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KR101246693B1 - 무선 전력 수신 장치 및 그 전력 제어 방법 - Google Patents

무선 전력 수신 장치 및 그 전력 제어 방법 Download PDF

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KR101246693B1
KR101246693B1 KR1020110026057A KR20110026057A KR101246693B1 KR 101246693 B1 KR101246693 B1 KR 101246693B1 KR 1020110026057 A KR1020110026057 A KR 1020110026057A KR 20110026057 A KR20110026057 A KR 20110026057A KR 101246693 B1 KR101246693 B1 KR 101246693B1
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Abstract

본 발명은, 무선 전력 전송 장치의 1차측 코어로부터의 무선 전력 신호를 수신하기 위한 2차측 코어; 상기 1차측 코어로부터의 자기장을 감지하기 위한 자계 센서; 및 상기 자계 센서로부터 획득되는 자계 측정값이 기준 자계값보다 작고, 상기 무선 전력 전송 장치와 통신이 가능한 경우, 상기 2차측 코어를 통해 상기 무선 전력 전송 장치측으로 에러코드를 전송하는 수신 제어부를 포함하는, 무선 전력 수신 장치 및 그 전력 제어 방법에 관한 것이다.

Description

무선 전력 수신 장치 및 그 전력 제어 방법{WIRELESS POWER RECEIVING DEVICE AND POWER CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은, 무선 전력 수신 장치 및 그 전력 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 배터리팩(Battery pack)은 외부의 충전기로부터 전력(전기에너지)을 공급받아 충전한 상태에서 휴대용 단말기(핸드폰, PDA 등)의 작동을 위한 전원을 공급하기 위한 것으로, 전기에너지를 충전하는 배터리셀과 상기 배터리셀의 충전 및 방전(휴대용 단말기로 전기에너지를 공급)을 위한 회로 등이 구성되어 있다.
이러한 휴대용 단말기에 사용되는 배터리팩에 전기에너지를 충전시키기 위한 충전기와 배터리팩의 전기적 연결방식에는 상용전원을 공급받아 배터리팩에 대응하는 전압 및 전류로 변환하여 해당 배터리팩의 단자를 통해 배터리팩으로 전기에너지를 공급하는 단자공급방식이 있다.
그러나, 이러한 단자공급방식으로 전원을 공급하면, 충전기와 배터리팩을 접촉하거나 분리할 경우, 양측의 단자(배터리팩의 단자 및 충전기의 단자)들이 서로 다른 전위차를 가지고 있어, 순간방전현상을 초래하는 문제점이 있었다.
특히, 이러한 순간방전현상 등으로 인하여 양측의 단자들에 이물질이 쌓이게 되면 화재 등이 발생할 우려가 있었다.
또한, 습기 등으로 인하여 배터리팩에 충전된 전기에너지가 배터리팩의 단자를 통해 외부로 자연방전되는 등의 문제점이 있음은 물론, 이로 인하여 배터리팩의 수명 및 성능의 저하를 초래하는 단점이 있었다.
최근에는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 무선전력전송방식을 이용한 무접점 방식의 충전시스템과 제어방법들이 제시되고 있다.
이러한 무선 전력 전송 시스템에 있어서 안정적인 전력 수신과 더불어 무선 전력 전송 효율을 높이기 위한 노력들이 있어 왔다.
본 발명은, 무선 전력 전송 시스템에서 이물질을 감지하여, 이에 대응되는 전력 전송 제어를 행함으로써, 무선 전력 전송 효율을 높이기 위한, 무선 전력 수신 장치에서의 전력 수신 제어 방법 및 이를 적용한 무선 전력 수신 장치를 제공하기 위한 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시예인 무선 전력 수신 장치는, 무선 전력 전송 장치의 1차측 코어로부터의 무선 전력 신호를 수신하기 위한 2차측 코어; 상기 1차측 코어로부터의 자기장을 감지하기 위한 자계 센서; 및 상기 자계 센서로부터 획득되는 자계 측정값이 기준 자계값보다 작고, 상기 무선 전력 전송 장치와 통신이 가능한 경우, 상기 2차측 코어를 통해 상기 무선 전력 전송 장치측으로 에러코드를 전송하는 수신 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 자계 센서는, 홀 아이씨(Hall IC) 센서일 수 있다.
본 발명의 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 자계 센서는 상기 무선 전력 수신 장치의 주면에 설치될 수 있다.
