WO2015064915A1 - 무선 전력 전송 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

무선 전력 전송 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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WO2015064915A1
WO2015064915A1 PCT/KR2014/008853 KR2014008853W WO2015064915A1 WO 2015064915 A1 WO2015064915 A1 WO 2015064915A1 KR 2014008853 W KR2014008853 W KR 2014008853W WO 2015064915 A1 WO2015064915 A1 WO 2015064915A1
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WO
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power
wireless power
receiver
transmitter
wireless
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PCT/KR2014/008853
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정병상
채범석
박용철
김경환
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엘지전자 주식회사
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    • H02J50/90—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving detection or optimisation of position, e.g. alignment

Definitions

  • the present specification relates to a wireless power transmission apparatus and a control method thereof.
  • the wireless power receiver for receiving energy wirelessly may be directly driven by the received wireless power, or may be driven by the charged power by charging a battery using the received wireless power.
  • the Wireless Power Consortium which discusses the technology of magnetic induction wireless power transfer, stated on April 12, 2010, the "Wireless Power Transfer System Manual, Volume 1, on Interoperability in Wireless Power Transfer. 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) "standard document.
  • the standard document of the wireless power consultant describes a method of transferring power from one wireless power transmitter to one wireless power receiver by a magnetic induction method.
  • An object of the present disclosure is to provide a wireless power transmitter and a control method thereof capable of detecting the presence or absence of an external metal material as well as the amount of power consumed by the external metal material.
  • Another object of the present specification is to provide a wireless power transmitter and a control method thereof capable of detecting various information related to an external material.
  • the present specification is another object to provide a wireless power transmitter and a control method capable of one-to-one communication safely.
  • the wireless power transmitter is a wireless power transmitter for transmitting wireless power to an electronic device to which a wireless power receiver is applied, the power supply unit supplying an input voltage and supplying power for the operation of the electronic device.
  • a power transmission control unit for generating a driving signal;
  • a power converter configured to transmit wireless power to the wireless power receiver by forming a wireless power signal based on the supplied input voltage and the switching operation by the driving signal, wherein the power transmission controller is lost due to an external metal material.
  • the detected power may be detected, and information indicating the detected power may be output.
  • the power transmission control unit may generate error information indicating that power is lost due to the external metal material when the power lost due to the external metal material is detected, and the error information is generated. It may be displayed on the display unit of the wireless power transmitter.
  • the power transmission controller controls the wireless power receiver so that the wireless power receiver blocks the reception of the wireless power, and drives the LC resonant circuit of the wireless power transmitter.
  • the total amount of power lost by the wireless power transmitter may be detected at a stop point, and the difference between the detected total amount of lost power and the inherent power loss of the wireless power transmitter may be determined as the amount of power consumed by the external metal material. have.
  • the display unit may further include a display unit displaying the amount of power consumed by the external metallic material.
  • the power transmission controller may include a frequency value for driving an LC resonant circuit of the wireless power transmitter, an inductor L value of the LC resonant circuit of the wireless power transmitter, and the wireless power.
  • the total amount of lost power can be detected based on the current value of the LC resonant circuit of the transmitter.
  • the current value of the LC resonant circuit of the wireless power transmitter is a first predetermined time or a predetermined number of cycles has elapsed from the point of stopping driving the LC resonant circuit of the wireless power transmitter.
  • a first current value of the inductor L detected at a first time point and a second predetermined time or a second time point when a predetermined number of cycles have elapsed from when the LC resonant circuit of the wireless power transmitter stops driving.
  • a difference value of the second current value of the inductor L may be represented, and the first time point may be earlier than the second time point.
  • the power transmission controller may be configured to temporarily stop driving the LC resonant circuit of the wireless power transmitter when the wireless power receiver is not connected to the wireless power transmitter.
  • the attenuation coefficient of the resonance energy of the LC resonance circuit of the wireless power transmitter may be detected, and the presence or absence of the external metal material may be determined based on the detected attenuation coefficient and the reference attenuation coefficient.
  • the power transmission control unit is configured to block the reception of the wireless power by the wireless power receiver when the wireless power receiver is connected to the wireless power transmitter.
  • the attenuation coefficient of the resonance energy of the LC resonant circuit of the wireless power transmitter is detected, and the detected attenuation coefficient and the reference attenuation coefficient are detected. Based on the determination of the presence or absence of the external metal material.
  • the power transmission control unit may detect power causing heat generation of the external metallic material.
  • a method of controlling a wireless power transmitter for transmitting wireless power to an electronic device to which a wireless power receiver is applied, the method for supplying power for the operation of the electronic device A half frame generating a drive signal; Forming a wireless power signal based on an input voltage and a switching operation by the driving signal to transmit wireless power to the wireless power receiver; Detecting power lost due to the external metallic material; And outputting information representing the detected power.
  • a wireless power transmitter capable of wirelessly transmitting and receiving power, periodically generating a power supply unit for supplying power to wirelessly transmit power to a receiver and a waveform of a specific frequency, And a power transmission control unit for measuring the attenuation coefficient, and measuring the amount of change in the attenuation coefficient in each period to determine the type of the external material, wherein the power transmission control unit is configured to transmit to the receiving device based on the type of the external material. It is characterized by determining whether to transmit power wirelessly.
  • the power transmission control unit detects a change amount of the attenuation coefficient that changes according to the period of the waveform, and when the change amount of the attenuation coefficient matches a preset reference change amount, It is determined that the receiving device receives the power, characterized in that for transmitting power wirelessly to the receiving device.
  • the wireless communication unit may further include a wireless communication unit configured to wirelessly communicate with the receiving device, and the power transmission control unit is the wireless communication unit when the external material receives the wireless power. And transmitting communication information related to a predetermined amount of power and communication to the receiving apparatus so that communication is performed.
  • the power transmission controller may wirelessly transmit power to the receiver.
  • the power transmission control unit receives power amount information to receive wireless power from the receiving device through the connected communication, and controls the power supply unit to supply power based on the power amount information. It is characterized by.
  • the power transmission controller when the power transmission control unit receives alignment state information indicating that the alignment state of the receiving device has been changed from the receiving device through the connected communication, the power transmission controller is configured to supply power to the receiving device. It is characterized by stopping.
  • the power transmission controller periodically generates a waveform of the specific frequency, and when a frequency different from a preset resonance frequency is detected, based on the characteristic of the other frequency, selects a kind of external material. It is characterized by judging.
  • the power transmission control unit detects a type of the external material based on a characteristic of the other frequency, and determines an amount of power to transmit power wirelessly based on the type of the external material. It features.
  • the power transmission control unit detects a capacity of the external material based on a change rate of the attenuation coefficient of the other frequency.
  • a wireless charging system for wirelessly transmitting power comprising: a transmitter configured to wirelessly transmit power and a receiver configured to receive wireless power from the transmitter, wherein the transmitter wirelessly transmits power to the receiver.
  • the transmitting apparatus further includes a wireless communication unit configured to wirelessly communicate with the receiving apparatus, and the power transmission control unit is configured to communicate with the receiving apparatus before wirelessly transmitting power to the receiving apparatus. And transmitting communication information and a predetermined amount of power to the receiving device so as to communicate wirelessly.
  • the power transmission control unit transmits the communication information and a predetermined amount of power by using a frequency higher than a resonance frequency of the transmitter.
  • the power transmission control unit supplies the power to transmit power based on the amount of power received from the receiving apparatus through the communication, when communication with the receiving apparatus is connected based on the communication information. It is characterized by controlling the wealth.
  • the power transmission control unit may control the power supply unit to stop the power being transmitted when a request signal is received from the receiving device to stop power transmission.
  • the receiver generates the request signal based on at least one of a voltage value, a voltage drop time, and a current value of the receiver.
  • a wireless power transmission method of a wireless power transmitter for transmitting power wirelessly comprising: periodically generating a waveform of a specific frequency and changing the amount of attenuation coefficient in each period of the specific frequency ⁇ waveform by wireless power. Detecting a power receiving device for receiving a signal; and if the power receiving device is detected, communicating communication connection information and power to be used for a communication module of a receiver to communicate with the transmitting device; Connecting a communication with the receiving device using; And receiving power amount information to be transmitted wirelessly from a receiving device using the connected communication, and wirelessly transmitting power based on the received power amount information.
  • the detecting of the power receiving device may include: A waveform of frequency is generated periodically, and the attenuation rate is measured in each period, and the receiver is detected using the amount of change in the plurality of attenuation rates.
  • the alignment state of the receiver is determined by using a waveform having a frequency different from that of the resonant frequency of the transmitter.
  • the communication connection information in the transmitting of the communication connection information to the power receiver, may be transmitted using a frequency higher than a resonance frequency of the transmitter.
  • the transmission device may be in one-to-one communication with the reception device.
  • the step of wirelessly transmitting power to the receiving device is based on receiving a request signal to stop the transmission of power from the receiving device through the communication. It is characterized by.
  • FIG. 1 is an exemplary view conceptually illustrating a wireless power transmitter and an electronic device according to embodiments of the present disclosure.
  • FIGS. 2 (a) and 2 (b) are block diagrams illustrating the configuration of a wireless power transmitter and an electronic device employable in the embodiments disclosed herein, respectively.
  • FIG. 3 illustrates a concept of wirelessly transferring power from a wireless power transmitter to an electronic device according to an inductive coupling method.
  • 4A and 4B are exemplary block diagrams illustrating a part of a configuration of an electromagnetic induction type wireless power transmitter and an electronic device that may be employed in the embodiments disclosed herein.
  • FIG. 5 is a block diagram of a wireless power transmitter configured to have one or more transmitting coils receiving power according to an inductive coupling scheme that may be employed in the embodiments disclosed herein.
  • FIG. 6 illustrates a concept in which power is wirelessly transmitted from a wireless power transmitter to an electronic device according to a resonance coupling method.
  • FIGS. 7A and 7B are exemplary block diagrams illustrating a part of a configuration of a wireless power transmitter and an electronic device of a resonance type that may be employed in the embodiments disclosed herein.
  • FIG. 8 is a block diagram of a wireless power transmitter configured to have one or more transmitting coils receiving power in accordance with a resonant coupling scheme employable in embodiments disclosed herein.
  • FIG. 9 is a block diagram illustrating a wireless power transmitter further including an additional configuration in addition to the configuration illustrated in FIG. 2A.
  • FIG. 10 illustrates a configuration when the electronic device according to the embodiments disclosed herein is implemented in the form of a mobile terminal.
  • FIG. 11 illustrates a concept of transmitting and receiving a packet between a wireless power transmitter and an electronic device through modulation and demodulation of a wireless power signal in wireless power transmission disclosed herein.
  • FIG. 12 illustrates a method of displaying data bits and bytes in which the wireless power transmitter configures a power control message.
  • FIG. 13 illustrates a packet including a power control message used in a wireless power delivery method according to embodiments disclosed herein.
  • FIG. 14 illustrates operating states of a wireless power transmitter and an electronic device according to embodiments disclosed herein.
  • 15 to 19 illustrate a structure of packets including a power control message between the wireless power transmitter and the electronic device.
  • 20 is an exemplary view illustrating a cause of heat generation of an external metallic material located in the wireless power transmitter 100 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 21 is an exemplary view illustrating an external metal material positioned between a wireless power transmitter using a linkage flux and the wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.
  • 22A and 22B are exemplary views illustrating a change in inductor (L) current when an inverter of the wireless power transmitter drives an LC resonance circuit and stops driving temporarily according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 illustrates attenuation curves of resonance energy when the LC resonant circuit of the wireless power transmitter is stopped while the wireless power receiver 200 and the wireless power transmitter are not provided with an external metallic material.
  • FIG. 26 illustrates attenuation curves of resonance energy when the LC resonance circuit of the wireless power transmitter is stopped while only the wireless power receiver and the wireless power transmitter are present without an external metallic material.
  • FIG. 27 is a view illustrating waveforms in which the current waveforms of FIG. 23 and the current waveforms of FIG. 26 overlap.
  • 29 is another exemplary diagram showing the attenuation curve (damping coefficient) of the resonance energy.
  • FIG. 30 is a flowchart illustrating a method of determining the presence or absence of the external metal material according to an embodiment of the present invention.
  • 31 is a flowchart illustrating another method of determining the presence or absence of the external metallic material according to an embodiment of the present invention.
  • 32 is a flowchart illustrating a method of detecting a type of external substance, an alignment state of a receiver, and a capacity based on a change rate per period of attenuation coefficient.
  • 33 is a flowchart illustrating a method of performing communication in a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.
  • 34 is a flowchart illustrating a method of stopping power transmission wirelessly.
  • FIGS. 35, 36, and 37 are graphs showing that the attenuation coefficients change according to the type of external material
  • FIGS. 38, 39, and 40 are graphs showing the change of the attenuation coefficients for each period when there is a receiver. .
  • the technology disclosed herein applies to wireless power transmission.
  • the technology disclosed herein is not limited thereto, and may be applied to all power transmission systems and methods, wireless charging circuits and methods, and other methods and devices using wirelessly transmitted power to which the technical spirit of the technology may be applied. .
  • first and second may be used to describe various components, but the components 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 the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • One-way communication A communication method in which a receiver sends only necessary messages toward the transmitter
  • Bidirectional communication A method of communication in which a transmitter is a receiver and a receiver is a transmitter, that is, a message can be transmitted from both sides
  • the transmitter and the receiver have the same meaning as the transmitter and the receiver, respectively.
  • these terms may be used interchangeably.
  • Wireless power transmitter and wireless power receiver conceptual diagram
  • FIG. 1 is an exemplary view conceptually showing a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to embodiments of the present invention.
  • the wireless power transmitter 100 may be a power transmission device that transfers power wirelessly required by the wireless power receiver 200.
  • the wireless power transmitter 100 may be a wireless charging device that charges a battery of the wireless power receiver 200 by transferring power wirelessly.
  • the wireless power transmitter 100 may be implemented as various types of devices that deliver power to the wireless power receiver 200 that requires power in a non-contact state.
  • the wireless power receiver 200 is a device capable of operating by wirelessly receiving power from the wireless power transmitter 100.
  • the wireless power receiver 200 may charge the battery using the received wireless power.
  • the wireless power receiver for wirelessly receiving power described in the present specification includes all portable electronic devices such as an input / output device such as a keyboard, a mouse, an auxiliary output device for video or audio, and a mobile phone, a cellular phone, a smart device.
  • portable electronic devices such as an input / output device such as a keyboard, a mouse, an auxiliary output device for video or audio, and a mobile phone, a cellular phone, a smart device.
  • Smart phones, personal digital assistants (PDAs), portable multimedia players (PMPs), tablets, and multimedia devices should be interpreted in a comprehensive sense.
  • the wireless power receiver 200 may be a mobile communication terminal (eg, a mobile phone, a cellular phone, a tablet) or a multimedia device, as described below.
  • a mobile communication terminal eg, a mobile phone, a cellular phone, a tablet
  • a multimedia device as described below.
  • the wireless power transmitter 100 may wirelessly transfer power to the wireless power receiver 200 without contact with each other by using one or more wireless power transfer methods. That is, the wireless power transmitter 100 has an inductive coupling based on magnetic induction caused by the wireless power signal and a magnetic resonance coupling based on an electromagnetic resonance caused by a wireless power signal having a specific frequency. Power may be delivered using one or more of the following methods.
  • the wireless power transmission by the inductive coupling method is a technology for wirelessly transmitting power by using a primary coil and a secondary coil, and the electric power is induced by inducing a current to the other coil through a magnetic field that is changed in one coil by a magnetic induction phenomenon. Say it is being delivered.
  • resonance occurs in the wireless power receiver 200 by a wireless power signal transmitted from the wireless power transmitter 100, and the wireless power transmitter is caused by the resonance phenomenon.
  • the power is transmitted from the 100 to the wireless power receiver 200.
  • FIGS. 2A and 2B are block diagrams exemplarily illustrating configurations of the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 that may be employed in the embodiments disclosed herein.
  • the wireless power transmitter 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 converter 111 converts the power supplied from the transmission power supply 190 into a wireless power signal and transmits the converted power to the wireless power receiver 200.
  • the wireless power signal transmitted by the power converter 111 is formed in the form of a magnetic field or an electromagnetic field having an oscillation characteristic.
  • the power converter 111 may be configured to include a coil for generating the wireless power signal.
  • the power converter 111 may include a component for forming a wireless power signal of a different type according to each power transmission scheme.
  • the power converter 111 may be configured to include a primary coil that forms a changing magnetic field to induce a current in the secondary coil of the wireless power receiver 200 according to an inductive coupling method.
  • the power converter 111 may be configured to include a coil (or antenna) for forming a magnetic field having a specific resonance frequency in order to generate a resonance phenomenon in the wireless power receiver 200 according to a resonance coupling method. have.
  • the power converter 111 may transfer power using at least one of the above-described inductive coupling method and resonance coupling method.
  • FIGS. 4A, 4B and 5 For those following the inductive coupling method among the components included in the power converter 111, refer to FIGS. 4A, 4B and 5, and those with the resonance coupling method with reference to FIGS. 7 and 8. It will be described later.
  • the power converter 111 may be configured to further include a circuit that can adjust the characteristics such as the frequency, applied voltage, current used to form the wireless power signal.
  • the power transmission control unit 112 controls each component included in the power transmission unit 110.
  • the power transmission control unit 112 may be implemented to be integrated with another control unit (not shown) that controls the wireless power supply device 100.
  • the wireless power signal can reach the area can be divided into two.
  • an active area refers to an area through which a wireless power signal passing power to the wireless power receiver 200 passes.
  • a semi-active area refers to a region of interest in which the wireless power transmitter 100 may detect the existence of the wireless power receiver 200.
  • the power transmission control unit 112 may detect whether the wireless power receiver 200 is placed or removed in the active area or the detection area. Specifically, the power transmission control unit 112 uses the wireless power signal formed by the power conversion unit 111, or the wireless power receiver 200 to the active area or the detection area by a sensor provided separately. It can be detected whether it is deployed.
  • the power transmission controller 112 is affected by the wireless power signal due to the wireless power receiver 200 present in the sensing area, thereby forming the wireless power signal of the power converter 111.
  • the presence of the wireless power receiver 200 may be detected by monitoring whether a characteristic of power for the power is changed.
  • the active area and the sensing area may vary according to a wireless power transmission method such as an inductive coupling method and a resonance coupling method.
  • the power transmission control unit 112 may perform a process of identifying the wireless power receiver 200 or determine whether to start wireless power transmission according to a result of detecting the existence of the wireless power receiver 200. have.
  • the power transmission control unit 112 may determine one or more characteristics of the frequency, voltage, and current of the power conversion unit 111 for forming the wireless power signal. The determination of the characteristic may be made by the condition of the wireless power transmitter 100 side or by the condition of the wireless power receiver 200 side.
  • the power transmission control unit 112 may receive a power control message from the wireless power receiver 200.
  • the power transmission control unit 112 may determine one or more characteristics of the frequency, voltage, and current of the power conversion unit 111 based on the received power control message, and other control based on the power control message. You can perform the operation.
  • the power transmission control unit 112 may form the wireless power signal according to a power control message including at least one of rectified power amount information, charging state information, and identification information of the wireless power receiver 200. Can be used to determine the characteristics of one or more of the frequencies, currents, and voltages used.
  • the wireless power transmitter 100 may perform a general control operation related to wireless power transfer based on the power control message.
  • the wireless power transmitter 100 may receive information to be output audibly or visually related to the wireless power receiver 200 or receive information necessary for authentication between devices through the power control message. It may be.
  • the power transmission control unit 112 may use at least one of a method of receiving through the wireless power signal and a method of receiving other user data.
  • the wireless power transmitter 100 may further include a power demodulation / demodulation unit 113 electrically connected to the power converter 111. .
  • the demodulation unit 113 may be used to demodulate the wireless power signal modulated by the wireless power receiver 200 to receive the power control message.
  • the power transmission control unit 112 receives the user data including the power control message by a communication means (not shown) included in the wireless power transmitter 100 to control the power control message. May be obtained.
  • the power transmission control unit 112 may transmit data to the wireless power receiver 200.
  • the data transmitted by the power transmission control unit 112 may be a request for the wireless power receiver 200 to send a power control message.
  • the wireless power receiver 200 is configured to include a power supply unit 290.
  • the power supply unit 290 supplies power required for the operation of the wireless power receiver 200.
  • the power supply unit 290 may include a power receiver 291 and a power receiving control unit 292.
  • the power receiver 291 receives power transmitted wirelessly from the wireless power transmitter 100.
  • the power receiver 291 may include components required to receive the wireless power signal according to a wireless power transfer method.
  • the power receiver 291 may receive power according to one or more wireless power transfer schemes.
  • the power receiver 291 may include components required for each scheme.
  • the power receiver 291 may be configured to include a coil for receiving a wireless power signal transmitted in the form of a magnetic or electromagnetic field having a vibrating characteristic.
  • the power receiver 291 may include a secondary coil in which a current is induced by a changing magnetic field.
  • the power receiver 291 may include a coil and a resonance circuit in which a resonance phenomenon is generated by a magnetic field having a specific resonance frequency as a component according to a resonance coupling method.
  • the power receiver 291 when the power receiver 291 receives power according to one or more wireless power transfer schemes, the power receiver 291 is implemented to receive using one coil, or differently formed according to each power transfer scheme. It may be implemented to receive using a coil.
  • the power receiver 291 may further include a rectifier and a regulator for converting the wireless power signal into a direct current.
  • the power receiver 291 may further include a circuit for preventing overvoltage or overcurrent from occurring by the received power signal.
