WO2017131345A1

WO2017131345A1 - 무선 전력 공급 방법 및 그를 위한 장치

Info

Publication number: WO2017131345A1
Application number: PCT/KR2016/014973
Authority: WO
Inventors: 배수호
Original assignee: 엘지이노텍(주)
Priority date: 2016-01-27
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2017-08-03
Also published as: KR20170089542A; CN108668523A; US20190058358A1; EP3410563A1; EP3410563A4

Abstract

본 발명은 자기장을 전송을 위한 n개의 송신 코일, 소정 동작 주파수를 갖는 AC 신호를 공급하는 주파수 생성부, 상기 AC 신호의 위상을 천이시키는 n개의 인버터버퍼, 상기 인버터버퍼를 활성화시키거나 비활성화시키는 주제어부, 상기 AC 신호를 증폭시키는 n+1개의 증폭부 및 입력되는 상기 AC 신호의 위상에 기반하여 상기 증폭부를 제어하는 n+1개의 게이트드라이버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 공급 장치에 관한 것이다.

Description

무선 전력 공급 방법 및 그를 위한 장치

본 발명은 충전 기술에 관한 것으로서 비용 절감, 구조의 단순화 및 전력 효율을 극대화시키는 무선 전력 전송 방법 및 그를 위한 장치에 관한 것이다.

최근 정보 통신 기술이 급속도로 발전함에 따라, 정보 통신 기술을 기반으로 하는 유비쿼터스 사회가 이루어지고 있다.

언제 어디서나 정보통신 기기들이 접속되기 위해서는 사회 모든 시설에 통신 기능을 가진 컴퓨터 칩을 내장시킨 센서들이 설치되어야 한다. 따라서 이들 기기나 센서의 전원 공급 문제는 새로운 과제가 되고 있다. 또한 휴대폰뿐만 아니라 블루투스 핸드셋과 아이팟 같은 뮤직 플레이어 등의 휴대기기 종류가 급격히 늘어나면서 배터리를 충전하는 작업이 사용자에게 시간과 수고를 요구하고 됐다. 이러한 문제를 해결하는 방법으로 무선 전력 전송 기술이 최근 들어 관심을 받고 있다.

무선 전력 전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 자기장의 유도 원리를 이용하여 무선으로 송신기에서 수신기로 전기 에너지를 전송하는 기술로서, 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 라디오파나 레이저와 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도되었다. 우리가 흔히 사용하는 전동칫솔이나 일부 무선면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다.

현재까지 무선을 이용한 에너지 전달 방식은 크게 자기 유도 방식, 자기 공진(Electromagnetic Resonance) 방식 및 단파장 무선 주파수를 이용한 RF 전송 방식 등으로 구분될 수 있다.

전자기 유도 방식은 두 개의 코일을 서로 인접시킨 후 한 개의 코일에 전류를 흘려보내면 이 때 발생한 자속(MagneticFlux)이 다른 코일에 기전력을 일으키는 현상을 사용한 기술로서, 휴대폰과 같은 소형기기를 중심으로 빠르게 상용화가 진행되고 있다. 자기 유도 방식은 최대 수백 키로와트(kW)의 전력을 전송할 수 있고 효율도 높지만 최대 전송 거리가 1센티미터(cm) 이하이므로 일반적으로 충전기나 바닥에 인접시켜야 하는 단점이 있다.

자기 공진 방식은 전자기파나 전류 등을 활용하는 대신 전기장이나 자기장을 이용하는 특징이 있다. 자기 공진 방식은 전자파 문제의 영향을 거의 받지 않으므로 다른 전자 기기나 인체에 안전하다는 장점이 있다. 반면, 한정된 거리와 공간에서만 활용할 수 있으며 에너지 전달 효율이 다소 낮다는 단점이 있다.

단파장 무선 전력 전송 방식-간단히, RF 전송 방식-은 에너지가 라디오 파(RadioWave)형태로 직접 송수신될 수 있다는 점을 활용한 것이다. 이 기술은 렉테나(rectenna)를 이용하는 RF 방식의 무선 전력 전송 방식으로서, 렉테나는 안테나(antenna)와 정류기(rectifier)의 합성어로서 RF 전력을 직접 직류 전력으로 변환하는 소자를 의미한다. 즉, RF 방식은 AC 라디오파를 DC로 변환하여 사용하는 기술로서, 최근 효율이 향상되면서 상용화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

무선 전력 전송 기술은 모바일 뿐만 아니라 IT, 철도, 가전 산업 등 산업 전반에 다양하게 활용될 수 있다.

하지만, 종래에는 복수 개의 송신코일을 스위칭하는 독립적인 복수 개의 증폭기를 이용하여 전력을 전송하였기 때문에 소자의 개수가 증가하여 비용 및 송신회로의 사이즈가 증가되는 문제가 있었다.

또한, 복수 개의 증폭기를 구비하지 않고 제어부에서 직접 스위칭 하여 송신코일을 선택적으로 이용하여 전력을 전송할 수 있었으나, 인가되는 전력이 스위치에 의해 손실되어 전력손실이 많아지는 문제가 있었다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 무선 전력 전송 제어 방법 및 이를 위한 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 복수의 송신 코일이 구비된 무선 전력 송신 장치에서 비용 절감 및 구조의 단순화가 가능한 무선 전력 전송 방법 및 그를 위한 장치에 관한 것이다.

본 발명은 복수의 송신 코일이 구비된 무선 전력 송신 장치에서 전력 효율을 극대화시키는 것이 가능한 무선 전력 전송 방법 및 그를 위한 장치에 관한 것이다.

본 발명은 무선 전력 전송 방법 및 이를 위한 장치를 제공할 수 있다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여, 자기장을 전송을 위한 n개의 송신 코일, 소정 동작 주파수를 갖는 AC 신호를 공급하는 주파수 생성부, 상기 AC 신호의 위상을 천이시키는 n개의 인버터버퍼, 상기 인버터버퍼를 활성화시키거나 비활성화시키는 주제어부, 상기 AC 신호를 증폭시키는 n+1개의 증폭부 및 입력되는 상기 AC 신호의 위상에 기반하여 상기 증폭부를 제어하는 n+1개의 게이트드라이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 공급 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.

또한, 상기 증폭부는 적어도 하나 이상의 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)을 포함하는 무선 전력 공급 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.

또한, 상기 송신 코일을 가로지르는 전류는 상기 AC 신호의 주기가 T일 때, T/2주기로 반전되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 공급 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.

또한, 상기 게이트드라이버의 일단은 상기 인버터버퍼와 전기적으로 연결되도록 구비되고, 상기 게이트드라이버의 타단은 상기 증폭부와 전기적으로 연결되도록 구비되는 무선 전력 공급 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.

또한, 상기 n개의 증폭부 중, n-2개의 증폭부는 둘 이상의 서로 다른 상기 송신 코일과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 공급 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.

또한, 상기 n개의 증폭부 중, 2개의 증폭부는 복수 개의 송신 코일 중 하나의 송신 코일에만 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 공급 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.

또한, 자기장을 전송을 위한 복수 개의 송신 코일, 소정 동작 주파수를 갖는 AC 신호를 공급하는 주파수 생성부, 상기 AC 신호의 위상을 천이시키는 복수 개의 인버터버퍼, 상기 인버터버퍼를 활성화시키거나 비활성화시키는 주제어부, 상기 AC 신호를 증폭시키는 복수 개의 증폭부 및 입력되는 상기 AC신호의 위상에 기반하여 상기 증폭부를 제어하는 복수 개의 게이트드라이버를 포함하고, 상기 증폭부 중 적어도 하나는 상기 복수 개의 송신 코일과 전기적으로 연결되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 공급 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.

또한, 상기 송신코일은 제1 내지 제2 송신 코일을 포함하고, 상기 증폭부는 제1 내지 제3증폭부를 포함하며, 상기 제1 송신코일의 일단과 상기 제2 송신코일의 일단은 상기 제2 전류증폭기와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 공급 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.

또한, 상기 제1 송신 코일의 일단은 상기 제1 전류증폭기와 전기적으로 연결되고, 상기 제1 송신 코일의 타단은 상기 제2 전류증폭기와 전기적으로 연결되도록 구비되며, 상기 제2 송신 코일의 일단은 상기 제2 전류증폭기와 전기적으로 연결되도록 구비되고, 상기 제2 송신 코일의 타단은 상기 제3 전류증폭기와 전기적으로 연결되도록 구비되는 무선 전력 공급 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.

또한, 상기 게이트 드라이버는 상기 전류증폭기와 동일한 개수로 구비되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 공급 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.

또한, 상기 게이트 드라이버는 제1 내지 제3 게이트 드라이버를 포함하고, 상기 제1 게이트 드라이버의 일단은 상기 제1 인버터버퍼와 전기적으로 연결되도록 구비되고, 상기 제1 게이트 드라이버의 타단은 상기 제1 전류증폭기와 전기적으로 연결되도록 구비되며, 상기 제2 게이트 드라이버의 일단은 상기 전류 공급부와 전기적으로 연결되도록 구비되고, 상기 제2 게이트 드라이버의 타단은 상기 제2 전류증폭기와 전기적으로 연결되도록 구비되며, 상기 제3 게이트 드라이버의 일단은 상기 제2 인버터버퍼와 전기적으로 연결되도록 구비되고, 상기 제3 게이트 드라이버의 타단은 제3 전류증폭기와 전기적으로 연결되도록 구비되는 무선 전력 공급 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.

또한, 자기장을 전송을 위한 3개의 제1 내지 제3송신 코일, 소정 동작 주파수를 갖는 AC 신호를 공급하는 주파수 생성부, 상기 AC 신호의 위상을 천이시키는 3개의 제1 내지 제3인버터버퍼, 상기 인버터버퍼를 활성화시키거나 비활성화시키는 주제어부, 상기 AC 신호를 증폭시키는 4개의 제1 내지 제4증폭부 및 입력되는 상기 AC신호의 위상에 기반하여 상기 증폭부를 제어하는 4개의 제1 내지 제4게이트드라이버를 포함하고, 상기 증폭부 중 적어도 하나는 상기 복수 개의 송신 코일과 전기적으로 연결되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 공급 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.

또한, 상기 제n전송 코일의 일단은 상기 제n증폭부와 전기적으로 연결되고, 상기 제n전송 코일의 타단은 상기 제n+1증폭부와 전기적으로 연결되는 무선 전력 공급 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.

또한, 상기 제n증폭부는 상기 제n게이트드라이버와 전기적으로 연결되고, 상기 제n인버터버퍼의 일단은 상기 제n게이트드라이버와 전기적으로 연결되고, 상기 제n인버터버퍼의 타단은 상기 제n+1게이트드라이버와 전기적으로 연결되는 무선 전력 공급 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.

상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.

본 발명에 따른 방법 및 장치에 대한 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 무선 전력 전송 제어 방법 및 이를 위한 장치를 제공할 수 있다.

본 발명은 복수의 송신 코일이 구비된 무선 전력 송신 장치에서 비용 절감 및 구조의 단순화가 가능한 무선 전력 전송 방법 및 그를 위한 장치를 제공할 수 있다.

본 발명은 복수의 송신 코일이 구비된 무선 전력 송신 장치에서 전력 효율을 극대화시키는 것이 가능한 무선 전력 전송 방법 및 그를 위한 장치를 제공할 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 타입 및 특성을 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기의 타입 및 특성을 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 등가 회로도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 상태 천이 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기의 상태 천이도이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 V_RECT에 따른 무선 전력 수신기의 동작 영역을 설명하기 위한 도면이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 구성도이다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 절차를 설명하기 위한 흐름도이다.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 블락도를 도시한 것이다.

도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 회로도를 도시한 것이다.

도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 회로도를 도시한 것이다.

도 13은 본 발명의 또 다른 다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 회로도를 도시한 것이다.

도 14a 및 도 14b는 주제어부의 제어에 따른 송신 공진기 코일의 작동을 도시한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 공급 장치는 자기장을 전송을 위한 n개의 송신 코일, 소정 동작 주파수를 갖는 AC 신호를 공급하는 주파수 생성부, 상기 AC 신호의 위상을 천이시키는 n개의 인버터버퍼, 상기 인버터버퍼를 활성화시키거나 비활성화시키는 주제어부, 상기 AC 신호를 증폭시키는 n+1개의 증폭부 및 입력되는 상기 AC 신호의 위상에 기반하여 상기 증폭부를 제어하는 n+1개의 게이트드라이버를 포함하여 구성될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예들이 적용되는 장치 및 다양한 방법들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.

