WO2016072707A1 - Wireless power transmission and charging system - Google Patents

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WO2016072707A1
WO2016072707A1 PCT/KR2015/011715 KR2015011715W WO2016072707A1 WO 2016072707 A1 WO2016072707 A1 WO 2016072707A1 KR 2015011715 W KR2015011715 W KR 2015011715W WO 2016072707 A1 WO2016072707 A1 WO 2016072707A1
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WO
WIPO (PCT)
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wireless power
transmitter
switch
power
power transmitter
Prior art date
Application number
PCT/KR2015/011715
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French (fr)
Korean (ko)
Inventor
정춘길
노상연
Original Assignee
주식회사 한림포스텍
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters

Definitions

  • the technical field relates to a wireless power transmission and charging system for transmitting and receiving power wirelessly.
  • the wireless power transmission system includes a wireless power transmitter for wirelessly transmitting electrical energy and a wireless power receiver for receiving electrical energy from the wireless power transmitter.
  • a wireless power transfer system it is possible to charge the battery of a mobile phone, for example by simply placing the mobile phone on a charging pad without connecting a separate charging connector.
  • the wireless energy transfer method may be classified into a magnetic induction method, a magnetic resonance method, and an electromagnetic wave method according to a principle of transmitting electrical energy.
  • Magnetic induction is a method of transmitting electrical energy by using a phenomenon in which electricity is induced between a transmitter coil and a receiver coil.
  • the magnetic resonance method is a method in which energy is intensively transferred to a receiver coil designed to have the same resonance frequency by generating a magnetic field oscillating at a resonance frequency in a transmitter coil.
  • the electromagnetic wave method is a method of receiving an electromagnetic wave by using a plurality of rectennas in the receiving unit converts the electromagnetic wave into electrical energy.
  • the wireless power transmission technology is a flexible coupled wireless power transfer technology (flexibly coupled technology) according to the type or strength of the magnetic resonant coupling of the transmitter coil and the receiver coil. And may be classified into a tightly coupled wireless power transfer technology (hereinafter, 'tightly coupled technology').
  • 'tightly coupled technology' may be a technology capable of only one-to-one power transmission between one transmitter coil and one receiver coil.
  • the present invention proposes a wireless power transmission and charging system, and proposes an improved configuration of the wireless power transmission and charging system.
  • a wireless power transmission and charging system comprising at least one of a coil array, a hybrid transmission unit, a configuration for performing overheat protection or foreign material detection by a temperature or pressure sensor, and a power control unit.
  • a wireless power transmitter includes: a magnetic induction transmitter configured to transmit power in a magnetic induction manner; A magnetic resonance transmitter for transmitting power in a magnetic resonance method; And turning on the first switch provided in the magnetic induction transmitter in the magnetic induction transmission mode, and turning on one of the second switch and the third switch included in the magnetic resonance transmitter in the magnetic resonance transmission mode and turning off the other switch. And a switching controller.
  • a wireless power transmitter includes: a magnetic induction transmitter configured to transmit power in a magnetic induction manner; A magnetic resonance transmitter for transmitting power in a magnetic resonance method; And a switch controller for turning on a switch connected to the magnetic induction transmitter in a magnetic induction transmission mode and controlling the magnetic resonance transmitter to be a closed loop in the magnetic resonance transmission mode. The connected switch remains on.
  • 1 is a view for explaining the overall concept of a wireless power transmission 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 the 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 operations 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 according to the embodiment of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a block diagram of a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to another embodiment of the present invention.
  • FIG 8 is a diagram illustrating an example of configuring two primary coils.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of configuring three primary coils.
  • FIG. 10 is a detailed block diagram of a power transmitter of the wireless power transmitter according to the embodiment of FIG. 7.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of configuring a primary coil array for a power transmitter.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating a control operation of a wireless power transmitter.
  • FIG. 13 is a diagram for describing a configuration of a power transmitter, according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a connection relationship between an output terminal of a inverter included in the power converter of FIG. 13, a magnetic induction transmitter, and a magnetic resonance transmitter.
  • FIG. 15 shows an example of the configuration of the magnetic induction transmitter and the magnetic resonance transmitter of FIG. 13.
  • 16 is a diagram for describing a method of controlling the primary coil array of FIG. 11, according to an exemplary embodiment.
  • 17 is a diagram for describing a power transfer control algorithm of the wireless power transmitter.
  • 1 is a view for explaining the overall concept of a wireless power transmission system.
  • the wireless charging system wirelessly powers the wireless power transmitter 100 and the at least one wireless power receivers 110-1, 110-2, and 110-n, respectively.
  • 1-n can be transmitted. 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. At this time, the wireless power transmitter 100 and the wireless power receivers 110-1, 110-2, and 110-n process or transmit and receive packets 2-1, 2-2, and 2-n composed of predetermined frames. can do. 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 wireless power transmitter 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 transmitter 100 may include a display means such as a display, and the wireless power receiver 110-based on a message received from each of the wireless power receivers 110-1, 110-2, and 110-n. 1,110-2,110-n) can be displayed for each state.
  • the wireless power transmitter 100 may also display the estimated time until each wireless power receiver 110-1, 110-2, 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.
  • 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 transmit a signal for requesting wireless power transmission, information necessary for receiving wireless power, wireless power receiver status information, or wireless power transmitter 100 control information. 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.
  • 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 transmission unit 211 may supply power in the form of an AC waveform, while supplying power in the form of a DC waveform, it may be converted into an AC waveform using an inverter and supplied in the form of an AC 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 loop coil, and thus may transmit or receive a predetermined electromagnetic wave.
  • the inductance L of the loop coil may be changeable.
  • the power transmitter 211 will be readily understood by those skilled in the art that there is no limitation as long as it is a means for transmitting and receiving electromagnetic waves.
  • the controller 212 may control overall operations of the wireless power transmitter 200.
  • the controller 212 may control overall operations of the wireless power transmitter 200 by using an algorithm, a program, or an application required for control read from a storage unit (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 may perform communication using the communication unit 253 of the wireless power receiver 250 using near field communication (NFC), Zigbee communication, infrared communication, visible light communication, and the like.
  • the communication unit 213 according to an embodiment of the present invention may perform communication using the Zigbee communication method of the IEEE802.15.4 method.
  • the communication unit 213 may use a carrier sense multiple access with collision avoidance (CSMA / CA) algorithm.
  • CSMA / CA carrier sense multiple access with collision avoidance
  • the configuration related to frequency and channel selection used by the communication unit 213 will be described later in more detail.
  • the above-described communication method is merely exemplary, the scope of the present invention is not limited by 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 a 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 remaining battery capacity, 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 communication unit 213 may receive a signal from not only the wireless power receiver 250 but also another wireless power transmitter (not shown).
  • the communication unit 213 may receive a notice signal of a frame 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 are implemented in one piece of hardware so that the wireless power transmitter 200 can perform communication in an in-band format.
  • the wireless power transmitter 200 and the wireless power receiver 250 may transmit and receive various signals, thereby joining the wireless power receiver 250 to the wireless power network controlled by the wireless power transmitter 200 and transmitting and receiving wireless power.
  • the charging process may be performed through, and the above-described process will be described in more detail below.
  • FIG. 2 briefly illustrates the configuration of the wireless power transmitter 200 and the wireless power receiver 250.
  • FIG. 3 detailed configurations of the wireless power transmitter 200 and the wireless power receiver 250 are illustrated. The detailed description thereof will be made later.
  • 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.
  • the wireless power receiver 250 may include a power receiver 251, a controller and a communicator 252 and 253, a rectifier 254, a DC / DC converter 255, a switch 256, and a load 257. .
  • 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 and 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 control unit and the communication unit 212 and 213 may control a connection state with at least one of the coil and the capacitor, and thus may perform 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 on the wireless power receiver 250 side.
  • the power receiver 251 may receive charging power from the power transmitter 211.
  • the rectifier 254 may rectify the wireless power received by the power receiver 251 in the form of direct current, and may be implemented, for example, 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.
  • the minimum value and the maximum value of the voltage that can 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.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating the operation of a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.
  • 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 404 and 405 at respective cycles. For example, as shown in FIG. 4, the wireless power transmitter 400 may apply the detection power beacon, and the magnitude of the power value of each of the detection power beacons 404 and 405 may be different.
  • Some or all of the detection power beacons 404 and 405 may have an amount of power and an application time for 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 S409.
  • the low power mode may be a mode in which the wireless power transmitter applies detection power periodically or aperiodically.
  • 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 power transmitter unit (PTU) search signal to the wireless power transmitter 400 (S410).
  • the wireless power receiver 450 may transmit a PTU search signal as a BLE-based advertising signal.
  • the wireless power receiver 450 may periodically or aperiodically transmit a PTU search signal and receive a power receiver unit (PRU) response signal from the wireless power transmitter 400, or a predetermined time may arrive. Can be sent until.
  • PTU power transmitter unit
  • PRU power receiver unit
  • the wireless power transmitter 400 may transmit a PRU response signal (S411).
  • the PRU response signal may establish 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 and may request to join the wireless power network controlled by the wireless power transmitter 400.
  • the wireless power transmitter 400 may transmit a PTU static signal (S413).
  • the PTU static signal transmitted by the wireless power transmitter 400 may be a signal indicating the capability of the wireless power transmitter 400.
  • the wireless power receiver 450 may periodically transmit the PRU dynamic signal (S414, S415).
  • the PRU dynamic signal may include at least one parameter information measured at 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.
  • the wireless power transmitter 400 enters a power transmission mode (S416), and the wireless power transmitter 400 may transmit a PRU command signal, which is a command signal for allowing the wireless power receiver 450 to perform charging. (S417). In the power transmission mode, the wireless power transmitter 400 may transmit charging power.
  • the PRU command 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 command signal may be transmitted when the wireless power transmitter 400 causes the state of the wireless power receiver 450 to be changed, or may be transmitted at a predetermined period (for example, a period of 250 ms).
  • the wireless power receiver 400 may change a setting according to a PRU command 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.
  • the state of the wireless power receiver 450 may be referred to as an on state.
  • the wireless power receiver 450 may perform a charging by receiving a PRU command signal.
  • the wireless power transmitter 400 enables charging when the wireless power transmitter 400 has sufficient power to charge the wireless power receiver 450.
  • PRU command signal may be transmitted.
  • the PRU command signal may be transmitted whenever the state of charge is changed.
  • the PRU command signal may be transmitted, for example, every 250 ms, or when there is a parameter change.
  • the PRU command signal may be set to be transmitted at a predetermined threshold time (eg, within 1 second) even if the parameter is not changed.
  • 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 information field of Table 4.
  • the wireless power receiver 450 may transmit a single warning signal indicating the error situation to the wireless power transmitter 400.
  • the wireless power transmitter 400 may enter a latch failure mode (S422).
  • the wireless power receiver 450 may enter a null state (S423).
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating operations 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 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 different kinds of powers having different amounts of power 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 powers 601 and 602 at a second cycle, and apply the second detection power 601 and 602 for a second period.
  • the wireless power transmitter may periodically apply the third detection powers 611, 612, 613, 614, and 615 in the third cycle, and when the third detection power 611, 612, 613, 614, and 615 is applied, May be applied for a third period of time.
  • the respective power values of the third detection powers 611, 612, 613, 614, 615 are shown as different, while the respective power values of the third detection powers 611, 612, 613, 614, 615 are different. It may or may be 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 the upper limit amount of power after the third detection power 611 is output.
  • each of the power amounts of the third detection power may be an amount of power capable of detecting the wireless power receivers of 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.
  • the second detection powers 601 and 602 may have an amount of power 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 preset time, the wireless power transmitter may determine the object as a foreign object.
  • the wireless power transmitter may enter the latch failure mode. 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, the impedance change may be detected, and the wireless power transmitter may determine that the foreign matter has been recovered. Alternatively, when the foreign matter is not 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.
  • FIG. 7 is a block diagram of a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to another embodiment of the present invention.
  • the wireless power transmitter 700 may include a system controller 710 and at least one power transmitter 720 and 730, and the power transmitters 720 and 730 may include power converters 721 and 731. And communication and control units 723 and 733.
  • the wireless power receiver 750 may include a power receiver 751 and a load unit 755, and the power receiver 751 may include a power pickup unit 752 and a communication and control unit 753. .
  • the power converters 721 and 731 may convert electrical power into wireless power and transmit wireless power to the power pickup 752 included in the receiver 752 of the at least one wireless power receiver 750.
  • the power converters 721 and 731 may include a primary coil of a magnetic induction method for transmitting wireless power.
  • the power pickup unit 752 may receive the wireless power from the power converters 721 and 731, convert the received wireless power into electrical power, and receive the wireless power. (Secondary Coil) may be included.
  • the power converters 721 and 731 and the power pickup unit 752 may transmit and receive wireless power by maintaining the primary coil and the secondary coil in at least one of a horizontal alignment state and a vertical alignment state.
  • the primary coil may be a wire-wound type coil, may be a coil array consisting of at least one coil, and may form a coreless resonant transformer portion together with the secondary coil.
  • the wireless power transmitter 700 may further include an interface surface (not shown) in the form of a flat surface in order to transmit wireless power.
  • At least one wireless power receiver 750 may be disposed on an upper portion of the interface surface, and a primary coil may be provided on the lower portion of the interface surface.
  • a vertical spacing is formed small between the primary coil mounted on the lower surface of the interface surface and the secondary coil of the wireless power receiver 750 located on the upper surface of the interface surface. Inductive coupling can be made.
  • the primary coil will be described in detail.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of configuring two primary coils
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of configuring three primary coils.
  • two primary coils may be coils of a winding type, and the coils of the winding type may be composed of a Litz wire composed of 115 strands and a diameter of 0.08 mm.
  • the two primary coils may be racetrack-like in shape and may consist of a single layer.
  • the parameters of the two primary coils may include d o and d h , d o may be the outer diameter of the primary coil, and d h may be the distance between the centers of the two primary coils.
  • the three primary coils may be composed of a litz wire consisting of 105 strands and 0.08 mm diameter.
  • the three primary coils may have a rectangular shape and may be composed of a single layer.
  • the parameters of the three primary coils may include d oe and d oo , where d oe is the distance between the center of the first primary coil and the center of the second primary coil and d oo is the first primary. It may be the distance between the center of the coil and the center of the third primary coil.
  • the communication and control units 723 and 733 may perform communication with at least one power receiver 752.
  • the communication and control unit 723, 733 may receive a request message for the wireless power required from the power receiving unit 752, accordingly, the communication and control unit 723, 733 the wireless power requested to the power receiving unit 752
  • the power converter 721 may be controlled to be transmitted.
  • the power pickup unit 752 may receive wireless power from the power converter 721, and the load unit 755 may charge the battery by loading the received wireless power.
  • the communication and controller 753 may perform communication with the transmitters 720 and 730, and control the wireless power to be received from the transmitters 720 and 730.
  • a detailed configuration of the power transmitters 720 and 730 will be described with reference to FIG. 10.
  • FIG. 10 is a detailed block diagram of a power transmitter of the wireless power transmitter according to the embodiment of FIG. 7.
  • the power transmitters 720 and 730 may include a communication and control unit 721 and a power converter 723, and the power converter 723 may include an inverter 723a and an impedance matching unit 723b. It may include a sensing unit 723c, a multiplexer 723d, and a primary coil array 723e.
  • the inverter 723a may convert a direct current (DC) input into an alternating current (AC) waveform
  • the impedance matching unit 723b may include a resonance circuit and a primary coil array. 723e may be matched so as to be a connection between them.
