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KR102572577B1 - 무선 충전을 제어하는 충전 장치 및 방법 - Google Patents

무선 충전을 제어하는 충전 장치 및 방법 Download PDF

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KR102572577B1
KR102572577B1 KR1020160046215A KR20160046215A KR102572577B1 KR 102572577 B1 KR102572577 B1 KR 102572577B1 KR 1020160046215 A KR1020160046215 A KR 1020160046215A KR 20160046215 A KR20160046215 A KR 20160046215A KR 102572577 B1 KR102572577 B1 KR 102572577B1
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Abstract

본 발명은 충전 장치에 관한 것으로서, 적어도 하나의 전자 장치에 무선 충전을 제어하는 전자 장치 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 충전 장치의 무선 충전 제어 방법에 있어서, 적어도 하나의 전자 장치를 감지하는 과정과, 상기 감지된 전자 장치에 해당되는 충전 방식을 결정하는 과정과, 상기 결정된 충전 방식에 해당되는 코일을 선택하여 상기 전자 장치를 무선 충전하는 과정을 포함할 수 있다.

Description

무선 충전을 제어하는 충전 장치 및 방법{CHARGING APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING WIRELESS CHARGING}
본 발명은 충전 장치에 관한 것으로서, 전자 장치의 무선 충전을 제어하는 충전 장치 및 방법에 관한 것이다.
전자 장치에서 제공되는 다양한 서비스 및 부가 기능들은 점차 확대되고 다양해지고 있다. 전자 장치의 효용 가치를 높이고 사용자들의 다양한 욕구를 만족시키기 위해서 전자 장치는 지속적으로 개발되고 있다. 이러한, 사용자의 욕구를 충족하는 하나의 예로서, 전자 장치는 전원을 공급하는 충전 장치로부터 무선으로 전력을 공급받을 수 있으며, 또한, 충전 장치는 전자 장치에 무선으로 충전을 공급할 수 있다.
일반적으로 이러한, 전자 장치에 무선으로 충전을 제공하는 방법으로는 자기 유도 방식과 자기 공진 방식을 포함한다. 자기 유도 방식은 근거리에서 비교적 효율적으로 동작하며, 코일 간의 유도 현상을 이용한 방식으로서, 수 KHz의 주파수를 사용하며 전송 거리는 보통 수 cm 이내이다. 이러한 자기 유도에서 충전 장치와 전자 장치가 1mm 이하로 떨어진 상태에서 충전되는 전력량은 유선으로 충전하는 방식에 비해 90%의 효율을 가질 수 있다. 이와 같이, 자기 유도 방식은 송신 코일에 가변 전류를 인가하는 경우, 인가된 가변 전류와 같은 주파수로 발생하는 비 방사형 전자기파에 의해 수신 코일에 동일한 주파수로 유도 전류를 발생하게 하여 전자 장치를 충전시킬 수 있다.
그리고, 자기 공진 방식은 공진 코일을 이용하여 송신 코일과 수신 코일 간의 공진 현상을 이용한 방식으로서, 1~20MHz의 주파수를 사용하며, 전송 거리는 보통 수 m 이내이다. 예를 들면, 자기 공진 방식은 6.78MHz의 주파수를 사용할 수 있다. 이러한 자기 공진에서 충전 장치와 전자 장치가 수 cm 떨어진 상태에서 충전되는 전력량은 유선으로 충전하는 방식에 비해 70%의 효율을 가질 수 있다. 이와 같이, 자기 공진 방식은 송신 코일에서 인가된 가변 전류에 의해 발생한 자기장이 유도 커플링(inductive coupling)에 의해 공진 코일(resonance coil)에 인가되고, 동일한 공진 주파수를 갖는 공진 코일 사이에 자기 공진 커플링(magnetic resonant coupling)이 발생되고, 다시 수신 코일에 유도 커플링을 일으켜 전자 장치를 충전시킬 수 있다.
종래에는 이러한 자기 유도 방식을 적용한 충전 장치들이 시중에 판매되고 있는 상태이며, 근래에 들어 자기 공진 방식을 적용한 충전 장치들이 출시되고 있다.
그런데, 종래의 충전 장치는 이러한 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식 중 어느 하나의 방식으로 전자 장치를 충전하도록 설계되었을 뿐만 아니라, 오직 하나의 방식으로만 전자 장치를 충전할 수 밖에 없었다. 이러한 이유로, 충전 장치가 어느 하나의 방식으로만 전자 장치를 충전시키는 경우, 다른 방식으로 충전을 받는 전자 장치의 사용자 입장에서는 자신의 전자 장치의 충전 방식에 맞는 충전 장치를 별도로 구매해야 하는 비효율성이 존재하였다.
따라서, 자기 유도 방식에 따른 충전과 자기 공진 방식에 따른 충전을 하나의 충전 장치에서 함께 제공해줄 필요성이 제기된다.
따라서, 본 발명은 적어도 하나의 전자 장치에 무선 충전을 제어하는 충전 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 자기 유도 방식과 자기 공진 방식을 모두 지원하는 다중 모드 충전 장치 및 방법을 제공한다.
상술한 바를 달성하기 위해 본 발명은, 충전 장치의 무선 충전 제어 방법에 있어서, 적어도 하나의 전자 장치를 감지하는 과정과, 상기 감지된 전자 장치에 해당되는 충전 방식을 결정하는 과정과, 상기 결정된 충전 방식에 해당되는 코일을 선택하여 상기 전자 장치를 무선 충전하는 과정을 포함할 수 있다.
또한, 상술한 바를 달성하기 위해 본 발명은, 무선 충전을 제어하는 충전 장치에 있어서, 적어도 하나의 전자 장치에 무선 충전을 위한 복수의 코일들이 구비된 코일부와, 상기 적어도 하나의 전자 장치를 감지하고, 상기 감지된 전자 장치에 해당되는 충전 방식을 결정하고, 상기 결정된 충전 방식에 해당되는 코일을 선택하여 상기 전자 장치의 무선 충전을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
자기 유도 방식에 따른 충전과 자기 공진 방식에 따른 충전을 하나의 충전 장치에서 함께 제공함으로써, 충전 방식에 관계없이 자유롭게 무선 충전을 할 수 있다.
또한, 복수의 전자 장치에 해당되는 충전 방식을 각각 결정하고, 결정된 각각의 충전 방식으로 해당 전자 장치를 동시에 충전함으로써, 동일한 충전 방식의 복수의 전자 장치를 동시에 충전할 수 있을 뿐만 아니라, 서로 다른 충전 방식의 복수의 전자 장치를 동시에 충전할 수 있다.
또한, 본 발명은 다중 충전 방식을 제공함으로써, 제조사는 충전 방식에 따른 제약 또는 추가되는 비용 없이 자유롭게 충전 장치를 제조할 수 있다.
도 1A는 본 발명의 일 실시 예에 의한 전자 장치 및 충전 장치를 나타낸 블럭도이다.
도 1B는 본 발명의 일 실시 예에 의한 충전 장치의 상세 블록도이다.
도 2는 다양한 실시 예에 따른 무선 충전을 제어하는 과정을 나타낸 순서도이다.
도 3A는 일 실시 예에 따른 무선 충전을 제어하는 충전 장치의 블럭도이다.
도 3B는 다른 실시 예에 따른 무선 충전을 제어하는 충전 장치의 블럭도이다.
도 4는 다양한 실시 예에 따른 코일부에 하나의 공진 코일과 하나의 유도 코일이 구성된 예시도이다.
도 5의 (a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하나의 유도 코일과 하나의 공진 코일을 구비한 충전 장치에 유도 방식으로 충전하는 전자 장치를 올려놓은 예시도이다.
도 5의 (b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하나의 유도 코일과 하나의 공진 코일을 구비한 충전 장치에 공진 방식으로 충전하는 전자 장치를 올려놓은 예시도이다.
도 5의 (c)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하나의 유도 코일과 하나의 공진 코일을 구비한 충전 장치에 공진 방식으로 충전하는 두 개의 전자 장치를 올려놓은 예시도이다.
도 5의 (d)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하나의 유도 코일과 하나의 공진 코일을 구비한 충전 장치에 유도 방식으로 충전하는 전자 장치를 올려놓은 다른 예시도이다.
도 6은 다양한 실시 예에 따른 코일부에 하나의 공진 코일과 두 개의 유도 코일이 구성된 예시도이다.
도 7의 (a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 두 개의 유도 코일과 하나의 공진 코일을 구비한 충전 장치에 유도 방식으로 충전하는 전자 장치를 올려놓은 예시도이다.
도 7의 (b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 두 개의 유도 코일과 하나의 공진 코일을 구비한 충전 장치에 유도 방식으로 충전하는 두 개의 전자 장치를 올려놓은 예시도이다.
도 7의 (c)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 두 개의 유도 코일과 하나의 공진 코일을 구비한 충전 장치에 유도 방식으로 충전하는 전자 장치와 공진 방식으로 충전하는 전자 장치를 올려놓은 예시도이다.
도 7의 (d)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 두 개의 유도 코일과 하나의 공진 코일을 구비한 충전 장치에 유도 방식으로 충전하는 전자 장치와 공진 방식으로 충전하는 전자 장치를 올려놓은 다른 예시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 충전을 제어하는 과정을 나타낸 순서도이다.
이하, 본 개시의 다양한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 개시에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 실시 예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 개시에서, "가진다," "가질 수 있다," "포함한다," 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
본 개시에서, "A 또는 B," "A 또는/및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상"등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B," "A 및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.
본 개시에서 사용된 "제 1," "제 2," "첫째," 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 제 1 사용자 기기와 제 2 사용자 기기는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자 기기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어((operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어(connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 개시에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)," "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)," "~하도록 설계된(designed to)," "~하도록 변경된(adapted to)," "~하도록 만들어진(made to)," 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성된(또는 설정된)"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)" 것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
본 개시에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기에서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전자 장치는, 예를 들면, 스마트폰(smartphone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 이동 전화기(mobile phone), 영상 전화기, 전자책 리더기(e-book reader), 데스크탑 PC(desktop personal computer), 랩탑 PC(laptop personal computer), 넷북 컴퓨터(netbook computer), 워크스테이션(workstation), 서버, PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 모바일 의료기기, 카메라(camera), 또는 웨어러블 장치(wearable device) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에 따르면, 웨어러블 장치는 액세서리형(예: 시계, 반지, 팔찌, 발찌, 목걸이, 안경, 콘택트 렌즈, 또는 머리 착용형 장치(head-mounted-device(HMD)), 직물 또는 의류 일체형(예: 전자 의복), 신체 부착형(예: 스킨 패드(skin pad) 또는 문신), 또는 생체 이식형(예: implantable circuit) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
어떤 실시 예들에서, 전자 장치는 가전 제품(home appliance)일 수 있다. 가전 제품은, 예를 들면, 텔레비전, DVD(digital video disk) 플레이어, 오디오, 냉장고, 에어컨, 청소기, 오븐, 전자레인지, 세탁기, 공기 청정기, 셋톱 박스(set-top box), 홈 오토매이션 컨트롤 패널(home automation control panel), 보안 컨트롤 패널(security control panel), TV 박스(예: 삼성 HomeSyncTM, 애플TVTM, 또는 구글 TVTM), 게임 콘솔(예: XboxTM, PlayStationTM), 전자 사전, 전자 키, 캠코더(camcorder), 충전 장치 또는 전자 액자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다른 실시 예에서, 전자 장치는, 각종 의료기기(예: 각종 휴대용 의료측정기기(혈당 측정기, 심박 측정기, 혈압 측정기, 또는 체온 측정기 등), MRA(magnetic resonance angiography), MRI(magnetic resonance imaging), CT(computed tomography), 촬영기, 또는 초음파기 등), 네비게이션(navigation) 장치, 위성 항법 시스템(GNSS(global navigation satellite system)), EDR(event data recorder), FDR(flight data recorder), 자동차 인포테인먼트(infotainment) 장치, 선박용 전자 장비(예: 선박용 항법 장치, 자이로 콤파스 등), 항공 전자기기(avionics), 보안 기기, 차량용 헤드 유닛(head unit), 산업용 또는 가정용 로봇, 금융 기관의 ATM(automatic teller's machine), 상점의 POS(point of sales), 또는 사물 인터넷 장치(internet of things)(예: 전구, 각종 센서, 전기 또는 가스 미터기, 스프링클러 장치, 화재경보기, 온도조절기(thermostat), 가로등, 토스터(toaster), 운동기구, 온수탱크, 히터, 보일러 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또 다른 실시 예에 따르면, 전자 장치는 가구(furniture) 또는 건물/구조물의 일부, 전자 보드(electronic board), 전자 사인 수신 장치(electronic signature receiving device), 프로젝터(projector), 또는 각종 계측 기기(예: 수도, 전기, 가스, 또는 전파 계측 기기 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에서, 전자 장치는 전술한 다양한 장치들 중 하나 또는 그 이상의 조합일 수 있다. 다른 실시 예에 따른 전자 장치는 플렉서블 전자 장치일 수 있다. 또한, 본 개시의 실시 예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않으며, 기술 발전에 따른 새로운 전자 장치를 포함할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 다양한 실시 예에 따른 전자 장치가 설명된다. 본 개시에서, 사용자라는 용어는 전자 장치를 사용하는 사람 또는 전자 장치를 사용하는 장치(예: 인공지능 전자 장치)를 지칭할 수 있다.
도 1A는 본 발명의 일 실시 예에 의한 전자 장치 및 충전 장치를 나타낸 블럭도이다.
도 1A에 도시된 바와 같이, 충전 장치(110)는 전력 송신부(111), 제어부(112), 통신부(113), 표시부(114), 저장부(115) 및 전원 공급부(121)를 포함할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 충전 장치(110)는 예를 들면, 배터리 또는 전원부가 구비된 적어도 하나의 전자 장치에 전력을 제공할 수 있으며, 충전기로 칭할 수 있다. 상기 전력 송신부(111)는 적어도 하나의 유도 코일 및 적어도 하나의 공진 코일을 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 전력 송신부(111)는 전자 장치(150)가 요구하는 전력을 제공할 수 있으며, 무선으로 전자 장치(150)에 전력을 제공할 수 있다. 여기에서, 전력 송신부(111)는 교류 파형의 형태로 전력을 공급할 수 있으며, 직류 파형의 전력을 인버터를 이용하여 교류 파형으로 변환하여 교류 파형의 전력을 전자 장치(150)로 공급할 수도 있다. 전력 송신부(111)는 교류 파형의 전력을 제공할 수 있는 수단이라면 제한이 없다는 것은 당업자가 용이하게 이해할 것이다.
