WO2019190225A1 - 무선 충전 장치 - Google Patents

무선 충전 장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2019190225A1
WO2019190225A1 PCT/KR2019/003643 KR2019003643W WO2019190225A1 WO 2019190225 A1 WO2019190225 A1 WO 2019190225A1 KR 2019003643 W KR2019003643 W KR 2019003643W WO 2019190225 A1 WO2019190225 A1 WO 2019190225A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
power
voltage
wireless
wireless power
guaranteed
Prior art date
Application number
PCT/KR2019/003643
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
차대영
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지이노텍 주식회사 filed Critical 엘지이노텍 주식회사
Publication of WO2019190225A1 publication Critical patent/WO2019190225A1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/80Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters

Definitions

  • An embodiment relates to a wireless charging device and a wireless charging method for preventing a charging failure.
  • Portable terminals such as mobile phones and laptops include a battery that stores power and circuits for charging and discharging the battery. In order for the battery of the terminal to be charged, power must be supplied from an external charger.
  • the terminal is supplied with commercial power and converted into a voltage and a current corresponding to the battery to supply electrical energy to the battery through the terminal of the battery.
  • Supply method This terminal supply method is accompanied by the use of a physical cable (cable) or wire. Therefore, when handling a lot of terminal supply equipment, many cables occupy considerable working space, are difficult to organize, and are not good in appearance.
  • the terminal supply method may cause problems such as instantaneous discharge phenomenon due to different potential difference between the terminals, burnout and fire caused by foreign matter, natural discharge, deterioration of battery life and performance.
  • a charging system (hereinafter referred to as a "wireless charging system") and a control method using a method of transmitting power wirelessly have been proposed.
  • the wireless charging system was not pre-installed in some portable terminals in the past, and consumers had to separately purchase a wireless charging receiver accessory, so the demand for the wireless charging system was low. It has a built-in function.
  • the wireless charging system includes a wireless power transmitter for supplying electrical energy through a wireless power transmission method and a wireless power receiver for charging the battery by receiving the electrical energy supplied from the wireless power transmitter.
  • the wireless charging system may transmit power by at least one wireless power transmission method (eg, electromagnetic induction method, electromagnetic resonance method, RF wireless power transmission method, etc.).
  • wireless power transmission method eg, electromagnetic induction method, electromagnetic resonance method, RF wireless power transmission method, etc.
  • Portable devices using 5V operating power sources such as mobile phones can be wirelessly charged using wireless chargers, usually designed for 5-15W.
  • wireless chargers usually designed for 5-15W.
  • an adapter that can supply enough power to supply enough input power must be used.
  • a wireless charger that guarantees 15W should use an adapter that can supply more than 15W.
  • the adapter is not designed to be paired with a wireless charger, there are many types of adapters and some adapters may not provide 15W. If you charge the wireless charger using an adapter that does not provide 15W, the input power may not be enough when charging 15W, which may cause a problem that the charging is cut off.
  • An embodiment of the present invention is to provide a wireless charging device and a wireless charging method for preventing the charging is cut off regardless of the type of input power.
  • a wireless charging device includes an inverter, a switch for connecting DC power input to the inverter to a ground through a first load resistor or a second load resistor, and the first load resistor or the second load resistor. And a controller configured to determine whether the voltage of the DC power is higher than a reference voltage in a connected state, and to select and store a guaranteed power corresponding to a load resistance having a lower resistance value among load resistances in which the voltage is higher than the reference voltage.
  • the load resistance may have a lower resistance value than the second load resistance.
  • the guaranteed power is delivered to a wireless power receiver, and the required guaranteed power of the wireless power receiver can be determined within the guaranteed power.
  • the apparatus may further include a power supply unit receiving power from an external power supply terminal, wherein the DC power may be output from the power supply unit.
  • the controller may control the magnitude of the DC power by varying the frequency of the input voltage.
  • the controller may reduce the magnitude of the DC power by varying the frequency from 110KHz to 150Hz.
  • the converter may supply 5V or 10V to the load resistor. It may include a transmission coil for transmitting the guarantee power.
  • the wireless charging device includes a converter for outputting direct current power, an inverter for receiving the direct current power and converting it into alternating current power, and a switch for connecting the direct current power to ground through a load resistance; And controlling the converter so that the output voltage of the DC power becomes a first voltage or a second voltage, determining whether the output voltage of the DC power is higher than a reference voltage while the load resistance is connected, and outputting higher than the reference voltage. It may include a control unit for selecting and storing the guaranteed power corresponding to the output voltage having a high voltage value of the voltage. The guaranteed power is delivered to a wireless power receiver, and the required guaranteed power of the wireless power receiver can be determined within the guaranteed power.
  • the wireless charging method measuring the DC voltage input to the first or second load resistance connected to the input terminal of the inverter, comparing the DC voltage is higher than the reference voltage, and the DC voltage is The method may include selecting a guaranteed power corresponding to a load resistance having a lower resistance value among load resistances higher than a reference voltage.
  • the guaranteed power is delivered to a wireless power receiver, and the required guaranteed power of the wireless power receiver can be determined within the guaranteed power.
  • the DC power may output power receiving input power from an external power supply terminal.
  • the magnitude of the DC power may be controlled by varying the frequency of the input power.
  • the input power checking unit is configured to check the power available from the input power, and thus, the wireless power receiver determines the available power that can be transmitted accurately and provides the power to the wireless power receiver. Available power) can be requested, thereby preventing charging from being lost.
  • the input power checking unit is configured using a resistor having a low value, thereby reducing the cost and minimizing the failure of the resistor.
  • the embodiment has an effect of reducing the number of resistors and switch components by configuring the input power confirmation unit using a variable resistor.
  • the input power is measured while varying the variable resistor, so that the timing at which the input voltage is cut can be measured more effectively.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a wireless charging apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a state transition diagram for explaining a wireless power transmission procedure.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power transmitter according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power receiver interworking with the wireless power transmitter according to FIG. 3.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of load resistors of FIG. 3.
  • FIG. 6 is a flowchart for describing an operation of measuring guaranteed power of a wireless charging device, according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 7 and 8 are views illustrating a configuration according to another embodiment of the load resistors of FIG. 3.
  • FIG. 9 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power transmitter according to a second embodiment.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power transmitter according to a third embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram for describing an operation of a controller of a wireless charging apparatus, according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining a negotiation step between a wireless power transmitter and a wireless power receiver.
  • first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only for distinguishing the components from other components, and the nature, order or order of the components are not limited by the terms. If a component is described as being “connected”, “coupled” or “connected” to another component, that component may be directly connected to or connected to that other component, but there may be another configuration between each component. It is to be understood that the elements may be “connected”, “coupled” or “connected”.
  • the apparatus for transmitting wireless power on the wireless power charging system is a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, a transmitter, a transmitter, a transmitter, a wireless power transmitter for convenience of description.
  • a wireless power transmitter, a wireless charging device, etc. will be used interchangeably.
  • a wireless power receiver, a wireless power receiver, a wireless power receiver, a wireless power receiver, a wireless power receiver, a receiver, a receiver, a receiver Terminals and the like may be used interchangeably.
  • Wireless charging apparatus may be configured in the form of a pad, a cradle, an access point (AP), a small base station, a stand, a ceiling buried, a wall, etc., one transmitter receives a plurality of wireless power It may also transmit power to the device.
  • AP access point
  • AP small base station
  • stand a stand
  • ceiling buried
  • wall etc.
  • the wireless power transmitter may not only be used on a desk or a table, but also may be developed and applied to an automobile and used in a vehicle.
  • the wireless power transmitter installed in the vehicle may be provided in the form of a cradle that can be fixed and mounted simply and stably.
  • Terminal is a mobile phone (smart phone), smart phone (smart phone), laptop computer (laptop computer), digital broadcasting terminal, PDA (Personal Digital Assistants), PMP (Portable MultimediaPlayer), navigation, MP3 player, electric toothbrush , An electronic tag, a lighting device, a remote control, and a small electronic device such as a bobber, but are not limited thereto.
  • a mobile device device (hereinafter, referred to as “device”) capable of charging a battery with a wireless power receiver according to an embodiment is provided.
  • the term “terminal” or “device” may be used interchangeably.
  • the wireless power receiver according to another embodiment may be mounted in a vehicle, an unmanned aerial vehicle, an air drone, or the like.
  • the wireless power receiver may be provided with at least one wireless power transmission scheme, and may simultaneously receive wireless power from two or more wireless power transmitters.
  • the wireless power transmission method may include at least one of the electromagnetic induction method, electromagnetic resonance method, RF wireless power transmission method.
  • the wireless power transmitter and the wireless power receiver constituting the wireless power system may exchange control signals or information through in-band communication or Bluetooth low energy (BLE) communication.
  • in-band communication and BLE communication may be performed by a pulse width modulation method, a frequency modulation method, a phase modulation method, an amplitude modulation method, an amplitude and phase modulation method, or the like.
  • the wireless power receiver may transmit various control signals and information to the wireless power transmitter by generating a feedback signal by switching ON / OFF the current induced through the receiving coil in a predetermined pattern.
  • the information transmitted by the wireless power receiver may include various state information including received power strength information.
  • the wireless power transmitter may calculate the charging efficiency or the power transmission efficiency based on the received power strength information.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a wireless charging apparatus according to an embodiment
  • FIG. 2 is a state transition diagram for explaining a wireless power transmission procedure
  • FIG. 3 illustrates a structure of a wireless power transmitter according to an embodiment
  • 4 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power receiver interworking with the wireless power transmitter according to FIG. 3
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of load resistors of FIG. 3
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an operation for measuring the guaranteed power of the wireless charging apparatus according to an embodiment
  • FIGS. 7 and 8 are views illustrating a configuration of another embodiment of the load resistors of FIG. 3.
  • a wireless charging system (wireless charger) includes a wireless power transmitter 10 that wirelessly transmits power wirelessly, a wireless power receiver 20 that receives the transmitted power, and an electronic device that receives the received power. 30.
  • the wireless power transmitter 10 and the wireless power receiver 20 may perform in-band communication for exchanging information using the same frequency band as the operating frequency used for wireless power transmission.
  • the wireless power transmitter 10 and the wireless power receiver 20 perform out-of-band communication for exchanging information using a separate frequency band different from an operating frequency used for wireless power transmission. It can also be done.
  • the information exchanged between the wireless power transmitter 10 and the wireless power receiver 20 may include control information as well as status information of each other.
  • the status information and control information exchanged between the transmitting and receiving end will be more clear through the description of the embodiments to be described later.
  • the in-band communication and the out-of-band communication may provide two-way communication, but is not limited thereto. In another embodiment, the in-band communication and the out-of-band communication may provide one-way communication or half-duplex communication.
  • the unidirectional communication may be performed by the wireless power receiver 20 only transmitting information to the wireless power transmitter 10, but is not limited thereto.
  • the wireless power transmitter 10 may transmit information to the wireless power receiver 20. It may be to transmit.
  • bidirectional communication between the wireless power receiver 20 and the wireless power transmitter 10 is possible, but at one time, only one device may transmit information.
  • the wireless power receiver 20 may obtain various state information of the electronic device 30.
  • the state information of the electronic device 30 may include current power usage information, information for identifying a running application, CPU usage information, battery charge status information, battery output voltage / current information, and the like.
  • the information may be obtained from the electronic device 30 and may be utilized for wireless power control.
  • FIG. 2 is a state transition diagram for explaining a wireless power transmission procedure.
  • power transmission from a transmitter to a receiver according to a wireless power transmission procedure is largely performed in a selection phase 210, a ping phase 220, and an identification and configuration phase 230.
  • a negotiation phase (Negotiation Phase 240), a calibration phase (Calibration Phase 250), a power transfer phase (Power Transfer Phase 260) and a renegotiation phase (Renegotiation Phase 270).
  • the selection step 210 transitions if a specific error or a specific event is detected while initiating or maintaining the power transfer, for example, including reference numerals S202, S204, S208, S210, and S212. Can be.
  • the transmitter may monitor whether an object exists on the interface surface. If the transmitter detects that an object is placed on the interface surface, it may transition to ping step 220. In the selection step 210, the transmitter transmits a very short pulse of an analog ping signal and an object in the active area of the interface surface based on the current change of the transmitting coil or the primary coil. Can detect the presence of
  • the wireless power transmitter may measure quality factors at one and / or other end of the wireless power resonant circuit, eg, a transmission coil and / or resonant capacitor for wireless power transmission. .
  • the wireless power transmitter can measure the peak frequency of the wireless power resonant circuit (eg, power transmission coil and / or resonant capacitor).
  • the wireless power resonant circuit eg, power transmission coil and / or resonant capacitor.
  • the quality factor and / or peak frequency may be used to determine the presence of foreign matter in the future negotiation step 240.
