WO2018038531A1 - Method for detecting foreign material, and apparatus and system therefor - Google Patents

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WO2018038531A1
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박재희
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엘지이노텍(주)
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    • H02J50/60—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power responsive to the presence of foreign objects, e.g. detection of living beings

Definitions

  • Wireless power transfer technology can be used in various industries, such as the mobile, IT, railroad and consumer electronics industries.
  • the foreign matter detection method further comprises the step of confirming whether or not the detected foreign matter is removed from the charging region, if the detected foreign matter is removed, starting the power transmission to the wireless power receiver. And, the warning alarm can be released.
  • the foreign matter detection status packet may further include mode information, and based on the mode information, it may be identified whether the information on the reference peak frequency is included in the foreign matter detection status packet.
  • the present invention is the foreign matter detection method and apparatus therefor capable of improving the foreign matter detection ability by adaptively performing the foreign matter detection method based on the quality factor and the foreign matter detection method based on the peak frequency according to whether or not the foreign matter detection by each method. And a system.
  • 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 provides a foreign matter detection method and apparatus therefor capable of detecting foreign matter more accurately by dynamically correcting the quality factor value measured at the time of foreign matter detection in accordance with the degree of movement of the current peak frequency relative to the reference peak frequency.
  • the present invention calculates the slope of the quality factor based on the output voltage level measured at the start frequency and the current peak frequency in the operating frequency band, and compares it with a predetermined quality factor slope threshold value foreign matter that can be detected more accurately It is an advantage to provide a detection method and apparatus and system therefor.
  • FIG. 4 is a state transition diagram for explaining a wireless power transmission procedure according to an embodiment of the present invention.
  • 5A and 5B are state transition diagrams for explaining a wireless power transmission procedure according to an embodiment of the present invention.
  • 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.
  • 15 is a diagram for explaining a message structure of a FOD status packet according to another embodiment of the present invention.
  • a method of detecting a foreign substance in a wireless power transmitter may include measuring a quality factor value corresponding to a reference operating frequency and searching for a current peak frequency having a maximum quality factor value in an operating frequency band when an object is detected. And receiving a foreign matter detection status packet including information on a reference peak frequency from a wireless power receiver, correcting the measured quality factor value by using a difference value between the current peak frequency and the reference peak frequency. And comparing the corrected quality factor value with a predetermined quality factor threshold value to determine the presence of foreign substances.
  • 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 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.
  • the power transmission from the transmitter to the receiver is largely selected in a selection phase 410, a ping phase 420, an identification and configuration phase 430, and a power transmission phase ( Power Transfer Phase 440).
  • the transmitter can transmit a very short pulse of an analog ping signal, which is based on the current change of the transmitting coil to the active area of the charging interface surface, i.e. the chargeable area. It can detect whether an object exists.
  • the selection step 510 is a step of transitioning when a specific error or a specific event is detected while initiating or maintaining power transmission, for example, including reference numerals S502, S504, S508, S510 and S512. Can be.
  • 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. In the selection step 510, 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
  • FIG. 5B a graph for explaining the change in the measured quality factor value when the wireless power receiver or the foreign material is disposed in the charging region is illustrated in FIG. 5B.
  • the transmitter may transition to identification and configuration step 530 to identify the receiver and collect receiver configuration and status information.
  • 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 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 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 multiplexer 621 may perform a switch function for transferring AC power to the transmission coil selected by the controller 640.
  • the controller 640 may select a transmission coil to be used for power transmission to the corresponding wireless power receiver based on the signal strength indicator received for each transmission coil.
  • 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 AC power to be transmitted only through a specific transmission coil in a specific time slot.
  • 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 not only transmit wireless power using the transmission coil unit 622 but also exchange various control signals and state information with the wireless power receiver through the transmission coil unit 622.
  • a separate coil corresponding to each of the first to nth transmitting coils of the transmitting coil unit 622 may be additionally provided in the wireless power transmitter 600, and wireless power may be provided by using the provided separate coil. Note that in-band communication with the receiver may also be performed.
  • the power transmitter 620 of the wireless power transmitter 600 includes a multiplexer 621 and a plurality of transmission coils 622, but this is only one embodiment. It should be noted that the power transmitter 620 according to the embodiment may be composed of one transmitting coil.
  • 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 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. ) To be transmitted to the wireless power transmitter 600.
  • 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 to identify whether a detection signal is received, and then, the main subject of 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 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 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.
  • 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 receiver 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 part, the header 920 value may be defined to have the same value in different steps of the wireless power transfer procedure.
  • 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.
  • 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.
  • 11-a is a view for explaining the basic structure of the foreign matter detection device (circuit) mounted on the wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.
  • the demodulator 1196 demodulates a signal received from the wireless power receiver and transmits the demodulated signal to the controller 1197.
  • the demodulator 1196 may demodulate and forward the FOD status packet to the controller 1197.
  • the control unit 1197 may include a reference quality factor value included in the FOD status packet, an operating frequency corresponding to the maximum quality factor value (reference peak frequency), and an operating frequency corresponding to a predetermined value or less than the reference quality factor value—for example,
  • the quality factor threshold value for the corresponding wireless power receiver may be determined based on at least one of operating frequencies at which a quality factor value of 5% or less of the reference quality factor value is measured.
  • the controller 1197 may continue charging or stop charging and return to the selection step according to the determination result of the presence of the foreign matter.
  • the foreign matter detection device 1100 may include a power supply 1101, a DC-DC converter 1110 (optional), an inverter 1120, a resonant circuit 1130, and the like.
  • the foreign matter detection apparatus 1100 according to the present embodiment may be mounted in a wireless power transmission apparatus.
  • the controller 1180 may determine a quality factor threshold and / or a peak frequency threshold for determining whether a foreign substance exists based on at least one of the received reference quality factor value and the reference peak frequency value. For example, a value corresponding to 90% of the reference quality factor value may be determined as the quality factor threshold value, but is not limited thereto.
  • the ratio applied to the threshold value determination may be defined according to the design of a person skilled in the art.
  • the controller 1180 may correct the reference measurement quality factor value Q_measured_reference based on the difference between the current peak frequency F_current_peak value and the reference peak frequency F_reference_peak value. For example, as the value obtained by subtracting the reference peak frequency value from the current peak frequency value may increase the reference measurement quality factor value.
  • a specific correction function which is a factor of the difference between the current peak frequency F_current_peak and the reference peak frequency F_reference_peak, may be predefined.
  • the correction function may be a linear function, but is not limited thereto and may be defined as a non-linear function such as an exponential function.
  • a quality factor correction value corresponding to the degree of movement of the current peak frequency with respect to the reference peak frequency may be configured and maintained in a table in a predetermined recording area of the foreign matter detection apparatus 1100.
  • the controller 1180 may detect the foreign matter disposed in the charging area by comparing the corrected reference measurement quality factor value and the determined quality factor threshold value.
  • the foreign matter detection apparatus 1100 may fail to detect the foreign matter by adaptively correcting the measured quality factor value based on the movement of the peak frequency when an object is detected in the selection step. This has the advantage of significantly lowering the probability.
  • FIG. 12 is a block diagram for explaining the configuration of a foreign matter detection apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the reference quality factor value measured at the reference operating frequency may be different according to the type of the wireless power receiver.
  • the frequency value having the maximum quality factor value in the operating frequency band may vary according to the type of the wireless power receiver.
  • the foreign substance detection apparatus 1200 may fail to detect the foreign substance by adaptively correcting the measured quality factor value based on the movement of the peak frequency when an object is detected in the selection step. This has the advantage of significantly lowering the probability.
  • the foreign matter detection apparatus measures the quality factor values for a plurality of different frequencies in the operating frequency band before entering the ping step 1320, and the measured quality factor values
  • the maximum frequency that is, the current peak frequency (F_current_peak)
  • F_current_peak the current peak frequency
  • the foreign matter detection apparatus may enter the identification and configuration step 1330 to identify the wireless power receiver, and set various configuration parameters for the identified wireless power receiver.
  • the information about the reference quality factor value may refer to a quality factor value measured for a reference operating frequency in a state in which a power of the corresponding wireless power receiver is turned off. When the power of the receiver is turned off, it may mean that power is not delivered to the load.
  • the information on the reference peak frequency value may mean a frequency having the largest quality factor value in the operating frequency band in a state where only the corresponding wireless power receiver is disposed in the charging region of the predetermined wireless power transmitter.
  • the wireless power receiver stores the reference peak frequency value in advance and may transmit it to the wireless power transmitter in the negotiation phase.
  • the foreign matter detection apparatus may determine whether there is a foreign matter by comparing the quality factor threshold value and the measured quality factor value.
  • the foreign matter detection apparatus may enter the power transmission step 1350 to initiate wireless charging of the corresponding wireless power receiver.
  • the foreign matter detection apparatus may determine the peak frequency threshold based on the reference peak frequency value.
  • the wireless power transmitter may determine the current quality factor value and the peak frequency (the frequency at which the maximum quality factor value is measured within the measured frequency range) through the quality factor measurement, and store them in a memory.
  • the wireless power transmitter may determine that the foreign matter does not exist. At this time, a next step (ex calibration or power transfer) for wireless power transfer may be performed.
  • the wireless power transmitter may further determine whether there is a foreign substance based on the received information about the reference peak frequency.
  • the wireless power transmitter may determine the peak frequency threshold using the reference peak frequency value.
  • the wireless power transmitter may compare the peak frequency threshold with the current peak frequency, and determine that there is a foreign substance when the current peak frequency is greater than or equal to the peak frequency threshold. On the other hand, in the following case, if the current peak frequency is less than the peak frequency threshold, the wireless power transmitter may determine that there is no foreign matter.
  • the procedure for determining the presence of foreign matter based on the quality factor value and the procedure for determining the presence of foreign matter based on the peak frequency may be reversed. That is, after the foreign material presence determination based on the peak frequency is first performed, the foreign matter detection capability can be further improved by further performing the determination of the presence of the foreign matter based on the quality factor value.
  • the wireless power transmitter may measure a quality factor value of the resonant circuit.
  • the quality factor value of the resonant circuit may mean an amplification ratio of the input / output voltage by the resonant capacitor when AC power of a specific frequency is applied to the resonant circuit. This may be referred to the description of FIGS. 11-A and 11-B above. In this case, a quality factor value for each frequency may be measured within an operating frequency range of the wireless power transmitter.
  • the wireless power transmitter may store the quality factor value measured for each frequency in a predetermined memory.
  • the wireless power transmitter may determine the quality factor threshold based on the received reference quality factor value.
  • the wireless power transmitter may determine whether there is a foreign substance using the quality factor threshold value and the measured quality factor value.
  • the measured quality factor value may use a quality factor value measured at a frequency corresponding to the received reference peak frequency. Since the measured quality factor value for each frequency is stored in the memory, the wireless power transmitter may identify a frequency corresponding to the received reference peak frequency and read the measured quality factor value corresponding to the identified frequency from the memory.
  • the mode 1402 field when the mode 1402 field is set to binary '00', all bits of the first data 1401 field are written as 0, corresponding to the reference quality factor value 1403 field. Information corresponding to the reference quality factor value measured and determined while the power receiver is turned off is recorded.
  • the mode 1402 field if the mode 1402 field is set to binary '01', the first data 1401 field has a frequency having the largest quality factor value in the operating frequency band while only the corresponding wireless power receiver is disposed in the charging region. Information corresponding to a reference peak frequency value is recorded. In this case, in the reference quality factor value 1403 field, information corresponding to the reference quality factor value measured and determined while the power of the corresponding wireless power receiver is turned off may be recorded. The resolution of the reference peak frequency value recorded in the first data 1401 may be determined based on the size of the operating frequency band.
  • the wireless power transmitter may determine that a foreign substance exists.
  • the wireless power transmitter may determine whether there is a foreign substance through method 2.
  • the reference value 1503 field means a frequency having the largest quality factor value in the operating frequency band while only the corresponding wireless power receiver is disposed in the charging region.
  • Information corresponding to a reference peak frequency value may be recorded.
  • the reference peak frequency may be searched in a state in which a foreign material is not disposed in the charging region and only a wireless power receiver in which the power is off exists.
  • the apparatus for transmitting power wirelessly measures a quality factor value corresponding to a reference operating frequency based on a difference between a reference peak frequency value and a current peak frequency value included in a FOD status packet received in a negotiation step, that is, a reference measurement quality factor value. - May be corrected (or compensated) (S1606).
  • the apparatus for transmitting power wirelessly may compare the corrected reference measurement quality factor value with the determined quality factor threshold to determine whether there is a foreign substance (S1607).
  • FIG. 17 is a table of experimental results for explaining a change of a peak frequency according to a reference peak frequency for each receiver type and a foreign material arrangement according to an embodiment of the present invention.
  • the measured quality factor value is reduced compared to the quality factor value measured when only the receiver is disposed when both the receiver and the foreign matter are present in the charging area.
  • FIG. 18 is a graph showing experimental results showing changes in quality factor values and peak frequencies according to foreign material arrangement in a wireless charging system according to the present invention.
  • the output voltage measuring unit 1920 may measure an output voltage level at a specific frequency within an operating frequency band.
  • the frequency at which the output voltage level is measured may include at least one of a start frequency F_start of the operating frequency band, a found current peak frequency, and an end frequency F_end of the operating frequency band.
  • the output voltage level may be the strength of the voltage applied to the transmitting coil of the resonant circuit, but is not limited thereto, and the position at which the output voltage level is measured may be different according to the design of a person skilled in the art.
  • the quality factor slope determiner 1930 may calculate a quality factor slope based on a voltage value for each specific frequency measured by the output voltage measurer 1920.
  • the output voltage level measured at the start frequency and the output voltage level measured at the current peak frequency will be referred to as V_start 'and Vc', respectively.
  • the quality factor slope (Q_slope ') is shown in the reference numeral 2020 of FIG. 20 to be described later, the following formula:
  • the foreign matter detection unit 1940 may determine whether there is a foreign matter by comparing the calculated first quality factor slope with a predefined first quality factor slope threshold.
  • the first quality factor slope threshold value may have a positive value.
  • the first quality factor slope threshold may be included in the foreign object detection status packet of FIG. 15 and received from the wireless power receiver.
  • the first quality factor slope threshold may be recorded in the reference value field, but this is only an example, and a new field for recording the first quality factor slope threshold in the foreign matter detection status packet may be defined. have.
  • the absolute value of the quality factor slope calculated when only the receiver is disposed in the charging region is greater than the absolute value of the quality factor slope calculated when both the receiver and the foreign matter are arranged.
  • the first quality factor slope threshold may be the same value for all wireless power receivers.
  • the first quality factor slope threshold may be directly received from a corresponding wireless power receiver through a communication unit (not shown).
  • the foreign matter detection apparatus 1900 is a first quality factor slope threshold value or (and) a second quality factor slope through a Foreign Object Detection (FOD) Status Packet (FOD) received from the wireless power receiver in a negotiation step.
  • the threshold value can be obtained.
  • the controller 1950 controls the overall operation of the foreign matter detection apparatus 1900, when foreign matter is detected by the foreign matter detection unit 1940, suspends power transmission to the corresponding wireless power receiver, and foreign matter exists in the charging region.
  • An alarm unit (not shown) provided to output a predetermined warning alarm indicating may be controlled.
  • the controller 1950 may monitor whether the detected foreign matter is removed from the charging area after outputting the warning alarm. As a result of the monitoring, when the foreign matter is removed, the controller 1950 may release the warning alarm and control the power transmission to the corresponding wireless power receiver to be resumed.
  • the apparatus for transmitting power wirelessly may detect an object disposed in the charging region.
  • the frequency offset (or number of frequencies) for determining frequencies at which the quality factor value is measured for the current peak frequency search in the operating frequency band may vary according to the design of those skilled in the art.
  • the operating frequency band may differ depending on the design of the wireless charging system and the standards applied.
  • the apparatus for transmitting power wirelessly may measure output voltage levels corresponding to a start frequency and a current peak frequency of an operating frequency band, respectively (S2103).
  • the wireless power transmitter may enter the power transmission step and start charging the corresponding wireless power receiver (S2106 and S2108).
  • the apparatus for transmitting power wirelessly may detect an object disposed in the charging area in the selection step (S2111).
  • the frequency offset (or number of frequencies) for determining frequencies at which the quality factor value is measured for the current peak frequency search in the operating frequency band may vary according to the design of those skilled in the art.
  • the operating frequency band may differ depending on the design of the wireless charging system and the standards applied.
  • the foreign matter detection status packet may have a field for transmitting information on a value of an angle unit corresponding to the quality factor slope threshold value or the quality factor slope threshold value. It may include.
  • the wireless power transmitter may stop transmitting the power signal and may control to output a predetermined warning alarm indicating that the foreign matter has been detected (S2116 and S2117).
  • the wireless power transmitter may enter the power transmission step and start charging the corresponding wireless power receiver (S2116 and S2118).

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Abstract

The present invention relates to a method for detecting foreign material, and an apparatus and a system therefor, and a method for detecting foreign material in a wireless power transmitter, according to one embodiment of the present invention, comprises the steps of: measuring a quality factor value, which corresponds to a reference operation frequency, when an object is sensed; searching for a current peak frequency having a maximum quality factor value within an operation frequency band; receiving, from a wireless power receiver, a foreign material detection state packet including information on a reference peak frequency; correcting the measured quality factor value by using a difference value between the current peak frequency and the reference peak frequency; and determining whether the foreign material exists by comparing the corrected quality factor value with a predetermined quality factor threshold value. Therefore, the present invention has an advantage of enabling foreign material to be more effectively and accurately detected.

Description

이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템Foreign object detection method and apparatus and system therefor
본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 상세하게, 무선 전력 송신기의 충전 영역에 배치된 이물질을 검출하는 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to wireless power transmission technology, and more particularly, to a method for detecting a foreign material disposed in a charging region of a wireless power transmitter, and an apparatus and system therefor.
최근 정보 통신 기술이 급속도로 발전함에 따라, 정보 통신 기술을 기반으로 하는 유비쿼터스 사회가 이루어지고 있다.Recently, with the rapid development of information and communication technology, a ubiquitous society based on information and communication technology is being made.
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. In order for telecommunications devices to be connected anytime and anywhere, sensors incorporating computer chips with communication functions must be installed in all social facilities. Therefore, the problem of power supply of these devices and sensors is a new problem. In addition, as the number of mobile devices such as Bluetooth handsets and music players such as iPods has increased rapidly, charging a battery has required users time and effort. In recent years, wireless power transmission technology has been attracting attention as a way to solve this problem.
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. 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.
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.To date, energy transmission using wireless may be classified into magnetic induction, electromagnetic resonance, and RF transmission using short wavelength radio frequency.
자기 유도 방식은 두 개의 코일을 서로 인접시킨 후 한 개의 코일에 전류를 흘려 보내면 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.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. 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).
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.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.
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.The short wavelength wireless power transmission scheme—simply, 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. In other words, 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.
무선 전력 전송 기술은 모바일 뿐만 아니라 IT, 철도, 가전 산업 등 산업 전반에 다양하게 활용될 수 있다.Wireless power transfer technology can be used in various industries, such as the mobile, IT, railroad and consumer electronics industries.
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.When a conductor other than a wireless power receiver, that is, a Foreign Object (FO), exists in the wirelessly chargeable area, an electromagnetic signal transmitted from the wireless power transmitter may be induced in the FO to increase the temperature. For example, the FO may include a coin, a clip, a pin, a ballpoint pen, and the like.
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 손상을 야기시킬 수 있다.If the FO is present between the wireless power receiver and the wireless power transmitter, not only 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 waste but also overheating may cause damage to the wireless power transmitter and the wireless power receiver.
따라서, 충전 영역에 위치한 FO를 정확히 검출하는 것은 무선 충전 기술 분야에서 중요한 이슈로 부각되고 있다.Therefore, accurately detecting the FO located in the charging area is an important issue in the field of wireless charging technology.
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.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.
본 발명의 다른 목적은 기준 피크 주파수 대비 현재 피크 주파수의 이동 정도에 상응하여 이물질 검출 시 측정된 품질 인자 값을 동적으로 보정함으로써, 이물질을 보다 정확하게 검출하는 것이 가능한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a foreign matter detection method and apparatus therefor, which can detect foreign matter more accurately by dynamically correcting a quality factor value measured at the time of foreign material detection in accordance with the degree of movement of the current peak frequency relative to a reference peak frequency. It is.
본 발명의 또 다른 목적은 동작 주파수 대역 내 시작 주파수와 현재 피크 주파수에서 측정된 출력 전압 레벨에 기반하여 품질 인자 기울기를 산출하고, 이를 소정 품질 인자 기울기 임계 값과 비교함으로써 보다 정확하게 이물질을 감지하는 것이 가능한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to calculate the quality factor slope based on the output voltage level measured at the start frequency and the current peak frequency in the operating frequency band, and to detect the foreign matter more accurately by comparing it with a predetermined quality factor slope threshold value. It is to provide a possible foreign material detection method and apparatus and system therefor.
본 발명의 또 다른 목적은 동작 주파수 대역 내 시작 주파수와 현재 피크 주파수에서 측정된 품질 인자 값에 기반하여 품질 인자 기울기를 산출하고, 이를 소정 품질 인자 기울기 임계 값과 비교함으로써, 보다 정확하게 이물질을 감지하는 것이 가능한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to calculate the quality factor slope based on the quality factor value measured at the start frequency and the current peak frequency in the operating frequency band, and compare it with a predetermined quality factor slope threshold value to more accurately detect foreign matters. It is possible to provide a foreign matter detection method and apparatus and system therefor.
본 발명의 또 다른 목적은 품질 인자에 기반한 이물질 검출 방법 및 피크 주파수에 기반한 이물질 검출 방법을 적응적으로 적용함으로써, 이물질 검출 능력을 향상시키는 것이 가능한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a foreign substance detection method and apparatus and system therefor capable of improving foreign substance detection ability by adaptively applying foreign substance detection method based on quality factor and foreign substance detection method based on peak frequency. .
본 발명의 또 다른 목적은 피크 주파수의 이동 방향에 기반하여 이물질을 검출하는 것이 가능한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a foreign matter detection method capable of detecting foreign matter based on a moving direction of a peak frequency, and an apparatus and system therefor.
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.Technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned above will be clearly understood by those skilled in the art from the following description. Could be.
본 발명은 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공할 수 있다.The present invention can provide a foreign matter detection method and apparatus and system therefor.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 이물질 검출 방법은 물체를 감지하면, 기준 동작 주파수에 상응하는 품질 인자 값을 측정하는 단계와 동작 주파수 대역 내 품질 인자 값이 최대인 현재 피크 주파수를 탐색하는 단계와 기준 피크 주파수에 관한 정보가 포함된 이물질 검출 상태 패킷을 무선 전력 수신기로부터 수신하는 단계와 상기 현재 피크 주파수와 상기 기준 피크 주파수의 차이 값을 이용하여 상기 측정된 품질 인자 값을 보정하는 단계와 상기 보정된 품질 인자 값과 소정 품질 인자 임계 값을 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when a foreign object is detected in a wireless power transmitter, when detecting an object, measuring a quality factor value corresponding to a reference operating frequency and a current peak frequency having a maximum quality factor value in an operating frequency band. Receiving the foreign object detection status packet including information regarding the search and reference peak frequency from a wireless power receiver, and correcting the measured quality factor value by using a difference value between the current peak frequency and the reference peak frequency. And comparing the corrected quality factor value with a predetermined quality factor threshold to determine the presence of foreign matter.
여기서, 상기 이물질 검출 상태 패킷은 기준 품질 인자 값을 더 포함하되, 상기 품질 인자 임계 값은 상기 기준 품질 인자 값에 기반하여 결정되고, 상기 기준 품질 인자 값은 상기 무선 전력 수신기의 전원이 OFF된 상태에서 상기 기준 동작 주파수에 대응하여 측정된 품질 인자 값일 수 있다.Here, the foreign matter detection status packet further includes a reference quality factor value, wherein the quality factor threshold value is determined based on the reference quality factor value, and the reference quality factor value is a state in which the power of the wireless power receiver is turned off. May be a quality factor value measured corresponding to the reference operating frequency.
또한, 상기 기준 피크 주파수는 충전 영역에 상기 무선 전력 수신기만이 배치된 상태에서 상기 동작 주파수 대역 내 최대 품질 인자 값을 가지는 주파수일 수 있다.The reference peak frequency may be a frequency having a maximum quality factor value in the operating frequency band in a state where only the wireless power receiver is disposed in a charging region.
또한, 상기 이물질 검출 방법은 상기 감지된 물체가 무선 전력 전송이 가능한 수신기인지 식별하는 단계를 더 포함하고, 상기 품질 인자 값은 상기 물체를 감지한 후, 상기 식별하는 단계로의 진입 이전에 전력 전송을 일시 중단한 상태에서 측정될 수 있다.In addition, the foreign matter detection method further comprises the step of identifying whether the detected object is a receiver capable of wireless power transmission, the quality factor value after detecting the object, the power transmission before entering the step of identifying Can be measured in a suspended state.
또한, 상기 이물질 검출 방법은 상기 판단 결과에 따라 이물질이 검출되면, 상기 무선 전력 수신기로의 전력 전송을 중단하는 단계를 더 포함할 수 있다.The foreign matter detection method may further include stopping power transmission to the wireless power receiver when a foreign matter is detected according to the determination result.
또한, 상기 이물질 검출 방법은 상기 전력 전송을 중단한 후 이물질이 검출되었음을 지시하는 소정 경고 알람을 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.The foreign matter detection method may further include outputting a predetermined warning alarm indicating that the foreign matter has been detected after stopping the power transmission.
또한, 상기 이물질 검출 방법은 상기 검출된 이물질이 충전 영역에서 제거되었는지 여부를 확인하는 단계를 더 포함하되, 상기 확인 결과, 상기 검출된 이물질이 제거된 경우, 상기 무선 전력 수신기로의 전력 전송을 개시하고, 상기 경고 알람을 해제할 수 있다. In addition, the foreign matter detection method further comprises the step of confirming whether or not the detected foreign matter is removed from the charging region, if the detected foreign matter is removed, starting the power transmission to the wireless power receiver. And, the warning alarm can be released.
또한, 상기 이물질 검출 상태 패킷은 모드 정보를 더 포함하고, 상기 모드 정보에 기반하여 상기 기준 피크 주파수에 관한 정보가 상기 이물질 검출 상태 패킷에 포함되었는지 식별될 수 있다.In addition, the foreign matter detection status packet may further include mode information, and based on the mode information, it may be identified whether the information on the reference peak frequency is included in the foreign matter detection status packet.
또한, 상기 이물질 검출 방법은 상기 기준 피크 주파수에 대응되는 제1 최대 품질 인자 값을 상기 무선 전력 수신기로부터 수신하는 단계와 상기 제1 최대 품질 인자 값에서 상기 현재 피크 주파수에 대응되는 제2 최대 품질 인자 값을 차감하여 품질 인자 이동 값을 산출하는 단계를 더 포함하고, 상기 품질 인자 이동 값을 더 이용하여 상기 측정된 품질 인자 값을 보정할 수 있다.The foreign matter detection method may further include receiving a first maximum quality factor value corresponding to the reference peak frequency from the wireless power receiver and a second maximum quality factor corresponding to the current peak frequency at the first maximum quality factor value. The method may further include calculating a quality factor shift value by subtracting the value, and correcting the measured quality factor value by further using the quality factor shift value.
