KR20140142163A - Wireless power transfer method, apparatus and system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무선 전력 전송분야에서, 무선 전력 전송방법, 무선 전력 전송장치 및 무선 충전 시스템에 관한 것이다. 즉, 무선 전력 수신장치에 무선으로 전력을 전송하도록 형성되는 무선 전력 전송 장치에 있어서, 무선 전력을 상기 무선 전력 수신장치에 전송하도록 형성되는 전력 전달부와 상기 전력 전달부에 전기적으로 연결되는 복수의 커패시터들을 구비하며, 상기 커패시터들의 전기적 연결을 변경하여 복수의 주파수를 각각 지원하도록 형성되는 회로부 및 상기 무선 전력 수신장치가 따르는 통신규약을 검출하고, 상기 검출된 통신규약에 해당하는 주파수로 상기 회로부가 동작하도록 상기 커패시터들의 전기적 연결을 제어하는 제어부를 포함한다.The present invention relates to a wireless power transmission method, a wireless power transmission device and a wireless charging system in the field of wireless power transmission. That is, a wireless power transmission apparatus formed to transmit power wirelessly to a wireless power receiving apparatus, comprising: a power transmitting unit configured to transmit wireless power to the wireless power receiving apparatus; and a plurality of A plurality of capacitors, each of the plurality of capacitors having a plurality of capacitors, each of the plurality of capacitors having a plurality of capacitors, And a control unit for controlling the electrical connection of the capacitors to operate.
Description
본 발명은 무선 전력 전송분야에서, 무선 전력 전송방법, 무선 전력 전송장치 및 무선 충전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless power transmission method, a wireless power transmission device and a wireless charging system in the field of wireless power transmission.
전통적으로 무선 전력 수신장치들에게 유선으로 전기 에너지를 공급하는 방법 대신에, 최근에는 접촉 없이 무선으로 전기 에너지를 공급하는 방법이 사용된다. 무선으로 에너지를 수신하는 무선 전력 수신장치는 상기 수신된 무선 전력에 의하여 직접 구동되거나, 상기 수신된 무선 전력을 이용하여 배터리를 충전하고 상기 충전된 전력에 의하여 구동될 수 있다.[0002] Instead of a method of supplying electrical energy to a wireless power receiving apparatus by wire, a method of wirelessly supplying electric energy without contact has been used. A wireless power receiving apparatus that receives energy wirelessly may be driven directly by the received wireless power, or may be powered by the charged power by charging the battery using the received wireless power.
상기 무선 전력을 전송하는 무선 전력 전송장치와 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신장치 간에 원활한 무선 전력을 전송하기 위하여, 무선 전력의 전송과 관련된 기술의 규격화(즉, 표준화)가 진행되고 있다. In order to transmit smooth wireless power between the wireless power transmission apparatus for transmitting the wireless power and the wireless power reception apparatus for receiving wireless power, standardization (i.e., standardization) of technology related to transmission of wireless power is underway.
상기 기무선 전력의 전송과 관련된 기술의 표준화의 일환으로, 자기 유도 방식의 무선 전력 전송에 대한 기술을 다루는 무선 전력 협의체(Wireless Power Consortium)는 2010년 4월 12일에 무선 전력 전송에서의 호환성(interoperability)에 대한 "무선 전력 전송 시스템 설명서, 제1권, 저전력, 파트 1: 인터페이스 정의, 버전 1.00 RC1(System Description Wireless Power Transfer, Volume 1, Low Power, Part 1: Interface Definition, Version 1.00 Release Candidate 1)" 표준 문서를 공개하였다. As part of the standardization of technology related to the transmission of such wireless power, the Wireless Power Consortium, which deals with the technology for the wireless power transmission of the magnetic induction type, Version 1.00
한편, 또 다른 기술표준협의체인 파워매터스얼라이언스(Power Matters Alliance)는 2012년 3월 설립되어, 인터페이스 표준의 제품군을 발전시키고, 유도 공진 전력을 제공하기 위하여 유도 결합 기술을 기반으로 한 표준 문서를 공개하였다.Meanwhile, Power Matters Alliance, another technical standards body, was established in March 2012 to develop a family of interface standards and to release standard documents based on inductive coupling technology to provide inductive resonant power. Respectively.
상기와 같은 전자기유도를 이용한 무선 충전 방식은 우리 생활에서 이미 자주 접하고 있다. 예를 들어, 전동 칫솔, 무선커피포트 등에서 상용화되어 활용되고 있다. The wireless charging method using electromagnetic induction as described above is already frequently encountered in our lives. For example, electric toothbrushes, wireless coffee pots, and the like.
현재 WPC1.1 규격과 PMA1.1 규격이 공개된 상태이나, 이들은 모두 충전 코일에 수신장치가 정확하게 배치되어야 하는 문제와, 서로에 대한 호환성이 우수하지 않다는 문제를 가진다. 따라서, 무선 충전 규격 간에 상호 호환성을 가지는 송신기 개발의 필요성이 대두되고 있다. Currently, the WPC 1.1 standard and the PMA 1.1 standard are disclosed, but all of them have a problem that the receiving apparatus must be accurately placed on the charging coil and compatibility with each other is not excellent. Therefore, there is a need for the development of a transmitter having mutual compatibility between wireless charging standards.
본 발명의 일 목적은 WPC 규격과 PMA 규격의 호환이 가능한 무선 전력 전송방법, 무선 전력 전송장치 및 무선 충전 시스템을 제공하기 위한 것이다.It is an object of the present invention to provide a wireless power transmission method, a wireless power transmission device, and a wireless charging system that are compatible with the WPC standard and the PMA standard.
본 발명의 다른 일 목적은 무선 충전에서, 서로 다른 규격을 따르는 단일 코일들을 조합하여 수신장치들의 위치 자유도를 확장하는 새로운 형태의 다중 코일 솔루션을 제공하기 위한 것이다.It is another object of the present invention to provide a new type of multi-coil solution which, in wireless charging, combines single coils conforming to different standards to expand the positional degrees of freedom of the receiving devices.
본 발명의 일 목적은 WPC 규격과 PMA 규격의 호환이 가능한 무선 전력 전송방법, 무선 전력 전송장치 및 무선 충전 시스템을 제공하기 위한 것이다. 이를 위하여, 무선 전력 수신장치에 무선으로 전력을 전송하도록 형성되는 무선 전력 전송장치에 있어서, 전류를 자속으로 변환시키도록 형성되는 제1코일과 평면상에서 상기 제1코일과 인접하게 배치되는 제2코일과 상기 제1코일 및 제2코일과 다른 형상으로 이루어지고, 적어도 일부가 상기 제1코일 및 제2코일에 각각 오버랩되도록 배치되는 제3코일 및 상기 수신장치에 적용된 표준규격을 검출하며, 상기 검출된 표준규격을 이용하여 상기 제1코일, 제2코일 및 제3코일 중 구동될 코일을 판단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.It is an object of the present invention to provide a wireless power transmission method, a wireless power transmission device, and a wireless charging system that are compatible with the WPC standard and the PMA standard. To this end, there is provided a wireless power transmission apparatus for wirelessly transmitting power to a wireless power receiving apparatus, comprising: a first coil formed to convert current into magnetic flux; and a second coil disposed in a plane on the first coil, And a third coil which is different in shape from the first coil and the second coil and at least a part of which is arranged so as to overlap with the first coil and the second coil respectively and a standard which is applied to the receiving device, And a control unit for determining a coil to be driven among the first coil, the second coil and the third coil by using the standard specification.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는 상기 제3코일에 복수의 전압 중 어느 하나를 선택적으로 가하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the controller is configured to selectively apply any one of a plurality of voltages to the third coil.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는 구동회로부를 제어하도록 형성되며, 상기 구동회로부는 제1캐패시터에 연결되는 제1스위치와, 제2캐패시터에 연결되는 제2스위치를 구비하며, 상기 제1캐패시터 및 제2캐패시터는 병렬로 상기 제3코일에 연결되는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the control unit is configured to control the driving circuit unit, and the driving circuit unit includes a first switch connected to the first capacitor and a second switch connected to the second capacitor, And the second capacitor is connected to the third coil in parallel.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 및 제2 스위치는 상기 표준규격이 서로 다른 제1규격 및 제2규격 중 어느 규격인지에 따라 상기 복수의 전압 중 어느 하나를 상기 제3 코일에 가하도록 제어되는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the first and second switches are controlled so that any one of the plurality of voltages is applied to the third coil according to which one of the first specification and the second specification is different from the standard specification .
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제1코일, 제2코일 및 제3코일 중 적어도 하나에 입력전압의 전압을 가하며, 상기 표준규격의 검출후에, 상기 표준규격에 해당하도록 입력전압을 승압하거나 유지하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the control unit applies a voltage of an input voltage to at least one of the first coil, the second coil, and the third coil, and after the detection of the standard standard, .
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 표준규격이 제1규격이면, 상기 제1코일, 제2코일 및 제3코일 중 어느 코일을 제어할 것인지를 판단하고, 상기 표준규격이 상기 제1규격과 다른 제2규격이면, 상기 제3코일에 가해지는 입력전압을 승압하여 주파수제어를 수행하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the control unit may determine which of the first coil, the second coil, and the third coil is to be controlled if the standard specification is the first specification, The frequency of the input voltage applied to the third coil is boosted to perform the frequency control.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1코일 및 제2코일은 상기 제1규격 내에서 상기 입력전압이 가해지는 코일이고, 상기 제3코일은 상기 입력전압보다 높은 전압이 가해지도록 설정되는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the first coil and the second coil are coils to which the input voltage is applied within the first specification, and the third coil is set to be applied with a voltage higher than the input voltage .
일 실시 예에 있어서, 상기 제1코일 및 제2코일은 상기 제1규격 내에서 주파수 제어 또는 전압제어되는 코일이고, 상기 제3코일은 상기 제1규격 내에서 전압제어되는 코일인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the first coil and the second coil are frequency controlled or voltage controlled coils within the first specification, and the third coil is a voltage controlled coil within the first specification .
일 실시 예에 있어서, 상기 제1코일 및 제2코일은 적어도 일부가 직선인 사변형으로 권선되고, 상기 제3코일은 원형으로 권선되는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the first coil and the second coil are wound in a quadrangle in which at least a part is linear, and the third coil is wound in a circular shape.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1코일 및 제2코일은 단일 레이어로 형성되고, 상기 제3코일은 내부에서 연결되어 권선되는 복수 레이어로 형성되는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the first coil and the second coil are formed as a single layer, and the third coil is formed as a plurality of layers connected to each other and wound.
일 실시 예에 있어서, 상기 제3코일은 제1규격 및 제2규격을 함께 따르는 코일이며, 상기 제1코일 및 제2코일은 상기 제1규격을 따르는 코일인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the third coil is a coil that follows the first specification and the second specification together, and the first and second coils are coils conforming to the first specification.
본 발명에 따른 무선 전력 수신장치에 무선으로 전력을 전송하도록 형성되는 무선 전력 전송방법에 있어서, 제1코일, 제2코일 및 제3코일 중 적어도 하나에 입력전압을 가하는 단계와 상기 입력전압에 대하여 상기 무선 전력 수신장치에 적용된 표준규격을 검출하는 단계 및 상기 표준규격이 제1규격이면 상기 제1코일, 제2코일 및 제3코일 중 구동될 코일을 검출하고, 제2규격이면 상기 제3코일을 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A wireless power transmission method for wirelessly transmitting power to a wireless power receiving apparatus according to the present invention, the method comprising: applying an input voltage to at least one of a first coil, a second coil, and a third coil; Detecting a standard standard applied to the wireless power receiving apparatus and detecting a coil to be driven among the first coil, the second coil and the third coil if the standard specification is the first standard, The method comprising the steps of:
일 실시 예에 있어서, 상기 표준규격이 제1규격이면 구동될 코일이 사변형으로 권선된 코일인지 아니면 원형으로 권선된 코일인지를 검출하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, if the standard is the first standard, it is detected whether the coil to be driven is a coil coiled in a quadrangle shape or a coil wound in a circular shape.
일 실시 예에 있어서, 상기 구동될 코일이 상기 원형으로 권선된 코일이면 상기 입력전압을 승압하고 상기 사변형으로 권선된 코일이면 상기 입력전압을 유지하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, if the coil to be driven is a coil wound in the circular shape, the input voltage is boosted, and if the coil is wound in a quadrangle shape, the input voltage is maintained.
일 실시 예에 있어서, 상기 표준규격이 제2규격이면 상기 입력전압을 승압하고 주파수 제어를 하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, if the standard is the second standard, the input voltage is boosted and the frequency is controlled.
본 발명 따른 무선 전력 전송 시스템에 있어서, 무선 전력을 송신하도록 형성되는 전송장치 및 상기 전송장치로부터 무선 전력을 수신하도록 형성되는 수신장치를 포함하고, 상기 전송장치는, 전류를 자속으로 변환시키도록 형성되는 제1코일과 평면상에서 상기 제1코일과 인접하게 배치되는 제2코일과 상기 제1코일 및 제2코일과 다른 형상으로 이루어지고, 적어도 일부가 상기 제1코일 및 제2코일에 각각 오버랩되도록 배치되는 제3코일 및 상기 수신장치에 적용된 표준규격을 검출하고, 상기 표준규격을 이용하여 상기 제1코일, 제2코일 및 제3코일 중 구동될 코일을 판단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.A wireless power transmission system in accordance with the present invention includes a transmission device configured to transmit wireless power and a receiving device configured to receive wireless power from the transmission device, the transmission device configured to convert current into magnetic flux A second coil disposed in a plane on the first coil, a second coil disposed on the first coil in parallel with the first coil, and a second coil formed in a shape different from that of the first coil and the second coil so that at least a portion thereof overlaps the first coil and the second coil, And a controller for detecting a standard coil applied to the receiver and a coil to be driven among the first coil, the second coil and the third coil by using the standard standard .
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는 상기 제3코일에 복수의 전압 중 어느 하나를 선택적으로 가하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the controller is configured to selectively apply any one of a plurality of voltages to the third coil.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제1코일, 제2코일 및 제3코일 중 적어도 하나에 입력전압의 전압을 가하며, 상기 표준규격의 검출후에, 상기 표준규격에 해당하도록 입력전압을 승압하거나 유지하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the control unit applies a voltage of an input voltage to at least one of the first coil, the second coil, and the third coil, and after the detection of the standard standard, .
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 및 제2 코일은 적어도 일부가 직선인 사변형으로 권선되고, 상기 제3 코일은 원형으로 권선되는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the first and second coils are wound in a quadrilateral shape in which at least a part is linear, and the third coil is wound in a circular shape.
본 발명에 따른 무선 전력 수신장치에 무선으로 전력을 전송하도록 형성되는 무선 전력 전송 장치에 있어서, 무선 전력을 상기 무선 전력 수신장치에 전송하도록 형성되는 전력 전달부와 상기 전력 전달부에 전기적으로 연결되는 복수의 커패시터들을 구비하며, 상기 커패시터들의 전기적 연결을 변경하여 복수의 주파수를 각각 지원하도록 형성되는 회로부 및 상기 무선 전력 수신장치가 따르는 통신규약을 검출하고, 상기 검출된 통신규약에 해당하는 주파수로 상기 회로부가 동작하도록 상기 커패시터들의 전기적 연결을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.There is provided a wireless power transmission apparatus configured to wirelessly transmit power to a wireless power receiving apparatus according to the present invention, the wireless power transmission apparatus comprising: a power transmitting unit configured to transmit wireless power to the wireless power receiving apparatus; A circuit section having a plurality of capacitors and adapted to change an electrical connection of the capacitors to each of a plurality of frequencies and a communication section for detecting a communication protocol to which the wireless power receiving apparatus is to follow, And a control unit for controlling the electrical connection of the capacitors so that the circuit unit operates.
일 실시 예에 있어서, 상기 회로부는 상기 복수의 커패시터들 중에서 상기 무선 전력을 전송하는 공진회로에 포함되는 커패시터의 개수를 가변하도록 이루어지는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the circuit unit is configured to vary the number of capacitors included in the resonant circuit that transmits the radio power among the plurality of capacitors.
일 실시 예에 있어서, 상기 회로부는 상기 전력 전달부와 전기적으로 연결된 제1커패시터와 상기 제1커패시터와 병렬로 연결된 제2커패시터 및 상기 제2커패시터에 연결된 스위치를 포함하고, 상기 제어부는 상기 스위치를 이용하여 상기 제2커패시터의 전기적 연결을 제어하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the circuitry includes a first capacitor electrically coupled to the power transfer unit, a second capacitor coupled in parallel with the first capacitor, and a switch coupled to the second capacitor, And controls the electrical connection of the second capacitor.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는 상기 검출된 통신규약이 WPC 통신규약인 경우, 상기 스위치를 연결하고, 상기 검출된 통신규약이 PMA 통신규약인 경우, 상기 스위치를 연결하지 않는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the control unit connects the switch when the detected communication protocol is a WPC communication protocol, and does not connect the switch when the detected communication protocol is a PMA communication protocol.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는 상기 무선 전력 수신장치가 따르는 통신규약을 검출하도록, 서로 다른 통신규약을 따르는 신호들을 순차적으로 발생시키는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the control unit sequentially generates signals conforming to different communication protocols so as to detect a communication protocol followed by the wireless power receiving apparatus.
일 실시 예에 있어서, 상기 신호들은 상기 제1통신규약에 따른 제1신호 및 제2 통신규약에 따른 제2신호를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 및 제2 신호 중 어느 하나의 신호에 대한 상기 무선 전력 수신장치의 응답을 이용하여, 상기 무선 전력 수신장치가 상기 제1 및 제2 통신규약 중 어느 하나의 통신규약에 해당하는지를 결정하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the signals include a first signal in accordance with the first communication protocol and a second signal in accordance with the second communication protocol, and the control unit controls the first signal and the second signal based on the first signal and the second signal, And the wireless power receiving apparatus determines whether the wireless power receiving apparatus corresponds to the communication protocol of the first or second communication protocol using the response of the wireless power receiving apparatus.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는 상기 어느 하나의 통신규약이 결정되면, 상기 회로부가 상기 어느 하나의 통신규약에 해당하는 주파수 범위로 동작하도록 상기 복수의 커패시터들의 전기적 연결을 제어하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, when the one of the communication protocols is determined, the control unit controls the electrical connection of the plurality of capacitors so that the circuit unit operates in a frequency range corresponding to the one of the communication protocols .
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는 상기 어느 하나의 통신규약이 결정되면, 상기 회로부에 상기 어느 하나의 통신규약에 해당하도록 입력 전압을 승압 또는 감압하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, when the one communication protocol is determined, the controller increases or decreases the input voltage to correspond to the one communication protocol to the circuit unit.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는 상기 어느 하나의 통신규약이 결정되면, 상기 통신규약에 근거하여 상기 전력 전달부에 대하여 주파수 제어 및 전압 제어 중 어느 하나를 수행하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, when the one of the communication protocols is determined, the controller performs either frequency control or voltage control on the power transfer unit based on the communication protocol.
일 실시 예에 있어서, 상기 회로부는 제1커패시터와 연결된 제1스위치와 제2커패시터와 연결된 제2스위치를 포함하고, 상기 제1커패시터와 제2커패시터는 병렬로 연결되어 있으며, 상기 제어부는 상기 제1 및 제2 스위치를 이용하여 상기 제2커패시터의 전기적 연결을 제어하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the circuit unit includes a first switch connected to the first capacitor and a second switch connected to the second capacitor, wherein the first capacitor and the second capacitor are connected in parallel, 1 and the second switch are used to control the electrical connection of the second capacitor.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는 상기 통신규약이 WPC를 따르는 경우, 상기 제1 및 제2 커패시터가 모두 전력 전달부와 전기적으로 연결되도록 상기 제1 및 제2 스위치를 제어하고, 상기 통신규약이 PMA를 따르는 경우, 상기 제1 및 제2 커패시터 중 어느 하나가 전력 전달부와 전기적으로 연결되도록 상기 제1 및 제2 스위치를 제어하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the control unit controls the first and second switches such that the first and second capacitors are all electrically connected to the power transfer unit when the communication protocol complies with WPC, and the communication protocol And controls the first and second switches such that any one of the first and second capacitors is electrically connected to the power transfer unit when the PMA is followed.
일 실시 예에 있어서, 상기 전력 전달부는 WPC 규격 내에서 주파수 제어 또는 전압 제어되는 A13코일인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the power transfer part is a frequency controlled or voltage controlled A13 coil within the WPC standard.
본 발명에 따른 무선 전력 수신장치에 무선으로 전력을 전송하도록 형성되는 무선 전력 전송방법에 있어서, 상기 무선 전력 수신장치가 따르는 규약을 검출하도록 제1통신규약에 따른 제1신호 및 제2 통신규약에 따른 제2신호를 순차적으로 발생시키는 단계와 상기 제1 및 제2신호 중 어느 하나의 신호에 대한 상기 수신 장치의 응답을 이용하여, 제1 및 제2 통신규약 중 상기 무선 전력 수신장치가 따르는 통신규약을 판단하는 단계 및 상기 판단된 통신규약에 따라 복수의 주파수 대역 중 어느 하나의 주파수 대역에서 무선 전력이 전송되도록 복수의 커패시터들의 전기적 연결을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A wireless power transmission method for wirelessly transmitting power to a wireless power receiving apparatus according to the present invention, the wireless power transmitting method comprising the steps of: receiving a first signal according to a first communication protocol and a second communication protocol Using the response of the receiving apparatus to either one of the first signal and the second signal to generate a second signal according to the communication performed by the wireless power receiving apparatus among the first and second communication protocols And controlling the electrical connection of the plurality of capacitors so that the radio power is transmitted in one of the plurality of frequency bands according to the determined communication protocol.
일 실시 예에 있어서, 상기 커패시터들의 전기적 연결을 제어하는 단계에서는 상기 판단된 통신규약에 따르는 공진회로에서 사용될 커패시터의 개수를 결정하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, in the step of controlling the electrical connection of the capacitors, the number of capacitors to be used in the resonant circuit according to the determined communication protocol is determined.
일 실시 예에 있어서, 제1커패시터 및 제2커패시터를 포함하고, 상기 제2커패시터에는 스위치가 연결되어 있으며, 상기 커패시터들의 전기적 연결을 제어하는 단계에서는 상기 판단된 통신규약이 WPC 통신규약에 따른다고 판단되면, 상기 스위치가 연결되는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, a first capacitor and a second capacitor are connected, and a switch is connected to the second capacitor. In the step of controlling the electrical connection of the capacitors, the determined communication protocol conforms to the WPC communication protocol And when it is judged that the switch is connected.
일 실시 예에 있어서, 상기 판단된 통신규약에 따라 입력 전압을 승업 또는 감압하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the method further includes the step of increasing or decreasing the input voltage according to the determined communication protocol.
본 발명에 따른 무선 충전 시스템에 있어서, 무선 전력을 전송하는 전송장치와 상기 전송장치로부터 무선 전력을 수신하는 수신장치를 포함하고, 상기 전송장치는 무선 전력을 상기 수신장치에 전송하도록 형성되는 전력 전달부와 상기 전력 전달부에 전기적으로 연결되는 복수의 커패시터들을 구비하며, 상기 커패시터들의 전기적 연결을 변경하여 복수의 주파수 범위를 각각 지원하도록 형성되는 회로부 및 상기 수신장치가 따르는 통신규약을 검출하고, 상기 검출된 통신규약에 해당하는 주파수 범위로 상기 회로부가 동작하도록 상기 커패시터들의 전기적 연결을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.A wireless charging system in accordance with the present invention includes a transmitting device for transmitting wireless power and a receiving device for receiving wireless power from the transmitting device, the transmitting device being configured to transmit wireless power to the receiving device, And a plurality of capacitors electrically connected to the power transmission unit, the circuit unit configured to change an electrical connection of the capacitors to support a plurality of frequency ranges, respectively, and a communication protocol to be followed by the receiving device, And a control unit for controlling the electrical connection of the capacitors so that the circuit unit operates in a frequency range corresponding to the detected communication protocol.
일 실시 예에 있어서, 상기 전력 전달부는 WPC 통신규격을 따르는 A13코일로 구성되며, 상기 제어부는 상기 수신 장치가 따르는 통신규약에 따른 공진 회로에 포함될 커패시터들의 개수를 결정하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the power transfer unit is configured with an A13 coil conforming to the WPC communication standard, and the controller determines the number of capacitors to be included in the resonant circuit according to the communication protocol conformed to the receiving apparatus.
일 실시 예에 있어서, 상기 복수의 커패시터 중 적어도 일부에 연결된 스위치를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 스위치를 이용하여 상기 공진회로에 사용될 커패시터를 결정하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the apparatus further comprises a switch connected to at least a part of the plurality of capacitors, wherein the control unit uses the switch to determine a capacitor to be used for the resonant circuit.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는 상기 수신장치가 따르는 규격을 검출하도록 서로 다른 통신규약에 따르는 신호들을 순차적으로 발생시키는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the control unit sequentially generates signals conforming to different communication protocols so as to detect a standard followed by the receiving apparatus.
본 발명은 다중 코일 솔루션을 통하여, 서로 다른 규격을 따르는 수신장치들에 해당하는 규격의 무선 전력을 송신할 수 있는 무선 전력 전송방법, 무선 전력 전송장치 및 무선 충전 시스템을 구현한다.The present invention implements a wireless power transmission method, a wireless power transmission device, and a wireless charging system capable of transmitting wireless power of a standard corresponding to different standards through multi-coil solutions.