  • the transmitter wakes up the receiver and transmits a digital ping for identifying whether the detected object is a wireless power receiver (S201). If in ping step 220 the transmitter does not receive a response signal (eg, a signal strength packet) to the digital ping from the receiver, it may transition back to selection step 210. In addition, in the ping step 220, when the transmitter receives a signal indicating that the power transmission is completed, that is, the charging completion packet, the transmitter may transition to the selection step 210 (S202).
  • a response signal eg, a signal strength packet
  • the transmitter may transition to the identification and configuration step 230 for identifying the receiver and collecting receiver configuration and status information (S203).
  • the transmitter receives an unexpected packet, an outgoing desired packet for a predefined time, a packet transmission error, or a power transmission agreement. If this is not set (no power transfer contract) it may transition to the selection step 210 (S204).
  • the transmitter may determine whether entry into the negotiation step 240 is necessary based on a negotiation field value of the configuration packet received in the identification and configuration step 230.
  • the transmitter may enter the negotiation step 240 (S205).
  • the transmitter may perform a predetermined foreign matter detection procedure.
  • the transmitter may immediately enter the power transmission step 260 (S206).
  • the 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 transmitter may determine the threshold quality factor value for FO detection based on the reference quality factor value.
  • the transmitter may determine a threshold peak frequency value for FO detection based on the reference peak frequency value.
  • the transmitter may detect whether the FO is present in the charging region by using the threshold quality factor value for the determined FO detection and the currently measured quality factor value, which may be, for example, the quality factor value measured before the ping step, Power transmission may be controlled according to the FO detection result. For example, when the FO is detected, power transmission may be stopped, but is not limited thereto.
  • the transmitter may detect whether the FO is present in the charging region by using the threshold peak frequency value for the determined FO detection and the currently measured peak frequency value, which may be, for example, the peak frequency value measured before the ping step, Power transmission may be controlled according to the FO detection result. For example, when the FO is detected, power transmission may be stopped, but is not limited thereto.
  • the transmitter may return to the selection step 210 (S208).
  • the transmitter may enter the power transmission step 260 via the correction step 250 (S207 and S209).
  • the transmitter receives the strength of the power received at the receiving end in the calibrating step 250, and measures the power loss at the receiving end and the transmitting end in comparison with the strength of the power transmitted at the transmitting end. can do. That is, the transmitter may predict the power loss based on the difference between the transmit power of the transmitter and the receive power of the receiver in the correction step 250.
  • the transmitter may correct the power loss threshold for FOD detection by reflecting the predicted power loss. That is, since there is no FO in the correction phase, power loss due to the coupling state of the receiver and the friendly metal component of the receiver is determined, and foreign matter exists when additional power loss other than the predetermined power loss occurs. You can judge that.
  • the negotiation step 240 may transmit the power transmitter capability in response to the general request packet of the receiver.
  • the transmitter may measure and transmit the maximum transmittable power measured from the input power source, for example, guarantee power.
  • the measurement of the guarantee power may be performed during the initialization process when the power is turned on and the transmitter may transmit the previously measured guarantee power.
  • the transmitter receives an unexpected packet, an outgoing desired packet for a predefined time, or a violation of a predetermined power transmission contract occurs. transfer contract violation), if the filling is completed, the transition to the selection step (210) (S210).
  • the transmitter may transition to the renegotiation step 270 (S211). At this time, if the renegotiation is normally completed, the transmitter may return to the power transmission step 260 (S213).
  • the power transmission contract may be set based on state and characteristic information of the transmitter and the receiver.
  • the transmitter state information may include information about the maximum amount of power that can be transmitted, information about the maximum number of receivers that can be accommodated, and the receiver state information may include information about required power.
  • the transmitter may stop power transmission to the corresponding receiver and transition to the selection step 210 (S212).
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power transmitter according to an embodiment.
  • the wireless power transmitter 300 includes a power supply unit 360, a DC-DC converter 310, an inverter 320, a resonant circuit 330, a sensing unit 350, It may be configured to include a communication unit 340, alarm unit 370 and the control unit 380.
  • the resonant circuit 330 includes a resonant capacitor 331 and an inductor (or transmitting coil) 332, and the communication unit 340 includes at least one of a demodulator 341 and a modulator 342. Can be.
  • the transmitting coil may generate magnetic flux from the applied AC power.
  • the power supply unit 360 may receive DC power from an external power supply terminal or a battery and transmit the DC power to the DC-DC converter 310.
  • the battery may be mounted inside the wireless power transmitter 300 to be chargeable, but this is only one embodiment, and the battery may be provided in the form of an auxiliary battery or an external battery of the wireless power transmitter 300.
  • the power supply unit 360 may be connected through a predetermined cable.
  • the DC-DC converter 310 may convert the intensity of the DC power input from the power supply unit 360 into the DC power of a specific intensity under the control of the controller 380.
  • the DC-DC converter 310 may be configured as a variable voltage device capable of adjusting the strength of the voltage, but is not limited thereto.
  • the inverter 320 may convert the converted DC power into AC power.
  • the inverter 320 may convert a DC power signal input through a plurality of switch controls provided into an AC power signal and output the converted AC power signal.
  • the inverter 320 may include a full bridge circuit, but is not limited thereto, and may include a half bridge.
  • the inverter 320 may include both a half bridge circuit and a full bridge circuit.
  • the controller 380 may operate the interlock 320 as a half bridge or a full bridge. Can be determined and controlled.
  • the wireless power transmitter may adaptively control the bridge mode of the inverter 320 according to the strength of power required by the wireless power receiver.
  • the bridge mode includes a half bridge mode and a full bridge mode.
  • the controller 380 may control the inverter 320 to operate in a half bridge mode.
  • the controller 380 may control to operate in the full bridge mode.
  • the wireless power transmitter may adaptively determine the bridge mode according to the sensed temperature and drive the inverter 320 according to the determined bridge mode.
  • the controller 380 may deactivate the half bridge mode and control the full bridge mode to be activated. That is, the wireless power transmitter increases the voltage through the full bridge circuit and decreases the strength of the current flowing through the resonant circuit 330 for power transmission of the same intensity, so that the internal temperature of the wireless power transmitter decreases below a predetermined reference value. Can be controlled to maintain.
  • the amount of heat generated in an electronic component mounted on an electronic device may be more sensitive to the strength of the current than the strength of the voltage applied to the electronic component.
  • the inverter 320 may not only convert DC power into AC power, but also change the strength of AC power.
  • the inverter 320 may adjust the intensity of the AC power output by adjusting the frequency of a reference alternating current signal used to generate AC power under the control of the controller 380.
  • the inverter 320 may be configured to include a frequency oscillator for generating a reference AC signal having a specific frequency, which is just one embodiment, another example is that the frequency oscillator is separate from the inverter 320 Is configured to be mounted on one side of the wireless power transmitter 300.
  • the wireless power transmitter 300 may further include a gate driver (not shown) for controlling a switch provided in the inverter 320.
  • the gate driver may receive at least one pulse width modulation signal from the controller 380, and control the switch of the inverter 320 according to the received pulse width modulation signal.
  • the controller 880 may control the intensity of the output power of the inverter 320 by controlling a duty cycle of the pulse width modulated signal, that is, a duty rate and a phase.
  • the controller 360 may adaptively control the duty cycle and the phase of the pulse width modulated signal based on the feedback signal received from the wireless power receiver.
  • the sensing unit 350 may measure the voltage / current of the DC-converted power and provide the same to the controller 380.
  • the sensing unit 350 may measure the internal temperature of the wireless power transmitter 300 or the inside of the charging interface (surface) to determine whether overheating occurs, and provide the measurement result to the controller 380.
  • the controller 380 may adaptively block the power supply from the power supply unit 380 based on the voltage / current value or the internal temperature value measured by the sensing unit 350.
  • one side of the DC-DC converter 310 may be further provided with a predetermined power cut-off circuit for cutting off the power supplied from the power supply unit 360.
  • the controller 380 may receive the power reception state information and / or the power control signal of the wireless power receiver through the communication unit 340, and adjust the amplification factor based on the received power reception state information or the power control signal. It can be adjusted dynamically.
  • the power reception state information may include, but is not limited to, strength information of the rectifier output voltage and strength information of a current applied to the receiving coil.
  • the power control signal may include a signal for requesting power increase, a signal for requesting power reduction, and the like.
  • the modulator 342 may modulate the control signal generated by the controller 380 and transmit the modulated control signal to the resonance coil 330.
  • the modulation scheme for modulating the control signal is a frequency shift keying (FSK) modulation scheme, a Manchester coding modulation scheme, a PSK (Phase Shift Keying) modulation scheme, a pulse width modulation scheme, a differential 2 Differential bi-phase modulation schemes may be included, but is not limited thereto.
  • the demodulator 341 may demodulate the detected signal and transmit the demodulated signal to the controller 380.
  • the demodulated signal may include a signal strength indicator, an error correction (EC) indicator for controlling power during wireless power transmission, an end of charge (EOC) indicator, an overvoltage / overcurrent / overheat indicator, and the like.
  • EC error correction
  • EOC end of charge
  • the present invention is not limited thereto and may include various state information for identifying a state of the wireless power receiver.
  • the demodulated signal may include FOD state information including at least one of a reference quality factor value and a reference frequency value.
  • the wireless power transmitter 300 may obtain the signal strength indicator through in-band communication using the same frequency used for wireless power transmission to communicate with the wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter 300 and the wireless power receiver perform in-band communication by way of example. However, this is only one embodiment, and is a frequency band used for wireless power signal transmission. Short-range bidirectional communication may be performed through a frequency band different from that of FIG.
  • the short-range bidirectional communication may be any one of low power Bluetooth communication, RFID communication, UWB communication, and Zigbee communication.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power receiver interworking with the wireless power transmitter according to FIG. 3.
  • the wireless power receiver 400 includes a receiving coil 410, a rectifier 420, a DC / DC converter 430, a load 440, a sensing unit 450, and a communication unit ( 460, the main controller 470 may be configured.
  • the communicator 460 may include at least one of a demodulator 461 and a modulator 462.
  • the wireless power receiver 400 illustrated in the example of FIG. 4 is illustrated as being capable of exchanging information with the wireless power transmitter through in-band communication, this is only one embodiment, and in another embodiment.
  • the communication unit 460 may provide short-range bidirectional communication through a frequency band different from the frequency band used for wireless power signal transmission.
  • the AC power received through the receiving coil 410 may be transferred to the rectifier 420.
  • the rectifier 420 may convert AC power into DC power and transmit the DC power to the DC / DC converter 430.
  • the DC / DC converter 430 may convert the strength of the rectifier output DC power into a specific strength required by the load 440 and then transfer the power to the load 440.
  • the receiving coil 410 may include a plurality of receiving coils (not shown), that is, the first to nth receiving coils.
  • Frequency of AC power delivered to each receiving coil may be different from each other, another embodiment is a predetermined frequency controller with a function to adjust the LC resonance characteristics differently for each receiving coil It is also possible to set a different resonant frequency for each receiving coil by using a.
  • the sensing unit 450 may measure the intensity of the output DC power of the rectifier 420 and provide it to the main controller 470.
  • the sensing unit 450 may measure the strength of the current applied to the receiving coil 410 according to the wireless power reception, and may transmit the measurement result to the main controller 470.
  • the sensing unit 450 may measure the internal temperature of the wireless power receiver 400 and provide the measured temperature value to the main controller 470.
  • the main controller 470 may determine whether the overvoltage is generated by comparing the measured intensity of the rectifier output DC power with a predetermined reference value. As a result of the determination, when the overvoltage is generated, a predetermined packet indicating that the overvoltage has occurred may be generated and transmitted to the modulator 462.
  • the signal modulated by the modulator 462 may be transmitted to the wireless power transmitter through the receiving coil 410 or a separate coil (not shown).
  • the main controller 470 may determine that the detection signal is received when the intensity of the rectifier output DC power is greater than or equal to a predetermined reference value. When the detection signal is received, a signal strength indicator corresponding to the detection signal may be modulated by the modulator 462. Can be transmitted to the wireless power transmitter.
  • the demodulator 461 demodulates an AC power signal or a rectifier 420 output DC power signal between the receiving coil 410 and the rectifier 420 to identify whether a detection signal is received, and then, the main controller identifies the identification result. It may be provided to the unit 470. In this case, the main controller 470 may control the signal strength indicator corresponding to the detection signal to be transmitted through the modulator 462.
  • the main controller 470 may control the FOD status packet including any one or more of a pre-stored reference quality factor value and a reference frequency value to be transmitted to the wireless power transmitter through the modulator 462.
  • the wireless power transmitter may further include a load resistor 390 to measure guaranteed power.
  • the load resistor 390 may be connected to the DC-DC converter 310.
  • a switch may be further included between the load resistor 390 and the DC-DC converter 310.
  • the power consumption of the load resistor 390 may be equal to the guaranteed power previously stored in the wireless power transmitter.
  • the guaranteed power may be 15W, but is not limited thereto.
  • the DC-DC converter 310 may supply a specific voltage to a Vrail value, which is an output voltage of the DC-DC converter 310.
  • a Vrail value which is an output voltage of the DC-DC converter 310.
  • the power consumption of the load resistor 390 may have a resistance value of 1.6 ohms to have a value of 15W.
  • the input power input from the power supply unit 360 is 15W or more and the power consumption of the load resistor 390 is set to 15W, the input voltage does not drop rapidly, and the guaranteed power may be set to 15W.
  • the controller 380 may determine that power transmission is impossible at the preset guaranteed power.
