WO2020130265A1 - 이종 통신에 기반하여 무선전력 전송을 수행하는 장치 및 방법 - Google Patents

이종 통신에 기반하여 무선전력 전송을 수행하는 장치 및 방법 Download PDF

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WO2020130265A1
WO2020130265A1 PCT/KR2019/009785 KR2019009785W WO2020130265A1 WO 2020130265 A1 WO2020130265 A1 WO 2020130265A1 KR 2019009785 W KR2019009785 W KR 2019009785W WO 2020130265 A1 WO2020130265 A1 WO 2020130265A1
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wireless power
communication
band communication
power transmission
phase
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PCT/KR2019/009785
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최진구
박준호
임진권
박용철
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엘지전자 주식회사
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Publication date
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    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
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    • H04W76/10—Connection setup

Definitions

  • the present invention relates to wireless charging, and more particularly, to an apparatus and method for performing wireless power transmission based on heterogeneous communication.
  • Wireless power transmission technology is a technology that wirelessly transfers power between a power source and an electronic device.
  • the wireless power transmission technology allows a battery of a wireless terminal to be charged simply by placing a wireless terminal such as a smartphone or tablet on a wireless charging pad, and thus, compared to a wired charging environment using a conventional wired charging connector. It can provide excellent mobility, convenience and safety.
  • wireless power transmission technology is used in various fields such as electric vehicles, Bluetooth earphones, 3D glasses, wearable devices, household appliances, furniture, underground facilities, buildings, medical devices, robots, and leisure. It is attracting attention to replace the existing wired power transmission environment.
  • the wireless power transmission method is also referred to as a contactless power transmission method, a no point of contact power transmission method, or a wireless charging method.
  • the wireless power transmission system includes a wireless power transmission device that supplies electrical energy through a wireless power transmission method, and a wireless power reception device that receives electric energy supplied wirelessly from the wireless power transmission device and supplies power to a power receiving device such as a battery cell. It can be configured as a device.
  • Wireless power transmission technology is a method of transmitting power through magnetic coupling, a method of transmitting power through radio frequency (RF), a method of transferring power through microwaves, and ultrasound
  • the method based on magnetic coupling is further classified into a magnetic induction method and a magnetic resonance method.
  • the magnetic induction method is a method of transmitting energy using a current induced in the coil of the receiving side due to the magnetic field generated by the coil battery cell of the transmitting side according to electromagnetic coupling between the coil of the transmitting side and the coil of the receiving side.
  • the magnetic resonance method is similar to the magnetic induction method in that it uses a magnetic field.
  • communication between a wireless power transmission device and a reception device generally uses an amplitude shift keying (ASK) using a magnetic field change or a frequency shift keying (FSK) using a frequency change.
  • ASK amplitude shift keying
  • FSK frequency shift keying
  • ASK and FSK are only a few kHz and are vulnerable to electrical and magnetic disturbances
  • the existing communication methods such as medium power transmission or authentication, are required in the advanced wireless power transmission system. Not suitable for large data transmission. Therefore, in order to support various applications of wireless power transmission, there is a need for a method capable of selecting various communication protocols between a wireless power transmission device and a reception device.
  • the technical problem of the present invention is to provide an apparatus and method for supporting heterogeneous communication in a wireless power transmission system.
  • Another technical problem of the present invention is to provide an apparatus and method for supporting heterogeneous communication channels for WPC PC0 and PC1.
  • Another technical problem of the present invention is to provide an apparatus and method for performing handover between heterogeneous communication methods in a wireless power transmission system.
  • Another technical problem of the present invention is to provide a packet structure and a procedure for supporting heterogeneous communication methods in a wireless power transmission system.
  • a wireless power receiving apparatus supporting heterogeneous communication receives wireless power from the wireless power transmitter by magnetic coupling with a wireless power transmitter at an operating frequency, and converts an AC signal generated by the wireless power into a DC signal.
  • a power pick-up unit configured to convert, receiving the DC signal from the power pick-up unit, in-band communication using the operating frequency, and outband using a frequency other than the operating frequency and a communication/control unit configured to perform at least one of (out-band) communication, and a load configured to receive the DC signal from the power pickup unit.
  • the communication/control unit performs a handover procedure from the in-band communication to the out-band communication. It can be configured to perform.
  • the communication/control unit may perform the handover procedure based on a connection establishment procedure between devices of low power Bluetooth low energy (BLE).
  • BLE Bluetooth low energy
  • connection establishment procedure between devices may use a fast advertising packet or a directed advertising packet and a connection request packet.
  • the communication/control unit receives the high-speed advertisement packet or the direct advertisement packet from the wireless power transmission device through scanning, and responds to the high-speed advertisement packet or the direct advertisement packet. As may be configured to perform the step of transmitting the connection request packet to the wireless power transmission device.
  • the communication/control unit transmits the high-speed advertisement packet or the direct advertisement packet to the wireless power transmission device, and the connection request packet in response to the high-speed advertisement packet or the direct advertisement packet. It may be configured to perform the step of receiving from the wireless power transmission device.
  • the communication/control unit when the connection establishment procedure between the low-power Bluetooth devices is completed, receives characteristic information about the wireless power receiver based on a Generic Attribute Profile (GATT). It may be configured to transmit to the wireless power transmission device, or to receive characteristic information about the wireless power transmission device from the wireless power transmission device.
  • GATT Generic Attribute Profile
  • the characteristic information about the wireless power receiver may be transmitted by being included in a write request message based on the GATT.
  • the characteristic information about the wireless power receiving device may be transmitted by being included in an indication message or a notification message based on the GATT.
  • the characteristic information about the wireless power receiving apparatus includes an identification and configuration phase, a negotiation phase, a calibration phase, a power transfer phase, and a renegotiation phase. It may be transmitted in at least one phase of the phase (renegotiation phase).
  • the communication/control unit includes an out-band communication module performing the out-band communication and an in-band communication module performing the in-band communication, and the out-band communication module includes a first phase when a phase is changed.
  • the change indicator may be transmitted to the in-band communication module, and the in-band communication module may be configured to transmit a second phase change indicator to the out-band communication module when a phase is changed.
  • the communication/control unit performs a procedure of negotiating a maximum transmission unit (maximum transmission unit (MTU)), which is the maximum data size that can be transmitted, with the wireless power transmission apparatus, and when negotiation regarding the MTU is completed, It may be configured to perform transmission or reception of data generated based on the MTU.
  • MTU maximum transmission unit
  • the generated data may be authentication-related data.
  • the communication/control unit may be configured to perform transmission or reception of data generated based on a Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP).
  • L2CAP Logical Link Control and Adaptation Protocol
  • the characteristic information about the wireless power receiver and the characteristic information about the wireless power transmitter are provided by a Bluetooth profile dedicated to wireless power transfer (WPT). It may be defined by a wireless power transmission service (WPT service).
  • WPT service wireless power transmission service
  • the characteristic information on the wireless power receiver and the characteristic information on the wireless power transmitter may be defined by a wireless power transmission service (WPT service) provided by another Bluetooth profile.
  • WPT service wireless power transmission service
  • a wireless power transmission device supporting heterogeneous communication is provided.
  • the device is a power conversion unit configured to transmit wireless power to the wireless power receiver by magnetic coupling with a wireless power receiver at an operating frequency, and the operating frequency
  • It includes a communication / control unit configured to perform at least one of the in-band (in-band) communication and out-band (out-band) communication using a frequency other than the operating frequency.
  • the communication/control unit may be configured to perform a handover procedure from the in-band communication to the out-band communication.
  • FIG. 1 is a block diagram of a wireless power system 10 according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram of a wireless power system 10 according to another embodiment.
  • 3A shows an embodiment of various electronic devices in which a wireless power transmission system is introduced.
  • 3B shows an example of a WPC NDEF in a wireless power transmission system.
  • 4A is a block diagram of a wireless power transmission system according to another embodiment.
  • 4B is a diagram illustrating an example of a Bluetooth communication architecture to which the present invention can be applied.
  • 4C is a block diagram illustrating a wireless power transmission system using BLE communication according to an example.
  • 4D is a block diagram illustrating a wireless power transmission system using BLE communication according to another example.
  • 5 is a state transition diagram for explaining a wireless power transmission procedure.
  • FIG. 6 illustrates a power control control method according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a block diagram of a wireless power transmission apparatus according to another embodiment.
  • FIG. 8 shows a wireless power receiving apparatus according to another embodiment.
  • FIG. 9 shows a communication frame structure according to an embodiment.
  • FIG. 10 is a structure of a sink pattern according to an embodiment.
  • 11 is a diagram illustrating an operating state of a wireless power transmitter and a wireless power receiver in a shared mode according to an embodiment.
  • FIG. 12 is a block diagram illustrating a wireless charging certificate format according to an embodiment.
  • FIG. 13 is a performance packet structure of a wireless power transmission apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 14 is a configuration packet structure of a wireless power receiver according to an embodiment.
  • 15 illustrates an application level data stream between a wireless power transmitter and a receiver according to an example.
  • FIG. 16 shows the data representation, operating mode, and system architecture of BLE.
  • FIG. 17 shows a state in which WPTS according to an example is dependent as an EIoB service in a specific profile.
  • 19 is a flowchart of an operation in a phase after handover and a handover procedure to outband communication according to an example.
  • 20 is a flowchart illustrating a handover procedure according to an example.
  • 21 is a flowchart illustrating a handover procedure according to another example.
  • 22 is a flowchart illustrating a handover procedure according to another example.
  • 23 is a flowchart illustrating a handover procedure according to another example.
  • 24 is a flowchart illustrating a method of exchanging information based on outband communication according to an example.
  • 25 is a flowchart illustrating a method of exchanging information based on outband communication according to another example.
  • 26 is a flowchart illustrating a method of exchanging information based on outband communication according to another example.
  • 27 is a flowchart illustrating a method of exchanging information based on outband communication according to another example.
  • wireless power used hereinafter is any form related to an electric field, a magnetic field, an electromagnetic field, etc. transmitted from a wireless power transmitter to a wireless power receiver without the use of physical electromagnetic conductors. It is used to mean the energy of.
  • the wireless power may also be called a wireless power signal, and may mean an oscillating magnetic flux enclosed by the primary coil and the secondary coil.
  • power conversion in a system is described herein to wirelessly charge devices including mobile phones, cordless phones, iPods, MP3 players, headsets, and the like.
  • the basic principles of wireless power transmission include, for example, a method of delivering power through magnetic coupling, a method of delivering power through radio frequency (RF), and microwaves. ), and a method of transmitting power through ultrasonic waves.
  • RF radio frequency
  • FIG. 1 is a block diagram of a wireless power system 10 according to an embodiment.
  • the wireless power system 10 includes a wireless power transmission device 100 and a wireless power reception device 200.
  • the wireless power transmission apparatus 100 receives power from an external power source S to generate a magnetic field.
  • the wireless power receiving device 200 generates electric current using the generated magnetic field to receive power wirelessly.
  • the wireless power transmission device 100 and the wireless power reception device 200 may transmit and receive various information necessary for wireless power transmission.
  • the communication between the wireless power transmission device 100 and the wireless power reception device 200 is in-band communication using a magnetic field used for wireless power transmission or out-band communication using a separate communication carrier. It can be performed according to any one of (out-band communication).
  • Out-band communication may also be referred to as out-of-band communication.
  • terms are uniformly described through out-band communication. Examples of the out-band communication may include NFC, Bluetooth (Bluetooth), Bluetooth low energy (BLE).
  • the wireless power transmission apparatus 100 may be provided as a fixed or mobile type.
  • the fixed type include a type embedded in furniture such as an indoor ceiling or a wall or a table, an outdoor parking lot, a type installed in an implantation form at a bus station or subway station, or a type installed in a vehicle or train. There is this.
  • the portable wireless power transmission device 100 may be implemented as part of another device, such as a portable device having a movable weight or size or a cover of a notebook computer.
  • the wireless power receiving device 200 should be interpreted as a comprehensive concept including various electronic devices having a battery and various household appliances that are powered by wireless power instead of power cables.
  • Representative examples of the wireless power receiving device 200 include a portable terminal, a cellular phone, a smart phone, a personal digital assistant (PDA), and a portable media player (PMP: Portable Media Player), a Wibro terminal, a tablet, a phablet, a notebook, a digital camera, a navigation terminal, a television, and an electronic vehicle (EV).
  • PDA personal digital assistant
  • PMP Portable Media Player
  • the wireless power receiving device 200 may be one or more.
  • the wireless power transmission device 100 and the wireless power reception device 200 are represented as exchanging power on a one-to-one basis, but as illustrated in FIG. 2, one wireless power transmission device 100 includes a plurality of wireless power reception devices It is also possible to transfer power to (200-1, 200-2,..., 200-M).
  • one wireless power transmission device 100 applies a simultaneous transmission method or a time division transmission method to simultaneously apply multiple wireless power reception devices 200-1, 200-2, ...,200-M).
  • FIG. 1 shows a state in which the wireless power transmission device 100 directly transmits power to the wireless power reception device 200
  • wireless communication between the wireless power transmission device 100 and the wireless power reception device 200 is shown.
  • a separate wireless power transmission/reception device such as a relay or repeater for increasing the power transmission distance may be provided.
  • power is transmitted from the wireless power transmission device 100 to the wireless power transmission and reception device, and the wireless power transmission and reception device may again transmit power to the wireless power reception device 200.
  • the wireless power receiver, the power receiver, and the receiver referred to in this specification refer to the wireless power receiving device 200.
  • the wireless power transmitter, the power transmitter, and the transmitter referred to herein refer to the wireless power receiving and transmitting device 100.
  • 3A shows an embodiment of various electronic devices in which a wireless power transmission system is introduced.
  • 3A illustrates electronic devices classified according to the amount of power transmitted and received in the wireless power transmission system.
  • wearable devices such as a smart watch, a smart glass, a head mounted display (HMD), and a smart ring and earphones, a remote control, a smartphone, a PDA, and a tablet
  • a small power (about 5 W or less or about 20 W or less) wireless charging method may be applied to mobile electronic devices such as PCs (or portable electronic devices).
  • Medium/small-sized household appliances such as laptops, robot cleaners, TVs, sound equipment, vacuum cleaners, and monitors may be applied with a medium power (about 50W or less or about 200W) or less wireless charging method.
  • Personal mobile devices or electronic devices/mobile devices
  • blenders such as blenders, microwave ovens, kitchen appliances such as electric rice cookers, wheelchairs, electric kickboards, electric bicycles, and electric vehicles have high power (approximately 2 kW or less or 22 kW or less).
  • Wireless charging may be applied.
  • the electronic devices/mobile means described above may each include a wireless power receiver, which will be described later. Accordingly, the above-mentioned electronic devices/mobile means can be charged by receiving power wirelessly from the wireless power transmitter.
  • WPC wireless power consortium
  • AFA air fuel alliance
  • PMA power matters alliance
  • the WPC standard defines a baseline power profile (BPP) and an extended power profile (EPP).
  • BPP relates to a wireless power transmitter and receiver supporting 5W power transmission
  • EPP relates to a wireless power transmitter and receiver supporting power transmission in a range greater than 5W and smaller than 30W.
  • WPC classifies wireless power transmitters and receivers into power class (PC) -1, PC0, PC1, and PC2, and provides standard documents for each PC.
  • PC power class
  • the PC-1 standard relates to wireless power transmitters and receivers that provide less than 5W of guaranteed power.
  • the application of PC-1 includes a wearable device such as a smart watch.
  • the PC0 standard relates to a wireless power transmitter and receiver that provide 5W guaranteed power.
  • the PC0 standard includes EPP with guaranteed power up to 30W.
  • In-band (IB) communication is a mandatory communication protocol of PC0, but out-band (OB) communication used as an optional backup channel can also be used.
  • the wireless power receiver can identify whether OB is supported by setting the OB flag in a configuration packet.
  • a wireless power transmission apparatus supporting OB may enter an OB handover phase by transmitting a bit-pattern for OB handover in response to the configuration packet.
  • the response to the configuration packet may be NAK, ND, or a newly defined 8-bit pattern.
  • the application of PC0 includes a smartphone.
  • the PC1 standard relates to a wireless power transmitter and receiver that provide guaranteed power of 30W to 150W.
  • OB is an essential communication channel for PC1
  • IB is used as initialization and link establishment to OB.
  • the wireless power transmitter may enter the OB handover phase using a bit pattern for OB handover in response to the configuration packet.
  • Applications for PC1 include laptops or power tools.
  • the PC2 standard relates to a wireless power transmission and reception device that provides a guaranteed power of 200W to 2kW, and its application includes kitchen appliances.
  • PCs may be distinguished according to power levels, and whether to support the same compatibility between PCs may be optional or mandatory.
  • compatibility between the same PCs means that power transmission and reception between the same PCs is possible.
  • a wireless power transmitter that is PC x can charge a wireless power receiver having the same PC x
  • compatibility between different PCs may also be supported.
  • the compatibility between different PCs means that power transmission and reception between different PCs is possible.
  • a wireless power transmitter that is PC x can charge a wireless power receiver having PC y, it can be considered that compatibility between different PCs is maintained.
  • a lap-top charging wireless power receiver capable of stably charging only when power is continuously transmitted is a wireless power transmitter of the same PC.
  • a wireless power transmitter of the same PC for example, a wireless power transmitter with a minimum guaranteed power of 200W transmits power to a wireless power receiver with a maximum guaranteed power of 5W, and the wireless power receiver There is a risk of damage.
  • Wireless power transmission and reception devices can provide a very convenient user experience and interface (UX/UI). That is, a smart wireless charging service may be provided, and the smart wireless charging service may be implemented based on a UX/UI of a smart phone including a wireless power transmission device. For these applications, the interface between the smartphone's processor and the wireless charging receiver allows for "drop and play" two-way communication between the wireless power transmitter and receiver.
  • UX/UI user experience and interface
  • a user may experience a smart wireless charging service at a hotel.
  • the wireless charger transmits wireless power to the smartphone, and the smartphone receives wireless power.
  • the wireless charger transmits information about the smart wireless charging service to the smartphone.
  • the smart phone detects that it is located on the wireless charger, detects the reception of wireless power, or the smart phone receives information about the smart wireless charging service from the wireless charger, the smartphone agrees to the user as an additional feature ( opt-in).
  • the smart phone can display the message on the screen in a manner with or without an alarm sound.
  • An example of the message may include the phrase "Welcome to ### hotel.
  • the smartphone receives input from a user who selects Yes or No Thanks, and performs the next procedure selected by the user. If Yes is selected, the smartphone transmits the information to the wireless charger. And the smart phone and the wireless charger perform the smart charging function together.
  • the smart wireless charging service may also include receiving WiFi credentials auto-filled.
  • the wireless charger transmits the WiFi qualification to the smartphone, and the smartphone automatically enters the WiFi qualification received from the wireless charger by running the appropriate app.
  • the smart wireless charging service may also include executing a hotel application that provides hotel promotions, or obtaining remote check-in/check-out and contact information.
  • a user may experience a smart wireless charging service in a vehicle.
  • the wireless charger transmits wireless power to the smartphone, and the smartphone receives wireless power.
  • the wireless charger transmits information about the smart wireless charging service to the smartphone.
  • the smart phone detects that it is located on the wireless charger, detects the reception of wireless power, or the smart phone receives information about the smart wireless charging service from the wireless charger, the smart phone prompts the user to confirm identity. Enter the inquiry state.
  • the smartphone is automatically connected to the car via WiFi and/or Bluetooth.
  • the smartphone may display a message on the screen in a manner with or without an alarm sound.
  • An example of the message may include the phrase "Welcome to your car. Select "Yes" to synch device with in-car controls: Yes
  • the smartphone receives input from a user who selects Yes or No Thanks, and performs the next procedure selected by the user. If Yes is selected, the smartphone transmits the information to the wireless charger.
  • the smart phone and the wireless charger run the in-vehicle application/display software, so that the in-vehicle smart control function can be performed together. The user can enjoy the desired music and check the regular map location.
  • In-vehicle application/display software may include the ability to provide synchronous access for passers-by.
  • a user may experience smart wireless charging at home.
  • the wireless charger transmits wireless power to the smartphone, and the smartphone receives wireless power.
  • the wireless charger transmits information about the smart wireless charging service to the smartphone.
  • the smart phone detects the location of the wireless charger, detects the reception of wireless power, or the smart phone receives information about the smart wireless charging service from the wireless charger, the smart phone gives the user consent as an additional feature ( opt-in).
  • the smartphone may display a message on the screen in a manner with or without an alarm sound.
  • An example of the message may include the phrase "Hi xxx, Would you like to activate night mode and secure the building?: Yes
  • the smartphone receives input from a user who selects Yes or No Thanks, and performs the next procedure selected by the user. If Yes is selected, the smartphone transmits the information to the wireless charger. Smartphones and wireless chargers can at least recognize the user's pattern and invite the user to lock doors and windows, turn off lights, or set an alarm.
  • a'profile' will be newly defined as an index/reference indicating/indicating compatibility. That is, it can be interpreted that power transmission/reception is not possible between wireless power transmission/reception devices having the same “profile”, and compatibility is maintained, thereby enabling stable power transmission/reception.
  • the profile may be defined depending on the compatibility and/or application regardless of (or independently) power class.
  • the profiles can be broadly divided into three categories: i) mobile and computing, ii) power tools, and iii) kitchens.
  • the profile can be largely divided into four types: i) mobile, ii) electric tool, iii) kitchen and iv) wearable.
  • the PC can be defined as PC0 and/or PC1
  • the communication protocol/method is IB and OB
  • the operating frequency can be defined as 87 to 205 kHz.
  • Examples of the application include a smartphone, a laptop-top, etc. Can.
  • the PC can be defined as PC1
  • the communication protocol/method is IB
  • the operating frequency can be defined as 87 to 145kHz, and an example of an application may include a power tool.
  • the PC may be defined as PC2
  • the communication protocol/method is NFC-based
  • the operating frequency may be defined as less than 100kHz
  • examples of the application may include a kitchen/home appliance.
  • NFC communication may be used between the wireless power transmitter and receiver.
  • the wireless power transmitter and receiver can confirm that they are NFC devices with each other by exchanging WPC NDEF (NFC Data Exchange Profile Format).
  • WPC NDEF NFC Data Exchange Profile Format
  • the WPC NDEF may include an application profile field (eg 1B), a version field (eg 1B), and profile specific data (eg 1B) as shown in FIG. 3B.
  • the application profile field indicates whether the device is i) mobile and computing, ii) power tool, and iii) kitchen, and the upper nibble in the version field indicates the major version and the lower nibble. (lower nibble) indicates a minor version.
  • the profile-specific data defines the content for the kitchen.
  • the PC may be defined as PC-1
  • the communication protocol/method as IB the communication protocol/method as IB
  • the operating frequency may be defined as 87 to 205 kHz
  • examples of the application may include wearable devices worn on the user's body.
  • Maintaining compatibility between the same profiles may be mandatory, and maintaining compatibility between different profiles may be optional.
  • profiles may be generalized and expressed as first to nth profiles, and new profiles may be added/replaced according to WPC standards and embodiments.
  • the wireless power transmission apparatus selectively performs power transmission only to the wireless power receiving apparatus of the same profile as itself, thereby enabling more stable power transmission.
  • the burden on the wireless power transmission device is reduced and power transmission to an incompatible wireless power reception device is not attempted, the risk of damage to the wireless power reception device is reduced.
  • PC1 in the'mobile' profile can be defined by borrowing an optional extension such as OB based on PC0, and in the case of the'powered tools' profile, the PC1'mobile' profile can be defined simply as a modified version.
  • the technology may be developed in the direction of maintaining the compatibility between different profiles.
  • the wireless power transmitter or the wireless power receiver may inform the other party of his/her profile through various methods.
  • a wireless power transmitter is called a power transmitting unit (PTU)
  • a wireless power receiver is called a power receiving unit (PRU)
  • the PTU is classified into a number of classes as shown in Table 1, and the PRU is shown in Table 2. It is classified into multiple categories.
  • P TX_IN_MAX Minimum category support requirements Minimum value for the maximum number of devices supported Class 1 2W 1x Category 1 1x Category 1 Class 2 10W 1x Category 3 2x Category 2 Class 3 16W 1x Category 4 2x Category 3 Class 4 33W 1x Category 5 3x Category 3 Class 5 50W 1x Category 6 4x Category 3 Class 6 70 W 1x Category 7 5x Category 3
  • the maximum output power capability (capability) of the class n PTU is greater than or equal to the value of P TX_IN_MAX of the corresponding class.
  • the PRU cannot draw more power than is specified in that category.
  • 4A is a block diagram of a wireless power transmission system according to another embodiment.
  • the wireless power transmission system 10 includes a mobile device 450 that wirelessly receives power and a base station 400 that wirelessly transmits power.
  • the base station 400 is a device that provides inductive power or resonant power, and may include at least one wireless power transmitter 100 and a system unit 405.
  • the wireless power transmitter 100 may transmit induction power or resonant power, and control transmission.
  • the wireless power transmitter 100 transmits power to a power conversion unit 110 that converts electrical energy into a power signal by generating a magnetic field through a primary coil(s) and an appropriate level.
  • a communication / control unit communications & control unit, 120
  • the system unit 405 may perform other operation control of the base station 400 such as input power provisioning, control of a plurality of wireless power transmitters, and user interface control.
  • the primary coil may generate an electromagnetic field using alternating current power (or voltage or current).
  • the primary coil may receive AC power (or voltage or current) of a specific frequency output from the power conversion unit 110, thereby generating a magnetic field of a specific frequency.
  • the magnetic field may be generated in a non-radiation type or a radiation type, and the wireless power receiving device 200 receives this to generate a current. In other words, the primary coil is to transmit power wirelessly.
  • the primary coil and the secondary coil may have any suitable shapes, and may be copper wire wound around high permeability formations, such as ferrite or amorphous metal.
  • the primary coil may also be called a transmitting coil, a primary core, a primary winding, a primary loop antenna, and the like.
  • the secondary coil may be called a receiving coil, a secondary core, a secondary winding, a secondary loop antenna, or a pickup antenna. .
  • the primary coil and the secondary coil may be provided in the form of a primary resonant antenna and a secondary resonant antenna, respectively.
  • the resonant antenna may have a resonant structure including a coil and a capacitor.
  • the resonance frequency of the resonant antenna is determined by the inductance of the coil and the capacitance of the capacitor.
  • the coil may be formed in the form of a loop.
  • a core may be disposed inside the roof.
  • the core may include a physical core such as a ferrite core or an air core.
  • Energy transmission between the primary resonant antenna and the secondary resonant antenna may be achieved through a resonance phenomenon of a magnetic field.
  • Resonant phenomenon refers to a phenomenon in which high-efficiency energy transfer occurs between two resonant antennas when both resonant antennas are coupled to each other when adjacent resonant antennas are located when a near field corresponding to the resonant frequency occurs in one resonant antenna. .
  • the primary and secondary resonant antennas When a magnetic field corresponding to a resonance frequency occurs between the primary and secondary resonant antenna antennas, a phenomenon occurs in which the primary and secondary resonant antennas resonate with each other, and accordingly, in the general case, the primary resonant antenna The magnetic field is focused toward the secondary resonant antenna with higher efficiency than when the magnetic field is radiated into the free space, and thus energy can be transferred from the primary resonant antenna to the secondary resonant antenna with high efficiency.
  • the magnetic induction method may be implemented similarly to the magnetic resonance method, but at this time, the frequency of the magnetic field need not be the resonance frequency. Instead, in the magnetic induction method, matching between the loops constituting the primary coil and the secondary coil is required, and the gap between the loops must be very close.
  • the wireless power transmitter 100 may further include a communication antenna.
  • the communication antenna may transmit and receive communication signals using communication carriers other than magnetic field communication.
  • the communication antenna may transmit and receive communication signals such as Wi-Fi, Bluetooth, Bluetooth LE, ZigBee, and NFC.
  • the communication/control unit 120 may transmit and receive information with the wireless power receiving device 200.
  • the communication/control unit 120 may include at least one of an IB communication module or an OB communication module.
  • the IB communication module can transmit and receive information using a magnetic wave having a specific frequency as a center frequency.
  • the communication/control unit 120 may perform in-band communication by loading information on a magnetic wave through a primary coil or receiving a magnetic wave containing information through a primary coil.
  • modulation methods such as binary phase shift keying (BPSK) or amplitude shift keying (ASK), and Manchester coding or non-return-to-zero (NZR-L) level
  • Coding methods such as coding can be used to store information on magnetic waves or to interpret magnetic waves containing information.
  • the communication/control unit 120 can transmit and receive information up to a distance of several meters at a data rate of several kbps.
  • the OB communication module may perform out-band communication through a communication antenna.
  • the communication/control unit 120 may be provided as a short-range communication module.
  • Examples of the short-range communication module include a communication module such as Wi-Fi, Bluetooth, Bluetooth LE, ZigBee, NFC.
  • the communication/control unit 120 may control the overall operation of the wireless power transmission device 100.
  • the communication/control unit 120 may perform various information calculation and processing, and control each component of the wireless power transmission apparatus 100.
  • the communication/control unit 120 may be implemented as a computer or similar device using hardware, software, or a combination thereof.
  • the communication/control unit 120 may be provided in the form of an electronic circuit that processes an electrical signal and performs a control function, and in software, in the form of a program that drives the hardware communication/control unit 120. Can be provided.
  • the communication/control unit 120 may control transmission power by controlling an operating point.
  • the controlling operation point may correspond to a combination of frequency (or phase), duty cycle, duty ratio and voltage amplitude.
  • the communication/control unit 120 may control transmission power by adjusting at least one of frequency (or phase), duty cycle, duty ratio, and voltage amplitude.
  • the wireless power transmitter 100 supplies constant power
  • the wireless power receiver 200 may also control the received power by controlling the resonance frequency.
  • the mobile device 450 receives and stores the power received from the wireless power receiver 200 and a wireless power receiver 200 that receives wireless power through a secondary coil. It includes a load (load 455) to supply.
  • the wireless power receiver 200 may include a power pick-up unit 210 and a communication & control unit 220.
  • the power pickup unit 210 may receive wireless power through a secondary coil and convert it into electrical energy.
  • the power pickup unit 210 rectifies the AC signal obtained through the secondary coil and converts it into a DC signal.
  • the communication/control unit 220 may control transmission and reception of wireless power (power transmission and reception).
  • the secondary coil may receive wireless power transmitted from the wireless power transmission device 100.
  • the secondary coil can receive power using a magnetic field generated by the primary coil.
  • a specific frequency is a resonance frequency
  • a self-resonance phenomenon occurs between the primary coil and the secondary coil, so that power can be efficiently transmitted.
  • the communication/control unit 220 may further include a communication antenna.
  • the communication antenna may transmit and receive communication signals using communication carriers other than magnetic field communication.
  • the communication antenna may transmit and receive communication signals such as Wi-Fi, Bluetooth, Bluetooth LE, ZigBee, and NFC.
  • the communication/control unit 220 may transmit and receive information with the wireless power transmission device 100.
  • the communication/control unit 220 may include at least one of an IB communication module or an OB communication module.
  • the IB communication module can transmit and receive information using a magnetic wave having a specific frequency as a center frequency.
  • the communication/control unit 220 may perform IB communication by loading information on a magnetic wave through a secondary coil or receiving a magnetic wave containing information through a secondary coil.
  • modulation methods such as binary phase shift keying (BPSK) or amplitude shift keying (ASK), and Manchester coding or non-return-to-zero (NZR-L) level
  • Coding methods such as coding can be used to store information on magnetic waves or to interpret magnetic waves containing information.
  • BPSK binary phase shift keying
  • ASK amplitude shift keying
  • NZR-L non-return-to-zero
  • the OB communication module may perform out-band communication through a communication antenna.
  • the communication/control unit 220 may be provided as a short-range communication module.
  • Examples of the short-range communication module include a communication module such as Wi-Fi, Bluetooth, Bluetooth LE, ZigBee, NFC.
  • the communication/control unit 220 may control the overall operation of the wireless power receiving device 200.
  • the communication/control unit 220 may perform various information calculation and processing, and control each component of the wireless power receiving device 200.
  • the communication/control unit 220 may be implemented as a computer or similar device using hardware, software, or a combination thereof.
  • the communication/control unit 220 may be provided in the form of an electronic circuit that processes an electrical signal and performs a control function, and in software, in the form of a program that drives the hardware communication/control unit 220. Can be provided.
  • the communication/control unit 120 and the communication/control unit 220 are Bluetooth or Bluetooth LE as an OB communication module or a short-range communication module
  • the communication/control unit 120 and the communication/control unit 220 are respectively shown in FIG. 4B. It can be implemented and operated with the same communication architecture.
  • 4B is a diagram illustrating an example of a Bluetooth communication architecture to which the present invention can be applied.
  • FIG. 4B (a) shows an example of a protocol stack of Bluetooth Basic Rate (BR)/Enhanced Data Rate (EDR) supporting GATT, and (b) of Bluetooth Low Energy (LE).
  • BR Basic Rate
  • EDR Enhanced Data Rate
  • LE Bluetooth Low Energy
  • the Bluetooth BR/EDR protocol stack is based on the host controller interface (Host Controller Interface, HCI, 18), the upper controller stack (Controller stack, 460) and the lower It may include a host stack (Host Stack, 470).
  • the host stack (or host module) 470 refers to a wireless transmission/reception module receiving a Bluetooth signal of 2.4 GHz and hardware for transmitting or receiving Bluetooth packets, and the controller stack 460 is connected to the Bluetooth module to connect the Bluetooth module. Control and perform actions.
  • the host stack 470 may include a BR/EDR PHY layer 12, a BR/EDR baseband layer 14, and a link manager layer (Link Manager 16).
  • the BR/EDR PHY layer 12 is a layer that transmits and receives a 2.4 GHz wireless signal.
