WO2024101599A1 - 무선 전력 전송 시스템에서 고전력 모드에서 충전을 위한 프로파일을 정의하는 방법 및 장치 - Google Patents

무선 전력 전송 시스템에서 고전력 모드에서 충전을 위한 프로파일을 정의하는 방법 및 장치 Download PDF

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WO2024101599A1
WO2024101599A1 PCT/KR2023/011729 KR2023011729W WO2024101599A1 WO 2024101599 A1 WO2024101599 A1 WO 2024101599A1 KR 2023011729 W KR2023011729 W KR 2023011729W WO 2024101599 A1 WO2024101599 A1 WO 2024101599A1
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wireless power
power
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wireless
receiver
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PCT/KR2023/011729
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윤진호
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엘지전자 주식회사
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    • H—ELECTRICITY
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    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/12—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using return channel

Definitions

  • This specification relates to wireless power transfer.
  • Wireless power transmission technology is a technology that transmits power wirelessly between a power source and electronic devices.
  • wireless power transmission technology allows charging the battery of a wireless terminal such as a smartphone or tablet simply by placing it on a wireless charging pad, making it more efficient than the wired charging environment using an existing wired charging connector. It can provide excellent mobility, convenience, and safety.
  • wireless power transmission technology is used in various fields such as electric vehicles, various 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 a replacement for the existing wired power transmission environment.
  • the wireless power transmission method is also called a contactless power transmission method, a no point of contact power transmission method, or a wireless charging method.
  • the wireless power transmission system includes a wireless power transmission device that supplies electrical energy through a wireless power transmission method, and a wireless power reception device that receives electrical energy supplied wirelessly from the wireless power transmission device and supplies power to power receiving devices such as battery cells. It can be configured as 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 ultrasonic waves.
  • RF radio frequency
  • Methods based on magnetic coupling are further classified into magnetic induction and magnetic resonance methods.
  • the magnetic induction method is a method of transmitting energy using the current induced in the receiving coil due to the magnetic field generated by the transmitting coil battery cell according to electromagnetic coupling between the coil on the transmitting side and the coil on the receiving side.
  • the magnetic resonance method is similar to the magnetic induction method in that it uses a magnetic field.
  • resonance occurs when a specific resonance frequency is applied to the coil on the transmitting side and the coil on the receiving side, and this causes the magnetic field to be concentrated on both the transmitting and receiving sides, thereby transferring energy. It is different from self-induction.
  • the wireless power receiver transmits a CFG (Configuration) packet to the wireless power transmitter in the configuration phase.
  • the wireless power receiver enters a negotiation phase with the wireless power transmitter based on the CFG packet.
  • the wireless power receiver enters a power transfer phase after the negotiation phase.
  • the wireless power receiver determines whether it is possible to enter the high power mode based on product and model information of the wireless power receiver.
  • the wireless power receiver When the wireless power receiver supports the high power mode, the wireless power receiver enters the high power mode in the power transfer phase.
  • the wireless power receiver If the wireless power receiver does not support the high power mode, the wireless power receiver enters Baseline Power Profile (BPP) or Extended Power Profile (EPP) mode in the power transfer phase.
  • BPP Baseline Power Profile
  • EPP Extended Power Profile
  • This embodiment proposes a method for checking whether a charging profile in a high power mode is supported based on product and model information of the wireless power transmitter or wireless power receiver. This has the effect of allowing expansion of the fast charging profile after confirming the charging conditions in the high power mode based on the physical charging conditions described above.
  • FIG. 1 is a block diagram of a wireless power system 10 according to one embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram of a wireless power system 10 according to another embodiment.
  • Figure 3 shows examples of various electronic devices in which a wireless power transmission system is introduced.
  • Figure 4 is a block diagram of a wireless power transmission system according to one embodiment.
  • Figure 5 is a diagram showing an example of a Bluetooth communication architecture to which an embodiment according to the present specification can be applied.
  • Figure 6 is a block diagram showing a wireless power transmission system using BLE communication according to an example.
  • Figure 7 is a block diagram showing a wireless power transmission system using BLE communication according to another example.
  • Figure 8 is a state transition diagram for explaining the wireless power transfer procedure.
  • Figure 9 schematically shows an example of the protocol of the ping phase 810.
  • Figure 10 schematically shows an example of the protocol of the configuration phase 820.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a message field of a configuration packet (CFG) of a wireless power reception device according to an embodiment.
  • CFG configuration packet
  • Figure 12 is a flowchart schematically illustrating a protocol of a negotiation stage or a renegotiation stage according to an embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a message field of a capability packet (CAP) of a wireless power transmission device according to an embodiment.
  • CAP capability packet
  • Figure 14 schematically shows a flowchart of the data flow for the power transfer phase 840 in the baseline protocol.
  • Figure 15 schematically shows a flowchart of the data flow for the power transfer phase 840 in the extended protocol.
  • FIG. 16 illustrates an application-level data stream between the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 according to an example.
  • Figure 17 shows a power control control method according to one embodiment.
  • Figure 18 schematically shows the structure of an MPP ID packet.
  • Figure 19 schematically shows an example of an XID packet in MPP.
  • Figure 20 schematically shows the protocol in MPP restricted mode.
  • FIGS 21 and 22 schematically show the protocol in MPP full mode.
  • Figure 23 shows an example of an authentication message header.
  • Figure 24 shows an example of the authentication protocol version field.
  • Figure 25 shows an example of the message type field for an authentication request.
  • Figure 26 shows an example of the message type field for an authentication response.
  • Figure 27 shows an example of GET_DIGESTS.
  • Figure 28 shows an example of GET_CERTIFICATE.
  • Figure 29 shows an example of CHALLENGE.
  • Figure 30 shows an example of DIGESTS.
  • Figure 31 shows an example of CERTIFICATE.
  • Figure 32 shows an example of CHALLENGE_AUTH.
  • Figure 33 shows an example of ERROR.
  • Figure 34 is a flowchart of a method for transmitting wireless power, according to an embodiment of the present specification.
  • Figure 35 is a diagram showing the Direct Charger section and Master Charger section according to voltage and current.
  • Figure 36 shows the operating protocol according to EPP.
  • Figure 37 shows the Power Profile according to this embodiment.
  • Figure 38 shows an example of a Power Profile for fast charging.
  • Figure 39 shows another example of Power Profile for fast charging.
  • Figure 40 shows an example of Identify product & model operation in which PRx is the subject in the Power Profile for fast charging.
  • Figure 41 shows an example of Identify product & model operation in which PTx is the subject in the Power Profile for fast charging.
  • Figure 42 is a flowchart of a method for defining a profile for charging in a high power mode from the perspective of a wireless power transmitter, according to an embodiment of the present specification.
  • Figure 43 is a flowchart of a method for defining a profile for charging in a high power mode from the perspective of a wireless power receiver, according to an embodiment of the present specification.
  • a or B may mean “only A,” “only B,” or “both A and B.” In other words, in this specification, “A or B” may be interpreted as “A and/or B.”
  • A, B or C means “only A,” “only B,” “only C,” or “any and all combinations of A, B, and C ( It can mean “any combination of A, B and C)”.
  • the slash (/) or comma used in this specification may mean “and/or.”
  • A/B can mean “A and/or B.”
  • A/B can mean “only A,” “only B,” or “both A and B.”
  • A, B, C can 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”. It can mean “any combination of A, B and C.”
  • at least one of A, B or C” or “at least one of A, B and/or C” means It may mean “at least one of A, B and C.”
  • control information may be proposed as an example of “control information.”
  • control information in this specification is not limited to “PDCCH,” and “PDCCH” may be proposed as an example of “control information.”
  • PDCCH 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. Described herein is power conversion in a system for wirelessly charging devices including, for example, mobile phones, cordless phones, iPods, MP3 players, headsets, etc.
  • the basic principles of wireless power transmission include, for example, a method of transmitting power through magnetic coupling, a method of transmitting power through radio frequency (RF), and a method of transmitting power through microwaves. ) and methods of transmitting power through ultrasonic waves.
  • RF radio frequency
  • FIG. 1 is a block diagram of a wireless power system 10 according to one embodiment.
  • the wireless power system 10 includes a wireless power transmission device 100 and a wireless power reception device 200.
  • the wireless power transmission device 100 receives power from an external power source (S) and generates a magnetic field.
  • the wireless power receiving device 200 receives power wirelessly by generating current using the generated magnetic field.
  • the wireless power transmission device 100 and the wireless power reception device 200 can transmit and receive various information required for wireless power transmission.
  • communication between the wireless power transmission device 100 and the wireless power reception device 200 is either in-band communication using a magnetic field used for wireless power transmission or out-band communication using a separate communication carrier. It can be performed according to any one of (out-band communication) methods. Out-of-band communication may also be called out-of-band communication. Below, the terms are unified and described as out-band communication. Examples of out-band communication may include NFC, Bluetooth, BLE (bluetooth low energy), etc.
  • the wireless power transmission device 100 may be provided as a fixed or mobile type.
  • fixed types include those embedded in indoor ceilings, walls, or furniture such as tables, those installed as implants in outdoor parking lots, bus stops, or subway stations, or those installed in transportation vehicles such as cars or trains.
  • the mobile wireless power transmission device 100 may be implemented as part of another device, such as a mobile device of movable weight or size or the cover of a laptop computer.
  • the wireless power receiving device 200 should be interpreted as a comprehensive concept that includes various electronic devices equipped with batteries and various home appliances that are driven by receiving power wirelessly instead of a power cable.
  • Representative examples of the wireless power receiving device 200 include portable terminals, cellular phones, smart phones, personal digital assistants (PDAs), and portable media players (PMPs).
  • FIG. 2 is a block diagram of a wireless power system 10 according to another embodiment.
  • the wireless power transmission device 100 and the wireless power reception device 200 are expressed as exchanging and receiving power on a one-to-one basis.
  • one wireless power transmission device 100 can be connected to a plurality of wireless power reception devices. It is also possible to transmit power in (200-1, 200-2,..., 200-M).
  • one wireless power transmission device 100 uses a simultaneous transmission method or a time-division transmission method to simultaneously transmit multiple wireless power reception devices 200-1, 200-2, ...,200-M) can transmit power.
  • Figure 1 shows the wireless power transmission device 100 directly transmitting power to the wireless power reception device 200, but there is a wireless power transmission between the wireless power transmission device 100 and the wireless power reception device 200.
  • a separate wireless power transmission and reception device such as a relay or repeater, may be provided to increase the power transmission distance. In this case, power is transferred from the wireless power transmission device 100 to the wireless power transmission and reception device, and the wireless power transmission and reception device can then transfer power to the wireless power transmission device 200.
  • the wireless power receiver, power receiver, and receiver mentioned in this specification refer to the wireless power reception device 200. Additionally, the wireless power transmitter, power transmitter, and transmitter mentioned in this specification refer to the wireless power reception and transmission device 100.
  • Figure 3 shows examples of various electronic devices in which a wireless power transmission system is introduced.
  • FIG. 3 shows electronic devices classified according to the amount of power transmitted and received in the wireless power transmission system.
  • wearable devices such as smart watch, smart glass, HMD (Head Mounted Display), and smart ring, as well as earphones, remote controls, smartphones, PDAs, and tablets.
  • a low-power (about 5W or less or about 20W or less) wireless charging method can be applied to mobile electronic devices (or portable electronic devices) such as PCs.
  • a medium-power (approximately 50W or less or approximately 200W or less) wireless charging method can be applied to small and medium-sized home appliances such as laptops, robot vacuum cleaners, TVs, audio devices, vacuum cleaners, and monitors.
  • Kitchen appliances such as blenders, microwave ovens, and electric rice cookers, and personal mobility devices (or electronic devices/means of transportation) such as wheelchairs, electric kickboards, electric bicycles, and electric cars require high power (approximately 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-mentioned electronic devices/means of transportation can be charged by wirelessly receiving power from a wireless power transmitter.
  • WPC wireless power consortium
  • AFA air fuel alliance
  • PMA power matters alliance
  • WPC consists of the Qi ecosystem targeting mobile and wearable devices and the HI ecosystem targeting kitchen appliances, robots, and LEV (light electric vehicles).
  • a variety of wireless power transmitters and receivers using different power levels are covered by standards within each ecosystem and can be classified into different power classes or categories.
  • the Qi standard (belong to the Qi ecosystem) defines the baseline power profile (BPP), extended power profile (EPP), and magnetic power profile.
  • BPP relates to wireless power transmitting and receiving devices that support power transmission of 5W
  • EPP and MPP relate to wireless power transmitting and receiving devices that support power transmission in a range greater than 5W and less than 15W.
  • IB In-band
  • OB out-band
  • the wireless power receiving device can identify whether OB is supported by setting the OB flag in the configuration packet.
  • the wireless power transmitter supporting OB can enter the OB handover phase by transmitting a bit-pattern for OB handover in response to the configuration packet.
  • the response to the configuration packet may be NAK, ND, or a newly defined 8-bit pattern.
  • Applications of Qi spec include smartphones.
  • the IND standard (belong to HI ecosystem) relates to wireless power transmission and reception devices that provide guaranteed power of 30W to 150W.
  • IB and OB communication channels can be used for mutual information exchange and power control.
  • Applications to the IND spec include robots and power tools.
  • the LEV standard (belong to HI ecosystem) relates to wireless power transmission and reception devices that provide guaranteed power of 100W to 500W.
  • IB is an essential communication channel for LEV spec, and OB communication can also be used. IB can be used as initialization and link establishment to OB.
  • the wireless power transmitter can enter the OB handover phase using a bit pattern for OB handover.
  • the Ki standard (belong to HI ecosystem) is about wireless power transmitting and receiving devices that provide guaranteed power of 200W to 2kW, and essentially uses OB communication channels such as NFC or BLE.
  • the applications include kitchen appliances.
  • Wireless power transmission and reception devices can provide a very convenient user experience and interface (UX/UI).
  • UX/UI user experience and interface
  • a smart wireless charging service can be provided.
  • the smart wireless charging service can be implemented based on the UX/UI of a smartphone including a wireless power transmission device.
  • the interface between the smartphone's processor and the wireless charging receiver allows for "drop and play" two-way communication between the wireless power transmitter and receiver.
  • a user can 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 placed on a wireless charger, detects reception of wireless power, or when the smartphone receives information about the smart wireless charging service from the wireless charger, the smartphone asks the user to consent to additional features ( Enters the state of inquiring about opt-in.
  • the smartphone can display a message on the screen with or without an alarm sound.
  • An example of a message may include phrases such as "Welcome to ### hotel.
  • the smartphone receives the user's input of selecting Yes or No Thanks and performs the next procedure selected by the user. If Yes is selected, the smartphone transmits the information to the wireless charger. And the smartphone and wireless charger perform the smart charging function together.
  • Smart wireless charging service may also include receiving auto-filled WiFi credentials.
  • a wireless charger transmits WiFi credentials to a smartphone, and the smartphone runs the appropriate app and automatically enters the WiFi credentials received from the wireless charger.
  • Smart wireless charging service may also include running a hotel application that provides hotel promotions, remote check-in/check-out, and obtaining contact information.
  • users can experience smart wireless charging services within 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 placed on a wireless charger, detects receipt of wireless power, or receives information about the smart wireless charging service from the wireless charger, the smartphone verifies its identity with the user. Enter the inquiry state.
  • the smartphone automatically connects to the car via WiFi and/or Bluetooth.
  • the smartphone can display the message on the screen with or without an alarm sound.
  • An example of a message may include phrases such as "Welcome to your car. Select "Yes" to synch device with in-car controls: Yes
  • the smartphone receives the user's input of selecting Yes or No Thanks and performs the next procedure selected by the user. If Yes is selected, the smartphone transmits the information to the wireless charger.
  • the smartphone and wireless charger can perform in-vehicle smart control functions together by running the in-vehicle application/display software. Users can enjoy the music they want and check regular map locations.
  • In-vehicle application/display software may include the capability to provide synchronized access for pedestrians.
  • users can 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 placed on a wireless charger, detects reception of wireless power, or when the smartphone receives information about the smart wireless charging service from the wireless charger, the smartphone asks the user to consent to additional features ( Enters the state of inquiring about opt-in.
  • the smartphone can display a message on the screen with or without an alarm sound.
  • An example of a message may include phrases such as "Hi xxx, Would you like to activate night mode and secure the building?: Yes
  • the smartphone receives the user's input of selecting Yes or No Thanks and performs the next procedure selected by the user. If Yes is selected, the smartphone transmits the information to the wireless charger. Smartphones and wireless chargers can at least recognize user patterns and encourage users to lock doors and windows, turn off lights, or set alarms.
  • 'profile' will be newly defined as an indicator/standard that represents/indicates compatibility.
  • compatibility is maintained between wireless power transmission and reception devices with the same 'profile', enabling stable power transmission and reception, but it can be interpreted that power transmission and reception is not possible between wireless power transmission and reception devices with different 'profiles'.
  • Profiles can be defined independently (or independently) of the ecosystem based on compatibility and/or application.
  • Profiles can be broadly divided into four categories: i) mobile, ii) robot, iii) kitchen, and iv) LEV.
  • Qi spec, communication protocol/method can be defined as IB and OB
  • operating frequency can be defined as 87 ⁇ 205kHz, 300 ⁇ 400kHz
  • applications include smartphones, laptops, wearables, etc. It can exist.
  • IND spec communication protocol/method may include IB and OB, and examples of applications may include robots and electric tools.
  • Ki spec communication protocol/method can be defined as NFC or BLE-based, operating frequency can be defined as less than 100kHz, and examples of applications can include kitchen/home appliances, etc.
  • LEV spec may include IB and OB
  • applications may include electric bicycles and electric kickboards.
  • NFC or BLE communication can be used as an OB communication channel between the wireless power transmitter and receiver of the above profile.
  • the wireless power transmitter and receiver can mutually confirm that they are NFC devices by exchanging WPC NDEF (NFC Data Exchange Profile Format).
  • Figure 4 is a block diagram of a wireless power transmission system according to one embodiment.
  • the wireless power transmission system 10 includes a mobile device 450 that wirelessly receives power and a base station 400 that transmits power wirelessly.
  • the base station 400 is a device that provides induced power or resonance power and may include at least one wireless power transmitter (100) and a system circuit 405.
  • the wireless power transmitter 100 can transmit induced power or resonance power and control the transmission.
  • the wireless power transmitter 100 includes a power conversion circuit 110 that converts electrical energy into a power signal by generating a magnetic field through a primary coil(s) and transmits power at an appropriate level. It may include a communication/control circuit (communications & control circuit, 120) that controls communication and power transfer with the wireless power receiver 200.
  • the system circuit 405 may perform other operational controls of the base station 400, such as input power provisioning, control of a plurality of wireless power transmitters, and user interface control.
  • the primary coil can generate an electromagnetic field using alternating current power (or voltage or current).
  • the primary coil may receive alternating current power (or voltage or current) of a specific frequency output from the power conversion circuit 110, and thereby generate a magnetic field of a specific frequency.
  • the magnetic field may be generated in a non-radiative or radial form, and the wireless power receiving device 200 receives it and generates current. In other words, the primary coil transmits power wirelessly.
  • the primary and secondary coils may have any suitable shapes, for example copper wire wound around a high permeability formation such as ferrite or amorphous metal.
  • the primary coil may also be called a transmitting coil, primary core, primary winding, primary loop antenna, etc.
  • the secondary coil may also be called a receiving coil, secondary core, secondary winding, secondary loop antenna, pickup antenna, etc. .
  • the primary coil and secondary coil may be provided in the form of a primary resonance antenna and a secondary resonance antenna, respectively.
  • a resonant antenna may have a resonant structure including a coil and a capacitor.
  • the resonant frequency of the resonant antenna is determined by the inductance of the coil and the capacitance of the capacitor.
  • the coil may be in the form of a loop.
  • a core may be placed inside the loop.
  • the core may include a physical core such as a ferrite core or an air core.
  • the resonance phenomenon refers to a phenomenon in which when a near field corresponding to the resonance frequency is generated in one resonant antenna and another resonant antenna is located nearby, both resonant antennas are coupled to each other, resulting in highly efficient energy transfer between the resonant antennas. .
  • the primary resonant antenna and the secondary resonant antenna resonate with each other, and accordingly, in general, the magnetic field generated from the primary resonant antenna
  • the magnetic field is focused toward the secondary resonant antenna with higher efficiency compared to the case where it 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 can be implemented similarly to the magnetic resonance method, but in this case, the frequency of the magnetic field does not need to be the resonance frequency. Instead, the magnetic induction method requires matching between the loops that make up the primary and secondary coils, and the gap between the loops must be very close.
  • the wireless power transmitter 100 may further include a communication antenna.
  • a communication antenna can transmit and receive communication signals using a communication carrier other than magnetic field communication.
  • a communication antenna can transmit and receive communication signals such as Wi-Fi, Bluetooth, Bluetooth LE, ZigBee, and NFC.
  • the communication/control circuit 120 can transmit and receive information with the wireless power reception device 200.
  • the communication/control circuit 120 may include at least one of an IB communication module or an OB communication module.
  • the IB communication module can transmit and receive information using magnetic waves with a specific frequency as the center frequency.
  • the communication/control circuit 120 performs in-band communication by carrying communication information at 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.
  • modulation methods 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) are used.
  • BPSK binary phase shift keying
  • FSK frequency shift keying
  • ASK amplitude shift keying
  • NZR non-zero return level
  • coding methods such as -L: non-return-to-zero level (L) coding, information can be stored in magnetic waves or magnetic waves containing information can be interpreted.
  • the communication/control circuit 120 can transmit and receive information up to a distance of several meters at a data transmission rate of several kbps.
  • the OB 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 short-range communication modules 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 transmission device 100.
  • the communication/control circuit 120 can perform computation and processing of various information and control each component of the wireless power transmission device 100.
  • the communication/control circuit 120 may be implemented in a computer or 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, it may be provided in the form of a program that drives the hardware communication/control circuit 120. can be provided.
  • the communication/control circuit 120 can control transmission power by controlling the operating point.
  • the operating point being controlled may correspond to a combination of frequency (or phase), duty cycle, duty ratio, and voltage amplitude.
  • the communication/control circuit 120 may control transmission power by adjusting at least one of frequency (or phase), duty cycle, duty ratio, and voltage amplitude.
  • the wireless power transmitter 100 may supply constant power
  • the wireless power receiver 200 may control received power by controlling the resonance frequency.
  • the wireless power transmitter 100 can be classified, for example, in terms of the number of primary coils activated for power transmission.
  • the wireless power transmitter 100 supporting a wireless power transmission amount of up to 5W is, for example, a type A wireless power transmitter 100 and a type A wireless power transmitter 100.
  • B type B wireless power transmitters 100
  • supports a wireless power transmission amount of 5W or more i.e., a wireless power transmitter 100 that supports the MPP or EPP protocol.
  • it can be classified into a type MP-A (MP-A) wireless power transmitter 100 and a type MP-B (type MP-B) wireless power transmitter 100.
  • Type A and Type MP A wireless power transmitters 100 may have one or more primary coils.
  • Type A and Type MP A wireless power transmitters 100 activate a single primary coil at a time, so a single primary cell matching the activated primary coil can be used.
  • Type B and Type MP B power transmitters may have a primary coil array. And Type B and Type MP B power transmitters can enable free positioning. To this end, Type B and Type MP B power transmitters can activate one or more primary coils in the array to realize primary cells at different locations on the interface surface.
  • a wireless power transmitter that utilizes magnets and supports wireless power transmission of 5W or more i.e., a wireless power transmitter that supports the MPP protocol
  • a wireless power transmitter that supports the MPP protocol can be proposed, and the MPP protocol will be described later.
  • BPP supports power of up to 5W
  • EPP supports power of more than 5W and less than 50W
  • MPP supports power of more than 5W and less than 50W. You can. In other words, EPP or MPP can be considered to support power of 5 ⁇ 50W.
  • the mobile device 450 receives and stores the power received from the wireless power receiver 200 and a wireless power receiver 200 that receives wireless power through a secondary coil, and supplies it to the device. Includes load (455).
  • the wireless power receiver 200 may include a power pick-up circuit (210) and a communications/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 alternating current signal obtained through the secondary coil and converts it into a direct current signal.
  • the communication/control circuit 220 can control transmission and reception of wireless power (power transmission and reception).
  • the secondary coil may receive wireless power transmitted from the wireless power transmission device 100.
  • the secondary coil can receive power using the magnetic field generated by the primary coil.
  • a specific frequency is the resonance frequency
  • a self-resonance phenomenon occurs between the primary coil and the secondary coil, allowing power to be transmitted more efficiently.
  • the communication/control circuit 220 may further include a communication antenna.
  • a communication antenna can transmit and receive communication signals using a communication carrier other than magnetic field communication.
  • a communication antenna can transmit and receive communication signals such as Wi-Fi, Bluetooth, Bluetooth LE, ZigBee, and NFC.
  • the communication/control circuit 220 can transmit and receive information with the wireless power transmission device 100.
  • the communication/control circuit 220 may include at least one of an IB communication module or an OB communication module.
  • the IB communication module can transmit and receive information using magnetic waves with a specific frequency as the center frequency.
  • the communication/control circuit 220 may perform IB communication by carrying information in magnetic waves and transmitting it through a secondary coil, or by receiving magnetic waves containing information through a secondary coil.
  • modulation methods 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) are used.
  • BPSK binary phase shift keying
  • FSK frequency shift keying
  • ASK amplitude shift keying
  • NZR non-zero return level
  • coding methods such as -L: non-return-to-zero level (L) coding, information can be stored in magnetic waves or magnetic waves containing information can be interpreted.
  • the communication/control circuit 220 can transmit and receive information up to a distance of several meters at a data transmission rate of several kbps.
  • the OB 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 short-range communication modules 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 reception device 200.
  • the communication/control circuit 220 can perform computation and processing of various information and control each component of the wireless power reception device 200.
  • the communication/control circuit 220 may be implemented in a computer or 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, it may be provided in the form of a program that drives the hardware communication/control circuit 220. can be provided.
  • the communication/control circuit 120 and the communication/control circuit 220 are an OB communication module or a short-range communication module that is Bluetooth or Bluetooth LE, the communication/control circuit 120 and the communication/control circuit 220 are shown in Figure 5, respectively. It can be implemented and operate with the same communication architecture.
  • Figure 5 is a diagram showing an example of a Bluetooth communication architecture to which an embodiment according to the present specification can be applied.
  • FIG. 5 shows an example of a Bluetooth Basic Rate (BR)/Enhanced Data Rate (EDR) protocol stack supporting GATT, and (b) shows an example of a protocol stack of Bluetooth Low Energy (LE). Shows an example of a protocol stack.
  • BR Bluetooth Basic Rate
  • EDR Enhanced Data Rate
  • LE Bluetooth Low Energy
  • the Bluetooth BR/EDR protocol stack consists of an upper controller stack (Controller stack) 460 and a lower one based on the Host Controller Interface (HCI) 18. May include a host stack (Host Stack, 470).
  • the host stack (or host module) 470 refers to a wireless transmitting and receiving module that receives a 2.4 GHz Bluetooth signal and hardware for transmitting or receiving Bluetooth packets, and the controller stack 460 is connected to the Bluetooth module and operates the Bluetooth module. Control and perform actions.
  • the host stack 470 may include a BR/EDR PHY layer 12, a BR/EDR Baseband layer 14, and a Link Manager layer (Link Manager) 16.
  • the BR/EDR PHY layer 12 is a layer that transmits and receives 2.4GHz wireless signals, and when using GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) modulation, data can be transmitted by hopping 79 RF channels.
  • GFSK Gausian Frequency Shift Keying
  • the BR/EDR Baseband layer 14 is responsible for transmitting digital signals, selects a channel sequence that hops 1400 times per second, and transmits a time slot of 625us for each channel.
  • the link manager layer 16 uses the Link Manager Protocol (LMP) to control the overall operation (link setup, control, security) of the Bluetooth connection.
  • LMP Link Manager Protocol
  • the link manager layer 16 can perform the following functions.
  • the host controller interface layer 18 provides an interface between the host module and the controller module, allowing the host to provide commands and data to the controller, and allows the controller to provide events and data to the host.
  • the host stack (or host module, 20) includes Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP, 21), Attribute Protocol (Protocol, 22), Generic Attribute Profile (GATT, 23), and Generic Access Profile (Generic Access). Includes Profile, GAP, 24), and BR/EDR Profile (25).
  • the Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP, 21) can provide a bidirectional channel for transmitting data to a specific protocol or profile.
  • the L2CAP 21 is capable of multiplexing various protocols, profiles, etc. provided by Bluetooth.