본 발명의 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 무선 전력 수신 장치는, 알람부를 더 포함하고, 상기 수신 제어부는, 상기 자계 센서로부터 획득되는 자계 측정값이 기준 자계값보다 작은 경우, 상기 알람부를 통해 무선 전력 수신 불가를 나타내는 에러 데이터를 출력하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 무선 전력 수신 장치는, 배터리셀모듈을 더 포함하고, 상기 수신 제어부는, 상기 배터리에서 측정되는 충전 상태 신호에 기초하여, 무선 전력 변경 신호를 상기 무선 전력 전송 장치로 전송할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예인, 무선 전력 수신 장치에서의 전력 수신 제어 방법은, 상기 무선 전력 수신 장치에 설치된 자계 센서를 통해, 무선 전력 전송 장치의 1차측 코어에 의해 형성되는 자기장을 측정하여 자계 측정값을 획득하는 단계; 및 상기 자계 센서로부터 획득되는 자계 측정값이 기준 자계값보다 작고, 상기 무선 전력 전송 장치와 통신이 가능한 경우, 상기 2차측 코어를 통해 상기 무선 전력 전송 장치측으로 에러코드를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예의 일태양에 의하면, 상기 자계 센서는, 홀 아이씨(Hall IC) 센서일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예의 일태양에 의하면, 상기 자계 센서는,상기 자계 센서는 상기 무선 전력 수신 장치의 주면에 설치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예의 일태양에 의하면, 상기 무선 전력 수신 장치에서의 전력 수신 제어 방법은, 상기 수신 제어부는, 상기 자계 센서로부터 획득되는 자계 측정값이 기준 자계값보다 작은 경우, 상기 무선 전력 수신 장치의 알람부를 통해 무선 전력 수신 불가를 나타내는 에러 데이터를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예의 일태양에 의하면, 상기 무선 전력 수신 장치에서의 전력 수신 제어 방법은, 상기 자계 센서로부터 획득되는 자계 측정값이 기준 자계값보다 크면, 상기 무선 전력 수신 장치의 배터리에서 측정되는 충전 상태 신호에 기초하여, 무선 전력 변경 신호를 상기 무선 전력 전송 장치로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 구성을 가진 본 발명의 일실시예에 따르면, 무선 충전 중 또는 무선 충전 개시 전에 무선 전력 전송 장치와 무선 전력 수신 장치 사이에 존재할 수 있는 이물질을 감지할 수 있고, 이에 따라 무선 전력 전송 제어를 함으로써 무선 전력 전송 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예와 관련된 무선 전력 전송 시스템의 블록 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예인 무선 전력 수신 장치에 부착된 자계 센서의 위치를 설명하기 위한 개념도.
도 3은 본 발명의 일실시예인, 무선 전력 전송 장치에서 무선 전력 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도.
이하, 본 발명과 관련된 무선 전력 수신 장치 및 그 전력 제어 방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 무선 전력 전송 시스템의 블록 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예인 무선 전력 전송 시스템은, 무선 전력 전송 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)를 포함한다. 즉, 전자기 유도 방식에 의해, 무선 전력 전송 장치(100)가 무선 전력 신호를 무선 전력 수신 장치(200)로 전송하면, 이 전력 신호를 수신한 무선 전력 수신 장치(200)는 상기 무선 전력 신호의 전력으로 배터리를 충전하거나, 무선 전력 수신 장치(200)와 연결된 전자기기에 전원을 공급하게 된다.
이하에서는, 무선 전력 전송 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)의 구성에 대하여 각각 설명하도록 한다.
본 발명의 일시시예인 무선 전력 전송 장치(100)는, 1차측 코어(110), 전송 제어부(120) 및 AC/DC 컨버터(130)를 포함한다. 여기서 1차측 코어(110)(1차측 코일)은 전력 신호를 전자기 유도 방식으로 전력 수신 장치(200)의 2차측 코어(210)에 전송하기 위한 장치로서, 본 실시예에서는 2개의 코일(즉, 제 1 서브 코일(111) 및 제 2 서브 코일(112))이 적용될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 1차측 코어(110)을 제어하는 전송 제어부(120)는, 객체 감지부(121), 중앙제어부(122), 스위칭제어부(123), 구동드라이버(124) 및 직렬공진형컨버터(125) 포함할 수 있다.
상기 객체 감지부(121)는 상기 1차측 코일인 1차측 코어(110)의 부하변화를 감지하고, 해당 부하변화가 무선 전력 수신 장치(200)에 의한 것인지를 판단할 뿐만 아니라(즉 아이디 확인부로서의 기능을 가짐), 무선 전력 수신 장치(200)로부터 전송된 충전 상태 신호를 필터링하여 처리하는 기능을 수행한다. 즉, 1차측 코어(110)을 통해 전송되는 아이디 호출 신호의 응답신호인 아이디 신호가 수신되면, 이를 필터링 하여 처리하고, 충전 중, 배터리 셀이나 충전 전압에 관한 정보를 포함하는 충전 상태 신호가 수신되면. 이를 필터링하여 처리하는 기능을 한다.
