합 방식에 비해 상대적으로 작다.
이하에서는, 본 명세서에 개시된 실시 예들에 적용 가능한 공진 결합 방식의 무선 전력 전송장치 및 전자 기기의 구성에 대하여 구체적으로 설명된다.
공진 결합 방식의 무선 전력 전송장치
도 7은 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 공진 방식의 무선 전력 전송장치(100) 및 전자 기기(200)의 구성의 일부를 예시적으로 나타낸 블록도이다.
도 7의 (a)를 참조하여 상기 무선 전력 전송장치(100)에 포함된 상기 전력 전달부(110)의 구성에 대하여 설명된다.
상기 무선 전력 전송장치(100)의 상기 전력 변환부(111)는 전송 코일(Tx coil)(1111b), 인버터(1112) 및 공진 회로(1116)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 인버터(1112)는 상기 전송 코일(1111b) 및 상기 공진 회로(1116)와 연결되도록 구성될 수 있다.
상기 전송 코일(1111b)은 유도 결합 방식에 따라 전력을 전달하기 위한 전송 코일(1111a)과 별도로 장착될 수 있으나, 하나의 단일 코일을 이용하여 유도 결합 방식 및 공진 결합 방식으로 전력을 전달할 수도 있다.
상기 전송 코일(1111b)은, 전술된 바와 같이, 전력을 전달하기 위한 자기장을 형성한다. 상기 전송 코일(1111b) 및 상기 공진 회로(1116)는 교류 전원이 인가되면 진동이 발생할 수 있으며, 이 때 상기 전송 코일(1111b)의 인덕턴스 및 상기 공진 회로(1116)의 커패시턴스를 기초로 진동 주파수가 결정될 수 있다.
이를 위하여 상기 인버터(1112)는 상기 전원 공급부(190)로부터 얻은 직류 입력을 교류 파형으로 변형시키고, 상기 변형된 교류 전류가 상기 전송 코일(1111b) 및 상기 공진 회로(1116)에 인가된다.
그 밖에, 상기 전력 변환부(111)는 상기 전력 변환부(111)의 공진 주파수 값을 변경시키기 위한 주파수 조절부(1117)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 전력 변환부(111)의 공진 주파수는 수학식 1에 의하여 상기 전력 변환부(111)를 구성하는 회로내의 인덕턴스 및 커패시턴스를 기초로 결정되므로, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 인덕턴스 및/또는 커패시턴스가 변경되도록 상기 주파수 조절부(1117)를 제어함으로써 상기 전력 변환부(111)의 공진 주파수를 결정할 수 있다.
어떤 실시 예들에서, 상기 주파수 조절부(1117)는 상기 공진 회로(1116)에 포함된 커패시터 간의 거리를 조절하여 커패시턴스를 변경시킬 수 있는 모터를 포함하도록 구성될 수 있다. 또한 어떤 실시 예들에서는, 상기 주파수 조절부(1117)가 상기 전송 코일(1111b)의 회전 수(number of turns) 또는 직경을 조절하여 인덕턴스를 변경시킬 수 있는 모터를 포함하도록 구성될 수 있다. 또한 어떤 실시 예들에서는, 상기 주파수 조절부(1117)가 상기 커패시턴스 및/또는 인덕턴스를 결정하는 능동 소자들을 포함하도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 전력 변환부(111)는 전력 센싱부(1115)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 전력 센싱부(1115)의 동작에 대해서는 전술된 바와 동일하다.
도 7의 (b)를 참조하여 상기 전자 기기(200)에 포함된 상기 전원 공급부(290)의 구성에 대하여 설명된다. 상기 전원 공급부(290)는, 전술된 바와 같이, 상기 수신 코일(Rx coil)(2911b) 및 공진 회로(2912)를 포함하도록 구성될 수 있다.
그 외에도, 상기 전원 공급부(290)의 전력 수신부(291)는 공진 현상에 의하여 생성된 교류 전류를 직류로 변환시키는 정류 회로(2913)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 정류 회로(2913)는 전술된 바와 동일하게 구성될 수 있다.
또한, 상기 전력 수신부(291)는 정류된 전원의 전압 및/또는 전류를 모니터링하는 전력 센싱부(2914)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 전력 센싱부(2914)는 전술된 바와 동일하게 구성될 수 있다.
하나 이상의 전송 코일을 포함하여 구성된 무선 전력 전송장치
도 8은 공진 결합 방식을 지원하는 실시 예들에 따라 전력을 수신하는 하나 이상의 전송 코일들을 가지도록 구성된 무선 전력 전송장치의 블록도이다.
도 8을 참조하면, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전송장치(100)의 전력 변환부(111)는 하나 이상의 전송 코일들(1111b-1 내지 1111b-n) 및 각 전송 코일들과 연결된 공진 회로(1116-1 내지 1116-n)를 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 전력 변환부(111)는 상기 하나 이상의 전송 코일들(1111b-1 내지 1111b-n) 중 일부의 코일들의 연결을 수립하고 해제하는 다중화기(Multiplexer)(1113)를 더 포함할 수 있다.
상기 하나 이상의 전송 코일들(1111b-1 내지 1111b-n)은 동일한 공진 주파수를 갖도록 설정될 수 있다. 어떤 실시 예들에서는, 상기 하나 이상의 전송 코일들(1111b-1 내지 1111b-n)의 일부가 서로 다른 공진 주파수를 갖도록 설정될 수 있으며, 이는 상기 하나 이상의 전송 코일들(1111b-1 내지 1111b-n)과 각각 연결된 상기 공진 회로(1116-1 내지 1116-n)들이 어떠한 인덕턴스 및/또는 커패시턴스를 갖는지에 따라 결정된다.
한편, 상기 하나 이상의 전송코일들(1111b-1 내지 1111b-n)을 포함하도록 구성된 무선 전력 전송장치(100)의 활동 영역 또는 감지 영역에 하나 이상의 전자 기기(200)들이 배치된 경우, 상기 전력 송신 제어부(112)는 전자 기기 별로 다른 공진 결합 관계에 놓이도록 상기 다중화기(1113)를 제어할 수 있다. 이로 인하여, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 각각 다른 코일을 이용하여 무선 전력 신호를 형성함으로써 하나 이상의 전자 기기들에게 무선으로 전력을 전달할 수 있다.
또한, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 전자 기기들에 대응되는 코일들에 대하여 각각 다른 특성을 가진 전원이 공급되도록 설정할 수 있다. 이 경우 상기 무선 전력 전송장치(100)는 전자 기기 별로 다른 전력 전달 방식, 공진 주파수, 효율, 특성 등을 설정하여 전력을 전달할 수 있다. 하나 이상의 전자 기기들을 위한 전력 전달에 대하여 도 28을 참조하여 후술된다.
이를 위하여, 상기 주파수 조절부(1117)는 상기 하나 이상의 전송 코일들(1111b-1 내지 1111b-n)과 각각 연결된 상기 공진 회로(1116-1 내지 1116-n)들의 인덕턴스 및/또는 커패시턴스를 변경시킬 수 있도록 구성될 수 있다.
충전기로 구현된 무선 전력 전송장치
한편, 이하에서는 무선 충전기의 형태로 구현된 상기 무선 전력 전송장치의 예가 설명된다.
도 9는 도 2의 (a)에 도시된 구성 외에 추가적인 구성을 더 포함하는 무선 전력 전송장치를 나타낸 블록도이다.
도 9를 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 전술된 상기 유도 결합 방식 및 공진 결합 방식 중 하나 이상을 지원하는 전력 전달부(110) 및 전원 공급부(190)외에, 센서부(120), 통신부(130), 출력부(140), 메모리(150) 및 제어부(180)를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부(180)는 상기 전력 변환부(110), 상기 센서부(120), 상기 통신부(130), 상기 출력부(140), 상기 메모리(150) 및 상기 전원 공급부(190)를 제어한다.
상기 제어부(180)는 도 2를 참조하여 설명된 상기 전력 변환부(110) 내의 전력 송신 제어부(112)와 별도의 모듈로 구현되거나 단일 모듈로 구현될 수 있다.
상기 센서부(120)는 상기 전자 기기(200)의 위치를 감지하는 센서를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 센서부(120)가 감지한 위치 정보는 상기 전력 변환부(110)가 효율적으로 전력을 전달할 수 있도록 사용될 수 있다.
예컨대, 유도 결합 방식을 지원하는 실시 예들에 따른 무선 전력 전달의 경우, 상기 센서부(120)는 위치 감지부(detection unit)로 동작할 수 있으며, 상기 센서부(120)가 감지한 위치 정보는 상기 전력 변환부(110) 내의 상기 전송 코일(1111a)을 이동 또는 회전 시키기 위해 사용될 수 있다.
또한, 예를 들어, 전술된 하나 이상의 전송 코일을 포함하여 이루어진 실시 예들을 따르는 무선 전력 전송장치(100)는 상기 전자 기기(200)의 위치 정보를 기초로 상기 하나 이상의 전송 코일들 중 상기 전자 기기(200)의 수신 코일과 유도 결합 관계 또는 공진 결합 관계에 놓일 수 있는 코일들을 결정할 수 있다.
한편, 상기 센서부(120)는 상기 전자 기기(200)가 충전이 가능한 영역으로 접근하는지 여부를 모니터링 하도록 구성될 수도 있다. 상기 센서부(120)의 접근 여부 감지 기능은 상기 전력 전달부(110) 내의 전력 송신 제어부(112)가 상기 전자 기기(200)의 접근 여부를 감지하는 기능과 별도로 또는 서로 결합되어 수행될 수 있다.
상기 통신부(130)는 상기 전자 기기(200)와 유무선 데이터 통신을 수행한다. 상기 통신부(130)는 BluetoothTM, 지그비(Zigbee), UWB(Ultra Wide Band), Wireless USB, NFC(Near Field Communication), Wireless LAN 중 어느 하나 이상을 위한 전자 부품을 포함할 수 있다.
상기 출력부(140)는 디스플레이부(141) 및 음향 출력부(142) 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 디스플레이부(141)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 디스플레이부(141)는 상기 제어부(180)의 제어에 따라 충전 상태를 표시할 수 있다.
상기 메모리(150)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 상기 무선 전력 전송장치(100)는 인터넷(Internet)상에서 상기 메모리(150)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage)와 관련되어 동작할 수도 있다. 상기 메모리(150)에는 상기 무선 전력 전송장치(100)의 전술된 기능들을 수행하는 프로그램 또는 명령들이 저장될 수 있다. 상기 제어부(180)는 무선으로 전력을 전송하기 위하여 상기 메모리(150)에 저장된 프로그램 또는 명령들을 수행할 수 있다. 상기 무선 전력 전송장치(100)에 포함된 다른 구성 요소들(예컨대, 제어부(180))이 상기 메모리(150)를 액세스하기 위해서 메모리 컨트롤러(미도시)를 이용할 수 있다.
이상 개시된 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 무선 전력 전송장치의 구성은 무선 충전기에만 적용 가능한 경우를 제외하면, 도킹 스테이션(docking station), 단말기 크래들 장치(cradle device), 기타 전자 장치 등과 같은 장치에도 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
이동단말기로 구현된 무선전력수신장치
도 10은 본 명세서에 개시된 실시 예들에 따른 전자 기기(200)가 이동 단말기 형태로 구현된 경우의 구성을 나타낸다.
