WO2017138713A1 - 복수의 송신 코일이 구비된 무선 전력 기기 및 그 구동 방법 - Google Patents

복수의 송신 코일이 구비된 무선 전력 기기 및 그 구동 방법 Download PDF

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WO2017138713A1
WO2017138713A1 PCT/KR2017/001109 KR2017001109W WO2017138713A1 WO 2017138713 A1 WO2017138713 A1 WO 2017138713A1 KR 2017001109 W KR2017001109 W KR 2017001109W WO 2017138713 A1 WO2017138713 A1 WO 2017138713A1
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WO
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wireless power
signal
transmission
receiver
coils
Prior art date
Application number
PCT/KR2017/001109
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English (en)
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Inventor
조민영
이종헌
채용석
Original Assignee
엘지이노텍(주)
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Publication date
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    • H02J50/90—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving detection or optimisation of position, e.g. alignment

Definitions

  • the present invention relates to a wireless power transmission technology, and more particularly, to a wireless power device having a plurality of transmission coils and a driving method thereof.
  • 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 radio waves, lasers, high frequencies, and microwaves. 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.
  • a wireless power transmitter equipped with a plurality of coils has been released.
  • a conventional wireless power transmitter equipped with a plurality of coils sequentially detects a sensing signal through each transmitting coil to detect the presence of a wireless power receiver, for example, a ping signal used in an electromagnetic induction method, an electromagnetic resonance method. Beacon signal used for, etc.-sent out.
  • a conventional wireless power transmitter equipped with a plurality of transmission coils reduces the detection error of the wireless power receiver and sequentially detects the detection signal a predetermined number of times, for example, 2 to determine which transmission coil has good charging efficiency. It was controlled to send out through each transmission coil repeatedly.
  • 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 power device having a plurality of transmission coils and a driving method thereof.
  • Another object of the present invention is to provide a wireless power transmitter having a plurality of transmission coils and a driving method thereof capable of increasing a recognition rate for a wireless power receiver and minimizing time required for recognition.
  • Another object of the present invention is to provide a wireless power transmitter and a method of driving the same having a plurality of transmission coils for increasing charging efficiency when the function of the wireless power receiver is deteriorated.
  • Another object of the present invention is to provide a wireless power transmitter and a driving method thereof, which enable wireless charging when wireless charging is not performed according to the alignment of the wireless power receiver.
  • a wireless power transmitter including a plurality of transmitting coils may include first to Nth coils; And transmitting a first sensing signal to the wireless power receiver through the first to Nth coils, and receiving a first signal strength indicator corresponding to the first sensing signal, and receiving the signal strength of the received first signal strength indicator. And a control unit configured to adjust a transmission order of the first to N-th coils for transmitting the second sensing signal, wherein the controller is configured to adjust the second sensing signal to the first to Nth based on the adjusted transmission order.
  • the coil can be transmitted to the receiver.
  • a wireless power transmitter having a plurality of transmission coils for increasing charging efficiency and a driving method thereof may be provided, thereby improving device efficiency and user convenience.
  • a wireless power transmitter and a driving method for enabling wireless charging may be provided, thereby improving device efficiency and user convenience.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a sensing signal transmission procedure between a wireless power transmitter and a wireless power receiver having a multi-coil according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a state transition diagram for explaining a wireless power transmission procedure defined in the WPC standard.
  • 3 is a state transition diagram for explaining a wireless power transmission procedure defined in the PMA standard.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a structure of a multi-coil wireless power transmitter according to an embodiment.
  • FIG. 5 is a block diagram of a wireless power receiver interworking with a multi-coil wireless power transmitter according to an embodiment.
  • FIG. 6 is a view for explaining a wireless power reception procedure defined in the WPC standard.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a case where a state transition does not occur from the ping step of the prior art to the identification step.
  • FIGS. 8 and 9 are diagrams illustrating that a wireless power transmission system enters an identification step by changing a transmission order of sensing signal transmission of a multi-coil according to an embodiment.
  • FIG. 10 is a graph illustrating a change in current value of a wireless power receiver according to an operation of a wireless power transmitter for transmitting a detection signal.
  • 11 is a flowchart illustrating a method of driving a wireless power transmission system for changing a transmission order of sensing signals for each coil according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a method of driving a wireless power system when receiving a signal strength indicator according to an embodiment through a plurality of coils.
  • a wireless power transmitter including a plurality of transmitting coils may include first to Nth coils; And transmitting a first sensing signal to the wireless power receiver through the first to Nth coils, and receiving a first signal strength indicator corresponding to the first sensing signal, and receiving the signal strength of the received first signal strength indicator. And a control unit configured to adjust a transmission order of the first to N-th coils for transmitting the second sensing signal, wherein the controller is configured to adjust the second sensing signal to the first to Nth based on the adjusted transmission order.
  • the coil can be transmitted to the receiver.
  • 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.
  • the apparatus for transmitting wireless power on the wireless power system is a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, a transmitter, a transmitter, a transmitter, a transmitter, a transmitter, 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, a receiver, a receiver Or the like can be used in combination.
  • 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 schematic diagram illustrating a sensing signal transmission procedure between a wireless power transmitter and a wireless power receiver having a multi-coil according to an embodiment.
  • the wireless power transmitter may include a plurality of transmission coils, which will be described on the assumption that the wireless power transmitter has three transmission coils 111, 112, and 113. Each of the transmission coils 111, 112, and 113 may overlap some other regions with other transmission coils, and the wireless power transmitter may detect the presence of a predetermined detection signal 117 to detect the presence of the wireless power receiver through each transmission coil. 127 (eg, a digital ping signal) may be sequentially transmitted to the outside in a predefined order.
  • the wireless power transmitter may repeat the sensing signal transmission in one or more sets. Here, it is assumed that the wireless power transmitter performs the first detection signal transmission procedure and the second detection signal transmission procedure, but this is only one embodiment.
  • the wireless power transmitter sequentially transmits the detection signal 117 through the primary detection signal transmission procedure shown in FIG. 110, and transmits a signal strength indicator or signal strength indicator 116 from the wireless power receiver 115. Can identify the received transmission coils 111 and 112. Subsequently, 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. A transmission coil having good efficiency or charging efficiency is identified, and power is sent through the identified transmission coil.
  • 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 number of times may be increased or decreased at implementation.
  • 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. .
  • the signal strength indicators 116 and 126 may not be transmitted depending on the alignment of the transmitting coil and the receiver coil.
  • FIG. 2 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 can be divided into a selection phase 210, a ping phase 220, an identification and configuration phase 230, It may be divided into a power transfer phase 240.
  • the selection step 210 may be a step of transitioning when a specific error or a specific event is detected while starting or maintaining 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, the transmitter may transition to the ping step 220 (S201).
  • the transmitter transmits an analog ping signal of a very short pulse, and detects whether an object exists in an active area of the interface surface based on a change in current of a transmitting coil.
  • 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 the digital ping (eg, signal strength indicator) from the receiver in the ping step 220, it may transition back to the selection step 210 (S202). In addition, in the ping step 220, when the transmitter receives a signal indicating that the power transmission is completed, that is, the charging completion signal, the transmitter may transition to the selection step 210 (S203).
  • a response signal for the digital ping eg, signal strength indicator
  • the transmitter may transition to the identification and configuration step 230 for collecting receiver identification and receiver configuration and status information (S204).
  • 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 210 (S205).
  • the transmitter may transition to the power transmission step 240 for transmitting the wireless power (S206).
  • the transmitter receives an unexpected packet, an outgoing desired packet for a predefined time, or a violation of a predetermined power transmission contract occurs. transfer contract violation), if the filling is completed, the transition to the selection step (210) (S207).
  • the transmitter may transition to the identification and configuration step 230 (S208).
  • 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.
  • 3 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 divided into a standby phase (310), a digital ping phase (320), an identification phase (330), and a power transmission.
