WO2015076561A1 - 복수의 무선 전력 수신기에 대한 무선 충전 전력을 분배하기 위한 방법 - Google Patents

복수의 무선 전력 수신기에 대한 무선 충전 전력을 분배하기 위한 방법 Download PDF

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WO2015076561A1
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wireless power
wireless
receiver
transmitter
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권혁춘
김남윤
정수연
정희원
한재성
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삼성전자 주식회사
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    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
    • H04B5/79—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for data transfer in combination with power transfer

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to wireless charging, and more particularly, to a method for distributing wireless charging power for a plurality of wireless power receivers in a wireless charging network.
  • Wireless charging technology uses wireless power transmission and reception. For example, a battery can be automatically charged by simply placing it on a charging pad without connecting a separate charging connector to a mobile phone. Wireless charging technology can increase the waterproof function by wirelessly charging the electronics, and can increase the portability of electronic devices because no wired charger is required.
  • charging using the resonance method is performed as follows.
  • a wireless power receiver eg, a mobile terminal
  • a wireless power transmitter eg, a charging pad
  • the wireless power transmitter may charge the wireless power receiver. If a plurality of wireless power receivers are placed in the charging region of one wireless power transmitter, the power required for each wireless power receiver may be different from the power transmitted, so that charging of each wireless power receiver should be performed efficiently.
  • the power required by the wireless power receiver and the power transmittable by the wireless power transmitter may be different.
  • the wireless power receiver is charged without setting according to the power supply capability of the wireless power transmitter.
  • the charging efficiency will vary depending on the characteristics of the wireless power receiver, the hardware design, the distance between the wireless power receiver and the wireless power transmitter, and the charging location.
  • an embodiment of the present invention provides a method for efficiently distributing wireless charging power for a plurality of wireless power receivers.
  • a method for distributing wireless charging power for a plurality of wireless power receivers in a wireless power transmitter comprising: charging by transmitting power to a first wireless power receiver; Receiving power demand information of a second wireless power receiver, determining power redistribution of the first wireless power receiver and the second wireless power generator based on the required power information, the first wireless power receiver, and And transmitting each of the powers according to the power redistribution to a second wireless electric power generator.
  • the wireless power transmitter in the wireless power transmitter for distributing wireless charging power for a plurality of wireless power receiver, a charging unit for transmitting and charging power to the first wireless power receiver, and the second A communication unit for receiving the requested power information of the wireless power receiver, and determining power redistribution of the first wireless power receiver and the second wireless power unit based on the required power information, and thus, the first wireless power receiver and the second wireless power.
  • the control unit may include a control unit for controlling the charging unit to transmit each power according to the power redistribution.
  • the power distribution amount for each of the wireless power receivers is determined in consideration of the states of the plurality of wireless power receivers and the wireless power transmitters, thereby enabling efficient power transmission.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an overall operation of a wireless charging system.
  • FIG. 2 is a block diagram of a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a detailed block diagram of a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an operation of a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating an operation of a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph of the time axis of the amount of power applied by the wireless power transmitter.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a control method of a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a graph of a time axis of power applied by a wireless power transmitter according to the embodiment of FIG. 7.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a control method of a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a graph of a time axis of a power amount applied by the wireless power transmitter according to the embodiment of FIG. 9.
  • FIG. 11 is a block diagram of a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a power distribution method for a plurality of wireless power receivers according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a power distribution method for a plurality of wireless power receivers according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a power distribution method for a plurality of wireless power receivers according to a third embodiment of the present invention.
  • An embodiment of the present invention to provide a method capable of efficient power transmission for a plurality of wireless power receiver by distributing the power of the wireless power receiver to the power for each wireless power receiver according to the required power information from the plurality of wireless power receiver. Can be.
  • a wireless power transmitter PTU
  • a wireless power receiver PRU
  • the PRU and the PTU use their static parameters through static signals. You can communicate your status to the other party by exchanging.
  • a PRU dynamic signal may be used to transmit the minimum required power information from the PRU to the PTU, but may also be transmitted by another newly defined signal or another predefined signal. It is not limited.
  • the wireless charging system includes a wireless power transmitter 100 and at least one wireless power receiver 110-1, 110-2, 110-n.
  • the wireless power transmitter 100 may wirelessly transmit powers 1-1, 1-2, 1-n to at least one wireless power receiver 110-1, 110-2, 110-n. More specifically, the wireless power transmitter 100 may wirelessly transmit power 1-1, 1-2, 1-n only to an authenticated wireless power receiver that has performed a predetermined authentication procedure.
  • the wireless power transmitter 100 may form an electrical connection with the wireless power receivers 110-1, 110-2, and 110-n.
  • the wireless power transmitter 100 may transmit wireless power in the form of electromagnetic waves to the wireless power receivers 110-1, 110-2, and 110-n.
  • the wireless power transmitter 100 may perform bidirectional communication with the wireless power receivers 110-1, 110-2, and 110-n.
  • the wireless power transmitter 100 and the wireless power receivers 110-1, 110-2, and 110-n may process or transmit and receive packets 2-1, 2-2, and 2-n composed of predetermined frames. Can be.
  • the above-described frame will be described later in more detail.
  • the wireless power receiver may be implemented as a mobile communication terminal, a PDA, a PMP, a smart phone, or the like.
  • the wireless power transmitter 100 may wirelessly provide power to the plurality of wireless power receivers 110-1, 110-2, and 110-n.
  • the wireless power transmitter 100 may transmit power to the plurality of wireless power receivers 110-1, 110-2, and 110-n through a resonance method.
  • a distance between the wireless power transmitter 100 and the plurality of wireless power receivers 110-1, 110-2, and 1110-n may be 30 m or less.
  • a distance between the power supply device 100 and the plurality of wireless power receivers 110-1, 110-2, and 110-n may be preferably 10 cm or less. .
  • the wireless power receivers 110-1, 110-2, and 110-n may receive wireless power from the wireless power transmitter 100 to charge the battery included therein.
  • the wireless power receivers 110-1, 110-2, and 110-n may output signals for requesting wireless power transmission, information necessary for wireless power reception, wireless power receiver status information, or wireless power transmitter 100 control information. It may transmit to the wireless power transmitter 100. Information on the above-described transmission signal will be described later in more detail.
  • the wireless power receivers 110-1, 110-2, and 110-n may transmit messages indicating respective charging states to the wireless power transmitter 100.
  • the wireless power transmitter 100 may include display means such as a display, and the wireless power receiver 110-1 may be based on a message received from each of the wireless power receivers 110-1, 110-2, and 110-n. 110-2 and 110-n) may display their respective states. In addition, the wireless power transmitter 100 may also display the estimated time until each of the wireless power receivers 110-1, 110-2, and 110-n is fully charged.
  • the wireless power transmitter 100 may transmit a control signal for disabling the wireless charging function to each of the wireless power receivers 110-1, 110-2, and 110-n.
  • the wireless power receiver that receives the disable control signal of the wireless charging function from the wireless power transmitter 100 may disable the wireless charging function.
  • FIG. 2 is a block diagram of a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.
  • the wireless power transmitter 200 may include a power transmitter 211, a controller 212, and a communicator 213.
  • the wireless power receiver 250 may include a power receiver 251, a controller 252, and a communication unit 253.
  • the power transmitter 211 may provide power required by the wireless power transmitter 200, and may wirelessly provide power to the wireless power receiver 250.
  • the power transmitter 211 may supply power in the form of an AC waveform, and may also supply power in the form of an AC waveform by converting it into an AC waveform using an inverter while supplying power in the form of a DC waveform.
  • the power transmitter 211 may be implemented in the form of a built-in battery, or may be implemented in the form of a power receiving interface to receive power from the outside and supply it to other components. It will be readily understood by those skilled in the art that the power transmitter 211 is not limited as long as it can provide power of a constant AC waveform.
  • the power transmitter 211 may provide the AC waveform to the wireless power receiver 250 in the form of electromagnetic waves.
  • the power transmitter 211 may further include a resonant circuit, and thus may transmit or receive a predetermined electromagnetic wave.
  • the power transmitter 211 is implemented as a resonant circuit, the inductance L of the loop coil of the resonant circuit may be changeable.
  • the power transmission unit 211 is a means capable of transmitting and receiving electromagnetic waves will be readily understood by those skilled in the art.
  • the controller 212 may control overall operations of the wireless power transmitter 200.
  • the controller 212 may control the overall operation of the wireless power transmitter 200 by using an algorithm, a program, or an application required for control read from a storage (not shown).
  • the controller 212 may be implemented in the form of a CPU, a microprocessor, or a minicomputer. The detailed operation of the controller 212 will be described later in more detail.
  • the communication unit 213 may communicate with the wireless power receiver 250 in a predetermined manner.
  • the communication unit 213 communicates with the communication unit 253 of the wireless power receiver 250 using near field communication (NFC), Zigbee communication, infrared communication, visible light communication, Bluetooth communication, BLE (Bluetooth low energy) method, and the like. Can be done.
  • the communication unit 213 may use a CSMA / CA algorithm.
  • the above-described communication method is merely exemplary, and embodiments of the present invention are not limited in scope to the specific communication method performed by the communication unit 213.
  • the communication unit 213 may transmit a signal for information of the wireless power transmitter 200.
  • the communication unit 213 may unicast, multicast, or broadcast the signal.
  • the communication unit 213 may receive power information from the wireless power receiver 250.
  • the power information may include at least one of the capacity of the wireless power receiver 250, the battery remaining amount, the number of charges, the usage amount, the battery capacity, and the battery ratio.
  • the communication unit 213 may transmit a charging function control signal for controlling the charging function of the wireless power receiver 250.
  • the charging function control signal may be a control signal for controlling the wireless power receiver 251 of the specific wireless power receiver 250 to enable or disable the charging function.
  • the power information may include information such as the incoming of the wired charging terminal, the switch from the SA mode to the NSA mode, the error situation release.
  • the communication unit 213 may receive a signal from not only the wireless power receiver 250 but also another wireless power transmitter (not shown). For example, the communication unit 213 may receive a notice signal from another wireless power transmitter.
  • the power transmitter 211 and the communication unit 213 are configured as different hardware so that the wireless power transmitter 200 is communicated in an out-band format, but this is exemplary. According to the present invention, the power transmitter 211 and the communication unit 213 may be implemented in one piece of hardware so that the wireless power transmitter 200 may communicate in an in-band format.
  • the wireless power transmitter 200 and the wireless power receiver 250 may transmit and receive various signals. Accordingly, the wireless power transmitter 250 subscribes to the wireless power network managed by the wireless power transmitter 200 and wireless power transmission and reception.
  • the charging process may be performed through, and the above-described process will be described in more detail below.
  • FIG. 3 is a detailed block diagram of a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.
  • the wireless power transmitter 200 may include a power transmitter 211, a controller and a communicator 212 and 213, a driver 214, an amplifier 215, and a matcher 216. have.
  • the wireless power receiver 250 may include a power receiver 251, a controller and a communicator 252, 253, a rectifier 254, a DC / DC converter 255, a switch 256, and a load 257. Can be.
  • the driver 214 may output DC power having a predetermined voltage value.
  • the voltage value of the DC power output from the driver 214 may be controlled by the controller and the communication unit 212, 213.
  • the DC current output from the driver 214 may be output to the amplifier 215.
  • the amplifier 215 may amplify the DC current with a predetermined gain.
  • the DC power may be converted into AC based on the signals input from the control unit and the communication unit 212, 213. Accordingly, the amplifier 215 may output AC power.
  • the matching unit 216 may perform impedance matching. For example, the impedance viewed from the matching unit 216 may be adjusted to control the output power to be high efficiency or high output.
  • the matching unit 216 may adjust the impedance based on the control of the controller and the communication unit 212 and 213.
  • the matching unit 216 may include at least one of a coil and a capacitor.
  • the controller and the communicator 212 and 213 may control a connection state with at least one of the coil and the capacitor, thereby performing impedance matching.
  • the power transmitter 211 may transmit the input AC power to the power receiver 251.
  • the power transmitter 211 and the power receiver 251 may be implemented as a resonance circuit having the same resonance frequency.
  • the resonant frequency may be determined to be 6.78 MHz.
  • the control unit and the communication unit 212 and 213 may communicate with the control unit and the communication unit 252 and 253 of the wireless power receiver 250, for example, to communicate at a bidirectional 2.4 GHz frequency (WiFi, ZigBee, BT / BLE). ) Can be performed.
  • a bidirectional 2.4 GHz frequency WiFi, ZigBee, BT / BLE.
  • the power receiver 251 may receive charging power.
  • the rectifier 254 may rectify the wireless power received by the power receiver 251 in the form of direct current, for example, may be implemented in the form of a bridge diode.
  • the DC / DC converter 255 may convert the rectified power into a predetermined gain.
  • the DC / DC converter 255 may convert the rectified power such that the voltage of the output terminal 259 is 5V. Meanwhile, a minimum value and a maximum value of a voltage that may be applied to the front end 258 of the DC / DC converter 255 may be preset.
  • the switch unit 256 may connect the DC / DC converter 255 and the load unit 257.
  • the switch unit 256 may maintain an on / off state under the control of the controller 252.
  • the load unit 257 may store the converted power input from the DC / DC converter 255 when the switch unit 256 is in an on state.
  • the wireless power transmitter 400 may apply power (S401). If power is applied, the wireless power transmitter 400 may configure an environment (S402).
  • the wireless power transmitter 400 may enter a power save mode (S403).
  • the wireless power transmitter 400 may apply each of the heterogeneous detection power beacons at respective cycles, which will be described in more detail with reference to FIG. 6.