상기 이동통신 단말기(200)는 도 2, 도 4 또는 도 7에 도시된 전원 공급부(290)를 포함한다.
그리고, 상기 단말기(200)는 무선 통신부(210), A/V(Audio/Video) 입력부(220), 사용자 입력부(230), 센싱부(240), 출력부(250), 메모리(260), 인터페이스부(270), 제어부(280)를 더 포함할 수 있다. 도 10에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 단말기가 구현될 수도 있다.
이하, 상기 구성요소들에 대해 차례로 살펴본다.
무선 통신부(210)는 단말기(200)와 무선 통신 시스템 사이, 단말기(200)와 단말기(200)가 위치한 네트워크 사이, 또는 단말기(200)와 상기 무선 전력 전송장치(100) 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 무선 통신부(210)는 방송 수신 모듈(211), 이동통신 모듈(212), 무선 인터넷 모듈(213), 근거리 통신 모듈(214) 및 위치정보 모듈(215) 등을 포함할 수 있다.
방송 수신 모듈(211)은 방송 채널을 통하여 외부의 방송 센터로부터 방송 신호 및/또는 방송 관련된 정보를 수신한다.
상기 방송 채널은 위성 채널 및 지상파 채널을 포함할 수 있다. 상기 방송 센터는, 방송 신호 및/또는 방송 관련 정보를 생성하여 송신하는 서버 또는 기 생성된 방송 신호 및/또는 방송 관련 정보를 제공받아 단말기에 송신하는 서버를 의미할 수 있다. 상기 방송 신호는, TV 방송 신호, 라디오 방송 신호, 데이터 방송 신호를 포함할 뿐만 아니라, TV 방송 신호 또는 라디오 방송 신호에 데이터 방송 신호가 결합한 형태의 방송 신호도 포함할 수 있다.
상기 방송 관련 정보는, 방송 채널, 방송 프로그램 또는 방송 서비스 제공자에 관련한 정보를 의미할 수 있다. 상기 방송 관련 정보는, 이동통신망을 통하여도 제공될 수 있다. 이러한 경우에는 상기 이동통신 모듈(212)에 의해 수신될 수 있다.
상기 방송 관련 정보는 다양한 형태로 존재할 수 있다. 예를 들어, DMB(Digital Multimedia Broadcasting)의 EPG(Electronic Program Guide) 또는 DVB-H(Digital Video Broadcast-Handheld)의 ESG(Electronic Service Guide) 등의 형태로 존재할 수 있다.
상기 방송 수신 모듈(211)은, 예를 들어, DMB-T(Digital Multimedia Broadcasting-Terrestrial), DMB-S(Digital Multimedia Broadcasting-Satellite), MediaFLO(Media Forward Link Only), DVB-H(Digital Video Broadcast-Handheld), ISDB-T(Integrated Services Digital Broadcast-Terrestrial) 등의 디지털 방송 시스템을 이용하여 디지털 방송 신호를 수신할 수 있다. 물론, 상기 방송 수신 모듈(211)은, 상술한 디지털 방송 시스템뿐만 아니라 다른 방송 시스템에 적합하도록 구성될 수도 있다.
방송 수신 모듈(211)을 통해 수신된 방송 신호 및/또는 방송 관련 정보는 메모리(260)에 저장될 수 있다.
이동통신 모듈(212)은, 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 단말, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신한다. 상기 무선 신호는, 음성 호 신호, 화상 통화 호 신호 또는 문자/멀티미디어 메시지 송수신에 따른 다양한 형태의 데이터를 포함할 수 있다.
무선 인터넷 모듈(213)은 무선 인터넷 접속을 위한 모듈을 말하는 것으로, 단말기(200)에 내장되거나 외장될 수 있다. 무선 인터넷 기술로는 WLAN(Wireless LAN)(Wi-Fi), Wibro(Wireless broadband), Wimax(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 등이 이용될 수 있다.
근거리 통신 모듈(214)은 근거리 통신을 위한 모듈을 말한다. 무선의 근거리 통신(short range communication) 기술로 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), ZigBee 등이 이용될 수 있다. 한편, 유선의 근거리 통신으로는 USB(Universal Serial Bus), IEEE 1394, 썬더볼트(ThunderboltTM) 등이 이용될 수 있다.
상기 무선 인터넷 모듈(213) 또는 상기 근거리 통신 모듈(214)은 상기 무선 전력 전송장치(100)와 데이터 통신 연결을 수립할 수 있다.
상기 수립된 데이터 통신을 통해, 상기 무선 인터넷 모듈(213) 또는 상기 근거리 통신 모듈(214)은 무선으로 전력을 전달하는 중에, 출력할 오디오 신호가 있는 경우, 상기 오디오 신호를 상기 근거리 통신 모듈을 통해 상기 무선 전력 전송장치(100)로 전송할 수 있다. 또한, 상기 수립된 데이터 통신을 통해, 상기 무선 인터넷 모듈(213) 또는 상기 근거리 통신 모듈(214)은 디스플레이할 정보가 있는 경우, 상기 정보를 상기 무선 전력 전송장치(100)로 전송할 수 있다. 또는, 상기 수립된 데이터 통신을 통해, 상기 무선 인터넷 모듈(213) 또는 상기 근거리 통신 모듈(214)은 상기 무선 전력 전송장치(100)에 내장된 마이크를 통해 입력되는 오디오 신호를 수신할 수 있다. 또한, 상기 무선 인터넷 모듈(213) 또는 상기 근거리 통신 모듈(214)은 상기 이동 단말기(200)의 식별 정보(예컨대, 휴대폰인 경우 전화 번호, 또는 기기명)를 상기 수립된 데이터 통신을 통해 상기 무선 전력 전송장치(100)로 전송할 수 있다.
위치정보 모듈(215)은 단말의 위치를 획득하기 위한 모듈로서, 예로는 GPS(Global Position System) 모듈이 있다.
도 10을 참조하면, A/V(Audio/Video) 입력부(220)는 오디오 신호 또는 비디오 신호 입력을 위한 것으로, 이에는 카메라(221)와 마이크(222) 등이 포함될 수 있다. 카메라(221)는 화상 통화모드 또는 촬영 모드에서 이미지 센서에 의해 얻어지는 정지영상 또는 동영상 등의 화상 프레임을 처리한다. 처리된 화상 프레임은 디스플레이부(251)에 표시될 수 있다.
카메라(221)에서 처리된 화상 프레임은 메모리(260)에 저장되거나 무선 통신부(210)를 통하여 외부로 전송될 수 있다. 카메라(221)는 사용 환경에 따라 2개 이상이 구비될 수도 있다.
마이크(222)는 통화모드 또는 녹음모드, 음성인식 모드 등에서 마이크로폰(Microphone)에 의해 외부의 음향 신호를 입력받아 전기적인 음성 데이터로 처리한다. 처리된 음성 데이터는 통화 모드인 경우 이동통신 모듈(212)을 통하여 이동통신 기지국으로 송신 가능한 형태로 변환되어 출력될 수 있다. 마이크(222)에는 외부의 음향 신호를 입력받는 과정에서 발생되는 잡음(noise)을 제거하기 위한 다양한 잡음 제거 알고리즘이 구현될 수 있다.
사용자 입력부(230)는 사용자가 단말기의 동작 제어를 위한 입력 데이터를 발생시킨다. 사용자 입력부(230)는 키 패드(key pad) 돔 스위치 (dome switch), 터치 패드(정압/정전), 조그 휠, 조그 스위치 등으로 구성될 수 있다.
센싱부(240)는 근접센서(241), 압력센서(242), 및 모션 센서(243) 등을 포함할 수 있다. 상기 근접센서(241)는 이동 단말기(200)로 접근하는 물체나, 이동 단말기(200)의 근방에 존재하는 물체의 유무 등을 기계적 접촉이 없이 검출할 수 있도록 한다. 상기 근접센서(241)는, 교류자계의 변화나 정자계의 변화를 이용하거나, 혹은 정전용량의 변화율 등을 이용하여 근접물체를 검출할 수 있다. 상기 근접센서(241)는 구성 태양에 따라 2개 이상이 구비될 수 있다.
상기 압력센서(242)는 이동 단말기(200)에 압력이 가해지는지 여부와, 그 압력의 크기 등을 검출할 수 있다. 상기 압력센서(242)는 사용환경에 따라 이동 단말기(200)에서 압력의 검출이 필요한 부위에 설치될 수 있다. 만일, 압력센서(242)가 디스플레이부(251)에 설치되는 경우, 상기 압력센서(242)에서 출력되는 신호에 따라, 상기 디스플레이부(251)를 통한 터치 입력과, 터치 입력보다 더 큰 압력이 가해지는 압력터치 입력을 식별할 수 있다. 또한, 상기 압력센서(242)에서 출력되는 신호에 따라, 압력터치 입력시 상기 디스플레이부(251)에 가해지는 압력의 크기도 알 수 있다.
상기 모션 센서(243)는 가속도 센서, 자이로 센서 등을 이용하여 이동 단말기(200)의 위치나 움직임 등을 감지한다. 상기 모션 센서(243)에 사용될 수 있는 가속도 센서는 어느 한 방향의 가속도 변화에 대해서 이를 전기 신호로 바꾸어 주는 소자이다. 가속도 센서는 보통 2축이나 3축을 하나의 패키지에 실장하여 구성되며, 사용 환경에 따라서는 Z축 한 축만 필요한 경우도 있다. 따라서, 어떤 이유로 Z축 방향 대신 X축 또는 Y축 방향의 가속도 센서를 써야 할 경우에는 별도의 조각 기판을 사용하여 가속도 센서를 주 기판에 세워서 실장할 수도 있다. 또한, 상기 자이로 센서는 회전 운동을 하는 이동 단말기(200)의 각속도를 측정하는 센서로서, 각 기준 방향에 대한 회전된 각도를 감지할 수 있다. 예컨대, 상기 자이로 센서는 3개 방향의 축을 기준으로 한 각각의 회전 각도, 즉 방위각(azimuth), 피치(pitch) 및 롤(roll)을 감지할 수 있다.
출력부(250)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 이에는 디스플레이부(251), 음향 출력 모듈(252), 알람부(253), 및 햅틱 모듈(254) 등이 포함될 수 있다.
디스플레이부(251)는 단말기(200)에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다. 예를 들어, 단말가 통화 모드인 경우 통화와 관련된 UI(User Interface) 또는 GUI(Graphic User Interface)를 표시한다. 단말기(200)가 화상 통화 모드 또는 촬영 모드인 경우에는 촬영 또는/및 수신된 영상 또는 UI, GUI를 표시한다.
디스플레이부(251)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이들 중 일부 디스플레이는 그를 통해 외부를 볼 수 있도록 투명형 또는 광투과형으로 구성될 수 있다. 이는 투명 디스플레이라 호칭될 수 있는데, 상기 투명 디스플레이의 대표적인 예로는 TOLED(Transparent OLED) 등이 있다. 디스플레이부(251)의 후방 구조 또한 광 투과형 구조로 구성될 수 있다. 이러한 구조에 의하여, 사용자는 단말기 바디의 디스플레이부(251)가 차지하는 영역을 통해 단말기 바디의 후방에 위치한 사물을 볼 수 있다.
