WO2019022400A1 - 무선 충전 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a wireless charging device and a control method thereof, and more particularly to a wireless charging device used for charging a battery of an electric vehicle and a control method thereof.
  • Wireless power transmission is a technology that delivers electric energy without electric wires in the form of electromagnetic wave, electromagnetic induction or electromagnetic resonance.
  • products using wireless power transmission such as smart phones are being used, and many studies are being conducted in the field of high power wireless power transmission such as electric cars.
  • An example of an electric vehicle is a wireless power transmission device that wirelessly transmits power to an electric vehicle moving along a feed track.
  • a wireless charging device of an electric vehicle receives electric power wirelessly transmitted using a current collecting coil in which an induced electromotive force is induced by a magnetic flux generated in a feeding track. Since the current received by the current-collecting coil is AC, in order to charge the battery of the electric vehicle with the wireless transmission power, it is necessary to 1) rectify the AC to DC and 2) adjust the output intensity.
  • a wireless charging device of an electric vehicle generally includes a current-collecting coil for receiving radio transmission power, a rectifier for rectifying the AC to direct current, and a regulator for regulating the output.
  • Japanese Patent No. 10-1383556 entitled " Rectification and Voltage Control Method and Apparatus " discloses a circuit in which a rectifier and a regulator are integrated and a control method thereof.
  • the technique disclosed in Japanese Patent No. 10-1383556 controls the rectification and the voltage using the PWM control, so that a switching loss is generated, thereby causing problems such as reduction in power efficiency and reduction in the life of the switch.
  • the present embodiment aims at preventing audible frequency noise and performing precise current control while reducing the number of hard switching by applying an integral control method and synchronous rectification to wireless transmission power control and further combining PWM control.
  • a wireless charging apparatus including a pickup unit including a current collecting coil for receiving a high frequency magnetic flux and a resonant capacitor for resonating with the current collecting coil and generating an alternating current by an induced electromotive force generated in the current collecting coil, (110); A first diode 131, a second diode 132, a third diode 133 and a fourth diode 134 connected in an H bridge configuration and a first switch 121 connected in parallel with the first diode 131 A second switch 122 connected in parallel with the second diode 132, a third switch 123 connected in parallel with the third diode 133, and a third switch 123 connected in parallel with the fourth diode 134.
  • the control unit controls both ends of the pickup unit 110 during m (m is a positive integer) resonance period of the alternating current (N is a positive integer) resonance period of the alternating current, the current rectified by the converter 120 during the resonance period of the alternating current is supplied to the battery (Hereinafter, referred to as "second integral control"), and performs the first integral control and the second integral control in an alternating manner.
  • a wireless charging apparatus including a pickup unit including a current collecting coil for receiving a high frequency magnetic flux and a resonant capacitor for resonating with the current collecting coil and generating an alternating current by an induced electromotive force generated in the current collecting coil, (110); A first diode 131, a second diode 132, a third diode 133 and a fourth diode 134 connected in an H bridge configuration and a first switch 121 connected in parallel with the first diode 131 A second switch 122 connected in parallel with the second diode 132, a third switch 123 connected in parallel with the third diode 133, and a third switch 123 connected in parallel with the fourth diode 134.
  • the control unit controls both ends of the pickup unit 110 during m (m is a positive integer) resonance period of the alternating current (N is a positive integer) resonance period of the AC, and the PWM control is performed by controlling the conversion unit 120 to short-circuit the AC Short-circuits the pick-up unit 110 for a time period in which the absolute value is equal to or less than a predetermined value, and supplies a battery rectified current for a time when the absolute value of the AC exceeds a predetermined value, Control is alternately performed.
  • a power supply device including a pickup 110 for generating an AC by an induced electromotive force generated in a current collecting coil receiving a high frequency magnetic flux, a converter 110 for rectifying the AC into direct current,
  • the conversion unit 120 includes a first switch 121, a second switch 122, a third switch 123 and a fourth switch 124 connected in an H bridge configuration, A first diode 131 connected in parallel with the first switch 121, a second diode 132 connected in parallel with the second switch 122, a third diode 133 connected in parallel with the third switch 123, ) And a fourth diode (134) connected in parallel with the fourth switch (124), characterized in that the pickup unit 110 (121, 122, 123, 124) so that both ends of the first switch (Hereinafter referred to as "a first integral control process"); Controlling the first to fourth switches 121, 122, 123 and 124 so that a current rectified by the converting unit 120 flows
  • a power supply device including a pickup 110 for generating an AC by an induced electromotive force generated in a current collecting coil receiving a high frequency magnetic flux, a converter 110 for rectifying the AC into direct current,
  • the conversion unit 120 includes a first switch 121, a second switch 122, a third switch 123 and a fourth switch 124 connected in an H bridge configuration, A first diode 131 connected in parallel with the first switch 121, a second diode 132 connected in parallel with the second switch 122, a third diode 133 connected in parallel with the third switch 123, ) And a fourth diode (134) connected in parallel with the fourth switch (124), characterized in that the pickup unit 110 (121, 122, 123, 124) so that both ends of the first switch (Hereinafter referred to as "a first integral control process"); (110) is short-circuited during a period in which the absolute value of the alternating current is less than or equal to a preset
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a wireless charging device in which a rectifier and a regulator are integrated as disclosed in Japanese Patent No. 10-1383556.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an integral control method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating integral control and 1-cycle PWM control according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating integral control and multi-cycle PWM control according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a wireless charging device in which some switches are removed from the wireless charging device of FIG. 1.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a process of controlling a wireless charging device according to an embodiment of the present invention.
  • the first, second, i), ii), a), b) and the like can be used.
  • Such a code is intended to distinguish the constituent element from another constituent element, but the nature of the constituent element, the order, the order, and the like are not limited by the code. It is to be understood that when a component is referred to as being “comprising” or “comprising,” it should be understood that this section does not exclude the presence of other components, And the like.
  • the term 'module' refers to a unit that processes at least one function or operation, and may be implemented as 'hardware', 'software', or 'combination of hardware and software'.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a wireless charging device in which a rectifier and a regulator are integrated as disclosed in Japanese Patent No. 10-1383556.
  • the wirelessly-charged alternating current is rectified to DC and the output is adjusted according to the characteristics of the battery, so that the wireless charging device generally includes a current collecting coil for receiving wireless transmission power, And a regulator for regulating the output.
  • the rectifier and the regulator are configured as separate modules.
  • the patent No. 10-1383556 entitled " rectification and voltage control method and device " discloses a wireless charging device in which a rectifier and a regulator are integrated .
  • the wireless charging device disclosed by the present inventor can realize a stable direct current by controlling the size of the output even when the leakage inductance is large by integrating the rectifying part and the voltage regulating part without distinguishing them from each other.
  • the present embodiment can be applied to a wireless charging apparatus in which a rectifier and a regulator are integrated as disclosed in Japanese Patent No. 10-1383556.
  • the pickup 110 includes a current collecting coil forming an induced electromotive force and a resonant element resonating with the current collecting coil.
  • the current collecting coil receives electric power using the induced electromotive force induced by the magnetic flux generated in the feeding track.
  • the resonance element serves to cancel the inductance of the pickup 110 at the operating frequency.
  • the current-collecting coil is preferably an inductor, and the resonance element is preferably a capacitor.
  • the present invention is not limited thereto. And various modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention.
  • the converting unit 120 rectifies the alternating current supplied from the pickup unit 110 as a device connected to both ends of the pickup unit 110, regulates the output of the alternating current, and supplies the regulated output to the battery.
  • the conversion unit 120 includes a first diode 131, a second diode 132, a third diode 133 and a fourth diode 134.
  • the first diode 131, the second diode 132, The fourth diodes 131, 132, 133 and 134 are connected in the form of an H bridge.
  • the first to fourth switches 121, 122, 123 and 124 are connected in parallel to each diode.
  • the control unit selectively turns on or off the switch of the converting unit 120 to rectify the AC generated in the pickup unit 110 to DC and adjust the output.
  • the DC output from the converter 120 is supplied to the battery.
  • the switch of the conversion unit 120 is preferably a MOSFET, but it is not necessarily limited to this. That is, those skilled in the art will be able to use various switches without departing from the essential characteristics of the present invention.
  • the control unit adjusts the turn-on, turn-off, switching timing, and the like of the switch to rectify the AC supplied from the pickup unit 110 to DC and adjust the output to supply the battery.
  • the control unit may control the converting unit 120 so that the both ends of the pickup unit 110 are short-circuited to cut off the current flowing to the battery or rectify the current supplied from the pickup unit 110 to supply the battery .
  • the control unit (not shown) turns on the second switch 122 or the third switch 123 when the polarity of the current of the pickup unit 110 is positive.
  • the third switch 123 When the third switch 123 is turned on when the polarity of the current of the pickup 110 is positive, the current generated by the pickup 110 is transmitted through the third switch 123 and the fourth diode 134 And returns to the pickup unit 110. That is, the pickup 110 is short-circuited and the current flowing to the battery is cut off.
  • Either the second switch 122 or the third switch 123 may be turned on when the polarity of the current of the pickup 110 is positive. However, considering the lifetime of the switch, the second switch 122 It is preferable to turn on the third switch 123 alternately.
  • the controller (not shown) turns on the first switch 121 or the fourth switch 124 when the polarity of the current of the pickup 110 is negative (-).
  • the first switch 121 When the first switch 121 is turned on when the polarity of the current of the pickup 110 is negative, the current generated by the pickup 110 is transmitted through the second diode 132 and the first switch 121 And returns to the pickup unit 110. That is, the pickup 110 is short-circuited and the current flowing to the battery is cut off.
  • the fourth switch 124 When the fourth switch 124 is turned on when the polarity of the current of the pickup 110 is negative, the current generated by the pickup 110 is transmitted through the fourth switch 124 and the third diode 133 And returns to the pickup unit 110. That is, the pickup 110 is short-circuited and the current flowing to the battery is cut off.
