WO2021153814A1 - 무선충전 장치, 방법 및 시스템에서 충전 오류에 대하여 브로드캐스팅 하는 장치 및 방법 - Google Patents

무선충전 장치, 방법 및 시스템에서 충전 오류에 대하여 브로드캐스팅 하는 장치 및 방법 Download PDF

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WO2021153814A1
WO2021153814A1 PCT/KR2020/001338 KR2020001338W WO2021153814A1 WO 2021153814 A1 WO2021153814 A1 WO 2021153814A1 KR 2020001338 W KR2020001338 W KR 2020001338W WO 2021153814 A1 WO2021153814 A1 WO 2021153814A1
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wireless power
communication
power transmitter
wireless
power receiver
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PCT/KR2020/001338
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임진권
이민수
최진구
김재휴
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엘지전자 주식회사
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    • H02J50/80—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices

Definitions

  • the present specification relates to an apparatus and method for broadcasting a charging error between a wireless power transmitter and a wireless power receiver
  • the wireless power transmission technology is a technology for wirelessly transferring power between a power source and an electronic device.
  • the wireless power transfer technology enables charging of the battery of a wireless terminal by simply placing a wireless terminal such as a smartphone or tablet on a wireless charging pad, so that it is more efficient than 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, wearable devices such as Bluetooth earphones and 3D glasses, home appliances, furniture, underground facilities, buildings, medical devices, robots, and leisure. It is attracting attention as it will 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.
  • a wireless power transmission system includes a wireless power transmission device for supplying electrical energy in a wireless power transmission method, and wireless power reception for receiving electrical energy wirelessly supplied from the wireless power transmission device and supplying power to a power receiving device such as a battery cell. It may consist of a device.
  • Wireless power transmission technology includes a method of transmitting power through magnetic coupling, a method of transmitting power through radio frequency (RF), a method of transmitting power through microwaves, and ultrasound
  • the magnetic coupling-based method is again 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 receiving coil due to the magnetic field generated by the transmitting coil battery cell according to electromagnetic coupling between the transmitting coil and the receiving coil.
  • the magnetic resonance method is similar to the magnetic induction method in that it uses a magnetic field. However, in the magnetic resonance method, resonance occurs when a specific resonant frequency is applied to the coil of the transmitting side and the coil of the receiving side. It is different from magnetic induction.
  • An object of the present specification is to provide a wireless power transmission device, a wireless power transmission method, a wireless power reception device, a wireless power reception method, and a wireless charging system capable of notifying a user when a wireless charging error occurs.
  • the wireless power transmitter when determining a wireless charging error during wireless charging, transmits a broadcasting alert message based on out-band communication to receive the wireless power receiver, and the wireless power receiver receives a broadcasting alert message.
  • a wireless power transmitter a wireless power receiver, a wireless power transfer method, a wireless power receiver, and a wireless power transfer system capable of delivering an alarm message to a Bluetooth device connected to the wireless power receiver.
  • the user can be immediately recognized. For example, an alarm message is delivered to a radio power receiver and a Bluetooth-connected device so that the user can immediately recognize the alarm.
  • 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 illustrates an embodiment of various electronic devices to which a wireless power transmission system is introduced.
  • 3B shows an example of 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 an embodiment according to the present specification 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 an apparatus for transmitting power wirelessly according to another embodiment.
  • FIG 8 shows an apparatus for receiving wireless power according to another embodiment.
  • FIG. 9 shows a communication frame structure according to an embodiment.
  • FIG. 10 is a structure of a sync pattern according to an embodiment.
  • FIG. 11 illustrates operating states 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 structure of a capability packet of a wireless power transmitter 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.
  • 16 is a diagram illustrating the concept of EIoB Data Handling using Bluetooth LE GATT.
  • 17 is a flowchart illustrating a method of exchanging wireless charging-related information in an out-band or in-band by a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to an embodiment.
  • FIG. 18 is a flowchart illustrating a method in which a wireless power receiver notifies an error to a wireless power transmitter according to an embodiment.
  • 19 is a diagram for explaining terms used in the present embodiment.
  • 20 is a conceptual diagram illustrating a concept for an example of the occurrence of a charging error in the conventional wireless charging.
  • 21 is a conceptual diagram illustrating a concept for another example of a conventional wireless charging error occurrence.
  • 22 is a conceptual diagram illustrating a concept of alerting a user when a wireless charging error occurs according to the present specification.
  • FIG. 23 is a flowchart of an alert notification method performed by a wireless power receiver according to the present specification.
  • 24 is a flowchart of a broadcasting method performed in a wireless power transmitter according to the present specification.
  • 25A and 25B are other flowcharts of a method for determining a charging error in the wireless power transmitter according to the present specification.
  • 26 is a flowchart illustrating a wireless power transmitter performing power transmission and broadcasting to a wireless power receiver according to the present specification.
  • FIG. 27 is a flowchart illustrating a wireless power transmitter performing power transmission and broadcasting to a plurality of wireless power receivers according to an embodiment of the present specification.
  • FIG. 28 is a flowchart illustrating a wireless power transmitter performing power transmission and broadcasting to a plurality of wireless power receivers according to another embodiment of the present specification.
  • 29 is a flowchart of a wireless power receiver transmitting an alert message to another Bluetooth-connected device according to the present specification.
  • 31 is an example of a broadcasting alert message according to the present specification.
  • a or B (A or B) may mean “only A”, “only B” or “both A and B”.
  • a or B (A or B)” may be interpreted as “A and/or B (A and/or B)”.
  • A, B or C(A, B or C) herein means “only A”, “only B”, “only C”, or “any and any combination of A, B and C ( any combination of A, B and C)”.
  • a slash (/) or a comma (comma) used herein may mean “and/or”.
  • A/B may mean “A and/or B”. Accordingly, “A/B” can mean “only A”, “only B”, or “both A and B”.
  • A, B, C may mean “A, B, or C”.
  • At least one of A and B may mean “only A”, “only B” or “both A and B”.
  • the expression “at least one of A or B” or “at least one of A and/or B” means “at least one It can be interpreted the same as “at least one of A and B”.
  • At least one of A, B and C means “only A”, “only B”, “only C”, or “A, B and C” Any combination of A, B and C”. Also, “at least one of A, B or C” or “at least one of A, B and/or C” means may mean “at least one of A, B and C”.
  • parentheses used herein may mean “for example”. Specifically, when displayed as “control information (PDCCH)”, “PDCCH” may be proposed as an example of “control information”. In other words, “control information” of the present specification is not limited to “PDCCH”, and “PDDCH” may be proposed as an example of “control information”. Also, even when displayed as “control information (ie, PDCCH)”, “PDCCH” may be proposed as an example of “control information”.
  • wireless power refers to any form of electric field, magnetic field, 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 Wireless power may also be called a wireless power signal, and may refer to an oscillating magnetic flux enclosed by a primary coil and a secondary coil. Power conversion in a system is described herein for wirelessly charging devices including, for example, mobile phones, cordless phones, iPods, MP3 players, headsets, and the like.
  • the basic principle of wireless power transmission is, for example, a method of transmitting power through magnetic coupling, a method of transmitting power through a radio frequency (RF), microwave (microwave) ) includes both a method of transmitting power through an ultrasonic wave and a method of transmitting power through an ultrasonic wave.
  • RF radio frequency
  • microwave microwave
  • FIG. 1 is a block diagram of a wireless power system 10 according to an embodiment.
  • a wireless power system 10 includes a wireless power transmitter 100 and a wireless power receiver 200 .
  • the wireless power transmitter 100 receives power from an external power source S to generate a magnetic field.
  • the wireless power receiving apparatus 200 receives power wirelessly by generating a current using the generated magnetic field.
  • the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 may transmit/receive various information required for wireless power transmission.
  • the communication between the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 is in-band communication using a magnetic field used for wireless power transmission or out-band communication using a separate communication carrier.
  • (out-band communication) may be performed according to any one method.
  • Out-band communication may be referred to as out-of-band communication.
  • the terms are unified and described as out-band communication. Examples of out-band communication may include NFC, Bluetooth (bluetooth), BLE (bluetooth low energy), and the like.
  • the wireless power transmitter 100 may be provided as a fixed type or a mobile type.
  • the fixed type include embedded in furniture such as ceilings, walls, or tables indoors, implanted in outdoor parking lots, bus stops, subway stations, etc., or installed in vehicles or trains, etc. There is this.
  • the portable wireless power transmission device 100 may be implemented as a 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 receiver 200 should be interpreted as a comprehensive concept including various electronic devices including batteries and various home appliances that are driven by receiving power wirelessly instead of a power cable.
  • Representative examples of the wireless power receiver 200 include a mobile terminal, a cellular phone, a smart phone, a personal digital assistant (PDA), and a portable media player (PMP: Portable Media Player), Wibro terminals, tablets, phablets, notebooks, digital cameras, navigation terminals, televisions, electric vehicles (EVs), and the like.
  • the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 exchange power on a one-to-one basis, but as shown in FIG. 2 , one wireless power transmitter 100 includes a plurality of wireless power receivers. It is also possible to transfer power to (200-1, 200-2,..., 200-M). In particular, in the case of performing wireless power transmission in a magnetic resonance method, one wireless power transmission device 100 applies a simultaneous transmission method or a time division transmission method to a plurality of wireless power reception devices 200-1, 200-2, ...,200-M) can deliver power.
  • FIG. 1 shows a state in which the wireless power transmitter 100 directly transmits power to the wireless power receiver 200
  • the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 are connected wirelessly.
  • a separate wireless power transmission/reception device such as a relay or repeater for increasing the power transmission distance may be provided.
  • power may be transferred from the wireless power transmitter 100 to the wireless power transmitter/receiver, and the wireless power transmitter/receiver may transmit power back to the wireless power receiver 200 .
  • the wireless power receiver, the power receiver, and the receiver referred to in this specification refer to the wireless power receiving apparatus 200 .
  • the wireless power transmitter, the power transmitter, and the transmitter referred to in this specification refer to the wireless power receiving and transmitting apparatus 100 .
  • 3A illustrates an embodiment of various electronic devices to which a wireless power transmission system is introduced.
  • FIG. 3A shows 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 an earphone, a remote control, a smart phone, a PDA, a tablet
  • a low-power (about 5W or less or about 20W or less) wireless charging method may be applied to mobile electronic devices (or portable electronic devices) such as a PC.
  • Medium/small power (about 50W or less or about 200W or less) wireless charging method may be applied to small and medium-sized home appliances such as laptop computers, robot cleaners, TVs, sound devices, vacuum cleaners, and monitors.
  • Kitchen appliances such as blenders, microwave ovens, and electric rice cookers, personal mobility devices (or electronic devices/mobilities) such as wheelchairs, electric kickboards, electric bicycles, and electric vehicles, use high power (about 2 kW or less or 22 kW or less)
  • a wireless charging method may be applied.
  • the electronic devices/mobile means described above may each include a wireless power receiver to be described later. Accordingly, the above-described electronic devices/mobile means may be charged by wirelessly receiving power from the wireless power transmitter.
  • Standards for wireless power transmission include a wireless power consortium (WPC), an air fuel alliance (AFA), and a power matters alliance (PMA).
  • 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 less than 30W.
  • the WPC classifies a wireless power transmitter and a receiver 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 a wireless power transmitter and receiver that provide guaranteed power of less than 5W.
  • Applications of PC-1 include wearable devices such as smart watches.
  • the PC0 standard relates to a wireless power transmitter and receiver that provide a guaranteed power of 5W.
  • the PC0 standard includes EPP with guaranteed power up to 30W.
  • in-band (IB) communication is a mandatory communication protocol of PC0
  • out-of-band (OOB) communication used as an optional backup channel may also be used.
  • the wireless power receiver may identify whether OOB is supported by setting an OOB flag in a configuration packet.
  • the wireless power transmitter supporting OOB may enter the OOB handover phase by transmitting a bit-pattern for OOB handover as a response to the configuration packet.
  • the response to the configuration packet may be NAK, ND, or a newly defined 8-bit pattern.
  • Applications of PC0 include smartphones.
  • the PC1 standard relates to a wireless power transmitter and receiver that provide guaranteed power of 30W to 150W.
  • OOB is an essential communication channel for PC1
  • IB is used as initialization to OOB and link establishment.
  • the wireless power transmitter may enter the OOB handover phase by using a bit pattern for OOB handover.
  • Applications of PC1 include laptops and power tools.
  • the PC2 standard relates to a wireless power transmitter and receiver that provide guaranteed power of 200W to 2kW, and its applications include 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 identical PCs means that power transmission and reception are possible between identical PCs.
  • compatibility between different PCs may also be supported.
  • compatibility between different PCs means that power transmission/reception is possible even between different PCs.
  • the wireless power transmitter having PC x can charge the wireless power receiver having PC y, it can be seen that compatibility between different PCs is maintained.
  • a wireless power receiver of the lap-top charging method that can stably charge only when power is continuously transmitted is called a wireless power transmitter of the same PC. Even so, there may be a problem in stably receiving power from the wireless power transmitter of the electric tool type that transmits power discontinuously.
  • the wireless power receiver may There is a risk of breakage. As a result, it is difficult for a PC to be an index/standard representing/indicating compatibility.
  • Wireless power transmission and reception devices may provide a very convenient user experience and interface (UX/UI). That is, a smart wireless charging service may be provided.
  • the smart wireless charging service may be implemented based on the UX/UI of a smartphone including a wireless power transmitter. For these applications, the interface between the smartphone's processor and the wireless charging receiver allows "drop and play" bidirectional communication between the wireless power transmitter and the receiver.
  • a user may experience a smart wireless charging service in 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 smartphone detects that it is located on the wireless charger, detects the reception of wireless power, or the smartphone receives information about the smart wireless charging service from the wireless charger, the smartphone gives the user consent ( opt-in) is requested.
  • the smartphone may display a message on the screen with or without an alarm sound.
  • An example of the message may include a phrase such as "Welcome to ### hotel.
  • the smartphone receives the user's input for selecting Yes or No Thanks, and performs the following procedure selected by the user. If Yes is selected, the smartphone transmits the corresponding information to the wireless charger. And the smart phone and wireless charger perform the smart charging function together.
  • the smart wireless charging service may also include receiving auto-filled WiFi credentials.
  • the wireless charger transmits the WiFi credentials to the smartphone, and the smartphone automatically enters the WiFi credentials received from the wireless charger by running an appropriate app.
  • the smart wireless charging service may also include running a hotel application that provides hotel promotions, or obtaining remote check-in/check-out and contact information.
  • a user may experience a smart wireless charging service in a vehicle.
  • the wireless charger transmits wireless power to the smartphone, and the smartphone receives wireless power.
  • the wireless charger transmits information about the smart wireless charging service to the smartphone.
  • the smartphone detects that it is located on the wireless charger, detects the reception of wireless power, or the smartphone receives information about the smart wireless charging service from the wireless charger, the smartphone 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 the message on the screen with or without notification sound.
  • An example of the message may include a phrase such as "Welcome to your car. Select "Yes" to synch device with in-car controls: Yes
  • the smartphone receives the user's input for selecting Yes or No Thanks, and performs the following procedure selected by the user. If Yes is selected, the smartphone transmits the corresponding information to the wireless charger.
  • the smart phone and the wireless charger can perform in-vehicle smart control functions together by driving in-vehicle application/display software. The user can enjoy the desired music, and can check the regular map location.
  • the in-vehicle application/display software may include capabilities to provide synchronized 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 smartphone detects that it is located on the wireless charger, detects the reception of wireless power, or the smartphone receives information about the smart wireless charging service from the wireless charger, the smartphone gives the user consent ( opt-in) is requested.
  • the smartphone may display a message on the screen with or without a notification sound.
  • An example of the message may include a phrase such as "Hi xxx, Would you like to activate night mode and secure the building?: Yes
  • the smartphone receives the user's input for selecting Yes or No Thanks, and performs the following procedure selected by the user. If Yes is selected, the smartphone transmits the corresponding information to the wireless charger. Smartphones and wireless chargers can at least recognize the user's pattern and encourage the user to lock doors and windows, turn off lights, or set an alarm.
  • a 'profile' will be newly defined as an index/standard representing/indicating compatibility. That is, it can be interpreted that compatibility is maintained between wireless power transceivers having the same 'profile' and stable power transmission and reception is possible, and power transmission/reception is impossible between wireless power transceivers having different 'profiles'.
  • Profiles may be defined according to application and/or compatibility independent of (or independently of) power class.
  • Profiles can be broadly divided into three categories: i) mobile and computing, ii) power tools, and iii) kitchen.
  • the profile can be largely divided into i) mobile, ii) electric tool, iii) kitchen, and iv) wearable.
  • PC can be defined as PC0 and/or PC1
  • communication protocol/method is IB and OOB
  • operating frequency is 87 ⁇ 205kHz
  • examples of applications include smartphones, laptops, etc.
  • the PC may be defined as PC1
  • the communication protocol/method may be IB
  • the operating frequency may be defined as 87 to 145 kHz
  • an electric tool may exist as an example of the application.
  • PC may be defined as PC2
  • communication protocol/method is NFC-based
  • operating frequency is less than 100 kHz
  • examples of applications include kitchen/home appliances.
  • NFC communication can be used between the wireless power transmitter and receiver.
  • WPC NDEF NFC Data Exchange Profile Format
  • the wireless power transmitter and the receiver can confirm that they are NFC devices.
  • 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) powered tools, and iii) kitchen, the upper nibble of the version field indicates the major version and the lower nibble (lower nibble) indicates a minor version.
  • Profile-specific data also defines the content for the kitchen.
  • the PC may be defined as PC-1
  • the communication protocol/method may be IB
  • the operating frequency may be defined as 87 to 205 kHz
  • examples of the application may include a wearable device worn on the user's body.
  • Maintaining compatibility between the same profiles may be essential, 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 transmitter selectively transmits power only to the wireless power receiver having the same profile as itself, thereby enabling more stable power transmission.
  • the burden on the wireless power transmitter is reduced and power transmission to an incompatible wireless power receiver is not attempted, the risk of damage to the wireless power receiver is reduced.
  • PC1 in the 'mobile' profile can be defined by borrowing optional extensions such as OOB based on PC0, and in the case of the 'powered tools' profile, the PC1 'mobile' profile can be defined simply as a modified version.
  • OOB optional extensions
  • the wireless power transmitter or the wireless power receiver may inform the other party of its profile through various methods.
  • the AFA standard refers to a wireless power transmitter as a power transmitting circuit (PTU), and a wireless power receiver as a power receiving circuit (PRU), and the PTU is classified into a number of classes as shown in Table 1, and the PRU is classified into a number of categories.
  • PTU power transmitting circuit
  • PRU power receiving circuit
  • FIG. 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 wirelessly receiving power and a base station 400 wirelessly transmitting 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 circuit 405 .
  • the wireless power transmitter 100 may transmit inductive power or resonant power and control the transmission.
  • the wireless power transmitter 100 transmits power to an appropriate level and a power conversion circuit 110 that converts electrical energy into a power signal by generating a magnetic field through a primary coil (s)
  • a communication/control circuit 120 for controlling communication and power transfer with the wireless power receiver 200 may be included.
  • the system circuit 405 may perform input power provisioning, control of a plurality of wireless power transmitters, and other operation control of the base station 400 such as user interface control.
  • the primary coil may generate an electromagnetic field using AC 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 circuit 110 and may generate a magnetic field of a specific frequency accordingly.
  • the magnetic field may be generated non-radiatively or radially, and the wireless power receiving apparatus 200 receives it and generates a current. In other words, the primary coil transmits power wirelessly.
  • the primary coil and the secondary coil may have any suitable shape, for example, a copper wire wound around a high permeability formation such as ferrite or an amorphous metal.
  • the primary coil may be referred to as a transmitting coil, a primary core, a primary winding, a primary loop antenna, or the like.
  • the secondary coil may be called a receiving coil, a secondary core, a secondary winding, a secondary loop antenna, a pickup antenna, etc. .
  • the primary coil and the secondary coil may be provided in the form of a primary resonance antenna and a secondary resonance antenna, respectively.
  • the resonant antenna may have a resonant structure including a coil and a capacitor.
  • the resonant frequency of the resonant antenna is determined by the inductance of the coil and the capacitance of the capacitor.
  • the coil may be formed in the form of a loop.
  • a core may be disposed inside the loop.
  • the core may include a physical core such as a ferrite core or an air core.
  • Resonance phenomenon refers to a phenomenon in which, when one resonant antenna generates a near magnetic field corresponding to the resonant frequency, when other resonant antennas are located nearby, the two resonant antennas are coupled to each other and high-efficiency energy transfer occurs between the resonant antennas. do.