  • the wireless power transmitter may let the user recognize that it is impossible to charge through a separate user interface.
  • An embodiment may connect a plurality of load resistors to determine the guaranteed power that can actually be transmitted while determining that power transmission is not possible with preset power, such as guaranteed power.
  • the load resistor may include a first load resistor 390a, a second load resistor 390b, and a third load resistor 390c having different power consumptions.
  • the first to third load resistors 390a, 390b, and 390c may be connected in parallel to the DC-DC converter 310.
  • the switch 391 may connect power to the ground via the load resistor 390.
  • Power consumption of the first load resistor 390a may be greater than power consumption of the second load resistor 390b and the third load resistor 390c.
  • Power consumption of the second load resistor 390b may be greater than power consumption of the third load resistor 390c.
  • the power consumption of the first load resistor 390a may be 15W
  • the power consumption of the second load resistor 390b may be 7.5W
  • the power consumption of the third load resistor 390c may be 5W. It is not limited to this. Since the smaller the resistance value, the higher the power consumption, the resistance value of the first load resistor 390a may be smaller than the resistance value of the second load resistor 390b, and the resistance value of the second load resistor 390c is equal to the third load. It may be smaller than the resistance value of the resistor 390c.
  • the first switch 391a may be disposed between the DC-DC converter 310 and the first load resistor 390a.
  • the second switch 391b may be disposed between the DC-DC converter 310 and the second load resistor 390b.
  • the third switch 391c may be disposed between the DC-DC converter 310 and the third load resistor 390c.
  • resistors and switches are disposed, but the present invention is not limited thereto, and may be disposed below three or four or more.
  • the load resistors 390a, 390b, 390c may be selectively connected to the DC-DC converter 310.
  • the DC-DC converter 310 and the first load resistor 390a may be electrically connected.
  • the second switch 391b is turned on and the first switch 391a and the third switch 391c are turned off
  • the DC-DC converter 310 and the second load resistor 390b may be electrically connected to each other.
  • the third switch 391c is turned on and the first switch 391a and the second switch 391b are turned off, the DC-DC converter 310 and the third load resistor 390c may be connected.
  • the controller 380 detects that the voltage drops by comparing the voltage of the DC power with the reference voltage while any one of the load resistors 390a, 390b, and 390c is connected, and load resistors 390a and 390b that do not drop the voltage. , 390c may be selected and stored as guaranteed power.
  • the control unit 380 may be provided with a storage unit 381 (memory) to store the guaranteed power, and the storage unit 381 may be disposed in a separate space from the control unit 380.
  • a storage unit 381 memory
  • the guarantee power may determine the guarantee power of the wireless power transmitter by sequentially connecting the load resistors having the high power consumption.
  • Measuring the guaranteed power may be performed at an initial stage when power is supplied and the inverter may not be powered.
  • a step S301 of connecting the first load resistor 390a having the first power consumption may be performed.
  • the first switch 391a may be turned on.
  • the first load resistor 390a may be electrically connected to the DC-DC converter 310.
  • a sudden drop of the DC voltage which is an input voltage connected to the first load resistor 391a, may be performed. For example, when a DC voltage having a power of 15W or more is connected to the first load resistor 391a having a power consumption of 15W, voltage drop does not occur.
  • the guaranteed power can be determined for the power consumption of the first load resistor 390a.
  • the determined guaranteed power may be sent to the wireless power receiver at the negotiation stage. At this time, the power of the delivery coil may not be cut off.
  • the step S303 of connecting the second load resistor 390b having the second power consumption may be performed.
  • the first switch 391a may be turned off and the second switch 391b may be turned on.
  • a step S304 of checking whether a sudden drop of the DC voltage connected to the second load resistor 390b occurs may be performed. For example, when a DC voltage having a power of 7.5W or more is connected to the second load resistor 390b having a power consumption of 7.5W, the voltage drop does not occur.
  • the guaranteed power can be determined for the power consumption of the second load resistor 390b.
  • the determined guaranteed power may be sent to the wireless power receiver at the negotiation stage.
  • step S306 of connecting the third load resistor 390c having the third power consumption may be performed.
  • the second switch 391b may be turned off and the third switch 391c may be turned on.
  • a sudden drop of the DC voltage connected to the third load resistor 390c may be determined whether a sudden drop of the DC voltage connected to the third load resistor 390c occurs (S307). For example, when a DC voltage having a power of 5W or more is connected to the third load resistor 390c having a power consumption of 5W, voltage drop does not occur.
  • the guaranteed power can be determined for the power consumption of the third load resistor 390c.
  • the determined guaranteed power may be sent to the wireless power receiver at the negotiation stage.
  • the present invention is not limited thereto and may be configured as follows.
  • a plurality of load resistors may be connected in series.
  • a plurality of switches may be included between the plurality of load resistors.
  • Multiple load resistors may have the same power consumption.
  • Power consumption of the first to fourth load resistors 390a, 390b, 390c, and 390d may include 4W, respectively.
  • the first to fourth load resistors 390a, 390b, 390c, and 390d may be connected in series.
  • the first switch 391a may be disposed between the DC-DC converter 310 and the first load resistor 390a.
  • the second switch 391b may be disposed between the first load resistor 390a and the second load resistor 390b.
  • the third switch 391c may be disposed between the second load resistor 390b and the third load resistor 390c.
  • the fourth switch 391d may be disposed between the third load resistor 390c and the fourth load resistor 390d.
  • the controller 380 may control the first to fourth switches 391a, 391b, 391c, and 391d on / off sequentially to measure the guaranteed power.
  • the controller 380 may measure whether the voltage drops sharply while the first to fourth load resistors 390a, 390b, 390c, and 390d are connected. In this case, all of the first to fourth switches 391a, 391b, 391c, and 391d may be turned on. When the sudden drop of the DC voltage does not occur, the sum of the power consumption of the first to fourth load resistors 390a, 390b, 390c, and 390d may be determined as the guaranteed power. For example, the guaranteed power may be determined to be 16W.
  • the first to third load resistors 390a, 390b, and 390c are connected. It is possible to measure whether the voltage dips at. In this case, the first to third switches 391a, 391b, and 391c may be turned on, and the fourth switch 391d may be turned off. If the voltage drop does not occur, the sum of the power consumption of the first to third load resistors 390a, 390b, and 390c may be determined as the guaranteed power. For example, the guaranteed power may be determined to be 12W.
  • the voltage drop may be measured in the state where the first load resistor 390a is connected.
  • the first switch 391a may be turned on and the second to fourth switches 391b, 391c and 391d may be turned off. If the voltage drop does not occur, the power consumption of the first load resistor 390a may be determined as the guaranteed power.
  • the guaranteed power is measured using the output voltage of the DC-DC converter, but the guaranteed power can be measured using the input voltage input from the power supply unit.
  • the guaranteed power is measured using a load resistor having a fixed resistance value, but the present invention is not limited thereto and may be configured as follows.
  • the load resistor 390 may include a variable resistor.
  • a switch 391 may be further included between the load resistor 390 and the DC-DC converter.
  • the load resistor 390 may change the resistance value so that the power consumption may vary from 1W to 15W.
  • the load resistor 390 may be fixed at 5 ohms and have a power consumption of 5W.
  • the load resistor 390 may be fixed at about 17 ohms to have a power consumption of 15W.
  • the controller 380 may detect a voltage drop while fixing the load resistor 390 to 17 ohms. If the voltage drop does not occur, the controller 380 may determine the power consumption of the load resistor 390 as the guaranteed power.
  • the controller 380 may control to lower the resistance value of the load resistor 390.
  • the controller 380 may select power consumption of the load resistor 390 as the guaranteed power at the previous measurement time point when no voltage dip occurs.
  • the embodiment has the effect of reducing the resistance and the switch component by using a variable resistor as the load resistance, and has the effect of more easily measuring the time point of the voltage drop.
  • FIG. 9 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power transmitter according to a second embodiment.
  • the wireless power device includes a power supply unit 360, an inverter 320, a resonant circuit 330, a sensing unit 350, a communication unit 340, an alarm unit 370, and a control unit 380. ), Including a load resistance.
  • a power supply unit 360 an inverter 320, a resonant circuit 330, a sensing unit 350, a communication unit 340, an alarm unit 370, and a control unit 380.
  • the load resistor 390 may be connected to the power supply 360.
  • the load resistor 390 may include one resistor or a plurality of resistors.
  • the load resistor 390 may adopt the structures of FIGS. 3, 5, and 7.
  • Input power may be supplied to the load resistor 390.
  • the input power may include a voltage of 12V.
  • the load resistor 390 may be supplied with a specific value, for example, 5V.
  • the controller 380 may change the frequency to lower the voltage of the input voltage of 12V.
  • the controller 380 may lower the input voltage value by controlling the PWM signal of the input voltage.
  • the controller 380 may vary the frequency from 110Khz to 150KHz. If the frequency is the resonance point of 100KHz, the input voltage may be 12V, but as the frequency increases, the voltage decreases. This results in a voltage lower than 12V when the frequency is varied from 110KHz to 150KHz. Therefore, the controller 380 may control the frequency such that the input power is about 5V.
  • the embodiment can effectively measure the guarantee power that can be transmitted even without a DC-DC converter.
  • the fixed voltage is supplied through the DC-DC converter, but the present invention is not limited thereto, and the guaranteed power may be measured by supplying a variable voltage.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power transmitter according to a third embodiment.
  • the wireless power device includes a power supply unit 360, a DC-DC converter 310, an inverter 320, a resonant circuit 330, a sensing unit 350, and a communication unit. 340, an alarm unit 370, a controller 380, a load resistor, and a switch may be configured.
  • a power supply unit 360 a DC-DC converter 310, an inverter 320, a resonant circuit 330, a sensing unit 350, and a communication unit.
  • an alarm unit 370, a controller 380, a load resistor, and a switch may be configured.
  • description of the same structure as FIG. 3 is omitted.
  • the load resistor 390 may include a fixed resistance value.
  • the resistance value of the load resistor 390 may be 1.6 ohms.
  • a switch 391 may be further disposed between the load resistor 390 and the DC-DC converter 310. The switch 391 may be connected such that a DC voltage, which is an input voltage, flows to the ground through the load resistor 390.
  • the DC-DC converter 310 may output the first voltage V1 or the second voltage V2.
  • the controller 380 may control a plurality of voltages to be output from the DC-DC converter 310.
  • the first voltage V1 may be about 5V so that the load resistor 390 has a power consumption of 15W.
  • the second voltage V2 may be about 3V so that the load resistor 390 has a power consumption of 5W.
  • the DC-DC converter 310 may sequentially supply voltages of 3V to 5V to measure guaranteed power.
  • the values of the load resistor 390, the first voltage V1, and the second voltage V2 are not limited thereto.
  • the load resistance 390, the first voltage V1, and the second voltage V2 may be changed to correspond to the respective values.
  • the power value may further include a separate resistance value in the circuit.
  • the controller 380 may select the guaranteed power corresponding to the high output voltage among the output voltages in which the drop does not occur among the output voltages in which the voltage drop does not occur.
  • the guaranteed power when the DC-DC converter 310 supplies the first voltage V1, for example, 5V, the guaranteed power may be measured as 15W when no voltage drop occurs. On the other hand, a sudden drop in voltage is generated to supply the second voltage V2. At this time, if no drop in voltage occurs, the guaranteed power may be measured as 5W. On the other hand, if a voltage dip occurs, it may be determined that charging is impossible.
  • variable voltage is generated using the DC-DC converter.
  • the present invention is not limited thereto, and the guaranteed power may be measured by generating the variable voltage by controlling the frequency of the input voltage in the state in which the DC-DC converter is removed.
  • FIG. 11 is a diagram for describing an operation of a controller of a wireless charging apparatus, according to an exemplary embodiment.
  • the controller 380 may perform an operation S401 of transmitting the magnitude of the first power stored in the storage 381, for example, the guaranteed power, to the wireless power receiver 400.
  • the guaranteed power may be the maximum transmittable power value that can be transmitted to the wireless power receiver 400.
  • the wireless power receiver 400 may transmit required power to the wireless power transmitter 300 within the guaranteed power range.
  • the wireless power receiver may request power within the range of transmittable power.
  • the controller 380 may perform a step S402 of receiving the required power from the wireless power receiver 400.
  • the required power may be the requested power within the range of transmittable guarantee power.
  • the controller 380 may perform an operation 403 of transmitting an ACK packet in response to the required power.
  • the controller 380 may perform a step of transmitting power corresponding to the required power (S404).
  • the controller 380 may transmit power corresponding to the changed required power.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining a negotiation step between a wireless power transmitter and a wireless power receiver.
  • the wireless power receiver 400 may transmit a FOD status packet for FO detection (S501).
  • the wireless power receiver 400 may transmit a general request packet requesting a capability packet of a power transmitter for a power transmission contract (S502).
  • the wireless power transmitter 300 may transmit the power transmitter capability packet in response to the general request packet (S503).
  • the wireless power transmitter 300 may provide a guaranteed power value.
  • the measurement of the guaranteed power may be performed at an early stage of powering up, and more specifically, before the pinging stage.
  • the wireless power receiver 400 may transmit a special request packet including the new power value within the guaranteed power range in order to establish a new power transmission contract based on the wireless power transmitter 300 guaranteed power value (S504).
  • the wireless power receiver may request a power value that is less than or equal to the wireless power transmitter guaranteed power value.
  • the wireless power transmitter 300 may transmit an ACK packet or a NACK packet in response to the special request packet (S505). That is, the wireless power transmitter 300 may transmit an ACK when the wireless power receiver 400 accepts the corrected power value requested by the wireless power receiver 400.
  • the wireless power receiver 400 may transmit a special request packet for terminating the negotiation step (S506).
  • the wireless power transmitter 300 may transmit an ACK packet in response to the special request packet for ending the negotiation step (S507). That is, the wireless power transmitter 300 may transmit an ACK packet with the acceptance of the end of the summation phase.
  • the wireless power receiver 400 may transmit required power within power that can transmit power of the wireless power transmitter 300. Therefore, even if the power required for charging is changed, it is possible to prevent the charging from being cut off.
  • the wireless power device configures the input power check unit to check the transmittable power of the input power, the wireless power receiver may request power in accordance with the transmission capability of the wireless power transmitter, the charge is cut off There is an effect that can prevent.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