  • the sensing unit may detect and monitor current and voltage between the resonant circuit and the primary coil array 723e, and the multiplexer 723d may connect / disconnect an appropriate primary coil according to the position of the power receiver 751. have.
  • the communication and control unit 721 may receive a request message for wireless power from the power receiver 751 and control the connection to the appropriate primary coil array through the multiplexer 723d. In addition, the communication and control unit 721 executes a power control algorithm and protocol to control the inverter 723a to adjust the amount of wireless power, and to control the primary coil array 723e to transmit wireless power to the power receiver 751. can do.
  • the primary coil array 723e of the power transmitters 720 and 730 will be described with reference to FIG. 11.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of configuring a primary coil array for a power transmitter.
  • FIG. 11 shows an upper monolayer of the primary coil layer
  • (b) shows an example of one side of the primary coil array
  • (c) shows an upper monolayer of the primary coil array.
  • the primary coil may be composed of a circular shape and a single layer, and the primary coil array may be composed of a plurality of primary coil layers having an area of a hexagonal grid.
  • the primary coil array parameters may include d o , d i , d c , d a , d h , t 2, and t 3 .
  • d o is the outer diameter of the primary coil layer
  • d i is the inner diameter of the primary coil layer
  • d c is the thickness of the primary coil layer
  • d a is the thickness of the primary coil array
  • d h is between adjacent primary coil layers
  • the center distance of, t 2 can be represented by the offset of the second primary coil layer array and t 3 can be represented by the offset of the third primary coil layer array.
  • the system controller 710 may control wireless power transmission with at least one wireless power receiver 750. Accordingly, the wireless power transmitter 700 may transmit wireless power to a plurality of wireless power receivers (not shown). Hereinafter, the system controller 710 performing the control operation of the wireless power transmitter 700 will be described in detail with reference to FIG. 12.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating a control operation of a wireless power transmitter.
  • a control operation of a wireless power transmitter may include selecting, pinging, identifying and configuring, and power transferring. Can be.
  • the selecting step may monitor the interface surface for positioning and removal of the wireless power receiver. For example, the selecting step may find and monitor at least one wireless power receiver present in the free position, and may identify an entity that is not the wireless power receiver (eg, foreign objects, keys, coins, etc.). .
  • the selecting may be performed by repeatedly pinging and identifying and setting.
  • the selecting may select a primary coil to transmit wireless power to the wireless power receiver.
  • the selecting may switch to the standby mode when the primary coil is not selected.
  • the pinging may execute a digital ping and wait to receive a response to the wireless power receiver. Also, the pinging may extend the digital ping if it finds a wireless power receiver and maintain the level of the digital ping. In addition, if the digital ping is not extended, the step of ping may return to the step of selecting again.
  • the identifying and setting may identify the selected wireless power receiver and obtain wireless power setting information requested by the wireless power receiver.
  • the identifying and setting steps may be set to terminate the extended digital ping, and may return to selecting again to find another wireless power receiver.
  • the power transmission may transmit the requested amount of wireless power to the identified wireless power receiver, and adjust the current of the primary coil based on the control data.
  • the step of power transmission may stop the wireless power transmission to the identified wireless power receiver.
  • FIG. 13 is a diagram for describing a configuration of a power transmitter, according to an exemplary embodiment.
  • the power transmitter 1300 illustrated in FIG. 13 includes a power converter 1310 including an inverter, a magnetic induction transmitter 1320 for transmitting power in a magnetic induction method, and a magnetic resonance transmitter for transmitting power in a magnetic resonance method. 1330.
  • the magnetic induction transmitter 1320 and the magnetic resonance transmitter 1330 may be turned on or off in a time division manner or at the same time. Therefore, the power transmitter 1300 may simultaneously transmit power to the magnetic induction wireless power receiver and the magnetic resonance wireless power receiver.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a connection relationship between an output terminal of the inverter included in the power converter 1310, the magnetic induction transmitter 1320, and the magnetic resonance transmitter 1330 of FIG. 13.
  • the power transmitter 1300 controls the first switch 1410, the second switch 1420, and the third switch 1430 to perform the magnetic induction transmission mode, the magnetic resonance transmission mode, and the hybrid mode.
  • the hybrid mode may be a mode in which power transmission of the magnetic induction method and power transmission of the magnetic resonance method are simultaneously performed or alternately performed according to time division.
  • the wireless power transmitter may communicate with the wireless power receiver or measure a change in impedance. You can also operate in mode.
  • the wireless power transmitter may determine whether it is a device that receives type information from a wireless power receiver and receives power in a self-resonant manner or a device that receives power in a magnetic induction manner.
  • the power supply unit 1311 applies a DC voltage to the switch unit 1315, and the driving unit 1313 controls the switch unit 1315 to output an AC voltage to the output terminal 1401.
  • the inverter includes a drive unit 1313 and a switch unit 1315, and therefore, reference numeral 1401 may be referred to as an "inverter output stage".
  • the magnetic induction transmitter 1320 of FIG. 13 may include a first capacitor 1321 and a first inductor 1323.
  • the self-resonant transmitter 1330 of FIG. 13 may include a second capacitor 1331 and a second inductor 1333.
  • One end of the first switch 1410 may be connected to the inverter output terminal 1401, and the other end thereof may be connected to the first capacitor 1321.
  • One end of the second switch 1420 may be connected to the inverter output terminal 1401, and the other end thereof may be connected to the second capacitor 1331.
  • One end of the third switch 1430 may be connected to the second capacitor 1331, and the other end thereof may be connected to the switch unit 1315. Referring to FIG. 14, one end of the third switch 1430 may be connected to the second capacitor 1331, and the other end thereof may be connected to the second inductor.
  • the first switch 1410 may be turned on, and the second switch 1420 and the third switch 1430 may be turned off.
  • the first switch 1410 may be turned off and the second switch 1420 may be turned on.
  • the first switch 1410 may be turned on and the third switch 1430 may be turned on.
  • the power transmitter 1300 when the third switch 1430 is turned on, the power transmitter 1300 always turns on the first switch and always turns off the second switch 1420.
  • the second capacitor 1331 and the second inductor 1333 form a closed loop.
  • the closed loop may be referred to as a resonator.
  • energy may be induced from the first inductor 1323 to the second inductor 1333 and then transferred to the wireless power receiver through the resonator.
  • the second capacitor 1331 and the second inductor 1333 operate as the resonator and thus do not affect the natural resonance frequency of the entire system. Therefore, energy in the second self-resonant transmission mode may be delivered to the wireless power receiver with higher efficiency than the first self-resonant transmission mode. Therefore, the second switch 1320 illustrated in FIG. 14 may be removed.
  • the power transmitter 1300 may operate in a hybrid mode by turning on / off the first switch 1410 and the second switch 1320 in time division. In addition, the power transmitter 1300 may operate in a hybrid mode by turning on / off the third switch 1430 by time division while the first switch 1410 is always on.
  • the first capacitor 1321 and the first inductor 1323 may be equivalent circuits of the induction coil, and may be referred to as first capacitance and second inductance, respectively.
  • the second capacitor 1331 and the second inductor 1333 may be equivalent circuits of the resonant coil, and may also be referred to as a second capacitance and a second inductance, respectively.
  • the power transmitter 1300 may further include a switching controller (not shown) that controls on / off of the switches 1410, 1420, and 1430.
  • a switching controller (not shown) that controls on / off of the switches 1410, 1420, and 1430.
  • the on / off control of the switches 1410, 1420, 1430 may be performed by a component that controls the entire system, such as the controller 212 of FIG. 2.
  • the switching controller turns on the first switch provided in the magnetic induction transmitter in the magnetic induction transmission mode, and turns on any one of the second switch and the third switch included in the magnetic resonance transmitter in the magnetic resonance transmission mode. One off.
  • the self-resonant transmission mode may include a first self-resonant transmission mode for transmitting power after the second switch is turned on in the state where the first switch is turned off and the third in the state where the first switch is turned on. And a second magnetic resonance transmission mode for transmitting power through the closed loop resonator formed by the on of the third switch after the switch is turned on.
  • the magnetic induction transmitter may include a plurality of coil cells
  • the switch controller may turn on some or all of the plurality of coil cells in accordance with a required power amount of the wireless power receiver in the magnetic induction transmission mode.
  • the magnetic resonance transmitting unit may include a coil having a shape surrounding the plurality of coil cells.
  • the second switch 1420 may be omitted, and thus may be open between the inverter output stage 1410 and the second capacitor 1331.
  • the switch controller may turn on the switch connected to the magnetic induction transmission mode in the magnetic induction transmission mode, and control the magnetic resonance transmission unit to be a closed loop in the magnetic resonance transmission mode.
  • the switch connected to the magnetic induction transmitter is kept on. Energy may be induced from the magnetic induction transmitter to the closed loop and then transferred to the resonator of the wireless power receiver through the closed loop.
  • FIG. 15 shows an example of the configuration of the magnetic induction transmitter 1320 and the magnetic resonance transmitter 1330 of FIG. 13.
  • the magnetic induction transmitter 1320 is configured as a single coil or coil array 1520
  • the magnetic resonance transmitter 1330 is configured as a resonant coil 1530 that surrounds the outer periphery of the coil array 1520. Can be.
  • the coil array 1520 may include a plurality of coil cells 1521, 1523, 1525, and 1527. Of course, the coil array 1520 may include a plurality of primary coils configured as shown in FIG. 9 or 11.
  • some or all of the plurality of coil cells may be turned on depending on the required power amount of the wireless power receiver.
  • the coil array 1520 is configured of a plurality of coil cells, only some or all of the plurality of coil cells may be turned on depending on the required power amount of the wireless power receiver in the second self-resonant transmission mode.
  • 16 is a diagram for describing a method of controlling the primary coil array of FIG. 11, according to an exemplary embodiment.
  • the wireless power transmission apparatus may operate as a step of power transfer after the identification and configuration.
  • the primary coil array 1600 may be composed of a plurality of primary coils and a plurality of sensors 1640.
  • the senor 1640 may be a pressure sensor or a temperature sensor.
  • the primary coil array 1600 may include a plurality of pressure sensors and a plurality of temperature sensors.
  • the sensor 1640 may be provided at a plurality of positions of the primary coil array 1600. Therefore, the wireless power transmitter may detect a new object at a specific position and a temperature change at a specific position due to a pressure change through the sensor 1640.
  • the new wireless power receiver 1620 when the new wireless power receiver 1620 is located at a specific position of the primary coil array 1600 in the “Power Transfer” step of transmitting power to the first wireless power receiver 1610 in the first time interval.
  • the sensing value of the pressure sensor at the corresponding position may change.
  • the wireless power transmitter stops the "Power Transfer" step, and may operate as a step of identifying and configuring again.
  • the foreign material 1630 may be positioned on the primary coils that are being driven or on the primary coils that are not being driven.
  • the wireless power transmitter may detect that a temperature of a specific location is increased through the temperature sensor. If the temperature rises above the predetermined threshold, driving may be stopped by turning off primary coils (eg, four coils around the temperature sensor) driven around the temperature sensor.
  • primary coils eg, four coils around the temperature sensor
  • the operation of the entire primary coil array may be suspended.
  • it may stop the "Power Transfer" step and operate again as a step of identifying and configuring.
  • the temperature sensor may be provided only in three or four locations of the entire primary coil array 1600. When three temperature sensors are provided, the temperature difference value measured by the three sensors may be used to determine in which cell the temperature rises above the threshold.
  • the first temperature sensor, the second temperature sensor, and the third temperature sensor are arranged in a triangular form and each sensing value is A, B, or C
  • the values of AB, BC, CA, or their absolute values are stored in a table. If AB is the largest value and A is larger than B and larger than a predetermined value, the primary coils around A may be turned off. Alternatively, when A is 25, B is 24.5, and C is 24.6, it may be set to turn off cells that are above a certain distance from B among the cells between A and C.
  • the wireless power transmitter determines at least one primary coil to be driven to deliver power to the wireless power receiver, and when the maximum transmit power of the primary coil to be driven is greater than the required power of the wireless power receiver. Only power transmission can be initiated.
  • the wireless power transmitter may determine the position and the required power amount P request of the wireless power receiver through communication, and calculate the transmittable power amount P sum of the entire primary coils to be driven at the corresponding position.
  • the number of primary coils to be driven may be limited to a predetermined number per one wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter may turn on the corresponding primary coils only when P sum is larger than P request .
  • 17 is a diagram for describing a power transfer control algorithm of the wireless power transmitter.
  • Power transmission control of the wireless power transmission apparatus may be performed using a proportional integral differential (PID) algorithm.
  • PID proportional integral differential
  • FIG. 17 shows an example of a PID algorithm.
  • the wireless power transfer device may adjust the current of the primary coil based on the control data.
  • the current adjustment of the primary coil may be performed based on the PID algorithm.
  • indexes j 1, 2, 3,... Denotes a sequence of "Control Error Packets", and "Control Error Packet” denotes a message that the wireless power transmitter receives from the wireless power receiver in the power transfer step.
  • the new primary cell current May be calculated as in Equation 1.
  • Control Error Value contained in the j th Control Error Packet Denotes the current supplied to the primary coil first in the power transfer step.
  • the wireless power transmitter can calculate the difference between the new primary cell current and the actual primary cell current as shown in Equation 2.
  • Index i 1, 2, 3,... i max represents the number of iterations of the PID algorithm loop.
  • the wireless power transmitter can calculate the proportional term, the integral term, and the derivative term as shown in Equation 3 below.
  • Kp is proportional gain
  • Ki integral gain
  • Kd is derivative gain
  • t inner represents the time required for the execution of the PID algorithm loop.
  • the wireless power transmitter calculates the sum of the proportional term, the integral term, and the derivative term as shown in Equation 4.
  • the wireless power transmission apparatus is a sum Must be limited.
  • the wireless power transmitter should calculate the new value of the controlled variable as shown in Equation 5.
  • the new value of the controlled variable is passed to the power conversion unit.
  • the new value of the controlled variable can be used as the current regulation limit of the primary coil.
  • the wireless power transmitter may change the value of the “PID output limit” according to the number of coils driven among the coils included in the primary coil array.
  • the wireless power transmitter may increase the value of "PID output limit” as the number of cells driven increases, and the device may decrease the value of "PID output limit” as the number of cells driven decreases.
  • the wireless power transmitter may limit the voltage and duty used for power control according to the number of cells driven.
  • the wireless power transmitter may limit the power input to the primary coil array according to the number of coils driven among the coils included in the primary coil array.
  • the wireless power transmitter may limit the output power of the inverter according to the number of coils driven among the coils included in the primary coil array.
  • the apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components.
  • the devices and components described in the embodiments may be, for example, processors, controllers, arithmetic logic units (ALUs), digital signal processors, microcomputers, field programmable arrays (FPAs), It may be implemented using one or more general purpose or special purpose computers, such as a programmable logic unit (PLU), microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions.
  • the processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system.
  • the processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of the software.
  • OS operating system
  • the processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of the software.
  • processing device includes a plurality of processing elements and / or a plurality of types of processing elements. It can be seen that it may include.
  • the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller.
  • other processing configurations are possible, such as parallel processors.
  • the software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the above, and configure the processing device to operate as desired, or process it independently or collectively. You can command the device.
  • Software and / or data may be any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device in order to be interpreted by or to provide instructions or data to the processing device. Or may be permanently or temporarily embodied in a signal wave to be transmitted.