  • a magnetic field corresponding to the resonant frequency is generated between the primary resonant antenna and the secondary resonant antenna, a phenomenon occurs in which the primary resonant antenna and the secondary resonant antenna resonate with each other.
  • the magnetic field is focused toward the secondary resonant antenna with higher efficiency compared to the case where the magnetic field is radiated into free space, and thus energy can be transferred from the primary resonant antenna to the secondary resonant antenna with high efficiency.
  • the magnetic induction method may be implemented similarly to the magnetic resonance method, but in this case, the frequency of the magnetic field does not need to be the resonant frequency. Instead, in the magnetic induction method, matching between the loops constituting the primary coil and the secondary coil is required, and the distance 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 a communication carrier 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 circuit 120 may transmit/receive information to and from the wireless power receiver 200 .
  • the communication/control circuit 120 may include at least one of an IB communication module and an OOB communication module.
  • the IB communication module may transmit/receive information using a magnetic wave having a specific frequency as a center frequency.
  • the communication/control circuit 120 performs in-band communication by loading communication information on the operating frequency of wireless power transmission and transmitting it through the primary coil or by receiving the operating frequency containing the information through the primary coil. can do.
  • a modulation scheme such as binary phase shift keying (BPSK), frequency shift keying (FSK) or amplitude shift keying (ASK) and Manchester coding or non-zero return level (NZR-L:
  • BPSK binary phase shift keying
  • FSK frequency shift keying
  • ASK amplitude shift keying
  • NZR-L Manchester coding or non-zero return level
  • the communication/control circuit 120 may transmit/receive information up to a distance of several meters at a data rate of several kbps.
  • the OOB communication module may perform out-band communication through a communication antenna.
  • the communication/control circuit 120 may be provided as a short-range communication module.
  • Examples of the short-range communication module include communication modules such as Wi-Fi, Bluetooth, Bluetooth LE, ZigBee, and NFC.
  • the communication/control circuit 120 may control the overall operation of the wireless power transmitter 100 .
  • the communication/control circuit 120 may perform calculation and processing of various types of information, and may control each component of the wireless power transmission apparatus 100 .
  • the communication/control circuit 120 may be implemented in a computer or a similar device using hardware, software, or a combination thereof.
  • the communication/control circuit 120 may be provided in the form of an electronic circuit that processes electrical signals to perform a control function, and in software, in the form of a program that drives the communication/control circuit 120 in hardware. may be provided.
  • the communication/control circuit 120 may control the transmit power by controlling an operating point.
  • the operating point to be controlled may correspond to a combination of frequency (or phase), duty cycle, duty ratio, and voltage amplitude.
  • the communication/control circuit 120 may control the transmission power by adjusting at least one of a frequency (or phase), a duty cycle, a duty ratio, and a voltage amplitude.
  • the wireless power transmitter 100 may supply constant power
  • the wireless power receiver 200 may 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 the wireless power receiver 200 for receiving wireless power through a secondary coil and stores the device. Includes a load (load, 455) to supply to.
  • the wireless power receiver 200 may include a power pick-up circuit 210 and a communication/control circuit 220 .
  • the power pickup circuit 210 may receive wireless power through the secondary coil and convert it into electrical energy.
  • the power pickup circuit 210 rectifies the AC signal obtained through the secondary coil and converts it into a DC signal.
  • the communication/control circuit 220 may control transmission and reception of wireless power (transmission and reception of power).
  • the secondary coil may receive wireless power transmitted from the wireless power transmitter 100 .
  • the secondary coil may receive power using a magnetic field generated in the primary coil.
  • the specific frequency is the resonance frequency
  • a magnetic resonance phenomenon occurs between the primary coil and the secondary coil, so that power can be more efficiently transmitted.
  • the communication/control circuit 220 may further include a communication antenna.
  • the communication antenna may transmit and receive communication signals using a communication carrier 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 circuit 220 may transmit/receive information to and from the wireless power transmitter 100 .
  • the communication/control circuit 220 may include at least one of an IB communication module and an OOB communication module.
  • the IB communication module may transmit/receive information using a magnetic wave having a specific frequency as a center frequency.
  • the communication/control circuit 220 may perform IB communication by loading information on a magnetic wave and transmitting it through a secondary coil or by receiving a magnetic wave containing information through a secondary coil.
  • modulation schemes such as binary phase shift keying (BPSK), frequency shift keying (FSK) or amplitude shift keying (ASK) and Manchester coding or non-zero return level (NZR-L) : Non-return-to-zero level
  • BPSK binary phase shift keying
  • FSK frequency shift keying
  • ASK amplitude shift keying
  • NZR-L non-zero return level
  • the OOB communication module may perform out-band communication through a communication antenna.
  • the communication/control circuit 220 may be provided as a short-range communication module.
  • Examples of the short-range communication module include communication modules such as Wi-Fi, Bluetooth, Bluetooth LE, ZigBee, and NFC.
  • the communication/control circuit 220 may control the overall operation of the wireless power receiver 200 .
  • the communication/control circuit 220 may perform calculation and processing of various types of information, and may control each component of the wireless power receiver 200 .
  • the communication/control circuit 220 may be implemented as a computer or a similar device using hardware, software, or a combination thereof.
  • the communication/control circuit 220 may be provided in the form of an electronic circuit that processes electrical signals to perform a control function, and in software, in the form of a program for driving the communication/control circuit 220 in hardware. may be provided.
  • the communication/control circuit 120 and the communication/control circuit 220 are Bluetooth or Bluetooth LE as an OOB communication module or a short-range communication module
  • the communication/control circuit 120 and the communication/control circuit 220 are respectively shown in FIG. 4B It can be implemented and operated with the same communication architecture as
  • 4B is a diagram illustrating an example of a Bluetooth communication architecture to which an embodiment according to the present specification can be applied.
  • FIG. 4b shows an example of a protocol stack of Bluetooth BR (Basic Rate)/EDR (Enhanced Data Rate) supporting GATT, (b) is Bluetooth LE (Low Energy) An example of a protocol stack is shown.
  • Bluetooth BR Basic Rate
  • EDR Enhanced Data Rate
  • GATT GATT
  • Bluetooth LE Low Energy
  • the Bluetooth BR/EDR protocol stack includes an upper controller stack (Controller stack, 460) and a lower one based on the host controller interface (HCI, 18). It may include a host stack (Host Stack, 470).
  • the host stack (or host module) 470 refers to a wireless transceiver module that receives 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 configure 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 16 .
  • the BR/EDR PHY layer 12 is a layer that transmits and receives a 2.4 GHz radio 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-long time slot for each channel.
  • the link manager layer 16 controls the overall operation (link setup, control, security) of the Bluetooth connection by using LMP (Link Manager Protocol).
  • 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 provides events and data to the host.
  • the host stack (or host module, 20) is a logical link control and adaptation protocol (L2CAP, 21), an attribute protocol (Protocol, 22), a generic attribute profile (Generic Attribute Profile, GATT, 23), a generic access profile (Generic Access) Profile, GAP, 24) and BR/EDR profile (25).
  • L2CAP logical link control and adaptation protocol
  • GATT attribute protocol
  • GAP Generic Access Profile
  • BR/EDR profile BR/EDR profile
  • the logical link control and adaptation protocol may provide one bidirectional channel for data transmission to a specific protocol or profile file.
  • the L2CAP 21 may multiplex various protocols, profiles, etc. provided by the Bluetooth upper layer.
  • L2CAP of Bluetooth BR/EDR uses dynamic channels, supports protocol service multiplexer, retransmission, and streaming mode, and provides segmentation and reassembly, per-channel flow control, and error control.
  • the generic attribute profile (GATT) 23 may be operable as a protocol describing how the attribute protocol 22 is used in the configuration of services.
  • the generic attribute profile 23 may be operable to define how ATT attributes are grouped together into services, and may be operable to describe characteristics associated with services.
  • the generic attribute profile 23 and the attribute protocol (ATT) 22 can use features to describe the state and services of a device, how they relate to each other and how they are used.
  • the attribute protocol 22 and the BR/EDR profile 25 define a service (profile) using Bluetooth BR/EDR and an application protocol for sending and receiving these data, and the Generic Access Profile , GAP, 24) define device discovery, connectivity, and security levels.
  • 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).
  • the controller stack 480 may be implemented using a communication module that may include a Bluetooth radio, for example, a processor module that may include a processing device such as a microprocessor.
  • the host stack 490 may be implemented as part of an OS running on a processor module, or as an instantiation of a package on the OS.
  • controller stack and host stack may operate or run on the same processing device within a 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, radio transmit/receive module, 32) is a layer for transmitting and receiving a 2.4 GHz radio signal, and uses Gaussian Frequency Shift Keying (GFSK) modulation and a frequency hopping technique composed of 40 RF channels.
  • GFSK Gaussian Frequency Shift Keying
  • the link layer 34 which transmits or receives Bluetooth packets, performs advertising and scanning functions using three advertising channels, and then creates a connection between devices, and a maximum of 257 bytes of data packets through 37 data channels. Provides a 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 (SM, 42), an Attribute Protocol (ATT, 440), and a Generic Attribute Profile.
  • GAP Generic Access Profile
  • L2CAP Logical Link Control and Adaptation Protocol
  • SM Security Manager
  • ATT Attribute Protocol
  • GATT Generic Attribute Profile
  • GATT Generic Access Profile
  • 25 may include the LT profile (46).
  • the host stack 490 is not limited thereto and may include various protocols and profiles.
  • the host stack uses L2CAP to multiplex various protocols and profiles provided by the Bluetooth upper layer.
  • L2CAP Logical Link Control and Adaptation Protocol, 41
  • L2CAP may provide one bidirectional channel for data transmission to a specific protocol or profile.
  • the L2CAP 41 may be operable to multiplex data between higher layer protocols, segment and reassemble packages, and manage multicast data transmission.
  • Bluetooth LE 3 fixed channels (1 for signaling CH, 1 for Security Manager, 1 for Attribute protocol) are basically used. And, if necessary, a dynamic channel may be used.
  • BR/EDR Base Rate/Enhanced Data Rate
  • a dynamic channel is basically used, and protocol service multiplexer, retransmission, streaming mode, etc. are supported.
  • SM Security Manager
  • ATT Attribute Protocol, 43
  • 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 A message transmitted mainly from the client device to the server device to instruct a command for a specific operation.
  • the server device does not transmit a response to the command message to the client device.
  • Notification message A message 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 A message transmitted from the server device to the client device for notification such as an event. Unlike the Notification message, the client device transmits a confirmation message for the Indication message to the server device.
  • This specification transmits a value for the data length when requesting long data in the GATT profile using the attribute protocol (ATT, 43) so that the client can clearly know the data length, and uses the UUID to obtain a characteristic (Characteristic) from the server value can be sent.
  • ATT attribute protocol
  • 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, defines a method for providing information to a user, and defines the types of attributes as follows.
  • UUID Universal Unique Identifier, value type
  • the LE profile 46 is mainly applied to Bluetooth LE devices as profiles that depend on GATT.
  • the LE profile 46 may include, for example, Battery, Time, FindMe, Proximity, and Time, and the specific contents of GATT-based Profiles are as follows.
  • 3FindMe Provides alarm service according to distance
  • the generic attribute profile (GATT) 44 may be operable as a protocol describing how the attribute protocol 43 is used in the configuration of services.
  • the generic attribute profile 44 may be operable to define how ATT attributes are grouped together into services, and may be operable to describe characteristics associated with services.
  • the generic attribute profile 44 and the attribute protocol (ATT) 43 can use features to describe the state and services of a device, how they relate to each other and how they are used.
  • the BLE procedure may be divided into a device filtering procedure, an advertising procedure, a scanning procedure, a discovery procedure, a connecting procedure, and the like.
  • the device filtering procedure is a method for reducing the number of devices that respond to requests, instructions, and notifications in the controller stack.
  • the controller stack can reduce the number of requests it transmits, so that power consumption can be reduced in the BLE controller stack.
  • An advertising device or a scanning device may perform the device filtering procedure to restrict devices receiving an advertisement packet, a scan request, or a connection request.
  • the advertisement device refers to a device that transmits an advertisement event, that is, performs 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.
  • a scanning device when a scanning device receives some advertisement packets from an advertisement device, the scanning device has to send a scan request to the advertisement device.
  • the scanning device may ignore advertisement packets transmitted from the advertisement device.
  • a device filtering procedure may also 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 broadcasting to devices in the area.
  • undirected broadcasting is an advertisement directed to all (all) devices rather than broadcasting directed to a specific device, and all devices scan the advertisement to request additional information or You can make a connection request.
  • a device designated as a receiving device scans the advertisement to request additional information or a connection request.
  • An advertisement procedure is used to establish a Bluetooth connection with a nearby initiating device.
  • the advertisement procedure may be used to provide periodic broadcasting of user data to scanning devices that are listening on the advertisement 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 on which the scan request is received.
  • Broadcasting user data sent as part of advertisement packets is dynamic data, whereas scan response data is generally static data.
  • An advertising device may receive a connection request from an initiating device on an advertising (broadcasting) physical channel. If the advertising device uses a connectable advertising event and the initiating device is not filtered by the device filtering procedure, the advertising device stops advertising and enters a connected mode. The advertising device may start advertising again after the connected mode.
  • a device performing scanning that is, a scanning device, performs a scanning procedure to listen to non-directional broadcasting of user data from advertisement devices using an advertisement physical channel.
  • the scanning device sends a scan request to the advertisement device through an advertisement physical channel to request additional data from the advertisement 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 may be used while being connected to another BLE device in the BLE piconet.
  • the scanning device If the scanning device is in an initiator mode that can receive a broadcast advertisement event and initiate a connection request, the scanning device sends a connection request to the advertisement device through an advertisement physical channel. You can start a Bluetooth connection with
  • the scanning device When the scanning device sends a connection request to the advertisement device, the scanning device stops scanning initiator mode for additional broadcasting, and enters the connection mode.
  • 'Bluetooth devices' Devices capable of Bluetooth communication (hereinafter, referred to as 'Bluetooth devices') perform advertisement procedures and scanning procedures to discover nearby devices or to be discovered by other devices within a given area.
  • the discovery procedure is performed asymmetrically.
  • a Bluetooth device that tries to find other nearby devices is called a discovering device and listens to find devices that advertise a scannable advertisement event.
  • a Bluetooth device discovered and available from other devices is called a discoverable device and actively broadcasts an advertisement event so that other devices can scan it through an advertisement (broadcasting) physical channel.
  • Both the discovering device and the discoverable device may be already connected to other Bluetooth devices in the piconet.
  • connection procedure is asymmetric, and the connection procedure requires a specific Bluetooth device to perform a scanning procedure while another Bluetooth device performs an advertisement procedure.
  • an advertisement procedure may be targeted, as a result of which only one device will respond to the advertisement.
  • a connection After receiving an accessible advertisement event from an advertisement device, a connection may be initiated by sending a connection request to the advertisement device through an advertisement (broadcast) physical channel.
  • the link layer enters the advertisement state by the instruction of the host (stack).
  • the link layer sends advertisement packet data circuits (PDUs) in advertisement events.
  • PDUs advertisement packet data circuits
  • Each advertisement event consists of at least one advertisement PDU, and the advertisement PDUs are transmitted through used advertisement channel indexes.
  • the advertisement event may be terminated earlier when the advertisement PDU is transmitted through the used advertisement channel indexes, or when the advertisement device needs to secure a space for performing other functions.
  • the link layer enters the scanning state under the direction of the host (stack). In the scanning state, the link layer listens for advertisement channel indices.
  • each scanning type is determined by a host.
  • a separate time or advertisement channel index for performing scanning is not defined.
  • the link layer listens for the advertisement channel index during the scanWindow duration.
  • the scanInterval is defined as the interval (interval) between the starting points of two consecutive scan windows.
  • the link layer must listen for completion of all scan intervals in the scan window as directed by the host, provided there is no scheduling conflict. In each scan window, the link layer must scan a different advertising channel index. The link layer uses all available advertising channel indices.
  • the link layer In passive scanning, the link layer only receives packets and transmits no packets.
  • the link layer When active scanning, the link layer performs listening depending on the advertisement PDU type, which may request advertisement PDUs and additional information related to the advertisement device from the advertisement device.
  • the link layer enters the initiation 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 for advertisement channel indices.
  • the link layer listens for the advertisement channel index during the scan window period.
  • the link layer enters the connected state when the device making the connection request, that is, the initiating device sends a CONNECT_REQ PDU to the advertising device, or when the advertising device receives the CONNECT_REQ PDU from the initiating device.
  • connection After entering the connected state, a connection is considered to be created. However, the connection need not be considered to be established when it enters the connected state. The only difference between the newly created connection and the established connection is the link layer connection supervision timeout value.
  • the link layer performing the master role is called a master, and the link layer performing the slave role is called a slave.
  • the master controls the timing of the connection event, and the connection event refers to the synchronization point between the master and the slave.
  • BLE devices use packets defined below.
  • the Link Layer has only one packet format used for both advertisement channel packets and data channel packets.
  • Each packet consists of four fields: a preamble, an access address, a PDU, and a CRC.
  • the PDU When one packet is transmitted in the advertisement channel, the PDU will be the advertisement channel PDU, and when one packet is transmitted in the data channel, the PDU will be the data channel PDU.
  • the advertisement channel PDU Packet Data Circuit
  • PDU Packet Data Circuit
  • the PDU type field of the advertisement channel PDU included in the header indicates the PDU type as defined in Table 3 below.
  • Advertising PDU (Advertising PDU) The following advertising channel PDU types are called advertising PDUs and are used in specific events.
  • ADV_IND Linkable non-directional advertising event
  • ADV_DIRECT_IND Linkable direct advertising event
  • ADV_NONCONN_IND Non-Linkable Non-Directional Advertising Event
  • ADV_SCAN_IND Scannable non-directional advertising event
  • the PDUs are transmitted in the link layer in the advertisement state and are received by the link layer in the scanning state or initiating state.
  • advertisement channel PDU types are called scanning PDUs and are used in the state described below.
  • SCAN_REQ Sent by the link layer in the scanning state, and received by the link layer in the advertisement state.
  • SCAN_RSP Sent by the link layer in the advertisement state, and received by the link layer in the scanning state.
  • initiation PDUs The following advertisement channel PDU types are called initiation PDUs.
  • CONNECT_REQ Sent by the link layer in the initiating state, and received by the link layer in the advertising state.
  • the data channel PDU has a 16-bit header, payloads 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 circuit 210 .
  • the battery is not necessarily included in the mobile device 450 .
  • the battery may be provided as a detachable external configuration.
  • the wireless power receiving apparatus 200 may include a driving means for driving various operations of the electronic device instead of a battery.
  • the mobile device 450 is shown to include the wireless power receiver 200 and the base station 400 is shown to include the wireless power transmitter 100, in a broad sense, the wireless power receiver ( 200 may be identified with the mobile device 450 , and the wireless power transmitter 100 may be identified with the base station 400 .
  • wireless power transmission including the communication/control circuit 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 transmitter 100 includes a power conversion circuit 110 and a communication/control circuit 120 .
  • the communication/control circuit 120 includes an in-band communication module 121 and a BLE communication module 122 .
  • the wireless power receiver 200 includes a power pickup circuit 210 and a communication/control circuit 220 .
  • the communication/control circuit 220 includes an in-band communication module 221 and a BLE communication module 222 .
  • the BLE communication modules 122 , 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 to exchange control information and packets necessary for wireless power transmission. there is.
  • the communication/control circuit 120 may be configured to operate a profile for wireless charging.
  • the profile for wireless charging may be GATT using BLE transmission.
  • the communication/control circuits 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 the communication/control circuits 120, 220) and a form separately provided is also possible.
  • a coil or a coil unit may be referred to as a coil assembly, a coil cell, or a cell including a coil and at least one element adjacent to the coil.
  • 5 is a state transition diagram for explaining a wireless power transmission procedure.
  • power transmission from the wireless power transmitter to the receiver is largely a selection phase 510 , a ping phase 520 , and an identification and configuration phase. and configuration phase 530), a negotiation phase 540, a calibration phase 550, a power transfer phase 560, and a renegotiation phase 570. .
  • the selection step 510 transitions when a specific error or a specific event is detected while initiating or maintaining the power transmission - including, for example, reference numerals S502, S504, S508, S510 and S512.
  • the wireless power transmitter may monitor whether an object exists on the interface surface. If the wireless power transmitter detects that an object is placed on the interface surface, the process may shift to the ping step 520 .
  • the wireless power transmitter transmits an analog ping signal that is a power signal (or pulse) corresponding to a very short duration, and the current of the transmitting coil or the primary coil Based on the change, it is possible to detect whether an object is present in an active area of the interface surface.