실시예에 따른 무선 충전 장치는 인버터와, 상기 인버터에 입력되는 직류 전력을 제1 부하저항 또는 제2 부하저항을 거쳐 그라운드로 흐르도록 연결하는 스위치와, 상기 제1 부하저항 또는 제2 부하저항이 연결된 상태에서 상기 직류 전력의 전압이 기준 전압보다 높은지 판단하고, 상기 전압이 기준 전압보다 높은 부하저항 중 저항 값이 낮은 부하저항에 대응하는 보증 전력을 선택하여 저장하는 제어부를 포함하고, 상기 제1 부하저항은 상기 제2 부하저항보다 저항 값이 낮을 수 있다.

Description

무선 충전 장치
실시예는 충전 불량을 방지하기 위한 무선 충전 장치 및 무선 충전 방법에 관한 것이다.
휴대폰, 노트북과 같은 휴대용 단말은 전력을 저장하는 배터리와 배터리의 충전 및 방전을 위한 회로를 포함한다. 이러한 단말의 배터리가 충전되려면, 외부의 충전기로부터 전력을 공급받아야 한다.
일반적으로 배터리에 전력을 충전시키기 위한 충전장치와 배터리 간의 전기적 연결방식의 일 예로, 상용전원을 공급받아 배터리에 대응하는 전압 및 전류로 변환하여 해당 배터리의 단자를 통해 배터리로 전기에너지를 공급하는 단자공급방식을 들 수 있다. 이러한 단자공급방식은 물리적인 케이블(cable) 또는 전선의 사용이 동반된다. 따라서 단자공급방식의 장비들을 많이 취급하는 경우, 많은 케이블들이 상당한 작업 공간을 차지하고 정리가 곤란하며 외관상으로도 좋지 않다. 또한, 단자공급방식은 단자들간의 서로 다른 전위차로 인한 순간방전현상, 이물질에 의한 소손 및 화재 발생, 자연방전, 배터리의 수명 및 성능 저하 등의 문제점을 야기할 수 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 무선으로 전력을 전송하는 방식을 이용한 충전시스템(이하 "무선 충전 시스템"이라 칭함.)과 제어방법들이 제시되고 있다. 또한, 무선 충전 시스템이 과거에는 일부 휴대용 단말에 기본 장착되지 않고 소비자가 별도 무선 충전 수신기 액세서리를 별도로 구매해야 했기에 무선 충전 시스템에 대한 수요가 낮았으나 무선 충전 사용자가 급격히 늘어나고 있으며, 단말 제조사에서도 무선충전 기능을 기본으로 탑재하고 있다.
일반적으로 무선 충전 시스템은 무선 전력 전송 방식으로 전기에너지를 공급하는 무선 전력 송신기와 무선 전력 송신기로부터 공급되는 전기에너지를 수신하여 배터리를 충전하는 무선 전력 수신기로 구성된다.
이러한 무선 충전 시스템은 적어도 하나의 무선 전력 전송 방식(예를 들어, 전자기 유도 방식, 전자기 공진 방식, RF 무선 전력 전송 방식 등)에 의해 전력을 전송할 수 있다.
휴대폰과 같은 5v동작 전원을 사용하는 휴대용 장치들은 보통 5~15W로 설계된 무선충전기를 이용하여 무선충전 할 수 있다. 설계된 전력대로 무선전력 전송을 보증하기 위해서는 입력 전원이 충분하도록 전력을 충분히 공급할 수 있는 아답터를 사용해야 한다. 예를들어 15W를 보증하는 무선충전기는 15W 이상의 전력을 공급할 수 있는 아답터를 사용해야 한다.
하지만, 무선충전기와 페어되도록 설계된 아답터가 아닌 경우, 아답터의 종류가 매우 다양하며 일부 아답터는 15W를 제공하지 못할 수도 있다. 15W를 제공하지 못하는 아답터를 사용하여 무선 충전기를 충전할 경우, 15W의 충전 시 입력 전원의 파워가 충분하지 않게 되어 충전이 끊기는 문제점이 생길 수 있다.
실시예는 입력 전원의 종류에 관계없이 충전이 끊기는 것을 방지하기 위한 무선 충전 장치 및 무선 충전 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
실시예에 따른 무선 충전 장치는 인버터와, 상기 인버터에 입력되는 직류 전력을 제1 부하저항 또는 제2 부하저항을 거쳐 그라운드로 흐르도록 연결하는 스위치와, 상기 제1 부하저항 또는 제2 부하저항이 연결된 상태에서 상기 직류 전력의 전압이 기준 전압보다 높은지 판단하고, 상기 전압이 기준 전압보다 높은 부하저항 중 저항 값이 낮은 부하저항에 대응하는 보증 전력을 선택하여 저장하는 제어부를 포함하고, 상기 제1 부하저항은 상기 제2 부하저항보다 저항 값이 낮을 수 있다.
상기 보증 전력이 무선전력 수신기에 전달되고, 상기 보증 전력 내에서 상기 무선 전력 수신기의 요구 보증 전력이 결정될 수 있다. 외부 전원 단자로부터 전력을 입력받는 전원부를 더 포함하고, 상기 직류 전력은 상기 전원부로부터 출력될 수 있다. 상기 제어부는 상기 입력 전압의 주파수를 가변하여 상기 직류 전력의 크기를 제어할 수 있다. 상기 제어부는 주파수를 110Khz 내지 150Hz로 가변시켜 상기 직류 전력의 크기를 감소시킬 수 있다. 상기 변환기는 상기 부하저항에 5V 또는 10V를 공급할 수 있다. 상기 보증 전력을 송신하는 송신 코일을 포함할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 충전 장치는 직류 전력을 출력하는 변환기와, 상기 직류 전력을 입력받아 교류 전력으로 변환시켜 출력하는 인버터와, 상기 직류 전력이 부하저항을 거쳐 그라운드로 흐르도록 연결하는 스위치와, 상기 직류 전력의 출력 전압을 제1전압 또는 제2전압이 되도록 상기 변환기를 제어하고, 상기 부하저항이 연결된 상태에서 상기 직류 전력의 출력 전압이 기준 전압보다 높은지 판단하고, 상기 기준 전압보다 높은출력 전압 중 전압 값이 높은 출력전압에 대응하는 보증전력을 선택하여 저장하는 제어부를 포함할 수 있다. 상기 보증 전력이 무선전력 수신기에 전달되고, 상기 보증 전력 내에서 상기 무선 전력 수신기의 요구 보증 전력이 결정될 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 충전 방법은 인버터의 입력단에 연결된 제1 또는 제2 부하저항에 입력되는 직류 전압을 측정하는 단계와, 상기 직류전압이 기준전압보다 높은지 비교하는 단계와, 상기 직류전압이 기준전압보다 높은 부하 저항 중 저항 값이 낮은 부하저항에 대응하는 보증 전력을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 보증 전력이 무선전력 수신기에 전달되고, 상기 보증 전력 내에서 상기 무선 전력 수신기의 요구 보증 전력이 결정될 수 있다. 상기 직류 전력은 외부 전원 단자로부터 입력 전력을 입력받는 전력을 출력시킬 수 있다. 상기 입력 전력의 주파수를 가변하여 상기 직류 전력의 크기를 제어할 수 있다.
실시예는 무선충전기가 입력 전원으로부터 공급 가능한 전력 확인할 수 있도록 입력전원 확인부를 구성함으로써, 정확한 무선전력전송 가능한 가용 전력을 결정하고, 무선 전력 수신기에 제공함으로서 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기의 송신 능력(가용전력)에 맞춰 전력을 요청할 수 있으며, 이로 인해 충전이 끊어지는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
실시예는 낮은 값을 가지는 저항을 사용하여 입력전원 확인부를 구성함으로써, 비용 감소 및 저항의 불량을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
실시예는 가변 저항을 사용하여 입력전원 확인부를 구성함으로써, 저항과 스위치 부품의 수를 줄일 수 있는 효과가 있다.
실시예는 가변 저항을 변화시키면서 입력 전원을 측정함으로써, 입력 전압이 끊어지는 시점을 보다 효과적으로 측정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 충전 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 도 3에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 도 3의 부하 저항들의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 보증 전력을 측정하기 위한 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7 및 도 8은 도 3의 부하 저항들의 다른 실시예에 따른 구성을 나타낸 도면이다.
도 9는 제2 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 10은 제3 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 제어부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기의 협상 단계를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 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.
이상에서, 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 실시예의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 실시예의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.
실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)", "전(앞) 또는 후(뒤) "에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(위) 또는 하(아래)" 및 "전(앞) 또는 후(뒤) "는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 실시예에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
그리고 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지기술에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
실시예의 설명에 있어서, 무선 전력 충전 시스템상에서 무선 전력을 송신하는 장치는 설명의 편의를 위해 무선 전력 송신기, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 송신기, 송신단, 송신기, 송신 장치, 송신측, 무선 전력 전송 장치, 무선 전력 전송기, 무선충전장치 등을 혼용하여 사용하기로 한다. 또한, 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 수신 단말기, 수신측, 수신 장치, 수신기 단말 등이 혼용되어 사용될 수 있다.
실시예에 따른 무선충전장치는 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 전력을 전송할 수도 있다.
일 예로, 무선 전력 송신기는 통상적으로 책상이나 탁자 위 등에서 놓여서 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 자동차용으로도 개발되어 적용되어 차량 내에서 사용될 수 있다. 차량에 설치되는 무선 전력 송신기는 간편하고 안정적으로 고정 및 거치할 수 있는 거치대 형태로 제공될 수 있다.
실시예에 따른 단말은 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable MultimediaPlayer), 네비게이션, MP3 player, 전동 칫솔, 전자 태그, 조명 장치, 리모콘, 낚시찌 등의 소형 전자 기기 등에 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며 실시예에 따른 무선 전력 수신 수단이 장착되어 배터리 충전이 가능한 모바일 디바이스 기기(이하, "디바이스"라 칭함.)라면 족하고, 단말 또는 디바이스라는 용어는 혼용하여 사용될 수 있다. 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기는 차량, 무인 항공기, 에어 드론 등에도 탑재될 수 있다.
실시예에 따른 무선 전력 수신기는 적어도 하나의 무선 전력 전송 방식이 구비될 수 있으며, 2개 이상의 무선 전력 송신기로부터 동시에 무선 전력을 수신할 수도 있다. 여기서, 무선 전력 전송 방식은 상기 전자기 유도 방식, 전자기 공진 방식, RF 무선 전력 전송 방식 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일반적으로, 무선 전력 시스템을 구성하는 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기는 인밴드 통신 또는 BLE(Bluetooth Low Energy) 통신을 통해 제어 신호 또는 정보를 교환할 수 있다. 여기서, 인밴드 통신, BLE 통신은 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation) 방식, 주파수 변조 방식, 위상 변조 방식, 진폭 변조 방식, 진폭 및 위상 변조 방식 등으로 수행될 수 있다. 일 예로, 무선 전력 수신기는 수신 코일을 통해 유도된 전류를 소정 패턴으로 ON/OFF 스위칭하여 궤환 신호(feedback signal)를 생성함으로써 무선 전력 송신기에 각종 제어 신호 및 정보를 전송할 수 있다. 무선 전력 수신기에 의해 전송되는 정보는 수신 전력 세기 정보를 포함하는 다양한 상태 정보를 포함할 수 있다. 이때, 무선 전력 송신기는 수신 전력 세기 정보에 기반하여 충전 효율 또는 전력 전송 효율을 산출할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 충전 장치를 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이고, 도 3은 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이고, 도 4는 도 3에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이고, 도 5는 도 3의 부하 저항들의 구성을 나타낸 도면이고, 도 6은 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 보증 전력을 측정하기 위한 동작을 설명하기 위한 순서도이고, 도 7 및 도 8은 도 3의 부하 저항들의 다른 실시예의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 무선 충전 시스템(무선 충전기)은 크게 무선으로 전력을 송출하는 무선 전력 송신단(10), 상기 송출된 전력을 수신하는 무선 전력 수신단(20) 및 수신된 전력을 공급 받는 전자기기(30)로 구성될 수 있다.
일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 동일한 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 인밴드(In-band) 통신을 수행할 수 있다. 다른 일예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 상이한 별도의 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 대역외(Out-of-band) 통신을 수행할 수도 있다.
