WO2017138712A1 - 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템 - Google Patents

무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템 Download PDF

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WO2017138712A1
WO2017138712A1 PCT/KR2017/001108 KR2017001108W WO2017138712A1 WO 2017138712 A1 WO2017138712 A1 WO 2017138712A1 KR 2017001108 W KR2017001108 W KR 2017001108W WO 2017138712 A1 WO2017138712 A1 WO 2017138712A1
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charging mode
wireless power
packet
charging
power
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PCT/KR2017/001108
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채용석
박재희
손정남
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LG Innotek Co Ltd
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LG Innotek Co Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from AC mains by converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/80—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices

Definitions

  • the present invention relates to a wireless power transmission technology, and more particularly, to a wireless charging method capable of fast wireless charging, and apparatus and system therefor.
  • Wireless power transmission or wireless energy transfer is a technology that transmits electrical energy wirelessly from a transmitter to a receiver using the principle of induction of magnetic field, which is already used by electric motors or transformers using the electromagnetic induction principle in the 1800s. Since then, there have been attempts to transmit electrical energy by radiating electromagnetic waves such as high frequency, microwaves, and lasers. Electric toothbrushes and some wireless razors that we commonly use are actually charged with the principle of electromagnetic induction.
  • energy transmission using wireless may be classified into magnetic induction, electromagnetic resonance, and RF transmission using short wavelength radio frequency.
  • the magnetic induction method uses the phenomenon that magnetic flux generated at this time causes electromotive force to other coils when two coils are adjacent to each other and current flows to one coil, and is rapidly commercialized in small devices such as mobile phones. Is going on. Magnetic induction is capable of transmitting power of up to several hundred kilowatts (kW) and has high efficiency, but the maximum transmission distance is less than 1 centimeter (cm).
  • the magnetic resonance method is characterized by using an electric or magnetic field instead of using electromagnetic waves or current. Since the magnetic resonance method is hardly affected by the electromagnetic wave problem, it has the advantage of being safe for other electronic devices or the human body. On the other hand, it can be utilized only in limited distances and spaces, and has a disadvantage in that energy transmission efficiency is rather low.
  • the short wavelength wireless power transmission scheme implies, the RF transmission scheme— takes advantage of the fact that energy can be transmitted and received directly in the form of RadioWave.
  • This technology is a wireless power transmission method of the RF method using a rectenna, a compound word of an antenna and a rectifier (rectifier) refers to a device that converts RF power directly into direct current power.
  • the RF method is a technology that converts AC radio waves to DC and uses them. Recently, research on commercialization has been actively conducted as efficiency is improved.
  • Wireless power transfer technology can be used in various industries, such as the mobile, IT, railroad and consumer electronics industries.
  • the present invention has been devised to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a wireless charging method and apparatus and system therefor.
  • Another object of the present invention is to provide a wireless charging method capable of fast wireless charging and an apparatus and system therefor.
  • the present invention can provide a wireless charging method and apparatus and system therefor.
  • a wireless power transmitter for wirelessly transmitting power to a wireless power receiver includes a power transmitter including a transmission coil, a power converter for converting the intensity of power applied from the outside, and the wireless power receiver. It may include a communication unit for exchanging information and a control unit for controlling the charging mode based on the charging mode packet received through the communication unit.
  • a predetermined first packet for identifying whether fast charging is possible may be generated and transmitted to the communication unit.
  • the communication unit modulates the first packet and transmits the first packet to the wireless power receiver through the power transmitter.
  • the communication unit modulates the first packet and transmits the first packet to the wireless power receiver through a preset out-of-band communication channel.
  • the controller may generate the first packet.
  • the packet for initial power control may include a control error packet.
  • the charging mode is set to a normal low power charging mode by default, and the controller controls the normal low power charging mode to the fast charging mode if the value of the charging mode included in the charging mode packet corresponds to the fast charging mode. Charging can be performed by switching.
  • the controller may control the power converter to amplify the intensity of the power applied to the power transmitter to a predetermined reference value or more.
  • the required power value corresponding to the charging mode value included in the charging mode packet is further included in the charging mode packet, and the controller may control the amplification factor of the power converter by using the required power value.
  • the controller may switch to the charging mode included in the charging mode packet after the charging mode change waiting time elapses to start charging.
  • the charge mode change wait time may be determined by the wireless power receiver, and the determined charge mode change wait time value may be included in the charge mode packet.
  • the normal low power charging mode may be switched.
  • the normal low power charging mode may be switched.
  • the wireless power receiver determines whether the charging mode needs to be changed based on at least one of a battery charging rate, a receiver internal temperature, a CPU usage rate, and a user menu selection.
  • the charging mode packet including the charging mode value to be changed may be generated and transmitted to the wireless power transmitter.
  • the power transmitter may include a plurality of transmitter coils and a multiplexer for controlling the power converted by the power converter to be transmitted through any one of the transmitter coils.
  • a wireless power receiver for wirelessly receiving power from a wireless power transmitter includes a communication unit for demodulating a signal received through the receiving coil and the receiving coil and extracting a packet, and the extracted packet from the communication unit. And a controller configured to identify whether the wireless power transmitter is capable of fast charging and to determine whether a change in the charging mode currently being performed is necessary, wherein the controller changes the charging mode when the charging mode is required.
  • a predetermined charging mode packet including a value may be generated and transmitted to the wireless power transmitter through the communication unit.
  • the controller may receive a predetermined first packet through the communication unit for identifying whether fast charging is possible after entering the power transmission step.
  • the wireless power receiver transmits a packet for initial power control to the wireless power transmitter through the communication unit after entering the power transmission step
  • the first packet may be received.
  • the packet for initial power control may include a control error packet.
  • the charging mode is set to a general low power charging mode by default, and the controller performs charging by switching the normal low power charging mode to the fast charging mode when the change of the charging mode value corresponds to a fast charging mode. can do.
  • the controller may adjust at least one of an overvoltage determination criterion, an overcurrent determination criterion, and an overheat determination criterion to a predetermined level.
  • a required power value corresponding to the changed charging mode value included in the charging mode packet may be further included in the charging mode packet.
  • the controller may switch to the changed charging mode and start charging when a predetermined charging mode change waiting time elapses after the charging mode packet is transmitted.
  • the controller may determine the charge mode change wait time and further include the determined charge mode change wait time value in the charge mode packet.
  • the controller when it is determined that the battery charge rate of the wireless power receiver is equal to or greater than a predetermined reference value during the charging by switching to the fast charge mode, the controller generates and transmits the charge mode packet requesting the switch to the normal low power charge mode. Can be.
  • the controller may generate and transmit the charging mode packet requesting the switch to the normal low power charging mode.
  • the controller may determine whether the charging mode needs to be changed based on at least one of battery charge rate, internal temperature, strength of rectifier output voltage, CPU usage rate, and user menu selection. If necessary, the charging mode packet including the changed charging mode value may be generated and transmitted to the wireless power transmitter.
  • a wireless charging method in a wireless power receiver for wirelessly receiving power from a wireless power transmitter in the power transmission step, collecting receiver status information and based on the collected receiver status information And determining whether a change of a charging mode is necessary, and if the change of the charging mode is necessary, transmitting a predetermined charging mode packet including the changed charging mode value to the wireless power transmitter. Can be.
  • a step of receiving a packet for initial power control after a transition to a power transmission step and a fast charging mode Transmitting a first packet indicating support, receiving a first response packet including a charging mode value from the wireless power receiver, and switching to a charging mode corresponding to the charging mode value to perform charging; It may include.
  • a wireless charging method in a wireless power transmitter for wirelessly transmitting power to a wireless power receiver includes the steps of receiving a charging mode packet in which the charging mode value is set to a value corresponding to the fast charging mode; Checking whether the fast charging mode is supported, and if the fast charging mode is supported, transmitting a predetermined first packet indicating that the fast charging mode is supported to the wireless power receiver; As a result, if the fast charging mode is not supported, the method may include transmitting a predetermined second packet indicating that the fast charging mode is not supported.
  • a computer-readable recording medium having recorded thereon a program for executing any one of the wireless charging methods may be provided.
  • the present invention has the advantage of providing a wireless charging method and apparatus and system therefor.
  • the present invention has the advantage of providing a wireless charging method and apparatus and system therefor capable of minimizing the charging time through fast wireless charging.
  • another object of the present invention is to provide a wireless charging method capable of adaptively changing the charging mode according to the state and requirements of the wireless power receiver, and an apparatus and system therefor.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a wireless charging system according to another embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view for explaining a detection signal transmission procedure in a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a state transition diagram for explaining a wireless power transmission procedure defined in the WPC standard.
  • 5 is a state transition diagram for explaining a wireless power transmission procedure defined in the PMA standard.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power receiver interworking with the wireless power transmitter according to FIG. 6.
  • FIG. 8 is a diagram for describing a method of modulating and demodulating a wireless power signal according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram for describing a packet format according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a structure of a charging mode packet for requesting a charging mode change according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a structure of a charging mode packet for requesting a charging mode change according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a structure of a charging mode packet for requesting a charging mode change according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a state diagram of the charging mode for explaining the switching of the charging mode according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a view for explaining a wireless charging method in a wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.
  • 15 is a view for explaining a wireless charging method on a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
  • 16 is a view for explaining a wireless charging method in a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.
  • 17 is a view for explaining a wireless charging method in a wireless power transmitter according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 illustrates packet transmission timing for fast charging in a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
  • 19 is a simulation result graph for explaining a change in charge rate with time for each of the fast charging mode and the normal low power charging mode according to the present invention.
  • 20 is a graph illustrating simulation results for explaining a change in temperature of the wireless power receiver with time for each of the fast charging mode and the normal low power charging mode according to the present invention.
  • a wireless power transmitter for wirelessly transmitting power to a wireless power receiver includes a power transmitter including a transmission coil, a power converter for converting the intensity of power applied from the outside, and the wireless power receiver. It may include a communication unit for exchanging information and a control unit for controlling the charging mode based on the charging mode packet received through the communication unit.
  • the top (bottom) or the bottom (bottom) is the two components are in direct contact with each other or One or more other components are all included disposed between the two components.
  • up (up) or down (down) may include the meaning of the down direction as well as the up direction based on one component.
  • a device equipped with a function for transmitting wireless power on the wireless charging system is a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, a transmitter, a transmitter, a transmitter for convenience of description.
  • a transmitter side, a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, and the like will be used interchangeably.
  • a wireless power receiver, a wireless power receiver, a wireless power receiver, a wireless power receiver, a wireless power receiver, a receiver terminal, a receiver, Receivers, receivers and the like can be used interchangeably.
  • the transmitter according to the present invention may be configured in a pad form, a cradle form, an access point (AP) form, a small base station form, a stand form, a ceiling buried form, a wall hanging form, and the like. You can also transfer power.
  • the transmitter may comprise at least one wireless power transmission means.
  • the wireless power transmission means may use various wireless power transmission standards based on an electromagnetic induction method that generates a magnetic field in the power transmitter coil and charges using the electromagnetic induction principle in which electricity is induced in the receiver coil under the influence of the magnetic field.
  • the wireless power transmission means may include a wireless charging technology of the electromagnetic induction method defined by the Wireless Power Consortium (WPC) and the Power Matters Alliance (PMA) which is a wireless charging technology standard apparatus.
  • WPC Wireless Power Consortium
  • PMA Power Matters Alliance
  • the receiver according to an embodiment of the present invention may be provided with at least one wireless power receiving means, and may simultaneously receive wireless power from two or more transmitters.
  • the wireless power receiving means may include an electromagnetic induction wireless charging technology defined by the Wireless Power Consortium (WPC) and the Power Matters Alliance (PMA), which are wireless charging technology standard organizations.
  • WPC Wireless Power Consortium
  • PMA Power Matters Alliance
  • the receiver according to the present invention is a mobile phone, smart phone, laptop computer, digital broadcasting terminal, PDA (Personal Digital Assistants), PMP (Portable Multimedia Player), navigation, MP3 player, electric It may be used in a small electronic device such as a toothbrush, an electronic tag, a lighting device, a remote control, a fishing bobber, a wearable device such as a smart watch, but is not limited thereto. If the device is equipped with a wireless power receiver according to the present invention, the battery can be charged. It is enough.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
  • a wireless charging system includes a wireless power transmitter 10 that largely transmits power wirelessly, a wireless power receiver 20 that receives the transmitted power, and an electronic device 20 that receives the received power. Can be configured.
  • the wireless power transmitter 10 and the wireless power receiver 20 may perform in-band communication for exchanging information using the same frequency band as the operating frequency used for wireless power transmission.
  • the wireless power transmitter 10 and the wireless power receiver 20 perform out-of-band communication for exchanging information using a separate frequency band different from an operating frequency used for wireless power transmission. It can also be done.
  • the information exchanged between the wireless power transmitter 10 and the wireless power receiver 20 may include control information as well as status information of each other.
  • the status information and control information exchanged between the transmitting and receiving end will be more clear through the description of the embodiments to be described later.
  • the in-band communication and the out-of-band communication may provide bidirectional communication, but are not limited thereto. In another embodiment, the in-band communication and the out-of-band communication may provide one-way communication or half-duplex communication.
  • the unidirectional communication may be performed by the wireless power receiver 20 only transmitting information to the wireless power transmitter 10, but is not limited thereto.
  • the wireless power transmitter 10 may transmit information to the wireless power receiver 20. It may be to transmit.
  • bidirectional communication between the wireless power receiver 20 and the wireless power transmitter 10 is possible, but at one time, only one device may transmit information.
  • the wireless power receiver 20 may obtain various state information of the electronic device 30.
  • the state information of the electronic device 30 may include current power usage information, information for identifying a running application, CPU usage information, battery charge status information, battery output voltage / current information, and the like.
  • the information may be obtained from the electronic device 30 and may be utilized for wireless power control.
  • the wireless power transmitter 10 may transmit a predetermined packet indicating whether to support fast charging to the wireless power receiver 20.
  • the wireless power receiver 20 may notify the electronic device 30 when it is determined that the connected wireless power transmitter 10 supports the fast charging mode.
  • the electronic device 30 may indicate that fast charging is possible through predetermined display means provided, for example, it may be a liquid crystal display.
  • the user of the electronic device 30 may control the wireless power transmitter 10 to operate in the fast charge mode by selecting a predetermined fast charge request button displayed on the liquid crystal display.
  • the electronic device 30 may transmit a predetermined quick charge request signal to the wireless power receiver 20.
  • the wireless power receiver 20 may convert the normal low power charging mode into the fast charging mode by generating a charging mode packet corresponding to the received fast charging request signal to the wireless power transmitter 10.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a wireless charging system according to another embodiment of the present invention.
  • the wireless power receiver 20 may be configured with a plurality of wireless power receivers, and a plurality of wireless power receivers are connected to one wireless power transmitter 10 so that the wireless Charging may also be performed.
  • the wireless power transmitter 10 may distribute and transmit power to the plurality of wireless power receivers in a time division manner, but is not limited thereto.
