WO2017217663A1 - 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템 - Google Patents

이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템 Download PDF

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WO2017217663A1
WO2017217663A1 PCT/KR2017/005147 KR2017005147W WO2017217663A1 WO 2017217663 A1 WO2017217663 A1 WO 2017217663A1 KR 2017005147 W KR2017005147 W KR 2017005147W WO 2017217663 A1 WO2017217663 A1 WO 2017217663A1
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foreign matter
wireless power
current
receiver
packet
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PCT/KR2017/005147
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박재희
권용일
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엘지이노텍(주)
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters

Definitions

  • the present invention relates to wireless power transmission technology, and more particularly, to a foreign material detection method on a wireless charging system, and an 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 FO may include a coin, a clip, a pin, a ballpoint pen, and the like.
  • the wireless charging efficiency is significantly lowered but also the temperature of the wireless power receiver and the wireless power transmitter may rise together due to an increase in the ambient temperature of the FO. If the FO located in the charging area is not removed, not only power is wasted but also overheating may cause damage to the wireless power transmitter and the wireless power receiver.
  • 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 method for detecting foreign matter for wireless charging and an apparatus and system therefor.
  • Another object of the present invention is to provide a wireless power transmission apparatus capable of more accurate foreign material detection by adaptively correcting the reference quality factor accuracy based on the determination of the possibility of foreign material presence determined in the ping step.
  • the present invention can provide a method for detecting foreign matter for wireless charging and an apparatus and system therefor.
  • the foreign material detection method in a wireless power transmitter comprises the steps of storing the quality factor value measured in the selection step and the possibility of the presence of the foreign material in the ping step and the determination result, the presence of the foreign material If it is determined that the likelihood is high, correcting the reference quality factor accuracy set as a default, determining a quality factor threshold value for foreign material detection using the corrected reference quality factor accuracy, and determining the determined quality factor threshold value. And detecting the foreign matter in comparison with the measured quality factor value.
  • the foreign matter detection method may further include the step of measuring the intensity of the discharge current in the ping step and the possibility of the presence of the foreign matter by comparing the measured intensity of the discharge current and a predetermined current reference value.
  • the intensity of the output current may be the intensity of the current input to the inverter provided in the wireless power transmission apparatus.
  • the strength of the transmission current may be the strength of the current flowing in the transmission coil provided in the wireless power transmission apparatus.
  • the default quality factor accuracy set as the default may be corrected to be lowered to a certain level.
  • the foreign matter detection method may further include maintaining the default quality factor accuracy set as the default.
  • the foreign material detection method may further include receiving a Foreign Object Detection (FOD) status packet including a reference quality factor value in a negotiation step, wherein the corrected reference quality factor accuracy is applied to the reference quality factor value.
  • FOD Foreign Object Detection
  • the quality factor threshold can be determined.
  • a production and measurement error value for considering a design difference for each transmitter may be further applied to the reference quality factor value to determine the quality factor threshold value.
  • the production and measurement error value may be a constant value determined based on at least one of a power class of the wireless power transmitter, a characteristic of a transmission coil mounted on the wireless power transmitter, and an arrangement structure.
  • the ACK packet may be transmitted to the corresponding wireless power receiver and then may be shifted to the power transmission step.
  • the NACK packet may be transmitted to the corresponding wireless power receiver and then may enter the selection step.
  • the foreign matter detection method further comprises the step of determining whether the foreign matter has been removed based on the intensity of the transmission current measured in the state in which the foreign matter is detected, the determination result, it is determined that the detected foreign matter is not controlled If so, the ping transmission may be delayed for a predetermined time.
  • the foreign matter detection apparatus is a quality factor measuring unit for measuring the quality factor value for the transmission coil in the selection step, a sensing unit for measuring the intensity of the discharge current in the ping step and the measured output current And determining a possibility of the presence of the foreign matter based on the intensity, and if it is determined that the presence of the foreign matter is high, the controller includes a controller for correcting the reference quality factor accuracy set as a default, wherein the controller uses the corrected reference quality factor accuracy A quality factor threshold for detection can be determined.
  • the controller may determine that the presence of the foreign matter is high when the measured intensity of the output current is smaller than a predetermined current reference value.
  • the foreign matter detection device further comprises a DC-DC converter for converting the DC power applied from the power source to a specific DC power and an inverter for converting the converted DC power to AC power, the intensity of the output current is the DC - May be the strength of the current flowing between the DC converter and the inverter.
  • the foreign matter detection apparatus may further include an LC resonant circuit including a resonant capacitor and an inductor for wirelessly transmitting AC power, and the intensity of the output current may be an intensity of a current flowing through the inductor.
  • the controller may correct the reference quality factor accuracy set as the default to be lowered to a certain level.
  • the controller may control to maintain the reference quality factor accuracy set as the default.
  • the foreign matter detection apparatus further includes a demodulator for receiving a Foreign Object Detection (FOD) status packet including a reference quality factor value in a negotiation step, wherein the control unit corrects the corrected reference quality factor to the reference quality factor value. May be applied to determine the quality factor threshold.
  • FOD Foreign Object Detection
  • a production and measurement error value for considering a design difference for each transmitter may be further applied to the reference quality factor value to determine the quality factor threshold value.
  • the production and measurement error value may be a constant value determined based on at least one of the power class of the wireless power transmitter, the characteristics of the transmission coil mounted on the wireless power transmitter, and the arrangement structure.
  • the controller may control the transition to the power transmission step after transmitting the ACK packet.
  • the controller may be controlled to enter the selection step after transmitting the NACK packet to the corresponding wireless power receiver.
  • the controller determines whether the foreign matter has been removed based on the measured intensity of the output current, and if it is determined that the detected foreign matter has not been removed, ping for a predetermined time.
  • the transmission can be controlled to be delayed.
  • a foreign material detection method in a wireless power transmitter comprising: measuring a strength of a current input to an inverter in a ping step, receiving a packet including a receiver type identifier, and receiving the receiver type identifier
  • the method may include determining a threshold for detecting a corresponding foreign matter, and determining whether a foreign matter is present by comparing the measured current intensity with the threshold.
  • the receiver type identifier may be included in a configuration packet and received in the configuration and identification step.
  • the receiver type identifier may be received by being included in a Foreign Object Detection (FOD) status packet in the negotiation step.
  • FOD Foreign Object Detection
  • the foreign matter detection method may further include the step of outputting a predetermined alarm signal indicating that the foreign matter is detected, if the foreign matter exists, and may enter the selection step after outputting the alarm signal.
  • the foreign matter detection method may further include the step of performing a foreign matter detection procedure based on the quality factor value, if the foreign matter exists as a result of the determination.
  • the foreign matter detection method may further include transmitting a NACK packet to the corresponding wireless power receiver when it is determined that the foreign matter exists through the foreign matter detection procedure based on the quality factor value.
  • the foreign matter detection method may further include transmitting an ACK packet to the corresponding wireless power receiver when it is determined that the foreign matter exists through the foreign matter detection procedure based on the quality factor value.
  • the foreign matter detection method may further include the step of transmitting the ACK packet to the wireless power receiver after receiving the FOD status packet in the negotiation step, if the foreign matter does not exist as a result of the determination.
  • a method for detecting a foreign object in a wireless power transmitter comprising: calculating a rate of change of current input to an inverter in a ping step, receiving a packet including a receiver type identifier, and receiving the receiver type
  • the method may include determining a current intensity threshold ratio for detecting a foreign matter corresponding to the identifier, and determining whether a foreign matter is present by comparing the calculated change rate of the current with the current intensity threshold ratio.
  • the rate of change of the current input to the inverter may be calculated as the rate of change of the inverter input current intensity value measured in the ping step with respect to the current intensity value input to the initial inverter in the state that the object is not detected.
  • the determining of the presence or absence of the foreign matter may include determining that the foreign matter exists when the rate of change of the calculated current exceeds the current intensity threshold ratio, and the rate of change of the calculated current is the current intensity threshold. If less than or equal to the ratio, may include determining that there is no foreign matter.
  • the receiver type identifier may be received by being included in a configuration packet in the configuration and identification step.
  • the receiver type identifier may be received by being included in a Foreign Object Detection (FOD) status packet in the negotiation step.
  • FOD Foreign Object Detection
  • the foreign matter detection method may further include the step of outputting a predetermined alarm signal indicating that the foreign matter is detected, if the foreign matter exists, and may enter the selection step after outputting the alarm signal.
  • the foreign matter detection method may further include controlling to enter into the negotiation step or the power transmission step, if the foreign matter does not exist, as a result of the determination.
  • the foreign matter detection apparatus includes a sensing unit for measuring the strength of the current input to the inverter in the ping step and a demodulator for receiving a packet including a receiver type identifier and a receiver type identifier corresponding thereto.
  • the controller may include a controller configured to determine a threshold for detecting a foreign substance and determine whether a foreign substance exists by comparing the measured current intensity with the threshold.
  • the foreign matter detection apparatus is a sensor for measuring the strength of the current input to the inverter in the ping step and a demodulator for receiving a packet including a receiver type identifier and the sensor in conjunction with the sensing unit Calculate the rate of change of the current input to the inverter, determine the current intensity threshold ratio for the detection of foreign matter corresponding to the receiver type identifier, and compare the change rate of the current and the current intensity threshold ratio to determine the presence of foreign matter. It may include a control unit for determining.
  • the foreign matter detection device includes a DC-DC converter for converting the DC power applied from the power source to a specific DC power; And the inverter for converting the converted DC power into AC power, and the sensing unit may measure the intensity of a current flowing between the DC-DC converter and the inductor.
  • the foreign matter detection apparatus may further include an LC resonant circuit including a resonant capacitor and an inductor for wirelessly transmitting the AC power.
  • a computer-readable recording medium having recorded thereon a program for executing any one of the above-described foreign matter detection methods may be provided.
  • the present invention has an advantage of providing a foreign matter detection method for wireless charging and an apparatus and system therefor.
  • the present invention has the advantage of providing a wireless power transmitter capable of detecting foreign matter more accurately.
  • the present invention has the advantage of minimizing unnecessary power waste and heat generation by foreign matter.
  • the present invention has an advantage of providing a foreign matter detection method and an apparatus and system using the same by detecting a threshold value for determining whether there is a foreign matter dynamically according to the type of the receiver.
  • 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 WPC (Qi) 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 view for explaining the types of packets defined in the WPC (Qi) standard according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating a structure of a foreign matter detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 illustrates a message structure of a FOD status packet according to the present invention.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating a foreign material detection method in a wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating an operation of a wireless power transmission apparatus in a state where a foreign matter is detected according to an embodiment of the present invention.
  • 15 is a flowchart illustrating a method for detecting FO according to a possibility of presence of a foreign substance according to an embodiment of the present invention.
  • 16 is a diagram for explaining a message structure of a FOD status packet according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 illustrates a message structure of a configuration packet according to an embodiment of the present invention.
  • receiver type identifier mapping table in which a current change threshold corresponding to a receiver type identifier is defined according to an embodiment of the present invention.
  • 19 is a receiver type identifier mapping table in which a current change threshold ratio corresponding to a receiver type identifier is defined according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 20 is a flowchart illustrating a foreign material sensing method in a wireless power transmission apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • 21 is a flowchart illustrating a foreign material sensing method in a wireless power transmission apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 is a flowchart illustrating a foreign material detection method in a wireless power transmission apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 is an embodiment of a transmitting coil mounted to a wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 24A to 24B are graphs illustrating measurement results of inductor input current strength and transmission coil input current strength for each position of a transmitting coil according to FIG. 23.
  • 25 to 26 show a change pattern of the coil current and the inverter input current when the foreign matter is located in the charging region corresponding to Position 1 of FIG. 23 in the ping step.
  • the step of measuring the strength of the current input to the inverter in the ping step, receiving a packet including a receiver type identifier and the receiver type identifier correspond to The method may include determining a threshold for detecting a foreign matter, and determining whether a foreign matter is present by comparing the measured current intensity with the threshold.
  • 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 30 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 be configured with 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 a power transmission step 440 for transmitting 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 WPC (Qi) standard.
  • power transmission from a transmitter to a receiver according to the WPC (Qi) standard is largely selected as a selection phase 510, a ping phase 520, an identification and configuration phase, and so on. 530, a negotiation phase 540, a calibration phase 550, a power transfer phase 560, and a renegotiation phase 570.
  • the selection step 510 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, it may transition to ping step 520.
  • the transmitter transmits a very short pulse of an analog ping signal and an object in the active area of the interface surface based on the current change of the transmitting coil or the primary coil. Can detect the presence of
  • 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 in ping step 520 the transmitter does not receive a response signal (eg, a signal strength packet) to the digital ping from the receiver, it may transition back to selection step 510. Further, in ping step 520, the transmitter may transition to selection step 510 when it receives a signal from the receiver indicating that power transmission is complete, i.e., a charge complete packet.
  • a response signal eg, a signal strength packet
  • the transmitter may transition to identification and configuration step 530 to identify the receiver and collect receiver configuration and status information.
  • 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 selection step 510.
  • the transmitter may determine whether entry into the negotiation step 540 is necessary based on a negotiation field value of the configuration packet received in the identification and configuration step 530.
  • the transmitter may enter a negotiation step 540 and perform a predetermined FOD detection procedure.
  • the transmitter may directly enter the power transmission step 560.
  • the transmitter may receive a Foreign Object Detection (FOD) status packet including a reference quality factor value.
  • FOD Foreign Object Detection
  • the transmitter may determine a threshold for FO detection based on the reference quality factor value.
  • the transmitter may detect whether the FO exists in the charging region by using the determined threshold value and the currently measured quality factor value, and may control power transmission in the FO detection result.
  • the transmitter may return to selection step 510.
  • the transmitter may enter the power transmission step 560 via the correction step 550.
  • the transmitter determines the strength of the power received at the receiving end, and determines the power loss at the receiving end and the transmitting end to determine the strength of the power transmitted at the transmitting end. It can be measured. That is, the transmitter may predict the power loss based on the difference between the transmit power of the transmitter and the receive power of the receiver in the correction step 550.
  • the transmitter may correct the threshold for FOD detection by reflecting the predicted power loss.
  • the transmitter receives an unexpected packet, an outgoing desired packet for a predefined time, or a violation of a preset power transfer contract. transfer contract violation), if the filling is complete, transition to selection step 510.
  • the transmitter may transition to renegotiation step 570 if it is necessary to reconfigure the power transmission contract in accordance with a change in transmitter status. At this time, if the renegotiation is normally completed, the transmitter may return to the power transmission step (560).
  • 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.
  • 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.
  • 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 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 655 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 to the wireless power transmitter 600 requesting fast charging.
  • 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 wireless power transmitter 600 and the wireless power receiver may control an internal operation so that power corresponding to the fast charging mode may be transmitted and received.
  • 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 occurs 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 demodulates an AC power signal or a rectifier 720 output DC power signal between the receiving coil 710 and the rectifier 720, identifies whether a detection signal is received, and then identifies the identification result. It may be provided to the unit 770. In this case, the main controller 770 may control the signal strength indicator corresponding to the sensing signal to be transmitted through the modulator 762.
  • 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 761.
  • 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. 762 may be sent.
  • 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 762.
  • 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 for describing types of packets transmitted from a wireless power receiver to a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.
  • a packet transmitted from a wireless power receiver to a wireless power transmitter includes a signal strength packet for transmitting strength information of a detected ping signal, and a type of power transmission for requesting the transmitter to stop power transmission.