  • the software may be distributed over networked computer systems so that they may be stored or executed in a distributed manner.
  • Software and data may be stored on one or more computer readable recording media.
  • the method according to the embodiment may be embodied in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in a computer readable medium.
  • the computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.
  • the program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the embodiments, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts.
  • Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks, such as floppy disks.
  • Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
  • the hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

Abstract

Disclosed is a wireless power transmission and charging system comprising at least one of a coil array, a hybrid transmission unit, a means for protection against overheating or for detection of foreign matter by means of a temperature or pressure sensor, and a power control unit.

Description

무선 전력 전송 및 충전 시스템Wireless power transfer and charging system
기술분야는 무선으로 전력을 송수신하는 무선전력 전송 및 충전 시스템에 관한 것이다. The technical field relates to a wireless power transmission and charging system for transmitting and receiving power wirelessly.
무선 전력 전송 시스템은 전기 에너지를 무선으로 전송하는 무선전력 전송장치와 무선전력 전송장치로부터 전기 에너지를 수신하는 무선전력 수신장치를 포함한다. The wireless power transmission system includes a wireless power transmitter for wirelessly transmitting electrical energy and a wireless power receiver for receiving electrical energy from the wireless power transmitter.
무선 전력 전송 시스템을 이용하면, 예를 들어 휴대폰을 별도의 충전 커넥터를 연결 하지 않고 단지 휴대폰을 충전 패드에 올려놓음으로써, 휴대폰의 배터리를 충전하는 것이 가능하다. Using a wireless power transfer system, it is possible to charge the battery of a mobile phone, for example by simply placing the mobile phone on a charging pad without connecting a separate charging connector.
무선으로 전기 에너지를 전달하는 방식은, 전기 에너지를 전달하는 원리에 따라 자기 유도 방식, 자기 공진 방식 및 전자기파 방식으로 구분할 수 있다. The wireless energy transfer method may be classified into a magnetic induction method, a magnetic resonance method, and an electromagnetic wave method according to a principle of transmitting electrical energy.
자기 유도 방식은 송신부 코일과 수신부 코일 사이에서 전기가 유도되는 현상을 이용하여 전기 에너지를 전달하는 방식이다. Magnetic induction is a method of transmitting electrical energy by using a phenomenon in which electricity is induced between a transmitter coil and a receiver coil.
자기 공진 방식은 송신부 코일에서 공진주파수로 진동하는 자기장을 생성하여 동일한 공진주파수로 설계된 수신부 코일에 에너지가 집중적으로 전달되는 방식이다. The magnetic resonance method is a method in which energy is intensively transferred to a receiver coil designed to have the same resonance frequency by generating a magnetic field oscillating at a resonance frequency in a transmitter coil.
전자기파 방식은 송신부에서 발생된 전자기파를 수신부에서 여러 개의 렉테나를 이용하여 전자기파를 수신하여 전기 에너지로 변환하는 방식이다. The electromagnetic wave method is a method of receiving an electromagnetic wave by using a plurality of rectennas in the receiving unit converts the electromagnetic wave into electrical energy.
한편, 무선 전력 전송 기술은 송신부 코일과 수신부 코일의 자기 공진 결합(magnetic resonant coupling)의 형태 내지 강도에 따라 유연하게 결합된 무선 전력 전송 기술(flexibly coupled wireless power transfer technology, 이하 'flexibly coupled technology')과 단단하게 결합된 무선 전력 전송 기술(tightly coupled wireless power transfer technology, 이하 'tightly coupled technology ')으로 구분될 수 도 있다. On the other hand, the wireless power transmission technology is a flexible coupled wireless power transfer technology (flexibly coupled technology) according to the type or strength of the magnetic resonant coupling of the transmitter coil and the receiver coil. And may be classified into a tightly coupled wireless power transfer technology (hereinafter, 'tightly coupled technology').
이때, 'flexibly coupled technology'의 경우 하나의 송신부 공진기와 다수의 수신부 공진기들 사이에 자기 공진 결합이 형성될 수 있기 때문에, 동시 다중 충전(Concurrent Multiple Charging)이 가능할 수 있다. In this case, in the case of 'flexibly coupled technology', since a magnetic resonance coupling may be formed between one transmitter resonator and a plurality of receiver resonators, simultaneous multiple charging may be possible.
이때, 'tightly coupled technology '는 단지 하나의 송신부 코일과 하나의 수신부 코일 간의 전력 전송(one-to-one power transmission) 만이 가능한 기술일 수 있다. In this case, 'tightly coupled technology' may be a technology capable of only one-to-one power transmission between one transmitter coil and one receiver coil.
무선전력 전송 및 충전 시스템의 제시하고, 무선전력 전송 및 충전 시스템의 개선된 구성을 제시하고자 한다. The present invention proposes a wireless power transmission and charging system, and proposes an improved configuration of the wireless power transmission and charging system.
무선전력 전송 및 충전 시스템에서, 코일 어레이, 하이브리드 전송부, 온도 또는 압력 센서에 의한 과열 보호 또는 이물 감지를 수행하는 구성, 및 전력 제어부 중 적어도 어느 하나의 구성을 포함하는 무선전력 전송 및 충전 시스템.In a wireless power transmission and charging system, a wireless power transmission and charging system comprising at least one of a coil array, a hybrid transmission unit, a configuration for performing overheat protection or foreign material detection by a temperature or pressure sensor, and a power control unit.
일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 자기 유도 방식으로 전력을 전송하는 자기 유도 송신부; 자기 공진 방식으로 전력을 전송하는 자기 공진 송신부; 및 자기 유도 송신 모드에서 상기 자기 유도 송신부에 구비된 제1 스위치를 온 시키고, 자기 공진 송신 모드에서 상기 자기 공진 송신부에 구비된 제2 스위치 및 제3 스위치 중 어느 하나를 온 시키고 다른 하나는 오프시키는 스위칭 제어부를 포함한다. In one embodiment, a wireless power transmitter includes: a magnetic induction transmitter configured to transmit power in a magnetic induction manner; A magnetic resonance transmitter for transmitting power in a magnetic resonance method; And turning on the first switch provided in the magnetic induction transmitter in the magnetic induction transmission mode, and turning on one of the second switch and the third switch included in the magnetic resonance transmitter in the magnetic resonance transmission mode and turning off the other switch. And a switching controller.
다른 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 자기 유도 방식으로 전력을 전송하는 자기 유도 송신부; 자기 공진 방식으로 전력을 전송하는 자기 공진 송신부; 및 자기 유도 송신 모드에서 상기 자기 유도 송신부에 연결된 스위치를 온 시키고, 자기 공진 송신 모드에서 상기 자기 공진 송신부를 폐루프가 되도록 제어하는 스위치 제어부를 포함하고, 상기 자기 공진 송신 모드에서 상기 자기 유도 송신부에 연결된 스위치는 온 상태로 유지된다. In accordance with another aspect of the present invention, a wireless power transmitter includes: a magnetic induction transmitter configured to transmit power in a magnetic induction manner; A magnetic resonance transmitter for transmitting power in a magnetic resonance method; And a switch controller for turning on a switch connected to the magnetic induction transmitter in a magnetic induction transmission mode and controlling the magnetic resonance transmitter to be a closed loop in the magnetic resonance transmission mode. The connected switch remains on.
안정적이고, 효율적인 무선전력 전송 및 충전이 가능하다. Stable and efficient wireless power transmission and charging is possible.
도 1은 무선 전력 전송 시스템의 전반적인 개념을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining the overall concept of a wireless power transmission system.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 블록도이다.2 is a block diagram of a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 상세 블록도이다.3 is a detailed block diagram of a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating the operation of a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 동작을 설명하는 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating operations of a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to another embodiment of the present invention.
도 6은 도 5의 실시예에 따른 무선 전력 송신기가 인가하는 전력량의 시간 축에 대한 그래프이다.FIG. 6 is a graph of the time axis of the amount of power applied by the wireless power transmitter according to the embodiment of FIG. 5.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 블록도이다.7 is a block diagram of a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to another embodiment of the present invention.
도 8은 2개의 1차 코일을 구성하는 예를 도시한 도면이다.8 is a diagram illustrating an example of configuring two primary coils.
도 9는 3개의 1차 코일을 구성하는 예를 도시한 도면이다.9 is a diagram illustrating an example of configuring three primary coils.
도 10은 도 7의 실시예에 따른 무선 전력 송신기에 대한 전력 송신부의 상세 블록도이다.FIG. 10 is a detailed block diagram of a power transmitter of the wireless power transmitter according to the embodiment of FIG. 7.
도 11은 전력 송신부에 대한 1차 코일 어레이를 구성하는 예를 도시한 도면이다.11 is a diagram illustrating an example of configuring a primary coil array for a power transmitter.
도 12는 무선 전력 송신기의 제어 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.12 is a flowchart illustrating a control operation of a wireless power transmitter.
도 13은 일 실시예에 따른 전력 송신부의 구성을 설명하기 위한 도면이다.13 is a diagram for describing a configuration of a power transmitter, according to an exemplary embodiment.
도 14는 도 13의 전력변환부에 포함된 인버터의 출력단과 자기 유도 송신부 및 자기 공진 송신부의 연결관계의 예를 나타내는 도면이다.FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a connection relationship between an output terminal of a inverter included in the power converter of FIG. 13, a magnetic induction transmitter, and a magnetic resonance transmitter.
도 15는 도 13의 자기 유도 송신부 및 자기 공진 송신부의 구성 예를 나타낸다.FIG. 15 shows an example of the configuration of the magnetic induction transmitter and the magnetic resonance transmitter of FIG. 13.
도 16은 일 실시예에 따른 도 11의 1차 코일 어레이의 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.16 is a diagram for describing a method of controlling the primary coil array of FIG. 11, according to an exemplary embodiment.
도 17은 무선 전력 전송 장치의 전력 전송(Power Transfer) 제어 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다. 17 is a diagram for describing a power transfer control algorithm of the wireless power transmitter.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 무선 전력 전송 시스템의 전반적인 개념을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view for explaining the overall concept of a wireless power transmission system.
도 1을 참조하면, 무선 충전 시스템은 무선 전력 송신기(100) 및 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. Referring to FIG. 1, the wireless charging system wirelessly powers the wireless power transmitter 100 and the at least one wireless power receivers 110-1, 110-2, and 110-n, respectively. 1-n) can be transmitted. 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.
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. The wireless power transmitter 100 may form an electrical connection with the wireless power receivers 110-1, 110-2, and 110-n. For example, 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.
또한, 무선 전력 송신기(100)는 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)와 양방향 통신을 수행할 수 있다. 이 때, 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. In addition, the wireless power transmitter 100 may perform bidirectional communication with the wireless power receivers 110-1, 110-2, and 110-n. At this time, the wireless power transmitter 100 and the wireless power receivers 110-1, 110-2, and 110-n process or transmit and receive packets 2-1, 2-2, and 2-n composed of predetermined frames. can do. The above-described frame will be described later in more detail. In particular, the wireless power receiver may be implemented as a mobile communication terminal, a PDA, a PMP, a smart phone, or the like.
또한, 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, 무선 전력 송신기(100)와 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n) 사이의 거리는 바람직하게는 10cm 이하일 수 있다.In addition, the wireless power transmitter 100 may wirelessly provide power to the plurality of wireless power receivers 110-1, 110-2, and 110-n. For example, 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. When the wireless power transmitter 100 adopts 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. In addition, when the wireless power transmitter 100 adopts an electromagnetic induction method, a distance between the wireless power transmitter 100 and the plurality of wireless power receivers 110-1, 110-2, and 110-n may be preferably 10 cm or less. .
또한, 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. In addition, the wireless power transmitter 100 may include a display means such as a display, and the wireless power receiver 110-based on a message received from each of the wireless power receivers 110-1, 110-2, and 110-n. 1,110-2,110-n) can be displayed for each state. In addition, the wireless power transmitter 100 may also display the estimated time until each wireless power receiver 110-1, 110-2, 110-n is fully charged.
또한, 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.In addition, 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.
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 신호, 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.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. In addition, the wireless power receivers 110-1, 110-2, and 110-n may transmit a signal for requesting wireless power transmission, information necessary for receiving wireless power, wireless power receiver status information, or wireless power transmitter 100 control information. 100). Information on the above-described transmission signal will be described later in more detail.
또한, 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)는 각각의 충전상태를 나타내는 메시지를 무선 전력 송신기(100)로 송신할 수 있다. In addition, the wireless power receivers 110-1, 110-2, and 110-n may transmit messages indicating respective charging states to the wireless power transmitter 100.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 블록도이다. 2 is a block diagram of a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 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.Referring to FIG. 2, the wireless power transmitter 200 may include a power transmitter 211, a controller 212, and a communicator 213. In addition, the wireless power receiver 250 may include a power receiver 251, a controller 252, and a communication unit 253.
전력 송신부(211)는 무선 전력 송신기(200)가 요구하는 전력을 제공할 수 있으며, 무선으로 무선 전력 수신기(250)에 전력을 제공할 수 있다. 여기서, 전력 송신부(211)는 교류 파형의 형태로 전력을 공급할 수 있고, 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.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. Here, the power transmission unit 211 may supply power in the form of an AC waveform, while supplying power in the form of a DC waveform, it may be converted into an AC waveform using an inverter and supplied in the form of an AC 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.
아울러, 전력 송신부(211)는 교류 파형을 전자기파 형태로 무선 전력 수신기(250)로 제공할 수 있다. 전력 송신부(211)는 추가적으로 루프 코일을 더 포함할 수 있으며, 이에 따라 소정의 전자기파를 송신 또는 수신할 수 있다. 전력 송신부(211)가 루프 코일로 구현되는 경우, 루프 코일의 인덕턴스(L)는 변경 가능할 수도 있다. 한편, 전력 송신부(211)는 전자기파를 송수신할 수 있는 수단이라면 제한이 없는 것은 당업자는 용이하게 이해할 것이다.In addition, 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 loop coil, and thus may transmit or receive a predetermined electromagnetic wave. When the power transmitter 211 is implemented as a loop coil, the inductance L of the loop coil may be changeable. On the other hand, the power transmitter 211 will be readily understood by those skilled in the art that there is no limitation as long as it is a means for transmitting and receiving electromagnetic waves.
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 어플리케이션을 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.The controller 212 may control overall operations of the wireless power transmitter 200. The controller 212 may control overall operations of the wireless power transmitter 200 by using an algorithm, a program, or an application required for control read from a storage unit (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.
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 등을 이용하여 통신을 수행할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 의한 통신부(213)는 IEEE802.15.4 방식의 Zigbee 통신 방식을 이용하여 통신을 수행할 수 있다. 아울러, 통신부(213)는 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 알고리즘을 이용할 수 있다. 통신부(213)가 이용하는 주파수 및 채널 선택에 관한 구성은 더욱 상세하게 후술하도록 한다. 한편, 상술한 통신 방식은 단순히 예시적인 것이며, 본원 발명은 통신부(213)에서 수행하는 특정 통신 방식에 의하여 그 권리범위가 한정되지 않는다.The communication unit 213 may communicate with the wireless power receiver 250 in a predetermined manner. The communication unit 213 may perform communication using the communication unit 253 of the wireless power receiver 250 using near field communication (NFC), Zigbee communication, infrared communication, visible light communication, and the like. The communication unit 213 according to an embodiment of the present invention may perform communication using the Zigbee communication method of the IEEE802.15.4 method. In addition, the communication unit 213 may use a carrier sense multiple access with collision avoidance (CSMA / CA) algorithm. The configuration related to frequency and channel selection used by the communication unit 213 will be described later in more detail. On the other hand, the above-described communication method is merely exemplary, the scope of the present invention is not limited by the specific communication method performed by the communication unit 213.
