WO2019160351A1 - 무선전력 전송 시스템에서 이종 통신을 지원하는 장치 및 방법 - Google Patents

무선전력 전송 시스템에서 이종 통신을 지원하는 장치 및 방법 Download PDF

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WO2019160351A1
WO2019160351A1 PCT/KR2019/001819 KR2019001819W WO2019160351A1 WO 2019160351 A1 WO2019160351 A1 WO 2019160351A1 KR 2019001819 W KR2019001819 W KR 2019001819W WO 2019160351 A1 WO2019160351 A1 WO 2019160351A1
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WO
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wireless power
communication
outband
power transmitter
receiver
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PCT/KR2019/001819
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박용철
육경환
이성훈
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엘지전자 주식회사
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Publication date
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    • Y02T90/167—Systems integrating technologies related to power network operation and communication or information technologies for supporting the interoperability of electric or hybrid vehicles, i.e. smartgrids as interface for battery charging of electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV]

Definitions

  • the present invention relates to wireless charging, and more particularly, to an apparatus and method for supporting heterogeneous communication in a wireless power transmission system.
  • Wireless power transfer technology is a technology for wirelessly transferring power between a power source and an electronic device.
  • wireless power transfer technology allows a wireless terminal such as a smartphone or a tablet to be charged on a wireless charging pad by simply placing it on a wireless charging pad, and thus compared to a wired charging environment using a conventional wired charging connector. It can provide excellent mobility, convenience and safety.
  • wireless power transfer technology can be applied to various wearable devices such as electric vehicles, Bluetooth earphones, 3D glasses, home appliances, furniture, underground facilities, buildings, medical devices, robots, and leisure. It is drawing attention to replace the existing wired power transmission environment.
  • the wireless power transmission method is also referred to as a contactless power transmission method, a no point of contact power transmission method, or a wireless charging method.
  • the wireless power transmission system includes a wireless power transmission device for supplying electrical energy through a wireless power transmission method, and a wireless power reception device for receiving electric energy supplied wirelessly from the wireless power transmission device and supplying power to a power receiving device such as a battery cell. It can be configured as a device.
  • the wireless power transmission technology transmits power through magnetic coupling, transmits power through radio frequency (RF), transmits power through microwaves, and ultrasonic waves.
  • RF radio frequency
  • Magnetic coupling based methods are further classified into magnetic induction and magnetic resonance.
  • the magnetic induction method is a method of transmitting energy by using a current induced in a receiving coil due to a magnetic field generated by the transmitting coil battery cell according to the electromagnetic coupling between the transmitting coil and the receiving coil.
  • the magnetic resonance method is similar to the magnetic induction method in that it uses a magnetic field.
  • communication between a wireless power transmitter and a receiver generally uses an amplitude shift keying (ASK) using a magnetic field change or a frequency shift keying (FSK) using a frequency change.
  • ASK amplitude shift keying
  • FSK frequency shift keying
  • the transmission rate of ASK and FSK is only a few kHz and is vulnerable to electrical and magnetic disturbances. Therefore, the conventional communication method is a medium power class transmission or authentication required in an advanced wireless power transmission system. Not suitable for large data transfers. Accordingly, in order to support various applications of wireless power transmission, a method for selecting various communication protocols between a wireless power transmitter and a receiver is required.
  • An object of the present invention is to provide an apparatus and method for supporting heterogeneous communication in a wireless power transmission system.
  • Another object of the present invention is to provide an apparatus and method for supporting heterogeneous communication channels for WPC PC0 and PC1.
  • Another technical problem of the present invention is to provide an apparatus and method for performing a handover between heterogeneous communication methods in a wireless power transmission system.
  • Another technical problem of the present invention is to provide a packet structure and procedure for supporting heterogeneous communication methods in a wireless power transmission system.
  • a wireless power receiver supporting heterogeneous communication.
  • the apparatus receives wireless power from the wireless power transmitter by magnetic coupling with the wireless power transmitter at an operating frequency, and converts an AC signal generated by the wireless power into a direct current signal.
  • a power pick-up unit configured to convert, a communication / control unit configured to receive the direct current signal from the power pick-up unit and to communicate with the wireless power transmitter, and the direct current from the power pick-up unit It includes a load configured to receive a signal.
  • the communication / control unit performs at least one of an in-band communication using the operating frequency and an out-band communication using a frequency other than the operating frequency, wherein the identification / setting phase
  • the communication / control unit receives a capability packet from the wireless power transmitter including an outband flag indicating whether the wireless power transmitter supports outband communication through the in-band communication
  • the control unit may be configured to perform a handover procedure to the outband before the power pickup unit enters a power transfer phase to receive the wireless power.
  • the handover procedure to the outband the communication / control unit in the negotiation phase transmits the information about the handover to the outband to the wireless power transmitter based on the in-band communication It may include.
  • the handover procedure to the outband, the communication / control unit in the handover phase to transmit information about the handover to the outband to the wireless power transmitter based on the in-band communication May include an action.
  • the information about the handover to the outband may include an outband medium access control (MAC) address packet of the wireless power receiver.
  • MAC medium access control
  • the handover procedure to the outband may be initiated by the communication / control unit receiving a request signal from the wireless power transmitter requesting the initiation of a handover to the outband.
  • the request signal may be an 8-bit bit pattern indicating handover to the outband.
  • the communication / control unit performs the outband communication with the wireless power transmitter in the power transmission phase when the handover procedure is completed, and swaps the wireless power receiver in the power transmission phase.
  • Unique information or bit pattern information for sensing may be transmitted to the wireless power transmitter using the in-band communication.
  • a wireless power transmitter supporting heterogeneous communication includes a power conversion unit for transmitting wireless power to the wireless power receiver by magnetic coupling with the wireless power receiver at an operating frequency, and the operating frequency.
  • a communication / control unit for performing at least one of an in-band communication to use and an out-band communication to use a frequency other than the operating frequency, wherein the communication / control unit is configured to identify and set up.
  • the communication / control unit In the phase through the in-band communication transmits a capability packet including an out-band flag indicating whether the wireless power transmitter supports out-band communication to the wireless power receiver, the communication / control unit The outband before the power conversion unit enters a power transfer phase that transmits the wireless power. It may be configured to perform a handover procedure to the.
  • the handover procedure to the outband, the communication / control unit in the negotiation phase to receive information about the handover to the outband from the wireless power receiver based on the in-band communication May include an action.
  • the handover procedure to the outband, the communication / control unit in the handover phase to receive information about the handover to the outband from the wireless power receiver based on the in-band communication May include an action.
  • the information about the handover to the outband may include an outband MAC address packet of the wireless power receiver.
  • the handover procedure to the outband may be initiated by the communication / control unit sending a request signal to the wireless power receiver requesting the initiation of a handover to the outband.
  • the request signal may be an 8-bit bit pattern indicating handover to the outband.
  • the communication / control unit performs the outband communication with the wireless power receiver in the power transmission phase when the handover procedure is completed, but swaps the wireless power receiver in the power transmission phase.
  • the unique information or bit pattern information for sensing may be received from the wireless power receiver using the in-band communication.
  • a heterogeneous communication is achieved by a wireless power receiver configured to receive wireless power from the wireless power transmitter by magnetic coupling with the wireless power transmitter at an operating frequency.
  • the method includes an outband flag indicating whether the wireless power transmitter supports outband communication using a frequency other than the operating frequency through inband communication using the operating frequency in an identification and setting phase. (capability) receiving a packet from a wireless power transmitter, receiving a request signal for requesting a handover from the wireless power transmitter to an outband, and performing a handover to the outband Receiving the wireless power in a power transmission phase, and transmitting identification information for swap detection of the wireless power receiver in the power transmission phase to the wireless power transmitter using the in-band communication. Steps.
  • various communication protocols can be selected according to the phase, thereby supporting various applications of wireless power transmission.
  • FIG. 1 is a block diagram of a wireless power system 10 according to one embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram of a wireless power system 10 according to another embodiment.
  • FIG. 3 illustrates an embodiment of various electronic devices into which a wireless power transmission system is introduced.
  • FIG. 4 is a block diagram of a wireless power transfer system according to another embodiment.
  • 5 is a state transition diagram for explaining a wireless power transmission procedure.
  • FIG. 6 illustrates a power control control method according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a block diagram of a wireless power transmission apparatus according to another embodiment.
  • FIG 8 illustrates a wireless power receiver according to another embodiment.
  • FIG 9 illustrates a communication frame structure according to an embodiment.
  • FIG. 10 is a structure of a sync pattern according to an embodiment.
  • 11 is a diagram illustrating an operating state of a wireless power transmitter and a wireless power receiver in a shared mode according to an embodiment.
  • FIG. 12 illustrates a structure of a capability packet of a wireless power transmitter according to an embodiment.
  • FIG. 13 is a structure of a configuration packet of a wireless power receiver according to an embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram for describing a bit pattern used for a handover request to an outband according to an embodiment.
  • 15 is a state diagram illustrating a procedure of performing handover to an outband according to an embodiment.
  • 16 is a state diagram illustrating a procedure in which handover to an outband is performed according to another embodiment.
  • 17 is a flowchart illustrating a procedure of performing handover to an outband in a negotiation phase according to an embodiment.
  • 19 is a state diagram illustrating a procedure of performing handover to an outband according to another embodiment.
  • FIG. 20 is a flowchart illustrating an operation of a wireless power receiver for supporting outband communication in the identification and configuration phase of FIG. 19.
  • FIG. 21 is a flowchart illustrating an operation of a wireless power transmitter supporting outband communication in the identification and configuration phase of FIG. 19.
  • FIG. 22 is a diagram illustrating subsequent phases according to response signals of the wireless power transmitter in the identification and configuration phases according to FIG. 19 in terms of power class.
  • FIG. 23 is a flowchart illustrating a procedure of performing handover to an outband in a handover phase according to an embodiment.
  • 24 is a flowchart illustrating a procedure of performing handover to an outband in a negotiation phase according to another embodiment.
  • 25 is a flowchart illustrating operations of a wireless power transmitter and a receiver in a calibration phase according to an embodiment.
  • FIG. 26 is a flowchart illustrating operations of a wireless power transmitter and a receiver in a power transfer phase according to an embodiment.
  • 27 is a flowchart illustrating a handover procedure flow and time required for Bluetooth according to an embodiment.
  • 28 is a flowchart illustrating the timing of advertising operation in Bluetooth communication.
  • 30 is a flowchart illustrating transmission timing of a CONNECTION_IND message in Bluetooth communication.
  • 32 is a flowchart illustrating timing of a link connection setup in Bluetooth communication.
  • wireless power refers to any form associated with an electric field, magnetic field, electromagnetic field, etc., transferred from a wireless power transmitter to a wireless power receiver without the use of physical electromagnetic conductors. It is used to mean the energy of.
  • Wireless power may be referred to as a wireless power signal, and may mean an oscillating magnetic flux enclosed by the primary coil and the secondary coil.
  • power conversion in a system is described herein to wirelessly charge devices including mobile phones, cordless phones, iPods, MP3 players, headsets, and the like.
  • the basic principles of wireless power transfer include, for example, a method of delivering power through magnetic coupling, a method of delivering power via radio frequency (RF), and a microwave. It includes both the method of delivering power through) and the method of delivering power via ultrasound.
  • RF radio frequency
  • FIG. 1 is a block diagram of a wireless power system 10 according to one embodiment.
  • the wireless power system 10 includes a wireless power transmitter 100 and a wireless power receiver 200.
  • the wireless power transmitter 100 generates a magnetic field by receiving power from an external power source S.
  • the wireless power receiver 200 generates a current by using the generated magnetic field to receive power wirelessly.
  • the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 may transmit and receive various information required for wireless power transmission.
  • the communication between the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 may be performed in-band communication using a magnetic field used for wireless power transmission or out-band communication using a separate communication carrier. may be performed according to any one of out-band communication.
  • the wireless power transmission apparatus 100 may be provided in a fixed or mobile type.
  • the fixed type are embedded in furniture such as ceilings, walls, or tables in the interior, implants in outdoor parking lots, bus stops, subway stations, or in vehicles or trains. There is this.
  • the mobile wireless power transfer device 100 may be implemented as part of another device such as a mobile device of a movable weight or size or a cover of a notebook computer.
  • the wireless power receiver 200 should be interpreted as a comprehensive concept including various electronic devices including batteries and various home appliances which are driven and driven by wireless power instead of a power cable.
  • Representative examples of the wireless power receiver 200 include a mobile terminal, a cellular phone, a smart phone, a personal digital assistant (PDA), and a portable media player (PMP).
  • Portable Media Players Wibro terminals, tablets, tablets, notebooks, digital cameras, navigation terminals, televisions, and electric vehicles (EVs).
  • the wireless power receiver 200 may be one or plural.
  • the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 are represented as one-to-one power, but as shown in FIG. 2, one wireless power transmitter 100 is a plurality of wireless power receivers. It is also possible to deliver power to (200-1, 200-2, ..., 200-M).
  • one wireless power transmitter 100 may simultaneously or simultaneously transmit multiple wireless power receivers 200-1, 200-2, by applying a time division transmission scheme. ... 200-M) can deliver power.
  • FIG. 1 illustrates a state in which the wireless power transmitter 100 directly transfers power to the wireless power receiver 200
  • the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 are wirelessly connected.
  • a separate wireless power transceiver may be provided, such as a relay or repeater, to increase the power transmission distance. In this case, power is transferred from the wireless power transmitter 100 to the wireless power transceiver, and the wireless power transceiver may transmit power to the wireless power receiver 200 again.
  • the wireless power receiver, the power receiver, and the receiver referred to herein refer to the wireless power receiver 200.
  • the wireless power transmitter, power transmitter, and transmitter referred to in the present specification refer to the wireless power reception transmitter 100.
  • FIG. 3 illustrates an embodiment of various electronic devices into which a wireless power transmission system is introduced.
  • FIG. 3 illustrates electronic devices classified according to the amount of power transmitted and received in the wireless power transmission system.
  • wearable devices such as a smart watch, smart glass, head mounted display (HMD), and a smart ring, and earphones, a remote controller, a smartphone, a PDA, and a tablet
  • a small power (about 5W or less or about 20W or less) wireless charging method may be applied to mobile electronic devices (or portable electronic devices) such as a PC.
  • Medium and small household appliances such as laptops, robot cleaners, TVs, acoustic devices, cleaners, and monitors may be applied with a medium power (less than about 50W or less than about 200W) wireless charging scheme.
  • Personal mobile devices or electronic devices / moving means
  • blenders such as blenders, microwave ovens, kitchen appliances such as electric cookers, wheelchairs, electric kickboards, electric bicycles, and electric vehicles, have high power (about 2 kW or less or 22 kW or less).
  • Wireless charging may be applied.
  • the electronic devices / moving means described above may each include a wireless power receiver described below. Therefore, the above-described electronic devices / moving means can be charged by receiving power wirelessly from the wireless power transmitter.
  • Wireless power transmitters and receivers can provide a very convenient user experience and interface (UX / UI). That is, the smart wireless charging service may be provided.
  • the smart wireless charging service may be implemented based on the UX / UI of the smart phone including the wireless power transmitter.
  • the interface between the smartphone's processor and the wireless charging receiver allows for "drop and play" bidirectional communication between the wireless power transmitter and the receiver.
  • a user may experience a smart wireless charging service at a hotel.
  • the wireless charger transmits the wireless power to the smartphone, and the smartphone receives the wireless power.
  • the wireless charger transmits information about the smart wireless charging service to the smartphone.
  • the smartphone detects that the smartphone is located on the wireless charger, detects the reception of wireless power, or when the smartphone receives information about the smart wireless charging service from the wireless charger, the smartphone receives an agreement as an additional feature to the user. opt-in) is entered.
  • the smartphone may display a message on the screen in a manner with or without an alarm sound.
  • An example of the message may include phrases such as "Welcome to ### hotel.
  • the smartphone receives the user's input of selecting Yes or No Thanks and performs the following procedure selected by the user. If Yes is selected, the smartphone sends the information to the wireless charger. And smartphones and wireless chargers perform a smart charging function.
  • the smart wireless charging service may also include receiving WiFi credentials auto-filled.
  • the wireless charger transmits WiFi credentials to the smartphone, and the smartphone automatically enters the WiFi credentials received from the wireless charger by running the appropriate app.
  • the smart wireless charging service may also include running a hotel application that provides hotel promotions, or obtaining remote check in / check out and contact information.
  • a user may experience a smart wireless charging service in a vehicle.
  • the wireless charger transmits wireless power to the smartphone, and the smartphone receives the wireless power.
  • the wireless charger transmits information about the smart wireless charging service to the smartphone.
  • the smartphone detects that it is located on the wireless charger, detects the reception of wireless power, or when the smartphone receives information about the smart wireless charging service from the wireless charger, the smartphone confirms the identity to the user. Enter the inquiry state.
  • the smartphone is automatically connected to the car via WiFi and / or Bluetooth.
  • the smartphone may display the message on the screen in a manner with or without an alarm sound.
  • An example of the message may include phrases such as "Welcome to your car. Select" Yes "to synch device with in-car controls: Yes
  • the smartphone receives the user's input of selecting Yes or No Thanks and performs the following procedure selected by the user. If Yes is selected, the smartphone sends the information to the wireless charger.
  • the smart phone and the wireless charger can perform in-vehicle smart control functions by driving in-vehicle application / display software. The user can enjoy the desired music and can check the regular map position.
  • In-vehicle application / display software may include the capability to provide a synchronized access for passers-by.
  • a user may experience smart wireless charging at home.
  • the wireless charger transmits the wireless power to the smartphone, and the smartphone receives the wireless power.
  • the wireless charger transmits information about the smart wireless charging service to the smartphone.
  • the smartphone detects that the smartphone is located on the wireless charger, detects the reception of wireless power, or when the smartphone receives information about the smart wireless charging service from the wireless charger, the smartphone receives an agreement as an additional feature to the user. opt-in) is entered.
  • the smartphone may display a message on the screen in a manner with or without an alarm sound.
  • An example of the message may include phrases such as "Hi xxx, Would you like to activate night mode and secure the building ?: Yes
  • the smartphone receives the user's input of selecting Yes or No Thanks and performs the following procedure selected by the user. If Yes is selected, the smartphone sends the information to the wireless charger. Smartphones and wireless chargers can at least recognize the user's pattern and invite the user to lock the doors and windows, turn off the lights, or set an alarm.
  • WPC wireless power consortium
  • AFA air fuel alliance
  • PMA power matters alliance
  • the WPC standard defines a baseline power profile (BPP) and an extended power profile (EPP).
  • BPP relates to a wireless power transmitter and receiver supporting 5W power transmission
  • EPP relates to a wireless power transmitter and receiver supporting power transmission in a range larger than 5W and smaller than 30W.
  • the WPC classifies wireless power transmitters and receivers into power class (PC) -1, PC0, PC1, and PC2, and provides standard documents for each PC.
  • PC power class
  • the PC-1 standard relates to wireless power transmitters and receivers that provide less than 5W of guaranteed power.
  • Applications of the PC-1 include wearable devices such as smart watches.
  • the PC0 standard relates to wireless power transmitters and receivers that provide 5W guaranteed power.
  • the PC0 standard includes EPP with guaranteed power up to 30W.
  • In-band (IB) communication is the mandatory communication protocol of PC0, but out-of-band (OBB) communication may also be used, which is used as an optional backup channel.
  • the wireless power receiver can identify whether or not the OOB is supported by setting the OOB flag in a configuration pack.
  • the wireless power transmitter supporting the OOB may enter the OOB handover phase by transmitting a bit pattern for OOB handover as a response to the configuration packet.
  • the response to the configuration packet may be a NAK, ND or newly defined 8 bit pattern.
  • Applications of PC0 include smartphones.
  • the PC1 standard relates to wireless power transmitters and receivers that provide 30W to 150W of guaranteed power.
  • OOB is an essential communication channel for PC1
  • IB is used as initialization and link establishment to OOB.
  • the wireless power transmitter may enter a bit pattern for OOB handover into the OOB handover phase.
  • Applications in PC1 include laptops and power tools.
  • the PC2 standard relates to wireless power transmitters and receivers that provide guaranteed power from 200W to 2kW. Applications include kitchen appliances.
  • PCs may be distinguished according to power levels, and whether to support compatibility between the same PCs may be optional or required.
  • compatibility between the same PCs means power transmission and reception between the same PCs.
  • the wireless power transmitter that is PC x is capable of charging the wireless power receiver having the same PC x
  • the compatibility between the same PCs may be maintained.
  • compatibility between different PCs may also be supported.
  • compatibility between different PCs means power transmission and reception between different PCs.
  • compatibility between different PCs may be maintained.
  • a lap-top charging wireless power receiver that can be reliably charged only when power is continuously transmitted is a wireless power transmitter of the same PC. Even so, there may be a problem in receiving power stably from a wireless power transmitter of an electric tool type that transmits power discontinuously.
  • a wireless power transmitter having a minimum guaranteed power of 200 W may transmit power to a wireless power receiver having a maximum guaranteed power of 5 W. There is a risk of breakage. As a result, PCs are unlikely to be indicators / criteria that represent / indicate compatibility.
  • a 'profile' will be newly defined as an index / standard representing / compatibility.
  • compatibility between wireless power transmitters and receivers having the same 'profile' is maintained to enable stable power transmission and reception, and power transmission and reception between wireless power transceivers having different 'profiles' may be interpreted as impossible.
  • Profiles may be defined depending on the application and / or compatibility, regardless of power class (or independently).
  • Profiles can be broadly divided into three categories: i) mobile and computing, ii) power tools, and iii) kitchens.
  • the profile can be divided into four categories: i) mobile, ii) power tools, iii) kitchen, and iv) wearable.
  • the PC may be defined as PC0 and / or PC1, the communication protocol / method as IB and OOB, and the operating frequency as 87 to 205 kHz.
  • Examples of applications include smartphones, laptop-tops Can be.
  • the PC may be defined as PC1
  • the communication protocol / method as IB the operating frequency is 87 to 145 kHz.
  • Examples of the application may include a power tool.
  • the PC may be defined as PC2, the communication protocol / method is NFC-based, and the operating frequency is less than 100 kHz. Examples of the application may include a kitchen / home appliance.
  • NFC communication may be used between the wireless power transmitter and the receiver.
  • the wireless power transmitter and the receiver can confirm that they are NFC devices by exchanging WPC NDEF (NFC Data Exchange Profile Format).
  • WPC NDEF NFC Data Exchange Profile Format
  • the WPC NDEF may include an application profile field (eg 1B), a version field (eg 1B), and profile specific data (eg 1B).
  • the application profile field indicates whether the device is i) mobile and computing, ii) power tools, and iii) kitchen, the upper nibble of the version field indicates the major version and the lower nibble. (lower nibble) indicates a minor version.
  • Profile-specific data also defines the content for the kitchen.
  • the PC may be defined as PC-1, the communication protocol / method as an IB, and an operating frequency of 87 to 205 kHz, and an example of an application may include a wearable device worn on the user's body.
  • Maintaining compatibility between the same profiles may be mandatory, and maintaining compatibility between different profiles may be optional.
  • the above-described profiles may be generalized and expressed as the first to nth profiles, and new profiles may be added / replaced according to the WPC standard and the embodiment.
  • the wireless power transmitter selectively transmits power only to the wireless power receiver having the same profile as that of the wireless power transmitter, thereby enabling more stable power transmission.
  • the burden on the wireless power transmitter is reduced, and the power transmission to the incompatible wireless power receiver is not attempted, thereby reducing the risk of damage to the wireless power receiver.
  • PC1 in the 'mobile' profile can be defined by borrowing an optional extension such as OOB based on PC0, and in the case of the 'power tool' profile, the PC1 'mobile' profile can simply be defined as a modified version.
  • OOB optional extension
  • the purpose of maintaining compatibility between the same profile is defined, but in the future, technology may be developed toward maintaining compatibility between different profiles.
  • the wireless power transmitter or the wireless power receiver may inform its counterpart of its profile through various methods.
  • the AFA standard refers to a wireless power transmitter as a power transmitting unit (PTU), and a wireless power receiver as a power receiving unit (PRU). It is classified into a number of categories.
  • PRU P RX_OUT_MAX Example application Category 1 TBD Bluetooth headset Category 2 3.5 W Feature Phone Category 3 6.5 W Smartphone Category 4 13 W Tablet, leaflet Category 5 25 W Small form factor laptops Category 6 37.5 W Generic laptop Category 7 50 W Home Appliances
  • the maximum output power capability of a class n PTU is greater than or equal to a value of P TX_IN_MAX of that class.
  • the PRU may not draw more power than specified in that category.
  • 4 is a block diagram of a wireless power transfer system according to another embodiment.
  • the wireless power transmission system 10 includes a mobile device 450 that receives power wirelessly and a base station 400 that transmits power wirelessly.
  • the base station 400 is an apparatus for providing induced power or resonance power, and may include at least one wireless power transmitter 100 and a system unit 405.
  • the wireless power transmitter 100 may transmit induced power or resonant power and control transmission.
  • the wireless power transmitter 100 transmits power to an appropriate level and a power conversion unit 110 that converts electrical energy into a power signal by generating a magnetic field through a primary coil (s).
  • a communication / control unit 120 to control communication and power transfer with the wireless power receiver 200.
  • the system unit 405 may perform other operational control of the base station 100, such as input power provisioning, control of a plurality of wireless power transmitters, and user interface control.
  • the primary coil can generate an electromagnetic field using alternating current power (or voltage or current).
  • the primary coil may receive AC power (or voltage or current) of a specific frequency output from the power conversion unit 110, thereby generating a magnetic field of a specific frequency.
  • the magnetic field may be generated non-radially or radially, and the wireless power receiver 200 receives this to generate a current. In other words, the primary coil transmits power wirelessly.
  • the primary coil and the secondary coil may have any suitable forms, for example, copper wire wound around a high permeability formation such as, for example, ferrite or amorphous metal.
  • the primary coil may be referred to as a primary core, primary winding, primary loop antenna, or the like.
  • the secondary coil may also be referred to as a secondary core (secondary core), secondary winding (secondary winding), secondary loop antenna (secondary loop antenna), pickup antenna (pickup antenna).
  • the primary coil and the secondary coil may be provided in the form of a primary resonance antenna and a secondary resonance antenna, respectively.
  • the resonant antenna may have a resonant structure including a coil and a capacitor.
  • the resonant frequency of the resonant antenna is determined by the inductance of the coil and the capacitance of the capacitor.
  • the coil may be in the form of a loop.
  • a core may be disposed inside the loop.
  • the core may include a physical core such as a ferrite core or an air core.
  • the resonance phenomenon refers to a phenomenon in which a high efficiency energy transfer occurs between two resonant antennas when two resonant antennas are coupled to each other when a near field corresponding to a resonant frequency occurs in one resonant antenna.
  • a magnetic field corresponding to a resonance frequency is generated between the primary resonance antenna and the secondary resonance antenna antenna, a phenomenon occurs in which the primary resonance antenna and the secondary resonance antenna resonate with each other.
  • the magnetic field is focused toward the secondary resonant antenna with higher efficiency than when the magnetic field is radiated into free space, and thus energy can be transferred from the primary resonant antenna to the secondary resonant antenna with high efficiency.
  • the magnetic induction method may be implemented similarly to the magnetic resonance method, but in this case, the frequency of the magnetic field does not need to be the resonance frequency. Instead, magnetic induction requires matching between the loops that make up the primary and secondary coils, and the spacing between the loops must be very close.
  • the wireless power transmitter 1100 may further include a communication antenna.
  • the communication antenna may transmit and receive communication signals using communication carriers other than magnetic field communication.
  • the communication antenna may transmit and receive communication signals such as Wi-Fi, Bluetooth, Bluetooth LE, ZigBee, and NFC.
  • the communication / control unit 120 may transmit / receive information with the wireless power receiver 200.
  • the communication / control unit 120 may include at least one of an IB communication module and an OOB communication module.
  • the IB communication module may transmit and receive information using a magnetic wave having a specific frequency as a center frequency.
  • the communication / control unit 120 may perform in-band communication by loading information on a magnetic wave through a primary coil or receiving a magnetic wave containing information through a primary coil.
  • modulation schemes such as binary phase shift keying (BPSK) or amplitude shift keying (ASK) and Manchester coding or non-return-to-zero (NZR-L)
  • BPSK binary phase shift keying
  • ASK amplitude shift keying
  • NZR-L non-return-to-zero
  • the OOB communication module may perform out-band communication via a communication antenna.
  • the communication / control unit 120 may be provided as a short range communication module.
  • Examples of a short range communication module include a communication module such as Wi-Fi, Bluetooth, Bluetooth LE, ZigBee, NFC, and the like.
  • the communication / control unit 120 may control the overall operation of the wireless power transmitter 100.
  • the communication / control unit 120 may perform calculation and processing of various types of information and control each component of the wireless power transmission apparatus 100.
  • the communication / control unit 120 may be implemented in a computer or similar device using hardware, software, or a combination thereof.
  • the communication / control unit 120 may be provided in the form of an electronic circuit that processes an electrical signal to perform a control function.
  • the communication / control unit 120 may be configured to drive a hardware communication / control unit 120. Can be provided.
  • the communication / control unit 120 may control the transmit power by controlling the operating point.
  • the controlling operating point may correspond to a combination of frequency (or phase), duty cycle, duty ratio, and voltage amplitude.
  • the communication / control unit 120 may control the transmission power by adjusting at least one of frequency (or phase), duty cycle, duty ratio, and voltage amplitude.
  • the wireless power transmitter 100 may supply constant power
  • the wireless power receiver 200 may control the reception power by controlling the resonance frequency.
  • the mobile device 450 receives and stores the power received from the wireless power receiver 200 and the wireless power receiver 200 that receive the wireless power through the secondary coil. It includes a load (455) for supplying.
  • the wireless power receiver 200 may include a power pick-up unit 210 and a communication & control unit 220.
  • the power pickup unit 210 may receive wireless power through the secondary coil and convert the wireless power into electrical energy.
  • the power pickup unit 210 rectifies and converts an AC signal obtained through the secondary coil into a DC signal.
  • the communication / control unit 220 may control the transmission and reception (power transmission and reception) of wireless power.
  • the secondary coil may receive wireless power transmitted from the wireless power transmitter 100.
  • the secondary coil may receive power by using a magnetic field generated by the primary coil.
  • a specific frequency is a resonant frequency
  • a magnetic resonance phenomenon may occur between the primary coil and the secondary coil, so that power may be more efficiently transmitted.
  • the communication / control unit 220 may further include a communication antenna.
  • the communication antenna may transmit and receive communication signals using communication carriers other than magnetic field communication.
  • the communication antenna may transmit and receive communication signals such as Wi-Fi, Bluetooth, Bluetooth LE, ZigBee, and NFC.
  • the communication / control unit 220 may transmit / receive information with the wireless power transmitter 100.
  • the communication / control unit 220 may include at least one of an IB communication module or an OOB communication module.
  • the IB communication module may transmit and receive information using a magnetic wave having a specific frequency as a center frequency.
  • the communication / control unit 220 may perform IB communication by loading information on magnetic waves through a secondary coil or receiving magnetic waves containing information through a secondary coil.
  • modulation schemes such as binary phase shift keying (BPSK) or amplitude shift keying (ASK) and Manchester coding or non-return-to-zero (NZR-L)
  • BPSK binary phase shift keying
  • ASK amplitude shift keying
  • NZR-L non-return-to-zero
  • the OOB module may perform out-band communication via a communication antenna.
  • the communication / control unit 220 may be provided as a short range communication module.
  • Examples of a short range communication module include a communication module such as Wi-Fi, Bluetooth, Bluetooth LE, ZigBee, NFC, and the like.
  • the communication / control unit 220 may control the overall operation of the wireless power receiver 200.
  • the communication / control unit 220 may perform calculation and processing of various types of information, and control each component of the wireless power receiver 200.
  • the communication / control unit 220 may be implemented in a computer or similar device using hardware, software, or a combination thereof.
  • the communication / control unit 220 may be provided in the form of an electronic circuit that processes an electrical signal to perform a control function.
  • the communication / control unit 220 may be configured to drive a hardware communication / control unit 220. Can be provided.
  • the load 455 may be a battery.
  • the battery may store energy using the power output from the power pickup unit 210.
  • the battery does not necessarily need to be included in the mobile device 450.
  • the battery may be provided in an external configuration of a removable form.
  • the wireless power receiver 200 may include driving means for driving various operations of the electronic device instead of a battery.
  • the mobile device 450 is illustrated to include a wireless power receiver 200
  • the base station 400 is illustrated to include a wireless power transmitter 100, but in a broad sense, the wireless power receiver ( 200 may be identified with the mobile device 450 and the wireless power transmitter 100 may be identified with the base station 400.
  • the coil or coil unit may be referred to as a coil assembly, a coil cell, or a cell including the coil and at least one element adjacent to the coil.
  • 5 is a state transition diagram for explaining a wireless power transmission procedure.