  • the wireless power transmitter 10 may distribute and transmit power to a plurality of wireless power receivers by using different frequency bands allocated for each wireless power receiver.
  • the number of wireless power receivers that can be connected to one wireless power transmitter 10 may include at least one of a required power amount for each wireless power receiver, a battery charge state, power consumption of an electronic device, and available power amount of the wireless power transmitter. Can be adaptively determined based on the
  • the wireless power transmitter 10 may include a plurality of wireless power transmitters.
  • the wireless power receiver 20 may be connected to a plurality of wireless power transmitters at the same time, and may simultaneously receive power from the connected wireless power transmitters and perform charging.
  • the number of wireless power transmitters connected to the wireless power receiver 20 may be adaptively based on the required power of the wireless power receiver 20, the state of charge of the battery, the power consumption of the electronic device, and the available power of the wireless power transmitter. Can be determined.
  • FIG 3 is a view for explaining a detection signal transmission procedure in a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
  • the wireless power transmitter may be equipped with three transmitting coils 111, 112, and 113. Each transmission coil may overlap some other area with another transmission coil, and the wireless power transmitter may detect a predetermined detection signal 117, 127 for detecting the presence of the wireless power receiver through each transmission coil, for example, Digital ping signals are sent sequentially in a predefined order.
  • the wireless power transmitter sequentially transmits the detection signal 117 through the primary detection signal transmission procedure illustrated in FIG. 110, and receives a signal strength indicator from the wireless power receiver 115.
  • the strength indicator 116 can identify the received transmission coils 111, 112.
  • the wireless power transmitter sequentially transmits the detection signal 127 through the secondary detection signal transmission procedure shown in FIG. 120, and transmits power among the transmission coils 111 and 112 where the signal strength indicator 126 is received.
  • the reason why the wireless power transmitter performs two sensing signal transmission procedures is to more accurately identify which transmitting coil is well aligned with the receiving coil of the wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter Based on the signal strength indicator 126 received at each of the first transmitting coil 111 and the second transmitting coil 112 selects the best-aligned transmitting coil and performs wireless charging using the selected transmitting coil. .
  • FIG. 4 is a state transition diagram for explaining a wireless power transmission procedure defined in the WPC standard.
  • power transmission from a transmitter to a receiver according to the WPC standard is largely selected from a selection phase 410, a ping phase 420, an identification and configuration phase 430, It may be divided into a power transfer phase 440.
  • the selection step 410 may be a step of transitioning when a specific error or a specific event is detected while starting or maintaining the power transmission.
  • the transmitter may monitor whether an object exists on the interface surface. If the transmitter detects that an object is placed on the interface surface, it may transition to the ping step 420 (S401).
  • the transmitter transmits a very short pulse of an analog ping signal, and may detect whether an object exists in an active area of the interface surface based on a change in current of a transmitting coil.
  • ping step 420 when an object is detected, the transmitter activates the receiver and sends a digital ping to identify whether the receiver is a receiver that is compliant with the WPC standard. If the transmitter does not receive a response signal (for example, a signal strength indicator) from the receiver in response to the digital ping in step 420, it may transition back to the selection step 410 (S402). In addition, in the ping step 420, when the transmitter receives a signal indicating that power transmission is completed, that is, a charging completion signal, from the receiver, the transmitter may transition to the selection step 410 (S403).
  • a response signal for example, a signal strength indicator
  • the transmitter may transition to the identification and configuration step 430 for collecting receiver identification and receiver configuration and status information (S404).
  • the transmitter receives an unexpected packet, a desired packet has not been received for a predefined time, a packet transmission error, or a power transmission contract. If this is not set (no power transfer contract) it may transition to the selection step (410) (S405).
  • the transmitter may transition to the power transmission step 240 for transmitting the wireless power (S406).
  • the transmitter receives an unexpected packet, the desired packet has not been received for a predefined time, or a violation of a preset power transfer contract occurs. transfer contract violation), if the filling is completed, the transition to the selection step (410) (S407).
  • the transmitter may transition to the identification and configuration step 430 (S408).
  • the power transmission contract may be set based on state and characteristic information of the transmitter and the receiver.
  • the transmitter state information may include information about the maximum amount of power that can be transmitted, information about the maximum number of receivers that can be accommodated, and the receiver state information may include information about required power.
  • 5 is a state transition diagram for explaining a wireless power transmission procedure defined in the PMA standard.
  • power transmission from a transmitter to a receiver according to the PMA standard is largely performed in a standby phase (Standby Phase, 510), a digital ping phase (520), an identification phase (Identification Phase, 530), and power transmission. It may be divided into a power transfer phase 540 and an end of charge phase 550.
  • the waiting step 510 may be a step of transitioning when a specific error or a specific event is detected while performing a receiver identification procedure for power transmission or maintaining power transmission.
  • specific errors and specific events will be apparent from the following description.
  • the transmitter may monitor whether an object exists on a charging surface. If the transmitter detects that an object is placed on the charging surface or the RXID retry is in progress, the transmitter may transition to the digital ping step 520 (S501).
  • RXID is a unique identifier assigned to a PMA compatible receiver.
  • the transmitter transmits a very short pulse of analog ping, and an object is placed on the active surface of the interface surface-for example, the charging bed-based on the current change of the transmitting coil. You can detect if it exists.
  • the transmitter transitioned to digital ping step 520 sends a digital ping signal to identify whether the detected object is a PMA compatible receiver.
  • the receiver may modulate the received digital ping signal according to the PMA communication protocol to transmit a predetermined response signal to the transmitter.
  • the response signal may include a signal strength indicator indicating the strength of the power received by the receiver.
  • the receiver may transition to the identification step 530 (S502).
  • the transmitter may transition to the standby step 510.
  • the Foreign Object may be a metallic object including coins, keys, and the like.
  • the transmitter may transition to the waiting step 510 if the receiver identification procedure fails or the receiver identification procedure needs to be re-executed and if the receiver identification procedure has not been completed for a predefined time ( S504).
  • the transmitter transitions to the power transmission step 540 in the identification step 530 and starts charging (S505).
  • the transmitter goes to standby step 510 if the desired signal is not received within a predetermined time (Time Out), or if the FO is detected or the voltage of the transmitting coil exceeds a predefined threshold. It may transition (S506).
  • the transmitter may transition to the charging completion step 550 (S507).
  • the transmitter may transition to the standby state 510 (S509).
  • the transmitter may transition from the charging completion step 550 to the digital ping step 520 (S510).
  • the transmitter when the transmitter receives an end of charge (EOC) request from the receiver, the transmitter may transition to the charging completion step 550 (S508 and S511).
  • EOC end of charge
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.
  • the wireless power transmitter 600 may largely include a power converter 610, a power transmitter 620, a communication unit 630, a controller 640, and a sensor 650.
  • the configuration of the wireless power transmitter 600 is not necessarily an essential configuration, and may include more or fewer components.
  • the power converter 610 may perform a function of converting the power into power of a predetermined intensity.
  • the power converter 610 may include a DC / DC converter 611 and an amplifier 612.
  • the DC / DC converter 611 may perform a function of converting DC power supplied from the power supply unit 650 into DC power of a specific intensity according to a control signal of the controller 640.
  • the sensing unit 650 may measure the voltage / current of the DC-converted power and provide the same to the control unit 640. In addition, the sensing unit 650 may measure the internal temperature of the wireless power transmitter 600 to determine whether overheating occurs, and provide the measurement result to the controller 640. For example, the controller 640 may adaptively block power supply from the power supply unit 650 or block power supply to the amplifier 612 based on the voltage / current value measured by the sensing unit 650. Can be. To this end, one side of the power converter 610 may be further provided with a predetermined power cut-off circuit for cutting off the power supplied from the power supply unit 650, or cut off the power supplied to the amplifier 612.
  • the amplifier 612 may adjust the intensity of the DC / DC converted power according to the control signal of the controller 640.
  • the controller 640 may receive power reception state information or (and) power control signal of the wireless power receiver through the communication unit 630, and may be based on the received power reception state information or (and) power control signal.
  • the amplification factor of the amplifier 612 can be dynamically adjusted.
  • the power reception state information may include, but is not limited to, strength information of the rectifier output voltage and strength information of a current applied to the receiving coil.
  • the power control signal may include a signal for requesting power increase, a signal for requesting power reduction, and the like.
  • the power transmitter 620 may include a multiplexer 621 (or a multiplexer) and a transmission coil 622.
  • the power transmitter 620 may further include a carrier generator (not shown) for generating a specific operating frequency for power transmission.
  • the carrier generator may generate a specific frequency for converting the output DC power of the amplifier 612 received through the multiplexer 621 into AC power having a specific frequency.
  • the AC signal generated by the carrier generator is mixed with the output terminal of the multiplexer 621 to generate AC power.
  • this is only one embodiment, and the other example is before the amplifier 612. Note that it may be mixed in stages or later.
  • the frequencies of AC power delivered to each transmitting coil in accordance with one embodiment of the present invention may be different from each other.
  • the resonance frequency of each transmission coil may be set differently by using a predetermined frequency controller having a function of differently adjusting the LC resonance characteristics for each transmission coil.
  • the power transmitter 620 includes a multiplexer 621 and a plurality of transmit coils 622—that is, a first to control the output power of the amplifier 612 to be transmitted to the transmit coil. To n-th transmission coils.
  • the controller 640 may transmit power through time division multiplexing for each transmission coil.
  • three wireless power receivers i.e., the first to third wireless power receivers, are each identified through three different transmitting coils, i.e., the first to third transmitting coils.
  • the controller 640 may control the multiplexer 621 to control power to be transmitted to a specific transmission coil in a specific time slot.
  • the amount of power transmitted to the corresponding wireless power receiver may be controlled according to the length of the time slot allocated to each transmitting coil, but this is only one embodiment.
  • By controlling the amplification factor of the amplifier 612 of the wireless power receiver may be controlled to transmit power.
  • the controller 640 may control the multiplexer multiplexer 621 to sequentially transmit the sensing signals through the first to nth transmitting coils 622 during the first sensing signal transmission procedure. At this time, the control unit 640 may identify the time when the detection signal is transmitted using the timer 655. When the transmission signal transmission time arrives, the control unit 640 controls the multiplexer 621 to detect the detection signal through the corresponding transmission coil. Can be controlled to be sent. For example, the timer 650 may transmit a specific event signal to the controller 640 at a predetermined period during the ping transmission step. When the corresponding event signal is detected, the controller 640 controls the multiplexer 621 to transmit the specific event signal. The digital ping can be sent through the coil.
  • control unit 640 stores a predetermined transmission coil identifier and a corresponding transmission coil for identifying which transmission coil has received a signal strength indicator from the demodulator 632 during the first detection signal transmission procedure. Signal strength indicator received through the can be received. Subsequently, in the second detection signal transmission procedure, the control unit 640 controls the multiplexer 621 so that the detection signal may be transmitted only through the transmission coil (s) in which the signal strength indicator was received during the first detection signal transmission procedure. You may. As another example, the controller 640 transmits the second sensed signal to the transmit coil in which the signal strength indicator having the largest value is received when there are a plurality of transmit coils in which the signal intensity indicator is received during the first sensed signal transmit procedure. In the procedure, the sensing signal may be determined as the transmitting coil to be transmitted first, and the multiplexer 621 may be controlled according to the determination result.
  • the modulator 631 may modulate the control signal generated by the controller 640 and transmit the modulated control signal to the multiplexer 621.
  • the modulation scheme for modulating the control signal is a frequency shift keying (FSK) modulation scheme, a Manchester coding modulation scheme, a PSK (Phase Shift Keying) modulation scheme, a pulse width modulation scheme, a differential 2 Differential bi-phase modulation schemes may be included, but is not limited thereto.
  • the demodulator 632 may demodulate the detected signal and transmit the demodulated signal to the controller 640.
  • the demodulated signal may include a signal strength indicator, an error correction (EC) indicator for controlling power during wireless power transmission, an end of charge (EOC) indicator, an overvoltage / overcurrent / overheat indicator, and the like.
  • EC error correction
  • EOC end of charge
  • the present invention is not limited thereto, and may include various state information for identifying a state of the wireless power receiver.
  • the demodulator 632 may identify from which transmission coil the demodulated signal is received, and may provide the control unit 640 with a predetermined transmission coil identifier corresponding to the identified transmission coil.
  • the demodulator 632 may demodulate a signal received through the transmission coil 623 and transmit the demodulated signal to the controller 640.
  • the demodulated signal may include a signal strength indicator, but is not limited thereto.
  • the demodulated signal may include various state information of the wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter 600 may obtain the signal strength indicator through in-band communication that communicates with the wireless power receiver using the same frequency used for wireless power transmission.
  • the wireless power transmitter 600 may not only transmit wireless power using the transmission coil 622 but also exchange various information with the wireless power receiver through the transmission coil 622.
  • the wireless power transmitter 600 further includes a separate coil corresponding to each of the transmission coils 622 (that is, the first to nth transmission coils), and wireless power using the separate coils provided. Note that in-band communication with the receiver may also be performed.
  • the wireless power transmitter 600 and the wireless power receiver perform in-band communication by way of example.
  • this is only one embodiment, and is a frequency band used for wireless power signal transmission.
  • Short-range bidirectional communication may be performed through a frequency band different from that of FIG.
  • the short-range bidirectional communication may be any one of low power Bluetooth communication, RFID communication, UWB communication, and Zigbee communication.
  • the wireless power transmitter 600 may adaptively provide a fast charging mode and a general low power charging mode according to a request of the wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter 600 may transmit a signal of a predetermined pattern-a business card called a first packet-for convenience of description.
  • the wireless power receiver 600 may identify that the wireless power transmitter 600 being connected is capable of fast charging.
  • the wireless power receiver may transmit a predetermined first response packet requesting fast charging to the wireless power transmitter 6000.
  • the wireless power transmitter 600 may automatically switch to the fast charging mode and start fast charging.
  • the first packet is transmitted through the transmission coil 622.
  • the first packet may be sent in the identification and configuration step 430 of FIG. 4 or the identification step 530 of FIG. 5.
  • information for identifying whether fast charging is supported may be encoded and transmitted in the digital ping signal transmitted by the wireless power transmitter 600.
  • the wireless power receiver may transmit a predetermined charging mode packet to the wireless power transmitter 600 in which the charging mode is set to fast charging.
  • the charging mode packet will be more clearly through the description of FIGS. 8 to 12 to be described later.
  • the wireless power transmitter 600 and the wireless power receiver are changed to the fast charging mode, the fast charging mode is used.
  • the internal operation can be controlled so that the corresponding power can be transmitted and received.
  • the charging mode is changed from the normal low power charging mode to the fast charging mode, the over voltage judgment criteria, the over temperature judgment criteria, the low voltage / high voltage judgment criteria, the optimum voltage Values such as level (Optimum Voltage Level), power control offset, etc. may be changed and set.
  • the threshold voltage for determining the overvoltage may be set to be high to enable fast charging.
  • the threshold temperature may be set to be high in consideration of the temperature rise due to the fast charging.