  • the wireless power transmitter may measure a quality factor of a wireless power resonance circuit (eg, a power transmission coil and/or a resonance capacitor).
  • a quality factor may be measured to determine whether the wireless power receiver is placed in the charging area together with the foreign material.
  • an inductance and/or a series resistance component in the coil may be reduced due to an environmental change, thereby reducing a quality factor value.
  • the wireless power transmitter may receive a pre-measured reference quality factor value from the wireless power receiver in a state where the foreign material is not disposed in the charging area.
  • the presence of foreign substances may be determined by comparing the reference quality factor value received in the negotiation step 540 with the measured quality factor value.
  • a specific wireless power receiver may have a low reference quality factor value depending on the type, use, and characteristics of the wireless power receiver - and foreign matter is present. In this case, since there is no significant difference between the measured quality factor value and the reference quality factor value, it may be difficult to determine the presence of foreign substances. Therefore, it is necessary to further consider other determining factors or to determine the presence of foreign substances using other methods.
  • a quality factor value within a specific frequency domain may be measured in order to determine whether the object is disposed with the foreign material in the charging area.
  • the inductance and/or the series resistance component in the coil may be reduced by environmental changes, and thus the resonant frequency of the coil of the wireless power transmitter may be changed (shifted). That is, the quality factor peak frequency, which is the frequency at which the maximum quality factor value within the operating frequency band is measured, may be moved.
  • step 520 when an object is detected, the wireless power transmitter activates the receiver and transmits a digital ping for identifying whether the detected object is a wireless power receiver. If the wireless power transmitter does not receive a response signal to the digital ping (eg, a signal strength packet) from the receiver in the ping step 520 , the wireless power transmitter may transition back to the selection step 510 . In addition, when the wireless power transmitter receives a signal indicating that power transmission is completed from the receiver in the ping step 520 , that is, a charging complete packet, it may transition to the selection step 510 .
  • a signal indicating that power transmission is completed from the receiver in the ping step 520 that is, a charging complete packet
  • the wireless power transmitter may transition to the identification and configuration step 530 for identifying the receiver and collecting receiver configuration and state information.
  • the wireless power transmitter receives an undesired packet (unexpected packet), or a desired packet is not received for a predefined time (time out), or there is a packet transmission error (transmission error), If a power transfer contract is not established (no power transfer contract), a transition may be made to the selection step 510 .
  • the wireless power transmitter may determine whether it is necessary to enter the negotiation step 540 based on the negotiation field value of the configuration packet received in the identification and configuration step 530 . As a result of the check, if negotiation is necessary, the wireless power transmitter may enter a negotiation step 540 to perform a predetermined FOD detection procedure. On the other hand, as a result of the check, if negotiation is not required, the wireless power transmitter may directly enter the power transmission step 560 .
  • the wireless power transmitter may receive a Foreign Object Detection (FOD) status packet including a reference quality factor value.
  • FOD status packet including the reference peak frequency value may be received.
  • a status packet including a reference quality factor value and a reference peak frequency value may be received.
  • the wireless power transmitter may determine a quality factor threshold for FO detection based on the reference quality factor value.
  • the wireless power transmitter may determine a peak frequency threshold for FO detection based on a reference peak frequency value.
  • the wireless power transmitter can detect whether FO is present in the charging area using the determined quality factor threshold for FO detection and the currently measured quality factor value (quality factor value measured before the ping step), Power transmission can be controlled accordingly. For example, when the FO is detected, power transmission may be stopped, but is not limited thereto.
  • the wireless power transmitter can detect whether FO is present in the charging area using the determined peak frequency threshold for FO detection and the currently measured peak frequency value (the peak frequency value measured before the ping step), and the FO detection result is Power transmission can be controlled accordingly. For example, when the FO is detected, power transmission may be stopped, but is not limited thereto.
  • the wireless power transmitter may return to the selection step 510 .
  • the wireless power transmitter may enter the power transfer step 560 through the correction step 550 .
  • the wireless power transmitter determines the strength of power received at the receiving end in the correction step 550, and the receiving end to determine the strength of the power transmitted from the transmitting end. and power loss at the transmitting end can be measured. That is, the wireless power transmitter may estimate the power loss based on the difference between the transmission power of the transmitting end and the receiving power of the receiving end in the correction step 550 .
  • the wireless power transmitter may correct the threshold for FOD detection by reflecting the predicted power loss.
  • the wireless power transmitter receives an unwanted packet (unexpected packet), a desired packet is not received for a predefined time (time out), or a violation of a preset power transmission contract occurs Otherwise (power transfer contract violation) or when charging is completed, the process may shift to the selection step 510 .
  • the wireless power transmitter may transition to the renegotiation step 570 when it is necessary to reconfigure the power transmission contract according to a change in the state of the wireless power transmitter. At this time, when the renegotiation is normally completed, the wireless power transmitter may return to the power transmission step 560 .
  • the calibration step 550 may be integrated into the power transmission step 560 .
  • the operations in the correction step 550 may be performed in the power transmission step 560 .
  • the power transmission contract may be established based on the state and characteristic information of the wireless power transmitter and the receiver.
  • the wireless power transmitter state information may include information on the maximum transmittable power amount, information on the maximum acceptable number of receivers, and the like
  • the receiver state information may include information on required power and the like.
  • FIG. 6 illustrates a power control control method according to an embodiment.
  • the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 may control the amount of transmitted power by performing communication together with power transmission/reception.
  • the wireless power transmitter and the wireless power receiver operate at a specific control point.
  • the control point represents a combination of voltage and current provided from an output of the wireless power receiver when power transfer 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. ) to determine
  • 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 power transfer by setting/controlling a new operating 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 receiver sets the control error value to a negative number when trying to reduce the current of the wireless power transmitter, and a control error when trying to increase the current. It can be sent by setting the value to a positive number. As described above, in the induction mode, the wireless power receiver can control power transfer by transmitting a control error packet to the wireless power transmitter.
  • the resonance mode which will be described below, may operate in a different manner from that in the induction mode.
  • one wireless power transmitter In the resonance mode, one wireless power transmitter must be able to simultaneously serve a plurality of wireless power receivers.
  • the wireless power transmitter transmits basic power in common, and the wireless power receiver attempts to control the amount of power received by controlling its own resonance frequency.
  • the method described with reference to FIG. 6 is not completely excluded even in the resonance mode operation, and additional transmission power control may be performed by the method of FIG. 6 .
  • the 7 is a block diagram of an apparatus for transmitting power wirelessly according to another embodiment. This may belong to a wireless power transmission system of a magnetic resonance method or a shared mode.
  • the shared mode may refer to a mode in which one-to-many communication and charging are performed between the wireless power transmitter and the wireless power receiver.
  • the shared mode may be implemented in a magnetic induction method or a resonance method.
  • the wireless power transmitter 700 includes a cover 720 covering the coil assembly, a power adapter 730 for supplying power to the power transmitter 740 , a power transmitter 740 for wirelessly transmitting power, or at least one of a user interface 750 providing power transfer 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 transmitter 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 circuit 790 , and a control circuit 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 impedance matching circuit 770 may provide impedance matching between the inverter and the primary coil(s).
  • the impedance matching circuit 770 may generate a resonance at a suitable frequency to boost the primary coil current.
  • the impedance matching circuitry in the multi-coil power transmitter 740 may further include a multiplexer that routes the signal from the inverter to a subset of the primary coils.
  • the impedance matching circuit may be referred to as a tank circuit.
  • the impedance matching circuit 770 may include a capacitor, an inductor, and a switching element for switching a connection thereof. Impedance matching detects a reflected wave of wireless power transmitted through the coil assembly 760, and switches a 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 adjust the inductance of the inductor This can be done by adjusting.
  • the impedance matching circuit 770 may be omitted, and the present specification also includes an embodiment of the wireless power transmitter 700 in which the impedance matching circuit 770 is omitted.
  • Inverter 780 may convert a DC input to an AC signal. Inverter 780 may be driven half-bridge or full-bridge to generate pulse waves of adjustable frequency and duty cycle. The inverter may also include a plurality of stages to adjust the input voltage level.
  • the communication circuit 790 may communicate with the power receiver.
  • the power receiver performs load modulation to communicate requests and information to the power transmitter.
  • the power transmitter 740 may monitor the amplitude and/or phase of the current and/or voltage of the primary coil in order to demodulate data transmitted by the power receiver using the communication circuit 790 .
  • the power transmitter 740 may control the output power to transmit data using a frequency shift keying (FSK) method or the like through the communication circuit 790 .
  • FSK frequency shift keying
  • the control circuit 710 may control communication and power transmission of the power transmitter 740 .
  • the control circuit 710 may control power transmission by adjusting the above-described operating point.
  • the operating point may be determined by, for example, at least one of an operating frequency, a duty cycle, and an input voltage.
  • the communication circuit 790 and the control circuit 710 may be provided as separate circuits/devices/chipsets or as one circuit/device/chipsets.
  • FIG. 8 shows an apparatus for receiving wireless power according to another embodiment. This may belong to a wireless power transmission system of a magnetic resonance method or a shared mode.
  • a wireless power receiving device 800 includes a user interface 820 that provides power transfer progress and other related information, a power receiver 830 that receives wireless power, a load circuit 840 or a coil assembly. It may include at least one of the base 850 to support and cover. In particular, the user interface 820 may be optionally 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 circuit 890 , and a control circuit 810 .
  • the power converter 860 may convert AC power received from the secondary coil into a voltage and current suitable for the load circuit.
  • the power converter 860 may include a rectifier.
  • the rectifier may rectify the received wireless power and convert it from AC to DC.
  • a rectifier may convert alternating current to direct current using a diode or a transistor, and smooth it using a capacitor and a resistor.
  • As the rectifier a full-wave rectifier, a half-wave rectifier, a voltage multiplier, etc. implemented as a bridge circuit or the like may be used. Additionally, the power converter may adapt the reflected impedance of the power receiver.
  • the impedance matching circuit 870 may provide impedance matching between the combination of the power converter 860 and the load circuit 840 and the secondary coil. As an embodiment, the impedance matching circuit may generate a resonance near 100 kHz that may enhance power transfer.
  • the impedance matching circuit 870 may include a capacitor, an inductor, and a switching element for switching a combination thereof. Impedance matching may be performed by controlling a switching element of a circuit constituting the impedance matching circuit 870 based on a voltage value, current value, power value, frequency value, etc. of the received wireless power. In some cases, the impedance matching circuit 870 may be omitted, and the present specification also includes an embodiment of the wireless power receiver 200 in which the impedance matching circuit 870 is omitted.
  • the coil assembly 880 includes at least one secondary coil, and may optionally further include an element for shielding a metal part of the receiver from a magnetic field.
  • Communication circuitry 890 may perform load modulation to communicate requests and other information to the power transmitter.
  • the power receiver 830 may switch a resistor or a capacitor to change the reflected impedance.
  • the control circuit 810 may control the received power. To this end, the control circuit 810 may determine/calculate a difference between an actual operating point of the power receiver 830 and a desired operating point. In addition, the control circuit 810 may adjust/reduce the difference between the actual operating point and the desired operating point by adjusting the reflected impedance of the power transmitter and/or performing a request for adjusting the operating point of the power transmitter. When this difference is minimized, optimal power reception can be performed.
  • the communication circuit 890 and the control circuit 810 may be provided as separate devices/chipsets or as one device/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 as shown in (A) and a free format frame having no specific shape as shown in (B) may be used.
  • the slot frame is a frame for transmitting short data packets from the wireless power receiver 200 to the wireless power transmitter 100, and the free format frame does not have a plurality of slots, so 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, and 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 prior to each of the nine slots.
  • the additional sync pattern is a sync pattern different from the sync pattern indicating the start of the frame described above. More specifically, the additional sync pattern may not indicate the start of a frame, but may indicate information related to adjacent slots (ie, two consecutive slots located on both sides of the sync pattern).
  • a sync pattern may be positioned between two consecutive slots among the nine slots.
  • the sync pattern may provide information related to the two consecutive slots.
  • the nine slots and the sync patterns provided prior to each of the nine slots may have the same time interval.
  • the nine slots may have a time interval of 50 ms.
  • the nine sync patterns may have a time length of 50 ms.
  • the free-form frame as shown in (B) may not have a specific shape other than 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.
  • long data packets eg, additional owner information packets
  • a wireless power transmitter configured with a plurality of coils or to perform communication, it may be used for a role of selecting one coil from among a plurality of coils.
  • FIG. 10 is a structure of a sync pattern according to an embodiment.
  • the sync pattern consists of a preamble, a start bit, a response field, a type field, an info field, and a parity bit.
  • the start bit is shown as ZERO.
  • the preamble consists of consecutive bits, and all of them 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 depend on the operating frequency so that the length of the sync pattern is closest to 50 ms, but within a range that does not exceed 50 ms. For example, when the operating frequency is 100 kHz, the sync pattern may be composed of two preamble bits, and when the operating frequency is 105 kHz, the sync pattern may be composed of three preamble bits.
  • the start bit is a bit following the preamble and may mean ZERO.
  • the zero may be a bit indicating the type of the sync pattern.
  • the types of sync patterns may include frame sync including frame-related information and slot sync including slot information. That is, the sync pattern is located between consecutive frames and 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 includes information related to the consecutive slots. It may be a slot sink including
  • the corresponding slot is slot sync located between the slots
  • the corresponding sync pattern is frame sync located between the frames.
  • 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, the response field, the type field, and the information field) of the sync pattern.
  • the previous parity bit may be 1 when the number of bits constituting the data fields of the sync pattern is an even number, and 0 in other cases (ie, odd number).
  • the response field may include response information of the wireless power transmitter for communication with the wireless power receiver in a slot before the sync pattern.
  • the response field may have '00' when 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 in which two or more wireless power receivers attempt to access one slot and a collision between the two or more wireless power receivers occurs.
  • the response field may include information indicating whether a 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, and when the wireless power transmitter confirms the data packet , "11" (11-acknowledge, ACK).
  • the type field may indicate the type of the sync pattern. More specifically, the type field may have '1' indicating frame sync when the sync pattern is the first sync pattern of the frame (ie, the first sync pattern of the frame, which is located before the measurement slot).
  • the type field may have '0' indicating slot sync.
  • the meaning of the value of the information field may be determined according to the type of the sync pattern indicated by the type field. For example, when the type field is 1 (ie, indicating 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', it may indicate a slot frame, and when the information field is '01', it may indicate a free-form frame.
  • 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, and is a locked slot for temporary use by a specific wireless power receiver, '01' or '10' when any wireless power receiver is a freely usable slot.
  • FIG. 11 illustrates operating states of a wireless power transmitter and a wireless power receiver in a shared mode according to an embodiment.
  • the wireless power receiver operating in the shared mode includes a selection phase 1100 , an introduction phase 1110 , a configuration phase 1120 , and a negotiation state. It may operate in any one of a Negotiation Phase 1130 and a Power Transfer Phase 1140 .
  • the wireless power transmitter may transmit a wireless power signal to detect the wireless power receiver. That is, the process of detecting the wireless power receiver using the wireless power signal may be referred to as analog ping.
  • the wireless power receiver receiving the wireless power signal may enter the selection state 1100 .
  • the wireless power receiver entering 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 the exclusive mode or the shared mode according to the presence of the FSK signal.
  • the wireless power receiver may operate in the shared mode, otherwise, the wireless power receiver may operate in the exclusive mode.
  • the wireless power receiver When the wireless power receiver operates in the shared mode, the wireless power receiver may enter the introduction state 1110 .
  • 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 the setting state, the negotiation state, and the power transmission state.
  • the control information packet may have a header and control-related information.
  • the control information packet may have a header of 0X53.
  • the wireless power receiver attempts to request a free slot to transmit a control information (CI) packet through the following configuration, negotiation, and power transmission steps. At this time, the wireless power receiver selects a free slot and transmits the first CI packet. If the wireless power transmitter responds with ACK to the CI packet, the wireless power transmitter enters the configuration phase. If the wireless power transmitter responds with NAK, another wireless power receiver is in the process of configuring and negotiating. In this case, the wireless power receiver re-attempts the request for a free slot.
  • CI control information
  • the wireless power receiver determines the position of a private slot in the frame by counting the remaining slot sinks up to the first frame sync. In all subsequent slot-based frames, the wireless power receiver transmits the CI packet through the corresponding slot.
  • the wireless power transmitter allows the wireless power receiver to proceed to the configuration step, the wireless power transmitter provides a series of locked slots for exclusive use of the wireless power receiver. This ensures that the wireless power receiver proceeds through the configuration phase without conflicts.
  • 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 a lock slot for exclusive use to the wireless power receiver. This ensures that the wireless power receiver proceeds with 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 a power transmission phase, and the wireless power transmitter stops providing the lock slot.
  • the wireless power receiver transmits the CI packet using the allocated slot and receives power.
  • the wireless power receiver may include a regulator circuit.
  • the regulator circuit may be included in the communication/control circuit.
  • the wireless power receiver may self-regulate the reflected impedance of the wireless power receiver through a regulator circuit. In other words, the wireless power receiver may adjust the impedance reflected in order to transmit the amount of power required by the external load. This can prevent excessive power reception and overheating.
  • the wireless power transmitter may not perform power adjustment in response to the received CI packet (according to the operation mode), in this case, control to prevent an overvoltage condition may be required.
  • authentication authentication between a wireless power transmitter and a wireless power receiver is disclosed.
  • a wireless power transmission system using in-band communication can use USB-C authentication.
  • the authentication includes authentication of the 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 reserved bit, a certificate type (certificate type), a signature offset (signature offset), a serial number (serial number), issuer ID (issuer ID), subject ID (subject ID), including a public key (public key) and signature (signature).
  • Qi Authentication Certificate Structure Version a wireless charging standard certificate structure version
  • certificate type certificate type
  • signature offset signature offset
  • serial number serial number
  • issuer ID issuer ID
  • subject ID subject ID
  • signature signature
  • the certificate type is, for example, 3 bits, which may indicate that the corresponding certificate is any one of a root certificate/intermediate certificate/leaf certificate, and may indicate that it is a certificate about a wireless power transmitter or a certificate about a wireless power receiver, can show all of them.
  • the certificate type is 3 bits, and may represent information on a Root Certificate, Manufacturer/Secondary Certificate, Product Unit Certificate (for the Power Transmitter, etc., respectively. More specifically, when the certificate type is '001'b, Indicates a root certificate, in the case of '010'b, an intermediate certificate, and in the case of '111'b, a leaf certificate of the wireless power transmitter. In addition, when the certificate type is '011'b, a wireless It may indicate a leaf certificate of the power receiver.
  • the wireless power transmitter may inform the wireless power receiver whether the authentication function is supported by using a capability packet (in case of authentication of the wireless power receiver by the wireless power receiver (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 capability packet in case of authentication of the wireless power receiver by the wireless power receiver (authentication of PTx by PRx)
  • 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 structure of a capability packet of a wireless power transmitter according to an embodiment.
  • a capability packet having a corresponding header value of 0X31 is 3 bytes
  • the first byte (B 0 ) includes a power class, a guaranteed power value
  • the second byte (B) 1 ) includes reserved and potential power values
  • the third byte (B 2 ) is an Authentication Initiator (AI), Authentication Responder: AR, Reserved, WPID , and Not Res Sens.
  • AI Authentication Initiator
  • AR Authentication Responder
  • Reserved WPID
  • Not Res Sens Authentication Initiator
  • the authentication initiator is 1 bit, and for example, if the value is '1b', it indicates that the corresponding wireless power transmitter can operate as the authentication initiator.
  • the authentication responder is 1 bit, for example, if the value is '1b', it indicates that the corresponding wireless power transmitter can operate as the 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 and the first byte (B 0 ) includes a power class and maximum power value, and the second byte (B 1 ) ) contains AI, AR, and reserve, the third byte (B 2 ) contains Prop, reserve, ZERO, Count, and the fourth byte (B 3 ) contains window size, window offset, five times
  • the re-byte (B 4 ) includes Neg, polarity, depth, authentication (Auth), and reserve.
  • the authentication initiator is 1 bit, for example, if the value is '1b', it indicates that the corresponding wireless power receiver can operate as the 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 the authentication responder.
  • a message used in an 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 the receiver may be authentication initiators or authentication responders. For example, when the wireless power transmitter is the authentication initiator, the wireless power receiver becomes the authentication responder, and when the wireless power receiver is the authentication initiator, the wireless power transmitter becomes the 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, authentication data, and authentication control information. Also, messages such as GET_DIGEST and DIGESTS may be referred to as 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.
  • a 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.
  • An ADT data packet is a sequence of data containing an actual message.
