WO2015080517A1 - 저발열 무선 전력 수신 장치 - Google Patents

저발열 무선 전력 수신 장치 Download PDF

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WO2015080517A1
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power
wireless power
heat generation
low heat
load
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PCT/KR2014/011560
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정춘길
황병욱
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주식회사 한림포스텍
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    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type

Definitions

  • the present invention relates to a low heat generation wireless power reception device which is excellent in charging efficiency and generates little heat during charging in a wireless power reception device that receives a wireless power signal.
  • various portable terminals such as mobile phones and PDAs (Personal Digital Assistants) are equipped with a power receiver such as a battery pack that charges power and supplies operating power.
  • the power receiving device charges power supplied from an external charging device and supplies the charged power to the portable terminal to operate.
  • the power receiving device may include a battery cell for charging electric power, a charge / discharge circuit for discharging the electric power charged in the battery cell with electric power supplied from an external charging device, and supplying the electric charge to the portable terminal.
  • a power output terminal of the charging device for inputting commercial AC power and outputting power of a voltage and a current corresponding to the power receiving device and a power input terminal of the power receiving device
  • a terminal connection method is known in which a cable is directly connected through a cable.
  • the instantaneous discharge phenomenon causes wear of the terminals of the charging device and the terminal of the power receiving device, and when foreign matters are accumulated on the terminals of the charging device and the terminal of the power receiving device, heat is generated from the foreign material, such as a fire accident. There is a risk of occurrence.
  • the electric power charged in the battery cell of the power receiving device due to moisture, etc. is naturally discharged to the outside through the terminal of the power receiving device, which causes a problem that the service life of the power receiving device is shortened and the use performance is deteriorated. .
  • the wireless power transmitter wirelessly transmits a power signal, and the wireless power transmitter receives the wireless power signal transmitted wirelessly and charges the battery cell.
  • a wireless power receiver has been proposed (see Korean Patent Publication No. 10-2012-0128114).
  • the wireless power receiver for example, is coupled to the wireless power transmitter in an electromagnetic induction manner to receive a wireless power signal wirelessly transmitted by the wireless power transmitter and charge the received power in the battery cell.
  • the wireless power receiver has made a lot of efforts to be wirelessly stable and to receive power at high efficiency and charge the battery cells.
  • the wireless power receiver rectifies the wireless power signal received from the wireless power transmitter into a rectifier and converts the DC power into a DC power, and the DC / DC converter converts the DC power voltage level into a voltage level corresponding to the battery cell. Is converted to a battery cell.
  • An object of the present invention is to provide a low heat generation wireless power receiving device that can reduce the heat generated in the process of charging the load using the power signal transmitted from the wireless power transmission device.
  • Low heat generation wireless power receiving apparatus for solving the above problems is a power receiving coil for receiving a wireless power signal; An impedance matching unit for matching the impedance so that the power receiving coil is resonant with the wireless power signal; A rectifying unit rectifying the wireless power signal and converting the wireless power signal into direct current power; A power converter including a low heat generating transformer having a first resistance value and a high heat generating transformer having a second resistance value greater than the first resistance value, connected in parallel to each other and supplying the output power of the rectifier part to the load as charging power. ; And a reception controller controlling impedance matching of the impedance matching unit and supplying charging power to the load while selectively turning on and off the low heat generation transformer in a state where the high heat generation transformer is always turned on.
  • the reception control unit may supply charging power to the load in a state of turning off the low heat generation transformer in a light load state.
  • the reception control unit may supply charging power to the load in a state of turning on the low heat generation transformer in a heavy load state.
  • the low heat generation wireless power receiver may further include a current detector installed at a rear end of the power converter to detect a current of the charging power.
  • the reception controller may control the impedance matching unit based on the current value detected by the current detector.
  • the low heat generation wireless power receiving apparatus further includes a communication unit for transmitting the ASK signal through the receiving coil, the reception control unit receives the state information from the load, and controls the communication unit, the reception The state information may be transmitted to the wireless power transmitter through the coil.
  • the low heat generation transformer may include a switching element connected to a FET and a gate driver of the FET, and the high heat generation transformer may be an LDO.
  • the low heat generation wireless power receiver may further include a control unit power supplying power to the reception control unit.
  • control unit power source may be made of LDO.
  • the low heat generation wireless power receiver may include a virtual load located between the rectifier and the power converter.