  • the first switch 121 or the fourth switch 124 is turned on, but the first switch 121 and the fourth switch 124 are preferably turned on in consideration of the lifetime of the switch.
  • the control unit (not shown) turns off the first to fourth switches 121, 122, 123 and 124 when the polarity of the current of the pickup unit 110 is positive.
  • the control unit (not shown) turns off the first to fourth switches 121, 122, 123 and 124 when the polarity of the current of the pickup unit 110 is negative (-).
  • Synchronous rectification is to turn ON the switch connected in parallel with the diode when the diode is ON to minimize the power loss due to the ON operation of the output diode.
  • the control unit (not shown) turns on the first switch 121 and the second switch 122 at the same time or turns on the third switch 123 and fourth The switch 124 is turned on at the same time.
  • the current generated in the pickup 110 is applied to the first switch 121 and the second switch 122, And returns to the pickup 110 via the second switch 122. That is, the pickup 110 is short-circuited and the current flowing to the battery is cut off.
  • the third switch 123 and the fourth switch 124 are turned on at the same time when the polarity of the current of the pickup 110 is positive (+), the current generated in the pickup 110 is supplied to the third switch 123 And returns to the pickup 110 via the fourth switch 124. That is, the pickup 110 is short-circuited and the current flowing to the battery is cut off.
  • any of the first switch 121 and the second switch 122 may be turned on and the third switch 123 and the fourth switch 124 may be turned on. 121 and the second switch 122 and the turn-on of the third switch 123 and the fourth switch 124 alternately.
  • the control unit (not shown) turns on the first switch 121 and the second switch 122 at the same time or turns on the third switch 123 and fourth The switch 124 is turned on at the same time.
  • the current generated in the pickup 110 is applied to the second switch 122 And returns to the pickup 110 via the first switch 121. That is, the pickup 110 is short-circuited and the current flowing to the battery is cut off.
  • the third switch 123 and the fourth switch 124 are turned on at the same time when the polarity of the current of the pickup 110 is negative, the current generated by the pick- And returns to the pickup 110 via the third switch 123. That is, the pickup 110 is short-circuited and the current flowing to the battery is cut off.
  • any of the first switch 121 and the second switch 122 may be turned on and the third switch 123 and the fourth switch 124 may be turned on. 121 and the second switch 122 and the turn-on of the third switch 123 and the fourth switch 124 alternately.
  • the control unit (not shown) turns on the first switch 121 and the fourth switch 124 when the polarity of the current of the pickup unit 110 is positive.
  • control unit (not shown) turns on the second switch 122 and the third switch 123.
  • Integral control means to control the switch at an integral multiple of the resonance period of the alternating current generated in the pickup 110. The ON / OFF change of the switch is made only when the polarity of the current changes.
  • the first integral control may short-circuit the both ends of the pickup 110 during m (m is a positive integer) resonance period of the alternating current generated in the pickup 110 to prevent the current from flowing to the battery .
  • the second integral control means to supply the battery rectified current for n (n is a positive integer) resonance period of the alternating current generated in the pickup 110.
  • a method of shorting both ends of the pickup 110 in the first integral control is as follows.
  • a method of supplying a rectified current to the battery in the second integral control is as follows.
  • FIG. 2 (a) shows the voltage (V AB ) between the node A and the node B and the current (i pk ) of the pickup 110 while the integral control is performed according to an embodiment of the present invention.
  • both ends of the pick-up unit 110 are short-circuited while the pick-up unit 110 is continuously receiving the wireless power, and current does not flow to the battery, so i pk continuously increases.
  • Equation (1) The voltage (v pk ) of the pickup 110 during the first integrals control and the voltage (V AB ) between the A and B nodes are as shown in Equation (1).
  • the voltage (v pk ) of the pickup 110 during the first integrals control can be expressed in detail in Equation (2).
  • Equation (3) The current (i pk ) of the pickup 110 during the first integral control is expressed by Equation (3).
  • Equation (3) L pk denotes the capacitance of the current collector of the pickup 110, and C pk denotes the capacitance of the resonant capacitor of the pickup 110.
  • Equation (4) holds when the pickup 110 is compensated with a completely resonant state.
  • Equation 3 the current i pk of the pickup 110 during the first integral control when the pickup 110 is compensated for the complete resonance state is expressed by Equation (5).
  • the current of the pick-up unit 110 is rectified and supplied to the battery, so that i pk continuously decreases.
  • the current i pk of the pick-up unit 110 during the second integral control is calculated by Equation (7).
  • the power applied to the battery can be adjusted by controlling the ratio of the time for performing the first integral control to the time for performing the second integral control.
  • N is too small in N / N, the resolution becomes worse in terms of control, the staircase is not good. If N is increased, the resolution is better in terms of control, but the audible frequency noise can be generated in relation to the operating frequency cycle , The value of N should be set in consideration of both resolution and audible frequency noise.
  • FIG. 2 (b) illustrates the detailed voltage (V AB ) of the T 2 section in which the second integral control is performed in FIG. 2 (a).
  • Integral control reduces the switching loss by reducing the number of hard switching times of the conversion unit 120 compared with the general PWM control, thereby increasing power efficiency and increasing the service life of the switch.
  • the integral control has a problem in that the control is in a step-like manner and thus can not be continuous and audible frequency noise may occur.
  • the harmonic component may be concentrated between 20 to 20000 Hz which is the human audible frequency, so that the audible frequency noise may occur. Since electric vehicles are operated by people, the advantages of integral control such as reduction of switching loss can be discontinued if the audible frequency noise can not be resolved.
  • PWM control can be performed in the last one resonance period of the second integral control. In other words, by combining the PWM control with the integral control, the switching frequency is shifted out of the audible frequency band, thereby preventing audible frequency noise.
  • PWM control in accordance with one embodiment of the present invention limits the current value (I lim +, I -lim) to set and then, the current in the pick-up unit (110) (i pk) a limit current value (I lim +, I - lim ), the pick-up unit 110 is short-circuited, and if the current exceeds the limit current value (I + lim , I - lim ), the battery is rectified.
  • a method of shorting both ends of the pickup 110 in PWM control is as follows.
  • the method of supplying the rectified current to the battery in the PWM control is as follows.
  • V AB voltage between an A node and a B node
  • i current of a pickup 110 when the one-cycle PWM control is performed in combination with the integral control according to an embodiment of the present invention.
  • both ends of the pick-up unit 110 are short-circuited while the pick-up unit 110 is continuously receiving the wireless power, and current does not flow to the battery, so i pk continuously increases.
  • the current of the pick-up unit 110 is rectified and supplied to the battery, so that i pk continuously decreases.
  • One cycle PWM control may be performed after the second integral control to fine-tune the output and to prevent audible frequency noise.
  • FIG. 3 (b) is an enlarged view of the PWM control portion in Fig. 3 (a)
  • Equation (10) The relationship between the voltage V pk of the pickup 110 and the voltage V B applied to the battery when the first integrals control, the second integral control and the one-cycle PWM control are alternately performed is shown in Equation (10).
  • ⁇ is a continuously changing quantity and sin is a value between 0 and 1, so that continuous control is possible irrespective of the value of N, and N is a value without occurrence of audible frequency noise Can be set.
  • a method of performing continuous PWM control after the first integral control in order to increase the continuity of control and the effect of removing the audible frequency noise can be considered.
  • FIG. 4A is a graph showing a relationship between a voltage (V AB ) between an A node and a B node and a current (current) of a pickup 110 in a case where multi-cycle PWM control is performed in a first integral control according to an embodiment of the present invention. (i pk ).
  • both ends of the pickup unit 110 are short-circuited in the state that the pick-up unit 110 is continuously receiving the wireless power, and current does not flow to the battery, so i pk continuously increases.
  • the current of the pick-up unit 110 is rectified and supplied to the battery, so i pk continuously decreases.
  • FIG. 4 (b) is an enlarged view of the PWM control portion in Fig. 4 (a).
  • Equation (11) The relationship between the voltage V pk of the pick-up unit 110 and the voltage V B applied to the battery when the first integral control and the multi-cycle PWM control are alternately performed is expressed by Equation (11).
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a wireless charging device in which some switches are removed from the wireless charging device of FIG. 1.
  • the converting unit 520 includes a first diode 531, a second diode 532, a third diode 533, and a fourth diode 534, And the first to fourth diodes 531, 532, 533 and 534 are connected in the form of an H bridge.
  • a first switch 521 and a second switch 522 are connected in parallel to the third diode 533 and the fourth diode 534, respectively.
  • the control unit (not shown) turns on the first switch 521 when the polarity of the current of the pickup unit 510 is positive (+).
  • the current generated by the pickup 510 is transmitted through the first switch 521 and the fourth diode 534 And returns to the pickup unit 510. That is, the pickup 510 is short-circuited and the current flowing to the battery is cut off.
  • the control unit (not shown) turns on the second switch 522.
  • the second switch 522 When the second switch 522 is turned on when the polarity of the current of the pickup 510 is negative, the current generated by the pickup 510 is transmitted through the second switch 522 and the third diode 533 And returns to the pickup unit 510. That is, the pickup 510 is short-circuited and the current flowing to the battery is cut off.
  • the control unit (not shown) turns off the first switch 521 and the second switch 522 when the polarity of the current of the pickup unit 510 is positive (+).
  • the control unit (not shown) turns off the first switch 521 and the second switch 522.
  • the current generated in the pickup 510 is supplied to the second diode 532, The battery and the third diode 533.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a process of controlling a wireless charging device according to an embodiment of the present invention.
  • the control process of the wireless charging device includes an induction electromotive force generation process S610, a first integral control process S620, a second integrity control process S630, and a PWM control process S640 .