  • End Power Transfer a power control hold-off packet for transmitting time information waiting to adjust the actual power after receiving a control error packet for control control
  • a configuration for transmitting the configuration information of the receiver Packet, identification packet and extended identification packet for transmitting receiver identification information general request packet for sending general request message, special request packet for sending special request message, reference quality factor value for FO detection FOD status packet, control error packet for controlling the transmitter power of the transmitter, renegotiation packet for renegotiation initiation,
  • a 24-bit received power packet and 8-bit received power packet for transmitting strength information of the received power, and a charging state packet for transmitting charge state information of a current load may be included.
  • Packets transmitted from the wireless power receiver to the wireless power transmitter may be transmitted using in-band communication using the same frequency band as the frequency band used for wireless power transmission.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating a structure of a foreign matter detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the foreign matter detection device 1100 includes a power supply 1101, a DC-DC converter 1102, an inverter 1103, a resonant capacitor 1104, a transmission coil 1105, and the like.
  • the quality factor measuring unit 1106, the demodulator 1107, the modulator 1108, the sensing unit 1109, and the controller 1110 may be configured.
  • the power supply 1101 may receive DC power through an external power supply terminal and transmit the DC power to the DC-DC converter 1102.
  • the DC-DC converter 1102 may convert the intensity of the DC power received from the power supply unit 1101 into the DC power of a specific intensity under the control of the controller 1110.
  • the DC-DC converter 1102 may be configured as a variable voltage device capable of adjusting the strength of the voltage, but is not limited thereto.
  • the inverter 1103 may convert the converted DC power into AC power.
  • the inverter 1103 may convert a DC power signal input through a plurality of switch controls provided into an AC power signal and output the converted AC power signal.
  • the inverter 1103 may be configured to include a full bridge circuit, but is not limited thereto.
  • the inverter 1103 may be configured to include a half bridge.
  • the inverter 1103 may be configured to include both a half bridge circuit and a full bridge circuit.
  • the controller 1110 may operate the inverter 1103 as a half bridge or a full bridge. You can also decide.
  • the wireless power transmission apparatus may adaptively control the bridge mode of the inverter 1103 according to the strength of the power required by the wireless power receiver. For example, when the wireless power receiver requires 5W of low power, the controller 1110 may control the half bridge circuit of the inverter 1103 to be driven.
  • the controller 1110 may control the full bridge circuit to be driven.
  • the wireless power transmitter may adaptively drive the full bridge circuit or the half bridge circuit according to the sensed temperature. For example, when the temperature of the wireless power transmitter exceeds a predetermined reference value while transmitting wireless power using the half bridge circuit, the controller 1110 may deactivate the half bridge circuit and activate the full bridge circuit. That is, the wireless power transmitter lowers the temperature of the wireless power transmitter below a reference value by increasing the voltage through the full bridge circuit and decreasing the strength of the current flowing through the transmission coil 1105 for power transmission of the same intensity. have.
  • the amount of heat generated in an electronic component mounted on an electronic device may be more sensitive to the strength of the current than the strength of the voltage applied to the electronic component.
  • the inverter 1103 may not only convert DC power into AC power, but also change the strength of AC power.
  • the inverter 1103 may adjust the intensity of the AC power output by adjusting the frequency of a reference alternating current signal used to generate AC power under the control of the controller 1110.
  • the inverter 1103 may be configured to include a frequency oscillator for generating a reference AC signal having a specific frequency, but this is only one embodiment, another example is that the frequency oscillator is separate from the inverter 1103 It may be configured to be mounted.
  • the quality factor measuring unit 1106 may measure a quality factor value of the transmission coil of the wireless power transmitter by monitoring a change in inductance (or voltage or current) value across the resonance capacitor 1104. In this case, the measured current quality factor value may be transmitted to the controller 1110, and the controller 1110 may store the measured current quality factor value received from the quality factor measurement unit 1106 in a predetermined recording area.
  • the controller 1110 may measure the quality factor values in the selection steps 410 and 510 of FIGS. 4 to 5.
  • the controller 1110 is a foreign object detection quality factor threshold value (FOD_QFT_Value) for determining whether there is a foreign matter based on a reference quality factor value (RQF_Value) received from the wireless power receiver. ) Can be determined.
  • FOD_QFT_Value foreign object detection quality factor threshold value
  • the controller 1110 may perform a foreign matter detection procedure based on the quality factor value to determine whether there is a foreign matter by comparing the measured quality factor values (Measured_Quality_Factor_Value, MQF_Value) and FOD_QFT_Value.
  • the RQF_Value may be determined as a value having the smallest value among the quality factor values measured at a plurality of points on the charging region of the specific wireless power transmitter designated for the performance test.
  • FOD_QFT_Value can be determined by subtracting RQF_Value from reference quality factor accuracy and production and measurement errors.
  • the reference quality factor accuracy may be an allowable range of an error for the reference quality factor value measured when no foreign matter is present.
  • the reference quality factor value to which the tolerance range is applied may be set at a rate that increases or decreases with respect to the reference quality factor value received from the wireless power receiver, but is not limited thereto.
  • the current WPC Qi standard is defined to apply the same reference quality factor accuracy for all products.
  • the reference quality factor accuracy may have different values depending on the manufacturer of the product and the type of product.
  • the wireless power receiver of A company and the wireless power receiver of B company may measure a reference quality factor value in association with the same wireless power transmitter.
  • the accuracy of the reference quality factor values measured for the two products may differ. Therefore, the FOD_QFT_Value for determining whether there is a foreign matter determined based on different reference quality factor accuracy for each wireless power receiver may not be an accurate threshold for determining whether there is a foreign matter.
  • the test result of the same wireless power transmitter the reference quality factor value measured for the wireless power receiver of Company A is 100
  • the reference quality factor value measured for the wireless power receiver of Company B may be 70
  • the reference quality factor accuracy corresponding to company B's wireless power receiver is set to +/- 7%
  • the reference quality factor accuracy corresponding to company A's wireless power receiver is set to +/- 10%.
  • the probability of detecting foreign matter more accurately can be increased.
  • the same reference quality factor accuracy is applied to all wireless power receivers in the FOD certification test according to the WPC Qi standard, there is a problem in that the accurate FOD certification test cannot be performed.
  • the demodulator 1107 demodulates the in-band signal received from the wireless power receiver and transmits the demodulated in-band signal to the controller 1110.
  • the demodulator 1107 may demodulate and transmit the FOD status packet of FIG. 12 (or the FOD status packet of FIG. 16) and the configuration packet of FIG. 17 to be described later to the controller 1110.
  • the FOD status packet may be received from the wireless power receiver in the negotiation step 540 of FIG.
  • the FOD status packet or the configuration packet of FIG. 17 to be described later may include a predetermined receiver type identifier for identifying the type and type of the wireless power receiver.
  • the controller 1110 may determine a predetermined current change threshold (Delta_Current_Threshold) for determining whether a foreign substance exists based on the received receiver type identifier. The controller 1110 may determine whether there is a foreign substance by comparing the change amount Delta_RAIL_Current of the I_rail measured in the ping step with the determined current change threshold.
  • Delta_Current_Threshold a predetermined current change threshold for determining whether a foreign substance exists based on the received receiver type identifier.
  • the controller 1110 may determine whether there is a foreign substance by comparing the change amount Delta_RAIL_Current of the I_rail measured in the ping step with the determined current change threshold.
  • the controller 1110 may determine whether there is a foreign substance in the identification and configuration step 530 of FIG. 5.
  • the controller 1110 may determine whether a foreign object exists in the negotiation step 540 of FIG. 5.
  • the controller 1110 may transition the state of the wireless power transmitter to the selection step 510.
  • the controller 1110 may enter the selection step 510 without entering the power transmission step 560.
  • the modulator 1108 modulates a control packet received from the controller 1110 and transmits the modulated control packet through the transmission coil 1105. For example, when the FOD status packet including the receiver type identifier is received, the controller 1110 determines a current change threshold corresponding to the corresponding receiver type identifier, and determines the current change amount of the inverter 1103 in the previously measured ping step. By comparing Delta_Rail_Current- with the determined current change threshold, it is possible to finally determine the presence of foreign substances. According to the determination result of the presence of the foreign matter, the controller 1110 may generate an ACK packet or a NACK packet and transmit the generated ACK packet or the NACK packet to the modulator 1108.
  • the ACK packet may mean that the foreign matter was not detected, and the NACK packet may mean that the foreign matter was detected.
  • the controller 1110 checks whether a foreign material determination is possible based on the quality factor value, and according to the result of the check, the controller 1110 transmits the ACK packet or the NACK packet through the modulator 1108. It can also transmit to the receiving device.
  • the ACK packet may mean that the wireless power transmitter performs a foreign material detection procedure based on the quality factor value.
  • the NACK packet may mean that the foreign substance detection procedure based on the quality factor value is not performed.
  • the wireless power transmitter may identify whether it is possible to detect foreign substances based on the quality factor value based on the software version and the hardware version.
  • the controller 1110 may determine whether a foreign matter exists by comparing Delta_Rail_Current and Delta_Current_Threshold, and then perform a foreign matter detection procedure based on a quality factor value.
  • a procedure of determining whether there is a foreign matter by comparing Delta_Rail_Current and Delta_Current_Threshold will be referred to as a foreign matter detection procedure based on a current change amount.
  • the controller 1110 may determine that there is a foreign substance when it is determined that the foreign substance exists by performing the foreign substance detection procedure based on the current change amount and the foreign substance detection procedure based on the quality factor value.
  • the controller 1110 may finally determine that the foreign matter exists. have.
  • the controller 1110 may control to perform the foreign matter detection procedure based on the current change amount when it is determined that the foreign matter exists through the foreign matter detection procedure based on the quality factor value. In this case, the controller 1110 may finally determine that the foreign substance exists only when it is determined that the foreign substance exists through the foreign substance detection procedure based on the amount of current change.
  • the controller 1110 may finally determine whether the foreign substance exists by performing only the foreign substance detection procedure based on the current change amount. Note that it may.
  • the controller 1110 notifies the user of the presence of the foreign matter in the charging region without entering the power transmission step 560 in the negotiation step 540 of FIG. 5.
  • the means can be controlled.
  • the notifying means may include a beeper, an LED lamp, a vibrating element, a liquid crystal display, and the like, but is not limited thereto.
  • the sensing unit 1109 measures the intensity change of the current / voltage / power or the intensity of the current / voltage / power between the DC-DC converter 1102 and the inverter 1103 and controls the measurement result. 1110.
  • the current flowing between the DC-DC converter 1102 and the inverter 1103 is I_rail, and the voltage applied to the DC-DC converter 1102 output terminal or the inverter 1103 input terminal is V_rail, DC-DC. Power transmitted from the converter 1102 to the inverter 1103 will be referred to as P_rail.
  • the sensing unit 1109 measures the strength of the current flowing through the transmitting coil 1105, that is, the inductor, and the voltage applied to both ends of the transmitting coil 1105, and measures the measurement result in the control unit 1110. You can also pass it on.
  • the controller 1110 may determine the presence of foreign substances by comparing the intensity I_rail of the current applied to the inverter 1103 with a predetermined current threshold in the ping step. As a result of the determination, when there is a high possibility of the presence of foreign substances, the controller 1110 may adjust the reference quality factor accuracy to a lower level. For example, when it is determined that there is a high possibility of the presence of foreign substances, the controller 1110 may determine the FOD_QFT_Value by adjusting the reference quality factor accuracy from +/- 10% to +/- 5%. Through this, the controller 1110 may improve the foreign matter detection accuracy when determining the presence of the foreign matter based on the quality factor value. On the other hand, if it is determined that the foreign matter is less likely to exist, the controller 1110 may determine the FOD_QFT_Value based on a predefined reference quality factor accuracy.
  • the controller 1110 may determine that a foreign matter exists. If a foreign object exists, the controller 1110 may not enter the power transmission step 560 in the negotiation step 540 of FIG. 5. In this case, the controller 1110 may control a predetermined notification means provided in the wireless power transmission apparatus so that the user recognizes that the foreign matter exists in the charging region.
  • the notification means may include, but is not limited to, a beeper, an LED lamp, a vibrating element, a liquid crystal display, and the like.
  • the controller 1110 may determine that no foreign matter exists in the charging region. If there is no foreign matter, the controller 1110 may enter the power transmission step and control the power required by the wireless power transmission apparatus to be transmitted.
  • control unit 1110 is a current value measured in the ping step, for example, the output current (I_rail) of the DC-DC converter or the current (I_coil) applied to the transmitting coil (1105). May be compared to a predetermined reference current value. As a result of the comparison, when the measured current value is larger than the reference current value, it may be determined that the presence of foreign matter is low. In this case, even when the FOD status packet is received in the negotiation step, the controller 1110 may enter the power transmission step without proceeding with the foreign material determination procedure based on the quality factor value.
  • the inverter input current I_rail is DC power, and the current flowing through the transmitting coil 1105 is AC current.
  • the current input to the inverter 1103 in the ping step is DC power having a constant level, but the output power of the inverter 1103 is AC power transmitted discontinuously at a constant cycle. Therefore, the time average value of I_rail may be relatively larger than the time average value of I_coil. Therefore, judging the possibility of foreign substances based on the I_rail measured in the ping step may significantly reduce the probability of false judgment, but is not limited thereto. The possibility of foreign substances based on the I_coil value measured in the ping step may be significantly reduced. Note that you may judge.
  • the controller 1110 may determine the presence of foreign substances by monitoring the strength of the current I_rail applied to the inverter 1103 in the ping step.
  • the wireless power transmission apparatus determines the presence of foreign matter based on the current change in the ping step, and adaptively performs the foreign matter detection procedure based on the quality factor value according to the determination result. Therefore, unnecessary procedures can be minimized.
  • the wireless power transmission apparatus has an advantage of increasing the foreign matter detection accuracy by adjusting the reference quality factor accuracy lower than the default setting value when it is determined that the presence of foreign matter is high.
  • the foreign object detection method defined in the current WPC Qi standard measures the current quality factor value before the wireless power transmitter performs the ping phase, that is, the selection phase.
  • the wireless power transmitter has a reference quality factor value received from the wireless power receiver at the negotiation stage, and production and measurement tolerance and reference quality factor accuracy to account for the design differences of the transmitters. Considering the (Accuracy of Reference Quality Factor) determines the quality factor threshold for determining the presence of foreign substances.
  • the production and measurement error value may be a constant value determined based on at least one of a power class of the wireless power transmitter, a characteristic of a transmission coil mounted in the wireless power transmitter, and an arrangement structure.
  • the reference quality factor value is the five areas of the charging area of the Test Power Transmitter (TPT) —for example, the MP1 type transmitter defined in the WPC Qi standard—middle, four positions shifted 5 mm left and right. It means the smallest value among the quality factor values measured at. According to a design difference between the test power transmitter MP1 and a commercial wireless power transmitter, such as an inductance value of a transmission coil, the quality factor value measured in the actual charging region may be different for each transmitter. The error that compensates for this is called production and measurement error.
  • TPT Test Power Transmitter
  • the reference quality factor value may be determined as the value having the smallest value among the quality factor values measured at a plurality of points on the charging region of the specific wireless power transmitter designated for the performance test, and maintained at the wireless power receiver.
  • the reference quality factor value RQF_FO is measured at a central position where the primary coil and the secondary coil are well aligned in the absence of the FO near the wireless power receiver placed in the charging region.
  • a distance offset from the center without rotation of the wireless power receiver may be +/- 5 mm, respectively, in the x-axis and the y-axis, respectively. May be determined to be the smallest of the measured second quality factor values.
  • the second quality factor values may be quality factor values measured at at least four different locations.
  • the foreign matter detection apparatus considers the reference quality factor value received through the FOD status packet, the reference quality factor accuracy determined according to the determination result of the possibility of the presence of the foreign matter in the ping step, and the design difference for each transmitter. To determine at least one of the production and measurement tolerance (production and measurement tolerance) to determine the threshold value for foreign material detection.
