WO2018194337A1 - 무선 충전을 위한 무선 전력 송신 장치 - Google Patents

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WO2018194337A1
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wireless power
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coil
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송일종
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엘지이노텍(주)
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Definitions

  • the present invention relates to a wireless power transmission technology, and more particularly, to a wireless power transmission apparatus for wireless charging.
  • energy transmission using wireless may be classified into magnetic induction, electromagnetic resonance, and RF transmission using short wavelength radio frequency.
  • the magnetic induction method uses the phenomenon that magnetic flux generated at this time causes electromotive force to other coils when two coils are adjacent to each other and current flows to one coil, and is rapidly commercialized in small devices such as mobile phones. Is going on. Magnetic induction is capable of transmitting power of up to several hundred kilowatts (kW) and has high efficiency, but the maximum transmission distance is less than 1 centimeter (cm).
  • the magnetic resonance method is characterized by using an electric or magnetic field instead of using electromagnetic waves or current. Since the magnetic resonance method is hardly affected by the electromagnetic wave problem, it has the advantage of being safe for other electronic devices or the human body. On the other hand, it can be utilized only in limited distances and spaces, and has a disadvantage in that energy transmission efficiency is rather low.
  • the short wavelength wireless power transmission scheme implies, the RF transmission scheme— takes advantage of the fact that energy can be transmitted and received directly in the form of RadioWave.
  • This technology is a wireless power transmission method of the RF method using a rectenna, a compound word of an antenna and a rectifier (rectifier) refers to a device that converts RF power directly into direct current power.
  • the RF method is a technology that converts AC radio waves to DC and uses them. Recently, research on commercialization has been actively conducted as efficiency is improved.
  • Wireless power transfer technology can be used in various industries, such as the mobile, IT, railroad and consumer electronics industries.
  • Wireless charging functions are installed in various devices, and the intensity of power required by the wireless power receiver has been diversified. Meanwhile, in order to use a wireless power transmitter in a home, an adapter for converting a commercial power source into a DC power source corresponding to a specific voltage is required. Since the voltage output by these adapters is generally fixed to a specific voltage, the wireless power transmitter must have a high power coil capable of transmitting relatively high power or a low power coil capable of transmitting relatively low power. .
  • the present invention has been devised to solve the above problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a wireless power transmission apparatus for wireless charging.
  • Another object of the present invention is to provide a wireless power transmission apparatus capable of supporting both wireless power receivers requiring high power and low power.
  • a wireless power transmitter for wirelessly transmitting power to a wireless power receiver includes: a first transmitting coil; A second transmission coil for transmitting a higher power than the first transmission coil; A DC power converter configured to receive DC power and output a first voltage and a second voltage higher than the first voltage; And selects one of the first voltage and the second voltage based on an operation mode of the wireless power transmitter and a required power of the wireless power receiver, and uses the selected voltage to select the first transmission coil or the first voltage.
  • 2 may include a control unit for controlling the power to be transmitted through the transmission coil.
  • the apparatus further comprises an inverter operating as a half bridge inverter or a full bridge inverter, wherein the controller is configured to operate the inverter as a half bridge inverter or a full bridge inverter based on the operation mode and the required power. You can decide whether to operate.
  • the controller selects the first voltage to control the first voltage to be supplied to a quality measuring circuit for generating a quality factor value, and controls the inverter.
  • the inverter can be operated as a half bridge inverter.
  • the controller may select the first voltage to control the first voltage to be supplied to the inverter, and operate the inverter as a half bridge inverter.
  • the controller may control the first transmission coil and the second transmission coil to be alternately selected.
  • the controller selects the first voltage so that the first voltage is the inverter. It may be controlled to be supplied to, and to control the power to be transmitted through the first transmission coil.
  • the controller when the wireless power receiver requires the first power, the controller operates the inverter as a half bridge inverter, and when the wireless power receiver requests the second power, the controller The inverter may be operated as a full bridge inverter.
  • the controller selects the second voltage so that the second voltage is the inverter. It may be controlled to be supplied to, and to control the power to be sent through the second transmission coil.
  • the controller when the wireless power receiver requires the third power, the controller operates the inverter as a half bridge inverter, and when the wireless power receiver requires the fourth power, the controller The inverter may be operated as a full bridge inverter.
  • an outer diameter of the first transmitting coil may be smaller than an inner diameter of the second transmitting coil, and the first transmitting coil and the second transmitting coil may be arranged in the form of concentric circles.
  • a low voltage for generating low power and a high voltage DC power for generating high power can be generated using a commercial AC power source.
  • a plurality of transmission coils having different categories may be mounted in one wireless power transmitter to support a wireless power receiver that requires various powers.
  • the power consumption of the wireless power transmitter may be minimized by generating the transmission power using a low voltage.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a wireless charging system according to another embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view for explaining a detection signal transmission procedure in a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a state transition diagram for explaining a wireless power transmission procedure defined in the WPC standard.
  • 5 is a state transition diagram for explaining a wireless power transmission procedure defined in the WPC (Qi) standard.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power receiver interworking with the wireless power transmitter according to FIG. 6.
  • FIG. 8 is a diagram for describing a method of modulating and demodulating a wireless power signal according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram for describing a packet format according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view for explaining the types of packets defined in the WPC (Qi) standard according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating a wireless power control apparatus for wireless charging according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a view for explaining the basic operating principle of the inverter for converting a DC signal into an AC signal in order to understand the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an embodiment of a DC power generator illustrated in FIG. 11.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an embodiment of the wireless power control device shown in FIG. 11.
  • FIG. 15 is a diagram for describing an embodiment of an operation in a quality measurement mode of the wireless power control device illustrated in FIG. 14.
  • FIG. 16 is a diagram for describing another embodiment of the operation in the quality measurement mode of the wireless power control device illustrated in FIG. 14.
  • FIG. 17 is a diagram for describing an embodiment of an operation in a ping mode of the wireless power control device illustrated in FIG. 14.
  • FIG. 18 is a diagram for describing an embodiment of an operation in a power transmission mode of the wireless power control device illustrated in FIG. 14.
  • FIG. 19 is a view for explaining another embodiment of an operation in a power transfer mode of the wireless power control device shown in FIG. 14.
  • FIG. 20 is a view for explaining another embodiment of the operation in the power transfer mode of the wireless power control device shown in FIG.
  • FIG. 21 is a view for explaining another embodiment of an operation in a power transmission mode of the wireless power control device shown in FIG. 14.
  • 22 is a diagram for describing an arrangement of a plurality of transmission coils according to an exemplary embodiment.
  • a wireless power transmitter for wirelessly transmitting power to a wireless power receiver receives a first transmission coil, a second transmission coil that transmits higher power than the first transmission coil, and DC power.
  • the first voltage and the power supply are based on a DC power converter configured to output a first voltage and a second voltage higher than the first voltage, an operation mode of the wireless power transmitter, and a required power of the wireless power receiver. It may include a control unit for selecting any one of the second voltage, and controls to transmit power through the first transmission coil or the second transmission coil using the selected voltage.
  • the top (bottom) or the bottom (bottom) is the two components are in direct contact with each other or One or more other components are all included disposed between the two components.
  • up (up) or down (down) may include the meaning of the down direction as well as the up direction based on one component.
  • a device equipped with a function for transmitting wireless power on the wireless charging system is a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, a transmitter, a transmitter, a transmitter for convenience of description.
  • a transmitter side, a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, and the like will be used interchangeably.
  • a wireless power receiver, a wireless power receiver, a wireless power receiver, a wireless power receiver, a wireless power receiver, a receiver terminal, a receiver, Receivers, receivers and the like can be used interchangeably.
  • the transmitter according to the present invention may be configured in a pad form, a cradle form, an access point (AP) form, a small base station form, a stand form, a ceiling buried form, a wall hanging form, and the like. You can also transfer power.
  • the transmitter may comprise at least one wireless power transmission means.
  • the wireless power transmission means may use various wireless power transmission standards based on an electromagnetic induction method that generates a magnetic field in the power transmitter coil and charges using the electromagnetic induction principle in which electricity is induced in the receiver coil under the influence of the magnetic field.
  • the wireless power transmission means may include a wireless charging technology of the electromagnetic induction method defined by the Wireless Power Consortium (WPC) and the Power Matters Alliance (PMA) which is a wireless charging technology standard apparatus.
  • WPC Wireless Power Consortium
  • PMA Power Matters Alliance
  • the receiver according to an embodiment of the present invention may be provided with at least one wireless power receiving means, and may simultaneously receive wireless power from two or more transmitters.
  • the wireless power receiving means may include an electromagnetic induction wireless charging technology defined by the Wireless Power Consortium (WPC) and the Power Matters Alliance (PMA), which are wireless charging technology standard organizations.
  • WPC Wireless Power Consortium
  • PMA Power Matters Alliance
  • the receiver according to the present invention is a mobile phone, smart phone, laptop computer, digital broadcasting terminal, PDA (Personal Digital Assistants), PMP (Portable Multimedia Player), navigation, MP3 player, electric It may be used in a small electronic device such as a toothbrush, an electronic tag, a lighting device, a remote control, a fishing bobber, a wearable device such as a smart watch, but the present invention is not limited thereto. It is enough.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
  • a wireless charging system includes a wireless power transmitter 10 that largely transmits power wirelessly, a wireless power receiver 20 that receives the transmitted power, and an electronic device 30 that receives the received power. Can be configured.
  • the wireless power transmitter 10 and the wireless power receiver 20 may perform in-band communication for exchanging information using the same frequency band as the operating frequency used for wireless power transmission.
  • the wireless power transmitter 10 and the wireless power receiver 20 perform out-of-band communication for exchanging information using a separate frequency band different from an operating frequency used for wireless power transmission. It can also be done.
  • the information exchanged between the wireless power transmitter 10 and the wireless power receiver 20 may include control information as well as status information of each other.
  • the status information and control information exchanged between the transmitting and receiving end will be more clear through the description of the embodiments to be described later.
  • the in-band communication and the out-of-band communication may provide bidirectional communication, but are not limited thereto. In another embodiment, the in-band communication and the out-of-band communication may provide one-way communication or half-duplex communication.
  • the unidirectional communication may be performed by the wireless power receiver 20 only transmitting information to the wireless power transmitter 10, but is not limited thereto.
  • the wireless power transmitter 10 may transmit information to the wireless power receiver 20. It may be to transmit.
  • bidirectional communication between the wireless power receiver 20 and the wireless power transmitter 10 is possible, but at one time, only one device may transmit information.
  • the wireless power receiver 20 may obtain various state information of the electronic device 30.
  • the state information of the electronic device 30 may include current power usage information, information for identifying a running application, CPU usage information, battery charge status information, battery output voltage / current information, and the like.
  • the information may be obtained from the electronic device 30 and may be utilized for wireless power control.
  • the wireless power transmitter 10 may transmit a predetermined packet indicating whether to support fast charging to the wireless power receiver 20.
  • the wireless power receiver 20 may notify the electronic device 30 when it is determined that the connected wireless power transmitter 10 supports the fast charging mode.
  • the electronic device 30 may indicate that fast charging is possible through predetermined display means provided, for example, it may be a liquid crystal display.
  • the user of the electronic device 30 may control the wireless power transmitter 10 to operate in the fast charge mode by selecting a predetermined fast charge request button displayed on the liquid crystal display.
  • the electronic device 30 may transmit a predetermined quick charge request signal to the wireless power receiver 20.
  • the wireless power receiver 20 may convert the normal low power charging mode into the fast charging mode by generating a charging mode packet corresponding to the received fast charging request signal to the wireless power transmitter 10.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a wireless charging system according to another embodiment of the present invention.
  • the wireless power receiver 20 may be configured with a plurality of wireless power receivers, and a plurality of wireless power receivers are connected to one wireless power transmitter 10 so that the wireless Charging may also be performed.
  • the wireless power transmitter 10 may distribute and transmit power to the plurality of wireless power receivers in a time division manner, but is not limited thereto.
  • the wireless power transmitter 10 may distribute and transmit power to a plurality of wireless power receivers by using different frequency bands allocated for each wireless power receiver.
  • the number of wireless power receivers that can be connected to one wireless power transmitter 10 may include at least one of a required power amount for each wireless power receiver, a battery charge state, power consumption of an electronic device, and available power amount of the wireless power transmitter. Can be adaptively determined based on the
  • the wireless power transmitter 10 may be configured with a plurality of wireless power transmitters.
  • the wireless power receiver 20 may be connected to a plurality of wireless power transmitters at the same time, and may simultaneously receive power from the connected wireless power transmitters and perform charging.
  • the number of wireless power transmitters connected to the wireless power receiver 20 may be adaptively based on the required power of the wireless power receiver 20, the state of charge of the battery, the power consumption of the electronic device, and the available power of the wireless power transmitter. Can be determined.
  • FIG 3 is a view for explaining a detection signal transmission procedure in a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
  • the wireless power transmitter may be equipped with three transmitting coils 111, 112, and 113. Each transmission coil may overlap some other area with another transmission coil, and the wireless power transmitter may detect a predetermined detection signal 117, 127 for detecting the presence of the wireless power receiver through each transmission coil, for example, Digital ping signals are sent sequentially in a predefined order.
  • the wireless power transmitter sequentially transmits the detection signal 117 through the primary detection signal transmission procedure illustrated in FIG. 110, and receives a signal strength indicator from the wireless power receiver 115.
  • the strength indicator 116 can identify the received transmission coils 111, 112.
  • the wireless power transmitter sequentially transmits the detection signal 127 through the secondary detection signal transmission procedure shown in FIG. 120, and transmits power among the transmission coils 111 and 112 where the signal strength indicator 126 is received.
  • the reason why the wireless power transmitter performs two sensing signal transmission procedures is to more accurately identify which transmitting coil is well aligned with the receiving coil of the wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter Based on the signal strength indicator 126 received at each of the first transmitting coil 111 and the second transmitting coil 112 selects the best-aligned transmitting coil and performs wireless charging using the selected transmitting coil. .
  • FIG. 4 is a state transition diagram for explaining a wireless power transmission procedure defined in the WPC standard.
  • power transmission from a transmitter to a receiver according to the WPC standard is largely selected from a selection phase 410, a ping phase 420, an identification and configuration phase 430, It may be divided into a power transfer phase 440.
  • the selection step 410 may be a step of transitioning when a specific error or a specific event is detected while starting or maintaining the power transmission.
  • the transmitter may monitor whether an object 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).
  • 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.
  • ping step 420 when the transmitter detects an object, it activates, ie, boots, the receiver and sends a digital ping to identify whether the receiver is a receiver that is compliant with the WPC standard. If the transmitter does not receive a response signal (for example, a signal strength indicator) from the receiver in response to the digital ping in step 420, it may transition back to the selection step 410 (S402). In addition, in the ping step 420, when the transmitter receives a signal indicating that power transmission is completed, that is, a charging completion signal, from the receiver, the transmitter may transition to the selection step 410 (S403).
  • a response signal for example, a signal strength indicator
  • the transmitter may transition to the identification and configuration step 430 for identifying the receiver and collecting receiver configuration and status information (S404).
  • the transmitter receives an unexpected packet, a desired packet has not been received for a predefined time, a packet transmission error, or a power transmission contract. If this is not set (no power transfer contract) it may transition to the selection step (410) (S405).