  • the wireless charging device generates an alternating current using the induced electromotive force generated in the pickup 110 by the magnetic flux transmitted from the wireless power transmission device (S610).
  • the wireless charging device cuts off the current flowing to the battery during m (m is a positive integer) resonance period (S620).
  • a specific method for interrupting the current includes a method that does not use synchronous rectification and a method that uses synchronous rectification, and the detailed contents are the same as those described above, so a detailed description is omitted.
  • the wireless charging device supplies current to the battery in a synchronous rectification manner for n (n is a positive integer) resonance period (S630).
  • n is a positive integer
  • S630 a specific method of supplying the current, there are a method that does not use synchronous rectification and a method that uses synchronous rectification, and the detailed contents are the same as the above, so a detailed description is omitted.
  • the wireless charging device supplies current to the battery by a PWM control method (S640). Since a specific method of controlling the current by the PWM method is the same as described above, a detailed description will be omitted.
  • the PWM control process may be performed for one resonance period after the first integral control and the second integral control.
  • the PWM control process may be performed during the n resonance period instead of the second integral control.
  • S610 to S640 are sequentially executed in Fig. 6, the description of the technical idea of the present invention is merely illustrative and the execution of S610 to S640 is not limited to the time series order. Those skilled in the art will recognize that changes may be made to the procedures of S610 through S640 without departing from the essential characteristics of the present invention, by omitting one or more of the steps S610 through S640, or by performing one or more of the steps S610 through S640
  • the method of FIG. 6 can be variously modified and modified, for example, by executing in parallel.
  • a recording medium readable by a computer or a smart phone includes all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored. (E.g., a ROM, a floppy disk, a hard disk, etc.), an optical reading medium (e.g., CD-ROM, DVD, etc.), a flash memory USB, SSD) and carrier waves (e.g., transmission over the Internet).
  • code that can be distributed to networked computer systems and read by a computer or smartphone in a distributed fashion can be stored and executed.

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Abstract

무선 충전 장치 및 그 제어 방법을 개시한다. 본 실시예의 일 측면에 의하면, 무선 충전 장치에 있어서, 고주파 자속을 수신하는 집전 코일 및 상기 집전 코일과 공진하는 공진 커패시터를 포함하고, 상기 집전 코일에 발생하는 유도 기전력에 의하여 교류를 생성하는 픽업부(110); H 브리지 형태로 연결된 제1 다이오드(131), 제2 다이오드(132), 제3 다이오드(133) 및 제4 다이오드(134)와, 상기 제1 다이오드(131)와 병렬로 연결된 제1 스위치(121), 상기 제2 다이오드(132)와 병렬로 연결된 제2 스위치(122), 상기 제3 다이오드(133)와 병렬로 연결된 제3 스위치(123) 및 상기 제4 다이오드(134)와 병렬로 연결된 제4 스위치(124)를 포함하고, 상기 교류를 직류로 정류하고 출력을 조절하여 배터리에 공급하는 변환부(120), 상기 변환부(120)는 상기 픽업부(110)의 양단과 연결되어 있음; 및 상기 변환부(120)를 제어하는 제어부(미도시)를 포함하되, 상기 제어부(미도시)는, 상기 교류의 m(m은 양의 정수) 공진 주기 동안 상기 픽업부(110)의 양단이 단락되도록 상기 변환부(120)를 제어(이하, '제1 인테그랄 제어')하고, 상기 교류의 n(n은 양의 정수) 공진 주기 동안 상기 변환부(120)에서 정류된 전류가 상기 배터리로 흐르도록 상기 변환부(120)를 제어(이하, '제2 인테그랄 제어')하되, 상기 제1 인테그랄 제어와 상기 제2 인테그랄 제어를 교번하여 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치를 제공한다.

Description

무선 충전 장치 및 그 제어 방법
본 실시예는 무선 충전 장치 및 그 제어 방법에 대한 것으로서, 특히 전기자동차의 배터리 충전에 사용되는 무선 충전 장치 및 그 제어 방법에 대한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
무선 전력 전송은 전기에너지를 전자기파, 전자기 유도 또는 전자기 공진 형태로 전선 없이 전달하는 기술로서 현대 사회를 바꾼 무선 통신기술에 이어 미래 사회를 바꿀 주역으로 기대되는 기술이다. 소형 전자 제품에서는 스마트폰 등 무선 전력 전송을 이용한 물건들이 선을 보이고 있고, 전기자동차 등 대전력 무선 전력 전송 분야로도 많은 연구가 진행되고 있다.
전기자동차를 예로 들면 무선 전력 전송 장치는 급전 트랙을 따라 움직이는 전기자동차에 무선으로 전력을 전송한다. 전기자동차의 무선 충전 장치는 급전 트랙에서 발생하는 자속에 의해 유도기전력이 유기되는 집전 코일을 이용하여 무선으로 전송되는 전력을 수신한다. 집전 코일에 수신된 전류는 교류이므로 무선 전송 전력으로 전기자동차의 배터리를 충전하기 위해서는 1) 교류를 직류로 정류하고 2) 출력 세기를 조절해 줄 필요가 있다. 따라서 전기자동차의 무선 충전 장치는 일반적으로 무선 전송 전력을 수신하는 집전 코일, 교류를 직류로 정류하는 정류 장치 및 출력을 조절하는 레귤레이터를 포함한다.
기존 발명으로서 특허 제10-1383556호 '정류 및 전압 제어 방법 및 장치'에 정류 장치와 레귤레이터를 일체화한 회로 및 그 제어 방법이 개시되어 있다. 특허 제10-1383556호에 개시된 기술은 PWM 제어를 이용하여 정류 및 전압을 제어하게 되므로 스위칭 손실이 발생하고, 그에 따라 전력 효율 감소, 스위치 수명 감소 등의 문제가 발생하게 된다.
본 실시예는 무선 전송 전력 제어에 인테그랄 제어 방법 및 동기 정류를 적용하고 나아가 PWM 제어를 결합함으로써 하드 스위칭 횟수를 줄이면서도 가청주파수 잡음을 방지하고 정밀한 전류 제어를 수행하는 것을 그 목적으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 무선 충전 장치에 있어서, 고주파 자속을 수신하는 집전 코일 및 상기 집전 코일과 공진하는 공진 커패시터를 포함하고, 상기 집전 코일에 발생하는 유도 기전력에 의하여 교류를 생성하는 픽업부(110); H 브리지 형태로 연결된 제1 다이오드(131), 제2 다이오드(132), 제3 다이오드(133) 및 제4 다이오드(134)와, 상기 제1 다이오드(131)와 병렬로 연결된 제1 스위치(121), 상기 제2 다이오드(132)와 병렬로 연결된 제2 스위치(122), 상기 제3 다이오드(133)와 병렬로 연결된 제3 스위치(123) 및 상기 제4 다이오드(134)와 병렬로 연결된 제4 스위치(124)를 포함하고, 상기 교류를 직류로 정류하고 출력을 조절하여 배터리에 공급하는 변환부(120), 상기 변환부(120)는 상기 픽업부(110)의 양단과 연결되어 있음; 및 상기 변환부(120)를 제어하는 제어부(미도시)를 포함하되, 상기 제어부(미도시)는, 상기 교류의 m(m은 양의 정수) 공진 주기 동안 상기 픽업부(110)의 양단이 단락되도록 상기 변환부(120)를 제어(이하, '제1 인테그랄 제어')하고, 상기 교류의 n(n은 양의 정수) 공진 주기 동안 상기 변환부(120)에서 정류된 전류가 상기 배터리로 흐르도록 상기 변환부(120)를 제어(이하, '제2 인테그랄 제어')하되, 상기 제1 인테그랄 제어와 상기 제2 인테그랄 제어를 교번하여 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치를 제공한다.
본 실시예의 다른 측면에 의하면, 무선 충전 장치에 있어서, 고주파 자속을 수신하는 집전 코일 및 상기 집전 코일과 공진하는 공진 커패시터를 포함하고, 상기 집전 코일에 발생하는 유도 기전력에 의하여 교류를 생성하는 픽업부(110); H 브리지 형태로 연결된 제1 다이오드(131), 제2 다이오드(132), 제3 다이오드(133) 및 제4 다이오드(134)와, 상기 제1 다이오드(131)와 병렬로 연결된 제1 스위치(121), 상기 제2 다이오드(132)와 병렬로 연결된 제2 스위치(122), 상기 제3 다이오드(133)와 병렬로 연결된 제3 스위치(123) 및 상기 제4 다이오드(134)와 병렬로 연결된 제4 스위치(124)를 포함하고, 상기 교류를 직류로 정류하고 출력을 조절하여 배터리에 공급하는 변환부(120), 상기 변환부(120)는 상기 픽업부(110)의 양단과 연결되어 있음; 및 상기 변환부(120)를 제어하는 제어부(미도시)를 포함하되, 상기 제어부(미도시)는, 상기 교류의 m(m은 양의 정수) 공진 주기 동안 상기 픽업부(110)의 양단이 단락되도록 상기 변환부(120)를 제어(이하, '제1 인테그랄 제어')하고, 상기 교류의 n(n은 양의 정수) 공진 주기 동안 PWM 제어를 수행하되, 상기 PWM 제어는, 상기 교류의 절대값이 기 설정된 값 이하인 시간 동안 픽업부(110)를 단락하고, 상기 교류의 절대값이 기 설정된 값을 초과하는 시간 동안 배터리로 정류된 전류를 공급하는 것이며, 상기 제1 인테그랄 제어와 상기 PWM 제어를 교번하여 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치를 제공한다.