  • the power reception control unit 292 controls each component included in the power supply unit 290.
  • the power reception control unit 292 may transmit a power control message to the wireless power transmitter 100.
  • the power control message may instruct the wireless power transmitter 100 to start or end the transmission of the wireless power signal.
  • the power control message may instruct the wireless power transmitter 100 to adjust characteristics of the wireless power signal.
  • the power reception control unit 292 may use at least one of a method of transmitting through the wireless power signal and a method of transmitting through other user data.
  • the wireless power receiver 200 may be configured to further include a power demodulation / demodulation unit 293 electrically connected to the power receiver 291.
  • the modulation and demodulation unit 293 may be used to transmit the power control message through the wireless power signal as in the case of the wireless power transmitter 100 described above.
  • the modulation and demodulation unit 293 may be used as a means for adjusting a current and / or a voltage flowing through the power converter 111 of the wireless power transmitter 100.
  • a description will be given of a method used by each of the demodulation units 113 and 293 of the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 to transmit and receive a power control message via a wireless power signal. do.
  • the wireless power signal formed by the power converter 111 is received by the power receiver 291.
  • the power reception control unit 292 controls the modulation / demodulation unit 293 on the wireless power receiver 200 side to modulate the wireless power signal.
  • the power reception control unit 292 may perform a modulation process so that the amount of power received from the wireless power signal is changed by changing the reactance of the modulation and demodulation unit 293 connected to the power reception unit 291. have.
  • the 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 converter 111 forming the wireless power signal.
  • the demodulation unit 113 on the side of the wireless power transmitter 100 senses a change in current and / or voltage of the power converter 111 and performs a demodulation process.
  • the power reception control unit 292 generates a packet including a power control message to be transmitted to the wireless power transmitter 100 to modulate the wireless power signal to include the packet, and the power The transmission controller 112 may acquire the power control message included in the packet by decoding the packet based on a result of the demodulation process performed by the modulation / demodulator 113.
  • the power reception control unit 292 transmits the user data including the power control message by a communication means (not shown) included in the wireless power receiver 200 to control the power control message. May be transmitted to the wireless power transmitter 100.
  • the power receiving control unit 292 may receive data transmitted from the wireless power transmitter 100.
  • the data transmitted from the wireless power transmitter 100 may request to transmit a power control message.
  • the power supply unit 290 may be configured to further include a charging unit 298 and a battery 299.
  • the wireless power receiver 200 which is supplied with power for operation from the power supply unit 290 operates by the power delivered from the wireless power transmitter 100 or uses the transferred power to the battery. After charging the battery 299, the battery 299 may operate by power charged in the battery 299. In this case, the power receiving control unit 292 may control the charging unit 298 to perform charging by using the transferred power.
  • FIG. 3 illustrates a concept of wirelessly transferring power from a wireless power transmitter to a wireless power receiver according to an inductive coupling method.
  • the power transfer of the wireless power transmitter 100 follows an inductive coupling method
  • the intensity of the current flowing in the primary coil in the power transmitter 110 changes
  • the primary coil is changed by the current.
  • the magnetic field passing through changes.
  • the changed magnetic field generates induced electromotive force on the secondary coil side in the wireless power receiver 200.
  • the power converter 111 of the wireless power transmitter 100 is configured to include a transmission coil (Tx coil) 1111a that acts as a primary coil in magnetic induction.
  • the power receiver 291 of the wireless power receiver 200 is configured to include a Rx coil (2911a) to operate as a secondary coil in magnetic induction.
  • the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 are located such that the transmitting coil 1111a of the wireless power transmitter 100 and the receiving coil of the wireless power receiver 200 are close to each other. Place it.
  • the power transmission control unit 112 controls the current of the transmitting coil 1111a to be changed
  • the power receiving unit 291 uses the electromotive force induced in the receiving coil 2911a to provide the wireless power receiver ( 200 to control the power supply.
  • the efficiency of wireless power transfer by the inductive coupling method has little influence on the frequency characteristics, but alignment between the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 including each coil. And distance.
  • the wireless power transmitter 100 may be configured to include an interface surface (not shown) in the form of a flat surface for wireless power transfer by an inductive coupling method.
  • One or more wireless power receivers may be placed on top of the interface surface, and the transmitting coil 1111a may be mounted on the bottom of the interface surface.
  • a vertical spacing is formed at the lower portion of the interface surface between the mounted transmitting coil 1111a and the receiving coil 2911a of the wireless power receiver 200 located above the interface surface. The distance between the coils is small enough so that the wireless power transfer by the inductive coupling method can be made efficiently.
  • an array indicating unit (not shown) indicating a position where the wireless power receiver 200 is placed may be formed on the interface surface.
  • the alignment indicator indicates the position of the wireless power receiver 200 in which an arrangement between the transmitting coil 1111a and the receiving coil 2911a mounted below the interface surface can be suitably made.
  • the arrangement indicating unit may be a simple mark or may be formed in the form of a protruding structure that guides the position of the wireless power receiver 200.
  • the arrangement indicator may be formed in the form of a magnetic material such as a magnet mounted on the lower portion of the interface surface, such that the coils are arranged by mutual attraction with the magnetic material of the other pole mounted inside the wireless power receiver 200. You can also guide to achieve this.
  • the wireless power transmitter 100 may be formed to include one or more transmission coils.
  • the wireless power transmitter 100 may increase power transmission efficiency by selectively using a portion of the one or more transmission coils that are suitably arranged with the receiving coil 2911a of the wireless power receiver 200.
  • a wireless power transmitter 100 including the one or more transmission coils will be described below with reference to FIG. 5.
  • FIG. 4A and 4B are exemplary block diagrams illustrating some of the configurations of the magnetic induction wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 that may be employed in the embodiments disclosed herein.
  • a configuration of the power transmission unit 110 included in the wireless power transmitter 100 will be described with reference to FIG. 4A, and the power supply unit included in the wireless power receiver 200 will be described with reference to FIG. 4B.
  • the configuration of 290 will be described.
  • the power converter 111 of the wireless power transmitter 100 may be configured to include a transmission coil (Tx coil) 1111a and an inverter 1112.
  • the transmitting coil 1111a forms a magnetic field corresponding to the wireless power signal according to the change of the current.
  • the transmission coil 1111a may be implemented in a planar spiral type or a cylindrical solenoid type.
  • the inverter 1112 transforms a DC input obtained from the power supply unit 190 into an AC waveform.
  • the alternating current transformed by the inverter 1112 drives a resonant circuit including the transmitting coil 1111a and a capacitor (not shown) so that a magnetic field is formed in the transmitting coil 1111a. .
  • the power conversion unit 111 may be configured to further include a positioning unit 1114.
  • the positioning unit 1114 may move or rotate the transmitting coil 1111a to increase the efficiency of wireless power transfer by the inductive coupling method. This is because, as described above, the power transfer by the inductive coupling method (alignment) and the distance between the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 including the primary and secondary coils ( distance). In particular, the location determiner 1114 may be used when the wireless power receiver 200 does not exist within an active area of the wireless power transmitter 100.
  • the position determiner 1114 has a distance between the centers of the transmitting coil 1111a of the wireless power transmitter 100 and the receiving coil 2911a of the wireless power receiver 200.
  • a driving unit (not shown) which moves the transmitting coil 1111a to be within a predetermined range, or rotates the transmitting coil 1111a such that the center of the transmitting coil 1111a and the receiving coil 2911a overlap. It can be configured to.
  • the wireless power transmitter 100 may further include a position detection unit (not shown) made of a sensor for detecting the position of the wireless power receiver 200, the power transmission control unit 112 may control the location determiner 1114 based on the location information of the wireless power receiver 200 received from the location sensor.
  • a position detection unit (not shown) made of a sensor for detecting the position of the wireless power receiver 200
  • the power transmission control unit 112 may control the location determiner 1114 based on the location information of the wireless power receiver 200 received from the location sensor.
  • the power transmission control unit 112 receives control information on the arrangement or distance from the wireless power receiver 200 through the modulation / demodulation unit 113, and controls information on the received arrangement or distance.
  • the positioning unit 1114 may be controlled based on the control.
  • the position determiner 1114 may determine which of the plurality of transmission coils will be used for power transmission.
  • the configuration of the wireless power transmitter 100 including the plurality of transmission coils will be described later with reference to FIG. 5.
  • the power converter 111 may be configured to further include a power sensing unit 1115.
  • the power sensing unit 1115 of the wireless power transmitter 100 monitors a current or voltage flowing through the transmission coil 1111a.
  • the power sensing unit 1115 is for checking whether the wireless power transmitter 100 operates normally.
  • the power sensing unit 1115 detects a voltage or current of a power supplied from the outside and determines whether the detected voltage or current exceeds a threshold. You can check it.
  • the power sensing unit 1115 compares a resistance for detecting a voltage or current of a power source supplied from an external source with a threshold value of a voltage value or a current value of the detected power source, and outputs a comparison result. It may include a comparator. Based on the check result of the power sensing unit 1115, the power transmission control unit 112 may control a switching unit (not shown) to cut off power applied to the transmission coil 1111a.
  • the power supply unit 290 of the wireless power receiver 200 may be configured to include a receiving coil (Rx coil) 2911a and a rectifier circuit 2913.
  • the current is induced in the receiving coil 2911a by the change in the magnetic field formed from the transmitting coil 1111a.
  • the implementation form of the receiving coil 2911a may be in the form of a flat spiral or a cylindrical solenoid, as in the case of the transmitting coil 1111a.
  • series and parallel capacitors may be connected to the receiving coil 2911a to increase reception efficiency of 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 rectifier circuit 2913 performs full-wave rectification on the current to convert an alternating current into a direct current.
  • the rectifier circuit 2913 may be implemented as, for example, a full bridge rectifier circuit consisting of four diodes or a circuit using active components.
  • the rectifier circuit 2913 may further include a smoothing circuit (regulator) to make the rectified current to a more flat and stable direct current.
  • the output power of the rectifier circuit 2913 is supplied to each component of the power supply 290.
  • the rectifier circuit 2913 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 such as the charging unit 298). (DC-DC converter) may further include.
  • the modulation and demodulation unit 293 is connected to the power receiver 291, and may be configured as a resistive element having a change in resistance with respect to a DC current, and configured as a capacitive element having a reactance with respect to an alternating current. Can be.
  • the power reception control unit 292 may modulate the wireless power signal received by the power reception unit 291 by changing the resistance or reactance of the modulation and demodulation unit 293.
  • the power supply unit 290 may be configured to further include a power sensing unit 2914.
  • the power sensing unit 2914 of the wireless power receiver 200 monitors the voltage and / or current of the power rectified by the rectifying circuit 2913, and as a result of the monitoring, the voltage and / or voltage of the rectified power. When the current exceeds a threshold, the power reception control unit 292 transmits a power control message to the wireless power transmitter 100 to deliver appropriate power.
  • Wireless power transmitter comprising one or more transmitting coils
  • FIG. 5 is a block diagram of a wireless power transmitter configured to have one or more transmitting coils receiving power according to an inductive coupling scheme that may be employed in the embodiments disclosed herein.
  • the power converter 111 of the wireless power transmitter 100 may be composed of one or more transmission coils 1111a-1 to 1111a-n.
  • the one or more transmitting coils 1111a-1 to 1111a-n may be an array of partly overlapping primary coils.
  • An active area may be determined by some of the one or more transmitting coils.
  • the one or more transmitting coils 1111a-1 to 1111a-n may be mounted below the interface surface.
  • the power converter 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 When the position of the wireless power receiver 200 placed on the upper surface of the interface is detected, the power transmission control unit 112 considers the sensed position of the wireless power receiver 200 to determine the one or more transmission coils ( The multiplexer 1113 may be controlled to connect coils which may be in an inductive coupling relationship with the receiving coil 2911a of the wireless power receiver 200 among 1111a-1 to 1111a-n.
  • the power transmission control unit 112 may obtain location information of the wireless power receiver 200.
  • the power transmission control unit 112 may acquire the position of the wireless power receiver 200 on the interface surface by the position sensing unit (not shown) included in the wireless power transmitter 100. Can be.
  • the power transmission control unit 112 may use the one or more transmission coils 1111a-1 to 1111a-n, respectively, to indicate a power control message indicating the strength of a wireless power signal from an object on the interface surface; Obtain location information of the wireless power receiver 200 by receiving a power control message indicating the identification information of the object and determining which one of the one or more transmission coils is close to the location of the one or more transmission coils based on the received result. You may.
  • the active area is a part of the interface surface, it means a portion that can pass a high-efficiency magnetic field when the wireless power transmitter 100 wirelessly transfers power to the wireless power receiver 200. Can be.
  • a single transmitting coil or a combination of one or more transmitting coils 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 active region based on the detected position of the wireless power receiver 200, establishes a connection of a main cell corresponding to the active region, and establishes the wireless power receiver ( The multiplexer 1113 may be controlled such that the receiving coil 2911a of the 200 and the coils belonging to the main cell may be in an inductive coupling relationship.
  • the power converter 111 may further include an impedance matching unit (not shown) for adjusting the impedance to form a resonant circuit with the connected coils.
  • an impedance matching unit (not shown) for adjusting the impedance to form a resonant circuit with the connected coils.
  • FIG. 6 illustrates a concept in which power is wirelessly transferred from a wireless power transmitter to a wireless power receiver according to a resonance coupling method.
  • Resonance refers to a phenomenon in which the vibration system receives a periodic external force having the same frequency as its natural frequency, and the amplitude increases markedly.
  • Resonance is a phenomenon that occurs in all vibrations, including mechanical and electrical vibrations. In general, when a force capable of vibrating the vibration system from the outside, if the natural frequency of the vibration system and the frequency of the force applied from the outside is the same, the vibration is severe and the amplitude is also large.
  • inductors and capacitors can be used to create resonant circuits.
  • the magnetic field having a specific vibration frequency is formed by the AC power in the power transmission unit 110.
  • a resonance phenomenon occurs in the wireless power receiver 200 by the formed magnetic field, power is generated in the wireless power receiver 200 by the resonance phenomenon.
  • the resonance frequency may 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 may be determined by the number of rotations of the coil, etc.
  • the capacitance may be determined by the distance, area, etc. between the coils.
  • a capacitive resonance circuit other than the coil may be configured to be connected.
  • the power converter 111 of the wireless power transmitter 100 may include a transmission coil 1111b in which a magnetic field is formed. It may be configured to include a resonant circuit 1116 connected to the transmitting coil 1111b and for determining a specific vibration frequency.
  • the resonant circuit 1116 may be implemented using capacitors, and the specific vibration frequency is determined based on the inductance of the transmission coil 1111b and the capacitance of the resonant circuit 1116.
  • the circuit element of the resonant circuit 1116 may be configured in various forms so that the power converter 111 may form a magnetic field, and may be connected in parallel with the transmission coil 1111b as shown in FIG. 6. It is not limited.
  • the power receiver 291 of the wireless power receiver 200 includes a resonance circuit 2912 and a Rx coil configured to cause a resonance phenomenon by a magnetic field formed in the wireless power transmitter 100.
  • the resonant circuit 2912 may also be implemented using a capacitive circuit, and the resonant circuit 2912 is determined based on the inductance of the receiving coil 2911b and the capacitance of the resonant circuit 2912.
  • the resonance frequency is configured to be equal to the resonance frequency of the formed magnetic field.
  • the circuit element of the resonant circuit 2912 may be configured in various forms such that the power receiver 291 may cause resonance by the magnetic field, and is connected in series with the receiving coil 2911b as shown in FIG. 6. It is not limited in form.
  • the specific vibration frequency in the wireless power transmitter 100 may be obtained by using Equation 1 with LTx and CTx.
  • Equation 1 when the result of substituting LRX and CRX of the wireless power receiver 200 into Equation 1 is equal to the specific vibration frequency, resonance occurs in the wireless power receiver 200.
  • the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 each resonate at the same frequency, electromagnetic waves are transmitted through a near field, and if the frequencies are different, There is no energy transfer between devices.
  • the efficiency of the wireless power transfer by the resonance coupling method has a large influence on the frequency characteristic, while the arrangement between the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 including each coil and The effect of distance is relatively small compared to inductive coupling.
  • FIG. 7 is a block diagram exemplarily illustrating a part of the configuration of the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 of the resonance method that may be employed in the embodiments disclosed herein.
  • a configuration of the power transmitter 110 included in the wireless power transmitter 100 will be described with reference to FIG. 7A.
  • the power converter 111 of the wireless power transmitter 100 may be configured to include a transmission coil (Tx coil) 1111b, an inverter 1112, and a resonant circuit 1116.
  • the inverter 1112 may be configured to be connected to the transmitting coil 1111b and the resonant circuit 1116.
  • the transmitting coil 1111b may be mounted separately from the transmitting coil 1111a for transmitting power according to the inductive coupling method, but may also be configured to transmit power in an inductive coupling method and a resonance coupling method using one single coil.
  • the transmitting coil 1111b forms a magnetic field for transferring power, as described above.
  • vibration may occur.
  • the vibration frequency is based on the inductance of the transmission coil 1111b and the capacitance of the resonant circuit 1116. Can be determined.
  • the inverter 1112 transforms the DC input obtained from the power supply unit 190 into an AC waveform, and the modified AC current is applied to the transmission coil 1111b and the resonant circuit 1116.
  • the power converter 111 may be configured to further include a frequency adjuster 1117 for changing the resonance frequency value of the power converter 111. Since the resonant frequency of the power converter 111 is determined based on inductance and capacitance in the circuit constituting the power converter 111 by Equation 1, the power transmission controller 112 is the inductance and / or The resonance frequency of the power converter 111 may be determined by controlling the frequency adjusting unit 1117 to change the capacitance.
  • the frequency adjusting unit 1117 may include, for example, a motor capable of changing capacitance by adjusting a distance between capacitors included in the resonant circuit 1116, or the number of rotations of the transmission coil 1111b ( number of turns) or a motor that can change the inductance by adjusting its diameter, or can be configured to include active elements that determine the capacitance and / or inductance.
  • the power converter 111 may be configured to further include a power sensing unit 1115. Operation of the power sensing unit 1115 is the same as described above.
  • the power supply unit 290 may be configured to include the Rx coil 2911b and the resonant circuit 2912.
  • the power receiver 291 of the power supply unit 290 may be configured to further include a rectifier circuit 2913 for converting the alternating current generated by the resonance phenomenon into a direct current.
  • the rectifier circuit 2913 may be configured in the same manner as described above.
  • the power receiver 291 may be configured to 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 in the same manner as described above.
  • Wireless power transmitter comprising one or more transmitting coils
  • FIG. 8 is a block diagram of a wireless power transmitter configured to have one or more transmitting coils receiving power in accordance with a resonant coupling scheme employable in embodiments disclosed herein.
  • the power conversion unit 111 of the wireless power transmitter 100 is connected to one or more transmission coils 1111b-1 to 1111b-n and respective transmission coils. It may be configured to include the resonant circuit (1116-1 to 1116-n). In addition, the power converter 111 may further include a multiplexer 1113 for establishing and releasing connection of some of the one or more transmission coils 1111b-1 to 1111b-n. .
  • the one or more transmitting coils 1111b-1 to 1111b-n may be set to have the same resonant frequency, or some of them may be set to have different resonant frequencies. This is determined by what inductance and / or capacitance the resonant circuits 1116-1 through 1116-n respectively connected with the one or more transmitting coils 1111b-1 through 1111b-n have.
  • the frequency adjusting unit 1117 may change inductance and / or capacitance of the resonant circuits 1116-1 to 1116-n respectively connected to the one or more transmission coils 1111b-1 to 1111b-n. It can be configured to be.
  • FIG. 9 illustrates a concept of transmitting and receiving a packet between a wireless power transmitter and an electronic device through modulation and demodulation of a wireless power signal in wireless power transfer according to embodiments of the present disclosure.
  • the power converter 111 included in the wireless power transmitter 100 forms a wireless power signal.
  • the wireless power signal is formed through the transmission coil 1111 included in the power converter 111.
  • the wireless power signal 10a formed by the power converter 111 arrives at the electronic device 200 and is received through the power receiver 291 included in the electronic device 200.
  • the formed wireless power signal is received through the receiving coil 2911 included in the power receiver 291.
  • the power reception control unit 292 modulates the wireless power signal while the electronic device 200 receives the wireless power signal by controlling the modulation and demodulation unit 293 connected to the power reception unit 291. .
  • the wireless power signal forms a closed loop in a magnetic field or an electromagnetic field, so that the electronic device 200 performs the wireless operation.
  • the wireless power transmitter 100 may detect the modulated wireless power signal 10b.
  • the demodulation unit 113 may demodulate the sensed wireless power signal and decode the packet from the demodulated wireless power signal.
  • a modulation method used for communication between the wireless power transmitter 100 and the electronic device 200 may be amplitude modulation.
  • the modulation / demodulation unit 293 on the side of the electronic device 200 changes the amplitude of the wireless power signal 10a formed by the power conversion unit 111 so that the wireless power transmitter Modulation and demodulation unit 293 on the (100) side may be a backscatter modulation scheme for detecting the amplitude of the modulated wireless power signal 10b.
  • 10 illustrates a configuration for transmitting and receiving a power control message in wireless power transmission according to embodiments disclosed herein.
  • 11 illustrates the form of a signal in modulation and demodulation performed in wireless power transfer in accordance with embodiments disclosed herein.
  • the wireless power signal received through the power receiver 291 of the electronic device 200 is an unmodulated wireless power signal 51 as shown in FIG. 11A.
