KR20190114185A

KR20190114185A - 무선 충전 장치 및 무선 충전 방법

Info

Publication number: KR20190114185A
Application number: KR1020180036496A
Authority: KR
Inventors: 차대영
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2019-10-10
Also published as: WO2019190225A1

Abstract

실시예에 따른 무선 충전 장치는 인버터와, 상기 인버터에 입력되는 직류 전력을 제1 부하저항 또는 제2 부하저항을 거쳐 그라운드로 흐르도록 연결하는 스위치와, 상기 제1 부하저항 또는 제2 부하저항이 연결된 상태에서 상기 직류 전력의 전압이 기준 전압보다 높은지 판단하고, 상기 전압이 기준 전압보다 높은 부하저항 중 저항 값이 낮은 부하저항에 대응하는 보증 전력을 선택하여 저장하는 제어부를 포함하고, 상기 제1 부하저항은 상기 제2 부하저항보다 저항 값이 낮을 수 있다.

Description

무선 충전 장치 및 무선 충전 방법{WIRELESS CHARGING DEVICE AND WIRELESS CHARGING METHOD}

실시예는 충전 불량을 방지하기 위한 무선 충전 장치 및 무선 충전 방법에 관한 것이다.

휴대폰, 노트북과 같은 휴대용 단말은 전력을 저장하는 배터리와 배터리의 충전 및 방전을 위한 회로를 포함한다. 이러한 단말의 배터리가 충전되려면, 외부의 충전기로부터 전력을 공급받아야 한다.

일반적으로 배터리에 전력을 충전시키기 위한 충전장치와 배터리 간의 전기적 연결방식의 일 예로, 상용전원을 공급받아 배터리에 대응하는 전압 및 전류로 변환하여 해당 배터리의 단자를 통해 배터리로 전기에너지를 공급하는 단자공급방식을 들 수 있다. 이러한 단자공급방식은 물리적인 케이블(cable) 또는 전선의 사용이 동반된다. 따라서 단자공급방식의 장비들을 많이 취급하는 경우, 많은 케이블들이 상당한 작업 공간을 차지하고 정리가 곤란하며 외관상으로도 좋지 않다. 또한, 단자공급방식은 단자들간의 서로 다른 전위차로 인한 순간방전현상, 이물질에 의한 소손 및 화재 발생, 자연방전, 배터리의 수명 및 성능 저하 등의 문제점을 야기할 수 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 무선으로 전력을 전송하는 방식을 이용한 충전시스템(이하 "무선 충전 시스템"이라 칭함.)과 제어방법들이 제시되고 있다. 또한, 무선 충전 시스템이 과거에는 일부 휴대용 단말에 기본 장착되지 않고 소비자가 별도 무선 충전 수신기 액세서리를 별도로 구매해야 했기에 무선 충전 시스템에 대한 수요가 낮았으나 무선 충전 사용자가 급격히 늘어나고 있으며, 단말 제조사에서도 무선충전 기능을 기본으로 탑재하고 있다.

일반적으로 무선 충전 시스템은 무선 전력 전송 방식으로 전기에너지를 공급하는 무선 전력 송신기와 무선 전력 송신기로부터 공급되는 전기에너지를 수신하여 배터리를 충전하는 무선 전력 수신기로 구성된다.

이러한 무선 충전 시스템은 적어도 하나의 무선 전력 전송 방식(예를 들어, 전자기 유도 방식, 전자기 공진 방식, RF 무선 전력 전송 방식 등)에 의해 전력을 전송할 수 있다.

휴대폰과 같은 5v동작 전원을 사용하는 휴대용 장치들은 보통 5~15W로 설계된 무선충전기를 이용하여 무선충전 할 수 있다. 설계된 전력대로 무선전력 전송을 보증하기 위해서는 입력 전원이 충분하도록 전력을 충분히 공급할 수 있는 아답터를 사용해야 한다. 예를들어 15W를 보증하는 무선충전기는 15W 이상의 전력을 공급할 수 있는 아답터를 사용해야 한다.

하지만, 무선충전기와 페어되도록 설계된 아답터가 아닌 경우, 아답터의 종류가 매우 다양하며 일부 아답터는 15W를 제공하지 못할 수도 있다. 15W를 제공하지 못하는 아답터를 사용하여 무선 충전기를 충전할 경우, 15W의 충전 시 입력 전원의 파워가 충분하지 않게 되어 충전이 끊기는 문제점이 생길 수 있다.