  • the wireless power transmitter 400 may apply the detection power beacons 404 and 405, and the magnitude of the power value of each of the detection power beacons 404 and 405 may be different. It may be different.
  • Some or all of the detection power beacons 404 and 405 may have a power amount capable of driving the communication unit of the wireless power receiver 450.
  • the wireless power receiver 450 may drive the communication unit by some or all of the detection power beacons 404 and 405 to communicate with the wireless power transmitter 400.
  • the state may be referred to as a null state.
  • the wireless power transmitter 400 may detect a load change due to the arrangement of the wireless power receiver 450.
  • the wireless power transmitter 400 may enter a low power mode S408.
  • the low power mode will be described in more detail with reference to FIG. 6.
  • the wireless power receiver 450 may drive the communication unit based on the power received from the wireless power transmitter 400 (S409).
  • the wireless power receiver 450 may transmit a PTU searching signal to the wireless power transmitter 400 (S410).
  • the wireless power receiver 450 may transmit a wireless power transmitter search signal as a BLE-based advertisement signal.
  • the wireless power receiver 450 may periodically transmit a wireless power transmitter search signal, and may receive a response signal from the wireless power transmitter 400 or until a predetermined time arrives.
  • the wireless power transmitter 400 may transmit a response signal (PRU response signal) (S411).
  • the response signal may form a connection between the wireless power transmitter 400 and the wireless power receiver 450.
  • the wireless power receiver 450 may transmit a PRU static signal (S412).
  • the PRU static signal may be a signal indicating the state of the wireless power receiver 450.
  • the PRU static signal may have a data structure as shown in Table 1 below.
  • the wireless power transmitter 400 may transmit a PTU static signal including the data field as shown in Table 1 to the wireless power receiver (S413).
  • the PTU static signal transmitted by the wireless power transmitter 400 may be a signal indicating the capacity of the wireless power transmitter 400.
  • the wireless power receiver 450 may periodically transmit a PRU dynamic signal.
  • the PRU dynamic signal may include at least one parameter information measured by the wireless power receiver 450.
  • the PRU dynamic signal may include voltage information behind the rectifier of the wireless power receiver 450.
  • the state of the wireless power receiver 450 may be referred to as a boot state S407.
  • the voltage setting value initially set by the PRU static signal may be readjusted according to the situation by including the voltage setting value readjusted according to each situation in the PRU dynamic signal.
  • the wireless power transmitter 400 enters a power transmission mode (S416), and the wireless power transmitter 400 transmits a PRU control signal, which is a command signal for allowing the wireless power receiver 450 to perform charging. It may be (S417). In the power transmission mode, the wireless power transmitter 400 may transmit charging power.
  • the PRU control signal transmitted by the wireless power transmitter 400 may include information for enabling / disabling the charging of the wireless power receiver 450 and permission information.
  • the PRU control signal may be transmitted when the wireless power transmitter 400 changes the state of the wireless power receiver 450 or may be transmitted at a predetermined period, for example, 250 ms.
  • the wireless power receiver 450 may change a setting according to a PRU control signal and transmit a PRU dynamic signal for reporting a state of the wireless power receiver 450 (S418 and S419).
  • the PRU dynamic signal transmitted by the wireless power receiver 450 may include at least one of voltage, current, wireless power receiver state, and temperature information. In this case, the state of the wireless power receiver 450 may be referred to as an on state.
  • the PRU dynamic signal may have a data structure as shown in Table 2.
  • Optional fields One Defines which optional fields are populated Mandatory V RECT 2 Voltage at diode output Mandatory mV I RECT 2 Current at diode output Mandatory mA V OUT 2 Voltage at charge / battery port Optional mV I OUT 2 Current at charge / battery port Optional mA Temperature One Temperature of PRU Optional Deg C from -40C V RECT_MIN_DYN 2 VRECT_MIN_LIMIT (dynamic value) Optional mV V RECT_SET_DYN 2 Desired VRECT (dynamic value) Optional mV V RECT_HIGH_DYN 2 VRECT_HIGH_LIMIT (dynamic value) Optional mV PRU alert One Warnings Mandatory Bit field
  • the PRU dynamic signal includes optional field information, voltage information of the rectifier of the wireless power receiver, current information of the rectifier of the wireless power receiver, and DC / DC converter of the wireless power receiver.
  • Voltage information at the rear stage current information at the rear stage of the DC / DC converter of the wireless power receiver, temperature information, minimum voltage value information (VRECT_MIN_DYN) at the rear stage of the rectifier of the wireless power receiver, and optimum voltage value information at the rear stage of the rectifier of the wireless power receiver.
  • VRECT_SET_DYN at least one of the maximum voltage value information (VRECT_HIGH_DYN) and warning information (PRU alert) of the rear end of the rectifier of the wireless power receiver.
  • At least one voltage setting value determined according to each situation for example, minimum voltage value information VRECT_MIN_DYN of the rear end of the rectifying unit of the wireless power receiver, and optimum voltage value information of the rear end of the rectifying unit of the wireless power receiver) VRECT_SET_DYN
  • the maximum voltage value information (VRECT_HIGH_DYN) of the rear end of the rectifier of the wireless power receiver) may be included in the corresponding field of the PRU dynamic signal and transmitted.
  • the PTU receiving the PRU dynamic signal adjusts the wireless charging voltage to be transmitted to each PRU with reference to the voltage setting values included in the PRU dynamic signal.
  • the alert information may be formed in a data structure as shown in Table 3 below.
  • the warning information includes over voltage, over current, over temperature, charge complete, wired terminal detection (TA detect), SA mode / NSA as shown in ⁇ Table 3>. It may include fields such as a mode transition and a restart request.
  • the wireless power receiver 450 may perform charging by receiving a PRU control signal.
  • the wireless power transmitter 400 may transmit a PRU control signal to enable charging if it has sufficient power to charge the wireless power receiver 450.
  • the PRU control signal may be transmitted whenever the state of charge is changed.
  • the PRU control signal may be transmitted every 250 ms, for example, or may be transmitted when there is a parameter change.
  • the PRU control signal may be set to be transmitted within a preset threshold time, for example 1 second, even if the parameter does not change.
  • the wireless power receiver 450 may detect an error occurrence.
  • the wireless power receiver 450 may transmit a warning signal to the wireless power transmitter 400 (S420).
  • the alert signal may be sent as a PRU dynamic signal or as a PRU alert signal.
  • the wireless power receiver 450 may transmit to the wireless power transmitter 400 by reflecting an error situation in the PRU alert field of Table 3.
  • the wireless power receiver 450 may transmit a single warning signal (eg, a PRU warning signal) indicating the error situation to the wireless power transmitter 400.
  • the wireless power transmitter 400 may enter a latch fault mode (S422).
  • the wireless power receiver 450 may enter a null state (S423).
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating an operation of a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to another embodiment of the present invention. The control method of FIG. 5 will be described in more detail with reference to FIG. 6.
  • 6 is a graph of a time axis of the amount of power applied by the wireless power transmitter according to the embodiment of FIG. 5.
  • the wireless power transmitter may start driving (S501).
  • the wireless power transmitter may reset the initial setting (S503).
  • the wireless power transmitter may enter a power saving mode (S505).
  • the power saving mode may be a section in which the wireless power transmitter applies heterogeneous powers of different power amounts to the power transmitter.
  • the wireless power transmitter may be a section for applying the second detection power 601, 602 and the third detection power 611, 612, 613, 614, 615 in FIG. 6 to the power transmitter.
  • the wireless power transmitter may periodically apply the second detection power 601, 602 at a second cycle, and apply the second detection power 601, 602 for a second period.
  • the wireless power transmitter may periodically apply the third detection power 611, 612, 613, 614, 615 in the third period, and in the case of applying the third detection power 611, 612, 613, 614, 615. May be applied for a third period of time.
  • each power value of the third detection power 611, 612, 613, 614, 615 is shown as being different, but each power value of the third detection power 611, 612, 613, 614, 615 is different. May be different or the same.
  • the wireless power transmitter may output the third detection power 612 having the same amount of power after outputting the third detection power 611.
  • the amount of power of the third detection power has the amount of power capable of detecting the smallest wireless power receiver, for example, the category 1 wireless power receiver. Can be.
  • the wireless power transmitter may output the third detection power 612 having a different amount of power after outputting the third detection power 611.
  • each of the power amounts of the third detection power may be an amount of power capable of detecting the wireless power receivers of the categories 1 to 5.
  • the third detection power 611 may have an amount of power capable of detecting a category 5 wireless power receiver
  • the third detection power 612 may determine an amount of power capable of detecting a category 3 wireless power receiver.
  • the third detection power 613 may have an amount of power capable of detecting a category 1 wireless power receiver.
  • the second detection powers 601 and 602 may be power capable of driving the wireless power receiver. More specifically, the second detection powers 601 and 602 may have a power amount capable of driving the control unit and the communication unit of the wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter may apply the second detection power 601, 602 and the third detection power 611, 612, 613, 614, 615 to the power receiver in a second period and a third period, respectively.
  • the impedance viewed at one point of the wireless power transmitter may be changed.
  • the wireless power transmitter may detect a change in impedance while the second detection power 601, 602 and the third detection power 611, 612, 613, 614, 615 are applied.
  • the wireless power transmitter may detect that the impedance is changed while applying the third detection power 615. Accordingly, the wireless power transmitter may detect an object (S507). If no object is detected (S507-N), the wireless power transmitter may maintain a power saving mode in which heterogeneous power is periodically applied (S505).
  • the wireless power transmitter may enter the low power mode.
  • the low power mode is a mode in which the wireless power transmitter applies driving power having an amount of power capable of driving the controller and the communication unit of the wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter may apply driving power 620 to the power transmitter.
  • the wireless power receiver may receive the driving power 620 to drive the control unit and the communication unit.
  • the wireless power receiver may communicate with the wireless power transmitter based on a predetermined scheme based on the driving power 620.
  • the wireless power receiver may transmit and receive data required for authentication, and may join the wireless power network managed by the wireless power transmitter based on this.
  • the wireless power transmitter may determine whether the placed object is a foreign object (S511). For example, if the wireless power transmitter does not receive a response from the object for a predetermined time, the wireless power transmitter may determine the object as a foreign object.
  • the wireless power transmitter may enter a latch fault mode (S513). On the other hand, if it is determined that the foreign matter (S511-N), it can proceed to the joining step (S519). For example, the wireless power transmitter may periodically apply the first power 631 to 634 in FIG. 6 at a first cycle. The wireless power transmitter may detect a change in impedance while applying the first power. For example, when the foreign matter is recovered (S515-Y), the impedance change may be detected, and the wireless power transmitter may determine that the foreign matter is recovered.
  • the wireless power transmitter cannot detect the impedance change, and the wireless power transmitter may determine that the foreign matter is not recovered. If the foreign matter is not recovered, the wireless power transmitter may output at least one of a lamp and a warning sound to notify the user that the current wireless power transmitter is in an error state. Accordingly, the wireless power transmitter may include an output unit for outputting at least one of a lamp and a warning sound.
  • the wireless power transmitter may maintain the latch failure mode (S513). On the other hand, if it is determined that the foreign matter is recovered (S515-Y), the wireless power transmitter may re-enter the power saving mode (S517). For example, the wireless power transmitter may apply the second power 651 and 652 and the third power 661 to 665 of FIG. 5.
  • the wireless power transmitter may enter the latch failure mode when a foreign material other than the wireless power receiver is disposed.
  • the wireless power transmitter may determine whether to collect the foreign matter based on the impedance change based on the power applied in the latch failure mode. That is, the latch failure mode entry condition in the embodiments of FIGS. 5 and 6 may be a batch of foreign matter.
  • the wireless power transmitter may have various latch failure mode entry conditions in addition to the placement of the foreign matter.
  • the wireless power transmitter may be cross-connected with the deployed wireless power receiver and may enter the latch failure mode even in this case.
  • the wireless power transmitter is required to return to the initial state when the cross connection occurs, and the number of times of the wireless power receiver is required.
  • the wireless power transmitter may set a cross connection in which a wireless power receiver disposed on another wireless power transmitter joins the wireless power network as a latch failure mode entry condition. An operation of the wireless power transmitter at the time of the error including the cross connection will be described with reference to FIG. 7.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a control method of a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention. The control method of FIG. 7 will be described in more detail with reference to FIG. 8.
  • FIG. 8 is a graph of a time axis of power applied by a wireless power transmitter according to the embodiment of FIG. 7.
  • the wireless power transmitter may start driving (S701). In addition, the wireless power transmitter may reset the initial setting (S703).
  • the wireless power transmitter may enter a power saving mode (S705).
  • the power saving mode may be a section in which the wireless power transmitter applies heterogeneous powers of different power amounts to the power transmitter.
  • the wireless power transmitter may be a section for applying the second detection power 801, 802 and the third detection power 811, 812, 813, 814, 815 in FIG. 8 to the power transmitter.
  • the wireless power transmitter may periodically apply the second detection powers 801 and 802 at a second cycle, and apply the second detection power 801 and 802 during the second period.
  • the wireless power transmitter may periodically apply the third detection power 811, 812, 813, 814, 815 at a third period, and when the third detection power 811, 812, 813, 814, 815 is applied May be applied for a third period of time.
  • the respective power values of the third detection powers 811, 812, 813, 814, 815 are shown as different, but the respective power values of the third detection powers 811, 812, 813, 814, 815 are shown. May be different or the same.
  • the second detection powers 801 and 802 may be power capable of driving the wireless power receiver.