  • Resonant coupling is performed between the electronic device 200 and the wireless power transmitter 100 according to a resonance frequency set by the resonance forming circuit 2912 in the power receiver 291, and the receiving coil 2911b is connected to the electronic device 200.
  • the wireless power signal 51 is received through.
  • 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 modulator 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 modulation / demodulation unit 293 modulates the wireless power signal 51 to include a packet to be transmitted to the wireless power transmitter 100. In this case, the packet may be input to the active element 2932 in the modulation and demodulation unit 293.
  • the power transmission control unit 112 of the wireless power transmitter 100 demodulates the modulated wireless power signal 52 through an envelope detection process and decodes the detected signal 53. It decodes into digital data 54.
  • the demodulation process detects that a current or voltage flowing through the power converter 111 is divided into two states, a HI state and a LO state, by the modulated wireless power signal.
  • the electronic device 200 acquires a packet to be transmitted based on digital data classified according to FIG.
  • the power transmission control unit 112 detects an encoded bit from the envelope detected signal by using the clock signal CLK.
  • 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 non-return to zero (NRZ).
  • the bit encoding method may be bi-phase encoding.
  • the detected bit 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 for encoding data bit 1, and one state transition for encoding data bit 0. To have. That is, data bit 1 is encoded such that a transition between a HI state and a LO state occurs at a rising edge and a falling edge of the clock signal, and data bit 0 is HI at the rising edge of the clock signal.
  • the transition between state and LO state may be encoded to occur.
  • the power transmission control unit 112 may obtain data in units of bytes using a byte format constituting a packet from the detected bit string according to the bit encoding method.
  • the detected bit string may be transmitted using an 11-bit asynchronous serial format as shown in (c) of FIG. 11. That is, it may include a start bit for notifying the start of the byte and a stop bit for notifying the end of the byte, and include data bits b0 to b7 between the start bit and the end bit.
  • a parity bit may be added to check for errors in the data.
  • the byte data constitutes a packet including a power control message.
  • the wireless power receiver 200 transmits a packet using a carrier signal 10a formed by the wireless power transmitter 100, the wireless power transmission is illustrated.
  • the device 100 may also transmit data to the wireless power receiver 200 in a similar manner as above.
  • the power transmission control unit 112 may control the demodulation unit 113 to modulate data to be transmitted to the wireless power receiver 200 to be carried on the carrier signal 10a.
  • the power demodulation unit 293 controls the demodulation unit 293 to perform demodulation so that the power reception control unit 292 of the wireless power receiver 200 can acquire data from the modulated carrier signal 10a. Can be.
  • FIG. 12 illustrates a packet including a power control message used in a wireless power transfer method according to embodiments disclosed herein.
  • the wireless power transmitter 100 and the electronic device 200 may 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 may be determined based on a value indicated by a field indicating the type of data.
  • the header 511 may include an address field for identifying the 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 When the electronic device 200 intends to transmit the packet 510, the electronic device 200 generates the packet 510 such that the address field of the packet 510 indicates its own identification information. can do.
  • the message 512 includes data to be transmitted by the sender of the packet 510.
  • the data included in the message 512 may be a report, a request, or a response to the counterpart.
  • the command packet 510 may be configured as shown in FIG. 12B.
  • the header 511 included in the command packet 510 may be expressed in a constant size.
  • the header 511 may be two bytes in size.
  • the header 511 may be configured to include a reception address field.
  • the reception address field may be 6 bits in size.
  • the header 511 may be configured to include an operation command field (OCF) or an operation group field (OCF).
  • OGF is a value given to each group of commands for the electronic device 200
  • OCF is a value given to each command existing in each group in which the electronic device 200 is included.
  • the message 512 may be expressed by dividing the length field 5121 of the parameter and the value field 5122 of the parameter. 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 transmitter 100 and the electronic device 200 may include a preamble 520 and a checksum 530 for transmission to the command packet 510.
  • the data can be transmitted and received in the form.
  • the preamble 520 is used to synchronize the data received by the wireless power transmitter 100 and accurately detect the start bit of the command packet 510.
  • the preamble 520 may be configured such that the same bit is repeated.
  • the preamble 520 may be configured such that 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 while a power control message is being transmitted.
  • FIG. 13 illustrates operating states of the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 according to the embodiments disclosed herein.
  • 14 to 18 illustrate a structure of packets including a power control message between the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200.
  • an operation state of the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 for wireless power transmission may include a selection phase 610 and a detection phase 620. , Identification and configuration phase 630, and power transfer phase 640.
  • the wireless power transmitter 100 detects whether objects exist within a range in which power can be transmitted wirelessly, and in the detection state 620, the wireless power transmitter ( 100 transmits a detection signal to the detected object, and the wireless power receiver 200 transmits a response to the detection signal.
  • the wireless power transmitter 100 identifies the selected wireless power receiver 200 through previous states and obtains setting information for power transmission.
  • the wireless power transmitter 100 adjusts the power transmitted in response to the control message received from the wireless power receiver 200, and to the wireless power receiver 200. Transmit power.
  • the wireless power transmitter 100 in the selection state 610 performs a detection process to select the wireless power receiver 200 existing in the sensing area.
  • the sensing area refers to an area in which an object in the corresponding area may affect the characteristics of the power of the power converter 111.
  • the detection process for the selection of the wireless power receiver 200 in the selection state 610 is to receive a response from the wireless power receiver 200 using a power control message.
  • the power converter of the wireless power transmitter 100 detects a change in the amount of power for forming the wireless power signal and checks whether an object exists within a predetermined range.
  • the detection process in the selection state 610 may be referred to as an analog detection process (analog ping) in that an object is detected using a wireless power signal instead of a digital packet in the detection state 620 to be described later. .
  • the wireless power transmitter 100 in the selection state 610 may detect that an object enters or leaves the detection area. In addition, the wireless power transmitter 100 may distinguish between the wireless power receiver 200 capable of transmitting power wirelessly from other objects within the sensing area and other objects (eg, a key, a coin, etc.). Can be.
  • the sensing areas in which the object is detected in the selection state 610 may be different from each other.
  • the wireless power transmitter 100 in the selection state 610 may monitor an interface surface (not shown) to detect placement and removal of objects.
  • the wireless power transmitter 100 may detect the position of the wireless power receiver 200 placed on the interface surface. As described above, the wireless power transmitter 100 formed to include one or more transmitting coils enters the detection state 620 in the selection state 610 and uses each coil in the detection state 620. To determine whether a response to the detection signal is transmitted from the object or to enter the identification state 630 to determine whether identification information is transmitted from the object. The wireless power transmitter 100 may determine a coil to be used for wireless power transmission based on the detected position of the wireless power receiver 200 obtained through the above process.
  • the wireless power transmitter 100 in the selection state 610 may change one or more of the frequency, current, and voltage of the power converter due to an object in the sensing area.
  • the object can be detected by detecting the object.
  • the wireless power transmitter 100 in the selection state 610 may detect an object by at least one of the detection methods according to the inductive coupling method and the resonance coupling method.
  • the wireless power transmitter 100 performs an object detection process according to each power transmission method, and then detects the object in a combination method for wireless power transfer in order to proceed to other states 620, 630, and 640. You can choose one.
  • the wireless power transmitter 100 in the selected state 610 performs digital detection, identification, setting, and power transmission in a wireless power signal formed to detect an object and subsequent states 620, 630, and 640.
  • the wireless power signal to be formed may have different characteristics such as frequency and strength. This is because the selected state 610 of the wireless power transmitter 100 corresponds to an idle phase for detecting an object, so that the wireless power transmitter 100 may reduce power consumption in standby or may be efficient. This is to generate a signal specialized for detecting an object.
  • the wireless power transmitter 100 in the detection state 620 detects the wireless power receiver 200 existing in the detection area through a power control message. Compared with the detection process of the wireless power receiver 200 using the characteristics of the wireless power signal in the selection state 610, the detection process in the detection state 620 may be referred to as a digital ping process. have.
  • the wireless power transmitter 100 forms a wireless power signal for detecting the wireless power receiver 200, and modulates the wireless power signal by the wireless power receiver 200. Demodulate and obtain 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 transmitter 100 may recognize the wireless power receiver 200 that is the target of power transmission by receiving a power control message corresponding to the response to the detection signal.
  • the detection signal formed by the wireless power transmitter 100 in the detection state 620 to perform a digital detection process is a wireless power signal formed by applying a power signal of a specific operating point for a predetermined time.
  • the operation point may mean a frequency, a duty cycle, and an amplitude of a voltage applied to a Tx coil.
  • the wireless power transmitter 100 may generate the detection signal generated by applying the power signal of the specific operation point for a predetermined time and attempt to receive a power control message from the wireless power receiver 200. have.
  • the power control message corresponding to the response to the detection signal may be a message indicating the strength (strength) of the wireless power signal received by the wireless power receiver 200.
  • the wireless power receiver 200 may include a signal strength packet 5100 including a message indicating the strength of a wireless power signal received as a response to the detection signal as shown in FIG. 14. ) Can be sent.
  • the packet 5100 may be configured to include a header 5120 indicating that the packet indicates a signal strength and a message 5130 indicating the strength of a power signal received by the wireless power receiver 200.
  • the strength of the power signal in the message 5130 may be a value representing a degree of coupling for inductive coupling or resonance coupling for power transmission between the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200. have.
  • the wireless power transmitter 100 After receiving the response message to the detection signal, the wireless power transmitter 100 discovers the wireless power receiver 200, the wireless power transmitter 100 may extend the digital detection process to enter the identification and detection state 630. have. That is, the wireless power transmitter 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 discovering the wireless power receiver 200. have.
  • the operation state of the wireless power transmitter 100 returns to the selection state 610. Can be.
  • the wireless power transmitter 100 in the identification and setting state 630 may receive the identification information and / or setting information transmitted by the wireless power receiver 200 and control the power transfer to be performed efficiently.
  • the wireless power receiver 200 may transmit a power control message including its own identification information.
  • the wireless power receiver 200 may transmit, for example, an identification packet 5200 including a message indicating identification information of the wireless power receiver 200 as illustrated in FIG. 15A. have.
  • the packet 5200 may be configured to include a header 5220 indicating that the packet represents identification information and a message 5230 including identification information of the wireless power receiver.
  • the message 5230 includes information (2531 and 5232) indicating the version of the protocol for wireless power transmission, information (5233) identifying the manufacturer of the wireless power receiver 200, information indicating the presence or absence of an extension device identifier. 5234 and a basic device identifier 5235.
  • the packet 5300 may be configured to include a header 5320 indicating that the packet indicates an extended device identifier and a message 5330 including the extended device identifier.
  • the extended device identifier is used as described above, in order to identify the wireless power receiver 200 based on the manufacturer's identification information 5333, the basic device identifier 5235, and the extended device identifier 5330. Information can be used.
  • the wireless power receiver 200 may transmit a power control message including information on the expected maximum power.
  • the wireless power receiver 200 may transmit, for example, a configuration packet 5400 as illustrated in FIG. 16.
  • the packet may be configured to include a header 5520 indicating that the packet is a setup packet and a message 5430 including information on the expected maximum power.
  • the message 5430 includes a power class 5523, information about an expected maximum power 5432, an indicator 5435 indicating how to determine the current of a primary cell on the wireless power transmitter side, and an optional number of configuration packets ( 5434).
  • the indicator 5433 may indicate whether or not the current of the main cell of the wireless power transmitter side is to be determined as specified in the protocol for wireless power transmission.
  • the wireless power transmitter 100 may generate a power transfer contract used for power charging with the wireless power receiver 200 based on the identification information and / or setting information.
  • the power transfer protocol may include limits of parameters that determine power transfer characteristics in the power transfer state 640.
  • the wireless power transmitter 100 may end the identification and setting state 630 before returning to the power transfer state 640 and return to the selection state 610.
  • the wireless power transmitter 100 may end the identification and setup state 630 to find another wireless power receiver capable of receiving power wirelessly.
  • the wireless power transmitter 100 in the power transmission state 640 transmits power to the wireless power receiver 200.
  • the wireless power transmitter 100 receives a power control message from the wireless power receiver 200 while transmitting power, and adjusts a characteristic 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 transmitting coil may be included in a control error packet 5500 as shown in FIG. 17.
  • the packet 5500 may be configured to include a header 5520 indicating a control error packet and a message 5530 including a control error value.
  • the wireless power transmitter 100 may adjust power applied to the transmission coil according to the control error value. That is, the current applied to the transmitting coil can be adjusted to be maintained when the control error value is zero, to decrease when it is negative and to increase when it is positive.
  • the wireless power transmitter 100 may monitor parameters in a power transfer contract generated based on the identification information and / or configuration information. The wireless power transmitter 100 cancels the power transmission when the parameters are monitored and the power transmission with the wireless power receiver 200 violates the limitations included in the power transfer protocol.
  • the selection state 610 may be returned.
  • the wireless power transmitter 100 may end the power transfer state 640 based on a power control message transmitted from the wireless power receiver 200.
  • the wireless power receiver 200 requests power to stop the wireless power transmission to the wireless power transmitter 100. You can pass control messages. In this case, the wireless power transmitter 100 may end the wireless power transfer and return to the selection state 610 after receiving the message requesting to stop the power transmission.
  • the wireless power receiver 200 may transmit a power control message requesting renegotiation or reconfigure to update a power transfer protocol that has already been generated.
  • the wireless power receiver 200 may transmit a message requesting renegotiation of the power transfer protocol when a greater or less amount of power is required than the amount of currently transmitted power.
  • the wireless power transmitter 100 may terminate wireless power transmission and return to the identification and setting state 630.
  • the message transmitted by the wireless power receiver 200 may be, for example, an end power transfer packet 5600 as illustrated in FIG. 18.
  • the packet 5600 may be configured to include a message 5630 including a header 5620 indicating the power transmission interruption packet and a power transmission interruption code indicating the reason for the interruption.
  • the power transfer stop code includes charge complete, internal fault, over temperature, over voltage, over current, battery failure, reset, It may indicate one of a no response or an unknown error.
  • 19 is a conceptual diagram illustrating a method of transmitting power to one or more wireless power receivers by a wireless power transmitter.
  • the wireless power transmitter 100 may transmit power for one or more wireless power receivers 200 and 200 '. Although two electronic devices 200 and 200 ′ are illustrated in FIG. 19, the method according to the embodiments disclosed herein is not limited to the number of illustrated electronic devices.
  • the wireless power transmitter 100 may include a wireless power receiver disposed in an active area or a sensing area of a resonance coupling method, or a wireless power receiver disposed in an active area or a sensing area of an inductive coupling method. It can be determined whether it exists. According to the determination result, the wireless power transmitter 100 supporting each wireless power transfer method may change the power transfer method for each wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter 100 transmits power for one or more electronic devices 200 and 200 ′ in the same wireless power transfer method
  • the electronic device Fields 200 and 200 ′ may communicate with each other via the wireless power signal without collision with each other.
  • the wireless power signal 10a formed by the wireless power transmitter 100 reaches the first electronic device 200 ′ and the second electronic device 200.
  • the first electronic device 200 ′ and the second electronic device 200 may transmit a power control message using the formed wireless power signal.
  • the first electronic device 200 ′ and the second electronic device 200 operate as a power receiver for receiving a wireless power signal.
  • the power receiver according to the embodiments disclosed in the present disclosure includes a power receiver 291 ′, 291 for receiving the formed wireless power signal; Modulation and demodulation units 293 'and 293 for performing modulation and demodulation on the received wireless power signal; And control units 292 'and 292 for controlling each component of the power receiver.
  • the wireless power transmission / reception method of the present invention has been described based on the WPC standard. Furthermore, the present invention proposes a method in which a wireless power transmitter combines a single coil to transfer power to wireless standards according to different standards. Furthermore, the present invention provides a new type of multi-coil solution that is compatible with the WPC standard and the PMA standard and expands the positional freedom of receivers. This will be described in more detail below.
  • the wireless power transmitter 100 in a method of transmitting and receiving wireless power using a linkage flux between the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200, the wireless power transmitter 100 and / or the wireless
  • an external metallic material eg, a metallic material (conductor) such as a metal cup or a can
  • the external metallic material may generate heat by magnetic flux.
  • 20 is an exemplary view illustrating a cause of heat generation of the external metal material 300 located in the wireless power transmitter 100 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the present invention describes an apparatus and method for measuring a substantial amount of power that may cause heat generation of the external metal material 300 among the wireless power transmitted from the wireless power transmitter 100.
  • the actual amount of power that may cause heat generation of the external metal material 300 only in the wireless power transmitter 100 is not affected by the wireless power receiver 200.
  • the apparatus and the method which can be performed are also demonstrated. For example, when the transmission coil 1111 stops driving in the wireless power transmission system 100 or 200 using the linkage flux, heat is generated based on the attenuation amount of the resonance energy of the wireless power transmitter 100. Determine the presence of foreign matter that can be made.
  • it is set to a condition that does not consume energy of the wireless power receiver 200.
  • 21 is an exemplary view showing an external metallic material located between the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 using the linkage magnetic flux according to an embodiment of the present invention.
  • the wireless power transmitter 100 using the linkage flux includes a transmission coil 1111 including an LC resonant circuit in which a capacitor C is connected in series or in parallel.
  • 200 includes a receiving coil 2911 composed of LC resonant circuits in which capacitor C is connected in series or in parallel.
  • the wireless power receiver 200 may receive power due to a component interlinked with the receiving coil 2911 among magnetic fluxes generated when the power converter 111 applies AC power to the transmitting coil 1111. Is the principle that is sent to.
  • Transmitting coil 1111 and receiving coil 2911 are composed of LC resonant circuits (or resonance tanks) in which capacitors C are connected in series or in parallel. Power may be transmitted to the wireless power receiver 200.
  • the inverter in the power converter 111 serves to drive the LC resonance circuit at a resonance frequency or a frequency higher than the resonance frequency in a steady state in which energy (power) is wirelessly transmitted.
  • FIG. 22A and 22B illustrate changes in the inductor L current when the inverter of the wireless power transmitter 100 drives the LC resonant circuit and stops driving suddenly (temporarily) according to an embodiment of the present invention ( ⁇ I RESO) ) Is also an example.
  • FIG. 22A illustrates a change in current of the inductor L when the LC resonant circuit of the wireless power transmitter 100 is driven at the resonance frequency 22-2 and stopped
  • FIG. 22B is a view of the wireless power transmitter ( The change of the inductor L current when the LC resonant circuit of 100 is driven at a frequency 22-3 higher than the resonant frequency 22-2 and stopped is shown.
  • Reference numeral 22-1 denotes a drive voltage (current) of the LC resonant circuit.
  • the resonance energy of the LC resonance circuit of the wireless power transmitter 100 gradually decreases. Done.
  • the current of L is a first value based on a value when the current of L having a peak when all the resonance energy is collected in L has a peak. If the current I 1 is changed from the second current I 2 , the following Equation 2 holds.
  • ⁇ P represents the total amount of power lost in the wireless power transmitter 100
  • f represents the frequency driving the LC resonant circuit of the wireless power transmitter 100
  • L COIL wireless power transmitter Represents an inductor L value of the LC resonant circuit of (100), where I 1 is a first predetermined time (or a predetermined number of cycles) from the point of stopping driving the LC resonant circuit of the wireless power transmitter 100; The first current of the inductor L detected at the first elapsed time after the elapsed time is represented, and I 2 is a second predetermined time (or predetermined time) from the time when the LC resonance circuit of the wireless power transmitter 100 is stopped while driving.
  • the second current of the inductor L detected at the second time point after the set cycle number) has elapsed, and the first time point is set earlier than the second time point.
  • the first and second predetermined time periods may be included within a time period from when the LC resonant circuit of the wireless power transmitter 100 is stopped while the current of the inductor L is no longer detected. .
  • kP T is the amount of power transmitted to the wireless power receiver 200, and the coefficient of k appears because the wireless power receiver 200 also has an LC resonant circuit.
  • P LOSS is the amount of inherent power lost in the wireless power transmitter 100.
  • the P LOSS is a wireless power transmitter, which is caused by parasitic resistance, loss of core of the wireless power transmitter 100, and the like.
  • the amount of intrinsic power lost in the power transmitter 100 is shown.
  • P FO represents the amount of power lost in the wireless power transmitter 100 due to heat generation from an external metal material.
  • the power transmission control unit 112 when the inverter of the wireless power transmitter 100 drives the LC resonant circuit and stops driving, the total amount of power lost in the wireless power transmitter 100 ( ⁇ ) P), the amount of inherent power lost in the wireless power transmitter 100 (P LOSS ), the amount of power lost in the wireless power transmitter (P FO ) due to the heat generated from the external metal material, etc. can be obtained. Can be.
  • FIG. 23 illustrates the operation of stopping the LC resonant circuit of the wireless power transmitter 100 in a state where only the wireless power transmitter 100 is present without the wireless power receiver 200 and the external metallic material 300.
  • the attenuation curve 23-1 of the resonance energy is shown.
  • the envelope (envolop) has attenuation coefficient ⁇ and decays temporally along e ⁇ t .
  • the attenuation coefficient by P LOSS factors involved in P LOSS is loss occurring in the assembly (assembly) of the magnetic resistance, the wireless power transmission apparatus 100 is generated in the equivalent resistance of the coil, the coil core, external metal
  • the amount of inherent power P LOSS lost in the wireless power transmitter 100 may be calculated in advance by measuring the wireless power transmitter 100 alone.
  • the power transmission control unit 112 may control a signal P to stop driving the LC resonant circuit of the wireless power receiver 200.
  • the power transmission control unit 112 periodically or whenever a time set by a user elapses to detect the presence of the external metallic material 300 and / or the amount of power consumed by the external metallic material 300.