  • power transmission from a wireless power transmitter to a receiver is largely selected in a selection phase 510, a ping phase 520, an identification and configuration phase. and configuration phase (530), negotiation phase (negotiation phase, 540), calibration phase (calibration phase, 550), power transfer phase (power transfer phase, 560) and renegotiation phase (renegotiation phase, 570). .
  • the selection step 510 is a step of transitioning when a specific error or a specific event is detected while initiating or maintaining power transmission, for example, including reference numerals S502, S504, S508, S510 and S512. Can be.
  • the wireless power transmitter may monitor whether an object exists on the interface surface. If the wireless power transmitter detects that an object is placed on the interface surface, it may transition to the ping step 520. In the selection step 510, the wireless power transmitter transmits a very short pulse of an analog ping signal, and an active area of the interface surface based on a change in current of a transmitting coil or a primary coil. You can detect the presence of an object in).
  • the wireless power transmitter may measure a quality factor of the wireless power resonant circuit (eg, the power transmission coil and / or the resonant capacitor).
  • a quality factor may be measured to determine whether a wireless power receiver is placed together with a foreign material in the charging area.
  • inductance and / or series resistance components in the coil may be reduced due to environmental changes, thereby reducing the quality factor value.
  • the wireless power transmitter may receive a reference quality factor value measured in advance from the wireless power receiver in a state where no foreign matter is disposed in the charging area.
  • the presence of the foreign matter may be determined by comparing the reference quality factor value received in the negotiation step S540 with the measured quality factor value.
  • a wireless power receiver having a low reference quality factor value for example, a specific wireless power receiver may have a low reference quality factor value depending on the type, use, and characteristics of the wireless power receiver. In this case, there is no big difference between the measured quality factor value and the reference quality factor value, so it may be difficult to determine the presence of foreign substances. Therefore, other judgment factors should be considered or other methods should be used to determine the presence of foreign substances.
  • the quality factor value in a specific frequency domain is measured to determine whether the wireless power receiver is disposed with a foreign material in the charging region. can do.
  • the inductance and / or the series resistance component in the coil may be reduced due to environmental changes, and thus the resonance frequency of the coil of the wireless power transmitter may be changed (shifted). That is, the quality factor peak frequency, which is the frequency at which the maximum quality factor value in the operating frequency band is measured, may be shifted.
  • step 520 when the object is detected, the wireless power transmitter wakes up the receiver and transmits a digital ping to identify whether the detected object is a wireless power receiver. If the wireless power transmitter does not receive a response signal (eg, a signal strength packet) for the digital ping from the receiver in the ping step 520, it may transition back to the selection step 510. In addition, in the ping step 520, if the wireless power transmitter receives a signal indicating that the power transmission is completed, that is, a charging completion packet, the wireless power transmitter may transition to the selection step 510.
  • a response signal eg, a signal strength packet
  • the wireless power transmitter may transition to the identification and configuration step 530 for identifying the receiver and collecting receiver configuration and status information.
  • the wireless power transmitter receives an unexpected packet, a desired packet has not been received for a predefined time, a packet transmission error, or a transmission error. If a power transfer contract is not established (no power transfer contract) it may transition to selection step 510.
  • the wireless power transmitter may check 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. As a result of the check, if negotiation is necessary, the wireless power transmitter may enter a negotiation step 540 and perform a predetermined FOD detection procedure. On the other hand, if it is determined that negotiation is not necessary, the wireless power transmitter may directly enter the power transmission step 560.
  • the wireless power transmitter may receive a Foreign Object Detection (FOD) status packet including a reference quality factor value.
  • FOD status packet including the reference peak frequency value may be received.
  • a status packet including a reference quality factor value and a reference peak frequency value may be received.
  • the wireless power transmitter may determine a quality factor threshold for FO detection based on a reference quality factor value.
  • the wireless power transmitter may determine a peak frequency threshold for FO detection based on the reference peak frequency value.
  • the wireless power transmitter may detect whether the FO exists in the charging region by using the determined quality factor threshold for detecting the FO and the currently measured quality factor value (the quality factor value measured before the ping step). Accordingly, power transmission can be controlled. For example, when the FO is detected, power transmission may be stopped, but is not limited thereto.
  • the wireless power transmitter may detect whether the FO exists in the charging region by using the determined peak frequency threshold for detecting the FO and the currently measured peak frequency value (the peak frequency value measured before the ping step). Accordingly, power transmission can be controlled. For example, when the FO is detected, power transmission may be stopped, but is not limited thereto.
  • the wireless power transmitter may return to selection step 510.
  • the wireless power transmitter may enter the power transmission step 560 through the correction step 550.
  • the wireless power transmitter determines the strength of the power received at the receiver in the correction step 550, and determines the strength of the power transmitted by the transmitter.
  • the power loss at the transmitter can be measured. That is, the wireless power transmitter may predict the power loss based on the difference between the transmit power of the transmitter and the receive power of the receiver in the correction step 550.
  • the wireless power transmitter according to an embodiment may correct the threshold for detecting the FOD by reflecting the predicted power loss.
  • the wireless power transmitter receives an unexpected packet, a desired packet is not received for a predefined time, or a violation of a predetermined power transmission contract occurs. Power transfer contract violation or, if charging is complete, transition to optional step 510.
  • the wireless power transmitter may transition to the renegotiation step 570, if it is necessary to reconfigure the power transmission contract in accordance with the state change of the wireless power transmitter. At this time, if the renegotiation is normally completed, the wireless power transmitter may return to the power transmission step (560).
  • the power transmission contract may be set based on state and characteristic information of the wireless power transmitter and the receiver.
  • the wireless power transmitter state information may include information about the maximum amount of power that can be transmitted, information about the maximum number of receivers that can be accommodated, and the receiver state information may include information about required power.
  • FIG. 6 illustrates a power control control method according to an embodiment.
  • the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 may control the amount of power delivered by performing communication in parallel with power transmission and reception.
  • the wireless power transmitter and the wireless power receiver operate at specific control points.
  • the control point represents the combination of voltage and current provided at the output of the wireless power receiver when power delivery is performed.
  • the wireless power receiver selects the desired control point-the desired output current / voltage, the temperature at a particular location of the mobile device, and additionally the actual control point currently operating. Is determined.
  • the wireless power receiver may calculate a control error value using a desired control point and an actual control point, and transmit the control error value to the wireless power transmitter as a control error packet.
  • the wireless power transmitter may control power delivery by setting / controlling a new operation point—amplitude, frequency, and duty cycle—using the received control error packet. Therefore, the control error packet is transmitted / received at predetermined time intervals in the strategy delivery step.
  • the wireless power receiver attempts to reduce the current of the wireless power transmitter to a negative control error value and to increase the current. The value can be set to a positive number to send.
  • the wireless power receiver may control power transfer by transmitting a control error packet to the wireless power transmitter.
  • the resonance mode may operate differently from the induction mode.
  • one wireless power transmitter should be able to simultaneously serve a plurality of wireless power receivers.
  • the wireless power transmitter commonly transmits basic power, and uses a method of controlling the amount of power received by the wireless power receiver by controlling its resonance frequency.
  • the method described with reference to FIG. 6 is not completely excluded even in the operation of the resonance mode, and the additional transmission power may be controlled by the method of FIG. 6.
  • the shared mode may refer to a mode in which one-to-many communication and charging are performed between the wireless power transmitter and the wireless power receiver.
  • the shared mode may be implemented by a magnetic induction method or a resonance method.
  • the wireless power transmitter 700 includes a cover 720 covering a coil assembly, a power adapter 730 for supplying power to a power transmitting unit 740, and a power transmitter for transmitting wireless power. 740 or a user interface 750 that provides power delivery progress and other related information.
  • the user interface 750 may be optional or may be included as another user interface 750 of the wireless power transmission apparatus 700.
  • the power transmitter 740 may include at least one of the coil assembly 760, the impedance matching circuit 770, the inverter 780, the communication unit 790, or the control unit 710.
  • Coil assembly 760 includes at least one primary coil that generates a magnetic field, which may be referred to as a coil cell.
  • Impedance matching circuit 770 may provide impedance matching between the inverter and the primary coil (s). Impedance matching circuit 770 may generate resonance at a suitable frequency that boosts the primary coil current.
  • the impedance matching circuit in the multi-coil power transmitter 740 may further include a multiplex that routes the signal to a subset of primary coils in the inverter.
  • the impedance matching circuit may be referred to as a tank circuit.
  • the impedance matching circuit 770 may include a capacitor, an inductor, and a switching element for switching their connection.
  • the impedance matching detects the reflected wave of the wireless power transmitted through the coil assembly 760 and switches the switching element based on the detected reflected wave to adjust the connection state of the capacitor or the inductor, adjust the capacitance of the capacitor, or the inductance of the inductor. This can be done by adjusting.
  • the impedance matching circuit 770 may be omitted, and the present specification also includes an embodiment of the wireless power transmitter 700 in which the impedance matching circuit 770 is omitted.
  • Inverter 780 may convert the DC input into an AC signal. Inverter 780 may be driven half-bridge or full-bridge to generate pulse waves and duty cycles of adjustable frequency. The inverter may also include a plurality of stages to adjust the input voltage level.
  • the communication unit 790 can perform communication with the power receiver.
  • the power receiver performs load modulation to communicate requests and information to the power transmitter.
  • the power transmitter 740 may use the communication unit 790 to monitor the amplitude and / or phase of the current and / or voltage of the primary coil to demodulate the data transmitted by the power receiver.
  • the power transmitter 740 may control the output power to transmit data by using a frequency shift keying (FSK) scheme through the communication unit 790.
  • FSK frequency shift keying
  • the control unit 710 may control communication and power delivery of the power transmitter 740.
  • the control unit 710 may control the power transmission by adjusting the operating point described above.
  • the operating point may be determined by at least one of an operating frequency, a duty cycle, and an input voltage, for example.
  • the communication unit 790 and the control unit 710 may be provided as separate units / elements / chipsets or may be provided as one unit / elements / chipsets.
  • FIG. 8 illustrates a wireless power receiver according to another embodiment. It may belong to a wireless power transfer system in a self-resonant or shared mode.
  • a wireless power receiver 800 includes a user interface 820 for providing power delivery progress and other related information, a power receiving unit 830 for receiving wireless power, a load circuit 840. Or a base 850 supporting and covering the coil assembly.
  • the user interface 820 may be optional or may be included as another user interface 82 of the power receiving equipment.
  • the power receiver 830 may include at least one of the power converter 860, the impedance matching circuit 870, the coil assembly 880, the communication unit 890, or the control unit 810.
  • the power converter 860 may convert AC power received from the secondary coil to a voltage and current suitable for the load circuit.
  • the power converter 860 may include a rectifier.
  • the rectifier may rectify the received wireless power and convert it from AC to DC.
  • Rectifiers can convert alternating current into direct current using diodes or transistors, and smooth them using capacitors and resistors.
  • a full-wave rectifier, a half-wave rectifier, a voltage multiplier, or the like implemented by a bridge circuit may be used.
  • the power converter may adapt the reflected impedance of the power receiver.
  • Impedance matching circuit 870 may provide impedance matching between the combination of power converter 860 and load circuit 870 and the secondary coil.
  • the impedance matching circuit can generate a resonance near 100 kHz that can enhance power transfer.
  • the impedance matching circuit 870 may be composed of a switching element for switching a capacitor, an inductor, and a combination thereof. The matching of the impedance may be performed by controlling the switching elements of the circuit constituting the impedance matching circuit 870 based on the voltage value, current value, power value, frequency value, etc. of the received wireless power.
  • the impedance matching circuit 870 may be omitted, and the present specification also includes an embodiment of the wireless power receiver 200 in which the impedance matching circuit 870 is omitted.
  • the coil assembly 880 includes at least one secondary coil and may optionally further include an element that shields a metal part of the receiver from the magnetic field.
  • the communication unit 890 can perform load modulation to communicate requests and other information to the power transmitter.
  • the power receiver 830 may switch a resistor or a capacitor to change the reflection impedance.
  • the control unit 810 may control the received power. To this end, the control unit 810 may determine / calculate a difference between an actual operating point of the power receiver 830 and a desired operating point. The control unit 810 may adjust / reduce the difference between the actual operating point and the desired operating point by performing the adjustment of the reflection impedance of the power transmitter and / or the operation point adjustment request of the power transmitter. Minimizing this difference can achieve optimal power reception.
  • the communication unit 890 and the control unit 810 may be provided as separate devices / chipsets or may be provided as one device / chipset.
  • FIG 9 illustrates a communication frame structure according to an embodiment. This may be a communication frame structure in shared mode.
  • a slotted frame having a plurality of slots such as (A) and a free format frame having no specific form such as (B) may be used.
  • the slot frame is a frame for the transmission of short data packets from the wireless power receiver 200 to the wireless power transmitter 100, and the free form frame does not have a plurality of slots, The frame may be transmitted.
  • the slot frame and the free form frame may be changed to various names by those skilled in the art.
  • the slot frame may be renamed as a channel frame and the free frame may be changed to a message frame.
  • the slot frame may include a sync pattern indicating the start of a slot, a measurement slot, nine slots, and additional sync patterns having the same time interval before each of the nine slots.
  • the additional sync pattern is a sync pattern different from the sync pattern indicating the start of the frame described above. More specifically, the additional sync pattern may indicate information related to adjacent slots (ie, two consecutive slots located next to the sync pattern) without indicating the start of the frame.
  • a sync pattern may be positioned between two consecutive slots of the nine slots.
  • the sync pattern may provide information related to the two consecutive slots.
  • the nine slots and the sync patterns provided in advance of each of the nine slots may have the same time interval.
  • the nine slots may have a time interval of 50 ms.
  • the nine sync patterns may have a time length of 50 ms.
  • the free-form frame as shown in (B) may not have a specific shape other than the sync pattern and the measurement slot indicating the start of the frame. That is, the free-form frame is to play a different role than the slot frame, for example, long data packets (eg, additional owner information packets) between the wireless power transmitter and the wireless power receiver.
  • the coil may be used for selecting any one of a plurality of coils.
  • FIG. 10 is a structure of a sync pattern according to an embodiment.
  • the sync pattern includes a preamble, a start bit, a response field, a type field, an information field, and a parity bit. Can be.
  • the start bit is shown as ZERO.
  • the preamble consists of consecutive bits and may be set to all zeros. That is, the preamble may be bits for adjusting the time length of the sync pattern.
  • the number of bits constituting the preamble may be dependent on the operating frequency such that the length of the sync pattern is closest to 50 ms, but not exceeding 50 ms.
  • the sync pattern may consist of two preamble bits, and when the operating frequency is 105 kHz, the sync pattern may consist of three preamble bits.
  • the start bit is a bit following the preamble and may mean zero.
  • the zero may be a bit indicating the type of sync pattern.
  • the type of sync pattern may include a frame sync including frame related information and a slot sync including slot information. That is, the sync pattern is located between successive frames, and is a frame sync indicating the start of a frame, or is located between successive slots among a plurality of slots constituting a frame, and includes information related to the successive slots. It may be a slot sync.
  • the slot is a slot sync, located between the slot and the slot, and if 1, the sync pattern is a frame sync located between the frame and the frame.
  • the parity bit is the last bit of the sync pattern and may indicate information on the number of bits constituting data fields (ie, response field, type field, and information field) of the sync pattern.
  • the parity bit may be 1 when the number of bits constituting the data fields of the sync pattern is even, and in other cases (ie, odd), 0.
  • the Response field may include response information of the wireless power transmitter for communication with the wireless power receiver in the slot before the sync pattern.
  • the response field may have '00' when the performance of communication with the wireless power receiver is not detected.
  • the response field may have '01' when a communication error is detected during communication with the wireless power receiver.
  • the communication error may be a case where two or more wireless power receivers attempt to access one slot, and thus a collision between two or more wireless power receivers occurs.
  • the response field may include information indicating whether the data packet is correctly received from the wireless power receiver. More specifically, the response field is "10" (10-not acknowledge, NAK) when the wireless power transmitter denies the data packet, and when the wireless power transmitter confirms the data packet. , "11" (11-acknowledge, ACK).
  • the type field may indicate the type of sync pattern. More specifically, the type field may have a '1' indicating that the sync pattern is a frame sync when the sync pattern is the first sync pattern of the frame (ie, the first sync pattern of the frame, located before the measurement slot).
  • the type field may have '0' indicating that the sync is a slot sync when the sync pattern is not the first sync pattern of the frame in the slot frame.
  • the meaning of the value of the information field may be determined according to the type of the sync pattern indicated by the type field. For example, when the type field is 1 (that is, indicating a frame sync), the meaning of the information field may indicate the type of the frame. That is, the information field may indicate whether the current frame is a slotted frame or a free-format frame. For example, when the information field is '00', the slot frame may be indicated, and when the information field is '01', the free frame may be indicated.
  • the information field may indicate a state of a next slot located behind the sync pattern. More specifically, the information field is '00' if the next slot is an allocated slot to a specific wireless power receiver, if the slot is locked for temporary use by a specific wireless power receiver, '01', or if any wireless power receiver is a slot freely available, may have a '10'.
  • 11 is a diagram illustrating an operating state of a wireless power transmitter and a wireless power receiver in a shared mode according to an embodiment.
  • the wireless power receiver operating in the shared mode includes a selection phase 1100, an introduction phase 1110, a configuration phase 1120, and a negotiation state. It may operate in any one of a (Negotiation Phase) 1130 and a Power Transfer Phase 1140.
  • the wireless power transmitter may transmit a wireless power signal to detect the wireless power receiver. That is, the process of detecting the wireless power receiver using the wireless power signal may be referred to as analog ping.
  • the wireless power receiver that receives the wireless power signal may enter the selection state 1100.
  • the wireless power receiver entering the selection state 1100 may detect the presence of the FSK signal on the wireless power signal.
  • the wireless power receiver may perform communication in either of the exclusive mode or the shared mode according to the presence of the FSK signal.
  • the wireless power receiver may operate in the shared mode if the FSK signal is included in the wireless power signal, and may operate in the exclusive mode.
  • the wireless power receiver When the wireless power receiver operates in the shared mode, the wireless power receiver may enter the introduction state 1110. In the introductory state 1110, the wireless power receiver may transmit a control information packet to the wireless power transmitter to transmit a control information packet (CI) in a setup state, a negotiation state, and a power transfer state.
  • the control information packet may have information related to a header and control. For example, the control information packet may have a header of 0X53.
  • the wireless power receiver performs an attempt to request a free slot to transmit a control information (CI) packet through the following configuration, negotiation, and power transmission steps.
  • the wireless power receiver selects a free slot and transmits the first CI packet. If the wireless power transmitter responds with an ACK to the corresponding CI packet, the wireless power transmitter enters the configuration step. If the wireless power transmitter responds with a NACK, another wireless power receiver is in the process of configuration and negotiation. In this case, the wireless power receiver retries the request of the free slot.
  • CI control information
  • the wireless power receiver determines the position of the private slot in the frame by counting the remaining slot sinks up to the first frame sink. In all subsequent slot based frames, the wireless power receiver transmits the CI packet through that slot.
  • the wireless power transmitter allows the wireless power receiver to proceed to the configuration step, the wireless power transmitter provides a series of locked slots for exclusive use of the wireless power receiver. This ensures that the wireless power receiver goes through the configuration steps without crashing.
  • the wireless power receiver transmits sequences of data packets, such as two identification data packets IDHI and IDLO, using a lock slot. Upon completion of this step, the wireless power receiver enters the negotiation phase. In the negotiation phase, the wireless power transmitter continues to provide the wireless power receiver with a lock slot for exclusive use. This ensures that the wireless power receiver proceeds to the negotiation phase without collision.
  • the wireless power receiver transmits one or more negotiation data packets using the corresponding lock slot, which may be mixed with private data packets.
  • a specific request (SRQ) packet Upon completion of the sequence, the wireless power receiver enters the power transfer phase and the wireless power transmitter stops providing lock slots.
  • the wireless power receiver performs transmission of the CI packet using the allocated slot and receives power.
  • the wireless power receiver may include a regulator circuit.
  • the regulator circuit can be included in the communication / control unit.
  • the wireless power receiver may self-regulate the reflected impedance of the wireless power receiver via a regulator circuit. In other words, the wireless power receiver may adjust the reflected impedance to transmit the amount of power required by the external load. This can prevent excessive power reception and overheating.
  • the wireless power transmitter may not perform power adjustment as a response to the received CI packet (depending on the operation mode), in this case, control may be required to prevent overvoltage conditions.
  • communication between a wireless power transmitter and a receiver generally uses an amplitude shift keying (ASK) method using a magnetic field change or a frequency shift keying (FSK) method using a frequency change.
  • ASK amplitude shift keying
  • FSK frequency shift keying
  • ASK and FSK transmit rates are only a few kHz and are vulnerable to electrical and magnetic disturbances
  • ASK and FSK are large capacities such as medium-power transmission or authentication required in advanced wireless power transmission systems. Not suitable for data transfer
  • a method for selecting various communication protocols between a wireless power transmitter and a receiver is required.
  • outband communication is substantially the same term as the out-of-band (OBB) communication and the expression, and will be described below uniformly as outband communication.
  • the switching operation between in-band communication and out-band communication is referred to as handover.
  • the operation of the wireless power transmitter and the receiver to switch from in-band communication to out-band communication is called handover to out-band, and the operation of switching from out-band communication to in-band communication. This is called handover to in-band.
  • Outband communications may include, for example, Bluetooth or low power Bluetooth (BLE), or NFC.
  • the wireless power transmitter and the receiver need to support outband communication, but the other party must know whether the outband communication is possible. Whether the wireless power transmitter and the receiver support outband communication may be confirmed by information on a corresponding power class and whether the outband communication is supported. If handover to the outband is possible, a procedure or packet to determine (or select) and initiate the handover to the outband should be defined. Hereinafter, information, packets, and procedures related to handover to the outband will be described.
  • whether to support out-band communication of the wireless power transmitter may be determined by a capability packet.
  • the performance packet is a packet transmitted by the wireless power transmitter as a response to the general request of the wireless power receiver during the negotiation phase.
  • the capability packet may include power class information and a flag indicating whether outband communication is supported. Whether or not to select outband communication may be indicated by a flag of a performance packet.
  • FIG. 12 illustrates a structure of a capability packet of a wireless power transmitter according to an embodiment.
  • a performance packet may be indicated by a header value of 0x31, including power class bits / fields (eg 2 bits), guaranteed power value bits / fields (eg 6 bits). Potential power value bits / fields (eg 6 bits), outband (OOB) flag fields (eg 1 bit), Wireless Power Identifier (WPID) bits / fields (eg 1 bit), And / or Not Res Sens. Bit / field (eg 1 bit).
  • power class bits / fields eg 2 bits
  • Guarantee power value bits / fields eg 6 bits
  • Potential power value bits / fields eg 6 bits
  • OOB outband
  • WPID Wireless Power Identifier
  • Bit / field eg 1 bit
  • the power class bit / field indicates the PC of the power transmitter.
  • the guaranteed power value bit / field indicates the maximum guaranteed power value included in the power transfer agreement (PTC-GP) that the power transmitter can negotiate under current ambient conditions.
  • the ambient conditions here may be, for example, the temperature of the power transmitter, the amount of power that can be drawn from a power source that the power transmitter shares with other power transmitters, and / or foreign material or metals. It may correspond to the presence or absence of.
  • the outband flag field is a field indicating whether or not the wireless power transmitter supports outband communication. For example, if the value is' 1'b, it indicates that the wireless power transmitter supports outband communication. If the value is' 0'b, it may indicate that the wireless power transmitter does not support outband communication.
  • the WPID bit / field indicates that the power transmitter is capable of receiving WPID packets. Not Res Sens.
  • the bits / fields can be set to different values for the design of individual power transmitters. Typically, this bit / field can be set to a '0' value to indicate a power transmitter design capable of frequency control below 150 kHz with a power transfer agreement containing a maximum power value greater than 5W.
  • the wireless power receiver can identify whether the wireless power transmitter supports outband by receiving and reading performance packets of the wireless power transmitter. If outband communication is selected by the capability packet during the negotiation phase, handover to the outband may be performed.
  • whether to support out-band communication of the wireless power receiver may be determined by a configuration packet.
  • the configuration packet is information generated by the wireless power receiver and transmitted to the wireless power transmitter, and may include an outband flag (or OOB flag) indicating whether the wireless power receiver supports outband communication.
  • the wireless power receiver may indicate that the wireless power receiver supports outband communication by setting an outband flag in the setup packet.
  • FIG. 13 is a structure of a configuration packet of a wireless power receiver according to an embodiment.
  • the configuration packet may be indicated by a header value of 0x51, and includes a power class bit / field (eg 2 bits), a maximum power value bit / field (eg 6 bits), an outband flag.
  • Field e.g. 1 bit
  • Prop bit / field e.g. 1 bit
  • Count bit / field e.g. 3 bits
  • window size bit / field e.g. 5 bits
  • window Offset bit / field eg 3 bits
  • Neg bit / field eg 1 bit
  • Polarity bit / field eg 1 bit
  • / or Depth bit / field eg For example, 2 bits.
  • the power class bit / field indicates the PC of the power receiver.
  • the maximum power value bit / field may indicate different information depending on whether the power receiver supports Foreign Object Detection (FOD) (extended) function. If the power receiver does not support the FOD extension function, this bit / field may indicate the maximum amount of power that the power receiver expects to receive from the output of the power transmitter / rectifier. If the power receiver supports the FOD extension function, this bit / field may indicate a scaling factor of the received power value reported by the power receiver as a received power packet. In this case, the power receiver may set the bit / field to a value twice the maximum amount of watts expected to be provided.
  • FOD Foreign Object Detection
  • the outband flag field is a field indicating whether or not the wireless power receiver supports outband communication. For example, when the value is' 1'b, the outband flag field indicates that the wireless power receiver supports outband communication. If the value is' 0'b, it may indicate that the wireless power receiver does not support outband communication.
  • the prop bit / field may indicate a power transmission control scheme of a power transmitter desired by the power receiver.
  • Neg bit / field may instruct the power transmitter not to send any response. If this bit / field is set to '1', this may indicate that the power transmitter should send an acknowledgment (ACK) response after the configuration packet instructing the power receiver to enter the negotiation phase.
  • ACK acknowledgment
  • polarity bit / field is set to '0', this may indicate that the power transmitter uses the default FSK polarity. If this bit / field is set to '1', this may indicate that the power transmitter uses reversed FSK polarity.
  • the depth bit / field may indicate the FSK modulation depth.
  • the Count bit / field may indicate the number of optional configuration packets transmitted by the power receiver in the identification / configuration phase.
  • the window size bit / field may indicate a window size obtained by averaging reception power in units of 4 ms.
  • the window offset bit / field may indicate a time interval between 4 windows and a reception power packet transmission for averaging reception power.
  • handover to outband may be requested or initiated by a bit-pattern for OOB handover.
  • FIG. 14 is a diagram for describing a bit pattern used for a handover request to an outband according to an embodiment.
  • the wireless power transmitter when the wireless power transmitter determines that the wireless power receiver supports outband, the wireless power transmitter transmits a specific bit pattern (for example, 8 bits as shown in FIG. 14) to the wireless power receiver in response thereto.
  • a specific bit pattern for example, 8 bits as shown in FIG. 14
  • the bit pattern may reuse the existing NAK (00000000) or the ND (10101010), or may be a newly defined value (eg, 00110011) as a response to the configuration packet of the wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter according to the embodiment of FIGS. 12 to 14 corresponds to the wireless power transmitter, the wireless power transmitter, or the power transmitter disclosed in FIGS. 1 to 11. Therefore, the operation of the wireless power transmitter in the present embodiment is implemented by one or a combination of two or more elements of the wireless power transmitter in FIGS. For example, in this embodiment, an operation of generating and transmitting a performance packet, selecting an outband communication and performing a handover, generating and transmitting a bit pattern for handover, and handover to an outband The requesting operation, receiving the setup packet, and the like may be performed by the communication / control unit 120.
  • the wireless power receiver according to the embodiment of FIGS. 12 to 14 corresponds to the wireless power receiver, the wireless power receiver, or the power receiver disclosed in FIGS. 1 to 11. Therefore, the operation of the wireless power receiver in the present embodiment is implemented by one or a combination of two or more of the respective components of the wireless power receiver in FIGS. For example, in the present embodiment, by receiving and reading the performance packet of the wireless power transmitter, an operation of identifying whether the wireless power transmitter supports outband, selecting outband communication, and performing handover The operation of generating, transmitting and generating a setup packet, receiving a bit pattern for handover, and the like may be performed by the communication / control unit 220.
  • the wireless power transmitter and the receiver may exchange packets with each other using a specific communication method according to a power class (PC) or a phase.
  • PC power class
  • in-band communication may be mandatory, but out-band communication may be optional. That is, outband communication can be used as an optional backup channel.
  • both in-band communication and out-band communication may be mandatory.
  • the wireless power transmitter and / or the wireless power receiver may initially start with in-band communication and then perform handover with out-band communication.
  • the handover to the outband may be made through inband communication.
  • in-band communication is used for initialization of charging and link establishment to OOB.
  • the PC1 wireless power transmitter may omit the transmission of a packet (eg, the performance packet of FIG. 12) indicating whether the PC1 supports outband. That is, when it is confirmed through the configuration packet that the wireless power receiver supports outband communication, the wireless power transmitter transmits a bit pattern (for example, the bit pattern according to FIG. 14) for handover to the wireless power receiver. You can request a handover to outband immediately.
  • a capability packet indicating whether the PC1 supports outband may be transmitted.
  • the wireless power transmitter and the receiver may exchange packets with each other using a specific communication method in any one of a plurality of phases as shown in FIG. 5.
  • the communication method may include at least one of in-band communication or out-band communication. That is, the wireless power transmitter and the receiver may perform in-band communication in the first phase and out-band communication in the second phase.
  • the first phase in which the wireless power transmitter and / or the wireless power receiver performs in-band communication, and the second phase in which the wireless power transmitter and / or the wireless power receiver performs out-band communication are various. Can be defined.
  • the first phase may include a selection phase, a ping phase, an identification & configuration phase, a negotiation phase as an initialization phase of wireless charging
  • the second phase may include a correction phase and a power transfer phase as the mid to late stages of wireless charging.
  • the handover procedure to the outband may be designed without adding a new phase to the existing phases, or a separate new phase may be prepared for the handover procedure to the outband.
  • the former embodiment may include the handover procedure to the outband in the negotiation phase.
  • the latter embodiment may include defining a handover phase as a new phase.
  • the determination, initiation, and initiation of the outband communication and link establishment are made by inband communication in the negotiation phase.
  • the handover to the outband may be determined based on the number of various cases.
  • the wireless power receiver of PC1 basically supports outband communication.
  • outband communication is optional in PC0, and the wireless power transmitter or receiver may or may not support outband communication.
  • the wireless power transmitter and the receiver may have various cases depending on the power class and whether or not the outband communication is supported.
  • the wireless power receiver does not support out-band communication as PC0.
  • the second case is when the wireless power receiver supports out-band communication as PC0.
  • the third case is the case where the wireless power receiver is PC1, which is essentially a case of supporting outband communication.
  • the handover procedure may be determined depending on the number of the various cases described above.
  • the handover procedure to the outband of the wireless power receiver using a state diagram.
  • the wireless power transmitter and the wireless power receiver according to FIG. 15 may be PC0 or PC1.
  • the first phase to which in-band communication is applied is a selection phase S1500, a ping phase S1510, an identification and setup phase S1520, and a negotiation phase S1530.
  • a power contract S1531 may be made.
  • outband communication when at least one of the wireless power transmitter and the wireless power receiver belongs to PC0, outband communication may be optional. Therefore, in the negotiation phase S1530, a selection step S1532 of in-band communication and out-band communication may be performed, and outband communication may be selected in the selection step S1532. If in-band communication is selected, the wireless power transmitter and the receiver exchange parameters related to the in-band communication. For example, in-band communication may include communication from the wireless power transmitter to the wireless power receiver. In this case, since the communication is FSK, the parameters related to the exchanged in-band communication may include the FSK parameter. (S1533). Thereafter, the wireless power transmitter and the receiver enter the power transmission phase S1550 via the correction phase S1540, and transmit the packets (for example, packets related to authentication and power control) during the power transmission phase. Band communication is used.
  • the second state to which outband communication is applied is the correction phase (S1560) and the power transmission phase (S1570).
  • the wireless power transmitter and receiver enter the power transfer phase (S1570) via a correction phase (S1560) and outband to transmit packets (e.g., packets related to authentication and power control) during the power transfer phase. Communication is used.
  • outband communication may be mandatory. Therefore, in the case of PC1, the selection phase S1532 may be omitted, handover to the outband is made through in-band communication, and the subsequent correction phase S1560 and the power transmission phase S1570 may be performed in the same manner. Can be.
  • t When the time required from the selection phase S1500 to the in-band or out-band selection step S1532 is t, t may take several hundred ms or more.
  • the wireless power transmitter in the embodiment of FIG. 15 corresponds to the wireless power transmitter or the wireless power transmitter or the power transmitter disclosed in FIGS. 1 to 11. Therefore, the operation of the wireless power transmitter in the present embodiment is implemented by one or a combination of two or more elements of the wireless power transmitter in FIGS.