상기 중앙 제어부(122)는 상기 객체 감지부(121)의 판단결과를 전송받아 확인하고, 1차측 코어(110)에서 수신되는 아이디 신호를 분석하여, 상기 1차측 코어(110)를 통해 무선 전력 신호를 송출하기 위한 전력 신호를 상기 구동 드라이버(124)로 전송하는 역할을 한다. 또한, 후술하는 1차측 코어로부터 충전 상태신호가 수신되면, 이에 기초하여 구동 드라이버(124)를 제어하여 무선 전력 신호를 변경하는 기능을 한다.
상기 스위칭제어부(123)는 직렬 공진형 컨버터(125)와 제 1 서브 코일(111) 및 제 2 서브 코일(112)의 사이에 스위치의 스위칭동작을 제어하는 것이다. 본 발명에서는, 2개의 서브 코일이 이용되고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 하나의 코일이 적용되는 경우도 포함한다. 하나의 코일이 적용되는 경우, 상기 스위칭 제어부(123)가 불필요하게 된다.
상기 구동 드라이버(124)는 중앙 제어부(122)의 제어를 통해 직렬 공진형 컨버터(125)의 동작을 제어하는 것이다.
상기 직렬 공진형 컨버터(125)는 구동 드라이버(124)의 제어에 의해 송출하고자 하는 전력신호를 발생하기 위한 송출전원을 생성하여 상기 1차측 코어(110)로 공급하는 것이다. 다시 말해, 중앙 제어부(122)가 요구되는 전력값을 갖는 전력 신호의 송출을 위한 전력 제어 신호를 구동 드라이버(124)로 전송하면, 상기 구동 드라이버(124)는 전송된 전력제어신호에 대응하여 직렬 공진형 컨버터(125)의 동작을 제어하고, 상기 직렬 공진형 컨버터(125)는 구동 드라이버(124)의 제어에 의하여 요구되는 전력값에 대응하는 송출전원을 1차측 코어(110)에 인가함으로써, 요구되는 세기의 무선 전력 신호가 송출되도록 하는 것이다.
또한, 상기 직렬 공진형 컨버터(125)는 구동 드라이버(124)의 제어에 의해 제 1 서브 코일(111) 및 제 2 서브 코일(112)을 통해 각각 제 1 객체 감지 신호와 제 2 객체 감지 신호를 발생하기 위한 전원을 공급하는 역할을 한다.
AC/DC 컨버터(130)는 220V 또는 110V 의 교류 전원을 소정 전압의 직류 전원으로 변경하는 장치로서, 전술한 바와 같이, 상기 중앙 제어부(122)의 제어에 의해, 출력 전압값이 변경된다.
그리고, 전력신호를 수신하여 전력을 공급받는 무선 전력 수신 장치(200)는, 상기 송출된 전력 신호에 의해 유도전력을 생성하는 2차측 코어(210), 유도된 전력을 정류하는 정류부(220), 정류된 전력으로 충전되는 배터리셀모듈(230), 상기 1차측 코어에 의해 발생되는 자기장을 감지하기 위한 자계 센서(240), 알람부(250) 그리고, 상기 2차측 코어(210), 정류부(220), 상기 배터리셀 모듈(230), 자계 센서(240) 및 알람부(250)를 제어하는 수신 제어부(260)를 포함한다. 본 발명의 무선 전력 수신 장치(200)는 배터리셀 모듈을 포함하는 패터리 팩일 수도 있고, 이 패터리 팩을 포함하는 이동 통신 단말기일 수도 있다.
2차측 코어(210)는 무선 전력 전송 장치(100)의 1차측 코어로부터 전송되는 무선 전력 신호를 수신하기 위한 구성요소이다.
정류부(220)는 상기 2차측 코어로부터 수신되는 무선 전력을 직류 전압으로 정류하며, 충전 개시 전까지는 충전전압으로 충전 상태를 유지하게 된다.
배터리 셀 모듈(230)은 수신 제어부(240)의 제어를 받아 상기 정류부(220)로부터의 직류 전원을 통해 충전이 되는 충전 대상이 된다. 배터리 셀모듈(230) 대신에 PMP, MP3, 핸드폰등의 전자기기가 될 수도 있다. 한편, 상기 배터리셀 모듈(230)에는 과전압 및 과전류방지회로, 온도감지회로 등의 보호회로가 포함되어 구성되며, 또한, 배터리셀의 충전상태 등의 정보를 수집 및 처리하는 충전관리모듈이 포함된다.