  • the transmitter may transition to a power transmission step 440 for transmitting wireless power (S406).
  • the transmitter receives an unexpected packet, the desired packet has not been received for a predefined time, or a violation of a preset power transfer contract occurs. transfer contract violation), if the filling is completed, the transition to the selection step (410) (S407).
  • the transmitter may transition to the identification and configuration step 430 (S408).
  • the power transmission contract may be set based on state and characteristic information of the transmitter and the receiver.
  • the transmitter state information may include information about the maximum amount of power that can be transmitted, information about the maximum number of receivers that can be accommodated, and the receiver state information may include information about required power.
  • 5 is a state transition diagram for explaining a wireless power transmission procedure defined in the WPC (Qi) standard.
  • power transmission from a transmitter to a receiver according to the WPC (Qi) standard is largely selected as a selection phase 510, a ping phase 520, an identification and configuration phase, and so on. 530, a negotiation phase 540, a calibration phase 550, a power transfer phase 560, and a renegotiation phase 570.
  • the selection step 510 may be a step of transitioning when a specific error or a specific event is detected while starting or maintaining power transmission.
  • the transmitter may monitor whether an object exists on the interface surface. If the transmitter detects that an object is placed on the interface surface, it may transition to ping step 520.
  • the transmitter transmits a very short pulse of an analog ping signal and an object in the active area of the interface surface based on the current change of the transmitting coil or the primary coil. Can detect the presence of
  • the transmitter activates the receiver and sends a digital ping to identify whether the receiver is a receiver that is compliant with the WPC standard. If in ping step 520 the transmitter does not receive a response signal (eg, a signal strength packet) to the digital ping from the receiver, it may transition back to selection step 510. Further, in ping step 520, the transmitter may transition to selection step 510 when it receives a signal from the receiver indicating that power transmission is complete, i.e., a charge complete packet.
  • a response signal eg, a signal strength packet
  • the transmitter may determine whether entry into the negotiation step 540 is necessary based on a negotiation field value of the configuration packet received in the identification and configuration step 530.
  • the demodulator 632 may identify from which transmission coil the demodulated signal is received, and may provide the control unit 640 with a predetermined transmission coil identifier corresponding to the identified transmission coil.
  • the 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.
  • FIG. 8 is a diagram for describing a method of modulating and demodulating a wireless power signal according to an embodiment of the present invention.
  • the 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.
  • the packet 900 may further include predetermined group identification information for identifying the corresponding reception group when the packet is to be received by a plurality of devices.
  • FIG. 10 is a diagram for describing types of packets transmitted from a wireless power receiver to a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating a wireless power control apparatus for wireless charging according to an embodiment of the present invention.
  • the controller 1110 may adaptively control the strength of the voltage output from the power selector 1104 according to the operation mode of the wireless power transmitter as well as the power required by the wireless power receiver.
  • the operation mode may be largely classified into a power transmission mode, a ping mode, and a quality measurement mode.
  • the power transmission mode refers to a state of transmitting power to the wireless power receiver, and may be a state corresponding to the power transmission step 560 of FIG. 5.
  • the ping mode refers to a state of transmitting a digital ping for identifying whether the WPC standard is compatible with the wireless power receiver, and may correspond to the ping step 520 of FIG. 5.
  • the quality measurement mode refers to a state of measuring a quality factor value while transmitting an AC signal to the wireless power receiver, and may be a state immediately after the negotiation step 540 or the ping step 520 of FIG. 5.
  • the first resonant circuit 1108 may include an inductor capable of transmitting 5 W or 15 W of power corresponding to low power, that is, a low power coil (or first coil), and the second resonant circuit 1109 It may include an inductor capable of transmitting power of 60 W or 200 W corresponding to a high power, that is, a high power coil (or a second coil).
  • the controller 1110 may control the overall operation of the wireless power control device 1100, and in particular, the power selector 1104 according to an operation mode of the wireless power transmitter and the strength of power required by the wireless power receiver.
  • the inverter 1106 and the coil selector 1107 may be controlled.
  • the controller 1110 may control the power selector 1104, the inverter 1106, and the coil selector 1107 to generate a reference frequency signal, a power generator 1104, and an inverter according to the reference frequency signal. 1106 and a gate driver for controlling a switch provided in the coil selector 1107.
  • the controller 1110 may demodulate an in-band signal received from the wireless power receiver through the first resonant circuit 1108 or the second resonant circuit 1109. For example, the controller 1110 may demodulate a control error packet received at a predetermined period after entering the power transmission step 440 or 560, and determine the strength of transmission power based on the demodulated control error packet.
  • the controller 1110 may modulate a packet to be transmitted to the wireless power receiver and transmit the modulated packet to the first resonant circuit 1108 or the second resonant circuit 1109.
  • FIG. 12 is a view for explaining the basic operating principle of the inverter for converting a DC signal into an AC signal in order to understand the present invention.
  • the inverter 1106 of FIG. 11 may include at least one of a half bridge type inverter and a full bridge type inverter.
  • the half-bridge inverter includes two switches S1 and S2, and the output voltage Vo may be changed according to the switch ON / OFF control of the gate driver.
  • the output voltage Vo has a value of + Vdc which is an input voltage.
  • the S1 switch is opened and the S2 switch is shorted, the output voltage Vo has a value of zero.
  • the half-bridge inverter may output an AC waveform having a corresponding period when the S1 switch and the S2 switch are cross- shorted at a predetermined period.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an embodiment of a DC power generator illustrated in FIG. 11.
  • the DC power generator 1300 may include a voltage stabilization circuit 1320, a rectifier circuit 1330, a smoothing circuit 1340, a phase power factor correction circuit 1350, and an output stabilization circuit 1360. Can be.
  • the voltage stabilization circuit 1320 is an EMI (Electro-Magnetic Interference) filter, a filter that functions to filter out and block various noises mixed on an AC power supply frequency, and a transient surge generated or introduced through a conductor. And an inrush current limiter for limiting the inflow of an inrush current.
  • EMI Electro-Magnetic Interference
  • the rectifier circuit 1330 may convert AC power through the voltage stabilization circuit 1320 into DC power, and may be configured as a full-wave rectification bridge circuit as shown in FIG. 13, but the scope of the present invention is not limited thereto. .
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an embodiment of the wireless power control device shown in FIG. 11.
  • the quality measuring circuit 1420 may correspond to the quality measuring circuit 1105 of FIG. 11, and the third to sixth switches SW3 to SW6 may correspond to the inverter 1106 of FIG. 11.
  • the third to sixth switches SW3 to SW6 may be turned on or off according to the third to sixth gate signals FET3 to FET6, respectively, and may operate as half-bridge inverters or full-bridge inverters.
  • the seventh to eighth switches SW7 to SW8 are turned on or off according to the seventh to eighth switches SW7 to SW8, respectively, and current flows through the first transmission coil 1430 or the second transmission coil 1440. Can be controlled. That is, the seventh to eighth switches SW7 to SW8 are the first resonant circuit or the second transmitting coil 1440 and the second capacitor 1460 corresponding to the first transmitting coil 1430 and the first capacitor 1450. One of the second resonant circuits corresponding to may be selected.
  • the first transmission coil 1430 may be a low power coil capable of transmitting low power of 5 W or 15 W
  • the second transmission coil 1440 may be a high power coil capable of transmitting high power of 60 W or 200 W.
  • the scope of the invention is not limited thereto.
  • the first to eighth gate signals FET1 to FET8 may be generated by the controller 1110, and each of the first to eighth gate signals FET1 to FET8 may have a first level for turning on the corresponding switch. For example, it may have a high level) or a second level (eg, a low level) for turning off the corresponding switch.
  • FIG. 15 is a diagram for describing an embodiment of an operation in a quality measurement mode of the wireless power control device illustrated in FIG. 14.
  • the current operation mode is the quality measurement mode for the low power coil
  • the low voltage LV is transferred to the quality measurement circuit 1420 to measure quality.
  • the third switch SW3 and the fourth switch SW4 have the same period and are controlled by the gate signals having opposite phases, the fifth switch SW5 is turned off and the sixth switch SW6 is turned on,
  • the third to sixth switches SW3 to SW6 may operate as half-bridge inverters.
  • the wireless power control apparatus 1500 may operate in a quality measurement mode for obtaining a quality factor value of the first transmission coil 1430, which is a low power coil.
  • a current path of the wireless power control device 1400 according to opening / closing of the first to eighth switches SW1 to SW8 is indicated by shading.
  • a table of the on or off control states of the eighth gate signals FET1 to FET8 is shown.
  • the current operation mode is the quality measurement mode for the high power coil
  • the low voltage LV is transferred to the quality measurement circuit 1420 to measure quality.
  • Current flows through the circuit 1420.
  • the third switch SW3 and the fourth switch SW4 have the same period and are controlled by the gate signals having opposite phases, the fifth switch SW5 is turned off and the sixth switch SW6 is turned on,
  • the third to sixth switches SW3 to SW6 may operate as half-bridge inverters.
  • the wireless power control device 1600 may operate in a quality measurement mode for obtaining a quality factor value of the second transmission coil 1440 which is a high power coil.
  • the quality factor value for the second transmission coil 1440 which is a high power coil or operates in a quality measurement mode for obtaining a quality factor value for the first transmission coil 1430 which is a low power coil.
  • the quality measuring circuit 1420 measures the quality factor value using the low voltage LV, which should be sent through the high power coil even if the quality factor value for the high power coil is measured. This is because the required power is not high. Therefore, the quality measurement circuit 1420 measures the quality factor value using the low voltage LV regardless of whether the quality measurement mode is for the low power coil or the high power coil, thereby minimizing the power consumed in the wireless power transmitter. can do.
  • a high voltage is applied to the quality measuring circuit 1420 to prevent the risk of damaging the quality measuring circuit 1420.
  • FIG. 17 is a diagram for describing an embodiment of an operation in a ping mode of the wireless power control device illustrated in FIG. 14.
  • the periods of the seventh switch SW7 and the eighth switch SW8 are controlled by gate signals having the same phase and opposite phases, the first resonant circuit and the second resonant circuit may be alternately selected. have.
  • the period of the seventh gate signal FET7 and the eighth gate signal FET8 may be determined by a time required for the transmission of the digital ping through one of the transmission coils, and the third gate signal FET3.
  • the period of the fourth gate signal FET4 may be different.
  • the digital ping through the first transmission coil 1430 and the digital ping through the second transmission coil 1440 may be alternately transmitted.
  • the digital ping is operated through a first transmission coil 1430 which is a low power coil or a ping mode which sends a digital ping through a second transmission coil 1440 which is a high power coil.
  • a digital ping may be generated using the low voltage LV, regardless of whether the wireless power receiver requires a low power or the wireless power receiver requires a high power. This is because the power required for a digital ping for the back is not high. Therefore, regardless of whether the ping mode is for the low power coil or the high power coil, the digital ping is generated using the low voltage LV, thereby minimizing the power consumed in the wireless power transmitter.
  • the current operation mode is the power transmission mode for the wireless power receiver that requires the first power (for example, 5W)
  • the first switch SW1 is turned on and the second switch SW2 is turned off
  • the low voltage LV is transmitted to the node ND.
  • the third switch SW3 and the fourth switch SW4 have the same period and are controlled by the gate signals having opposite phases, the fifth switch SW5 is turned off and the sixth switch SW6 is turned on,
  • the third to sixth switches SW3 to SW6 may operate as half-bridge inverters.
  • the wireless power control device 1800 is a wireless power receiver that requires a first power (for example, 5W), and the first transmission coil in which the wireless power generated using the low voltage LV and the half bridge inverter is a low power coil. It may operate in a power transmission mode transmitted through 1430.
  • a first power for example, 5W
  • FIG. 19 is a view for explaining another embodiment of an operation in a power transfer mode of the wireless power control device shown in FIG. 14.
  • the current operation mode is the power transmission mode for the wireless power receiver that requires the second power (for example, 15W)
  • the first switch SW1 is turned on and the second switch SW2 is turned off
  • the low voltage LV is transmitted to the node ND.
  • the third switch SW3 and the fourth switch SW4 have the same period and are controlled by gate signals having opposite phases, and the fifth switch SW5 and the sixth switch SW6 are respectively the fourth switch SW4.
  • the third to sixth switches SW3 to SW6 may operate as a full bridge inverter.
  • the wireless power control device 1900 is a wireless power receiver that requires a second power (for example, 15 W), and the first transmission coil in which the wireless power generated using the low voltage LV and the full bridge inverter is a low power coil. It may operate in a power transmission mode transmitted through 1430.
  • FIG. 20 is a view for explaining another embodiment of the operation in the power transfer mode of the wireless power control device shown in FIG.
  • the current operation mode is the power transmission mode for the wireless power receiver that requires the third power (for example, 60W)
  • the first switch SW1 is turned off and the second switch SW2 is turned on
  • the high voltage HV is transmitted to the node ND.
  • the third switch SW3 and the fourth switch SW4 have the same period and are controlled by the gate signals having opposite phases, the fifth switch SW5 is turned off and the sixth switch SW6 is turned on,
  • the third to sixth switches SW3 to SW6 may operate as half-bridge inverters.
  • the wireless power control device 2000 is a wireless power receiver that requires a third power (for example, 60 W), and the second transmission coil in which the wireless power generated using the high voltage (HV) and the half bridge inverter is a low power coil.
  • the power transmission mode may be operated in operation 1440.
  • FIG. 21 is a view for explaining another embodiment of an operation in a power transmission mode of the wireless power control device shown in FIG. 14.
  • the current operation mode is the power transmission mode for the wireless power receiver that requires the fourth power (for example, 200W)
  • the first switch SW1 is turned off and the second switch SW2 is turned on
  • the high voltage HV is transmitted to the node ND.
  • the third switch SW3 and the fourth switch SW4 have the same period and are controlled by gate signals having opposite phases, and the fifth switch SW5 and the sixth switch SW6 are respectively the fourth switch SW4.
  • the third to sixth switches SW3 to SW6 may operate as a full bridge inverter.
  • the wireless power control device 2100 is a wireless power receiver that requires a fourth power (for example, 200 W), and the second transmission coil in which the wireless power generated by using the high voltage (HV) and the full bridge inverter is a high power coil.
  • the power transmission mode may be operated in operation 1440.
  • the controller 1110 may have a low voltage regardless of the required power of the wireless power receiver. (LV) and half-bridge inverter to control quality measurement or digital ping transmission, and to control the selection of the transmission coil to obtain the quality factor value in the quality measurement mode, or to alternately select the transmission coil in the ping mode Can be controlled.
  • the controller 1110 generates only the output power by using the low voltage (LV) and the half-bridge inverter in the ping mode or the quality measurement mode, and the wireless power receiver in other modes where a relatively large output power is not required. Regardless of the required power, the output voltage can be generated using the low voltage LV and the half bridge inverter.
  • the wireless power receiver When the current operation mode is the power transmission mode, when the wireless power receiver requires low power (eg, 5W or 15W), the wireless power may be controlled to be generated using the low voltage LV, and the low power coil may be selected.
  • the controller 1110 controls the generation of wireless power using a half bridge inverter when relatively low power (for example, 5 W) is required among the low power, or full bridge when relatively high power (for example, 15 W) is required among the low power.
  • An inverter can be used to control the generation of wireless power.