  • a control signal for stopping driving of the LC resonant circuit of the wireless power receiver 200 may be generated and the control signal may be transmitted to the wireless power receiver 200.
  • the power transmission control unit 112 periodically performs an LC resonance circuit of the wireless power receiver 200.
  • the power transmission control unit 112 periodically performs an LC resonance circuit of the wireless power receiver 200 when the wireless power receiver 200 is connected to the wireless power transmitter 100.
  • Set P T 0 by shorting.
  • the LC resonant circuit 2911 of the wireless power receiver 200 is shorted by turning on M1 and M2 to short the diodes D3 and D4.
  • FIG. 26 illustrates the wireless power transmitter 100 in a state where only the wireless power receiver 200 (with an LC resonant circuit shorted) and the wireless power transmitter 100 are not provided with an external metallic material 300.
  • the attenuation curve 26-1 of the resonance energy when the driving of the LC resonant circuit is stopped is shown.
  • FIG. 27 illustrates a waveform in which the current waveforms of FIG. 23 and the current waveforms of FIG. 26 overlap, and the attenuation curves 23-1 of the resonance energy of FIG. 23 and the attenuation curves 26-1 of the resonance energy of FIG. It can be seen that the wireless power receiver (LC resonant circuit is short-circuited) is not affected by the presence or absence of the 200. That is, it can be seen that there is almost no difference between the attenuation coefficient of the resonance energy of FIG. 23 and the attenuation coefficient of the resonance energy of FIG. 26.
  • FIG. 28 shows attenuation curves (attenuation coefficients) of resonance energy when the LC resonant circuit of the wireless power transmitter 100 is stopped while only the wireless power transmitter 100 is present without an external metal material 300. (23-1) and the attenuation curve of the resonance energy when the LC resonance circuit of the wireless power transmitter 100 stops driving in the state where the external metal material 300 is present in the wireless power transmitter 100 ( Exemplary attenuation coefficients) 28-1 are shown.
  • the resonance energy accumulated in the LC resonant circuit of the wireless power transmitter 100 according to the presence or absence of the external metal material 300 may be obtained.
  • the change in the inductor coil current which is a representative value is shown. That is, it can be seen that the attenuation coefficient ⁇ of the resonance energy is clearly distinguished according to the presence or absence of the external metal material 300.
  • FIG. 29 illustrates that the LC resonant circuit of the wireless power transmitter 100 is stopped while the wireless power receiver 200 is located in the wireless power transmitter 100 without an external metal material 300.
  • Attenuation curve (attenuation coefficient) 29-1 of the resonance energy and the wireless power receiver 200 are located in the wireless power transmitter 100, and the external metallic material 300 is connected to the wireless power transmitter 100.
  • the attenuation curves (damping coefficients) 29-1 of the resonance energy when the LC resonance circuit of the wireless power transmitter 100 stops driving are shown. That is, it can be seen that the attenuation coefficient ⁇ of the resonance energy is clearly distinguished according to the presence or absence of the external metal material 300.
  • the envelope of the current (or voltage) of the LC resonant circuit of the wireless power transmitter 100 is preset to a predetermined size.
  • the presence or absence of the external metallic material may be determined based on the number (or time) of resonant cycles it takes to shrink.
  • the power transmission control unit 112 stops driving the LC resonant circuit of the wireless power transmitter 100 after the predetermined number of resonant cycles (or after a predetermined time), the LC resonance of the wireless power transmitter 100.
  • the presence or absence of the external metallic material may be determined based on the envelope size of the current (or voltage) remaining in the circuit.
  • the power transmission control unit 112 may determine the presence or absence of the external metallic material based on the attenuation coefficient of the resonance energy and a predetermined reference attenuation coefficient (threshold value).
  • FIG. 30 is a flowchart illustrating a method of determining the presence or absence of the external metal material according to an embodiment of the present invention.
  • the power transmission control unit 112 temporarily stops driving the LC resonant circuit of the wireless power transmitter 100 after a period of time set by the user (S11).
  • the power transmission control unit 112 may detect the presence or absence of the external metallic material 300 even when the wireless power receiver 200 is not connected to the wireless power transmitter 100. (For example, during the time when the resonance energy becomes zero from the time when the driving of the LC resonance circuit of the wireless power transmitter 100 is stopped), the driving of the LC resonance circuit of the wireless power transmitter 100 is temporarily stopped. Stop it.
  • the power transmission control unit 112 detects the attenuation coefficient of the resonance energy of the LC resonance circuit of the wireless power transmitter 100 when driving of the LC resonance circuit of the wireless power transmitter 100 is stopped (S12).
  • the power transmission control unit 112 determines whether the detected attenuation coefficient has exceeded a predetermined reference attenuation coefficient (S13).
  • the predetermined reference attenuation coefficient is an LC resonant circuit of the wireless power transmitter 100 when the wireless power transmitter 100 exists alone without an external metal material 300 and the wireless power receiver 200. After pausing, the attenuation coefficient of the resonance energy of the LC resonant circuit of the wireless power transmitter 100 is detected in advance, and is defined as the previously detected attenuation coefficient.
  • the power transmission controller 112 determines that the external metallic material 300 is detected when the detected attenuation coefficient exceeds the predetermined reference attenuation coefficient (S14).
  • the power transmission control unit 112 When the external metal material 300 is detected, the power transmission control unit 112 generates information (eg, an error code) indicating that the external metal material 300 has been detected, and transmits the information to the display unit 141. It is displayed (S15).
  • information eg, an error code
  • the power transmission control unit 112 performs the method of determining the presence or absence of the external metallic material 300 periodically.
  • 31 is a flowchart illustrating another method of determining the presence or absence of the external metallic material according to an embodiment of the present invention.
  • the power transmission controller 112 transmits radio power to the wireless power receiver 200, and periodically or to a user.
  • driving of the LC resonance circuit of the wireless power receiver 200 is temporarily stopped (S21).
  • the power transmission control unit 112 transmits the radio power to the wireless power transmitter 100 while the external metal material.
  • the power transmission control unit 112 stops driving the LC resonant circuit of the wireless power receiver 200, and temporarily stops driving of the LC resonant circuit of the wireless power transmitter 100 (S22).
  • the power transmission control unit 112 temporarily stops driving the LC resonant circuit of the wireless power receiver 200 and the LC resonant circuit of the wireless power transmitter 100, and the LC of the wireless power transmitter 100.
  • the attenuation coefficient of the resonance energy of the resonance circuit is detected (S23).
  • the power transmission control unit 112 determines whether the detected attenuation coefficient exceeds a predetermined reference attenuation coefficient (S24).
  • the predetermined reference attenuation coefficient is a value of the LC resonant circuit of the wireless power transmitter 100 when the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 are connected without an external metal material 300. After the drive is paused, the attenuation coefficient of the resonance energy of the LC resonance circuit of the wireless power transmitter 100 is detected in advance, and is defined as the previously detected attenuation coefficient.
  • the power transmission control unit 112 determines that the external metallic material 300 has been detected when the detected attenuation coefficient exceeds the predetermined reference attenuation coefficient (S25).
  • the power transmission control unit 112 When the external metal material 300 is detected, the power transmission control unit 112 generates information (eg, an error code) indicating that the external metal material 300 has been detected, and transmits the information to the display unit 141. It is displayed (S26).
  • information eg, an error code
  • the power transmission control unit 112 displays the information indicating that wireless power is normally transmitted to the wireless power receiver 200 when the detected attenuation coefficient does not exceed the preset reference attenuation coefficient. (S27).
  • the wireless power transmitter and the control method according to the embodiments of the present invention by detecting the attenuation coefficient of the resonance energy of the LC resonance circuit of the wireless power transmitter, it is possible to determine the presence or absence of the external metal material. .
  • the wireless power transmitter and the control method according to the embodiments of the present invention can determine the presence or absence of the external metal material by detecting the attenuation coefficient of the LC resonance circuit.
  • FIGS. 35, 36, and 37 illustrate attenuation according to a type of external material.
  • 38, 39, and 40 are graphs showing that the attenuation coefficient changes in each cycle when there is a receiver.
  • the wireless power transmitter may proceed to periodically generate a waveform of a specific frequency to detect an external substance (S310).
  • the wireless power transmitter may detect whether there is an external material capable of receiving power wirelessly within a specific distance capable of transmitting the wireless power.
  • the detection of the presence or absence of the foreign material is to prevent the case of transmitting the wireless power even though the material that is not suitable for wireless charging is aligned. If the wireless power is transmitted to a material that is not suitable for wireless charging, there is a risk of damage to the wireless charging system.
  • the power transmission control unit 112 provided in the wireless power transmitter may periodically generate a waveform having a specific frequency.
  • the specific frequency may be a frequency higher than the intrinsic resonance frequency of the wireless power transmitter.
  • the waveform having a specific frequency when there is an external material within a certain distance with respect to the wireless power transmitter, the characteristics of the waveform can be changed.
  • the characteristics of the waveform may be a frequency, attenuation coefficient, or the like of the waveform.
  • the wireless power transmitter may detect the attenuation coefficient of the waveform in each period of the waveform, and measure the change amount of the attenuation coefficient (S320).
  • the power transmission control unit 112 may detect an attenuation coefficient for each period of the waveform.
  • the attenuation coefficient of the waveform may vary depending on the presence or absence of an external material within a specific distance with respect to the wireless power transmitter.
  • the specific distance set based on the wireless power transmitter may refer to a distance in which the wireless power transmitter may transmit power wirelessly. Referring to the graphs of FIGS. 35, 36, and 37, it can be seen that the attenuation coefficient changes in one cycle depending on the presence or absence of an external substance.
  • the graph of FIG. 35 illustrates a waveform of a power transmission coil provided in the wireless power transmitter when there is no external material within a specific distance of the wireless power transmitter.
  • the graph of FIG. 36 illustrates a waveform of a power transmission coil provided in the wireless power transmitter when there is an external metal material within a specific distance of the wireless power transmitter. Comparing the graphs of FIGS. 35 and 36, it can be seen that the attenuation coefficient is different when the foreign material is present.
  • the graph of FIG. 37 illustrates a waveform of a power transmission coil provided in the wireless power transmitter when there is a receiver capable of receiving wireless power within a specific distance of the wireless power transmitter. 35, 36, and 37, it can be seen that the attenuation coefficient is different. In addition, in FIG. 37, it can be seen that there is a waveform having an additional frequency due to the presence of the receiver.
  • the power transmission control unit 112 may determine the presence or absence of the foreign substance. Through this, the present invention can protect the wireless charging system by controlling to transmit the wireless power only when there is an external object within a specific distance that can transmit the wireless power.
  • the wireless power transmitter may determine the type of external material based on the change amount of the attenuation coefficient of the waveform (S330).
  • the power transmission control unit 112 may determine the type of the external material based on the presence or absence of the external material and the amount of change in the attenuation coefficient in each period.
  • the change in the attenuation coefficient according to the period may be due to a capacitor provided in the rectifier of the receiver for receiving wireless power.
  • the capacitor provided in the rectifying unit of the receiving device may accumulate energy by a waveform having a specific frequency transmitted from the transmitting device.
  • the capacitor provided in the rectifying unit of the receiving device the voltage is increased by the accumulated energy.
  • the ratio of voltage / current applied to the capacitor is changed, the equivalent resistance indicated by the capacitor is changed, and further, the equivalent resistance of the entire receiving apparatus system can be changed. Therefore, due to a change in the equivalent resistance of the capacitor provided in the receiver, the attenuation coefficient of the waveform detected by the power transmitter coil (coil of the LC resonant circuit) of the transmitter may be changed.
  • the power transmission control unit 112 may detect a change amount of the attenuation coefficients in each period. More specifically, referring to the graphs of FIGS. 38, 39, and 40, it can be seen that the attenuation coefficient in each period for one waveform gradually decreases.
  • FIG. 38 shows the attenuation coefficient in the first period of the waveform
  • FIG. 39 shows the attenuation coefficient in the second period of the waveform
  • FIG. 40 shows the attenuation coefficient in the third period of the waveform. As can be seen from FIG. 38 to FIG. 40, it can be seen that the attenuation coefficient of the waveform gradually decreases.
  • the amount of change in the attenuation coefficient may vary depending on the type of external material. For example, the amount of change in the attenuation coefficient of the wireless power receiver and the external device not receiving the wireless power may be different.
  • the power transmission control unit 112 may detect the type of external material based on the amount of change in the attenuation coefficient. More specifically, the power transmission control unit 112 may detect a receiving device configured to receive wireless power when the amount of change in the attenuation coefficient coincides with a preset reference change amount.
  • the wireless power transmitter may proceed to determine whether to transmit power wirelessly to the external material based on the type of the external material (S340). ).
  • the power transmission control unit 112 may determine whether the external material is a receiver capable of wirelessly receiving power based on the amount of change in the attenuation coefficient. At this time, when the external material is a receiving device capable of receiving power wirelessly, the power transmission control unit 112 may control the power supply unit 190 to transmit power to the receiving device. In addition, when the external material is a material that is not capable of wirelessly receiving power, the power transmission control unit 112 may control the power supply unit 190 so as not to transmit power to the external material.
  • the power transmission control unit 112 may detect the type of the external material based on a waveform in which the waveform detected by the power transmission coil has an additional frequency different from the resonance frequency of the wireless power transmitter.
  • the power transmission control unit 112 may detect a waveform having an additional frequency different from the inherent resonance frequency that the wireless power transmitter basically has in the frequency of the waveform detected by the power transmission coil. .
  • the additional frequency value may be a value depending on the mutual inductance value between the coils provided in the transmitter and the receiver, respectively.
  • the power transmission control unit 112 may determine the alignment state of the transmitter and the receiver based on the additional frequency value.
  • the alignment state may refer to a state in which a transmitter is positioned at a position suitable for wirelessly transmitting power to a receiver.
  • the power transmission control unit 112 may infer the capacity of the capacitor of the receiver as well as the alignment state by using the waveform having the additional frequency. More specifically, the power transmission control unit 112 may infer the capacity of the capacitor of the receiver by using the mutual inductance value and the additional frequency value. Through this, the power transmission control unit 112 may determine the amount of power of the wireless power to be transmitted to the receiving device.
  • the additionally detected frequency may vary according to the type of the external material.
  • the power transmission control unit 112 may detect the type of external material by using the characteristic that the different frequencies are detected. Through this, the power transmission control unit 112 may control the power supply unit 190 to transmit wireless power according to the characteristics of the receiving device.
  • the wireless power transmitter uses at least one of the amount of change in the attenuation coefficient of the waveform and a waveform having an additional frequency, the type of the receiver and the alignment state of the receiver, The capacity of the receiver can be determined.
  • the wireless power transmitter has described a method of detecting a kind of foreign substance.
  • the wireless power transmitter can distinguish the wireless power receiver without separate communication with the wireless power receiver.
  • the present invention can provide a method for determining the type of external material surrounding the wireless power transmitter and transmitting suitable wireless power.
  • a method of using a separate communication module has been proposed in a wireless power transmission system that transmits and receives several kilowatts of power.
  • Such a communication method using a separate communication module may be called out-of-band communication.
  • a method for guaranteeing 1: 1 communication between the transceivers and a method of safely stopping the communication when the transceiver is separated may be problematic.
  • FIG. 33 is a flowchart illustrating a method of performing communication in a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.
  • the power transmission control unit 112 may first perform the step of detecting the type of the external substance (S340).
  • the detecting of the type of the foreign substance may be performed in the same manner as described above.
  • the power transmission control unit 112 may control the wireless communication unit to perform communication before wirelessly transmitting power to the receiving device.
  • the wireless power transmitter may proceed to transmitting the communication information and predetermined power necessary for performing the communication to the receiver to the receiver (S341).
  • the communication information may be identification information (eg, SSID), security information, and the like.
  • the predetermined power may be power required to drive a wireless communication unit included in the receiver.
  • the predetermined amount of power may be a preset amount.
  • the predetermined power may be used later in the receiver when the predetermined power remains after the power is used to drive the wireless communication unit.
  • the power transmission control unit 180 may transmit the communication information and predetermined power using a frequency higher than an inherent resonance frequency of the transmission device.
  • the power transmission control unit 180 may transmit communication information and predetermined power by using two frequencies f1 and f2 higher than the resonance frequency.
  • the power transmission control unit 180 may transmit the communication information and predetermined power without feedback from the receiver.
  • the receiver receiving the communication information and the predetermined power may perform amplitude demodulation using the different amplitudes of the two frequencies f1 and f2. If the amplitude demodulation is difficult, the receiver may interpret the signal through frequency demodulation. have.
  • the transmitting device and the receiving device can perform 1: 1 communication using the demodulated signal.
  • the wireless power transmitter may wirelessly transmit power to the receiver after the communication is performed (S342).
  • the present invention may control the power supply unit 190 so as not to transmit power wirelessly when the external material is not a receiving device (S343).
  • the power transmission control unit 180 may receive power amount information to receive power from the receiving device through communication. Thereafter, the power transmission control unit 112 may wirelessly transmit power to the receiving device based on the power amount information.
  • the wireless power transmitter can guarantee 1: 1 communication between the transmitter and the receiver even when transmitting power of several kilowatts.
  • 34 is a flowchart illustrating a method of stopping power transmission wirelessly.
  • the wireless power transmitter may receive a request signal for stopping the supply of power from the receiver through communication while transmitting power wirelessly to the receiver (S410).
  • the communication may be performed through the communication method described with reference to FIG. 33, and the wireless power may be transmitted using the method described with reference to FIG. 32.
  • the request signal may include alignment state information indicating that the alignment state of the receiver is changed.
  • the request signal may include information indicating that the receiver cannot receive wireless power from the transmitter.
  • the receiving device may transmit a request signal for stopping supply of power to the wireless power transmitter based on a preset condition.
  • the predetermined condition is a condition that the voltage of the capacitor provided in the rectifier of the receiver falls below a reference value, a condition that the voltage drop duration of the capacitor provided in the rectifier is greater than or equal to a reference time and the coil provided in the receiver. It may be at least one of the conditions that the current value flowing in the falls below the reference.
  • the receiving device may transmit a request signal to the transmitting device in order to stop supplying power transmitted wirelessly.
  • the wireless power transmitter when the request signal is received, the wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention may stop the transmission of power currently being supplied (S420).
  • the power transmission control unit 112 may stop the transmission of the power transmitted to the receiving device.
  • the power transmission control unit 112 may determine that the alignment state of the receiver has changed. That is, in this case, the power transmission control unit 112 may stop the transmission of power transmitted to the receiving device so as not to transmit unnecessary power.
  • the transmitting device can still transmit and receive information from the receiving device.
  • the wireless power transmitter and the control method according to the embodiments of the present invention by detecting the attenuation coefficient of the resonance energy of the LC resonance circuit of the wireless power transmitter, it is possible to determine the presence or absence of the external metal material.
  • a wireless power transmitter and a method for controlling the same.
  • the wireless power receiver controls the wireless power receiver so that the wireless power receiver blocks the reception of the wireless power, and controls the LC resonance circuit of the wireless power transmitter.
  • the amount of power consumed by the external metallic material may be detected based on the total amount of lost power of the wireless power transmitter and the inherent amount of lost power of the wireless power transmitter that are detected at the time of stopping.
  • the type of the external material can be determined by using the amount of change in the frequency attenuation coefficient of the waveform detected by the power transmission coil of the wireless power transmitter.
  • the waveform detected by the power transmission coil of the wireless power transmitter using an additional waveform other than the intrinsic resonance frequency, the alignment state and capacity of the external material can be detected.
  • the wireless power transmitter and the control method thereof may provide a method for connecting one-to-one communication between the wireless power transmitter and the wireless power receiver. Through this, the present invention can provide a method for safely performing communication.
  • the method described above may be implemented in a recording medium readable by a computer or a similar device using, for example, software, hardware or a combination thereof.
  • the methods described so far are application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), field programmable gate arrays (FPGAs), and processors ( It may be implemented using at least one of processors, controllers, micro-controllers, microprocessors, and electrical units for performing other functions.
  • ASICs application specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPDs digital signal processing devices
  • PLDs programmable logic devices
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • processors It may be implemented using at least one of processors, controllers, micro-controllers, microprocessors, and electrical units for performing other functions.
  • the control unit 180 or the power transmission control unit 112 of the power transmission apparatus 100 may be implemented.
  • embodiments such as the procedures and functions described herein may be implemented as separate software modules. Each of the software modules may perform one or more functions and operations described herein.
  • Software code may be implemented in software applications written in a suitable programming language. The software code may be stored in the memory 150 of the wireless power transmitter 100 and executed by the controller 180 or the power transmission controller 112.
  • the configuration of the wireless power transmitter according to the exemplary embodiment disclosed above may be applied to devices such as docking stations, terminal cradle devices, and other electronic devices, except when applicable only to the wireless charger. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be used.

Landscapes

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Abstract

본 명세서는 외부 금속 물질의 유무뿐만 아니라 그 외부 금속 물질에 의해 소모되는 전력량을 검출할 수 있는 무선 전력 전송장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 본 명세서에 따른 무선 전력 전송장치는 외부 금속 물질로 인해 손실되는 전력을 검출하고, 상기 검출된 전력을 나타내는 정보를 출력할 수 있다. 본 발명에서는 무선으로 전력의 송수신이 가능한 무선 전력 전송장치에 있어서, 수신장치에 무선으로 전력을 전송하도록 전력을 공급하는 전원 공급부와 특정 주파수의 파형을 주기적으로 발생시켜, 상기 각 주기에서의 파형의 감쇠 계수를 측정하고, 각 주기에서의 감쇠 계수의 변화량을 측정하여, 외부 물질의 종류를 결정하는 전력 송신 제어부를 포함하고, 상기 전력 송신 제어부는 상기 외부 물질의 종류에 기초하여, 상기 수신장치에 상기 무선으로 전력을 전송할지 여부를 결정하는 것을 특징으로 한다.