또한, 상기 제1 최대 품질 인자 값은 상기 이물질 검출 상태 패킷에 포함되어 수신될 수 있다.In addition, the first maximum quality factor value may be received in the foreign matter detection status packet.
또한, 상기 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계는 상기 보정된 품질 인자 값이 상기 품질 인자 임계 값보다 작으면, 이물질이 존재하는 것으로 판단하는 단계와 상기 보정된 품질 인자 값이 상기 품질 인자 임계 값보다 크거나 같으면, 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.The determining of the presence or absence of the foreign matter may include determining that the foreign matter exists and the corrected quality factor value is greater than the quality factor threshold value if the corrected quality factor value is smaller than the quality factor threshold value. If greater than or equal to, it may include determining that there is no foreign matter.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 이물질 검출 방법은 물체를 감지하면, 동작 주파수 대역 내 품질 인자 값이 최대인 현재 피크 주파수를 탐색하는 단계와 상기 동작 주파수 대역의 시작 주파수와 상기 현재 피크 주파수에서의 출력 전압 레벨을 측정하는 단계와 상기 측정된 출력 전압 레벨에 기반하여 품질 인자 기울기를 산출하는 단계와 상기 산출된 품질 인자 기울기에 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, when a foreign object detection method in a wireless power transmitter detects an object, searching for a current peak frequency having a maximum quality factor value in an operating frequency band, and starting frequency and the starting frequency of the operating frequency band. Measuring an output voltage level at a current peak frequency; calculating a quality factor slope based on the measured output voltage level; and determining whether a foreign substance is present based on the calculated quality factor slope. Can be.
여기서, 상기 품질 인자 기울기는 상기 현재 피크 주파수에 대응되는 출력 전압 레벨과 상기 시작 주파수에 대응되는 출력 전압 레벨의 차이 값을 상기 현재 피크 주파수와 상기 시작 주파수의 차이 값으로 나누어 산출될 수 있다.Here, the quality factor slope may be calculated by dividing a difference value between an output voltage level corresponding to the current peak frequency and an output voltage level corresponding to the start frequency by a difference value between the current peak frequency and the start frequency.
또한, 상기 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계는 상기 산출된 품질 인자 기울기가 소정 품질 인자 기울기 임계 값보다 작은지 판단하는 단계와 상기 판단 결과, 작으면, 이물질이 존재하는 것으로 판단하는 단계와 상기 판단 결과, 크거나 같으면, 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.The determining of the presence of the foreign matter may include determining whether the calculated quality factor slope is smaller than a predetermined quality factor slope threshold value, and if the result is small, determining that the foreign matter exists and determining the presence of the foreign matter. As a result, if greater than or equal to, it may include determining that there is no foreign matter.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 이물질 검출 방법은 물체를 감지하면, 동작 주파수 대역 내 품질 인자 값이 최대인 현재 피크 주파수를 탐색하는 단계와 상기 동작 주파수 대역의 시작 주파수와 상기 현재 피크 주파수에서의 품질 인자 값을 확정하는 단계와 상기 확정된 품질 인자 값에 기반하여 품질 인자 기울기를 산출하는 단계와 상기 산출된 품질 인자 기울기에 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, when a foreign object detection method in a wireless power transmitter detects an object, searching for a current peak frequency having a maximum quality factor value in an operating frequency band, and starting frequency of the operating frequency band. Determining a quality factor value at the current peak frequency, calculating a quality factor slope based on the determined quality factor value, and determining whether a foreign substance is present based on the calculated quality factor slope. can do.
여기서, 상기 품질 인자 기울기는 상기 현재 피크 주파수에 대응되는 품질 인자 값과 상기 시작 주파수에 대응되는 품질 인자 값의 차이 값을 상기 현재 피크 주파수와 상기 시작 주파수의 차이 값으로 나누어 산출될 수 있다.The slope of the quality factor may be calculated by dividing a difference value between a quality factor value corresponding to the current peak frequency and a quality factor value corresponding to the start frequency by a difference value between the current peak frequency and the start frequency.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 충전 영역에 배치된 이물질을 검출하는 이물질 검출 장치는 물체가 감지되면, 기준 동작 주파수에 상응하는 품질 인자 값을 측정하는 측정부와 동작 주파수 대역 내 품질 인자 값이 최대인 현재 피크 주파수를 탐색하는 탐색부와 기준 피크 주파수에 관한 정보가 포함된 이물질 검출 상태 패킷을 무선 전력 수신기로부터 수신하는 통신부와 상기 현재 피크 주파수와 상기 기준 피크 주파수의 차이 값을 이용하여 상기 측정된 품질 인자 값을 보정하는 보정부와 상기 보정된 품질 인자 값과 소정 품질 인자 임계 값을 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 검출부를 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a foreign matter detection device for detecting a foreign material disposed in a charging region includes a measuring unit measuring a quality factor value corresponding to a reference operating frequency and a quality factor value in an operating frequency band when an object is detected. The search unit for searching for the maximum current peak frequency and the communication unit for receiving the foreign matter detection status packet including information on the reference peak frequency from the wireless power receiver and the difference value between the current peak frequency and the reference peak frequency. It may include a correction unit for correcting the measured quality factor value and a detector for determining the presence of foreign matter by comparing the corrected quality factor value and a predetermined quality factor threshold value.
여기서, 상기 이물질 검출 상태 패킷은 기준 품질 인자 값을 더 포함하되, 상기 품질 인자 임계 값은 상기 기준 품질 인자 값에 기반하여 결정되고, 상기 기준 품질 인자 값은 상기 무선 전력 수신기의 전원이 OFF된 상태에서 상기 기준 동작 주파수에 대응하여 측정된 품질 인자 값일 수 있다.Here, the foreign matter detection status packet further includes a reference quality factor value, wherein the quality factor threshold value is determined based on the reference quality factor value, and the reference quality factor value is a state in which the power of the wireless power receiver is turned off. May be a quality factor value measured corresponding to the reference operating frequency.
또한, 상기 기준 피크 주파수는 충전 영역에 상기 무선 전력 수신기만이 배치된 상태에서 상기 동작 주파수 대역 내 최대 품질 인자 값을 가지는 주파수일 수 있다.The reference peak frequency may be a frequency having a maximum quality factor value in the operating frequency band in a state where only the wireless power receiver is disposed in a charging region.
또한, 상기 측정부가 상기 무선 전력 수신기를 식별하는 절차로의 진입 이전에 전력 전송을 일시 중단한 상태에서 상기 품질 인자 값을 측정하고, 상기 현재 피크 주파수를 탐색할 수 있다.The measurement unit may measure the quality factor value and search for the current peak frequency in a state in which power transmission is suspended before entering the procedure of identifying the wireless power receiver.
또한, 상기 판단 결과에 따라 이물질이 검출되면, 상기 무선 전력 수신기로의 전력 전송이 중단될 수 있다.In addition, when a foreign matter is detected according to the determination result, power transmission to the wireless power receiver may be stopped.
또한, 상기 이물질 검출 장치는 상기 전력 전송이 중단된 후 이물질이 검출되었음을 지시하는 소정 경고 알람을 출력하는 알람부를 더 포함할 수 있다.In addition, the foreign matter detection device may further include an alarm unit for outputting a predetermined warning alarm indicating that the foreign matter is detected after the power transmission is stopped.
또한, 상기 이물질 검출 장치는 상기 검출된 이물질이 충전 영역에서 제거되었는지 여부를 확인하는 제어부를 더 포함하고, 상기 확인 결과, 상기 검출된 이물질이 제거된 경우, 상기 제어부가 상기 무선 전력 수신기로의 전력 전송을 재개시키고, 상기 경고 알람이 해제되도록 제어할 수 있다.The foreign matter detection apparatus may further include a controller configured to check whether the detected foreign matter has been removed from the charging region, and when the detected foreign matter is removed, the controller transmits power to the wireless power receiver. The transmission may be resumed and the warning alarm may be released.
또한, 상기 이물질 검출 상태 패킷은 모드 정보를 더 포함하고, 상기 모드 정보에 기반하여 상기 기준 피크 주파수에 관한 정보가 상기 이물질 검출 상태 패킷에 포함되었는지 식별될 수 있다.In addition, the foreign matter detection status packet may further include mode information, and based on the mode information, it may be identified whether the information on the reference peak frequency is included in the foreign matter detection status packet.
또한, 상기 보정부가 상기 기준 피크 주파수에 대응되는 제1 최대 품질 인자 값을 상기 통신부를 통해 상기 무선 전력 수신기로부터 수신하면, 상기 제1 최대 품질 인자 값에서 상기 현재 피크 주파수에 대응되는 제2 최대 품질 인자 값을 차감하여 품질 인자 이동 값을 산출하고, 상기 품질 인자 이동 값을 더 이용하여 상기 측정된 품질 인자 값을 보정할 수 있다.In addition, when the correction unit receives a first maximum quality factor value corresponding to the reference peak frequency from the wireless power receiver through the communication unit, a second maximum quality corresponding to the current peak frequency at the first maximum quality factor value. A quality factor shift value may be calculated by subtracting a factor value, and the measured quality factor value may be corrected by further using the quality factor shift value.
여기서, 상기 제1 최대 품질 인자 값은 상기 이물질 검출 상태 패킷에 포함되어 수신될 수 있다.Here, the first maximum quality factor value may be included in the foreign matter detection status packet and received.
또한, 상기 검출부가 상기 보정된 품질 인자 값이 상기 품질 인자 임계 값보다 작으면, 이물질이 존재하는 것으로 판단하고, 상기 보정된 품질 인자 값이 상기 품질 인자 임계 값보다 크거나 같으면, 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.In addition, if the detected quality factor value is less than the quality factor threshold value, the detector determines that there is a foreign material. If the corrected quality factor value is greater than or equal to the quality factor threshold value, the foreign material does not exist. You can judge that you do not.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 충전 영역에 배치된 이물질을 검출하는 이물질 검출 장치는 물체가 감지되면, 동작 주파수 대역 내 품질 인자 값이 최대인 현재 피크 주파수를 탐색하는 피크 주파수 탐색부와 상기 동작 주파수 대역의 시작 주파수와 상기 현재 피크 주파수에서의 출력 전압 레벨을 측정하는 출력 전압 측정부와 상기 측정된 출력 전압 레벨에 기반하여 품질 인자 기울기를 산출하는 품질 인자 기울기 결정부와 상기 산출된 품질 인자 기울기에 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 이물질 검출부를 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a foreign matter detection device for detecting a foreign material disposed in a charging region includes a peak frequency search unit for searching for a current peak frequency having a maximum quality factor value in an operating frequency band when an object is detected; An output voltage measuring unit for measuring a start frequency of an operating frequency band and an output voltage level at the current peak frequency, a quality factor slope determining unit calculating a quality factor slope based on the measured output voltage level, and the calculated quality factor It may include a foreign matter detection unit for determining the presence of foreign matters based on the slope.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 충전 영역에 배치된 이물질을 검출하는 이물질 검출 장치는 물체가 감지되면, 동작 주파수 대역 내 품질 인자 값이 최대인 현재 피크 주파수를 탐색하는 피크 주파수 탐색부와 상기 동작 주파수 대역의 시작 주파수와 상기 현재 피크 주파수에서의 품질 인자 값을 측정하는 품질 인자 측정부와 상기 측정된 품질 인자 값에 기반하여 품질 인자 기울기를 산출하는 품질 인자 기울기 결정부와 상기 산출된 품질 인자 기울기에 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 이물질 검출부를 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a foreign matter detection device for detecting a foreign material disposed in a charging region includes a peak frequency search unit for searching for a current peak frequency having a maximum quality factor value in an operating frequency band when an object is detected; A quality factor measuring unit measuring a quality factor value at a start frequency of the operating frequency band and the current peak frequency, a quality factor slope determining unit calculating a quality factor slope based on the measured quality factor value, and the calculated quality factor It may include a foreign matter detection unit for determining the presence of foreign matters based on the slope.
또한, 본 발명은 품질 인자에 기반한 이물질 검출 방법 및 피크 주파수에 기반한 이물질 검출 방법을 각 방법 별 이물질 검출 여부에 따라 적응적으로 수행함으로써, 이물질 검출 능력을 향상시키는 것이 가능한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공할 수 있다.In addition, the present invention is the foreign matter detection method and apparatus therefor capable of improving the foreign matter detection ability by adaptively performing the foreign matter detection method based on the quality factor and the foreign matter detection method based on the peak frequency according to whether or not the foreign matter detection by each method. And a system.
또한, 본 발명은 기준 피크 주파수 대비 현재 피크 주파수의 이동 방향에 기반하여 이물질을 검출하는 것이 가능한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a foreign matter detection method and apparatus and system therefor capable of detecting foreign matter on the basis of the moving direction of the current peak frequency with respect to the reference peak frequency.
본 발명의 또 다른 일 실시예는 상기 이물질 검출 방법들 중 어느 하나의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공될 수 있다.In another embodiment of the present invention, a computer-readable recording medium may be provided that records a program for executing any one of the foreign matter detection methods.
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.The above aspects of the present invention are only some of the preferred embodiments of the present invention, and various embodiments in which the technical features of the present invention are reflected will be described in detail below by those skilled in the art. Can be derived and understood.
본 발명에 따른 방법, 장치 및 시스템에 대한 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.The effects on the method, apparatus and system according to the present invention are described as follows.
본 발명은 무선 충전을 위한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 장점이 있다.The present invention has an advantage of providing a foreign matter detection method for wireless charging and an apparatus and system therefor.
또한, 본 발명은 보다 정확하게 이물질을 검출하는 것이 가능한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 장점이 있다.In addition, the present invention has the advantage of providing a foreign matter detection method and apparatus and system therefor capable of detecting foreign matter more accurately.
또한, 본 발명은 불필요한 전력 낭비 및 이물질에 의한 발열 현상을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.In addition, the present invention has the advantage of minimizing unnecessary power waste and heat generation by foreign matter.
또한, 본 발명은 기준 피크 주파수 대비 현재 피크 주파수의 이동 정도에 상응하여 이물질 검출 시 측정된 품질 인자 값을 동적으로 보정함으로써, 이물질을 보다 정확하게 검출하는 것이 가능한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치를 제공하는 장점이 있다.In addition, the present invention provides a foreign matter detection method and apparatus therefor capable of detecting foreign matter more accurately by dynamically correcting the quality factor value measured at the time of foreign matter detection in accordance with the degree of movement of the current peak frequency relative to the reference peak frequency. There is an advantage.
또한, 본 발명은 동작 주파수 대역 내 시작 주파수와 현재 피크 주파수에서 측정된 출력 전압 레벨에 기반하여 품질 인자 기울기를 산출하고, 이를 소정 품질 인자 기울기 임계 값과 비교함으로써 보다 정확하게 이물질을 감지하는 것이 가능한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 장점이 있다. In addition, the present invention calculates the slope of the quality factor based on the output voltage level measured at the start frequency and the current peak frequency in the operating frequency band, and compares it with a predetermined quality factor slope threshold value foreign matter that can be detected more accurately It is an advantage to provide a detection method and apparatus and system therefor.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 동작 주파수 대역 내 시작 주파수와 현재 피크 주파수에서 측정된 품질 인자 값에 기반하여 품질 인자 기울기를 산출하고, 이를 소정 품질 인자 기울기 임계 값과 비교함으로써, 보다 정확하게 이물질을 감지하는 것이 가능한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 장점이 있다.In addition, another object of the present invention is to calculate the quality factor slope based on the quality factor value measured at the start frequency and the current peak frequency in the operating frequency band, and compares it with a predetermined quality factor slope threshold value, thereby more accurately It is an advantage to provide a foreign matter detection method capable of sensing and an apparatus and system therefor.
또한, 본 발명은 품질 인자에 기반한 이물질 검출 방법 및 피크 주파수에 기반한 이물질 검출 방법을 적응적으로 적용함으로써, 이물질 검출 능력을 향상시키는 것이 가능한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 장점이 있다.In addition, the present invention has an advantage of providing a foreign matter detection method and apparatus and system therefor capable of improving foreign matter detection capability by adaptively applying a foreign matter detection method based on quality factors and a foreign matter detection method based on peak frequency. .
또한, 본 발명은 피크 주파수의 이동 방향에 기반하여 이물질을 검출하는 것이 가능한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 장점이 있다.In addition, the present invention has the advantage of providing a foreign matter detection method and apparatus and system therefor capable of detecting foreign matter based on the moving direction of the peak frequency.
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.The effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned above may be clearly understood by those skilled in the art from the following description. will be.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.2 is a block diagram illustrating a wireless charging system according to another embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템에서의 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining a detection signal transmission procedure in a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.4 is a state transition diagram for explaining a wireless power transmission procedure according to an embodiment of the present invention.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.5A and 5B are state transition diagrams for explaining a wireless power transmission procedure according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.6 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.
도 7은 상기 도 6에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.FIG. 7 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power receiver interworking with the wireless power transmitter according to FIG. 6.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 신호의 변조 및 복조 방법을 설명하기 위한 도면이다.8 is a diagram for describing a method of modulating and demodulating a wireless power signal according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 패킷 포맷을 설명하기 위한 도면이다.9 is a diagram for describing a packet format according to an embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 패킷의 종류를 설명하기 위한 도면이다.10 is a diagram for explaining types of packets according to an embodiment of the present invention.
도 11a 및 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.11A and 11B are views for explaining the structure of a foreign matter detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 12는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.12 is a block diagram illustrating a structure of a foreign matter detection apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 13a 내지 13d는 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치에서의 이물질 검출을 위한 상태 천이 절차를 설명하기 위한 도면이다.13A to 13D are views for explaining a state transition procedure for detecting a foreign matter in the foreign matter detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 14a 내지 14b는 본 발명의 일 실시예에 따른 FOD 상태 패킷의 메시지 구조를 설명하기 위한 도면이다.14A to 14B illustrate a message structure of a FOD status packet according to an embodiment of the present invention.
도 15는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 FOD 상태 패킷의 메시지 구조를 설명하기 위한 도면이다.15 is a diagram for explaining a message structure of a FOD status packet according to another embodiment of the present invention.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 이물질 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.16 is a flowchart illustrating a foreign material detection method in a wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기 타입 별 기준 피크 주파수와 이물질 배치에 따른 피크 주파수 변화를 설명하기 위한 실험 결과 테이블이다.FIG. 17 is a table of experimental results for explaining a change of a peak frequency according to a reference peak frequency for each receiver type and a foreign material arrangement according to an embodiment of the present invention.
도 18은 본 발명에 따른 무선 충전 시스템에서의 이물질 배치에 따른 품질 인자 값 및 피크 주파수의 변화를 보여주는 실험 결과 그래프이다.18 is a graph showing experimental results showing changes in quality factor values and peak frequencies according to foreign material arrangement in a wireless charging system according to the present invention.
도 19는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.19 is a block diagram illustrating a configuration of a foreign substance detection apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 20은 본 발명에 따른 무선 충전 시스템에서 이물질 존재 여부에 따른 품질 인자 기울기의 변화를 설명하기 위한 도면이다.20 is a view for explaining a change in the slope of the quality factor according to the presence of foreign matter in the wireless charging system according to the present invention.
도 21a 내지 21b는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 이물질 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.21A to 21B are flowcharts illustrating a foreign material detection method in a wireless power transmission apparatus according to another embodiment of the present invention.
일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 이물질 검출 방법은 물체를 감지하면, 기준 동작 주파수에 상응하는 품질 인자 값을 측정하는 단계와 동작 주파수 대역 내 품질 인자 값이 최대인 현재 피크 주파수를 탐색하는 단계와 기준 피크 주파수에 관한 정보가 포함된 이물질 검출 상태 패킷을 무선 전력 수신기로부터 수신하는 단계와 상기 현재 피크 주파수와 상기 기준 피크 주파수의 차이 값을 이용하여 상기 측정된 품질 인자 값을 보정하는 단계와 상기 보정된 품질 인자 값과 소정 품질 인자 임계 값을 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment, a method of detecting a foreign substance in a wireless power transmitter may include measuring a quality factor value corresponding to a reference operating frequency and searching for a current peak frequency having a maximum quality factor value in an operating frequency band when an object is detected. And receiving a foreign matter detection status packet including information on a reference peak frequency from a wireless power receiver, correcting the measured quality factor value by using a difference value between the current peak frequency and the reference peak frequency. And comparing the corrected quality factor value with a predetermined quality factor threshold value to determine the presence of foreign substances.
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.Hereinafter, an apparatus and various methods to which embodiments of the present invention are applied will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The suffixes "module" and "unit" for components used in the following description are given or used in consideration of ease of specification, and do not have distinct meanings or roles from each other.
실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 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.In the description of the embodiments, when described as being formed on the "top" or "bottom" of each component, 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. In addition, when expressed as "up (up) or down (down)" may include the meaning of the down direction as well as the up direction based on one component.
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.In the description of the embodiment, 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. In addition, as a representation of a device equipped with a function for receiving wireless power from the wireless power transmitter, for convenience of description, 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.
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.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. To this end, the transmitter may comprise at least one wireless power transmission means. Herein, 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. Here, 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.
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.In addition, 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. Here, 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.
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. 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 the present invention is not limited thereto. It is enough.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다. 1 is a block diagram illustrating a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
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. Referring to FIG. 1, 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.
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.For example, 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.
인밴드 통신에 있어서, 무선 전력 송신단(10)에 의해 송출된 전력 신호(41)가 무선 전력 수신단(20)에 수신되면, 무선 전력 수신단(20)은 수신된 전력 신호를 변조하고, 변조된 신호(42)가 무선 전력 송신단(10)에 전송될 수 있다. In in-band communication, when the power signal 41 transmitted by the wireless power transmitter 10 is received by the wireless power receiver 20, the wireless power receiver 20 modulates the received power signal and modulates the received signal. 42 may be transmitted to the wireless power transmitter 10.
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. In another example, 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.
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. For example, 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. Here, 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.
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. 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.
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.  For example, 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.
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. In the half-duplex communication method, 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.
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. The wireless power receiver 20 according to an embodiment of the present invention may obtain various state information of the electronic device 30. For example, 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.
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. In particular, the wireless power transmitter 10 according to an embodiment of the present invention 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.
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. In addition, 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. In this case, when the quick charge request button is selected by the user, 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.
도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.2 is a block diagram illustrating a wireless charging system according to another embodiment of the present invention.
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. For example, as illustrated by reference numeral 200a, 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. In this case, 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. As another example, 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.
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. In this case, 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
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. As another example, as shown at 200b, the wireless power transmitter 10 may be configured with a plurality of wireless power transmitters. In this case, 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. In this case, 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.
그 외에도 복수의 무선전력 송신 장치가 복수의 무선전력 수신장치에게 전력을 전송할 수도 있다. 이 때, 하나의 무선전력 송신장치는 하나의 무선전력 수신장치에게 전력을 전송한다.In addition, the plurality of wireless power transmitters may transmit power to the plurality of wireless power receivers. At this time, one wireless power transmitter transmits power to one wireless power receiver.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템에서의 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다. 3 is a view for explaining a detection signal transmission procedure in a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
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. For example, 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.
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. As shown in FIG. 3, 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. Subsequently, the wireless power transmitter sequentially transmits the detection signal 127 through the secondary detection signal transmission procedure shown in FIG. 120, and transmits power among the transmission coils 111 and 112 where the signal strength indicator 126 is received. The efficiency (or charging efficiency)-that is, the alignment between the transmitting coil and the receiving coil-can identify a good transmitting coil and control that power can be sent through the identified transmitting coil-i.e. wireless charging is made. .
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. As shown in FIG. 3, 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.
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 If the signal strength indicators 116 and 126 are received at the first transmission coil 111 and the second transmission coil 112, as shown in the reference numerals 110 and 120 of FIG. 3, 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.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다. 4 is a state transition diagram for explaining a wireless power transmission procedure according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 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. Referring to FIG. 4, the power transmission from the transmitter to the receiver is largely selected in a selection phase 410, a ping phase 420, an identification and configuration phase 430, and a power transmission phase ( Power Transfer Phase 440).
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. 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. Here, specific errors and specific events will be apparent from the following description.
또한, 선택 단계(410)에서 송신기는 충전 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다. 만약, 송신기가 충전 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것을 감지하면, 핑 단계(420)로 천이할 수 있다(S401). In addition, in the selection step 410, the transmitter may monitor whether an object is present on the charging interface surface. If the transmitter detects that an object is placed on the surface of the charging interface, it may transition to the ping step 420 (S401).
선택 단계(410)에서 송신기는 매우 짧은 펄스의 아날로그 핑(Analog Ping) 신호를 전송할 수 있으며, 송신 코일의 전류 변화에 기반하여 충전 인터페이스 표면의 활성 영역(Active Area)-즉, 충전 가능 영역-에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다. In the selection step 410, the transmitter can transmit a very short pulse of an analog ping signal, which is based on the current change of the transmitting coil to the active area of the charging interface surface, i.e. the chargeable area. It can detect whether an object exists.
핑 단계(420)에서 송신기는 물체를 감지하면, 수신기를 활성화-즉, 부팅(booting)-시키고, 상기 물체가 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). In ping step 420, when the transmitter detects an object, it activates, ie, boots, the receiver and sends a digital ping to identify whether the object is a receiver. 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).
핑 단계(420)가 완료되면, 송신기는 수신기를 식별하고, 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(430)로 천이할 수 있다(S404). When the ping step 420 is completed, the transmitter may transition to the identification and configuration step 430 for identifying the receiver and collecting receiver configuration and status information (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). In the identification and configuration step 430, 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).
수신기에 대한 식별 및 구성이 완료되면, 송신기는 무선 전력을 전송하는 전력 전송 단계(440)로 천이할 수 있다(S406). When identification and configuration of the receiver is completed, the transmitter may transition to a power transmission step 440 for transmitting wireless power (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). In the power transfer step 440, 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).
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). In addition, in the power transmission step 440, if it is necessary to reconfigure the power transmission contract in accordance with the change in the transmitter state, the transmitter may transition to the identification and configuration step 430 (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. The power transmission contract may be set based on state and characteristic information of the transmitter and the receiver. For example, 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.
도 5a 및 도 5b는 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.5A and 5B are state transition diagrams for explaining a wireless power transfer procedure.
도 5a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 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. Referring to FIG. 5A, power transmission from a transmitter to a receiver according to an embodiment of the present invention is largely selected as a selection phase 510, a ping phase 520, an identification and configuration phase. , 530, a negotiation phase 540, a calibration phase 550, a power transfer phase 560, and a renegotiation phase 570.