또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

실시예의 설명에 있어서, 무선 전력 시스템상에서 무선 전력을 송신하는 장치는 설명의 편의를 위해 무선 파워 송신기, 무선 파워 송신 장치, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 송신기, 송신단, 송신기, 송신 장치, 송신측, 무선 파워 전송 장치, 무선 파워 전송기 등을 혼용하여 사용하기로 한다. 또한, 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 무선 파워 수신 장치, 무선 파워 수신기, 수신 단말기, 수신측, 수신 장치, 수신기 등이 혼용되어 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 무선 전력 송신기는 패드 형태, 거치대 형태, AP(Access Point) 형태, 소형 기지국 형태, 스텐드 형태, 천장 매립 형태, 벽걸이 형태 등으로 구성될 수 있으며, 하나의 송신기는 복수의 무선 전력 수신 장치에 파워를 전송할 수도 있다. 이를 위해, 무선 전력 송신기는 적어도 하나의 무선 파워 전송 수단을 구비할 수도 있다. 여기서, 무선 파워 전송 수단은 전력 송신단 코일에서 자기장을 발생시켜 그 자기장의 영향으로 수신단 코일에서 전기가 유도되는 전자기유도 원리를 이용하여 충전하는 전자기 유도 방식에 기반한 다양한 무전 전력 전송 표준이 사용될 수 있다. 여기서, 전자기 유도 방식의 무선파워 전송 수단은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) 및 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 전자기 공진 방식에 기반한 다양한 무선 전력 전송 표준이 적용될 수도 있다. 일 예로, 전자기 공진 방식의 무선 전력 전송 표준은 A4WP(Alliance for Wireless Power)에서 정의된 공진 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 상기한 전자기 유도 방식 및 전자기 공진 방식을 모두 지원할 수도 있다.

특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통합 충전기 또는 무선 전력 전송 제어 장치는 상기한 전자기 유도 방식 및 전자기 공진 방식 중 적어도 하나의 무선 전력 전송 방식을 지원할 수 있을 뿐만 아니라 충전기 일측에 구비된 적어도 하나의 충전 단자를 통해 유선으로 전자 기기에 전력을 공급할 수도 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기는 적어도 하나의 무선 전력 수신 수단이 구비될 수 있으며, 2개 이상의 송신기로부터 동시에 무선 파워를 수신할 수도 있다. 여기서, 무선 전력 수신 수단은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) 및 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식 및 A4WP(Alliance for Wireless Power)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통합 충전기로부터 전력 수신이 가능한 전자 기기는 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 player, 전동 칫솔, 전자 태그, 조명 장치, 리모콘, 낚시찌, 스마트 워치와 같은 웨어러블 디바이스 등의 소형 전자 기기 등에 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며 본 발명에 따른 무선 통합 충전기 또는 무선 전력 전송 제어 장치에 탑재된 무선 전력 전송 방식 및 장착된 유선 충전용 접속 단자를 통해 전력을 수신하여 배터리 충전이 가능한 기기라면 족하다.

이하의 설명에서는 유선 충전 수단 및 무선 충전 수단이 모두 구비되어 무선 통합 전력 공급이 가능한 충전기를 무선 통합 충전기 또는 무선 전력 전송 제어 장치라 명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 무선 전력 전송 시스템은 무선 전력 송신기(100)와 무선 전력 수신기(200)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 도 1에는 무선 전력 송신기(100)가 하나의 무선 전력 수신기(200)에 무선 파워를 전송하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기(100)는 복수의 무선 전력 수신기(200)에 무선 파워를 전송할 수도 있다. 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전련 수신기(200)는 복수의 무선 전력 송신기(100)로부터 동시에 무선 전력을 수신할 수도 있음을 주의해야 한다.

무선 전력 송신기(100)는 특정 전력 전송 주파수를 이용하여 자기장을 발생시켜 무선 전력 수신기(200)에 전력을 송신할 수 있다.

무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 송신기(100)에 의해 사용되는 주파수와 동일한 주파수로 동조하여 전력을 수신할 수 있다.

일 예로, 전력 전송을 위한 주파수는 6.78MHz 대역일 수 있으나, 이에 국한되지는 않는다.

즉, 무선 전력 송신기(100)에 의해 전송된 전력은 무선 전력 송신기(100)와 공진을 이루는 무선 전력 수신기(200)에 전달될 수 있다.

하나의 무선 전력 송신기(100)로부터 전력을 수신할 수 있는 무선 전력 수신기(200)의 최대 개수는 무선 전력 송신기(100)의 최대 전송 파워 레벨, 무선 전력 수신기(200)의 최대 전력 수신 레벨, 무선 전력 송신기(100) 및 무선 전력 수신기(200)의 물리적인 구조에 기반하여 결정될 수 있다.

무선 전력 송신기(100)와 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송을 위한 주파수 대역-즉, 공진 주파수 대역-과는 상이한 주파수 대역으로 양방향 통신을 수행할 수 있다. 일 예로, 양방향 통신은 반이중 방식의 BLE(Bluetooth Low Energy) 통신 프로토콜이 사용될 수 있다.

무선 전력 송신기(100)와 무선 전력 수신기(200)는 상기 양방향 통신을 통해 서로의 특성 및 상태 정보-즉, 전력 협상 정보-를 교환할 수 있다.

일 예로, 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 송신기(100)로부터 수신되는 전력 레벨을 제어하기 위한 소정 전력 수신 상태 정보를 양방향 통신을 통해 무선 전력 송신기(100)에 전송할 수 있으며, 무선 전력 송신기(100)는 수신된 전력 수신 상태 정보에 기반하여 동적으로 전송 전력 레벨을 제어할 수 있다. 이를 통해, 무선 전력 송신기(100)는 전력 전송 효율을 최적화시킬 수 있을 뿐만 아니라 과전압(Over-Voltage)에 따른 부하 파손을 방지하는 기능, 저전압(Under-Voltage)에 따라 불필요한 전력이 낭비되는 것을 방지하는 기능 등을 제공할 수 있다.

또한, 무선 전력 송신기(100)는 양방향 통신을 통해 무선 전력 수신기(200)에 대한 인증 및 식별하는 기능, 호환되지 않는 장치 또는 충전이 불가능한 물체를 식별하는 기능, 유효한 부하를 식별하는 기능 등을 수행할 수도 있다.

이하에서는, 보다 구체적으로 공진 방식의 무선 전력 전송 과정을 상기 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.

무선 전력 송신기(100)는 전원공급부(power supplier, 110), 전력변환부(Power Conversion Unit, 120), 매칭회로(Matching Circuit, 130), 송신공진기(Transmission Resonator, 140), 주제어부(Main Controller, 150) 및 통신부(Communication Unit, 160)를 포함하여 구성될 수 있다. 통신부는 데이터 송신기(Data Transmitter)와 데이터 수신기(Data receiver)를 포함할 수 있다.

전원공급부(110)는 주제어부(150)의 제어에 따라 전력변환부(120)에 특정 공급 전압을 공급할 수 있다. 이때, 공급 전압은 DC 전압 또는 AC 전압일 수 있다.

전력변환부(120)는 주제어부(150)의 제어에 따라 전력공급부(110)로부터 수신된 전압을 특정 전압으로 변환시킬 수 있다. 이를 위해, 전력변환부(210)는 DC/DC 변환기(DC/DC convertor), AC/DC 변환기(AC/DC convertor), 파워 증폭기(Power amplifier) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

매칭회로(130)는 전력 전송 효율을 극대화시키기 위해 전력변환부(210)와 송신공진기(140) 사이의 임피던스를 정합하는 회로이다.

송신공진기(140)는 매칭회로(130)로부터 인가된 전압에 따라 특정 공진 주파수를 이용하여 무선으로 전력을 전송할 수 있다.

무선 전력 수신기(100)는 수신공진기(Reception Resonator, 210), 정류기(Rectifier, 220), DC-DC 변환기(DC-DC Converter, 230), 부하(Load, 240), 주제어부(Main Controller, 250) 및 통신부(Communication Unit, 260)를 포함하여 구성될 수 있다. 통신부는 데이터 송신기(Data Transmitter)와 데이터 수신기(Data receiver)를 포함할 수 있다.

수신공진기(210)는 공진 현상을 통해 송신공진기(140)에 의해 송출된 전력을 수신할 수 있다.

정류기(210)는 수신공진기(210)로부터 인가되는 AC 전압을 DC 전압으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.

DC-DC 변환기(230)는 정류된 DC 전압을 부하(240)에 요구되는 특정 DC 전압으로 변환할 수 있다.

주제어부(250)는 정류기(220) 및 DC-DC 변환기(230)의 동작을 제어하거나 무선 전력 수신기(200)의 특성 및 상태 정보를 생성하고 통신부(260)를 제어하여 무선 전력 송신기(100)에 상기 무선 전력 수신기(200)의 특성 및 상태 정보를 전송할 수 있다. 일 예로, 주제어부(250)는 정류기(220)와 DC-DC 변환기(230)에서의 출력 전압 및 전류의 세기를 모니터링하여 정류기(220) 및 DC-DC 변환기(230)의 동작을 제어할 수 있다.

모니터링된 출력 전압 및 전류의 세기 정보는 통신부(260)를 통해 무선 전력 송신기(100)에 실시간으로 전송될 수 있다.

또한, 주제어부(250)는 정류된 DC 전압을 소정 기준 전압과 비교하여 과전압 상태(Over-Voltage State)인지 저전압 상태(Under-Voltage State)인지를 판단하고, 판단 결과에 따라 시스템 오류 상태가 감지되면, 감지 결과를 통신부(260)를 통해 무선 전력 송신기(100)에 전송할 수도 있다.

또한, 주제어부(250)는 시스템 오류 상태가 감지되면, 부하의 훼손을 방지하기 위해 정류기(220) 및 DC-DC 변환기(230)의 동작을 제어하거나 스위치 또는(및) 제너 다이오드를 포함한 소정 과전류 차단 회로를 이용하여 부하(240)에 인가되는 전력을 제어할 수도 있다.

상기한 도 1에서는 주제어부(150, 250)와 통신부(160, 260)가 서로 다른 모듈로 구성된 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예는 주제어부(150, 250)와 통신부(160, 260)가 하나의 모듈로 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.

본 발명에 따른 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기는 각각 등급(Class)과 카테고리(Category)로 타입 및 특성이 분류될 수 있다.

무선 전력 송신기의 타입 및 특성은 크게 다음의 3가지 파라메터를 통해 식별될 수 있다.

첫째, 무선 전력 송신기는 송신 공진기(140)에 인가되는 최대 전력의 세기에 따라 결정되는 등급에 의해 식별될 수 있다.

여기서, 무선 전력 송신기의 등급은 송신 공진기(140)에 인가되는 파워(P_{TX_IN_COIL})의 최대 값을 하기 무선 전력 송신기 등급 표-이하, 표 1이라 명함-에 명기된 등급 별 미리 정의된 최대 입력 파워(P_TX _{_IN_MAX})와 비교하여 결정될 수 있다. 여기서, P_TX _{_IN_COIL}은 송신공진기(140)에 단위 시간 동안 인가되는 전압(V(t))과 전류(I(t))의 곱을 해당 단위 시간으로 나누어 산출되는 평균 실수 값일 수 있다.

등급(Class)	최대 입력 파워	최소 카테고리지원 요구 조건	지원 가능 최대 디바이스의 개수
등급 1	2W	1 x 등급1	1 x 등급1
등급 2	10W	1 x 등급3	2 x 등급2
등급 3	16W	1 x 등급4	2 x 등급3
등급 4	33W	1 x 등급5	3 x 등급3
등급 5	50W	1 x 등급6	4 x 등급3
등급 6	70W	1 x 등급6	5 x 등급3

상기 표 1에 개시된 등급은 일 실시예에 불과하며, 새로운 등급이 추가되거나 삭제될 수도 있다. 또한, 등급 별 최대 입력 파워, 최소 카테고리 지원 요구 조건, 지원 가능 최대 디바이스 개수에 대한 값도 무선 전력 송신기의 용도, 형상 및 구현 형태 등에 따라 변경될 수도 있음을 주의해야 한다.

일 예로, 상기 표 1을 참조하면, 송신 공진기(140)에 인가되는 파워(P_{TX_IN_COIL})의 최대 값이 등급 3에 대응되는 P_TX _{_IN_MAX}값보다 크거나 같고, 등급 4에 대응되는 P_TX _{_IN_MAX}값보다 작은 경우, 해당 무선 전력 송신기의 등급은 등급 3으로 결정될 수 있다.