  • the exchange of parameters related to the in-band communication (S1530) Operation, transmitting or receiving packets during the power transfer phase using in-band communication (eg, packets related to authentication and power control), packets during the power transfer phase using outband communication (eg, for example, an operation of transmitting or receiving packets related to authentication and power control, a swap detection operation, and the like may be performed by the communication / control unit 120.
  • in-band communication e.g, packets related to authentication and power control
  • packets during the power transfer phase using outband communication eg, For example, an operation of transmitting or receiving packets related to authentication and power control, a swap detection operation, and the like may be performed by the communication / control unit 120.
  • the wireless power receiver according to the present embodiment corresponds to the wireless power receiver or the wireless power receiver or the power receiver disclosed in FIGS. 1 to 11. Therefore, the operation of the wireless power receiver in the present embodiment is implemented by one or a combination of two or more of the respective components of the wireless power receiver in FIGS.
  • the exchange of parameters related to the in-band communication (S1530) Operation, transmitting or receiving packets during the power transfer phase using in-band communication (eg, packets related to authentication and power control), packets during the power transfer phase using outband communication (eg, for example, an operation of transmitting or receiving packets related to authentication and power control, a swap detection operation, and the like may be performed by the communication / control unit 220.
  • 16 is a state diagram illustrating a procedure in which handover to an outband is performed according to another embodiment.
  • in-band communication is used from the selection phase (S1600) to the ping phase (S1605) to the identification and configuration phase (S1610). Thereafter, in the negotiation phase S1615, in-band communication is continuously used or handover to the out-band is performed depending on whether the wireless power receiver supports out-band communication.
  • the negotiation phase (S1615)-correction phase (S1620)-power transmission phase (S1625)-renegotiation phase (S1630) In-band communication is used.
  • the wireless power receiver belongs to PC1 or belongs to PC0 and supports outband communication (PC0 PRx supporting OOB)
  • the wireless power receiver is handed over from inband to outband and negotiated phase (S1635)-correction phase (S1640).
  • Outband communication is used until the power transfer phase (S1645).
  • the wireless power transmitter can detect sudden impedance changes (changes in the amount of current flowing through the transmitting coil) during wireless power transmission.
  • the cause of the sudden impedance change may include a sudden position shift of the wireless power receiver or a swap of the wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter and the wireless power receiver intermittently or periodically or by request of the wireless power transmitter using in-band communication in the power transmission phase. Swap detection may be performed using band communication (S1650).
  • the wireless power transmitter and the wireless power receiver return to the selection phase S1600.
  • the swap of the wireless power receiver is a phenomenon in which another device other than the wireless power receiver originally intended for wireless charging is connected to the wireless power transmitter for outband connection.
  • the wireless power transmitter and receiver can simultaneously perform outband and inband communications during the power transfer phase.
  • the swap detection may include an operation of transmitting, by the wireless power receiver, the unique information to the wireless power transmitter based on in-band communication. That is, the swap detection may be performed by identifying a wireless power receiver that is currently in service and checking whether a wireless power receiver that has been previously serviced is correct.
  • the unique information includes an ID packet.
  • the unique information includes a random number.
  • the unique information includes BLE device address information of the wireless power receiver used when switching from inband to outband.
  • the unique information may include at least one of an identification packet, a random number, and BLE device address information.
  • the swap detection may be performed periodically or intermittently by the wireless power receiver regardless of the request of the wireless power transmitter, or may be performed by the request of the wireless power transmitter.
  • the swap detection by the request of the wireless power transmitter may include requesting, by the wireless power transmitter, unique information of the wireless power receiver from the wireless power receiver using the outband communication.
  • the unique information of the wireless power receiver includes an ID packet.
  • the unique information of the wireless power receiver includes a random number.
  • the unique information of the wireless power receiver includes BLE device address information of the wireless power receiver used when switching from in-band to out-band.
  • the unique information may include at least one of an identification packet, a random number, and BLE device address information of the wireless power receiver.
  • the requesting of the unique information of the wireless power receiver by the wireless power transmitter may include transmitting the unique information by the wireless power transmitter.
  • the unique information of the wireless power transmitter may be selectively transmitted. That is, the wireless power transmitter may or may not transmit the unique information of the wireless power transmitter to the wireless power receiver.
  • the wireless power receiver determines whether to receive unique information of the wireless power transmitter from the wireless power transmitter. If the wireless power transmitter does not send its own information to the wireless power receiver, the wireless power receiver transmits default unique information to the wireless power transmitter using in-band communication. Default unique information includes, for example, BLE device address information.
  • the wireless power transmitter may determine whether a swap is generated based on unique information of the wireless power receiver. For example, when the wireless power receiver transmits unique information of the wireless power receiver using in-band communication, and the wireless power transmitter receives the unique information of the wireless power receiver, the wireless power transmitter generates a swap. I do not think that. On the other hand, if the wireless power receiver does not transmit the unique information of the wireless power receiver by using in-band communication within a given time or the wireless power receiver transmits the unique information of the wireless power receiver, the wireless power receiver receives the wireless power receiver. If it fails to receive the unique information of the wireless power transmitter may determine that a swap has occurred.
  • the wireless power receiver may include transmitting bit pattern information to the wireless power transmitter using in-band communication (ASK).
  • ASK in-band communication
  • the wireless power receiver changes the impedance according to the request of the wireless power transmitter, and the wireless power transmitter detects the changed impedance and is still in a magnetic coupling state with the same wireless power receiver. And overlying the wireless power transmitter). If a swapping occurs and the wireless power transmitter is in magnetic coupling with another wireless power receiver (or another wireless power receiver is placed on the wireless power transmitter), the wireless power receiver is the wireless power transmitter.
  • the unique information of the wireless power transmitter or receiver is not particularly required. Since there may be a problem in the in-band communication quality at high power transmission, a method of transferring simple bit pattern information as in the present embodiment may be more advantageous than the packet form in order to improve the swap detection performance.
  • handover to the outband may ensure that the link connection between the wireless power transmitter and the receiver is paired for wireless charging without any cross-reference issue.
  • the wireless power transmitter in the embodiment of FIG. 16 corresponds to the wireless power transmitter, the wireless power transmitter, or the power transmitter disclosed in FIGS. 1 to 11. Therefore, the operation of the wireless power transmitter in the present embodiment is implemented by one or a combination of two or more elements of the wireless power transmitter in FIGS. For example, in this embodiment, in-band communication is performed for initialization of charging and link establishment to OOB of an outband, and a bit pattern for handover is transmitted to the wireless power receiver. An operation of requesting entry into a handover phase to the outband, an operation of performing a swap detection, and the like may be performed by the communication / control unit 120.
  • the wireless power receiver in the embodiment according to FIG. 16 corresponds to the wireless power receiver or the wireless power receiver or the power receiver disclosed in FIGS. 1 to 11. Therefore, the operation of the wireless power receiver in the present embodiment is implemented by one or a combination of two or more of the respective components of the wireless power receiver in FIGS.
  • the operation of performing in-band communication for initialization of charging and link establishment to OOB of outband, receiving a bit pattern for handover, swap detection An operation to perform may be performed by the communication / control unit 220.
  • FIG. 15 and FIG. 16 which communication protocol or communication method is applied to each phase on the entire phase diagram, the following describes in detail the procedure for handover to the outband in the negotiation phase.
  • 17 is a flowchart illustrating a procedure of performing handover to an outband in a negotiation phase according to an embodiment.
  • the negotiation phase includes an in-band communication interval and an out-band communication interval.
  • the in-band communication section includes steps S1700 to S1710, and the outband communication section includes steps S1720 to S1735.
  • the wireless power receiver transmits a general request packet (GRQ / Cap) for requesting the performance packet to the wireless power transmitter (S1700).
  • the wireless power transmitter transmits a performance packet as a response to the general request packet (S1705).
  • an example of the performance packet is shown in FIG.
  • the wireless power receiver transmits outband link information to the wireless power transmitter (S1710).
  • the outband link information is transmitted through inband and may have a packet structure as shown in FIG. 18, for example.
  • the outband link information may be called a Bluetooth (or BLE) MAC (or MAC) packet of the wireless power receiver.
  • the wireless power receiver uses in-band communication for identification information (eg, its Bluetooth (or BLE) MAC address (6 bytes)) that can uniquely identify itself in the outband. ) Can be transmitted to the wireless power transmitter.
  • identification information eg, its Bluetooth (or BLE) MAC address (6 bytes)
  • the Bluetooth (or BLE) MAC address may be transmitted to the power transmitter through a newly defined packet or an existing packet transmitted and received in a negotiation phase.
  • the outband link information is not limited thereto and may be defined in various packet formats as long as it indicates a Bluetooth (or BLE) MAC address of the wireless power receiver.
  • the WPID may be used as identification information for uniquely identifying the wireless power receiver in the outband.
  • the WPID may be the BLE device address of the wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter may transmit an acknowledgment (ACK) to the wireless power receiver in response thereto (S1715).
  • ACK acknowledgment
  • the inband communication section in the negotiation phase ends and enters the outband communication section.
  • the wireless power transmitter and the receiver establish an outband connection (or link) by transmitting and receiving packets and signals to each other using an outband communication protocol / method and an outband related MAC address. can do.
  • the wireless power transmitter transmits a CONNECT_REQ message requesting establishment of an outband connection with the wireless power receiver to the wireless power receiver (S1720).
  • the CONNECT_REQ message may include a MAC address of the wireless power transmitter and parameters necessary for establishing an outband connection between the wireless power transmitter and the receiver.
  • the wireless power receiver When the wireless power receiver approves the outband connection request of the wireless power transmitter, the wireless power receiver transmits an ACK message to the wireless power transmitter in response to the CONNECT_REQ message (S1725). Accordingly, outband connection establishment can be completed.
  • the service may be set to 'WPC_service_UUID' in an out-band profile (for example, a Bluetooth profile) to be established, and the wireless power transmitter may include a master (link layer), a central (Generic Access Profile (GAP)), and a client ( With the Generic Attribute Profile (GATT), the wireless power receiver may be configured to operate as a slave (link layer), peripheral (GAP), server (GATT).
  • GAP Generic Access Profile
  • GATT Generic Attribute Profile
  • an authentication procedure may be performed between the wireless power transmitter and the receiver (S1730).
  • the wireless power transmitter and receiver then transmit and receive the static and dynamic information between each other using outband communication, and use the outband communication to establish a power contract. This can be done.
  • the wireless power transmitter transmits guaranteed power (GP) and potential power (PP) to the wireless power receiver, and the wireless power receiver transmits the maximum power to the wireless power. Can be sent to the device.
  • GP guaranteed power
  • PP potential power
  • the wireless power transmitter in the embodiment of FIG. 17 corresponds to the wireless power transmitter, the wireless power transmitter, or the power transmitter disclosed in FIGS. 1 to 11. Therefore, the operation of the wireless power transmitter in the present embodiment is implemented by one or a combination of two or more elements of the wireless power transmitter in FIGS. For example, in the present embodiment, the operation of the wireless power transmitter in steps S1700 to S1735 may be performed by the communication / control unit 120.
  • the wireless power receiver in the embodiment according to FIG. 16 corresponds to the wireless power receiver or the wireless power receiver or the power receiver disclosed in FIGS. 1 to 11. Therefore, the operation of the wireless power receiver in the present embodiment is implemented by one or a combination of two or more of the respective components of the wireless power receiver in FIGS.
  • the wireless power receiver etc. in steps S1700 to S1735 may be performed by the communication / control unit 220.
  • FIG. 19 is a state diagram illustrating a procedure of performing handover to an outband according to another embodiment.
  • the difference between the embodiment according to FIG. 19 and the embodiment of FIG. 16 lies in the phase in which handover to the outband is performed. That is, in the handover procedure according to FIG. 16, the handover is performed in the negotiation phase. In the handover procedure according to FIG. 19, the handover to the outband is performed in a separate handover phase instead of the negotiation phase.
  • the handover phase is a new phase defined after the identification and setup phase.
  • in-band communication is used from the selection phase S1900 to the ping phase S1905 to the identification and configuration phase S1910.
  • identification and configuration phase S1910
  • in-band communication is continuously used or handover to out-band is performed depending on whether the wireless power receiver supports out-band communication.
  • the wireless power receiver belongs to PC0 and does not support outband communication (PC0 PRx not supporting OOB)
  • the negotiation phase (S1915)-correction phase (S1920)-power transmission phase (S1925)-renegotiation phase (S1930) In-band communication is used.
  • the wireless power transmitter and receiver are requested by a handover request to the outband of the wireless power transmitter. Enters the handover phase (S1935). In the handover phase S1935, the handover is performed from inband to outband, and outband communication is used continuously until the negotiation phase S1940-correction phase S1945-power transmission phase S1950. In this case, in order to identify the wireless power transmitter and detect the swap, the wireless power transmitter and the wireless power receiver use the in-band communication intermittently or periodically or at the request of the wireless power transmitter in the power transmission phase. Detection may be performed (S1955). In order to detect the swap, the wireless power receiver may transmit unique information to the wireless power transmitter using in-band communication. In addition, the transmission of the unique information or the swap detection may be triggered by a request of the wireless power transmitter.
  • the swap detection by the request of the wireless power transmitter may include requesting, by the wireless power transmitter, unique information of the wireless power receiver from the wireless power receiver using the outband communication.
  • the unique information of the wireless power receiver includes an ID packet.
  • the unique information of the wireless power receiver includes a random number.
  • the unique information of the wireless power receiver includes BLE device address information of the wireless power receiver used when switching from in-band to out-band.
  • the unique information may include at least one of an identification packet, a random number, and BLE device address information of the wireless power receiver.
  • the requesting of the unique information of the wireless power receiver by the wireless power transmitter may include transmitting the unique information by the wireless power transmitter.
  • the unique information of the wireless power transmitter may be selectively transmitted. That is, the wireless power transmitter may or may not transmit the unique information of the wireless power transmitter to the wireless power receiver.
  • the wireless power receiver determines whether to receive unique information of the wireless power transmitter from the wireless power transmitter. If the wireless power transmitter does not send its own information to the wireless power receiver, the wireless power receiver transmits default unique information to the wireless power transmitter using in-band communication. Default unique information includes, for example, BLE device address information.
  • the wireless power transmitter may determine whether a swap is generated based on unique information of the wireless power receiver. For example, when the wireless power receiver transmits unique information of the wireless power receiver using in-band communication, and the wireless power transmitter receives the unique information of the wireless power receiver, the wireless power transmitter generates a swap. I do not think that. On the other hand, if the wireless power receiver does not transmit the unique information of the wireless power receiver by using in-band communication within a given time or the wireless power receiver transmits the unique information of the wireless power receiver, the wireless power receiver receives the wireless power receiver. If it fails to receive the unique information of the wireless power transmitter may determine that a swap has occurred.
  • the wireless power receiver may include transmitting bit pattern information to the wireless power transmitter using in-band communication (ASK).
  • ASK in-band communication
  • the wireless power receiver changes the impedance according to the request of the wireless power transmitter, and the wireless power transmitter detects the changed impedance and is still in a magnetic coupling state with the same wireless power receiver. And overlying the wireless power transmitter). If a swapping occurs and the wireless power transmitter is in magnetic coupling with another wireless power receiver (or another wireless power receiver is placed on the wireless power transmitter), the wireless power receiver is the wireless power transmitter.
  • the unique information of the wireless power transmitter or receiver is not particularly required. Since there may be a problem in the in-band communication quality at high power transmission, a method of transferring simple bit pattern information as in the present embodiment may be more advantageous than the packet form in order to improve the swap detection performance.
  • the wireless power transmitter and the wireless power receiver return to the selection phase S1900.
  • FIG. 20 is a flowchart illustrating an operation of a wireless power receiver for supporting outband communication in the identification and configuration phase of FIG. 19.
  • the apparatus for receiving wireless power may instruct support of outband communication by setting an outband flag to a specific value (for example, '1') (S2000).
  • the wireless power receiver transmits a setup packet including the outband flag to the wireless power transmitter in the identification and setup phase (S1910) (S2005), and monitors the response of the wireless power transmitter.
  • the wireless power receiver enters the power transmission phase (S2015). In-band communication is used in the power transfer phase after step S2015.
  • the wireless power receiver enters the negotiation phase (S1915) (S2020). Since the wireless power transmitter does not support out-band communication, in-band communication is used in phases after step S2020.
  • the wireless power receiver enters the handover phase (S1935) (S2025). Since both the wireless power transmitter and the receiver support outband communication, outband communication is used in phases after step S2025. However, in-band communication may be used in parallel with out-band communication for swap detection.
  • the wireless power receiver in the embodiment according to FIG. 20 corresponds to the wireless power receiver or the wireless power receiver or the power receiver described in FIGS. 1 to 11. Therefore, the operation of the wireless power receiver for each step in the present embodiment is implemented by one or two or more combinations of the respective components of the wireless power receiver in FIGS. 1 to 11. For example, operations according to steps S2000 to S2025 may be performed by the communication / control unit 220.
  • FIG. 21 is a flowchart illustrating an operation of a wireless power transmitter supporting outband communication in the identification and configuration phase of FIG. 19.
  • the wireless power transmitter checks an outband flag included in a configuration packet (S2100) to recognize whether a wireless power receiver paired for wireless charging supports outband communication. can do. If the outband flag is set to '1', it indicates that the wireless power receiver supports outband communication. If the outband flag is set to '0', it can indicate that the wireless power receiver does not support outband communication. have. If the outband flag is set to '1' as a result of checking the outband flag, the wireless power transmitter generates and transmits a response signal thereto (S2105). The response signal may have a specific bit pattern.
  • the wireless power transmitter transmits a request signal for requesting handover to the outband as a response signal to the wireless power receiver.
  • the signal for requesting the handover to the outband may be referred to in other terms such as a request signal for entering the handover phase, a switch to the outband, and a request signal for the outband.
  • the handover request signal to the outband may be a specific bit pattern.
  • the bit pattern may reuse an existing NAK or ND, or may be a value newly defined as a response to a configuration packet of the wireless power receiver.
  • the bit pattern may consist of eight bits.
  • the wireless power transmitter enters the handover phase (S2110). Since both the wireless power transmitter and the receiver support outband communication, outband communication is used in phases after step S2110. However, in-band communication may be used in parallel with out-band communication for swap detection.
  • the wireless power transmitter in the embodiment of FIG. 21 corresponds to the wireless power transmitter or the wireless power transmitter or the power transmitter disclosed in FIGS. 1 to 11. Therefore, the operation of the wireless power transmitter in the present embodiment is implemented by one or a combination of two or more elements of the wireless power transmitter in FIGS. For example, operations of the wireless power transmitter according to steps S2100 and S2105 may be performed by the communication / control unit 120.
  • FIG. 22 is a diagram illustrating subsequent phases according to response signals of the wireless power transmitter in the identification and configuration phases according to FIG. 19 in terms of power class.
  • the BPP wireless power transmitter of PC0 does not support negotiation phase and outband communication. Accordingly, the BPP wireless power transmitter of PC0 responds to the setup packet of the wireless power receiver in the identification and setup phase S2200, and the wireless power transmitter and the receiver enter the power transfer phase in step S2205. ).
  • the EPP wireless power transmitter of PC0 supports the negotiation phase, and out-band communication can be selectively supported.
  • the EPP wireless power transmitter of PC0 If the EPP wireless power transmitter of PC0 does not support outband communication, the EPP wireless power transmitter of PC0 responds to the setup packet of the wireless power receiver in the identification and setup phase (S2200), and negotiates the phase. Enter (S2210).
  • the wireless power transmitter transmits the set packet of the wireless power receiver in the identification and setup phase (S2200).
  • a handover request (RFO: request for OOB link) response to the outband is made, and the handover phase is entered (S2215).
  • the handover request response to outband may be, for example, a new FSK response pattern of ND, NAK or other form.
  • the wireless power receiver accepts an ACK for the handover request response to the outband, the wireless power transmitter and the receiver enter the negotiation phase (S2220).
  • the wireless power transmitter in the embodiment of FIG. 22 corresponds to the wireless power transmitter, the wireless power transmitter, or the power transmitter disclosed in FIGS. 1 to 11. Therefore, the operation of the wireless power transmitter in the present embodiment is implemented by one or a combination of two or more elements of the wireless power transmitter in FIGS. For example, operations of the wireless power transmitter according to steps S2200 to S2220 may be performed by the communication / control unit 120.
  • the wireless power receiver in the embodiment according to FIG. 22 corresponds to the wireless power receiver or the wireless power receiver or the power receiver disclosed in FIGS. 1 to 11. Therefore, the operation of the wireless power receiver for each step in the present embodiment is implemented by one or two or more combinations of the respective components of the wireless power receiver in FIGS. 1 to 11. For example, operations of the wireless power receiver according to steps S2200 to S2220 may be performed by the communication / control unit 220.
  • FIG. 23 is a flowchart illustrating a procedure of performing handover to an outband in a handover phase according to an embodiment
  • FIG. 24 illustrates a procedure of performing handover to an outband in a negotiation phase according to another embodiment. It is a flowchart shown.
  • operations of the wireless power transmitter and the receiver in the handover phase of FIG. 23 are the same as those of the wireless power transmitter and the receiver in the in-band communication section of FIG.
  • the operation of the power transmitter and the receiver is the same as the operation of the wireless power transmitter and the receiver in the out-band communication section of FIG.
  • the wireless power transmitter in the embodiment according to FIGS. 23 and 24 corresponds to the wireless power transmitter or the wireless power transmitter or the power transmitter disclosed in FIGS. 1 to 11. Therefore, the operation of the wireless power transmitter in the present embodiment is implemented by one or a combination of two or more elements of the wireless power transmitter in FIGS. For example, operations of the wireless power transmitter according to steps S2300, S2305, and S2400 to S2420 may be performed by the communication / control unit 120.
  • the wireless power receiver in the embodiment according to FIGS. 23 and 24 corresponds to the wireless power receiver or the wireless power receiver or the power receiver disclosed in FIGS. 1 to 11. Therefore, the operation of the wireless power receiver for each step in the present embodiment is implemented by one or two or more combinations of the respective components of the wireless power receiver in FIGS. 1 to 11. For example, operations of the wireless power receiver according to steps S2300, S2305, S2400 to S2420 may be performed by the communication / control unit 220.
  • FIG. 25 is a flowchart illustrating operations of a wireless power transmitter and a receiver in a calibration phase according to an embodiment.
  • the correction phases of steps S1540 and S1560 of FIG. 15, the correction phases of steps S1620 and S1640 of FIG. 16, and the correction phases of steps S1920 and S1945 of FIG. 19 may be the same as the correction phases of FIG. 25.
  • the wireless power receiver transmits a received power packet (RPP) to a wireless power transmitter in a state in which a load is connected to the wireless power receiver (S2500).
  • RPP received power packet
  • the wireless power transmitter transmits a Write_Load_ON message informing the wireless power receiver to connect the load to the wireless power receiver (S2505).
  • the wireless power receiver transmits the received power packet to the wireless power transmitter in the state in which the load is connected (S2510).
  • FIG. 26 is a flowchart illustrating operations of a wireless power transmitter and a receiver in a power transfer phase according to an embodiment.
  • the power transfer phases of steps S1550 and S1570 of FIG. 15, the power transfer phases of steps S1625 and S1645 of FIG. 16, and the power transfer phases of steps S1925 and S1950 of FIG. 19 may be the same as those of FIG. 26.
  • a wireless power transmitter and a receiver transmit and receive static information and dynamic information with each other using outband communication.
  • a control error (CE) packet For example, a control error (CE) packet, a received power packet (RPP), an end power transfer (EPT) packet, and the like are exchanged through outband communication.
  • CE control error
  • RPP received power packet
  • EPT end power transfer
  • the wireless power transmitter and the wireless power receiver use the in-band communication intermittently or periodically or at the request of the wireless power transmitter in the power transmission phase. Detection can be performed.
  • the swap detection is an operation in which the wireless power receiver transmits unique information (for example, an ID packet or unique key info) to the wireless power transmitter based on in-band communication. It may include. That is, the swap detection may be performed by identifying a wireless power receiver that is currently in service and checking whether a wireless power receiver that has been previously serviced is correct. Transmission of the unique information or swap detection may be triggered at the request of the wireless power transmitter.
  • the swap detection by the request of the wireless power transmitter may include requesting, by the wireless power transmitter, unique information of the wireless power receiver from the wireless power receiver using the outband communication.
  • the unique information of the wireless power receiver includes an ID packet.
  • the unique information of the wireless power receiver includes a random number.
  • the unique information of the wireless power receiver includes BLE device address information of the wireless power receiver used when switching from in-band to out-band.
  • the unique information may include at least one of an identification packet, a random number, and BLE device address information of the wireless power receiver.
  • the requesting of the unique information of the wireless power receiver by the wireless power transmitter may include transmitting the unique information by the wireless power transmitter.
  • the unique information of the wireless power transmitter may be selectively transmitted. That is, the wireless power transmitter may or may not transmit the unique information of the wireless power transmitter to the wireless power receiver.
  • the wireless power receiver determines whether to receive unique information of the wireless power transmitter from the wireless power transmitter. If the wireless power transmitter does not send its own information to the wireless power receiver, the wireless power receiver transmits default unique information to the wireless power transmitter using in-band communication. Default unique information includes, for example, BLE device address information.
  • the wireless power transmitter may determine whether a swap is generated based on unique information of the wireless power receiver. For example, when the wireless power receiver transmits unique information of the wireless power receiver using in-band communication, and the wireless power transmitter receives the unique information of the wireless power receiver, the wireless power transmitter generates a swap. I do not think that. On the other hand, if the wireless power receiver does not transmit the unique information of the wireless power receiver by using in-band communication within a given time or the wireless power receiver transmits the unique information of the wireless power receiver, the wireless power receiver receives the wireless power receiver. If it fails to receive the unique information of the wireless power transmitter may determine that a swap has occurred.
  • the wireless power receiver may include transmitting bit pattern information to the wireless power transmitter using in-band communication (ASK).
  • ASK in-band communication
  • the wireless power receiver changes the impedance according to the request of the wireless power transmitter, and the wireless power transmitter detects the changed impedance and is still in a magnetic coupling state with the same wireless power receiver. And overlying the wireless power transmitter). If a swapping occurs and the wireless power transmitter is in magnetic coupling with another wireless power receiver (or another wireless power receiver is placed on the wireless power transmitter), the wireless power receiver is the wireless power transmitter.
  • the unique information of the wireless power transmitter or receiver is not particularly required. Since there may be a problem in the in-band communication quality at high power transmission, a method of transferring simple bit pattern information as in the present embodiment may be more advantageous than the packet form in order to improve the swap detection performance.
  • the wireless power transmitter and the wireless power receiver may return to the selection phase again.
  • the wireless power transmitter in the embodiment of FIGS. 25 and 26 corresponds to the wireless power transmitter or the wireless power transmitter or the power transmitter disclosed in FIGS. 1 to 11. Therefore, the operation of the wireless power transmitter in the present embodiment is implemented by one or a combination of two or more elements of the wireless power transmitter in FIGS.
  • the wireless power receiver in the embodiment according to FIGS. 25 and 26 corresponds to the wireless power receiver or the wireless power receiver or the power receiver disclosed in FIGS. 1 to 11. Therefore, the operation of the wireless power receiver for each step in the present embodiment is implemented by one or two or more combinations of the respective components of the wireless power receiver in FIGS. 1 to 11.
  • initial phases are performed by in-band communication, and advance information related to out-band communication in the negotiation phase or the handover phase is also exchanged by the in-band communication.
  • advance information related to out-band communication in the negotiation phase or the handover phase is also exchanged by the in-band communication.
  • the time required to complete the handover to the outband was confirmed through experiments.
  • Bluetooth communication BLE was used as outband communication.
  • the time period from the selection phase to the completion of the handover to Bluetooth (or the completion of the Bluetooth connection establishment) may be divided into i) in-band communication interval and ii) Bluetooth connection establishment interval.
  • the time required for the in-band communication section is calculated as follows.
  • 27 is a flowchart illustrating a handover procedure flow and time required for Bluetooth according to an embodiment.
  • in-band communication intervals include signal strength packet transmission (ASK communication), identification packet transmission (ASK communication), configuration packet transmission (ASK communication), and ND transmission (FSK).
  • Communication out-band link information (OOB link information) transmission (ASK communication), ACK transmission (FSK communication) to include, the experimental results confirmed that it takes about 278ms ⁇ 352ms. Simulation conditions are that the operating frequency is 100kHz, the polarity of the FSK is positive, the depth is 1 (used as -78ns), and 6 bytes as outband link information in ASK communication for the outband link. (44 ms required) was used.
  • the Bluetooth connection establishment section includes three subdivisions: advertising, transmission of a CONNECTION_IND message, and link connection setup.
  • the total time required for the Bluetooth connection establishment section can be obtained. Therefore, the time required for the Bluetooth connection establishment section will be calculated below with reference to FIGS. 28 to 32.
  • 28 is a flowchart illustrating the timing of advertising operation in Bluetooth communication.
  • the advertising interval advInterval may be 20 ms, and the advertising delay advDelay may be 0 ms to 10 ms by a pseudo-random value.
  • the ADV_IND packet as shown in FIG. 29 is advertised by the timing according to FIG.
  • the ADV_IND packet is 47 bytes (payload 37 bytes + overhead 10 bytes), and the number of bits is 376 bits.
  • the payload includes an AdvA field indicating a BLE device address (MAC address) of the wireless power receiver and an AdvData field including a UUID indicating a wireless charging service.
  • the time taken for the ADV_IND packet of 47 bytes to be advertised according to the timing of FIG. 28 is about 0.4 ms.
  • 30 is a flowchart illustrating transmission timing of a CONNECTION_IND message in Bluetooth communication.
  • scan window and scan interval parameters related to the Bluetooth communication of the wireless power transmitter are set to the same value so that the Bluetooth link layer of the wireless power transmitter is the main advertising. (primary advertising) allows continuous scanning of channels.
  • Inter frame space (IFS) time T_IFS is 150us
  • the CONNECT_IND message is 44 bytes ((preamble 1B + access address 4B + header 2B + payload 34B + CRC) as shown in FIG. (3B)) is 352 bits, so the time required to transmit the CONNECT_IND message is about 0.4 ms.
  • the CONNECT_IND message is an InitA field indicating the Bluetooth device address of the wireless power transmitter as shown in Fig. 31, and the wireless power receiver AdvA field indicating the Bluetooth device address of the LLData field including a parameter related to the connection.
  • 32 is a flowchart illustrating timing of a link connection setup in Bluetooth communication.
  • the transmission window delay (transmitWindowDelay) for the CONNECT_IND message is 1.25 ms
  • the transmission window offset is a multiple of 1.25 ms within the range of 0 ms to connInterval
  • T_IB the time required for the in-band communication interval
  • T_BLE_Setuptime the time required for the Bluetooth connection establishment interval
  • the wireless power transmission method and apparatus, or the receiving apparatus and method according to the embodiment of the present invention described above are not essential to every component or step, the wireless power transmission apparatus and method, or the receiving apparatus and method described above Or some or all of the steps.
  • the above-described wireless power transmitter and method, or embodiments of the receiving device and method may be performed in combination with each other.
  • each component or step described above is not necessarily performed in the order described, it is also possible that the steps described later may be performed before the steps described first.

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Abstract

본 발명은 무선전력 전송 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이종의 통신 방법간에 핸드오버를 수행하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 무선전력 전송장치와 수신장치는 아웃밴드 플래그에 기반하여 자신의 아웃밴드 통신의 지원 여부를 지시할 수 있다. 무선전력 전송장치는 핸드오버를 요청하는 비트 패턴을 이용하여 핸드오버의 개시를 무선전력 수신장치에 요청할 수 있다. 아웃밴드로의 핸드오버 절차는 협상 페이즈에서 수행될 수도 있고, 별도의 핸드오버 페이즈에서 수행될 수도 있다. 아웃밴드 통신 연결 수립을 위한 정보가 인밴드 통신을 통해 무선전력 수신장치에서 무선전력 전송장치로 전송될 수 있다. 또한, 아웃밴드로의 핸드오버가 완료된 이후라도, 전력 전송 페이즈에서 주기적 또는 간헐적으로 인밴드 통신을 수행하여 무선전력 수신장치의 스와프를 감지할 수 있다.

Description

무선전력 전송 시스템에서 이종 통신을 지원하는 장치 및 방법
본 발명은 무선충전에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무선전력 전송 시스템에서 이종 통신을 지원하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
무선 전력 전송 기술은 전원 소스와 전자 기기 사이에 무선으로 전력을 전달하는 기술이다. 일 예로 무선 전력 전송 기술은 스마트폰이나 태블릿 등의 무선 단말기를 단지 무선 충전 패드 상에 올려놓는 것만으로 무선 단말기의 배터리를 충전할 수 있도록 함으로써, 기존의 유선 충전 커넥터를 이용하는 유선 충전 환경에 비해 보다 뛰어난 이동성과 편의성 그리고 안전성을 제공할 수 있다. 무선 전력 전송 기술은 무선 단말기의 무선 충전 이외에도, 전기 자동차, 블루투스 이어폰이나 3D 안경 등 각종 웨어러블 디바이스(wearable device), 가전기기, 가구, 지중시설물, 건물, 의료기기, 로봇, 레저 등의 다양한 분야에서 기존의 유선 전력 전송 환경을 대체할 것으로 주목받고 있다.
