WO2016114520A1 - 무선 전력 송신 코일 이상 판단 장치 - Google Patents

무선 전력 송신 코일 이상 판단 장치 Download PDF

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WO2016114520A1
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short circuit
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transmission coil
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채용석
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엘지이노텍 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a wireless power transmission coil abnormality determination device.
  • Wireless charging technology is a technology that can supply and receive power wirelessly without a connector for power delivery.
  • the wireless charging technology includes, for example, an electromagnetic induction method using a coil, a wireless power transmission method for converting electrical energy into microwaves, and a method using resonance.
  • the wireless power transmitter transmits power required for charging to supply power to the device and check whether the device is for wireless charging. If it is confirmed as a device for wireless charging, the power transmission is negotiated so that the wireless power receiver starts charging.
  • the coil may cause disconnection or short circuit due to factors such as long-term heat, temperature, corrosion, vibration, shock, and dust. If power is continuously supplied for wireless power transmission in the state of disconnection or short circuit in the coil, power transmission may not be performed normally and may cause problems such as fire, damage to internal circuits, and electric shock.
  • Wireless charging technology is currently used for home appliance, mobile, and car charging, and wireless charging technology is expected to be used in ships and aircrafts in the future.
  • the above problem may occur because a method of effectively detecting a disconnection or short circuit in a coil, which is a core component for implementing wireless charging technology, is not implemented in the wireless charging system.
  • An object of the present invention is to provide a wireless power transmission coil abnormality determination device capable of detecting a disconnection or short circuit occurs in the transmission coil of the wireless charging system.
  • an input current sensor provided on an input side of a wireless power transmission coil to detect an input current
  • An output current sensor provided at an output side of the transmitting coil to detect an output current
  • a controller for comparing the input current and the output current with a predetermined threshold value to determine whether the transmitting coil is disconnected or short-circuited.
  • the controller may cut off the power supplied from the power supply side when at least one of disconnection and short circuit occurs in the transmission coil.
  • the input current sensor and the output current sensor may be provided for each transmission coil, and the controller may determine whether the circuit is disconnected or shorted for each transmission coil.
  • the controller may set a disconnection input threshold, a disconnection output threshold, a short circuit input threshold, and a short circuit output threshold for each transmitting coil.
  • the control unit may cut off the power supplied to the transmission coil from the power supply side when at least one of disconnection and short circuit occurs in the transmission coil.
  • the controller may determine that disconnection has occurred in the transmitting coil when the input current is less than the disconnection input threshold and the output current is less than the disconnection output threshold.
  • the control unit may set the disconnection input threshold to 50 to 95% of the normal input current, and set the disconnection output threshold to zero.
  • the controller may determine that a short circuit occurs in the transmitting coil when the input current is greater than the short circuit input threshold and the output current is less than the short circuit output threshold.
  • the control unit may set the short circuit output threshold to 105% to 150% of the normal input current, and the short circuit output threshold to 50 to 95% of the normal output current.
  • the controller may determine that at least one of disconnection and short circuit occurs in the transmitting coil when the input current and the output current are out of the respective threshold ranges for a preset time.
  • the electronic device may further include a notification unit configured to output at least one of a visual signal and an audio signal to the outside when at least one of disconnection and short circuit occurs in the transmission coil.
  • a notification unit configured to output at least one of a visual signal and an audio signal to the outside when at least one of disconnection and short circuit occurs in the transmission coil.
  • the wireless power transmission coil abnormality determining apparatus may detect a disconnection or short circuit in the transmission coil of the wireless charging system.
  • FIG. 1 is a block diagram of a wireless charging system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a conceptual diagram of a wireless power transmission coil abnormality determination apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a block diagram of a wireless power transmission coil abnormality determination apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram of a wireless power transmission coil abnormality determination apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram of a wireless power transmission coil abnormality determination apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating an operation of an apparatus for determining a failure of a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a graph for describing an operation of a controller according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • ordinal numbers such as second and first
  • first and second components may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • second component may be referred to as the first component, and similarly, the first component may also be referred to as the second component.
  • FIG. 1 is a block diagram of a wireless charging system according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a conceptual diagram of a wireless power transmission coil abnormality determination apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the wireless charging system 10 includes a power source 100, a wireless power transmitter 200, a wireless power receiver 300, and a load stage 400.
  • the wireless power transmitter 200 is connected to a power source 100 and receives power from the power source 100.
  • the wireless power transmitter 200 wirelessly transmits power to the wireless power receiver 300.
  • the wireless power transmitter 200 may transmit power using an electromagnetic induction method or a resonance method.
  • the power source 100 and the wireless power transmitter 200 are illustrated as separate components, the present invention is not limited thereto.
  • the power supply 100 may be included in the wireless power transmission apparatus 200.
  • the wireless power receiver 300 wirelessly receives power from the wireless power transmitter 200.
  • the wireless power receiver 300 may also receive power by using an electromagnetic induction method or a resonance method.
  • the wireless power receiver 300 supplies the received power to the load stage 400.
  • the load stage 400 may be a battery or a device in which the battery is embedded. Although the load stage 400 and the wireless power receiver 300 are illustrated as separate components, the load stage 400 and the wireless power receiver 300 are not limited thereto.