  • the voltage stabilization circuit may be included between the rectifier and the power converter.
  • a low heat generation wireless power receiver includes a low heat generation transformer unit and a high heat generation transformer unit, and determines the power charging load state of the power receiver according to the elapsed time of charging and the current output of the power receiver.
  • FIG. 1 is a block diagram of a low heat generation wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of the low heat generation wireless power receiver of FIG. 1.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of the low heat generation wireless power receiver of FIG. 1.
  • Figure 3 is a flow chart for explaining the operation of the low heat generation wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing an output voltage of a rectifying unit and a charging current to a load according to a charging state during a charging operation in a low heat generation wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a graph illustrating an operation state by taking an output voltage of a rectifying unit and a charging current to a load as an example of the low heat generation wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram of a low heat generation wireless power receiver according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a circuit diagram of the low heat generation wireless power receiver shown in FIG. 1.
  • a low heat generation wireless power receiver 100 includes a receiving coil 110, an impedance matching circuit 120, a rectifier 130, and an OVP (voltage stabilization) circuit.
  • the virtual load 150, the power converter 160, the current detector 170, the communicator 180, the controller power supply 190, the load 200 (eg, a battery cell, etc.) and the reception controller 210 may be included. have.
  • the receiving coil 110 may be coupled to, for example, a transmission coil of a wireless power transmission device by an electromagnetic induction method or a magnetic resonance equation to receive a wireless power signal transmitted by the power transmission coil.
  • Impedance matching circuit 120 is also a component for impedance matching between the receiving coil 110 and the transmitting coil of the wireless power transmission apparatus, as shown in FIG. 2, may be composed of a plurality of capacitors.
  • the rectifier 130 is a device that converts AC power generated by the receiving coil 110 to DC power by a wireless power signal.
  • the power converter 160 converts the DC power output from the rectifier 130 into charging power according to the load to supply the load to the load.
  • the power converter 160 may include a low heat generation transformer 162 and a high heat generation transformer 164.
  • the low heat generation transformer 162 may include a switching element 162-2 connected to the FET 162-1 and the gate driver of the FET 162-1.
  • the transformer 164 may be configured of an LDO.
  • the FET of the low heat generating transformer 162 When charging with a charging power of 5V, 1A, the FET of the low heat generating transformer 162 has a low resistance value of 30m ⁇ , and the LOD of the high heat generating transformer 164 has a high resistance value of 0.2 ⁇ .
  • the low heat generation transformer 162 and the high heat generation transformer 164 are connected in parallel to each other.
  • the high heat generating transformer unit 164 is always kept on during the charging operation after the start of charging (that is, in both the light load state and the heavy load state), and the low heat generating transformer unit 162 is turned on only in the heavy load state. Will be.
  • the low heat generating transformer unit 162 is turned on, the high heat generating transformer unit 164 connected in parallel has a high resistance value, so that most current is supplied to the low heat generating transformer unit 162. As a result, only a small amount of current flows in the high heat generation transformer 164, and the amount of heat generated is extremely low.
  • the OVP circuit 140 and the virtual load 150 may be positioned between the rectifier 130 and the power converter 160.
  • the OVP circuit 140 and the virtual load 150 are components for preventing the surge voltage from being supplied to the load at the initial stage of the wireless charging.
  • the reception controller 210 receives the virtual load 150. In the on state, when the normal current value is measured by the current detector 170, the virtual load 150 is turned off.
  • the OVP circuit is a circuit for preventing supply of a voltage higher than necessary to the load. That is, in order to prevent excessive voltage from being supplied to the load at the initial stage of charging, it is disposed between the rectifier 130 and the power converter 160.
  • the reception controller 210 controls the OVP circuit so that the overvoltage is not supplied to the load.
  • the current detector 170 functions to measure the current value of the charging power supplied to the load.
  • the reception control unit 210 informs the wireless power transmission device of the wireless power transmission device through the communication unit 180, thereby providing wireless power. It is possible to change the signal.
  • the reception controller 210 may control the impedance matching circuit 120 to allow the reception coil 110 to impedance-match with the transmission coil again so that the wireless charging can be continued.
  • the communicator 180 transmits the charging state information from the current detector 170 and the load 200 as an ASK communication signal to the wireless power transmitter through the receiving coil 110.
  • the reception control unit power supply 190 supplies power to the reception control unit 210. As shown in Figure 2 may be made of LDO.
