WO2019172535A1

WO2019172535A1 - 무선 전력 송신 방법 및 장치

Info

Publication number: WO2019172535A1
Application number: PCT/KR2019/001496
Authority: WO
Inventors: 채용석; 김지원; 이종헌
Original assignee: 엘지이노텍(주)
Priority date: 2018-03-05
Filing date: 2019-02-07
Publication date: 2019-09-12

Abstract

본 발명은 무선 전력 송신 방법 및 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치는 레퍼런스 신호에 기반하여 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 교류 전력 생성기와 상기 교류 전력 생성기의 출력단에 연결되는 송신 코일과 상기 송신 코일과 연결된 복조기와 상기 레퍼런스 신호를 상기 교류 전력 생성기에 제공하는 제어기를 포함하고, 상기 제어기는 상기 복조기를 통해 제1 정보를 수신하고, 상기 제1 정보에 기반하여 식별된 동작 주파수 제어 방식에 따라 상기 레퍼런스 신호의 주파수를 제어하고, 상기 복조기를 통해 수신되는 제2 정보에 기반하여 충전 모드를 제어할 수 있다. 따라서, 본 발명은 수신기 별 최적 충전 환경을 제공할 수 있는 장점이 있다.

Description

무선 전력 송신 방법 및 장치

본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 상세하게, 수신기 별 최적화된 방식으로 전력을 공급하는 것이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 장치에 관한 것이다.

최근 정보 통신 기술이 급속도로 발전함에 따라, 정보 통신 기술을 기반으로 하는 유비쿼터스 사회가 이루어지고 있다.

언제 어디서나 정보통신 기기들이 접속되기 위해서는 사회 모든 시설에 통신 기능을 가진 컴퓨터 칩을 내장시킨 센서들이 설치되어야 한다.

따라서 이들 기기나 센서의 전원 공급 문제는 새로운 과제가 되고 있다. 또한 휴대폰뿐만 아니라 블루투스 핸드셋과 아이팟 같은 뮤직 플레이어 등의 휴대기기 종류가 급격히 늘어나면서 배터리를 충전하는 작업이 사용자에게 시간과 수고를 요구하고 됐다.

이러한 문제를 해결하는 방법으로 무선 전력 전송 기술이 최근 들어 관심을 받고 있다.

무선 전력 전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 자기장의 유도 원리를 이용하여 무선으로 송신기에서 수신기로 전기 에너지를 전송하는 기술로서, 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 고주파, Microwave, 레이저 등과 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도되었다. 우리가 흔히 사용하는 전동칫솔이나 일부 무선면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다.

현재까지 무선을 이용한 에너지 전달 방식은 크게 자기 유도 방식, 자기 공진(Electromagnetic Resonance) 방식 및 단파장 무선 주파수를 이용한 RF 전송 방식 등으로 구분될 수 있다.

자기 유도 방식은 두 개의 코일을 서로 인접시킨 후 한 개의 코일에 전류를 흘려보내면 이 때 발생한 자속(MagneticFlux)이 다른 코일에 기전력을 일으키는 현상을 사용한 기술로서, 휴대폰과 같은 소형기기를 중심으로 빠르게 상용화가 진행되고 있다.

자기 유도 방식은 최대 수백 키로와트(kW)의 전력을 전송할 수 있고 효율도 높지만 최대 전송 거리가 1센티미터(cm) 이하이므로 일반적으로 충전기나 바닥에 인접시켜야 하는 단점이 있다.

자기 공진 방식은 전자기파나 전류 등을 활용하는 대신 전기장이나 자기장을 이용하는 특징이 있다. 자기 공진 방식은 전자파 문제의 영향을 거의 받지 않으므로 다른 전자 기기나 인체에 안전하다는 장점이 있다.

반면, 한정된 거리와 공간에서만 활용할 수 있으며 에너지 전달 효율이 다소 낮다는 단점이 있다.

단파장 무선 전력 전송 방식-간단히, RF 전송 방식-은 에너지가 라디오 파(RadioWave)형태로 직접 송수신될 수 있다는 점을 활용한 것이다.

이 기술은 렉테나(rectenna)를 이용하는 RF 방식의 무선 전력 전송 방식으로서, 렉테나는 안테나(antenna)와 정류기(rectifier)의 합성어로서 RF 전력을 직접 직류 전력으로 변환하는 소자를 의미한다.

즉, RF 방식은 AC 라디오파를 DC로 변환하여 사용하는 기술로서, 최근 효율이 향상되면서 상용화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

무선 전력 전송 기술은 모바일 뿐만 아니라 IT, 철도, 가전 산업 등 산업 전반에 다양하게 활용될 수 있다.

무선 충전은 충전 효율을 극대화시키고 발열을 최소화시키고, 넓은 충전 영역을 확보하는 것이 중요하다.

하지만, 종래에는 제조사 및 제품 타입 별 수신기의 구성이 상이하므로, 무선 전력 송신 장치가 해당 수신기를 위한 최적의 충전 환경을 적응적으로 인지하는데 한계가 있었다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 수신기 별 최적 충전 환경을 제공하는 것이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 무선 전력 송신 방법 및 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치는 레퍼런스 신호에 기반하여 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 교류 전력 생성기와 상기 교류 전력 생성기의 출력단에 연결되는 송신 코일과 상기 송신 코일과 연결된 복조기와 상기 레퍼런스 신호를 상기 교류 전력 생성기에 제공하는 제어기를 포함하고, 상기 제어기는 상기 복조기를 통해 제1 정보를 수신하고, 상기 제1 정보에 기반하여 식별된 동작 주파수 제어 방식에 따라 상기 레퍼런스 신호의 주파수를 제어하고, 상기 복조기를 통해 수신되는 제2 정보에 기반하여 충전 모드를 제어할 수 있다.

여기서, 상기 제1 정보는 수신기 식별 정보일 수 있다.

또한, 상기 수신기 식별 정보는 제조사를 식별하기 위한 정보, 기기를 식별하기 위한 정보, 소프트웨어를 식별하기 위한 정보, 전력 등급을 식별하기 위한 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 상기 동작 주파수 제어 방식은 주파수를 고정하여 상기 교류 전력이 생성되도록 제어하는 고정 주파수 방식과 주파수를 가변하여 상기 교류 전력이 생성되도록 제어하는 가변 주파수 방식을 포함할 수 있다.

또한, 상기 식별된 동작 주파수 제어 방식이 상기 고정 주파수 방식이면, 상기 제어기가 상기 레퍼런스 신호의 주파수를 제1 주파수로 고정시키고, 상기 교류 전력 생성기의 인버터 동작 모드를 초기 설정인 하프 브릿지 모드로 유지할 수 있다.

또한, 상기 제2 정보는 전력 제어를 위한 정보일 수 있다.

여기서, 상기 전력 제어를 위한 정보는 제어 오류 패킷에 포함된 제어 오류 값을 포함하고, 상기 제어기가 상기 제어 오류 값의 수신 패턴인 제어 오류 패턴에 기반하여 상기 충전 모드를 결정할 수 있다.

여기서, 상기 충전 모드는 제1 전력 이하로 충전을 수행하는 제1 충전 모드와 제2 전력 이하로 충전을 수행하는 제2 충전 모드를 포함하고, 상기 제2 전력은 상기 제1 전력보다 클 수 있다.

여기서, 제1 전력은 5W이고 제2 전력은 7.5W일 수 있다.

또한, 상기 결정된 충전 모드가 제2 충전 모드이면, 상기 제어기가 상기 인버터 동작 모드를 상기 하프 브릿지 모드에서 풀 브릿지 모드로 변경할 수 있다.

또한, 상기 하프 브릿지 모드에서 전력 전송을 개시한 후 제1 시간 동안 상기 제어기가 상기 제어 오류 패킷을 무시할 수 있다.

또한, 상기 제1 시간 경과 후 제2 시간 동안 상기 제어기가 상기 제어 오류 패턴을 분석하여 상기 충전 모드의 변경 여부를 확정할 수 있다.

또한, 상기 교류 전력 생성기는 상기 레퍼런스 신호를 수신하고, 상기 레퍼런스 신호에 기반하여 복수의 펄스 폭 변조 신호를 생성하는 게이트 드라이버를 포함하고, 상기 복수의 펄스 폭 변조 신호에 따라 상기 인버터에 구비된 복수의 스위치가 제어되어 상기 교류 전력이 생성되고, 상기 풀 브릿지 모드로의 변경 시 상기 제어기가 상기 펄스 폭 변조 신호의 위상을 제어하여 상기 교류 전력의 세기를 제어할 수 있다.

또한, 상기 제어기가 상기 펄스 폭 변조 신호의 위상 차이가 144도 이상이 되도록 상기 위상을 제어할 수 있다.

또한, 상기 제1 정보는 요구 주파수에 관한 정보를 포함할 수 있다.

또한, 상기 요구 주파수에 관한 정보에 기반하여 식별된 상기 동작 주파수 제어 방식이 고정 주파수 방식이면, 상기 제어기가 상기 레퍼런스 신호의 주파수를 상기 요구 주파수로 고정시키고, 상기 교류 전력 생성기의 인버터 동작 모드를 초기 설정인 하프 브릿지 모드로 유지시킬 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 방법은 무선 전력 수신 장치로부터 제1 정보를 수신하는 단계와 상기 제1 정보에 기반하여 동작 주파수 제어 방식을 식별하는 단계와 상기 식별된 동작 주파수 제어 방식에 따라 인버터로 인가되는 레퍼펀스 신호의 주파수를 제어하는 단계와 상기 무선 전력 수신 장치로부터 제2 정보를 수신하는 단계와 상기 제2 정보에 기반하여 충전 모드를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 정보는 요구 주파수에 관한 정보이고, 상기 제2 정보는 전력 제어를 위한 정보일 수 있다.

또한, 상기 전력 제어를 위한 정보는 제어 오류 패킷에 포함된 제어 오류 값을 포함하고, 상기 제어 오류 값의 수신 패턴인 제어 오류 패턴에 기반하여 상기 충전 모드가 결정될 수 있다.

또한, 상기 충전 모드는 제1 전력 이하로 충전을 수행하는 제1 충전 모드와 제2 전력 이하로 충전을 수행하는 제2 충전 모드를 포함하고, 상기 제2 전력은 상기 제1 전력보다 클 수 있다.

여기서, 제1 전력은 5W이고 제2 전력은 7.5W일 수 있다.

또한, 상기 무선 전력 송신 방법은 상기 결정된 충전 모드가 제2 충전 모드이면, 상기 인버터의 동작 모드를 초기 설정인 하프 브릿지 모드에서 풀 브릿지 모드로 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 무선 전력 수신 장치에 상기 하프 브릿지 모드로 전력 전송이 개시되면 제1 시간 동안 수신되는 상기 제어 오류 패킷이 무시될 수 있다.

또한, 상기 제1 시간 경과 후 제2 시간 동안 상기 제어 오류 패턴을 분석하여 상기 충전 모드의 변경 여부가 확정될 수 있다.

또한, 상기 인버터는 상기 레퍼런스 신호를 이용하여 복수의 펄스 폭 변조 신호를 생성하는 게이트 드라이버와 연결되고, 상기 풀 브릿지 모드로의 변경 시 상기 펄스 폭 변조 신호의 위상이 제어되어 상기 교류 전력의 세기가 제어될 수 있다.

또한, 상기 펄스 폭 변조 신호의 위상 차이가 144도 이상이 되도록 상기 위상이 제어될 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 방법은 고정 주파수 방식으로 동작하는 제1 수신기인지 판단하는 단계와 상기 제1 수신기로 판단될 경우, 인버터 동작 모드를 초기 모드인 제1 모드로 유지하고, 상기 제1 수신기에 대응하는 요구 주파수로 동작 주파수를 조정하여 전력을 전송하는 단계와 상기 전력 전송 중 제1 수신기로부터 수신되는 제어 오류 패킷의 제어 오류 패턴을 분석하여 충전 모드를 결정하는 단계와 상기 결정된 충전 모드에 따라 상기 인버터 동작 모드를 상기 제1 모드에서 제2 모드로 변경하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 모드는 하프 브릿지 모드이고, 상기 제2 모드는 풀 브릿지 모드일 수 있다.

또한, 상기 고정 주파수 방식으로 동작하는 제1 수신기인지 판단하는 단계는 제1 정보를 수신하는 단계와 상기 제1 정보에 기반하여 수신기 타입을 식별하는 단계와 상기 식별된 수신기 타입이 상기 제1 수신기에 포함되면, 미리 저장된 제1 테이블을 참조하여 상기 제1 정보에 상응하는 상기 요구 주파수를 확정하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 정보는 수신기 식별 정보일 수 있다.