  • 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 general attribute profile may be operable as a protocol that describes how the attribute protocol 22 is used when configuring services.
  • the generic attribute profile 23 may be operable to specify how ATT attributes are grouped together into services and may be operable to describe characteristics associated with services.
  • the general attribute profile 23 and the attribute protocol ATT 22 may use features to describe the state and services of the device, how the features 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 exchanging these data, and the general access profile (Generic Access Profile, GAP, 24) defines device discovery, connection, and security levels.
  • GAP Global System for Mobile communications
  • 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. Includes (Host stack, 490).
  • the controller stack 480 may be implemented using a communication module that may include a Bluetooth wireless device and a processor module that may include a processing device, such as a microprocessor.
  • Host stack 490 may be implemented as part of an OS running on a processor module, or as an instantiation of a package on an OS.
  • controller stack and host stack may operate or execute 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 host controller interface
  • the physical layer (PHY, wireless transmission/reception module, 32) is a layer that transmits and receives 2.4 GHz wireless signals and uses GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) modulation and a frequency hopping technique consisting of 40 RF channels.
  • GFSK Gausian Frequency Shift Keying
  • the link layer 34 which plays a role in transmitting or receiving Bluetooth packets, performs advertising and scanning functions using three advertising channels, then creates a connection between devices and transmits data packets of up to 257 bytes through 37 data channels. Provides the function of sending and receiving.
  • the host stack includes GAP (Generic Access Profile, 40), Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP, 41), Security Manager (SM, 42), Attribute Protocol (ATT, 440), and General Attribute Profile. (Generic Attribute Profile, GATT, 44), Generic Access Profile (25), and LT Profile (46).
  • GAP Generic Access Profile
  • L2CAP Logical Link Control and Adaptation Protocol
  • SM Security Manager
  • ATT Attribute Protocol
  • General Attribute Profile Generic Attribute Profile, GATT, 44
  • Generic Access Profile 25
  • LT Profile 46
  • the host stack 490 is not limited to this and may include various protocols and profiles.
  • the host stack uses L2CAP to multiplex various protocols and profiles provided by Bluetooth.
  • L2CAP Logical Link Control and Adaptation Protocol, 41
  • L2CAP Logical Link Control and Adaptation Protocol, 41
  • the L2CAP 41 may be operable to multiplex data between upper layer protocols, segment and reassemble packages, and manage multicast data transmission.
  • Bluetooth LE basically uses three fixed channels (1 for signaling CH, 1 for Security Manager, and 1 for Attribute protocol). Additionally, dynamic channels can be used as needed.
  • BR/EDR Base Rate/Enhanced Data Rate
  • BR/EDR Basic Rate/Enhanced Data Rate
  • SM Security Manager
  • ATT Attribute Protocol, 43
  • ATT has the following six message types (Request, Response, Command, Notification, Indication, Confirmation).
  • the Request message is a message to request and deliver specific information from the client device to the server device
  • the Response message is a response message to the Request message and can be used to transmit from the server device to the client device.
  • Command message A message sent from a client device to a server device mainly 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 of events, etc., and the client device does not send a confirmation message for the Notification message to the server device.
  • Indication and Confirm message A message sent from the server device to the client device for notification of events, etc.. 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 UUID to obtain characteristic information from the server. Values can be transmitted.
  • the general access profile (GAP, 45) is a newly implemented layer for Bluetooth LE technology and is used to control role selection for communication between Bluetooth LE devices and how multi-profile operation occurs.
  • the general access profile 45 is mainly used in device discovery, connection creation, and security procedures, defines a method of providing information to the user, and defines the types of attributes as follows.
  • the LE profile 46 is a profile dependent on GATT and is mainly applied to Bluetooth LE devices.
  • the LE profile 46 may include, for example, Battery, Time, FindMe, Proximity, Time, etc., and the specific details of GATT-based Profiles are as follows.
  • the general attribute profile may be operable as a protocol that describes how the attribute protocol (43) is used when configuring services.
  • the generic attribute profile 44 may be operable to specify how ATT attributes are grouped together into services and may be operable to describe characteristics associated with services.
  • the general attribute profile 44 and the attribute protocol ATT 43 may use features to describe the state and services of the device, how the features relate to each other and how they are used.
  • BLE procedures can be divided into Device Filtering Procedure, Advertising Procedure, Scanning Procedure, Discovering Procedure, and Connecting Procedure.
  • the device filtering procedure is a method to reduce the number of devices that respond to requests, instructions, notifications, etc. in the controller stack.
  • the controller stack can control the power consumption in the BLE controller stack by reducing the number of requests transmitted.
  • An advertising device or scanning device may perform the device filtering procedure to limit devices that receive advertising packets, scan requests, or connection requests.
  • an advertising device refers to a device that transmits advertising events, that is, performs advertising, and is also expressed as an advertiser.
  • a scanning device refers to a device that performs scanning or a device that transmits a scan request.
  • a scanning device when a scanning device receives some advertising packets from an advertising device, the scanning device must send a scan request to the advertising device.
  • the scanning device may ignore advertising packets transmitted from an advertising device.
  • Device filtering procedures can also be used during the connection request process. If device filtering is used in the connection request process, there is no need to transmit a response to the connection request by ignoring the connection request.
  • the advertising device performs an advertising procedure to perform a non-directional broadcast to devices within the area.
  • undirected advertising is advertising aimed at all devices rather than broadcasting towards a specific device, and all devices scan the advertising to request additional information or You can make a connection request.
  • directed advertising allows only devices designated as receiving devices to scan advertising and request additional information or connection.
  • the advertising procedure is used to establish a Bluetooth connection with a nearby initiating device.
  • the advertising procedure may be used to provide periodic broadcasts of user data to scanning devices that are listening on the advertising channel.
  • Advertising devices may receive scan requests from listening devices that are listening to obtain additional user data from the advertising device.
  • the advertising device transmits a response to the scan request to the device that transmitted the scan request through the same advertising physical channel as the advertising physical channel that received the scan request.
  • Broadcast 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 (broadcast) physical channel. If the advertising device used a connectable advertising event and the initiating device was not filtered by the device filtering procedure, the advertising device stops advertising and enters connected mode. The advertising device may start advertising again after being in connected mode.
  • the device that performs scanning that is, the scanning device, performs a scanning procedure to listen to the non-directional broadcast of user data from advertising devices using an advertising physical channel.
  • the scanning device transmits a scan request to the advertising device through the advertising physical channel to request additional data from the advertising device.
  • the advertising device transmits a scan response, which is a response to the scan request, including additional data requested by the scanning device through the advertising physical channel.
  • the scanning procedure can be used while connecting to another BLE device in a BLE piconet.
  • the scanning device If the scanning device receives a broadcasted advertising event and is in an initiator mode that can initiate a connection request, the scanning device transmits a connection request to the advertising device through the advertising physical channel, thereby You can start a Bluetooth connection with .
  • the scanning device When the scanning device transmits a connection request to the advertising device, the scanning device stops scanning initiator mode for additional broadcasts and enters connection mode.
  • 'Bluetooth devices' Devices capable of Bluetooth communication (hereinafter referred to as 'Bluetooth devices') perform advertising and scanning procedures to discover devices existing nearby 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 it listens to find devices that advertise scannable advertising events.
  • a Bluetooth device that can be discovered and used by other devices is called a discoverable device, and actively broadcasts advertising events so that other devices can scan through an advertising (broadcast) physical channel.
  • Both the discovering device and the discoverable device may already be connected to other Bluetooth devices in the piconet.
  • connection procedure is asymmetric, requiring one Bluetooth device to perform an advertising procedure while another Bluetooth device performs a scanning procedure.
  • a connection may be initiated by transmitting a connection request to the advertising device through an advertising (broadcast) physical channel.
  • the link layer enters the advertisement state according to instructions from the host (stack).
  • the link layer transmits advertising PDUs (Packet Data Circuits) in advertising events.
  • Each advertising event consists of at least one advertising PDU, and the advertising PDUs are transmitted through the advertising channel indices used.
  • the advertising event may be terminated when each advertising PDU is transmitted through the advertising channel indexes used, or the advertising event may be terminated earlier if the advertising device needs to secure space to perform 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 advertising channel indices.
  • scanning states There are two types of scanning states: passive scanning and active scanning, and each scanning type is determined by the host.
  • ScanInterval is defined as the interval between the starting points of two consecutive scan windows.
  • the link layer must listen for completion of all scan intervals of the scan window as directed by the host, provided there are no scheduling conflicts. 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 When passive scanning, the link layer only receives packets and does not transmit any packets.
  • the link layer When actively scanning, the link layer performs listening to the advertising device to rely on advertising PDUs and the advertising PDU type, which can request additional information about the advertising device.
  • the link layer enters the initiation state under the direction of the host (stack).
  • the link layer When the link layer is in the startup state, the link layer performs listening for advertising channel indices.
  • the link layer listens for the advertising channel index during the scan window period.
  • the link layer enters the connected state when the device performing the connection request, that is, the initiating device, transmits 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 created. However, the connection need not be considered established at the time it enters the connected state. The only difference between a newly created connection and an established connection is the link layer connection supervision timeout value.
  • the link layer performing the master role is called the master, and the link layer performing the slave role is called the slave.
  • the master controls the timing of the connection event, and the connection event refers to the point in time when the master and slave are synchronized.
  • the Link Layer has only one packet format used for both advertising channel packets and data channel packets.
  • Each packet consists of four fields: Preamble, Access Address, PDU, and CRC.
  • the PDU When a packet is transmitted in an advertising channel, the PDU will be an advertising channel PDU, and when a packet is transmitted in a data channel, the PDU will be a data channel PDU.
  • the advertising channel PDU Packet Data Circuit
  • PDU Packet Data Circuit
  • the PDU type field of the advertising channel PDU included in the header indicates the PDU type as defined in Table 1 below.
  • the advertising channel PDU types below are called advertising PDUs and are used in specific events.
  • ADV_IND Linkable non-directional advertising event
  • ADV_DIRECT_IND Connectable directional advertising event
  • ADV_NONCONN_IND Non-directional advertising event not reachable.
  • ADV_SCAN_IND Scannable non-directional advertising events
  • the PDUs are transmitted at the link layer in the advertising state and received by the link layer in the scanning state or initiating state.
  • the advertising channel PDU type below is called a scanning PDU and is used in the conditions described below.
  • SCAN_REQ Transmitted by the link layer in the scanning state, and received by the link layer in the advertising state.
  • SCAN_RSP Transmitted by the link layer in the advertising state and received by the link layer in the scanning state.
  • the advertising channel PDU type below is called an initiating PDU.
  • CONNECT_REQ Sent by the link layer in the initiation state and received by the link layer in the advertisement state.
  • the data channel PDU has a 16-bit header, a payload of various sizes, and may include a Message Integrity Check (MIC) field.
  • MIC Message Integrity Check
  • load 455 may be a battery.
  • the battery can store energy using the power output from the power pickup circuit 210.
  • the mobile device 450 does not necessarily include a battery.
  • the battery may be provided in a detachable external configuration.
  • the wireless power receiving device 200 may include a driving means that drives various operations of the electronic device instead of a battery.
  • the mobile device 450 is shown as including a wireless power receiving device 200, and the base station 400 is shown as including a wireless power transmitting device 100, but in a broad sense, the wireless power receiving device ( 200) may be identified with the mobile device 450 and the wireless power transmission device 100 may be identified with the base station 400.
  • wireless power transmission including the communication/control circuit 120 may be represented as a simplified block diagram as shown in FIG. 6.
  • Figure 6 is a block diagram showing a wireless power transmission system using BLE communication according to an example.
  • the wireless power transmission device 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 receiving device 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 and 222 perform the architecture and operation according to FIG. 5 .
  • the BLE communication modules 122 and 222 may be used to establish a connection between the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 and exchange control information and packets necessary for wireless power transmission. 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.
  • Figure 7 is a block diagram showing a wireless power transmission system using BLE communication according to another example.
  • the communication/control circuits 120 and 220 include only in-band communication modules 121 and 221, respectively, and the BLE communication modules 122 and 222 include communication/control circuits 120 and 222, respectively. 220) can also be provided separately.
  • the coil or coil unit may be referred to as a coil assembly, coil cell, or cell including a coil and at least one element adjacent to the coil.
  • the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 communicate for the purpose of configuring and controlling power transmission. Let's begin.
  • the power signal can provide a carrier for all communications, and the protocol for communication can be composed of several steps.
  • the communication protocol will be described.
  • Figure 8 is a state transition diagram for explaining the wireless power transfer procedure.
  • WPC can define two communication protocols.
  • BPP Baseline Protocol
  • EPP Extended Protocol
  • FOD foreign object detection
  • the power transfer operation between the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 is largely divided into a ping phase 810 and a configuration phase 820. It can be divided into (Configuration Phase), negotiation phase (830) (Negotiation Phase), and power transfer phase (Power Transfer Phase).
  • the wireless power transmitter 100 may attempt to establish communication with the wireless power receiver 200. Before attempting to establish communication, measurements may be performed to determine whether there are objects such as bank cards, coins or other metals that may be damaged or heated during power transfer. Here, these measurements can be performed without waking up the wireless power receiver 200.
  • the wireless power transmitter 100 obtains design information from the wireless power receiver 200 and then concludes whether the detected metal is a foreign object or a friendly metal in a negotiation phase. You can postpone it to (830).
  • the wireless power receiver 200 may send basic identification and configuration data to the wireless power receiver 200. And, both the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 can use this information to create a baseline power transfer contract.
  • the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 may determine whether to continue the baseline protocol or the extended protocol in the configuration phase 820.
  • the wireless power receiver 200 can use functions such as enhanced FOD, data transport stream, and authentication only when implementing the extended protocol.
  • the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 may establish an extended power transfer contract that includes additional settings and restrictions. Additionally, the wireless power receiver 200 may provide design information to the wireless power transmitter 100. Later, the design information can be used to complete the FOD before transitioning to the power transfer phase 840.
  • the negotiation phase 830 may correspond to a step that does not exist in the baseline protocol.
  • the power transfer phase 840 may be a step in which power is transferred to the load of the wireless power receiver 200.
  • the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 may perform system calibration when this step begins. This stage may occasionally be interrupted to renegotiate elements of the power transmission agreement. However, power transfer may continue during this renegotiation.
  • the wireless power transmitter 100 does not yet know whether the wireless power receiver 200 is within the operating volume. In addition, the wireless power transmitter 100 cannot recognize the wireless power receiver 200. For that reason, this system is usually disabled due to lack of power signal.
  • the wireless power transmitter 100 may go through the following steps.
  • Figure 9 schematically shows an example of the protocol of the ping phase 810.
  • the wireless power transmitter 100 can perform analog ping (S910). That is, the wireless power transmitter 100 can confirm whether an object exists in the operating volume by transmitting an analog ping. For example, a wireless power transmitter can detect whether an object exists in the operating space based on a change in current in the transmission coil or primary coil.
  • the wireless power transmitter 100 may apply NFC tag protection (S920).
  • NFC tag protection can be performed through the following procedures.
  • the wireless power transmitter 100 determines that the NFC tag cannot withstand the power signal, it does not start a digital ping and maintains the ping phase, and the wireless power transmitter 100 may inform the user of the reason why it cannot proceed. there is.
  • the wireless power transmitter 100 may detect foreign matter (S930). That is, the wireless power transmitter 100 can collect information that helps determine whether there is a foreign substance other than the wireless power receiver 200. For this purpose, the wireless power transmitter 100 can use various methods such as the free-power FOD method.
  • the radio power receiver may not operate.
  • the wireless power transmitter 100 may start a digital ping (S940).
  • the digital ping may request a response such as a signal strength (SIG) data packet or an end power transfer (EPT) data packet from the wireless power receiver 200.
  • SIG signal strength
  • EPT end power transfer
  • the wireless power transmitter 100 may receive the SIG or EPT from the wireless power receiver 200 (S950).
  • the SIG data packet may provide a measure of coupling, and the SIG data packet may include information about signal strength values.
  • the EPT data packet may provide a request to stop power transmission and a reason for the request.
  • the wireless power transmitter 100 may repeat the above steps while remaining in the ping phase 810.
  • the configuration phase 820 is part of the following protocol.
  • the wireless power receiver 200 can identify itself to the wireless power transmitter 100.
  • the wireless power receiver 200 and the wireless power transmitter 100 can establish a baseline power transfer agreement.
  • the wireless power receiver 200 and the wireless power transmitter 100 can determine the protocol variant to be used for power transmission.
  • the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 may continue to operate using the digital ping parameter. This may mean that the power and current levels of both the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 change only when the user moves the wireless power receiver 200 from position within the operating volume.
  • Figure 10 schematically shows an example of the protocol of the configuration phase 820.
  • the wireless power transmitter 100 may receive an identification (ID) from the wireless power receiver 200 (S1010).
  • the wireless power transmitter 100 may also receive an extended identification (XID) from the wireless power receiver 200 (S1020). That is, the wireless power receiver 200 can identify itself using an ID data packet and, optionally, an XID data packet.
  • ID identification
  • XID extended identification
  • the wireless power transmitter 100 may optionally receive a power control hold-off (PCH) data packet from the wireless power receiver 200 (S1030), and the wireless power transmitter 100 may receive CFG from the wireless power receiver 200.
  • PCH power control hold-off
  • Data packets can be received (S1040). That is, the wireless power receiver 200 can provide data for use in a power transfer contract using PCH and/or CFG data packets.
  • the wireless power transmitter 100 can check the extended protocol if possible (S1050).
  • the ID data packet may be information that identifies the wireless power receiver 200.
  • the ID may include a manufacturer code, basic device identifier, etc.
  • the ID may also include information that identifies the presence or absence of an XID data packet in the setup phase.
  • XID data packets may contain additional identification data.
  • the PCH data packet may configure the delay between the reception of the CE data packet and the wireless power transmitter 100 starting coil current adjustment.
  • CFG data packets can provide basic configuration data.
  • a CFG data packet can provide all parameters governing power transfer in the baseline protocol.
  • CFG data packets can provide all FSK communication parameters used in the extended protocol.
  • CFG data packets may provide additional functions of the wireless power receiver 200.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a message field of a configuration packet (CFG) of a wireless power reception device according to an embodiment.
  • CFG configuration packet
  • the configuration packet (CFG) may have a header value of 0x51, and the message field of the configuration packet (CFG) includes a 1-bit authentication (AI) flag and a 1-bit outband (OB). ) flags may be included.
  • AI authentication
  • OB outband
  • the authentication flag (AI) indicates whether the wireless power receiving device supports the authentication function. For example, if the value of the authentication flag (AI) is '1', it indicates that the wireless power receiving device supports the authentication function or can operate as an authentication initiator, and the value of the authentication flag (AI) is '1'. If it is '0', it may indicate that the wireless power receiving device does not support the authentication function or cannot operate as an authentication initiator.
  • the out-of-band (OB) flag indicates whether the wireless power receiving device supports out-of-band communication. For example, if the value of the out-band (OB) flag is '1', the wireless power receiving device indicates out-band communication, and if the value of the out-band (OB) flag is '0', the wireless power receiving device indicates out-band communication. You can indicate that it is not supported.
  • Provision of the ID and/or XID described above is for identification purposes. And, the provision of PCH and/or CFG is for building a power transmission contract.
  • the negotiation phase 830 is a part of an extended protocol that allows the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 to change the power transmission agreement. There are two types of this stage.
  • the negotiation phase 830 directly follows the configuration phase 820 and serves to create an initial extended power transmission contract.
  • the negotiation phase 830 also serves to complete the pre-power FOD function.
  • the length of the negotiation phase is not limited.
  • the renegotiation phase can interrupt the power transfer phase 840 multiple times and generally serves to adjust a single element of the power transfer agreement.
  • FOD/qf, FOD/rf, and SRQ/rpr data packets may not be used in the renegotiation phase.
  • Constraints on CE data packets in the power transfer phase 840 limit the length of the renegotiation phase.
  • the Power Transfer Contract related to the reception/transmission of wireless power between the wireless power receiver and the wireless power transmitter is expanded or changed, or at least some of the elements of the power transfer contract are adjusted.
  • the power transmission contract may be renewed, or information may be exchanged to establish out-of-band communication.
  • Figure 12 is a flowchart schematically illustrating a protocol of a negotiation stage or a renegotiation stage according to an embodiment.
  • the wireless power transmitter 100 may receive a FOD status data packet (e.g. FOD) from the wireless power receiver 200 (S1210).
  • FOD status data packet e.g. FOD
  • the wireless power receiver 200 can use the FOD status data packet to inform the wireless power transmitter 100 of the effect its presence has on selected properties of the reference wireless power transmitter 100.
  • the wireless power transmitter 100 can configure the FOD function using this information.
  • the wireless power transmitter 100 may transmit an ACK/NAK for the FOD status data packet to the wireless power receiver 200 (S1215).
  • the wireless power receiver 200 may receive an identification data packet (ID), a capabilities data packet (CAP), and an extended CAP (XCAP) of the wireless power transmitter 100 using a general request data packet (GRQ).
  • ID identification data packet
  • CAP capabilities data packet
  • XCAP extended CAP
  • the general request packet may have a header value of 0x07 and may include a 1-byte message field.
  • the message field of the general request packet (GRQ) may include a header value of a data packet that the wireless power receiver 200 requests from the wireless power transmitter 100 using the GRQ packet.
  • the wireless power receiver 200 may transmit a GRQ packet (GRQ/id) requesting an ID packet of the wireless power transmitter 100 to the wireless power transmitter 100 (S1220).
  • GRQ/id GRQ/id
  • the wireless power transmitter 100 that has received the GRQ/id may transmit an ID packet to the wireless power receiver 200 (S1225).
  • the ID packet of the wireless power transmitter 100 includes information about the 'Manufacturer Code'.
  • the ID packet containing information about the 'Manufacturer Code' allows the manufacturer of the wireless power transmitter 100 to be identified.
  • the wireless power receiver 200 may transmit a GRQ packet (GRQ/cap) requesting a capability packet (CAP) of the wireless power transmitter 100 to the wireless power transmitter 100 ( S1230).
  • GRQ/cap GRQ packet
  • the message field of GRQ/cap may include the header value (0x31) of the capability packet (CAP).
  • the wireless power transmitter 100 that has received the GRQ/cap may transmit a capability packet (CAP) to the wireless power receiver 200 (S1235).
  • CAP capability packet
  • the wireless power receiver 200 may transmit a GRQ packet (GRQ/xcap) requesting a capability packet (CAP) of the wireless power transmitter 100 to the wireless power transmitter 100 ( S1240).
  • GRQ/xcap may include the header value (0x32) of the performance packet (XCAP).
  • the wireless power transmitter 100 that has received GRQ/xcap may transmit a capability packet (XCAP) to the wireless power receiver 200 (S1245).
  • XCAP capability packet
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a message field of a capability packet (CAP) of a wireless power transmission device according to an embodiment.
  • CAP capability packet
  • a capability packet may have a header value of 0x31 and, referring to FIG. 19, may include a 3-byte message field.
  • the message field of the capability packet may include a 1-bit authentication (AR) flag and a 1-bit outband (OB) flag.
  • the authentication flag (AR) indicates whether the wireless power transmitter 100 supports the authentication function. For example, if the value of the authentication flag (AR) is '1', it indicates that the wireless power transmitter 100 supports the authentication function or can operate as an authentication responder, and the value of the authentication flag (AR) is If this is '0', it may indicate that the wireless power transmitter 100 does not support the authentication function or cannot operate as an authentication responder.
  • the outband (OB) flag indicates whether the wireless power transmitter 100 supports outband communication. For example, if the value of the out-band (OB) flag is '1', the wireless power transmitter 100 indicates out-band communication, and if the value of the out-band (OB) flag is '0', the wireless power transmitter 100 may indicate that out-of-band communication is not supported.
  • the wireless power receiver 200 can receive the capability packet (CAP) of the wireless power transmitter 100 and check whether the wireless power transmitter 100 supports the authentication function and whether it supports out-of-band communication.
  • CAP capability packet
  • the wireless power receiver 200 uses at least one specific request packet (SRQ, Specific Request data packet) in the negotiation or renegotiation phase to enter into a power transfer agreement (Power Transfer) related to the power to be provided in the power transfer phase.
  • Contract) elements can be updated (S1250), and ACK/NAK for this can be received (S1255).
  • the wireless power receiver 200 transmits SRQ/en to the wireless power transmitter 100 (S1260) and receives ACK from the wireless power transmitter 100. You can (S1265).
  • the power transfer phase 840 is a part of the protocol in which actual power is transmitted to the load of the wireless power receiver 200.
  • power transfer may proceed according to the conditions of the power transfer contract created in the negotiation phase 830.
  • the wireless power receiver 200 can control the power level by transmitting control error (CE) data measuring the deviation between the target and the actual operating point of the wireless power receiver 200 to the wireless power transmitter 100. there is.
  • CE control error
  • the wireless power transmitter 100 and wireless power receiver 200 aim to make the control error data zero, at which point the system will operate at the target power level.
  • the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 may exchange information to facilitate FOD.
  • the wireless power receiver 200 regularly reports the amount of power it receives (received power level) to the wireless power transmitter 100, and the wireless power transmitter 100 reports whether a foreign substance has been detected. This can be notified to the receiver 200.
  • Methods that can be used for FOD in the power transfer phase may correspond, for example, to power loss calculations.
  • the wireless power transmitter 100 compares the received power level reported by the wireless power receiver 200 with the amount of transmitted power (transmit power level) and when the difference exceeds a threshold, the wireless power receiver 200 ) can send a signal (about whether foreign substances have been monitored).
  • the wireless power transmitter 100 or the wireless power receiver 200 may request renegotiation of the power transfer contract during the power transfer phase.
  • Examples of changed circumstances in which renegotiation of a power transmission contract may occur include:
  • the wireless power transmitter 100 can no longer maintain the current power level due to the increased operating temperature (or vice versa, i.e., operates at a higher power level after the wireless power receiver 200 has sufficiently cooled down) when you can).
  • the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 may initiate a data transmission stream to exchange application level data throughout the power transfer phase 840.
  • each side can verify the other's credentials in a tamper-proof manner.
  • the wireless power receiver 200 may want to check the credentials of the wireless power transmitter 100 to ensure that the wireless power transmitter 100 can be trusted to operate safely at high power levels. Having the appropriate credentials can mean you have passed compliance testing.
  • the present specification may provide a method of starting power transfer at a low power level and controlling the power to a higher level only after successfully completing the authentication protocol.
  • the operation between the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 in the power transfer phase 840 has been schematically described.
  • the protocol in the power transfer phase 840 will be described separately as a baseline protocol and an extended protocol.
  • Figure 14 schematically shows a flowchart of the data flow for the power transfer phase 840 in the baseline protocol.
  • the wireless power receiver 200 may transmit CE to the wireless power transmitter 100 (S1410).
  • the wireless power receiver 200 can generally transmit CE data packets several times per second.
  • the wireless power receiver 200 may generally transmit a received power (RP) data packet (RP8 in the baseline protocol) to the wireless power transmitter 100 once every 1.5 seconds (S1420).
  • RP received power
  • the wireless power receiver 200 may transmit a charge status (CHS) data packet to the wireless power transmitter 100 (S1430).
  • CHS charge status
  • CE data packets can provide feedback on the desired power level.
  • the CE data packet may include a control error value, where the control error value may be a signed integer value that is a relative measure of the deviation between the actual operating point and the target operating point of the wireless power receiver 200. . If the control error value at this time is a positive value, it indicates that the actual operating point is below the target operating point, and the wireless power transmitter 100 may be requested to increase the power signal. If the control error value is a negative value, it indicates that the actual operating point is above the target operating point, and the wireless power transmitter 100 may be requested to reduce the power signal.
  • RP8 data packets can report the received power level.
  • RP8 data packets can only be included in the baseline protocol.
  • CHS data packets can provide the charge level of the battery at the load.
  • Figure 15 schematically shows a flowchart of the data flow for the power transfer phase 840 in the extended protocol.
  • the wireless power receiver 200 may transmit CE to the wireless power transmitter 100 (S1510).
  • the wireless power receiver 200 can generally transmit CE data packets several times per second.
  • the wireless power receiver 200 may generally transmit a received power (RP) data packet (RP in the extended protocol) to the wireless power transmitter 100 once every 1.5 seconds (S1515).
  • RP received power
  • control error packet (CE) and the received power packet (RP) are data packets that must be repeatedly transmitted / received according to the required timing constraints for control of wireless power.
  • the wireless power transmitter 100 can control the level of wireless power transmitted based on the control error packet (CE) and received power packet (RP) received from the wireless power receiver 200.