  • the reception control unit 210 controls the impedance matching of the impedance matching circuit 120, and selectively turns on the low heat generation transformer 162 while the high heat generation transformer 164 is always turned on. It serves to supply charging power to the load 200.
  • the reception control unit 210 supplies the charging power to the load 200 in a state of light load, the low heat generating transformer 162 is turned off, and in a heavy load state, the low heat generating transformer ( The charging power is supplied to the load 200 with the 162 turned on.
  • the reception controller 210 changes the impedance of the impedance matching circuit 120 based on the current value detected by the current detector 170 so that an appropriate current flows to the load.
  • the reception control unit 210 receives the state information from the load 200, controls the communication unit 180, and transmits the state information to the wireless power transmitter through the reception coil 110 as an ASK signal. It has a function to transmit.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating an operation of a low heat generation wireless power receiver according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a charge state during a charging operation in a low power generation wireless power receiver according to an embodiment of the present invention
  • 5 is a diagram illustrating an output voltage of a rectifier and a charging current to a load
  • FIG. 5 illustrates an operation state by using an output voltage of the rectifier and a charging current of a load of the low heat generation wireless power receiver according to an embodiment of the present invention. This is a graph.
  • the reception controller 210 controls the impedance matching circuit 120 to thereby impedance between the transmission coil and the reception coil 110. A matching operation is performed (S1, S3). Then, when impedance matching is made, the wireless power signal from the wireless power receiver 100 is received (S5). This will be referred to as an initial state (see FIGS. 4 and 5). In this case, as shown in FIG. 5, the output voltage of the rectifier 130 is about 7 to 10.5V, but the current is not supplied to the load. At this time, the reception controller 210 keeps the virtual load 150 on while checking the output voltage of the rectifier 130 (S7).
  • the current state is a light load state in consideration of the output voltage and the elapsed time (S9).
  • the OVP circuit 140 is operated so that the overvoltage is not supplied to the load. 4 and 5, the light load state is a state in which the output voltage is 5.45 ⁇ 5.6V, the output current is 200 ⁇ 1000mA.
  • charging power is supplied to the load 200 while turning on the high heat generating transformer 164 while the virtual load 150 is turned off (S11). At this time, the current detector 170 measures the current of the charging power.
  • the reception control unit 210 checks whether the heavy load state (S13). As shown in FIGS. 4 and 5, in the heavy load state, the charging current is 350 to 1000 mA, and the output voltage of the rectifier 130 is 5.15 to 5.3 V.
  • the low heat generating transformer 162 connected in parallel with the high heat generating transformer 164 is turned on (S15). That is, when the high heat generating transformer 164 is turned on while the low heat generating transformer 162 is turned on, the low heat generating transformer 162 has a low resistance value. It is supplied to the unit 162. Accordingly, the high heat generation transformer 164 minimizes heat generation.
  • the reception control unit 210 again checks whether the light load state is reached (S17). 4 and 5, the light load state may be about 5.45 to 6.0 V, and the charging current may have a value of 200 to 500 mA.
  • the reception controller 210 turns off the low heat generation transformer 162 to turn on only the high heat generation transformer 164 (S19). Then, when it is in a fully charged state, the high heat generation transformer 164 is also turned off, thereby preventing the current from being supplied to the load anymore (S21).
  • the low heat generation transformer unit and the high heat generation transformer unit the power charging load state of the power receiving device according to the elapsed time and the charging current of the power receiving device By judging, thereby controlling the operation of the low heat generating transformer and the high heat generating transformer, it is possible to minimize the amount of heat generated during charging.
  • the low heat generation wireless power receiver and method described above are not limited to the configuration and method of the above-described embodiments, but all or part of the embodiments may be modified so that various modifications may be made. It may alternatively be configured in combination.

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  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

본 발명은, 무선 전력 신호를 수신하기 위한 전력 수신 코일; 상기 전력 수신 코일이 상기 무선 전력 신호에 공진되게 임피던스를 매칭시키는 임피던스 매칭부; 상기 무선 전력 신호를 정류하여 직류전력으로 변환하는 정류부; 상호간에 병렬 연결되고 상기 정류부의 출력전력을 부하에 충전전력으로 공급하는, 제 1 저항값을 갖는 저발열 변압부 및 제 1 저항값보다 큰 제 2 저항값을 갖는 고발열 변압부를 포함하는 전력 변환부; 및 상기 임피던스 매칭부의 임피던스 매칭을 제어하고, 상기 고발열 변압부를 항상 온 시킨 상태에서, 상기 저발열 변압부를 선택적으로 온오프시키면서 상기 부하에 충전 전력을 공급하는 수신 제어부를 포함하는, 저발열형 무선 전력 수신 장치에 관한 것이다.