선택 단계(510)는 파워 전송을 시작하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계-예를 들면, 도면 부호 S502, S504, S508, S510 및 S512를 포함함-일 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.The selection step 510 is a step of transitioning when a specific error or a specific event is detected while initiating or maintaining power transmission, for example, including reference numerals S502, S504, S508, S510 and S512. Can be. Here, specific errors and specific events will be apparent from the following description. In addition, in the selection step 510, 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. In the selection step 510, 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
선택 단계(510)에서 물체가 감지되는 경우, 무선 전력 송신기는 무선전력 공진 회로(예를 들어 전력전송 코일 및/또는 공진 캐패시터)의 품질 인자를 측정할 수 있다. When an object is detected in the selection step 510, the wireless power transmitter may measure a quality factor of the wireless power resonant circuit (eg, the power transmission coil and / or the resonant capacitor).
본 발명의 일 실시예에서는 선택단계(510)에서 물체가 감지되면, 충전 영역에 이물질과 함께 무선전력 수신기가 놓였는지 판단하기 위하여 품질 인자를 측정할 수 있다. 무선 전력 송신기에 구비되는 코일은 환경 변화에 의해 인덕턴스 및/또는 코일 내 직렬저항 성분이 감소될 수 있고, 이로 인해 품질 인자 값이 감소하게 된다. 측정된 품질 인자 값을 이용하여 이물질의 존재 여부를 판단하기 위해, 무선 전력 송신기는 충전 영역에 이물질이 배치되지 않은 상태에서 미리 측정된 기준 품질 인자 값을 무선 전력 수신기로부터 수신할 수 있다. 협상 단계(540)에서 수신된 기준 품질 인자 값과 측정된 품질 인자 값을 비교하여 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다. 그러나 기준 품질 인자 값이 낮은 무선 전력 수신기의 경우-일 예로, 무선 전력 수신기의 타입, 용도 및 특성 등에 따라 특정 무선 전력 수신기는 낮은 기준 품질 인자 값을 가질 수 있음-, 이물질이 존재하는 경우에 측정되는 품질 인자 값과 기준 품질 인자 값 사이의 큰 차이가 없어 이물질 존재 여부를 판단하기 어려운 문제가 발생할 수 있다. 따라서 다른 판단 요소를 더 고려하거나, 다른 방법을 이용하여 이물질 존재 여부를 판단해야 한다.According to an embodiment of the present invention, when an object is detected in the selection step 510, a quality factor may be measured to determine whether a wireless power receiver is placed together with a foreign material in the charging area. The coil included in the wireless power transmitter may reduce inductance and / or series resistance components in the coil due to environmental changes, thereby reducing the value of the quality factor. In order to determine the presence or absence of the foreign matter using the measured quality factor value, the wireless power transmitter may receive a reference quality factor value measured in advance from the wireless power receiver without the foreign matter disposed in the charging region. The presence of the foreign matter may be determined by comparing the reference quality factor value received in the negotiation step 540 with the measured quality factor value. However, in the case of a wireless power receiver having a low reference quality factor value, for example, a specific wireless power receiver may have a low reference quality factor value depending on the type, use, and characteristics of the wireless power receiver. Since there is no big difference between the quality factor value and the reference quality factor value, it may be difficult to determine the presence of foreign substances. Therefore, other judgment factors should be considered or other methods should be used to determine the presence of foreign substances.
본 발명의 또 다른 실시예에서는 선택 단계(510)에서 물체가 감지되면, 충전 영역에 이물질과 함께 무선 전력 수신기가 배치되었는지 판단하기 위하여 특정 주파수 영역 내(ex 동작 주파수 영역) 품질 인자 값을 측정할 수 있다. 무선 전력 송신기의 코일은 환경 변화에 의해 인덕턴스 및/또는 코일 내 직렬 저항 성분이 감소될 수 있고, 이로 인해 무선 전력 송신기의 코일의 공진 주파수가 변경(시프트)될 수 있다. 즉, 동작 주파수 대역 내 최대 품질 인자 값이 측정되는 주파수인 품질 인자 피크(peak) 주파수가 이동될 수 있다.In another embodiment of the present invention, when an object is detected in the selection step 510, a quality factor value within a specific frequency range (ex operating frequency range) may be measured to determine whether the wireless power receiver is disposed with a foreign material in the charging region. Can be. The coil of the wireless power transmitter may reduce inductance and / or series resistance components in the coil due to environmental changes, thereby changing (shifting) the resonance frequency of the coil of the wireless power transmitter. That is, the quality factor peak frequency, which is the frequency at which the maximum quality factor value in the operating frequency band is measured, may be shifted.
일 예로, 무선 전력 수신기는 높은 투자율을 갖는 마그네틱 실드(차폐재)를 포함하기 때문에, 높은 투자율은 무선 전력 송신기의 코일에서 측정되는 인덕턴스 값을 증가 시킬 수 있다. 반면에 금속물질인 이물질은 인덕턴스 값을 감소시킨다.For example, since the wireless power receiver includes a magnetic shield (shield) having a high permeability, the high permeability may increase the inductance value measured in the coil of the wireless power transmitter. On the other hand, foreign matter, a metallic material, reduces the inductance value.
예를 들어, 무선 전력 송신기의 코일의 공진 주파수가 100kHz라고 할 때, 무선 전력 수신기 또는 이물질이 충전영역에 배치되었을 때 측정된 품질 인자 값의 변화를 설명하기 위한 그래프는 도 5b와 같다.For example, when the resonant frequency of the coil of the wireless power transmitter is 100 kHz, a graph for explaining the change in the measured quality factor value when the wireless power receiver or the foreign material is disposed in the charging region is illustrated in FIG. 5B.
도 5b를 참조하면, 일반적으로 LC 공진 회로의 경우, 공진 주파수(f_resonant)는 1/2π
Figure PCTKR2017009208-appb-I000001
로 계산된다.Referring to FIG. 5B, in general, in the LC resonant circuit, the resonant frequency f_resonant is 1 / 2π.
Figure PCTKR2017009208-appb-I000001
Is calculated.
도 5b의 좌측 그래프를 참조하면, 충전 영역에 무선 전력 수신기만이 배치되면, L값이 증가되므로 공진주파수는 작아지게 되어 주파수 축상 왼쪽으로 이동(쉬프트)하게 된다.Referring to the graph on the left side of FIG. 5B, when only the wireless power receiver is disposed in the charging region, since the L value is increased, the resonant frequency is decreased to move to the left on the frequency axis (shift).
반면, 도 5b의 우측 그래프를 참조하면, 충전 영역에 이물질이 배치되면, L값을 감소시키므로 공진주파수는 커지게 되어 주파수 축 상 오른쪽으로 이동(쉬프트)하게 된다.On the other hand, referring to the graph on the right side of FIG. 5B, when the foreign matter is disposed in the charging region, since the L value is reduced, the resonant frequency is increased to shift (shift) to the right on the frequency axis.
측정된 품질 인자가 최대인 주파수-즉, 측정된 피크 주파수-를 이용하여 이물질의 존재 여부를 판단하기 위해, 무선 전력 송신기는 충전 영역에 이물질이 배치되지 않은 상태에서 미리 측정된 기준 최대 품질 인자 주파수-즉,기준 피크 주파수- 값을 무선 전력 수신기로부터 수신할 수 있다. 협상단계(540)에서 수신된 기준 피크 주파수 값과 측정된 피크 주파수 값을 비교하여 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다.In order to determine the presence of foreign matter using the frequency at which the measured quality factor is maximum, that is, the measured peak frequency, the wireless power transmitter measures the reference maximum quality factor frequency previously measured without the foreign matter placed in the charging region. The reference peak frequency value may be received from the wireless power receiver. The presence of the foreign matter may be determined by comparing the reference peak frequency value received in the negotiation step 540 with the measured peak frequency value.
상기 피크 주파수 비교를 통한 이물질 검출 방법은 품질 인자 값을 비교하는 방법과 함께 사용될 수도 있다. 기준 품질 인자 값과 측정된 품질 인자 값의 비교 결과 큰 차이가 없는 경우-예를 들면, 차이가 10% 이하인 경우- 기준 피크 주파수와 측정된 피크 주파수를 비교하여 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다. 반면, 품질 인자 값의 차이가 10%를 초과하는 경우, 무선 전력 송신기는 즉시 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다. The foreign material detection method by comparing the peak frequency may be used together with the method of comparing the quality factor values. When there is no big difference as a result of the comparison between the reference quality factor value and the measured quality factor value, for example, when the difference is 10% or less, it may be determined whether the foreign material exists by comparing the reference peak frequency with the measured peak frequency. On the other hand, if the difference in the quality factor value exceeds 10%, the wireless power transmitter may immediately determine that there is a foreign object.
또 다른 실시예로, 기준 품질 인자 값과 측정된 품질 인자 값의 비교 결과 이물질이 없다고 판단되는 경우, 기준 피크 주파수와 측정된 피크 주파수를 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다. 품질 인자를 이용하여 이물질을 검출하기 어려운 경우 무선 전력 수신기는 기준 피크 주파수에 관한 정보를 이물질 검출 상태 패킷에 포함시켜 무선 전력 송신기에 전송하고, 무선 전력 송신기는 기준 피크 주파수에 관한 정보를 더 이용하여 이물질을 검출함으로써, 이물질 검출 능력을 향상시킬 수 있다.In another embodiment, when it is determined that there is no foreign matter as a result of the comparison between the reference quality factor value and the measured quality factor value, the presence of the foreign matter may be determined by comparing the reference peak frequency with the measured peak frequency. If it is difficult to detect the foreign matter using the quality factor, the wireless power receiver includes information on the reference peak frequency in the foreign matter detection status packet and transmits the information to the wireless power transmitter, and the wireless power transmitter further uses information about the reference peak frequency. By detecting the foreign matter, the foreign matter detection ability can be improved.
기준 품질 인자 자세한 비교 방법은 아래의 실시예에서 설명한다.Reference Quality Factors A detailed comparison method is described in the Examples below.
핑 단계(520)에서 송신기는 물체가 감지되면, 수신기를 활성화(Wake up)시키고, 감지된 물체가 무선 전력 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. In step 520, when an object is detected, the transmitter wakes up the receiver and sends a digital ping to identify whether the detected object is a wireless power receiver. 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.
핑 단계(520)가 완료되면, 송신기는 수신기를 식별하고 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(530)로 천이할 수 있다. Once the ping step 520 is complete, the transmitter may transition to identification and configuration step 530 to identify the receiver and collect receiver configuration and status information.
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. In the identification and configuration step 530, 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.
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. 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.
확인 결과, 협상이 필요하면, 송신기는 협상 단계(540)로 진입하여 소정 FOD 검출 절차를 수행할 수 있다. As a result of the check, if negotiation is necessary, the transmitter may enter a negotiation step 540 and perform a predetermined FOD detection procedure.
반면, 확인 결과, 협상이 필요하지 않은 경우, 송신기는 곧바로 전력 전송 단계(560)로 진입할 수도 있다. On the other hand, if the result of the check is that negotiation is not necessary, the transmitter may directly enter the power transmission step 560.
협상 단계(540)에서, 송신기는 기준 품질 인자 값이 포함된 FOD(Foreign Object Detection) 상태 패킷을 수신할 수 있다. 또는 기준 피크 주파수 값이 포함된 FOD 상태 패킷을 수신할 수 있다. 또는 기준 품질 인자 값 및 기준 피크 주파수 값이 포함된 상태 패킷을 수신할 수 있다. 이때, 송신기는 기준 품질 인자 값에 기반하여 FO 검출을 위한 품질 계수 임계치를 결정할 수 있다. 송신기는 기준 피크 주파수 값에 기반하여 FO 검출을 위한 피크 주파수 임계치를 결정할 수 있다. In the negotiation step 540, the transmitter may receive a Foreign Object Detection (FOD) status packet including a reference quality factor value. Alternatively, the FOD status packet including the reference peak frequency value may be received. Alternatively, a status packet including a reference quality factor value and a reference peak frequency value may be received. In this case, the transmitter may determine the quality factor threshold for FO detection based on the reference quality factor value. The transmitter may determine the peak frequency threshold for FO detection based on the reference peak frequency value.
송신기는 결정된 FO 검출을 위한 품질 계수 임계치 및 현재 측정된 품질 인자 값(핑 단계 이전에 측정된 품질인자 값)을 이용하여 충전 영역에 FO가 존재하는지를 검출할 수 있으며, FO 검출 결과에 따라 전력 전송을 제어할 수 있다. 일 예로, FO가 검출된 경우, 전력 전송이 중단될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. The transmitter may detect whether the FO exists in the charging region by using the quality factor threshold for the determined FO detection and the currently measured quality factor value (a quality factor value measured before the ping step), and transmit power according to the FO detection result. Can be controlled. For example, when the FO is detected, power transmission may be stopped, but is not limited thereto.
송신기는 결정된 FO 검출을 위한 피크 주파수 임계치 및 현재 측정된 피크 주파수 값(핑 단계 이전에 측정된 피크 주파수 값)을 이용하여 충전 영역에 FO가 존재하는지를 검출할 수 있으며, FO 검출 결과에 따라 전력 전송을 제어할 수 있다. 일 예로, FO가 검출된 경우, 전력 전송이 중단될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. The transmitter may detect whether the FO exists in the charging region by using the determined peak frequency threshold for FO detection and the currently measured peak frequency value (a peak frequency value measured before the ping step), and transmit power according to the FO detection result. Can be controlled. For example, when the FO is detected, power transmission may be stopped, but is not limited thereto.
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, 송신기는 보정 단계(550)에서 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. If the FO is detected, the transmitter may return to selection step 510. On the other hand, when the FO is not detected, the transmitter may enter the power transmission step 560 via the correction step 550. In detail, when the FO is not detected, the transmitter determines the strength of the power received at the receiving end in the correction step 550, and determines the power loss at the receiving end and the transmitting end to determine the strength of the power transmitted by 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 according to an embodiment may correct the threshold for FOD detection by reflecting the predicted power loss.
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. In the power transfer step 560, 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.
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. In addition, in power transmission step 560, 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).
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.The power transmission contract may be set based on state and characteristic information of the transmitter and the receiver. For example, 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.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다. 6 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.
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. Referring to FIG. 6, 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. . It should be noted that the configuration of the wireless power transmitter 600 is not necessarily an essential configuration, and may include more or fewer components.
도 6에 도시된 바와 같이, 전력 변환부(610)는 전원부(660)로부터 DC 전원이 공급되면, 이를 소정 세기의 교류 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다. As shown in FIG. 6, when the DC power is supplied from the power supply unit 660, the power converter 610 may perform a function of converting the power into AC power having a predetermined intensity.
이를 위해, 전력 변환부(610)는 DC/DC 변환부(611), 인버터(612) 및 주파수 생성기(613)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 인버터(612)는 하프 브릿지 인버터 또는 풀 브릿지 인버터일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 직류 전력을 특정 동작 주파수를 가지는 교류 전력으로 변환할 수 있는 회로 구성이면 족하다. To this end, the power converter 610 may include a DC / DC converter 611, an inverter 612, and a frequency generator 613. Here, the inverter 612 may be a half bridge inverter or a full bridge inverter, but is not limited thereto, and the inverter 612 may be a circuit configuration capable of converting DC power into AC power having a specific operating frequency.
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. 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.
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. In this case, 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.
인버터(612)는 DC/DC 변환된 직류 전력을 주파수 생성기(613)에 의해 생성된 기준 교류 신호에 기반하여 교류 전력으로 변환할 수 있다. 이때, 기준 교류 신호의 주파수-즉, 동작 주파수-는 제어부(640)의 제어 신호에 따라 동적으로 변경될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기(600)는 동작 주파수를 조절하여 송출 전력의 세기를 조절할 수도 있다. The inverter 612 may convert the DC / DC converted DC power into AC power based on the reference AC signal generated by the frequency generator 613. In this case, the frequency of the reference AC signal, that is, the operating frequency, may be dynamically changed according to the control signal of the controller 640. The wireless power transmitter 600 according to an embodiment of the present invention may adjust the intensity of the output power by adjusting the operating frequency.
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 동작 주파수를 결정하고, 결정된 동작 주파수가 생성되도록 주파수 생성기(613)를 동적으로 제어할 수 있다. For example, 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. To determine the operating frequency and dynamically control the frequency generator 613 to generate the determined operating frequency.
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. For example, 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.
전력 전송부(620)는 다중화기(621)(또는 멀티플렉서), 송신 코일부(622)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 송신 코일부(622)는 제1 내지 제n 송신 코일로 구성될 수 있다. 또한, 전력 전송부(620)는 전력 전송을 위한 특정 캐리어 주파수를 생성하기 위한 반송파 생성기(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 이 경우, 반송파 생성기는 다중화기(621)를 통해 전달 받은 인버터(612)의 출력 교류 전력과 믹싱하기 위한 특정 캐리어 주파수로 생성할 수 있다. The power transmitter 620 may include a multiplexer 621 (or a multiplexer) and a transmission coil unit 622. Here, the transmitting coil unit 622 may be composed of first to n-th transmission coil. In addition, the power transmitter 620 may further include a carrier generator (not shown) for generating a specific carrier frequency for power transmission. In this case, the carrier generator may generate a specific carrier frequency for mixing with the output AC power of the inverter 612 received through the multiplexer 621.
본 발명의 일 실시예는 각각의 송신 코일에 전달되는 AC 전력의 주파수가 서로 상이할 수도 있음을 주의해야 한다. 본 발명의 다른 일 실시예는 LC 공진 특성을 송신 코일마다 상이하게 조절하는 기능이 구비된 소정 주파수 제어기를 이용하여 각각의 송신 코일 별 공진 주파수를 상이하게 설정할 수도 있다. It should be noted that one embodiment of the present invention may have different frequencies of AC power delivered to each transmitting coil. According to another embodiment of the present invention, 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.
다중화기(621)는 제어부(640)에 의해 선택된 송신 코일로 교류 전력을 전달하기 위한 스위치 기능을 수행할 수 있다. 제어부(640)는 송신 코일 별 수신되는 신호 세기 지시자에 기반하여 해당 무선 전력 수신기로의 전력 전송에 사용할 송신 코일을 선택할 수 있다. The multiplexer 621 may perform a switch function for transferring AC power to the transmission coil selected by the controller 640. The controller 640 may select a transmission coil to be used for power transmission to the corresponding wireless power receiver based on the signal strength indicator received for each transmission coil.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(640)는 복수의 무선 전력 수신기가 연결된 경우, 송신 코일 별 시분할 다중화를 통해 전력을 전송할 수도 있다. When a plurality of wireless power receivers are connected, the controller 640 according to an embodiment of the present invention may transmit power through time division multiplexing for each transmission coil.
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 통해서만 교류 전력이 송출될 수 있도록 제어할 수 있다. For example, in the wireless power transmitter 600, 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 AC power to be transmitted only through a specific transmission coil in a specific time slot.
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 타임 슬롯 동안 DC/DC 변환기(611)의 출력 직류 전력의 세기를 제어하여 무선 전력 수신기 별 송출 전력을 제어할 수도 있다. In this case, 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. Transmission power for each wireless power receiver may be controlled by controlling the intensity of the output DC power of the DC / DC converter 611.
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(650)는 핑 전송 단계 동안 소정 주기로 특정 이벤트 신호를 제어부(640)에 송출할 수 있으며, 제어부(640)는 해당 이벤트 신호가 감지될 때마다, 다중화기(621)를 제어하여 해당 송신 코일을 통해 디지털 핑이 송출될 수 있도록 제어할 수 있다. 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 650 may transmit a specific event signal to the controller 640 at a predetermined period during the ping transmission step, and the controller 640 controls the multiplexer 621 whenever the corresponding event signal is detected. The digital ping can be controlled through the corresponding transmission coil.
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. In addition, the 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.
일 예로, 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. For example, in the second detection signal transmission procedure, the control unit 640 uses the multiplexer 621 to transmit the detection signal only through the transmission coil (s) in which the signal strength indicator was received during the first detection signal transmission procedure. You can also control it.
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. 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.
통신부(630)는 변조부(631)와 복조부(632) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다. The communication unit 630 may include at least one of a modulator 631 and a demodulator 632.
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. The modulator 631 may modulate the control signal generated by the controller 640 and transmit the modulated control signal to the multiplexer 621. Here, 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.
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. When a signal received through the transmitting coil is detected, the demodulator 632 may demodulate the detected signal and transmit the demodulated signal to the controller 640. Here, 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. However, the present invention is not limited thereto, and may include various state information for identifying a state of the wireless power receiver.
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. In addition, 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.
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.  In addition, the demodulator 632 may demodulate a signal received through the transmission coil 623 and transmit the demodulated signal to the controller 640. For example, 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.
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. For example, 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.
또한, 무선 전력 송신기(600)는 송신 코일부(622)을 이용하여 무선 전력을 송출할 수 있을 뿐만 아니라 송신 코일부(622)을 통해 무선 전력 수신기와 각종 제어 신호 및 상태 정보를 교환할 수도 있다. 다른 일 예로, 송신 코일부(622)의 제1 내지 제n 송신 코일에 각각 대응되는 별도의 코일이 무선 전력 송신기(600)에 추가로 구비될 수 있으며, 구비된 별도의 코일을 이용하여 무선 전력 수신기와 인밴드 통신을 수행할 수도 있음을 주의해야 한다. In addition, the wireless power transmitter 600 may not only transmit wireless power using the transmission coil unit 622 but also exchange various control signals and state information with the wireless power receiver through the transmission coil unit 622. . As another example, a separate coil corresponding to each of the first to nth transmitting coils of the transmitting coil unit 622 may be additionally provided in the wireless power transmitter 600, and wireless power may be provided by using the provided separate coil. Note that in-band communication with the receiver may also be performed.
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. In the description of FIG. 6, the wireless power transmitter 600 and the wireless power receiver perform in-band communication by way of example. However, 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. For example, the short-range bidirectional communication may be any one of low power Bluetooth communication, RFID communication, UWB communication, and Zigbee communication.
또한, 이상의 도 6의 설명에서는 무선 전력 송신기(600)의 전력 전송부(620)가 다중화기(621)와 복수의 송신 코일(622)을 포함하나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 실시예에 따른 전력 전송부(620)는 하나의 송신 코일로 구성될 수도 있음을 주의해야 한다. In addition, in the description of FIG. 6, the power transmitter 620 of the wireless power transmitter 600 includes a multiplexer 621 and a plurality of transmission coils 622, but this is only one embodiment. It should be noted that the power transmitter 620 according to the embodiment may be composed of one transmitting coil.
도 7은 상기 도 6에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다. FIG. 7 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power receiver interworking with the wireless power transmitter according to FIG. 6.
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) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다. Referring to FIG. 7, 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. Herein, the communication unit 760 may include at least one of a demodulator 761 and a modulator 762.
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. Although 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 according to another embodiment may provide short-range bidirectional communication through a frequency band different from the frequency band used for wireless power signal transmission.
수신 코일(710)을 통해 수신되는 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. 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.
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. 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.
일 예로, 주제어부(770)는 측정된 정류기 출력 DC 전력의 세기가 소정 기준치 와 비교하여 과전압 발생 여부를 판단할 수 있다. 판단 결과, 과전압이 발생된 경우, 과전압이 발생되었음을 알리는 소정 패킷을 생성하여 변조부(762)에 전송할 수 있다. 여기서, 변조부(762)에 의해 변조된 신호는 수신 코일(710) 또는 별도의 코일(미도시)을 통해 무선 전력 송신기(600)에 전송될 수 있다. As an example, the main controller 770 may determine whether the overvoltage is generated by comparing the measured intensity of the rectifier output DC power with a predetermined reference value. As a result of the determination, when the overvoltage is generated, a predetermined packet indicating that the overvoltage has occurred may be generated and transmitted to the modulator 762. Here, 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).
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 통해 무선 전력 송신기(600)에 전송될 수 있도록 제어할 수 있다. 다른 일 예로, 복조부(761)는 수신 코일(710)과 정류기(720) 사이의 AC 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. In addition, when the intensity of the rectifier output DC power is greater than or equal to a predetermined reference value, 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. ) To be transmitted to the wireless power transmitter 600. As another example, 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 to identify whether a detection signal is received, and then, the main subject of 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.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 신호의 변조 및 복조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 8 is a diagram for describing a method of modulating and demodulating a wireless power signal according to an embodiment of the present invention.
도 8의 도면 번호 810에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 동일한 주기를 가지는 내부 클락 시그널에 기반하여 전송 대상 패킷을 인코딩하거나 디코딩할 수 있다. As shown in reference numeral 810 of FIG. 8, 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.
이하에서는 상기 도 1 내지 도 8을 참조하여, 전송 대상 패킷의 인코딩 방법을 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a method of encoding a transmission target packet will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 8.
상기 도 1을 참조하면, 무선 전력 송신단(10) 또는 무선 전력 수신단(20)이 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. Referring to FIG. 1, 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.
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. On the other hand, when 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. For example, 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.
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. 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. Specifically, 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.
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)를 삽입하는 방법일 수 있다.The encoded binary data may be applied with a byte encoding scheme, as shown at 830. Referring to FIG. 830, the byte encoding scheme according to an embodiment 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.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 패킷 포맷을 설명하기 위한 도면이다.9 is a diagram for describing a packet format according to an embodiment of the present invention.
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 확인하기 위한 체크썸(Checksum, 940) 필드를 포함하여 구성될 수 있다. Referring to FIG. 9, 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. Preamble (910) field, a header (Header, 920) field for identifying the type of the message included in the packet, a message for transmitting the contents (or payload) of the packet (Message, 930) and a checksum (940) field for checking whether an error has occurred in the corresponding packet.
패킷 수신단은 헤더(920) 값에 기반하여 해당 패킷에 포함된 메시지(930)의 크기를 식별할 수도 있다. The packet receiver may identify the size of the message 930 included in the packet based on the header 920 value.
또한, 헤더(920)는 무선 전력 전송 절차의 각 단계별로 정의될 수 있으며, 일부, 헤더(920) 값은 무선 전력 전송 절차의 서로 다른 단계에서 동일한 값을 가지도록 정의될 수도 있다. 일 예로, 도 10을 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. In addition, the header 920 may be defined in each step of the wireless power transfer procedure, and in part, the header 920 value may be defined to have the same value in different steps of the wireless power transfer procedure. For example, referring to FIG. 10, it should be noted that 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.
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. The message 930 includes data to be transmitted at the transmitting end of the packet. For example, 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.
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. The packet 900 according to another embodiment of the present invention 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. Here, 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.
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.The packet 900 according to another embodiment of the present invention 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.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기에서 무선 전력 송신기로 전송되는 패킷의 종류를 설명하기 위한 도면이다. 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.
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. Referring to FIG. 10, 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 initiation of renegotiation, 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.
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. 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.
도 11-a는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에 탑재되는 이물질 검출 장치(회로)의 기본 구조를 설명하기 위한 도면이다.11-a is a view for explaining the basic structure of the foreign matter detection device (circuit) mounted on the wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.
도 11-a를 참조하면, 이물질 검출 장치(회로)(1190)는 전원부(1191), 구동부(1192), 공진 캐패시터(1193), 송신 코일(1194), 품질 인자 측정부(1195), 복조부(1196) 및 제어부(1197)을 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 11-a, the foreign matter detection device (circuit) 1190 includes a power supply unit 1191, a driver unit 1192, a resonant capacitor 1193, a transmission coil 1194, a quality factor measuring unit 1195, and a demodulator. It may be configured to include a (1196) and the controller (1197).