또한, 본 발명은, 인접하는 한 쌍의 코일에 다른 형상의 코일을 오버랩함에 따라, 단일 코일을 이용하여 서로 다른 두 개의 규격을 따르는 전송장치를 구현하는 다중 코일 솔루션을 제공한다. 또한, 오버랩되는 코일이 서로 다른 두 개의 규격을 지원하도록 구성함에 따라, 무선 전력 전송장치, 무선 전력 수신장치 및 무선 충전 시스템의 동작 영역이 확장되는 효과를 볼 수 있다. 즉, 무선 전력 전송장치에 다중 코일로써 서로 다른 두 개의 규격을 따르는 단일 코일을 조합하여 사용함으로써, 수신장치의 코일이 어느 규격을 따르더라도 전송장치는 모두 대응이 가능하게 된다.Further, the present invention provides a multiple coil solution for implementing a transmission device that conforms to two different standards by using a single coil, as overlapping coils of different shapes to a pair of adjacent coils. In addition, since the overlapping coils are configured to support two different standards, the operation range of the wireless power transmission apparatus, the wireless power reception apparatus, and the wireless charging system can be expanded. In other words, by using a combination of a single coil that conforms to two different standards as multiple coils in a wireless power transmission apparatus, it is possible to cope with all transmission apparatuses regardless of the standard of the coil of the receiving apparatus.
본 발명은 서로 다른 규격을 따르는 수신장치에 대하여, 송신 장치의 공진 주파수를 변경함으로써, 서로 다른 규격 간의 호환성을 가지는 송신장치를 제공할 수 있다. 이를 통하여, 본 발명은 수신장치가 따르는 통신 규격에 관계없이, 무선 전력을 전송할 수 있다. The present invention can provide a transmitting apparatus having compatibility between different standards by changing the resonance frequency of the transmitting apparatus for receiving apparatuses conforming to different standards. Through this, the present invention can transmit wireless power regardless of the communication standard to which the receiving apparatus conforms.
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 무선 전력 전송장치 및 무선 전력 수신장치를 개념적으로 나타낸 예시도이다.
도 2a 및 2b는 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 무선 전력 전송장치 및 무선 전력 수신장치의 구성을 예시적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 유도 결합 방식에 따라 무선 전력 전송장치로부터 무선 전력 수신장치에 무선으로 전력이 전달되는 개념을 도시한다.
도 4는 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 자기 유도 방식의 무선 전력 전송장치 및 무선 전력 수신장치의 구성의 일부를 예시적으로 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 유도 결합 방식에 따라 전력을 수신하는 하나 이상의 전송 코일들을 가지도록 구성된 무선 전력 전송장치의 블록도이다.
도 6은 공진 결합 방식에 따라 무선 전력 전송장치로부터 무선 전력 수신장치에 무선으로 전력이 전달되는 개념을 도시한다.
도 7은 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 공진 방식의 무선 전력 전송장치 및 무선 전력 수신장치의 구성의 일부를 예시적으로 나타낸 블록도이다.
도 8은 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 공진 결합 방식에 따라 전력을 수신하는 하나 이상의 전송 코일들을 가지도록 구성된 무선 전력 전송장치의 블록도이다.
도 9는 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전달에 있어서 무선 전력 신호의 변조 및 복조를 통하여 무선 전력 전송장치와 전자 기기 사이에 패킷을 송수신하는 개념을 도시한다.
도 10은 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전송에서 전력 제어 메시지를 송수신하기 위한 구성을 도시한다.
도 11은 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전송에서 수행되는 변조 및 복조에서의 신호의 형태를 도시한다.
도 12는 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전달방법에 사용되는 전력 제어 메시지를 포함하는 패킷을 도시한다.
도 13은 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전송장치 및 무선 전력 수신장치의 동작 상태들을 도시한다.
도 14 내지 도 18은 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 무선 전력 수신장치 간의 전력 제어 메시지를 포함하는 패킷들의 구조를 도시한다.
도 19는 무선 전력 전송장치가 하나 이상의 무선 전력 수신장치들에게 전력을 전달하는 방법을 도시한 개념도이다.
도 20 및 도 21은 단일 코일이 조합된 전송장치의 송신부를 나타내는 평면도 및 정면도이다.
도 22a 및 도 22b는 도 20에 도시된 제1종코일의 평면도 및 정면도이다.
도 23a 및 도 23b는 도 20에 도시된 제2종코일의 평면도 및 정면도이다.
도 24a 및 도 24b는 도 21의 전송장치의 변형예를 나타내는 정면도이다.
도 25는 전송장치의 구동 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 26은 도 25의 구동방법의 일 예를 나타내는 상세 흐름도이다.
도 27은 도 26의 구동방법을 구현하는 회로 구조도이다.
도 28 및 도 29는 무선 전력 전송장치의 블록도 및 무선 전력 전송장치가 서로 다른 두 개의 규격에 따르는 수신장치에 무선 전력을 전송하도록 전송장치를 구동시키는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 30은 무선 전력 전송장치에서 사용가능한 코일을 나타낸 개념도이다.
도 31은 무선 전력 전송장치에서 서로 다른 규격에 맞도록 무선 전력을 전송하는 방법을 구현하는 회로의 구조도이다.
도 32는 무선 전력 전송장치에서 서로 다른 두 개의 규격을 따르는 통신을 지원하는지 여부에 대한 실험 그래프이다.
도 33은 무선 전력 전송장치에서 통신규약을 검출하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 34는 상기 도 33에 따른 실험 결과를 나타낸 실험 그래프이다.
도 35는 무선 전력 전송장치의 회로도를 구성하는 또 다른 방법을 나타낸 회로도이다. FIG. 1 is an exemplary view conceptually showing a wireless power transmission apparatus and a wireless power reception apparatus according to embodiments of the present invention.
2A and 2B are block diagrams illustrating exemplary configurations of a wireless power transmission device and a wireless power reception device that can be employed in the embodiments disclosed herein.
3 illustrates a concept that power is transmitted from a wireless power transmission apparatus to a wireless power receiving apparatus wirelessly according to an inductive coupling scheme.
4 is a block diagram exemplarily showing a part of the configuration of a wireless power transmission apparatus and a wireless power reception apparatus of a magnetic induction type that can be employed in the embodiments disclosed herein.
5 is a block diagram of a wireless power transmission apparatus configured to have one or more transmission coils that receive power in accordance with an inductive coupling scheme employable in the embodiments disclosed herein.
FIG. 6 illustrates a concept that power is transmitted from a wireless power transmission apparatus to a wireless power reception apparatus wirelessly according to a resonant coupling scheme.
7 is a block diagram exemplarily showing a part of a configuration of a wireless power transmission apparatus and a wireless power reception apparatus of a resonance type usable in the embodiments disclosed herein.
8 is a block diagram of a wireless power transmission apparatus configured to have one or more transmission coils that receive power in accordance with a resonant coupling scheme employable in the embodiments disclosed herein.
9 illustrates a concept of transmitting and receiving packets between a wireless power transmission device and an electronic device through modulation and demodulation of a wireless power signal in wireless power transmission according to the embodiments disclosed herein.
10 illustrates a configuration for transmitting and receiving a power control message in a wireless power transmission according to the embodiments disclosed herein.
FIG. 11 illustrates the form of signals in modulation and demodulation performed in a wireless power transmission in accordance with the embodiments disclosed herein.
12 illustrates a packet including a power control message used in a wireless power transfer method in accordance with the embodiments disclosed herein.
13 illustrates operating states of a wireless power transmission apparatus and a wireless power receiving apparatus according to embodiments disclosed herein.
14 to 18 show the structure of packets including the power control message between the wireless
19 is a conceptual diagram showing a method by which a wireless power transmission apparatus transmits electric power to one or more wireless power reception apparatuses.
20 and 21 are a plan view and a front view showing a transmitter of a transmission apparatus in which a single coil is combined.
22A and 22B are a plan view and a front view of the first kind coil shown in Fig.
23A and 23B are a plan view and a front view of the second kind coil shown in Fig.
24A and 24B are front views showing a modification of the transmission apparatus of FIG.
25 is a flowchart showing a driving method of the transfer apparatus.
26 is a detailed flowchart showing an example of the driving method of Fig.
27 is a circuit structure diagram for implementing the driving method of Fig.
28 and 29 are block diagrams of a wireless power transmission apparatus and a flowchart illustrating a method of driving a transmission apparatus to transmit wireless power to a wireless power transmission apparatus according to two different standards.
30 is a conceptual diagram showing a coil usable in a wireless power transmission apparatus.
31 is a structural diagram of a circuit implementing a method for transmitting wireless power in accordance with different standards in a wireless power transmission apparatus.
32 is an experimental graph of whether or not the wireless power transmission apparatus supports communication conforming to two different standards.
33 is a flowchart illustrating a method of detecting a communication protocol in a wireless power transmission apparatus.
FIG. 34 is an experimental graph showing the results of the experiment according to FIG.
35 is a circuit diagram showing another method for constructing a circuit diagram of a wireless power transmission apparatus.
본 명세서에 개시된 기술은 무선 전력 전송(wireless power transmission)에 적용된다. 그러나 본 명세서에 개시된 기술은 이에 한정되지 않고, 상기 기술의 기술적 사상이 적용될 수 있는 모든 전력 전송 시스템 및 방법, 무선 충전회로 및 방법, 그 외 무선으로 전송되는 전력을 이용하는 방법 및 장치에도 적용될 수 있다.The techniques disclosed herein apply to wireless power transmission. However, the technology disclosed in this specification is not limited thereto, and can be applied to all power transmission systems and methods, wireless charging circuits and methods, and other methods and apparatus that utilize wirelessly transmitted power to which the technical idea of the technology can be applied .
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.It is noted that the technical terms used herein are used only to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. It is also to be understood that the technical terms used herein are to be interpreted in a sense generally understood by a person skilled in the art to which the present invention belongs, Should not be construed to mean, or be interpreted in an excessively reduced sense. Further, when a technical term used herein is an erroneous technical term that does not accurately express the spirit of the present invention, it should be understood that technical terms that can be understood by a person skilled in the art are replaced. In addition, the general terms used in the present invention should be interpreted according to a predefined or prior context, and should not be construed as being excessively reduced.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.Also, the singular forms "as used herein include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the term "comprising" or "comprising" or the like should not be construed as necessarily including the various elements or steps described in the specification, Or may be further comprised of additional components or steps.
또한, 또한, 본 명세서에서 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.
Furthermore, suffixes "module" and " part "for components used in the present specification are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. Furthermore, terms including ordinals such as first, second, etc. used in this specification can be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to like or similar elements throughout the several views, and redundant description thereof will be omitted.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. It is to be noted that the accompanying drawings are only for the purpose of facilitating understanding of the present invention, and should not be construed as limiting the scope of the present invention with reference to the accompanying drawings.
정의Justice
다대일 통신 방법: 송신기 (Tx) 하나가 다수의 수신기 (Rx)와 통신하는 방법Many-to-one communication method: how one transmitter (Tx) communicates with multiple receivers (Rx)
단방향 통신: 단지 수신기가 송신기 쪽으로만 필요한 메세지를 전송하는 통신 방법Unidirectional communication: a communication method in which a receiver only sends a necessary message to the transmitter side
양방향 통신: 송신기는 수신기로, 수신기는 송신기로, 즉 양쪽에서 메시지 전송이 가능한 통신 방법Bidirectional communication: A transmitter is a receiver and a receiver is a transmitter, that is, a communication method capable of transmitting messages on both sides
여기서, 송신기 및 수신기는 각각 송신장치 및 수신장치와 동일한 의미이며, 이하, 이들 용어는 혼용될 수 있다.
Here, the transmitter and the receiver are the same as the transmitter and the receiver, respectively, and these terms can be used in combination.
무선 전력 전송장치 및 무선 전력 수신장치 개념도Wireless power transmission device and wireless power receiving device conceptual diagram
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 무선 전력 전송장치 및 무선 전력 수신장치를 개념적으로 나타낸 예시도이다.FIG. 1 is an exemplary view conceptually showing a wireless power transmission apparatus and a wireless power reception apparatus according to embodiments of the present invention.
도 1을 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 무선 전력 수신장치(200)가 필요로 하는 무선으로 전력을 전달하는 전력 전달 장치일 수 있다 .1, the wireless
또한, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 무선으로 전력을 전달함으로써 상기 무선 전력 수신장치(200)의 배터리를 충전하는 무선 충전 장치일 수 있다.The wireless
그 밖에도, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 접촉되지 않은 상태에서 전원이 필요한 무선 전력 수신장치(200)에게 전력을 전달하는 여러 가지 형태의 장치로 구현될 수 있다.In addition, the wireless
상기 무선 전력 수신장치(200)는 상기 무선 전력 전송장치(100)로부터 무선으로 전력을 수신하여 동작이 가능한 기기이다. 또한, 상기 무선 전력 수신장치(200)는 상기 수신된 무선 전력을 이용하여 배터리를 충전할 수 있다.The wireless
한편, 본 명세서에서 설명되는 무선으로 전력을 수신하는 무선 전력 수신장치는 휴대가 가능한 모든 전자 기기, 예컨대 키보드, 마우스, 영상 또는 음성의 보조 출력장치 등의 입출력장치를 비롯하여, 휴대폰, 셀룰러폰, 스마트 폰(smart phone), PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player)와, 태블릿, 혹은 멀티미디어 기기 등을 포괄하는 의미로 해석되어야 한다.Meanwhile, the wireless power receiving apparatus that receives power wirelessly as described in the present specification may be any portable electronic apparatus such as a keyboard, a mouse, an auxiliary output device such as a video or audio auxiliary output device, a cellular phone, a cellular phone, A smart phone, a PDA (Personal Digital Assistants), a PMP (Portable Multimedia Player), a tablet, or a multimedia device.
상기 무선 전력 수신장치(200)는, 후술하는 바와 같이, 이동 통신 단말기(예컨대 휴대폰, 셀룰러폰, 태블릿) 또는 멀티미디어 기기일 수 있다.
The wireless
한편, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 하나 이상의 무선 전력 전달 방법을 이용하여 상기 무선 전력 수신장치(200)로 상호간 접촉이 없이 무선으로 전력을 전달할 수 있다. 즉, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 무선 전력 신호에 의한 자기 유도 현상에 기초한 유도 결합(Inductive Coupling) 방식과 특정한 주파수의 무선 전력 신호에 의한 전자기적 공진 현상에 기초한 공진 결합(Magnetic Resonance Coupling) 방식 중 하나 이상을 이용하여 전력을 전달할 수 있다.Meanwhile, the wireless
상기 유도 결합 방식에 의한 무선 전력 송신은 1차 코일 및 2차 코일을 이용하여 전력을 무선으로 전송하는 기술로, 자기 유도 현상에 의하여 하나의 코일에서 변화하는 자기장 통해 다른 코일 쪽에 전류가 유도됨으로써 전력이 전달되는 것을 말한다.The inductive coupling type wireless power transmission is a technique of wirelessly transmitting power by using a primary coil and a secondary coil, and a current is induced to the other coil through a magnetic field changing in one coil due to the magnetic induction phenomenon, .
상기 공진 결합 방식에 의한 무선 전력 송신은 상기 무선 전력 전송장치(100)에서 전송한 무선 전력 신호에 의하여 상기 무선 전력 수신장치(200)에서 공진이 발생하고, 상기 공진 현상에 의하여 상기 무선 전력 전송장치(100)로부터 상기 무선 전력 수신장치(200)로 전력이 전달되는 것을 말한다.
In the wireless power transmission by the resonance coupling method, resonance occurs in the wireless
이하에서는 본 명세서에 개시된 무선 전력 전송장치(100) 및 무선 전력 수신장치(200)에 관한 실시 예들을 구체적으로 설명한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 사용한다.
Hereinafter, embodiments of the wireless
도 2a 및 2b는 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 무선 전력 전송장치(100) 및 무선 전력 수신장치(200)의 구성을 예시적으로 나타낸 블록도이다.
2A and 2B are block diagrams illustrating exemplary configurations of a wireless
무선 전력 전송장치Wireless power transmission device
도 2a를 참조하면, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 전력 전달부(Power Transmission Unit)(110)를 포함하도록 구성된다. 상기 전력 전달부(110)는 전력 변환부(Power Conversion Unit)(111) 및 전력 송신 제어부(Power Transmission Control Unit)(112)를 포함하여 구성될 수 있다.
Referring to FIG. 2A, the wireless
상기 전력 변환부(111)는 송신측 전원 공급부(190)로부터 공급된 전력을 무선 전력 신호(wireless power signal)로 변환하여 상기 무선 전력 수신장치(200)로 전달한다. 상기 전력 변환부(111)에 의하여 전달되는 무선 전력 신호는 진동(oscillation)하는 특성을 가진 자기장(magnetic field) 또는 전자기장(electro-magnetic field)의 형태로 형성된다. 이를 위하여 상기 전력 변환부(111)는 상기 무선 전력 신호가 발생하는 코일을 포함하도록 구성될 수 있다.The
상기 전력 변환부(111)는 각 전력 전달 방식에 따라 다른 형태의 무선 전력 신호를 형성하기 위한 구성 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전력 변환부(111)는 유도 결합 방식에 따라 상기 무선 전력 수신장치(200)의 2차 코일에 전류를 유도시키기 위하여 변화하는 자기장을 형성시키는 1차 코일을 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 전력 변환부(111)는 공진 결합 방식에 따라 상기 무선 전력 수신장치(200)에 공진 현상을 발생시키기 위하여 특정 공진 주파수를 가진 자기장을 형성시키는 코일(또는 안테나)를 포함하도록 구성될 수 있다.The
또한, 상기 전력 변환부(111)는 전술된 유도 결합 방식과 공진 결합 방식 중 하나 이상의 방법을 이용하여 전력을 전달할 수 있다.The
상기 전력 변환부(111)에 포함되는 구성 요소들 중 유도 결합 방식을 따르는 것들에 대하여는 도 4 및 도 5를 참조하여, 공진 결합 방식을 따르는 것들에 대하여는 도 7 및 도 8을 참조하여 후술된다.Among the components included in the
한편, 상기 전력 변환부(111)는 상기 무선 전력 신호를 형성시키기 위해 사용되는 주파수, 인가되는 전압, 전류 등의 특성을 조절할 수 있는 회로를 더 포함하도록 구성될 수 있다.The
상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 전력 전달부(110)에 포함되는 각 구성요소를 제어한다. 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 공급 장치(100)를 제어하는 다른 제어부(미도시)와 통합되도록 구현될 수 있다.
The power
한편, 상기 무선 전력 신호가 도달할 수 있는 영역은 두 가지로 구분될 수 있다. 먼저, 활동 영역(active area)은 상기 무선 전력 수신장치(200)로 전력을 전달하는 무선 전력 신호가 통과하는 영역을 말한다. 다음으로, 감지 영역(semi-active area)은 상기 무선 전력 전송장치(100)가 상기 무선 전력 수신장치(200)의 존재를 감지할 수 있는 관심 영역을 말한다. 여기서, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 수신장치(200)가 상기 활동 영역 또는 감지 영역에 배치(placement)되거나 제거(removal)되었는지 여부에 대하여 감지할 수 있다. 구체적으로, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 전력 변환부(111)에서 형성되는 무선 전력 신호를 이용하거나, 별도로 구비된 센서에 의하여 상기 무선 전력 수신장치(200)가 상기 활동 영역 또는 감지 영역에 배치되었는지 여부를 검출할 수 있다. 예컨대, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 감지 영역에 존재하는 상기 무선 전력 수신장치(200)로 인하여 상기 무선 전력 신호가 영향을 받아, 상기 전력 변환부(111)의 상기 무선 전력 신호를 형성하기 위한 전력의 특성이 변화하는지 여부를 모니터링함으로써 상기 무선 전력 수신장치(200)의 존재를 검출할 수 있다. 다만, 상기 활동 영역 및 감지 영역은 유도 결합 방식 및 공진 결합 방식 등의 무선 전력 전달방식에 따라 다를 수 있다.
Meanwhile, an area where the wireless power signal can reach can be divided into two types. First, an active area refers to a region through which a wireless power signal that transmits power to the wireless
상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 수신장치(200)의 존재를 검출한 결과에 따라 상기 무선 전력 수신장치(200)를 식별하는 과정을 수행하거나, 무선 전력 전송을 시작할 것인지 여부를 결정할 수 있다.The power
또한, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 신호를 형성하기 위한 상기 전력 변환부(111)의 주파수, 전압, 전류 중 하나 이상의 특성을 결정할 수 있다. 상기 특성의 결정은 상기 무선 전력 전송장치(100) 측의 조건에 의하여 또는 상기 무선 전력 수신장치(200) 측의 조건에 의하여 이루어질 수 있다.
The power
상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 수신장치(200)로부터 전력 제어 메시지를 수신할 수 있다. 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 수신된 전력 제어 메시지를 기초로 상기 전력 변환부(111)의 주파수, 전압, 전류 중 하나 이상의 특성을 결정할 수 있으며, 그 밖에 상기 전력 제어 메시지를 기초로 다른 제어 동작을 수행할 수 있다. The power
예를 들어, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 수신장치(200)의 정류된 전력량 정보, 충전 상태 정보 및 식별 정보 중 하나 이상을 포함하는 전력 제어 메시지에 따라 상기 무선 전력 신호를 형성시키기 위해 사용되는 주파수, 전류, 전압 중 하나 이상의 특성을 결정할 수 있다.
For example, the power
또한, 상기 전력 제어 메시지를 이용하는 그 밖의 다른 제어 동작으로서, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 무선 전력 전달과 관련된 일반적인 제어 동작을 상기 전력 제어 메시지를 기초로 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 전력 제어 메시지를 통하여 상기 무선 전력 수신장치(200)와 관련된 청각적 또는 시각적으로 출력할 정보를 수신하거나, 기기간의 인증 등에 필요한 정보를 수신할 수도 있다.In addition, as another control operation using the power control message, the wireless
이와 같은 상기 전력 제어 메시지를 수신하기 위하여, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 신호를 통하여 수신하는 방법 및 그 외의 사용자 데이터를 수신하는 방법 중 적어도 하나를 이용할 수 있다.In order to receive the power control message, the power
상기 전력 제어 메시지를 수신하기 위하여, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 전력 변환부(111)와 전기적으로 연결된 변복조부(Power Communications Modulation/Demodulation Unit)(113)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 변복조부(113)는 상기 무선 전력 수신장치(200)에 의하여 변조된 무선 전력 신호를 복조하여 상기 전력 제어 메시지를 수신하기 위하여 사용될 수 있다. In order to receive the power control message, the wireless
그 밖에, 어떤 실시 예에서는 상기 전력 송신 제어부(112)가 상기 무선 전력 전송장치(100)에 포함되어 있는 통신 수단(미도시)에 의하여 전력 제어 메시지가 포함되어 있는 사용자 데이터를 수신함으로써 전력 제어 메시지를 획득할 수도 있다.In addition, in some embodiments, the power
[In-band two-way communication을 지원 하는 경우][When supporting in-band two-way communication]
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 양방향 통신이 가능한 무선 전력 전송환경에서는, 상기 전력 송신 제어부(112)가 상기 무선 전력 수신장치(200)로 데이터를 전송할 수 있다. 상기 전력 송신 제어부(112)가 전송하는 데이터는 상기 무선 전력 수신장치(200)가 전력 제어 메시지를 보내도록 요청하는 것일 수 있다.
In addition, in the wireless power transmission environment capable of bidirectional communication according to the embodiments disclosed herein, the power
무선 전력 수신장치Wireless power receiving device
도 2b를 참조하면, 상기 무선 전력 수신장치는(200)는 전원 공급부(290)를 포함하도록 구성된다. 상기 전원 공급부(290)는 상기 무선 전력 수신장치(200)의 작동에 필요한 전력을 공급한다. 상기 전원 공급부(290)는 전력 수신부(291) 및 전력 수신 제어부(292)를 포함하여 구성될 수 있다.
Referring to FIG. 2B, the wireless
상기 전력 수신부(291)는 상기 무선 전력 전송장치(100)로부터 무선으로 전달되는 전력을 수신한다.The
상기 전력 수신부(291)는 무선 전력 전달 방식에 따라 상기 무선 전력 신호를 수신하기 위해 필요한 구성 요소를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전력 수신부(291)는 하나 이상의 무선 전력 전달 방식에 따라 전력을 수신할 수 있으며, 이 경우 상기 전력 수신부(291)는 각 방식에 따라 필요한 서로 구성 요소들을 함께 포함할 수 있다.The
먼저, 상기 전력 수신부(291)는 진동하는 특성을 가진 자기장 또는 전자기장의 형태로 전달되는 무선 전력 신호를 수신하기 위한 코일을 포함하도록 구성될 수 있다. First, the
예컨대, 유도 결합 방식에 따른 구성 요소로서, 상기 전력 수신부(291)는 변화되는 자기장에 의하여 전류가 유도되는 2차 코일을 포함할 수 있다. 또한, 상기 전력 수신부(291)는 공진 결합 방식에 따른 구성 요소로서 특정 공진 주파수를 가진 자기장에 의하여 공진 현상이 발생되는 코일 및 공진 회로를 포함할 수 있다.For example, as a component according to an inductive coupling scheme, the
다만, 상기 전력 수신부(291)가 하나 이상의 무선 전력 전달 방식에 따라 전력을 수신하는 경우, 상기 전력 수신부(291)는 하나의 코일을 이용하여 수신하도록 구현되거나, 또는 각 전력 전달 방식에 따라 다르게 형성된 코일을 이용하여 수신하도록 구현될 수 있다.However, when the
상기 전력 수신부(291)에 포함되는 구성 요소들 중 유도 결합 방식을 따르는 것들에 대하여는 도 4를 참조하여, 공진 결합 방식을 따르는 것들에 대하여는 도 7을 참조하여 후술된다.