Description

저발열 무선 전력 수신 장치
본 발명은, 무선 전력 신호를 수신하는 무선 전력 수신 장치에 있어서, 충전 효율이 우수하며, 충전 중 발열이 적게 발생하는 저발열 무선 전력 수신 장치에 관한 것이다.
일반적으로 핸드폰 및 PDA(Personal Digital Assistant) 등과 같은 각종 휴대용 단말기에는 전력을 충전하여 동작전력을 공급하는 배터리 팩과 같은 수전장치가 장착된다. 상기 수전장치는 외부의 충전장치에서 공급되는 전력을 충전하고, 충전한 전력을 상기 휴대용 단말기에 공급하여 동작시킬 수 있도록 한다.
상기 수전장치는 전력을 충전하는 배터리 셀과, 외부의 충전장치로부터 공급되는 전력을 상기 배터리 셀에 충전시키고 충전시킨 전력을 방전시켜 휴대용 단말기로 공급하는 충·방전 회로 등을 포함할 수 있다.
상기 충전장치와 상기 수전장치를 전기적으로 연결하는 방식으로는, 상용 교류전력을 입력하여 상기 수전장치에 대응하는 전압 및 전류의 전력을 출력하는 충전장치의 전력 출력 단자와 상기 수전장치의 전력 입력 단자를 케이블을 통해 직접 연결하는 단자 연결방식이 알려져 있다.
그러나, 상기 단자 연결방식은 상기 충전장치의 단자와 상기 수전장치의 단자들이 서로 다른 전위 차를 가지고 있으므로, 상기 충전장치의 단자와 상기 수전장치의 단자와 상호 간에 접촉시키거나 또는 분리할 경우에 순간 방전현상이 발생하게 된다.
이러한 순간 방전현상은 상기 충전장치의 단자 및 상기 수전장치의 단자를 마모시키고, 상기 충전장치의 단자 및 상기 수전장치의 단자에 이물질이 쌓여 있을 경우에 상기 이물질에서 열이 발생하여 화재 등과 같은 안전사고가 발생할 염려가 있다.
또한, 습기 등으로 인하여 상기 수전장치의 배터리 셀에 충전된 전력이 수전장치의 단자를 통해 외부로 자연 방전되고, 이로 인하여 수전장치의 사용 수명이 단축되고 사용성능의 저하를 초래하게 되는 문제점이 있었다.
최근에는 상기와 같은 단자 연결방식의 여러 가지 문제점을 해결하기 위하여, 무선 전력 전송 장치가 무선으로 전력 신호를 전송하고, 무선 전력 전송 장치가 무선으로 전송하는 무선 전력 신호를 수신하여 배터리 셀에 충전시키는 무선 전력 수신 장치가 제시되고 있다(대한민국 공개특허공보 제10-2012-0128114호 참조).
상기 무선 전력 수신 장치는 예를 들면, 상기 무선 전력 전송 장치와 전자기 유도방식으로 결합되어 무선 전력 전송 장치가 무선으로 전송하는 무선 전력 신호를 수신하고, 수신한 전력을 배터리 셀에 충전시키고 있다.
상기한 무선 전력 수신 장치는 무선으로 안정하고, 높은 효율로 전력을 수신하여 배터리 셀에 충전시킬 수 있도록 하는데 많은 노력을 기울여 왔다.
이러한 무선 전력 수신 장치는 무선 전력 전송 장치로부터 수신된 무선 전력신호를 정류기로 정류하여 직류전력으로 변환하고, 변환한 직류전력을 DC/DC 컨버터가 직류전력의 전압 레벨을 배터리 셀에 대응하는 전압레벨로 변환하여 배터리 셀에 충전하고 있다.
그러나, 상기 DC/DC 컨버터를 사용하여 직류전력의 전압 레벨을 변환하는 것은 DC/DC 컨버터가 직류전력의 전압 레벨을 변환하는 과정에서 많은 열을 발생하고, 이로 인하여 전력소모가 증가함은 물론 DC/DC 컨버터에서 발생되는 열을 방열시키기 위한 별도의 방열수단을 필요로 하였다.