  • ADC/end data packets are 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.
  • 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 may be transmitted/received between the wireless power transmitter and the receiver.
  • ASK amplitude shift keying
  • FSK frequency shift keying
  • ASK and FSK are medium-power transmissions required in advanced wireless power transmission systems or large-capacity such as authentication. Not suitable for data transmission. Accordingly, in order to support various applications of wireless power transmission, a method for selecting various communication protocols between a wireless power transmitter and a receiver is required.
  • outband communication and out-of-band (OOB) communication have a difference in expression but are substantially the same terms, and hereinafter, out-band communication will be uniformly described.
  • a switching operation between in-band communication and out-band communication is referred to as handover.
  • handover to out-band the operation in which the wireless power transmitter and the receiver switch from in-band communication to out-band communication is called handover to out-band
  • handover to out-band This is called handover to in-band.
  • Out-band communication may include, for example, Bluetooth or Bluetooth Low Energy (BLE), or NFC.
  • the handover connection procedure may include a procedure for establishing an out-band communication connection when the out-band communication (i.e. BLE) module receives a handover message from the in-band communication module.
  • the handover message may be a message instructing 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.
  • out-band communication In order for out-band communication to be applied to a wireless power transmission system, it needs to be modified according to the unique characteristics of the wireless power transmission system. For example, considering the characteristics of the information exchanged between the wireless power transmitter and the receiver (e.g., is it urgent information, whether it is transmitted only when the status is changed, whether large-capacity information needs to be exchanged in a short time, etc.) Message types, formats, and procedures according to the existing out-of-band communication should be redesigned.
  • Various applications of wireless power can be supported by defining, as an out-band communication protocol, procedures for setting information, control information, management information, and their exchange related to wireless power transmission as described above.
  • out-band communication will be specifically described as BLE by way of example.
  • BLE in the embodiments described based on BLE, it is apparent to those skilled in the art that embodiments in which BLE is replaced with other out-band communication also correspond to the technical spirit of the present invention.
  • a method of implementing or applying a wireless power transmission system to BLE as BLE may include various embodiments.
  • WPT wireless power transfer
  • WPTS wireless power transfer service
  • FIG. 17 is a flowchart illustrating a method for a wireless power transmitter and a wireless power receiver to exchange wireless charging-related information in an out-band or in-band according to an embodiment
  • FIG. 18 is a wireless power according to an embodiment. It is a flowchart showing a method of the receiving device notifying the wireless power transmitter of an error.
  • PTU means a power transfer circuit
  • PRU means a power receiving circuit.
  • the information transmission method in FIGS. 17 and 18 may be a method according to Alliance for Wireless Power (A4WP) or AFA standard technology.
  • the PTU when the power of the PTU is turned on, the PTU enters a power save state through a configuration state, which is an initial setting stage.
  • the PTU transmits a power beacon to the PRU (S1200).
  • the power save state is maintained until the PTU receives an advertisement from the PRU.
  • the PRU When the PRU is powered on and booted, the PRU sends a PRU advertisement (S1210). Upon receiving the PRU advertisement, the PTU enters a low power state.
  • the PTU In a state where BLE communication between the PTU and the PRU is possible, the PTU reads the PRU static parameters of the PRU through a read request and a read response message (S1240, S1250).
  • the PRU static parameter includes state information of the PRU.
  • the PTU transmits PTU static parameter information containing its capabilities (Capabilities) information to the PRU through a write request message (S1260).
  • the PTU After exchanging the static parameter information, the PTU periodically receives PRU dynamic parameter information measured in the PRU through a read request and a read response (S1270, S1280).
  • the PRU dynamic parameters include voltage information, current information, temperature information, and the like.
  • the PRU may perform PRU control using a write request (S1290).
  • the PTU may control the PTU through a write request in the power transmission state (S1300).
  • PRU dynamic parameters may be received from the PRU through the read request message and the read response message (S1310 to S1340).
  • the PTU may acquire the PRU dynamic parameters at a period of 250 ms.
  • the PTU transmits a PRU warning (Alert) to the PTU through an indication message (S1350).
  • a PRU warning Alert
  • the PTU receives an indication message including a PRU warning, it enters a Latch Fault state.
  • the scan rule is to determine who performs a scan between the wireless power transmitter and at least one wireless power receiver.
  • Table 4 summarizes the components and features necessary to describe the present invention by category.
  • the wireless power transmitter and the wireless power receiver may be defined to operate according to the procedure according to FIG. 19 .
  • the first device and the second device operate in a specific state ( State ).
  • the specific state may include a connection state.
  • the connection state may mean a state in which a communication link between the first device and the second device is established.
  • the first device may be a wireless power transmitter and the second device may be a wireless power receiver.
  • the first device may be a wireless power receiver and the second device may be a wireless power transmitter.
  • the first device may be a first wireless power receiver and the second device may be a second wireless power receiver.
  • the first device or the second device enters a specific mode ( Mode ).
  • the specific mode may include a selection mode, an identification and configuration mode, a negotiation mode, a correction mode, a power transmission mode, a scan acceptable mode, and the like. That is, each phase in FIGS. 5 and 11 may be called a mode.
  • a procedure for performing a specific function of wireless power transmission or communication between the first device and the second device may be performed ( Procedure ).
  • the procedure may include exchanging a first message and a second message.
  • Each message may include parameters that the wireless power transmitter or wireless power receiver wants to transmit to the counterpart device.
  • the scan rule is to determine who performs a scan between the wireless power transmitter and at least one wireless power receiver.
  • the scan record may refer to result information (eg, device name, identifier, address, service information, etc.) of searching for a peripheral device using BLE. If there are two out-band communication modules of the device with the corresponding information, sharing is possible through the scan record sharing message.
  • result information eg, device name, identifier, address, service information, etc.
  • Qi system device identification and service ID may mean parameters including information indicating that a Qi system related service is provided.
  • the Qi system device may mean a device that has been certified for a specific standard (eg, Qi).
  • the wireless power receiver may ignore the information or perform a separate process.
  • the wireless power transmitter When the wireless power transmitter operates as a scanner or a master (that is, when the wireless power receiver operates as an advertiser or a slave), the wireless power receiver operates regardless of the wireless power transfer system. It needs to act as a scanner or master for other Bluetooth operations (eg connection to a nearby smart band, etc.). Therefore, in this case, the mode (or role) of the wireless power receiver (or Bluetooth module) may be changed. As described above, a period in which the mode (or role) is changed may be defined as a mode interval. The wireless power transmitter and the wireless power receiver may exchange and share information about the mode interval based on the mode interval sharing message.
  • ADV_DIRECT_IND Similar to ADV_IND, yet the connection request is directed at a specific central device.
  • ADV_NONCONN_IND Non connectable devices, advertising information to any listening device.
  • ADV_SCAN_IND Similar to ADV_NOCONCONN_IND, with the option additional information via scan responses.
  • the Bluetooth Link Layer Packet may be classified by the PDU Type included in the Header, and may be largely classified into Unicast or Broadcast.
  • an advertising packet is defined as ADV_NONCONN_IND so that it can be broadcast to all wireless charging receiving devices connected based on out-band communication on the current wireless charging transmitting device.
  • ADV_NONCONN_IND PDU is a Scanner that receives advertisements does not send a separate Scan Request, and as Non Connectable, it can be defined as transmitting an Advertising Packet.
  • an advertisement packet may be configured as an ADV_NONCONN_IND PDU so that the wireless power transmitter can deliver an alert message to a plurality of wireless power receivers, and this will be referred to as a 'broadcasting packet' and will be described.
  • the broadcasting packet may include Urgent/not Urgent information, and when it contains urgent/non-urgent information, it is referred to as a 'Broadcasting Alert Message' for conceptual distinction.
  • FIG. 20 is a conceptual diagram illustrating a concept of an example of the occurrence of a charging error in the conventional wireless charging
  • FIG. 21 is a conceptual diagram illustrating a concept of another example of the occurrence of a charging error in the conventional wireless charging.
  • the wireless power receiver 200, 200-1, 200-2, 200-3 is coupled to the wireless power transmitter 100 to perform wireless charging.
  • errors may occur. Errors in wireless charging may be due to various causes, for example, when a parameter for wireless charging is changed, or excessive heat between wireless charging devices.
  • the user is not notified, so the user has no choice but to directly check whether there is anything wrong with the wireless charging, for example, whether the wireless charging is working well, or whether a fire is caused due to overheating.
  • the wireless power receiver is a device 300 connected to the wireless power receiver and Bluesus; For example, an alarm message can be delivered to a headset, a speaker, a smart watch, or an earbud, and the user can immediately check for a wireless charging error.
  • a plurality of wireless power receivers may be wirelessly charged in the wireless power transmitter, and a separate procedure is not performed for the user to use a wireless power receiver and a Bluetooth-connected device among the plurality of wireless power receivers. Unless you are, you cannot be sure.
  • the wireless power transmitter is configured to transmit a broadcasting message to transmit an alert message to all connected wireless power receivers based on out-band communication. Accordingly, when the user is using a Bluetooth-connected device with any one of the wireless power receivers being wirelessly charged, the alarm can be recognized. As a result, the user can quickly recognize and respond to a situation caused by a charging error, for example, excessive heat.
  • FIG. 23 is a flowchart of an alert notification method performed by a wireless power receiver according to the present specification.
  • the alert notification method performed by the wireless power receiver is performed while the wireless power receiver is receiving wireless power from the wireless power transmitter through a ping step 520 to a negotiation step 550 ( S2100 ).
  • the step of detecting a charging error may be included.
  • the wireless power reception error may be determined by the control circuit of the wireless power receiver, and when the wireless power receiver determines the wireless power reception error, an error notification is performed to the wireless power transmitter based on out-band communication. It may include a step (S2300) of doing.
  • the wireless power reception error may be a minor error, for example, an error caused by a parameter change or data value conversion, and a serious problem, for example, a problem in which the amount of heat generated by the wireless power receiver increases due to some cause. It can include all cases where .
  • the wireless power receiver may include a step ( S2500 ) of determining whether the wireless power reception error is resolved after the renegotiation.
  • the wireless power transmitter transmits a broadcasting packet based on out-band communication.
  • the wireless power receiver may include receiving a broadcasting packet transmitted based on out-band communication from the wireless power transmitter (S2600).
  • the control circuit may include a step (S2700) of notifying the user to a device connected to the user by wire or wirelessly.
  • the device may be a device that is previously connected through Bluetooth communication, such as a headset, an earbud, or a smartwatch, and the device receives an alarm message from the wireless power receiver. by sending a notification so that the user can recognize it.
  • 24 is a flowchart of a broadcasting method performed in a wireless power transmitter according to the present specification.
  • the wireless power transmitter may be preceded by a ping step 520 to a correction step 550 from the aforementioned transmitter.
  • the broadcasting method performed by the wireless power transmitter includes the steps of detecting a wireless power transmission error (S3200) while the wireless power transmitter transmitting wireless power (S3100) is performed, and stopping the wireless power transmission (S3200). S3300) may be included.
  • the wireless power transmitter may include a step of renegotiation with the wireless power receiver ( S3400 ) so that minor errors can be resolved.
  • the wireless power transmitter may include a step (S3400) of determining whether the charging error is resolved by renegotiation. Then, when the charging error is not resolved by renegotiation, the wireless power transmitter may include a broadcasting step (S3600) of delivering an alert message.
  • the broadcasting step (S3600) may transmit a broadcasting warning message to a plurality of wireless charging receivers based on out-band communication.
  • the wireless charging transmitter may classify whether the error detected in the broadcasting alert message is an Urgent/Not Urgent alert, generate and broadcast it.
  • the wireless power receiver may transmit an alert message to a device connected to the wireless power receiver so that the user can recognize the current situation.
  • 25A and 25B are other flowcharts of a method for determining a charging error in the wireless power transmitter according to the present specification.
  • the wireless power charging error may be determined by the wireless power transmitter itself, for example, whether a wireless power transmission error is detected ( S3210 ), and the wireless power transmission may be stopped. Also, referring to FIG. 25B , when the wireless power receiver detects a wireless power reception error and transmits an error notification to the wireless power transmitter, the wireless power transmitter receives the error notification to perform wireless power transmission. It may be determined that an error has occurred (S3200). Thereafter, when it is determined that a wireless power transmission error has occurred, the wireless power transmitter may stop transmitting wireless power (S3300).
  • 26 is a flowchart illustrating that the wireless power transmitter according to the present specification transmits and broadcasts power to the wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter when the wireless power transmitter detects a charging error in the process of one wireless power receiver receiving wireless power from the wireless power transmitter, first stops the wireless power transmission, then with the wireless power transmitter A renegotiation step between the wireless power receivers is performed to solve a minor error, for example, a charging error caused by a parameter change. If the charging error is not resolved even after the renegotiation step is performed, the wireless power transmitter transmits a broadcasting warning message to the wireless power receiver based on out-band communication to notify the user of this situation.
  • a minor error for example, a charging error caused by a parameter change.
  • FIG. 27 is a flowchart illustrating a wireless power transmitter performing power transmission and broadcasting to a plurality of wireless power receivers according to an embodiment according to the present specification.
  • one wireless power transmitter may include a plurality of primary coils, and may transmit wireless power to various types and a plurality of wireless power receivers.
  • the wireless power transmitter may be connected to a plurality of wireless power receivers through out-band communication, respectively, as a preliminary step for wireless power transmission.
  • the wireless power transmitter may transmit wireless power to each wireless power receiver after performing the above-described ping or negotiation step with each wireless power receiver based on out-band communication.
  • the wireless power transmitter detects a wireless power transmission error for any one wireless power receiver
  • the wireless power transmission to all wireless power receivers is stopped.
  • the wireless power receiver performs renegotiation based on out-band communication with the wireless power receiver in which a wireless power transmission error has occurred.
  • the wireless power transmitter re-transmits wireless power to all wireless power receivers (not shown).
  • the wireless power transmitter transmits a broadcasting packet based on out-band communication. Accordingly, the wireless power transmitter and the plurality of wireless power receivers through out-band communication, for example, BLE connection can receive the broadcasting alert message.
  • FIG. 28 is a flowchart illustrating a wireless power transmitter performing power transmission and broadcasting to a plurality of wireless power receivers according to another embodiment of the present specification.
  • the wireless power transmitter may perform the above-described ping step or negotiation step for each of a plurality of wireless power receivers based on out-band communication. Thereafter, the wireless power transmitter may transmit wireless power to each of the plurality of wireless power receivers.
  • the wireless power transmitter transmits wireless power to the plurality of wireless power receivers, that is, when the plurality of wireless power receivers are being charged, any one of the plurality of wireless power receivers wirelessly receives power
  • an error notification is transmitted to the wireless power transmitter based on out-band communication.
  • the wireless power transmitter When the wireless power transmitter receives an error notification from the wireless power receiver, the wireless power transmitter stops transmitting wireless power to all wireless power receivers. Thereafter, the wireless power transmitter performs a renegotiation step with the wireless power receiver that has detected a wireless power reception error. If the error is resolved through the renegotiation step, the wireless power transmitter transmits the wireless power again to the wireless power receiver. If the error is not resolved, the wireless power transmitter transmits a broadcasting warning message based on out-band communication. do. Here, if the error is not resolved, the wireless power transmitter may determine that the error is not resolved by transmitting an error notification based on out-band communication from the corresponding wireless power receiver to the wireless power transmitter. (not shown). In addition, it can be determined that the charging error is not resolved by directly determining the wireless power transmission error in the wireless power receiver.
  • 29 is a flowchart of a wireless power receiver transmitting an alert message to another Bluetooth-connected device according to the present specification.
  • the wireless power receiver may be any wireless power receiver connected to a Bluetooth device among a plurality of wireless power receivers wirelessly charged from the wireless power transmitter.
  • the wireless power transmitter transmits a broadcasting warning message if the wireless charging error is not resolved even after performing the above-described renegotiation step.
  • the wireless power receiver When the wireless power receiver receives the broadcasting alert message, it transmits the alert message to the Bluetooth device with which the Bluetooth connection has been made in advance.
  • the Bluetooth device When the Bluetooth device receives an alarm message, the Bluetooth device may perform an alarm so that the user can recognize it visually or aurally.
  • the Bluetooth device may be, for example, any one of devices connected to the wireless power receiver via Bluetooth, such as a headset, earbuds, or smart watch.
  • the Bluetooth Link Layer Packet structure includes a Preamble, an Access Address, a Protocol Data Unit (PDU), and a Cyclic Redundancy Check (CRC).
  • Preamble may be defined as 1 octet, Access Address as 4 octets, PDU as 2 to 257 octets, and CRC as 3 octets.
  • a PDU may be composed of a 16-bit header and a payload whose size is determined by the Length field in the header. The size of the payload defined in the Length field may be 6 to 37 octets, and may be defined in the PDU type field.
  • the PDU can define whether the current message is an advertisement or a data packet, and in this specification, it is described on the assumption that it is defined as an advertisement.
  • the header of the PDU may be composed of a PDU Type, an RFU field, TxAdd, RxAdd, Length, and CRC, which are important for composing a PDU into a broadcasting message.
  • an advertisement packet is defined as broadcasting and a bit is allocated to a header of a PDU so that the wireless power receiver can know whether it is Urgent/Not Urgent.
  • the RFU field may be allocated with 2 bits in the PDU Header.
  • the wireless power transmitter allocates 1 bit of the RFU field, which is the second field of the PDU Header, and broadcasts Urgent/Not Urgent recognition.
  • 1 bit of the RFU field which is the second field of the PDU Header
  • 2 bits of the RFU may be defined as an emergency alert message in the case of '0b00' and as a non-emergency alert message in the case of '0b01', and 0b10 and 0b11 may be left as RFUs.
  • the wireless power transmitter in the embodiment described above with reference to FIGS. 16 to 31 corresponds to the wireless power transmitter or the wireless power transmitter or the power transmitter disclosed in FIGS. 1 to 15 . Accordingly, the operation of the wireless power transmitter in this embodiment is implemented by one or a combination of two or more of the respective components of the wireless power transmitter in FIGS. 1 to 15 .
  • data (or packets or signals) processing, transmission, and reception operations by the wireless power transmitter may be performed by the communication/control unit 120 .
  • the wireless power receiver in this embodiment described with reference to FIGS. 16 to 31 corresponds to the wireless power receiver or the wireless power receiver or the power receiver disclosed in FIGS. 1 to 15 . 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 15 .
  • data (or packet or signal) processing, transmission, and reception operations by the wireless power receiver may be performed by the communication/control unit 220 .
  • the wireless power transmission apparatus and method, or the reception apparatus and method includes the above-described components. or some or all of the steps.
  • the above-described wireless power transmission apparatus and method, or the embodiment of the reception apparatus and method may be performed in combination with each other.
  • each of the above-described components or steps is not necessarily performed in the order described, and it is also possible that the steps described later are performed before the steps described earlier.

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Abstract

본 명세서는 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치간 무선 충전 중 무선 충전 오류를 판단하면 무선전력 전송장치는 아웃밴드 통신을 기반으로 브로드캐스팅 경보 메시지를 전송하여 무선전력 수신장치가 수신하고, 무선전력 수신장치는 브로드캐스팅 경보 메시지를 수신하면 무선전력 수신장치와 연결되어 있는 블루투스 장치에 경보 메시지를 전달할 수 있는 무선전력 전송장치, 무선전력 수신장치, 무선전력 전송방법, 무선전력 수신방법 및 무선전력 전송 시스템에 관한 것이다.

Description

무선충전 장치, 방법 및 시스템에서 충전 오류에 대하여 브로드캐스팅 하는 장치 및 방법
본 명세서는 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치 간 충전 오류에 대하여 브로드캐스팅 하는 장치 및 방법에 관한 것이다
무선 전력 전송 기술은 전원 소스와 전자 기기 사이에 무선으로 전력을 전달하는 기술이다. 일 예로 무선 전력 전송 기술은 스마트폰이나 태블릿 등의 무선 단말기를 단지 무선 충전 패드 상에 올려놓는 것만으로 무선 단말기의 배터리를 충전할 수 있도록 함으로써, 기존의 유선 충전 커넥터를 이용하는 유선 충전 환경에 비해 보다 뛰어난 이동성과 편의성 그리고 안전성을 제공할 수 있다. 무선 전력 전송 기술은 무선 단말기의 무선 충전 이외에도, 전기 자동차, 블루투스 이어폰이나 3D 안경 등 각종 웨어러블 디바이스(wearable device), 가전기기, 가구, 지중시설물, 건물, 의료기기, 로봇, 레저 등의 다양한 분야에서 기존의 유선 전력 전송 환경을 대체할 것으로 주목받고 있다.