단말기(200)의 구현 형태에 따라 디스플레이부(251)이 2개 이상 존재할 수 있다. 예를 들어, 단말기(200)에는 복수의 디스플레이부들이 하나의 면에 이격되거나 일체로 배치될 수 있고, 또한 서로 다른 면에 각각 배치될 수도 있다.
디스플레이부(251)와 터치 동작을 감지하는 센서(이하, '터치 센서'라 함)가 상호 레이어 구조를 이루는 경우(이하, '터치 스크린'이라 함)에, 디스플레이부(251)는 출력 장치 이외에 입력 장치로도 사용될 수 있다. 터치 센서는, 예를 들어, 터치 필름, 터치 시트, 터치 패드 등의 형태를 가질 수 있다.
터치 센서는 디스플레이부(251)의 특정 부위에 가해진 압력 또는 디스플레이부(251)의 특정 부위에 발생하는 정전 용량 등의 변화를 전기적인 입력신호로 변환하도록 구성될 수 있다. 터치 센서는 터치 되는 위치 및 면적뿐만 아니라, 터치 시의 압력까지도 검출할 수 있도록 구성될 수 있다.
터치 센서에 대한 터치 입력이 있는 경우, 그에 대응하는 신호(들)는 터치 제어기로 보내진다. 터치 제어기는 그 신호(들)를 처리한 다음 대응하는 데이터를 제어부(280)로 전송한다. 이로써, 제어부(280)는 디스플레이부(251)의 어느 영역이 터치 되었는지 여부 등을 알 수 있게 된다.
상기 터치스크린에 의해 감싸지는 단말의 내부 영역 또는 상기 터치 스크린의 근처에 근접 센서(241)가 배치될 수 있다. 상기 근접 센서는 소정의 검출면에 접근하는 물체, 혹은 근방에 존재하는 물체의 유무를 전자계의 힘 또는 적외선을 이용하여 기계적 접촉이 없이 검출하는 센서를 말한다. 근접 센서는 접촉식 센서보다는 그 수명이 길며 그 활용도 또한 높다.
상기 근접 센서의 예로는 투과형 광전 센서, 직접 반사형 광전 센서, 미러 반사형 광전 센서, 고주파 발진형 근접 센서, 정전용량형 근접 센서, 자기형 근접 센서, 적외선 근접 센서 등이 있다. 상기 터치스크린이 정전식인 경우에는 상기 포인터의 근접에 따른 전계의 변화로 상기 포인터의 근접을 검출하도록 구성된다. 이 경우 상기 터치스크린(터치 센서)은 근접 센서로 분류될 수도 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위해, 상기 터치스크린 상에 포인터가 접촉되지 않으면서 근접되어 상기 포인터가 상기 터치스크린 상에 위치함이 인식되도록 하는 행위를 "근접 터치(proximity touch)"라고 칭하고, 상기 터치스크린 상에 포인터가 실제로 접촉되는 행위를 "접촉 터치(contact touch)"라고 칭한다. 상기 터치스크린 상에서 포인터로 근접 터치가 되는 위치라 함은, 상기 포인터가 근접 터치될 때 상기 포인터가 상기 터치스크린에 대해 수직으로 대응되는 위치를 의미한다.
상기 근접센서는, 근접 터치와, 근접 터치 패턴(예를 들어, 근접 터치 거리, 근접 터치 방향, 근접 터치 속도, 근접 터치 시간, 근접 터치 위치, 근접 터치 이동 상태 등)을 감지한다. 상기 감지된 근접 터치 동작 및 근접 터치 패턴에 상응하는 정보는 터치 스크린상에 출력될 수 있다.
음향 출력 모듈(252)은 호 신호 수신, 통화모드 또는 녹음 모드, 음성인식 모드, 방송수신 모드 등에서 무선 통신부(210)로부터 수신되거나 메모리(260)에 저장된 오디오 데이터를 출력할 수 있다. 음향 출력 모듈(252)은 단말기(200)에서 수행되는 기능(예를 들어, 호 신호 수신음, 메시지 수신음 등)과 관련된 음향 신호를 출력하기도 한다. 이러한 음향 출력 모듈(252)에는 리시버(Receiver), 스피커(speaker), 버저(Buzzer) 등이 포함될 수 있다.
알람부(253)는 단말기(200)의 이벤트 발생을 알리기 위한 신호를 출력한다. 단말에서 발생 되는 이벤트의 예로는 호 신호 수신, 메시지 수신, 키 신호 입력, 터치 입력 등이 있다. 알람부(253)는 비디오 신호나 오디오 신호 이외에 다른 형태, 예를 들어 진동으로 이벤트 발생을 알리기 위한 신호를 출력할 수도 있다. 상기 비디오 신호나 오디오 신호는 디스플레이부(251)나 음성 출력 모듈(252)을 통해서도 출력될 수 있어서, 그들(251,252)은 알람부(253)의 일부로 분류될 수도 있다.
햅틱 모듈(haptic module)(254)은 사용자가 느낄 수 있는 다양한 촉각 효과를 발생시킨다. 햅틱 모듈(254)이 발생시키는 촉각 효과의 대표적인 예로는 진동이 있다. 햅틱 모듈(254)이 발생하는 진동의 세기와 패턴 등은 제어 가능하다. 예를 들어, 서로 다른 진동을 합성하여 출력하거나 순차적으로 출력할 수도 있다.
햅틱 모듈(254)은, 진동 외에도, 접촉 피부면에 대해 수직 운동하는 핀 배열, 분사구나 흡입구를 통한 공기의 분사력이나 흡입력, 피부 표면에 대한 스침, 전극(electrode)의 접촉, 정전기력 등의 자극에 의한 효과와, 흡열이나 발열 가능한 소자를 이용한 냉온감 재현에 의한 효과 등 다양한 촉각 효과를 발생시킬 수 있다.
햅틱 모듈(254)은 직접적인 접촉을 통해 촉각 효과의 전달할 수 있을 뿐만 아니라, 사용자가 손가락이나 팔 등의 근 감각을 통해 촉각 효과를 느낄 수 있도록 구현할 수도 있다. 햅틱 모듈(254)은 단말기(200)의 구성 태양에 따라 2개 이상이 구비될 수 있다.
메모리(260)는 제어부(280)의 동작을 위한 프로그램을 저장할 수 있고, 입/출력되는 데이터들(예를 들어, 폰북, 메시지, 정지영상, 동영상 등)을 임시 저장할 수도 있다. 상기 메모리(260)는 상기 터치스크린 상의 터치 입력시 출력되는 다양한 패턴의 진동 및 음향에 관한 데이터를 저장할 수 있다.
어떤 실시 예들에서는, 메모리(260)에 운영 체제(Operating System)(미도시), 무선통신부(210) 기능을 수행하는 모듈, 사용자 입력부(230)와 함께 동작하는 모듈, A/V 입력부(220)와 함께 동작하는 모듈, 출력부(250)와 함께 동작하는 모듈을 포함하는 소프트웨어 컴포넌트들이 저장될 수 있다. 상기 운영 체제(예를 들어, LINUX, UNIX, OS X, WINDOWS, Chrome, Symbian, iOS, Android, VxWorks 또는 기타 임베디드 운영체제)는 메모리 관리, 전력 관리 등과 같이 시스템 작업(tasks)들을 제어하기 위한 다양한 소프트웨어 컴포넌트들 및/또는 드라이버들을 포함할 수 있다.
또한, 상기 메모리(260)는 무선 전력 전송 또는 무선 충전과 관련된 설정 프로그램을 저장할 수 있다. 상기 설정 프로그램은 상기 제어부(280)에 의하여 실행될 수 있다.
또한, 상기 메모리(260)는 어플리케이션 제공 서버(예: 앱스토어)로부터 다운로드한 무선 전력 전송(또는 무선 충전)과 관련된 어플리케이션(application)을 저장할 수 있다. 상기 무선 전력 전송 관련 어플리케이션은 무선 전력 전송을 제어하기 위한 프로그램으로, 상기 전자 기기(200)는 해당 프로그램을 통해 상기 무선 전력 전송장치(100)로부터 무선으로 전력을 수신하거나 상기 무선 전력 전송장치(100)와 데이터 통신을 위한 연결을 수립할 수 있다.
메모리(260)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 xD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 단말기(200)는 인터넷(Internet)상에서 상기 메모리(260)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage)와 관련되어 동작할 수도 있다.
인터페이스부(270)는 단말기(200)에 연결되는 모든 외부기기와의 통로 역할을 한다. 인터페이스부(270)는 외부 기기로부터 데이터를 전송받거나, 전원을 공급받아 단말기(200) 내부의 각 구성 요소에 전달하거나, 단말기(200) 내부의 데이터가 외부 기기로 전송되도록 한다. 예를 들어, 유/무선 헤드셋 포트, 외부 충전기 포트, 유/무선 데이터 포트, 메모리 카드(memory card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트, 오디오 I/O(Input/Output) 포트, 비디오 I/O(Input/Output) 포트, 이어폰 포트 등이 인터페이스부(270)에 포함될 수 있다.
식별 모듈은 단말기(200)의 사용 권한을 인증하기 위한 각종 정보를 저장한 칩으로서, 사용자 인증 모듈(User Identify Module, UIM), 가입자 인증 모듈(Subscriber Identity Module, SIM), 범용 사용자 인증 모듈(Universal Subscriber Identity Module, USIM) 등을 포함할 수 있다. 식별 모듈이 구비된 장치(이하 '식별 장치')는, 스마트 카드(smart card) 형식으로 제작될 수 있다. 따라서 식별 장치는 포트를 통하여 단말기(200)와 연결될 수 있다.
상기 인터페이스부는 단말기(200)가 외부 크래들(cradle)과 연결될 때 상기 크래들로부터의 전원이 상기 단말기(200)에 공급되는 통로가 되거나, 사용자에 의해 상기 크래들에서 입력되는 각종 명령 신호가 상기 단말로 전달되는 통로가 될 수 있다. 상기 크래들로부터 입력되는 각종 명령 신호 또는 상기 전원은 상기 단말가 상기 크래들에 정확히 장착되었음을 인지하기 위한 신호로 동작될 수도 있다.
제어부(controller, 280)는 통상적으로 단말의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어 음성 통화, 데이터 통신, 화상 통화 등을 위한 관련된 제어 및 처리를 수행한다. 제어부(280)는 멀티 미디어 재생을 위한 멀티미디어 모듈(281)을 구비할 수도 있다. 멀티미디어 모듈(281)은 제어부(280) 내에 구현될 수도 있고, 제어부(280)와 별도로 구현될 수도 있다. 또한, 상기 제어부(180)는 도 2를 참조하여 설명된 상기 전원 공급부(290) 내의 전력 수신 제어부(292)와 별도의 모듈로 구현되거나 단일 모듈로 구현될 수 있다.
상기 제어부(280)는 상기 터치스크린 상에서 행해지는 필기 입력 또는 그림 그리기 입력을 각각 문자 및 이미지로 인식할 수 있는 패턴 인식 처리를 행할 수 있다.
상기 제어부(280)는 사용자 입력 또는 내부 입력에 따라 유선 충전 또는 무선 충전을 수행한다. 여기서, 내부 입력은 단말기 내부의 2차코일에서 생성되는 유도 전류가 감지되었음을 알리는 신호이다.