자계 센서(240)는 상기 무선 전력 전송 장치(100)의 1차측 코어(110)에서 발생되는 자기장을 측정하기 위한 것이다. 이 자계 센서(240)로는 홀 아이씨(Hall IC) 센서가 이용될 수 있으며, 이는 무선 전력 수신 장치(200)의 주면에 설치될 수 있다. 이에 대해서는 도 2를 참조하여 설명하도록 한다.
알람부(250)는 무선 전력 수신 장치(200)가 정상적으로 무선 전력 신호를 수신하지 못하게 되는 경우, 무선 전력 수신 불가를 나타내는 에러 데이터를 출력하기 위한 구성요소이다. 이러한 알람부(250)로는 스피커, 진동 모듈 등이 될 수 있다.
수신 제어부(260)는 정류부(220)에서 충전된 전원의 전류를 제어하여 배터리셀모듈(230)로 적절한 전류가 흐르도록 하는 구성요소이다. 이 수신 제어부(240)의 구체적인 동작은 도 3를 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예인 무선 전력 수신 장치에 부착된 자계 센서(240)의 위치를 설명하기 위한 개념도이다. 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신 장치(200)의 주면에는 2차측 코어(210)가 내장된다. 이 2차측 코어(210)는 원형 코일 또는 타원형 코일일 수 있다. 이 때, 자계 센서(240)은 상기 2차측 코어(210)의 중심점에 대응되는 상기 무선 전력 수신 장치(200)의 주면에 설치된다. 그러면, 상기 자계 센서(240)는 1차측 코어로부터의 자기장을 보다 정확하게 측정할 수 있게 되어, 이물질 감지뿐 아니라, 충전 정위치 확인에도 이용될 수 있다.
또는, 자계센서(240)는 무선 전력 수신 장치(200)의 PCM(protective circuit module)(도면에 표시되지 않음)에 장착될 수 있다. 즉, 도 2와 달리, 자계 센서(240)가 무선 전력 수신 장치(200)의 회로 기판에 장착될 수 있음이 이해되어야 한다.
이하에서는 도 1 및 도 2에서 설명한 무선 전력 수신 장치에서의 전력 제어 방법에 대하여 도 3을 통해 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예인, 무선 전력 전송 장치에서 무선 전력 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도시된 바와 같이, 우선, 상기 무선 전력 수신 장치(200)에 설치된 자계 센서(240)를 통해, 무선 전력 전송 장치(100)의 1차측 코어(110)에 의해 형성되는 자기장을 측정하여 자계 측정값을 하다(S11).
상기 자계 센서(240)로부터 획득되는 자계 측정값이 기준 자계값보다 작은지 여부를 판단한다(S13). 만약 이물질이 없다면, 자계 센서(240)로부터 측정되는 자계 측정값은 기준 자계값과 동일하거나 크게 될 것이다. 그러나, 동전이나, 클립과 같은 이물질이 무선 전력 전송 장치(100)의 충전 위치 또는 그 근방에 위치하게 되면, 이 이물질이 상기 자계 측정값에 영향을 주게 되어, 그 값이 기준 자계값보다 작아지게 된다. 본 발명은 이러한 현상을 주목하여, 이를 통해 무선 충전 개시전 또는 무선 충전 중에 이물질을 감지하는 방식을 창안한 것이다.
만약 자계 측정값이 기준 자계값보다 같거나 크면, 이물질이 감지되지 않은 것으로 판단하여 정상적으로 무선 충전 동작을 실행한다. 즉, 상기 무선 전력 수신 장치(200)의 배터리셀 모듈(230)에서 측정되는 충전 상태 신호에 기초하여, 무선 전력 변경 신호를 상기 무선 전력 전송 장치(100)로 전송한다. 만약, 상기 자계 센서(240)로부터 획득되는 자계 측정값이 기준 자계값보다 작고, 상기 무선 전력 전송 장치(100)와 통신이 가능한 경우, 상기 2차측 코어를 통해 상기 무선 전력 전송 장치(100)측으로 에러코드를 전송한다(S15). 만약 정상적인 통신이 불가능한 경우, 무선 전력 전송 장치(100)의 전송 제어부(120)는 무선 전력 신호의 발신을 정지한다. 상기 자계 센서(240)로부터 획득되는 자계 측정값이 기준 자계값보다 작은 경우, 이물질을 감지한 것으로 판단하고, 이에 따라 에러 코드를 발생함과 더불어, 상기 무선 전력 수신 장치(200)의 알람부(250)를 통해 무선 전력 수신 불가를 나타내는 에러 데이터를 출력할 수 있다(S17). 이 에러 데이터는 스피커나 진동모듈을 통해 출력될 수 있다.