다양한 실시 예에 따르면, 통신부(113)는 전자 장치(150)와 소정의 방식으로 통신을 수행할 수 있다. 통신부(113)는 전자 장치(150)로부터 전력 정보를 수신할 수 있다. 여기에서 전력 정보는 전자 장치(150)의 출력 전압 정보 및 충전 전류 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또는 전력 정보는 유선 충전 단자의 인입, SA(stand alone) 모드로부터 NSA(non stand alone) 모드로의 전환, 에러 상황 해제 등의 정보를 포함할 수도 있다. 충전 장치(110)는 상기 수신된 전력 정보를 통해서 전자 장치(150)에 공급되는 전력을 조절할 수 있다.
또한, 통신부(113)는 전자 장치(150)의 충전 기능을 제어하는 충전 기능 제어 신호를 송신할 수 있다. 통신부(113)는 무선 전력 신호의 주파수와 다른 주파수(Out-Band)를 통해 전자 장치(150)와 통신을 수행할 수 있다. 충전 기능 제어 신호는 특정 전자 장치(150)의 전력 수신부(151)를 제어하여 충전 기능을 인에이블(enabled) 또는 디스에이블(disabled)하게 하는 제어 신호일 수 있다. 또한, 상기 충전 기능 제어 신호는 본 발명의 다양한 실시 예에 따라 교차 접속의 판단과 관련된 정보일 수 있다. 예컨대, 교차 접속 판단을 위한 식별 정보, 설정 정보 등을 포함할 수 있으며, 교차 접속 판단을 위한 전자 장치(150)의 로드 변화와 관련된 패턴 또는 시간 정보를 포함할 수 있다. 통신부(113)는 전자 장치(150)뿐만 아니라, 다른 충전 장치(미도시)로부터의 신호를 수신할 수도 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 전원 공급부(121)는 외부로부터 AC 전원(예: 220V)을 인가받고 인가받은 AC 전원을 DC 전원으로 변환할 수 있다. 상기 전원 공급부(121)는 통상적으로 벽에 설치된 콘센트에 단자(예: 어뎁터)를 삽입함으로써, 외부로부터 전원을 공급받을 수 있다. 예를 들면, 전원 공급부(121)는 외부로부터 공급받은 220V의 AC 전원을 5V 또는 9V의 DC 전원으로 변환할 수 있다. 상기 전원 공급부(121)는 변환된 5V 또는 9V의 DC 전원을 10V~20V로 승압할 수 있는 가변 DC/DC 소자를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 제어부(112)는 충전 장치(110)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 제어부(112)는 저장부(115)로부터 독출한 제어에 요구되는 알고리즘, 프로그램 또는 어플리케이션을 이용하여 충전 장치(110)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 제어부(112)는 CPU, 마이크로프로세서, 미니 컴퓨터와 같은 형태로 구현될 수 있다. 제어부(112)는, 예를 들면, 충전 장치(110)의 적어도 하나의 다른 구성요소들의 제어, 통신에 관한 연산이나 데이터 처리 및/또는 코일을 통한 무전 충전 송수신 모드를 실행하거나 제어할 수 있다. 제어부(112)는 전자 장치(150)로 전력을 공급하는 전력 송신 모드를 제어할 수 있고, 복수의 코일들 중에서 전자 장치에 대응되는 코일을 선택할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 제어부(112)는 통신부(113)를 통해 전자 장치(150)로부터 수신한 신호에 기초하여 전자 장치(150)의 상태를 표시부(114)에 표시할 수 있다. 또한, 제어부(112)는 전자 장치(150)가 충전이 완료되기까지 예상되는 시간을 표시부(114)에 표시할 수도 있다.
또한, 도 1A에 도시된 바와 같이 전자 장치(150)는 전력 수신부(151), 제어부(152), 통신부(153), 전원부(154), 표시부(158) 및 저장부(159)를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 전력 수신부(151)는 충전 장치(110)에서 전송된 전력을 무선으로 수신할 수 있다. 여기에서, 전력 수신부(151)는 교류 파형의 형태로 전력을 수신할 수 있다. 상기 수신된 전력은 제어부(152)의 제어 하에 전원부(154)에 충전될 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 제어부(152)는 전자 장치(150)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 제어부(152)는 저장부(159)로부터 독출한 제어에 요구되는 알고리즘, 프로그램 또는 어플리케이션을 이용하여 전자 장치(150)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 제어부(152)는 CPU, 마이크로프로세서, 미니 컴퓨터와 같은 형태로 구현될 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 통신부(153)는 충전 장치(110)와 소정의 방식으로 통신을 수행할 수 있다. 통신부(153)는 충전 장치(110)로부터 전력 비콘이 수신되면, 충전 장치(110)로 전력 정보를 송신할 수 있다. 여기에서 전력 정보는 전자 장치(150)의 출력 전압 정보 및 충전 전류 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 통신부(153)는 전자 장치(150)의 충전 기능을 제어하는 충전 기능 제어 신호를 송신할 수 있다. 또는 더욱 상세하게 후술할 것으로, 전력 정보는 유선 충전 단자의 인입, SA(stand alone) 모드로부터 NSA(non stand alone) 모드로의 전환, 에러 상황 해제 등의 정보를 포함할 수도 있다. 또한, 상기 충전 기능 제어 신호는 본 발명의 다양한 실시 예에 따라 교차 접속의 판단과 관련된 정보일 수 있다. 예컨대, 교차 접속 판단을 위한 식별 정보, 설정 정보 등을 포함할 수 있으며, 교차 접속 판단을 위한 전자 장치(150)의 로드 변화와 관련된 패턴 또는 시간 정보를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 제어부(152)는 전자 장치(150)의 상태를 표시부(158)에 표시하도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(152)는 전자 장치(150)가 충전이 완료되기까지 예상되는 시간을 표시부(158)에 표시할 수도 있다.
도 1B는 본 발명의 일 실시 예에 의한 충전 장치의 상세 블록도이다.
도 1B에 도시된 바와 같이, 충전 장치(110)는 공진 코일부(111a), 유도 코일부(111b), 제어부(112)(예컨대, 프로세서), 통신부(113), 구동부(117), 공진 증폭부(118a), 유도 증폭부(118b), 매칭부 (116), 유도 변복조부(120), 센서부(119) 및 전원 공급부(121)를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 공진 코일부(111a), 유도 코일부(111b)는 전력 송신부(111)에 구성될 수 있다. 전력 송신부(111)는 자기 유도 방식으로 충전하는 전자 장치에 전력을 무선으로 공급하기 위한 적어도 하나의 유도 코일을 포함하는 유도 코일부(111b)와, 자기 공진 방식으로 충전하는 전자 장치에 전력을 무선으로 공급하기 위한 적어도 하나의 공진 코일을 포함하는 공진 코일부(111a)를 포함할 수 있다. 상기 유도 코일과 공진 코일은 전력 공급의 효율성을 높이기 위해 충전 장치(110) 상에서 다양한 위치에 구비될 수 있다. 상기 공진 코일부(111a)와 유도 코일부(111b)는 전자 장치(150)를 충전하기 위해 전자 장치(150)와 맞닿은 부분에 구비될 수 있다. 전력 송신부(111)는 외각에 형성되는 공진 코일과, 상기 공진 코일의 내부에 형성되는 적어도 하나의 유도 코일을 포함할 수 있다. 전력 송신부(111)는 제1 무선 전력 송신 방식에 따른 적어도 하나의 코일과, 제2 무선 전력 송신 방식에 따른 적어도 하나의 코일을 포함할 수 있다. 또는, 전력 송신부(111)는 제1 무선 전력 송신 방식에 따른 제1 코일과, 상기 제1 코일 내부에 위치하며 제2 무선 전력 송신 방식에 따른 적어도 하나의 제2 코일을 포함할 수 있다. 상기 전력 송신부(111)에 구성되는 각각의 코일은 전자 장치와의 배치에 따라 서로 다른 크기를 가질 수 있다. 복수의 코일들 중에서 상기 전자 장치에 해당되는 코일은 제어부(112)의 제어 하에 활성화되어 전력을 무선으로 송수신할 수 있고, 나머지 코일은 비활성화될 수 있다. 예를 들어, 전자 장치 장치가 임의 코일에 대응되게 놓여지면, 해당 코일을 통해 전력의 송신 또는 수신이 시작될 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 구동부(117)는 기설정된 전압 값을 가지는 전력을 출력할 수 있다. 구동부(117)에서 출력되는 전력의 전압 값은 제어부(112)에 의하여 제어될 수 있다. 구동부(117)로부터 출력되는 전류는 공진 증폭부(118a)로 출력될 수 있다. 또한, 구동부(117)로부터 출력되는 전류는 유도 증폭부(118b)로 출력될 수 있다. 공진 증폭부(118a) 및 유도 증폭부(118b)는 기설정된 이득으로 전류를 증폭할 수 있으며, 제어부(112)로부터 입력되는 신호에 기초하여 직류 전력을 교류로 변환할 수 있다. 이에 따라, 공진 증폭부(118a) 및 유도 증폭부(118b)는 교류 전력을 출력할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 공진 증폭부(118a)는 공진 코일부(111a)에 구성된 적어도 하나의 공진 코일에 전달되는 전력을 증폭할 수 있다. 유도 증폭부(118b)는 유도 코일부(111b)에 구성된 적어도 하나의 유도 코일에 전달되는 전력을 증폭할 수 있다. 공진 증폭부(118a)는 교류 전력 생성부(미도시)로부터 출력되는 교류 전력의 파워에 따라 구동되는 증폭기(amplifier)를 포함할 수 있다. 유도 증폭부(118b)는 구동부(117)에서 출력되는 DC 전압을 AC 전압으로 변환하는 인버터(inverter)를 포함할 수 있다. 상기 인버터는 적어도 4개의 트랜지스터를 구비할 수 있으며, 각각의 트랜지스터의 ON/OFF 동작에 따라 교류 전류를 출력할 수 있다. 상기 증폭기는 6.78MHz의 주파수로 동작될 수 있고, 고 효율의 클래스 E(class E) 증폭기 또는 클래스 D(class D) 증폭기의 스위칭 증폭기로 구성될 수 있다. 상기 클래스 E 증폭기는 하나의 트랜지스터와 하나의 캐패시터로 구성될 수 있으며, 클래스 D 증폭기는 두 개의 트랜지스터로 구성될 수 있다. 상기 증폭기는 상기 인버터에서 수행되는 기능을 수행할 수 있고, 또한, 상기 인버터는 상기 증폭기에서 수행되는 기능을 수행할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 매칭부(116)는 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 예를 들어, 매칭부(116)로부터 바라본 임피던스를 조정하여, 출력 전력이 고효율 또는 고출력이 되도록 제어할 수 있다. 센서부(119)는 공진 코일부(111a), 유도 코일부(111b)를 통해 전자 장치(150)에 의한 로드 변화를 센싱할 수 있다. 상기 센서부(119)의 센싱 결과는 제어부(112)로 제공될 수 있다. 매칭부(116)는 제어부(112)의 제어에 기초하여 임피던스를 조정할 수 있다. 매칭부(116)는 코일 및 커패시터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제어부(112)는 매칭부(116)에 포함된 코일 및 커패시터 중 적어도 하나와 공진 코일부(111a)간의 연결 상태를 제어할 수 있으며, 이에 따라 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 공진 코일부(111a)는 입력된 교류 전력을 전자 장치(150)로 송신할 수 있다. 공진 코일부(111a)는 전자 장치(150)의 공진 코일과 동일한 공진 주파수를 가지는 공진 회로로 구현될 수 있으며, 공진 주파수는 6.78MHz의 주파수로 결정될 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 통신부(113)는 전자 장치(150)의 통신부(153)와 통신을 수행할 수 있으며, 예를 들어 양방향 2.4GHz의 주파수로 통신(WiFi, ZigBee, BT/BLE)을 수행할 수 있다. 통신부(113)는 제어부(112)의 제어하에 신호(예: 전력 비콘)를 전자 장치(150)로 송신하고, 상기 신호의 송신에 대응하는 응답(예: 브로드캐스트(broadcast) 신호)을 수신할 수 있다. 상기 충전 장치(110)는 상기 신호를 전자 장치(150)으로 송신하고, 상기 송신된 신호에 대한 응답이 통신부(113)(예: BLE)를 통해 수신되면, 충전 장치(110)는 상기 전자 장치의 충전 방식이 자기 공진 방식에 의한 충전 방식인지를 판단할 수 있다.