무선전력 전송방식을 비접촉(contactless) 전력 전송방식 또는 무접점(no point of contact) 전력 전송방식, 무선충전(wireless charging) 방식이라 하기도 한다. 무선전력 전송 시스템은, 무선전력 전송방식으로 전기에너지를 공급하는 무선전력 전송장치와, 상기 무선전력 전송장치로부터 무선으로 공급되는 전기에너지를 수신하여 배터리셀등 수전장치에 전력을 공급하는 무선전력 수신장치로 구성될 수 있다.
무선 전력 전송 기술은 자기 커플링(magnetic coupling)을 통해 전력을 전달하는 방식, 무선 주파수(radio frequency: RF)를 통해 전력을 전달하는 방식, 마이크로웨이브(microwave)를 통해 전력을 전달하는 방식, 초음파를 통해 전력을 전달하는 방식 등 다양하다. 자기 커플링에 기반한 방식은 다시 자기 유도(magnetic induction) 방식과 자기 공진(magnetic resonance) 방식으로 분류된다. 자기유도 방식은 전송 측의 코일과 수신 측의 코일 간의 전자기결합에 따라 전송 측 코일배터리셀에서 발생시킨 자기장로 인해 수신 측 코일에 유도되는 전류를 이용하여 에너지를 전송하는 방식이다. 자기공진 방식은 자기장을 이용한다는 점에서 자기유도 방식과 유사하다. 하지만, 자기공진 방식은 전송 측의 코일과 수신 측의 코일에 특정 공진 주파수가 인가될 때 공진이 발생하고, 이로 인해 전송 측과 수신 측 양단에 자기장이 집중되는 현상에 의해 에너지가 전달되는 측면에서 자기유도와는 차이가 있다.
기존 무선전력 전송 시스템에서 무선전력 전송장치와 수신장치 간 통신은 일반적으로 자기장 변화를 이용한 진폭 변조 방식(amplitude shift keying: ASK) 또는 주파수 변화를 이용한 주파수 변조 방식(frequency shift keying: FSK)를 사용하고 있다. 그러나 ASK와 FSK의 전송 속도는 수 kHz에 불과하며 전기적, 자기적인 외란(disturbance)에 취약하기 때문에, 기존의 통신 방식은 진화된 무선전력 전송 시스템에서 요구되는 중전력급 전송이나 인증(authentication)과 같은 대용량 데이터 전송에 적합하지 않다. 따라서, 무선 전력 전송의 다양한 응용을 지원하기 위해, 무선전력 전송장치와 수신장치간에 여러 가지 통신 규약을 선택할 수 있는 방법이 요구된다.
본 발명의 기술적 과제는 무선전력 전송 시스템에서 이종 통신을 지원하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 WPC PC0와 PC1을 위한 이종의 통신 채널을 지원하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 무선전력 전송 시스템에서 이종의 통신 방법간에 핸드오버를 수행하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 무선전력 전송 시스템에서 이종의 통신 방법을 지원하기 위한 패킷 구조와 절차를 제공함에 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 이종 통신을 지원하는 무선전력 수신장치를 제공한다. 상기 장치는 동작 주파수(operating frequency)에서 무선전력 전송장치와의 자기 커플링(magnetic coupling)에 의해 상기 무선전력 전송장치로부터 무선전력을 수신하고, 상기 무선전력에 의해 발생하는 교류 신호를 직류 신호로 변환하도록 구성된 전력 픽업 유닛(power pick-up unit), 상기 전력 픽업 유닛으로부터 상기 직류 신호를 공급받고, 상기 무선전력 전송장치와 통신을 수행하도록 구성된 통신/컨트롤 유닛, 및 상기 전력 픽업 유닛으로부터 상기 직류 신호를 공급받도록 구성된 부하(load)를 포함한다.
여기서 상기 통신/컨트롤 유닛은 상기 동작 주파수를 이용하는 인밴드(in-band) 통신과 상기 동작 주파수 이외의 주파수를 이용하는 아웃밴드(out-band) 통신 중 적어도 하나를 수행하되, 식별 및 설정 페이즈에서 상기 통신/컨트롤 유닛은 상기 인밴드 통신을 통해 상기 무선전력 전송장치가 아웃밴드 통신을 지원하는지 여부를 지시하는 아웃밴드 플래그를 포함하는 성능(capability) 패킷을 상기 무선전력 전송장치로부터 수신하고, 상기 통신/컨트롤 유닛은, 상기 전력 픽업 유닛이 상기 무선전력을 수신하는 전력 전송 페이즈(power transfer phase)로 진입하기 전에, 상기 아웃밴드로의 핸드오버(handover) 절차를 수행하도록 구성될 수 있다.
일 측면에서, 상기 아웃밴드로의 핸드오버 절차는, 협상 페이즈에서 상기 통신/컨트롤 유닛이 상기 아웃밴드로의 핸드오버를 관한 정보를 상기 인밴드 통신을 기반으로 상기 무선전력 전송장치로 전송하는 동작을 포함할 수 있다.
다른 측면에서, 상기 아웃밴드로의 핸드오버 절차는, 핸드오버 페이즈에서 상기 통신/컨트롤 유닛이 상기 아웃밴드로의 핸드오버를 관한 정보를 상기 인밴드 통신을 기반으로 상기 무선전력 전송장치로 전송하는 동작을 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 아웃밴드로의 핸드오버를 관한 정보는 상기 무선전력 수신장치의 아웃밴드 MAC(medium access control) 주소 패킷을 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 아웃밴드로의 핸드오버 절차는, 상기 통신/컨트롤 유닛이 상기 아웃밴드로의 핸드오버의 개시를 요청하는 요청 신호를 상기 무선전력 전송장치로부터 수신함으로써 개시될 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 요청 신호는 상기 아웃밴드로의 핸드오버를 지시하는 8비트의 비트 패턴일 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 통신/컨트롤 유닛은, 상기 핸드오버 절차가 완료되면 상기 전력 전송 페이즈에서 상기 무선전력 전송장치와 상기 아웃밴드 통신을 수행하되, 상기 전력 전송 페이즈에서 상기 무선전력 수신장치의 스와프(swap) 감지를 위한 고유 정보 또는 비트 패턴 정보를 상기 인밴드 통신을 이용하여 상기 무선전력 전송장치로 전송할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면 이종 통신을 지원하는 무선전력 전송장치를 제공한다. 상기 장치는 동작 주파수(operating frequency)에서 무선전력 수신장치와의 자기 커플링(magnetic coupling)에 의해 상기 무선전력 수신장치로 무선전력을 전송하는 전력 변환 유닛(power conversion unit), 및 상기 동작 주파수를 이용하는 인밴드(in-band) 통신과 상기 동작 주파수 이외의 주파수를 이용하는 아웃밴드(out-band) 통신 중 적어도 하나를 수행하는 통신/컨트롤 유닛을 포함하되, 상기 통신/컨트롤 유닛은, 식별 및 설정 페이즈에서 상기 인밴드 통신을 통해 상기 무선전력 전송장치가 아웃밴드 통신을 지원하는지 여부를 지시하는 아웃밴드 플래그를 포함하는 성능(capability) 패킷을 상기 무선전력 수신장치로 전송하고, 상기 통신/컨트롤 유닛은, 상기 전력 변환 유닛이 상기 무선전력을 전송하는 전력 전송 페이즈(power transfer phase)로 진입하기 전에, 상기 아웃밴드로의 핸드오버(handover) 절차를 수행하도록 구성될 수 있다.
일 다른 측면에서, 상기 아웃밴드로의 핸드오버 절차는, 협상 페이즈에서 상기 통신/컨트롤 유닛이 상기 아웃밴드로의 핸드오버를 관한 정보를 상기 인밴드 통신을 기반으로 상기 무선전력 수신장치로부터 수신하는 동작을 포함할 수 있다.
다른 측면에서, 상기 아웃밴드로의 핸드오버 절차는, 핸드오버 페이즈에서 상기 통신/컨트롤 유닛이 상기 아웃밴드로의 핸드오버를 관한 정보를 상기 인밴드 통신을 기반으로 상기 무선전력 수신장치로부터 수신하는 동작을 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 아웃밴드로의 핸드오버를 관한 정보는 상기 무선전력 수신장치의 아웃밴드 MAC 주소 패킷을 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 아웃밴드로의 핸드오버 절차는, 상기 통신/컨트롤 유닛이 상기 아웃밴드로의 핸드오버의 개시를 요청하는 요청 신호를 상기 무선전력 수신장치로 전송함으로써 개시될 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 요청 신호는 상기 아웃밴드로의 핸드오버를 지시하는 8비트의 비트 패턴일 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 통신/컨트롤 유닛은, 상기 핸드오버 절차가 완료되면 상기 전력 전송 페이즈에서 상기 무선전력 수신장치와 상기 아웃밴드 통신을 수행하되, 상기 전력 전송 페이즈에서 상기 무선전력 수신장치의 스와프(swap) 감지를 위한 고유 정보 또는 비트 패턴 정보를 상기 인밴드 통신을 이용하여 상기 무선전력 수신장치로부터 수신할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 동작 주파수(operating frequency)에서 무선전력 전송장치와의 자기 커플링(magnetic coupling)에 의해 상기 무선전력 전송장치로부터 무선전력을 수신하도록 구성된 무선전력 수신장치가 이종 통신을 수행하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 식별 및 설정 페이즈에서 상기 동작 주파수를 이용하는 인밴드 통신을 통해, 상기 무선전력 전송장치가 상기 동작 주파수 이외의 주파수를 이용하는 아웃밴드 통신을 지원하는지 여부를 지시하는 아웃밴드 플래그를 포함하는 성능(capability) 패킷을 무선전력 전송장치로부터 수신하는 단계, 상기 무선전력 전송장치로부터 아웃밴드로의 핸드오버(handover)를 요청하는 요청 신호를 수신하는 단계, 상기 아웃밴드로의 핸드오버를 수행하는 단계, 전력 전송 페이즈에서 상기 무선전력을 수신하는 단계, 및 상기 전력 전송 페이즈에서 상기 무선전력 수신장치의 스와프(swap) 감지를 위한 식별 정보를 상기 인밴드 통신을 이용하여 상기 무선전력 전송장치로 전송하는 단계를 포함한다.
무선전력 전송장치와 수신장치간에 전력 클래스에 따라, 페이즈(phase)에 따라 여러 가지 통신 규약을 선택할 수 있어 무선 전력 전송의 다양한 응용을 지원할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 전력 시스템(10)의 블록도이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 무선 전력 시스템(10)의 블록도이다.
도 3은 무선 전력 전송 시스템이 도입되는 다양한 전자 기기들의 실시예를 나타낸다.
도 4는 다른 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 블록도이다.
도 5는 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 전력 제어 컨트롤 방법을 나타낸다.
도 7은 다른 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 블록도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치를 나타낸다.
도 9는 일 실시예에 따른 통신 프레임 구조를 나타낸다.
도 10은 일 실시예에 따른 싱크 패턴의 구조이다.
도 11은 일 실시예에 따른 쉐어드 모드에서 무선 전력 전송장치 및 무선전력 수신장치의 동작 상태를 도시하였다.
도 12는 일 실시예에 따른 무선전력 전송장치의 성능(capability) 패킷의 구조이다.
도 13은 일 실시예에 따른 무선전력 수신장치의 설정(configuration) 패킷의 구조이다.
도 14는 일 실시예에 따른 아웃밴드로의 핸드오버 요청에 사용되는 비트 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 일 실시예에 따른 아웃밴드로의 핸드오버가 수행되는 절차를 도시한 상태 다이어그램이다.
도 16은 다른 실시예에 따른 아웃밴드로의 핸드오버가 수행되는 절차를 도시한 상태 다이어그램이다.
도 17은 일 실시예에 따른 협상 페이즈에서 아웃밴드로의 핸드오버가 수행되는 절차를 도시한 흐름도이다.
도 18은 일 실시예에 따른 아웃밴드 링크 정보를 도시한 것이다.
도 19는 또 다른 실시예에 따른 아웃밴드로의 핸드오버가 수행되는 절차를 도시한 상태 다이어그램이다.
도 20은 도 19에 따른 식별 및 설정 페이즈에서 아웃밴드 통신을 지원하는 무선전력 수신장치의 동작 순서도이다.
도 21은 도 19에 따른 식별 및 설정 페이즈에서 아웃밴드 통신을 지원하는 무선전력 전송장치의 동작 순서도이다.
도 22는 도 19에 따른 식별 및 설정 페이즈에서 무선전력 전송장치의 응답 신호에 따른 후속 페이즈들을 전력 클래스 관점에서 분류한 다이어그램이다.
도 23은 일 실시예에 따른 핸드오버 페이즈에서 아웃밴드로의 핸드오버가 수행되는 절차를 도시한 흐름도이다.
도 24는 다른 실시예에 따른 협상 페이즈에서 아웃밴드로의 핸드오버가 수행되는 절차를 도시한 흐름도이다.
도 25는 일 실시예에 따른 보정 페이즈(calibration phase)에서의 무선전력 전송장치와 수신장치의 동작 흐름도이다.
도 26은 일 실시예에 따른 전력 전송 페이즈(power transfer phase)에서의 무선전력 전송장치와 수신장치의 동작 흐름도이다.
도 27은 일 실시예에 따른 블루투스로의 핸드오버 절차 흐름도와 소요되는 시간을 시뮬레이션 한 도면이다.
도 28은 블루투스 통신에서 어드버타이징(advertising) 동작 타이밍을 도시한 흐름도이다.
도 29는 ADV_IND 패킷의 일례이다.
도 30은 블루투스 통신에서 CONNECTION_IND 메시지의 전송 타이밍을 도시한 흐름도이다.
도 31은 CONNECT_IND 메시지 구조의 일례이다.
도 32는 블루투스 통신에서 링크 연결 셋업의 타이밍을 도시한 흐름도이다.
이하에서 사용되는 "무선 전력" 이라는 용어는, 물리적인 전자기 전도체들의 사용없이 무선전력 전송기(wireless power transmitter)로부터 무선전력 수신장치(wireless power receiver)로 전달되는 전기장, 자기장, 전자기장 등과 관련된 임의의 형태의 에너지를 의미하도록 사용된다. 무선전력은 무선 전력 신호(wireless power signal)이라고 불릴 수도 있으며, 1차 코일과 2차 코일에 의해 둘러싸이는(enclosed) 진동하는 자속(oscillating magnetic flux)을 의미할 수 있다. 예를 들어, 이동 전화기, 코드리스 전화기, iPod, MP3 플레이어, 헤드셋 등을 포함하는 디바이스들을 무선으로 충전하기 위해 시스템에서의 전력 변환이 여기에 설명된다. 일반적으로, 무선 전력 전송의 기본적인 원리는, 예를 들어, 자기 커플링(magnetic coupling)을 통해 전력을 전달하는 방식, 무선 주파수(radio frequency: RF)를 통해 전력을 전달하는 방식, 마이크로웨이브(microwave)를 통해 전력을 전달하는 방식, 초음파를 통해 전력을 전달하는 방식을 모두 포함한다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 전력 시스템(10)의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 무선 전력 시스템(10)은 무선 전력 전송 장치(wireless power transmitter, 100)와 무선 전력 수신 장치(wireless power receiver, 200)를 포함한다.
무선 전력 전송 장치(100)는 외부의 전원 소스(S)로부터 전원을 인가받아 자기장을 발생시킨다. 무선 전력 수신 장치(200)는 발생된 자기장을 이용하여 전류를 발생시켜 무선으로 전력을 수신받는다.
또한, 무선 전력 시스템(10)에서 무선 전력 전송 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)는 무선 전력 전송에 필요한 다양한 정보를 송수신할 수 있다. 여기서, 무선 전력 전송 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)간의 통신은 무선 전력 전송에 이용되는 자기장을 이용하는 인-밴드 통신(in-band communication)이나 별도의 통신 캐리어를 이용하는 아웃-밴드 통신(out-band communication) 중 어느 하나의 방식에 따라 수행될 수 있다.
여기서, 무선 전력 전송 장치(100)는 고정형 또는 이동형으로 제공될 수 있다. 고정형의 예로는 실내의 천장이나 벽면 또는 테이블 등의 가구에 임베디드(embedded)되는 형태, 실외의 주차장, 버스 정류장이나 지하철역 등에 임플란트 형식으로 설치되는 형태나 차량이나 기차 등의 운송 수단에 설치되는 형태 등이 있다. 이동형인 무선 전력 전송 장치(100)는 이동 가능한 무게나 크기의 이동형 장치나 노트북 컴퓨터의 덮개 등과 같이 다른 장치의 일부로 구현될 수 있다.
또 무선 전력 수신 장치(200)는 배터리를 구비하는 각종 전자 기기 및 전원 케이블 대신 무선으로 전원을 공급받아 구동되는 각종 가전 기기를 포함하는 포괄적인 개념으로 해석되어야 한다. 무선 전력 수신 장치(200)의 대표적인 예로는, 이동 단말기(portable terminal), 휴대 전화기(cellular phone), 스마트폰(smart phone), 개인 정보 단말기(PDA: Personal Digital Assistant), 휴대 미디어 플레이어(PMP: Portable Media Player), 와이브로 단말기(Wibro terminal), 태블릿(tablet), 패블릿(pablet), 노트북(notebook), 디지털 카메라, 네비게이션 단말기, 텔레비전, 전기차량(EV: Electronic Vehicle) 등이 있다.
무선 전력 시스템(100)에서 무선 전력 수신 장치(200)는 하나 또는 복수일 수 있다. 도 1에서는 무선 전력 전송 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)가 일대일로 전력을 주고 받는 것으로 표현되고 있으나, 도 2와 같이 하나의 무선 전력 전송 장치(100)가 복수의 무선 전력 수신 장치(200-1, 200-2,..., 200-M)로 전력을 전달하는 것도 가능하다. 특히, 자기 공진 방식으로 무선 전력 전송을 수행하는 경우에는 하나의 무선 전력 전송 장치(100)가 동시 전송 방식이나 시분할 전송 방식을 응용하여 동시에 여러 대의 무선 전력 수신 장치(200-1, 200-2,...,200-M)로 전력을 전달할 수 있다.
또한, 도 1에는 무선 전력 전송 장치(100)가 무선 전력 수신 장치(200)에 바로 전력을 전달하는 모습이 도시되어 있으나, 무선 전력 전송 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200) 사이에 무선전력 전송 거리를 증대시키기 위한 릴레이(relay) 또는 중계기(repeater)와 같은 별도의 무선 전력 송수신 장치가 구비될 수 있다. 이 경우, 무선 전력 전송 장치(100)로부터 무선 전력 송수신 장치로 전력이 전달되고, 무선 전력 송수신 장치가 다시 무선 전력 수신 장치(200)로 전력을 전달할 수 있다.
이하 본 명세서에서 언급되는 무선전력 수신기, 전력 수신기, 수신기는 무선 전력 수신 장치(200)를 지칭한다. 또한 본 명세서에서 언급되는 무선전력 전송기, 전력 전송기, 전송기는 무선 전력 수신 전송 장치(100)를 지칭한다.
도 3은 무선 전력 전송 시스템이 도입되는 다양한 전자 기기들의 실시예를 나타낸다.
도 3에는 무선 전력 전송 시스템에서 송신 및 수신하는 전력 양에 따라 전자 기기들을 분류하여 도시하였다. 도 3을 참조하면, 스마트 시계(Smart watch), 스마트 글래스(Smart Glass), HMD(Head Mounted Display), 및 스마트 링(Smart ring)과 같은 웨어러블 기기들 및 이어폰, 리모콘, 스마트폰, PDA, 태블릿 PC 등의 모바일 전자 기기들(또는 포터블 전자 기기들)에는 소전력(약 5W이하 또는 약 20W 이하) 무선 충전 방식이 적용될 수 있다.
노트북, 로봇 청소기, TV, 음향 기기, 청소기, 모니터와 같은 중/소형 가전 기기들에는 중전력(약 50W이하 또는 약 200W)이하) 무선 충전 방식이 적용될 수 있다. 믹서기, 전자 레인지, 전기 밥솥과 같은 주방용 가전 기기, 휠체어, 전기 킥보드, 전기 자전거, 전기 자동차 등의 개인용 이동 기기들(또는, 전자 기기/이동 수단들)은 대전력(약 2kW 이하 또는 22kW이하) 무선 충전 방식이 적용될 수 있다.
상술한(또는 도 1에 도시된) 전자 기기들/이동 수단들은 후술하는 무선 전력 수신기를 각각 포함할 수 있다. 따라서, 상술한 전자 기기들/이동 수단들은 무선 전력 송신기로부터 무선으로 전력을 수신하여 충전될 수 있다.
이하에서는 전력 무선 충전 방식이 적용되는 모바일 기기를 중심으로 설명하나 이는 실시예에 불과하며, 본 발명에 따른 무선 충전 방법은 상술한 다양한 전자 기기에 적용될 수 있다.
무선전력 전송장치 및 수신장치들은 매우 편리한 사용자 경험과 인터페이스(UX/UI)를 제공할 수 있다. 즉, 스마트 무선충전 서비스가 제공될 수 있다, 스마트 무선충전 서비스는 무선전력 전송장치를 포함하는 스마트폰의 UX/UI에 기초하여 구현될 수 있다. 이러한 어플리케이션을 위해, 스마트폰의 프로세서와 무선충전 수신장치간의 인터페이스는 무선전력 전송장치와 수신장치간의 "드롭 앤 플레이(drop and play)" 양방향 통신을 허용한다.
일례로서, 사용자는 호텔에서 스마트 무선 충전 서비스를 경험할 수 있다. 사용자가 호텔 방으로 입장하고 방안의 무선충전기 위에 스마트폰을 올려놓으면, 무선충전기는 스마트폰으로 무선전력을 전송하고, 스마트폰은 무선전력을 수신한다. 이 과정에서, 무선충전기는 스마트 무선 충전 서비스에 관한 정보를 스마트폰으로 전송한다. 스마트폰이 무선충전기 상에 위치됨을 감지하거나, 무선전력의 수신을 감지하거나, 또는 스마트폰이 무선충전기로부터 스마트 무선 충전 서비스에 관한 정보를 수신하면, 스마트폰은 사용자에게 부가적 특징으로의 동의(opt-in)를 문의하는 상태로 진입한다. 이를 위해, 스마트폰은 알람음을 포함하거나 또는 포함하지 않는 방식으로 스크린상에 메시지를 디스플레이할 수 있다. 메시지의 일례는 "Welcome to ### hotel. Select “Yes” to activate smart charging functions : Yes | No Thanks."와 같은 문구를 포함할 수 있다. 스마트폰은 Yes 또는 No Thanks를 선택하는 사용자의 입력을 받고, 사용자에 의해 선택된 다음 절차를 수행한다. 만약 Yes가 선택되면 스마트폰은 무선충전기에 해당 정보를 전송한다. 그리고 스마트폰과 무선충전기는 스마트 충전 기능을 함께 수행한다.
스마트 무선 충전 서비스는 또한 WiFi 자격(wifi credentials) 자동 입력(auto-filled)을 수신하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 무선충전기는 WiFi 자격을 스마트폰으로 전송하고, 스마트폰은 적절한 앱을 실행하여 무선충전기로부터 수신된 WiFi 자격을 자동적으로 입력한다.
스마트 무선 충전 서비스는 또한 호텔 프로모션을 제공하는 호텔 어플리케이션을 실행하거나, 원격 체크인/체크아웃 및 컨택 정보들을 획득하는 것을 포함할 수 있다.
다른 예로서, 사용자는 차량 내에서 스마트 무선 충전 서비스를 경험할 수 있다. 사용자가 차량에 탑승하고 스마트폰을 무선충전기 위에 올려놓으면, 무선충전기는 스마트폰에 무선전력을 전송하고, 스마트폰은 무선전력을 수신한다. 이러한 과정에서, 무선 충전기는 스마트 무선 충전 서비스에 관한 정보를 스마트폰으로 전송한다. 스마트폰이 무선충전기 상에 위치됨을 감지하거나, 무선전력의 수신을 감지하거나, 또는 스마트폰이 무선충전기로부터 스마트 무선 충전 서비스에 관한 정보를 수신하면, 스마트폰은 사용자에게 신분(identity)를 확인을 문의하는 상태로 진입한다.
이 상태에서, 스마트폰은 WiFi 및/또는 블루투스를 통해 자동적으로 자동차와 연결된다. 스마트폰은 알람음을 포함하거나 또는 포함하지 않는 방식으로 스크린상에 메시지를 디스플레이할 수 있다. 메시지의 일례는 "Welcome to your car. Select “Yes” to synch device with in-car controls : Yes | No Thanks."와 같은 문구를 포함할 수 있다. 스마트폰은 Yes 또는 No Thanks를 선택하는 사용자의 입력을 받고, 사용자에 의해 선택된 다음 절차를 수행한다. 만약 Yes가 선택되면 스마트폰은 무선충전기에 해당 정보를 전송한다. 그리고 스마트폰과 무선충전기는 차량내 어플리케이션/디스플레이 소프트웨어를 구동함으로서, 차량 내 스마트 제어 기능을 함께 수행할 수 있다. 사용자는 원하는 음악을 즐길 수 있고, 정규적인 맵 위치를 확인할 수 있다. 차량 내 어플리케이션/디스플레이 소프트웨어는 통행자들을 위한 동기화 접근을 제공하는 성능을 포함할 수 있다.
또 다른 예로서, 사용자는 스마트 무선 충전을 댁내에서 경험할 수 있다. 사용자가 방으로 들어가서 방안의 무선충전기 위에 스마트폰을 올려놓으면, 무선충전기는 스마트폰으로 무선전력을 전송하고, 스마트폰은 무선전력을 수신한다. 이 과정에서, 무선충전기는 스마트 무선 충전 서비스에 관한 정보를 스마트폰으로 전송한다. 스마트폰이 무선충전기 상에 위치됨을 감지하거나, 무선전력의 수신을 감지하거나, 또는 스마트폰이 무선충전기로부터 스마트 무선 충전 서비스에 관한 정보를 수신하면, 스마트폰은 사용자에게 부가적 특징으로의 동의(opt-in)를 문의하는 상태로 진입한다. 이를 위해, 스마트폰은 알람음을 포함하거나 또는 포함하지 않는 방식으로 스크린상에 메시지를 디스플레이할 수 있다. 메시지의 일례는 "Hi xxx, Would you like to activate night mode and secure the building?: Yes | No Thanks."와 같은 문구를 포함할 수 있다. 스마트폰은 Yes 또는 No Thanks를 선택하는 사용자의 입력을 받고, 사용자에 의해 선택된 다음 절차를 수행한다. 만약 Yes가 선택되면 스마트폰은 무선충전기에 해당 정보를 전송한다. 스마트폰과 무선 충전기는 적어도 사용자의 패턴을 인지하고 사용자에게 문과 창문을 잠그거나 불을 끄거나, 알람을 설정하도록 권유할 수 있다.
무선전력 전송에 관한 표준(standard)은 WPC(wireless power consortium), AFA(air fuel alliance), PMA(power matters alliance)을 포함한다.
WPC 표준은 기본 전력 프로파일(baseline power profile: BPP)과 확장 전력 프로파일(extended power profile: EPP)을 정의한다. BPP는 5W의 전력 전송을 지원하는 무선전력 전송장치와 수신장치에 관한 것이고, EPP는 5W보다 크고 30W보다 작은 범위의 전력 전송을 지원하는 무선전력 전송장치와 수신장치에 관한 것이다.
서로 다른 전력레벨(power level)을 사용하는 다양한 무선전력 전송장치와 수신장치들이 각 표준별로 커버되고, 서로 다른 전력 클래스(power class) 또는 카테고리로 분류될 수 있다.
예를 들어, WPC는 무선전력 전송장치와 수신장치를 전력 클래스(power class :PC) -1, PC0, PC1, PC2로 분류하고, 각 PC에 대한 표준문서를 제공한다. PC-1 표준은 5W 미만의 보장전력(guaranteed power)을 제공하는 무선전력 전송장치와 수신장치에 관한 것이다. PC-1의 어플리케이션은 스마트 시계와 같은 웨어러블 기기를 포함한다.
PC0 표준은 5W의 보장전력을 제공하는 무선전력 전송장치와 수신장치에 관한 것이다. PC0 표준은 보장전력이 30W까지인 EPP를 포함한다. 인-밴드(in-band :IB) 통신이 PC0의 필수적인(mandatory) 통신 프로토콜이나, 옵션의 백업 채널로 사용되는 아웃-오브-밴드(out-of-band : OBB) 통신도 사용될 수 있다. 무선전력 수신장치는 OOB의 지원 여부를 구성 패킷(configuration packe)내의 OOB 플래그를 설정함으로써 식별할 수 있다. OOB를 지원하는 무선전력 전송장치는 상기 구성 패킷에 대한 응답으로서, OOB 핸드오버를 위한 비트패턴(bit-pattern)을 전송함으로써 OOB 핸드오버 페이즈(handover phase)로 진입할 수 있다. 상기 구성 패킷에 대한 응답은 NAK, ND 또는 새롭게 정의되는 8비트의 패턴일 수 있다. PC0의 어플리케이션은 스마트폰을 포함한다.
PC1 표준은 30W~150W의 보장전력을 제공하는 무선전력 전송장치와 수신장치에 관한 것이다. OOB는 PC1을 위한 필수적인 통신 채널이며, IB는 OOB로의 초기화 및 링크 수립(link establishment)로서 사용된다. 무선전력 전송장치는 구성 패킷에 대한 응답으로서, OOB 핸드오버를 위한 비트패턴을 OOB 핸드오버 페이즈로 진입할 수 있다. PC1의 어플리케이션은 랩탑이나 전동 공구(power tool)을 포함한다.
PC2 표준은 200W~2kW의 보장전력을 제공하는 무선전력 전송장치와 수신장치에 관한 것으로서, 그 어플리케이션은 주방가전을 포함한다.
이렇듯 전력 레벨에 따라 PC가 구별될 수 있으며, 동일한 PC간 호환성(compatibility)을 지원할지 여부는 선택 또는 필수 사항일 수 있다. 여기서 동일한 PC간 호환성은, 동일한 PC 간에는 전력 송수신이 가능함을 의미한다. 예를 들어, PC x인 무선 전력 전송장치가 동일한 PC x를 갖는 무선 전력 수신장치의 충전이 가능한 경우, 동일한 PC간 호환성이 유지되는 것으로 볼 수 있다. 이와 유사하게 서로 다른 PC간의 호환성 역시 지원 가능할 수 있다. 여기서 서로 다른 PC간 호환성은, 서로 다른 PC 간에도 전력 송수신이 가능함을 의미한다. 예를 들어, PC x인 무선 전력 전송장치가 PC y를 갖는 무선 전력 수신장치의 충전이 가능한 경우, 서로 다른 PC간 호환성이 유지되는 것으로 볼 수 있다.
PC간 호환성의 지원은 사용자 경험(User Experience) 및 인프라 구축 측면에서 매우 중요한 이슈이다. 다만, PC간 호환성 유지에는 기술적으로 아래와 같은 여러 문제점이 존재한다.
동일한 PC간 호환성의 경우, 예를 들어, 연속적으로 전력이 전송되는 경우에만 안정적으로 충전이 가능한 랩-탑 충전(lap-top charging) 방식의 무선 전력 수신장치는, 동일한 PC의 무선 전력 송신장치라 하더라도, 불연속적으로 전력을 전송하는 전동 툴 방식의 무선 전력 송신장치로부터 전력을 안정적으로 공급받는 데 문제가 있을 수 있다. 또한, 서로 다른 PC간 호환성의 경우, 예를 들어, 최소 보장 전력이 200W인 무선 전력 송신장치는 최대 보장 전력이 5W인 무선 전력 수신장치로 전력을 송신하는 경우, 과전압으로 인해 무선전력 수신장치가 파손될 위험이 있다. 그 결과, PC는 호환성을 대표/지시하는 지표/기준으로 삼기 어렵다.
이하에서는 호환성을 대표/지시하는 지표/기준으로 '프로필(profile)'을 새롭게 정의하기로 한다. 즉, 동일한 '프로필'을 갖는 무선 전력 송수신 장치간에는 호환성이 유지되어 안정적인 전력 송수신이 가능하며, 서로 다른 '프로필'을 갖는 무선 전력 송수신장치간에는 전력 송수신이 불가한 것으로 해석될 수 있다. 프로필은 전력 클래스와 무관하게(또는 독립적으로) 호환 가능 여부 및/또는 어플리케이션에 따라 정의될 수 있다.
프로필은 크게 i) 모바일 및 컴퓨팅, ii) 전동 툴, 및 iii) 주방 이렇게 3가지로 구분될 수 있다.
또는, 프로필은 크게 i) 모바일, ii) 전동 툴, iii) 주방 및 iv) 웨어러블 이렇게 4가지로 구분될 수 있다.