무선전력 전송방식을 비접촉(contactless) 전력 전송방식 또는 무접점(no point of contact) 전력 전송방식, 무선충전(wireless charging) 방식이라 하기도 한다. 무선전력 전송 시스템은, 무선전력 전송방식으로 전기에너지를 공급하는 무선전력 전송장치와, 상기 무선전력 전송장치로부터 무선으로 공급되는 전기에너지를 수신하여 배터리셀등 수전장치에 전력을 공급하는 무선전력 수신장치로 구성될 수 있다.
무선 전력 전송 기술은 자기 커플링(magnetic coupling)을 통해 전력을 전달하는 방식, 무선 주파수(radio frequency: RF)를 통해 전력을 전달하는 방식, 마이크로웨이브(microwave)를 통해 전력을 전달하는 방식, 초음파를 통해 전력을 전달하는 방식 등 다양하다. 자기 커플링에 기반한 방식은 다시 자기 유도(magnetic induction) 방식과 자기 공진(magnetic resonance) 방식으로 분류된다. 자기유도 방식은 전송 측의 코일과 수신 측의 코일 간의 전자기결합에 따라 전송 측 코일배터리셀에서 발생시킨 자기장로 인해 수신 측 코일에 유도되는 전류를 이용하여 에너지를 전송하는 방식이다. 자기공진 방식은 자기장을 이용한다는 점에서 자기유도 방식과 유사하다. 하지만, 자기공진 방식은 전송 측의 코일과 수신 측의 코일에 특정 공진 주파수가 인가될 때 공진이 발생하고, 이로 인해 전송 측과 수신 측 양단에 자기장이 집중되는 현상에 의해 에너지가 전달되는 측면에서 자기유도와는 차이가 있다.
본 명세서의 기술적 과제는 무선 충전 오류시 발생시 사용자에게 알림을 수행할 수 있는 무선전력 전송장치, 무선전력 전송방법, 무선전력 수신장치, 무선전력 수신방법 및 무선충전 시스템을 제공함에 있다.
일 측면에서, 무선 충전 중 무선 충전 오류를 판단하면 무선전력 전송장치는 아웃밴드 통신을 기반으로 브로드캐스팅 경보 메시지를 전송하여 무선전력 수신장치가 수신하고, 무선전력 수신장치는 브로드캐스팅 경보 메시지를 수신하면 무선전력 수신장치와 연결되어 있는 블루투스 장치에 경보 메시지를 전달할 수 있는 무선전력 전송장치, 무선전력 수신장치, 무선전력 전송방법, 무선전력 수신방법 및 무선전력 전송 시스템이 개시된다.
무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치 간 충전 오류의 발생시 사용자에게 즉각 인지시킬 수 있다. 일 예로 무전전력 수신장치와 블루투스 연결된 기기에 경보 메시지를 전달하여 사용자에게 즉각적으로 경보를 인식시킬 수 있는 효과를 발휘한다.
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 명세서에 따른 일 실시예가 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 어플리케이션 레벨의 데이터 스트림을 도시한 것이다.
도 16은 Bluetooth LE GATT를 이용한 EIoB Data Handling의 개념을 도시한 도면이다.
도 17는 일 실시예에 따라 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치가 무선충전 관련 정보를 아웃밴드로 교환하거나 인밴드로 교환하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 18은 일 실시예에 따라 무선전력 수신장치가 무선전력 전송장치에게 에러를 알리는 방법을 도시한 순서도이다.
도 19는 본 실시예에서 사용되는 용어를 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 종래 무선충전의 충전오류 발생의 일 예에 대한 개념을 나타낸 개념도이다.
도 21은 종래 무선 충전오류 발생의 다른 예에 대한 개념을 나타낸 개념도이다.
도 22는 본 명세서에 따라 무선 충전오류가 발생하는 경우 사용자에게 경보를 수행하는 개념을 나타낸 개념도이다.
도 23은 본 명세서에 따른 무선전력 수신장치에서 수행되는 경보 통지방법의 순서도이다.
도 24는 본 명세서에 따른 무선전력 전송장치에서 수행되는 브로드캐스팅 방법의 순서도이다.
도 25a 및 25b는 본 명세서에 따른 무선전력 전송장치에서 충전오류를 판단하는 방법의 다른 순서도이다.
도 26은 본 명세서에 따른 무선전력 전송장치가 무선전력 수신장치에게 전력 전송 및 브로드캐스팅을 수행하는 순서도이다.
도 27은 본 명세서에 따른 일 실시예인 무선전력 전송장치가 복수의 무선전력 수신장치에게 전력 전송 및 브로드캐스팅을 수행하는 순서도이다.
도 28은 본 명세서에 따른 다른 실시예인 무선전력 전송장치가 복수의 무선전력 수신장치에게 전력 전송 및 브로드캐스팅을 수행하는 순서도이다.
도 29는 본 명세서에 따라 무선전력 수신장치가 블루투스 연결된 다른 기기에 경보 메시지를 전송하는 순서도이다.
도 30은 본 명세서에 따른 무선전력 전송장치에서 전송하는 브로드캐스팅 경보 패킷의 일례이다.
도 31은 본 명세서에 따른 브로드캐스팅 경보 메시지의 일 예이다.
본 명세서에서 “A 또는 B(A or B)”는 “오직 A”, “오직 B” 또는 “A와 B 모두”를 의미할 수 있다. 달리 표현하면, 본 명세서에서 “A 또는 B(A or B)”는 “A 및/또는 B(A and/or B)”으로 해석될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 “A, B 또는 C(A, B or C)”는 “오직 A”, “오직 B”, “오직 C”, 또는 “A, B 및 C의 임의의 모든 조합(any combination of A, B and C)”를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 슬래쉬(/)나 쉼표(comma)는 “및/또는(and/or)”을 의미할 수 있다. 예를 들어, “A/B”는 “A 및/또는 B”를 의미할 수 있다. 이에 따라　 “A/B”는 “오직 A”, “오직 B”, 또는 “A와 B 모두”를 의미할 수 있다. 예를 들어, “A, B, C”는 “A, B 또는 C”를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 “적어도 하나의 A 및 B(at least one of A and B)”는, “오직 A”, “오직 B” 또는 “A와 B 모두”를 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 “적어도 하나의 A 또는 B(at least one of A or B)”나 “적어도 하나의 A 및/또는 B(at least one of A and/or B)”라는 표현은 “적어도 하나의 A 및 B(at least one of A and B)”와 동일하게 해석될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 “적어도 하나의 A, B 및 C(at least one of A, B and C)”는, “오직 A”, “오직 B”, “오직 C”, 또는 “A, B 및 C의 임의의 모든 조합(any combination of A, B and C)”를 의미할 수 있다. 또한, “적어도 하나의 A, B 또는 C(at least one of A, B or C)”나 “적어도 하나의 A, B 및/또는 C(at least one of A, B and/or C)”는 “적어도 하나의 A, B 및 C(at least one of A, B and C)”를 의미할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 괄호는 “예를 들어(for example)”를 의미할 수 있다. 구체적으로, “제어 정보(PDCCH)”로 표시된 경우, “제어 정보”의 일례로 “PDCCH”가 제안된 것일 수 있다. 달리 표현하면 본 명세서의 “제어 정보”는 “PDCCH”로 제한(limit)되지 않고, “PDDCH”가 “제어 정보”의 일례로 제안될 것일 수 있다. 또한, “제어 정보(즉, PDCCH)”로 표시된 경우에도, “제어 정보”의 일례로 “PDCCH”가 제안된 것일 수 있다.
본 명세서에서 하나의 도면 내에서 개별적으로 설명되는 기술적 특징은, 개별적으로 구현될 수도 있고, 동시에 구현될 수도 있다.
이하에서 사용되는 "무선 전력" 이라는 용어는, 물리적인 전자기 전도체들의 사용 없이 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 인가 받아 자기장을 발생시킨다. 무선 전력 수신 장치(200)는 발생된 자기장을 이용하여 전류를 발생시켜 무선으로 전력을 수신 받는다.
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 실시 예를 나타낸다.
도 3a에는 무선 전력 전송 시스템에서 송신 및 수신하는 전력 양에 따라 전자 기기들을 분류하여 도시하였다. 도 3a을 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 실시 예에 불과하며, 본 명세서에 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 표준 별로 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-of-band: OOB) 통신도 사용될 수 있다. 무선전력 수신장치는 OOB의 지원 여부를 구성 패킷(configuration packet)내의 OOB 플래그를 설정함으로써 식별할 수 있다. OOB를 지원하는 무선전력 전송장치는 상기 구성 패킷에 대한 응답으로서, OOB 핸드오버를 위한 비트패턴(bit-pattern)을 전송함으로써 OOB 핸드오버 페이즈(handover phase)로 진입할 수 있다. 상기 구성 패킷에 대한 응답은 NAK, ND 또는 새롭게 정의되는 8비트의 패턴일 수 있다. PC0의 어플리케이션은 스마트폰을 포함한다.
PC1 표준은 30W~150W의 보장전력을 제공하는 무선전력 전송장치와 수신장치에 관한 것이다. OOB는 PC1을 위한 필수적인 통신 채널이며, IB는 OOB로의 초기화 및 링크 수립(link establishment)로서 사용된다. 무선전력 전송장치는 구성 패킷에 대한 응답으로서, OOB 핸드오버를 위한 비트패턴을 이용하여 OOB 핸드오버 페이즈로 진입할 수 있다. PC1의 어플리케이션은 랩탑이나 전동 공구(power tool)을 포함한다.
PC2 표준은 200W~2kW의 보장전력을 제공하는 무선전력 전송장치와 수신장치에 관한 것으로서, 그 어플리케이션은 주방가전을 포함한다.
이렇듯 전력 레벨에 따라 PC가 구별될 수 있으며, 동일한 PC간 호환성(compatibility)을 지원할지 여부는 선택 또는 필수 사항일 수 있다. 여기서 동일한 PC간 호환성은, 동일한 PC 간에는 전력 송수신이 가능함을 의미한다. 예를 들어, PC x인 무선 전력 전송장치가 동일한 PC x를 갖는 무선 전력 수신장치의 충전이 가능한 경우, 동일한 PC간 호환성이 유지되는 것으로 볼 수 있다. 이와 유사하게 서로 다른 PC간의 호환성 역시 지원 가능할 수 있다. 여기서 서로 다른 PC간 호환성은, 서로 다른 PC 간에도 전력 송수신이 가능함을 의미한다. 예를 들어, PC x인 무선 전력 전송장치가 PC y를 갖는 무선 전력 수신장치의 충전이 가능한 경우, 서로 다른 PC간 호환성이 유지되는 것으로 볼 수 있다.
PC간 호환성의 지원은 사용자 경험(User Experience) 및 인프라 구축 측면에서 매우 중요한 이슈이다. 다만, PC간 호환성 유지에는 기술적으로 아래와 같은 여러 문제점이 존재한다.
동일한 PC간 호환성의 경우, 예를 들어, 연속적으로 전력이 전송되는 경우에만 안정적으로 충전이 가능한 랩-탑 충전(lap-top charging) 방식의 무선 전력 수신장치는, 동일한 PC의 무선 전력 송신장치라 하더라도, 불연속적으로 전력을 전송하는 전동 툴 방식의 무선 전력 송신장치로부터 전력을 안정적으로 공급받는 데 문제가 있을 수 있다. 또한, 서로 다른 PC간 호환성의 경우, 예를 들어, 최소 보장 전력이 200W인 무선 전력 송신장치는 최대 보장 전력이 5W인 무선 전력 수신장치로 전력을 송신하는 경우, 과전압으로 인해 무선전력 수신장치가 파손될 위험이 있다. 그 결과, PC는 호환성을 대표/지시하는 지표/기준으로 삼기 어렵다.
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 알람 소리를 포함하거나 또는 포함하지 않는 방식으로 스크린상에 메시지를 디스플레이 할 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 알림 소리를 포함하거나 또는 포함하지 않는 방식으로 스크린상에 메시지를 디스플레이 할 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 차량 내 어플리케이션/디스플레이 소프트웨어를 구동함으로써, 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 통행 자들을 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 알림 소리를 포함하거나 또는 포함하지 않는 방식으로 스크린상에 메시지를 디스플레이 할 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 OOB, 동작 주파수는 87~205kHz로 정의될 수 있으며, 어플리케이션의 예시로는 스마트폰, 랩-탑 등이 존재할 수 있다.
'전동 툴' 프로필의 경우, PC는 PC1, 통신 프로토콜/방식은 IB, 동작 주파수는 87~145kHz로 정의될 수 있으며, 어플리케이션의 예시로는 전동 툴 등이 존재할 수 있다.
'주방' 프로필의 경우, PC는 PC2, 통신 프로토콜/방식은 NFC-기반, 동작 주파수는 100kHz 미만으로 정의될 수 있으며, 어플리케이션의 예시로는 주방/가전 기기 등이 존재할 수 있다.
전동 툴과 주방 프로필의 경우, 무선전력 전송장치와 수신장치 간에 NFC 통신이 사용될 수 있다. 무선전력 전송장치와 수신장치는 WPC NDEF(NFC Data Exchange Profile Format)을 교환함으로써 상호간에 NFC 기기임을 확인할 수 있다. 예를 들어 WPC NDEF는 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 실시 예에 따라 새로운 프로필이 추가/대체될 수 있다.
이와 같이 프로필이 정의되는 경우, 무선 전력 전송장치가 자신과 동일한 프로필의 무선 전력 수신장치에 대해서만 선택적으로 전력 송신을 수행하여 보다 안정적으로 전력 송신이 가능하다. 또한 무선 전력 전송장치의 부담이 줄어들고, 호환이 불가능한 무선 전력 수신장치로의 전력 송신을 시도하지 않게 되므로 무선 전력 수신장치의 파손 위험이 줄어든다는 효과가 발생한다.
'모바일' 프로필 내의 PC1은 PC0를 기반으로 OOB와 같은 선택적 확장을 차용함으로써 정의될 수 있으며, '전동 툴' 프로필의 경우, PC1 '모바일' 프로필이 단순히 변경된 버전으로서 정의될 수 있다. 또한, 현재까지는 동일한 프로필간의 호환성 유지를 목적으로 정의되었으나, 추후에는 서로 다른 프로필간의 호환성 유지 방향으로 기술이 발전될 수 있다. 무선 전력 전송장치 또는 무선 전력 수신장치는 다양한 방식을 통해 자신의 프로필을 상대방에게 알려줄 수 있다.
AFA 표준은 무선 전력 전송장치를 PTU(power transmitting circuit)이라 칭하고, 무선 전력 수신장치를 PRU(power receiving circuit)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 명시된(specified) 전력보다 더 큰 전력을 끌어당길(draw) 수는 없다.도 4a는 다른 실시 예에 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 회로(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 회로(power conversion circuit, 110) 및 적절한 레벨로 전력을 전달하도록 무선 전력 수신장치(200)와의 통신 및 전력 전달을 컨트롤하는 통신/컨트롤 회로(communications & control circuit, 120)을 포함할 수 있다. 시스템 회로(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 회로(110)에서 출력되는 특정 주파수의 교류전력(또는 전압 또는 전류)을 인가 받고, 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 비 정질 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 근접 자기장이 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 회로(120)은 무선 전력 수신 장치(200)와 정보를 송수신할 수 있다. 통신/컨트롤 회로(120)은 IB 통신 모듈 또는 OOB 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
IB 통신 모듈은 특정 주파수를 중심 주파수로 하는 자기파를 이용하여 정보를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 통신/컨트롤 회로(120)은 무선전력 전송의 동작 주파수에 통신 정보를 실어 1차 코일을 통해 전송하거나 또는 정보가 담긴 동작 주파수를 1차 코일을 통해 수신함으로써 인-밴드 통신을 수행할 수 있다. 이때, 이진 위상 편이(BPSK: binary phase shift keying), FSK(Frequency 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 회로(120)은 수 kbps의 데이터 전송률로 수 미터에 이르는 거리까지 정보를 송수신할 수 있다.
OOB 통신 모듈은 통신 안테나를 통해 아웃-밴드 통신을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 통신/컨트롤 회로(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 회로(120)은 무선 전력 전송 장치(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 통신/컨트롤 회로(120)은 각종 정보의 연산 및 처리를 수행하고, 무선 전력전송 장치(100)의 각 구성 요소를 제어할 수 있다.
통신/컨트롤 회로(120)은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합을 이용하여 컴퓨터나 이와 유사한 장치로 구현될 수 있다. 하드웨어적으로 통신/컨트롤 회로(120)은 전기적인 신호를 처리하여 제어 기능을 수행하는 전자 회로 형태로 제공될 수 있으며, 소프트웨어적으로는 하드웨어적인 통신/컨트롤 회로(120)을 구동시키는 프로그램 형태로 제공될 수 있다.
통신/컨트롤 회로(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 회로(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 회로(power pick-up circuit, 210) 및 통신/컨트롤 회로(communications & control circuit, 220)을 포함할 수 있다. 전력 픽업 회로(210)은 2차 코일을 통해 무선 전력을 수신하여 전기 에너지로 변환할 수 있다. 전력 픽업 회로(210)은 2차 코일을 통해 얻어지는 교류 신호를 정류하여 직류 신호로 변환한다. 통신/컨트롤 회로(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 회로(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 회로(220)은 무선 전력 전송 장치(100)와 정보를 송수신할 수 있다. 통신/컨트롤 회로(220)은 IB 통신 모듈 또는 OOB 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
IB 통신 모듈은 특정 주파수를 중심 주파수로 하는 자기파를 이용하여 정보를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 통신/컨트롤 회로(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)), FSK(Frequency 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 회로(220)은 수 kbps의 데이터 전송률로 수 미터에 이르는 거리까지 정보를 송수신할 수 있다.
OOB 통신 모듈은 통신 안테나를 통해 아웃-밴드 통신을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 통신/컨트롤 회로(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 회로(220)은 무선 전력 수신 장치(200)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 통신/컨트롤 회로(220)은 각종 정보의 연산 및 처리를 수행하고, 무선 전력수신 장치(200)의 각 구성 요소를 제어할 수 있다.
통신/컨트롤 회로(220)은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합을 이용하여 컴퓨터나 이와 유사한 장치로 구현될 수 있다. 하드웨어적으로 통신/컨트롤 회로(220)은 전기적인 신호를 처리하여 제어 기능을 수행하는 전자 회로 형태로 제공될 수 있으며, 소프트웨어적으로는 하드웨어적인 통신/컨트롤 회로(220)을 구동시키는 프로그램 형태로 제공될 수 있다.
통신/컨트롤 회로(120)과 통신/컨트롤 회로(220)이 OOB 통신 모듈 또는 근거리 통신 모듈로서 블루투스 또는 블루투스 LE일 경우, 통신/컨트롤 회로(120)과 통신/컨트롤 회로(220)은 각각 도 4B와 같은 통신 아키텍처로 구현되어 동작할 수 있다.
도 4b는 본 명세서에 따른 일 실시 예가 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 정의한다.
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 명세서는 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.
①Battery: 배터리 정보 교환 방법
②Time: 시간 정보 교환 방법
③FindMe: 거리에 따른 알람 서비스 제공
④Proximity: 배터리 정보 교환 방법
⑤Time: 시간 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.
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 브로드캐스팅을 수행하기 위해 광고 절차를 수행한다.
여기서, 비지향성의 브로드캐스팅(Undirected Advertising)는 특정 디바이스를 향한 브로드캐스팅이 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 브로드캐스팅(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 브로드캐스팅을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
광고 절차에서 모든 광고(또는 광고 이벤트)는 광고 물리 채널을 통해 브로드캐스팅된다.
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 브로드캐스팅 사용자 데이터는 동적인 데이터인 반면에, 스캔 응답 데이터는 일반적으로 정적인 데이터이다.
광고 디바이스는 광고 (브로드캐스팅) 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 브로드캐스팅을 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 브로드캐스팅되는 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 브로드캐스팅을 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 (브로드캐스팅) 물리 채널을 통해 다른 디바이스가 스캔 가능하도록 광고 이벤트를 브로드캐스팅한다.
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 Circuit)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 Circuit)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 이벤트
ADV_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 회로(210)으로부터 출력되는 전력을 이용하여 에너지를 저장할 수 있다. 한편, 모바일 기기(450)에 배터리가 반드시 포함되어야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 배터리는 탈 부착이 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 회로(120)과 통신/컨트롤 회로(220)이 IB 통신 모듈 이외에 OOB 통신 모듈 또는 근거리 통신 모듈로서 블루투스 또는 블루투스 LE을 포함하는 경우, 통신/컨트롤 회로(120)을 포함하는 무선전력 전송장치(100)와 통신/컨트롤 회로(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 회로(110)과 통신/컨트롤 회로(120)을 포함한다. 통신/컨트롤 회로(120)은 인밴드 통신 모듈(121) 및 BLE 통신 모듈(122)를 포함한다.