또한, 상기 통신부(113)는 자기 공진 방식에서 자체의 MCU와 GPIO(general purpose input output) pin을 가질 수 있고, 증폭기부터 출력되는 전력을 조절할 수 있다. 본 발명은 자기 공진 방식에서 사용되는 아웃-밴드 통신용 BLE(bluetooth low energy)모듈에 포함된 MCU를 공유할 수 있다. 상기 공유된 MCU는 자기 유도 방식에서 인-밴드 통신 변복조를 수행할 수 있고, 유도 전력 제어(예: 주파수 변조 및 PWM(pulse width modulation 변조)를 수행할 수 있다. 상기 통신부(113)는 BLE에 기반한 근거리 통신을 수행하는 통신 모듈을 포함할 수 있다. 그리고, 통신부(113)는 제어부(112)의 제어 하에 적어도 하나의 안테나를 이용하여 전자 장치와 통신을 수행할 수 있다. 통신부(113)는 이러한 통신 모듈을 통해 충전이 요구되거나 충전을 위해 접근하는 전자 장치를 감지할 수 있다. 도 1A 및 도 1B에서는 제어부(112)와 통신부(113)을 별도의 장치로서 도시되었으나, 이는 단지 실시 예일 뿐, 통신부(113)에서 수행되는 아웃-밴드 통신 기능은 제어부(112)에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 제어부(112)와 통신부(113)는 하나의 칩(One-Chip)으로 설계가 가능할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 충전 장치(110)는 교류 전력 생성부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 교류 전력 생성부는 자기 공진 방식에서의 교류 전력을 생성할 수 있으며, 공진 증폭부(118a)는 교류 전력 생성부로부터 출력되는 교류 전력을 증폭할 수 있다. 교류 전력 생성부는 일정 주파수의 교류 전력을 발생시키는 오실레이터를 포함할 수 있다. 교류 전력 생성부는 충전 장치(110)의 공진 코일과 전자 장치의 공진 코일간의 공진 커플링을 위해 교류 전력을 출력할 수 있다. 상기 교류 전력의 주파수는 6.78MHz일 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 제어부(112)는　유도 검출용 전력 비콘(power beacon)을　유도 코일부(111b)의　유도 코일에 인가할 수 있다. 제어부(112)는 전력 비콘을　유도 코일에 주기적으로 인가하여 상기 유도 코일의 임피던스의 변화량을 측정할 수 있다. 제어부(112)는 상기 유도 코일의 임피던스의 크기가 변화되는 경우, 전자 장치(150)가 패드에 놓여져 있음(또는 인접해 있음)을 검출할 수 있다. 이후, 제어부(112)는 상기 전력 비콘의 전력 세기보다 큰 전력으로 전력 비콘을 전자 장치(150)로 전송하여 전자 장치(150)의 유도 변조부(미도시)를 활성화시킬 수 있다. 이후, 제어부(112)는 전자 장치(150)로부터 전송되는 충전 장치를 검색하는 신호를 유도 변복조부(120)를 통해 수신하고, 상기 수신된 신호에 응답하는 유도전송장치 제어 동작을 수행한다. 상기 제어부(112)는 유도 변복조부(120)를 통해 들어온 신호의 수신에 대응하여 상기 전자 장치(150)가 유도 방식으로 충전되는 것을 판단할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 제어부(112)는 공진 검출용 전력 비콘(power beacon)을 공진 코일부(111a)의 공진 코일에 인가할 수 있다. 제어부(112)는 전력 비콘을 공진 코일에 주기적으로 인가하여 상기 공진 코일의 임피던스의 변화량을 측정할 수 있다. 제어부(112)는 상기 공진 코일의 임피던스의 크기가 변화되는 경우, 전자 장치(150)가 패드에 놓여져 있음(또는 인접해 있음)을 검출할 수 있다. 이후, 제어부(112)는 상기 전력 비콘의 전력 세기보다 큰 전력으로 전력을 전자 장치(150)로 전송하여 전자 장치(150)의 통신부(153)(예: BLE)를 활성화시킬 수 있다. 이후, 제어부(112)는 전자 장치(150)로부터 전송되는 충전 장치를 검색하는 신호를 통신부(113)(예: BLE)를 통해 수신하고, 상기 수신된 신호에 응답하는 응답 신호를 아웃 밴드 통신을 통해 전자 장치(150)로 전송할 수 있다. 상기 충전 장치를 검색하는 신호는 BLE 기반의 광고 신호(Advertisement Signal)를 포함할 수 있다. 상기 제어부(112)는 상기 BLE 기반의 광고 신호의 수신에 대응하여 상기 전자 장치(150)가 공진 방식으로 충전되는 것을 판단할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 제어부(112)는　유도 검출용 전력 비콘을　유도 코일부(111b)의　유도 코일에 인가하고, 공진 검출용 전력 비콘을 공진 코일부(111a)의 공진 코일에 각각 인가할 수 있다. 제어부(112)는　유도 코일부(111b)의　복수의 유도 코일에 전력 비콘을 동시에 인가할 수 있다. 그리고, 제어부(112)는 각각의 유도 코일의 임피던스 변화량을 통해 임피던스 변화량이 가장 적은 코일(예: 무선 전력 송신의 성능이 가장 좋은 코일)을 결정(또는 선택)할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 제어부(112)는 적어도 하나의 전자 장치를 감지하고, 상기 감지된 전자 장치에 해당되는 충전 방식을 결정하고, 상기 결정된 충전 방식에 해당되는 코일을 선택하여 상기 전자 장치를 무선으로 충전할 수 있다. 제어부(112)는 드라이버를 제어하여 유도 검출용 전력 비콘을　유도 코일에 주기적으로 인가할 수 있다. 제어부(112)는 상기 유도 코일의 임피던스의 크기가 변화되면, 상기 전자 장치가 패드에 놓여짐을 감지할 수 있다. 그리고, 제어부(112)는 상기 전력 비콘의 전력 세기보다 큰 전력으로 전력 비콘을 전자 장치(150)로 전송하여 전자 장치(150)의 유도 변조부(미도시)를 활성화시키고, 전자 장치(150)로부터 전송되는 충전 장치를 검색하는 신호가 유도 변복조부(120)를 통해 수신되면, 상기 전자 장치(150)가 유도 방식으로 충전되는 것을 판단할 수 있다
그리고, 제어부(112)는 드라이버를 제어하여 공진 검출용 전력 비콘을　공진 코일에 주기적으로 인가할 수 있다. 제어부(112)는 상기 공진 코일의 임피던스의 크기가 변화되면, 상기 전자 장치가 패드에 놓여짐을 감지할 수 있다. 그리고, 제어부(112)는 상기 전력 비콘의 전력 세기보다 큰 전력으로 전력 비콘을 전자 장치(150)로 전송하여 전자 장치(150)의 통신부(153)(예: BLE)를 활성화시킬 수 있다. 그리고, 제어부(112)는 전자 장치(150)로부터 전송되는 충전 장치를 검색하는 신호를 통신부(113)(예: BLE)를 통해 수신되면, 상기 전자 장치(150)가 공진 방식으로 충전되는 것을 판단할 수 있다. 상기 유도 검출용 전력 비콘과 상기 공진 검출용 전력 비콘은 각각의 코일에 동시에 인가될 수 있다. 제어부(112)는 드라이버를 제어하여 상기 유도 검출용 전력 비콘과 상기 공진 검출용 전력 비콘을 해당 코일에 인가하고, 전자 장치(150)로부터 응답 신호가 유도 변복조부(120) 또는 통신부(113)(예; BLE)를 통해 수신되는지에 따라 상기 전자 장치(150)의 충전 방식이 자기 유도에 의한 충전 방식인지 또는 자기 공진에 의한 충전 방식인지를 판단할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 제어부(112)는 전자 장치의 충전 방식에 따라 자기 유도 방식으로 충전을 할지 자기 공진 방식으로 충전할지를 결정할 수 있다. 상기 전자 장치가 무선 전력 송신 도중에 다른 전자 장치가 감지되는 경우, 제어부(112)는 상기 다른 전자 장치에 해당되는 충전 방식을 결정하고, 상기 결정된 충전 방식에 해당되는 코일을 통해 상기 다른 전자 장치를 무선으로 전력을 충전할 수 있다. 그리고, 상기 감지된 전자 장치가 복수 개인 경우, 제어부(112)는 각각의 전자 장치에 해당되는 충전 방식을 결정하고, 상기 결정된 각각의 충전 방식에 해당되는 코일을 통해 상기 복수의 전자 장치를 무선으로 전력을 충전할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 무선 충전을 제어하는 충전 장치는 적어도 하나의 전자 장치에 무선 충전을 위한 복수의 코일들이 구비된 전력 송신부와, 상기 적어도 하나의 전자 장치를 감지하고, 상기 감지된 전자 장치에 해당되는 충전 방식을 결정하고, 상기 결정된 충전 방식에 해당되는 코일을 선택하여 상기 전자 장치의 무선 충전을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 충전 장치는 상기 복수의 코일들 중 각각의 코일에 공급되는 전력을 증폭하는 복수의 증폭기를 포함하는 전력 증폭부를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 충전 장치는 적어도 하나의 유도 코일과 공진 코일을 구비한 전력 송신부를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어부는, 제1 드라이버를 제어하여 상기 공진 검출용 전력 비콘을 상기 공진 코일에 인가하고, 제2 드라이버를 제어하여 상기 유도 검출용 전력 비콘을 상기 유도 코일에 인가하여 상기 전자 장치를 감지할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전자 장치가 감지되면, 상기 제어부는 상기 제1 드라이버를 제어하여 상기 인가된 공진 검출용 전력 비콘 및 유도 검출용 전력 비콘 보다 더 큰 전력 세기를 갖는 공진 검출용 전력 비콘 및 유도 검출용 전력 비콘을 각각 해당 코일에 인가 할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 전자 장치의 충전 방식에 따라 자기 유도 방식으로 충전을 할지 자기 공진 방식으로 충전할지를 결정할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 유도 검출용 전력 비콘의 인가에 의해 상기 전자 장치로부터 응답 신호가 인-밴드 통신을 통해 수신되면, 상기 전자 장치의 충전 방식이 상기 자기 유도 방식으로 충전되는 것으로 결정하고, 상기 공진 검출용 전력 비콘의 인가에 의해 상기 전자 장치로부터 브로드캐스트 신호가 아웃-밴드 통신을 통해 수신되면, 상기 전자 장치의 충전 방식이 상기 자기 공진 방식으로 충전되는 것으로 결정할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 충전 장치에 구비된 복수의 유도 코일 각각에 전력 비콘을 인가하고, 상기 복수의 유도 코일 각각의 임피던스 변화량을 측정하고, 상기 임피던스 변화량에 기반하여 상기 전자 장치에 무선으로 전력을 제공하기 위한 코일을 선택할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전자 장치가 무선 충전 도중에 다른 전자 장치가 감지되는 경우, 상기 제어부는 상기 다른 전자 장치에 해당되는 충전 방식을 결정하고, 상기 결정된 충전 방식에 해당되는 코일을 통해 상기 다른 전자 장치로 무선으로 전력을 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 감지된 전자 장치가 복수 개인 경우, 상기 제어부는 각각의 전자 장치에 해당되는 충전 방식을 결정하고, 상기 결정된 각각의 충전 방식에 해당되는 코일을 통해 상기 복수의 전자 장치로 무선으로 전력을 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전력 송신부는 제1 무선 충전 방식에 따른 적어도 하나의 코일과, 제2 무선 충전 방식에 따른 적어도 하나의 코일을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전력 송신부는 제1 무선 충전 방식에 따른 제1 코일과, 상기 제1 코일 내부에 위치하며 제2 무선 충전 방식에 따른 적어도 하나의 제2 코일을 포함할 수 있다.
도 2는 다양한 실시 예에 따른 무선으로 전력을 제공하는 과정을 나타낸 순서도이다.
이하, 도 2를 참조하여, 다양한 실시 예에 따른 무선으로 전력을 제공하는 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.
충전 장치(110)는 충전이 요구되는 전자 장치의 접근을 감지할 수 있다(210). 충전 장치(110)는 신호(예: 전력 비콘)를 주기적 또는 비주기적으로 송신하여 전자 장치의 접근을 감지할 수 있다. 충전 장치(110)는　유도 검출용 전력 비콘(power beacon)을　유도 코일부(111b)의　유도 코일에 인가하고, 공진 검출용 전력 비콘을 공진 코일부(111a)의 공진 코일에 인가할 수 있다. 충전 장치(110)는　유도 코일부(111b)의　복수의 유도 코일에 전력 비콘을 동시에 인가할 수 있다. 그리고, 충전 장치(110)는 각각의 유도 코일의 임피던스 변화량을 측정하고, 측정된 결과를 통해 전자 장치의 충전 방식이 자기 유도 방식에 의한 충전 방식임을 결정할 수 있다. 그리고, 충전 장치(110)는 상기 임피던스 변화량이 가장 적은 코일(예: 무선 전력 송신의 성능이 가장 좋은 코일)을 결정(또는 선택)할 수 있다. 그리고, 충전 장치(110)는　상기 전력 비콘의 전력 세기보다 큰 전력으로 전력 비콘을 전자 장치(150)로 전송하여 전자 장치(150)의 통신부(153)(예: BLE)를 활성화시킬 수 있다. 이후, 전자 장치(150)로부터 전송되는 충전 장치를 검색하는 신호(예: 브로드캐스트 신호)가 통신부(113)(예: BLE)를 통해 수신하면, 제어부(112)는 상기 전자 장치(150)가 공진 방식으로 충전되는 것으로 판단할 수 있다.
또한, 충전 장치(110)는 적어도 하나의 센서를 통해 전자 장치의 접근을 감지할 수 있다. 충전 장치(110)는 전력 비콘을 송신하여 전자 장치의 접근을 감지할 수 있다. 그리고, 상기 전력 비콘을 수신한 전자 장치로부터 상기 송신된 전력 비콘에 대응하는 응답(예: 브로드캐스트 신호)이 통신부를 통해 수신되면, 상기 전자 장치가 자기 공진 방식으로 충전됨을 판단할 수 있다. 복수의 전자 장치들이 상기 충전 장치(110)의 충전 패드에 놓여지는 경우, 충전 장치(110)는 전력 비콘을 각각의 전자 장치로 송신하고, 상기 송신된 전력 비콘에 대응하는 응답 신호를 각각 수신하여 상기 놓여진 복수의 전자 장치들 각각의 충전 방식을 판단할 수 있다. 상기 충전 장치(110)는 적어도 하나의 센서 및 상기 신호 중 적어도 하나를 통해서 적어도 하나의 전자 장치를 감지할 수 있다. 그리고, 충전 장치(110)는 감지된 전자 장치의 충전 상태를 판단할 수 있다. 충전 장치(110)는 감지된 전자 장치의 충전 상태의 필요 여부를 판단하고, 사용자가 이러한 충전 상태를 인지할 수 있도록 충전 LED(light emitting diode)를 통해 출력할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치의 충전 상태가 완전 충전 상태인 경우 LED를 통해 녹색 빛을 방사하고, 충전 상태가 완전 충전 상태가 아닌 경우 적색 빛을 방사할 수 있다.