전원부(1191)는 외부 전원을 인가 받아 구동부(1902)에 공급할 수 있다.The power supply unit 1191 may receive external power and supply the same to the driver 1902.
구동부(1192)는 전원부(1191)으로부터 인가된 DC 전력을 AC 전력으로 변환하고, 제어부(1197)의 제어 신호에 따라 AC 전력의 세기를 조절할 수 있다. 구동부(1192)는 특정 주파수 신호를 생성하는 주파수 발진기 및 주파수 발진기에 의해 발진된 교류 신호를 증폭시키는 인버터 등을 포함하여 구성될 수 있다.The driver 1192 may convert DC power applied from the power supply 1119 to AC power, and adjust the strength of AC power according to a control signal of the controller 1197. The driver 1192 may include a frequency oscillator for generating a specific frequency signal, an inverter for amplifying an AC signal oscillated by the frequency oscillator, and the like.
구동부(1192)는 제어부(1197)의 제어 신호에 따라 상기 교류 신호의 주파수(동작 주파수)및 듀티, 진폭 중 적어도 하나를 변경할 수 있다.The driver 1192 may change at least one of the frequency (operating frequency), duty, and amplitude of the AC signal according to the control signal of the controller 1119.
품질 인자 측정부(1195)는 공진 캐패시터(1193)의 양단의 인덕턴스 변화(또는 전압, 또는 전류)를 모니터링하여 송신 코일에 대한 품질 인자 값을 측정할 수 있다. 측정된 현재 품질 인자 값은 제어부(1197)에 전달된다. The quality factor measuring unit 1195 may measure a quality factor value of the transmitting coil by monitoring a change in inductance (or voltage or current) at both ends of the resonance capacitor 1193. The measured current quality factor value is transmitted to the control unit 1197.
복조부(1196)는 무선 전력 수신기로부터 수신되는 신호를 복조하여 제어부(1197)에 전달한다. 일 예로, 복조부(1196)는 FOD 상태 패킷을 복조하여 제어부(1197)에 전달할 수 있다.The demodulator 1196 demodulates a signal received from the wireless power receiver and transmits the demodulated signal to the controller 1197. As an example, the demodulator 1196 may demodulate and forward the FOD status packet to the controller 1197.
제어부(1197)는 품질 인자 측정부(1195)에서 측정된 품질 인자 값을 수신하고 메모리에 기록할 수 있다. 또한, 제어부(1197)는 기록된 품질 인자 값을 해당 메모리에서 읽어들 일 수 있다. 제어부(1197)는 구동부(1192)의 동작 주파수를 제어할 수 있다. 구동부(1192)의 동작 주파수가 제어됨으로써, 품질 인자 측정부(1195)는 해당 동작 주파수 별 품질 인자 값을 측정할 수 있다. 제어부(1197)는 동작 주파수 별 측정된 품질 인자 값에 기반하여 최대 품질 인자 값에 대응하는 주파수-즉, 피크 주파수-를 결정할 수 있다.The controller 1197 may receive the quality factor value measured by the quality factor measurer 1195 and record it in a memory. In addition, the controller 1197 may read the recorded quality factor value from the corresponding memory. The controller 1197 may control an operating frequency of the driver 1192. As the operating frequency of the driver 1192 is controlled, the quality factor measuring unit 1119 may measure a quality factor value for each corresponding operating frequency. The controller 1197 may determine a frequency corresponding to the maximum quality factor value, that is, the peak frequency, based on the measured quality factor value for each operating frequency.
제어부(1197)는 FOD 상태 패킷에 포함된 기준 품질 인자 값, 최대 품질 인자 값에 대응하는 동작주파수(기준 피크 주파수), 기준 품질 인자 값 대비 기 설정 값 이하에 대응하는 동작주파수-예를 들면,기준 품질 인자 값 대비 5%이하인 품질 인자 값이 측정되는 동작주파수- 중 적어도 하나에 기반하여 해당 무선 전력 수신기를 위한 품질 인자 임계 값을 결정할 수 있다.The control unit 1197 may include a reference quality factor value included in the FOD status packet, an operating frequency corresponding to the maximum quality factor value (reference peak frequency), and an operating frequency corresponding to a predetermined value or less than the reference quality factor value—for example, The quality factor threshold value for the corresponding wireless power receiver may be determined based on at least one of operating frequencies at which a quality factor value of 5% or less of the reference quality factor value is measured.
제어부(1197)는 결정된 품질 인자 임계 값과 품질 인자 측정부(1195)에 의해 측정된 현재 품질 인자 값을 비교 및/또는 수신된 동작주파수(임계 주파수) 및 측정 또는 산출된 동작주파수-예를 들면, 최대 품질 인자 값에 대응되는 동작주파수(피크 주파수) 또는 기준 품질 인자 값의 5% 이하인 품질인자가 측정되는 동작주파수일 수 있음- 에 기하여 충전 영역에 FO가 존재하는지를 판단할 수 있다.The control unit 1197 compares the determined quality factor threshold value with the current quality factor value measured by the quality factor measuring unit 1119 and / or received operating frequency (critical frequency) and measured or calculated operating frequency, for example It may be determined whether the FO exists in the charging region based on an operating frequency (peak frequency) corresponding to the maximum quality factor value or a quality factor of 5% or less of the reference quality factor value.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 제어부(1197)는 품질 인자 값을 측정할 수도 있다. 이 경우, 제어부(1197)는 기 설정된 동작 주파수 범위 내에서 동작 주파수를 변경시키면서 주파수 별 품질 인자 값을 측정할 수 있다. 일 실시예로, 제어부(1197)는 공진 캐패시터(1193) 양단의 전압차를 이용하여 품질 인자 값을 측정할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.The control unit 1197 according to another embodiment of the present invention may measure the quality factor value. In this case, the controller 1197 may measure the quality factor value for each frequency while changing the operating frequency within a preset operating frequency range. In an embodiment, the controller 1197 may measure the quality factor value using the voltage difference across the resonance capacitor 1193, but is not limited thereto.
본 발명의 일 실시예에 따른 품질 인자 측정부(1195)는 제어부(1197)에 공진 캐패시터(1193)의 양단 전압을 측정하여 제어부(1197)에 전달하는 회로 구성을 포함할 수 있다.The quality factor measuring unit 1195 according to an exemplary embodiment of the present invention may include a circuit configuration that measures the voltage across the resonant capacitor 1193 to the control unit 1197 and transmits the voltage to the control unit 1197.
제어부(1197)에 의해 측정되는 품질 인자 값은 전기 회로의 전압, 전류, 저항, 임피던스, 캐패시턴스, 품질 인자 값 중 적어도 하나를 측정하는 LCR Meter와 같은 계측 기기를 이용하여 측정한 송신 코일의 품질 인자 값에 대응되는 값일 수 있다.The quality factor value measured by the control unit 1197 is a quality factor of a transmission coil measured using a measuring device such as an LCR meter that measures at least one of voltage, current, resistance, impedance, capacitance, and quality factor value of an electric circuit. It may be a value corresponding to the value.
제어부(1197)는 이물질 존재 여부에 대한 판단 결과에 따라 계속 충전을 진행하거나 충전을 중단하고 선택 단계로 회귀할 수 있다.The controller 1197 may continue charging or stop charging and return to the selection step according to the determination result of the presence of the foreign matter.
도 11-b는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선전력 송신기 내 이물질 검출 장치(회로)의 구조(도 11-a의 확장 실시예)를 설명하기 위한 도면이다.11-b is a view for explaining the structure (extended embodiment of Fig. 11-a) of the foreign matter detection apparatus (circuit) in the wireless power transmitter according to another embodiment of the present invention.
도 11-b를 참조하면, 이물질 검출 장치(1100)는 전원부(1101), 직류-직류 변환기(DC-DC Converter, 1110)(생략 가능), 인버터(Inverter, 1120), 공진 회로(1130), 측정부(1140), 통신부(1160), 알람부(1175)(생략가능) 및 제어부(1180)을 포함하여 구성될 수 있다. 본 실시예에 따른 이물질 검출 장치(1100)는 무선 전력 송신 장치에 장착될 수 있다.Referring to FIG. 11-b, the foreign matter detection device 1100 may include a power supply 1101, a DC-DC converter 1110 (optional), an inverter 1120, a resonant circuit 1130, and the like. The measurement unit 1140, the communication unit 1160, the alarm unit 1175 (can be omitted) and may be configured to include a control unit 1180. The foreign matter detection apparatus 1100 according to the present embodiment may be mounted in a wireless power transmission apparatus.
공진 회로(1130)는 공진 캐패시터(1131)와 인덕터 또는 송신 코일(1132) 또는 송신 안테나를 포함하여 구성되고, 통신부(1160)는 복조부(1161)와 변조부(1162) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다. The resonant circuit 1130 includes a resonant capacitor 1131, an inductor or a transmitting coil 1132, or a transmitting antenna, and the communication unit 1160 includes at least one of a demodulation unit 1161 and a modulator 1162. Can be configured.
전원부(1101)는 외부 전원 단자를 통해 DC 전력을 인가 받아 직류-직류 변환기(1110)에 전달할 수 있다.The power supply 1101 may receive DC power through an external power supply terminal and transmit the DC power to the DC-DC converter 1110.
직류-직류 변환기(1110)는 제어부(1180)의 제어에 따라 전원부(1101)로부터 입력되는 직류 전력의 세기를 특정 세기의 직류 전력으로 변환할 수 있다. 일 예로, 직류-직류 변환기(1110)는 전압의 세기 조절이 가능한 가변 전압기로 구성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.The DC-DC converter 1110 may convert the intensity of the DC power input from the power supply unit 1101 into the DC power of a specific intensity under the control of the controller 1180. For example, the DC-DC converter 1110 may be configured as a variable voltage regulator capable of adjusting the strength of the voltage, but is not limited thereto.
인버터(1120)는 변환된 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다. 인버터(1120)는 구비된 복수의 스위치 제어를 통해 입력되는 직류 전력 신호를 교류 전력 신호로 변환하여 출력할 수 있다. The inverter 1120 may convert the converted DC power into AC power. The inverter 1120 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.
일 예로, 인버터(1120)는 풀 브릿지(Full Bridge) 회로를 포함하여 구성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 하프 브리지(Half Bridge)를 포함하여 구성될 수도 있다.For example, the inverter 1120 may include a full bridge circuit, but is not limited thereto. The inverter 1120 may include a half bridge.
다른 일 예로, 인버터(1120)는 하프 브릿지 회로와 풀 브릿지 회로를 모두 포함하여 구성될 수도 있으며, 이 경우, 제어부(1180)는 인터버(1120)를 하프 브릿지로 동작시킬지 풀 브릿지로 동작시킬지 동적으로 결정하여 제어할 수 있다.As another example, the inverter 1120 may include both a half bridge circuit and a full bridge circuit. In this case, the controller 1180 may operate the inverter 1120 as a half bridge or a full bridge. Can be determined and controlled.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 무선 전력 수신 장치에 의해 요구되는 전력의 세기에 따라 적응적으로 인버터(1120)의 브릿지 모드를 제어할 수 있다. 여기서, 브릿지 모드는 하프 브리짓 모드 및 풀 브릿지 모드를 포함한다. 일 예로, 무선 전력 수신 장치가 5W의 저전력을 요구하는 경우, 제어부(1180)는 인버터(1120)가 하프 브릿지 모드로 동작하도록 제어할 수 있다. 반면, 무선 전력 수신 장치가 15W의 전력을 요구하는 경우, 제어부(1180)는 풀 브릿지 모드로 동작되도록 제어할 수 있다. The wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention may adaptively control the bridge mode of the inverter 1120 according to the strength of the power required by the wireless power receiver. Here, the bridge mode includes a half bridge mode and a full bridge mode. For example, when the wireless power receiver requires 5 W of low power, the controller 1180 may control the inverter 1120 to operate in the half bridge mode. On the other hand, when the wireless power receiver requires 15 W of power, the controller 1180 may control to operate in the full bridge mode.
다른 일 예로, 무선 전력 송신 장치는 감지된 온도에 따라 적응적으로 브릿지 모드를 결정하고, 결정된 브릿지 모드에 따라 인버터(1120)를 구동시킬 수도 있다. 하프 브리지 모드를 통해 무선 전력을 전송하는 중 무선 전력 송신 장치의 온도가 소정 기준치를 초과하는 경우, 제어부(1180)는 하프 브리지 모드를 비활성화시키고 풀 브릿지 모드가 활성화되도록 제어할 수 있다. 즉, 무선 전력 송신 장치는 동일 세기의 전력 전송을 위해 풀 브릿지 회로를 통해 전압은 상승시키고, 공진 회로(1130)에 흐르는 전류의 세기는 감소시킴으로써, 무선 전력 송신 장치의 내부 온도가 소정 기준치 이하를 유지하도록 제어할 수 있다. As another example, the wireless power transmitter may adaptively determine the bridge mode according to the sensed temperature and drive the inverter 1120 according to the determined bridge mode. If the temperature of the wireless power transmitter exceeds a predetermined reference value while transmitting the wireless power through the half bridge mode, the controller 1180 may deactivate the half bridge mode and control the full bridge mode to be activated. That is, the wireless power transmitter increases the voltage through the full bridge circuit and decreases the strength of the current flowing through the resonant circuit 1130 to transmit power of the same intensity, thereby reducing the internal temperature of the wireless power transmitter below a predetermined reference value. Can be controlled to maintain.
일반적으로, 전자 기기에 장착되는 전자 부품에 발생되는 열의 양은 해당 전자 부품에 인가되는 전압의 세기보다 전류의 세기에 보다 민감할 수 있다. In general, 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.
또한, 인버터(1120)는 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있을 뿐만 아니라 교류 전력의 세기를 변경시킬 수도 있다.In addition, the inverter 1120 may not only convert DC power into AC power but also change the strength of the AC power.
일 예로, 인버터(1120)는 제어부(1180)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(1120)는 특정 주파수를 가지는 기준 교류 신호를 생성하는 주파수 발진기를 포함하여 구성될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 예는 주파수 발진기가 인버터(1120)와 별개로 구성되어 이물질 검출 장치(1100)의 일측에 장착될 수 있다.For example, the inverter 1120 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 1180. To this end, the inverter 1120 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 1120 Is configured to be mounted on one side of the foreign matter detection device 1100.
다른 일 예로, 이물질 검출 장치(1100)는 인버터(1120)에 구비된 스위치를 제어하기 위한 게이트 드라이버(Gate Driver, 미도시) 더 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우, 게이트 드라이버는 제어부(1180)로부터 적어도 하나의 펄스 폭 변조 신호를 수신할 수 있으며, 수신된 펄스 폭 변조 신호에 따라 인버터(1120)의 스위치를 제어할 수 있다. 제어부(1180)는 펄스 폭 변조 신호의 듀티 사이클(Duty Cycle)-즉, 듀티 레이트(Duty Rate)- 및 위상(Phase)를 제어하여 인버터(1120) 출력 전력의 세기를 제어할 수 있다. 제어부(1180)는 무선 전력 수신 장치로부터 수신되는 피드백 신호에 기반하여 적응적으로 펄스 폭 변조 신호의 듀티 사이클 및 위상을 제어할 수 있다.As another example, the foreign matter detection device 1100 may further include a gate driver (not shown) for controlling a switch provided in the inverter 1120. In this case, the gate driver may receive at least one pulse width modulated signal from the controller 1180, and control the switch of the inverter 1120 according to the received pulse width modulated signal. The controller 1180 may control the intensity of the output power of the inverter 1120 by controlling the duty cycle of the pulse width modulated signal, that is, the duty rate and the phase. The controller 1180 may adaptively control the duty cycle and the phase of the pulse width modulated signal based on the feedback signal received from the wireless power receiver.
측정부(1140)는 제어부(1180)의 제어 신호에 따라 공진 캐패시터(1131) 양단의 전압, 전류, 임피던스 중 적어도 하나를 측정하여 공진 회로(1130)에 대한 품질 인자 값 및 피크 주파수 값을 측정 또는 산출할 수 있다. 이때, 산출된 품질 인자 값 및 인덕턴스 값은 제어부(1180)에 전달되고, 제어부(1180)는 소정 기록 영역에 측정부(1140)로부터 전달 받은 품질 인자 값 및 피크 주파수 값을 저장할 수도 있다. The measuring unit 1140 measures at least one of voltage, current, and impedance across the resonant capacitor 1131 according to the control signal of the controller 1180 to measure the quality factor value and the peak frequency value of the resonant circuit 1130. Can be calculated. In this case, the calculated quality factor value and inductance value may be transmitted to the controller 1180, and the controller 1180 may store the quality factor value and the peak frequency value received from the measurement unit 1140 in a predetermined recording area.
측정부(1140)는 제어부(1180)의 제어 신호에 따라 소정 기준 동작 주파수에 대응되는 품질 인자 값-즉, 기준 측정 품질 인자 값-을 측정하여 저장할 수 있다.The measurement unit 1140 may measure and store a quality factor value corresponding to a predetermined reference operating frequency, that is, a reference measurement quality factor value, according to a control signal of the controller 1180.
또는, 측정부(1140)는 제어부(1180)의 제어 신호에 따라 특정 동작 주파수 범위 내에서 주파수 별 품질 인자 값을 측정할 수 있다. 제어부(1180)는 가장 큰 품질 인자 값에 대응하는 주파수인 피크 주파수 값을 결정하고 메모리에 저장할 수 있다. Alternatively, the measurement unit 1140 may measure the quality factor value for each frequency within a specific operating frequency range according to the control signal of the controller 1180. The controller 1180 may determine a peak frequency value, which is a frequency corresponding to the largest quality factor value, and store the peak frequency value in a memory.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(1180)는 물체가 감지되면, 핑 단계로의 진입 이전에 동작 주파수 대역 내 복수의 서로 다른 주파수에서 품질 인자 값을 측정하도록 측정부(1140)를 제어할 수 있다. 제어부(1180)는 측정된 품질 인자 값들 중 가장 큰 값에 대응되는 주파수를 식별하고, 식별된 주파수를 현재 피크 주파수로 결정할 수 있다. When an object is detected, the controller 1180 according to an embodiment of the present invention may control the measurement unit 1140 to measure the quality factor values at a plurality of different frequencies in the operating frequency band before entering the ping step. have. The controller 1180 may identify a frequency corresponding to the largest value among the measured quality factor values, and determine the identified frequency as the current peak frequency.
제어부(1180)는 협상 단계에서 변조부(1162)로부터 FOD 상태 패킷이 수신되면, FOD 상태 패킷에 포함된 정보에 기반하여 이물질 존재 여부를 판단하기 위한 임계 값(또는 임계 범위)를 결정할 수 있다. 여기서, 임계 값은 피크 주파수 값과 품질 인자 임계 값 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 결정된 값이 임계 범위인 경우, 임계 범위는 피크 주파수 임계 범위와 품질 인자 임계 범위 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.When the FOD status packet is received from the modulator 1162 in the negotiation step, the controller 1180 may determine a threshold (or threshold range) for determining whether a foreign object exists based on information included in the FOD status packet. Here, the threshold value may include at least one of a peak frequency value and a quality factor threshold value. If the determined value is a threshold range, the threshold range may include at least one of a peak frequency threshold range and a quality factor threshold range.
여기서, FOD 상태 패킷에는 해당 무선 전력 수신기에 상응하는 기준 품질 인자 값 또는(및) 기준 피크 주파수(F_reference_peak) 값 중 적어도 하나가 포함될 수 있다. Here, the FOD status packet may include at least one of a reference quality factor value and / or a reference peak frequency (F_reference_peak) value corresponding to the corresponding wireless power receiver.
제어부(1180)는 수신된 기준 품질 인자 값 및 기준 피크 주파수 값 중 적어도 하나를 기반으로 이물질 존재 여부를 판단하기 위한 품질 인자 임계 값 및(또는) 피크 주파수 임계 값을 결정할 수 있다. 일 예로, 기준 품질 인자 값의 90%에 해당되는 값이 품질 인자 임계 값으로 결정될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 임계 값 결정에 적용되는 비율은 당업자의 설계에 따라 상의하게 정의될 수 있다.The controller 1180 may determine a quality factor threshold and / or a peak frequency threshold for determining whether a foreign substance exists based on at least one of the received reference quality factor value and the reference peak frequency value. For example, a value corresponding to 90% of the reference quality factor value may be determined as the quality factor threshold value, but is not limited thereto. The ratio applied to the threshold value determination may be defined according to the design of a person skilled in the art.
제어부(1180)는 현재 피크 주파수(F_current_peak) 값과 기준 피크 주파수(F_reference_peak) 값 사이의 차이에 기반하여 기준 측정 품질 인자 값(Q_measured_reference)을 보정할 수 있다. 일 예로, 현재 피크 주파수 값에서 기준 피크 주파수 값을 뺀 값이 커질수록 기준 측정 품질 인자 값이 더 증가될 수 있다. 이를 위해, 현재 피크 주파수(F_current_peak)와 기준 피크 주파수(F_reference_peak) 사이의 차이 값을 인자로 하는 특정 보정 함수가 미리 정의될 수 있다. 일 예로, 보정 함수는 선형 함수일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 지수 함수와 같은 비 선형 함수로 정의될 수도 있다. 다른 일 예로, 이물질 검출 장치(1100)의 소정 기록 영역에는 기준 피크 주파수 대비 현재 피크 주파수의 이동 정도에 상응되는 품질 인자 보정 값이 테이블의 형태로 구성되어 유지될 수 있다. The controller 1180 may correct the reference measurement quality factor value Q_measured_reference based on the difference between the current peak frequency F_current_peak value and the reference peak frequency F_reference_peak value. For example, as the value obtained by subtracting the reference peak frequency value from the current peak frequency value may increase the reference measurement quality factor value. To this end, a specific correction function, which is a factor of the difference between the current peak frequency F_current_peak and the reference peak frequency F_reference_peak, may be predefined. For example, the correction function may be a linear function, but is not limited thereto and may be defined as a non-linear function such as an exponential function. As another example, a quality factor correction value corresponding to the degree of movement of the current peak frequency with respect to the reference peak frequency may be configured and maintained in a table in a predetermined recording area of the foreign matter detection apparatus 1100.
제어부(1180)는 보정된 기준 측정 품질 인자 값과 결정된 품질 인자 임계 값을 비교하여 충전 영역에 배치된 이물질을 검출할 수 있다.The controller 1180 may detect the foreign matter disposed in the charging area by comparing the corrected reference measurement quality factor value and the determined quality factor threshold value.
일 예로, 제어부(1180)는 보정된 기준 측정 품질 인자 값이 결정된 품질 인자 임계 값보다 작은 경우, 충전 영역에 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 반면, 제어부(1180)는 보정된 기준 측정 품질 인자 값이 결정된 품질 인자 임계 값보다 크거나 같은 경우, 충전 영역에 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다. For example, if the corrected reference measurement quality factor value is smaller than the determined quality factor threshold value, the controller 1180 may determine that the foreign matter exists in the charging region. In contrast, when the corrected reference measurement quality factor value is greater than or equal to the determined quality factor threshold value, the controller 1180 may determine that there is no foreign matter in the charging region.
또한, 제어부(1180) 현재 피크 주파수(F_current_peak) 값과 기준 피크 주파수(F_reference_peak) 값 사이의 차이에 기반하여 품질 인자 임계치를 보정할 수도 있다. 제어부(1180)는 현재 피크 주파수 값에서 기준 피크 주파수 값을 뺀 값이 커질수록 품질 인자 임계치 가 증가되게 보정할 수 있다. 제어부(1180)는 품질 인자 임계 값과 측정된 품질 인자 값을 비교하여 충전 영역에 배치된 이물질을 검출할 수 있다.In addition, the controller 1180 may correct the quality factor threshold based on the difference between the current peak frequency F_current_peak value and the reference peak frequency F_reference_peak value. The controller 1180 may correct the quality factor threshold to increase as the value obtained by subtracting the reference peak frequency value from the current peak frequency value increases. The controller 1180 may detect the foreign matter disposed in the charging area by comparing the quality factor threshold value and the measured quality factor value.
제어부(1180)는 이물질이 존재하는 것으로 판단된 경우, 전력 전송을 중단하고, 이물질이 감지되었음을 지시하는 소정 경고 알람이 출력되도록 알람부(1175)를 제어할 수 있다. 일 예로, 알람부(1175)은 비퍼, LED 램프, 진동 소자, 액정 디스플레이 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 이물질이 검출되었음이 사용자 인지 가능하도록 구성된 소정 알람 수단이 구비되면 족하다.When it is determined that the foreign matter exists, the controller 1180 may stop the power transmission and control the alarm unit 1175 to output a predetermined warning alarm indicating that the foreign matter has been detected. For example, the alarm unit 1175 may include a beeper, an LED lamp, a vibrating element, a liquid crystal display, and the like, but is not limited thereto. It is sufficient if a predetermined alarm means configured to allow a user to recognize that a foreign matter is detected.
FOD 상태 패킷에 포함되는 기준 품질 인자 값은 표준 성능 테스트를 위해 지정된 무선 전력 송신기의 충전 베드의 특정 위치에서 해당 무선 전력 수신기에 대응하여 산출된 품질 인자 값들 중 가장 작은 값으로 결정될 수 있다.The reference quality factor value included in the FOD status packet may be determined as the smallest value among the quality factor values calculated corresponding to the corresponding wireless power receiver at a specific position of the charging bed of the wireless power transmitter designated for the standard performance test.
또한, 제어부(1180)는 협상단계에서 이물질이 감지되면, 선택 단계로 회귀하며, 소정 주기로 특정 동작 주파수에 대한 품질 인자 값 및/또는 동작 주파수 대역 내 피크 주파수를 측정하도록 측정부(1140)를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(1180)는 이물질이 감지된 상태에서 기 결정된 임계 값과 비교하여 기 감지된 이물질이 충전 영역에서 제거되었는지를 판단할 수 있다. In addition, when a foreign matter is detected in the negotiation step, the controller 1180 returns to the selection step and controls the measurement unit 1140 to measure a quality factor value and / or a peak frequency within an operating frequency band for a specific operating frequency at a predetermined period. can do. In this case, the controller 1180 may determine whether the previously detected foreign matter has been removed from the charging area by comparing with the predetermined threshold value in the state where the foreign matter is detected.