  • GFSK Gausian Frequency Shift Keying
  • the BR/EDR baseband layer 14 is responsible for transmitting a digital signal, selects a channel sequence hopping 1400 times per second, and transmits a 625us length time slot for each channel.
  • the link manager layer 16 controls the overall operation (link setup, control, security) of the Bluetooth connection by utilizing the Link Manager Protocol (LMP).
  • LMP Link Manager Protocol
  • the link manager layer 16 may perform the following functions.
  • the host controller interface layer 18 provides an interface between the host module and the controller module, so that the host provides commands and data to the controller, and the controller can provide events and data to the host.
  • the host stack (or host module, 20) includes a logical link control and adaptation protocol (L2CAP, 21), an attribute protocol (Protocol, 22), a generic attribute profile (GATT, 23), a generic access profile (Generic Access) Profile, GAP, 24), BR/EDR profile 25.
  • L2CAP logical link control and adaptation protocol
  • An attribute protocol Protocol, 22
  • GATT generic attribute profile
  • GAP Generic Access Profile
  • BR/EDR profile 25 BR/EDR profile
  • the logical link control and adaptation protocol may provide one bidirectional channel for transmitting data to a specific protocol or captive file.
  • the L2CAP 21 can multiplex various protocols, profiles, etc. provided by the upper Bluetooth.
  • L2CAP of Bluetooth BR/EDR uses dynamic channel, supports protocol service multiplexer, retransmission, streaming mode, and provides segmentation and reassembly, per-channel flow control, and error control.
  • the general attribute profile may be operable as a protocol that describes how the attribute protocol 22 is used when configuring services.
  • the general attribute profile 23 may be operable to define how ATT attributes are grouped together into services, and may be operable to describe features associated with services.
  • the general attribute profile 23 and the attribute protocols ATT, 22 can use features to describe the device's state and services, and how features are related to each other and how they are used.
  • the attribute protocol 22 and the BR/EDR profile 25 define a service profile using Blues BR/EDR and an application protocol for exchanging and receiving these data, and the Generic Access Profile , GAP, 24) defines the level of device discovery, connectivity, and security.
  • the Bluetooth LE protocol stack includes a controller stack (480) operable to process a timing-critical wireless device interface and a host stack operable to process high level data. (Host stack, 490).
  • controller stack 480
  • host stack operable to process high level data.
  • the controller stack 480 may be implemented using a communication module that may include a Bluetooth wireless device, for example, a processor module that may include a processing device such as a microprocessor.
  • the host stack 490 can be implemented as part of an OS running on a processor module, or as an instantiation of a package on top of the OS.
  • controller stack and host stack can be run or executed on the same processing device in the processor module.
  • the controller stack 480 includes a physical layer (PHY, 32), a link layer (Link Layer, 34) and a host controller interface (Host Controller Interface, 36).
  • PHY physical layer
  • Link Layer Link Layer
  • Hos Controller Interface 36
  • the physical layer (PHY, wireless transmit/receive module, 32) is a layer that transmits and receives a 2.4 GHz wireless signal and uses GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) modulation and a frequency hopping scheme consisting of 40 RF channels.
  • GFSK Gausian Frequency Shift Keying
  • the link layer 34 which serves to transmit or receive Bluetooth packets, creates an inter-device connection after performing Advertising and Scanning functions using 3 Advertising channels, and up to 257 bytes of data packets through 37 Data channels. It provides the function to send and receive.
  • the host stack includes a Generic Access Profile (GAP) 40, a logical link control and adaptation protocol (L2CAP, 41), a security manager (Security Manager, SM, 42), an attribute protocol (ATT, 440), and a general attribute profile.
  • GAP Generic Access Profile
  • L2CAP logical link control and adaptation protocol
  • SM Security Manager
  • ATT attribute protocol
  • 440 attribute protocol
  • general attribute profile GATT, 44
  • Generic Access Profile Generic Access Profile
  • 25 Generic Access Profile
  • LT Profile 46 a general attribute profile.
  • the host stack 490 is not limited to this, and may include various protocols and profiles.
  • the host stack uses L2CAP to multiplex various protocols, profiles, etc. provided by Bluetooth.
  • Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP) 41 may provide one bidirectional channel for transmitting data to a specific protocol or profile.
  • the L2CAP 41 may be operable to multiplex data between upper layer protocols, segment and reassemble packages, and manage multicast data transmission.
  • Bluetooth LE three fixed channels (one for signaling CH, one for Security Manager, and one for Attribute protocol) are basically used. And, if necessary, a dynamic channel may be used.
  • a basic channel/enhanced data rate uses a dynamic channel, and supports protocol service multiplexer, retransmission, and streaming mode.
  • SM Security Manager
  • ATT Attribute Protocol
  • ATT is a server-client (Server-Client) structure defines the rules for accessing the data of the other device.
  • ATT has the following 6 message types (Request, Response, Command, Notification, Indication, Confirmation).
  • the Request message is a message for requesting and delivering specific information from the client device to the server device
  • the Response message is a response message to the Request message, which can be used for transmission from the server device to the client device
  • Command message This is a message that is mainly sent from a client device to a server device to instruct a command of a specific operation.
  • the server device does not send a response to a command message to a client device.
  • Notification message This is a message that is sent from the server device to the client device for notification, such as an event.
  • the client device does not send a confirmation message for the Notification message to the server device.
  • Indication and Confirm message This is a message sent from the server device to the client device for notification, such as an event. Unlike the Notification message, the client device sends a confirmation message for the Indication message to the server device.
  • the present invention enables a client to clearly know the data length by transmitting a value for the data length when requesting long data in a GATT profile using the attribute protocol (ATT, 43), and is characterized from the server using a UUID.
  • the value can be sent.
  • the general access profile (GAP, 45) is a newly implemented layer for Bluetooth LE technology, and is used to control role selection and multi-profile operation for communication between Bluetooth LE devices.
  • the general access profile 45 is mainly used for device discovery, connection creation, and security procedures, and defines a method for providing information to a user, and defines the following attribute types.
  • the LE profile 46 is a profile having a dependency on GATT and is mainly applied to a Bluetooth LE device.
  • the LE profile 46 may be, for example, Battery, Time, FindMe, Proximity, Time, etc., and the specific contents of GATT-based Profiles are as follows.
  • the general attribute profile may be operable as a protocol that describes how the attribute protocol 43 is used when configuring services.
  • the general attribute profile 44 can be operable to define how ATT attributes are grouped together into services, and can be operable to describe features associated with services.
  • the general attribute profile 44 and the attribute protocols ATT, 43 can use features to describe the device's state and services, and how features are related to each other and how they are used.
  • the wireless power transmitter and receiver according to the present invention can serve as a client and a server, respectively.
  • the wireless power transmission device may be a client
  • the wireless power reception device may be a server.
  • the wireless power transmitter may be a server
  • the wireless power receiver may be a client.
  • the wireless power transmission device and the reception device according to the present invention can each serve as a scanner and an advertiser.
  • the wireless power transmission device may be an advertiser
  • the wireless power reception device may be a scanner.
  • the wireless power transmission device may be a scanner
  • the wireless power reception device may be an advertiser.
  • the BLE procedure may be divided into a device filtering procedure, an advertising procedure, a scanning procedure, a discovery procedure, and a connecting procedure.
  • the device filtering procedure is a method for reducing the number of devices that respond to requests, instructions, and notifications from the controller stack.
  • the controller stack can control the BLE controller stack to reduce power consumption by reducing the number of request transmissions.
  • the advertising device or scanning device may perform the device filtering procedure to limit devices that receive advertising packets, scan requests, or connection requests.
  • the advertisement device refers to a device that transmits an advertisement event, that is, performs an advertisement, and is also expressed as an advertiser.
  • the scanning device refers to a device that performs scanning and a device that transmits a scan request.
  • the scanning device when the scanning device receives some advertisement packets from the advertisement device, the scanning device must send a scan request to the advertisement device.
  • the scanning device may ignore advertisement packets transmitted from the advertisement device.
  • the device filtering procedure may be used in the connection request process. If device filtering is used in the connection request process, it is not necessary to transmit a response to the connection request by ignoring the connection request.
  • the advertising device performs an advertising procedure to perform non-directional broadcast to devices in the area.
  • the non-directed broadcast (Undirected Advertising) is not a broadcast to a specific device, but to all (all) devices advertising (Advertising), all devices are scanning the advertisement (Advertising) to request additional information or You can make a connection request.
  • a device designated as a receiving device may scan an advertisement and request additional information or a connection.
  • the advertising procedure is used to establish a Bluetooth connection with a nearby initiating device.
  • the advertising procedure may be used to provide periodic broadcasts of user data to scanning devices performing listening on the advertising channel.
  • all advertisements are broadcast through the advertisement physical channel.
  • Advertising devices may receive a scan request from listening devices that are listening to obtain additional user data from the advertising device.
  • the advertisement device transmits a response to the scan request to the device that transmitted the scan request through the same advertisement physical channel as the advertisement physical channel that received the scan request.
  • Broadcast user data sent as part of advertising packets is dynamic data, while scan response data is generally static data.
  • the advertising device may receive a connection request from the initiating device on the advertising (broadcast) physical channel. If the advertisement device uses a connectable advertisement event, and the initiating device is not filtered by the device filtering procedure, the advertisement device stops advertisement and enters connected mode. The advertising device may start advertising again after the connected mode.
  • a device that performs scanning that is, a scanning device, performs a scanning procedure to listen to the non-directional broadcast of user data from advertising devices using the advertising physical channel.
  • the scanning device sends a scan request to the advertising device through the advertising physical channel to request additional data from the advertising device.
  • the advertisement device transmits a scan response that is a response to the scan request, including additional data requested by the scanning device through the advertisement physical channel.
  • the scanning procedure can be used while connected to other BLE devices in the BLE piconet.
  • the scanning device If the scanning device receives a broadcast advertisement event and is in an initiator mode capable of initiating a connection request, the scanning device sends the connection request to the advertisement device through the advertisement physical channel, thereby advertising device And Bluetooth connection can be started.
  • the scanning device When the scanning device sends a connection request to the advertising device, the scanning device stops the initiator mode scanning for further broadcast and enters the connected mode.
  • Bluetooth devices Devices capable of Bluetooth communication (hereinafter referred to as “bluetooth devices”) perform advertising and scanning procedures to discover nearby devices or to be discovered by other devices within a given area.
  • the discovery process is performed asymmetrically.
  • a Bluetooth device that seeks to find other devices around it is called a discovering device and listens to devices that advertise a scannable advertising event.
  • a Bluetooth device found and available from another device is called a discoverable device, and actively broadcasts an advertising event to allow other devices to scan through the advertising (broadcast) physical channel.
  • Both the discovering device and the discoverable device may already be connected to other Bluetooth devices in the piconet.
  • connection procedure is asymmetric, and the connection procedure requires that another Bluetooth device perform the scanning procedure while the specific Bluetooth device performs the advertisement procedure.
  • the advertising process can be an objective, and as a result, only one device will respond to the advertisement.
  • the connection After receiving a connectable advertisement event from the advertisement device, the connection can be initiated by sending a connection request to the advertisement device through the advertisement (broadcast) physical channel.
  • the advertising state (Advertising State)
  • the scanning state (Scanning State)
  • the initiating state (Initiating State)
  • connection state connection state
  • the link layer LL enters the advertisement state by the instruction of the host (stack).
  • the link layer transmits advertisement packet data units (PDUs) in advertisement events.
  • PDUs advertisement packet data units
  • Each advertisement event is composed of at least one advertisement PDU, and advertisement PDUs are transmitted through advertisement channel indexes used.
  • the advertisement event may be terminated when the advertisement PDU is transmitted through the advertisement channel indexes used, respectively, or the advertisement event may be terminated earlier when the advertisement device needs to make space for performing other functions.
  • the link layer enters the scanning state at the instruction of the host (stack). In the scanning state, the link layer listens to advertisement channel indices.
  • scanning states There are two types of scanning states: passive scanning and active scanning, and each scanning type is determined by the host.
  • the scan interval is defined as the interval (interval) between the start points of two consecutive scan windows.
  • the link layer should listen to complete all scan intervals of the scan window as indicated by the host. In each scan window, the link layer must scan a different advertisement channel index. The link layer uses all available advertising channel indices.
  • the link layer only receives packets, and does not transmit any packets.
  • the link layer performs listening to rely on the type of advertisement PDUs that can request advertisement PDUs and additional information related to the advertisement device to the advertisement device.
  • the link layer enters the start state by the instruction of the host (stack).
  • the link layer When the link layer is in the initiating state, the link layer performs listening on advertisement channel indexes.
  • the link layer listens to the advertisement channel index during the scan window period.
  • the link layer enters a connection state when a device performing a connection request, that is, when the initiating device sends the CONNECT_REQ PDU to the advertising device or when the advertising device receives the CONNECT_REQ PDU from the initiating device.
  • connection state After entering the connection state, it is considered that a connection is created. However, it is not necessary to be considered to be established when the connection enters the connection state. The only difference between a newly created connection and an established connection is the link layer connection supervision timeout value.
  • the link layer performing the master role is called the master, and the link layer performing the slave role is called the slave.
  • the master adjusts the timing of the connection event, and the connection event refers to the point in time between synchronization between the master and the slave.
  • BLE devices use the packets defined below.
  • the link layer has only one packet format used for both advertising channel packets and data channel packets.
  • Each packet consists of four fields: Preamble, Access Address, PDU and CRC.
  • the PDU When one packet is transmitted on the advertisement channel, the PDU will be the advertisement channel PDU, and when one packet is transmitted on the data channel, the PDU will be the data channel PDU.
  • the advertising channel PDU Packet Data Unit
  • PDU Packet Data Unit
  • the PDU type field of the advertisement channel PDU included in the header indicates a PDU type as defined in Table 3 below.
  • Advertisement PDU (Advertising PDU) The following advertising channel PDU types are called advertisement PDUs and are used in specific events.
  • ADV_NONCONN_IND Non-connectable non-directional advertising event
  • ADV_SCAN_IND scannable non-directional advertising event
  • the PDUs are transmitted in the link layer in an advertisement state and received by the link layer in a scanning state or an initiating state.
  • the advertising channel PDU type below is called a scanning PDU and is used in the state described below.
  • SCAN_REQ transmitted by the link layer in the scanning state, and received by the link layer in the advertising state.
  • SCAN_RSP transmitted by the link layer in the advertisement state, and received by the link layer in the scanning state.
  • the advertising channel PDU type below is called a starting PDU.
  • CONNECT_REQ transmitted by the link layer in the initiation state, and received by the link layer in the advertising state.
  • the data channel PDU has a 16-bit header, a payload of various sizes, and may include a message integrity check (MIC) field.
  • MIC message integrity check
  • the load 455 may be a battery.
  • the battery may store energy using power output from the power pickup unit 210. Meanwhile, the battery is not necessarily included in the mobile device 450.
  • the battery may be provided in an external configuration in a removable form.
  • the wireless power receiving apparatus 200 may include driving means for driving various operations of the electronic device instead of the battery.
  • the mobile device 450 is shown to include the wireless power receiving device 200, and the base station 400 is shown to include the wireless power transmitting device 100, but in a broad sense, the wireless power receiving device ( 200) may be identified with the mobile device 450, and the wireless power transmitter 100 may be identified with the base station 400.
  • wireless power transmission including the communication/control unit 120 may be represented by a simplified block diagram as shown in FIG. 4C.
  • 4C is a block diagram illustrating a wireless power transmission system using BLE communication according to an example.
  • the wireless power transmission apparatus 100 includes a power conversion unit 110 and a communication/control unit 120.
  • the communication/control unit 120 includes an in-band communication module 121 and a BLE communication module 122.
  • the wireless power receiving apparatus 200 includes a power pickup unit 210 and a communication/control unit 220.
  • the communication/control unit 220 includes an in-band communication module 221 and a BLE communication module 222.
  • BLE communication modules 122 and 222 perform the architecture and operation according to FIG. 4B.
  • the BLE communication modules 122 and 222 may be used to establish a connection between the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 and exchange control information and packets necessary for wireless power transmission. have.
  • the communication/control unit 120 can be configured to operate a profile for wireless charging.
  • the profile for wireless charging may be GATT using BLE transmission.
  • the communication/control units 120 and 220 include only the in-band communication modules 121 and 221, respectively, as shown in FIG. 4D, and the BLE communication modules 122 and 222 are communication/control units 120 and It is also possible to be provided separately from 220).
  • the coil or coil part may also be referred to as a coil assembly, a coil cell, or a cell, including a coil and at least one element close to the coil.
  • 5 is a state transition diagram for explaining a wireless power transmission procedure.
  • power transmission from a wireless power transmitter to a receiver is largely a selection phase (selection phase, 510), a ping phase (ping phase, 520), identification and configuration phase (identification) and configuration phase (530), negotiation phase (negotiation phase, 540), calibration phase (calibration phase, 550), power transfer phase (power transfer phase, 560) phase and renegotiation phase (renegotiation phase, 570).
  • selection phase selection phase
  • ping phase ping phase
  • identification and configuration phase identification and configuration phase
  • configuration phase 530
  • negotiation phase noegotiation phase
  • calibration phase calibrating phase
  • power transfer phase power transfer phase
  • renegotiation phase renegotiation phase
  • the selection phase 510 transitions when a specific error or specific event is detected while starting or maintaining the power transmission, including the steps S502, S504, S508, S510 and S512, for example. Can.
  • specific errors and specific events will be clarified through the following description.
  • the wireless power transmitter may monitor whether an object is present on the interface surface. If the wireless power transmitter detects that an object is placed on the interface surface, it may transition to the ping phase 520. In the selection phase 510, the wireless power transmitter transmits an analog ping signal, which is a power signal (or pulse) corresponding to a very short duration, and the current of a transmitting coil or a primary coil. Based on the change, it is possible to detect whether an object exists in the active area of the interface surface.
  • an analog ping signal which is a power signal (or pulse) corresponding to a very short duration
  • the wireless power transmitter may measure the quality factor 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.
  • a quality factor may be measured to determine whether a wireless power receiving device is placed with a foreign object in the charging area.
  • the coil provided in the wireless power transmission device may reduce the inductance and/or series resistance component in the coil due to environmental changes, thereby reducing the quality factor value.
  • the wireless power transmitter may receive a reference quality factor value previously measured from the wireless power receiver in a state where no foreign matter is placed in the charging area.
  • the presence or absence of a foreign material may be determined by comparing the reference quality factor value received at the negotiation phase 540 with the measured quality factor value.
  • a wireless power receiving device having a low reference quality factor value for example, a specific wireless power receiving device may have a low reference quality factor value depending on the type, use, and characteristics of the wireless power receiving device-where foreign matter is present
  • a quality factor value in a specific frequency domain (ex operating frequency domain) may be measured in order to determine whether or not it is disposed with a foreign substance in the filling region.
  • the coil of the wireless power transmitter may reduce inductance and/or series resistance components in the coil due to environmental changes, thereby changing (shifting) the resonance frequency of the coil of the wireless power transmitter. That is, the quality factor peak frequency, which is the frequency at which the maximum quality factor value in the operating frequency band is measured, may be shifted.
  • the wireless power transmitter activates the receiver when an object is detected, and transmits a digital ping to identify whether the detected object is a wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter may transition back to the select phase 510 if it does not receive a response signal for digital ping, for example, a signal strength packet, from the receiver.
  • the wireless power transmitter may transition to the selection phase 510 upon receiving a signal indicating that power transmission is completed from the receiver, that is, a charging complete packet.
  • the wireless power transmitter may transition to the identification and configuration phase 530 for identifying the receiver and collecting receiver configuration and status information.
  • the wireless power transmitter may receive an unexpected packet, an undesired packet for a predefined time (time out), or a packet transmission error (transmission error), If no power transfer contract is established (no power transfer contract), it may transition to the selection phase 510.
  • the wireless power transmitter may check whether entry into the negotiation phase 540 is necessary based on the value of the negotiation field of the configuration packet received in the identification and configuration phase 530. As a result of the check, if negotiation is required, the wireless power transmitter may enter the negotiation phase 540 and perform a predetermined FOD detection procedure. On the other hand, as a result of the confirmation, if negotiation is not required, the wireless power transmission device may immediately enter the power transmission phase 560.
  • the wireless power transmitter and the receiver support outband communication such as BLE, in the identification and configuration phase 530, the outband communication module of the wireless power transmitter receives the ID or identification packet of the wireless power receiver, Send and receive messages related to the settings required for power transmission.
  • the wireless power transmitter may receive a Foreign Object Detection (FOD) status packet including a reference quality factor value.
  • FOD Foreign Object Detection
  • an FOD status packet including a reference peak frequency value may be received.
  • a status packet including a reference quality factor value and a reference peak frequency value may be received.
  • the wireless power transmission apparatus may determine a quality factor threshold for FO detection based on the reference quality factor value.
  • the wireless power transmitter may determine a peak frequency threshold for FO detection based on the reference peak frequency value.
  • the wireless power transmitter may detect whether the FO exists in the charging area using the determined quality factor threshold for detecting the FO and the currently measured quality factor value (quality factor value measured before the ping phase). Accordingly, power transmission can be controlled. For example, when a FO is detected, power transmission may be stopped, but is not limited thereto.
  • the wireless power transmitter can detect whether the FO is present in the charging area using the determined peak frequency threshold for detecting the FO and the currently measured peak frequency value (the peak frequency value measured before the ping phase). Accordingly, power transmission can be controlled. For example, when a FO is detected, power transmission may be stopped, but is not limited thereto.
  • the wireless power transmitter may return to the selection phase 510.
  • the wireless power transmission device may enter the power transmission phase 560 through the correction phase 550.
  • the wireless power transmitter determines the strength of the power received at the receiver at the correction phase 550, and the wireless power transmitter determines the strength of the power transmitted by the transmitter. Power loss at the transmitting end can be measured. That is, the wireless power transmitter may predict power loss based on the difference between the transmit power of the transmitting end and the receiving power of the receiving end in the correction phase 550.
  • the wireless power transmission apparatus may correct the threshold for FOD detection by reflecting the predicted power loss.
  • the in-band communication modules of the wireless power transmitter and the wireless power receiver in the calibration phase 550 require information for the foreign material detection algorithm according to the charging profile. Can be exchanged.
  • BLE communication connected to exchange and negotiate information related to wireless power transmission in the negotiation phase 550 may be used. And when the exchange of information related to wireless power transmission through BLE is completed during the negotiation phase 550, the outband communication module notifies the in-band communication module (or control unit) and starts power transmission to instruct the wireless power transmission start ( start power transfer) message to an in-band communication module (or control unit).
  • the wireless power transmission device receives an unexpected packet, an undesired packet for a predefined time (time out), or a violation of a preset power transmission contract. Or (power transfer contract violation), or when charging is completed, may transition to the selection phase 510.
  • the wireless power transmission device may transition to the renegotiation phase 570 when it is necessary to reconfigure the power transmission contract according to changes in the state of the wireless power transmission device. At this time, when the renegotiation is normally completed, the wireless power transmission device may return to the power transmission phase 560.
  • the correction phase 550 and the power transmission phase 560 are divided into separate steps, but the correction phase 550 may be integrated into the power transmission phase 560. In this case, the correction phase 550 Operations may be performed at power transfer phase 560.
  • the above-described power transmission contract may be established based on status and characteristic information of the wireless power transmission device and the receiver.
  • the wireless power transmission device status information may include information on the maximum transmittable power amount and information on the maximum number of receivers that can be accommodated, and the receiver status information may include information on required power.
  • FIG. 6 illustrates a power control control method according to an embodiment.
  • the wireless power transmission device 100 and the wireless power reception device 200 may control the amount of power delivered by parallel communication with power transmission and reception.
  • the wireless power transmitter and the wireless power receiver operate at specific control points.
  • the control point indicates a combination of voltage and current provided at the output of the wireless power receiver when power transmission is performed.
  • the wireless power receiver selects a desired control point-a desired output current/voltage, a temperature at a specific location of the mobile device, and additionally, an actual control point currently operating. ).
  • the wireless power receiver may calculate a control error value using a desired control point and an actual control point, and transmit it to the wireless power transmitter as a control error packet.
  • the wireless power transmitter may control/transmit power by setting/controlling a new operation point-amplitude, frequency, and duty cycle-using the received control error packet. Therefore, the control error packet is transmitted/received at regular time intervals in the strategy delivery step, and as an embodiment, the wireless power receiving device has a negative control error value to decrease the current of the wireless power transmitter and a control error when increasing the current. It can be sent by setting the value to a positive number. In this way, in the induction mode, the wireless power receiver can control power transmission by transmitting a control error packet to the wireless power transmitter.
  • the resonance mode which will be described below, it may operate in a different way than in the induction mode.
  • one wireless power transmitter In the resonance mode, one wireless power transmitter must be able to simultaneously serve multiple wireless power receivers.
  • the wireless power transmission device commonly transmits basic power, and the wireless power receiving device controls a resonance frequency of itself to use a method of controlling the amount of power received.
  • the method described in FIG. 6 is not completely excluded, and additional transmission power may be controlled by the method of FIG. 6.
  • the shared mode may refer to a mode for performing one-to-many communication and charging between the wireless power transmitter and the wireless power receiver.
  • the shared mode may be implemented by a magnetic induction method or a resonance method.
  • the wireless power transmission apparatus 700 includes a cover 720 that covers the coil assembly, a power adapter 730 that supplies power to the power transmitter 740, a power transmitter 740 that transmits wireless power, or It may include at least one of the user interface 750 providing power transmission progress and other related information.
  • the user interface 750 may be optionally included, or may be included as another user interface 750 of the wireless power transmission device 700.
  • the power transmitter 740 may include at least one of a coil assembly 760, an impedance matching circuit 770, an inverter 780, a communication unit 790 or a control unit 710.
  • the coil assembly 760 includes at least one primary coil that generates a magnetic field, and may be referred to as a coil cell.
  • the coil assembly 760 may also be called a transmission-side resonator (Tx resonator).
  • the impedance matching circuit 770 may provide impedance matching between the inverter and the primary coil(s).
  • the impedance matching circuit 770 may generate resonance at a suitable frequency that boosts the primary coil current.
  • the impedance matching circuit in the multi-coil power transmitter 740 may further include a multiplex that routes the signal from the inverter to a subset of the primary coils.
  • the impedance matching circuit may also be referred to as a tank circuit.
  • the impedance matching circuit 770 may include capacitors, inductors, and switching elements to switch their connections. Impedance matching detects the reflected wave of wireless power transmitted through the coil assembly 760, and switches the switching element based on the detected reflected wave to adjust the connection state of the capacitor or inductor, adjust the capacitance of the capacitor, or inductance of the inductor It can be performed by adjusting. In some cases, the impedance matching circuit 770 may be omitted and implemented, and the present specification also includes an embodiment of the wireless power transmitter 700 in which the impedance matching circuit 770 is omitted.
  • the impedance matching circuit 770 may be composed of a total of four inverters for power conversion for each coil, and receives a PWM signal from the control unit 710.
  • the impedance matching circuit 770 is driven by passing signals to the inverter through two four-channel logic switches.
  • the inverter 780 may convert a DC input into an AC signal.
  • Inverter 780 may be driven as a half-bridge or full-bridge to generate adjustable frequency pulse waves and duty cycles.
  • the inverter may include a plurality of stages to adjust the input voltage level.
  • the communication unit 790 may perform communication with the power receiver.
  • the power receiver performs load modulation to communicate requests and information to the power transmitter.
  • the power transmitter 740 may use the communication unit 790 to monitor the amplitude and/or phase of the current and/or voltage of the primary coil to demodulate the data transmitted by the power receiver.
  • the communication unit 970 may include any one or both of an in-band communication module and an out-band communication module.
  • the communication unit 790 is configured to search for the wireless power receiving device 800 or perform data transmission to the wireless power receiving device 800.
  • the communication unit 790 may be configured to perform a procedure related to authentication of the wireless power receiver 800.
  • the authentication includes Qi authentication.
  • the communication unit 790 may receive authentication related information from the wireless power receiving device 800 or transmit it to the wireless power receiving device 800.
  • the power transmitter 740 may control output power to transmit data using a FSK (Frequency Shift Keying) method through the communication unit 790.
  • FSK Frequency Shift Keying
  • the control unit 710 may control communication and power transmission of the power transmitter 740.
  • the control unit 710 may control power transmission by adjusting the above-described operation point.
  • the operating point may be determined, for example, by at least one of an operating frequency, duty cycle, and input voltage.
  • the control unit 710 may be configured to perform a procedure related to authentication of the wireless power receiver 800.
  • the authentication includes Qi authentication.
  • the communication unit 790 and the control unit 710 may be provided as separate units/elements/chipsets, or may be provided as one unit/element/chipset.
  • FIG. 8 shows a wireless power receiving apparatus according to another embodiment. This may belong to a wireless power transmission system in a self-resonance method or a shared mode.
  • the wireless power receiving device 800 includes a user interface 820 providing power transmission progress and other related information, a power receiver 830 receiving wireless power, a load circuit 840 or a coil assembly It may include at least one of the base 850 to cover the support.
  • the user interface 820 may optionally be included, or may be included as another user interface 82 of the power receiving equipment.
  • the power receiver 830 may include at least one of a power converter 860, an impedance matching circuit 870, a coil assembly 880, a communication unit 890, or a control unit 810.
  • the power converter 860 may convert AC power received from the secondary coil into voltage and current suitable for a load circuit.
  • the power converter 860 may include a rectifier.
  • the rectifier may rectify the received wireless power to convert AC to DC.
  • the rectifier converts alternating current to direct current using a diode or transistor, and can smooth it using a capacitor and a resistor.
  • a rectifier a full-wave rectifier implemented by a bridge circuit, etc., a half-wave rectifier, and a voltage multiplier may be used.
  • the power converter may adapt the reflected impedance of the power receiver.
  • the impedance matching circuit 870 may provide impedance matching between the secondary coil and the combination of the power converter 860 and the load circuit 840. As an embodiment, the impedance matching circuit may generate resonance around 100 kHz, which can enhance power transfer.
  • the impedance matching circuit 870 may be composed of a switching element that switches capacitors, inductors, and combinations thereof. Matching of the impedance may be performed by controlling the switching element of the circuit constituting the impedance matching circuit 870 based on the voltage value, current value, power value, frequency value, etc. of the received wireless power.
  • the impedance matching circuit 870 may be composed of a total of four inverters for power conversion for each coil, and receives a PWM signal from the control unit 810. The impedance matching circuit 870 is driven by passing signals to the inverter through two four-channel logic switches.
  • the impedance matching circuit 870 may be omitted and implemented, and the present specification also includes an embodiment of the wireless power receiving apparatus 200 in which the impedance matching circuit 870 is omitted.
  • the coil assembly 880 includes at least one secondary coil, and may optionally further include an element that shields a metal portion of the receiver from a magnetic field.
  • the coil assembly 880 may also be called a receiver-side resonator (Rx resonator).
  • the communication unit 890 may perform load modulation to communicate requests and other information to the power transmitter.
  • the power receiver 830 may switch resistors or capacitors to change the reflected impedance.
  • the communication unit 890 may include any one or both of an in-band communication module and an out-band communication module.
  • the communication unit 890 is configured to search the wireless power transmitter 700 or perform data transmission to the wireless power transmitter 700.
  • the communication unit 890 may be configured to perform a procedure related to authentication of the wireless power transmitter 700.
  • the authentication includes Qi authentication.
  • the communication unit 890 may receive information related to authentication from the wireless power transmitter 700 or transmit the information to the wireless power transmitter 700.
  • the control unit 810 may control the received power. To this end, the control unit 810 may determine/calculate the difference between the actual operating point of the power receiver 830 and the desired operating point. In addition, the control unit 810 may adjust/reduce the difference between the actual operation point and the desired operation point by performing the adjustment of the reflection impedance of the power transmitter and/or the operation point adjustment request of the power transmitter. When this difference is minimized, optimal power reception can be performed.
  • the control unit 710 may be configured to perform a procedure related to authentication of the wireless power transmitter 700. Here, the authentication includes Qi authentication.
  • the communication unit 890 and the control unit 810 may be provided as separate elements/chipsets, or may be provided as one element/chipset.
  • FIG. 9 shows a communication frame structure according to an embodiment. This may be a communication frame structure in a shared mode.
  • a slotted frame having a plurality of slots such as (A) and a free format frame without a specific shape such as (B) may be used.
  • the slot frame is a frame for transmission of short data packets from the wireless power receiver 200 to the wireless power transmitter 100, and the free-form frame does not have a plurality of slots, so long data packets It may be a frame that can be transmitted.
  • slot frame and the free-form frame may be changed to various names by those skilled in the art.
  • a slot frame may be changed to a channel frame
  • a free-form frame may be changed to a message frame or the like.
  • the slot frame may include a sync pattern indicating the start of a slot, a measurement slot, nine slots, and an additional sync pattern having the same time interval before each of the nine slots.
  • the additional sync pattern is a sync pattern different from the sync pattern indicating the start of the aforementioned frame. More specifically, the additional sync pattern may indicate information related to adjacent slots (ie, two consecutive slots located on both sides of the sync pattern) without indicating the start of the frame.
  • a sync pattern may be located between two consecutive slots among the nine slots.
  • the sync pattern may provide information related to the two consecutive slots.
  • the sync patterns provided before each of the 9 slots and the 9 slots may have the same time interval.
  • the nine slots may have a time interval of 50 ms.
  • the nine sync patterns may have a time length of 50 ms.
  • a free-form frame such as (B) may not have a specific shape other than a sync pattern and a measurement slot indicating the start of the frame. That is, the free-form frame is for performing a different role from the slot frame, for example, long data packets (eg, additional owner information packets) between the wireless power transmitter and the wireless power receiver. It can be used to perform a communication, or in a wireless power transmission device composed of a plurality of coils, to select any one of the plurality of coils.
  • FIG. 10 is a structure of a sink pattern according to an embodiment.