한편, 통신부(213)는 무선 전력 송신기(200)의 정보에 대한 신호를 송신할 수 있다. 여기에서, 통신부(213)는 신호를 유니캐스트(unicast), 멀티캐스트(multicast) 또는 브로드캐스트(broadcast)할 수 있다.Meanwhile, the communication unit 213 may transmit a signal for information of the wireless power transmitter 200. Herein, the communication unit 213 may unicast, multicast, or broadcast a signal.
통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)로부터 전력 정보를 수신할 수 있다. 여기서 전력 정보는 무선 전력 수신기(250)의 용량, 배터리 잔량, 충전 횟수, 사용량, 배터리 용량 및 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.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 remaining battery capacity, the number of charges, the usage amount, the battery capacity and the battery ratio. In addition, 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.
또한, 통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)뿐만 아니라, 다른 무선 전력 송신기(미도시)로부터의 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 통신부(213)는 다른 무선 전력 송신기로부터 프레임의 노티스(Notice) 신호를 수신할 수 있다. In addition, 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 of a frame from another wireless power transmitter.
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 수 있다. Meanwhile, in FIG. 2, 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 are implemented in one piece of hardware so that the wireless power transmitter 200 can perform communication in an in-band format.
무선 전력 송신기(200) 및 무선 전력 수신기(250)는 각종 신호를 송수신할 수 있고, 이에 따라 무선 전력 송신기(200)가 관제하는 무선 전력 네트워크로의 무선 전력 수신기(250)의 가입과 무선 전력 송수신을 통한 충전 과정이 수행될 수 있으며, 상술한 과정은 더욱 상세하게 후술하도록 한다. The wireless power transmitter 200 and the wireless power receiver 250 may transmit and receive various signals, thereby joining the wireless power receiver 250 to the wireless power network controlled by the wireless power transmitter 200 and transmitting and receiving wireless power. The charging process may be performed through, and the above-described process will be described in more detail below.
또한, 도 2에서는 무선 전력 송신기(200) 및 무선 전력 수신기(250)의 구성을 간략하게 예시하고 있으나, 도 3에서는 무선 전력 송신기(200) 및 무선 전력 수신기(250)의 상세 구성을 예시하고 있으며, 그 구체적인 설명은 후술하기로 한다.In addition, FIG. 2 briefly illustrates the configuration of the wireless power transmitter 200 and the wireless power receiver 250. In FIG. 3, detailed configurations of the wireless power transmitter 200 and the wireless power receiver 250 are illustrated. The detailed description thereof will be made later.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 상세 블록도이다.  3 is a detailed block diagram of a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 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.Referring to FIG. 3, 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. The wireless power receiver 250 may include a power receiver 251, a controller and a communicator 252 and 253, a rectifier 254, a DC / DC converter 255, a switch 256, and a load 257. .
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. 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.
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 수 있다. 이에 따라, 증폭부(215)는 교류 전력을 출력할 수 있다.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. In addition, the DC power may be converted into AC based on the signals input from the control unit and the communication unit 212 and 213. Accordingly, the amplifier 215 may output AC power.
매칭부(216)는 임피던스 매칭(Impedance Matching)을 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(Coil) 및 커패시터(Capacitor) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제어부 및 통신부(212,213)는 코일 및 커패시터 중 적어도 하나와의 연결 상태를 제어할 수 있고, 이에 따라 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.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 control unit and the communication unit 212 and 213 may control a connection state with at least one of the coil and the capacitor, and thus may perform impedance matching.
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. 제어부 및 통신부(212,213)는 무선 전력 수신기(250) 측의 제어부 및 통신부(252,253)와 통신을 수행할 수 있다.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. For example, 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 on the wireless power receiver 250 side.
한편, 전력 수신부(251)는 전력 송신부(211)으로부터 충전 전력을 수신할 수 있다.The power receiver 251 may receive charging power from the power transmitter 211.
정류부(254)는 전력 수신부(251)에 수신되는 무선 전력을 직류 형태로 정류할 수 있고, 예를 들어, 브리지 다이오드(Bridge Diode)의 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 최소값 및 최대값이 기 설정될 수 있다.The rectifier 254 may rectify the wireless power received by the power receiver 251 in the form of direct current, and may be implemented, for example, in the form of a bridge diode. The DC / DC converter 255 may convert the rectified power into a predetermined gain. For example, the DC / DC converter 255 may convert the rectified power such that the voltage of the output terminal 259 is 5V. On the other hand, the minimum value and the maximum value of the voltage that can be applied to the front end 258 of the DC / DC converter 255 may be preset.
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.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.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.  4 is a flowchart illustrating the operation of a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 무선 전력 송신기(400)는 전원을 인가할 수 있다(S401). 전원이 인가되면, 무선 전력 송신기(400)는 환경을 설정(configuration)할 수 있다(S402).Referring to FIG. 4, the wireless power transmitter 400 may apply power (S401). If power is applied, the wireless power transmitter 400 may configure an environment (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(Power Beacon)(404,405) 각각을 각각의 주기로 인가할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기(400)는 검출용 전력 비콘를 인가할 수 있고, 검출용 전력 비콘들(404,405) 각각의 전력 값의 크기는 상이할 수 있다. 검출용 전력 비콘들(404,405) 중 일부 또는 전부는 무선 전력 수신기(450)의 통신부를 구동할 수 있는 전력량과 인가 시간을 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. 상기 상태를 널(Null) 상태로 명명할 수 있다.The wireless power transmitter 400 may enter a power save mode (S403). In the power saving mode, the wireless power transmitter 400 may apply each of the heterogeneous detection power beacons 404 and 405 at respective cycles. For example, as shown in FIG. 4, the wireless power transmitter 400 may apply the detection power beacon, and the magnitude of the power value of each of the detection power beacons 404 and 405 may be different. Some or all of the detection power beacons 404 and 405 may have an amount of power and an application time for driving the communication unit of the wireless power receiver 450. For example, 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.
무선 전력 송신기(400)는 무선 전력 수신기(450)의 배치에 의한 로드 변경을 검출할 수 있다. 무선 전력 송신기(400)는 저전력 모드(S409)로 진입할 수 있다. 저전력 모드는 무선 전력 송신기가 검출 전력을 주기 또는 비주기적으로 인가하는 모드일 수 있다. 한편, 무선 전력 수신기(450)는 무선 전력 송신기(400)로부터 수신된 전력에 기초하여 통신부를 구동시킬 수 있다(S409).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 S409. The low power mode may be a mode in which the wireless power transmitter applies detection power periodically or aperiodically. Meanwhile, the wireless power receiver 450 may drive the communication unit based on the power received from the wireless power transmitter 400 (S409).
무선 전력 수신기(450)는 무선 전력 송신기(400)로 PTU(Power Transmitter Unit) 검색(Searching) 신호를 송신할 수 있다(S410). 무선 전력 수신기(450)는 BLE 기반의 애드버타이즈먼트(Advertisement) 신호로서, PTU 검색 신호를 송신할 수 있다. 무선 전력 수신기(450)는 PTU 검색 신호를 주기적 또는 비주기적으로 송신할 수 있고, 무선 전력 송신기(400)로부터 PRU(Power Receiver Unit) 응답(Response) 신호를 수신하거나, 또는 기 설정된 시간이 도래할 때까지 송신할 수 있다.The wireless power receiver 450 may transmit a power transmitter unit (PTU) search signal to the wireless power transmitter 400 (S410). The wireless power receiver 450 may transmit a PTU search signal as a BLE-based advertising signal. The wireless power receiver 450 may periodically or aperiodically transmit a PTU search signal and receive a power receiver unit (PRU) response signal from the wireless power transmitter 400, or a predetermined time may arrive. Can be sent until.
무선 전력 수신기(450)로부터 PTU 검색 신호가 수신되면, 무선 전력 송신기(400)는 PRU 응답 신호를 송신할 수 있다(S411). 여기에서 PRU 응답 신호는 무선 전력 송신기(400) 및 무선 전력 수신기(450) 사이의 연결(connection)을 형성(establishment)할 수 있다.When the PTU search signal is received from the wireless power receiver 450, the wireless power transmitter 400 may transmit a PRU response signal (S411). Here, the PRU response signal may establish a connection between the wireless power transmitter 400 and the wireless power receiver 450.
무선 전력 수신기(450)는 PRU 스테틱(static) 신호를 송신할 수 있다(S412). 여기서, PRU 스테틱 신호는 무선 전력 수신기(450)의 상태를 지시하는 신호일 수 있으며, 무선 전력 송신기(400)가 관제하는 무선 전력 네트워크에 가입을 요청할 수 있다.The wireless power receiver 450 may transmit a PRU static signal (S412). Here, the PRU static signal may be a signal indicating the state of the wireless power receiver 450 and may request to join the wireless power network controlled by the wireless power transmitter 400.
무선 전력 송신기(400)는 PTU 스테틱(static) 신호를 송신할 수 있다(S413). 무선 전력 송신기(400)가 송신하는 PTU 스테틱 신호는 무선 전력 송신기(400)의 캐퍼빌리티(capability)를 지시하는 신호일 수 있다.The wireless power transmitter 400 may transmit a PTU static signal (S413). The PTU static signal transmitted by the wireless power transmitter 400 may be a signal indicating the capability of the wireless power transmitter 400.
무선 전력 송신기(400) 및 무선 전력 수신기(450)가 PRU 스테틱 신호 및 PTU 스테틱 신호를 송수신하면, 무선 전력 수신기(450)는 PRU 다이내믹(Dynamic) 신호를 주기적으로 송신할 수 있다(S414, S415).When the wireless power transmitter 400 and the wireless power receiver 450 transmit and receive the PRU static signal and the PTU static signal, the wireless power receiver 450 may periodically transmit the PRU dynamic signal (S414, S415).
PRU 다이내믹 신호는 무선 전력 수신기(450)에서 측정된 적어도 하나의 파라미터 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, PRU 다이내믹 신호는 무선 전력 수신기(450)의 정류부 후단의 전압 정보를 포함할 수 있다. 무선 전력 수신기(450)의 상태를 부트(Boot) 상태라고 명명할 수 있다.The PRU dynamic signal may include at least one parameter information measured at the wireless power receiver 450. For example, 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.
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 명령(command) 신호를 송신할 수 있다(S417). 전력 송신 모드에서, 무선 전력 송신기(400)는 충전 전력을 송신할 수 있다.The wireless power transmitter 400 enters a power transmission mode (S416), and the wireless power transmitter 400 may transmit a PRU command signal, which is a command signal for allowing the wireless power receiver 450 to perform charging. (S417). In the power transmission mode, the wireless power transmitter 400 may transmit charging power.
무선 전력 송신기(400)가 송신하는 PRU 명령 신호는 무선 전력 수신기(450)의 충전을 인에이블/디스에이블하는 정보 및 승인(permission) 정보를 포함할 수 있다. PRU 명령 신호는 무선 전력 송신기(400)가 무선 전력 수신기(450)의 상태를 변경하도록 하는 경우에 송신하거나 또는 기 설정된 주기(예를 들어, 250ms의 주기)로 송신될 수도 있다. 무선 전력 수신기(400)는 PRU 명령 신호에 따라서 설정을 변경하고, 무선 전력 수신기(450)의 상태를 보고하기 위한 PRU 다이내믹 신호를 송신할 수 있다(S418, S419). 무선 전력 수신기(450)가 송신하는 PRU 다이내믹 신호는 전압, 전류, 무선 전력 수신기 상태 및 온도 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 무선 전력 수신기(450)의 상태를 On 상태로 명명할 수 있다.The PRU command 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 command signal may be transmitted when the wireless power transmitter 400 causes the state of the wireless power receiver 450 to be changed, or may be transmitted at a predetermined period (for example, a period of 250 ms). The wireless power receiver 400 may change a setting according to a PRU command 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. The state of the wireless power receiver 450 may be referred to as an on state.
무선 전력 수신기(450)는 PRU 명령 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 명령 신호를 송신할 수 있다. 한편, PRU 명령 신호는 충전 상태가 변경될 때마다 송신될 수 있다. PRU 명령 신호는 예를 들어, 250ms 마다 송신될 수 있거나, 파라미터 변경이 있을 때 송신될 수 있다. PRU 명령 신호는 파라미터가 변경되지 않더라도 기 설정된 임계 시간(예를 들어, 1초 이내)에는 송신되어야 하도록 설정될 수도 있다.The wireless power receiver 450 may perform a charging by receiving a PRU command signal. For example, the wireless power transmitter 400 enables charging when the wireless power transmitter 400 has sufficient power to charge the wireless power receiver 450. PRU command signal may be transmitted. Meanwhile, the PRU command signal may be transmitted whenever the state of charge is changed. The PRU command signal may be transmitted, for example, every 250 ms, or when there is a parameter change. The PRU command signal may be set to be transmitted at a predetermined threshold time (eg, within 1 second) even if the parameter is not changed.
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 신호로 송신되거나 또는 PRU 경고 신호로 송신할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기(450)는 표 4의 PRU 경고 정보 필드에 에러 상황을 반영하여 무선 전력 송신기(400)로 송신할 수 있다. 또는, 무선 전력 수신기(450)는 에러 상황을 지시하는 단독 경고 신호를 무선 전력 송신기(400)로 송신할 수도 있다. 무선 전력 송신기(400)는 PRU 경고 신호를 수신하면, 래치(Latch) 실패 모드로 진입할 수 있다(S422). 무선 전력 수신기(450)는 널(Null) 상태로 진입할 수 있다(S423).Meanwhile, 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. For example, the wireless power receiver 450 may transmit to the wireless power transmitter 400 by reflecting an error situation in the PRU alert information field of Table 4. Alternatively, the wireless power receiver 450 may transmit a single warning signal indicating the error situation to the wireless power transmitter 400. When the wireless power transmitter 400 receives the PRU warning signal, the wireless power transmitter 400 may enter a latch failure mode (S422). The wireless power receiver 450 may enter a null state (S423).
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 동작을 설명하는 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating operations of a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to another embodiment of the present invention.
도 5의 제어 방법은 도 6을 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 도 6은 도 5의 실시예에 따른 무선 전력 송신기가 인가하는 전력량의 시간 축에 대한 그래프이다.The control method of FIG. 5 will be described in more detail with reference to FIG. 6. FIG. 6 is a graph of the time axis of the amount of power applied by the wireless power transmitter according to the embodiment of FIG. 5.
도 5를 참조하면, 무선 전력 송신기는 구동을 개시할 수 있다(S501). 아울러, 무선 전력 송신기는 초기설정을 리셋할 수 있다(S503). 무선 전력 송신기는 전력 절약 모드에 진입할 수 있다(S505). 여기서, 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. 여기서, 무선 전력 송신기는 제 2 검출 전력(601, 602)을 제 2 주기로 주기적으로 인가할 수 있고, 제 2 검출 전력(601, 602)을 인가하는 경우에는 제 2 기간 동안 인가할 수 있다.Referring to FIG. 5, the wireless power transmitter may start driving (S501). In addition, the wireless power transmitter may reset the initial setting (S503). The wireless power transmitter may enter a power saving mode (S505). Here, the power saving mode may be a section in which the wireless power transmitter applies different kinds of powers having different amounts of power to the power transmitter. For example, 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. Herein, the wireless power transmitter may periodically apply the second detection powers 601 and 602 at a second cycle, and apply the second detection power 601 and 602 for a second period.