  • the control unit 1110 calculates the change amount of the intensity I_rail of the current applied to the inverter 1103 based on the sensing information received from the sensing unit 1109 in the ping step, and calculates the calculated current
  • the amount of change in intensity can be stored in a predetermined recording area.
  • the controller 1110 may determine the possibility of the presence of foreign substances (that is, the probability) by comparing the amount of change of the current intensity previously stored with the predetermined current change threshold in the identification and configuration steps.
  • the controller 1110 may adjust the reference quality factor accuracy to a lower level. For example, when it is determined that there is a high possibility of the presence of foreign substances, the controller 1110 may determine the FOD_QFT_Value by adjusting the reference quality factor accuracy from +/- 10% to +/- 5%. Through this, the controller 1110 may improve the foreign matter detection accuracy when determining the presence of the foreign matter based on the quality factor value. On the other hand, if it is determined that the foreign matter is less likely to exist, the controller 1110 may determine the FOD_QFT_Value based on a predefined reference quality factor accuracy.
  • the controller 1110 may determine that a foreign matter exists. If a foreign object exists, the controller 1110 may not enter the power transmission step 560 in the negotiation step 540 of FIG. 5. In this case, the controller 1110 may control a predetermined notification means provided in the wireless power transmission apparatus so that the user recognizes that the foreign matter exists in the charging region.
  • the notification means may include, but is not limited to, a beeper, an LED lamp, a vibrating element, a liquid crystal display, and the like.
  • the controller 1110 may determine that no foreign matter exists in the charging region. If there is no foreign matter, the controller 1110 may enter the power transmission step and control the power required by the wireless power transmission apparatus to be transmitted.
  • control unit 1110 is a current value measured in the ping step, for example, the output current (I_rail) of the DC-DC converter or the current (I_coil) applied to the transmitting coil (1105). May be compared to a predetermined reference current value. As a result of the comparison, when the measured current value is larger than the reference current value, it may be determined that the presence of foreign matter is low. In this case, even when the FOD status packet is received in the negotiation step, the controller 1110 may enter the power transmission step without proceeding with the foreign material determination procedure based on the quality factor value.
  • the inverter input current I_rail is DC power, and the current flowing through the transmitting coil 1105 is AC current.
  • the current input to the inverter 1103 in the ping step is DC power having a constant level, but the output power of the inverter 1103 is AC power transmitted discontinuously at a constant cycle. Therefore, the time average value of I_rail may be relatively larger than the time average value of I_coil. Therefore, determining the possibility of the presence of foreign objects based on the change in I_rail can significantly reduce the probability of determination error.
  • the controller 1110 may determine the presence of foreign substances by monitoring the change in the intensity of the current I_rail applied to the inverter 1103 in the ping step.
  • the wireless power transmission apparatus determines whether there is a foreign matter based on the amount of change of the current applied to the inductor in the ping step, and adaptively blocks power transmission according to the determination result, There is an advantage to minimize equipment damage and waste of power.
  • the foreign matter detection apparatus can increase the detection accuracy of the foreign matter by dynamically determining the current change threshold value based on the type identifier corresponding to the corresponding wireless power receiver when performing the foreign matter detection procedure based on the current intensity change. There is an advantage.
  • FIG. 12 illustrates a message structure of a FOD status packet according to the present invention.
  • the FOD status packet message 1200 may have a length of 2 bytes, and a 6-bit reserved (1201), a 2-bit mode (1202) field and a 1-byte length It may be configured to include a reference quality factor value (1203).
  • All bits constituting the reservation 1201 field may be set to zero.
  • the reference quality factor value measured and determined with the power of the wireless power receiver turned off is stored in the reference quality factor value 1203 field. It may mean that it is recorded.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating a foreign material detection method in a wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the apparatus for transmitting power wirelessly may measure a quality factor value of a transmitting coil in a selection step and store the measured quality factor value (Measured_QF_Value) in a predetermined recording area (S1301).
  • the wireless power transmitter may enter the ping step and transmit a digital ping signal.
  • the wireless power transmitter may measure the strength of the current I_rail applied to the inverter in the ping step (S1302).
  • the measured power of the I_rail is compared with a predetermined reference current value (I_threshold), and the wireless power transmission apparatus may determine a possibility of the presence of a foreign substance (S1303).
  • the wireless power transmitter may determine that there is a high possibility of the presence of foreign substances.
  • the wireless power transmitter may determine that there is a low possibility of the presence of foreign substances.
  • the wireless power transmitter may correct the reference quality factor accuracy set as a default (S1304).
  • the apparatus for transmitting power wirelessly may lower a reference quality factor accuracy set by default.
  • the default reference quality factor accuracy is +/- 10%
  • the calibration reference quality factor accuracy may be +/- 5%, but is not limited thereto, and the correction level may be different according to the design of a person skilled in the art. Be careful.
  • the default quality factor accuracy set as a default may be maintained as it is.
  • the wireless power transmitter may receive a FOD status packet including a reference quality factor value from the wireless power receiver (S1305).
  • the apparatus for transmitting power wirelessly may determine the foreign substance detection reference quality threshold FOD_QFT_Value based on the reference quality factor value received from the wireless power receiver and the current reference quality factor accuracy (S1306).
  • the foreign material detection reference quality threshold value may be determined by further considering production and measurement tolerance for considering design differences for each transmitter.
  • the apparatus for transmitting power wirelessly may compare the previously stored Measured_QF_Value and the FOD_QFT_Value to determine whether a foreign substance exists in the charging region (S1307).
  • the wireless power transmitter may determine that there is no foreign matter.
  • the wireless power transmitter may determine that the foreign matter exists.
  • the wireless power transmission apparatus may enter the power transmission step (S1308).
  • the wireless power transmitter In step 1307, when it is determined that the foreign matter exists, the wireless power transmitter outputs a predetermined notification signal or notification message indicating that the foreign matter has been detected, and may enter the selection step (S1309).
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating an operation of a wireless power transmission apparatus in a state where a foreign matter is detected according to an embodiment of the present invention.
  • the wireless power transmitter may measure the intensity of the current I_rail applied to the inverter (S1401).
  • the apparatus for transmitting power wirelessly may determine whether the detected foreign matter is removed from the charging region by comparing the measured intensity of I_rail with I_threshold (S1402).
  • the wireless power transmitter determines that the foreign material has been removed and may enter step 1301 of FIG. 13 (S1404).
  • the present invention has the advantage of minimizing unnecessary power waste and heat generation phenomenon by the foreign matter, when the foreign matter is present.
  • 15 is a flowchart illustrating a FOD detection method according to the possibility of foreign substance presence according to an embodiment of the present invention.
  • the apparatus for transmitting power wirelessly may receive a FOD state packet including a reference quality factor value in a negotiation step (S1501).
  • the apparatus for transmitting power wirelessly may determine whether there is a high possibility of the presence of foreign substances (S1502).
  • the wireless power transmitter may generate a NACK packet and transmit the generated NACK packet to the wireless power receiver, and then enter the selection step (S1503).
  • the wireless power transmitter may generate an ACK packet and transmit the ACK packet to the wireless power receiver, and then perform the foreign matter detection procedure based on the quality factor value (S1504 through S). S1505).
  • the determination of the possibility of the presence of foreign matter may be determined by comparing the intensity value of the current applied to the inductor of the wireless power transmission apparatus, that is, the I_rail value and the predetermined inductor current threshold value I_rail_threshold.
  • the present invention is not limited thereto, and another embodiment may be determined by comparing the strength of the current flowing through the transmission coil, that is, the I_coil value and the coil current threshold value I_coil_threshold.
  • 16 is a diagram illustrating a message structure of a FOD status packet according to another embodiment of the present invention.
  • the FOD status packet message 1600 may have a length of 2 bytes, a 6-bit receiver type identifier 1601, a 2-bit mode 1602 field, and It may be configured to include a reference quality factor value 1603 of 1 byte in length.
  • the length of the receiver type identifier 1601 field is 6 bits in FIG. 16, it is only one embodiment, and it should be noted that the size may be configured to be smaller than 6 bits according to the design of a person skilled in the art. .
  • the reference quality factor value measured and determined with the power of the wireless power receiver turned off is stored in the reference quality factor value 1603 field. It may mean that it is recorded.
  • FIG. 17 illustrates a structure of a configuration packet according to an embodiment of the present invention.
  • the configuration packet message 1700 may have a length of 5 bytes, and includes a power class field, a maximum power field, and a power control. Field, a count field, a window size field, a window offset field, a first to third reserved fields 1701 to 1703, and the like.
  • the power class assigned to the wireless power receiver may be recorded in the power class field.
  • the strength value of the maximum power that can be provided by the rectifier output of the wireless power receiver may be recorded.
  • the maximum power amount Pmax desired to be provided at the rectifier output terminal of the wireless power receiver may be calculated as (b / 2) * 10 a .
  • the power control field may be used to indicate according to which algorithm the power control in the wireless power transmitter should be made. For example, if the power control field value is 0, this means that the power control algorithm is defined in the standard, and if the power control field value is 1, it may mean that power control is performed according to an algorithm defined by the manufacturer.
  • the count field may be used to record the number of option configuration packets to be transmitted by the wireless power receiver in the identification and configuration steps.
  • the window size field may be used to record the window size for calculating the average received power.
  • the window size may be a positive integer value greater than 0 and having a unit of 4 ms.
  • the window offset field may record information for identifying the time from the end of the average received power calculation window to the start of the transmission of the next received power packet.
  • the window offset may be a positive integer value greater than 0 and having a unit of 4 ms.
  • the above described receiver type identifier may be recorded using at least one reserved field of the first to third reserved fields 1701 to 1703 of FIG. 17 and then transmitted to the wireless power transmitter.
  • the number of bits allocated for the receiver type identifier may have a different length according to the design of a person skilled in the art, and does not limit the number of bits.
  • receiver type identifier mapping table in which a current change threshold corresponding to a receiver type identifier is defined according to an embodiment of the present invention.
  • the receiver type identifier field may have a length of 6 bits and range from 0 to 63.
  • the current change threshold has a unit of mA and may be defined such that 100 mA increases as the type identifier increases by 1, but this is only one embodiment, and corresponds to a current corresponding to the receiver type identifier. It should be noted that the change threshold may be defined differently according to the design of those skilled in the art. For example, the current change threshold may be defined such that 50 mA is increased as the receiver type identifier is increased by one.
  • the receiver type identifier field has a length of 6 bits, this is only one embodiment, and the length of the receiver type identifier field may be configured to be larger or smaller than 6 bits. Note that it may.
  • the receiver type identifier corresponding to the wireless power receiver A is binary “000101”. May be assigned.
  • the wireless power receiver may transmit a receiver type identifier assigned to the wireless power transmitter through a configuration packet in a configuration and identification step.
  • the wireless power receiver may transmit the receiver type identifier assigned to the wireless power transmitter to the wireless power transmitter through the FOD status packet in the negotiation step.
  • 19 is a receiver type identifier mapping table in which a current change threshold ratio corresponding to a receiver type identifier is defined according to another embodiment of the present invention.
  • the receiver type identifier has a length of 2 bits, and the current change threshold ratio is a current value of the digital ping signal measured when the wireless power receiver is not placed in the charging region, hereinafter, for convenience of description.
  • the initial inverter input current value (Initial_Inverter_Input_Current_Value) may be defined as the rate of change of the current value of the digital ping signal (Measured_Inverter_Inpurt_Current_Value)-that is, the inverter input current strength value-measured after the wireless power receiver is placed in the charging region. .
  • the rate of change of current in the ping step is
  • the receiver type identifier corresponding to the corresponding wireless power receiver may be defined as binary “10”, as shown in FIG. 15.
  • the receiver type identifier has a length of 2 bits, and the current change threshold ratio corresponding to each receiver type identifier has a range of 20%.
  • FIG. 20 is a flowchart illustrating a foreign material sensing method in a wireless power transmission apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the apparatus for transmitting power wirelessly may measure the strength of the current applied to the inverter in the ping step and store information about the measured inverter input current strength in a predetermined recording area (S2001).
  • the apparatus for transmitting power wirelessly may receive a packet including a receiver type identifier (S2002).
  • the receiver type identifier may be received through the configuration packet in the configuration and identification phase, but this is only one embodiment, and in another embodiment, the receiver type identifier may be received through the FOD status packet in the negotiation phase. .
  • the apparatus for transmitting power wirelessly may determine a current intensity threshold corresponding to the receiver type identifier (S2003).
  • the current intensity threshold may be determined with reference to the receiver type identifier mapping table described in FIG. 18 or 19, but is not limited thereto.
  • the apparatus for transmitting power wirelessly may determine whether foreign matter exists in the charging region by comparing the inverter input current strength and the current intensity threshold stored in step 2001 (S2004). For example, when the inverter input current intensity exceeds the current intensity threshold, the wireless power transmitter may determine that foreign matter exists in the charging region. On the other hand, if the inverter input current intensity is less than or equal to the current intensity threshold, it may be determined that no foreign matter exists in the charging region.
  • the wireless power transmission apparatus If it is determined that the foreign substance exists, the wireless power transmission apparatus outputs a predetermined alarm signal indicating that the foreign substance is detected, and then may enter the selection step 510 (S2005).
  • the wireless power transmitter may enter a negotiation step or a power transmission step (S2006).
  • 21 is a flowchart illustrating a foreign material sensing method in a wireless power transmission apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the apparatus for transmitting power wirelessly may measure the strength of the current input to the inverter in the ping step and store information about the measured inverter input current intensity (Measured_I_Rail) in a predetermined recording area (S2101).
  • the wireless power transmitter transmits information about the strength of the current input to the inverter when no object is detected, that is, information on the initial inverter input current value (Initial_Inverter_Input_Current_Value), and the inverter input current value (Measured_Inverter_Input_Current_Value) measured at the ping step.
  • the change rate of the inverter input current I_rail may be calculated using the information (S2102).
  • the rate of change of the inverter input current may be calculated as ⁇ (Measured_Inverter_Inpurt_Current_Value-Initial_Inverter_Input_Current_Value) / (Initial_Inverter_Input_Current_Value) ⁇ * 100.
  • the apparatus for transmitting power wirelessly may receive a packet including a receiver type identifier (S2103).
  • the receiver type identifier may be received through the configuration packet in the configuration and identification phase, but this is only one embodiment, and in another embodiment, the receiver type identifier may be received through the FOD status packet in the negotiation phase. .
  • the apparatus for transmitting power wirelessly may determine a current intensity threshold ratio corresponding to the receiver type identifier (S2104).
  • the current intensity threshold ratio may be determined with reference to the receiver type identifier mapping table described with reference to FIG. 15, but is not limited thereto.
  • the apparatus for transmitting power wirelessly may compare the change ratio of the inverter input current calculated in step 2102 with the current intensity threshold ratio determined in step 2104 to determine whether a foreign substance exists in the charging region (S2105). For example, when the rate of change of the inverter input current exceeds the current intensity threshold ratio, the wireless power transmitter may determine that the foreign matter exists in the charging region. On the other hand, if the rate of change of the inverter input current is less than or equal to the current intensity threshold ratio, the wireless power transmitter may determine that there is no foreign matter in the charging region.
  • the wireless power transmitter may output a predetermined alarm signal indicating that the foreign substance is detected, and then enter the selection step 510 (S2106).
  • the wireless power transmitter may enter a negotiation step or a power transmission step (S2107).
  • FIG. 22 is a flowchart illustrating a foreign material detection method in a wireless power transmission apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the apparatus for transmitting power wirelessly may perform a foreign matter detection procedure based on the change of the inverter input current strength in the ping step (S2201).