또한, 상기 제어 오류 패턴을 분석하여 충전 모드를 결정하는 단계는 상기 요구 주파수로 동작 주파수를 조정하여 전력 전송을 개시한 후 제1 시간 동안 수신되는 제어 오류 패킷을 무시하는 단계와 상기 제1 시간 경과 후 제2 시간 동안 수신되는 제어 오류 패킷에 기반하여 상기 제어 오류 패턴을 분석하는 단계와 상기 분석된 제어 오류 패턴에 기반하여 상기 충전 모드의 변경 여부를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어 오류 패킷은 제어 오류 값을 포함하고, 상기 제어 오류 값의 수신 패턴에 기반하여 상기 충전 모드의 변경 여부가 결정될 수 있다.

여기서, 제1 전력은 5W이고 제2 전력은 7.5W일 수 있다.

또한, 상기 결정된 충전 모드가 상기 제2 충전 모드이면, 상기 인버터 동작 모드가 상기 제1 모드에서 상기 제2 모드로 변경될 수 있다.

또한, 상기 인버터 동작 모드가 상기 제1 모드에서 상기 제2 모드로 변경되면, 인버터에 인가되는 복수의 펄스 폭 변조 신호의 위상이 제어될 수 있다.

여기서, 복수의 상기 펄스 폭 변조 신호의 위상 차이가 144도 이상이 되도록 상기 위상이 제어될 수 있다.

또한, 상기 제1 정보는 상기 요구 주파수를 식별하기 위한 정보를 포함할 수도 있다.

여기서, 상기 제1 정보는 식별 패킷 및 구성 패킷 중 어느 하나를 통해 수신될 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시 예는 상기한 무선 전력 송신 방법들 중 어느 하나의 방법을 실행시키기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공할 수 있다.

상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.

본 발명에 따른 방법, 장치 및 시스템에 대한 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 수신기 별 최적 충전 환경을 제공하는 것이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 수신기 타입에 따라 적응적으로 전력 전송 방식을 제어하는 것이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 발열 및 전력 낭비를 최소화시키고, 넓은 충전 영역을 확보하는 것이 가능한 무선 전력 송신 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.

도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.

도 5는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.

도 6은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 인버터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 무선 전력 송신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따라 상기 도 3 또는 상기 도 6에 따른 무선 전력 송신 장치와 연동될 수 있는 무선 전력 수신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 12는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 13은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 무선 전력 전송 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 14는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 무선 전력 송신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 15는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 무선 전력 송신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 16은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치는 레퍼런스 신호에 기반하여 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 교류 전력 생성기와 상기 교류 전력 생성기의 출력단에 연결되는 송신 코일과 상기 송신 코일과 연결된 복조기와 상기 레퍼런스 신호를 상기 교류 전력 생성기에 제공하는 제어기를 포함하고, 상기 제어기는 상기 복조기를 통해 제1 정보를 수신하고, 상기 제1 정보에 기반하여 식별된 동작 주파수 제어 방식에 따라 상기 레퍼런스 신호의 주파수를 제어하고, 상기 복조기를 통해 수신되는 제2 정보에 기반하여 충전 모드를 제어할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예들이 적용되는 장치 및 다양한 방법들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

실시예의 설명에 있어서, 무선 충전 시스템상에서 무선 전력을 송신하는 기능이 탑재된 장치는 설명의 편의를 위해 무선 파워 송신기, 무선 파워 송신 장치, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 송신기, 송신단, 송신기, 송신 장치, 송신측, 무선 파워 전송 장치, 무선 파워 전송기 등을 혼용하여 사용하기로 한다.

또한, 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 기능이 탑재된 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 무선 파워 수신 장치, 무선 파워 수신기, 수신 단말기, 수신측, 수신 장치, 수신기 등이 혼용되어 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 송신기는 패드 형태, 거치대 형태, AP(Access Point) 형태, 소형 기지국 형태, 스텐드 형태, 천장 매립 형태, 벽걸이 형태 등으로 구성될 수 있으며, 하나의 송신기는 복수의 무선 전력 수신 장치에 파워를 전송할 수도 있다.

이를 위해, 송신기는 적어도 하나의 무선 파워 전송 수단을 구비할 수도 있다. 여기서, 무선 파워 전송 수단은 전력 송신단 코일에서 자기장을 발생시켜 그 자기장의 영향으로 수신단 코일에서 전기가 유도되는 전자기유도 원리를 이용하여 충전하는 전자기 유도 방식에 기반한 다양한 무전 전력 전송 표준이 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기는 적어도 하나의 무선 전력 수신 수단이 구비될 수 있으며, 2개 이상의 송신기로부터 동시에 무선 파워를 수신할 수도 있다.

본 발명에 따른 수신기는 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 player, 전동 칫솔, 전자 태그, 조명 장치, 리모콘, 낚시찌, 스마트 워치와 같은 웨어러블 디바이스 등의 소형 전자 기기 등에 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며 본 발명에 따른 무선 전력 수신 수단이 장착되어 배터리 충전이 가능한 기기라면 족하다.

도 1을 참조하면, 무선 충전 시스템은 크게 무선으로 전력을 송출하는 무선 전력 송신단(10), 상기 송출된 전력을 수신하는 무선 전력 수신단(20) 및 수신된 전력을 공급 받는 전자기기(20)로 구성될 수 있다.

일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 동일한 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 인밴드(In-band) 통신을 수행할 수 있다.

다른 일예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 상이한 별도의 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 대역외(Out-of-band) 통신을 수행할 수도 있다.

일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20) 사이에 교환되는 정보는 서로의 상태 정보뿐만 아니라 제어 정보도 포함될 수 있다.

여기서, 송수신단 사이에 교환되는 상태 정보 및 제어 정보는 후술할 실시예들의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.

상기 인밴드 통신 및 대역외 통신은 양방향 통신을 제공할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 다른 실시예에 있어서는 단방향 통신 또는 반이중 방식의 통신을 제공할 수도 있다.

일 예로, 단방향 통신은 무선 전력 수신단(20)이 무선 전력 송신단(10)으로만 정보를 전송하는 것일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 송신단(10)이 무선 전력 수신단(20)으로 정보를 전송하는 것일 수도 있다.

반이중 통신 방식은 무선 전력 수신단(20)과 무선 전력 송신단(10) 사이의 양방향 통신은 가능하나, 어느 한 시점에 어느 하나의 장치에 의해서만 정보 전송이 가능한 특징이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신단(20)은 전자 기기(30)의 각종 상태 정보를 획득할 수도 있다.

일 예로, 전자 기기(30)의 상태 정보는 현재 전력 사용량 정보, 실행중인 응용을 식별하기 위한 정보, CPU 사용량 정보, 배터리 충전 상태 정보, 배터리 출력 전압/전류 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 전자 기기(30)로부터 획득 가능하고, 무선 전력 제어에 활용 가능한 정보이면 족하다.

특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신단(10)은 고속 충전 지원 여부를 지시하는 소정 패킷을 무선 전력 수신단(20)에 전송할 수 있다.

일 예로, 도면 부호 200a에 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신단(20)은 복수의 무선 전력 수신 장치로 구성될 수 있으며, 하나의 무선 전력 송신단(10)에 복수의 무선 전력 수신 장치가 연결되어 무선 충전을 수행할 수도 있다.

이때, 무선 전력 송신단(10)은 시분할 방식으로 복수의 무선 전력 수신 장치에 전력을 분배하여 송출할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며. 다른 일 예로, 무선 전력 송신단(10)은 무선 전력 수신 장치 별 할당된 상이한 주파수 대역을 이용하여 복수의 무선 전력 수신 장치에 전력을 분배하여 송출할 수 있다.

이때, 하나의 무선 전력 송신 장치(10)에 연결 가능한 무선 전력 수신 장치의 개수는 무선 전력 수신 장치 별 요구 전력, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량 및 무선 전력 송신 장치의 가용 전력 중 적어도 하나에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.

다른 일 예로, 도면 부호 200b에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신단(10)은 복수의 무선 전력 송신 장치로 구성될 수도 있다.

이 경우, 무선 전력 수신단(20)은 복수의 무선 전력 송신 장치와 동시에 연결될 수 있으며, 연결된 무선 전력 송신 장치들로부터 동시에 전력을 수신하여 충전을 수행할 수도 있다.

이때, 무선 전력 수신단(20)과 연결된 무선 전력 송신 장치의 개수는 무선 전력 수신단(20)의 요구 전력, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량, 무선 전력 송신 장치의 가용 전력 등에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.

도 3을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(300)는 제어기(310), 교류 전력 생성기(320), 송신 코일(330) 및 복조기(340)을 포함하여 구성될 수 있다.

교류 전력 생성기(320)는 제어기(310)의 제어 신호에 따라 직류 전력을 교류 전력으로 변환시킬 수 있다.

교류 전력 생성기(320)의 제어기(310)의 제어 신호에 따라 인버터 동작 모드를 동적으로 변경할 수 있다.

여기서, 인버터 동작 모드는 하프 브릿지 모드와 풀 브릿지 모드를 포함할 수 있으며, 디폴트 모드는 풀 브릿지 모드로 설정될 수 있다.

교류 전력 생성기(320)의 세부 구성과 인버터 동작 모드에 대한 설명은 후술할 도면의 설명들을 통해 보다 명확해질 것이다.

송신 코일(330)은 교류 전력 생성기(320)의 출력단에 연결되어 교류 전력을 무선으로 출력할 수 있다.

복조기(340)는 송신 코일(330)의 일측에 연결될 수 있으며, 아날로그 디지털 변환기(Analog Digital Converter)를 포함할 수 있다. 복조기(340)는 복조된 패킷을 제어기(310)로 전달할 수 있다.

제어기(310)는 복조기(340)로부터 수신되는 패킷에 기반하여 수신기 타입을 식별하기 위한 정보-이하, 설명의 편의를 위해, 수신기 식별 정보라 명함-를 획득할 수 있다.

일 예로, 수신기 식별 정보는 제조사 정보, 제품 코드(또는 시리얼 넘버) 정보 및 소프트웨어 버전 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며 수신기의 타입을 고유하게 식별할 수 있는 정보이면 족하다.

제어기(310)는 수신기 식별 정보에 기반하여 수신기 타입을 식별할 수 있다.

실시 예에 따른 제어기(310)는 타입 식별된 수신기가 가변 주파수로 동작하는 수신기-이하, 설명의 편의를 위해, 가변 주파수 수신기라 명함-인지, 고정 주파수로 동작하는 수신기-이하 설명의 편의를 위해, 고정 주파수 수신기라 명함-인지 결정할 수 있다.

실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(300)에는 수신기 타입 별 동작 주파수 제어 방식이 정의된 소정 테이블-이하, 설명의 편의를 위해, 동작 주파수 제어 테이블이라 명함-이 내부 메모리(미도시)에 유지될 수 있다.

여기서, 동작 주파수 제어 방식은 고정 주파수 방식과 가변 주파수 방식을 포함할 수 있다.

일 예로, 고정 주파수 방식은 충전 중 고정된 하나의 동작 주파수로만을 이용하여 교류 전력을 생성하는 방식이고, 가변 주파수 방식은 충전 중 해당 무선 충전 시스템의 가용 주파수 범위 내에서 동적으로 동작 주파수를 변경하여 교류 전력을 생성하는 방식일 수 있다.

제어기(310)는 타입 식별된 수신기가 고정 주파수 방식으로 동작하는 수신기인 경우, 타입 식별된 수신기에 대응하여 미리 정의된 제1 주파수로 동작 주파수를 조정할 수 있다.

또한, 제어기(310)는 타입 식별된 수신기가 고정 주파수 방식으로 동작하는 수신기인 경우, 교류 전력 생성기(320)의 인버터 동작 모드를 하프 브릿지 모드로 설정할 수 있다.

제어기(310)는 하프 브릿지 모드로의 충전 중 복조기(340)로부터 수신되는 제어 오류 패킷에 기반하여 인버터 동작 모드 변경이 필요한지 판단할 수 있다.

여기서, 제어 오류 패킷은 송신 코일(330)을 통해 송출되는 전력의 세기를 조정하기 위한 제어 오류 값을 포함할 수 있다.

수신기는 구비된 정류기 출력 전압에 기반하여 동적으로 제어 오류 값을 결정할 수 있다.

수신기로 결정된 제어 오류 값이 포함된 제어 오류 패킷을 인밴드 통신을 통해 송신단으로 전송할 수 있다.