  • the power control offset value which means the minimum level at which power is controlled at the transmitting end, may be set to a larger value than the general low power charging mode so as to quickly converge to a desired target power level in the fast charging mode.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power receiver interworking with the wireless power transmitter according to FIG. 6.
  • the wireless power receiver 700 includes a receiving coil 710, a rectifier 720, a DC / DC converter 730, a load 740, a sensing unit 750, and a communication unit ( 760), and may include a main controller 770.
  • the communication unit 760 may include a demodulator 761 and a modulator 762.
  • the wireless power receiver 700 illustrated in the example of FIG. 7 is illustrated as being capable of exchanging information with the wireless power transmitter 600 through in-band communication, this is only one embodiment.
  • the communication unit 760 may provide short-range bidirectional communication through a frequency band different from the frequency band used for wireless power signal transmission.
  • the AC power received through the receiving coil 710 may be transferred to the rectifier 720.
  • the rectifier 720 may convert AC power into DC power and transmit the DC power to the DC / DC converter 730.
  • the DC / DC converter 730 may convert the strength of the rectifier output DC power into a specific intensity required by the load 740 and then transfer it to the load 740.
  • the sensing unit 750 may measure the intensity of the rectifier 720 output DC power and provide the same to the main controller 770. In addition, the sensing unit 750 may measure the strength of the current applied to the receiving coil 710 according to the wireless power reception, and may transmit the measurement result to the main controller 770. In addition, the sensing unit 750 may measure the internal temperature of the wireless power receiver 700 and provide the measured temperature value to the main controller 770.
  • the main controller 770 may determine whether the overvoltage is generated by comparing the measured intensity of the rectifier output DC power with a predetermined reference value. As a result of the determination, when the overvoltage is generated, a predetermined packet indicating that the overvoltage has occurred may be generated and transmitted to the modulator 762.
  • the signal modulated by the modulator 762 may be transmitted to the wireless power transmitter 600 through the receiving coil 710 or a separate coil (not shown).
  • the main controller 770 may determine that a sensing signal has been received. When the sensing signal is received, a signal strength indicator corresponding to the sensing signal may be modulated.
  • the demodulator 761 may output an AC power signal or a rectifier 720 between the receiving coil 710 and the rectifier 720. After demodulating the DC power signal to identify whether the detection signal is received, the identification result may be provided to the main controller 770. In this case, the main controller 770 may control the signal strength indicator corresponding to the detection signal to be transmitted through the modulator 761.
  • the main controller 770 may determine whether the connected wireless power transmitter is a wireless power transmitter capable of fast charging based on the information demodulated by the demodulator 760.
  • the main control unit 770 when a predetermined fast charge request signal for requesting fast charge is received from the electronic device 30 of FIG. 1, the main control unit 770 generates a charge mode packet corresponding to the received fast charge request signal and modulator. Can be sent to (761).
  • the fast charge request signal from the electronic device may be received according to a user menu selection on a predetermined user interface.
  • the main controller 770 When the main controller 770 according to another embodiment of the present invention determines that the connected wireless power transmitter supports the fast charging mode, the main controller 770 automatically requests the wireless power transmitter for fast charging or wireless power based on the remaining battery power. You can also control the transmitter to stop fast charging and switch to normal low power charging mode.
  • the main controller 770 may monitor the power consumption of the electric device in real time during charging in the general low power charging mode. If the power consumption of the electronic device is greater than or equal to a predetermined reference value, the main controller 770 may generate a predetermined charging mode packet for requesting switching to the fast charging mode and transmit the generated charging mode packet to the modulator 761.
  • the main control unit 770 may determine whether overheating occurs by comparing the internal temperature value measured by the sensing unit 750 with a predetermined reference value. If overheating occurs during fast charging, the main controller 770 may generate and transmit a charging mode packet so that the wireless power transmitter switches to the normal low power charging mode.
  • the main controller 770 may change the charging mode based on at least one of a battery charge rate, an internal temperature, a strength of the rectifier output voltage, a CPU usage rate mounted on the electronic device, and a user menu selection. If it is necessary to determine whether, and as a result of the determination, it is necessary to change the charging mode, it is possible to generate a charging mode packet including the change of the charging mode value and transmit to the wireless power transmitter.
  • FIG. 8 is a diagram for describing a method of modulating and demodulating a wireless power signal according to an embodiment of the present invention.
  • the wireless power transmitter 10 and the wireless power receiver 20 may encode or decode a transmission target packet based on an internal clock signal having the same period.
  • the wireless power signal when the wireless power transmitter 10 or the wireless power receiver 20 does not transmit a specific packet, the wireless power signal is modulated with a specific frequency, as shown by reference numeral 41 of FIG. 1. AC signal may not be.
  • the wireless power transmitter 10 or the wireless power receiver 20 transmits a specific packet the wireless power signal may be an AC signal modulated by a specific modulation scheme as shown in FIG.
  • the modulation scheme may include, but is not limited to, an amplitude modulation scheme, a frequency modulation scheme, a frequency and amplitude modulation scheme, a phase modulation scheme, and the like.
  • Differential bi-phase encoding may be applied to binary data of a packet generated by the wireless power transmitter 10 or the wireless power receiver 20 as shown in FIG.
  • differential two-stage encoding allows two state transitions to encode data bit 1 and one state transition to encode data bit zero. That is, data bit 1 is encoded such that a transition between a HI state and a LO state occurs at a rising edge and a falling edge of the clock signal, and data bit 0 is HI at the rising edge of the clock signal.
  • the transition between state and LO state may be encoded to occur.
  • the encoded binary data may be applied with a byte encoding scheme, as shown at 830.
  • the byte encoding scheme includes a start bit and a stop bit for identifying a start and type of a corresponding bit stream for an 8-bit encoded binary bit stream.
  • the method may be a method of inserting a parity bit for detecting whether an error of a corresponding bit stream (byte) occurs.
  • FIG. 9 is a diagram for describing a packet format according to an embodiment of the present invention.
  • a packet format 900 used for information exchange between the wireless power transmitter 10 and the wireless power receiver 20 may be used for acquiring synchronization for demodulating the packet and identifying the correct start bit of the packet.
  • the packet receiving end may identify the size of the message 930 included in the packet based on the header 920 value.
  • the header 920 may be defined in each step of the wireless power transfer procedure, and in some, the same value may be defined in different steps of the header 920.
  • the header values corresponding to the end power transfer of the ping step and the end of the power transfer of the power transfer step may be equal to 0x02.
  • the message 930 includes data to be transmitted at the transmitting end of the packet.
  • the data included in the message 930 field may be a report, a request, or a response to the counterpart, but is not limited thereto.
  • the packet 900 may further include at least one of a transmitter identification information for identifying a transmitter that transmitted the packet and a receiver identification information for identifying a receiver for receiving the packet.
  • the transmitter identification information and the receiver identification information may include IP address information, MAC address information, product identification information, and the like, but are not limited thereto and may be information capable of distinguishing a receiver and a transmitter from a wireless charging system.
  • the packet 900 may further include predetermined group identification information for identifying the corresponding reception group when the packet is to be received by a plurality of devices.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a structure of a charging mode packet for requesting a charging mode change according to an embodiment of the present invention.
  • the header 1020 value of the charging mode packet 1000 may be one of undefined values among packet header values defined in the current wireless charging table.
  • the header 1020 value of the charging mode packet 1000 may be defined as 0x18. However, it should be noted that this is for convenience of description and need not be the value.
  • the message size corresponding to the header 1020 value 0x18 may be 1 byte.
  • Information regarding a charging mode to be changed may be recorded in the message 1030 field of the charging mode packet 1000.
  • the wireless power receiver when a change to the fast charging mode is required during charging in the normal low power charging mode, the wireless power receiver transmits the 0xff by writing in the message 1030 field of the charging mode packet 1000. Can be.
  • the wireless power receiver may write 0x00 in the message 1030 field of the charging mode packet 1000 and transmit the same.
  • the example shown in reference numeral 1050 is only for the understanding of the present invention and the message value is not necessarily defined as such.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a structure of a charging mode packet for requesting a charging mode change according to another embodiment of the present invention.
  • the message 1130 field of the charging mode packet 1100 may include a charging mode 1131 and a required power 1132.
  • the required power may be an intensity value of the initial power required when changing to the corresponding charging mode.
  • the size of the message 1130 of the charging mode packet 1100 is 1 byte, some bits of the 1 byte may be used for the charging mode 1131, and the remaining bits may be used for the required power 1132.
  • b7 to b4 may be used to transmit the charging mode 1131
  • b3 to b0 may be used to transmit the required power 1132.
  • the value of the message 1130 ranges from 0x00 to 0x0f as a value for requesting a switch from the fast charging mode to the normal low power charging mode, and 0x10 to 0x1f is used as the second charging mode. That is, it may be used as a value for requesting a switch from the normal low power charging mode to the fast charging mode. It should be noted that the above example is only one example, and the configuration and definition of the message field may be discussed according to implementation by those skilled in the art.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a structure of a charging mode packet for requesting a charging mode change according to another embodiment of the present invention.
  • the message 1230 field of the charge mode packet 1200 may include a charge mode 1231 and a charge mode change wait time 1232.
  • the charging mode change waiting time 1232 may mean a time waiting for the wireless power transmitter to change the charging mode after receiving the corresponding charging mode packet. For example, when the value of the charging mode change wait time 1232 is 0, it may mean that the charging mode is changed immediately. That is, as the charging mode change waiting time 1232 increases, the time that is owned until the charging mode change may become longer.
  • the wireless charging system according to the present invention may synchronize the charging mode switching time between the wireless power transmitter and the wireless power receiver by using the charging mode change wait time 1232.
  • b7 which is a Most Significant Bit (MSB) in the message 1230 field, may be a bit for identifying a charging mode to be switched.
  • the remaining b6 to b0 may be used to set the charge mode change wait time 1232.
  • the value of the message 1230 ranges from 0x00 to 0x7f as a value for requesting a switch from the fast charging mode to the normal low power charging mode, and 0x80 to 0xff is the second charging mode. That is, it may be used as a value for requesting a switch from the normal low power charging mode to the fast charging mode.
  • MSB Most Significant Bit
  • FIG. 13 is a state diagram of the charging mode for explaining the switching of the charging mode according to an embodiment of the present invention.
  • the power transmission steps 440 and 540 of FIGS. 4 and 5 may include a first charging mode 1310 in which general low power charging is performed and a second charging mode 1320 in which fast charging is performed. have.
  • the first charging mode 1310 and the second charging mode 1320 may be interchanged when a predetermined condition is satisfied. For example, when the wireless power receiver receives a request for switching to the second charging mode 1320 from the electronic device while performing charging in the first charging mode 1310, the wireless power receiver notifies the wireless power transmitter of the switching to the second charging mode 1320.
  • the charging mode may be changed by transmitting a request packet.
  • the wireless power receiver may transmit a predetermined packet requesting the switch to the first charging mode 1310 to the wireless power transmitter when the battery charging amount reaches a predetermined reference value during the charging to the second charging mode 1320. have.
  • the wireless power transmitter may transmit power to a plurality of wireless power receivers.
  • a power redistribution procedure for the currently connected wireless power receiver (s) may be performed. If, as a result of the power redistribution, it is no longer possible to provide fast charging to the wireless power receiver which is being charged in the second charging mode, the wireless power transmitter may transmit the first charging mode (i. 1310 may transmit a predetermined packet requesting the switch to 1310.
  • the charging mode is described as being divided into the first charging mode 1310 and the second charging mode 1320 as an example, but this is only one embodiment, a new charging mode is defined and added It may be.
  • the second charging mode 1320 for fast charging may be subdivided into an intermediate power fast charging mode (not shown) and a high power fast charging mode (not shown).
  • the state information exchange or negotiation between the wireless power transmitter and the wireless power receiver in the identification and configuration step 430 of FIG. 4 or the identification step 530 of FIG. It may be determined through.
  • the wireless power transmitter may transmit predetermined information for identifying whether the wireless power transmitter is a device capable of supporting the fast charging mode. Can transmit to the receiver.
  • the wireless power receiver may transmit a predetermined packet requesting fast charging to the wireless power transmitter.
  • the wireless power transmitter normally enters the power transmission step, the wireless power transmitter may switch to the fast charging mode and perform wireless charging at the request of the wireless power receiver.
  • the initial charging mode may be determined in the power transmission step.
  • the wireless power transmitter receives an initial power control request packet, for example, but not limited to, a Control Error Packet defined in the WPC standard
  • the wireless power transmitter enters a power transmission step and receives a high speed.
  • the first packet for identifying whether the charging is supported may be sent.
  • the wireless power receiver receives the first packet and determines that the connected wireless power transmitter supports fast charging, the wireless power receiver determines whether to start fast charging and transmits a predetermined first response packet including the determination result to the wireless power transmitter. Can be. That is, the initial charging mode may be determined based on the first response packet.
  • FIG. 14 is a view for explaining a wireless charging method in a wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.
  • the wireless power receiver may collect its own state information, that is, receiver state information (S1401).
  • the wireless power receiver may determine whether a charging mode change is necessary based on the collected receiver state information (S1403 to S1405).
  • the receiver state information may include battery charge state information. If the battery charge amount falls below a predetermined reference value during charging in the normal low power charging mode, the wireless power receiver may determine that the switching to the fast charging mode is necessary.
  • the receiver state information may include information regarding CPU usage. If the CPU consumption exceeds a predetermined threshold during charging in the normal low power charging mode, and the power consumption increases rapidly, the wireless power receiver may determine that the switching to the fast charging mode is necessary.
  • the receiver state information may include application software and peripheral state information. For example, when the number of application software currently running exceeds a predetermined reference value, the wireless power receiver may determine that the switching to the fast charging mode is necessary.
  • the peripheral device state information may include camera driving state information, fresh driving state information, speaker driving state information, and the like. The wireless power receiver may determine whether to switch to the fast charging mode based on the driving state of the peripheral device.
  • the wireless power receiver may generate a predetermined charging mode packet including the charging mode value to be changed and transmit it to the wireless power transmitter (S1407).
  • the wireless power receiver may return to step 1401.
  • the wireless power receiver determines whether to change the charging mode based on the receiver state information.
  • the wireless power receiver may be a user interface of an electronic device.
  • a charging mode packet may be generated and transmitted to the wireless power transmitter requesting the switching to the corresponding charging mode.
  • 15 is a view for explaining a wireless charging method on a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a flowchart for describing a charging mode switching procedure in a wireless charging system.
  • the wireless power transmitter 1510 generates a predetermined first packet indicating fast charging support when an initial control error packet is received from the wireless power receiver 1520 after the transition to the power transmission step in the identification and configuration steps.
  • the wireless power receiver 1520 may transmit the wireless power receiver 1520.
  • the wireless power receiver 1520 may determine that the wireless power transmitter 1510 supports the fast charging mode based on the received first packet, and if the device is a device capable of fast charging, the wireless power receiver 1520 may request a first fast charging. A response packet may be generated and transmitted to the wireless power transmitter 1510 (S1503).