판단 결과, 이물질이 제거된 경우, 제어부(1180)는 전력 전송 단계로 진입하여 해당 무선 전력 수신 장치로의 충전을 수행할 수 있다. 복조부(1161)는 무선 전력 수신 장치로부터 수신되는 인밴드 신호를 복조하여 제어부(1180)에 전달한다. 일 예로, 복조부(1161)는 후술할 도 14 또는 도 15의 FOD 상태 패킷을 복조하여 제어부(1180)에 전달할 수 있다. As a result of the determination, when the foreign matter is removed, the controller 1180 may enter the power transmission step and perform charging to the corresponding wireless power receiver. The demodulator 1161 demodulates the in-band signal received from the wireless power receiver and transmits the demodulated in-band signal to the controller 1180. As an example, the demodulator 1161 may demodulate and forward the FOD status packet of FIG. 14 or FIG. 15 to the controller 1180.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이물질 검출 장치(1100)는 선택 단계에서 물체가 감지되면, 측정된 품질 인자 값을 피크 주파수의 이동 정도에 기반하여 적응적으로 보정함으로써, 이물질 검출에 실패할 확률을 현저히 낮출 수 있는 장점이 있다.As described above, the foreign matter detection apparatus 1100 according to the present invention may fail to detect the foreign matter by adaptively correcting the measured quality factor value based on the movement of the peak frequency when an object is detected in the selection step. This has the advantage of significantly lowering the probability.
도 12는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.12 is a block diagram for explaining the configuration of a foreign matter detection apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 12를 참조하면, 이물질 검출 장치(1200)는 측정부(1210), 탐색부(1220), 통신부(1230), 결정부(1240), 보정부(1250), 검출부(1260), 저장부(1270) 및 제어부(1280)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기한 이물질 검출 장치(1200)의 구성은 반드시 필수적인 것은 아니어서, 일부 구성이 추가되거나 삭제될 수도 있다.Referring to FIG. 12, the foreign matter detection apparatus 1200 may include a measurement unit 1210, a search unit 1220, a communication unit 1230, a determination unit 1240, a correction unit 1250, a detection unit 1260, and a storage unit ( 1270 and the controller 1280 may be configured. Since the configuration of the foreign matter detection apparatus 1200 is not necessarily essential, some components may be added or deleted.
측정부(1210)는 선택 단계에서 충전 영역에 물체가 배치되었음이 감지되면, 전력 전송을 일시 중단시키고, 미리 설정된 기준 동작 주파수에서의 품질 인자 값을 측정할 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해, 기준 동작 주파수에서 측정된 현재 품질 인자 값을 측정 품질 인자 값(Q_measured)이라 명하기로 한다. 기준 동작 주파수는 해당 동작 주파수 대역에 포함된 특정 주파수로 설정될 수 있다. 일 예로, 이물질 검출 장치(1280)가 탑재된 무선 전력 송신 장치가 WPC 표준을 지원하는 경우, 기준 동작 주파수는 100KHz일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 적용되는 표준에 따라 상이하게 정의될 수도 있음을 주의해야 한다.When it is detected that the object is disposed in the charging region in the selecting step, the measuring unit 1210 may suspend power transmission and measure a quality factor value at a preset reference operating frequency. For convenience of description, the current quality factor value measured at the reference operating frequency will be referred to as a measurement quality factor value Q_measured. The reference operating frequency may be set to a specific frequency included in the corresponding operating frequency band. For example, when the wireless power transmitter equipped with the foreign matter detection device 1280 supports the WPC standard, the reference operating frequency may be 100 KHz, but is not limited thereto and may be differently defined according to the applied standard. Be careful.
탐색부(1220)는 선택 단계에서 충전 영역에 물체가 배치되었음이 감지되면, 전력 전송을 일시 중단시키고, 동작 주파수 대역 내 최대 품질 인자 값을 가지는 주파수를 탐색할 수 있다. 여기서, 최대 품질 인자 값을 가지는 주파수를 탐색하기 위한 주파수 탐색 옵셋은 10KHz*k-여기서, k는 자연수- 단위로 설정될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 이하 설명의 편의를 위해 물체 감지 후 탐색된 동작 주파수 대역 내 최대 품질 인자 값을 가지는 주파수를 현재 피크 주파수(F_current_peak)라 명하기로 한다. 반면, 충전 영역에 무선 전력 수신기만 배치된 상태에서 사전 실험을 통해 획득된 최대 품질 인자 값을 가지는 주파수를 기준 피크 주파수(F_reference_peak)라 명하기로 한다.The search unit 1220 may suspend power transmission and search for a frequency having a maximum quality factor value in an operating frequency band when it is detected that an object is disposed in the charging region in the selection step. Here, the frequency search offset for searching for the frequency having the maximum quality factor value is 10KHz * k, where k may be set in natural numbers, but is not limited thereto. For convenience of explanation, the frequency having the maximum quality factor value in the found operating frequency band after sensing the object will be referred to as a current peak frequency (F_current_peak). On the other hand, a frequency having the maximum quality factor value obtained through a pre-experiment in the state where only the wireless power receiver is disposed in the charging region will be referred to as a reference peak frequency (F_reference_peak).
충전 영역에 무선 전력 수신기와 함께 이물질이 배치되는 경우, 동작 주파수 대역 내에서 탐색된 최대 품질 인자 값을 가지는 주파수는 충전 영역에 무선 전력 수신기만 배치된 경우에 획득된 기준 피크 주파수에 비해 큰 값을 가질 수 있다.In the case where the foreign matter is placed together with the wireless power receiver in the charging region, the frequency having the maximum quality factor value found in the operating frequency band is larger than the reference peak frequency obtained when only the wireless power receiver is placed in the charging region. Can have
측정부(1210)에 의해 측정된 측정 품질 인자 값 및 탐색부(1220)에 의해 탐색된 현재 피크 주파수 값은 저장부(1270)의 소정 기록 영역에 저장될 수 있다.The measurement quality factor value measured by the measurer 1210 and the current peak frequency value retrieved by the searcher 1220 may be stored in a predetermined recording area of the storage 1270.
통신부(1230)는 협상 단계에서 무선 전력 수신기로부터 이물질 검출 상태 패킷(FOD(Foreign Object Detection) Status Packet)을 수신할 수 있다. 여기서, 이물질 검출 상태 패킷은 기준 피크 주파수 값에 관한 정보 및 기준 품질 인자 값에 관한 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이물질 검출 상태 패킷의 구조는 후술할 도 14 내지 도 15의 설명의 통해 보다 명확해질 것이다.The communication unit 1230 may receive a Foreign Object Detection (FOD) Status Packet (FOD) from the wireless power receiver in a negotiation step. Here, the foreign matter detection status packet may include at least one of information about a reference peak frequency value and information about a reference quality factor value. The structure of the foreign matter detection status packet will be clearer through the description of FIGS. 14 to 15 to be described later.
결정부(1240)는 이물질 검출 상태 패킷에 포함된 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단하기 위한 품질 인자 임계 값을 결정할 수 있다. 일 예로, 품질 인자 임계 값은 기준 품질 인자 값 대비 10% 작은 값으로 결정될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 당업자의 설계 목적에 따라 다른 비율이 적용될 수 있다. The determination unit 1240 may determine a quality factor threshold value for determining the presence or absence of the foreign matter based on the reference quality factor value included in the foreign matter detection status packet. For example, the quality factor threshold value may be determined as a value 10% smaller than the reference quality factor value, but this is only one embodiment, and other ratios may be applied according to the design purpose of those skilled in the art.
보정부(1250)는 현재 피크 주파수(F_current_peak)와 기준 피크 주파수(F_reference_peak) 사이의 차이 값에 기반하여 품질 인자 임계값(Q_threshold)을 보정할 수 있다. 일 예로, 현재 피크 주파수 값에서 기준 피크 주파수 값을 뺀 값이 커질수록 품질 인자 임계값이 더 증가될 수 있다. 이를 위해, 현재 피크 주파수(F_current_peak)와 기준 피크 주파수(F_reference_peak) 사이의 차이 값을 인자로 하는 특정 보정 함수가 미리 정의될 수 있다. 일 예로, 보정 함수는 선형 함수일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 지수 함수와 같은 비 선형 함수로 정의될 수도 있다. The correction unit 1250 may correct the quality factor threshold Q_threshold based on a difference value between the current peak frequency F_current_peak and the reference peak frequency F_reference_peak. For example, as the value obtained by subtracting the reference peak frequency value from the current peak frequency value may increase the quality factor threshold. To this end, a specific correction function, which is a factor of the difference between the current peak frequency F_current_peak and the reference peak frequency F_reference_peak, may be predefined. For example, the correction function may be a linear function, but is not limited thereto and may be defined as a non-linear function such as an exponential function.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 보정부(1250)는 현재 피크 주파수(F_current_peak)와 기준 피크 주파수(F_reference_peak) 사이의 차이 값뿐만 아니라 기준 품질 인자 값에 기반하여 기준 측정 품질 인자 값의 보정량을 결정할 수도 있다. 일 예로, 현재 피크 주파수 값에서 기준 피크 주파수 값을 뺀 값이 커질수록, 기준 품질 인자 값이 클수록 품질 인자 임계값의 보정량은 증가될 수 있다. The correction unit 1250 according to another embodiment of the present invention determines the correction amount of the reference measurement quality factor value based on the reference quality factor value as well as the difference value between the current peak frequency F_current_peak and the reference peak frequency F_reference_peak. It may be. For example, as the value obtained by subtracting the reference peak frequency value from the current peak frequency value is larger, and as the reference quality factor value is larger, the correction amount of the quality factor threshold value may be increased.
이하 설명의 편의를 위해 보정부(1250)에 의해 보정된 품질 인자 임계값을 보정 품질 인자 임계값(Q_threshold_fixed)라 명하기로 한다.For convenience of description, the quality factor threshold corrected by the corrector 1250 will be referred to as a correction quality factor threshold Q_threshold_fixed.
검출부(1260)는 결정부(1240)에 의해 결정된 품질 인자 임계 값과 보정부(1250)에 의해 산출된 보정 품질 인자 임계값을 비교하여 충전 영역에 이물질이 존재하는지 판단할 수 있다. 일 예로, 현재 품질 인자 값이 보정 품질 인자 임계값보다 작으면, 검출부(1260)는 충전 영역에 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 반면, 현재 품질 인자 값이 보정 품질 인자 임계값보다 크거나 같으면, 검출부(1260)는 충전 영역에 이물질이 존재하는 않는 것으로 판단할 수 있다.The detector 1260 may compare the quality factor threshold value determined by the determination unit 1240 with the correction quality factor threshold value calculated by the correction unit 1250 to determine whether there is a foreign substance in the charging region. For example, if the current quality factor value is smaller than the correction quality factor threshold, the detector 1260 may determine that the foreign matter exists in the charging area. On the other hand, if the current quality factor value is greater than or equal to the correction quality factor threshold value, the detector 1260 may determine that there is no foreign matter in the charging area.
제어부(1280)는 이물질 검출 장치(1200)의 전체적인 동작을 제어하고, 특히, 무선 전력 전송 단계에 따라 하부 구성 요소-여기서, 하부 구성 요소는 측정부(1210), 탐색부(1220), 통신부(1230), 결정부(1240), 보정부(1250) 및 검출부(1260) 등을 포함함-의 동작을 제어할 수 있다.The controller 1280 controls the overall operation of the foreign matter detection apparatus 1200, and in particular, the lower component according to the wireless power transmission step, wherein the lower component is the measuring unit 1210, the searching unit 1220, and the communication unit ( 1230, the decision unit 1240, the correction unit 1250, the detection unit 1260, and the like.
일반적으로 무선 전력 수신 장치의 종류에 따라 기준 동작 주파수에서 측정된 기준 품질 인자 값은 상이할 수 있다. 또한, 무선 전력 수신 장치의 종류에 따라 동작 주파수 대역 내 최대 품질 인자 값을 가지는 주파수 값은 상이할 수 있다In general, the reference quality factor value measured at the reference operating frequency may be different according to the type of the wireless power receiver. In addition, the frequency value having the maximum quality factor value in the operating frequency band may vary according to the type of the wireless power receiver.
따라서, 이물질 검출 장치(1200)는 이물질 검출 상태 패킷(FOD(Foreign Object Detection) Status Packet)을 통해 해당 무선 전력 수신 장치에 대응되는 기준 품질 인자 값 및 기준 피크 주파수 값을 수신할 수 있다.Therefore, the foreign substance detection apparatus 1200 may receive a reference quality factor value and a reference peak frequency value corresponding to the corresponding wireless power receiver through a Foreign Object Detection (FOD) Status Packet (FOD).
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이물질 검출 장치(1200)는 선택 단계에서 물체가 감지되면, 측정된 품질 인자 값을 피크 주파수의 이동 정도에 기반하여 적응적으로 보정함으로써, 이물질 검출에 실패할 확률을 현저히 낮출 수 있는 장점이 있다.As described above, the foreign substance detection apparatus 1200 according to the present invention may fail to detect the foreign substance by adaptively correcting the measured quality factor value based on the movement of the peak frequency when an object is detected in the selection step. This has the advantage of significantly lowering the probability.
도 13a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치에서의 이물질 검출을 위한 상태 천이 절차를 설명하기 위한 도면이다. 13A is a view for explaining a state transition procedure for detecting a foreign matter in the foreign matter detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 13a를 참조하면, 이물질 검출 장치는 선택 단계(1310)에서 물체가 감지되면, 기준 동작 주파수에서의 현재 품질 인자 값-즉, 측정 품질 인자 값(Q_measured)을 측정할 수 있다.Referring to FIG. 13A, when an object is detected in the selection step 1310, the foreign matter detection apparatus may measure a current quality factor value at the reference operating frequency, that is, a measurement quality factor value Q_measured.
또한, 이물질 검출 장치는 선택 단계(1310)에서 물체가 감지되면, 핑 단계(1320)로의 진입 이전에 동작 주파수 대역 내 복수의 서로 다른 주파수에 대한 품질 인자 값을 측정하고, 측정된 품질 인자 값이 최대인 주파수-즉, 현재 피크 주파수(F_current_peak)-를 탐색할 수 있다.In addition, when the object is detected in the selection step 1310, the foreign matter detection apparatus measures the quality factor values for a plurality of different frequencies in the operating frequency band before entering the ping step 1320, and the measured quality factor values The maximum frequency, that is, the current peak frequency (F_current_peak), may be searched for.
핑 단계(1320)에서 이물질 검출 장치는 무선 전력 수신기를 식별하기 위한 소정 전력 신호-예를 들면, 디지털 핑-을 주기적으로 전송할 수 있다.In the pinging step 1320, the foreign matter detection apparatus may periodically transmit a predetermined power signal, eg, a digital ping, to identify the wireless power receiver.
이물질 검출 장치는 측정된 품질 인자 값 및 현재 피크 주파수 값에 대한 정보를 소정 기록 영역에 저장할 수 있다.The foreign matter detection apparatus may store information on the measured quality factor value and the current peak frequency value in a predetermined recording area.
이물질 검출 장치는 핑 단계(1320)에서 신호 세기 지시자가 수신되면, 식별 및 구성 단계(1330)로 진입하여 무선 전력 수신기를 식별하고, 식별된 무선 전력 수신기를 위한 각종 구성 파라메터를 설정할 수 있다.When the signal strength indicator is received in the ping step 1320, the foreign matter detection apparatus may enter the identification and configuration step 1330 to identify the wireless power receiver, and set various configuration parameters for the identified wireless power receiver.
무선 전력 수신기에 대한 식별 및 구성이 완료되면, 이물질 검출 장치는 협상 단계(1340)로 진입하여 이물질 검출 절차를 수행할 수 있다.When the identification and configuration of the wireless power receiver is completed, the foreign matter detection apparatus may enter the negotiation step 1340 to perform the foreign matter detection procedure.
여기서, 이물질 검출 절차는 하기의 4개의 절차를 통해 수행될 수 있다.Here, the foreign matter detection procedure may be performed through the following four procedures.
1단계로, 이물질 검출 장치는 식별된 무선 전력 수신기로부터 적어도 하나의 이물질 검출 상태 패킷을 수신할 수 있다. 여기서, 이물질 검출 상태 패킷은 기준 피크 주파수 값에 대한 정보 및 기준 품질 인자 값에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In one step, the foreign matter detection apparatus may receive at least one foreign matter detection status packet from the identified wireless power receiver. Here, the foreign matter detection status packet may include at least one of information on a reference peak frequency value and information on a reference quality factor value.
기준 품질 인자 값에 대한 정보는 해당 무선 전력 수신기의 전원이 OFF된 상태에서 기준 동작 주파수에 대해 측정된 품질 인자 값을 의미할 수 있다. 수신기의 전원이 OFF된 것은 부하로 전력이 전달되지 않는 상태를 의미할 수 있다. 기준 피크 주파수 값에 대한 정보는 소정의 무선 전력 송신기의 충전 영역에 해당 무선 전력 수신기만이 배치된 상태에서 동작 주파수 대역 내 가장 큰 품질 인자 값을 가지는 주파수를 의미할 수 있다. 무선 전력 수신기는 미리 기준 피크 주파수 값을 저장하고 있고, 협상단계에서 이를 무선 전력 송신기에게 전송할 수 있다.The information about the reference quality factor value may refer to a quality factor value measured for a reference operating frequency in a state in which a power of the corresponding wireless power receiver is turned off. When the power of the receiver is turned off, it may mean that power is not delivered to the load. The information on the reference peak frequency value may mean a frequency having the largest quality factor value in the operating frequency band in a state where only the corresponding wireless power receiver is disposed in the charging region of the predetermined wireless power transmitter. The wireless power receiver stores the reference peak frequency value in advance and may transmit it to the wireless power transmitter in the negotiation phase.
2 단계로, 이물질 검출 장치는 수신된 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질 존재 여부를 판단하기 위한 품질 인자 임계 값을 결정할 수 있다.In step 2, the foreign matter detection apparatus may determine a quality factor threshold value for determining whether there is a foreign matter based on the received reference quality factor value.
3 단계로, 이물질 검출 장치는 현재 피크 주파수 값과 기준 피크 주파수 값 사이의 차이에 기반하여 기준 측정 품질 인자(Q_measured_reference) 값을 보정(또는 보상(compensation)할 수 있다. 예를 들어 보정된 Q_measured_reference 값은 Q_measured_reference 값에 현재 피크 주파수 값과 기준 피크 주파수 값 사이의 차이를 더한 것일 수 있다. 또는 보정된 Q_measured_reference 값은 Q_measured_reference 값에 현재 피크 주파수 값과 기준 피크 주파수 값 사이의 차이에 소정의 가중치를 곱하여 더한 것 일 수도 있다. In step 3, the foreign matter detection apparatus may correct (or compensate) the reference measured quality factor Q_measured_reference value based on the difference between the current peak frequency value and the reference peak frequency value, for example, the corrected Q_measured_reference value. The Q_measured_reference value may be the difference between the current peak frequency value and the reference peak frequency value, or the corrected Q_measured_reference value is obtained by multiplying the difference between the current peak frequency value and the reference peak frequency value by a predetermined weight. It may be one.
4 단계로, 이물질 검출 장치는 품질 인자 임계 값과 보정된 기준 측정 품질 인자 값을 비교하여 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다.In step 4, the foreign matter detection apparatus may determine whether there is a foreign matter by comparing the quality factor threshold value and the calibrated reference measurement quality factor value.
판단 결과, 이물질이 존재하면, 이물질 검출 장치는 전력 전송을 중단하고 선택 단계(1310)로 회귀할 수 있다. 또는 이물질이 존재하는 것을 지시하는 지시자를 무선전력 수신기로 전송할 수 있고, 무선전력 수신기는 End of Power Transfer를 요청하거나, 계속 충전을 진행하기 위해 이를 무시(Ack 전송)하고 다음 단계로 넘어갈 수도 있다. 반면, 판단 결과, 이물질이 존재하지 않으면, 이물질 검출 장치는 전력 전송 단계(1350)로 진입하여 해당 무선 전력 수신기에 대한 무선 충전을 개시할 수 있다.As a result of the determination, if the foreign matter exists, the foreign matter detection device may stop the power transmission and return to the selection step 1310. Alternatively, an indicator indicating that there is a foreign matter may be transmitted to the wireless power receiver, and the wireless power receiver may request an End of Power Transfer or ignore it (Ack transmission) to continue charging and proceed to the next step. On the contrary, if the foreign matter does not exist, the foreign matter detection apparatus may enter the power transmission step 1350 and may start wireless charging of the corresponding wireless power receiver.
도 13b는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치에서의 이물질 검출을 위한 상태 천이 절차를 설명하기 위한 도면이다.13B is a view for explaining a state transition procedure for detecting a foreign matter in the foreign matter detection apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 13b를 참조하면, 이물질 검출 장치는 선택 단계(1311)에서 물체가 감지되면, 기준 동작 주파수에서의 현재 품질 인자 값-즉, 측정 품질 인자 값(Q_measured)을 측정할 수 있다.Referring to FIG. 13B, when the object is detected in the selection step 1311, the foreign matter detection apparatus may measure the current quality factor value at the reference operating frequency, that is, the measurement quality factor value Q_measured.
또한, 이물질 검출 장치는 선택 단계(1311)에서 물체가 감지되면, 핑 단계(1321)로의 진입 이전에 동작 주파수 대역 내 복수의 서로 다른 주파수에 대한 품질 인자 값을 측정하고, 측정된 품질 인자 값이 최대인 주파수-즉, 현재 피크 주파수(F_current_peak)-를 탐색할 수 있다.In addition, when the object is detected in the selection step 1311, the foreign matter detection device measures quality factor values for a plurality of different frequencies in the operating frequency band before entering the ping step 1321, and the measured quality factor values are measured. The maximum frequency, that is, the current peak frequency (F_current_peak), may be searched for.
핑 단계(1321)에서 이물질 검출 장치는 무선 전력 수신기를 식별하기 위한 소정 전력 신호-예를 들면, 디지털 핑-을 주기적으로 전송할 수 있다.In the pinging step 1321, the foreign matter detection apparatus may periodically transmit a predetermined power signal, eg, a digital ping, to identify the wireless power receiver.
이물질 검출 장치는 측정 품질 인자 값 및 현재 피크 주파수 값에 대한 정보를 소정 기록 영역에 저장할 수 있다.The foreign matter detection apparatus may store information on the measurement quality factor value and the current peak frequency value in a predetermined recording area.
이물질 검출 장치는 핑 단계(1321)에서 신호 세기 지시자가 수신되면, 식별 및 구성 단계(1331)로 진입하여 무선 전력 수신기를 식별하고, 식별된 무선 전력 수신기를 위한 각종 구성 파라메터를 설정할 수 있다.When the signal strength indicator is received in the ping step 1321, the foreign matter detection apparatus may enter the identification and configuration step 1331 to identify the wireless power receiver, and set various configuration parameters for the identified wireless power receiver.
무선 전력 수신기에 대한 식별 및 구성이 완료되면, 이물질 검출 장치는 협상 단계(1341)로 진입하여 이물질 검출 절차를 수행할 수 있다.When the identification and configuration of the wireless power receiver is completed, the foreign matter detection apparatus may enter the negotiation step 1342 and perform the foreign matter detection procedure.
여기서, 이물질 검출 절차는 하기의 4개의 절차를 통해 수행될 수 있다.Here, the foreign matter detection procedure may be performed through the following four procedures.
1단계로, 이물질 검출 장치는 식별된 무선 전력 수신기로부터 적어도 하나의 이물질 검출 상태 패킷을 수신할 수 있다. 여기서, 이물질 검출 상태 패킷은 기준 피크 주파수 값에 대한 정보 및 기준 품질 인자 값에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In one step, the foreign matter detection apparatus may receive at least one foreign matter detection status packet from the identified wireless power receiver. Here, the foreign matter detection status packet may include at least one of information on a reference peak frequency value and information on a reference quality factor value.
기준 품질 인자 값에 대한 정보는 해당 무선 전력 수신기의 전원이 OFF된 상태에서 기준 동작 주파수에 대해 측정된 품질 인자 값을 의미할 수 있다. 수신기의 전원이 OFF된 것은 부하로 전력이 전달되지 않는 상태를 의미할 수 있다. 기준 피크 주파수 값에 대한 정보는 소정의 무선 전력 송신기의 충전 영역에 해당 무선 전력 수신기만이 배치된 상태에서 동작 주파수 대역 내 가장 큰 품질 인자 값을 가지는 주파수를 의미할 수 있다. 무선 전력 수신기는 미리 기준 피크 주파수 값을 저장하고 있고, 협상단계(1341)에서 이를 무선 전력 송신기에게 전송할 수 있다.The information about the reference quality factor value may refer to a quality factor value measured for a reference operating frequency in a state in which a power of the corresponding wireless power receiver is turned off. When the power of the receiver is turned off, it may mean that power is not delivered to the load. The information on the reference peak frequency value may mean a frequency having the largest quality factor value in the operating frequency band in a state where only the corresponding wireless power receiver is disposed in the charging region of the predetermined wireless power transmitter. The wireless power receiver stores a reference peak frequency value in advance, and may transmit it to the wireless power transmitter in the negotiation step 1341.
2 단계로, 이물질 검출 장치는 수신된 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질 존재 여부를 판단하기 위한 품질 인자 임계 값을 결정할 수 있다.In step 2, the foreign matter detection apparatus may determine a quality factor threshold value for determining whether there is a foreign matter based on the received reference quality factor value.
3 단계로, 이물질 검출 장치는 품질 인자 임계 값과 측정 품질 인자 값을 비교하여 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다.In step 3, the foreign matter detection apparatus may determine whether there is a foreign matter by comparing the quality factor threshold value and the measured quality factor value.
판단 결과, 이물질이 존재하면, 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치는 전력 전송을 중단하고 선택 단계(1310)로 회귀할 수 있다. 다른 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치는 이물질이 존재함을 지시하는 소정 이물질 감지 지시자를 무선 전력 수신기로 전송할 수도 있다. 이때, 무선 전력 수신기는 이물질 감지 지시자가 수신되면, 전력 전송 종료(End of Power Transfer)를 요청하거나, 계속 충전을 진행하기 위해 이를 무시하고- 즉, 이물질 감지 지시자에 대응되는 Ack 응답 신호를 전송하지 않고- 다음 단계로 넘어갈 수도 있다. As a result of the determination, if there is a foreign matter, the foreign matter detection apparatus according to an embodiment may stop the power transmission and return to the selection step 1310. The foreign matter detection apparatus according to another embodiment may transmit a predetermined foreign matter detection indicator indicating the presence of the foreign matter to the wireless power receiver. At this time, when the foreign matter detection indicator is received, the wireless power receiver requests an end of power transfer or ignores it to continue charging-that is, does not transmit an Ack response signal corresponding to the foreign matter detection indicator. You can also go to the next step.
반면, 판단 결과, 이물질이 존재하지 않으면, 이물질 검출 장치는 기준 피크 주파수 값을 수신했는지 여부를 판단할 수 있다.On the other hand, if the foreign matter does not exist, as a result of the determination, the foreign matter detection apparatus may determine whether the reference peak frequency value has been received.
본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치는 이물질 검출 상태 패킷에 포함된 기준 피크 주파수 값이 0보다 큰 값이면 기준 피크 주파수 값이 수신된 것으로 판단할 수 있다. The foreign matter detection apparatus according to an embodiment of the present invention may determine that the reference peak frequency value is received when the reference peak frequency value included in the foreign matter detection status packet is greater than zero.