전술한 무선 충전이 이루어질 경우, 상기 제어부(280)가 각 구성 요소를 제어하는 동작에 관해서는 이하 도 14의 동작 상태를 참조하여 상세하게 설명된다. 전술된 바와 같이, 상기 전원 공급부(290) 내의 전력 수신 제어부(292)는 상기 제어부(280)에 포함되어 구현될 수 있으며, 본 명세서에서 상기 전력 수신 제어부(292)에 의한 동작은 상기 제어부(280)가 수행하는 것으로 이해될 수 있다.
전원 공급부(290)는 제어부(280)의 제어에 의해 외부의 전원 및/또는 내부의 전원을 인가받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급한다.
전원공급부(290)는 단말기(200)의 각 구성요소로 전원을 공급하는 배터리(299)를 구비하며, 상기 배터리(299)를 유선 또는 무선 충전하기 위한 충전부(298)를 포함할 수 있다.
본 명세서는 무선으로 전력을 수신하는 장치로서 이동 단말을 예로서 개시하고 있으나, 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 구성은 이동 단말에만 적용 가능한 경우를 제외하면, 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터 등과 같은 고정 단말기에도 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
무선 전력 신호를 이용한 통신
도 11은 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전달에 있어서 무선 전력 신호의 변조 및 복조를 통하여 무선 전력 전송장치와 전자 기기 사이에 패킷을 송수신하는 개념을 도시한다.
도 11을 참조하면, 무선 전력 전송장치(100)에 포함된 상기 전력 변환부(111)는 무선 전력 신호를 형성한다. 상기 무선 전력 신호는 상기 전력 변환부(111)에 포함된 전송 코일(1111)을 통하여 형성된다.
상기 전력 변환부(111)에 의하여 형성된 무선 전력 신호(10a)는 전자 기기(200)에 도달하여, 상기 전자 기기(200)에 포함된 전력 수신부(291)를 통하여 수신된다. 상기 형성된 무선 전력 신호는 상기 전력 수신부(291)에 포함된 수신 코일(2911)을 통하여 수신된다.
상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 전력 수신부(291)와 연결된 상기 변복조부(293)을 제어하여 상기 전자 기기(200)가 상기 무선 전력 신호를 수신하는 중에 상기 무선 전력 신호를 변조(modulation)한다. 상기 수신되는 무선 전력 신호가 변조되는 경우에 상기 무선 전력 신호는 자기장(magnetic field) 또는 전자기장(electro-magnetic field) 내에서 폐루프(closed-loop)를 형성하므로
상기 무선 전력 전송장치(100)는 변조된 무선 전력 신호(10b)를 감지할 수 있다. 상기 변복조부(113)는 상기 감지된 무선 전력 신호를 복조(demodulation)하고, 복조된 무선 전력 신호로부터 상기 패킷을 디코드할 수 있다.
한편, 상기 무선 전력 전송장치(100)와 상기 전자 기기(200) 간의 통신에 사용되는 변조 방법은 진폭 변조(Amplitude Modulation)일 수 있다. 전술된 바와 같이, 상기 진폭 변조 방식은 상기 전력 변환부(111)가 형성한 무선 전력 신호(10a)의 진폭을 상기 전자 기기(200) 측의 변복조부(293)가 변경시켜 상기 무선 전력 전송장치(100) 측의 변복조부(293)가 상기 변조된 무선 전력 신호(10b)의 진폭을 검출하는 백스캐터 변조(backscatter modulation) 방식일 수 있다.
무선 전력 신호의 변조 및 복조
이하, 도 12 및 도 13을 참조하여 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 상기 전자 기기(200) 사이에서 송수신되는 패킷의 변조 및 복조에 대하여 설명된다.
도 12는 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전송에서 전력 제어 메시지를 송수신하기 위한 구성을 도시한다. 도 13은 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전송에서 수행되는 변조 및 복조에서의 신호의 형태를 도시한다.
도 12를 참조하면, 상기 전자 기기(200) 측의 상기 전력 수신부(291)를 통하여 수신되는 무선 전력 신호는 도 13의 (a)에 도시된 바와 같이 변조되지 않은 무선 전력 신호(51)이다. 상기 전력 수신부(291) 내의 공진 형성 회로(2912)에 의하여 설정된 공진 주파수에 따라 상기 전자 기기(200) 및 상기 무선 전력 전송장치(100) 사이에 공진 결합이 이루어지고, 상기 수신 코일(2911b)을 통하여 상기 무선 전력 신호(51)가 수신된다.
전력 수신 제어부(292)는 상기 전력 수신부(291)을 통하여 수신되는 무선 전력 신호(51)를 상기 변복조부(293) 내의 부하 임피던스(Impedance)를 변경시킴으로써 변조한다. 상기 변복조부(293)는 상기 무선 전력 신호(51)를 변조하기 위한 수동 소자(2931) 및 능동 소자(2932)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 변복조부(293)는 상기 무선 전력 전송장치(100)로 전송하고자 하는 패킷이 포함되도록 상기 무선 전력 신호(51)를 변조한다. 이때, 상기 패킷은 상기 변복조부(293) 내의 상기 능동 소자(2932)에 입력될 수 있다.
그 후, 상기 무선 전력 전송장치(100) 측의 전력 송신 제어부(112)는 상기 변조된 무선 전력 신호(52)를 포락선 검출(Envelop Detection) 과정을 통하여 복조하고, 상기 검출된 신호(53)를 디지털 데이터(54)로 디코드한다. 상기 복조 과정은 변조된 무선 전력 신호에 의하여 상기 전력 변환부(111)를 흐르는 전류 또는 전압이 HI 상태(HI state) 및 LO 상태(state)로 두 가지 상태로 구분되는 것을 감지하고, 상기 상태들에 따라 구분되는 디지털 데이터를 기초로 상기 전자 기기(200)가 전송하고자 하는 패킷을 획득하는 것이다.
이하에서는, 상기 무선 전력 전송장치(100)가 복조된 디지털 데이터로부터 상기 전자 기기(200)가 전송하고자 하는 전력 제어 메시지를 획득하는 과정을 설명한다.
도 13의 (b)를 참조하면, 상기 전력 송신 제어부(112)는 포락선 검출된 신호로부터 클럭 신호(CLK)를 이용하여 인코딩된 비트를 검출한다. 상기 검출되는 인코딩된 비트는 상기 전자 기기(200) 측의 변조 과정에서 사용된 비트 인코딩 방법에 따라 인코딩 된 것이다. 어떤 실시 예들에서, 상기 비트 인코딩 방법은 NRZ(non-return to zero)일 수 있다. 어떤 실시 예들에서는, 상기 비트 인코딩 방법이 2-위상(bi-phase) 인코딩일 수 있다.
예컨대, 어떤 실시 예들에서, 상기 검출되는 비트는 차동 2-위상(differential bi-phase; DBP) 인코딩된 것일 수 있다. 상기 DBP 인코딩에 의하면, 상기 전자 기기(200) 측의 전력 수신 제어부(292)는 데이터 비트 1을 인코딩하기 위하여 두 번의 상태 전이(transitions)를 갖도록 하고, 데이터 비트 0을 인코딩하기 위하여 한 번의 상태 전이를 갖도록 한다. 즉, 데이터 비트 1은 상기 클럭 신호의 상승 에지(rising edge) 및 하강 에지(falling edge)에서 HI 상태 및 LO 상태간의 전이가 발생하도록 인코딩된 것이고, 데이터 비트 0은 상기 클럭 신호의 상승 에지에서 HI 상태 및 LO 상태간의 전이가 발생하도록 인코딩된 것일 수 있다.
한편, 상기 전력 송신 제어부(112)는 비트 인코딩 방법에 따라 검출된 비트열로부터 패킷을 구성하는 바이트 포맷(byte format)을 이용하여 바이트 단위의 데이터를 획득할 수 있다. 어떤 실시 예들에서, 상기 검출된 비트열은 도 13의 (c)에 도시된 바와 같은 11 비트 비동기 직렬 포맷(11-bit asynchronous serial format)을 이용하여 전송된 것일 수 있다. 즉, 바이트의 시작을 알리는 시작 비트(start bit)와 종료를 알리는 종료 비트(stop)를 포함하고, 시작 비트와 종료 비트 사이에 데이터 비트들(b0 내지 b7)을 포함할 수 있다. 또한, 데이터의 오류를 검사하기 위한 패러티 비트(parity bit)가 추가될 수 있다. 상기 바이트 단위의 데이터는 전력 제어 메시지를 포함하는 패킷을 구성한다.
패킷 포맷
이하에서는, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 신호를 이용한 통신에서 사용되는 패킷의 구조가 설명된다.
도 14는 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전달방법에 사용되는 전력 제어 메시지를 포함하는 패킷을 도시한다.
도 14의 (a)를 참조하면, 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 상기 전자 기기(200)는 전송하고자 하는 데이터를 명령 패킷(command_packet)(510)의 형태로 송수신할 수 있다. 상기 명령 패킷(510)은 헤더(511) 및 메시지(512)를 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 헤더(511)는 상기 메시지(512)에 포함되는 데이터의 종류를 지시하는 필드를 포함할 수 있다. 상기 데이터의 종류를 지시하는 필드가 나타내는 값을 기초로 상기 메시지의 크기 및 그 종류가 결정될 수 있다.
또한, 상기 헤더(511)는 상기 패킷의 발신자를 식별할 수 있는 주소 필드를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 주소 필드는 상기 전자 기기(200)의 식별자 또는 상기 전자 기기(200)가 속한 그룹의 식별자를 나타낼 수 있다. 상기 전자 기기(200)가 상기 패킷(510)을 전송하고자 하는 경우에, 상기 전자 기기(200)는 상기 패킷(510)의 상기 주소 필드가 자신의 식별 정보를 나타내도록 상기 패킷(510)을 생성할 수 있다.
상기 메시지(512)는 상기 패킷(510)의 발신자가 전송하고자 하는 데이터를 포함한다. 상기 메시지(512)에 포함되는 데이터는 상대방에 대한 보고 사항(report), 요청 사항(request) 또는 응답 사항(response)일 수 있다.
한편, 어떤 실시 예에 있어서, 상기 명령 패킷(510)은 도 14의 (b)에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다. 상기 명령 패킷(510)에 포함된 상기 헤더(511)는 일정한 크기로 표현될 수 있다. 예컨대, 상기 헤더(511)는 두 바이트의 크기일 수 있다.
상기 헤더(511)는 수신 주소 필드를 포함하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 수신 주소 필드는 6 비트의 크기일 수 있다.
상기 헤더(511)는 OCF(Operation command field) 또는 OGF(Operation group field)를 포함하도록 구성될 수 있다. OGF는 상기 전자 기기(200)를 위한 커맨드의 그룹별로 부여되는 값이며, OCF는 상기 전자 기기(200)가 포함된 각 그룹 내에 존재하는 커맨드 별로 부여되는 값이다.
상기 메시지(512)는 파라미터의 길이(length) 필드(5121)와 파라미터의 값(value) 필드(5122)로 구분하여 표현될 수 있다. 즉, 상기 패킷(510)의 발신자는 상기 메시지를 상기 전송하고자 하는 데이터를 표현하기 위해 필요한 하나 이상의 파라미터의 길이-값 쌍(5121a-5122a 등)의 형태로 구성할 수 있다.