무선 전력 송신기는 제 3 검출 전력(611, 612, 613, 614, 615)을 제 3 주기로 주기적으로 인가할 수 있고, 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 있고, 또는 동일할 수도 있다.The wireless power transmitter may periodically apply the third detection powers 611, 612, 613, 614, and 615 in the third cycle, and when the third detection power 611, 612, 613, 614, and 615 is applied, May be applied for a third period of time. On the other hand, the respective power values of the third detection powers 611, 612, 613, 614, 615 are shown as different, while the respective power values of the third detection powers 611, 612, 613, 614, 615 are different. It may or may be the same.
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 3검출 전력의 전력량은 가장 소형의 무선 전력 수신기, 예를 들어 카테고리 1의 무선 전력 수신기를 검출할 수 있는 전력량을 가질 수 있다.The wireless power transmitter may output the third detection power 612 having the same amount of power after outputting the third detection power 611. When the wireless power transmitter outputs the third detection power of the same size as described above, 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.
무선 전력 송신기는 제 3 검출 전력(611)을 출력한 이후에 상한 크기의 전력량을 가지는 제 3 검출 전력(612)을 출력할 수 있다. 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 있고, 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.The wireless power transmitter may output the third detection power 612 having the upper limit amount of power after the third detection power 611 is output. When the wireless power transmitter outputs third detection power of different magnitudes, each of the power amounts of the third detection power may be an amount of power capable of detecting the wireless power receivers of categories 1 to 5. For example, the third detection power 611 may have an amount of power capable of detecting a category 5 wireless power receiver, and 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.
한편, 제 2 검출 전력(601, 602)은 무선 전력 수신기를 구동시킬 수 있는 전력일 수 있다. 보다 상세하게는, 제2 검출 전력(601, 602)은 무선 전력 수신기의 제어부 및 통신부를 구동시킬 수 있는 전력량을 가질 수 있다.Meanwhile, the second detection powers 601 and 602 may be power capable of driving the wireless power receiver. In more detail, the second detection powers 601 and 602 may have an amount of power capable of driving the control unit and the communication unit of the wireless power receiver.
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).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. When the wireless power receiver is disposed on the wireless power transmitter, 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. For example, 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).
한편, 임피던스가 변경되어 물체가 검출되는 경우에는(S507-Y), 무선 전력 송신기는 저전력 모드로 진입할 수 있다. 여기서, 저전력 모드는 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 제어부 및 통신부를 구동시킬 수 있는 전력량을 가진 구동 전력을 인가하는 모드이다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 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 있고, 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 기 설정된 시간 동안 물체로부터 응답을 수신하지 못한 경우, 물체를 이물질로 결정할 수 있다.On the other hand, when the impedance is changed to detect the object (S507-Y), the wireless power transmitter may enter the low power mode. Here, 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. For example, as shown in FIG. 6, 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. For example, 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. However, when a foreign material other than the wireless power receiver is disposed, data transmission and reception may not be performed. Accordingly, 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 preset time, the wireless power transmitter may determine the object as a foreign object.
이물질로 결정된 경우에는(S511-Y), 무선 전력 송신기는 랫치 실패 모드로 진입할 수 있다. 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 임피던스 변경을 검출할 수 있으며, 무선 전력 송신기는 이물질이 회수된 것으로 판단할 수 있다. 또는, 이물질이 회수되지 않는 경우에는 무선 전력 송신기는 임피던스 변경을 검출할 수 없고, 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.If it is determined that the foreign matter (S511-Y), the wireless power transmitter may enter the latch failure mode. 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, the impedance change may be detected, and the wireless power transmitter may determine that the foreign matter has been recovered. Alternatively, when the foreign matter is not 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.
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 제 2 전력(651,652) 및 제 3 전력(661 내지 665)을 인가할 수 있다. If it is determined that the foreign matter has not been recovered (S515-N), 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.
한편, 도 5 및 6과 관련한 경우, 무선 전력 수신기의 배치에 기인한 임피던스 변경이 크지 않은 경우에는 무선 전력 수신기 검출이 어려울 수 있다.Meanwhile, in the case of FIGS. 5 and 6, when the impedance change due to the arrangement of the wireless power receiver is not large, it may be difficult to detect the wireless power receiver.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 블록도이다. 7 is a block diagram of a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to another embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 무선 전력 송신기(700)는 시스템 제어부(710) 및 적어도 하나의 전력 송신부(720, 730)를 포함할 수 있고, 전력 송신부(720, 730)는 파워 변환부(721, 731)와 통신 및 제어부(723, 733)를 포함할 수 있다. 또한, 무선 전력 수신기(750)는 전력 수신부(751) 및 로드부(755)를 포함할 수 있고, 전력 수신부(751)는 파워 픽업부(752)와 통신 및 제어부(753)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7, the wireless power transmitter 700 may include a system controller 710 and at least one power transmitter 720 and 730, and the power transmitters 720 and 730 may include power converters 721 and 731. And communication and control units 723 and 733. In addition, the wireless power receiver 750 may include a power receiver 751 and a load unit 755, and the power receiver 751 may include a power pickup unit 752 and a communication and control unit 753. .
파워 변환부(721, 731)는 전기적 전력을 무선 전력으로 변환하고, 적어도 하나의 무선 전력 수신기(750)의 수신부(752)에 포함된 파워 픽업부(752)로 무선 전력을 전송할 수 있다. 파워 변환부(721, 731)는 무선 전력을 송신하는 자기 유도 방식의 1차 코일(Primary coil)이 포함될 수 있다.The power converters 721 and 731 may convert electrical power into wireless power and transmit wireless power to the power pickup 752 included in the receiver 752 of the at least one wireless power receiver 750. The power converters 721 and 731 may include a primary coil of a magnetic induction method for transmitting wireless power.
파워 픽업부(752)는 무선 전력을 파워 변환부(721, 731)로부터 무선 전력을 수신하고, 수신된 무선 전력을 전기적 전력으로 변환할 수 있으며, 무선 전력을 수신하는 자기 유도 방식의 2차 코일(Secondary Coil)이 포함될 수 있다. 예를 들어, 파워 변환부(721, 731) 및 파워 픽업부(752)는 1차 코일과 2차 코일을 수평적 정렬 상태 및 수직적 정렬 중 적어도 하나의 상태로 유지하여 무선 전력을 송수신할 수 있다. 1차 코일은 권선(Wire-wound) 유형의 코일일 수 있고, 적어도 하나의 코일로 이루어진 코일 어레이일 수 있으며, 2차 코일과 함께 코어리스(Coreless) 공진 변압기 부분을 형성할 수 있다. The power pickup unit 752 may receive the wireless power from the power converters 721 and 731, convert the received wireless power into electrical power, and receive the wireless power. (Secondary Coil) may be included. For example, the power converters 721 and 731 and the power pickup unit 752 may transmit and receive wireless power by maintaining the primary coil and the secondary coil in at least one of a horizontal alignment state and a vertical alignment state. . The primary coil may be a wire-wound type coil, may be a coil array consisting of at least one coil, and may form a coreless resonant transformer portion together with the secondary coil.
한편, 무선 전력 송신기(700)는 는 무선 전력을 전송하기 위하여 평평한 표면(Flat Surface) 형태의 인터페이스 표면(Interface Surface)(미도시)을 더 포함할 수 있다. 인터페이스 표면의 상부에는 적어도 하나의 무선 전력 수신기(750)가 놓일 수 있고, 인터페이스 표면의 하부에는 1차 코일이 구비될 수 있다. 이 때, 인터페이스 표면의 하부에 장착되는 1차 코일과 인터페이스 표면의 상부에 위치한 무선 전력 수신기(750)의 2차 코일 사이에 수직 공간(Vertical Spacing)이 작게 형성하여 1차 코일과 2차 코일 간의 유도 결합이 이루어질 수 있다. 이하, 1차 코일에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Meanwhile, the wireless power transmitter 700 may further include an interface surface (not shown) in the form of a flat surface in order to transmit wireless power. At least one wireless power receiver 750 may be disposed on an upper portion of the interface surface, and a primary coil may be provided on the lower portion of the interface surface. At this time, a vertical spacing is formed small between the primary coil mounted on the lower surface of the interface surface and the secondary coil of the wireless power receiver 750 located on the upper surface of the interface surface. Inductive coupling can be made. Hereinafter, the primary coil will be described in detail.
도 8은 2개의 1차 코일을 구성하는 예를 도시한 도면이고, 도 9는 3개의 1차 코일을 구성하는 예를 도시한 도면이다. FIG. 8 is a diagram illustrating an example of configuring two primary coils, and FIG. 9 is a diagram illustrating an example of configuring three primary coils.
도 8을 참조하면, 2개의 1차 코일은 권선 유형의 코일일 수 있고, 권선 유형의 코일은 115가닥과 0.08mm 직경으로 이루어진 리츠 와이어(Litz Wire)로 구성될 수 있다. 또한, 2개의 1차 코일은 레이스트렉(Racetrack-like) 형상일 수 있고, 단일 층으로 구성될 수 있다. 또한, 2개의 1차 코일의 파라미터는 do 및 dh를 포함할 수 있고, do는 1차 코일의 외경이고, dh는 2개의 1차 코일의 센터간의 거리일 수 있다.Referring to FIG. 8, two primary coils may be coils of a winding type, and the coils of the winding type may be composed of a Litz wire composed of 115 strands and a diameter of 0.08 mm. In addition, the two primary coils may be racetrack-like in shape and may consist of a single layer. Also, the parameters of the two primary coils may include d o and d h , d o may be the outer diameter of the primary coil, and d h may be the distance between the centers of the two primary coils.
도 9를 참조하면, 3개의 1차 코일은 105가닥과 0.08mm 직경으로 이루어진 리츠 와이어로 구성될 수 있다. 또한, 3개의 1차 코일은 직사각형(Rectangular) 형상일 수 있고, 단일 층으로 구성될 수 있다. 또한, 3개의 1차 코일의 파라미터는 doe 및 doo를 포함할 수 있고, doe는 1번째 1차 코일의 센터와 2번째 1차 코일의 센터간의 거리이며, doo는 1번째 1차 코일의 센터와 3번째 1차 코일의 센터간의 거리일 수 있다.Referring to FIG. 9, the three primary coils may be composed of a litz wire consisting of 105 strands and 0.08 mm diameter. In addition, the three primary coils may have a rectangular shape and may be composed of a single layer. Also, the parameters of the three primary coils may include d oe and d oo , where d oe is the distance between the center of the first primary coil and the center of the second primary coil and d oo is the first primary. It may be the distance between the center of the coil and the center of the third primary coil.
다시 도 7을 참조하면, 통신 및 제어부(723, 733)는 적어도 하나의 전력 수신부(752)와의 통신을 수행할 수 있다. 또한, 통신 및 제어부(723, 733)는 전력 수신부(752)로부터 필요한 무선 전력에 대한 요청 메시지를 수신할 수 있고, 이에 따라 통신 및 제어부(723, 733)는 전력 수신부(752)에게 요청한 무선 전력이 전송되도록 파워 변환부(721)를 제어할 수 있다.Referring back to FIG. 7, the communication and control units 723 and 733 may perform communication with at least one power receiver 752. In addition, the communication and control unit 723, 733 may receive a request message for the wireless power required from the power receiving unit 752, accordingly, the communication and control unit 723, 733 the wireless power requested to the power receiving unit 752 The power converter 721 may be controlled to be transmitted.
파워 픽업부(752)는 파워 변환부(721)로부터 무선 전력을 수신할 수 있고, 로드부(755)는 수신된 무선 전력 로드하여 배터리를 충전할 수 있다. 통신 및 제어부(753)는 송신부(720, 730)와의 통신을 수행할 수 있고, 송신부로부터(720, 730) 무선 전력이 수신되도록 제어할 수 있다. 이하, 도 10을 참조하여, 전력 송신부(720, 730)의 상세한 구성을 설명하기로 한다.The power pickup unit 752 may receive wireless power from the power converter 721, and the load unit 755 may charge the battery by loading the received wireless power. The communication and controller 753 may perform communication with the transmitters 720 and 730, and control the wireless power to be received from the transmitters 720 and 730. Hereinafter, a detailed configuration of the power transmitters 720 and 730 will be described with reference to FIG. 10.
도 10은 도 7의 실시예에 따른 무선 전력 송신기에 대한 전력 송신부의 상세 블록도이다. FIG. 10 is a detailed block diagram of a power transmitter of the wireless power transmitter according to the embodiment of FIG. 7.
도 10을 참조하면, 전력 송신부(720, 730)는 통신 및 제어부(721) 및 파워 변환부(723)가 포함될 수 있고, 파워 변환부(723)는 인버터(723a), 임피던스 매칭부(723b), 센싱부(723c), 멀티플렉서(723d) 및 1차 코일 어레이(723e)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 10, the power transmitters 720 and 730 may include a communication and control unit 721 and a power converter 723, and the power converter 723 may include an inverter 723a and an impedance matching unit 723b. It may include a sensing unit 723c, a multiplexer 723d, and a primary coil array 723e.
파워 변환부(723)에서 인버터(723a)는 직류(DC, Digital Current) 입력을 교류(AC, Analog Current) 웨이브폼으로 변환할 수 있고, 임피던스 매칭부(723b)는 공진 회로와 1차 코일 어레이(723e) 간의 연결이 되도록 매칭할 수 있다. 또한, 센싱부는 공진 회로와 1차 코일 어레이(723e) 간의 전류와 전압을 감지하여 모니터링 할 수 있고, 멀티플렉서(723d)는 전력 수신기(751)의 위치에 따라 적절한 1차 코일을 연결/비연결할 수 있다.In the power converter 723, the inverter 723a may convert a direct current (DC) input into an alternating current (AC) waveform, and the impedance matching unit 723b may include a resonance circuit and a primary coil array. 723e may be matched so as to be a connection between them. In addition, the sensing unit may detect and monitor current and voltage between the resonant circuit and the primary coil array 723e, and the multiplexer 723d may connect / disconnect an appropriate primary coil according to the position of the power receiver 751. have.
통신 및 제어부(721)는 전력 수신기(751)로부터 무선 전력에 대한 요청 메시지를 수신할 수 있고, 멀티플렉서(723d)를 통하여 적절한 1차 코일 어레이에 대한 연결을 제어할 수 있다. 또한, 통신 및 제어부(721)는 전력 제어 알고리즘 및 프로토콜을 실행하여 무선 전력량이 조절되도록 인버터(723a)를 제어하고, 무선 전력을 전력 수신기(751)로 전송되도록 1차 코일 어레이(723e)를 제어할 수 있다. 이하, 도 11을 참조하여 전력 송신부(720, 730)의 1차 코일 어레이(723e)를 설명하기로 한다.The communication and control unit 721 may receive a request message for wireless power from the power receiver 751 and control the connection to the appropriate primary coil array through the multiplexer 723d. In addition, the communication and control unit 721 executes a power control algorithm and protocol to control the inverter 723a to adjust the amount of wireless power, and to control the primary coil array 723e to transmit wireless power to the power receiver 751. can do. Hereinafter, the primary coil array 723e of the power transmitters 720 and 730 will be described with reference to FIG. 11.
도 11은 전력 송신부에 대한 1차 코일 어레이를 구성하는 예를 도시한 도면이다.  11 is a diagram illustrating an example of configuring a primary coil array for a power transmitter.