또한 회로 기판에 상기 방열수단을 설치해야 되므로 회로 기판의 크기가 커지게 되는 등의 문제점이 있었다.
본 발명은 무선 전력 전송 장치로부터 전송된 전력 신호를 이용하여 부하를 충전하는 과정에서 발생되는 열을 줄일 수 있는 저발열 무선 전력 수신 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예인 저발열 무선 전력 수신 장치는, 무선 전력 신호를 수신하기 위한 전력 수신 코일; 상기 전력 수신 코일이 상기 무선 전력 신호에 공진되게 임피던스를 매칭시키는 임피던스 매칭부; 상기 무선 전력 신호를 정류하여 직류전력으로 변환하는 정류부; 상호간에 병렬 연결되고 상기 정류부의 출력전력을 부하에 충전전력으로 공급하는, 제 1 저항값을 갖는 저발열 변압부 및 제 1 저항값보다 큰 제 2 저항값을 갖는 고발열 변압부를 포함하는 전력 변환부; 및 상기 임피던스 매칭부의 임피던스 매칭을 제어하고, 상기 고발열 변압부를 항상 온 시킨 상태에서, 상기 저발열 변압부를 선택적으로 온오프시키면서 상기 부하에 충전 전력을 공급하는 수신 제어부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 수신 제어부는, 경부하 상태에서, 상기 저발열 변압부를 오프시킨 상태에서, 상기 부하에 충전 전력을 공급할 수 있다.
여기서, 상기 수신 제어부는, 중부하 상태에서, 상기 저발열 변압부를 온 시킨상태에서 상기 부하에 충전 전력을 공급할 수 있다.
여기서, 상기 저발열 무선 전력 수신 장치는, 상기 전력 변환부 후단에 설치되어서 상기 충전 전력의 전류를 검출하는 전류 검출부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 수신 제어부는, 상기 전류 검출부에서 검출된 전류값에 기초하여 상기 임피던스 매칭부를 제어할 수 있다.
여기서, 상기 저발열 무선 전력 수신 장치는, 상기 수신 코일을 통해 ASK 신호를 발신하는 통신부를 더 포함하고, 상기 수신 제어부는, 상기 부하로부터의 상태정보를 수신하여, 상기 통신부를 제어하여, 상기 수신 코일을 통해 무선 전력 전송 장치로 상기 상태 정보를 전송하도록 할 수 있다.
여기서, 상기 저발열 변압부는, FET 및 상기 FET의 게이트 드라이버에 연결되는 스위칭 소자를 포함하고, 상기 고발열 변압부는, LDO일 수 있다.
여기서, 상기 저발열 무선 전력 수신 장치는 상기 수신 제어부에 전원을 공급하는 제어부 전원을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제어부 전원은 LDO로 이루어질 수 있다.
여기서, 저발열 무선 전력 수신 장치는 상기 정류부와 상기 전력 변환부 사이에 위치하는 가상 부하를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 정류부와 상기 전력 변환부 사이에 위치하는 전압 안정화 회로부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예인 저발열 무선 전력 수신 장치에 따르면, 저발열 변압부 및 고발열 변압부를 구비하고, 수전장치의 충전 경과시간 및 출전 전류에 따라 수전장치의 전력충전 부하상태를 판단하고, 이에 따라, 상기 저발열 변압부 및 상기 고발열 변압부를 동작을 제어함으로써, 충전중 발열양을 최소화할 수 있게 된다.
도 1은, 본 발명의 일실시예인 저발열 무선 전력 수신 장치의 블록 구성도.
도 2는, 도 1에 도시된 저발열 무선 전력 수신 장치의 회로도.
도 3은, 본 발명의 일실시예인 저발열 무선 전력 수신 장치에서의 동작을 설명하기 위한 흐름도.
도 4는, 본 발명의 일실시예인 저발열 무선 전력 수신 장치에서의 충전 동작 중 충전 상태에 따른 정류부에서의 출력전압과 부하로의 충전 전류를 나타내는 도표.
도 5는, 본 발명의 일실시예인 저발열 무선 전력 수신 장치의 정류부의 출력전압과 부하로의 충전전류를 예로 들어 동작상태를 설명하기 위한 그래프.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 한정하지 않는 실시 예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하며, 일부 도면에서 동일한 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여한다.