도 14의 (c)를 참조하면, 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 상기 전자 기기(200)는 상기 명령 패킷(510)에 전송을 위한 프리앰블(520) 및 체크섬(530)을 부가한 패킷의 형태로 상기 데이터를 송수신 할 수 있다.
상기 프리앰블(520)은 상기 무선 전력 전송장치(100)가 수신되는 데이터와 동기화를 수행하고 상기 명령 패킷(510)의 시작 비트를 정확히 검출하기 위해 사용된다. 상기 프리앰블(520)은 동일한 비트가 반복되도록 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 프리앰블(520)은 상기 DBP 인코딩에 따른 데이터 비트 1이 11번 내지 25번 반복되도록 구성될 수 있다.
상기 체크섬(530)은 전력 제어 메시지가 전송되는 도중에 상기 명령 패킷(510)에 발생할 수 있는 오류를 감지하기 위하여 사용된다.
동작 상태(Phases)에 따른 전력 제어 메시지
이하에서, 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 상기 전자 기기(200)의 동작 상태들 및 상기 동작 상태들에서 송수신되는 전력 제어 메시지들에 대하여 설명된다.
도 15는 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전송장치(100) 및 전자 기기(200)의 동작 상태들을 도시한다. 상기 각 동작 상태에 따라 상기 무선 전력 전송 장치(100) 및 상기 전자 기기(200)는 도 13 및 도 14에서 설명된 바와 같이 전력 제어 메시지들이 패킷의 형태로 송수신한다. 다만, 도 15를 참조하여 설명되는 전력 제어 메시지들은 각 동작 상태에 따라 송수신되는 전력 제어 메시지들의 예에 불과할 뿐, 그에 제한되지 아니한다.
도 15를 참조하면, 무선 전력 전송을 위한 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 전자 기기(200)의 동작 상태는 선택 상태(Selection Phase) (610), 검출 상태(Ping Phase)(620), 식별 및 설정 상태(Identification and Configuration Phase)(630), 그리고 전력 전송 상태(Power Transfer Phase)(640)로 구분될 수 있다.
상기 선택 상태(610)에서는 상기 무선 전력 전송장치(100)가 무선으로 전력을 전송할 수 있는 범위 내에 물체(object)들이 존재하는지 여부를 감지하고, 상기 검출 상태(620)에서는 상기 무선 전력 전송장치(100)가 상기 감지된 물체로 검출 신호를 보내고, 상기 전자 기기(200)는 상기 검출 신호에 대한 응답을 보낸다.
또한, 상기 식별 및 설정 상태(630)에서는 상기 무선 전력 전송장치(100)가 이전 상태들을 통하여 선택된 전자 기기(200)를 식별하고 전력 전달을 위한 설정 정보를 획득한다. 상기 전력 전송 상태(640)에서는 상기 무선 전력 전송장치(100)가, 상기 전자 기기(200)로부터 수신한 제어 메시지에 대응하여 전송하는 전력을 조절하면서, 상기 전자 기기(200)로 전력을 전송한다.
이하에서는, 상기 각 동작 상태를 구체적으로 설명한다.
1) 선택 상태(Selection Phase)
상기 선택 상태(610)에 있는 무선 전력 전송장치(100)는 감지 영역 내에 존재하는 전자 기기(200)를 선택하기 위하여 검출 과정을 수행한다. 상기 감지 영역은, 전술된 바와 같이, 해당 영역 내의 물체가 상기 전력 변환부(111)의 전력의 특성에 영향을 미칠 수 있는 영역을 말한다. 상기 검출 상태(620)와 비교하여, 상기 선택 상태(610)에서 전자 기기(200)의 선택을 위한 검출 과정은 전력 제어 메시지를 이용하여 상기 전자 기기(200)로부터 응답을 수신하는 방식 대신에, 상기 무선 전력 전송장치(100) 측의 전력 변환부에서 무선 전력 신호를 형성하기 위한 전력량이 변화하는 것을 감지하여 일정 범위 내에 물체가 존재하는지 확인하는 과정이다. 상기 선택 상태(610)에서의 검출 과정은 후술될 검출 상태(620)에서 디지털 형식의 패킷을 이용하지 아니하고 무선 전력 신호를 이용하여 물체를 검출하는 점에서 아날로그 검출 과정(analog ping)으로 불릴 수 있다.
상기 선택 상태(610)의 무선 전력 전송장치(100)는 상기 감지 영역 내에 물체가 들어오고 나가는 것을 감지할 수 있다. 또한, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 감지 영역 내에 있는 물체들 중에서 무선으로 전력을 전달할 수 있는 전자 기기(200)와 그 밖의 물체들(예를 들어, 열쇠, 동전 등)을 구분할 수 있다.
전술된 바와 같이, 유도 결합 방식 및 공진 결합 방식에 따라 무선으로 전력을 전송할 수 있는 거리가 다르므로 상기 선택 상태(610)에서 물체가 검출되는 감지 영역은 서로 다를 수 있다.
먼저, 유도 결합 방식에 따라 전력이 전송되는 실시 예들의 경우, 상기 선택 상태(610)의 무선 전력 전송장치(100)는 물체들의 배치 및 제거를 감지하기 위하여 인터페이스 표면(미도시)을 모니터링할 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 인터페이스 표면의 상부에 놓인 전자 기기(200)의 위치를 감지할 수도 있다. 전술된 바와 같이, 하나 이상의 전송 코일을 포함하도록 형성된 무선 전력 전송장치(100)는 상기 선택 상태(610)에서 상기 검출 상태(620)로 진입하고, 상기 검출 상태(620)에서 각각의 코일을 이용하여 상기 물체로부터 검출 신호에 대한 응답이 전송되는지 여부를 확인하거나 또는 그 후 상기 식별 상태(630)로 진입하여 상기 물체로부터 식별 정보가 전송되는지 여부를 확인하는 방법을 수행할 수 있다. 상기 무선 전력 전송장치(100)는 이와 같은 과정을 통하여 획득한 상기 감지된 전자 기기(200)의 위치에 기초하여 무선 전력 전송에 사용될 코일을 결정할 수 있다.
또한, 공진 결합 방식에 따라 전력이 전송되는 실시 예들의 경우, 상기 선택 상태(610)의 무선 전력 전송장치(100)는 상기 감지 영역 내의 물체로 인한 상기 전력 변환부의 주파수, 전류, 전압 중 하나 이상이 변경되는 것을 감지함으로 써 상기 물체를 검출할 수 있다.
한편, 상기 선택 상태(610)의 무선 전력 전송장치(100)는 상기 유도 결합 방식 및 공진 결합 방식에 따른 검출 방법 중 적어도 하나의 방법에 의하여 물체를 검출할 수 있다. 상기 무선 전력 전송장치(100)는 각 전력 전송 방식에 따른 물체 검출 과정을 수행하고, 이후에 다른 상태들(620, 630, 640)로 진행하기 위하여 무선 전력 전달을 위한 결합 방식 중에서 상기 물체를 검출한 방식을 선택할 수 있다.
한편, 상기 선택 상태(610)의 무선 전력 전송장치(100)는 물체를 검출하기 위하여 형성하는 무선 전력 신호와 이후 상태들(620, 630, 640)에서의 디지털 검출, 식별, 설정 및 전력 전송을 위하여 형성하는 무선 전력 신호는 그 주파수, 세기 등의 특성이 다를 수 있다. 이는 상기 무선 전력 전송장치(100)의 선택 상태(610)는 물체를 검출하기 위한 대기 상태(idle state)에 해당하여, 상기 무선 전력 전송장치(100)가 대기 중의 소비 전력을 줄이거나, 또는 효율적인 물체 검출을 위하여 특화된 신호를 생성시킬 수 있도록 하기 위함이다.
2) 검출 상태(Ping Phase)
상기 검출 상태(620)에 있는 상기 무선 전력 전송장치(100)가 전력 제어 메시지를 통해 상기 감지 영역 내에 존재하는 전자 기기(200)를 검출하는 과정을 수행한다. 상기 선택 상태(610)에서 무선 전력 신호의 특성 등을 이용한 전자 기기(200)의 검출 과정과 비교하여, 상기 검출 상태(620)에서의 검출 과정은 디지털 검출 과정(digital ping)이라 불릴 수 있다.
상기 검출 상태(620)에서 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 전자 기기(200)를 검출하기 위한 무선 전력 신호를 형성하고, 상기 전자 기기(200)에 의하여 변조된 무선 전력 신호를 복조하고, 상기 복조된 무선 전력 신호로부터 상기 검출 신호에 대한 응답에 해당하는 디지털 데이터 형태의 전력 제어 메시지를 획득한다. 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 검출 신호에 대한 응답에 해당하는 전력 제어 메시지를 수신함으로써 전력 전송의 대상이 되는 상기 전자 기기(200)를 인지 할 수 있다.
상기 검출 상태(620)에 있는 상기 무선 전력 전송장치(100)가 디지털 검출 과정을 수행하기 위하여 형성하는 검출 신호는 특정 동작 포인트(operating point)의 전력 신호를 일정한 시간 동안 인가함으로써 형성되는 무선 전력 신호일 수 있다. 상기 동작 포인트는 전송 코일(Tx coil)에 인가되는 전압의 주파수, 듀티 사이클(duty cycle) 및 진폭을 의미할 수 있다. 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 특정 동작 포인트의 전력 신호를 인가함으로써 생성된 상기 검출 신호를 일정한 시간 동안 생성하고, 상기 전자 기기(200)로부터 전력 제어 메시지를 수신할 것을 시도할 수 있다.
한편, 상기 검출 신호에 대한 응답에 해당하는 전력 제어 메시지는 상기 전자 기기(200)가 수신한 무선 전력 신호의 강도(strength)를 나타내는 메시지일 수 있다. 상기 무선 전력 신호의 강도를 나타내는 메시지 내의 전력 신호의 강도는 상기 무선 전력 전송장치(100)와 상기 전자 기기(200) 사이의 전력 전송을 위한 유도 결합 또는 공진 결합의 정도(degree of coupling)를 나타내는 값일 수 있다.
상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 검출 신호에 대한 응답 메시지를 수신하여 상기 전자 기기(200)를 발견한 후에, 상기 디지털 검출 과정을 연장하여 식별 및 검출 상태(630)로 진입할 수 있다. 즉, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 전자 기기(200)를 발견한 후에 상기 특정 동작 포인트의 전력 신호를 유지하여 상기 식별 및 검출 상태(630)에서 필요한 전력 제어 메시지를 수신할 수 있다.
다만, 상기 무선 전력 전송장치(100)가 전력을 전달할 수 있는 전자 기기(200)를 발견하지 못한 경우, 상기 무선 전력 전송장치(100)의 동작 상태는 상기 선택 상태(610)로 되돌아갈 수 있다.
3) 식별 및 설정 상태(Identification and Configuration Phase)
상기 식별 및 설정 상태(630)의 무선 전력 전송장치(100)는 상기 전자 기기(200)가 전송하는 식별 정보 및/또는 설정 정보를 수신하여 전력 전달이 효율적으로 이루어지도록 제어할 수 있다.