  • the sync pattern is composed of a preamble, a start bit, a response field, a type field, an information field, and a parity bit. Can be.
  • the start bit is shown as ZERO.
  • the preamble consists of consecutive bits, and all may be set to 0. That is, the preamble may be bits for matching the time length of the sync pattern.
  • the number of bits constituting the preamble may be dependent on the operating frequency such that the length of the sync pattern is closest to 50 ms, but within a range not exceeding 50 ms.
  • the sync pattern may consist of two preamble bits, and when the operating frequency is 105 kHz, the sync pattern may consist of three preamble bits.
  • the start bit is a bit following the preamble and may indicate zero.
  • the zero (ZERO) may be a bit indicating the type of the sync pattern.
  • the type of the sync pattern may include a frame sync including information related to the frame and a slot sync including information on the slot. That is, the sync pattern is located between consecutive frames, is a frame sync indicating the start of a frame, or is located between consecutive slots among a plurality of slots constituting a frame, and information related to the consecutive slots It may be a slot sync.
  • the corresponding slot is a slot sync located between the slot and the slot
  • the corresponding sync pattern is a frame sync located between the frame and the frame.
  • the parity bit is the last bit of the sync pattern and may indicate information on the number of bits constituting the data fields (ie, response field, type field, and information field) of the sync pattern.
  • the pre-parity bit may be 0 when the number of bits constituting the data fields of the sync pattern is even, 1, and 0 (eg, odd).
  • the Response field may include response information of the wireless power transmitter in communication with the wireless power receiver in a slot before the sync pattern.
  • the response field may have '00' when the communication with the wireless power receiver is not detected.
  • the response field may have '01' when a communication error is detected in communication with the wireless power receiver.
  • the communication error may be a case where two or more wireless power receivers attempt to access one slot and a collision occurs between two or more wireless power receivers.
  • the response field may include information indicating whether the data packet has been correctly received from the wireless power receiver. More specifically, the response field is "10" (10-not acknowledge, NAK) when the wireless power transmitter rejects the data packet (deni), when the wireless power transmitter confirms the data packet (confirm) , "11" (11-acknowledge, ACK).
  • the type field may indicate the type of sync pattern. More specifically, the type field may have a '1' indicating that the frame is sync when the sync pattern is the first sync pattern of the frame (ie, the first sync pattern of the frame, located before the measurement slot).
  • the type field may have a '0' indicating that it is a slot sync when the sync pattern is not the first sync pattern of the frame in the slot frame.
  • the meaning of the information field may be determined according to the type of sync pattern indicated by the type field. For example, when the type field is 1 (that is, when indicating a frame sync), the meaning of the information field may indicate the type of frame. That is, the information field may indicate whether the current frame is a slotted frame or a free-format frame. For example, when the information field is '00', a slot frame may be indicated, and when the information field is '01', a free-form frame may be indicated.
  • the information field may indicate the state of the next slot located after the sync pattern. More specifically, the information field is '00' when the next slot is a slot allocated to a specific wireless power receiver, '00', when a specific wireless power receiver is temporarily used, and is a locked slot, '01', or if any wireless power receiver is a freely usable slot, may have '10'.
  • 11 is a diagram illustrating an operating state of a wireless power transmitter and a wireless power receiver in a shared mode according to an embodiment.
  • the wireless power receiver operating in the shared mode includes a selection phase 1100, an introduction phase 1110, a configuration phase 1120, and a negotiation state. It may operate in any one of (Negotiation Phase) 1130 and Power Transfer Phase 1140.
  • the wireless power transmitter may transmit a wireless power signal in order to detect the wireless power receiver. That is, a process of detecting a wireless power receiver using a wireless power signal may be referred to as analog ping.
  • the wireless power receiver that has received the wireless power signal may enter the selection state 1100.
  • the wireless power receiving device that has entered the selection state 1100 may detect the presence of an FSK signal on the wireless power signal.
  • the wireless power receiver may perform communication in either an exclusive mode or a shared mode depending on whether an FSK signal is present.
  • the wireless power receiver may operate in a shared mode, otherwise, may operate in an exclusive mode.
  • the wireless power receiving device When the wireless power receiving device operates in the shared mode, the wireless power receiving device may enter the introduction state 1110.
  • the wireless power receiver may transmit a control information packet to the wireless power transmitter in order to transmit a control information packet (CI) in a set state, a negotiation state, and a power transmission state.
  • the control information packet may have a header and information related to control.
  • the control information packet may have a header of 0X53.
  • the wireless power receiver performs an attempt to request a free slot to transmit a control information (CI) packet through the following configuration, negotiation, and power transmission phases. At this time, the wireless power receiver selects a free slot and transmits the first CI packet. If the wireless power transmission device responds with an ACK to the corresponding CI packet, the wireless power transmission device enters the configuration step. If the wireless power transmission device responds with a NACK, another wireless power reception device is in progress through the configuration and negotiation phase. In this case, the wireless power receiving apparatus retries the request of the free slot.
  • CI control information
  • the wireless power receiver determines the location of the private slot in the frame by counting the remaining slot sinks up to the first frame sink. In all subsequent slot-based frames, the wireless power receiver transmits a CI packet through the corresponding slot.
  • the wireless power transmitter allows the wireless power receiver to proceed to the configuration stage, the wireless power transmitter provides a series of locked slots for exclusive use of the wireless power receiver. This ensures that the wireless power receiver proceeds with the configuration steps without collision.
  • the wireless power receiver transmits sequences of data packets such as two identification data packets (IDHI and IDLO) using a lock slot. Upon completion of this step, the wireless power receiver enters the negotiation phase. In the negotiation phase, the wireless power transmitter continues to provide the wireless power receiver with a lock slot for exclusive use. This ensures that the wireless power receiver proceeds through the negotiation phase without collision.
  • IDHI and IDLO identification data packets
  • the wireless power receiver transmits one or more negotiation data packets using the corresponding lock slot, which may be mixed with private data packets.
  • the sequence ends with a specific request (SRQ) packet.
  • SRQ specific request
  • the wireless power receiver enters the power transmission phase, and the wireless power transmitter stops providing the lock slot.
  • the wireless power receiver performs transmission of the CI packet using the allocated slot and receives power.
  • the wireless power receiver may include a regulator circuit.
  • the regulator circuit can be included in the communication/control unit.
  • the wireless power receiving device may self-regulate the reflected impedance of the wireless power receiving device through a regulator circuit. In other words, the wireless power receiver can adjust the reflected impedance to transmit the amount of power required by the external load. This can prevent excessive power reception and overheating.
  • the wireless power transmitter may not perform the power adjustment in response to the received CI packet (depending on the operation mode), in this case, control to prevent an overvoltage condition may be required.
  • Wireless power transmission system using in-band communication can use USB-C authentication.
  • the authentication includes authentication of a wireless power transmitter by the wireless power receiver and authentication of the wireless power receiver by the wireless power transmitter.
  • FIG. 12 is a block diagram illustrating a wireless charging certificate format according to an embodiment.
  • the wireless charging certificate format is a wireless charging standard certificate structure version (Qi Authentication Certificate Structure Version), a spare bit, PTx and leaf indicator (PTx Leaf), certificate type (certificate type), signature offset (signature offset) , Serial number, issuer ID, subject ID, public key and signature.
  • the PTx and leaf indicators are assigned to different bits of the certificate type in the same byte (B0), separate from the certificate type.
  • the PTx and leaf indicator indicate whether the corresponding certificate is related to the wireless power transmission device or not, and whether it is a leaf certificate. That is, the PTx and leaf indicator may indicate whether the corresponding certificate is a leaf certificate for a wireless power transmission device.
  • PTx and leaf indicator may be 1 bit. If the PTx and leaf indicator are 0, this may indicate that the corresponding certificate is not a leaf certificate, or it may indicate that the certificate is a leaf certificate of the wireless power receiver. On the other hand, if the PTx and the leaf indicator are 1, this may indicate that the corresponding certificate is a leaf certificate of the wireless power transmitter.
  • the certificate type is, for example, 2 bits, which may indicate that the corresponding certificate is one of a root certificate/intermediate certificate/leaf certificate, and may indicate all of them.
  • the wireless power transmission device may use a capability packet to inform the wireless power reception device whether the authentication function is supported (in the case of authentication of the wireless power transmission device by the wireless power reception device (authentication of PTx by PRx)).
  • the wireless power receiver may inform the wireless power transmitter whether the authentication function is supported by using a configuration packet (in the case of authentication of the wireless power receiver by the wireless power transmitter (authentication of PRx by PTx). ).
  • a configuration packet in the case of authentication of the wireless power receiver by the wireless power transmitter (authentication of PRx by PTx).
  • FIG. 13 is a performance packet structure of a wireless power transmission apparatus according to an embodiment.
  • a performance packet having a corresponding header value of 0X31 is 3 bytes, and the first byte (B 0 ) includes a power class, a guaranteed power value, and a second byte (B). 1 ) includes reserved, potential power value, and the third byte (B 2 ) is an authentication initiator (AI), authentication responder (AR), reserve, WPID , Not Res Sens.
  • AI authentication initiator
  • AR authentication responder
  • WPID WPID
  • Not Res Sens is 1 bit, for example, if the value is '1b', the wireless power transmitter indicates that it can operate as an authentication initiator.
  • the authentication responder is 1 bit, for example, if its value is '1b', it indicates that the corresponding wireless power transmitter can operate as an authentication responder.
  • FIG. 14 is a configuration packet structure of a wireless power receiver according to an embodiment.
  • a configuration packet having a corresponding header value of 0X51 is 5 bytes
  • the first byte B 0 includes a power class, a maximum power value
  • the second byte B 1 Includes AI, AR, and Spare
  • the third byte (B 2 ) contains Prop
  • the fourth byte (B 3 ) contains Window size, Window offset, and five times.
  • the re-byte B 4 includes Neg, polarity, depth, authentication, and reserve.
  • the authentication initiator is 1 bit, for example, if its value is '1b', it indicates that the corresponding wireless power receiver can operate as an authentication initiator.
  • the authentication responder is 1 bit, for example, if the value is '1b', it indicates that the corresponding wireless power receiver can operate as an authentication responder.
  • the message used in the authentication procedure is called an authentication message.
  • the authentication message is used to carry information related to authentication.
  • the authentication request is sent by the authentication initiator, and the authentication response is sent by the authentication responder.
  • the wireless power transmitter and receiver may be an authentication initiator or an authentication responder. For example, when the wireless power transmitter is an authentication initiator, the wireless power receiver is an authentication responder, and when the wireless power receiver is an authentication initiator, the wireless power transmitter is an authentication responder.
  • the authentication request message includes GET_DIGESTS (i.e. 4 bytes), GET_CERTIFICATE (i.e. 8 bytes), and CHALLENGE (i.e. 36 bytes).
  • the authentication message may be called an authentication packet or authentication data or authentication control information.
  • messages such as GET_DIGEST and DIGESTS may be called GET_DIGEST packets, DIGEST packets, and the like.
  • 15 illustrates an application level data stream between a wireless power transmitter and a receiver according to an example.
  • the data stream may include an auxiliary data control (ADC) data packet and/or an auxiliary data transport (ADT) data packet.
  • ADC auxiliary data control
  • ADT auxiliary data transport
  • ADC data packets are used to open a data stream.
  • the ADC data packet may indicate the type of message included in the stream and the number of data bytes.
  • ADT data packets are sequences of data that contain the actual message.
  • the ADC/end data packet is used to signal the end of the stream. For example, the maximum number of data bytes in a data transport stream may be limited to 2047.
  • ACK or NACK is used to indicate whether the ADC data packet and the ADT data packet are normally received.
  • control information necessary for wireless charging such as a control error packet (CE) or DSR, may be transmitted.
  • CE control error packet
  • authentication related information or other application level information can be transmitted and received between the wireless power transmitter and the receiver.
  • communication between a wireless power transmission device and a receiving device generally uses an amplitude shift keying (ASK) using a magnetic field change or a frequency shift keying (FSK) using a frequency change.
  • ASK amplitude shift keying
  • FSK frequency shift keying
  • ASK and FSK are large-capacity such as medium power transmission or authentication required in advanced wireless power transmission systems. Not suitable for data transmission. Therefore, in order to support various applications of wireless power transmission, there is a need for a method capable of selecting various communication protocols between a wireless power transmission device and a reception device.
  • outband (outband) communication is only the same term as out-of-band (OOB) communication and is substantially the same, and will hereinafter be described uniformly as outband communication.
  • a switching operation between in-band communication and out-band communication is referred to as handover.
  • the operation of switching the wireless power transmitter and the receiving device from in-band communication to out-band communication is referred to as handover to out-band, and switching from out-band communication to in-band communication This is called handover to in-band.
  • Outband communication may include, for example, Bluetooth or low power Bluetooth (BLE), or NFC.
  • the handover connection procedure may include a procedure for establishing a connection of the outband communication when the outband communication (i.e. BLE) module receives a handover message from the inband communication module.
  • the handover message may be a message for the in-band communication module (or control unit) to initiate a wireless connection for exchanging information related to wireless power transmission to the out-band communication module.
  • the out-band communication In order for the out-band communication to be applied to the wireless power transmission system, it needs to be modified to match the unique characteristics of the wireless power transmission system. For example, considering the characteristics of information exchanged between the wireless power transmitter and the receiver (ex. urgent information, whether it is transmitted only when the status is changed, whether large amounts of information should be exchanged in a short time, etc.) Message type, format, and procedures according to the existing out-band communication must be redesigned. In this way, by defining configuration information related to wireless power transmission, control information, management information, and procedures for exchanging them as an out-band communication protocol, various applications of wireless power can be supported.
  • the outband communication is specified as BLE by way of example.
  • BLE the embodiments described based on BLE, it is apparent to those skilled in the art that the embodiments in which BLE is replaced with other out-band communication also fall within the technical spirit of the present invention.
  • a method of implementing a wireless power transmission system as BLE or applying it to BLE may include various embodiments.
  • WPTS wireless power transfer service
  • FIG. 17 shows a state in which WPTS according to an example is dependent as an EIoB service in a specific profile.
  • a data representation and operation form for EIoB may be represented by a tree structure such as profiles supported by a device, services provided by each profile, and characteristic information defined in each service. .
  • WPTS is dependent on profile 2.
  • the PRU control characteristic for example, the PTU static characteristic, the PRU Alert characteristic, the wireless power receiver PRU static characteristic, PRU dynamic characteristic, etc. may be defined.
  • a separate profile dedicated to wireless power transmission may be defined.
  • profile 2 corresponds to a WPT profile. That is, the WPT profile is operated as an EIoB profile that is independent and comparable to other profiles.
  • the WPT profile may include WPTS.
  • the WPT profile may include a WPTS and a transport discovery service (TDS).
  • TDS transport discovery service
  • the WPT profile may include TDS.
  • the information used in the WPT profile is WPT data characteristic, PTU static characteristic, WPT control point characteristic, TDS control point. characteristic).
  • WPT control point characteristic information or the TDS control point characteristic information is, for example, a control value (PTU control value) of a wireless power transmission device, a static parameter value (PTU static parameter value) of a wireless power transmission device, a PTU alert value (PRU alert value) ).
  • Information used in the WPT profile may be used or defined in the WPTS, or may be used or defined in a service different from the WPT service (for example, TDS).
  • a communication method between a wireless power transmission device and a reception device may vary according to a phase.
  • the wireless power transmitter and the receiver may exchange packets with each other by using a specific communication method in one of a plurality of phases as shown in FIG. 5.
  • the communication method may include at least one of in-band communication or out-band communication. That is, the wireless power transmitter and the receiver may perform in-band communication in the first phase and out-band communication in the second phase.
  • the first phase in which the wireless power transmission device and/or the wireless power reception device performs in-band communication and the second phase in which the wireless power transmission device and/or wireless power reception device performs out-band communication are variously defined.
  • the first phase may include an object detection, a selection phase, and a ping phase as the initialization phase of wireless charging
  • the second phase may be an identification and setup phase. & configuration phase, negotiation phase, calibration phase and power transmission phase.
  • the wireless power transmission device and/or the wireless power reception device may perform in-band communication in the object detection, selection phase, and ping phase corresponding to the initial stage of wireless power transmission, and then perform handover with out-band communication.
  • handover to out-band communication may be performed through in-band communication.
  • handover to outband communication can be performed between the ping phase and the identification and configuration phase.
  • a new phase called a handover phase may be defined between the ping phase and the identification and configuration phase, and the handover procedure to outband communication may be designed without adding a new phase to existing phases.
  • 19 is a flowchart of an operation in a phase after handover and a handover procedure to outband communication according to an example.
  • the in-band communication module and/or control unit of the wireless power receiver (PRx) operates in a standby mode in which the PTx can detect itself, and the in-band communication module of the wireless power transmitter (PTx) And/or the control unit operates in the object detection mode (S1900).
  • the PTx in-band communication module and/or control unit When PTx and PRx are close to each other and the PTx in-band communication module and/or control unit detects PRx (S1905), the PTx in-band communication module and/or control unit performs handover to the PTx out-band communication module. A handover message instructing to be transmitted is transmitted (S1910). In addition, the PRx in-band communication module and/or the control unit transmits a handover message instructing to perform a handover to the PRx out-band communication module (S1915).
  • the handover procedure may involve an operation of establishing a BLE connection, for example, and thus may be referred to as a handover connection procedure.
  • subsequent phases including identification and configuration phases proceed based on the outband communication (S1925).
  • the PRX's outband communication module and PTx's outband communication module can perform information exchange in the identification and configuration phase, information exchange in the negotiation phase, and information exchange in the correction phase.
  • the exchange of information based on outband communication, such as step S1925, is described in more detail in FIG. 24 and below.
  • the PTx in-band communication module and control unit, and the PRx in-band communication module and control unit also undergo a phase.
  • PTx and PRx enter the power transmission phase, and PTx transmits wireless power to the PRx (S1925).
  • the wireless power transmitter in the embodiment of FIG. 19 corresponds to the wireless power transmitter or wireless power transmitter or power transmitter disclosed in FIGS. 1 to 11. Accordingly, the operation of the wireless power transmitter in this embodiment is implemented by one or a combination of two or more of each component of the wireless power transmitter in FIGS. 1 to 11.
  • the operation of the in-band communication module of PTx corresponds to the operation of the in-band communication module 121 of FIG. 4C or 4D
  • the operation of the out-band communication module of PTx is the out-band communication of FIG. 4C or 4D. It may correspond to the operation of the module 122.
  • the operation of the PTx in-band communication module and the control unit, and the operation of the PTx out-band communication module may all be performed by the communication/control unit 120.
  • the wireless power receiver in this embodiment corresponds to the wireless power receiver or wireless power receiver or power receiver disclosed in FIGS. 1 to 11. Accordingly, the operation of the wireless power receiver in this embodiment is implemented by one or a combination of two or more of each component of the wireless power receiver in FIGS. 1 to 11.
  • the operation of the in-band communication module of PRx corresponds to the operation of the in-band communication module 221 of FIG. 4C or 4D
  • the operation of the out-band communication module of PRx is the out-band communication of FIG. 4C or 4D. It may correspond to the operation of the module 222.
  • the operation of the in-band communication module and control unit of PRx, and the operation of the out-band communication module of PRx may all be performed by the communication/control unit 220.
  • the handover procedure may correspond to a procedure for establishing a BLE connection between the outband communication module of the wireless power transmitter (PTx) and the outband communication module of the wireless power receiver (PRx).
  • the handover procedure may include BLE advertising and scanning.
  • the wireless power transmission device and the wireless power reception device may perform either of the advertiser and the scanner.
  • the wireless power transmission device may be an advertiser and the wireless power reception device may be a scanner.
  • the wireless power transmitter may be a scanner and the wireless power receiver may be an advertiser.
  • 20 is a flowchart illustrating a handover procedure according to an example. 20 is a case where the wireless power transmitter is an advertiser and the wireless power receiver is a scanner.
  • the PTx outband communication module transmits a fast advertising message to the PRx outband communication module (S2000).
  • the PRx out-band communication module scans the high-speed advertisement message (S2005), and transmits a connection request message to the PTx out-band communication module in response to receiving the high-speed advertisement message (S2010). This completes service discovery between the wireless power transmitter and the receiver (S2015). That is, the handover procedure is completed.
  • 21 is a flowchart illustrating a handover procedure according to another example. 21 is a case where the wireless power transmitter is a scanner and the wireless power receiver is an advertiser as opposed to FIG. 20.
  • the PRx outband communication module transmits a fast advertising message to the PTx outband communication module (S2100).
  • the PTx out-band communication module scans the high-speed advertisement message (S2105), and transmits a connection request message to the PTx out-band communication module in response to receiving the high-speed advertisement message (S2110).
  • service discovery between the wireless power transmitter and the receiver is completed (S2115). That is, the handover procedure is completed.
  • 22 is a flowchart illustrating a handover procedure according to another example. 22 is a case where the wireless power transmitter is an advertiser and the wireless power receiver is a scanner.
  • the PTx out-band communication module transmits a direct advertising message to the PRx out-band communication module (S2200).
  • the direct advertisement message enables quick connection compared to the general advertisement message when the PTx outband communication module and the PRx outband communication module have historical information connected in the past. That is, the direct advertisement operation enables handover to fast out-band communication, thereby preventing a delay in wireless power transmission due to handover delay.
  • the PRx outband communication module scans the direct advertisement message (S2205) and transmits a connection request message to the PTx outband communication module in response to receiving the direct advertisement message (S2210). Thus, the handover procedure between the wireless power transmitter and the receiver is completed.
  • 23 is a flowchart illustrating a handover procedure according to another example. 23 is a case where the wireless power transmitter is a scanner and the wireless power receiver is an advertiser as opposed to FIG. 22.
  • the PRx outband communication module transmits a direct advertising message to the PTx outband communication module (S2300).
  • the PTx outband communication module scans the direct advertisement message (S2305), and transmits a connection request message to the PTx outband communication module in response to receiving the direct advertisement message (S2310). Thus, the handover procedure between the wireless power transmitter and the receiver is completed.
  • the wireless power transmission device and the reception device exchange information with each other using the out-band communication module. That is, characteristic information necessary for setting, controlling, and managing wireless power transmission is transmitted or received by the out-band communication module.
  • the exchange of information may be performed based on a read or write procedure.
  • the server device exchanges information by receiving a write request from the client device or sending a read request to the client device.
  • the wireless power transmission device and the wireless power reception device may perform one of a server and a client.
  • the wireless power transmission device may be a server device and the wireless power reception device may be a client device.
  • the wireless power transmission device may be a client device and the wireless power reception device may be a server device.
  • 24 is a flowchart illustrating a method of exchanging information based on outband communication according to an example. 24 is a case where the wireless power transmitter is a server device and the wireless power receiver is a client device.
  • the PRx outband communication module transmits a write request message to the PTx outband communication module (S2400).
  • the write request message may include low-capacity PRx-related information, for example, exchange information for each phase of the wireless power receiver (identification and configuration packets, PRx performance packets, control error packets, ACK/NAK packets), and the like.
  • the PTx out-band communication module Upon receiving the write request message, the PTx out-band communication module stores PTx-related information included in the write request message, and transmits a write response message to the PRx out-band communication module in response (S2405). As described above, if the PRx is implemented to operate as a GATT client device, the PRx information can be directly transmitted to the PTx without a separate read request message.
  • the PRx information for each phase is transmitted to the PTx through a write request message.
  • the PTx outband communication module may transmit an indication or notification message indicating the PTx information to be transmitted to the PRx to the PRx outband communication module. (S2410).
  • the PRx outband communication module apart from GATT based communication between the PRx outband communication module and the PTx outband communication module, synchronization of phase changes between components in the device is performed. That is, when the phase is changed while the PRx out-band communication module performs a read request and a read response, the PRx out-band communication module notifies the phase change to the PRx in-band communication module and the control unit. To this end, the PRx out-band communication module The PRx in-band communication module and the control unit may transmit a change indicator indicating that the current state is changed or indicating the changed state (S2415, S2420, S2435).
  • the PTx out-band communication module notifies the phase change to the PTx in-band communication module and control unit, and for this purpose, the PTx out-band communication module indicates to the PTx in-band communication module and control unit that the current state is changed or indicates the changed state.
  • the change indicator can be transmitted (S2415, S2420, S2435).
  • the phase change indicator is described as being transmitted from the out-band communication module to the in-band communication module, but the phase change indicator may be transmitted from the in-band communication module to the out-band communication module.
  • the out-band communication module may be managed and maintained in the same way as the phase managed by the in-band communication module.
  • the out-band communication module does not have a “power transmission phase”, but the phase change from the in-band communication module to the power transmission phase is instructed, and the phase can be operated like the in-band communication module.
  • steps S2415, S2420, and S2435 are shown to occur according to a specific sequential relationship with steps S2400, S2405, S2410, S2425, and S2430, but these are only examples S2415, S2420, S2435, steps S2400, S2405, S2410, Of course, it can occur any time before, during, or at other times of S2425, S2430.
  • 25 is a flowchart illustrating a method of exchanging information based on outband communication according to another example. 25 is a case where the wireless power transmitter is a client device and the wireless power receiver is a server device.
  • the PRx outband communication module transmits an indication message or a notification message to the PTx outband communication module instead of a read request to transmit the server device or its own information to the PTx (S2500).
  • the indication or notification message may include low-capacity PRx-related information, for example, exchange information for each phase of the wireless power receiver (identification and configuration packets, PRx performance packets, control error packets, ACK/NAK packets), and the like.
  • information of the PRx for each phase is transmitted to the PTx through an indication message or a notification message.
  • the PTx out-band communication module may transmit a write request message indicating the PTx information to be transmitted to the PRx to the PRx out-band communication module (S2505). Accordingly, the PRx out-band communication module transmits a write response message (S2510).
  • the PRx outband communication module apart from GATT based communication between the PRx outband communication module and the PTx outband communication module, synchronization of phase changes between components in the device is performed. That is, when the phase is changed while the PRx out-band communication module performs a read request and a read response, the PRx out-band communication module notifies the phase change to the PRx in-band communication module and the control unit.
  • the PRx in-band communication module and the control unit may transmit a change message indicating that the current state is changed or indicating the changed state (S2515, S2520, S2530).
  • the PTx out-band communication module notifies the phase change to the PTx in-band communication module and control unit, and for this purpose, the PTx out-band communication module indicates to the PTx in-band communication module and control unit that the current state is changed or indicates the changed state.
  • the change indicator can be transmitted (S2515, S2520, S2530).
  • the phase change indicator is described as being transmitted from the out-band communication module to the in-band communication module, but the phase change indicator may be transmitted from the in-band communication module to the out-band communication module.
  • the out-band communication module may be managed and maintained in the same way as the phase managed by the in-band communication module.
  • the out-band communication module does not have a “power transmission phase”, but the phase change from the in-band communication module to the power transmission phase is instructed, and the phase can be operated like the in-band communication module.
  • steps S2515, S2520, and S2530 are shown to occur according to a specific sequential relationship with steps S2500, S2505, S2510, S2525, S2535, and S2540, but this is only an example, steps S2515, S2520, and S2530 are steps S2500, S2505, Needless to say, it may occur at any time before, during, or at other times of S2510, S2525, S2535, and S2540.
  • 24 and 25 are procedures for exchanging relatively low-capacity PTx or PRx information.
  • a method of quickly exchanging large amounts of data of an upper layer such as an authentication message will be disclosed.
  • 26 is a flowchart illustrating a method of exchanging information based on outband communication according to another example. 26 is a case where the wireless power transmitter is a server device and the wireless power receiver is a client device.
  • PRx when PTx is booted, PRx operates in a low power mode, in which case low wireless power may be transmitted. Thereafter, the PRx outband communication module transmits the PRx information to the PTx outband communication module through a write request message (S2600), and the PTx outband communication module transmits a write response message to the PRx outband communication module (S2605). If there is information to be transmitted by the PTx, the PTx outband communication module may transmit the information of the PTx to the PRx outband communication module through an indication message or a notification message (S2610).
  • S2600 write request message
  • S2605 write response message
  • the PTx outband communication module may transmit the information of the PTx to the PRx outband communication module through an indication message or a notification message (S2610).
  • the PRx outband communication module and the PTx outband communication module start an authentication procedure (S2615).
  • the message used in the authentication procedure is large-capacity data whose size is larger than that of general PTx or PRx, as shown in FIG. Accordingly, the PRx out-band communication module and PTx out-band communication module perform a procedure of negotiating a change in a maximum transmission unit (MTU) to transmit a large amount of data (S2620).
  • MTU maximum transmission unit
  • the PRx outband communication module and PTx outband communication module exchange an authentication message according to the changed MTU and then complete the authentication procedure (S2625). Then, the PRx out-band communication module and the PTx out-band communication module again perform renegotiation of MTU change to exchange low-capacity PRx information or PTx information (S2630).
  • steps S2600 to S2610 may be referred to as status information cycles, and steps S2615 to S2630 may be referred to as authentication cycles.
  • the MTU size is set to be small, so that the PRx and PTx can exchange connection parameters or data within 250 ms.
  • the PRx and PTx can exchange connection parameters or data within 250 ms.
  • a large amount of data needs to be exchanged quickly and within a specific time, a large amount of data can be exchanged quickly by adjusting connection parameters in a way that sets the MTU size large.
  • 27 is a flowchart illustrating a method of exchanging information based on outband communication according to another example.
  • a large amount of data may be exchanged in an authentication cycle using a CoC channel that is not GATT based in FIG. 26.
  • the PRx outband communication module transmits PRx information to the PTx outband communication module through a write request message (S2700), and the PTx outband communication module transmits a write response message to the PRx outband communication module (S2705).
  • the PTx outband communication module may transmit the information of the PTx to the PRx outband communication module through an indication message or a notification message (S2710).
  • the PRx out-band communication module and the PTx out-band communication module start an authentication procedure (S2715).
  • the message used in the authentication procedure is large-capacity data whose size is larger than that of general PTx or PRx, as shown in FIG. Accordingly, the PRx out-band communication module and PTx out-band communication module complete the authentication procedure by performing L2CAP channel data transmission to transmit large amounts of data (S2720).
  • the wireless power transmitter in the embodiments of FIGS. 20 to 27 corresponds to the wireless power transmitter or wireless power transmitter or power transmitter disclosed in FIGS. 1 to 11. Accordingly, the operation of the wireless power transmitter in this embodiment is implemented by one or a combination of two or more of each component of the wireless power transmitter in FIGS. 1 to 11.
  • the operation of the in-band communication module of PTx corresponds to the operation of the in-band communication module 121 of FIG. 4C or 4D
  • the operation of the out-band communication module of PTx is the out-band communication of FIG. 4C or 4D. It may correspond to the operation of the module 122.
  • the operation of the PTx in-band communication module and the control unit, and the operation of the PTx out-band communication module may all be performed by the communication/control unit 120.
  • the wireless power receiver in the embodiments of FIGS. 20 to 27 corresponds to the wireless power receiver or wireless power receiver or power receiver disclosed in FIGS. 1 to 11. Accordingly, the operation of the wireless power receiver in this embodiment is implemented by one or a combination of two or more of each component of the wireless power receiver in FIGS. 1 to 11.
  • the operation of the in-band communication module of PRx corresponds to the operation of the in-band communication module 221 of FIG. 4C or 4D
  • the operation of the out-band communication module of PRx is the out-band communication of FIG. 4C or 4D. It may correspond to the operation of the module 222.
  • the operation of the in-band communication module and control unit of PRx, and the operation of the out-band communication module of PRx may all be performed by the communication/control unit 220.
  • the wireless power transmission method and apparatus, or reception device and method according to the above-described embodiment of the present invention do not necessarily have all components or steps, so the wireless power transmission apparatus and method, or reception device and method, are the above-described components. Or it may be performed including some or all of the steps. In addition, embodiments of the above-described wireless power transmission apparatus and method, or reception apparatus and method may be performed in combination with each other. In addition, each component or step described above is not necessarily performed in the order described, it is also possible that the steps described later are performed prior to the steps described first.

Landscapes

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Abstract

본 발명은 이종 통신에 기반하여 무선전력 전송을 수행하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 이러한 본 명세서는 동작 주파수에서 무선전력 전송장치와의 자기 커플링에 의해 상기 무선전력 전송장치로부터 무선전력을 수신하고, 상기 무선전력에 의해 발생하는 교류 신호를 직류 신호로 변환하도록 구성된 전력 픽업 유닛, 상기 전력 픽업 유닛으로부터 상기 직류 신호를 공급받고, 상기 동작 주파수를 이용하는 인밴드 통신과 상기 동작 주파수 이외의 주파수를 이용하는 아웃밴드 통신 중 적어도 하나를 수행하도록 구성된 통신/컨트롤 유닛, 및 상기 전력 픽업 유닛으로부터 상기 직류 신호를 공급받도록 구성된 부하(load)를 포함하는 무선전력 수신장치를 개시한다. 무선전력 전송에 관한 설정 정보, 제어 정보, 관리 정보 및 이들의 교환에 관한 절차들을 아웃밴드 통신 프로토콜로서 정의함으로써, 무선전력의 다양한 응용을 지원할 수 있다.

Description

이종 통신에 기반하여 무선전력 전송을 수행하는 장치 및 방법
본 발명은 무선충전에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이종 통신에 기반하여 무선전력 전송을 수행하는 장치 및 방법 에 관한 것이다.
무선 전력 전송 기술은 전원 소스와 전자 기기 사이에 무선으로 전력을 전달하는 기술이다. 일 예로 무선 전력 전송 기술은 스마트폰이나 태블릿 등의 무선 단말기를 단지 무선 충전 패드 상에 올려놓는 것만으로 무선 단말기의 배터리를 충전할 수 있도록 함으로써, 기존의 유선 충전 커넥터를 이용하는 유선 충전 환경에 비해 보다 뛰어난 이동성과 편의성 그리고 안전성을 제공할 수 있다. 무선 전력 전송 기술은 무선 단말기의 무선 충전 이외에도, 전기 자동차, 블루투스 이어폰이나 3D 안경 등 각종 웨어러블 디바이스(wearable device), 가전기기, 가구, 지중시설물, 건물, 의료기기, 로봇, 레저 등의 다양한 분야에서 기존의 유선 전력 전송 환경을 대체할 것으로 주목받고 있다.