  • the second detection powers 801 and 802 may have a power amount capable of driving the control unit and the communication unit of the wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter may apply the second detection power 801, 802 and the third detection power 811, 812, 813, 814, 815 to the power receiver in a second period and a third period, respectively.
  • the impedance viewed at one point of the wireless power transmitter may be changed.
  • the wireless power transmitter may detect an impedance change while the second and third detection powers 801 and 802 and the third and second detection powers 811, 812, 813, 814, and 815 are applied.
  • the wireless power transmitter may detect that the impedance is changed while applying the third detection power 815. Accordingly, the wireless power transmitter may detect an object (S707). If no object is detected (S707-N), the wireless power transmitter may maintain a power saving mode in which heterogeneous power is periodically applied (S705).
  • the wireless power transmitter may enter the low power mode (S709).
  • the low power mode is a mode in which the wireless power transmitter applies driving power having an amount of power capable of driving the controller and the communication unit of the wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter may apply the driving power 820 to the power transmitter.
  • the wireless power receiver may receive the driving power 820 to drive the control unit and the communication unit.
  • the wireless power receiver may communicate with the wireless power transmitter based on a predetermined scheme based on the driving power 820.
  • the wireless power receiver may transmit and receive data required for authentication, and may join the wireless power network managed by the wireless power transmitter based on this.
  • the wireless power transmitter may enter a power transmission mode for transmitting charging power (S711).
  • the wireless power transmitter may apply charging power 821 as shown in FIG. 8, and the charging power may be transmitted to the wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter may determine whether an error occurs in the power transmission mode.
  • the error may be a foreign material disposed on the wireless power transmitter, cross connection, over voltage, over current, over temperature, and the like.
  • the wireless power transmitter may include a sensing unit capable of measuring over voltage, over current, over temperature, and the like.
  • the wireless power transmitter may measure the voltage or current of the reference point, and determine that the overvoltage or overcurrent condition is satisfied that the measured voltage or current exceeds the threshold.
  • the wireless power transmitter may include a temperature sensing means, and the temperature sensing means may measure a temperature of a reference point of the wireless power transmitter. If the temperature of the reference point exceeds the threshold, the wireless power transmitter may determine that the overtemperature condition is satisfied.
  • the wireless power transmitter lowers the wireless charging power by a predetermined value to prevent overvoltage, overcurrent, overtemperature. do.
  • the lowered voltage value of the wireless charging power becomes lower than the set minimum value (for example, the minimum voltage value V RECT_MIN_DYN of the rear end of the wireless power receiver rectifier), the wireless charging is stopped. You can readjust.
  • the wireless power transmitter may maintain the power transmission mode (S711). On the other hand, if an error occurs (S713-Y), the wireless power transmitter may enter the latch failure mode (S715). For example, the wireless power transmitter may apply the first powers 831 to 835 as shown in FIG. 8. In addition, the wireless power transmitter may output an error occurrence indication including at least one of a lamp and a warning sound during the latch failure mode. If it is determined that the foreign matter or the wireless power receiver is not recovered (S717-N), the wireless power transmitter may maintain the latch failure mode (S715).
  • the wireless power transmitter may re-enter the power saving mode (S719).
  • the wireless power transmitter may apply the second powers 851 and 852 and the third powers 861 to 865 of FIG. 8.
  • FIG. 10 is a graph of a time axis of a power amount applied by the wireless power transmitter according to the embodiment of FIG. 9.
  • the wireless power transmitter may transmit charging power to the first wireless power receiver (S901).
  • the wireless power transmitter may additionally subscribe the second wireless power receiver to the wireless power network (S903).
  • the wireless power transmitter may transmit charging power to the second wireless power receiver (S905). More specifically, the wireless power transmitter may apply the sum of charging powers required by the first wireless power receiver and the second wireless power receiver to the power receiver.
  • the wireless power transmitter may maintain a power saving mode in which the second detection powers 1001 and 1002 and the third detection powers 1011 to 1015 are applied. Thereafter, the wireless power transmitter detects the first wireless power receiver and may enter a low power mode that maintains the detection power 1020. Thereafter, the wireless power transmitter may enter a power transmission mode for applying the first charging power 1030. The wireless power transmitter may detect the second wireless power receiver and join the second wireless power receiver to the wireless power network. In addition, the wireless power transmitter may apply the second charging power 1040 having the total amount of power required by the first wireless power receiver and the second wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter may detect an error occurrence while transmitting charging power to both the first and second wireless power receivers (S905).
  • the error may be a foreign material arrangement, cross connection, over voltage, over current, over temperature, and the like, as described above. If no error occurs (S907-N), the wireless power transmitter may maintain application of the second charging power 1040.
  • the wireless power transmitter may enter the latch failure mode (S909).
  • the wireless power transmitter may apply the first powers 1051 to 1055 of FIG. 10 at a first period.
  • the wireless power transmitter may determine whether both the first wireless power receiver and the second wireless power receiver are recovered (S911).
  • the wireless power transmitter may detect a change in impedance during the application of the first power 1051 to 1055.
  • the wireless power transmitter may determine whether both the first wireless power receiver and the second wireless power receiver are recovered based on whether the impedance returns to the initial value.
  • the wireless power transmitter may enter a power saving mode (S913).
  • the wireless power transmitter may apply second detection power 1061 and 1062 and third detection power 1071 to 1075 in a second period and a third period, respectively, as shown in FIG. 10.
  • the wireless power transmitter may easily determine whether the wireless power receiver or the foreign matter is recovered when an error occurs.
  • FIG. 11 is a block diagram of a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.
  • the wireless power transmitter 1100 may include a communication unit 1110, a power amplifier (PA) 1120, and a resonator 1130.
  • the wireless power receiver 1150 may include a communication unit 1151, an application processor (AP) 1152, a power management integrated circuit (PMIC) 1153, a wireless power integrated circuit; WPIC) 1154, resonator 1155, Interface Power Management IC (IFPM) 1157, Wired Adapter (TA) 1158, and Battery 1159. can do.
  • AP application processor
  • PMIC power management integrated circuit
  • WPIC wireless power integrated circuit
  • IFPM Interface Power Management IC
  • TA Wired Adapter
  • Battery 1159 Battery 1159.
  • the communication unit 1110 may communicate with the communication unit 1151 based on a predetermined method, for example, a BLE method.
  • the communication unit 1151 of the wireless power receiver 1150 may transmit a PRU dynamic signal having the data structure of Table 2 to the communication unit 1110 of the wireless power transmitter 1100.
  • the PRU dynamic signal may include at least one of voltage information, current information, temperature information, and warning information of the wireless power receiver 1150.
  • the output power value from the power amplifier 1120 may be adjusted. For example, when overvoltage, overcurrent, and overtemperature are applied to the wireless power receiver 1150, the power value output from the power amplifier 1120 may be reduced. In addition, when the voltage or current of the wireless power receiver 1150 is less than a predetermined value, the power value output from the power amplifier 1120 may be increased.
  • Charging power from the resonator 1130 may be wirelessly transmitted to the resonator 1155.
  • the wireless power integrated circuit 1154 may rectify the charging power received from the resonator 1155 and convert the DC / DC.
  • the wireless power integrated circuit 1154 drives the communication unit 1151 or charges the battery 1159 with the converted power.
  • a wired charging terminal may be inserted into the wired charging adapter 1158.
  • the wired charging adapter 1158 may receive a wired charging terminal such as a 30-pin connector or a USB connector, and may charge the battery 1159 by receiving power supplied from an external power source.
  • the interface power management integrated circuit 1157 may process power applied from the wired charging terminal and output the processed power to the battery 1159 and the power management integrated circuit 1153.
  • the power management integrated circuit 1153 may manage power wirelessly received or wired and power applied to each of the components of the wireless power receiver 1150.
  • the AP 1152 may control the communication unit 1151 to receive power information from the power management integrated circuit 1153 and transmit a PRU dynamic signal for reporting the power information.
  • the node 1156 connected to the wireless power integrated circuit 1154 may also be connected to the wired charging adapter 1158.
  • a predetermined voltage for example, 5V
  • the wireless power integrated circuit 1154 may determine whether the wired charging adapter is inserted by monitoring a voltage applied to the node 1156.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a power distribution method for a plurality of wireless power receivers according to a first embodiment of the present invention.
  • the chargeable power of the PTU 1200 is 10W
  • the maximum required power in the PRU1 1210 is 7W.
  • the PTU 1200 may provide a maximum required power for the PRU1 1210 when receiving a message including the maximum required power and the minimum limit power information in the PRU1 1210, and thus the maximum required power.
  • the power corresponding to the transmission may be transmitted.
  • the PTU 12000 may transmit power transmission contents to the PRU1 1210.
  • the PTU 1200 may receive the maximum required power and minimum required power information from the PRU2 1220 from the PRU2 1220. have. The PTU 1200 may calculate the power amount to determine the power redistribution.
  • the PTU 1200 is 5W each to PRU1 1210 and PRU2 1220.
  • the maximum required power represents the maximum power that can be received by the PRU
  • the minimum required power represents the minimum power that can be received by the PRU.
  • the PTU 1200 is unable to transmit the maximum required power at the PRU2 1220, thereby lowering the power for the PRU1 1210 from 10W to 5W. Accordingly, PRU2 1220 may be instructed to charge to 5W. Alternatively, the PRU2 1220 may be informed of the power that can be given to the PRU2 1220 based on the step-by-step minimum required power information in the PRU2 1220. Accordingly, the PRU2 1220 may adjust the minimum required power.
  • the PTU 1200 may receive this minimum required power through messages received from each of the PRU1 1210 and PRU2 1220 after being connected to the PRU1 1210 and the PRU2 1220, respectively.
  • This message may be sent in preparation before transmitting power, and may include requirements of the PRU. These requirements may include fixed values such as maximum required power information as well as minimum step power requirements or fixed minimum power requirements.
  • This message may be conveyed over a communication channel between the PTU and the PRU.
  • such a message may be transmitted to the PTU 1200 even when various situations in which the power needs to be adjusted in the PRU1 1210 and the PRU2 1220 occur.
  • the PTU 1200 may receive such a message and readjust the new power value according to each situation, for example, the number of PRUs is changed, any one PRU is fully charged, the charging mode in the PRU is changed, or the charging is removed. . For example, if the temperature rises excessively or the current flows too much during charging, or if the voltage is excessively high, the PRU may adjust the charging power by sending a readjusted V RECT value to the PTU.
  • the charging mode when the charging mode is changed from the continuous current (CV) mode to the continuous voltage (CV) mode in the PRU, or when fully charged in the CV mode, a large amount of power is not required to transfer the PTU to each PRU.
  • the charging power can be redistributed.
  • the PTU 1200 may deliver the current charging power content to the PRU1 1210 and the PRU2 1220.
  • the PTU 1200 may provide information to the PRU1 1210 and the PRU2 1220 that the PTU 1200 and the PRU2 1220 each transmit 5W of power.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a power distribution method for a plurality of wireless power receivers according to a second embodiment of the present invention.
  • the chargeable power of the PTU 1200 is 10 W
  • the PRU1 1310 is charging in the CC mode
  • the situation is illustrated. For example, when the charging mode is changed from the CC mode to the CV mode or buffered in the CV mode in the PRU2 1320, a large amount of power is not required.
  • the PRU 1300 is out of the charging range, that is, the PRU2 1320 is removed on the PTU 1300, power transfer is not required.
  • the PTU 1300 may recalculate the charging supply power capacity to supply power.
  • the PTU 1300 may convert and supply the power transmitted with the minimum required power to the maximum required power for the PRU1 1310. For example, if the maximum required power in the PRU1 1310 is 7W and the minimum limiting power is 5W, the PTU 1300 increases the charging from 5W to the PRU1 1310 to 7W for charging. Can be done.
  • the PTU 1300 calculates the amount of power. If the result of the calculation indicates that the power redistribution fails to deliver the minimum required power required by the PRU currently being charged, the additional power comes in. The PRU may be rejected. That is, the additional PRU may not be charged.
  • the method of converting the power transmitted with the minimum required power to the maximum required power is as follows.
  • the PTU 1300 may transmit a load switch off command to the PRU1 1310. Accordingly, the PRU1 1310 is reset by turning off the load switch. The PTU 1300 may then control the power with the PRU1 1310 to perform charging.
  • the PRU configuration algorithm is an implementation issue. In order to reduce the sudden voltage change of PRU1 1310, PRU1 1310 may be first lowered and PRU2 may be turned on.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a power distribution method for a plurality of wireless power receivers according to a third embodiment of the present invention.
  • a chargeable power of the PTU 1400 is 5W
  • the PRU1 1410 illustrates a case where the maximum required power is 7W and the minimum required power is 5W.
  • the chargeable power 5W of the PTU 1400 is less than the maximum required power 7W of the PRU1 1410, but the minimum required power 5W of the PRU1 1410 is satisfied, and thus charging is possible.
  • the PTU 1400 may report the minimum required power of the PRU1 1410 to inform the power that the PTU 1400 can give.
  • PRU1 1410 may then adjust the required power.
  • the method in such a PRU may, for example, adjust the PTU or set the required power of the PRU, and receive a charging current.
  • the PTU determines the supply power to the PRU.

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Abstract

본 발명의 실시 예는 무선 전력 수신기의 전력을 복수의 무선 전력 수신기에서의 요구 전력 정보에 따라 각 무선 전력 수신기에 맞는 전력으로 분배함으로써 복수의 무선 전력 수신기에 대한 효율적인 전력 전송이 가능한 방법을 제공할 수 있다.