둘째, 무선 전력 송신기는 식별된 등급에 대응되는 최소 카테고리 지원 요구 조건(Minimum Category Support Requirements)에 따라 식별될 수도 있다.

여기서, 최소 카테고리 지원 요구 조건은 해당 등급의 무선 전력 송신기가 지원 가능한 무선 전력 수신기 카테고리 중 가장 높은 수준의 카테고리에 해당되는 무선 전력 수신기의 지원 가능 개수일 수 있다. 즉, 최소 카테고리 지원 요구 조건은 해당 무선 전력 송신기가 지원 가능한 최대 카테고리 디바이스의 최소 개수일 수 있다. 이때, 무선 전력 송신기는 상기 최소 카테고리 요구 조건에 따른 최대 카테고리 이하에 해당하는 모든 카테고리의 무선 전력 수신기를 지원할 수 있다.

다만, 만약, 무선 전력 송신기가 상기 최소 카테고리 지원 요구 조건에 명시된 카테고리보다 더 높은 카테고리의 무선 전력 수신기를 지원할 수 있다면, 무선 전력 송신기가 해당 무선 전력 수신기를 지원하는 것을 제한하지는 않을 수 있다.

일 예로, 상기 표 1을 참조하면, 등급 3인 무선 전력 송신기는 적어도 하나의 카테고리 5인 무선 전력 수신기를 지원해야 한다. 물론, 이 경우, 무선 전력 송신기는 최소 카테고리 지원 요구 조건에 해당되는 카테고리 수준 보다 낮은 수준의 카테고리에 해당되는 무선 전력 수신기(100)를 지원할 수 있다.

또한, 무선 전력 송신기는 최소 카테고리 지원 요구 조건에 대응되는 카테고리보다 더 높은 수준의 카테고리를 지원 가능한 것으로 판단되면, 더 높은 수준의 카테고리를 갖는 무선 전력 수신기를 지원할 수도 있음을 주의해야 한다.

셋째, 무선 전력 송신기는 식별된 등급에 대응되는 지원 가능 최대 디바이스 개수에 의해 식별될 수도 있다. 여기서, 지원 가능 최대 디바이스 개수는 해당 등급에서 지원 가능한 카테고리 중 가장 낮은 수준의 카테고리에 해당되는 무선 전력 수신기의 최대 지원 가능 개수-이하, 간단히 지원 가능 디바이스의 최대 개수라 명함-에 의해 식별될 수도 있다.

일 예로, 상기 표 1을 참조하면, 등급 3의 무선 전력 송신기는 최소 카테고리 3인 무선 전력 수신기를 최대 2개까지 지원할 수 있어야 한다.

다만, 무선 전력 송신기가 자신의 등급에 상응하는 최대 디바이스 개수 이상을 지원할 수 있는 경우, 최대 디바이스 개수 이상을 지원하는 것을 제한하지는 않는다.

본 발명에 따른 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 전력 전송 요청을 허락하지 않을 특별한 이유가 없는 경우, 가용한 파워 내에서 적어도 상기 표 1에 정의된 개수까지는 무선 전력 전송을 수행할 있어야 한다.

일 예로, 무선 전력 송신기는 해당 전력 전송 요청을 수용할 정도의 가용한 파워가 남아있지 않는 경우, 해당 무선 전력 수신기의 전력 전송 요청을 수락하지 않을 수 있다. 또는, 무선전력 수신기의 전력 조정을 제어할 수 있다.

다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 전력 전송 요청을 수락하면 수용 가능한 무선 전력 수신기의 개수를 초과하는 경우, 해당 무선 전력 수신기의 전력 전송 요청을 수락하지 않을 수 있다.

또 다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 전력 전송을 요청한 무선 전력 수신기의 카테고리가 자신의 등급에서 지원 가능한 카테고리 수준을 초과하는 경우, 해당 무선 전력 수신기의 전력 전송 요청을 수락하지 않을 수 있다.

또 다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 내부 온도가 기준치 이상을 초과하는 경우, 해당 무선 전력 수신기의 전력 전송 요청을 수락하지 않을 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 수신공진기(210)의 평균 출력 전압(P_RX _{_OUT})은 단위 시간 동안 수신공진기(210)에 의해 출력되는 전압(V(t))와 전류(I(t))의 곱을 해당 단위 시간으로 나누어 산출되는 실수 값일 수 있다.

무선 전력 수신기의 카테고리는 하기 표 2에 도시된 바와 같이, 수신공진기(210)의 최대 출력 전압(P_{RX_OUT_MAX})에 기반하여 정의될 수 있다.

카테고리(Category)	최대 입력 파워	응용 예
카테고리 1	TBD	블루투스 핸드셋
카테고리 2	3.5W	피쳐폰
카테고리 3	6.5W	스마트폰
카테고리 4	13W	테블릿
카테고리 5	25W	소형 랩탑
카테고리 6	37.5W	랩탑
카테고리 6	50W	TBD

일 예로, 부하단에서의 충전 효율이 80%이상인 경우, 카테고리 3의 무선 전력 수신기는 부하의 충전 포트에 5W의 전력을 공급할 수 있다.

상기 표 2에 개시된 카테고리는 일 실시예에 불과하며, 새로운 카테고리가 추가되거나 삭제될 수도 있다. 또한, 상기 표 2에 보여지는 카테고리 별 최대 출력 파워, 응용 어플리케이션의 예도 무선 전력 수신기의 용도, 형상 및 구현 형태 등에 따라 변경될 수도 있음을 주의해야 한다.

상세하게, 도 4는 후술할 레퍼런스 파라메터들이 측정되는 등가 회로상에서의 인터페이스 지점을 보여준다.

이하에서는, 상기 도 4에 표시된 레퍼런스 파라메터들의 의미를 간단히 설명하기로 한다.

I_TX와 I_TX _{_COIL}은 각각 무선 전력 송신기의 매칭 회로(또는 매칭 네트워크)(420)에 인가되는 RMS(Root Mean Square) 전류와 무선 전력 송신기의 송신 공진기 코일(425)에 인가되는 RMS 전류를 의미한다.

Z_TX _{_IN} 은 무선 전력 송신기의 전원부/증폭기/필터(410) 후단의 입력 임피던스(Input Impedance)와 매칭 회로(420) 전단의 입력 임피던스(Input Impedance)를 의미한다.

Z_TX _{_IN_COIL}은 매칭 회로(420) 후단 및 송신 공진기 코일(425) 전단에서의 입력 임피던스를 의미한다.

L1과 L2는 각각 송신 공진기 코일(425)의 인덕턴스 값과 수신 공진기 코일(427)의 인덕턴스 값을 의미한다.

Z_RX _{_IN}은 무선전력수신기의 매칭 회로(430) 후단과 무선전력수신기의 필터/정류기/부하(440) 전단에서의 입력 임피던스를 의미한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 동작에 사용되는 공진 주파수는 6.78MHz ± 15㎑일 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템은 복수의 무선 전력 수신기에 대한 동시 충전-즉, 멀티 충전-을 제공할 수 있으며, 이 경우, 무선 전력 수신기가 새로 추가되거나 삭제되더라도 남아 있는 무선 전력 수신기의 수신 파워 변화량은 소정 기준치 이상을 초과하지 않도록 제어될 수 있다. 일 예로, 수신 파워 변화량은 ±10%일 수 있으나 이에 국한되지는 않는다.

상기 수신 파워 변화량을 유지하기 위한 조건은 무선 전력 수신기가 충전 영역에 추가 또는 삭제 시 기존 무선 전력 수신기와 중첩되지 않아야 한다.

무선 전력 수신기의 매칭 회로(430)가 정류기에 연결된 경우, 상기 Z_TX _{_IN}의 실수부(Real Part)는 정류기의 부하 저항-이하, R_RECT이라 명함-과 역의 관계일 수 있다. 즉, R_RECT의 증가는 Z_TX _{_IN}을 감소시키고, R_RECT의 감소는 Z_TX _{_IN}을 증가시킬 수 있다.

본 발명에 따른 공진기 정합 효율(Resonator Coupling Efficiency)은 수신공진기 코일에서 부하(440)로 전달되는 파워를 송신공진기 코일(425)에서 공진 주파수 대역에 실어주는 파워로 나누어 산출되는 최대 파워 수신 비율일 수 있다. 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기 사이의 공진기 정합 효율은 송신공진기의 레퍼런스 포트 임피던스(Z_{TX_IN})과 수신공진기의 레퍼런스 포트 임피던스(Z_RX _{_IN})가 완벽하게 매칭되는 경우에 산출될 수 있다.

하기 표 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 등급 및 무선 전력 수신기의 클래스에 따른 최소 공진기 정합 효율의 예이다.

	카테고리 1	카테고리 2	카테고리 3	카테고리 4	카테고리 5	카테고리 6	카테고리 7
등급 1	N/A	N/A	N/A	N/A	N/A	N/A	N/A
등급 2	N/A	74%(-1.3)	74%(-1.3)	N/A	N/A	N/A	N/A
등급 3	N/A	74%(-1.3)	74%(-1.3)	76%(-1.2)	N/A	N/A	N/A
등급 4	N/A	50%(-3)	65%(-1.9)	73%(-1.4)	76%(-1.2)	N/A	N/A
등급 5	N/A	40%(-4)	60%(-2.2)	63%(-2)	73%(-1.4)	76%(-1.2)	N/A
등급 5	N/A	30%(-5.2)	50%(-3)	54%(-2.7)	63%(-2)	73%(-1.4)	76%(-1.2)

만약, 복수의 무선 전력 수신기가 사용될 경우, 상기 표 3에 표시된 클래스 및 카테고리에 대응되는 최소 공진기 정합 효율은 증가할 수도 있다.

도 5를 참조하면, 무선 전력 송신기의 상태는 크게 구성 상태(Configuration State, 510), 전력 절약 상태(Power Save State, 520), 저전력 상태(Low Power State, 530), 전력 전송 상태(Power Transfer State, 540), 로컬 장애 상태(Local Fault State, 550) 및 잠금 장애 상태(Latching Fault State, 560)을 포함하여 구성될 수 있다.

무선 전력 송신기에 전력이 인가되면, 무선 전력 송신기는 구성 상태(510)로 천이할 수 있다. 무선 전력 송신기는 구성 상태(510)에서 소정 리셋 타이머가 만료되거나 초기화 절차가 완료되면, 전력 절약 상태(520)로 천이할 수 있다.

전력 절약 상태(520)에서, 무선 전력 송신기는 비콘 시퀀스를 생성하여 공진 주파수 대역을 통해 전송할 수 있다.

여기서, 무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(520)에 진입한 후 소정 시간 이내에 비콘 시퀀스가 개시될 수 있도록 제어할 수 있다. 일 예로, 무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(520) 천이 후 50ms 이내에 비콘 시퀀스가 개시될 수 있도록 제어할 수 있으나, 이에 국한되지는 않는다.

전력 절약 상태(520)에서, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기를 감지하기 위한 제1 비콘 시퀀스(First Beacon Sequece)를 주기적으로 생성하여 전송하고, 수신 공진기의 임피던스 변화-즉, Load Variation-를 감지할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 제1 비콘과 제1 비콘 시퀀스를 각각 Short Beacon과 Short Beacon 시퀀스라 명하기로 한다.

특히, Short Beacon 시퀀스는 무선 전력 수신기가 감지되기 전까지 무선 전력 송신기의 대기 전력이 절약될 수 있도록 짧은 구간 동안(t_SHORT _{_BEACON}) 일정 시간 간격(t_CYCLE)으로 반복 생성되어 전송될 수 있다. 일 예로, t_SHORT _{_BEACON}은 30ms이하, t_CYCLE은 250ms ±5 ms로 각각 설정될 수 있다. 또한, Short Beacon의 전류 세기는 소정 기준치이상이고, 일정 시간 구간 동안 점증적으로 증가될 수 있다. 일 예로, Short Beacon의 최소 전류 세기는 상기 표 2의 카테고리 2 이상의 무선 전력 수신기가 감지될 수 있도록 충분히 크게 설정될 수 있다.

본 발명에 따른 무선 전력 송신기는 Short Beacon에 따른 수신 공진기에서의 리액턴스(reactance) 및 저항(resistance) 변화를 감지하기 위한 소정 센싱 수단이 구비될 수 있다.