무선전력 전송방식을 비접촉(contactless) 전력 전송방식 또는 무접점(no point of contact) 전력 전송방식, 무선충전(wireless charging) 방식이라 하기도 한다. 무선전력 전송 시스템은, 무선전력 전송방식으로 전기에너지를 공급하는 무선전력 전송장치와, 상기 무선전력 전송장치로부터 무선으로 공급되는 전기에너지를 수신하여 배터리셀등 수전장치에 전력을 공급하는 무선전력 수신장치로 구성될 수 있다.
무선 전력 전송 기술은 자기 커플링(magnetic coupling)을 통해 전력을 전달하는 방식, 무선 주파수(radio frequency: RF)를 통해 전력을 전달하는 방식, 마이크로웨이브(microwave)를 통해 전력을 전달하는 방식, 초음파를 통해 전력을 전달하는 방식 등 다양하다. 자기 커플링에 기반한 방식은 다시 자기 유도(magnetic induction) 방식과 자기 공진(magnetic resonance) 방식으로 분류된다. 자기유도 방식은 전송 측의 코일과 수신 측의 코일 간의 전자기결합에 따라 전송 측 코일배터리셀에서 발생시킨 자기장로 인해 수신 측 코일에 유도되는 전류를 이용하여 에너지를 전송하는 방식이다. 자기공진 방식은 자기장을 이용한다는 점에서 자기유도 방식과 유사하다. 하지만, 자기공진 방식은 전송 측의 코일과 수신 측의 코일에 특정 공진 주파수가 인가될 때 공진이 발생하고, 이로 인해 전송 측과 수신 측 양단에 자기장이 집중되는 현상에 의해 에너지가 전달되는 측면에서 자기유도와는 차이가 있다.
기존 무선전력 전송 시스템에서 무선전력 전송장치와 수신장치 간 통신은 일반적으로 자기장 변화를 이용한 진폭 변조 방식(amplitude shift keying: ASK) 또는 주파수 변화를 이용한 주파수 변조 방식(frequency shift keying: FSK)를 사용하고 있다. 그러나 ASK와 FSK의 전송 속도는 수 kHz에 불과하며 전기적, 자기적인 외란(disturbance)에 취약하기 때문에, 기존의 통신 방식은 진화된 무선전력 전송 시스템에서 요구되는 중전력급 전송이나 인증(authentication)과 같은 대용량 데이터 전송에 적합하지 않다. 따라서, 무선 전력 전송의 다양한 응용을 지원하기 위해, 무선전력 전송장치와 수신장치간에 여러 가지 통신 규약을 선택할 수 있는 방법이 요구된다.
본 발명의 기술적 과제는 무선전력 전송 시스템에서 이종 통신을 지원하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 WPC PC0와 PC1을 위한 이종의 통신 채널을 지원하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 무선전력 전송 시스템에서 이종의 통신 방법간에 핸드오버를 수행하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 무선전력 전송 시스템에서 이종의 통신 방법을 지원하기 위한 패킷 구조와 절차를 제공함에 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면 이종 통신을 지원하는 무선전력 수신장치를 제공한다. 상기 장치는 동작 주파수(operating frequency)에서 무선전력 전송장치와의 자기 커플링(magnetic coupling)에 의해 상기 무선전력 전송장치로부터 무선전력을 수신하고, 상기 무선전력에 의해 발생하는 교류 신호를 직류 신호로 변환하도록 구성된 전력 픽업 유닛(power pick-up unit), 상기 전력 픽업 유닛으로부터 상기 직류 신호를 공급받고, 상기 동작 주파수를 이용하는 인밴드(in-band) 통신과 상기 동작 주파수 이외의 주파수를 이용하는 아웃밴드(out-band) 통신 중 적어도 하나를 수행하도록 구성된 통신/컨트롤 유닛, 및 상기 전력 픽업 유닛으로부터 상기 직류 신호를 공급받도록 구성된 부하(load)를 포함한다. 여기서, 상기 무선전력 수신장치가 상기 인밴드 통신에 기반하여 상기 무선전력 전송장치에 의해 검출된 후, 상기 통신/컨트롤 유닛은 상기 인밴드 통신에서 상기 아웃밴드 통신으로의 핸드오버(handover) 절차를 수행하도록 구성될 수 있다.
일 측면에서, 상기 통신/컨트롤 유닛은 저전력 블루투스(Bluetooth low energy: BLE)의 기기간 연결수립 절차에 기반하여 상기 핸드오버 절차를 수행할 수 있다.
다른 측면에서, 상기 기기간 연결 수립 절차는 고속 광고 패킷(fast advertising) 또는 직접적 광고(directed advertising) 패킷 및 연결 요청 패킷을 이용할 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 통신/컨트롤 유닛은 스캐닝(scanning)을 통해 상기 고속 광고 패킷 또는 상기 직접적 광고 패킷을 상기 무선전력 전송장치로부터 수신하는 단계와, 상기 고속 광고 패킷 또는 상기 직접적 광고 패킷에 대한 응답으로서 상기 연결 요청 패킷을 상기 무선전력 전송장치로 전송하는 단계를 수행하도록 구성될 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 통신/컨트롤 유닛은 상기 고속 광고 패킷 또는 또는 상기 직접적 광고 패킷을 상기 무선전력 전송장치로 전송하는 단계와, 상기 고속 광고 패킷 또는 상기 직접적 광고 패킷에 대한 응답으로서 상기 연결 요청 패킷을 상기 무선전력 전송장치로부터 수신하는 단계를 수행하도록 구성될 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 저전력 블루투스의 기기간 연결수립 절차가 완료되면, 상기 통신/컨트롤 유닛은 일반 속성 프로파일(Generic Attribute Profile, GATT)에 기반하여 상기 무선전력 수신장치에 관한 특성 정보(characteristic information)를 상기 무선전력 전송장치로 전송하거나, 상기 무선전력 전송장치에 관한 특성 정보를 상기 무선전력 전송장치로부터 수신하도록 구성될 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 무선전력 수신장치에 관한 특성 정보는 상기 GATT에 기반한 쓰기 요청(write request) 메시지에 포함되어 전송될 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 무선전력 수신장치에 관한 특성 정보는 상기 GATT에 기반한 지시(indication) 메시지 또는 통지(notification) 메시지에 포함되어 전송될 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 무선전력 수신장치에 관한 특성 정보는 식별 및 구성 페이즈(identification and configuration phase), 협상 페이즈(negotiation phase), 보정 페이즈(calibration phase), 전력 전송 페이즈(power transfer phase) 및 재협상 페이즈(renegotiation phase) 중 적어도 하나의 페이즈에서 전송될 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 통신/컨트롤 유닛은 상기 아웃밴드 통신을 수행하는 아웃밴드 통신 모듈과 상기 인밴드 통신을 수행하는 인밴드 통신 모듈을 포함하고, 상기 아웃밴드 통신 모듈은 페이즈 변경시 제1 페이즈 변경 지시자를 상기 인밴드 통신 모듈로 전송하고, 상기 인밴드 통신 모듈은 페이즈 변경시 제2 페이즈 변경 지시자를 상기 아웃밴드 통신 모듈로 전송하도록 구성될 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 통신/컨트롤 유닛은 전송 가능한 최대 데이터 사이즈인 최대 전송 유닛(maximum transmission unit: MTU)를 상기 무선전력 전송장치와 협상하는 절차를 수행하고, 상기 MTU에 관한 협상이 완료되면, 상기 MTU에 기반하여 생성된 데이터의 전송 또는 수신을 수행하도록 구성될 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 생성된 데이터는 인증 관련 데이터일 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 통신/컨트롤 유닛은 논리적 링크 제어 및 적응 프로토콜(Logical Link Control and Adaptation Protocol, L2CAP)에 기반하여 생성된 데이터의 전송 또는 수신을 수행하도록 구성될 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 무선전력 수신장치에 관한 특성 정보와 상기 무선전력 전송장치에 관한 특성 정보는 무선전력 전송(wireless power transfer (WPT))에 전용한 블루투스 프로파일(WPT dedicated bluetooth profile)이 제공하는 무선전력 전송 서비스(WPT service)에 의해 정의될 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 무선전력 수신장치에 관한 특성 정보와 상기 무선전력 전송장치에 관한 특성 정보는 다른 블루투스 프로파일(other Bluetooth profile)이 제공하는 무선전력 전송 서비스(WPT service)에 의해 정의될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면 이종 통신을 지원하는 무선전력 전송장치를 제공한다. 상기 장치는 동작 주파수(operating frequency)에서 무선전력 수신장치와의 자기 커플링(magnetic coupling)에 의해 상기 무선전력 수신장치로 무선전력을 전송하도록 구성된 전력 변환 유닛(power conversion unit), 및 상기 동작 주파수를 이용하는 인밴드(in-band) 통신과 상기 동작 주파수 이외의 주파수를 이용하는 아웃밴드(out-band) 통신 중 적어도 하나를 수행하도록 구성된 통신/컨트롤 유닛을 포함한다. 여기서, 상기 인밴드 통신에 기반하여 상기 무선전력 수신장치를 검출한 후, 상기 통신/컨트롤 유닛은 상기 인밴드 통신에서 상기 아웃밴드 통신으로의 핸드오버(handover) 절차를 수행하도록 구성될 수 있다.
무선전력 전송에 관한 설정 정보, 제어 정보, 관리 정보 및 이들의 교환에 관한 절차들을 아웃밴드 통신 프로토콜로서 정의함으로써, 무선전력의 다양한 응용을 지원할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 전력 시스템(10)의 블록도이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 무선 전력 시스템(10)의 블록도이다.
도 3a는 무선 전력 전송 시스템이 도입되는 다양한 전자 기기들의 실시예를 나타낸다.
도 3b는 무선 전력 전송 시스템에서 WPC NDEF의 일례를 나타낸다.
도 4a는 다른 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 블록도이다.
도 4b는 본 발명이 적용될 수 있는 블루투스 통신 아키텍처(Architecture)의 일 예를 나타낸 도이다.
도 4c는 일례에 따른 BLE 통신을 사용하는 무선전력 전송 시스템을 도시한 블록도이다.
도 4d는 다른 예에 따른 BLE 통신을 사용하는 무선전력 전송 시스템을 도시한 블록도이다.
도 5는 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 전력 제어 컨트롤 방법을 나타낸다.
도 7은 다른 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 블록도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치를 나타낸다.
도 9는 일 실시예에 따른 통신 프레임 구조를 나타낸다.
도 10은 일 실시예에 따른 싱크 패턴의 구조이다.
도 11은 일 실시예에 따른 쉐어드 모드에서 무선 전력 전송장치 및 무선전력 수신장치의 동작 상태를 도시하였다.
도 12는 일 실시예에 따른 무선충전 인증서 포맷을 도시한 블록도이다.
도 13은 일 실시예에 따른 무선전력 전송장치의 성능 패킷 구조이다.
도 14는 일 실시예에 따른 무선전력 수신장치의 구성 패킷 구조이다.
도 15는 일례에 따른 무선전력 전송장치와 수신장치간에 어플리이션 레벨의 데이터 스트림을 도시한 것이다.
도 16은 BLE의 데이터 표현, 운영 형태, 시스템 아키텍처를 도시한 것이다.
도 17은 일례에 따른 WPTS가 특정한 프로파일 내의 EIoB 서비스로서 종속되는 모습을 보여준다.
도 18은 일례에 따른 WPT 프로파일을 보여준다.
도 19는 일례에 따른 아웃밴드 통신으로의 핸드오버 절차 및 핸드오버 이후의 페이즈에서의 동작 흐름도이다.
도 20은 일례에 따른 핸드오버 절차를 도시한 흐름도이다.
도 21은 다른 예에 따른 핸드오버 절차를 도시한 흐름도이다.
도 22는 또 다른 예에 따른 핸드오버 절차를 도시한 흐름도이다.
도 23은 또 다른 예에 따른 핸드오버 절차를 도시한 흐름도이다.
도 24는 일례에 따른 아웃밴드 통신에 기반한 정보의 교환 방법을 도시한 흐름도이다.
도 25는 다른 예에 따른 아웃밴드 통신에 기반한 정보의 교환 방법을 도시한 흐름도이다.
도 26은 또 다른 예에 따른 아웃밴드 통신에 기반한 정보의 교환 방법을 도시한 흐름도이다.
도 27은 또 다른 예에 따른 아웃밴드 통신에 기반한 정보의 교환 방법을 도시한 흐름도이다.
이하에서 사용되는 "무선 전력" 이라는 용어는, 물리적인 전자기 전도체들의 사용없이 무선전력 전송기(wireless power transmitter)로부터 무선전력 수신장치(wireless power receiver)로 전달되는 전기장, 자기장, 전자기장 등과 관련된 임의의 형태의 에너지를 의미하도록 사용된다. 무선전력은 무선 전력 신호(wireless power signal)이라고 불릴 수도 있으며, 1차 코일과 2차 코일에 의해 둘러싸이는(enclosed) 진동하는 자속(oscillating magnetic flux)을 의미할 수 있다. 예를 들어, 이동 전화기, 코드리스 전화기, iPod, MP3 플레이어, 헤드셋 등을 포함하는 디바이스들을 무선으로 충전하기 위해 시스템에서의 전력 변환이 여기에 설명된다. 일반적으로, 무선 전력 전송의 기본적인 원리는, 예를 들어, 자기 커플링(magnetic coupling)을 통해 전력을 전달하는 방식, 무선 주파수(radio frequency: RF)를 통해 전력을 전달하는 방식, 마이크로웨이브(microwave)를 통해 전력을 전달하는 방식, 초음파를 통해 전력을 전달하는 방식을 모두 포함한다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 전력 시스템(10)의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 무선 전력 시스템(10)은 무선 전력 전송 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)를 포함한다.
무선 전력 전송 장치(100)는 외부의 전원 소스(S)로부터 전원을 인가받아 자기장을 발생시킨다. 무선 전력 수신 장치(200)는 발생된 자기장을 이용하여 전류를 발생시켜 무선으로 전력을 수신받는다.
또한, 무선 전력 시스템(10)에서 무선 전력 전송 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)는 무선 전력 전송에 필요한 다양한 정보를 송수신할 수 있다. 여기서, 무선 전력 전송 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)간의 통신은 무선 전력 전송에 이용되는 자기장을 이용하는 인-밴드 통신(in-band communication)이나 별도의 통신 캐리어를 이용하는 아웃-밴드 통신(out-band communication) 중 어느 하나의 방식에 따라 수행될 수 있다. 아웃-밴드 통신은 아웃-오브-밴드(out-of-band) 통신이라 불릴 수도 있다. 이하에서는 아웃-밴드 통신으로 용어를 통일하여 기술한다. 아웃-밴드 통신의 예로서 NFC, 블루투스(bluetooth), BLE(bluetooth low energy) 등을 포함할 수 있다.
여기서, 무선 전력 전송 장치(100)는 고정형 또는 이동형으로 제공될 수 있다. 고정형의 예로는 실내의 천장이나 벽면 또는 테이블 등의 가구에 임베디드(embedded)되는 형태, 실외의 주차장, 버스 정류장이나 지하철역 등에 임플란트 형식으로 설치되는 형태나 차량이나 기차 등의 운송 수단에 설치되는 형태 등이 있다. 이동형인 무선 전력 전송 장치(100)는 이동 가능한 무게나 크기의 이동형 장치나 노트북 컴퓨터의 덮개 등과 같이 다른 장치의 일부로 구현될 수 있다.
또 무선 전력 수신 장치(200)는 배터리를 구비하는 각종 전자 기기 및 전원 케이블 대신 무선으로 전원을 공급받아 구동되는 각종 가전 기기를 포함하는 포괄적인 개념으로 해석되어야 한다. 무선 전력 수신 장치(200)의 대표적인 예로는, 이동 단말기(portable terminal), 휴대 전화기(cellular phone), 스마트폰(smart phone), 개인 정보 단말기(PDA: Personal Digital Assistant), 휴대 미디어 플레이어(PMP: Portable Media Player), 와이브로 단말기(Wibro terminal), 태블릿(tablet), 패블릿(phablet), 노트북(notebook), 디지털 카메라, 네비게이션 단말기, 텔레비전, 전기차량(EV: Electronic Vehicle) 등이 있다.
무선 전력 시스템(10)에서 무선 전력 수신 장치(200)는 하나 또는 복수일 수 있다. 도 1에서는 무선 전력 전송 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)가 일대일로 전력을 주고 받는 것으로 표현되고 있으나, 도 2와 같이 하나의 무선 전력 전송 장치(100)가 복수의 무선 전력 수신 장치(200-1, 200-2,..., 200-M)로 전력을 전달하는 것도 가능하다. 특히, 자기 공진 방식으로 무선 전력 전송을 수행하는 경우에는 하나의 무선 전력 전송 장치(100)가 동시 전송 방식이나 시분할 전송 방식을 응용하여 동시에 여러 대의 무선 전력 수신 장치(200-1, 200-2,...,200-M)로 전력을 전달할 수 있다.
또한, 도 1에는 무선 전력 전송 장치(100)가 무선 전력 수신 장치(200)에 바로 전력을 전달하는 모습이 도시되어 있으나, 무선 전력 전송 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200) 사이에 무선전력 전송 거리를 증대시키기 위한 릴레이(relay) 또는 중계기(repeater)와 같은 별도의 무선 전력 송수신 장치가 구비될 수 있다. 이 경우, 무선 전력 전송 장치(100)로부터 무선 전력 송수신 장치로 전력이 전달되고, 무선 전력 송수신 장치가 다시 무선 전력 수신 장치(200)로 전력을 전달할 수 있다.
이하 본 명세서에서 언급되는 무선전력 수신기, 전력 수신기, 수신기는 무선 전력 수신 장치(200)를 지칭한다. 또한 본 명세서에서 언급되는 무선전력 전송기, 전력 전송기, 전송기는 무선 전력 수신 전송 장치(100)를 지칭한다.
도 3a는 무선 전력 전송 시스템이 도입되는 다양한 전자 기기들의 실시예를 나타낸다.
도 3a에는 무선 전력 전송 시스템에서 송신 및 수신하는 전력 양에 따라 전자 기기들을 분류하여 도시하였다. 도 3a를 참조하면, 스마트 시계(Smart watch), 스마트 글래스(Smart Glass), HMD(Head Mounted Display), 및 스마트 링(Smart ring)과 같은 웨어러블 기기들 및 이어폰, 리모콘, 스마트폰, PDA, 태블릿 PC 등의 모바일 전자 기기들(또는 포터블 전자 기기들)에는 소전력(약 5W이하 또는 약 20W 이하) 무선 충전 방식이 적용될 수 있다.
노트북, 로봇 청소기, TV, 음향 기기, 청소기, 모니터와 같은 중/소형 가전 기기들에는 중전력(약 50W이하 또는 약 200W)이하) 무선 충전 방식이 적용될 수 있다. 믹서기, 전자 레인지, 전기 밥솥과 같은 주방용 가전 기기, 휠체어, 전기 킥보드, 전기 자전거, 전기 자동차 등의 개인용 이동 기기들(또는, 전자 기기/이동 수단들)은 대전력(약 2kW 이하 또는 22kW이하) 무선 충전 방식이 적용될 수 있다.
상술한(또는 도 1에 도시된) 전자 기기들/이동 수단들은 후술하는 무선 전력 수신기를 각각 포함할 수 있다. 따라서, 상술한 전자 기기들/이동 수단들은 무선 전력 송신기로부터 무선으로 전력을 수신하여 충전될 수 있다.
이하에서는 전력 무선 충전 방식이 적용되는 모바일 기기를 중심으로 설명하나 이는 실시예에 불과하며, 본 발명에 따른 무선 충전 방법은 상술한 다양한 전자 기기에 적용될 수 있다.
무선전력 전송에 관한 표준(standard)은 WPC(wireless power consortium), AFA(air fuel alliance), PMA(power matters alliance)을 포함한다.
WPC 표준은 기본 전력 프로파일(baseline power profile: BPP)과 확장 전력 프로파일(extended power profile: EPP)을 정의한다. BPP는 5W의 전력 전송을 지원하는 무선전력 전송장치와 수신장치에 관한 것이고, EPP는 5W보다 크고 30W보다 작은 범위의 전력 전송을 지원하는 무선전력 전송장치와 수신장치에 관한 것이다.
서로 다른 전력레벨(power level)을 사용하는 다양한 무선전력 전송장치와 수신장치들이 각 표준별로 커버되고, 서로 다른 전력 클래스(power class) 또는 카테고리로 분류될 수 있다.
예를 들어, WPC는 무선전력 전송장치와 수신장치를 전력 클래스(power class :PC) -1, PC0, PC1, PC2로 분류하고, 각 PC에 대한 표준문서를 제공한다. PC-1 표준은 5W 미만의 보장전력(guaranteed power)을 제공하는 무선전력 전송장치와 수신장치에 관한 것이다. PC-1의 어플리케이션은 스마트 시계와 같은 웨어러블 기기를 포함한다.
PC0 표준은 5W의 보장전력을 제공하는 무선전력 전송장치와 수신장치에 관한 것이다. PC0 표준은 보장전력이 30W까지인 EPP를 포함한다. 인-밴드(in-band :IB) 통신이 PC0의 필수적인(mandatory) 통신 프로토콜이나, 옵션의 백업 채널로 사용되는 아웃-밴드(out-band : OB) 통신도 사용될 수 있다. 무선전력 수신장치는 OB의 지원 여부를 구성 패킷(configuration packe)내의 OB 플래그를 설정함으로써 식별할 수 있다. OB를 지원하는 무선전력 전송장치는 상기 구성 패킷에 대한 응답으로서, OB 핸드오버를 위한 비트패턴(bit-pattern)을 전송함으로써 OB 핸드오버 페이즈(handover phase)로 진입할 수 있다. 상기 구성 패킷에 대한 응답은 NAK, ND 또는 새롭게 정의되는 8비트의 패턴일 수 있다. PC0의 어플리케이션은 스마트폰을 포함한다.
PC1 표준은 30W~150W의 보장전력을 제공하는 무선전력 전송장치와 수신장치에 관한 것이다. OB는 PC1을 위한 필수적인 통신 채널이며, IB는 OB로의 초기화 및 링크 수립(link establishment)로서 사용된다. 무선전력 전송장치는 구성 패킷에 대한 응답으로서, OB 핸드오버를 위한 비트패턴을 이용하여 OB 핸드오버 페이즈로 진입할 수 있다. PC1의 어플리케이션은 랩탑이나 전동 공구(power tool)을 포함한다.
PC2 표준은 200W~2kW의 보장전력을 제공하는 무선전력 전송장치와 수신장치에 관한 것으로서, 그 어플리케이션은 주방가전을 포함한다.
이렇듯 전력 레벨에 따라 PC가 구별될 수 있으며, 동일한 PC간 호환성(compatibility)을 지원할지 여부는 선택 또는 필수 사항일 수 있다. 여기서 동일한 PC간 호환성은, 동일한 PC 간에는 전력 송수신이 가능함을 의미한다. 예를 들어, PC x인 무선 전력 전송장치가 동일한 PC x를 갖는 무선 전력 수신장치의 충전이 가능한 경우, 동일한 PC간 호환성이 유지되는 것으로 볼 수 있다. 이와 유사하게 서로 다른 PC간의 호환성 역시 지원 가능할 수 있다. 여기서 서로 다른 PC간 호환성은, 서로 다른 PC 간에도 전력 송수신이 가능함을 의미한다. 예를 들어, PC x인 무선 전력 전송장치가 PC y를 갖는 무선 전력 수신장치의 충전이 가능한 경우, 서로 다른 PC간 호환성이 유지되는 것으로 볼 수 있다.
PC간 호환성의 지원은 사용자 경험(User Experience) 및 인프라 구축 측면에서 매우 중요한 이슈이다. 다만, PC간 호환성 유지에는 기술적으로 아래와 같은 여러 문제점이 존재한다.
동일한 PC간 호환성의 경우, 예를 들어, 연속적으로 전력이 전송되는 경우에만 안정적으로 충전이 가능한 랩-탑 충전(lap-top charging) 방식의 무선 전력 수신장치는, 동일한 PC의 무선 전력 송신장치라 하더라도, 불연속적으로 전력을 전송하는 전동 툴 방식의 무선 전력 송신장치로부터 전력을 안정적으로 공급받는 데 문제가 있을 수 있다. 또한, 서로 다른 PC간 호환성의 경우, 예를 들어, 최소 보장 전력이 200W인 무선 전력 송신장치는 최대 보장 전력이 5W인 무선 전력 수신장치로 전력을 송신하는 경우, 과전압으로 인해 무선전력 수신장치가 파손될 위험이 있다. 그 결과, PC는 호환성을 대표/지시하는 지표/기준으로 삼기 어렵다.
무선전력 전송 및 수신장치들은 매우 편리한 사용자 경험과 인터페이스(UX/UI)를 제공할 수 있다. 즉, 스마트 무선충전 서비스가 제공될 수 있다, 스마트 무선충전 서비스는 무선전력 전송장치를 포함하는 스마트폰의 UX/UI에 기초하여 구현될 수 있다. 이러한 어플리케이션을 위해, 스마트폰의 프로세서와 무선충전 수신장치간의 인터페이스는 무선전력 전송장치와 수신장치간의 "드롭 앤 플레이(drop and play)" 양방향 통신을 허용한다.
일례로서, 사용자는 호텔에서 스마트 무선 충전 서비스를 경험할 수 있다. 사용자가 호텔 방으로 입장하고 방안의 무선충전기 위에 스마트폰을 올려놓으면, 무선충전기는 스마트폰으로 무선전력을 전송하고, 스마트폰은 무선전력을 수신한다. 이 과정에서, 무선충전기는 스마트 무선 충전 서비스에 관한 정보를 스마트폰으로 전송한다. 스마트폰이 무선충전기 상에 위치됨을 감지하거나, 무선전력의 수신을 감지하거나, 또는 스마트폰이 무선충전기로부터 스마트 무선 충전 서비스에 관한 정보를 수신하면, 스마트폰은 사용자에게 부가적 특징으로의 동의(opt-in)를 문의하는 상태로 진입한다. 이를 위해, 스마트폰은 알람음을 포함하거나 또는 포함하지 않는 방식으로 스크린상에 메시지를 디스플레이할 수 있다. 메시지의 일례는 "Welcome to ### hotel. Select “Yes” to activate smart charging functions : Yes | No Thanks."와 같은 문구를 포함할 수 있다. 스마트폰은 Yes 또는 No Thanks를 선택하는 사용자의 입력을 받고, 사용자에 의해 선택된 다음 절차를 수행한다. 만약 Yes가 선택되면 스마트폰은 무선충전기에 해당 정보를 전송한다. 그리고 스마트폰과 무선충전기는 스마트 충전 기능을 함께 수행한다.
스마트 무선 충전 서비스는 또한 WiFi 자격(wifi credentials) 자동 입력(auto-filled)을 수신하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 무선충전기는 WiFi 자격을 스마트폰으로 전송하고, 스마트폰은 적절한 앱을 실행하여 무선충전기로부터 수신된 WiFi 자격을 자동적으로 입력한다.
스마트 무선 충전 서비스는 또한 호텔 프로모션을 제공하는 호텔 어플리케이션을 실행하거나, 원격 체크인/체크아웃 및 컨택 정보들을 획득하는 것을 포함할 수 있다.
다른 예로서, 사용자는 차량 내에서 스마트 무선 충전 서비스를 경험할 수 있다. 사용자가 차량에 탑승하고 스마트폰을 무선충전기 위에 올려놓으면, 무선충전기는 스마트폰에 무선전력을 전송하고, 스마트폰은 무선전력을 수신한다. 이러한 과정에서, 무선 충전기는 스마트 무선 충전 서비스에 관한 정보를 스마트폰으로 전송한다. 스마트폰이 무선충전기 상에 위치됨을 감지하거나, 무선전력의 수신을 감지하거나, 또는 스마트폰이 무선충전기로부터 스마트 무선 충전 서비스에 관한 정보를 수신하면, 스마트폰은 사용자에게 신분(identity)를 확인을 문의하는 상태로 진입한다.
이 상태에서, 스마트폰은 WiFi 및/또는 블루투스를 통해 자동적으로 자동차와 연결된다. 스마트폰은 알람음을 포함하거나 또는 포함하지 않는 방식으로 스크린상에 메시지를 디스플레이할 수 있다. 메시지의 일례는 "Welcome to your car. Select “Yes” to synch device with in-car controls : Yes | No Thanks."와 같은 문구를 포함할 수 있다. 스마트폰은 Yes 또는 No Thanks를 선택하는 사용자의 입력을 받고, 사용자에 의해 선택된 다음 절차를 수행한다. 만약 Yes가 선택되면 스마트폰은 무선충전기에 해당 정보를 전송한다. 그리고 스마트폰과 무선충전기는 차량내 어플리케이션/디스플레이 소프트웨어를 구동함으로서, 차량 내 스마트 제어 기능을 함께 수행할 수 있다. 사용자는 원하는 음악을 즐길 수 있고, 정규적인 맵 위치를 확인할 수 있다. 차량 내 어플리케이션/디스플레이 소프트웨어는 통행자들을 위한 동기화 접근을 제공하는 성능을 포함할 수 있다.
또 다른 예로서, 사용자는 스마트 무선 충전을 댁내에서 경험할 수 있다. 사용자가 방으로 들어가서 방안의 무선충전기 위에 스마트폰을 올려놓으면, 무선충전기는 스마트폰으로 무선전력을 전송하고, 스마트폰은 무선전력을 수신한다. 이 과정에서, 무선충전기는 스마트 무선 충전 서비스에 관한 정보를 스마트폰으로 전송한다. 스마트폰이 무선충전기 상에 위치됨을 감지하거나, 무선전력의 수신을 감지하거나, 또는 스마트폰이 무선충전기로부터 스마트 무선 충전 서비스에 관한 정보를 수신하면, 스마트폰은 사용자에게 부가적 특징으로의 동의(opt-in)를 문의하는 상태로 진입한다. 이를 위해, 스마트폰은 알람음을 포함하거나 또는 포함하지 않는 방식으로 스크린상에 메시지를 디스플레이할 수 있다. 메시지의 일례는 "Hi xxx, Would you like to activate night mode and secure the building?: Yes | No Thanks."와 같은 문구를 포함할 수 있다. 스마트폰은 Yes 또는 No Thanks를 선택하는 사용자의 입력을 받고, 사용자에 의해 선택된 다음 절차를 수행한다. 만약 Yes가 선택되면 스마트폰은 무선충전기에 해당 정보를 전송한다. 스마트폰과 무선 충전기는 적어도 사용자의 패턴을 인지하고 사용자에게 문과 창문을 잠그거나 불을 끄거나, 알람을 설정하도록 권유할 수 있다.
이하에서는 호환성을 대표/지시하는 지표/기준으로 '프로필(profile)'을 새롭게 정의하기로 한다. 즉, 동일한 '프로필'을 갖는 무선 전력 송수신 장치간에는 호환성이 유지되어 안정적인 전력 송수신이 가능하며, 서로 다른 '프로필'을 갖는 무선 전력 송수신장치간에는 전력 송수신이 불가한 것으로 해석될 수 있다. 프로필은 전력 클래스와 무관하게(또는 독립적으로) 호환 가능 여부 및/또는 어플리케이션에 따라 정의될 수 있다.
프로필은 크게 i) 모바일 및 컴퓨팅, ii) 전동 툴, 및 iii) 주방 이렇게 3가지로 구분될 수 있다.
또는, 프로필은 크게 i) 모바일, ii) 전동 툴, iii) 주방 및 iv) 웨어러블 이렇게 4가지로 구분될 수 있다.
'모바일' 프로필의 경우, PC는 PC0 및/또는 PC1, 통신 프로토콜/방식은 IB 및 OB, 동작 주파수는 87~205kHz로 정의될 수 있으며, 어플리케이션의 예시로는 스마트폰, 랩-탑 등이 존재할 수 있다.
'전동 툴' 프로필의 경우, PC는 PC1, 통신 프로토콜/방식은 IB, 동작 주파수는 87~145kHz로 정의될 수 있으며, 어플리케이션의 예시로는 전동 툴 등이 존재할 수 있다.
'주방' 프로필의 경우, PC는 PC2, 통신 프로토콜/방식은 NFC-기반, 동작 주파수는 100kHz 미만으로 정의될 수 있으며, 어플리케이션의 예시로는 주방/가전 기기 등이 존재할 수 있다.
전동 툴과 주방 프로필의 경우, 무선전력 전송장치와 수신장치 간에 NFC 통신이 사용될 수 있다. 무선전력 전송장치와 수신장치는 WPC NDEF(NFC Data Exchange Profile Format)을 교환함으로써 상호간에 NFC 기기임을 확인할 수 있다. 예를 들어 WPC NDEF는 도 3b와 같이 어플리케이션 프로파일(application profile) 필드(예를 들어 1B), 버전 필드(예를 들어 1B), 및 프로파일 특정 데이터(profile specific data, 예를 들어 1B)를 포함할 수 있다. 어플리케이션 프로파일 필드는 해당 장치가 i) 모바일 및 컴퓨팅, ii) 전동 툴, 및 iii) 주방 중 어느 것인지를 지시하고, 버전 필드의 상위 니블(upper nibble)은 메이저 버전(major version)을 지시하고 하위 니블(lower nibble)은 마이너 버전(minor version)을 지시한다. 또한 프로파일 특정 데이터는 주방을 위한 컨텐츠를 정의한다.