'모바일' 프로필의 경우, PC는 PC0 및/또는 PC1, 통신 프로토콜/방식은 IB 및 OOB, 동작 주파수는 87~205kHz로 정의될 수 있으며, 어플리케이션의 예시로는 스마트폰, 랩-탑 등이 존재할 수 있다.
'전동 툴' 프로필의 경우, PC는 PC1, 통신 프로토콜/방식은 IB, 동작 주파수는 87~145kHz로 정의될 수 있으며, 어플리케이션의 예시로는 전동 툴 등이 존재할 수 있다.
'주방' 프로필의 경우, PC는 PC2, 통신 프로토콜/방식은 NFC-기반, 동작 주파수는 100kHz 미만으로 정의될 수 있으며, 어플리케이션의 예시로는 주방/가전 기기 등이 존재할 수 있다.
전동 툴과 주방 프로필의 경우, 무선전력 전송장치와 수신장치 간에 NFC 통신이 사용될 수 있다. 무선전력 전송장치와 수신장치는 WPC NDEF(NFC Data Exchange Profile Format)을 교환함으로써 상호간에 NFC 기기임을 확인할 수 있다. 예를 들어 WPC NDEF는 어플리케이션 프로파일(application profile) 필드(예를 들어 1B), 버전 필드(예를 들어 1B), 및 프로파일 특정 데이터(profile specific data, 예를 들어 1B)를 포함할 수 있다. 어플리케이션 프로파일 필드는 해당 장치가 i) 모바일 및 컴퓨팅, ii) 전동 툴, 및 iii) 주방 중 어느 것인지를 지시하고, 버전 필드의 상위 니블(upper nibble)은 메이저 버전(major version)을 지시하고 하위 니블(lower nibble)은 마이너 버전(minor version)을 지시한다. 또한 프로파일 특정 데이터는 주방을 위한 컨텐츠를 정의한다.
'웨어러블' 프로필의 경우, PC는 PC-1, 통신 프로토콜/방식은 IB, 동작 주파수는 87~205kHz으로 정의될 수 있으며, 어플리케이션의 예시로는 사용자 몸에 착용하는 웨어러블 기기 등이 존재할 수 있다.
동일한 프로필간에는 호환성 유지는 필수 사항일 수 있으며, 다른 프로필간의 호환성 유지는 선택 사항일 수 있다.
상술한 프로필(모바일 프로필, 전동 툴 프로필, 주방 프로필 및 웨어러블 프로필)들은 제1 내지 제n 프로필로 일반화되어 표현될 수 있으며, WPC 규격 및 실시예에 따라 새로운 프로필이 추가/대체될 수 있다.
이와 같이 프로필이 정의되는 경우, 무선 전력 전송장치가 자신과 동일한 프로필의 무선 전력 수신장치에 대해서만 선택적으로 전력 송신을 수행하여 보다 안정적으로 전력 송신이 가능하다. 또한 무선 전력 전송장치의 부담이 줄어들고, 호환이 불가능한 무선 전력 수신장치로의 전력 송신을 시도하지 않게 되므로 무선 전력 수신장치의 파손 위험이 줄어든다는 효과가 발생한다.
'모바일' 프로필 내의 PC1은 PC0를 기반으로 OOB와 같은 선택적 확장을 차용함으로써 정의될 수 있으며, '전동 툴' 프로필의 경우, PC1 '모바일' 프로필이 단순히 변경된 버전으로서 정의될 수 있다. 또한, 현재까지는 동일한 프로필간의 호환성 유지를 목적으로 정의되었으나, 추후에는 서로 다른 프로필간의 호환성 유지 방향으로 기술이 발전될 수 있다. 무선 전력 전송장치 또는 무선 전력 수신장치는 다양한 방식을 통해 자신의 프로필을 상대방에게 알려줄 수 있다.
AFA 표준은 무선 전력 전송장치를 PTU(power transmitting unit)이라 칭하고, 무선 전력 수신장치를 PRU(power receiving unit)이라 칭하며, PTU는 표 1과 같이 다수의 클래스로 분류되고, PRU는 표 2와 같이 다수의 카테고리로 분류된다.
PTX_IN_MAX 최소 카테고리 지원 요구사항 지원되는 최대 기기 개수를 위한 최소값
Class 1 2W 1x 카테고리 1 1x 카테고리 1
Class 2 10W 1x 카테고리 3 2x 카테고리 2
Class 3 16W 1x 카테고리 4 2x 카테고리 3
Class 4 33W 1x 카테고리 5 3x 카테고리 3
Class 5 50W 1x 카테고리 6 4x 카테고리 3
Class 6 70W 1x 카테고리 7 5x 카테고리 3
PRU PRX_OUT_MAX' 예시 어플리케이션
Category 1 TBD 블루투스 헤드셋
Category 2 3.5W 피쳐폰
Category 3 6.5W 스마트폰
Category 4 13W 태블릿, 패플릿
Category 5 25W 작은 폼팩터 랩탑
Category 6 37.5W 일반 랩탑
Category 7 50W 가전
표 1에서와 같이, 클래스 n PTU의 최대 출력 전력 성능(capability)은 해당 클래스의 PTX_IN_MAX 값보다 크거나 같다. PRU는 해당 카테고리에서 명세된(specified) 전력보다 더 큰 전력을 끌어당길(draw) 수는 없다. 도 4는 다른 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 블록도이다.
도 4를 참조하면, 무선 전력 전송 시스템(10)은 무선으로 전력을 수신하는 모바일 기기(Mobile Device)(450) 및 무선으로 전력을 송신하는 베이스 스테이션(Base Station)(400)을 포함한다.
베이스 스테이션(400)은 유도 전력 또는 공진 전력을 제공하는 장치로서, 적어도 하나의 무선 전력 전송장치(power transmitter, 100) 및 시스템 유닛(405)을 포함할 수 있다. 무선 전력 전송장치(100)는 유도 전력 또는 공진 전력을 전송하고, 전송을 제어할 수 있다. 무선 전력 전송장치(100)는, 1차 코일(primary coil(s))을 통해 자기장을 생성함으로써 전기 에너지를 전력 신호로 변환하는 전력 변환 유닛(power conversion unit, 110) 및 적절한 레벨로 전력을 전달하도록 무선 전력 수신장치(200)와의 통신 및 전력 전달을 컨트롤하는 통신/컨트롤 유닛(communications & control unit, 120)을 포함할 수 있다. 시스템 유닛(405)은 입력 전력 프로비저닝(provisioning), 복수의 무선전력 전송장치들의 컨트롤 및 사용자 인터페이스 제어와 같은 베이스 스테이션(100)의 기타 동작 제어를 수행할 수 있다.
1차 코일은 교류 전력(또는 전압 또는 전류)을 이용하여 전자기장을 발생시킬 수 있다. 1차 코일은 전력 변환 유닛(110)에서 출력되는 특정 주파수의 교류전력(또는 전압 또는 전류)을 인가받고, 이에 따라 특정 주파수의 자기장을 발생시킬 수 있다. 자기장은 비방사형 또는 방사형으로 발생할 수 있는데, 무선 전력 수신 장치(200)는 이를 수신하여 전류를 생성하게 된다. 다시 말해 1차 코일은 무선으로 전력을 전송하는 것이다.
자기 유도 방식에서, 1차 코일과 2차 코일은 임의의 적합한 형태들을 가질 수 있으며, 예컨대, 페라이트 또는 비정질 금속과 같은 고투자율의 형성물의 주위에 감긴 동선일 수 있다. 1차 코일은 1차 코어(primary core), 1차 와인딩(primary winding), 1차 루프 안테나(primary loop antenna) 등으로 불릴 수도 있다. 한편, 2차 코일은 2차 코어(secondary core), 2차 와인딩(secondary winding), 2차 루프 안테나(secondary loop antenna), 픽업 안테나(pickup antenna) 등으로 불릴 수도 있다.
자기 공진 방식을 이용하는 경우에는 1차 코일과 2차 코일은 각각 1차 공진 안테나와 2차 공진 안테나 형태로 제공될 수 있다. 공진 안테나는 코일과 캐패시터를 포함하는 공진 구조를 가질 수 있다. 이때 공진 안테나의 공진 주파수는 코일의 인덕턴스와 캐패시터의 캐패시턴스에 의해 결정된다. 여기서, 코일은 루프의 형태로 이루어질 수 있다. 또 루프의 내부에는 코어가 배치될 수 있다. 코어는 페라이트 코어(ferrite core)와 같은 물리적인 코어나 공심 코어(air core)를 포함할 수 있다.
1차 공진 안테나와 2차 공진 안테나 간의 에너지 전송은 자기장의 공진 현상을 통해 이루어질 수 있다. 공진 현상이란 하나의 공진 안테나에서 공진 주파수에 해당하는 근접장이 발생할 때 주위에 다른 공진 안테나가 위치하는 경우, 양 공진 안테나가 서로 커플링되어 공진 안테나 사이에서 높은 효율의 에너지 전달이 일어나는 현상을 의미한다. 1차 공진 안테나와 2차 공진 안테나 안테나 사이에서 공진 주파수에 해당하는 자기장이 발생하면, 1차 공진 안테나와 2차 공진 안테나가 서로 공진하는 현상이 발생되고, 이에 따라 일반적인 경우 1차 공진 안테나에서 발생한 자기장이 자유공간으로 방사되는 경우에 비해 보다 높은 효율로 2차 공진 안테나를 향해 자기장이 집속되며, 따라서 1차 공진 안테나로부터 2차 공진 안테나에 높은 효율로 에너지가 전달될 수 있다. 자기 유도 방식은 자기 공진 방식과 유사하게 구현될 수 있으나 이때에는 자기장의 주파수가 공진 주파수일 필요가 없다. 대신 자기 유도 방식에서는 1차 코일과 2차 코일을 구성하는 루프 간의 정합이 필요하며 루프 간의 간격이 매우 근접해야 한다.
도면에 도시되지 않았으나, 무선 전력 전송장치(1100)는 통신 안테나를 더 포함할 수도 있다. 통신 안테나는 자기장 통신 이외의 통신 캐리어를 이용하여 통신 신호를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 통신 안테나는 와이파이(Wi-Fi), 블루투스(Bluetooth), 블루투스 LE, 직비(ZigBee), NFC 등의 통신 신호를 송수신 할 수 있다.
통신/컨트롤 유닛(120)은 무선 전력 수신 장치(200)와 정보를 송수신할 수 있다. 통신/컨트롤 유닛(120)은 IB 통신 모듈 또는 OOB 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
IB 통신 모듈은 특정 주파수를 중심 주파수로 하는 자기파를 이용하여 정보를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 통신/컨트롤 유닛(120)은 자기파에 정보를 실어 1차 코일을 통해 송신하거나 또는 정보가 담긴 자기파를 1차 코일을 통해 수신함으로써 인-밴드 통신을 수행할 수 있다. 이때, 이진 위상 편이(BPSK: binary phase shift keying) 또는 진폭 편이(ASK: amplitude shift keying) 등의 변조 방식과 맨체스터(Manchester) 코딩 또는 넌 제로 복귀 레벨(NZR-L: non-return-to-zero level) 코딩 등의 코딩 방식을 이용하여 자기파에 정보를 담거나 정보가 담긴 자기파를 해석할 수 있다. 이러한 IB 통신을 이용하면 통신/컨트롤 유닛(120)은 수 kbps의 데이터 전송율로 수 미터에 이르는 거리까지 정보를 송수신할 수 있다.
OOB 통신 모듈은 통신 안테나를 통해 아웃-밴드 통신을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 통신/컨트롤 유닛(120)은 근거리 통신 모듈로 제공될 수 있다. 근거리 통신 모듈의 예로는 와이파이(Wi-Fi), 블루투스(Bluetooth), 블루투스 LE, 직비(ZigBee), NFC 등의 통신 모듈이 있다.
통신/컨트롤 유닛(120)은 무선 전력 전송 장치(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 통신/컨트롤 유닛(120)은 각종 정보의 연산 및 처리를 수행하고, 무선 전력전송 장치(100)의 각 구성 요소를 제어할 수 있다.
통신/컨트롤 유닛(120)은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합을 이용하여 컴퓨터나 이와 유사한 장치로 구현될 수 있다. 하드웨어적으로 통신/컨트롤 유닛(120)은 전기적인 신호를 처리하여 제어 기능을 수행하는 전자 회로 형태로 제공될 수 있으며, 소프트웨어적으로는 하드웨어적인 통신/컨트롤 유닛(120)을 구동시키는 프로그램 형태로 제공될 수 있다.
통신/컨트롤 유닛(120)은 동작 포인트(operating point)를 컨트롤함으로써 송신 전력을 컨트롤할 수 있다. 컨트롤하는 동작 포인트는 주파수(또는 위상), 듀티 사이클(duty cycle), 듀티 비(duty ratio) 및 전압 진폭의 조합에 해당될 수 있다. 통신/컨트롤 유닛(120)은 주파수(또는 위상), 듀티 사이클, 듀티비 및 전압 진폭 중 적어도 하나를 조절하여 송신 전력을 컨트롤할 수 있다. 또한, 무선 전력 전송장치(100)는 일정한 전력을 공급하고, 무선 전력 수신장치(200)가 공진 주파수를 컨트롤함으로써 수신 전력을 컨트롤할 수도 있다.
모바일 기기(450)는 2차 코일(Secondary Coil)을 통해 무선 전력을 수신하는 무선전력 수신장치(power receiver, 200)와 무선전력 수신장치(200)에서 수신된 전력을 전력을 전달받아 저장하고 기기에 공급하는 부하(load, 455)를 포함한다.
무선전력 수신장치(200)는 전력 픽업 유닛(power pick-up unit, 210) 및 통신/컨트롤 유닛(communications & control unit, 220)을 포함할 수 있다. 전력 픽업 유닛(210)은 2차 코일을 통해 무선 전력을 수신하여 전기 에너지로 변환할 수 있다. 전력 픽업 유닛(210)은 2차 코일을 통해 얻어지는 교류 신호를 정류하여 직류 신호로 변환한다. 통신/컨트롤 유닛(220)은 무선 전력의 송신과 수신(전력 전달 및 수신)을 제어할 수 있다.
2차 코일은 무선 전력 전송 장치(100)에서 전송되는 무선 전력을 수신할 수 있다. 2차 코일은 1차 코일에서 발생하는 자기장을 이용하여 전력을 수신할 수 있다. 여기서, 특정 주파수가 공진 주파수인 경우에는 1차 코일과 2차 코일 간에 자기 공진 현상이 발생하여 보다 효율적으로 전력을 전달받을 수 있다.
도 4에는 도시되지 않았으나 통신/컨트롤 유닛(220)은 통신 안테나를 더 포함할 수도 있다. 통신 안테나는 자기장 통신 이외의 통신 캐리어를 이용하여 통신 신호를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 통신 안테나는 와이파이(Wi-Fi), 블루투스(Bluetooth), 블루투스 LE, 직비(ZigBee), NFC 등의 통신 신호를 송수신할 수 있다.
통신/컨트롤 유닛(220)은 무선 전력 전송 장치(100)와 정보를 송수신할 수 있다. 통신/컨트롤 유닛(220)은 IB 통신 모듈 또는 OOB 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
IB 통신 모듈은 특정 주파수를 중심 주파수로 하는 자기파를 이용하여 정보를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 통신/컨트롤 유닛(220)은 자기파에 정보를 실어 2차 코일을 통해 송신하거나 또는 정보가 담긴 자기파를 2차 코일을 통해 수신함으로써 IB 통신을 수행할 수 있다. 이때, 이진 위상 편이(BPSK: binary phase shift keying) 또는 진폭 편이(ASK: amplitude shift keying) 등의 변조 방식과 맨체스터(Manchester) 코딩 또는 넌 제로 복귀 레벨(NZR-L: non-return-to-zero level) 코딩 등의 코딩 방식을 이용하여 자기파에 정보를 담거나 정보가 담긴 자기파를 해석할 수 있다. 이러한 IB 통신을 이용하면 통신/컨트롤 유닛(220)은 수 kbps의 데이터 전송율로 수 미터에 이르는 거리까지 정보를 송수신할 수 있다.
OOB 모듈은 통신 안테나를 통해 아웃-밴드 통신을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 통신/컨트롤 유닛(220)은 근거리 통신 모듈로 제공될 수 있다.
근거리 통신 모듈의 예로는 와이파이(Wi-Fi), 블루투스(Bluetooth), 블루투스 LE, 직비(ZigBee), NFC 등의 통신 모듈이 있다.
통신/컨트롤 유닛(220)은 무선 전력 수신 장치(200)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 통신/컨트롤 유닛(220)은 각종 정보의 연산 및 처리를 수행하고, 무선 전력수신 장치(200)의 각 구성 요소를 제어할 수 있다.
통신/컨트롤 유닛(220)은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합을 이용하여 컴퓨터나 이와 유사한 장치로 구현될 수 있다. 하드웨어적으로 통신/컨트롤 유닛(220)은 전기적인 신호를 처리하여 제어 기능을 수행하는 전자 회로 형태로 제공될 수 있으며, 소프트웨어적으로는 하드웨어적인 통신/컨트롤 유닛(220)을 구동시키는 프로그램 형태로 제공될 수 있다.
부하(455)는 배터리일 수 있다. 배터리는 전력 픽업 유닛(210)으로부터 출력되는 전력을 이용하여 에너지를 저장할 수 있다. 한편, 모바일 기기(450)에 배터리가 반드시 포함되어야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 배터리는 탈부착이 가능한 형태의 외부 구성으로 제공될 수 있다. 다른 예를 들어, 무선 전력 수신 장치(200)에는 전자 기기의 다양한 동작을 구동하는 구동 수단이 배터리 대신 포함될 수도 있다.
모바일 기기(450)는 무선전력 수신장치(200)을 포함하는 것을 도시되어 있고, 베이스 스테이션(400)은 무선전력 전송장치(100)를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 넓은 의미에서는 무선전력 수신장치(200)는 모바일 기기(450)와 동일시될 수 있고 무선전력 전송장치(100)는 베이스 스테이션(400)와 동일시 될 수도 있다.
이하에서 코일 또는 코일부는 코일 및 코일과 근접한 적어도 하나의 소자를 포함하여 코일 어셈블리, 코일 셀 또는 셀로서 지칭할 수도 있다.
도 5는 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송장치로부터 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 단계-예를 들면, 도면 부호 S502, S504, S508, S510 및 S512를 포함함-일 수 있다. 여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다. 또한, 선택 단계(510)에서 무선전력 전송장치는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다. 만약, 무선전력 전송장치가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 단계(520)로 천이할 수 있다. 선택 단계(510)에서 무선전력 전송장치는 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.
선택 단계(510)에서 물체가 감지되는 경우, 무선전력 전송장치는 무선전력 공진 회로(예를 들어 전력전송 코일 및/또는 공진 캐패시터)의 품질 인자를 측정할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 선택단계(510)에서 물체가 감지되면, 충전 영역에 이물질과 함께 무선전력 수신장치가 놓였는지 판단하기 위하여 품질 인자를 측정할 수 있다. 무선전력 전송장치에 구비되는 코일은 환경 변화에 의해 인덕턴스 및/또는 코일 내 직렬저항 성분이 감소될 수 있고, 이로 인해 품질 인자 값이 감소하게 된다. 측정된 품질 인자 값을 이용하여 이물질의 존재 여부를 판단하기 위해, 무선전력 전송장치는 충전 영역에 이물질이 배치되지 않은 상태에서 미리 측정된 기준 품질 인자 값을 무선전력 수신장치로부터 수신할 수 있다. 협상 단계(S540)에서 수신된 기준 품질 인자 값과 측정된 품질 인자 값을 비교하여 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다. 그러나 기준 품질 인자 값이 낮은 무선전력 수신장치의 경우-일 예로, 무선전력 수신장치의 타입, 용도 및 특성 등에 따라 특정 무선전력 수신장치는 낮은 기준 품질 인자 값을 가질 수 있음-, 이물질이 존재하는 경우에 측정되는 품질 인자 값과 기준 품질 인자 값 사이의 큰 차이가 없어 이물질 존재 여부를 판단하기 어려운 문제가 발생할 수 있다. 따라서 다른 판단 요소를 더 고려하거나, 다른 방법을 이용하여 이물질 존재 여부를 판단해야 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는 선택 단계(510)에서 물체가 감지되면, 충전 영역에 이물질과 함께 무선전력 수신장치가 배치되었는지 판단하기 위하여 특정 주파수 영역 내(ex 동작 주파수 영역) 품질 인자 값을 측정할 수 있다. 무선전력 전송장치의 코일은 환경 변화에 의해 인덕턴스 및/또는 코일 내 직렬 저항 성분이 감소될 수 있고, 이로 인해 무선전력 전송장치의 코일의 공진 주파수가 변경(시프트)될 수 있다. 즉, 동작 주파수 대역 내 최대 품질 인자 값이 측정되는 주파수인 품질 인자 피크(peak) 주파수가 이동될 수 있다.
단계(520)에서 무선전력 전송장치는 물체가 감지되면, 수신기를 활성화(Wake up)시키고, 감지된 물체가 무선 전력 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송한다. 핑 단계(520)에서 무선전력 전송장치는 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 무선전력 전송장치는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 패킷-을 수신하면, 선택 단계(510)로 천이할 수도 있다.
핑 단계(520)가 완료되면, 무선전력 전송장치는 수신기를 식별하고 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(530)로 천이할 수 있다.
식별 및 구성 단계(530)에서 무선전력 전송장치는 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.
무선전력 전송장치는 식별 및 구성 단계(530)에서 수시된 구성 패킷(Configuration packet)의 협상 필드(Negotiation Field) 값에 기반하여 협상 단계(540)로의 진입이 필요한지 여부를 확인할 수 있다. 확인 결과, 협상이 필요하면, 무선전력 전송장치는 협상 단계(540)로 진입하여 소정 FOD 검출 절차를 수행할 수 있다. 반면, 확인 결과, 협상이 필요하지 않은 경우, 무선전력 전송장치는 곧바로 전력 전송 단계(560)로 진입할 수도 있다.
협상 단계(540)에서, 무선전력 전송장치는 기준 품질 인자 값이 포함된 FOD(Foreign Object Detection) 상태 패킷을 수신할 수 있다. 또는 기준 피크 주파수 값이 포함된 FOD 상태 패킷을 수신할 수 있다. 또는 기준 품질 인자 값 및 기준 피크 주파수 값이 포함된 상태 패킷을 수신할 수 있다. 이때, 무선전력 전송장치는 기준 품질 인자 값에 기반하여 FO 검출을 위한 품질 계수 임계치를 결정할 수 있다. 무선전력 전송장치는 기준 피크 주파수 값에 기반하여 FO 검출을 위한 피크 주파수 임계치를 결정할 수 있다.
무선전력 전송장치는 결정된 FO 검출을 위한 품질 계수 임계치 및 현재 측정된 품질 인자 값(핑 단계 이전에 측정된 품질인자 값)을 이용하여 충전 영역에 FO가 존재하는지를 검출할 수 있으며, FO 검출 결과에 따라 전력 전송을 제어할 수 있다. 일 예로, FO가 검출된 경우, 전력 전송이 중단될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
무선전력 전송장치는 결정된 FO 검출을 위한 피크 주파수 임계치 및 현재 측정된 피크 주파수 값(핑 단계 이전에 측정된 피크 주파수 값)을 이용하여 충전 영역에 FO가 존재하는지를 검출할 수 있으며, FO 검출 결과에 따라 전력 전송을 제어할 수 있다. 일 예로, FO가 검출된 경우, 전력 전송이 중단될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
FO가 검출된 경우, 무선전력 전송장치는 선택 단계(510)로 회귀할 수 있다. 반면, FO가 검출되지 않은 경우, 무선전력 전송장치는 보정 단계(550)를 거쳐 전력 전송 단계(560)로 진입할 수도 있다. 상세하게, 무선전력 전송장치는 FO가 검출되지 않은 경우, 무선전력 전송장치는 보정 단계(550)에서 수신단에 수신된 전력의 세기를 결정하고, 송신단에서 전송한 전력의 세기를 결정하기 위해 수신단과 송신단에서의 전력 손실을 측정할 수 있다. 즉, 무선전력 전송장치는 보정 단계(550)에서 송신단의 송신 파워와 수신단의 수신 파워 사이의 차이에 기반하여 전력 손실을 예측할 수 있다. 일 실시예에 따른 무선전력 전송장치는 예측된 전력 손실을 반영하여 FOD 검출을 위한 임계치를 보정할 수도 있다.
전력 전송 단계(560)에서, 무선전력 전송장치는 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, 무선전력 전송장치는 무선전력 전송장치 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 재협상 단계(570)로 천이할 수 있다. 이때, 재협상이 정상적으로 완료되면, 무선전력 전송장치는 전력 전송 단계(560)로 회귀할 수 있다.
상기한 파워 전송 계약은 무선전력 전송장치와 수신기의 상태 및 특성 정보에 기반하여 설정될 수 있다. 일 예로, 무선전력 전송장치 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 일 실시예에 따른 전력 제어 컨트롤 방법을 나타낸다.
도 6에서 전력 전송 단계(560)에서, 무선전력 전송장치(100) 및 무선전력 수신장치(200)는 전력 송수신과 함께 통신을 병행함으로써 전달되는 전력의 양을 컨트롤할 수 있다. 무선전력 전송장치 및 무선전력 수신장치는 특정 컨트롤 포인트에서 동작한다. 컨트롤 포인트는 전력 전달이 수행될 때 무선전력 수신장치의 출력단(output)에서 제공되는 전압 및 전류의 조합(combination)을 나타낸다.
더 상세히 설명하면, 무선전력 수신장치는 원하는 컨트롤 포인트(desired Control Point)- 원하는 출력 전류/전압, 모바일 기기의 특정 위치의 온도 등을 선택하고, 추가로 현재 동작하고 있는 실제 컨트롤 포인트(actual control point)를 결정한다. 무선전력 수신장치는 원하는 컨트롤 포인트와 실제 컨트롤 포인트를 사용하여, 컨트롤 에러 값(control error value)을 산출하고, 이를 컨트롤 에러 패킷으로서 무선전력 전송장치로 전송할 수 있다.
그리고 무선전력 전송장치는 수신한 컨트롤 에러 패킷을 사용하여 새로운 동작 포인트- 진폭, 주파수 및 듀티 사이클-를 설정/컨트롤하여 전력 전달을 제어할 수 있다. 따라서 컨트롤 에러 패킷은 전략 전달 단계에서 일정 시간 간격으로 전송/수신되며, 실시예로서 무선전력 수신장치는 무선전력 전송장치의 전류를 저감하려는 경우 컨트롤 에러 값을 음수로, 전류를 증가시키려는 경우 컨트롤 에러 값을 양수로 설정하여 전송할 수 있다. 이와 같이 유도 모드에서는 무선전력 수신장치가 컨트롤 에러 패킷을 무선전력 전송장치로 송신함으로써 전력 전달을 제어할 수 있다.
이하에서 설명할 공진 모드에서는 유도 모드에서와는 다른 방식으로 동작할 수 있다. 공진 모드에서는 하나의 무선전력 전송장치가 복수의 무선전력 수신장치를 동시에 서빙할 수 있어야 한다. 다만 상술한 유도 모드와 같이 전력 전달을 컨트롤하는 경우, 전달되는 전력이 하나의 무선전력 수신장치와의 통신에 의해 컨트롤되므로 추가적인 무선전력 수신장치들에 대한 전력 전달은 컨트롤이 어려울 수 있다. 따라서 본 발명의 공진 모드에서는 무선전력 전송장치는 기본 전력을 공통적으로 전달하고, 무선전력 수신장치가 자체의 공진 주파수를 컨트롤함으로써 수신하는 전력량을 컨트롤하는 방법을 사용하고자 한다. 다만, 이러한 공진 모드의 동작에서도 도 6에서 설명한 방법이 완전히 배제되는 것은 아니며, 추가적인 송신 전력의 제어를 도 6의 방법으로 수행할 수도 있다.
도 7은 다른 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 블록도이다. 이는 자기 공진 방식 또는 쉐어드 모드(shared mode)의 무선 전력 전송 시스템에 속할 수 있다. 쉐어드 모드는 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치간에 1대다 통신 및 충전을 수행하는 모드를 지칭할 수 있다. 쉐어드 모드는 자기 유도 방식 또는 공진 방식으로 구현될 수 있다.
도 7을 참조하면, 무선 전력 전송 장치(700)는 코일 어셈블리를 덮는 커버(720), 전력 송신기(power transmitting unit, 740)로 전력을 공급하는 전력 어답터(730), 무선 전력을 송신하는 전력 송신기(740) 또는 전력 전달 진행 및 다른 관련 정보를 제공하는 사용자 인터페이스(750) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 특히, 사용자 인터페이스(750)는 옵셔널하게 포함되거나, 무선 전력 전송 장치(700)의 다른 사용자 인터페이스(750)로서 포함될 수도 있다.
전력 송신기(740)는 코일 어셈블리(760), 임피던스 매칭 회로(770), 인버터(780), 통신 유닛(790) 또는 컨트롤 유닛(710) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
코일 어셈블리(760)는 자기장을 생성하는 적어도 하나의 1차 코일을 포함하며, 코일 셀로 지칭될 수도 있다.
임피던스 매칭 회로(770)는 인버터와 1차 코일(들) 간의 임피던스 매칭을 제공할 수 있다. 임피던스 매칭 회로(770)는 1차 코일 전류를 부스팅(boost)하는 적합한(suitable) 주파수에서 공진(resonance)을 발생시킬 수 있다. 다중-코일(multi-coil) 전력 송신기(740)에서 임피던스 매칭 회로는 인버터에서 1차 코일들의 서브세트로 신호를 라우팅하는 멀티플렉스를 추가로 포함할 수도 있다. 임피던스 매칭 회로는 탱크 회로(tank circuit)로 지칭될 수도 있다.
임피던스 매칭 회로(770)는 캐패시터, 인덕터 및 이들의 연결을 스위칭하는 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 임피던스의 매칭은 코일 어셈블리(760)를 통해 전송되는 무선전력의 반사파를 검출하고, 검출된 반사파에 기초하여 스위칭 소자를 스위칭하여 캐패시터나 인덕터의 연결 상태를 조정하거나 캐패시터의 캐패시턴스를 조정하거나 인덕터의 인덕턴스를 조정함으로써 수행될 수 있다. 경우에 따라 임피던스 매칭 회로(770)는 생략되어 실시될 수도 있으며, 본 명세서는 임피던스 매칭 회로(770)가 생략된 무선전력 전송장치(700)의 실시예도 포함한다.
인버터(780)는 DC 인풋을 AC 신호로 전환할 수 있다. 인버터(780)는 가변(adjustable) 주파수의 펄스 웨이브 및 듀티 사이클을 생성하도록 하프-브리지 또는 풀-브리지로 구동될 수 있다. 또한 인버터는 입력 전압 레벨을 조정하도록 복수의 스테이지들을 포함할 수도 있다.
통신 유닛(790)은 전력 수신기와의 통신을 수행할 수 있다. 전력 수신기는 전력 송신기에 대한 요청 및 정보를 통신하기 위해 로드(load) 변조를 수행한다. 따라서 전력 송신기(740)는 통신 유닛(790)을 사용하여 전력 수신기가 전송하는 데이터를 복조하기 위해 1차 코일의 전류 및/또는 전압의 진폭 및/또는 위상을 모니터링할 수 있다.
또한, 전력 송신기(740)는 통신 유닛(790)을 통해 FSK(Frequency Shift Keying) 방식 등을 사용하여 데이터를 전송하도록 출력 전력을 컨트롤할 수도 있다.
컨트롤 유닛(710)은 전력 송신기(740)의 통신 및 전력 전달을 컨트롤할 수 있다. 컨트롤 유닛(710)은 상술한 동작 포인트를 조정하여 전력 전송을 제어할 수 있다. 동작 포인트는, 예를 들면, 동작 주파수, 듀티 사이클 및 입력 전압 중 적어도 하나에 의해 결정될 수 있다.
통신 유닛(790) 및 컨트롤 유닛(710)은 별개의 유닛/소자/칩셋으로 구비되거나, 하나의 유닛/소자/칩셋으로 구비될 수도 있다.
도 8은 다른 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치를 나타낸다. 이는 자기 공진 방식 또는 쉐어드 모드(shared mode)의 무선 전력 전송 시스템에 속할 수 있다.
도 8에서, 무선전력 수신 장치(800)는 전력 전달 진행 및 다른 관련 정보를 제공하는 사용자 인터페이스(820), 무선 전력을 수신하는 전력 수신기(power receiving unit, 830), 로드 회로(load circuit, 840) 또는 코일 어셈블리를 받치며 커버하는 베이스(850) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 특히, 사용자 인터페이스(820)는 옵셔널하게 포함되거나, 전력 수신 장비의 다른 사용자 인터페이스(82)로서 포함될 수도 있다.