  • the wireless power receiver 1520 and the wireless power transmitter 1510 may simultaneously switch to the fast charging mode and start fast charging (S1504).
  • the charging mode change waiting time may be predefined or determined by the wireless power receiver 1520, as shown in FIG. 12, and then transferred to the wireless power transmitter 1510 through a first response packet.
  • 16 is a view for explaining a wireless charging method in a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.
  • the wireless power transmitter if a packet for initial power control is received from the wireless power receiver after the transition to the power transmission step, the wireless power transmitter generates a predetermined first packet indicating that the fast charging mode is supported and transmits it to the wireless power receiver. It may be (S1601 to S1602).
  • the wireless power transmitter may receive the first predetermined response packet including the charging mode value in operation S1603.
  • the wireless power transmitter may check whether the charging mode value is the fast charging mode (S1604).
  • the wireless power transmitter may perform the charging in the fast charging mode (S1605).
  • the wireless power transmitter may perform charging in the normal low power charging mode (S1606).
  • 17 is a view for explaining a wireless charging method in a wireless power transmitter according to another embodiment of the present invention.
  • the wireless power transmitter sets the charging mode value to the fast charging mode in the identification step 530 (or the identification and configuration step 430) or the power transmission steps 440 and 540 of FIGS. 4 to 5.
  • the charging mode packet may be received (S1701).
  • the wireless power transmitter may determine whether fast charging is possible (S1702).
  • the wireless power transmitter may generate a predetermined first packet indicating that the fast charging mode is supported and transmit the predetermined first packet to the corresponding wireless power receiver (S1703).
  • the wireless power transmitter may automatically charge from the normal low power charging mode in which the charging mode is set as the default to the fast charging mode in operation S1704.
  • the wireless power transmitter defaults to the normal low power charging mode after transmitting a predetermined second packet indicating that the fast charging cannot be provided for the corresponding wireless power receiver. Charging may be performed (S1705 to S1706).
  • FIG. 18 illustrates packet transmission timing for fast charging in a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
  • the wireless power transmitter may enter an identification and configuration step.
  • the wireless power transmitter may receive the first control error packet after the identification packet and the configuration packet are received from the wireless power receiver. In this case, the wireless power transmitter may transmit a predetermined first packet indicating that fast charging is supported after the transition to the power transmission step.
  • the wireless power transmitter When the wireless power transmitter receives the first response packet requesting fast charging in response to the first packet, the wireless power transmitter enters the fast charging mode from the normal low power charging mode after a predetermined time and increases the output voltage of the power converter to perform charging. can do.
  • 19 is a simulation result graph for explaining a change in charge rate with time for each of the fast charging mode and the normal low power charging mode according to the present invention.
  • reference numeral 1910 shows a change in charge rate with time in a fast charge mode
  • reference numeral 1920 shows a change in charge rate with time in a general low power charge mode.
  • the fast charging mode In the fast charging mode, it takes about 1 hour and 45 minutes to complete the battery charging, whereas in the general low power charging mode, it takes about 3 hours. Therefore, the fast charging mode can expect about 1 hour and 15 minutes time savings compared to the general low power charging mode, and can almost expect the performance compared to the general wired charging.
  • 20 is a graph illustrating simulation results for explaining a change in temperature of the wireless power receiver with time for each of the fast charging mode and the normal low power charging mode according to the present invention.
  • reference numeral 2010 is a current standby temperature
  • FIG. 2020 shows a change in internal temperature of the wireless power receiver with time in a general low power charging mode
  • reference numeral 2030 is a time in a fast charging mode. The internal temperature change of the wireless power receiver is shown.
  • the maximum temperature at which the wireless power receiver can receive wireless power may be 40 degrees Celsius. In this case, it can be seen that the normal low power charging mode and the fast charging mode do not exceed 40 degrees Celsius until the battery charging of the wireless power receiver is completed.
  • the method according to the embodiment described above may be stored in a computer-readable recording medium that is produced as a program for execution on a computer, and examples of the computer-readable recording medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape , Floppy disks, optical data storage devices, and the like, and also include those implemented in the form of carrier waves (eg, transmission over the Internet).
  • the computer readable recording medium can be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.
  • functional programs, codes, and code segments for implementing the above-described method may be easily inferred by programmers in the art to which the embodiments belong.
  • the present invention can be applied to a wireless power transmission apparatus having a plurality of transmission coils.

Landscapes

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  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

본 발명은 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 송신기는 송신 코일을 포함하는 전력 전송부와 외부로부터 인가된 전력의 세기를 변환하는 전력 변환부와 상기 무선 전력 수신기와 정보를 교환하는 통신부와 상기 통신부를 통해 수신된 충전 모드 패킷에 기반하여 충전 모드를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명은 고속 무선 충전을 통해 충전 시간을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템
본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 상세하게, 고속 무선 충전이 가능한 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템에 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 고주파, Microwave, 레이저 등과 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.
자기 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.
무선 충전 기술에 대해 일반 소비자들은 별도의 충전 케이블을 이용하지 않고 무선으로 편리하게 충전할 수 있는 장점을 인지하고 있으나, 기존 케이블을 이용한 충전에 비해 충전 완료까지 소요되는 시간이 상대적으로 길다는 부정적인 인식을 가지고 있다.
따라서, 유선 충전 시간에 준하는 고속의 무선 충전 기술이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고속 무선 충전이 가능한 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 무선 전력 수신 장치의 상태 및 요구에 따라 적응적으로 충전 모드를 변경하는 것이 가능한 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 송신기는 송신 코일을 포함하는 전력 전송부와 외부로부터 인가된 전력의 세기를 변환하는 전력 변환부와 상기 무선 전력 수신기와 정보를 교환하는 통신부와 상기 통신부를 통해 수신된 충전 모드 패킷에 기반하여 충전 모드를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제어부가 전력 전송 단계로 진입하면 고속 충전이 가능한지 여부를 식별하기 위한 소정 제1 패킷을 생성하여 상기 통신부에 전송할 수 있다.
또한, 상기 통신부가 상기 제1 패킷을 변조한 후 상기 전력 전송부를 통해 상기 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다.
또한, 상기 통신부가 상기 제1 패킷을 변조한 후 미리 설정된 대역외 통신 채널을 통해 상기 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다.
또한, 상기 전력 전송 단계 진입 후 상기 무선 전력 수신기로부터 최초 전력 제어를 위한 패킷이 수신되면, 상기 제어부가 상기 제1 패킷을 생성할 수 있다.
여기서, 상기 최초 전력 제어를 위한 패킷은 제어 오류 패킷을 포함할 수 있다.
또한, 상기 충전 모드는 디폴트로 일반 저전력 충전 모드로 설정되되, 상기 제어부는 상기 충전 모드 패킷에 포함된 충전 모드 값이 고속 충전 모드에 대응되는 값이면, 상기 일반 저전력 충전 모드를 상기 고속 충전 모드로 전환하여 충전을 수행할 수 있다.
또한, 상기 고속 충전 모드로 전환되면, 상기 제어부가 상기 전력 변환부를 제어하여 상기 전력 전송부에 인가되는 전력의 세기를 소정 기준치 이상으로 증폭시킬 수 있다.
또한, 상기 충전 모드 패킷에 포함된 충전 모드 값에 대응되는 요구 전력 값이 상기 충전 모드 패킷에 더 포함되되, 상기 제어부가 상기 요구 전력 값을 이용하여 상기 전력 변환부의 증폭률을 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부가 상기 충전 모드 패킷 수신에 따라 충전 모드 전환이 필요한 것으로 판단되면, 충전 모드 변경 대기 시간 경과 후 상기 충전 모드 패킷에 포함된 충전 모드로 전환하여 충전을 개시할 수 있다.
또한, 상기 충전 모드 변경 대기 시간은 상기 무선 전력 수신기에 의해 결정되되, 상기 결정된 충전 모드 변경 대기 시간 값이 상기 충전 모드 패킷에 포함되어 수신될 수 있다.
또한, 상기 고속 충전 모드로 전환하여 충전 중, 상기 무선 전력 수신기의 배터리 충전률이 소정 기준치 이상인 것이 확인되면, 상기 일반 저전력 충전 모드로 전환될 수 있다.
또한, 상기 고속 충전 모드로 전환하여 충전 중, 상기 무선 전력 수신기의 내부 온도가 소정 기준치 이상인 것이 확인되면, 상기 일반 저전력 충전 모드로 전환될 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 수신기가 배터리 충전률, 수신기 내부 온도, CPU 사용율, 사용자 메뉴 선택 중 적어도 하나에 기반하여 상기 충전 모드의 변경이 필요한지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과, 상기 충전 모드 변경이 필요하면, 변경할 충전 모드 값이 포함된 상기 충전 모드 패킷을 생성하여 상기 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다.
또한, 상기 전력 전송부는 복수의 송신 코일과 상기 전력 변환부에 의해 변환된 전력이 상기 복수의 송신 코일 중 어느 하나의 송신 코일을 통해 전송되도록 제어하기 위한 다중화기를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기로부터 무선으로 전력을 수신하는 무선 전력 수신기는 수신 코일과 상기 수신 코일을 통해 수신된 신호를 복조하여 패킷을 추출하는 통신부와 상기 추출된 패킷을 상기 통신부로부터 수신하여 상기 무선 전력 송신기가 고속 충전이 가능한지 여부를 식별하고, 현재 수행중인 충전 모드의 변경이 필요한지 여부를 결정하는 제어부를 포함하되, 상기 충전 모드의 변경이 필요한 경우, 상기 제어부가 변경할 충전 모드 값이 포함된 소정 충전 모드 패킷을 생성하여 상기 통신부를 통해 상기 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 전력 전송 단계로 진입한 후 고속 충전이 가능한지 여부를 식별하기 위한 소정 제1 패킷을 상기 통신부를 통해 수신할 수 있다.
또한, 상기 전력 전송 단계 진입 후 상기 무선 전력 수신기가 최초 전력 제어를 위한 패킷을 상기 통신부를 통해 상기 무선 전력 송신기에 송신하면, 상기 제1 패킷이 수신될 수 있다.
여기서, 상기 최초 전력 제어를 위한 패킷은 제어 오류 패킷을 포함할 수 있다.
또한, 상기 충전 모드는 디폴트로 일반 저전력 충전 모드로 설정되되, 상기 제어부는 상기 변경할 충전 모드 값이 고속 충전 모드에 대응되는 값인 경우, 상기 일반 저전력 충전 모드를 상기 고속 충전 모드로 전환하여 충전을 수행할 수 있다.
또한, 상기 고속 충전 모드로 전환되면, 상기 제어부가 과전압 판단 기준, 과전류 판단 기준, 과열 판단 기준 중 적어도 하나를 일정 수준 상향 조정할 수 있다.
또한, 상기 충전 모드 패킷에 포함된 상기 변경될 충전 모드 값에 대응되는 요구 전력 값이 상기 충전 모드 패킷에 더 포함될 수 있다.
또한, 상기 제어부가 상기 충전 모드 패킷 전송 후 소정 충전 모드 변경 대기 시간이 경과하면 상기 변경할 충전 모드로 전환하여 충전을 개시할 수 있다.
또한, 상기 제어부가 상기 충전 모드 변경 대기 시간을 결정하고, 결정된 상기 충전 모드 변경 대기 시간 값을 상기 충전 모드 패킷에 더 포함하여 전송할 수 있다.
또한, 상기 고속 충전 모드로 전환하여 충전 중, 상기 무선 전력 수신기의 배터리 충전률이 소정 기준치 이상인 것이 확인되면, 상기 제어부가 상기 일반 저전력 충전 모드로의 전환을 요청하는 상기 충전 모드 패킷을 생성 및 전송할 수 있다.
또한, 상기 고속 충전 모드로 전환하여 충전 중, 상기 무선 전력 수신기의 내부 온도가 소정 기준치 이상인 것이 확인되면, 상기 제어부가 상기 일반 저전력 충전 모드로의 전환을 요청하는 상기 충전 모드 패킷을 생성 및 전송할 수 있다.
또한, 상기 제어부가 배터리 충전률, 내부 온도, 정류기 출력 전압의 세기, CPU 사용율, 사용자 메뉴 선택 중 적어도 하나에 기반하여 상기 충전 모드의 변경이 필요한지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과, 상기 충전 모드 변경이 필요하면, 상기 변경할 충전 모드 값이 포함된 상기 충전 모드 패킷을 생성하여 상기 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기로부터 무선으로 전력을 수신하는 무선 전력 수신기에서의 무선 충전 방법은 전력 전송 단계에서, 수신기 상태 정보를 수집하는 단계와 상기 수집된 수신기 상태 정보에 기반하여 충전 모드의 변경이 필요한지 여부를 판단하는 단계와 상기 판단 결과, 상기 충전 모드의 변경이 필요하면, 변경될 충전 모드 값이 포함된 소정 충전 모드 패킷을 상기 무선 전력 송신기에 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법은 전력 전송 단계로 천이 후 최초 전력 제어를 위한 패킷을 수신하는 단계와 고속 충전 모드가 지원됨을 지시하는 제1 패킷을 전송하는 단계와 충전 모드 값이 포함된 제1 응답 패킷을 상기 무선 전력 수신기로부터 수신하는 단계와 상기 충전 모드 값에 대응되는 충전 모드로 전환하여 충전을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법은 충전 모드 값이 고속 충전 모드에 대응되는 값으로 설정된 충전 모드 패킷을 수신하는 단계와 상기 고속 충전 모드가 지원 가능한지 여부를 확인하는 단계와 상기 확인 결과, 상기 고속 충전 모드를 지원하면, 상기 고속 충전 모드를 지원함을 지시하는 소정 제1 패킷을 상기 무선 전력 수신기에 전송하는 단계와 상기 확인 결과, 상기 고속 충전 모드를 지원하지 못하면, 상기 고속 충전 모드를 지원되지 않음을 지시하는 소정 제2 패킷을 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예는 상기 무선 충전 방법들 중 어느 하나의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공될 수 있다.
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, 장치 및 시스템에 대한 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 고속 무선 충전을 통해 충전 시간을 최소화시키는 것이 가능한 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 무선 전력 수신 장치의 상태 및 요구에 따라 적응적으로 충전 모드를 변경하는 것이 가능한 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 장점이 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 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템에서의 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 WPC 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 5는 PMA 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 상기 도 6에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 신호의 변조 및 복조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 패킷 포맷을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 모드 변경을 요청하기 위한 충전 모드 패킷의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 충전 모드 변경을 요청하기 위한 충전 모드 패킷의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 충전 모드 변경을 요청하기 위한 충전 모드 패킷의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 모드 전환을 설명하기 위한 충전 모드 상태 다이어그램이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기에서의 무선 충전 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템상에서의 무선 충전 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템에서의 고속 충전을 위한 패킷 전송 타이밍을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 본 발명에 따른 고속 충전 모드과 일반 저전력 충전 모드 각각에 대한 시간에 따른 충전률 변화를 설명하기 위한 시뮬레이션 결과 그래프이다.