'웨어러블' 프로필의 경우, PC는 PC-1, 통신 프로토콜/방식은 IB, 동작 주파수는 87~205kHz으로 정의될 수 있으며, 어플리케이션의 예시로는 사용자 몸에 착용하는 웨어러블 기기 등이 존재할 수 있다.
동일한 프로필간에는 호환성 유지는 필수 사항일 수 있으며, 다른 프로필간의 호환성 유지는 선택 사항일 수 있다.
상술한 프로필(모바일 프로필, 전동 툴 프로필, 주방 프로필 및 웨어러블 프로필)들은 제1 내지 제n 프로필로 일반화되어 표현될 수 있으며, WPC 규격 및 실시예에 따라 새로운 프로필이 추가/대체될 수 있다.
이와 같이 프로필이 정의되는 경우, 무선 전력 전송장치가 자신과 동일한 프로필의 무선 전력 수신장치에 대해서만 선택적으로 전력 송신을 수행하여 보다 안정적으로 전력 송신이 가능하다. 또한 무선 전력 전송장치의 부담이 줄어들고, 호환이 불가능한 무선 전력 수신장치로의 전력 송신을 시도하지 않게 되므로 무선 전력 수신장치의 파손 위험이 줄어든다는 효과가 발생한다.
'모바일' 프로필 내의 PC1은 PC0를 기반으로 OB와 같은 선택적 확장을 차용함으로써 정의될 수 있으며, '전동 툴' 프로필의 경우, PC1 '모바일' 프로필이 단순히 변경된 버전으로서 정의될 수 있다. 또한, 현재까지는 동일한 프로필간의 호환성 유지를 목적으로 정의되었으나, 추후에는 서로 다른 프로필간의 호환성 유지 방향으로 기술이 발전될 수 있다. 무선 전력 전송장치 또는 무선 전력 수신장치는 다양한 방식을 통해 자신의 프로필을 상대방에게 알려줄 수 있다.
AFA 표준은 무선 전력 전송장치를 PTU(power transmitting unit)이라 칭하고, 무선 전력 수신장치를 PRU(power receiving unit)이라 칭하며, PTU는 표 1과 같이 다수의 클래스로 분류되고, PRU는 표 2와 같이 다수의 카테고리로 분류된다.
PTX_IN_MAX 최소 카테고리 지원 요구사항 지원되는 최대 기기 개수를 위한 최소값
Class 1 2W 1x 카테고리 1 1x 카테고리 1
Class 2 10W 1x 카테고리 3 2x 카테고리 2
Class 3 16W 1x 카테고리 4 2x 카테고리 3
Class 4 33W 1x 카테고리 5 3x 카테고리 3
Class 5 50W 1x 카테고리 6 4x 카테고리 3
Class 6 70W 1x 카테고리 7 5x 카테고리 3
PRU PRX_OUT_MAX' 예시 어플리케이션
Category 1 TBD 블루투스 헤드셋
Category 2 3.5W 피쳐폰
Category 3 6.5W 스마트폰
Category 4 13W 태블릿, 패플릿
Category 5 25W 작은 폼팩터 랩탑
Category 6 37.5W 일반 랩탑
Category 7 50W 가전
표 1에서와 같이, 클래스 n PTU의 최대 출력 전력 성능(capability)은 해당 클래스의 PTX_IN_MAX 값보다 크거나 같다. PRU는 해당 카테고리에서 명세된(specified) 전력보다 더 큰 전력을 끌어당길(draw) 수는 없다.
도 4a는 다른 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 블록도이다.
도 4a를 참조하면, 무선 전력 전송 시스템(10)은 무선으로 전력을 수신하는 모바일 기기(Mobile Device)(450) 및 무선으로 전력을 송신하는 베이스 스테이션(Base Station)(400)을 포함한다.
베이스 스테이션(400)은 유도 전력 또는 공진 전력을 제공하는 장치로서, 적어도 하나의 무선 전력 전송장치(power transmitter, 100) 및 시스템 유닛(405)을 포함할 수 있다. 무선 전력 전송장치(100)는 유도 전력 또는 공진 전력을 전송하고, 전송을 제어할 수 있다. 무선 전력 전송장치(100)는, 1차 코일(primary coil(s))을 통해 자기장을 생성함으로써 전기 에너지를 전력 신호로 변환하는 전력 변환 유닛(power conversion unit, 110) 및 적절한 레벨로 전력을 전달하도록 무선 전력 수신장치(200)와의 통신 및 전력 전달을 컨트롤하는 통신/컨트롤 유닛(communications & control unit, 120)을 포함할 수 있다. 시스템 유닛(405)은 입력 전력 프로비저닝(provisioning), 복수의 무선전력 전송장치들의 컨트롤 및 사용자 인터페이스 제어와 같은 베이스 스테이션(400)의 기타 동작 제어를 수행할 수 있다.
1차 코일은 교류 전력(또는 전압 또는 전류)을 이용하여 전자기장을 발생시킬 수 있다. 1차 코일은 전력 변환 유닛(110)에서 출력되는 특정 주파수의 교류전력(또는 전압 또는 전류)을 인가받고, 이에 따라 특정 주파수의 자기장을 발생시킬 수 있다. 자기장은 비방사형 또는 방사형으로 발생할 수 있는데, 무선 전력 수신 장치(200)는 이를 수신하여 전류를 생성하게 된다. 다시 말해 1차 코일은 무선으로 전력을 전송하는 것이다.
자기 유도 방식에서, 1차 코일과 2차 코일은 임의의 적합한 형태들을 가질 수 있으며, 예컨대, 페라이트 또는 비정질 금속과 같은 고투자율의 형성물의 주위에 감긴 동선일 수 있다. 1차 코일은 전송 코일(transmitting coil), 1차 코어(primary core), 1차 와인딩(primary winding), 1차 루프 안테나(primary loop antenna) 등으로 불릴 수도 있다. 한편, 2차 코일은 수신 코일(receiving coil), 2차 코어(secondary core), 2차 와인딩(secondary winding), 2차 루프 안테나(secondary loop antenna), 픽업 안테나(pickup antenna) 등으로 불릴 수도 있다.
자기 공진 방식을 이용하는 경우에는 1차 코일과 2차 코일은 각각 1차 공진 안테나와 2차 공진 안테나 형태로 제공될 수 있다. 공진 안테나는 코일과 캐패시터를 포함하는 공진 구조를 가질 수 있다. 이때 공진 안테나의 공진 주파수는 코일의 인덕턴스와 캐패시터의 캐패시턴스에 의해 결정된다. 여기서, 코일은 루프의 형태로 이루어질 수 있다. 또 루프의 내부에는 코어가 배치될 수 있다. 코어는 페라이트 코어(ferrite core)와 같은 물리적인 코어나 공심 코어(air core)를 포함할 수 있다.
1차 공진 안테나와 2차 공진 안테나 간의 에너지 전송은 자기장의 공진 현상을 통해 이루어질 수 있다. 공진 현상이란 하나의 공진 안테나에서 공진 주파수에 해당하는 근접장이 발생할 때 주위에 다른 공진 안테나가 위치하는 경우, 양 공진 안테나가 서로 커플링되어 공진 안테나 사이에서 높은 효율의 에너지 전달이 일어나는 현상을 의미한다. 1차 공진 안테나와 2차 공진 안테나 안테나 사이에서 공진 주파수에 해당하는 자기장이 발생하면, 1차 공진 안테나와 2차 공진 안테나가 서로 공진하는 현상이 발생되고, 이에 따라 일반적인 경우 1차 공진 안테나에서 발생한 자기장이 자유공간으로 방사되는 경우에 비해 보다 높은 효율로 2차 공진 안테나를 향해 자기장이 집속되며, 따라서 1차 공진 안테나로부터 2차 공진 안테나에 높은 효율로 에너지가 전달될 수 있다. 자기 유도 방식은 자기 공진 방식과 유사하게 구현될 수 있으나 이때에는 자기장의 주파수가 공진 주파수일 필요가 없다. 대신 자기 유도 방식에서는 1차 코일과 2차 코일을 구성하는 루프 간의 정합이 필요하며 루프 간의 간격이 매우 근접해야 한다.
도면에 도시되지 않았으나, 무선 전력 전송장치(100)는 통신 안테나를 더 포함할 수도 있다. 통신 안테나는 자기장 통신 이외의 통신 캐리어를 이용하여 통신 신호를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 통신 안테나는 와이파이(Wi-Fi), 블루투스(Bluetooth), 블루투스 LE, 직비(ZigBee), NFC 등의 통신 신호를 송수신 할 수 있다.
통신/컨트롤 유닛(120)은 무선 전력 수신 장치(200)와 정보를 송수신할 수 있다. 통신/컨트롤 유닛(120)은 IB 통신 모듈 또는 OB 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
IB 통신 모듈은 특정 주파수를 중심 주파수로 하는 자기파를 이용하여 정보를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 통신/컨트롤 유닛(120)은 자기파에 정보를 실어 1차 코일을 통해 송신하거나 또는 정보가 담긴 자기파를 1차 코일을 통해 수신함으로써 인-밴드 통신을 수행할 수 있다. 이때, 이진 위상 편이(BPSK: binary phase shift keying) 또는 진폭 편이(ASK: amplitude shift keying) 등의 변조 방식과 맨체스터(Manchester) 코딩 또는 넌 제로 복귀 레벨(NZR-L: non-return-to-zero level) 코딩 등의 코딩 방식을 이용하여 자기파에 정보를 담거나 정보가 담긴 자기파를 해석할 수 있다. 이러한 IB 통신을 이용하면 통신/컨트롤 유닛(120)은 수 kbps의 데이터 전송율로 수 미터에 이르는 거리까지 정보를 송수신할 수 있다.
OB 통신 모듈은 통신 안테나를 통해 아웃-밴드 통신을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 통신/컨트롤 유닛(120)은 근거리 통신 모듈로 제공될 수 있다. 근거리 통신 모듈의 예로는 와이파이(Wi-Fi), 블루투스(Bluetooth), 블루투스 LE, 직비(ZigBee), NFC 등의 통신 모듈이 있다.
통신/컨트롤 유닛(120)은 무선 전력 전송 장치(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 통신/컨트롤 유닛(120)은 각종 정보의 연산 및 처리를 수행하고, 무선 전력전송 장치(100)의 각 구성 요소를 제어할 수 있다.
통신/컨트롤 유닛(120)은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합을 이용하여 컴퓨터나 이와 유사한 장치로 구현될 수 있다. 하드웨어적으로 통신/컨트롤 유닛(120)은 전기적인 신호를 처리하여 제어 기능을 수행하는 전자 회로 형태로 제공될 수 있으며, 소프트웨어적으로는 하드웨어적인 통신/컨트롤 유닛(120)을 구동시키는 프로그램 형태로 제공될 수 있다.
통신/컨트롤 유닛(120)은 동작 포인트(operating point)를 컨트롤함으로써 송신 전력을 컨트롤할 수 있다. 컨트롤하는 동작 포인트는 주파수(또는 위상), 듀티 사이클(duty cycle), 듀티 비(duty ratio) 및 전압 진폭의 조합에 해당될 수 있다. 통신/컨트롤 유닛(120)은 주파수(또는 위상), 듀티 사이클, 듀티비 및 전압 진폭 중 적어도 하나를 조절하여 송신 전력을 컨트롤할 수 있다. 또한, 무선 전력 전송장치(100)는 일정한 전력을 공급하고, 무선 전력 수신장치(200)가 공진 주파수를 컨트롤함으로써 수신 전력을 컨트롤할 수도 있다.
모바일 기기(450)는 2차 코일(Secondary Coil)을 통해 무선 전력을 수신하는 무선전력 수신장치(power receiver, 200)와 무선전력 수신장치(200)에서 수신된 전력을 전력을 전달받아 저장하고 기기에 공급하는 부하(load, 455)를 포함한다.
무선전력 수신장치(200)는 전력 픽업 유닛(power pick-up unit, 210) 및 통신/컨트롤 유닛(communications & control unit, 220)을 포함할 수 있다. 전력 픽업 유닛(210)은 2차 코일을 통해 무선 전력을 수신하여 전기 에너지로 변환할 수 있다. 전력 픽업 유닛(210)은 2차 코일을 통해 얻어지는 교류 신호를 정류하여 직류 신호로 변환한다. 통신/컨트롤 유닛(220)은 무선 전력의 송신과 수신(전력 전달 및 수신)을 제어할 수 있다.
2차 코일은 무선 전력 전송 장치(100)에서 전송되는 무선 전력을 수신할 수 있다. 2차 코일은 1차 코일에서 발생하는 자기장을 이용하여 전력을 수신할 수 있다. 여기서, 특정 주파수가 공진 주파수인 경우에는 1차 코일과 2차 코일 간에 자기 공진 현상이 발생하여 보다 효율적으로 전력을 전달받을 수 있다.
도 4a에는 도시되지 않았으나 통신/컨트롤 유닛(220)은 통신 안테나를 더 포함할 수도 있다. 통신 안테나는 자기장 통신 이외의 통신 캐리어를 이용하여 통신 신호를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 통신 안테나는 와이파이(Wi-Fi), 블루투스(Bluetooth), 블루투스 LE, 직비(ZigBee), NFC 등의 통신 신호를 송수신할 수 있다.
통신/컨트롤 유닛(220)은 무선 전력 전송 장치(100)와 정보를 송수신할 수 있다. 통신/컨트롤 유닛(220)은 IB 통신 모듈 또는 OB 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
IB 통신 모듈은 특정 주파수를 중심 주파수로 하는 자기파를 이용하여 정보를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 통신/컨트롤 유닛(220)은 자기파에 정보를 실어 2차 코일을 통해 송신하거나 또는 정보가 담긴 자기파를 2차 코일을 통해 수신함으로써 IB 통신을 수행할 수 있다. 이때, 이진 위상 편이(BPSK: binary phase shift keying) 또는 진폭 편이(ASK: amplitude shift keying) 등의 변조 방식과 맨체스터(Manchester) 코딩 또는 넌 제로 복귀 레벨(NZR-L: non-return-to-zero level) 코딩 등의 코딩 방식을 이용하여 자기파에 정보를 담거나 정보가 담긴 자기파를 해석할 수 있다. 이러한 IB 통신을 이용하면 통신/컨트롤 유닛(220)은 수 kbps의 데이터 전송율로 수 미터에 이르는 거리까지 정보를 송수신할 수 있다.
OB 통신 모듈은 통신 안테나를 통해 아웃-밴드 통신을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 통신/컨트롤 유닛(220)은 근거리 통신 모듈로 제공될 수 있다.
근거리 통신 모듈의 예로는 와이파이(Wi-Fi), 블루투스(Bluetooth), 블루투스 LE, 직비(ZigBee), NFC 등의 통신 모듈이 있다.
통신/컨트롤 유닛(220)은 무선 전력 수신 장치(200)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 통신/컨트롤 유닛(220)은 각종 정보의 연산 및 처리를 수행하고, 무선 전력수신 장치(200)의 각 구성 요소를 제어할 수 있다.
통신/컨트롤 유닛(220)은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합을 이용하여 컴퓨터나 이와 유사한 장치로 구현될 수 있다. 하드웨어적으로 통신/컨트롤 유닛(220)은 전기적인 신호를 처리하여 제어 기능을 수행하는 전자 회로 형태로 제공될 수 있으며, 소프트웨어적으로는 하드웨어적인 통신/컨트롤 유닛(220)을 구동시키는 프로그램 형태로 제공될 수 있다.
통신/컨트롤 유닛(120)과 통신/컨트롤 유닛(220)이 OB 통신 모듈 또는 근거리 통신 모듈로서 블루투스 또는 블루투스 LE일 경우, 통신/컨트롤 유닛(120)과 통신/컨트롤 유닛(220)은 각각 도 4b와 같은 통신 아키텍처로 구현되어 동작할 수 있다.
도 4b는 본 발명이 적용될 수 있는 블루투스 통신 아키텍처(Architecture)의 일 예를 나타낸 도이다.
도 4b를 참고하면, 도 4b의 (a)는 GATT를 지원하는 블루투스 BR(Basic Rate)/EDR(Enhanced Data Rate)의 프로토콜 스택의 일 예를 나타내며, (b)는 블루투스 LE(Low Energy)의 프로토콜 스택의 일 예를 나타낸다.
구체적으로, 도 4b의 (a)에 도시된 바와 같이, 블루투스 BR/EDR 프로토콜 스택은 호스트 컨트롤러 인터페이스(Host Controller Interface, HCI, 18)를 기준으로 상부의 컨트롤러 스택(Controller stack, 460)과 하부의 호스트 스택(Host Stack, 470)을 포함할 수 있다.
상기 호스트 스택(또는 호스트 모듈)(470)은 2.4GHz의 블루투스 신호를 받는 무선 송수신 모듈과 블루투스 패킷을 전송하거나 수신하기 위한 하드웨어를 말하며, 상기 컨트롤러 스택(460)은 블루투스 모듈과 연결되어 블루투스 모듈을 제어하고 동작을 수행한다.
상기 호스트 스택(470)은 BR/EDR PHY 계층(12), BR/EDR Baseband 계층(14), 링크 매니저 계층(Link Manager, 16)을 포함할 수 있다.
상기 BR/EDR PHY 계층(12)은 2.4GHz 무선 신호를 송수신하는 계층으로, GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) modulation을 사용하는 경우 79 개의 RF 채널을 hopping 하여 데이터를 전송할 수 있다.
상기 BR/EDR Baseband 계층(14)은 Digital Signal을 전송하는 역할을 담당하며, 초당 1400번 hopping 하는 채널 시퀀스를 선택하며, 각 채널 별 625us 길이의 time slot을 전송한다.
상기 링크 매니저 계층(16)은 LMP(Link Manager Protocol)을 활용하여 Bluetooth Connection의 전반적인 동작(link setup, control, security)을 제어한다.
상기 링크 매니저 계층(16)은 아래와 같은 기능을 수행할 수 있다.
- ACL/SCO logical transport, logical link setup 및 control을 한다.
- Detach: connection을 중단하고, 중단 이유를 상대 디바이스에게 알려준다.
- Power control 및 Role switch를 한다.
- Security(authentication, pairing, encryption) 기능을 수행한다.
상기 호스트 컨트롤러 인터페이스 계층(18)은 Host 모듈과 Controller 모듈 사이의 인터페이스 제공하여 Host 가 command와 Data를 Controller에게 제공하게 하며, Controller가 event와 Data를 Host에게 제공할 수 있도록 해준다.
상기 호스트 스택(또는 호스트 모듈, 20)은 논리적 링크 제어 및 적응 프로토콜(L2CAP, 21), 속성 프로토콜(Protocol, 22), 일반 속성 프로파일(Generic Attribute Profile, GATT, 23), 일반 접근 프로파일(Generic Access Profile, GAP, 24), BR/EDR 프로파일(25)을 포함한다.
상기 논리적 링크 제어 및 적응 프로토콜(L2CAP, 21)은 특정 프로토콜 또는 포로파일에게 데이터를 전송하기 위한 하나의 양방향 채널을 제공할 수 있다.
상기 L2CAP(21)은 블루투스 상위에서 제공하는 다양한 프로토콜, 프로파일 등을 멀티플렉싱(multiplexing)할 수 있다.
블루투스 BR/EDR의 L2CAP에서는 dynamic 채널 사용하며, protocol service multiplexer, retransmission, streaming mode를 지원하고, Segmentation 및 reassembly, per-channel flow control, error control을 제공한다.
상기 일반 속성 프로파일(GATT, 23)은 서비스들의 구성 시에 상기 속성 프로토콜(22)이 어떻게 이용되는지를 설명하는 프로토콜로서 동작 가능할 수 있다. 예를 들어, 상기 일반 속성 프로파일(23)은 ATT 속성들이 어떻게 서비스들로 함께 그룹화되는지를 규정하도록 동작 가능할 수 있고, 서비스들과 연계된 특징들을 설명하도록 동작 가능할 수 있다.
따라서, 상기 일반 속성 프로파일(23) 및 상기 속성 프로토콜(ATT, 22)은 디바이스의 상태와 서비스들을 설명하고, 특징들이 서로 어떻게 관련되며 이들이 어떻게 이용되는지를 설명하기 위하여, 특징들을 사용할 수 있다.
상기 속성 프로토콜(22) 및 상기 BR/EDR 프로파일(25)은 블루트스 BR/EDR를 이용하는 서비스(profile)의 정의 및 이들 데이터를 주고 받기 위한 application 프로토콜을 정의하며, 상기 일반 접근 프로파일(Generic Access Profile, GAP, 24)은 디바이스 발견, 연결, 및 보안 수준을 정의힌다.
도 4b의 (b)에 도시된 바와 같이, 블루투스 LE 프로토콜 스택은 타이밍이 중요한 무선장치 인터페이스를 처리하도록 동작 가능한 컨트롤러 스택(Controller stack, 480)과 고레벨(high level) 데이터를 처리하도록 동작 가능한 호스트 스택(Host stack, 490)을 포함한다.
먼저, 컨트롤러 스택(480)은 블루투스 무선장치를 포함할 수 있는 통신 모듈, 예를 들어, 마이크로프로세서와 같은 프로세싱 디바이스를 포함할 수 있는 프로세서 모듈을 이용하여 구현될 수 있다.
호스트 스택(490)은 프로세서 모듈 상에서 작동되는 OS의 일부로서, 또는 OS 위의 패키지(package)의 인스턴스 생성(instantiation)으로서 구현될 수 있다.
일부 사례들에서, 컨트롤러 스택 및 호스트 스택은 프로세서 모듈 내의 동일한 프로세싱 디바이스 상에서 작동 또는 실행될 수 있다.
상기 컨트롤러 스택(480)은 물리 계층(Physical Layer, PHY, 32), 링크 레이어(Link Layer, 34) 및 호스트 컨트롤러 인터페이스(Host Controller Interface, 36)를 포함한다.
상기 물리 계층(PHY, 무선 송수신 모듈, 32)은 2.4 GHz 무선 신호를 송수신하는 계층으로 GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) modulation과 40 개의 RF 채널로 구성된 frequency hopping 기법을 사용한다.
블루투스 패킷을 전송하거나 수신하는 역할을 하는 상기 링크 레이어(34)는 3개의 Advertising 채널을 이용하여 Advertising, Scanning 기능을 수행한 후에 디바이스 간 연결을 생성하고, 37개 Data 채널을 통해 최대 257bytes 의 데이터 패킷을 주고 받는 기능을 제공한다.
상기 호스트 스택은 GAP(Generic Access Profile, 40), 논리적 링크 제어 및 적응 프로토콜(L2CAP, 41), 보안 매니저(Security Manager, SM, 42), 속성 프로토콜(Attribute Protocol, ATT, 440), 일반 속성 프로파일(Generic Attribute Profile, GATT, 44), 일반 접근 프로파일(Generic Access Profile, 25), LT 프로파일(46)을 포함할 수 있다. 다만, 상기 호스트 스택(490)은 이것으로 한정되지는 않고 다양한 프로토콜들 및 프로파일들을 포함할 수 있다.
호스트 스택은 L2CAP을 사용하여 블루투스 상위에서 제공하는 다양한 프로토콜, 프로파일 등을 다중화(multiplexing)한다.
먼저, L2CAP(Logical Link Control and Adaptation Protocol, 41)은 특정 프로토콜 또는 프로파일에게 데이터를 전송하기 위한 하나의 양방향 채널을 제공할 수 있다.
상기 L2CAP(41)은 상위 계층 프로토콜들 사이에서 데이터를 다중화(multiplex)하고, 패키지(package)들을 분할(segment) 및 재조립(reassemble)하고, 멀티캐스트 데이터 송신을 관리하도록 동작 가능할 수 있다.
블루투스 LE 에서는 3개의 고정 채널(signaling CH을 위해 1개, Security Manager를 위해 1개, Attribute protocol을 위해 1개)을 기본적으로 사용한다. 그리고, 필요에 따라 동적 채널을 사용할 수도 있다.
반면, BR/EDR(Basic Rate/Enhanced Data Rate)에서는 동적인 채널을 기본적으로 사용하며, protocol service multiplexer, retransmission, streaming mode 등을 지원한다.
SM(Security Manager, 42)은 디바이스를 인증하며, 키 분배(key distribution)를 제공하기 위한 프로토콜이다.
ATT(Attribute Protocol, 43)는 서버-클라이언트(Server-Client) 구조로 상대 디바이스의 데이터를 접근하기 위한 규칙을 정의한다. ATT에는 아래의 6가지의 메시지 유형(Request, Response, Command, Notification, Indication, Confirmation)이 있다.
① Request 및 Response 메시지: Request 메시지는 클라이언트 디바이스에서 서버 디바이스로 특정 정보 요청 및 전달 하기 위한 메시지이며, Response 메시지는 Request 메시지에 대한 응답 메시지로서, 서버 디바이스에서 클라이언트 디바이스로 전송하는 용도로 사용할 수 있는 메시지를 말한다.
② Command 메시지: 클라이언트 디바이스에서 서버 디바이스로 주로 특정 동작의 명령을 지시하기 위해 전송하는 메시지로, 서버 디바이스는 Command 메시지에 대한 응답을 클라이언트 디바이스로 전송하지 않는다.
③ Notification 메시지: 서버 디바이스에서 클라이언트 디바이스로 이벤트 등과 같은 통지를 위해 전송하는 메시지로, 클라이언트 디바이스는 Notification 메시지에 대한 확인 메시지를 서버 디바이스로 전송하지 않는다.
④ Indication 및 Confirm 메시지: 서버 디바이스에서 클라이언트 디바이스로 이벤트 등과 같은 통지를 위해 전송하는 메시지로, Notification 메시지와는 달리, 클라이언트 디바이스는 Indication 메시지에 대한 확인 메시지(Confirm message)를 서버 디바이스로 전송한다.
본 발명은 상기 속성 프로토콜(ATT, 43)을 사용하는 GATT 프로파일에서 긴 데이터 요청 시 데이터 길이에 대한 값을 전송하여 클라이언트가 데이터 길이를 명확히 알 수 있게 하며, UUID를 이용하여 서버로부터 특성(Characteristic) 값을 전송 받을 수 있다.
상기 일반 접근 프로파일(GAP, 45)은 블루투스 LE 기술을 위해 새롭게 구현된 계층으로, 블루투스 LE 디바이스들 간의 통신을 위한 역할 선택, 멀티 프로파일 작동이 어떻게 일어나는지를 제어하는데 사용된다.
또한, 상기 일반 접근 프로파일(45)은 디바이스 발견, 연결 생성 및 보안 절차 부분에 주로 사용되며, 사용자에게 정보를 제공하는 방안을 정의하며, 하기와 같은 attribute의 type을 정의한다.
① Service: 데이터와 관련된 behavior의 조합으로 디바이스의 기본적인 동작을 정의
② Include: 서비스 사이의 관계를 정의
③ Characteristics: 서비스에서 사용되는 data 값
④ Behavior: UUID(Universal Unique Identifier, value type)로 정의된 컴퓨터가 읽을 수 있는 포맷
상기 LE 프로파일(46)은 GATT에 의존성을 가지는 profile 들로 주로 블루투스 LE 디바이스에 적용된다. LE 프로파일(46)은 예를 들면, Battery, Time, FindMe, Proximity, Time 등이 있을 수 있으며, GATT-based Profiles의 구체적인 내용은 하기와 같다.
① Battery: 배터리 정보 교환 방법
② Time: 시간 정보 교환 방법
③ FindMe: 거리에 따른 알람 서비스 제공
④ Proximity: 배터리 정보 교환 방법
상기 일반 속성 프로파일(GATT, 44)은 서비스들의 구성 시에 상기 속성 프로토콜(43)이 어떻게 이용되는지를 설명하는 프로토콜로서 동작 가능할 수 있다. 예를 들어, 상기 일반 속성 프로파일(44)은 ATT 속성들이 어떻게 서비스들로 함께 그룹화되는지를 규정하도록 동작 가능할 수 있고, 서비스들과 연계된 특징들을 설명하도록 동작 가능할 수 있다.
따라서, 상기 일반 속성 프로파일(44) 및 상기 속성 프로토콜(ATT, 43)은 디바이스의 상태와 서비스들을 설명하고, 특징들이 서로 어떻게 관련되며 이들이 어떻게 이용되는지를 설명하기 위하여, 특징들을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 무선전력 전송장치와 수신장치는 각각 클라이언트와 서버의 역할을 수행할 수 있다. 일례로서, 무선전력 전송장치는 클라이언트이고, 무선전력 수신장치는 서버일 수 있다. 다른 예로서, 무선전력 전송장치는 서버이고, 무선전력 수신장치는 클라이언트일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 무선전력 전송장치와 수신장치는 각각 스캐너와 광고자의 역할을 수행할 수 있다. 일례로서, 무선전력 전송장치는 광고자이고, 무선전력 수신장치는 스캐너일 수 있다. 다른 예로서, 무선전력 전송장치는 스캐너이고, 무선전력 수신장치는 광고자일 수 있다.
이하에서, 블루투스 저전력 에너지(Bluetooth Low Energy:BLE) 기술의 절차(Procedure)들에 대해 간략히 살펴보기로 한다.
BLE 절차는 디바이스 필터링 절차(Device Filtering Procedure), 광고 절차(Advertising Procedure), 스캐닝 절차(Scanning Procedure), 디스커버링 절차(Discovering Procedure), 연결 절차(Connecting Procedure) 등으로 구분될 수 있다.
디바이스 필터링 절차(Device Filtering Procedure)
디바이스 필터링 절차는 컨트롤러 스택에서 요청, 지시, 알림 등에 대한 응답을 수행하는 디바이스들의 수를 줄이기 위한 방법이다.
모든 디바이스에서 요청 수신 시, 이에 대해 응답하는 것이 불필요하기 때문에, 컨트롤러 스택은 요청을 전송하는 개수를 줄여서, BLE 컨트롤러 스택에서 전력 소비가 줄 수 있도록 제어할 수 있다.
광고 디바이스 또는 스캐닝 디바이스는 광고 패킷, 스캔 요청 또는 연결 요청을 수신하는 디바이스를 제한하기 위해 상기 디바이스 필터링 절차를 수행할 수 있다.
여기서, 광고 디바이스는 광고 이벤트를 전송하는 즉, 광고를 수행하는 디바이스를 말하며, 광고자(Advertiser)라고도 표현된다.
스캐닝 디바이스는 스캐닝을 수행하는 디바이스, 스캔 요청을 전송하는 디바이스를 말한다.
BLE에서는, 스캐닝 디바이스가 일부 광고 패킷들을 광고 디바이스로부터 수신하는 경우, 상기 스캐닝 디바이스는 상기 광고 디바이스로 스캔 요청을 전송해야 한다.
하지만, 디바이스 필터링 절차가 사용되어 스캔 요청 전송이 불필요한 경우, 상기 스캐닝 디바이스는 광고 디바이스로부터 전송되는 광고 패킷들을 무시할 수 있다.
연결 요청 과정에서도 디바이스 필터링 절차가 사용될 수 있다. 만약, 연결 요청 과정에서 디바이스 필터링이 사용되는 경우, 연결 요청을 무시함으로써 상기 연결 요청에 대한 응답을 전송할 필요가 없게 된다.
광고 절차(Advertising Procedure)
광고 디바이스는 영역 내 디바이스들로 비지향성의 브로드캐스트를 수행하기 위해 광고 절차를 수행한다.
여기서, 비지향성의 브로드캐스트(Undirected Advertising)는 특정 디바이스를 향한 브로드캐스트가 아닌 전(모든) 디바이스를 향한 광고(Advertising)이며, 모든 디바이스가 광고(Advertising)을 스캔(Scan)하여 추가 정보 요청이나 연결 요청을 할 수 있다.
이와 달리, 지향성 브로드캐스트(Directed advertising)는 수신 디바이스로 지정된 디바이스만 광고(Advertising)을 스캔(Scan)하여 추가 정보 요청이나 연결 요청을 할 수 있다.
광고 절차는 근처의 개시 디바이스와 블루투스 연결을 확립하기 위해 사용된다.
또는, 광고 절차는 광고 채널에서 리스닝을 수행하고 있는 스캐닝 디바이스들에게 사용자 데이터의 주기적인 브로드캐스트를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
광고 절차에서 모든 광고(또는 광고 이벤트)는 광고 물리 채널을 통해 브로드캐스트된다.
광고 디바이스들은 광고 디바이스로부터 추가적인 사용자 데이터를 얻기 위해 리스닝을 수행하고 있는 리스닝 디바이스들로부터 스캔 요청을 수신할 수 있다. 광고 디바이스는 스캔 요청을 수신한 광고 물리 채널과 동일한 광고 물리 채널을 통해, 스캔 요청을 전송한 디바이스로 스캔 요청에 대한 응답을 전송한다.
광고 패킷들의 일 부분으로서 보내지는 브로드캐스트 사용자 데이터는 동적인 데이터인 반면에, 스캔 응답 데이터는 일반적으로 정적인 데이터이다.
광고 디바이스는 광고 (브로드캐스트) 물리 채널 상에서 개시 디바이스로부터 연결 요청을 수신할 수 있다. 만약, 광고 디바이스가 연결 가능한 광고 이벤트를 사용하였고, 개시 디바이스가 디바이스 필터링 절차에 의해 필터링 되지 않았다면, 광고 디바이스는 광고를 멈추고 연결 모드(connected mode)로 진입한다. 광고 디바이스는 연결 모드 이후에 다시 광고를 시작할 수 있다.
스캐닝 절차(Scanning Procedure)
스캐닝을 수행하는 디바이스 즉, 스캐닝 디바이스는 광고 물리 채널을 사용하는 광고 디바이스들로부터 사용자 데이터의 비지향성 브로드캐스트를 청취하기 위해 스캐닝 절차를 수행한다.