전력 수신기(830)는 전력 컨버터(860), 임피던스 매칭 회로(870), 코일 어셈블리(880), 통신 유닛(890) 또는 컨트롤 유닛(810) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전력 컨버터(860)는 2차 코일로부터 수신하는 AC 전력을 로드 회로에 적합한 전압 및 전류로 전환(convert)할 수 있다. 실시예로서, 전력 컨버터(860)는 정류기(rectifier)를 포함할 수 있다. 정류기는 수신된 무선 전력을 정류하여 교류에서 직류로 변환할 수 있다. 정류기는 다이오드나 트랜지스터를 이용하여 교류를 직류로 변환하고, 캐패시터와 저항을 이용하여 이를 평활할 수 있다. 정류기로는 브릿지 회로 등으로 구현되는 전파 정류기, 반파 정류기, 전압 체배기 등이 이용될 수 있다. 추가로, 전력 컨버터는 전력 수신기의 반사(reflected) 임피던스를 적용(adapt)할 수도 있다.
임피던스 매칭 회로(870)는 전력 컨버터(860) 및 로드 회로(870)의 조합과 2차 코일 간의 임피던스 매칭을 제공할 수 있다. 실시예로서, 임피던스 매칭 회로는 전력 전달을 강화할 수 있는 100kHz 근방의 공진을 발생시킬 수 있다. 임피던스 매칭 회로(870)는 캐패시터, 인덕터 및 이들의 조합을 스위칭하는 스위칭 소자로 구성될 수 있다. 임피던스의 정합은 수신되는 무선 전력의 전압값이나 전류값, 전력값, 주파수값 등에 기초하여 임피던스 매칭 회로(870)를 구성하는 회로의 스위칭 소자를 제어함으로써 수행될 수 있다. 경우에 따라 임피던스 매칭 회로(870)는 생략되어 실시될 수도 있으며, 본 명세서는 임피던스 매칭 회로(870)가 생략된 무선전력 수신장치(200)의 실시예도 포함한다.
코일 어셈블리(880)는 적어도 하나의 2차 코일을 포함하며, 옵셔널하게는 자기장으로부터 수신기의 금속 부분을 쉴딩(shield)하는 엘러먼트(element)를 더 포함할 수도 있다.
통신 유닛(890)은 전력 송신기로 요청(request) 및 다른 정보를 통신하기 위해 로드 변조를 수행할 수 있다.
이를 위해 전력 수신기(830)는 반사 임피던스를 변경하도록 저항 또는 커패시터를 스위칭할 수도 있다.
컨트롤 유닛(810)은 수신 전력을 컨트롤할 수 있다. 이를 위해 컨트롤 유닛(810)은 전력 수신기(830)의 실제 동작 포인트와 원하는 동작 포인트의 차이를 결정/산출할 수 있다. 그리고 컨트롤 유닛(810)은 전력 송신기의 반사 임피던스의 조정 및/또는 전력 송신기의 동작 포인트 조정 요청을 수행함으로써 실제 동작 포인트와 원하는 동작 포인트의 차이를 조정/저감할 수 있다. 이 차이를 최소화하는 경우 최적의 전력 수신을 수행할 수 있다.
통신 유닛(890) 및 컨트롤 유닛(810)은 별개의 소자/칩셋으로 구비되거나, 하나의 소자/칩셋으로 구비될 수도 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 통신 프레임 구조를 나타낸다. 이는 쉐어드 모드(shared mode)에서의 통신 프레임 구조일 수 있다.
도 9를 참조하면, 쉐어드 모드에서는, 서로 다른 형태의 프레임이 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 쉐어드 모드에서는, (A)와 같은 복수의 슬롯을 가지는 슬롯 프레임(slotted frame) 및 (B)와 같은 특정 형태가 없는 자유 형식 프레임(free format frame)을 사용할 수 있다. 보다 구체적으로, 슬롯 프레임은 무선 전력 수신장치(200)로부터, 무선 전력 전송장치(100)에게 짧은 데이터 패킷들의 전송을 위한 프레임이고, 자유 형식 프레임은 복수의 슬롯들을 구비하지 않아, 긴 데이터 패킷들의 전송이 가능한 프레임일 수 있다.
한편, 슬롯 프레임 및 자유 형식 프레임은, 당업자에 의하여 다양한 명칭으로 변경될 수 있다. 예를 들어, 슬롯 프레임은, 채널 프레임으로, 자유 형식 프레임은, 메시지 프레임 등으로 변경되어 명명될 수 있다.
보다 구체적으로, 슬롯 프레임은, 슬롯의 시작을 나타내는 싱크 패턴, 측정 슬롯, 9개의 슬롯들 및 상기 9개의 슬롯들 각각에 앞서, 동일한 시간 간격을 갖는 추가적인 싱크 패턴을 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 추가적인 싱크 패턴은, 앞서 설명한 프레임의 시작을 나타내는 싱크 패턴과 다른 싱크 패턴이다. 보다 구체적으로, 상기 추가적인 싱크 패턴은, 프레임의 시작을 나타내지 않고, 인접한 슬롯들(즉, 싱크 패턴의 양 옆에 위치한 연속하는 두 개의 슬롯들)과 관련된 정보를 나타낼 수 있다.
상기 9개의 슬롯들 중 연속하는 두 개의 슬롯들 사이에는, 각각 싱크 패턴이 위치할 수 있다. 이 경우, 상기 싱크 패턴은, 상기 연속하는 두 개의 슬롯들과 관련된 정보를 제공할 수 있다.
또한, 상기 9개의 슬롯들 및 상기 9개의 슬롯들 각각에 앞서 제공되는 싱크 패턴들은, 각각 동일한 시간 간격을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 9개의 슬롯들은 50ms의 시간 간격을 가질 수 있다. 또한, 상기 9개의 싱크 패턴들도 50ms의 시간 길이를 가질 수 있다.
한편, (B)와 같은 자유 형식 프레임은, 프레임의 시작을 나타내는 싱크 패턴 및 측정 슬롯 이외에, 구체적인 형태을 가지지 않을 수 있다. 즉, 상기 자유 형식 프레임은, 상기 슬롯 프레임과 다른 역할을 수행하기 위한 것으로, 예를 들어, 상기 무선 전력 전송장치와 무선 전력 수신장치 간에 긴 데이터 패킷들(예를 들어, 추가 소유자 정보 패킷들)의 통신을 수행하거나, 복수의 코일로 구성된 무선 전력 전송장치에 있어서, 복수의 코일 중 어느 하나의 코일을 선택하는 역할을 위하여 사용될 수 있다.
이하에서는, 각 프레임에 포함된 싱크 패턴(sync pattern)에 대하여 도면과 함께 보다 구체적으로 살펴본다.
도 10은 일 실시예에 따른 싱크 패턴의 구조이다.
도 10을 참조하면, 싱크 패턴은 프리앰블(preamble), 시작 비트(start bit), 응답 필드(Resonse field), 타입 필드(type field), 정보 필드(info field) 및 패리티 비트(parity bit)로 구성될 수 있다. 도 10에서는 시작 비트가 ZERO로 도시되어 있다.
보다 구체적으로, 프리앰블은 연속되는 비트들로 이루어져 있으며, 모두 0으로 설정될 수 있다. 즉, 프리앰블은 싱크 패턴의 시간 길이를 맞추기 위한 비트들일 수 있다.
프리앰블을 구성하는 비트들의 개수는 싱크 패턴의 길이가 50ms에 가장 가깝도록, 그러나, 50ms를 초과하지 않는 범위 내에서, 동작 주파수에 종속될 수 있다. 예를 들어, 동작 주파수가 100kHz인 경우, 싱크 패턴은 2개의 프리앰블 비트들로 구성되고, 동작 주파수가 105kHz인 경우, 싱크 패턴은, 3개의 프리앰블 비트들로 구성될 수 있다.
시작 비트는 프리앰블 다음에 따라오는 비트로 제로(ZERO)를 의미할 수 있다. 상기 제로(ZERO)는 싱크 패턴의 종류를 나타내는 비트일 수 있다. 여기에서, 싱크 패턴의 종류는, 프레임과 관련된 정보를 포함하는 프레임 싱크(frame sync)와 슬롯의 정보를 포함하는 슬롯 싱크(slot sync)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 싱크 패턴은, 연속하는 프레임들 사이에 위치하며, 프레임의 시작을 나타내는 프레임 싱크이거나, 프레임을 구성하는 복수의 슬롯 중 연속하는 슬롯들 사이에 위치하며, 상기 연속하는 슬롯과 관련된 정보를 포함하는 슬롯 싱크일 수 있다.
예를 들어, 상기 제로가 0인 경우, 해당 슬롯이 슬롯과 슬롯 사이에 위치한, 슬롯 싱크임을 의미하고, 1인 경우, 해당 싱크 패턴이 프레임과 프레임 사이에 위치한 프레임 싱크임을 의미할 수 있다.
패리티 비트는 싱크 패턴의 마지막 비트로, 싱크 패턴의 데이터 필드들(즉, 응답 필드, 타입 필드, 정보 필드)를 구성하는 비트들의 개수 정보를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 기 패리티 비트는 싱크 패턴의 데이터 필드들을 구성하는 비트의 개수가 짝수인 경우, 1, 그 밖의 경우(즉, 홀수인 경우), 0이 될 수 있다.
응답(Response) 필드는 싱크 패턴 이전의 슬롯 내에서, 무선 전력 수신장치와의 통신에 대한, 무선 전력 전송장치의 응답 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 응답 필드는 무선 전력 수신장치와 통신의 수행이 감지되지 않은 경우, '00'을 가질 수 있다. 또한, 상기 응답 필드는 무선 전력 수신장치와의 통신에 통신 에러(communication error)가 감지된 경우, '01'을 가질 수 있다. 통신 에러는, 두 개 또는 그 이상의 무선 전력 수신장치가 하나의 슬롯에 접근을 시도하여, 두 개 또는 그 이상의 무선 전력 수신장치 간의 충돌이 발생한 경우일 수 있다.
또한, 응답 필드는, 무선 전력 수신장치로부터 데이터 패킷을 정확하게 수신하였는지 여부를 나타내는 정보를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 응답필드는, 무선 전력 전송장치가 데이터 패킷을 거부(deni)한 경우, "10"(10-not acknowledge, NAK), 무선 전력 전송장치가 상기 데이터 패킷을 확인(confirm)한 경우, "11"(11-acknowledge, ACK)이 될 수 있다.
타입 필드는 싱크 패턴의 종류를 나타낼 수 있다. 보다 구체적으로, 타입 필드는 싱크 패턴이 프레임의 첫번째 싱크 패턴인 경우(즉, 프레임의 첫번째 싱크 패턴으로, 측정 슬롯 이전에 위치한 경우), 프레임 싱크임을 나타내는 '1'을 가질 수 있다.
또한, 타입 필드는 슬롯 프레임에서, 싱크 패턴이 프렘임의 첫번째 싱크 패턴이 아닌 경우, 슬롯 싱크임을 나타내는 '0'을 가질 수 있다.
또한, 정보 필드는 타입 필드가 나타내는 싱크 패턴의 종류에 따라 그 값의 의미가 결정될 수 있다. 예를 들어, 타입 필드가 1인 경우(즉, 프레임 싱크를 나타내는 경우), 정보 필드의 의미는 프레임의 종류를 나타낼 수 있다. 즉, 정보 필드는 현재 프레임이 슬롯 프레임(slotted frame)인지 또는 자유 형식 프레임(free-format frame)인지 나타낼 수 있다. 예를 들어, 정보 필드가 '00'인 경우, 슬롯 프레임을, 정보 필드가 '01'인 경우, 자유 형식 프레임을 나타낼 수 있다.
이와 달리, 타입 필드가 0인 경우(즉, 슬롯 싱크인 경우), 정보 필드는 싱크 패턴의 뒤에 위치한 다음 슬롯(next slot)의 상태를 나타낼 수 있다. 보다 구체적으로, 정보 필드는 다음 슬롯이 특정(specific) 무선 전력 수신장치에 할당된(allocated) 슬롯인 경우, '00', 특정 무선 전력 수신장치가 일시적으로 사용하기 위하여, 잠겨 있는 슬롯인 경우, '01', 또는 임의의 무선 전력 수신장치가 자유롭게 사용 가능한 슬롯인 경우, '10'을 가질 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 쉐어드 모드에서 무선 전력 전송장치 및 무선전력 수신장치의 동작 상태를 도시하였다.
도 11을 참조하면, 쉐어드 모드로 동작하는 무선 전력 수신장치는, 선택 상태(Selection Phase) (1100), 도입 상태(Introduction Phase)(1110), 설정 상태(Configuration Phase) (1120), 교섭 상태(Negotiation Phase)(1130) 및 전력 전송 상태(Power Transfer Phase) (1140) 중 어느 하나의 상태로 동작할 수 있다.
우선, 일 실시예에 따른 무선 전력 전송장치는 무선 전력 수신장치를 감지하기 위하여, 무선 전력 신호를 전송할 수 있다. 즉, 무선 전력 신호를 이용하여, 무선 전력 수신장치를 감지하는 과정을 아날로그 핑(Analog ping)이라 할 수 있다.
한편, 무선 전력 신호를 수신한 무선 전력 수신장치는 선택 상태(1100)에 진입할 수 있다. 선택 상태(1100)에 진입한 무선 전력 수신장치는 앞서 설명한 바와 같이, 상기 무선 전력 신호 상에 FSK신호의 존재를 감지할 수 있다.
즉, 무선 전력 수신장치는 FSK 신호의 존재 여부에 따라 익스클루시브 모드 또는 쉐어드 모드 중 어느 하나의 방식으로 통신을 수행할 수 있다.
보다 구체적으로, 무선 전력 수신장치는 무선 전력 신호에 FSK 신호가 포함되어 있으면, 쉐어드 모드로 동작하고, 그렇지 않은 경우, 익스클루시브 모드로 동작할 수 있다.
무선 전력 수신장치가 쉐어드 모드로 동작하는 경우, 상기 무선 전력 수신장치는 도입 상태(1110)에 진입할 수 있다. 도입 상태(1110)에서, 무선 전력 수신장치는, 설정 상태, 교섭 상태 및 전력 전송 상태에서, 제어 정보 패킷(CI, Control Information packet)을 전송하기 위하여, 무선 전력 전송장치에게 제어 정보 패킷을 전송할 수 있다. 제어 정보 패킷은, 헤더(Header) 및 제어와 관련된 정보를 가질 수 있다. 예를 들어, 제어 정보 패킷은, 헤더가 0X53일 수 있다.
도입 상태(1110)에서, 무선전력 수신장치는 제어정보(control information: CI) 패킷을 전송하기 위해 자유슬롯(free slot)을 요청하는 시도를 다음의 구성, 협상, 전력 전송 단계에 걸쳐 수행한다. 이때 무선전력 수신장치는 자유슬롯을 선택하고 최초 CI 패킷을 전송한다. 만약 무선전력 전송장치가 해당 CI 패킷에 ACK으로 응답하면, 무선전력 전송장치는 구성 단계로 진입한다. 만약 무선전력 전송장치가 NACK으로 응답하면, 다른 무선전력 수신장치가 구성 및 협상 단계를 통해 진행되고 있는 것이다. 이 경우, 무선전력 수신장치는 자유슬롯의 요구를 재시도한다.
만약 무선전력 수신장치가 CI 패킷에 대한 응답으로 ACK을 수신하면, 무선전력 수신장치는 최초 프레임 싱크까지 나머지 슬롯 싱크들을 카운팅함으로써 프레임 내의 개인 슬롯(private slot)의 위치를 결정한다. 모든 후속 슬롯 기반 프레임들에서, 무선전력 수신장치는 해당 슬롯을 통해 CI 패킷을 전송한다.
만약 무선전력 전송장치가 무선전력 수신장치에게 구성 단계로 진행함을 허락하면, 무선전력 전송장치는 무선전력 수신장치의 배타적 사용을 위한 잠금 슬롯(locked slot) 시리즈를 제공한다. 이는 무선전력 수신장치가 충돌없이 구성 단계를 진행하는 것을 확실시 해준다.
무선전력 수신장치는 2개의 식별 데이터 패킷들(IDHI와 IDLO)와 같은 데이터 패킷의 시퀀스들을 잠금 슬롯을 사용하여 전송한다. 본 단계를 완료하면, 무선전력 수신장치는 협상 단계로 진입한다. 협상 단계에서, 무선전력 전송장치가 무선전력 수신장치에게 배타적 사용을 위한 잠금 슬롯을 계속 제공한다. 이는 이는 무선전력 수신장치가 충돌없이 협상 단계를 진행하는 것을 확실시 해준다.
무선전력 수신장치는 해당 잠금 슬롯을 사용하여 하나 또는 그 이상의 협상 데이터 패킷들을 전송하며, 이는 사적 데이터 패킷들과 섞일 수도 있다. 결국 해당 시퀀스는 특정 요청 (specific request (SRQ)) 패킷과 함께 종료된다. 해당 시퀀스를 완료하면, 무선전력 수신장치는 전력 전송 단계로 진입하고, 무선전력 전송장치는 잠금 슬롯의 제공을 중단한다.
전력 전송 상태에서, 무선전력 수신장치는 할당된 슬롯을 사용하여 CI 패킷의 전송을 수행하며, 전력을 수신한다. 무선전력 수신장치는 레귤레이터 회로를 포함할 수 있다. 레귤레이터 회로는 통신/컨트롤 유닛에 포함될 수 있다. 무선전력 수신장치는 레귤레이터 회로를 통해 무선전력 수신장치의 반사 임피던스를 자가-조절(self-regulate)할 수 있다. 다시 말해, 무선전력 수신장치는 외부 부하에 의해 요구되는 양의 파워를 전송하기 위해 반사되는 임피던스를 조정할 수 있다. 이는 과도한 전력의 수신과 과열을 방지할 수 있다.
쉐어드 모드에서, 무선전력 전송장치는 수신되는 CI 패킷에 대한 응답으로서 전력을 조정하는 것을 수행하지 않을 수 있기 때문에(동작 모드에 따라), 이 경우에는 과전압 상태를 막기 위한 제어가 필요할 수 있다.
무선전력 전송 시스템에서 무선전력 전송장치와 수신장치 간 통신은 일반적으로 자기장 변화를 이용한 진폭 변조 방식(amplitude shift keying: ASK) 또는 주파수 변화를 이용한 주파수 변조 방식(frequency shift keying: FSK)를 사용하고 있다. 그러나 ASK와 FSK의 전송 속도는 수 kHz에 불과하며 전기적, 자기적인 외란(disturbance)에 취약하기 때문에, ASK나 FSK는 진화된 무선전력 전송 시스템에서 요구되는 중전력급 전송이나 인증(authentication)과 같은 대용량 데이터 전송에 적합하지 않다. 따라서, 무선 전력 전송의 다양한 응용을 지원하기 위해, 무선전력 전송장치와 수신장치간에 여러 가지 통신 규약을 선택할 수 있는 방법이 요구된다. 본 명세서에서 아웃밴드(outband) 통신은 아웃오브밴드(out-of-band: OOB) 통신과 표현의 차이가 있을 뿐 실질적으로 동일한 용어로서, 이하에서는 아웃밴드 통신으로 통일하게 설명하기로 한다.
이하에서 인밴드 통신과 아웃밴드 통신 간의 전환 동작을 핸드오버(handover)라 한다. 특히, 무선전력 전송장치와 수신장치가 인밴드 통신에서 아웃밴드 통신으로 전환하는 동작을 아웃밴드로의 핸드오버(handover to out-band)라 하고, 아웃밴드 통신에서 인밴드 통신으로 전환하는 동작을 인밴드로의 핸드오버(handover to in-band)라 부른다. 아웃밴드 통신은 예를 들어 블루투스 또는 저전력 블루투스(BLE), 또는 NFC를 포함할 수 있다.
아웃밴드로의 핸드오버가 가능하려면 무선전력 전송장치와 수신장치 모두가 아웃밴드 통신을 지원해야 할 뿐만 아니라, 상대방이 아웃밴드 통신이 가능한지를 알고 있어야 한다. 무선전력 전송장치와 수신장치가 아웃밴드 통신을 지원하는지 여부는 해당되는 전력 클래스와 아웃밴드 통신의 지원 여부에 관한 정보에 의해 확인될 수 있다. 그리고 아웃밴드로의 핸드오버가 가능할 경우, 아웃밴드로의 핸드오버를 결정(또는 선택)하고 개시하는 절차 또는 패킷이 정의되어야 한다. 이하에서는 아웃밴드로의 핸드오버에 관련된 정보와 패킷, 그리고 절차에 관하여 개시된다.
아웃밴드로의 핸드오버에 관련된 정보와 패킷
일 측면에서, 무선전력 전송장치의 아웃밴드 통신의 지원 여부는 성능 패킷(capability packet)에 의해 결정될 수 있다. 성능 패킷은 협상 페이즈(negotiation phase) 동안에 무선전력 전송장치가 무선전력 수신장치의 일반 요청(general request)에 대한 응답으로서 전송하는 패킷이다. 성능 패킷은 전력 클래스 정보와 아웃밴드 통신의 지원 여부를 지시하는 플래그를 포함할 수 있다. 그리고 아웃밴드 통신의 선택 여부는 성능 패킷의 플래그에 의해 지시될 수 있다.
도 12는 일 실시예에 따른 무선전력 전송장치의 성능(capability) 패킷의 구조이다.
도 12를 참조하면, 성능 패킷은 0x31의 헤더값에 의해 지시될 수 있으며, 전력 클래스 비트/필드(예를 들어 2비트), 보장된(Guaranteed) 전력 값 비트/필드(예를 들어 6비트), 잠재(Potential) 전력 값 비트/필드(예를 들어 6비트), 아웃밴드(OOB) 플래그 필드(예를 들어 1비트), WPID(Wireless Power Identifier) 비트/필드(예를 들어 1비트), 및/또는 Not Res Sens. 비트/필드(예를 들어 1비트)를 포함할 수 있다.
전력 클래스 비트/필드는 전력 송신기의 PC를 지시한다.
보장된 전력 값 비트/필드는 현재 주변 조건에서 전력 송신기가 협상할 수 있는 전력 전달 계약(PTC-GP)에 포함된 최대 보장 전력 값을 지시한다. 여기서 주변 조건은, 예를 들어, 전력 송신기의 온도, 전력 송신기가 다른 전력 송신기들과 공유하는 전력원(power source)으로부터 끌어올 수 있는(drain) 전력량, 및/또는 이물질 또는 금속류(Friendly Metal)의 존재 또는 부재 등에 해당할 수 있다.
아웃밴드 플래그 필드는 무선전력 전송장치가 아웃밴드 통신을 지원하는지 또는 지원하지 않는지를 지시하는 필드로서, 예를 들어 그 값이 '1'b이면 무선전력 전송장치가 아웃밴드 통신을 지원함을 지시하고, 그 값이 '0'b이면 무선전력 전송장치가 아웃밴드 통신을 지원하지 않음을 지시할 수 있다.
WPID 비트/필드는 전력 송신기가 WPID 패킷을 수신할 수 있는 능력이 있음을 지시한다. Not Res Sens. 비트/필드는 개별적인 전력 송신기의 디자인별로 다른 값으로 설정될 수 있다. 일반적으로 본 비트/필드는 5W보다 큰 최대 전력 값을 포함하는 전력 전달 계약으로 150kHz 미만의 주파수 제어가 가능한 전력 송신기 디자인을 지시하기 위해 '0' 값으로 설정될 수 있다.
협상 페이즈 동안, 무선전력 수신장치는 무선전력 전송장치의 성능 패킷을 수신하고 판독(reading)함으로써, 무선전력 전송장치가 아웃밴드를 지원하는지 여부를 식별할 수 있다. 협상 페이즈 동안에 성능 패킷에 의해 아웃밴드 통신이 선택되면, 아웃밴드로의 핸드오버가 수행될 수 있다.
다른 측면에서, 무선전력 수신장치의 아웃밴드 통신의 지원 여부는 설정 패킷에 의해 결정될 수 있다. 여기서, 설정 패킷은 무선전력 수신장치가 생성하여 무선전력 전송장치로 전송하는 정보로서, 무선전력 수신장치가 아웃밴드 통신을 지원하는지 여부를 지시하는 아웃밴드 플래그(또는 OOB 플래그)를 포함할 수 있다. 무선전력 수신장치는 설정 패킷 내의 아웃밴드 플래그를 설정함으로써, 무선전력 수신장치가 아웃밴드 통신을 지원함을 나타낼 수 있다.
도 13은 일 실시예에 따른 무선전력 수신장치의 설정(configuration) 패킷의 구조이다.
도 13을 참조하면, 설정 패킷은 0x51의 헤더값에 의해 지시될 수 있으며, 전력 클래스 비트/필드(예를 들어 2비트), 최대 전력 값 비트/필드(예를 들어 6비트), 아웃밴드 플래그 필드(예를 들어 1비트), Prop 비트/필드(예를 들어 1비트), Count 비트/필드(예를 들어 3비트), 윈도우 크기(size) 비트/필드(예를 들어 5비트), 윈도우 오프셋 비트/필드(예를 들어 3비트), Neg 비트/필드(예를 들어 1비트), 극성(Polarity) 비트/필드(예를 들어 1비트) 및/또는 깊이(Depth) 비트/필드(예를 들어 2비트)를 포함할 수 있다.
전력 클래스 비트/필드는 전력 수신기의 PC를 지시한다.
최대 전력 값 비트/필드는 전력 수신기가 이물질 검출(Foreign Object Detection; FOD) (확장) 기능을 지원하는지 여부에 따라 서로 다른 정보를 지시할 수 있다. 전력 수신기가 FOD 확장 기능을 지원하지 않는 경우, 본 비트/필드는 전력 수신기가 전력 송신기/정류기(rectifier)의 출력으로부터 제공받을 것으로 기대하는 최대 전력량을 지시할 수 있다. 전력 수신기가 FOD 확장 기능을 지원하는 경우, 본 비트/필드는 전력 수신기가 수신 전력 패킷으로 보고한 수신 전력 값의 스케일링 계수를 지시할 수 있다. 이때, 전력 수신기는 본 비트/필드는 제공받을 것으로 기대하는 최대 전력량(watt)의 두 배 값으로 설정할 수 있다.
아웃밴드 플래그 필드는 무선전력 수신장치가 아웃밴드 통신을 지원하는지 또는 지원하지 않는지를 지시하는 필드로서, 예를 들어 그 값이 '1'b이면 무선전력 수신장치가 아웃밴드 통신을 지원함을 지시하고, 그 값이 '0'b이면 무선전력 수신장치가 아웃밴드 통신을 지원하지 않음을 지시할 수 있다.
Prop 비트/필드는 전력 수신기가 원하는 전력 송신기의 전력 전송 제어 방식을 지시할 수 있다.
Neg 비트/필드가 '0'으로 설정된 경우, 이는 전력 송신기가 어떠한 응답도 보내지 말 것을 지시할 수 있다. 본 비트/필드가 '1'로 설정된 경우, 이는 전력 송신기가 전력 수신기에게 협상 단계에 진입함을 지시하는 구성 패킷의 이후에 ACK(Acknowledge) 응답을 전송해야 함을 지시할 수 있다.
극성 비트/필드가 '0'으로 설정된 경우, 이는 전력 송신기가 기본(default) FSK 극성을 사용할 것을 지시할 수 있다. 본 비트/필드가 '1'로 설정된 경우, 이는 전력 송신기가 반전된(reversed) FSK 극성을 사용할 것을 지시할 수 있다.
깊이 비트/필드는 FSK 변조 깊이를 지시할 수 있다.
Count 비트/필드는 식별/구성 단계에서 전력 수신기가 전송하는 선택적(optional) 구성 패킷의 수를 지시할 수 있다.
윈도우 크기 비트/필드는 4ms 단위로 수신 전력을 평균화 한 윈도우 크기를 지시할 수 있다.
윈도우 오프셋 비트/필드는 수신 전력을 평균화하기 위한 윈도우와 수신 전력 패킷 전송 사이의 시간 간격을 4ms 단위로 지시할 수 있다.
또 다른 측면에서, 아웃밴드로의 핸드오버는 핸드오버를 위한 비트 패턴(bit-pattern for OOB handover)에 의해 요청 또는 개시될 수 있다.
도 14는 일 실시예에 따른 아웃밴드로의 핸드오버 요청에 사용되는 비트 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 14를 참조하면, 무선전력 전송장치는 무선전력 수신장치가 아웃밴드를 지원함을 확인하면, 그에 대한 응답으로서 특정한 비트 패턴(예를 들어 도 14와 같은 8비트)을 무선전력 수신장치로 전송함으로써 아웃밴드로의 핸드오버를 요청할 수 있다. 여기서, 상기 비트 패턴은 기존의 NAK(00000000)이나 ND(10101010)를 재활용할 수도 있고, 무선전력 수신장치의 설정 패킷에 대한 응답으로서 새롭게 정의되는 값(예를 들어 00110011)일 수도 있다.
이러한 도 12 내지 도 14의 실시예에 따른 무선전력 전송장치는 도 1 내지 도 11에서 개시된 무선전력 전송장치 또는 무선전력 전송기 또는 전력 전송부에 해당한다. 따라서, 본 실시예에서의 무선전력 전송장치의 동작은 도 1 내지 도 11에서의 무선전력 전송장치의 각 구성요소들 중 하나 또는 둘 이상의 조합에 의해 구현된다. 예를 들어, 본 실시예에서 성능 패킷을 생성하고 전송하는 동작, 아웃밴드 통신을 선택하고 핸드오버를 수행하는 동작, 핸드오버를 위한 비트 패턴을 생성하고 전송하는 동작, 아웃밴드로의 핸드오버를 요청하는 동작, 설정 패킷을 수신하는 동작 등은 통신/컨트롤 유닛(120)에 의해 수행될 수 있다.
또한 도 12 내지 도 14의 실시예에 따른 무선전력 수신장치는 도 1 내지 도 11에서 개시된 무선전력 수신장치 또는 무선전력 수신기 또는 전력 수신부에 해당한다. 따라서, 본 실시예에서의 무선전력 수신장치의 동작은 도 1 내지 도 11에서의 무선전력 수신장치의 각 구성요소들 중 하나 또는 둘 이상의 조합에 의해 구현된다. 예를 들어, 본 실시예에서 무선전력 전송장치의 성능 패킷을 수신하고 판독(reading)함으로써, 무선전력 전송장치가 아웃밴드를 지원하는지 여부를 식별하는 동작, 아웃밴드 통신을 선택하고 핸드오버를 수행하는 동작, 설정 패킷을 생성하고 전송하는 동작, 핸드오버를 위한 비트 패턴을 수신하는 동작 등은 통신/컨트롤 유닛(220)에 의해 수행될 수 있다.
아웃밴드로의 핸드오버 절차
이하에서 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치가 아웃밴드로의 핸드오버 절차를 수행하는 방법에 관하여 상세히 개시된다.
무선전력 전송장치와 수신장치는 전력 클래스(power class: PC)에 따라, 또는 상태(phase)에 따라 특정한 통신 방법을 사용하여 서로 간에 패킷을 주고받을 수 있다.
무선전력 전송장치와 수신장치 중 적어도 하나가 PC0에 속하는 경우, 인밴드 통신을 필수(mandatory)로 하되 아웃밴드 통신은 선택적(optional)일 수 있다. 즉, 아웃밴드 통신은 선택적인 백업 채널로서 사용될 수 있다.
무선전력 전송장치와 수신장치가 PC1에 속하는 경우, 인밴드 통신과 아웃밴드 통신이 모두 필수일(mandatory) 수 있다. 이 경우 무선전력 전송장치 및/또는 무선전력 수신장치는 초기에 인밴드 통신으로 시작한 후 아웃밴드 통신으로 핸드오버를 수행할 수 있다. 이때, 아웃밴드로의 핸드오버는 인밴드 통신을 통해 이루어질 수 있다. 다시 말해, 충전의 초기화(initialization) 및 아웃밴드의 링크 수립(link establishment to OOB)을 위해 인밴드 통신이 사용된다.
PC1의 경우 아웃밴드 통신이 필수이므로 PC1 무선전력 전송장치는 자신이 아웃밴드를 지원하는지 여부를 알려주는 패킷(예를 들어 도 12의 성능 패킷)의 전송이 생략될 수도 있다. 즉, 설정 패킷을 통해 무선전력 수신장치가 아웃밴드 통신을 지원함을 확인되면, 무선전력 전송장치는 핸드오버를 위한 비트 패턴(예를 들어 도 14에 따른 비트 패턴)을 무선전력 수신장치로 전송함으로써 바로 아웃밴드로의 핸드오버를 요청할 수 있다. 물론, 실시예에 따라서는 PC1에서도 아웃밴드를 지원하는지 여부를 알려주는 성능 패킷(capability packet)이 전송될 수도 있다.
다음으로, 페이즈에 따라 무선전력 전송장치와 수신장치가 지원 가능한 통신 방식에 관하여 설명된다.