  • CE control error packet
  • RP received power packet
  • the wireless power transmitter 100 may respond to the received power packet (RP) with a bit pattern such as ACK, NAK, or ATN (S1520).
  • the fact that the wireless power transmitter 100 responds with ACK to a received power packet (RP/0) with a mode value of 0 means that power transmission can continue at the current level.
  • the wireless power transmitter 100 responds with NAK to a received power packet (RP/0) with a mode value of 0, this means that the wireless power receiver 200 must reduce power consumption.
  • the wireless power transmitter 100 For a received power packet (RP/1 or RP/2) with a mode value of 1 or 2, the wireless power transmitter 100 responds with ACK when the wireless power receiver 200 receives a received power packet (RP/1 or RP/2). This means that the power correction value included in RP/2) has been accepted.
  • the wireless power transmitter 100 For a received power packet (RP/1 or RP/2) with a mode value of 1 or 2, the wireless power transmitter 100 responds with NAK when the wireless power receiver 200 receives a received power packet (RP/1 or RP/2). This means that the power correction value included in RP/2) has not been accepted.
  • the previously described received power packet (RP/1) with a mode value of 1 may mean the first calibration data point, and the received power packet (RP/2) with a mode value of 2 may mean additional correction data. It may mean a point (additional calibration data point).
  • the wireless power receiver may transmit a plurality of additional power correction values by transmitting a received power packet (RP/2) with a mode value of 2 to the wireless power transmitter multiple times, and the wireless power transmitter may transmit the received RP/1 and several additional power correction values.
  • the calibration procedure can be performed based on the RP/2 of the dog.
  • the wireless power transmitter 100 When the wireless power transmitter 100 responds with ATN to the received power packet (RP), it means that the wireless power transmitter 100 requests permission for communication. That is, the wireless power transmitter 100 may transmit an attention (ATN) response pattern to request permission to transmit a data packet in response to an RP data packet. In other words, the wireless power transmitter 100 may transmit an ATN to the wireless power receiver 200 in response to the RP data packet and request permission from the wireless power receiver 200 to transmit the data packet.
  • ATN attention
  • the wireless power receiver 200 may transmit a charge status (CHS) data packet to the wireless power transmitter 100 (S1525).
  • CHS charge status
  • the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 use data stream response (DSR) data packets and CAP data to initiate renegotiation of elements in the power transmission contract (generally guaranteed load power). Packets and NEGO data packets can be exchanged.
  • DSR data stream response
  • the wireless power receiver 200 may transmit a DSR data packet to the wireless power transmitter 100 (S1530), and the wireless power transmitter 100 may transmit a CAP to the wireless power receiver 200 (S1535).
  • the wireless power receiver 200 transmits a NEGO data packet to the wireless power transmitter 100 (S1540), and the wireless power transmitter 100 can transmit an ACK to the wireless power receiver 200 in response to the NEGO data packet. There is (S1545).
  • i) 0x00-DSR/nak Indicates that the last received data packet of the wireless power transmitter 100 was rejected.
  • the CAP data packet provides information about the function of the wireless power transmitter 100. The specific details are the same as described previously.
  • NEGO data packets may request the wireless power transmitter 100 to proceed to the renegotiation step.
  • the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 may use auxiliary data control (ADC), auxiliary data transport (ADT), and DSR data packets to exchange application level data.
  • ADC auxiliary data control
  • ADT auxiliary data transport
  • DSR DSR data packets
  • the wireless power receiver 200 may transmit ADC/ADT to the wireless power transmitter 100 (S1550), and the wireless power transmitter 100 responds thereto.
  • ACK/NAK may be transmitted to the wireless power receiver 200 (S1555).
  • the wireless power receiver 200 may transmit a DSR to the wireless power transmitter 100 (S1560), and the wireless power transmitter may transmit ADC/ADT to the wireless power receiver (S1565).
  • the data transport stream serves to transfer application-level data from the data stream initiator to the data stream responder.
  • application level data can be broadly divided into i) authentication applications, and ii) proprietary (general purpose) applications.
  • messages/information related to the authentication application can be organized as follows.
  • the message used in the authentication procedure is called an authentication message.
  • Authentication messages are used to convey information related to authentication. There are two types of authentication messages. One is an authentication request, and the other is an authentication response. An authentication request is sent by an authentication initiator, and an authentication response is sent by an authentication responder.
  • the wireless power transmitting device and receiving device can be an authentication initiator or an authentication responder. For example, if the wireless power transmitting device is the authentication initiator, the wireless power receiving device becomes the authentication responder, and if the wireless power receiving device is the authentication initiator, the wireless power transmitting device becomes the authentication responder.
  • Authentication request messages include GET_DIGESTS, GET_CERTIFICATE, and CHALLENGE.
  • This request can be used to retrieve certificate chain digests.
  • the wireless power receiver 200 can request a desired number of digests at a time.
  • This request can be used to read segments of the target certificate chain.
  • This request can be used to initiate authentication of a power transmitter product device.
  • the authentication response message includes DIGESTS, CERTIFICATE, CHALLENGE_AUTH, and ERROR.
  • the wireless power transmitter 100 can use the DIGESTS response to send a certificate chain summary and report slots containing a valid certificate chain summary.
  • This response can be used by the wireless power transmitter 100 to send the requested segment of the certificate chain.
  • the wireless power transmitter 100 can respond to the CHALLENGE request using CHALLENGE_AUTH.
  • This response can be used to transmit error information from the power transmitter.
  • the authentication message may be called an authentication packet, authentication data, or authentication control information. Additionally, messages such as GET_DIGEST and DIGESTS may also be called GET_DIGEST packets, DIGEST packets, etc.
  • Application-level data transmitted through a data transport stream may consist of a data packet sequence with the following structure.
  • FIG. 16 illustrates an application-level data stream between the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 according to an example.
  • the data stream may include auxiliary data control (ADC) data packets and/or auxiliary data transport (ADT) data packets.
  • ADC auxiliary data control
  • ADT auxiliary data transport
  • ADC data packets are used to open a data stream.
  • ADC data packets can indicate the type of message included in the stream and the number of data bytes.
  • ADT data packets are sequences of data containing the actual message.
  • ADC/end data packets are used to signal the end of a stream. For example, the maximum number of data bytes in a data transport stream may be limited to 2047.
  • ACK or NAC is used to notify whether ADC data packets and ADT data packets are normally received.
  • control information necessary for wireless charging such as a control error packet (CE) or DSR, may be transmitted.
  • authentication-related information or other application-level information can be transmitted and received between a wireless power transmitter and a receiver.
  • Figure 17 shows a power control control method according to one embodiment.
  • the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 can control the amount of power transmitted by performing communication along with power transmission and reception.
  • the wireless power transmitter and wireless power receiver operate at a specific control point.
  • the control point represents the combination of voltage and current provided from the output of the wireless power receiver when power transfer is performed.
  • the wireless power receiving device selects a desired control point - the desired output current/voltage, temperature of a specific location of the mobile device, etc., and additionally selects the actual control point currently operating. ) is determined.
  • the wireless power receiving device can use the desired control point and the actual control point to calculate a control error value and transmit it as a control error packet to the wireless power transmitting device.
  • the wireless power transmitter can control power transfer by setting/controlling new operating points - amplitude, frequency, and duty cycle - using the received control error packet. Therefore, control error packets are transmitted/received at regular time intervals in the strategy delivery stage.
  • the wireless power receiving device sets the control error value to a negative number when trying to reduce the current of the wireless power transmitting device, and sets the control error value to a negative number when trying to increase the current. You can transmit by setting the value to a positive number. In this way, in the inductive mode, the wireless power receiver can control power transmission by transmitting a control error packet to the wireless power transmitter.
  • the wireless power transmission device transmits basic power in common, and the wireless power reception device intends to use a method of controlling the amount of power received by controlling its own resonance frequency.
  • the method described in FIG. 17 is not completely excluded, and additional transmission power control may be performed using the method in FIG. 17.
  • Wireless charging methods include a magnetic induction method that uses the magnetic induction phenomenon between the primary coil and the secondary coil, and a magnetic resonance method that transmits power by creating magnetic resonance using frequencies ranging from tens of kHz to several MHz.
  • the wireless charging standard for the magnetic resonance method is led by a council called A4WP
  • the standard for the magnetic induction method is led by the Wireless Power Consortium (WPC).
  • WPC is designed to exchange various status information and commands related to the wireless charging system in-band.
  • the Qi standard in WPC defines a baseline power profile (BPP), an extended power profile (EPP), and a magnetic power profile.
  • BPP baseline power profile
  • EPP extended power profile
  • MPP magnetic power profile
  • BPP Baseline power profile
  • BPP relates to a power transfer profile between a wireless power transmitter and receiver that supports power transfer of up to 5W. And, in BPP, unidirectional communication from a wireless power receiver to a wireless power transmitter is supported. The communication method at this time may correspond to ASK (amplitude shift keying). In BPP, there may be protocol phases of ping, configuration, and power transfer.
  • ASK amplitude shift keying
  • EPP relates to a power transfer profile between a wireless power transmitter and receiver that supports power transfer of up to 15W. And, in EPP, bidirectional communication between a wireless power receiver and a wireless power transmitter is supported.
  • the communication method from the wireless power receiver to the wireless power transmitter may correspond to amplitude shift keying (ASK), and the communication method from the wireless power transmitter to the wireless power receiver may correspond to frequency shift keying (FSK).
  • ASK amplitude shift keying
  • FSK frequency shift keying
  • EPP may correspond to a higher profile of BPP.
  • the EPP wireless power transmitter can operate as a BPP wireless power transmitter.
  • the EPP wireless power receiver can operate as a BPP wireless power receiver.
  • EPP can maintain compatibility with BPP.
  • the EPP wireless power receiver can indicate that it is an EPP wireless power receiver by setting the 'neg' bit in the configuration packet (i.e. CFG) to 1.
  • configuration packets are as described above.
  • the EPP wireless power transmitter When the EPP wireless power transmitter receives a configuration packet with the 'neg' bit set to 1 from the wireless power receiver, the EPP wireless power transmitter may respond to the wireless power receiver with an ACK FSK bit pattern.
  • the BPP wireless power transmitter does not support the FSK communication method, so the BPP wireless power transmitter cannot transmit FSK bit patterns. Accordingly, the EPP wireless power receiver, which set the 'neg' bit to 1 and transmitted a configuration packet to the BPP wireless power transmitter, does not receive the above ACK response, thereby identifying the other wireless power transmitter as a BPP wireless power transmitter. .
  • MPP magnetic power profile
  • MPP relates to a power transfer profile between a wireless power transmitter and receiver that supports power transfer of up to 15W. And, in MPP, bidirectional communication between a wireless power receiver and a wireless power transmitter is supported.
  • the communication method from the wireless power receiver to the wireless power transmitter may correspond to amplitude shift keying (ASK), and the communication method from the wireless power transmitter to the wireless power receiver may correspond to frequency shift keying (FSK).
  • ASK amplitude shift keying
  • FSK frequency shift keying
  • MPP there may be protocol phases of ping, setup, MPP negotiation, and MPP power transfer.
  • MPP may correspond to a higher profile of BPP.
  • the MPP wireless power transmitter can operate as a BPP wireless power transmitter.
  • the MPP wireless power receiver can operate as a BPP wireless power receiver.
  • MPP can maintain compatibility with BPP.
  • the MPP wireless power receiver may use a specific MPP indicator within the extended ID packet.
  • the wireless power receiver In order for the MPP wireless power receiver to indicate whether MPP is supported through the XID, the wireless power receiver must inform the wireless power transmitter that the XID is transmitted through an ID packet.
  • the ID packet transmitted by the MPP wireless power receiver may be as follows.
  • Figure 18 schematically shows the structure of an MPP ID packet.
  • the value of the major version field from b4 to b7 of B0 may be set to 1.
  • the value of the minor version field from b0 to b3 of B0 may be a value to be determined later.
  • the values of the manufacturer codes of B1 and B2 may be assigned as PRMC codes.
  • the value of the 'ext' field of b7 of B3 may be set to 1 to indicate that an XID packet is additionally transmitted.
  • the values of the random identifier fields of b0 to b6 of B3 and b3 to b7 of B4 and B5 may be set according to a random device identification policy.
  • Figure 19 schematically shows an example of an XID packet in MPP.
  • an XID packet in MPP may include an 'XID Selector' field, a 'Restricted' field, and a 'Freq Mask' field.
  • whether MPP is supported can be determined depending on whether the value of 'XID selector' is 0xFE. That is, if the value of B_0 of the XID is 0xFE, the XID at this time may correspond to information indicating that the wireless power receiver supports MPP.
  • the 'Restricted' field may correspond to information indicating whether the wireless power receiver operates in MPP restricted mode or MPP full mode. If the wireless power receiver selects to operate in MPP limited mode, the above field can be set to 1. Meanwhile, in other cases (eg, when the wireless power receiver selects not to operate in MPP limited mode), the above field may be set to 0.
  • the 'Preferred Frequency' field may mean the MPP preferred frequency.
  • this field can be set to 128 kHz. Otherwise, the wireless power receiver can set this field to 360 kHz.
  • the 'Freq Mask' field corresponds to a field for determining whether the operating frequency of 360 kHz is supported. That is, if the 'Freq Mask' field is set to 0, 360kHz is supported.
  • the wireless power transmitter determines whether the 'Ext' bit of the ID received from the wireless power receiver is set to 1 and whether B_0 of the You can decide whether to support it or not.
  • the MPP wireless power transmitter can use the information contained in the ID and XID packets to perform a digital ping and identify the receiver.
  • the wireless power transmitter may determine that the wireless power receiver supports MPP if all of the following conditions are met.
  • the subheader (byte 0) of the XID packet is set to the MPP selector.
  • the wireless power transmitter can proceed with subsequent procedures according to the Qi v1.3 specification.
  • the wireless power transmitter performs the following.
  • MPP restricted mode When the 'restricted' flag is set to 1.
  • MPP full mode when the 'restricted' flag is set to 0.
  • the MPP wireless power transmitter when the MPP wireless power transmitter receives a configuration packet with the 'neg' bit set to 1 from the wireless power receiver (in MPP full mode), the MPP wireless power transmitter (in MPP full mode) responds to this by using the MPP ACK FSK bit pattern. It can respond to the wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter in MPP limited mode does not support the FSK communication method, so the wireless power transmitter in MPP limited mode cannot transmit FSK bit patterns.
  • the wireless power transmitter in MPP limited mode uses an operation signal of 360 kHz to transmit power, the 'neg' bit is set to 1 and a configuration packet is transmitted to the wireless power transmitter operating in MPP limited mode.
  • the MPP wireless power receiver can identify the other wireless power transmitter as an MPP limited mode wireless power transmitter through the operating frequency.
  • MPP Restricted mode also known as MPP Baseline Profile
  • MPP Full mode also known as MPP Full Profile
  • the 'restricted' field in the XID is set to 1, but in MPP full mode, the 'restricted' field in the XID is set to 0.
  • FSK communication is not supported in MPP limited mode, but FSK communication may be supported in MPP full mode.
  • MPP ACK for CFG cannot be transmitted, and therefore, MPP negotiation is not supported in MPP limited mode.
  • MPP full mode FSK communication is supported, so MPP ACK for CFG can be transmitted, and accordingly, MPP negotiation can be supported in MPP full mode.
  • MPP limited mode can be used interchangeably with the MPP baseline profile
  • MPP full mode can be interchanged with the MPP full profile
  • FSK communication is not supported in MPP restricted mode. That is, in the MPP limited mode, there may be no data packets transmitted from the wireless power transmitter to the wireless power receiver.
  • MPP restricted mode the protocol in MPP restricted mode will be explained through the drawings.
  • Figure 20 schematically shows the protocol in MPP restricted mode.
  • the wireless power receiver may transmit a SIG to the wireless power transmitter on a first operating frequency (eg, 128 kHz).
  • a first operating frequency eg, 128 kHz.
  • the first operating frequency may correspond to an operating frequency at which BPP and/or EPP can be performed.
  • the first operating frequency at this time corresponds to the frequency at which the wireless power transmitter operates.
  • the wireless power receiver may transmit an ID packet to the wireless power transmitter on a first operating frequency.
  • the 'ext' bit of the ID may be set to 1 to indicate that the XID is additionally transmitted.
  • the wireless power receiver may transmit an XID packet to the wireless power transmitter on a first operating frequency.
  • the value of B0 in the XID may be 0xFE, and if the value of B0 in the XID is set to 0xFE, this may correspond to information indicating that the wireless power receiver supports MPP.
  • the 'Restricted' field in the XID at this time may be set to 1 to indicate that the wireless power receiver operates in MPP restricted mode.
  • the wireless power transmitter may remove the power signal and restart the ping phase at a new operating frequency.
  • the wireless power receiver When the ping phase is restarted, the wireless power receiver begins transmitting the SIG again.
  • the operating frequency at this time may be a second operating frequency (eg, 360 kHz).
  • the wireless power receiver transmits ID, XID, and CFG packets to the wireless power transmitter at the second operating frequency, respectively.
  • the wireless power receiver can receive wireless power based on the MPP baseline from the wireless power transmitter by transmitting a CEP to the wireless power transmitter.
  • FSK communication can be supported in MPP full mode. That is, in MPP full mode, there may be data packets transmitted from the wireless power transmitter to the wireless power receiver. In other words, MPP negotiation, etc. may be conducted between a wireless power transmitter and a wireless power receiver. Against this background, the protocol in MPP full mode will be explained through the drawings.
  • FIGS 21 and 22 schematically show the protocol in MPP full mode.
  • the wireless power receiver may transmit a SIG to the wireless power transmitter on a first operating frequency (eg, 128 kHz).
  • a first operating frequency eg, 128 kHz.
  • the first operating frequency may correspond to an operating frequency at which BPP and/or EPP can be performed.
  • the first operating frequency at this time corresponds to the frequency at which the wireless power transmitter operates.
  • the wireless power receiver may transmit an ID packet to the wireless power transmitter on a first operating frequency.
  • the 'ext' bit of the ID may be set to 1 to indicate that the XID is additionally transmitted.
  • the wireless power receiver may transmit an XID packet to the wireless power transmitter on a first operating frequency.
  • the value of B0 in the XID may be 0xFE, and if the value of B0 in the XID is set to 0xFE, this may correspond to information indicating that the wireless power receiver supports MPP.
  • the 'Restricted' field in the XID at this time may be set to 0 to indicate that the wireless power receiver operates in MPP full mode.
  • the power signal is not removed even if the wireless power transmitter receives an XID packet from the wireless power receiver. At this time, since the power signal has not yet been removed, the wireless power receiver transmits a CFG packet to the wireless power transmitter after the XID packet.
  • the wireless power receiver can receive an MPP ACK from the wireless power transmitter as a response to the above CFG packet.
  • the wireless power receiver that receives the MPP ACK enters a negotiation phase with the wireless power transmitter, and both the wireless power receiver and the wireless power transmitter can proceed with negotiation.
  • the wireless power receiver may enter a power transfer phase with the wireless power transmitter.
  • the wireless power receiver transmits an EPT packet to the wireless power transmitter.
  • the wireless power transmitter that receives the EPT packet removes the power signal and can then restart the ping phase at a new operating frequency.
  • the wireless power receiver starts again from transmitting the SIG.
  • the operating frequency at this time may be a second operating frequency (eg, 360 kHz).
  • the wireless power receiver transmits ID, XID, and CFG packets to the wireless power transmitter at the second operating frequency, respectively. And, the wireless power receiver can receive the MPP ACK from the wireless power transmitter.
  • the wireless power receiver that receives the MPP ACK enters a negotiation phase with the wireless power transmitter at the second operating frequency, and both the wireless power receiver and the wireless power transmitter can proceed with negotiation.
  • the wireless power receiver After negotiation, the wireless power receiver enters a power transfer phase with the wireless power transmitter at the second operating frequency.
  • the wireless power receiver may receive wireless power based on the MPP full mode from the wireless power transmitter by transmitting an XCE to the wireless power transmitter and responding (eg, receiving an ACK).
  • authentication is provided in the current WPC Qi specification.
  • authentication may proceed as follows.
  • the wireless power receiver can become an initiator and send (request) an authentication request to the wireless power transmitter.
  • the wireless power transmitter becomes a responder, and the wireless power transmitter transmits an authentication response to the request from the wireless power receiver to the wireless power receiver.
  • the wireless power receiver can authenticate the wireless power transmitter.
  • Figure 23 shows an example of an authentication message header.
  • all messages related to authentication have a header, and the authentication message header may include an authentication protocol version field and a message type field.
  • Figure 24 shows an example of the authentication protocol version field.
  • the authentication protocol version field may have values from 0x0 to 0xF. At this time, if the value of the authentication protocol version field is 0x0, this may mean a reserved value. If the value of the authentication protocol version field is 0x1, this may mean authentication protocol version 1.0. If the value of the authentication protocol version field is 0x2 to 0xF, this may mean a reserved value.
  • Figure 25 shows an example of the message type field for an authentication request.
  • the value of the message type field is 0x0 to 0x7, this is the value used for the authentication response. If the value of the message type field is 0x8, this may mean a reserved value. If the value of the message type field is 0x9, this may mean GET_DIGESTS. If the value of the message type field is 0xA, this may mean GET_CERTIFICATE. If the value of the message type field is 0xB, this may mean CHALLENGE. If the value of the message type field is 0xC to 0xF, this may mean a reserved value.
  • Figure 26 shows an example of the message type field for an authentication response.
  • the value of the message type field is 0x0, this may mean a reserved value. If the value of the message type field is 0x1, this may mean DIGESTS. If the value of the message type field is 0x2, this may mean CERTIFICATE. If the value of the message type field is 0x3, this may mean CHALLENGE_AUTH. If the value of the message type field is 0x4 to 0x6, this may mean a reserved value. If the value of the message type field is 0x7, this may mean ERROR. If the value of the message type field is 0x8 to 0xF, this is the value used for the authentication request.
  • the authentication request message sent by the wireless power receiver consists of GET_DIGESTS/GET_CERTIFICATE/CHALLENGE.
  • Figure 27 shows an example of GET_DIGESTS.
  • Figure 28 shows an example of GET_CERTIFICATE.
  • Figure 29 shows an example of CHALLENGE.
  • authentication request messages include GET_DIGESTS, GET_CERTIFICATE, and CHALLENGE.
  • This request can be used to retrieve certificate chain digests.
  • the wireless power receiver 200 can request a desired number of digests at a time.
  • This request can be used to read segments of the target certificate chain.
  • This request can be used to initiate authentication of a power transmitter product device.
  • the authentication response message sent by the wireless power transmitter includes DIGESTS/CERTIFICATE/CHALLENGE_AUTH. Additionally, the authentication response message may include ERROR.
  • Figure 30 shows an example of DIGESTS.
  • Figure 31 shows an example of CERTIFICATE.
  • Figure 32 shows an example of CHALLENGE_AUTH.
  • Figure 33 shows an example of ERROR.
  • the authentication response message includes DIGESTS, CERTIFICATE, CHALLENGE_AUTH, and ERROR.
  • the wireless power transmitter 100 can use the DIGESTS response to send a certificate chain summary and report slots containing a valid certificate chain summary.
  • This response can be used by the wireless power transmitter 100 to send the requested segment of the certificate chain.
  • the wireless power transmitter 100 can respond to the CHALLENGE request using CHALLENGE_AUTH.
  • This response can be used to transmit error information from the power transmitter.
  • the authentication function has been added as a new feature to WPC Qi, a wireless charging standard.
  • Authentication is a process to check whether the other device has actually been certified by Qi, and is a very important way to check whether a standard product exists.
  • Authentication in the current specification is carried out at the request of PRx, and this function is an optional configuration rather than a required function.
  • the PTx sends an authentication response to the authentication request sent by the PRx, so that the PRx checks whether the PTx has Qi authentication.
  • Figure 34 is a flowchart of a method for transmitting wireless power, according to an embodiment of the present specification.
  • the wireless power transmitter may enter a power transfer phase related to transmitting wireless power (S3410).
  • the power transfer phase 840 is a part of the protocol in which actual power is transmitted to the load of the wireless power receiver 200.
  • power transfer may proceed according to the conditions of the power transfer contract created in the negotiation phase 830.
  • the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 may initiate a data transmission stream to exchange application level data throughout the power transfer phase 840.
  • each side can verify the other's credentials in a tamper-proof manner.
  • the wireless power receiver 200 may want to check the credentials of the wireless power transmitter 100 to ensure that the wireless power transmitter 100 can be trusted to operate safely at high power levels. Having the appropriate credentials can mean you have passed compliance testing.
  • the present specification may provide a method of starting power transfer at a low power level and controlling the power to a higher level only after successfully completing the authentication protocol.
  • the wireless power transmitter may receive the first application message from the wireless power receiver in the power transfer phase (S3420).
  • the first application message may be transmitted through a data transport stream (data stream).
  • the data stream may include auxiliary data control (ADC) data packets and/or auxiliary data transport (ADT) data packets.
  • ADC auxiliary data control
  • ADT auxiliary data transport
  • ADC data packets are used to open a data stream.
  • ADC data packets can indicate the type of message included in the stream and the number of data bytes.
  • ADT data packets are sequences of data containing the actual message.
  • ADC/end data packets are used to signal the end of a stream.
  • a second application message that is a response to the first application message may be transmitted to the wireless power receiver.
  • the second application message may also be transmitted through a data transport stream (data stream).
  • data transport stream A detailed description of the data transport stream is the same as described above.
  • the application message exchanged between the wireless power transmitter and the wireless power receiver may be an authentication request message or an authentication response message.
  • the first application message is an authentication request message
  • the first application message may correspond to, for example, GET_DIGESTS/GET_CERTIFICATE/CHALLENGE.
  • the second application message is an authentication response message
  • the second application message may correspond to DIGESTS/CERTIFICATE/CHALLENGE_AUTH.
  • the wireless power transmitter may start transmitting the second application message within a specific time period.
  • the starting point of a specific time interval may be the ending point of the first application message.
  • the specific time interval at this time may be t_DigestReady.
  • the value of t_DigestReady may correspond to, for example, 3 seconds.
  • t_DigestTimeout may equal 43 seconds.
  • the TPR can be configured to send multiple RP/0 packets (e.g., 3-4 times per second). This allows the wireless power transmitter multiple opportunities to respond within 3 seconds after receiving GET_DIGESTS.
  • t_DigestReady may be, for example, as follows. Examples of the time regulations below are explained in more detail, for example, in the examples described later.
  • each wireless charging transmitter/receiver can provide information about the corresponding product and check whether Qi's High power charging profile is supported. Additionally, this embodiment has the effect of enabling profile branching after confirming the high power charging condition based on various physical charging conditions.
  • Figure 35 is a diagram showing the Direct Charger section and Master Charger section according to voltage and current.
  • the charging profile in Figure 35 is designed based on the battery voltage of the PRx, the battery temperature, and the surface temperature of the PRx.
  • the voltage is controlled.
  • a power profile can be designed by combining PTx input voltage/current (power input stage) and PTx coil temperature (this information can be used as a new parameter to control the existing power profile).
  • Variable voltage upper limit (e.g., if the variable voltage range of PTx is 1-13v, 13v information as upper limit)
  • Wireless devices can be adjusted by lowering the power when each operating frequency lower limit / variable voltage upper limit is reached.
  • Figure 36 shows the operating protocol according to EPP.
  • the operation protocol shown in FIG. 36 is conducted as an EPP-based protocol, separate from the Power Profile described above.
  • the operation protocol of FIG. 36 includes Selection, Ping, Identification and Configuration, Negotiation, Calibration, Power Transfer, and Renegotiation phases. Detailed operations for each phase are shown in FIG. 36.
  • Figure 37 shows the Power Profile according to this embodiment.
  • the operation protocol in Figure 37 proposes a new profile for high-speed charging.
  • the operation protocol of Figure 37 includes Qi BPP, Identify product & model, Genuineness Verification, Negotiation, Calibration, and Power Transfer phases.
  • wireless devices can start with the Qi BPP profile and then enter Identify product & model and Genuineness Verification.
  • the wireless device can determine the product category and product model based on the PRx information requested in the Identify product & model phase. If entry into Identify product & model and Genuineness Verification fails, it proceeds in Qi BPP or EPP mode (not Fast charging Profile).
  • Genuineness Verification is a phase directly borrowed from Qi, and can operate in the same way as Qi by authenticating the genuine product at the charging stage.
  • the wireless device can enter the negotiation and Calibration phases. If it fails to enter the negotiation and Calibration phases, it turns off the power and no longer operates with the corresponding profile.
  • Figure 38 shows an example of a Power Profile for fast charging.