본 실시예의 또 다른 측면에 의하면, 고주파 자속을 수신하는 집전 코일에 발생하는 유도 기전력에 의하여 교류를 생성하는 픽업부(110), 상기 교류를 직류로 정류하고 출력을 조절하여 배터리에 공급하는 변환부(120)를 포함하되, 상기 변환부(120)는 H 브리지 형태로 연결된 제1 스위치(121), 제2 스위치(122), 제3 스위치(123) 및 제4 스위치(124)와, 상기 제1 스위치(121)와 병렬로 연결된 제1 다이오드(131), 상기 제2 스위치(122)와 병렬로 연결된 제2 다이오드(132), 상기 제3 스위치(123)와 병렬로 연결된 제3 다이오드(133) 및 상기 제4 스위치(124)와 병렬로 연결된 제4 다이오드(134)를 포함하는 무선 충전 장치의 제어 방법에 있어서, 상기 교류의 m(m은 양의 정수) 공진 주기 동안 상기 픽업부(110)의 양단이 단락되도록 상기 제1 내지 제4 스위치(121, 122, 123, 124)를 제어하는 과정(이하, '제1 인테그랄 제어 과정'); 상기 교류의 n(n은 양의 정수) 공진 주기 동안 상기 변환부(120)에서 정류된 전류가 상기 배터리로 흐르도록 상기 제1 내지 제4 스위치(121, 122, 123, 124)를 제어하는 과정(이하, '제2 인테그랄 제어 과정'); 및 상기 교류의 1 공진 주기 동안 상기 교류의 절대값이 기 설정된 값 이하인 시간 동안 픽업부(110)를 단락하고, 상기 교류의 절대값이 기 설정된 값을 초과하는 시간 동안 정류된 전류가 배터리로 흐르도록 상기 제1 내지 제4 스위치(121, 122, 123, 124)를 제어하는 과정(이하, 'PWM 제어 과정')를 포함하되, 상기 제1 인테그랄 제어 과정, 상기 제2 인테그랄 제어 과정 및 상기 PWM 제어 과정을 순서대로 반복하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치의 제어 방법을 제공한다.
본 실시예의 또 다른 측면에 의하면, 고주파 자속을 수신하는 집전 코일에 발생하는 유도 기전력에 의하여 교류를 생성하는 픽업부(110), 상기 교류를 직류로 정류하고 출력을 조절하여 배터리에 공급하는 변환부(120)를 포함하되, 상기 변환부(120)는 H 브리지 형태로 연결된 제1 스위치(121), 제2 스위치(122), 제3 스위치(123) 및 제4 스위치(124)와, 상기 제1 스위치(121)와 병렬로 연결된 제1 다이오드(131), 상기 제2 스위치(122)와 병렬로 연결된 제2 다이오드(132), 상기 제3 스위치(123)와 병렬로 연결된 제3 다이오드(133) 및 상기 제4 스위치(124)와 병렬로 연결된 제4 다이오드(134)를 포함하는 무선 충전 장치의 제어 방법에 있어서, 상기 교류의 m(m은 양의 정수) 공진 주기 동안 상기 픽업부(110)의 양단이 단락되도록 상기 제1 내지 제4 스위치(121, 122, 123, 124)를 제어하는 과정(이하, '제1 인테그랄 제어 과정'); 상기 교류의 n(n은 양의 정수) 공진 주기 동안 상기 교류의 절대값이 기 설정된 값 이하인 시간 동안 픽업부(110)를 단락하고, 상기 교류의 절대값이 기 설정된 값을 초과하는 시간 동안 정류된 전류가 배터리로 흐르도록 상기 제1 내지 제4 스위치(121, 122, 123, 124)를 제어하는 과정(이하, 'PWM 제어 과정')를 포함하되, 상기 제1 인테그랄 제어 과정 및 상기 PWM 제어 과정을 교번하여 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치의 제어 방법을 제공한다.
도 1은 종래 기술로서 특허 제10-1383556호에 개시된 정류 장치와 레귤레이터를 일체화한 무선 충전 장치를 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인테그랄 제어 방법을 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인테그랄 제어와 1 사이클 PWM 제어를 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인테그랄 제어와 멀티 사이클 PWM 제어를 예시한 도면이다.
도 5는 도 1의 무선 충전 장치에서 일부 스위치를 제거한 무선 충전 장치를 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 제어 과정을 예시한 순서도이다.
이하 본 발명의 일 실시예를 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되어 있더라도 가능한 한 동일한 부호를 사용하고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 일 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 일 실시예의 구성요소를 설명함에 있어서 제1, 제2, i), ii), a), b) 등의 부호를 사용할 수 있다. 이러한 부호는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐 그 부호에 의해 해당 구성요소의 본질, 차례, 순서 등이 한정되는 것은 아니다. 본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함' 또는 '구비'한다고 할 때, 이는 명시적으로 반대되는 기재가 없는 한 해당 부분이 다른 구성요소를 부가하는 것을 배제하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. '~부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 '하드웨어', '소프트웨어' 또는 '하드웨어와 소프트웨어의 결합'으로 구현될 수 있다.
도 1은 종래 기술로서 특허 제10-1383556호에 개시된 정류 장치와 레귤레이터를 일체화한 무선 충전 장치를 예시한 도면이다.
무선 전송된 전력으로 전기자동차의 배터리를 충전하기 위해서는 무선 전송된 교류를 직류로 정류하고 배터리의 특성에 따라 출력을 조절하여야 하므로 무선 충전 장치는 일반적으로 무선 전송 전력을 수신하는 집전 코일, 교류를 직류로 정류하는 정류 장치 및 출력을 조절하는 레귤레이터를 포함한다.
기존의 무선 충전 장치는 정류 장치와 레귤레이터가 별도의 모듈로 구성되어 있었으나, 특허 제10-1383556호 '정류 및 전압 제어 방법 및 장치'는 정류 장치와 레귤레이터를 일체화한 무선 충전 장치를 개시하하고 있다. 본 발명자가 개시한 무선 충전 장치는 정류부와 전압 조절부를 구분하지 않고 일체형으로 구현함으로써 누설 인덕턴스가 큰 경우에도 출력의 크기를 제어하여 안정적으로 직류를 얻을 수 있다. 본 실시예는 특허 제10-1383556호에 개시된 정류 장치와 레귤레이터를 일체화한 무선 충전 장치에 적용될 수 있다.
전기자동차의 무선 충전 장치에서 무선 전력 전송 장치로부터 전송되는 전력을 수신하는 부분을 픽업부(110)라고 한다. 픽업부(110)는 유도 기전력(Induced Electromotive Force)을 형성하는 집전 코일과 집전 코일과 공진(Resonance)하는 공진 소자를 포함한다. 집전 코일은 급전 트랙에서 발생하는 자속에 의해 유기되는 유도기전력을 이용하여 전력을 수신한다. 공진 소자는 동작 주파수에서 픽업부(110)의 인덕턴스를 상쇄시키는 역할을 한다. 픽업부(110)에서 집전 코일은 인덕터(Inductor)인 것이 바람직하고 공진소자는 커패시터(Capacitor)인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 소자로 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.
변환부(120)는 픽업부(110)의 양단과 연결된 장치로서 픽업부(110)에서 공급된 교류를 직류로 정류하고 출력을 조절하여 배터리에 공급한다.
변환부(120)의 구조를 살펴 보면 변환부(120)는 제1 다이오드(131), 제2 다이오드(132), 제3 다이오드(133) 및 제4 다이오드(134)를 포함하며, 제1 내지 제4 다이오드(131, 132, 133, 134)는 H 브리지 형태로 연결되어 있다. 각 다이오드에는 제1 내지 제4 스위치(121, 122, 123, 124)가 병렬로 연결되어 있다.
제어부(미도시)는 변환부(120)의 스위치를 선택적으로 턴온(Turn-On) 또는 턴오프(Turn-Off)시킴으로써 픽업부(110)에서 발생하는 교류를 직류로 정류하고 출력을 조절한다. 변환부(120)에서 출력된 직류는 배터리에 공급된다.
변환부(120)의 스위치는 바람직하게는 MOSFET이나 반드시 이에 한정되지는 않는다. 즉 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 스위치를 사용할 수 있을 것이다.
제어부(미도시)는 스위치의 턴온, 턴오프, 스위칭 타이밍 등을 조절하여 픽업부(110)로부터 공급 받은 교류를 직류로 정류하고 출력을 조절하여 배터리로 공급한다. 구체적으로 제어부(미도시)는 픽업부(110)의 양단이 단락되도록 변환부(120)를 제어하여 배터리로 흐르는 전류를 차단하거나 픽업부(110)에서 공급된 전류를 정류하여 배터리로 공급할 수 있다.
1-1. 제어 방법 (도 1 회로)
이하 배터리로 공급되는 전류를 차단하는 과정에 대하여 설명한다.
픽업부(110)의 전류의 극성이 플러스(+)인 경우 제어부(미도시)는 제2 스위치(122) 또는 제3 스위치(123)를 턴온시킨다.
픽업부(110)의 전류의 극성이 플러스(+)일 때 제2 스위치(122)가 턴온되면 픽업부(110)에서 발생하는 전류가 제1 다이오드(131)와 제2 스위치(122)를 거쳐 픽업부(110)로 돌아간다. 즉 픽업부(110)가 단락되어 배터리로 흐르는 전류가 차단된다.
픽업부(110)의 전류의 극성이 플러스(+)일 때 제3 스위치(123)가 턴온되면 픽업부(110)에서 발생하는 전류가 제3 스위치(123)와 제4 다이오드(134)를 거쳐 픽업부(110)로 돌아간다. 즉 픽업부(110)가 단락되어 배터리로 흐르는 전류가 차단된다.
픽업부(110)의 전류의 극성이 플러스(+)일 때 제2 스위치(122) 또는 제3 스위치(123) 중 어느 것을 턴온시켜도 무방하나, 스위치의 수명을 고려하면 제2 스위치(122)와 제3 스위치(123)를 번갈아가며 턴온시키는 것이 바람직하다.