도 1은, 본 발명의 일실시예인 저발열 무선 전력 수신 장치의 블록 구성도이고, 도 2는, 도 1에 도시된 저발열 무선 전력 수신 장치의 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예인 저발열 무선 전력 수신 장치(100)는, 수신 코일(110), 임피던스 매칭 회로(120), 정류부(130), OVP(전압 안정화)회로, 가상 부하(150), 전력 변환부(160), 전류 검출부(170), 통신부(180), 제어부 전원(190), 부하(200,예컨대 배터리셀등) 및 수신 제어부(210)를 포함할 수 있다.
상기 수신 코일(110)은, 예를 들면, 무선 전력 전송 장치의 전송 코일과 전자기 유도방식 또는 자기 공명식 등으로 결합되어 상기 전력 전송 코일이 전송하는 무선 전력 신호를 수신한다.
임피던스 매칭 회로(120)는 상기 수신 코일(110)과 무선 전력 전송 장치의 전송 코일간의 임피던스 매칭을 하기 위한 구성요소로도, 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 커패시터로 이루어질 수 있다.
정류부(130)는, 무선 전력 신호에 의해 상기 수신 코일(110)에서 발생되는 교류 전력을 직류전력을 변환하는 장치이다.
전력 변환부(160)는, 상기 정류부(130)에서 출력되는 직류 전력을 부하에 맞게 충전 전력으로 변환하여 부하에 공급하는 기능을 한다. 이 전력 변환부(160)는, 저발열 변압부(162)와 고발열 변압부(164)로 구성될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 저발열 변압부(162)는, FET(162-1)와 FET(162-1)의 게이트 드라이버에 연결되는 스위칭 소자(162-2)를 포함할 수 있으며, 고발열 변압부(164)는 LDO로 구성될 수 있다.
통상 5V,1A의 충전 전력으로 충전 하는 경우, 상기 저발열 변압부(162)의 FET는 30mΩ의 저저항값을 가지며, 고발열 변압부(164)의 LOD는 0.2Ω의 고저항값을 가지게 된다. 그리고, 상기 저발열 변압부(162)와 고발열 변압부(164)는 상호 병렬연결되게 된다.
본 발명에서는 고발열 변압부(164)는 충전 개시후 충전동작 중에 항상 온상태를 유지하며(즉, 경부하 상태 및 중부하 상태 모두에서), 저발열 변압부(162)는, 중부하 상태에서만 온되게 된다. 저발열 변압부(162)가 온되면, 병렬 연결되어 있는 고발열 변압부(164)가 고저항값을 갖게 되고, 이에 따라 대부분의 전류는 저발열 변압부(162)로 공급되게 된다. 이에 따라 고발열 변압부(164)에는 적은 전류만 흐르게 되어서, 발열량이 극도로 적어지게 된다.
한편, 상기 정류부(130)와 전력 변환부(160) 사이에는 OVP 회로(140)와 가상 부하(150)가 위치할 수 있다.
OVP 회로(140) 및 가상 부하(150)는 무선 충전 초기에 부하에 서지 전압이 공급되는 것을 방지하기 위한 구성요소로서, 최초 무선 전력 신호가 수신되면, 수신 제어부(210)는, 가상 부하(150)가 온된 상태에서, 전류 검출부(170)에서 정상적인 전류값이 측정되면,가상 부하(150)를 오프시킨다. 또한, OVP 회로는, 필요 이상의 전압이 부하에 공급되는 것을 방지하기 위한 회로이다. 즉 충전 초기에 부하에 과도한 전압이 공급되는 것을 방지하기 위하여, 정류부(130)와 전력 변환부(160)사이에 배치된다. 최초에 무선 전력 수신 신호가 수신되면, 수신 제어부(210)는 OVP 회로를 제어하여, 과전압이 부하에 공급되지 않도록 한다.
전류 검출부(170)는, 부하로 공급되는 충전 전력의 전류값을 측정하는 기능을 한다. 정상적인 충전 중에 비정상적인 비상상황(수신 장치(100)의 위치 이동등)으로 인하여 전류값이 적어지게 되면, 수신 제어부(210)는, 통신부(180)를 통해 이를 무선 전력 전송 장치로 알리게 되어서, 무선 전력 신호을 변경하도록 할 수 있게 된다. 또한, 수신 제어부(210)는 임피던스 매칭 회로(120)를 제어하여 수신 코일(110)이 다시 전송 코일과 임피던스 매칭하도록 하여 무선 충전이 계속 이루어지게 할 수 있다.