Description

무선 전력 전송 장치 및 그 제어 방법
본 명세서는 무선 전력 전송 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 무선 전력 수신장치들에게 유선으로 전기 에너지를 공급하는 방법 대신에, 최근에는 접촉 없이 무선으로 전기 에너지를 공급하는 방법이 사용된다. 무선으로 에너지를 수신하는 무선 전력 수신장치는 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.
본 명세서는 외부 금속 물질의 유무뿐만 아니라 그 외부 금속 물질에 의해 소모되는 전력량을 검출할 수 있는 무선 전력 전송장치 및 그 제어 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 명세서는 외부 물질과 관련된 다양한 정보를 검출할 수 있는 무선 전력 전송장치 및 그 제어방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 명세서는 안전하게 일대일 통신이 가능한 무선 전력 전송장치 및 그 제어방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 명세서에 따른 무선 전력 전송장치는, 무선 전력 수신 장치가 적용된 전자기기에 무선 전력을 전송하는 무선 전력 전송장치에 있어서, 입력 전압을 공급하는 전원 공급부와 상기 전자기기의 동작을 위한 전력을 공급하기 위해 구동 신호를 발생하는 전력 송신 제어부와; 상기 공급된 입력 전압 및 상기 구동 신호에 의한 스위칭 동작을 근거로 무선 전력 신호를 형성하여 상기 무선 전력 수신장치에 무선 전력을 전송하는 전력 변환부를 포함하며, 상기 전력 송신 제어부는 외부 금속 물질로 인해 손실되는 전력을 검출하고, 상기 검출된 전력을 나타내는 정보를 출력할 수 있다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 전력 송신 제어부는, 상기 외부 금속 물질로 인해 손실되는 전력이 검출되면 상기 외부 금속 물질로 인해 전력이 손실되고 있음을 나타내는 오류 정보를 발생하고, 상기 오류 정보를 상기 무선 전력 전송장치의 표시부에 표시할 수 있다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 전력 송신 제어부는, 상기 무선 전력 수신 장치가 상기 무선 전력의 수신을 차단하도록 상기 무선 전력 수신 장치를 제어하고, 상기 무선 전력 전송장치의 LC 공진 회로를 구동시키다가 멈춘 시점에 상기 무선 전력 전송장치에서 손실되는 전체 손실 전력량을 검출하고, 상기 검출한 전체 손실 전력량과 상기 무선 전력 전송장치의 고유 손실 전력량의 차이값을 상기 외부 금속 물질로 인해 소모되는 전력량으로 결정할 수 있다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 외부 금속 물질로 인해 소모되는 전력량 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 전력 송신 제어부는, 상기 무선 전력 전송장치의 LC 공진 회로를 구동하는 주파수 값과, 상기 무선 전력 전송장치의 LC 공진 회로의 인덕터(L) 값과, 상기 무선 전력 전송장치의 LC 공진 회로의 전류 값을 근거로 상기 전체 손실 전력량을 검출할 수 있다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 무선 전력 전송장치의 LC 공진 회로의 전류 값은, 상기 무선 전력 전송장치의 LC 공진 회로를 구동시키다가 멈춘 시점부터 제1 미리설정된 시간 또는 미리설정된 사이클 수가 경과한 제1 시점에 검출된 인덕터(L)의 제1 전류값과 상기 무선 전력 전송장치의 LC 공진 회로를 구동시키다가 멈춘 시점부터 제2 미리설정된 시간 또는 미리설정된 사이클 수가 경과한 제2 시점에 검출된 인덕터(L)의 제2 전류 값의 차이 값을 나타내며, 상기 제1 시점은 상기 제2 시점보다 빠를 수 있다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 전력 송신 제어부는, 상기 무선 전력 수신 장치가 상기 무선 전력 전송장치에 비접속된 상태일 때, 상기 무선 전력 전송장치의 LC 공진 회로의 구동을 일시 정지시킨 시점에, 상기 무선 전력 전송장치의 LC 공진 회로의 공진 에너지의 감쇠 계수를 검출하고, 상기 검출된 감쇠 계수와 기준 감쇠 계수를 근거로 상기 외부 금속 물질의 유무를 결정할 수 있다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 전력 송신 제어부는, 상기 무선 전력 수신 장치가 상기 무선 전력 전송장치에 접속된 상태일 때 상기 무선 전력 수신 장치가 상기 무선 전력의 수신을 차단하도록 상기 무선 전력 수신 장치를 제어하고, 상기 무선 전력 전송장치의 LC 공진 회로의 구동을 일시 정지시킨 시점에, 상기 무선 전력 전송장치의 LC 공진 회로의 공진 에너지의 감쇠 계수를 검출하고, 상기 검출된 감쇠 계수와 기준 감쇠 계수를 근거로 상기 외부 금속 물질의 유무를 결정할 수 있다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 전력 송신 제어부는 상기 외부 금속 물질의 발열을 야기하는 전력을 검출할 수 있다.
본 명세서에 따른 무선 전력 전송장치의 제어 방법은, 무선 전력 수신 장치가 적용된 전자기기에 무선 전력을 전송하는 무선 전력 전송장치를 제어하는 방법에 있어서, 상기 전자기기의 동작을 위한 전력을 공급하기 위해 구동 신호를 발생하는 반계와; 입력 전압 및 상기 구동 신호에 의한 스위칭 동작을 근거로 무선 전력 신호를 형성하여 상기 무선 전력 수신장치에 무선 전력을 전송하는 단계와; 외부 금속 물질로 인해 손실되는 전력을 검출하는 단계와; 상기 검출된 전력을 나타내는 정보를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서는 무선으로 전력의 송수신이 가능한 무선 전력 전송장치에 있어서, 수신장치에 무선으로 전력을 전송하도록 전력을 공급하는 전원 공급부와 특정 주파수의 파형을 주기적으로 발생시켜, 상기 각 주기에서의 파형의 감쇠 계수를 측정하고, 각 주기에서의 감쇠 계수의 변화량을 측정하여, 외부 물질의 종류를 결정하는 전력 송신 제어부를 포함하고, 상기 전력 송신 제어부는 상기 외부 물질의 종류에 기초하여, 상기 수신장치에 상기 무선으로 전력을 전송할지 여부를 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 전력 송신 제어부는 상기 파형의 주기에 따라 변하는 감쇠 계수의 변화량을 검출하고, 상기 감쇠 계수의 변화량이 기 설정된 기준 변화량과 일치하는 경우, 상기 외부 물질을 상기 무선으로 전력을 수신하는 수신장치로 판단하여, 상기 수신장치에 무선으로 전력을 전송하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 수신장치와 무선으로 통신을 수행하도록 형성된 무선통신부를 더 포함하고, 상기 전력 송신 제어부는 상기 외부 물질이 상기 무선전력을 수신하는 수신장치인 경우, 상기 무선통신부를 통하여 통신이 수행되도록 상기 수신장치에 기 설정된 량의 전력 및 통신과 관련된 통신정보를 전송하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 전력 송신 제어부는 상기 수신장치와 일대일 통신이 연결이 완료되면, 상기 수신장치에 무선으로 전력을 전송하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 전력 송신 제어부는 상기 연결된 통신을 통하여, 상기 수신장치로부터 무선 전력을 수신할 전력량 정보를 수신하여, 상기 전력량 정보에 기초하여 전력을 공급하도록 상기 전력 공급부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 전력 송신 제어부는 상기 연결된 통신을 통하여, 상기 수신장치로부터 상기 수신장치의 정렬상태가 변경되었음을 나타내는 정렬상태정보를 수신하는 경우, 상기 수신장치에 공급되고 있던 전력을 중단하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 전력 송신 제어부는 상기 특정 주파수의 파형을 주기적으로 발생시킨 후, 기 설정된 공진 주파수와 다른 주파수가 검출되면, 상기 다른 주파수의 특성에 근거하여, 외부 물질의 종류를 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 전력 송신 제어부는 상기 다른 주파수의 특성에 기초하여, 상기 외부 물질의 종류가 검출하고, 상기 외부 물질의 종류에 근거하여, 무선으로 전력을 전송할 전력량을 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 전력 송신 제어부는 상기 다른 주파수의 감쇠 계수의 변화율에 기초하여, 상기 외부 물질의 용량을 검출하는 것을 특징으로 한다.
무선으로 전력을 전송하는 무선 충전 시스템에 있어서, 무선으로 전력을 송신하도록 형성된 전송장치 및 상기 전송장치로부터 무선 전력을 수신하도록 형성되는 수신장치를 포함하고, 상기 전송장치는 수신장치에 무선으로 전력을 전송하도록 전력을 공급하는 전원 공급부; 및 특정 주파수의 파형을 주기적으로 발생시켜, 상기 각 주기에서의 파형의 감쇠 계수를 측정하고, 각 주기에서의 감쇠 계수의 변화량을 측정하여, 상기 수신장치에 무선으로 전력을 전송할지 여부를 결정하는 전력 송신 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 전송장치는 상기 수신장치와 무선으로 통신을 수행하도록 형성된 무선통신부를 더 포함하고, 상기 전력 송신 제어부는 상기 수신장치에 무선으로 전력을 전송하기 전에 상기 수신장치와 무선으로 통신을 수행하도록 상기 수신장치에 통신 정보 및 기 설정된 량의 전력을 전송하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 전력 송신 제어부는 상기 전송장치의 공진 주파수보다 높은 주파수를 이용하여, 상기 통신 정보 및 기 설정된 량의 전력을 전송하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 전력 송신 제어부는 상기 통신 정보에 기초하여, 상기 수신장치와 통신이 연결되면, 상기 통신을 통해 상기 수신장치로부터 수신된 전력량에 기초하여 전력을 전송하도록 상기 전원 공급부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 전력 송신 제어부는 상기 수신장치로부터 전력 송신을 중단하도록 요청 신호가 수신되면, 상기 전송 중인 전력을 중단하도록 상기 전원 공급부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 수신장치는 상기 수신장치의 전압값, 전압 강하 시간 및 전류값 중 적어도 하나에 기초하여 상기 요청 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
무선으로 전력을 송신하는 무선전력 전송장치의 무선전력 전송방법에 있어서, 특정 주파수의 파형을 주기적으로 발생시키는 단계와 상기 특정 주파수힁 파형의 각 주기에서의 감쇠 계수의 변화량에 기초하여, 무선으로 전력을 수신하는 전력 수신장치를 감지하는 단계와 상기 전력 수신장치가 검출되면, 상기 전송장치와 통신하도록 통신 연결 정보 및 수신기의 통신 모듈에 사용될 전력을 상기 전력 수신장치에 전달하는 단계와 상기 통신 연결 정보를 이용하여, 상기 수신장치와 통신을 연결하는 단계; 및 상기 연결된 통신을 이용하여 수신장치로부터 무선으로 전송할 전력량 정보를 수신하고, 상기 수신된 전력량 정보에 기초하여, 전력을 무선으로 전송하는 단계를 포함하고, 상기 전력 수신장치를 감지하는 단계에서는 상기 특정 주파수의 파형을 주기적으로 발생시키고, 상기 각 주기에서의 감쇠율을 측정하여, 복수의 감쇠율의 변화량을 이용하여 수신기를 검출하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 전력 수신장치를 감지하는 단계에서는 상기 전송장치의 공진 주파수와 다른 주파수를 갖는 파형을 이용하여 상기 수신장치의 정렬상태를 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 통신 연결 정보를 상기 전력 수신장치에 전달하는 단계에서는 상기 전송장치의 공진 주파수보다 높은 주파수를 이용하여 상기 통신 연결 정보를 전달하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 전송장치는 상기 수신장치와 일대일로 통신하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 수신장치에 무선으로 전력을 전송하는 단계는 상기 통신을 통하여 상기 수신장치로부터 전력의 전송을 중단하도록 요청 신호가 수신되는 것에 근거하여, 상기 전력의 전송을 중단하는 것을 특징으로 한다.
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 및 전자 기기의 구성을 예시적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 유도 결합 방식에 따라 무선 전력 전송장치로부터 전자 기기에 무선으로 전력이 전달되는 개념을 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 전자기 유도 방식의 무선 전력 전송장치 및 전자 기기의 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 7a 및 도 7b는 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 공진 방식의 무선 전력 전송장치 및 전자 기기의 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 기기가 이동 단말기 형태로 구현된 경우의 구성을 나타낸다.
도 11은 본 명세서에 개시된 무선 전력 전달에 있어서 무선 전력 신호의 변조 및 복조를 통하여 무선 전력 전송장치와 전자 기기 사이에 패킷을 송수신하는 개념을 도시한다.
도 12는 상기 무선 전력 전송장치가 전력 제어 메시지를 구성하는 데이터 비트 및 바이트의 표시 방법을 도시한다.
도 13은 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전달방법에 사용되는 전력 제어 메시지를 포함하는 패킷을 도시한다.
도 14는 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전송장치 및 전자 기기의 동작 상태들을 도시한다.
도 15 내지 도 19는 상기 무선 전력 전송장치 및 전자 기기간의 전력 제어 메시지를 포함하는 패킷들의 구조를 도시한다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송장치(100)에 위치한 외부 금속 물질의 발열 원인을 나타낸 예시도 이다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따라 쇄교 자속을 이용하는 무선 전력 전송장치와 상기 무선 전력 수신장치 사이에 위치한 외부 금속 물질을 나타낸 예시도 이다.
도 22a-22b는 본 발명의 실시예에 따라 상기 무선 전력 전송장치의 인버터가 LC 공진 회로를 구동시키다가 일시적으로 구동을 멈출 경우의 인덕터(L) 전류의 변화를 나타낸 예시도 이다.
도 23은 상기 무선 전력 수신장치(200)와 외부 금속 물질이 없이 상기 무선 전력 전송장치만 있는 상태에서 상기 무선 전력 전송장치의 LC 공진 회로의 구동을 멈출 때의 공진 에너지의 감쇠 곡선을 나타낸다.
도 24는 PT=0으로 설정하기 위한 회로를 나타낸 예시도이다.
도 25는 PT=0으로 설정하기 위한 다른 회로를 나타낸 예시도이다.
도 26은 외부 금속 물질이 없이 상기 무선 전력 수신장치와 상기 무선 전력 전송장치만 있는 상태에서 상기 무선 전력 전송장치의 LC 공진 회로의 구동을 멈출 때의 공진 에너지의 감쇠 곡선을 나타낸다.
도 27은 도 23의 전류 파형과 도 26의 전류 파형을 겹친 파형을 나타낸 도이다.
도 28은 공진 에너지의 감쇠 곡선(감쇠 계수)을 나타낸 예시도 이다.
도 29는 공진 에너지의 감쇠 곡선(감쇠 계수)을 나타낸 다른 예시도 이다.
도 30은 본 발명의 실시예에 따라 상기 외부 금속 물질의 유무를 결정하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 31은 본 발명의 실시예에 따라 상기 외부 금속 물질의 유무를 결정하는 다른 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 32는 감쇠 계수의 주기 당 변화율에 근거하여, 외부 물질의 종류, 수신장치의 정렬 상태 및 용량을 검출하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 33은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송장치에 있어서, 통신을 수행하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 34는 무선으로 전력을 전송하는 것을 중단하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 35, 도 36 및 도 37은 외부 물질의 종류에 따라 감쇠 계수가 변하는 것을 나타낸 그래프이고, 도 38, 도 39, 도 40은 수신장치가 있는 경우, 각 주기 당 감쇠 계수가 변하는 것을 나타낸 그래프이다.
본 명세서에 개시된 기술은 무선 전력 전송(wireless power transmission)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 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 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 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 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 출원에서, "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, 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 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
정의
다대일 통신 방법: 송신기 (Tx) 하나가 다수의 수신기 (Rx)와 통신하는 방법
단방향 통신: 단지 수신기가 송신기 쪽으로만 필요한 메세지를 전송하는 통신 방법
양방향 통신: 송신기는 수신기로, 수신기는 송신기로, 즉 양쪽에서 메시지 전송이 가능한 통신 방법
여기서, 송신기 및 수신기는 각각 송신장치 및 수신장치와 동일한 의미이며, 이하, 이들 용어는 혼용될 수 있다.
무선 전력 전송장치 및 무선 전력 수신장치 개념도
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 무선 전력 전송장치 및 무선 전력 수신장치를 개념적으로 나타낸 예시도이다.
도 1을 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 무선 전력 수신장치(200)가 필요로 하는 무선으로 전력을 전달하는 전력 전달 장치일 수 있다 .
또한, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 무선으로 전력을 전달함으로써 상기 무선 전력 수신장치(200)의 배터리를 충전하는 무선 충전 장치일 수 있다.
그 밖에도, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 접촉되지 않은 상태에서 전원이 필요한 무선 전력 수신장치(200)에게 전력을 전달하는 여러 가지 형태의 장치로 구현될 수 있다.
상기 무선 전력 수신장치(200)는 상기 무선 전력 전송장치(100)로부터 무선으로 전력을 수신하여 동작이 가능한 기기이다. 또한, 상기 무선 전력 수신장치(200)는 상기 수신된 무선 전력을 이용하여 배터리를 충전할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 설명되는 무선으로 전력을 수신하는 무선 전력 수신장치는 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 무선 전력 수신장치(200)는, 후술하는 바와 같이, 이동 통신 단말기(예컨대 휴대폰, 셀룰러폰, 태블릿) 또는 멀티미디어 기기일 수 있다.
한편, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 하나 이상의 무선 전력 전달 방법을 이용하여 상기 무선 전력 수신장치(200)로 상호간 접촉이 없이 무선으로 전력을 전달할 수 있다. 즉, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 무선 전력 신호에 의한 자기 유도 현상에 기초한 유도 결합(Inductive Coupling) 방식과 특정한 주파수의 무선 전력 신호에 의한 전자기적 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, 자기 유도 현상에 의하여 하나의 코일에서 변화하는 자기장 통해 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 무선 전력 수신장치(200)에서 공진이 발생하고, 상기 공진 현상에 의하여 상기 무선 전력 전송장치(100)로부터 상기 무선 전력 수신장치(200)로 전력이 전달되는 것을 말한다.
이하에서는 본 명세서에 개시된 무선 전력 전송장치(100) 및 무선 전력 수신장치(200)에 관한 실시 예들을 구체적으로 설명한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 사용한다.
도 2A 및 2B는 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 무선 전력 전송장치(100) 및 무선 전력 수신장치(200)의 구성을 예시적으로 나타낸 블록도이다.
무선 전력 전송장치
도 2A를 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 무선 전력 수신장치(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. 예를 들어, 상기 전력 변환부(111)는 유도 결합 방식에 따라 상기 무선 전력 수신장치(200)의 2차 코일에 전류를 유도시키기 위하여 변화하는 자기장을 형성시키는 1차 코일을 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 전력 변환부(111)는 공진 결합 방식에 따라 상기 무선 전력 수신장치(200)에 공진 현상을 발생시키기 위하여 특정 공진 주파수를 가진 자기장을 형성시키는 코일(또는 안테나)를 포함하도록 구성될 수 있다.
또한, 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 4a, 도 4b 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. 상기 전력 송신 제어부(112)는 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 무선 전력 수신장치(200)로 전력을 전달하는 무선 전력 신호가 통과하는 영역을 말한다. 다음으로, 감지 영역(semi-active area)은 상기 무선 전력 전송장치(100)가 상기 무선 전력 수신장치(200)의 존재를 감지할 수 있는 관심 영역을 말한다. 여기서, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(200)의 존재를 검출한 결과에 따라 상기 무선 전력 수신장치(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 특성의 결정은 상기 무선 전력 전송장치(100) 측의 조건에 의하여 또는 상기 무선 전력 수신장치(200) 측의 조건에 의하여 이루어질 수 있다.
상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 수신장치(200)로부터 전력 제어 메시지를 수신할 수 있다. 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 수신된 전력 제어 메시지를 기초로 상기 전력 변환부(111)의 주파수, 전압, 전류 중 하나 이상의 특성을 결정할 수 있으며, 그 밖에 상기 전력 제어 메시지를 기초로 다른 제어 동작을 수행할 수 있다.
예를 들어, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 수신장치(200)의 정류된 전력량 정보, 충전 상태 정보 및 식별 정보 중 하나 이상을 포함하는 전력 제어 메시지에 따라 상기 무선 전력 신호를 형성시키기 위해 사용되는 주파수, 전류, 전압 중 하나 이상의 특성을 결정할 수 있다.
또한, 상기 전력 제어 메시지를 이용하는 그 밖의 다른 제어 동작으로서, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 무선 전력 전달과 관련된 일반적인 제어 동작을 상기 전력 제어 메시지를 기초로 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 전력 제어 메시지를 통하여 상기 무선 전력 수신장치(200)와 관련된 청각적 또는 시각적으로 출력할 정보를 수신하거나, 기기간의 인증 등에 필요한 정보를 수신할 수도 있다.
이와 같은 상기 전력 제어 메시지를 수신하기 위하여, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 신호를 통하여 수신하는 방법 및 그 외의 사용자 데이터를 수신하는 방법 중 적어도 하나를 이용할 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 무선 전력 수신장치(200)에 의하여 변조된 무선 전력 신호를 복조하여 상기 전력 제어 메시지를 수신하기 위하여 사용될 수 있다.