Description

복수의 무선 전력 수신기에 대한 무선 충전 전력을 분배하기 위한 방법
본 발명의 실시 예는 무선 충전에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 충전 네트워크에서 복수의 무선 전력 수신기에 대한 무선 충전 전력을 분배하기 위한 방법에 관한 것이다.
근래에는 무선 충전 또는 무접점 충전 기술이 개발되어 최근 많은 전자기기에 활용되고 있다. 무선 충전 기술은 무선 전력 송수신을 이용한 것으로써, 예를 들어 휴대폰에 별도의 충전 커넥터를 연결하지 않고 단지 충전 패드에 올려놓기만 하면 자동으로 배터리가 충전이 될 수 있는 시스템이다. 무선 충전 기술은 전자제품을 무선으로 충전함으로써 방수 기능을 높일 수 있고, 유선 충전기가 필요하지 않으므로 전자 기기의 휴대성을 높일 수 있다.
그 중에서도 공진 방식을 이용한 충전은 다음과 같이 이루어진다. 충전이 필요한 무선 전력 수신기(예컨대, 휴대 단말)가 무선 전력을 전송하는 무선 전력 송신기(예컨대, 충전 패드)에 위치하게 되면, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기를 충전시킬 수 있다. 만일 복수의 무선 전력 수신기가 하나의 무선 전력 송신기의 충전 영역에 놓여질 경우에는 각각의 무선 전력 수신기에서 필요한 전력과, 송전되는 전력이 다를 수 있으므로, 각각에 대한 충전이 효율적으로 이루어져야 할 것이다.
상기한 바와 같이, 무선 전력 수신기에서 필요로 하는 전력과, 무선 전력 송신기에서 송신 가능한 전력이 다를 수 있다. 하지만 현재는 무선 전력 송신기의 전력 공급 능력에 따라 별도의 설정없이 무선 전력 수신기에 대한 충전이 이루어지고 있다. 하지만, 무선 전력 수신기의 특성, 하드웨어적 설계, 무선 전력 수신기와 무선 전력 송신기와의 거리, 충전 위치 등의 다양한 충전 상황에 따라 충전 효율도 달라질 것이다. 게다가 복수의 무선 전력 수신기에 전력을 전송하는 경우에는 보다 효율적인 전력 전송이 가능하도록 전력을 조절해서 전송할 필요가 있다.
따라서 본 발명의 실시 예에서는 복수의 무선 전력 수신기에 대한 무선 충전 전력을 효율적으로 분배하기 위한 방법을 제공한다.
상기한 바를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에서 복수의 무선 전력 수신기에 대한 무선 충전 전력을 분배하기 위한 방법에 있어서, 제1무선 전력 수신기로 전력을 전송하여 충전하는 과정과, 제2무선 전력 수신기의 요구 전력 정보를 수신하는 과정과, 상기 요구 전력 정보를 근거로 상기 제1무선 전력 수신기 및 제2무선 전력기에 대한 전력 재분배를 결정하는 과정과, 상기 제1무선 전력 수신기 및 제2무선 전력기로 상기 전력 재분배에 따른 각각의 전력을 전송하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는, 복수의 무선 전력 수신기에 대한 무선 충전 전력을 분배하기 위한 무선 전력 송신기에 있어서, 제1무선 전력 수신기로 전력을 전송하여 충전하는 충전부와, 제2무선 전력 수신기의 요구 전력 정보를 수신하는 통신부와, 상기 요구 전력 정보를 근거로 상기 제1무선 전력 수신기 및 제2무선 전력기에 대한 전력 재분배를 결정하여, 상기 제1무선 전력 수신기 및 제2무선 전력기로 상기 전력 재분배에 따른 각각의 전력을 전송하도록 상기 충전부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 복수의 무선 전력 수신기와 무선 전력 송신기의 상태를 고려하여 상기 각각의 무선 전력 수신기에 대한 전력 분배량을 결정함으로써, 효율적인 전력 전송이 가능한 효과가 있다.
도 1은 무선 충전 시스템 동작 전반을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 상세 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 6은 무선 전력 송신기가 인가하는 전력량의 시간 축에 대한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기의 제어 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 8은 도 7의 실시 예에 의한 무선 전력 송신기가 인가하는 전력량의 시간 축에 대한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10은 도 9의 실시 예에 의한 무선 전력 송신기가 인가하는 전력량의 시간 축에 대한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 12는 본 발명의 제1실시 예에 따른 복수의 무선 전력 수신기에 대한 전력 분배 방법을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 제2실시 예에 따른 복수의 무선 전력 수신기에 대한 전력 분배 방법을 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 제3실시 예에 따른 복수의 무선 전력 수신기에 대한 전력 분배 방법을 나타낸 도면이다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 하기 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시 예는 무선 전력 수신기의 전력을 복수의 무선 전력 수신기에서의 요구 전력 정보에 따라 각 무선 전력 수신기에 맞는 전력으로 분배함으로써 복수의 무선 전력 수신기에 대한 효율적인 전력 전송이 가능한 방법을 제공할 수 있다.
무선 충전 표준에 따르면 공진 방식 무선 충전에 있어서 무선 전력 송신기(Power Transmission Unit; PTU)가 무선 전력 수신기(Power Receive Unit; PRU)와 통신이 연결된 후, PRU와 PTU는 스태틱 신호를 통해 자신의 스태틱 파라미터를 교환함으로써 자신의 상태를 상대방에 전달할 수 있다.
본 발명의 실시 예들에서는 복수의 PRU에서 최소 요구 전력 정보(limitation power)를 PTU로 전송함으로써, PTU에서는 각 PRU로의 충전 전력을 보다 효과적으로 분배할 수 있다. 이때, 상기 PRU에서 PTU로 최소 요구 전력 정보를 전송하기 위해 예컨대, PRU 다이내믹(PRU dynamic) 신호가 이용될 수 있으나, 새롭게 정의된 다른 신호 또는 기정의된 다른 신호에 의해서 전송하는 것도 가능하며, 이에 한정되지는 않는다.
먼저 도 1 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 적용될 수 있는 무선 충전 시스템의 개념을 설명한다.
도 1은 무선 충전 시스템 동작 전반을 설명하기 위한 개념도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 무선 충전 시스템은 무선 전력 송신기(100) 및 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)를 포함한다.
무선 전력 송신기(100)는 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)에 무선으로 각각 전력(1-1, 1-2, 1-n)을 송신할 수 있다. 더욱 상세하게는, 무선 전력 송신기(100)는 소정의 인증절차를 수행한 인증된 무선 전력 수신기에 대하여서만 무선으로 전력(1-1, 1-2, 1-n)을 송신할 수 있다.
무선 전력 송신기(100)는 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)와 전기적 연결을 형성할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(100)는 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)로 전자기파 형태의 무선 전력을 송신할 수 있다.
한편, 무선 전력 송신기(100)는 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)와 양방향 통신을 수행할 수 있다. 여기에서 무선 전력 송신기(100) 및 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)는 소정의 프레임으로 구성된 패킷(2-1, 2-2, 2-n)을 처리하거나 송수신할 수 있다. 상술한 프레임에 대하여서는 더욱 상세하게 후술하도록 한다. 무선 전력 수신기는 특히, 이동통신단말기, PDA, PMP, 스마트폰 등으로 구현될 수 있다.
무선 전력 송신기(100)는 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)로 무선으로 전력을 제공할 수 있다. 예를 들어 무선 전력 송신기(100)는 공진 방식을 통하여 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)에 전력을 전송할 수 있다. 무선 전력 송신기(100)가 공진 방식을 채택한 경우, 무선 전력 송신기(100)와 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 1110-n) 사이의 거리는 바람직하게는 30m 이하일 수 있다. 또한 무선 전력 송신기(100)가 전자기 유도 방식을 채택한 경우, 전력제공장치(100)와 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n) 사이의 거리는 바람직하게는 10cm 이하일 수 있다.
무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)는 무선 전력 송신기(100)로부터 무선 전력을 수신하여 내부에 구비된 배터리의 충전을 수행할 수 있다. 또한 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)는 무선 전력 전송을 요청하는 신호나, 무선 전력 수신에 필요한 정보, 무선 전력 수신기 상태 정보 또는 무선 전력 송신기(100) 제어 정보 등을 무선 전력 송신기(100)에 송신할 수 있다. 상기의 송신 신호의 정보에 관하여서는 더욱 상세하게 후술하도록 한다.
또한 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)는 각각의 충전상태를 나타내는 메시지를 무선 전력 송신기(100)로 송신할 수 있다.
무선 전력 송신기(100)는 디스플레이와 같은 표시수단을 포함할 수 있으며, 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n) 각각으로부터 수신한 메시지에 기초하여 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n) 각각의 상태를 표시할 수 있다. 아울러, 무선 전력 송신기(100)는 각각의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)가 충전이 완료되기까지 예상되는 시간을 함께 표시할 수도 있다.
무선 전력 송신기(100)는 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n) 각각에 무선 충전 기능을 디스에이블(disabled)하도록 하는 제어 신호를 송신할 수도 있다. 무선 전력 송신기(100)로부터 무선 충전 기능의 디스에이블 제어 신호를 수신한 무선 전력 수신기는 무선 충전 기능을 디스에이블할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기(200)는 전력 송신부(211), 제어부(212) 및 통신부(213)를 포함할 수 있다. 또한 무선 전력 수신기(250)는 전력 수신부(251), 제어부(252) 및 통신부(253)를 포함할 수 있다.
전력 송신부(211)는 무선 전력 송신기(200)가 요구하는 전력을 제공할 수 있으며, 무선으로 무선 전력 수신기(250)에 전력을 제공할 수 있다. 여기에서, 전력 송신부(211)는 교류 파형의 형태로 전력을 공급할 수 있으며, 직류 파형의 형태로 전력을 공급하면서 이를 인버터를 이용하여 교류 파형으로 변환하여 교류 파형의 형태로 공급할 수도 있다. 전력 송신부(211)는 내장된 배터리의 형태로 구현될 수도 있으며, 또는 전력 수신 인터페이스의 형태로 구현되어 외부로부터 전력을 수신하여 다른 구성 요소에 공급하는 형태로도 구현될 수 있다. 전력 송신부(211)는 일정한 교류 파형의 전력을 제공할 수 있는 수단이라면 제한이 없다는 것은 당업자가 용이하게 이해할 것이다.
아울러, 전력 송신부(211)는 교류 파형을 전자기파 형태로 무선 전력 수신기(250)로 제공할 수 있다. 전력 송신부(211)는 추가적으로 공진회로를 더 포함할 수 있으며, 이에 따라 소정의 전자기파를 송신 또는 수신할 수 있다. 전력 송신부(211)가 공진회로로 구현되는 경우, 공진회로의 루프 코일의 인덕턴스(L)는 변경가능할 수도 있다. 한편 전력 송신부(211)는 전자기파를 송수신할 수 있는 수단이라면 제한이 없는 것은 당업자는 용이하게 이해할 것이다.
제어부(212)는 무선 전력 송신기(200)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 제어부(212)는 저장부(미도시)로부터 독출한 제어에 요구되는 알고리즘, 프로그램 또는 애플리케이션을 이용하여 무선 전력 송신기(200)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 제어부(212)는 CPU, 마이크로프로세서, 미니 컴퓨터와 같은 형태로 구현될 수 있다. 제어부(212)의 세부 동작과 관련하여서는 더욱 상세하게 후술하도록 한다.
통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)와 소정의 방식으로 통신을 수행할 수 있다. 통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)의 통신부(253)와 NFC(near field communication), Zigbee 통신, 적외선 통신, 가시광선 통신, 블루투스 통신, BLE(bluetooth low energy) 방식 등을 이용하여 통신을 수행할 수 있다. 통신부(213)는 CSMA/CA 알고리즘을 이용할 수도 있다. 한편, 상술한 통신 방식은 단순히 예시적인 것이며, 본 발명의 실시 예들은 통신부(213)에서 수행하는 특정 통신 방식으로 그 권리범위가 한정되지 않는다.
한편, 통신부(213)는 무선 전력 송신기(200)의 정보에 대한 신호를 송신할 수 있다. 여기에서, 통신부(213)는 상기 신호를 유니캐스트(unicast), 멀티캐스트(multicast) 또는 브로드캐스트(broadcast)할 수 있다.
또한, 통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)로부터 전력 정보를 수신할 수 있다. 여기에서 전력 정보는 무선 전력 수신기(250)의 용량, 배터리 잔량, 충전 횟수, 사용량, 배터리 용량, 배터리 비율 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한 통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)의 충전 기능을 제어하는 충전 기능 제어 신호를 송신할 수 있다. 충전 기능 제어 신호는 특정 무선 전력 수신기(250)의 무선 전력 수신부(251)를 제어하여 충전 기능을 인에이블(enabled) 또는 디스에이블(disabled)하게 하는 제어 신호일 수 있다. 또는 더욱 상세하게 후술할 것으로, 전력 정보는 유선 충전 단자의 인입, SA 모드로부터 NSA 모드로의 전환, 에러 상황 해제 등의 정보를 포함할 수도 있다.
통신부(213)는 무선 전력 수신기(250) 뿐만 아니라, 다른 무선 전력 송신기(미도시)로부터의 신호를 수신할 수도 있다. 예를 들어, 통신부(213)는 다른 무선 전력 송신기로부터 Notice 신호를 수신할 수 있다.
한편, 도 2에서는 전력 송신부(211) 및 통신부(213)가 상이한 하드웨어로 구성되어 무선 전력 송신기(200)가 아웃-밴드(out-band) 형식으로 통신되는 것과 같이 도시되었지만, 이는 예시적인 것이다. 본 발명은 전력 송신부(211) 및 통신부(213)가 하나의 하드웨어로 구현되어 무선 전력 송신기(200)가 인-밴드(in-band) 형식으로 통신을 수행할 수도 있다.