일 실시 예에 따른 제어기(310)는 제어 오류 패킷에 포함된 제어 오류 값의 수신 패턴-이하, 설명의 편의를 위해 제어 오류 패턴이라 명함-에 기반하여 인버터 동작 모드의 변경이 필요한지 판단할 수 있다.

판단 결과, 인버터 동작 모드 변경이 필요하면, 제어기(310)는 인버터 동작 모드를 하프 브릿지 모드에서 풀 브릿지 모드로 변경할 수 있다.

또한, 제어기(310)는 인버터 동작 모드 변경 시 인버터 스위치 제어를 위한 펄스 폭 변조(PWM: PulseWidth Modulation) 신호의 위상을 제어할 수 있다.

일 예로, PWM 신호의 위상은 인버터 동작 모드 변경에 따른 교류 전력 생성기(320)의 출력 변화가 최소화되도록 제어될 수 있다.

다른 일 예로, PWM 신호의 위상은 변경된 동작 주파수에 대한 최적 초기 위상으로 제어될 수도 있다.

인버터 동작 모드 변경에 따른 PWM 신호의 위상 제어 방법은 후술할 도면의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.

상기한 도 3의 실시 예에서, 타입 식별된 수신기가 고정 주파수 수신기로 판단되어 동작 주파수가 조정된 후 인버터 동작 모드가 디폴트로 설정된 풀 브릿지 모드에서 하프 브릿지 모드로 변경되면, 제어기(310)는 제1 시간 동안 수신되는 제어 오류 패킷을 무시할 수 있다.

상세하게, 제어기(310)는 제1 시간 동안 수신되는 제어 오류 패킷은 제어 오류 패턴 분석에 사용하지 않고, 제1 시간 이후에 수신되는 제어 오류 패킷에 기반하여 제어 오류 패턴을 분석할 수 있다.

제어기(310)는 제어 오류 패턴 분석에 기초하여 해당 수신기에 대한 충전 모드 변경이 필요한지 판단할 수 있다.

판단 결과, 충전 모드 변경이 필요하면, 제어기(310)는 인버터 동작 모드를 하프 브릿지 모드에서 풀 브릿지 모드로 전환시킬 수 있다. 이때, 풀 브릿지 인버터로 인가되는 PWM 신호의 위상이 조절될 수 있다.

이 후, 제어기(310)는 제어 오류 패킷에 기반하여 전력 전력의 세기를 동적으로 조절할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 제어기(310)는 인밴드 통신을 통해 해당 수신기로부터 요구 주파수에 관한 정보를 직접 수신할 수도 있다.

여기서, 요구 주파수는 해당 수신기의 충전 효율이 최대가 되는 동작 주파수일 수 있다.

이 경우, 제어기(310)는 별도의 수신기 타입 식별 없이, 수신된 요구 주파수를 동작 주파수로 고정되게 설정할 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(300)는 인버터 동작 모드 변경 시 펄스 폭 변조 신호의 위상을 조정함으로써, 인버터 출력 전력이 급격하게 변화하는 것을 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(300)는 수신기의 타입에 따라 적응적으로 전력 전송 방식을 제어함으로써, 충전 효율을 극대화시킬 수 있을 뿐만 아니라 완전 충전까지 소요되는 시간을 효과적으로 절감할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(300)는 수신기 타입에 따라 충전 효율이 최대인 전력 전송 방식을 적응적으로 제어함으로써, 보다 넓은 충전 영역을 확보할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(300)는 충전 효율을 극대화시켜 발열을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.

도 4를 참조하면, 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(Selection Phase, 410), 핑 단계(Ping Phase, 420), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 430), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 440) 단계로 구분될 수 있다.

선택 단계(410)는 파워 전송을 시작하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계일 수 있다.

여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다.

또한, 선택 단계(410)에서 송신기는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다.

만약, 송신기가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 단계(420)로 천이할 수 있다(S401).

선택 단계(410)에서 송신기는 매우 짧은 펄스의 아날로그 핑(Analog Ping) 신호를 전송하며, 송신 코일의 전류 변화에 기반하여 인터페이스 표면의 활성 영역(Active Area)에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다.

핑 단계(420)에서 송신기는 물체가 감지되면, 수신기를 활성화시키고, 수신기가 해당 표준에 호환되는 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송한다.

핑 단계(420)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 지시자-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(410)로 천이할 수 있다(S402).

또한, 핑 단계(420)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 신호-를 수신하면, 선택 단계(410)로 천이할 수도 있다(S403).

핑 단계(420)가 완료되면, 송신기는 수신기 식별 및 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(430)로 천이할 수 있다(S404).

식별 및 구성 단계(430)에서 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpectedpacket), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 패킷 전송 오류가 있거나(transmission error), 파워 전송 계약이 설정되지 않으면(no power transfer contract) 선택 단계(410)로 천이할 수 있다(S405).

수신기에 대한 식별 및 구성이 완료되면, 송신기는 무선 전력을 전송하는 전력 전송 단계(240)로 천이할 수 있다(S406).

전력 전송 단계(440)에서, 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpectedpacket), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out),기 설정된 파워 전송 계약에 대한 위반이 발생되거나(power transfer contract violation), 충전이 완료된 경우, 선택 단계(410)로 천이할 수 있다(S407).

또한, 전력 전송 단계(440)에서, 송신기는 송신기 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 식별 및 구성 단계(430)로 천이할 수 있다(S408).

상기한 파워 전송 계약은 송신기와 수신기의 상태 및 특성 정보에 기반하여 설정될 수 있다. 일 예로, 송신기 상태 정보는 최대 전송 가능한 파워에 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 5를 참조하면, 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(Selection Phase, 510), 핑 단계(Ping Phase, 520), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 530), 협상 단계(Negotiation Phase, 540), 보정 단계(Calibration Phase, 550), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 560) 단계 및 재협상 단계(Renegotiation Phase, 570)로 구분될 수 있다.

선택 단계(510)는 파워 전송을 시작하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계일 수 있다.

여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다. 또한, 선택 단계(510)에서 송신기는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다.

만약, 송신기가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 단계(520)로 천이할 수 있다. 선택 단계(510)에서 송신기는 매우 짧은 펄스의 아날로그 핑(Analog Ping) 신호를 전송하며, 송신 코일 또는 1차 코일(Primary Coil)의 전류 변화에 기반하여 인터페이스 표면의 활성 영역(Active Area)에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다.

핑 단계(520)에서 송신기는 물체가 감지되면, 수신기를 활성화시키고, 수신기가 WPC 표준이 호환되는 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송한다. 핑 단계(520)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 패킷-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(510)로 천이할 수 있다.

또한, 핑 단계(520)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 패킷-을 수신하면, 선택 단계(510)로 천이할 수도 있다.

핑 단계(520)가 완료되면, 송신기는 수신기를 식별하고 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(530)로 천이할 수 있다.

식별 및 구성 단계(530)에서 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpectedpacket), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out),패킷 전송 오류가 있거나(transmission error), 파워 전송 계약이 설정되지 않으면(no power transfer contract) 선택 단계(510)로 천이할 수 있다.

송신기는 식별 및 구성 단계(530)에서 수시된 구성 패킷(Configuration packet)의 협상 필드(Negotiation Field) 값에 기반하여 협상 단계(540)로의 진입이 필요한지 여부를 확인할 수 있다.

확인 결과, 협상이 필요하면, 송신기는 협상 단계(540)로 진입하여 소정 FOD 검출 절차를 수행할 수 있다.

반면, 확인 결과, 협상이 필요하지 않은 경우, 송신기는 곧바로 전력 전송 단계(560)로 진입할 수도 있다.

협상 단계(540)에서, 송신기는 기준 품질 인자 값이 포함된 FOD(Foreign Object Detection) 상태 패킷을 수신할 수 있다. 이때, 송신기는 기준 품질 인자 값에 기반하여 FO 검출을 위한 임계치를 결정할 수 있다.

송신기는 결정된 FO 검출을 위한 임계치 및 현재 측정된 품질 인자 값을 이용하여 충전 영역에 FO가 존재하는지를 검출할 수 있으며, FO 검출 결과에 따라 전력 전송을 제어할 수 있다. 일 예로, FO가 검출된 경우, 전력 전송이 중단될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

FO가 검출된 경우, 송신기는 선택 단계(510)로 회귀할 수 있다. 반면, FO가 검출되지 않은 경우, 송신기는 보정 단계(550)를 거쳐 전력 전송 단계(560)로 진입할 수도 있다.

상세하게, 송신기는 FO가 검출되지 않은 경우, 송신기는 보정 단계(550)에서 수신단에 수신된 전력의 세기를 결정하고, 송신단에서 전송한 전력의 세기를 결정하기 위해 수신단과 송신단에서의 전력 손실을 측정할 수 있다.

즉, 송신기는 보정 단계(550)에서 송신단의 송신 파워와 수신단의 수신 파워 사이의 차이에 기반하여 전력 손실을 예측할 수 있다.

일 실시예에 따른 송신기는 예측된 전력 손실을 반영하여 FOD 검출을 위한 임계치를 보정할 수도 있다.

전력 전송 단계(540)에서, 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out),기 설정된 파워 전송 계약에 대한 위반이 발생되거나(power transfer contract violation), 충전이 완료된 경우, 선택 단계(510)로 천이할 수 있다.

또한, 전력 전송 단계(440)에서, 송신기는 송신기 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 재협상 단계(570)로 천이할 수 있다.

이때, 재협상이 정상적으로 완료되면, 송신기는 전력 전송 단계(560)로 회귀할 수 있다.

도 6을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(600)는 제어기(610), 게이트 드라이버(Gate Driver, 620), 인버터(Invertor, 630), 송신 코일(640), 전원(650), 전력공급기(Power Supply,660) 및 복조기(670) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

전력공급기(660)는 전원(650)로부터 인가되는 제1 직류 전력 또는 제1 교류 전력을 제2 직류 전력으로 변환하여 인버터(630)에 제공할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해, 전력 공급기(660)로부터 인버터(630)에 공급되는 전압을 인버터 입력 전압 또는 브이 레일(V_rail)이라 명하기로 한다.

전력공급기(660)는 전원(650)으로부터 인가되는 전력의 타입에 따라, 교류/직류 변환기(AC/DC Converter) 및 직류/직류 변환기(DC/DC Converter) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

일 예로, 전력 공급기(660)는 스위칭 모드 전력 공급기(Switching Mode Power Supply,SMPS)일 수 있으며, 스위칭 트랜지스터, 필터 및 정류기 등을 이용하여 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 스위치 제어 방식을 사용할 수 있다. 여기서, 정류기 및 필터가 독립적으로 구성되어 AC 전원과 SMPS 사이에 배치될 수도 있다.

SMPS는 반도체 스위치 소자의 온/오프(on/off) 시간 비율을 제어하여 출력이 안정화된 직류 전원을 해당 디바이스, 또는 회로 소자에 공급하는 전원 장치로서, 고효율, 소형 및 경량화가 가능하여　대부분의 전자기기 및 장비 등에 널리 사용되고 있다.

전원의 품질에 따라 전자 회로 동작의 안정성이나 정밀도가 좌우되는 경우가 많다. 일반적으로 배터리 및 상용 AC 전원으로부터 안정적 전원을 변환하여 공급하는 방식에는 크게 선형 제어(series regulator) 방식과 스위치 모드(switched mode) 방식이 있다. TV 수상기나 CRT 모니터 등에 사용되는 선형 제어 방식은 주위 회로가 간단하고 가격이 저렴하지만, 열 발생이 많고 전원 효율이 낮으며 부피가 크다는 단점이 있다.

반면, 스위칭 모드 방식은 열 발생이 거의 없고 전력 효율이 높으며 부피가 작다는 장점이 있는 반면, 가격이 비싸고 회로가 복잡하며 고주파 스위칭에 의한 출력 노이즈와 전자파 간섭이 발생될 수 있는 단점이 있다.

다른 일 예로, 전력공급기(660)는 가변 SMPS(Variable Switching Mode Power Supply)가 사용될 수 있다.

가변 SMPS는 교류 전원(AC Power Supply)으로부터 출력되는 수십 Hz 대역의 AC 전압을 스위칭 및 정류하여 DC 전압을 생성한다.

가변 SMPS(Variable SMPS)는 일정한 레벨의 DC 전압을 출력하거나 송신 제어기(Tx Controller)의 소정 제어에 따라 DC 전압의 출력 레벨을 조정할 수도 있다. 가변 SMPS는 무선 전력 송신기의 전력 증폭기가 항상 효율이 높은 포화 영역에서 동작할 수 있도록, 전력 증폭기-즉, 인버터(530)-의 출력 전력 레벨에 따라 공급 전압을 제어하여, 모든 출력 레벨에서 최대 효율을 유지하게 할 수 있다.