충전 장치(110)는 감지된 전자 장치에 해당되는 충전 방식을 결정할 수 있다(212). 충전 장치(110)는 전송된 전력 비콘에 응답하는 신호가 유도 변복조부(120)를 통해 수신되는지 또는 통신부(153)(예: BLE)를 통해 수신되는지에 따라, 감지된 전자 장치의 충전 방식이 자기 유도에 의한 충전 방식인지 자기 공진에 의한 충전 방식인지를 판단할 수 있다. 예를 들면, 상기 전송된 전력 비콘에 응답하는 신호가 유도 변복조부를 통해 수신되면, 상기 충전 장치(110)는 상기 전자 장치가 자기 유도에 의한 충전 방식인 것으로 판단할 수 있다. 그리고, 상기 전송된 전력 비콘에 응답하는 신호(예: 브로드캐스트 신호)가 통신부(예: BLE)를 통해 수신되면, 상기 충전 장치(110)는 상기 전자 장치가 자기 공진에 의한 충전 방식인 것으로 판단할 수 있다. 그리고, 예를 들면, 복수의 전자 장치들이 감지되는 경우, 충전 장치(110)는 복수의 전자 장치들 각각의 충전 방식을 결정할 수 있다. 충전 장치(110)는 전자 장치의 충전 방식에 따라 상기 전자 장치를 자기 유도 방식으로 충전할지 또는 자기 공진 방식으로 충전할지를 결정할 수 있다. 전자 장치가 상기 충전 장치(110)의 충전 패드에 놓여지는 경우, 충전 장치(110)는 상기 놓여진 전자 장치의 충전 방식을 판단하여 상기 전자 장치가 놓여진 부분에 위치한 코일을 결정할 수 있다. 그리고, 충전 장치(110)는 상기 결정된 코일을 통해 상기 판단된 충전 방식에 따라 상기 전자 장치를 충전할 수 있다. 또는, 복수의 전자 장치들이 상기 충전 장치(110)의 충전 패드에 놓여지는 경우, 충전 장치(110)는 상기 놓여진 복수의 전자 장치들 각각의 충전 방식을 판단하여, 각각의 전자 장치가 놓여진 부분에 위치한 코일을 결정할 수 있다. 그리고, 충전 장치(110)는 결정된 코일을 통해 각각의 전자 장치의 충전 방식에 따라 각각의 전자 장치를 충전할 수 있다. 또는, 충전 장치(110)는 서로 다른 충전 방식으로 충전이 요구되는 서로 다른 전자 장치의 충전 방식을 결정하고, 결정된 각각의 충전 방식을 통해 해당 전자 장치의 충전 방식을 결정할 수 있다.
충전 장치(110)는 결정된 충전 방식에 해당되는 코일을 선택하여 전자 장치를 충전할 수 있다(214). 충전 장치(110)는 전자 장치의 충전 방식에 해당되는 코일을 선택할 수 있다. 충전 장치(110)는 전송된 전력 비콘에 대응하여 유도 코일의 임피던스가 변화되면, 유도 코일을 선택하고, 통신부(153)를 통해 상기 신호가 수신되면, 공진 코일을 선택할 수 있다. 충전 장치(110)는 유도 코일부(111a)에 구성된 각각의 유도 코일로 전력 비콘을 송신하여, 각각의 유도 코일의 임피던스 변화량을 통해 임피던스 변화량이 가장 적은 코일(예: 무선 전력 송신의 성능이 가장 좋은 코일)을 결정(또는 선택)할 수 있다. 충전 장치는 충전하고자 하는 복수의 전자 장치들이 감지되면, 각각의 전자 장치의 충전 방식에 해당되는 코일을 선택하고, 선택된 코일을 통해 해당 전자 장치를 충전할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치가 자기 유도 방식으로 충전되는 경우, 충전 장치(110)는 전력 송신부(111)의 유도 코일을 통해서 전자 장치를 충전할 수 있다. 또는 전자 장치가 자기 공진 방식으로 충전되는 경우, 충전 장치(110)는 전력 송신부(111)의 공진 코일을 통해서 전자 장치를 충전할 수 있다. 상기 전력 송신부(111)는 하나의 공진 코일과 적어도 하나의 유도 코일을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 적어도 하나의 유도 코일은 상기 공진 코일 내에서 서로 간에 간섭이 발생되지 않는 위치에 구성될 수 있다. 충전 장치(110)는 선택된 코일을 통해 상기 전자 장치로 무선으로 전력을 제공할 수 있다.
충전 장치(110)는 상기 전자 장치가 충전되는 도중에 충전하고자 하는 다른 전자 장치를 감지할 수 있다(216). 충전 장치(110)는 상기 전자 장치가 충전되고 있는 도중에 다른 전자 장치를 감지하기 위해 전력 비콘을 주기적 또는 비주기적으로 송신할 수 있다. 충전 장치(110)는 상기 전자 장치가 충전되고 있는 도중에 적어도 하나의 센서를 통해 다른 전자 장치의 접근을 감지할 수 있다. 충전 장치(110)는 상기 전자 장치가 충전되고 있는 도중에 다른 전자 장치의 충전 방식을 판단하기 위한 전력 비콘을 송신하고, 상기 전력 비콘을 수신한 다른 전자 장치로부터 상기 송신된 전력 비콘에 대응하는 응답을 수신하여 상기 다른 전자 장치의 충전 방식을 판단할 수 있다. 또는, 상기 전자 장치가 충전되고 있는 도중에 다른 전자 장치가 상기 충전 장치(110)의 충전 패드의 다른 위치에 놓여지는 경우, 충전 장치(110)는 상기 다른 전자 장치의 충전 방식을 판단할 수 있다. 그리고, 충전 장치(110)는 상기 다른 전자 장치의 충전 상태를 판단할 수 있다. 충전 장치(110)는 감지된 전자 장치의 충전 상태의 필요 여부를 판단하고, 사용자가 이러한 충전 상태를 인지할 수 있도록 충전 LED를 통해 출력할 수 있다. 충전 장치(110)는 복수의 전자 장치들이 충전 중인 상태를 사용자에게 제공하여, 복수의 LEDs를 구비할 수 있다. 이러한 복수의 LEDs 중 각각의 LED는 해당 전자 장치의 충전 중, 충전 완료 등 충전에 대한 다양한 정보를 출력할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 충전 장치의 무선 충전 제어 방법은, 적어도 하나의 전자 장치를 감지하는 과정과, 상기 감지된 전자 장치에 해당되는 충전 방식을 결정하는 과정과, 상기 결정된 충전 방식에 해당되는 코일을 선택하여 상기 전자 장치를 무선 충전하는 과정을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 적어도 하나의 전자 장치를 감지하는 과정은, 상기 전자 장치를 감지하기 위한 유도 검출용 전력 비콘 및 공진 검출용 전력 비콘을 각각을 송신하는 과정을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전자 장치가 감지되면, 상기 인가된 유도 검출용 전력 비콘 및 공진 검출용 전력 비콘 보다 더 큰 전력 세기를 갖는 유도 검출용 전력 비콘 및 공진 검출용 전력 비콘을 각각 해당 코일에 인가하는 과정을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 충전 방식을 결정하는 과정은, 상기 전자 장치의 충전 방식에 따라 자기 유도 방식으로 충전을 할지 또는 자기 공진 방식으로 충전할지를 결정할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 충전 방식을 결정하는 과정은, 상기 유도 검출용 전력 비콘의 인가에 의해 상기 전자 장치로부터 브로드캐스트 신호가 인-밴드를 통해 수신되면, 상기 전자 장치의 충전 방식이 상기 자기 유도 방식으로 충전되는 것으로 결정하는 과정과, 상기 공진 검출용 전력 비콘의 인가에 의해 상기 전자 장치로부터 브로드캐스트 신호가 아웃-밴드를 통해 수신되면, 상기 전자 장치의 충전 방식이 상기 자기 공진 방식으로 충전되는 것으로 결정하는 과정을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 충전 장치에 구비된 복수의 유도 코일 각각으로 전력 비콘을 인가하는 과정과, 상기 복수의 유도 코일 각각의 임피던스 변화량을 측정하는 과정과, 상기 임피던스 변화량에 기반하여 상기 전자 장치에 무선으로 전력을 제공하기 위한 코일을 선택하는 과정을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전자 장치가 무선 충전 도중에 다른 전자 장치가 감지되는 경우, 상기 다른 전자 장치에 해당되는 충전 방식을 결정하고, 상기 결정된 충전 방식에 해당되는 코일을 통해 상기 다른 전자 장치로 무선으로 전력을 제공하는 과정을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 감지된 전자 장치가 복수 개인 경우, 각각의 전자 장치에 해당되는 충전 방식을 결정하고, 상기 결정된 각각의 충전 방식에 해당되는 코일을 통해 상기 복수의 전자 장치로 무선으로 전력을 제공하는 과정을 포함할 수 있다.
도 3A는 일 실시 예에 따른 무선으로 전력을 제공하는 충전 장치의 블럭도이고, 도 3B는 다른 실시 예에 따른 무선으로 전력을 제공하는 충전 장치의 블럭도이다.
도 3A를 참조하면, 다양한 실시 예에 따른 충전 장치(110)는, 예를 들면, 배터리 또는 전원부가 구비된 적어도 하나의 전자 장치로 무선으로 전력을 제공할 수 있다. 충전 장치(110)는 자기 유도 방식을 이용하여 적어도 하나의 전자 장치에 무선으로 전력을 제공할 수 있고, 자기 공진 방식을 이용하여 적어도 하나의 전자 장치에 무선으로 전력을 제공할 수 있다. 충전 장치(110)는 자기 유도 방식으로 충전을 제공받는 전자 장치와 자기 공진 방식으로 충전을 제공받는 전자 장치에 서로 다른 시간 또는 같은 시간에 전력을 제공할 수 있다.
자기 유도 방식의 유도 코일(311)과 자기 공진 방식의 공진 코일(310)은 전력 송신부(111)에 포함될 수 있다. 상기 전력 송신부(111)는 적어도 하나의 유도 코일을 포함할 수 있다. 상기 유도 코일(311)은 자기 유도 방식으로 충전하는 전자 장치에 전력을 무선으로 공급하기 위한 코일이고, 상기 공진 코일(310)은 자기 공진 방식으로 충전하는 전자 장치에 전력을 무선으로 공급하기 위한 코일이다. 이러한 전력 송신부(111)는 충전 장치(110)에서 전자 장치를 충전하기 위해 전자 장치와 맞닿은 부분에 구비될 수 있다. 이하에서는 제1 전자 장치가 유도 코일을 통해 무선으로 전력을 공급받는 경우 충전 장치(110)가 유도 코일을 통해서 제1 전자 장치로 무선으로 전력을 제공하는 제1 예시와, 제2 전자 장치가 공진 코일에 의해 무선으로 전력을 공급받는 경우 충전 장치(110)가 공진 코일을 통해서 제2 전자 장치로 무선으로 전력을 제공하는 제2 예시와, 상기 제1 전자 장치와 상기 제2 전자 장치를 동시에 무선으로 전력을 제공하는 제3 예시에 대해서 설명하면 다음과 같다.
제1 예시 즉, 충전 장치(110)가 유도 코일을 통해 제1 전자 장치로 무선으로 전력을 공급하는 경우에 대해서 설명하면 다음과 같다.
충전 장치(110)의 제어부(예: MCU(350))는 제2 드라이버(382)를 제어하여 인버터(372)를 통해 유도 검출용 전력 비콘(power beacon)을　유도 코일(311)에 인가할 수 있다. 제어부(예: MCU(350))는 제2 드라이버(382)를 제어하여 인버터(372)를 통해 전력 비콘을　유도 코일에 주기적으로 인가하고, 상기 유도 코일의 임피던스의 변화량을 측정할 수 있다. 제어부(예: MCU(350))는 상기 유도 코일의 임피던스의 크기가 변화되는 경우, 제1 전자 장치가 패드에 놓여져 있음(또는 인접해 있음)을 검출할 수 있다. 이후, 제어부(예: MCU(350))는 상기 전력 비콘의 전력 세기보다 큰 전력으로 전력 비콘을 상기 제1 전자 장치로 전송하여 제1 전자 장치의 유도 변조부(미도시)를 활성화시킬 수 있다. 이후, 제1 전자 장치로부터 전송되는 응답 신호가 유도 변복조부(361)를 통해 수신되면, 제어부(예: MCU(350))는 상기 제1 전자 장치가 유도 방식으로 충전됨을 판단할 수 있다. 상기 충전 장치를 검색하는 신호에 의해, 상기 제1 전자 장치가 유도 방식으로 충전되는 것으로 판단할 수 있다. 그리고, 충전 장치(110)의 어뎁터(320)는 외부로부터 공급되는 AC 전압을 DC 전압으로 변환할 수 있다. 예를 들어, 상기 어뎁터(320)는 220V AC 전압을 5V 또는 9V의 DC 전압으로 변환하여 가변 DC/DC 컨버터(330)로 제공할 수 있다. 상기 가변 DC/DC 컨버터(330)는 어뎁터(320)로부터 공급되는 DC 전압을 승압하여 유도 증폭부(118b)에 구비된 인버터(372)의 출력 전력을 조절할 수 있다. 상기 가변 DC/DC 컨버터(330)는, 예를 들면, 어뎁터(320)로부터 공급되는 5V 또는 9V의 DC 전압을 10V~20V로 승압할 수 있다. 그리고, 이와 같이 승압된 전압을 인버터(372)로 공급할 수 있다.