  • the load stage 400 may be included in the wireless power receiver 300.
  • the wireless power transmission device 200 may include a transmission coil 210.
  • the wireless power receiver 300 may include a receiving coil 310 and a rectifier 320.
  • the power source 100 may generate AC power having a predetermined frequency and supply the generated AC power to the transmitting coil 210 of the wireless power transmitter 200.
  • the AC current generated by the transmitting coil 210 may be transmitted to the receiving coil 310 inductively coupled with the transmitting coil 210.
  • the power delivered to the transmission coil 210 may be transmitted to the wireless power receiver 300 having the same resonance frequency as the wireless power transmitter 200 by a frequency resonance method. Power may be transmitted by resonance between two impedance matched LC circuits.
  • Power delivered to the receiving coil 310 by using an electromagnetic induction method or a resonance method may be rectified through the rectifying unit 320 and transferred to the load stage 400.
  • the wireless power transmission coil abnormality determination device 220 is electrically connected to a conductor connecting the coil 210 and the power supply 100 of the wireless power transmission device to be implemented as a separate device, or integrated into the wireless power transmission device 200. It can be implemented as. In one embodiment of the present invention will be described with an example that the wireless power transmission coil abnormality determination device 220 is integrally implemented in the wireless power transmission device 200.
  • FIG. 3 is a block diagram of a wireless power transmission coil abnormality determination apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the wireless power transmitter coil abnormality determining apparatus 220 may include an input current sensor 221, an output current sensor 222, and a controller 223.
  • the input current sensor 221 may be provided at the input side of the wireless power transmission coil 210 to detect the input current.
  • the input current sensor 221 may include, for example, a current transformer, a hall current sensor, or the like.
  • the input current sensor 221 may measure the input current flowing into the transmission coil 210 from the power supply 100 and transmit the measured input current to the controller 223.
  • the output current sensor 222 may be provided at the output side of the transmitting coil 210 to detect the output current.
  • the output current sensor 222 may include, for example, a current transformer, a hall current sensor, or the like.
  • the output current sensor 222 may measure the output current flowing from the transmitting coil 210 and transmit the measured current to the controller 223. In this case, when the difference between the output current value and the input current value is too large, the output current value may be lowered at a preset ratio and transferred to the controller.
  • the output current sensor 222 may be configured as a transformer, a transformer, and the like, which measure the voltage across the transmitting coil 210, and a method of calculating the output current value through the input current and the voltage across the transmitting coil may be utilized.
  • the controller 223 may determine whether the transmitting coil 210 is disconnected or shorted by comparing the input current and the output current with respective preset thresholds.
  • Thresholds can include open circuit input thresholds, open circuit output thresholds, short circuit input thresholds, and short circuit output thresholds, each threshold being the amount of power supplied from the power source, the type of coil, the transmitting coil side, and the receiving coil.
  • the winding of the conductor on the side may be determined in consideration of the ratio, the size of the inductor, and whether other passive elements are placed.
  • the controller 223 may perform disconnection determination and short circuit determination in preparation for respective threshold values.
  • the controller 223 may determine that disconnection has occurred in the transmission coil 210.
  • the disconnection input threshold may be set smaller than the normal input current value
  • the disconnection output threshold may be set smaller than the normal output current value.
  • the controller may set the disconnection input threshold to 50 to 95% of the normal input current, and set the disconnection output threshold to zero.
  • the controller 223 may determine that a short circuit occurs in the transmission coil when the input current is greater than the short circuit input threshold and the output current is less than the short circuit output threshold.
  • the short-circuit input threshold may be set larger than the normal input current
  • the short-circuit output threshold may be set smaller than the normal output current.
  • the controller may set the short circuit output threshold to 105% to 150% of the normal input current and the short circuit output threshold to 50 to 95% of the normal output current.
  • the controller 223 may determine that at least one of disconnection and short circuit occurs in the transmitting coil 210 when the input current and the output current are out of the respective threshold ranges during the preset time. That is, the controller 223 may determine that at least one of disconnection and short circuit occurs in the transmission coil 210 when a time out of the threshold range lasts for a predetermined time in order to prevent an error due to noise or a momentary shock. have.
  • the preset time may be set differently between the disconnection determination case and the short circuit determination case, and may be implemented by a method of continuously counting the number of times out of the threshold range.
  • the controller 223 may cut off power supplied from the power supply 100 when at least one of disconnection and short circuit occurs in the transmission coil 210.
  • the controller 223 may control the power supply or the switching element to adjust the transmission voltage or turn off the power so that the voltage is not applied to the transmission coil 210.
  • the notification unit 224 may output at least one of a visual signal and an audio signal to the outside when at least one of disconnection and short circuit occurs in the transmitting coil.
  • the notification unit 224 may include a means for outputting a visual signal such as an LED, a display, a 7-segment, and a means for outputting an audio signal such as a speaker.
  • the notification unit 224 controls the control unit to set the short-circuit output threshold to 105% to 150% of the normal input current, and the short-circuit output threshold is set to 50 to 90% of the normal output current.