일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20) 사이에 교환되는 정보는 서로의 상태 정보뿐만 아니라 제어 정보도 포함될 수 있다. 여기서, 송수신단 사이에 교환되는 상태 정보 및 제어 정보는 후술할 실시예들의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.
상기 인밴드 통신 및 대역외 통신은 양방향 통신을 제공할 수 있으나, 이에 한정되지않으며, 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.
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.
도 2는 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 2를 참조하면, 무선 전력 전송 절차에 따라 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(Selection Phase, 210), 핑 단계(Ping Phase, 220), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 230), 협상 단계(Negotiation Phase, 240), 보정 단계(Calibration Phase, 250), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 260) 단계 및 재협상 단계(Renegotiation Phase, 270)로 구분될 수 있다.
선택 단계(210)는 파워 전송을 시작하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계-예를 들면, 도면 부호 S202, S204, S208, S210, S212를 포함함-일 수 있다. 여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다. 또한, 선택 단계(210)에서 송신기는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다. 만약, 송신기가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 단계(220)로 천이할 수 있다. 선택 단계(210)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.
선택 단계(210)에서 물체가 감지되는 경우, 무선 전력 송신기는 무선전력 공진 회로, 예를 들어 무선 전력 전송을 위한 송신 코일 및/또는 공진 캐패시터의 일단 및/또는 타단의 품질 인자를 측정할 수 있다.
무선 전력 송신기는 무선전력 공진 회로(예를 들어 전력전송 코일 및/또는 공진 캐패시터)의 피크주파수를 측정할 수 있다.
품질계수 및/또는 피크주파수는 향후 협상단계(240)에서 이물질 존재 여부를 판단하는데 사용될 수 있다.
핑 단계(220)에서 송신기는 물체가 감지되면, 수신기를 활성화(Wake up)시키고, 감지된 물체가 무선 전력 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송한다(S201). 핑 단계(220)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 패킷-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(210)로 천이할 수 있다. 또한, 핑 단계(220)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 패킷-을 수신하면, 선택 단계(210)로 천이할 수도 있다(S202).
핑 단계(220)가 완료되면, 송신기는 수신기를 식별하고 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(230)로 천이할 수 있다(S203).
식별 및 구성 단계(230)에서 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out),패킷 전송 오류가 있거나(transmission error), 파워 전송 계약이 설정되지 않으면(no power transfer contract) 선택 단계(210)로 천이할 수 있다(S204).
송신기는 식별 및 구성 단계(230)에서 수신된 구성 패킷(Configuration packet)의 협상 필드(Negotiation Field) 값에 기반하여 협상 단계(240)로의 진입이 필요한지 여부를 확인할 수 있다.
확인 결과, 협상이 필요하면, 송신기는 협상 단계(240)로 진입할 수 있다(S205). 협상 단계(240)에서 송신기는 소정 이물질 검출 절차를 수행할 수 있다.
반면, 확인 결과, 협상이 필요하지 않은 경우, 송신기는 곧바로 전력 전송 단계(260)로 진입할 수도 있다(S206).
협상 단계(340)에서, 송신기는 기준 품질 인자 값이 포함된 FOD(Foreign Object Detection) 상태 패킷을 수신할 수 있다. 또는 기준 피크주파수 값이 포함된 FOD 상태 패킷을 수신할 수 있다. 또는 기준 품질 인자 값 및 기준 피크주파수 값이 포함된 상태 패킷을 수신할 수 있다. 이때, 송신기는 기준 품질 인자 값에 기반하여 FO 검출을 위한 임계 품질 인자 값을 결정할 수 있다. 송신기는 기준 피크주파수 값에 기반하여 FO 검출을 위한 임계 피크주파수 값을 결정할 수 있다.
송신기는 결정된 FO 검출을 위한 임계 품질 인자 값 및 현재 측정된 품질 인자 값-예를 들면, 핑 단계 이전에 측정된 품질 인자 값일 수 있음-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.
송신기는 결정된 FO 검출을 위한 임계 피크주파수 값 및 현재 측정된 피크주파수 값-예를 들면, 핑 단계 이전에 측정된 피크주파수 값일 수 있음-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, 송신기는 선택 단계(210)로 회귀할 수 있다(S208). 반면, FO가 검출되지 않은 경우, 송신기는 보정 단계(250)를 거쳐 전력 전송 단계(260)로 진입할 수도 있다(S207 및 S209). 상세하게, 송신기는 FO가 검출되지 않은 경우, 송신기는 보정 단계(250)에서 수신단에 수신된 전력의 세기를 수신하고, 송신단에서 전송한 전력의 세기와 비교하여 수신단과 송신단에서의 전력 손실을 측정할 수 있다. 즉, 송신기는 보정 단계(250)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 전력 손실 임계치를 보정할 수도 있다. 즉, 보정 단계에서는 FO가 없는 상태이기 때문에 수신기의 커플링 상태 및 수신기의 프렌들리 메탈(Friendly metal) 성분으로 인한 전력손실을 결정하고, 기 결정된 전력손실 외의 추가 전력손실이 발생했을 때 이물질이 존재한다고 판단할 수 있다.
또한, 협상 단계(240)에서는 수신기의 일반 요구 패킷의 응답으로 전력 송신기 능력을 전송할 수 있다. 송신기는 입력 전원으로부터 측정된 최대 전송 가능한 전력 예컨대, 보증 전력을 측정하여 수신기에 전송할 수 있다. 보증 전력의 측정은 전원이 들어올 때 초기화 과정 중에 진행될 수 있으며 송신기는 미리 측정된 보증 전력을 송신할 수 있다.
보증 전력을 측정하는 단계는 이후 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
전력 전송 단계(260)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(210)로 천이할 수 있다(S210).
또한, 전력 전송 단계(260)에서, 송신기는 송신기 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 재협상 단계(270)로 천이할 수 있다(S211). 이때, 재협상이 정상적으로 완료되면, 송신기는 전력 전송 단계(260)로 회귀할 수 있다(S213).
상기한 파워 전송 계약은 송신기와 수신기의 상태 및 특성 정보에 기반하여 설정될 수 있다. 일 예로, 송신기 상태 정보는 최대 전송 가능한 파워량에 대한 정보, 최대 수용 가능한 수신기 개수에 대한 정보 등을 포함할 수 있으며, 수신기 상태 정보는 요구 전력에 대한 정보 등을 포함할 수 있다.
송신기는 재협상이 정상적으로 완료되지 않으면, 해당 수신기로의 전력 전송을 중단하고, 선택 단계로(210) 천이할 수도 있다(S212).
도 3은 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 무선 전력 송신기(300)는 전원부(360), 직류-직류 변환기(DC-DC Converter, 310), 인버터(Inverter, 320), 공진 회로(330), 센싱부(350), 통신부(340), 알람부(370) 및 제어부(380)을 포함하여 구성될 수 있다.
공진 회로(330)는 공진 캐패시터(331) 및 인덕터(또는 송신 코일)(332)을 포함하여 구성되며, 통신부(340)는 복조부(341)와 변조부(342) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 송신 코일은 인가되는 교류 전력으로부터 자속(Magnetic flux)을 생성할 수 있다.
전원부(360)는 외부 전원 단자 또는 배터리로부터 DC 전력을 인가받아 직류-직류 변환기(310)에 전달할 수 있다. 다른 실시예로, 배터리는 무선 전력 송신기(300)의 내부에 장착되어 충전 가능하게 구성될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 보조 배터리 또는 외장 배터리의 형태로 무선 전력 송신기(300)의 전원부(360) 소정 케이블을 통해 연결될 수도 있다.
직류-직류 변환기(310)는 제어부(380)의 제어에 따라 전원부(360)로부터 입력되는 직류 전력의 세기를 특정 세기의 직류 전력으로 변환할 수 있다. 일 예로, 직류-직류 변환기(310)는 전압의 세기 조절이 가능한 가변 전압기로 구성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
인버터(320)는 변환된 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다.
인버터(320)는 구비된 복수의 스위치 제어를 통해 입력되는 직류 전력 신호를 교류 전력 신호로 변환하여 출력할 수 있다.
일 예로, 인버터(320)는 풀 브릿지(Full Bridge) 회로를 포함하여 구성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 하프 브리지(Half Bridge)를 포함하여 구성될 수도 있다.
다른 일 예로, 인버터(320)는 하프 브릿지 회로와 풀 브릿지 회로를 모두 포함하여 구성될 수도 있으며, 이 경우, 제어부(380)는 인터버(320)를 하프 브릿지로 동작시킬지 풀 브릿지로 동작시킬지 동적으로 결정하여 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기에 의해 요구되는 전력의 세기에 따라 적응적으로 인버터(320)의 브릿지모드를 제어할 수 있다.
여기서, 브릿지 모드는 하프 브리짓 모드 및 풀 브릿지 모드를 포함한다. 일 예로, 무선 전력 수신기가 5W의 저전력을 요구하는 경우, 제어부(380)는 인버터(320)가 하프 브릿지 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.
반면, 무선 전력 수신기가 15W의 전력을 요구하는 경우, 제어부(380)는 풀 브릿지 모드로 동작되도록 제어할 수 있다. 다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 감지된 온도에 따라 적응적으로 브릿지 모드를 결정하고, 결정된 브릿지 모드에 따라 인버터(320)를 구동시킬 수도 있다.
일 예로, 하프 브리지 모드를 통해 무선 전력을 전송하는 중 무선 전력 송신 장치의 온도가 소정 기준치를 초과하는 경우, 제어부(380)는 하프 브리지 모드를 비활성화시키고 풀 브릿지 모드가 활성화되도록 제어할 수 있다. 즉, 무선 전력 송신 장치는 동일 세기의 전력 전송을 위해 풀 브릿지 회로를 통해 전압은 상승시키고, 공진 회로(330)에 흐르는 전류의 세기는 감소시킴으로써, 무선 전력 송신 장치의 내부 온도가 소정 기준치 이하를 유지하도록 제어할 수 있다.
일반적으로, 전자 기기에 장착되는 전자 부품에 발생되는 열의 양은 해당 전자 부품에 인가되는 전압의 세기보다 전류의 세기에 보다 민감할 수 있다.
또한, 인버터(320)는 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있을 뿐만 아니라 교류 전력의 세기를 변경시킬 수도 있다.
일 예로, 인버터(320)는 제어부(380)의 제어에 따라 교류 전력 생성에 사용되는 기준 교류 신호(Reference Alternating CurrentSignal)의 주파수를 조절하여 출력되는 교류 전력의 세기를 조절할 수도 있다. 이를 위해, 인버터(320)는 특정 주파수를 가지는 기준 교류 신호를 생성하는 주파수 발진기를 포함하여 구성될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 예는 주파수 발진기가 인버터(320)와 별개로 구성되어 무선 전력 송신기(300)의 일측에 장착될 수 있다.
다른 일 예로, 무선 전력 송신기(300)는 인버터(320)에 구비된 스위치를 제어하기 위한 게이트 드라이버(Gate Driver, 미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우, 게이트 드라이버는 제어부(380)로부터 적어도 하나의 펄스 폭변조 신호를 수신할 수 있으며, 수신된 펄스 폭 변조 신호에 따라 인버터(320)의 스위치를 제어할 있다. 제어부(880)는 펄스 폭 변조 신호의 듀티 사이클(Duty Cycle)-즉, 듀티 레이트(Duty Rate)- 및 위상(Phase)를 제어하여 인버터(320) 출력 전력의 세기를 제어할 수 있다. 제어부(360)는 무선 전력 수신 장치로부터 수신되는 피드백 신호에 기반하여 적응적으로 펄스 폭 변조 신호의 듀티 사이클 및 위상을 제어할 수 있다.
센싱부(350)는 DC 변환된 전력의 전압/전류 등을 측정하여 제어부(380)에 제공할 수 있다. 또한, 센싱부(350)는 과열 발생 여부 판단을 위해 무선 전력 송신기(300)의 내부 온도 또는 충전 인터페이스(표면) 내측을 측정하고, 측정 결과를 제어부(380)에 제공할 수도 있다. 일 예로, 제어부(380)는 센싱부(350)에 의해 측정된 전압/전류 값 또는 내부 온도 값에 기반하여 적응적으로 전원부(380)로부터의 전원 공급을 차단할 수 있다. 이를 위해, 직류-직류 변환기(310)의 일측에는 전원부(360)로부터 공급되는 전원을 차단하기 위한 소정 전력 차단 회로가 가 더 구비될 수도 있다.