도 11에서 (a)는 1차 코일 레이어의 상부 단층을 도시한 예이고, (b)는 1차 코일 어레이의 일 측면을 도시한 예이며, (c)는 1차 코일 어레이의 상부 단층을 도시한 예이다.In FIG. 11, (a) shows an upper monolayer of the primary coil layer, (b) shows an example of one side of the primary coil array, and (c) shows an upper monolayer of the primary coil array. One example.
1차 코일은 원형 형상 및 단일 층으로 구성될 수 있고, 1차 코일 어레이는 육각형 격자의 영역을 갖는 복수의 1차 코일 레이어들로 구성될 수 있다.The primary coil may be composed of a circular shape and a single layer, and the primary coil array may be composed of a plurality of primary coil layers having an area of a hexagonal grid.
도 11을 참조하면, 1차 코일 어레이 파라미터는 do, di, dc, da, dh, t2 및 t3를 포함할 수 있다. do는 1차 코일 레이어의 외경, di는 1차 코일 레이어의 내경, dc는 1차 코일 레이어의 두께, da는 1차 코일 어레이의 두께, dh는 인접하는 1차 코일 레이어들간의 센터 거리, t2는 2번째 1차 코일 레이어 어레이의 오프셋 및 t3는 3번째 1차 코일 레이어 어레이의 오프셋으로 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 11, the primary coil array parameters may include d o , d i , d c , d a , d h , t 2, and t 3 . d o is the outer diameter of the primary coil layer, d i is the inner diameter of the primary coil layer, d c is the thickness of the primary coil layer, d a is the thickness of the primary coil array, d h is between adjacent primary coil layers The center distance of, t 2 can be represented by the offset of the second primary coil layer array and t 3 can be represented by the offset of the third primary coil layer array.
다시 도 7을 참조하면, 시스템 제어부(710)는 적어도 하나의 무선 전력 수신기(750)와의 무선 전력 전송을 제어할 수 있다. 따라서, 무선 전력 송신기(700)는 복수의 무선 전력 수신기(미도시)에게 무선 전력을 전송할 수 있다. 이하 도 12를 참조하여 무선 전력 송신기(700)의 제어 동작을 수행하는 시스템 제어부(710)를 상세히 설명하기로 한다.Referring back to FIG. 7, the system controller 710 may control wireless power transmission with at least one wireless power receiver 750. Accordingly, the wireless power transmitter 700 may transmit wireless power to a plurality of wireless power receivers (not shown). Hereinafter, the system controller 710 performing the control operation of the wireless power transmitter 700 will be described in detail with reference to FIG. 12.
도 12는 무선 전력 송신기의 제어 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 12 is a flowchart illustrating a control operation of a wireless power transmitter.
도 12를 참조하면, 무선 전력 송신기의 제어 동작은 선택(Selection)하는 단계, 핑(Ping)하는 단계, 식별(Identification)과 설정(Configuration)하는 단계 및 전력 전송(Power Transfer)하는 단계를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 12, a control operation of a wireless power transmitter may include selecting, pinging, identifying and configuring, and power transferring. Can be.
선택하는 단계는 무선 전력 수신기의 위치 및 제거에 대한 인터페이스 표면을 모니터링 할 수 있다. 예를 들어, 선택하는 단계는 자유위치에 존재하는 적어도 하나의 무선 전력 수신기를 발견하여 모니터링 할 수 있고, 무선 전력 수신기가 아닌 개체(예를 들어, 이물질, 열쇠 및 동전 등)를 구별할 수 있다.The selecting step may monitor the interface surface for positioning and removal of the wireless power receiver. For example, the selecting step may find and monitor at least one wireless power receiver present in the free position, and may identify an entity that is not the wireless power receiver (eg, foreign objects, keys, coins, etc.). .
또한, 무선 전력 수신기에 대한 정보가 부족한 경우, 선택하는 단계는 핑하는 단계 및 식별과 설정하는 단계를 반복적으로 수행하여 관련 정보를 선택할 수 있다. 또한, 선택하는 단계는 무선 전력 수신기에 무선 전력을 전송할 1차 코일을 선택할 수 있다. 또한, 선택하는 단계는 1차 코일을 선택하지 않는 경우 대기 모드로 전환할 수 있다.In addition, when the information about the wireless power receiver is insufficient, the selecting may be performed by repeatedly pinging and identifying and setting. In addition, the selecting may select a primary coil to transmit wireless power to the wireless power receiver. In addition, the selecting may switch to the standby mode when the primary coil is not selected.
핑하는 단계는 디지털 핑을 실행하고, 무선 전력 수신기에 대한 응답을 수신되도록 대기할 수 있다. 또한, 핑하는 단계는 무선 전력 수신기를 발견하는 경우, 디지털 핑을 연장할 수 있고, 디지털 핑의 레벨을 유지할 수 있다. 또한, 디지털 핑을 연장하지 않는 경우에 핑하는 단계는 다시 선택하는 단계로 돌아갈 수 있다.The pinging may execute a digital ping and wait to receive a response to the wireless power receiver. Also, the pinging may extend the digital ping if it finds a wireless power receiver and maintain the level of the digital ping. In addition, if the digital ping is not extended, the step of ping may return to the step of selecting again.
식별과 설정하는 단계는 선택된 무선 전력 수신기를 식별하고, 무선 전력 수신기가 요청한 무선 전력량 설정 정보를 획득할 수 있다. 또한, 식별과 설정하는 단계는 연장된 디지털 핑을 종료되도록 설정할 수 있고, 다른 무선 전력 수신기를 발견하기 위해 다시 선택하는 단계로 돌아갈 수 있다.The identifying and setting may identify the selected wireless power receiver and obtain wireless power setting information requested by the wireless power receiver. In addition, the identifying and setting steps may be set to terminate the extended digital ping, and may return to selecting again to find another wireless power receiver.
전력 전송하는 단계는 식별된 무선 전력 수신기에게 요청한 무선 전력량을 전송할 수 있고, 제어 데이터를 기반으로 1차 코일의 전류를 조절할 수 있다. 또한, 식별된 무선 전력 수신기로 요청한 무선 전력량에 대한 전송이 완료되면, 전력 전송하는 단계는 식별된 무선 전력 수신기에 대한 무선 전력 전송을 중단할 수 있다.The power transmission may transmit the requested amount of wireless power to the identified wireless power receiver, and adjust the current of the primary coil based on the control data. In addition, when the transmission of the requested amount of wireless power to the identified wireless power receiver is completed, the step of power transmission may stop the wireless power transmission to the identified wireless power receiver.
도 13은 일 실시예에 따른 전력 송신부의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 13 is a diagram for describing a configuration of a power transmitter, according to an exemplary embodiment.
도 13에 도시된 전력 송신부(1300)는 인버터를 포함하는 전력 변환부(1310), 자기 유도 방식으로 전력을 전송하기 위한 자기 유도 송신부(1320) 및 자기 공진 방식으로 전력을 전송하기 위한 자기 공진 송신부(1330)를 포함할 수 있다. The power transmitter 1300 illustrated in FIG. 13 includes a power converter 1310 including an inverter, a magnetic induction transmitter 1320 for transmitting power in a magnetic induction method, and a magnetic resonance transmitter for transmitting power in a magnetic resonance method. 1330.
자기 유도 송신부(1320) 및 자기 공진 송신부(1330)는 시분할 방식으로 온/오프 되거나 동시에 온/오프 될 수 있다. 따라서, 전력 송신부(1300)는 자기 유도 방식의 무선 전력 수신 장치 및 자기 공진 방식의 무선 전력 수신 장치로 동시에 전력을 전송할 수 있다. The magnetic induction transmitter 1320 and the magnetic resonance transmitter 1330 may be turned on or off in a time division manner or at the same time. Therefore, the power transmitter 1300 may simultaneously transmit power to the magnetic induction wireless power receiver and the magnetic resonance wireless power receiver.
도 14는 도 13의 전력변환부(1310)에 포함된 인버터의 출력단과 자기 유도 송신부(1320) 및 자기 공진 송신부(1330)의 연결관계의 예를 나타내는 도면이다.  14 is a diagram illustrating an example of a connection relationship between an output terminal of the inverter included in the power converter 1310, the magnetic induction transmitter 1320, and the magnetic resonance transmitter 1330 of FIG. 13.
도 13 및 도 14를 참조하면, 전력 송신부(1300)는 제1 스위치(1410), 제2 스위치(1420) 및 제3 스위치(1430)를 제어하여 자기 유도 송신 모드, 자기 공진 송신 모드 및 하이브리드 모드로 동작할 수 있다. 이때, 하이브리드 모드는 자기 유도 방식의 전력 전송 및 자기 공진 방식의 전력 전송을 동시에 수행하거나 시분할에 따라 교대로 수행하는 모드일 수 있다.Referring to FIGS. 13 and 14, the power transmitter 1300 controls the first switch 1410, the second switch 1420, and the third switch 1430 to perform the magnetic induction transmission mode, the magnetic resonance transmission mode, and the hybrid mode. It can work as In this case, the hybrid mode may be a mode in which power transmission of the magnetic induction method and power transmission of the magnetic resonance method are simultaneously performed or alternately performed according to time division.
무선 전력 전송 장치는 전력 송신부(1300)의 동작 모드를 결정하기 위하여, 무선 전력 수신 장치와 통신을 수행하거나 임피던스의 변화를 측정할 수 있고, 평상시 또는 무선 전력 수신 장치의 종류가 명확하지 않은 경우 하이브리드 모드로 동작할 수 도 있다. In order to determine an operation mode of the power transmitter 1300, the wireless power transmitter may communicate with the wireless power receiver or measure a change in impedance. You can also operate in mode.
예를 들어, 무선 전력 전송 장치는 무선 전력 수신 장치로부터 타입 정보를 수신하여 자기 공진 방식으로 전력을 수신하는 장치인지 또는 자기 유도 방식으로 전력을 수신하는 장치인지를 판단할 수 있다. For example, the wireless power transmitter may determine whether it is a device that receives type information from a wireless power receiver and receives power in a self-resonant manner or a device that receives power in a magnetic induction manner.
전원부(1311)는 직류 전압을 스위치부(1315)로 인가하고, 구동부(1313)는 스위치부(1315)를 제어하여 출력단(1401)으로 교류 전압을 출력한다. The power supply unit 1311 applies a DC voltage to the switch unit 1315, and the driving unit 1313 controls the switch unit 1315 to output an AC voltage to the output terminal 1401.
하기의 설명에 있어서, 인버터는 구동부(1313) 및 스위치부(1315)를 포함하고, 따라서, 참조부호 1401은 "인버터 출력단"이라 칭할 수 있다. In the following description, the inverter includes a drive unit 1313 and a switch unit 1315, and therefore, reference numeral 1401 may be referred to as an "inverter output stage".
도 13의 자기 유도 송신부(1320)는 제1 커패시터(1321) 및 제1 인덕터(1323)를 포함할 수 있다. The magnetic induction transmitter 1320 of FIG. 13 may include a first capacitor 1321 and a first inductor 1323.
도 13의 자기 공진 송신부(1330)는 제2 커패시터(1331) 및 제2 인덕터(1333)를 포함할 수 있다.The self-resonant transmitter 1330 of FIG. 13 may include a second capacitor 1331 and a second inductor 1333.
제1 스위치(1410)의 일단은 인버터 출력단(1401)에 연결되고 타단은 제1 커패시터(1321)에 연결될 수 있다. One end of the first switch 1410 may be connected to the inverter output terminal 1401, and the other end thereof may be connected to the first capacitor 1321.
제2 스위치(1420)의 일단은 인버터 출력단(1401)에 연결되고 타단은 제2 커패시터(1331)에 연결될 수 있다.One end of the second switch 1420 may be connected to the inverter output terminal 1401, and the other end thereof may be connected to the second capacitor 1331.
제3 스위치(1430)의 일단은 제2 커패시터(1331)에 연결되고 타단은 스위치부(1315)에 연결될 수 있다. 도 14를 참조하면, 제3 스위치(1430)의 일단은 제2 커패시터(1331)에 연결되고 타단은 제2 인덕터에 연결되는 것으로 표현할 수 도 있다. One end of the third switch 1430 may be connected to the second capacitor 1331, and the other end thereof may be connected to the switch unit 1315. Referring to FIG. 14, one end of the third switch 1430 may be connected to the second capacitor 1331, and the other end thereof may be connected to the second inductor.
자기 유도 송신 모드에서 제1 스위치(1410)는 온 되고, 제2 스위치(1420) 및 제3 스위치(1430)는 오프 될 수 있다. In the magnetic induction transmission mode, the first switch 1410 may be turned on, and the second switch 1420 and the third switch 1430 may be turned off.
제1 자기 공진 송신 모드에서 제1 스위치(1410)는 오프 되고, 제2 스위치(1420)는 온 될 수 있다. In the first self-resonant transmission mode, the first switch 1410 may be turned off and the second switch 1420 may be turned on.
제2 자기 공진 송신 모드에서 제1 스위치(1410)는 온 되고, 제3 스위치(1430)는 온 될 수 있다.In the second self-resonant transmission mode, the first switch 1410 may be turned on and the third switch 1430 may be turned on.
이때, 전력 송신부(1300)는 제3 스위치(1430)를 온 시키는 경우 제1 스위치를 항상 온 시키고 제2 스위치(1420)를 항상 오프시킨다. In this case, when the third switch 1430 is turned on, the power transmitter 1300 always turns on the first switch and always turns off the second switch 1420.
자기 공진 송신 모드에서 제3 스위치(1430)가 온 되는 경우, 제2 커패시터(1331) 및 제2 인덕터(1333)는 폐루프를 형성한다. 이때, 폐루프를 공진기라 칭할 수 있다. 제2 자기 공진 송신 모드에서 에너지는 제1 인덕터(1323)로부터 제2 인덕터로(1333) 유도된후, 공진기를 통해 무선 전력 수신 장치로 전달 될 수 있다. When the third switch 1430 is turned on in the self-resonant transmission mode, the second capacitor 1331 and the second inductor 1333 form a closed loop. In this case, the closed loop may be referred to as a resonator. In the second self-resonant transmission mode, energy may be induced from the first inductor 1323 to the second inductor 1333 and then transferred to the wireless power receiver through the resonator.
제2 자기 공진 송신 모드에서 제2 커패시터(1331) 및 제2 인덕터(1333)는 공진기로 동작하기 때문에 전체 시스템의 고유 공진 주파수에 영향을 주지 않는다. 따라서, 제2 자기 공진 송신 모드에서 에너지는 제1 자기 공진 송신 모드에 비해 높은 효율로 무선 전력 수신 장치에 전달될 수 있다. 따라서, 도 14에 도시된 제2 스위치(1320)는 제거 될 수 도 있다. In the second self-resonant transmission mode, the second capacitor 1331 and the second inductor 1333 operate as the resonator and thus do not affect the natural resonance frequency of the entire system. Therefore, energy in the second self-resonant transmission mode may be delivered to the wireless power receiver with higher efficiency than the first self-resonant transmission mode. Therefore, the second switch 1320 illustrated in FIG. 14 may be removed.
전력 송신부(1300)는 제1 스위치(1410) 및 제2 스위치(1320)를 시분할로 온/오프 시킴으로써, 하이브리드 모드로 동작할 수 있다. 또한, 전력 송신부(1300)는 제1 스위치(1410)가 항시 온 된 상태에서 제3 스위치(1430)를 시분할로 온/오프 시킴으로써, 하이브리드 모드로 동작할 수 있다.The power transmitter 1300 may operate in a hybrid mode by turning on / off the first switch 1410 and the second switch 1320 in time division. In addition, the power transmitter 1300 may operate in a hybrid mode by turning on / off the third switch 1430 by time division while the first switch 1410 is always on.