  • the electronic device may operate and may output at least one of a visual signal and an audio signal to the outside by distinguishing whether a disconnection or a short circuit occurs.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram of a wireless charging system according to another embodiment of the present invention
  • Figure 5 is a block diagram of a wireless power transmission coil abnormality determination apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • three transmitting coils 2110, 2120, and 2130 are provided in the wireless power transmitter 2200, and input current sensors 2210 and 2230.
  • 2250, and output current sensors 2220, 2240, and 2260 are provided for transmission coils 2110, 2120, and 2130.
  • the input current sensors 2210, 2230, and 2250 and the output current sensors 2220, 2240, and 2260 detect the input current flowing into each of the transmission coils 2110, 2120, and 2130 and the output current flowing out of the controller 2270. Can be delivered to.
  • Each of the input current sensors 2210, 2230, 2250 and the output current sensors 2220, 2240, 2260 have ID information, and when the detected input current and output current are transmitted to the controller 2270, the ID information can be transferred together. have.
  • the controller 2270 may compare the input current and the output current measured for each of the transmission coils 2110, 2120, and 2130 with respective thresholds, and determine whether there is a disconnection or a short circuit. When disconnection or short circuit occurs, the controller 2270 may determine the transmitting coils 2110, 2120, and 2130 in which disconnection or short circuit occur using ID information.
  • the controller may set a disconnection input threshold, a disconnection output threshold, a short circuit input threshold, and a short circuit output threshold for each transmitting coil. That is, the controller may independently set the disconnection input threshold, the disconnection output threshold, the short circuit input threshold, and the short circuit output threshold for each transmission coil, and each threshold may have a different value.
  • the controller 2270 may cut off power supplied from the power supply 100 to the transmission coils 2110, 2120, and 2130.
  • the controller 2270 may control a power supply or a switching element to adjust a transmission voltage applied to a coil in which disconnection or short circuit occurs, or to turn off the power so that no voltage is applied to the corresponding transmission coils 2110, 2120, and 2130. I can regulate it.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating an operation of an apparatus for determining a failure of a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.
  • the apparatus for determining an abnormality of the wireless power transmission coil determines whether the wireless charging system is performing a wireless charging operation.
  • the apparatus for determining a wireless power transmission coil abnormality detects a ping signal received from the system and determines whether to perform a wireless charging operation (S601).
  • the wireless power transmission coil abnormality determination device detects an input current flowing into the transmission coil and an output current flowing out through the input current sensor and the output current sensor (S602).
  • the input current sensor and the output current sensor transfer the detected input current and output current to the controller (S603).
  • the controller compares the input current with the disconnection input threshold to increase the counting count of the variable a when it is small, and initializes the value of the variable a when it is not small. In addition, the controller increases the counting number of the variable b when the output current is smaller than the disconnection output threshold value, and initializes the value of the variable b when it is not small (S604 to 607).
  • the control unit compares the input current with the short-circuit input threshold to increase the counting count of the variable c when it is large, and initializes the value of the variable c when it is not large. In addition, the control unit compares the output current with the short-circuit output threshold to increase the counting count of the variable d, and initializes the value of the variable d if it is not small (S608 to 611).
  • the controller determines that the disconnection has occurred in the corresponding transmission coil (S612 to 613).
  • the controller determines that a short circuit occurs in the corresponding transmission coil (S614 to 615).
  • the controller controls the power to block the supply of power to the corresponding transmission coil (S616).
  • the disconnection determination algorithm and the short circuit determination algorithm of the control unit do not have to be performed in a specific order, and may be simultaneously performed or a short circuit determination algorithm may be performed first, depending on a situation.
  • FIG. 7 is a graph for explaining the operation of the control unit according to an embodiment of the present invention.
  • the normal input current of the first transmitting coil and the normal input current of the second transmitting coil are measured at 800 mA and 410 mA, respectively, and the normal output current is measured at 4.42 A and 2.94 A, respectively.
  • the controller determines that the disconnection occurs in the first transmitting coil when the input current of the first transmitting coil is smaller than 700 mA, which is the disconnection input threshold, and the output current is smaller than 100 mA, which is the disconnection output threshold. In the event of a disconnection in the transmitter coil, the output current converges to zero, so the disconnection output threshold can be set to a value close to zero.
  • the controller determines that the disconnection occurs in the second transmission coil when the input current of the second transmission coil is smaller than 350 mA, which is the disconnection input threshold, and the output current is smaller than 100 mA, which is the disconnection output threshold.
  • the disconnection input threshold and the disconnection output threshold may be set differently for each transmission coil.
  • FIG. 8 is a graph for describing an operation of a controller according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • the normal input currents of the first transmitting coil and the second transmitting coil are measured at 800 mA and 410 mA, respectively, and the normal output current is measured at 4.42 A and 2.94 A, respectively.
  • the controller determines that a short circuit occurs in the first transmitting coil when an input current of the first transmitting coil is greater than 850 mA, which is a short circuit input threshold, and an output current is smaller than 3A, which is a short circuit output threshold.
  • the controller may determine that a short circuit occurs in the second transmitting coil when the input current of the second transmitting coil is greater than 800 mA, which is a short circuit input threshold, and the output current is smaller than 2.5A, which is a short circuit output threshold.