도 20은 본 발명에 따른 고속 충전 모드과 일반 저전력 충전 모드 각각에 대한 시간에 따른 무선 전력 수신기의 온도 변화를 설명하기 위한 시뮬레이션 결과 그래프이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 송신기는 송신 코일을 포함하는 전력 전송부와 외부로부터 인가된 전력의 세기를 변환하는 전력 변환부와 상기 무선 전력 수신기와 정보를 교환하는 통신부와 상기 통신부를 통해 수신된 충전 모드 패킷에 기반하여 충전 모드를 제어하는 제어부를 포함할 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.
실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
실시예의 설명에 있어서, 무선 충전 시스템상에서 무선 전력을 송신하는 기능이 탑재된 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 기능이 탑재된 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 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, 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, 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.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 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 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 수신기는 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 전력 수신 수단이 장착되어 배터리 충전이 가능한 기기라면 족하다.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 무선 충전 시스템은 크게 무선으로 전력을 송출하는 무선 전력 송신단(10), 상기 송출된 전력을 수신하는 무선 전력 수신단(20) 및 수신된 전력을 공급 받는 전자기기(20)로 구성될 수 있다.
일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 동일한 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 인밴드(In-band) 통신을 수행할 수 있다. 다른 일예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 상이한 별도의 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 대역외(Out-of-band) 통신을 수행할 수도 있다.
일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20) 사이에 교환되는 정보는 서로의 상태 정보뿐만 아니라 제어 정보도 포함될 수 있다. 여기서, 송수신단 사이에 교환되는 상태 정보 및 제어 정보는 후술할 실시예들의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.
상기 인밴드 통신 및 대역외 통신은 양방향 통신을 제공할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 다른 실시예에 있어서는 단방향 통신 또는 반이중 방식의 통신을 제공할 수도 있다.
일 예로, 단방향 통신은 무선 전력 수신단(20)이 무선 전력 송신단(10)으로만 정보를 전송하는 것일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 송신단(10)이 무선 전력 수신단(20)으로 정보를 전송하는 것일 수도 있다.
반이중 통신 방식은 무선 전력 수신단(20)과 무선 전력 송신단(10) 사이의 양방향 통신은 가능하나, 어느 한 시점에 어느 하나의 장치에 의해서만 정보 전송이 가능한 특징이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신단(20)은 전자 기기(30)의 각종 상태 정보를 획득할 수도 있다. 일 예로, 전자 기기(30)의 상태 정보는 현재 전력 사용량 정보, 실행중인 응용을 식별하기 위한 정보, CPU 사용량 정보, 배터리 충전 상태 정보, 배터리 출력 전압/전류 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 전자 기기(30)로부터 획득 가능하고, 무선 전력 제어에 활용 가능한 정보이면 족하다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신단(10)은 고속 충전 지원 여부를 지시하는 소정 패킷을 무선 전력 수신단(20)에 전송할 수 있다. 무선 전력 수신단(20)은 접속된 무선 전력 송신단(10)이 고속 충전 모드를 지원하는 것으로 확인된 경우, 이를 전자 기기(30)에 알릴 수 있다. 전자 기기(30)는 구비된 소정 표시 수단-예를 들면, 액정 디스플레이일 수 있음-을 통해 고속 충전이 가능함을 표시할 수 있다.
또한, 전자 기기(30) 사용자는 액정 표시 수단에 표시된 소정 고속 충전 요청 버튼을 선택하여 무선 전력 송신단(10)이 고속 충전 모드로 동작하도록 제어할 수도 있다. 이 경우, 전자 기기(30)는 사용자에 의해 고속 충전 요청 버튼이 선택되면, 소정 고속 충전 요청 신호를 무선 전력 수신단(20)에 전송할 수 있다. 무선 전력 수신단(20)은 수신된 고속 충전 요청 신호에 상응하는 충전 모드 패킷을 생성하여 무선 전력 송신단(10)에 전송함으로써, 일반 저전력 충전 모드를 고속 충전 모드로 전환시킬 수 있다.
도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
일 예로, 도면 부호 200a에 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신단(20)은 복수의 무선 전력 수신 장치로 구성될 수 있으며, 하나의 무선 전력 송신단(10)에 복수의 무선 전력 수신 장치가 연결되어 무선 충전을 수행할 수도 있다. 이때, 무선 전력 송신단(10)은 시분할 방식으로 복수의 무선 전력 수신 장치에 전력을 분배하여 송출할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며. 다른 일 예로, 무선 전력 송신단(10)은 무선 전력 수신 장치 별 할당된 상이한 주파수 대역을 이용하여 복수의 무선 전력 수신 장치에 전력을 분배하여 송출할 수 있다.
이때, 하나의 무선 전력 송신 장치(10)에 연결 가능한 무선 전력 수신 장치의 개수는 무선 전력 수신 장치 별 요구 전력량, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량 및 무선 전력 송신 장치의 가용 전력량 중 적어도 하나에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.
다른 일 예로, 도 200b에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신단(10)은 복수의 무선 전력 송신 장치로 구성될 수도 있다. 이 경우, 무선 전력 수신단(20)은 복수의 무선 전력 송신 장치와 동시에 연결될 수 있으며, 연결된 무선 전력 송신 장치들로부터 동시에 전력을 수신하여 충전을 수행할 수도 있다. 이때, 무선 전력 수신단(20)과 연결된 무선 전력 송신 장치의 개수는 무선 전력 수신단(20)의 요구 전력량, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량, 무선 전력 송신 장치의 가용 전력량 등에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템에서의 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.
일 예로, 무선 전력 송신기는 3개의 송신 코일(111, 112, 113)이 장착될 수 있다. 각각의 송신 코일은 일부 영역이 다른 송신 코일과 서로 중첩될 수 있으며, 무선 전력 송신기는 각각의 송신 코일을 통해 무선 전력 수신기의 존재를 감지하기 위한 소정 감지 신호(117, 127)-예를 들면, 디지털 핑 신호-를 미리 정의된 순서로 순차적으로 송출한다.
상기 도 3에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기는 도면 번호 110에 도시된 1차 감지 신호 송출 절차를 통해 감지 신호(117)를 순차적으로 송출하고, 무선 전력 수신기(115)로부터 신호 세기 지시자(Signal Strength Indicator, 116)가 수신된 송신 코일(111, 112)을 식별할 수 있다. 연이어, 무선 전력 송신기는 도면 번호 120에 도시된 2차 감지 신호 송출 절차를 통해 감지 신호(127)를 순차적으로 송출하고, 신호 세기 지시자(126)가 수신된 송신 코일(111, 112) 중 전력 전송 효율(또는 충전 효율)-즉, 송신 코일과 수신 코일 사이의 정렬 상태-이 좋은 송신 코일을 식별하고, 식별된 송신 코일을 통해 전력이 송출되도록-즉, 무선 충전이 이루어지도록- 제어할 수 있다.
상기의 도 3에서 보여지는 바와 같이, 무선 전력 송신기가 2회의 감지 신호 송출 절차를 수행하는 이유는 어느 송신 코일에 무선 전력 수신기의 수신 코일이 잘 정렬되어 있는지를 보다 정확하게 식별하기 위함이다.
만약, 상기한 도 3의 도면 번호 110 및 120에 도시된 바와 같이, 제1 송신 코일(111), 제2 송신 코일(112)에 신호 세기 지시자(116, 126)가 수신된 경우, 무선 전력 송신기는 제1 송신 코일(111)과 제2 송신 코일(112) 각각에 수신된 신호 세기 지시자(126)에 기반하여 가장 정렬이 잘된 송신 코일을 선택하고, 선택된 송신 코일을 이용하여 무선 충전을 수행한다.
도 4는 WPC 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 4를 참조하면, WPC 표준에 따른 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(Selection Phase, 410), 핑 단계(Ping Phase, 420), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 430), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 440) 단계로 구분될 수 있다.
선택 단계(410)는 파워 전송을 시작하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계일 수 있다. 여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다. 또한, 선택 단계(410)에서 송신기는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다. 만약, 송신기가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 단계(420)로 천이할 수 있다(S401). 선택 단계(410)에서 송신기는 매우 짧은 펄스의 아날로그 핑(Analog Ping) 신호를 전송하며, 송신 코일의 전류 변화에 기반하여 인터페이스 표면의 활성 영역(Active Area)에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다.
핑 단계(420)에서 송신기는 물체가 감지되면, 수신기를 활성화시키고, 수신기가 WPC 표준이 호환되는 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송한다. 핑 단계(420)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 지시자-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(410)로 천이할 수 있다(S402). 또한, 핑 단계(420)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 신호-를 수신하면, 선택 단계(410)로 천이할 수도 있다(S403).
핑 단계(420)가 완료되면, 송신기는 수신기 식별 및 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(430)로 천이할 수 있다(S404).
식별 및 구성 단계(430)에서 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 패킷 전송 오류가 있거나(transmission error), 파워 전송 계약이 설정되지 않으면(no power transfer contract) 선택 단계(410)로 천이할 수 있다(S405).
수신기에 대한 식별 및 구성이 완료되면, 송신기는 무선 전력을 전송하는 전력 전송 단계(240)로 천이할 수 있다(S406).
전력 전송 단계(440)에서, 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 기 설정된 파워 전송 계약에 대한 위반이 발생되거나(power transfer contract violation), 충전이 완료된 경우, 선택 단계(410)로 천이할 수 있다(S407).
또한, 전력 전송 단계(440)에서, 송신기는 송신기 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 식별 및 구성 단계(430)로 천이할 수 있다(S408).
상기한 파워 전송 계약은 송신기와 수신기의 상태 및 특성 정보에 기반하여 설정될 수 있다. 일 예로, 송신기 상태 정보는 최대 전송 가능한 파워량에 대한 정보, 최대 수용 가능한 수신기 개수에 대한 정보 등을 포함할 수 있으며, 수신기 상태 정보는 요구 전력에 대한 정보 등을 포함할 수 있다.
도 5는 PMA 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 5를 참조하면, PMA 표준에 따른 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 대기 단계(Standby Phase, 510), 디지털 핑 단계(Digital Ping Phase, 520), 식별 단계(Identification Phase, 530), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 540) 단계 및 충전 완료 단계(End of Charge Phase, 550)로 구분될 수 있다.
대기 단계(510)는 파워 전송을 위한 수신기 식별 절차를 수행하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계일 수 있다. 여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다. 또한, 대기 단계(510)에서 송신기는 충전 표면(Charging Surface)에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다. 만약, 송신기가 충전 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되거나 RXID 재시도가 진행중인 경우, 디지털 핑 단계(520)로 천이할 수 있다(S501). 여기서, RXID는 PMA 호환 수신기에 할당되는 고유 식별자이다. 대기 단계(510)에서 송신기는 매우 짧은 펄스의 아날로그 핑(Analog Ping)을 전송하며, 송신 코일의 전류 변화에 기반하여 인터페이스 표면-예를 들면, 충전 베드-의 활성 영역(Active Area)에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다.
디지털 핑 단계(520)로 천이된 송신기는 감지된 물체가 PMA 호환 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑 신호를 송출한다. 송신기가 전송한 디지털 핑 신호에 의해 수신단에 충분한 전력이 공급되는 경우, 수신기는 수신된 디지털 핑 신호를 PMA 통신 프로토콜에 따라 변조하여 소정 응답 시그널을 송신기에 전송할 수 있다. 여기서, 응답 시그널은 수신기에 수신된 전력의 세기를 지시하는 신호 세기 지시자가 포함될 수 있다. 디지털 핑 단계(520)에서 수신기는 유효한 응답 시그널이 수신되면, 식별 단계(530)로 천이할 수 있다(S502).
만약, 디지털 핑 단계(520)에서, 응답 시그널이 수신되지 않거나, PMA 호환 수신기가 아닌 것으로 확인되면-즉, FOD(Foreign Object Detection)인 경우-, 송신기는 대기 단계(510)로 천이할 수 있다(S503). 일 예로, FO(Foreign Object)는 동전, 키 등을 포함하는 금속성 물체일 수 있다.
식별 단계(530)에서, 송신기는 수신기 식별 절차가 실패하거나 수신기 식별 절차를 재수행하여야 하는 경우 및 미리 정의된 시간 동안 수신기 식별 절차를 완료하지 못한 경우에 대기 단계(510)로 천이할 수 있다(S504).
송신기는 수신기 식별에 성공하면, 식별 단계(530)에서 전력 전송 단계(540)로 천이하여 충전을 개시할 수 있다(S505).
전력 전송 단계(540)에서, 송신기는 원하는 신호가 미리 정해진 시간 이내에 수신되지 않거나(Time Out), FO가 감지되거나, 송신 코일의 전압이 미리 정의된 기준치를 초과하는 경우, 대기 단계(510)으로 천이할 수 있다(S506).
또한, 전력 전송 단계(540)에서, 송신기는 내부 구비된 온도 센서에 의해 감지된 온도가 소정 기준치를 초과하는 경우, 충전 완료 단계(550)로 천이할 수 있다(S507).
충전 완료 단계(550)에서, 송신기는 수신기가 충전 표면에서 제거된 것이 확인되면, 대기 상태(510)으로 천이할 수 있다(S509).
또한, 송신기는 Over Temperature 상태에서, 일정 시간 경과 후 측정된 온도가 기준치 이하로 떨어진 경우, 충전 완료 단계(550)에서 디지털 핑 단계(520)로 천이할 수 있다(S510).
디지털 핑 단계(520) 또는 전력 전송 단계(540)에서, 송신기는 수신기로부터 EOC(End Of Charge) 요청이 수신되면, 충전 완료 단계(550)로 천이할 수도 있다(S508 및 S511).
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6을 참조하면 무선 전력 송신기(600)는 크게, 전력 변환부(610), 전력 전송부(620), 통신부(630), 제어부(640), 센싱부(650)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기한 무선 전력 송신기(600)의 구성은 반드시 필수적인 구성은 아니어서, 그보다 많거나 적은 구성 요소를 포함하여 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 전력 변환부(610)는 전원부(660)로부터 전원이 공급되면, 이를 소정 세기의 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.
이를 위해, 전력 변환부(610)는 DC/DC 변환부(611), 증폭기(612)를 포함하여 구성될 수 있다.
DC/DC 변환부(611)는 전원부(650)로부터 공급된 DC 전력을 제어부(640)의 제어 신호에 따라 특정 세기의 DC 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.
이때, 센싱부(650)는 DC 변환된 전력의 전압/전류 등을 측정하여 제어부(640)에 제공할 수 있다. 또한, 센싱부(650)는 과열 발생 여부 판단을 위해 무선 전력 송신기(600)의 내부 온도를 측정하고, 측정 결과를 제어부(640)에 제공할 수도 있다. 일 예로, 제어부(640)는 센싱부(650)에 의해 측정된 전압/전류 값에 기반하여 적응적으로 전원부(650)로부터의 전원 공급을 차단하거나, 증폭기(612)에 전력이 공급되는 것을 차단할 수 있다. 이를 위해, 전력 변환부(610)의 일측에는 전원부(650)로부터 공급되는 전원을 차단하거나, 증폭기(612)에 공급되는 전력을 차단하기 위한 소정 전력 차단 회로가 가 더 구비될 수도 있다.