픽업부(110)의 전류의 극성이 마이너스(-)인 경우 제어부(미도시)는 제1 스위치(121) 또는 제4 스위치(124)를 턴온시킨다.
픽업부(110)의 전류의 극성이 마이너스(-)일 때 제1 스위치(121)가 턴온되면 픽업부(110)에서 발생하는 전류가 제2 다이오드(132)와 제1 스위치(121)를 거쳐 픽업부(110)로 돌아간다. 즉 픽업부(110)가 단락되어 배터리로 흐르는 전류가 차단된다.
픽업부(110)의 전류의 극성이 마이너스(-)일 때 제4 스위치(124)가 턴온되면 픽업부(110)에서 발생하는 전류가 제4 스위치(124)와 제3 다이오드(133)를 거쳐 픽업부(110)로 돌아간다. 즉 픽업부(110)가 단락되어 배터리로 흐르는 전류가 차단된다.
제1 스위치(121) 또는 제4 스위치(124) 중 어느 것을 턴온시켜도 무방하나 스위치의 수명을 고려하면 제1 스위치(121)와 제4 스위치(124)를 번갈아가며 턴온시키는 것이 바람직하다.
다음으로 배터리로 정류된 전류를 공급하는 과정에 대하여 설명한다.
픽업부(110)의 전류의 극성이 플러스(+)인 경우 제어부(미도시)는 제1 내지 제4 스위치(121, 122, 123, 124)를 턴오프시킨다.
픽업부(110)의 전류의 극성이 플러스(+)일 때 제1 내지 제4 스위치(121, 122, 123, 124)가 턴오프되면 픽업부(110)에서 발생하는 전류가 제1 다이오드(131), 배터리 및 제4 다이오드(134)를 거쳐 흐른다.
픽업부(110)의 전류의 극성이 마이너스(-)인 경우 제어부(미도시)는 제1 내지 제4 스위치(121, 122, 123, 124)를 턴오프시킨다.
픽업부(110)의 전류의 극성이 마이너스(-)일 때 제1 내지 제4 스위치(121, 122, 123, 124)가 턴오프되면 픽업부(110)에서 발생하는 전류가 제2 다이오드(132), 배터리 및 제3 다이오드(133)를 거쳐 흐른다.
1-2. 동기 정류를 사용한 제어 방법 (도 1 회로)
상술한 제어 방법에서 일부 스위치를 턴온하여 동기 정류를 수행함으로써 다이오드 저항에 의한 전력 손실을 최소화할 수 있다. 동기 정류란 출력 다이오드의 온(ON) 동작에 따른 전력 손실을 최소화하기 위하여 다이오드가 온(ON)될 때 다이오드와 병렬로 연결되어 있는 스위치를 함께 온(ON)시키는 것이다.
이하 동기 정류 방식을 이용하여 배터리로 공급되는 전류를 차단하는 과정에 대하여 설명한다.
픽업부(110)의 전류의 극성이 플러스(+)인 경우 제어부(미도시)는 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)를 동시에 턴온시키거나, 제3 스위치(123) 및 제4 스위치(124)를 동시에 턴온시킨다.
픽업부(110)의 전류의 극성이 플러스(+)일 때 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)가 동시에 턴온되면 픽업부(110)에서 발생하는 전류가 제1 스위치(121)와 제2 스위치(122)를 거쳐 픽업부(110)로 돌아간다. 즉 픽업부(110)가 단락되어 배터리로 흐르는 전류가 차단된다.
픽업부(110)의 전류의 극성이 플러스(+)일 때 제3 스위치(123) 및 제4 스위치(124)가 동시에 턴온되면 픽업부(110)에서 발생하는 전류가 제3 스위치(123)와 제4 스위치(124)를 거쳐 픽업부(110)로 돌아간다. 즉 픽업부(110)가 단락되어 배터리로 흐르는 전류가 차단된다.
제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)의 턴온과 제3 스위치(123) 및 제4 스위치(124)의 턴온 중 어느 방법을 사용해도 무방하나, 스위치의 수명을 고려하면 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)의 턴온과 제3 스위치(123) 및 제4 스위치(124)의 턴온을 번갈아가며 수행하는 것이 바람직하다.
픽업부(110)의 전류의 극성이 마이너스(-)인 경우 제어부(미도시)는 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)를 동시에 턴온시키거나, 제3 스위치(123) 및 제4 스위치(124)를 동시에 턴온시킨다.
픽업부(110)의 전류의 극성이 마이너스(-)일 때 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)가 동시에 턴온되면 픽업부(110)에서 발생하는 전류가 제2 스위치(122)와 제1 스위치(121)를 거쳐 픽업부(110)로 돌아간다. 즉 픽업부(110)가 단락되어 배터리로 흐르는 전류가 차단된다.
픽업부(110)의 전류의 극성이 마이너스(-)일 때 제3 스위치(123) 및 제4 스위치(124)가 동시에 턴온되면 픽업부(110)에서 발생하는 전류가 제4 스위치(124)와 제3 스위치(123)를 거쳐 픽업부(110)로 돌아간다. 즉 픽업부(110)가 단락되어 배터리로 흐르는 전류가 차단된다.
제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)의 턴온과 제3 스위치(123) 및 제4 스위치(124)의 턴온 중 어느 방법을 사용해도 무방하나, 스위치의 수명을 고려하면 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)의 턴온과 제3 스위치(123) 및 제4 스위치(124)의 턴온을 번갈아가며 수행하는 것이 바람직하다.
다음으로 동기 정류 방식을 이용하여 배터리로 정류된 전류를 공급하는 과정에 대하여 설명한다.
픽업부(110)의 전류의 극성이 플러스(+)인 경우 제어부(미도시)는 제1 스위치(121) 및 제4 스위치(124)를 턴온시킨다.
제1 스위치(121) 및 제4 스위치(124)가 턴온되면 픽업부(110)에서 발생하는 전류가 제1 스위치(121), 배터리 및 제4 스위치(124)를 거쳐 흐른다.
픽업부(110)의 전류의 극성이 마이너스(-)인 경우 제어부(미도시)는 제2 스위치(122) 및 제3 스위치(123)를 턴온시킨다.
제2 스위치(122) 및 제3 스위치(123)가 턴온되면 픽업부(110)에서 발생하는 전류가 제2 스위치(122), 배터리 및 제3 스위치(123)를 거쳐 흐른다.
2-1. 인테그랄 제어 (도 1 회로)
본 발명의 일 실시예는 인테그랄 제어(integral control)를 이용하여 스위칭 손실을 감소시킨다. 인테그랄 제어란 픽업부(110)에서 발생하는 교류의 공진 주기의 정수배 주기로 스위치를 제어하는 것을 의미한다. 스위치의 ON/OFF 변경은 전류의 극성이 바뀌는 시점에만 이루어진다.
본 발명의 일 실시예에서 제1 인테그랄 제어는 픽업부(110)에서 발생하는 교류의 m(m은 양의 정수) 공진 주기 동안 픽업부(110)의 양단을 단락시켜 배터리로 전류가 흐르지 않도록 하는 것을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에서 제2 인테그랄 제어는 픽업부(110)에서 발생하는 교류의 n(n은 양의 정수) 공진 주기 동안 배터리로 정류된 전류를 공급하는 것을 의미한다.
제1 인테그랄 제어에서 픽업부(110)의 양단을 단락시키는 방법은 다음과 같다.
(1) 동기 정류를 사용하지 않을 경우: 픽업부(110)의 전류의 극성이 플러스(+)이면 제2 스위치(122) 또는 제3 스위치(123)를 턴온시킨다. 픽업부(110)의 전류의 극성이 마이너스(-)이면 제1 스위치(121) 또는 제4 스위치(124)를 턴온시킨다.
(2) 동기 정류를 사용할 경우: 픽업부(110)의 전류의 극성과 무관하게 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)를 동시에 턴온시키거나, 제3 스위치(123) 및 제4 스위치(124)를 동시에 턴온시킨다.
제2 인테그랄 제어에서 배터리로 정류된 전류를 공급하는 방법은 다음과 같다.
(1) 동기 정류를 사용하지 않을 경우: 픽업부(110)의 전류의 극성과 무관하게 제1 내지 제4 스위치(121, 122, 123, 124)를 턴오프시킨다.
(2) 동기 정류를 사용할 경우: 픽업부(110)의 전류의 극성이 플러스(+)이면 제1 스위치(121) 및 제4 스위치(124)를 턴온시킨다. 픽업부(110)의 전류의 극성이 마이너스(-)이면 제2 스위치(122) 및 제3 스위치(123)를 턴온시킨다.
도 2(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 인테그랄 제어가 수행되는 동안의 A 노드와 B 노드 사이의 전압(VAB)과 픽업부(110)의 전류(ipk)를 도시한 것이다.
제1 인테그랄 제어 수행 중에는 픽업부(110)에서 계속 무선 전력이 수신되고 있는 중에 픽업부(110)의 양단이 단락되어 배터리로 전류가 흐르지 않으므로 ipk가 지속적으로 증가한다.
제1 인테그랄 제어시 픽업부(110)의 전압(vpk)과 A 노드와 B 노드 사이의 전압(VAB)은 수학식 1과 같다.
Figure PCTKR2018007535-appb-M000001
제1 인테그랄 제어시 픽업부(110)의 전압(vpk)을 상세하게 나타내면 수학식 2와 같다.
Figure PCTKR2018007535-appb-M000002
제1 인테그랄 제어시 픽업부(110)의 전류(ipk)는 수학식 3과 같다.
Figure PCTKR2018007535-appb-M000003
수학식 3에서 Lpk는 픽업부(110)의 집전 코일의 용량, Cpk는 픽업부(110)의 공진 커패시터의 용량을 의미한다.
픽업부(110)를 완전 공진 상태로 보상하면 수학식 4가 성립한다.