가변 SMPS 대신에 일반적으로 사용되는 상용 SMPS를 사용하는 경우에는, 추가적으로 가변 DC/DC 변환기(Variable DC/DC)를 사용할 수 있다. 상용 SMPS와 가변 DC/DC 변환기는 전력 증폭기가 효율이 높은 포화 영역에서 동작할 수 있도록, 전력 증폭기의 출력 전력 레벨에 따라 공급 전압을 제어하여, 모든 출력 레벨에서 최대효율을 유지하게 할 수 있다. 일 실시예에서, 전력 증폭기는 Class E 타입이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

인버터(630)는 게이트 드라이버(620)를 통해 수신되는 수 MHz ~ 수십 MHz 대역의 스위칭 펄스 신호-즉, 펄스 폭 변조(PWM: PulseWidth Modulated) 신호-에 의하여 일정한 레벨의 직류 전압(V_rail)을 교류 전압으로 변환함으로써 교류 전력을 생성할 수 있다.

본 발명에 따른 인버터(630)는 하프 브릿지 모드뿐만 아니라 풀 브릿지 모드로도 동작할 수 있다.

이때, 게이트 드라이버(620)는 제어기(610)로부터 공급되는 레퍼런스 클락(Ref_CLK) 신호-이하, 설명의 편의를 위해 레퍼런스 신호와 혼용하여 사용함-를 이용하여 인버터(630)에 포함된 복수의 스위치를 제어하기 위한 복수의 PWM 신호(SC_0 ~ SC_N)를 생성할 수 있다.

여기서, 인버터(630)가 하프 브릿지 모드로 구동되는 경우, N은 1이고, 인버터(630)가 풀 브릿지 모드로 구동되는 경우, N은 3일 수 있다.

예를 들면, 도 6의 실시 예에서 인버터(630)가 4개의 스위치를 포함하는 풀 브릿지 회로로 구동되는 경우, 인버터(630)는 각각의 스위치를 제어하기 위한 4개의 PWM 신호(SC_0, SC_1, SC_2, SC_3)를 게이트 드라이버(620)로부터 수신할 수 있다.

반면, 도 6의 실시 예에서 인버터(630)가 2개의 스위치를 포함하는 하프 브릿지 회로로 구동되는 경우, 인버터(630)는 각각의 스위치를 제어하기 위한 2개의 PWM 신호(SC_0, SC_1)를 게이트 드라이버(620)로부터 수신할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 제어기(610)는 인버터 동작 모드가 하프 브릿지 모드에서 풀 브릿지 동작 모드로 변경되는 경우, 해당 PWM 신호의 위상이 조정되도록 게이트 드라이버(620)를 제어할 수도 있다.

일 예로, 제어기(610)는 인버터 동작 모드가 하프 브릿지 모드에서 풀 브릿지 동작 모드로 변경되는 경우, 해당 PWM 신호의 위상 차이가 144도 이상이 되도록 제어할 수 있다.

송신 코일(640)은 인버터(630)로부터 수신되는 교류 전력 신호를 무선으로 전송할 수 있다.

무선 전력 송신기(600)가 무선 전력 수신기와 인밴드 통신을 수행하는 경우, 무선 전력 송신기(600)는 송신 코일(640)과 연결된 복조기(680)를 포함할 수 있다.

복조기(680)는 인밴드 신호를 복조하여 제어기(610)에 전달할 수 있다.

제어기(610)는 복조기(640)로부터 수신되는 패킷에 기반하여 수신기 타입을 식별하기 위한 정보-이하, 설명의 편의를 위해, 수신기 식별 정보라 명함-를 획득할 수 있다.

일 예로, 수신기 식별 정보는 제조사를 식별하기 위한 정보, 기기를 식별하기 위한 정보, 소프트웨어를 식별하기 위한 정보, 전력 등급을 식별하기 위한 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며 수신기의 타입을 고유하게 식별할 수 있는 정보이면 족하다.

제어기(610)는 수신기 식별 정보에 기반하여 수신기 타입을 식별할 수 있다.

실시 예에 따른 제어기(610)는 타입 식별된 수신기가 고정 주파수로 동작하는 수신기-이하 설명의 편의를 위해, 고정 주파수 수신기 또는 제1 수신기라 명함-인지, 가변 주파수로 동작하는 수신기-이하, 설명의 편의를 위해, 가변 주파수 수신기 또는 제2 수신기라 명함-인지를 결정할 수 있다.

실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(600)에는 수신기 타입 별 동작 주파수 제어 방식이 정의된 소정 테이블-이하, 설명의 편의를 위해, 동작 주파수 제어 테이블 또는 제1 테이블이라 명함-이 내부 소정 기록 영역 또는 메모리(미도시)에 유지될 수 있다.

상기 제1 테이블은 사용자에 의해 개신되거나 무선망을 통해 자동 갱신될 수 있다.

제어기(610)는 타입 식별된 수신기가 고정 주파수 방식으로 동작하는 수신기인 경우, 타입 식별된 수신기에 대응하여 미리 정의된 요구 주파수 또는 제1 주파수로 동작 주파수를 조정할 수 있다.

또한, 제어기(610)는 타입 식별된 수신기가 고정 주파수 방식으로 동작하는 수신기인 경우, 인버터 동작 모드를 하프 브릿지 모드로 설정할 수 있다.

이때, 제어기(610)는 하프 브릿지 모드로의 충전 중 복조기(640)로부터 수신되는 제어 오류 패킷에 기반하여 인버터 동작 모드 변경-즉, 충전 모드 변경-이 필요한지 판단할 수 있다.

여기서, 제어 오류 패킷은 송신 코일(640)을 통해 송출되는 전력의 세기를 조정하기 위한 제어 오류 값을 포함할 수 있다.

수신기는 구비된 정류기 출력 전압에 기반하여 동적으로 제어 오류 값을 결정할 수 있다. 수신기는 결정된 제어 오류 값이 포함된 제어 오류 패킷을 인밴드 통신을 통해 송신단으로 전송할 수 있다.

일 실시 예에 따른 제어기(610)는 제어 오류 패킷에 포함된 제어 오류 값의 수신 패턴-이하, 설명의 편의를 위해 제어 오류 패턴이라 명함-에 기반하여 인버터 동작 모드의 변경이 필요한지 판단할 수 있다.

일 예로, 제어기(610)는 분석된 제어 오류 패턴과 미리 저장된 제어 오류 패턴의 일치 여부에 기반하여 충전 모드 변경 여부를 판단할 수 있다.

판단 결과, 충전 모드의 변경이 필요하면, 제어기(610)는 인버터 동작 모드를 하프 브릿지 모드에서 풀 브릿지 모드로 변경할 수 있다.

또한, 제어기(610)는 인버터 동작 모드 변경 시 인버터 스위치 제어를 위한 펄스 폭 변조(PWM: PulseWidth Modulation) 신호의 위상을 조정할 수도 있다.

일 예로, PWM 신호의 위상은 인버터 동작 모드 변경에 따른 인버터 출력 변화가 최소화되도록 제어될 수 있다.

일 예로, 제어기(610)는 해당 펄스 폭 변조 신호의 위상 차이가 144도 이상이 되도록 위상을 조절할 수 있다.

상기한 도 6의 실시 예에서, 타입 식별된 수신기가 고정 주파수 수신기로 판단되어 동작 주파수가 조정된 후 인버터 동작 모드가 디폴트로 설정된 풀 브릿지 모드에서 하프 브릿지 모드로 변경되면, 제어기(610)는 제1 시간 동안 수신되는 제어 오류 패킷을 폐기하거나 무시할 수 있다.

상세하게, 제어기(610)는 제1 시간 동안 수신되는 제어 오류 패킷은 제어 오류 패턴 분석에 사용하지 않고, 제1 시간 이후에 수신되는 제어 오류 패킷에 기반하여 제어 오류 패턴을 분석할 수 있다.

제어기(610)는 제어 오류 패턴 분석에 기초하여 해당 수신기에 대한 충전 모드 변경이 필요한지 판단할 수 있다.

판단 결과, 충전 모드 변경이 필요하면, 제어기(610)는 인버터 동작 모드를 하프 브릿지 모드에서 풀 브릿지 모드로 전환시킬 수 있다. 이때, 풀 브릿지 인버터로 인가되는 PWM 신호의 위상이 조절될 수 있다.

이 후, 제어기(610)는 제어 오류 패킷에 기반하여 전력 전력의 세기를 동적으로 조절할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 제어기(610)는 인밴드 통신을 통해 해당 수신기로부터 요구 주파수에 관한 정보를 직접 수신할 수도 있다.

여기서, 요구 주파수는 해당 수신기의 충전 효율이 최대가 되는 동작 주파수일 수 있다. 이 경우, 제어기(610)는 별도의 수신기 타입 식별 없이, 수신된 요구 주파수를 동작 주파수로 고정하여 전력을 전송할 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(600)는 인버터 동작 모드 변경 시 펄스 폭 변조 신호의 위상을 조정함으로써, 인버터 출력 전력이 급격하게 변화하는 것을 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(600)는 수신기의 타입에 따라 적응적으로 전력 전송 방식을 제어함으로써, 충전 효율을 극대화시킬 수 있을 뿐만 아니라 완전 충전까지 소요되는 시간을 효과적으로 절감할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(600)는 수신기 타입에 따라 충전 효율이 최대인 전력 전송 방식을 적응적으로 제어함으로써, 보다 넓은 충전 영역을 확보할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(600)는 충전 효율을 극대화시켜 발열을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.

상기 도 3의 교류 전력 변환기(320) 및 상기 도 6의 인버터(630)는 하프 브릿지 타입의 인버터 및 풀 브릿지 타입의 인버터를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 도 3 및 도 6의 제어기(310, 610)는 동적으로 인버터 동작 모드를 제어할 수 있다.

도면 번호 7a를 참조하면, 하프 브릿지 인버터는 두 개의 스위치(S1 및 S2)를 포함하고, 게이트 드라이버의 PWM 신호에 따라 해당 스위치 가 ON/OFF 제어되어 출력 전압(Vo)이 변경될 수 있다.

일 예로, 도면 번호 710에 도시된 바와 같이, S1 스위치가 단락되고, S2 스위치가 개방되면, 출력 전압(Vo)는 입력 전압인 +Vdc 값을 갖는다. 반면, S1 스위치가 개방되고, S2 스위치가 단락되면, 출력 전압(Vo)는 0 값을 갖는다.

하프 브릿지 인버터는 게이트 드라이버로부터 위상이 상이한 제1 내지 제2 PWM 신호를 수신하고, 제1 내지 제2 PWM 신호를 이용하여 S1 스위치와 S2 스위치를 제어할 수 있다.

제1 내지 제2 PWM 신호에 따라 S1 스위치와 S2 스위치가 교차 단락되면, 하프 브릿지 인버터는 특정 주기를 가지는 교류 전력 신호를 출력할 수 있다.

상기 도 7의 도면 부호 7b를 참조하면, 풀 브릿지 인버터는 네 개의 스위치(S1, S2, S3 및 S4)를 포함하여 구성될 수 있으며, 게이트 드라이버로부터 수신되는 PWM 신호에 따라 해당 스위치가 ON/OFF 제어될 수 있다.

풀 브릿지 인버터의 출력 전압(Vo) 레벨은 도면 번호 720에 도시된 바와 같이, +Vdc 또는 -Vdc 또는 0의 값을 가질 수 있다.

일 예로, S1 스위치와 S2 스위치가 단락되고, 나머지 스위치가 개방되면, 출력 전압(Vo) 레벨은 +Vdc 값을 가진다. 반면, S3 스위치와 S4 스위치가 단락되고, 나머지 스위치가 개방되면, 출력 전압(Vo) 레벨은 -Vdc 값을 가진다.

도 8을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(800)는 복조부(810), 수신기 타입 식별부(820), 동작 주파수 설정부(830), 인버터 동작 모드 설정부(840), 제어 오류 패턴 분석부(850), 충전 모드 변경부(860), 위상 조절부(870) 및 제어부(880) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

상기한 무선 전력 송신 장치(800)의 구성은 반드시 필수적인 구성은 아니어서 그 보다 많거나 적은 구성을 포함하여 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.

복조부(810)는 무선 전력 수신 장치로부터 수신되는 제어 신호를 복조하여 제어부(880)에 제공할 수 있다. 일 예로, 복조부(810)는 인밴드 통신을 통해 제어 신호를 수신할 있으며, 무선 전력 송신 장치(800)에 구비된 송신 코일(미도시)와 연결될 수 있다.

제어부(880)는 복조부(810)를 통해 수신기로부터 각종 패킷을 수신할 수 있다.