그 밖에, 어떤 실시 예에서는 상기 전력 송신 제어부(112)가 상기 무선 전력 전송장치(100)에 포함되어 있는 통신 수단(미도시)에 의하여 전력 제어 메시지가 포함되어 있는 사용자 데이터를 수신함으로써 전력 제어 메시지를 획득할 수도 있다.
[In-band two-way communication을 지원 하는 경우]
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 양방향 통신이 가능한 무선 전력 전송환경에서는, 상기 전력 송신 제어부(112)가 상기 무선 전력 수신장치(200)로 데이터를 전송할 수 있다. 상기 전력 송신 제어부(112)가 전송하는 데이터는 상기 무선 전력 수신장치(200)가 전력 제어 메시지를 보내도록 요청하는 것일 수 있다.
무선 전력 수신장치
도 2B를 참조하면, 상기 무선 전력 수신장치는(200)는 전원 공급부(290)를 포함하도록 구성된다. 상기 전원 공급부(290)는 상기 무선 전력 수신장치(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, 유도 결합 방식에 따른 구성 요소로서, 상기 전력 수신부(291)는 변화되는 자기장에 의하여 전류가 유도되는 2차 코일을 포함할 수 있다. 또한, 상기 전력 수신부(291)는 공진 결합 방식에 따른 구성 요소로서 특정 공진 주파수를 가진 자기장에 의하여 공진 현상이 발생되는 코일 및 공진 회로를 포함할 수 있다.
다만, 상기 전력 수신부(291)가 하나 이상의 무선 전력 전달 방식에 따라 전력을 수신하는 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 것들에 대하여는 도 4a 및 도 4b를 참조하여, 공진 결합 방식을 따르는 것들에 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.
이와 갈은 상기 전력 제어 메시지를 전송하기 위하여, 상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 무선 전력 신호를 통하여 전송하는 방법 및 그 외의 사용자 데이터를 통하여 전송하는 방법 중 적어도 하나를 이용할 수 있다.
상기 전력 제어 메시지를 전송하기 위하여, 상기 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(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.
그 밖에, 어떤 실시 예들에서는 상기 전력 수신 제어부(292)가 상기 무선 전력 수신장치(200)에 포함되어 있는 통신 수단(미도시)에 의하여 전력 제어 메시지가 포함되어 있는 사용자 데이터를 전송함으로써 전력 제어 메시지를 상기 무선 전력 전송장치(100)로 전송할 수도 있다.
[In-band two-way communication을 지원 하는 경우]
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 양방향 통신이 가능한 무선 전력 전송환경에서는, 상기 전력 수신 제어부(292)가 상기 무선 전력 전송장치(100)로부터 전송되는 데이터를 수신할 수 있다. 상기 무선 전력 전송장치(100)로부터 전송되는 데이터는 전력 제어 메시지를 전송할 것을 요청하는 것일 수 있다.
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 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치에 대하여 설명된다. 먼저, 도 3 내지 도 5를 참조하여 상기 무선 전력 전송장치가 상기 무선 전력 수신장치로 유도 결합 방식에 따라 전력을 전달하는 방법이 개시된다.
유도 결합 방식
도 3은 유도 결합 방식에 따라 무선 전력 전송장치로부터 무선 전력 수신장치에 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 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(200) 측의 수신 코일이 근접하도록 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 상기 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치가 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 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(200)의 위치를 지시한다. 상기 배열 지시부는 단순한 표시(marks)이거나, 상기 무선 전력 수신장치(200)의 위치를 가이드하는 돌출 구조의 형태로 형성될 수 있다. 또는 상기 배열 지시부는 상기 인터페이스 표면의 하부에 장착되는 자석과 같은 자성체의 형태로 형성되어, 상기 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치의 구성에 대하여 구체적으로 설명된다.
유도 결합 방식의 무선 전력 전송장치 및 무선 전력 수신장치
도 4a 및 도 4b는 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 자기 유도 방식의 무선 전력 전송장치(100) 및 무선 전력 수신장치(200)의 구성의 일부를 예시적으로 나타낸 블록도이다. 도 4A를 참조하여 상기 무선 전력 전송장치(100)에 포함된 상기 전력 전달부(110)의 구성에 대하여 설명하고, 도 4B를 참조하여 상기 무선 전력 수신장치(200)에 포함된 상기 전원 공급부(290)의 구성에 대하여 설명한다.
도 4A를 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. 상기 전송 코일(1111a)은 평판 나선형태(Planar Spiral type) 또는 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 무선 전력 수신장치(200) 사이의 배열(alignment) 및 거리(distance)의 영향을 받기 때문이다. 특히, 상기 위치 결정부(1114)는 상기 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(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 4B를 참조하면, 상기 무선 전력 수신장치(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, 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 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(200)의 위치가 감지되면, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 수신장치(200)의 감지된 위치를 고려하여 상기 하나 이상의 전송 코일들(1111a-1 내지 1111a-n) 중 상기 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(200)의 위치 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 전송장치(100)에 구비된 상기 위치 감지부(미도시)에 의하여 상기 인터페이스 표면 상의 상기 무선 전력 수신장치(200)의 위치를 획득할 수 있다. 또 다른 예를 들어, 상기 전력 송신 제어부(112)는 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 무선 전력 수신장치(200)의 위치 정보를 획득할 수도 있다.
한편, 상기 활동 영역은 상기 인터페이스 표면의 일부로서, 상기 무선 전력 전송장치(100)가 상기 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(200)의 감지된 위치를 기초로 활동 영역을 결정하고, 상기 활동 영역에 대응되는 주요 셀의 연결을 수립하여 상기 무선 전력 수신장치(200)의 수신 코일(2911a)와 상기 주요 셀에 속한 코일들이 유도 결합 관계에 놓일 수 있도록 상기 다중화기(1113)을 제어할 수 있다.
또한, 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 무선 전력 전송장치가 공진 결합 방식에 따라 전력을 전달하는 방법이 개시된다.
공진 결합 방식
도 6은 공진 결합 방식에 따라 무선 전력 전송장치로부터 무선 전력 수신장치에 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 인덕터과 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 무선 전력 수신장치(200)에서 공진 현상이 일어나는 경우 상기 무선 전력 수신장치(200) 내에서는 상기 공진 현상에 의하여 전력이 발생된다.
공진 주파수는, 예를 들어, 다음 수학식 1과 같은 수식에 의하여 결정될 수 있다.
수학식 1
Figure PCTKR2014008853-appb-M000001
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 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 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(200)의 LRX 및 CRX를 상기 수학식 1에 대입한 결과가 상기 특정한 진동 주파수와 동일한 경우에 상기 무선 전력 수신장치(200)에서는 공진이 일어난다.
공진 결합에 의한 무선 전력 전송 방식에 따르면, 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 상기 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치의 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 무선 전력 수신장치(200)의 구성의 일부를 예시적으로 나타낸 블록도이다.
도 7A를 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.
상기 주파수 조절부(1117)는, 예를 들어, 상기 공진 회로(1116)에 포함된 커패시터 간의 거리를 조절하여 커패시턴스를 변경시킬 수 있는 모터를 포함하거나, 또는 상기 전송 코일(1111b)의 회전 수(number of turns) 또는 직경을 조절하여 인덕턴스를 변경시킬 수 있는 모터를 포함하거나, 또는 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 7B를 참조하여 상기 무선 전력 수신장치(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 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 공진 결합 방식에 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 설정되거나, 일부가 서로 다른 공진 주파수를 갖도록 설정될 수 있다. 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.
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.
In-band communication
도 9는 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 9를 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 전자 기기(200)가 상기 무선 전력 신호를 수신하는 중에 상기 무선 전력 신호를 변조(modulation)하는 경우 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 10 및 도 11을 참조하여 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 상기 전자 기기(200) 사이에서 송수신되는 패킷의 변조 및 복조에 대하여 설명된다.
도 10은 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전송에서 전력 제어 메시지를 송수신하기 위한 구성을 도시한다. 도 11은 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전송에서 수행되는 변조 및 복조에서의 신호의 형태를 도시한다.
도 10을 참조하면, 상기 전자 기기(200) 측의 상기 전력 수신부(291)를 통하여 수신되는 무선 전력 신호는 도 11의 (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 11의 (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 11의 (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.
[in-band two-way communication을 지원하는 경우]
이상, 도 9에는 상기 무선 전력 전송 장치(100)가 형성한 반송파 신호(carrier signal)(10a)를 이용하여 상기 무선 전력 수신장치(200)가 패킷을 송신하는 것에 대하여 도시되었으나, 상기 무선 전력 전송 장치(100)도 위와 유사한 방식으로 상기 무선 전력 수신장치(200)에 데이터를 전송할 수 있다.
즉, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 변복조부(113)를 제어하여 상기 무선 전력 수신장치(200)에 보낼 데이터가 상기 반송파 신호(10a)에 실리도록 변조할 수 있다. 이와 같은 경우 상기 무선 전력 수신장치(200) 측의 상기 전력 수신 제어부(292)가 상기 변조된 상기 반송파 신호(10a)로부터 데이터를 획득할 수 있도록 상기 변복조부(293)를 제어하여 복조를 수행할 수 있다.
패킷 포맷
이하에서는, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 신호를 이용한 통신에서 사용되는 패킷의 구조가 설명된다.
도 12는 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전달방법에 사용되는 전력 제어 메시지를 포함하는 패킷을 도시한다.
도 12의 (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 12의 (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 12의 (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)
이하에서, 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 상기 무선 전력 수신장치(200)의 동작 상태들에 대하여 설명된다.
도 13은 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전송장치(100) 및 무선 전력 수신장치(200)의 동작 상태들을 도시한다. 또한, 도 14 내지 도 18은 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 무선 전력 수신장치(200)간의 전력 제어 메시지를 포함하는 패킷들의 구조를 도시한다.
도 13을 참조하면, 무선 전력 전송을 위한 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(200)를 식별하고 전력 전달을 위한 설정 정보를 획득한다. 상기 전력 전송 상태(640)에서는 상기 무선 전력 전송장치(100)가, 상기 무선 전력 수신장치(200)로부터 수신한 제어 메시지에 대응하여 전송하는 전력을 조절하면서, 상기 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(200)의 선택을 위한 검출 과정은 전력 제어 메시지를 이용하여 상기 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(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 경우에 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 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(200)의 위치에 기초하여 무선 전력 전송에 사용될 코일을 결정할 수 있다.
또한, 공진 결합 방식에 따라 전력이 전송되는 경우에 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 phase)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 무선 전력 수신장치(200)를 검출하는 과정을 수행한다. 상기 선택 상태(610)에서 무선 전력 신호의 특성 등을 이용한 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(200)를 검출하기 위한 무선 전력 신호를 형성하고, 상기 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(200)로부터 전력 제어 메시지를 수신할 것을 시도할 수 있다.
한편, 상기 검출 신호에 대한 응답에 해당하는 전력 제어 메시지는 상기 무선 전력 수신장치(200)가 수신한 무선 전력 신호의 강도(strength)를 나타내는 메시지일 수 있다. 예를 들어, 상기 무선 전력 수신장치(200)는 도 14에 도시된 바와 같은 상기 검출 신호에 대한 응답으로서 수신된 무선 전력 신호의 강도를 나타내는 메시지가 포함된 신호 강도 패킷(Signal Strength Packet)( 5100)을 전송할 수 있다. 상기 패킷(5100)은 신호 강도를 나타내는 패킷임을 알리는 헤더(5120) 및 상기 무선 전력 수신장치(200)가 수신한 전력 신호의 강도를 나타내는 메시지(5130)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 메시지(5130) 내의 전력 신호의 강도는 상기 무선 전력 전송장치(100)와 상기 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(200)는 자신의 식별 정보를 포함하는 전력 제어 메시지를 전송할 수 있다. 이를 위하여, 상기 무선 전력 수신장치(200)는, 예컨대, 도 15A에 도시된 바와 같은 무선 전력 수신장치(200)의 식별 정보를 나타내는 메시지가 포함된 식별 패킷(Identification Packet)(5200) 을 전송할 수 있다. 상기 패킷(5200)은 식별 정보를 나타내는 패킷임을 알리는 헤더(5220) 및 상기 무선 전력 수신장치의 식별 정보를 포함하는 메시지(5230)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 메시지(5230)는 무선 전력 전송을 위한 규약의 버전을 나타내는 정보(2531 및 5232), 상기 무선 전력 수신장치(200)의 제조 업체를 식별하는 정보(5233), 확장 장치 식별자의 유무를 나타내는 정보(5234) 및 기본 장치 식별자(5235)를 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 확장 장치 식별자의 유무를 나타내는 정보(5234)에 확장 장치 식별자가 존재하는 것으로 표시되는 경우, 도 15B에 도시된 바와 같은 확장 장치 식별자를 포함한 확장 식별 패킷(Extended Identification Packet)(5300) 이 별도로 전송될 수 있다. 상기 패킷(5300)은 확장 장치 식별자를 나타내는 패킷임을 알리는 헤더(5320) 및 확장 장치 식별자를 포함하는 메시지(5330)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 같이 확장 장치 식별자가 사용되는 경우에, 상기 무선 전력 수신장치(200)를 식별하기 위하여 상기 제조 업체의 식별 정보(5233), 상기 기본 장치 식별자(5235) 및 상기 확장 장치 식별자(5330)에 기초한 정보가 사용될 수 있다.
상기 식별 및 설정 상태(630)에서 상기 무선 전력 수신장치(200)는 예상 최대 전력에 대한 정보를 포함하는 전력 제어 메시지를 전송할 수 있다. 이를 위하여, 상기 무선 전력 수신장치(200)는, 예컨대, 도 16에 도시된 바와 같은 설정 패킷(Configuration Packet)(5400) 을 전송할 수 있다. 상기 패킷은 설정 패킷임을 알리는 헤더(5420) 및 상기 예상 최대 전력에 대한 정보를 포함하는 메시지(5430)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 메시지(5430)는 전력 클래스(5431), 예상 최대 전력에 대한 정보(5432), 무선 전력 전송장치 측의 주요 셀의 전류를 결정하는 방법을 나타내는 지시자(5433), 선택적인 설정 패킷들의 수(5434)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 지시자(5433)는 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 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치를 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 무선 전력 수신장치(200)로 전력을 전송한다.
상기 무선 전력 전송장치(100)는 전력을 전송하는 도중에 상기 무선 전력 수신장치(200)로부터 전력 제어 메시지를 수신하고, 상기 수신한 전력 제어 메시지에 대응하여 상기 전송 코일에 인가되는 전력의 특성을 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 전송 코일의 전력 특성을 조절하기 위해 사용되는 전력 제어 메시지는 도 17에 도시된 바와 같은 제어 오류 패킷(Control Error Packet)( 5500)에 포함될 수 있다. 상기 패킷(5500)은 제어 오류 패킷임을 알리는 헤더(5520)와 제어 오류 값을 포함하는 메시지(5530)를 포함하도록 구성될 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 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(200)로부터 전달된 전력 제어 메시지를 기초로 상기 전력 전송 상태(640)를 종료할 수 있다.
예를 들어, 상기 무선 전력 수신장치(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.
또 다른 예를 들어, 상기 무선 전력 수신장치(200)는 이미 생성된 전력 전달 규약을 갱신하기 위하여 재협상(renegotiation) 또는 재설정(reconfigure)을 요청하는 전력 제어 메시지를 전달할 수 있다. 상기 무선 전력 수신장치(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 무선 전력 수신장치(200)가 전송하는 메시지는, 예컨대, 도 18에 도시된 바와 같은 전력 전송 중단 패킷(End Power Transfer Packet)(5600)일 수 있다. 상기 패킷(5600)은 전력 전송 중단 패킷임을 알리는 헤더(5620) 및 중단의 이유를 나타내는 전력 전송 중단 코드를 포함하는 메시지(5630)를 포함하도록 구성될 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 19는 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 19에는 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 19에 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 수신장치로 동작한다. 본 명세서에 개시된 실시 예들에 따른 상기 전력 수신장치는 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 수신장치의 각 구성요소들을 제어하는 제어부(292', 292)를 포함하도록 구성될 수 있다.
이상에서는 WPC 규격을 중심으로 본 발명의 무선 전력 송수신 방법에 대하여 설명하였다. 나아가, 본 발명에서는 무선 전력 전송장치가 단일 코일을 조합하여, 서로 다른 규격을 따르는 무선 전력 수신장치들에게 전력을 각 규격에 적합하게 전달하는 방법을 제시한다. 나아가, 본 발명에서는 WPC 규격과 PMA 규격의 호환이 가능하면서도 수신장치들의 위치 자유도를 확장하는 새로운 형태의 다중 코일 솔루션을 제공한다. 이하, 이에 대하여 보다 상세히 설명한다.
한편, 상기 무선 전력 전송장치(100)와 상기 무선 전력 수신장치(200) 사이의 쇄교 자속을 이용하여 무선 전력을 전송 및 수신하는 방법에 있어서, 상기 무선 전력 전송장치(100) 및/또는 상기 무선 전력 수신장치(200)에 인접한 위치에 외부 금속 물질(예를 들면, 금속 컵, 캔 등과 같은 금속 물질(도체))이 위치되면 그 외부 금속 물질이 자속에 의해 발열할 수 있다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송장치(100)에 위치한 외부 금속 물질(300)의 발열 원인을 나타낸 예시도 이다.
도 20에 도시한 바와 같이, 상기 외부 금속 물질(도체)(300)에 자속(B)이 관통을 하면, 상기 외부 금속 물질(300)의 표면과 자속이 이루는 각도(Θ)의 사인(sine)값과 비례한 전류(I)가 유도되는데, 이 전류(I)는 외부 금속 물질(300)의 고유 저항계수(ρ)로부터 계산되는 저항값에 비례한 발열을 야기하게 된다.
따라서, 본 발명에서는 무선 전력 전송장치(100)에서 송신하는 무선 전력 중에서 외부금속 물질(300)의 발열을 야기할 수 있는 실질적인 전력량을 측정할 수 있는 장치 및 그 방법을 설명한다. 또한, 본 발명에서는 호환성 문제를 해결하고자 상기 무선 전력 수신장치(200)의 영향을 받지 않는 상황에서 무선 전력 전송장치(100)에서만 외부금속 물질(300)의 발열을 야기할 수 있는 실질적인 전력량을 측정할 수 있는 장치 및 그 방법도 설명한다. 예를 들면, 상기 쇄교 자속을 이용하는 무선 전력 전송 시스템(100, 200)에서 전송 코일(1111)의 구동을 멈추었을 때, 상기 무선 전력 전송장치(100)의 공진 에너지의 감쇠량을 근거로 발열을 야기할 수 있는 외부 물질의 유무를 판별한다. 또한, 상기 무선 전력 수신장치(200)의 영향을 없애기 위하여, 상기 무선 전력 수신장치(200)의 에너지를 소모하지 않는 조건으로 설정한다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따라 쇄교 자속을 이용하는 무선 전력 전송장치(100)와 상기 무선 전력 수신장치(200) 사이에 위치한 외부 금속 물질을 나타낸 예시도 이다.
도 21에 도시한 바와 같이, 쇄교 자속을 이용하는 무선 전력 전송장치(100)는 커패시터(C)가 직렬 혹은 병렬로 연결된 LC 공진 회로로 구성된 전송 코일(1111)을 포함하며, 상기 무선 전력 수신장치(200)는 커패시터(C)가 직렬 혹은 병렬로 연결된 LC 공진 회로로 구성된 수신 코일(2911)을 포함한다. 상기 전력 변환부(111)가 상기 전송 코일(1111)에 교류 전원을 인가하면 발생하는 자속(Magnetic Flux) 중 수신 코일(2911)과 쇄교하는 성분으로 인해 전력이 상기 무선 전력 수신장치(200)에 전송되는 원리이다. 전송 코일(1111) 및 수신 코일(2911)은 커패시터(C)가 직렬 혹은 병렬로 연결된 LC 공진 회로(또는 공진 탱크(resonance tank))로 이루지며, 상기 LC 공진 회로를 이용하여 임피던스를 조절함으로써 충분한 전력이 상기 무선 전력 수신장치(200)에 전송될 수 있다.
상기 인덕터(L)와 커패시터(C)로 이루어진 공진 회로는, L과 C가 에너지를 서로 주고 받으며 공진을 하게 된다. 그리고 상기 전력 변환부(111) 내의 인버터는 무선으로 에너지(전력)를 전송하는 정상상태(steady state)에서 상기 LC 공진 회로를 공진 주파수로 구동시키거나 공진 주파수보다 높은 주파수로 구동시키는 역할을 한다.
도 22a-22b는 본 발명의 실시예에 따라 상기 무선 전력 전송장치(100)의 인버터가 LC 공진 회로를 구동시키다가 갑자기(일시적으로) 구동을 멈출 경우의 인덕터(L) 전류의 변화(ΔIRESO)를 나타낸 예시도 이다. 도 22a는 상기 무선 전력 전송장치(100)의 LC 공진 회로를 공진 주파수(22-2)로 구동했다가 멈추었을 때의 인덕터(L)의 전류 변화를 나타내며, 도 22b는 상기 무선 전력 전송장치(100)의 LC 공진 회로를 공진 주파수(22-2)보다 높은 주파수(22-3)로 구동했다가 멈추었을 때의 인덕터(L) 전류의 변화를 나타낸다. 도면 부호 22-1은 LC 공진 회로의 구동 전압(전류)을 나타낸다. 즉, 상기 LC 공진 회로를 공진 주파수(22-2)로 구동하거나 그 공진 주파수(22-2)보다 높은 주파수(22-3)로 구동하다가 일시적으로 그 구동을 멈추어도 인덕터(L) 전류의 변화(ΔIRESO)는 서로 동일함(변화 없음)을 알 수 있다.