기준 피크 주파수 값이 수신되지 않은 경우, 이물질 검출 장치는 전력 전송 단계(1350)로 진입하여 해당 무선 전력 수신기에 대한 무선 충전을 개시할 수 있다.When the reference peak frequency value is not received, the foreign matter detection apparatus may enter the power transmission step 1350 to initiate wireless charging of the corresponding wireless power receiver.
기준 피크 주파수 정보가 수신된 경우, 이물질 검출 장치는 기준 피크 주파수 값을 기반으로 피크 주파수 임계값을 결정할 수 있다.When the reference peak frequency information is received, the foreign matter detection apparatus may determine the peak frequency threshold based on the reference peak frequency value.
4단계로, 이물질 검출 장치는 피크 주파수 임계값과 현재 피크 주파수 값을 비교하여 이물질 존재여부를 판단할 수 있다. 피크 주파수 임계값보다 현재 피크 주파수 값이 큰 경우 이물질이 존재한다고 판단하고, 이물질 검출 장치는 전력 전송을 중단하고 선택 단계(1311)로 회귀할 수 있다. 또는 이물질이 존재하는 것을 지시하는 지시자를 무선전력 수신기로 전송할 수 있고, 무선전력 수신기는 End of Power Transfer를 요청하거나, 계속 충전을 진행하기 위해 이를 무시(Ack 전송)하고 다음 단계로 넘어갈 수도 있다. 반면, 판단 결과, 이물질이 존재하지 않으면, 이물질 검출 장치는 전력 전송 단계(1351)로 진입하여 해당 무선 전력 수신기에 대한 무선 충전을 개시할 수 있다. In step 4, the foreign matter detection apparatus may determine whether there is a foreign matter by comparing the peak frequency threshold value and the current peak frequency value. If the present peak frequency value is greater than the peak frequency threshold, it is determined that the foreign matter exists, and the foreign matter detection device may stop the power transmission and return to the selection step 1311. Alternatively, an indicator indicating that there is a foreign matter may be transmitted to the wireless power receiver, and the wireless power receiver may request an End of Power Transfer or ignore it (Ack transmission) to continue charging and proceed to the next step. On the other hand, if the foreign matter does not exist, the foreign matter detection apparatus may enter the power transmission step 1351 and may start wireless charging of the wireless power receiver.
또 다른 실시예로 도13b의 실시예에서 이물질 검출 장치는 품질 인자 값에 기반한 이물질 검출 절차를 수행하기 이전에 무선 전력 수신기로부터 기준 피크 주파수 값이 수신되었는지 확인하는 절차를 먼저 수행할 수도 있다. In another embodiment, in the embodiment of FIG. 13B, the foreign matter detection apparatus may first perform a procedure of checking whether a reference peak frequency value is received from the wireless power receiver before performing the foreign matter detection procedure based on the quality factor value.
이때, 확인 결과, 기준 피크 주파수 값이 수신된 경우, 이물질 검출 장치는 품질 인자 값에 기반한 이물질 검출 절차와 피크 주파수에 기반한 이물질 검출 절차를 모두 수행하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다. In this case, when the reference peak frequency value is received, the foreign matter detection apparatus may determine whether the foreign matter exists by performing both the foreign matter detection procedure based on the quality factor value and the foreign matter detection procedure based on the peak frequency.
반면, 확인 결과, 기준 피크 주파수 값이 수신되지 않은 경우, 이물질 검출 장치는 품질 인자 값에 기반한 이물질 검출 절차만을 수행하여 이물질 존재 여부를 판단할 수도 있다.On the contrary, when the reference peak frequency value is not received, the foreign matter detection apparatus may determine whether the foreign matter exists by performing only the foreign matter detection procedure based on the quality factor value.
상기 기준 피크 주파수의 수신 여부에 따라 이물질 검출 절차를 차별적으로 수행하는 경우, 무선 전력 수신기가 선호하는 방식으로 이물질 검출 절차가 수행될 수 있는 장점이 있다. 또한, 해당 무선 전력 수신기가 장착된 디바이스에 최적화된 이물질 검출 방법을 제조 단계에서 미리 설정함으로써, 이물질 검출에 대한 정확도를 높일 수 있는 효과를 기대할 수도 있다. 물론, 소정 메뉴 설정을 통해 해당 무선 전력 수신기에 대응되는 이물질 검출 방법-즉, 기준 피크 주파수 정보의 전송 여부-가 변경될 수도 있음을 주의해야 한다. 실시예로, 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기의 타입 및 특성을 식별하고, 식별된 타입 및 특성에 최적화된 이물질 검출 방법을 결정할 수도 있다. 이 경우, 무선 전력 수신기는 결정된 이물질 검출 방법에 따라 적응적으로 기준 피크 주파수 정보의 전송 여부를 결정할 수도 있다. When the foreign matter detection procedure is differentially performed according to whether the reference peak frequency is received, the foreign matter detection procedure may be performed in a manner preferred by the wireless power receiver. In addition, by setting the foreign matter detection method optimized for the device equipped with the wireless power receiver in advance at the manufacturing stage, it is possible to expect the effect of increasing the accuracy of the foreign matter detection. Of course, it should be noted that the foreign matter detection method corresponding to the wireless power receiver, that is, whether the reference peak frequency information is transmitted, may be changed through the predetermined menu setting. In an embodiment, the wireless power receiver may identify the type and characteristic of the wireless power transmitter and determine a foreign object detection method optimized for the identified type and characteristic. In this case, the wireless power receiver may adaptively determine whether to transmit the reference peak frequency information according to the determined foreign material detection method.
도 13c는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 이물질 검출 과정을 설명하기 위한 도면이다.13C is a view for explaining a foreign matter detection process according to another embodiment of the present invention.
무선 전력 송신기는 충전 영역에 물체가 감지되는 경우 공진회로의 품질 인자 값을 측정할 수 있다. 공진회로의 품질 인자는 특정 주파수의 교류 전력이 공진회로에 인가되었을 때의 공진 캐패시터에 의한 입출력 전압의 증폭 비율을 의미할 수 있다. 이는 상기 도 11-a 및 11-b의 설명을 참조할 수 있다. 이때, 무선 전력 송신기의 동작 주파수 범위 내에서 각 주파수 별 품질 인자 값을 측정할 수 있다. The wireless power transmitter may measure a quality factor value of the resonant circuit when an object is detected in the charging region. The quality factor of the resonant circuit may mean an amplification ratio of the input / output voltage by the resonant capacitor when AC power of a specific frequency is applied to the resonant circuit. This may be referred to the description of FIGS. 11-A and 11-B above. In this case, a quality factor value for each frequency may be measured within an operating frequency range of the wireless power transmitter.
무선 전력 송신기는 상기 품질 인자 측정을 통해 현재 품질 인자 값 및 피크 주파수(측정된 주파수 범위 내 최대 품질 인자 값이 측정된 주파수)를 결정하고, 메모리에 저장할 수 있다.The wireless power transmitter may determine the current quality factor value and the peak frequency (the frequency at which the maximum quality factor value is measured within the measured frequency range) through the quality factor measurement, and store them in a memory.
무선 전력 송신기는 이물질 감지 상태 패킷을 수신할 수 있다. 여기서, 이물질 감지 상태 패킷은 도 14-a 내지 14-b의 설명을 참고할 수 있다.The wireless power transmitter may receive the foreign matter detection status packet. Here, the foreign matter detection status packet may refer to the description of FIGS. 14A to 14B.
무선 전력 송신기는 수신된 기준 품질 인자 값을 기반으로 품질 인자 임계값을 결정할 수 있다.The wireless power transmitter may determine the quality factor threshold based on the received reference quality factor value.
무선 전력 송신기는 상기 품질 인자 임계값 및 측정된 품질 인자 값을 이용하여 이물질 존재여부를 결정할 수 있다.The wireless power transmitter may determine whether there is a foreign substance using the quality factor threshold value and the measured quality factor value.
예를들어, 품질 인자 임계값보다 현재 품질 인자값이 크거나 같은 경우, 무선 전력 송신기는 이물질이 존재한다고 판단할 수 있다. 품질 인자 임계값보다 현재 품질 인자값이 작은 경우, 무선 전력 송신기는 기준 피크 주파수에 관한 정보가 이물질 검출 상태 패킷에 포함되어 있는지 여부를 판단할 수 있다. (후술할 도 14 참고) For example, if the current quality factor value is greater than or equal to the quality factor threshold, the wireless power transmitter may determine that a foreign object exists. When the current quality factor value is smaller than the quality factor threshold value, the wireless power transmitter may determine whether information on the reference peak frequency is included in the foreign matter detection status packet. (See FIG. 14 to be described later.)
만약, 이물질 검출 상태 패킷에 기준 피크 주파수에 관한 정보가 포함되지 않은 경우, 무선 전력 송신기는 이물질이 존재하지 않는다고 판단할 수 있다. 이 때, 무선 전력 전송을 위한 다음 단계(ex calibration or power transfer)가 진행될 수 있다.If the foreign matter detection status packet does not include the information about the reference peak frequency, the wireless power transmitter may determine that the foreign matter does not exist. At this time, a next step (ex calibration or power transfer) for wireless power transfer may be performed.
기준 피크 주파수에 관한 정보가 포함된 경우, 무선 전력 송신기는 수신된 기준 피크 주파수에 관한 정보에 기반한 이물질 존재 여부 판단을 더 수행할 수 있다. 무선 전력 송신기는 기준 피크 주파수 값을 이용하여 피크 주파수 임계값을 결정할 수 있다. 무선 전력 송신기는 피크 주파수 임계값과 현재 피크 주파수를 비교하고, 현재 피크 주파수가 피크 주파수 임계값 이상인 경우 이물질이 존재한다고 판단할 수 있다. 반면, 이하인 경우 현재 피크 주파수가 피크 주파수 임계값보다 작은 경우, 무선 전력 송신기는 이물질이 존재하지 않는다고 판단할 수 있다. When the information about the reference peak frequency is included, the wireless power transmitter may further determine whether there is a foreign substance based on the received information about the reference peak frequency. The wireless power transmitter may determine the peak frequency threshold using the reference peak frequency value. The wireless power transmitter may compare the peak frequency threshold with the current peak frequency, and determine that there is a foreign substance when the current peak frequency is greater than or equal to the peak frequency threshold. On the other hand, in the following case, if the current peak frequency is less than the peak frequency threshold, the wireless power transmitter may determine that there is no foreign matter.
이물질 존재 여부에 대한 판단 결과에 따라, 무선 전력 송신기는 무선 전력 전송의 진행 또는 중단을 판단할 수 있다.According to the determination result of the presence of the foreign matter, the wireless power transmitter may determine the progress or interruption of the wireless power transmission.
또 다른 실시예로, 품질 인자 값에 기반하여 이물질 존재 여부를 판단하는 절차와 피크 주파수에 기반하여 이물질 존재 여부를 판단하는 절차가 순서가 바뀌어 진행될 수도 있다. 즉, 피크 주파수에 기반한 이물질 존재 여부 판단이 먼저 수행된 후, 품질 인자 값에 기반한 이물질 존재 여부 판단을 추가로 진행함으로써, 이물질 검출 능력을 향상 시킬 수 있다.In another embodiment, the procedure for determining the presence of foreign matter based on the quality factor value and the procedure for determining the presence of foreign matter based on the peak frequency may be reversed. That is, after the foreign material presence determination based on the peak frequency is first performed, the foreign matter detection capability can be further improved by further performing the determination of the presence of the foreign matter based on the quality factor value.
도 13d는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 이물질 검출 과정을 설명하기 위한 도면이다.13D is a view for explaining a foreign matter detection process according to another embodiment of the present invention.
도 13d를 참조하면, 무선 전력 송신기는 충전 영역에 물체가 감지되는 경우 공진 회로의 품질 인자 값을 측정할 수 있다. 공진회로의 품질 인자 값은 특정 주파수의 교류 전력이 공진회로에 인가되었을 때의 공진 캐패시터에 의한 입출력 전압의 증폭비율을 의미할 수 있다. 이는 상기 도 11-a 및 11-b의 설명을 참조할 수 있다. 이때, 무선 전력 송신기의 동작 주파수 범위 내에서 각 주파수 별 품질 인자 값이 측정될 수 있다. Referring to FIG. 13D, when an object is detected in the charging region, the wireless power transmitter may measure a quality factor value of the resonant circuit. The quality factor value of the resonant circuit may mean an amplification ratio of the input / output voltage by the resonant capacitor when AC power of a specific frequency is applied to the resonant circuit. This may be referred to the description of FIGS. 11-A and 11-B above. In this case, a quality factor value for each frequency may be measured within an operating frequency range of the wireless power transmitter.
무선 전력 송신기는 주파수 별 측정된 품질 인자 값을 소정 메모리에 저장할 수 있다.The wireless power transmitter may store the quality factor value measured for each frequency in a predetermined memory.
무선 전력 송신기는 이물질 검출 상태 패킷을 수신할 수 있다. The wireless power transmitter may receive the foreign matter detection status packet.
여기서, 이물질 검출 상태 패킷은 동작 주파수 내 최대 품질 인자 값이 측정되는 주파수에 대응하는 기준 피크 주파수에 관한 정보 및 해당 최대 품질 인자 값에 대응 하는 기준 품질 인자 값에 관한 정보를 포함할 수 있다. Here, the foreign matter detection status packet may include information about a reference peak frequency corresponding to a frequency at which a maximum quality factor value within an operating frequency is measured and information about a reference quality factor value corresponding to a corresponding maximum quality factor value.
무선 전력 송신기는 수신된 기준 품질 인자 값을 기반으로 품질 인자 임계값을 결정할 수 있다.The wireless power transmitter may determine the quality factor threshold based on the received reference quality factor value.
무선 전력 송신기는 상기 품질 인자 임계값과 측정된 품질 인자 값을 이용하여 이물질 존재여부를 결정할 수 있다. 이때 측정된 품질 인자 값은 수신된 기준 피크 주파수에 대응하는 주파수에서 측정한 품질 인자 값을 이용할 수 있다. 상기 주파수 별 측정된 품질 인자 값이 메모리에 저장되었으므로, 무선 전력 송신기는 수신된 기준 피크 주파수에 대응하는 주파수를 식별하고, 식별된 주파수에 대응하여 측정된 품질 인자 값을 메모리로부터 읽어 들일 수 있다. The wireless power transmitter may determine whether there is a foreign substance using the quality factor threshold value and the measured quality factor value. In this case, the measured quality factor value may use a quality factor value measured at a frequency corresponding to the received reference peak frequency. Since the measured quality factor value for each frequency is stored in the memory, the wireless power transmitter may identify a frequency corresponding to the received reference peak frequency and read the measured quality factor value corresponding to the identified frequency from the memory.
이물질 존재 유무에 따라 품질 인자 값이 가장 크게 변경되는 주파수는 기준 피크 주파수이다. 따라서, 무선 전력 수신기는 기준 피크 주파수와 기준 피크 주파수에서 측정된 품질 인자 값을 무선 전력 송신기에 전송하고, 무선 전력 송신기는 수신된 상기 정보를 기반으로 이물질을 존재 여부를 판단할 수 있다. 이 때, 이물질 유무에 따라 품질 인자 값이 가장 크게 변경되는 기준 피크 주파수에 대응하는 기준 품질 인자값과 현재 품질 인자 값을 비교하면, 이물질 검출 능력이 향상될 수 있다. 여기서, 기준 피크 주파수에 대응되는 현재 품질 인자 값이 핑 단계 이전에 측정될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The frequency at which the quality factor value changes the most according to the presence or absence of foreign substances is the reference peak frequency. Accordingly, the wireless power receiver transmits a quality factor value measured at the reference peak frequency and the reference peak frequency to the wireless power transmitter, and the wireless power transmitter may determine whether there is a foreign substance based on the received information. At this time, the foreign matter detection capability can be improved by comparing the current quality factor value with the reference quality factor corresponding to the reference peak frequency at which the quality factor value is greatly changed depending on the presence or absence of foreign matter. Here, the current quality factor value corresponding to the reference peak frequency may be measured before the ping step, but is not limited thereto.
본 발명의 또다른 실시예에서, 무선전력 송신기는 이물질 감지 상태패킷에 포함된 기준 피크 주파수에 관한 정보 만으로도 이물질 존재여부를 판단할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the wireless power transmitter may determine whether there is a foreign matter only by using information about the reference peak frequency included in the foreign matter detection state packet.
핑단계 이전 측정된 품질인자 값 중 최대 품질인자값에 대응하는 주파수가 기준 피크 주파수보다 큰경우(일정 오차 범위를 고려하여 결정할 수 있다.) 이물질이 존재한다고 판단할 수 있다.If the frequency corresponding to the maximum quality factor value among the quality factor values measured before the ping step is larger than the reference peak frequency (which may be determined in consideration of a certain error range), it may be determined that there is a foreign substance.
도 14-a는 본 발명의 일 실시예에 따른 FOD 상태 패킷의 메시지 구조를 설명하기 위한 도면이다.14-a illustrates a message structure of a FOD status packet according to an embodiment of the present invention.
도 14-a를 참조하면, FOD 상태 패킷 메시지(1400)는 2바이트의 길이를 가질 수 있으며, 6비트 길이의 제1 데이터(1401) 필드, 2비트 길이의 모드(Mode, 1402) 필드 및 1바이트 길이의 기준 품질 인자 값(Reference Quality Factor Value, 1403) 필드를 포함하여 구성될 수 있다. Referring to FIG. 14-a, the FOD status packet message 1400 may have a length of 2 bytes, and includes a 6-bit first data 1401 field, a 2-bit mode, 1402 field, and 1. It may be configured to include a reference quality factor value (4031) field of the byte length.
도면 번호 1404에 보여지는 바와 같이, 모드(1402) 필드가 이진수 '00'으로 설정되면, 제1 데이터(1401) 필드의 모든 비트는 0으로 기록되고, 기준 품질 인자 값(1403) 필드에 해당 무선 전력 수신기의 전원이 OFF된 상태에서 측정 및 결정된 기준 품질 인자 값에 대응되는 정보가 기록된다. 반면, 모드(1402) 필드가 이진수 '01'로 설정되면, 제1 데이터(1401) 필드에는 충전 영역에 해당 무선 전력 수신기만이 배치된 상태에서 동작 주파수 대역 내 가장 큰 품질 인자 값을 가지는 주파수를 의미하는 기준 피크 주파수 값(Reference Peak Frequency Value)에 상응하는 정보가 기록된다. 이때, 기준 품질 인자 값(1403) 필드에는 해당 무선 전력 수신기의 전원이 OFF된 상태에서 측정되어 결정된 기준 품질 인자 값에 대응되는 정보가 기록될 수 있다. 제1 데이터(1401)에 기록되는 기준 피크 주파수 값의 해상도는 동작 주파수 대역의 크기에 기반하여 결정될 수 있다. As shown in FIG. 1404, when the mode 1402 field is set to binary '00', all bits of the first data 1401 field are written as 0, corresponding to the reference quality factor value 1403 field. Information corresponding to the reference quality factor value measured and determined while the power receiver is turned off is recorded. On the other hand, if the mode 1402 field is set to binary '01', the first data 1401 field has a frequency having the largest quality factor value in the operating frequency band while only the corresponding wireless power receiver is disposed in the charging region. Information corresponding to a reference peak frequency value is recorded. In this case, in the reference quality factor value 1403 field, information corresponding to the reference quality factor value measured and determined while the power of the corresponding wireless power receiver is turned off may be recorded. The resolution of the reference peak frequency value recorded in the first data 1401 may be determined based on the size of the operating frequency band.
상기 도 14a에 도시된 바와 같이, 제1 데이터(1401)는 0에서 63까지의 값을 가질 수 있다. 만약, 동작 주파수 대역이 100KHz에서 260KHz인 경우, 제1 데이터(1401)가 0이면, 기준 피크 주파수가 100KHz를 의미하고, 제1 데이터(1401)가 63이면, 기준 피크 주파수가 260KHz를 의미할 수 있다. 이때, 기준 피크 주파수 값의 해상도는 동작 주파수 대역폭을 제1 데이터(1410)의 개수로 나눈 160KHz/64=2.5KHz로 결정될 수 있다. As shown in FIG. 14A, the first data 1401 may have a value from 0 to 63. If the operating frequency band is 100 KHz to 260 KHz, if the first data 1401 is 0, the reference peak frequency may be 100 KHz, and if the first data 1401 is 63, the reference peak frequency may mean 260 KHz. have. In this case, the resolution of the reference peak frequency value may be determined as 160KHz / 64 = 2.5KHz obtained by dividing the operating frequency bandwidth by the number of the first data 1410.
또는 품질 인자 측정을 위한 동작 주파수 대역은 87KHz ~ 150KHz 일 수 있으며, 이때, 제1 데이터(1401)에는 87KHz부터 150KHz 사이의 어느 주파수 값을 지시할 수도 있다.Alternatively, the operating frequency band for measuring the quality factor may be 87 KHz to 150 KHz. In this case, the first data 1401 may indicate any frequency value between 87 KHz and 150 KHz.
도 14-b는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 FOD 상태 패킷의 메시지 구조를 설명하기 위한 도면이다.14-b is a diagram illustrating a message structure of a FOD status packet according to another embodiment of the present invention.
도 14-b를 참조하면, FOD 상태 패킷 메시지(1410)는 2바이트의 길이를 가질 수 있으며, 6비트 길이의 제1 데이터(1411) 필드, 2비트 길이의 모드(Mode, 1412) 필드 및 1바이트 길이의 기준 품질 인자 값(Reference Quality Factor Value, 1413) 필드를 포함하여 구성될 수 있다. Referring to FIG. 14-B, the FOD status packet message 1410 may have a length of 2 bytes, and includes a 6-bit first data 1411 field, a 2-bit mode 1412 field, and 1. It may be configured to include a reference quality factor value (1413) field of the byte length.
도면 번호 1414에 보여지는 바와 같이, 모드(1412) 필드가 이진수 '00'으로 설정되면, 제1 데이터(1401) 필드에는 충전 영역에 해당 무선 전력 수신기만이 배치된 상태에서 동작 주파수 대역 내 가장 큰 품질 인자 값을 가지는 주파수를 의미하는 기준 피크 주파수 값(Reference Peak Frequency Value)에 상응하는 정보가 기록될 수 있다. 만약, 제1 데이터(1411)가 0인경우, 이물질 검출 장치는 무선 전력 수신기가 기준 피크 주파수 값을 전송하지 않은 것으로 판단할 수 있다. 이때, 기준 품질 인자 값(1413) 필드에는 해당 무선 전력 수신기의 전원이 OFF된 상태에서 측정되어 결정된 기준 품질 인자 값에 대응되는 정보가 기록될 수 있다. 제1 데이터(1401)에 기록되는 기준 피크 주파수 값의 해상도는 동작 주파수 대역의 크기에 기반하여 결정될 수 있다. As shown in FIG. 1414, if the mode 1412 field is set to binary '00', the first data 1401 field is the largest in the operating frequency band with only the corresponding wireless power receiver disposed in the charging region. Information corresponding to a reference peak frequency value representing a frequency having a quality factor value may be recorded. If the first data 1411 is 0, the foreign matter detection apparatus may determine that the wireless power receiver does not transmit the reference peak frequency value. In this case, information corresponding to the reference quality factor value measured and determined while the power of the corresponding wireless power receiver is turned off may be recorded in the reference quality factor value 1413 field. The resolution of the reference peak frequency value recorded in the first data 1401 may be determined based on the size of the operating frequency band.
상기 도 14-b에 도시된 바와 같이, 제1 데이터(1411)는 1에서 63까지의 값을 가질 수 있다. 만약, 동작 주파수 대역이 100KHz에서 260KHz인 경우, 제1 데이터(1411)가 1이면, 기준 피크 주파수가 100KHz를 의미하고, 제1 데이터(1411)가 63이면, 기준 피크 주파수가 260KHz를 의미할 수 있다. 이때, 기준 피크 주파수 값의 해상도는 동작 주파수 대역폭을 제1 데이터(1411)의 개수로 나눈 160KHz/63=2.54KHz로 결정될 수 있다. As shown in FIG. 14-b, the first data 1411 may have a value from 1 to 63. If the operating frequency band is 100KHz to 260KHz, if the first data 1411 is 1, the reference peak frequency may be 100KHz. If the first data 1411 is 63, the reference peak frequency may mean 260KHz. have. In this case, the resolution of the reference peak frequency value may be determined as 160KHz / 63 = 2.54KHz obtained by dividing the operating frequency bandwidth by the number of first data 1411.
또는 품질 인자 측정을 위한 동작 주파수 대역은 87KHz ~ 149KHz 일 수 있으며, 이때, 제1 데이터(1411)에는 87KHz부터 149KHz 사이의 어느 주파수 값을 지시할 수도 있다.Alternatively, the operating frequency band for measuring the quality factor may be 87 KHz to 149 KHz. In this case, the first data 1411 may indicate any frequency value between 87 KHz and 149 KHz.
또 다른 실시예로, 상기 도 14-a 및 도 14-b의 이물질 검출 상태 패킷은 동작 주파수 내 최대 품질 인자 값이 측정되는 주파수에 대응하는 기준 피크 주파수에 관한 정보 및 해당 최대 품질 인자 값에 대응 하는 품질 인자 값인 기준 품질 인자 값에 관한 정보를 포함할 수 있다. 상기 기준 피크 주파수에 관한 정보 값 및 기준 품질 인자 값은 무선 전력 수신기의 메모리에 저장된 정보일 수 있다. 이 값은 수신기가 제조과정에서 특정 무선 전력 송신기를 이용하여 미리 측정된 값일 수 있다. 여기서, 특정 무선 전력 송신기는 표준 규격 송신기로서 인증용으로 사용되며, 실제 제품에서는 표준 규격 송신기를 기준으로 디자인적 차이와 특성 차이를 고려하여 표준 규격 송신기의 측정치가 보정되어 사용될 수 있다.In another embodiment, the foreign matter detection status packet of FIGS. 14A and 14B corresponds to information about a reference peak frequency corresponding to a frequency at which a maximum quality factor value within an operating frequency is measured and a corresponding maximum quality factor value. It may include information about the reference quality factor value which is a quality factor value. The information value and the reference quality factor value regarding the reference peak frequency may be information stored in a memory of the wireless power receiver. This value may be a value previously measured by the receiver using a specific wireless power transmitter during manufacturing. Here, the specific wireless power transmitter is used for certification as a standard transmitter, and in actual products, measurement values of the standard transmitter may be corrected and used in consideration of design differences and characteristic differences based on the standard transmitter.
무선 전력 송신기는 상기 도 14의 FOD 상태 패킷을 수신하면, 기준 품질 인자 값과 핑단계(520)(또는 핑단계 이전)에서 측정된 품질인자 값을 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있고(방법 1), 또는 기준 피크 주파수와 핑단계(520)(또는 핑단계 이전)에서 측정된 피크 주파수를 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수도 있다(방법 2, 상기 도 11의 실시예들).When the wireless power transmitter receives the FOD status packet of FIG. 14, the wireless power transmitter may compare the reference quality factor value with the quality factor value measured in the ping step 520 (or before the ping step) to determine whether there is a foreign substance ( Method 1) or the reference peak frequency and the peak frequency measured in the ping step 520 (or before the ping step) may be determined to determine the presence of foreign matter (method 2, the embodiments of FIG. 11).