상기 인버터(372)는 상기 어뎁터(320)로부터 공급받는 DC 전압을 AC 전압으로 변환할 수 있다. 상기 인버터(372)는 4 개의 트랜지스터를 구비할 수 있으며, 각각의 트랜지스터의 ON/OFF를 통해서 DC 전압을 AC 전압으로 변환할 수 있다. 이러한 인버터(372)의 4 개의 트랜지스터 각각의 ON/OFF 동작은 제2 드라이버(382)에 의해 제어될 수 있다. 상기 제2 드라이버(382)는 인버터(372)에 포함된 각각의 트랜지스터를 구동시키기 위한 전류를 공급할 수 있다. 그리고, 유도 변복조부(361)는 상기 제1 전자 장치에서 파워 레벨의 변화를 감지할 수 있고, 제어부(예: MCU(350))는 인버터(372)의 트랜지스터의 구동을 제어하는 제2 드라이버(382)를 제어할 수 있다. 그리고, 제어부(예: MCU(350))는 인버터(372)로부터 출력되는 전력을 조절할 수 있으며, 유도 변복조부(361)를 제어하여 인-밴드(in-band) 통신을 수행할 수 있다. 상기 제어부(예: MCU(350))는 충전 장치(110)의 각 모듈간의 통신 및 제어를 수행할 수 있으며, 충전 장치(110)와 전자 장치 간의 통신 및 제어를 수행할 수 있다. 또한, 상기 제어부(예: MCU(350))는 자기 공진 방식에서 사용되는 아웃-밴드 통신용 BLE(bluetooth low energy) 모듈에 포함된 MCU로 구현될 수 있다. 상기 공유된 MCU는 자기 유도 방식에서 인-밴드 통신 변복조를 수행할 수 있고, 유도 전력 제어(예: 주파수 변조 및 PWM)를 수행할 수 있다. 상기 제어부(예: MCU(350))는 인버터(372)를 통해 출력되는 전력을 조절할 수 있고, 주파수를 조절할 수 있다. 그리고, 상기 제어부(예: MCU(350))에 의해 제어되는 인버터(372)를 통해 출력되는 전력은 전력 송신부(111)의 유도 코일(311)을 통해 상기 제1 전자 장치로 공급될 수 있다.
제2 예시 즉, 충전 장치(110)가 공진 코일을 통해 제2 전자 장치로 무선으로 전력을 공급하는 경우에 대해서 설명하면 다음과 같다.
충전 장치(110)의 제어부(예: MCU(350))는 제1 드라이버(381)를 제어하여 증폭기(371)를 통해 공진 검출용 전력 비콘(power beacon)을　공진 코일(310)에 인가할 수 있다. 제어부(예: MCU(350))는 제1 드라이버(381)를 제어하여 증폭기(371)를 통해 전력 비콘을　공진 코일에 주기적으로 인가하여 상기 공진 코일의 임피던스의 변화량을 측정할 수 있다. 제어부(112)는 상기 공진 코일의 임피던스의 크기가 변화되는 경우, 제2 전자 장치가 패드에 놓여져 있음(또는 인접해 있음)을 검출할 수 있다. 이후, 제어부(예: MCU(350))는 제1 드라이버(381)를 제어하여 상기 전력 비콘의 전력 세기보다 큰 전력으로 전력 비콘을 증폭기(371)를 통해 제2 전자 장치로 전송하여 제2 전자 장치의 통신부(153)(예: BLE)를 활성화시킬 수 있다. 이후, 제2 전자 장치로부터 전송되는 충전 장치를 검색하는 신호가 통신부(113)(예: BLE(340)를 통해 수신되면, 제어부(예: MCU(350))는 상기 제2 전자 장치가 공진 방식으로 충전됨을 판단할 수 있다.
상기 증폭기(371)는 6.78MHz의 주파수로 동작될 수 있고, 고 효율의 클래스 E(class E) 또는 클래스 D(class D)의 스위칭 증폭기로 구성될 수 있다. 상기 클래스 E 증폭기는 하나의 트랜지스터와 하나의 캐패시터로 구성될 수 있으며, 클래스 D 증폭기는 두 개의 트랜지스터로 구성될 수 있다. 상기 증폭기(371)는 가변 DC/DC 컨버터(330)로부터 승압된 전압 레벨에 따라 MCU(350)에서 제공되는 정보를 바탕으로 교류 전력을 증폭하여 출력할 수 있다. 또는, 상기 증폭기(371)는 별도로 구비된 오실레이터(미도시)에서 출력되는 교류 전력을 증폭하여 출력할 수 있다. 상기 오실레이터(미도시)는 MCU(350)에 포함되거나 교류 전력 생성부(미도시)에 포함될 수 있다. 그리고, 상기 증폭기(371)는 상기 인버터(372)에서 수행되는 기능을 수행할 수 있고, 또한, 상기 인버터(372)는 상기 증폭기(371)에서 수행되는 기능을 수행할 수 있다.
이러한 증폭기(371)의 2 개의 트랜지스터 각각의 ON/OFF 동작은 제1 드라이버(381)에 의해 제어될 수 있다. 상기 제1 드라이버(381)는 증폭기(371)에 포함된 각각의 트랜지스터를 구동시키기 위한 전류를 공급할 수 있다. 그리고, 제어부(예: MCU(350))는 증폭기(371)의 트랜지스터의 구동을 제어하는 제1 드라이버(381)를 제어할 수 있다. 그리고, 제어부(예: MCU(350))는 증폭기(371)로부터 출력되는 전력을 제1 드라이버(381)를 통해 조절할 수 있으며, 아웃-밴드(out-band) 통신을 통해 제2 전자 장치와 통신을 수행할 수 있다. 상기 제어부(예: MCU(350))는 충전 장치(110)의 각 모듈간의 통신 및 제어를 수행할 수 있으며, 충전 장치(110)와 제2 전자 장치 간의 통신 및 제어를 수행할 수 있다. 상기 제어부(예: MCU(350))는 블루투스 통신 모듈의 MCU로 구현될 수 있다. 상기 제어부(예: MCU(350))는 제1 트라이버(381)를 제어하여 증폭기(371)를 통해 출력되는 전력을 조절할 수 있고, 주파수를 조절할 수 있다. 그리고, 상기 제어부(예: MCU(350))에 의해 제어되는 증폭기(371)를 통해 출력되는 전력은 전력 송신부(111)의 공진 코일(310)을 통해 상기 제2 전자 장치로 공급될 수 있다.
제3 예시 즉, 충전 장치(110)가 유도 코일 및 공진 코일을 사용하여 상기 제1 전자 장치와 상기 제2 전자 장치로 동시에 무선으로 전력을 제공하는 경우에 대해서 설명하면 다음과 같다.
상기 제3 예시는 상기 제1 예시가 수행된 이후에 상기 제2 예시가 수행되는 경우와, 상기 제2 예시가 수행된 이후에 상기 제1 예시가 수행되는 경우를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제3 예시는 유도 방식으로 제1 전자 장치를 충전하고 있는 상태에서 공진 방식으로 제2 전자 장치를 충전하는 경우와, 공진 방식으로 제2 전자 장치를 충전하고 있는 상태에서 유도 방식으로 제1 전자 장치를 충전하는 경우를 포함할 수 있다. 또는, 제3 예시는 유도 방식으로 충전하는 제1 전자 장치와 공진 방식으로 충전하는 제2 전자 장치를 동시에 충전하는 경우를 포함할 수 있다. 이러한 제3 예시는 전자 장치가 무선으로 전력을 제공받는 도중에 다른 전자 장치가 감지되는 경우, 충전 장치(110)는 상기 다른 전자 장치에 해당되는 충전 방식을 결정하고, 상기 결정된 충전 방식에 해당되는 코일을 통해 상기 다른 전자 장치를 무선으로 전력을 제공하는 경우를 포함할 수 있다. 또는, 상기 제3 예시는 감지된 전자 장치가 복수 개인 경우, 각각의 전자 장치에 해당되는 충전 방식을 결정하고, 상기 결정된 각각의 충전 방식에 해당되는 코일을 통해 상기 복수의 전자 장치에 무선으로 전력을 제공하는 경우를 포함할 수 있다.
도 3A에 도시된 각각의 구성 요소들(예: 어뎁터(320), 가변 DC/DC 컨버터(330), 증폭기(371), 인버터(372), 유도 변복조부(361), MCU(350), BLE(340), 제1 드라이버(381), 제2 드라이버(382), 유도 코일(311), 공진 코일(310)) 각각은 충전하고자 하는 전자 장치의 개수에 따라 선택적으로 동작하거나 동작하지 않을 수 있다. 또한, 상기 각각의 구성 요소는 전자 장치의 충전 방식에 따라 선택적으로 동작하거나 동작하지 않을 수 있다. 그리고, 상기 가변 DC/DC 컨버터(330), 유도 변복조부(361), MCU(350), BLE(340), 제1 드라이버(381), 제2 드라이버(382)는 하나의 칩(391)으로 통합될 수 있으며, 각각의 구성 요소에서 수행되는 기능 또는 동작은 MCU(350)에서 수행되거나, 제어부(112)에서 수행될 수 있다.
도 3B를 참조하면, 도 3B는 도 3A에서 제2 인버터(373), 제3 드라이버(383) 및 제2 유도 코일(612)이 추가된 도면이다. 이러한 도 3B는 유도 방식으로 충전하는 전자 장치가 두 개인 경우에 해당된다. 도 3B에서는 단지 유도 방식으로 충전하는 전자 장치가 두 개인 경우에 대해서 설명하지만, 본 발명에서는 유도 방식으로 충전하는 전자 장치가 세 개 이상인 경우, 인버터, 드라이버 및 유도 코일을 각각 추가시킴으로써, 동시에 세 개 이상의 유도 방식의 전자 장치들을 동시에 충전할 수 있다. 도 3B의 각 구성 요소들은 도 3A의 각 구성 요소들에서 수행되는 적어도 하나의 기능 또는 동작을 수행할 수 있으며, 중복되는 설명은 생략한다.
다양한 실시 예에 따른 충전 장치(110)는, 예를 들면, 자기 유도 방식을 이용하여 복수의 전자 장치들에 무선으로 전력을 동시에 제공할 수 있고, 자기 공진 방식을 이용하여 적어도 하나의 전자 장치에 무선으로 전력을 제공할 수 있다. 충전 장치(110)는 자기 유도 방식으로 전력을 제공받는 복수의 전자 장치들과 자기 공진 방식으로 전력을 제공받는 전자 장치로 무선으로 전력을 각각 제공하거나 또는 동시에 무선으로 전력을 제공할 수 있다. 충전 장치(110)는 이와 같이 다중 모드로 복수의 전자 장치를 무선으로 충전시킬 수 있다.
전력 송신부(111)는 자기 유도 방식의 두 개의 유도 코일(311, 312)과 자기 공진 방식의 공진 코일(310)을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 유도 코일(311, 312)은 자기 유도 방식으로 충전하는 전자 장치에 무선으로 전력을 공급하기 위한 코일이고, 상기 공진 코일(310)은 자기 공진 방식으로 충전하는 전자 장치에 무선으로 전력을 공급하기 위한 코일이다.
충전 장치(110)의 제1 인버터(372)는 어뎁터(320)로부터 공급받는 DC 전압을 AC 전압으로 변환하고, 제2 인버터(373)는 어뎁터(320)로부터 공급받는 DC 전압을 AC 전압으로 변환할 수 있다. 상기 제1 인버터(372) 및 제2 인버터(373) 각각은 4 개의 트랜지스터를 구비할 수 있으며, 각각의 트랜지스터의 ON/OFF를 통해서 DC 전압을 AC 전압으로 변환할 수 있다. 이러한 제1 인버터(372) 및 제2 인버터(373)의 4 개의 트랜지스터 각각의 ON/OFF 동작은 제2 드라이버(382) 및 제3 드라이버(383)에 의해 각각 제어될 수 있다. 상기 제2 드라이버(382)는 제1 인버터(372)에 포함된 각각의 트랜지스터를 구동시키기 위한 전류를 공급할 수 있다. 상기 제3드라이버(383)는 제2 인버터(373)에 포함된 각각의 트랜지스터를 구동시키기 위한 전류를 공급할 수 있다. 제1 유도 변복조부(361) 및 제2 유도 변복조부(362)는 각각의 전자 장치에서 파워 레벨의 변화를 감지할 수 있고, MCU(350)는 제1 인버터(372) 및 제2 인버터(373)의 트랜지스터의 구동을 제어하는 제2 드라이버(382) 및 제3 드라이버(383) 각각을 제어할 수 있다. 그리고, MCU(350)는 제1 인버터(372) 및 제2 인버터(372)로부터 출력되는 전력을 조절할 수 있다. 상기 MCU(350)는 충전 장치(110)의 각 모듈간의 통신 및 제어를 수행할 수 있다. 또한, 상기 MCU(350)는 유도 방식이 적용되는 전자 장치의 개수에 따라 전력 송신부(111)의 해당 유도 코일, 해당 인버터, 해당 드라이버 및 해당 변복조부의 활성 또는 비활성을 제어할 수 있다. 상기 MCU(350)는 제1 인버터(372) 및 제2 인버터(373)를 통해 출력되는 전력을 조절할 수 있다. 그리고, 상기 MCU(350)에 의해 제어되는 제1 인버터(372) 및 제2 인버터(372)를 통해 출력되는 각각의 전력은 전력 송신부(111)의 제1 유도 코일(311) 및 제2 유도 코일(612)을 통해 해당 전자 장치로 공급될 수 있다.
이하에서는 제1 전자 장치가 유도 코일을 통해 무선으로 전력을 공급받는 경우 충전 장치(110)가 유도 코일을 통해서 제1 전자 장치로 무선으로 전력을 제공하는 제4 예시와, 제2 전자 장치가 공진 코일에 의해 무선으로 전력을 공급받는 경우 충전 장치(110)가 공진 코일을 통해서 제2 전자 장치로 무선으로 전력을 제공하는 제5 예시와, 제1 전자 장치 및 제3 전자 장치가 각각의 유도 코일을 통해 무선으로 전력을 공급받는 경우 충전 장치(110)가 적어도 두 개의 유도 코일을 통해서 제1 전자 장치 및 제3 전자 장치로 무선으로 전력을 각각 제공하는 제6 예시에 대해서 설명하면 다음과 같다.
제4 예시 즉, 충전 장치(110)가 유도 코일을 통해서 제1 전자 장치로 무선으로 전력을 제공하는 경우에 대해서 설명하면 다음과 같다. 충전 장치(110)의 MCU(350)는 제2 드라이버(382)를 제어하여 인버터(372)를 통해 유도 검출용 전력 비콘(power beacon)을　유도 코일(311)에 인가할 수 있다. MCU(350)는 제2 드라이버(382)를 제어하여 인버터(372)를 통해 전력 비콘을　유도 코일에 주기적으로 인가하고, 유도 변복조부(361)를 통해서 상기 유도 코일(311)의 임피던스의 변화량을 측정할 수 있다. MCU(350)는 상기 유도 코일(311)의 임피던스의 크기가 변화되는 경우, 제1 전자 장치가 패드에 놓여져 있음(또는 인접해 있음)을 검출할 수 있다. 이후, MCU(350)는 상기 전력 비콘의 전력 세기보다 큰 전력으로 전력 비콘을 상기 유도 코일(311)에 다시 인가하여 제1 전자 장치의 유도 변조부(미도시)를 활성화시킬 수 있다. 이후, 제1 전자 장치로부터 전송되는 충전 장치를 검색하는 신호가 유도 변복조부(361)를 통해 수신되면, MCU(350)는 상기 제1 전자 장치가 유도 방식으로 충전됨을 판단할 수 있다. 그리고, MCU(350)는 유도 코일(311)을 통해서 전자 장치로 무선으로 전력을 제공할 수 있다.