  • the High power mode protocol includes the operation of checking the High Power mode Sequence in the Power Transfer phase.
  • High Power mode is available through the High Power mode Sequence (pass)
  • Figure 39 shows another example of Power Profile for fast charging.
  • the Power Profile in FIG. 39 is different from the Power Profile in FIG. 38 in that negotiation is further performed before entering the high power mode protocol.
  • the High power mode protocol includes the operation of checking the High Power mode Sequence in the Power Transfer phase.
  • High Power mode is available through the High Power mode Sequence (pass)
  • Figure 40 shows an example of Identify product & model operation in which PRx is the subject in the Power Profile for fast charging.
  • PRx requests model information/product related packet to check whether PTx is a model that supports high power mode.
  • PTx returns a packet related to the model/product of this product.
  • PRx responds by checking the Qi list in the internal storage memory and the Qi list on the online/website. At this time, if the Qi list received from PTx is a verifiable Qi model, PRx transmits ACK, if it is abnormal, it transmits NAK, and if it is not known, PRx transmits ND.
  • PRx requests high power mode if it is confirmed that PTx supports high power mode and is a model in the Qi list. PTx responds to High power mode. If PTx responds with ACK, it operates in the High power mode profile, and if PTx responds with NAK, it operates in the BPP or EPP profile.
  • Figure 41 shows an example of Identify product & model operation in which PTx is the subject in the Power Profile for fast charging.
  • PTx requests model information/product related packet to check whether PRx is a model that supports high power mode.
  • PRx returns a packet related to the model/product of this product.
  • PTx responds by checking the Qi list in the internal storage memory and the Qi list on the online/website. At this time, if the Qi list received from PRx is a verifiable Qi model, PTx transmits DSR/ACK, if abnormal, DSR/NAK is transmitted, and if unknown, PTx transmits DSR/ND.
  • PTx requests high power mode if it is confirmed that PRx supports high power mode and is a model in the Qi list. PRx responds to High power mode. If PRx responds with ACK, it operates in the High power mode profile, and if PRx responds with NAK, it operates in the BPP or EPP profile.
  • the PTx/PRx information request message may consist of 1 byte.
  • PTx/PRx information request message is set to 0x01, Request model / product can be indicated, and if the PTx/PRx information request message is set to 0x02, High power charging mode can be indicated.
  • the PTx/PRx information answer message can consist of 2 bytes. This may be a reply or response message to PTx/PRx's Model/product request.
  • B0 in the PTx/PRx information answer message can be used to indicate the company model (ex. PRMC/PTMC), and B1 in the PTx/PRx information answer message can be used to indicate Product information (ex. Qi-ID). there is.
  • PTx new packet for fast charging can be defined as follows.
  • the Power Transmitter data packet below can be used in the above-described embodiment.
  • the PRx new packet for fast charging can be defined as follows.
  • the following Power Receiver data packet can be used in the above-described embodiment.
  • Figure 42 is a flowchart of a method for defining a profile for charging in a high power mode from the perspective of a wireless power transmitter, according to an embodiment of the present specification.
  • the wireless power transmitter receives a CFG (Configuration) packet from the wireless power receiver in the configuration phase (S4210).
  • the wireless power transmitter enters a negotiation phase with the wireless power receiver based on the CFG packet (S4220).
  • the wireless power transmitter enters a power transfer phase after the negotiation phase (S4230).
  • the wireless power transmitter determines whether the wireless power receiver supports a high power mode based on product and model information of the wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter When the wireless power receiver supports the high power mode, the wireless power transmitter enters the high power mode in the power transfer phase.
  • the wireless power transmitter enters Baseline Power Profile (BPP) or Extended Power Profile (EPP) mode in the power transfer phase.
  • BPP Baseline Power Profile
  • EPP Extended Power Profile
  • Whether the wireless power receiver supports the high power mode can be determined by checking whether the wireless power receiver is a model that supports the high power mode or is included in the Qi list.
  • the specific operations are as follows.
  • the wireless power transmitter may transmit a packet to the wireless power receiver requesting product and model information of the wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter may receive product and model information of the wireless power receiver from the wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter can transmit an ACK.
  • the wireless power transmitter may transmit NAK (Not ACK) or ND (Not Defined). there is.
  • the wireless power transmitter may transmit a request message for the high power mode to the wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter may receive a response message to the request message from the wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter can enter the high power mode. If the response message is DSR/NAK, the wireless power transmitter can enter the BPP or EPP mode.
  • DSR/ACK Data Stream Response/ACK
  • This embodiment defines a profile for wireless charging in high power mode and, in particular, proposes a method for identifying whether a product or model supports the high power mode. In other words, depending on whether the product or model supports the high-power mode, check whether charging is possible in high-power mode. If possible, charging is possible in high-power mode. If not, charging is possible in BPP or EPP mode (existing low-power mode). It may be possible.
  • the high power mode can support a power of at least 15W and up to 50W.
  • the BPP mode supports power of 5W or less, and the EPP mode can support power of 5W to 15W.
  • the operation after identifying whether the product or model supports the high power mode is as follows.
  • the wireless power transmitter may perform genuine authentication for the wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter may enter the BPP or EPP mode. If the product authentication is successful, the wireless power transmitter can negotiate with the wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter may cut off the power of the wireless power transmitter (charging ends). If the negotiation is successful, the wireless power transmitter can perform calibration with the wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter may cut off power of the wireless power transmitter (charging ends). If the calibration is successful, the wireless power transmitter can enter the high power mode with the wireless power receiver.
  • This embodiment proposes a method for checking whether a charging profile in a high power mode is supported based on product and model information of the wireless power transmitter or wireless power receiver. This has the effect of allowing expansion of the fast charging profile after confirming the charging conditions in the high power mode based on the physical charging conditions described above.
  • Figure 43 is a flowchart of a method for defining a profile for charging in a high power mode from the perspective of a wireless power receiver, according to an embodiment of the present specification.
  • the wireless power receiver transmits a CFG (Configuration) packet to the wireless power transmitter in the configuration phase (S4310).
  • the wireless power receiver enters a negotiation phase with the wireless power transmitter based on the CFG packet (S4320).
  • the wireless power receiver enters the power transfer phase after the negotiation phase (S4330).
  • the wireless power receiver determines whether it is possible to enter the high power mode based on product and model information of the wireless power receiver.
  • the wireless power receiver When the wireless power receiver supports the high power mode, the wireless power receiver enters the high power mode in the power transfer phase.
  • the wireless power receiver If the wireless power receiver does not support the high power mode, the wireless power receiver enters Baseline Power Profile (BPP) or Extended Power Profile (EPP) mode in the power transfer phase.
  • BPP Baseline Power Profile
  • EPP Extended Power Profile
  • Whether the wireless power receiver supports the high power mode can be determined by checking whether the wireless power receiver is a model that supports the high power mode or is included in the Qi list.
  • the specific operations are as follows.
  • the wireless power receiver may receive a packet requesting product and model information of the wireless power receiver from the wireless power transmitter.
  • the wireless power receiver may transmit product and model information of the wireless power receiver to the wireless power transmitter.
  • the wireless power receiver can receive an ACK.
  • the wireless power receiver may receive NAK (Not ACK) or ND (Not Defined). You can.
  • the wireless power receiver may receive a request message for the high power mode from the wireless power transmitter.
  • the wireless power receiver may receive a response message to the request message from the wireless power transmitter.
  • the wireless power receiver can enter the high power mode. If the response message is DSR/NAK, the wireless power receiver can enter the BPP or EPP mode.
  • DSR/ACK Data Stream Response/ACK
  • This embodiment defines a profile for wireless charging in high power mode and, in particular, proposes a method for identifying whether a product or model supports the high power mode. In other words, depending on whether the product or model supports the high-power mode, check whether charging is possible in high-power mode. If possible, charging is possible in high-power mode. If not, charging is possible in BPP or EPP mode (existing low-power mode). It may be possible.
  • the high power mode can support a power of at least 15W and up to 50W.
  • the BPP mode supports power of 5W or less, and the EPP mode can support power of 5W to 15W.
  • the operation after identifying whether the product or model supports the high power mode is as follows.
  • the wireless power receiver may perform genuine authentication for the wireless power receiver.
  • the wireless power receiver may enter the BPP or EPP mode. If the product authentication is successful, the wireless power receiver can negotiate with the wireless power transmitter.
  • the power of the wireless power transmitter may be cut off (charging ends). If the negotiation is successful, the wireless power receiver can perform calibration with the wireless power transmitter.
  • the power of the wireless power transmitter may be cut off (charging ends). If the calibration is successful, the wireless power receiver can enter the high power mode with the wireless power transmitter.
  • This embodiment proposes a method for checking whether a charging profile in a high power mode is supported based on product and model information of the wireless power transmitter or wireless power receiver. This has the effect of allowing expansion of the fast charging profile after confirming the charging conditions in the high power mode based on the physical charging conditions described above.

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Abstract

본 명세서(present disclosure)는 무선 전력 전송 시스템에서 고전력 모드에서 충전을 위한 프로파일을 정의하는 방법에 있어서, 무선 전력 수신기는 전력 전달 페이즈에서, 무선 전력 수신기의 제품 및 모델 정보를 기반으로 고전력 모드에 대한 진입 가능 여부를 확인한다. 무선 전력 수신기가 고전력 모드를 지원하는 경우, 전력 전달 페이즈에서, 고전력 모드로 진입한다. 무선 전력 수신기가 고전력 모드를 지원하지 않는 경우, 전력 전달 페이즈에서, BPP 또는 EPP 모드로 진입한다.

Description

무선 전력 전송 시스템에서 고전력 모드에서 충전을 위한 프로파일을 정의하는 방법 및 장치
본 명세서는 무선 전력 전송에 관련된다.
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 배터리 셀 등 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 코일 배터리 셀에서 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 일 실시예에 따르면, 무선 전력 수신기는 구성 페이즈에서 무선 전력 전송기에게 CFG(Configuration) 패킷을 전송한다.
상기 무선 전력 수신기는 상기 CFG 패킷을 기반으로 상기 무선 전력 전송기와 협상 페이즈에 진입한다.
상기 무선 전력 수신기는 상기 협상 페이즈 이후 전력 전달 페이즈에 진입한다.
상기 전력 전달 페이즈에서, 상기 무선 전력 수신기는 상기 무선 전력 수신기의 제품 및 모델 정보를 기반으로 고전력 모드에 대한 진입 가능 여부를 확인한다.
상기 무선 전력 수신기가 상기 고전력 모드를 지원하는 경우, 상기 무선 전력 수신기는 상기 전력 전달 페이즈에서, 상기 고전력 모드로 진입한다.
상기 무선 전력 수신기가 상기 고전력 모드를 지원하지 않는 경우, 상기 무선 전력 수신기는 상기 전력 전달 페이즈에서, BPP(Baseline Power Profile) 또는 EPP(Extended Power Profile) 모드로 진입한다.
본 실시예는 무선 전력 전송기 또는 무선 전력 수신기의 제품 및 모델 정보를 기반으로 고전력 모드에서의 충전 프로파일을 지원하는지 여부를 확인하는 방법을 제안한다. 이로써, 상술한 물리적 충전 조건에 의해 고전력 모드에서의 충전 조건을 확인한 후, 고속 충전 프로파일의 확장이 가능하다는 효과가 있다.
본 명세서의 구체적인 일례를 통해 얻을 수 있는 효과는 이상에서 나열된 효과로 제한되지 않는다. 예를 들어, 관련된 기술분야의 통상의 지식을 자긴 자(a person having ordinary skill in the related art)가 본 명세서로부터 이해하거나 유도할 수 있는 다양한 기술적 효과가 존재할 수 있다. 이에 따라 본 명세서의 구체적인 효과는 본 명세서에 명시적으로 기재된 것에 제한되지 않고, 본 명세서의 기술적 특징으로부터 이해되거나 유도될 수 있는 다양한 효과를 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 전력 시스템(10)의 블록도이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 무선 전력 시스템(10)의 블록도이다.
도 3은 무선 전력 전송 시스템이 도입되는 다양한 전자 기기들의 실시예를 나타낸다.
도 4는 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 블록도이다.
도 5는 본 명세서에 따른 일 실시예가 적용될 수 있는 블루투스 통신 아키텍처(Architecture)의 일 예를 나타낸 도이다.
도 6은 일례에 따른 BLE 통신을 사용하는 무선전력 전송 시스템을 도시한 블록도이다.
도 7은 다른 예에 따른 BLE 통신을 사용하는 무선전력 전송 시스템을 도시한 블록도이다.
도 8은 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 9는 핑 페이즈(810)의 프로토콜에 대한 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 10은 구성 페이즈(820)의 프로토콜에 대한 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 11은 일 실시예에 따른 무선전력 수신장치의 구성 패킷(CFG)의 메시지 필드를 도시한 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 협상 단계 또는 재협상 단계의 프로토콜을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 13은 일 실시예에 따른 무선전력 전송장치의 성능 패킷(CAP)의 메시지 필드를 도시한 도면이다.
도 14는 베이스라인 프로토콜에서의 전력 전달 페이즈(840)에 대한 데이터 플로우의 순서도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 15는 확장된 프로토콜에서의 전력 전달 페이즈(840)에 대한 데이터 플로우의 순서도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 16은 일례에 따른 무선 전력 전송기(100)와 무선 전력 수신기(200) 간의 어플리이션 레벨의 데이터 스트림을 도시한 것이다.
도 17은 일 실시예에 따른 전력 제어 컨트롤 방법을 나타낸다.
도 18은 MPP ID 패킷의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 19는 MPP에서의 XID 패킷의 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 20은 MPP 제한 모드에서의 프로토콜을 개략적으로 도시한 것이다.
도 21 및 도 22는 MPP 풀 모드에서의 프로토콜을 개략적으로 도시한 것이다.
도 23은 인증 메시지 헤더의 예시를 도시한 것이다.
도 24는 인증 프로토콜 버전 필드의 예시를 도시한 것이다.
도 25는 인증 요청에 대한 메시지 타입 필드의 예시를 도시한 것이다.
도 26은 인증 응답에 대한 메시지 타입 필드의 예시를 도시한 것이다.
도 27은 GET_DIGESTS의 예시를 도시한 것이다.
도 28은 GET_CERTIFICATE의 예시를 도시한다.
도 29는 CHALLENGE의 예시를 도시한 것이다.
도 30은 DIGESTS의 예시를 도시한 것이다.
도 31은 CERTIFICATE의 예시를 도시한다.
도 32는 CHALLENGE_AUTH의 예시를 도시한 것이다.
도 33은 ERROR의 예시를 도시한 것이다.
도 34는 본 명세서의 일 실시예에 따른, 무선 전력을 전달하는 방법의 순서도다.
도 35는 전압 및 전류에 따른 Direct Charger 구간과 Master Charger 구간을 나타낸 도면이다.
도 36은 EPP에 따른 동작 프로토콜을 도시한다.
도 37은 본 실시예에 따른 Power Profile을 도시한다.
도 38은 고속 충전을 위한 Power Profile의 일례를 도시한다.
도 39는 고속 충전을 위한 Power Profile의 다른 예를 도시한다.
도 40은 고속 충전을 위한 Power Profile에서 PRx가 주체인 Identify product & model 동작의 일례를 나타낸다.
도 41은 고속 충전을 위한 Power Profile에서 PTx가 주체인 Identify product & model 동작의 일례를 나타낸다.
도 42는 본 명세서의 일 실시예에 따른, 무선 전력 전송기 관점에서, 고전력 모드에서 충전을 위한 프로파일을 정의하는 방법의 순서도다.
도 43은 본 명세서의 일 실시예에 따른, 무선 전력 수신기 관점에서, 고전력 모드에서 충전을 위한 프로파일을 정의하는 방법의 순서도다.
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, “PDCCH”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 사용없이 무선전력 전송기(wireless power transmitter)로부터 무선전력 수신장치(wireless power receiver)로 전달되는 전기장, 자기장, 전자기장 등과 관련된 임의의 형태의 에너지를 의미하도록 사용된다. 무선전력은 무선 전력 신호(wireless power signal)이라고 불릴 수도 있으며, 1차 코일과 2차 코일에 의해 둘러싸이는(enclosed) 진동하는 자속(oscillating magnetic flux)을 의미할 수 있다. 예를 들어, 이동 전화기, 코드리스 전화기, iPod, MP3 플레이어, 헤드셋 등을 포함하는 디바이스들을 무선으로 충전하기 위해 시스템에서의 전력 변환이 여기에 설명된다. 일반적으로, 무선 전력 전송의 기본적인 원리는, 예를 들어, 자기 커플링(magnetic coupling)을 통해 전력을 전달하는 방식, 무선 주파수(radio frequency: RF)를 통해 전력을 전달하는 방식, 마이크로웨이브(microwave)를 통해 전력을 전달하는 방식, 초음파를 통해 전력을 전달하는 방식을 모두 포함한다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 전력 시스템(10)의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 무선 전력 시스템(10)은 무선 전력 전송 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)를 포함한다.
무선 전력 전송 장치(100)는 외부의 전원 소스(S)로부터 전원을 인가받아 자기장을 발생시킨다. 무선 전력 수신 장치(200)는 발생된 자기장을 이용하여 전류를 발생시켜 무선으로 전력을 수신받는다.
또한, 무선 전력 시스템(10)에서 무선 전력 전송 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)는 무선 전력 전송에 필요한 다양한 정보를 송수신할 수 있다. 여기서, 무선 전력 전송 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)간의 통신은 무선 전력 전송에 이용되는 자기장을 이용하는 인-밴드 통신(in-band communication)이나 별도의 통신 캐리어를 이용하는 아웃-밴드 통신(out-band communication) 중 어느 하나의 방식에 따라 수행될 수 있다. 아웃-밴드 통신은 아웃-오브-밴드(out-of-band) 통신이라 불릴 수도 있다. 이하에서는 아웃-밴드 통신으로 용어를 통일하여 기술한다. 아웃-밴드 통신의 예로서 NFC, 블루투스(bluetooth), BLE(bluetooth low energy) 등을 포함할 수 있다.
여기서, 무선 전력 전송 장치(100)는 고정형 또는 이동형으로 제공될 수 있다. 고정형의 예로는 실내의 천장이나 벽면 또는 테이블 등의 가구에 임베디드(embedded)되는 형태, 실외의 주차장, 버스 정류장이나 지하철역 등에 임플란트 형식으로 설치되는 형태나 차량이나 기차 등의 운송 수단에 설치되는 형태 등이 있다. 이동형인 무선 전력 전송 장치(100)는 이동 가능한 무게나 크기의 이동형 장치나 노트북 컴퓨터의 덮개 등과 같이 다른 장치의 일부로 구현될 수 있다.
또 무선 전력 수신 장치(200)는 배터리를 구비하는 각종 전자 기기 및 전원 케이블 대신 무선으로 전원을 공급받아 구동되는 각종 가전 기기를 포함하는 포괄적인 개념으로 해석되어야 한다. 무선 전력 수신 장치(200)의 대표적인 예로는, 이동 단말기(portable terminal), 휴대 전화기(cellular phone), 스마트폰(smart phone), 개인 정보 단말기(PDA: Personal Digital Assistant), 휴대 미디어 플레이어(PMP: Portable Media Player), 와이브로 단말기(Wibro terminal), 태블릿(tablet), 패블릿(phablet), 노트북(notebook), 디지털 카메라, 네비게이션 단말기, 텔레비전, 전기차량(EV: Electronic Vehicle) 등이 있다.
도 2는 다른 실시예에 따른 무선 전력 시스템(10)의 블록도이다.
도 2를 참조하면, 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 3은 무선 전력 전송 시스템이 도입되는 다양한 전자 기기들의 실시예를 나타낸다.
도 3에는 무선 전력 전송 시스템에서 송신 및 수신하는 전력 양에 따라 전자 기기들을 분류하여 도시하였다. 도 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 실시예에 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.
WPC는 모바일 및 웨어러블 기기를 대상으로 하는 Qi ecosystem과 주방기기, 로봇, LEV(light electric vehicle) 등을 대상으로 하는 HI ecosystem으로 구성되어 있다. 서로 다른 전력레벨(power level)을 사용하는 다양한 무선전력 전송장치와 수신장치들이 각 ecosystem 내의 표준별로 커버되고, 서로 다른 전력 클래스(power class) 또는 카테고리로 분류될 수 있다.
Qi 표준(belong to Qi ecosystem)은 기본 전력 프로파일(baseline power profile: BPP)과 확장 전력 프로파일(extended power profile: EPP), 자석 전력 프로파일 (magnetic power profile)을 정의한다. BPP는 5W의 전력 전송을 지원하는 무선전력 전송장치와 수신장치에 관한 것이고, EPP와 MPP는 5W보다 크고 15W보다 작은 범위의 전력 전송을 지원하는 무선전력 전송장치와 수신장치에 관한 것이다. 인-밴드(in-band :IB) 통신이 Qi spec의 필수적인(mandatory) 통신 프로토콜이나, 옵션의 백업 채널로 사용되는 아웃-밴드(out-band : OB) 통신도 사용될 수 있다. 무선전력 수신장치는 OB의 지원 여부를 구성 패킷(configuration packet)내의 OB 플래그를 설정함으로써 식별할 수 있다. OB를 지원하는 무선전력 전송장치는 상기 구성 패킷에 대한 응답으로서, OB 핸드오버를 위한 비트패턴(bit-pattern)을 전송함으로써 OB 핸드오버 페이즈(handover phase)로 진입할 수 있다. 상기 구성 패킷에 대한 응답은 NAK, ND 또는 새롭게 정의되는 8비트의 패턴일 수 있다. Qi spec의 어플리케이션은 스마트폰을 포함한다.
IND 표준(belong to HI ecosystem)은 30W~150W의 보장전력을 제공하는 무선전력 전송장치와 수신장치에 관한 것이다. IB 및 OB 통신채널이 상호 정보 교환 및 전력제어를 위해 사용될 수 있다. IND spec의 어플리케이션은 로봇 및 전동 공구(power tool)를 포함한다.
LEV 표준(belong to HI ecosystem)은 100W~500W의 보장전력을 제공하는 무선전력 전송장치와 수신장치에 관한 것이다. IB는 LEV spec을 위한 필수적인 통신 채널이며, OB통신도 사용될 수 있다. IB는 OB로의 초기화 및 링크 수립(link establishment)로서 사용될 수 있다. 무선전력 전송장치는 구성 패킷에 대한 응답으로서, OB 핸드오버를 위한 비트패턴을 이용하여 OB 핸드오버 페이즈로 진입할 수 있다.
Ki 표준(belong to HI ecosystem)은 200W~2kW의 보장전력을 제공하는 무선전력 전송장치와 수신장치에 관한 것으로서, NFC 혹은 BLE 등의 OB 통신채널을 필수적으로 사용하고 있다. 그 어플리케이션은 주방가전을 포함한다.
무선전력 전송 및 수신장치들은 매우 편리한 사용자 경험과 인터페이스(UX/UI)를 제공할 수 있다. 즉, 스마트 무선충전 서비스가 제공될 수 있다, 스마트 무선충전 서비스는 무선전력 전송장치를 포함하는 스마트폰의 UX/UI에 기초하여 구현될 수 있다. 이러한 어플리케이션을 위해, 스마트폰의 프로세서와 무선충전 수신장치간의 인터페이스는 무선전력 전송장치와 수신장치간의 "드롭 앤 플레이(drop and play)" 양방향 통신을 허용한다.
일례로서, 사용자는 호텔에서 스마트 무선 충전 서비스를 경험할 수 있다. 사용자가 호텔 방으로 입장하고 방안의 무선충전기 위에 스마트폰을 올려놓으면, 무선충전기는 스마트폰으로 무선전력을 전송하고, 스마트폰은 무선전력을 수신한다. 이 과정에서, 무선충전기는 스마트 무선 충전 서비스에 관한 정보를 스마트폰으로 전송한다. 스마트폰이 무선충전기 상에 위치됨을 감지하거나, 무선전력의 수신을 감지하거나, 또는 스마트폰이 무선충전기로부터 스마트 무선 충전 서비스에 관한 정보를 수신하면, 스마트폰은 사용자에게 부가적 특징으로의 동의(opt-in)를 문의하는 상태로 진입한다. 이를 위해, 스마트폰은 알람음을 포함하거나 또는 포함하지 않는 방식으로 스크린상에 메시지를 디스플레이할 수 있다. 메시지의 일례는 "Welcome to ### hotel. Select "Yes" to activate smart charging functions : Yes | No Thanks."와 같은 문구를 포함할 수 있다. 스마트폰은 Yes 또는 No Thanks를 선택하는 사용자의 입력을 받고, 사용자에 의해 선택된 다음 절차를 수행한다. 만약 Yes가 선택되면 스마트폰은 무선충전기에 해당 정보를 전송한다. 그리고 스마트폰과 무선충전기는 스마트 충전 기능을 함께 수행한다.
스마트 무선 충전 서비스는 또한 WiFi 자격(wifi credentials) 자동 입력(auto-filled)을 수신하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 무선충전기는 WiFi 자격을 스마트폰으로 전송하고, 스마트폰은 적절한 앱을 실행하여 무선충전기로부터 수신된 WiFi 자격을 자동적으로 입력한다.
스마트 무선 충전 서비스는 또한 호텔 프로모션을 제공하는 호텔 어플리케이션을 실행하거나, 원격 체크인/체크아웃 및 컨택 정보들을 획득하는 것을 포함할 수 있다.
다른 예로서, 사용자는 차량 내에서 스마트 무선 충전 서비스를 경험할 수 있다. 사용자가 차량에 탑승하고 스마트폰을 무선충전기 위에 올려놓으면, 무선충전기는 스마트폰에 무선전력을 전송하고, 스마트폰은 무선전력을 수신한다. 이러한 과정에서, 무선 충전기는 스마트 무선 충전 서비스에 관한 정보를 스마트폰으로 전송한다. 스마트폰이 무선충전기 상에 위치됨을 감지하거나, 무선전력의 수신을 감지하거나, 또는 스마트폰이 무선충전기로부터 스마트 무선 충전 서비스에 관한 정보를 수신하면, 스마트폰은 사용자에게 신분(identity)를 확인을 문의하는 상태로 진입한다.
이 상태에서, 스마트폰은 WiFi 및/또는 블루투스를 통해 자동적으로 자동차와 연결된다. 스마트폰은 알람음을 포함하거나 또는 포함하지 않는 방식으로 스크린상에 메시지를 디스플레이할 수 있다. 메시지의 일례는 "Welcome to your car. Select "Yes" to synch device with in-car controls : Yes | No Thanks."와 같은 문구를 포함할 수 있다. 스마트폰은 Yes 또는 No Thanks를 선택하는 사용자의 입력을 받고, 사용자에 의해 선택된 다음 절차를 수행한다. 만약 Yes가 선택되면 스마트폰은 무선충전기에 해당 정보를 전송한다. 그리고 스마트폰과 무선충전기는 차량내 어플리케이션/디스플레이 소프트웨어를 구동함으로서, 차량 내 스마트 제어 기능을 함께 수행할 수 있다. 사용자는 원하는 음악을 즐길 수 있고, 정규적인 맵 위치를 확인할 수 있다. 차량 내 어플리케이션/디스플레이 소프트웨어는 통행자들을 위한 동기화 접근을 제공하는 성능을 포함할 수 있다.
또 다른 예로서, 사용자는 스마트 무선 충전을 댁내에서 경험할 수 있다. 사용자가 방으로 들어가서 방안의 무선충전기 위에 스마트폰을 올려놓으면, 무선충전기는 스마트폰으로 무선전력을 전송하고, 스마트폰은 무선전력을 수신한다. 이 과정에서, 무선충전기는 스마트 무선 충전 서비스에 관한 정보를 스마트폰으로 전송한다. 스마트폰이 무선충전기 상에 위치됨을 감지하거나, 무선전력의 수신을 감지하거나, 또는 스마트폰이 무선충전기로부터 스마트 무선 충전 서비스에 관한 정보를 수신하면, 스마트폰은 사용자에게 부가적 특징으로의 동의(opt-in)를 문의하는 상태로 진입한다. 이를 위해, 스마트폰은 알람음을 포함하거나 또는 포함하지 않는 방식으로 스크린상에 메시지를 디스플레이할 수 있다. 메시지의 일례는 "Hi xxx, Would you like to activate night mode and secure the building?: Yes | No Thanks."와 같은 문구를 포함할 수 있다. 스마트폰은 Yes 또는 No Thanks를 선택하는 사용자의 입력을 받고, 사용자에 의해 선택된 다음 절차를 수행한다. 만약 Yes가 선택되면 스마트폰은 무선충전기에 해당 정보를 전송한다. 스마트폰과 무선 충전기는 적어도 사용자의 패턴을 인지하고 사용자에게 문과 창문을 잠그거나 불을 끄거나, 알람을 설정하도록 권유할 수 있다.