  • the wireless power receiver When the current operation mode is the power transmission mode, when the wireless power receiver requires high power (for example, 60 W or 200 W), the wireless power may be controlled to be generated using the high voltage HV, and the high power coil may be selected.
  • the controller 1110 controls the generation of wireless power using a half bridge inverter when relatively low power (eg, 60 W) is required among the high power, or full bridge when relatively high power (eg, 200 W) is required, even during high power.
  • An inverter can be used to control the generation of wireless power.
  • the wireless power control apparatus it is possible to generate a low voltage for generating low power and a high voltage DC power for generating high power using a commercial AC power source.
  • a plurality of transmission coils having different categories may be mounted in one wireless power transmitter to support a wireless power receiver that requires various powers.
  • the power consumption of the wireless power transmitter may be minimized by generating the transmission power using a low voltage.
  • 22 is a diagram for describing an arrangement of a plurality of transmission coils according to an exemplary embodiment.
  • the first coil 2210 and the second coil 2220 may correspond to the first transmitting coil 1430 and the second transmitting coil 1440 of FIG. 14, respectively.
  • the wireless power transmitted from the first coil 2210 and the second coil 2220 is controlled by the control circuit board, that is, the lower part of the first coil 2210 and the second coil 2220.
  • a shield 2230 may be disposed to prevent the transfer of the remaining components except for the transmitting coil to the integrated substrate.
  • a charging bed on which the wireless power receiver may be placed may be disposed on the first coil 2210 and the second coil 2220.
  • Each of the first coil 2210 and the second coil 2220 may be implemented in a form in which a coil having a cross section including a conductive material and an insulating material surrounding the conductive material is wound.
  • the two terminals A and B of the first coil 2210 may be electrically connected to the inverter and the capacitor of the first resonant circuit, respectively, and the two terminals C and D of the second coil 2220 may be the inverter and the second.
  • Each of the capacitors of the resonant circuit may be electrically connected.
  • the outer diameter of the first coil 2210 for transmitting low power is smaller than the inner diameter of the second coil 2220 for transmitting high power, and the first coil inside the second coil 2220. 2210 may be disposed.
  • the second coil 2220 is required to transmit high power, so that the second coil 2220 is efficiently disposed in a larger area.
  • the first coil 2210 and the second coil 2220 in the form of concentric circles, it is possible to minimize the interference caused by the induced magnetic field by the transmission power of each other.
  • 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 devices, and the like, and also include those implemented in the form of carrier waves (eg, transmission over the Internet).
  • the computer readable recording medium can be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.
  • functional programs, codes, and code segments for implementing the above-described method may be easily inferred by programmers in the art to which the embodiments belong.
  • the present invention can be used in the field of wireless charging, and in particular, can be applied to a wireless power transmission apparatus for wireless charging.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 송신 장치는, 제1 송신 코일; 상기 제1 송신 코일보다 높은 전력을 송출하는 제2 송신 코일; 직류 전력을 인가받아 제1 전압 및 상기 제1 전압보다 높은 전압인 제2 전압을 출력하는 직류 전원 변환부; 및 상기 무선 전력 송신 장치의 동작 모드 및 상기 무선 전력 수신 장치의 요구 전력에 기초하여, 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압 중 어느 하나를 선택하고, 선택된 전압을 이용해 상기 제1 송신 코일 또는 상기 제2 송신 코일을 통해 전력이 송출되도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

무선 충전을 위한 무선 전력 송신 장치
본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 상세하게, 무선 충전을 위한 무선 전력 송신 장치에 관한 것이다.
최근 정보 통신 기술이 급속도로 발전함에 따라, 정보 통신 기술을 기반으로 하는 유비쿼터스 사회가 이루어지고 있다.
언제 어디서나 정보통신 기기들이 접속되기 위해서는 사회 모든 시설에 통신 기능을 가진 컴퓨터 칩을 내장시킨 센서들이 설치되어야 한다. 따라서 이들 기기나 센서의 전원 공급 문제는 새로운 과제가 되고 있다. 또한 휴대폰뿐만 아니라 블루투스 핸드셋과 아이팟 같은 뮤직 플레이어 등의 휴대기기 종류가 급격히 늘어나면서 배터리를 충전하는 작업이 사용자에게 시간과 수고를 요구하고 됐다. 이러한 문제를 해결하는 방법으로 무선 전력 전송 기술이 최근 들어 관심을 받고 있다.
무선 전력 전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 자기장의 유도 원리를 이용하여 무선으로 송신기에서 수신기로 전기 에너지를 전송하는 기술로서, 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 고주파, Microwave, 레이저 등과 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도되었다. 우리가 흔히 사용하는 전동칫솔이나 일부 무선면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다.
현재까지 무선을 이용한 에너지 전달 방식은 크게 자기 유도 방식, 자기 공진(Electromagnetic Resonance) 방식 및 단파장 무선 주파수를 이용한 RF 전송 방식 등으로 구분될 수 있다.
자기 유도 방식은 두 개의 코일을 서로 인접시킨 후 한 개의 코일에 전류를 흘려보내면 이 때 발생한 자속(MagneticFlux)이 다른 코일에 기전력을 일으키는 현상을 사용한 기술로서, 휴대폰과 같은 소형기기를 중심으로 빠르게 상용화가 진행되고 있다. 자기 유도 방식은 최대 수백 키로와트(kW)의 전력을 전송할 수 있고 효율도 높지만 최대 전송 거리가 1센티미터(cm) 이하이므로 일반적으로 충전기나 바닥에 인접시켜야 하는 단점이 있다.
자기 공진 방식은 전자기파나 전류 등을 활용하는 대신 전기장이나 자기장을 이용하는 특징이 있다. 자기 공진 방식은 전자파 문제의 영향을 거의 받지 않으므로 다른 전자 기기나 인체에 안전하다는 장점이 있다. 반면, 한정된 거리와 공간에서만 활용할 수 있으며 에너지 전달 효율이 다소 낮다는 단점이 있다.
단파장 무선 전력 전송 방식-간단히, RF 전송 방식-은 에너지가 라디오 파(RadioWave)형태로 직접 송수신될 수 있다는 점을 활용한 것이다. 이 기술은 렉테나(rectenna)를 이용하는 RF 방식의 무선 전력 전송 방식으로서, 렉테나는 안테나(antenna)와 정류기(rectifier)의 합성어로서 RF 전력을 직접 직류 전력으로 변환하는 소자를 의미한다. 즉, RF 방식은 AC 라디오파를 DC로 변환하여 사용하는 기술로서, 최근 효율이 향상되면서 상용화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
무선 전력 전송 기술은 모바일 뿐만 아니라 IT, 철도, 가전 산업 등 산업 전반에 다양하게 활용될 수 있다.
다양한 기기에 무선 충전 기능이 탑재되고, 무선 전력 수신 장치에 의해 요구되는 전력의 세기는 다양해지고 있다. 한편, 무선 전력 송신 장치를 가정 내에서 사용하기 위해서는 상용전원을 특정 전압에 해당하는 직류 전원으로 변환하는 어댑터가 요구된다. 이러한 어댑터가 출력하는 전압은 일반적으로 특정 전압으로 고정되어 있어, 무선 전력 송신 장치는 상대적으로 높은 전력을 전송할 수 있는 고전력 코일을 탑재하거나, 아니면 상대적으로 낮은 전력을 전송할 수 있는 저전력 코일을 탑재하여야 한다.
그러나, 무선 충전 기능을 갖는 기기의 종류가 다양화됨에 따라, 고전력을 요구하는 무선 전력 수신 장치와 저전력을 요구하는 무선 전력 수신 장치 모두를 지원할 수 있는 무선 전력 송신 장치가 요구된다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 무선 충전을 위한 무선 전력 송신 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고전력 및 저전력을 요구하는 무선 전력 수신 장치 모두를 지원할 수 있는 무선 전력 송신 장치를 제공함에 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 송신 장치는, 제1 송신 코일; 상기 제1 송신 코일보다 높은 전력을 송출하는 제2 송신 코일; 직류 전력을 인가받아 제1 전압 및 상기 제1 전압보다 높은 전압인 제2 전압을 출력하는 직류 전원 변환부; 및 상기 무선 전력 송신 장치의 동작 모드 및 상기 무선 전력 수신 장치의 요구 전력에 기초하여, 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압 중 어느 하나를 선택하고, 선택된 전압을 이용해 상기 제1 송신 코일 또는 상기 제2 송신 코일을 통해 전력이 송출되도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 하프 브릿지 인버터 또는 풀 브릿지 인버터로 동작하는 인버터를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 동작 모드 및 상기 요구 전력에 기초하여, 상기 인버터를 하프 브릿지 인버터로 동작시킬지 또는 풀 브릿지 인버터로 동작시킬지 결정할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 동작 모드가 품질 측정 모드인 경우, 상기 제어부는, 상기 제1 전압을 선택하여 상기 제1 전압이 품질 인자 값을 생성하기 위한 품질 측정 회로로 공급되도록 제어하고, 상기 인버터를 하프 브릿지 인버터로 동작시킬 수 있다.
실시예에 따라, 상기 동작 모드가 핑 모드인 경우, 상기 제어부는, 상기 제1 전압을 선택하여 상기 제1 전압이 상기 인버터로 공급되도록 제어하고, 상기 인버터를 하프 브릿지 인버터로 동작시킬 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제어부는, 상기 제1 송신 코일 및 상기 제2 송신 코일이 교번적으로 선택되도록 제어할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 동작 모드가 전력 전송 모드인 경우, 상기 무선 전력 수신 장치가 제1 전력 또는 제2 전력을 요구하면, 상기 제어부는, 상기 제1 전압을 선택하여 상기 제1 전압이 상기 인버터로 공급되도록 제어하고, 상기 제1 송신 코일을 통해 전력이 송출되도록 제어할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 무선 전력 수신 장치가 상기 제1 전력을 요구하면, 상기 제어부는, 상기 인버터를 하프 브릿지 인버터로 동작시키고, 상기 무선 전력 수신 장치가 상기 제2 전력을 요구하면, 상기 제어부는, 상기 인버터를 풀 브릿지 인버터로 동작시킬 수 있다.
실시예에 따라, 상기 동작 모드가 전력 전송 모드인 경우, 상기 무선 전력 수신 장치가 제3 전력 또는 제4 전력을 요구하면, 상기 제어부는, 상기 제2 전압을 선택하여 상기 제2 전압이 상기 인버터로 공급되도록 제어하고, 상기 제2 송신 코일을 통해 전력이 송출되도록 제어할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 무선 전력 수신 장치가 상기 제3 전력을 요구하면, 상기 제어부는, 상기 인버터를 하프 브릿지 인버터로 동작시키고, 상기 무선 전력 수신 장치가 상기 제4 전력을 요구하면, 상기 제어부는, 상기 인버터를 풀 브릿지 인버터로 동작시킬 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제1 송신 코일의 외경은 상기 제2 송신 코일의 내경보다 작고, 상기 제1 송신 코일 및 상기 제2 송신 코일은 동심원의 형태로 배치될 수 있다.
상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
본 발명에 따른 방법, 장치 및 시스템에 대한 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 제어 장치에 의하면, 상용 교류 전원을 이용해 저전력을 생성하기 위한 저전압과 고전력을 생성하기 위한 고전압의 직류 전력을 생성할 수 있다.
또한, 카테고리가 서로 다른 복수의 송신 코일을 하나의 무선 전력 송신 장치에 탑재하여, 다양한 전력을 요구하는 무선 전력 수신 장치를 지원할 수 있다.
아울러, 상대적으로 큰 송출 전력이 요구되지 않는 핑 모드, 품질 측정 모드 등에서는 저전압을 이용해 송출 전력을 생성함으로써 무선 전력 송신 장치의 소모 전력을 최소화할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템에서의 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 WPC 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 5는 WPC(Qi) 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 상기 도 6에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 신호의 변조 및 복조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 패킷 포맷을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 WPC(Qi) 표준에 정의된 패킷의 종류를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전을 위한 무선 전력 제어 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 12는 본 발명의 이해를 돕기 위해 직류 신호를 교류 신호로 변환하는 인버터의 기본적인 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 도 11에 도시된 직류 전원 생성부의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 14는 도 11에 도시된 무선 전력 제어 장치의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 15는 도 14에 도시된 무선 전력 제어 장치의 품질 측정 모드에서의 동작의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 도 14에 도시된 무선 전력 제어 장치의 품질 측정 모드에서의 동작의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 도 14에 도시된 무선 전력 제어 장치의 핑 모드에서의 동작의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 도 14에 도시된 무선 전력 제어 장치의 전력 전송 모드에서의 동작의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 도 14에 도시된 무선 전력 제어 장치의 전력 전송 모드에서의 동작의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 도 14에 도시된 무선 전력 제어 장치의 전력 전송 모드에서의 동작의 또다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 21은 도 14에 도시된 무선 전력 제어 장치의 전력 전송 모드에서의 동작의 또다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 송신 코일의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 송신 장치는 제1 송신 코일과 상기 제1 송신 코일보다 높은 전력을 송출하는 제2 송신 코일과 직류 전력을 인가 받아 제1 전압 및 상기 제1 전압보다 높은 전압인 제2 전압을 출력하는 직류 전원 변환부와 상기 무선 전력 송신 장치의 동작 모드 및 상기 무선 전력 수신 장치의 요구 전력에 기초하여, 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압 중 어느 하나를 선택하고, 선택된 전압을 이용해 상기 제1 송신 코일 또는 상기 제2 송신 코일을 통해 전력이 송출되도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들이 적용되는 장치 및 다양한 방법들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
실시예의 설명에 있어서, 무선 충전 시스템상에서 무선 전력을 송신하는 기능이 탑재된 장치는 설명의 편의를 위해 무선 파워 송신기, 무선 파워 송신 장치, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 송신기, 송신단, 송신기, 송신 장치, 송신측, 무선 파워 전송 장치, 무선 파워 전송기 등을 혼용하여 사용하기로 한다. 또한, 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 기능이 탑재된 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 무선 파워 수신 장치, 무선 파워 수신기, 수신 단말기, 수신측, 수신 장치, 수신기 등이 혼용되어 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 송신기는 패드 형태, 거치대 형태, AP(Access Point) 형태, 소형 기지국 형태, 스텐드 형태, 천장 매립 형태, 벽걸이 형태 등으로 구성될 수 있으며, 하나의 송신기는 복수의 무선 전력 수신 장치에 파워를 전송할 수도 있다. 이를 위해, 송신기는 적어도 하나의 무선 파워 전송 수단을 구비할 수도 있다. 여기서, 무선 파워 전송 수단은 전력 송신단 코일에서 자기장을 발생시켜 그 자기장의 영향으로 수신단 코일에서 전기가 유도되는 전자기유도 원리를 이용하여 충전하는 전자기 유도 방식에 기반한 다양한 무전 전력 전송 표준이 사용될 수 있다. 여기서, 무선파워 전송 수단은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) 및 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기는 적어도 하나의 무선 전력 수신 수단이 구비될 수 있으며, 2개 이상의 송신기로부터 동시에 무선 파워를 수신할 수도 있다. 여기서, 무선 전력 수신 수단은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) 및 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 수신기는 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 player, 전동 칫솔, 전자 태그, 조명 장치, 리모콘, 낚시찌, 스마트 워치와 같은 웨어러블 디바이스 등의 소형 전자 기기 등에 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며 본 발명에 따른 무선 전력 수신 수단이 장착되어 배터리 충전이 가능한 기기라면 족하다.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 무선 충전 시스템은 크게 무선으로 전력을 송출하는 무선 전력 송신단(10), 상기 송출된 전력을 수신하는 무선 전력 수신단(20) 및 수신된 전력을 공급 받는 전자기기(30)로 구성될 수 있다.