상기 식별 및 설정 상태(630)에서 상기 전자 기기(200)는 자신의 식별 정보를 포함하는 전력 제어 메시지를 전송할 수 있다. 상기 자신의 식별 정보를 포함하는 메시지는 무선 전력 전송을 위한 규약의 버전을 나타내는 정보, 상기 전자 기기(200)의 제조 업체를 식별하는 정보, 확장 장치 식별자의 유무를 나타내는 정보 또는 기본 장치 식별자를 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 확장 장치 식별자의 유무를 나타내는 정보에 확장 장치 식별자가 존재하는 것으로 표시되는 경우, 상기 확장 장치 식별자를 포함한 메시지는 상기 전자 기기(200)를 식별하기 위하여 상기 제조 업체의 식별 정보, 상기 기본 장치 식별자 또는 상기 확장 장치 식별자에 기초한 정보를 포함할 수 있다.
상기 식별 및 설정 상태(630)에서 상기 전자 기기(200)는 예상 최대 전력에 대한 정보를 포함하는 전력 제어 메시지를 전송할 수 있다. 상기 예상 최대 전력에 대한 정보를 포함하는 메시지는 전력 클래스, 예상 최대 전력에 대한 정보, 무선 전력 전송장치 측의 주요 셀의 전류를 결정하는 방법을 나타내는 지시자, 또는 선택적인 설정 패킷들의 수를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 지시자는 무선 전력 전송을 위한 규약에 명시된 대로 상기 무선 전력 전송장치 측의 주요 셀의 전류가 결정될 것인지 여부를 나타내는 것일 수 있다.
한편, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 식별 정보 및/또는 설정 정보를 기초로 상기 전자 기기(200)와 전력 충전에 사용되는 전력 전달 규약(power transfer contract)을 생성할 수 있다. 상기 전력 전달 규약은 상기 전력 전달 상태(640)에서의 전력 전달 특성을 결정하는 파라미터들의 한정 사항들(limits)을 포함할 수 있다.
상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 전력 전달 상태(640)로 진입하기 전에 상기 식별 및 설정 상태(630)를 종료하고, 상기 선택 상태(610)로 되돌아 갈 수 있다. 예컨대, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 무선으로 전력을 수신할 수 있는 다른 전자 기기를 찾기 위하여 상기 식별 및 설정 상태(630)를 종료할 수 있다.
4) 전력 전송 상태(Power Transfer Phase)
상기 전력 전송 상태(640)에서의 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 전자 기기(200)로 전력을 전송한다.
상기 무선 전력 전송장치(100)는 전력을 전송하는 도중에 상기 전자 기기(200)로부터 전력 제어 메시지를 수신하고, 상기 수신한 전력 제어 메시지에 대응하여 상기 전송 코일에 인가되는 전력의 특성을 조절할 수 있다. 상기 전송 코일의 전력 특성을 조절하기 위해 사용되는 전력 제어 메시지는 제어 오류 값을 포함하는 메시지일 수 있다. 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 제어 오류 값에 따라 상기 전송 코일에 인가되는 전력을 조절할 수 있다. 즉, 상기 전송 코일에 인가되는 전류는 상기 제어 오류 값이 0인 경우에 유지되고, 음수(negative value)인 경우에 감소되고, 양수(positive value)인 경우에 증가하도록 조절될 수 있다.
상기 전력 전송 상태(640)에서 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 식별 정보 및/또는 설정 정보를 기초로 생성된 전력 전달 규약(power transfer contract) 내의 파라미터들을 모니터링할 수 있다. 상기 파라미터들을 모니터링한 결과, 상기 전자 기기(200)와의 전력 전송이 상기 전력 전달 규약 내에 포함되어 있는 한정 사항들을 위반하게 되는 경우에는 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 전력 전송을 취소하고 상기 선택 상태(610)로 되돌아갈 수 있다.
상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 전자 기기(200)로부터 전달된 전력 제어 메시지를 기초로 상기 전력 전송 상태(640)를 종료할 수 있다.
어떤 실시 예들에서, 상기 전자 기기(200)가 전달된 전력을 이용하여 배터리를 충전하는 도중에 상기 배터리의 충전이 완료된 경우 상기 무선 전력 전송장치(100)로 무선 전력 전송을 중지할 것을 요청하는 전력 제어 메시지를 전달할 수 있다. 이 경우, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 전력 전송의 중지를 요청하는 메시지를 수신한 후, 무선 전력 전송을 종료하고 상기 선택 상태(610)로 되돌아 갈 수 있다.
또한 어떤 실시 예들에서는, 상기 전자 기기(200)가 이미 생성된 전력 전달 규약을 갱신하기 위하여 재협상(renegotiation) 또는 재설정(reconfigure)을 요청하는 전력 제어 메시지를 전달할 수 있다. 상기 전자 기기(200)는 현재 전송되는 전력량보다 많거나 적은 양의 전력이 필요한 경우에 상기 전력 전달 규약의 재협상을 요청하는 메시지를 전달할 수 있다. 이 경우, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 전력 전달 규약의 재협상을 요청하는 메시지를 수신한 후, 무선 전력 전송을 종료하고 상기 식별 및 설정 상태(630)로 되돌아 갈 수 있다.
이를 위하여, 상기 전자 기기(200)가 전송하는 메시지는, 전력 전송의 중단의 이유를 나타내는 전력 전송 중단 코드를 포함하는 메시지일 수 있다. 상기 전력 전송 중단 코드는 충전 완료(Charge Complete), 내부 오류(Internal Fault), 과열(Over Temperature), 과전압(Over Voltage), 과전류(Over Current), 배터리 오류(Battery Failure), 재설정(Reconfigure), 무응답(No Response), 알려지지 않은 오류(Unknown) 중 어느 하나를 나타낼 수 있다.
다수의 전자 기기의 통신 방법
이하, 하나의 무선 전력 송신장치로부터 하나 이상의 전자 기기들이 무선 전력 신호를 이용하여 통신을 수행하는 방법이 설명된다.
도 16은 무선 전력 전송장치가 하나 이상의 무선 전력 수신장치들에게 전력을 전달하는 방법을 도시한 개념도이다.
상기 무선 전력 전송장치(100)는 하나 이상의 무선 전력 수신 장치(200, 200')들을 위하여 전력을 전송할 수 있다. 도 16에는 두 개의 전자 기기들(200, 200')이 도시되어 있으나, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 방법은 도시된 전자 기기들의 숫자로 제한되지 아니한다.
상기 무선 전력 전송장치(100)의 무선 전력 전달 방식에 따라 상기 활동 영역 및 감지 영역은 차이가 있다. 따라서, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 공진 결합 방식의 활동 영역 또는 감지 영역에 배치된 무선 전력 수신장치가 존재하는지 여부, 또는 유도 결합 방식의 활동 영역 또는 감지 영역에 배치된 무선 전력 수신 장치가 존재하는지 여부를 판단할 수 있다. 상기 판단 결과에 따라 각 무선 전력 전달 방식을 지원 하는 상기 무선 전력 전송 장치(100)는 각 무선 전력 수신장치에 대하여 전력 전달 방식을 변경할 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시 예들에 따른 무선 전력 전송에서는, 상기 무선 전력 전송장치(100)가 동일한 무선 전력 전달 방식으로 하나 이상의 전자 기기들(200, 200')을 위하여 전력을 전송하는 경우에 상기 전자 기기들(200, 200')이 서로간 충돌 없이 상기 무선 전력 신호를 통하여 통신을 수행할 수 있다.
도 16에 도시된 바와 같이, 상기 무선 전력 전송장치(100)에 의하여 형성된 무선 전력 신호(10a)는 제 1 전자 기기(200') 및 제 2 전자 기기(200)에 도달한다. 상기 제 1 전자 기기(200') 및 제 2 전자 기기(200)는 상기 형성된 무선 전력 신호를 이용하여 전력 제어 메시지를 전송할 수 있다.
상기 제 1 전자 기기(200') 및 제 2 전자 기기(200)는 무선 전력 신호를 수신하는 전력 수신기로 동작한다. 본 명세서에 개시된 실시 예들에 따른 상기 전력 수신기는 상기 형성된 무선 전력 신호를 수신하는 전력 수신부(291', 291); 상기 수신된 무선 전력 신호에 대하여 변조 및 복조를 수행하는 변복조부(293', 293); 및 전력 수신기의 각 구성요소들을 제어하는 제어부(292', 292)를 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 무선 전력 전송장치(100)와 상기 제 1 전자 기기(200')가 먼저 상기 무선 전력 신호(10a)를 이용하여 무선 충전을 수행하는 중에 상기 제 2 전자 기기(200)가 활동 영역에 진입한 경우에 상기 제 1 전자 기기(200') 및 상기 제 2 전자 기기는 상기 무선 전력 신호(10a)를 이용하여 통신을 수행하여야 한다. 이를 위하여 상기 제 1 전자 기기(200') 및 제 2 전자 기기(200)는 상기 무선 전력 신호(10a)를 각각 변조하게 된다. 상기 변조 과정을 통해 변조된 상기 무선 전력 신호(10b)는 시간 별로 상기 제 1 전자 기기(200')에 의하여 변조된 부분(10b-1) 및 상기 제 2 전자 기기(200)에 의하여 변조된 부분(10b-2)으로 구분될 수 있다. 이하 설명되는 바와 같이, 상기 제 1 전자 기기(200') 및 제 2 전자 기기(200)는 동일한 시각에 상기 무선 전력 신호(10a)에 대하여 변조과정을 수행하지 않도록 동작한다.
본 명세서에 개시된 실시 예들에 따른 전력 수신기의 변복조부(293', 293)는 각각 변조부 및 복조부로 구분되어 구현될 수도 있다. 상기 복조부는 다른 전력 수신기에 의하여 변조된 무선 전력 신호로부터 패킷을 획득하기 위한 복조과정을 수행할 수 있다. 상기 복조부의 구체적인 복조과정은 상기 무선 전력 전송장치(100)의 변복조부(113)가 수행하는 복조과정과 유사하다.
상기 제 2 전자 기기(200)의 전력 수신 제어부(292)는 상기 변복조부(293)에 의하여 복조된 상기 무선 전력 신호로부터 상기 제 1 전자 기기(200')의 패킷을 디코딩하고, 상기 디코딩된 패킷과 충돌하지 않도록 상기 전자 기기(200)의 패킷을 전송할 수 있는지 여부를 판단한다. 상기 전송 가능 여부 판단 결과 전송 가능한 경우 상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 변복조부(293)를 제어하여 상기 제 2 전자 기기(200)의 패킷이 포함되도록 상기 수신된 무선 전력 신호를 변조할 수 있다.
상기 전력 수신 제어부(292)가 수행하는 상기 전송 가능 여부 판단은 상기 무선 전력 전송장치(100)가 형성한 무선 전력 신호에 다른 전자 기기의 패킷과 충돌하지 않는 신호 영역이 있는지 판단하는 것이다. 상기 전송 가능 여부는 전력 수신기들이 패킷을 전송하는 전송 주기 및 다른 전력 수신기들에 의하여 이미 포함된 패킷들의 길이를 기초로 판단될 수 있다.
어떤 실시 예들에서, 상기 제 2 전자 기기(200)는 상기 패킷의 전송 가능 여부를 판단하기 위하여 디코딩된 패킷들의 길이 및 상기 제 2 전자 기기(200)가 전송하고자 하는 패킷의 길이의 합을 상기 전송 주기와 비교하고, 상기 비교 결과 상기 전송 주기가 크다면 전송 가능한 것으로 판단할 수 있다.