한편 무선전력 수신장치(200)는 전력 픽업 회로(210)과 통신/컨트롤 회로(220)을 포함한다. 통신/컨트롤 회로(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 회로(120)은 무선충전을 위한 프로파일을 동작시키도록 구성될 수 있다. 여기서, 무선충전을 위한 프로파일은 BLE 전송을 사용하는 GATT일 수 있다.
한편, 통신/컨트롤 회로들(120, 220)은 도 4d와 같이 각각 인밴드 통신 모듈들(121, 221)만을 포함하고, BLE 통신 모듈들(122, 222)은 통신/컨트롤 회로들(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 명세서의 일 실시 예에 따른 무선전력 전송장치로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(selection phase, 510), 핑 단계(ping phase, 520), 식별 및 구성 단계(identification and configuration phase, 530), 협상 단계(negotiation phase, 540), 보정 단계(calibration phase, 550), 전력 전송 단계(power transfer phase, 560) 단계 및 재협상 단계(renegotiation phase, 570)로 구분될 수 있다.
선택 단계(510)는 파워 전송을 시작하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계-예를 들면, 도면 부호 S502, S504, S508, S510 및 S512를 포함함-일 수 있다. 여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다. 또한, 선택 단계(510)에서 무선전력 전송장치는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링 할 수 있다. 만약, 무선전력 전송장치가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 단계(520)로 천이할 수 있다. 선택 단계(510)에서 무선전력 전송장치는 매우 짧은 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 단계(510)에서 물체가 감지되는 경우, 무선전력 전송장치는 무선전력 공진 회로(예를 들어 전력전송 코일 및/또는 공진 캐패시터)의 품질 인자를 측정할 수 있다. 본 명세서의 일 실시 예에서는 선택단계(510)에서 물체가 감지되면, 충전 영역에 이물질과 함께 무선전력 수신장치가 놓였는지 판단하기 위하여 품질 인자를 측정할 수 있다. 무선전력 전송장치에 구비되는 코일은 환경 변화에 의해 인덕턴스 및/또는 코일 내 직렬저항 성분이 감소될 수 있고, 이로 인해 품질 인자 값이 감소하게 된다. 측정된 품질 인자 값을 이용하여 이물질의 존재 여부를 판단하기 위해, 무선전력 전송장치는 충전 영역에 이물질이 배치되지 않은 상태에서 미리 측정된 기준 품질 인자 값을 무선전력 수신장치로부터 수신할 수 있다. 협상 단계(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 명세서의 또 다른 실시 예에서는 선택 단계(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.
단계(520)에서 무선전력 전송장치는 물체가 감지되면, 수신기를 활성화(Wake up)시키고, 감지된 물체가 무선 전력 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송한다. 핑 단계(520)에서 무선전력 전송장치는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 패킷-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(510)로 천이할 수 있다. 또한, 핑 단계(520)에서 무선전력 전송장치는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 패킷-을 수신하면, 선택 단계(510)로 천이할 수도 있다.
핑 단계(520)가 완료되면, 무선전력 전송장치는 수신기를 식별하고 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(530)로 천이할 수 있다.
식별 및 구성 단계(530)에서 무선전력 전송장치는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 패킷 전송 오류가 있거나(transmission error), 파워 전송 계약이 설정되지 않으면(no power transfer contract) 선택 단계(510)로 천이할 수 있다.
무선전력 전송장치는 식별 및 구성 단계(530)에서 수시된 구성 패킷(Configuration packet)의 협상 필드(Negotiation Field) 값에 기반하여 협상 단계(540)로의 진입이 필요한지 여부를 확인할 수 있다. 확인 결과, 협상이 필요하면, 무선전력 전송장치는 협상 단계(540)로 진입하여 소정 FOD 검출 절차를 수행할 수 있다. 반면, 확인 결과, 협상이 필요하지 않은 경우, 무선전력 전송장치는 곧바로 전력 전송 단계(560)로 진입할 수도 있다.
협상 단계(540)에서, 무선전력 전송장치는 기준 품질 인자 값이 포함된 FOD(Foreign Object Detection) 상태 패킷을 수신할 수 있다. 또는 기준 피크 주파수 값이 포함된 FOD 상태 패킷을 수신할 수 있다. 또는 기준 품질 인자 값 및 기준 피크 주파수 값이 포함된 상태 패킷을 수신할 수 있다. 이때, 무선전력 전송장치는 기준 품질 인자 값에 기반하여 FO 검출을 위한 품질 계수 임계치를 결정할 수 있다. 무선전력 전송장치는 기준 피크 주파수 값에 기반하여 FO 검출을 위한 피크 주파수 임계치를 결정할 수 있다.
무선전력 전송장치는 결정된 FO 검출을 위한 품질 계수 임계치 및 현재 측정된 품질 인자 값(핑 단계 이전에 측정된 품질인자 값)을 이용하여 충전 영역에 FO가 존재하는지를 검출할 수 있으며, FO 검출 결과에 따라 전력 전송을 제어할 수 있다. 일 예로, FO가 검출된 경우, 전력 전송이 중단될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
무선전력 전송장치는 결정된 FO 검출을 위한 피크 주파수 임계치 및 현재 측정된 피크 주파수 값(핑 단계 이전에 측정된 피크 주파수 값)을 이용하여 충전 영역에 FO가 존재하는지를 검출할 수 있으며, FO 검출 결과에 따라 전력 전송을 제어할 수 있다. 일 예로, FO가 검출된 경우, 전력 전송이 중단될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
FO가 검출된 경우, 무선전력 전송장치는 선택 단계(510)로 회귀할 수 있다. 반면, FO가 검출되지 않은 경우, 무선전력 전송장치는 보정 단계(550)를 거쳐 전력 전송 단계(560)로 진입할 수도 있다. 상세하게, 무선전력 전송장치는 FO가 검출되지 않은 경우, 무선전력 전송장치는 보정 단계(550)에서 수신 단에 수신된 전력의 세기를 결정하고, 송신단에서 전송한 전력의 세기를 결정하기 위해 수신단과 송신 단에서의 전력 손실을 측정할 수 있다. 즉, 무선전력 전송장치는 보정 단계(550)에서 송신 단의 송신 파워와 수신 단의 수신 파워 사이의 차이에 기반하여 전력 손실을 예측할 수 있다. 일 실시 예에 따른 무선전력 전송장치는 예측된 전력 손실을 반영하여 FOD 검출을 위한 임계 치를 보정할 수도 있다.
전력 전송 단계(560)에서, 무선전력 전송장치는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 기 설정된 파워 전송 계약에 대한 위반이 발생되거나(power transfer contract violation), 충전이 완료된 경우, 선택 단계(510)로 천이할 수 있다.
또한, 전력 전송 단계(560)에서, 무선전력 전송장치는 무선전력 전송장치 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 재협상 단계(570)로 천이할 수 있다. 이때, 재협상이 정상적으로 완료되면, 무선전력 전송장치는 전력 전송 단계(560)로 회귀할 수 있다.
본 실시 예에서는 보정 단계(550)와 전력 전송 단계(560)를 별개의 단계로 구분하였지만, 보정 단계(550)는 전력 전송 단계(560)에 통합될 수 있다. 이 경우 보정 단계(550)에서의 동작들은 전력 전송 단계(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 실시 예에 따른 전력 제어 컨트롤 방법을 나타낸다.
도 6에서 전력 전송 단계(560)에서, 무선전력 전송장치(100) 및 무선전력 수신장치(200)는 전력 송수신과 함께 통신을 병행함으로써 전달되는 전력의 양을 컨트롤할 수 있다. 무선전력 전송장치 및 무선전력 수신장치는 특정 컨트롤 포인트에서 동작한다. 컨트롤 포인트는 전력 전달이 수행될 때 무선전력 수신장치의 출력단(output)에서 제공되는 전압 및 전류의 조합(combination)을 나타낸다.
더 상세히 설명하면, 무선전력 수신장치는 원하는 컨트롤 포인트(desired Control Point)- 원하는 출력 전류/전압, 모바일 기기의 특정 위치의 온도 등을 선택하고, 추가로 현재 동작하고 있는 실제 컨트롤 포인트(actual control point)를 결정한다. 무선전력 수신장치는 원하는 컨트롤 포인트와 실제 컨트롤 포인트를 사용하여, 컨트롤 에러 값(control error value)을 산출하고, 이를 컨트롤 에러 패킷으로서 무선전력 전송장치로 전송할 수 있다.
그리고 무선전력 전송장치는 수신한 컨트롤 에러 패킷을 사용하여 새로운 동작 포인트- 진폭, 주파수 및 듀티 사이클-를 설정/컨트롤하여 전력 전달을 제어할 수 있다. 따라서 컨트롤 에러 패킷은 전략 전달 단계에서 일정 시간 간격으로 전송/수신되며, 실시예로서 무선전력 수신장치는 무선전력 전송장치의 전류를 저감하려는 경우 컨트롤 에러 값을 음수로, 전류를 증가시키려는 경우 컨트롤 에러 값을 양수로 설정하여 전송할 수 있다. 이와 같이 유도 모드에서는 무선전력 수신장치가 컨트롤 에러 패킷을 무선전력 전송장치로 송신함으로써 전력 전달을 제어할 수 있다.
이하에서 설명할 공진 모드에서는 유도 모드에서와는 다른 방식으로 동작할 수 있다. 공진 모드에서는 하나의 무선전력 전송장치가 복수의 무선전력 수신장치를 동시에 서빙할 수 있어야 한다. 다만 상술한 유도 모드와 같이 전력 전달을 컨트롤하는 경우, 전달되는 전력이 하나의 무선전력 수신장치와의 통신에 의해 컨트롤되므로 추가적인 무선전력 수신장치들에 대한 전력 전달은 컨트롤이 어려울 수 있다. 따라서 본 명세서의 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 회로(790) 또는 컨트롤 회로(710) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
코일 어셈블리(760)는 자기장을 생성하는 적어도 하나의 1차 코일을 포함하며, 코일 셀로 지칭될 수도 있다.
임피던스 매칭 회로(770)는 인버터와 1차 코일(들) 간의 임피던스 매칭을 제공할 수 있다. 임피던스 매칭 회로(770)는 1차 코일 전류를 부스팅(boost)하는 적합한(suitable) 주파수에서 공진(resonance)을 발생시킬 수 있다. 다중-코일(multi-coil) 전력 송신기(740)에서 임피던스 매칭 회로는 인버터에서 1차 코일들의 서브세트로 신호를 라우팅하는 멀티플렉스를 추가로 포함할 수도 있다. 임피던스 매칭 회로는 탱크 회로(tank circuit)로 지칭될 수도 있다.
임피던스 매칭 회로(770)는 캐패시터, 인덕터 및 이들의 연결을 스위칭하는 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 임피던스의 매칭은 코일 어셈블리(760)를 통해 전송되는 무선전력의 반사파를 검출하고, 검출된 반사파에 기초하여 스위칭 소자를 스위칭하여 캐패시터나 인덕터의 연결 상태를 조정하거나 캐패시터의 캐패시턴스를 조정하거나 인덕터의 인덕턴스를 조정함으로써 수행될 수 있다. 경우에 따라 임피던스 매칭 회로(770)는 생략되어 실시될 수도 있으며, 본 명세서는 임피던스 매칭 회로(770)가 생략된 무선전력 전송장치(700)의 실시 예도 포함한다.
인버터(780)는 DC 인풋을 AC 신호로 전환할 수 있다. 인버터(780)는 가변(adjustable) 주파수의 펄스 웨이브 및 듀티 사이클을 생성하도록 하프-브리지 또는 풀-브리지로 구동될 수 있다. 또한 인버터는 입력 전압 레벨을 조정하도록 복수의 스테이지들을 포함할 수도 있다.
통신 회로(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 회로(790)을 사용하여 전력 수신기가 전송하는 데이터를 복조 하기 위해 1차 코일의 전류 및/또는 전압의 진폭 및/또는 위상을 모니터링할 수 있다.
또한, 전력 송신기(740)는 통신 회로(790)을 통해 FSK(Frequency Shift Keying) 방식 등을 사용하여 데이터를 전송하도록 출력 전력을 컨트롤할 수도 있다.
컨트롤 회로(710)은 전력 송신기(740)의 통신 및 전력 전달을 컨트롤할 수 있다. 컨트롤 회로(710)은 상술한 동작 포인트를 조정하여 전력 전송을 제어할 수 있다. 동작 포인트는, 예를 들면, 동작 주파수, 듀티 사이클 및 입력 전압 중 적어도 하나에 의해 결정될 수 있다.
통신 회로(790) 및 컨트롤 회로(710)은 별개의 회로/소자/칩셋으로 구비되거나, 하나의 회로/소자/칩셋으로 구비될 수도 있다.
도 8은 다른 실시 예에 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 회로(890) 또는 컨트롤 회로(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. 경우에 따라 임피던스 매칭 회로(870)는 생략되어 실시될 수도 있으며, 본 명세서는 임피던스 매칭 회로(870)가 생략된 무선전력 수신장치(200)의 실시예도 포함한다.
코일 어셈블리(880)는 적어도 하나의 2차 코일을 포함하며, 옵셔널하게는 자기장으로부터 수신기의 금속 부분을 쉴딩(shield)하는 엘러먼트(element)를 더 포함할 수도 있다.
통신 회로(890)은 전력 송신기로 요청(request) 및 다른 정보를 통신하기 위해 로드 변조를 수행할 수 있다.
이를 위해 전력 수신기(830)는 반사 임피던스를 변경하도록 저항 또는 커패시터를 스위칭할 수도 있다.
컨트롤 회로(810)은 수신 전력을 컨트롤할 수 있다. 이를 위해 컨트롤 회로(810)은 전력 수신기(830)의 실제 동작 포인트와 원하는 동작 포인트의 차이를 결정/산출할 수 있다. 그리고 컨트롤 회로(810)은 전력 송신기의 반사 임피던스의 조정 및/또는 전력 송신기의 동작 포인트 조정 요청을 수행함으로써 실제 동작 포인트와 원하는 동작 포인트의 차이를 조정/저감할 수 있다. 이 차이를 최소화하는 경우 최적의 전력 수신을 수행할 수 있다.
통신 회로(890) 및 컨트롤 회로(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 실시 예에 따른 싱크 패턴의 구조이다.
도 10을 참조하면, 싱크 패턴은 프리앰블(preamble), 시작 비트(start bit), 응답 필드(Response field), 타입 필드(type field), 정보 필드(info field) 및 패리티 비트(parity bit)로 구성될 수 있다. 도 10에서는 시작 비트가 ZERO로 도시되어 있다.
보다 구체적으로, 프리앰블은 연속되는 비트들로 이루어져 있으며, 모두 0으로 설정될 수 있다. 즉, 프리앰블은 싱크 패턴의 시간 길이를 맞추기 위한 비트들일 수 있다.
프리앰블을 구성하는 비트들의 개수는 싱크 패턴의 길이가 50ms에 가장 가깝도록, 그러나, 50ms를 초과하지 않는 범위 내에서, 동작 주파수에 종속될 수 있다. 예를 들어, 동작 주파수가 100kHz인 경우, 싱크 패턴은 2개의 프리앰블 비트들로 구성되고, 동작 주파수가 105kHz인 경우, 싱크 패턴은, 3개의 프리앰블 비트들로 구성될 수 있다.
시작 비트는 프리앰블 다음에 따라오는 비트로 제로(ZERO)를 의미할 수 있다. 상기 제로(ZERO)는 싱크 패턴의 종류를 나타내는 비트일 수 있다. 여기에서, 싱크 패턴의 종류는, 프레임과 관련된 정보를 포함하는 프레임 싱크(frame sync)와 슬롯의 정보를 포함하는 슬롯 싱크(slot sync)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 싱크 패턴은, 연속하는 프레임들 사이에 위치하며, 프레임의 시작을 나타내는 프레임 싱크이거나, 프레임을 구성하는 복수의 슬롯 중 연속하는 슬롯들 사이에 위치하며, 상기 연속하는 슬롯과 관련된 정보를 포함하는 슬롯 싱크일 수 있다.
예를 들어, 상기 제로가 0인 경우, 해당 슬롯이 슬롯과 슬롯 사이에 위치한, 슬롯 싱크임을 의미하고, 1인 경우, 해당 싱크 패턴이 프레임과 프레임 사이에 위치한 프레임 싱크임을 의미할 수 있다.
패리티 비트는 싱크 패턴의 마지막 비트로, 싱크 패턴의 데이터 필드들(즉, 응답 필드, 타입 필드, 정보 필드)를 구성하는 비트들의 개수 정보를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 기 패리티 비트는 싱크 패턴의 데이터 필드들을 구성하는 비트의 개수가 짝수인 경우, 1, 그 밖의 경우(즉, 홀수인 경우), 0이 될 수 있다.
응답(Response) 필드는 싱크 패턴 이전의 슬롯 내에서, 무선 전력 수신장치와의 통신에 대한, 무선 전력 전송장치의 응답 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 응답 필드는 무선 전력 수신장치와 통신의 수행이 감지되지 않은 경우, '00'을 가질 수 있다. 또한, 상기 응답 필드는 무선 전력 수신장치와의 통신에 통신 에러(communication error)가 감지된 경우, '01'을 가질 수 있다. 통신 에러는, 두 개 또는 그 이상의 무선 전력 수신장치가 하나의 슬롯에 접근을 시도하여, 두 개 또는 그 이상의 무선 전력 수신장치 간의 충돌이 발생한 경우일 수 있다.
또한, 응답 필드는, 무선 전력 수신장치로부터 데이터 패킷을 정확하게 수신하였는지 여부를 나타내는 정보를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 응답필드는, 무선 전력 전송장치가 데이터 패킷을 거부(deni)한 경우, "10"(10-not acknowledge, NAK), 무선 전력 전송장치가 상기 데이터 패킷을 확인(confirm)한 경우, "11"(11-acknowledge, ACK)이 될 수 있다.
타입 필드는 싱크 패턴의 종류를 나타낼 수 있다. 보다 구체적으로, 타입 필드는 싱크 패턴이 프레임의 첫번째 싱크 패턴인 경우(즉, 프레임의 첫번째 싱크 패턴으로, 측정 슬롯 이전에 위치한 경우), 프레임 싱크임을 나타내는 '1'을 가질 수 있다.
또한, 타입 필드는 슬롯 프레임에서, 싱크 패턴이 프렘임의 첫번째 싱크 패턴이 아닌 경우, 슬롯 싱크임을 나타내는 '0'을 가질 수 있다.
또한, 정보 필드는 타입 필드가 나타내는 싱크 패턴의 종류에 따라 그 값의 의미가 결정될 수 있다. 예를 들어, 타입 필드가 1인 경우(즉, 프레임 싱크를 나타내는 경우), 정보 필드의 의미는 프레임의 종류를 나타낼 수 있다. 즉, 정보 필드는 현재 프레임이 슬롯 프레임(slotted frame)인지 또는 자유 형식 프레임(free-format frame)인지 나타낼 수 있다. 예를 들어, 정보 필드가 '00'인 경우, 슬롯 프레임을, 정보 필드가 '01'인 경우, 자유 형식 프레임을 나타낼 수 있다.
이와 달리, 타입 필드가 0인 경우(즉, 슬롯 싱크인 경우), 정보 필드는 싱크 패턴의 뒤에 위치한 다음 슬롯(next slot)의 상태를 나타낼 수 있다. 보다 구체적으로, 정보 필드는 다음 슬롯이 특정(specific) 무선 전력 수신장치에 할당된(allocated) 슬롯인 경우, '00', 특정 무선 전력 수신장치가 일시적으로 사용하기 위하여, 잠겨 있는 슬롯인 경우, '01', 또는 임의의 무선 전력 수신장치가 자유롭게 사용 가능한 슬롯인 경우, '10'을 가질 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 쉐어드 모드에서 무선 전력 전송장치 및 무선전력 수신장치의 동작 상태를 도시하였다.
도 11을 참조하면, 쉐어드 모드로 동작하는 무선 전력 수신장치는, 선택 상태(Selection Phase) (1100), 도입 상태(Introduction Phase)(1110), 설정 상태(Configuration Phase) (1120), 교섭 상태(Negotiation Phase)(1130) 및 전력 전송 상태(Power Transfer Phase) (1140) 중 어느 하나의 상태로 동작할 수 있다.