상술한 구성을 가진 본 발명의 일실시예에 따르면, 무선 충전 중 또는 무선 충전 개시 전에 무선 전력 전송 장치와 무선 전력 수신 장치 사이에 존재할 수 있는 이물질을 감지할 수 있고, 이에 따라 무선 전력 전송 제어를 함으로써 무선 전력 전송 효율을 높일 수 있다.
상기와 같이 설명된 무선 전력 수신 장치 및 그 전력 제어 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
100 : 무선 전력 전송 장치
111 : 제 1 서브 코일
112 : 제 2 서브 코일
120 : 전송 제어부
121 : 객체 감지부
122 : 중앙 제어부
123 : 스위칭 제어부
124 : 구동 드라이버
125 : 직렬 공진형 컨버터
130 : 교류/직류 컨버터
200 : 무선 전력 수신 장치
210 : 2차측 코어
220 : 정류부
230 : 배터리셀 모듈
240 : 자계 센서
250 : 알람부
260 : 수신 제어부

Claims (10)

  1. 무선 전력 전송 장치의 1차측 코어로부터의 무선 전력 신호를 수신하기 위한 2차측 코어;
    상기 1차측 코어에서 상기 무선 전력 신호가 전송됨에 따라 발생되는 자기장을 감지하기 위한 자계 센서; 및
    상기 자계 센서로부터 획득되는 자계 측정값이 기준 자계값보다 작고, 상기 무선 전력 전송 장치와 통신이 가능한 경우, 상기 2차측 코어를 통해 상기 무선 전력 전송 장치측으로 에러코드를 전송하는 수신 제어부를 포함하는, 무선 전력 수신 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자계 센서는, 홀 아이씨(Hall IC) 센서인, 무선 전력 수신 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 자계 센서는 상기 무선 전력 수신 장치의 주면에 설치되는, 무선 전력 수신 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    알람부를 더 포함하고,
    상기 수신 제어부는,
    상기 자계 센서로부터 획득되는 자계 측정값이 기준 자계값보다 작은 경우, 상기 알람부를 통해 무선 전력 수신 불가를 나타내는 에러 데이터를 출력하는, 무선 전력 수신 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    배터리를 더 포함하고,
    상기 수신 제어부는,
    상기 배터리에서 측정되는 충전 상태 신호에 기초하여, 무선 전력 변경 신호를 상기 무선 전력 전송 장치로 전송하는, 무선 전력 수신 장치.
  6. 무선 전력 수신 장치에서의 전력 수신 제어 방법으로서,
    상기 무선 전력 수신 장치에 설치된 자계 센서를 통해, 무선 전력 전송 장치의 1차측 코어에서 무선 전력 신호가 전송됨에 따라 형성되는 자기장을 자계 센서로 측정하여 자계 측정값을 획득하는 단계; 및
    상기 자계 센서로부터 획득되는 자계 측정값이 기준 자계값보다 작고, 상기 무선 전력 전송 장치와 통신이 가능한 경우, 상기 무선 전력 수신 장치의 2차측 코어를 통해 상기 무선 전력 전송 장치측으로 에러코드를 전송하는 단계를 포함하는, 무선 전력 수신 장치에서의 전력 수신 제어 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 자계 센서는, 홀 아이씨(Hall IC) 센서인, 무선 전력 수신 장치에서의 전력 수신 제어 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 자계 센서는 상기 무선 전력 수신 장치의 주면에 설치되는, 무선 전력 수신 장치에서의 전력 수신 제어 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 자계 센서로부터 획득되는 자계 측정값이 기준 자계값보다 작은 경우, 상기 무선 전력 수신 장치의 알람부를 통해 무선 전력 수신 불가를 나타내는 에러 데이터를 출력하는 단계를 더 포함하는, 무선 전력 수신 장치에서의 전력 수신 제어 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 자계 센서로부터 획득되는 자계 측정값이 기준 자계값보다 크면, 상기 무선 전력 수신 장치의 배터리에서 측정되는 충전 상태 신호에 기초하여, 무선 전력 변경 신호를 상기 무선 전력 전송 장치로 전송하는 단계를 더 포함하는, 무선 전력 수신 장치에서의 전력 수신 제어 방법.
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