무선 전력 송신기(200) 및 무선 전력 수신기(250)는 각종 신호를 송수신할 수 있으며, 이에 따라 무선 전력 송신기(200)가 주관하는 무선 전력 네트워크로의 무선 전력 수신기(250)의 가입과 무선 전력 송수신을 통한 충전 과정이 수행될 수 있으며, 상술한 과정은 더욱 상세하게 후술하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 상세 블록도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기(200)는 전력 송신부(211), 제어부 및 통신부(212, 213), 구동부(214), 증폭부(215) 및 매칭부(216)를 포함할 수 있다. 무선 전력 수신기(250)는 전력 수신부(251), 제어부 및 통신부(252, 253), 정류부(254), DC/DC 컨버터부(255), 스위치부(256) 및 로드부(257)를 포함할 수 있다.
구동부(214)는 기설정된 전압 값을 가지는 직류 전력을 출력할 수 있다. 구동부(214)에서 출력되는 직류 전력의 전압 값은 제어부 및 통신부(212, 213)에 의하여 제어될 수 있다.
구동부(214)로부터 출력되는 직류 전류는 증폭부(215)로 출력될 수 있다. 증폭부(215)는 기설정된 이득으로 직류 전류를 증폭할 수 있다. 아울러, 제어부 및 통신부(212, 213)로부터 입력되는 신호에 기초하여 직류 전력을 교류로 변환할 수도 있다. 이에 따라, 증폭부(215)는 교류 전력을 출력할 수 있다.
매칭부(216)는 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 예를 들어, 매칭부(216)로부터 바라본 임피던스를 조정하여, 출력 전력이 고효율 또는 고출력이 되도록 제어할 수 있다. 매칭부(216)는 제어부 및 통신부(212,213)의 제어에 기초하여 임피던스를 조정할 수 있다. 매칭부(216)는 코일 및 커패시터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제어부 및 통신부(212, 213)는 코일 및 커패시터 중 적어도 하나와의 연결 상태를 제어할 수 있으며, 이에 따라 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
전력 송신부(211)는 입력된 교류 전력을 전력 수신부(251)로 송신할 수 있다. 전력 송신부(211) 및 전력 수신부(251)는 동일한 공진 주파수를 가지는 공진 회로로 구현될 수 있다. 예를 들어, 공진 주파수는 6.78MHz로 결정될 수 있다.
한편, 제어부 및 통신부(212, 213)는 무선 전력 수신기(250) 측의 제어부 및 통신부(252,253)와 통신을 수행할 수 있으며, 예를 들어 양방향 2.4GHz 주파수로 통신(WiFi, ZigBee, BT/BLE)을 수행할 수 있다.
한편, 전력 수신부(251)는 충전 전력을 수신할 수 있다.
정류부(254)는 전력 수신부(251)에 수신되는 무선 전력을 직류 형태로 정류할 수 있으며, 예를 들어 브리지 다이오드의 형태로 구현될 수 있다. DC/DC 컨버터부(255)는 정류된 전력을 기설정된 이득으로 컨버팅할 수 있다. 예를 들어, DC/DC 컨버터부(255)는 출력단(259)의 전압이 5V가 되도록 정류된 전력을 컨버팅할 수 있다. 한편, DC/DC 컨버터부(255)의 전단(258)에는 인가될 수 있는 전압의 최솟값 및 최댓값이 기설정될 수 있다.
스위치부(256)는 DC/DC 컨버터부(255) 및 로드부(257)를 연결할 수 있다. 스위치부(256)는 제어부(252)의 제어에 따라 온(on)/오프(off) 상태를 유지할 수 있다. 로드부(257)는 스위치부(256)가 온 상태인 경우에 DC/DC 컨버터부(255)로부터 입력되는 컨버팅된 전력을 저장할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기(400)는 전원을 인가할 수 있다(S401). 전원이 인가되면, 무선 전력 송신기(400)는 환경을 설정(configuration)할 수 있다(S402).
무선 전력 송신기(400)는 전력 절약 모드(power save mode)에 진입할 수 있다(S403). 전력 절약 모드에서, 무선 전력 송신기(400)는 이종의 검출용 전력 비콘 각각을 각각의 주기로 인가할 수 있으며, 이에 대하여서는 도 6에서 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 예를 들어, 도 4에서와 같이 무선 전력 송신기(400)는 검출용 전력 비콘(power beacon)(404, 405)을 인가할 수 있으며, 검출용 전력 비콘들(404,405) 각각의 전력 값의 크기는 상이할 수도 있다. 검출용 전력 비콘들(404,405) 중 일부 또는 전부는 무선 전력 수신기(450)의 통신부를 구동할 수 있는 전력량을 가질 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기(450)는 검출용 전력 비콘들(404,405) 중 일부 또는 전부에 의하여 통신부를 구동시켜 무선 전력 송신기(400)와 통신을 수행할 수 있다. 이때, 상기 상태를 널(Null) 상태로 명명할 수 있다.
무선 전력 송신기(400)는 무선 전력 수신기(450)의 배치에 의한 로드 변경을 검출할 수 있다. 무선 전력 송신기(400)는 저전력 모드(S408)로 진입할 수 있다. 저전력 모드에 대하여서도 도 6을 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 한편, 무선 전력 수신기(450)는 무선 전력 송신기(400)로부터 수신된 전력에 기초하여 통신부를 구동시킬 수 있다(S409).
무선 전력 수신기(450)는 무선 전력 송신기(400)로 무선 전력 송신기 검색 (PTU searching)신호를 송신할 수 있다(S410). 무선 전력 수신기(450)는 BLE 기반의 어드버타이즈먼트(Advertsement) 신호로, 무선 전력 송신기 검색 신호를 송신할 수 있다. 무선 전력 수신기(450)는 무선 전력 송신기 검색 신호를 주기적으로 송신할 수 있으며, 무선 전력 송신기(400)로부터 응답 신호를 수신하거나 또는 기설정된 시간이 도래할 때까지 송신할 수 있다.
무선 전력 수신기(450)로부터 무선 전력 송신기 검색 신호가 수신되면, 무선 전력 송신기(400)는 응답 신호(PRU Respnse) 신호를 송신할 수 있다(S411). 여기에서 응답 신호는 무선 전력 송신기(400) 및 무선 전력 수신기(450) 사이의 연결(connection)을 형성(form)할 수 있다.
무선 전력 수신기(450)는 PRU 스태틱(static) 신호를 송신할 수 있다(S412). 여기에서, PRU 스태틱(static) 신호는 무선 전력 수신기(450)의 상태를 지시하는 신호일 수 있다.
한편, PRU 스태틱(static) 신호는 하기 <표 1>과 같은 데이터 구조를 가질 수 있다.
표 1
Field Octets Description Use Units
Optional fields validity 1 Defines which optional fields are populated Mandatory
PRU ID 2 ID of PRU Mandatory
PRU Category 1 Category of PRU Mandatory
PRU Information/Capabilities 1 Capabilities of PRU (bit field) Mandatory
Hardware rev 1 Revision of the PRU HW Mandatory
Firmware rev 1 Revision of the PRU SW Mandatory
maximum power desired 1 Maximum power desired by PRU Mandatory mW*100
VRECT_MIN_STATIC 2 VRECT_MIN(static, first estimate) Mandatory mV
VRECT_HIGH_STATIC 2 VRECT_HIGH(static, first estimate) Mandatory mV
VRECT_SET 2 VRECT_SET Mandatory mV
△R1 value 2 Delta R1 caused by PRU Optional .01 ohms(assume tabletop PTU)
RRX_IN value 2 RRX_IN value Mandatory Mohms
Rectifier imped xform 1 Rectifier impedance transformation Mandatory 0~5(0~250).02x resolution
Rectifier efficiency 1 Efficiency of rectifier Mandatory 0-100%(0-255)
따라서, 무선 전력 송신기(400)는 상기 <표 1>과 같은 데이터 필드를 포함하는 PTU 스태틱(static) 신호를 무선 전력 수신기로 송신할 수 있다(S413). 무선 전력 송신기(400)가 송신하는 PTU 스태틱(static) 신호는 무선 전력 송신기(400)의 용량(capability)을 지시하는 신호일 수 있다.
무선 전력 송신기(400) 및 무선 전력 수신기(450)가 PRU 스태틱(static) 신호 및 PTU 스태틱(static) 신호를 송수신하면, 무선 전력 수신기(450)는 PRU 다이내믹(Dynamic) 신호를 주기적으로 송신할 수 있다(S414, S415). PRU 다이내믹(Dynamic) 신호는 무선 전력 수신기(450)에서 측정된 적어도 하나의 파라미터 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, PRU 다이내믹(Dynamic) 신호는 무선 전력 수신기(450)의 정류부 후단의 전압 정보를 포함할 수 있다. 상기 무선 전력 수신기(450)의 상태를 부트(Boot) 상태(S407)라고 명명할 수 있다.
이때, 본 발명의 다양한 실시 예에 따라 상기 PRU 다이내믹 신호 내에 각 상황에 따라 재조정된 전압 설정값을 포함하여 전송함으로써 PRU 스태틱 신호에 의해 최초 설정된 전압 설정값을 상황에 맞게 재조정할 수 있다.
한편, 무선 전력 송신기(400)는 전력 송신 모드로 진입하고(S416), 무선 전력 송신기(400)는 무선 전력 수신기(450)가 충전을 수행하도록 하는 명령 신호인 PRU 제어(PRU control) 신호를 송신할 수 있다(S417). 전력 송신 모드에서, 무선 전력 송신기(400)는 충전 전력을 송신할 수 있다.
무선 전력 송신기(400)가 송신하는 PRU 제어 신호는 무선 전력 수신기(450)의 충전을 인에이블/디스에이블하는 정보 및 허여(permission) 정보를 포함할 수 있다. PRU 제어 신호는 무선 전력 송신기(400)가 무선 전력 수신기(450)의 상태를 변경하도록 하는 경우에 송신하거나 또는 기설정된 주기, 예를 들어 250ms의 주기로 송신될 수도 있다. 무선 전력 수신기(450)는 PRU 제어 신호에 따라서 설정을 변경하고, 무선 전력 수신기(450)의 상태를 보고하기 위한 PRU 다이내믹(Dynamic) 신호를 송신할 수 있다(S418,S419). 무선 전력 수신기(450)가 송신하는 PRU 다이내믹(Dynamic) 신호는 전압, 전류, 무선 전력 수신기 상태 및 온도 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, 상기 무선 전력 수신기(450)의 상태를 온(On) 상태로 명명할 수 있다.
한편, PRU 다이내믹(Dynamic) 신호는 <표 2>와 같은 데이터 구조를 가질 수 있다.
표 2
Field Octets Description Use Units
Optional fields 1 Defines which optional fields are populated Mandatory
VRECT 2 Voltage at diode output Mandatory mV
IRECT 2 Current at diode output Mandatory mA
VOUT 2 Voltage at charge/battery port Optional mV
IOUT 2 Current at charge/battery port Optional mA
Temperature 1 Temperature of PRU Optional Deg C from -40C
VRECT_MIN_DYN 2 VRECT_MIN_LIMIT(dynamic value) Optional mV
VRECT_SET_DYN 2 Desired VRECT(dynamic value) Optional mV
VRECT_HIGH_DYN 2 VRECT_HIGH_LIMIT(dynamic value) Optional mV
PRU alert 1 Warnings Mandatory Bit field
PRU 다이내믹(Dynamic) 신호는, <표 2>에서와 같이 선택적 필드 정보, 무선 전력 수신기의 정류부의 후단의 전압 정보, 무선 전력 수신기의 정류부의 후단의 전류 정보, 무선 전력 수신기의 DC/DC 컨버터의 후단의 전압 정보, 무선 전력 수신기의 DC/DC 컨버터의 후단의 전류 정보, 온도 정보, 무선 전력 수신기의 정류부의 후단의 최소 전압값 정보(VRECT_MIN_DYN), 무선 전력 수신기의 정류부의 후단의 최적 전압값 정보(VRECT_SET_DYN), 무선 전력 수신기의 정류부의 후단의 최대 전압값 정보(VRECT_HIGH_DYN) 및 경고 정보(PRU alert) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
따라서, 상술한 바와 같이 각 상황에 따라 결정된 적어도 하나의 전압 설정값들(예컨대, 무선 전력 수신기의 정류부의 후단의 최소 전압값 정보(VRECT_MIN_DYN), 무선 전력 수신기의 정류부의 후단의 최적 전압값 정보(VRECT_SET_DYN), 무선 전력 수신기의 정류부의 후단의 최대 전압값 정보(VRECT_HIGH_DYN) 등)을 상기 PRU 다이내믹 신호의 해당 필드에 포함하여 전송할 수 있다. 이와 같이, PRU 다이내믹 신호를 수신한 PTU는 상기 PRU 다이내믹 신호에 포함된 상기 전압 설정값들을 참조하여 각 PRU로 전송할 무선 충전 전압을 조정한다.
경고 정보는 하기의 <표 3>과 같은 데이터 구조로 형성될 수 있다.
표 3
7 6 5 4 3 2 1 0
over voltage over current over temperature charge complete TA detect transition restart request RFU
경고 정보는, <표 3>과 같이 과전압(over voltage), 과전류(over current), 과온도(over temperature), 충전 완료(charge complete), 유선 충전 단자 인입 감지(TA detect), SA 모드/ NSA 모드 전환(transition), 재충전 요청(restart request) 등의 필드들을 포함할 수 있다.