제어부(380)는 통신부(340)를 통해 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태 정보 또는(및) 전력 제어 신호를 수신할 수 있으며, 수신된 전력 수신 상태 정보 또는(및) 전력 제어 신호에 기반하여 증폭률을 동적으로 조정할 수 있다. 일 예로, 전력 수신 상태 정보는 정류기 출력 전압의 세기 정보, 수신 코일에 인가되는 전류의 세기 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 전력 제어 신호는 전력 증가를 요청하기 위한 신호, 전력 감소를 요청하기 위한 신호 등을 포함할 수 있다.
변조부(342)는 제어부(380)에 의해 생성된 제어 신호를 변조하여 공진코일(330)에 전달할 수 있다. 여기서, 제어 신호를 변조하기 위한 변조 방식은 FSK(Frequency Shift Keying) 변조 방식, 맨체스터 코딩(Manchester Coding) 변조 방식, PSK(Phase Shift Keying) 변조 방식, 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation) 방식, 차등 2단계(Differential bi-phase) 변조 방식 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
복조부(341)는 송신 코일을 통해 수신되는 신호가 감지되면, 감지된 신호를 복조하여 제어부(380)에 전송할 수 있다. 일 예로, 복조된 신호에는 신호 세기 지시자, 무선 전력 전송 중 전력 제어를 위한 오류 정정(EC: Error Correction) 지시자, 충전 완료(EOC: End Of Charge) 지시자, 과전압/과전류/과열 지시자 등이 포함될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 수신기의 상태를 식별하기 위한 각종 상태 정보가 포함될 수 있다. 다른 예로, 복조된 신호는 기준 품질 인자 값 및 기준 주파 수 값 중 어느 하나 이상의 값을 포함하는 FOD 상태 정보가 포함될 수 있다.
일 예로, 무선 전력 송신기(300)는 무선 전력 전송에 사용되는 동일한 주파수를 이용하여 무선 전력 수신기와 통신을 수행하는 인밴드(In-Band) 통신을 통해 상기 신호 세기 지시자를 획득할 수 있다.
이상이 도 3의 설명에서는 무선 전력 송신기(300)와 무선 전력 수신기가 인밴드 통신을 수행하는 것을 예를 들어 설명하고 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 무선 전력 신호 전송에 사용되는 주파수 대역과 상이한 주파수 대역을 통해 근거리 양방향 통신을 수행할 수 있다. 일 예로, 근거리 양방향 통신은 저전력 블루투스 통신, RFID 통신, UWB 통신, 지그비 통신 중 어느 하나일 수 있다.
도 4는 도 3에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 무선 전력 수신기(400)는 수신 코일(410), 정류기(420), 직류/직류 변환기(DC/DC Converter, 430), 부하(440), 센싱부(450), 통신부(460), 주제어부(470)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 통신부(460)는 복조부(461) 및 변조부(462) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
상기한 도 4의 예에 도시된 무선 전력 수신기(400)는 인밴드 통신을 통해 무선 전력 송신기와 정보를 교환할 수 있는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 실시예에 따른 통신부(460)는 무선 전력 신호 전송에 사용되는 주파수 대역과는 상이한 주파수 대역을 통해 근거리 양방향 통신을 제공할 수도 있다.
수신 코일(410)을 통해 수신되는 AC 전력은 정류부(420)에 전달할 수 있다. 정류기(420)는 AC 전력을 DC 전력으로 변환하여 직류/직류 변환기(430)에 전송할 수 있다. 직류/직류 변환기(430)는 정류기 출력 DC 전력의 세기를 부하(440)에 의해 요구되는 특정 세기로 변환한 후 부하(440)에 전달할 수 있다. 또한 수신 코일(410)은 복수의 수신 코일(미도시)-즉, 제1 내지 제n 수신 코일-을 포함하여 구성될 수 있다. 일 실시예에 따른 각각의 수신 코일(미도시)에 전달되는 AC 전력의 주파수가 서로 상이할 수도 있고, 다른 일 실시예는 LC 공진 특성을 수신 코일마다 상이하게 조절하는 기능이 구비된 소정 주파수 제어기를 이용하여 각각의 수신 코일 별 공진주파수를 상이하게 설정할 수도 있다.
센싱부(450)는 정류기(420) 출력 DC 전력의 세기를 측정하고, 이를 주제어부(470)에 제공할 수 있다. 일 예로, 센싱부(450)는 무선 전력 수신에 따라 수신 코일(410)에 인가되는 전류의 세기를 측정하고, 측정 결과를 주제어부(470) 에 전송할 수도 있다. 다른 예로, 센싱부(450)는 무선 전력 수신기(400)의 내부 온도를 측정하고, 측정된 온도 값을 주제어부(470)에 제공할 수도 있다.
일 예로, 주제어부(470)는 측정된 정류기 출력 DC 전력의 세기가 소정 기준치와 비교하여 과전압 발생 여부를 판단할 수 있다. 판단 결과, 과전압이 발생된 경우, 과전압이 발생되었음을 알리는 소정 패킷을 생성하여 변조부(462)에 전송할 수 있다. 여기서, 변조부(462)에 의해 변조된 신호는 수신 코일(410) 또는 별도의 코일(미도시)을 통해 무선 전력 송신기에 전송될 수 있다. 또한, 주제어부(470)는 정류기 출력 DC 전력의 세기가 소정 기준치 이상인 경우, 감지 신호가 수신된 것으로 판단할 수 있으며, 감지 신호 수신 시, 해당 감지 신호에 대응되는 신호 세기 지시자가 변조부(462)를 통해 무선 전력 송신기에 전송될 수 있도록 제어할 수 있다. 다른 일 예로, 복조부(461)는 수신 코일(410)과 정류기(420) 사이의 AC 전력 신호 또는 정류기(420) 출력 DC 전력 신호를 복조하여 감지 신호의 수신 여부를 식별한 후 식별 결과를 주제어부(470)에 제공할 수 있다. 이때, 주제어부(470)는 감지 신호에 대응되는 신호 세기 지시자가 변조부(462)를 통해 전송될 수 있도록 제어할 수 있다.
또한, 주제어부(470)는 미리 저장된 기준 품질 인자 값 및 기준 주파수 값 중 어느 하나 이상의 값을 포함하는 FOD 상태 패킷을 변조부(462)를 통해 무선 전력 송신기에 전송할 수 있도록 제어할 수 있다.
도 3으로 돌아가서, 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 보증 전력을 측정하기 위해 부하 저항(390)을 더 포함할 수 있다.
부하 저항(390)은 직류-직류 변환기(310)에 연결될 수 있다. 부하 저항(390)과 직류-직류 변환기(310) 사이에는 스위치가 더 포함될 수도 있다. 부하 저항(390)의 소비 전력은 무선 전력 송신기에 미리 저장된 보증 전력과 동일할 수 있다. 여기서, 보증 전력은 15W일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
직류-직류 변환기(310)는 직류-직류 변환기(310)의 출력전압인 Vrail 값을 특정 전압을 공급할 수 있다. 예컨대, 직류-직류 변환기에서 5V의 Vrail 값을 공급하면 부하 저항(390)의 소비 전력은 15W의 값을 가지기 위해 1.6옴의 저항값을 가질 수 있다.
전원부(360)로부터 입력되는 입력 전력이 15W 이상이며, 부하 저항(390)의 소비 전력이 15W로 설정되었을 경우, 입력 전압이 급감하지 않게 되어 보증 전력은 15W로 설정될 수 있다.
반면, 전원부(360)로부터 입력되는 입력 전력이 15W 미만이며, 부하 저항(390)의 소비 전력이 15W로 설정되었을 경우, 입력 전압은 급강하하게 되어 보증 전력은 15W를 만족시키기 않게 된다. 이에, 제어부(380)는 미리 설정된 보증 전력으로 전력 송신이 불가능함을 판단할 수 있게 된다. 무선 전력 송신기는 별도의 유저 인터페이스를 통해 충전이 불가능한 상태임을 사용자에게 인식시켜 줄 수 있다.
실시예는 미리 설정된 전력 예컨대, 보증 전력으로 전력 송신이 불가능함을 판단하는 동시에 실제로 전송 가능한 보증 전력을 측정하기 위해 다수의 부하 저항을 연결할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 부하저항은 서로 다른 소비 전력을 가지는 제1 부하저항(390a), 제2 부하저항(390b) 및 제3 부하저항(390c)을 포함할 수 있다. 제1 부하저항 내지 제3 부하저항(390a, 390b, 390c)은 직류-직류 변환기(310)에 병렬로 연결될 수 있다. 또한, 서로 다른 소비 전력을 가지는 부하저항들(390a, 390b, 390c)을 직류-직류 변환기(310)에 선택적으로 연결시킬 수 있도록 제1 스위치 내지 제3 스위치(391a, 391b, 391c)를 포함할 수 있다. 스위치(391)는 전력을 부하저항(390)을 거쳐 그라운드로 흐르도록 연결할 수 있다.
제1 부하저항(390a)의 소비 전력은 제2 부하저항(390b) 및 제3 부하저항(390c)의 소비 전력보다 클 수 있다. 제2 부하저항(390b)의 소비 전력은 제3 부하저항(390c)의 소비 전력보다 클 수 있다. 예컨대, 제1 부하저항(390a)의 소비 전력은 15W일 수 있으며, 제2 부하저항(390b)의 소비 전력은 7.5W일 수 있으며, 제3 부하저항(390c)의 소비 전력은 5W일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 저항 값이 작을수록 소비 전력은 커지기 때문에 제1 부하저항(390a)의 저항값은 제2 부하저항(390b)의 저항값 보다 작을 수 있으며, 제2 부하저항(390c)의 저항값은 제3 부하저항(390c)의 저항값 보다 작을 수 있다.
제1 스위치(391a)는 직류-직류 변환기(310)와 제1 부하저항(390a) 사이에 배치될 수 있다. 제2 스위치(391b)는 직류-직류 변환기(310)와 제2 부하저항(390b) 사이에 배치될 수 있다. 제3 스위치(391c)는 직류-직류 변환기(310)와 제3 부하저항(390c) 사이에 배치될 수 있다.
상기에서는 3개의 저항 및 스위치를 배치하였으나, 이에 한정되지 않고 3개 미만 또는 4개 이상으로 배치할 수도 있다.
부하저항들(390a, 390b, 390c)을 직류-직류 변환기(310)에 선택적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 제1 스위치(391a)를 온시키고 제2 스위치(391b) 및 제3 스위치(391c)를 오프시키면 직류-직류 변환기(310)와 제1 부하저항(390a)은 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 스위치(391b)를 온 시키고 제1 스위치(391a) 및 제3 스위치(391c)를 오프시키면 직류-직류 변환기(310)와 제2 부하저항(390b)은 전기적으로 연결될 수 있다. 제3 스위치(391c)를 온시키고 제1 스위치(391a) 및 제2 스위치(391b)를 오프시키면 직류-직류 변환기(310)와 제3 부하저항(390c)은 연결될 수 있다.
제어부(380)는 부하저항(390a, 390b, 390c) 중 어느 하나가 연결된 상태에서 직류 전력의 전압과 기준 전압을 비교하여 전압이 급강하되는 것을 감지하고, 전압이 급강하되지 않는 부하저항(390a, 390b, 390c)에 대응되는 소비 전력을 보증 전력으로 선택하여 저장할 수 있다.
제어부(380)에는 보증 전력을 저장할 수 있도록 저장부(381, memory)가 구비될 수 있으며, 저장부(381)는 제어부(380)와 별도의 공간에 배치될 수도 있다.
이하에서는 무선 전력 송신기의 보증 전력을 측정하는 동작을 구체적으로 설명한다. 보증 전력은 소비 전력이 큰 부하저항들을 순차적으로 연결시켜 무선 전력 송신기의 보증 전력을 결정할 수 있다.
보증 전력을 측정하는 단계는 전원이 공급되는 초기 단계에 수행될 수 있으며, 인버터에는 전력이 공급되지 않을 수 있다.
도 6을 참조하면, 제1 소비전력을 가지는 제1 부하저항(390a)을 연결하는 단계(S301)를 수행할 수 있다. 이를 위해 제1 스위치(391a)를 온시킬 수 있다. 제1 부하저항(390a)은 직류-직류 변환기(310)와 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 부하저항(391a)에 연결된 입력 전압인 직류 전압의 급강하가 발생되는지 여부를 확인하는 단계(S302)를 수행할 수 있다. 예컨대, 15W의 소비 전력을 가지는 제1 부하저항(391a)에 15W 이상의 전력을 가지는 직류 전압이 연결되면 전압 급강하는 일어나지 않게 된다.
상기와 같이, 전압의 급강하가 일어나지 않게 되면 제1 부하저항(390a)에 걸리는 소비 전력을 보증 전력을 결정할 수 있게 된다. 결정된 보증 전력은 협상 단계에서 무선 전력 수신기에 송출할 수 있다. 이때, 송출 코일의 전력은 차단되지 않을 수 있다.
반면, 15W의 소비 전력을 가지는 제1 부하저항(390a)에 15W 미만의 전력을 가지는 직류 전압이 연결되면 전압의 급강하가 발생될 수 있다. 전압 급강하가 발생되면 15W의 전력으로 무선 전력 수신기의 충전이 불가능하다고 판단될 수 있다.
전압 급강하가 발생되면 제2 소비 전력을 가지는 제2 부하저항(390b)을 연결하는 단계(S303)를 수행할 수 있다. 이때, 제1 스위치(391a)는 오프되고 제2 스위치(391b)는 온될 수 있다.
이어서, 제2 부하저항(390b)에 연결된 직류 전압의 급강하가 발생되는지 여부를 확인하는 단계(S304)를 수행할 수 있다. 예컨대, 7.5W의 소비 전력을 가지는 제2 부하저항(390b)에 7.5W 이상의 전력을 가지는 직류 전압이 연결되면 전압 급강하는 일어나지 않게 된다.
상기와 같이, 전압의 급강하가 일어나지 않게 되면 제2 부하저항(390b)에 걸리는 소비 전력을 보증 전력을 결정할 수 있게 된다. 결정된 보증 전력은 협상 단계에서 무선 전력 수신기에 송출할 수 있다.
반면, 7.5W의 소비 전력을 가지는 제2 부하저항(390b)에 7.5W 미만의 전력을 가지는 입력 전압이 연결되면 입력 전압의 급강하가 발생될 수 있다. 전압 급강하가 발생되면 7W의 전력으로 무선 전력 수신기의 충전이 불가능하다고 판단될 수 있다.
전압 급강하가 발생되면 제3 소비전력을 가지는 제3 부하저항(390c)을 연결하는 단계(S306)를 수행할 수 있다. 이때, 제2 스위치(391b)는 오프되고 제3 스위치(391c)는 온될 수 있다.
이어서, 제3 부하저항(390c)에 연결된 직류 전압의 급강하가 발생되는지 여부를 확인하는 단계(S307)를 수행할 수 있다. 예컨대, 5W의 소비 전력을 가지는 제3 부하저항(390c)에 5W 이상의 전력을 가지는 직류 전압이 연결되면 전압 급강하는 일어나지 않게 된다.
상기와 같이, 전압의 급강하가 일어나지 않게 되면 제3 부하저항(390c)에 걸리는 소비 전력을 보증 전력을 결정할 수 있게 된다. 결정된 보증 전력은 협상 단계에서 무선 전력 수신기에 송출할 수 있다.