또한, 전력 절약 상태(520)에서, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 부팅(Booting) 및 응답에 필요한 충분한 전력을 공급하기 위한 제2 비콘 시퀀스를 주기적으로 생성하여 전송할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 제2 비콘과 제2 비콘 시퀀스를 각각 Long Beacon과 Long Beacon 시퀀스라 명하기로 한다.

즉, 무선 전력 수신기는 제2 비콘 시퀀스를 통해 부팅이 완료되면, 대역외 통신 채널을 통해 소정 응답 신호를 브로드캐스팅할 수 있다.

특히, Long Beacon 시퀀스는 무선 전력 수신기의 부팅에 필요한 충분한 전원을 공급하기 위해 Short Beacon에 비해 상대적으로 긴 구간 동안(t_{LONG_BEACON})동안 일정 시간 간격(t_LONG _{_BEACON_PERIOD})으로 생성되어 전송될 수 있다. 일 예로, t_LONG _{_BEACON}은 105 ms+5 ms, t_LONG _{_BEACON_PERIOD}은 850ms로 각각 설정될 수 있으며, Long Beacon의 전류 세기는 Short Beacon의 전류 세기에 비해 상대적으로 강할 수 있다. 또한, Long Beacon은 전송 구간 동안 일정 세기의 파워가 유지될 수 있다.

이 후, 무선 전력 송신기는 수신 공진기의 임피던스 변화가 감지된 후, 무선 전력 송신기는 Long Beacon 전송 구간 동안 소정 응답 시그널의 수신을 대기할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 상기 응답 시그널을 광고 시그널(Advertisement Signal)이라 명하기로 한다. 여기서, 무선 전력 수신기는 공진 주파수 대역과는 상이한 대역외 통신 주파수 대역을 통해 광고 시그널을 브로드캐스팅할 수 있다.

일 예로, 광고 시그널은 해당 대역외 통신 표준에 정의된 메시지를 식별하기 위한 메시지 식별 정보, 무선 전력 수신기가 적법한 또는 해당 무선 전력 송신기에 호환 가능한 수신기인지를 식별하기 위한 고유한 서비스 또는 무선 전력 수신기 식별 정보, 무선 전력 수신기의 출력 파워 정보, 부하에 인가되는 정격 전압/전류 정보, 무선 전력 수신기의 안테나 이득 정보, 무선 전력 수신기의 카테고리를 식별하기 위한 정보, 무선 전력 수신기 인증 정보, 과전압 보호 기능의 탑재 여부에 관한 정보, 무선 전력 수신기에 탑재된 소프트웨어 버전 정보 중 적어도 하나 또는 어느 하나를 포함할 수 있다.

무선 전력 송신기는 광고 시그널이 수신되면, 전력 절약 상태(520)에서 저전력 상태(530)로 천이한 후, 무선 전력 수신기와의 대역외 통신 링크를 설정할 수 있다. 연이어, 무선 전력 송신기는 설정된 대역외 통신 링크를 통해 무선 전력 수신기에 대한 등록 절차를 수행할 수 있다. 일 예로, 대역외 통신이 블루투스 저전력 통신인 경우, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기와 블루투스 페어링을 수행하고, 페어링된 블루투스 링크를 통해 서로의 상태 정보, 특성 정보 및 제어 정보 중 적어도 하나를 교환할 수 있다.

무선 전력 송신기가 저전력 상태(530)에서 대역외 통신을 통해 충전을 개시하기 위한 소정 제어 신호-즉, 무선 전력 수신기가 부하에 전력을 전달하도록 요청하는 소정 소정 제어 신호-를 무선 전력 송신기에 전송하면, 무선 전력 송신기의 상태는 저전력 상태(530)에서 전력 전송 상태(540)로 천이될 수 있다.

만약, 저전력 상태(530)에서 대역외 통신 링크 설정 절차 또는 등록 절차가 정상적으로 완료되지 않은 경우, 무선 전력 송신기의 상태는 저전력 상태(530)에서 전력 절약 상태(520)에 천이될 수 있다.

무선 전력 송신기는 각 무선 전력 수신기와의 접속을 위한 별도의 분리된 링크 만료 타이머(Link Expiration Timer)가 구동될 수 있으며, 무선 전력 수신기는 소정 시간 주기로 무선 전력 송신기에 자신이 존재함을 알리는 소정 메시지를 링크 만료 타이머가 만료되기 이전에 전송해야 한다. 링크 만료 타이머는 상기 메시지가 수신될 때마다 리셋되며, 링크 만료 타이머가 만료되지 않으면 무선 전력 수신기와 무선 전력 수신기 사이에 설정된 대역외 통신 링크는 유지될 수 있다.

만약, 저전력 상태(530) 또는 전력 전송 상태(540)에서, 무선 전력 송신기와 적어도 하나의 무선 전력 수신기 사이에 설정된 대역외 통신 링크에 대응되는 모든 링크 만료 타이머가 만료된 경우, 무선 전력 송신기의 상태는 전력 절약 상태(520)로 천이될 수 있다.

또한, 저전력 상태(530)의 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기로부터 유효한 광고 시그널이 수신되면 소정 등록 타이머를 구동시킬 수 있다. 이때, 등록 타이머가 만료되면, 저전력 상태(530)의 무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(520)로 천이할 수 있다. 이때, 무선 전력 송신기는 등록에 실패하였음을 알리는 소정 알림 신호를 무선 전력 송신기에 구비된 알림 표시 수단-예를 들면, LED 램프, 디스플레이 화면, 비퍼(beeper) 등을 포함함-을 통해 출력할 수도 있다.

또한, 전력 전송 상태(540)에서, 무선 전력 송신기는 접속된 모든 무선 전력 수신기의 충전이 완료되면, 저전력 상태(530)로 천이될 수 있다.

특히, 무선 전력 수신기는 구성 상태(510), 로컬 장애 상태(550) 및 잠금 장애 상태(560)를 제외한 나머지 상태에서 새로운 무선 전력 수신기의 등록을 허용할 수 있다.

또한, 무선 전력 송신기는 전력 전송 상태(540)에서 무선 전력 수신기로부터 수신되는 상태 정보에 기반하여 전송 전력을 동적으로 제어할 수 있다.

이때, 무선 전력 수신기로부터 무선 전력 송신기에 전송되는 수신기 상태 정보는 요구 전력 정보, 정류기 후단에서 측정된 전압 및/또는 전류 정보, 충전 상태 정보, 과전류 및/또는 과전압 및/또는 과열 상태를 통보하기 위한 정보, 과전류 또는 과전압에 따라 부하에 전달되는 전력을 차단하거나 감소시키는 수단이 활성화되었는지 여부를 지시하는 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, 수신기 상태 정보는 미리 지정된 주기로 전송되거나 특정 이벤트가 발생될 때마다 전송될 수 있다. 또한, 상기 과전류 또는 과전압에 따라 부하에 전달되는 전력을 차단하거나 감소시키는 수단은 ON/OFF 스위치, 제너다이오드 중 적어도 하나를 이용하여 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기로부터 무선 전력 송신기에 전송되는 수신기 상태 정보는 무선 전력 수신기에 유선으로 외부 전원이 연결되었음을 알리는 정보, 대역외 통신 방식이 변경되었음을 알리는 정보-일 예로, NFC(Near Field Communication)에서 BLE(Bluetooth Low Energy) 통신으로 변경될 수 있음- 중 적어도 하나를 더 포함할 수도 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 자신의 현재 가용한 전력, 무선 전력 수신기 별 우선 순위, 접속된 무선 전력 수신기의 개수 중 적어도 하나에 기반하여 무선 전력 수신기 별 수신해야 할 파워 세기를 적응적으로 결정할 수도 있다. 여기서, 무선 전력 수신기 별 파워 세기는 해당 무선 전력 수신기의 정류기에서 처리 가능한 최대 파워 대비 얼마의 비율로 파워를 수신해야 하는지로 결정될 수 있다.

이 후, 무선 전력 송신기는 결정된 파워 세기에 관한 정보가 포함된 소정 전력 제어 명령을 해당 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다. 이때, 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기에 의해 결정된 파워 세기로 전력 제어가 가능한지 여부를 판단하고, 판단 결과를 소정 전력 제어 응답 메시지를 통해 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기의 전력 제어 명령에 따라 무선 전력 제어가 가능한지 여부를 지시하는 소정 수신기 상태 정보를 상기 전력 제어 명령을 수신하기 이전에 전송할 수도 있다.

전력 전송 상태(540)는 접속된 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태에 따라 제1 상태(541), 제2 상태(542) 및 제3 상태(543) 중 어느 하나의 상태일 수 있다.

일 예로, 제1 상태(541)는 무선 전력 송신기에 접속된 모든 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태가 정상 전압인 상태임을 의미할 수 있다.

제2 상태(542)는 무선 전력 송신기에 접속된 적어도 하나의 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태가 저전압 상태이고 고전압 상태인 무선 전력 수신기가 존재하지 않음을 의미할 수 있다.

제3 상태(543)는 무선 전력 송신기에 접속된 적어도 하나의 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태가 고전압 상태임을 의미할 수 있다.

무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(520) 또는 저전력 상태(530) 또는 전력 전송 상태(540)에서 시스템 오류가 감지되면, 잠금 장애 상태(560)로 천이될 수 있다

잠금 장애 상태(560)의 무선 전력 송신기는 접속된 모든 무선 전력 수신기가 충전 영역에서 제거된 것으로 판단되면, 구성 상태(510) 또는 전력 절약 상태(520)로 천이할 수 있다.

또한, 잠금 장애 상태(560)에서, 무선 전력 송신기는 로컬 장애가 감지되면, 로컬 장애 상태(550)로 천이할 수 있다. 여기서, 로컬 장애 상태(550)인 무선 전력 송신기는 로컬 장애가 해제되면, 다시 잠금 장애 상태(560)로 천이될 수 있다.

반면, 구성 상태(510), 전력 절약 상태(520), 저전력 상태(530), 전력 전송 상태(540) 중 어느 하나의 상태에서 로컬 장애 상태(550)로 천이된 경우, 무선 전력 송신기는 로컬 장애가 해제되면, 구성 상태(510)로 천이될 수 있다.

무선 전력 송신기는 로컬 장애 상태(550)로 천이되면, 무선 전력 송신기에 공급되는 전원을 차단할 수도 있다. 일 예로, 무선 전력 송신기는 과전압, 과전류, 과열 등의 장애가 감지되면 로컬 장애 상태(550)로 천이될 수 있으나 이에 국한되지는 않는다.

일 예로, 무선 전력 송신기는 과전류, 과전압, 과열 등이 감지되면, 무선 전력 수신기에 의해 수신되는 전력의 세기를 감소시키기 위한 소정 전력 제어 명령을 접속된 적어도 하나의 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다.

다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 과전류, 과전압, 과열 등이 감지되면, 무선 전력 수신기의 충전을 중단시키기 위한 소정 제어 명령을 접속된 적어도 하나의 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다.

상기와 같은 전력 제어 절차를 통해, 무선 전력 송신기는 과전압, 과전류, 과열 등에 따른 기기 파손을 미연에 방지할 수 있다.

무선 전력 송신기는 송신 공진기의 출력 전류의 세기가 기준치 이상인 경우, 잠금 장애 상태(560)로 천이할 수 있다. 이때, 잠금 장애 상태(560)로 천이된 무선 전력 송신기는 송신 공진기의 출력 전류의 세기를 미리 지정된 시간 동안 기준치 이하가 되도록 시도할 수 있다. 여기서, 상기 시도는 미리 지정된 회수 동안 반복 수행될 수 있다. 만약, 반복 수행에도 불구하고, 잠금 장애 상태(560)가 해제되지 않는 경우, 무선 전력 송신기는 소정 알림 수단을 이용하여 사용자에게 잠금 장애 상태(560)가 해제되지 않음을 지시하는 소정 알림 신호를 송출할 수 있다. 이때, 무선 전력 송신기의 충전 영역에 위치한 모든 무선 전력 수신기가 사용자에 의해 충전 영역에서 제거되면, 잠금 장애 상태(560)가 해제될 수 있다.

반면, 송신 공진기의 출력 전류의 세기가 미리 지정된 시간 이내에 기준치 이하로 떨어지거나 상기 미리 지정된 반복 수행 동안 송신 공진기의 출력 전류의 세기가 기준치 이하로 떨어지는 경우, 잠금 장애 상태(560)는 자동으로 해제될 수 있으며, 이때, 무선 전력 송신기의 상태는 잠금 장애 상태(560)에서 전력 절약 상태(520)로 자동 천이되어 무선 전력 수신기에 대한 감지 및 식별 절차를 다시 수행할 수 있다.