이하에서는 호환성을 대표/지시하는 지표/기준으로 '프로필(profile)'을 새롭게 정의하기로 한다. 즉, 동일한 '프로필'을 갖는 무선 전력 송수신 장치간에는 호환성이 유지되어 안정적인 전력 송수신이 가능하며, 서로 다른 '프로필'을 갖는 무선 전력 송수신장치간에는 전력 송수신이 불가한 것으로 해석될 수 있다. 프로필은 ecosystem과 무관하게(또는 독립적으로) 호환 가능 여부 및/또는 어플리케이션에 따라 정의될 수 있다.
프로필은 크게 i) 모바일, ii) 로봇, iii) 주방, iv) LEV 이렇게 4가지로 구분될 수 있다.
'모바일' 프로필의 경우, Qi spec, 통신 프로토콜/방식은 IB 및 OB, 동작 주파수는 87~205kHz, 300~400kHz로 정의될 수 있으며, 어플리케이션의 예시로는 스마트폰, 랩-탑, 웨어러블 등이 존재할 수 있다.
'로봇' 프로필의 경우, IND spec, 통신 프로토콜/방식은 IB 및 OB, 어플리케이션의 예시로는 로봇, 전동 툴 등이 존재할 수 있다.
'주방' 프로필의 경우, Ki spec, 통신 프로토콜/방식은 NFC 혹은 BLE 기반, 동작 주파수는 100kHz 미만으로 정의될 수 있으며, 어플리케이션의 예시로는 주방/가전 기기 등이 존재할 수 있다.
'LEV' 프로필의 경우, LEV spec, 통신 프로토콜/방식은 IB 및 OB, 어플리케이션의 예시로는 전기자전거, 전동킥보드 등이 존재할 수 있다.
위의 프로필의 무선전력 전송장치와 수신장치 간에 OB 통신채널로서 NFC 혹은 BLE 통신이 사용될 수 있다. NFC를 사용하는 경우 무선전력 전송장치와 수신장치는 WPC NDEF(NFC Data Exchange Profile Format)을 교환함으로써 상호간에 NFC 기기임을 확인할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 블록도이다.
도 4를 참조하면, 무선 전력 전송 시스템(10)은 무선으로 전력을 수신하는 모바일 기기(Mobile Device)(450) 및 무선으로 전력을 송신하는 베이스 스테이션(Base Station)(400)을 포함한다.
베이스 스테이션(400)은 유도 전력 또는 공진 전력을 제공하는 장치로서, 적어도 하나의 무선 전력 전송장치(power transmitter, 100) 및 시스템 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 인가받고, 이에 따라 특정 주파수의 자기장을 발생시킬 수 있다. 자기장은 비방사형 또는 방사형으로 발생할 수 있는데, 무선 전력 수신 장치(200)는 이를 수신하여 전류를 생성하게 된다. 다시 말해 1차 코일은 무선으로 전력을 전송하는 것이다.
자기 유도 방식에서, 1차 코일과 2차 코일은 임의의 적합한 형태들을 가질 수 있으며, 예컨대, 페라이트 또는 비정질 금속과 같은 고투자율의 형성물의 주위에 감긴 동선일 수 있다. 1차 코일은 전송 코일(transmitting coil), 1차 코어(primary core), 1차 와인딩(primary winding), 1차 루프 안테나(primary loop antenna) 등으로 불릴 수도 있다. 한편, 2차 코일은 수신 코일(receiving coil), 2차 코어(secondary core), 2차 와인딩(secondary winding), 2차 루프 안테나(secondary loop antenna), 픽업 안테나(pickup antenna) 등으로 불릴 수도 있다.
자기 공진 방식을 이용하는 경우에는 1차 코일과 2차 코일은 각각 1차 공진 안테나와 2차 공진 안테나 형태로 제공될 수 있다. 공진 안테나는 코일과 캐패시터를 포함하는 공진 구조를 가질 수 있다. 이때 공진 안테나의 공진 주파수는 코일의 인덕턴스와 캐패시터의 캐패시턴스에 의해 결정된다. 여기서, 코일은 루프의 형태로 이루어질 수 있다. 또 루프의 내부에는 코어가 배치될 수 있다. 코어는 페라이트 코어(ferrite core)와 같은 물리적인 코어나 공심 코어(air core)를 포함할 수 있다.
1차 공진 안테나와 2차 공진 안테나 간의 에너지 전송은 자기장의 공진 현상을 통해 이루어질 수 있다. 공진 현상이란 하나의 공진 안테나에서 공진 주파수에 해당하는 근접장이 발생할 때 주위에 다른 공진 안테나가 위치하는 경우, 양 공진 안테나가 서로 커플링되어 공진 안테나 사이에서 높은 효율의 에너지 전달이 일어나는 현상을 의미한다. 1차 공진 안테나와 2차 공진 안테나 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 OB 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
IB 통신 모듈은 특정 주파수를 중심 주파수로 하는 자기파를 이용하여 정보를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 통신/컨트롤 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), 주파수 편이(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 전송율로 수 미터에 이르는 거리까지 정보를 송수신할 수 있다.
OB 통신 모듈은 통신 안테나를 통해 아웃-밴드 통신을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 통신/컨트롤 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 전력 전송 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.
한편, WPC Qi 시스템에서 무선 전력 전송기(100)는 예컨대, 전력 전송에 활성화 되는 프라이머리 코일 개수 관점에서 분류될 수 있다. 이때, 최대 5W의 무선 전력 전송 량을 지원하는 무선 전력 전송기(100)(즉, BPP 프로토콜을 지원하는 무선 전력 전송기(100))는 예컨대, 타입 A(type A) 무선 전력 전송기(100) 및 타입 B(type B) 무선 전력 전송기(100)들로 분류될 수 있으며, 5W 이상의 무선 전력 전송 량을 지원하는 무선 전력 전송기(100)(즉, MPP 혹은 EPP 프로토콜을 지원하는 무선 전력 전송기(100))는 예컨대, 타입 MP A(type MP-A) 무선 전력 전송기(100) 및 타입 MP B(type MP-B) 무선 전력 전송기(100)들로 분류될 수 있다.
- 타입 A 및 타입 MP A 무선 전력 전송기(100)
타입 A 및 타입 MP A 무선 전력 전송기(100)에는 하나 이상의 프라이머리 코일이 있을 수 있다. 타입 A 및 타입 MP A 무선 전력 전송기(100)는 한 번에 단일 프라이머리 코일을 활성화하므로 활성화된 프라이머리 코일과 일치하는 단일 프라이머리 셀이 사용될 수 있다.
- 타입 B 및 타입 MP B 무선 전력 전송기(100)
타입 B 및 타입 MP B 전력 전송기에는 프라이머리 코일 어레이(array)가 있을 수 있다. 그리고, 타입 B 및 타입 MP B 전력 전송기는 자유 위치 지정을 가능하게 할 수 있다. 이를 위해, 타입 B 및 타입 MP B 전력 전송기는 어레이에서 하나 이상의 프라이머리 코일을 활성화하여 인터페이스 표면의 다른 위치에서 프라이머리 셀을 실현할 수 있다.
추가로, 자석을 활용하며 5W 이상의 무선 전력 전송 량을 지원하는 무선 전력 전송기(즉, MPP 프로토콜을 지원하는 무선 전력 전송기)를 제안할 수 있고, MPP 프로토콜에 대해서는 후술하도록 한다.
다만, Qi v2.0 이후의 표준에 대해서 고전력 무선전력 전송을 위해, BPP는 최대 5W의 전력을 지원하고, EPP는 5W 초과 50W 이하의 전력을 지원하고, MPP는 5W 초과 50W 이하의 전력을 지원할 수 있다. 즉, EPP 또는 MPP는 5~50W의 전력을 지원한다고 볼 수 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 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.
한편, 도 4에는 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 OB 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
IB 통신 모듈은 특정 주파수를 중심 주파수로 하는 자기파를 이용하여 정보를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 통신/컨트롤 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), 주파수 편이(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 전송율로 수 미터에 이르는 거리까지 정보를 송수신할 수 있다.
OB 통신 모듈은 통신 안테나를 통해 아웃-밴드 통신을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 통신/컨트롤 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 전력 수신 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 OB 통신 모듈 또는 근거리 통신 모듈로서 블루투스 또는 블루투스 LE일 경우, 통신/컨트롤 회로(120)과 통신/컨트롤 회로(220)은 각각 도 5와 같은 통신 아키텍처로 구현되어 동작할 수 있다.
도 5는 본 명세서에 따른 일 실시예가 적용될 수 있는 블루투스 통신 아키텍처(Architecture)의 일 예를 나타낸 도이다.
도 5를 참고하면, 도 5의 (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 5의 (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 프로파일에게 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 블루투스 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 5의 (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 6이지의 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.
① Battery: 배터리 정보 교환 방법
② Time: 시간 정보 교환 방법
③ FindMe: 거리에 따른 알람 서비스 제공
④ Proximity: 배터리 정보 교환 방법
⑤ Time: 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 브로드캐스트를 수행하기 위해 광고 절차를 수행한다.
여기서, 비지향성의 브로드캐스트(Undirected Advertising)는 특정 디바이스를 향한 브로드캐스트가 아닌 전(모든) 디바이스를 향한 광고(Advertising)이며, 모든 디바이스가 광고(Advertising)을 스캔(Scan)하여 추가 정보 요청이나 연결 요청을 할 수 있다.
이와 달리, 지향성 브로드캐스트(Directed advertising)는 수신 디바이스로 지정된 디바이스만 광고(Advertising)을 스캔(Scan)하여 추가 정보 요청이나 연결 요청을 할 수 있다.
광고 절차는 근처의 개시 디바이스와 블루투스 연결을 확립하기 위해 사용된다.
또는, 광고 절차는 광고 채널에서 리스닝을 수행하고 있는 스캐닝 디바이스들에게 사용자 데이터의 주기적인 브로드캐스트를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
광고 절차에서 모든 광고(또는 광고 이벤트)는 광고 물리 채널을 통해 브로드캐스트된다.
광고 디바이스들은 광고 디바이스로부터 추가적인 사용자 데이터를 얻기 위해 리스닝을 수행하고 있는 리스닝 디바이스들로부터 스캔 요청을 수신할 수 있다. 광고 디바이스는 스캔 요청을 수신한 광고 물리 채널과 동일한 광고 물리 채널을 통해, 스캔 요청을 전송한 디바이스로 스캔 요청에 대한 응답을 전송한다.
광고 패킷들의 일 부분으로서 보내지는 브로드캐스트 사용자 데이터는 동적인 데이터인 반면에, 스캔 응답 데이터는 일반적으로 정적인 데이터이다.
광고 디바이스는 광고 (브로드캐스트) 물리 채널 상에서 개시 디바이스로부터 연결 요청을 수신할 수 있다. 만약, 광고 디바이스가 연결 가능한 광고 이벤트를 사용하였고, 개시 디바이스가 디바이스 필터링 절차에 의해 필터링 되지 않았다면, 광고 디바이스는 광고를 멈추고 연결 모드(connected mode)로 진입한다. 광고 디바이스는 연결 모드 이후에 다시 광고를 시작할 수 있다.
스캐닝 절차(Scanning Procedure)
스캐닝을 수행하는 디바이스 즉, 스캐닝 디바이스는 광고 물리 채널을 사용하는 광고 디바이스들로부터 사용자 데이터의 비지향성 브로드캐스트를 청취하기 위해 스캐닝 절차를 수행한다.
스캐닝 디바이스는 광고 디바이스로부터 추가적인 데이터를 요청 하기 위해, 광고 물리 채널을 통해 스캔 요청을 광고 디바이스로 전송한다. 광고 디바이스는 광고 물리 채널을 통해 스캐닝 디바이스에서 요청한 추가적인 데이터를 포함하여 상기 스캔 요청에 대한 응답인 스캔 응답을 전송한다.
상기 스캐닝 절차는 BLE 피코넷에서 다른 BLE 디바이스와 연결되는 동안 사용될 수 있다.
만약, 스캐닝 디바이스가 브로드캐스트되는 광고 이벤트를 수신하고, 연결 요청을 개시할 수 있는 개시자 모드(initiator mode)에 있는 경우, 스캐닝 디바이스는 광고 물리 채널을 통해 광고 디바이스로 연결 요청을 전송함으로써 광고 디바이스와 블루투스 연결을 시작할 수 있다.
스캐닝 디바이스가 광고 디바이스로 연결 요청을 전송하는 경우, 스캐닝 디바이스는 추가적인 브로드캐스트를 위한 개시자 모드 스캐닝을 중지하고, 연결 모드로 진입한다.
디스커버링 절차(Discovering Procedure)
블루투스 통신이 가능한 디바이스(이하, '블루투스 디바이스'라 한다.)들은 근처에 존재하는 디바이스들을 발견하기 위해 또는 주어진 영역 내에서 다른 디바이스들에 의해 발견되기 위해 광고 절차와 스캐닝 절차를 수행한다.
디스커버링 절차는 비대칭적으로 수행된다. 주위의 다른 디바이스를 찾으려고 하는 블루투스 디바이스를 디스커버링 디바이스(discovering device)라 하며, 스캔 가능한 광고 이벤트를 광고하는 디바이스들을 찾기 위해 리스닝한다. 다른 디바이스로부터 발견되어 이용 가능한 블루투스 디바이스를 디스커버러블 디바이스(discoverable device)라 하며, 적극적으로 광고 (브로드캐스트) 물리 채널을 통해 다른 디바이스가 스캔 가능하도록 광고 이벤트를 브로드캐스트한다.
디스커버링 디바이스와 디스커버러블 디바이스 모두 피코넷에서 다른 블루투스 디바이스들과 이미 연결되어 있을 수 있다.
연결 절차(Connecting Procedure)
연결 절차는 비대칭적이며, 연결 절차는 특정 블루투스 디바이스가 광고 절차를 수행하는 동안 다른 블루투스 디바이스는 스캐닝 절차를 수행할 것을 요구한다.
즉, 광고 절차가 목적이 될 수 있으며, 그 결과 단지 하나의 디바이스만 광고에 응답할 것이다. 광고 디바이스로부터 접속 가능한 광고 이벤트를 수신한 이후, 광고 (브로드캐스트) 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 1에서 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 4를 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 탈부착이 가능한 형태의 외부 구성으로 제공될 수 있다. 다른 예를 들어, 무선 전력 수신 장치(200)에는 전자 기기의 다양한 동작을 구동하는 구동 수단이 배터리 대신 포함될 수도 있다.
모바일 기기(450)는 무선전력 수신장치(200)을 포함하는 것을 도시되어 있고, 베이스 스테이션(400)은 무선전력 전송장치(100)를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 넓은 의미에서는 무선전력 수신장치(200)는 모바일 기기(450)와 동일시될 수 있고 무선전력 전송장치(100)는 베이스 스테이션(400)와 동일시 될 수도 있다.
통신/컨트롤 회로(120)과 통신/컨트롤 회로(220)이 IB 통신 모듈 이외에 OB 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 6와 같은 단순화된 블록도로 표현될 수 있다.
도 6은 일례에 따른 BLE 통신을 사용하는 무선전력 전송 시스템을 도시한 블록도이다.
도 6을 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 5에 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.
도 7은 다른 예에 따른 BLE 통신을 사용하는 무선전력 전송 시스템을 도시한 블록도이다.
도 7을 참조하면, 통신/컨트롤 회로들(120, 220)은 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.
한편, 사용자가 무선 전력 전송기(100)의 동작 볼륨 내에 무선 전력 수신기(200)를 배치하면 무선 전력 전송기(100) 및 무선 전력 수신기(200) 둘은 전력 전송을 구성 및 제어하기 위한 목적으로 통신을 시작한다. 이때, 전력 시그널은 모든 통신에 대해 캐리어를 제공할 수 있으며, 통신에 대한 프로토콜은 여러 단계로 구성될 수 있다. 이하, 통신 프로토콜에 대해 설명하도록 한다.
도 8은 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
WPC에서는 두 가지 통신 프로토콜을 정의할 수 있다.
- 베이스라인 프로토콜(혹은 BPP): 무선 전력 수신기(200)로부터 무선 전력 전송기(100)로의 일 방향 통신만을 지원하는 오리지널 프로토콜을 의미할 수 있다.
- 확장된 프로토콜(혹은 EPP): 양방향 통신 및 향상된 FOD(foreign object detection) 기능을 지원하며, 데이터 전송 스트림 기능 및 인증 옵션 또한 지원할 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 명세서의 일 실시예에 따른, 무선 전력 전송기(100)와 무선 전력 수신기(200) 간의 전력 전달 동작은 크게, 핑 페이즈(810)(Ping Phase), 구성 페이즈(820)(Configuration Phase), 협상 페이즈(830)(Negotiation Phase) 및 전력 전달 페이즈(Power Transfer Phase)로 구분될 수 있다.
- 핑 페이즈(810)
핑 페이즈(810)에서, 무선 전력 전송기(100)는 무선 전력 수신기(200)와의 통신을 확립하기를 시도(try)할 수 있다. 통신의 확립을 시도하기 전에, 측정이 수행될 수 있으며, 측정에 따라 전력 전송 중에 손상되거나 가열될 수 있는 은행 카드, 동전 또는 기타 금속과 같은 물체가 있는지가 확인될 수 있다. 여기서, 이러한 측정은 무선 전력 수신기(200)를 깨우지 않고 진행될 수 있다.
여기서, 무선 전력 전송기(100)는 무선 전력 수신기(200)로부터 설계 정보(design information)를 얻은 후 검출된 금속이 이물질(foreign object)인지 또는 친화적인 금속(friendly metal)인지에 대한 결론을 협상 페이즈(830)로 연기할 수 있다.
- 구성 페이즈(820)
구성 페이즈(820)에서, 무선 전력 수신기(200)는 기본 식별 및 구성 데이터(basic identification and configuration data)를 무선 전력 수신기(200)로 보낼 수 있다. 그리고, 무선 전력 전송기(100) 및 무선 전력 수신기(200) 양측은 이 정보를 사용하여 베이스라인(baseline) 전력 전송 계약(power transfer contract)을 생성할 수 있다.
또한, 무선 전력 전송기(100) 및 무선 전력 수신기(200)는 구성 페이즈(820)에서 베이스라인 프로토콜(Baseline Protocol) 또는 확장된 프로토콜(Extended Protocol)을 계속할지 여부를 결정할 수 있다.
여기서, 무선 전력 수신기(200)는 확장된 프로토콜을 구현하는 경우에만 향상된 FOD, 데이터 전송 스트림 및 인증과 같은 기능을 사용할 수 있다.
- 협상 페이즈(830)
협상 페이즈(830)에서, 무선 전력 전송기(100)와 무선 전력 수신기(200)는 추가적인 설정 및 제한을 포함하는 확장된 전력 전송 계약(extended power transfer contract)을 설정할 수 있다. 또한, 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)에 설계 정보를 제공할 수 있다. 후에, 설계 정보는 전력 전달 페이즈(840)로 전환하기 전에 FOD를 완료하는 데 사용될 수 있다.
여기서, 협상 페이즈(830)는 베이스라인 프로토콜에서는 존재하지 않는 단계에 해당할 수 있다.
- 전력 전달 페이즈(840)
전력 전달 페이즈(840)는 무선 전력 수신기(200)의 로드로 전력이 전달되는 단계일 수 있다.
확장 프로토콜에서 무선 전력 전송기(100)와 무선 전력 수신기(200)는 이 단계가 시작될 때 시스템 보정(system calibration)을 수행할 수 있다. 전력 전달 계약의 요소를 재협상하기 위해 이 단계가 가끔 중단될 수 있다. 하지만, 이러한 재협상 중에도 전력 전달은 계속될 수 있다.
이하, 앞서 설명했던, 핑 페이즈(810)(Ping Phase), 구성 페이즈(820)(Configuration Phase), 협상 페이즈(830)(Negotiation Phase) 및 전력 전달 페이즈(840)(Power Transfer Phase)에 대한 프로토콜을 각각 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
1. 핑 페이즈(810)
핑 페이즈(810)가 시작될 때 무선 전력 전송기(100)는 무선 전력 수신기(200)가 작동 볼륨 내에 있는지 여부를 아직 알지 못한다. 아울러, 무선 전력 전송기(100)는 무선 전력 수신기(200)를 인지할 수 없다. 그 이유로, 이 시스템은 일반적으로 파워 시그널의 부족으로 인해, 비활성화기 때문이다.
이와 같은 상황에서, 무선 전력 전송기(100)가 무선 전력 수신기(200)로부터의 응답을 요청하기 위한 디지털 핑을 시작하기 전에, 무선 전력 전송기(100)는 다음 단계를 거칠 수 있다.
도 9는 핑 페이즈(810)의 프로토콜에 대한 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 9에 따르면, 무선 전력 전송기(100)는 아날로그 핑을 수행할 수 있다(S910). 즉, 무선 전력 전송기(100)는 아날로그 핑을 전송하여 작동 공간(operating volume) 내에 물체가 존재하는지 여부를 확인할 수 있다. 예컨대, 무선전력 전송기는 송신 코일 또는 1차 코일(Primary Coil)의 전류 변화에 기반하여 작동 공간 내에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다.
무선 전력 전송기(100)는 NFC 태그 보호를 적용할 수 있다(S920). 여기서, NFC 태그 보호는 다음과 같은 절차를 통해 수행될 수 있다.
a) 우선, 감지된 개체 중 하나 이상이 NFC 태그를 포함하는지 여부가 확인될 수 있다.
b) 이후, NFC 태그가 포함된 물체의 경우 손상 없이 전원 신호를 견딜 수 있는지 확인할 수 있다.
c) 무선 전력 전송기(100)가 NFC 태그가 전력 신호를 견딜 수 없다고 판단하면, 디지털 핑을 시작하지 않고 핑 단계를 유지하며, 무선 전력 전송기(100)는 계속 진행할 수 없는 이유를 사용자에게 알릴 수 있다.
무선 전력 전송기(100)는 이물질 감지를 수행할 수 있다(S930). 즉, 무선 전력 전송기(100)는 무선 전력 수신기(200) 외의 이물질이 있는지 여부를 판단하는 데 도움이 되는 정보를 수집할 수 있다. 이를 위해, 무선 전력 전송기(100)는 프리-파워 FOD 방식등과 같은 다양한 방식을 사용할 수 있다.
한편, 앞서 설명했던 세 개의 단계(S910, S920, S930)에서는, 무전 전력 수신기가 동작하지 않을 수 있다.
무선 전력 전송기(100)가 위의 단계를 수행하고, 동작 볼륨에 잠재적으로 무선 전력 수신기(200)가 있다고 판단하면, 무선 전력 전송기(100)는 디지털 핑을 시작할 수 있다(S940). 여기서, 디지털 핑은 SIG(signal strength) 데이터 패킷 또는 EPT(End Power Transfer) 데이터 패킷과 같은 응답을 무선 전력 수신기(200)에게 요청할 수 있다.
이후, 무선 전력 전송기(100)는 무선 전력 수신기(200)로부터 SIG 또는 EPT를 수신할 수 있다(S950). 여기서, SIG 데이터 패킷은 커플링의 측정을 제공할 수 있으며, SIG 데이터 패킷은 신호 강도 값에 대한 정보를 포함할 수 있다. 아울러, EPT 데이터 패킷은 전원 전송 중지 요청과 요청 이유를 제공할 수 있다.
만약, 무선 전력 전송기(100)가 무선 전력 수신기(200)로부터 위와 같은 응답을 수신하지 못할 경우에는, 무선 전력 전송기(100)는 핑 페이즈(810)에 머물면서 위와 같은 단계들을 반복할 수 있다.
2. 구성 페이즈(820)
구성 페이즈(820)는 다음과 같은 프로토콜의 일부다.
- 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)에게 자신을 식별시킬 수 있다.
- 무선 전력 수신기(200)와 무선 전력 전송기(100)는 베이스라인 전력 전달 계약을 확립할 수 있다.
- 무선 전력 수신기(200)와 무선 전력 전송기(100)는 전력 전송에 사용할 프로토콜 변형을 결정할 수 있다.
구성 페이즈(820)에서 무선 전력 전송기(100)와 무선 전력 수신기(200)는 디지털 핑 파라미터를 사용하여 계속 동작할 수 있다. 이것은 무선 전력 전송기(100)와 무선 전력 수신기(200) 모두의 전력 및 전류 레벨은 사용자가 동작 볼륨 내의 위치에서 무선 전력 수신기(200)를 이동하는 경우에만 변경됨을 의미할 수 있다.
이하, 구성 페이즈(820)에서의 프로토콜을 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 10은 구성 페이즈(820)의 프로토콜에 대한 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 10에 따르면, 무선 전력 전송기(100)는 무선 전력 수신기(200)로부터 ID(identification)를 수신할 수 있다(S1010). 또는 무선 전력 전송기(100)는 무선 전력 수신기(200)로부터 XID(extended identification) 또한 수신할 수 있다(S1020). 즉, 무선 전력 수신기(200)는 ID 데이터 패킷 및 선택적으로 XID 데이터 패킷을 이용하여 무선 전력 수신기(200) 자신을 식별시킬 수 있다.
무선 전력 전송기(100)는 선택적으로 무선 전력 수신기(200)로부터 PCH(power control hold-off) 데이터 패킷을 수신할 수 있으며(S1030), 무선 전력 전송기(100)는 무선 전력 수신기(200)로부터 CFG 데이터 패킷을 수신할 수 있다(S1040). 즉, 무선 전력 수신기(200)는 PCH 및/또는 CFG 데이터 패킷을 이용하여 전력 전달 계약에서의 사용을 위한 데이터를 제공할 수 있다.
마지막으로, 무선 전력 전송기(100)는 가능하다면 확장된 프로토콜을 확인할 수 있다(S1050).
앞서 설명했던 각 데이터 패킷을 요약하여 정리하면 아래와 같을 수 있다.
- ID: ID 데이터 패킷은 무선 전력 수신기(200)를 식별하는 정보일 수 있다. 여기서, ID에는 제조사 코드, 베이직 디바이스 식별자 등을 포함할 수 있다. 아울러, ID에는 설정 페이즈에서 XID 데이터 패킷의 존재 유무를 식별하는 정보 또한 포함할 수 있다.
- XID: XID 데이터 패킷에는 추가 식별 데이터가 포함될 수 있다.
- PCH: PCH 데이터 패킷은 CE 데이터 패킷의 수신과 무선 전력 전송기(100)가 코일 전류 조정을 시작하는 사이의 지연을 구성할 수 있다.
- CFG: CFG 데이터 패킷은 기본 구성 데이터를 제공할 수 있다.
예컨대, CFG 데이터 패킷은 베이스라인 프로토콜에서 전력 전송을 관장하는 모든 파라미터를 제공할 수 있다. 아울러, CFG 데이터 패킷은 확장 프로토콜에서 사용되는 모든 FSK 통신 파라미터를 제공할 수 있다. 또한, CFG 데이터 패킷은 무선 전력 수신기(200)의 추가 기능을 제공할 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 무선전력 수신장치의 구성 패킷(CFG)의 메시지 필드를 도시한 도면이다.
도 11에 따르면, 일 실시예에 따른 구성 패킷(CFG)은 0x51의 헤더값을 가질 수 있고, 구성 패킷(CFG)의 메시지 필드에는 1 비트의 인증(AI) 플래그와 1 비트의 아웃밴드(OB) 플래그가 포함될 수 있다.
인증 플래그(AI)는 무선전력 수신장치가 인증 기능을 지원하는지 여부를 지시한다. 예를 들어, 인증 플래그(AI)의 값이 '1'이면 무선전력 수신장치가 인증 기능을 지원하거나 인증 개시자(Authentication Initiator)로 동작할 수 있음을 지시하고, 인증 플래그(AI)의 값이 '0'이면 무선전력 수신장치가 인증 기능을 지원하지 않거나 인증 개시자로 동작할 수 없음을 지시할 수 있다.
아웃밴드(OB) 플래그는 무선전력 수신장치가 아웃밴드 통신을 지원하는지 여부를 지시한다. 예를 들어, 아웃밴드(OB) 플래그의 값이 '1'이면 무선전력 수신장치가 아웃밴드 통신을 지시하고, 아웃밴드(OB) 플래그의 값이 '0'이면 무선전력 수신장치가 아웃밴드 통신을 지원하지 않음을 지시할 수 있다.