반면, 5W의 소비 전력을 가지는 제3 부하저항(390c)에 5W 미만의 전력을 가지는 직류 전압이 연결되면 전압의 급강하가 발생될 수 있다. 전압 급강하가 발생되면 무선 전력 수신기의 충전이 불가능하다고 판단될 수 있다.
상기에서는 3개의 부하 저항을 병렬로 연결하여 보증 전력을 측정하였으나, 이에 한정되지 않고 다음과 같이, 구성될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 다수의 부하저항은 직렬로 연결될 수 있다. 다수의 부하저항 사이에는 다수의 스위치들을 포함할 수 있다. 다수의 부하저항은 동일한 소비전력을 가질 수 있다. 제1 부하저항 내지 제4 부하저항(390a, 390b, 390c, 390d)의 소비 전력은 각각 4W를 포함할 수 있다.
제1 부하저항 내지 제4 부하저항(390a, 390b, 390c, 390d)은 직렬 연결될 수 있다. 직류-직류 변환기(310)와 제1 부하저항(390a) 사이에는 제1 스위치(391a)가 배치될 수 있다. 제1 부하저항(390a)과 제2 부하저항(390b) 사이에는 제2 스위치(391b)가 배치될 수 있다. 제2 부하저항(390b)과 제3 부하저항(390c) 사이에는 제3 스위치(391c)가 배치될 수 있다. 제3 부하저항(390c)과 제4 부하저항(390d) 사이에는 제4 스위치(391d)가 배치될 수 있다.
제어부(380)는 제1 스위치 내지 제4 스위치(391a, 391b, 391c, 391d)는 순차적으로 온/오프 제어하여 보증 전력을 측정할 수 있다.
제어부(380)는 제1 부하저항 내지 제4 부하저항(390a, 390b, 390c, 390d)이 연결된 상태에서 전압의 급강하 여부를 측정할 수 있다. 이때, 제1 스위치 내지 제4 스위치(391a, 391b, 391c, 391d)는 모두 온시킬 수 있다. 직류 전압의 급강하가 발생되지 않으면 제1 부하저항 내지 제4 부하저항(390a, 390b, 390c, 390d)의 소비 전력의 합이 보증 전력으로 결정될 수 있다. 예컨대, 보증 전력은 16W로 결정될 수 있다.
반면, 제1 부하저항 내지 제4 부하저항(390a, 390b, 390c, 390d)이 연결된 상태에서 직류 전압의 급강하가 발생되면 제1 부하저항 내지 제3 부하저항(390a, 390b, 390c)이 연결된 상태에서 전압의 급강하 여부를 측정할 수 있다. 이때, 제1 스위치 내지 제3 스위치(391a, 391b, 391c)는 온되고, 제4 스위치(391d)는 오프될 수 있다. 전압의 급강하가 발생되지 않으면 제1 부하저항 내지 제3 부하저항(390a, 390b, 390c)의 소비 전력의 합이 보증 전력으로 결정될 수 있다. 예컨대, 보증 전력은 12W로 결정될 수 있다.
반면, 제1 부하저항 내지 제3 부하저항(390a, 390b, 390c)이 연결된 상태에서 전압의 급강하가 발생되면 제1 부하저항(390a) 및 제2 부하저항(390b)이 연결된 상태에서 전압의 급강하 여부를 측정할 수 있다. 이때, 제1 스위치(391a) 및 제2 스위치(391b)는 온되고, 제3 스위치(391c) 및 제4 스위치(391d)는 오프될 수 있다. 전압의 급강하가 발생되지 않으면 제1 부하저항(390a) 및 제2 부하저항(390b)의 소비 전력의 합이 보증 전력으로 결정될 수 있다. 예컨대, 보증 전력은 8W로 결정될 수 있다.
반면, 제1 부하저항(390a) 및 제2 부하저항(390b)이 연결된 상태에서 전압의 급강하가 발생되면, 제1 부하저항(390a)이 연결된 상태에서 전압의 급강하 여부를 측정할 수 있다. 이때, 제1 스위치(391a)는 온되고 제2 스위치 내지 제4 스위치(391b, 391c, 391d)는 오프될 수 있다. 전압의 급강하가 발생되지 않으면 제1 부하저항(390a)의 소비전력이 보증 전력으로 결정될 수 있다.
상기에서는 직류-직류 변환기의 출력 전압을 이용하여 보증 전력을 측정하였으나, 전원부로부터 입력되는 입력 전압을 이용하여 보증 전력을 측정할 수 있다.
상기에서는 고정된 저항값을 가지는 부하저항을 사용하여 보증 전력을 측정하였으나, 이에 한정되지 않고 다음과 같이, 구성될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 부하저항(390)은 가변 저항을 포함할 수 있다. 부하저항(390)과 직류-직류 변환기 사이에는 스위치(391)를 더 포함할 수 있다.
부하저항(390)은 소비 전력이 1W 내지 15W로 변화될 수 있도록 저항값을 변화시킬 수 있다. 예컨대, Vrail 값이 5V로 공급되면 부하저항(390)은 5옴으로 고정시켜 5W의 소비 전력을 가질 수 있다. 반면, Vrail 값이 5V로 공급되면 부하저항(390)은 약 17옴으로 고정시켜 15W의 소비 전력을 가질 수 있다.
제어부(380)는 부하저항(390)을 17옴으로 고정시킨 상태에서 전압 급강하를 감지할 수 있다. 제어부(380)는 전압 급강하가 발생되지 않으면 부하저항(390)의 소비 전력을 보증 전력으로 결정할 수 있다.
반면, 전압 급강하가 발생되면 제어부(380)는 부하저항(390)의 저항값을 낮추도록 제어할 수 있다. 제어부(380)는 전압의 급강하가 발생되면 전압 급강하가 발생되지 않은 이전 측정 시점에서의 부하저항(390)의 소비 전력을 보증 전력으로 선택할 수 있다.
실시예는 부하저항으로 가변 저항을 사용함으로써, 저항과 스위치 부품의 줄일 수 있는 효과가 있으며, 전압의 급강하 시점을 보다 용이하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
도 9는 제2 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 무선 전력 장치는 전원부(360), 인버터(Inverter, 320), 공진 회로(330), 센싱부(350), 통신부(340), 알람부(370), 제어부(380), 부하저항을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 도 3과 동일한 구성의 설명은 생략한다.
부하저항(390)은 전원부(360)와 연결될 수 있다. 부하저항(390)은 1개의 저항 또는 다수의 저항들을 포함할 수 있다. 부하저항(390)은 도 3, 도 5 및 도 7의 구조를 채택할 수 있다.
부하저항(390)에는 입력 전력이 공급될 수 있다. 입력 전력은 12V의 전압을 포함할 수 있다. 부하저항(390)에는 특정 값 예컨대, 5V의 값이 공급될 수 있다. 제어부(380)는 12V의 입력 전압의 전압을 낮추기 위해 주파수를 가변시킬 수 있다. 제어부(380)는 입력 전압의 PWM 신호 제어를 통해 입력 전압 값을 낮출 수 있다. 제어부(380)는 주파수를 110Khz 내지 150KHz로 주파수를 가변시킬 수 있다. 주파수가 공진점인 100KHz일 경우, 입력 전압은 12V일 수 있으나, 주파수가 커질수록 전압은 낮아지게 된다. 이로 인해 주파수를 110KHz 내지 150KHz로 가변시키게 되면 12V 보다 낮은 전압을 얻을 수 있다. 따라서, 제어부(380)는 입력 전력은 약 5V의 전압이 되도록 주파수를 제어할 수 있다.
실시예는 가변 주파수를 이용하여 전압을 제어함으로써, 직류-직류 변환기가 없더라도 송신 가능한 보증 전력을 효과적으로 측정할 수 있게 된다.
상기에서는 직류-직류 변환기를 통해 고정 전압을 공급하였으나, 이에 한정되지 않고 가변 전압을 공급하여 보증 전력을 측정할 수 있다.
도 10은 제3 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 무선 전력 장치는 전원부(360), 직류-직류 변환기(DC-DC Converter, 310), 인버터(Inverter, 320), 공진 회로(330), 센싱부(350), 통신부(340), 알람부(370), 제어부(380), 부하저항 및 스위치를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 도 3과 동일한 구성의 설명은 생략한다.
부하저항(390)은 고정된 저항값을 포함할 수 있다. 예컨대, 부하저항(390)의 저항값은 1.6옴일 수 있다. 부하저항(390)과 직류-직류 변환기(310) 사이에는 스위치(391)가 더 배치될 수 있다. 스위치(391)는 입력 전압인 직류 전압이 부하저항(390)을 거쳐 그라운드로 흐르도록 연결할 수 있다.
직류-직류 변환기(310)는 제1 전압(V1) 또는 제2 전압(V2)을 출력할 수 있다. 제어부(380)는 직류-직류 변환기(310)에서 다수의 전압이 출력되도록 제어할 수 있다. 예컨대, 전력 P는 V2/R이므로, 부하저항(390)의 저항값이 1.6옴일 경우, 제1 전압(V1)은 부하저항(390)이 15W의 소비 전력을 가지도록 약 5V가 될 수 있다. 제2 전압(V2)은 부하저항(390)이 5W의 소비 전력을 가지도록 약 3V일 수 있다. 직류-직류 변환기(310)는 3V 내지 5V의 전압을 순차적으로 공급하여 보증 전력을 측정할 수 있다. 여기서, 부하저항(390), 제1 전압(V1), 제2 전압(V2) 값은 이에 한정되지 않는다. 또한, 상기 부하저항(390), 제1 전압(V1), 제2 전압(V2) 값은 각각의 값에 따라 대응되도록 변화될 수 있다. 또한, 전력 값은 회로 내부의 별도 저항 값을 더 포함할 수도 있다.
소비 전력은 전압과 비례하기 때문에 제어부(380)는 전압 급강하가 발생하지 않는 출력 전압 중 급강하가 발생하지 은 출력 전압 중 높은 출력 전압에 대응하는 보증 전력을 선택할 수 있다.
예컨대, 직류-직류 변환기(310)는 제1 전압(V1) 예컨대, 5V를 공급할 경우, 전압의 급강하가 발생되지 않으면 보증 전력은 15W로 측정될 수 있다. 반면, 전압의 급강하가 발생되어 제2 전압(V2)을 공급하고, 이때, 전압의 급강하가 발생되지 않으면 보증 전력은 5W로 측정될 수 있다. 반면, 전압의 급강하가 발생되면 충전이 불가능한 상태라고 판단할 수 있다.
상기에서는 직류-직류 변환기를 이용하여 가변 전압을 발생시켰으나, 이에 한정되지 않고 직류-직류 변환기가 제거된 상태에서 입력 전압의 주파수를 제어하여 가변 전압을 발생시켜 보증 전력을 측정할 수도 있다.
이하에서는 제어부의 동작을 살펴보기로 한다. 도 11은 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 제어부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 제어부(380)는 저장부(381)에 저장된 제1 전력의 크기 예컨대, 보증 전력의 크기를 무선 전력 수신기(400)에 전송하는 단계(S401)를 수행할 수 있다. 보증 전력은 무선 전력 수신기(400)에 전송할 수 있는 최대로 전송 가능한 전력 값일 수 있다.
무선 전력 수신기(400)는 보증 전력 범위 내에서 요구 전력을 무선 전력 송신기(300)에 전송할 수 있다.
종래에는 무선 전력 송신기에서 전송할 수 있는 전력을 검출할 수 있는 구성이 없었기 때문에 무선 전력 송신기에서 전송할 수 있는 보증 전력보다 큰 전력을 요구 전력으로 협상될 수 있었고, 송신기는 설계된 대로 전력 전송 제어되다가 전송 중단하는 현상이 발생할 수 있었다. 실시예에서는 송신 가능한 전력을 무선 전력 수신기에 전송함으로써, 무선 전력 수신기는 송신 가능한 전력의 범위 내에서 전력을 요구할 수 있다.
이어서, 제어부(380)는 무선 전력 수신기(400)로부터 요구 전력을 수신하는 단계(S402)를 수행할 수 있다. 요구 전력은 송신 가능한 보증 전력의 범위 내에서 요청된 전력일 수 있다.
이어서, 제어부(380)는 요구 전력에 대한 응답으로 ACK 패킷을 전송하는 단계(S403)를 수행할 수 있다. 또한, 제어부(380)는 협상 단계를 마친 후 요구 전력에 대응하는 전력을 전송하는 단계(S404)를 수행할 수 있다. 또한, 무선 전력 수신기(400)로부터 요구 전력이 바뀌게 되면 제어부(380)는 변경된 요구 전력에 대응하는 전력을 전송할 수 있다.
이하에서는 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기 사이에서의 협상 단계에서의 동작을 살펴본다. 도 12는 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기의 협상 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신기(400)는 FO 검출을 위한 FOD 상태 패킷을 전송할 수 있다(S501). 무선 전력 수신기(400)는 파워 전송 계약을 위하여 전력 송신기의 능력 패킷을 요청하는 일반 요구 패킷을 전송할 수 있다(S502).
무선 전력 송신기(300)는 일반 요구 패킷의 응답으로 전력 송신기 능력 패킷을 전송할 수 있다(S503).
무선 전력 송신기(300)는 보증 전력 값을 제공할 수 있다. 보증 전력의 측정은 전원이 공급되는 초기 단계에 수행될 수 있으며, 더욱 구체적으로 핑 단계 이전에 측정될 수 있다.
무선 전력 수신기(400)는 무선 전력 송신기(300) 보증 전력 값에 기초하여 새로운 파워 전송 계약을 설정하기 위해 보증 전력 범위 내에서의 새로운 전력 값을 포함하는 특별 요구 패킷을 전송할 수 있다(S504). 예를 들어, 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기 보증 전력 값과 동일하거나 보다 작은 전력값을 요청할 수 있다.
무선 전력 송신기(300)는 상기 특별 요구 패킷에 대한 응답으로 ACK 패킷 또는 NACK 패킷을 전송할 수 있다(S505). 즉, 무선 전력 송신기(300)는 무선 전력 수신기(400)가 요청한 보정된 전력 값을 수락한 경우는 ACK을 전송 할 수 있다.
이후 무선 전력 수신기(400)는 파워 전송 계약이 완료되면 협상 단계를 종료하기 위한 특별 요구 패킷을 전송할 수 있다(S506). 무선 전력 송신기(300)는 협상 단계를 종료하기 위한 특별 요구 패킷에 대한 응답으로 ACK 패킷을 전송할 수 있다(S507). 즉, 무선 전력 송신기(300)는 합상 단계 종료에 대한 수락으로 ACK 패킷을 전송할 수 있다.
도시되지는 않았으나, 이후 재협상 단계에서도 무선 전력 수신기(400)는 무선 전력 송신기(300)의 전력 송신 가능한 전력 내에서 요구 전력을 송신할 수 있다. 따라서, 충전을 위한 요구 전력이 변경되더라도 충전이 끊기는 것을 방지할 수 있게 된다.
종래에는 입력전원을 확인할 수 있는 구성이 없었기 때문에 무선 전력 수신기에서 요청하는 전력을 공급하지 못할 경우, 충전이 끊어지는 현상이 발생되었다.
실시예에 따른 무선 전력 장치는 입력 전원의 송신 가능한 전력을 확인할 수 있도록 입력전원 확인부를 구성함으로써, 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기의 송신 능력에 맞춰 전력을 요청할 수 있으며, 이로 인해 충전이 끊어지는 현상을 방지할 수 있는 효과가 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.