전력 전송 상태(540)의 무선 전력 송신기는 연속된 전력을 송출하고, 무선 전력 수신기의 상태 정보 및 미리 정의된 최적 전압 영역(Optimal Voltage Region) 설정 파라메터에 기반하여 적응적으로 송출 전력을 제어할 수 있다.

일 예로, 최적 전압 영역(Optimal Voltage Region) 설정 파라메터는 저전압 영역을 식별하기 위한 파라메터, 최적 전압 영역을 식별하기 위한 파라메터, 고전압 영역을 식별하기 위한 파라메터, 과전압 영역을 식별하기 위한 파라메터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태가 저전압 영역에 있으면, 송출 전력을 증가시키고, 고전압 영역에 있으면, 송출 전력을 감소시킬 수 있다.

또한, 무선 전력 송신기는 전력 전송 효율이 최대화되도록 송출 전력을 제어할 수도 있다.

또한, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기에 의해 요구된 전력량의 편차가 기준치 이하가 되도록 송출 전력을 제어할 수도 있다.

또한, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 정류기 출력 전압이 소정 과전압 영역에 도달한 경우-즉, Over Voltage가 감지된 경우-, 전력 전송을 중단할 수도 있다.

도 6을 참조하면, 무선 전력 수신기의 상태는 크게 비활성화 상태(Disable State, 610), 부트 상태(Boot State, 620), 활성화 상태(Enable State, 630)(또는, On state) 및 시스템 오류 상태(System Error State, 640)을 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 무선 전력 수신기의 상태는 무선 전력 수신기의 정류기단에서의 출력 전압의 세기-이하, 설명의 편의를 위해 V_RECT이라 명함-에 기반하여 결정될 수 있다.

활성화 상태(630)는 V_RECT의 값에 따라 최적 전압 상태(Optimum Voltage State, 631), 저전압 상태(Low Voltage State, 632) 및 고전압 상태(High Voltage State, 633)로 구분될 수 있다.

비활성화 상태(610)의 무선 전력 수신기는 측정된 V_RECT 값이 미리 정의된 V_{RECT_BOOT} 값보다 크거나 같으면, 부트 상태(620)로 천이할 수 있다.

부트 상태(620)에서, 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기와의 대역외 통신 링크를 설정하고 V_RECT 값이 부하단에 요구되는 전력에 도달할 때까지 대기할 수 있다.

부트 상태(620)의 무선 전력 수신기는 V_RECT 값이 부하단에 요구되는 전력에 도달된 것이 확인되면, 활성화 상태(630)로 천이하여 충전을 시작할 수 있다.

활성화 상태(630)의 무선 전력 수신기는 충전이 완료되거나 충전이 중단된 것이 확인되면, 부트 상태(620)로 천이될 수 있다.

또한, 활성화 상태(630)의 무선 전력 수신기는 소정 시스템 오류가 감지되면, 시스템 오류 상태(640)로 천이할 수 있다. 여기서, 시스템 오류는 과전압, 과전류 및 과열뿐만 아니라 미리 정의된 다른 시스템 오류 조건이 포함될 수 있다.

또한, 활성화 상태(630)의 무선 전력 수신기는 V_RECT 값이 V_RECT _{_BOOT} 값 이하로 떨어지면, 비활성화 상태(610)로 천이될 수도 있다.

또한, 부트 상태(620) 또는 시스템 오류 상태(640)의 무선 전력 수신기는 V_RECT값이 V_{RECT_BOOT} 값 이하로 떨어지면, 비활성화 상태(610)로 천이될 수도 있다.

이하에서는, 활성화 상태(630)내에서의 무선 전력 수신기의 상태 천이를 후술할 도 7을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 7을 참조하면, V_RECT 값이 소정 V_RECT _{_} _BOOT 보다 작으면, 무선 전력 수신기는 비활성화 상태(610)에 유지된다.

이 후, V_RECT 값이 V_RECT _{_BOOT} 이상으로 증가되면, 무선 전력 수신기는 부트 상태(620)로 천이되며, 미리 지정된 시간 이내에 광고 시그널을 브로드캐스팅할 수 있다. 이 후, 광고 시그널이 무선 전력 송신기에 의해 감지되면, 무선 전력 송신기는 대역외 통신 링크 설정을 위한 소정 연결 요청 시그널을 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다.

무선 전력 수신기는 대역외 통신 링크가 정상적으로 설정되고, 등록에 성공한 경우, V_RECT 값이 정상적인 충전을 위한 정류기에서의 최소 출력 전압-이하, 설명의 편의를 위해 V_{RECT_MIN}이라 명함-에 도달할 때까지 대기할 수 있다.

V_RECT 값이 V_RECT _{_MIN}을 초과하면, 무선 전력 수신기의 상태는 부트 상태(620)에서 활성화 상태(630)로 천이되며 부하에 충전을 시작할 수 있다.

만약, 활성화 상태(630)에서 V_RECT 값이 과전압을 판단하기 위한 소정 기준치인 V_RECT _{_MAX}을 초과하면, 무선 전력 수신기는 활성화 상태(630)에서 시스템 오류 상태(640)로 천이될 수 있다.

도 7를 참조하면, 활성화 상태(630)는 V_RECT의 값에 따라 저전압 상태(Low Voltage State, 632), 최적 전압 상태(Optimum Voltage State, 631) 및 고전압 상태(High Voltage State, 633)로 구분될 수 있다.

저전압 상태(632)는 V_RECT _{_BOOT} <= V_RECT <= V_RECT _{_} _MIN인 상태를 의미하고, 최적 전압 상태(631)은 V_RECT _{_MIN} < V_RECT <=V_RECT _{_} _HIGH인 상태를 의미하고, 고전압 상태(633)는 V_{RECT_HIGH} < V_RECT <=V_{RECT_MAX}인 상태를 의미할 수 있다.

특히, 고전압 상태(633)로 천이된 무선 전력 수신기는 부하에 공급되는 전력을 차단하는 동작을 미리 지정된 시간-이하 설명의 편의를 위해 고전압 상태 유지 시간이라 명함- 동안 유보시킬 수도 있다. 이때, 고전압 상태 유지 시간은 고전압 상태(633)에서 무선 전력 수신기 및 부하에 피해가 발생되지 않도록 미리 결정될 수 있다.

무선 전력 수신기는 시스템 오류 상태(640)로 천이되면, 과전압 발생을 지시하는 소정 메시지를 미리 지정된 시간 이내에 대역외 통신 링크를 통해 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다.

또한, 무선 전력 수신기는 시스템 오류 상태(630)에서 과전압에 따른 부하의 피해를 방지하기 위해 구비된 과전압 차단 수단을 이용하여 부하에 인가되는 전압을 제어할 수도 있다. 여기서, 과전압 차단 수단으로 ON/OFF 스위치 또는/및 제너다이오드 등이 사용될 수 있다.

상기 실시예에서는 무선 전력 수신기에 과전압이 발생되어 시스템 오류 상태(640)로 천이된 경우, 무선 전력 수신기에서의 시스템 오류 대응 방법 및 수단을 설명하고 있으나 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 실시예는 무선 전력 수신기에 과열, 과전류 등에 의해서도 시스템 오류 상태로 천이될 수도 있다.

일 예로, 과열에 따라 시스템 오류 상태로 천이된 경우, 무선 전력 수신기는 과열 발생을 알리는 소정 메시지를 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다. 이때, 무선 전력 수신기는 구비된 냉각팬 등을 구동하여 내부 발생된 열을 감소시킬 수도 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기는 복수의 무선 전력 송신기와 연동하여 무선 전력을 수신할 수도 있다. 이 경우, 무선 전력 수신기는 실제 무선 전력을 수신하기로 결정된 무선 전력 송신기와 실제 대역외 통신 링크가 설정된 무선 전력 송신기가 서로 상이한 것으로 판단되면, 시스템 오류 상태(640)로 천이할 수도 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기 사이의 시그널링 절차를 후술할 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 무선 전력 전송 시스템은 스타 토폴로지(Star Topology)로 구성될 수 있으며, 무선 전력 송신기는 대역외 통신 링크를 통해 무선 전력 수신기로부터 각종 특성 정보 및 상태 정보를 수집하고, 수집된 정보에 기반하여 무선 전력 수신기의 동작 및 송출 전력을 제어할 수 있다.

또한, 무선 전력 송신기는 자신의 특성 정보 및 소정 제어 신호를 대역외 통신 링크를 통해 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다.

또한, 무선 전력 송신기는 접속된 무선 전력 수신기의 무선 전력 수신기 별 전력 전송 순서를 결정할 수 있으며, 결정된 전력 전송 순서에 따라 무선 전력을 송출할 수도 있다. 일 예로, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 우선 순위, 무선 전력 수신기의 전력 수신 효율 또는 무선 전력 송신기에서의 전력 전송 효율, 무선 전력 수신기의 충전 상태, 무선 전력 수신기 별 시스템 오류 발생 여부 중 적어도 하나에 기반하여 전력 전송 순서를 결정할 수 있다.

또한, 무선 전력 송신기는 접속된 무선 전력 수신기 별 전송되는 전력량을 결정할 수도 있다. 일 예로, 무선 전력 송신기는 현재 가용한 전력량 및 무선 전력 수신기 별 전력 수신 효율 등에 기반하여 무선 전력 수신기 별 전송할 전력량을 산출할 수 있으며, 산출된 전력량에 관한 정보를 소정 제어 메시지를 통해 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다.

또한, 무선 전력 송신기는 네트워크 연결된 무선 전력 수신기(들)과의 시간 동기를 획득하기 위한 시간 동기 신호(Tim Synchronization Signal)를 생성하여 무선 전력 수신기에 제공할 수도 있다. 여기서, 시간 동기 신호는 무선 전력을 전송하기 위한 주파수 대역-즉, 인밴드(In-Bnad)- 또는 대역외 통신을 수행하기 위한 주파수 대역-즉, 아웃오브밴드(Out-Of-Band)-을 통해 전송될 수 있다. 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기는 시간 동기 신호에 기반하여 서로의 통신 타이밍 및 통신 시퀀스를 관리할 수 있다.

이상의 도 8에서는 하나의 무선 전력 송신기와 복수의 무선 전력 수신기로 구성된 무선 전력 전송 시스템이 스타 토폴로지로 네트워크 연결된 구성을 설명하고 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템은 복수의 무선 전력 송신기 및 복수의 무선 전력 수신기가 네트워크 연결되어 무선 전력을 송수신할 수 있다. 이 경우, 무선 전력 송신기는 별도의 통신 채널을 통해 자신의 상태 정보를 교환할 수 있다. 또한, 무선 전력 수신기가 이동 가능한 장치인 경우, 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기 사이의 핸드오버를 통해 이동 중 끊김 없는 전력을 수신할 수도 있다.

또한, 무선 전력 송신기는 네트워크 조정자(Network Coordinator)로서 동작하며 대역외 통신 링크를 통해 무선 전력 수신기와 정보를 교환할 수 있다. 일 예로, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 각종 정보를 수신하여 소정 디바이스 제어 표(Device Control Table)을 생성 및 관리하고, 디바이스 제어 표을 참조하여 네트워크 관리 정보를 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다. 이를 통해, 무선 전력 송신기는 무선 전력 전송 시스템 네트워크의 생성하고 이를 유지할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시에에 따른 무선 충전 절차를 설명하기 위한 흐름도이다.

도 9를 참조하면, 무선 전력 송신기는 전원 인가에 따라 무선 전력 송신기 구성, 즉, 부팅이 완료되면, 비콘 시퀀스를 생성하여 송신 공진기를 통해 전송할 수 있다(S901).

무선 전력 수신기는 비콘 시퀀스가 감지되면 자신의 식별 정보 및 특성 정보가 포함된 광고 시그널을 브로드캐스팅할 수 있다(S903). 이때, 광고 시그널은 후술할 연결 요청 신호가 무선 전력 송신기로부터 수신되기 이전까지 소정 주기로 반복 전송될 수 있음을 주의해야 한다.

무선 전력 송신기는 광고 시그널이 수신되면, 대역외 통신 링크를 설정하기 위한 소정 연결 요청 신호를 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다(S905).