  • the operation may be divided into a power transfer phase 340 and an end of charge phase 350.
  • the waiting step 310 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 320 (S301).
  • 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 the digital ping step 320 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 330 (S302).
  • the transmitter may transition to the standby step 310.
  • the Foreign Object may be a metallic object including coins, keys, and the like.
  • the transmitter may transition to the waiting step 310 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 ( S304).
  • the transmitter transitions from the identification step 330 to the power transmission step 340 to start charging (S305).
  • the transmitter goes to standby step 310 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 reference value. It may transition (S306).
  • the transmitter may transition to the charging completion step 350 (S307).
  • the transmitter may transition to the standby state 310 (S309).
  • the transmitter may transition from the charging completion step 350 to the digital ping step 320 (S310).
  • the transmitter when the transmitter receives an end of charge (EOC) request from the receiver, the transmitter may transition to the charging completion step 350 (S308 and S311).
  • EOC end of charge
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a structure of a multi-coil wireless power transmitter according to an embodiment.
  • the wireless power transmitter 600 may be largely configured to include a power converter 610, a power transmitter 620, a modulator 630, a controller 640, and a sensor 650. have. It should be noted that 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 convert the power into power of a predetermined intensity.
  • the power converter 610 may include a DC / DC converter 611 and an amplifier 613.
  • 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 controller 640 may adaptively block power supply from the power supply unit 650 or block power from being supplied to the amplifier 613 based on the voltage / current value measured by the power sensor 612. 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 650, or cut off the power supplied to the amplifier 613.
  • the amplifier 613 may adjust the intensity of the DC / DC converted power according to the control signal of the controller 640.
  • the controller 640 may receive the predetermined power control signal generated by the wireless power receiver through the demodulator 631, and may adjust the amplification factor of the amplifier 613 according to the received power control signal.
  • the power transmitter 620 may include a switch 621, a carrier generator 622, and a transmission coil 623.
  • the carrier generator 622 may generate an AC power having an AC component inserted into an output DC power of the amplifier 613 received through the switch 621, and transmit the generated AC power to a corresponding transmission coil. At this time, the frequency of the AC power delivered to each transmission coil may be different from each other.
  • the power transmitter 620 may include a switch 621 and first to n th transmission coils 622 for controlling the output power of the amplifier 613 to be transmitted to the transmission coil.
  • the controller 640 may control the switch 621 to simultaneously transmit the sensing signal through the first to nth transmitting coils 622 during the first sensing signal transmission procedure.
  • the controller 640 may identify a time point at which the detection signal is transmitted through a detection signal transmission timer (not shown).
  • the control unit 640 controls the switch 621 to detect the corresponding transmission coil. It can be controlled to send out a signal.
  • control unit 640 is a predetermined transmission coil identifier for identifying which transmission coil was received from the demodulator 631 via the transmission coil during the first detection signal transmission procedure and the signal strength received through the transmission coil It can receive an indicator. Subsequently, in the second detection signal transmission procedure, the control unit 640 may control the switch 621 such that the detection signal may be transmitted only through the transmission coil (s) in which the signal strength indicator is received during the first detection signal transmission procedure. Can be. As another example, the control unit 640 transmits the second detection signal to the transmission coil receiving the signal strength indicator having the largest value when there are a plurality of transmission coils receiving the signal strength indicator during the first detection signal transmission procedure. In the procedure, the sensing signal may be determined to be a transmitting coil to transmit, and the switch 621 may be controlled according to the determination result.
  • the modulation / demodulator 630 includes a modulator 631 and a demodulator 632.
  • the modulator 631 may modulate and transmit a control signal generated by the controller 640 to the switch 621.
  • the modulation scheme for modulating the control signal may include a frequency shift keying (FSK) modulation scheme, a Manchester coding modulation scheme, a PSK (Phase Shift Keying) modulation scheme, a pulse width modulation scheme, and the like.
  • FSK frequency shift keying
  • PSK Phase Shift Keying
  • the demodulator 632 may demodulate the detected signal and transmit the demodulated signal to the controller 640.
  • the demodulated signal may include a signal control indicator, an error correction (EC) indicator for power control 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 631 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 631 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, and 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 using the same frequency used for wireless power transmission to communicate with the wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter 600 may transmit wireless power using the transmission coil 623 and may exchange various information with the wireless power receiver through the transmission coil 623.
  • the wireless power transmitter 600 may include a separate coil corresponding to each transmission coil 623, and may perform in-band communication with the wireless power receiver using the provided separate coil. Should be.
  • the sensing unit 650 may check the overvoltage flowing through the power converter 610, the power transmitter 620, and the modulator 630 under the control of the controller 640, and may receive the signal strength received from the wireless power receiver.
  • the indicator can be sensed.
  • FIG. 5 is a block diagram of a wireless power receiver interworking with a multi-coil wireless power transmitter according to an embodiment.
  • the wireless power receiver 700 includes a receiving coil 710, a rectifier 720, a DC / DC converter 730, a load 740, a power sensing unit 750, and a modulator 761 /.
  • a demodulation unit 760 including a demodulation unit 762 and a main control unit 770 may be included.
  • AC power received through the receiving coil 710 may be delivered to a frequency filter (not shown) through a distribution switch (not shown).
  • the frequency filter (not shown) may filter and transmit a plurality of different carrier frequencies to the rectifier 720.
  • the rectifier 720 may convert the filtered 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 an intensity required by the load 740 and transmit the converted power to the load 740.
  • the power sensing unit 750 may measure the intensity of the output DC power included in the rectifier 720 and provide the same to the main controller 770.
  • the rectifier 720 may include a plurality of rectifiers.
  • the main controller 770 may determine that the sensing signal is received when the intensity of the rectifier output DC power is greater than or equal to a predetermined reference value.
  • the main controller 770 may control the modulator 762 to transmit a signal strength indicator corresponding to the detection signal by using the carrier frequency used to transmit the detection signal.
  • the demodulator 761 may demodulate the output of the rectifier 720 to identify whether a sensing signal is received, and transmit information on which carrier frequency the identified sensing signal is transmitted to the main controller 770. Can provide.
  • the main controller 770 may control the signal strength indicator to be transmitted through the modulator 762 using the same frequency as the carrier frequency used to transmit the identified sensing signal.
  • FIG. 6 is a view for explaining a wireless power reception procedure defined in the WPC standard. Reference is made to the reference numerals of FIGS. 2, 4 and 5 together.
  • the X axis is time T and the first Y axis is Current Amplitude of the Primary Cell of the wireless power receiver 700.
  • the primary cell refers to a cell in which a single transmitting coil or multiple coils provide sufficient magnetic flux through an active area.
  • the second Y-axis corresponds to a rectified voltage (Vr) detected by the receiver 700.
  • the wireless power transmitter 600 and the wireless power receiver 700 may transition to a selection phase 210, a ping phase 220, and an identification phase 230.
  • the wireless power transmitter 600 may enter the selection step 210.
  • the wireless power receiver 700 may transition to the ping step 220 if the rectified voltage Vr is sufficiently high (predetermined Vr).
  • the predetermined Vr may be set differently according to the device configuration.
  • the wireless power receiver 700 may receive a detection signal from the wireless power transmitter 600.
  • the wireless power receiver 700 may feed back a signal strength indicator to the wireless power transmitter 600.
  • the receiver 700 may set the wait time Twake of the signal strength indicator.
  • Twake can be set to 19 ⁇ 64ms, but can be configured differently depending on the device.
  • the wait time (Twake) is greater than 64ms, the wireless charging may fail because the transition to the identification step 230 is not performed.
  • the Stable Level of the Primary Cell may be set differently according to the device configuration.
  • a signal strength indicator is transmitted in the ping step 220, the wireless power transmitter 600 removes the power signal, and then transitions to the identification step 230 in the reset time.