도 22a-22b에 도시한 바와 같이, 상기 무선 전력 전송장치(100)의 인버터가 LC 공진 회로를 구동하다가 그 구동을 멈추게 되면 상기 무선 전력 전송장치(100)의 LC 공진 회로의 공진 에너지는 점차 감쇠하게 된다. 상기 무선 전력 전송장치(100)의 LC 공진 회로의 에너지를 대표하는 값으로 L의 전류를 예로 들면, 공진 에너지가 모두 L에 모이는 시점인 L의 전류가 피크를 가질 때의 값을 기준으로 제1 전류(I1)에서 제2 전류(I2)로 변했다면 다음과 같은 수학식 2가 성립한다.
수학식 2
Figure PCTKR2014008853-appb-M000002
여기서, △P는 상기 무선 전력 전송장치(100)에서 손실되는 전체 손실 전력량을 나타내며, f는 상기 무선 전력 전송장치(100)의 LC 공진 회로를 구동하는 주파수를 나타내며, LCOIL 상기 무선 전력 전송장치(100)의 LC 공진 회로의 인덕터(L) 값을 나타내며, I1은 상기 무선 전력 전송장치(100)의 LC 공진 회로를 구동시키다가 멈춘 시점부터 제1 미리설정된 시간(또는 미리설정된 사이클 수)이 경과한 제1 시점에 검출된 인덕터(L)의 제1 전류를 나타내며, I2은 상기 무선 전력 전송장치(100)의 LC 공진 회로를 구동시키다가 멈춘 시점부터 제2 미리설정된 시간(또는 미리설정된 사이클 수)이 경과한 제2 시점에 검출된 인덕터(L)의 제2 전류를 나타내며, 상기 제1 시점은 상기 제2 시점보다 빠르게 설정된다. 상기 제1 및 제2 미리설정된 시간은 상기 무선 전력 전송장치(100)의 LC 공진 회로를 구동시키다가 멈춘 시점부터 상기 인덕터(L)의 전류가 더 이상 검출되는 않는 시점까지의 시간 내에 포함될 수 있다.
kPT는 상기 무선 전력 수신장치(200)로 전송되는 전력량으로서, k의 계수는 상기 무선 전력 수신장치(200) 역시 LC 공진 회로를 가지고 있기 때문에 나타난다. PLOSS는 상기 무선 전력 전송장치(100)에서 손실된 고유 전력량으로서, 기생 저항, 상기 무선 전력 전송장치(100)의 코어의 손실 등에 의해 발생하는 요소에 의해(외부 금속 물질과 관련 없음) 상기 무선 전력 전송장치(100)에서 손실된 고유 전력량을 나타낸다. PFO는 외부 금속 물질에서의 발열 등으로 인해 상기 무선 전력 전송장치(100)에서 손실된 전력량을 나타낸다. 여기서, 상기 전력 송신 제어부(112)는, 상기 무선 전력 전송장치(100)의 인버터가 LC 공진 회로를 구동하다가 그 구동을 멈추게 되면, 상기 무선 전력 전송장치(100)에서 손실되는 전체 손실 전력량(△P), 상기 무선 전력 전송장치(100)에서 손실된 고유 전력량(PLOSS), 상기 외부 금속 물질에서의 발열 등으로 인해 상기 무선 전력 전송장치(100)에서 손실된 전력량(PFO) 등을 구할 수 있다.
상기 전력 송신 제어부(112)는 PT=0인 상태로 설정하고, 상기 무선 전력 전송장치(100)의 LC 공진 회로를 구동시키다가 멈춘 시점부터 미리설정된 시간(또는 미리설정된 사이클 수) 동안의 제1 전류(I1)에서 제2 전류(I2)를 감산한 값과 "
Figure PCTKR2014008853-appb-I000001
"의 결과 값을 곱함으로써 구해진 값을 상기 무선 전력 전송장치(100)에서 손실되는 전체 손실 전력량(△P)으로서 결정한다.
도 23은 상기 무선 전력 수신장치(200)와 외부 금속 물질(300)이 없이 상기 무선 전력 전송장치(100)만 있는 상태에서 상기 무선 전력 전송장치(100)의 LC 공진 회로의 구동을 멈출 때의 공진 에너지의 감쇠 곡선(23-1)을 나타낸다.
도 23에 도시한 바와 같이, 포락선(envolop)이 감쇠계수(α)를 가지고 e-αt를 따라 시간적으로 감쇠하는 것을 볼 수 있다. 상기 감쇠계수는 PLOSS에 의한 것으로서, PLOSS에 관여하는 요소는 코일의 등가저항, 코일 코어에서 발생하는 자기저항, 상기 무선 전력 전송장치(100)의 어셈블리(assembly)에서 발생하는 손실 등 외부 금속 물질과 관련 없는 자체 손실 성분으로서, 상기 무선 전력 전송장치(100) 단독으로 측정함으로써 상기 무선 전력 전송장치(100)에서 손실된 고유 전력량(PLOSS)을 미리 구할 수 있다.
상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 수신장치(200)가 상기 무선 전력 전송장치(100)에 접속되면 상기 무선 전력 수신장치(200)의 LC 공진 회로의 구동을 정지시키기 위한 제어 신호(PT=0으로 설정하기 위한 제어 신호)를 발생하고, 그 제어 신호(PT=0으로 설정하기 위한 제어 신호)를 상기 무선 전력 수신장치(200)에 전송한다. 상기 무선 전력 수신장치(200)는 상기 제어 신호(PT=0으로 설정하기 위한 제어 신호)를 근거로 자신의 LC 공진 회로의 구동을 정지시킨다(PT=0으로 설정함). 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 외부 금속 물질(300)의 존재 여부 및/또는 상기 외부 금속 물질(300)로 인해 소모되는 전력량을 검출하기 위해 주기적으로 또는 사용자에 의해 설정된 시간이 경과할 때마다 상기 무선 전력 수신장치(200)의 LC 공진 회로의 구동을 정지시키기 위한 제어 신호를 발생하고, 그 제어 신호를 상기 무선 전력 수신장치(200)에 전송할 수 있다.
이하에서는, PT=0으로 설정하는 방법을 도 24 및 도 25를 참조하여 설명한다.
도 24는 PT=0으로 설정하기 위한 회로를 나타낸 예시도이다.
도 24에 도시한 바와 같이, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 수신장치(200)가 상기 무선 전력 전송장치(100)에 접속되면 주기적으로 상기 무선 전력 수신장치(200)의 LC 공진 회로(2911)의 후단에 연결된 정류기(Rectifier)(24-1)의 다이오드들(D1~D4)을 턴-오프시킴으로써 PT=0으로 설정한다. 예를 들면, 상기 무선 전력 수신장치(200)는 상기 전력 송신 제어부(112)의 제어 신호(PT=0으로 설정하기 위한 제어 신호)를 근거로 상기 정류기(24-1)를 개방(Open)시켜 상기 무선 전력 수신장치(200)의 LC 공진 회로(2911)에 인가되는 전류를 차단함으로써 PT=0으로 설정한다.
도 25는 PT=0으로 설정하기 위한 다른 회로를 나타낸 예시도이다.
도 25에 도시한 바와 같이, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 수신장치(200)가 상기 무선 전력 전송장치(100)에 접속되면 주기적으로 상기 무선 전력 수신장치(200)의 LC 공진 회로를 단락시킴으로써 PT=0으로 설정한다. 예를 들면, 상기 무선 전력 수신장치(200)는 상기 전력 송신 제어부(112)의 제어 신호(PT=0으로 설정하기 위한 제어 신호)를 근거로 상기 정류기(25-1) 내의 스위칭 소자들(M1, M2)을 턴-온시켜 다이오드들(D3, D4)을 단락시킴으로써 상기 무선 전력 수신장치(200)의 LC 공진 회로(2911)가 단락된다.
도 26은 외부 금속 물질(300)이 없이 상기 무선 전력 수신장치(LC 공진 회로가 단락된 상태임)(200)와 상기 무선 전력 전송장치(100)만 있는 상태에서 상기 무선 전력 전송장치(100)의 LC 공진 회로의 구동을 멈출 때의 공진 에너지의 감쇠 곡선(26-1)을 나타낸다.
도 27은 도 23의 전류 파형과 도 26의 전류 파형을 겹친 파형을 나타낸 도로서, 도 23의 공진 에너지의 감쇠 곡선(23-1)과 도 26의 공진 에너지의 감쇠 곡선(26-1)은 상기 무선 전력 수신장치(LC 공진 회로가 단락된 상태임)(200)의 유무에 영향을 받지 않는다는 것을 확인할 수 있다. 즉, 도 23의 공진 에너지의 감쇠 계수와 도 26의 공진 에너지의 감쇠 계수가 서로 거의 차이가 없음을 확인할 수 있다.
도 28은 외부 금속 물질(300)이 없이 상기 무선 전력 전송장치(100)만 있는 상태에서 상기 무선 전력 전송장치(100)의 LC 공진 회로의 구동을 멈출 때의 공진 에너지의 감쇠 곡선(감쇠 계수)(23-1)와, 상기 무선 전력 전송장치(100)에 외부 금속 물질(300)이 있는 상태에서 상기 무선 전력 전송장치(100)의 LC 공진 회로의 구동을 멈출 때의 공진 에너지의 감쇠 곡선(감쇠 계수)(28-1)을 비교하여 나타낸 예시도 이다.
도 28에 도시한 바와 같이, 상기 무선 전력 전송장치(100) 단독으로 존재하고 있을 때 외부 금속 물질(300)의 유무에 따라 상기 무선 전력 전송장치(100)의 LC 공진 회로에 축적된 공진 에너지를 나타내는 대표값인 인덕터 코일 전류의 변화를 나타낸다. 즉, 외부 금속 물질(300)의 유무에 따라 공진 에너지의 감쇠계수(α)가 확연하게 구분이 됨을 알 수 있다.
도 29는 외부 금속 물질(300)이 없이 상기 무선 전력 수신장치(200)가 상기 무선 전력 전송장치(100)에 위치한 상태에서 상기 무선 전력 전송장치(100)의 LC 공진 회로의 구동을 멈출 때의 공진 에너지의 감쇠 곡선(감쇠 계수)(29-1)와, 상기 무선 전력 수신장치(200)가 상기 무선 전력 전송장치(100)에 위치하고 상기 무선 전력 전송장치(100)에 외부 금속 물질(300)이 있는 상태에서 상기 무선 전력 전송장치(100)의 LC 공진 회로의 구동을 멈출 때의 공진 에너지의 감쇠 곡선(감쇠 계수)(29-1)을 비교하여 나타낸 예시도 이다. 즉, 외부 금속 물질(300)의 유무에 따라 공진 에너지의 감쇠계수(α)가 확연하게 구분이 됨을 알 수 있다.
상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 전송장치(100)의 LC 공진 회로의 구동을 멈출 때 상기 무선 전력 전송장치(100)의 LC 공진 회로의 전류(혹은 전압)의 포락선이 미리설정된 크기까지 줄어드는 데 걸리는 공진 사이클(cycle) 수(혹은 시간)을 근거로 상기 외부 금속 물질의 유무를 결정할 수도 있다. 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 전송장치(100)의 LC 공진 회로의 구동을 멈출 때 미리설정된 공진 사이클의 횟수 이후(혹은 미리설정된 시간 이후) 상기 무선 전력 전송장치(100)의 LC 공진 회로에 남아있는 전류(혹은 전압)의 포락선 크기를 근거로 상기 외부 금속 물질의 유무를 결정할 수도 있다.
상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 공진 에너지의 감쇠계수와 미리설정된 기준 감쇠 계수(임계값)를 근거로 상기 외부 금속 물질의 유무를 결정할 수도 있다.
도 30은 본 발명의 실시예에 따라 상기 외부 금속 물질의 유무를 결정하는 방법을 나타낸 흐름도 이다.
먼저, 상기 전력 송신 제어부(112)는 주기적으로 또는 사용자에 의해 설정된 시간이 경과하면, 상기 무선 전력 전송장치(100)의 LC 공진 회로의 구동을 일시적으로 정지시킨다(S11). 예를 들면, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 수신장치(200)가 상기 무선 전력 전송장치(100)에 접속되지 않은 상태에서도 상기 외부 금속 물질(300)의 유무를 검출하기 위한 시간 동안(예를 들면, 상기 무선 전력 전송장치(100)의 LC 공진 회로의 구동을 정지한 시점부터 공진 에너지가 0이 되는 시점 동안) 상기 무선 전력 전송장치(100)의 LC 공진 회로의 구동을 일시적으로 정지시킨다.
상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 전송장치(100)의 LC 공진 회로의 구동이 정지하면 상기 무선 전력 전송장치(100)의 LC 공진 회로의 공진 에너지의 감쇠 계수를 검출한다(S12).
상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 검출된 감쇠 계수가 미리설정된 기준 감쇠 계수를 초과했는지를 결정한다(S13). 상기 미리설정된 기준 감쇠 계수는, 외부 금속 물질(300) 및 상기 무선 전력 수신장치(200) 없이 상기 무선 전력 전송장치(100)가 단독으로 존재할 때, 상기 무선 전력 전송장치(100)의 LC 공진 회로의 구동을 일시 정지시킨 후 상기 무선 전력 전송장치(100)의 LC 공진 회로의 공진 에너지의 감쇠 계수를 미리 검출하고, 그 미리 검출한 감쇠 계수로서 정의된다.
상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 검출된 감쇠 계수가 상기 미리설정된 기준 감쇠 계수를 초과하면 상기 외부 금속 물질(300)이 검출된 것으로 결정한다(S14).
상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 외부 금속 물질(300)이 검출되면 상기 외부 금속 물질(300)이 검출되었음을 나타내는 정보(예를 들면, 오류 코드)를 발생하고, 그 정보를 표시부(141)에 표시한다(S15).
반면, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 검출된 감쇠 계수가 상기 미리설정된 기준 감쇠 계수를 초과하지 않으면 주기적으로 상기 외부 금속 물질(300)의 유무를 결정하는 방법을 다시 수행한다.
도 31은 본 발명의 실시예에 따라 상기 외부 금속 물질의 유무를 결정하는 다른 방법을 나타낸 흐름도이다.
먼저, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 수신장치(200)가 상기 무선 전력 전송장치(100)에 접속되면 상기 무선 전력 수신장치(200)에 무전 전력을 전송하다가, 주기적으로 또는 사용자에 의해 설정된 시간이 경과하면 상기 무선 전력 수신장치(200)의 LC 공진 회로의 구동을 일시적으로 정지시킨다(S21). 예를 들면, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 수신장치(200)가 상기 무선 전력 전송장치(100)에 접속되면 상기 무선 전력 전송장치(100)에 무전 전력을 전송하다가 상기 외부 금속 물질(300)의 유무를 검출하기 위한 시간 동안 상기 무선 전력 수신장치(200)의 LC 공진 회로의 구동을 일시적으로 정지시킨다.
상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 수신장치(200)의 LC 공진 회로의 구동을 정지시키고, 상기 무선 전력 전송장치(100)의 LC 공진 회로의 구동도 일시 정지시킨다(S22).
상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 수신장치(200)의 LC 공진 회로 및 상기 무선 전력 전송장치(100)의 LC 공진 회로의 구동을 일시 정지시키고, 상기 무선 전력 전송장치(100)의 LC 공진 회로의 공진 에너지의 감쇠 계수를 검출한다(S23).
상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 검출된 감쇠 계수가 미리설정된 기준 감쇠 계수를 초과했는지를 결정한다(S24). 상기 미리설정된 기준 감쇠 계수는, 외부 금속 물질(300) 없이 상기 무선 전력 전송장치(100)와 상기 무선 전력 수신장치(200)가 접속될 때, 상기 무선 전력 전송장치(100)의 LC 공진 회로의 구동을 일시 정지시킨 후 상기 무선 전력 전송장치(100)의 LC 공진 회로의 공진 에너지의 감쇠 계수를 미리 검출하고, 그 미리 검출한 감쇠 계수로서 정의된다.
상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 검출된 감쇠 계수가 상기 미리설정된 기준 감쇠 계수를 초과하면 상기 외부 금속 물질(300)이 검출된 것으로 결정한다(S25).
상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 외부 금속 물질(300)이 검출되면 상기 외부 금속 물질(300)이 검출되었음을 나타내는 정보(예를 들면, 오류 코드)를 발생하고, 그 정보를 표시부(141)에 표시한다(S26).
반면, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 검출된 감쇠 계수가 상기 미리설정된 기준 감쇠 계수를 초과하지 않으면 무선 전력이 정상적으로 상기 무선 전력 수신장치(200)에 전송되고 있음을 나타내는 정보를 상기 표시부(141)에 표시한다(S27).
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 무선 전력 전송 장치 및 그 제어 방법은, 무선 전력 전송장치의 LC 공진 회로의 공진 에너지의 감쇠 계수를 검출함으로써, 외부 금속 물질의 유무을 결정할 수 있다.
앞서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 무선 전력 전송장치 및 그 제어방법은 LC 공진 회로의 감쇠 계수를 검출함으로써, 외부 금속 물질의 유무를 결정할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예들에 따른 무선 전력 전송장치는 상기 감쇠 계수의 주기당 변화율에 근거하여, 외부 물질의 종류, 수신장치의 정렬 상태 및 용량을 검출하는 방법을 설명한다. 도 32는 감쇠 계수의 주기당 변화율에 근거하여, 외부 물질의 종류, 수신장치의 정렬 상태 및 용량을 검출하는 방법을 나타낸 흐름도이고, 도 35, 도 36 및 도 37은 외부 물질의 종류에 따라 감쇠 계수가 변하는 것을 나타낸 그래프이고, 도 38, 도 39, 도 40은 수신장치가 있는 경우, 각 주기당 감쇠 계수가 변하는 것을 나타낸 그래프이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 전송장치는 외부 물질을 검출하도록 특정 주파수의 파형을 주기적으로 발생시키는 단계를 진행할 수 있다(S310).
무선 전력 전송장치는 상기 무선전력을 전송할 수 있는 특정 거리 내에 무선으로 전력을 수신할 수 있는 외부 물질이 있는지 여부를 검출할 수 있다. 여기에서, 상기 외부 물질이 있는지 여부를 검출하는 것은 무선 충전에 적합하지 않은 물질이 정렬되었음에도 불구하고, 무선 전력을 전송하는 경우를 방지하기 위함이다. 만일, 무선 충전에 적합하지 않은 물질에 무선 전력을 전송하게 되면, 무선 충전 시스템의 파손 우려가 발생하기 때문이다.
이때, 상기 외부 장치가 무선으로 전력을 수신하는 장치인지 여부를 판단하기 위하여, 무선 전력 전송장치에 구비된 전력 송신 제어부(112)는 특정 주파수를 갖는 파형을 주기적으로 발생시킬 수 있다.
여기에서, 상기 특정 주파수는 무선 전력 전송장치의 고유의 공진 주파수보다 높은 주파수일 수 있다.
한편, 상기 특정 주파수를 갖는 파형은 무선 전력 전송장치를 기준으로 특정 거리 내에 외부 물질이 있는 경우, 파형의 특성이 변경될 수 있다. 여기에서, 상기 파형의 특성은 파형의 주파수, 감쇠 계수 등이 될 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송장치는 상기 파형의 각 주기에서, 파형의 감쇠 계수를 검출하여, 감쇠 계수의 변화량을 측정하는 단계를 진행할 수 있다(S320).
상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 파형의 각 주기 마다 감쇠 계수를 검출할 수 있다.
이때, 상기 파형의 감쇠 계수는 상기 무선 전력 전송장치를 기준으로 특정 거리 내에 외부 물질의 존재 유무에 따라 달라질 수 있다. 여기에서, 상기 무선 전력 전송장치를 기준으로 설정된 특정 거리는 무선 전력 전송장치가 무선으로 전력을 전송할 수 있는 거리를 의미할 수 있다. 도 35, 도 36, 도 37의 그래프를 참조하면, 외부 물질의 존재 유무에 따라 한 주기에서의 감쇠 계수가 변하는 것을 알 수 있다.
보다 구체적으로, 도 35의 그래프는 상기 무선 전력 전송장치의 특정 거리 내에 외부 물질이 없는 경우, 상기 무선 전력 전송장치에 구비된 전력 전송용 코일의 파형을 나타낸다. 또한, 도 36의 그래프는 상기 무선 전력 전송장치의 특정 거리 내에 외부 금속 물질이 있는 경우, 상기 무선 전력 전송장치에 구비된 전력 전송용 코일의 파형을 나타낸다. 도 35 및 도 36의 그래프를 비교하면, 상기 외부물질이 있는 경우, 감쇠 계수가 달라지는 것을 알 수 있다.
나아가, 도 37의 그래프는 상기 무선 전력 전송장치의 특정 거리 내에 무선 전력의 수신이 가능한 수신장치가 있는 경우, 상기 무선 전력 전송장치에 구비된 전력 전송용 코일의 파형을 나타낸다. 앞서, 도 35, 도 36과 도 37을 비교하면, 상기 감쇠 계수가 다른 것을 알 수 있다. 또한, 도 37에서는 수신장치의 존재로 인하여, 추가적인 주파수를 갖는 파형이 있는 것을 알 수 있다.
이를 통하여, 상기 전력 송신 제어부(112)는 외부 물질의 존재 유무를 판단할 수 있다. 이를 통하여, 본 발명은 무선 전력의 전송이 가능한 특정 거리 내에 외부 물체가 있는 경우에만 무선전력을 전송하도록 제어함으로써, 무선 충전 시스템을 보호할 수 있다.