한편, 도 14에서 제1 커패시터(1321) 및 제1 인덕터(1323)는 유도 코일의 등가회로 일 수 있고, 각각 제1 커패시턴스 및 제2 인덕턴스라 칭할 수 도 있다. 마찬가지로 제2 커패시터(1331) 및 제2 인덕터(1333)는 공진 코일의 등가 회로 일 수 있고, 각각 제2 커패시턴스 및 제2 인덕턴스라 칭할 수 도 있다. Meanwhile, in FIG. 14, the first capacitor 1321 and the first inductor 1323 may be equivalent circuits of the induction coil, and may be referred to as first capacitance and second inductance, respectively. Similarly, the second capacitor 1331 and the second inductor 1333 may be equivalent circuits of the resonant coil, and may also be referred to as a second capacitance and a second inductance, respectively.
도 13 및 도 14에 명확하게 도시되지 않았으나, 전력 송신부(1300)는 스위치들(1410, 1420, 1430)의 온/오프를 제어하는 스위칭 제어부(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 물론, 스위치들(1410, 1420, 1430)의 온/오프 제어는 도 2의 제어부(212)와 같이 시스템 전체를 제어하는 구성요소에 의해 수행될 수 도 있다. Although not clearly illustrated in FIGS. 13 and 14, the power transmitter 1300 may further include a switching controller (not shown) that controls on / off of the switches 1410, 1420, and 1430. Of course, the on / off control of the switches 1410, 1420, 1430 may be performed by a component that controls the entire system, such as the controller 212 of FIG. 2.
따라서, 스위칭 제어부는 자기 유도 송신 모드에서 상기 자기 유도 송신부에 구비된 제1 스위치를 온 시키고, 자기 공진 송신 모드에서 상기 자기 공진 송신부에 구비된 제2 스위치 및 제3 스위치 중 어느 하나를 온 시키고 다른 하나는 오프시킨다. Therefore, the switching controller turns on the first switch provided in the magnetic induction transmitter in the magnetic induction transmission mode, and turns on any one of the second switch and the third switch included in the magnetic resonance transmitter in the magnetic resonance transmission mode. One off.
이때, 상기 자기 공진 송신 모드는, 상기 제1 스위치가 오프된 상태에서 상기 제2 스위치가 온이 된후 전력을 전송하는 제1 자기 공진 송신 모드와, 상기 제1 스위치가 온 된 상태에서 상기 제3 스위치가 온 된 후, 상기 제3 스위치의 온에 의해 형성된 폐루프 공진기를 통해 전력을 전송하는 제2 자기 공신 송신 모드를 포함한다. In this case, the self-resonant transmission mode may include a first self-resonant transmission mode for transmitting power after the second switch is turned on in the state where the first switch is turned off and the third in the state where the first switch is turned on. And a second magnetic resonance transmission mode for transmitting power through the closed loop resonator formed by the on of the third switch after the switch is turned on.
일 실시예에서, 자기 유도 송신부는 복수의 코일 셀들을 포함하고, 상기 스위치 제어부는 상기 자기 유도 송신 모드에서 무선 전력 수신 장치의 요구 전력량에 따라 복수의 코일 셀들 중 일부 또는 전부를 온 시킬 수 있다. In one embodiment, the magnetic induction transmitter may include a plurality of coil cells, and the switch controller may turn on some or all of the plurality of coil cells in accordance with a required power amount of the wireless power receiver in the magnetic induction transmission mode.
이때, 자기 공진 송신부는 상기 복수의 코일 셀들을 감싸는 형태의 코일을 포함할 수 있다. In this case, the magnetic resonance transmitting unit may include a coil having a shape surrounding the plurality of coil cells.
일 실시예에서, 제2 스위치(1420)는 생략될 수 있고, 따라서 인버터 출력단(1410)과 제2 커패시터(1331) 사이는 오픈 상태가 될 수 있다. In one embodiment, the second switch 1420 may be omitted, and thus may be open between the inverter output stage 1410 and the second capacitor 1331.
이때, 스위치 제어부는 자기 유도 송신 모드에서 상기 자기 유도 송신부에 연결된 스위치를 온 시키고, 자기 공진 송신 모드에서 상기 자기 공진 송신부를 폐루프가 되도록 제어할 수 있다. In this case, the switch controller may turn on the switch connected to the magnetic induction transmission mode in the magnetic induction transmission mode, and control the magnetic resonance transmission unit to be a closed loop in the magnetic resonance transmission mode.
이때, 자기 공진 송신 모드에서 상기 자기 유도 송신부에 연결된 스위치는 온 상태로 유지된다. 에너지는 상기 자기 유도 송신부로부터 상기 폐루프로 유도된 후, 상기 폐루프를 통해 무선 전력 수신 장치의 공진기로 전달될 수 있다. At this time, in the magnetic resonance transmission mode, the switch connected to the magnetic induction transmitter is kept on. Energy may be induced from the magnetic induction transmitter to the closed loop and then transferred to the resonator of the wireless power receiver through the closed loop.
도 15는 도 13의 자기 유도 송신부(1320) 및 자기 공진 송신부(1330)의 구성 예를 나타낸다.  FIG. 15 shows an example of the configuration of the magnetic induction transmitter 1320 and the magnetic resonance transmitter 1330 of FIG. 13.
도 15를 참조하면, 자기 유도 송신부(1320)는 단일 코일 또는 코일 어레이(1520)로 구성되고, 자기 공진 송신부(1330)는 코일 어레이(1520)외 외곽을 감싸는 형태의 공진 코일(1530)로 구성될 수 있다. Referring to FIG. 15, the magnetic induction transmitter 1320 is configured as a single coil or coil array 1520, and the magnetic resonance transmitter 1330 is configured as a resonant coil 1530 that surrounds the outer periphery of the coil array 1520. Can be.
코일 어레이(1520)는 복수의 코일 셀들(1521, 1523, 1525, 1527)을 포함할 수 있다. 물론, 코일 어레이(1520)는 도 9 또는 도 11과 같이 구성된 복수의 1차 코일들을 포함할 수 있다. The coil array 1520 may include a plurality of coil cells 1521, 1523, 1525, and 1527. Of course, the coil array 1520 may include a plurality of primary coils configured as shown in FIG. 9 or 11.
자기 유도 송신 모드에서 무선 전력 수신 장치의 요구 전력량에 따라 복수의 코일 셀들 중 일부 만 온 되거나 전부 온 될 수 도 있다.In the magnetic induction transmission mode, some or all of the plurality of coil cells may be turned on depending on the required power amount of the wireless power receiver.
또한, 코일 어레이(1520)가 복수의 코일 셀들로 구성되는 경우, 제2 자기 공진 송신 모드에서 무선 전력 수신 장치의 요구 전력량에 따라 복수의 코일 셀들 중 일부 만 온 되거나 전부 온 될 수 도 있다. In addition, when the coil array 1520 is configured of a plurality of coil cells, only some or all of the plurality of coil cells may be turned on depending on the required power amount of the wireless power receiver in the second self-resonant transmission mode.
도 16은 일 실시예에 따른 도 11의 1차 코일 어레이의 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.  16 is a diagram for describing a method of controlling the primary coil array of FIG. 11, according to an exemplary embodiment.
도 12에서 설명된 바와 같이, 무선 전력 전송 장치는 식별(Identification)과 설정(Configuration)하는 단계 이후, 전력 전송(Power Transfer)하는 단계로 동작할 수 있다. As described with reference to FIG. 12, the wireless power transmission apparatus may operate as a step of power transfer after the identification and configuration.
이때, 전력 전송(Power Transfer)하는 단계에서 새로운 무선 전력 수신기가 등장하거나, 이물질(Foreign object)이 존재하게 되는 경우 1차 코일 어레이의 동작을 제어하는 방법이 필요하다. In this case, when a new wireless power receiver appears or a foreign object exists in the step of power transfer, a method of controlling the operation of the primary coil array is required.
도 16을 참조하면, 일 실시예에 따른 1차 코일 어레이(1600)는 복수의 1차 코일들 및 복수의 센서(1640)들로 구성될 수 있다. Referring to FIG. 16, the primary coil array 1600 may be composed of a plurality of primary coils and a plurality of sensors 1640.
이때, 센서(1640)는 압력 센서일 수 도 있고, 온도 센서일 수 도 있다. 다시 말해, 1차 코일 어레이(1600)는 복수의 압력 센서들 및 복수의 온도 센서들을 포함할 수 도 있다. In this case, the sensor 1640 may be a pressure sensor or a temperature sensor. In other words, the primary coil array 1600 may include a plurality of pressure sensors and a plurality of temperature sensors.
센서(1640)는 1차 코일 어레이(1600)의 복수 위치에 구비될 수 있다. 따라서, 무선 전력 전송 장치는 센서(1640)를 통해 압력 변화에 의한 특정 위치의 새로운 물체 감지 및 특정 위치의 온도 변화를 감지할 수 있다. The sensor 1640 may be provided at a plurality of positions of the primary coil array 1600. Therefore, the wireless power transmitter may detect a new object at a specific position and a temperature change at a specific position due to a pressure change through the sensor 1640.
예를 들어, 제1 시간 구간에서 제1 무선 전력 수신 장치(1610)로 전력을 전송하는 " Power Transfer" 단계에서 새로운 무선 전력 수신 장치(1620)가 1차 코일 어레이(1600)의 특정 위치하게 되면, 해당 위치의 압력 센서의 센싱 값이 변화할 수 있다. For example, when the new wireless power receiver 1620 is located at a specific position of the primary coil array 1600 in the “Power Transfer” step of transmitting power to the first wireless power receiver 1610 in the first time interval. The sensing value of the pressure sensor at the corresponding position may change.
이때, 무선 전력 전송 장치는 " Power Transfer" 단계를 중단하고, 다시 식별(Identification)과 설정(Configuration)하는 단계로 동작할 수 있다. In this case, the wireless power transmitter stops the "Power Transfer" step, and may operate as a step of identifying and configuring again.
한편, " Power Transfer" 단계에서 이물질(1630)이 구동되고 있는 1차 코일들 위에 또는 구동되고 있지 않는 1차 코일들 위에 위치하게 될 수 있다. In the "Power Transfer" step, the foreign material 1630 may be positioned on the primary coils that are being driven or on the primary coils that are not being driven.
이때, 무선 전력 전송 장치는 온도 센서를 통해 특정 위치의 온도가 상승하는 것을 감지할 수 있다. 만일 기 설정된 임계치 이상 온도가 상승하게 되면, 해당 온도 센서 주변의 구동되는 1차 코일들(예를 들어, 온도 센서 주변의 4개 코일)을 오프 시켜 구동을 정지 시킬 수 도 있다. In this case, the wireless power transmitter may detect that a temperature of a specific location is increased through the temperature sensor. If the temperature rises above the predetermined threshold, driving may be stopped by turning off primary coils (eg, four coils around the temperature sensor) driven around the temperature sensor.
또한, 온도 상승을 감지한 온도 센서 주변의 1차 코일들을 오프 시킨 경우에도 온도가 임계치 이하로 하강하지 않거나 상승하면, 전체 1차 코일 어레이의 동작을 일시 정지 시킬 수 도 있다. 또한, 이물질을 감지하기 위해 " Power Transfer" 단계를 중단하고, 다시 식별(Identification)과 설정(Configuration)하는 단계로 동작할 수 있다.In addition, even when the primary coils around the temperature sensor that sense the temperature rise are turned off, if the temperature does not fall or rise below the threshold, the operation of the entire primary coil array may be suspended. In addition, in order to detect foreign matters, it may stop the "Power Transfer" step and operate again as a step of identifying and configuring.
일 실시예에서, 온도 센서는 전체 1차 코일 어레이(1600)의 3군데 또는 4군데에만 구비될 수 있다. 3개의 온도 센서가 구비된 경우 3개의 센서에서 측정되는 온도의 차이 값을 이용하여 어느 위치의 셀에서 온도가 임계치 이상으로 상승한 것인지를 판단할 수 도 있다.In one embodiment, the temperature sensor may be provided only in three or four locations of the entire primary coil array 1600. When three temperature sensors are provided, the temperature difference value measured by the three sensors may be used to determine in which cell the temperature rises above the threshold.
예를 들어, 제1 온도 센서, 제2 온도 센서 및 제3 온도 센서가 삼각형 형태로 배치되고, 각각의 센싱 값이 A, B, C일 때, A-B, B-C, C-A의 값 또는 이들의 절대값에 따라 기 측정된 값을 테이블로 저장해 두고, A-B가 가장 큰 값이고 A가 B보다 크고 임계값 보다 일정 값 이상 큰 값이면 A주변의 1차 코일들을 오프 시킬 수 도 있다. 또는, A가 25, B가 24.5, C가 24.6인 경우 A와 C사이의 셀들 중 B로부터 특정 거리 이상에 있는 셀들을 오프 시키도록 설정하는 것도 가능하다. For example, when the first temperature sensor, the second temperature sensor, and the third temperature sensor are arranged in a triangular form and each sensing value is A, B, or C, the values of AB, BC, CA, or their absolute values As a result, the measured values are stored in a table. If AB is the largest value and A is larger than B and larger than a predetermined value, the primary coils around A may be turned off. Alternatively, when A is 25, B is 24.5, and C is 24.6, it may be set to turn off cells that are above a certain distance from B among the cells between A and C.
한편, 1차 코일 어레이(1600)에 포함된 각각의 1차 코일 당 전송 가능한 전력은 온도 상승, 전자파 문제 등으로 인해 제한될 수 있다. 따라서, 무선 전력 전송 장치는 무선 전력 수신 장치에 전력을 전달하기 위해, 구동 시킬 적어도 하나의 1차 코일을 결정하고, 구동 시킬 1차 코일의 최대 전송 전력량이 무선 전력 수신 장치의 요구 전력량 보다 큰 경우에만 전력 전송을 개시할 수 도 있다. Meanwhile, power that can be transmitted for each primary coil included in the primary coil array 1600 may be limited due to temperature rise, electromagnetic wave problems, and the like. Therefore, the wireless power transmitter determines at least one primary coil to be driven to deliver power to the wireless power receiver, and when the maximum transmit power of the primary coil to be driven is greater than the required power of the wireless power receiver. Only power transmission can be initiated.
예를 들어, 무선 전력 전송 장치는 통신을 통해 무선 전력 수신 장치의 위치 및 요구 전력량 Prequest을 파악하고, 해당 위치에서 구동시킬 1차 코일들 전체의 전송 가능 전력량 Psum을 계산할 수 있다. 이때, 구동시킬 1차 코일들의 개수는 무선 전력 수신 장치 하나 당 기 설정된 수로 제한될 수 도 있다. 무선 전력 전송 장치는 Prequest 보다 Psum이 큰 경우에만 해당 1차 코일들을 온 시킬 수 있다. For example, the wireless power transmitter may determine the position and the required power amount P request of the wireless power receiver through communication, and calculate the transmittable power amount P sum of the entire primary coils to be driven at the corresponding position. In this case, the number of primary coils to be driven may be limited to a predetermined number per one wireless power receiver. The wireless power transmitter may turn on the corresponding primary coils only when P sum is larger than P request .
도 17은 무선 전력 전송 장치의 전력 전송(Power Transfer) 제어 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.  17 is a diagram for describing a power transfer control algorithm of the wireless power transmitter.