  • the reset time (Tr) is a time required for the system to enter the identification phase, and may be set as a time for initialization of the receiver, and a reset time may be set for each coil. Tr may be 25ms, but may be configured differently according to the device, and if the reset time (Tr) exceeds 28ms, the wireless charging may fail because the transition to the identification step 230 is not performed.
  • the wireless charging may fail because it does not transition to the identification step 230.
  • the wireless power receiver 700 may transmit a signal strength indicator for each of the plurality of coils.
  • a coil that transmits a weak detection signal may not receive a signal strength indicator.
  • the wireless power receiver 700 may have a reset time for each coil, or may have a reset time after transmitting all signal strength indicators.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a case where a state transition does not occur from the ping step of the prior art to the identification step.
  • the wireless power transmitter 600 includes first to third coils.
  • the wireless power transmitter 600 sequentially transmits a detection signal from the first coil to the third coil to the wireless power receiver 700.
  • the wireless power receiver 700 transmits a signal strength packet to the third coil by determining that the third coil transmits the most suitable detection signal (for example, a detection signal having a high signal strength while exceeding a predetermined criterion).
  • the wireless transmit receiver 700 transmits a Signal Strength (SS) packet and allows a first reset time.
  • SS Signal Strength
  • the receiver 700 may not transmit the SS packet with respect to the coil having a weak detection signal strength, but this may be implemented.
  • the wireless power transmitter 600 transmits a detection signal from the first coil to the third coil again after the first reset time.
  • the reason for transmitting the detection signal repeatedly is to more accurately perform the recognition for the charging of the door.
  • the wireless power receiver 700 determines that the third coil transmits the most suitable sensing signal and transmits a signal strength packet to the third coil.
  • the wireless transmit receiver 700 transmits an SS packet and allows a second reset time.
  • the wireless power transmitter 600 and the wireless power receiver 700 transmit the SS packet and have the second reset time
  • the wireless power transmitter 600 and the wireless power receiver 700 cannot enter the identification step when a specific time is exceeded. This prevents the wireless charging from entering the power transfer phase.
  • the receiver 700 has a long standby time Twake for SS signal transmission, a reset time is set long, or when the current value of the primary cell falls below a predetermined size during the reset time, the alignment of the wireless receiver 700 is reduced. In the wrong case, the above problem may occur.
  • FIGS. 8 and 9 are diagrams illustrating that a wireless power transmission system enters an identification step by changing a transmission order of sensing signal transmission of a multi-coil according to an embodiment.
  • the wireless power transmitter 600 transmits a sensing signal twice (1 cycle, 2 cycles) by the multi-coil.
  • the transmitter 600 does not receive the SS signal from the receiver 700 from the coil 1 and the coil 2.
  • the transmitter 600 selects coil 3 that has received the SS signal.
  • the transmitter 600 sends a sense signal from the coil 3 to the receiver 700.
  • the wireless power surviving system can then enter the identification step.
  • the transmitter 600 transmits a detection signal through the coil 3, even if it has a large number of Twake, Treset time according to the nature of the receiver 700, there is a spare time while the coil 2 and coil 1 transmits the detection signal.
  • the system may enter the identification phase.
  • the transmitter 600 controls the system to maintain a current value of 50% of the primary cell through the sensing signal of the coil 3, and as time passes, the receiver 700 sets the current value by a predetermined value (50 of the primary cell). % Or less), at which time, the transmitter 600 may transmit the detection signal to the receiver 700 again through the coil 3 to control the current value to exceed 50% of the primary cell in the reset time period.
  • the wireless power receiver 700 may transmit coil information having excellent transmission efficiency to the wireless power transmitter 600 through the in-band channel instead of the SS signal. Then, the transmitter 600 may transmit the detection signal through the coil forming the primary cell based on this.
  • the identification step may be performed without a problem.
  • the transmitter 600 transmits a detection signal in the order of coil 3, coil 2, and coil 1 in 1 Cycle, and detects the signal again in the order of coil 3, coil 2, and coil 1 in 2 cycles based on the size of SS. By transmitting the control, the system can enter the identification step as shown in FIG.
  • the receiver 700 may provide the transmitter 600 with the state of the receiver 700 through in-band communication (or near field communication).
  • the transition to the identification step may be performed.
  • FIG. 10 is a graph illustrating a change in current value of a wireless power receiver according to an operation of a wireless power transmitter for transmitting a detection signal. Assume the case of FIGS. 8 and 9. Since the X-axis, the first Y-axis, and the second Y-axis are the same as those in FIG. 6, description thereof will be omitted.
  • the wireless power receiver 700 transmits the SS to the third coil in the first cycle and has a reset time.
  • the current amplitude becomes less than 50% of the Stable Level, so that the first reset time cannot be completely filled.
  • the wireless power transmitter 600 controls the third coil receiving the SS signal and transmits the detection signal to the wireless power receiver 700 in the second cycle, the current value of the wireless power receiver 700 increases. .
  • the receiver 700 transmits the SS again to the coil 3 and maintains the current value (50% of the Stable Level of the primary cell) even in the reset time period, and the system enters the identification step.
  • the current amplitude may be 50% or less of the stable level during the reset time, and thus may not transition to the identification step.
  • the wireless power receiver 700 allocates too much Twake for transmitting the SS signal, the SS is not transmitted (the SS is not transmitted at the Stable Level 50% or less) and does not enter the identification step. You may not be able to. In addition, even when the coil alignment of the receiver 700 is not excellent, the transition to the identification step may not be possible.
  • 11 is a flowchart illustrating a method of driving a wireless power transmission system for changing a transmission order of sensing signals for each coil according to an exemplary embodiment.
  • the system may detect the end of the ping phase if the receiver 700 transmits an SS signal and the reset time has elapsed. In addition, the system may determine that the ping step is terminated even when the identification packet is transmitted.
  • the system determines whether the identification step has been entered (S1120), if the identification step has been entered, and the wireless charging (S1130), it may be performed for the wireless charging.
  • the system If the system has not entered the identification phase, it again monitors the end of the ping phase.
  • the transmission pattern of the detection signal may be changed for each coil (S1140), and the ping stage may be entered again.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a method of driving a wireless power system when receiving a signal strength indicator according to an embodiment through a plurality of coils.
  • coils 2 and 3 of transmitter 600 receive an SS signal from receiver 700 at 1Cycle.
  • the transmitter 600 may change the transmission order of the coils 2 and 3 at 2 cycles by determining the SS signal strengths received by the coils 2 and 3. In this case, the salping bar and the system enter the identification step.
  • the transmitter 600 may simultaneously transmit a sensing signal through a plurality of coils (coil 2 and coil 3) and simultaneously transmit wireless power through a coil of the receiver 700.
  • the receiver 700 may transmit the current value information to the transmitter 600 while transmitting the SS signal to the transmitter 600. Then, the transmitter 600 may transmit a detection signal based on this. In addition, when the current value falls by a predetermined amount in the middle of the reset time, the receiver 700 may transmit the corresponding information to the transmitter 600. In this case, the transmitter 600 may transmit a detection signal in preparation.
  • 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.

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Abstract

복수의 송신 코일이 구비된 무선 전력 송신기가 개시된다. 본 송신기는 제1 내지 제N 코일 및 제1 감지 신호를 상기 제1 내지 제N 코일을 통해 무선 전력 수신기로 송출하고, 상기 제1 감지 신호에 대응되는 제1 시그널 세기 지시자가 수신되면, 수신된 상기 제1 시그널 세기 지시자의 신호 세기에 기초하여, 제2 감지 신호 송출을 위한 제1 내지 제N 코일의 송출 순서를 조정하는 제어부를 포함하며, 제어부는 조정된 송출 순서에 기초하여 제2 감지 신호를 제1 내지 제N 코일을 통해 상기 수신기로 전송할 수 있다. 이에 따라 장치 효율성 및 사용자 편의성이 향상될 수 있다.