무선 전력 수신기(450)는 PRU 제어 신호를 수신하여 충전을 수행할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(400)는 무선 전력 수신기(450)를 충전하기에 충분한 전력을 가지는 경우 충전을 인에이블하도록 하는 PRU 제어 신호를 송신할 수 있다. 한편, PRU 제어 신호는 충전 상태가 변경될 때마다 송신될 수 있다. PRU 제어 신호는 예를 들어 250ms 마다 송신될 수 있거나, 파라미터 변경이 있을 때 송신될 수 있다. PRU 제어 신호는 파라미터가 변경되지 않더라도 기설정된 임계 시간, 예를 들어 1초 이내에는 송신되어야 하도록 설정될 수도 있다.
한편, 무선 전력 수신기(450)는 에러 발생을 감지할 수 있다. 무선 전력 수신기(450)는 경고 신호를 무선 전력 송신기(400)로 송신할 수 있다(S420). 경고 신호는 PRU 다이내믹(Dynamic) 신호로 송신되거나 또는 PRU 경고(alert) 신호로 송신할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기(450)는 <표 3>의 PRU 경고(alert) 필드에 에러 상황을 반영하여 무선 전력 송신기(400)로 송신할 수 있다. 또는 무선 전력 수신기(450)는 에러 상황을 지시하는 단독 경고 신호(예컨대, PRU 경고 신호)를 무선 전력 송신기(400)로 송신할 수도 있다. 무선 전력 송신기(400)는 경고 신호를 수신하면, 래치 실패(Latch fault) 모드로 진입할 수 있다(S422). 무선 전력 수신기(450)는 널 상태로 진입할 수 있다(S423).
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 동작을 설명하는 흐름도이다. 도 5의 제어 방법은 도 6을 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 도 6은 도 5의 실시 예에 의한 무선 전력 송신기가 인가하는 전력량의 시간 축에 대한 그래프이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기는 구동을 개시할 수 있다(S501). 아울러, 무선 전력 송신기는 초기 설정을 리셋할 수 있다(S503). 무선 전력 송신기는 전력 절약 모드에 진입할 수 있다(S505). 여기에서, 전력 절약 모드는, 무선 전력 송신기가 전력 송신부에 전력량이 상이한 이종의 전력을 인가하는 구간일 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기는 도 6에서의 제 2 검출 전력(601, 602) 및 제 3 검출 전력(611, 612, 613, 614, 615)을 전력 송신부에 인가하는 구간일 수 있다. 여기에서, 무선 전력 송신기는 제 2 검출 전력(601, 602)을 제 2 주기로 주기적으로 인가할 수 있으며, 제 2 검출 전력(601, 602)을 인가하는 경우에는 제 2 기간 동안 인가할 수 있다. 무선 전력 송신기는 제 3 검출 전력(611, 612, 613, 614, 615)을 제 3 주기로 주기적으로 인가할 수 있으며, 제 3 검출 전력(611, 612, 613, 614, 615)을 인가하는 경우에는 제 3 기간 동안 인가할 수 있다. 한편, 제 3 검출 전력(611, 612, 613, 614, 615)의 각각의 전력 값은 상이한 것과 같이 도시되어 있지만, 제 3 검출 전력(611, 612, 613, 614, 615)의 각각의 전력 값은 상이할 수도 있으며 또는 동일할 수도 있다.
예컨대, 무선 전력 송신기는 제 3 검출 전력(611)을 출력한 이후에 동일한 크기의 전력량을 가지는 제 3 검출 전력(612)을 출력할 수 있다. 상기와 같이 무선 전력 송신기가 동일한 크기의 제 3 검출 전력을 출력하는 경우, 제 3 검출 전력의 전력량은 가장 소형의 무선 전력 수신기, 예를 들어 카테고리 1의 무선 전력 수신기를 검출할 수 있는 전력량을 가질 수 있다.
반면, 무선 전력 송신기는 제 3 검출 전력(611)을 출력한 이후에 상이한 크기의 전력량을 가지는 제 3 검출 전력(612)을 출력할 수도 있다. 상기와 같이 무선 전력 송신기가 상이한 크기의 제 3 검출 전력을 출력하는 경우, 제 3 검출 전력의 전력량 각각은 카테고리 1 내지 5의 무선 전력 수신기를 검출할 수 있는 전력량일 수 있다. 예를 들어, 제 3 검출 전력(611)는 카테고리 5의 무선 전력 수신기를 검출할 수 있는 전력량을 가질 수 있으며, 제 3 검출 전력(612)는 카테고리 3의 무선 전력 수신기를 검출할 수 있는 전력량을 가질 수 있으며, 제 3 검출 전력(613)는 카테고리 1의 무선 전력 수신기를 검출할 수 있는 전력량을 가질 수 있다.
한편, 제 2 검출 전력(601, 602)은 무선 전력 수신기를 구동시킬 수 있는 전력일 수 있다. 더욱 상세하게는, 제 2 검출 전력(601, 602)은 무선 전력 수신기의 제어부 및 통신부를 구동시킬 수 있는 전력량을 가질 수 있다.
무선 전력 송신기는 제 2 검출 전력(601, 602) 및 제 3 검출 전력(611, 612, 613, 614, 615)을 전력 수신부로 각각 제 2 주기 및 제 3 주기로 인가할 수 있다. 무선 전력 송신기 상에 무선 전력 수신기가 배치되는 경우, 무선 전력 송신기의 일 지점에서 바라보는 임피던스가 변경될 수 있다. 무선 전력 송신기는 제 2 검출 전력(601, 602) 및 제 3 검출 전력(611, 612, 613, 614, 615)이 인가되는 중 임피던스 변경을 검출할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기는 제 3 검출 전력(615)을 인가하는 중, 임피던스가 변경되는 것을 검출할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 송신기는 물체를 검출할 수 있다(S507). 물체가 검출되지 않는 경우에는(S507-N), 무선 전력 송신기는 이종의 전력을 주기적으로 인가하는 전력 절약 모드를 유지할 수 있다(S505).
한편, 임피던스가 변경되어 물체가 검출되는 경우에는(S507-Y), 무선 전력 송신기는 저전력 모드로 진입할 수 있다. 여기에서, 저전력 모드는 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 제어부 및 통신부를 구동시킬 수 있는 전력량을 가진 구동 전력을 인가하는 모드이다. 예를 들어 도 6에서는, 무선 전력 송신기는 구동 전력(620)을 전력 송신부에 인가할 수 있다. 무선 전력 수신기는 구동 전력(620)을 수신하여 제어부 및 통신부를 구동할 수 있다. 무선 전력 수신기는 구동 전력(620)에 기초하여 무선 전력 송신기와 소정의 방식에 기초하여 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기는 인증에 요구되는 데이터를 송수신할 수 있으며, 이에 기초하여 무선 전력 송신기가 관장하는 무선 전력 네트워크에 가입할 수 있다. 다만, 무선 전력 수신기가 아닌 이물질이 배치되는 경우에는, 데이터 송수신이 수행될 수 없다. 이에 따라, 무선 전력 송신기는 배치된 물체가 이물질인지 여부를 결정할 수 있다(S511). 예를 들어, 무선 전력 송신기는 기설정된 시간 동안 물체로부터 응답을 수신하지 못한 경우, 물체를 이물질로 결정할 수 있다.
이물질로 결정된 경우에는(S511-Y), 무선 전력 송신기는 랫치 실패(latch fault) 모드로 진입할 수 있다(S513). 반면, 이물질이 아닌 것으로 결정된 경우에는(S511-N), 가입 단계를 진행할 수 있다(S519). 예를 들면, 무선 전력 송신기는 도 6에서의 제 1 전력(631 내지 634)을 제 1 주기로 주기적으로 인가할 수 있다. 무선 전력 송신기는 제 1 전력을 인가하는 중에 임피던스 변경을 검출할 수 있다. 예를 들어, 이물질이 회수되는 경우에는(S515-Y) 임피던스 변경을 검출할 수 있으며, 무선 전력 송신기는 이물질이 회수된 것으로 판단할 수 있다. 또는 이물질이 회수되지 않는 경우에는(S515-N), 무선 전력 송신기는 임피던스 변경을 검출할 수 없으며, 무선 전력 송신기는 이물질이 회수되지 않은 것으로 판단할 수 있다. 이물질이 회수되지 않는 경우에는, 무선 전력 송신기는 램프 및 경고음 중 적어도 하나를 출력하여 현재의 무선 전력 송신기의 상태가 에러 상태임을 사용자에게 알릴 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 송신기는 램프 및 경고음 중 적어도 하나를 출력하는 출력부를 포함할 수 있다.
이물질이 회수되지 않은 것으로 판단되는 경우(S515-N), 무선 전력 송신기는 랫치 실패 모드를 유지할 수 있다(S513). 한편, 이물질이 회수된 것으로 판단되는 경우(S515-Y), 무선 전력 송신기는 전력 절약 모드로 재진입할 수 있다(S517). 예를 들어, 무선 전력 송신기는 도 5의 제 2 전력(651,652) 및 제 3 전력(661 내지 665)을 인가할 수 있다.
상술한 바와 같이, 무선 전력 송신기는, 무선 전력 수신기가 아닌 이물질이 배치된 경우에 랫치 실패 모드로 진입할 수 있다. 아울러, 무선 전력 송신기는 랫치 실패 모드에서 인가하는 전력에 기초한 임피던스 변경에 의거하여 이물질의 회수 여부를 판단할 수 있다. 즉, 도 5 및 6의 실시 예에서의 랫치 실패 모드 진입 조건은 이물질의 배치일 수 있다. 한편, 무선 전력 송신기는 이물질의 배치 이외에도 다양한 랫치 실패 모드 진입 조건을 가질 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기는 배치된 무선 전력 수신기와 교차 연결될 수 있으며, 상기의 경우에서도 랫치 실패 모드로 진입될 수 있다.
이에 따라, 무선 전력 송신기는 교차 연결 발생 시, 초기 상태로의 복귀가 요구되며, 무선 전력 수신기의 회수가 요구된다. 무선 전력 송신기는 다른 무선 전력 송신기상에 배치되는 무선 전력 수신기가 무선 전력 네트워크에 가입되는 교차 연결을 랫치 실패 모드 진입 조건으로 설정할 수 있다. 교차 연결을 포함하는 에러 발생 시의 무선 전력 송신기의 동작을 도 7을 참조하여 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기의 제어 방법을 설명하는 흐름도이다. 도 7의 제어 방법은 도 8을 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 도 8은 도 7의 실시 예에 의한 무선 전력 송신기가 인가하는 전력량의 시간 축에 대한 그래프이다.
무선 전력 송신기는 구동을 개시할 수 있다(S701). 아울러, 무선 전력 송신기는 초기 설정을 리셋할 수 있다(S703). 무선 전력 송신기는 전력 절약 모드에 진입할 수 있다(S705). 여기에서, 전력 절약 모드는, 무선 전력 송신기가 전력 송신부에 전력량이 상이한 이종의 전력을 인가하는 구간일 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기는 도 8에서의 제 2 검출 전력(801, 802) 및 제 3 검출 전력(811, 812, 813, 814, 815)을 전력 송신부에 인가하는 구간일 수 있다. 여기에서, 무선 전력 송신기는 제 2 검출 전력(801, 802)을 제 2 주기로 주기적으로 인가할 수 있으며, 제 2 검출 전력(801, 802)을 인가하는 경우에는 제 2 기간 동안 인가할 수 있다. 무선 전력 송신기는 제 3 검출 전력(811, 812, 813, 814, 815)을 제 3 주기로 주기적으로 인가할 수 있으며, 제 3 검출 전력(811, 812, 813, 814, 815)을 인가하는 경우에는 제 3 기간 동안 인가할 수 있다. 한편, 제 3 검출 전력(811, 812, 813, 814, 815)의 각각의 전력 값은 상이한 것과 같이 도시되어 있지만, 제 3 검출 전력(811, 812, 813, 814, 815)의 각각의 전력 값은 상이할 수도 있으며 또는 동일할 수도 있다.
한편, 제 2 검출 전력(801, 802)은 무선 전력 수신기를 구동시킬 수 있는 전력일 수 있다. 더욱 상세하게는, 제 2 검출 전력(801, 802)은 무선 전력 수신기의 제어부 및 통신부를 구동시킬 수 있는 전력량을 가질 수 있다.
무선 전력 송신기는 제 2 검출 전력(801, 802) 및 제 3 검출 전력(811, 812, 813, 814, 815)을 전력 수신부로 각각 제 2 주기 및 제 3 주기로 인가할 수 있다. 무선 전력 송신기 상에 무선 전력 수신기가 배치되는 경우, 무선 전력 송신기의 일 지점에서 바라보는 임피던스가 변경될 수 있다. 무선 전력 송신기는 제 2 검출 전력(801, 802) 및 제 3 검출 전력(811, 812, 813, 814, 815)이 인가되는 중 임피던스 변경을 검출할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기는 제 3 검출 전력(815)을 인가하는 중, 임피던스가 변경되는 것을 검출할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 송신기는 물체를 검출할 수 있다(S707). 물체가 검출되지 않는 경우에는(S707-N), 무선 전력 송신기는 이종의 전력을 주기적으로 인가하는 전력 절약 모드를 유지할 수 있다(S705).