  • the short circuit input threshold and the short circuit output threshold can be set differently for each transmission coil.
  • ' ⁇ part' used in the present embodiment refers to software or a hardware component such as a field-programmable gate array (FPGA) or an ASIC, and ' ⁇ part' performs certain roles.
  • ' ⁇ ' is not meant to be limited to software or hardware.
  • ' ⁇ Portion' may be configured to be in an addressable storage medium or may be configured to play one or more processors.
  • ' ⁇ ' means components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, and processes, functions, properties, procedures, and the like. Subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuits, data, databases, data structures, tables, arrays, and variables.
  • the functionality provided within the components and the 'parts' may be combined into a smaller number of components and the 'parts' or further separated into additional components and the 'parts'.
  • the components and ' ⁇ ' may be implemented to play one or more CPUs in the device or secure multimedia card.

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Abstract

무선 전력 송신 코일 이상 판단 장치가 개시된다. 상기 무선 전력 송신 코일 이상 판단 장치는 무선 전력 송신 코일의 입력측에 마련되어 입력 전류를 검출하는 입력 전류 센서; 상기 송신 코일의 출력측에 마련되어 출력 전류를 검출하는 출력 전류 센서; 및 상기 입력 전류 및 출력 전류를 기 설정되는 각각의 임계값과 비교하여 상기 송신 코일의 단선 및 단락 여부를 판단하는 제어부를 포함한다.

Description

무선 전력 송신 코일 이상 판단 장치
본 발명은 무선 전력 송신 코일 이상 판단 장치에 관한 것이다.
무선 충전 기술은 전력 전달을 위한 커넥터 없이 무선으로 전력을 공급하고, 수급할 수 있는 기술이다. 무선 충전 기술에는, 예를 들어, 코일을 이용한 전자기 유도 방식과, 전기적 에너지를 마이크로파로 변환시켜 전달하는 무선전력 전송 방식과, 공진을 사용하는 방식 등이 있다.
무선충전은 무선전력 송신측에서 무선전력 충전을 위한 장치를 감지하면 충전에 필요한 전력을 전송하여 장치에 전력을 공급하고 무선 충전을 위한 장치인지 확인한다. 무선 충전을 위한 장치로 확인된 경우 전력 전송을 협상하여 무선 전력 수신 장치는 충전을 시작하게 된다.
이 때 무선전력 전송은 고전압, 고전류를 이용하기 때문에 코일에서는 장기간의 열, 온도, 부식, 진동, 충격, 먼지와 같은 불순물 등의 요인으로 인하여 단선 또는 단락 문제가 야기될 수 있다. 코일에 단선 또는 단락이 발생한 상태에서 무선 전력 전송을 위한 전력을 계속 공급하는 경우 정상적으로 전력 전달이 이루어지지 않을 뿐만 아니라 화재발생, 내부 회로의 손상, 감전 등의 문제를 일으킬 수 있다.
무선 충전 기술은 현재 가전기기, 모바일, 자동차 충전 등에 이용되고 있으며 추후 선박 및 항공기에도 무선충전 기술이 활용될 전망이다. 그러나 무선 충전 기술을 구현하는 핵심 부품인 코일에 단선 또는 단락이 발생한 경우 이를 효과적으로 검출할 수 있는 방법이 무선 충전 시스템내에 구현되어 있지 않아 위와 같은 문제가 야기될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 무선 충전 시스템의 송신 코일에 단선 또는 단락이 발생한 경우 이를 감지할 수 있는 무선 전력 송신 코일 이상 판단 장치를 제공하는데 있다.
또한, 복수개의 송신 코일을 사용하는 경우 코일별로 단선 또는 단락 여부를 판별하고 공급되는 전력을 제어할 수 있는 무선 전력 송신 코일 이상 판단 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 무선 전력 송신 코일의 입력측에 마련되어 입력 전류를 검출하는 입력 전류 센서; 상기 송신 코일의 출력측에 마련되어 출력 전류를 검출하는 출력 전류 센서; 및 상기 입력 전류 및 출력 전류를 기 설정되는 각각의 임계값과 비교하여 상기 송신 코일의 단선 및 단락 여부를 판단하는 제어부를 포함하는 무선 전력 송신코일 이상 판단 장치를 제공한다.
상기 제어부는 상기 송신 코일에 단선 및 단락 중 적어도 하나가 발생한 경우 전원측으로부터 공급되는 전력을 차단할 수 있다.
상기 입력 전류 센서 및 상기 출력 전류 센서는 송신 코일별로 마련되며, 상기 제어부는 상기 송신 코일별로 단선 및 단락 여부를 판단할 수 있다.
상기 제어부는 송신 코일별로 단선 입력 임계값, 단선 출력 임계값, 단락 입력 임계값 및 단락 출력 임계값을 설정할 수 있다.
상기 제어부는 상기 송신 코일에 단선 및 단락 중 적어도 하나가 발생한 경우 전원측으로부터 해당 송신 코일에 공급되는 전력을 차단할 수 있다.