Description

복수의 송신 코일이 구비된 무선 전력 기기 및 그 구동 방법
본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 상세하게는 복수의 송신 코일이 구비된 무선 전력 기기 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
최근 정보 통신 기술이 급속도로 발전함에 따라, 정보 통신 기술을 기반으로 하는 유비쿼터스 사회가 이루어지고 있다.
언제 어디서나 정보통신 기기들이 접속되기 위해서는 사회 모든 시설에 통신 기능을 가진 컴퓨터 칩을 내장시킨 센서들이 설치되어야 한다. 따라서 이들 기기나 센서의 전원 공급 문제는 새로운 과제가 되고 있다. 또한 휴대폰뿐만 아니라 블루투스 핸드셋과 아이팟 같은 뮤직 플레이어 등의 휴대기기 종류가 급격히 늘어나면서 배터리를 충전하는 작업이 사용자에게 시간과 수고를 요구하고 됐다. 이러한 문제를 해결하는 방법으로 무선 전력 전송 기술이 최근 들어 관심을 받고 있다.
무선 전력 전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 자기장의 유도 원리를 이용하여 무선으로 송신기에서 수신기로 전기 에너지를 전송하는 기술로서, 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 라디오파나 레이저, 고주파, 마이크로웨이브와 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.
최근에는 충전 베드에 놓여진 무선 전력 수신기의 인식률을 높이기 위해 복수의 코일이 장착된 무선 전력 송신기가 출시되고 있다. 하지만, 종래의 복수의 코일이 장착된 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 존재를 감지하기 위해 각각의 송신 코일을 통해 순차적으로 감지 신호-예를 들면, 전자기 유도 방식에 사용되는 핑 신호, 전자기 공진 방식에 사용되는 비콘 신호 등을 포함함- 송출하였다.
특히, 종래의 복수의 송신 코일이 장착된 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기에 대한 인식 오류를 줄이고, 어떤 송신 코일이 충전 효율이 좋은지를 결정하기 위해 감지 신호를 순차적으로 소정 회수-예를 들면, 2회- 반복하여 각각의 송신 코일을 통해 송출하도록 제어하였다.
그러나, 상기의 방법을 적용하더라도 특정 수신기의 경우 충전이 수행되지 않는 문제가 발생되고 있는 실정이다. 따라서, 보다 개선된 충전 방법의 대두가 요청된다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 일 목적은 복수의 송신 코일이 구비된 무선 전력 기기 및 그 구동 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 무선 전력 수신기에 대한 인식률을 높이고, 인식에 소요되는 시간을 최소화하는 것이 가능한 복수의 송신 코일을 구비한 무선 전력 송신기 및 그 구동 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 무선 전력 수신기의 기능이 열화된 경우에 보다 충전 효율을 높이는 복수의 송신 코일을 구비한 무선 전력 송신기 및 그 구동 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 무선 전력 수신기의 얼라인먼트에 따라 무선 충전이 수행되지 않는 경우, 무선 충전을 가능케하는 무선 전력 송신기 및 그 구동 방법을 제공함에 있다.
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 발명의 일 실시예에 따른 복수의 송신 코일이 구비된 무선 전력 송신기는 제1 내지 제N 코일; 및 제1 감지 신호를 상기 제1 내지 제N 코일을 통해 무선 전력 수신기로 송출하고, 상기 제1 감지 신호에 대응되는 제1 시그널 세기 지시자가 수신되면, 수신된 상기 제1 시그널 세기 지시자의 신호 세기에 기초하여, 제2 감지 신호 송출을 위한 제1 내지 제N 코일의 송출 순서를 조정하는 제어부;를 포함하며, 상기 제어부는 조정된 송출 순서에 기초하여 상기 제2 감지 신호를 제1 내지 제N 코일을 통해 상기 수신기로 전송할 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 및 장치에 대한 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따르면, 복수의 송신 코일이 구비된 무선 전력 기기 및 그 구동 방법을 제공되는 장점이 있다.
또한, 무선 전력 수신기에 대한 인식률을 높이고, 인식에 소요되는 시간을 최소화하는 것이 가능한 복수의 송신 코일을 구비한 무선 전력 송신기가 제공됨으로써, 장치 효율성, 사용자 편의성이 향상될 수 있다.
또한, 무선 전력 수신기의 기능이 열화된 경우에 보다 충전 효율을 높이는 복수의 송신 코일을 구비한 무선 전력 송신기 및 그 구동 방법이 제공됨으로써 장치 효율성 및 사용자 편의성이 향상될 수 있다.
또한, 무선 전력 수신기의 얼라인먼트에 따라 무선 충전이 수행되지 않는 경우, 무선 충전을 가능케하는 무선 전력 송신기 및 그 구동 방법이 제공됨으로써 장치 효율성 및 사용자 편의성이 향상될 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 멀티 코일을 구비한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기 간 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 2는 WPC 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 3은 PMA 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 4는 실시예에 따른 멀티 코일 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 실시예에 따른 멀티 코일 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 6은 WPC 표준에 정의된 무선 전력 수신 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 종래기술의 핑 단계에서 식별 단계로 상태 천이가 발생되지 않는 경우를 나타내는 도면이다.
도 8 및 도 9는 실시예에 따른 멀티 코일의 감지 신호 전송의 송출 순서를 변경하여 무선 전력 전송 시스템이 식별단계로 진입하는 것을 나타내는 도면이다.
도 10은 감지 신호를 전송하는 무선 전력 송신기의 동작에 따라 무선 전력 수신기의 전류값 변화를 나타내는 그래프이다.
도 11은 실시예에 따른 코일 별 감지 신호의 전송 순서를 변경하는 무선 전력 전송 시스템의 구동 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 12는 실시예에 따른 시글널 세기 지시자를 복수의 코일을 통해 수신하는 경우, 무선 전력 시스템의 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 송신 코일이 구비된 무선 전력 송신기는 제1 내지 제N 코일; 및 제1 감지 신호를 상기 제1 내지 제N 코일을 통해 무선 전력 수신기로 송출하고, 상기 제1 감지 신호에 대응되는 제1 시그널 세기 지시자가 수신되면, 수신된 상기 제1 시그널 세기 지시자의 신호 세기에 기초하여, 제2 감지 신호 송출을 위한 제1 내지 제N 코일의 송출 순서를 조정하는 제어부;를 포함하며, 상기 제어부는 조정된 송출 순서에 기초하여 상기 제2 감지 신호를 제1 내지 제N 코일을 통해 상기 수신기로 전송할 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)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
실시예의 설명에 있어서, 무선 전력 시스템상에서 무선 전력을 송신하는 장치는 설명의 편의를 위해 무선 파워 송신기, 무선 파워 송신 장치, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 송신기, 송신단, 송신기, 송신 장치, 송신측, 무선 파워 전송 장치, 무선 파워 전송기 등을 혼용하여 사용하기로 한다. 또한, 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 무선 파워 수신 장치, 무선 파워 수신기, 수신 단말기, 수신측, 수신 장치, 수신기 등이 혼용되어 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 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 실시예에 따른 멀티 코일을 구비한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기 간 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
무선 전력 송신기는 복수의 송신 코일을 구비할 수 있는데, 3개의 송신 코일(111, 112, 113)을 구비한 것으로 가정하여 설명하기로 한다. 각각의 송신 코일(111, 112, 113)은 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)(가령, 디지털 핑 신호)를 미리 정의된 순서로 순차적으로 외부로 송출할 수 있다.
무선 전력 송신기는 하나 이상의 세트로 감지 신호 송출을 반복할 수 있다. 여기서는 무선 전력 송신기가 제1차 감지 신호 송출 절차 및 제2차 감지 신호 송출 절차를 수행하는 것으로 가정하나 이는 하나의 실시예에 불과하다.