우선, 일 실시예에 따른 무선 전력 전송장치는 무선 전력 수신장치를 감지하기 위하여, 무선 전력 신호를 전송할 수 있다. 즉, 무선 전력 신호를 이용하여, 무선 전력 수신장치를 감지하는 과정을 아날로그 핑(Analog ping)이라 할 수 있다.
한편, 무선 전력 신호를 수신한 무선 전력 수신장치는 선택 상태(1100)에 진입할 수 있다. 선택 상태(1100)에 진입한 무선 전력 수신장치는 앞서 설명한 바와 같이, 상기 무선 전력 신호 상에 FSK신호의 존재를 감지할 수 있다.
즉, 무선 전력 수신장치는 FSK 신호의 존재 여부에 따라 익스클루시브 모드 또는 쉐어드 모드 중 어느 하나의 방식으로 통신을 수행할 수 있다.
보다 구체적으로, 무선 전력 수신장치는 무선 전력 신호에 FSK 신호가 포함되어 있으면, 쉐어드 모드로 동작하고, 그렇지 않은 경우, 익스클루시브 모드로 동작할 수 있다.
무선 전력 수신장치가 쉐어드 모드로 동작하는 경우, 상기 무선 전력 수신장치는 도입 상태(1110)에 진입할 수 있다. 도입 상태(1110)에서, 무선 전력 수신장치는, 설정 상태, 교섭 상태 및 전력 전송 상태에서, 제어 정보 패킷(CI, Control Information packet)을 전송하기 위하여, 무선 전력 전송장치에게 제어 정보 패킷을 전송할 수 있다. 제어 정보 패킷은, 헤더(Header) 및 제어와 관련된 정보를 가질 수 있다. 예를 들어, 제어 정보 패킷은, 헤더가 0X53일 수 있다.
도입 상태(1110)에서, 무선전력 수신장치는 제어정보(control information: CI) 패킷을 전송하기 위해 자유슬롯(free slot)을 요청하는 시도를 다음의 구성, 협상, 전력 전송 단계에 걸쳐 수행한다. 이때 무선전력 수신장치는 자유슬롯을 선택하고 최초 CI 패킷을 전송한다. 만약 무선전력 전송장치가 해당 CI 패킷에 ACK으로 응답하면, 무선전력 전송장치는 구성 단계로 진입한다. 만약 무선전력 전송장치가 NAK으로 응답하면, 다른 무선전력 수신장치가 구성 및 협상 단계를 통해 진행되고 있는 것이다. 이 경우, 무선전력 수신장치는 자유슬롯의 요구를 재시도한다.
만약 무선전력 수신장치가 CI 패킷에 대한 응답으로 ACK을 수신하면, 무선전력 수신장치는 최초 프레임 싱크까지 나머지 슬롯 싱크들을 카운팅함으로써 프레임 내의 개인 슬롯(private slot)의 위치를 결정한다. 모든 후속 슬롯 기반 프레임들에서, 무선전력 수신장치는 해당 슬롯을 통해 CI 패킷을 전송한다.
만약 무선전력 전송장치가 무선전력 수신장치에게 구성 단계로 진행함을 허락하면, 무선전력 전송장치는 무선전력 수신장치의 배타적 사용을 위한 잠금 슬롯(locked slot) 시리즈를 제공한다. 이는 무선전력 수신장치가 충돌없이 구성 단계를 진행하는 것을 확실시 해준다.
무선전력 수신장치는 2개의 식별 데이터 패킷들(IDHI와 IDLO)와 같은 데이터 패킷의 시퀀스들을 잠금 슬롯을 사용하여 전송한다. 본 단계를 완료하면, 무선전력 수신장치는 협상 단계로 진입한다. 협상 단계에서, 무선전력 전송장치가 무선전력 수신장치에게 배타적 사용을 위한 잠금 슬롯을 계속 제공한다. 이는 이는 무선전력 수신장치가 충돌 없이 협상 단계를 진행하는 것을 확실시 해준다.
무선전력 수신장치는 해당 잠금 슬롯을 사용하여 하나 또는 그 이상의 협상 데이터 패킷들을 전송하며, 이는 사적 데이터 패킷들과 섞일 수도 있다. 결국 해당 시퀀스는 특정 요청 (specific request (SRQ)) 패킷과 함께 종료된다. 해당 시퀀스를 완료하면, 무선전력 수신장치는 전력 전송 단계로 진입하고, 무선전력 전송장치는 잠금 슬롯의 제공을 중단한다.
전력 전송 상태에서, 무선전력 수신장치는 할당된 슬롯을 사용하여 CI 패킷의 전송을 수행하며, 전력을 수신한다. 무선전력 수신장치는 레귤레이터 회로를 포함할 수 있다. 레귤레이터 회로는 통신/제어 회로에 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 실시 예에 따른 무선충전 인증서 포맷을 도시한 블록도이다.
도 12를 참조하면, 무선충전 인증서 포맷은 무선충전 표준 인증서 구조 버전(Qi Authentication Certificate Structure Version), 예비비트, 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. .
인증서 타입은 예를 들어 3비트로서, 해당 인증서가 루트 인증서/중간 인증서/리프 인증서 중 어느 하나임을 나타낼 수 있으며, 무선전력 전송장치에 관한 인증서 또는 무선전력 수신장치에 관한 인증서임을 나타낼 수도 있으며, 이들을 모두 나타낼 수도 있다.
예를 들어, 인증서 타입은 3비트로서, Root Certificate, Manufacturer/Secondary Certificate, Product Unit Certificate(for the Power Transmitter 등에 대한 정보를 각각 나타낼 수 있다. 보다 구체적으로, 인증서 타입이 '001'b일 경우에는 루트 인증서를 나타내고, '010'b일 경우에는 중간 인증서를 타나내고, '111'b일 경우에는 무선전력 전송장치의 리프 인증서를 나타낼 수 있다. 또한, 인증서 타입이 '011'b일 경우에는 무선전력 수신장치의 리프 인증서를 나타낼 수 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 실시 예에 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 실시 예들에 있어서, BLE가 다른 아웃밴드 통신으로 치환된 실시 예들 또한 본 발명의 기술적 사상에 해당함은 당업자에게 자명하다.
이하의 도면은 본 명세서의 구체적인 일례를 설명하기 위해 작성되었다. 도면에 기재된 구체적인 장치의 명칭이나 구체적인 신호/메시지/필드의 명칭은 예시적으로 제시된 것이므로, 본 명세서의 기술적 특징이 이하의 도면에 사용된 구체적인 명칭에 제한되지 않는다.
도 16과 같은 BLE의 데이터 표현, 운영 형태, 시스템 아키텍처 또는 환경을 고려할 때, 무선전력 전송 시스템을 BLE로 구현하거나 BLE에 적용하는 방법은 여러 가지 실시 예를 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 17는 일 실시 예에 따라 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치가 무선충전 관련 정보를 아웃밴드로 교환하거나 인밴드로 교환하는 방법을 도시한 순서도이고, 도 18은 일 실시 예에 따라 무선전력 수신장치가 무선전력 전송장치에게 에러를 알리는 방법을 도시한 순서도이다.
도 17 및 도 18에서 PTU는 전력 전송 회로(power transfer circuit)을 의미하고, PRU는 전력 수신 회로(power receiving circuit)을 의미한다. 도 17 및 도 18에서의 정보 전송 방법은 A4WP(Alliance for Wireless Power) 또는 AFA 표준기술에 따른 방식일 수 있다.
먼저 도 17를 참조하면, PTU의 전원이 켜지면, PTU는 초기 설정 단계인 설정 상태(Configuration State)를 거쳐 전력 세이브(Power Save) 상태로 진입한다.
전력 세이브 상태에서 PTU는 PRU에게 전력 비콘(Power Beacon)을 전송한다(S1200). 전력 세이브 상태는 PTU가 PRU로부터 광고(Advertisement)를 수신할 때까지 계속 유지된다.
PRU의 전원이 켜지고 부팅(Booting)되면, PRU는 PRU 광고를 보낸다(S1210). PRU 광고를 수신한 PTU는 저전력 상태(Low Power Sate)로 진입한다.
저전력 상태에서 PTU의 BLE 모듈은 PRU의 BLE 모듈로부터 발견(discovery)을 위한 광고 패킷(Advertising packet, ADV)을 수신하면(S1220), PRU와의 BLE 연결을 수립하기 위해 PRU로 연결 요청(Connect request)을 전송한다(S1230).
PTU와 PRU 간의 BLE 통신이 가능한 상태에서 PTU는 판독 요청(read request) 및 판독 응답(read response) 메시지를 통해 PRU의 PRU 정적 파라미터(Static Parameter)를 읽는다(S1240, S1250). 여기서, PRU 정적 파라미터는 PRU의 상태 정보를 포함한다.
또한 PTU는 자신의 성능(Capabilities) 정보가 담긴 PTU 정적 파라미터 정보를 쓰기 요청(write request) 메시지를 통해 PRU에게 전달한다(S1260).
정적 파라미터 정보를 교환한 후, PTU는 PRU에서 측정된 PRU 동적 파라미터(Dynamic Parameter) 정보를 판독 요청 및 판독 응답을 통해 주기적으로 수신한다(S1270, S1280). 여기서, PRU 동적 파라미터는 전압 정보, 전류 정보, 온도 정보 등을 포함한다.
PTU가 PRU에게 충전할 것을 알리거나, PRU의 승낙(permission)을 제어할 경우, PRU는 쓰기 요청을 이용해 PRU 제어를 수행할 수 있다(S1290).
도 18을 참조하면, PTU는 전력 전송 상태에서 쓰기 요청을 통해 PTU를 제어할 수 있다(S1300). 그리고 판독 요청 메시지와 판독 응답 메시지를 통해 PRU로부터 PRU 동적 파라미터(Dynamic Parameter)를 수신할 수 있다(S1310 내지 S1340). PTU는 250ms 주기로 PRU 동적 파라미터를 획득할 수 있다.
이러한 동작이 반복되다가 PRU가 OVP(over voltage protection)와 같은 에러를 감지하면, PTU는 지시(Indication) 메시지를 통해 PRU 경고(Alert)를 PTU로 전송한다(S1350). PTU는 PRU 경고를 포함한 지시 메시지를 수신하면, 래치 실패(Latch Fault) 상태가 된다.
이하에서는, 아웃밴드 통신을 위해 무선 충전에서 사용되는 스캔 규칙(scan role)과 스캔 절차, 스캔 결과를 보고하는 모드, 스캔 절차에 사용되는 메시지와 파라미터에 관하여 구체적으로 설명한다. 여기서 스캔 규칙이란 무선전력 전송장치와 적어도 하나의 무선전력 수신장치 간에 누가 스캔을 수행할지를 결정하는 것이다. 본 발명을 묘사하는데 필요한 구성요소들과 특징들을 카테고리 별로 정리하면 다음의 표 4와 같다.
Category Description
Mode Device가 특정 동작을 수행하도록 Setting 되어 있는 상태
Procedure 특정 기능을 수행하기 위해 기기가 수행해야 하는 일련의 절차
Message 기기 간 Parameter를 전달하기 위한 동작
Parameter Message로 상대방에게 전달하는 data 값이나 기기의 Setting 값
전력 전송 절차 및 통신 절차 전반에 걸쳐, 본 실시 예에서 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치는 도 19에 따른 절차에 따라 동작하는 것으로 규정될 수 있다.
도 19을 참조하면, 제1 장치는 제2 장치는 특정 상태로 동작한다(State). 예를 들어, 상기 특정 상태는 연결 상태(connection state)를 포함할 수 있다. 여기서 연결 상태는 제1 장치와 제2 장치 간의 통신 링크가 수립된 상태를 의미할 수 있다. 이 때, 제1 장치는 무선전력 전송장치이고 제2 장치는 무선전력 수신장치일 수 있다. 또는 제1 장치는 무선전력 수신장치이고 제2 장치는 무선전력 전송장치일 수 있다. 또는 제1 장치는 제1 무선전력 수신장치이고 제2 장치는 제2 무선전력 수신장치일 수 있다.
제1 상태에서 제1 장치 또는 제2 장치는 특정 모드로 진입한다(Mode). 여기서, 상기 특정 모드는 선택 모드, 식별 및 구성 모드, 협상 모드, 보정 모드, 전력 전송 모드, 스캔 허용가능 모드(scan acceptable mode) 등을 포함할 수 있다. 즉, 도 5 및 도 11에서의 각 단계(phase)는 모드라 불릴 수 있다.
특정 모드에서, 제1 장치와 제2 장치 상호 간에 무선전력 전송 또는 통신의 특정 기능을 수행하기 위한 절차가 수행될 수 있다(Procedure). 예를 들어, 상기 절차는 제1 메시지와 제2 메시지를 교환하는 동작을 포함할 수 있다. 각 메시지에는 무선전력 전송장치 또는 무선전력 수신장치가 상대 디바이스에게 전달하고자 하는 파라미터들이 포함될 수 있다.
이하에서는 아웃밴드 통신을 위해 본 실시 예에서 사용되는 스캔 규칙(scan role)과 스캔 절차, 스캔 결과를 보고하는 모드, 스캔 절차에 사용되는 메시지와 파라미터에 관하여 구체적으로 설명한다. 여기서 스캔 규칙이란 무선전력 전송장치와 적어도 하나의 무선전력 수신장치 간에 누가 스캔을 수행할지를 결정하는 것이다. 본 발명을 묘사하는데 필요한 구성요소들과 특징들을 카테고리 별로 정리하면 다음과 같다.
- 스캔 기록(scan record): 스캔 기록은 BLE를 이용하여 주변 기기를 검색한 결과 정보(예를 들어 기기 이름, 식별자, 주소, 서비스 정보 등)를 의미할 수 있다. 해당 정보를 가진 기기의 아웃밴드 통신 모듈이 2개 있을 경우 스캔 기록 공유 메시지를 통해 공유가 가능하다.
- 스케줄링 공유 절차: 마스터로 동작하는 무선전력 수신장치가 무선전력 전송장치로부터 충돌(또는 재시도 요청) 알림을 수신하면, 무선전력 수신장치와 무선전력 전송장치는 스케줄링 공유 및 변경 절차를 수행할 수 있다.
- Qi 시스템 기기 구별 및 서비스 ID: Qi 시스템 기기 구별 및 서비스 ID는 Qi 시스템 관련 서비스를 제공한다는 정보를 포함하는 파라미터를 의미할 수 있다. 여기서, Qi 시스템 기기는 특정 표준(예를 들어 Qi)에 관한 인증을 받은 기기를 의미할 수 있다. 무선전력 수신장치가 Qi 시스템 기기 구별 및 서비스 ID에 관한 정보를 수신하면, 무선전력 수신장치는 해당 정보를 무시하거나 별도의 처리를 수행할 수 있다.
- 모드 인터벌(Mode Interval): 무선전력 전송장치가 스캐너 또는 마스터로 동작하는 경우(즉, 무선전력 수신장치가 광고자 또는 슬레이브로 동작하는 경우), 무선전력 수신장치는 무선전력 전송 시스템과 관련 없이 다른 블루투스 동작(예를 들어 주변 스마트 밴드와의 연결 등)을 위해 스캐너 또는 마스터로 동작할 필요가 있다. 따라서 이 경우 무선전력 수신장치(또는 블루투스 모듈)의 모드(또는 역할)가 변경될 수 있다. 이와 같이 모드(또는 역할)가 변경되는 주기를 모드 인터벌이라 정의할 수 있다. 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치는 모드 인터벌 공유 메시지를 기반으로 모드 인터벌에 관한 정보를 교환하고 공유할 수 있다.
한편, 블루투스 비콘의 광고(advertising)의 일 예로서 아래의 4가지 예를 들 수 있다.
Advertising PDU Description
ADV_IND Known as　Advertising Indications (ADV_IND), where a peripheral device requests connection to any central device (i.e., not directed at a particular central device).　Example:　 A smart watch requesting connection to any central device.
ADV_DIRECT_IND Similar to ADV_IND, yet the connection request is directed at a specific central device.　Example: A smart watch requesting connection to a specific central device.
ADV_NONCONN_IND Non connectable devices, advertising information to any listening device.　Example:　 Beacons in museums defining proximity to specific exhibits.
ADV_SCAN_IND Similar to ADV_NONCONN_IND, with the option additional information via scan responses.　Example:　 A warehouse pallet beacon allowing a central device to request additional information about the pallet.　
표 5를 참조하면, 블루투스 링크 레이어 패킷(Bluetooth Link Layer Packet)은 Header 내에 포함된 PDU Type에 의해 구분될 수 있으며, 크게 Unicast 또는 Broadcast로 구분될 수 있다. 본 명세서에서는 광고 패킷(Advertising Packet)이 ADV_NONCONN_IND로 현재 무선충전 전송장치상에 아웃밴드 통신을 기반으로 연결된 무선충전 수신장치 모두에 broadcasting 할 수 있도록 정의되며, 일 예로, ADV_NONCONN_IND PDU는 광고를 수신하는 Scanner가 별도의 Scan Request를 보내지 않으며, Non Connectable 로서, Advertising Packet 을 전송하는 것으로 정의될 수 있다. 따라서 본 명세서에서는 무선전력 전송장치가 복수개의 무선전력 수신장치에 경보 메시지를 전달할 수 있도록 광고 패킷이 ADV_NONCONN_IND PDU로 구성될 수 있으며, 이를 '브로드캐스팅 패킷'으로 칭하여 설명한다. 또한 브로드캐스팅 패킷에는 긴급(Urgent)/비긴급(not Urent)정보를 포함할 수 있으며, 긴급/비긴급 정보를 포함하는 경우 개념상 구별을 위하여 '브로드캐스팅 경보 패킷(Broadcasting Alert Message)'이라 칭하여 설명하도록 한다.
도 20은 종래 무선충전의 충전오류 발생의 일 예에 대한 개념을 나타낸 개념도이며, 도 21은 종래 무선 충전오류 발생의 다른 예에 대한 개념을 나타낸 개념도이다.
도 20 및 도 21을 참조하면 무선전력 전송장치(100)에 무선전력 수신장치(200, 200-1, 200-2, 200-3)가 커플링되어 무선충전이 이루어지게 되나 예외적으로 무선충전에 오류가 발생할 수 있게 된다. 무선충전의 오류는 다양한 원인으로부터 기인할 수 있으며, 일 예로 무선충전을 위한 파라미터가 변경되는 경우 또는 무선충전 기기간 과도한 발열이 될 수 있다. 무선충전 오류가 발생되는 경우 사용자에게 알리지 않아 사용자는 무선 충전에 이상이 없는지, 예를 들어 무선 충전이 잘 되고 있는지, 과열로 인해 화재가 발생하지는 않는지 직접적으로 확인할 수 밖에 없다.
도 22는 본 명세서에 따라 무선 충전오류가 발생하는 경우 사용자에게 경보를 수행하는 개념을 나타낸 개념도이다. 도 22를 참조하면, 무선전력 전송장치(100)와 무선전력 수신장치(200-1)간의 무선충전에 오류가 발생한 경우, 무선전력 수신장치는 무선전력 수신장치와 블루수스 연결된 디바이스(300), 예를 들어 헤드셋(headset), 스피커, 스마트시계(smart watch) 또는 이어버드(earbird)에 경보 메시지를 전달할 수 있으며, 사용자는 무선충전 오류에 대하여 즉각적으로 확인할 수 있게 된다. 본 명세서에 따라 무선전력 전송장치에는 복수개의 무선전력 수신장치가 무선충전될 수 있으며, 복수개의 무선전력 수신장치 중 사용자가 어떤 무선전력 수신장치와 블루투스 연결된 디바이스를 사용하는 것을 별도의 절차를 수행하지 않는 이상 확신할 수 없게 된다. 따라서 본 명세서에서는 무선전력 전송장치가 브로드캐스팅 메시지(broadcasting Message)를 전송하여 아웃밴드 통신에 기반하여 연결된 무선전력 수신장치 모두에게 경보 메시지를 전달할 수 있도록 구성된다. 따라서 사용자가 무선충전되고 있는 무선전력 수신장치 중 어느 하나와 블루투스 연결된 디바이스를 사용하고 있는 경우 경보를 인지할 수 있게 된다. 결국 사용자는 충전 오류에 의해 발생되는 상황, 예를 들어 과도한 발열과 같은 상황에 대해 빠르게 인식하여 대처할 수 있게 된다.
도 23은 본 명세서에 따른 무선전력 수신장치에서 수행되는 경보 통지방법의 순서도이다.
도 23을 참조하면, 무선전력 수신장치에서 수행되는 경보 통지방법은 무선전력 수신장치가 무선전력 전송장치로부터 핑 단계(520) 내지 협상단계(550)를 거쳐 무선전력을 수신하는 도중(S2100)에 충전 오류가 발생하는 경우 충전오류를 감지하는 단계(S2200)를 포함할 수 있다.