증폭기(612)는 DC/DC 변환된 전력의 세기를 제어부(640)의 제어 신호에 따라 조정할 수 있다. 일 예로, 제어부(640)는 통신부(630)를 통해 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태 정보 또는(및) 전력 제어 신호를 수신할 수 있으며, 수신된 전력 수신 상태 정보 또는(및) 전력 제어 신호에 기반하여 증폭기(612)의 증폭률을 동적으로 조정할 수 있다. 일 예로, 전력 수신 상태 정보는 정류기 출력 전압의 세기 정보, 수신 코일에 인가되는 전류의 세기 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 전력 제어 신호는 전력 증가를 요청하기 위한 신호, 전력 감소를 요청하기 위한 신호 등을 포함할 수 있다.
전력 전송부(620)는 다중화기(621)(또는 멀티플렉서), 송신 코일(622)을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 전력 전송부(620)는 전력 전송을 위한 특정 동작 주파수를 생성하기 위한 반송파 생성기(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
반송파 생성기는 다중화기(621)를 통해 전달 받은 증폭기(612)의 출력 DC 전력을 특정 주파수를 갖는 AC 전력으로 변환하기 위한 특정 주파수를 생성할 수 있다. 이상의 설명에서는 반송파 생성기에 의해 생성된 교류 신호가 다중화기(621)의 출력단에 믹싱되어 교류 전력이 생성되는 것으로 설명되고 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 예는 증폭기(612) 이전단 또는 이후단에 믹싱될 수도 있음을 주의해야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 각각의 송신 코일에 전달되는 AC 전력의 주파수가 서로 상이할 수도 있음을 주의해야 한다. 본 발명의 다른 일 실시예는 LC 공진 특성을 송신 코일마다 상이하게 조절하는 기능이 구비된 소정 주파수 제어기를 이용하여 각각의 송신 코일 별 공진주파수를 상이하게 설정할 수도 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 전력 전송부(620)는 증폭기(612)의 출력 전력이 송신 코일에 전달되는 것을 제어하기 위한 다중화기(621)와 복수의 송신 코일(622)-즉, 제1 내지 제n 송신 코일-을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(640)는 복수의 무선 전력 수신기가 연결된 경우, 송신 코일 별 시분할 다중화를 통해 전력을 전송할 수도 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(600)에 3개의 무선 전력 수신기-즉, 제1 내지 3 무선 전력 수신기-가 각각 3개의 서로 다른 송신 코일-즉, 제1 내지 3 송신 코일-을 통해 식별된 경우, 제어부(640)는 다중화기(621)를 제어하여, 특정 타임 슬롯에 특정 송신 코일을 전력이 송출될 수 있도록 제어할 수 있다. 이때, 송신 코일 별 할당된 타임 슬롯의 길이에 따라 해당 무선 전력 수신기로 전송되는 전력의 양이 제어될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 예는 송신 코일 별 할당된 타일 슬롯 동안의 증폭기(612) 증폭률을 제어하여 무선 전력 수신기 별 송출 전력을 제어할 수도 있다.
제어부(640)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 제1 내지 제n 송신 코일(622)을 통해 감지 신호가 순차적으로 송출될 수 있도록 다중화기다중화기(621)를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(640)는 감지 신호가 전송될 시점을 타이머(655)를 이용하여 식별할 수 있으며, 감신 신호 전송 시점이 도래하면, 다중화기(621)를 제어하여 해당 송신 코일을 통해 감지 신호가 송출될 수 있도록 제어할 수 있다. 일 예로, 타이머(650)는 핑 전송 단계 동안 소정 주기로 특정 이벤트 신호를 제어부(640)에 송출할 수 있으며, 제어부(640)는 해당 이벤트 신호가 감지되면, 다중화기(621)를 제어하여 해당 송신 코일을 통해 디지털 핑이 송출될 수 있도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(640)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 복조부(632)로부터 어느 송신 코일을 통해 신호 세기 지시자(Signal Strength Indicator)가 수신되었는지를 식별하기 위한 소정 송신 코일 식별자 및 해당 송신 코일을 통해 수신된 신호 세기 지시자를 수신할 수 있다. 연이어, 제2차 감지 신호 송출 절차에서 제어부(640)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 신호 세기 지시자가 수신된 송신 코일(들)을 통해서만 감지 신호가 송출될 수 있도록 다중화기(621)를 제어할 수도 있다. 다른 일 예로, 제어부(640)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 신호 세기 지시자가 수신된 송신 코일이 복수개인 경우, 가장 큰 값을 갖는 신호 세기 지시자가 수신된 송신 코일을 제2차 감지 신호 송출 절차에서 감지 신호를 가장 먼저 송출할 송신 코일로 결정하고, 결정 결과에 따라 다중화기(621)를 제어할 수도 있다.
변조부(631)는 제어부(640)에 의해 생성된 제어 신호를 변조하여 다중화기(621)에 전달할 수 있다. 여기서, 제어 신호를 변조하기 위한 변조 방식은 FSK(Frequency Shift Keying) 변조 방식, 맨체스터 코딩(Manchester Coding) 변조 방식, PSK(Phase Shift Keying) 변조 방식, 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation) 방식, 차등 2단계(Differential bi-phase) 변조 방식 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
복조부(632)는 송신 코일을 통해 수신되는 신호가 감지되면, 감지된 신호를 복조하여 제어부(640)에 전송할 수 있다. 여기서, 복조된 신호에는 신호 세기 지시자, 무선 전력 전송 중 전력 제어를 위한 오류 정정(EC:Error Correction) 지시자, 충전 완료(EOC: End Of Charge) 지시자, 과전압/과전류/과열 지시자 등이 포함될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 수신기의 상태를 식별하기 위한 각종 상태 정보가 포함될 수 있다.
또한, 복조부(632)는 복조된 신호가 어느 송신 코일로부터 수신된 신호인지를 식별할 수 있으며, 식별된 송신 코일에 상응하는 소정 송신 코일 식별자를 제어부(640)에 제공할 수도 있다.
또한, 복조부(632)는 송신 코일(623)을 통해 수신된 신호를 복조하여 제어부(640)에 전달할 수 있다. 일 예로, 복조된 신호는 신호 세기 지시자를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 복조 신호는 무선 전력 수신기의 각종 상태 정보를 포함할 수 있다.
일 예로, 무선 전력 송신기(600)는 무선 전력 전송에 사용되는 동일한 주파수를 이용하여 무선 전력 수신기와 통신을 수행하는 인밴드(In-Band) 통신을 통해 상기 신호 세기 지시자를 획득할 수 있다.
또한, 무선 전력 송신기(600)는 송신 코일(622)을 이용하여 무선 전력을 송출할 수 있을 뿐만 아니라 송신 코일(622)을 통해 무선 전력 수신기와 각종 정보를 교환할 수도 있다. 다른 일 예로, 무선 전력 송신기(600)는 송신 코일(622)-즉, 제1 내지 제n 송신 코일)에 각각 대응되는 별도의 코일을 추가로 구비하고, 구비된 별도의 코일을 이용하여 무선 전력 수신기와 인밴드 통신을 수행할 수도 있음을 주의해야 한다.
이상이 도 6의 설명에서는 무선 전력 송신기(600)와 무선 전력 수신기가 인밴드 통신을 수행하는 것을 예를 들어 설명하고 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 무선 전력 신호 전송에 사용되는 주파수 대역과 상이한 주파수 대역을 통해 근거리 양방향 통신을 수행할 수 있다. 일 예로, 근거리 양방향 통신은 저전력 블루투스 통신, RFID 통신, UWB 통신, 지그비 통신 중 어느 하나일 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기(600)는 무선 전력 수신기의 요청에 따라 고속 충전 모드 및 일반 저전력 충전 모드를 적응적으로 제공할할 수도 있다.
무선 전력 송신기(600)는 고속 충전 모드가 지원 가능한 경우, 소정 패턴의 신호-이하 설명의 편의를 위해, 제1 패킷이라 명함-를 송출할 수 있다. 무선 전력 수신기(600)는 제1 패킷이 수신되면, 접속중인 무선 전력 송신기(600)가 고속 충전이 가능함을 식별할 수 있다.
특히, 무선 전력 수신기는 고속 충전이 필요한 경우, 고속 충전을 요청하는 소정 제1 응답 패킷을 무선 전력 송신기(6000에 전송할 수 있다.
특히, 무선 전력 송신기(600)는 상기 제1 응답 패킷이 수신 후 소정 시간이 경과하면, 자동으로 고속 충전 모드로 전환하여 고속 충전을 개시할 수 있다.
일 예로, 무선 전력 송신기(600)의 제어부(640)는 상기한 도 4 내지 도 5의 전력 전송 단계(440 또는 540)로 천이한 경우, 제1 패킷이 송신 코일(622)을 통해 송출되도록 제어할 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 예는 상기 도 4의 식별 및 구성 단계(430) 또는 도 5의 식별 단계(530)에서 제1 패킷이 송출될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예는 무선 전력 송신기(600)가 송출하는 디지털 핑 신호에 고속 충전 지원 가능 여부를 식별할 수 있는 정보가 인코딩되어 전송될 수도 있음을 주의해야 한다.
무선 전력 수신기는 전력 전송 단계의 어느 시점에서든 고속 충전이 필요하면, 충전 모드가 고속 충전으로 설정된 소정 충전 모드 패킷을 무선 전력 송신기(600)에 전송할 수도 있다. 여기서, 충전 모드 패킷의 세부 구성은 후술할 도 8 내지 12의 설명을 통해 보다 명확히 하도록 한다.물론, 무선 전력 송신기(600)와 무선 전력 수신기는 충전 모드가 고속 충전 모드로 변경된 경우, 고속 충전 모드에 상응하는 전력이 송출 및 수신 가능할 수 있도록 내부 동작을 제어할 수 있다. 일 예로, 충전 모드가 일반 저전력 충전 모드에서 고속 충전 모드로 변경된 경우, 과전압(Over Voltage) 판단 기준, 과열(Over Temperature) 판단 기준, 저전압(Low Voltage)/고전압(High Voltage) 판단 기준, 최적 전압 레벨(Optimum Voltage Level), 전력 제어 옵셋 등의 값이 변경 설정될 수 있다.
일 예로, 충전 모드가 일반 저전력 충전 모드에서 고속 충전 모드로 변경된 경우, 과전압(Over Voltage) 판단을 위한 임계 전압이 고속 충전이 가능하도록 높게 설정될 수 있다. 또 다른 일 예로, 과열 발생 여부를 판단하기 임계 온도가 고속 충전에 따른 온도 상승을 고려하여 높게 설정될 수 있다. 또 다른 일 예로, 송신단에서의 전력이 제어되는 최소 레벨을 의미하는 전력 제어 옵셋 값은 고속 충전 모드에서 빠르게 원하는 목표 전력 레벨로 수렴 가능하도록 일반 저전력 충전 모드에 비해 큰 값으로 설정될 수도 있다.
도 7은 상기 도 6에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7를 참조하면, 무선 전력 수신기(700)는 수신 코일(710), 정류기(720), 직류/직류 변환기(DC/DC Converter, 730), 부하(740), 센싱부(750), 통신부(760), 주제어부(770)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 통신부(760)는 복조부(761) 및 변조부(762)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기한 도 7의 예에 도시된 무선 전력 수신기(700)는 인밴드 통신을 통해 무선 전력 송신기(600)와 정보를 교환할 수 있는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 통신부(760)는 무선 전력 신호 전송에 사용되는 주파수 대역과는 상이한 주파수 대역을 통해 근거리 양방향 통신을 제공할 수도 있다.
수신 코일(710)을 통해 수신된 AC 전력은 정류부(720)에 전달할 수 있다. 정류기(720)는 AC 전력을 DC 전력으로 변환하여 직류/직류 변환기(730)에 전송할 수 있다. 직류/직류 변환기(730)는 정류기 출력 DC 전력의 세기를 부하(740)에 의해 요구되는 특정 세기로 변환한 후 부하(740)에 전달할 수 있다.
센싱부(750)는 정류기(720) 출력 DC 전력의 세기를 측정하고, 이를 주제어부(770)에 제공할 수 있다. 또한, 센싱부(750)는 무선 전력 수신에 따라 수신 코일(710)에 인가되는 전류의 세기를 측정하고, 측정 결과를 주제어부(770)에 전송할 수도 있다. 또한, 센싱부(750)는 무선 전력 수신기(700)의 내부 온도를 측정하고, 측정된 온도 값을 주제어부(770)에 제공할 수도 있다.
일 예로, 주제어부(770)는 측정된 정류기 출력 DC 전력의 세기가 소정 기준치 와 비교하여 과전압 발생 여부를 판단할 수 있다. 판단 결과, 과전압이 발생된 경우, 과전압이 발생되었음을 알리는 소정 패킷을 생성하여 변조부(762)에 전송할 수 있다. 여기서, 변조부(762)에 의해 변조된 신호는 수신 코일(710) 또는 별도의 코일(미도시)을 통해 무선 전력 송신기(600)에 전송될 수 있다. 또한, 주제어부(770)는 정류기 출력 DC 전력의 세기가 소정 기준치 이상인 경우, 감지 신호가 수신된 것으로 판단할 수 있으며, 감지 신호 수신 시, 해당 감지 신호에 대응되는 신호 세기 지시자가 변조부(762)를 통해무선 전력 송신기(600)에 전송될 수 있도록 제어할 수 있다.다른 일 예로, 복조부(761)는 수신 코일(710)과 정류기(720) 사이의AC 전력 신호 또는 정류기(720) 출력 DC 전력 신호를 복조하여 감지 신호의 수신 여부를 식별한 후 식별 결과를 주제어부(770)에 제공할 수 있다. 이때, 주제어부(770)는 감지 신호에 대응되는 신호 세기 지시자가 변조부(761)를 통해 전송될 수 있도록 제어할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 주제어부(770)는 복조부(760)에 의해 복조된 정보에 기반하여 접속된 무선 전력 송신기가 고속 충전이 가능한 무선 전력 송신기인지 여부를 판단할 수도 있다.
또한, 주제어부(770)는 상기 도 1의 전자 기기(30)로부터 고속 충전을 요청하는 소정 고속 충전 요청 신호가 수신된 경우, 수신된 고속 충전 요청 신호에 대응되는 충전 모드 패킷을 생성하여 변조부(761)에 전송할 수 있다. 여기서, 전자 기기로부터의 고속 충전 요청 신호는 소정 사용자 인터페이스상에서의 사용자 메뉴 선택에 따라 수신될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 주제어부(770)는 접속된 무선 전력 송신기가 고속 충전 모드를 지원하는 것이 확인된 경우, 배터리 잔량에 기반하여 자동으로 무선 전력 송신기에 고속 충전을 요청하거나 무선 전력 송신기가 고속 충전을 중단하고 일반 저전력 충전 모드로 전환하도록 제어할 수도 있다.