어떤 실시 예들에서, 상기 제 2 전자 기기(200)는 상기 패킷의 전송 가능 여부를 판단하기 위하여 상기 무선 전력 신호 상의 시간 슬롯 중에 다른 전력 수신기들에 의하여 점유되지 않은 시간 슬롯이 있는지 확인하고, 상기 확인 결과 점유되지 않은 시간이 있다면 전송 가능한 것으로 판단할 수 있다.
이후, 상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 전송 가능 여부 판단 결과 전송이 가능한 경우에는 전송 가능한 시간을 결정하고, 상기 결정된 시간에 상기 전력 제어 메시지가 포함된 상기 제 2 전자 기기(200)의 패킷을 상기 무선 전력 전송장치(100)로 전송한다.
한편, 상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 전송 가능 여부 판단 결과 전송이 불가능한 경우에는 전송 불가능함 상기 무선 전력 전송장치(100)로 알릴 수 있다. 상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 전송 불가능함을 알리기 위하여 미리 정해진 제어 메시지가 포함된 패킷을 전송할 수 있다.
이하에서는, 도 17을 참조하여 활동 영역에 진입한 전력 수신기가 응답 패킷을 충돌없이 전송하는 방법을 설명한다.
도 17은 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 전자 기기의 통신 수행 과정을 나타낸 흐름도이다.
앞서 설명된 예와 같이, 상기 무선 전력 전송장치(100)가 형성하는 무선 전력 신호가 도달하는 활동영역에 늦게 배치된 제 2 전자 기기(200)의 전력 수신 제어부(292)는 상기 복조부(293)를 제어하여 상기 제 1 전자 기기(200')의 변조부(293')가 변조한 상기 무선 전력 신호를 복조 한다. 그 후 상기 제 2 전자 기기(200)는 상기 복조된 무선 전력 신호로부터 획득되는 정보를 기초로 상기 제 2 전자 기기(200)가 전송하고자 하는 응답 패킷을 생성하고 상기 생성된 응답 패킷을 변조 과정을 통해 상기 무선 전력 전송장치(100)로 전송할 시간을 결정한다.
먼저, 상기 제 2 전자 기기(200)는 전력 수신부(291)에 의하여 무선 전력 신호를 수신한다(S10). 상기 무선 전력 신호는 상기 전력 수신부(291)에 포함된 수신 코일(2911)을 통하여 수신될 수 있다. 상기 수신 코일(2911)에 수신된 무선 전력 신호에 의하여 상기 전력 수신부(291) 내의 공진 형성회로(2912)에는 공진 결합에 의하여 전류가 생성된다. 상기 무선 전력 신호에 포함된 데이터를 획득하기 위하여 상기 상기 생성된 전류를 이용할 수 있다.
다음으로, 상기 제 2 전자 기기(200)는 상기 수신된 무선 전력 신호에 의하여 생성되는 전류를 기초로 하나 이상의 패킷들을 획득한다(S20). 상기 패킷 획득 과정(S20)은 상기 변복조부(293)에 의한 복조 과정일 수 있다. 상기 제 2 전자 기기(200)가 상기 활동 영역에 배치되기 전에 하나 이상의 전자 기기들이 상기 무선 전력 신호를 이용한 통신을 수행하고 있는 경우에는 상기 하나 이상의 전자 기기들이 변조 과정을 통해 전송하는 패킷들이 획득될 수 있다. 즉, 전술된 예에서 상기 제 1 전자 기기(200')가 상기 무선 전력 전송장치(100)로 전송하고자 하는 패킷이 포함되도록 상기 무선 전력 신호를 변조하였다면, 상기 제 2 전자 기기(200)는 상기 제 1 전자 기기(200')의 패킷을 복조 과정을 통하여 획득할 수 있다.
다음으로, 상기 제 2 전자 기기(200)는 상기 획득된 하나 이상의 패킷들을 디코딩 한다(S30). 상기 패킷들의 디코딩 과정(S30)은 도 14를 참조하여 설명된 바와 같이 패킷의 구조에 따라 상기 패킷에 포함된 정보들을 확인 하는 과정일 수 있다. 상기 패킷들의 디코딩 과정(S30)을 통해 상기 제 2 전자 기기(200)는 상기 패킷들을 전송한 하나 이상의 전자 기기들의 식별 정보 또는 발신자 주소를 획득할 수 있다. 또한 상기 패킷들의 디코딩 과정(S30)을 통해 상기 제 2 전자 기기(200)는 상기 하나 이상의 패킷들의 길이 및 전송 주기를 획득할 수 있다. 즉, 전술된 예의 경우에, 상기 제 1 전자 기기(200')가 전송하고자 하는 패킷의 발신자 주소, 상기 제 1 전자 기기(200')의 패킷의 길이, 또는 상기 제 1 전자 기기(200')의 패킷이 전송되는 전송 주기를 획득할 수 있다.
다음으로, 상기 제 2 전자 기기(200)는 상기 무선 전력 전송장치(100)로 전송할 응답 패킷을 생성한다(S40). 상기 응답 패킷은 도 14를 참조하여 설명된 패킷 형태들 중 어느 하나와 같이 구성될 수 있다.
상기 생성되는 응답 패킷은 상기 제 2 전자 기기(200)가 상기 무선 전력 전송장치(100)로 전송하고자 하는 전력 제어 메시지를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 전력 제어 메시지는 도 15를 참조하여 설명된 메시지들 중 하나 일 수 있다.
또한, 상기 생성되는 응답 패킷은 상기 제 2 전자 기기(200)의 식별 정보를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 제 2 전자 기기(200)의 식별 정보는 상기 응답 패킷의 발신자 정보일 수 있다. 상기 발신자 정보는 상기 디코딩 과정(S30)에서 획득된 하나 이상의 전자 기기들의 식별 정보와 중복되지 아니하는 정보로 결정될 수 있다. 이후에, 상기 응답 패킷을 수신하는 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 응답 패킷에 포함된 발신자 정보를 이용하여 상기 전력 제어 메시지를 전송한 전력 수신기를 확인할 수 있다.
또한, 상기 생성되는 응답 패킷은 상기 전력 제어 메시지의 종류를 나타내는 지시자를 포함할 수 있다.
다음으로, 상기 제 2 전자 기기(200)는 상기 생성한 응답 패킷의 전송 시간을 결정한다(S50). 상기 전송 시간 결정과정(S50)은 상기 응답 패킷 결정과정(S40)보다 먼저 수행될 수도 있다.
상기 응답 패킷은 상기 무선 전력 신호를 이용하여 전송된다. 즉, 상기 제 2 전자 기기(200)에 포함된 상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 응답 패킷이 포함되도록 상기 무선 전력 신호를 변조하도록 제어한다. 다만, 상기 무선 전력 신호는 상기 다른 하나 이상의 전자 기기들이 패킷 전송을 위하여 변조할 수 있으므로 변조되지 않은 시간 범위에서 상기 제 2 전자 기기(200)에 의하여 변조될 수 있도록 전송 시간을 결정하여야 한다. 이하, 도 18을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 전자 기기가 응답 패킷의 전송 시간을 결정하는 방법이 설명된다. 도 18은 하나 이상의 전자 기기가 무선 전력 신호를 통하여 전송하는 응답 패킷의 타이밍을 도시한다.
어떤 실시 예들에서는, 상기 제 2 전자 기기(200)가 상기 다른 하나 이상의 전자 기기들의 패킷 전송 주기를 기초로 상기 응답 패킷의 전송 시간을 결정한다. 도 18의 (a)를 예로서 설명하면, 상기 제 2 전자 기기(200)는 상기 제 1 전자 기기(200')의 응답 패킷들(61a, 61b, 61c)의 전송 주기를 확인한다. 상기 전송 주기는 상기 디코딩 과정(S30)을 통해 확인되거나, 상기 무선 전력 신호 자체의 변조된 형태를 파악하여 확인될 수도 있다. 이때, 상기 제 2 전자 기기(200)는 상기 제 1 전자 기기(200')의 응답 패킷들(61a, 61b, 61c)의 길이를 고려하여 상기 무선 전력 신호의 변조되지 않은 시간 영역 내에 상기 제 2 전자 기기(200)의 응답 패킷을 전송할 수 있는지 판단한다. 상기 응답 패킷의 전송 가능여부에 대한 판단 결과, 상기 제 2 전자 기기의 응답 패킷을 전송할 수 있는 경우에 상기 무선 전력 신호의 변조되지 않은 시간 영역 내에서 상기 응답 패킷의 전송 시간을 결정한다. 도 18의 (a)를 참조하면 상기 응답 패킷의 전송 시간은 상기 제 1 전자 기기(200')의 응답 패킷들(61b, 61c)이 수신된 이후 상기 전송 주기에 도달하는 시점까지의 시간 중의 특정 시점을 상기 응답 패킷들(62b, 62c)의 전송 시간으로 결정한다.
어떤 실시 예들에서는, 상기 제 2 전자 기기(200)가 상기 생성된 응답 패킷을 전송할 시간 슬롯을 선택함으로써 상기 응답 패킷의 전송 시간을 결정한다. 도 18의 (b)를 예로서 설명하면, 상기 제 2 전자 기기(200)는 상기 무선 전력 신호상에 일정한 시간 간격에 따라 미리 구획된 시간 슬롯들 중에서 점유되지 않은 시간 슬롯이 존재하는지 판단 한다. 상기 슬롯의 존재여부를 판단한 결과, 점유되지 않은 시간 슬롯이 존재하는 경우 상기 점유되지 않은 시간 슬롯들 중에서 상기 응답 패킷을 전송하기 위한 시간 슬롯을 결정한다. 상기 결정되는 시간 슬롯은 상기 수신된 무선 전력 신호에서 상기 제 1 전자 기기(200')의 응답 패킷들과 디코딩된 패킷들과 충돌없이 사용 가능한 슬롯이다. 상기 제 2 전자 기기(200)는 상기 미리 구획된 시간 슬롯들 중에서 다른 전자 기기에 의한 패킷이 획득되는지 여부를 판단할 수 있다. 도 18의 (b)에서와 같이, 슬롯 0이 상기 제 1 전자 기기(200')의 패킷을 위하여 점유된 경우에, 상기 제 2 전자 기기(200)는 나머지 슬롯 1 내지 슬롯 5 중 어느 하나를 상기 응답 패킷을 전송하기 위한 시간 슬롯으로 선택한다.
다음으로, 상기 제 2 전자 기기(200)는 상기 결정된 시간에 상기 생성된 응답 패킷 전송한다(S60). 상기 응답 패킷의 전송과정(S60)은 상기 응답 패킷이 포함되도록 상기 무선 전력 신호를 변조하는 과정이다.
상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 변조된 무선 전력 신호를 복조하여 상기 제 1 전자 기기(200') 및 제 2 전자 기기(200)로부터 전송된 패킷들을 획득할 수 있다. 이 경우, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 획득한 패킷들에 포함된 발신자 정보 및 전력 제어 메시지를 기초로 무선 전력 전송과정을 제어할 수 있다.
한편, 무선 전력 신호를 통하여 상기 무선 전력 전송장치(100)가 하나 이상의 전자 기기들과 전력 제어를 위한 통신을 수행하는 방법은 전술된 방법에 대응된다.
구체적으로, 상기 무선 전력 전송장치(100)가 무선 전력 신호를 형성하면, 상기 형성된 무선 전력 신호를 하나 이상의 전자 기기들(200, 200')이 변조함으로써 패킷을 상기 무선 전력 전송장치(100)로 전송한다.