일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 동일한 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 인밴드(In-band) 통신을 수행할 수 있다. 다른 일예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 상이한 별도의 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 대역외(Out-of-band) 통신을 수행할 수도 있다.
일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20) 사이에 교환되는 정보는 서로의 상태 정보뿐만 아니라 제어 정보도 포함될 수 있다. 여기서, 송수신단 사이에 교환되는 상태 정보 및 제어 정보는 후술할 실시예들의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.
상기 인밴드 통신 및 대역외 통신은 양방향 통신을 제공할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 다른 실시예에 있어서는 단방향 통신 또는 반이중 방식의 통신을 제공할 수도 있다.
일 예로, 단방향 통신은 무선 전력 수신단(20)이 무선 전력 송신단(10)으로만 정보를 전송하는 것일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 송신단(10)이 무선 전력 수신단(20)으로 정보를 전송하는 것일 수도 있다.
반이중 통신 방식은 무선 전력 수신단(20)과 무선 전력 송신단(10) 사이의 양방향 통신은 가능하나, 어느 한 시점에 어느 하나의 장치에 의해서만 정보 전송이 가능한 특징이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신단(20)은 전자 기기(30)의 각종 상태 정보를 획득할 수도 있다. 일 예로, 전자 기기(30)의 상태 정보는 현재 전력 사용량 정보, 실행중인 응용을 식별하기 위한 정보, CPU 사용량 정보, 배터리 충전 상태 정보, 배터리 출력 전압/전류 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 전자 기기(30)로부터 획득 가능하고, 무선 전력 제어에 활용 가능한 정보이면 족하다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신단(10)은 고속 충전 지원 여부를 지시하는 소정 패킷을 무선 전력 수신단(20)에 전송할 수 있다. 무선 전력 수신단(20)은 접속된 무선 전력 송신단(10)이 고속 충전 모드를 지원하는 것으로 확인된 경우, 이를 전자 기기(30)에 알릴 수 있다. 전자 기기(30)는 구비된 소정 표시 수단-예를 들면, 액정 디스플레이일 수 있음-을 통해 고속 충전이 가능함을 표시할 수 있다.
또한, 전자 기기(30) 사용자는 액정 표시 수단에 표시된 소정 고속 충전 요청 버튼을 선택하여 무선 전력 송신단(10)이 고속 충전 모드로 동작하도록 제어할 수도 있다. 이 경우, 전자 기기(30)는 사용자에 의해 고속 충전 요청 버튼이 선택되면, 소정 고속 충전 요청 신호를 무선 전력 수신단(20)에 전송할 수 있다. 무선 전력 수신단(20)은 수신된 고속 충전 요청 신호에 상응하는 충전 모드 패킷을 생성하여 무선 전력 송신단(10)에 전송함으로써, 일반 저전력 충전 모드를 고속 충전 모드로 전환시킬 수 있다.
도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
일 예로, 도면 부호 200a에 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신단(20)은 복수의 무선 전력 수신 장치로 구성될 수 있으며, 하나의 무선 전력 송신단(10)에 복수의 무선 전력 수신 장치가 연결되어 무선 충전을 수행할 수도 있다. 이때, 무선 전력 송신단(10)은 시분할 방식으로 복수의 무선 전력 수신 장치에 전력을 분배하여 송출할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며. 다른 일 예로, 무선 전력 송신단(10)은 무선 전력 수신 장치 별 할당된 상이한 주파수 대역을 이용하여 복수의 무선 전력 수신 장치에 전력을 분배하여 송출할 수 있다.
이때, 하나의 무선 전력 송신 장치(10)에 연결 가능한 무선 전력 수신 장치의 개수는 무선 전력 수신 장치 별 요구 전력량, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량 및 무선 전력 송신 장치의 가용 전력량 중 적어도 하나에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.
다른 일 예로, 도면 부호 200b에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신단(10)은 복수의 무선 전력 송신 장치로 구성될 수도 있다. 이 경우, 무선 전력 수신단(20)은 복수의 무선 전력 송신 장치와 동시에 연결될 수 있으며, 연결된 무선 전력 송신 장치들로부터 동시에 전력을 수신하여 충전을 수행할 수도 있다. 이때, 무선 전력 수신단(20)과 연결된 무선 전력 송신 장치의 개수는 무선 전력 수신단(20)의 요구 전력량, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량, 무선 전력 송신 장치의 가용 전력량 등에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템에서의 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.
일 예로, 무선 전력 송신기는 3개의 송신 코일(111, 112, 113)이 장착될 수 있다. 각각의 송신 코일은 일부 영역이 다른 송신 코일과 서로 중첩될 수 있으며, 무선 전력 송신기는 각각의 송신 코일을 통해 무선 전력 수신기의 존재를 감지하기 위한 소정 감지 신호(117, 127)-예를 들면, 디지털 핑 신호-를 미리 정의된 순서로 순차적으로 송출한다.
상기 도 3에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기는 도면 번호 110에 도시된 1차 감지 신호 송출 절차를 통해 감지 신호(117)를 순차적으로 송출하고, 무선 전력 수신기(115)로부터 신호 세기 지시자(Signal Strength Indicator, 116)가 수신된 송신 코일(111, 112)을 식별할 수 있다. 연이어, 무선 전력 송신기는 도면 번호 120에 도시된 2차 감지 신호 송출 절차를 통해 감지 신호(127)를 순차적으로 송출하고, 신호 세기 지시자(126)가 수신된 송신 코일(111, 112) 중 전력 전송 효율(또는 충전 효율)-즉, 송신 코일과 수신 코일 사이의 정렬 상태-이 좋은 송신 코일을 식별하고, 식별된 송신 코일을 통해 전력이 송출되도록-즉, 무선 충전이 이루어지도록- 제어할 수 있다.
상기의 도 3에서 보여지는 바와 같이, 무선 전력 송신기가 2회의 감지 신호 송출 절차를 수행하는 이유는 어느 송신 코일에 무선 전력 수신기의 수신 코일이 잘 정렬되어 있는지를 보다 정확하게 식별하기 위함이다.
만약, 상기한 도 3의 도면 번호 110 및 120에 도시된 바와 같이, 제1 송신 코일(111), 제2 송신 코일(112)에 신호 세기 지시자(116, 126)가 수신된 경우, 무선 전력 송신기는 제1 송신 코일(111)과 제2 송신 코일(112) 각각에 수신된 신호 세기 지시자(126)에 기반하여 가장 정렬이 잘된 송신 코일을 선택하고, 선택된 송신 코일을 이용하여 무선 충전을 수행한다.
도 4는 WPC 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 4를 참조하면, WPC 표준에 따른 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(Selection Phase, 410), 핑 단계(Ping Phase, 420), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 430), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 440) 단계로 구분될 수 있다.
선택 단계(410)는 파워 전송을 시작하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계일 수 있다. 여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다. 또한, 선택 단계(410)에서 송신기는 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). 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.
핑 단계(420)에서 송신기는 물체를 감지하면, 수신기를 활성화-즉, 부팅(booting)-시키고, 수신기가 WPC 표준에 호환되는 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송한다. 핑 단계(420)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 지시자-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(410)로 천이할 수 있다(S402). 또한, 핑 단계(420)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 신호-를 수신하면, 선택 단계(410)로 천이할 수도 있다(S403).
핑 단계(420)가 완료되면, 송신기는 수신기를 식별하고, 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(430)로 천이할 수 있다(S404).
식별 및 구성 단계(430)에서 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 패킷 전송 오류가 있거나(transmission error), 파워 전송 계약이 설정되지 않으면(no power transfer contract) 선택 단계(410)로 천이할 수 있다(S405).
수신기에 대한 식별 및 구성이 완료되면, 송신기는 무선 전력을 전송하는 전력 전송 단계(440)로 천이할 수 있다(S406).
전력 전송 단계(440)에서, 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 기 설정된 파워 전송 계약에 대한 위반이 발생되거나(power transfer contract violation), 충전이 완료된 경우, 선택 단계(410)로 천이할 수 있다(S407).
또한, 전력 전송 단계(440)에서, 송신기는 송신기 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 식별 및 구성 단계(430)로 천이할 수 있다(S408).
상기한 파워 전송 계약은 송신기와 수신기의 상태 및 특성 정보에 기반하여 설정될 수 있다. 일 예로, 송신기 상태 정보는 최대 전송 가능한 파워량에 대한 정보, 최대 수용 가능한 수신기 개수에 대한 정보 등을 포함할 수 있으며, 수신기 상태 정보는 요구 전력에 대한 정보 등을 포함할 수 있다.
도 5는 WPC(Qi) 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 5를 참조하면, WPC(Qi) 표준에 따른 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(Selection Phase, 510), 핑 단계(Ping Phase, 520), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 530), 협상 단계(Negotiation Phase, 540), 보정 단계(Calibration Phase, 550), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 560) 단계 및 재협상 단계(Renegotiation Phase, 570)로 구분될 수 있다.
선택 단계(510)는 파워 전송을 시작하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계일 수 있다. 여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다. 또한, 선택 단계(510)에서 송신기는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다. 만약, 송신기가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 단계(520)로 천이할 수 있다. 선택 단계(510)에서 송신기는 매우 짧은 펄스의 아날로그 핑(Analog Ping) 신호를 전송하며, 송신 코일 또는 1차 코일(Primary Coil)의 전류 변화에 기반하여 인터페이스 표면의 활성 영역(Active Area)에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다.
핑 단계(520)에서 송신기는 물체가 감지되면, 수신기를 활성화시키고, 수신기가 WPC 표준이 호환되는 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송한다. 핑 단계(520)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 패킷-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(510)로 천이할 수 있다. 또한, 핑 단계(520)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 패킷-을 수신하면, 선택 단계(510)로 천이할 수도 있다.
핑 단계(520)가 완료되면, 송신기는 수신기를 식별하고 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(530)로 천이할 수 있다.
식별 및 구성 단계(530)에서 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 패킷 전송 오류가 있거나(transmission error), 파워 전송 계약이 설정되지 않으면(no power transfer contract) 선택 단계(510)로 천이할 수 있다.
송신기는 식별 및 구성 단계(530)에서 수신된 구성 패킷(Configuration packet)의 협상 필드(Negotiation Field) 값에 기반하여 협상 단계(540)로의 진입이 필요한지 여부를 확인할 수 있다.
확인 결과, 협상이 필요하면, 송신기는 협상 단계(540)로 진입하여 소정 FOD 검출 절차를 수행할 수 있다.
반면, 확인 결과, 협상이 필요하지 않은 경우, 송신기는 곧바로 전력 전송 단계(560)로 진입할 수도 있다.
협상 단계(540)에서, 송신기는 기준 품질 인자 값이 포함된 FOD(Foreign Object Detection) 상태 패킷을 수신할 수 있다. 이때, 송신기는 기준 품질 인자 값에 기반하여 FO 검출을 위한 임계치를 결정할 수 있다.
송신기는 결정된 FO 검출을 위한 임계치 및 현재 측정된 품질 인자 값을 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.
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.
전력 전송 단계(560)에서, 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 기 설정된 파워 전송 계약에 대한 위반이 발생되거나(power transfer contract violation), 충전이 완료된 경우, 선택 단계(510)로 천이할 수 있다.
또한, 전력 전송 단계(560)에서, 송신기는 송신기 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 재협상 단계(570)로 천이할 수 있다. 이때, 재협상이 정상적으로 완료되면, 송신기는 전력 전송 단계(560)로 회귀할 수 있다.
상기한 파워 전송 계약은 송신기와 수신기의 상태 및 특성 정보에 기반하여 설정될 수 있다. 일 예로, 송신기 상태 정보는 최대 전송 가능한 파워량에 대한 정보, 최대 수용 가능한 수신기 개수에 대한 정보 등을 포함할 수 있으며, 수신기 상태 정보는 요구 전력에 대한 정보 등을 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6을 참조하면 무선 전력 송신기(600)는 크게, 전력 변환부(610), 전력 전송부(620), 통신부(630), 제어부(640), 센싱부(650)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기한 무선 전력 송신기(600)의 구성은 반드시 필수적인 구성은 아니어서, 그보다 많거나 적은 구성 요소를 포함하여 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 전력 변환부(610)는 전원부(660)로부터 DC 전원이 공급되면, 이를 소정 세기의 교류 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.
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.
DC/DC 변환부(611)는 전원부(650)로부터 공급된 DC 전력을 제어부(640)의 제어 신호에 따라 특정 세기의 DC 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.
이때, 센싱부(650)는 DC 변환된 전력의 전압/전류 등을 측정하여 제어부(640)에 제공할 수 있다. 또한, 센싱부(650)는 과열 발생 여부 판단을 위해 무선 전력 송신기(600)의 내부 온도를 측정하고, 측정 결과를 제어부(640)에 제공할 수도 있다. 일 예로, 제어부(640)는 센싱부(650)에 의해 측정된 전압/전류 값에 기반하여 적응적으로 전원부(650)로부터의 전원 공급을 차단하거나, 증폭기(612)에 전력이 공급되는 것을 차단할 수 있다. 이를 위해, 전력 변환부(610)의 일측에는 전원부(650)로부터 공급되는 전원을 차단하거나, 증폭기(612)에 공급되는 전력을 차단하기 위한 소정 전력 차단 회로가 가 더 구비될 수도 있다.
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. 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. 일 예로, 전력 수신 상태 정보는 정류기 출력 전압의 세기 정보, 수신 코일에 인가되는 전류의 세기 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 전력 제어 신호는 전력 증가를 요청하기 위한 신호, 전력 감소를 요청하기 위한 신호 등을 포함할 수 있다.
전력 전송부(620)는 다중화기(621)(또는 멀티플렉서), 송신 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 위한특정 캐리어 주파수로 생성할 수 있다. 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.
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.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(640)는 복수의 무선 전력 수신기가 연결된 경우, 송신 코일 별 시분할 다중화를 통해 전력을 전송할 수도 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(600)에 3개의 무선 전력 수신기-즉, 제1 내지 3 무선 전력 수신기-가 각각 3개의 서로 다른 송신 코일-즉, 제1 내지 3 송신 코일-을 통해 식별된 경우, 제어부(640)는 다중화기(621)를 제어하여, 특정 타임 슬롯에 특정 송신 코일을 통해서만 교류 전력이 송출될 수 있도록 제어할 수 있다. 이때, 송신 코일 별 할당된 타임 슬롯의 길이에 따라 해당 무선 전력 수신기로 전송되는 전력의 양이 제어될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 예는 송신 코일 별 할당된 타임 슬롯 동안 DC/DC 변환기(611)의 출력 직류 전력의 세기를 제어하여 무선 전력 수신기 별 송출 전력을 제어할 수도 있다.