또 다른 일 실시예에 따른 주제어부(770)는 일반 저전력 충전 모드로의 충전 중 전기 기기의 소비 전력을 실시간 모니터링할 수도 있다. 만약, 전자 기기의 소비 전력이 소정 기준치 이상인 경우, 주제어부(770)는 고속 충전 모드로의 전환을 요청하는 소정 충전 모드 패킷을 생성하여 변조부(761)에 전송할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 주제어부(770)는 센싱부(750)에 의해 측정된 내부 온도 값을 소정 기준치와 비교하여 과열 발생 여부를 판단할 수 있다. 만약, 고속 충전 중 과열이 발생된 경우, 주제어부(770)는 무선 전력 송신기가 일반 저전력 충전 모드로 전환하도록 충전 모드 패킷을 생성하여 전송할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 주제어부(770)는 배터리 충전률, 내부 온도, 정류기 출력 전압의 세기, 전자 기기에 탑재된 CPU 사용율, 사용자 메뉴 선택 중 적어도 하나에 기반하여 충전 모드의 변경이 필요한지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과, 상기 충전 모드의 변경이 필요하면, 상기 변경할 충전 모드 값이 포함된 충전 모드 패킷을 생성하여 상기 무선 전력 송신기에 전송할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 신호의 변조 및 복조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8의 도면 번호 810에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 동일한 주기를 가지는 내부 클라 시그널에 기반하여 전송 대상 패킷을 인코딩하거나 디코딩할 수 있다.
이하에서는 상기 도 1 내지 도 8을 참조하여, 전송 대상 패킷의 인코딩 방법을 상세히 설명하기로 한다.
상기 도 1을 참조하면, 무선 전력 송신단(10) 또는 무선 전력 수신단(20)가 특정 패킷을 전송하지 않는 경우, 무선 전력 신호는 도 1의 도면 번호 41에 도시된 바와 같이, 특정 주파수를 가진 변조되지 않은 교류 신호일 수 있다. 반면, 무선 전력 송신단(10) 또는 무선 전력 수신단(20)이 특정 패킷을 전송하는 경우, 무선 전력 신호는 도 1의 도면 번호 42에 도시된 바와 같이, 특정 변조 방식으로 변조된 교류 신호일 수 있다. 일 예로, 변조 방식은 진폭 변조 방식, 주파수 변조 방식, 주파수 및 진폭 변조 방식, 위상 변조 방식 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
무선 전력 송신단(10) 또는 무선 전력 수신단(20)에 의해 생성된 패킷의 이진 데이터는 도면 번호 820과 같이 차등 2단계 인코딩(Differential bi-phase encoding) 이 적용될 수 있다. 상세하게, 차등 2단계 인코딩은 데이터 비트 1을 인코딩하기 위하여 두 번의 상태 전이(transitions)를 갖도록 하고, 데이터 비트 0을 인코딩하기 위하여 한 번의 상태 전이를 갖도록 한다. 즉, 데이터 비트 1은 상기 클럭 신호의 상승 에지(rising edge) 및 하강 에지(falling edge)에서 HI 상태 및 LO 상태간의 전이가 발생하도록 인코딩된 것이고, 데이터 비트 0은 상기 클럭 신호의 상승 에지에서 HI 상태 및 LO 상태간의 전이가 발생하도록 인코딩된 것일 수 있다.
인코딩된 이진 데이터는 상기 도면 번호 830에 도시된 바와 같은, 바이트 인코딩 기법이 적용될 수 있다. 도면 번호 830을 참조하면, 일 실시예에 따른 바이트 인코딩 기법은 8비트의 인코딩된 이진 비트 스트림에 대해 해당 비트 스트림의 시작과 종류를 식별하기 위한 시작 비트(Start Bit) 및 종료 비트(Stop Bit), 해당 비트 스트림(바이트)의 오류 발생 여부를 감지하기 위한 페리티 비트(Parity Bit)가 삽입하는 방법일 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 패킷 포맷을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20) 사이의 정보 교환에 사용되는 패킷 포맷(900)은 해당 패킷의 복조를 위한 동기 획득 및 해당 패킷의 정확한 시작 비트를 식별하기 위한 프리엠블(Preamble, 910) 필드, 해당 패킷에 포함된 메시지의 종류를 식별하기 위한 헤더(Header, 920) 필드, 해당 패킷의 내용(또는 페이로드(Payload))를 전송하기 위한 메시지(Message, 930) 필드 및 해당 패킷에 오류가 발생되었는지 여부를 식별하기 위한 체크썸(Checksum, 940) 필드를 포함하여 구성될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 패킷 수신단은 헤더(920) 값에 기반하여 해당 패킷에 포함된 메시지(930)의 크기를 식별할 수도 있다.
또한, 헤더(920)는 무선 전력 전송 절차의 각 단계별로 정의될 수 있으며, 일부, 헤더(920) 값은 서로 다른 단계에서 동일한 값이 정의될 수도 있다. 일 예로, 도 9를 참조하면, 핑 단계의 전력 전송 종료(End Power Transfer) 및 전력 전송 단계의 전력 전송 종료에 대응되는 헤더 값은 0x02로 동일할 수 있음을 주의해야 한다.
메시지(930)는 해당 패킷의 송신단에서 전송하고자 하는 데이터를 포함한다. 일 예로, 메시지(930) 필드에 포함되는 데이터는 상대방에 대한 보고 사항(report), 요청 사항(request) 또는 응답 사항(response)일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 패킷(900)은 해당 패킷을 전송한 송신단을 식별하기 위한 송신단 식별 정보, 해당 패킷을 수신할 수신단을 식별하기 위한 수신단 식별 정보 중 적어도 하나가 더 포함될 수도 있다. 여기서, 송신단 식별 정보 및 수신단 식별 정보는 IP 주소 정보, MAC 주소 정보, 제품 식별 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 충전 시스템상에서 수신단 및 송신단을 구분할 수 있는 정보이면 족하다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 패킷(900)은 해당 패킷이 복수의 장치에 의해 수신되어야 하는 경우, 해당 수신 그룹을 식별하기 위한 소정 그룹 식별 정보가 더 포함될 수도 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 모드 변경을 요청하기 위한 충전 모드 패킷의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 충전 모드 패킷(1000)의 헤더(1020) 값은 현재 무선 충전 표전에 정의된 패킷 헤더 값 중 정의되지 않은 값 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 일 예로, 충전 모드 패킷(1000)의 헤더(1020) 값은 상기 도 9에 도시된 바와 같이, 0x18로 정의될 수 있으나, 이는 설명의 편의를 위함이지 반드시 그 값일 필요는 없음을 주의해야 한다.
헤더(1020) 값 0x18에 상응하는 메시지 크기는 1바이트일 수 있다.
충전 모드 패킷(1000)의 메시지(1030) 필드에는 변경하고자 하는 충전 모드에 관한 정보가 기록될 수 있다. 일 예로, 도면 번호 1050을 참조하면, 일반 저전력 충전 모드로 충전 중 고속 충전 모드로의 변경이 요구되는 경우, 무선 전력 수신기는 충전 모드 패킷(1000)의 메시지(1030) 필드에 0xff가 기록하여 전송할 수 있다. 반면, 고속 충전 모드로 충전 중 일반 저전력 충전 모드로의 변경이 요구되는 경우, 무선 전력 수신기는 충전 모드 패킷(1000)의 메시지(1030) 필드에 0x00을 기록하여 전송할 수 있다. 상기 도면 번호 1050에 도시된 예는 본 발명의 이해를 돕기 위함일 뿐 메시지 값이 반드시 그렇게 정의되어야 하는 것은 아니다.
도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 충전 모드 변경을 요청하기 위한 충전 모드 패킷의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 충전 모드 패킷(1100)의 메시지(1130) 필드는 충전 모드(1131)와 요구 전력(1132)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 요구 전력은 해당 충전 모드로의 변경 시 요구되는 초기 전력의 세기 값일 수 있다.
충전 모드 패킷(1100)의 메시지(1130)의 크기는 1바이트이고, 1바이트 중 일부 비트가 충전 모드(1131), 나머지 비트가 요구 전력(1132)에 사용될 수 있다. 일 예로, b7 내지 b4는 충전 모드(1131) 전송에 사용되고, b3 내지 b0는 요구 전력(1132) 전송에 사용될 수 있다. 이 경우, 메시지(1130) 값의 범위가 0x00~0x0f는 제1 충전 모드-즉, 고속 충전 모드에서 일반 저전력 충전 모드-로의 전환을 요청하기 위한 값으로 사용되고, 0x10~0x1f는 제2 충전 모드-즉, 일반 저전력 충전 모드에서 고속 충전 모드-로의 전환을 요청하기 위한 값으로 사용될 수 있다. 상기 예는 하나의 예시일 뿐 당업자의 구현에 따라 메시지 필드의 구성 및 정의는 상의할 수 있음을 주의해야 한다.
도 12는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 충전 모드 변경을 요청하기 위한 충전 모드 패킷의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 충전 모드 패킷(1200)의 메시지(1230) 필드는 충전 모드(1231)와 충전 모드 변경 대기 시간(1232)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 충전 모드 변경 대기 시간(1232)은 무선 전력 송신기가 해당 충전 모드 패킷 수신 후 충전 모드를 변경하기까지 대기하는 시간을 의미할 수 있다. 일 예로, 충전 모드 변경 대기 시간(1232) 값이 0인 경우, 즉시, 충전 모드를 변경하는 것을 의미할 수 있다. 즉, 충전 모드 변경 대기 시간(1232)이 커질수록 충전 모드 변경까지 소유되는 시간이 길어짐을 의미할 수 있다. 본 발명에 따른 무선 충전 시스템은 충전 모드 변경 대기 시간(1232)을 이용하여 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기 사이의 충전 모드 전환 시점을 동기화시킬 수 있다.
일 예로, 도면 번호 1250에 도시된 바와 같이, 메시지(1230) 필드 중 MSB(Most Significant Bit)인 b7이 전환할 충전 모드를 식별하기 위한 비트일 수 있다. 나머지 b6 내지 b0는 충전 모드 변경 대기 시간(1232) 설정을 위해 사용될 수 있다. 이 경우, 메시지(1230) 값의 범위가 0x00~0x7f는 제1 충전 모드-즉, 고속 충전 모드에서 일반 저전력 충전 모드-로의 전환을 요청하기 위한 값으로 사용되고, 0x80~0xff는 제2 충전 모드-즉, 일반 저전력 충전 모드에서 고속 충전 모드-로의 전환을 요청하기 위한 값으로 사용될 수 있다. 상기 예는 하나의 예시일 뿐 당업자의 구현에 따라 메시지 필드의 구성 및 정의는 상의할 수 있음을 주의해야 한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 모드 전환을 설명하기 위한 충전 모드 상태 다이어그램이다.
도 13을 참조하면, 상기 도 4 및 도 5의 전력 전송 단계(440, 540)는 일반 저전력 충전이 이루어지는 제1 충전 모드(1310)와 고속 충전이 이루어지는 제2 충전 모드(1320)를 포함할 수 있다.
제1 충전 모드(1310)와 제2 충전 모드(1320)는 소정 조건이 만족되면 상호 전환될 수 있다. 일 예로, 무선 전력 수신기는 제1 충전 모드(1310)로 충전 수행 중 전자 기기로부터 제2 충전 모드(1320)로의 전환 요청이 수신된 경우, 무선 전력 송신기에 제2 충전 모드(1320)로의 전환을 요청하는 소정 패킷을 전송하여 충전 모드를 변경할 수 있다. 다른 일 예로, 무선 전력 수신기는 제2 충전 모드(1320)로의 충전 수행 중 배터리 충전량이 소정 기준치에 도달한 경우, 제1 충전 모드(1310)로의 전환을 요청하는 소정 패킷을 무선 전력 송신기에 전송할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 복수의 무선 전력 수신기로 전력을 송출할 수 있다. 이 경우, 무선 전력 수신기가 새롭게 접속되거나, 기존 무선 전력 수신기와의 접속이 해제된 경우, 현재 접속중인 무선 전력 수신기(들)에 대한 전력 재분배 절차를 수행할 수도 있다. 만약, 전력 재분배 결과, 제2 충전 모드로 충전중인 무선 전력 수신기에 더 이상 고속 충전을 제공할 수 없는 경우, 무선 전력 송신기는 해당 무선 전력 수신기에 제2 충전 모드(1320)에서 제1 충전 모드(1310)로의 전환을 요청하는 소정 패킷을 전송할 수도 있다.
이상의 실시예에서는 충전 모드가 제1 충전 모드(1310)와 제2 충전 모드(1320)로 구분되는 것을 예를 들어 설명하고 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 새로운 충전 모드가 정의되어 추가될 수도 있다. 일 예로, 고속 충전을 위한 제2 충전 모드(1320)는 중간 전력 고속 충전 모드(미도시) 및 고전력 고속 충전 모드(미도시)로 세분화될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초기 충전 모드는 상기 도 4의 식별 및 구성 단계(430) 또는 상기 도 5의 식별 단계(530)에서의 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기 사이의 상태 정보 교환 또는 협상 등을 통해 결정될 수도 있다.
일 예로, 상기 도 4의 식별 및 구성 단계(430) 또는 상기 도 5의 식별 단계(530)에서 상기 무선 전력 송신기는 자신이 고속 충전 모드 지원이 가능한 기기인지 여부를 식별하기 위한 소정 정보를 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다. 이때, 무선 전력 수신기는 자신이 고속 충전이 가능한 기기이고 배터리 충전량이 소정 기준치 이하인 경우, 고속 충전을 요청하는 소정 패킷을 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다. 무선 전력 송신기는 정상적으로 전력 전송 단계에 진입하면, 무선 전력 수신기의 요청에 따라 고속 충전 모드로 전환하여 무선 충전을 수행할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 초기 충전 모드는 전력 전송 단계에서 결정될 수도 있다. 일 예로, 무선 전력 송신기는 최초 전력 제어 요청 패킷-예를 들면, WPC 표준에 정의된 제어 오류 패킷(Control Error Packet)일 수 있으나 이에 한정되지는 않음-이 수신되면, 전력 전송 단계로 진입하여 고속 충전 지원 여부를 식별하기 위한 제1 패킷을 송출할 수 있다. 무선 전력 수신기는 제1 패킷을 수신하여 접속된 무선 전력 송신기가 고속 충전을 지원하는 것이 확인된 경우, 고속 충전 개시 여부를 판단하고, 판단 결과가 포함된 소정 제1 응답 패킷을 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다. 즉, 제1 응답 패킷에 기반하여 초기 충전 모드가 결정될 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기에서의 무선 충전 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14를 참조하면, 무선 전력 수신기는 전력 전송 단계에 진입하면 자신의 상태 정보-즉, 수신기 상태 정보-를 수집할 수 있다(S1401).
무선 전력 수신기는 수집된 수신기 상태 정보에 기반하여 충전 모드 변경이 필요한지 여부를 판단할 수 있다(S1403 내지 S1405).