무선 전력 수신기는 연결 요청 신호가 수신되면, 대역외 통신 링크를 설정하고, 설정된 대역외 통신 링크를 통해 자신의 정적 상태 정보를 전송할 수 있다(S907).

여기서, 무선 전력 수신기의 정적 상태 정보는 카테고리 정보, 하드웨어 및 소프트웨어 버전 정보, 최대 정류기 출력 파워 정보, 전력 제어를 위한 초기 기준 파라메터 정보, 요구 전압 또는 전력에 관한 정보, 전력 조절 기능 탑재 여부를 식별하기 위한 정보, 지원 가능한 대역외 통신 방식에 관한 정보, 지원 가능한 전력 제어 알고리즘에 관한 정보, 무선전력수신기에 초기 설정된 선호 정류기단 전압값 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 정적 상태 정보가 수신되면, 무선 전력 송신기의 정적 상태 정보를 대역외 통신 링크를 통해 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다(S909).

여기서, 무선 전력 송신기의 정적 상태 정보는 송신기 전력 정보, 클래스 정보, 하드웨어 및 소프트웨어 버전 정보, 지원 가능한 무선 전력 수신기의 최대 개수에 관한 정보 및/또는 현재 접속된 무선 전력 수신기의 개수에 관한 정보 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

이 후, 무선 전력 수신기는 자신의 실시간 전력 수신 상태 및 충전 상태를 모니터링하며, 주기적 또는 특정 이벤트 발생 시 동적 상태 정보를 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다(S911).

여기서, 무선 전력 수신기의 동적 상태 정보는 정류기 출력 전압 및 전류에 관한 정보, 부하에 인가되는 전압 및 전류에 관한 정보, 무선 전력 수신기의 내부 측정 온도에 관한 정보, 전력 제어를 위한 기준 파라메터 변경 정보(정류 전압 최소 값, 정류 전압 최대 값, 초기 설정된 선호 정류기단 전압 변경 값), 충전 상태 정보, 시스템 오류 정보, 경보 정보 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 무선 전력 송신기는 상기 전력 제어를 위한 기준 파라메터 변경 정보 수신시 기존 정적 상태 정보에 포함된 설정 값을 변경하여 전력 조절을 수행할 수 있다.

또한, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기를 충전하기 위한 충분한 전력이 준비되면, 대역외 통신 링크를 통해 소정 제어 명령을 송출하여 무선 전력 수신기가 충전을 개시하도록 제어할 수 있다(S913).

이 후, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기로부터 동적 상태 정보를 수신하여 송출 전력을 동적으로 제어할 수 있다(S915).

또한, 무선 전력 수신기는 내부 시스템 오류가 감지되거나 충전이 완료된 경우, 동적 상태 정보에 해당 시스템 오류를 식별하기 위한 데이터 및/또는 충전이 완료되었음을 지시하는 데이터를 포함하여 무선 전력 송신기에 전송할 수도 있다(S917). 여기서, 시스템 오류는 과전류, 과전압, 과열 등을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 현재 가용한 전력이 접속된 모든 무선 전력 수신기의 요구 전력을 충족하지 못하는 경우, 각 무선 전력 수신기에 전송할 전력을 재분배하고 이를 소정 제어 명령을 통해 해당 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다.

또한, 무선 전력 송신기는 무선 충전 중 새로운 무선 전력 수신기가 등록된 경우, 현재 가용한 전력에 기반하여 접속된 무선 전력 수신기 별 수신할 전력을 재분배하고, 이를 소정 제어 명령을 통해 해당 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다

또한, 무선 전력 송신기는 무선 충전 중 기존 접속된 무선 전력 수신기의 충전이 완료되거나 대역외 통신 링크가 해제-예를 들면, 무선 전력 수신기가 충전 영역에서 제거된 경우를 포함함-되는 경우, 남아있는 무선 전력 수신기 별 수신할 전력을 재분배하고 이를 소정 제어 명령을 통해 해당 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다.

또한, 무선 전력 송신기는 소정 제어 절차를 통해 무선 전력 수신기가 전력 조절 기능이 탑재되었는지 여부를 확인할 수도 있다. 이 경우, 무선 전력 송신기는 전력 재분배 상황이 발생된 경우, 전력 조절 기능이 탑재된 무선 전력 수신기에 대해서만 전력 재분배를 수행할 수도 있다.

일 예로, 전력 재분배 상황은 연결되지 않은 무선 전력 수신기로부터 유효한 광고 시그널을 수신하여 새로운 무선 전력 수신기가 추가되거나 연결된 무선 전력 수신기의 현재 상태 등을 지시하는 동적 파라메터가 수신되거나, 기 연결된 무선 전력 수신기가 더 이상 존재하지 않음이 확인되거나, 기 연결된 무선 전력 수신기의 충전이 완료되거나, 기 연결된 무선 전력 수신기의 시스템 오류 상태를 지시하는 알람(Alert) 메시지가 수신되는 등의 이벤트가 발생된 경우 발생될 수 있다.

여기서, 시스템 오류 상태는 과전압 상태, 과전류 상태, 과열 상태, 네트워크 연결 상태 등을 포함할 수 있다.

일 예로, 무선 전력 송신기는 소정 제어 명령을 통해 전력 재분배 관련 정보를 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다.

여기서, 전력 재분배 관련 정보는 무선 전력 수신기 전력 제어를 위한 명령 정보, 전력 전송 요청에 대한 허여(Permission) 또는 거절(deny) 여부를 식별하기 위한 정보, 무선 전력 수신기가 유효한 부하 변화(Valid Load Variation)을 생성하는 시간 정보 등을 포함할 수 있다.

여기서, 무선 전력 수신기 전력 제어를 위한 명령은 무선 전력 수신기가 부하에 수신된 전력을 제공하는 것을 제어하기 위한 제1 명령, 무선 전력 수신기가 충전이 이루어지고 있음을 지시하는 것을 허여하기 위한 제2 명령, 무선 전력 수신기의 최대 정류기 파워 대비 무선 전력 송신기에 의해 제공 가능한 최대 파워의 비율을 지시하는 파워 조절 명령(Adjust Power Command) 등을 포함할 수 있다.

만약, 무선 전력 수신기가 상기 파워 조절 명령을 지원하지 않는 경우, 무선 전력 송신기는 파워 조절 명령을 해당 무선 전력 수신기에 전송하지 않을 수도 있다.

일 예로, 무선 전력 송신기는 새로운 무선 전력 수신기가 등록되면, 자신의 가용한 전력량에 기반하여 무선 전력 수신기에 의해 요구된 전력량을 제공 가능한지 여부를 판단할 수 있다. 판단 결과, 요구된 전력량이 가용한 전력량을 초과하는 경우, 무선 전력 송신기는 해당 무선 전력 수신기에 전력 조절 기능이 탑재되었는지 여부를 확인할 수 있다. 확인 결과, 전력 조절 기능이 탑재된 경우, 무선 전력 수신기는 가용한 전력량 내에서 무선 전력 수신기가 수신할 전력의 양을 결정하고, 결정된 결과를 소정 제어 명령을 통해 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다.

물론, 상기 전력 재분배는 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기가 정상적으로 동작 가능한 범위 및/또는 정상적인 충전이 가능한 범위 내에서 수행될 수 있다.

또한, 상기 전력 전송 요청에 대한 허여(Permission) 또는 거절(deny) 여부를 식별하기 위한 정보는 허여 조건 및 거절 이유가 포함될 수 있다.

일 예로, 허여 조건은 가용한 파워 부족으로 인한 일정 시간 동안의 대기를 조건으로 한 허여가 포함될 수 있다. 거절 이유는 가용한 파워 부족으로 인한 거절, 수용 가능한 무선 전력 수신기 개수의 초과로 인한 거절, 무선 전력 송신기의 과열로 인한 거절, 무선 전력 송신기의 제한된 등급에 따른 거절 등을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기는 복수의 대역외 통신 방식을 지원할 수 있다. 만약, 현재 설정된 대역외 통신 링크를 다른 방식으로 변경하고자 하는 경우, 무선 전력 수신기는 대역외 통신 변경을 요청하는 소정 제어 신호를 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다. 무선 전력 송신기는 대역외 통신 변경 요청 신호가 수신되면, 현재 설정된 대역외 통신 링크를 해제하고, 무선 전력 수신기에 의해 요청된 대역외 통신 방식으로 새로운 대역외 통신 링크를 설정할 수 있다.

일 예로, 본 발명에 적용 가능한 대역외 통신 방식에는 NFC(Near Field Communication) 통신, RFID(Radio Frequency Identification) 통신, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신, WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 통신, LTE(Long Term Evolution)/LTE-Advance 통신, Wi-Fi 통신 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

도 10을 참조하면, 실시 예의 무선 전력 송신기는 소정의 주파수 및 소정의 진폭을 갖는 초기 신호(S0)를 공급받아, 상기 초기 신호(S0)와 동일한 주파수를 갖고 증폭된 제4 신호(S4)를 방출할 수 있다.

일 실시 예에 따른 상기 초기 신호(S0)의 주파수는 6.78MHz ± 15㎑ 일 수 있다.

초기 신호(S0)는 실시 예의 송신기로 공급되어, 인버터 버퍼(141)에 의해 위상이 180°변환된 제1 신호(S1) 및 인버터버퍼(141)을 거치지 않은 제2 신호(S2)로 분기 될 수 있다.

제1 신호(S1) 및 제2 신호(S2)는 위상차이가 180°인 동일한 진폭을 갖는 신호일 수 있다.

소정의 주파수 및 소정의 진폭을 갖는 초기 신호(S0)는 송신기로 공급되어 인버터버터(141)에 의해 서로 반대 위상을 갖는 제1 신호(S1) 및 제2 신호(S2)로 생성될 수 있다.

제1 신호(S1)와 제2 신호(S2)는 각각 증폭부(143)에 공급될 수 있다.

증폭부(143)는 제1 신호(S1) 및 제2 신호(S2)를 증폭하여 동일한 주파수를 갖는 제4 신호(S4)를 생성할 수 있다.

증폭부(143)는 모스펫(MOSFET)을 포함한 회로로 구비될 수 있다.

다만, 실시 예의 증폭부(143)의 구성은 설명의 편의를 위하여 모스펫(MOSFET)을 이용하여 입력된 신호를 증폭하는 이른바 모스펫회로(MOSFET Circuit)로 도시 되었으나, 실시 예의 증폭부(143)의 구성은 모스펫(MOSFET)을 이용한 증폭부에 한정되지 않고, 입력된 신호를 소정 스케일로 증폭하도록 구비되기만 하면 족하며, 사용자의 필요에 따라 다양한 회로 소자를 이용하여 구현 가능하고, 당연히 본 발명의 권리범위를 제한하지 아니한다.

이하, 도 11 내지 도 14를 참조하여 다양한 증폭부를 포함하는 무선 전력 송신기에 대해 설명하도록 한다.

도 11을 참조하면, 실시 예의 무선 전력 송신기는 주제어부(150), 주제어부(150)에 의해 제어되어 활성화(Enable) 또는 비활성화(Disable)상태로 천이되는 복수 개의 인버터버퍼(1411, 1413), 소정의 주파수를 갖는 전류를 공급받아 신호를 증폭하는 복수 개의 증폭부(1431, 1433, 1435, 1437) 및 복수 개의 증폭부(1431, 1433, 1435, 1437)에 의해 선택적으로 자기장을 발생하거나 발생하지 않는 상태도 천이되는 복수 개의 코일(L1, L2)을 포함할 수 있다.

상기 복수 개의 코일(L1, L2)은 제1코일(L1) 및 제2코일(L2)을 포함할 수 있다.

일 예로, 상기 주제어부(150)는 상기 인버터버터(1411, 1413)을 제어하여 무선 전력 전송에 사용될 코일을 동적으로 선택할 수 있다.

예컨대, 제1코일(L1)의 일단은 제1증폭부(1431) 및 제1전원부(1441)와 전기적으로 연결되도록 구비되고, 제1코일(L1)의 타단은 제2증폭부(1433) 및 제2전원부(1443)와 전기적으로 연결되도록 구비될 수 있다.

제2코일(L2)의 일단은 제3증폭부(1435) 및 제3전원부(1445)와 전기적으로 연결되도록 구비되고, 제2코일(L2)의 타단은 제4증폭부(1437) 및 제4전원부(1447)와 전기적으로 연결되도록 구비될 수 있다.