제어부(640)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 제1 내지 제n 송신 코일(622)을 통해 감지 신호가 순차적으로 송출될 수 있도록 다중화기(621)를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(640)는 감지 신호가 전송될 시점을 타이머(655)를 이용하여 식별할 수 있으며, 감신 신호 전송 시점이 도래하면, 다중화기(621)를 제어하여 해당 송신 코일을 통해 감지 신호가 송출될 수 있도록 제어할 수 있다. 일 예로, 타이머(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.
또한, 제어부(640)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 복조부(632)로부터 어느 송신 코일을 통해 신호 세기 지시자(Signal Strength Indicator)가 수신되었는지를 식별하기 위한 소정 송신 코일 식별자 및 해당 송신 코일을 통해 수신된 신호 세기 지시자를 수신할 수 있다. 연이어, 제2차 감지 신호 송출 절차에서 제어부(640)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 신호 세기 지시자가 수신된 송신 코일(들)을 통해서만 감지 신호가 송출될 수 있도록 다중화기(621)를 제어할 수도 있다. 다른 일 예로, 제어부(640)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 신호 세기 지시자가 수신된 송신 코일이 복수개인 경우, 가장 큰 값을 갖는 신호 세기 지시자가 수신된 송신 코일을 제2차 감지 신호 송출 절차에서 감지 신호를 가장 먼저 송출할 송신 코일로 결정하고, 결정 결과에 따라 다중화기(621)를 제어할 수도 있다.
통신부(630)는 변조부(631)와 복조부(632) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
변조부(631)는 제어부(640)에 의해 생성된 제어 신호를 변조하여 다중화기(621)에 전달할 수 있다. 여기서, 제어 신호를 변조하기 위한 변조 방식은 FSK(Frequency Shift Keying) 변조 방식, 맨체스터 코딩(Manchester Coding) 변조 방식, PSK(Phase Shift Keying) 변조 방식, 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation) 방식, 차등 2단계(Differential bi-phase) 변조 방식 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
복조부(632)는 송신 코일을 통해 수신되는 신호가 감지되면, 감지된 신호를 복조하여 제어부(640)에 전송할 수 있다. 여기서, 복조된 신호에는 신호 세기 지시자, 무선 전력 전송 중 전력 제어를 위한 오류 정정(EC:Error Correction) 지시자, 충전 완료(EOC: End Of Charge) 지시자, 과전압/과전류/과열 지시자 등이 포함될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 수신기의 상태를 식별하기 위한 각종 상태 정보가 포함될 수 있다.
또한, 복조부(632)는 복조된 신호가 어느 송신 코일로부터 수신된 신호인지를 식별할 수 있으며, 식별된 송신 코일에 상응하는 소정 송신 코일 식별자를 제어부(640)에 제공할 수도 있다.
또한, 복조부(632)는 송신 코일(623)을 통해 수신된 신호를 복조하여 제어부(640)에 전달할 수 있다. 일 예로, 복조된 신호는 신호 세기 지시자를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 복조 신호는 무선 전력 수신기의 각종 상태 정보를 포함할 수 있다.
일 예로, 무선 전력 송신기(600)는 무선 전력 전송에 사용되는 동일한 주파수를 이용하여 무선 전력 수신기와 통신을 수행하는 인밴드(In-Band) 통신을 통해 상기 신호 세기 지시자를 획득할 수 있다.
또한, 무선 전력 송신기(600)는 송신 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.
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.
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.
도 7은 상기 도 6에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7을 참조하면, 무선 전력 수신기(700)는 수신 코일(710), 정류기(720), 직류/직류 변환기(DC/DC Converter, 730), 부하(740), 센싱부(750), 통신부(760), 주제어부(770)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 통신부(760)는 복조부(761) 및 변조부(762) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
상기한 도 7의 예에 도시된 무선 전력 수신기(700)는 인밴드 통신을 통해 무선 전력 송신기(600)와 정보를 교환할 수 있는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 통신부(760)는 무선 전력 신호 전송에 사용되는 주파수 대역과는 상이한 주파수 대역을 통해 근거리 양방향 통신을 제공할 수도 있다.
수신 코일(710)을 통해 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.
센싱부(750)는 정류기(720) 출력 DC 전력의 세기를 측정하고, 이를 주제어부(770)에 제공할 수 있다. 또한, 센싱부(750)는 무선 전력 수신에 따라 수신 코일(710)에 인가되는 전류의 세기를 측정하고, 측정 결과를 주제어부(770)에 전송할 수도 있다. 또한, 센싱부(750)는 무선 전력 수신기(700)의 내부 온도를 측정하고, 측정된 온도 값을 주제어부(770)에 제공할 수도 있다.
일 예로, 주제어부(770)는 측정된 정류기 출력 DC 전력의 세기가 소정 기준치 와 비교하여 과전압 발생 여부를 판단할 수 있다. 판단 결과, 과전압이 발생된 경우, 과전압이 발생되었음을 알리는 소정 패킷을 생성하여 변조부(762)에 전송할 수 있다. 여기서, 변조부(762)에 의해 변조된 신호는 수신 코일(710) 또는 별도의 코일(미도시)을 통해 무선 전력 송신기(600)에 전송될 수 있다. 또한, 주제어부(770)는 정류기 출력 DC 전력의 세기가 소정 기준치 이상인 경우, 감지 신호가 수신된 것으로 판단할 수 있으며, 감지 신호 수신 시, 해당 감지 신호에 대응되는 신호 세기 지시자가 변조부(762)를 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.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 신호의 변조 및 복조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8의 도면 번호 810에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 동일한 주기를 가지는 내부 클락 시그널에 기반하여 전송 대상 패킷을 인코딩하거나 디코딩할 수 있다.
이하에서는 상기 도 1 내지 도 8을 참조하여, 전송 대상 패킷의 인코딩 방법을 상세히 설명하기로 한다.
상기 도 1을 참조하면, 무선 전력 송신단(10) 또는 무선 전력 수신단(20)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. 반면, 무선 전력 송신단(10) 또는 무선 전력 수신단(20)이 특정 패킷을 전송하는 경우, 무선 전력 신호는 도 1의 도면 번호 42에 도시된 바와 같이, 특정 변조 방식으로 변조된 교류 신호일 수 있다. 일 예로, 변조 방식은 진폭 변조 방식, 주파수 변조 방식, 주파수 및 진폭 변조 방식, 위상 변조 방식 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
무선 전력 송신단(10) 또는 무선 전력 수신단(20)에 의해 생성된 패킷의 이진 데이터는 도면 번호 820과 같이 차등 2단계 인코딩(Differential bi-phase encoding) 이 적용될 수 있다. 상세하게, 차등 2단계 인코딩은 데이터 비트 1을 인코딩하기 위하여 두 번의 상태 전이(transitions)를 갖도록 하고, 데이터 비트 0을 인코딩하기 위하여 한 번의 상태 전이를 갖도록 한다. 즉, 데이터 비트 1은 상기 클럭 신호의 상승 에지(rising edge) 및 하강 에지(falling edge)에서 HI 상태 및 LO 상태간의 전이가 발생하도록 인코딩된 것이고, 데이터 비트 0은 상기 클럭 신호의 상승 에지에서 HI 상태 및 LO 상태간의 전이가 발생하도록 인코딩된 것일 수 있다.
인코딩된 이진 데이터는 상기 도면 번호 830에 도시된 바와 같은, 바이트 인코딩 기법이 적용될 수 있다. 도면 번호 830을 참조하면, 일 실시예에 따른 바이트 인코딩 기법은 8비트의 인코딩된 이진 비트 스트림에 대해 해당 비트 스트림의 시작과 종류를 식별하기 위한 시작 비트(Start Bit) 및 종료 비트(Stop Bit), 해당 비트 스트림(바이트)의 오류 발생 여부를 감지하기 위한 페리티 비트(Parity Bit)가 삽입하는 방법일 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 패킷 포맷을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20) 사이의 정보 교환에 사용되는 패킷 포맷(900)은 해당 패킷의 복조를 위한 동기 획득 및 해당 패킷의 정확한 시작 비트를 식별하기 위한 프리엠블(Preamble, 910) 필드, 해당 패킷에 포함된 메시지의 종류를 식별하기 위한 헤더(Header, 920) 필드, 해당 패킷의 내용(또는 페이로드(Payload))를 전송하기 위한 메시지(Message, 930) 필드 및 해당 패킷에 오류가 발생되었는지 여부를 확인하기 위한 체크썸(Checksum, 940) 필드를 포함하여 구성될 수 있다.
패킷 수신단은 헤더(920) 값에 기반하여 해당 패킷에 포함된 메시지(930)의 크기를 식별할 수도 있다.
또한, 헤더(920)는 무선 전력 전송 절차의 각 단계별로 정의될 수 있으며, 일부, 헤더(920) 값은 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.
메시지(930)는 해당 패킷의 송신단에서 전송하고자 하는 데이터를 포함한다. 일 예로, 메시지(930) 필드에 포함되는 데이터는 상대방에 대한 보고 사항(report), 요청 사항(request) 또는 응답 사항(response)일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 패킷(900)은 해당 패킷을 전송한 송신단을 식별하기 위한 송신단 식별 정보, 해당 패킷을 수신할 수신단을 식별하기 위한 수신단 식별 정보 중 적어도 하나가 더 포함될 수도 있다. 여기서, 송신단 식별 정보 및 수신단 식별 정보는 IP 주소 정보, MAC 주소 정보, 제품 식별 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 충전 시스템상에서 수신단 및 송신단을 구분할 수 있는 정보이면 족하다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 패킷(900)은 해당 패킷이 복수의 장치에 의해 수신되어야 하는 경우, 해당 수신 그룹을 식별하기 위한 소정 그룹 식별 정보가 더 포함될 수도 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기에서 무선 전력 송신기로 전송되는 패킷의 종류를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 무선 전력 수신기에서 무선 전력 송신기로 전송하는 패킷은 감지된 핑 신호의 세기 정보를 전송하기 위한 신호 세기(Signal Strength) 패킷, 송신기가 전력 전송을 중단하도록 요청하기 위한 전력 전송 종료(End Power Transfer), 제어 제어를 위한 제어 오류 패킷 수신 후 실제 전력을 조정하기까지 대기하는 시간 정보를 전송하기 위한 전력 제어 보류(Power Control Hold-off) 패킷, 수신기의 구성 정보를 전송하기 위한 구성 패킷, 수신기 식별 정보를 전송하기 위한 식별 패킷 및 확장 식별 패킷, 일반 요구 메시지를 전송하기 위한 일반 요구 패킷, 특별 요구 메시지를 전송하기 위한 특별 요구 패킷, FO 검출을 위한 기준 품질 인자 값을 전송하기 위한 FOD 상태 패킷, 송신기의 송출 전력을 제어하기 위한 제어 오류 패킷, 재협상 개시를 위한 재협상 패킷, 수신 전력의 세기 정보를 전송하기 위한 24비트 수신 전력 패킷 및 8비트 수신 전력 패킷 및 현재 부하의 충전 상태 정보를 전송하기 위한 충전 상태 패킷을 포함할 수 있다.
상기한 무선 전력 수신기에서 무선 전력 송신기로 전송하는 패킷들은 무선 전력 전송에 사용되는 주파수 대역과 동일한 주파수 대역을 이용한 인밴드 통신을 이용하여 전송될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전을 위한 무선 전력 제어 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
일 예로, 무선 전력 제어 장치는 무선 전력 송신기에 장착될 수 있다.
도 11을 참조하면, 무선 전력 제어 장치(1100)는 직류 전원 생성부(1102), 직류 전원 변환부(1103), 전원 선택부(1104), 품질 측정 회로(1105), 인버터(1106), 코일 선택부(1107), 제1 공진 회로(1108), 제2 공진 회로(1109) 및 제어부(1110)를 포함할 수 있다.
직류 전원 생성부(1102)는 전원(1101)으로부터 교류 전력을 인가받아 특정 전압을 갖는 직류 전력으로 변환할 수 있다. 전원(1101)은 가정용 전원 또는 공업용 전원을 의미하는 것으로, 120~277 Vac의 교류 전압 및 50/60Hz의 주파수를 갖는 교류 전력을 제공할 수 있다. 직류 전원 생성부(1102)의 보다 상세한 구성 및 동작은 도 13을 참조하여 후술하기로 한다.
직류 전원 변환부(1103)는 직류 전원 생성부(1102)로부터 특정 전압 즉, 고전압(High Voltage; HV 또는 제2 전압, 예를 들어 300V~400V)의 직류 전력을 인가받아, 직류 전력의 세기를 조절하여 저전압(Low Voltage; LV 또는 제1 전압, 예를 들어 12V)의 직류 전력을 생성할 수 있다. 일 예로, 직류 전원 변환부(1103)는 전압의 세기 조절이 가능한 가변 전압기로 구성될 수 있으며, 제어부(1110)의 소정 제어 신호에 따라 출력되는 직류 전력의 세기를 조절할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 다른 일 예로, 직류 전원 변환부(1103)의 출력 직류 전력의 세기는 고정된 값일 수도 있다. 다른 일 예로, 직류 전원 변환부(1103)은 직류 전원 생성부(1102)로부터 인가 받은 고전압을 그대로 출력하는 회로와, 직류 전원 생성부(1102)로부터 인가 받은 고전압을 저전압으로 변환하는 가변 전압기 회로를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 고전압, 저전압, 그리고 고전력 또는 저전력은 절대적인 수치를 기준으로 고저를 구분하는 의미는 아니며, 2개의 전압 또는 전력을 상대적으로 비교하였을 때의 고저를 의미하는 것임에 유의하여야 한다.
직류 전원 변환부(1103)는 생성된 저전압(LV)의 직류 전력과 고전압(HV)의 직류 전력을 전원 선택부(1104)로 전달할 수 있다. 다른 실시예에 따라, 직류 전원 변환부(1103)는 고전압(HV)의 직류 전력을 그대로 출력하는 것이 아니라, 고전압(HV)의 직류 전력의 세기 역시 조절하여 특정 전압의 직류 전력으로 변환하여 출력할 수도 있다.
전원 선택부(1104)는 제어부(1104)의 제어에 따라 고전압(HV)과 저전압(HV) 중 어느 하나를 인버터(1106)에 전달하거나, 품질 측정 회로(1105)를 활성화하거나 비활성화할 수 있다. 여기서, 품질 측정 회로(1105)를 활성화하거나 비활성화한다는 의미는, 품질 측정 회로(1105)가 품질 인자 값을 측정할 수 있도록 직류 전력을 공급하거나, 품질 측정 회로(1105)가 동작하지 않도록 직류 전력을 차단함을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(1110)는 무선 전력 수신 장치에 의해 요구되는 전력의 세기에 따라 적응적으로 전원 선택부(1104)가 출력하는 전압의 세기를 제어할 수 있다. 일 예로, 무선 전력 수신 장치가 5W 또는 15W의 저전력을 요구하는 경우, 제어부(1110)는 전원 선택부(1104)가 저전압(LV)을 출력하도록 제어할 수 있다. 반면, 무선 전력 수신 장치가 60W 또는 200W의 고전력을 요구하는 경우, 제어부(1110)는 전원 선택부(1104)가 고전압(HV)을 출력하도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(1110)는 무선 전력 수신 장치에 의해 요구되는 전력의 세기 뿐 아니라, 무선 전력 송신 장치의 동작 모드에 따라서도 적응적으로 전원 선택부(1104)가 출력하는 전압의 세기를 제어할 수 있다. 여기서, 동작 모드는 크게 전력 전송 모드, 핑 모드, 품질 측정 모드로 구분될 수 있다. 전력 전송 모드는 무선 전력 수신 장치로 전력을 전송하는 상태를 의미하고, 도 5의 전력 전송 단계(560)에 해당하는 상태일 수 있다. 핑 모드는 무선 전력 수신 장치로 WPC 표준이 호환되는 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑을 전송하는 상태를 의미하고, 도 5의 핑 단계(520)에 해당하는 상태일 수 있다. 품질 측정 모드는 무선 전력 수신 장치로 교류 신호를 전송하면서 품질 인자값을 측정하는 상태를 의미하고, 도 5의 협상 단계(540) 또는 핑 단계(520) 직후에 해당하는 상태일 수 있다.