상기 무선 전력 전송장치(100)는 변조된 무선 전력 신호를 수신하고 상기 변조된 무선 전력 신호를 복조하여 각 전자 기기들(200, 200')로부터 전송된 패킷들을 획득한다. 그 후 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 획득된 패킷들에 포함된 발신자 주소에 대응되는 전자 기기를 위하여 상기 형성되는 무선 전력 신호를 조절하되, 상기 패킷들에 발신자 주소와 함께 포함된 전력 제어 메시지에 기초하여 조절 과정을 수행한다.
또한, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 주기별로 감지되는 차이를 이용하여 전자 기기들과의 전송 상태를 조절할 수 있다.
즉, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 제 1 주기의 변조된 무선 전력 신호를 수신하고, 상기 제 1 주기의 무선 전력 신호를 복조함으로써 상기 제 1 주기에 속한 패킷들을 획득할 수 있다. 이 때, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 전술된 바와 같이 상기 제 1 주기에 속한 패킷들의 발신자 주소 및 제어 메시지에 기초하여 상기 무선 전력 신호를 형성하기 위한 공급 전원을 조절할 수 있다.
그 후, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 제 2 주기의 변조된 무선 전력 신호를 수신하고, 상기 제 2 주기의 무선 전력 신호를 복조함으로써 상기 제 2 주기에 속한 패킷들을 획득할 수 있다. 이 때, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 제 1 주기 및 제 2 주기에 속한 패킷들의 차이점을 이용하여 각 전자 기기들(200, 200')의 전력 전송 상태를 조절할 수 있다.
구체적으로, 어떤 실시 예들에서는 상기 무선 전력 전송장치(100)가 상기 제 2 주기에 속한 패킷들의 발신자 주소를 기초로 새로운 전자 기기(200)가 추가 되었는지 여부를 판단할 수 있다. 이 경우, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 제 2 주기에 속한 패킷에서 새롭게 검출되는 발신자 주소에 대응되는 전자 기기(200)에 대하여 전술된 바와 갈은 식별 및 설정 상태(Identification and Configuration Phase)에서의 식별 또는 설정 과정을 수행할 수 있다.
또한, 어떤 실시 예들에서는 상기 무선 전력 전송장치(100)가 상기 제 2 주기에 속한 패킷들이 점유하는 시간 슬롯을 기초로 새로운 전자 기기(200)가 추가 되었는지 여부를 판단할 수 있다. 즉, 상기 하나 이상의 전자 기기들(200, 200')이 상기 무선 전력 신호를 시간 슬롯 별로 점유하여 패킷을 전송하는 경우에, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 제 1 주기에서 패킷에 의해 점유된 시간 슬롯과 상기 제 2 주기에서 패킷에 의해 점유된 시간 슬롯을 비교할 수 있다. 이후에 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 제 2 주기에 속한 패킷에 의해 새롭게 점유되는 슬롯에 대응되는 전자 기기(200)에 대하여 식별 및 설정 상태에서의 제어 과정들을 수행할 수 있다.
이상에서 설명한 방법은 예를 들어, 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합된 것을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록매체 내에서 구현될 수 있다.
하드웨어적인 구현에 의하면, 지금까지 설명한 방법들은 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays, 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 방법들은 상기 무선 전력 전송장치(100)의 제어부(180) 또는 전력 송신 제어부(112)에 구현될 수도 있고, 또는 상기 방법들은 상기 전자 기기(200)의 제어부(280) 또는 전력 수신 제어부(292)로 구현될 수 있다.
소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능과 같은 실시 예들은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 작동을 수행할 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 상기 무선 전력 전송장치(100)의 메모리(150)에 저장되고, 상기 제어부(180) 또는 상기 전력 송신 제어부(112)에 의해 실행될 수 있으며, 마찬가지로 상기 전자 기기(200)의 메모리(260)에 저장되고, 상기 제어부(280) 또는 상기 전력 수신 제어부(292)에 의해 실행될 수 있다.
본 발명의 범위는 본 명세서에 개시된 실시 예들로 한정되지 아니하고, 본 발명은 본 발명의 사상 및 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있다.

Claims (16)

  1. 전력 전송 신호를 이용하여 메시지를 전송하는 전력 수신기로서,
    전력 전송기가 형성한 무선 전력 신호를 수신하는 전력 수신부;
    상기 수신된 무선 전력 신호를 복조(demodulation)하는 복조부;
    상기 수신된 무선 전력 신호를 변조(modulation)하는 변조부; 및
    상기 복조부에 의하여 복조된 무선 전력 신호로부터 제 1 패킷을 디코딩하고, 상기 디코딩된 제 1 패킷과 충돌하지 않는 제 2 패킷의 전송 가능 여부를 판단하고, 상기 판단 결과 전송 가능한 경우 상기 변조부를 제어하여 상기 제 2 패킷이 포함되도록 상기 수신된 무선 전력 신호를 변조하는 제어부를 포함하는 전력 수신기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 패킷의 전송 가능 여부의 판단은
    상기 제 1 패킷의 전송 주기와 상기 디코딩된 제 1 패킷의 길이를 기초로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력 수신기.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 패킷의 전송 가능 여부의 판단은
    상기 제 1 패킷의 전송 주기와 상기 디코딩된 제 1 패킷 및 상기 제 2 패킷의 길이의 합을 비교하고, 상기 비교 결과 상기 제 1 패킷의 전송 주기가 크다면 전송 가능한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전력 수신기.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 제 2 패킷의 전송 가능 여부 판단 결과 전송 가능한 경우에 상기 제 1 패킷이 디코딩된 후 상기 제 2 패킷이 포함되도록 상기 수신된 무선 전력 신호를 변조하는 것을 특징으로 하는 전력 수신기.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 제 2 패킷의 전송 가능 여부 판단 결과 전송 가능하지 않은 경우 상기 제 1 패킷이 디코딩된 후 전송 불가능함을 나타내는 패킷이 포함되도록 상기 수신된 무선 전력 신호를 변조하는 것을 특징으로 하는 전력 수신기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 패킷은 발신자 주소를 포함하도록 구성되고,
    상기 제어부는 상기 디코딩된 제 1 패킷의 발신자 주소와 다른 주소를 상기 제 2 패킷의 발신자 주소로 결정하는 것을 특징으로 하는 전력 수신기.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 2 패킷은
    상기 수신된 무선 전력 신호의 세기, 주파수 또는 전력 전송 상태 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 수신기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 수신부는 상기 수신된 무선 전력 신호에 의하여 자기 공진이 발생하는 공진 회로를 포함하도록 구성되고,
    상기 복조부는 상기 공진 회로에 발생한 자기 공진에 의하여 생성된 전류로부터 상기 제 1 패킷을 획득함으로써 상기 무선 전력 신호를 복조하고,
    상기 변조부는 상기 제 2 패킷에 기초하여 상기 전력 수신기에 연결된 부하(load)를 변경함으로써 상기 무선 전력 신호를 변조하는 것을 특징으로 하는 전력 수신기.
  9. 전원 공급부에서 공급되는 전원을 이용하여 무선 전력 신호를 형성하고, 변조된 무선 전력 신호를 수신하는 전력 변환부;
    상기 수신된 무선 전력 신호를 복조하는 복조부;
    상기 복조된 무선 전력 신호로부터 패킷을 디코딩함으로써 상기 패킷의 발신자 주소 및 제어 메시지를 획득하고, 상기 획득된 발신자 주소에 해당하는 전력 수신기를 위한 전원의 특성 값을 상기 획득된 제어 메시지를 기초로 결정하고, 상기 결정된 전원의 특성에 따라 상기 전력기를 위하여 공급되는 전원을 조절하는 제어부를 포함하는 전력 송신기.
  10. 무선 전력 수신기가 전력 신호를 이용한 통신에 참여하기 위하여 제어 메시지를 전송하는 방법으로서,
    코일에 수신되는 무선 전력 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신된 무선 전력 신호에 의하여 생성되는 전류를 기초로 하나 이상의 패킷들을 획득하는 단계;
    상기 획득된 하나 이상의 패킷들을 디코딩하는 단계;
    상기 수신된 무선 전력 신호에 상기 디코딩된 패킷들과 충돌없이 사용 가능한 슬롯을 결정하는 단계;
    발신자 정보 및 제어 메시지를 포함하는 응답 패킷을 생성하는 단계; 및
    상기 응답 패킷이 상기 무선 전력 신호의 상기 결정된 슬롯에 포함되도록 상기 응답 패킷을 상기 코일에 연결된 부하를 변경함으로써 상기 응답 패킷을 전송하는 단계를 포함하는 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 사용 가능한 슬롯은
    상기 패킷들의 전송 주기 내에 상기 하나 이상의 패킷들에 의하여 점유되지 않은 슬롯 중 하나로 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 응답 패킷을 생성하는 단계는
    상기 디코딩된 패킷들의 발신자 정보를 확인하는 단계; 및
    상기 확인된 발신자 정보와 중복되지 않는 식별 정보를 상기 응답 패킷의 발신자 정보로 결정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 하나 이상의 전력 수신기에 의해 변조된 무선 전력 신호를 기초로 무선 전력 전송을 조절하는 전력 전송기의 제어 방법으로서,
    무선 전력 신호를 형성하는 단계와;
    제 1 주기의 변조된 무선 전력 신호를 수신하는 단계와;
    상기 제 1 주기의 무선 전력 신호를 복조함으로써 상기 제 1 주기에 속한 패킷들을 획득하는 단계와;
    상기 제 1 주기에 속한 패킷들의 발신자 주소 및 제어 메시지에 기초하여 상기 무선 전력 신호를 형성하기 위한 공급 전원을 조절하는 단계를 포함하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    제 2 주기의 변조된 무선 전력 신호를 수신하는 단계와;
    상기 제 2 주기의 무선 전력 신호를 복조함으로써 상기 제 2 주기에 속한 패킷들을 획득하는 단계와;
    상기 제 1 주기에 속한 패킷들 및 상기 제 2 주기에 속한 패킷들의 발신자 주소들을 비교하는 단계와; 그리고
    상기 비교 결과에 기초하여 하나 이상의 전력 수신기들의 상태를 변경하는 단계를 더 포함하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 하나 이상의 전력 수신기들의 상태를 변경하는 단계는
    상기 비교 결과 새로운 전력 수신기가 검출된 경우 상기 새로운 전력 수신기에 대하여 식별 과정을 수행하는 단계를 포함하되,
    상기 검출된 새로운 전력 수신기는 상기 제 2 주기에서 획득된 패킷에 포함된 발신자 주소 중 상기 제 1 주기에 획득된 패킷에 포함되지 않은 발신자 주소에 대응되는 전력 수신기인 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 하나 이상의 전력 수신기들의 상태를 변경하는 단계는
    상기 비교 결과 새로운 전력 수신기가 검출된 경우 상기 새로운 전력 수신기에 대하여 식별 과정을 수행하는 단계를 포함하되,
    상기 검출된 새로운 전력 수신기는 상기 제 2 주기에서 획득된 패킷이 점유한 시간 슬롯들 중 상기 제 1 주기에서 획득된 패킷이 점유하지 않은 슬롯에 대응되는 전력 수신기인 것을 특징으로 하는 방법.
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