일 예로, 무선 전력 수신기에서 무선 전력 송신기로 전송하는 패킷은 감지된 핑 신호의 세기 정보를 전송하기 위한 신호 세기(Signal Strength) 패킷, 송신기가 전력 전송을 중단하도록 요청하기 위한 전력 전송 종료(End Power Transfer) 패킷, 전송 전력 제어를 위한 제어 오류 패킷 수신 후 실제 전력을 조정하기까지 대기하는 시간 정보를 전송하기 위한 전력 제어 보류(Power Control Hold-off) 패킷, 수신기의 구성 정보를 전송하기 위한 구성 패킷, 수신기 식별 정보를 전송하기 위한 식별 패킷 및 확장 식별 패킷, 일반 요구 메시지를 전송하기 위한 일반 요구 패킷, 특별 요구 메시지를 전송하기 위한 특별 요구 패킷, 이물질(FO) 검출을 위한 기준 품질 인자 값을 전송하기 위한 이물질 검출 상태 패킷, 송신기의 송출 전력을 제어하기 위한 제어 오류 패킷, 재협상 개시를 위한 재협상 패킷, 수신 전력의 세기 정보를 전송하기 위한 24비트 수신 전력 패킷 및 8비트 수신 전력 패킷 및 현재 부하의 충전 상태 정보를 전송하기 위한 충전 상태 패킷을 포함할 수 있다.

상기한 무선 전력 수신 장치가 무선 전력 송신 장치(800)로 전송하는 패킷들은 무선 전력 전송에 사용되는 주파수 대역과 동일한 주파수 대역을 이용한 인밴드 통신을 이용하여 전송될 수 있다. 또는, 무선 전력 전송에 사용되는 주파수 대역가 다른 주파수 대역을 이용한 아웃오브밴드 통신을 이용하여 전송될 수도 있다.

수신기 타입 식별부(820)는 구성 패킷, 식별 패킷, 확장 식별 패킷 중 어느 하나를 통해 충전 영역에 배치된 수신기를 식별하기 위한 정보-이하, 수신기 식별 정보라 명함-를 획득할 수 있다.

일 예로, 수신기 식별 정보는 제조사를 식별하기 위한 정보, 기기를 식별하기 위한 정보, 소프트웨어를 식별하기 위한 정보, 전력 등급을 식별하기 위한 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 요구 주파수에 관한 정보를 포함할 수도 있다.

수신기 타입 식별부(820)는 상기 수신기 식별 정보에 기반하여 해당 수신기의 동작 주파수 제어 방식을 식별할 수 있다. 여기서, 동작 주파수 제어 방식은 인버터 구동에 필요한 동작 주파수를 특정 주파수로 고정하여 교류 전력을 생성하는 고정 주파수 방식과 동작 주파수를 가변하여 교류 전력을 생성하는 가변 주파수 방식을 포함할 수 있다.

고정 주파수 방식은 동작 주파수가 고정되므로, 제어부(880)는 인버터에 인가되는 펄스 폭 제어 신호의 위상(Phase), 듀티 레이트 또는 듀티 사이클(Duty Rate or DutyCycle) 및 인버터에 인가되는 직류 전압 중 적어도 하나를 조절하여 인버터를 통해 출력되는 전력의 세기가 조절될 수 있다.

일반적으로, 무선 충전 시스템에서 동작 주파수 변화에 따라 전력 전송 효율이 변화하는 특성을 가진다.

이러한 특성에 따라, 가변 주파수 방식에서는 동작 주파수를 동적으로 조절하여 인버터를 통해 출력되는 전력의 세기가 조절될 수 있다.

수신기 타입 식별부(820)는 식별된 수신기가 고정 주파수 방식으로 동작하는 수신기인지 가변 주파수 방식으로 동작하는 수신기인지 식별하고, 식별 결과를 제어부(880)에 제공할 수 있다.

제어부(880)는 해당 수신기가 고정 주파수 방식으로 동작하는 제1 수신기인 경우, 해당 수신기 대응하는 요구 주파수로 동작 주파수가 설정되도록 동작 주파수 설정부(830)를 제어할 수 있다.

동작 주파수 설정부(830)는 제어부(880)의 제어 신호에 따라 특정 주파수를 가지는 레퍼런스 신호를 생성할 수 있다.

제어부(880) 해당 수신기가 가변 주파수 방식으로 동작하는 제2 수신기인 경우, 해당 수신기로부터 수신되는 전력 제어 신호-예를 들면, 제어 오류 값-에 따라 동적으로 동작 주파수를 결정하고, 결정된 동작 주파수가 생성되도록 동작 주파수 설정부(830)를 제어할 수 있다.

인버터 동작 모드 설정부(840)는 제어부(880)의 제어 신호에 따라 인버터 동작 모드를 설정할 수 있다. 여기서, 인버터 동작 모드는 하프 브릿지 모드와 풀 브릿지 모드를 포함할 수 있다.

제어부(880)는 해당 수신기가 고정 주파수 방식으로 동작하는 제1 수신기인 것이 확인되면, 인버터 동작 모드가 초기 모드인 하프 브릿지 모드로 유지되도록 제어할 수 있다.

제어 오류 패턴 분석부(850)는 인버터 동작 모드가 하프 브릿지 모드인 상태에서 전력 전송을 개시한 후 제1 시간 동안 수신되는 제어 오류 패킷은 제어 오류 패턴 분석에 사용하지 않을 수 있다.

일 예로, 제어기(880)는 인버터 동작 모드를 하프 브릿지 모드로 설정한 후 제1 시간 동안 수신되는 제어 오류 패킷을 모두 무시하거나 폐기시킬 수 있다.

제어 오류 패턴 분석부(850)는 상기 제1 시간 경과 후, 제2 시간 동안 수신되는 제어 오류 패킷에 포함된 제어 오류 값의 수신 패턴-즉, 제어 오류 패턴-을 분석할 수 있다.

일 예로, 제어 오류 패턴 분석부(850)는 분석된 제어 오류 패턴과 미리 저장된 제어 오류 패턴의 일치 여부를 확인할 수 있다.

제어 오류 패턴 분석부(850)는 제어 오류 패턴 분석 결과를 충전 모드 변경부(860)에 제공할 수 있다. 일 예로, 제어 오류 패턴 분석 결과는 “일치” 또는 “불일치”로 구분될 수 있다.

충전 모드 변경부(860)는 제어 오류 패턴 분석부(850)로부터 수신된 제어 오류 패턴 분석 결과에 기반하여 충전 모드의 변경 여부를 결정할 수 있다.

일 예로, 상기 충전 모드는 제1 전력 이하로 충전을 수행하는 제1 충전 모드와 제2 전력 이하로 충전을 수행하는 제2 충전 모드를 포함하고, 상기 제2 전력은 상기 제1 전력보다 클 수 있다.

일 예로, 여기서, 제1 전력은 5W이고 제2 전력은 7.5W일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

만약, 제어 오류 패턴 분석 결과가 “일치”이면, 충전 모드 변경부(860)는 인버터 동작 모드가 하프 브릿지 모드에서 풀 브릿지 모드로 변경되도록 인버터 동작 모드 설정부(840)에 요청하거나 소정 제어 신호를 제어부(880)에 전송할 수 있다.

반면, 제어 오류 패턴 분석 결과가 “불일치”이면, 인버터 동작 모드는 현재 상태로 유지될 수 있다.

위상 조절부(870)는 인버터 동작 모드가 하프 브릿지 모드에서 풀 브릿지 모드로 변경되면 제어부(880)의 제어 신호에 따라 펄스 폭 변조 신호의 위상을 제어할 수 있다.

일 예로, 무선 전력 송신 장치(800)에 구비되는 인버터(미도시)는 복수의 펄스 폭 변조 신호에 따라 구비된 복수의 스위치를 제어하여 상기 교류 전력을 생성한다.

본 발명의 실시 예에 따른 제어부(880)는 펄스 폭 변조 신호의 위상을 제어하여 인버터 출력 전력의 세기를 조절할 수 있다.

일 예로, 제어부(880)는 인버터 동작 모드가 하프 브릿지 모드에서 풀 브릿지 모드로 변경되면 펄스 폭 변조 신호의 위상 차이가 144도 이상이 되도록 상기 위상 조절부(870)를 제어할 수 있다.

상기한 도 8의 실시 예에 있어서, 무선 전력 송신 장치(800)의 초기 동작 주파수는175KHz이고, 펄스 폭 변조 신호의 초기 듀티 레이트와 해당 펄스 폭 변조 신호의 위상 차이는 각각 50%와 133도일 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 당업자의 설계에 따라 다른 값으로 설정될 수 있음을 주의해야 한다.

또한, 무선 전력 송신 장치의 초기 인버터 동작 모드는 하프 브릿지 모드로 설정될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(800)는 인버터 동작 모드 변경 시 펄스 폭 변조 신호의 위상을 조정함으로써, 인버터 출력 전력이 급격하게 변화하는 것을 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(800)는 수신기의 타입에 따라 적응적으로 전력 전송 방식을 제어함으로써, 충전 효율을 극대화시킬 수 있을 뿐만 아니라 완전 충전까지 소요되는 시간을 효과적으로 절감할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(800)는 수신기 타입에 따라 충전 효율이 최대인 전력 전송 방식을 적응적으로 제어함으로써, 보다 넓은 충전 영역을 확보할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(800)는 충전 효율을 극대화시켜 발열을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.

도 9를 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 충전 영역에 배치된 수신기의 타입을 식별할 수 있다(S910).

여기서, 수신기 타입은 무선 전력 수신 장치로부터 수신되는 제1 정보에 기반하여 식별될 수 있다.

일 예로, 제1 정보는 제1 정보는 수신기 식별 정보를 포함할 수 있다. 일 예로, 수신기 식별 정보는 제조사를 식별하기 위한 정보, 기기를 식별하기 위한 정보, 소프트웨어를 식별하기 위한 정보, 전력 등급을 식별하기 위한 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

무선 전력 송신 장치는 식별된 수신기가 고정 주파수 수신기인지 판단할 수 있다(S920).

판단 결과, 고정 주파수 수신기이면, 무선 전력 송신 장치는 인버터 동작 모드를 제1 모드로 유지할 수 있다(S930).

여기서, 인버터 동작 모드는 하프 브릿지 모드인 제1 모드와 풀 브릿지 모드인 제2 모드를 포함하고, 무선 전력 송신 장치의 초기 인버터 동작 모드가 제1 모드인 것을 주의해야 한다.

무선 전력 송신 장치는 식별된 수신기 타입에 대응하는 요구 주파수로 동작 주파수를 조정하여 전력 전송을 개시할 수 있다(S940).

무선 전력 송신 장치는 전력 전송 중 수신되는 제어 오류 패킷에 기반하여 제어 오류 패턴을 분석할 수 있다(S950).

여기서, 제어 오류 패턴은 전력 전송 개시 후 제1 시간 동안 수신되는 제어 오류 패킷을 폐기(무시)하고, 제1 시간 이후 제2 시간 동안 수신되는 제어 오류 패킷에 포함된 제어 오류 값의 수신 패턴에 기반하여 분석될 수 있다.

무선 전력 송신 장치는 분석된 제어 오류 패턴에 기반하여 해당 수신기를 위한 충전 모드를 결정하고, 충전 모드 변경이 필요한지 판단할 수 있다(S960).

여기서, 충전 모드는 제1 전력 이하로 충전을 수행하는 제1 충전 모드와 제2 전력 이하로 충전을 수행하는 제2 충전 모드를 포함하고, 상기 제2 전력은 상기 제1 전력보다 클 수 있다.

무선 전력 송신 장치는 결정된 충전 모드가 제2 충전 모드이면, 인버터 동작 모드를 제1 모드(하프 브릿지 모드)에서 제2 모드(풀 브릿지 모드)로 변경할 수 있다(S970).

이때, 무선 전력 송신 장치는 펄스 폭 변조 신호의 위상을 제어할 수도 있다.

일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치는 제1 모드에서 제2 모드로의 변경 시 인버터 출력 전력의 세기 변화를 최소화시키거나 일정 임계 범위 이내가 되도록 해당 펄스 폭 변조 신호의 위상을 조절할 수 있다.

일 예로, 해당 펄스 폭 변조 신호의 위상 차이가 144도 이상이 되도록 위상이 조정될 수 있다.

무선 전력 송신 장치는 제2 시간 이후에 수신되는 제어 오류 패킷에 기반하여 동작 주파수가 아닌 펄스 폭 변조 신호의 위상 및 듀티 레이트와 인버터에 인가되는 직류 전압 중 적어도 하나를 제어함으로써 송출 전력의 세기를 제어할 수 있다(S980).