제1증폭부(1431)의 일단은 제1전원부(1441)와 전기적으로 연결되어 전력을 공급받을 수 있고, 제1증폭부(1431)의 타단은 제1증폭부(1431)를 제1전원부(1441)와 전기적으로 연결된 상태 또는 연결되지 않은 상태로 천이시키는 제1게이트드라이버(1421)와 전기적으로 연결되도록 구비될 수 있다.

제2증폭부(1433)의 일단은 제2전원부(1443)와 전기적으로 연결되어 전력을 공급받을 수 있고, 제2증폭부(1433)의 타단은 제2증폭부(1433)를 제2전원부(1443) 및 제2게이트드라이버(1423)와 전기적으로 연결되도록 구비될 수 있다.

제1게이트드라이버(1421)와 제2게이트드라이버(1423)는 입력된 신호의 위상에 따라 상술한 바와 같이 제1증폭부(1431) 및 제2증폭부(1433)가 각각 제1전원부(1431) 및 제2전원부(1443)와 전기적으로 연결된 상태 또는 연결되지 않은 상태로 천이되게 제어할 수 있다.

소정의 주파수 및 소정의 진폭을 갖는 초기 신호가 제2게이트드라이버(1423)로 입력되고, 상기 초기 신호가 제1인버터버퍼(1411)를 거쳐 위상이 변환된 신호가 제1게이트드라이버(1421)에 입력될 수 있다.

서로 반대 위상을 갖는 신호를 입력 받은 제1게이트드라이버(1421) 및 제2게이트트라이버(1423)은 소정 주파수를 주기로 하여 제1증폭부(1431) 및 제2증폭부(1433)를 제1전원부(1441) 및 제2전원부(1443)과 전기적으로 연결된 상태 또는 연결되지 않은 상태로 제어할 수 있다.

예컨대, 동시에 초기 신호를 입력 받은 제1게이트드라이버(1421)는 제1증폭부(1431)를 제1전원부(1441)와 전기적으로 연결되는 상태로 천이되도록 제어하고, 제2게이트드라이버(1423)는 제2증폭부(1433)를 제2전원부(1443)와 전기적으로 연결되지 않는 상태로 천이되도록 제어할 수 있다.

이 경우에는 제1코일(L1)의 상부에서 하부를 향하여 전류가 흐르게 된다.

또한, 소정 시간이 흐른 뒤에 초기 신호를 입력 받은 제1게이트드라이버(1421)는 제1증폭부(1431)를 제1전원부(1441)와 전기적으로 연결되지 않은 상태로 천이되도록 제어할 수 있다.

제2게이트드라이버(1423)는 제2증폭부(1433)를 제2전원부(1443)와 전기적으로 연결된 상태로 천이되도록 제어하여, 제1코일(L1)의 하부에서 상부를 향하여 전류가 흐르게 될 수 있다.

제1코일(L1)의 하부는 제1코일(L1)과 제2전원부(1443)가 전기적으로 연결되는 지점을 의미할 수 있고, 제1코일(L1)의 상부는 제1코일과 제1전원부(1441)가 전기적으로 연결되는 지점을 의미 할 수 있다.

이 때, 상기 제1전원부(1441) 및 제2전원부(1443)에 의해 입력된 초기 신호의 진폭보다 소정 배수 증폭 되고, 주파수는 초기 신호의 주파수와 동일한 전류가 제1코일(L1)에 흐르게 된다.

제1 코일(L1)을 가로지르는 전류의 방향은 초기 신호의 주기가 T인 경우, T/2 주기로 역전될 수 있다.

도면에 도시된 바와 같이 제2코일(L2) 역시 제1코일(L1)과 동일하며 독립적인 회로를 포함하여, 초기 신호의 진폭보다 소정 배수 증폭 되고, 주파수는 초기 신호의 주파수와 동일한 전류가 제2코일(L2)에 흐르도록 구비될 수 있다.

주제어부(150)에 의해 제1인버터버퍼(1411) 및 제2인버터버퍼(1413)이 활성상태 또는 비활성상태로 천이됨에 따라 제1코일(L1) 또는 제2코일(L2)에 선택적으로 전류가 흐르도록 제어할 수 있다.

물론, 실시 예의 주제어부(150)는 제1인버터버퍼(1411) 및 제2인버터버퍼(1413)을 모두 활성상태로 천이시켜 제1코일(L1) 및 제2코일(L2)에 모두 전류가 흐르도록 제어하거나, 제1인버터버퍼(1411) 및 제2인버터버퍼(1413)을 모두 비활성상태로 천이시켜 제1코일(L1) 및 제2코일(L2) 모두에 전류가 흐르지 않도록 제어할 수 있으며, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시 예에 한정되지 않는다.

또한, 도면에는 실시 예의 코일(L1, L2)이 두 개 구비되도록 도시하였으나 이에 한정되지 아니하고, 사용자는 필요에 따라 둘 이상의 코일 및 이에 증폭된 전류를 공급하는 증폭부를 둘 이상 포함할 수 있으며, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니한다.

또한. 도면의 전원부와 증폭부 사이의 인덕터는 생략되거나 다른 구성이 포함될 수 있다.

다만, 이 경우 코일(L1, L2)의 개수만큼 인버터버퍼(1411, 1413), 게이트드라이버(1423-1427) 및 증폭부(1431-1437)이 증가되게 되어 실시 예의 무선 전력 송신기의 부피가 커지게 되는 문제 및 생산 비용이 증가되는 문제가 있다.

또한 코일(L1, L2)와 전기적으로 연결된 캐패시터는 생략되거나 다른 구성이 포함될 수 있으며, 이 구성은 코일과 캐패시터로 구성되는 공진기(Rasonator)를 의미할 수 있다.

도 12를 참조하면, 실시 예의 무선 전력 송신기는 자기장을 발생시키는 복수 개의 코일(L1, L2), 복수 개의 코일(L1, L2)에 흐르는 전류의 ON/OFF 제어하는 복수 개의 스위치부(1451, 1453), 상기 복수 개의 스위치부(1451, 1453)의 연결 상태를 제어하는 주제어부(150) 및 초기 신호를 증폭시키는 증폭부(1431, 1433)를 포함할 수 있다.

인버터버퍼(141), 복수 개의 게이트드라이버(1421, 1423), 증폭부(1431, 1433) 및 전원부(1441, 1443)는 앞서 설명한 도 11에 도시된 실시 예의 무선 전력 송신기와 동일하므로 자세한 설명은 생략하도록 하고 이하 차이점에 대해서만 서술하도록 한다.

복수 개의 코일(L1, L2)은 제1코일(L1) 및 제2코일(L2)을 포함할 수 있다.

제1코일(L1)은 일단이 제1스위치부(1451)와 전기적으로 연결되도록 구비되고, 타단이 제2스위치부(1453)와 전기적으로 연결되도록 구비될 수 있다.

제2코일(L2)은 일단이 제1스위치부(1451)와 전기적으로 연결되도록 구비되고, 타단이 제2스위치부(1453)와 전기적으로 연결되도록 구비될 수 있다.

제1스위치부(1451) 및 제2스위치부(1453)에 의해 제1코일(L1) 또는 제2코일(L2)에 전류가 흐르도록 제어될 수 있다.

예컨대, 주제어부(150)는 제1스위치부(1451)가 제1코일(L1)의 일단과 제1증폭부(1431)를 전기적으로 연결시키는 상태로 천이시키고, 제2스위치부(1453)가 제1코일(L1)의 타단과 제2증폭부(1433)을 전기적으로 연결시키는 상태로 천이시킬 수 있다.

이 경우, 제1코일(L1)에만 전류가 흐르는 상태가 되고, 제2코일(L2)에는 전류가 흐르지 않는 상태가 된다.

상술한 바와 반대로 주제어부(150)는 제1스위치부(1451)가 제2코일(L2)의 일단과 제1증폭부(1431)를 전기적으로 연결시키는 상태로 천이시키고, 제2스위치부(1453)가 제2코일(L2)의 타단과 제2증폭부(1433)을 전기적으로 연결시키는 상태로 천이시킬 수 있으며, 이 경우에는 제1코일(L1)에는 전류가 흐르지 않고 제2코일(L2)에만 전류가 흐르는 상태가 된다.

주제어부(150)가 제1인버터버퍼(1411) 및 제2인버터버퍼(1413)를 활성화 또는 비활성화 상태로 천이시켜 제1코일(L1) 또는 제2코일(L2)에 동시에 또는 선택적으로 전류가 흐르게 구비되는 도 11에 도시된 무선 전력 송신기와 달리, 도 12에 도시된 실시 예의 무선 전력 송신기는 하나의 인버터버퍼(141)를 포함하며, 주제어부(150)는 제1스위치부(1451) 및 제2스위치부(1453)을 제어하여 제1코일(L1) 또는 제2코일(L2)에 동시에 또는 선택적으로 전류가 흐르도록 하는 점에 있어 그 구성의 차이가 있다.

도 11에 도시된 무선 전력 송신기와 달리 하나의 인버터버퍼(141) 및 이와 전기적으로 연결되어 초기 신호를 증폭시키는 증폭부(1431)가 두 개만 구비되어 동일한 기능을 수행하지만 송신기의 면적이 감소하며, 비용이 감소하는 효과가 있다.

하지만, 실시 예의 무선 전력 송신기는 주제어부(150)가 제1코일(L1) 또는 제2코일(L2)에 선택적으로 전류를 공급하기 위해서 제1스위치부(1451) 및 제2스위치부(1453)을 작동시켜야 하기 때문에 전력소비 증가되어 에너지 효율이 떨어지는 문제가 있다.

이하, 도 13 및 도 14를 참고하여, 도 11의 무선 전력 송신기의 문제인 송신기 자체의 면적이 증가하는 문제와 도 12의 무선 전력 송신기의 문제인 스위치부를 개별적으로 작동시킴으로 인하여 전력소비가 증가되어 에너지 효율이 떨어지는 문제를 모두 해결하는 다른 실시 예의 무선 전력 송신기를 제안하고자 한다.

도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 회로도를 도시한 것이다.

도 13을 참조하면, 실시 예의 무선 전력 송신기는 자기장을 발생시키는 복수 개의 코일(L1, L2), 복수 개의 코일(L1, L2)에 흐르는 전류를 제어하는 복수 개의 증폭부(1431, 1433, 1435), 증폭부(1431, 1433, 1435)에 입력되는 전류의 위상을 변환시키는 복수 개의 인버터버퍼(1411, 1413) 및 복수 개의 인버터버퍼(1411, 1413)를 활성화 상태 또는 비활성화 상태로 천이시키는 주제어부(150)를 포함할 수 있다.

제1코일(L1)은 일단이 제1증폭부(1431) 및 제1전원부(1441)와 전기적으로 연결되도록 구비되고, 타단이 제2증폭부(1433) 및 제2전원부(1443)와 전기적으로 연결되도록 구비될 수 있다.

제2코일(L2)은 일단이 제2증폭부(1433) 및 제2전원부(1443)와 전기적으로 연결되도록 구비되고, 타단이 제3증폭부(1435) 및 제3전원부(1445)와 전기적으로 연결되도록 구비될 수 있다.

제1증폭부(1431)는 일단이 제1코일(L1) 및 제1전원부(1441)와 전기적으로 연결되도록 구비되고, 타단이 제1게이트드라이버(1421)와 전기적으로 연결되도록 구비될 수 있고, 제2증폭부(1433)는 일단이 제2전원부(1443), 제1코일(L1) 및 제2코일(L2)와 전기적으로 연결되도록 구비되고, 타단이 제2게이트드라이버(1423)와 전기적으로 연결되도록 구비될 수 있으며, 제3증폭부(1435)는 일단이 제3전원부(1445) 및 제2코일(L2)과 전기적으로 연결되도록 구비되고, 타단이 제3게이트드라이버(1425)와 전기적으로 연결되도록 구비될 수 있다.

주제어부(150)는 제1인버터버퍼(1411) 및 제2인버터버퍼(1413)를 활성화 상태 또는 비활성화 상태로 천이되도록 제어하도록 구비될 수 있다.

주제어부(150)가 제1인버터버퍼(1411) 및 제2인버터버퍼(1413)을 활성화 및 비활성화 상태로 제어하여 제1코일(L1) 또는 제2코일(L2) 중 적어도 하나의 코일에 전류를 흐르도록 제어하는 동작과 관련해서는 도 14a 및 도 14b에서 보다 자세히 서술하도록 한다.