일예로, 현재의 동작 모드가 전력 전송 모드일 경우, 무선 전력 수신 장치가 저전력 또는 고전력을 요구하는지에 따라, 제어부(1110)는 전원 선택부(1104)가 저전압(LV) 또는 고전압(HV)을 출력하도록 제어할 수 있다. 그러나, 현재의 동작 모드가 핑 모드 또는 품질 측정 모드일 경우, 무선 전력 수신 장치가 저전력 또는 고전력을 요구하는지와는 무관하게, 제어부(1110)는 전원 선택부(1104)가 저전압(LV)을 출력하도록 제어할 수 있다. 다시 말해, 전송 전력 등급이 다른 별도의 코일을 가지는 회로에서, 어떤 코일을 통해서 전력을 전송하는지와 무관하게 핑 모드 및 품질 측정 모드를 수행하는 회로를 하나로 구성하여 회로 구성을 간소화 하고 재료비를 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 저전압(LV)을 통한 핑 모드 또는 품질 측정 모드를 수행함으로써, 무선 전력 수신 장치가 받을 수 있는 손상 및 사이드 이펙트를 배제할 수 있다.
품질 측정 회로(1105)는 도 5에서 설명된 품질 인자 값을 측정하여 제어부(1110)로 전송할 수 있다.
인버터(1106)는 제어부(1110)의 제어에 따라 직류 전력을 공급받아 교류 전력을 생성할 수 있다. 인버터(1106)는 하프 브릿지 인버터 및 풀 브릿지 인버터 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 인버터(1106)에 하프 브릿지 인버터와 풀 브릿지 인버터가 모두 구비된 경우, 제어부(1110)의 소정 제어 신호에 따라 인버터(1106)는 하프 브릿지 인버터 및 풀 브릿지 인버터 중 어느 하나를 구동시킬 수 있다. 제어부(1110)는 인버터(1106)를 하프 브릿지로 동작시킬지 또는 풀 브릿지로 동작시킬지 동적으로 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(1110)는 무선 전력 수신 장치에 의해 요구되는 전력의 세기에 따라 적응적으로 인버터(1106)의 브릿지 모드를 제어할 수 있다.
일 예로, 전원 선택부(1104)가 저전압(LV)을 출력할 때, 무선 전력 수신 장치가 상대적으로 낮은 전력을 요구하는 경우, 제어부(1110)는 인버터(1106)의 하프 브릿지 회로가 구동되도록 제어할 수 있다. 반면, 전원 선택부(1104)가 저전압(LV)을 출력할 때, 무선 전력 수신 장치가 상대적으로 높은 전력을 요구하는 경우, 제어부(1110)는 인버터(1106)의 풀 브릿지 회로가 구동되도록 제어할 수 있다.
다른 예로, 전원 선택부(1104)가 고전압(HV)을 출력할 때, 무선 전력 수신 장치가 상대적으로 낮은 전력을 요구하는 경우, 제어부(1110)는 인버터(1106)의 하프 브릿지 회로가 구동되도록 제어할 수 있다. 반면, 전원 선택부(1104)가 고전압(HV)을 출력할 때, 무선 전력 수신 장치가 상대적으로 높은 전력을 요구하는 경우, 제어부(1110)는 인버터(1106)의 풀 브릿지 회로가 구동되도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(1110)는 무선 전력 수신 장치에 의해 요구되는 전력의 세기 뿐 아니라, 무선 전력 송신 장치의 동작 모드에 따라서도 적응적으로 인버터(1106)의 브릿지 모드를 제어할 수 있다.
일예로, 현재의 동작 모드가 전력 전송 모드일 경우, 전원 선택부(1104)가 고전압(HV)과 저전압(LV) 중 어느 하나를 출력하는 상태에서 무선 전력 수신 장치가 상대적으로 낮은 전력 또는 상대적으로 높은 전력을 요구하는지에 따라, 제어부(1110)는 인버터(1106)의 하프 브릿지 회로 또는 인버터(1106)의 풀 브릿지 회로가 동작하도록 제어할 수 있다. 그러나, 현재의 동작 모드가 핑 모드 또는 품질 측정 모드일 경우, 무선 전력 수신 장치가 요구하는 전력과는 무관하게, 제어부(1110)는 인버터(1106)의 하프 브릿지 회로가 동작하도록 제어할 수 있다.
코일 선택부(1107)는 제어부(1110)의 제어에 따라 제1 공진 회로(1108) 또는 제2 공진 회로(1109) 중 어느 하나를 선택할 수 있다.
제어부(1110)는 무선 전력 수신 장치에 의해 요구되는 전력의 세기에 따라 적응적으로 코일 선택부(1107)가 제1 공진 회로(1108) 또는 제2 공진 회로(1109) 중 어느 하나를 선택하도록 제어할 수 있다. 일 예로, 무선 전력 수신 장치가 5W 또는 15W의 저전력을 요구하는 경우, 제어부(1110)는 코일 선택부(1107)가 제1 공진 회로(1108)를 선택하도록 제어할 수 있다. 반면, 무선 전력 수신 장치가 60W 또는 200W의 고전력을 요구하는 경우, 제어부(1110)는 코일 선택부(1107)가 제2 공진 회로(1109)를 선택하도록 제어할 수 있다.
제1 공진 회로(1108) 및 제2 공진 회로(1109) 각각은 인덕터(Inductor)와 캐패시터(capacitor)가 직렬 또는 병렬 연결되어 공진을 실현하기 위한 회로이다.
일예로, 제1 공진 회로(1108)는 저전력에 해당하는 5W 또는 15W의 전력을 송신할 수 있는 인덕터 즉, 저전력 코일(또는 제1 코일)을 포함할 수 있고, 제2 공진 회로(1109)는 고전력에 해당하는 60W 또는 200W의 전력을 송신할 수 있는 인덕터 즉, 고전력 코일(또는 제2 코일)을 포함할 수 있다.
인덕터와 캐패시터가 직렬로 연결된 직렬 공진 회로의 경우, 공진 회로에 흐르는 전류의 세기(IR)는 인덕터-즉, 송신 코일-의 인덕턴스 값(RL)에 반비례하고, 제1 공진 회로(1108) 및 제2 공진 회로(1109) 각각에 인가되는 교류 전압의 진폭(EV)에 비례한다. 즉, IR = EV/ RL이다. 따라서, 제1 공진 회로(1108) 및 제2 공진 회로(1109) 각각에 과전류가 흘러 발열이 심각한 경우, 제어부(1110)는 제1 공진 회로(1108) 및 제2 공진 회로(1109) 각각의 인덕턴스 값을 증가되도록 제어할 수 있다. 이 경우, 제1 공진 회로(1108) 및 제2 공진 회로(1109) 각각의 인덕턴스 값이 증가되면, 그에 따라 제1 공진 회로(1108) 및 제2 공진 회로(1109) 각각의 전체적인 임피던스가 증가하게 되어 제1 공진 회로(1108) 및 제2 공진 회로(1109) 각각에 흐르는 전류가 감소한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1 공진 회로(1108) 및 제2 공진 회로(1109) 각각은 제어부(1110)의 소정 제어 신호에 따라 제1 공진 회로(1108) 및 제2 공진 회로(1109) 각각의 전체 임피던스 값을 조절하기 위한 임피던스 조절 회로를 포함할 수 있다. 일 예로, 임피던스 조절 회로는 스위치와 인덕터를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 스위치와 인덕터의 개수는 임피던스 조절 단위 및 조절 범위의 설계에 따라 상이할 수 있음을 주의해야 한다.
제어부(1110)는 제1 공진 회로(1108) 및 제2 공진 회로(1109) 각각에 인가되는 전류의 세기가 소정 기준치를 초과하는 경우, 제1 공진 회로(1108) 및 제2 공진 회로(1109) 각각의 임피던스가 증가되도록 임피던스 조절 회로를 제어할 수 있다.
또한, 제어부(1110)는 제1 공진 회로(1108) 및 제2 공진 회로(1109) 각각 또는 무선 전력 송신기의 제어 회로 기판 등에서 측정된 온도가 소정 임계치를 초과하는 경우, 제1 공진 회로(1108) 및 제2 공진 회로(1109) 각각의 임피던스가 증가되도록 임피던스 조절 회로를 제어할 수 있다.
제어부(1110)는 무선 전력 제어 장치(1100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있고, 특히 무선 전력 송신 장치의 동작 모드 및 무선 전력 수신 장치에 의해 요구되는 전력의 세기에 따라 전원 선택부(1104), 인버터(1106) 및 코일 선택부(1107)를 제어할 수 있다.
제어부(1110)는 전원 선택부(1104), 인버터(1106) 및 코일 선택부(1107)의 제어를 위해, 기준 주파수 신호를 생성하는 주파수 생성기와 기준 주파수 신호에 따라 전원 선택부(1104), 인버터(1106) 및 코일 선택부(1107)에 구비된 스위치를 제어하는 게이트 드라이버(Gate Driver)를 포함할 수 있다.
제어부(1110)는 무선 전력 수신기로부터 제1 공진 회로(1108) 또는 제2 공진 회로(1109)를 통해 수신되는 인밴드 신호를 복조할 수 있다. 일 예로, 제어부(1110)는 전력 전송 단계(440 또는 560)로 진입 후 소정 주기로 수신되는 제어 오류 패킷을 복조하고, 복조된 제어 오류 패킷에 기반하여 송출 전력의 세기를 결정할 수 있다.
제어부(1110)는 무선 전력 수신 장치에 전송할 패킷을 변조하여 제1 공진 회로(1108) 또는 제2 공진 회로(1109)에 전송할 수도 있다.
도 12는 본 발명의 이해를 돕기 위해 직류 신호를 교류 신호로 변환하는 인버터의 기본적인 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
상기 도 11의 인버터(1106)는 하프 브리지 타입의 인버터 및 풀 브리지 타입의 인버터 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
도면 부호 12a를 참조하면, 하프 브리지 인버터는 두 개의 스위치(S1 및 S2)를 포함하고, 게이트 드라이버의 스위치 ON/OFF 제어에 따라 출력 전압(Vo)이 변경될 수 있다. 일 예로, S1 스위치가 단락되고, S2 스위치가 개방되면, 출력 전압(Vo)는 입력 전압인 +Vdc 값을 갖는다. 반면, S1 스위치가 개방되고, S2 스위치가 단락되면, 출력 전압(Vo)는 0 값을 갖는다. 하프 브리지 인버터는 소정 주기로 S1 스위치와 S2 스위치가 교차 단락되면, 해당 주기를 갖는 교류 파형을 출력할 수 있다.
상기 도 12의 도면 부호 12b를 참조하면, 풀 브리지 인버터는 네 개의 스위치(S1, S2, S3 및 S4)를 포함하여 구성될 수 있으며, 게이트 드라이버의 스위치 ON/OFF 제어에 따라 출력 전압(Vo) 레벨은 도면 부호 12b에 포함된 표에 도시된 바와 같이, +Vdc 또는 -Vdc 또는 0의 값을 가질 수 있다. 일 예로, S1 스위치와 S2 스위치가 단락되고, 나머지 스위치가 개방되면, 출력 전압(Vo) 레벨은 +Vdc 값을 가진다. 반면, S3 스위치와 S4 스위치가 단락되고, 나머지 스위치가 개방되면, 출력 전압(Vo) 레벨은 -Vdc 값을 가진다.
도 13은 도 11에 도시된 직류 전원 생성부의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 13을 참조하면, 직류 전원 생성부(1300)는 전압 안정화 회로(1320), 정류 회로(1330), 평활 회로(1340), 위상 역률 보정 회로(1350) 및 출력 안정화 회로(1360)를 포함할 수 있다.
전압 안정화 회로(1320)는 교류 전원(1310)으로부터 120~277 Vac의 교류 전압 및 50/60Hz의 주파수를 갖는 교류 전력을 인가받아, 교류 전력을 안정화시키는 회로이다.
전압 안정화 회로(1320)는 교류 전력의 전원 주파수 상에 섞여있는 다양한 노이즈를 걸러내고 저지하는 기능을 하는 필터인 EMI(Electro-Magnetic Interference) 필터, 도체를 통해 발생 또는 유입되는 과도 이상 전압(surge)을 차단하기 위한 과전압 보호기(surge protector) 및 돌입 전류(inrush current)의 유입을 제한하기 위한 돌입 전류 제한기(inrush current limiter)를 포함할 수 있다.
정류 회로(1330)는 전압 안정화 회로(1320)를 거친 교류 전력을 직류 전력으로 변환할 수 있으며, 도 13에 나타난 바와 같이 전파 정류 브릿지 회로로 구성될 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
평활 회로(1340)는 정류된 직류 전력의 리플(ripple) 내지 맥동을 줄이기 위한 회로로서, 도 13에 나타난 바와 같이 병렬로 연결된 커패시터로 구현될 수 있다.
위상 역률 보정 회로(1350)는 정류된 전력의 전압과 전류 간의 위상차를 보정할 수 있는 회로이다.
출력 안정화 회로(1360)는 위상 역률 보정 회로(1350)의 출력인 고전압(HV)의 전압 레벨이 흔들리지 않도록 하기 위한 회로로서, 도 13에 나타난 바와 같이 병렬로 연결된 커패시터로 구현될 수 있다.
도 14는 도 11에 도시된 무선 전력 제어 장치의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 14를 참조하면, 무선 전력 제어 장치(1400)는 직류 전원 생성부(1102)와 제어부(1110)를 제외한 나머지 구성에 대응되는 구성들을 포함하는 실시예이다.
구체적으로, 무선 전력 제어 장치(1400)는 변압기(1410), 제1 내지 제2 스위치(SW1~SW2), 품질 측정 회로(1420), 제3 내지 제6 스위치(SW3~SW6), 제7 내지 제8 스위치(SW7~SW8), 제1 송신 코일(1430)과 제1 커패시터(1450), 및 제2 송신 코일(1440)과 제2 커패시터(1460)를 포함할 수 있다.
여기서, 변압기(1410)와 고전압(HV)이 제2 스위치(SW2)로 바이패스되는 경로는 도 11의 직류 전원 변환부(1103)에 해당하고, 제1 내지 제2 스위치(SW1~SW2)는 도 11의 전원 선택부(1104)에 해당할 수 있다.
품질 측정 회로(1420)는 도 11의 품질 측정 회로(1105)에 해당하고, 제3 내지 제6 스위치(SW3~SW6)는 도 11의 인버터(1106)에 해당할 수 있다.