상기 제어부는 상기 입력 전류가 단선 입력 임계값보다 작고, 상기 출력 전류가 단선 출력 임계값보다 작은 경우 상기 송신 코일에 단선이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
상기 제어부는 상기 단선 입력 임계값을 정상 입력 전류의 50 내지 95%로 설정하고, 상기 단선 출력 임계값은 0으로 설정할 수 있다.
상기 제어부는 상기 입력 전류가 단락 입력 임계값보다 크고, 상기 출력 전류가 단락 출력 임계값보다 작은 경우 상기 송신 코일에 단락이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
상기 제어부는 상기 단락 출력 임계값을 정상 입력 전류의 105% 내지 150%로 설정하고, 상기 단락 출력 임계값은 정상 출력 전류의 50 내지 95%로 설정할 수 있다.
상기 제어부는 상기 입력 전류 및 상기 출력 전류가 기 설정 시간 동안 상기 각각의 임계값 범위를 벗어나는 경우 상기 송신 코일에 단선 및 단락 중 적어도 하나가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
상기 송신 코일에 단선 및 단락 중 적어도 하나가 발생한 경우 시각적 신호 및 청각적 신호 중 적어도 하나를 외부로 출력하는 알림부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명무선 전력 송신 코일 이상 판단 장치는 무선 충전 시스템의 송신 코일에 단선 또는 단락이 발생한 경우 이를 감지할 수 있다.
또한, 복수개의 송신 코일을 사용하는 경우 코일별로 단선 또는 단락 여부를 판별하고 공급되는 전력을 제어할 수 있다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선충전 시스템의 구성 블록도이고,
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 송신 코일 이상 판단 장치의 개념도이고,
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 송신 코일 이상 판단 장치의 구성 블록도이고,
도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 송신 코일 이상 판단 장치의 개념도이고,
도5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 송신 코일 이상 판단 장치의 구성 블록도이고,
도6은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 송신 코일 이상 판단 장치의 동작 순서도이고,
도7은 본 발명의 일실시예에 따른 제어부의 동작을 설명하기 위한 그래프 이고,
도8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어부의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선충전 시스템의 구성 블록도이고, 도2는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 송신 코일 이상 판단 장치의 개념도이다.
도 1 및 도2를 참조하면, 무선 충전 시스템(10)은 전원(100), 무선 전력 송신 장치(200), 무선 전력 수신 장치(300) 및 부하단(400)을 포함한다.
무선 전력 송신 장치(200)는 전원(100)에 연결되며, 전원(100)으로부터 전력을 수신한다. 무선 전력 송신 장치(200)는 무선 전력 수신 장치(300)에게 무선으로 전력을 송신한다. 이때, 무선 전력 송신 장치(200)는 전자기 유도(electromagnetic induction) 방식 또는 공진(resonance) 방식을 이용하여 전력을 송신할 수 있다. 전원(100)과 무선 전력 송신 장치(200)가 별개의 구성인 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전원(100)은 무선 전력 송신 장치(200)에 포함될 수도 있다.
무선 전력 수신 장치(300)는 무선 전력 송신 장치(200)로부터 무선으로 전력을 수신한다. 무선 전력 수신 장치(300)도 전자기 유도(electromagnetic induction) 방식 또는 공진(resonance) 방식을 이용하여 전력을 수신할 수 있다. 그리고, 무선 전력 수신 장치(300)는 수신한 전력을 부하단(400)에게 공급한다. 부하단(400)은 배터리 또는 배터리가 내장된 장치일 수 있다. 부하단(400)과 무선 전력 수신 장치(300)가 별개의 구성인 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 부하단(400)은 무선 전력 수신 장치(300)에 포함될 수도 있다.
무선 전력 송신 장치(200)는 송신 코일(210)을 포함할 수 있다. 무선 전력 수신 장치(300)는 수신 코일(310) 및 정류부(320)를 포함할 수 있다.
전원(100)은 소정 주파수를 갖는 교류 전력을 생성하여 무선 전력 송신 장치(200)의 송신 코일(210)에게 공급할 수 있다.
그리고, 송신 코일(210)에 의하여 발생한 교류 전류는 송신 코일(210)과 유도 결합된 수신 코일(310)로 전달될 수 있다. 또는, 송신 코일(210)로 전달된 전력은 주파수 공진 방식에 의해 무선 전력 송신 장치(200)와 동일한 공진 주파수를 갖는 무선 전력 수신 장치(300)로 전달될 수도 있다. 임피던스가 매칭된 2개의 LC 회로 간에는 공진에 의하여 전력이 전송될 수 있다.
전자기 유도(electromagnetic induction) 방식 또는 공진(resonance) 방식을 이용하여 수신 코일(310)로 전달된 전력은 정류부(320)를 통해 정류되어 부하단(400)으로 전달될 수 있다.
무선 전력 송신 코일 이상 판단 장치(220)는 무선 전력 송신 장치의 코일(210)과 전원(100)을 연결하는 도선과 전기적으로 연결되어 별도의 장치로 구현되거나 또는 무선 전력 송신 장치(200)에 일체로 구현될 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는 무선 전력 송신 코일 이상 판단 장치(220)가 무선 전력 송신 장치(200) 내에 일체로 구현된 것을 일례로 들어 설명하기로 한다.