Figure PCTKR2018007535-appb-M000004
수학식 3과 수학식 4를 연립하면 픽업부(110)를 완전 공진 상태로 보상하였을 때 제1 인테그랄 제어시의 픽업부(110)의 전류(ipk)는 수학식 5와 같다.
Figure PCTKR2018007535-appb-M000005
Figure PCTKR2018007535-appb-I000001
제2 인테그랄 제어 수행 중에는 픽업부(110)의 전류가 정류되어 배터리로 공급되므로 ipk가 지속적으로 감소한다.
제2 인테그랄 제어시 픽업부(110)의 전압(vpk)과 A 노드와 B 노드 사이의 전압(VAB)은 수학식 6과 같다.
Figure PCTKR2018007535-appb-M000006
상술한 제1 인테그랄 제어와 같은 방법으로 계산하면 제2 인테그랄 제어시 픽업부(110)의 전류(ipk)는 수학식 7과 같다.
Figure PCTKR2018007535-appb-M000007
제1 인테그랄 제어와 제2 인테그랄 제어를 교번하여 수행할 경우 픽업부(110)의 전압(Vpk)과 배터리에 인가되는 전압(VB)의 관계는 수학식 8과 같다.
Figure PCTKR2018007535-appb-M000008
공진 주기를 T라고 할 때 수학식 8에서 T1 = mT, T2 = nT, T1 + T2 = NT (m, n, N은 양의 정수)로 표시할 수 있으며, 이를 기초로 수학식 8을 정리하면 수학식 9가 도출된다.
Figure PCTKR2018007535-appb-M000009
수학식 9에서 알 수 있는 것과 같이 제1 인테그랄 제어를 수행하는 시간과 제2 인테그랄 제어를 수행하는 시간의 비율을 조절함으로써 배터리에 인가되는 전력을 조절할 수 있다.
n/N에서 N을 너무 작게 하면 제어하는 면에서 그 해상도가 나쁘게 되고 계단이 생겨 좋지 못하며 N을 크게 하면 제어하는 면에서 그 해상도가 좋아지나 동작주파수 주기와 관련하여 가청주파수 잡음을 생성할 수 있으므로, 해상도와 가청주파수 잡음을 모두 고려하여 N의 값을 설정해야 한다.
도 2(b)는 도 2(a)에서 제2 인테그랄 제어가 이루어지는 T2 구간의 상세한 전압(VAB)을 예시한 것이다.
도 2(b)에 나타난 것과 같이 제2 인테그랄 제어시에는 픽업부(110)의 전류의 극성이 플러스(+)이면 제1 스위치(121) 및 제4 스위치(124)를 턴온하여 동기 정류를 수행하고, 픽업부(110)의 전류의 극성이 플러스(+)이면 제1 스위치(121) 및 제4 스위치(124)를 턴온하여 동기 정류를 수행한다.
2-2. 인테그랄 제어 + 1 사이클 PWM 제어 (도 1 회로)
인테그랄 제어는 일반적인 PWM 제어에 비해 변환부(120)의 하드 스위칭 횟수가 현저히 적으므로 스위칭 손실을 줄이고 그에 따른 전력 효율 증대, 스위치 수명 증대 등의 효과를 얻을 수 있다. 다만 인테그랄 제어는 제어가 계단식이어서 연속적이지 못하고 가청주파수 잡음이 발생할 수 있다는 문제가 있다.
인테그랄 제어에서 제어해상도를 높이기 위해 스위칭 주기를 길게 하면 고조파 성분이 인간의 가청주파수인 20 ~ 20000 Hz 사이에 집중되어 가청주파수 잡음이 발생할 수 있다. 전기자동차는 사람이 탑승하여 운행하게 되므로 가청주파수 잡음을 해결하지 못하면 스위칭 손실 감소라는 인테그랄 제어의 장점이 퇴색될 수 있다.
가청주파수 잡음을 제거하기 위하여 제1 인테그랄 제어와 제2 인테그랄 제어를 교번하여 수행할 때 제2 인테그랄 제어의 마지막 1회 공진 주기에 PWM 제어를 수행할 수 있다. 즉 인테그랄 제어에 PWM 제어를 결합하여 스위칭 주기가 가청주파수 대역을 벗어나도록 함으로써 가청주파수 잡음을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 PWM 제어는 제한 전류값(I+lim, I-lim)을 설정한 후, 픽업부(110)의 전류(ipk)가 제한 전류값(I+ lim, I- lim) 범위 내이면 픽업부(110)를 단락하고, 제한 전류값(I+ lim, I- lim) 범위를 초과하면 배터리로 정류된 전류를 공급한다.
PWM 제어에서 픽업부(110)의 양단을 단락시키는 방법은 다음과 같다.
(1) 동기 정류를 사용하지 않을 경우: 픽업부(110)의 전류의 극성이 플러스(+)이면 제2 스위치(122) 또는 제3 스위치(123)를 턴온시킨다. 픽업부(110)의 전류의 극성이 마이너스(-)이면 제1 스위치(121) 또는 제4 스위치(124)를 턴온시킨다.
(2) 동기 정류를 사용할 경우: 픽업부(110)의 전류의 극성과 무관하게 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)를 동시에 턴온시키거나, 제3 스위치(123) 및 제4 스위치(124)를 동시에 턴온시킨다.
PWM 제어에서 배터리로 정류된 전류를 공급하는 방법은 다음과 같다.
(1) 동기 정류를 사용하지 않을 경우: 픽업부(110)의 전류의 극성과 무관하게 제1 내지 제4 스위치(121, 122, 123, 124)를 턴오프시킨다.
(2) 동기 정류를 사용할 경우: 픽업부(110)의 전류의 극성이 플러스(+)이면 제1 스위치(121) 및 제4 스위치(124)를 턴온시킨다. 픽업부(110)의 전류의 극성이 마이너스(-)이면 제2 스위치(122) 및 제3 스위치(123)를 턴온시킨다.
PWM 제어에서 제어부(미도시)는 출력을 높이고자 하면 제한 전류값(I+ lim, I-lim) 범위를 넓히고, 출력을 줄이고자 하면 제한 전류값(I+ lim, I- lim) 범위를 좁힘으로써 출력을 조절할 수 있다.
도 3(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 인테그랄 제어에 1 사이클 PWM 제어가 결합되어 수행되는 경우의 A 노드와 B 노드 사이의 전압(VAB)과 픽업부(110)의 전류(ipk)를 예시한 것이다.
제1 인테그랄 제어 수행 중에는 픽업부(110)에서 계속 무선 전력이 수신되고 있는 중에 픽업부(110)의 양단이 단락되어 배터리로 전류가 흐르지 않으므로 ipk가 지속적으로 증가한다.
제2 인테그랄 제어 수행 중에는 픽업부(110)의 전류가 정류되어 배터리로 공급되므로 ipk가 지속적으로 감소한다.
제2 인테그랄 제어 후에 1 사이클 PWM 제어를 수행하여 출력을 미세 조절하고 가청주파수 잡음을 방지할 수 있다.
도 3(b)는 도 3(a)에서 PWM 제어 부분을 확대한 것이다
제1 인테그랄 제어, 제2 인테그랄 제어 및 1 사이클 PWM 제어를 교번하여 수행할 경우 픽업부(110)의 전압(Vpk)과 배터리에 인가되는 전압(VB)의 관계는 수학식 10과 같다.
Figure PCTKR2018007535-appb-M000010
(n-1+sinα)/N에서 α는 연속적으로 변하는 양이고 sin은 0~1 사이의 값을 가지므로 N 값과 관계없이 연속적인 제어를 할 수 있으며 N을 가청주파수 잡음이 생기지 않는 값으로 설정할 수 있다.
2-3. 인테그랄 제어 + 멀티 사이클 PWM 제어 (도 1 회로 )
제어의 연속성 및 가청주파수 잡음 제거 효과를 높이기 위하여 제1 인테그랄 제어 후에 연속된 PWM 제어를 수행하는 방법을 고려할 수 있다.
도 4(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 인테그랄 제어에 멀티 사이클 PWM 제어가 결합되어 수행되는 경우의 A 노드와 B 노드 사이의 전압(VAB)과 픽업부(110)의 전류(ipk)를 예시한 것이다.
제1 인테그랄 제어 수행 중에는 픽업부(110)에서 계속 무선 전력이 수신되고 있는 상태에서 픽업부(110)의 양단이 단락되어 배터리로 전류가 흐르지 않고 있으므로 ipk가 지속적으로 증가한다.
PWM 제어 수행 중에는 픽업부(110)의 전류가 정류되어 배터리로 공급되므로 ipk가 지속적으로 감소한다.
도 4(b)는 도 4(a)에서 PWM 제어 부분을 확대한 것이다.
제1 인테그랄 제어, 멀티 사이클 PWM 제어를 교번하여 수행할 경우 픽업부(110)의 전압(Vpk)과 배터리에 인가되는 전압(VB)의 관계는 수학식 11과 같다.
Figure PCTKR2018007535-appb-M000011
3. 제어 방법 (도 5 회로 )
도 5는 도 1의 무선 충전 장치에서 일부 스위치를 제거한 무선 충전 장치를 예시한 도면이다.
도 5의 무선 충전 장치에서 변환부(520)의 구조를 살펴 보면 변환부(520)는 제1 다이오드(531), 제2 다이오드(532), 제3 다이오드(533) 및 제4 다이오드(534)를 포함하며, 제1 내지 제4 다이오드(531, 532, 533, 534)는 H 브리지 형태로 연결되어 있다. 제3 다이오드(533) 및 제4 다이오드(534)에는 각각 제1 스위치(521) 및 제2 스위치(522)가 병렬로 연결되어 있다.
이하 도 5의 회로에서 배터리로 공급되는 전류를 차단하는 과정에 대하여 설명한다.