또한, 제7 내지 제8 스위치(SW7~SW8)는 도 11의 코일 선택부(1107)에 해당할 수 있고, 제1 송신 코일(1430)과 제1 커패시터(1450) 및 제2 송신 코일(1440)과 제2 커패시터(1460)는 각각 도 11의 제1 공진 회로(1108) 및 제2 공진 회로(1109)에 해당할 수 있다.
변압기(1410)는 직류 전원 생성부(1102)로부터 고전압(HV)의 직류 전력을 인가받아, 직류 전력의 전압을 변환하여 저전압(LV)의 직류 전력을 출력할 수 있다.
제1 스위치(SW1)는 제1 게이트 신호(FET1)에 따라 온 또는 오프되며, 저전압(LV)을 노드(ND)로 전달하거나 차단할 수 있고, 저전압(LV)을 품질 측정 회로(1420)로 전달할 수 있다. 제2 스위치(SW1)는 제2 게이트 신호(FET2)에 따라 온 또는 오프되며, 고전압(HV)을 노드(ND)로 전달하거나 차단할 수 있다.
제3 내지 제6 스위치(SW3~SW6)는 각각 제3 내지 제6 게이트 신호(FET3~FET6)에 따라 온 또는 오프되며, 하프 브릿지 인버터 또는 풀 브릿지 인버터로 동작할 수 있다.
제7 내지 제8 스위치(SW7~SW8)는 각각 제7 내지 제8 스위치(SW7~SW8)에 따라 온 또는 오프 되며, 제1 송신 코일(1430) 또는 제2 송신 코일(1440)에 전류가 흐르도록 제어할 수 있다. 즉, 제7 내지 제8 스위치(SW7~SW8)는 제1 송신 코일(1430)과 제1 커패시터(1450)에 해당하는 제1 공진 회로 또는 제2 송신 코일(1440)과 제2 커패시터(1460)에 해당하는 제2 공진 회로 중 어느 하나를 선택할 수 있다.
예를 들어, 제1 송신 코일(1430)은 5W 또는 15W의 저전력을 송출할 수 있는 저전력 코일이고, 제2 송신 코일(1440)은 60W 또는 200W의 고전력을 송출할 수 있는 고전력 코일일 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
제1 내지 제8 게이트 신호(FET1~FET8)는 제어부(1110)에 의해 생성될 수 있고, 제1 내지 제8 게이트 신호(FET1~FET8) 각각은 해당 스위치를 온시키기 위한 제1 레벨(예를 들어, 하이 레벨) 또는 해당 스위치를 오프시키기 위한 제2 레벨(예를 들어, 로우 레벨)을 가질 수 있다.
제1 내지 제8 스위치(SW1~SW8) 각각은 MOSFET 스위치로 구현될 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
도 15는 도 14에 도시된 무선 전력 제어 장치의 품질 측정 모드에서의 동작의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 15를 참조하면, 무선 전력 제어 장치(1500)에는 제1 내지 제8 스위치(SW1~SW8)의 개폐에 따른 무선 전력 제어 장치(1400)에서의 전류 경로가 음영으로 표시되어 있고, 제1 내지 제8 게이트 신호(FET1~FET8)의 온 또는 오프 제어 상태에 대한 표가 함께 도시되어 있다.
현재의 동작 모드가 저전력 코일에 대한 품질 측정 모드일 경우, 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)가 모두 오프됨에 따라, 저전압(LV)는 품질 측정 회로(1420)로 전달되어 품질 측정 회로(1420)를 거쳐 전류가 흐르게 된다. 제3 스위치(SW3)와 제4 스위치(SW4)는 주기가 동일하고 서로 반대의 위상을 갖는 게이트 신호에 의해 제어되고 제5 스위치(SW5)는 오프되고 제6 스위치(SW6)는 온됨에 따라, 제3 내지 제6 스위치(SW3~SW6)는 하프 브릿지 인버터로 동작할 수 있다.
또한, 제7 스위치(SW7)는 온되고 제8 스위치(SW8)는 오프됨에 따라, 하프 브릿지를 통해 인가되는 전력은 제1 공진 회로에 전달될 수 있다.
즉, 무선 전력 제어 장치(1500)는 저전력 코일인 제1 송신 코일(1430)의 품질 인자 값을 획득하기 위한 품질 측정 모드로 동작할 수 있다.
도 16은 도 14에 도시된 무선 전력 제어 장치의 품질 측정 모드에서의 동작의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 16을 참조하면, 무선 전력 제어 장치(1600)에는 제1 내지 제8 스위치(SW1~SW8)의 개폐에 따른 무선 전력 제어 장치(1400)에서의 전류 경로가 음영으로 표시되어 있고, 제1 내지 제8 게이트 신호(FET1~FET8)의 온 또는 오프 제어 상태에 대한 표가 함께 도시되어 있다.
현재의 동작 모드가 고전력 코일에 대한 품질 측정 모드일 경우, 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)가 모두 오프됨에 따라, 저전압(LV)는 품질 측정 회로(1420)로 전달되어 품질 측정 회로(1420)를 거쳐 전류가 흐르게 된다. 제3 스위치(SW3)와 제4 스위치(SW4)는 주기가 동일하고 서로 반대의 위상을 갖는 게이트 신호에 의해 제어되고 제5 스위치(SW5)는 오프되고 제6 스위치(SW6)는 온됨에 따라, 제3 내지 제6 스위치(SW3~SW6)는 하프 브릿지 인버터로 동작할 수 있다.
또한, 제7 스위치(SW7)는 오프되고 제8 스위치(SW8)는 온됨에 따라, 하프 브릿지를 통해 인가되는 전력은 제2 공진 회로에 전달될 수 있다.
즉, 무선 전력 제어 장치(1600)는 고전력 코일인 제2 송신 코일(1440)의 품질 인자 값을 획득하기 위한 품질 측정 모드로 동작할 수 있다.
도 15와 도 16을 비교하면, 저전력 코일인 제1 송신 코일(1430)에 대한 품질 인자 값을 획득하기 위한 품질 측정 모드로 동작하거나, 고전력 코일인 제2 송신 코일(1440)에 대한 품질 인자 값을 획득하기 위한 품질 측정 모드로 동작하는 경우 모두 저전압(LV)을 이용해 품질 측정 회로(1420)가 품질 인자 값을 측정하게 되는데, 이는 고전력 코일에 대한 품질 인자 값을 측정하더라도 고전력 코일을 통해 송출되어야 하는 요구 전력이 높지 않기 때문이다. 따라서, 품질 측정 모드가 저전력 코일에 대한 것인지, 고전력 코일에 대한 것인지에 무관하게 모두 저전압(LV)을 이용해 품질 측정 회로(1420)가 품질 인자 값을 측정함으로써, 무선 전력 송신 장치에서 소모되는 전력을 최소화할 수 있다. 아울러, 품질 측정 회로(1420)에 높은 전압이 인가되어 품질 측정 회로(1420)가 손상될 위험을 방지할 수 있다.
도 17은 도 14에 도시된 무선 전력 제어 장치의 핑 모드에서의 동작의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 17을 참조하면, 무선 전력 제어 장치(1700)에는 제1 내지 제8 스위치(SW1~SW8)의 개폐에 따른 무선 전력 제어 장치(1400)에서의 전류 경로가 음영으로 표시되어 있고, 제1 내지 제8 게이트 신호(FET1~FET8)의 온 또는 오프 제어 상태에 대한 표가 함께 도시되어 있다.
현재의 동작 모드가 저전력 코일 및 고전력 코일에 대한 핑 모드일 경우, 제1 스위치(SW1)는 온되고 제2 스위치(SW2)가 오프됨에 따라, 저전압(LV)은 노드(ND)로 전달된다. 제3 스위치(SW3)와 제4 스위치(SW4)는 주기가 동일하고 서로 반대의 위상을 갖는 게이트 신호에 의해 제어되고 제5 스위치(SW5)는 오프되고 제6 스위치(SW6)는 온됨에 따라, 제3 내지 제6 스위치(SW3~SW6)는 하프 브릿지 인버터로 동작할 수 있다.
또한, 제7 스위치(SW7)와 제8 스위치(SW8)는 주기는 동일하고 서로 반대의 위상을 갖는 게이트 신호에 의해 제어됨에 따라, 제1 공진 회로와 제2 공진 회로는 교번적으로 선택될 수 있다. 이때, 제7 게이트 신호(FET7)와 제8 게이트 신호(FET8)의 주기는 어느 한 송신 코일을 통해 디지털 핑의 전송이 완료되는데 요구되는 시간에 의해 정해질 수 있으며, 제3 게이트 신호(FET3)와 제4 게이트 신호(FET4)의 주기와는 다를 수 있다.
이로 인해, 제1 송신 코일(1430)을 통한 디지털 핑과 제2 송신 코일(1440)을 통한 디지털 핑이 교번적으로 송출될 수 있다.
도 17에 나타난 바와 같이, 저전력 코일인 제1 송신 코일(1430)을 통해 디지털 핑을 송출하는 핑 모드로 동작하거나, 고전력 코일인 제2 송신 코일(1440)을 통해 디지털 핑을 송출하는 핑 모드로 동작하는 경우 모두 저전압(LV)을 이용해 디지털 핑이 생성될 수 되는데, 이는 낮은 전력이 요구되는 무선 전력 수신 장치인지 또는 높은 전력이 요구되는 무선 전력 수신 장치인지에 무관하게 무선 전력 수신 장치의 웨이크업 등을 위한 디지털 핑에 요구되는 전력이 높지 않기 때문이다. 따라서, 핑 모드가 저전력 코일에 대한 것인지, 고전력 코일에 대한 것인지에 무관하게 모두 저전압(LV)을 이용해 디지털 핑이 생성됨으로써, 무선 전력 송신 장치에서 소모되는 전력을 최소화할 수 있다.
도 18은 도 14에 도시된 무선 전력 제어 장치의 전력 전송 모드에서의 동작의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 18을 참조하면, 무선 전력 제어 장치(1800)에는 제1 내지 제8 스위치(SW1~SW8)의 개폐에 따른 무선 전력 제어 장치(1400)에서의 전류 경로가 음영으로 표시되어 있고, 제1 내지 제8 게이트 신호(FET1~FET8)의 온 또는 오프 제어 상태에 대한 표가 함께 도시되어 있다.
현재의 동작 모드가 제1 전력(예를 들어, 5W)을 요구하는 무선 전력 수신 장치에 대한 전력 전송 모드일 경우, 제1 스위치(SW1)가 온되고 제2 스위치(SW2)가 오프됨에 따라, 저전압(LV)은 노드(ND)로 전달된다. 제3 스위치(SW3)와 제4 스위치(SW4)는 주기가 동일하고 서로 반대의 위상을 갖는 게이트 신호에 의해 제어되고 제5 스위치(SW5)는 오프되고 제6 스위치(SW6)는 온됨에 따라, 제3 내지 제6 스위치(SW3~SW6)는 하프 브릿지 인버터로 동작할 수 있다.
또한, 제7 스위치(SW7)는 온되고 제8 스위치(SW8)는 오프됨에 따라, 하프 브릿지를 통해 인가되는 전력은 제1 공진 회로에 전달될 수 있다.
즉, 무선 전력 제어 장치(1800)는 제1 전력(예를 들어, 5W)을 요구하는 무선 전력 수신 장치로 저전압(LV) 및 하프 브릿지 인버터를 이용해 생성된 무선 전력이 저전력 코일인 제1 송신 코일(1430)을 통해 송출되는 전력 전송 모드로 동작할 수 있다.
도 19는 도 14에 도시된 무선 전력 제어 장치의 전력 전송 모드에서의 동작의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 19를 참조하면, 무선 전력 제어 장치(1900)에는 제1 내지 제8 스위치(SW1~SW8)의 개폐에 따른 무선 전력 제어 장치(1400)에서의 전류 경로가 음영으로 표시되어 있고, 제1 내지 제8 게이트 신호(FET1~FET8)의 온 또는 오프 제어 상태에 대한 표가 함께 도시되어 있다.
현재의 동작 모드가 제2 전력(예를 들어, 15W)을 요구하는 무선 전력 수신 장치에 대한 전력 전송 모드일 경우, 제1 스위치(SW1)가 온되고 제2 스위치(SW2)가 오프됨에 따라, 저전압(LV)은 노드(ND)로 전달된다. 제3 스위치(SW3)와 제4 스위치(SW4)는 주기가 동일하고 서로 반대의 위상을 갖는 게이트 신호에 의해 제어되고 제5 스위치(SW5)와 제6 스위치(SW6)는 각각 제4 스위치(SW4)와 제3 스위치(SW3)와 동일하게 제어됨에 따라, 제3 내지 제6 스위치(SW3~SW6)는 풀 브릿지 인버터로 동작할 수 있다.
또한, 제7 스위치(SW7)는 온되고 제8 스위치(SW8)는 오프됨에 따라, 풀 브릿지를 통해 인가되는 전력은 제1 공진 회로에 전달될 수 있다.
즉, 무선 전력 제어 장치(1900)는 제2 전력(예를 들어, 15W)을 요구하는 무선 전력 수신 장치로 저전압(LV) 및 풀 브릿지 인버터를 이용해 생성된 무선 전력이 저전력 코일인 제1 송신 코일(1430)을 통해 송출되는 전력 전송 모드로 동작할 수 있다.
도 20은 도 14에 도시된 무선 전력 제어 장치의 전력 전송 모드에서의 동작의 또다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 20을 참조하면, 무선 전력 제어 장치(2000)에는 제1 내지 제8 스위치(SW1~SW8)의 개폐에 따른 무선 전력 제어 장치(1400)에서의 전류 경로가 음영으로 표시되어 있고, 제1 내지 제8 게이트 신호(FET1~FET8)의 온 또는 오프 제어 상태에 대한 표가 함께 도시되어 있다.
현재의 동작 모드가 제3 전력(예를 들어, 60W)을 요구하는 무선 전력 수신 장치에 대한 전력 전송 모드일 경우, 제1 스위치(SW1)가 오프되고 제2 스위치(SW2)가 온됨에 따라, 고전압(HV)은 노드(ND)로 전달된다. 제3 스위치(SW3)와 제4 스위치(SW4)는 주기가 동일하고 서로 반대의 위상을 갖는 게이트 신호에 의해 제어되고 제5 스위치(SW5)는 오프되고 제6 스위치(SW6)는 온됨에 따라, 제3 내지 제6 스위치(SW3~SW6)는 하프 브릿지 인버터로 동작할 수 있다.
또한, 제7 스위치(SW7)는 오프되고 제8 스위치(SW8)는 온됨에 따라, 하프 브릿지를 통해 인가되는 전력은 제2 공진 회로에 전달될 수 있다.
즉, 무선 전력 제어 장치(2000)는 제3 전력(예를 들어, 60W)을 요구하는 무선 전력 수신 장치로 고전압(HV) 및 하프 브릿지 인버터를 이용해 생성된 무선 전력이 저전력 코일인 제2 송신 코일(1440)을 통해 송출되는 전력 전송 모드로 동작할 수 있다.
도 21은 도 14에 도시된 무선 전력 제어 장치의 전력 전송 모드에서의 동작의 또다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 21을 참조하면, 무선 전력 제어 장치(2100)에는 제1 내지 제8 스위치(SW1~SW8)의 개폐에 따른 무선 전력 제어 장치(1400)에서의 전류 경로가 음영으로 표시되어 있고, 제1 내지 제8 게이트 신호(FET1~FET8)의 온 또는 오프 제어 상태에 대한 표가 함께 도시되어 있다.