제5 예시 즉, 충전 장치(110)가 공진 코일을 통해서 제2 전자 장치로 무선으로 전력을 제공하는 경우에 대해서 설명하면 다음과 같다. 충전 장치(110)의 MCU(350)는 제1 드라이버(381)를 제어하여 증폭기(371)를 통해 공진 검출용 전력 비콘(power beacon)을　공진 코일(310)에 인가할 수 있다. MCU(350)는 제1 드라이버(381)를 제어하여 증폭기(371)를 통해 전력 비콘을　공진 코일에 주기적으로 인가하여 상기 공진 코일의 임피던스의 변화량을 측정할 수 있다. MCU(350)는 상기 공진 코일의 임피던스의 크기가 변화되는 경우, 제2 전자 장치가 패드에 놓여져 있음(또는 인접해 있음)을 검출할 수 있다. 이후, MCU(350)는 제1 드라이버(381)를 제어하여 상기 전력 비콘의 전력 세기보다 큰 전력으로 전력 비콘을 증폭기(371)를 통해 제2 전자 장치로 전송하여 제2 전자 장치의 통신부(153)(예: BLE)를 활성화시킬 수 있다. 이후, 제2 전자 장치로부터 전송되는 충전 장치를 검색하는 신호가 BLE(340)를 통해 수신되면, MCU(350)는 상기 제2 전자 장치가 공진 방식으로 충전됨을 판단할 수 있다. 그리고, MCU(350)는 공진 코일(310)을 통해서 전자 장치로 무선으로 전력을 제공할 수 있다.
제6 예시 즉, 충전 장치(110)가 제1 유도 코일(311) 및 제2 유도 코일(312)을 통해서 제1 전자 장치 및 제3 전자 장치로 무선으로 전력을 각각 제공하는 경우에 대해서 설명하면 다음과 같다. 충전 장치(110)의 MCU(350)는 제2 드라이버(382) 및 제3 드라이버(383)를 각각 제어하여 제1 인버터(372) 및 제2 인버터(373)를 통해 유도 검출용 전력 비콘(power beacon)을　제1 유도 코일(311) 및 제2 유도 코일(312)에 각각 인가할 수 있다. MCU(350)는 제2 드라이버(382) 및 제3 드라이버(383)를 각각 제어하여 제1 인버터(372) 및 제2 인버터(373)를 통해 전력 비콘을　유도 코일에 주기적으로 인가하고, 제1 유도 변복조부(361) 및 제2 유도 변복조부(362)를 통해서 각각의 제1 유도 코일(311) 및 제2 유도 코일(312)의 임피던스의 변화량을 측정할 수 있다. MCU(350)는 각각의 제1 유도 코일(311) 및 제2 유도 코일(312)의 임피던스의 크기가 변화되는 경우, 제1 전자 장치 및 제3 전자 장치가 패드에 놓여져 있음(또는 인접해 있음)을 검출할 수 있다. 이후, MCU(350)는 상기 전력 비콘의 전력 세기보다 큰 전력으로 전력 비콘을 상기 제1 유도 코일(311) 및 제2 유도 코일(312)에 다시 인가하여 제1 전자 장치 및 제3 전자 장치의 유도 변조부(미도시)를 각각 활성화시킬 수 있다. 이후, 제1 전자 장치 및 제3 전자 장치로부터 전송되는 응답 신호가 유도 변복조부(361)를 통해 수신되면, MCU(350)는 상기 제1 전자 장치 및 제3 전자 장치 가 유도 방식으로 충전됨을 판단할 수 있다. 그리고, MCU(350)는 제1 유도 코일(311)을 통해서 제1 전자 장치로 무선으로 전력을 제공하고, 제2 유도 코일(312)을 통해서 제3 전자 장치로 무선으로 전력을 제공 할 수 있다.
도 4는 다양한 실시 예에 따른 전력 송신부에 하나의 공진 코일과 하나의 유도 코일이 구성된 예시도이다.
도 4를 참조하면, 전력 송신부(111)에 구성되는 각각의 코일들(예: 공진 코일, 유도 코일)은 단일 PCB에 구성될 수 있다. 전력 송신부(111)는 자기 유도 방식으로 충전하는 전자 장치에 전력을 무선으로 공급하기 위한 유도 코일(420)과, 자기 공진 방식으로 충전하는 전자 장치에 전력을 무선으로 공급하기 위한 공진 코일(410)을 포함할 수 있다. 각각의 코일은 나선형으로 형성될 수 있으며, 전력 공급의 효율성을 높이기 위해 다양한 위치에 구비될 수 있다. 전력 송신부(111)는 전자 장치를 충전하기 위해 전자 장치와 맞닿은 부분에 구비될 수 있다. 상기 공진 코일(410)은 외각에 형성될 수 있고, 상기 유도 코일(420)은 상기 공진 코일의 내부에 위치할 수 있다. 상기 전력 송신부(111)에 구성되는 각각의 코일(410, 420)은 전자 장치와의 배치에 따라 서로 다른 크기를 가질 수 있다. 또한, 각각의 코일(410, 420)은 제어부(112)의 제어 하에 활성화되어 전력을 무선으로 송수신할 수 있고, 비활성화될 수 있다. 그리고, 각각의 코일(410, 420)은 입력 단자(411, 421)를 통해서 전류가 공급되어 기전력을 발생시킬 수 있다. 상기 하나의 유도 코일과 하나의 공진 코일은 하나의 PCB 공정에서 제작할 수 있다. 또한, 상기 하나의 유도 코일과 하나의 공진 코일 각각은 분리된 입력 단자와 출력 단자를 가지고 있기 때문에 유도 코일과 공진 코일 간의 절연 특성이 좋아 송신단 매칭 및 송신 필터의 영향을 최소화할 수 있다.
도 5의 (a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하나의 유도 코일과 하나의 공진 코일을 구비한 충전 장치에 유도 방식으로 충전하는 전자 장치를 올려놓은 예시도이고, 도 5의 (b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하나의 유도 코일과 하나의 공진 코일을 구비한 충전 장치에 공진 방식으로 충전하는 전자 장치를 올려놓은 예시도이고, 도 5의 (c)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하나의 유도 코일과 하나의 공진 코일을 구비한 충전 장치에 공진 방식으로 충전하는 두 개의 전자 장치를 올려놓은 예시도이고, 도 5의 (d)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하나의 유도 코일과 하나의 공진 코일을 구비한 충전 장치에 유도 방식으로 충전하는 전자 장치를 올려놓은 다른 예시도이다.
도 5의 (a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 충전 장치(510)는 적어도 하나의 유도 코일 및 적어도 하나의 공진 코일을 충전 패드에 구비할 수 있다. 예를 들면, 충전 장치(510)는 자기 유도 방식으로 충전하는 전자 장치에 전력을 무선으로 공급하기 위한 적어도 하나의 유도 코일과, 자기 공진 방식으로 충전하는 전자 장치에 전력을 무선으로 공급하기 위한 적어도 하나의 공진 코일을 포함할 수 있다. 상기 자기 유도 방식에 따른 코일은 상기 자기 공진 방식에 따른 코일 내에 형성될 수 있다. 이러한 유도 코일과 공진 코일은 전력 공급의 효율성을 높이기 위해 다양한 위치에 구비될 수 있다. 전자 장치(511)는 자기 유도 방식으로 충전될 수 있는 장치로서, 유도 코일을 포함할 수 있다. 이와 같이, 전자 장치(511)에 구성된 유도 코일과 충전 장치(510)에 구성되는 유도 코일이 정렬(align)되면 높은 충전 효율로 전자 장치(511)는 충전될 수 있다. 충전 장치(510)에 하나의 유도 코일이 구비되는 경우, 유도 코일은 패드의 중앙에 구비될 수 있다.
도 5의 (b)를 참조하면, 충전 장치(510)는 충전 패드 외각에 공진 코일을 구비할 수 있다. 그리고, 전자 장치(512)는 자기 공진 방식으로 충전될 수 있는 장치로서, 공진 코일을 포함할 수 있다. 상기 공진 코일은 충전 장치(510)의 패드 외각에 형성되고, 공진 주파수를 이용하여 전자 장치(512)를 충전하기 때문에, 전자 장치(512)는 충전 장치(510)의 외각에 위치할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 충전 장치(510)와의 미리 결정된 거리 내에서 떨어져 있어도 충전할 수 있다. 전자 장치(512)는 전자 장치(512)에 구성된 공진 코일과 충전 장치(510)에 구성되는 공진 코일간의 공진 커플링을 통해서 무선으로 전력을 공급받을 수 있다.
도 5의 (c)를 참조하면, 충전 장치(510)는 공진 방식으로 충전하는 두 개의 전자 장치(512, 513)가 올려져 있는 경우, 상기 두 개의 전자 장치들(512, 513)을 동시에 충전할 수 있다. 상기 공진 코일은 충전 장치(510)의 패드 외각에 형성되고, 공진 주파수를 이용하여 두 개의 전자 장치들(512, 513)을 충전하기 때문에, 두 개의 전자 장치들(512, 513)은 충전 장치(510)의 외각에 위치할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 충전 장치(510)와의 미리 결정된 거리 내에서 떨어져 있어도 충전할 수 있다. 두 개의 전자 장치들(512, 513) 각각은 자신에 구성된 공진 코일과 충전 장치(510)에 구성되는 공진 코일간의 공진 커플링을 통해서 무선으로 전력을 공급받을 수 있다. 상기 두 개의 전자 장치들(512, 513)은 스마트 폰, 핸드폰과 같은 장치를 포함할 수 있다.
도 5의 (d)를 참조하면, 하나의 공진 코일을 구비한 충전 장치(510)는 공진 방식으로 충전하는 두 개의 기종이 다른 전자 장치(512, 514)를 동시에 충전할 수 있다. 상기 공진 코일은 충전 장치(510)의 패드 외각에 형성되고, 공진 주파수를 통해서 두 개의 전자 장치들(512, 514)을 각각 충전할 수 있기 때문에, 두 개의 전자 장치들(512, 514)은 충전 장치(510)의 외각에 위치할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 충전 장치(510)와의 미리 결정된 거리 내에서 떨어져 있어도 충전할 수 있다. 두 개의 전자 장치들(512, 514) 각각은 자신에에 구성된 공진 코일과 충전 장치(510)에 구성되는 공진 코일간의 공진 커플링을 통해서 충전될 수 있다. 상기 전자 장치(514)은 기어, 스마트 워치와 같은 웨어러블 장치를 포함할 수 있다.
도 6은 다양한 실시 예에 따른 충전 장치의 전력 송신부에 하나의 공진 코일과 두 개의 유도 코일이 구성된 예시도이다.
도 6을 참조하면, 충전 장치의 전력 송신부(111)에 구성되는 각각의 코일들(예: 공진 코일, 적어도 하나의 유도 코일)은 단일 PCB에 구성될 수 있다. 전력 송신부(111)는 자기 유도 방식으로 충전하는 전자 장치에 전력을 무선으로 각각 공급하기 위한 두 개의 유도 코일(620, 630)(또는 세 개 이상의 유도 코일)과, 자기 공진 방식으로 충전하는 전자 장치에 무선으로 전력을 공급하기 위한 공진 코일(610)을 포함할 수 있다. 각각의 코일(610, 620, 630)은 나선형으로 형성될 수 있으며, 전력 공급의 효율성을 높이기 위해 다양한 위치에 구비될 수 있다. 전력 송신부(111)는 전자 장치를 충전하기 위해 전자 장치와 맞닿은 부분에 구비될 수 있다. 상기 공진 코일(610)은 외각에 형성될 수 있고, 상기 두 개의 유도 코일들(620, 630)은 전자 장치와의 배치에 따라 서로 다른 위치에 형성될 수 있다. 또한, 본 발명의 충전 장치(110)는 두 개의 유도 코일 뿐만 아니라 세 개 이상의 유도 코일을 형성할 수 있다. 또한, 각각의 코일들(610, 620, 630)은 제어부(430)의 제어 하에 무선으로 전력을 송수신할 수 있다. 그리고, 각각의 코일들(610, 620, 630)은 입력 단자(611, 621, 631)를 통해서 전류가 공급되어 기전력을 발생시킬 수 있다. 상기 두 개의 유도 코일들(620), 630)은 상호 간섭이 발생되지 않도록 일정한 거리를 유지하여 형성될 수 있으며, 전자 장치에 구비된 유도 코일의 크기에 대응되게 크기가 조절될 수 있다. 상기 두 개의 유도 코일과 하나의 공진 코일은 하나의 PCB 공정에서 제작할 수 있다. 또한, 상기 유도 코일과 공진 코일 각각은 분리된 입력 단자를 가지고 있기 때문에 유도 코일과 공진 코일 간 또는 유도 코일간의 절연 특성이 좋아 송신단 매칭 및 송신 필터의 영향을 최소화할 수 있다. 이와 같이, 두 개의 유도 코일과 하나의 공진 코일을 하나의 PCB 공정에서 제작할 수 있기 때문에 하나의 유도 코일 또는 하나의 공진 코일을 포함하는 공진기를 제작하는 비용과 동일한 비용으로 두 개의 유도 코일과 하나의 공진 코일을 포함하는 공진기를 제작할 수 있다.