만약, 상기한 920 단계의 판단 결과에 따라 고정 주파수 수신기가 아닌 경우, 즉, 가변 주파수 수신기인 경우, 무선 전력 송신 장치는 수신된 제어 오류 패킷에 기반한 동작 주파수 제어를 통해 송출 전력의 세기를 제어할 수 있다(S990).

상기한 도 9의 실시 예에 있어서, 무선 전력 송신 장치의 초기 동작 주파수는175KHz이고, 펄스 폭 변조 신호의 초기 듀티 레이트와 해당 펄스 폭 변조 신호의 위상 차이는 각각 50%와 133도일 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 당업자의 설계에 따른 다른 값이 설정될 수도 있음을 주의해야 한다.도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따라 상기 도 3 또는 상기 도 6에 따른 무선 전력 송신 장치와 연동될 수 있는 무선 전력 수신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

도 10을 참조하면, 무선 전력 수신 장치(1000)는 수신 안테나(1010), 정류기(1020), 직류/직류 변환기(DC/DC Converter, 1030), 스위치(1040), 부하(1050), 센싱부(1060), 변조부(1070) 및 주제어부(1080) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

상기한 도 10의 예에 도시된 무선 전력 수신 장치(1000)는 인밴드 통신을 통해 무선 전력 송신기와 정보를 교환할 수 있다.

수신 안테나(1010)(또는 수신 안테나부)는 인덕터와 적어도 하나의 캐패시터를 포함하여 구성될 수 있다.

무선 전력 송신기에 의해 전송된 AC 전력은 수신 안테나(1010)을 통해 정류기(1020)에 전달할 수 있다. 정류기(1020)는 AC 전력을 DC 전력으로 변환하여 직류/직류 변환기(1030)에 전송할 수 있다. 직류/직류 변환기(1030)는 정류기(1020)의 출력 DC 전력의 세기를 부하(1050)에 의해 요구되는 특정 세기로 변환하여 출력할 수 있다.

센싱부(1060)는 정류기(1020) 출력 DC 전력의 세기를 측정하고, 이를 주제어부(1080)에 제공할 수 있다.

주제어부(1080)는 정류기(1020) 출력 DC 전력에 기반하여 전력 제어를 수행할 수 있다.

주제어부(1080)는 요구 전력과 현재 수신 전력과의 차이에 기반하여 제어 오류 값을 산출하고, 산출된 제어 오류 값이 포함된 제어 오류 패킷을 생성할 수 있다. 주제어부(1080)는 변조부(1070)를 제어하여 생성된 제어 오류 패킷을 무선 전력 송신 장치로 전송할 수 있다.

일 실시 예에 따른 주제어부(1080)는 해당 무선 전력 수신 장치가 특정 고정된 주파수로 전력을 수신할 때 효율이 최대인 경우, 전력 전송 단계로의 진입 후 일정 시간 동안 소정 패턴의 제어 오류 값이 전송되도록 제어할 수도 있다. 이를 통해, 무선 전력 송신 장치는 연결된 무선 전력 수신 장치가 고정 주파수로 동작하는 수신기인지 판단할 수 있다.

또한, 센싱부(1060)는 수신 안테나(1010)에 흐르는 전류의 세기, 직류/직류 변환기(1030)의 출력 전압/전류의 세기 등을 측정하고, 측정 결과를 주제어부(1080)에 전달할 수도 있다.

또한, 센싱부(1060)는 무선 전력 수신 장치(1000), 및(또는) 무선 전력 수신 장치(1000)가 장착된 전자 기기, 및(또는) 배터리 등의 온도를 측정하고, 측정 결과를 주제어부(1080)에 제공할 수도 있다.

일 예로, 주제어부(1080)는 측정된 정류기 출력 DC 전력의 세기를 소정 기준치와 비교하여 과전압 발생 여부를 판단할 수 있다.

판단 결과, 과전압이 발생된 경우, 주제어부(1080)는 스위치(1040)를 제어하여 순간적인 과전압이 부하(1050)에 전달되는 것을 차단하고, 과전압이 발생되었음을 알리는 소정 패킷을 변조하여 무선 전력 송신 장치로 전송할 수 있다.

일 실시 예에 따른 변조부(1070)는 적어도 하나의 변조 스위치를 포함할 수 있다. 주제어부(1080)는 생성된 패킷 전송을 위해 변조 스위치를 제어할 수 있다.

수신 안테나(1010)를 통해 수신된 AC 전력 신호는 변조 스위치 제어에 따라 변조된 후 수신 안테나(1010) 또는 별도의 피드백 안테나(미도시)를 통해 무선 전력 송신 장치로 전송될 수 있다.

본 발명에 따른 주제어부(1080)는 식별 및 구성 단계에서 제1 정보가 포함된 소정 패킷을 생성하여 변조부(1070)에 전달할 수도 있다.

일 예로, 제1 정보는 수신기 식별 정보를 포함할 수 있다. 일 예로, 수신기 식별 정보는 제조사를 식별하기 위한 정보, 기기를 식별하기 위한 정보, 소프트웨어를 식별하기 위한 정보, 전력 등급을 식별하기 위한 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

다른 일 예로, 제1 정보는 요구 주파수를 포함할 수 있다. 여기서, 요구 주파수는 해당 무선 전력 수신기상에서 최대 충전 효율을 가지는 동작 주파수로 정의될 수 있다.

일반적으로, 고정 주파수로 동작하는 무선 전력 수신 장치의 경우, 수신기 제조사 및 제품 종류에 따라 최대 충전 효율을 가지는 동작 주파수가 상이할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 수신 장치(1000)는 자신의 요구 주파수를 명시적으로 무선 전력 송신 장치에 제공함으로써, 충전 효율을 극대화시키고, 충전 시간을 최소화시킬 수 있다.

도 11을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(1101)는 식별 및 구성 단계에서 무선 전력 수신 장치(1102)로부터 제1 정보를 수신할 수 있다(S1110).

다른 일 예로, 제1 정보는 요구 주파수를 포함할 수 있다. 여기서, 요구 주파수는 해당 수신기에 상응하여 최대 충전 효율을 제공하는 동작 주파수일 수 있다.

제1 정보는 식별 패킷, 구성 패킷, 확장 식별 패킷 중 어느 하나에 포함될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 제1 정보를 전송하기 위한 별도의 패킷이 정의될 수도 있다.

무선 전력 송신 장치(1101)는 제1 정보에 기반하여 무선 전력 수신기 장치(1102)가 제1 수신기, 예를 들어 고정 주파수 수신기인지 판단할 수 있다(S1120).

판단 결과, 고정 주파수 수신기이면, 무선 전력 송신 장치(1101)는 제1 정보에 기반하여 요구 주파수를 식별할 수 있다(S1130).

무선 전력 송신 장치(1101)는 식별된 요구 주파수를 이용하여 하프 브릿지 회로를 구동시킨 상태로 전력 전송 단계에 진입할 수 있다(S1140). 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(1101)의 디폴트 인버터 동작 모드-즉, 초기 인버터 동작 모드는 하프 브릿지 모드임을 주의해야 한다.

무선 전력 송신 장치(1101)는 하프 브릿지 회로 구동 후 제1 시간 동안 수신되는 제어 오류 패킷을 무시할 수 있다(S1150). 즉, 무선 전력 송신 장치(1101)는 제1 시간 동안 전력 제어를 수행하지 않을 수 있다.

무선 전력 송신 장치(1101)는 제1 시간 경과 후 제2 시간 동안 수신되는 제어 오류 패킷에 기반하여 제어 오류 패턴을 분석할 수 있다(S1160).

무선 전력 송신 장치(1101)는 분석된 제어 오류 패턴에 기반하여 해당 무선 전력 수신 장치(1102)에 대한 충전 모드 변경이 필요한지 판단할 수 있다(S1170).

판단 결과, 충전 모드 변경이 필요하면, 무선 전력 송신 장치(1101)는 인버터 동작 모드를 하프 브릿지 모드에서 풀 브릿지 모드로 변경하여 풀 브릿지 회로를 구동시킬 수 있다(S1180).

이후, 무선 전력 송신 장치(1101)는 무선 전력 수신 장치(1102)로부터 수신되는 제어 오류 패킷에 기반하여 전력 제어를 수행할 수 있다(S1190).

이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(1101)는 인버터 동작 모드 변경 시 펄스 폭 변조 신호의 위상을 조정함으로써, 인버터 출력 전력이 급격하게 변화하는 것을 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(1101)는 수신기의 타입에 따라 적응적으로 전력 전송 방식을 제어함으로써, 충전 효율을 극대화시킬 수 있을 뿐만 아니라 충전 완료까지 소요되는 시간을 효과적으로 절감할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(1101)는 수신기 타입에 따라 충전 효율이 최대인 전력 전송 방식을 적응적으로 제어함으로써, 보다 넓은 충전 영역을 확보할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(1101)는 충전 효율을 극대화시킴으로써, 전력 낭비를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 발열을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.

도 12를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(1201)는 상기한 도 11의 단계 S1110 내지 S1170 단계를 동일하게 수행할 수 있다.

판단 결과, 충전 모드 변경이 필요하면, 무선 전력 송신 장치(1101)는 인버터 동작 모드를 하프 브릿지 모드에서 풀 브릿지 모드로 변경하여 풀 브릿지 회로를 구동시키고, 해당 펄스 폭 변조 신호의 위상을 제어할 수 있다(S1210). 일 예로, 무선 전력 송신 장치(1101)는 해당 펄스 폭 변조 신호의 위상 차이가 144도 이상이 되도록 위상을 조절할 수 있다.

이후, 무선 전력 송신 장치(1201)는 무선 전력 수신 장치(1202)로부터 수신되는 제어 오류 패킷에 기반하여 전력 제어를 수행할 수 있다(S1220).

도 13을 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 충전 영역에 배치된 수신기를 감지하면, 감지된 수신기의 타입을 식별할 수 있다(S1310).

무선 전력 송신 장치는 식별된 수신기 타입에 대응되는 최적 충전 환경 정보가 존재하는지 확인할 수 있다(S1320).

여기서, 최적 충전 환경 정보는 동작 주파수 제어 타입 정보, 요구 주파수 정보, 제어 오류 패턴 정보, 위상 제어 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

여기서, 동작 주파수 제어 타입은 충전 중 동작 주파수가 가변하는 가변 주파수 타입과 특정 주파수로 동작 주파수를 고정하는 고정 주파수 타입으로 구분될 수 있다.

일 예로, 최적 충전 환경 정보는 소정 테이블로 구성되어 무선 전력 송신 장치에 구비된 내부 메모리에 유지될 수 있다.

일 실시 예로, 상기 테이블은 무선 전력 송신 장치에 구비된 외부 인터페이스 단자-예를 들면, USB 단자, 시리얼 케이블 단자 등을 포함함-, 또는 근거리 무선 통신 모듈-예를 들면, NFC(Near Field Communication) 통신 모듈, RFID(Radio Frequency Identification) 통신 모듈 등을 포함함-을 통해 외부 기기와 연동되어 갱신될 수 있다.

다른 실시 예로, 상기 테이블은 해당 무선 전력 수신 장치로부터 직접 해당 최적 충전 환경 정보를 수신하여 갱신될 수도 있다.

이 경우, 무선 전력 송신 장치는 식별된 수신기 타입에 대응하는 최적 충전 환경 정보가 존재하지 않는 경우, 해당 무선 전력 수신 장치로 최적 충전 환경 정보 전송을 요청하여 획득할 수도 있다.

상기 확인 결과, 최적 충전 환경 정보가 존재하면, 무선 전력 송신 장치는 식별된 수신기 타입에 대응하는 최적 충전 환경 정보에 기반하여 송신기 설정을 변경할 수 있다(S1330).

여기서, 변경 가능한 송신기 설정은 동작 주파수 제어 타입, 인버터 동작 모드, 펄스 폭 변조 신호의 위상 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

이후, 무선 전력 송신 장치는 송신기 설정 변경에 따라 복조 알고리즘 및 이물질 검출 알고리즘을 최적화시킬 수 있다(S1340).

무선 전력 수신기 별 적용되어야 할 최적의 복조 알고리즘 및 이물질 검출 알고리즘은 상이할 수 있다.

일 예로, A사의 제품은 특정 표준에 정의된 이물질 검출 알고리즘을 적용하는 것이 바람직하고, B사의 제품은 해당 제품에 대응하여 독자적으로 설계된 이물질 검출 알고리즘을 적용하는 것이 바람직할 수 있다.