Claims (10)

  1. 인버터;
    상기 인버터에 입력되는 직류 전력을 제1 부하저항 또는 제2 부하저항을 거쳐 그라운드로 흐르도록 연결하는 스위치; 및
    상기 제1 또는 상기 제2 부하저항이 연결된 상태에서 상기 직류 전력의 전압과 기준 전압을 비교하고, 상기 기준 전압보다 높은 직류 전력의 전압을 가지는 부하 저항 중 저항 값이 작은 부하 저항에 대응하는 보증 전력을 선택하여 저장하는 제어부를 포함하고,
    상기 제1 부하저항은
    상기 제2 부하저항보다 작은 저항 값을 가지는
    무선 충전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보증 전력이 무선전력 수신기에 전달되고, 상기 보증 전력 내에서 상기 무선 전력 수신기의 요구 보증 전력이 결정되는
    무선 충전 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    외부 전원 단자로부터 전력을 입력받는 전원부를 포함하고,
    상기 직류 전력은 상기 전원부로부터 공급되는
    무선 충전 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전원부를 통해 공급되는 직류 전력의 주파수를 가변하여 상기 직류 전력의 전압의 크기를 제어하는 무선 충전 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 직류 전력의 주파수를 110Khz 내지 150Hz 범위 내에서 가변시켜 상기 직류 전력의 크기를 감소시키는 무선 충전 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 부하저항에 5V 또는 10V의 직류 전력이 공급되도록 하는 무선 충전 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 보증 전력을 송신하는 송신 코일을 포함하는 무선 충전 장치.
  8. 직류 전력을 출력하는 변환기;
    상기 직류 전력을 교류 전력으로 변환시켜 출력하는 인버터;
    상기 직류 전력이 부하저항을 거쳐 그라운드로 흐르도록 연결하는 스위치; 및
    상기 직류 전력의 출력 전압이 제1전압 또는 제2전압이 되도록 상기 변환기를 제어하고, 상기 변환기에 상기 부하저항이 연결된 상태에서 상기 직류 전력의 출력 전압이 기준 전압보다 높은지 판단하고, 상기 기준 전압보다 높은 출력 전압 중 전압 값이 높은 출력전압에 대응하는 보증전력을 선택하여 저장하는 제어부를 포함하는 무선 충전 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 보증 전력이 무선전력 수신기에 전달되고, 상기 보증 전력 내에서 상기 무선 전력 수신기의 요구 보증 전력이 결정되는 무선 충전 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 부하저항이 연결된 상태에서 상기 직류 전력의 출력 전압과 상기 기준 전압을 비교하고, 상기 비교 결과에 기반하여 전압 급강하 여부를 판단하는 무선 충전 장치.
PCT/KR2019/003643 2018-03-29 2019-03-28 무선 충전 장치 WO2019190225A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2018-0036496 2018-03-29
KR1020180036496A KR20190114185A (ko) 2018-03-29 2018-03-29 무선 충전 장치 및 무선 충전 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019190225A1 true WO2019190225A1 (ko) 2019-10-03

Family

ID=68060583

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2019/003643 WO2019190225A1 (ko) 2018-03-29 2019-03-28 무선 충전 장치

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20190114185A (ko)
WO (1) WO2019190225A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140060972A (ko) * 2012-11-13 2014-05-21 주식회사 에스엔파워콤 출력케이블 전압드롭을 보상하는 무선충전 장치용 전원 어뎁터
WO2014118895A1 (ja) * 2013-01-29 2014-08-07 富士通株式会社 無線電力伝送システム、受電器および無線電力伝送方法
KR20160087319A (ko) * 2015-01-13 2016-07-21 삼성전기주식회사 무선 전력 송신 장치
KR20160118445A (ko) * 2015-04-01 2016-10-12 주식회사 히타치엘지 데이터 스토리지 코리아 전원 공급 이상 여부 감지 장치
KR101671818B1 (ko) * 2015-09-24 2016-11-03 주식회사 맵스 증폭기의 영전압 스위칭 제어장치 및 무선전력 송신장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140060972A (ko) * 2012-11-13 2014-05-21 주식회사 에스엔파워콤 출력케이블 전압드롭을 보상하는 무선충전 장치용 전원 어뎁터
WO2014118895A1 (ja) * 2013-01-29 2014-08-07 富士通株式会社 無線電力伝送システム、受電器および無線電力伝送方法
KR20160087319A (ko) * 2015-01-13 2016-07-21 삼성전기주식회사 무선 전력 송신 장치
KR20160118445A (ko) * 2015-04-01 2016-10-12 주식회사 히타치엘지 데이터 스토리지 코리아 전원 공급 이상 여부 감지 장치
KR101671818B1 (ko) * 2015-09-24 2016-11-03 주식회사 맵스 증폭기의 영전압 스위칭 제어장치 및 무선전력 송신장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190114185A (ko) 2019-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017094997A1 (ko) 무선 충전 장치, 그의 무선 전력 송신 방법, 및 이를 위한 기록 매체
WO2018021665A1 (ko) 무선 전력 수신기의 위치 확인 방법 및 장치
WO2019022438A1 (ko) 코일 장치 및 이를 포함하는 무선충전장치
KR102051682B1 (ko) 무선 전력 전송 시스템에서 이물질 감지 장치 및 방법
WO2019045350A2 (ko) 무선 전력 송신 방법 및 그를 위한 장치
WO2017061716A1 (ko) 무선 충전 디바이스 정렬 안내 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템
WO2016195249A1 (ko) 무전전력전송 시스템 및 이의 구동 방법
WO2015102454A1 (ko) 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 전송 방법
WO2014038862A1 (en) Wireless power transmitter for excluding cross-connected wireless power receiver and method for controlling the same
WO2018194337A1 (ko) 무선 충전을 위한 무선 전력 송신 장치
WO2016133322A1 (ko) 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 방법
WO2019107748A1 (ko) 무선 충전 장치 및 시스템
KR102198935B1 (ko) 무선 전력 전송 시스템에서 이물질 감지 장치 및 방법
WO2019135612A1 (ko) 무선 충전기 및 무선 충전 방법
WO2019177306A1 (ko) 무선전력 전송 시스템에서 향상된 통신 속도를 지원하는 장치 및 방법
WO2018074803A1 (ko) 무선전력 송신 장치
WO2019027158A1 (ko) 무선 전력 송신기 및 무선 전력 송신기의 제어 방법
WO2018151441A1 (ko) 전자파 차폐 구조를 가지는 무선 전력 송신기
WO2020085630A1 (ko) 무선 전력 제어 방법 및 장치
WO2018182165A1 (ko) 무선 전력 송신기 및 무선 전력 송신기의 제어 방법
WO2019190225A1 (ko) 무선 충전 장치
WO2019135586A1 (ko) Nfc 신호 검출 방법 및 그를 위한 장치
WO2019022367A1 (ko) 무선 충전 시 발생한 발열을 제어하는 방법 및 장치
WO2020004691A1 (ko) 무선전력 수신장치 및 방법
WO2019013480A1 (ko) 무선 통신 코일을 구비한 무선충전장치

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19778352

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19778352

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1