상술한 실시 예의 무선 전력 송신기는 도 13에 도시된 바와 같이 제1코일(L1) 및 제2코일(L2)에 해당하는 두 개의 코일을 포함하는 것으로 도시되었으나, 사용자는 도시된 실시 예에 한정되지 않고 둘 이상의 코일을 포함하도록 무선 전력 송신기를 구성할 수 있으며, 이는 본 발명의 권리범위를 제한하지도 않는다.

실시 예의 무선 전력 송신기는 두 개의 코일에 흐르는 전류를 제어하기 위하여 각각 4개의 증폭부(143) 및 게이트드라이버(142)를 필요로 하는 도 11에 도시된 무선 전력 송신기와는 달리, 실시 예의 제2증폭부(1431)는 제1코일(L1) 및 제2코일(L2)과 동시에 전기적으로 연결되도록 구비되어 두 개의 코일에 흐르는 전류를 제어함에 있어 각각 3개의 증폭부(143) 및 게이트드라이버(142)만으로 두 개의 코일에 흐르는 전류를 제어할 수 있어 증폭부(143) 및 게이트드라이버(142)의 개수를 감소시켜 소형화할 수 있는 기술적 특징이 있다.

또한, 주제어부(150)가 제어하는 스위치부에 의해 코일(L1, L2)에 흐르는 전류가 제어되는 도 12에 도시된 무선 전력 송신기와는 달리 실시 예의 무선 전력 송신기는 전력을 소비하는 스위치부를 생략하여 불필요한 전력 손실을 감소시키는 기술적 특징이 존재한다.

상술한 효과는 실시 예의 무선 전력 송신기에 배치되는 코일의 개수를 두 개에 한정하지 않고 둘 이상 구비되는 경우로 확장하는 경우에 더 효과적일 수 있다.

예컨대, 사용자는 제1코일(L1) 및 제2코일(L2)에 추가적으로 n개의 코일을 포함하도록 본 발명을 확장 할 수 있으며, 이 때 실시 예의 무선 전력 송신기는 제1 코일(L1) 내지 제n코일(Ln)을 포함할 수 있다.

이 경우, 인버터버퍼(141)은 제1인버터버퍼(1411) 내지 제n인버터버퍼(141(2n-1))의 n개의 인버터버퍼(141)를 포함할 수 있고, 게이트드라이버(142)는 제1게이트드라이버(1421) 내지 제n+1게이트드라이버(142(2n+1))의 n+1개의 게이트드라이버(142)를 포함할 수 있으며, 증폭부(143)는 제1증폭부(1431) 내지 제n+1증폭부(143(2n+1))의 n+1개의 증폭부(143) 및 전원부(144)는 제1전원부(1441) 내지 제n+1전원부(144(2n+1))의 n+1개의 전원부(144)를 포함할 수 있다.

본 실시 예의 무선 전력 송신기에 n개의 코일을 배치한다는 가정하에 게이트드라이버(142) 및 증폭부(143)는 각각 n+1개 필요하다.

반면, 도 11에 도시된 무선 전력 송신기에 n개의 코일을 배치한다면, 게이트드라이버(142) 및 증폭부(143)는 각각 2n개 필요하다.

따라서, 실시 예의 무선 전력 송신기는 도 11의 무선 전력 송신기에 비해 n-1개의 게이트드라이버(142) 및 증폭부(143)를 생략 할 수 있으며, 이로 인하여 n-1개의 게이트드라이버(142) 및 증폭부(143)가 차지하는 면적 및 n-1개의 게이트드라이버(142) 및 증폭부(143)의 비용을 절감할 수 있다.

이하, 주제어부(150)가 제1인버터버퍼(1411) 및 제2인버터버퍼(1413)을 활성화 및 비활성화 상태로 제어하여 제1코일(L1) 또는 제2코일(L2) 중 적어도 하나의 코일에 전류를 흐르도록 제어하는 동작에 대하여 설명한다.

도 14a와 도 14b를 참조하면, 도 14a에 도시된 경우와 같이 실시 예의 주제어부(150)는 제1코일(L1)에 전류가 흐르도록 제1인버터버퍼(1411)을 활성화시키고, 제2인버터버퍼(1413)을 비활성화 시키도록 제어할 수 있다.

보다 자세하게는, 주제어부(150)가 제1인버터버퍼(1411)를 활성화시킴으로 인하여 제1게이트드라이버(1421)에 유입되는 전류의 위상과 제2게이트드라이버(1423)에 유입되는 전류의 위상은 180°차이날 수 있다.

상기 전류의 위상 차이인 180°는 설명의 편의를 위하여 일 예를 설명하기 위한 것이며, 사용자는 필요에 따라 상기 전류의 위상차이를 다양하게 변형 할 수 있고, 본 발명의 권리범위를 제한하려는 의도는 아니다.

서로 180°위상 차이를 가진 전류가 제1증폭부(1431) 및 제2증폭부(1433)에 유입됨으로 인하여 제1코일(L1)에는 180°위상 차이에 해당하는 시간을 주기로 하여 주기적으로 제1전류(iL1)가 방향을 바꾸며 흐를 수 있다.

하지만, 주제어부(150)는 제2인버터버퍼(1423)을 비활성화시킴으로 인하여 제2게이트드라이버(1423)에 유입되는 전류의 위상과 제3게이트드라이버(1425)에 유입되는 전류의 위상은 동일하게 된다.

따라서, 위상차이가 없는 전류가 제2증폭부(1433) 및 제3증폭부(1435)에 유입되는 경우에는 제2코일(L2)에는 전류가 흐르지 않을 수 있다.

도 14b에 도시된 실시 예는 도 14a에 도시된 실시 예의 반대 경우로써, 주제어부(150)가 제1인버터버퍼(1411)을 비활성화시키고, 제2인버터버퍼(1413)을 활성화시켜 제2코일(L2)에만 전류가 흐르도록 제어하는 경우를 도시한 것이다.

사용자는 필요에 따라, 주제어부(150)에서 제1인버터버퍼(1411) 또는 제2인버터버퍼(1413)만을 활성 또는 비활성 시킴으로 인하여 선택적으로 원하는 코일(L1, L2)에 전류가 흐르도록 할 수 있다.

도 13 및 도 14a, 14b에 도시된 바와 같이 실시 예의 무선 전력 공급장치는 적어도 하나 이상의 코일(L1, L2)를 포함하며, 상기 적어도 하나 이상의 코일에 선택적으로 혹은 동시에 전류를 공급하기 위한 구성을 설명하였다.

본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여 코일이 두 개로 구비되며, 증폭부가 세 개로 구비되는 것으로 예를 들어 설명하였으나. 코일의 개수, 증폭부 및 기타 구성 요소는 전술한 바와 같이 두 개 혹은 세 개로 한정하려는 의도가 아니며, 사용자는 필요에 따라 실시 예의 목적을 달성하기 위하여 실시 예의 구성 요소의 개수를 감축 혹은 증가 시킬 수 있고, 나아가 본 발명의 권리범위를 한정하는 것도 아니다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

본 발명은 복수의 송신 코일이 구비되는 무선 전력 송신 장치에 적용될 수 있다.

Claims

자기장을 전송을 위한 n개의 송신 코일;

소정 동작 주파수를 갖는 AC 신호를 공급하는 주파수 생성부;

상기 AC 신호의 위상을 천이시키는 n개의 인버터버퍼;

상기 인버터버퍼를 활성화시키거나 비활성화시키는 주제어부;

상기 AC 신호를 증폭시키는 n+1개의 증폭부; 및

입력되는 상기 AC 신호의 위상에 기반하여 상기 증폭부를 제어하는 n+1개의 게이트드라이버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 공급 장치.
제1항에 있어서,

상기 증폭부는,

적어도 하나 이상의 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)을 포함하는 무선 전력 공급 장치.
제1항에 있어서,

상기 송신 코일을 가로지르는 전류는 상기 AC 신호의 주기가 T일 때, T/2주기로 반전되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 공급 장치.
제1항에 있어서,

상기 게이트드라이버의 일단은 상기 인버터버퍼와 전기적으로 연결되도록 구비되고, 상기 게이트드라이버의 타단은 상기 증폭부와 전기적으로 연결되도록 구비되는 무선 전력 공급 장치.
제1항에 있어서,

상기 n개의 증폭부 중, n-2개의 증폭부는 둘 이상의 서로 다른 상기 송신 코일과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 공급 장치.
제1항에 있어서,

상기 n개의 증폭부 중, 2개의 증폭부는 복수 개의 송신 코일 중 하나의 송신 코일에만 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 공급 장치.
자기장을 전송을 위한 복수 개의 송신 코일;

소정 동작 주파수를 갖는 AC 신호를 공급하는 주파수 생성부;

상기 AC 신호의 위상을 천이시키는 복수 개의 인버터버퍼;

상기 인버터버퍼를 활성화시키거나 비활성화시키는 주제어부;

상기 AC 신호를 증폭시키는 복수 개의 증폭부; 및

입력되는 상기 AC신호의 위상에 기반하여 상기 증폭부를 제어하는 복수 개의 게이트드라이버;를 포함하고,

상기 증폭부 중 적어도 하나는 상기 복수 개의 송신 코일과 전기적으로 연결되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 공급 장치.
제7항에 있어서,

상기 송신코일은 제1 내지 제2 송신 코일을 포함하고,

상기 증폭부는 제1 내지 제3증폭부를 포함하며,

상기 제1 송신코일의 일단과 상기 제2 송신코일의 일단은 상기 제2 전류증폭기와 전기적으로 연결되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 공급 장치.
제8항에 있어서,

상기 제1 송신 코일의 일단은 상기 제1 전류증폭기와 전기적으로 연결되고, 상기 제1 송신 코일의 타단은 상기 제2 전류증폭기와 전기적으로 연결되도록 구비되며,

상기 제2 송신 코일의 일단은 상기 제2 전류증폭기와 전기적으로 연결되도록 구비되고, 상기 제2 송신 코일의 타단은 상기 제3 전류증폭기와 전기적으로 연결되도록 구비되는 무선 전력 공급 장치.
제9항에 있어서,

상기 증폭부는,

적어도 하나 이상의 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)을 포함하는 무선 전력 공급 장치.
제7항에 있어서,

상기 게이트 드라이버는 상기 전류증폭기와 동일한 개수로 구비되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 공급 장치.
제10항에 있어서,

상기 게이트 드라이버는 제1 내지 제3 게이트 드라이버를 포함하고,

상기 제1 게이트 드라이버의 일단은 상기 제1 인버터버퍼와 전기적으로 연결되도록 구비되고, 상기 제1 게이트 드라이버의 타단은 상기 제1 전류증폭기와 전기적으로 연결되도록 구비되며,

상기 제2 게이트 드라이버의 일단은 상기 전류 공급부와 전기적으로 연결되도록 구비되고, 상기 제2 게이트 드라이버의 타단은 상기 제2 전류증폭기와 전기적으로 연결되도록 구비되며,

상기 제3 게이트 드라이버의 일단은 상기 제2 인버터버퍼와 전기적으로 연결되도록 구비되고, 상기 제3 게이트 드라이버의 타단은 제3 전류증폭기와 전기적으로 연결되도록 구비되는 무선 전력 공급 장치.
자기장을 전송을 위한 3개의 제1 내지 제3송신 코일;

소정 동작 주파수를 갖는 AC 신호를 공급하는 주파수 생성부;

상기 AC 신호의 위상을 천이시키는 3개의 제1 내지 제3인버터버퍼;

상기 인버터버퍼를 활성화시키거나 비활성화시키는 주제어부;

상기 AC 신호를 증폭시키는 4개의 제1 내지 제4증폭부; 및

입력되는 상기 AC신호의 위상에 기반하여 상기 증폭부를 제어하는 4개의 제1 내지 제4게이트드라이버;를 포함하고,

상기 증폭부 중 적어도 하나는 상기 복수 개의 송신 코일과 전기적으로 연결되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 공급 장치.
제13항에 있어서,

상기 제n전송 코일의 일단은 상기 제n증폭부와 전기적으로 연결되고,

상기 제n전송 코일의 타단은 상기 제n+1증폭부와 전기적으로 연결되는 무선 전력 공급 장치.
제14항에 있어서,

상기 제n증폭부는 상기 제n게이트드라이버와 전기적으로 연결되고,

상기 제n인버터버퍼의 일단은 상기 제n게이트드라이버와 전기적으로 연결되고,

상기 제n인버터버퍼의 타단은 상기 제n+1게이트드라이버와 전기적으로 연결되는 무선 전력 공급 장치.