무선 전력 송신기는 도면부호 110에 도시된 1차 감지 신호 송출 절차를 통해 감지 신호(117)를 순차적으로 송출하고, 무선 전력 수신기(115)로부터 시그널 세기 지시자 또는 시그널 강도 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, 시그널 세기 지시자(126)가 수신된 송신 코일(111, 112) 중 전력 전송 효율 또는 충전 효율이 좋은 송신 코일을 식별하고, 식별된 송신 코일을 통해 전력을 송출한다.
상기의 도 1에서 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. 상기의 횟수는 구현시에 더 늘어나거나 줄어들 수 있다.
만약, 상기한 도 1의 도면부호 110 및 120에 도시된 바와 같이, 제1 송신 코일(111), 제2 송신 코일(112)에 시그널 세기 지시자(116, 126)가 수신된 경우, 무선 전력 송신기는 제1 송신 코일(111)과 제2 송신 코일(112) 각각에 수신된 시그널 세기 지시자(126)에 기반하여 가장 정렬이 잘된 송신 코일을 선택하고, 선택된 송신 코일을 이용하여 무선 충전을 수행한다. 상기의 시그널 세기 지시자(116, 126)는 송신 코일과 수신기 코일의 얼라인먼트에 따라 전송되지 않을 수도 있다.
도 2는 WPC 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 2를 참조하면, WPC 표준에 따른 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(Selection Phase, 210), 핑 단계(Ping Phase, 220), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 230), 파워 전송 단계(Power Transfer Phase, 240) 단계로 구분될 수 있다.
선택 단계(210)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(210)에서 송신기는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다. 만약, 송신기가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 단계(220)로 천이할 수 있다(S201). 선택 단계(210)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(220)에서 송신기는 물체가 감지되면, 수신기를 활성화시키고, 수신기가 WPC 표준이 호환되는 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송한다. 핑 단계(220)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 시그널 세기 지시자-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(210)로 천이할 수 있다(S202). 또한, 핑 단계(220)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 신호-를 수신하면, 선택 단계(210)로 천이할 수도 있다(S203).
핑 단계(220)가 완료되면, 송신기는 수신기 식별 및 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(230)로 천이할 수 있다(S204).
식별 및 구성 단계(230)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(210)로 천이할 수 있다(S205).
수신기에 대한 식별 및 구성이 완료되면, 송신기는 무선 전력을 전송하는 파워 전송 단계(240)로 천이할 수 있다(S206).
파워 전송 단계(240)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(210)로 천이할 수 있다(S207).
또한, 파워 전송 단계(240)에서, 송신기는 송신기 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 식별 및 구성 단계(230)로 천이할 수 있다(S208).
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 3은 PMA 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 3을 참조하면, PMA 표준에 따른 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 대기 단계(Standby Phase, 310), 디지털 핑 단계(Digital Ping Phase, 320), 식별 단계(Identification Phase, 330), 파워 전송 단계(Power Transfer Phase, 340) 단계 및 충전 완료 단계(End of Charge Phase, 350)로 구분될 수 있다.
대기 단계(310)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(310)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(320)로 천이할 수 있다(S301). 여기서, RXID는 PMA 호환 수신기에 할당되는 고유 식별자이다. 대기 단계(310)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(320)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(320)에서 수신기는 유효한 응답 시그널이 수신되면, 식별 단계(330)로 천이할 수 있다(S302).
만약, 디지털 핑 단계(320)에서, 응답 시그널이 수신되지 않거나, PMA 호환 수신기가 아닌 것으로 확인되면-즉, FOD(Foreign Object Detection)인 경우-, 송신기는 대기 단계(310)로 천이할 수 있다(S303). 일 예로, FO(Foreign Object)는 동전, 키 등을 포함하는 금속성 물체일 수 있다.
식별 단계(330)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(310)로 천이할 수 있다(S304).
송신기는 수신기 식별에 성공하면, 식별 단계(330)에서 파워 전송 단계(340)로 천이하여 충전을 개시할 수 있다(S305).
파워 전송 단계(340)에서, 송신기는 원하는 신호가 미리 정해진 시간 이내에 수신되지 않거나(Time Out), FO가 감지되거나, 송신 코일의 전압이 미리 정의된 기준치를 초과하는 경우, 대기 단계(310)으로 천이할 수 있다(S306).
또한, 파워 전송 단계(340)에서, 송신기는 내부 구비된 온도 센서에 의해 감지된 온도가 소정 기준치를 초과하는 경우, 충전 완료 단계(350)로 천이할 수 있다(S307).
충전 완료 단계(350)에서, 송신기는 수신기가 충전 표면에서 제거된 것이 확인되면, 대기 상태(310)으로 천이할 수 있다(S309).
또한, 송신기는 Over Temperature 상태에서, 일정 시간 경과 후 측정된 온도가 기준치 이하로 떨어진 경우, 충전 완료 단계(350)에서 디지털 핑 단계(320)로 천이할 수 있다(S310).
디지털 핑 단계(320) 또는 파워 전송 단계(340)에서, 송신기는 수신기로부터 EOC(End Of Charge) 요청이 수신되면, 충전 완료 단계(350)로 천이할 수도 있다(S308 및 S311).
도 4는 실시예에 따른 멀티 코일 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4를 참조하면 무선 전력 송신기(600)는 크게, 전력 변환부(610), 전력 전송부(620), 변복조부(630), 제어부(640), 센싱부(650)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 무선 전력 송신기(600)의 구성은 반드시 필수적인 구성은 아니어서, 그보다 많거나 적은 구성 요소를 포함하여 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.
전력 변환부(610)는 전원부(650)로부터 전원이 공급되면, 이를 소정 세기의 전력으로 변환할 수 있다. 이를 위해, 전력 변환부(610)는 DC/DC 변환부(611), 증폭기(613)를 포함할 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.
제어부(640)는 전력 센서(612)에 의해 측정된 전압/전류 값에 기반하여 적응적으로 전원부(650)로부터의 전원 공급을 차단하거나, 증폭기(613)에 전력이 공급되는 것을 차단할 수 있다. 이를 위해, 전력 변환부(610)의 일측에는 전원부(650)로부터 공급되는 전원을 차단하거나, 증폭기(613)에 공급되는 전력을 차단하기 위한 소정 전력 차단 회로가 가 더 구비될 수도 있다.
증폭기(613)는 DC/DC 변환된 전력의 세기를 제어부(640)의 제어 신호에 따라 조정할 수 있다. 일 예로, 제어부(640)는 복조부(631)를 통해 무선 전력 수신기에 의해 생성된 소정 전력 제어 신호에 수신할 수 있으며, 수신된 전력 제어 신호에 따라 증폭기(613)의 증폭률을 조정할 수 있다.
전력 전송부(620)는 스위치(621), 반송파 생성기(622), 송신 코일(623)을 포함하여 구성될 수 있다.
반송파 생성기(622)는 스위치(621)를 통해 전달 받은 증폭기(613)의 출력 DC 전력에 특정 주파수를 갖는 AC 성분이 삽입된 AC 전력을 생성하여 해당 송신 코일에 전송하는 기능을 수행할 수 있다. 이때, 각각의 송신 코일에 전달되는 AC 전력의 주파수는 서로 상이할 수 있다.
전력 전송부(620)는 증폭기(613)의 출력 전력이 송신 코일에 전달되는 것을 제어하기 위한 스위치(621)와 제1 내지 제n 송신 코일(622)을 포함하여 구성될 수 있다.