현재의 동작 모드가 제4 전력(예를 들어, 200W)을 요구하는 무선 전력 수신 장치에 대한 전력 전송 모드일 경우, 제1 스위치(SW1)가 오프되고 제2 스위치(SW2)가 온됨에 따라, 고전압(HV)은 노드(ND)로 전달된다. 제3 스위치(SW3)와 제4 스위치(SW4)는 주기가 동일하고 서로 반대의 위상을 갖는 게이트 신호에 의해 제어되고 제5 스위치(SW5)와 제6 스위치(SW6)는 각각 제4 스위치(SW4)와 제3 스위치(SW3)와 동일하게 제어됨에 따라, 제3 내지 제6 스위치(SW3~SW6)는 풀 브릿지 인버터로 동작할 수 있다.
또한, 제7 스위치(SW7)는 오프되고 제8 스위치(SW8)는 온됨에 따라, 풀 브릿지를 통해 인가되는 전력은 제2 공진 회로에 전달될 수 있다.
즉, 무선 전력 제어 장치(2100)는 제4 전력(예를 들어, 200W)을 요구하는 무선 전력 수신 장치로 고전압(HV) 및 풀 브릿지 인버터를 이용해 생성된 무선 전력이 고전력 코일인 제2 송신 코일(1440)을 통해 송출되는 전력 전송 모드로 동작할 수 있다.
도 15 내지 도 21에서 설명된 무선 전력 제어 장치의 동작을 정리하면, 현재의 동작 모드가 품질 측정 모드 또는 핑 모드인 경우, 무선 전력 수신 장치의 요구 전력과는 무관하게, 제어부(1110)는 저전압(LV) 및 하프 브릿지 인버터를 이용해 품질 측정 또는 디지털 핑 송출이 이루어지도록 제어하고, 품질 측정 모드에서 품질 인자 값을 얻고자 하는 송신 코일이 선택되도록 제어하거나, 핑 모드에서 송신 코일이 교번적으로 선택되도록 제어할 수 있다. 제어부(1110)가 핑 모드 또는 품질 측정 모드에서 저전압(LV) 및 하프 브릿지 인버터를 이용해 송출 전력을 생성하는 것은 일 예에 불과하며, 상대적으로 큰 송출 전력이 요구되지 않는 다른 모드에서도 무선 전력 수신 장치의 요구 전력과는 무관하게 저전압(LV) 및 하프 브릿지 인버터를 이용해 송출 전력을 생성할 수 있다.
현재의 동작 모드가 전력 전송 모드인 경우, 무선 전력 수신 장치가 저전력(예컨대, 5W 또는 15W)을 요구하면 저전압(LV)을 이용해 무선 전력이 생성되도록 제어하고 저전력 코일이 선택되도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(1110)는 저전력 중에서도 상대적으로 낮은 전력(예컨대, 5W)이 요구되면 하프 브릿지 인버터를 이용해 무선 전력이 생성되도록 제어하거나, 저전력 중에서도 상대적으로 높은 전력(예컨대, 15W)이 요구되면 풀 브릿지 인버터를 이용해 무선 전력이 생성되도록 제어할 수 있다.
현재의 동작 모드가 전력 전송 모드인 경우, 무선 전력 수신 장치가 고전력(예컨대, 60W 또는 200W)을 요구하면 고전압(HV)을 이용해 무선 전력이 생성되도록 제어하고 고전력 코일이 선택되도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(1110)는 고전력 중에서도 상대적으로 낮은 전력(예컨대, 60W)이 요구되면 하프 브릿지 인버터를 이용해 무선 전력이 생성되도록 제어하거나, 고전력 중에서도 상대적으로 높은 전력(예컨대, 200W)이 요구되면 풀 브릿지 인버터를 이용해 무선 전력이 생성되도록 제어할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 제어 장치에 의하면, 상용 교류 전원을 이용해 저전력을 생성하기 위한 저전압과 고전력을 생성하기 위한 고전압의 직류 전력을 생성할 수 있다.
또한, 카테고리가 서로 다른 복수의 송신 코일을 하나의 무선 전력 송신 장치에 탑재하여, 다양한 전력을 요구하는 무선 전력 수신 장치를 지원할 수 있다.
아울러, 상대적으로 큰 송출 전력이 요구되지 않는 핑 모드, 품질 측정 모드 등에서는 저전압을 이용해 송출 전력을 생성함으로써 무선 전력 송신 장치의 소모 전력을 최소화할 수 있다.
또한, 본 명세서에서는 카테고리가 서로 다른 복수의 송신 코일의 개수가 2임을 전제로 설명하였으나, 3이상의 송신 코일에 대해서도 동일한 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 송신 코일의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 22를 참조하면, 제1 코일(2210)과 제2 코일(2220)은 각각 도 14의 제1 송신 코일(1430)과 제2 송신 코일(1440)에 해당할 수 있다. 또한, 제1 코일(2210)과 제2 코일(2220)의 하부에는 제1 코일(2210) 과 제2 코일(2220)로부터 송출되는 무선 전력이 제어 회로 기판 즉, 도 11의 무선 전력 제어 장치(1100)에서 송신 코일을 제외한 나머지 구성이 집적될 수 있는 기판으로 전달되지 않도록 하는 차폐재(2230)가 배치될 수 있다. 여기서, 제1 코일(2210)과 제2 코일(2220)의 상부에는 무선 전력 수신 장치가 놓일 수 있는 충전 베드가 배치될 수 있다.
제1 코일(2210)과 제2 코일(2220) 각각은 전도성 물질과 상기 전도성 물질을 감싸는 형태의 절연 물질을 포함하는 단면을 갖는 코일이 감긴 형태로 구현될 수 있다. 제1 코일(2210)의 두 단자(A, B)는 인버터와 제1 공진 회로의 커패시터에 각각 전기적으로 연결될 수 있고, 제2 코일(2220)의 두 단자(C, D)는 인버터와 제2 공진 회로의 커패시터에 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
도 22에 도시된 바와 같이, 저전력을 송출하기 위한 제1 코일(2210)의 외경이 고전력을 송출하기 위한 제2 코일(2220)의 내경보다 작고, 제2 코일(2220)의 안쪽에 제1 코일(2210)이 배치될 수 있다.
이는 제2 코일(2220)은 고전력을 송출해야 하므로, 보다 넓은 면적에 배치되는 것이 효율적이기 때문이다. 또한, 제1 코일(2210)과 제2 코일(2220)을 동심원의 형태로 배치하여 서로의 송출 전력에 의한 유도 자기장에 따른 간섭을 최소화할 수 있다.
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 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상술한 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
본 발명은 무선 충전 분야에 이용될 수 있으며, 특히, 무선 충전을 위한 무선 전력 송신 장치에 적용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 제1 송신 코일;
    상기 제1 송신 코일보다 높은 전력을 송출하는 제2 송신 코일;
    직류 전력을 인가 받아 제1 전압 및 상기 제1 전압보다 높은 전압인 제2 전압을 출력하는 직류 전원 변환부; 및
    동작 모드 및 무선 전력 수신 장치의 요구 전력에 기초하여, 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압 중 어느 하나를 선택하고, 선택된 전압을 이용해 상기 제1 송신 코일 또는 상기 제2 송신 코일을 통해 전력이 송출되도록 제어하는 제어부
    를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    하프 브릿지 인버터 또는 풀 브릿지 인버터로 동작하는 인버터를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 동작 모드 및 상기 요구 전력에 기초하여, 상기 인버터를 하프 브릿지 인버터로 동작시킬지 또는 풀 브릿지 인버터로 동작시킬지 결정하는 무선 전력 송신 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 동작 모드가 품질 측정 모드인 경우,
    상기 무선 전력 수신 장치의 요구 전력과 무관하게,
    상기 제어부는 상기 제1 전압을 선택하여 상기 제1 전압이 품질 인자 값을 생성하기 위한 품질 측정 회로로 공급되도록 제어하고, 상기 인버터를 하프 브릿지 인버터로 동작시키는 무선 전력 송신 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 동작 모드가 핑 모드인 경우,
    상기 무선 전력 수신 장치의 요구 전력과 무관하게,
    상기 제어부는 상기 제1 전압을 선택하여 상기 제1 전압이 상기 인버터로 공급되도록 제어하고, 상기 인버터를 하프 브릿지 인버터로 동작시키는 무선 전력 송신 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 송신 코일 및 상기 제2 송신 코일이 교번적으로 선택되도록 제어하는 무선 전력 송신 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 동작 모드가 전력 전송 모드인 경우,
    상기 무선 전력 수신 장치가 제1 전력 또는 제2 전력을 요구하면, 상기 제어부는 상기 제1 전압을 선택하여 상기 제1 전압이 상기 인버터로 공급되도록 제어하고, 상기 제1 송신 코일을 통해 전력이 송출되도록 제어하는 무선 전력 송신 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신 장치가 상기 제1 전력을 요구하면, 상기 제어부는, 상기 인버터를 하프 브릿지 인버터로 동작시키고,
    상기 무선 전력 수신 장치가 상기 제2 전력을 요구하면, 상기 제어부는, 상기 인버터를 풀 브릿지 인버터로 동작시키는 무선 전력 송신 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 동작 모드가 전력 전송 모드인 경우,
    상기 무선 전력 수신 장치가 제3 전력 또는 제4 전력을 요구하면, 상기 제어부는 상기 제2 전압을 선택하여 상기 제2 전압이 상기 인버터로 공급되도록 제어하고, 상기 제2 송신 코일을 통해 전력이 송출되도록 제어하는 무선 전력 송신 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신 장치가 상기 제3 전력을 요구하면, 상기 제어부는, 상기 인버터를 하프 브릿지 인버터로 동작시키고,
    상기 무선 전력 수신 장치가 상기 제4 전력을 요구하면, 상기 제어부는, 상기 인버터를 풀 브릿지 인버터로 동작시키는 무선 전력 송신 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 송신 코일의 외경은 상기 제2 송신 코일의 내경보다 작고,
    상기 제1 송신 코일 및 상기 제2 송신 코일은 동심원의 형태로 배치되는 무선 전력 송신 장치.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7164389B2 (ja) * 2018-10-19 2022-11-01 ローム株式会社 ワイヤレス送電コントローラ、ワイヤレス受電コントローラ、ワイヤレス給電システムの制御方法
CN113785468A (zh) * 2018-12-04 2021-12-10 鲍尔马特技术有限公司 自适应无线电力发射器
US11464486B2 (en) * 2019-03-19 2022-10-11 Shenzhen Mindray Bio-Medical Electronics Co., Ltd. Wireless transducer charging for handheld ultrasound systems
CN113067395B (zh) * 2019-12-31 2024-06-11 华为技术有限公司 电子设备、无线充电接收装置及控制方法、无线充电系统
CN116829513A (zh) * 2020-11-25 2023-09-29 Pdt控股有限责任公司 处理水的方法和系统
US11942792B2 (en) * 2020-11-30 2024-03-26 Stmicroelectronics Asia Pacific Pte Ltd. Apparatus and methods for inverter mode switching in wireless charging transmitters
CN116762256A (zh) * 2021-01-18 2023-09-15 三星电子株式会社 无线发射电力的电子装置、无线接收电力的无线电力接收装置及其操作方法
US20220231546A1 (en) * 2021-01-19 2022-07-21 Datalogic IP Tech, S.r.l. Dynamic control of wireless power transfer efficiency

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120109067A (ko) * 2011-03-24 2012-10-08 유한회사 한림포스텍 무선 전력 전송 어셈블리에서의 전력 제어 방법 및 무선 전력 전송 어셈블리
JP2013017336A (ja) * 2011-07-05 2013-01-24 Sony Corp 検知装置、受電装置、非接触電力伝送システム及び検知方法
KR20150059069A (ko) * 2013-11-21 2015-05-29 엘지전자 주식회사 무선 전력 전송 장치 및 그 제어 방법
JP2016226241A (ja) * 2015-06-03 2016-12-28 船井電機株式会社 給電装置および給電方法
KR20170005589A (ko) * 2015-07-06 2017-01-16 엘지이노텍 주식회사 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 시스템

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101651806B1 (ko) * 2008-03-13 2016-08-26 액세스 비지니스 그룹 인터내셔날 엘엘씨 복수 코일 프라이머리를 갖는 유도 전력 공급 시스템
US8482158B2 (en) * 2008-09-27 2013-07-09 Witricity Corporation Wireless energy transfer using variable size resonators and system monitoring
KR20110133856A (ko) 2010-06-07 2011-12-14 삼성전기주식회사 무선전력전송 시스템의 정류 회로
EP2792046B1 (en) * 2011-12-14 2020-09-30 Provenance Asset Group LLC Method and apparatus for optimizing standby power consumption and providing user indications in wpc based wireless charging system
US9496731B2 (en) * 2012-01-20 2016-11-15 Samsung Electronics Co., Ltd Apparatus and method for transmitting wireless power by using resonant coupling and system for the same
EP2685601B1 (en) * 2012-07-09 2017-03-08 LG Electronics Inc. Wireless power transfer method, apparatus and system
KR102099819B1 (ko) * 2012-07-09 2020-04-10 엘지전자 주식회사 무선 전력 전송방법, 무선 전력 전송장치 및 무선 충전 시스템
US20140191568A1 (en) * 2013-01-04 2014-07-10 Mojo Mobility, Inc. System and method for powering or charging multiple receivers wirelessly with a power transmitter
US9413175B2 (en) * 2013-06-03 2016-08-09 Lg Electronics Inc. Wireless charging system for transferring power to receivers having different standards using coils of differing shapes
KR102096312B1 (ko) * 2013-07-03 2020-04-02 엘지전자 주식회사 무선 전력 전송 장치 및 그 방법
US10097041B2 (en) 2013-10-31 2018-10-09 Lg Electronics Inc. Wireless power transmission device and control method therefor
KR102363633B1 (ko) 2014-02-20 2022-02-17 삼성전자주식회사 무선 전력 송신기 및 무선 전력 송신기의 제어 방법
CA2957903A1 (en) * 2014-08-12 2016-02-18 Powerbyproxi Limited System and method for power transfer
KR101994739B1 (ko) 2014-09-01 2019-07-01 삼성전기주식회사 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120109067A (ko) * 2011-03-24 2012-10-08 유한회사 한림포스텍 무선 전력 전송 어셈블리에서의 전력 제어 방법 및 무선 전력 전송 어셈블리
JP2013017336A (ja) * 2011-07-05 2013-01-24 Sony Corp 検知装置、受電装置、非接触電力伝送システム及び検知方法
KR20150059069A (ko) * 2013-11-21 2015-05-29 엘지전자 주식회사 무선 전력 전송 장치 및 그 제어 방법
JP2016226241A (ja) * 2015-06-03 2016-12-28 船井電機株式会社 給電装置および給電方法
KR20170005589A (ko) * 2015-07-06 2017-01-16 엘지이노텍 주식회사 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 시스템

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Publication number Publication date
KR20180117356A (ko) 2018-10-29
CN110546854A (zh) 2019-12-06
US20200127501A1 (en) 2020-04-23
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