또는, 복합적인 방법으로 이물질의 존재 여부를 판단할 수도 있다.Alternatively, the presence of a foreign matter may be determined in a complex manner.
일 실시예로, 무선 전력 송신기는 상기 방법 1로 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다. 이때 수신된 기준 품질 인자 값을 기반으로 두 개의 임계값(임계값 1:Q_Threshold 1 및 임계값 2: Q_Threshold 2)을 결정할 수 있다. 여기서, 임계값 1은 임계값 2보다 큰 값을 갖는다.In one embodiment, the wireless power transmitter may determine whether there is a foreign substance in the method 1. In this case, two thresholds (threshold 1: Q_Threshold 1 and threshold 2: Q_Threshold 2) may be determined based on the received reference quality factor value. Here, the threshold 1 has a value larger than the threshold 2.
핑단계(520) 이전 측정된 품질 인자 값이 임계값 2보다 작으면, 무선전력 송신기는 이물질이 존재한다고 판단할 수 있다.If the quality factor value measured before the ping step 520 is less than the threshold value 2, the wireless power transmitter may determine that a foreign substance exists.
핑단계(520) 이전 측정된 품질 인자 값이 임계값 1보다 작고 임계값 2보다 크거나 같으면, 무선 전력 송신기는 방법 2를 통해 이물질이 존재 여부를 판단할 수 있다.If the quality factor value measured before the ping step 520 is less than the threshold 1 and greater than or equal to the threshold 2, the wireless power transmitter may determine whether there is a foreign substance through method 2.
도 15는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 FOD 상태 패킷의 메시지 구조를 설명하기 위한 도면이다.15 is a diagram for explaining a message structure of a FOD status packet according to another embodiment of the present invention.
도 15를 참조하면, FOD 상태 패킷 메시지(1500)는 2바이트의 길이를 가질 수 있으며, 6비트 길이의 예약(Reserved, 1501) 필드, 2비트 길이의 모드(Mode, 1502) 필드 및 1바이트 길이의 기준 값(Reference Value, 1503) 필드를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 예약(1501) 필드의 모든 비트는 '0'으로 기록된다.Referring to FIG. 15, the FOD status packet message 1500 may have a length of 2 bytes, and a 6-bit reserved (1501) field, a 2-bit mode (1502) field, and a 1-byte length It may be configured to include the reference value (Reference Value, 1503) field of. Here, all bits of the reservation 1501 field are recorded as '0'.
도면 번호 1504에 보여지는 바와 같이, 모드(1502) 필드가 이진수 '00'으로 설정되면, 기준 값(1503) 필드에는 해당 무선 전력 수신기의 전원이 OFF된 상태에서 측정되어 결정된 기준 품질 인자 값에 상응하는 정보가 기록될 수 있다. As shown in reference numeral 1504, when the mode 1502 field is set to binary '00', the reference value 1503 field corresponds to a reference quality factor value determined and measured while the wireless power receiver is powered off. Information can be recorded.
반면, 모드(1502) 필드가 이진수 '01'로 설정되면, 기준 값(1503) 필드에는 충전 영역에 해당 무선 전력 수신기만이 배치된 상태에서 동작 주파수 대역 내 가장 큰 품질 인자 값을 가지는 주파수를 의미하는 기준 피크 주파수 값(Reference Peak Frequency Value)에 상응하는 정보가 기록될 수 있다. 이때, 기준 피크 주파수는 충전 영역에 이물질이 배치되지 않고, 전원이 OFF된 무선 전력 수신기만이 존재하는 상태에서 탐색될 수 있다.On the other hand, if the mode 1502 field is set to binary '01', the reference value 1503 field means a frequency having the largest quality factor value in the operating frequency band while only the corresponding wireless power receiver is disposed in the charging region. Information corresponding to a reference peak frequency value may be recorded. In this case, the reference peak frequency may be searched in a state in which a foreign material is not disposed in the charging region and only a wireless power receiver in which the power is off exists.
본 실시예에 있어서, 이물질 검출 장치(또는 무선 전력 송신 장치)는 협상 단계에서 복수의 FOD 상태 패킷을 수신하여 해당 무선 전력 수신기에 대응하는 기준 피크 주파수 값 및 기준 품질 인자 값을 획득할 수 있다.In the present embodiment, the foreign matter detection apparatus (or the wireless power transmitter) may receive a plurality of FOD status packets in the negotiation step to obtain a reference peak frequency value and a reference quality factor value corresponding to the corresponding wireless power receiver.
일 예로, 기준 값(1503)에 기록되는 값이, 기준 피크 주파수인 경우, 기준 피크 주파수 값의 해상도는 해당 무선 전력 송신 장치의 동작 주파수 대역의 크기-즉, 동작 주파수 대역폭-에 기반하여 결정될 수 있다. As an example, when the value recorded in the reference value 1503 is the reference peak frequency, the resolution of the reference peak frequency value may be determined based on the size of the operating frequency band of the corresponding wireless power transmitter, that is, the operating frequency bandwidth. have.
만약, 해당 무선 충전 시스템의 동작 주파수 대역폭이 256KHz인 경우, 기준 피크 주파수 값의 해상도는 256KHz/128=2KHz일 수 있다.If the operating frequency bandwidth of the wireless charging system is 256KHz, the resolution of the reference peak frequency value may be 256KHz / 128 = 2KHz.
상기 도 15에 도시된 바와 같이, 기준 값(1503) 필드는 1바이트의 길이를 가지므로, 기준 값(1503)은 0에서 127까지의 값을 가질 수 있다. 일 예로, 동작 주파수 대역이 100KHz에서 356KHz인 무선 전력 송신 장치가 모드(1502) 값이 이진수 '01'이고, 기준 값(1503)이 '0x05'로 설정된 FOD 상태 패킷을 수신하면, 무선 전력 송신 장치는 해당 무선 전력 수신기에 대응되는 기준 피크 주파수가 100KHz+5*2KHz=110KHz임을 인지할 수 있다. As shown in FIG. 15, since the reference value 1503 field has a length of 1 byte, the reference value 1503 may have a value from 0 to 127. For example, when a wireless power transmitter having an operating frequency band of 100 KHz to 356 KHz receives a FOD status packet in which the mode 1502 value is binary '01' and the reference value 1503 is set to '0x05', the wireless power transmitter Recognize that the reference peak frequency corresponding to the corresponding wireless power receiver is 100KHz + 5 * 2KHz = 110KHz.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 이물질 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.16 is a flowchart illustrating a foreign material detection method in a wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 16을 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 선택 단계에서 충전 영역에 배치된 물체가 감지하면, 핑 단계로의 진입 이전에 기준 동작 주파수에 대응되는 품질 인자 값을 측정하여 소정 기록 영역에 저장할 수 있다(S1601 내지 S1602). 이때 송신 코일의 전압은 0.5Vrms~2Vrms가 적당하다. 무선전력 수신기의 정류기 누수 전류를 방지할 수 있다. 여기서, rms는 root mean square를 의미한다.Referring to FIG. 16, when the wireless power transmitter detects an object disposed in the charging area in the selecting step, the wireless power transmitter may measure and store a quality factor value corresponding to the reference operating frequency before entering the ping step, in the predetermined recording area. (S1601 to S1602). At this time, the voltage of the transmitting coil is 0.5Vrms ~ 2Vrms is appropriate. The rectifier leakage current of the wireless power receiver can be prevented. Here, rms means root mean square.
또한, 무선 전력 송신 장치는 동작 주파수 대역 내 복수의 서로 다른 주파수에서 측정된 품질 인자 값 중 최대 품질 인자 값을 가지는 주파수인 현재 피크 주파수를 탐색하여 소정 기록 영역에 저장할 수 있다(S1603). 여기서, 동작 주파수 대역 내 현재 피크 주파수 탐색을 위해 품질 인자 값이 측정되는 주파수들을 결정하기 위한 주파수 옵셋(또는 주파수의 개수)는 당업자의 설계에 따라 상이할 수 있음을 주의해야 한다(S1603).Also, the apparatus for transmitting power wirelessly may search for a current peak frequency, which is a frequency having a maximum quality factor value among quality factor values measured at a plurality of different frequencies in an operating frequency band, and store the current peak frequency in a predetermined recording area (S1603). Here, it should be noted that the frequency offset (or the number of frequencies) for determining frequencies for which the quality factor value is measured for the current peak frequency search in the operating frequency band may be different according to the design of a person skilled in the art (S1603).
본 실시예에 있어서의 동작 주파수 대역은 87KHz ~ 150KHz이고, 기준 동작 주파수는 100KHz일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. In this embodiment, the operating frequency band may be 87KHz to 150KHz, and the reference operating frequency may be 100KHz, but is not limited thereto.
무선 전력 송신 장치는 현재 피크 주파수 탐색이 완료되면 핑 단계로 진입하여 무선 전력 수신기를 식별하기 위한 디지털 핑 신호를 무선으로 송출할 수 있다.When the current peak frequency search is completed, the wireless power transmitter may enter the ping phase and wirelessly transmit a digital ping signal for identifying the wireless power receiver.
무선 전력 송신 장치는 디지털 핑 신호에 대응하여 신호 세기 지시자가 수신되면, 식별 및 구성 단계로 진입하며, 무선 전력 수신기에 대한 식별 및 구성이 완료되면 협상 단계로 천이할 수 있다(S1604).When the signal strength indicator is received in response to the digital ping signal, the apparatus for transmitting power wirelessly enters the identification and configuration step, and when the identification and configuration of the wireless power receiver is completed, may transition to the negotiation phase (S1604).
무선 전력 송신 장치는 협상 단계에서 수신되는 FOD 상태 패킷에 기반하여 이물질 존재 여부를 판단하기 위한 임계 값(또는 임계 범위)를 결정할 수 있다(S1605). 여기서, 임계 값은 FOD 상태 패킷에 포함된 기준 품질 인자 값에 기반하여 결정되는 품질 인자 임계 값일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The apparatus for transmitting power wirelessly may determine a threshold (or threshold range) for determining whether a foreign object exists based on the FOD status packet received in the negotiation step (S1605). Here, the threshold may be a quality factor threshold determined based on a reference quality factor value included in the FOD status packet, but is not limited thereto.
무선 전력 송신 장치는 협상 단계에서 수신되는 FOD 상태 패킷에 포함된 기준 피크 주파수 값과 현재 피크 주파수 값 사이의 차이에 기반하여 기준 동작 주파수에 대응하여 측정된 품질 인자 값-즉, 기준 측정 품질 인자 값-을 보정(또는 보상(compensation))할 수 있다(S1606).The apparatus for transmitting power wirelessly measures a quality factor value corresponding to a reference operating frequency based on a difference between a reference peak frequency value and a current peak frequency value included in a FOD status packet received in a negotiation step, that is, a reference measurement quality factor value. -May be corrected (or compensated) (S1606).
무선 전력 송신 장치는 보정된 기준 측정 품질 인자 값과 결정된 품질 인자 임계 값을 비교하여 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다(S1607).The apparatus for transmitting power wirelessly may compare the corrected reference measurement quality factor value with the determined quality factor threshold to determine whether there is a foreign substance (S1607).
판단 결과, 이물질이 존재하는 경우, 무선 전력 송신 장치는 전력 신호 송출을 중단하고, 이물질이 검출되었음을 지시하는 소정 경고 알람이 출력되도록 제어할 수 있다(S1608 및 S1609).As a result of the determination, when there is a foreign matter, the wireless power transmitter may stop transmitting the power signal and may control to output a predetermined warning alarm indicating that the foreign matter has been detected (S1608 and S1609).
상기한 1608 단계의 판단 결과, 이물질이 존재하지 않는 경우, 무선 전력 송신 장치는 전력 전송 단계로 진입하여 해당 무선 전력 수신기에 대한 충전을 개시할 수 있다(S1608 및 S1610). 이때, 무선 전력 수신기의 충전이 개시되기 이전에 전력 전송 및 전력 제어에 필요한 각종 구성 파라메터를 최적화시키기 위한 캘리브레이션 절차가 더 수행될 수도 있다.As a result of the determination in step 1608, when there is no foreign matter, the wireless power transmitter may enter the power transmission step and start charging the corresponding wireless power receiver (S1608 and S1610). In this case, a calibration procedure for optimizing various configuration parameters required for power transmission and power control may be further performed before charging of the wireless power receiver is started.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기 타입 별 기준 피크 주파수와 이물질 배치에 따른 피크 주파수 변화를 설명하기 위한 실험 결과 테이블이다.FIG. 17 is a table of experimental results for explaining a change of a peak frequency according to a reference peak frequency for each receiver type and a foreign material arrangement according to an embodiment of the present invention.
도 17을 참조하면, 충전 영역에 무선 전력 수신기만이 배치된 상태에서 획득된 기준 피크 주파수(1710) 및 해당 기준 피크 주파수에서 측정된 품질 인자 값(1720)은 수신기 타입에 따라 상이함을 보여준다.Referring to FIG. 17, the reference peak frequency 1710 obtained when only the wireless power receiver is disposed in the charging region and the quality factor value 1720 measured at the reference peak frequency are different depending on the receiver type.
특히, 도면 번호 1710 및 1730을 참조하면, 충전 영역에 무선 전력 수신기뿐만 아니라 이물질이 배치된 경우의 피크 주파수(1730)가 무선 전력 수신기만이 배치된 상태의 피크 주파수(1710)에 비해 큰 것을 알 수 있다.In particular, referring to the reference numerals 1710 and 1730, it can be seen that the peak frequency 1730 when the foreign material as well as the wireless power receiver is disposed in the charging region is larger than the peak frequency 1710 when only the wireless power receiver is disposed. Can be.
또한, 도면 번호 1720 및 1740을 참조하면, 충전 영역에 수신기와 이물질이 모두 존재할 때 측정된 품질 인자 값이 수신기만이 배치된 상태에서 측정된 품질 인자 값에 비해 감소함을 알 수 있다.Also, referring to reference numerals 1720 and 1740, it can be seen that the measured quality factor value is reduced compared to the quality factor value measured when only the receiver is disposed when both the receiver and the foreign matter are present in the charging area.
또한, 도면 번호 1750을 참조하면, 충전 영역에 배치된 이물질의 위치가 중앙으로부터 멀어질수록 피크 주파수가 감소되나, 품질 인자 값은 증가하는 것을 보여준다.In addition, referring to reference numeral 1750, the peak frequency decreases as the position of the foreign matter disposed in the charging region moves away from the center, but the quality factor value increases.
도 18은 본 발명에 따른 무선 충전 시스템에서의 이물질 배치에 따른 품질 인자 값 및 피크 주파수의 변화를 보여주는 실험 결과 그래프이다.18 is a graph showing experimental results showing changes in quality factor values and peak frequencies according to foreign material arrangement in a wireless charging system according to the present invention.
도 18을 참조하면, 충전 영역에 제1 수신기와 이물질이 배치된 경우, 피크 주파수는 제1 수신기만이 충전 영역에 배치된 경우보다 △f만큼 증가한다. 이하 설명의 편의를 위해, △f를 피크 주파수 이동 값(Peak Frequency Shift Value)이라 명하기로 한다. 반면, 충전 영역에 제1 수신기와 이물질이 모두 배치된 상태에 대응되는 피크 주파수-즉, 현재 피크 주파수-에서 측정된 품질 인자 값이 제1 수신기만이 배치된 상태에 대응되는 피크 주파수-즉, 기준 피크 주파수-에서 측정된 품질 인자 값보다 △Q만큼 감소되는 것을 보여준다. 이하 설명의 편의를 위해 상기 △Q를 품질 인자 이동 값(Quality Factor Shift Value)이라 명하기로 한다.Referring to FIG. 18, when the first receiver and the foreign substance are disposed in the charging region, the peak frequency increases by Δf than when the first receiver is disposed in the charging region. For convenience of explanation, Δf will be referred to as a peak frequency shift value. On the other hand, the peak frequency corresponding to the state in which both the first receiver and the foreign material are disposed in the charging region, that is, the peak frequency corresponding to the state in which only the first receiver is disposed is measured. It is shown that the Q decreases from the measured quality factor value at the reference peak frequency. For convenience of explanation, ΔQ will be referred to as a quality factor shift value.
도 18에 도시된 바와 같이, 나머지 제2 내지 제4 수신기에 대해서도, 상기 제1 수신기에 대한 실험 결과와 유사한 결과를 보여준다.As shown in FIG. 18, the other second to fourth receivers show similar results as the experimental results for the first receiver.
본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치는 피크 주파수 이동 값 및 품질 인자 이동 값에 기반하여 기준 측정 품질 인자 값을 보정할 수도 있다. 일 예로, 피크 주파수 이동 값과 품질 인자 이동 값의 합이 클수록 기준 품질 인자 값의 보정 비율은 증가될 수 있다.The foreign matter detection apparatus according to an embodiment of the present invention may correct the reference measurement quality factor value based on the peak frequency shift value and the quality factor shift value. For example, as the sum of the peak frequency shift value and the quality factor shift value increases, the correction ratio of the reference quality factor value may increase.
일 예로, 이물질 검출 장치는 협상 단계에서 기준 피크 주파수에 상응하는 품질 인자 값-이하 설명의 편의를 위해 제1 최대 품질 인자 값이라 명함-을 무선 전력 수신기로부터 수신할 수 있다. 이물질 검출 장치는 선택 단계에서 물체가 감지되면, 동작 주파수 대역 내 복수의 서로 다른 주파수에서 품질 인자 값을 측정하여 현재 피크 주파수를 탐색할 수 있다. 이때, 탐색된 현재 피크 주파수에 대응되는 품질 인자 값을 제2 최대 품질 인자 값이라 명하기로 한다. 이물질 검출 장치는 제1 최대 품질 인자 값에서 제2 최대 품질 인자 값을 뺀 값을 품질 인자 이동 값으로 결정할 수 있다. 상기 도 14 내지 도 15의 이물질 검출 상태 패킷은 상기 제1 최대 품질 인자 값을 추가적으로 기록하기 위한 소정 데이터 필드가 정의될 수 있다. For example, the foreign matter detection apparatus may receive a quality factor value corresponding to a reference peak frequency, which is a first maximum quality factor value business card, from the wireless power receiver for convenience of description below. When the object is detected in the selection step, the foreign matter detection device may search for the current peak frequency by measuring quality factor values at a plurality of different frequencies in the operating frequency band. In this case, a quality factor value corresponding to the found current peak frequency is referred to as a second maximum quality factor value. The foreign matter detection apparatus may determine a value obtained by subtracting the second maximum quality factor value from the first maximum quality factor value as the quality factor shift value. In the foreign matter detection status packet of FIGS. 14 to 15, a predetermined data field for additionally recording the first maximum quality factor value may be defined.
일반적으로, 무선 충전 시스템의 경우, 품질 인자 값이 최대인 피크 주파수에서 공진 현상이 발생되며, 공진 현상이 발생될 때 전력 전력 효율이 최대가 된다.In general, in the case of the wireless charging system, a resonance phenomenon occurs at a peak frequency having a maximum quality factor value, and the power power efficiency is maximized when the resonance phenomenon occurs.
도 19는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.19 is a block diagram illustrating a configuration of a foreign substance detection apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 19를 참조하면, 이물질 검출 장치(1900)는 피크 주파수 탐색부(1910), 출력 전압 측정부(1920), 품질 인자 기울기 결정부(1930), 이물질 검출부(1940) 및 제어부(1950)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기한 이물질 검출 장치(1900)의 구성은 반드시 필수적인 것은 아니어서, 일부 구성이 추가되거나 삭제될 수도 있다.Referring to FIG. 19, the foreign matter detection device 1900 includes a peak frequency search unit 1910, an output voltage measuring unit 1920, a quality factor slope determination unit 1930, a foreign matter detection unit 1940, and a controller 1950. Can be configured. The configuration of the foreign matter detection apparatus 1900 is not necessarily essential, and some components may be added or deleted.
피크 주파수 탐색부(1910)는 선택 단계에서 충전 영역에 물체가 배치되었음이 감지되면, 전력 전송을 일시 중단시키고, 동작 주파수 대역 내 최대 품질 인자 값을 가지는 주파수를 탐색할 수 있다. 여기서, 최대 품질 인자 값을 가지는 주파수를 탐색하기 위한 주파수 탐색 옵셋은 10KHz*k-여기서, k는 자연수- 단위로 설정될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 좀더 작거나 큰 단위로 주파수 탐색 옵셋이 정의될 수도 있다. 이하 설명의 편의를 위해 물체 감지 후 탐색된 동작 주파수 대역 내 최대 품질 인자 값을 가지는 주파수를 현재 피크 주파수(F_current_peak)라 명하기로 한다. 반면, 충전 영역에 무선 전력 수신기만 배치된 상태에서 사전 실험을 통해 획득된 최대 품질 인자 값을 가지는 주파수를 기준 피크 주파수(F_reference_peak)라 명하기로 한다.When the peak frequency search unit 1910 detects that an object is disposed in the charging region in the selecting step, the peak frequency search unit 1910 may suspend power transmission and search for a frequency having a maximum quality factor value within an operating frequency band. Here, the frequency search offset for searching for a frequency having the maximum quality factor value is 10 KHz * k, where k may be set in units of natural numbers, but the present invention is not limited thereto. May be defined. For convenience of explanation, the frequency having the maximum quality factor value in the found operating frequency band after sensing the object will be referred to as a current peak frequency (F_current_peak). On the other hand, a frequency having the maximum quality factor value obtained through a pre-experiment in the state where only the wireless power receiver is disposed in the charging region will be referred to as a reference peak frequency (F_reference_peak).
출력 전압 측정부(1920)는 동작 주파수 대역 내 특정 주파수에서의 출력 전압 레벨을 측정할 수 있다. 일 예로, 출력 전압 레벨이 측정되는 주파수는 동작 주파수 대역의 시작 주파수(F_start), 탐색된 현재 피크 주파수, 동작 주파수 대역의 종료 주파수(F_end) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 출력 전압 레벨은 공진 회로의 송신 코일에 인가되는 전압의 세기일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 출력 전압 레벨이 측정되는 위치는 당업자의 설계에 따라 상이할 수 있다.The output voltage measuring unit 1920 may measure an output voltage level at a specific frequency within an operating frequency band. For example, the frequency at which the output voltage level is measured may include at least one of a start frequency F_start of the operating frequency band, a found current peak frequency, and an end frequency F_end of the operating frequency band. The output voltage level may be the strength of the voltage applied to the transmitting coil of the resonant circuit, but is not limited thereto, and the position at which the output voltage level is measured may be different according to the design of a person skilled in the art.
품질 인자 기울기 결정부(1930)는 출력 전압 측정부(1920)에 의해 측정된 특정 주파수 별 전압 값에 기반하여 품질 인자 기울기를 산출할 수 있다. 일 예로, 시작 주파수에 측정된 출력 전압 레벨과 현재 피크 주파수에서 측정된 출력 전압 레벨을 각각 V_start', Vc'라 명하기로 한다. 이때, 품질 인자 기울기(Q_slope')는 후술할 도 20의 도면 번호 2020에 도시된 바와 같이, 하기의 수식:The quality factor slope determiner 1930 may calculate a quality factor slope based on a voltage value for each specific frequency measured by the output voltage measurer 1920. As an example, the output voltage level measured at the start frequency and the output voltage level measured at the current peak frequency will be referred to as V_start 'and Vc', respectively. At this time, the quality factor slope (Q_slope ') is shown in the reference numeral 2020 of FIG. 20 to be described later, the following formula:
(Vc' - V_start')/(F_current_peak - F_start)(Vc '-V_start') / (F_current_peak-F_start)
에 의해 산출될 수 있다.Can be calculated by
상기한 도 19 내지 21의 실시예에서는 측정 전압 레벨을 기반으로 품질 인자 기울기가 산출되는 것으로 설명되고 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예는 해당 주파수에서 측정된 품질 인자 값을 기반으로 품질 인자 기울기가 산출될 수도 있음을 주의해야 한다.In the above-described embodiment of FIGS. 19 to 21, it is described that the quality factor slope is calculated based on the measured voltage level. However, this is only one embodiment, and another embodiment of the present invention is a quality measured at a corresponding frequency. Note that the quality factor slope may be calculated based on the factor values.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 현재 피크 주파수에서 측정된 출력 전압 레벨(Vc')와 종료 주파수에서 측정된 출력 전압 레벨(V_end')에 기반하여 품질 인자 기울기(Q_slope')를 산출할 수도 있다. 이 경우, 품질 인자 기울기는 하기 수식:According to another embodiment of the present invention, the quality factor slope Q_slope 'may be calculated based on the output voltage level Vc' measured at the current peak frequency and the output voltage level V_end 'measured at the end frequency. . In this case, the quality factor slope is:
(Vc' - V_end')/(F_current_peak - F_end)(Vc '-V_end') / (F_current_peak-F_end)
에 의해 산출될 수 있다.Can be calculated by
이하 설명의 편의를 위해 시작 주파수와 현재 피크 주파수에서 측정된 출력 전압 레벨(또는 품질 인자 값)에 기반하여 산출되는 품질 인자 기울기를 제1 품질 인자 기울기, 현재 피크 주파수와 종료 주파수에서 측정된 출력 전압 레벨(또는 품질 인자 값)에 기반하여 산출되는 품질 인자 기울기를 제2 품질 인자 기울기라 명하기로 한다.For convenience of explanation, the quality factor slope calculated based on the output voltage level (or quality factor value) measured at the start frequency and the current peak frequency is measured at the first quality factor slope, the current peak frequency, and the end frequency. The quality factor slope calculated based on the level (or quality factor value) will be referred to as the second quality factor slope.
이물질 검출부(1940)는 산출된 품질 인자 기울기와 미리 정의된 임계 값을 비교하여 충전 영역에 배치된 이물질을 검출할 수 있다.The foreign matter detector 1940 may detect the foreign matter disposed in the charging area by comparing the calculated quality factor slope with a predefined threshold value.
일 예로, 이물질 검출부(1940)는 상기 산출된 제1 품질 인자 기울기와 미리 정의된 제1 품질 인자 기울기 임계 값과 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 제1 품질 인자 기울기 임계 값은 양의 값을 가질 수 있다. For example, the foreign matter detection unit 1940 may determine whether there is a foreign matter by comparing the calculated first quality factor slope with a predefined first quality factor slope threshold. Here, the first quality factor slope threshold value may have a positive value.
다른 일 예로, 이물질 검출부(1940)는 상기 산출된 제2 품질 인자 기울기와 미리 정의된 제2 품질 인자 기울기 임계 값과 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 제2 품질 인자 기울기 임계 값은 양의 값을 가질 수 있다.As another example, the foreign matter detection unit 1940 may determine whether there is a foreign matter by comparing the calculated second quality factor slope with a predefined second quality factor slope threshold. Here, the second quality factor slope threshold value may have a positive value.