무선전력 수신오류는 무선전력 수신장치의 컨트롤 회로가 판단할 수 있으며, 무선전력 수신장치가 무선전력의 수신 오류를 판단한 경우 아웃밴드 통신에 기반하여 무선전력 전송장치에 오류 통지(error notification)를 수행하는 단계(S2300)를 포함할 수 있다.
이때, 무선전력의 수신오류는 경미한 오류, 예를 들어 파라미터의 변경 또는 데이터 값이 전환되어 발생하는 오류일 수 있으며, 중대한 문제, 예를 들어 어떠한 원인에 의해 무선전력 수신장치의 발열량이 증가되는 문제가 발생되는 경우를 모두 포함할 수 있다.
이후 무선전력 수신장치가 경미한 오류인 경우 재협상(renegotiation)을 통하여 오류를 해결할 수 있으므로 무선전력 전송장치와 재협상을 수행하는 단계(S2400)를 포함할 수 있다. 이후 무선전력 수신장치가 재협상 이후 무선전력 수신오류가 해결되었는지 여부를 판단하는 단계(S2500)가 포함될 수 있다. 무선전력 수신장치가 무선전력 수신오류가 해결되지 않은 것으로 판단한 경우(경미한 오류 및 중대한 오류에 모두 해당할 수 있다) 무선전력 전송장치는 브로드캐스팅 패킷을 아웃밴드 통신에 기반하여 전송하게 된다.
이후 무선전력 수신장치가 무선전력 전송장치로부터 아웃밴드 통신에 기반하여 전송된 브로드캐스팅 패킷을 수신하는 단계(S2600)를 포함할 수 있다. 무선전력 수신장치는 브로드캐스팅 패킷을 수신하는 경우 컨트롤 회로가 사용자에게 유선 또는 무선으로 연결되어 있는 디바이스에 알림을 수행하는 단계(S2700)를 포함할 수 있다. 여기서 디바이스는 전술한 바와 같이, 헤드셋(head set), 이어버드(earbird), 스마트워치(smartwatch) 등 기존에 블루투스 통신으로 연결되어 있는 장치가 될 수 있으며, 이러한 디바이스는 무선전력 수신장치로부터 경보 메시지를 전송하여 사용자가 인지할 수 있도록 알림을 수행할 수 있게 된다.
도 24는 본 명세서에 따른 무선전력 전송장치에서 수행되는 브로드캐스팅 방법의 순서도이다.
도 24를 참조하면, 본 실시 예에서 무선전력 전송장치는 전술한 전송장치로부터 핑 단계(520) 내지 보정단계(550)가 선행될 수 있다. 무선전력 전송장치에서 수행되는 브로드캐스팅 방법은 무선전력 전송장치가 무선전력을 전송하는 단계(S3100)가 수행되는 과정에서 무선전력 전송 오류를 감지 (S3200)하고, 무선전력의 전송을 중단하는 단계(S3300)를 포함할 수 있다.
이후 무선전력 전송장치가 경미한 오류를 해결할 수 있도록 무선전력 수신장치와 재협상(renegotiation)하는 단계(S3400)를 포함할 수 있다.
이후 무선전력 전송장치가 재협상에 의해 충전 오류가 해결되었는지 여부를 판단하는 단계(S3400)를 포함할 수 있다. 이후 재협상에 의해 충전 오류가 해결되지 않는 경우, 무선전력 전송장치가 경보 메시지를 전달하는 브로드캐스팅 단계(S3600)를 포함할 수 있다. 브로드캐스팅 단계(S3600)는 브로드캐스팅 경보 메시지를 아웃밴드 통신에 기반하여 복수의 무선충전 수신장치로 전송할 수 있다. 무선충전 전송장치는 브로드캐스팅 경보 메시지에 감지된 오류가 긴급(Urgent)/비긴급(Not Urgent) 경보인지를 구분하고 생성하여 브로드캐스팅할 수 있다.
이후 브로드캐스팅 패킷을 수신한 무선전력 수신장치는 현재 상황을 사용자가 인식할 수 있도록 무선전력 수신장치와 연결되어 있는 디바이스로 경보 메시지를 전달할 수 있다.
도 25a 및 도 25b는 본 명세서에 따른 무선전력 전송장치에서 충전오류를 판단하는 방법의 다른 순서도이다.
도 25a를 참조하면, 무선전력 충전오류는 무선전력 전송장치 자체적으로 판단, 예를 들어 무선전력 전송 오류를 감지되었는지를 판단(S3210)하여 무선전력의 전송을 중단할 수 있다. 또한 도 25b를 참조하면, 무선전력 수신장치가 무선전력 수신오류를 감지하고, 무선전력 전송장치로 오류 통지(error Notification)를 전송한 경우, 무선전력 전송장치는 오류 통지를 수신하여 무선전력 전송에 오류가 발생한 것으로 판단(S3200)할 수 있다. 이후 무선전력 전송오류가 발생한 것으로 판단한 경우 무선전력 전송장치가 무선전력의 전송을 중단(S3300)할 수 있다.
도 26는 본 명세서에 따른 무선전력 전송장치가 무선전력 수신장치에게 전력 전송 및 브로드캐스팅을 수행하는 순서도이다.
도 26를 참조하면, 하나의 무선전력 수신장치가 무선전력 전송장치로부터 무선전력을 수신하는 과정에서 무선전력 전송장치가 충전오류를 감지하면 먼저 무선전력의 전송을 정지한다, 이후 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치간 재협상 단계가 수행되어 경미한 오류, 예를 들어 파라미터의 변경에 의한 충전오류를 해결할 수 있다. 재협상 단계가 수행되더라도 충전오류가 해결되지 않는 경우 이러한 상황을 사용자에게 알릴 수 있도록 무선전력 전송장치는 브로드캐스팅 경보 메시지를 아웃밴드 통신에 기반하여 무선전력 수신장치에 전송하게 된다.
도 27은 본 명세서에 따른 일 실시예인 무선전력 전송장치가 복수의 무선전력 수신장치에게 전력 전송 및 브로드캐스팅를 수행하는 순서도이다.
도 27을 참조하면, 하나의 무선전력 전송장치는 복수개의 1차 코일을 포함할 수 있으며, 다양한 타입 및 복수개의 무선전력 수신장치에 무선전력을 전송할 수 있다.
무선전력 전송장치는 무선전력의 전송을 위한 사전단계로서 복수의 무선전력 수신장치와 각각 아웃밴드 통신으로 연결될 수 있다. 무선전력 전송장치는 아웃밴드 통신을 기반으로 각각의 무선전력 수신장치와 전술한 핑단계 내지 협상단계를 수행한 뒤 각각의 무선전력 수신장치에 무선전력을 전송할 수 있다.
이후 무선전력 전송장치가 어느 하나의 무선전력 수신장치에 대한 무선전력 전송오류를 감지하는 경우 모든 무선전력 수신장치에 대한 무선전력의 전송을 중단한다. 이후 무선전력 수신장치는 무선전력 전송 오류가 발생한 무선전력 수신장치와 아웃밴드 통신을 기반으로 재협상(renegotiation)을 수행한다. 재협상으로 인하여 충전오류가 해결된 경우 무선전력 전송장치는 모든 무선전력 수신장치에 대한 무선전력의 전송을 재 수행하게 된다(미도시). 반면, 재협상을 통하여 무선전력 충전 오류가 해결되지 않은 경우, 무선전력 전송장치는 아웃밴드 통신에 근거하여 브로드캐스팅 패킷을 전송한다. 따라서 무선전력 전송장치와 아웃밴드 통신, 예를 들어 BLE 연결이 이루어진 복수의 무선전력 수신장치는 브로드캐스팅 경보 메시지를 수신할 수 있게 된다.
도 28은 본 명세서에 따른 다른 실시예인 무선전력 전송장치가 복수의 무선전력 수신장치에게 전력 전송 및 브로드캐스팅을 수행하는 순서도이다.
도 28를 참조하면, 무선전력 전송장치는 복수의 무선전력 수신장치 각각에 대하여 아웃밴드 통신을 기반으로 전술한 핑 단계 내지 협상단계를 수행할 수 있다. 이후 무선전력 전송장치는 복수의 무선전력 수신장치 각각에 대하여 무선전력을 전송할 수 있다.
무선전력 전송장치가 복수의 무선전력 수신장치에 무선전력을 전송하는 동안, 즉 복수의 무선전력 수신장치가 충전되고 있을 때, 복수의 무선전력 수신장치 중 어느 하나의 무선전력 수신장치가 무선전력 수신오류를 감지하는 경우 아웃밴드 통신에 근거하여 오류 통지(error notification)를 무선전력 전송장치에 전송한다.
무선전력 전송장치는 무선전력 수신장치로부터 오류 통지를 수신한 경우 모든 무선전력 수신장치에 대한 무선전력의 전송을 정지한다. 이후 무선전력 전송장치는 무선전력 수신오류를 감지한 무선전력 수신장치와 재협상 단계를 수행한다. 재협상 단계를 통하여 오류가 해결된 경우 무선전력 전송장치는 다시 무선전력을 무선전력 수신장치에 전송하며, 오류가 해결되지 않은 경우에는 무선전력 전송장치가 브로드캐스팅 경보 메시지를 아웃밴드 통신에 기반하여 전송한다. 여기서 오류가 해결되지 않는 경우에는 해당 무선전력 수신장치에서 무선전력 전송장치로 아웃밴드 통신에 기반하여 오류 통지(error Notification)를 전송하여 무선전력 전송장치가 오류가 해결되지 않았음을 판단할 수 있다(미도시). 또한 무선전력 수신장치에서 직접 무선전력 전송오류를 판단하여 충전오류가 해결되지 않았음을 판단할 수 있다.
도 29는 본 명세서에 따라 무선전력 수신장치가 블루투스 연결된 다른 기기에 경보 메시지를 전송하는 순서도이다.
본 도면에서는 무선전력 수신장치에서 브로드캐스팅 경보 메시지를 수신한 이후를 설명하기 위하여 전술한 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치간의 핑 단계 내지 협상단계, 그리고 무선전력 전송단계에 대한 내용은 생략되어 있다. 한편, 무선전력 수신장치는 무선전력 전송장치로부터 무선충전되는 복수의 무선전력 수신장치 중 블루투스 기기와 연결된 임의의 무선전력 수신장치일 수 있다.
도 29를 참조하면 무선전력 전송장치는 전술한 재협상 단계를 수행한 이후에도 무선충전 오류가 해결되지 않은 경우 브로드캐스팅 경보 메시지를 전송하게 된다.
무선전력 수신장치는 브로드캐스팅 경보 메시지를 수신한 경우 사전에 블루투스 연결이 이루어진 블루투스 기기에 경보 메시지를 전송하게 된다. 브루투스 기기는 경보 메시지를 수신한 경우 사용자가 시각 또는 청각으로 인식할 수 있도록 알람을 수행할 수 있다. 여기서 블루투스 기기는 예를 들어 헤드셋, 이어버드 또는 스마트 워치와 같이 무선전력 수신장치와 블루투스 연결되는 기기 중 어느 하나가 될 수 있다.
도 30은 본 명세서에 따른 무선전력 전송장치에서 전송하는 브로드캐스팅 경보 패킷의 일례이다.
도 30을 참조하면, 블루투스 링크 레이어 패킷(Bluetooth Link Layer Packet) 구조는 Preamble, Access Address, PDU(Protocol Data Unit), CRC(Cyclic Redundancy Check)를 포함하여 구성된다. Preamble 은 1 octet, Access Address 는 4 octets, PDU는 2 내지 257 octets, CRC는 3 octets로 정의될 수 있다. PDU는 16 bits의 Header 와 Header 내의 Length 필드에 의해 크기가 결정되는 Payload로 구성될 수 있다. Length 필드에서 정의되는 Payload의 크기는 6 내지 37 octets 일 수 있으며, PDU type 필드에서 정의될 수 있다.
PDU는 현재 메시지가 광고인지 데이터 패킷인지를 정의할 수 있으며, 본 명세서에서는 광고로 정의되었을 때를 전제로 설명한다. PDU의 Header에는 PDU를 브로드캐스팅 메시지로 구성하는데 중요한 PDU Type과 RFU 필드, TxAdd, RxAdd, Length 및 CRC 로 구성될 수 있다.
본 명세서에는 광고 패킷(Advertising Packet)을 브로드캐스팅(Broadcasting)으로 정의하고 PDU의 Header에 비트를 할당하여 Urgent/Not Urgent 인지 무선전력 수신장치가 알 수 있게 된다. 전술한 바와 같이 PDU Header 에는 RFU 필드가 2 비트로 할당될 수 있다.
도 31은 본 명세서에 따른 브로드캐스팅 경보 메시지의 일 예이다. 도시된 바와 같이, 무선전력 전송장치는 PDU Header의 두번째 필드인 RFU 필드의 1 비트를 할당하여 Urgent/Not Urgent 인지 브로드캐스팅 한다. 예를 들어 RFU의 2비트를 '0b00'인 경우 긴급 경보 메시지, '0b01'인 경우 비긴급 경보 메시지로 정의할 수 있으며, 0b10 및 0b11은 RFU로 남겨놓을 수 있다.
이상에서 도 16 내지 도 31을 참조하여 설명되는 실시 예에서의 무선전력 전송장치는 도 1 내지 도 15에서 개시된 무선전력 전송장치 또는 무선전력 전송기 또는 전력 전송부에 해당한다. 따라서, 본 실시 예에서의 무선전력 전송장치의 동작은 도 1 내지 도 15에서의 무선전력 전송장치의 각 구성요소들 중 하나 또는 둘 이상의 조합에 의해 구현된다. 예를 들어, 본 실시 예에서 무선전력 전송장치에 의한 데이터(또는 패킷 또는 신호)의 처리, 전송 및 수신 동작은 통신/컨트롤 유닛(120)에 의해 수행될 수 있다.
또한 도 16 내지 도 31참조하여 설명되는 본 실시 예에서의 무선전력 수신장치는 도 1 내지 도 15에서 개시된 무선전력 수신장치 또는 무선전력 수신기 또는 전력 수신부에 해당한다. 따라서, 본 실시 예에서의 무선전력 수신장치의 동작은 도 1 내지 도 15에서의 무선전력 수신장치의 각 구성요소들 중 하나 또는 둘 이상의 조합에 의해 구현된다. 예를 들어, 본 실시 예에서 무선전력 수신장치에 의한 데이터(또는 패킷 또는 신호)의 처리, 전송 및 수신 동작은 통신/컨트롤 유닛(220)에 의해 수행될 수 있다.
상술한 본 명세서의 실시 예에 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 실시 예들은 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 명세서의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 명세서에 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 명세서의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 이상에서 설명한 본 명세서의 실시 예들은 서로 별개로 또는 조합되어 구현되는 것도 가능하다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예들은 본 명세서의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 명세서의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 명세서의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 명세서의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 명세서에 기재된 청구 항들은 다양한 방식으로 조합될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서의 방법 청구항의 기술적 특징이 조합되어 장치로 구현될 수 있고, 본 명세서의 장치 청구항의 기술적 특징이 조합되어 방법으로 구현될 수 있다. 또한, 본 명세서의 방법 청구항의 기술적 특징과 장치 청구항의 기술적 특징이 조합되어 장치로 구현될 수 있고, 본 명세서의 방법 청구항의 기술적 특징과 장치 청구항의 기술적 특징이 조합되어 방법으로 구현될 수 있다.

Claims (12)

  1. 무선전력 수신장치로서,
    동작 주파수(operating frequency)에서 1차 코일을 구비한 무선전력 전송장치와 자기 커플링(magnetic coupling)에 의해 상기 무선전력 전송장치로부터 무선전력을 수신하고, 상기 무선전력에 의해 발생하는 교류 신호를 직류 신호로 변환하도록 구성된 전력 픽업 회로(power pick-up circuit);
    상기 동작 주파수 이외의 주파수를 이용하여 상기 무선전력 전송장치와 아웃밴드(out-band) 통신을 수행하도록 구성된 통신 회로(communication circuit); 및
    상기 무선전력의 수신오류가 발생되는 경우 상기 아웃밴드 통신에 기반하여 상기 무선전력 전송장치로부터 수신된 브로드캐스팅 패킷(broadcasting packet)을 처리하는 컨트롤 회로(control circuit)를 포함하는, 무선전력 수신장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 브로드캐스팅 패킷은 브로드캐스팅 경보 메시지(broadcasting alert message)를 포함하며,
    상기 브로드캐스팅 경보 메시지는 BLE(Bluetooth Low Energy) 통신을 기반으로 상기 무선전력 전송장치가 상기 무선전력 수신장치로 전송하는 패킷으로 정의되는 것을 특징으로 하는, 무선전력 수신장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 컨트롤 회로는,
    상기 무선전력의 수신오류가 발생되는 경우를 판단하고,
    상기 아웃밴드 통신에 기반하여 충전 오류 통지 메시지(error notification message)를 전송하는 것을 특징으로 하는, 무선전력 수신장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 컨트롤 회로는,
    상기 아웃밴드 통신에 기반하여 상기 충전 오류 통지 메시지의 전송 이후 상기 무선전력 전송장치와 상기 무선전력 수신장치간 재협상(renegotiation) 단계를 수행하며,
    상기 재협상 단계의 수행 이후 상기 무선전력 수신오류로 판단하고 상기 아웃밴드 통신에 기반하여 상기 무선전력 전송장치로부터 상기 브로드캐스팅 경보 메시지를 수신하는 것을 특징으로 하는, 무선전력 수신장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 컨트롤 회로는,
    상기 브로드캐스팅 경보 메시지를 수신하고,
    상기 무선전력 전송장치를 제외한 상기 무선전력 수신장치와 통신 연결된 웨어러블(wearable) 장치에 경보메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는, 무선전력 수신장치.
  6. 무선전력 전송장치로서,
    동작 주파수(operating frequency)에서 무선전력 수신장치와의 자기 커플링(magnetic coupling)을 형성한 1차 코일을 이용하여 상기 무선전력 수신장치로 무선전력을 전송하도록 구성된 전력 변환 회로(power conversion circuit); 및
    상기 동작 주파수 이외의 주파수를 이용하여 상기 무선전력 수신장치와 아웃밴드 통신을 수행하도록 구성된 통신/컨트롤 회로를 포함하되,
    상기 통신/컨트롤 회로는,
    상기 무선전력 전송오류가 발생되는 경우 상기 무전전력의 전송을 중단하며,
    상기 아웃밴드 통신에 기반하여 상기 무선전력 수신장치에 브로드캐스팅 패킷(broadcasting packet)을 전송하는, 무선전력 전송장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 브로드캐스팅 패킷은, 브로드캐스팅 경보 메시지(broadcasting alert message)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무선전력 전송장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 통신/컨트롤 회로는,
    상기 무선전력 전송 오류의 발생 여부를 직접 감지하거나, 상기 아웃밴드 통신에 기반하여 상기 무선전력 수신장치로부터 충전 오류 통지 메시지를 수신한 경우에 상기 무선전력 전송 오류가 발생된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는, 무선전력 전송장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 통신/컨트롤 회로는,
    상기 아웃밴드 통신에 기반하여 상기 충전 오류 통지 메시지를 수신하는 경우 상기 무선전력 전송장치와 상기 무선전력 수신장치간 재협상(renegotiation) 단계를 수행하며,
    상기 재협상 단계의 수행 이후 상기 아웃밴드 통신에 기반하여 상기 무선전력 수신장치로부터 오류 통지 메시지를 재수신 받는 경우 상기 아웃밴드 통신에 기반하여 상기 브로드캐스팅 경보 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는, 무선전력 전송장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 통신/컨트롤 회로는,
    상기 충전 오류를 평가하여 긴급(urgent) 또는 비긴급(not urgent) 오류로 분류하며,
    상기 긴급 또는 상기 비긴급 여부를 상기 브로드캐스팅 경보 메시지에 포함되어 전송함을 특징으로 하는, 무선전력 전송장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 아웃밴드 통신은 저전력 블루투스(Bluetooth Low Energy: BLE)의 기기간 연결에 기반하며,
    상기 브로드캐스팅 메시지는 a single packet format의 프로토콜 데이터 유닛(Protocol Data Unit: PDU)에 포함되는 것을 특징으로 하는, 무선전력 전송장치.
  12. 제7 항에 있어서,
    상기 1차 코일은 복수로 구성되며,
    상기 통신/컨트롤 회로는,
    상기 브로드캐스팅 경보 메시지를 상기 아웃밴드 통신에 기반하여 복수의 무선전력 수신장치에 전송하는 것을 특징으로 하는, 무선전력 전송장치.
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