도 7의 (a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 두 개의 유도 코일과 하나의 공진 코일을 구비한 충전 장치에 유도 방식으로 충전하는 전자 장치를 올려놓은 예시도이고, 도 7의 (b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 두 개의 유도 코일과 하나의 공진 코일을 구비한 충전 장치에 유도 방식으로 충전하는 두 개의 전자 장치를 올려놓은 예시도이고, 도 7의 (c)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 두 개의 유도 코일과 하나의 공진 코일을 구비한 충전 장치에 유도 방식으로 충전하는 전자 장치와 공진 방식으로 충전하는 전자 장치를 올려놓은 예시도이고, 도 7의 (d)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 두 개의 유도 코일과 하나의 공진 코일을 구비한 충전 장치에 유도 방식으로 충전하는 전자 장치와 공진 방식으로 충전하는 전자 장치를 올려놓은 다른 예시도이다.
도 7의 (a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 충전 장치(710)는 복수의 유도 코일 및 공진 코일을 충전 패드에 구비할 수 있다. 예를 들면, 충전 장치(710)는 자기 유도 방식으로 충전하는 전자 장치에 전력을 무선으로 공급하기 위한 적어도 두 개의 유도 코일과, 자기 공진 방식으로 충전하는 전자 장치에 전력을 무선으로 공급하기 위한 적어도 하나의 공진 코일을 포함할 수 있다. 상기 적어도 두 개의 자기 유도 방식에 따른 코일들은 상기 자기 공진 방식에 따른 코일 내에 형성될 수 있다. 이러한 복수의 유도 코일들과 공진 코일은 전력 공급의 효율성을 높이기 위해 다양한 위치에 구비될 수 있다. 또한, 상기 복수의 유도 코일들과 공진 코일은 상호 간섭의 영향이 적은 위치에 구비될 수 있다. 전자 장치(711)는 자기 유도 방식으로 충전할 수 있는 장치로서, 유도 코일을 포함할 수 있다. 충전 장치(710)는 전자 장치를 감지하기 위한 신호를 송신하고, 상기 송신된 신호에 대응하는 응답을 수신하여 전자 장치의 충전 방식을 판단할 수 있다. 충전 장치(710)는 전자 장치(711)로부터 전송되는 응답이 통신부를 통해 수신되면, 상기 전자 장치(711)의 충전 방식이 공진 방식에 의한 것임을 판단하고, 전자 장치(711)로부터 전송되는 응답이 유도 변조부를 통해 수신되면, 상기 전자 장치(711)의 충전 방식이 유도 방식에 의한 것임을 판단할 수 있다. 또는, 충전 장치(710)는 전자 장치가 패드에 놓여지는 경우, 전자 장치를 감지하기 위한 신호를 송신하고, 상기 송신된 신호에 대응하는 응답을 수신하여 전자 장치의 충전 방식을 판단할 수 있다. 그리고, 충전 장치(710)는 유도 코일부에 구성된 각각의 유도 코일로 전력 비콘을 송신하여, 각각의 유도 코일의 임피던스 변화량을 통해 임피던스 변화량이 가장 적은 코일(예: 무선 전력 송신의 성능이 가장 좋은 코일)을 결정(또는 선택)할 수 있다. 충전 장치는 패드에 구비된 복수의 유도 코일들 중에서 전자 장치(711)에 최적의 무선 전력 제공 효율을 갖는 유도 코일을 결정하고, 결정된 유도 코일을 통해서 전자 장치(711)에 무선으로 전력을 제공할 수 있다. 전자 장치(711)에 구성된 유도 코일과 충전 장치(710)에 구성되는 유도 코일이 정렬(align)되면 전자 장치(711)는 높은 충전 효율로 충전될 수 있다. 충전 장치(710)에 두 개의 유도 코일들이 구비되는 경우, 각각의 유도 코일은 패드의 좌측과 우측 또는 상측과 하측에 구비될 수 있다. 이러한 각각의 유도 코일의 위치는 유도 코일의 개수, 간섭의 영향 등을 고려하여 최적의 충전 효율이 높은 위치에 구비될 수 있다.
도 7의 (b)를 참조하면, 전자 장치(711, 712)는 충전 패드의 좌측과 우측 또는 상측과 하측에 구비된 유도 코일들을 통해서 충전될 수 있다. 그리고, 전자 장치들(711, 712)은 자기 유도 방식으로 충전될 수 있는 장치로서, 유도 코일을 포함할 수 있다. 전자 장치들(711, 712) 각각은 자신에 구성된 유도 코일과 충전 장치(710)에 구성되는 유도 코일간의 커플링을 통해서 충전될 수 있다. 충전 장치(710)는 복수의 전자 장치들(711, 712)이 패드에 놓여지는 경우, 복수의 전자 장치들(711, 712)을 감지하기 위한 신호를 송신하고, 상기 송신된 신호에 대응하는 응답을 각각 수신하여 전자 장치들(711, 712)의 충전 방식을 판단할 수 있다. 충전 장치(710)는　유도 검출용 전력 비콘을　각각의 유도 코일에 인가하여 각각의 유도 코일의 임피던스의 변화량을 측정하고, 상기 전력 비콘의 전력 세기보다 큰 전력으로 전력 비콘을 전자 장치들(711, 712)로 전송하여 각각의 전자 장치의 유도 변조부를 활성화시킬 수 있다. 이후, 충전 장치(710)는 각각의 전자 장치로부터 전송되는 충전 장치를 검색하는 신호를 유도 변복조부를 통해 수신하여 상기 전자 장치들(711, 712)이 유도 방식으로 충전되는 것을 판단할 수 있다. 또는, 충전 장치(710)는 복수의 전자 장치들(711, 712)이 패드에 놓여지는 경우, 각각의 전자 장치를 감지하기 위한 신호를 각각 송신하고, 상기 송신된 신호에 대응하는 응답을 수신하여 각각의 전자 장치의 충전 방식을 판단할 수 있다. 그리고, 충전 장치는 패드에 구비된 복수의 유도 코일들 중에서 전자 장치들(711, 712)에 최적의 무선 전력 효율을 갖는 유도 코일을 각각 결정하고, 결정된 유도 코일을 통해서 전자 장치들(711, 712)에 무선으로 전력을 제공할 수 있다. 충전 장치(710)는 유도 코일부에 구성된 각각의 유도 코일로 전력 비콘을 송신하여, 각각의 유도 코일의 임피던스 변화량을 통해 임피던스 변화량이 가장 적은 코일(예: 무선 전력 송신의 성능이 가장 좋은 코일)을 결정(또는 선택)할 수 있다.
도 7의 (c)를 참조하면, 충전 장치(710)는 유도 방식으로 충전하는 제1 전자 장치(711)와 공진 방식으로 충전하는 제2 전자 장치(713)가 올려져 있는 경우, 상기 전자 장치들(711, 713)을 동시에 충전할 수 있다. 이와 같이, 충전 장치(710)는 유도 방식으로 복수의 전자 장치들을 충전하기 위한 복수의 유도 코일을 구비할 수 있으며, 또한, 공진 방식으로 전자 장치를 충전하기 위한 공진 코일을 구비할 수 있다. 상기 복수의 유도 코일은 충전 장치(710)의 충전 패드의 좌측과 우측에 구비되거나 또는 상측과 하측에 구비될 수 있다. 그리고, 상기 공진 코일은 충전 장치(710)의 충전 패드 외각에 형성되고, 공진 주파수를 통해서 제2 전자 장치(713)를 충전할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 충전 장치(710)와의 미리 결정된 거리 내에서 떨어져 있어도 충전할 수 있다. 제1 전자 장치(711)는 어느 하나의 유도 코일을 통해 충전되고, 제2 전자 장치(713)는 제2 전자 장치(713)에 구성된 공진 코일과 충전 장치(710)에 구성되는 공진 코일간의 공진 커플링을 통해서 충전될 수 있다. 상기 두 개의 전자 장치들(711, 713)은 스마트 폰, 핸드폰과 같은 장치를 포함할 수 있다.
도 7의 (d)를 참조하면, 충전 장치(710)는 유도 방식으로 충전하는 제1 전자 장치(711)와 공진 방식으로 충전하는 제3 전자 장치(714)가 올려져 있는 경우, 상기 전자 장치들(711, 714)을 동시에 충전할 수 있다. 이와 같이, 충전 장치(710)는 유도 방식으로 복수의 전자 장치들을 충전하기 위한 복수의 유도 코일을 구비할 수 있으며, 또한, 공진 방식으로 전자 장치를 충전하기 위한 공진 코일을 구비할 수 있다. 상기 복수의 유도 코일은 충전 장치(710)의 충전 패드의 좌측과 우측에 구비되거나 또는 상측과 하측에 구비될 수 있다. 그리고, 상기 공진 코일은 충전 장치(710)의 충전 패드 외각에 형성되어 공진 주파수를 통해서 제3 전자 장치(714)를 충전할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 충전 장치(710)와의 미리 결정된 거리 내에서 전자 장치(714)가 떨어져 있어도 충전할 수 있다. 제1 전자 장치(711)는 어느 하나의 유도 코일을 통해 충전되고, 제3 전자 장치(714)는 제3 전자 장치(714)에 구성된 공진 코일과 충전 장치(710)에 구성되는 공진 코일간의 공진 커플링을 통해서 충전될 수 있다. 상기 제3 전자 장치(714)는 기어, 스마트 워치와 같은 웨어러블 장치를 포함할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선으로 전력을 제공하는 과정을 나타낸 순서도이다.
이하, 도 8을 참조하여, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선으로 전력을 제공하는 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.
충전 장치(110)는 적어도 하나의 전자 장치의 충전 방식을 판단하기 위해 신호를 송신할 수 있다(810). 충전 장치(110)는 적어도 하나의 전력 비콘을 송신하여 전자 장치의 충전 방식을 판단할 수 있다. 충전 장치(110)는　유도 검출용 전력 비콘을　유도 코일에 인가하고, 공진 검출용 전력 비콘을 공진 코일에 인가할 수 있다. 충전 장치(110)는 상기 전력 비콘의 전력 세기보다 큰 전력으로 전력 비콘을 전자 장치(150)로 전송할 수 있다. 유도 방식의 전자 장치는 상기 전력 비콘을 수신하면, 유도 변조부를 활성화하여 충전 장치(110)를 검색하는 신호를 충전 장치(110)로 인-밴드 통신을 통해 전송할 수 있다. 그리고, 공진 방식의 전자 장치는 상기 전력 비콘을 수신하면, 통신부(예: BLE)를 활성화하여 충전 장치(110)를 검색하는 신호를 충전 장치(110)로 아웃-밴드 통신을 통해 전송할 수 있다. 충전 장치(110)는 전자 장치(150)로부터 전송되는 신호가 통신부(예: BLE)를 통해 수신되면, 상기 전자 장치(150)의 충전 방식이 공진 방식에 의한 것임을 판단할 수 있다. 그리고, 충전 장치(110)는 전자 장치(150)로부터 전송되는 신호가 유도 변조부를 통해 수신되면, 상기 전자 장치(150)의 충전 방식이 유도 방식에 의한 것임을 판단할 수 있다.
충전 장치(110)는 전송된 전력 비콘에 대응하여 적어도 하나의 전자 장치로부터 상기 전력 비콘에 대응하는 응답이 수신되면, 상기 수신된 응답을 분석하여 각각의 전자 장치의 충전 방식을 판단할 수 있다. 충전 장치(110)는 상기 전력 비콘을 주기적 또는 비주기적으로 송신할 수 있다.
전자 장치가 상기 충전 장치(110)의 충전 패드에 놓여지는 경우, 충전 장치(101)는 전자 장치를 감지하기 위한 신호를 송신하고, 상기 송신된 신호에 대응하는 응답을 수신하여 전자 장치의 충전 방식을 판단할 수 있다. 그리고, 충전 장치(110)는 수신된 응답을 통해 전자 장치의 충전 상태를 판단할 수 있다. 충전 장치(110)는 감지된 전자 장치의 충전 필요 여부를 판단하고, 사용자가 이러한 충전 상태를 인지할 수 있도록 충전 LED와 같은 표시 장치를 통해 출력할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치의 충전 상태가 완전 충전 상태인 경우 LED를 통해 녹색 빛을 방사하고, 충전 상태가 완전 충전 상태가 아닌 경우 적색 빛을 방사할 수 있다.
충전 장치(110)는 전자 장치가 감지되면(812), 전자 장치의 충전 방식에 해당되는 코일을 선택할 수 있다(814). 충전 장치(110)는 감지된 전자 장치의 충전 방식이 자기 유도에 의한 충전 방식인지 자기 공진에 의한 충전 방식인지에 따라 코일을 선택하거나 결정할 수 있다. 예를 들어, 복수의 전자 장치들이 감지되는 경우, 충전 장치(110)는 복수의 전자 장치들 각각의 충전 방식을 결정하고, 결정된 충전 방식에 따라 코일을 선택할 수 있다. 또는, 전자 장치가 상기 충전 장치(110)의 충전 패드에 놓여지는 경우, 충전 장치(110)는 전자 장치로 전력 비콘을 송신하고, 상기 송신된 신호에 대응하는 응답을 수신하여 전자 장치의 충전 방식을 판단할 수 있다. 그리고, 충전 장치(110)는 전자 장치가 놓여진 부분에 위치한 코일을 선택할 수 있다. 예를 들면, 충전 장치(110)는 각각의 유도 코일로 전력 비콘을 송신하여, 각각의 유도 코일의 임피던스 변화량을 통해 임피던스 변화량이 가장 적은 코일(예: 무선 전력 송신의 성능이 가장 좋은 코일)을 결정(또는 선택)할 수 있다. 그리고, 충전 장치(110)는 상기 결정된 코일을 통해 전자 장치로 무선으로 전력을 제공할 수 있다. 또는, 복수의 전자 장치들이 상기 충전 장치(110)의 충전 패드에 놓여지는 경우, 충전 장치(110)는 각각의 전자 장치로 전력 비콘을 송신하고, 상기 송신된 신호에 대응하는 응답을 상기 각각의 전자 장치로부터 수신하여 각각의 전자 장치의 충전 방식을 판단할 수 있다. 그리고, 충전 장치(110)는 각각의 전자 장치의 충전 방식에 따라 각각의 전자 장치의 충전을 결정할 수 있다.