픽업부(510)의 전류의 극성이 플러스(+)인 경우 제어부(미도시)는 제1 스위치(521)를 턴온시킨다.
픽업부(510)의 전류의 극성이 플러스(+)일 때 제1 스위치(521)가 턴온되면 픽업부(510)에서 발생하는 전류가 제1 스위치(521)와 제4 다이오드(534)를 거쳐 픽업부(510)로 돌아간다. 즉 픽업부(510)가 단락되어 배터리로 흐르는 전류가 차단된다.
픽업부(510)의 전류의 극성이 마이너스(-)인 경우 제어부(미도시)는 제2 스위치(522)를 턴온시킨다.
픽업부(510)의 전류의 극성이 마이너스(-)일 때 제2 스위치(522)가 턴온되면 픽업부(510)에서 발생하는 전류가 제2 스위치(522)와 제3 다이오드(533)를 거쳐 픽업부(510)로 돌아간다. 즉 픽업부(510)가 단락되어 배터리로 흐르는 전류가 차단된다.
다음으로 도 5의 회로에서 배터리로 정류된 전류를 공급하는 과정에 대하여 설명한다.
픽업부(510)의 전류의 극성이 플러스(+)인 경우 제어부(미도시)는 제1 스위치(521) 및 제2 스위치(522)를 턴오프시킨다.
픽업부(510)의 전류의 극성이 플러스(+)일 때 제1 스위치(521) 및 제2 스위치(522)가 턴오프되면 픽업부(510)에서 발생하는 전류가 제1 다이오드(531), 배터리 및 제4 다이오드(534)를 거쳐 흐른다.
픽업부(510)의 전류의 극성이 마이너스(-)인 경우 제어부(미도시)는 제1 스위치(521) 및 제2 스위치(522)를 턴오프시킨다.
픽업부(510)의 전류의 극성이 마이너스(-)일 때 제1 스위치(521) 및 제2 스위치(522)가 턴오프되면 픽업부(510)에서 발생하는 전류가 제2 다이오드(532), 배터리 및 제3 다이오드(533)를 거쳐 흐른다.
동기 정류를 사용한 제어 방법, 인테그랄 제어, 인테그랄 제어 + 1 사이클 PWM 제어 및 인테그랄 제어 + 멀티 사이클 PWM 제어는 도 1 회로의 경우와 대동소이하므로 자세한 설명을 생략한다.
4. 제어 과정 (순서도)
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 제어 과정을 예시한 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 제어 과정은 유도기전력 발생 과정(S610), 제1 인테그랄 제어 과정(S620), 제2 인테그랄 제어 과정(S630) 및 PWM 제어 과정(S640)을 포함한다.
무선 충전 장치는 무선 전력 전송 장치로부터 전송되는 자속에 의해 픽업부(110)에 발생하는 유도 기전력을 이용하여 교류 전류를 발생시킨다(S610).
무선 충전 장치는 m(m은 양의 정수) 공진 주기 동안 배터리로 흐르는 전류를 차단한다(S620). 전류를 차단하는 구체적인 방법에는 동기 정류를 이용하지 않는 방법과 동기 정류를 이용하는 방법이 있으며, 구체적인 내용은 상술한 것과 같으므로 자세한 설명을 생략한다.
무선 충전 장치는 n(n은 양의 정수) 공진 주기 동안 동기 정류 방식으로 배터리로 전류를 공급한다(S630). 전류를 공급하는 구체적인 방법에는 동기 정류를 이용하지 않는 방법과 동기 정류를 이용하는 방법이 있으며, 구체적인 내용은 상술한 것과 같으므로 자세한 설명을 생략한다.
무선 충전 장치는 PWM 제어 방식으로 배터리로 전류를 공급한다(S640). PWM 방식으로 전류를 제어하는 구체적인 방법은 상술한 것과 같으므로 자세한 설명을 생략한다.
PWM 제어 과정은 제1 인테그랄 제어, 제2 인테그랄 제어 다음에 1 공진 주기 동안 수행될 수 있다.
또한 PWM 제어 과정은 제2 인테그랄 제어를 대신하여 n 공진 주기 동안 수행될 수 있다.
도 6은 S610 내지 S640을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나 이는 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과할 뿐 S610 내지 S640의 실행이 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 S610 내지 S640의 순서를 변경하거나 S610 내지 S640에서 하나 이상의 과정을 생략하거나 S610 내지 S640에서 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 등 도 6의 방법을 다양하게 수정 및 변형할 수 있을 것이다.
한편 상술한 방법은 컴퓨터 또는 스마트폰으로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터 또는 스마트폰이 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터 또는 스마트폰이 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 즉 컴퓨터 또는 스마트폰이 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면 ROM, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면 CD-ROM, DVD 등), 플래시 메모리(예를 들면 USB, SSD) 및 캐리어 웨이브(예를 들면 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다. 또한 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터 또는 스마트폰이 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
본 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 본 실시예의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
본 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고 따라서 본 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며 그와 동등하거나 균등하다고 인정되는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATION
본 특허출원은, 본 명세서에 그 전체가 참고로서 포함되는, 2017년 7월 25일자로 한국에 출원한 특허출원번호 제10-2017-0094123호에 대해 우선권을 주장한다.

Claims (26)

  1. 무선 충전 장치에 있어서,
    고주파 자속을 수신하는 집전 코일 및 상기 집전 코일과 공진하는 공진 커패시터를 포함하고, 상기 집전 코일에 발생하는 유도 기전력에 의하여 교류를 생성하는 픽업부(110);
    H 브리지 형태로 연결된 제1 다이오드(131), 제2 다이오드(132), 제3 다이오드(133) 및 제4 다이오드(134)와, 상기 제1 다이오드(131)와 병렬로 연결된 제1 스위치(121), 상기 제2 다이오드(132)와 병렬로 연결된 제2 스위치(122), 상기 제3 다이오드(133)와 병렬로 연결된 제3 스위치(123) 및 상기 제4 다이오드(134)와 병렬로 연결된 제4 스위치(124)를 포함하고, 상기 교류를 직류로 정류하고 출력을 조절하여 배터리에 공급하는 변환부(120), 상기 변환부(120)는 상기 픽업부(110)의 양단과 연결되어 있음; 및
    상기 변환부(120)를 제어하는 제어부(미도시)를 포함하되,
    상기 제어부(미도시)는,
    상기 교류의 m(m은 양의 정수) 공진 주기 동안 상기 픽업부(110)의 양단이 단락되도록 상기 변환부(120)를 제어(이하, '제1 인테그랄 제어')하고,
    상기 교류의 n(n은 양의 정수) 공진 주기 동안 상기 변환부(120)에서 정류된 전류가 상기 배터리로 흐르도록 상기 변환부(120)를 제어(이하, '제2 인테그랄 제어')하되,
    상기 제1 인테그랄 제어와 상기 제2 인테그랄 제어를 교번하여 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 인테그랄 제어는, 상기 교류가 (+)인 시간 동안 상기 제2 스위치(122) 또는 상기 제3 스위치(123)를 턴온하고 상기 교류가 (-)인 시간 동안 상기 제1 스위치(121) 또는 상기 제4 스위치(124)를 턴온하는 것임을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 인테그랄 제어는, 상기 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)를 동시에 턴온하거나 제3 스위치(123) 및 제4 스위치(124)를 동시에 턴온하여 동기 정류를 수행하는 것임을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 인테그랄 제어는, 상기 제1 스위치(121), 상기 제2 스위치(122), 상기 제3 스위치(123) 및 상기 제4 스위치(124)를 모두 턴오프하는 것임을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 인테그랄 제어는, 상기 교류가 (+)인 시간 동안 제1 스위치(121) 및 제4 스위치(124)를 턴온하고 상기 교류가 (-)인 시간 동안 제2 스위치(122) 및 제3 스위치(123)를 턴온하여 동기 정류를 수행하는 것임을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부(미도시)는,
    상기 제2 인테그랄 제어 다음에 상기 교류의 1 공진 주기 동안 PWM 제어를 수행하되,
    상기 PWM 제어는, 상기 교류의 절대값이 기 설정된 값 이하인 시간 동안 픽업부(110)를 단락하고, 상기 교류의 절대값이 기 설정된 값을 초과하는 시간 동안 배터리로 정류된 전류를 공급하는 것이며,
    상기 제1 인테그랄 제어, 상기 제2 인테그랄 제어 및 상기 PWM 제어를 순서대로 반복 수행하는 것임을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 PWM 제어는, 상기 교류의 절대값이 기 설정된 값 이하이고 상기 교류가 (+)인 시간 동안 상기 제2 스위치(122) 또는 상기 제3 스위치(123)를 턴온하고, 상기 교류의 절대값이 기 설정된 값 이하이고 상기 교류가 (-)인 시간 동안 상기 제1 스위치(121) 또는 상기 제4 스위치(124)를 턴온하는 것임을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 PWM 제어는, 상기 교류의 절대값이 기 설정된 값 이하인 시간 동안 상기 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)를 동시에 턴온하거나 제3 스위치(123) 및 제4 스위치(124)를 동시에 턴온하여 동기 정류를 수행하는 것임을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 PWM 제어는, 상기 교류의 절대값이 기 설정된 값을 초과하는 시간 동안 상기 제1 스위치(121), 상기 제2 스위치(122), 상기 제3 스위치(123) 및 상기 제4 스위치(124)를 모두 턴오프하는 것임을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 PWM 제어는, 상기 교류의 절대값이 기 설정된 값을 초과하고 상기 교류가 (+)인 시간 동안 제1 스위치(121) 및 제4 스위치(124)를 턴온하고, 상기 교류의 절대값이 기 설정된 값을 초과하고 상기 교류가 (-)인 시간 동안 제2 스위치(122) 및 제3 스위치(123)를 턴온하여 동기 정류를 수행하는 것임을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  11. 무선 충전 장치에 있어서,