Among the components included in the
한편, 상기 전력 수신부(291)는 상기 무선 전력 신호를 직류로 변환하기 위한 정류 회로(rectifier) 및 평활 회로(regulator)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 전력 수신부(291)는 수신된 전력 신호에 의하여 과전압 또는 과전류가 발생하지 않도록 방지하는 회로를 더 포함할 수 있다.
Meanwhile, the
상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 전원 공급부(290)에 포함되는 각 구성요소를 제어한다.The power
구체적으로, 상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 무선 전력 전송장치(100)로 전력 제어 메시지를 전달할 수 있다. 상기 전력 제어 메시지는 상기 무선 전력 전송장치(100)에게 무선 전력 신호의 전달을 개시하거나 종료하도록 지시하는 것일 수 있다. 또한 상기 전력 제어 메시지는 상기 무선 전력 전송장치(100)에게 상기 무선 전력 신호의 특성을 조절하도록 지시하는 것일 수 있다.Specifically, the power
이와 갈은 상기 전력 제어 메시지를 전송하기 위하여, 상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 무선 전력 신호를 통하여 전송하는 방법 및 그 외의 사용자 데이터를 통하여 전송하는 방법 중 적어도 하나를 이용할 수 있다.In order to transmit the power control message, the
상기 전력 제어 메시지를 전송하기 위하여, 상기 무선 전력 수신장치(200)는 상기 전력 수신부(291)와 전기적으로 연결된 변복조부(Power Communications Modulation/Demodulation Unit)(293)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 변복조부(293)는, 전술된 상기 무선 전력 전송장치(100)의 경우와 마찬가지로, 상기 무선 전력 신호를 통하여 상기 전력 제어 메시지를 전송하기 위하여 사용될 수 있다. 상기 변복조부(293)는 상기 무선 전력 송신장치(100)의 전력 변환부(111)를 흐르는 전류 및/또는 전압을 조절하는 수단으로 사용될 수 있다. 이하, 상기 무선 전력 전송장치(100) 측과 상기 무선 전력 수신장치(200) 측의 각각의 변복조부(113 및 293)가 무선 전력 신호를 통한 전력 제어 메시지의 송수신을 위하여 사용되는 방법에 대하여 설명된다.In order to transmit the power control message, the wireless
상기 전력 변환부(111)에 의하여 형성된 무선 전력 신호는 상기 전력 수신부(291)에 의하여 수신된다. 이때, 상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 무선 전력 신호를 변조(modulation)하도록 상기 무선 전력 수신장치(200) 측의 변복조부(293)를 제어한다. 예컨대, 상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 전력 수신부(291)과 연결된 변복조부(293)의 리액턴스(reactance)를 변경시킴으로써 상기 무선 전력 신호로부터 수신하는 전력량이 그에 따라 변하도록 변조 과정을 수행할 수 있다. 상기 무선 전력 신호로부터 수신되는 전력량의 변경은 상기 무선 전력 신호를 형성시키는 상기 전력 변환부(111)의 전류 및/또는 전압의 변경을 가져온다. 이 때, 상기 무선 전력 전송장치(100) 측의 변복조부(113)는 상기 전력 변환부(111)의 전류 및/또는 전압의 변경을 감지하여 복조(demodulation) 과정을 수행한다.The wireless power signal formed by the
즉, 상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 무선 전력 전송장치(100)에게 전달하고자 하는 전력 제어 메시지를 포함하는 패킷(packet)을 생성하여 상기 패킷이 포함되도록 상기 무선 전력 신호를 변조하고, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 변복조부(113)의 복조 과정 수행 결과를 기초로 상기 패킷을 디코드함으로써, 상기 패킷에 포함되어 있는 상기 전력 제어 메시지를 획득할 수 있다. That is, the
그 밖에, 어떤 실시 예들에서는 상기 전력 수신 제어부(292)가 상기 무선 전력 수신장치(200)에 포함되어 있는 통신 수단(미도시)에 의하여 전력 제어 메시지가 포함되어 있는 사용자 데이터를 전송함으로써 전력 제어 메시지를 상기 무선 전력 전송장치(100)로 전송할 수도 있다.
In addition, in some embodiments, the power
[In-band two-way communication을 지원 하는 경우][When supporting in-band two-way communication]
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 양방향 통신이 가능한 무선 전력 전송환경에서는, 상기 전력 수신 제어부(292)가 상기 무선 전력 전송장치(100)로부터 전송되는 데이터를 수신할 수 있다. 상기 무선 전력 전송장치(100)로부터 전송되는 데이터는 전력 제어 메시지를 전송할 것을 요청하는 것일 수 있다.
In addition, in the wireless power transmission environment capable of bidirectional communication according to the embodiments disclosed herein, the power
그 밖에, 상기 전원 공급부(290)는 충전부(298) 및 배터리(299)를 더 포함하도록 구성될 수 있다.In addition, the
상기 전원 공급부(290)로부터 동작을 위한 전원을 공급받는 상기 무선 전력 수신장치(200)는 상기 무선 전력 전송장치(100)로부터 전달된 전력에 의하여 동작하거나, 또는 상기 전달된 전력을 이용하여 상기 배터리(299)를 충전한 후 상기 배터리(299)에 충전된 전력에 의하여 동작할 수 있다. 이때, 상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 전달된 전력을 이용하여 충전을 수행하도록 상기 충전부(298)를 제어할 수 있다.
The wireless
이하에서, 본 명세서에 개시된 실시 예들에 적용 가능한 무선 전력 전송장치 및 무선 전력 수신장치에 대하여 설명된다. 먼저, 도 3 내지 도 5를 참조하여 상기 무선 전력 전송장치가 상기 무선 전력 수신장치로 유도 결합 방식에 따라 전력을 전달하는 방법이 개시된다.
Hereinafter, a wireless power transmission apparatus and a wireless power receiving apparatus applicable to the embodiments disclosed herein will be described. 3 to 5, a method of transmitting power by the wireless power transmission apparatus to the wireless power reception apparatus according to an inductive coupling scheme is disclosed.
유도 결합 방식Inductively coupled
도 3은 유도 결합 방식에 따라 무선 전력 전송장치로부터 무선 전력 수신장치에 무선으로 전력이 전달되는 개념을 도시한다.3 illustrates a concept that power is transmitted from a wireless power transmission apparatus to a wireless power receiving apparatus wirelessly according to an inductive coupling scheme.
무선 전력 전송장치(100) 의 전력 전달이 유도 결합 방식을 따르는 경우, 상기 전력 전달부(110) 내의 1차 코일(primary coil)에 흐르는 전류의 세기가 변화되면, 그 전류에 의해 1차 코일을 통과하는 자기장이 변화한다. 이와 같이 변화된 자기장은 상기 무선 전력 수신장치(200) 내의 2차 코일(secondary coil) 측에 유도 기전력을 발생시킨다.When the power transmission of the wireless
이 방식에 따르면, 상기 무선 전력 전송장치(100)의 상기 전력 변환부(111)는 자기 유도에서의 1차 코일로 동작하는 전송 코일(Tx coil)(1111a)를 포함하도록 구성된다. 또한 상기 무선 전력 수신장치(200)의 상기 전력 수신부(291)는 자기 유도에서의 2차 코일로 동작하는 수신 코일(Rx coil)(2911a)을 포함하도록 구성된다.According to this scheme, the
먼저 상기 무선 전력 전송장치(100) 측의 상기 전송 코일(1111a)과 상기 무선 전력 수신장치(200) 측의 수신 코일이 근접하도록 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 상기 무선 전력 수신장치(200)를 배치한다. 그 후 상기 전력 송신 제어부(112)가 상기 전송 코일(1111a)의 전류가 변화되도록 제어하면, 상기 전력 수신부(291)는 상기 수신 코일(2911a)에 유도된 기전력을 이용하여 상기 무선 전력 수신장치(200)에 전원을 공급하도록 제어한다.The wireless
상기 유도 결합 방식에 의한 무선 전력 전달의 효율은, 주파수 특성에 따른 영향은 적으나, 각 코일을 포함하는 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 상기 무선 전력 수신장치(200) 사이의 배열(alignment) 및 거리(distance)의 영향을 받게 된다.
The efficiency of the wireless power transmission by the inductively coupled system is less influenced by the frequency characteristics but is influenced by the alignment between the wireless
한편, 유도 결합 방식에 의한 무선 전력 전달을 위하여 상기 무선 전력 전송장치(100)는 평평한 표면(flat surface) 형태의 인터페이스 표면(interface surface)(미도시)을 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 인터페이스 표면의 상부에는 하나 이상의 무선 전력 수신장치가 놓일 수 있으며, 상기 인터페이스 표면의 하부에는 상기 전송 코일(1111a)가 장착될 수 있다. 그 경우, 상기 인터페이스 표면의 하부에는 장착된 상기 전송 코일(1111a)과 상기 인터페이스 표면의 상부에 위치한 무선 전력 수신장치(200)의 수신 코일(2911a) 사이의 수직 공간(vertical spacing)이 작게 형성됨으로써 상기 코일들 간의 거리는 유도 결합 방식에 의한 무선 전력 전달이 효율적으로 이루어질 수 있도록 충분히 작게 된다.
Meanwhile, the wireless
또한, 상기 인터페이스 표면의 상부에는 상기 무선 전력 수신장치(200)가 놓일 위치를 지시하는 배열 지시부(미도시)가 형성될 수 있다. 상기 배열 지시부는 상기 인터페이스 표면의 하부에 장착된 전송 코일(1111a)과 상기 수신 코일(2911a) 사이의 배열이 적합하게 이루어질 수 있는 상기 무선 전력 수신장치(200)의 위치를 지시한다. 상기 배열 지시부는 단순한 표시(marks)이거나, 상기 무선 전력 수신장치(200)의 위치를 가이드하는 돌출 구조의 형태로 형성될 수 있다. 또는 상기 배열 지시부는 상기 인터페이스 표면의 하부에 장착되는 자석과 같은 자성체의 형태로 형성되어, 상기 무선 전력 수신장치(200) 내부에 장착된 다른 극의 자성체와의 상호간 인력에 의하여 상기 코일들이 적합한 배열을 이루도록 가이드할 수도 있다.
In addition, an arrangement indicator (not shown) may be formed on the interface surface to indicate a position where the wireless
한편, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 하나 이상의 전송 코일을 포함하도록 형성될 수 있다. 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 하나 이상의 전송 코일 중에서 상기 무선 전력 수신장치(200)의 수신 코일(2911a)과 적합하게 배열된 일부의 코일을 선택적으로 이용하여 전력 전송 효율을 높일 수 있다. 상기 하나 이상의 전송 코일을 포함하는 무선 전력 전송장치(100)에 관하여 도 5를 참조하여 후술된다.
Meanwhile, the wireless
이하에서는, 본 명세서에 개시된 실시 예들에 적용 가능한 유도 결합 방식의 무선 전력 전송장치 및 무선 전력 수신장치의 구성에 대하여 구체적으로 설명된다.
Hereinafter, a configuration of an inductively coupled wireless power transmission apparatus and a wireless power reception apparatus applicable to the embodiments disclosed herein will be described in detail.
유도 결합 방식의 무선 전력 전송장치 및 무선 전력 수신장치Inductively coupled wireless power transmission apparatus and wireless power receiving apparatus
도 4는 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 자기 유도 방식의 무선 전력 전송장치(100) 및 무선 전력 수신장치(200)의 구성의 일부를 예시적으로 나타낸 블록도이다. 도 4a를 참조하여 상기 무선 전력 전송장치(100)에 포함된 상기 전력 전달부(110)의 구성에 대하여 설명하고, 도 4b를 참조하여 상기 무선 전력 수신장치(200)에 포함된 상기 전원 공급부(290)의 구성에 대하여 설명한다.
4 is a block diagram exemplarily showing a part of the configuration of the wireless
도 4a를 참조하면, 상기 무선 전력 전송장치(100)의 상기 전력 변환부(111)는 전송 코일(Tx coil)(1111a) 및 인버터(1112)를 포함하도록 구성될 수 있다.Referring to FIG. 4A, the
상기 전송 코일(1111a)는, 전술된 바와 같이, 전류의 변화에 따라 무선 전력 신호에 해당하는 자기장을 형성한다. 상기 전송 코일(1111a)은 평판 나선형태(Planar Spiral type) 또는 원통형 솔레노이드 형태(Cylindrical Solenoid type)로 구현될 수 있다.As described above, the
상기 인버터(1112)는 상기 전원 공급부(190)로부터 얻은 직류 입력(DC input)을 교류 파형(AC waveform)으로 변형시킨다. 상기 인버터(1112)에 의해 변형된 교류 전류는 상기 전송 코일(1111a) 및 커패시터(capacitor)(미도시)를 포함하는 진동 회로(resonant circuit)를 구동시킴으로써 자기장이 상기 전송 코일(1111a)에서 형성된다.
The
그 밖에, 상기 전력 변환부(111)는 위치 결정부(Positioning Unit)(1114)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. In addition, the
상기 위치 결정부(1114)는 상기 유도 결합 방식에 의한 무선 전력 전달의 효율을 높이기 위하여 상기 전송 코일(1111a)을 이동 또는 회전시킬 수 있다. 이는, 전술된 바와 같이, 유도 결합 방식에 의한 전력 전달은 1차 및 2차 코일을 포함하는 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 상기 무선 전력 수신장치(200) 사이의 배열(alignment) 및 거리(distance)의 영향을 받기 때문이다. 특히, 상기 위치 결정부(1114)는 상기 무선 전력 수신장치(200)가 상기 무선 전력 전송장치(100)의 활동 영역 내에 존재하지 않는 경우에 사용될 수 있다.The
따라서, 상기 위치 결정부(1114)는 상기 무선 전력 전송장치(100)의 상기 전송 코일(1111a)과 및 상기 무선 전력 수신장치(200)의 상기 수신 코일(2911a)의 중심간 거리(distance)가 일정 범위 이내가 되도록 상기 전송 코일(1111a)을 이동시키거나, 상기 전송 코일(1111a)과 상기 수신 코일(2911a)의 중심이 중첩되도록 상기 전송 코일(1111a)를 회전시키는 구동부(미도시)를 포함하도록 구성될 수 있다.The
이를 위하여, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 무선 전력 수신장치(200)의 위치를 감지하는 센서로 이루어진 위치 감지부(detection unit)(미도시)를 더 구비할 수 있고, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 위치 감지 센서로부터 수신한 상기 무선 전력 수신장치(200)의 위치 정보를 기초로 상기 위치 결정부(1114)를 제어할 수 있다.To this end, the wireless
또한, 이를 위하여 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 변복조부(113)를 통하여 상기 무선 전력 수신장치(200)와의 배열 또는 거리에 대한 제어 정보를 수신하고, 상기 수신된 배열 또는 거리에 대한 제어 정보를 기초로 상기 위치 결정부(1114)를 제어할 수 있다.For this, the power
만약, 상기 전력 변환부(111)가 복수의 전송 코일을 포함하도록 구성되었다면, 상기 위치 결정부(1114)는 상기 복수의 전송 코일 중에서 어느 것이 전력 전달을 위하여 사용될 것인지 결정할 수 있다. 상기 복수의 전송 코일을 포함한 무선 전력 전송장치(100)의 구성에 대해서는 도 5를 참조하여 후술된다.
If the
한편, 상기 전력 변환부(111)는 전력 센싱부(1115)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 무선 전력 전송장치(100) 측의 전력 센싱부(1115)는 상기 전송 코일(1111a)에 흐르는 전류 또는 전압을 모니터링한다. 상기 전력 센싱부(1115)는 무선 전력 전송장치(100)의 정상동작 여부를 확인하기 위한 것으로, 외부로부터 공급되는 전원의 전압 또는 전류를 검출하고, 상기 검출된 전압 또는 전류가 임계값을 초과하는지를 확인할 수 있다. 상기 전력 센싱부(1115)는, 도시되지 않았으나, 외부로부터 공급되는 전원의 전압 또는 전류를 검출하기 위한 저항과 상기 검출된 전원의 전압값 또는 전류값과 임계값을 비교하여 그 비교 결과를 출력하는 비교기를 포함할 수 있다. 상기 전력 센싱부(1115)의 상기 확인 결과를 기초로, 상기 전력 송신 제어부(112)는 스위칭부(미도시)를 제어하여 상기 전송 코일(1111a)로 인가되는 전원을 차단할 수 있다.
Meanwhile, the
도 4b를 참조하면, 상기 무선 전력 수신장치(200)의 상기 전원 공급부(290)는 수신 코일(Rx 코일)(2911a) 및 정류 회로(2913)를 포함하도록 구성될 수 있다.Referring to FIG. 4B, the
상기 전송 코일(1111a)로부터 형성된 자기장에 변화에 의하여 상기 수신 코일(2911a)에서 전류가 유도된다. 상기 수신 코일(2911a)의 구현 형태는, 상기 전송 코일(1111a)의 경우와 마찬가지로, 평판 나선 형태 또는 원통형 솔레노이드 형태일 수 있다.A current is induced in the
또한, 무선 전력의 수신 효율을 높이거나 공진 감지(resonant detection)를 위해 직/병렬 커패시터들(series and parallel capacitors)이 상기 수신 코일(2911a)과 연결되도록 구성될 수 있다.In addition, series and parallel capacitors may be connected to the receiving
상기 수신 코일(2911a)은 단일 코일 또는 복수의 코일 형태일 수 있다.The receiving
상기 정류 회로(2913)는 교류를 직류로 변환시키기 위하여 전류에 대하여 전파 정류(full-wave rectification)를 수행한다. 상기 정류 회로(2913)는, 예컨대, 4개의 다이오드로 이루어진 브릿지(full bridge) 정류 회로, 또는 능동 소자(active components)를 이용한 회로로 구현될 수 있다.The
그 밖에, 상기 정류 회로(2913)는 정류된 전류를 보다 평탄하고 안정적인 직류로 만들어 주는 평활 회로(regulator)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 정류 회로(2913)의 출력 전원은 상기 전원 공급부(290)의 각 구성 요소들에게 공급된다. 또한, 상기 정류 회로(2913)은 출력되는 직류 전원을 상기 전원 공급부(290)의 각 구성 요소(예컨대, 충전부(298)와 같은 회로)에 필요한 전원에 맞추기 위하여 적정한 전압으로 변환하는 직류-직류 변환기(DC-DC converter)를 더 포함할 수 있다.In addition, the
상기 변복조부(293)는 상기 전력 수신부(291)과 연결되고, 직류 전류에 대해서는 저항(resistance)이 변하는 저항성 소자로 구성될 수 있고, 교류 전류에 대해서는 리액턴스(reactance)가 변하는 용량성 소자로 구성될 수 있다. 상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 변복조부(293)의 저항 또는 리액턴스를 변경시킴으로써 상기 전력 수신부(291)에 수신되는 무선 전력 신호를 변조할 수 있다.The modulation and
한편, 상기 전원 공급부(290)는 전력 센싱부(2914)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 무선 전력 수신장치(200) 측의 전력 센싱부(2914)는 상기 정류 회로(2913)에 의하여 정류된 전원의 전압 및/또는 전류를 모니터링하고, 상기 모니터링 결과 상기 정류된 전원의 전압 및/또는 전류가 임계값을 초과하는 경우 상기 전력 수신 제어부(292)는 적절한 전력을 전달하도록 상기 무선 전력 전송장치(100)에게 전력 제어 메시지를 송신한다.
The
하나 이상의 전송 코일을 포함하여 구성된 무선 전력 전송장치A wireless power transmission apparatus configured with one or more transmission coils
도 5는 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 유도 결합 방식에 따라 전력을 수신하는 하나 이상의 전송 코일들을 가지도록 구성된 무선 전력 전송장치의 블록도이다.5 is a block diagram of a wireless power transmission apparatus configured to have one or more transmission coils that receive power in accordance with an inductive coupling scheme employable in the embodiments disclosed herein.
도 5를 참조하면, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전송장치(100) 의 전력 변환부(111)는 하나 이상의 전송 코일들(1111a-1 내지 1111a-n)로 구성될 수 있다. 상기 하나 이상의 전송 코일들(1111a-1 내지 1111a-n)은 부분적으로 겹치는 1차 코일들의 배열(an array of partly overlapping primary coils)일 수 있다. 상기 하나 이상의 전송 코일들 중 일부에 의하여 활동 영역이 결정될 수 있다.Referring to FIG. 5, the
상기 하나 이상의 전송 코일들(1111a-1 내지 1111a-n)은 상기 인터페이스 표면의 하부에 장착될 수 있다. 또한, 상기 전력 변환부(111)는 상기 하나 이상의 전송 코일들(1111a-1 내지 1111a-n) 중 일부의 코일들의 연결을 수립하고 해제하는 다중화기(Multiplexer)(1113)를 더 포함할 수 있다. The one or
상기 인터페이스 표면의 상부에 놓인 무선 전력 수신장치(200)의 위치가 감지되면, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 수신장치(200)의 감지된 위치를 고려하여 상기 하나 이상의 전송 코일들(1111a-1 내지 1111a-n) 중 상기 무선 전력 수신장치(200)의 수신 코일(2911a)과 유도 결합 관계에 놓일 수 있는 코일들이 연결될 수 있도록 상기 다중화기(1113)를 제어할 수 있다. When the position of the wireless
이를 위하여 상기 전력 송신 제어부(112)가 상기 무선 전력 수신장치(200)의 위치 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 전송장치(100)에 구비된 상기 위치 감지부(미도시)에 의하여 상기 인터페이스 표면 상의 상기 무선 전력 수신장치(200)의 위치를 획득할 수 있다. 또 다른 예를 들어, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 하나 이상의 전송 코일들(1111a-1 내지 1111a-n)을 각각 이용하여 상기 인터페이스 표면 상의 물체로부터 무선 전력 신호의 강도를 나타내는 전력 제어 메시지 또는 상기 물체의 식별 정보를 나타내는 전력 제어 메시지를 수신하고, 상기 수신된 결과를 기초로 상기 하나 이상의 전송 코일들 중 어느 코일의 위치와 근접한지를 판단함으로써 상기 무선 전력 수신장치(200)의 위치 정보를 획득할 수도 있다.For this, the power
한편, 상기 활동 영역은 상기 인터페이스 표면의 일부로서, 상기 무선 전력 전송장치(100)가 상기 무선 전력 수신장치(200)에 무선으로 전력을 전달할 때 높은 효율의 자기장이 통과할 수 있는 부분을 의미할 수 있다. 이 때, 상기 활동 영역을 통과하는 자기장을 형성시키는 단일 전송 코일 또는 하나 이상의 전송 코일들의 조합을 주요 셀(primary cell)로 지칭할 수 있다. 따라서, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 수신장치(200)의 감지된 위치를 기초로 활동 영역을 결정하고, 상기 활동 영역에 대응되는 주요 셀의 연결을 수립하여 상기 무선 전력 수신장치(200)의 수신 코일(2911a)와 상기 주요 셀에 속한 코일들이 유도 결합 관계에 놓일 수 있도록 상기 다중화기(1113)을 제어할 수 있다.On the other hand, the active area is a part of the interface surface, which means that the high efficiency magnetic field can pass when the wireless
또한, 상기 전력 변환부(111)는 연결된 코일들과 진동 회로(resonant circuit)를 형성하도록 임피던스를 조절하는 임피던스 매칭부(impedance matching unit)(미도시)를 더 포함할 수 있다.
The
이하에서, 도 6 내지 도 8을 참조하여 무선 전력 전송장치가 공진 결합 방식에 따라 전력을 전달하는 방법이 개시된다.
Hereinafter, a method of transmitting power according to a resonant coupling scheme by a wireless power transmission apparatus is described with reference to FIGS.
공진 결합 방식Resonance coupling method
도 6은 공진 결합 방식에 따라 무선 전력 전송장치로부터 무선 전력 수신장치에 무선으로 전력이 전달되는 개념을 도시한다.FIG. 6 illustrates a concept that power is transmitted from a wireless power transmission apparatus to a wireless power reception apparatus wirelessly according to a resonant coupling scheme.
먼저, 공진(resonance)(또는 공명)에 대해 간략하게 설명하면 다음과 같다. 공진(resonance)이란, 진동계가 그 고유 진동수와 같은 진동수를 가진 외력을 주기적으로 받아 진폭이 뚜렷하게 증가하는 현상을 말한다. 공진은 역학적 진동 및 전기적 진동 등 모든 진동에서 일어나는 현상이다. 일반적으로 외부에서 진동계에 진동시킬 수 있는 힘을 가했을 때 그 진동계의 고유 진동수와 외부에서 가해주는 힘의 진동수가 같으면 그 진동은 심해지고 진폭도 커진다.First, the resonance (or resonance) will be briefly described as follows. Resonance refers to a phenomenon in which the vibration system receives an external force periodically having the same frequency as its natural frequency, and the amplitude thereof increases sharply. Resonance is a phenomenon occurring in all vibrations, such as mechanical vibration and electrical vibration. Generally, when a force capable of vibrating the vibration system is applied from the outside, if the natural frequency of the vibration system is equal to the frequency of the external force, the vibration becomes larger and the amplitude becomes larger.
같은 원리로, 일정 거리 내에서 떨어져 있는 복수의 진동체들이 서로 동일한 주파수로 진동하는 경우, 상기 복수의 진동체들은 상호 공진하며, 이 경우 상기 복수의 진동체들 간에는 저항이 감소하게 된다. 전기 회로에서는 인덕터과 커패시터를 사용하여 공진 회로를 만들 수 있다. In the same principle, when a plurality of vibrating bodies separated within a certain distance oscillate at the same frequency, the plurality of vibrating bodies resonate with each other, and in this case, the resistance between the vibrating bodies decreases. In an electric circuit, an inductor and a capacitor can be used to make a resonant circuit.