앞서 설명했던 ID 및/또는 XID의 제공은 식별을 위함이다. 그리고, PCH 및/또는 CFG의 제공은 전력 전달 계약의 구축(build)을 위함이다.
3. 협상 페이즈(830)
협상 페이즈(830)는 무선 전력 전송기(100)와 무선 전력 수신기(200)가 전력 전송 계약을 변경할 수 있는 확장 프로토콜의 일부다. 이 단계에는 두 가지 유형이 있다.
- 협상 페이즈(830): 협상 페이즈(830)는 구성 페이즈(820) 이후에 직접 이어지며, 초기 확장 전력 전송 계약을 생성하는 역할을 한다. 아울러, 협상 페이즈(830)는 사전 전력(pre-power) FOD 기능을 완료하는 역할도 한다. 여기서, 협상 단계의 길이는 제한되지 않는다.
- 재협상 페이즈: 재협상 페이즈는 전력 전달 페이즈(840)를 여러 번 중단할 수 있으며, 일반적으로 전력 전달 계약의 단일 요소를 조정하는 역할을 한다. 아울러, FOD/qf, FOD/rf 및 SRQ/rpr 데이터 패킷은 재협상 단계에서는 이용되지 않을 수 있다. 전력 전달 페이즈(840)에서의 CE 데이터 패킷에 대한 제약은 재협상 단계의 길이를 제한한다.
협상 단계 또는 재협상 단계에서, 무선전력 수신장치와 무선전력 전송장치 사이의 무선전력의 수신/전송과 관련한 전력 전송 계약(Power Transfer Contract)을 확장 또는 변경하거나, 전력 전송 계약의 요소 중 적어도 일부를 조정하는 전력 전송 계약의 갱신이 이루어지거나, 아웃밴드 통신을 수립하기 위한 정보의 교환이 이루어질 수 있다.
도 12는 일 실시예에 따른 협상 단계 또는 재협상 단계의 프로토콜을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 무선 전력 전송기(100)는 무선 전력 수신기(200)로부터 FOD 상태 데이터 패킷(e.g. FOD)을 수신할 수 있다(S1210). 여기서, 무선 전력 수신기(200)는 FOD 상태 데이터 패킷을 사용하여 그 존재가 레퍼런스 무선 전력 전송기(100)의 선택된 속성에 미치는 영향을 무선 전력 전송기(100)에게 알릴 수 있다. 그리고, 무선 전력 전송기(100)는 이 정보를 사용하여 FOD 기능을 구성할 수 있다.
무선 전력 전송기(100)는 위 FOD 상태 데이터 패킷에 대한 ACK/NAK을 무선 전력 수신기(200)에게 전송할 수 있다(S1215).
한편, 무선 전력 수신기(200)는 GRQ(General Request data packet)을 이용해 무선 전력 전송기(100)의 ID(Identification data packet), CAP(Capabilities data packet), XCAP(extended CAP)을 수신할 수 있다.
일반 요청 패킷(GRQ)는 0x07의 헤더값을 가질 수 있고, 1바이트의 메시지 필드를 포함할 수 있다. 일반요청패킷(GRQ)의 메시지 필드에는 무선 전력 수신기(200)가 GRQ 패킷을 이용해 무선 전력 전송기(100)에게 요청하는 데이터 패킷의 헤더값이 포함될 수 있다.
예컨대, 협상 단계 또는 재협상 단계에서, 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)의 ID 패킷을 요청하는 GRQ 패킷(GRQ/id)을 무선 전력 전송기(100)로 전송할 수 있다(S1220).
GRQ/id를 수신한 무선 전력 전송기(100)는 ID 패킷을 무선 전력 수신기(200)로 전송할 수 있다(S1225). 무선 전력 전송기(100)의 ID 패킷에는 'Manufacturer Code'에 대한 정보가 포함된다. 'Manufacturer Code'에 대한 정보가 포함된 ID 패킷은 무선 전력 전송기(100)의 제조자(manufacturer)를 식별할 수 있도록 한다.
혹은, 협상 단계 또는 재협상 단계에서, 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)의 성능 패킷(CAP)을 요청하는 GRQ 패킷(GRQ/cap)을 무선 전력 전송기(100)로 전송할 수 있다(S1230). GRQ/cap의 메시지 필드에는 성능패킷(CAP)의 헤더값(0x31)이 포함될 수 있다.
GRQ/cap를 수신한 무선 전력 전송기(100)는 성능 패킷(CAP)을 무선 전력 수신기(200)로 전송할 수 있다(S1235).
혹은, 협상 단계 또는 재협상 단계에서, 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)의 성능 패킷(CAP)을 요청하는 GRQ 패킷(GRQ/xcap)을 무선 전력 전송기(100)로 전송할 수 있다(S1240). GRQ/xcap의 메시지 필드에는 성능패킷(XCAP)의 헤더값(0x32)이 포함될 수 있다.
GRQ/xcap를 수신한 무선 전력 전송기(100)는 성능 패킷(XCAP)을 무선 전력 수신기(200)로 전송할 수 있다(S1245).
도 13은 일 실시예에 따른 무선전력 전송장치의 성능 패킷(CAP)의 메시지 필드를 도시한 도면이다.
일 실시예에 따른 성능 패킷(CAP)은 0x31의 헤더값을 가질 수 있고, 도 19을 참조하면, 3 바이트의 메시지 필드를 포함할 수 있다.
도 13을 참조하면, 성능 패킷(CAP)의 메시지 필드에는 1 비트의 인증(AR) 플래그와 1 비트의 아웃밴드(OB) 플래그가 포함될 수 있다.
인증 플래그(AR)는 무선 전력 전송기(100)가 인증 기능을 지원하는지 여부를 지시한다. 예를 들어, 인증 플래그(AR)의 값이 '1'이면 무선 전력 전송기(100)가 인증 기능을 지원하거나 인증 응답자(Authentication Responder)로 동작할 수 있음을 지시하고, 인증 플래그(AR)의 값이 '0'이면 무선 전력 전송기(100)가 인증 기능을 지원하지 않거나 인증 응답자로 동작할 수 없음을 지시할 수 있다.
아웃밴드(OB) 플래그는 무선 전력 전송기(100)가 아웃밴드 통신을 지원하는지 여부를 지시한다. 예를 들어, 아웃밴드(OB) 플래그의 값이 '1'이면 무선 전력 전송기(100)가 아웃밴드 통신을 지시하고, 아웃밴드(OB) 플래그의 값이 '0'이면 무선 전력 전송기(100)가 아웃밴드 통신을 지원하지 않음을 지시할 수 있다.
협상 단계에서 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)의 성능 패킷(CAP)을 수신하여, 무선 전력 전송기(100)의 인증기능 지원여부 및 아웃밴드 통신 지원여부를 확인할 수 있다.
다시 도 12로 돌아와서, 무선 전력 수신기(200)는 협상 단계 또는 재협상 단계에서 적어도 하나의 특정 요청 패킷(SRQ, Specific Request data packet)을 이용해 전력 전달 페이즈에서 제공받을 전력과 관련한 전력 전송 계약(Power Transfer Contract)의 요소들을 갱신할 수 있고(S1250), 이에 대한 ACK/NAK을 수신할 수 있다(S1255).
한편, 확장된 전력 전달 계약 확인하고 협상 단계를 종료하기 위해, 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)에게 SRQ/en을 전송하고(S1260), 무선 전력 전송기(100)로부터 ACK을 수신할 수 있다(S1265).
4. 전력 전달 페이즈(840)
전력 전달 페이즈(840)는 실제 전력이 무선 전력 수신기(200)의 부하로 전송되는 프로토콜의 일부다. 여기서, 전력 전달은 협상 페이즈(830)에서 생성된 전력 전달 계약의 조건에 따라 진행될 수 있다.
<CE에 기반한 전력 제어>
무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 수신기(200)의 목표와 실제 동작 지점 사이의 편차를 측정하는 제어 오류(control error; CE) 데이터를 무선 전력 전송기(100)에게 전송하여 전력 레벨을 제어할 수 있다. 무선 전력 전송기(100)와 무선 전력 수신기(200)는 제어 오류 데이터를 0으로 만드는 것을 목표로 하며, 이 지점에서 시스템은 목표 전력 수준에서 작동하게 된다.
<전력 전달 내에서의 FOD 방법(In-power transfer FOD method)>
제어 오류 데이터 외에도 무선 전력 전송기(100)와 무선 전력 수신기(200)는 FOD를 용이하게 하기 위한 정보를 교환할 수 있다. 무선 전력 수신기(200)는 수신하는 전력의 양(수신 전력 레벨(received power level))을 정기적으로 무선 전력 전송기(100)에게 보고하고, 무선 전력 전송기(100)는 이물질을 감지했는지 여부를 무선 전력 수신기(200)에게 알릴 수 있다. 전력 전달 페이즈에서 FOD에 대해 사용될 수 있는 방법은 예컨대, 파워 로스 계산에 해당할 수 있다. 이 접근 방식에서 무선 전력 전송기(100)는 무선 전력 수신기(200)에 의해 보고된 수신 전력 레벨을 송신 전력의 양(송신 전력 레벨)과 비교하고 차이가 임계 값을 초과할 때 무선 전력 수신기(200)에게 (이물질을 감시했는지 여부에 대한) 신호를 보낼 수 있다.
<재협상 페이즈>
상황에 따라 필요한 경우, 무선 전력 전송기(100) 또는 무선 전력 수신기(200)는 전력 전달 페이즈 중에 전력 전송 계약의 재협상을 요청할 수 있다. 전력 전송 계약의 재협상이 이루어질 수 있는 변경된 상황의 예는 다음과 같을 수 있다.
- 무선 전력 수신기(200)가 이전에 협상한 것보다 (실질적으로) 더 많은 전력이 필요할 때.
- 무선 전력 전송기(100)가 낮은 효율로 작동하고 있음을 감지한 때.
- 무선 전력 전송기(100)가 증가된 작동 온도로 인해 더 이상 현재 전력 수준을 유지할 수 없는 때(또는 그 반대의 경우, 즉, 무선 전력 수신기(200)가 충분히 냉각된 후 더 높은 전력 수준에서 작동할 수 있는 때).
여기서, 재협상 페이즈에 대한 구체적인 프로토콜의 예시는 앞서 설명한 바와 같다.
<데이터 전송 스트림>
무선 전력 전송기(100)와 무선 전력 수신기(200)는 데이터 전송 스트림을 시작하여 전력 전달 페이즈(840) 전반에 걸쳐 애플리케이션 레벨 데이터를 교환할 수 있다.
여기서, 중요한 공통 어플리케이션은 인증(authentication)이며, 여기에서 양측은 변조 방지 방식으로 상대방의 자격 증명을 확인할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)가 높은 전력 수준에서 안전하게 작동하도록 신뢰할 수 있는지 확인하기 위해 무선 전력 전송기(100)의 자격 증명을 확인하고자 할 수 있다. 적절한 자격 증명이 있으면 규정 준수 테스트를 통과했음을 의미할 수 있다.
따라서, 본 명세서에서는 낮은 전력 레벨 수준에서 전력 전달을 시작하고, 인증 프로토콜을 성공적으로 완료한 후에만 전력을 더 높은 수준으로 제어하는 방식을 제공할 수 있다.
<전력 전달 페이즈(840)에서의 프로토콜>
지금까지는 전력 전달 페이즈(840)에서의 무선 전력 전송기(100) 및 무선 전력 수신기(200) 간의 동작을 개략적으로 설명하였다. 이하, 전력 전달 페이즈(840)에서의 동작에 대한 원활한 이해를 위해, 전력 전달 페이즈(840)에서의 프로토콜을 베이스라인 프로토콜의 경우와 확장된 프로토콜의 경우를 각각 구별하여 설명하도록 한다.
도 14는 베이스라인 프로토콜에서의 전력 전달 페이즈(840)에 대한 데이터 플로우의 순서도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 14에 따르면, 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)에게 CE를 전송할 수 있다(S1410). 여기서, 무선 전력 수신기(200)는 일반적으로 CE 데이터 패킷을 초당 여러 번 전송할 수 있다.
무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)에게 일반적으로 1.5초마다 한 번씩 RP(received power) 데이터 패킷(베이스라인 프로토콜에서는 RP8)을 전송할 수 있다(S1420).
선택적으로, 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)에게 CHS(charge status) 데이터 패킷을 전송할 수 있다(S1430).
앞서 설명했던 데이터 패킷을 정리하여 설명하면 아래와 같을 수 있다.
- CE: CE 데이터 패킷은 원하는 전력 수준에 대한 피드백을 제공할 수 있다. CE 데이터 패킷은 제어 오류 값(control error value)를 포함할 수 있으며, 여기서 제어 오류 값은 무선 전력 수신기(200)의 실제 동작 지점과 목표 동작 지점 간의 편차에 대한 상대 측정 값인 부호 있는 정수 값일 수 있다. 이때의 제어 오류 값이 양수 값이면, 실제 동작 지점이 목표 동작 지점 아래에 있음을 나타내며, 무선 전력 전송기(100)에게 전력 신호를 증가시키도록 요청할 수 있다. 제어 오류 값이 음수 값이면, 실제 동작 지점이 목표 동작 지점 위에 있음을 나타내며, 무선 전력 전송기(100)에 전력 신호를 줄이도록 요청할 수 있다.
- RP8: RP8 데이터 패킷은 수신 전력 수준을 보고할 수 있다. 여기서, RP8 데이터 패킷은 베이스라인 프로토콜에만 포함될 수 있다.
- CHS: CHS 데이터 패킷은 부하에서 배터리의 충전 수준을 제공할 수 있다.
도 15는 확장된 프로토콜에서의 전력 전달 페이즈(840)에 대한 데이터 플로우의 순서도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 15에 따르면, 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)에게 CE를 전송할 수 있다(S1510). 여기서, 무선 전력 수신기(200)는 일반적으로 CE 데이터 패킷을 초당 여러 번 전송할 수 있다.
무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)에게 일반적으로 1.5초마다 한 번씩 RP(received power) 데이터 패킷(확장된 프로토콜에서는 RP)을 전송할 수 있다(S1515).
전력 전달 페이즈에서, 제어 오류 패킷(CE)와 수신 전력 패킷(RP)는, 무선전력의 제어를 위해, 요구되는 타이밍 제약(timing constraint)에 맞추어 반복적으로 전송/수신되어야 하는 데이터 패킷이다.
무선전력 전송기(100)는 무선 전력 수신기 (200)로부터 수신한 제어 오류 패킷(CE)와 수신 전력 패킷(RP)을 기초로 전송하는 무선전력의 레벨을 제어할 수 있다.
한편, 확장된 프로토콜에서는, 무선 전력 전송기(100)는 수신 전력 패킷(RP)에 대해 ACK, NAK, ATN 등의 비트 패턴으로 응답할 수 있다(S1520).
모드 값이 0인 수신 전력 패킷(RP/0)에 대해, 무선 전력 전송기(100)가 ACK으로 응답하는 것은, 전력 전송이 현재의 레벨로 계속 진행될 수 있음을 의미한다.
모드 값이 0인 수신 전력 패킷(RP/0)에 대해, 무선 전력 전송기(100)가 NAK으로 응답하는 것은, 무선 전력 수신기(200)가 전력 소비를 줄여야 함을 의미한다.
모드 값이 1 또는 2인 수신 전력 패킷(RP/1 또는 RP/2)에 대해, 무선 전력 전송기(100)가 ACK으로 응답하는 것은, 무선 전력 수신기(200)가 수신 전력 패킷(RP/1 또는 RP/2)에 포함된 전력 보정 값을 받아들였음을 의미한다.
모드 값이 1 또는 2인 수신 전력 패킷(RP/1 또는 RP/2)에 대해, 무선 전력 전송기(100)가 NAK으로 응답하는 것은, 무선 전력 수신기(200)가 수신 전력 패킷(RP/1 또는 RP/2)에 포함된 전력 보정 값을 받아들이지 않았음을 의미한다.
앞서 설명했던 모드 값이 1인 수신 전력 패킷(RP/1)은 최초 보정 데이터 포인트(first calibration data point)를 의미할 수 있으며, 모드 값이 2인 수신 전력 패킷(RP/2)은 추가적인 보정 데이터 포인트(additional calibration data point)를 의미할 수 있다. 여기서, 무선 전력 수신기는 무선 전력 전송기에게 모드 값이 2인 수신 전력 패킷(RP/2)를 여러 번 전송하여 복수 개의 추가적인 전력 보정 값을 전송할 수 있으며, 무선 전력 전송기는 수신된 RP/1 및 여러 개의 RP/2에 기반하여 보정 절차를 진행할 수 있다.
수신 전력 패킷(RP)에 대해 무선 전력 전송기(100)가 ATN으로 응답하는 것은, 무선 전력 전송기(100)가 통신의 허용을 요청함을 의미한다. 즉, 무선 전력 전송기(100)는 RP 데이터 패킷에 응답하여 데이터 패킷을 전송하는 권한을 요청하기 위해 ATN(attention) 응답 패턴을 전송할 수 있다. 달리 말하면, 무선 전력 전송기(100)는 RP 데이터 패킷에 응답하여 ATN을 무선 전력 수신기(200)에게 전송하여, 데이터 패킷을 전송하는 권한을 무선 전력 수신기(200)에게 요청할 수 있다.
선택적으로, 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)에게 CHS(charge status) 데이터 패킷을 전송할 수 있다(S1525).
한편, 무선 전력 전송기(100)와 무선 전력 수신기(200)는 전력 전송 계약에서의 요소(일반적으로는 보장된 부하 전력)에 대한 재협상을 개시하기 위하여, DSR(data stream response) 데이터 패킷, CAP 데이터 패킷, NEGO 데이터 패킷을 교환할 수 있다.
예컨대, 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)에게 DSR 데이터 패킷을 전송하고(S1530), 무선 전력 전송기(100)는 무선 전력 수신기(200)에게 CAP을 전송할 수 있다(S1535).
아울러, 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)에게 NEGO 데이터 패킷을 전송하고(S1540), 무선 전력 전송기(100)는 NEGO 데이터 패킷에 응답하여 무선 전력 수신기(200)에게 ACK을 전송할 수 있다(S1545).
여기서, 재협상 페이즈의 개시에 관련된 데이터 패킷을 정리하면 아래와 같을 수 있다.
- DSR: DSR 데이터 패킷에는 아래와 같은 값들 중 어느 하나의 값이 설정될 수 있다.
i) 0x00-DSR/nak: 마지막으로 수신된 무선 전력 전송기(100)의 데이터 패킷이 거부되었음을 지시함.
ii) 0x33-DSR/poll: 데이터 패킷을 보내도록 무선 전력 전송기(100)를 인바이트 (invite)함.
iii) 0x55-DSR/nd: 마지막으로 수신된 무선 전력 전송기(100)의 데이터 패킷이 예상되지 않았음을 지시함.
iv) 0xFF-DSR/ack: 마지막으로 수신된 무선 전력 전송기(100)의 데이터 패킷이 제대로 처리되었음을 확인함.
- CAP: CAP 데이터 패킷은 무선 전력 전송기(100)의 기능에 대한 정보를 제공한다. 구체적인 내용은 앞서 설명한 바와 같다.
- NEGO: NEGO 데이터 패킷은 재협상 단계로 진행하도록 무선 전력 전송기(100)에 요청할 수 있다.
무선 전력 전송기(100)와 무선 전력 수신기(200)는 어플리케이션 레벨 데이터의 교환을 위해 ADC(auxiliary data control), ADT(auxiliary data transport) 및 DSR 데이터 패킷을 이용할 수 있다.
즉, 어플리케이션 레벨 데이터의 교환을 위한 데이터 전송 스트림의 송수신 관점에서, 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)에게 ADC/ADT를 전송할 수 있으며(S1550), 무선 전력 전송기(100)는 이에 대한 응답으로 ACK/NAK을 무선 전력 수신기(200)에게 전송할 수 있다(S1555). 아울러, 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)에게 DSR을 전송할 수 있으며(S1560), 무선 전력 전송기는 무선 전력 수신기에게 ADC/ADT를 전송할 수 있다(S1565).
여기서, 데이터 전송 스트림은 데이터 스트림 개시자에서 데이터 스트림 응답자로 애플리케이션 레벨 데이터를 전달하는 역할을 한다. 그리고, 어플리케이션 레벨 데이터는 크게 i) 인증(authentication) 어플리케이션, ii) 독점(범용) 애플리케이션으로 구별될 수 있다.
어플리케이션 레벨 데이터 중 인증 어플리케이션에 관련된 메시지/정보는 다음과 같이 정리될 수 있다.
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, GET_CERTIFICATE, CHALLENGE를 포함한다.
- GET_DIGESTS: 이 요청은 인증서 체인 다이제스트를 검색하는 데 사용될 수 있다. 무선 전력 수신기(200)는 한 번에 원하는 수의 다이제스트를 요청할 수 있다.
- GET_CERTIFICATE: 이 요청은 대상 인증서 체인의 세그먼트를 읽는 데 사용될 수 있다.
- CHALLENGE: 이 요청은 전력 전송기 제품 장치의 인증을 시작하는 데 사용될 수 있다.
인증 응답 메시지는 DIGESTS, CERTIFICATE, CHALLENGE_AUTH, ERROR를 포함한다.
- DIGESTS: 무선 전력 전송기(100)는 DIGESTS 응답을 사용하여 인증서 체인 요약을 보내고 유효한 인증서 체인 요약이 포함된 슬롯을 보고할 수 있다.
- CERTIFICATE: 이 응답은 무선 전력 전송기(100)가 인증서 체인의 요청된 세그먼트를 보내는 데 사용될 수 있다.
- CHALLENGE_AUTH: 무선 전력 전송기(100)는 CHALLENGE_AUTH를 사용하여 CHALLENGE 요청에 응답할 수 있다.
- ERROR: 이 응답은 전력 송신기에서 오류 정보를 전송하는 데 사용될 수 있다.
인증 메시지는 인증 패킷이라 불릴 수도 있고, 인증 데이터, 인증 제어정보라 불릴 수도 있다. 또한, GET_DIGEST, DIGESTS 등의 메시지는 GET_DIGEST 패킷, DIGEST 패킷 등으로 불릴 수도 있다.
한편, 앞서 설명했던 바와 같이, 무선 전력 수신기(200)와 무선 전력 전송기(100)는 데이터 전송 스트림을 통해 어플리케이션 레벨 데이터를 전달할 수 있다. 데이터 전송 스트림을 통해 전달되는 어플리케이션 레벨 데이터는 다음 구조의 데이터 패킷 시퀀스로 구성될 수 있다.
- 스트림을 여는 초기 ADC 데이터 패킷.
i) 스트림에 포함된 메시지 유형.
ii) 스트림의 데이터 바이트 수.
- 실제 메시지를 포함하는 일련의 ADT 데이터 패킷.
- 스트림을 닫는 최종 ADC/end 데이터 패킷.
이하, 위와 같은 ADC, ADT, ADC/end 데이터 패킷이 이용되는 예시에 대한 데이터 전송 스트림을 도면을 통해 설명하도록 한다.
도 16은 일례에 따른 무선 전력 전송기(100)와 무선 전력 수신기(200) 간의 어플리이션 레벨의 데이터 스트림을 도시한 것이다.
도 16를 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 NAC(NACK)이 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.
앞서 설명했던, 전력 전달 페이즈(840)에서의 무선 전력 전송기(100) 및 무선 전력 수신기(200) 간의 동작의 이해를 위한 예시를 설명하자면 아래와 같을 수 있다.
도 17은 일 실시예에 따른 전력 제어 컨트롤 방법을 나타낸다.
도 17에서 전력 전달 페이즈에서, 무선 전력 전송기(100) 및 무선 전력 수신기(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.
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 17에서 설명한 방법이 완전히 배제되는 것은 아니며, 추가적인 송신 전력의 제어를 도 17의 방법으로 수행할 수도 있다.
<전력 프로파일에 따른 동작>
무선 충전 방식에는 1차 코일과 2차 코일간의 자기 유도 현상을 이용한 자기 유도 방식과, 수십kHz에서 수MHz 대역의 주파수를 사용하여 자기적 공명을 이루어 전력을 전송하는 자기 공명 방식이 있다. 여기서, 자기 공명 방식에 대한 무선 충전 표준은 A4WP라는 협의회에서 주도하며 자기 유도 방식은 WPC(Wireless Power Consortium)에서 표준을 주도한다. 여기서, WPC에서는 무선 충전 시스템과 관련된 다양한 상태 정보 및 명령어를 인 밴드로 주고 받을 수 있도록 설계되어 있다.
WPC에서의 Qi 표준은 기본 전력 프로파일(baseline power profile: BPP)과 확장 전력 프로파일(extended power profile: EPP), 자석 전력 프로파일(magnetic power profile)을 정의한다. 이하, BPP, EPP 및 MPP에 대해 각각 설명하도록 한다.
A. BPP(baseline power profile)
BPP는 5W까지의 전력 전송을 지원하는 무선전력 전송장치와 수신장치 간의 전력 전달 프로파일에 관한 것이다. 그리고, BPP에서는 무선 전력 수신기로부터 무선 전력 전송기로의 일 방향 통신(unidirectional communication)이 지원된다. 이때의 통신 방식은 ASK(amplitude shift keying)에 해당될 수 있다. BPP에서는 핑, 설정, 전력 전달의 프로토콜 페이즈가 존재할 수 있다.
B. EPP(extended power profile)
EPP는 15W까지의 전력 전송을 지원하는 무선전력 전송장치와 수신장치 간의 전력 전달 프로파일에 관한 것이다. 그리고, EPP에서는 무선 전력 수신기와 무선 전력 전송기 간의 양 방향 통신(bidirectional communication)이 지원된다. 무선 전력 수신기로부터 무선 전력 전송기로의 통신 방식은 ASK(amplitude shift keying)에 해당될 수 있으며, 무선 전력 전송기로부터 무선 전력 수신기로의 통신 방식은 FSK(frequency shift keying)에 해당될 수 있다. EPP에서는 핑, 설정, 협상, 전력 전달의 프로토콜 페이즈가 존재할 수 있다.
(a) EPP에서의 호환성
EPP는 BPP의 상위 프로파일에 해당할 수 있다.
예컨대, BPP 무선 전력 수신기가 EPP 무선 전력 전송기 상에 배치되면, EPP 무선 전력 전송기는 BPP 무선 전력 전송기로써 동작할 수 있다.
예컨대, EPP 무선 전력 수신기가 BPP 무선 전력 전송기 상에 배치되면, EPP 무선 전력 수신기는 BPP 무선 전력 수신기로써 동작할 수 있다.
즉, EPP는 BPP와의 호환성을 유지할 수 있다.
(b) EPP 무선 전력 수신기의 EPP지시 방법
EPP 무선 전력 수신기는 설정 패킷(i.e. CFG)에서의 'neg' 비트를 1로써 설정함으로써, 자신이 EPP 무선 전력 수신기임을 지시할 수 있다. 설정 패킷에 대한 구체적인 예는 앞서 설명한 바와 같다.
(c) EPP 무선 전력 전송기의 EPP지시 방법
EPP 무선 전력 전송기가 'neg' 비트가 1로 설정된 설정 패킷을 무선 전력 수신기로부터 수신할 경우, EPP 무선 전력 전송기는 이에 대해 ACK FSK 비트 패턴으로써 무선 전력 수신기에게 응답할 수 있다.
참고로, 앞서 설명한 바와 같이 BPP 무선 전력 전송기는 FSK 통신 방법을 지원하지 않기에 BPP 무선 전력 전송기는 FSK 비트 패턴을 전송하지 못한다. 이에, 'neg' 비트를 1로 설정하여 설정 패킷을 BPP 무선 전력 전송기에게 전송한 EPP 무선 전력 수신기는, 위 ACK 응답을 수신하지 못함으로써, 상대 무선 전력 전송기가 BPP 무선 전력 전송기임을 식별할 수 있다.
한편, Qi v2.0부터는 무선 전력 전달 시스템에 새로운 전력 전달 프로파일을 제공하고자 하며, 이때 제안되는 전력 전달 프로파일 중에는 MPP(magnetic power profile)이 있다. MPP는 Qi v1.3.0에 기반한 'Apple' 사의 전용 확장에 해당할 수 있다.
C. MPP(magnetic power profile)
MPP는 15W까지의 전력 전송을 지원하는 무선전력 전송장치와 수신장치 간의 전력 전달 프로파일에 관한 것이다. 그리고, MPP에서는 무선 전력 수신기와 무선 전력 전송기 간의 양 방향 통신(bidirectional communication)이 지원된다. 무선 전력 수신기로부터 무선 전력 전송기로의 통신 방식은 ASK(amplitude shift keying)에 해당될 수 있으며, 무선 전력 전송기로부터 무선 전력 수신기로의 통신 방식은 FSK(frequency shift keying)에 해당될 수 있다. 이때, 협상 및 전력 전달 페이즈 동안에는 빠른 FSK(NCYCLE = 128)가 사용될 수 있다.