제어부(640)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 제1 내지 제n 송신 코일(622)을 통해 동시에 감지 신호가 송출될 수 있도록 스위치(621)를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(640)는 감지 신호가 전송될 시점을 감지 신호 전송 타이머(미도시)를 통해 식별할 수 있으며, 감지 신호 전송 시점이 도래하면, 스위치(621)를 제어하여 해당 송신 코일을 통해 감지 신호가 송출될 수 있도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(640)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 복조부(631)로부터 어느 송신 코일을 통해 시그널 세기 지시자가 수신되었는지를 식별하기 위한 소정 송신 코일 식별자 및 해당 송신 코일을 통해 수신된 시그널 세기 지시자를 수신할 수 있다. 연이어, 제2차 감지 신호 송출 절차에서 제어부(640)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 시그널 세기 지시자가 수신된 송신 코일(들)을 통해서만 감지 신호가 송출될 수 있도록 스위치(621)를 제어할 수 있다. 다른 일 예로, 제어부(640)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 시그널 세기 지시자가 수신된 송신 코일이 복수개인 경우, 가장 큰 값을 갖는 시그널 세기 지시자가 수신된 송신 코일을 제2차 감지 신호 송출 절차에서 감지 신호를 송출할 송신 코일로 결정하고, 결정 결과에 따라 스위치(621)를 제어할 수 있다.
변복조부(630)는 변조부(631) 및 복조부(632)를 포함한다.
변조부(631)는 제어부(640)에 의해 생성된 제어 신호를 변조하여 스위치(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 및 펄스 폭 변조 방식 등을 포함할 수 있다.
복조부(632)는 송신 코일을 통해 수신되는 신호가 감지되면, 감지된 신호를 복조하여 제어부(640)에 전송할 수 있다. 여기서, 복조된 신호에는 시그널 제어 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(631)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(631)는 송신 코일(623)을 통해 수신된 신호를 복조하여 제어부(640)에 전달할 수 있다. 일 예로, 복조된 신호는 시그널 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 시그널 세기 지시자를 획득할 수 있다.
또한, 무선 전력 송신기(600)는 송신 코일(623)을 이용하여 무선 전력을 송출할 수 있을 뿐만 아니라 송신 코일(623)을 통해 무선 전력 수신기와 각종 정보를 교환할 수 있다. 다른 일 예로, 무선 전력 송신기(600)는 각각의 송신 코일(623)에 대응되는 별도의 코일을 구비하고, 구비된 별도의 코일을 이용하여 무선 전력 수신기와 인밴드 통신을 수행할 수도 있음을 주의해야 한다.
센싱부(650)는 제어부(640)의 제어에 따라 전력 변환부(610), 전력 전송부(620), 변복조부(630)에 흐르는 과전압을 체크할 수 있으며, 무선 전력 수신기로부터 수신되는 신호 세기 지시자를 센싱할 수 있다.
도 5는 실시예에 따른 멀티 코일 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 5를 참조하면, 무선 전력 수신기(700)는 수신 코일(710), 정류부(720), DC/DC 컨버터(730), 부하(740), 전력 센싱부(750), 변조부(761)/복조부(762)를 포함하는 변복조부(760) 및 주제어부(770)를 포함할 수 있다.
수신 코일(710)을 통해 수신된 AC 전력은 분배 스위치(미도시)을 통해 주파수 필터(미도시)에 전달될 수 있다. 이때, 주파수 필터(미도시)는 복수의 서로 다른 반송 주파수를 필터링하여 정류부(720)에 전달할 수 있다. 정류부(720)는 필터링된 AC 전력을 DC 전력으로 변환하여 DC/DC 컨버터(730)에 전송할 수 있다. DC/DC 컨버터(730)는 정류기 출력 DC 전력의 세기를 부하(740)에 요구되는 세기로 변환하여 부하(740)에 전달할 수 있다.
전력 센싱부(750)는 정류부(720)에 포함된 출력 DC 전력의 세기를 측정하고, 이를 주제어부(770)에 제공할 수 있다. 여기서 정류부(720)는 복수개의 정류부를 포함할 수 있다.
즉, 주제어부(770)는 정류기 출력 DC 전력의 세기가 소정 기준치 이상인 경우, 감지 신호가 수신된 것으로 판단할 수 있다. 주제어부(770)는 감지 신호 수신 시, 해당 감지 신호 전송에 사용된 반송 주파수를 이용하여 감지 신호에 대응되는 시그널 세기 지시자가 전송될 수 있도록 변조부(762)를 제어할 수 있다.
다른 일 예로, 복조부(761)는 정류부(720) 출력을 복조하여 감지 신호의 수신 여부를 식별할 수 있으며, 식별된 감지 신호가 어느 반송 주파수로 전송되었는지에 대한 정보를 주제어부(770)에 제공할 수 있다. 이때, 주제어부(770)는 식별된 감지 신호 전송에 사용된 반송 주파수와 동일한 주파수를 이용하여 시그널 세기 지시자가 변조부(762)를 통해 전송될 수 있도록 제어할 수 있다.
도 6은 WPC 표준에 정의된 무선 전력 수신 절차를 설명하기 위한 도면이다. 도 2, 도 4 및 도 5의 도면부호를 함께 참고하기로 한다.
X축은 시간(T)이고, 제1 Y축은 무선 전력 수신기(700)의 Primary Cell의Current Amplitude 가 된다. 여기서 Primary Cell은 단일 송신 코일 또는 멀티 코일이 활성 영역(Active Area)을 통해 충분한 자속(magnetic flux)을 제공하는 Cell을 의미한다. 제2 Y축은 수신기(700)가 감지하는 정류 전압(Rectified Voltage(Vr))에 해당된다. 무선 전력 송신기(600) 및 무선 전력 수신기(700)는 선택단계(210, Selection Phase), 핑 단계(220, Ping Phase) 및 식별 단계(230, Identification )로 천이될 수 있다.
상술한 바와 같이 무선 전력 송신기(600)가 파워 신호를 전송하면 선택 단계(210)에 진입할 수 있다. 선택 단계(210)에서 무선 전력 수신기(700)는 정류 전압(Vr)이 충분히 높은 경우(소정의 Vr), 핑 단계(220)로 천이될 수 있다. 소정의 Vr 은 기기 구성에 따라 다르게 설정될 수 있다.
핑 단계(220)에서 무선 전력 수신기(700)는 무선 전력 송신기(600)로부터 감지 신호를 수신할 수 있다. 무선 전력 수신기(700)는 신호 세기 지시자(Signal Strength)를 무선 전력 송신기(600)로 피드백할 수 있다. 이때, 수신기(700)는 신호 세기 지시자의 대기 시간 Twake 를 설정할 수 있다. Twake는 19~64ms 정도로 설정될 수 있으나, 기기에 따라 다르게 구성될 수 있다. 또한, 대기 시간(Twake)이 64ms 넘는 경우, 식별 단계(230)로 천이되지 않아 무선 충전이 실패될 수 있다.
또한, Primary Cell의 Stable Level은 기기 구성에 따라 다르게 설정될 수 있다.
핑 단계(220)에서 신호 세기 지시자(Signal Strength)가 전송되고, 무선 전력 송신기(600)가 파워 신호를 제거(remove)한 후, Reset Time 안에 식별 단계(230)로 천이될 수 있다.
Reset Time(Tr)은 시스템이 식별단계로 진입하는데 필요한 시간으로 수신기의 초기화되기 위한 시간으로 설정될 수 있으며, 코일 별로 리셋타임이 설정될 수도 있다. Tr은 25ms 가 될 수 있으나, 기기에 따라 다르게 구성될 수 있고, Reset Time(Tr)이 28ms 를 넘을 경우, 식별 단계(230)로 천이되지 않아 무선 충전이 실패될 수 있다.
또한, Tr이 완료되기 전에 Primary Cell Stable Level이 50% 이하로 하강하는 경우, 식별 단계(230)로 천이되지 않아 무선 충전이 실패될 수 있다.
여기서, 무선 전력 수신기(700)는 무선 전력 송신기(600)가 복수의 코일을 구비한 경우(각각의 코일이 감지신호를 전송한 경우), 복수의 코일 별로 신호 세기 지시자를 전송할 수 있고, 복수의 코일 중에서 감지 신호를 약하게 전송한 코일은 신호 세기 지시자를 수신하지 못할 수도 있다.