스캐닝 디바이스는 광고 디바이스로부터 추가적인 데이터를 요청 하기 위해, 광고 물리 채널을 통해 스캔 요청을 광고 디바이스로 전송한다. 광고 디바이스는 광고 물리 채널을 통해 스캐닝 디바이스에서 요청한 추가적인 데이터를 포함하여 상기 스캔 요청에 대한 응답인 스캔 응답을 전송한다.
상기 스캐닝 절차는 BLE 피코넷에서 다른 BLE 디바이스와 연결되는 동안 사용될 수 있다.
만약, 스캐닝 디바이스가 브로드캐스트되는 광고 이벤트를 수신하고, 연결 요청을 개시할 수 있는 개시자 모드(initiator mode)에 있는 경우, 스캐닝 디바이스는 광고 물리 채널을 통해 광고 디바이스로 연결 요청을 전송함으로써 광고 디바이스와 블루투스 연결을 시작할 수 있다.
스캐닝 디바이스가 광고 디바이스로 연결 요청을 전송하는 경우, 스캐닝 디바이스는 추가적인 브로드캐스트를 위한 개시자 모드 스캐닝을 중지하고, 연결 모드로 진입한다.
디스커버링 절차(Discovering Procedure)
블루투스 통신이 가능한 디바이스(이하, ‘블루투스 디바이스’라 한다.)들은 근처에 존재하는 디바이스들을 발견하기 위해 또는 주어진 영역 내에서 다른 디바이스들에 의해 발견되기 위해 광고 절차와 스캐닝 절차를 수행한다.
디스커버링 절차는 비대칭적으로 수행된다. 주위의 다른 디바이스를 찾으려고 하는 블루투스 디바이스를 디스커버링 디바이스(discovering device)라 하며, 스캔 가능한 광고 이벤트를 광고하는 디바이스들을 찾기 위해 리스닝한다. 다른 디바이스로부터 발견되어 이용 가능한 블루투스 디바이스를 디스커버러블 디바이스(discoverable device)라 하며, 적극적으로 광고 (브로드캐스트) 물리 채널을 통해 다른 디바이스가 스캔 가능하도록 광고 이벤트를 브로드캐스트한다.
디스커버링 디바이스와 디스커버러블 디바이스 모두 피코넷에서 다른 블루투스 디바이스들과 이미 연결되어 있을 수 있다.
연결 절차(Connecting Procedure)
연결 절차는 비대칭적이며, 연결 절차는 특정 블루투스 디바이스가 광고 절차를 수행하는 동안 다른 블루투스 디바이스는 스캐닝 절차를 수행할 것을 요구한다.
즉, 광고 절차가 목적이 될 수 있으며, 그 결과 단지 하나의 디바이스만 광고에 응답할 것이다. 광고 디바이스로부터 접속 가능한 광고 이벤트를 수신한 이후, 광고 (브로트캐스트) 물리 채널을 통해 광고 디바이스로 연결 요청을 전송함으로써 연결을 개시할 수 있다.
다음으로, BLE 기술에서의 동작 상태 즉, 광고 상태(Advertising State), 스캐닝 상태(Scanning State), 개시 상태(Initiating State), 연결 상태(connection state)에 대해 간략히 살펴보기로 한다.
광고 상태(Advertising State)
링크 계층(LL)은 호스트 (스택)의 지시에 의해, 광고 상태로 들어간다. 링크 계층이 광고 상태에 있을 경우, 링크 계층은 광고 이벤트들에서 광고 PDU(Packet Data Unit)들을 전송한다.
각각의 광고 이벤트는 적어도 하나의 광고 PDU들로 구성되며, 광고 PDU들은 사용되는 광고 채널 인덱스들을 통해 전송된다. 광고 이벤트는 광고 PDU가 사용되는 광고 채널 인덱스들을 통해 각각 전송되었을 경우, 종료되거나 광고 디바이스가 다른 기능 수행을 위해 공간을 확보할 필요가 있을 경우 좀 더 일찍 광고 이벤트를 종료할 수 있다.
스캐닝 상태(Scanning State)
링크 계층은 호스트 (스택)의 지시에 의해 스캐닝 상태로 들어간다. 스캐닝 상태에서, 링크 계층은 광고 채널 인덱스들을 리스닝한다.
스캐닝 상태에는 수동적 스캐닝(passive scanning), 적극적 스캐닝(active scanning)의 두 타입이 있으며, 각 스캐닝 타입은 호스트에 의해 결정된다.
스캐닝을 수행하기 위한 별도의 시간이나 광고 채널 인덱스가 정의되지는 않는다.
스캐닝 상태 동안, 링크 계층은 스캔윈도우(scanWindow) 구간(duration) 동안 광고 채널 인덱스를 리스닝한다. 스캔인터벌(scanInterval)은 두 개의 연속적인 스캔 윈도우의 시작점 사이의 간격(인터벌)으로서 정의된다.
링크 계층은 스케쥴링의 충돌이 없는 경우, 호스트에 의해 지시되는 바와 같이 스캔윈도우의 모든 스캔인터벌 완성을 위해 리스닝해야한다. 각 스캔윈도우에서, 링크 계층은 다른 광고 채널 인덱스를 스캔해야한다. 링크 계층은 사용 가능한 모든 광고 채널 인덱스들을 사용한다.
수동적인 스캐닝일 때, 링크 계층은 단지 패킷들만 수신하고, 어떤 패킷들도 전송하지 못한다.
능동적인 스캐닝일 때, 링크 계층은 광고 디바이스로 광고 PDU들과 광고 디바이스 관련 추가적인 정보를 요청할 수 있는 광고 PDU 타입에 의존하기 위해 리스닝을 수행한다.
개시 상태(Initiating State)
링크 계층은 호스트 (스택)의 지시에 의해 개시 상태로 들어간다.
링크 계층이 개시 상태에 있을 때, 링크 계층은 광고 채널 인덱스들에 대한 리스닝을 수행한다.
개시 상태 동안, 링크 계층은 스캔윈도우 구간 동안 광고 채널 인덱스를 리스닝한다.
연결 상태(connection state)
링크 계층은 연결 요청을 수행하는 디바이스 즉, 개시 디바이스가 CONNECT_REQ PDU를 광고 디바이스로 전송할 때 또는 광고 디바이스가 개시 디바이스로부터 CONNECT_REQ PDU를 수신할 때 연결 상태로 들어간다.
연결 상태로 들어간 이후, 연결이 생성되는 것으로 고려된다. 다만, 연결이 연결 상태로 들어간 시점에서 확립되도록 고려될 필요는 없다. 새로 생성된 연결과 기 확립된 연결 간의 유일한 차이는 링크 계층 연결 감독 타임아웃(supervision timeout) 값뿐이다.
두 디바이스가 연결되어 있을 때, 두 디바이스들은 다른 역할로 활동한다.
마스터 역할을 수행하는 링크 계층은 마스터로 불리며, 슬레이브 역할을 수행하는 링크 계층은 슬레이브로 불린다. 마스터는 연결 이벤트의 타이밍을 조절하고, 연결 이벤트는 마스터와 슬레이브 간 동기화되는 시점을 말한다.
이하에서, 블루투스 인터페이스에서 정의되는 패킷에 대해 간략히 살펴보기로 한다. BLE 디바이스들은 하기에서 정의되는 패킷들을 사용한다.
패킷 포맷(Packet Format)
링크 계층(Link Layer)은 광고 채널 패킷과 데이터 채널 패킷 둘 다를 위해 사용되는 단지 하나의 패킷 포맷만을 가진다.
각 패킷은 프리앰블(Preamble), 접속 주소(Access Address), PDU 및 CRC 4개의 필드로 구성된다.
하나의 패킷이 광고 채널에서 송신될 때, PDU는 광고 채널 PDU가 될 것이며, 하나의 패킷이 데이터 채널에서 전송될 때, PDU는 데이터 채널 PDU가 될 것이다.
광고 채널 PDU(Advertising Channel PDU)
광고 채널 PDU(Packet Data Unit)는 16비트 헤더와 다양한 크기의 페이로드를 가진다.
헤더에 포함되는 광고 채널 PDU의 PDU 타입 필드는 하기 표 3에서 정의된 바와 같은 PDU 타입을 나타낸다.
PDU Type Packet Name
0000 ADV_IND
0001 ADV_DIRECT_IND
0010 ADV_NONCONN_IND
0011 SCAN_REQ
0100 SCAN_RSP
0101 CONNECT_REQ
0110 ADV_SCAN_IND
0111-1111 Reserved
광고 PDU(Advertising PDU)아래 광고 채널 PDU 타입들은 광고 PDU로 불리고 구체적인 이벤트에서 사용된다.ADV_IND: 연결 가능한 비지향성 광고 이벤트ADV_DIRECT_IND: 연결 가능한 지향성 광고 이벤트
ADV_NONCONN_IND: 연결 가능하지 않은 비지향성 광고 이벤트
ADV_SCAN_IND: 스캔 가능한 비지향성 광고 이벤트
상기 PDU들은 광고 상태에서 링크 계층(Link Layer)에서 전송되고, 스캐닝 상태 또는 개시 상태(Initiating State)에서 링크 계층에 의해 수신된다.
스캐닝 PDU(Scanning PDU)
아래 광고 채널 PDU 타입은 스캐닝 PDU로 불리며, 하기에서 설명되는 상태에서 사용된다.
SCAN_REQ: 스캐닝 상태에서 링크 계층에 의해 전송되며, 광고 상태에서 링크 계층에 의해 수신된다.
SCAN_RSP: 광고 상태에서 링크 계층에 의해 전송되며, 스캐닝 상태에서 링크 계층에 의해 수신된다.
개시 PDU(Initiating PDU)
아래 광고 채널 PDU 타입은 개시 PDU로 불린다.
CONNECT_REQ: 개시 상태에서 링크 계층에 의해 전송되며, 광고 상태에서 링크 계층에 의해 수신된다.
데이터 채널 PDU(Data Channel PDU)
데이터 채널 PDU는 16 비트 헤더, 다양한 크기의 페이로드를 가지고, 메시지 무결점 체크(Message Integrity Check:MIC) 필드를 포함할 수 있다.
앞에서 살펴본, BLE 기술에서의 절차, 상태, 패킷 포맷 등은 본 명세서에서 제안하는 방법들을 수행하기 위해 적용될 수 있다.
다시 도 4a를 참조하면, 부하(455)는 배터리일 수 있다. 배터리는 전력 픽업 유닛(210)으로부터 출력되는 전력을 이용하여 에너지를 저장할 수 있다. 한편, 모바일 기기(450)에 배터리가 반드시 포함되어야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 배터리는 탈부착이 가능한 형태의 외부 구성으로 제공될 수 있다. 다른 예를 들어, 무선 전력 수신 장치(200)에는 전자 기기의 다양한 동작을 구동하는 구동 수단이 배터리 대신 포함될 수도 있다.
모바일 기기(450)는 무선전력 수신장치(200)을 포함하는 것을 도시되어 있고, 베이스 스테이션(400)은 무선전력 전송장치(100)를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 넓은 의미에서는 무선전력 수신장치(200)는 모바일 기기(450)와 동일시될 수 있고 무선전력 전송장치(100)는 베이스 스테이션(400)와 동일시 될 수도 있다.
통신/컨트롤 유닛(120)과 통신/컨트롤 유닛(220)이 IB 통신 모듈 이외에 OB 통신 모듈 또는 근거리 통신 모듈로서 블루투스 또는 블루투스 LE을 포함하는 경우, 통신/컨트롤 유닛(120)을 포함하는 무선전력 전송장치(100)와 통신/컨트롤 유닛(220)을 포함하는 무선전력 수신장치(200)은 도 4c와 같은 단순화된 블록도로 표현될 수 있다.
도 4c는 일례에 따른 BLE 통신을 사용하는 무선전력 전송 시스템을 도시한 블록도이다.
도 4c를 참조하면, 무선전력 전송장치(100)는 전력 변환 유닛(110)과 통신/컨트롤 유닛(120)을 포함한다. 통신/컨트롤 유닛(120)은 인밴드 통신 모듈(121) 및 BLE 통신 모듈(122)를 포함한다.
한편 무선전력 수신장치(200)는 전력 픽업 유닛(210)과 통신/컨트롤 유닛(220)을 포함한다. 통신/컨트롤 유닛(220)은 인밴드 통신 모듈(221) 및 BLE 통신 모듈(222)를 포함한다.
일 측면에서, BLE 통신 모듈들(122, 222)은 도 4b에 따른 아키텍처 및 동작을 수행한다. 예를 들어, BLE 통신 모듈들(122, 222)은 무선전력 전송장치(100)와 무선전력 수신장치(200) 사이의 접속을 수립하고, 무선전력 전송에 필요한 제어 정보와 패킷들을 교환하는데 사용될 수도 있다.
다른 측면에서, 통신/컨트롤 유닛(120)은 무선충전을 위한 프로파일을 동작시키도록 구성될 수 있다. 여기서, 무선충전을 위한 프로파일은 BLE 전송을 사용하는 GATT일 수 있다.
한편, 통신/컨트롤 유닛들(120, 220)은 도 4d와 같이 각각 인밴드 통신 모듈들(121, 221)만을 포함하고, BLE 통신 모듈들(122, 222)은 통신/컨트롤 유닛들(120, 220)과 분리되어 구비되는 형태도 가능하다.
이하에서 코일 또는 코일부는 코일 및 코일과 근접한 적어도 하나의 소자를 포함하여 코일 어셈블리, 코일 셀 또는 셀로서 지칭할 수도 있다.
도 5는 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송장치로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 페이즈(selection phase, 510), 핑 페이즈(ping phase, 520), 식별 및 구성 페이즈(identification and configuration phase, 530), 협상 페이즈(negotiation phase, 540), 보정 페이즈(calibration phase, 550), 전력 전송 페이즈(power transfer phase, 560) 단계 및 재협상 페이즈(renegotiation phase, 570)로 구분될 수 있다.
선택 페이즈(510)는 파워 전송을 시작하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계-예를 들면, 도면 부호 S502, S504, S508, S510 및 S512를 포함함-일 수 있다. 여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다. 또한, 선택 페이즈(510)에서 무선전력 전송장치는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다. 만약, 무선전력 전송장치가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 페이즈(520)로 천이할 수 있다. 선택 페이즈(510)에서 무선전력 전송장치는 매우 짧은 구간(duration)에 해당하는 전력 신호(또는 펄스)인 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 페이즈(510)에서 물체가 감지되는 경우, 무선전력 전송장치는 무선전력 공진 회로(예를 들어 전력전송 코일 및/또는 공진 캐패시터)의 품질 인자를 측정할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 선택단계(510)에서 물체가 감지되면, 충전 영역에 이물질과 함께 무선전력 수신장치가 놓였는지 판단하기 위하여 품질 인자를 측정할 수 있다. 무선전력 전송장치에 구비되는 코일은 환경 변화에 의해 인덕턴스 및/또는 코일 내 직렬저항 성분이 감소될 수 있고, 이로 인해 품질 인자 값이 감소하게 된다. 측정된 품질 인자 값을 이용하여 이물질의 존재 여부를 판단하기 위해, 무선전력 전송장치는 충전 영역에 이물질이 배치되지 않은 상태에서 미리 측정된 기준 품질 인자 값을 무선전력 수신장치로부터 수신할 수 있다. 협상 페이즈(540)에서 수신된 기준 품질 인자 값과 측정된 품질 인자 값을 비교하여 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다. 그러나 기준 품질 인자 값이 낮은 무선전력 수신장치의 경우-일 예로, 무선전력 수신장치의 타입, 용도 및 특성 등에 따라 특정 무선전력 수신장치는 낮은 기준 품질 인자 값을 가질 수 있음-, 이물질이 존재하는 경우에 측정되는 품질 인자 값과 기준 품질 인자 값 사이의 큰 차이가 없어 이물질 존재 여부를 판단하기 어려운 문제가 발생할 수 있다. 따라서 다른 판단 요소를 더 고려하거나, 다른 방법을 이용하여 이물질 존재 여부를 판단해야 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는 선택 페이즈(510)에서 물체가 감지되면, 충전 영역에 이물질과 함께 배치되었는지 판단하기 위하여 특정 주파수 영역 내(ex 동작 주파수 영역) 품질 인자 값을 측정할 수 있다. 무선전력 전송장치의 코일은 환경 변화에 의해 인덕턴스 및/또는 코일 내 직렬 저항 성분이 감소될 수 있고, 이로 인해 무선전력 전송장치의 코일의 공진 주파수가 변경(시프트)될 수 있다. 즉, 동작 주파수 대역 내 최대 품질 인자 값이 측정되는 주파수인 품질 인자 피크(peak) 주파수가 이동될 수 있다.
선택 페이즈(520)에서 무선전력 전송장치는 물체가 감지되면, 수신기를 활성화(Wake up)시키고, 감지된 물체가 무선 전력 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송한다. 핑 페이즈(520)에서 무선전력 전송장치는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 패킷-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 페이즈(510)로 천이할 수 있다. 또한, 핑 페이즈(520)에서 무선전력 전송장치는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 패킷-을 수신하면, 선택 페이즈(510)로 천이할 수도 있다.
핑 페이즈(520)가 완료되면, 무선전력 전송장치는 수신기를 식별하고 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 페이즈(530)로 천이할 수 있다.
식별 및 구성 페이즈(530)에서 무선전력 전송장치는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 패킷 전송 오류가 있거나(transmission error), 파워 전송 계약이 설정되지 않으면(no power transfer contract) 선택 페이즈(510)로 천이할 수 있다.
무선전력 전송장치는 식별 및 구성 페이즈(530)에서 수신된 구성 패킷(Configuration packet)의 협상 필드(Negotiation Field) 값에 기반하여 협상 페이즈(540)로의 진입이 필요한지 여부를 확인할 수 있다. 확인 결과, 협상이 필요하면, 무선전력 전송장치는 협상 페이즈(540)로 진입하여 소정 FOD 검출 절차를 수행할 수 있다. 반면, 확인 결과, 협상이 필요하지 않은 경우, 무선전력 전송장치는 곧바로 전력 전송 페이즈(560)로 진입할 수도 있다. 무선전력 전송장치와 수신장치가 BLE와 같은 아웃밴드 통신을 지원하는 경우, 식별 및 구성 페이즈(530)에서 무선전력 전송장치의 아웃밴드 통신 모듈은 무선전력 수신장치의 ID 또는 식별 패킷을 수신하고, 전력 전송에 필요한 설정에 관련된 메시지를 주고 받는다.
협상 페이즈(540)에서, 무선전력 전송장치는 기준 품질 인자 값이 포함된 FOD(Foreign Object Detection) 상태 패킷을 수신할 수 있다. 또는 기준 피크 주파수 값이 포함된 FOD 상태 패킷을 수신할 수 있다. 또는 기준 품질 인자 값 및 기준 피크 주파수 값이 포함된 상태 패킷을 수신할 수 있다. 이때, 무선전력 전송장치는 기준 품질 인자 값에 기반하여 FO 검출을 위한 품질 계수 임계치를 결정할 수 있다. 무선전력 전송장치는 기준 피크 주파수 값에 기반하여 FO 검출을 위한 피크 주파수 임계치를 결정할 수 있다.
무선전력 전송장치는 결정된 FO 검출을 위한 품질 계수 임계치 및 현재 측정된 품질 인자 값(핑 페이즈 이전에 측정된 품질인자 값)을 이용하여 충전 영역에 FO가 존재하는지를 검출할 수 있으며, FO 검출 결과에 따라 전력 전송을 제어할 수 있다. 일 예로, FO가 검출된 경우, 전력 전송이 중단될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
무선전력 전송장치는 결정된 FO 검출을 위한 피크 주파수 임계치 및 현재 측정된 피크 주파수 값(핑 페이즈 이전에 측정된 피크 주파수 값)을 이용하여 충전 영역에 FO가 존재하는지를 검출할 수 있으며, FO 검출 결과에 따라 전력 전송을 제어할 수 있다. 일 예로, FO가 검출된 경우, 전력 전송이 중단될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
FO가 검출된 경우, 무선전력 전송장치는 선택 페이즈(510)로 회귀할 수 있다. 반면, FO가 검출되지 않은 경우, 무선전력 전송장치는 보정 페이즈(550)를 거쳐 전력 전송 페이즈(560)로 진입할 수도 있다. 상세하게, 무선전력 전송장치는 FO가 검출되지 않은 경우, 무선전력 전송장치는 보정 페이즈(550)에서 수신단에 수신된 전력의 세기를 결정하고, 송신단에서 전송한 전력의 세기를 결정하기 위해 수신단과 송신단에서의 전력 손실을 측정할 수 있다. 즉, 무선전력 전송장치는 보정 페이즈(550)에서 송신단의 송신 파워와 수신단의 수신 파워 사이의 차이에 기반하여 전력 손실을 예측할 수 있다. 일 실시예에 따른 무선전력 전송장치는 예측된 전력 손실을 반영하여 FOD 검출을 위한 임계치를 보정할 수도 있다.
무선전력 전송장치와 수신장치가 BLE와 같은 아웃밴드 통신을 지원하는 경우, 보정 페이즈(550)에서 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치의 인밴드 통신 모듈들은 충전 프로파일에 따른 이물질 검출 알고리즘에 필요한 정보를 교환할 수 있다.
또한 무선전력 전송장치와 수신장치가 BLE와 같은 아웃밴드 통신을 지원하는 경우, 협상 페이즈(550)에서 무선전력 전송에 관련된 정보를 교환, 협상하는데 연결된 BLE 통신이 사용될 수 있다. 그리고 협상 페이즈(550) 동안 BLE를 통해 무선전력 전송에 관련된 정보의 교환이 완료되면, 아웃밴드 통신 모듈은 인밴드 통신 모듈(또는 제어 유닛)에 이를 알리고 무선 전력 전송 시작을 명령하는 전력 전송 개시(start power transfer) 메시지를 인밴드 통신 모듈(또는 제어 유닛)으로 전달할 수 있다.
전력 전송 페이즈(560)에서, 무선전력 전송장치는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 기 설정된 파워 전송 계약에 대한 위반이 발생되거나(power transfer contract violation), 충전이 완료된 경우, 선택 페이즈(510)로 천이할 수 있다.
또한, 전력 전송 페이즈(560)에서, 무선전력 전송장치는 무선전력 전송장치 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 재협상 페이즈(570)로 천이할 수 있다. 이때, 재협상이 정상적으로 완료되면, 무선전력 전송장치는 전력 전송 페이즈(560)로 회귀할 수 있다.
본 실시예에서는 보정 페이즈(550과 전력 전송 페이즈(560)를 별개의 단계로 구분하였지만, 보정 페이즈(550)는 전력 전송 페이즈(560)에 통합될 수 있다. 이 경우 보정 페이즈(550)에서의 동작들은 전력 전송 페이즈(560)에서 수행될 수 있다.
상기한 파워 전송 계약은 무선전력 전송장치와 수신기의 상태 및 특성 정보에 기반하여 설정될 수 있다. 일 예로, 무선전력 전송장치 상태 정보는 최대 전송 가능한 파워량에 대한 정보, 최대 수용 가능한 수신기 개수에 대한 정보 등을 포함할 수 있으며, 수신기 상태 정보는 요구 전력에 대한 정보 등을 포함할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 전력 제어 컨트롤 방법을 나타낸다.
도 6에서 전력 전송 페이즈(560)에서, 무선전력 전송장치(100) 및 무선전력 수신장치(200)는 전력 송수신과 함께 통신을 병행함으로써 전달되는 전력의 양을 컨트롤할 수 있다. 무선전력 전송장치 및 무선전력 수신장치는 특정 컨트롤 포인트에서 동작한다. 컨트롤 포인트는 전력 전달이 수행될 때 무선전력 수신장치의 출력단(output)에서 제공되는 전압 및 전류의 조합(combination)을 나타낸다.
더 상세히 설명하면, 무선전력 수신장치는 원하는 컨트롤 포인트(desired Control Point)- 원하는 출력 전류/전압, 모바일 기기의 특정 위치의 온도 등을 선택하고, 추가로 현재 동작하고 있는 실제 컨트롤 포인트(actual control point)를 결정한다. 무선전력 수신장치는 원하는 컨트롤 포인트와 실제 컨트롤 포인트를 사용하여, 컨트롤 에러 값(control error value)을 산출하고, 이를 컨트롤 에러 패킷으로서 무선전력 전송장치로 전송할 수 있다.
그리고 무선전력 전송장치는 수신한 컨트롤 에러 패킷을 사용하여 새로운 동작 포인트- 진폭, 주파수 및 듀티 사이클-를 설정/컨트롤하여 전력 전달을 제어할 수 있다. 따라서 컨트롤 에러 패킷은 전략 전달 단계에서 일정 시간 간격으로 전송/수신되며, 실시예로서 무선전력 수신장치는 무선전력 전송장치의 전류를 저감하려는 경우 컨트롤 에러 값을 음수로, 전류를 증가시키려는 경우 컨트롤 에러 값을 양수로 설정하여 전송할 수 있다. 이와 같이 유도 모드에서는 무선전력 수신장치가 컨트롤 에러 패킷을 무선전력 전송장치로 송신함으로써 전력 전달을 제어할 수 있다.
이하에서 설명할 공진 모드에서는 유도 모드에서와는 다른 방식으로 동작할 수 있다. 공진 모드에서는 하나의 무선전력 전송장치가 복수의 무선전력 수신장치를 동시에 서빙할 수 있어야 한다. 다만 상술한 유도 모드와 같이 전력 전달을 컨트롤하는 경우, 전달되는 전력이 하나의 무선전력 수신장치와의 통신에 의해 컨트롤되므로 추가적인 무선전력 수신장치들에 대한 전력 전달은 컨트롤이 어려울 수 있다. 따라서 본 발명의 공진 모드에서는 무선전력 전송장치는 기본 전력을 공통적으로 전달하고, 무선전력 수신장치가 자체의 공진 주파수를 컨트롤함으로써 수신하는 전력량을 컨트롤하는 방법을 사용하고자 한다. 다만, 이러한 공진 모드의 동작에서도 도 6에서 설명한 방법이 완전히 배제되는 것은 아니며, 추가적인 송신 전력의 제어를 도 6의 방법으로 수행할 수도 있다.
도 7은 다른 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 블록도이다. 이는 자기 공진 방식 또는 쉐어드 모드(shared mode)의 무선 전력 전송 시스템에 속할 수 있다. 쉐어드 모드는 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치간에 1대다 통신 및 충전을 수행하는 모드를 지칭할 수 있다. 쉐어드 모드는 자기 유도 방식 또는 공진 방식으로 구현될 수 있다.
도 7을 참조하면, 무선 전력 전송 장치(700)는 코일 어셈블리를 덮는 커버(720), 전력 송신기(740)로 전력을 공급하는 전력 어답터(730), 무선 전력을 송신하는 전력 송신기(740) 또는 전력 전달 진행 및 다른 관련 정보를 제공하는 사용자 인터페이스(750) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 특히, 사용자 인터페이스(750)는 옵셔널하게 포함되거나, 무선 전력 전송 장치(700)의 다른 사용자 인터페이스(750)로서 포함될 수도 있다.
전력 송신기(740)는 코일 어셈블리(760), 임피던스 매칭 회로(770), 인버터(780), 통신 유닛(790) 또는 컨트롤 유닛(710) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
코일 어셈블리(760)는 자기장을 생성하는 적어도 하나의 1차 코일을 포함하며, 코일 셀로 지칭될 수도 있다. 코일 어셈블리(760)는 송신측 공진기(Tx resonator)라 불릴 수도 있다.
임피던스 매칭 회로(770)는 인버터와 1차 코일(들) 간의 임피던스 매칭을 제공할 수 있다. 임피던스 매칭 회로(770)는 1차 코일 전류를 부스팅(boost)하는 적합한(suitable) 주파수에서 공진(resonance)을 발생시킬 수 있다. 다중-코일(multi-coil) 전력 송신기(740)에서 임피던스 매칭 회로는 인버터에서 1차 코일들의 서브세트로 신호를 라우팅하는 멀티플렉스를 추가로 포함할 수도 있다. 임피던스 매칭 회로는 탱크 회로(tank circuit)로 지칭될 수도 있다.
임피던스 매칭 회로(770)는 캐패시터, 인덕터 및 이들의 연결을 스위칭하는 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 임피던스의 매칭은 코일 어셈블리(760)를 통해 전송되는 무선전력의 반사파를 검출하고, 검출된 반사파에 기초하여 스위칭 소자를 스위칭하여 캐패시터나 인덕터의 연결 상태를 조정하거나 캐패시터의 캐패시턴스를 조정하거나 인덕터의 인덕턴스를 조정함으로써 수행될 수 있다. 경우에 따라 임피던스 매칭 회로(770)는 생략되어 실시될 수도 있으며, 본 명세서는 임피던스 매칭 회로(770)가 생략된 무선전력 전송장치(700)의 실시예도 포함한다.
예를 들어, 임피던스 매칭 회로(770)는 총 4개의 코일 별 전력변환용 인버터로 구성될 수 있으며, 컨트롤 유닛(710)으로부터 PWM 신호를 받는다. 임피던스 매칭 회로(770)는 2개의 4-채널 로직 스위치를 통해 인버터에 신호를 전달함으로써 구동된다.
인버터(780)는 DC 인풋을 AC 신호로 전환할 수 있다. 인버터(780)는 가변(adjustable) 주파수의 펄스 웨이브 및 듀티 사이클을 생성하도록 하프-브리지 또는 풀-브리지로 구동될 수 있다. 또한 인버터는 입력 전압 레벨을 조정하도록 복수의 스테이지들을 포함할 수도 있다.
통신 유닛(790)은 전력 수신기와의 통신을 수행할 수 있다. 전력 수신기는 전력 송신기에 대한 요청 및 정보를 통신하기 위해 로드(load) 변조를 수행한다. 따라서 전력 송신기(740)는 통신 유닛(790)을 사용하여 전력 수신기가 전송하는 데이터를 복조하기 위해 1차 코일의 전류 및/또는 전압의 진폭 및/또는 위상을 모니터링할 수 있다. 통신 유닛(970)은 인밴드 통신 모듈과 아웃밴드 통신 모듈 중 어느 하나 또는 모두를 모두 포함할 수 있다. 통신 유닛(790)은 무선전력 수신장치(800)를 검색하거나 무선전력 수신장치(800)로 데이터 전송을 수행하도록 구성된다. 여기서, 통신 유닛(790)은 무선전력 수신장치(800)의 인증(authentication)에 관련된 절차를 수행하도록 구성될 수 있다. 여기서 인증은 Qi 인증을 포함한다. 예를 들어, 통신 유닛(790)은 인증에 관련된 정보를 무선전력 수신장치(800)로부터 수신하거나 무선전력 수신장치(800)로 전송할 수 있다.
또한, 전력 송신기(740)는 통신 유닛(790)을 통해 FSK(Frequency Shift Keying) 방식 등을 사용하여 데이터를 전송하도록 출력 전력을 컨트롤할 수도 있다.
컨트롤 유닛(710)은 전력 송신기(740)의 통신 및 전력 전달을 컨트롤할 수 있다. 컨트롤 유닛(710)은 상술한 동작 포인트를 조정하여 전력 전송을 제어할 수 있다. 동작 포인트는, 예를 들면, 동작 주파수, 듀티 사이클 및 입력 전압 중 적어도 하나에 의해 결정될 수 있다. 컨트롤 유닛(710)은 무선전력 수신장치(800)의 인증(authentication)에 관련된 절차를 수행하도록 구성될 수 있다. 여기서 인증은 Qi 인증을 포함한다.
통신 유닛(790) 및 컨트롤 유닛(710)은 별개의 유닛/소자/칩셋으로 구비되거나, 하나의 유닛/소자/칩셋으로 구비될 수도 있다.
도 8은 다른 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치를 나타낸다. 이는 자기 공진 방식 또는 쉐어드 모드(shared mode)의 무선 전력 전송 시스템에 속할 수 있다.
도 8에서, 무선전력 수신 장치(800)는 전력 전달 진행 및 다른 관련 정보를 제공하는 사용자 인터페이스(820), 무선 전력을 수신하는 전력 수신기(830), 로드 회로(load circuit, 840) 또는 코일 어셈블리를 받치며 커버하는 베이스(850) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 특히, 사용자 인터페이스(820)는 옵셔널하게 포함되거나, 전력 수신 장비의 다른 사용자 인터페이스(82)로서 포함될 수도 있다.
전력 수신기(830)는 전력 컨버터(860), 임피던스 매칭 회로(870), 코일 어셈블리(880), 통신 유닛(890) 또는 컨트롤 유닛(810) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전력 컨버터(860)는 2차 코일로부터 수신하는 AC 전력을 로드 회로에 적합한 전압 및 전류로 전환(convert)할 수 있다. 실시예로서, 전력 컨버터(860)는 정류기(rectifier)를 포함할 수 있다. 정류기는 수신된 무선 전력을 정류하여 교류에서 직류로 변환할 수 있다. 정류기는 다이오드나 트랜지스터를 이용하여 교류를 직류로 변환하고, 캐패시터와 저항을 이용하여 이를 평활할 수 있다. 정류기로는 브릿지 회로 등으로 구현되는 전파 정류기, 반파 정류기, 전압 체배기 등이 이용될 수 있다. 추가로, 전력 컨버터는 전력 수신기의 반사(reflected) 임피던스를 적용(adapt)할 수도 있다.