일 예로, 수신기 상태 정보는 배터리 충전 상태 정보를 포함할 수 있다. 만약, 일반 저전력 충전 모드로 충전 중 배터리 충전량이 소정 기준치 이하로 떨어지면, 무선 전력 수신기는 고속 충전 모드로의 전환이 필요한 것으로 판단할 수도 있다.
다른 일 예로, 수신기 상태 정보는 CPU 사용량에 관한 정보를 포함할 수 있다. 만약, 일반 저전력 충전 모드로 충전 중 CPU 사용량이 소정 기준치를 초과하여 전력 소모가 급격히 증가하는 경우, 무선 전력 수신기는 고속 충전 모드로의 전환이 필요한 것으로 판단할 수도 있다.
또 다른 일 예로, 수신기 상태 정보는 응용 소프트웨어 및 주변 기기 상태 정보를 포함할 수 있다. 일 예로, 현재 실행중인 응용 소프트웨어의 개수가 소정 기준치를 초과하는 경우, 무선 전력 수신기는 고속 충전 모드로의 전환이 필요한 것으로 판단할 수도 있다. 일 예로, 주변 기기 상태 정보는 카메라 구동 상태 정보, 후레쉬 구동 상태 정보, 스피커 구동 상태 정보 등을 포함할 수도 있다. 무선 전력 수신기는 주변 기기의 구동 상태에 기반하여 고속 충전 모드로의 전환이 필요한지 여부를 판단할 수도 있다.
상기 판단 결과, 충전 모드 변경이 필요한 경우, 무선 전력 수신기는 변경될 충전 모드 값이 포함된 소정 충전 모드 패킷을 생성하여 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다(S1407).
상기 1405 단계에서 충전 모드 변경이 필요하지 않은 경우, 무선 전력 수신기는 상기한 1401 단계로 회귀할 수 있다.
이상의 도 14의 설명에서는 무선 전력 수신기가 수신기 상태 정보에 기반하여 충전 모드 변경 여부를 판단하는 것으로 설명되고 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 예로, 무선 전력 수신기는 전자 기기의 사용자 인터페이스상에서의 소정 사용자 메뉴 선택에 따라 특정 충전 모드로의 전환이 요청된 경우, 해당 충전 모드로의 전환을 요청하는 충전 모드 패킷을 생성하여 무선 전력 송신기에 전송할 수도 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템상에서의 무선 충전 방법을 설명하기 위한 도면이다.
상세하게 도 15는 무선 충전 시스템상에서의 충전 모드 전환 절차를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 15를 참조하면, 무선 전력 송신기(1510)는 식별 및 구성 단계에서 전력 전송 단계로의 천이 후 무선 전력 수신기(1520)로부터 최초 제어 오류 패킷이 수신되면 고속 충전 지원을 알리는 소정 제1 패킷을 생성하여 무선 전력 수신기(1520)에 전송할 수 있다(S1501 내지 S1502).
무선 전력 수신기(1520)는 수신된 제1 패킷에 기반하여 무선 전력 송신기(1510)가 고속 충전 모드를 지원하는 것이 확인되고, 자신이 고속 충전이 가능한 기기인 경우, 고속 충전을 요청하는 소정 제1 응답 패킷을 생성하여 무선 전력 송신기(1510)에 전송할 수 있다(S1503).
무선 전력 수신기(1520)와 무선 전력 송신기(1510)는 소정 충전 모드 변경 대기 시간이 경과하면, 동시에 고속 충전 모드로 전환하여 고속 충전을 개시할 수 있다(S1504). 여기서, 충전 모드 변경 대기 시간은 미리 정의되거나, 상기 도 12에 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신기(1520)에 의해 결정된 후, 제1 응답 패킷을 통해 무선 전력 송신기(1510)에 전달될 수도 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 16을 참조하면, 무선 전력 송신기는 전력 전송 단계로 천이 후 최초 전력 제어를 위한 패킷이 무선 전력 수신기로부터 수신되면, 고속 충전 모드가 지원됨을 지시하는 소정 제1 패킷을 생성하여 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다(S1601 내지 S1602).
무선 전력 송신기는 충전 모드 값이 포함된 소정 제1 응답 패킷이 수신할 수 있다(S1603).
무선 전력 송신기는 충전 모드 값이 고속 충전 모드인지 확인할 수 있다(S1604).
확인 결과, 고속 충전 모드이면, 무선 전력 송신기는 고속 충전 모드로 충전을 수행할 수 있다(S1605).
상기 1604 단계의 확인 결과, 고속 충전 모드가 아닌 경우-즉, 일반 저전력 충전 모드인 경우-, 무선 전력 송신기는 일반 저전력 충전 모드로 충전을 수행할 수 있다(S1606).
도 17은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 17을 참조하면, 무선 전력 송신기는 상기 도 4 내지 5의 식별 단계(530)(또는 식별 및 구성 단계(430)) 또는 전력 전송 단계(440, 540)에서 충전 모드 값이 고속 충전 모드로 설정된 충전 모드 패킷을 수신할 수 있다(S1701).
이때, 무선 전력 송신기는 고속 충전이 가능한지 여부를 판단할 수 있다(S1702).
판단 결과, 고속 충전이 가능한 경우, 무선 전력 송신기는 고속 충전 모드가 지원됨을 지시하는 소정 제1 패킷을 생성하여 해당 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다(S1703).
무선 전력 송신기는 소정 시간 경과 후 자동으로 충전 모드를 디폴트로 설정된 일반 저전력 충전 모드에서 고속 충전 모드로 전환하여 충전을 수행할 수 있다(S1704).
상기한 1702 단계의 판단 결과, 고속 충전이 가능하지 않은 경우, 무선 전력 송신기는 해당 무선 전력 수신기를 위해 고속 충전을 제공할 수 없음을 지시하는 소정 제2 패킷을 송신한 후 디폴트 설정된 일반 저전력 충전 모드로 충전을 수행할 수 있다(S1705 내지 S1706).
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템에서의 고속 충전을 위한 패킷 전송 타이밍을 설명하기 위한 도면이다.
도 18을 참조하면, 무선 전력 송신기는 디지털 핑 전송 후 무선 전력 수신기로부터 신호 세기(Signal Strength) 패킷이 수신되면, 식별 및 구성 단계로 진입할 수 있다.
무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기로부터 식별 패킷 및 구성 패킷이 수신한 후 최초 제어 오류 패킷을 수신할 수 있다. 이때, 무선 전력 송신기는 전력 전송 단계로 천이한 후, 고속 충전이 지원됨을 지시하는 소정 제1 패킷을 전송할 수 있다.
무선 전력 송신기는 제1 패킷에 대한 응답으로 고속 충전을 요청하는 제1 응답 패킷이 수신되면, 일정 시간 경과 후 일반 저전력 충전 모드에서 고속 충전 모드로 진입하여 전력 변환기의 출력 전압을 증가시켜 충전을 수행할 수 있다.
도 19는 본 발명에 따른 고속 충전 모드과 일반 저전력 충전 모드 각각에 대한 시간에 따른 충전률 변화를 설명하기 위한 시뮬레이션 결과 그래프이다.
도 19를 참조하면, 도면 번호 1910은 고속 충전 모드에서의 시간에 따른 충전률 변화를 보여주고, 도면 번호 1920은 일반 저전력 충전 모드에서의 시간에 따른 충전률 변화를 보여준다.
고속 충전 모드의 경우, 배터리 충전이 완료되기까지 소요되는 시간은 약 1시간 45분인데 비해, 일반 저전력 충전 모드의 경우 약 3시간이 소요되는 것을 알 수 있다. 따라서, 고속 충전 모드는 일반 저전력 충전 모드에 비해 약 1시간 15분 시간 절감 효과를 기대할 수 있을 뿐만 아니라 거의 일반 유선 충전에 대비되는 성능을 기대할 수 있다.
도 20은 본 발명에 따른 고속 충전 모드과 일반 저전력 충전 모드 각각에 대한 시간에 따른 무선 전력 수신기의 온도 변화를 설명하기 위한 시뮬레이션 결과 그래프이다.
도 20을 참조하면, 도면 번호 2010은 현재 대기 온도이고, 도면 번호 2020과 일반 저전력 충전 모드에서의 시간에 따른 무선 전력 수신기의 내부 온도 변화를 보여주고, 도면번호 2030은 고속 충전 모드에서의 시간에 따른 무선 전력 수신기의 내부 온도 변화를 보여준다.
일반적으로, 무선 전력 수신기가 무선 전력 수신이 가능한 최대 온도는 섭씨 40도일 수 있다. 이 경우, 일반 저전력 충전 모드와 고속 충전 모드는 무선 전력 수신기의 배터리 충전이 완료될 때까지 섭씨 40도를 초과하지 않는 것을 알 수 있다.
상술한 실시예에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상술한 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
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 (19)

  1. 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 송신기에 있어서,
    송신 코일을 포함하는 전력 전송부;
    외부로부터 인가된 전력의 세기를 변환하는 전력 변환부;
    상기 무선 전력 수신기와 정보를 교환하는 통신부; 및
    상기 통신부를 통해 수신된 충전 모드 패킷에 기반하여 충전 모드를 제어하는 제어부
    를 포함하는, 무선 전력 송신기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부가 전력 전송 단계로 진입하면 고속 충전이 가능한지 여부를 식별하기 위한 소정 제1 패킷을 생성하여 상기 통신부에 전송하는, 무선 전력 송신기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 통신부가 상기 제1 패킷을 변조한 후 상기 전력 전송부 또는 미리 설정된 대역외 통신 채널을 통해 상기 무선 전력 수신기에 전송하는, 무선 전력 송신기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전력 전송 단계 진입 후 상기 무선 전력 수신기로부터 최초 전력 제어를 위한 제어 오류 패킷이 수신되면, 상기 제어부가 상기 제1 패킷을 생성하는, 무선 전력 송신기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 충전 모드는 디폴트로 일반 저전력 충전 모드로 설정되되, 상기 제어부는 상기 충전 모드 패킷에 포함된 충전 모드 값이 고속 충전 모드에 대응되는 값이면, 상기 일반 저전력 충전 모드를 상기 고속 충전 모드로 전환하여 충전을 수행하는, 무선 전력 송신기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 고속 충전 모드로 전환되면, 상기 제어부가 상기 전력 변환부를 제어하여 상기 전력 전송부에 인가되는 전력의 세기를 소정 기준치 이상으로 증폭시키는, 무선 전력 송신기.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 충전 모드 패킷에 포함된 충전 모드 값에 대응되는 요구 전력 값이 상기 충전 모드 패킷에 더 포함되되, 상기 제어부가 상기 요구 전력 값을 이용하여 상기 전력 변환부의 증폭률을 제어하는, 무선 전력 송신기.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제어부가 상기 충전 모드 패킷 수신에 따라 충전 모드 전환이 필요한 것으로 판단되면, 충전 모드 변경 대기 시간 경과 후 상기 충전 모드 패킷에 포함된 충전 모드로 전환하여 충전을 개시하되, 상기 충전 모드 변경 대기 시간은 상기 무선 전력 수신기에 의해 결정되되, 상기 결정된 충전 모드 변경 대기 시간 값이 상기 충전 모드 패킷에 포함되어 수신되는, 무선 전력 송신기.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 고속 충전 모드로 전환하여 충전 중, 상기 무선 전력 수신기의 배터리 충전률 또는 내부 온도가 소정 기준치 이상인 것이 확인되면, 상기 일반 저전력 충전 모드로 전환되는 것을 특징으로 하는, 무선 전력 송신기.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신기가 배터리 충전률, 수신기 내부 온도, CPU 사용율, 사용자 메뉴 선택 중 적어도 하나에 기반하여 상기 충전 모드의 변경이 필요한지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과, 상기 충전 모드 변경이 필요하면, 변경할 충전 모드 값이 포함된 상기 충전 모드 패킷을 생성하여 상기 무선 전력 송신기에 전송하는, 무선 전력 송신기.
  11. 무선 전력 송신기로부터 무선으로 전력을 수신하는 무선 전력 수신기에 있어서,
    수신 코일;
    상기 수신 코일을 통해 수신된 신호를 복조하여 패킷을 추출하는 통신부; 및
    상기 추출된 패킷을 상기 통신부로부터 수신하여 상기 무선 전력 송신기가 고속 충전이 가능한지 여부를 식별하고, 현재 수행중인 충전 모드의 변경이 필요한지 여부를 결정하는 제어부
    를 포함하되, 상기 충전 모드의 변경이 필요한 경우, 상기 제어부가 변경할 충전 모드 값이 포함된 소정 충전 모드 패킷을 생성하여 상기 통신부를 통해 상기 무선 전력 송신기에 전송하는, 무선 전력 수신기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는 전력 전송 단계로 진입한 후 고속 충전이 가능한지 여부를 식별하기 위한 소정 제1 패킷을 상기 통신부를 통해 수신하는, 무선 전력 수신기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전력 전송 단계 진입 후 상기 무선 전력 수신기가 최초 전력 제어를 위한 제어 오류 패킷을 상기 통신부를 통해 상기 무선 전력 송신기에 송신하면, 상기 제1 패킷이 수신되는, 무선 전력 수신기.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 충전 모드는 디폴트로 일반 저전력 충전 모드로 설정되되, 상기 제어부는 상기 변경할 충전 모드 값이 고속 충전 모드에 대응되는 값인 경우, 상기 일반 저전력 충전 모드를 상기 고속 충전 모드로 전환하여 충전을 수행하는, 무선 전력 수신기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 고속 충전 모드로 전환되면, 상기 제어부가 과전압 판단 기준, 과전류 판단 기준, 과열 판단 기준 중 적어도 하나를 일정 수준 상향 조정하는, 무선 전력 수신기.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 충전 모드 패킷에 포함된 상기 변경될 충전 모드 값에 대응되는 요구 전력 값이 상기 충전 모드 패킷에 더 포함되어 전송되는, 무선 전력 수신기.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 제어부가 충전 모드 변경 대기 시간을 결정하고, 결정된 상기 충전 모드 변경 대기 시간 값이 상기 충전 모드 패킷에 더 포함되어 전송되고, 상기 충전 모드 패킷 전송 후 상기 충전 모드 변경 대기 시간이 경과하면 상기 변경할 충전 모드로 전환하여 충전을 개시하는, 무선 전력 수신기.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 고속 충전 모드로 전환하여 충전 중, 상기 무선 전력 수신기의 배터리 충전률 또는 내부 온도가 소정 기준치 이상인 것이 확인되면, 상기 제어부가 상기 일반 저전력 충전 모드로의 전환을 요청하는 상기 충전 모드 패킷을 생성 및 전송하는, 무선 전력 수신기.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 제어부가 배터리 충전률, 내부 온도, 정류기 출력 전압의 세기, CPU 사용율, 사용자 메뉴 선택 중 적어도 하나에 기반하여 상기 충전 모드의 변경이 필요한지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과, 상기 충전 모드 변경이 필요하면, 상기 변경할 충전 모드 값이 포함된 상기 충전 모드 패킷을 생성하여 상기 무선 전력 송신기에 전송하는, 무선 전력 수신기.
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