한편, 임피던스가 변경되어 물체가 검출되는 경우에는(S707-Y), 무선 전력 송신기는 저전력 모드로 진입할 수 있다(S709). 여기에서, 저전력 모드는 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 제어부 및 통신부를 구동시킬 수 있는 전력량을 가진 구동 전력을 인가하는 모드이다. 예를 들어 도 8에서는, 무선 전력 송신기는 구동 전력(820)을 전력 송신부에 인가할 수 있다. 무선 전력 수신기는 구동 전력(820)을 수신하여 제어부 및 통신부를 구동할 수 있다. 무선 전력 수신기는 구동 전력(820)에 기초하여 무선 전력 송신기와 소정의 방식에 기초하여 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기는 인증에 요구되는 데이터를 송수신할 수 있으며, 이에 기초하여 무선 전력 송신기가 관장하는 무선 전력 네트워크에 가입할 수 있다.
이후, 무선 전력 송신기는 충전 전력을 송신하는 전력 송신 모드로 진입할 수 있다(S711). 예를 들어, 무선 전력 송신기는 도 8에서와 같이 충전 전력(821)을 인가할 수 있으며, 충전 전력은 무선 전력 수신기로 송신될 수 있다.
무선 전력 송신기는 전력 송신 모드에서, 에러가 발생하는지 여부를 판단할 수 있다. 여기에서, 에러는 무선 전력 송신기 상에 이물질이 배치되는 것, 교차 연결, 과전압(over voltage), 과전류(over current), 과온도(over temperature) 등일 수 있다. 무선 전력 송신기는 과전압(over voltage), 과전류(over current), 과온도(over temperature) 등을 측정할 수 있는 센싱부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기는 기준 지점의 전압 또는 전류를 측정할 수 있으며, 측정된 전압 또는 전류가 임계값을 초과하는 것을 과전압 또는 과전류 조건이 충족되는 것으로 판단할 수 있다. 또는 무선 전력 송신기는 온도 센싱 수단을 포함할 수 있으며, 온도 센싱 수단은 무선 전력 송신기의 기준 지점의 온도를 측정할 수 있다. 기준 지점의 온도가 임계값을 초과하는 경우에는, 무선 전력 송신기는 과온도 조건이 충족된 것으로 판단할 수 있다.
한편, 상기 온도, 전압, 전류 등의 측정값에 따라 과전압, 과전류, 과온도 등의 상태로 판단될 경우, 무선 전력 송신기는 무선 충전 전력을 미리 설정된 값만큼 낮춤으로써 과전압, 과전류, 과온도를 방지한다. 이때, 낮춰진 무선 충전 전력의 전압값이 설정된 최소값(예컨대, 무선 전력 수신기 정류부 후단의 최소 전압값(VRECT_MIN_DYN))보다 낮아지면 무선 충전이 중단되므로, 본 발명의 실시 예에 따라 전압 설정값을 재조정할 수 있다.
도 8의 실시 예에서는, 무선 전력 송신기 상에 이물질이 추가적으로 배치되는 에러가 도시되었지만, 에러는 이에 한정되지 않으며 이물질이 배치되는 것, 교차 연결, 과전압(over voltage), 과전류(over current), 과온도(over temperature)에 대하여서도 무선 전력 송신기가 유사한 과정으로 동작함을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
에러가 발생하지 않으면(S713-N), 무선 전력 송신기는 전력 송신 모드를 유지할 수 있다(S711). 한편, 에러가 발생하면(S713-Y), 무선 전력 송신기는 랫치 실패 모드로 진입할 수 있다(S715). 예를 들어, 무선 전력 송신기는 도 8과 같이 제 1 전력(831 내지 835)를 인가할 수 있다. 아울러, 무선 전력 송신기는 랫치 실패 모드 동안 램프 및 경고음 중 적어도 하나를 포함한 에러 발생 표시를 출력할 수 있다. 이물질 또는 무선 전력 수신기가 회수되지 않은 것으로 판단되는 경우(S717-N), 무선 전력 송신기는 랫치 실패 모드를 유지할 수 있다(S715). 한편, 이물질 또는 무선 전력 수신기가 회수된 것으로 판단되는 경우(S717-Y), 무선 전력 송신기는 전력 절약 모드로 재진입할 수 있다(S719). 예를 들어, 무선 전력 송신기는 도 8의 제 2 전력(851,852) 및 제 3 전력(861 내지 865)을 인가할 수 있다.
이상에서, 무선 전력 송신기가 충전 전력을 송신하는 중 에러가 발생한 경우의 동작에 대하여 설명하였다. 이하에서는, 무선 전력 송신기 상에 복수의 무선 전력 수신기가 충전 전력을 수신하는 경우의 동작에 대하여 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 9의 제어 방법은 도 10을 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 도 10은 도 9의 실시 예에 의한 무선 전력 송신기가 인가하는 전력량의 시간 축에 대한 그래프이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기는 제 1 무선 전력 수신기로 충전 전력을 송신할 수 있다(S901). 아울러, 무선 전력 송신기는 추가적으로 제 2 무선 전력 수신기를 무선 전력 네트워크로 가입시킬 수 있다(S903). 또한 무선 전력 송신기는 제 2 무선 전력 수신기에도 충전 전력을 송신할 수 있다(S905). 더욱 상세하게는, 무선 전력 송신기는 제 1 무선 전력 수신기 및 제 2 무선 전력 수신기가 요구하는 충전 전력의 합계를 전력 수신부에 인가할 수 있다.
도 10에서는 상기의 S901 단계 내지 S905 단계에 대한 일 실시 예가 도시된다. 예를 들어 무선 전력 송신기는 제 2 검출 전력(1001, 1002) 및 제 3 검출 전력(1011 내지 1015)을 인가하는 전력 절약 모드를 유지할 수 있다. 이후, 무선 전력 송신기는 제 1 무선 전력 수신기를 검출하고, 검출 전력(1020)을 유지하는 저전력 모드로 진입할 수 있다. 이후, 무선 전력 송신기는 제 1 충전 전력(1030)을 인가하는 전력 송신 모드로 진입할 수 있다. 무선 전력 송신기는 제 2 무선 전력 수신기를 검출할 수 있으며, 제 2 무선 전력 수신기를 무선 전력 네트워크에 가입시킬 수 있다. 아울러, 무선 전력 송신기는 제 1 무선 전력 수신기 및 제 2 무선 전력 수신기가 요구하는 전력량의 합계의 전력량을 가지는 제 2 충전 전력(1040)을 인가할 수 있다.
다시 도 9를 참조하면, 무선 전력 송신기는 제 1 및 제 2 무선 전력 수신기 양자에 충전 전력을 송신하는 중(S905), 에러 발생을 검출할 수 있다(S907). 여기에서, 에러는 상술한 바와 같이, 이물질 배치, 교차 연결, 과전압(over voltage), 과전류(over current), 과온도(over temperature) 등일 수 있다. 에러가 발생하지 않으면(S907-N), 무선 전력 송신기는 제 2 충전 전력(1040)의 인가를 유지할 수 있다.
한편, 에러가 발생하면(S907-Y), 무선 전력 송신기는 랫치 실패 모드로 진입할 수 있다(S909). 예를 들어, 무선 전력 송신기는 도 10의 제 1 전력(1051 내지 1055)를 제 1 주기로 인가할 수 있다. 무선 전력 송신기는 제 1 무선 전력 수신기 및 제 2 무선 전력 수신기 모두가 회수되는지를 판단할 수 있다(S911). 예를 들어, 무선 전력 송신기는 제 1 전력(1051 내지 1055)의 인가 중 임피던스 변경을 검출할 수 있다. 무선 전력 송신기는 임피던스가 초기 수치로 복귀하는지 여부에 기초하여 제 1 무선 전력 수신기 및 제 2 무선 전력 수신기 모두가 회수되는지를 판단할 수 있다.
제 1 무선 전력 수신기 및 제 2 무선 전력 수신기 모두가 회수된 것으로 판단되면(S911-Y), 무선 전력 송신기는 전력 절약 모드로 진입할 수 있다(S913). 예를 들어, 무선 전력 송신기는 도 10과 같이 제 2 검출 전력(1061, 1062) 및 제 3 검출 전력(1071 내지 1075)을 각각 제 2 주기 및 제 3 주기로 인가할 수 있다.
상술한 바와 같이, 무선 전력 송신기는 복수 개의 무선 전력 수신기에 충전 전력을 인가하는 경우에 있어서도, 에러 발생 시 용이하게 무선 전력 수신기 또는 이물질이 회수되는지 여부를 판단할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 블록도이다.
무선 전력 송신기(1100)는 통신부(1110), 전력 증폭기(power amplifier, PA)(1120) 및 공진기(resonator)(1130)를 포함할 수 있다. 무선 전력 수신기(1150)는 통신부(1151), 애플리케이션 프로세서(Application Processor; AP)(1152), 전력 관리 집적회로(Power Management Integrated Circuit; PMIC)(1153), 무선 전력 집적회로(Wireless Power Integrated Circuit; WPIC)(1154), 공진기(resonator)(1155), 인터페이스 전력 관리 집적회로(Interface Power Management IC; IFPM)(1157), 유선 충전 어댑터(Travel Adapter; TA)(1158) 및 배터리(1159)를 포함할 수 있다.
통신부(1110)는 통신부(1151)와 소정의 방식, 예를 들어 BLE 방식에 기초하여 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기(1150)의 통신부(1151)는 <표 2>의 데이터 구조를 가지는 PRU 다이내믹(Dynamic) 신호를 무선 전력 송신기(1100)의 통신부(1110)로 송신할 수 있다. 상술한 바와 같이, PRU 다이내믹(Dynamic) 신호는 무선 전력 수신기(1150)의 전압 정보, 전류 정보, 온도 정보 및 경고 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
수신된 PRU 다이내믹(Dynamic) 신호에 기초하여, 전력 증폭기(1120)로부터의 출력 전력 값이 조정될 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기(1150)에 과전압, 과전류, 과온도가 인가되면, 전력 증폭기(1120)로부터 출력되는 전력 값이 감소될 수 있다. 아울러, 무선 전력 수신기(1150)의 전압 또는 전류가 기설정된 값 미만인 경우에는 전력 증폭기(1120)로부터 출력되는 전력 값이 증가될 수 있다.
공진기(1130)로부터의 충전 전력은 공진기(1155)에 무선으로 송신될 수 있다.
무선 전력 집적회로(1154)는 공진기(1155)로부터 수신된 충전 전력을 정류하고, DC/DC 컨버팅할 수 있다. 무선 전력 집적회로(1154)는 컨버팅된 전력을 통신부(1151)를 구동하거나 또는 배터리(1159)를 충전하도록 한다.
한편, 유선 충전 어댑터(1158)에는 유선 충전 단자가 인입될 수 있다. 유선 충전 어댑터(1158)는 30핀 커넥터 또는 USB 커넥터 등의 유선 충전 단자가 인입될 수 있으며, 외부 전원으로부터 공급되는 전력을 수신하여 배터리(1159)를 충전할 수 있다.
인터페이스 전력 관리 집적회로(1157)는 유선 충전 단자로부터 인가되는 전력을 처리하여 배터리(1159) 및 전력 관리 집적회로(1153)로 출력할 수 있다.
전력 관리 집적회로(1153)는 무선으로 수신된 전력 또는 유선으로 수신된 전력과 무선 전력 수신기(1150)의 구성 요소 각각에 인가되는 전력을 관리할 수 있다. AP(1152)는 전력 관리 집적회로(1153)로부터 전력 정보를 수신하여, 이를 보고하기 위한 PRU 다이내믹(Dynamic) 신호를 송신하도록 통신부(1151)를 제어할 수 있다.
한편, 무선 전력 집적회로(1154)에 연결되는 노드(1156)에는 유선 충전 어댑터(1158)에도 연결될 수 있다. 유선 충전 어댑터(1158)에 유선 충전 커넥터가 인입되는 경우에는, 노드(1156)에 기설정된 전압, 예를 들어 5V가 인가될 수 있다. 무선 전력 집적회로(1154)는 노드(1156)에 인가되는 전압을 모니터링하여 유선 충전 어댑터의 인입 여부를 판단할 수 있다.
이상으로, 먼저 도 1 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 적용될 수 있는 무선 충전 시스템의 개념을 설명하였다. 이하 도 12 내지 도 14를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 무선 충전을 위한 전력 분배 방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 12는 본 발명의 제1실시 예에 따른 복수의 무선 전력 수신기에 대한 전력 분배 방법을 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 공진기 효율이 100%라고 가정했을 때 PTU(1200)의 충전 가능 전력이 10W이며, PRU1(1210)에서의 최대 요구 전력이 7W인 경우를 예시하고 있다. PTU(1200)는 PRU1(1210)에서의 최대 요구 전력 및 최소 요구 전력(limitation power) 정보를 포함하는 메시지를 수신할 경우, PRU1(1210)에 대한 최대 요구 전력을 제공할 수 있으므로, 최대 요구 전력에 대응하는 전력을 전송할 수 있다. 또한 PTU(12000)는 PRU1(1210)으로 전력 전송 내용을 전달할 수 있다.
이어, 추가로 PRU2(1220)가 들어오게 되면, BLE ADV로 부터 Connection 연결 한 후, PTU(1200)는 PRU2(1220)에서의 최대 요구 전력 및 최소 요구 전력 정보를 PRU2(1220)로부터 수신할 수 있다. PTU(1200)가 전력량을 계산하여, 전력 재분배를 결정할 수 있다.