임피던스 매칭 회로(870)는 전력 컨버터(860) 및 로드 회로(840)의 조합과 2차 코일 간의 임피던스 매칭을 제공할 수 있다. 실시예로서, 임피던스 매칭 회로는 전력 전달을 강화할 수 있는 100kHz 근방의 공진을 발생시킬 수 있다. 임피던스 매칭 회로(870)는 캐패시터, 인덕터 및 이들의 조합을 스위칭하는 스위칭 소자로 구성될 수 있다. 임피던스의 정합은 수신되는 무선 전력의 전압값이나 전류값, 전력값, 주파수값 등에 기초하여 임피던스 매칭 회로(870)를 구성하는 회로의 스위칭 소자를 제어함으로써 수행될 수 있다. 또는 임피던스 매칭 회로(870)는 총 4개의 코일 별 전력변환용 인버터로 구성될 수 있으며, 컨트롤 유닛(810)으로부터 PWM 신호를 받는다. 임피던스 매칭 회로(870)는 2개의 4-채널 로직 스위치를 통해 인버터에 신호를 전달함으로써 구동된다.
경우에 따라 임피던스 매칭 회로(870)는 생략되어 실시될 수도 있으며, 본 명세서는 임피던스 매칭 회로(870)가 생략된 무선전력 수신장치(200)의 실시예도 포함한다.
코일 어셈블리(880)는 적어도 하나의 2차 코일을 포함하며, 옵셔널하게는 자기장으로부터 수신기의 금속 부분을 쉴딩(shield)하는 엘러먼트(element)를 더 포함할 수도 있다. 코일 어셈블리(880)는 수신측 공진기(Rx resonator)라 불릴 수도 있다.
통신 유닛(890)은 전력 송신기로 요청(request) 및 다른 정보를 통신하기 위해 로드 변조를 수행할 수 있다. 이를 위해 전력 수신기(830)는 반사 임피던스를 변경하도록 저항 또는 커패시터를 스위칭할 수도 있다.
통신 유닛(890)은 인밴드 통신 모듈과 아웃밴드 통신 모듈 중 어느 하나 또는 모두를 모두 포함할 수 있다. 통신 유닛(890)은 무선전력 전송장치(700)를 검색하거나 무선전력 전송장치(700)로 데이터 전송을 수행하도록 구성된다. 여기서, 통신 유닛(890)은 무선전력 전송장치(700)의 인증(authentication)에 관련된 절차를 수행하도록 구성될 수 있다. 여기서 인증은 Qi 인증을 포함한다. 예를 들어, 통신 유닛(890)은 인증에 관련된 정보를 무선전력 전송장치(700)로부터 수신하거나 무선전력 전송장치(700)로 전송할 수 있다.
컨트롤 유닛(810)은 수신 전력을 컨트롤할 수 있다. 이를 위해 컨트롤 유닛(810)은 전력 수신기(830)의 실제 동작 포인트와 원하는 동작 포인트의 차이를 결정/산출할 수 있다. 그리고 컨트롤 유닛(810)은 전력 송신기의 반사 임피던스의 조정 및/또는 전력 송신기의 동작 포인트 조정 요청을 수행함으로써 실제 동작 포인트와 원하는 동작 포인트의 차이를 조정/저감할 수 있다. 이 차이를 최소화하는 경우 최적의 전력 수신을 수행할 수 있다. 컨트롤 유닛(710)은 무선전력 전송장치(700)의 인증(authentication)에 관련된 절차를 수행하도록 구성될 수 있다. 여기서 인증은 Qi 인증을 포함한다.
통신 유닛(890) 및 컨트롤 유닛(810)은 별개의 소자/칩셋으로 구비되거나, 하나의 소자/칩셋으로 구비될 수도 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 통신 프레임 구조를 나타낸다. 이는 쉐어드 모드(shared mode)에서의 통신 프레임 구조일 수 있다.
도 9를 참조하면, 쉐어드 모드에서는, 서로 다른 형태의 프레임이 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 쉐어드 모드에서는, (A)와 같은 복수의 슬롯을 가지는 슬롯 프레임(slotted frame) 및 (B)와 같은 특정 형태가 없는 자유 형식 프레임(free format frame)을 사용할 수 있다. 보다 구체적으로, 슬롯 프레임은 무선 전력 수신장치(200)로부터, 무선 전력 전송장치(100)에게 짧은 데이터 패킷들의 전송을 위한 프레임이고, 자유 형식 프레임은 복수의 슬롯들을 구비하지 않아, 긴 데이터 패킷들의 전송이 가능한 프레임일 수 있다.
한편, 슬롯 프레임 및 자유 형식 프레임은, 당업자에 의하여 다양한 명칭으로 변경될 수 있다. 예를 들어, 슬롯 프레임은, 채널 프레임으로, 자유 형식 프레임은, 메시지 프레임 등으로 변경되어 명명될 수 있다.
보다 구체적으로, 슬롯 프레임은, 슬롯의 시작을 나타내는 싱크 패턴, 측정 슬롯, 9개의 슬롯들 및 상기 9개의 슬롯들 각각에 앞서, 동일한 시간 간격을 갖는 추가적인 싱크 패턴을 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 추가적인 싱크 패턴은, 앞서 설명한 프레임의 시작을 나타내는 싱크 패턴과 다른 싱크 패턴이다. 보다 구체적으로, 상기 추가적인 싱크 패턴은, 프레임의 시작을 나타내지 않고, 인접한 슬롯들(즉, 싱크 패턴의 양 옆에 위치한 연속하는 두 개의 슬롯들)과 관련된 정보를 나타낼 수 있다.
상기 9개의 슬롯들 중 연속하는 두 개의 슬롯들 사이에는, 각각 싱크 패턴이 위치할 수 있다. 이 경우, 상기 싱크 패턴은, 상기 연속하는 두 개의 슬롯들과 관련된 정보를 제공할 수 있다.
또한, 상기 9개의 슬롯들 및 상기 9개의 슬롯들 각각에 앞서 제공되는 싱크 패턴들은, 각각 동일한 시간 간격을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 9개의 슬롯들은 50ms의 시간 간격을 가질 수 있다. 또한, 상기 9개의 싱크 패턴들도 50ms의 시간 길이를 가질 수 있다.
한편, (B)와 같은 자유 형식 프레임은, 프레임의 시작을 나타내는 싱크 패턴 및 측정 슬롯 이외에, 구체적인 형태을 가지지 않을 수 있다. 즉, 상기 자유 형식 프레임은, 상기 슬롯 프레임과 다른 역할을 수행하기 위한 것으로, 예를 들어, 상기 무선 전력 전송장치와 무선 전력 수신장치 간에 긴 데이터 패킷들(예를 들어, 추가 소유자 정보 패킷들)의 통신을 수행하거나, 복수의 코일로 구성된 무선 전력 전송장치에 있어서, 복수의 코일 중 어느 하나의 코일을 선택하는 역할을 위하여 사용될 수 있다.
이하에서는, 각 프레임에 포함된 싱크 패턴(sync pattern)에 대하여 도면과 함께 보다 구체적으로 살펴본다.
도 10은 일 실시예에 따른 싱크 패턴의 구조이다.
도 10을 참조하면, 싱크 패턴은 프리앰블(preamble), 시작 비트(start bit), 응답 필드(Resonse field), 타입 필드(type field), 정보 필드(info field) 및 패리티 비트(parity bit)로 구성될 수 있다. 도 10에서는 시작 비트가 ZERO로 도시되어 있다.
보다 구체적으로, 프리앰블은 연속되는 비트들로 이루어져 있으며, 모두 0으로 설정될 수 있다. 즉, 프리앰블은 싱크 패턴의 시간 길이를 맞추기 위한 비트들일 수 있다.
프리앰블을 구성하는 비트들의 개수는 싱크 패턴의 길이가 50ms에 가장 가깝도록, 그러나, 50ms를 초과하지 않는 범위 내에서, 동작 주파수에 종속될 수 있다. 예를 들어, 동작 주파수가 100kHz인 경우, 싱크 패턴은 2개의 프리앰블 비트들로 구성되고, 동작 주파수가 105kHz인 경우, 싱크 패턴은, 3개의 프리앰블 비트들로 구성될 수 있다.
시작 비트는 프리앰블 다음에 따라오는 비트로 제로(ZERO)를 의미할 수 있다. 상기 제로(ZERO)는 싱크 패턴의 종류를 나타내는 비트일 수 있다. 여기에서, 싱크 패턴의 종류는, 프레임과 관련된 정보를 포함하는 프레임 싱크(frame sync)와 슬롯의 정보를 포함하는 슬롯 싱크(slot sync)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 싱크 패턴은, 연속하는 프레임들 사이에 위치하며, 프레임의 시작을 나타내는 프레임 싱크이거나, 프레임을 구성하는 복수의 슬롯 중 연속하는 슬롯들 사이에 위치하며, 상기 연속하는 슬롯과 관련된 정보를 포함하는 슬롯 싱크일 수 있다.
예를 들어, 상기 제로가 0인 경우, 해당 슬롯이 슬롯과 슬롯 사이에 위치한, 슬롯 싱크임을 의미하고, 1인 경우, 해당 싱크 패턴이 프레임과 프레임 사이에 위치한 프레임 싱크임을 의미할 수 있다.
패리티 비트는 싱크 패턴의 마지막 비트로, 싱크 패턴의 데이터 필드들(즉, 응답 필드, 타입 필드, 정보 필드)를 구성하는 비트들의 개수 정보를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 기 패리티 비트는 싱크 패턴의 데이터 필드들을 구성하는 비트의 개수가 짝수인 경우, 1, 그 밖의 경우(즉, 홀수인 경우), 0이 될 수 있다.
응답(Response) 필드는 싱크 패턴 이전의 슬롯 내에서, 무선 전력 수신장치와의 통신에 대한, 무선 전력 전송장치의 응답 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 응답 필드는 무선 전력 수신장치와 통신의 수행이 감지되지 않은 경우, '00'을 가질 수 있다. 또한, 상기 응답 필드는 무선 전력 수신장치와의 통신에 통신 에러(communication error)가 감지된 경우, '01'을 가질 수 있다. 통신 에러는, 두 개 또는 그 이상의 무선 전력 수신장치가 하나의 슬롯에 접근을 시도하여, 두 개 또는 그 이상의 무선 전력 수신장치 간의 충돌이 발생한 경우일 수 있다.
또한, 응답 필드는, 무선 전력 수신장치로부터 데이터 패킷을 정확하게 수신하였는지 여부를 나타내는 정보를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 응답필드는, 무선 전력 전송장치가 데이터 패킷을 거부(deni)한 경우, "10"(10-not acknowledge, NAK), 무선 전력 전송장치가 상기 데이터 패킷을 확인(confirm)한 경우, "11"(11-acknowledge, ACK)이 될 수 있다.
타입 필드는 싱크 패턴의 종류를 나타낼 수 있다. 보다 구체적으로, 타입 필드는 싱크 패턴이 프레임의 첫번째 싱크 패턴인 경우(즉, 프레임의 첫번째 싱크 패턴으로, 측정 슬롯 이전에 위치한 경우), 프레임 싱크임을 나타내는 ‘1’을 가질 수 있다.
또한, 타입 필드는 슬롯 프레임에서, 싱크 패턴이 프렘임의 첫번째 싱크 패턴이 아닌 경우, 슬롯 싱크임을 나타내는 '0'을 가질 수 있다.
또한, 정보 필드는 타입 필드가 나타내는 싱크 패턴의 종류에 따라 그 값의 의미가 결정될 수 있다. 예를 들어, 타입 필드가 1인 경우(즉, 프레임 싱크를 나타내는 경우), 정보 필드의 의미는 프레임의 종류를 나타낼 수 있다. 즉, 정보 필드는 현재 프레임이 슬롯 프레임(slotted frame)인지 또는 자유 형식 프레임(free-format frame)인지 나타낼 수 있다. 예를 들어, 정보 필드가 '00'인 경우, 슬롯 프레임을, 정보 필드가 '01'인 경우, 자유 형식 프레임을 나타낼 수 있다.
이와 달리, 타입 필드가 0인 경우(즉, 슬롯 싱크인 경우), 정보 필드는 싱크 패턴의 뒤에 위치한 다음 슬롯(next slot)의 상태를 나타낼 수 있다. 보다 구체적으로, 정보 필드는 다음 슬롯이 특정(specific) 무선 전력 수신장치에 할당된(allocated) 슬롯인 경우, '00', 특정 무선 전력 수신장치가 일시적으로 사용하기 위하여, 잠겨 있는 슬롯인 경우, '01', 또는 임의의 무선 전력 수신장치가 자유롭게 사용 가능한 슬롯인 경우, '10'을 가질 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 쉐어드 모드에서 무선 전력 전송장치 및 무선전력 수신장치의 동작 상태를 도시하였다.
도 11을 참조하면, 쉐어드 모드로 동작하는 무선 전력 수신장치는, 선택 상태(Selection Phase) (1100), 도입 상태(Introduction Phase)(1110), 설정 상태(Configuration Phase) (1120), 교섭 상태(Negotiation Phase)(1130) 및 전력 전송 상태(Power Transfer Phase) (1140) 중 어느 하나의 상태로 동작할 수 있다.
우선, 일 실시예에 따른 무선 전력 전송장치는 무선 전력 수신장치를 감지하기 위하여, 무선 전력 신호를 전송할 수 있다. 즉, 무선 전력 신호를 이용하여, 무선 전력 수신장치를 감지하는 과정을 아날로그 핑(Analog ping)이라 할 수 있다.
한편, 무선 전력 신호를 수신한 무선 전력 수신장치는 선택 상태(1100)에 진입할 수 있다. 선택 상태(1100)에 진입한 무선 전력 수신장치는 앞서 설명한 바와 같이, 상기 무선 전력 신호 상에 FSK신호의 존재를 감지할 수 있다.
즉, 무선 전력 수신장치는 FSK 신호의 존재 여부에 따라 익스클루시브 모드 또는 쉐어드 모드 중 어느 하나의 방식으로 통신을 수행할 수 있다.
보다 구체적으로, 무선 전력 수신장치는 무선 전력 신호에 FSK 신호가 포함되어 있으면, 쉐어드 모드로 동작하고, 그렇지 않은 경우, 익스클루시브 모드로 동작할 수 있다.
무선 전력 수신장치가 쉐어드 모드로 동작하는 경우, 상기 무선 전력 수신장치는 도입 상태(1110)에 진입할 수 있다. 도입 상태(1110)에서, 무선 전력 수신장치는, 설정 상태, 교섭 상태 및 전력 전송 상태에서, 제어 정보 패킷(CI, Control Information packet)을 전송하기 위하여, 무선 전력 전송장치에게 제어 정보 패킷을 전송할 수 있다. 제어 정보 패킷은, 헤더(Header) 및 제어와 관련된 정보를 가질 수 있다. 예를 들어, 제어 정보 패킷은, 헤더가 0X53일 수 있다.
도입 상태(1110)에서, 무선전력 수신장치는 제어정보(control information: CI) 패킷을 전송하기 위해 자유슬롯(free slot)을 요청하는 시도를 다음의 구성, 협상, 전력 전송 페이즈에 걸쳐 수행한다. 이때 무선전력 수신장치는 자유슬롯을 선택하고 최초 CI 패킷을 전송한다. 만약 무선전력 전송장치가 해당 CI 패킷에 ACK으로 응답하면, 무선전력 전송장치는 구성 단계로 진입한다. 만약 무선전력 전송장치가 NACK으로 응답하면, 다른 무선전력 수신장치가 구성 및 협상 페이즈를 통해 진행되고 있는 것이다. 이 경우, 무선전력 수신장치는 자유슬롯의 요구를 재시도한다.
만약 무선전력 수신장치가 CI 패킷에 대한 응답으로 ACK을 수신하면, 무선전력 수신장치는 최초 프레임 싱크까지 나머지 슬롯 싱크들을 카운팅함으로써 프레임 내의 개인 슬롯(private slot)의 위치를 결정한다. 모든 후속 슬롯 기반 프레임들에서, 무선전력 수신장치는 해당 슬롯을 통해 CI 패킷을 전송한다.
만약 무선전력 전송장치가 무선전력 수신장치에게 구성 단계로 진행함을 허락하면, 무선전력 전송장치는 무선전력 수신장치의 배타적 사용을 위한 잠금 슬롯(locked slot) 시리즈를 제공한다. 이는 무선전력 수신장치가 충돌없이 구성 단계를 진행하는 것을 확실시 해준다.
무선전력 수신장치는 2개의 식별 데이터 패킷들(IDHI와 IDLO)와 같은 데이터 패킷의 시퀀스들을 잠금 슬롯을 사용하여 전송한다. 본 단계를 완료하면, 무선전력 수신장치는 협상 페이즈로 진입한다. 협상 페이즈에서, 무선전력 전송장치가 무선전력 수신장치에게 배타적 사용을 위한 잠금 슬롯을 계속 제공한다. 이는 이는 무선전력 수신장치가 충돌없이 협상 페이즈를 진행하는 것을 확실시 해준다.
무선전력 수신장치는 해당 잠금 슬롯을 사용하여 하나 또는 그 이상의 협상 데이터 패킷들을 전송하며, 이는 사적 데이터 패킷들과 섞일 수도 있다. 결국 해당 시퀀스는 특정 요청 (specific request (SRQ)) 패킷과 함께 종료된다. 해당 시퀀스를 완료하면, 무선전력 수신장치는 전력 전송 페이즈로 진입하고, 무선전력 전송장치는 잠금 슬롯의 제공을 중단한다.
전력 전송 상태에서, 무선전력 수신장치는 할당된 슬롯을 사용하여 CI 패킷의 전송을 수행하며, 전력을 수신한다. 무선전력 수신장치는 레귤레이터 회로를 포함할 수 있다. 레귤레이터 회로는 통신/제어 유닛에 포함될 수 있다. 무선전력 수신장치는 레귤레이터 회로를 통해 무선전력 수신장치의 반사 임피턴스를 자가-조절(self-regulate)할 수 있다. 다시 말해, 무선전력 수신장치는 외부 부하에 의해 요구되는 양의 파워를 전송하기 위해 반사되는 임피던스를 조정할 수 있다. 이는 과도한 전력의 수신과 과열을 방지할 수 있다.
쉐어드 모드에서, 무선전력 전송장치는 수신되는 CI 패킷에 대한 응답으로서 전력을 조정하는 것을 수행하지 않을 수 있기 때문에(동작 모드에 따라), 이 경우에는 과전압 상태를 막기 위한 제어가 필요할 수 있다.
이하에서는 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치간에 인증(authentication)에 관하여 개시된다.
인밴드 통신을 사용하는 무선전력 전송 시스템은 USB-C 인증을 사용할 수 있다. 인증은 무선전력 수신장치에 의한 무선전력 전송장치의 인증과, 무선전력 전송장치에 의한 무선전력 수신장치의 인증을 포함한다.
도 12는 일 실시예에 따른 무선충전 인증서 포맷을 도시한 블록도이다.
도 12를 참조하면, 무선충전 인증서 포맷은 무선충전 표준 인증서 구조 버전(Qi Authentication Certificate Structure Version), 예비비트, PTx 및 리프 지시자(PTx Leaf), 인증서 타입(certificate type), 서명오프셋(signature offset), 시리얼 번호(serial number), 발행자 ID(issuer ID), 서브젝트 ID(subject ID), 공공키(public key) 및 서명(signature)를 포함한다.
무선충전 인증서 포맷 내에서 PTx 및 리프 지시자는 인증서 타입과는 분리되어 동일한 바이트(B0)내에 인증서 타입과 서로 다른 비트에 할당된다.
PTx 및 리프 지시자는 해당 인증서가 무선전력 전송장치에 관한 것인지와 함께 리프 인증서인지 여부를 지시한다. 즉, PTx 및 리프 지시자는 해당 인증서가 무선전력 전송장치에 관한 리프 인증서인지 아닌지를 지시할 수 있다.
PTx 및 리프 지시자는 1비트일 수 있다. PTx 및 리프 지시자가 0이면, 이는 해당 인증서가 리프 인증서가 아님을 지시하거나, 무선전력 수신장치의 리프 인증서임을 지시할 수 있다. 반면, PTx 및 리프 지시자가 1이면, 이는 해당 인증서가 무선전력 전송장치의 리프 인증서임을 지시할 수 있다.
인증서 타입은 예를 들어 2비트로서, 해당 인증서가 루트 인증서/중간 인증서/리프 인증서 중 어느 하나임을 나타낼 수 있으며, 이들을 모두 나타낼 수도 있다.
무선전력 전송장치는 성능 패킷(capability packet)을 이용하여 무선전력 수신장치에게 인증 기능을 지원하는지를 알려줄 수 있다(무선전력 수신장치에 의한 무선전력 전송장치의 인증(authentication of PTx by PRx)의 경우). 한편 무선전력 수신장치는 구성 패킷(configuration packet)을 이용하여 무선전력 전송장치에게 인증 기능을 지원하는지를 알려줄 수 있다(무선전력 전송장치에 의한 무선전력 수신장치의 인증(authentication of PRx by PTx)의 경우). 이하에서 인증 기능 지원 여부에 관한 지시정보(성능 패킷와 구성 패킷)의 구조에 관하여 보다 상세히 개시된다.
도 13은 일 실시예에 따른 무선전력 전송장치의 성능 패킷 구조이다.
도 13을 참조하면, 대응하는 헤더(header)값이 0X31인 성능 패킷은, 3바이트로서 첫번째 바이트(B0)는 전력 클래스, 보장된 전력값(guaranteed power value)을 포함하고, 두번째 바이트(B1)는 예비(reserved), 잠재적 전력값(potential power value)을 포함하며, 세번재 바이트(B2)는 인증 개시자(Authentication Initiator: AI), 인증 응답자(Authentication Responder: AR), 예비, WPID, Not Res Sens를 포함한다. 구체적으로, 인증 개시자는 1비트로서, 예를 들어 그 값이 '1b'이면 해당 무선전력 전송장치는 인증 개시자로서 동작할 수 있음을 지시한다. 또한, 인증 응답자는 1비트로서, 예를 들어 그 값이 '1b'이면 해당 무선전력 전송장치는 인증 응답자로서 동작할 수 있음을 지시한다.
도 14는 일 실시예에 따른 무선전력 수신장치의 구성 패킷 구조이다.
도 14를 참조하면, 대응하는 헤더(header)값이 0X51인 구성 패킷은, 5바이트로서 첫번째 바이트(B0)는 전력 클래스, 최대 전력값(maximum power value)을 포함하고, 두번째 바이트(B1)는 AI, AR, 예비를 포함하며, 세번째 바이트(B2)는 Prop, 예비, ZERO, Count를 포함하고, 네번째 바이트(B3)는 윈도우 크기(Window size), 윈도우 오프셋을 포함하며, 다섯번재 바이트(B4)는 Neg, 극성(polarity), 깊이(Depth), 인증(Auth), 예비를 포함한다. 구체적으로, 인증 개시자는 1비트로서, 예를 들어 그 값이 '1b'이면 해당 무선전력 수신장치는 인증 개시자로서 동작할 수 있음을 지시한다. 또한, 인증 응답자는 1비트로서, 예를 들어 그 값이 '1b'이면 해당 무선전력 수신장치는 인증 응답자로서 동작할 수 있음을 지시한다.
인증 절차(authentication procedure)에서 사용되는 메시지를 인증 메시지라 한다. 인증 메시지는 인증에 관련된 정보를 운반하는데 사용된다. 인증 메시지에는 2가지 타입이 존재한다. 하나는 인증 요청(authentication request)이고, 다른 하나는 인증 응답(authentication response)이다. 인증 요청은 인증 개시자에 의해 전송되고, 인증 응답은 인증 응답자에 의해 전송된다. 무선전력 전송장치와 수신장치는 인증 개시자 또는 인증 응답자가 될 수 있다. 예를 들어, 무선전력 전송장치가 인증 개시자인 경우 무선전력 수신장치는 인증 응답자가 되고, 무선전력 수신장치가 인증 개시자인 경우 무선전력 전송장치가 인증 응답자가 된다.
인증 요청 메시지는 GET_DIGESTS(i.e. 4 바이트), GET_CERTIFICATE(i.e. 8 바이트), CHALLENGE(i.e. 36 바이트)를 포함한다.
인증 응답 메시지는 DIGESTS(i.e. 4+32 바이트), CERTIFICATE(i.e. 4+인증서 체인(3x512바이트)=1540 바이트), CHALLENGE_AUTH(i.e. 168 바이트), ERROR(i.e. 4 바이트)를 포함한다.
인증 메시지는 인증 패킷이라 불릴 수도 있고, 인증 데이터, 인증 제어정보라 불릴 수도 있다. 또한, GET_DIGEST, DIGESTS 등의 메시지는 GET_DIGEST 패킷, DIGEST 패킷등으로 불릴 수도 있다.
도 15는 일례에 따른 무선전력 전송장치와 수신장치간에 어플리이션 레벨의 데이터 스트림을 도시한 것이다.
도 15를 참조하면, 데이터 스트림은 보조 데이터 제어(auxiliary data control: ADC) 데이터 패킷 및/또는 보조 데이터 전송(auxiliary data transport: ADT) 데이터 패킷을 포함할 수 있다.
ADC 데이터 패킷은 데이터 스트림을 시작(opening)하는데 사용된다. ADC 데이터 패킷은 스트림에 포함된 메시지의 타입과, 데이터 바이트의 개수를 지시할 수 있다. 반면 ADT 데이터 패킷은 실제 메시지를 포함하는 데이터의 시퀀스들이다. 스트림의 종료를 알릴 때에는 ADC/end 데이터 패킷이 사용된다. 예를 들어, 데이터 전송 스트림 내의 데이터 바이트의 최대 개수는 2047로 제한될 수 있다.
ADC 데이터 패킷과 ADT 데이터 패킷의 정상적인 수신 여부를 알리기 위해, ACK 또는 NACK이 사용된다. ADC 데이터 패킷과 ADT 데이터 패킷의 전송 타이밍 사이에, 제어 오류 패킷(CE) 또는 DSR 등 무선충전에 필요한 제어 정보들이 전송될 수 있다.
이러한 데이터 스트림 구조를 이용하여, 인증 관련 정보 또는 기타 어플리케이션 레벨의 정보들이 무선전력 전송장치와 수신장치 간에 송수신될 수 있다.
무선전력 전송 시스템에서 무선전력 전송장치와 수신장치 간 통신은 일반적으로 자기장 변화를 이용한 진폭 변조 방식(amplitude shift keying: ASK) 또는 주파수 변화를 이용한 주파수 변조 방식(frequency shift keying: FSK)를 사용하고 있다. 그러나 ASK와 FSK의 전송 속도는 수 kHz에 불과하며 전기적, 자기적인 외란(disturbance)에 취약하기 때문에, ASK나 FSK는 진화된 무선전력 전송 시스템에서 요구되는 중전력급 전송이나 인증(authentication)과 같은 대용량 데이터 전송에 적합하지 않다. 따라서, 무선 전력 전송의 다양한 응용을 지원하기 위해, 무선전력 전송장치와 수신장치간에 여러 가지 통신 규약을 선택할 수 있는 방법이 요구된다. 본 명세서에서 아웃밴드(outband) 통신은 아웃오브밴드(out-of-band: OOB) 통신과 표현의 차이가 있을 뿐 실질적으로 동일한 용어로서, 이하에서는 아웃밴드 통신으로 통일하게 설명하기로 한다.
이하에서 인밴드 통신과 아웃밴드 통신 간의 전환 동작을 핸드오버(handover)라 한다. 특히, 무선전력 전송장치와 수신장치가 인밴드 통신에서 아웃밴드 통신으로 전환하는 동작을 아웃밴드로의 핸드오버(handover to out-band)라 하고, 아웃밴드 통신에서 인밴드 통신으로 전환하는 동작을 인밴드로의 핸드오버(handover to in-band)라 부른다. 아웃밴드 통신은 예를 들어 블루투스 또는 저전력 블루투스(BLE), 또는 NFC를 포함할 수 있다. 핸드오버 연결 절차는 아웃밴드 통신(i.e. BLE) 모듈이 인밴드 통신 모듈로부터 핸드오버 메시지를 수신하면 아웃밴드 통신의 연결을 수립하는 절차를 포함할 수 있다. 여기서, 핸드오버 메시지는 인밴드 통신 모듈(또는 제어부)가 아웃밴드 통신 모듈에게 무선전력 전송에 관련된 정보를 교환하기 위한 무선 연결을 개시하라는 메시지일 수 있다.
아웃밴드 통신이 무선전력 전송 시스템에 적용되려면, 무선전력 전송 시스템의 고유한 특성에 맞게 수정될 필요가 있다. 예를 들어, 무선전력 전송장치와 수신장치 간에 교환되는 정보의 특성(ex. 긴급한 정보인지, 상태가 변경되었을 경우만 전송하는 내용인지, 대용량의 정보를 단 시간에 교환해야 하는지 등)을 고려하여 기존 아웃밴드 통신에 따른 메시지 타입과 포맷, 그리고 절차들이 재설계되어야 한다. 이와 같이 무선전력 전송에 관한 설정 정보, 제어 정보, 관리 정보 및 이들의 교환에 관한 절차들을 아웃밴드 통신 프로토콜로서 정의함으로써, 무선전력의 다양한 응용이 지원될 수 있다.
이하 본 명세서에서는 예시적으로 아웃밴드 통신을 BLE로 특정하여 설명하도록 한다. 그러나 BLE를 기준으로 설명된 실시예들에 있어서, BLE가 다른 아웃밴드 통신으로 치환된 실시예들 또한 본 발명의 기술적 사상에 해당함은 당업자에게 자명하다.
무선전력 전송 서비스 또는 무선전력 전송 프로파일
도 16과 같은 BLE의 데이터 표현, 운영 형태, 시스템 아키텍처 또는 환경을 고려할 때, 무선전력 전송 시스템을 BLE로 구현하거나 BLE에 적용하는 방법은 여러가지 실시예를 포함할 수 있다.
일례로서, BLE GATT를 이용한 EIoB 데이터 처리(Data Handling)의 관점에서, 무선전력 전송에 전용하는(dedicated) 프로파일(profile)이 정의됨이 없이, 무선전력 전송(wireless power transfer: WPT) 서비스(WPT service: WPTS)만이 정의될 수 있다. 이 경우, WPTS는 특정한 프로파일 내의 EIoB 서비스로서 종속된다.
도 17은 일례에 따른 WPTS가 특정한 프로파일 내의 EIoB 서비스로서 종속되는 모습을 보여준다.
도 17을 참조하면, EIoB를 위한 데이터 표현 및 운영 형태는 기기(device)가 지원하는 프로파일들, 각 프로파일들이 제공하는 서비스들, 각 서비스들에서 정의되는 특성 정보들과 같은 트리 구조로 나타낼 수 있다.
기기가 지원하는 프로파일 1, 2, 3 중에서, WPTS는 프로파일 2에 종속된다. WPTS 내에서 예를 들어 무선전력 수신장치 제어 특성 정보(PRU control characteristic), 무선전력 전송장치 정적 특성 정보(PTU static characteristic), 무선전력 수신장치 긴급 특성 정보(PRU Alert characteristic), 무선전력 수신장치의 정적 특성 정보(PRU static characteristic), 무선전력 수신장치의 동적 특성 정보(PRU dynamic characteristic) 등이 정의될 수 있다.
다른 예로서, BLE GATT를 이용한 EIoB 데이터 처리의 관점에서, 무선전력 전송에 전용하는(dedicated) 별도의 프로파일이 정의될 수 있다.
도 18은 일례에 따른 WPT 프로파일을 보여준다.
도 18을 참조하면, 기기(device)가 지원하는 프로파일 1, 2, 3 중에서, 프로파일 2는 WPT 프로파일에 해당한다. 즉, WPT 프로파일은 다른 프로파일과 독립적이고 대등한 형태의 EIoB 프로파일로서 운영되는 것이다.
WPT 프로파일은 WPTS를 포함할 수 있다. 또는, WPT 프로파일은 WPTS와 전송 디스커버리 서비스(transport discovery service: TDS)를 포함할 수 있다. 또는, WPT 프로파일은 TDS를 포함할 수 있다.
WPT 프로파일에서 사용되는 정보는 WPT 데이터 특성 정보(WPT data characteristic), 무선전력 전송장치의 정적 특성정보(PTU static characteristic), WPT 제어점 특성 정보(WPT control point characteristic), TDS 제어점 특성 정보(TDS control point characteristic)를 포함할 수 있다. 여기서, WPT 제어점 특성 정보 또는 TDS 제어점 특성 정보는 예를 들어 무선전력 전송장치의 제어값(PTU control value), 무선전력 전송장치의 정적 파라미터 값(PTU static parameter value), PTU 긴급 값(PRU alert value) 등을 지시할 수 있다.
상기 WPT 프로파일에서 사용되는 정보는 WPTS에서 사용 또는 정의될 수도 있고, WPT 서비스와는 다른 서비스(예를 들어 TDS)에서 사용 또는 정의될 수도 있다.
이하에서는 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치가 아웃밴드 통신으로의 핸드오버 절차를 수행하는 방법에 관하여 개시된다.
아웃밴드 통신으로의 핸드오버 절차 및 정보
본 실시예에 따르면, 페이즈에 따라 무선전력 전송장치와 수신장치간의 통신 방식이 달라질 수 있다. 무선전력 전송장치와 수신장치는 도 5와 같은 다수의 페이즈(phase)들 중 어느 하나의 페이즈에서, 특정한 통신 방법을 사용하여 서로 간에 패킷을 주고받을 수 있다. 이 때 통신 방법은 인밴드 통신 또는 아웃밴드 통신 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 즉, 무선전력 전송장치와 수신장치는 제1 페이즈에서 인밴드 통신을 수행하고, 제2 페이즈에서 아웃밴드 통신을 수행할 수 있다.
여기서, 무선전력 전송장치 및/또는 무선전력 수신장치가 인밴드 통신을 수행하는 제1 페이즈와, 무선전력 전송장치 및/또는 무선전력 수신장치가 아웃밴드 통신을 수행하는 제2 페이즈는 다양하게 정의될 수 있다. 예를 들어, 제1 페이즈는 무선 충전의 초기화 단계로서 물체 감지(object detection), 선택 페이즈(selection phase), 핑 페이즈(ping phase)를 포함할 수 있고, 제2 페이즈는 식별 및 설정 페이즈(identification & configuration phase), 협상 페이즈(negotiation), 보정 페이즈와 전력 전송 페이즈를 포함할 수 있다.