상기 감쇠 계수의 변화량을 측정한 후, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송장치는 상기 파형의 감쇠 계수의 변화량에 기초하여, 외부 물질의 종류를 판단할 수 있다(S330).
상기 전력 송신 제어부(112)는 외부 물질의 존재 유무뿐만 아니라, 각 주기에서의 감쇠 계수의 변화량에 기초하여, 외부 물질의 종류를 판단할 수 있다. 상기 주기에 따라 감쇠 계수가 변경되는 것은 무선 전력을 수신하는 수신장치의 정류부에 구비된 캐패시터에 의한 것일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 수신장치의 정류부에 구비된 캐패시터는 전송장치에서 전송된 특정 주파수를 갖는 파형에 의하여, 에너지가 쌓일 수 있다. 이때, 상기 수신장치의 정류부에 구비된 캐패시터는 상기 축적된 에너지에 의하여, 전압이 증가하게 된다. 이에 의하여, 상기 캐패시터에 인가되는 전압/전류의 비율이 변경되고, 캐패시터가 나타내는 등가저항이 변하며, 나아가 수신장치 전체 시스템의 등가저항이 변경될 수 있다. 따라서, 수신장치에 구비된 캐패시터의 등가저항의 변경으로 인하여, 전송장치의 전력 전송부 코일(LC 공진회로의 코일)에서 감지되는 파형의 감쇠 계수가 변경될 수 있다.
상기 전력 송신 제어부(112)는 각 주기에서의 감쇠 계수들의 변화량을 검출할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 38, 도 39 및 도 40의 그래프를 참조하면, 하나의 파형에 대한 각 주기에서의 감쇠 계수는 점차적으로 작아지는 것을 알 수 있다.
보다 구체적으로, 도 38은 파형의 첫번째 주기에서의 감쇠계수를 나타내고, 도 39는 파형의 두번째 주기에서의 감쇠계수를 나타내며, 도 40은 파형의 세번째 주기에서의 감쇠계수를 나타낸다. 상기 도 38에서 도 40에서 알 수 있듯이, 파형의 감쇠계수는 점차적으로 작아지는 것을 알 수 있다.
상기 감쇠 계수의 변화량은 외부 물질의 종류에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 무선 전력의 수신장치와 무선 전력을 수신받지 못하는 외부장치의 감쇠 계수의 변화량은 다를 수 있다.
이를 통하여, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 감쇠 계수의 변화량에 기초하여, 외부 물질의 종류를 검출할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 감쇠 계수의 변화량이 기 설정된 기준 변화량과 일치하는 경우, 무선 전력을 수신하도록 형성된 수신장치를 검출할 수 있다.
상기 외부 물질을 검출 후, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송장치는 상기 외부 물질의 종류에 기초하여, 상기 외부 물질에 무선으로 전력을 전송할지 여부를 결정하는 단계를 진행할 수 있다(S340).
상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 감쇠 계수의 변화량에 기초하여, 상기 외부 물질이 무선으로 전력의 수신이 가능한 수신장치인지 여부를 판단할 수 있다. 이때, 상기 외부 물질이 무선으로 전력의 수신이 가능한 수신장치인 경우, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 수신장치에 전력을 전송하도록 전원공급부(190)를 제어할 수 있습니다. 또한, 상기 외부 물질이 무선으로 전력의 수신이 가능하지 않은 물질인 경우, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 외부 물질에 전력을 전송하지 않도록 상기 전원공급부(190)를 제어할 수 있습니다.
또한, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 전력 전송용 코일에서 검출되는 파형이 상기 무선 전력 전송장치의 공진 주파수와 다른 추가적인 주파수를 갖는 파형에 기초하여 상기 외부 물질의 종류를 검출할 수 있다.
예를 들어, 상기 전력 송신 제어부(112)는 전력 전송용 코일에서 감지되는 파형의 주파수에 있어서, 무선 전력 전송장치가 기본적으로 가지고 있는 고유의 공진 주파수와 다른 추가적인 주파수를 갖는 파형을 검출할 수 있다.
여기에서, 상기 추가적인 주파수 값은 전송장치와 수신장치에 각각 구비된 코일 사이의 상호 인덕턴스 값에 의존하는 값일 수 있다. 이때, 상기 추가적인 주파수 값은 상호 인덕턴스 값에 의존하기 때문에, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 추가적인 주파수 값에 기초하여, 전송장치와 수신장치의 정렬 상태를 판단할 수 있다. 상기 정렬 상태는 전송장치가 수신장치에게 무선으로 전력을 전송하기에 적합한 위치에 놓여있는 상태를 의미할 수 있다.
나아가, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 추가적인 주파수를 갖는 파형을 이용하여 상기 정렬 상태뿐만 아니라, 수신장치의 캐패시터의 용량을 유추할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 상호 인덕턴스 값 및 추가적인 주파수 값을 이용하여 수신장치의 캐패시터의 용량을 유추할 수 있다. 이를 통하여, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 수신장치에 전송할 무선 전력의 전력량을 결정할 수 있다.
또한, 상기 외부 물질의 종류에 따라 추가적으로 검출되는 주파수가 달라질 수 있다. 예를 들어, 모터를 구비하는 주방용 기기와 가열 기기는 무선 전력을 수신하는 수신부의 구조가 다르기 때문에, 상기 전송장치의 전력 전송용 코일에 서로 다른 주파수가 검출될 수 있다. 이에, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 서로 다른 주파수가 검출되는 특성을 이용하여, 외부 물질의 종류를 검출할 수 있다. 이를 통하여, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 수신장치의 특성에 맞게 무선 전력을 전송하도록 전원공급부(190)를 제어할 수 있다.
앞서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송장치는 파형의 감쇠 계수의 변화량 및 추가적인 주파수를 갖는 파형 중 적어도 하나를 이용하여, 수신장치의 종류 및 수신장치의 정렬 상태, 나아가, 수신장치의 용량을 판단할 수 있다.
이상에서는 무선 전력 전송장치가 외부 물질의 종류를 검출하는 방법에 대하여 설명하였다. 이를 통하여, 무선 전력 전송장치는 무선 전력 수신장치와의 별도의 통신 없이도, 무선 전력 수신장치를 구별할 수 있다. 나아가, 본 발명은 무선 전력 전송장치 주변의 외부 물질의 종류를 판단하여, 적합한 무선 전력을 전송할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.
한편, 무선 전력을 전송하는데 있어서, 현재 수 Watt 급 무선전력전송 시스템에서는 송수신기 간의 정보를 공유하기 위하여, 전력 전송용 코일을 통신용으로도 사용하는 In-band 통신이 사용되고 있다.
그러나, 수 kilo Watt 급의 전력을 전송하는 무선전력전송 시스템에서는 전력 전송용 코일에 큰 전력이 흐르기 때문에, 통신용으로 사용하기 적합하지 않다. 왜냐하면, 상기 전력 전송용 코일을 통신용으로서 사용하는 경우, 통신을 위한 극소의 전력 효율의 감소가 발생하더라도, 손실되는 전력의 절대 량이 매우 크기 때문이다. 또한, 큰 전력이 인가되는 노드(node)에 사용 가능한 소자 또한 가격이 높기 때문에, 큰 전력을 전송하는 코일을 통신용으로 사용하는데 어려움이 있을 수 있다.
따라서, 수 kilo Watt의 전력을 송수신하는 무선전력전송 시스템에서는 별도의 통신 모듈을 사용하는 방법이 제안되고 있다. 이렇게 별도의 통신 모듈을 사용하는 통신 방법은 Out-of-band 통신이라고 명명될 수 있다.
한편, 상기 별도의 통신 모듈을 사용하는데 있어서, 송수신기 간에 1:1 통신을 보장하기 위한 방법 및 송수신기가 분리된 경우, 안전하게 통신을 중단하는 방법이 문제될 수 있다.
이하에서는, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송장치가 외부 물질과 통신을 수행하는 방법을 설명한다. 도 33은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송장치에 있어서, 통신을 수행하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
이때, 상기 통신의 수행 전, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 외부 물질의 종류를 검출하는 단계를 먼저 수행할 수 있다(S340). 상기 외부 물질의 종류를 검출하는 단계는 앞서 설명한 것과 동일하게 수행될 수 있다.
상기 외부 물질이 무선 전력을 수신하도록 형성된 수신장치인 경우, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 수신장치에게 무선으로 전력을 전송하기 전, 통신을 수행하기 위하여 무선통신부를 제어할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송장치는 상기 수신장치에게 상기 통신을 수행하기 위하여 필요한 통신 정보 및 소정의 전력을 상기 수신장치에 전송하는 단계를 진행할 수 있다(S341). 여기에서, 상기 통신 정보는 식별 정보(예를 들어, SSID), 보안 정보 등이 될 수 있다.
또한, 상기 소정의 전력은 상기 수신장치가 구비한 무선 통신부를 구동하는데 필요한 전력일 수 있다. 이때, 상기 소정의 전력의 양은 기 설정된 양일 수 있다. 또한, 상기 소정의 전력은 무선 통신부를 구동하는데 전력이 사용된 후, 소정의 전력이 남아 있는 경우, 추후, 수신장치에서 사용될 수 있다.
또한, 상기 전력 송신 제어부(180)는 상기 통신 정보 및 소정의 전력을 전송 장치의 고유의 공진 주파수보다 높은 주파수를 이용하여 전송할 수 있다. 예를 들어, 상기 전력 송신 제어부(180)는 상기 공진 주파수보다 높은 f1, f2 두 주파수를 이용하여, 통신 정보 및 소정의 전력을 전송할 수 있다.
이때, 상기 전력 송신 제어부(180)는 수신장치의 피드백 없이 상기 통신 정보 및 소정의 전력의 전송이 가능하다. 나아가, 상기 통신 정보 및 소정의 전력을 수신한 수신장치는 상기 f1, f2 두 주파수의 진폭이 다른 것을 이용하여 진폭 복조를 할 수도 있으며, 진폭 복조가 어려운 경우, 주파수 복조를 통하여 신호를 해석할 수 있다.
이를 통하여, 상기 전송장치와 수신장치는 상기 복조된 신호를 이용하여 1:1로 통신을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송장치는 상기 통신이 수행된 후, 상기 수신장치에 무선으로 전력을 전송할 수 있다(S342). 이와 함께, 본 발명은 상기 외부 물질이 수신장치가 아닌 경우에는 무선으로 전력을 전송하지 않도록 상기 전원공급부(190)를 제어할 수 있다(S343).
통신이 연결되면, 상기 전력 송신 제어부(180)는 통신을 통하여, 상기 수신장치로부터 전력을 전송받을 전력량 정보를 수신할 수 있다. 그 후, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 전력량 정보에 기초하여, 상기 수신장치에게 무선으로 전력을 전송할 수 있다.
이상에서는, 무선 전력 전송장치와 수신장치가 통신하는 방법을 설명하였다. 이를 통하여, 무선 전력 전송장치는 수 kilo Watt의 전력을 전송할 때에도 전송장치와 수신장치에 1:1 통신을 보장할 수 있다.
이하에서는 무선 전력 전송장치가 수신장치에게 무선으로 전력을 전송하는 중, 상기 무선 전력의 전송을 중단하는 방법에 대하여 설명한다. 도 34는 무선으로 전력을 전송하는 것을 중단하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송장치는 수신장치에게 무선으로 전력을 전송하는 중, 통신을 통하여, 상기 수신장치로부터 전력의 공급을 중단하기 위한 요청신호를 수신할 수 있다(S410).
상기 통신은 앞서 도 33에서 설명한 통신방법을 통하여 이루어질 수 있으며, 상기 무선 전력의 전송은 앞서 도 32에서 설명한 방법으로 이루어질 수 있다.
상기 요청신호는 상기 수신장치의 정렬상태가 변경되었음을 나타내는 정렬상태정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 요청신호는 현재 수신장치가 전송장치로부터 무선 전력을 수신할 수 없는 상태임을 나타내는 정보를 포함할 수 있다.
상기 수신장치는 기 설정된 조건에 기초하여, 상기 전력의 공급을 중단하기 위한 요청신호를 상기 무선 전력 전송장치에 전송할 수 있다.
여기에서, 기 설정된 조건은 상기 수신장치의 정류부에 구비된 캐패시터의 전압이 기준 값 이하로 떨어지는 조건, 상기 정류부에 구비된 캐패시터의 전압 하강 지속시간이 기준 시간 이상인 조건 및 상기 수신장치에 구비된 코일에 흐르는 전류값이 기준 이하로 떨어지는 조건 중 적어도 하나의 조건일 수 있다.
즉, 상기 수신장치는 상기 기 설정된 조건 중 적어도 하나가 만족되면, 무선으로 전송되는 전력의 공급을 중단하기 위하여, 상기 전송장치에게 요청신호를 전송할 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송장치는 상기 요청신호가 수신되면, 현재 공급중인 전력의 전송을 중단할 수 있다(S420).
상기 전력 송신 제어부(112)는 통신을 통하여 상기 요청신호가 수신되면, 수신장치에 전송되던 전력의 전송을 중단할 수 있다. 이때, 상기 전력 송신 제어부(112)는 수신장치의 정렬 상태가 변경되었다고 판단할 수 있다. 즉, 이 경우, 상기 전력 송신 제어부(112)는 불필요한 전력을 전송하지 않도록 상기 수신장치에 전송되는 전력의 전송을 중단할 수 있다.
한편, 상기 전송장치가 전력의 수신이 중단되어도, 상기 통신은 끊어지지 않을 수 있다. 이를 통하여, 전송장치는 여전히 수신장치로부터 정보를 송수신할 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따른 무선 전력 전송 장치 및 그 제어 방법은, 무선 전력 전송장치의 LC 공진 회로의 공진 에너지의 감쇠 계수를 검출함으로써, 외부 금속 물질의 유무을 결정할 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따른 무선 전력 전송 장치 및 그 제어 방법은, 상기 무선 전력 수신 장치가 상기 무선 전력의 수신을 차단하도록 상기 무선 전력 수신 장치를 제어하고, 상기 무선 전력 전송장치의 LC 공진 회로를 구동시키다가 멈춘 시점에서 검출된 상기 무선 전력 전송장치의 전체 손실 전력량과 상기 무선 전력 전송장치의 고유 손실 전력량을 근거로 외부 금속 물질에 의해 소모되는 전력량을 검출할 수도 있다.
본 발명의 실시 예들에 따른 무선 전력 전송 장치 및 그 제어방법은, 무선 전력 전송장치의 전력 전송용 코일에서 감지되는 파형의 주파수 감쇠 계수의 변화량을 이용하여, 외부 물질의 종류를 판단할 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따른 무선 전력 전송 장치 및 그 제어방법은, 무선 전력 전송장치의 전력 전송용 코일에서 감지되는 파형이 고유의 공진 주파수 이외의 추가적인 파형을 이용하여, 외부 물질의 정렬 상태 및 용량을 검출할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 그 제어방법은, 무선 전력 전송장치와 무선 전력 수신장치 사이의 일대일 통신을 연결하는 방법을 제공할 수 있다. 이를 통하여, 본 발명은 안전하게 통신을 수행하는 방법을 제공할 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 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 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.
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 (20)

  1. 무선으로 전력의 송수신이 가능한 무선 전력 전송장치에 있어서,
    수신장치에 무선으로 전력을 전송하도록 전력을 공급하는 전원 공급부;
    특정 주파수의 파형을 주기적으로 발생시켜, 상기 각 주기에서의 파형의 감쇠 계수를 측정하고, 각 주기에서의 감쇠 계수의 변화량을 측정하여, 외부 물질의 종류를 결정하는 전력 송신 제어부를 포함하고,
    상기 전력 송신 제어부는
    상기 외부 물질의 종류에 기초하여, 상기 수신장치에 상기 무선으로 전력을 전송할지 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력 송신 제어부는
    상기 파형의 주기에 따라 변하는 감쇠 계수의 변화량을 검출하고, 상기 감쇠 계수의 변화량이 기 설정된 기준 변화량과 일치하는 경우, 상기 외부 물질을 상기 무선으로 전력을 수신하는 수신장치로 판단하여, 상기 수신장치에 무선으로 전력을 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수신장치와 무선으로 통신을 수행하도록 형성된 무선통신부를 더 포함하고,
    상기 전력 송신 제어부는
    상기 외부 물질이 상기 무선전력을 수신하는 수신장치인 경우, 상기 무선통신부를 통하여 통신이 수행되도록 상기 수신장치에 기 설정된 량의 전력 및 통신과 관련된 통신정보를 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전력 송신 제어부는
    상기 수신장치와 일대일 통신이 연결이 완료되면, 상기 수신장치에 무선으로 전력을 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전력 송신 제어부는
    상기 연결된 통신을 통하여, 상기 수신장치로부터 무선 전력을 수신할 전력량 정보를 수신하여, 상기 전력량 정보에 기초하여 전력을 공급하도록 상기 전력 공급부를 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전력 송신 제어부는
    상기 연결된 통신을 통하여, 상기 수신장치로부터 상기 수신장치의 정렬상태가 변경되었음을 나타내는 정렬상태정보를 수신하는 경우, 상기 수신장치에 공급되고 있던 전력을 중단하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전력 송신 제어부는
    상기 특정 주파수의 파형을 주기적으로 발생시킨 후, 기 설정된 공진 주파수와 다른 주파수가 검출되면, 상기 다른 주파수의 특성에 근거하여, 외부 물질의 종류를 판단하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전력 송신 제어부는
    상기 다른 주파수의 특성에 기초하여, 상기 외부 물질의 종류가 검출하고, 상기 외부 물질의 종류에 근거하여, 무선으로 전력을 전송할 전력량을 결정하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전력 송신 제어부는
    상기 다른 주파수의 감쇠 계수의 변화율에 기초하여, 상기 외부 물질의 용량을 검출하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송장치.
  10. 무선으로 전력을 송신하도록 형성된 전송장치; 및
    상기 전송장치로부터 무선 전력을 수신하도록 형성되는 수신장치를 포함하고,
    상기 전송장치는
    수신장치에 무선으로 전력을 전송하도록 전력을 공급하는 전원 공급부; 및
    특정 주파수의 파형을 주기적으로 발생시켜, 상기 각 주기에서의 파형의 감쇠 계수를 측정하고, 각 주기에서의 감쇠 계수의 변화량을 측정하여, 상기 수신장치에 무선으로 전력을 전송할지 여부를 결정하는 전력 송신 제어부를 포함하는 무선 충전 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전송장치는
    상기 수신장치와 무선으로 통신을 수행하도록 형성된 무선통신부를 더 포함하고,
    상기 전력 송신 제어부는 상기 수신장치에 무선으로 전력을 전송하기 전에 상기 수신장치와 무선으로 통신을 수행하도록 상기 수신장치에 통신 정보 및 기 설정된 량의 전력을 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전력 송신 제어부는 상기 전송장치의 공진 주파수보다 높은 주파수를 이용하여, 상기 통신 정보 및 기 설정된 량의 전력을 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 전력 송신 제어부는
    상기 통신 정보에 기초하여, 상기 수신장치와 통신이 연결되면, 상기 통신을 통해 상기 수신장치로부터 수신된 전력량에 기초하여 전력을 전송하도록 상기 전원 공급부를 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전력 송신 제어부는
    상기 수신장치로부터 전력 송신을 중단하도록 요청 신호가 수신되면, 상기 전송 중인 전력을 중단하도록 상기 전원 공급부를 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 수신장치는 상기 수신장치의 전압값, 전압 강하 시간 및 전류값 중 적어도 하나에 기초하여 상기 요청 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 시스템.
  16. 무선으로 전력을 송신하는 무선전력 전송장치의 무선전력 전송방법에 있어서,
    특정 주파수의 파형을 주기적으로 발생시키는 단계;
    상기 특정 주파수힁 파형의 각 주기에서의 감쇠 계수의 변화량에 기초하여, 무선으로 전력을 수신하는 전력 수신장치를 감지하는 단계;
    상기 전력 수신장치가 검출되면, 상기 전송장치와 통신하도록 통신 연결 정보 및 수신기의 통신 모듈에 사용될 전력을 상기 전력 수신장치에 전달하는 단계;
    상기 통신 연결 정보를 이용하여, 상기 수신장치와 통신을 연결하는 단계; 및
    상기 연결된 통신을 이용하여 수신장치로부터 무선으로 전송할 전력량 정보를 수신하고, 상기 수신된 전력량 정보에 기초하여, 전력을 무선으로 전송하는 단계를 포함하고,
    상기 전력 수신장치를 감지하는 단계에서는
    상기 특정 주파수의 파형을 주기적으로 발생시키고, 상기 각 주기에서의 감쇠율을 측정하여, 복수의 감쇠율의 변화량을 이용하여 수신기를 검출하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송방법.
  17. 제17항에 있어서,
    상기 전력 수신장치를 감지하는 단계에서는
    상기 전송장치의 공진 주파수와 다른 주파수를 갖는 파형을 이용하여 상기 수신장치의 정렬상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 통신 연결 정보를 상기 전력 수신장치에 전달하는 단계에서는
    상기 전송장치의 공진 주파수보다 높은 주파수를 이용하여 상기 통신 연결 정보를 전달하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 전송장치는 상기 수신장치와 일대일로 통신하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 수신장치에 무선으로 전력을 전송하는 단계는
    상기 통신을 통하여 상기 수신장치로부터 전력의 전송을 중단하도록 요청 신호가 수신되는 것에 근거하여, 상기 전력의 전송을 중단하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송방법.
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