이러한 경우 PRU1(1210) 및 PRU2(1220)에서의 최대 요구 전력이 각 7W이지만, 최소 요구 전력(limitation power)이 각 5W이므로, PTU(1200)는 PRU1(1210) 및 PRU2(1220)로 각각 5W씩의 전력을 분배할 수 있다. 여기서, 최대 요구 전력은 PRU에서 최대로 수신할 수 있는 전력을 나타내며, 최소 요구 전력은 PRU에서 수신할 수 있는 최소 전력을 나타낸다. 예를 들어, PRU1(1210)에서의 최소 요구 전력이 5W라고 하면, PRU1(1210)는 5W~7W 이내에 속하는 전력은 모두 수신할 수 있다는 것을 의미한다. 이와 달리 최소 요구 전력은 단계별로 설정될 수도 있다. 예를 들어, PRU1(1210)에서 최소 요구 전력이 10W=>5W=>3W라고 설정된 경우 PRU1(1210)는 PTU(1200)로부터 10W, 5W, 3W에 해당하는 전력만을 수신할 수 있다는 것을 의미한다.
이에 따라 PRU2(1220)가 새롭게 들어오게 되면, PTU(1200)는 PRU2(1220)에서의 최대 요구 전력을 전송하는 것이 불가능하므로, PRU1(1210)에 대한 전력을 10W에서 5W로 낮춘다. 이에 따라 PRU2(1220)로는 5W로 충전하라고 명령할 수 있다. 또는 PRU2(1220)로 PRU2(1220)에서의 단계별 최소 요구 전력 정보를 근거로 PRU2(1220)에게 줄 수 있는 전력을 알려줄 수 있다. 이에 따라 PRU2(1220)는 최소 요구 전력을 조절할 수 있다.
PTU(1200)는 PRU1(1210) 및 PRU2(1220)와 각각 연결된 이후에 각각의 PRU1(1210) 및 PRU2(1220)로부터 수신되는 메시지를 통해 이러한 최소 요구 전력을 수신할 수 있다. 이러한 메시지는 전력을 전송하기 전 준비 단계에서 전송될 수 있으며, PRU의 요구 사항들이 포함될 수 있다. 이러한 요구 사항에는 고정된(Fixed) 값 예컨대, 최대 요구 전력 정보를 비롯하여 단계별 최소 요구 전력 또는 고정된 최소 요구 전력 등이 포함될 수 있다. 이러한 메시지는 PTU와 PRU 간의 통신 채널을 통해 전달될 수 있다.
또한 이러한 메시지는 PRU1(1210) 및 PRU2(1220)에서 전력을 조절해야 하는 다양한 상황이 발생할 경우에도 PTU(1200)로 전송될 수 있다. PTU(1200)는 이러한 메시지를 수신하여 예컨대, PRU의 수가 변경되거나, 어느 하나의 PRU가 완충되거나 PRU에서의 충전 모드가 변경되거나 충전이 제거되는 등 각 상황에 따라 새로운 전력값으로 재조정할 수 있다. 예컨대, 충전 중에 온도가 과도하게 상승하거나 전류가 너무 많이 흐를 경우, 또는 전압이 과도하게 높은 경우, PRU는 PTU에게 재조정된 VRECT 값을 전송함으로써 충전 전력을 조절할 수 있다.
또한, 다른 실시 예로서, PRU에서 충전 모드가 CC(Continous current) 모드에서 CV(continuous voltage) 모드로 바뀌거나, CV 모드에서 완충이 되었을 때, 많은 전력의 전달이 필요하지 않으므로 PTU는 각 PRU로의 전력값을 동적으로 조절함으로써 충전 전력을 재분배할 수 있다.
이러한 PTU(1200)는 PRU1(1210) 및 PRU2(1220)로 현재 충전 전력 내용을 전달할 수 있다. 예컨대, PTU(1200)는 PRU1(1210) 및 PRU2(1220) 각각으로 5W씩의 전력을 송출한다는 정보를 각각의 PRU1(1210) 및 PRU2(1220)로 제공할 수 있다.
도 13은 본 발명의 제2실시 예에 따른 복수의 무선 전력 수신기에 대한 전력 분배 방법을 나타낸 도면이다.
도 13을 참조하면, PTU(1200)의 충전 가능 전력이 10W이며, PRU1(1310)는 CC 모드로 충전 중이며, PRU2(1320)에서 CV 완충 또는 CV 모드 전환 또는 충전기 제거 등에 따라 전력이 조절해야 하는 상황이 발생한 경우를 예시하고 있다. 예를 들어, PRU2(1320)에서 충전 모드가 CC 모드에서 CV 모드로 바뀌거나, CV 모드에서 완충이 되었을 때, 많은 전력의 전달이 필요하지 않게 된다. 또한 PTU(1300)로부터 충전 범위를 벗어나면 즉, PTU(1300) 상에서 PRU2(1320)가 제거되면, 전력 전달이 필요하지 않게 된다. 이와 같은 다양한 상황에 따라 PRU2(1320)에서의 전력 전달이 필요치 않게 되면, PTU(1300)은 충전 공급 전력 용량을 다시 계산하여 전력을 공급할 수 있다. 이에 따라 PTU(1300)은 PRU1(1310)에 대해 최소 요구 전력으로 전송하던 전력을 최대 요구 전력으로 전환하여 공급할 수 있다. 예를 들어, PRU1(1310)에서의 최대 요구 전력이 7W이며, 최소 요구 전력(limitation power)이 5W라고 할 경우 PTU(1300)은 PRU1(1310)에 대해 5W로 충전하던 것을 7W로 높여서 충전을 수행할 수 있다.
이러한 상태에서 추가로 PRU가 들어오게 되면, PTU(1300)은 전력량을 계산하게 되는데, 만일 계산 결과 전력 재분배를 통해 현재 충전 중인 PRU에서 요구하는 최소 요구 전력을 송출하지 못할 것이라고 판단되면, 추가로 들어온 PRU를 거절할 수 있다. 즉, 추가로 들어온 PRU에 대해서는 충전을 하지 않을 수 있다.
이때, 최소 요구 전력으로 전송하던 전력을 최대 요구 전력으로 전환하는 방법은 다음과 같다.
먼저, PTU(1300)은 PRU1(1310)에 로드 스위치 오프 명령어를 전송할 수 있다. 이에 따라 PRU1(1310)는 로드 스위치를 오프하여 리셋팅(re-setting)하게 된다. 그러면 PTU(1300)은 PRU1(1310)와의 전력을 다시 제어하여 충전을 수행할 수 있다. 여기서, PRU 설정 알고리즘은 구현 이슈로, PRU1(1310)의 급격한 전압 변화를 줄이기 위해 PRU1(1310)을 먼저 내리고 PRU2를 켤 수 있다.
도 14는 본 발명의 제3실시 예에 따른 복수의 무선 전력 수신기에 대한 전력 분배 방법을 나타낸 도면이다.
도 14를 참조하면, PTU(1400)의 충전 가능 전력이 5W이며, PRU1(1410)는 최대 요구 전력이 7W이며, 최소 요구 전력이 5W인 경우를 예시하고 있다. 이러한 경우 PTU(1400)의 충전 가능 전력 5W는 PRU1(1410)의 최대 요구 전력 7W보다 적지만, PRU1(1410)의 최소 요구 전력 5W는 만족하므로, 충전이 가능하다.
이에 따라 PTU(1400)는 PRU1(1410)의 최대 요구 전력을 제공할 수 없다고 판단되면, PRU1(1410)의 최소 요구 전력을 보고 PTU(1400)가 줄 수 있는 전력을 알려줄 수 있다. 그러면, PRU1(1410)는 요구 전력을 조절할 수 있다. 이러한 PRU에서의 방법은 예컨대, PTU가 조절 셋팅하거나 PRU가 요구 전력 셋팅하는 것이 가능하며, 충전 전류를 입력받을 수 있다.
상기한 바와 같이 PTU는 PRU로부터의 최소 요구 전력(limitation power) 정보 및/또는 조절 전력(reduce power) 정보를 수신하게 되면, PRU로의 공급 전력을 결정하게 된다.

Claims (15)

  1. 무선 전력 송신기에서 복수의 무선 전력 수신기에 대한 무선 충전 전력을 분배하기 위한 방법에 있어서,
    제1무선 전력 수신기로 전력을 전송하여 충전하는 과정과,
    제2무선 전력 수신기의 요구 전력 정보를 수신하는 과정과,
    상기 요구 전력 정보를 근거로 상기 제1무선 전력 수신기 및 제2무선 전력기에 대한 전력 재분배를 결정하는 과정과,
    상기 제1무선 전력 수신기 및 제2무선 전력기로 상기 전력 재분배에 따른 각각의 전력을 전송하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 무선 전력 송신기에서 복수의 무선 전력 수신기에 대한 무선 충전 전력을 분배하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 요구 전력 정보는,
    최대 요구 전력 정보 및 최소 요구 전력 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신기에서 복수의 무선 전력 수신기에 대한 무선 충전 전력을 분배하기 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1무선 전력 수신기로 전력을 전송하여 충전하기 전에 상기 제1무선 전력 수신기의 최대 요구 전력 정보 및 최소 요구 전력 정보를 포함하는 요구 전력 정보를 수신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신기에서 복수의 무선 전력 수신기에 대한 무선 충전 전력을 분배하기 위한 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전력 재분배를 결정하는 과정은,
    상기 무선 전력 송신기의 충전 가능 전력을 기반으로 상기 제2무선 전력 수신기의 최대 요구 전력에 해당하는 전력 분배가 가능한지를 판단하는 과정과,
    상기 제2무선 전력 수신기의 최대 요구 전력에 해당하는 전력을 분배할 수 없는 경우 상기 제2무선 전력 수신기의 최소 요구 전력에 해당하는 전력을 분배하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신기에서 복수의 무선 전력 수신기에 대한 무선 충전 전력을 분배하기 위한 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2무선 전력 수신기의 최대 요구 전력에 해당하는 전력을 분배할 수 없는 경우,
    상기 제2무선 전력 수신기의 최소 요구 전력을 조절하도록 상기 제2무선 전력 수신기로 상기 무선 전력 송신기가 줄 수 있는 전력에 대한 정보를 알려주는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신기에서 복수의 무선 전력 수신기에 대한 무선 충전 전력을 분배하기 위한 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2무선 전력 수신기로부터 조절된 요구 전력 정보를 수신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신기에서 복수의 무선 전력 수신기에 대한 무선 충전 전력을 분배하기 위한 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1무선 전력 수신기 및 상기 제2무선 전력 수신기 중 적어도 하나의 무선 전력 수신기에서 충전 모드가 변경되었을 경우,
    상기 제1무선 전력 수신기 및 제2무선 전력기에 대한 전력을 재계산하여 전력을 공급하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신기에서 복수의 무선 전력 수신기에 대한 무선 충전 전력을 분배하기 위한 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2무선 전력기에 대한 충전이 필요하지 않는 경우,
    상기 충전 중이던 제1무선 전력 수신기에 대한 전력을 최대 요구 전력으로 전환하기 위해 로드 스위치 오프 명령어를 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신기에서 복수의 무선 전력 수신기에 대한 무선 충전 전력을 분배하기 위한 방법.
  9. 복수의 무선 전력 수신기에 대한 무선 충전 전력을 분배하기 위한 무선 전력 송신기에 있어서,
    제1무선 전력 수신기로 전력을 전송하여 충전하는 충전부와,
    제2무선 전력 수신기의 요구 전력 정보를 수신하는 통신부와,
    상기 요구 전력 정보를 근거로 상기 제1무선 전력 수신기 및 제2무선 전력기에 대한 전력 재분배를 결정하여, 상기 제1무선 전력 수신기 및 제2무선 전력기로 상기 전력 재분배에 따른 각각의 전력을 전송하도록 상기 충전부를 제어하는 제어부를 포함하는 무선 전력 송신기.
  10. 제9항에 있어서, 상기 요구 전력 정보는,
    최대 요구 전력 정보 및 최소 요구 전력 정보를 포함하는 무선 전력 송신기.
  11. 제9항에 있어서, 상기 통신부는,
    상기 제1무선 전력 수신기로 전력을 전송하여 충전하기 전에 상기 제1무선 전력 수신기의 최대 요구 전력 정보 및 최소 요구 전력 정보를 포함하는 요구 전력 정보를 수신하는, 무선 전력 송신기.
  12. 제9항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 무선 전력 송신기의 충전 가능 전력을 기반으로 상기 제2무선 전력 수신기의 최대 요구 전력에 해당하는 전력 분배가 가능한지를 판단하고, 상기 제2무선 전력 수신기의 최대 요구 전력에 해당하는 전력을 분배할 수 없는 경우 상기 제2무선 전력 수신기의 최소 요구 전력에 해당하는 전력을 분배하는, 무선 전력 송신기.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제2무선 전력 수신기의 최대 요구 전력에 해당하는 전력을 분배할 수 없는 경우, 상기 제2무선 전력 수신기의 최소 요구 전력을 조절하도록 상기 제2무선 전력 수신기로 상기 무선 전력 송신기가 줄 수 있는 전력에 대한 정보를 상기 통신부를 통해 알려주는, 무선 전력 송신기.
  14. 제9항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1무선 전력 수신기 및 상기 제2무선 전력 수신기 중 적어도 하나의 무선 전력 수신기에서 충전 모드가 변경되었을 경우, 상기 제1무선 전력 수신기 및 제2무선 전력기에 대한 전력을 재계산하여 전력을 공급하는, 무선 전력 송신기.
  15. 제9항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제2무선 전력기에 대한 충전이 필요하지 않는 경우, 상기 충전 중이던 제1무선 전력 수신기에 대한 전력을 최대 요구 전력으로 전환하기 위해 로드 스위치 오프 명령어를 상기 통신부를 통해 전송하는, 무선 전력 송신기.
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