무선 전력 전송장치(100)의 전력 전달이 공진 결합 방식을 따르는 경우, 상기 전력 전달부(110)에서 교류 전원에 의하여 특정한 진동 주파수를 가진 자기장이 형성된다. 상기 형성된 자기장에 의하여 상기 무선 전력 수신장치(200)에서 공진 현상이 일어나는 경우 상기 무선 전력 수신장치(200) 내에서는 상기 공진 현상에 의하여 전력이 발생된다.When the power transmission of the wireless
공진 주파수는, 예를 들어, 다음 수학식 1과 같은 수식에 의하여 결정될 수 있다. The resonance frequency can be determined by, for example, the following equation (1).
여기서, 공진 주파수(f)는 회로 내의 인덕턴스(L) 및 커패시턴스(C)에 의하여 결정된다. 코일을 사용하여 자기장을 형성하는 회로에 있어서 상기 인덕턴스는 상기 코일의 회전 수 등에 의하여 결정되고, 상기 커패시턴스는 상기 코일 사이의 간격, 면적 등에 의하여 결정될 수 있다. 상기 공진 주파수를 결정하기 위하여 상기 코일 외에 용량성 공진 회로가 연결되도록 구성될 수도 있다.
Here, the resonance frequency f is determined by the inductance L and the capacitance C in the circuit. In a circuit for forming a magnetic field using a coil, the inductance is determined by the number of revolutions of the coil and the like, and the capacitance can be determined by an interval, an area, or the like between the coils. A capacitive resonance circuit may be connected to the coil to determine the resonance frequency.
도 6을 참조하면, 공진 결합 방식에 따라 무선으로 전력이 전송되는 경우, 상기 무선 전력 전송장치(100)의 상기 전력 변환부(111)는 자기장이 형성되는 전송 코일(Tx coil)(1111b) 및 상기 전송 코일(1111b)와 연결되고 특정한 진동 주파수를 결정하기 위한 공진 회로(1116)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 공진 회로(1116)는 용량성 회로(capacitors)를 이용하여 구현될 수 있으며, 상기 전송 코일(1111b)의 인덕턴스 및 상기 공진 회로(1116)의 커패시턴스를 기초로 상기 특정한 진동 주파수가 결정된다.Referring to FIG. 6, when power is transmitted wirelessly according to a resonant coupling scheme, the
상기 공진 회로(1116)의 회로 소자의 구성은 상기 전력 변환부(111)가 자기장을 형성할 수 있도록 다양한 형태로 이루어질 수 있으며, 도 6과 같이 상기 전송 코일(1111b)과 병렬로 연결되는 형태로 제한되지 아니한다.The configuration of the circuit elements of the
또한, 상기 무선 전력 수신장치(200)의 상기 전력 수신부(291)는 상기 무선 전력 전송장치(100)에서 형성된 자기장에 의하여 공진 현상이 일어날 수 있도록 구성된 공진 회로(2912) 및 수신 코일(Rx coil)(2911b)을 포함한다. 즉, 상기 공진 회로(2912)는 역시 용량성 회로를 이용하여 구현될 수 있으며, 상기 공진 회로(2912)는 상기 수신 코일(2911b)의 인덕턴스와 상기 공진 회로(2912)의 커패시턴스를 기초로 결정되는 공진 주파수가 상기 형성된 자기장의 공진 주파수와 동일하도록 구성된다.The
상기 공진 회로(2912)의 회로 소자의 구성은 상기 전력 수신부(291)가 상기 자기장에 의하여 공진이 일어날 수 있도록 다양한 형태로 이루어질 수 있으며, 도 6과 같이 상기 수신 코일(2911b)과 직렬로 연결되는 형태로 제한되지 아니한다. The configuration of the circuit elements of the
상기 무선 전력 전송장치(100)에서의 상기 특정한 진동 주파수는 LTx, CTx를 가지고 상기 수학식 1을 이용하여 획득될 수 있다. 여기서, 상기 무선 전력 수신장치(200)의 LRX 및 CRX를 상기 수학식 1에 대입한 결과가 상기 특정한 진동 주파수와 동일한 경우에 상기 무선 전력 수신장치(200)에서는 공진이 일어난다.The specific vibration frequency in the wireless
공진 결합에 의한 무선 전력 전송 방식에 따르면, 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 상기 무선 전력 수신장치(200)가 각각 동일 주파수로 공진하는 경우 전자파가 근거리 전자장을 통해 전달되게 되므로, 주파수가 다르면 상기 기기간 에너지 전달이 없게 된다.According to the wireless power transmission scheme using the resonance coupling, when the wireless
따라서, 상기 공진 결합 방식에 의한 무선 전력 전달의 효율은, 주파수 특성에 따른 영향이 큰 반면, 각 코일을 포함하는 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 상기 무선 전력 수신장치(200) 사이의 배열 및 거리에 따른 영향은 유도 결합 방식에 비해 상대적으로 작다.
Therefore, the efficiency of the wireless power transmission by the resonance coupling method is largely affected by the frequency characteristics, while the arrangement between the wireless
이하에서는, 본 명세서에 개시된 실시 예들에 적용 가능한 공진 결합 방식의 무선 전력 전송장치 및 무선 전력 수신장치의 구성에 대하여 구체적으로 설명된다.
Hereinafter, a configuration of a wireless power transmission apparatus and a wireless power reception apparatus of a resonance coupling type applicable to the embodiments disclosed herein will be described in detail.
공진 결합 방식의 무선 전력 전송장치Resonant coupling type wireless power transmission device
도 7은 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 공진 방식의 무선 전력 전송장치(100) 및 무선 전력 수신장치(200)의 구성의 일부를 예시적으로 나타낸 블록도이다.7 is a block diagram exemplarily showing a part of the configuration of the wireless
도 7a를 참조하여 상기 무선 전력 전송장치(100)에 포함된 상기 전력 전달부(110)의 구성에 대하여 설명된다.The configuration of the
상기 무선 전력 전송장치(100)의 상기 전력 변환부(111)는 전송 코일(Tx coil)(1111b), 인버터(1112) 및 공진 회로(1116)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 인버터(1112)는 상기 전송 코일(1111b) 및 상기 공진 회로(1116)와 연결되도록 구성될 수 있다.The
상기 전송 코일(1111b)은 유도 결합 방식에 따라 전력을 전달하기 위한 전송 코일(1111a)과 별도로 장착될 수 있으나, 하나의 단일 코일을 이용하여 유도 결합 방식 및 공진 결합 방식으로 전력을 전달할 수도 있다.The
상기 전송 코일(1111b)은, 전술된 바와 같이, 전력을 전달하기 위한 자기장을 형성한다. 상기 전송 코일(1111b) 및 상기 공진 회로(1116)는 교류 전원이 인가되면 진동이 발생할 수 있으며, 이 때 상기 전송 코일(1111b)의 인덕턴스 및 상기 공진 회로(1116)의 커패시턴스를 기초로 진동 주파수가 결정될 수 있다. The
이를 위하여 상기 인버터(1112)는 상기 전원 공급부(190) 로부터 얻은 직류 입력을 교류 파형으로 변형시키고, 상기 변형된 교류 전류가 상기 전송 코일(1111b) 및 상기 공진 회로(1116)에 인가된다.To this end, the
그 밖에, 상기 전력 변환부(111)는 상기 전력 변환부(111)의 공진 주파수 값을 변경시키기 위한 주파수 조절부(1117)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 전력 변환부(111)의 공진 주파수는 수학식 1에 의하여 상기 전력 변환부(111)를 구성하는 회로내의 인덕턴스 및 커패시턴스를 기초로 결정되므로, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 인덕턴스 및/또는 커패시턴스가 변경되도록 상기 주파수 조절부(1117)를 제어함으로써 상기 전력 변환부(111)의 공진 주파수를 결정할 수 있다.In addition, the
상기 주파수 조절부(1117)는, 예를 들어, 상기 공진 회로(1116)에 포함된 커패시터 간의 거리를 조절하여 커패시턴스를 변경시킬 수 있는 모터를 포함하거나, 또는 상기 전송 코일(1111b)의 회전 수(number of turns) 또는 직경을 조절하여 인덕턴스를 변경시킬 수 있는 모터를 포함하거나, 또는 상기 커패시턴스 및/또는 인덕턴스를 결정하는 능동 소자들을 포함하도록 구성될 수 있다.The
한편, 상기 전력 변환부(111)는 전력 센싱부(1115)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 전력 센싱부(1115)의 동작에 대해서는 전술된 바와 동일하다.
Meanwhile, the
도 7b를 참조하여 상기 무선 전력 수신장치(200)에 포함된 상기 전원 공급부(290)의 구성에 대하여 설명된다. 상기 전원 공급부(290)는, 전술된 바와 같이, 상기 수신 코일(Rx coil)(2911b) 및 공진 회로(2912)를 포함하도록 구성될 수 있다.The configuration of the
그 외에도, 상기 전원 공급부(290)의 전력 수신부(291)는 공진 현상에 의하여 생성된 교류 전류를 직류로 변환시키는 정류 회로(2913)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 정류 회로(2913)는 전술된 바와 동일하게 구성될 수 있다.In addition, the
또한, 상기 전력 수신부(291)는 정류된 전원의 전압 및/또는 전류를 모니터링하는 전력 센싱부(2914)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 전력 센싱부(2914)는 전술된 바와 동일하게 구성될 수 있다.
The
하나 이상의 전송 코일을 포함하여 구성된 무선 전력 전송장치A wireless power transmission apparatus configured with one or more transmission coils
도 8은 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 공진 결합 방식에 따라 전력을 수신하는 하나 이상의 전송 코일들을 가지도록 구성된 무선 전력 전송장치의 블록도이다.8 is a block diagram of a wireless power transmission apparatus configured to have one or more transmission coils that receive power in accordance with a resonant coupling scheme employable in the embodiments disclosed herein.
도 8을 참조하면, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전송장치(100)의 전력 변환부(111)는 하나 이상의 전송 코일들(1111b-1 내지 1111b-n) 및 각 전송 코일들과 연결된 공진 회로(1116-1 내지 1116-n)를 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 전력 변환부(111)는 상기 하나 이상의 전송 코일들(1111b-1 내지 1111b-n) 중 일부의 코일들의 연결을 수립하고 해제하는 다중화기(Multiplexer)(1113)를 더 포함할 수 있다. 8, the
상기 하나 이상의 전송 코일들(1111b-1 내지 1111b-n)은 동일한 공진 주파수를 갖도록 설정되거나, 일부가 서로 다른 공진 주파수를 갖도록 설정될 수 있다. 이는 상기 하나 이상의 전송 코일들(1111b-1 내지 1111b-n)과 각각 연결된 상기 공진 회로(1116-1 내지 1116-n)들이 어떠한 인덕턴스 및/또는 커패시턴스를 갖는지에 따라 결정된다.The one or more transmission coils 1111b-1 to 1111b-n may be set to have the same resonance frequency, or may be set so that some have different resonance frequencies. Which is determined according to what inductance and / or capacitance the resonant circuits 1116-1 through 1116-n respectively connected to the one or more transmission coils 1111b-1 through 1111b-n have.
이를 위하여, 상기 주파수 조절부(1117)는 상기 하나 이상의 전송 코일들(1111b-1 내지 1111b-n)과 각각 연결된 상기 공진 회로(1116-1 내지 1116-n)들의 인덕턴스 및/또는 커패시턴스를 변경시킬 수 있도록 구성될 수 있다.
The
InIn -- bandband communicationcommunication
도 9는 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전달에 있어서 무선 전력 신호의 변조 및 복조를 통하여 무선 전력 전송장치와 전자 기기 사이에 패킷을 송수신하는 개념을 도시한다.9 illustrates a concept of transmitting and receiving packets between a wireless power transmission device and an electronic device through modulation and demodulation of a wireless power signal in wireless power transmission according to the embodiments disclosed herein.
도 9를 참조하면, 무선 전력 전송장치(100)에 포함된 상기 전력 변환부(111)는 무선 전력 신호를 형성한다. 상기 무선 전력 신호는 상기 전력 변환부(111)에 포함된 전송 코일(1111)을 통하여 형성된다.Referring to FIG. 9, the
상기 전력 변환부(111)에 의하여 형성된 무선 전력 신호(10a)는 전자 기기(200)에 도달하여, 상기 전자 기기(200)에 포함된 전력 수신부(291)를 통하여 수신된다. 상기 형성된 무선 전력 신호는 상기 전력 수신부(291)에 포함된 수신 코일(2911)을 통하여 수신된다.The
상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 전력 수신부(291)와 연결된 상기 변복조부(293)을 제어하여 상기 전자 기기(200)가 상기 무선 전력 신호를 수신하는 중에 상기 무선 전력 신호를 변조(modulation)한다. 상기 수신되는 무선 전력 신호가 변조되는 경우에 상기 무선 전력 신호는 자기장(magnetic field) 또는 전자기장(electro-magnetic field) 내에서 폐루프(closed-loop)를 형성하므로 상기 전자 기기(200)가 상기 무선 전력 신호를 수신하는 중에 상기 무선 전력 신호를 변조(modulation)하는 경우 상기 무선 전력 전송장치(100)는 변조된 무선 전력 신호(10b)를 감지할 수 있다. 상기 변복조부(113)는 상기 감지된 무선 전력 신호를 복조(demodulation)하고, 복조된 무선 전력 신호로부터 상기 패킷을 디코드할 수 있다.The power
한편, 상기 무선 전력 전송장치(100)와 상기 전자 기기(200) 간의 통신에 사용되는 변조 방법은 진폭 변조(Amplitude Modulation)일 수 있다. 전술된 바와 같이, 상기 진폭 변조 방식은 상기 전력 변환부(111)가 형성한 무선 전력 신호(10a)의 진폭을 상기 전자 기기(200) 측의 변복조부(293)가 변경시켜 상기 무선 전력 전송장치(100) 측의 변복조부(293)가 상기 변조된 무선 전력 신호(10b)의 진폭을 검출하는 백스캐터 변조(backscatter modulation) 방식일 수 있다.
Meanwhile, a modulation method used for communication between the wireless
무선 전력 신호의 변조 및 복조Modulation and demodulation of wireless power signals
이하, 도 10 및 도 11을 참조하여 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 상기 전자 기기(200) 사이에서 송수신되는 패킷의 변조 및 복조에 대하여 설명된다.Modulation and demodulation of packets transmitted and received between the wireless
도 10은 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전송에서 전력 제어 메시지를 송수신하기 위한 구성을 도시한다. 도 11은 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전송에서 수행되는 변조 및 복조에서의 신호의 형태를 도시한다.10 illustrates a configuration for transmitting and receiving a power control message in a wireless power transmission according to the embodiments disclosed herein. FIG. 11 illustrates the form of signals in modulation and demodulation performed in a wireless power transmission in accordance with the embodiments disclosed herein.
도 10을 참조하면, 상기 전자 기기(200) 측의 상기 전력 수신부(291)를 통하여 수신되는 무선 전력 신호는 도 11의 (a)에 도시된 바와 같이 변조되지 않은 무선 전력 신호(51)이다. 상기 전력 수신부(291) 내의 공진 형성 회로(2912)에 의하여 설정된 공진 주파수에 따라 상기 전자 기기(200) 및 상기 무선 전력 전송장치(100) 사이에 공진 결합이 이루어지고, 상기 수신 코일(2911b)을 통하여 상기 무선 전력 신호(51)가 수신된다.Referring to FIG. 10, a wireless power signal received through the
전력 수신 제어부(292)는 상기 전력 수신부(291)을 통하여 수신되는 무선 전력 신호(51)를 상기 변복조부(293) 내의 부하 임피던스(Impedance)를 변경시킴으로써 변조한다. 상기 변복조부(293)는 상기 무선 전력 신호(51)를 변조하기 위한 수동 소자(2931) 및 능동 소자(2932)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 변복조부(293)는 상기 무선 전력 전송장치(100)로 전송하고자 하는 패킷이 포함되도록 상기 무선 전력 신호(51)를 변조한다. 이때, 상기 패킷은 상기 변복조부(293) 내의 상기 능동 소자(2932)에 입력될 수 있다.The power
그 후, 상기 무선 전력 전송장치(100) 측의 전력 송신 제어부(112)는 상기 변조된 무선 전력 신호(52)를 포락선 검출(Envelop Detection) 과정을 통하여 복조하고, 상기 검출된 신호(53)를 디지털 데이터(54)로 디코드한다. 상기 복조 과정은 변조된 무선 전력 신호에 의하여 상기 전력 변환부(111)를 흐르는 전류 또는 전압이 HI 상태(HI state) 및 LO 상태(state)로 두 가지 상태로 구분되는 것을 감지하고, 상기 상태들에 따라 구분되는 디지털 데이터를 기초로 상기 전자 기기(200)가 전송하고자 하는 패킷을 획득하는 것이다.Thereafter, the power
이하에서는, 상기 무선 전력 전송장치(100)가 복조된 디지털 데이터로부터 상기 전자 기기(200)가 전송하고자 하는 전력 제어 메시지를 획득하는 과정을 설명한다. Hereinafter, a process of acquiring the power control message to be transmitted by the
도 11의 (b)를 참조하면, 상기 전력 송신 제어부(112)는 포락선 검출된 신호로부터 클럭 신호(CLK)를 이용하여 인코딩된 비트를 검출한다. 상기 검출되는 인코딩된 비트는 상기 전자 기기(200) 측의 변조 과정에서 사용된 비트 인코딩 방법에 따라 인코딩 된 것이다. 어떤 실시 예들에서, 상기 비트 인코딩 방법은 NRZ(non-return to zero)일 수 있다. 어떤 실시 예들에서는, 상기 비트 인코딩 방법이 2-위상(bi-phase) 인코딩일 수 있다.Referring to FIG. 11 (b), the power
예컨대, 어떤 실시 예들에서, 상기 검출되는 비트는 차동 2-위상(differential bi-phase; DBP) 인코딩된 것일 수 있다. 상기 DBP 인코딩에 의하면, 상기 전자 기기(200) 측의 전력 수신 제어부(292)는 데이터 비트 1을 인코딩하기 위하여 두 번의 상태 전이(transitions)를 갖도록 하고, 데이터 비트 0을 인코딩하기 위하여 한 번의 상태 전이를 갖도록 한다. 즉, 데이터 비트 1은 상기 클럭 신호의 상승 에지(rising edge) 및 하강 에지(falling edge)에서 HI 상태 및 LO 상태간의 전이가 발생하도록 인코딩된 것이고, 데이터 비트 0은 상기 클럭 신호의 상승 에지에서 HI 상태 및 LO 상태간의 전이가 발생하도록 인코딩된 것일 수 있다.For example, in some embodiments, the detected bits may be differential bi-phase (DBP) encoded. According to the DBP encoding, the power
한편, 상기 전력 송신 제어부(112)는 비트 인코딩 방법에 따라 검출된 비트열로부터 패킷을 구성하는 바이트 포맷(byte format)을 이용하여 바이트 단위의 데이터를 획득할 수 있다. 어떤 실시 예들에서, 상기 검출된 비트열은 도 11의 (c)에 도시된 바와 같은 11 비트 비동기 직렬 포맷(11-bit asynchronous serial format)을 이용하여 전송된 것일 수 있다. 즉, 바이트의 시작을 알리는 시작 비트(start bit)와 종료를 알리는 종료 비트(stop)를 포함하고, 시작 비트와 종료 비트 사이에 데이터 비트들(b0 내지 b7)을 포함할 수 있다. 또한, 데이터의 오류를 검사하기 위한 패러티 비트(parity bit)가 추가될 수 있다. 상기 바이트 단위의 데이터는 전력 제어 메시지를 포함하는 패킷을 구성한다.
On the other hand, the power
[in-band two-way communication을 지원하는 경우][When in-band two-way communication is supported]
이상, 도 9에는 상기 무선 전력 전송 장치(100)가 형성한 반송파 신호(carrier signal)(10a)를 이용하여 상기 무선 전력 수신장치(200)가 패킷을 송신하는 것에 대하여 도시되었으나, 상기 무선 전력 전송 장치(100)도 위와 유사한 방식으로 상기 무선 전력 수신장치(200)에 데이터를 전송할 수 있다.Although the wireless
즉, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 변복조부(113)를 제어하여 상기 무선 전력 수신장치(200)에 보낼 데이터가 상기 반송파 신호(10a)에 실리도록 변조할 수 있다. 이와 같은 경우 상기 무선 전력 수신장치(200) 측의 상기 전력 수신 제어부(292)가 상기 변조된 상기 반송파 신호(10a)로부터 데이터를 획득할 수 있도록 상기 변복조부(293)를 제어하여 복조를 수행할 수 있다.
That is, the power
패킷 포맷Packet format
이하에서는, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 신호를 이용한 통신에서 사용되는 패킷의 구조가 설명된다.Hereinafter, the structure of a packet used in communication using a wireless power signal according to the embodiments disclosed herein will be described.
도 12는 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전달방법에 사용되는 전력 제어 메시지를 포함하는 패킷을 도시한다.12 illustrates a packet including a power control message used in a wireless power transfer method in accordance with the embodiments disclosed herein.
도 12의 (a)를 참조하면, 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 상기 전자 기기(200)는 전송하고자 하는 데이터를 명령 패킷(command_packet)(510)의 형태로 송수신할 수 있다. 상기 명령 패킷(510)은 헤더(511) 및 메시지(512)를 포함하도록 구성될 수 있다.Referring to FIG. 12 (a), the wireless
상기 헤더(511)는 상기 메시지(512)에 포함되는 데이터의 종류를 지시하는 필드를 포함할 수 있다. 상기 데이터의 종류를 지시하는 필드가 나타내는 값을 기초로 상기 메시지의 크기 및 그 종류가 결정될 수 있다. The
또한, 상기 헤더(511)는 상기 패킷의 발신자를 식별할 수 있는 주소 필드를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 주소 필드는 상기 전자 기기(200)의 식별자 또는 상기 전자 기기(200)가 속한 그룹의 식별자를 나타낼 수 있다. 상기 전자 기기(200)가 상기 패킷(510)을 전송하고자 하는 경우에, 상기 전자 기기(200)는 상기 패킷(510)의 상기 주소 필드가 자신의 식별 정보를 나타내도록 상기 패킷(510)을 생성할 수 있다.In addition, the
상기 메시지(512)는 상기 패킷(510)의 발신자가 전송하고자 하는 데이터를 포함한다. 상기 메시지(512)에 포함되는 데이터는 상대방에 대한 보고 사항(report), 요청 사항(request) 또는 응답 사항(response)일 수 있다.The
한편, 어떤 실시 예에 있어서, 상기 명령 패킷(510)은 도 12의 (b)에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다. 상기 명령 패킷(510)에 포함된 상기 헤더(511)는 일정한 크기로 표현될 수 있다. 예컨대, 상기 헤더(511)는 두 바이트의 크기일 수 있다.Meanwhile, in some embodiments, the
상기 헤더(511)는 수신 주소 필드를 포함하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 수신 주소 필드는 6 비트의 크기일 수 있다.The
상기 헤더(511)는 OCF(Operation command field) 또는 OGF(Operation group field)를 포함하도록 구성될 수 있다. OGF는 상기 전자 기기(200)를 위한 커맨드의 그룹별로 부여되는 값이며, OCF는 상기 전자 기기(200)가 포함된 각 그룹 내에 존재하는 커맨드 별로 부여되는 값이다.The
상기 메시지(512)는 파라미터의 길이(length) 필드(5121)와 파라미터의 값(value) 필드(5122)로 구분하여 표현될 수 있다. 즉, 상기 패킷(510)의 발신자는 상기 메시지를 상기 전송하고자 하는 데이터를 표현하기 위해 필요한 하나 이상의 파라미터의 길이-값 쌍(5121a-5122a 등)의 형태로 구성할 수 있다.The
도 12의 (c)를 참조하면, 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 상기 전자 기기(200)는 상기 명령 패킷(510)에 전송을 위한 프리앰블(520) 및 체크섬(530)을 부가한 패킷의 형태로 상기 데이터를 송수신 할 수 있다.12C, the wireless
상기 프리앰블(520)은 상기 무선 전력 전송장치(100)가 수신되는 데이터와 동기화를 수행하고 상기 명령 패킷(510)의 시작 비트를 정확히 검출하기 위해 사용된다. 상기 프리앰블(520)은 동일한 비트가 반복되도록 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 프리앰블(520)은 상기 DBP 인코딩에 따른 데이터 비트 1이 11번 내지 25번 반복되도록 구성될 수 있다.The
상기 체크섬(530)은 전력 제어 메시지가 전송되는 도중에 상기 명령 패킷(510)에 발생할 수 있는 오류를 감지하기 위하여 사용된다.