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 송신 코일 이상 판단 장치의 구성 블록도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 송신 코일 이상 판단 장치(220)는 입력 전류 센서(221), 출력 전류 센서(222) 및 제어부(223)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 입력 전류 센서(221)는 무선 전력 송신 코일(210)의 입력측에 마련되어 입력 전류를 검출할 수 있다. 입력 전류 센서(221)는 예를 들면 변류기, 홀 전류 센서 등을 포함하여 구성될 수 있다. 입력 전류 센서(221)는 전원(100)으로부터 송신 코일(210)측으로 흘러 들어가는 입력 전류를 측정하여 제어부(223)로 전달할 수 있다.
출력 전류 센서(222)는 송신 코일(210)의 출력측에 마련되어 출력 전류를 검출할 수 있다. 출력 전류 센서(222)는 예를 들면 변류기, 홀 전류 센서 등을 포함하여 구성될 수 있다. 출력 전류 센서(222)는 송신 코일(210)로부터 흘러 나오는 출력 전류를 측정하여 제어부(223)로 전달할 수 있다. 이 때, 출력 전류값과 입력 전류값의 차이가 너무 큰 경우에는 출력 전류값을 기 설정되는 비율로 낮추어 제어부로 전달할 수 있다.
출력 전류 센서(222)의 경우 송신 코일(210)의 양단 전압을 측정하는 변압기, 변성기 등으로 구성될 수 있으며 입력 전류와 송신 코일 양단 전압을 통하여 출력 전류값을 산출하는 방식이 활용될 수 있다.
제어부(223)는 입력 전류 및 출력 전류를 기 설정되는 각각의 임계값과 비교하여 송신 코일(210)의 단선 및 단락 여부를 판단할 수 있다. 임계값은 단선 입력 임계값, 단선 출력 임계값, 단락 입력 임계값, 단락 출력 임계값을 포함할 수 있으며 각각의 임계값은 전원에서 공급되는 전력의 크기, 코일의 종류, 송신 코일 측과 수신 코일 측의 도선의 감은 비율, 인덕터의 크기, 기타 수동 소자의 배치 여부 등을 고려하여 결정될 수 있다.
제어부(223)는 입력 전류와 출력 전류를 수신하게 되면 각각의 임계값을 대비하여 단선 여부 판단과 단락 여부 판단을 수행할 수 있다.
제어부(223)는 예를 들면, 입력 전류가 단선 입력 임계값보다 작고, 출력 전류가 단선 출력 임계값보다 작은 경우 송신 코일(210)에 단선이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이 때, 단선 입력 임계값은 정상시 입력 전류값보다 작게 설정될 수 있으며, 단선 출력 임계값은 정상시 출력 전류값보다 작게 설정될 수 있다. 제어부는 예를 들면, 단선 입력 임계값을 정상 입력 전류의 50 내지 95%로 설정하고, 단선 출력 임계값은 0으로 설정할 수 있다.
또한, 제어부(223)는 예를 들면, 입력 전류가 단락 입력 임계값보다 크고, 출력 전류가 단락 출력 임계값보다 작은 경우 송신 코일에 단락이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이 때, 단락 입력 임계값은 정상시 입력 전류보다 크게 설정될 수 있으며, 단락 출력 임계값은 정상시 출력 전류값보다 작게 설정될 수 있다. 제어부는 예를 들면, 단락 출력 임계값을 정상 입력 전류의 105% 내지 150%로 설정하고, 단락 출력 임계값은 정상 출력 전류의 50 내지 95%로 설정할 수 있다.
또한, 제어부(223)는 입력 전류 및 출력 전류가 기 설정 시간 동안 각각의 임계값 범위를 벗어나는 경우 송신 코일(210)에 단선 및 단락 중 적어도 하나가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 즉, 제어부(223)는 노이즈나 순간 충격 등에 따른 오판을 방지하기 위하여 임계값 범위를 벗어나는 시간이 기 설정 시간 동안 지속되는 경우 송신 코일(210)에 단선 및 단락 중 적어도 하나가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 기 설정 시간은 단선 판단 경우와 단락 판단 경우를 각각 상이하게 설정할 수 있으며, 임계값의 범위를 벗어나는 회수를 연속적으로 카운팅하는 방식으로 구현될 수 있다.
제어부(223)는 송신 코일(210)에 단선 및 단락 중 적어도 하나가 발생한 경우 전원(100)측으로부터 공급되는 전력을 차단할 수 있다. 제어부(223)는 예를 들면 전원 또는 스위칭 소자를 제어하여 송신 전압을 조절할거나 또는 전원을 OFF하여 송신코일(210)에 전압이 인가되지 않도록 조절할 수 있다.
알림부(224)는 송신 코일에 단선 및 단락 중 적어도 하나가 발생한 경우 시각적 신호 및 청각적 신호 중 적어도 하나를 외부로 출력할 수 있다. 알림부(224)는 LED, 디스플레이, 7-세그먼트와 같은 시각적 신호를 출력하기 위한 수단과 스피커와 같은 청각적 신호를 출력하기 위한 수단을 포함하여 구성될 수 있다. 알림부(224)는 제어부제어부는 상기 단락 출력 임계값을 정상 입력 전류의 105% 내지 150%로 설정하고, 상기 단락 출력 임계값은 정상 출력 전류의 50 내지 90%로 설223)정의 제어에 따라 동작할 수 있으며, 단선 및 단락 발생 여부를 구분하여 시각적 신호 및 청각적 신호 중 적어도 하나를 외부로 출력할 수 있다.