또한, 무선 전력 수신기(700)는 코일 별로 리셋 타임을 갖거나, 신호 세기 지시자를 모두 전송하고 나서 리셋 타임을 갖을 수 있다.
도 7은 종래기술의 핑 단계에서 식별 단계로 상태 천이가 발생되지 않는 경우를 나타내는 도면이다.
도 7에 따르면, 무선 전력 송신기(600)는 제1 내지 제3의 코일을 포함하는 것으로 상정하기로 한다.
무선 전력 송신기(600)는 제1 코일에서 제3 코일까지 순차적으로 감지 신호를 무선 전력 수신기(700)로 전송한다.
무선 전력 수신기(700)는 제3 코일이 가장 적합한 감지신호(가령, 소정 기준을 넘으면서 신호세기가 큰 감지신호)를 전송한 것으로 판단하여 제3 코일에 Signal Strength 패킷을 전송한다. 무선 전송 수신기(700)는 SS(Signal Strength) 패킷을 전송하고 제1 리셋 타임을 허용한다.
여기서, 수신기(700)는 감지신호 세기가 약한 코일에 대해서는 SS 패킷을 전송하지 않을 수 있으나, 이는 구현하기 나름이다.
무선 전력 송신기(600)는 제1 리셋 타임 후 다시 제1 코일부터 제3 코일까지 감지 신호를 전송한다. 반복적으로 감지신호를 전송하는 이유는 보다 정확하게 문선 충전을 위한 인식을 수행하기 위함이다. 무선 전력 수신기(700)는 다시 제3 코일이 가장 적합한 감지신호를 전송한 것으로 판단하여 제3 코일에 Signal Strength 패킷을 전송한다. 무선 전송 수신기(700)는 SS 패킷을 전송하고 제2 리셋 타임을 허용한다.
여기서, 무선 전력 송신기(600) 및 무선 전력 수신기(700)는 SS 패킷을 전송하고 제2 리셋 타임을 갖을 때, 특정 시간을 도과하면 식별단계로 진입할 수 없다. 그러면 파워 전송 단계로 진입하지 못하여 무선 충전이 실패하게 된다.
이는, 무선 수신기(700)의 성능 및 구성이 표준 스펙을 준수하지 않거나 부품의 열화로 인해 발생될 수 있다. 수신기(700)는 SS 신호 전송을 위한 대기시간 Twake가 길게 설정되거나, Reset 타임이 길게 설정되거나, Reset 타임 중 Primary Cell 의 전류값이 소정크기 미만으로 하강하는 경우, 무선 수신기(700)의 얼라인먼트가 잘못된 경우 등에서 상기의 문제가 발생될 수 있다.
이하에서는, 상기의 문제를 보다 효율적으로 해결하는 다양한 실시예를 살펴보기로 한다.
도 8 및 도 9는 실시예에 따른 멀티 코일의 감지 신호 전송의 송출 순서를 변경하여 무선 전력 전송 시스템이 식별단계로 진입하는 것을 나타내는 도면이다.
도 8에 따르면, 무선 전력 송신기(600)는 멀티 코일이 감지신호를 2회(1Cycle, 2Cycle) 전송하는 것으로 상정하기로 한다.
1Cycle에서 송신기(600)는 코일 1 및 코일 2로부터는 SS 신호를 수신기(700)로부터 수신하지 못한다. 송신기(600)는 SS 신호를 수신한 코일 3을 선택한다.
그 다음 2Cycle에서, 송신기(600)는 감지신호를 코일 3부터 수신기(700)로 전송한다. 그러면, 무선 전력 존송 시스템은 식별단계로 진입할 수 있다.
이는, 송신기(600)는 코일 3을 통해 감지신호를 전송하면, 수신기(700)의 성질에 따라 Twake, Treset 타임을 많이 갖더라도 코일 2 및 코일 1이 감지신호를 전송하는 동안의 여유시간이 생겨서 시스템은 식별단계로 진입할 수 있다.
또는, 송신기(600)는 코일 3의 감지신호를 통해 시스템이 Primary Cell의 50%로 전류값이 유지되도록 제어하다가, 시간이 지남에 따라 수신기(700)가 전류값이 소정만큼(Primary Cell의 50% 이하) 떨어질 수 있는데, 이때, 송신기(600)는 코일 3을 통해 감지신호를 수신기(700)로 재차 전송하여 Reset 타임 기간에 전류값이 Primary Cell의 50% 초과되도록 제어할 수 있다.
한편, 무선 전력 수신기(700)는 전송 효율이 우수한 코일 정보를 SS 신호가 아닌 인밴드 채널을 통해 무선 전력 송신기(600)로 전송할 수 있다. 그러면, 송신기(600)는 이에 기반하여 Primary Cell 을 형성하는 코일을 통해 감지신호를 전송할 수 있다.
이와 같이 핑 단계에서 식별 단계로 충분한 Signal Strength 전송 및 리셋타임이 확보되는 경우 식별 단계로 문제없이 천이될 수 있다.
도 9 역시, 송신기(600)는 1Cycle에서 코일 3, 코일 2, 코일 1의 순서로 감지신호를 전송하고, SS 크기에 기초하여 2 Cycle 에서 코일 3, 코일 2, 코일 1의 순서로 재차 감지신호를 전송하여 도 8과 같이 시스템이 식별 단계로 진입할 수 있게 제어할 수 있다.
수신기(700)는 SS 신호 이외에도 인밴드 통신(또는 근거리 통신)을 통해 수신기(700)의 상태를 송신기(600)에 제공할 수 있다.
상기의 도 8 및 도 9와 같이 핑 단계에서 식별 단계로 충분한 Signal Strength 전송 및 리셋타임이 확보되는 경우 식별 단계로 천이될 수 있다.
도 10은 감지 신호를 전송하는 무선 전력 송신기의 동작에 따라 무선 전력 수신기의 전류값 변화를 나타내는 그래프이다. 도 8 및 도 9의 경우를 가정하여 상정하기로 한다. X 축, 제1 Y축, 제2 Y축은 도 6과 동일한 바, 설명은 생략하기로 한다.
무선 전력 수신기(700)는 제1 cycle에서 제3 코일에 SS를 전송하고 리셋타임을 갖는다. 제1 cycle에서 전류 진폭(Current Amplitude)가 Stable Level 50% 이하로 되어 제1 리셋타임을 완전히 채우지 못하게 된다.
이때, 무선 전력 송신기(600)가 SS 신호를 수신한 제3 코일을 제어하여 제2 cycle에서 감지신호를 무선 전력 수신기(700)로 전송하면, 무선 전력 수신기(700)의 전류값은 상승하게 된다.
그러면, 수신기(700)는 재차 SS 를 코일 3으로 전송하고 리셋타임 구간에서도 전류값이 기 설정된 값(Primary Cell 의 Stable Level의 50%)을 유지하여 시스템은 식별 단계로 진입하게 된다.
만약, 무선 전력 송신기(600)가 cycle이 변경될 때, 코일 전송 순서를 바꾸지 않는다면, 리셋타임동안 전류 진폭이 Stable Level 의 50% 이하로 되어 식별 단계로 천이되지 못할 수 있다.
또한, 무선 전력 수신기(700)가 SS 신호를 전송하기 위한 대기시간(Twake)을 너무 과하게 할당하는 경우, SS가 전송되지 못하고(SS는 Stable Level 50% 이하에서 전송되지 못함) 식별단계로 진입하지 못할 수도 있다. 그 외, 수신기(700)의 코일 얼라인먼트가 우수하지 못한 경우에도 식별 단계로 천이되지 못할 수 있다.
도 11은 실시예에 따른 코일 별 감지 신호의 전송 순서를 변경하는 무선 전력 전송 시스템의 구동 방법을 나타내는 흐름도이다.
일단, 시스템은 핑 단계가 종료되는 것을 감지한다(S1110).