  • the apparatus for transmitting power wirelessly may determine whether there is a foreign matter through a foreign matter detection procedure based on the change of the inverter input current strength (S2202). As a result of the determination, when it is determined that the foreign matter exists, the foreign matter detection procedure based on the quality factor value may be performed in the negotiation step (S2203). At this time, the wireless power transmitter may correct the reference quality factor accuracy used to determine the quality factor threshold. For example, the reference quality factor accuracy may be adjusted from +/- 10% to +/- 5% so that foreign matter can be detected more accurately.
  • the apparatus for transmitting power wirelessly may determine whether a foreign substance exists by performing a foreign substance detection procedure based on the quality factor value in the negotiation step (S2204). As a result of the determination, when the foreign material exists, the wireless power transmitter may enter the selection step 510 after transmitting the NACK packet (S2205). On the other hand, when the foreign matter does not exist as a result of the determination in step 1804, the wireless power transmission apparatus may enter the power transmission step after the transmission of the ACK packet (S2206) (S2207).
  • the wireless power transmitter may perform step 2206 without performing the foreign matter detection procedure based on the quality factor value.
  • the apparatus for transmitting wireless power may generate an ACK packet and transmit the ACK packet to the corresponding wireless power receiver after the FOD status packet is received in the negotiation step.
  • FIG. 23 is an embodiment of a transmitting coil mounted to a wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • an apparatus for transmitting wireless power may be provided with three transmitting coils, and the three transmitting coils may be arranged to overlap a predetermined area.
  • Position 1 which is the center of the transmission coil block
  • Position 2 which is 20 mm apart from the center
  • the intensity of the inverter input current is changed as shown in FIGS. 24A to 24B to be described later.
  • Position 3 which is 40mm away from the center of the transmitting coil block, is characterized by a small change in the inverter input current for all foreign materials.
  • 24A to 24B are graphs illustrating measurement results of inductor input current intensity and transmit coil input current intensity for each position of a transmitting coil in a state in which the transmitting coil is arranged as shown in FIG. 23.
  • FIG. 24A illustrates measurement results of the inverter input current intensity and the transmission coil input current intensity according to the foreign material type at position 1 of FIG. 23.
  • FIG. 24B shows measurement results of the inductor input current intensity and the transmission coil input current intensity according to the foreign material type at position 2 of FIG. 23.
  • 25 to 26 show a change pattern of the coil current and the inverter input current in the ping step when the foreign matter is positioned at position 1 of the charging region of FIG. 23.
  • FIG. 25 shows a case where the foreign material is a 10 won coin
  • FIG. 26 shows an experimental result when the foreign matter is a 500 won coin.
  • the graph shown in FIG. 25 shows that the amount of change in the coil current and the inverter input current at the first ping transmission point in which the foreign material is not located in the charging region is several tens of mA, but the second ping transmission point in which the foreign material is located in the charging region is shown.
  • the change in coil current and inverter input current shows several hundred mA.
  • the methods according to the embodiments described above may be stored in a computer-readable recording medium that is produced as a program for execution in a computer, and examples of the computer-readable recording medium may include ROM, RAM, CD-ROM, and magnetic tape. , Floppy disk, optical data storage, and the like.
  • 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 used in the field of wireless charging, and in particular, it can be applied to a wireless power transmitter equipped with a foreign matter detection function and a wireless charging system including the same.

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Abstract

본 발명은 무선 충전을 위한 이물질 검출 방법 및 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 이물질 검출 방법은 핑 단계에서 인버터에 입력되는 전류의 세기를 측정하는 단계와 수신기 타입 식별자가 포함된 패킷을 수신하는 단계와 상기 수신기 타입 식별자가 대응하는 이물질 검출을 위한 임계치를 결정하는 단계와 상기 측정된 전류 세기와 상기 임계치를 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템
본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 상세하게, 무선 충전 시스템상에서의 이물질 검출 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 컴퓨최근 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 가능 영역에 무선 전력 수신기가 아닌 전도체-즉, FO(Foreign Object)가 존재하는 경우, FO에는 무선 전력 송신기로부터 송출된 전자기 신호가 유도되어 온도가 상승할 수 있다. 일 예로, FO는 동전, 클립, 핀, 볼펜 등을 포함할 수 있다.
만약, 무선 전력 수신기와 무선 전력 송신기 사이에 FO가 존재하는 경우, 무선 충전 효율이 현저히 떨어질 뿐만 아니라 FO 주변 온도 상승으로 인해 무선 전력 수신기와 무선 전력 송신기의 온도가 함께 상승할 수 있다. 만약, 충전 영역에 위치한 FO가 제거되지 않는 경우, 전력 낭비가 초래될 뿐만 아니라 과열로 인해 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 손상이 야기될 수 있다.
따라서, 충전 영역에 위치한 FO를 검출하는 것은 무선 충전 기술 분야에서 중요한 이슈로 부각되고 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 무선 충전을 위한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 핑 단계에서 판단된 이물질 존재 가능성에 대한 판단에 기반하여 적응적으로 기준 품질 인자 정확도를 보정함으로써 보다 정확한 이물질 검출이 가능한 무선 전력 송신 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이물질 존재 가능성에 대한 판단에 기반하여 적응적으로 FO(Foreign Object) 검출을 위한 임계치를 결정함으로써 FO가 검출되지 않는 것을 미연에 방지하는 것이 가능한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 핑 단계에서 측정된 인버터 입력 전류 변화에 기반하여 이물질을 검출하는 것이 가능한 무선 전력 송신 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 수신기 타입에 기반하여 동적으로 이물질 존재 여부를 판단하기 위한 전류 변화 임계치 또는 임계 비율을 결정함으로써, 보다 정확한 이물질 검출이 가능한 이물질 검출 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 충전을 위한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 이물질 검출 방법은 선택 단계에서 측정된 품질 인자 값을 저장하는 단계와 핑 단계에서 이물질의 존재 가능성을 판단하는 단계와 상기 판단 결과, 상기 이물질의 존재 가능성이 높은 것으로 판단되면, 디폴트로 설정된 기준 품질 인자 정확도를 보정하는 단계와 상기 보정된 기준 품질 인자 정확도를 이용하여 이물질 검출을 위한 품질 인자 임계값을 결정하는 단계와 상기 결정된 품질 인자 임계값을 상기 측정된 품질 인자 값과 비교하여 이물질을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 이물질 검출 방법은 핑 단계에서 송출 전류의 세기를 측정하는 단계와 상기 측정된 송출 전류의 세기와 소정 전류 기준치를 비교하여 상기 이물질의 존재 가능성을 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 송출 전류의 세기는 상기 무선 전력 송신 장치에 구비된 인버터에 입력되는 전류의 세기일 수 있다.
다른 일 실시예에 있어서, 상기 송출 전류의 세기는 상기 무선 전력 송신 장치에 구비된 송신 코일에 흐르는 전류의 세기일 수 있다.
또한, 상기 이물질의 존재 가능성이 높은 것으로 판단되면, 상기 디폴트로 설정된 기준 품질 인자 정확도가 일정 수준 낮아지도록 보정될 수 있다.
또한, 상기 이물질의 존재 가능성이 낮은 것으로 판단되면, 상기 이물질 검출 방법은 상기 디폴트로 설정된 기준 품질 인자 정확도가 그대로 유지되는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 이물질 검출 방법은 협상 단계에서 기준 품질 인자 값을 포함하는 FOD(Foreign Object Detection) 상태 패킷을 수신하는 단계를 더 포함하되, 상기 기준 품질 인자 값에 상기 보정된 기준 품질 인자 정확도가 적용되어 상기 품질 인자 임계값이 결정될 수 있다.
또한, 상기 기준 품질 인자 값에 송신기 별 디자인적 차이를 고려하기 위한 생산 및 측정 오차 값이 더 적용되어 상기 품질 인자 임계값이 결정될 수 있다.
또한, 상기 생산 및 측정 오차 값은 상기 무선 전력 송신기의 전력 클래스, 상기 무선 전력 송신기에 탑재된 송신 코일의 특성 및 배치 구조 중 적어도 하나에 기반하여 결정되는 상수 값일 수 있다.
또한, 상기 비교 결과, 이물질이 검출되지 않는 경우, 해당 무선 전력 수신기로 ACK 패킷이 전송된 후 전력 전송 단계로 천이될 수 있다.
또한, 상기 비교 결과, 이물질이 검출된 경우, 해당 무선 전력 수신기로 NACK 패킷이 전송된 후 상기 선택 단계로 진입될 수 있다.
또한, 상기 이물질 검출 방법은 상기 이물질이 검출된 상태에서 측정된 송출 전류의 세기에 기반하여 이물질이 제거되었는지를 판단하는 단계를 더 포함하되, 상기 판단 결과, 상기 검출된 이물질이 제어되지 않은 것으로 판단되면, 소정 시간 동안 핑 전송이 지연될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치는 선택 단계에서 송신 코일에 대한 품질 인자 값을 측정하는 품질 인자 측정부와 핑 단계에서 송출 전류의 세기를 측정하는 센싱부와 상기 측정된 송출 전류의 세기에 기반하여 이물질의 존재 가능성을 판단하고, 이물질 존재 가능성이 높은 것으로 판단되면, 디폴트로 설정된 기준 품질 인자 정확도를 보정하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부가 상기 보정된 기준 품질 인자 정확도를 이용하여 이물질 검출을 위한 품질 인자 임계값을 결정할 수 있다.
또한, 상기 제어부가 상기 측정된 송출 전류의 세기가 소정 전류 기준치보다 작으면 상기 이물질의 존재 가능성이 높은 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 이물질 검출 장치는 전원으로부터 인가된 직류 전력을 특정 직류 전력으로 변환하는 직류-직류 컨버터와 상기 변환된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터를 더 포함하고, 상기 송출 전류의 세기는 상기 직류-직류 컨버터와 상기 인버터 사이에 흐르는 전류의 세기일 수 있다.
또한, 상기 이물질 검출 장치는 교류 전력을 무선으로 송출하기 위한 공진 캐패시터와 인덕터로 구성된 LC 공진 회로를 더 포함하고, 상기 송출 전류의 세기는 상기 인덕터에 흐르는 전류의 세기일 수 있다.
또한, 상기 이물질의 존재 가능성이 높은 것으로 판단되면, 상기 제어부가 상기 디폴트로 설정된 기준 품질 인자 정확도가 일정 수준 낮아지도록 보정할 수 있다.
또한, 상기 이물질의 존재 가능성이 낮은 것으로 판단되면, 상기 제어부가 상기 디폴트로 설정된 기준 품질 인자 정확도가 그대로 유지되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 이물질 검출 장치는 협상 단계에서 기준 품질 인자 값을 포함하는 FOD(Foreign Object Detection) 상태 패킷을 수신하는 복조부를 더 포함하되, 상기 제어부가 상기 기준 품질 인자 값에 상기 보정된 기준 품질 인자 정확도를 적용하여 상기 품질 인자 임계값을 결정할 수 있다.
또한, 상기 기준 품질 인자 값에 송신기 별 디자인적 차이를 고려하기 위한 생산 및 측정 오차 값이 더 적용되어 상기 품질 인자 임계값이 결정될 수 있다.
여기서, 상기 생산 및 측정 오차 값은 상기 무선 전력 송신기의 전력 클래스, 상기 무선 전력 송신기에 탑재된 송신 코일의 특성 및 배치 구조 중 적어도 하나에 기반하여 결정되는 상수 값일 수 있다.
또한, 상기 비교 결과, 이물질이 검출되지 않는 경우, 상기 제어부가 ACK 패킷을 전송한 후 전력 전송 단계로 천이되게 제어할 수 있다.
또한, 상기 비교 결과, 이물질이 검출된 경우, 상기 제어부가 해당 무선 전력 수신기로 NACK 패킷을 전송한 후 상기 선택 단계로 진입하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 이물질이 검출된 상태에서 상기 제어부가 측정된 송출 전류의 세기에 기반하여 이물질이 제거되었는지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과, 상기 검출된 이물질이 제거되지 않은 것으로 판단되면, 소정 시간 동안 핑 전송이 지연되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 이물질 검출 방법은 핑 단계에서 인버터에 입력되는 전류의 세기를 측정하는 단계와 수신기 타입 식별자가 포함된 패킷을 수신하는 단계와 상기 수신기 타입 식별자가 대응하는 이물질 검출을 위한 임계치를 결정하는 단계와 상기 측정된 전류 세기와 상기 임계치를 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예로, 상기 수신기 타입 식별자는 구성 및 식별 단계에서 구성 패킷에 포함되어 수신될 수 있다.
다른 실시 예로, 상기 수신기 타입 식별자는 협상 단계에서 FOD(Foreign Object Detection) 상태 패킷에 포함되어 수신될 수 있다.
또한, 상기 이물질 검출 방법은 상기 판단 결과, 이물질이 존재하면, 이물질 감지되었음을 알리는 소정 알람 신호를 출력하는 단계를 더 포함하고, 상기 알람 신호 출력 후 선택 단계로 진입할 수 있다.
또한, 상기 판단 결과, 이물질이 존재하지 않으면, 협상 단계 또는 전력 전송 단계로 진입할 수 있다.
또한, 상기 이물질 검출 방법은 상기 판단 결과, 이물질이 존재하면, 품질 인자 값에 기반한 이물질 검출 절차가 수행되는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 이물질 검출 방법은 상기 품질 인자 값에 기반한 이물질 검출 절차를 통해 이물질이 존재하는 것으로 판단되면, NACK 패킷을 해당 무선 전력 수신기에 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 이물질 검출 방법은 상기 품질 인자 값에 기반한 이물질 검출 절차를 통해 이물질이 존재하는 것으로 판단되면 ACK 패킷을 해당 무선 전력 수신기에 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 이물질 검출 방법은 상기 판단 결과, 이물질이 존재하지 않으면, 협상 단계에서 FOD 상태 패킷을 수신한 후 ACK 패킷을 해당 무선 전력 수신기에 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 이물질 검출 방법은 핑 단계에서 인버터에 입력되는 전류의 변화 비율을 산출하는 단계와 수신기 타입 식별자가 포함된 패킷을 수신하는 단계와 상기 수신기 타입 식별자가 대응하는 이물질 검출을 위한 전류 세기 임계 비율을 결정하는 단계와 상기 산출된 전류의 변화 비율과 상기 전류 세기 임계 비율을 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 인버터에 입력되는 전류의 변화 비율은 물체가 감지되지 않은 상태에서 초기 인버터에 입력되는 전류 세기 값 대비 핑 단계에서 측정된 인버터 입력 전류 세기 값의 변화 비율로 산출될 수 있다.
또한, 상기 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계는 상기 산출된 전류의 변화 비율이 상기 전류 세기 임계 비율을 초과하면, 이물질이 존재하는 것으로 판단하는 단계와 상기 산출된 전류의 변화 비율이 상기 전류 세기 임계 비율보다 작거나 같으면, 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 수신기 타입 식별자는 구성 및 식별 단계에서 구성 패킷에 포함되어 수신될 수 있다.
또한, 상기 수신기 타입 식별자는 협상 단계에서 FOD(Foreign Object Detection) 상태 패킷에 포함되어 수신될 수 있다.
또한, 상기 이물질 검출 방법은 상기 판단 결과, 이물질이 존재하면, 이물질 감지되었음을 알리는 소정 알람 신호를 출력하는 단계를 더 포함하고, 상기 알람 신호 출력 후 선택 단계로 진입할 수 있다.