MPP에서는 핑, 설정, MPP 협상, MPP 전력 전달의 프로토콜 페이즈가 존재할 수 있다.
(a) MPP에서의 호환성
MPP는 BPP의 상위 프로파일에 해당할 수 있다.
예컨대, BPP 무선 전력 수신기가 MPP 무선 전력 전송기 상에 배치되면, MPP 무선 전력 전송기는 BPP 무선 전력 전송기로써 동작할 수 있다.
예컨대, MPP 무선 전력 수신기가 BPP 무선 전력 전송기 상에 배치되면, MPP 무선 전력 수신기는 BPP 무선 전력 수신기로써 동작할 수 있다.
즉, MPP는 BPP와의 호환성을 유지할 수 있다.
(b) MPP 무선 전력 수신기의 MPP 동작(MPP 지시 방법)
MPP 무선 전력 수신기는 확장된 ID 패킷 내에 특정 MPP 지시자를 이용할 수 있다.
MPP 무선 전력 수신기가 XID를 통해 MPP의 지원 여부를 알려주기 위해서는, 무선 전력 수신기는 ID 패킷을 통해 XID가 전송됨을 무선 전력 전송기에게 알려줘야 한다. MPP 무선 전력 수신기가 전송하게 되는 ID 패킷은 아래와 같을 수 있다.
도 18은 MPP ID 패킷의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 18에 따르면, MPP ID 패킷에서, B0의 b4 - b7까지의 메이저 버전 필드의 값은, 1로 설정될 수 있다.
MPP ID 패킷에서, B0의 b0 - b3까지의 마이너 버전 필드의 값은, 추후 결정되는 값일 수 있다.
MPP ID 패킷에서, B1 및 B2의 제조사 코드(manufacture code)의 값은 PRMC 코드로 할당될 수 있다.
MPP ID 패킷에서, B3의 b7의 'ext' 필드의 값은, 1로 설정되어 XID 패킷이 추가 전송됨이 지시될 수 있다.
MPP ID 패킷에서, B3의 b0 내지 b6, B4, B5의 b3 내지 b7의 랜덤 식별자 필드의 값은, 랜덤 디바이스 식별 정책에 따라 설정될 수 있다.
도 19는 MPP에서의 XID 패킷의 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 19에 따르면, MPP에서의 XID 패킷은 'XID Selector' 필드, 'Restricted' 필드, 'Freq Mask' 필드 등을 포함할 수 있다.
여기서, MPP의 지원 유무는 'XID selector'의 값이 0xFE인지 여부에 따라 판단될 수 있다. 즉, XID의 B_0의 값이 0xFE인 경우, 이때의 XID는 무선 전력 수신기가 MPP를 지원함을 알리는 정보에 해당할 수 있다.
'Restricted' 필드는 무선 전력 수신기가 MPP 제한 모드로 동작하는지 혹은 MPP 풀 모드로 동작을 하는지를 알려주는 정보에 해당할 수 있다. 만약, 무선 전력 수신기가 MPP 제한 모드로 동작함을 선택한 경우, 위 필드는 1로 설정될 수 있다. 한편, 다른 경우에는(예컨대, 무선 전력 수신기가 MPP 제한 모드로 동작하지 않음을 선택한 경우), 위 필드는 0으로 설정될 수 있다.
'Preferred Frequency' 필드는 MPP 선호되는 주파수를 의미할 수 있다. 여기서, 무선 전력 수신기는 주파수의 스위칭 전에 (협상 페이즈에서) 무선 전력 전송기로부터 정보를 검색하고자 할 경우에는 이 필드를 128 kHz로 설정할 수 있다. 그 외의 경우에는, 무선 전력 수신기는 이 필드를 360 kHz로 설정할 수 있다.
'Freq Mask' 필드는 360 kHz의 동작 주파수가 지원되는지 여부를 판단하기 위한 필드에 해당한다. 즉, 'Freq Mask' 필드가 0으로 설정된 경우 360kHz가 지원된다.
정리하면, 무선 전력 전송기가 무선 전력 수신기로부터 수신한 ID의 'Ext' 비트가 1로 설정되었는지를 판단하고 XID의 B_0이 0xFE로 설정되었는지를 판단하여, 무선 전력 전송기는 무선 전력 수신기의 MPP에 대한 지원 여부를 판단할 수 있다.
(c) MPP 무선 전력 전송기의 MPP 동작(MPP 지시 방법)
충전 표면에서 무선 전력 수신기의 배치를 감지한 후, MPP 무선 전력 전송기는 ID 및 XID 패킷에 포함된 정보를 사용하여 디지털 핑을 수행하고 수신기를 식별할 수 있다.
여기서, 무선 전력 전송기는 다음 조건이 모두 충족되는 경우 무선 전력 수신기가 MPP를 지원하는 것으로 결정할 수 있다.
- Qi 버전: ID 패킷의 Qi 프로토콜 버전은(Major=1, Minor=TBD) 이상으로 설정됨.
- MPP 지원 알림: XID 패킷의 하위 헤더(바이트 0)가 MPP 셀렉터(selector)로 설정됨.
만약 위 두 가지 조건이 만족되지 않으면, 무선 전력 전송기는 Qi v1.3 사양에 따라 후속 절차를 진행할 수 있다.
한편, XID 패킷에서 MPP 무선 전력 수신기가 요청한 MPP 작동 모드에 따라 무선 전력 전송기는 다음을 수행한다.
- 제한된(restricted) 프로파일 활성화(MPP 제한 모드): 'restricted' 플래그가 1로 설정된 경우.
- 전체(full) 프로파일 활성화(MPP 풀 모드): 'restricted' 플래그가 0으로 설정된 경우.
위 제한된 프로파일에 대한 구체적인 예시와, 풀 프로파일에 대한 구체적인 예시는 후술하도록 한다.
한편, MPP 무선 전력 전송기가 'neg' 비트가 1로 설정된 설정 패킷을 무선 전력 수신기로부터 수신할 경우, (MPP 풀 모드에서) MPP 무선 전력 전송기는 MPP 풀 모드에서) 이에 대해 MPP ACK FSK 비트 패턴으로써 무선 전력 수신기에게 응답할 수 있다.
참고로, MPP 제한 모드의 무선 전력 전송기는 FSK 통신 방법을 지원하지 않기에 MPP 제한 모드의 무선 전력 전송기는 FSK 비트 패턴을 전송하지 못한다. 다만, MPP 제한 모드의 무선 전력 전송기는 전력 전달을 위해 360 kHz의 동작 시그널을 이용하기 때문에, 이에, 'neg' 비트를 1로 설정하여 설정 패킷을 MPP 제한 모드로 동작하는 무선 전력 전송기에게 전송한 MPP 무선 전력 수신기는 동작 주파수를 통해 상대 무선 전력 전송기가 MPP 제한 모드의 무선 전력 전송기임을 식별할 수 있다.
(d) MPP의 모드
한편, MPP에서는 두 가지 모드가 존재할 수 있다. 그 중 하나는 MPP 제한 모드(MPP Restricted mode)(다른 말로는 MPP 베이스라인 프로파일)이고, 나머지 하나는 MPP 풀 모드(MPP Full mode)(다른 말로는 MPP 풀 프로파일)이다.
양 자의 차이를 간략히 설명하자면, MPP 제한 모드에서는 XID에서의 'restricted' 필드가 1로 설정되나, MPP 풀 모드에서는 XID에서의 'restricted' 필드가 0으로 설정된다는 점이 있다.
또한, MPP 제한 모드에서는 FSK 통신이 지원되지 않으나, MPP 풀 모드에서는 FSK 통신이 지원될 수 있다.
추가적으로, MPP 제한 모드에서는 FSK 통신이 지원되지 않기에 CFG에 대한 MPP ACK를 전송할 수 없으며, 이에 따라, MPP 제한 모드에서는 MPP 협상이 지원되지 않는다. 이에 반해, MPP 풀 모드에서는 FSK 통신이 지원되기에 CFG에 대한 MPP ACK를 전송할 수 있으며, 이에 따라, MPP 풀 모드에서는 MPP 협상이 지원될 수 있다.
이하, MPP 제한 모드와 MPP 풀 모드에 대해서 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 여기서, MPP 제한 모드는 MPP 베이스라인 프로파일과 혼용될 수 있고, MPP 풀 모드는 MPP 풀 프로파일과 혼용될 수 있다.
이하, MPP 제한 모드와 MPP 풀 모드에 대한 풍부한 이해를 위해, 각 모드에서의 프로토콜에 대해서 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
i) MPP 제한 모드(MPP restricted mode)
앞서 설명한 바와 같이, MPP 제한 모드에서는 FSK 커뮤니케이션이 지원되지 않는다. 즉, MPP 제한 모드에서는 무선 전력 전송기로부터 무선 전력 수신기에게 전송되는 데이터 패킷이 존재하지 않을 수 있다. 이와 같은 배경 하에, 도면을 통해 MPP 제한 모드에서의 프로토콜을 설명하도록 한다.
도 20은 MPP 제한 모드에서의 프로토콜을 개략적으로 도시한 것이다.
도 20에 따르면, 무선 전력 수신기는 무선 전력 전송기에게 제1 동작 주파수(예컨대, 128 kHz) 상에서 SIG를 전송할 수 있다. 이때, 제1 동작 주파수는 BPP 및/또는 EPP가 수행될 수 있는 동작 주파수에 해당될 수 있다. 그리고, 이때의 제1 동작 주파수는 무선 전력 전송기가 구동하는 주파수에 해당한다.
무선 전력 수신기는 무선 전력 전송기에게 제1 동작 주파수 상에서 ID 패킷을 전송할 수 있다. 이때, MPP에서는 XID가 반드시 전송되기에, XID가 추가적으로 전송됨을 지시할 수 있도록 ID의 'ext' 비트가 1로 설정될 수 있다.
무선 전력 수신기는 무선 전력 전송기에게 제1 동작 주파수 상에서 XID 패킷을 전송할 수 있다.
이때의 XID에서의 B0의 값은 0xFE일 수 있으며, XID에서의 B0의 값이 0xFE로 설정된다면 이는 무선 전력 수신기가 MPP를 지원함을 알리는 정보에 해당할 수 있다. 아울러, 이때의 XID에서의 'Restricted' 필드는 무선 전력 수신기가 MPP 제한 모드로 동작함을 알릴 수 있도록, 위 필드는 1로 설정될 수 있다.
여기서, 무선 전력 전송기가 MPP 제한 모드를 지시하는 위 XID 패킷을 수신한 경우, 무선 전력 전송기는 전력 시그널을 제거하고, 새로운 동작 주파수에서 핑 페이즈를 재시작 할 수 있다.
핑 페이즈가 재시작 되면, 무선 전력 수신기는 SIG의 전송부터 다시 시작하게 된다. 다만, 이때의 동작 주파수는 제2 동작 주파수(예컨대, 360kHz)일 수 있다.
이후, 무선 전력 수신기는 제2 동작 주파수에서 ID, XID, CFG 패킷들을 무선 전력 전송기에게 각각 전송한다. 아울러, 무선 전력 수신기는 CEP를 무선 전력 전송기에게 전송함으로써 무선 전력 전송기로부터 MPP 베이스라인에 기반한 무선 전력을 수신할 수 있다.
ii) MPP 풀 모드(MPP full mode)
앞서 설명한 바와 같이, MPP 풀 모드에서는 FSK 커뮤니케이션이 지원될 수 있다. 즉, MPP 풀 모드에서는 무선 전력 전송기로부터 무선 전력 수신기에게 전송되는 데이터 패킷이 존재할 수 있다. 이를 달리 말하면, 무선 전력 전송기와 무선 전력 수신기 간에는 MPP 협상 등이 진행될 수 있다. 이와 같은 배경 하에, 도면을 통해 MPP 풀 모드에서의 프로토콜을 설명하도록 한다.
도 21 및 도 22는 MPP 풀 모드에서의 프로토콜을 개략적으로 도시한 것이다.
우선 도 21에 따르면, 무선 전력 수신기는 무선 전력 전송기에게 제1 동작 주파수(예컨대, 128 kHz) 상에서 SIG를 전송할 수 있다. 이때, 제1 동작 주파수는 BPP 및/또는 EPP가 수행될 수 있는 동작 주파수에 해당될 수 있다. 그리고, 이때의 제1 동작 주파수는 무선 전력 전송기가 구동하는 주파수에 해당한다.
무선 전력 수신기는 무선 전력 전송기에게 제1 동작 주파수 상에서 ID 패킷을 전송할 수 있다. 이때, MPP에서는 XID가 반드시 전송되기에, XID가 추가적으로 전송됨을 지시할 수 있도록 ID의 'ext' 비트가 1로 설정될 수 있다.
무선 전력 수신기는 무선 전력 전송기에게 제1 동작 주파수 상에서 XID 패킷을 전송할 수 있다.
이때의 XID에서의 B0의 값은 0xFE일 수 있으며, XID에서의 B0의 값이 0xFE로 설정된다면 이는 무선 전력 수신기가 MPP를 지원함을 알리는 정보에 해당할 수 있다. 아울러, 이때의 XID에서의 'Restricted' 필드는 무선 전력 수신기가 MPP 풀 모드로 동작함을 알릴 수 있도록, 위 필드는 0으로 설정될 수 있다.
한편, MPP 풀 모드에서는 MPP 제한 모드와는 다르게, 무선 전력 전송기가 무선 전력 수신기로부터 XID 패킷을 수신할 지라도 파워 시그널을 제거하지 않는다. 이때, 무선 전력 수신기는 여전히 파워 시그널이 제거되지 않았기에 XID 패킷 이후 CFG 패킷을 무선 전력 전송기에게 전송한다.
그리고, 무선 전력 수신기는 위 CFG 패킷에 대한 응답으로써, MPP ACK을 무선 전력 전송기로부터 수신할 수 있다.
MPP ACK을 수신한 무선 전력 수신기는 무선 전력 전송기와 협상 페이즈에 진입하고, 무선 전력 수신기 및 무선 전력 전송기 양 자는 협상을 진행할 수 있다.
협상의 진행 이후, 무선 전력 수신기는 무선 전력 전송기와 전력 전달 페이즈에 진입할 수 있다.
한편, 무선 전력 수신기는 EPT 패킷을 무선 전력 전송기에게 전송한다. EPT 패킷을 수신한 무선 전력 전송기는 파워 시그널을 제거하며, 이후에 새로운 동작 주파수에서 핑 페이즈를 재시작 할 수 있다.
도 22에 따르면, 핑 페이즈가 재시작 되면, 무선 전력 수신기는 SIG의 전송부터 다시 시작하게 된다. 다만, 이때의 동작 주파수는 제2 동작 주파수(예컨대, 360kHz)일 수 있다.
이후, 무선 전력 수신기는 제2 동작 주파수에서 ID, XID, CFG 패킷들을 무선 전력 전송기에게 각각 전송한다. 그리고, 무선 전력 수신기는 무선 전력 전송기로부터 MPP ACK을 수신할 수 있다.
MPP ACK을 수신한 무선 전력 수신기는 제2 동작 주파수에서 무선 전력 전송기와 협상 페이즈에 진입하고, 무선 전력 수신기 및 무선 전력 전송기 양 자는 협상을 진행할 수 있다.
협상의 진행 이후, 무선 전력 수신기는 제2 동작 주파수에서 무선 전력 전송기와 전력 전달 페이즈에 진입한다. 아울러, 무선 전력 수신기는 XCE를 무선 전력 전송기에게 전송하고 이에 대한 응답(예컨대, ACK을 수신)함으로써 무선 전력 전송기로부터 MPP 풀 모드에 기반한 무선 전력을 수신할 수 있다.
이하, 본 명세서에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
현재의 WPC Qi 스펙에서는 인증 기능이 제공되고 있다. 여기서, 인증은 다음과 같이 진행될 수 있다.
인증에 관하여, 무선 전력 수신기는 개시자가 되어 무선 전력 전송기에게 인증 요청을 전송(요청)할 수 있다. 이와 같은 경우, 무선 전력 전송기는 응답자가 되며, 무선 전력 전송기는 무선 전력 수신기로부터의 요청에 대해 인증 응답을 무선 전력 수신기에게 전송하게 된다. 이를 통해, 무선 전력 수신기는 무선 전력 전송기를 인증할 수 있다.
이하, 인증을 위한 데이터를 설명한다.
도 23은 인증 메시지 헤더의 예시를 도시한 것이다.
도 23에 따르면, 인증에 관련된 모든 메시지는 헤더를 가지며, 인증 메시지 헤더는 인증 프로토콜 버전 필드와 메시지 타입 필드를 포함할 수 있다.
도 24는 인증 프로토콜 버전 필드의 예시를 도시한 것이다.
도 24에 따르면, 인증 프로토콜 버전 필드는 0x0부터 0xF까지의 값을 가질 수 있다. 이때, 인증 프로토콜 버전 필드의 값이 0x0이면, 이는 예약된 값을 의미할 수 있다. 인증 프로토콜 버전 필드의 값이 0x1이면, 이는 인증 프로토콜 버전 1.0을 의미할 수 있다. 인증 프로토콜 버전 필드의 값이 0x2 내지 0xF이면, 이는 예약된 값을 의미할 수 있다.
도 25는 인증 요청에 대한 메시지 타입 필드의 예시를 도시한 것이다.
도 25에 따르면, 메시지 타입 필드의 값이 0x0 내지 0x7이면, 이는 인증 응답에 대해 사용되는 값이다. 메시지 타입 필드의 값이 0x8이면, 이는 예약된 값을 의미할 수 있다. 메시지 타입 필드의 값이 0x9이면, 이는 GET_DIGESTS를 의미할 수 있다. 메시지 타입 필드의 값이 0xA이면, 이는 GET_CERTIFICATE를 의미할 수 있다. 메시지 타입 필드의 값이 0xB이면, 이는 CHALLENGE를 의미할 수 있다. 메시지 타입 필드의 값이 0xC 내지 0xF이면, 이는 예약된 값을 의미할 수 있다.
도 26은 인증 응답에 대한 메시지 타입 필드의 예시를 도시한 것이다.
도 26에 따르면, 메시지 타입 필드의 값이 0x0이면, 이는 예약된 값을 의미할 수 있다. 메시지 타입 필드의 값이 0x1이면, 이는 DIGESTS를 의미할 수 있다. 메시지 타입 필드의 값이 0x2이면, 이는 CERTIFICATE를 의미할 수 있다. 메시지 타입 필드의 값이 0x3이면, 이는 CHALLENGE_AUTH를 의미할 수 있다. 메시지 타입 필드의 값이 0x4 내지 0x6이면, 이는 예약된 값을 의미할 수 있다. 메시지 타입 필드의 값이 0x7이면, 이는 ERROR를 의미할 수 있다. 메시지 타입 필드의 값이 0x8 내지 0xF이면, 이는 인증 요청에 대해 사용되는 값이다.
우선, 무선 전력 수신기가 보내는 인증 요청 메시지는 GET_DIGESTS/GET_CERTIFICATE/CHALLENGE로 구성되어 있다.
도 27은 GET_DIGESTS의 예시를 도시한 것이다. 도 28은 GET_CERTIFICATE의 예시를 도시한다. 도 29는 CHALLENGE의 예시를 도시한 것이다.
정리하면, 인증 요청 메시지는 GET_DIGESTS, GET_CERTIFICATE, CHALLENGE를 포함한다.
- GET_DIGESTS: 이 요청은 인증서 체인 다이제스트를 검색하는 데 사용될 수 있다. 무선 전력 수신기(200)는 한 번에 원하는 수의 다이제스트를 요청할 수 있다.
- GET_CERTIFICATE: 이 요청은 대상 인증서 체인의 세그먼트를 읽는 데 사용될 수 있다.
- CHALLENGE: 이 요청은 전력 전송기 제품 장치의 인증을 시작하는 데 사용될 수 있다.
무선 전력 전송기가 보내는 인증 응답 메시지는 DIGESTS/CERTIFICATE/CHALLENGE_AUTH를 포함한다. 추가적으로, 인증 응답 메시지는 ERROR를 포함할 수 있다.
도 30은 DIGESTS의 예시를 도시한 것이다. 도 31은 CERTIFICATE의 예시를 도시한다. 도 32는 CHALLENGE_AUTH의 예시를 도시한 것이다. 도 33은 ERROR의 예시를 도시한 것이다.
정리하면, 인증 응답 메시지는 DIGESTS, CERTIFICATE, CHALLENGE_AUTH, ERROR를 포함한다.
- DIGESTS: 무선 전력 전송기(100)는 DIGESTS 응답을 사용하여 인증서 체인 요약을 보내고 유효한 인증서 체인 요약이 포함된 슬롯을 보고할 수 있다.
- CERTIFICATE: 이 응답은 무선 전력 전송기(100)가 인증서 체인의 요청된 세그먼트를 보내는 데 사용될 수 있다.
- CHALLENGE_AUTH: 무선 전력 전송기(100)는 CHALLENGE_AUTH를 사용하여 CHALLENGE 요청에 응답할 수 있다.
- ERROR: 이 응답은 전력 송신기에서 오류 정보를 전송하는 데 사용될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 무선 충전 표준인 WPC Qi에는 신규 기능으로, 인증(Authentication)기능이 추가되었다. 인증은 상대방 디바이스가 실제 Qi의 인증을 받았는지 확인하는 절차로, 표준 제품 유무를 확인하는 매우 중요한 방법이다.
현재 스펙에서의 인증은 PRx의 요청에 의해 진행되며, 본 기능은 필수 기능이 아닌 선택적 구성이다. 인증 기능을 수행하기 위해서는 PRx가 전송하는 인증 요청에 대해, PTx가 인증 응답을 보냄으로써, PRx가 PTx의 Qi인증 유무를 확인하게 된다.
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 34는 본 명세서의 일 실시예에 따른, 무선 전력을 전달하는 방법의 순서도다.
도 34에 따르면, 무선 전력 전송기는 무선 전력을 전달하는 것에 관련된 전력 전달 페이즈에 진입할 수 있다(S3410).
앞서 설명한 바와 같이, 전력 전달 페이즈(840)는 실제 전력이 무선 전력 수신기(200)의 부하로 전송되는 프로토콜의 일부다. 여기서, 전력 전달은 협상 페이즈(830)에서 생성된 전력 전달 계약의 조건에 따라 진행될 수 있다.
무선 전력 전송기(100)와 무선 전력 수신기(200)는 데이터 전송 스트림을 시작하여 전력 전달 페이즈(840) 전반에 걸쳐 애플리케이션 레벨 데이터를 교환할 수 있다.
여기서, 중요한 공통 어플리케이션은 인증(authentication)이며, 여기에서 양측은 변조 방지 방식으로 상대방의 자격 증명을 확인할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)가 높은 전력 수준에서 안전하게 작동하도록 신뢰할 수 있는지 확인하기 위해 무선 전력 전송기(100)의 자격 증명을 확인하고자 할 수 있다. 적절한 자격 증명이 있으면 규정 준수 테스트를 통과했음을 의미할 수 있다.
따라서, 본 명세서에서는 낮은 전력 레벨 수준에서 전력 전달을 시작하고, 인증 프로토콜을 성공적으로 완료한 후에만 전력을 더 높은 수준으로 제어하는 방식을 제공할 수 있다.
전력 전달 페이즈에 대한 구체적인 예시는 앞서 설명한 바와 같다.
무선 전력 전송기는 전력 전달 페이즈에서 제1 어플리케이션 메시지를 무선 전력 수신기로부터 수신할 수 있다(S3420).
여기서, 앞서 설명한 바와 같이, 제1 어플리케이션 메시지는 데이터 트랜스포트 스트림(데이터 스트림)을 통해 전송될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 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.
전력 전달 페이즈에서 제1 어플리케이션 메시지에 대한 응답인 제2 어플리케이션 메시지를 무선 전력 수신기에게 전송할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 제2 어플리케이션 메시지 또한 데이터 트랜스포트 스트림(데이터 스트림)을 통해 전송될 수 있다. 데이터 트랜스포트 스트림에 대한 구체적인 설명은 앞서 설명한 바와 같다.
여기서, 무선 전력 전송기와 무선 전력 수신기가 교환하는 어플리케이션 메시지는 인증 요청 메시지 또는 인증 응답 메시지일 수 있음을 설명하였다.
예컨대, 제1 어플리케이션 메시지가 인증 요청 메시지라면, 제1 어플리케이션 메시지는 예컨대, GET_DIGESTS/GET_CERTIFICATE/CHALLENGE에 해당할 수 있다. 예컨대, 제2 어플리케이션 메시지가 인증 응답 메시지라면, 제2 어플리케이션 메시지는 DIGESTS/CERTIFICATE/CHALLENGE_AUTH에 해당할 수 있다.
이때, 무선 전력 전송기는 특정 시간 구간 이내에 제2 어플리케이션 메시지를 전송하는 것을 개시할 수 있다. 그리고, 특정 시간 구간의 시작 지점은 제1 어플리케이션 메시지의 종료 지점일 수 있다.
여기서 제1 어플리케이션 메시지가 예컨대 GET_DIGESTS이고, 제2 어플리케이션 메시지가 예컨대 DIGESTS라면, 이때의 특정 시간 구간은 t_DigestReady일 수 있다. 그리고, t_DigestReady의 값은 예컨대, 3초에 해당할 수 있다. 추가적으로, t_DigestTimeout은 43초에 해당할 수 있다.
이때, 여러 RP/0 패킷(예: 초당 3-4회)을 보내도록 TPR이 구성될 수 있다. 이를 통해, 무선 전력 전송기가 GET_DIGESTS를 수신한 이후 3초 이내에 응답할 수 있는 여러 기회를 가질 수 있다.
여기서, t_DigestReady의 시간 규약은 예컨대 아래와 같을 수 있다. 아래 시간 규약에 대한 예시는 예컨대 후술할 예시에서 보다 구체적으로 설명하였다.
- t_DigestReady의 시작: TPR의 ADC/end 패킷(GET_DIGEST용)의 시작부터
- t_DigestReady 종료: 전력 송신기 제품의 ATN 응답 시작까지. (무선 전력 전송기가 DIGESTS 응답을 생성하는 경우 메시지 타입은 인증 메시지 헤더에서의 0x1일 수 있다.)
이하, 무선 전력 전송기의 타이밍 요구 사항에 대해 보다 구체적으로 설명한다. 이하에서 설명할 예시들은 도 34에서의 예를 보다 구체적으로 설명한 것에 해당한다. 따라서, 아래에서 설명할 내용들은 도 34의 예에 모두 적용될 수 있는 것은 자명하다.
<발명이 이루고자 하는 기술적 과제>
본 명세서에서는 고속충전(15W이상) Profile 지원을 위해 해당 Protocol로의 branch 방법 및 High power mode를 지원하는 모델/Qi 리스트를 확인하는 방법을 제안한다.
제안하는 실시예를 통해, 무선충전 송신기/수신기 각각 해당 제품에 대한 정보를 제공하고, Qi의 High power charging profile의 지원유무를 확인할 수 있다. 또한, 본 실시예는 여러 물리적 충전 조건에 의해 High power charging 조건을 확인 후, Profile branch가 가능하다는 효과를 가진다.
도 35는 전압 및 전류에 따른 Direct Charger 구간과 Master Charger 구간을 나타낸 도면이다.
도 35의 Charging Profile은 PRx의 베터리 전압, 베터리 온도, PRx의 surface temperature를 바탕으로 설계된다.
특정 온도/전압에 대하여 베터리 전압/온도/Surface temperature가 도달하게 되면, 전압이 제어된다.
PTx의 Input 전압/전류 (Power input 단), PTx coil temperature을 조합하여 Power profile이 설계될 수 있다(해당 정보는 기존 Power profile 제어에 신규 Parameter로 사용될 수 있다).
-> 가변 주파수 Type : 동작 주파수 하한치 (예, PTx의 동작주파수 범위가 110 - 190khz이면, 하한치로 110khz 정보)
-> 고정 주파수 Type : 가변 전압 상한치 (예, PTx의 가변 전압 범위가 1-13v이면, 상한치로 13v 정보)
-> 무선 기기는 각 동작주파수 하한치 / 가변전압 상한치에 도달 시 Power를 낮추어 조절할 수 있다.
도 36은 EPP에 따른 동작 프로토콜을 도시한다.