도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선충전 시스템의 개념도, 도5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 송신 코일 이상 판단 장치의 구성 블록도이다.
도4 및 도5를 참고하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템에서는 무선 전력 송신 장치(2200)에 3개의 송신 코일(2110, 2120, 2130)이 마련되어 있으며, 입력 전류 센서(2210, 2230, 2250) 및 출력 전류 센서(2220, 2240, 2260)는 송신 코일(2110, 2120, 2130)별로 마련되어 있다. 입력 전류 센서(2210, 2230, 2250) 및 출력 전류 센서(2220, 2240, 2260)는 각각의 송신 코일(2110, 2120, 2130)에 흘러 들어가는 입력 전류와 흘러 나오는 출력 전류를 검출하여 제어부(2270)로 전달할 수 있다. 각각의 입력 전류 센서(2210, 2230, 2250) 및 출력 전류 센서(2220, 2240, 2260)는 ID정보를 가지고 있으며 검출한 입력 전류와 출력 전류를 제어부(2270)로 전달할 때 ID정보를 함께 전달할 수 있다.
제어부(2270)는 송신 코일(2110, 2120, 2130)별로 측정한 입력 전류 및 출력 전류를 각각의 임계값과 비교하고 단선 및 단락 여부를 판단할 수 있다. 제어부(2270)는 단선 또는 단락이 발생한 경우 ID정보를 이용하여 단선 또는 단락이 발생한 송신 코일(2110, 2120, 2130)을 판별할 수 있다.
이 때, 제어부는 송신 코일별로 단선 입력 임계값, 단선 출력 임계값, 단락 입력 임계값 및 단락 출력 임계값을 설정할 수 있다. 즉, 제어부는 단선 입력 임계값, 단선 출력 임계값, 단락 입력 임계값, 단락 출력 임계값을 송신 코일별로 독립적으로 설정할 수 있으며, 각각의 임계값은 상이한 수치를 가질 수 있다.
제어부(2270)는 송신 코일(2110, 2120, 2130)에 단선 및 단락 중 적어도 하나가 발생한 경우 전원(100)측으로부터 해당 송신 코일(2110, 2120, 2130)에 공급되는 전력을 차단할 수 있다. 제어부(2270)는 예를 들면 전원 또는 스위칭 소자를 제어하여 단선 또는 단락이 발생한 코일에 인가되는 송신 전압을 조절할거나 또는 전원을 OFF하여 해당 송신코일(2110, 2120, 2130)에 전압이 인가되지 않도록 조절할 수 있다.
도6은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 송신 코일 이상 판단 장치의 동작 순서도이고,
도6을 참고하면, 먼저 무선 전력 송신 코일 이상 판단 장치는 무선충전 시스템이 무선 충전 동작을 수행하고 있는지 판단한다. 무선 전력 송신 코일 이상 판단 장치는 시스템으로부터 수신되는 Ping신호를 감지하여 무선 충전 동작 수행 여부를 판단한다(S601).
무선 충전 동작이 수행중인 경우 무선 전력 송신 코일 이상 판단 장치는 입력 전류 센서와 출력 전류 센서를 통하여 송신 코일에 흘러 들어가는 입력 전류와 흘러 나오는 출력 전류를 검출한다(S602).
입력 전류 센서와 출력 전류 센서는 검출한 입력 전류와 출력 전류를 제어부로 전달한다(S603).
제어부는 입력 전류를 단선 입력 임계값과 비교하여 작은 경우 변수 a의 카운팅 횟수를 늘리고, 작지 않은 경우에는 변수 a의 값을 초기화한다. 또한, 제어부는 출력 전류를 단선 출력 임계값과 비교하여 작은 경우 변수 b의 카운팅 횟수를 늘리고, 작지 않은 경우에는 변수 b의 값을 초기화한다(S604~607).
제어부는 입력 전류를 단락 입력 임계값과 비교하여 큰 경우 변수 c의 카운팅 횟수를 늘리고, 크지 않은 경우에는 변수 c의 값을 초기화한다. 또한, 제어부는 출력 전류를 단락 출력 임계값과 비교하여 작은 경우 변수 d의 카운팅 횟수를 늘리고, 작지 않은 경우에는 변수 d의 값을 초기화한다(S608~611).
다음으로 제어부는 변수 a와 변수 b의 카운팅 횟수가 각각의 기 설정 횟수를 초과하는 경우 해당 송신 코일에 단선이 발생한 것으로 판단한다(S612~613).
또한, 제어부는 변수 c와 변수 d의 카운팅 횟수가 각각의 기 설정 횟수를 초과하는 경우 해당 송신 코일에 단락이 발생한 것으로 판단한다(S614~615).
제어부는 단선 및 단락 중 적어도 하나가 발생한 경우 전원을 제어하여 해당 송신 코일에 전력이 공급되는 것을 차단한다(S616).