시스템은 수신기(700)가 SS 신호를 전송하고, 리셋 타임이 도과한 경우, 핑 단계 종료를 감지할 수 있다. 또한, 시스템은 Identification 패킷이 전송되는 경우에도 핑 단계가 종료된 것으로 판단할 수 있다.
그러면, 시스템은 식별 단계에 진입하였는지 판단하고(S1120), 식별 단계에 진입하였고, 무선 충전 중이라면(S1130), 무선 충전을 위한 구동을 수행할 수 있다.
만약, 시스템은 식별 단계에 진입하지 않았다면, 핑 단계가 종료되는 것을 다시 모니터링한다.
또한, 시스템은 식별 단계인데 충전 중이 아니라면 코일 별로 감지신호의 전송 패턴을 변경(S1140), 다시 핑 단계로 진입할 수 있다.
도 12는 실시예에 따른 시글널 세기 지시자를 복수의 코일을 통해 수신하는 경우, 무선 전력 시스템의 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12에 따르면, 송신기(600)의 코일 2 및 코일 3이 1Cycle에서 수신기(700)로부터 SS 신호를 수신한다.
송신기(600)는 코일 2 및 코일 3에 수신된 SS 신호세기를 판단하여 2Cycle 시에 코일 2, 코일 3의 송출 순서를 변경할 수 있다. 이 경우, 앞서 살핀 바와 시스템은 식별 단계로 진입하게 된다.
또한, 송신기(600)는 복수의 코일(코일 2 및 코일 3)를 통해 동시에 감지신호를 전송하고, 동시에 수신기(700)의 코일을 통해 무선 전력을 전송할 수 있다.
특히, 수신기(700)는 SS 신호를 송신기(600)로 전송하면서 전류값 정보를 함께 송신기(600)로 전송할 수 있다. 그러면, 송신기(600)는 이에 기초하여 감지신호를 전송할 수 있다. 또한, 수신기(700)는 리셋 타임 중간에 전류값이 소정 크기만큼 하강할 경우, 해당 정보를 송신기(600)로 전송할 수 있다. 이러면, 송신기(600)가 이에 대비하여 감지신호를 전송할 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 (18)

  1. 복수의 송신 코일이 구비된 무선 전력 송신기에 있어서,
    제1 내지 제N 코일; 및
    제1 감지 신호를 상기 제1 내지 제N 코일을 통해 무선 전력 수신기로 송출하고, 상기 제1 감지 신호에 대응되는 제1 시그널 세기 지시자가 수신되면, 수신된 상기 제1 시그널 세기 지시자의 신호 세기에 기초하여, 제2 감지 신호 송출을 위한 제1 내지 제N 코일의 송출 순서를 조정하는 제어부;를 포함하며,
    상기 제어부는,
    조정된 송출 순서에 기초하여 상기 제2 감지 신호를 제1 내지 제N 코일을 통해 상기 수신기로 전송하는, 무선 전력 송신기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 시그널 세기 지시자의 전송을 트리거하는 웨이크(Wake) 타임이 소정의 시간보다 길게 설정되는 경우, 제2 감지 신호 송출을 위한 제1 내지 제N 코일의 송출 순서를 조정하는, 무선 전력 송신기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 수신기를 리셋하는 리셋(reset) 타임이 소정의 시간보다 길게 설정되는 경우, 제2 감지 신호 송출을 위한 제1 내지 제N 코일의 송출 순서를 조정하는, 무선 전력 송신기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 수신기를 리셋하는 리셋(reset) 타임에서 상기 수신기의 소정의 전류값이 소정의 크기보다 작아지는 경우, 제2 감지 신호 송출을 위한 제1 내지 제N 코일의 송출 순서를 조정하는, 무선 전력 송신기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    수신된 상기 제1 시그널 세기 지시자의 신호 세기에 기초하여, 제2 감지 신호 송출을 위한 제1 내지 제N 코일의 송출 순서를 조정하는, 무선 전력 송신기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 감지 신호를 상기 복수의 송신 코일 중 하나의 송신 코일을 통해 소정 주기로 송출되도록 제어하는, 무선 전력 송신기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 시그널 세기 지시자가 수신된 적어도 하나의 코일을 통해 상기 제2 감지 신호가 송출되도록 제어하는, 무선 전력 송신기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 수신기가 상기 복수의 코일 중 외곽에 배치된 코일과 얼라인먼트(Alignment)가 소정 범위 내에서 일치하는, 무선 전력 송신기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 감지 신호의 송출 순서가 상기 제1 감지 신호의 송출 순서와 일치하여, 무선 전력 전송이 실패하는 경우, 제3 감지 신호 송출을 위한 위한 제1 내지 제N 코일의 송출 순서를 조정하는, 무선 전력 송신기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 감지 신호는 상기 제1 내지 제N 코일에서 소정 주기로 동시에 송출되는, 무선 전력 송신기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 감지 신호는 상기 제1 내지 제N 코일에서 미리 정의된 순서에 따라 전송되는, 무선 전력 송신기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1차 감지 신호 및 상기 제2차 감지 신호는 WPC 표준 또는 PMA 표준에 정의된 디지털 핑 신호인, 무선 전력 송신기.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 감지 신호와 상기 제2 감지 신호의 출력 전압 세기, 전송 주기 및 전송 시간 중 적어도 하나가 서로 상이한, 무선 전력 송신기.
  14. 복수의 송신 코일이 구비된 무선 전력 송신기로부터 무선 전력을 제공받는 무선 전력 수신기에 있어서,
    제1 감지 신호를 상기 복수의 송신 코일 중 적어도 하나로부터 수신하는 수신 코일; 및
    상기 제1 감지 신호에 대응되는 제1 시그널 세기 지시자의 전송을 트리거하는 웨이크(Wake) 타임 및 상기 수신기를 리셋하는 리셋(reset) 타임에 기초한 제1 시그널 세기 지시자를 상기 송신기로 전송하도록 제어하는 주제어부;를 포함하는, 무선 전력 수신기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 주제어부는,
    상기 웨이크 타임 또는 리셋 타임이 소정 시간보다 길게 설정되는 경우, 상기 송신기로부터 제2 감지 신호를 기 설정된 패턴과 다르게 수신하는, 무선 전력 수신기.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 리셋 타임 중 전류 진폭이 소정 크기보다 작게 되는 경우, 상기 송신기로부터 제2 감지 신호를 기 설정된 패턴과 다르게 수신하는, 무선 전력 수신기.
  17. 복수의 송신 코일이 구비된 무선 전력 전송 시스템의 구동 방법에 있어서,
    무선 전력 전송을 위한 식별 단계에 진입하는지 상기 시스템을 모니터링하는 단계;
    상기 시스템이 상기 식별 단계에 진입하는 경우, 무선 전력 수신기가 충전되고 있는지 판단하는 단계; 및
    상기 수신기가 충전되지 않는 경우, 상기 시스템이 핑 단계에 진입하도록 구동하는 단계;를 포함하는, 무선 전력 전송 시스템의 구동 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 시스템이 핑 단계에 진입하는 경우, 상기 복수의 송신 코일을 통해 제1 감지 신호를 상기 무선 전력 수신기로 전송하도록 구동하는 단계;
    상기 무선 전력 수신기가 상기 제1 감지 신호에 대응되는 제1 시그널 세기 지시자를 무선 전력 송신기로 전송하도록 구동하는 단계;
    상기 무선 전력 송신기가 상기 제1 시그널 세기 지시자를 수신하면, 제2 감지 신호 송출을 위한 상기 복수의 송신 코일의 송출 순서를 조정하도록 제어하는 단계; 및
    조정된 송출 순서에 기초하여, 상기 제2 감지 신호를 상기 복수의 송신 코일을 통해 상기 수신기로 전송하는 단계:를 더 포함하는, 무선 전력 전송 시스템의 구동 방법.
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