The
동작 상태(Operation status ( PhasesPhases ))
이하에서, 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 상기 무선 전력 수신장치(200)의 동작 상태들에 대하여 설명된다.Hereinafter, the operation states of the wireless
도 13은 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전송장치(100) 및 무선 전력 수신장치(200)의 동작 상태들을 도시한다. 또한, 도 14 내지 도 18은 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 무선 전력 수신장치(200)간의 전력 제어 메시지를 포함하는 패킷들의 구조를 도시한다.13 illustrates operating states of a wireless
도 13을 참조하면, 무선 전력 전송을 위한 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 무선 전력 수신장치(200)의 동작 상태는 선택 상태(Selection Phase) (610), 검출 상태(Ping Phase)(620), 식별 및 설정 상태(Identification and Configuration Phase)(630), 그리고 전력 전송 상태(Power Transfer Phase)(640)로 구분될 수 있다.13, the operation states of the wireless
상기 선택 상태(610)에서는 상기 무선 전력 전송장치(100)가 무선으로 전력을 전송할 수 있는 범위 내에 물체(object)들이 존재하는지 여부를 감지하고, 상기 검출 상태(620)에서는 상기 무선 전력 전송장치(100)가 상기 감지된 물체로 검출 신호를 보내고, 상기 무선 전력 수신장치(200)는 상기 검출 신호에 대한 응답을 보낸다.In the selected
또한, 상기 식별 및 설정 상태(630)에서는 상기 무선 전력 전송장치(100)가 이전 상태들을 통하여 선택된 무선 전력 수신장치(200)를 식별하고 전력 전달을 위한 설정 정보를 획득한다. 상기 전력 전송 상태(640)에서는 상기 무선 전력 전송장치(100)가, 상기 무선 전력 수신장치(200)로부터 수신한 제어 메시지에 대응하여 전송하는 전력을 조절하면서, 상기 무선 전력 수신장치(200)로 전력을 전송한다.Also, in the identification and setting state 630, the wireless
이하에서는, 상기 각 동작 상태를 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the respective operation states will be described in detail.
1) 선택 상태 (1) Selection status ( SelectionSelection PhasePhase ))
상기 선택 상태(610)에 있는 무선 전력 전송장치(100)는 감지 영역 내에 존재하는 무선 전력 수신장치(200)를 선택하기 위하여 검출 과정을 수행한다. 상기 감지 영역은, 전술된 바와 같이, 해당 영역 내의 물체가 상기 전력 변환부(111)의 전력의 특성에 영향을 미칠 수 있는 영역을 말한다. 상기 검출 상태(620)와 비교하여, 상기 선택 상태(610)에서 무선 전력 수신장치(200)의 선택을 위한 검출 과정은 전력 제어 메시지를 이용하여 상기 무선 전력 수신장치(200)로부터 응답을 수신하는 방식 대신에, 상기 무선 전력 전송장치(100) 측의 전력 변환부에서 무선 전력 신호를 형성하기 위한 전력량이 변화하는 것을 감지하여 일정 범위 내에 물체가 존재하는지 확인하는 과정이다. 상기 선택 상태(610)에서의 검출 과정은 후술될 검출 상태(620)에서 디지털 형식의 패킷을 이용하지 아니하고 무선 전력 신호를 이용하여 물체를 검출하는 점에서 아날로그 검출 과정(analog ping)으로 불릴 수 있다.The wireless
상기 선택 상태(610)의 무선 전력 전송장치(100)는 상기 감지 영역 내에 물체가 들어오고 나가는 것을 감지할 수 있다. 또한, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 감지 영역 내에 있는 물체들 중에서 무선으로 전력을 전달할 수 있는 무선 전력 수신장치(200)와 그 밖의 물체들(예를 들어, 열쇠, 동전 등)을 구분할 수 있다.The wireless
전술된 바와 같이, 유도 결합 방식 및 공진 결합 방식에 따라 무선으로 전력을 전송할 수 있는 거리가 다르므로 상기 선택 상태(610)에서 물체가 검출되는 감지 영역은 서로 다를 수 있다.As described above, since the distance over which the electric power can be transmitted wirelessly differs according to the inductive coupling method and the resonant coupling method, the sensing area where the object is detected in the selected
먼저, 유도 결합 방식에 따라 전력이 전송되는 경우에 상기 선택 상태(610)의 무선 전력 전송장치(100)는 물체들의 배치 및 제거를 감지하기 위하여 인터페이스 표면(미도시)을 모니터링할 수 있다.First, when power is transmitted according to the inductive coupling scheme, the wireless
또한, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 인터페이스 표면의 상부에 놓인 무선 전력 수신장치(200)의 위치를 감지할 수도 있다. 전술된 바와 같이, 하나 이상의 전송 코일을 포함하도록 형성된 무선 전력 전송장치(100)는 상기 선택 상태(610)에서 상기 검출 상태(620)로 진입하고, 상기 검출 상태(620)에서 각각의 코일을 이용하여 상기 물체로부터 검출 신호에 대한 응답이 전송되는지 여부를 확인하거나 또는 그 후 상기 식별 상태(630)로 진입하여 상기 물체로부터 식별 정보가 전송되는지 여부를 확인하는 방법을 수행할 수 있다. 상기 무선 전력 전송장치(100)는 이와 같은 과정을 통하여 획득한 상기 감지된 무선 전력 수신장치(200)의 위치에 기초하여 무선 전력 전송에 사용될 코일을 결정할 수 있다.In addition, the wireless
또한, 공진 결합 방식에 따라 전력이 전송되는 경우에 상기 선택 상태(610)의 무선 전력 전송장치(100)는 상기 감지 영역 내의 물체로 인한 상기 전력 변환부의 주파수, 전류, 전압 중 하나 이상이 변경되는 것을 감지함으로 써 상기 물체를 검출할 수 있다.In addition, when power is transmitted according to the resonant coupling scheme, the wireless
한편, 상기 선택 상태(610)의 무선 전력 전송장치(100)는 상기 유도 결합 방식 및 공진 결합 방식에 따른 검출 방법 중 적어도 하나의 방법에 의하여 물체를 검출할 수 있다. 상기 무선 전력 전송장치(100)는 각 전력 전송 방식에 따른 물체 검출 과정을 수행하고, 이후에 다른 상태들(620, 630, 640)로 진행하기 위하여 무선 전력 전달을 위한 결합 방식 중에서 상기 물체를 검출한 방식을 선택할 수 있다.Meanwhile, the wireless
한편, 상기 선택 상태(610)의 무선 전력 전송장치(100)는 물체를 검출하기 위하여 형성하는 무선 전력 신호와 이후 상태들(620, 630, 640)에서의 디지털 검출, 식별, 설정 및 전력 전송을 위하여 형성하는 무선 전력 신호는 그 주파수, 세기 등의 특성이 다를 수 있다. 이는 상기 무선 전력 전송장치(100)의 선택 상태(610)는 물체를 검출하기 위한 대기 상태(idle phase)에 해당하여, 상기 무선 전력 전송장치(100)가 대기 중의 소비 전력을 줄이거나, 또는 효율적인 물체 검출을 위하여 특화된 신호를 생성시킬 수 있도록 하기 위함이다.
On the other hand, the wireless
2) 검출 상태 (2) Detection status ( PingPing PhasePhase ) )
상기 검출 상태(620)에 있는 상기 무선 전력 전송장치(100)가 전력 제어 메시지를 통해 상기 감지 영역 내에 존재하는 무선 전력 수신장치(200)를 검출하는 과정을 수행한다. 상기 선택 상태(610)에서 무선 전력 신호의 특성 등을 이용한 무선 전력 수신장치(200)의 검출 과정과 비교하여, 상기 검출 상태(620)에서의 검출 과정은 디지털 검출 과정(digital ping)이라 불릴 수 있다.The wireless
상기 검출 상태(620)에서 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 무선 전력 수신장치(200)를 검출하기 위한 무선 전력 신호를 형성하고, 상기 무선 전력 수신장치(200)에 의하여 변조된 무선 전력 신호를 복조하고, 상기 복조된 무선 전력 신호로부터 상기 검출 신호에 대한 응답에 해당하는 디지털 데이터 형태의 전력 제어 메시지를 획득한다. 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 검출 신호에 대한 응답에 해당하는 전력 제어 메시지를 수신함으로써 전력 전송의 대상이 되는 상기 무선 전력 수신장치(200)를 인지 할 수 있다.In the
상기 검출 상태(620)에 있는 상기 무선 전력 전송장치(100)가 디지털 검출 과정을 수행하기 위하여 형성하는 검출 신호는 특정 동작 포인트(operating point)의 전력 신호를 일정한 시간 동안 인가함으로써 형성되는 무선 전력 신호일 수 있다. 상기 동작 포인트는 전송 코일(Tx coil)에 인가되는 전압의 주파수, 듀티 사이클(duty cycle) 및 진폭을 의미할 수 있다. 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 특정 동작 포인트의 전력 신호를 인가함으로써 생성된 상기 검출 신호를 일정한 시간 동안 생성하고, 상기 무선 전력 수신장치(200)로부터 전력 제어 메시지를 수신할 것을 시도할 수 있다.The detection signal formed by the wireless
한편, 상기 검출 신호에 대한 응답에 해당하는 전력 제어 메시지는 상기 무선 전력 수신장치(200)가 수신한 무선 전력 신호의 강도(strength)를 나타내는 메시지일 수 있다. 예를 들어, 상기 무선 전력 수신장치(200)는 도 14에 도시된 바와 같은 상기 검출 신호에 대한 응답으로서 수신된 무선 전력 신호의 강도를 나타내는 메시지가 포함된 신호 강도 패킷(Signal Strength Packet)( 5100)을 전송할 수 있다. 상기 패킷(5100)은 신호 강도를 나타내는 패킷임을 알리는 헤더(5120) 및 상기 무선 전력 수신장치(200)가 수신한 전력 신호의 강도를 나타내는 메시지(5130)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 메시지(5130) 내의 전력 신호의 강도는 상기 무선 전력 전송장치(100)와 상기 무선 전력 수신장치(200) 사이의 전력 전송을 위한 유도 결합 또는 공진 결합의 정도(degree of coupling)를 나타내는 값일 수 있다.Meanwhile, the power control message corresponding to the response to the detection signal may be a message indicating the strength of the wireless power signal received by the wireless
상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 검출 신호에 대한 응답 메시지를 수신하여 상기 무선 전력 수신장치(200)를 발견한 후에, 상기 디지털 검출 과정을 연장하여 식별 및 검출 상태(630)로 진입할 수 있다. 즉, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 무선 전력 수신장치(200)를 발견한 후에 상기 특정 동작 포인트의 전력 신호를 유지하여 상기 식별 및 검출 상태(630)에서 필요한 전력 제어 메시지를 수신할 수 있다.After receiving the response message to the detection signal and finding the wireless
다만, 상기 무선 전력 전송장치(100)가 전력을 전달할 수 있는 무선 전력 수신장치(200)를 발견하지 못한 경우, 상기 무선 전력 전송장치(100)의 동작 상태는 상기 선택 상태(610)로 되돌아갈 수 있다.
However, if the wireless
3) 식별 및 설정 상태 (3) Identification and setting status ( IdentificationIdentification andand ConfigurationConfiguration PhasePhase ))
상기 식별 및 설정 상태(630)의 무선 전력 전송장치(100)는 상기 무선 전력 수신장치(200)가 전송하는 식별 정보 및/또는 설정 정보를 수신하여 전력 전달이 효율적으로 이루어지도록 제어할 수 있다.The wireless
상기 식별 및 설정 상태(630)에서 상기 무선 전력 수신장치(200)는 자신의 식별 정보를 포함하는 전력 제어 메시지를 전송할 수 있다. 이를 위하여, 상기 무선 전력 수신장치(200)는, 예컨대, 도 15a에 도시된 바와 같은 무선 전력 수신장치(200)의 식별 정보를 나타내는 메시지가 포함된 식별 패킷(Identification Packet)(5200) 을 전송할 수 있다. 상기 패킷(5200)은 식별 정보를 나타내는 패킷임을 알리는 헤더(5220) 및 상기 무선 전력 수신장치의 식별 정보를 포함하는 메시지(5230)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 메시지(5230)는 무선 전력 전송을 위한 규약의 버전을 나타내는 정보(2531 및 5232), 상기 무선 전력 수신장치(200)의 제조 업체를 식별하는 정보(5233), 확장 장치 식별자의 유무를 나타내는 정보(5234) 및 기본 장치 식별자(5235)를 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 확장 장치 식별자의 유무를 나타내는 정보(5234)에 확장 장치 식별자가 존재하는 것으로 표시되는 경우, 도 15b에 도시된 바와 같은 확장 장치 식별자를 포함한 확장 식별 패킷(Extended Identification Packet)(5300) 이 별도로 전송될 수 있다. 상기 패킷(5300)은 확장 장치 식별자를 나타내는 패킷임을 알리는 헤더(5320) 및 확장 장치 식별자를 포함하는 메시지(5330)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 같이 확장 장치 식별자가 사용되는 경우에, 상기 무선 전력 수신장치(200)를 식별하기 위하여 상기 제조 업체의 식별 정보(5233), 상기 기본 장치 식별자(5235) 및 상기 확장 장치 식별자(5330)에 기초한 정보가 사용될 수 있다.In the identifying and setting state 630, the wireless
상기 식별 및 설정 상태(630)에서 상기 무선 전력 수신장치(200)는 예상 최대 전력에 대한 정보를 포함하는 전력 제어 메시지를 전송할 수 있다. 이를 위하여, 상기 무선 전력 수신장치(200)는, 예컨대, 도 16에 도시된 바와 같은 설정 패킷(Configuration Packet)(5400) 을 전송할 수 있다. 상기 패킷은 설정 패킷임을 알리는 헤더(5420) 및 상기 예상 최대 전력에 대한 정보를 포함하는 메시지(5430)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 메시지(5430)는 전력 클래스(5431), 예상 최대 전력에 대한 정보(5432), 무선 전력 전송장치 측의 주요 셀의 전류를 결정하는 방법을 나타내는 지시자(5433), 선택적인 설정 패킷들의 수(5434)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 지시자(5433)는 무선 전력 전송을 위한 규약에 명시된 대로 상기 무선 전력 전송장치 측의 주요 셀의 전류가 결정될 것인지 여부를 나타내는 것일 수 있다.In the identifying and setting state 630, the wireless
한편, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 식별 정보 및/또는 설정 정보를 기초로 상기 무선 전력 수신장치(200)와 전력 충전에 사용되는 전력 전달 규약(power transfer contract)을 생성할 수 있다. 상기 전력 전달 규약은 상기 전력 전달 상태(640)에서의 전력 전달 특성을 결정하는 파라미터들의 한정 사항들(limits)을 포함할 수 있다.Meanwhile, the wireless
상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 전력 전달 상태(640)로 진입하기 전에 상기 식별 및 설정 상태(630)를 종료하고, 상기 선택 상태(610)로 되돌아 갈 수 있다. 예컨대, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 무선으로 전력을 수신할 수 있는 다른 무선 전력 수신장치를 찾기 위하여 상기 식별 및 설정 상태(630)를 종료할 수 있다.
The wireless
4) 전력 전송 상태 (4) Power transmission status ( PowerPower TransferTransfer PhasePhase ))
상기 전력 전송 상태(640)에서의 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 무선 전력 수신장치(200)로 전력을 전송한다. The wireless
상기 무선 전력 전송장치(100)는 전력을 전송하는 도중에 상기 무선 전력 수신장치(200)로부터 전력 제어 메시지를 수신하고, 상기 수신한 전력 제어 메시지에 대응하여 상기 전송 코일에 인가되는 전력의 특성을 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 전송 코일의 전력 특성을 조절하기 위해 사용되는 전력 제어 메시지는 도 17에 도시된 바와 같은 제어 오류 패킷(Control Error Packet)( 5500)에 포함될 수 있다. 상기 패킷(5500)은 제어 오류 패킷임을 알리는 헤더(5520)와 제어 오류 값을 포함하는 메시지(5530)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 제어 오류 값에 따라 상기 전송 코일에 인가되는 전력을 조절할 수 있다. 즉, 상기 전송 코일에 인가되는 전류는 상기 제어 오류 값이 0인 경우에 유지되고, 음수(negative value)인 경우에 감소되고, 양수(positive value)인 경우에 증가하도록 조절될 수 있다.The wireless
상기 전력 전송 상태(640)에서 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 식별 정보 및/또는 설정 정보를 기초로 생성된 전력 전달 규약(power transfer contract) 내의 파라미터들을 모니터링할 수 있다. 상기 파라미터들을 모니터링한 결과, 상기 무선 전력 수신장치(200)와의 전력 전송이 상기 전력 전달 규약 내에 포함되어 있는 한정 사항들을 위반하게 되는 경우에는 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 전력 전송을 취소하고 상기 선택 상태(610)로 되돌아갈 수 있다.In the
상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 무선 전력 수신장치(200)로부터 전달된 전력 제어 메시지를 기초로 상기 전력 전송 상태(640)를 종료할 수 있다. The wireless
예를 들어, 상기 무선 전력 수신장치(200)가 전달된 전력을 이용하여 배터리를 충전하는 도중에 상기 배터리의 충전이 완료된 경우 상기 무선 전력 전송장치(100)로 무선 전력 전송을 중지할 것을 요청하는 전력 제어 메시지를 전달할 수 있다. 이 경우, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 전력 전송의 중지를 요청하는 메시지를 수신한 후, 무선 전력 전송을 종료하고 상기 선택 상태(610)로 되돌아 갈 수 있다.For example, if the charging of the battery is completed while the wireless
또 다른 예를 들어, 상기 무선 전력 수신장치(200)는 이미 생성된 전력 전달 규약을 갱신하기 위하여 재협상(renegotiation) 또는 재설정(reconfigure)을 요청하는 전력 제어 메시지를 전달할 수 있다. 상기 무선 전력 수신장치(200)는 현재 전송되는 전력량보다 많거나 적은 양의 전력이 필요한 경우에 상기 전력 전달 규약의 재협상을 요청하는 메시지를 전달할 수 있다. 이 경우, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 전력 전달 규약의 재협상을 요청하는 메시지를 수신한 후, 무선 전력 전송을 종료하고 상기 식별 및 설정 상태(630)로 되돌아 갈 수 있다.As another example, the wireless
이를 위하여, 상기 무선 전력 수신장치(200)가 전송하는 메시지는, 예컨대, 도 18에 도시된 바와 같은 전력 전송 중단 패킷(End Power Transfer Packet)(5600)일 수 있다. 상기 패킷(5600)은 전력 전송 중단 패킷임을 알리는 헤더(5620) 및 중단의 이유를 나타내는 전력 전송 중단 코드를 포함하는 메시지(5630)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 전력 전송 중단 코드는 충전 완료(Charge Complete), 내부 오류(Internal Fault), 과열(Over Temperature), 과전압(Over Voltage), 과전류(Over Current), 배터리 오류(Battery Failure), 재설정(Reconfigure), 무응답(No Response), 알려지지 않은 오류(Unknown) 중 어느 하나를 나타낼 수 있다.
To this end, the message transmitted by the wireless
다수의 전자 기기의 통신 방법A communication method of a plurality of electronic devices
이하, 하나의 무선 전력 송신장치로부터 하나 이상의 전자 기기들이 무선 전력 신호를 이용하여 통신을 수행하는 방법이 설명된다.Hereinafter, a method in which one or more electronic devices from one wireless power transmission apparatus performs communication using a wireless power signal will be described.
도 19는 무선 전력 전송장치가 하나 이상의 무선 전력 수신장치들에게 전력을 전달하는 방법을 도시한 개념도이다.19 is a conceptual diagram showing a method by which a wireless power transmission apparatus transmits electric power to one or more wireless power reception apparatuses.
상기 무선 전력 전송장치(100)는 하나 이상의 무선 전력 수신 장치(200, 200')들을 위하여 전력을 전송할 수 있다. 도 19에는 두 개의 전자 기기들(200, 200')이 도시되어 있으나, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 방법은 도시된 전자 기기들의 숫자로 제한되지 아니한다. The wireless
상기 무선 전력 전송장치(100)의 무선 전력 전달 방식에 따라 상기 활동 영역 및 감지 영역은 차이가 있다. 따라서, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 공진 결합 방식의 활동 영역 또는 감지 영역에 배치된 무선 전력 수신장치가 존재하는지 여부, 또는 유도 결합 방식의 활동 영역 또는 감지 영역에 배치된 무선 전력 수신 장치가 존재하는지 여부를 판단할 수 있다. 상기 판단 결과에 따라 각 무선 전력 전달 방식을 지원 하는 상기 무선 전력 전송 장치(100)는 각 무선 전력 수신장치에 대하여 전력 전달 방식을 변경할 수 있다.The active area and the sensing area differ depending on the wireless power transmission scheme of the wireless
본 명세서에 개시된 실시 예들에 따른 무선 전력 전송에서는, 상기 무선 전력 전송장치(100)가 동일한 무선 전력 전달 방식으로 하나 이상의 전자 기기들(200, 200')을 위하여 전력을 전송하는 경우에 상기 전자 기기들(200, 200')이 서로간 충돌 없이 상기 무선 전력 신호를 통하여 통신을 수행할 수 있다. In the wireless power transmission according to the embodiments disclosed herein, when the wireless
도 19에 도시된 바와 같이, 상기 무선 전력 전송장치(100)에 의하여 형성된 무선 전력 신호(10a)는 제 1 전자 기기(200') 및 제 2 전자 기기(200)에 도달한다. 상기 제 1 전자 기기(200') 및 제 2 전자 기기(200)는 상기 형성된 무선 전력 신호를 이용하여 전력 제어 메시지를 전송할 수 있다.The
상기 제 1 전자 기기(200') 및 제 2 전자 기기(200)는 무선 전력 신호를 수신하는 전력 수신장치로 동작한다. 본 명세서에 개시된 실시 예들에 따른 상기 전력 수신장치는 상기 형성된 무선 전력 신호를 수신하는 전력 수신부(291', 291); 상기 수신된 무선 전력 신호에 대하여 변조 및 복조를 수행하는 변복조부(293', 293); 및 전력 수신장치의 각 구성요소들을 제어하는 제어부(292', 292)를 포함하도록 구성될 수 있다.
The first electronic device 200 'and the second
이상에서는 WPC 규격을 중심으로 본 발명의 무선 전력 송수신 방법에 대하여 설명하였다. 나아가, 본 발명에서는 무선 전력 전송장치가 단일 코일을 조합하여, 서로 다른 규격을 따르는 무선 전력 수신장치들에게 전력을 각 규격에 적합하게 전달하는 방법을 제시한다. 나아가, 본 발명에서는 WPC 규격과 PMA 규격의 호환이 가능하면서도 수신장치들의 위치 자유도를 확장하는 새로운 형태의 다중 코일 솔루션을 제공한다. 이하, 이에 대하여 보다 상세히 설명한다.
The wireless power transmission / reception method of the present invention has been described above with reference to the WPC standard. Further, the present invention proposes a method of combining a single coil to deliver power to radio power receiving devices conforming to different standards in accordance with each standard. Furthermore, the present invention provides a new type of multi-coil solution that is compatible with the WPC standard and the PMA standard, while also extending the degree of positional freedom of receiving apparatuses. Hereinafter, this will be described in more detail.
단일 코일을 조합하여 서로 다른 규격을 호환하는 동작 영역 확장 방법A method of extending the operating range by combining a single coil and compliant with different specifications
이하, 도 20 내지 도 27을 참조하여, 무선 전력 전송방법, 무선 전력 전송장치 및 무선 충전 시스템에서 동작 영역 확장 방법에 대하여 설명한다. 보다 구체적으로, 단일 코일을 조합하여 WPC 규격과 PMA 규격에 대해 두 가지 수신장치에 모두 대응될 수 있는 무선 전력 전송장치의 구조와 함께, 코일의 제어방법에 대하여 설명한다.
Hereinafter, with reference to FIG. 20 to FIG. 27, a description will be given of a wireless power transmission method, a wireless power transmission device, and a method of expanding an operation area in the wireless charging system. More specifically, a method of controlling a coil, together with a structure of a wireless power transmission device that can be matched to both WPC standards and PMA standards by combining a single coil, will be described.
WPC 및 PMA 규격은 자기유도(Magnetic Induction, MI) 방식 무선충전 표준 중에서 현재 가장 널리 사용되고 있는 양대 표준이다. WPC 및 PMA 규격은 기본 원리는 같지만 주파수를 달리하며, WPC 규격은 주로 코일방식이 사용됨에 반해, PMA 규격은 PCB 기판에 에칭하여 스파이럴 코일 형태의 패턴을 형성한 방식이 주로 사용된다.The WPC and PMA standards are the two most widely used standards among magnetic induction (MI) wireless charging standards. WPC and PMA standards have the same basic principle but different frequencies, and the WPC standard is mainly used in the coil type, whereas the PMA standard is used in which a spiral coil pattern is formed by etching the PCB substrate.
그러나 이들 두 가지 유도 방식 무선충전 표준은 서로 호환이 되지 않는다는 문제점이 있다. 따라서, 서로 다른 두 개의 규격을 동시에 만족하는 단일한 방식의 코일은 존재하지 않는다. 다만, 나중에 제정된 PMA에는 WPC와 유사한 코일의 규격이 존재하는데, 본 발명에서는 이러한 유사한 코일의 규격을 이용한 다중코일 솔루션을 제공한다. 즉, 본 발명에서는 무선 충전을 함에 있어 WPC 규격을 따르는 수신장치와 PMA 규격을 따르는 수신장치에 대해 호환이 가능한 전송장치의 다중코일 형태를 제시한다. However, these two inductive wireless charging standards are not compatible with each other. Therefore, there is no single type of coil that satisfies two different specifications at the same time. However, there is a coil standard similar to the WPC in the PMA formed later. In the present invention, a multi-coil solution using the similar coil standard is provided. That is, in the present invention, a multi-coil type of a transmission apparatus compatible with a WPC standard and a PMA standard compliant transmission apparatus is presented in wireless charging.