통신부(180)는, 상기 전류 검출부(170) 및 부하(200)로부터의 충전 상태 정보를 ASK 통신신호로 상기 수신 코일(110)을 통해 무선 전력 전송 장치로 전송하는 기능을 한다.
수신 제어부 전원(190)은, 수신 제어부(210)로 전원을 공급하는 것으로서. 도 2에 도시된 바와 같이 LDO로 이루어질 수 있다.
수신 제어부(210)는, 상기 임피던스 매칭 회로(120)의 임피던스 매칭을 제어하고, 상기 고발열 변압부(164)를 항상 온 시킨 상태에서, 상기 저발열 변압부(162)를 선택적으로 온오프시키면서 상기 부하(200)에 충전 전력을 공급하는 기능을 한다. 여기서 상기 수신 제어부(210)는, 경부하 상태에서, 상기 저발열 변압부(162)를 오프시킨 상태에서, 부하(200)에 충전 전력을 공급하며, 중부하 상태에서, 상기 저발열 변압부(162)를 온 시킨상태에서 상기 부하(200)에 충전 전력을 공급한다. 또한, 상기 수신 제어부(210)는, 상기 전류 검출부(170)에서 검출된 전류값에 기초하여 상기 임피던스 매칭 회로(120)를 임피던스를 변경하여 적절한 전류가 부하로 흐르도록 한다. 또한, 수신 제어부(210)는, 상기 부하(200)로부터의 상태정보를 수신하여, 상기 통신부(180)를 제어하여, ASK 신호로 상기 수신 코일(110)을 통해 무선 전력 전송 장치로 상기 상태 정보를 전송하도록 하는 기능을 갖는다.
이하에서는, 상술한 구성을 갖는 저발열 무선 전력 수신 장치의 충전 동작을 도 3 내지 도 5를 통해 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예인 저발열 무선 전력 수신 장치에서의 동작을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 4는, 본 발명의 일실시예인 저발열 무선 전력 수신 장치에서의 충전 동작 중 충전 상태에 따른 정류부에서의 출력전압과 부하로의 충전 전류를 나타내는 도표이며, 도 5는 본 발명의 일실시예인 저발열 무선 전력 수신 장치의 정류부의 출력전압과 부하로의 충전전류를 예로 들어 동작상태를 설명하기 위한 그래프이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 우선 무선 전력 전송 장치로부터의 디지털 핑신호를 수신하면, 이에 따라 수신 제어부(210)는 임피던스 매칭 회로(120)를 제어하여 전송 코일과 수신 코일(110)간은 임피던스 매칭 동작을 실행한다(S1,S3). 그 다음 임피던스 매칭이 이루어지면 무선 전력 수신 장치(100)로부터의 무선 전력 신호를 수신하게 된다(S5). 이 때는 초기 상태(도 4 및 도 5 참조)라 할 것이다. 이 때는 도 5에 도시된 바와 같이, 정류부(130)의 출력 전압인 대략 7~10.5V 정도이지만, 부하로의 전류가 공급되지 않는 상태이다. 이 때, 수신 제어부(210)는, 정류부(130)의 출력 전압을 체크하면서, 가상 부하(150)를 온상태로 유지한다(S7). 그 다음 출력 전압 및 경과시간을 고려하여 현재 상태가 경부하 상태인지를 확인한다(S9). 또한, OVP 회로(140)를 동작시켜, 과전압이 부하에 공급되지 않도록 한다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 경부하 상태는 출력 전압이 5.45~5.6V이며, 출력 전류가 200~1000mA인 상태이다. 이와 같이 경부하 상태라고 인정되면, 가상 부하(150)를 오프면서 고발열 변압부(164)를 턴온하면서, 부하(200)에 충전 전력을 공급하게 된다(S11). 이 때, 전류 검출부(170)는 충전 전력의 전류를 측정하게 된다.