다른 일 예로, A사의 제품은 특정 표준에 정의된 복조 알고리즘을 적용하는 것이 바람직하고, B사의 제품은 해당 제품에 대응하여 독자적으로 설계된 복조 알고리즘을 적용하는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치는 식별된 수신기 타입에 따라 동적으로 최적화된 복조 알고리즘 및(또는) 이물질 검출 알고리즘을 적용함으로써, 보다 우수한 복조 성능 및 이물질 검출 성능을 제공할 수 있는 장점이 있다.

도 14를 참조하면, 전원이 인가되면, 무선 전력 송신 장치는 충전 모드를 기본 충전 모드로 설정할 수 있다(S1410).

여기서, 기본 충전 모드에서의 동작 주파수 제어 방식이 가변 주파수 방식일 수 있다.

또한, 기본 충전 모드에서의 인버터 동작 모드는 하프 브릿지 모드일 수 있다.

또한, 기본 충전 모드에서 인버터로 인가되는 펄스 폭 변조 신호들의 위상 차이 값은 133도일 수 있다.

또한, 기본 충전 모드에서 인버터로 인가되는 펄스 폭 변조 신호들의 듀티 레이트는 50%일 수 있다.

또한, 기본 충전 모드에서의 초기 동작 주파수 값은 175KHz일 수 있다.

또한, 기본 충전 모드에서 인버터에 인가되는 직류 전압은 12V일 수 있다.

또한, 기본 충전 모드에서 사용되는 이물질 검출 알고리즘은 WPC Qi 표준에 정의된 알고리즘일 수 있다.

또한, 기본 충전 모드에서의 충전 전력은 5W이하 일 수 있다.

무선 전력 송신 장치는 선택 단계에서 감지된 물체가 무선 전력 수신기인지 판단할 수 있다(S1420). 일 예로, 무선 전력 송신 장치는 핑 단계에서 신호 세기 패킷의 수신 여부에 기초하여 감지된 물체를 무선 전력 수신기로 판단할 수 있다.

무선 전력 송신 장치는 해당 무선 전력 수신기로부터 제1 정보를 수신할 수 있다(S1430).

일 예로, 제1 정보는 요구 주파수에 관한 정보를 포함할 수 있다.

다른 일 예로, 제1 정보는 수신기 식별 정보를 포함할 수 있다. 여기서, 수신기 식별 정보는 제조사를 식별하기 위한 정보, 기기를 식별하기 위한 정보, 소프트웨어를 식별하기 위한 정보, 전력 등급을 식별하기 위한 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

일 예로, 제1 정보는 식별 및 구성 단계에서 수신될 수 있다. 즉, 제1 정보는 식별 패킷 및 구성 패킷 중 어느 하나를 통해 수신될 수 있다.

무선 전력 송신 장치는 제1 정보에 기반하여 동작 주파수 제어 방식을 식별할 수 있다(S1440).

여기서, 동작 주파수 제어 방식은 주파수를 고정하여 상기 교류 전력이 생성되도록 제어하는 고정 주파수 방식과 주파수를 가변하여 상기 교류 전력이 생성되도록 제어하는 가변 주파수 방식을 포함할 수 있다.

무선 전력 송신 장치는 식별된 동작 주파수 제어 방식에 따라 인버터로 인가되는 레퍼런스 신호의 주파수를 제어할 수 있다(S1440).

일 예로, 식별된 동작 주파수 제어 방식이 고정 주파수 방식이면, 무선 전력 송신 장치는 레퍼런스 신호의 주파수를 제1 주파수-즉, 요구 주파수-로 고정시키고, 인버터 동작 모드를 초기 설정 모드인 하프 브릿지 모드로 유지시킬 수 있다.

무선 전력 송신 장치는 무선 전력 수신 장치로부터 제2 정보를 수신할 수 있다(S1460).

여기서, 제2 정보는 전력 제어를 위한 정보를 포함할 수 있다.

일 예로, 전력 제어를 위한 정보는 제어 오류 패킷을 통해 수신될 수 있다.

무선 전력 송신 장치는 제2 정보에 기반하여 충전 모드를 제어할 수 있다(S1470).

일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치는 제어 오류 패킷에 포함된 제어 오류 값의 수신 패턴인 제어 오류 패턴에 기반하여 충전 모드를 결정할 수 있다.

여기서, 상기 충전 모드는 제1 전력 이하로 충전을 수행하는 제1 충전 모드와 제2 전력 이하로 충전을 수행하는 제2 충전 모드를 포함하고, 상기 제2 전력은 상기 제1 전력보다 클 수 있다. 일 예로, 제1 전력은 5W이고 제2 전력은 7.5W일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

무선 전력 송신 장치는 상기 결정된 충전 모드가 제2 충전 모드이면, 인버터 동작 모드를 현재 설정중인 하프 브릿지 모드에서 풀 브릿지 모드로 변경할 수 있다.

또한, 무선 전력 송신 장치는 하프 브릿지 모드로 전력 전송을 개시한 후 제1 시간 동안 수신되는 제어 오류 패킷을 제어 오류 패턴의 분석 대상에서 제외시킬 수 있다.

무선 전력 송신 장치는 상기 제1 시간 경과 후 제2 시간 동안 수신되는 제어 오류 패킷에 기반하여 제어 오류 패턴을 분석함으로써, 충전 모드의 변경 여부를 결정할 수 있다.

무선 전력 송신 장치는 분석된 제어 오류 패턴이 미리 알고 있는 제어 오류 패턴과 일치하면, 충전 모드 변경이 필요한 것으로 확정할 수 있다.

또한, 무선 전력 송신 장치는 충전 모드 변경 결정에 따라 인버터 동작 모드가 하브 브릿지 모드에서 풀 브릿지 모드로 변경되면, 인버터에 인가되는 펄스 폭 변조 신호의 위상을 제어할 수도 있다. 이때, 위상 제어는 하프 브릿지 모드에서 풀 브릿지 모드로의 변경 시 인버터 출력 전력의 변화가 최소화되도록 수행될 수 있다.

일 예로, 무선 전력 송신 장치는 펄스 폭 변조 신호의 위상 차이가 144도 이상이 되도록 상기 위상을 제어할 수 있다.

도 15를 참조하면, 전원이 인가되어 부팅이 완료되면, 무선 전력 송신 장치는 충전 모드를 기본 충전 모드로 설정할 수 있다(S1501).

여기서, 무선 전력 송신 장치는 기본 충전 모드에서 가변 주파수 방식으로 동작 주파수를 제어할 수 있다.

이때, 기본 충전 모드에서 인버터 동작 모드는 하프 브릿지 모드일 수 있다.

무선 전력 송신 장치는 선택 단계에서 감지된 물체가 무선 전력 수신기인지 판단할 수 있다(S1503). 일 예로, 무선 전력 송신 장치는 핑 단계에서 신호 세기 패킷의 수신 여부에 기초하여 감지된 물체를 무선 전력 수신기로 판단할 수 있다.

무선 전력 송신 장치는 무선 전력 수신기로부터 수신한 제1 정보에 기반하여 감지된 무선 전력 수신기가 표준 고속 충전이 가능한 수신기인지 확인할 수 있다(S1505).

일 예로, 제1 정보는 식별 및 구성 단계에서 수신될 수 있으며, 해당 무선 전력 수신기가 협상 단계로 진입 가능한지 여부를 식별하기 위한 정보일 수 있다. 본 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치는 협상 단계로의 진입이 가능한 무선 전력 수신기를 표준 고속 무선 충전이 가능한 수신기로 판단할 수 있다. 즉, 무선 전력 송신 장치는 제1 정보에 기반하여 해당 무선 전력 수신기가 기본 전력 프로파일(BPP: Baseline Power Profile)-즉, 기본 충전 모드-만을 지원하는 수신기인지 또는 기본 전력 프로파일뿐만 아니라 확장 전력 프로파일(EPP: Extended Power Profile)-즉, 표준 고속 충전 모드-도 지원하는 수신기인지 판단할 수 있다.

일 예로, 기본 전력 프로파일만을 지원하는 무선 전력 수신기는 기본 충전 모드에 상응하는 전력을 수신할 수 있다. 기본 충전 모드에서 수신기는 최대 제1 전력까지 수신할 수 있다. 반면, 확장 전력 프로파일을 지원하는 무선 전력 수신기는 기본 충전뿐만 아니라 표준 고속 충전을 수행할 수 있으며, 최대 제2 전력까지 수신할 수 있다.

여기서, 제2 전력은 제1 전력보다 크다. 일 예로, 제1 전력은 5와트(Watt)이고 제2 전력은 15와트(Watt)일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

상기한 1505 단계의 확인 결과, 표준 고속 충전이 가능하면, 무선 전력 송신 장치는 협상 및 보정 단계를 통해 고속 충전으로의 전환 여부를 결정할 수 있다(S1507).

일 예로, 무선 전력 수신 장치는 협상 및 보정 단계에서 표준 고속 충전으로의 전환을 무선 전력 송신 장치에 요청할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 송신 장치가 협상 및 보정 단계에서 무선 전력 수신 장치로부터 수신된 정보에 기반하여 표준 고속 충전으로의 전환 여부를 결정할 수도 있다.

일 예로, 무선 전력 송신 장치는 무선 전력 수신기로부터 수신된 보장 전력(Guaranteed Power) 및(또는) 요구 전력(Requested Power)에 관한 정보, 현재 충전률에 관한 정보 중 적어도 하나에 기반하여 표준 고속 충전으로의 전환 여부를 결정할 수 있다.

고속 충전이 결정되면, 무선 전력 송신 장치는 전력 전송 단계로 진입하여 표준 고속 충전을 수행할 수 있다(S1509).

반면, 고속 충전으로의 전환이 아닌 경우-즉, 기본 충전 모드를 유지하는 것으로 결정되면-, 무선 전력 송신 장치는 기본 충전을 수행할 수 있다(S1510).

상기한 1505 단계의 확인 결과, 표준 고속 충전 수신기가 아니면-즉, 비표준 수신기인 경우-, 무선 전력 송신 장치는 무선 전력 수신기로부터 수신한 제2 정보에 기반하여 감지된 수신기에 상응하는 제조사를 식별할 수 있다(S1511).

일 예로, 무선 전력 수신기는 식별 및 구성 단계에서 제2 정보를 식별 패킷을 통해 무선 전력 송신 장치로 전송할 수 있다.

실시 예에 따른 제2 정보는 해당 무선 전력 수신기를 제조한 제조사를 식별하기 위한 제조사 코드(Manufacturer Code)일 수 있다.

상기한 1511 단계의 식별 결과, 비표준 수신기가 제1 제조사에 의해 제조된 수신기이면, 무선 전력 송신 장치는 제1 제조사에 상응하여 미리 정의된 제1 충전 파라메터를 설정할 수 있다(S1513).

이 후, 무선 전력 송신 장치는 전력 전송 단계로의 진입 후 전력 전송이 안정화되면 해당 수신기와의 소정 제1 제어 절차를 수행하여 고속 충전 모드로의 전환 여부를 결정할 수 있다(S1515).

여기서, 제1 제어 절차는 무선 전력 송신 장치가 고속 충전 모드로의 전환 여부를 수신기에 묻는 질의 신호를 주파수 편이 변조(FSK: Frequency-Shift Keying)하여 해당 수신기로 전송하는 단계와 무선 전력 송신 장치가 고속 충전 모드로의 전환 여부에 대한 결정 결과가 포함된 응답 신호를 해당 수신기로부터 수신하는 단계를 포함할 수 있다.

상기한 1511 단계의 식별 결과, 비표준 수신기가 제2 제조사에 의해 제조된 수신기이면, 무선 전력 송신 장치는 제2 제조사에 상응하여 미리 정의된 제2 충전 파라메터를 설정할 수 있다(S1517). 여기서, 제2 충전 파라메터는 상기한 제1 충전 파라메터와 상이할 수 있다.

일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치는 전력 전송 단계로의 진입 후 제어 오류 값이 0으로 수렴하면, 전력 전송이 안정화된 것으로 판단할 수 있다.

무선 전력 송신 장치는 전력 전송 단계로의 진입 후 제어 오류 패턴을 분석하여 고속 충전 모드로의 전환 여부를 결정할 수 있다(S1519).

상기한 1515 단계 또는 1519 단계에서 고속 충전 모드로의 전환이 결정되면, 무선 전력 송신 장치는 인버터 동작 모드를 하프 브릿지 모드에 풀 브릿지 모드로 전환시킬 수 있다.

또한, 상기한 1515 단계 또는 1519 단계에서 고속 충전 모드로의 전환이 결정되면, 무선 전력 송신 장치는 최대 제3 전력까지 충전 전력을 제어할 수 있다.