또한, 상기 이물질 검출 방법은 상기 판단 결과, 이물질이 존재하지 않으면, 협상 단계 또는 전력 전송 단계로 진입하도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치는 핑 단계에서 인버터에 입력되는 전류의 세기를 측정하는 센싱부와 수신기 타입 식별자가 포함된 패킷을 수신하는 복조부와 상기 수신기 타입 식별자가 대응하는 이물질 검출을 위한 임계치를 결정하고, 상기 측정된 전류 세기와 상기 임계치를 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치는 핑 단계에서 인버터에 입력되는 전류의 세기를 측정하는 센싱부와 수신기 타입 식별자가 포함된 패킷을 수신하는 복조부와 상기 센싱부와 연동하여 상기 인버터에 입력되는 전류의 변화 비율을 산출하고, 상기 수신기 타입 식별자에 대응하는 이물질 검출을 위한 전류 세기 임계 비율을 결정하고, 상기 전류의 변화 비율과 상기 전류 세기 임계 비율을 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 이물질 검출 장치는 전원으로부터 인가된 직류 전력을 특정 직류 전력으로 변환하는 직류-직류 컨버터; 및 상기 변환된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 상기 인버터를 포함하고, 상기 센싱부가 상기 직류-직류 컨버터와 상기 인덕터 사이에 흐르는 전류의 세기를 측정할 수 있다.
또한, 상기 이물질 검출 장치는 상기 교류 전력을 무선으로 송출하기 위한 공진 캐패시터와 인덕터로 구성된 LC 공진 회로를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예는 상기한 이물질 검출 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 충전을 위한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 보다 정확하게 이물질을 검출하는 것이 가능한 무선 전력 송신기를 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 불필요한 전력 낭비 및 이물질에 의한 발열 현상을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 수신기의 타입에 따라 동적으로 이물질 존재 여부를 판단하기 위한 임계치를 결정함으로써, 보다 정확한 이물질 검출이 가능한 이물질 검출 방법 및 그를 이용한 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 WPC(Qi) 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 WPC(Qi) 표준에 정의된 패킷의 종류를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 12는 본 발명에 따른 FOD 상태 패킷의 메시지 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 이물질 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질이 감지된 상태에서의 무선 전력 송신 장치의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 존재 가능성에 따른 FO 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 16은 본 발명에 다른 일 실시예에 따른 FOD 상태 패킷의 메시지 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 구성 패킷의 메시지 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기 타입 식별자에 대응되는 전류 변화 임계치가 정의된 수신기 타입 식별자 매핑 테이블이다.
도 19는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 수신기 타입 식별자에 대응되는 전류 변화 임계 비율이 정의된 수신기 타입 식별자 매핑 테이블이다.
도 20은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 이물질 감지 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 21은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 이물질 감지 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 22는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 이물질 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에 장착되는 송신 코일의 일 실시 형태이다.
도 24a 내지 도 24b는 도 23에 따른 송신 코일의 위치 별 인덕터 입력 전류 세기 및 송신 코일 입력 전류 세기의 측정 결과를 보여주는 그래프이다.
도 25 내지 26은 핑 단계에서 이물질이 도 23의 Position 1에 상응하는 충전 영역에 위치된 경우의 코일 전류 및 인버터 입력 전류의 변화 패턴을 보여준다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 이물질 검출 방법은 핑 단계에서 인버터에 입력되는 전류의 세기를 측정하는 단계와 수신기 타입 식별자가 포함된 패킷을 수신하는 단계와 상기 수신기 타입 식별자가 대응하는 이물질 검출을 위한 임계치를 결정하는 단계와 상기 측정된 전류 세기와 상기 임계치를 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계를 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(30)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, 도면 부호 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(440)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 WPC(Qi) 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 5를 참조하면, WPC(Qi) 표준에 따른 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(Selection Phase, 510), 핑 단계(Ping Phase, 520), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 530), 협상 단계(Negotiation Phase, 540), 보정 단계(Calibration Phase, 550), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 560) 단계 및 재협상 단계(Renegotiation Phase, 570)로 구분될 수 있다.
선택 단계(510)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(510)에서 송신기는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다. 만약, 송신기가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 단계(520)로 천이할 수 있다. 선택 단계(510)에서 송신기는 매우 짧은 펄스의 아날로그 핑(Analog Ping) 신호를 전송하며, 송신 코일 또는 1차 코일(Primary Coil)의 전류 변화에 기반하여 인터페이스 표면의 활성 영역(Active Area)에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다.
핑 단계(520)에서 송신기는 물체가 감지되면, 수신기를 활성화시키고, 수신기가 WPC 표준이 호환되는 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송한다. 핑 단계(520)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 패킷-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(510)로 천이할 수 있다. 또한, 핑 단계(520)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 패킷-을 수신하면, 선택 단계(510)로 천이할 수도 있다.
핑 단계(520)가 완료되면, 송신기는 수신기를 식별하고 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(530)로 천이할 수 있다.
식별 및 구성 단계(530)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(510)로 천이할 수 있다.
송신기는 식별 및 구성 단계(530)에서 수시된 구성 패킷(Configuration packet)의 협상 필드(Negotiation Field) 값에 기반하여 협상 단계(540)로의 진입이 필요한지 여부를 확인할 수 있다.
확인 결과, 협상이 필요하면, 송신기는 협상 단계(540)로 진입하여 소정 FOD 검출 절차를 수행할 수 있다.
반면, 확인 결과, 협상이 필요하지 않은 경우, 송신기는 곧바로 전력 전송 단계(560)로 진입할 수도 있다.
협상 단계(540)에서, 송신기는 기준 품질 인자 값이 포함된 FOD(Foreign Object Detection) 상태 패킷을 수신할 수 있다. 이때, 송신기는 기준 품질 인자 값에 기반하여 FO 검출을 위한 임계치를 결정할 수 있다.
송신기가 기준 품질 인자 값에 기반하여 FO 검출을 위한 임계치를 결정하는 다양한 방법들에 대해서는 후술할 도면의 설명을 통해 상세히 설명하기로 한다.
송신기는 결정된 임계치 및 현재 측정된 품질 인자 값을 이용하여 충전 영역에 FO가 존재하는지를 검출할 수 있으며, FO 검출 결과에 전력 전송을 제어할 수 있다.
일 예로, FO가 검출된 경우, 송신기는 선택 단계(510)로 회귀할 수 있다. 반면, FO가 검출되지 않은 경우, 송신기는 보정 단계(550)를 거쳐 전력 전송 단계(560)로 진입할 수도 있다. 상세하게, 송신기는 FO가 검출되지 않은 경우, 보정 단계(550)에서 송신기는 수신단에 수신된 전력의 세기를 결정하고, 송신단에서 전송한 전력의 세기를 결정하기 위해 수신단과 송신단에서의 전력 손실을 측정할 수 있다. 즉, 송신기는 보정 단계(550)에서 송신단의 송신 파워와 수신단의 수신 파워 사이의 차이에 기반하여 전력 손실을 예측할 수 있다. 일 실시예에 따른 송신기는 예측된 전력 손실을 반영하여 FOD 검출을 위한 임계치를 보정할 수도 있다.
전력 전송 단계(560)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(510)로 천이할 수 있다.
또한, 전력 전송 단계(560)에서, 송신기는 송신기 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 재협상 단계(570)로 천이할 수 있다. 이때, 재협상이 정상적으로 완료되면, 송신기는 전력 전송 단계(560)로 회귀할 수 있다.
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 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 따른각각의 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 다중화기(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(655)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(600)에 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 560)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 상기 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 7을 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 기준치와 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(762)를 통해 전송될 수 있도록 제어할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 주제어부(770)는 복조부(761)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(762)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(762)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 무선 전력 수신기에서 무선 전력 송신기로 전송되는 패킷의 종류를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 무선 전력 수신기에서 무선 전력 송신기로 전송하는 패킷은 감지된 핑 신호의 세기 정보를 전송하기 위한 신호 세기(Signal Strength) 패킷, 송신기가 전력 전송을 중단하도록 요청하기 위한 전력 전송 종류(End Power Transfer), 제어 제어를 위한 제어 오류 패킷 수신 후 실제 전력을 조정하기까지 대기하는 시간 정보를 전송하기 위한 전력 제어 보류(Power Control Hold-off) 패킷, 수신기의 구성 정보를 전송하기 위한 구성 패킷, 수신기 식별 정보를 전송하기 위한 식별 패킷 및 확장 식별 패킷, 일반 요구 메시지를 전송하기 위한 일반 요구 패킷, 특별 요구 메시지를 전송하기 위한 특별 요구 패킷, FO 검출을 위한 기준 품질 인자 값을 전송하기 위한 FOD 상태 패킷, 송신기의 송출 전력을 제어하기 위한 제어 오류 패킷, 재협상 개시를 위한 재협상 패킷, 수신 전력의 세기 정보를 전송하기 위한 24비트 수신 전력 패킷 및 8비트 수신 전력 패킷 및 현재 부하의 충전 상태 정보를 전송하기 위한 충전 상태 패킷을 포함할 수 있다.
상기한 무선 전력 수신기에서 무선 전력 송신기로 전송하는 패킷들은 무선 전력 전송에 사용되는 주파수 대역과 동일한 주파수 대역을 이용한 인밴드 통신을 이용하여 전송될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 11을 참조하면, 이물질 검출 장치(1100)는 전원부(1101), 직류-직류 변환기(DC-DC Converter, 1102), 인버터(Inverter, 1103), 공진 캐패시터(1104), 송신 코일(1105), 품질 인자 측정부(1106), 복조부(1107), 변조부(1108), 센싱부(1109) 및 제어부(1110)를 포함하여 구성될 수 있다.
전원부(1101)는 외부 전원 단자를 통해 DC 전력을 인가 받아 직류-직류 변환기(1102)에 전달할 수 있다.
직류-직류 변환기(1102)는 제어부(1110)의 제어에 따라 전원부(1101)로부터 수신되는 직류 전력의 세기를 특정 세기의 직류 전력으로 변환할 수 있다. 일 예로, 직류-직류 변환기(1102)는 전압의 세기 조절이 가능한 가변 전압기로 구성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
인버터(1103)는 변환된 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다. 인버터(1103)는 구비된 복수의 스위치 제어를 통해 입력되는 직류 전력 신호를 교류 전력 신호로 변환하여 출력할 수 있다.
일 예로, 인버터(1103)는 풀 브릿지(Full Bridge) 회로를 포함하여 구성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 하프 브리지(Half Bridge)를 포함하여 구성될 수도 있다.
다른 일 예로, 인버터(1103)는 하프 브릿지 회로와 풀 브릿지 회로를 모두 포함하여 구성될 수도 있으며, 이 경우, 제어부(1110)는 인터버(1103)를 하프 브릿지로 동작시킬지 풀 브릿지로 동작시킬지 동적으로 결정할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 무선 전력 수신 장치에 의해 요구되는 전력의 세기에 따라 적응적으로 인버터(1103)의 브릿지 모드를 제어할 수 있다. 일 예로, 무선 전력 수신 장치가 5W의 저전력을 요구하는 경우, 제어부(1110)는 인버터(1103)의 하프 브릿지 회로가 구동되도록 제어할 수 있다.
반면, 무선 전력 수신 장치가 15W의 높은 전력을 요구하는 경우, 제어부(1110)는 풀 브릿지 회로가 구동되도록 제어할 수 있다.
다른 일 예로, 무선 전력 송신 장치는 감지된 온도에 따라 적응적으로 풀 브리지 회로 또는 하프 브리지 회로를 선택 구동시킬 수도 있다. 일 예로, 하프 브리지 회로를 이용하여 무선 전력을 전송하는 중 무선 전력 송신 장치의 온도가 소정 기준치를 초과하는 경우, 제어부(1110)는 하프 브리지 회로를 비활성화시키고 풀 브릿지 회로를 활성화시킬 수 있다. 즉, 무선 전력 송신 장치는 동일 세기의 전력 전송을 위해 풀 브릿지 회로를 통해 전압은 상승시키고, 송신 코일(1105)에 흐르는 전류의 세기는 감소시킴으로써, 무선 전력 송신 장치의 온도를 기준치 이하로 낮출 수 있다. 일반적으로, 전자 기기에 장착되는 전자 부품에 발생되는 열의 양은 해당 전자 부품에 인가되는 전압의 세기보다 전류의 세기에 보다 민감할 수 있다.
또한, 인버터(1103)는 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있을 뿐만 아니라 교류 전력의 세기를 변경시킬 수도 있다.
일 예로, 인버터(1103)는 제어부(1110)의 제어에 따라 교류 전력 생성에 사용되는 기준 교류 신호(Reference Alternating Current Signal)의 주파수를 조절하여 출력되는 교류 전력의 세기를 조절할 수도 있다. 이를 위해, 인버터(1103)는 특정 주파수를 가지는 기준 교류 신호를 생성하는 주파수 발진기를 포함하여 구성될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 예는 주파수 발진기가 인버터(1103)와 별개로 구성되어 장착될 수도 있다.
품질 인자 측정부(1106)는 공진 캐패시터(1104) 양단의 인덕턴스(또는 전압, 또는 전류) 값의 변화를 모니터링하여 해당 무선 전력 송신 장치의 송신 코일에 대한 품질 인자 값을 측정할 수 있다. 이때, 측정된 현재 품질 인자 값은 제어부(1110)에 전달되고, 제어부(1110)는 소정 기록 영역에 품질 인자 측정부(1106)로부터 전달 받은 측정된 현재 품질 인자 값을 저장할 수도 있다.
일 예로, 제어부(1110)는 상기한 도 4 내지 5의 선택 단계(410, 510)에서 품질 인자 값을 측정할 수 있다.
제어부(1110)는 무선 전력 수신기로부터 수신된 기준 품질 인자 기준 값(Reference Quality Factor Value, RQF_Value)에 기반하여 이물질 존재 여부를 판단하기 위한 이물질 감지 품질 인자 임계 값(Foreign Object Detection Quality Factor Threshold Value, FOD_QFT_Value)을 결정할 수 있다.
제어부(1110)는 측정된 품질 인자 값(Measured_Quality_Factor_Value, MQF_Value)과 FOD_QFT_Value를 비교하여 이물질 존재 여부를 판단하는 품질 인자 값에 기반한 이물질 감지 절차를 수행할 수 있다.
여기서, RQF_Value는 성능 테스트를 위해 지정된 특정 무선 전력 송신기의 충전 영역상의 복수의 지점에서 측정된 품질 인자 값 중 가장 작은 값을 갖는 값으로 결정될 수 있다.
FOD_QFT_Value는 RQF_Value에서 기준 품질 인자 정확도와 생산 및 측정 오차를 뺀 값으로 결정될 수 있다.
여기서, 기준 품질 인자 정확도는 이물질이 존재하지 않을 때 측정된 기준 품질 인자 값에 대한 오차의 허용 범위일 수 있다. 일 예로, 오차의 허용 범위가 적용된 기준 품질 인자 값은 무선 전력 수신 장치로부터 수신된 기준 품질 인자 값 대비 증가하거나 감소되는 비율로 설정될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
현재 WPC Qi 표준에서는 모든 제품에 대해 동일한 기준 품질 인자 정확도를 적용하도록 정의되어 있다.
하지만, 기준 품질 인자 정확도는 해당 제품의 제조사 및 제품의 종류에 따라 상이한 값을 가질 수 있다. 일 예로, A사의 무선 전력 수신기와 B사의 무선 전력 수신기는 동일한 무선 전력 송신기와 연동하여 기준 품질 인자 값이 측정될 수 있다. 하지만 두 제품에 대해 측정된 기준 품질 인자 값의 정확도는 서로 상이할 수 있다. 따라서, 무선 전력 수신기 별 상이한 기준 품질 인자 정확도에 기반하여 결정되는 이물질 존재 여부를 판단하기 위한 FOD_QFT_Value는 이물질 존재 여부 판단을 위한 정확한 임계값이 아닐 수 있다.