그 다음, 수신 제어부(210)는 중부하 상태인지를 확인한다(S13). 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 중부하 상태는 충전 전류가 350~1000mA이고, 정류부(130)의 출력 전압은 5.15~5.3V인 상태이다. 중부하 상태로 판단되면, 고발열 변압부(164)와 병렬로 연결된 저발열 변압부(162)를 턴온한다(S15). 즉, 고발열 변압부(164)는 그대로 온상태를 유지한 상태에서 저발열 변압부(162)를 턴온하게 되면, 저발열 변압부(162)가 저저항값을 갖기 때문에 대부분의 전류는 저발열 변압부(162)로 공급되게 된다. 이에 따라, 고발열 변압부(164)에서는 발열이 극소화된다. 이와 같이 중부하 상태에서, 다시 수신 제어부(210)는, 경부하 상태가 되는지를 확인한다(S17). 도 4 및 도 5에 경부하 상태는 대략 5.45~6.0V 이고, 충전 전류는 200~500mA의 값을 가질 수 있다. 이와 같이 다시 경부하 상태가 되면, 수신 제어부(210)는, 저발열 변압부(162)를 턴 오프함으로써, 고발열 변압부(164)만을 온시킨다(S19). 그리고, 완전 충전 상태가 되면, 고발열 변압부(164)도 오프시킴으로써, 더 이상 전류가 부하로 공급되는 것을 방지하게 된다(S21).
이상과 같은 구성을 갖는본 발명의 일실시예인 저발열 무선 전력 수신 장치에 따르면, 저발열 변압부 및 고발열 변압부를 구비하고, 수전장치의 충전 경과시간 및 출전 전류에 따라 수전장치의 전력충전 부하상태를 판단하고, 이에 따라상기 저발열 변압부 및 상기 고발열 변압부를 동작을 제어함으로써, 충전중 발열양을 최소화할 수 있게 된다.
상기와 같이 설명된 저발열 무선 전력 수신 장치 및 방법은 상기 설명된 실시 예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시 예들의 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (11)

  1. 무선 전력 신호를 수신하기 위한 전력 수신 코일;
    상기 전력 수신 코일이 상기 무선 전력 신호에 공진되게 임피던스를 매칭시키는 임피던스 매칭부;
    상기 무선 전력 신호를 정류하여 직류전력으로 변환하는 정류부;
    상호간에 병렬 연결되고 상기 정류부의 출력전력을 부하에 충전전력으로 공급하는, 제 1 저항값을 갖는 저발열 변압부 및 제 1 저항값보다 큰 제 2 저항값을 갖는 고발열 변압부를 포함하는 전력 변환부; 및
    상기 임피던스 매칭부의 임피던스 매칭을 제어하고, 상기 고발열 변압부를 항상 온 시킨 상태에서, 상기 저발열 변압부를 선택적으로 온오프시키면서 상기 부하에 충전 전력을 공급하는 수신 제어부를 포함하는, 저발열형 무선 전력 수신 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신 제어부는,
    경부하 상태에서, 상기 저발열 변압부를 오프시킨 상태에서, 상기 부하에 충전 전력을 공급하는, 저발열형 무선 전력 수신 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 수신 제어부는,
    중부하 상태에서, 상기 저발열 변압부를 온 시킨상태에서 상기 부하에 충전 전력을 공급하는, 저발열형 무선 전력 수신 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 변환부 후단에 설치되어서 상기 충전 전력의 전류를 검출하는 전류 검출부를 더 포함하는, 저발열형 무선 전력 수신 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 수신 제어부는,
    상기 전류 검출부에서 검출된 전류값에 기초하여 상기 임피던스 매칭부를 제어하는, 저발열형 무선 전력 수신 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신 코일을 통해 ASK 신호를 발신하는 통신부
    상기 수신 제어부는,
    상기 부하로부터의 상태정보를 수신하여, 상기 통신부를 제어하여, 상기 수신 코일을 통해 무선 전력 전송 장치로 상기 상태 정보를 전송하도록 하는, 저발열형 무선 전력 수신 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 저발열 변압부는, FET 및 상기 FET의 게이트 드라이버에 연결되는 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 고발열 변압부는, LDO인, 저발열 무선 전력 수신 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신 제어부에 전원을 공급하는 제어부 전원을 더 포함하는, 저발열 무선 전력 수신 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부 전원은 LDO로 이루어지는, 저발열 무선 전력 수신 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 정류부와 상기 전력 변환부 사이에 위치하는 가상 부하를 포함하는, 저발열 무선 전력 수신 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 정류부와 상기 전력 변환부 사이에 위치하는 전압 안정화 회로부를 포함하는, 저발열 무선 전력 수신 장치.
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