여기서, 제3 전력은 상기한 기본 충전에서의 제1 전력보다는 크고 표준 고속 충전에서의 제2 전력보다는 작은 값일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 일 예로, 제3 전력은 7.5와트(Watt)일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

상기한 1511 단계의 식별 결과, 비표준 수신기가 제1 제조사 및 제2 제조사 중 어느 하나에 해당되지 않는 경우, 무선 전력 송신 장치는 해당 수신기에 대해 기본 충전을 수행할 수 도 있다.

상기한 제1 충전 파라메터와 제2 충전 파라메터는 각각 해당 제조사에 대응하는 동작 주파수 제어 범위, 전력 제어 파라메터 및 이물질 검출 파라메터를 포함할 수 있다.

일 예로, 전력 제어 파라메터는 비례-적분-미분 제어기(PID(Proportional-Integral-Derivative) controller)에 의해 사용되는 PID 파라메터-즉, 자제 설정 값(Set-Point)를 포함할 수 있다. 일 예로, PID 파라메터는 동작 주파수 제어(Operating Frequency Control)를 위한 각종 파라메터, 듀티 사이클 제어(Duty Cycle Control)을 위한 각종 파라메터, 단위 시간당 PID 동작 반복 회수(repeat/time) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

예를 들면, 동작 주파수 제어(Operating Frequency Control) 및 듀티 사이클 제어(Duty Cycle Control)를 위한 파라메터는 비례 이득(Proportional Gain), 적분 이득(Integral Gain), 미분 이득(Derivative Gain), 적분 구간 제한(Integral Term Limit), PID 출력 제한(PID Output Limit) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

따라서, PID 출력 값은 무선 전력 수신기로부터 수신된 제어 오류 값, 자제 설정 값, 측정 값-예들 들면, Primary Cell Current 또는 Primary Coil Current 또는 송신 코일 전류-의 변화에 따라 동적으로 제어될 수 있다.

일 예로, 이물질 검출 파라메터는 품질 인자 기반 이물질 검출 시 이물질의 존재 여부를 판단하기 위해 측정 품질 인자 값과 비교되는 품질 인자 임계 값(Quality Factor Threshold Value)가 포함될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

도 16을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(1600)는 통신부(1610), 제1 식별부(1620), 제2 식별부(1630), 기본 충전부(1640), 표준 고속 충전부(1650), 제1 타입 고속 충전부(1660), 제2 타입 고속 충전부(1670) 및 제어부(1680) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 상기한 무선 전력 송신 장치(1600)의 구성은 반드시 필수적인 구성은 아니어서 그 보다 많거나 적은 구성을 포함하여 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.

통신부(1610)는 무선 전력 수신 장치로부터 수신되는 제어 신호를 복조하여 제어부(1680)에 제공할 수 있다. 일 예로, 통신부(1610)는 인밴드 통신을 통해 제어 신호를 수신할 있으며, 무선 전력 송신 장치(1600)에 구비된 적어도 하나의 송신 코일(미도시)과 연결될 수 있다.

또한, 통신부(1610)는 제어부(1680)로부터 수신된 제어 신호를 FSK 변조하여 해당 수신기로 전송할 수도 있다. 일 예로, 제어부(1680)는 감지된 수신기가 특정 제조사의 비표준 제품인 것으로 판단되면, 고속 충전으로의 전환 여부를 질의하는 소정 요청 신호를 통신부(1610)에 전달하고, 통신부(1610)는 수신된 요청 신호를 FSK 변조하여 해당 수신기에 전송할 수 있다. 제어부(1680)는 고속 충전으로의 전환을 수락하는 소정 응답 신호가 통신부(1610)를 통해 수신되면 해당 제조사에 대응되는 고속 충전 모드로 전환시킬 수 있다.

또한, 통신부(1610)는 인밴드 통신을 통해 해당 수신기가 표준 고속 충전이 가능한 수신기인지 식별할 수 있는 제1 정보를 수신하여 제어부(1680) 또는 제1 식별부(1620)에 전달할 수 있다.

또한, 통신부(1610)는 인밴드 통신을 통해 해당 수신기의 제조사를 식별할 수 있는 제2 정보를 수신하여 제어부(1680) 또는 제2 식별부(1630)에 전달할 수도 있다.

제1 식별부(1620)는 상기 제1 정보에 기반하여 감지된 수신기가 표준 고속 충전이 가능한 수신기인지 판단할 수 있다.

제2 식별부(1630)는 감지된 수신기가 표준 고속 충전이 가능한 수신기가 아닌 경우, 상기 제2 정보에 기반하여 감지된 수신기의 제조사를 식별할 수 있다.

기본 충전부(1640)는 제어부(1680)의 제어 신호에 따라 기본 충전 모드에 상응하는 전력을 전송할 수 있다.

표준 고속 충전부(1650)는 제어부(1680)의 제어 신호에 따라 표준 고속 충전 모드에 상응하는 전력을 전송할 수 있다.

제1 타입 고속 충전부(1660)는 제어부(1680)의 제어 신호에 따라 제1 제조사의 고속 충전 모드에 상응하는 전력을 전송할 수 있다.

제2 타입 고속 충전부(1670)는 제어부(1680)의 제어 신호에 따라 제2 제조사의 고속 충전 모드에 상응하는 전력을 전송할 수 있다.

제1 타입 고속 충전부(1660)와 제2 타입 고속 충전부(1670)에서의 전력 제어 알고리즘 및 이물질 검출 알고리즘 중 적어도 하나는 서로 상이할 수도 있다.

또한, 제1 타입 고속 충전부(1650)는 수신기의 정렬 상태에 따라 소정 동작 주파수 범위에서 동작 주파수를 가변하여 전력을 전송할 수 있다. 일 예로, 제1 타입 고속 충전부(1650)는 110KHz에서 155Hz 사이에서 동작 주파수를 선택할 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 당업자의 설계에 따라 상이한 동작 주파수 범위에서 동작하도록 설계될 수도 있다.

반면, 제2 타입 고속 충전부(1660)는 수신기의 정렬 상태와 상관 없이 특정 고정된 동작 주파수를 이용하여 전력을 전송할 수 있다. 일 예로, 120KHz에서 130KHz 사이의 어느 하나의 동작 주파수가 제2 타입 고속 충전부(1660)에 의해 사용될 고정 동작 주파수로 미리 설정될 수 있다.

사이에서 동작 주파수를 선택할 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 당업자의 설계에 따라 상이한 동작 주파수 범위에서 동작하도록 설계될 수도 있다.

일 예로, 기본 충전 모드, 표준 고속 충전 모드, 제1 제조사의 고속 충전 모드 및 제2 제조사의 고속 충전 모드 각각에 대응하는 최대 전송 전력이 제1 전력, 제2 전력, 제3 전력 및 제4 전력이라 가정한다.

이때, 제2 전력 내지 제4 전력은 제1 전력보다 크고, 제3 전력 및 제4 전력은 제2 전력보다 작을 수 있다. 또한, 제3 전력과 제4 전력은 동일할 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 다른 실시 예는 서로 상이할 수 있다.

제2 식별부(1630)에 의해 식별된 제조사가 상기 제1 제조사 및 제2 제조사 중 어느 하나가 아닌 경우, 제어부(1680)는 해당 수신기에 대해 기본 충전이 이루어지도록 제어할 수 있다.

또한, 제어부(1680)는 비표준 수신기인 제1 제조사 수신기로 FSK 변조된 요청 신호를 전송한 후, 고속 충전으로의 전환을 수락하는 소정 응답 신호가 수신되지 않은 경우, 해당 제1 제조사 수신기에 대해 기본 충전이 이루어지도록 제어할 수도 있다.

또한, 제어부(1680)는 비표준 수신기인 제2 제조사 수신기에 대한 제어 오류 패턴 분석 결과에 기초하여 고속 충전으로의 전환이 불가한 것으로 판단된 경우, 해당 제2 제조사 수신기에 대해 기본 충전이 이루어지도록 제어할 수도 있다. 여기서, 제어 오류 패턴 분석 방법은 상술한 도면들의 설명으로 대체한다.

또한, 제어부(1680)는 표준 고속 충전이 가능한 수신기와의 협상 절차를 통해 표준 고속 충전 모드로의 전환이 불가한 것으로 판단된 경우, 해당 수신기에 대해 기본 충전이 이루어지도록 제어할 수도 있다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

본 발명은 무선 전력 수신 장치에 무선 전력을 공급하는 무선 전력 송신 장치에 적용될 수 있다.

Claims

레퍼런스 신호에 기반하여 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 교류 전력 생성기;

상기 교류 전력 생성기의 출력단에 연결되는 송신 코일;

상기 송신 코일과 연결된 복조기; 및

상기 레퍼런스 신호를 상기 교류 전력 생성기에 제공하는 제어기

를 포함하고,

상기 제어기는 상기 복조기를 통해 제1 정보를 수신하고, 상기 제1 정보에 기반하여 식별된 동작 주파수 제어 방식에 따라 상기 레퍼런스 신호의 주파수를 제어하고, 상기 복조기를 통해 수신되는 제2 정보에 기반하여 충전 모드를 제어하는 무선 전력 송신 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 정보는 수신기 식별 정보를 포함하고,

상기 수신기 식별 정보는 제조사를 식별하기 위한 정보, 기기를 식별하기 위한 정보, 소프트웨어를 식별하기 위한 정보, 전력 등급을 식별하기 위한 정보 중 적어도 하나를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
제2항에 있어서,

상기 동작 주파수 제어 방식은 주파수를 고정하여 상기 교류 전력이 생성되도록 제어하는 고정 주파수 방식과 주파수를 가변하여 상기 교류 전력이 생성되도록 제어하는 가변 주파수 방식을 포함하고,

상기 식별된 동작 주파수 제어 방식이 상기 고정 주파수 방식이면, 상기 제어기가 상기 레퍼런스 신호의 주파수를 제1 주파수로 고정시키고, 상기 교류 전력 생성기의 인버터 동작 모드를 초기 설정인 하프 브릿지 모드로 유지하는 무선 전력 송신 장치.
제3항에 있어서,

상기 제2 정보는 전력 제어를 위한 정보를 포함하고,

상기 전력 제어를 위한 정보는 제어 오류 패킷에 포함된 제어 오류 값을 포함하고,

상기 제어기가 상기 제어 오류 값의 수신 패턴인 제어 오류 패턴에 기반하여 상기 충전 모드를 결정하는 무선 전력 송신 장치.
제4항에 있어서,

상기 충전 모드는 제1 전력 이하로 충전을 수행하는 제1 충전 모드와 제2 전력 이하로 충전을 수행하는 제2 충전 모드를 포함하고,

상기 제2 전력은 상기 제1 전력보다 크고,

상기 결정된 충전 모드가 제2 충전 모드이면, 상기 제어기가 상기 인버터 동작 모드를 상기 하프 브릿지 모드에서 풀 브릿지 모드로 변경하는 무선 전력 송신 장치.
제5항에 있어서,

상기 제어기가 상기 하프 브릿지 모드로의 전력 전송 개시 후 제1 시간 동안 상기 제어 오류 패킷을 무시하고, 상기 제1 시간 경과 후 제2 시간 동안 상기 제어 오류 패턴을 분석하여 상기 충전 모드의 변경 여부를 확정하는 무선 전력 송신 장치.
제5항에 있어서,

상기 교류 전력 생성기는

상기 레퍼런스 신호를 수신하고, 상기 레퍼런스 신호에 기반하여 복수의 펄스 폭 변조 신호를 생성하는 게이트 드라이버

를 포함하고,

상기 복수의 펄스 폭 변조 신호에 따라 상기 인버터에 구비된 복수의 스위치가 제어되어 상기 교류 전력이 생성되고, 상기 풀 브릿지 모드로의 변경 시 상기 제어기가 상기 펄스 폭 변조 신호의 위상을 제어하여 상기 교류 전력의 세기를 제어하는 무선 전력 송신 장치.
제7항에 있어서,

상기 제어기가 상기 펄스 폭 변조 신호의 위상 차이가 144도 이상이 되도록 상기 위상을 제어하는 무선 전력 송신 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 정보는 요구 주파수에 관한 정보를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
제9항에 있어서,

상기 요구 주파수에 관한 정보에 기반하여 식별된 상기 동작 주파수 제어 방식이 고정 주파수 방식이면, 상기 제어기가 상기 레퍼런스 신호의 주파수를 상기 요구 주파수로 고정시키고, 상기 교류 전력 생성기의 인버터 동작 모드를 초기 설정인 하프 브릿지 모드로 유지하는 무선 전력 송신 장치.