일 예로, 동일 무선 전력 송신기에 대한 테스트 결과, A사의 무선 전력 수신기에 대해 측정된 기준 품질 인자 값은 100이고, B사의 무선 전력 수신기에 대해 측정된 기준 품질 인자 값은 70일 수 있다. 이 경우, B사의 무선 전력 수신기에 대응되는 기준 품질 인자 정확도는 +/- 7%, A사의 무선 전력 수신기에 대응되는 기준 품질 인자 정확도는 +/- 10%로 설정되는 것이 양사 모두 +/- 10%로 설정하는 것에 비해 보다 정확하게 이물질 감지할 확률이 높아질 수 있다. 하지만, 현재 WPC Qi 표준에 따른 FOD 인증 테스트 시 모든 무선 전력 수신기에 대해 동일한 기준 품질 인자 정확도를 적용하므로, 정확한 FOD 인증 테스트가 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.
복조부(1107)는 무선 전력 수신기로부터 수신되는 인밴드 신호를 복조하여 제어부(1110)에 전달한다. 일 예로, 복조부(1107)는 후술할 도 12의 FOD 상태 패킷 (또는 도 16의 FOD 상태 패킷) 및 후술할 도 17의 구성 패킷을 복조하여 제어부(1110)에 전달할 수 있다. 여기서, FOD 상태 패킷은 상기한 도 5의 협상 단계(540)에서 무선 전력 수신 장치로부터 수신될 수 있다.
일 실시예로, FOD 상태 패킷 또는 후술할 도 17의 구성 패킷에는 무선 전력 수신기의 종류 및 타입을 식별하기 위한 소정 수신기 타입 식별자가 포함될 수 있다.
제어부(1110)는 수신된 수신기 타입 식별자에 기반하여 이물질 존재 여부를 판단하기 위한 소정 전류 변화 임계치(Delta_Current_Threshold)를 결정할 수 있다. 제어부(1110)는 핑 단계에서 측정된 I_rail의 변화량(Delta_RAIL_Current)와 결정된 전류 변화 임계치를 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다.
일 실시예로, 수신기 타입 식별자가 구성 패킷에 포함되어 수신되는 경우, 제어부(1110)는 상기 도 5의 식별 및 구성 단계(530)에서 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다.
다른 일 실시예로, 수신기 타입 식별자가 FOD 상태 패킷에 포함되어 수신되는 경우, 제어부(1110)는 상기 도 5의 협상 단계(540)에서 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다.
만약, 식별 및 구성 단계(530)에서 이물질이 존재하는 것으로 판단된 경우, 제어부(1110)는 무선 전력 송신기의 상태를 선택 단계(510)로 천이시킬 수 있다.
만약, 협상 단계(540)에서 이물질이 존재하는 것으로 판단된 경우, 제어부(1110)는 전력 전송 단계(560)로 진입시키지 않고, 선택 단계(510)로 진입시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 변조부(1108)는 제어부(1110)로부터 수신된 제어 패킷을 변조하여 송신 코일(1105)을 통해 전송한다. 일 예로, 제어부(1110)는 수신기 타입 식별자가 포함된 FOD 상태 패킷이 수신되면, 해당 수신기 타입 식별자에 대응되는 전류 변화 임계치를 결정하고, 기 측정된 핑 단계에서의 인버터(1103) 전류 변화량-즉, Delta_Rail_Current-과 결정된 전류 변화 임계치를 비교하여 이물질의 존재 여부를 최종적으로 판단할 수 있다. 이물질 존재 여부에 대한 판단 결과에 따라, 제어부(1110)는 ACK 패킷 또는 NACK 패킷을 생성하여 변조부(1108)에 전달할 수도 있다. 여기서, ACK 패킷은 이물질 감지되지 않았음을 의미하고, NACK 패킷은 이물질이 감지되었음을 의미할 수 있다.
다른 일 예로, 제어부(1110)는 FOD 상태 패킷이 수신되면, 품질 인자 값에 기반한 이물질 판단이 가능한지 여부를 확인하고, 확인 결과에 따라, ACK 패킷 또는 NACK 패킷을 변조부(1108)를 통해 무선 전력 수신 장치에 전송할 수도 있다. 여기서, ACK 패킷은 무선 전력 송신 장치가 품질 인자 값에 기반한 이물질 감지 절차를 수행함을 의미할 수 있다. 반면, NACK 패킷은 품질 인자 값에 기반한 이물질 감지 절차를 수행하지 않음을 의미할 수 있다. 무선 전력 송신 장치는 탑재된 소프트웨어 버전 및 장착된 하드웨어 버전에 기반하여 자신이 품질 인자 값에 기반한 이물질 감지가 가능한지 여부를 식별할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 제어부(1110)는 Delta_Rail_Current와 Delta_Current_Threshold의 비교하여 이물질 존재 여부를 판단한 후, 품질 인자 값에 기반한 이물질 감지 절차를 수행할 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해, Delta_Rail_Current와 Delta_Current_Threshold의 비교하여 이물질 존재 여부를 판단하는 절차를 전류 변화량에 기반한 이물질 감지 절차라 명하기로 한다.
일 예로, 제어부(1110)는 전류 변화량에 기반한 이물질 감지 절차와 품질 인자 값에 기반한 이물질 감지 절차의 수행을 통해 모두 이물질이 존재하는 것으로 판단된 경우, 최종적으로 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
다른 일 예로, 제어부(1110)는 전류 변화량에 기반한 이물질 감지 절차와 품질 인자 값에 기반한 이물질 감지 절차 중 적어도 하나의 절차에서 이물질이 존재하는 것으로 판단된 경우, 최종적으로 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수도 있다.
또 다른 일 예로, 제어부(1110)는 품질 인자 값에 기반한 이물질 감지 절차를 통해 이물질이 존재하는 것으로 판단된 경우, 전류 변화량에 기반한 이물질 감지 절차를 수행하도록 제어할 수 있다. 이 경우, 제어부(1110)는 전류 변화량에 기반한 이물질 감지 절차를 통해 이물질이 존재하는 것으로 판단된 경우에만, 최종적으로 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
또 다른 일 예로, 제어부(1110)는 FOD 상태 패킷 수신 시 자신이 품질 인자 값에 기반한 이물질 감지 절차 수행이 불가한 경우, 전류 변화량에 기반한 이물질 감지 절차만을 수행하여 이물질의 존재 여부를 최종적으로 판단할 수도 있음을 주의해야 한다. 이때, 이물질이 존재하는 것으로 판단된 경우, 제어부(1110)는 상기 도 5의 협상 단계(540)에서 전력 전송 단계(560)로 진입하지 않고 충전 영역에 이물질이 존재함이 사용자 인지 가능하도록 특정 알림 수단을 제어할 수 있다. 일 예로, 알림 수단은 비퍼, LED 램프, 진동 소자, 액정 디스플레이 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
일 예로, 센싱부(1109)는 직류-직류 컨버터(1102)와 인버터(1103) 사이의 전류/전압/전력의 세기 또는(및) 전류/전압/전력의 세기 변화량을 측정하고, 측정 결과를 제어부(1110)에 전달할 수 있다.
이하 설명의 편의를 위해, 직류-직류 컨버터(1102)와 인버터(1103) 사이에 흐르는 전류를 I_rail, 직류-직류 컨버터(1102) 출력단 또는 인버터(1103) 입력단에 인가되는 전압을 V_rail, 직류-직류 컨버터(1102)에서 인버터(1103)에 전달되는 전력을 P_rail이라 명하기로 한다.
다른 일 예로, 센싱부(1109)는 송신 코일(1105)-즉, 인덕터-에 흐르는 전류의 세기와 송신 코일(1105)의 양단에 인가되는 전압의 세기를 측정하고, 측정 결과를 제어부(1110)에 전달할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(1110)는 핑 단계에서 인버터(1103)에 인가되는 전류의 세기(I_rail)를 소정 전류 임계치와 비교하여 이물질 존재 가능성을 판단할 수 있다. 판단 결과, 이물질 존재 가능성이 높으면, 제어부(1110)는 기준 품질 인자 정확도를 일정 수준 낮게 조정할 수 있다. 일 예로, 이물질 존재 가능성이 높은 것으로 판단된 경우, 제어부(1110)는 기준 품질 인자 정확도를 +/-10%에서 +/-5%로 조정하여 FOD_QFT_Value를 결정할 수 있다. 이를 통해, 제어부(1110)는 품질 인자 값에 기반한 이물질 존재 여부 판단 시 이물질 검출 정확도를 향상시킬 수 있다. 반면, 판단 결과, 이물질 존재 가능성이 낮으면, 제어부(1110)는 미리 정의된 기준 품질 인자 정확도에 기반하여 FOD_QFT_Value를 결정할 수 있다.
제어부(1110)는 MQF_Value가 FOD_QFT_Value보다 작은 경우, 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 이물질이 존재하는 경우, 제어부(1110)는 상기 도 5의 협상 단계(540)에서 전력 전송 단계(560)으로 진입하지 않을 수 있다. 이때, 제어부(1110)는 충전 영역에 이물질이 존재함을 사용자가 인지하도록 무선 전력 송신 장치에 구비된 소정 알림 수단을 제어할 수 있다. 여기서, 알림 수단은 비퍼, LED 램프, 진동 소자, 액정 디스플레이 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
제어부(1110)는 MQF_Value가 FOD_QFT_Value보다 크거나 같은 경우, 충전 영역에 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다. 이물질이 존재하지 않는 경우, 제어부(1110)는 전력 전송 단계로 진입하여 해당 무선 전력 송신 장치에 의해 요구되는 전력이 전송되도록 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 제어부(1110)는 핑 단계에서 측정된 전류 값-예를 들면, 직류-직류 컨버터의 출력 전류(I_rail) 또는 송신 코일(1105)에 인가되는 전류(I_coil)일 수 있음-을 소정 기준 전류 값과 비교할 수 있다. 비교 결과, 측정된 전류 값이 기준 전류 값 보다 크면, 이물질의 존재 가능성이 낮은 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 제어부(1110)는 협상 단계에서 FOD 상태 패킷이 수신되어도 품질 인자 값에 기반한 이물질 판단 절차를 진행하지 않고, 전력 전송 단계로 진입할 수 있다.
상기 도 11을 참조하면, 인버터 입력 전류(I_rail)은 DC 전력이고, 송신 코일(1105)에 흐르는 전류는 AC 전류이다. 특히, 핑 단계에서 인버터(1103)에 입력되는 전류는 일정한 레벨을 가지는 DC 전력이나, 인버터(1103) 출력 전력은 일정한 주기로 비연속적으로 전송되는 AC 전력이다. 따라서, I_rail의 시간 평균 값은 I_coil의 시간 평균 값에 비해 상대적으로 클 수 있다. 따라서, 핑 단계에서 측정된 I_rail를 기반으로 이물질의 존재 가능성을 판단하는 것이 잘못된 판단 확률을 현저히 줄일 수는 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 핑 단계에서 측정된 I_coil 값에 기반하여 이물질의 존재 가능성을 판단할 수도 있음을 주의해야 한다.
무선 전력 송신 장치의 충전 영역에 정상적인 무선 전력 수신 장치가 아닌 전도성 이물질이 위치하는 경우, 송신 코일과 이물질 사이의 상호 임피던스(Mutual Impedance) 값은 거의 0에 가까워진다. 이때, 인버터(1103)에 인가되는 전류(I_rail)의 세기가 급격히 증가하게 된다. 따라서, 제어부(1110)는 핑 단계에서 인버터(1103)에 인가되는 전류(I_rail)의 세기를 모니터링함으로써, 이물질의 존재 가능성을 판단할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치는 핑 단계에서의 전류 변화에 기반하여 이물질의 존재 가능성을 판단하고, 판단 결과에 따라 적응적으로 품질 인자 값에 기반한 이물질 검출 절차를 수행함으로써, 불필요한 절차를 최소화시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치는 이물질의 존재 가능성이 높은 것으로 판단된 경우, 기준 품질 인자 정확도를 디폴트 설정 값보다 낮게 조절함으로써, 이물질 검출 정확도를 높일 수 있는 장점이 있다.
현재 WPC Qi 표준에 정의된 이물질 검출 방법은 무선 전력 송신기가 핑 단계를 수행하기 이전-즉, 선택 단계-에서 현재 품질 인자 값을 측정한다. 무선 전력 송신기는 협상 단계에서 무선 전력 수신기로부터 수신된 기준 품질 인자 값(Reference Quality Factor Value)과, 송신기 별 디자인적 차이를 고려하기 위한 생산 및 측정 오차 값(production and measurement tolerance)과 기준 품질 인자 정확도(Accuracy of Reference Quality Factor)를 고려하여 이물질의 존재 여부를 판단하기 위한 품질 인자 임계치를 결정한다.
일 예로, 상기 생산 및 측정 오차 값은 상기 무선 전력 송신기의 전력 클래스, 상기 무선 전력 송신기에 탑재된 송신 코일의 특성 및 배치 구조 중 적어도 하나에 기반하여 결정되는 상수 값일 수 있다.
기준 품질 인자 값은 테스트 전력 전송기(TPT: Test Power Transmitter)- 예를 들면, WPC Qi 표준에 정의된 MP1 타입의 송신기-의 충전 영역 중 5개 영역 (중간, 5mm 좌우 상하 이동한 4개 위치)에서 측정된 품질 인자 값 중 가장 작은 값을 의미한다. 테스트 전력 송신기인 MP1과 상용 무선 전력 송신기의 디자인적인 차이-예를 들면, 송신 코일의 인덕턴스 값 등을 포함함-에 따라 실제 충전 영역에서 측정되는 품질 인자 값은 송신기 별 상이할 수 있다. 이를 보정해 주는 오차를 생산 및 측정 오차라 한다.
기준 품질 인자 값은 성능 테스트를 위해 지정된 특정 무선 전력 송신기의 충전 영역상의 복수의 지점에서 측정된 품질 인자 값 중 가장 작은 값을 갖는 값으로 결정되어 무선 전력 수신기에 유지될 수 있다.
일 예로, 기준 품질 인자 값(RQF_FO)은 충전 영역에 놓여진 무선 전력 수신기의 근처에 FO가 존재하지 않는 상태에서 송신 코일(Primary Coil)과 수신 코일(Secondary Coil)이 잘 정렬되는 중앙 위치에서 측정된 제1 품질 인자 값과 무선 전력 수신기의 근처에 FO가 존재하지 않는 상태에서 무선 전력 수신기의 회전 없이 중앙으로부터 일정 거리 옵셋-예를 들면, x축 및 y축으로 각각 +/- 5mm일 수 있으나 이에 한정되지는 않음-을 가지고 이동하며 측정된 제2 품질 인자 값들 중 가장 작은 값으로 결정될 수 있다. 여기서, 제2 품질 인자 값들은 적어도 4개의 서로 다른 위치에서 측정된 품질 인자 값일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치는 FOD 상태 패킷을 통해 수신된 기준 품질 인자 값, 핑 단계에서 이물질 존재 가능성에 대한 판단 결과에 따라 확정된 기준 품질 인자 정확도, 송신기 별 디자인적 차이를 고려하기 위한 생산 및 측정 오차 값(production and measurement tolerance) 중 적어도 하나를 고려하여 이물질 검출을 위한 임계 값을 결정할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 제어부(1110)는 핑 단계에서 센싱부(1109)로부터 수신되는 센싱 정보에 기반하여 인버터(1103)에 인가되는 전류의 세기(I_rail) 변화량를 산출하고, 산출된 전류 세기 변화량을 소정 기록 영역에 저장할 수 있다.
제어부(1110)는 식별 및 구성 단계에서 기 저장된 전류 세기 변화량과 소정 전류 변화 임계치를 비교하여 이물질 존재 가능성-즉, 확률-을 판단할 수 있다.