도 20 및 도 21은 단일 코일이 조합된 전송장치의 송신부를 나타내는 평면도 및 정면도이고, 도 22a 및 도 22b는 도 20에 도시된 제1종코일의 평면도 및 정면도이고, 도 23a 및 도 23b는 도 20에 도시된 제2종코일의 평면도 및 정면도이며, 도 24a 및 도 24b는 도 21의 전송장치의 변형예를 나타내는 정면도이다.Figs. 20 and 21 are a plan view and a front view showing a transmitting portion of a transmission device in which a single coil is combined, Figs. 22A and 22B are a plan view and a front view of the first kind coil shown in Fig. 20, 20 is a plan view and a front view of a second kind coil shown in Fig. 20, and Figs. 24A and 24B are front views showing a modification of the transmission device of Fig.
도 20 및 도 21에 의하면, 무선 전력 전송장치는 제1코일(3111), 제2코일(3112) 및 제3코일(3120)을 포함한다.20 and 21, the wireless power transmission apparatus includes a
상기 제1코일(3111)은 전류를 자속으로 변환시키도록 형성되는 코일로서, 적어도 일부가 직선인 사변형으로 권선된다. 이러한 예로서, 제1코일(3111)은 사각형 형상을 이루도록 권선된 코일이 될 수 있다. 상기 제2코일(3112)은 평면상에서 상기 제1코일(3111)과 인접하게 배치되며, 상기 제1코일(3111)과 동일한 형상으로 이루어진다. 또한, 상기 제1코일(3111) 및 제2코일(3112)은 동일평면상에 배치될 수 있다.The
보다 구체적으로 상기 제2코일(3112)은 제1코일(3111)과 같이 사각형 형상을 이루도록 권선된 코일이 될 수 있다. 상기 제1코일(3111)과 제2코일(3112)은 동일한 종류의 코일임에 반해, 상기 제3코일(3120)은 상기 제1코일(3111) 및 제2코일(3112)과 다른 형상으로 이루어진다. 따라서 상기 제3코일(3120)은 제1종코일로 지칭되고, 상기 제1코일(3111)과 제2코일(3112)은 제2종코일로 지칭될 수 있다.More specifically, the
도 22a 및 도 22b에 의하면, 제2종코일은 단일 레이어로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2종코일은 평면상에서 1층으로 사각형 형상을 이루도록 권선된다. 이러한 예로서, 상기 제2종코일은 WPC 규격을 따르는 코일이 될 수 있다. According to Figs. 22A and 22B, the second kind coil can be formed as a single layer. For example, the second type coil is wound in a rectangular shape in one layer on a plane. As an example, the second type coil may be a coil conforming to the WPC standard.
보다 구체적으로, 제2종코일은, WPC 규격의 A6 또는 A13을 따라, 105 strands of no. 40 AWG (0.08 mm diameter)를 가지는 17 AWG (1.15 mm diameter)의 2 litz 와이어가 감겨서 사각형 형상을 가지며, 단일 레이어로 구성되는 코일이 될 수 있다.More specifically, the second kind coils are wound in accordance with WPC standard A6 or A13, 105 strands of no. A 17 AWG (1.15 mm diameter) 2 litz wire with 40 AWG (0.08 mm diameter) can be a coil with a rectangular shape with a single layer.
제2종코일은 코일이 형성되지 않아 빈 공간으로 이루어진 중앙영역(3113)과, 상기 중앙영역(3113)의 외주를 따라 형성되며 코일이 권선된 코일영역(3114)을 구비할 수 있다.The second type coil may include a
예를 들어, 상기 코일의 외곽 길이(outer length, 사각형의 외곽밑변 길이)는 53.2±0.5 mm 이고 외곽 폭(outer width, 사각형의 외곽측변 길이)은 45.2±0.5 mm 이고, 안쪽 길이(inner length, 중앙영역의 밑변 길이)는 27.5±0.5 mm 이고, 안쪽 폭(inner width, 중앙영역의 측변 길이)은 19.5±0.5 mm 가 될 수 있다. 또한, 상기 코일은 두께(thickness)가 1.5±0.5 mm 가 되며, 상기 와이어는 상기 단일 레이어에서 12번 감기도록 이루어진다. For example, the outer length of the coil is 53.2 ± 0.5 mm, the outer width is 45.2 ± 0.5 mm, and the inner length, The base length of the central region) is 27.5 ± 0.5 mm, and the inner width (lateral length of the central region) is 19.5 ± 0.5 mm. Also, the coil has a thickness of 1.5 +/- 0.5 mm, and the wire is wound twelve times in the single layer.
다시, 도 20 및 도 21을 참조하면, 상기 제3코일(3120)은 적어도 일부가 상기 제1코일(3111) 및 제2코일(3112)에 각각 오버랩되도록 배치된다. 보다 구체적인 예로서, 상기 제3코일(3120)은 상기 제1코일(3111) 및 제2코일(3112)을 모두 덮도록 양 코일의 사이에 중심이 위치하게 된다.20 and 21, at least a portion of the
이 경우에, 상기 제1코일(3111)의 외각변과 제2코일(3112)의 외곽변은 각각 서로 평행하게 배치될 수 있다. 또한, 상기 제1코일(3111) 및 제2코일(3112)은 사각형 형상의 외곽변들이 서로 맞닿도록 형성될 수 있다. 상기 제3코일(3120)은 상기 제1코일(3111) 및 제2코일(3112)의 중심들의 사이에 배치될 수 있다. 이러한 예로서, 제1코일(3111), 제2코일(3112) 및 제3코일(3120)의 조합은 상기 제3코일(3120)의 중심을 기준으로 좌우대칭인 형상이 될 수 있다. 이러한 구조에 의하여, 상기 제3코일(3120)과 상기 제1코일(3111)이 오버랩되는 크기는 상기 제3코일(3120)과 상기 제2코일(3112)이 오버랩되는 크기와 동일하게 될 수 있다.In this case, the outer side of the
이와 같이 본 발명에서 코일의 조합은 제1종코일과 제2종코일이 오버랩되는 다중코일이 될 수 있다.Thus, in the present invention, the combination of the coils may be a multiple coil in which the first kind coil and the second type coil overlap each other.
도 23a 및 도 23b에 의하면, 제1종코일은 복수 레이어로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1종코일은 멀티층으로 원형 형상을 이루도록 권선된다. 이러한 예로서, 상기 제1종코일은 WPC 규격을 따르는 코일이 될 수 있다. 23A and 23B, the first kind coil can be formed in a plurality of layers. For example, the first type coil is wound to form a multi-layer circular shape. As an example, the first type coil may be a coil conforming to the WPC standard.
보다 구체적으로, 제1종코일은 제2종코일과 동일하게 105 strands of no. 40 AWG (0.08 mm diameter)를 가지는 17 AWG (1.15 mm diameter)의 2 litz 와이어로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1종코일은 WPC 규격의 A1 또는 A17을 따라, 105 strands of no. 40 AWG (0.08 mm diameter)를 가지는 17 AWG (1.15 mm diameter)의 2 litz 와이어가 감겨서 원형 형상을 가지며, 복수 레이어로 구성되는 코일이 될 수 있다. 도시에 따르면, 상기 제1종코일은 복수 레이어를 이루기 위하여 내부에서 연결되어 2층으로 권선될 수 있다.More specifically, the first kind coil has 105 strands of no. It can be composed of 2 litz wires of 17 AWG (1.15 mm diameter) with 40 AWG (0.08 mm diameter). For example, a first type coil may be manufactured in accordance with A1 or A17 of the WPC standard, 105 strands of no. A 17-AWG (1.15 mm diameter) 2-litz wire with 40 AWG (0.08 mm diameter) has a round shape with a coiled shape and can be a coil of multiple layers. According to the embodiment, the first type coil may be internally connected to form a plurality of layers, and may be wound in two layers.
도시에 의하면, 상기 제1종코일은 원형에서 코일이 형성되지 않아 빈 공간으로 이루어진 중앙영역(3123)과, 상기 중앙영역(3123)의 외주를 따라 형성되며 코일이 권선된 코일영역(3124)을 구비할 수 있다. 코일영역(3124)은 2층으로 꼬임감기 된 (그리스 알파벳 ‘α’형태) 권선 코일로 이루어지고, 중앙영역(3123)에는 빈공간으로 이루어진다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제1종코일은 회로기판(PCB)의 2층을 적층한 형태로도 구현될 수 있으며, 중앙영역(3123)에는 자석이 배치될 수도 있다.The first kind of the first kind of coil has a
상기 코일의 외곽 직경(outer diameter, 외곽원의 직경)는, 예를 들어, 43±0.5 mm 이고, 안쪽 직경(inner diameter, 중앙영역의 직경)는 20.5±0.5 mm 가 될 수 있다. 또한, 상기 코일은 두께(thickness)가 2.1±0.5 mm 가 되며, 상기 와이어는 일 레이어 당 10번 감겨서 2층으로 구성될 수 있다. The outer diameter (outer diameter) of the coil may be, for example, 43 ± 0.5 mm and the inner diameter (diameter of the central region) may be 20.5 ± 0.5 mm. In addition, the coil has a thickness of 2.1 +/- 0.5 mm, and the wire may be composed of two layers of 10 turns per layer.
이와 같이, 상기 제1종코일은 PMA 규격의 코일과 유사하게 형성되며, 이를 통하여 제3코일(3120)은 WPC 규격 및 PMA 규격을 함께 따르는 코일이 될 수 있다. 본 발명에서는 상기 제1종코일을 WPC 규격과 PMA 규격의 호환코일로서 이용한다.As such, the first type coil is formed similarly to the coil of the PMA standard, and the
다시, 도 20 및 도 21을 참조하면, 상기 제3코일(3120)의 일면에는 상기 제1코일(3111) 및 제2코일(3112)이 적층된다. 즉, 제2종코일의 하부에 제1종코일이 배치될 수 있다.Referring again to FIGS. 20 and 21, the
상기 제1종코일은 동일한 굵기의 와이어를 2층으로 권선하기 때문에 1층로 권선하는 사각형 코일보다 두껍다. 송신 코일과 충전기의 표면까지 거리는 일반적으로 3mm의 거리로 제한된다. 따라서 충전영역을 겹치도록 하기 위한 구조적인 방법으로써 두꺼운 제1종코일을 얇은 제2종코일의 아래에 놓아 송신 코일과 표면까지의 거리를 유지시킨다. 또한, 제1종코일과 함께 충전영역이 분리되지 않으면서 서로 겹치도록 만들기 위해서 제2종코일은 사각형 코일로 형성되는 것이다. 특히 코일의 내부 영역이 최대한 겹쳐야만 충전영역이 분리되지 않으므로, 본 예시에서는 사각형 코일들이 서로 인접하고, 사각형 코일들의 경계에 원형 코일의 중심이 배치된다.The first kind of coil is thicker than the square coil which winds up in one layer because the wire of the same thickness is wound in two layers. The distance to the surface of the transmitter coil and the charger is generally limited to a distance of 3 mm. Therefore, as a structural method for overlapping the charged regions, a thick first-type coil is placed underneath the thin second-type coil to maintain the distance from the transmitting coil to the surface. In addition, the second type coil is formed of a rectangular coil so as to overlap with the first type coil without overlapping the charged regions. In particular, in this example, the rectangular coils are adjacent to each other and the center of the circular coil is disposed at the boundary of the rectangular coils, in particular, since the charging region is not separated unless the inner region of the coil is maximally overlapped.
도시에 따르면, 상기 제3코일(3120)의 타면(제1코일 및 제2코일이 적층되는 면의 반대면)에는 상기 차폐부재(3130)가 배치된다. 즉, 제1종코일의 하부에는 차폐부재(3130)가 배치된다.The shielding
상기 차폐부재(3130)는 생성되는 자기장을 베이스 스테이션(base station)에 대하여 제한하도록 상기 제1코일(3111) 및 제2코일(3112)보다 상기 제3코일(3113)에 인접하도록 배치된다.The shielding
이 경우에, 상기 베이스 스테이션(base station)은 휴대전자기기의 바디(body, 또는 본체)나 차량의 충전거치대 등이 될 수 있다. 상기 베이스 스테이션은 근접 범위 유도 전력(near field inductive power)을 제공할 수 있는 장치로서, 동작영역(Active Area)을 가지게 된다. 동작영역은 베이스 스테이션이 전력을 휴대전자기기나 충전거치대에 공급할 때에, 자속이 관통하게 되는 베이스 스테이션의 인터페이스 면의 일부분이 될 수 있다. 이 경우에, 상기 송신 코일(제1코일, 제2코일 및 제3코일)로부터 상기 베이스 스테이션의 일면(인터페이스 면)까지의 거리는 3.0 ±0.5 mm 가 될 수 있다.In this case, the base station may be a body of a portable electronic device, a charging cradle of a vehicle, or the like. The base station is an apparatus capable of providing near field inductive power and has an active area. The operating area may be part of the interface surface of the base station through which the magnetic flux will pass when the base station supplies power to the portable electronic device or charging stand. In this case, the distance from the transmission coil (first coil, second coil, and third coil) to one surface (interface surface) of the base station may be 3.0 ± 0.5 mm.
상기 차폐부재(3130)는 송신 코일의 동작에 의해, 회로기판에 장착된 소자들(일 예로, 마이크로 프로세서)이 전자기적인 영향을 받거나, 회로기판에 장착된 소자들의 동작에 의해 송신 코일이 전자기적인 영향을 받는 것을 방지하도록 형성된다. The shielding
상기 차폐부재(3130)는 상기 송신 코일에 중첩된다. 이러한 예로서, 상기 차폐부재(3130)는 상기 베이스 스테이션의 케이스와 상기 송신 코일의 사이에 형성될 수 있다.The shielding
상기 차폐부재(3130)는 상기 제3 코일의 외곽원의 직경(outer diameter)을 기준으로 적어도 일부가 초과하도록 형성된다. 이러한 예로서, 상기 차폐부재(3130)는 적어도 2 mm 가 상기 외곽원의 직경(outer diameter)으로부터 연장되며, 최대 1.0 mm 의 거리로 상기 제3 코일의 하부에 배치된다. The shielding
상기 구조에 의하면, 차폐부재에 바로 붙어 있는 원형 코일에 비해서 간격이 멀어진 사각형 코일의 인덕턴스(Inductance)가 낮아질 수 있다. 따라서, 본 예시의 구조는 도 24a 및 도 24b와 같이 변형될 수 있다. 도 24a 및 도 24b는 도 21의 전송장치의 변형예를 나타내는 평면도 및 정면도이다.According to the above structure, the inductance of the rectangular coil that is spaced apart from the circular coil immediately attached to the shield member can be lowered. Therefore, the structure of this example can be modified as shown in Figs. 24A and 24B. 24A and 24B are a plan view and a front view showing a modification of the transmission apparatus of FIG.
도 24a 및 도 24b를 참조하면, 상기 제1코일(3111) 및 제2코일(3112)과 상기 차폐부재(3130)의 사이에는 보조 차폐부재(3140)가 배치될 수 있다. 24A and 24B, an
상기 보조 차폐부재(3140)는 서로 다른 종류의 코일(제1종코일과 제2종코일)이 각각 규격에 맞는 인덕턴스를 가질 수 있도록 2층의 차폐제 구조를 제공한다. 상기 보조 차폐부재(3140)는 제1 및 제2 보조 차폐부재(3141, 3142)를 구비할 수 있으며, 상기 제1 및 제2 보조 차폐부재(3141, 3142)는 동일 평면상에 서로 인접하게 배치된다. 제1 및 제2 보조 차폐부재(3141, 3142)는 동일한 형상 및 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 및 제2 보조 차폐부재(3141, 3142)에는 각각 상기 제3코일(3120)의 원형에 대응하도록 반원형의 제1홈(3141a) 및 제2홈(3142a)이 각각 형성될 수 있다. 이 경우에, 상기 제1 및 제2 보조 차폐부재(3141, 3142)의 상세한 설계 수치는 제1종코일과 제2종코일이 각각 규격에 맞는 인덕턱스를 가지도록 실험에 의하여 결정될 수 있다.The
상기 설명한 본 발명의 다중코일 솔루션은, 서로 다른 두 개의 규격을 따르는 단일 코일을 조합하여 사용함으로써, 수신장치의 두 가지 규격을 모두 사용할 수 있으면서 동작 영역을 확장시켜주는 효과를 볼 수 있다.The above-described multi-coil solution of the present invention can use both of the two specifications of the reception apparatus and enlarge the operation region by using a combination of single coils conforming to two different standards.
나아가, 본 발명에서는 제어부에서 수신장치에 적용된 표준규격을 검출하고, 상기 검출된 표준규격을 이용하여 상기 제1코일, 제2코일 및 제3코일 중 구동될 코일을 판단하는 구동을 하도록 이루어진다. 이하, 이러한 구동 방법에 대하여 보다 상세히 설명한다.Further, in the present invention, the control unit detects a standard standard applied to the receiving apparatus, and performs driving to determine a coil to be driven among the first coil, the second coil, and the third coil using the detected standard. Hereinafter, this driving method will be described in more detail.
도 25는 전송장치의 구동 방법을 나타내는 흐름도이고, 도 26은 도 25의 구동방법의 일 예를 나타내는 상세 흐름도이다.FIG. 25 is a flowchart showing a driving method of the transmission apparatus, and FIG. 26 is a detailed flowchart showing an example of the driving method in FIG.
도시된 구동 방법은 먼저, 전송장치의 제어부가 제1코일, 제2코일 및 제3코일 중 적어도 하나에 입력전압을 가한다(S3110). 이 경우에 가해지는 입력전압은 12V가 될 수 있다. 다음으로, 제어부가 상기 입력전압에 대하여 상기 무선 전력 수신장치가 따르는 표준규격을 검출한다(S3120). 상기 표준규격의 검출은 WPC 또는 PMA의 통신규약에 따라서, 수신장치와 통신하여 전송장치의 제어부가 검출하게 된다.In the illustrated driving method, first, the control unit of the transmission apparatus applies an input voltage to at least one of the first coil, the second coil, and the third coil (S3110). The input voltage applied in this case can be 12V. Next, the control unit detects a standard conforming to the input voltage by the wireless power receiving apparatus (S3120). The detection of the standard standard is performed by the control unit of the transmission apparatus by communicating with the reception apparatus in accordance with the communication protocol of WPC or PMA.
이 때에, 제어부는 상기 표준규격이 제1규격이면 상기 제1코일, 제2코일 및 제3코일 중 구동될 코일을 검출하고, 제2규격이면 상기 제3코일을 구동한다(S3130). 이 경우에, 상기 제1규격은 WPC 규격이고, 상기 제2규격은 PMA 규격이 될 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 및 제2 규격은 각각 상기 WPC 규격 및 PMA 규격 외의 다른 규격이 될 수 있다.At this time, the controller detects the coil to be driven among the first coil, the second coil, and the third coil if the standard specification is the first standard, and drives the third coil if the standard is the second standard (S3130). In this case, the first standard may be a WPC standard, and the second standard may be a PMA standard. However, the present invention is not limited thereto. The first and second standards may be different from the WPC standard and the PMA standard, respectively.
나아가, 제어부는 상기 표준규격이 제1규격이면 구동될 코일이 상기 제1규격을 따르는 사변형으로 권선된 코일인지 아니면 원형으로 권선된 코일인지를 검출한다(S3140). 보다 구체적으로, 제어부는 상기 표준규격이 제1규격이면 구동될 코일이 WPC 규격을 따르는 A6 또는 A13의 코일인지 아니면 A17의 코일인지 검출한다. 이후에 검출된 결과에 따라서, 제어부는 제1코일, 제2코일 및 제3코일 중 어느 하나가 무선전력을 송신하도록 제어하게 된다.In addition, if the standard is the first standard, the controller detects whether the coil to be driven is a quadrangle-shaped coil or a circularly-wound coil that conforms to the first standard (S3140). More specifically, the control unit detects whether the coil to be driven is a coil of A6 or A13 or a coil of A17 conforming to the WPC standard, if the standard specification is the first standard. According to the detected result thereafter, the control unit controls the first coil, the second coil and the third coil to transmit radio power.
이 경우에, 상기 제3코일은 제1규격 또는 제2규격에 호환되는 코일이므로, 상기 제어부는 상기 제3코일에 복수의 전압 중 어느 하나를 선택적으로 가하도록 형성된다. 보다 구체적으로, 상기 제어부는, 상기 제1코일, 제2코일 및 제3코일 중 적어도 하나에 입력전압의 크기에 해당하는 전압을 가하며, 상기 표준규격의 검출후에, 상기 표준규격에 해당하도록 입력전압을 승압하거나 유지하게 된다. In this case, since the third coil is a coil compatible with the first or second standard, the control unit is formed to selectively apply any one of the plurality of voltages to the third coil. More specifically, the control unit applies a voltage corresponding to a magnitude of an input voltage to at least one of the first coil, the second coil, and the third coil, and, after detection of the standard standard, As shown in FIG.
예를 들어, 상기 제어부는, 상기 표준규격이 제1규격이면, 상기 제1코일, 제2코일 및 제3코일 중 어느 코일을 제어할 것인지를 판단하고, 상기 규격이 제2규격이면, 상기 제3코일에 가해지는 입력전압을 승압하여 주파수제어를 수행한다. For example, the control unit may determine which of the first coil, the second coil, and the third coil is to be controlled if the standard is the first standard, and if the standard is the second standard, 3 Frequency control is performed by boosting the input voltage applied to the coil.
이 경우에, 제1코일 및 제2코일은 제1규격 내에서 입력전압이 가해지는 코일이고, 제3코일은 상기 입력전압보다 높은 전압이 가해지도록 설정될 수 있다. 또한, 상기 제1코일 및 제2코일은 상기 제1규격 내에서 주파수 제어 또는 전압제어되는 코일이고, 상기 제3코일은 상기 제1규격 내에서 전압제어되는 코일이 될 수 있다. 이러한 예로서, 상기 제1코일, 제2코일 및 제3코일은 도 20 내지 도 24b를 참조하여 설명한 동일한 명칭의 코일이 될 수 있다.In this case, the first coil and the second coil are coils to which the input voltage is applied within the first specification, and the third coil can be set to apply a voltage higher than the input voltage. The first coil and the second coil may be frequency controlled or voltage controlled coils within the first specification, and the third coil may be a voltage controlled coil within the first specification. As an example, the first coil, the second coil, and the third coil may be coils of the same name as described with reference to Figs. 20 to 24B.
이하, 상기에서 설명된 구동방법에 대하여 도 26을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the driving method described above will be described more specifically with reference to FIG.
먼저, 12V를 입력전압으로 코일에 가하여, 수신장치가 제1규격을 따르는지를 검출한다. 만약, 제1규격에 따른 신호가 수신장치로부터 오지 않는다면, 제어부는 상기 수신장치가 제2규격을 따르는 것으로 판단한다. 이후에, 제어부는 제1종코일에 가해지는 전압을 상기 입력전압보다 더 큰 전압으로 승압한다. 이러한 예로서 제어부는 19V로 승압한 후에, 주파수 제어를 통하여 무선전력을 전송한다. 이와 같이, 제어부는 검출된 표준규격이 제2규격이면 입력전압을 승압하고 주파수 제어를 하게 된다.First, 12V is applied to the coil with an input voltage to detect whether the receiver complies with the first specification. If the signal conforming to the first standard does not come from the reception apparatus, the control unit judges that the reception apparatus conforms to the second specification. Thereafter, the control unit boosts the voltage applied to the first type coil to a voltage higher than the input voltage. In this example, the control unit boosts the voltage to 19 V, and then transmits radio power through frequency control. Thus, if the detected standard is the second standard, the controller increases the input voltage and performs frequency control.
이에 반해, 제1규격에 따른 신호가 수신장치로부터 오면, 제어부는 수신장치의 코일이 제1종코일인지 제2종코일인지를 판단한다. 이러한 판단은 제1규격의 통신 규약에 따라서 이루어질 수 있다. On the other hand, when a signal according to the first standard comes from the receiving apparatus, the controller determines whether the coil of the receiving apparatus is the first type coil or the second type coil. This judgment can be made according to the communication protocol of the first standard.
만약, 수신장치의 코일이 제1종코일이면, 제어부는 수신장치의 코일을 제1규격의 원형으로 권선된 코일로 판단하고, 이후에, 제1종코일에 가해지는 전압을 상기 입력전압보다 더 큰 전압으로 승압한다. 상기 원형으로 권선된 코일은, 예를 들어 WPC 규격의 A1 또는 A17 코일이 될 수 있다. 이러한 예로서, 상기 제3코일에 가해지는 전압은 15V가 될 수 있으며, 전압 제어(Voltage & Frequency)를 통하여 무선전력이 전송될 수 있다.If the coil of the receiving apparatus is a first type coil, the control unit judges that the coil of the receiving apparatus is a coil wound in a circular shape of the first size, and then, The voltage is increased to a large voltage. The circularly wound coil may be, for example, an A1 or A17 coil of the WPC standard. As an example, the voltage applied to the third coil may be 15V, and wireless power may be transmitted through voltage and frequency.
이 경우에, 수신장치의 코일이 제2종코일이면, 제어부는 수신장치의 코일을 제1규격의 사각형으로 권선된 코일들 중 어느 것인지 판단한다. 상기 원형으로 권선된 코일은, 예를 들어 WPC 규격의 A6 및 A13 코일이 될 수 있다. 이 때에, 제어부는 구동될 코일이 상기 A17의 코일이면 상기 입력전압을 승압하고 상기 A6 또는 A13의 코일이면 상기 입력전압을 유지하게 된다. 예를 들어, 상기 제어부는 입력전압의 크기를 유지하면서, 제1코일 및 제2코일 중 적어도 하나를, WPC 규격의 A6이라고 판단되면 주파수 제어(또는 Frequency & Duty cycle 제어)하고, WPC 규격의 A13이라고 판단되면 전압 제어(또는 Voltage & Frequency 제어)한다.In this case, if the coil of the receiving apparatus is the second type coil, the control unit judges which of the coils of the receiving apparatus is wound with the square of the first size. The circularly wound coils may be, for example, A6 and A13 coils of the WPC standard. At this time, the control unit boosts the input voltage when the coil to be driven is the coil of A17, and maintains the input voltage when it is the coil of A6 or A13. For example, when the control unit determines that at least one of the first coil and the second coil is A6 of the WPC standard while maintaining the magnitude of the input voltage, the control unit performs frequency control (or frequency & duty cycle control) (Or voltage & frequency control).