도 36의 동작 프로토콜(Protocol)은 앞서 기술한 Power Profile과는 별개로 EPP 기준의 프로토콜로 진행된다.
도 36의 동작 프로토콜은 Selection, Ping, Identification and Configuration, Negotiation, Calibration, Power Transfer 및 Renegotiation 페이즈를 포함한다. 각 페이즈에 대한 구체적인 동작은 도 36에 도시하고 있다.
도 37은 본 실시예에 따른 Power Profile을 도시한다.
도 37의 동작 프로토콜은 고속 충전을 위해 새로운 profile을 제안한 것이다.
도 37의 동작 프로토콜은 Qi BPP, Identify product & model, Genuineness Verification, Negotiation, Calibration 및 Power Transfer 페이즈를 포함한다.
먼저, 무선 기기는 Qi BPP profile로 시작하여 Identify product & model과 Genuineness Verification로 진입할 수 있다. 무선 기기는 Identify product & model 페이즈에서 요청된 PRx 정보를 기반으로 product category와 product model을 결정할 수 있다. Identify product & model과 Genuineness Verification로의 진입이 실패하면, (Fast charging Profile이 아닌) Qi BPP 또는 EPP 모드로 진행된다.
Genuineness Verification은 Qi를 그대로 차용한 페이즈이고, 충전 단계에서 정품을 인증하는 방식으로 Qi와 동일하게 동작될 수 있다.
이후, 무선 기기는 Negotiation과 Calibration 페이즈로 집입할 수 있는데, 만일 Negotiation과 Calibration 페이즈로 진입이 실패하면, 전력을 끊고 더 이상 해당 profile로 동작하지 않는다.
후술하는 실시예는 상기 고속 충전을 위한 새로운 profile에서 Identify product & model, Negotiation 및 Power Transfer 페이즈에서의 동작을 구체적으로 설명한다.
도 38은 고속 충전을 위한 Power Profile의 일례를 도시한다.
도 38을 참조하면, High power mode protocol은 Power Transfer 페이즈에서 High Power mode Sequence를 확인하는 동작을 포함한다.
High Power mode Sequence를 통해 High power mode가 사용 가능하지 않으면(fail), Qi BPP 또는 EPP로 진행된다. 이는, PPDE Sequence에서 Identify product & model과 Genuineness Verification 페이즈에서 확인할 수 있다.
High Power mode Sequence를 통해 High power mode가 사용 가능하다고 하면(pass), USB-PD control을 통해 고전력 모드로 진행될 수 있다. 이는, Identify product & model과 Genuineness Verification 페이즈 이후, Negotiation과 Calibration 페이즈에서 확인할 수 있다.
도 39는 고속 충전을 위한 Power Profile의 다른 예를 도시한다.
도 39의 Power Profile은 도 38의 Power Profile에서 High power mode protocol에 들어가기 전에 Negotiation을 더 수행한다는 차이가 있다.
도 39를 참조하면, High power mode protocol은 Power Transfer 페이즈에서 High Power mode Sequence를 확인하는 동작을 포함한다.
High Power mode Sequence를 통해 High power mode가 사용 가능하지 않으면(fail), Qi BPP 또는 EPP로 진행된다. 이는, PPDE Sequence에서 Identify product & model과 Genuineness Verification 페이즈에서 확인할 수 있다.
High Power mode Sequence를 통해 High power mode가 사용 가능하다고 하면(pass), USB-PD control을 통해 고전력 모드로 진행될 수 있다. 이는, Identify product & model과 Genuineness Verification 페이즈 이후, Negotiation과 Calibration 페이즈에서 확인할 수 있다.
도 40은 고속 충전을 위한 Power Profile에서 PRx가 주체인 Identify product & model 동작의 일례를 나타낸다.
도 40을 참조하면, PRx는 PTx가 High power mode를 지원하는 모델인지 확인을 위해 모델정보/제품관련 packet을 요청한다. PTx는 본제품의 모델/제품관련 packet을 회신한다.
PRx는 내부저장메모리에 Qi 리스트, On-line/website의 Qi 리스트를 확인하여 응답한다. 이때, PTx로부터 수신한 Qi 리스트가 확인 가능한 Qi모델이면, PRx는 ACK을 전송하고, 비정상이면 NAK을 전송하고, 알 수 없으면 ND를 전송한다.
PRx는 PTx가 High power mode를 지원하고, Qi 리스트의 모델인지 확인되면, High power mode를 요청한다. PTx는 High power mode에 대해 응답한다. PTx가 ACK으로 응답하면 High power mode profile로 동작하고, PTx가 NAK으로 응답하면 BPP 또는 EPP profile로 동작한다.
도 41은 고속 충전을 위한 Power Profile에서 PTx가 주체인 Identify product & model 동작의 일례를 나타낸다.
도 41을 참조하면, PTx는 PRx가 High power mode를 지원하는 모델인지 확인을 위해 모델정보/제품관련 packet을 요청한다. PRx는 본제품의 모델/제품관련 packet을 회신한다.
PTx는 내부저장메모리에 Qi 리스트, On-line/website의 Qi 리스트를 확인하여 응답한다. 이때, PRx로부터 수신한 Qi 리스트가 확인가능한 Qi모델이면, PTx는 DSR/ACK을 전송하고, 비정상이면 DSR/NAK을 전송하고, 알 수 없으면 DSR/ND을 전송한다.
PTx는 PRx가 High power mode를 지원하고, Qi 리스트의 모델인지 확인되면, High power mode를 요청한다. PRx는 High power mode에 대해 응답한다. PRx가 ACK으로 응답하면 High power mode profile로 동작하고, PRx가 NAK으로 응답하면 BPP 또는 EPP profile로 동작한다.
PTx/PRx information request 메시지는 1byte로 구성될 수 있다.
PTx/PRx information request 메시지가 0x01로 설정되는 경우 Request model / product를 지시할 수 있고, PTx/PRx information request 메시지가 0x02로 설정되는 경우 High power charging mode를 지시할 수 있다.
PTx/PRx information answer 메시지는 2byte로 구성될 수 있다. 이는 PTx/PRx의 Model/product request에 대한 회신 또는 응답 메시지일 수 있다. 예를 들어, PTx/PRx information answer 메시지의 B0는 company model (ex. PRMC/PTMC)를 지시하는데 사용되고, PTx/PRx information answer 메시지의 B1는 Product information (ex. Qi-ID)를 지시하는데 사용될 수 있다.
고속 충전을 위한 PTx 신규 packet은 다음과 같이 정의할 수 있다. 하기 Power Transmitter data packet은 상술한 실시예에 사용될 수 있다.
Header Mnemonic Name Size
0x1E PROP/1e PTx response 1
0x1F PROP/1o PRx information request 1
0x2F PROP/2o PTx information answer 2
0x3F PROP/3 PTx information answer 3
0x4F PROP/4 PTx information answer 4
고속 충전을 위한 PRx 신규 packet은 다음과 같이 정의할 수 있다. 하기 Power Receiver data packet은 상술한 실시예에 사용될 수 있다.
Header Mnemonic Name Type Size
0x18 PROP/1e PRx response Multiple 1
0x19 PROP/1o PTx information request Multiple 1
0x28 PROP/2e PRx information answer Multiple 2
0x38 PROP/3 PRx information answer Multiple 3
0x48 PROP/4 PRx information answer Multiple 4
0x58 PROP/5 PRx information answer Multiple 5
0x68 PROP/6 PRx information answer Multiple 6
0x78 PROP/7 PRx information answer Multiple 7
0x84 PROP/8 PRx information answer Multiple 8
이하, 다양한 주체 관점에서, 본 명세서의 실시예를 다시 설명한다.
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 42는 본 명세서의 일 실시예에 따른, 무선 전력 전송기 관점에서, 고전력 모드에서 충전을 위한 프로파일을 정의하는 방법의 순서도다.
도 42에 따르면, 무선 전력 전송기는 구성 페이즈(Configuration phase)에서 무선 전력 수신기로부터 CFG(Configuration) 패킷을 수신한다(S4210).
상기 무선 전력 전송기는 상기 CFG 패킷을 기반으로 상기 무선 전력 수신기와 협상 페이즈(Negotiation Phase)에 진입한다(S4220).
상기 무선 전력 전송기는 상기 협상 페이즈 이후 전력 전달 페이즈(Power Transfer Phase)에 진입한다(S4230).
상기 전력 전달 페이즈에서, 상기 무선 전력 전송기는 상기 무선 전력 수신기의 제품 및 모델 정보를 기반으로 상기 무선 전력 수신기가 고전력 모드를 지원하는지 여부를 확인한다.
상기 무선 전력 수신기가 상기 고전력 모드를 지원하는 경우, 상기 무선 전력 전송기는 상기 전력 전달 페이즈에서, 상기 고전력 모드로 진입한다.
상기 무선 전력 수신기가 상기 고전력 모드를 지원하지 않는 경우, 상기 무선 전력 전송기는 상기 전력 전달 페이즈에서, BPP(Baseline Power Profile) 또는 EPP(Extended Power Profile) 모드로 진입한다.
상기 무선 전력 수신기가 상기 고전력 모드를 지원하는지 여부는 상기 무선 전력 수신기가 상기 고전력 모드를 지원하는 모델인지 또는 Qi 리스트에 포함되는지 확인하는 것으로 알 수 있다. 구체적인 동작은 다음과 같다.
상기 무선 전력 전송기는 상기 무선 전력 수신기에게 상기 무선 전력 수신기의 제품 및 모델 정보를 요청하는 패킷을 전송할 수 있다. 상기 무선 전력 전송기는 상기 무선 전력 수신기로부터 상기 무선 전력 수신기의 제품 및 모델 정보를 수신할 수 있다.
상기 무선 전력 수신기의 제품 및 모델 정보가 상기 무선 전력 전송기에 저장된 정보를 기반으로 확인 가능한 Qi 모델이면, 상기 무선 전력 전송기는 ACK을 전송할 수 있다.
상기 무선 전력 수신기의 제품 및 모델 정보가 상기 무선 전력 전송기에 저장된 정보를 기반으로 확인 가능한 Qi 모델이 아니거나 알 수 없으면, 상기 무선 전력 전송기는 NAK(Not ACK) 또는 ND(Not Defined)를 전송할 수 있다.
상기 무선 전력 전송기가 상기 ACK을 전송하는 경우, 상기 무선 전력 전송기는 상기 무선 전력 수신기에게 상기 고전력 모드에 대한 요청 메시지를 전송할 수 있다. 상기 무선 전력 전송기는 상기 무선 전력 수신기로부터 상기 요청 메시지에 대한 응답 메시지를 수신할 수 있다.
이때, 상기 응답 메시지가 DSR/ACK(Data Stream Response/ACK)이면, 상기 무선 전력 전송기는 상기 고전력 모드로 진입할 수 있다. 상기 응답 메시지가 DSR/NAK이면, 상기 무선 전력 전송기는 상기 BPP 또는 EPP 모드로 진입할 수 있다.
본 실시예는 고전력 모드에서 무선 충전을 위한 프로파일을 정의하고, 특히, 상기 고전력 모드를 지원하는 제품 또는 모델인지 여부를 식별하는 방법을 제안한다. 즉, 상기 고전력 모드를 지원하는 제품 또는 모델인지 여부에 따라 고전력 모드에서의 충전 가능 여부를 확인하고, 가능하다면 고전력 모드로 충전이 가능하며, 불가능하다면 BPP 또는 EPP 모드(기존 저전력 모드)로 충전이 가능할 수 있다.
상기 고전력 모드는 최소 15W 이상 최대 50W 이하의 전력을 지원할 수 있다. 상기 BPP 모드는 5W 이하의 전력을 지원하고, 상기 EPP 모드는 5W 이상 15W 이하의 전력을 지원할 수 있다.
상기 고전력 모드를 지원하는 제품 또는 모델인지 여부를 식별한 이후의 동작은 다음과 같다.
상기 전력 전달 페이즈에서, 상기 무선 전력 전송기는 상기 무선 전력 수신기에 대한 정품 인증을 수행할 수 있다.
상기 정품 인증이 실패하면, 상기 무선 전력 전송기는 상기 BPP 또는 EPP 모드로 진입할 수 있다. 상기 정품 인증이 성공하면, 상기 무선 전력 전송기는 상기 무선 전력 수신기와 협상을 수행할 수 있다.
상기 협상이 실패하면, 상기 무선 전력 전송기는 상기 무선 전력 전송기의 전력을 차단할 수 있다(충전 종료). 상기 협상이 성공하면, 상기 무선 전력 전송기는 상기 무선 전력 수신기와 교정(Calibration)을 수행할 수 있다.
상기 교정이 실패하면, 상기 무선 전력 전송기는 상기 무선 전력 전송기의 전력을 차단할 수 있다(충전 종료). 상기 교정이 성공하면, 상기 무선 전력 전송기는 상기 무선 전력 수신기와 상기 고전력 모드로 진입할 수 있다.
본 실시예는 무선 전력 전송기 또는 무선 전력 수신기의 제품 및 모델 정보를 기반으로 고전력 모드에서의 충전 프로파일을 지원하는지 여부를 확인하는 방법을 제안한다. 이로써, 상술한 물리적 충전 조건에 의해 고전력 모드에서의 충전 조건을 확인한 후, 고속 충전 프로파일의 확장이 가능하다는 효과가 있다.
도 43은 본 명세서의 일 실시예에 따른, 무선 전력 수신기 관점에서, 고전력 모드에서 충전을 위한 프로파일을 정의하는 방법의 순서도다.
도 43에 따르면, 무선 전력 수신기는 구성 페이즈에서 무선 전력 전송기에게 CFG(Configuration) 패킷을 전송한다(S4310).
상기 무선 전력 수신기는 상기 CFG 패킷을 기반으로 상기 무선 전력 전송기와 협상 페이즈에 진입한다(S4320).
상기 무선 전력 수신기는 상기 협상 페이즈 이후 전력 전달 페이즈에 진입한다(S4330).
상기 전력 전달 페이즈에서, 상기 무선 전력 수신기는 상기 무선 전력 수신기의 제품 및 모델 정보를 기반으로 고전력 모드에 대한 진입 가능 여부를 확인한다.
상기 무선 전력 수신기가 상기 고전력 모드를 지원하는 경우, 상기 무선 전력 수신기는 상기 전력 전달 페이즈에서, 상기 고전력 모드로 진입한다.
상기 무선 전력 수신기가 상기 고전력 모드를 지원하지 않는 경우, 상기 무선 전력 수신기는 상기 전력 전달 페이즈에서, BPP(Baseline Power Profile) 또는 EPP(Extended Power Profile) 모드로 진입한다.
상기 무선 전력 수신기가 상기 고전력 모드를 지원하는지 여부는 상기 무선 전력 수신기가 상기 고전력 모드를 지원하는 모델인지 또는 Qi 리스트에 포함되는지 확인하는 것으로 알 수 있다. 구체적인 동작은 다음과 같다.
상기 무선 전력 수신기는 상기 무선 전력 전송기로부터 상기 무선 전력 수신기의 제품 및 모델 정보를 요청하는 패킷을 수신할 수 있다. 상기 무선 전력 수신기는 상기 무선 전력 전송기에게 상기 무선 전력 수신기의 제품 및 모델 정보를 전송할 수 있다.
상기 무선 전력 수신기의 제품 및 모델 정보가 상기 무선 전력 전송기에 저장된 정보를 기반으로 확인 가능한 Qi 모델이면, 상기 무선 전력 수신기는 ACK을 수신할 수 있다.
상기 무선 전력 수신기의 제품 및 모델 정보가 상기 무선 전력 전송기에 저장된 정보를 기반으로 확인 가능한 Qi 모델이 아니거나 알 수 없으면, 상기 무선 전력 수신기는 NAK(Not ACK) 또는 ND(Not Defined)를 수신할 수 있다.
상기 무선 전력 수신기가 상기 ACK을 수신하는 경우, 상기 무선 전력 수신기는 상기 무선 전력 전송기로부터 상기 고전력 모드에 대한 요청 메시지를 수신할 수 있다. 상기 무선 전력 수신기는 상기 무선 전력 전송기에게 상기 요청 메시지에 대한 응답 메시지를 수신할 수 있다.
이때, 상기 응답 메시지가 DSR/ACK(Data Stream Response/ACK)이면, 상기 무선 전력 수신기는 상기 고전력 모드로 진입할 수 있다. 상기 응답 메시지가 DSR/NAK이면, 상기 무선 전력 수신기는 상기 BPP 또는 EPP 모드로 진입할 수 있다.
본 실시예는 고전력 모드에서 무선 충전을 위한 프로파일을 정의하고, 특히, 상기 고전력 모드를 지원하는 제품 또는 모델인지 여부를 식별하는 방법을 제안한다. 즉, 상기 고전력 모드를 지원하는 제품 또는 모델인지 여부에 따라 고전력 모드에서의 충전 가능 여부를 확인하고, 가능하다면 고전력 모드로 충전이 가능하며, 불가능하다면 BPP 또는 EPP 모드(기존 저전력 모드)로 충전이 가능할 수 있다.
상기 고전력 모드는 최소 15W 이상 최대 50W 이하의 전력을 지원할 수 있다. 상기 BPP 모드는 5W 이하의 전력을 지원하고, 상기 EPP 모드는 5W 이상 15W 이하의 전력을 지원할 수 있다.
상기 고전력 모드를 지원하는 제품 또는 모델인지 여부를 식별한 이후의 동작은 다음과 같다.
상기 전력 전달 페이즈에서, 상기 무선 전력 수신기는 상기 무선 전력 수신기에 대한 정품 인증을 수행할 수 있다.
상기 정품 인증이 실패하면, 상기 무선 전력 수신기는 상기 BPP 또는 EPP 모드로 진입할 수 있다. 상기 정품 인증이 성공하면, 상기 무선 전력 수신기는 상기 무선 전력 전송기와 협상을 수행할 수 있다.
상기 협상이 실패하면, 상기 무선 전력 전송기의 전력은 차단될 수 있다(충전 종료). 상기 협상이 성공하면, 상기 무선 전력 수신기는 상기 무선 전력 전송기와 교정(Calibration)을 수행할 수 있다.
상기 교정이 실패하면, 상기 무선 전력 전송기의 전력이 차단될 수 있다(충전 종료). 상기 교정이 성공하면, 상기 무선 전력 수신기는 상기 무선 전력 전송기와 상기 고전력 모드로 진입할 수 있다.
본 실시예는 무선 전력 전송기 또는 무선 전력 수신기의 제품 및 모델 정보를 기반으로 고전력 모드에서의 충전 프로파일을 지원하는지 여부를 확인하는 방법을 제안한다. 이로써, 상술한 물리적 충전 조건에 의해 고전력 모드에서의 충전 조건을 확인한 후, 고속 충전 프로파일의 확장이 가능하다는 효과가 있다.
본 명세서의 구체적인 일례를 통해 얻을 수 있는 효과는 이상에서 나열된 효과로 제한되지 않는다. 예를 들어, 관련된 기술분야의 통상의 지식을 자긴 자(a person having ordinary skill in the related art)가 본 명세서로부터 이해하거나 유도할 수 있는 다양한 기술적 효과가 존재할 수 있다. 이에 따라 본 명세서의 구체적인 효과는 본 명세서에 명시적으로 기재된 것에 제한되지 않고, 본 명세서의 기술적 특징으로부터 이해되거나 유도될 수 있는 다양한 효과를 포함할 수 있다.
본 명세서에 기재된 청구항들은 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. 무선 전력 전송 시스템에서, 무선 전력 전송기가 무선 충전을 수행하는 방법에 있어서,
    구성 페이즈에서 무선 전력 수신기로부터 CFG(Configuration) 패킷을 수신하는 단계;
    상기 CFG 패킷을 기반으로 상기 무선 전력 수신기와 협상 페이즈에 진입하는 단계;
    상기 협상 페이즈 이후 전력 전달 페이즈에 진입하는 단계를 포함하되,
    상기 전력 전달 페이즈에서, 상기 무선 전력 수신기의 제품 및 모델 정보를 기반으로 상기 무선 전력 수신기가 고전력 모드를 지원하는지 여부를 확인하는 단계;
    상기 무선 전력 수신기가 상기 고전력 모드를 지원하는 경우, 상기 전력 전달 페이즈에서, 상기 고전력 모드로 진입하는 단계; 및
    상기 무선 전력 수신기가 상기 고전력 모드를 지원하지 않는 경우, 상기 전력 전달 페이즈에서, BPP(Baseline Power Profile) 또는 EPP(Extended Power Profile) 모드로 진입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신기에게 상기 무선 전력 수신기의 제품 및 모델 정보를 요청하는 패킷을 전송하는 단계;
    상기 무선 전력 수신기로부터 상기 무선 전력 수신기의 제품 및 모델 정보를 수신하는 단계;
    상기 무선 전력 수신기의 제품 및 모델 정보가 상기 무선 전력 전송기에 저장된 정보를 기반으로 확인 가능한 Qi 모델이면, ACK을 전송하는 단계;
    상기 무선 전력 수신기의 제품 및 모델 정보가 상기 무선 전력 전송기에 저장된 정보를 기반으로 확인 가능한 Qi 모델이 아니거나 알 수 없으면, NAK(Not ACK) 또는 ND(Not Defined)를 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 ACK을 전송하는 경우,
    상기 무선 전력 수신기에게 상기 고전력 모드에 대한 요청 메시지를 전송하는 단계;
    상기 무선 전력 수신기로부터 상기 요청 메시지에 대한 응답 메시지를 수신하는 단계;
    상기 응답 메시지가 DSR/ACK(Data Stream Response/ACK)이면, 상기 고전력 모드로 진입하는 단계;
    상기 응답 메시지가 DSR/NAK이면, 상기 BPP 또는 EPP 모드로 진입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전력 전달 페이즈에서, 상기 무선 전력 수신기에 대한 정품 인증을 수행하는 단계;
    상기 정품 인증이 실패하면, 상기 BPP 또는 EPP 모드로 진입하는 단계를 더 포함하고,
    상기 정품 인증이 성공하면, 상기 무선 전력 수신기와 협상을 수행하는 단계;
    상기 협상이 실패하면, 상기 무선 전력 전송기의 전력을 차단하는 단계;
    상기 협상이 성공하면, 상기 무선 전력 수신기와 교정(Calibration)을 수행하는 단계;
    상기 교정이 실패하면, 상기 무선 전력 전송기의 전력을 차단하는 단계;
    상기 교정이 성공하면, 상기 무선 전력 수신기와 상기 고전력 모드로 진입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고전력 모드는 최소 15W 이상 최대 50W 이하의 전력을 지원하고,
    상기 BPP 모드는 5W 이하의 전력을 지원하고,
    상기 EPP 모드는 5W 이상 15W 이하의 전력을 지원하는
    방법.
  6. 무선 전력 전송 시스템에서, 무선 전력 전송기는,
    무선 전력을 전달 또는 수신하는 것에 관련된 컨버터; 및
    상기 무선 전력의 전달 또는 수신을 제어하는 것에 관련된 커뮤니케이션/컨트롤기를 포함하되,
    상기 무선 전송 전송기는:
    구성 페이즈에서 무선 전력 수신기로부터 CFG(Configuration) 패킷을 수신하고;
    상기 CFG 패킷을 기반으로 상기 무선 전력 수신기와 협상 페이즈에 진입하고;
    상기 협상 페이즈 이후 전력 전달 페이즈에 진입하되,
    상기 전력 전달 페이즈에서, 상기 무선 전력 수신기의 제품 및 모델 정보를 기반으로 상기 무선 전력 수신기가 고전력 모드를 지원하는지 여부를 확인하고;
    상기 무선 전력 수신기가 상기 고전력 모드를 지원하는 경우, 상기 전력 전달 페이즈에서, 상기 고전력 모드로 진입하고; 및
    상기 무선 전력 수신기가 상기 고전력 모드를 지원하지 않는 경우, 상기 전력 전달 페이즈에서, BPP(Baseline Power Profile) 또는 EPP(Extended Power Profile) 모드로 진입하는 것을 특징으로 하는
    무선 전력 전송기.
  7. 무선 전력 전송 시스템에서 무선 전력 수신기가 무선 충전을 수행하는 방법에 있어서,
    구성 페이즈에서 무선 전력 전송기에게 CFG(Configuration) 패킷을 전송하는 단계;
    상기 CFG 패킷을 기반으로 상기 무선 전력 전송기와 협상 페이즈에 진입하는 단계;
    상기 협상 페이즈 이후 전력 전달 페이즈에 진입하는 단계를 포함하되,
    상기 전력 전달 페이즈에서, 상기 무선 전력 수신기의 제품 및 모델 정보를 기반으로 고전력 모드에 대한 진입 가능 여부를 확인하는 단계;
    상기 무선 전력 수신기가 상기 고전력 모드를 지원하는 경우, 상기 전력 전달 페이즈에서, 상기 고전력 모드로 진입하는 단계; 및
    상기 무선 전력 수신기가 상기 고전력 모드를 지원하지 않는 경우, 상기 전력 전달 페이즈에서, BPP(Baseline Power Profile) 또는 EPP(Extended Power Profile) 모드로 진입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 무선 전력 전송기로부터 상기 무선 전력 수신기의 제품 및 모델 정보를 요청하는 패킷을 수신하는 단계;
    상기 무선 전력 전송기에게 상기 무선 전력 수신기의 제품 및 모델 정보를 전송하는 단계;
    상기 무선 전력 수신기의 제품 및 모델 정보가 상기 무선 전력 전송기에 저장된 정보를 기반으로 확인 가능한 Qi 모델이면, ACK을 수신하는 단계;
    상기 무선 전력 수신기의 제품 및 모델 정보가 상기 무선 전력 전송기에 저장된 정보를 기반으로 확인 가능한 Qi 모델이 아니거나 알 수 없으면, NAK(Not ACK) 또는 ND(Not Defined)를 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 ACK을 수신하는 경우,
    상기 무선 전력 전송기로부터 상기 고전력 모드에 대한 요청 메시지를 수신하는 단계;
    상기 무선 전력 전송기에게 상기 요청 메시지에 대한 응답 메시지를 수신하는 단계;
    상기 응답 메시지가 DSR/ACK(Data Stream Response/ACK)이면, 상기 고전력 모드로 진입하는 단계;
    상기 응답 메시지가 DSR/NAK이면, 상기 BPP 또는 EPP 모드로 진입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 전력 전달 페이즈에서, 상기 무선 전력 수신기에 대한 정품 인증을 수행하는 단계;
    상기 정품 인증이 실패하면, 상기 BPP 또는 EPP 모드로 진입하는 단계를 더 포함하고,
    상기 정품 인증이 성공하면, 상기 무선 전력 전송기와 협상을 수행하는 단계;
    상기 협상이 실패하면, 상기 무선 전력 전송기의 전력이 차단되고,
    상기 협상이 성공하면, 상기 무선 전력 전송기와 교정(Calibration)을 수행하는 단계;
    상기 교정이 실패하면, 상기 무선 전력 전송기의 전력이 차단되고,
    상기 교정이 성공하면, 상기 무선 전력 전송기와 상기 고전력 모드로 진입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 고전력 모드는 최소 15W 이상 최대 50W 이하의 전력을 지원하고,
    상기 BPP 모드는 5W 이하의 전력을 지원하고,
    상기 EPP 모드는 5W 이상 15W 이하의 전력을 지원하는
    방법.
  12. 무선 전력 전송 시스템에서, 무선 전력 수신기는,
    무선 전력을 전달 또는 수신하는 것에 관련된 컨버터; 및
    상기 무선 전력의 전달 또는 수신을 제어하는 것에 관련된 커뮤니케이션/컨트롤기를 포함하되,
    상기 무선 전력 수신기는:
    구성 페이즈에서 무선 전력 전송기에게 CFG(Configuration) 패킷을 전송하고;
    상기 CFG 패킷을 기반으로 상기 무선 전력 전송기와 협상 페이즈에 진입하고;
    상기 협상 페이즈 이후 전력 전달 페이즈에 진입하되,
    상기 전력 전달 페이즈에서, 상기 무선 전력 수신기의 제품 및 모델 정보를 기반으로 고전력 모드에 대한 진입 가능 여부를 확인하고;
    상기 무선 전력 수신기가 상기 고전력 모드를 지원하는 경우, 상기 전력 전달 페이즈에서, 상기 고전력 모드로 진입하고; 및
    상기 무선 전력 수신기가 상기 고전력 모드를 지원하지 않는 경우, 상기 전력 전달 페이즈에서, BPP(Baseline Power Profile) 또는 EPP(Extended Power Profile) 모드로 진입하는 것을 특징으로 하는
    무선 전력 수신기.
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