판단 결과, 이물질 존재 가능성이 높은 것으로 판단되면, 제어부(1110)는 기준 품질 인자 정확도를 일정 수준 낮게 조정할 수 있다. 일 예로, 이물질 존재 가능성이 높은 것으로 판단된 경우, 제어부(1110)는 기준 품질 인자 정확도를 +/-10%에서 +/-5%로 조정하여 FOD_QFT_Value를 결정할 수 있다. 이를 통해, 제어부(1110)는 품질 인자 값에 기반한 이물질 존재 여부 판단 시 이물질 검출 정확도를 향상시킬 수 있다. 반면, 판단 결과, 이물질 존재 가능성이 낮으면, 제어부(1110)는 미리 정의된 기준 품질 인자 정확도에 기반하여 FOD_QFT_Value를 결정할 수 있다.
제어부(1110)는 MQF_Value가 FOD_QFT_Value보다 작은 경우, 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 이물질이 존재하는 경우, 제어부(1110)는 상기 도 5의 협상 단계(540)에서 전력 전송 단계(560)으로 진입하지 않을 수 있다. 이때, 제어부(1110)는 충전 영역에 이물질이 존재함을 사용자가 인지하도록 무선 전력 송신 장치에 구비된 소정 알림 수단을 제어할 수 있다. 여기서, 알림 수단은 비퍼, LED 램프, 진동 소자, 액정 디스플레이 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
제어부(1110)는 MQF_Value가 FOD_QFT_Value보다 크거나 같은 경우, 충전 영역에 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다. 이물질이 존재하지 않는 경우, 제어부(1110)는 전력 전송 단계로 진입하여 해당 무선 전력 송신 장치에 의해 요구되는 전력이 전송되도록 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 제어부(1110)는 핑 단계에서 측정된 전류 값-예를 들면, 직류-직류 컨버터의 출력 전류(I_rail) 또는 송신 코일(1105)에 인가되는 전류(I_coil)일 수 있음-을 소정 기준 전류 값과 비교할 수 있다. 비교 결과, 측정된 전류 값이 기준 전류 값 보다 크면, 이물질의 존재 가능성이 낮은 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 제어부(1110)는 협상 단계에서 FOD 상태 패킷이 수신되어도 품질 인자 값에 기반한 이물질 판단 절차를 진행하지 않고, 전력 전송 단계로 진입할 수 있다.
상기 도 11을 참조하면, 인버터 입력 전류(I_rail)은 DC 전력이고, 송신 코일(1105)에 흐르는 전류는 AC 전류이다. 특히, 핑 단계에서 인버터(1103)에 입력되는 전류는 일정한 레벨을 가지는 DC 전력이나, 인버터(1103) 출력 전력은 일정한 주기로 비연속적으로 전송되는 AC 전력이다. 따라서, I_rail의 시간 평균 값은 I_coil의 시간 평균 값에 비해 상대적으로 클 수 있다. 따라서, I_rail의 변화를 기반으로 이물질의 존재 가능성을 판단하는 것이 판단 오류 확률을 현저히 줄일 수 있다.
무선 전력 송신 장치의 충전 영역에 정상적인 무선 전력 수신 장치가 아닌 전도성 이물질이 위치하는 경우, 송신 코일과 이물질 사이의 상호 임피던스(Mutual Impedance) 값은 거의 0에 가까워진다. 이때, 인버터(1103)에 인가되는 전류(I_rail)의 세기는 급격히 증가된다. 따라서, 제어부(1110)는 핑 단계에서 인버터(1103)에 인가되는 전류(I_rail)의 세기 변화를 모니터링함으로써, 이물질의 존재 가능성을 판단할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치는 핑 단계에서의 인덕터에 인가되는 전류의 변화량에 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 전력 전송을 적응적으로 차단함으로써, 장비 손상 및 전력 낭비를 최소화시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명에 따른 이물질 검출 장치는 전류 세기 변화에 기반한 이물질 검출 절차 수행 시 해당 무선 전력 수신기에 대응되는 타입 식별자에 기반하여 동적으로 전류 변화 임계치를 결정함으로써, 이물질에 대한 검출 정확도를 높일 수 있는 장점이 있다.
도 12는 본 발명에 따른 FOD 상태 패킷의 메시지 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면, FOD 상태 패킷 메시지(1200)는 2바이트의 길이를 가질 수 있으며, 6비트 길이의 예약(Reserved, 1201), 2비트 길이의 모드(Mode, 1202) 필드 및 1바이트 길이의 기준 품질 인자 값(Reference Quality Factor Value, 1203)을 포함하여 구성될 수 있다.
예약(1201) 필드를 구성하는 모든 비트는 0으로 설정될 수 있다.
도면 번호 1204에 보여지는 바와 같이, 모드(1202) 필드가 이진수'00'로 설정되면, 기준 품질 인자 값(1203) 필드에 무선 전력 수신기의 전원이 OFF된 상태에서 측정되어 결정된 기준 품질 인자 값이 기록되어 있음을 의미할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 이물질 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 13을 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 선택 단계에서 송신 코일의 품질 인자 값을 측정하고, 측정된 품질 인자 값(Measured_QF_Value) 소정 기록 영역에 저장할 수 있다(S1301).
무선 전력 송신 장치는 선택 단계에서 물체가 감지되면, 핑 단계로 진입하여 디지털 핑 신호를 전송할 수 있다.
무선 전력 송신 장치는 핑 단계에서 인버터에 인가되는 전류(I_rail)의 세기를 측정할 수 있다(S1302).
측정된 I_rail의 세기가 소정 기준 전류 값(I_threshold)과 비교하여 무선 전력 송신 장치는 이물질의 존재 가능성을 판단할 수 있다(S1303).
여기서, 비교 결과, 측정된 I_rail의 세기가 I_threshold보다 작으면, 무선 전력 송신 장치는 이물질의 존재 가능성이 높은 것으로 판단할 수 있다. 반면, 비교 결과, 측정된 I_rail의 세기가 I_threshold보다 크거나 같으면, 무선 전력 송신 장치는 이물질의 존재 가능성이 낮은 것으로 판단할 수 있다.
상기 1303 단계의 판단 결과, 이물질의 존재 가능성이 높은 것으로 판단된 경우, 무선 전력 송신 장치는 디폴트로 설정된 기준 품질 인자 정확도를 보정할 수 있다(S1304). 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치는 디폴트로 설정된 기준 품질 인자 정확도를 일정 수준 낮출 수 있다. 일 예로, 디폴트 기준 품질 인자 정확도가 +/- 10%인 경우, 보정 기준 품질 인자 정확도는 +/- 5%일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 보정 수준은 당업자의 설계에 따라 상이할 수 있음을 주의해야 한다.
반면, 상기 1303 단계의 판단 결과, 이물질의 존재 가능성이 낮은 것으로 판단된 경우, 디폴트로 설정된 기준 품질 인자 정확도가 그대로 유지될 수 있다.
무선 전력 송신 장치는 협상 단계에 진입하면, 무선 전력 수신 장치로부터 기준 품질 인자 값이 포함된 FOD 상태 패킷을 수신할 수 있다(S1305).
무선 전력 송신 장치는 무선 전력 수신 장치로부터 수신된 기준 품질 인자 값 및 현재 기준 품질 인자 정확도에 기반하여 이물질 검출 기준 품질 임계값(FOD_QFT_Value)을 결정할 수 있다(S1306). 여기서, 이물질 검출 기준 품질 임계값은 송신기 별 디자인적 차이를 고려하기 위한 생산 및 측정 오차 값(production and measurement tolerance)을 더 고려하여 결정될 수도 있다.
무선 전력 송신 장치는 기 저장된 Measured_QF_Value과 FOD_QFT_Value를 비교하여 충전 영역에 이물질이 존재하는지 여부를 판단할 수 있다(S1307).
비교 결과, Measured_QF_Value가 FOD_QFT_Value보다 크거나 같은 경우, 무선 전력 송신 장치는 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다. 반면, 비교 결과, Measured_QF_Value가 FOD_QFT_Value보다 작은 경우, 무선 전력 송신 장치는 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
상기한 1307 단계에서, 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단된 경우, 무선 전력 송신 장치는 전력 전송 단계로 진입할 수 있다(S1308).
상기한 1307 단계에서, 이물질이 존재하는 것으로 판단된 경우, 무선 전력 송신 장치는 이물질이 감지되었음을 알리는 소정 알림 신호 또는 알림 메시지를 출력하고, 선택 단계로 진입할 수 있다(S1309).
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질이 감지된 상태에서의 무선 전력 송신 장치의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 14를 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 이물질이 감지된 상태에서 핑 단계로 진입하면, 인버터에 인가되는 전류(I_rail)의 세기를 측정할 수 있다(S1401).
무선 전력 송신 장치는 측정된 I_rail의 세기와 I_threshold를 비교하여 감지된 이물질이 충전 영역에서 제거되었는지 판단할 수 있다(S1402).
비교 결과, 측정된 I_rail 값이 I_threshold보다 크거나 같은 경우, 무선 전력 송신 장치는 이물질이 제거된 것으로 판단하여 상기한 도 13의 1301 단계로 진입할 수 있다(S1404).
반면, 비교 결과, 측정된 I_rail 값이 I_threshold보다 작으면, 감지된 이물질이 아직 충전 영역에 존재하는 것으로 판단하여 소정 시간 동안 핑 신호 전송을 지연시킬 수 있다(S1403). 이를 통해, 본 발명은 이물질이 존재하는 경우, 불필요한 전력 낭비 및 이물질에 의한 발열 현상을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 존재 가능성에 따른 FOD 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
무선 전력 송신 장치는 협상 단계에서 기준 품질 인자 값이 포함된 FOD 상태 패킷을 수신할 수 있다(S1501).
무선 전력 송신 장치는 이물질의 존재 가능성이 높은지 여부를 판단할 수 있다(S1502).
판단 결과, 이물질의 존재 가능성이 높으면, 무선 전력 송신 장치는 NACK 패킷을 생성하여 무선 전력 수신 장치에 전송한 후 선택 단계로 진입할 수 있다(S1503).
상기한 1502 단계의 판단 결과, 이물질의 존재 가능성이 낮으면, 무선 전력 송신 장치는 ACK 패킷을 생성하여 무선 전력 수신 장치에 전송한 후 품질 인자 값에 기반한 이물질 검출 절차를 수행할 수 있다(S1504 내지 S1505).
상기 도 15의 실시예에 있어서, 이물질의 존재 가능성에 대한 판단은 무선 전력 송신 장치의 인덕터에 인가되는 전류의 세기 값-즉, I_rail 값-과 소정 인덕터 전류 임계값(I_rail_threshold)를 비교하여 결정될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 다른 일 실시예는 송신 코일에 흐르는 전류의 세기-즉, I_coil 값-과 코일 전류 임계값(I_coil_threshold)를 비교하여 결정될 수도 있다.
도 16은 본 발명에 다른 일 실시 예에 따른 FOD 상태 패킷의 메시지 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 16을 참조하면, FOD 상태 패킷 메시지(1600)는 2바이트의 길이를 가질 수 있으며, 6비트 길이의 수신기 타입 식별자(Receiver Type Identifier, 1601), 2비트 길이의 모드(Mode, 1602) 필드 및 1바이트 길이의 기준 품질 인자 값(Reference Quality Factor Value, 1603)을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 도 16에는 수신기 타입 식별자(1601) 필드의 길이가 6비트인 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 당업자의 설계에 따라 6비트보다 작은 크기로 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.
도면 번호 1604에 보여지는 바와 같이, 모드(1602) 필드가 이진수 '00'로 설정되면, 기준 품질 인자 값(1603) 필드에 무선 전력 수신기의 전원이 OFF된 상태에서 측정되어 결정된 기준 품질 인자 값이 기록되어 있음을 의미할 수 있다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 구성 패킷의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 17의 도면 번호 1701에 도시된 바와 같이, 구성 패킷 메시지(1700)는 5바이트의 길이를 가질 수 있으며, 전력 등급(Power Class) 필드, 최대 전력(Maximum Power) 필드, 전력 제어(Power Control) 필드, 카운트(Count) 필드, 윈도우 사이즈(Window Size) 필드, 윈도우 옵셋(Window Offset) 필드 및 제1 내지 제3 예약 필드(1701 내지 1703) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
전력 등급 필드에는 해당 무선 전력 수신기에 할당된 전력 등급이 기록될 수 있다.
최대 전력 필드에는 무선 전력 수신기의 정류기 출력단에서 제공할 수 있는 최대 전력의 세기 값이 기록될 수 있다.
일 예로, 전력 등급이 a이고 최대 전력이 b인 경우에 있어서, 무선 전력 수신 장치의 정류기 출력단에서 제공되길 바라는 최대 전력량(Pmax)는 (b/2)*10a로 산출될 수 있다.
전력 제어 필드에는 무선 전력 송신기에서의 전력 제어가 어떤 알고리즘에 따라 이루어져야 하는지를 지시하기 위해 사용될 수 있다. 일 예로, 전력 제어 필드 값이 0이면, 표준에 정의된 전력 제어 알고리즘 적용을 의미하고, 전력 제어 필드 값이 1이면, 제조사에 의해 정의된 알고리즘에 따라 전력 제어가 이루어지는 것을 의미할 수 있다.
카운트 필드는 무선 전력 수신 장치가 식별 및 구성 단계에서 전송할 옵션 구성 패킷의 개수를 기록하기 위해 사용될 수 있다.
윈도우 사이즈 필드는 평균 수신 파워 산출을 위한 윈도우 크기를 기록하기 위해 사용될 수 있다. 일 예로, 윈도우 사이즈는 0보다 크고, 4ms 단위를 가지는 양의 정수 값일 수 있다.
윈도우 옵셋 필드는 평균 수신 파워 산출 윈도우 종료 시점부터 다음 수신 전력 패킷의 전송 시작 시점까지의 시간을 식별하기 위한 정보가 기록될 수 있다. 일 예로, 윈도우 옵셋은 0보다 크고, 4ms 단위를 가지는 양의 정수 값일 수 있다.
상기 설명된 수신기 타입 식별자는 상기 도 17의 제1 내지 제3 예약 필드(1701 내지 1703) 중 적어도 하나의 예약 필드를 이용하여 기록된 후 무선 전력 송신기에 전송될 수 있다.
여기서, 수신기 타입 식별자를 위해 할당되는 비트 수는 당업자의 설계에 따라 상이한 길이를 가질 수 있으며, 그 비트 수를 한정하지는 않는다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기 타입 식별자에 대응되는 전류 변화 임계치가 정의된 수신기 타입 식별자 매핑 테이블이다.
도 18을 참조하면, 수신기 타입 식별자 필드는 6비트의 길이를 가지고, 0에서 63까지의 범위를 가질 수 있다.
도 18에 도시된 바와 같이, 전류 변화 임계치는 mA 단위를 가지고, 타입 식별자가 1씩 증가됨에 따라 100mA가 증가되도록 정의될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 수신기 타입 식별자에 대응되는 전류 변화 임계치는 당업자의 설계에 따라 상이하게 정의될 수 있음을 주의해야 한다. 일 예로, 전류 변화 임계치는 수신기 타입 식별자가 1씩 증가됨에 따라 50mA가 증가되도록 정의될 수도 있다.
또한, 상기한 도 16의 실시 예는 수신기 타입 식별자 필드가 6비트의 길이를 가지는 것으로 설명되고 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 수신기 타입 식별자 필드의 길이는 6비트보다 크거나 작게 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.
만약, 무선 전력 수신기 A에 대한 사전 실험 결과, 핑 단계에서 무선 전력 수신기 A가 충전 영역에 위치되는 시점에 측정된 전류 변화량이 600mA인 경우, 무선 전력 수신기 A에 대응되는 수신기 타입 식별자는 이진수 “000101”이 할당될 수 있다. 일 예로, 무선 전력 수신기는 자신에 할당된 수신기 타입 식별자를 구성 및 식별 단계에서 구성 패킷을 통해 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다. 다른 일 예로, 무선 전력 수신기는 자신에 할당된 수신기 타입 식별자를 협상 단계에서 FOD 상태 패킷을 통해 무선 전력 송신기에 전송할 수도 있다.