제어부의 단선 판단 알고리즘과 단락 판단 알고리즘은 특정 순서에 따라 수행되어야 하는 것은 아니며 상황에 따라 동시에 수행되거나 또는 단락 판단 알고리즘이 먼저 수행될 수 있다.
도7은 본 발명의 일실시예에 따른 제어부의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도7을 참고하면, 제1송신 코일의 정상 입력 전류 및 제2송신 코일의 정상 입력 전류는 각각 800mA와 410mA로 측정되며, 정상 출력 전류는 각각 4.42A와 2.94A로 측정된다. 제어부는 제1송신 코일의 입력 전류가 단선 입력 임계값인 700mA보다 작게 나타나고, 출력 전류가 단선 출력 임계값인 100mA보다 작게 나타나는 경우 제1송신 코일에 단선이 발생한 것으로 판단된다. 송신 코일에 단선이 발생한 경우 출력 전류는 0에 수렴하기 때문에 단선 출력 임계값의 경우 0에 가까운 값으로 임의 설정 가능하다.
또한, 제어부는 제2송신 코일의 입력 전류가 단선 입력 임계값인 350mA보다 작게 나타나고, 출력 전류가 단선 출력 임계값인 100mA보다 작게 나타나는 경우 제2송신 코일에 단선이 발생한 것으로 판단된다.
단선 입력 임계값과 단선 출력 임계값은 송신 코일 별로 각각 상이하게 설정 가능하다.
도8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어부의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도8을 참고하면, 제1송신 코일 및 제2송신 코일의 정상 입력 전류는 각각 800mA와 410mA로 측정되며, 정상 출력 전류는 각각 4.42A와 2.94A로 측정된다. 제어부는 제1송신 코일의 입력 전류가 단락 입력 임계값인 850mA보다 크게 나타나고, 출력 전류가 단락 출력 임계값인 3A보다 작게 나타나는 경우 제1송신 코일에 단락이 발생한 것으로 판단된다.
또한, 제어부는 제2송신 코일의 입력 전류가 단락 입력 임계값인 800mA보다 크게 나타나고, 출력 전류가 단선 출력 임계값인 2.5A보다 작게 나타나는 경우 제2송신 코일에 단락이 발생한 것으로 판단된다.
단락 입력 임계값과 단락 출력 임계값은 송신 코일 별로 각각 상이하게 설정 가능하다.
본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (11)

  1. 무선 전력 송신 코일의 입력측에 마련되어 입력 전류를 검출하는 입력 전류 센서;
    상기 송신 코일의 출력측에 마련되어 출력 전류를 검출하는 출력 전류 센서; 및
    상기 입력 전류 및 출력 전류를 기 설정되는 각각의 임계값과 비교하여 상기 송신 코일의 단선 및 단락 여부를 판단하는 제어부를 포함하는 무선 전력 송신코일 이상 판단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 송신 코일에 단선 및 단락 중 적어도 하나가 발생한 경우 전원측으로부터 공급되는 전력을 차단하는 무선 전력 송신 코일 이상 판단 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 입력 전류 센서 및 상기 출력 전류 센서는 송신 코일별로 마련되며, 상기 제어부는 상기 송신 코일별로 단선 및 단락 여부를 판단하는 무선 전력 송신 코일 이상 판단 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 송신 코일별로 단선 입력 임계값, 단선 출력 임계값, 단락 입력 임계값 및 단락 출력 임계값을 설정하는 무선 전력 송신 코일 이상 판단 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 송신 코일에 단선 및 단락 중 적어도 하나가 발생한 경우 전원측으로부터 해당 송신 코일에 공급되는 전력을 차단하는 무선 전력 송신 코일 이상 판단 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 입력 전류가 단선 입력 임계값보다 작고, 상기 출력 전류가 단선 출력 임계값보다 작은 경우 상기 송신 코일에 단선이 발생한 것으로 판단하는 무선 전력 송신 코일 이상 판단 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 단선 입력 임계값을 정상 입력 전류의 50 내지 95%로 설정하고, 상기 단선 출력 임계값은 0으로 설정하는 무선 전력 송신 코일 이상 판단 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 입력 전류가 단락 입력 임계값보다 크고, 상기 출력 전류가 단락 출력 임계값보다 작은 경우 상기 송신 코일에 단락이 발생한 것으로 판단하는 무선 전력 송신 코일 이상 판단 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 단락 출력 임계값을 정상 입력 전류의 105% 내지 150%로 설정하고, 상기 단락 출력 임계값은 정상 출력 전류의 50 내지 95%로 설정하는 무선 전력 송신 코일 이상 판단 장치.
  10. 제1에 있어서,
    상기 제어부는 상기 입력 전류 및 상기 출력 전류가 기 설정 시간 동안 상기 각각의 임계값 범위를 벗어나는 경우 상기 송신 코일에 단선 및 단락 중 적어도 하나가 발생한 것으로 판단하는 무선 전력 송신코일 이상 판단 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 송신 코일에 단선 및 단락 중 적어도 하나가 발생한 경우 시각적 신호 및 청각적 신호 중 적어도 하나를 외부로 출력하는 알림부를 더 포함하는 무선 전력 송신 코일 이상 판단 장치.
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