    고주파 자속을 수신하는 집전 코일 및 상기 집전 코일과 공진하는 공진 커패시터를 포함하고, 상기 집전 코일에 발생하는 유도 기전력에 의하여 교류를 생성하는 픽업부(110);
    H 브리지 형태로 연결된 제1 다이오드(131), 제2 다이오드(132), 제3 다이오드(133) 및 제4 다이오드(134)와, 상기 제1 다이오드(131)와 병렬로 연결된 제1 스위치(121), 상기 제2 다이오드(132)와 병렬로 연결된 제2 스위치(122), 상기 제3 다이오드(133)와 병렬로 연결된 제3 스위치(123) 및 상기 제4 다이오드(134)와 병렬로 연결된 제4 스위치(124)를 포함하고, 상기 교류를 직류로 정류하고 출력을 조절하여 배터리에 공급하는 변환부(120), 상기 변환부(120)는 상기 픽업부(110)의 양단과 연결되어 있음; 및
    상기 변환부(120)를 제어하는 제어부(미도시)를 포함하되,
    상기 제어부(미도시)는,
    상기 교류의 m(m은 양의 정수) 공진 주기 동안 상기 픽업부(110)의 양단이 단락되도록 상기 변환부(120)를 제어(이하, '제1 인테그랄 제어')하고,
    상기 교류의 n(n은 양의 정수) 공진 주기 동안 PWM 제어를 수행하되,
    상기 PWM 제어는, 상기 교류의 절대값이 기 설정된 값 이하인 시간 동안 픽업부(110)를 단락하고, 상기 교류의 절대값이 기 설정된 값을 초과하는 시간 동안 배터리로 정류된 전류를 공급하는 것이며,
    상기 제1 인테그랄 제어와 상기 PWM 제어를 교번하여 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 PWM 제어는, 상기 교류의 절대값이 기 설정된 값 이하이고 상기 교류가 (+)인 시간 동안 상기 제2 스위치(122) 또는 상기 제3 스위치(123)를 턴온하고, 상기 교류의 절대값이 기 설정된 값 이하이고 상기 교류가 (-)인 시간 동안 상기 제1 스위치(121) 또는 상기 제4 스위치(124)를 턴온하는 것임을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 PWM 제어는, 상기 교류의 절대값이 기 설정된 값 이하인 시간 동안 상기 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)를 동시에 턴온하거나 제3 스위치(123) 및 제4 스위치(124)를 동시에 턴온하여 동기 정류를 수행하는 것임을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 PWM 제어는, 상기 교류의 절대값이 기 설정된 값을 초과하는 시간 동안 상기 제1 스위치(121), 상기 제2 스위치(122), 상기 제3 스위치(123) 및 상기 제4 스위치(124)를 모두 턴오프하는 것임을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 PWM 제어는, 상기 교류의 절대값이 기 설정된 값을 초과하고 상기 교류가 (+)인 시간 동안 제1 스위치(121) 및 제4 스위치(124)를 턴온하고, 상기 교류의 절대값이 기 설정된 값을 초과하고 상기 교류가 (-)인 시간 동안 제2 스위치(122) 및 제3 스위치(123)를 턴온하여 동기 정류를 수행하는 것임을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  16. 고주파 자속을 수신하는 집전 코일에 발생하는 유도 기전력에 의하여 교류를 생성하는 픽업부(110), 상기 교류를 직류로 정류하고 출력을 조절하여 배터리에 공급하는 변환부(120)를 포함하되, 상기 변환부(120)는 H 브리지 형태로 연결된 제1 스위치(121), 제2 스위치(122), 제3 스위치(123) 및 제4 스위치(124)와, 상기 제1 스위치(121)와 병렬로 연결된 제1 다이오드(131), 상기 제2 스위치(122)와 병렬로 연결된 제2 다이오드(132), 상기 제3 스위치(123)와 병렬로 연결된 제3 다이오드(133) 및 상기 제4 스위치(124)와 병렬로 연결된 제4 다이오드(134)를 포함하는 무선 충전 장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 교류의 m(m은 양의 정수) 공진 주기 동안 상기 픽업부(110)의 양단이 단락되도록 상기 제1 내지 제4 스위치(121, 122, 123, 124)를 제어하는 과정(이하, '제1 인테그랄 제어 과정');
    상기 교류의 n(n은 양의 정수) 공진 주기 동안 상기 변환부(120)에서 정류된 전류가 상기 배터리로 흐르도록 상기 제1 내지 제4 스위치(121, 122, 123, 124)를 제어하는 과정(이하, '제2 인테그랄 제어 과정'); 및
    상기 교류의 1 공진 주기 동안 상기 교류의 절대값이 기 설정된 값 이하인 시간 동안 픽업부(110)를 단락하고, 상기 교류의 절대값이 기 설정된 값을 초과하는 시간 동안 정류된 전류가 배터리로 흐르도록 상기 제1 내지 제4 스위치(121, 122, 123, 124)를 제어하는 과정(이하, 'PWM 제어 과정')를 포함하되,
    상기 제1 인테그랄 제어 과정, 상기 제2 인테그랄 제어 과정 및 상기 PWM 제어 과정을 순서대로 반복하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치의 제어 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 인테그랄 제어 과정은, 상기 교류가 (+)인 시간 동안 상기 제2 스위치(122) 또는 상기 제3 스위치(123)를 턴온하고 상기 교류가 (-)인 시간 동안 상기 제1 스위치(121) 또는 상기 제4 스위치(124)를 턴온하는 것임을 특징으로 하는 무선 충전 장치의 제어 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제1 인테그랄 제어 과정은, 상기 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)를 동시에 턴온하거나 제3 스위치(123) 및 제4 스위치(124)를 동시에 턴온하여 동기 정류를 수행하는 것임을 특징으로 하는 무선 충전 장치의 제어 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 제2 인테그랄 제어 과정은, 상기 제1 스위치(121), 상기 제2 스위치(122), 상기 제3 스위치(123) 및 상기 제4 스위치(124)를 모두 턴오프하는 것임을 특징으로 하는 무선 충전 장치의 제어 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 제2 인테그랄 제어 과정은, 상기 교류가 (+)인 시간 동안 제1 스위치(121) 및 제4 스위치(124)를 턴온하고 상기 교류가 (-)인 시간 동안 제2 스위치(122) 및 제3 스위치(123)를 턴온하여 동기 정류를 수행하는 것임을 특징으로 하는 무선 충전 장치의 제어 방법.
  21. 고주파 자속을 수신하는 집전 코일에 발생하는 유도 기전력에 의하여 교류를 생성하는 픽업부(110), 상기 교류를 직류로 정류하고 출력을 조절하여 배터리에 공급하는 변환부(120)를 포함하되, 상기 변환부(120)는 H 브리지 형태로 연결된 제1 스위치(121), 제2 스위치(122), 제3 스위치(123) 및 제4 스위치(124)와, 상기 제1 스위치(121)와 병렬로 연결된 제1 다이오드(131), 상기 제2 스위치(122)와 병렬로 연결된 제2 다이오드(132), 상기 제3 스위치(123)와 병렬로 연결된 제3 다이오드(133) 및 상기 제4 스위치(124)와 병렬로 연결된 제4 다이오드(134)를 포함하는 무선 충전 장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 교류의 m(m은 양의 정수) 공진 주기 동안 상기 픽업부(110)의 양단이 단락되도록 상기 제1 내지 제4 스위치(121, 122, 123, 124)를 제어하는 과정(이하, '제1 인테그랄 제어 과정');
    상기 교류의 n(n은 양의 정수) 공진 주기 동안 상기 교류의 절대값이 기 설정된 값 이하인 시간 동안 픽업부(110)를 단락하고, 상기 교류의 절대값이 기 설정된 값을 초과하는 시간 동안 정류된 전류가 배터리로 흐르도록 상기 제1 내지 제4 스위치(121, 122, 123, 124)를 제어하는 과정(이하, 'PWM 제어 과정')를 포함하되,
    상기 제1 인테그랄 제어 과정 및 상기 PWM 제어 과정을 교번하여 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치의 제어 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 PWM 제어 과정은, 상기 교류의 절대값이 기 설정된 값 이하이고 상기 교류가 (+)인 시간 동안 상기 제2 스위치(122) 또는 상기 제3 스위치(123)를 턴온하고, 상기 교류의 절대값이 기 설정된 값 이하이고 상기 교류가 (-)인 시간 동안 상기 제1 스위치(121) 또는 상기 제4 스위치(124)를 턴온하는 것임을 특징으로 하는 무선 충전 장치의 제어 방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 PWM 제어 과정은, 상기 교류의 절대값이 기 설정된 값 이하인 시간 동안 상기 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)를 동시에 턴온하거나 제3 스위치(123) 및 제4 스위치(124)를 동시에 턴온하여 동기 정류를 수행하는 것임을 특징으로 하는 무선 충전 장치의 제어 방법.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 PWM 제어 과정은, 상기 교류의 절대값이 기 설정된 값을 초과하는 시간 동안 상기 제1 스위치(121), 상기 제2 스위치(122), 상기 제3 스위치(123) 및 상기 제4 스위치(124)를 모두 턴오프하는 것임을 특징으로 하는 무선 충전 장치의 제어 방법.
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    상기 PWM 제어 과정은, 상기 교류의 절대값이 기 설정된 값을 초과하고 상기 교류가 (+)인 시간 동안 제1 스위치(121) 및 제4 스위치(124)를 턴온하고, 상기 교류의 절대값이 기 설정된 값을 초과하고 상기 교류가 (-)인 시간 동안 제2 스위치(122) 및 제3 스위치(123)를 턴온하여 동기 정류를 수행하는 것임을 특징으로 하는 무선 충전 장치의 제어 방법.
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