제1 품질 인자 기울기 임계 값은 상기 도 15의 이물질 검출 상태 패킷의 포함되어 무선 전력 수신기로부터 수신될 수도 있다. 이때, 제1 품질 인자 기울기 임계 값은 기준 값 필드에 기록될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 이물질 검출 상태 패킷에 제1 품질 인자 기울기 임계 값을 기록하기 위한 새로운 필드가 정의될 수도 있다. The first quality factor slope threshold may be included in the foreign object detection status packet of FIG. 15 and received from the wireless power receiver. In this case, the first quality factor slope threshold may be recorded in the reference value field, but this is only an example, and a new field for recording the first quality factor slope threshold in the foreign matter detection status packet may be defined. have.
또 다른 일 예로, 이물질 검출부(1940)는 제1 품질 인자 기울기와 제2 품질 인자 기울기의 평균값을 산출하고, 산출된 품질 인자 기울기 평균값 미리 정의된 품질 인자 기울기 임계 값과 비교하여 이물질 존재 여부를 판단할 수도 있다. 여기서, 평균값은 제1 품질 인자 기울기에서 제2 품질 인자 기울기를 뺀 후 2로 나누어 산출될 수 있다.As another example, the foreign matter detector 1940 calculates an average value of the first quality factor slope and the second quality factor slope, and compares the calculated quality factor slope average value with a predefined quality factor slope threshold to determine whether there is a foreign matter. You may. Here, the average value may be calculated by subtracting the second quality factor slope from the first quality factor slope and dividing by two.
후술할 도 20에 도시된 바와 같이, 충전 영역에 수신기만이 배치된 경우에 산출되는 품질 인자 기울기의 절대값은 수신기와 이물질이 모두 배치된 경우에 산출되는 품질 인자 기울기의 절대값보다 큰 값을 가진다.As shown in FIG. 20 to be described later, the absolute value of the quality factor slope calculated when only the receiver is disposed in the charging region is greater than the absolute value of the quality factor slope calculated when both the receiver and the foreign matter are arranged. Have
따라서, 이물질 검출부(1940)는 산출된 제1 품질 인자 기울기가 제1 품질 인자 기울기 임계 값보다 작으면, 충전 영역에 이물질이 배치된 것으로 판단할 수 있다. Therefore, when the first quality factor slope is less than the first quality factor slope threshold value, the foreign matter detection unit 1940 may determine that the foreign matter is disposed in the filling region.
이물질 검출부(1940)는 산출된 제1 품질 인자 기울기가 제1 품질 인자 기울기 임계 값보다 크거나 같으면, 충전 영역에 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다. If the calculated first quality factor slope is greater than or equal to the first quality factor slope threshold value, the foreign matter detector 1940 may determine that there is no foreign matter in the filling region.
일 예로, 제1 품질 인자 기울기 임계 값은 무선 전력 수신기의 타입에 기반하여 미리 정의되어 이물질 검출 장치(1950)의 소정 기록 영역에 유지될 수 있다. For example, the first quality factor slope threshold may be predefined based on the type of the wireless power receiver and maintained in a predetermined recording area of the foreign matter detection apparatus 1950.
다른 일 예로, 제1 품질 인자 기울기 임계 값은 모든 무선 전력 수신기에 대해 동일한 값이 사용될 수 있다. As another example, the first quality factor slope threshold may be the same value for all wireless power receivers.
또 다른 일 예로, 제1 품질 인자 기울기 임계 값은 통신부(미도시)를 통해 해당 무선 전력 수신기로부터 직접 수신할 수도 있다. 이때, 이물질 검출 장치(1900)는 협상 단계에서 무선 전력 수신기로부터 수신되는 이물질 검출 상태 패킷(FOD(Foreign Object Detection) Status Packet)을 통해 제1 품질 인자 기울기 임계 값 또는(및) 제2 품질 인자 기울기 임계 값을 획득할 수 있다. As another example, the first quality factor slope threshold may be directly received from a corresponding wireless power receiver through a communication unit (not shown). At this time, the foreign matter detection apparatus 1900 is a first quality factor slope threshold value or (and) a second quality factor slope through a Foreign Object Detection (FOD) Status Packet (FOD) received from the wireless power receiver in a negotiation step. The threshold value can be obtained.
제어부(1950)는 이물질 검출 장치(1900)의 전체적인 동작을 제어하고, 이물질 검출부(1940)에 의해 이물질이 검출되면, 해당 무선 전력 수신기로의 전력 전송을 일시 중단하고, 충전 영역에 이물질이 존재함을 지시하는 소정 경고 알람이 출력되도록 구비된 알람부(미도시)를 제어할 수 있다.The controller 1950 controls the overall operation of the foreign matter detection apparatus 1900, when foreign matter is detected by the foreign matter detection unit 1940, suspends power transmission to the corresponding wireless power receiver, and foreign matter exists in the charging region. An alarm unit (not shown) provided to output a predetermined warning alarm indicating may be controlled.
또한, 제어부(1950)는 경고 알람 출력 후, 검출된 이물질이 충전 영역에서 제거되었는지를 모니터링할 수 있다. 모니터링 결과, 이물질이 제거된 경우, 제어부(1950)는 경고 알람을 해제하고, 해당 무선 전력 수신기로의 전력 전송이 재개되도록 제어할 수 있다. In addition, the controller 1950 may monitor whether the detected foreign matter is removed from the charging area after outputting the warning alarm. As a result of the monitoring, when the foreign matter is removed, the controller 1950 may release the warning alarm and control the power transmission to the corresponding wireless power receiver to be resumed.
도 20은 본 발명에 따른 무선 충전 시스템에서 이물질 존재 여부에 따른 품질 인자 기울기의 변화를 설명하기 위한 도면이다.20 is a view for explaining a change in the slope of the quality factor according to the presence of foreign matter in the wireless charging system according to the present invention.
도 20을 참조하면, 도면 번호 2010은 충전 영역에 무선 전력 수신기만이 배치된 상태에서의 품질 인자 기울기를 산출하는 예를 보여주고, 도면 번호 2020은 충전 영역에 무선 전력 수신기뿐만 아니라 이물질이 배치된 경우, 품질 인자 기울기를 산출하는 예를 보여준다. 상기 도 20은 충전 영역에 무선 전력 수신기만이 배치된 상태에서 산출된 품질 인자 기울기(Q_slope)보다 이물질이 추가 배치된 후 산출된 품질 인자 기울기(Q_slope')가 작은 것을 보여준다. Referring to FIG. 20, reference numeral 2010 illustrates an example of calculating a slope of a quality factor in a state where only a wireless power receiver is disposed in a charging region, and reference numeral 2020 illustrates a foreign material as well as a wireless power receiver in the charging region. In this case, an example of calculating the quality factor slope is shown. FIG. 20 shows that the quality factor slope Q_slope 'calculated after the foreign matter is additionally disposed is smaller than the quality factor slope Q_slope calculated when only the wireless power receiver is disposed in the charging region.
이하 설명의 편의를 위해 Q_slope와 Q_slope'를 각각 기준 품질 인자 기울기와 현재 품질 인자 기울기라 명하기로 한다.For convenience of explanation, Q_slope and Q_slope 'will be referred to as reference quality factor slope and current quality factor slope, respectively.
본 발명의 일 실시예에 따른 품질 인자 기울기 임계 값은 도면 번호 2010의 기준 품질 인자 기울기보다 작고, 도면 번호 2020의 현재 품질 인자 기울기보다 큰 값들 중 어느 한 값으로 결정될 수 있다.The quality factor slope threshold according to an embodiment of the present invention may be determined as one of values smaller than the reference quality factor slope of 2010 and greater than the current quality factor slope of 2020.
도 21-a은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 이물질 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.21-a is a flowchart illustrating a foreign material detection method in a wireless power transmission apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 21-a을 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 선택 단계에서 충전 영역에 배치된 물체를 감지할 수 있다(S2101). Referring to FIG. 21-a, in operation S2101, the apparatus for transmitting power wirelessly may detect an object disposed in the charging region.
물체가 감지되면, 무선 전력 송신 장치는 핑 단계로의 진입 이전에 전력 전송을 일시 중단하고 동작 주파수 대역 내 복수의 서로 다른 주파수에서 측정된 품질 인자 값 중 최대 값을 가지는 현재 피크 주파수를 탐색하여 소정 기록 영역에 저장할 수 있다(S2102). When an object is detected, the wireless power transmitter suspends power transmission before entering the ping phase and searches for a current peak frequency having a maximum value among quality factor values measured at a plurality of different frequencies in an operating frequency band. Can be stored in the recording area (S2102).
여기서, 동작 주파수 대역 내 현재 피크 주파수 탐색을 위해 품질 인자 값이 측정되는 주파수들을 결정하기 위한 주파수 옵셋(또는 주파수의 개수)는 당업자의 설계에 따라 상이할 수 있음을 주의해야 한다. 또한, 동작 주파수 대역은 해당 무선 충전 시스템의 설계 및 적용되는 표준에 따라 상이할 수 있다.Here, it should be noted that the frequency offset (or number of frequencies) for determining frequencies at which the quality factor value is measured for the current peak frequency search in the operating frequency band may vary according to the design of those skilled in the art. In addition, the operating frequency band may differ depending on the design of the wireless charging system and the standards applied.
무선 전력 송신 장치는 동작 주파수 대역의 시작 주파수와 현재 피크 주파수에 각각에 대응되는 출력 전압 레벨을 측정할 수 있다(S2103).The apparatus for transmitting power wirelessly may measure output voltage levels corresponding to a start frequency and a current peak frequency of an operating frequency band, respectively (S2103).
무선 전력 송신 장치는 시작 주파수 및 현재 피크 주파수에서 측정된 출력 전압 레벨에 기반하여 품질 인자 기울기를 산출할 수 있다(S2004). 여기서, 품질 인자 기울기(Q_slope')는 현재 피크 주파수(F_current_peak)에 측정된 출력 전압 레벨(Vc')에서 시작 주파수(F_start)에서 측정된 출력 전압 레벨(V_start')이 차감된 값을 현재 피크 주파수와 시작 주파수의 차로 나누어 산출될 수 있다. 즉, 품질 인자 기울기는 하기 수식:The wireless power transmitter may calculate the quality factor slope based on the output voltage level measured at the start frequency and the current peak frequency (S2004). Here, the quality factor slope Q_slope 'is a value obtained by subtracting the output voltage level V_start' measured at the start frequency F_start from the output voltage level Vc 'measured at the current peak frequency F_current_peak. It can be calculated by dividing by and the difference between the starting frequency. In other words, the quality factor slope is the following formula:
Q_slope' = (Vc' - V_start') / (F_current_peak - F_start)Q_slope '= (Vc'-V_start ') / (F_current_peak-F_start)
에 의해 산출될 수 있다.Can be calculated by
무선 전력 송신 장치는 산출된 품질 인자 기울기와 소정 품질 인자 기울기 임계 값을 비교하여 충전 영역에 이물질이 존재하는지 판단할 수 있다(S2105).The apparatus for transmitting power wirelessly may determine whether foreign matter exists in the charging area by comparing the calculated quality factor slope with a predetermined quality factor slope threshold (S2105).
판단 결과, 이물질이 존재하는 경우, 무선 전력 송신 장치는 전력 신호 송출을 중단하고, 이물질이 검출되었음을 지시하는 소정 경고 알람이 출력되도록 제어할 수 있다(S2106 및 S2107).As a result of the determination, when there is a foreign matter, the wireless power transmitter may stop transmitting the power signal and may control to output a predetermined warning alarm indicating that the foreign matter has been detected (S2106 and S2107).
상기한 2105 단계의 판단 결과, 이물질이 존재하지 않는 경우, 무선 전력 송신 장치는 전력 전송 단계로 진입하여 해당 무선 전력 수신기에 대한 충전을 개시할 수 있다(S2106 및 S2108). As a result of the determination in step 2105, when there is no foreign matter, the wireless power transmitter may enter the power transmission step and start charging the corresponding wireless power receiver (S2106 and S2108).
도 21-b는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 이물질 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.21-b is a flowchart illustrating a foreign material detection method in a wireless power transmission apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 21-b를 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 선택 단계에서 충전 영역에 배치된 물체를 감지할 수 있다(S2111). Referring to FIG. 21-b, the apparatus for transmitting power wirelessly may detect an object disposed in the charging area in the selection step (S2111).
물체가 감지되면, 무선 전력 송신 장치는 핑 단계로의 진입 이전에 저전압(예를 들어, 0.5V~2V)을 인버터(1120)에 인가하여 동작 주파수 대역 내 복수의 서로 다른 주파수에서 품질 인자 값을 측정할 수 있다. When the object is detected, the wireless power transmitter applies a low voltage (for example, 0.5V to 2V) to the inverter 1120 before entering the ping phase to obtain a quality factor value at a plurality of different frequencies in the operating frequency band. It can be measured.
제어부(1180)는 특정 주파수에서 측정된 품질 인자 값을 소정 기록 영역에 저장할 수 있다(S2112). 일 예로, 특정 주파수는 동작 주파수 대역 내 미리 정의된 주파수이며, 이하 설명의 편의를 위해 측정 시작 주파수와 혼용하여 사용하기로 한다. 또한, 측정 시작 주파수에서 측정된 품질 인자 값을 시작 품질 인자 값이라 명하기로 한다.The controller 1180 may store a quality factor value measured at a specific frequency in a predetermined recording area (S2112). For example, the specific frequency is a predefined frequency in the operating frequency band, and will be used interchangeably with the measurement start frequency for convenience of description below. In addition, the quality factor value measured at the measurement start frequency will be referred to as a start quality factor value.
제어부(1180)는 측정된 품질 인자 값 중 최대 값이 측정된 현재 피크 주파수를 결정하고, 현재 피크 주파수 및 해당 주파수에서 측정된 피크 품질 인자값을 소정 기록 영역에 저장할 수 있다(S2113).The controller 1180 may determine a current peak frequency at which a maximum value of the measured quality factor values is measured, and store the current peak frequency and the peak quality factor value measured at the corresponding frequency in a predetermined recording area (S2113).
여기서, 동작 주파수 대역 내 현재 피크 주파수 탐색을 위해 품질 인자 값이 측정되는 주파수들을 결정하기 위한 주파수 옵셋(또는 주파수의 개수)는 당업자의 설계에 따라 상이할 수 있음을 주의해야 한다. 또한, 동작 주파수 대역은 해당 무선 충전 시스템의 설계 및 적용되는 표준에 따라 상이할 수 있다.Here, it should be noted that the frequency offset (or number of frequencies) for determining frequencies at which the quality factor value is measured for the current peak frequency search in the operating frequency band may vary according to the design of those skilled in the art. In addition, the operating frequency band may differ depending on the design of the wireless charging system and the standards applied.
무선 전력 송신 장치는 특정 주파수(시작 주파수) 및 현재 피크 주파수에서 측정된 품질인자 값들에 기반하여 품질 인자 기울기를 산출할 수 있다(S2114). 품질 인자 기울기(Q_slope')는 아래와 같이 결정될 수 있다. The wireless power transmitter may calculate a quality factor slope based on quality factor values measured at a specific frequency (start frequency) and a current peak frequency (S2114). The quality factor slope Q_slope 'may be determined as follows.
Q_slope' = (Qc' - Q_start') / (F_current_peak - F_start)Q_slope '= (Qc'-Q_start ') / (F_current_peak-F_start)
여기서, F_current_peak는 현재 피크 주파수이고, F_start는 특정 주파수(시작 주파수)이고, Qc'는 피크 품질 인자값이고, Q_start'는 시작 품질 인자값이다.Here, F_current_peak is the current peak frequency, F_start is a specific frequency (start frequency), Qc 'is a peak quality factor value, and Q_start' is a start quality factor value.
무선 전력 송신 장치는 산출된 품질 인자 기울기와 소정 품질 인자 기울기 임계 값을 비교하여 충전 영역에 이물질이 존재하는지 판단할 수 있다(S2115).The apparatus for transmitting power wirelessly may compare the calculated quality factor slope with a predetermined quality factor slope threshold to determine whether a foreign material exists in the charging region (S2115).
또 다른 실시예로 위 소정 품질 인자 기울기 임계값은 도 14의 실시예처럼 이물질 검출 상태 패킷에 포함되는 정보에 기반하여 결정되는 값일 수도 있다. In another embodiment, the predetermined quality factor slope threshold may be a value determined based on information included in the foreign matter detection status packet, as in the embodiment of FIG. 14.
예를 들어, 이물질 검출 상태 패킷은 품질 인자 기울기 임계값 또는 품질 인자 기울기 임계값에 대응하는 각도 단위의 값에 대한 정보를 전송하기 위한 필드가 정의될 수 있다. 포함할 수 있다.For example, the foreign matter detection status packet may have a field for transmitting information on a value of an angle unit corresponding to the quality factor slope threshold value or the quality factor slope threshold value. It may include.
판단 결과, 이물질이 존재하는 경우, 무선 전력 송신 장치는 전력 신호 송출을 중단하고, 이물질이 검출되었음을 지시하는 소정 경고 알람이 출력되도록 제어할 수 있다(S2116 및 S2117).As a result of the determination, when there is a foreign matter, the wireless power transmitter may stop transmitting the power signal and may control to output a predetermined warning alarm indicating that the foreign matter has been detected (S2116 and S2117).
상기한 2115 단계의 판단 결과, 이물질이 존재하지 않는 경우, 무선 전력 송신 장치는 전력 전송 단계로 진입하여 해당 무선 전력 수신기에 대한 충전을 개시할 수 있다(S2116 및 S2118).As a result of the determination in step 2115, when there is no foreign matter, the wireless power transmitter may enter the power transmission step and start charging the corresponding wireless power receiver (S2116 and S2118).
이상의 도 19 내지 도 21a 및 도 21b의 실시예에서는, 시작 주파수 및 현재 피크 주파수에서 측정된 출력 전압 레벨에 기반하여 품질 인자 기울기가 산출되는 것으로 설명되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예는 시작 주파수 및 현재 피크 주파수에서 측정된 품질 인자 값에 기반하여 품질 인자 기울기를 산출할 수도 있다. 이를 위해, 상기 도 19에 도시된 출력 전압 측정부(1920)를 대체하여 시작 주파수, 현재 피크 주파수에 대응되는 품질 인자 값을 측정하는 품질 인자 측정부(미도시)가 이물질 검출 장치(1900)에 포함되어 구성될 수도 있음을 주의해야 한다. In the embodiments of FIGS. 19 to 21A and 21B, the slope of the quality factor is calculated based on the output voltage level measured at the start frequency and the current peak frequency, but this is only one embodiment. Another embodiment of the invention may calculate the quality factor slope based on the quality factor values measured at the start frequency and the current peak frequency. To this end, a quality factor measuring unit (not shown) for measuring the quality factor value corresponding to the starting frequency and the current peak frequency by replacing the output voltage measuring unit 1920 shown in FIG. Note that it may be included.
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 포함한다.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 disks, optical data storage, and the like.
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.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. In addition, 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.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. It is apparent to those skilled in the art that the present invention can be embodied in other specific forms without departing from the spirit and essential features of the present invention.
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.Accordingly, the above detailed description should not be construed as limiting in all aspects and should be considered as illustrative. The scope of the invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the invention are included in the scope of the invention.
실 시예에 따른 이물질 검출 방법은 품질 인자 값을 이용하여 무선 전력 송신기 및 무선 전력 송신기 사이에 위치하는 이물질을 검출하는 무선 충전 시스템에 이용될 수 있다.The foreign substance detection method according to the embodiment may be used in a wireless charging system that detects a foreign substance located between the wireless power transmitter and the wireless power transmitter using a quality factor value.

Claims (12)

  1. 무선 전력 송신기에서의 이물질 검출 방법에 있어서,In the foreign material detection method in a wireless power transmitter,
    물체를 감지하면, 기준 동작 주파수에 상응하는 품질 인자 값을 측정하는 단계;Detecting an object, measuring a quality factor value corresponding to a reference operating frequency;
    동작 주파수 대역 내 품질 인자 값이 최대인 현재 피크 주파수를 탐색하는 단계;Searching for a current peak frequency at which the quality factor value in the operating frequency band is maximum;
    기준 피크 주파수에 관한 정보가 포함된 이물질 검출 상태 패킷을 무선 전력 수신기로부터 수신하는 단계;Receiving from the wireless power receiver a foreign object detection status packet including information about a reference peak frequency;
    상기 현재 피크 주파수와 상기 기준 피크 주파수의 차이 값을 이용하여 상기 측정된 품질 인자 값을 보정하는 단계; 및Correcting the measured quality factor value using a difference value between the current peak frequency and the reference peak frequency; And
    상기 보정된 품질 인자 값과 소정 품질 인자 임계 값을 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계Determining whether a foreign substance exists by comparing the corrected quality factor value with a predetermined quality factor threshold value.
    를 포함하는, 이물질 검출 방법.Containing, foreign matter detection method.
  2. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 기준 피크 주파수는 충전 영역에 상기 무선 전력 수신기만이 배치된 상태에서 상기 동작 주파수 대역 내 최대 품질 인자 값을 가지는 주파수인, 이물질 검출 방법.And the reference peak frequency is a frequency having a maximum quality factor value in the operating frequency band in a state where only the wireless power receiver is disposed in a charging region.
  3. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 판단 결과에 따라 이물질이 검출되면, 상기 무선 전력 수신기로의 전력 전송을 중단하는 단계를 더 포함하는, 이물질 검출 방법.When the foreign matter is detected according to the determination result, further comprising the step of stopping power transmission to the wireless power receiver, foreign matter detection method.
  4. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 이물질 검출 상태 패킷은 모드 정보를 더 포함하고, 상기 모드 정보에 기반하여 상기 기준 피크 주파수에 관한 정보가 상기 이물질 검출 상태 패킷에 포함되었는지 식별되는, 이물질 검출 방법.And the foreign matter detection status packet further includes mode information, and is identified whether or not the information on the reference peak frequency is included in the foreign matter detection status packet based on the mode information.
  5. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계는The step of determining the presence of the foreign matter is
    상기 보정된 품질 인자 값이 상기 소정 품질 인자 임계 값보다 작으면, 이물질이 존재하는 것으로 판단하는 단계; 및If the corrected quality factor value is less than the predetermined quality factor threshold, determining that there is foreign matter; And
    상기 보정된 품질 인자 값이 상기 소정 품질 인자 임계 값보다 크거나 같으면, 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단하는 단계Determining that there is no foreign substance when the corrected quality factor value is greater than or equal to the predetermined quality factor threshold value.
    를 포함하는, 이물질 검출 방법.Containing, foreign matter detection method.
  6. 물체가 감지되면, 기준 동작 주파수에 상응하는 품질 인자 값을 측정하는 품질 인자 측정부;A quality factor measuring unit measuring a quality factor value corresponding to a reference operating frequency when an object is detected;
    동작 주파수 대역 내 품질 인자 값이 최대인 현재 피크 주파수를 탐색하는 피크 주파수 탐색부;A peak frequency searching unit searching for a current peak frequency having a maximum quality factor value in an operating frequency band;
    기준 피크 주파수에 관한 정보가 포함된 이물질 검출 상태 패킷을 무선 전력 수신기로부터 수신하는 통신부;A communication unit configured to receive a foreign object detection status packet including information on a reference peak frequency from a wireless power receiver;
    상기 현재 피크 주파수와 상기 기준 피크 주파수의 차이 값을 이용하여 상기 측정된 품질 인자 값을 보정하는 보정부; 및A correction unit correcting the measured quality factor value by using a difference value between the current peak frequency and the reference peak frequency; And
    상기 보정된 품질 인자 값과 소정 품질 인자 임계 값을 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 검출부Detecting unit for determining the presence of foreign matter by comparing the corrected quality factor value and a predetermined quality factor threshold value
    를 포함하는, 무선 전력 송신기.Including, wireless power transmitter.
  7. 제6항에 있어서,The method of claim 6,
    상기 기준 피크 주파수는 충전 영역에 상기 무선 전력 수신기만이 배치된 상태에서 상기 동작 주파수 대역 내 최대 품질 인자 값을 가지는 주파수인, 무선 전력 송신기.And the reference peak frequency is a frequency having a maximum quality factor value in the operating frequency band in a state where only the wireless power receiver is disposed in a charging region.
  8. 제6항에 있어서,The method of claim 6,
    상기 판단 결과에 따라 이물질이 검출되면, 상기 무선 전력 수신기로의 전력 전송이 중단되는, 무선 전력 송신기.When foreign matter is detected according to the determination result, the power transmission to the wireless power receiver is stopped, the wireless power transmitter.
  9. 제6항에 있어서,The method of claim 6,
    상기 이물질 검출 상태 패킷은 모드 정보를 더 포함하고, 상기 모드 정보에 기반하여 상기 기준 피크 주파수에 관한 정보가 상기 이물질 검출 상태 패킷에 포함되었는지 식별되는, 무선 전력 송신기.And the foreign matter detection status packet further includes mode information, and identifying whether the information on the reference peak frequency is included in the foreign matter detection status packet based on the mode information.
  10. 제6항에 있어서,The method of claim 6,
    상기 검출부는,The detection unit,
    상기 보정된 품질 인자 값이 상기 소정 품질 인자 임계 값보다 작으면, 이물질이 존재하는 것으로 판단하는 단계; 및If the corrected quality factor value is less than the predetermined quality factor threshold, determining that there is foreign matter; And
    상기 보정된 품질 인자 값이 상기 소정 품질 인자 임계 값보다 크거나 같으면, 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단하는, 무선 전력 송신기.And determining that no foreign matter exists if the corrected quality factor value is greater than or equal to the predetermined quality factor threshold.
  11. 무선 전력 수신기에 있어서,In a wireless power receiver,
    무선 전력 송신기로 이물질 검출(Foreign Object Detection, FOD) 상태 패킷을 전송하는 통신부; 및A communication unit for transmitting a foreign object detection (FOD) status packet to a wireless power transmitter; And
    기준 피크 주파수 및 모드 필드를 포함하는 상기 이물질 검출 상태 패킷을 생성하는 제어부;A controller configured to generate the foreign matter detection status packet including a reference peak frequency and a mode field;
    를 포함하며,Including;
    상기 기준 피크 주파수는 이물질이 없는 상태에서 상기 무선 전력 송신기에 포함되는 코일에서 측정되는 공진 주파수에 대응되는 주파수를 포함하며, The reference peak frequency includes a frequency corresponding to the resonance frequency measured in the coil included in the wireless power transmitter in the absence of foreign matters.
    상기 모드 필드에 포함되는 정보는,The information included in the mode field is
    상기 무선 전력 수신기가 비활성화 상태에 있는지 여부를 지시하는 정보 및 이물질이 없는 상태를 지시하는 정보를 포함하는,And information indicating whether the wireless power receiver is in an inactive state and information indicating a state where no foreign matter is present.
    무선 전력 수신기.Wireless power receiver.
  12. 제11항에 있어서,The method of claim 11,
    상기 통신부는,The communication unit,
    상기 무선 전력 송신기로부터 상기 이물질 검출 상태 패킷에 대응하여 이물질 감지 지시자를 수신하는,Receiving a foreign matter detection indicator in response to the foreign matter detection status packet from the wireless power transmitter,
    무선 전력 수신기.Wireless power receiver.
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