도 19는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 수신기 타입 식별자에 대응되는 전류 변화 임계 비율이 정의된 수신기 타입 식별자 매핑 테이블이다.
도 19를 참조하면, 수신기 타입 식별자는 2비트의 길이를 가지며, 전류 변화 임계 비율은 무선 전력 수신기가 충전 영역에 올려지지 않았을 때 측정된 디지털 핑 신호의 전류 값-이하, 설명의 편의를 위해, 초기 인버터 입력 전류 값(Initial_Inverter_Input_Current_Value)이라 명함- 대비 무선 전력 수신기가 충전 영역에 올려진 후 측정된 디지털 핑 신호의 전류 값(Measured_Inverter_Inpurt_Current_Value)-즉, 인버터 입력 전류 세기 값-의 변화 비율로 정의될 수 있다.
일 예로, 핑 단계에서의 전류 변화 비율은
{(Measured_Inverter_Inpurt_Current_Value-Initial_Inverter_Input_Current_Value)/(Initial_Inverter_Input_Current_Value)}*100으로 계산될 수 있다. 만약, 특정 무선 전력 수신기에 상응하는 전류 변화 비율이 80인 경우, 해당 무선 전력 수신기에 대응되는 수신기 타입 식별자는 도 15에 도시된 바와 같이, 이진수 “10”으로 정의될 수 있다.
상기한 도 19의 실시예에서는 수신기 타입 식별자가 2비트의 길이를 가지고, 각각의 수신기 타입 식별자에 대응되는 전류 변화 임계 비율이 20% 범위를 가지는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 수신기 타입 식별자의 길이 및 각각의 수신기 타입 식별자에 대응되는 전류 변화 임계 비율의 할당 범위는 당업자의 설계 및 적용되는 장비 및 시스템에 따라 상이하게 정의될 수 있음을 주의해야 한다.
도 20은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 이물질 감지 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 20을 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 핑 단계에서 인버터에 인가되는 전류의 세기를 측정하고, 측정된 인버터 입력 전류 세기에 관한 정보를 소정 기록 영역에 저장할 수 있다(S2001).
무선 전력 송신 장치는 수신기 타입 식별자가 포함된 패킷을 수신할 수 있다(S2002). 여기서, 수신기 타입 식별자는 구성 및 식별 단계에서 구성 패킷을 통해 수신될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 실시예는 협상 단계에서 FOD 상태 패킷을 통해 수신기 타입 식별자가 수신될 수도 있다.
무선 전력 송신 장치는 수신기 타입 식별자에 대응되는 전류 세기 임계치를 결정할 수 있다(S2003). 여기서, 전류 세기 임계치는 상기 도 18 또는 도 19에서 설명된 수신기 타입 식별자 매핑 테이블을 참조하여 결정될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
무선 전력 송신 장치는 상기 2001 단계에서 저장된 인버터 입력 전류 세기와 전류 세기 임계치를 비교하여 충전 영역에 이물질이 존재하는지 여부를 판단할 수 있다(S2004). 일 예로, 무선 전력 송신 장치는 인버터 입력 전류 세기가 전류 세기 임계치를 초과하는 경우, 충전 영역에 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 반면, 인버터 입력 전류 세기가 전류 세기 임계치보다 작거나 같으면, 충전 영역에 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.
무선 전력 송신 장치는 이물질이 존재하는 것으로 판단하면, 이물질이 감지되었음을 알리는 소정 알람 신호를 출력한 후 선택 단계(510)로 진입할 수 있다(S2005).
무선 전력 송신 장치는 상기한 2004 단계의 판단 결과, 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단되면, 협상 단계 또는 전력 전송 단계로 진입할 수 있다(S2006).
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 이물질 감지 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 21을 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 핑 단계에서 인버터에 입력되는 전류의 세기를 측정하고, 측정된 인버터 입력 전류 세기(Measured_I_Rail)에 관한 정보를 소정 기록 영역에 저장할 수 있다(S2101).
무선 전력 송신 장치는 물체가 감지되지 않은 상태에서 인버터에 입력되는 전류의 세기 정보-즉, 초기 인버터 입력 전류 값(Initial_Inverter_Input_Current_Value)에 대한 정보- 및 핑 단계에서 측정된 인버터 입력 전류 값(Measured_Inverter_Input_Current_Value)에 대한 정보를 이용하여 인버터 입력 전류(I_rail)의 변화 비율을 산출할 수 있다(S2102). 여기서, 인터버 입력 전류의 변화 비율은 {(Measured_Inverter_Inpurt_Current_Value-Initial_Inverter_Input_Current_Value)/(Initial_Inverter_Input_Current_Value)}*100으로 계산될 수 있다.
무선 전력 송신 장치는 수신기 타입 식별자가 포함된 패킷을 수신할 수 있다(S2103). 여기서, 수신기 타입 식별자는 구성 및 식별 단계에서 구성 패킷을 통해 수신될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 실시예는 협상 단계에서 FOD 상태 패킷을 통해 수신기 타입 식별자가 수신될 수도 있다.
무선 전력 송신 장치는 수신기 타입 식별자에 대응되는 전류 세기 임계 비율을 결정할 수 있다(S2104). 여기서, 전류 세기 임계 비율은 상기 도 15에서 설명된 수신기 타입 식별자 매핑 테이블을 참조하여 결정될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
무선 전력 송신 장치는 상기 2102 단계에서 산출된 인버터 입력 전류의 변화 비율과 상기 2104 단계에서 결정된 전류 세기 임계 비율을 비교하여 충전 영역에 이물질이 존재하는지 여부를 판단할 수 있다(S2105). 일 예로, 무선 전력 송신 장치는 인버터 입력 전류의 변화 비율이 전류 세기 임계 비율을 초과하는 경우, 충전 영역에 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 반면, 무선 전력 송신 장치는 인버터 입력 전류의 변화 비율이 전류 세기 임계 비율보다 작거나 같으면, 충전 영역에 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.
무선 전력 송신 장치는 이물질이 존재하는 것으로 판단하면, 이물질이 감지되었음을 알리는 소정 알람 신호를 출력한 후 선택 단계(510)로 진입할 수 있다(S2106).
무선 전력 송신 장치는 상기한 2105 단계의 판단 결과, 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단되면, 협상 단계 또는 전력 전송 단계로 진입할 수 있다(S2107).
도 22는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 이물질 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 22를 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 핑 단계에서의 인버터 입력 전류 세기 변화에 기반한 이물질 감지 절차를 수행할 수 있다(S2201).
무선 전력 송신 장치는 인버터 입력 전류 세기 변화에 기반한 이물질 감지 절차를 통해 이물질이 존재 여부를 판단할 수 있다(S2202). 판단 결과, 이물질이 존재하는 것으로 판단된 경우, 협상 단계에서 품질 인자 값에 기반한 이물질 감지 절차 수행할 수 있다(S2203). 이때, 무선 전력 송신 장치는 품질 인자 임계 값을 결정하기 위해 사용되는 기준 품질 인자 정확도를 보정할 수 있다. 일 예로, 기준 품질 인자 정확도는 +/- 10%에서 +/- 5%로 조정되어 보다 정확하게 이물질이 감지되도록 제어될 수 있다.
무선 전력 송신 장치는 협상 단계에서의 품질 인자 값에 기반한 이물질 감지 절차를 수행하여 이물질이 존재하는지를 판단할 수 있다(S2204). 판단 결과, 이물질이 존재하는 경우, 무선 전력 송신 장치는 NACK 패킷을 전송 후 선택 단계(510)로 진입할 수 있다(S2205). 반면, 상기한 1804 단계의 판단 결과, 이물질이 존재하지 않는 경우, 무선 전력 송신 장치는 ACK 패킷 전송 후(S2206) 전력 전송 단계로 진입하여 충전을 개시할 수 있다(S2207).
또한, 상기한 2202 단계의 판단 결과, 이물질이 존재하지 않는 경우, 무선 전력 송신 장치는 품질 인자 값에 기반한 이물질 감지 절차를 수행하지 않고 상기한 2206 단계를 수행할 수 있다. 이때, 무선 전력 송신 장치는 협상 단계에서 FOD 상태 패킷이 수신된 이후에 ACK 패킷을 생성하여 해당 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에 장착되는 송신 코일의 일 실시 형태이다.
도 23을 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 3개의 송신 코일이 구비될 수 있으며, 3개의 송신 코일은 일정 영역이 중첩되게 배치될 수 있다. 도 23에 도시된 바와 같이, 송신 코일 블록의 중심인 Position 1과 그로부터 20mm 이격된 Position 2에 이물질이 위치되는 경우, 후술할 도 24a 내지 도 24b에 도시된 바와 같이, 인버터 입력 전류의 세기가 변경될 수 있다. 송신 코일 블록의 중심으로부터 40mm 이격된 위치인 Position 3에서는 모든 이물질에 대해 인버터 입력 전류의 변화가 크지 않은 특징이 있다.
도 24a 내지 도 24b는 상기 도 23과 같이 송신 코일이 배치된 상태에서 송신 코일의 위치 별 인덕터 입력 전류 세기 및 송신 코일 입력 전류 세기에 대한 측정 결과를 보여주는 그래프이다.
도 24a는 상기 도 23의 Position 1에서의 이물질 종류에 따른 인버터 입력 전류 세기 및 송신 코일 입력 전류 세기에 대한 측정 결과를 보여준다.
도 24b는 상기 도 23의 Position 2에서의 이물질 종류에 따른 인덕터 입력 전류 세기 및 송신 코일 입력 전류 세기에 대한 측정 결과를 보여준다.
상기 도 24a 및 도 24b를 참조하면, Position 1에서 측정된 전류의 세기가 전체적으로 Position 2에서 측정된 전류의 세기보다 큰 것을 알 수 있다.
또한, 도 24a 및 도 24b를 참조하면, 핑 전송 시 이물질이 없는 상태에서 측정된 전류의 세기가 이물질이 존재하는 상태에서 측정된 전류의 세기보다 큰 것을 알 수 있다.
특히, 이물질이 없는 상태에서 이물질이 존재하는 상태로 변경된 경우, 인버터 입력 전류의 세기 변화가 송신 코일 전류의 세기 변화보다 큰 것을 알 수 있다.
도 25 내지 26은 이물질이 상기 도 23의 충전 영역 중 Position 1에 위치된 경우, 핑 단계에서 코일 전류 및 인버터 입력 전류의 변화 패턴을 보여준다.
도 25는 이물질이 10원짜리 동전인 경우이고, 도 26은 이물질이 500원짜리 동전인 경우에 있어서의 실험 결과를 보여준다.
상기 도 25에 도시된 그래프는 이물질이 충전 영역에 위치되지 않은 제1 핑 전송 시점에서의 코일 전류 및 인버터 입력 전류의 변화량은 수십 mA이나, 이물질이 충전 영역에 위치된 제2 핑 전송 시점에서의 코일 전류 및 인버터 입력 전류의 변화량은 수백 mA인 것을 보여준다.
도 26을 참조하면, 이물질이 500원짜리인 경우, 이물질이 충전 영역에 위치된 제2 핑 전송 시점에서의 코일 전류 및 인버터 입력 전류의 변화량은 수천 mA인 것을 보여준다.
상술한 실시예에 따른 방법들은 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 등을 포함할 수 있다.
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 무선 충전 분야에 이용될 수 있으며, 특히, 이물질 검출 기능이 탑재되는 무선 전력 송신기 및 그를 포함하는 무선 충전 시스템에 적용될 수 있다.

Claims (12)

  1. 무선 전력 송신기에서의 이물질 검출 방법에 있어서,
    핑 단계에서 인버터에 입력되는 전류의 세기를 측정하는 단계;
    수신기 타입 식별자가 포함된 패킷을 수신하는 단계
    상기 수신기 타입 식별자가 대응하는 이물질 검출을 위한 임계치를 결정하는 단계; 및
    상기 측정된 전류 세기와 상기 임계치를 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계
    를 포함하는, 이물질 검출 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수신기 타입 식별자는 구성 및 식별 단계에서 구성 패킷 및 협상 단계에서 FOD(Foreign Object Detection) 상태 패킷 중 어느 하나에 포함되어 수신되는, 이물질 검출 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 판단 결과, 이물질이 존재하지 않으면, 협상 단계 또는 전력 전송 단계로 진입하는, 이물질 검출 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 판단 결과, 이물질이 존재하면, 품질 인자 값에 기반한 이물질 검출 절차가 수행되는 단계를 더 포함하고, 상기 품질 인자 값에 기반한 이물질 검출 절차를 통해 이물질이 존재하는 것으로 판단되면 NACK 패킷을 해당 무선 전력 수신기에 전송하고, 상기 품질 인자 값에 기반한 이물질 검출 절차를 통해 이물질이 존재하는 것으로 판단되면 ACK 패킷을 해당 무선 전력 수신기에 전송하는, 이물질 검출 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 판단 결과, 이물질이 존재하지 않으면, 협상 단계에서 FOD 상태 패킷을 수신한 후 ACK 패킷을 해당 무선 전력 수신기에 전송하는 단계를 더 포함하는, 이물질 검출 방법.
  6. 무선 전력 송신기에서의 이물질 검출 방법에 있어서,
    핑 단계에서 인버터에 입력되는 전류의 변화 비율을 산출하는 단계;
    수신기 타입 식별자가 포함된 패킷을 수신하는 단계
    상기 수신기 타입 식별자가 대응하는 이물질 검출을 위한 전류 세기 임계 비율을 결정하는 단계; 및
    상기 산출된 전류의 변화 비율과 상기 전류 세기 임계 비율을 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계
    를 포함하는, 이물질 검출 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 인버터에 입력되는 전류의 변화 비율은 물체가 감지되지 않은 상태에서 초기 인버터에 입력되는 전류 세기 값 대비 핑 단계에서 측정된 인버터 입력 전류 세기 값의 변화 비율로 산출되는, 이물질 검출 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계는
    상기 산출된 전류의 변화 비율이 상기 전류 세기 임계 비율을 초과하면, 이물질이 존재하는 것으로 판단하는 단계; 및
    상기 산출된 전류의 변화 비율이 상기 전류 세기 임계 비율보다 작거나 같으면, 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단하는 단계
    를 포함하는, 이물질 검출 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 수신기 타입 식별자는 구성 및 식별 단계에서 수신되는 구성 패킷 또는 협상 단계에서 수신되는 FOD(Foreign Object Detection) 상태 패킷 중 어느 하나에 포함되어 수신되는, 이물질 검출 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 판단 결과, 이물질이 존재하지 않으면, 협상 단계 또는 전력 전송 단계로 진입하는, 이물질 검출 방법.
  11. 이물질 검출 장치에 있어서,
    핑 단계에서 인버터에 입력되는 전류의 세기를 측정하는 센싱부;
    수신기 타입 식별자가 포함된 패킷을 수신하는 복조부; 및
    상기 수신기 타입 식별자가 대응하는 이물질 검출을 위한 임계치를 결정하고, 상기 측정된 전류 세기와 상기 임계치를 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 제어부
    를 포함하는, 이물질 검출 장치.
  12. 이물질 검출 장치에 있어서,
    핑 단계에서 인버터에 입력되는 전류의 세기를 측정하는 센싱부;
    수신기 타입 식별자가 포함된 패킷을 수신하는 복조부; 및
    상기 센싱부와 연동하여 상기 인버터에 입력되는 전류의 변화 비율을 산출하고, 상기 수신기 타입 식별자에 대응하는 이물질 검출을 위한 전류 세기 임계 비율을 결정하고, 상기 전류의 변화 비율과 상기 전류 세기 임계 비율을 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 제어부
    를 포함하는, 이물질 검출 장치.
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