무선전력 전송장치와 수신장치는 도 5와 같은 다수의 페이즈(phase)들 중 어느 하나의 상태에서, 특정한 통신 방법을 사용하여 서로 간에 패킷을 주고받을 수 있다. 이 때 통신 방법은 인-밴드 통신 또는 아웃-밴드 통신 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 즉, 무선전력 전송장치와 수신장치는 제1 페이즈에서 인-밴드 통신을 수행하고, 제2 페이즈에서 아웃-밴드 통신을 수행할 수 있다. 여기서, 무선전력 전송장치 및/또는 무선전력 수신장치가 인밴드 통신을 수행하는 제1 페이즈와, 무선전력 전송장치 및/또는 무선전력 수신장치가 아웃-밴드 통신을 수행하는 제2 페이즈는 다양하게 정의될 수 있다. 예를 들어, 제1 페이즈는 무선 충전의 초기화 단계로서 선택 페이즈(selection phase), 핑 페이즈(ping phase), 식별 및 설정 페이즈(identification & configuration phase), 협상 페이즈(negotiation)를 포함할 수 있고, 제2 페이즈는 무선 충전의 중후반 단계로서 보정 페이즈와 전력 전송 페이즈를 포함할 수 있다.
아웃밴드로의 핸드오버 절차는 기존의 페이즈들에 새로운 페이즈의 추가 없이 설계될 수도 있고, 아웃밴드로의 핸드오버 절차를 위해 별도의 새로운 페이즈가 마련될 수도 있다. 전자의 실시예는 협상 페이즈에서 아웃밴드로의 핸드오버 절차가 진행되는 것을 포함할 수 있다. 후자의 실시예는 새로운 페이즈로서 핸드오버 페이즈가 정의되는 것을 포함할 수 있다.
이하에서 전력 클래스와 페이즈를 종합적으로 고려하여 무선전력 전송장치와 수신장치가 아웃밴드로의 핸드오버를 수행하는 방법에 관하여 설명된다.
협상 페이즈에서 핸드오버 절차가 수행되는 실시예
본 실시예에 따르면, 핸드오버의 결정, 개시 및 아웃밴드 통신의 초기화 및 링크 수립(link establishment)는 협상 페이즈에서 인밴드 통신에 의해 이루어진다.
한편, 아웃밴드로의 핸드오버 여부는 여러가지 경우의 수를 기반으로 결정될 수 있다. 전술된 바와 같이 PC1에서는 아웃밴드 통신이 필수적이므로 PC1의 무선전력 수신장치는 아웃밴드 통신을 기본적으로 지원한다. 그러나 PC0에서는 아웃밴드 통신이 선택적이고, 무선전력 전송장치 또는 수신장치가 아웃밴드 통신을 지원할 수도 있고 지원하지 않을 수도 있다. 따라서, 무선전력 전송장치와 수신장치는 전력 클래스에 따라, 그리고 아웃밴드 통신의 지원 여부에 따라 다양한 경우의 수를 가질 수 있다. 첫번째 경우는 무선전력 수신장치가 PC0으로서 아웃밴드 통신을 지원하지 않는 경우이다. 두번째 경우는 무선전력 수신장치가 PC0으로서 아웃밴드 통신을 지원하는 경우이다. 세번째 경우는 무선전력 수신장치가 PC1인 경우이어서 필수적으로 아웃밴드 통신을 지원하는 경우이다.
핸드오버 절차는 상기 여러가지 경우의 수에 의존적으로 결정될 수 있다. 이하에서는 상태 다이어그램을 이용하여 무선전력 수신장치의 아웃밴드로의 핸드오버 절차를 설명한다.
도 15는 일 실시예에 따른 아웃밴드로의 핸드오버가 수행되는 절차를 도시한 상태 다이어그램이다. 도 15에 따른 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치는 PC0일 수도 있고, PC1일 수도 있다.
도 15를 참조하면, 인밴드 통신이 적용되는 제1 페이즈는 선택 페이즈(S1500), 핑 페이즈(S1510), 식별 및 설정 페이즈(S1520), 그리고 협상 페이즈(S1530)이다. 협상 페이즈(S1530)에서, 전력 계약(power contract, S1531)이 이루어질 수 있다.
일 측면에서, 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치 중 적어도 하나가 PC0에 속할 경우, 아웃밴드 통신은 선택적(optional)일 수 있다. 따라서 협상 페이즈(S1530)에서 인밴드 통신과 아웃밴드 통신의 선택 단계(S1532)가 수행될 수 있고, 선택 단계(S1532)에서 아웃밴드 통신이 선택될 수 있다. 만약 인밴드 통신이 선택되면, 무선전력 전송장치와 수신장치는 인밴드 통신에 관련된 파라미터들을 교환한다. 예를 들어, 인밴드 통신은 무선전력 전송장치에서 무선전력 수신장치로의 통신을 포함할 수 있는데, 이 경우의 통신은 FSK이므로, 교환되는 인밴드 통신에 관련된 파라미터는 FSK 파라미터를 포함할 수 있다(S1533). 이후 무선전력 전송장치와 수신장치는 보정 페이즈(S1540)를 거쳐 전력 전송 페이즈(S1550)으로 진입하며, 전력 전송 페이즈 동안의 패킷들(예를 들어 인증과 전력 제어에 관련된 패킷들)을 전송하는데 인밴드 통신이 사용된다.
한편, 단계 S1532에서 아웃밴드 통신이 선택되면, 아웃밴드 통신이 적용되는 제2 상태는 보정 페이즈(S1560), 전력 전송 페이즈(S1570)이다. 무선전력 전송장치와 수신장치는 보정 페이즈(S1560)를 거쳐 전력 전송 페이즈(S1570)로 진입하며, 전력 전송 페이즈 동안의 패킷들(예를 들어 인증과 전력 제어에 관련된 패킷들)을 전송하는데 아웃밴드 통신이 사용된다.
다른 측면에서, 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치가 모두 PC1에 속할 경우, 아웃밴드 통신은 필수적(mandatory)일 수 있다. 따라서 PC1의 경우에는 선택 페이즈(S1532)가 생략될 수 있으며, 인밴드 통신을 통해 아웃밴드로의 핸드오버가 이루어지고, 이후의 보정 페이즈(S1560)와 전력 전송 페이즈(S1570)는 동일하게 수행될 수 있다.
선택 페이즈(S1500)에서 인밴드 or 아웃밴드 선택단계(S1532)까지 소요되는 시간을 t라 할 때, t는 수백ms 이상이 소요될 수 있다.
이러한 도 15의 실시예에서의 무선전력 전송장치는 도 1 내지 도 11에서 개시된 무선전력 전송장치 또는 무선전력 전송기 또는 전력 전송부에 해당한다. 따라서, 본 실시예에서의 무선전력 전송장치의 동작은 도 1 내지 도 11에서의 무선전력 전송장치의 각 구성요소들 중 하나 또는 둘 이상의 조합에 의해 구현된다. 예를 들어, 협상 페이즈(S1530)에서 인밴드 통신과 아웃밴드 통신의 선택 단계(S1532)를 수행하고 아웃밴드 통신 또는 인밴드 통신을 선택하는 동작, 인밴드 통신에 관련된 파라미터들을 교환(S1533)하는 동작, 인밴드 통신을 사용하여 전력 전송 페이즈 동안의 패킷들(예를 들어 인증과 전력 제어에 관련된 패킷들)을 전송하거나 수신하는 동작, 아웃밴드 통신을 사용하여 전력 전송 페이즈 동안의 패킷들(예를 들어 인증과 전력 제어에 관련된 패킷들)을 전송하거나 수신하는 동작, 스와프 감지 동작 등은 통신/컨트롤 유닛(120)에 의해 수행될 수 있다.
또한 본 실시예에서의 무선전력 수신장치는 도 1 내지 도 11에서 개시된 무선전력 수신장치 또는 무선전력 수신기 또는 전력 수신부에 해당한다. 따라서, 본 실시예에서의 무선전력 수신장치의 동작은 도 1 내지 도 11에서의 무선전력 수신장치의 각 구성요소들 중 하나 또는 둘 이상의 조합에 의해 구현된다. 예를 들어, 협상 페이즈(S1530)에서 인밴드 통신과 아웃밴드 통신의 선택 단계(S1532)를 수행하고 아웃밴드 통신 또는 인밴드 통신을 선택하는 동작, 인밴드 통신에 관련된 파라미터들을 교환(S1533)하는 동작, 인밴드 통신을 사용하여 전력 전송 페이즈 동안의 패킷들(예를 들어 인증과 전력 제어에 관련된 패킷들)을 전송하거나 수신하는 동작, 아웃밴드 통신을 사용하여 전력 전송 페이즈 동안의 패킷들(예를 들어 인증과 전력 제어에 관련된 패킷들)을 전송하거나 수신하는 동작, 스와프 감지 동작 등은 통신/컨트롤 유닛(220)에 의해 수행될 수 있다.
도 16은 다른 실시예에 따른 아웃밴드로의 핸드오버가 수행되는 절차를 도시한 상태 다이어그램이다.
도 16을 참조하면, 선택 페이즈(S1600) - 핑 페이즈(S1605) - 식별 및 설정 페이즈(S1610)까지 인밴드 통신이 사용된다. 이후 협상 페이즈(S1615)에서, 무선전력 수신장치가 아웃밴드 통신을 지원하는지 여부에 따라 인밴드 통신이 계속 사용되거나, 또는 아웃밴드로의 핸드오버가 수행된다.
만약, 무선전력 수신장치가 PC0에 속하고 아웃밴드 통신을 지원하지 않으면(PC0 PRx not supporting OOB)), 협상 페이즈(S1615) - 보정 페이즈(S1620) - 전력 전송 페이즈(S1625) - 재협상 페이즈(S1630)까지 계속하여 인밴드 통신이 사용된다.
만약, 무선전력 수신장치가 PC1에 속하거나, 또는 PC0에 속하면서 아웃밴드 통신을 지원하면(PC0 PRx supporting OOB), 인밴드에서 아웃밴드로 핸드오버되고, 협상 페이즈(S1635) - 보정 페이즈(S1640) - 전력 전송 페이즈(S1645)까지 계속하여 아웃밴드 통신이 사용된다.
무선전력 전송장치는 무선전력 전송 중 갑작스런 임피던스 변화 (전송 코일에 흐르는 전류 양 변화)를 감지할 수 있다. 갑작스런 임피던스 변화의 원인은 무선전력 수신장치의 갑작스런 위치 이동이나 무선전력 수신장치의 스와프(swap)를 포함할 수 있다.
이때, 무선전력 전송장치를 식별하여 스와프를 감지하기 위해, 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치는 전력 전송 페이즈에서 인밴드 통신을 이용하여 간헐적으로 또는 주기적으로 또는 무선전력 전송장치의 요청에 의해 인밴드 통신을 이용하여 스와프 감지(swap detection)를 수행할 수 있다(S1650).
만약, 스와프가 감지되면, 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치는 다시 선택 페이즈(S1600)로 돌아간다. 여기서, 무선전력 수신장치의 스와프는 원래 무선충전을 의도한 무선전력 수신장치 이외에 다른 장치가 무선전력 전송장치로 아웃밴드 연결이 되는 현상이다. 스와프 감지에 의해, 무선전력 전송장치와 수신장치는 전력 전송 페이즈 동안에 아웃밴드 통신과 인밴드 통신을 동시에 수행할 수 있다.
스와프 감지는, 무선전력 수신장치가 인밴드 통신에 기반하여 무선전력 전송장치로 고유정보를 전송하는 동작을 포함할 수 있다. 즉, 스와프 감지는 현재 서비스 중인 무선전력 수신장치를 식별하여 기존에 서비스를 받던 무선전력 수신장치가 맞는지를 확인(check)함으로써 수행될 수 있다. 일례로서, 고유 정보는 식별 패킷(ID packet)을 포함한다. 다른 예로서, 고유 정보는 랜덤 번호(random number)를 포함한다. 또 다른 예로서, 고유 정보는 인밴드 -> 아웃밴드로 전환시 사용된 무선전력 수신장치의 BLE 장치 주소 정보를 포함한다. 또 다른 예로서, 고유 정보는 식별 패킷, 랜덤 번호, BLE 장치 주소 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 스와프 감지는 무선전력 전송장치의 요청과는 무관하게 무선전력 수신장치가 주기적으로 또는 간헐적으로 수행할 수도 있고, 무선전력 전송장치의 요청에 의해 수행될 수도 있다.
일 측면에서 무선전력 전송장치의 요청에 의한 스와프 감지는, 무선전력 전송장치가 아웃밴드 통신을 이용하여 무선전력 수신장치에게 무선전력 수신장치의 고유 정보를 요청하는 단계를 포함할 수 있다. 일례로서, 무선전력 수신장치의 고유 정보는 식별 패킷(ID packet)을 포함한다. 다른 예로서, 무선전력 수신장치의 고유 정보는 랜덤 번호(random number)를 포함한다. 또 다른 예로서, 무선전력 수신장치의 고유 정보는 인밴드 -> 아웃밴드로 전환시 사용된 무선전력 수신장치의 BLE 장치 주소 정보를 포함한다. 또 다른 예로서, 고유 정보는 무선전력 수신장치의 식별 패킷, 랜덤 번호, BLE 장치 주소 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 무선전력 전송장치가 무선전력 수신장치의 고유 정보를 요청하는 단계는, 무선전력 전송장치가 자신의 고유 정보를 전송하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 무선전력 전송장치의 고유 정보는 선택적으로 전송될 수 있다. 즉, 무선전력 전송장치는 무선전력 전송장치의 고유 정보를 무선전력 수신장치로 전송할 수도 있고, 전송하지 않을 수도 있다. 이 경우 무선전력 수신 장치는 무선전력 전송장치로부터 무선전력 전송장치의 고유 정보의 수신 여부를 판단한다. 만약 무선전력 전송장치가 자신의 고유 정보를 무선전력 수신장치로 보내주지 않으면, 무선전력 수신장치는 인밴드 통신을 이용하여 디폴트 고유 정보(default unique information)를 무선전력 전송장치로 전송한다. 디폴트 고유 정보는 예를 들어 BLE 장치 주소 정보를 포함한다.
무선전력 전송장치는 무선전력 수신장치의 고유 정보에 기반하여 스와프 발생 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 무선전력 수신장치가 인밴드 통신을 이용하여 무선전력 수신장치의 고유 정보를 전송하고, 무선전력 전송장치가 무선전력 수신장치의 고유 정보를 수신하면, 무선전력 전송장치는 스와프가 발생하지 않은 것으로 판단한다. 반면 만약 무선전력 수신장치가 주어진 일정 시간 내에 인밴드 통신을 이용하여 무선전력 수신장치의 고유 정보를 전송하지 않거나, 무선전력 수신장치의 고유 정보를 전송하였음에도 불구하고 무선전력 전송장치가 무선전력 수신장치의 고유 정보의 수신에 실패하면, 무선전력 전송장치는 스와프가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
다른 측면에서, 무선전력 전송장치의 요청에 의한 스와프 감지는, 무선전력 전송장치가 아웃밴드 통신을 이용하여 무선전력 수신장치에게 무선전력 수신장치의 비트 패턴 정보를 요청하는 단계와, 상기 요청에 대한 응답으로 무선전력 수신장치가 인밴드 통신(ASK)을 이용하여 무선전력 전송장치로 비트 패턴 정보를 전송하는 단계를 포함할 수 있다. 본 실시예는 무선전력 수신장치가 무선전력 전송장치의 요청에 따라 임피던스를 변화시키는 단계와, 무선전력 전송장치가 상기 변화된 임피던스를 감지하여 동일한 무선전력 수신장치와 여전히 자기 커플링 상태에 있음(또는 무선전력 전송장치 위에 놓여 있음)을 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다. 만약에 스와핑이 발생하여 무선전력 전송장치가 다른 무선전력 수신장치와 자기 커플링 상태에 있는 경우(또는 다른 무선전력 수신장치가 무선전력 전송장치 위에 놓인 경우), 무선전력 수신장치가 무선전력 전송장치의 요청에 반응하지 않으므로 스와핑 감지가 가능하다. 이 경우 무선전력 전송장치 또는 수신장치의 고유 정보가 특별히 요구되지 않는다. 고전력 전송 시 인밴드 통신 품질에 문제가 있을 수 있기 때문에, 스와프 감지 성능 향상을 위해서는 패킷 형태 보다는 본 실시예와 같이 간단한 비트 패턴 정보를 전달하는 방법이 더 유리할 수 있다.
스와프 감지에 의해, 아웃밴드로의 핸드오버는 어떠한 교차 참조 문제(cross-reference issue)없이 무선전력 전송장치와 수신장치간의 링크 연결이 무선 충전을 위해 페어링됨을 보장할 수 있다.
이러한 도 16에 따른 실시예에서의 무선전력 전송장치는 도 1 내지 도 11에서 개시된 무선전력 전송장치 또는 무선전력 전송기 또는 전력 전송부에 해당한다. 따라서, 본 실시예에서의 무선전력 전송장치의 동작은 도 1 내지 도 11에서의 무선전력 전송장치의 각 구성요소들 중 하나 또는 둘 이상의 조합에 의해 구현된다. 예를 들어, 본 실시예에서 충전의 초기화(initialization) 및 아웃밴드의 링크 수립(link establishment to OOB)을 위해 인밴드 통신을 수행하는 동작, 핸드오버를 위한 비트 패턴을 무선전력 수신장치로 전송함으로써 아웃밴드로의 핸드오버 페이즈(phase)로 진입함을 요청하는 동작, 스와프 감지를 수행하는 동작 등은 통신/컨트롤 유닛(120)에 의해 수행될 수 있다.
또한 도 16에 따른 실시예에서의 무선전력 수신장치는 도 1 내지 도 11에서 개시된 무선전력 수신장치 또는 무선전력 수신기 또는 전력 수신부에 해당한다. 따라서, 본 실시예에서의 무선전력 수신장치의 동작은 도 1 내지 도 11에서의 무선전력 수신장치의 각 구성요소들 중 하나 또는 둘 이상의 조합에 의해 구현된다. 예를 들어, 본 실시예에서 충전의 초기화(initialization) 및 아웃밴드의 링크 수립(link establishment to OOB)을 위해 인밴드 통신을 수행하는 동작, 핸드오버를 위한 비트 패턴을 수신하는 동작, 스와프 감지를 수행하는 동작 등은 통신/컨트롤 유닛(220)에 의해 수행될 수 있다.
도 15 및 도 16에서 전체 페이즈 다이어그램 상에서 각 페이즈에 어떤 통신 규약 또는 통신 방법이 적용되는지를 설명하였다면, 이하에서는 협상 페이즈에서 구체적으로 어떤 절차에 의해 아웃밴드로의 핸드오버가 진행되는지 설명한다.
도 17은 일 실시예에 따른 협상 페이즈에서 아웃밴드로의 핸드오버가 수행되는 절차를 도시한 흐름도이다.
도 17을 참조하면, 협상 페이즈는 인밴드 통신 구간과, 아웃밴드 통신 구간을 포함한다. 인밴드 통신 구간은 단계 S1700 내지 단계 S1710를 포함하고, 아웃밴드 통신 구간은 단계 S1720 내지 단계 S1735를 포함한다.
먼저 인밴드 통신 구간을 보면, 무선전력 수신장치는 성능 패킷을 요청하는 일반 요청 패킷(GRQ/Cap)을 무선전력 전송장치로 전송한다(S1700). 무선전력 전송장치는 일반 요청 패킷에 대한 응답으로서, 성능 패킷을 전송한다(S1705). 여기서, 성능 패킷의 일례는 도 12와 같다.
성능 패킷에 포함된 아웃밴드 플래그가 아웃밴드를 지원함을 지시하는 경우, 무선전력 수신장치는 아웃밴드 링크 정보(OOB link information)를 무선전력 전송장치로 전송한다(S1710). 아웃밴드 링크 정보는 인밴드를 통해 전송되며, 예를 들어 도 18과 같은 패킷 구조를 가질 수 있다.
도 18은 일 실시예에 따른 아웃밴드 링크 정보를 도시한 것이다.
아웃밴드 링크 정보는 무선전력 수신장치의 블루투스(또는 BLE) MAC(Medium Access Control) 패킷이라 불릴 수도 있다.
도 18을 참조하면, 협상 페이즈에서 무선전력 수신장치는 인밴드 통신을 이용하여 아웃밴드에서 자신을 고유하게 식별할 수 있는 식별 정보(예를 들어 자신의 블루투스(또는 BLE) MAC 주소(6바이트))를 무선전력 전송장치로 전송할 수 있다. 이때, 블루투스(또는 BLE) MAC 주소는 새롭게 정의된 패킷 또는 협상 페이즈에서 송수신되는 기존 패킷을 통해 전력 송신기로 전송될 수 있다. 그러나, 아웃밴드 링크 정보는 이에 한정되는 것은 아니며 무선전력 수신장치의 블루투스(또는 BLE) MAC 주소를 지시하는 한 다양한 패킷 포맷으로 정의될 수 있다.
또한, 아웃밴드에서 무선전력 수신장치를 고유하게 식별할 수 있는 식별 정보로서, WPID가 사용될 수도 있다. 이 경우, WPID가 무선전력 수신장치의 BLE 장치 주소가 될 수 있다.
다시 도 17을 참조하면, 무선전력 전송장치는 에러없이 해당 패킷을 성공적으로 수신한 경우, 이에 대한 응답으로 ACK(acknowledgement)을 무선전력 수신장치로 전송할 수 있다(S1715).
아웃밴드 링크 정보가 성공적으로 전송되면, 협상 페이즈 내에서의 인밴드 통신 구간은 종료되고, 아웃밴드 통신 구간으로 진입한다. 아웃밴드 통신 구간에서, 무선전력 전송장치와 수신장치는 아웃밴드 통신 프로토콜/방식 및 아웃밴드 관련 MAC 주소를 이용하여 상호간에 패킷과 신호들을 송수신함으로써, 아웃밴드 연결(또는 링크)을 수립(establish)할 수 있다.
이를 위해, 무선전력 전송장치는 무선전력 수신장치와의 아웃밴드 연결 수립을 요청하는 CONNECT_REQ 메시지를 무선전력 수신장치로 전송한다(S1720). CONNECT_REQ 메시지에는 무선전력 전송장치의 MAC 주소와 무선전력 전송장치와 수신장치간 아웃밴드 연결을 수립하는 데 필요한 파라미터들이 포함되어 있을 수 있다.
무선전력 수신장치가 무선전력 전송장치의 아웃밴드 연결 요청을 승인하는 경우, 무선전력 수신장치는 CONNECT_REQ 메시지에 대한 응답으로서 ACK 메시지를 무선전력 전송장치로 전송한다(S1725). 그에 따라, 아웃밴드 연결 수립(connection establishment)이 완료(complete)될 수 있다. 이때 확립되는 아웃밴드 프로필(예를 들어 블루투스 프로파일)에서 서비스는 'WPC_service_UUID'로 설정될 수 있으며, 무선전력 전송장치는 마스터(링크 계층), 중앙(Central)(Generic Access Profile; GAP) 및 클라이언트(Generic Attribute Profile; GATT)로, 무선전력 수신장치는 슬레이브(링크 계층), 주변(Peripheral)(GAP), 서버(GATT)로 설정되어 동작할 수 있다.
다음으로, 무선전력 전송장치와 수신장치간에 인증(authentication) 절차가 수행될 수 있다(S1730). 인증 절차가 성공적으로 완료되면, 이후 무선전력 전송장치와 수신장치는 아웃밴드 통신을 이용하여 상호간의 정적 정보(static information)와 동적 정보(dynamic information)를 송수신하며, 아웃밴드 통신을 이용하여 전력 계약이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 무선전력 전송장치는 보장 전력(guaranteed power: GP)와 잠재 전력(potential power: PP)를 무선전력 수신장치로 전송하고, 무선전력 수신장치는 최대 전력(max power)를 무선전력 전송장치로 전송할 수 있다.
이러한 도 17에 따른 실시예에서의 무선전력 전송장치는 도 1 내지 도 11에서 개시된 무선전력 전송장치 또는 무선전력 전송기 또는 전력 전송부에 해당한다. 따라서, 본 실시예에서의 무선전력 전송장치의 동작은 도 1 내지 도 11에서의 무선전력 전송장치의 각 구성요소들 중 하나 또는 둘 이상의 조합에 의해 구현된다. 예를 들어, 본 실시예에서 단계 S1700 내지 단계 S1735에서의 무선전력 전송장치의 동작은 통신/컨트롤 유닛(120)에 의해 수행될 수 있다.
또한 도 16에 따른 실시예에서의 무선전력 수신장치는 도 1 내지 도 11에서 개시된 무선전력 수신장치 또는 무선전력 수신기 또는 전력 수신부에 해당한다. 따라서, 본 실시예에서의 무선전력 수신장치의 동작은 도 1 내지 도 11에서의 무선전력 수신장치의 각 구성요소들 중 하나 또는 둘 이상의 조합에 의해 구현된다. 예를 들어, 본 실시예에서 단계 S1700 내지 단계 S1735에서의 무선전력 수신장치의 등은 통신/컨트롤 유닛(220)에 의해 수행될 수 있다.
핸드오버 페이즈에서 핸드오버 절차가 수행되는 실시예
도 19는 또 다른 실시예에 따른 아웃밴드로의 핸드오버가 수행되는 절차를 도시한 상태 다이어그램이다. 도 19에 따른 실시예와 도 16의 실시예의 차이점은 아웃밴드로의 핸드오버가 수행되는 페이즈에 있다. 즉, 도 16에 따른 핸드오버 절차에서는 협상 페이즈에서 핸드오버가 수행되나, 도 19에 따른 핸드오버 절차에서는 협상 페이즈가 아닌 별도의 핸드오버 페이즈에서 아웃밴드로의 핸드오버가 수행된다. 핸드오버 페이즈는 식별 및 설정 페이즈 이후에 정의되는 새로운 페이즈이다.
구체적으로 도 19를 참조하면, 선택 페이즈(S1900) - 핑 페이즈(S1905) - 식별 및 설정 페이즈(S1910)까지 인밴드 통신이 사용된다. 식별 및 설정 페이즈(S1910) 이후, 무선전력 수신장치가 아웃밴드 통신을 지원하는지 여부에 따라 인밴드 통신이 계속 사용되거나, 또는 아웃밴드로의 핸드오버가 수행된다.
만약, 무선전력 수신장치가 PC0에 속하고 아웃밴드 통신을 지원하지 않으면(PC0 PRx not supporting OOB)), 협상 페이즈(S1915) - 보정 페이즈(S1920) - 전력 전송 페이즈(S1925) - 재협상 페이즈(S1930)까지 계속하여 인밴드 통신이 사용된다.
만약, 무선전력 수신장치가 PC1에 속하거나, 또는 PC0에 속하면서 아웃밴드 통신을 지원하면(PC0 PRx supporting OOB), 무선전력 전송장치의 아웃밴드로의 핸드오버 요청에 의해 무선전력 전송장치와 수신장치는 핸드오버 페이즈(S1935)로 진입한다. 핸드오버 페이즈(S1935)에서 인밴드에서 아웃밴드로 핸드오버되고, 협상 페이즈(S1940) - 보정 페이즈(S1945) - 전력 전송 페이즈(S1950)까지 계속하여 아웃밴드 통신이 사용된다. 이때, 무선전력 전송장치를 식별하여 스와프를 감지하기 위해, 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치는 전력 전송 페이즈에서 간헐적으로 또는 주기적으로 또는 무선전력 전송장치의 요청에 의해 인밴드 통신을 이용하여 스와프 감지를 수행할 수 있다(S1955). 스와프 감지를 위해, 무선전력 수신장치는 인밴드 통신을 이용하여 고유 정보를 무선전력 전송장치로 전송할 수 있다. 또한, 이러한 고유 정보의 전송 또는 스와프 감지는 무선전력 전송장치의 요청에 의해 트리거될 수 있다.
일 측면에서 무선전력 전송장치의 요청에 의한 스와프 감지는, 무선전력 전송장치가 아웃밴드 통신을 이용하여 무선전력 수신장치에게 무선전력 수신장치의 고유 정보를 요청하는 단계를 포함할 수 있다. 일례로서, 무선전력 수신장치의 고유 정보는 식별 패킷(ID packet)을 포함한다. 다른 예로서, 무선전력 수신장치의 고유 정보는 랜덤 번호(random number)를 포함한다. 또 다른 예로서, 무선전력 수신장치의 고유 정보는 인밴드 -> 아웃밴드로 전환시 사용된 무선전력 수신장치의 BLE 장치 주소 정보를 포함한다. 또 다른 예로서, 고유 정보는 무선전력 수신장치의 식별 패킷, 랜덤 번호, BLE 장치 주소 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 무선전력 전송장치가 무선전력 수신장치의 고유 정보를 요청하는 단계는, 무선전력 전송장치가 자신의 고유 정보를 전송하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 무선전력 전송장치의 고유 정보는 선택적으로 전송될 수 있다. 즉, 무선전력 전송장치는 무선전력 전송장치의 고유 정보를 무선전력 수신장치로 전송할 수도 있고, 전송하지 않을 수도 있다. 이 경우 무선전력 수신 장치는 무선전력 전송장치로부터 무선전력 전송장치의 고유 정보의 수신 여부를 판단한다. 만약 무선전력 전송장치가 자신의 고유 정보를 무선전력 수신장치로 보내주지 않으면, 무선전력 수신장치는 인밴드 통신을 이용하여 디폴트 고유 정보(default unique information)를 무선전력 전송장치로 전송한다. 디폴트 고유 정보는 예를 들어 BLE 장치 주소 정보를 포함한다.
무선전력 전송장치는 무선전력 수신장치의 고유 정보에 기반하여 스와프 발생 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 무선전력 수신장치가 인밴드 통신을 이용하여 무선전력 수신장치의 고유 정보를 전송하고, 무선전력 전송장치가 무선전력 수신장치의 고유 정보를 수신하면, 무선전력 전송장치는 스와프가 발생하지 않은 것으로 판단한다. 반면 만약 무선전력 수신장치가 주어진 일정 시간 내에 인밴드 통신을 이용하여 무선전력 수신장치의 고유 정보를 전송하지 않거나, 무선전력 수신장치의 고유 정보를 전송하였음에도 불구하고 무선전력 전송장치가 무선전력 수신장치의 고유 정보의 수신에 실패하면, 무선전력 전송장치는 스와프가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
다른 측면에서, 무선전력 전송장치의 요청에 의한 스와프 감지는, 무선전력 전송장치가 아웃밴드 통신을 이용하여 무선전력 수신장치에게 무선전력 수신장치의 비트 패턴 정보를 요청하는 단계와, 상기 요청에 대한 응답으로 무선전력 수신장치가 인밴드 통신(ASK)을 이용하여 무선전력 전송장치로 비트 패턴 정보를 전송하는 단계를 포함할 수 있다. 본 실시예는 무선전력 수신장치가 무선전력 전송장치의 요청에 따라 임피던스를 변화시키는 단계와, 무선전력 전송장치가 상기 변화된 임피던스를 감지하여 동일한 무선전력 수신장치와 여전히 자기 커플링 상태에 있음(또는 무선전력 전송장치 위에 놓여 있음)을 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다. 만약에 스와핑이 발생하여 무선전력 전송장치가 다른 무선전력 수신장치와 자기 커플링 상태에 있는 경우(또는 다른 무선전력 수신장치가 무선전력 전송장치 위에 놓인 경우), 무선전력 수신장치가 무선전력 전송장치의 요청에 반응하지 않으므로 스와핑 감지가 가능하다. 이 경우 무선전력 전송장치 또는 수신장치의 고유 정보가 특별히 요구되지 않는다. 고전력 전송 시 인밴드 통신 품질에 문제가 있을 수 있기 때문에, 스와프 감지 성능 향상을 위해서는 패킷 형태 보다는 본 실시예와 같이 간단한 비트 패턴 정보를 전달하는 방법이 더 유리할 수 있다.
만약, 스와프가 감지되면, 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치는 다시 선택 페이즈(S1900)로 돌아간다.
식별 및 설정 페이즈(S1910)에서 아웃밴드 통신을 지원하는 무선전력 수신장치의 동작을 좀더 자세히 살펴보면 도 20과 같고, 무선전력 전송장치의 동작을 좀더 자세히 살펴보면 도 21과 같다.
도 20은 도 19에 따른 식별 및 설정 페이즈에서 아웃밴드 통신을 지원하는 무선전력 수신장치의 동작 순서도이다.
도 20을 참조하면, 무선전력 수신장치는 아웃밴드 플래그를 특정 값(예를 들어 '1')로 설정하여 아웃밴드 통신의 지원을 지시할 수 있다(S2000). 무선전력 수신장치는 식별 및 설정 페이즈(S1910)에서 상기 아웃밴드 플래그를 포함하는 설정 패킷을 무선전력 전송장치로 전송하고(S2005), 무선전력 전송장치의 응답을 모니터링한다.
만약 무선전력 전송장치의 응답이 무응답(No response)일 경우, 무선전력 전송장치는 협상 페이즈와 아웃밴드 통신을 지원하지 않음을 나타낸다. 따라서 무선전력 수신장치는 전력 전송 페이즈로 진입한다(S2015). 단계 S2015 이후의 전력 전송 페이즈에서는 인밴드 통신이 사용된다.