이와 같이, WPC 규격의 전용으로 이용되는 제2종코일보다 WPC 및 PMA 의 호환용으로 이용되는 제1종코일이 동작전압이 높도록 구성함에 따라, 낮은 전압에 의하여 수신장치의 규격을 검출할 수 있게 된다. As described above, since the first type of coils used for WPC and PMA compatibility are configured to have a higher operating voltage than the second type coils used exclusively for the WPC standard, the standard of the receiving device can be detected .
이상에서 설명된 프로세스에 의하면, 도 20 내지 도 24b에서 설명된 다중코일의 구조를 이용하여, 복수의 규격에 호환하도록 구동되는 전송장치의 구동방법이 구현될 수 있다.According to the process described above, a driving method of a transmission apparatus driven to be compatible with a plurality of standards can be implemented by using the structure of multiple coils described in Figs. 20 to 24B.
이하, 상기 전송장치의 구동방법을 지원할 수 있는 회로 구성에 대하여 설명한다. 도 27은 도 26의 구동방법을 구현하는 회로 구조도이다.Hereinafter, a circuit configuration capable of supporting the driving method of the transmission apparatus will be described. 27 is a circuit structure diagram for implementing the driving method of Fig.
도 20 내지 도 24b에서 설명된 바와 같이, 센터코일인 제1종코일은 제1규격의 원형으로 권선된 코일이 이용되고, 양 사이드코일인 제2종코일은 12V 입력 전압용인 사각형으로 권선된 코일이 이용된다. 이러한 예로서, 센터코일인 제1종코일은 WPC 규격의 A17 코일이 이용되고, 양 사이드코일인 제2종코일은 12V 입력 전압용인 A6 또는 A13 코일이 이용될 수 있다.20 to 24B, the first type of coil as the center coil is a coil wound in a circular shape of the first size, and the second type of coil as the both side coil is a coil wound in a square shape for 12V input voltage . As an example of this, the A17 coil of the WPC standard is used as the first type coil serving as the center coil, and the A6 or A13 coil serving as the second type coil serving as the both side coil is used for the 12V input voltage.
상기 코일들을 구동하기 위한 입력전압 12V에 대해서, 제어부는 어떤 수신장치(PMA 규격의 수신장치 또는 WPC의 규격의 수신장치)가 어떤 코일에 놓이는지에 따라서 제어방식을 결정한다. 이 경우에, 상기 제어부는 휴대전자기기나 충전용거치대에 장착된 회로기판에 형성되는 일종의 마이크로 컴퓨터(MCU, Micro Controller Unit)로 이루어질 수 있다.Regarding the
예를 들어, 제1종코일에 대하여는 전압 승압 블럭에 대한 승압 제어를 통하여 전압의 크기를 15V나 19V로 변경한다. 이 경우에, 전압 제어에 의한 전압크기는 Vrail 제어에 의하여 MCU의 DA값에 따라서 조정할 수 있다. For example, for the first type coil, the magnitude of the voltage is changed to 15 V or 19 V through boost control for the voltage step-up block. In this case, the voltage magnitude by the voltage control can be adjusted according to the DA value of the MCU by Vrail control.
PWM 구동은, 제1종코일을 PMA 코일(예를 들어, PMA 2)로 구동하거나, 제2종코일을 WPC A6코일로 구동할 경우, 주파수를 바꾸는 역할을 하게 된다.The PWM drive plays a role of changing the frequency when the first kind coil is driven by the PMA coil (for example, PMA 2) or the second kind coil is driven by the WPC A6 coil.
도시에 의하면, 제어부는 구동회로부를 제어하도록 형성된다. 또한, 상기 구동회로부는 제1캐패시터(C1)에 연결되는 제1스위치(SW1)와, 제2캐패시터(C2)에 연결되는 제2스위치(SW2)를 구비하며, 상기 제1캐패시터(C1) 및 제2캐패시터(C2)는 병렬로 제1종코일(또는 제3코일)에 연결된다. 상기 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)는 상기 표준규격이 WPC 규격 또는 PMA 규격인지 여부에 따라 상기 복수의 전압 중 어느 하나를 상기 제1종코일(또는 제3코일)에 가하도록 제어된다. According to the example, the control portion is formed to control the driving circuit portion. The driving circuit includes a first switch SW1 connected to the first capacitor C1 and a second switch SW2 connected to the second capacitor C2. The second capacitor C2 is connected in parallel to the first type coil (or the third coil). The first and second switches SW1 and SW2 are controlled so that any one of the plurality of voltages is applied to the first type coil (or the third coil) depending on whether the standard is the WPC standard or the PMA standard .
만약, 수신장치가 WPC 규격에 따르면 제1스위치(SW1)가 닫히고, 제2스위치(SW2)는 열려서 제1캐패시터(C1)가 제1종코일(또는 제3코일)에 전기적으로 연결된다. 이 경우에 제1캐패시터(C1)는 WPC 규격의 A17 코일의 회로규격에 대응하도록 구성된다. According to the WPC standard, when the receiving apparatus is in accordance with the WPC standard, the first switch SW1 is closed and the second switch SW2 is opened, so that the first capacitor C1 is electrically connected to the first type coil (or the third coil). In this case, the first capacitor C1 is configured to correspond to the circuit standard of the A17 coil of the WPC standard.
A17 코일은 구동 주파수가 50%의 듀티 사이클을 가지는 f=105 내지 116khz가 될 수 있으며, 풀 브리지 인버터의 구성에서 직렬 커패시턴스의 총합이 C=100±5% nF 가 되고, 병렬 커패시턴스가 C=200±5% nF 가 될 수 있다. 이러한, 커패시턴스의 규정은 PMA의 규정과 다르며, 따라서 본 예시에서는 커패시턴스를 가변시키는 회로 구성도가 제시된다.The A17 coil may have f = 105 to 116 khz with a duty cycle of 50% of the drive frequency and the sum of the series capacitances in the configuration of the full bridge inverter is C = 100 5% nF and the parallel capacitances are C = 200 ± 5% nF. The specification of the capacitance is different from the specification of the PMA, and therefore, a circuit diagram for varying the capacitance is presented in this example.
도시에 따르면, 수신장치가 PMA 규격에 따르면 제1스위치(SW1)가 열리고, 제2스위치(SW2)가 닫혀서 제2캐패시터(C2)가 제1종코일(또는 제3코일)에 전기적으로 연결된다. 이 경우에 제2캐패시터(C2)는 PMA 규격의 코일에 대응하도록 구성된다. According to the drawing, according to the PMA standard of the receiving apparatus, the first switch SW1 is opened and the second switch SW2 is closed so that the second capacitor C2 is electrically connected to the first type coil (or the third coil) . In this case, the second capacitor C2 is configured to correspond to the coil of the PMA standard.
이러한 회로 구성에 의하면, WPC 수신장치는 3개의 코일 모두에서 통신규격의 지원이 가능하며, PMA 수신장치는 센터코일에서 통신규격의 지원이 가능하게 된다.According to such a circuit configuration, the WPC receiving apparatus can support the communication standard in all three coils, and the PMA receiving apparatus can support the communication standard in the center coil.
또한, 서로 다른 두 개의 규격을 따르는 수신장치 모두에 대하여 무선 전력의 전송이 가능한 전송장치의 또 다른 구조에 대하여 설명한다. In addition, another structure of a transmission apparatus capable of transmitting radio power for all receiving apparatuses conforming to two different standards will be described.
본 발명에서는 전송장치의 공진 주파수 및 서로 다른 두 개의 규격에 맞도록전송장치를 구동시키는 제어를 통하여 무선 전력을 전송할 수 있는 전송장치를 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명에서는 WPC 표준과 PMA 표준에 있어서, 대부분의 규격이 동일 또는 유사하지만, 사용하는 주파수 대역이 다르다는 점을 이용하여, 주파수 전환이 가능한 무선 전력 전송 장치를 제시한다. The present invention can provide a transmission apparatus capable of transmitting wireless power through control to drive a transmission apparatus in accordance with two resonance frequencies and two different standards of the transmission apparatus. More specifically, the present invention proposes a wireless power transmission apparatus capable of switching frequencies using the fact that most of the standards are the same or similar in the WPC standard and the PMA standard, but different frequency bands are used.
도 28 및 도 29는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전송장치의 블록도와 본 발명의 일 실시 예에 따른 전송장치가 서로 다른 두 개의 규격에 따르는 수신장치에 무선 전력을 전송하도록 전송장치를 구동시키는 방법을 나타낸 흐름도이다. 또한, 도 30은 무선 전력 전송장치에서 사용가능한 코일을 나타낸 개념도이고, 도 31은 무선 전력 전송장치에서 서로 다른 규격에 맞도록 무선 전력을 전송하는 방법을 구현하는 회로의 구조도이다. 28 and 29 illustrate a block diagram of a transmission apparatus according to an embodiment of the present invention and a transmission apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention that drives a transmission apparatus to transmit radio power to a reception apparatus conforming to two different standards Fig. FIG. 30 is a conceptual diagram showing a coil that can be used in a wireless power transmission apparatus, and FIG. 31 is a structural diagram of a circuit that implements a method of transmitting wireless power in accordance with different standards in a wireless power transmission apparatus.
이하에서는, 본 발명의 무선 전력 전송장치가 무선 전력을 전송하는 방법을 설명한다. Hereinafter, a method of transmitting wireless power by the wireless power transmission apparatus of the present invention will be described.
우선, 본 발명의 전송장치는 수신장치가 따르는 규격을 검출하기 위하여, 서로 다른 규격을 따르는 신호들을 순차적으로 발생시킬 수 있다(S2910). 이때, 상기 신호들은 기 설정된 간격을 가지고 번갈아가며 순차적으로 발생될 수 있다. First, the transmitting apparatus of the present invention can sequentially generate signals conforming to different standards in order to detect a standard followed by the receiving apparatus (S2910). At this time, the signals may be sequentially generated with alternating intervals.
보다 구체적으로, 본 발명의 전송장치는 WPC 통신규격을 따르는 제1신호와 PMA 통신규격을 따르는 제2신호를 번갈아가며 순차적으로 발생시킬 수 있다. More specifically, the transmitting apparatus of the present invention can sequentially generate a first signal conforming to the WPC communication standard and a second signal conforming to the PMA communication standard.
그 후, 본 발명의 전송장치는 상기 발생된 신호들 중 어느 하나의 신호에 대한 수신장치의 응답을 이용하여, 상기 수신장치가 따르는 통신 규격을 검출할 수 있다(S2920). Then, the transmitting apparatus of the present invention can detect the communication standard that the receiving apparatus follows, using the response of the receiving apparatus to any one of the generated signals (S2920).
보다 구체적으로, 상기 수신장치는 상기 전송장치에서 발생되는 신호 중 자신의 규격에 적합한 신호가 수신되면, 전송장치에 전력 제어 메시지를 전송할 수 있다. 상기 전력 제어 메시지는 전송장치가 동작하는 주파수, 전압, 전류 중 하나 이상의 특성을 포함하는 정보일 수 있다. 이때, 상기 전력 제어 메시지를 수신한 전송장치는 상기 전력 제어 메시지에 포함된 정보를 통하여 상기 수신장치가 따르는 규격을 검출할 수 있다. More specifically, the receiving apparatus can transmit a power control message to a transmitting apparatus when a signal generated in the transmitting apparatus is received according to its own standard. The power control message may be information including at least one of frequency, voltage, and current at which the transmission apparatus operates. At this time, the transmitting apparatus receiving the power control message can detect the standard followed by the receiving apparatus through the information included in the power control message.
상기 수신장치가 따르는 규격이 검출되면, 본 발명의 전송장치는 상기 검출된 규격에 따라 무선 전력을 전송하도록 회로부(130)에 포함된 복수의 커패시터들의 전기적인 연결을 제어할 수 있다(S2930).When the standard conforming to the receiving apparatus is detected, the transmitting apparatus of the present invention can control the electrical connection of the plurality of capacitors included in the
보다 구체적으로, WPC 통신규격과 PMA 통신규격이 서로 다른 주파수 대역을 사용하기 때문에, 본 발명의 전송장치는 상기 서로 다른 규격이 지원되도록 전송장치의 구동 주파수 대역을 변경할 수 있다. 즉, WPC 통신규격에서는 105~205kHz대역의 주파수를 사용하고, PMA 통신규격에서는 227~278kHz대역의 주파수를 사용한다.More specifically, since the WPC communication standard and the PMA communication standard use different frequency bands, the transmission apparatus of the present invention can change the driving frequency band of the transmission apparatus so that the different standards are supported. That is, the WPC communication standard uses a frequency of 105 to 205 kHz, and the PMA communication standard uses a frequency of 227 to 278 kHz.
이때, 본 발명에서는 전력 전달부(120, 예를 들어, 코일)의 변경 없이 구동 주파수 대역을 변경하기 위하여, 복수의 커패시터들의 조합을 이용할 수 있다. At this time, in the present invention, a combination of a plurality of capacitors can be used in order to change the driving frequency band without changing the power transfer unit 120 (for example, a coil).
예를 들어, 상기 제어부(140)는 WPC 통신규약이 검출되는 경우, 상기 복수의 커패시터들의 조합이 200nF이 되도록 상기 복수의 커패시터들의 전기적 연결을 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어부(140)는 PMA 통신규약이 검출되는 경우, 상기 복수의 커패시터들의 조합이 55nF이 되도록 상기 복수의 커패시터들의 전기적 연결을 제어할 수 있다. For example, when the WPC communication protocol is detected, the
여기에서, 상기 복수의 커패시터들의 조합은, 상기 복수의 커패시터들 중 적어도 일부와 연결된 적어도 하나의 스위치를 이용하여 변경될 수 있다. 예를 들어, 상기 회로부(130)에는 제1 커패시터 및 제2 커패시터가 포함될 수 있다. 상기 제1 및 제2 커패시터는 서로 병렬로 연결될 수 있으며, 상기 제2 커패시터에는 스위치가 추가적으로 연결될 수 있다. 이때, 상기 제어부(140)는 상기 스위치의 온/오프를 통하여, 상기 회로부(130)의 커패시터 값을 변경시킬 수 있다. Here, the combination of the plurality of capacitors may be changed using at least one switch connected to at least a part of the plurality of capacitors. For example, the
보다 구체적으로, 상기 제어부(180)는 상기 통신규격이 WPC 통신규약인 경우, 상기 스위치를 연결하고, 상기 통신규약이 PMA 통신규격인 경우, 상기 스위치를 연결하지 않을 수 있다. More specifically, when the communication standard is the WPC communication standard, the controller 180 connects the switch, and may not connect the switch when the communication standard is the PMA communication standard.
또한, 상기 제어부(140)는 상기 수신장치가 따르는 규격이 검출되면, 상기 통신규격이 지원되도록 전송장치의 입력전압을 승압하거나, 감압할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제어부(140)는 PMA 통신규격이 검출되면, 전송장치의 입력 전압이 18V로 설정되도록 입력 전압을 승압 또는 감압할 수 있다. 이와 마찬가지로, 상기 제어부(140)는 WPC 규격이 검출되면, 입력 전압이 12V로 설정되도록 입력 전압을 승압 또는 감압할 수 있다. When the standard conforming to the receiving apparatus is detected, the
이와 함께 상기 제어부(140)는 상기 수신장치가 따르는 규격이 검출되면, 상기 통신규격이 지원되도록 전송장치의 구동 토폴로지(topology, 예를 들어 통신블락)를 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 구동 토폴로지의 제어의 일 예로, low pass filter의 cut-off frequency를 조절하는 것을 들 수 있다. 예를 들어, WPC 통신규격이 검출되면, cut-off frequency를 5kHz 이하로 조절하고, PMA 통신규격이 검출되면, cut-off freqeuncy를 20kHz 이하로 조절할 수 있다. In addition, when the standard conforming to the receiving apparatus is detected, the
또한, 상기와 같은 무선 전력을 전송하기 위한 무선 전력 전송장치는 전원을 공급하는 전압 공급부(110), 전류를 자기장으로 변환하여 전력을 전달하도록 형성된 적어도 하나의 코일로 구성된 전력 전달부(120), 상기 전력 전달부(120)와 직렬로 연결되어, 전송장치의 주파수를 변환하도록 복수의 커패시터로 형성된 회로부(130), 수신장치의 규격에 맞도록 상기 전압 공급부(110), 전력 전달부(120) 및 상기 회로부(130)가 동작하도록 제어하는 제어부(140) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 나아가, 본 발명의 전송 장치는 통신블락(미도시됨)을 더 포함할 수 있다. In addition, the wireless power transmission apparatus for transmitting the wireless power includes a
상기 전압 공급부(110)는 상기 회로부(130), 전력 전달부(120) 및 제어부(140)가 사용하는 전원을 제공할 수 있다. 또한, 상기 전압 구동부(110)는 제어부(140)의 제어를 통하여 서로 다른 무선 전력 규격에 맞도록 입력 전압을 제공할 수 있다. The
상기 제어부(140)는 휴대전자기기나 충전용 거치대에 장착된 회로기판에 형성되는 일종의 마이크로 컴퓨터(MCU, Micro Controller Unit)로 이루어질 수 있다. The
상기 제어부(140)는 상기 전력 전달부(120)를 이용하여 수신장치에 전력을 전달할 수 있다. The
상기 전력 전달부(120)는 전류를 자속으로 변환시키는 적어도 하나의 코일들로 구성될 수 있다. 상기 적어도 하나의 코일들은 서로 다른 종류의 코일로 이루어지거나, 동일한 종류의 코일로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 적어도 하나의 코일들은 동일한 형상으로 이루어지거나, 서로 다른 형상으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 적어도 하나의 코일들은 동일한 사각형 형상으로 이루도록 권선된 코일일 수 있다.The
또한, 상기 적어도 하나의 코일들은 평면상에서 서로 인접하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 적어도 하나의 코일들은 서로 적어도 일부가 중첩되어 배치될 수 있다. Further, the at least one coils may be disposed adjacent to each other on a plane. For example, the at least one coil may be arranged so that at least a part of the coils overlaps each other.
또한, 상기 적어도 하나의 코일들은 모두 함께 활성화될 수도 있으나, 일부의 코일만이 활성화될 수도 있다. 즉, 상기 적어도 하나의 코일들은 일부만 활성화하여 무선 전력의 전송이 가능하다. 여기에서, 코일들이 활성화된다는 것은 코일이 전압 공급부(110)로부터 전달된 전류를 자기장으로 변환시킬 수 있는 상태가 된다는 것을 의미할 수 있다. Also, the at least one coil may all be activated together, but only some of the coils may be activated. That is, at least one of the coils may be partially activated to transmit wireless power. Here, the activation of the coils may mean that the coil is in a state capable of converting the electric current transferred from the
이때, 상기 활성화할 코일의 선택은 인에이블 신호(Enable signal)의 수신 여부에 의하여 결정될 수 있다. 제어부(140)는 상기 적어도 하나의 코일 중 활성화할 코일에 인에이블 신호를 전송함으로써, 코일을 활성화시킬 수 있다. 이 경우, 본 발명은 활성화된 코일을 통하여 무선 전력 수신 장치에 전력을 전송할 수 있다.At this time, the selection of the coil to be activated may be determined by whether or not an enable signal is received. The
여기에서, 상기 제어부(140)는 수신장치로부터 수신된 전력 전달 메시지에 포함된 수신장치의 위치정보에 따라 상기 인에이블 신호를 수신할 코일을 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(140)는 상기 수신장치와 인접한 영역에 있는 코일을 활성화시킬 수 있다.Here, the
본 발명에서 사용 가능한 코일의 일 실시 예로서, WPC 규격의 A13 코일이 사용될 수 있다. 상기 A13 코일은 105 strands of no. 40 AWG (0.08 mm diameter)를 가지는 17 AWG (1.15 mm diameter)의 2 litz 와이어로 권선되는 코일일 수 있다. 또한, 상기 A13 코일은 사각형 형상을 가지며, 단일 레이어로 구성되는 코일이 될 수 있다.As one embodiment of the coil usable in the present invention, the A13 coil of the WPC standard can be used. The A13 coil is described in 105 strands of no. And may be a coil wound with a 2 litz wire of 17 AWG (1.15 mm diameter) with a 40 AWG (0.08 mm diameter). The A13 coil may have a rectangular shape and may be a single layer coil.
또한, 도 30의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 A13 코일의 외곽 길이(dol, outer length, 사각형의 외곽밑변 길이)는 53.2±0.5 mm 이고 외곽 폭(dow, outer width, 사각형의 외곽측변 길이)은 45.2±0.5 mm 이고, 안쪽 길이(dil, inner length, 중앙영역의 밑변 길이)는 27.5±0.5 mm 이고, 안쪽 폭(diw, inner width, 중앙영역의 측변 길이)은 19.5±0.5 mm 가 될 수 있다. 또한, 상기 코일은 두께(thickness)가 1.5±0.5 mm 가 되며, 상기 와이어는 상기 단일 레이어에서 12번 감기도록 이루어진다. 30 (a), the outer length (d ol , outer length, outer length of the outer side of the quadrangle) of the A13 coil is 53.2 ± 0.5 mm and the outer width (d ow , outer width, outer side length of the rectangle) was 45.2 ± 0.5 mm and the inner length (d il , inner length, base length of the central region) was 27.5 ± 0.5 mm and the inner width (d iw , inner width, Lateral length) may be 19.5 +/- 0.5 mm. Also, the coil has a thickness of 1.5 +/- 0.5 mm, and the wire is wound twelve times in the single layer.
또한, 도 30의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 A13 코일은 복수의 코일 각각의 적어도 일부가 서로 중첩되어 배치될 수 있다. 도 30의 (b)에 도시된 바와 같이, 홀수번째 코일들이 코일의 중심 사이의 거리(doo)가 49.2±4 mm 간격으로 서로 중첩하여 배치될 수 있다. 또한, 짝수번째 코일은 홀수번째 코일들과 직교하여 배치되며, 짝수번째 코일과 홀수번째 코일의 중심 사이의 거리(doe)가 24.6±2 mm 간격으로 중첩되어 배치될 수 있다. 본 발명은 코일 간의 서로 중첩되게 배치함으로써, 충전영역이 최대한 분리되지 않게 할 수 있다. Further, as shown in FIG. 30 (b), the A13 coil may be arranged such that at least a part of each of the plurality of coils is overlapped with each other. As shown in FIG. 30 (b), the odd-numbered coils can be arranged so that the distances d oo between the centers of the coils overlap each other at intervals of 49.2 ± 4 mm. Also, the even-numbered coils are arranged orthogonally to the odd-numbered coils, and the distance (d oe ) between the centers of the even-numbered coils and the odd-numbered coils can be superimposed with an interval of 24.6 ± 2 mm. By arranging the coils so as to overlap with each other, the present invention can prevent the charged regions from being separated as much as possible.
상기 제어부(140)는 수신장치가 따르는 규격이 검출되면, 상기 수신장치의 통신규격을 지원하도록 전송장치의 구동 주파수 대역을 변경할 수 있다. 이때, 상기 제어부(140)는 상기 구동 주파수 대역의 변경을 위하여, 상기 회로부(130)를 구성하는 복수의 커패시터의 전기적인 연결을 제어할 수 있다. The
보다 구체적으로, 상기 회로부(130)는 복수의 커패시터(capacitor) 및 적어도 하나의 스위치로 구성될 수 있다. 이때, 제어부(140)는 상기 복수의 커패시터(capacitor)들의 조합을 변경함으로써, 회로부(130)가 가지는 커패시터 값을 변경할 수 있다. More specifically, the
또한, 상기 회로부(130)는 상기 전력 전달부(120)와 전기적으로 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 회로부(130)는 상기 전력 전달부(120)와 직렬로 연결될 수 있다. 즉, 상기 전력 전달부(120)는 상기 회로부(130)를 구성하는 복수의 캐패시터들을 공유할 수 있다. In addition, the
상기 복수의 커패시터들은 서로 병렬로 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 복수의 커패시터는 제1커패시터 및 제2커패시터를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제2커패시터는 상기 제1커패시터에 병렬로 연결될 수 있다. The plurality of capacitors may be connected to each other in parallel. More specifically, the plurality of capacitors may include a first capacitor and a second capacitor. At this time, the second capacitor may be connected to the first capacitor in parallel.