무선 전력 전송 장치의 전력 전송 제어는 PID(Proportional Integral Differential) 알고리즘을 사용하여 진행될 수 있다. 도 17에 도시된 예는 PID 알고리즘의 예를 나타낸다. Power transmission control of the wireless power transmission apparatus may be performed using a proportional integral differential (PID) algorithm. The example shown in FIG. 17 shows an example of a PID algorithm.
자기 유도 방식의 무선 전력 전송 시스템에서, 동작 주파수(Operating Frequency) 제어를 위한 PID 파라미터들의 예는 [표 1]과 같고, 듀티 사이클 제어를 위한 PID 파라미터들의 예는 [표 2]와 같다. In the wireless power transmission system of the magnetic induction method, examples of PID parameters for operating frequency control are shown in [Table 1], and examples of PID parameters for duty cycle control are shown in [Table 2].
[표 1]TABLE 1
Figure PCTKR2015011715-appb-I000001
Figure PCTKR2015011715-appb-I000001
[표 2]TABLE 2
Figure PCTKR2015011715-appb-I000002
Figure PCTKR2015011715-appb-I000002
전력 전송(Power Transfer) 단계에서, 무선 전력 전송 장치는 제어 데이터를 기반으로 1차 코일의 전류를 조절할 수 있다. 이때, 1차 코일의 전류 조절은 PID 알고리즘에 기초하여 수행될 수 있다. In the power transfer step, the wireless power transfer device may adjust the current of the primary coil based on the control data. At this time, the current adjustment of the primary coil may be performed based on the PID algorithm.
도 17에서, 인덱스 j = 1, 2, 3, …은 "Control Error Packet"들의 시퀀스를 나타내고, "Control Error Packet"은 전력 전송(Power Transfer) 단계에서 무선 전력 전송 장치가 무선 전력 수신 장치로부터 수신하는 메시지를 나타낸다. In FIG. 17, indexes j = 1, 2, 3,... Denotes a sequence of "Control Error Packets", and "Control Error Packet" denotes a message that the wireless power transmitter receives from the wireless power receiver in the power transfer step.
무선 전력 전송 장치는 j번째(jth) Control Error Packet을 수신하면, 새로운 1차 셀 전류
Figure PCTKR2015011715-appb-I000003
를 수학식 1과 같이 계산할 수 있다.
When the wireless power transmitter receives the j th (j th ) Control Error Packet, the new primary cell current
Figure PCTKR2015011715-appb-I000003
May be calculated as in Equation 1.
[수학식 1][Equation 1]
Figure PCTKR2015011715-appb-I000004
Figure PCTKR2015011715-appb-I000004
여기서,
Figure PCTKR2015011715-appb-I000005
는 j번째 Control Error Packet에 담긴 Control Error Value를 나타내고,
Figure PCTKR2015011715-appb-I000006
는 전력 전송(Power Transfer) 단계에서 최초로 1차 코일에 공급된 전류를 나타낸다.
here,
Figure PCTKR2015011715-appb-I000005
Represents the Control Error Value contained in the j th Control Error Packet,
Figure PCTKR2015011715-appb-I000006
Denotes the current supplied to the primary coil first in the power transfer step.
무선 전력 전송 장치는 수학식 2와 같이 새로운 1차 셀 전류와 실제 1차 셀 전류(actual Primary Cell current)의 차를 계산할 수 있다. The wireless power transmitter can calculate the difference between the new primary cell current and the actual primary cell current as shown in Equation 2.
[수학식 2][Equation 2]
Figure PCTKR2015011715-appb-I000007
Figure PCTKR2015011715-appb-I000007
여기서,
Figure PCTKR2015011715-appb-I000008
는 루프의 i-1 번째 반복에서 결정된 1차 셀 전류를 나타내고,
Figure PCTKR2015011715-appb-I000009
는 루프의 시작에서의 실제(actual) 1차 셀 전류를 나타낸다. 인덱스 i=1, 2, 3,…imax는 PID 알고리즘 루프의 반복 횟수를 나타낸다.
here,
Figure PCTKR2015011715-appb-I000008
Represents the primary cell current determined at the i-1 th iteration of the loop,
Figure PCTKR2015011715-appb-I000009
Denotes the actual primary cell current at the beginning of the loop. Index i = 1, 2, 3,... i max represents the number of iterations of the PID algorithm loop.
무선 전력 전송 장치는 수학식 3과 같이 Proportional term, Integral term 및 Derivative term을 계산할 수 있다. The wireless power transmitter can calculate the proportional term, the integral term, and the derivative term as shown in Equation 3 below.
[수학식 3][Equation 3]
Figure PCTKR2015011715-appb-I000010
Figure PCTKR2015011715-appb-I000010
여기서, Kp는 proportional gain이고, Ki는 integral gain이고, Kd는 derivative gain이고, tinner는 PID 알고리즘 루프의 수행에 요구되는 시간을 나타낸다. Here, Kp is proportional gain, Ki is integral gain, Kd is derivative gain, and t inner represents the time required for the execution of the PID algorithm loop.
무선 전력 전송 장치는 수학식 4와 같이 Proportional term, Integral term 및 Derivative term의 합을 계산한다. The wireless power transmitter calculates the sum of the proportional term, the integral term, and the derivative term as shown in Equation 4.
[수학식 4][Equation 4]
Figure PCTKR2015011715-appb-I000011
Figure PCTKR2015011715-appb-I000011
수학식 4의 계산에 있어서, 무선 전력 전송 장치는 합인
Figure PCTKR2015011715-appb-I000012
를 제한해야만 한다.
In the calculation of Equation 4, the wireless power transmission apparatus is a sum
Figure PCTKR2015011715-appb-I000012
Must be limited.
무선 전력 전송 장치는 제어된 변수의 새로운 값를 수학식 5와 같이 계산해야 한다. The wireless power transmitter should calculate the new value of the controlled variable as shown in Equation 5.
[수학식 5][Equation 5]
Figure PCTKR2015011715-appb-I000013
Figure PCTKR2015011715-appb-I000013
여기서,
Figure PCTKR2015011715-appb-I000014
는 제어된 변수에 의존하는 조정계수(scaling factor)이다.
here,
Figure PCTKR2015011715-appb-I000014
Is a scaling factor that depends on the controlled variable.
제어된 변수의 새로운 값은 파워 컨버전 유닛에 전달된다. 제어된 변수의 새로운 값은 1차 코일의 전류 조절 제한 폭으로 사용될 수 있다. The new value of the controlled variable is passed to the power conversion unit. The new value of the controlled variable can be used as the current regulation limit of the primary coil.
일 실시예에 따르면, 무선 전력 전송 장치는 1차 코일 어레이에 포함된 코일 들 중, 구동되는 코일의 개수에 따라 "PID output limit"의 값을 변경할 수 있다. According to an embodiment, the wireless power transmitter may change the value of the “PID output limit” according to the number of coils driven among the coils included in the primary coil array.
예를 들어, 무선 전력 전송 장치는 구동 되는 셀 개수가 많을수록 "PID output limit"의 값을 증가시키고, 장치는 구동 되는 셀 개수가 적을수록 "PID output limit"의 값을 감소시킬 수 있다. For example, the wireless power transmitter may increase the value of "PID output limit" as the number of cells driven increases, and the device may decrease the value of "PID output limit" as the number of cells driven decreases.
따라서, 셀 내의 단일 코일들 각각의 최대 출력 전력을 조절함으로써, 무선 전력 전송 장치의 보호 및 안정적인 전력 전송이 가능하다. Thus, by adjusting the maximum output power of each of the single coils in the cell, it is possible to protect the wireless power transmission device and to transmit stable power.
또한, 일 실시예에 따르면, 무선 전력 전송 장치는 전력 제어에 사용되는 전압 및 듀티 등을 구동되는 셀 개수에 따라 제한할 수 도 있다. In addition, according to an embodiment, the wireless power transmitter may limit the voltage and duty used for power control according to the number of cells driven.
무선 전력 전송 장치는 1차 코일 어레이에 포함된 코일 들 중, 구동되는 코일의 개수에 따라 1차 코일 어레이에 입력되는 전력을 제한할 수 있다. The wireless power transmitter may limit the power input to the primary coil array according to the number of coils driven among the coils included in the primary coil array.
또한, 무선 전력 전송 장치는 1차 코일 어레이에 포함된 코일 들 중, 구동되는 코일의 개수에 따라 인버터의 출력 전력을 제한할 수 도 있다. In addition, the wireless power transmitter may limit the output power of the inverter according to the number of coils driven among the coils included in the primary coil array.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components. For example, the devices and components described in the embodiments may be, for example, processors, controllers, arithmetic logic units (ALUs), digital signal processors, microcomputers, field programmable arrays (FPAs), It may be implemented using one or more general purpose or special purpose computers, such as a programmable logic unit (PLU), microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of the software. For convenience of explanation, one processing device may be described as being used, but one of ordinary skill in the art will appreciate that the processing device includes a plurality of processing elements and / or a plurality of types of processing elements. It can be seen that it may include. For example, the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. In addition, other processing configurations are possible, such as parallel processors.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the above, and configure the processing device to operate as desired, or process it independently or collectively. You can command the device. Software and / or data may be any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device in order to be interpreted by or to provide instructions or data to the processing device. Or may be permanently or temporarily embodied in a signal wave to be transmitted. The software may be distributed over networked computer systems so that they may be stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on one or more computer readable recording media.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be embodied in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the embodiments, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks, such as floppy disks. Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described by the limited embodiments and the drawings as described above, various modifications and variations are possible to those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques may be performed in a different order than the described method, and / or components of the described systems, structures, devices, circuits, etc. may be combined or combined in a different form than the described method, or other components. Or even if replaced or substituted by equivalents, an appropriate result can be achieved.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are within the scope of the claims that follow.

Claims (10)

  1. 자기 유도 방식으로 전력을 전송하는 자기 유도 송신부;A magnetic induction transmitter for transmitting power in a magnetic induction method;
    자기 공진 방식으로 전력을 전송하는 자기 공진 송신부; 및A magnetic resonance transmitter for transmitting power in a magnetic resonance method; And
    자기 유도 송신 모드에서 상기 자기 유도 송신부에 구비된 제1 스위치를 온 시키고, 자기 공진 송신 모드에서 상기 자기 공진 송신부에 구비된 제2 스위치 및 제3 스위치 중 어느 하나를 온 시키고 다른 하나는 오프시키는 스위칭 제어부A switch for turning on a first switch provided in the magnetic induction transmitter in the magnetic induction transmission mode, and turning on one of the second switch and the third switch in the magnetic resonance transmitter in the magnetic resonance transmission mode and turning off the other switch. Control
    를 포함하는Containing
    를 포함하는 무선 전력 전송 장치.Wireless power transmission device comprising a.
  2. 제1항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 자기 유도 송신부는 제1 커패시터 및 제1 인덕터를 포함하고, The magnetic induction transmitter includes a first capacitor and a first inductor,
    상기 제1 스위치의 일단은 인버터 출력단에 연결되고 타단은 상기 제1 커패시터에 연결되는One end of the first switch is connected to the inverter output terminal and the other end is connected to the first capacitor
    무선 전력 전송 장치. Wireless power transmission device.
  3. 제2항에 있어서, The method of claim 2,
    상기 자기 공진 송신부는 제2 커패시터 및 제2 인덕터를 포함하고, The magnetic resonance transmitting unit includes a second capacitor and a second inductor,
    상기 제2 스위치의 일단은 상기 인버터 출력단에 연결되고 타단은 상기 제2 커패시터에 연결되는One end of the second switch is connected to the inverter output terminal and the other end is connected to the second capacitor
    무선 전력 전송 장치.Wireless power transmission device.
  4. 제3항에 있어서, The method of claim 3,
    상기 제3 스위치의 일단은 상기 제2 커패시터에 연결되고 타단은 상기 제2 인덕터에 연결되는One end of the third switch is connected to the second capacitor and the other end is connected to the second inductor
    무선 전력 전송 장치.Wireless power transmission device.
  5. 제1항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 자기 공진 송신 모드는, The magnetic resonance transmission mode,
    상기 제1 스위치가 오프된 상태에서 상기 제2 스위치가 온이 된후 전력을 전송하는 제1 자기 공진 송신 모드와, A first self-resonant transmission mode for transmitting power after the second switch is turned on while the first switch is turned off;
    상기 제1 스위치가 온 된 상태에서 상기 제3 스위치가 온 된 후, 상기 제3 스위치의 온에 의해 형성된 폐루프 공진기를 통해 전력을 전송하는 제2 자기 공신 송신 모드를 포함하는And a second magnetic resonance transmission mode for transmitting power through a closed loop resonator formed by turning on the third switch after the third switch is turned on while the first switch is turned on.
    무선 전력 전송 장치.Wireless power transmission device.
  6. 제1항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 스위치 제어부는, The switch control unit,
    상기 제1 스위치가 온 된 상태에서 상기 제3 스위치를 시분할로 온/오프 시키는Turning on / off the third switch in time division while the first switch is turned on
    무선 전력 전송 장치.Wireless power transmission device.
  7. 제1항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 자기 유도 송신부는 복수의 코일 셀들을 포함하고, 상기 스위치 제어부는 상기 자기 유도 송신 모드에서 무선 전력 수신 장치의 요구 전력량에 따라 복수의 코일 셀들 중 일부 또는 전부를 온 시키는The magnetic induction transmitter includes a plurality of coil cells, and the switch controller turns on some or all of the plurality of coil cells in accordance with a required power amount of the wireless power receiver in the magnetic induction transmission mode.
    무선 전력 전송 장치.Wireless power transmission device.
  8. 제7항에 있어서, The method of claim 7, wherein
    상기 자기 공진 송신부는 상기 복수의 코일 셀들을 감싸는 형태의 코일을 포함하는The magnetic resonance transmitting unit includes a coil having a shape surrounding the plurality of coil cells.
    무선 전력 전송 장치.Wireless power transmission device.
  9. 자기 유도 방식으로 전력을 전송하는 자기 유도 송신부;A magnetic induction transmitter for transmitting power in a magnetic induction method;
    자기 공진 방식으로 전력을 전송하는 자기 공진 송신부; 및A magnetic resonance transmitter for transmitting power in a magnetic resonance method; And
    자기 유도 송신 모드에서 상기 자기 유도 송신부에 연결된 스위치를 온 시키고, 자기 공진 송신 모드에서 상기 자기 공진 송신부를 폐루프가 되도록 제어하는 스위치 제어부를 포함하고, And a switch controller for turning on a switch connected to the magnetic induction transmitter in a magnetic induction transmission mode and controlling the magnetic resonance transmitter to be a closed loop in a magnetic resonance transmission mode.
    상기 자기 공진 송신 모드에서 상기 자기 유도 송신부에 연결된 스위치는 온 상태로 유지되는In the magnetic resonance transmission mode, the switch connected to the magnetic induction transmitter is kept in an on state.
    무선 전력 전송 장치.Wireless power transmission device.
  10. 제9항에 있어서, The method of claim 9,
    에너지는 상기 자기 유도 송신부로부터 상기 폐루프로 유도된 후, 상기 폐루프를 통해 무선 전력 수신 장치의 공진기로 전달되는 것을 특징으로 하는Energy is guided from the magnetic induction transmitter to the closed loop, and then transmitted to the resonator of the wireless power receiver through the closed loop.
    무선 전력 전송 장치.Wireless power transmission device.
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