만약 무선전력 전송장치의 응답이 ACK 응답(ACK response)일 경우, 무선전력 전송장치는 협상 페이즈를 지원하지만 아웃밴드 통신을 지원하지는 않음을 나타낸다. 따라서 무선전력 수신장치는 협상 페이즈(S1915)로 진입한다(S2020). 무선전력 전송장치가 아웃밴드 통신을 지원하지 않으므로, 단계 S2020 이후의 페이즈들에서는 인밴드 통신이 사용된다.
만약 무선전력 전송장치의 응답이 무응답이 아니고 ACK 응답도 아닌 다른 응답(예를 들어 아웃밴드로의 핸드오버 요청 또는 아웃밴드로의 스위칭)인 경우, 무선전력 전송장치는 아웃밴드 통신을 지원함을 나타낸다. 따라서 무선전력 수신장치는 핸드오버 페이즈(S1935)로 진입한다(S2025). 무선전력 전송장치와 수신장치가 모두 아웃밴드 통신을 지원하므로, 단계 S2025 이후의 페이즈들에서는 아웃밴드 통신이 사용된다. 다만, 스와프 감지를 위해 인밴드 통신이 아웃밴드 통신과 병행하여 사용될 수 있다.
이러한 도 20에 따른 실시예에서의 무선전력 수신장치는 도 1 내지 도 11에서 개시된 무선전력 수신장치 또는 무선전력 수신기 또는 전력 수신부에 해당한다. 따라서, 본 실시예에서의 각 단계별 무선전력 수신장치의 동작은 도 1 내지 도 11에서의 무선전력 수신장치의 각 구성요소들 중 하나 또는 둘 이상의 조합에 의해 구현된다. 예를 들어, 단계 S2000 내지 단계 S2025에 따른 동작들은 통신/컨트롤 유닛(220)에 의해 수행될 수 있다.
도 21은 도 19에 따른 식별 및 설정 페이즈에서 아웃밴드 통신을 지원하는 무선전력 전송장치의 동작 순서도이다.
도 21을 참조하면, 무선전력 전송장치는 설정 패킷에 포함된 아웃밴드 플래그를 확인(check)함으로써(S2100), 무선 충전을 위해 페어된(paired) 무선전력 수신장치가 아웃밴드 통신을 지원하는지를 인지할 수 있다. 아웃밴드 플래그가 '1'로 설정되면 무선전력 수신장치가 아웃밴드 통신을 지원함을 지시하고, 아웃밴드 플래그가 '0'으로 설정되면 무선전력 수신장치가 아웃밴드 통신을 지원하지 않음을 지시할 수 있다. 만약, 아웃밴드 플래그를 확인한 결과 아웃밴드 플래그가 '1'로 설정되어 있으면, 무선전력 전송장치는 이에 대한 응답 신호를 생성하여 전송한다(S2105). 응답 신호는 특정한 비트 패턴을 가질 수 있다.
만약, 무선전력 전송장치가 아웃밴드 통신을 지원하는 경우, 무선전력 전송장치는 아웃밴드로의 핸드오버를 요청하는 요청 신호를 응답 신호로서 무선전력 수신장치로 전송한다. 여기서, 아웃밴드로의 핸드오버를 요청하는 신호는 핸드오버 페이즈로 진입하기 위한 요청 신호, 아웃밴드로의 전환 신호, 아웃밴드를 위한 요청 신호 등의 다른 용어로 불릴 수도 있다. 아웃밴드로의 핸드오버 요청 신호는 특정한 비트 패턴일 수 있다. 상기 비트 패턴은 기존의 NAK이나 ND를 재활용할 수도 있고, 무선전력 수신장치의 설정 패킷에 대한 응답으로서 새롭게 정의되는 값일 수도 있다. 상기 비트 패턴은 8비트로 구성될 수 있다.
무선전력 전송장치는 핸드오버 페이즈로 진입한다(S2110). 무선전력 전송장치와 수신장치가 모두 아웃밴드 통신을 지원하므로, 단계 S2110 이후의 페이즈들에서는 아웃밴드 통신이 사용된다. 다만, 스와프 감지를 위해 인밴드 통신이 아웃밴드 통신과 병행하여 사용될 수 있다.
이러한 도 21의 실시예에서의 무선전력 전송장치는 도 1 내지 도 11에서 개시된 무선전력 전송장치 또는 무선전력 전송기 또는 전력 전송부에 해당한다. 따라서, 본 실시예에서의 무선전력 전송장치의 동작은 도 1 내지 도 11에서의 무선전력 전송장치의 각 구성요소들 중 하나 또는 둘 이상의 조합에 의해 구현된다. 예를 들어, 단계 S2100과 S2105에 따른 무선전력 전송장치의 동작들은 통신/컨트롤 유닛(120)에 의해 수행될 수 있다.
도 22는 도 19에 따른 식별 및 설정 페이즈에서 무선전력 전송장치의 응답 신호에 따른 후속 페이즈들을 전력 클래스 관점에서 분류한 다이어그램이다.
도 22를 참조하면, PC0의 BPP 무선전력 전송장치는 협상 페이즈와 아웃밴드 통신을 지원하지 않는다. 따라서, PC0의 BPP 무선전력 전송장치는 식별 및 설정 페이즈(S2200)에서 무선전력 수신장치의 설정 패킷에 대해 무응답(None)을 하고, 무선전력 전송장치와 수신장치는 전력 전송 페이즈로 진입한다(S2205).
반면, PC0의 EPP 무선전력 전송장치는 협상 페이즈를 지원하며, 아웃밴드 통신은 선택적으로 지원할 수 있다.
만약, PC0의 EPP 무선전력 전송장치가 아웃밴드 통신을 지원하지 않는다면, PC0의 EPP 무선전력 전송장치는 식별 및 설정 페이즈(S2200)에서 무선전력 수신장치의 설정 패킷에 대해 ACK 응답을 하고, 협상 페이즈로 진입한다(S2210).
만약, 해당 무선전력 전송장치가 PC1에 속하거나, PC0의 EPP에 속하는 경우로서 아웃밴드 통신을 지원한다면, 해당 무선전력 전송장치는 식별 및 설정 페이즈(S2200)에서 무선전력 수신장치의 설정 패킷에 대해 아웃밴드로의 핸드오버 요청(RFO : request for OOB link) 응답을 하고, 핸드오버 페이즈로 진입한다(S2215). 아웃밴드로의 핸드오버 요청 응답은 예를 들어, ND, NAK 또는 다른 형태의 새로운 FSK 응답 패턴일 수 있다. 핸드오버 페이즈에서, 아웃밴드로의 핸드오버 요청 응답에 대해 무선전력 수신장치가 ACK으로서 수락하면, 해당 무선전력 전송장치와 수신장치는 협상 페이즈로 진입한다(S2220).
이러한 도 22에 따른 실시예에서의 무선전력 전송장치는 도 1 내지 도 11에서 개시된 무선전력 전송장치 또는 무선전력 전송기 또는 전력 전송부에 해당한다. 따라서, 본 실시예에서의 무선전력 전송장치의 동작은 도 1 내지 도 11에서의 무선전력 전송장치의 각 구성요소들 중 하나 또는 둘 이상의 조합에 의해 구현된다. 예를 들어, 단계 S2200 내지 S2220에 따른 무선전력 전송장치의 동작들은 통신/컨트롤 유닛(120)에 의해 수행될 수 있다.
또한 도 22에 따른 실시예에서의 무선전력 수신장치는 도 1 내지 도 11에서 개시된 무선전력 수신장치 또는 무선전력 수신기 또는 전력 수신부에 해당한다. 따라서, 본 실시예에서의 각 단계별 무선전력 수신장치의 동작은 도 1 내지 도 11에서의 무선전력 수신장치의 각 구성요소들 중 하나 또는 둘 이상의 조합에 의해 구현된다. 예를 들어, 단계 S2200 내지 단계 S2220에 따른 무선전력 수신장치의 동작들은 통신/컨트롤 유닛(220)에 의해 수행될 수 있다.
도 19 및 도 22에서 전체 페이즈 다이어그램 상에서 각 페이즈에 어떤 통신 규약 또는 통신 방법이 적용되는지를 설명하였다면, 이하에서는 핸드오버 페이즈와 협상 페이즈에서 구체적으로 어떤 절차에 의해 아웃밴드로의 핸드오버가 진행되는지 설명한다.
도 23은 일 실시예에 따른 핸드오버 페이즈에서 아웃밴드로의 핸드오버가 수행되는 절차를 도시한 흐름도이고, 도 24는 다른 실시예에 따른 협상 페이즈에서 아웃밴드로의 핸드오버가 수행되는 절차를 도시한 흐름도이다.
도 23 및 도 24에 따른 실시예를 도 17의 실시예와 비교하면, 도 23에 따른 핸드오버 페이즈와 협상 페이즈를 병합하는 경우, 도 17에 따른 협상 페이즈와 동일해진다. 구체적으로, 도 23의 핸드오버 페이즈는 도 17의 인밴드 통신 구간에 해당하고, 도 24의 협상 페이즈는 도 17의 아웃밴드 통신 구간에 해당한다.
따라서, 도 23의 핸드오버 페이즈에서의 무선전력 전송장치와 수신장치의 동작은 도 17의 인밴드 통신 구간에서의 무선전력 전송장치와 수신장치의 동작과 동일하고, 도 24의 협상 페이즈에서의 무선전력 전송장치와 수신장치의 동작은 도 17의 아웃밴드 통신 구간에서의 무선전력 전송장치와 수신장치의 동작과 동일하다.
이러한 도 23 및 24에 따른 실시예에서의 무선전력 전송장치는 도 1 내지 도 11에서 개시된 무선전력 전송장치 또는 무선전력 전송기 또는 전력 전송부에 해당한다. 따라서, 본 실시예에서의 무선전력 전송장치의 동작은 도 1 내지 도 11에서의 무선전력 전송장치의 각 구성요소들 중 하나 또는 둘 이상의 조합에 의해 구현된다. 예를 들어, 단계 S2300, 단계 S2305, 단계 S2400 내지 S2420에 따른 무선전력 전송장치의 동작들은 통신/컨트롤 유닛(120)에 의해 수행될 수 있다.
또한 도 23 및 24에 따른 실시예에서의 무선전력 수신장치는 도 1 내지 도 11에서 개시된 무선전력 수신장치 또는 무선전력 수신기 또는 전력 수신부에 해당한다. 따라서, 본 실시예에서의 각 단계별 무선전력 수신장치의 동작은 도 1 내지 도 11에서의 무선전력 수신장치의 각 구성요소들 중 하나 또는 둘 이상의 조합에 의해 구현된다. 예를 들어, 단계 S2300, 단계 S2305, 단계 S2400 내지 단계 S2420에 따른 무선전력 수신장치의 동작들은 통신/컨트롤 유닛(220)에 의해 수행될 수 있다.
아웃밴드 연결 수립이 완료된 이후의 동작 실시예
이하에서는 핸드오버 페이즈와 협상 페이즈에 걸쳐 아웃밴드 연결 수립이 완료된 이후(즉, 아웃밴드로의 핸드오버가 완료된 이후)에 진행되는 각 페이즈별 세부 동작을 개시한다.
도 25는 일 실시예에 따른 보정 페이즈(calibration phase)에서의 무선전력 전송장치와 수신장치의 동작 흐름도이다. 도 15의 단계 S1540, S1560의 보정 페이즈와, 도 16의 단계 S1620, S1640의 보정 페이즈와, 도 19의 단계 S1920, S1945의 보정 페이즈는 도 25의 보정 페이즈와 동일할 수 있다.
도 25를 참조하면, 무선전력 수신장치는 부하가 무선전력 수신장치에 연결된 상태에서의 수신전력 패킷(received power packet: RPP)를 무선전력 전송장치로 전송한다(S2500).
다음으로, 무선전력 전송장치는 무선전력 수신장치에게 부하를 연결하도록 알리는 Write_Load_ON 메시지를 무선전력 수신장치로 전송한다(S2505).
Write_Load_ON 메시지에 대한 응답으로 무선전력 수신장치에 부하가 연결되면, 무선전력 수신장치는 부하가 연결된 상태에서의 수신전력 패킷을 무선전력 전송장치로 전송한다(S2510).
도 26은 일 실시예에 따른 전력 전송 페이즈(power transfer phase)에서의 무선전력 전송장치와 수신장치의 동작 흐름도이다. 도 15의 단계 S1550, S1570의 전력 전송 페이즈와, 도 16의 단계 S1625, S1645의 전력 전송 페이즈와, 도 19의 단계 S1925, S1950의 전력 전송 페이즈는 도 26의 전력 전송 페이즈와 동일할 수 있다.
도 26을 참조하면, 무선전력 전송장치와 수신장치는 아웃밴드 통신을 이용하여 상호간의 정적 정보(static information)와 동적 정보(dynamic information)를 송수신한다. 예를 들어, 제어 오류(control error :CE) 패킷, 수신전력 패킷(RPP), 전력 종료(end power transfer: EPT) 패킷 등이 아웃밴드 통신을 통해 교환된다.
이때, 무선전력 전송장치를 식별하여 스와프를 감지하기 위해, 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치는 전력 전송 페이즈에서 간헐적으로 또는 주기적으로 또는 무선전력 전송장치의 요청에 의해 인밴드 통신을 이용하여 스와프 감지를 수행할 수 있다. 스와프 감지는, 무선전력 수신장치가 인밴드 통신에 기반하여 무선전력 전송장치로 고유(unique) 정보(예를 들어 식별 패킷(ID packet) 또는 고유한 키 정보(key info))을 전송하는 동작을 포함할 수 있다. 즉, 스와프 감지는 현재 서비스 중인 무선전력 수신장치를 식별하여 기존에 서비스를 받던 무선전력 수신장치가 맞는지를 확인(check)함으로써 수행될 수 있다. 고유 정보의 전송 또는 스와프 감지는 무선전력 전송장치의 요청에 의해 트리거될 수 있다.
일 측면에서 무선전력 전송장치의 요청에 의한 스와프 감지는, 무선전력 전송장치가 아웃밴드 통신을 이용하여 무선전력 수신장치에게 무선전력 수신장치의 고유 정보를 요청하는 단계를 포함할 수 있다. 일례로서, 무선전력 수신장치의 고유 정보는 식별 패킷(ID packet)을 포함한다. 다른 예로서, 무선전력 수신장치의 고유 정보는 랜덤 번호(random number)를 포함한다. 또 다른 예로서, 무선전력 수신장치의 고유 정보는 인밴드 -> 아웃밴드로 전환시 사용된 무선전력 수신장치의 BLE 장치 주소 정보를 포함한다. 또 다른 예로서, 고유 정보는 무선전력 수신장치의 식별 패킷, 랜덤 번호, BLE 장치 주소 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 무선전력 전송장치가 무선전력 수신장치의 고유 정보를 요청하는 단계는, 무선전력 전송장치가 자신의 고유 정보를 전송하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 무선전력 전송장치의 고유 정보는 선택적으로 전송될 수 있다. 즉, 무선전력 전송장치는 무선전력 전송장치의 고유 정보를 무선전력 수신장치로 전송할 수도 있고, 전송하지 않을 수도 있다. 이 경우 무선전력 수신 장치는 무선전력 전송장치로부터 무선전력 전송장치의 고유 정보의 수신 여부를 판단한다. 만약 무선전력 전송장치가 자신의 고유 정보를 무선전력 수신장치로 보내주지 않으면, 무선전력 수신장치는 인밴드 통신을 이용하여 디폴트 고유 정보(default unique information)를 무선전력 전송장치로 전송한다. 디폴트 고유 정보는 예를 들어 BLE 장치 주소 정보를 포함한다.
무선전력 전송장치는 무선전력 수신장치의 고유 정보에 기반하여 스와프 발생 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 무선전력 수신장치가 인밴드 통신을 이용하여 무선전력 수신장치의 고유 정보를 전송하고, 무선전력 전송장치가 무선전력 수신장치의 고유 정보를 수신하면, 무선전력 전송장치는 스와프가 발생하지 않은 것으로 판단한다. 반면 만약 무선전력 수신장치가 주어진 일정 시간 내에 인밴드 통신을 이용하여 무선전력 수신장치의 고유 정보를 전송하지 않거나, 무선전력 수신장치의 고유 정보를 전송하였음에도 불구하고 무선전력 전송장치가 무선전력 수신장치의 고유 정보의 수신에 실패하면, 무선전력 전송장치는 스와프가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
다른 측면에서, 무선전력 전송장치의 요청에 의한 스와프 감지는, 무선전력 전송장치가 아웃밴드 통신을 이용하여 무선전력 수신장치에게 무선전력 수신장치의 비트 패턴 정보를 요청하는 단계와, 상기 요청에 대한 응답으로 무선전력 수신장치가 인밴드 통신(ASK)을 이용하여 무선전력 전송장치로 비트 패턴 정보를 전송하는 단계를 포함할 수 있다. 본 실시예는 무선전력 수신장치가 무선전력 전송장치의 요청에 따라 임피던스를 변화시키는 단계와, 무선전력 전송장치가 상기 변화된 임피던스를 감지하여 동일한 무선전력 수신장치와 여전히 자기 커플링 상태에 있음(또는 무선전력 전송장치 위에 놓여 있음)을 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다. 만약에 스와핑이 발생하여 무선전력 전송장치가 다른 무선전력 수신장치와 자기 커플링 상태에 있는 경우(또는 다른 무선전력 수신장치가 무선전력 전송장치 위에 놓인 경우), 무선전력 수신장치가 무선전력 전송장치의 요청에 반응하지 않으므로 스와핑 감지가 가능하다. 이 경우 무선전력 전송장치 또는 수신장치의 고유 정보가 특별히 요구되지 않는다. 고전력 전송 시 인밴드 통신 품질에 문제가 있을 수 있기 때문에, 스와프 감지 성능 향상을 위해서는 패킷 형태 보다는 본 실시예와 같이 간단한 비트 패턴 정보를 전달하는 방법이 더 유리할 수 있다.
만약, 스와프가 감지되면, 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치는 다시 선택 페이즈로 돌아갈 수 있다.
이러한 도 25 및 26에 따른 실시예에서의 무선전력 전송장치는 도 1 내지 도 11에서 개시된 무선전력 전송장치 또는 무선전력 전송기 또는 전력 전송부에 해당한다. 따라서, 본 실시예에서의 무선전력 전송장치의 동작은 도 1 내지 도 11에서의 무선전력 전송장치의 각 구성요소들 중 하나 또는 둘 이상의 조합에 의해 구현된다.
또한 도 25 및 26에 따른 실시예에서의 무선전력 수신장치는 도 1 내지 도 11에서 개시된 무선전력 수신장치 또는 무선전력 수신기 또는 전력 수신부에 해당한다. 따라서, 본 실시예에서의 각 단계별 무선전력 수신장치의 동작은 도 1 내지 도 11에서의 무선전력 수신장치의 각 구성요소들 중 하나 또는 둘 이상의 조합에 의해 구현된다.
본 명세서의 실시예들에 따르면, 초기 페이즈들이 인밴드 통신에 의해 수행되고, 협상 페이즈 또는 핸드오버 페이즈에서 아웃밴드 통신에 관련된 사전 정보들도 인밴드 통신에 의해 교환된다. 이러한 방식에 따를 때 아웃밴드로의 핸드오버가 완료될 때까지의 소요되는 시간을 실험을 통해 확인하였다. 본 실험에서 아웃밴드 통신으로서 블루투스 통신(BLE)을 사용하였다. 선택 페이즈에서부터 블루투스로의 핸드오버가 완료될 때까지(또는 블루투스의 연결 수립이 완료될 때까지)의 시간 구간은 i) 인밴드 통신 구간과 ii) 블루투스 연결 수립 구간으로 나뉠 수 있다.
먼저, 도 27을 참조하여 인밴드 통신 구간의 소요 시간을 계산해보면 다음과 같다.
도 27은 일 실시예에 따른 블루투스로의 핸드오버 절차 흐름도와 소요되는 시간을 시뮬레이션 한 도면이다.
도 27을 참조하면, 인밴드 통신 구간은 신호 세기(signal strength) 패킷 전송(ASK 통신), 식별(identification) 패킷 전송(ASK 통신), 설정(configuration) 패킷 전송(ASK 통신), ND 전송(FSK 통신), 아웃밴드 링크 정보(OOB link information) 전송(ASK 통신), ACK 전송(FSK 통신)까지를 포함하는데, 실험결과 약 278ms~352ms가 소요됨을 확인하였다. 시뮬레이션 조건은 동작 주파수가 100kHz이고, FSK의 극성(polarity)은 양수(positive)이고 깊이(depth)는 1(-78ns로 사용됨)이며, 아웃밴드 링크를 위한 ASK 통신에서 아웃밴드 링크 정보로서 6바이트(44ms가 소요)를 사용하였다.
다음으로, 블루투스 연결 수립 구간은 어드버타이징, CONNECTION_IND 메시지의 전송, 그리고 링크 연결 셋업의 3개의 세부 구간을 포함한다. 3개의 세부 구간들 각각의 처리 시간을 계산하여 더하면 블루투스 연결 수립 구간의 총 소요 시간을 얻을 수 있다. 따라서 이하에서는 도 28 내지 도 32를 참조하여 블루투스 연결 수립 구간의 소요 시간을 계산한다.
도 28은 블루투스 통신에서 어드버타이징(advertising) 동작 타이밍을 도시한 흐름도이다.
도 28을 참조하면, 어드버타이징 구간(advInterval)은 20ms이고, 어드버타이징 지연(advDelay)은 의사 랜덤값(a pseudo-random value)에 의해 0ms에서 10ms가 될 수 있다. 도 29와 같은 ADV_IND 패킷이 도 28에 따른 타이밍에 의해 어드버타이징된다. ADV_IND 패킷은 47 바이트(페이로드 37바이트+오버헤드 10바이트)이고, 비트수로는 376비트이다. 여기서, 페이로드는 무선전력 수신장치의 BLE 장치 주소(MAC address)를 지시하는 AdvA 필드와, 무선충전 서비스를 지시하는 UUID를 포함하는 AdvData 필드를 포함한다. 47바이트의 ADV_IND 패킷이 도 28의 타이밍에 따라 어드버타이징되는데 소요되는 시간을 계산하면 약 0.4ms가 된다.
도 30은 블루투스 통신에서 CONNECTION_IND 메시지의 전송 타이밍을 도시한 흐름도이다.
도 30을 참조하면, 무선전력 전송장치의 블루투스 통신에 관한 스캔 윈도우(scan window)와 스캔 인터벌(scan interval) 파라미터들은 동일한 값으로 설정되어, 무선전력 전송장치의 블루투스 링크 계층이 주 어드버타이징(primary advertising) 채널들을 연속적으로 스캔할 수 있도록 한다.
프레임간 간격(inter frame space: IFS) 시간 T_IFS는 150us이고, CONNECT_IND 메시지는 도 31과 같이 44바이트((프리앰블(1B) + 접속 주소(4B) + 헤더(2B) + 페이로드(34B) + CRC(3B))로서 352비트이므로 CONNECT_IND 메시지의 전송에 소요되는 시간은 약 0.4ms이다. 참고로, CONNECT_IND 메시지는 도 31와 같이 무선전력 전송장치의 블루투스 장치 주소를 지시하는 InitA 필드, 무선전력 수신장치의 블루투스 장치 주소를 지시하는 AdvA 필드, 그리고 연결에 관련된 파라미터를 포함하는 LLData 필드를 포함한다.
도 32는 블루투스 통신에서 링크 연결 셋업의 타이밍을 도시한 흐름도이다.
도 32를 참조하면, CONNECT_IND 메시지에 대한 전송윈도우지연 (transmitWindowDelay)은 1.25ms이고, 전송윈도우오프셋(transmitWindowOffset)은 0ms에서 connInterval까지 범위 내에서 1.25ms의 배수이며, 전송윈도우크기(transmitWindowSize)는 1.25ms에서부터 10ms 및 (connInterval-1.25ms) 중 더 작은 값까지의 범위 내에서 1.25ms의 배수이고, connecInterval은 7.5ms에서 4.0s 범위 내에서 1.25ms의 배수로 정의된다. 따라서 링크 연결 셋업에 소요되는 시간은 61ms+1.25ms+0ms+10ms = 72.25ms보다 작다.
블루투스로의 핸드오버가 완료될 때까지(또는 블루투스의 연결 수립이 완료될 때까지) 소요되는 시간은 i) 인밴드 통신 구간의 소요 시간(T_IB)과 ii) 블루투스 연결 수립 구간의 소요 시간(T_BLE_Setuptime)의 합이므로, 도 27 내지 도 32의 실험 결과에 따라 T_IB + T_BLE_Setuptime = ~ 425ms (= 352ms + 73ms)가 됨을 확인할 수 있었다.
상술한 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 방법 및 장치, 또는 수신 장치 및 방법은 모든 구성요소 또는 단계가 필수적인 것은 아니므로, 무선 전력 송신 장치 및 방법, 또는 수신 장치 및 방법은 상술한 구성요소 또는 단계의 일부 또는 전부를 포함하여 수행될 수 있다. 또 상술한 무선 전력 송신 장치 및 방법, 또는 수신 장치 및 방법의 실시예들은 서로 조합되어 수행될 수도 있다. 또 상술한 각 구성요소 또는 단계들은 반드시 설명한 순서대로 수행되어야 하는 것은 아니며, 나중에 설명된 단계가 먼저 설명된 단계에 앞서 수행되는 것도 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 이상에서 설명한 본 발명의 실시예들은 서로 별개로 또는 조합되어 구현되는 것도 가능하다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 이종 통신을 지원하는 무선전력 수신장치로서,
    동작 주파수(operating frequency)에서 무선전력 전송장치와의 자기 커플링(magnetic coupling)에 의해 상기 무선전력 전송장치로부터 무선전력을 수신하고, 상기 무선전력에 의해 발생하는 교류 신호를 직류 신호로 변환하도록 구성된 전력 픽업 유닛(power pick-up unit);
    상기 전력 픽업 유닛으로부터 상기 직류 신호를 공급받고, 상기 무선전력 전송장치와 통신을 수행하도록 구성된 통신/컨트롤 유닛; 및
    상기 전력 픽업 유닛으로부터 상기 직류 신호를 공급받도록 구성된 부하(load)를 포함하되,
    상기 통신/컨트롤 유닛은 상기 동작 주파수를 이용하는 인밴드(in-band) 통신과 상기 동작 주파수 이외의 주파수를 이용하는 아웃밴드(out-band) 통신 중 적어도 하나를 수행하되,
    식별 및 설정 페이즈에서 상기 통신/컨트롤 유닛은 상기 인밴드 통신을 통해 상기 무선전력 전송장치가 아웃밴드 통신을 지원하는지 여부를 지시하는 아웃밴드 플래그를 포함하는 성능(capability) 패킷을 상기 무선전력 전송장치로부터 수신하고,
    상기 통신/컨트롤 유닛은, 상기 전력 픽업 유닛이 상기 무선전력을 수신하는 전력 전송 페이즈(power transfer phase)로 진입하기 전에, 상기 아웃밴드로의 핸드오버(handover) 절차를 수행하도록 구성됨을 특징으로 하는, 무선전력 수신장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 아웃밴드로의 핸드오버 절차는,
    협상 페이즈에서 상기 통신/컨트롤 유닛이 상기 아웃밴드로의 핸드오버를 관한 정보를 상기 인밴드 통신을 기반으로 상기 무선전력 전송장치로 전송하는 동작을 포함함을 특징으로 하는, 무선전력 수신장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 아웃밴드로의 핸드오버 절차는,
    핸드오버 페이즈에서 상기 통신/컨트롤 유닛이 상기 아웃밴드로의 핸드오버를 관한 정보를 상기 인밴드 통신을 기반으로 상기 무선전력 전송장치로 전송하는 동작을 포함함을 특징으로 하는, 무선전력 수신장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 아웃밴드로의 핸드오버를 관한 정보는 상기 무선전력 수신장치의 아웃밴드 MAC(medium access control) 주소 패킷을 포함함을 특징으로 하는, 무선전력 수신장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 아웃밴드로의 핸드오버 절차는,
    상기 통신/컨트롤 유닛이 상기 아웃밴드로의 핸드오버의 개시를 요청하는 요청 신호를 상기 무선전력 전송장치로부터 수신함으로써 개시됨을 특징으로 하는, 무선전력 수신장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 요청 신호는 상기 아웃밴드로의 핸드오버를 지시하는 8비트의 비트 패턴인 것을 특징으로 하는, 무선전력 수신장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 통신/컨트롤 유닛은,
    상기 핸드오버 절차가 완료되면 상기 전력 전송 페이즈에서 상기 무선전력 전송장치와 상기 아웃밴드 통신을 수행하되,
    상기 전력 전송 페이즈에서 상기 무선전력 수신장치의 스와프(swap) 감지를 위한 고유 정보 또는 비트 패턴 정보를 상기 인밴드 통신을 이용하여 상기 무선전력 전송장치로 전송함을 특징으로 하는, 무선전력 수신장치.
  8. 이종 통신을 지원하는 무선전력 전송장치로서,
    동작 주파수(operating frequency)에서 무선전력 수신장치와의 자기 커플링(magnetic coupling)에 의해 상기 무선전력 수신장치로 무선전력을 전송하는 전력 변환 유닛(power conversion unit); 및
    상기 동작 주파수를 이용하는 인밴드(in-band) 통신과 상기 동작 주파수 이외의 주파수를 이용하는 아웃밴드(out-band) 통신 중 적어도 하나를 수행하는 통신/컨트롤 유닛을 포함하되,
    상기 통신/컨트롤 유닛은, 식별 및 설정 페이즈에서 상기 인밴드 통신을 통해 상기 무선전력 전송장치가 아웃밴드 통신을 지원하는지 여부를 지시하는 아웃밴드 플래그를 포함하는 성능(capability) 패킷을 상기 무선전력 수신장치로 전송하고,
    상기 통신/컨트롤 유닛은, 상기 전력 변환 유닛이 상기 무선전력을 전송하는 전력 전송 페이즈(power transfer phase)로 진입하기 전에, 상기 아웃밴드로의 핸드오버(handover) 절차를 수행하도록 구성됨을 특징으로 하는, 무선전력 전송장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 아웃밴드로의 핸드오버 절차는,
    협상 페이즈에서 상기 통신/컨트롤 유닛이 상기 아웃밴드로의 핸드오버를 관한 정보를 상기 인밴드 통신을 기반으로 상기 무선전력 수신장치로부터 수신하는 동작을 포함함을 특징으로 하는, 무선전력 전송장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 아웃밴드로의 핸드오버 절차는,
    핸드오버 페이즈에서 상기 통신/컨트롤 유닛이 상기 아웃밴드로의 핸드오버를 관한 정보를 상기 인밴드 통신을 기반으로 상기 무선전력 수신장치로부터 수신하는 동작을 포함함을 특징으로 하는, 무선전력 전송장치.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 아웃밴드로의 핸드오버를 관한 정보는 상기 무선전력 수신장치의 아웃밴드 MAC 주소 패킷을 포함함을 특징으로 하는, 무선전력 전송장치.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 아웃밴드로의 핸드오버 절차는,
    상기 통신/컨트롤 유닛이 상기 아웃밴드로의 핸드오버의 개시를 요청하는 요청 신호를 상기 무선전력 수신장치로 전송함으로써 개시됨을 특징으로 하는, 무선전력 전송장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 요청 신호는 상기 아웃밴드로의 핸드오버를 지시하는 8비트의 비트 패턴인 것을 특징으로 하는, 무선전력 전송장치.
  14. 제 8 항에 있어서, 상기 통신/컨트롤 유닛은,
    상기 핸드오버 절차가 완료되면 상기 전력 전송 페이즈에서 상기 무선전력 수신장치와 상기 아웃밴드 통신을 수행하되,
    상기 전력 전송 페이즈에서 상기 무선전력 수신장치의 스와프(swap) 감지를 위한 고유 정보 또는 비트 패턴 정보를 상기 인밴드 통신을 이용하여 상기 무선전력 수신장치로부터 수신함을 특징으로 하는, 무선전력 전송장치.
  15. 동작 주파수(operating frequency)에서 무선전력 전송장치와의 자기 커플링(magnetic coupling)에 의해 상기 무선전력 전송장치로부터 무선전력을 수신하도록 구성된 무선전력 수신장치가 이종 통신을 수행하는 방법으로서,
    식별 및 설정 페이즈에서 상기 동작 주파수를 이용하는 인밴드 통신을 통해, 상기 무선전력 전송장치가 상기 동작 주파수 이외의 주파수를 이용하는 아웃밴드 통신을 지원하는지 여부를 지시하는 아웃밴드 플래그를 포함하는 성능(capability) 패킷을 무선전력 전송장치로부터 수신하는 단계;
    상기 무선전력 전송장치로부터 아웃밴드로의 핸드오버(handover)를 요청하는 요청 신호를 수신하는 단계;
    상기 아웃밴드로의 핸드오버를 수행하는 단계;
    전력 전송 페이즈에서 상기 무선전력을 수신하는 단계; 및
    상기 전력 전송 페이즈에서 상기 무선전력 수신장치의 스와프(swap) 감지를 위한 식별 정보를 상기 인밴드 통신을 이용하여 상기 무선전력 전송장치로 전송하는 단계를 포함함을 함을 특징으로 하는 방법.
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