무선전력 전송장치 및/또는 무선전력 수신장치는 무선전력 전송의 초기 단계에 해당하는 물체 감지, 선택 페이즈, 핑 페이즈에서 인밴드 통신을 수행한 뒤, 아웃밴드 통신으로 핸드오버를 수행할 수 있다. 이때, 아웃밴드 통신으로의 핸드오버는 인밴드 통신을 통해 이루어질 수 있다. 따라서, 핑 페이즈와 식별 및 구성 페이즈의 사이에 아웃밴드 통신으로의 핸드오버가 수행될 수 있다. 이때, 핑 페이즈와 식별 및 구성 페이즈 사이에 핸드오버 페이즈라는 새로운 페이즈가 정의될 수도 있고, 아웃밴드 통신으로의 핸드오버 절차는 기존의 페이즈들에 새로운 페이즈의 추가 없이 설계될 수도 있다.
아웃밴드 통신으로의 핸드오버를 장치의 구현 관점에서 보다 상세히 설명하면 도 19와 같다.
도 19는 일례에 따른 아웃밴드 통신으로의 핸드오버 절차 및 핸드오버 이후의 페이즈에서의 동작 흐름도이다.
도 19를 참조하면, 무선전력 수신장치(PRx)의 인밴드 통신 모듈 및/또는 컨트롤 유닛은 PTx가 자신을 검출할 수 있는 대기 모드로 동작하며, 무선전력 전송장치(PTx)의 인밴드 통신 모듈 및/또는 컨트롤 유닛은 물체 감지 모드로 동작한다(S1900).
PTx와 PRx가 상호 근접함으로 인해 PTx의 인밴드 통신 모듈 및/또는 컨트롤 유닛이 PRx를 감지하면(S1905), PTx의 인밴드 통신 모듈 및/또는 컨트롤 유닛은 PTx의 아웃밴드 통신 모듈로 핸드오버 수행을 명령하는 핸드오버 메시지를 전송한다(S1910). 또한 PRx의 인밴드 통신 모듈 및/또는 컨트롤 유닛은 PRx의 아웃밴드 통신 모듈로 핸드오버 수행을 명령하는 핸드오버 메시지를 전송한다(S1915).
PRx의 아웃밴드 통신 모듈과 PTx의 아웃밴드 통신 모듈은 핸드오버 메시지를 수신하면 아웃밴드 통신으로의 핸드오버 절차를 수행한다(S1920). 핸드오버 절차는 도 20에서 보다 상세히 설명된다. 핸드오버 절차는 예를 들어 BLE 연결을 수립하는 동작을 수반할 수 있으므로, 핸드오버 연결 절차라 불릴 수도 있다.
아웃밴드 통신으로의 핸드오버가 완료되면, 식별 및 구성 페이즈를 포함한 후속 페이즈들은 아웃밴드 통신에 기반하여 진행된다(S1925). 예를 들어, PRx의 아웃밴드 통신 모듈과 PTx의 아웃밴드 통신 모듈은 식별 및 구성 페이즈에서 정보의 교환, 협상 페이즈에서 정보의 교환, 보정 페이즈에서 정보의 교환을 수행할 수 있다. 단계 S1925와 같은 아웃밴드 통신에 기반한 정보의 교환은 도 24 이하에서 보다 상세히 설명된다.
PTx 아웃밴드 통신 모듈과 PRx 아웃밴드 통신 모듈의 페이즈 진행에 맞추어, PTx의 인밴드 통신 모듈과 컨트롤 유닛, 그리고 PRx의 인밴드 통신 모듈과 컨트롤 유닛 또한 페이즈를 진행한다.
아웃밴드 통신에 기반하여 보정 페이즈까지 모두 완료하면, PTx와 PRx는 전력 전송 페이즈로 진입하고, PTx는 PRx로 무선전력을 전송한다(S1925).
이러한 도 19의 실시예에서의 무선전력 전송장치는 도 1 내지 도 11에서 개시된 무선전력 전송장치 또는 무선전력 전송기 또는 전력 전송부에 해당한다. 따라서, 본 실시예에서의 무선전력 전송장치의 동작은 도 1 내지 도 11에서의 무선전력 전송장치의 각 구성요소들 중 하나 또는 둘 이상의 조합에 의해 구현된다. 예를 들어, PTx의 인밴드 통신 모듈의 동작은 도 4c 또는 도 4d의 인밴드 통신 모듈(121)의 동작에 해당하고, PTx의 아웃밴드 통신 모듈의 동작은 도 4c 또는 도 4d의 아웃밴드 통신 모듈(122)의 동작에 해당할 수 있다. 또는, PTx의 인밴드 통신 모듈과 컨트롤 유닛의 동작, PTx의 아웃밴드 통신 모듈의 동작은 모두 통신/컨트롤 유닛(120)에 의해 수행될 수 있다.
또한 본 실시예에서의 무선전력 수신장치는 도 1 내지 도 11에서 개시된 무선전력 수신장치 또는 무선전력 수신기 또는 전력 수신부에 해당한다. 따라서, 본 실시예에서의 무선전력 수신장치의 동작은 도 1 내지 도 11에서의 무선전력 수신장치의 각 구성요소들 중 하나 또는 둘 이상의 조합에 의해 구현된다. 예를 들어, PRx의 인밴드 통신 모듈의 동작은 도 4c 또는 도 4d의 인밴드 통신 모듈(221)의 동작에 해당하고, PRx의 아웃밴드 통신 모듈의 동작은 도 4c 또는 도 4d의 아웃밴드 통신 모듈(222)의 동작에 해당할 수 있다. 또는, PRx의 인밴드 통신 모듈과 컨트롤 유닛의 동작, PRx의 아웃밴드 통신 모듈의 동작은 모두 통신/컨트롤 유닛(220)에 의해 수행될 수 있다.
이하에서 핸드오버 절차에 관한 보다 상세히 설명된다.
핸드오버 절차
핸드오버 절차는 무선전력 전송장치(PTx)의 아웃밴드 통신 모듈과 무선전력 수신장치(PRx)의 아웃밴드 통신 모듈간에 BLE 연결 수립 절차에 해당할 수 있다. 구체적으로, 핸드오버 절차는 BLE 광고(advertising)과 스캐닝(scanning)을 포함할 수 있다.
무선전력 전송 시스템을 BLE로 어떻게 구현하는지에 따라 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치는 광고자와 스캐너 중 어느 하나의 그 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 무선전력 전송장치는 광고자이고 무선전력 수신장치는 스캐너가 될 수 있다. 또는 반대로 무선전력 전송장치는 스캐너이고 무선전력 수신장치는 광고자가 될 수 있다.
도 20은 일례에 따른 핸드오버 절차를 도시한 흐름도이다. 도 20은 무선전력 전송장치가 광고자이고 무선전력 수신장치가 스캐너인 경우이다.
도 20을 참조하면, PTx 아웃밴드 통신 모듈은 고속 광고 메시지(fast advertising)를 PRx 아웃밴드 통신 모듈로 전송한다(S2000).
PRx 아웃밴드 통신 모듈은 고속 광고 메시지를 스캐닝하고(S2005), 고속 광고 메시지를 수신한데 대한 응답으로서 연결 요청 메시지(connection request)를 PTx 아웃밴드 통신 모듈로 전송한다(S2010). 이로써 무선전력 전송장치와 수신장치 간의 서비스 디스커버리가 완료된다(S2015). 즉, 핸드오버 절차가 완료된다.
도 21은 다른 예에 따른 핸드오버 절차를 도시한 흐름도이다. 도 21은 도 20과는 반대로 무선전력 전송장치가 스캐너이고 무선전력 수신장치가 광고자인 경우이다.
도 21을 참조하면, PRx 아웃밴드 통신 모듈은 고속 광고 메시지(fast advertising)를 PTx 아웃밴드 통신 모듈로 전송한다(S2100).
PTx 아웃밴드 통신 모듈은 고속 광고 메시지를 스캐닝하고(S2105), 고속 광고 메시지를 수신한데 대한 응답으로서 연결 요청 메시지(connection request)를 PTx 아웃밴드 통신 모듈로 전송한다(S2110). 이로써 무선전력 전송장치와 수신장치 간의 서비스 디스커버리가 완료된다(S2115). 즉, 핸드오버 절차가 완료된다.
도 22는 또 다른 예에 따른 핸드오버 절차를 도시한 흐름도이다. 도 22는 무선전력 전송장치가 광고자이고 무선전력 수신장치가 스캐너인 경우이다.
도 22를 참조하면, PTx 아웃밴드 통신 모듈은 직접적 광고 메시지(directed advertising)를 PRx 아웃밴드 통신 모듈로 전송한다(S2200). 직접적 광고 메시지는 PTx 아웃밴드 통신 모듈과 PRx 아웃밴드 통신 모듈이 과거에 연결되었던 이력 정보가 있는 경우, 일반적인 광고 메시지에 비해 빠른 연결이 가능하게 한다. 즉, 직접적 광고 동작은 빠른 아웃밴드 통신으로의 핸드오버가 가능하게 함으로써, 핸드오버 지연으로 인해 무선전력 전송까지 지연되는 현상을 방지할 수 있다.
PRx 아웃밴드 통신 모듈은 직접적 광고 메시지를 스캐닝하고(S2205), 직접적 광고 메시지를 수신한데 대한 응답으로서 연결 요청 메시지(connection request)를 PTx 아웃밴드 통신 모듈로 전송한다(S2210). 이로써 무선전력 전송장치와 수신장치 간의 핸드오버 절차가 완료된다.
도 23은 또 다른 예에 따른 핸드오버 절차를 도시한 흐름도이다. 도 23은 도 22와는 반대로 무선전력 전송장치가 스캐너이고 무선전력 수신장치가 광고자인 경우이다.
도 23을 참조하면, PRx 아웃밴드 통신 모듈은 직접적 광고 메시지(directed advertising)를 PTx 아웃밴드 통신 모듈로 전송한다(S2300).
PTx 아웃밴드 통신 모듈은 직접적 광고 메시지를 스캐닝하고(S2305), 직접적 광고 메시지를 수신한데 대한 응답으로서 연결 요청 메시지(connection request)를 PTx 아웃밴드 통신 모듈로 전송한다(S2310). 이로써 무선전력 전송장치와 수신장치 간의 핸드오버 절차가 완료된다.
이하에서 핸드오버 절차가 완료된 후 아웃밴드 통신에 기반한 정보 교환 절차에 관하여 보다 상세히 개시된다.
아웃밴드 통신에 기반한 정보 교환 절차
아웃밴드 통신(BLE) 연결 수립이 완료되면, 무선전력 전송장치와 수신장치는 아웃밴드 통신 모듈을 이용하여 상호 간에 정보를 교환한다. 즉, 무선전력 전송의 설정, 제어, 관리 등에 필요한 특성 정보들은 아웃밴드 통신 모듈에 의해 전송 또는 수신된다. GATT 기반의 BLE 통신의 경우 정보의 교환은 읽기(read) 또는 쓰기(write) 절차에 기반하여 이루어질 수 있다. 예를 들어 서버 기기는 클라이언트 기기로부터 쓰기 요청을 수신하거나, 클라이언트 기기로 읽기 요청을 전송함으로써 정보의 교환을 수행한다.
무선전력 전송 시스템을 BLE로 어떻게 구현하는지에 따라 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치는 서버와 클라이언드 중 어느 하나의 그 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 무선전력 전송장치는 서버 기기이고 무선전력 수신장치는 클라이언트 기기가 될 수 있다. 또는 반대로 무선전력 전송장치는 클라이언트 기기이고 무선전력 수신장치는 서버 기기가 될 수 있다.
도 24는 일례에 따른 아웃밴드 통신에 기반한 정보의 교환 방법을 도시한 흐름도이다. 도 24는 무선전력 전송장치가 서버 기기이고 무선전력 수신장치가 클라이언트 기기인 경우이다.
도 24를 참조하면, PRx 아웃밴드 통신 모듈은 쓰기 요청 메시지(write request)를 PTx 아웃밴드 통신 모듈로 전송한다(S2400). 쓰기 요청 메시지는 저용량의 PRx 관련 정보, 예를 들어 무선전력 수신장치의 각 페이즈별 교환 정보(식별 및 구성 패킷, PRx 성능 패킷, 제어 오류 패킷, ACK/NAK 패킷) 등을 포함할 수 있다.
쓰기 요청 메시지를 수신하면, PTx 아웃밴드 통신 모듈은 쓰기 요청 메시지에 포함된 PTx 관련 정보를 저장하고, 이에 대한 응답으로서 쓰기 응답 메시지를 PRx 아웃밴드 통신 모듈로 전송한다(S2405). 이와 같이 PRx가 GATT 클라이언트 기기로 동작하도록 구현되면, 별도의 읽기 요청(read request) 메시지 없이 PRx의 정보를 바로 PTx에게 전달할 수 있다.
각 페이즈별로 PRx의 정보가 쓰기 요청 메시지를 통해 PTx로 전송된다. 한편, PTx의 정보의 전송을 위해, PTx 아웃밴드 통신 모듈은 자신이 PRx로 전송하고자 하는 PTx의 정보를 지시하는 지시 메시지(indication) 또는 통지 메시지(notification)를 PRx 아웃밴드 통신 모듈로 전송할 수 있다(S2410).
한편, PRx 아웃밴드 통신 모듈과 PTx 아웃밴드 통신 모듈 간의 GATT 기반 통신과 별개로, 장치 내의 구성요소들 간에 페이즈 변화에 대한 동기화를 진행한다. 즉, PRx 아웃밴드 통신 모듈이 읽기 요청과 읽기 응답 등을 수행하다가 페이즈가 변경되면, PRx 아웃밴드 통신 모듈은 PRx 인밴드 통신 모듈과 컨트롤 유닛으로 페이즈 변경을 알려주며, 이를 위해 PRx 아웃밴드 통신 모듈은 PRx 인밴드 통신 모듈과 컨트롤 유닛로 현재 상태가 변경됨을 지시하거나 변경된 상태를 지시하는 변경 지시자를 전송할 수 있다(S2415, S2420, S2435). 마찬가지로, PTx 아웃밴드 통신 모듈은 PTx 인밴드 통신 모듈과 컨트롤 유닛으로 페이즈 변경을 알려주며, 이를 위해 PTx 아웃밴드 통신 모듈은 PTx 인밴드 통신 모듈과 컨트롤 유닛로 현재 상태가 변경됨을 지시하거나 변경된 상태를 지시하는 변경 지시자를 전송할 수 있다(S2415, S2420, S2435).
본 실시예에서 페이즈 변경 지시자는 아웃밴드 통신 모듈에서 인밴드 통신 모듈로 전송되는 것으로 설명하였으나, 페이즈 변경 지시자는 인밴드 통신 모듈에서 아웃밴드 통신 모듈로 전송될 수도 있다. 이는 아웃밴드 통신 모듈이 인밴드 통신 모듈이 관리하는 페이즈와 똑같이 관리, 유지되는 경우도 있을 수 있기 때문이다. 예를 들어 아웃밴드 통신모듈은 “전력 전송 페이즈”가 없지만, 인밴드 통신 모듈로부터 전력 전송 페이즈로의 페이즈 변경을 지시받고, 인밴드 통신 모듈과 같이 페이즈를 운용할 수 있다.
도면에서는 단계 S2415, S2420, S2435가 단계 S2400, S2405, S2410, S2425, S2430과 특정한 선후관계에 따라 발생하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시일 뿐 단계 S2415, S2420, S2435는 단계 S2400, S2405, S2410, S2425, S2430의 이전 또는 중간 또는 다른 시점에 얼마든지 발생할 수 있음은 물론이다.
도 25는 다른 예에 따른 아웃밴드 통신에 기반한 정보의 교환 방법을 도시한 흐름도이다. 도 25는 무선전력 전송장치가 클라이언트 기기이고 무선전력 수신장치가 서버 기기인 경우이다.
도 25를 참조하면, PRx 아웃밴드 통신 모듈은 서버 기기이나 자신의 정보를 PTx로 전송하기 위해 읽기 요청 대신, 지시 메시지(indication) 또는 통지 메시지(notification)를 PTx 아웃밴드 통신 모듈로 전송한다(S2500). 지시 또는 통지 메시지는 저용량의 PRx 관련 정보, 예를 들어 무선전력 수신장치의 각 페이즈별 교환 정보(식별 및 구성 패킷, PRx 성능 패킷, 제어 오류 패킷, ACK/NAK 패킷) 등을 포함할 수 있다.
이와 같이 각 페이즈별로 PRx의 정보가 지시 메시지 또는 통지 메시지를 통해 PTx로 전송된다.
한편, PTx의 정보의 전송을 위해, PTx 아웃밴드 통신 모듈은 자신이 PRx로 전송하고자 하는 PTx의 정보를 지시하는 쓰기 요청 메시지(write request)를 PRx 아웃밴드 통신 모듈로 전송할 수 있다(S2505). 이에 따라, PRx 아웃밴드 통신 모듈은 쓰기 응답 메시지를 전송한다(S2510).
한편, PRx 아웃밴드 통신 모듈과 PTx 아웃밴드 통신 모듈 간의 GATT 기반 통신과 별개로, 장치 내의 구성요소들 간에 페이즈 변화에 대한 동기화를 진행한다. 즉, PRx 아웃밴드 통신 모듈이 읽기 요청과 읽기 응답 등을 수행하다가 페이즈가 변경되면, PRx 아웃밴드 통신 모듈은 PRx 인밴드 통신 모듈과 컨트롤 유닛으로 페이즈 변경을 알려주며, 이를 위해 PRx 아웃밴드 통신 모듈은 PRx 인밴드 통신 모듈과 컨트롤 유닛로 현재 상태가 변경됨을 지시하거나 변경된 상태를 지시하는 변경 메시지를 전송할 수 있다(S2515, S2520, S2530). 마찬가지로, PTx 아웃밴드 통신 모듈은 PTx 인밴드 통신 모듈과 컨트롤 유닛으로 페이즈 변경을 알려주며, 이를 위해 PTx 아웃밴드 통신 모듈은 PTx 인밴드 통신 모듈과 컨트롤 유닛로 현재 상태가 변경됨을 지시하거나 변경된 상태를 지시하는 변경 지시자를 전송할 수 있다(S2515, S2520, S2530).
본 실시예에서는 페이즈 변경 지시자가 아웃밴드 통신 모듈에서 인밴드 통신 모듈로 전송되는 것으로 설명하였으나, 페이즈 변경 지시자는 인밴드 통신 모듈에서 아웃밴드 통신 모듈로 전송될 수도 있다. 이는 아웃밴드 통신 모듈이 인밴드 통신 모듈이 관리하는 페이즈와 똑같이 관리, 유지되는 경우도 있을 수 있기 때문이다. 예를 들어 아웃밴드 통신모듈은 “전력 전송 페이즈”가 없지만, 인밴드 통신 모듈로부터 전력 전송 페이즈로의 페이즈 변경을 지시받고, 인밴드 통신 모듈과 같이 페이즈를 운용할 수 있다.
도면에서는 단계 S2515, S2520, S2530가 단계 S2500, S2505, S2510, S2525, S2535, S2540과 특정한 선후관계에 따라 발생하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시일 뿐 단계 S2515, S2520, S2530는 단계 S2500, S2505, S2510, S2525, S2535, S2540의 이전 또는 중간 또는 다른 시점에 얼마든지 발생할 수 있음은 물론이다.
도 24 및 도 25는 비교적 저용량의 PTx 또는 PRx 정보를 교환하기 위한 절차이다. 이하에서는 인증 메시지 등 상위계층의 대용량 데이터를 빠르게 교환할 수 있는 방법에 관하여 개시된다.
도 26은 또 다른 예에 따른 아웃밴드 통신에 기반한 정보의 교환 방법을 도시한 흐름도이다. 도 26은 무선전력 전송장치가 서버 기기이고 무선전력 수신장치가 클라이언트 기기인 경우이다.
도 26을 참조하면, PTx가 부팅되면, PRx는 저전력 모드에서 동작하며, 이 경우 낮은 무선전력이 전송될 수 있다. 이후 PRx 아웃밴드 통신 모듈은 쓰기 요청 메시지를 통해 PRx의 정보를 PTx 아웃밴드 통신 모듈로 전송하고(S2600), PTx 아웃밴드 통신 모듈은 쓰기 응답 메시지를 PRx 아웃밴드 통신 모듈로 전송한다(S2605). PTx가 전송할 정보가 있는 경우, PTx 아웃밴드 통신 모듈은 지시 메시지 또는 통지 메시지를 통해 PTx의 정보를 PRx 아웃밴드 통신 모듈로 전송할 수 있다(S2610).
이후 PRx 아웃밴드 통신 모듈과 PTx 아웃밴드 통신 모듈은 인증 절차를 개시한다(S2615). 인증 절차에서 사용되는 메시지는 도 12 및 그에 관한 설명과 같이 그 크기가 일반적인 PTx의 정보 또는 PRx의 정보 보다 큰 대용량 데이터이다. 따라서, PRx 아웃밴드 통신 모듈과 PTx 아웃밴드 통신 모듈은 대용량의 데이터를 전송할 수 있도록 최대 전송 유닛(maximum transmission unit: MTU)의 변경을 협상하는 절차를 수행한다(S2620).
MTU 변경의 협상이 완료되면, PRx 아웃밴드 통신 모듈과 PTx 아웃밴드 통신 모듈은 변경된 MTU에 따라 인증 메시지를 교환한 뒤 인증 절차를 완료한다(S2625). 그리고 PRx 아웃밴드 통신 모듈과 PTx 아웃밴드 통신 모듈은 다시 저용량의 PRx 정보 또는 PTx 정보의 교환을 위해 MTU 변경의 재협상을 수행한다(S2630).
인증을 선행 단계들(단계 S2600 내지 단계 S2610)과 구별하기 위해, 단계 S2600 내지 단계 S2610를 상태 정보 주기라 명명하고, 단계 S2615 내지 단계 S2630)을 인증 주기라 명명할 수 있다.
즉, 적은 데이터의 정보를 지속적으로 교환하는 기간(예를 들어 매 250ms 이내에서 계속) 동안은 MTU 크기를 작게 설정함으로써, 연결 파라미터 또는 데이터를 250ms 안에 PRx와 PTx가 교환할 수 있도록 한다. 한편, 많은 양의 데이터를 특정 시간 내에 빠르게 주고 받아야 할 경우, MTU 크기를 크게 설정하는 방식으로 연결 파라미터를 조절하여 많은 양의 데이터를 빠르게 교환할 수 있게 한다.
도 27은 또 다른 예에 따른 아웃밴드 통신에 기반한 정보의 교환 방법을 도시한 흐름도이다.
도 27을 참조하면, 도 26의 GATT 기반이 아닌, CoC 채널을 사용하여 인증 주기에서 대용량의 데이터를 교환할 수도 있다.
PRx 아웃밴드 통신 모듈은 쓰기 요청 메시지를 통해 PRx의 정보를 PTx 아웃밴드 통신 모듈로 전송하고(S2700), PTx 아웃밴드 통신 모듈은 쓰기 응답 메시지를 PRx 아웃밴드 통신 모듈로 전송한다(S2705). PTx가 전송할 정보가 있는 경우, PTx 아웃밴드 통신 모듈은 지시 메시지 또는 통지 메시지를 통해 PTx의 정보를 PRx 아웃밴드 통신 모듈로 전송할 수 있다(S2710).
이후 PRx 아웃밴드 통신 모듈과 PTx 아웃밴드 통신 모듈은 인증 절차를 개시한다(S2715). 인증 절차에서 사용되는 메시지는 도 12 및 그에 관한 설명과 같이 그 크기가 일반적인 PTx의 정보 또는 PRx의 정보 보다 큰 대용량 데이터이다. 따라서, PRx 아웃밴드 통신 모듈과 PTx 아웃밴드 통신 모듈은 대용량의 데이터를 전송할 수 있도록 L2CAP 채널 데이터 전송을 수행함으로써 인증 절차를 완료한다(S2720).
이러한 도 20 내지 도 27의 실시예에서의 무선전력 전송장치는 도 1 내지 도 11에서 개시된 무선전력 전송장치 또는 무선전력 전송기 또는 전력 전송부에 해당한다. 따라서, 본 실시예에서의 무선전력 전송장치의 동작은 도 1 내지 도 11에서의 무선전력 전송장치의 각 구성요소들 중 하나 또는 둘 이상의 조합에 의해 구현된다. 예를 들어, PTx의 인밴드 통신 모듈의 동작은 도 4c 또는 도 4d의 인밴드 통신 모듈(121)의 동작에 해당하고, PTx의 아웃밴드 통신 모듈의 동작은 도 4c 또는 도 4d의 아웃밴드 통신 모듈(122)의 동작에 해당할 수 있다. 또는, PTx의 인밴드 통신 모듈과 컨트롤 유닛의 동작, PTx의 아웃밴드 통신 모듈의 동작은 모두 통신/컨트롤 유닛(120)에 의해 수행될 수 있다.
또한 도 20 내지 도 27의 실시예에서의 무선전력 수신장치는 도 1 내지 도 11에서 개시된 무선전력 수신장치 또는 무선전력 수신기 또는 전력 수신부에 해당한다. 따라서, 본 실시예에서의 무선전력 수신장치의 동작은 도 1 내지 도 11에서의 무선전력 수신장치의 각 구성요소들 중 하나 또는 둘 이상의 조합에 의해 구현된다. 예를 들어, PRx의 인밴드 통신 모듈의 동작은 도 4c 또는 도 4d의 인밴드 통신 모듈(221)의 동작에 해당하고, PRx의 아웃밴드 통신 모듈의 동작은 도 4c 또는 도 4d의 아웃밴드 통신 모듈(222)의 동작에 해당할 수 있다. 또는, PRx의 인밴드 통신 모듈과 컨트롤 유닛의 동작, PRx의 아웃밴드 통신 모듈의 동작은 모두 통신/컨트롤 유닛(220)에 의해 수행될 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 방법 및 장치, 또는 수신 장치 및 방법은 모든 구성요소 또는 단계가 필수적인 것은 아니므로, 무선 전력 송신 장치 및 방법, 또는 수신 장치 및 방법은 상술한 구성요소 또는 단계의 일부 또는 전부를 포함하여 수행될 수 있다. 또 상술한 무선 전력 송신 장치 및 방법, 또는 수신 장치 및 방법의 실시예들은 서로 조합되어 수행될 수도 있다. 또 상술한 각 구성요소 또는 단계들은 반드시 설명한 순서대로 수행되어야 하는 것은 아니며, 나중에 설명된 단계가 먼저 설명된 단계에 앞서 수행되는 것도 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 이상에서 설명한 본 발명의 실시예들은 서로 별개로 또는 조합되어 구현되는 것도 가능하다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 이종 통신을 지원하는 무선전력 수신장치로서,
    동작 주파수(operating frequency)에서 무선전력 전송장치와의 자기 커플링(magnetic coupling)에 의해 상기 무선전력 전송장치로부터 무선전력을 수신하고, 상기 무선전력에 의해 발생하는 교류 신호를 직류 신호로 변환하도록 구성된 전력 픽업 유닛(power pick-up unit);
    상기 전력 픽업 유닛으로부터 상기 직류 신호를 공급받고, 상기 동작 주파수를 이용하는 인밴드(in-band) 통신과 상기 동작 주파수 이외의 주파수를 이용하는 아웃밴드(out-band) 통신 중 적어도 하나를 수행하도록 구성된 통신/컨트롤 유닛; 및
    상기 전력 픽업 유닛으로부터 상기 직류 신호를 공급받도록 구성된 부하(load)를 포함하되,
    상기 무선전력 수신장치가 상기 인밴드 통신에 기반하여 상기 무선전력 전송장치에 의해 검출된 후, 상기 통신/컨트롤 유닛은 상기 인밴드 통신에서 상기 아웃밴드 통신으로의 핸드오버(handover) 절차를 수행하도록 구성됨을 특징으로 하는, 무선전력 수신장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 통신/컨트롤 유닛은 저전력 블루투스(Bluetooth low energy: BLE)의 기기간 연결수립 절차에 기반하여 상기 핸드오버 절차를 수행함을 특징으로 하는, 무선전력 수신장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 기기간 연결 수립 절차는 고속 광고 패킷(fast advertising) 또는 직접적 광고(directed advertising) 패킷 및 연결 요청 패킷을 이용함을 특징으로 하는, 무선전력 수신장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 통신/컨트롤 유닛은 스캐닝(scanning)을 통해 상기 고속 광고 패킷 또는 상기 직접적 광고 패킷을 상기 무선전력 전송장치로부터 수신하는 단계와, 상기 고속 광고 패킷 또는 상기 직접적 광고 패킷에 대한 응답으로서 상기 연결 요청 패킷을 상기 무선전력 전송장치로 전송하는 단계를 수행하도록 구성됨을 특징으로 하는, 무선전력 수신장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 통신/컨트롤 유닛은 상기 고속 광고 패킷 또는 또는 상기 직접적 광고 패킷을 상기 무선전력 전송장치로 전송하는 단계와, 상기 고속 광고 패킷 또는 상기 직접적 광고 패킷에 대한 응답으로서 상기 연결 요청 패킷을 상기 무선전력 전송장치로부터 수신하는 단계를 수행하도록 구성됨을 특징으로 하는, 무선전력 수신장치.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 저전력 블루투스의 기기간 연결수립 절차가 완료되면,
    상기 통신/컨트롤 유닛은 일반 속성 프로파일(Generic Attribute Profile, GATT)에 기반하여 상기 무선전력 수신장치에 관한 특성 정보(characteristic information)를 상기 무선전력 전송장치로 전송하거나, 상기 무선전력 전송장치에 관한 특성 정보를 상기 무선전력 전송장치로부터 수신하도록 구성됨을 특징으로 하는, 무선전력 수신장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 무선전력 수신장치에 관한 특성 정보는 상기 GATT에 기반한 쓰기 요청(write request) 메시지에 포함되어 전송됨을 특징으로 하는, 무선전력 수신장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 무선전력 수신장치에 관한 특성 정보는 상기 GATT에 기반한 지시(indication) 메시지 또는 통지(notification) 메시지에 포함되어 전송됨을 특징으로 하는, 무선전력 수신장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 무선전력 수신장치에 관한 특성 정보는 식별 및 구성 페이즈(identification and configuration phase), 협상 페이즈(negotiation phase), 보정 페이즈(calibration phase), 전력 전송 페이즈(power transfer phase) 및 재협상 페이즈(renegotiation phase) 중 적어도 하나의 페이즈에서 전송됨을 특징으로 하는, 무선전력 수신장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 통신/컨트롤 유닛은 상기 아웃밴드 통신을 수행하는 아웃밴드 통신 모듈과 상기 인밴드 통신을 수행하는 인밴드 통신 모듈을 포함하고,
    상기 아웃밴드 통신 모듈은 페이즈 변경시 제1 페이즈 변경 지시자를 상기 인밴드 통신 모듈로 전송하고,
    상기 인밴드 통신 모듈은 페이즈 변경시 제2 페이즈 변경 지시자를 상기 아웃밴드 통신 모듈로 전송하도록 구성됨을 특징으로 하는, 무선전력 수신장치.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 통신/컨트롤 유닛은 전송 가능한 최대 데이터 사이즈인 최대 전송 유닛(maximum transmission unit: MTU)를 상기 무선전력 전송장치와 협상하는 절차를 수행하고,
    상기 MTU에 관한 협상이 완료되면, 상기 MTU에 기반하여 생성된 데이터의 전송 또는 수신을 수행하도록 구성됨을 특징으로 하는, 무선전력 수신장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 생성된 데이터는 인증 관련 데이터인 것을 특징으로 하는, 무선전력 수신장치.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 통신/컨트롤 유닛은 논리적 링크 제어 및 적응 프로토콜(Logical Link Control and Adaptation Protocol, L2CAP)에 기반하여 생성된 데이터의 전송 또는 수신을 수행하도록 구성됨을 특징으로 하는, 무선전력 수신장치.
  14. 제 6 항에 있어서,
    상기 무선전력 수신장치에 관한 특성 정보와 상기 무선전력 전송장치에 관한 특성 정보는 무선전력 전송(wireless power transfer (WPT))에 전용한 블루투스 프로파일(WPT dedicated bluetooth profile)이 제공하는 무선전력 전송 서비스(WPT service)에 의해 정의됨을 특징으로 하는, 무선전력 수신장치.
  15. 제 6 항에 있어서,
    상기 무선전력 수신장치에 관한 특성 정보와 상기 무선전력 전송장치에 관한 특성 정보는 다른 블루투스 프로파일(other Bluetooth profile)이 제공하는 무선전력 전송 서비스(WPT service)에 의해 정의됨을 특징으로 하는, 무선전력 수신장치.
  16. 이종 통신을 지원하는 무선전력 전송장치로서,
    동작 주파수(operating frequency)에서 무선전력 수신장치와의 자기 커플링(magnetic coupling)에 의해 상기 무선전력 수신장치로 무선전력을 전송하도록 구성된 전력 변환 유닛(power conversion unit); 및
    상기 동작 주파수를 이용하는 인밴드(in-band) 통신과 상기 동작 주파수 이외의 주파수를 이용하는 아웃밴드(out-band) 통신 중 적어도 하나를 수행하도록 구성된 통신/컨트롤 유닛을 포함하되,
    상기 인밴드 통신에 기반하여 상기 무선전력 수신장치를 검출한 후, 상기 통신/컨트롤 유닛은 상기 인밴드 통신에서 상기 아웃밴드 통신으로의 핸드오버(handover) 절차를 수행하도록 구성됨을 특징으로 하는, 무선전력 전송장치.
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