충전 장치(110)가 전자 장치를 자기 유도 방식으로 충전하고자 하는 경우(816), 충전 장치(110)는 유도 코일을 통해 전력을 송신하여 전자 장치를 충전할 수 있다(818). 충전 장치(110)는 전자 장치가 자기 유도 방식으로 충전되는 경우, 충전 장치(110)는 전력 송신부(111)에서 상기 전자 장치가 패드에 놓여진 위치에 해당되는 유도 코일(또는 임피던스 변화량이 가장 적은 코일)을 결정하고, 결정된 코일을 통해서 전자 장치를 충전할 수 있다. 상기 전력 송신부(111)는 적어도 하나의 유도 코일을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 복수의 유도 코일은 상기 공진 코일 내에서 서로 간에 간섭이 발생되지 않는 위치에 구성될 수 있다. 충전 장치(110)는 선택된 코일을 통해 상기 전자 장치로 전력을 제공할 수 있다. 또한, 자기 유도 방식으로 충전이 이루어지는 경우, 충전 장치(110)는 주기적으로 전자 장치의 충전 상태를 체크하여 충전이 완료되지 않으면, 상기 과정(818)으로 회귀하여 유도 방식으로 충전을 지속할 수 있다.
충전 장치(110)가 전자 장치를 자기 공진 방식으로 충전하고자 하는 경우(816), 충전 장치(110)는 공진 코일을 통해 전력을 송신하여 전자 장치를 충전할 수 있다(820). 충전 장치(110)는 전자 장치가 자기 공진 방식으로 충전되는 경우, 충전 장치(110)는 전력 송신부(111)에서 상기 전자 장치가 충전 패드에 구성된 공진 코일을 통해서 전자 장치를 충전할 수 있다. 상기 전력 송신부(111)는 공진 코일을 포함할 수 있다.
충전 장치(110)는 주기적으로 전자 장치의 충전 상태를 체크하여 충전 완료 여부를 확인할 수 있다(822). 충전 장치(110)는 감지된 전자 장치의 충전 상태를 판단하고, 사용자가 이러한 충전 상태를 인지할 수 있도록 충전 LED를 통해 출력할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치의 충전 상태가 완전 충전 상태인 경우 LED를 통해 녹색 빛을 방사하고, 충전 상태가 완전 충전 상태가 아닌 경우 적색 빛을 방사할 수 있다. 예를 들어, 자기 유도 방식으로 충전이 이루어지는 경우, 충전 장치(110)는 주기적으로 전자 장치의 충전 상태를 체크하여 충전이 완료되지 않으면, 상기 과정(818)으로 회귀하여 유도 방식으로 충전을 지속할 수 있다. 또한, 자기 공진 방식으로 충전이 이루어지는 경우, 충전 장치(110)는 주기적으로 전자 장치의 충전 상태를 체크하여 충전이 완료되지 않으면, 상기 과정(820)으로 회귀하여 공진 방식으로 충전을 지속할 수 있다.
본 개시에서 사용된 용어 "모듈"은, 예를 들면, 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어(firmware) 중 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함하는 단위(unit)를 의미할 수 있다. "모듈"은, 예를 들면, 유닛(unit), 로직(logic), 논리 블록(logical block), 부품(component), 또는 회로(circuit) 등의 용어와 바꾸어 사용(interchangeably use)될 수 있다. "모듈"은, 일체로 구성된 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. "모듈"은 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는 최소 단위 또는 그 일부가 될 수도 있다. "모듈"은 기계적으로 또는 전자적으로 구현될 수 있다. 예를 들면,"모듈"은, 알려졌거나 앞으로 개발될, 어떤 동작들을 수행하는 ASIC(application-specific integrated circuit) 칩, FPGAs(field-programmable gate arrays) 또는 프로그램 가능 논리 장치(programmable-logic device) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따른 장치(예: 모듈들 또는 그 기능들) 또는 방법(예: 동작들)의 적어도 일부는, 예컨대, 프로그램 모듈의 형태로 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체(computer-readable storage media)에 저장된 명령어로 구현될 수 있다. 상기 명령어가 프로세서(예: 프로세서(120))에 의해 실행될 경우, 상기 하나 이상의 프로세서가 상기 명령어에 해당하는 기능을 수행할 수 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체는, 예를 들면, 메모리(130)가 될 수 있다.
컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체는, 하드디스크, 플로피디스크, 마그네틱 매체(magnetic media)(예: 자기테이프), 광기록 매체(optical media)(예: CD-ROM(compact disc read only memory), DVD(digital versatile disc), 자기-광 매체(magneto-optical media)(예: 플롭티컬 디스크(floptical disk)), 하드웨어 장치(예: ROM(read only memory), RAM(random access memory), 또는 플래시 메모리 등) 등을 포함할 수 있다. 또한, 프로그램 명령에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 상술한 하드웨어 장치는 다양한 실시 예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지다.
다양한 실시 예에 따르면, 명령들을 저장하고 있는 저장 매체에 있어서, 상기 명령들은 적어도 하나의 프로세서에 의하여 실행될 때에 상기 적어도 하나의 프로세서로 하여금 적어도 하나의 과정을 수행하도록 설정된 것으로서, 상기 적어도 하나의 동작은, 적어도 하나의 전자 장치를 감지하는 동작과, 상기 감지된 전자 장치에 해당되는 충전 방식을 결정하는 동작과, 상기 결정된 충전 방식에 해당되는 코일을 선택하여 상기 전자 장치를 무선으로 전력을 제공하는 동작을 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따른 모듈 또는 프로그램 모듈은 전술한 구성요소들 중 적어도 하나 이상을 포함하거나, 일부가 생략되거나, 또는 추가적인 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에 따른 모듈, 프로그램 모듈 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적, 병렬적, 반복적 또는 휴리스틱(heuristic)한 방법으로 실행될 수 있다. 또한, 일부 동작은 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 다른 동작이 추가될 수 있다. 그리고 본 개시에 개시된 실시 예는 개시된, 기술 내용의 설명 및 이해를 위해 제시된 것이며, 본 개시에서 기재된 기술의 범위를 한정하는 것은 아니다. 따라서, 본 문서의 범위는, 본 개시의 기술적 사상에 근거한 모든 변경 또는 다양한 다른 실시 예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
110: 충전 장치 111: 전력 송신부
112: 제어부 113: 통신부
114: 표시부 115: 저장부
121: 전원 공급부

Claims (20)

  1. 충전 장치의 무선 충전 제어 방법에 있어서,
    전자 장치를 감지하는 과정과,
    상기 감지된 전자 장치의 충전 방식을 확인하기 위한 전력 신호를 상기 전자 장치로 송신하는 과정과,
    상기 송신된 전력 신호에 기반하여 상기 전자 장치로부터 응답 신호가 인-밴드 통신 또는 아웃-밴드 통신을 통해 수신되는지 여부에 따라 상기 전자 장치의 상기 충전 방식을 확인하는 과정과,
    복수의 유도 코일들 및 공진 코일을 포함하는 복수의 코일들 중에서 상기 확인된 충전 방식에 해당되는 코일을 선택하는 과정과,
    상기 선택된 코일을 통해 상기 전자 장치로 전력을 무선으로 송신하는 과정을 포함하고,
    상기 코일을 선택하는 과정은,
    상기 응답 신호가 상기 인-밴드 통신을 통해 수신되는 것에 기반하여, 상기 충전 장치에서 제공되는 상기 복수의 유도 코일들 각각을 통해 제1 전력 비콘을 송신하는 과정과,
    상기 송신된 제1 전력 비콘에 기반하여 상기 복수의 유도 코일들 각각의 임피던스 변화를 측정하는 과정과,
    상기 복수의 유도 코일들 중에서, 측정된 임피던스 변화가 최소인 유도 코일을 상기 전자 장치에 무선으로 전력을 송신하기 위해 선택하는 과정을 포함하는 무선 충전 제어 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전력 신호를 상기 전자 장치로 송신하는 과정은,
    유도 검출을 위한 코일을 통해 제2 전력 비콘을 송신하고, 공진 검출을 위한 코일을 통해 제3 전력 비콘을 송신하는 과정을 포함하는 무선 충전 제어 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 전력 신호는,
    각각의 대응하는 코일을 통한, 유도 검출을 위한 상기 송신된 제2 전력 비콘 보다 더 큰 전력 세기를 갖는 유도 검출을 위한 제4 전력 비콘, 및 공진 검출을 위한 상기 송신된 제3 전력 비콘 보다 더 큰 전력 세기를 갖는 공진 검출을 위한 제5 전력 비콘을 포함하는 무선 충전 제어 방법.
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 충전 방식을 확인하는 과정은,
    상기 응답 신호가 상기 전자 장치로부터 상기 인-밴드 통신을 통해 수신되는 것에 기반하여, 상기 전자 장치가 자기 유도 방식에 의해 충전되는 것으로 확인하는 과정과,
    상기 응답 신호가 상기 전자 장치로부터 상기 아웃-밴드 통신을 통해 수신되는 것에 기반하여, 상기 전자 장치가 자기 공진 방식에 의해 충전되는 것으로 확인하는 과정을 포함하는 무선 충전 제어 방법.
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 전자 장치가 무선 충전 도중에 다른 전자 장치를 감지하는 과정과,
    상기 다른 전자 장치에 해당되는 충전 방식을 확인하는 과정과,
    상기 다른 전자 장치의 상기 확인된 충전 방식에 해당되는 코일을 통해 상기 다른 전자 장치로 무선으로 전력을 제공하는 과정을 더 포함하는 무선 충전 제어 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 감지된 전자 장치가 복수 개인 경우, 각각의 전자 장치에 해당되는 충전 방식을 확인하고, 상기 확인된 각각의 충전 방식에 해당되는 코일을 통해 상기 복수의 전자 장치로 무선으로 전력을 제공하는 과정을 포함하는 무선 충전 제어 방법.
  9. 무선 충전을 제어하는 충전 장치에 있어서,
    무선 충전을 위한 복수의 코일들이 구비된 전력 송신부와-상기 복수의 코일들은 복수의 유도 코일들과 공진 코일을 포함함-,
    통신부와,
    적어도 하나의 제어부를 포함하고, 상기 적어도 하나의 제어부는,
    전자 장치를 감지하고,
    상기 복수의 코일들을 통해, 상기 감지된 전자 장치의 충전 방식을 확인하기 위한 전력 신호를 상기 전자 장치로 송신하고,
    상기 송신된 전력 신호에 기반하여 상기 전자 장치로부터 응답 신호가 인-밴드 통신 또는 아웃-밴드 통신을 통해 수신되는지 여부에 따라 상기 전자 장치의 상기 충전 방식을 확인하고,
    상기 복수의 코일들 중에서 상기 확인된 충전 방식에 해당되는 코일을 선택하고,
    상기 선택된 코일을 통해 상기 전자 장치로 전력을 무선으로 송신하도록 상기 전자 장치를 제어하도록 설정되고,
    상기 적어도 하나의 제어부는,
    상기 응답 신호가 상기 인-밴드 통신을 통해 수신되는 것에 기반하여, 상기 충전 장치에서 제공되는 상기 복수의 유도 코일들 각각을 통해 제1 전력 비콘을 송신하고,
    상기 송신된 제1 전력 비콘에 기반하여 상기 복수의 유도 코일들 각각의 임피던스 변화를 측정하고,
    상기 복수의 유도 코일들 중에서, 측정된 임피던스 변화가 최소인 유도 코일을 상기 전자 장치에 무선으로 전력을 송신하기 위해 선택하도록 상기 전자 장치를 제어하도록 더 설정되는 충전 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 복수의 코일들 중 각각의 코일에 공급되는 전력을 증폭하는 복수의 증폭기를 포함하는 전력 증폭부를 더 포함하는 충전 장치.
  11. 삭제
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어부는,
    유도 검출을 위한 코일을 통해 제2 전력 비콘을 송신하도록 제1 드라이버를 제어하고, 공진 검출을 위한 코일을 통해 제3 전력 비콘을 송신하도록 제2 드라이버를 제어하도록 설정되는 충전 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 전자 장치가 감지되면, 상기 적어도 하나의 제어부는, 각각의 대응하는 코일을 통하여,
    유도 검출을 위한 상기 송신된 제2 전력 비콘 보다 더 큰 전력 세기를 갖는 유도 검출을 위한 제4 전력 비콘을 송신하도록 상기 제1 드라이버를 제어하고,
    공진 검출을 위한 상기 송신된 제3 전력 비콘 보다 더 큰 전력 세기를 갖는 공진 검출을 위한 제5 전력 비콘을 송신하도록 상기 제2 드라이버를 제어하도록 설정되는 충전 장치.
  14. 삭제
  15. 제9 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어부는,
    상기 응답 신호가 상기 전자 장치로부터 상기 인-밴드 통신을 통해 수신되는 것에 기반하여, 상기 전자 장치가 자기 유도 방식에 의해 충전되는 것으로 확인하고,
    상기 응답 신호가 상기 전자 장치로부터 상기 아웃-밴드 통신을 통해 수신되는 것에 기반하여, 상기 전자 장치가 자기 공진 방식에 의해 충전되는 것으로 확인하도록 설정되는 충전 장치.
  16. 삭제
  17. 제9 항에 있어서,
    상기 전자 장치가 무선 충전 도중에 다른 전자 장치가 감지되는 경우,
    상기 적어도 하나의 제어부는,
    상기 다른 전자 장치에 해당되는 충전 방식을 확인하고,
    상기 다른 전자 장치의 상기 확인된 충전 방식에 해당되는 코일을 통해 상기 다른 전자 장치로 무선으로 전력을 제공하도록 더 설정되는 충전 장치.
  18. 제9 항에 있어서,
    상기 감지된 전자 장치가 복수 개인 경우,
    상기 적어도 하나의 제어부는,
    각각의 전자 장치에 해당되는 충전 방식을 확인하고, 상기 확인된 각각의 충전 방식에 해당되는 코일을 통해 상기 복수의 전자 장치로 무선으로 전력을 제공하도록 설정되는 충전 장치.
  19. 삭제
  20. 제10 항에 있어서,
    상기 전력 송신부는, 제1 무선 충전 방식에 따른 제1 코일과, 상기 제1 코일 내부에 위치하며 제2 무선 충전 방식에 따른 적어도 하나의 제2 코일을 포함하는 충전 장치.
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