또한, 상기 회로부(130)는 상기 복수의 커패시터들의 조합을 변경하기 위하여 상기 복수의 커패시터들 중 적어도 일부에 대하여 스위치가 연결될 수 있다. 상기 제어부(140)는 상기 스위치를 온/오프를 통하여, 복수의 커패시터들의 조합을 변경할 수 있다. 다시 말하면, 상기 제어부(140)는 복수의 커패시터들 중 무선 전력의 전송에 사용될 커패시터들의 개수를 결정하고, 상기 개수에 맞도록 상기 스위치를 온/오프할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제어부(140)는 상기 검출된 통신규약이 WPC 통신규약인 경우, 상기 스위치를 연결하고, 상기 검출된 통신규약이 PMA 통신규약인 경우, 상기 스위치를 연결하지 않을 수 있다. In addition, the
제어부(140)는 상기 전압 공급부(110), 상기 전력 전달부(120) 및 상기 회로부(130)의 동작을 제어할 수 있다. The
상기 제어부(140)는 상기 전압 공급부(110)를 상기 전력 전달부(120)에 전원을 공급하도록 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어부(140)는 상기 전력 전달부(120)를 구성하는 적어도 하나의 코일 중 활성화될 코일을 결정할 수 있다. 또한, 상기 제어부(140)는 상기 회로부(130)를 구성하는 복수의 커패시터들 중 무선 전력의 전송에 사용될 커패시터의 개수를 결정할 수 있다. The
이때, 상기 제어부(140)는 상기 무선 전력 전송에 사용될 커패시터의 개수를 통신에 사용될 통신 규격에 따라 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(180)는 WPC 통신 규격에 따른 통신이 수행되는 경우, 상기 WPC 통신 규격에 맞는 커패시턴스를 갖도록하는 커패시터의 개수를 결정하고, PMA 통신 규격에 따른 통신이 수행되는 경우, 상기 PMA 통신 규격에 맞는 커패시턴스를 갖도록하는 커패시터의 개수를 결정할 수 있다. At this time, the
또한, 상기 통신블락(미도시 됨)은 통신의 수행이 가능하도록 반전력 주파수(cut off frequency)의 변경이 가능하도록 구성된 low pass filter, amplifier, comparator 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제어부(140)는 상기 반전력 주파수를 각 통신 규격에 맞도록 통신블락을 제어할 수 있다. 상기 통신블락의 일 예로, 아날로그 디모듈레이터가 사용될 수 있다. In addition, the communication block (not shown) may include at least one of a low pass filter, an amplifier, and a comparator configured to be able to change a cutoff frequency so that communication can be performed. At this time, the
또한, 상기 아날로그 디모듈레이터는 수신장치의 통신 규격이 검출되면, 상기 검출된 통신 규격에 따라 반전력 주파수가 변경되도록 상기 제어부(140)에 신호를 전송할 수 있다. 이 경우, 상기 제어부(140)는 상기 아날로그 디모듈레이터의 반전력 주파수를 변경할 수 있다. Also, when the communication standard of the receiving apparatus is detected, the analog demodulator can transmit a signal to the
한편, 상기 통신블락은 각 통신규격을 지원하도록 복수로 구성될 수 있다. 이때, 상기 제어부(140)는 복수의 통신블락 중 검출된 통신규격을 지원하는 통신블락을 활성화시켜 통신을 수행할 수 있다. On the other hand, the communication block may be configured to support each communication standard. At this time, the
도 32는 상기와 같이 커패시터의 개수에 의하여 공진 주파수가 결정되는 회로를 이용하여 실제로 두 통신(WPC 또는 PMA) 규격에 맞는 통신이 수행되는 모습을 나타낸 그래프이다. 32 is a graph showing a state in which communication is actually performed according to two communication (WPC or PMA) standards by using a circuit in which the resonance frequency is determined by the number of capacitors as described above.
우선, 실험은 도 32의 (a)에 도시된 바와 같이, 작은 부하 조건을 가지는 경우와 도 32의 (b)에 도시된 바와 같이, 큰 부하를 가지는 조건에서 수행될 수 있다. First, the experiment can be performed under conditions having a large load as shown in FIG. 32 (a) and a case having a large load as shown in FIG. 32 (b).
이때, 도 32의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 큰 부하 및 작은 부하 조건 모두에서 PMA 통신 및 WPC 통신이 원활하게 수행되고 있음을 알 수 있다. At this time, as shown in FIGS. 32A and 32B, it can be seen that the PMA communication and the WPC communication are smoothly performed in both a large load condition and a small load condition.
또한, 상기 제어부(180)는 무선 전력 수신장치가 따르는 통신규격을 검출하도록 각 통신규격을 따르는 검출신호를 순차적으로 발생시킬 수 있다. 보다 구체적으로 상기 제어부(180)는 WPC 통신규격을 따르는 제1신호와 PMA 규격을 따르는 제2신호를 순차적으로 발생시킬 수 있다. In addition, the controller 180 may sequentially generate detection signals conforming to the respective communication standards to detect a communication standard conformed to the wireless power receiving apparatus. More specifically, the controller 180 may sequentially generate a first signal conforming to the WPC communication standard and a second signal conforming to the PMA standard.
여기에서, 상기 제1신호를 발생시키는 것을 "Analog Ping", 상기 제2신호를 발생시키는 것을 "Active Ping" 이라고 명명할 수 있다. 상기 제1신호는 113 kHz 대역의 신호를 전송할 수 있다. 또한, 상기 제2신호는 210 kHz 대역의 신호를 전송할 수 있다. Here, the generation of the first signal may be referred to as "Analog Ping ", and the generation of the second signal may be referred to as" Active Ping ". The first signal may transmit a signal in the 113 kHz band. Also, the second signal may transmit a signal in the 210 kHz band.
상기 신호들은 각각의 코일에 대하여 기 설정된 간격을 가지며 순차적으로 발생될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제어부(140)는 상기 제1신호 및 제2신호를 번갈아가며 발생시킴으로써, 무선 전력 수신 장치가 따르는 통신 규약을 검출할 수 있다. The signals may be generated sequentially with a predetermined interval for each coil. More specifically, the
이상에서는 수신장치가 따르는 통신규약을 검출하고, 상기 검출된 통신규약에 따라 무선 전력을 전송할 수 있도록 전송장치의 주파수 대역, 구동 토폴로지 및 입력전압을 제어하는 방법을 설명하였다. 이를 통하여, 본 발명은 서로 다른 규격을 따르는 수신장치에 전력 전송이 가능한 전송장치를 구현할 수 있다.In the above description, a method of controlling the frequency band, the driving topology, and the input voltage of the transmission apparatus so as to detect the communication protocol followed by the receiving apparatus and transmit the wireless power according to the detected communication protocol has been described. Accordingly, the present invention can implement a transmission apparatus capable of transmitting power to a receiving apparatus conforming to different standards.
이하에서는 무선 전력 전송장치가 통신 규격을 검출하는 방법에 대하여 도 33과 함께 보다 구체적으로 살펴본다. Hereinafter, a method of detecting the communication standard by the wireless power transmission apparatus will be described in more detail with reference to FIG.
상기 제어부(140)는 상기 무선 전력 수신 장치가 따르는 통신 규약이 검출되면, 상기 통신 규약에 따라 무선 전력을 전송할 수 있도록 회로부(130) 및 전압 공급부(110) 중 적어도 하나의 동작을 제어할 수 있다. The
보다 구체적으로, 도 33을 참조하면, 상기 제어부(140)는 전력 전달부(120)를 구성하는 복수의 코일 중 활성화될 코일을 선택할 수 있다(S3310). 이때, 상기 활성화될 코일은 수신장치의 위치정보에 근거하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(140)는 상기 수신장치의 위치와 인접한 영역에 위치한 코일에 인에이블 신호를 전송하여 활성화시킬 수 있다. More specifically, referring to FIG. 33, the
그 후, 상기 제어부(140)는 상기 활성화된 코일에 WPC 통신 규격에 따르는 주파수를 전송하기 위하여 WPC 통신 규격에 따른 통신 상태로 회로부를 제어할 수 있다(S3320). 예를 들어, 상기 제어부(140)는 회로부(130)의 커패시턴스의 값을 200nF으로 설정하고, 구동 통폴로지 및 입력 전압을 변경할 수 있다. Thereafter, the
상기 변경 후, 상기 제어부(140)는 WPC 통신규격을 따르는 수신장치인지 여부를 검출할 수 있다(S3330). 상기 검출 결과, 상기 WPC 통신규격을 따르는 수신장치인 경우, WPC 충전을 수행할 수 있다(S3340). After the change, the
그러나, 상기 제어부(140)는 상기 WPC 통신규격을 따르는 수신장치가 아닌 경우, PMA 통신규격에 따라 통신이 가능하도록 전력 전달부(120) 및 회로부(130)를 제어할 수 있다(S3350). 예를 들어, 상기 제어부(140)는 회로부(130)의 커패시턴스의 값을 55nF으로 설정하고, PMA 통신부를 활성화하며, 구동 토폴로지 및 입력 전압을 변경할 수 있다(S3350). However, if the
상기 변경 후, 상기 제어부(140)는 PMA 통신규격을 따르는 수신장치인지 여부를 검출할 수 있다(S3360). 상기 검출 결과, 상기 제어부(140)는 상기 PMA 통신규격을 따르는 수신장치인 경우, PMA 규격에 따른 충전을 수행할 수 있다(S3370). After the change, the
도 34는 상기 WPC 및 PMA 통신 규격을 검출하는 방식에 따른 실험 결과를 나타낸 그래프이다. 도 34를 참조하면, 본 발명에 따르는 무선 전력 전송장치는 복수의 코일 각각에 대하여 기 설정된 시간 간격으로 서로 다른 통신 규격을 따르는 서로 다른 신호를 전송할 수 있다. 34 is a graph showing experimental results according to a method of detecting the WPC and PMA communication standards. Referring to FIG. 34, a wireless power transmission apparatus according to the present invention can transmit different signals according to different communication standards at predetermined time intervals for each of a plurality of coils.
이때, 어느 하나의 신호에 대하여 응답이 수신되면, 상기 무선 전력 전송장치는 상기 신호에 따르는 통신규격에서 규정하는 커패시턴스 값을 갖도록 회로부(130)를 제어할 수 있다. 즉, 제어부(140)는 상기 신호에 따르는 통신규격을 지원하도록 주파수값을 변경할 수 있다. At this time, if a response is received for any one of the signals, the wireless power transmission apparatus can control the
예를 들어, 도 34의 (a)는 PMA 규격에 맞도록 커패시턴스 값이 제어된 후, 실제로 통신이 원활하게 수행됨을 나타내며, 도 34의 (b)는 WPC 규격에 맞도록 커패시턴스 값이 제어되고, 실제로 통신이 원활하게 수행됨을 나타낼 수 있다. For example, FIG. 34A shows that the communication is smoothly performed after the capacitance value is controlled according to the PMA standard. FIG. 34B shows that the capacitance value is controlled according to the WPC standard, It can be shown that the communication is actually performed smoothly.
도 35는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송장치에 있어서, 또 다른 방식의 회로도를 나타낸 구조도이다. FIG. 35 is a structural diagram showing another circuit diagram of a wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG.
앞서 설명한 회로도는 두 개의 커패시터 중 어느 하나에 대하여 스위치가 연결되어 있고, 통신 규격에 따라 스위치의 온/오프를 제어하여 주파수를 제어하는 구조였다. 상기 구조 이외에도, 본 발명에서는 통신규격에 따라 두 개의 커패시터 중 어느 하나를 사용할지 여부를 결정하기 위하여, 각 커패시터에 스위치가 연결되는 구조를 가질 수 있다. In the above-described circuit diagram, a switch is connected to one of two capacitors, and the frequency is controlled by controlling the on / off of the switch according to the communication standard. In addition to the above structure, the present invention may have a structure in which a switch is connected to each capacitor to determine whether to use one of the two capacitors according to a communication standard.
이 경우, 제어부(140)는 검출된 통신 규격에 따라 제1 및 제2 스위치를 제어하여 주파수를 변경할 수 있다. 또한, 이와 같은 구조에서도 상기 제1 및 제2 스위치가 추가된 것 이외의 모든 동작은 앞선 설명과 동일할 수 있다. In this case, the
이와 같이, 본 발명에서는, 무선 전력 전송장치에 다중 코일로써 서로 다른 두 개의 규격을 따르는 단일 코일을 조합하여 사용함으로써, 수신장치의 코일이 어느 규격을 따르더라도 전송장치는 모두 대응이 가능하게 된다.As described above, in the present invention, by using a combination of the single coils conforming to two different standards as the multiple coils in the wireless power transmission apparatus, it is possible to cope with all the transmission apparatuses regardless of the standards of the coils of the receiving apparatus.
본 발명은 다중 코일 솔루션을 통하여, 서로 다른 규격을 따르는 수신장치들에 해당하는 규격의 무선 전력을 송신할 수 있는 무선 전력 전송방법, 무선 전력 전송장치 및 무선 충전 시스템을 구현한다.The present invention implements a wireless power transmission method, a wireless power transmission device, and a wireless charging system capable of transmitting wireless power of a standard corresponding to different standards through multi-coil solutions.
또한, 본 발명은, 인접하는 한 쌍의 코일에 다른 형상의 코일을 오버랩함에 따라, 단일 코일을 이용하여 서로 다른 두 개의 규격을 따르는 전송장치를 구현하는 다중 코일 솔루션을 제공한다. 또한, 오버랩되는 코일이 서로 다른 두 개의 규격을 지원하도록 구성함에 따라, 무선 전력 전송장치, 무선 전력 수신장치 및 무선 충전 시스템의 동작 영역이 확장되는 효과를 볼 수 있다. 즉, 무선 전력 전송장치에 다중 코일로써 서로 다른 두 개의 규격을 따르는 단일 코일을 조합하여 사용함으로써, 수신장치의 코일이 어느 규격을 따르더라도 전송장치는 모두 대응이 가능하게 된다.Further, the present invention provides a multiple coil solution for implementing a transmission device that conforms to two different standards by using a single coil, as overlapping coils of different shapes to a pair of adjacent coils. In addition, since the overlapping coils are configured to support two different standards, the operation range of the wireless power transmission apparatus, the wireless power reception apparatus, and the wireless charging system can be expanded. In other words, by using a combination of a single coil that conforms to two different standards as multiple coils in a wireless power transmission apparatus, it is possible to cope with all transmission apparatuses regardless of the standard of the coil of the receiving apparatus.
본 발명은 서로 다른 규격을 따르는 수신장치에 대하여, 송신 장치의 공진 주파수를 변경함으로써, 서로 다른 규격 간의 호환성을 가지는 송신장치를 제공할 수 있다. 이를 통하여, 본 발명은 수신장치가 따르는 통신 규격에 관계없이, 무선 전력을 전송할 수 있다. The present invention can provide a transmitting apparatus having compatibility between different standards by changing the resonance frequency of the transmitting apparatus for receiving apparatuses conforming to different standards. Through this, the present invention can transmit wireless power regardless of the communication standard to which the receiving apparatus conforms.
이상 개시된 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 무선 전력 전송장치의 구성은 무선 충전기에만 적용 가능한 경우를 제외하면, 도킹 스테이션(docking station), 단말기 크래들 장치(cradle device), 기타 전자 장치 등과 같은 장치에도 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.The configuration of the wireless power transmission apparatus according to the embodiments disclosed herein may be applied to devices such as a docking station, a cradle device, and other electronic devices, May be readily apparent to those skilled in the art.
본 발명의 범위는 본 명세서에 개시된 실시 예들로 한정되지 아니하고, 본 발명은 본 발명의 사상 및 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있다.The scope of the present invention is not limited to the embodiments disclosed herein, and the present invention can be modified, changed, or improved in various forms within the scope of the present invention and the claims.
Claims (20)
무선 전력을 상기 무선 전력 수신장치에 전송하도록 형성되는 전력 전달부;
상기 전력 전달부에 전기적으로 연결되는 복수의 커패시터들을 구비하며, 상기 커패시터들의 전기적 연결을 변경하여 복수의 주파수를 각각 지원하도록 형성되는 회로부; 및
상기 무선 전력 수신장치가 따르는 통신규약을 검출하고, 상기 검출된 통신규약에 해당하는 주파수로 상기 회로부가 동작하도록 상기 커패시터들의 전기적 연결을 제어하는 제어부를 포함하는 무선 전력 전송 장치.A wireless power transmission apparatus formed to transmit power wirelessly to a wireless power receiving apparatus,
A power delivery unit configured to transmit wireless power to the wireless power receiving apparatus;
A circuit portion having a plurality of capacitors electrically connected to the power transfer portion, the circuit portion being configured to change an electrical connection of the capacitors to support a plurality of frequencies, respectively; And
And a control unit for detecting a communication protocol conformed to the wireless power receiving apparatus and controlling the electrical connection of the capacitors so that the circuit unit operates at a frequency corresponding to the detected communication protocol.
상기 회로부는 상기 복수의 커패시터들 중에서 상기 무선 전력을 전송하는 공진회로에 포함되는 커패시터의 개수를 가변하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치. The method according to claim 1,
Wherein the circuit unit is configured to vary the number of capacitors included in the resonant circuit that transmits the radio power among the plurality of capacitors.
상기 회로부는 상기 전력 전달부와 전기적으로 연결된 제1커패시터;
상기 제1커패시터와 병렬로 연결된 제2커패시터; 및
상기 제2커패시터에 연결된 스위치를 포함하고,
상기 제어부는 상기 스위치를 이용하여 상기 제2커패시터의 전기적 연결을 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.3. The method of claim 2,
The circuit unit includes: a first capacitor electrically connected to the power transfer unit;
A second capacitor connected in parallel with the first capacitor; And
And a switch coupled to the second capacitor,
Wherein the control unit controls the electrical connection of the second capacitor using the switch.
상기 제어부는
상기 검출된 통신규약이 WPC 통신규약인 경우, 상기 스위치를 연결하고,
상기 검출된 통신규약이 PMA 통신규약인 경우, 상기 스위치를 연결하지 않는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.The method of claim 3,
The control unit
When the detected communication protocol is a WPC communication protocol, connecting the switch,
And does not connect the switch if the detected communication protocol is a PMA communication protocol.
상기 제어부는
상기 무선 전력 수신장치가 따르는 통신규약을 검출하도록, 서로 다른 통신규약을 따르는 신호들을 순차적으로 발생시키는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.The method according to claim 1,
The control unit
And sequentially generate signals conforming to different communication protocols so as to detect a communication protocol that the wireless power receiving device follows.
상기 신호들은 상기 제1통신규약에 따른 제1신호 및 제2 통신규약에 따른 제2신호를 포함하고,
상기 제어부는
상기 제1 및 제2 신호 중 어느 하나의 신호에 대한 상기 무선 전력 수신장치의 응답을 이용하여, 상기 무선 전력 수신장치가 상기 제1 및 제2 통신규약 중 어느 하나의 통신규약에 해당하는지를 결정하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.6. The method of claim 5,
Wherein the signals comprise a first signal according to the first communication protocol and a second signal according to a second communication protocol,
The control unit
Using the response of the wireless power receiving apparatus to any one of the first and second signals to determine whether the wireless power receiving apparatus corresponds to the communication protocol of the first and second communication protocols Wherein the wireless power transmission device comprises:
상기 제어부는
상기 어느 하나의 통신규약이 결정되면, 상기 회로부가 상기 어느 하나의 통신규약에 해당하는 주파수 범위로 동작하도록 상기 복수의 커패시터들의 전기적 연결을 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치. The method according to claim 6,
The control unit
And controls the electrical connection of the plurality of capacitors so that the circuit unit operates in a frequency range corresponding to any one of the communication protocols, if any one of the communication protocols is determined.
상기 제어부는
상기 어느 하나의 통신규약이 결정되면, 상기 회로부가 상기 어느 하나의 통신규약을 지원하도록 입력 전압을 승압 또는 감압하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.The method according to claim 6,
The control unit
And when the one of the communication protocols is determined, the circuit section increases or decreases the input voltage so as to support any one of the communication protocols.
상기 제어부는
상기 어느 하나의 통신규약이 결정되면, 상기 통신규약에 근거하여 상기 전력 전달부에 대하여 주파수 제어 및 전압 제어 중 어느 하나를 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.9. The method of claim 8,
The control unit
Wherein the control unit performs either frequency control or voltage control for the power transfer unit based on the communication protocol if any one of the communication protocols is determined.
상기 회로부는 제1커패시터와 연결된 제1스위치와 제2커패시터와 연결된 제2스위치를 포함하고,
상기 제1커패시터와 제2커패시터는 병렬로 연결되어 있으며,
상기 제어부는 상기 제1 및 제2 스위치를 이용하여 상기 제2커패시터의 전기적 연결을 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the circuit portion includes a first switch connected to the first capacitor and a second switch connected to the second capacitor,
Wherein the first capacitor and the second capacitor are connected in parallel,
Wherein the control unit controls the electrical connection of the second capacitor using the first and second switches.
상기 제어부는
상기 통신규약이 WPC를 따르는 경우, 상기 제1 및 제2 커패시터가 모두 전력 전달부와 전기적으로 연결되도록 상기 제1 및 제2 스위치를 제어하고,
상기 통신규약이 PMA를 따르는 경우, 상기 제1 및 제2 커패시터 중 어느 하나가 전력 전달부와 전기적으로 연결되도록 상기 제1 및 제2 스위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.11. The method of claim 10,
The control unit
Controls the first and second switches such that the first and second capacitors are all electrically connected to the power transfer unit when the communication protocol conforms to the WPC,
And controls the first and second switches such that any one of the first and second capacitors is electrically connected to the power transfer unit when the communication protocol conforms to the PMA.
상기 전력 전달부는 WPC 규격 내에서 주파수 제어 또는 전압 제어되는 A13코일인 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.The method according to claim 1,
Wherein the power delivery portion is an A13 coil frequency controlled or voltage controlled within the WPC specification.
상기 무선 전력 수신장치가 따르는 규약을 검출하도록 제1통신규약에 따른 제1신호 및 제2 통신규약에 따른 제2신호를 순차적으로 발생시키는 단계;
상기 제1 및 제2신호 중 어느 하나의 신호에 대한 상기 수신 장치의 응답을 이용하여, 제1 및 제2 통신규약 중 상기 무선 전력 수신장치가 따르는 통신규약을 판단하는 단계; 및
상기 판단된 통신규약에 따라 복수의 주파수 대역 중 어느 하나의 주파수 대역에서 무선 전력이 전송되도록 복수의 커패시터들의 전기적 연결을 제어하는 단계를 포함하는 무선 전력 전송 방법.A wireless power transmission method for wirelessly transmitting power to a wireless power receiving device,
Sequentially generating a first signal according to a first communication protocol and a second signal according to a second communication protocol to detect a protocol followed by the wireless power receiving apparatus;
Determining a communication protocol to be followed by the wireless power receiving apparatus among the first and second communication protocols using the response of the receiving apparatus to either one of the first signal and the second signal; And
And controlling the electrical connection of the plurality of capacitors so that the radio power is transmitted in one of the plurality of frequency bands according to the determined communication protocol.
상기 커패시터들의 전기적 연결을 제어하는 단계에서는
상기 판단된 통신규약에 따르는 공진회로에서 사용될 커패시터의 개수를 결정하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.14. The method of claim 13,
In the step of controlling the electrical connection of the capacitors
And determines the number of capacitors to be used in the resonant circuit according to the determined communication protocol.
제1커패시터 및 제2커패시터를 포함하고,
상기 제2커패시터에는 스위치가 연결되어 있으며,
상기 커패시터들의 전기적 연결을 제어하는 단계에서는
상기 판단된 통신규약이 WPC 통신규약에 따른다고 판단되면, 상기 스위치가 연결되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.15. The method of claim 14,
A first capacitor and a second capacitor,
A switch is connected to the second capacitor,
In the step of controlling the electrical connection of the capacitors
And if the determined communication protocol conforms to the WPC communication protocol, the switch is connected.
상기 판단된 통신규약에 따라 입력 전압을 승업 또는 감압하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.14. The method of claim 13,
Further comprising increasing or decreasing an input voltage according to the determined communication protocol.
상기 전송장치로부터 무선 전력을 수신하는 수신장치를 포함하고,
상기 전송장치는
무선 전력을 상기 수신장치에 전송하도록 형성되는 전력 전달부;
상기 전력 전달부에 전기적으로 연결되는 복수의 커패시터들을 구비하며, 상기 커패시터들의 전기적 연결을 변경하여 복수의 주파수 범위를 각각 지원하도록 형성되는 회로부; 및
상기 수신장치가 따르는 통신규약을 검출하고, 상기 검출된 통신규약에 해당하는 주파수 범위로 상기 회로부가 동작하도록 상기 커패시터들의 전기적 연결을 제어하는 제어부를 포함하는 무선 충전 시스템.A transmission device for transmitting wireless power;
And a receiving device for receiving wireless power from the transmitting device,
The transmission device
A power delivery unit configured to transmit wireless power to the receiving device;
A circuit portion having a plurality of capacitors electrically connected to the power transfer portion, the circuit portion being configured to change an electrical connection of the capacitors to support a plurality of frequency ranges, respectively; And
And a control unit for detecting a communication protocol to which the receiving device is compliant and controlling the electrical connection of the capacitors so that the circuitry is operated in a frequency range corresponding to the detected communication protocol.
상기 전력 전달부는 WPC 통신규격을 따르는 A13코일로 구성되며,
상기 제어부는
상기 수신 장치가 따르는 통신규약에 따른 공진 회로에 포함될 커패시터들의 개수를 결정하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 시스템.18. The method of claim 17,
The power transfer unit is composed of an A13 coil conforming to the WPC communication standard,
The control unit
Wherein the number of capacitors to be included in the resonant circuit according to a communication protocol conformed to the receiving apparatus is determined.
상기 복수의 커패시터 중 적어도 일부에 연결된 스위치를 더 포함하고,
상기 제어부는
상기 스위치를 이용하여 상기 공진회로에 사용될 커패시터를 결정하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 시스템.19. The method of claim 18,
Further comprising a switch coupled to at least a portion of the plurality of capacitors,
The control unit
Wherein said capacitor is used for said resonant circuit using said switch.
상기 제어부는
상기 수신장치가 따르는 규격을 검출하도록 서로 다른 통신규약에 따르는 신호들을 순차적으로 발생시키는 것을 특징으로 하는 무선 충전 시스템. 18. The method of claim 17,
The control unit
And sequentially generate signals conforming to different communication protocols to detect a standard followed by the receiving device.
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