실시예는 입력 전원의 종류에 관계없이 충전이 끊기는 것을 방지하기 위한 무선 충전 장치 및 무선 충전 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 보증 전력이 무선전력 수신기에 전달되고, 상기 보증 전력 내에서 상기 무선 전력 수신기의 요구 보증 전력이 결정될 수 있다. 외부 전원 단자로부터 전력을 입력받는 전원부를 더 포함하고, 상기 직류 전력은 상기 전원부로부터 출력될 수 있다. 상기 제어부는 상기 입력 전압의 주파수를 가변하여 상기 직류 전력의 크기를 제어할 수 있다. 상기 제어부는 주파수를 110Khz 내지 150Hz로 가변시켜 상기 직류 전력의 크기를 감소시킬 수 있다. 상기 변환기는 상기 부하저항에 5V 또는 10V를 공급할 수 있다. 상기 보증 전력을 송신하는 송신 코일을 포함할 수 있다.

또한, 실시예에 따른 무선 충전 장치는 직류 전력을 출력하는 변환기와, 상기 직류 전력을 입력받아 교류 전력으로 변환시켜 출력하는 인버터와, 상기 직류 전력이 부하저항을 거쳐 그라운드로 흐르도록 연결하는 스위치와, 상기 직류 전력의 출력 전압을 제1전압 또는 제2전압이 되도록 상기 변환기를 제어하고, 상기 부하저항이 연결된 상태에서 상기 직류 전력의 출력 전압이 기준 전압보다 높은지 판단하고, 상기 기준 전압보다 높은출력 전압 중 전압 값이 높은 출력전압에 대응하는 보증전력을 선택하여 저장하는 제어부를 포함할 수 있다. 상기 보증 전력이 무선전력 수신기에 전달되고, 상기 보증 전력 내에서 상기 무선 전력 수신기의 요구 보증 전력이 결정될 수 있다.

또한, 실시예에 따른 무선 충전 방법은 인버터의 입력단에 연결된 제1 또는 제2 부하저항에 입력되는 직류 전압을 측정하는 단계와, 상기 직류전압이 기준전압보다 높은지 비교하는 단계와, 상기 직류전압이 기준전압보다 높은 부하 저항 중 저항 값이 낮은 부하저항에 대응하는 보증 전력을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 보증 전력이 무선전력 수신기에 전달되고, 상기 보증 전력 내에서 상기 무선 전력 수신기의 요구 보증 전력이 결정될 수 있다. 상기 직류 전력은 외부 전원 단자로부터 입력 전력을 입력받는 전력을 출력시킬 수 있다. 상기 입력 전력의 주파수를 가변하여 상기 직류 전력의 크기를 제어할 수 있다.

실시예는 무선충전기가 입력 전원으로부터 공급 가능한 전력 확인할 수 있도록 입력전원 확인부를 구성함으로써, 정확한 무선전력전송 가능한 가용 전력을 결정하고, 무선 전력 수신기에 제공함으로서 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기의 송신 능력(가용전력)에 맞춰 전력을 요청할 수 있으며, 이로 인해 충전이 끊어지는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

실시예는 낮은 값을 가지는 저항을 사용하여 입력전원 확인부를 구성함으로써, 비용 감소 및 저항의 불량을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

실시예는 가변 저항을 사용하여 입력전원 확인부를 구성함으로써, 저항과 스위치 부품의 수를 줄일 수 있는 효과가 있다.

실시예는 가변 저항을 변화시키면서 입력 전원을 측정함으로써, 입력 전압이 끊어지는 시점을 보다 효과적으로 측정할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 무선 충전 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 도 3에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 도 3의 부하 저항들의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 보증 전력을 측정하기 위한 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7 및 도 8은 도 3의 부하 저항들의 다른 실시예에 따른 구성을 나타낸 도면이다.
도 9는 제2 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 10은 제3 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 제어부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기의 협상 단계를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 실시예들이 적용되는 장치 및 다양한 방법들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

이상에서, 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 실시예의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 실시예의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.

실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)", "전(앞) 또는 후(뒤) "에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(위) 또는 하(아래)" 및 "전(앞) 또는 후(뒤) "는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다.

또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 실시예에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

그리고 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지기술에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

실시예의 설명에 있어서, 무선 전력 충전 시스템상에서 무선 전력을 송신하는 장치는 설명의 편의를 위해 무선 전력 송신기, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 송신기, 송신단, 송신기, 송신 장치, 송신측, 무선 전력 전송 장치, 무선 전력 전송기, 무선충전장치 등을 혼용하여 사용하기로 한다. 또한, 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 수신 단말기, 수신측, 수신 장치, 수신기 단말 등이 혼용되어 사용될 수 있다.

실시예에 따른 무선충전장치는 패드 형태, 거치대 형태, AP(Access Point) 형태, 소형 기지국 형태, 스텐드 형태, 천장 매립 형태, 벽걸이 형태 등으로 구성될 수 있으며, 하나의 송신기는 복수의 무선 전력 수신 장치에 전력을 전송할 수도 있다.

일 예로, 무선 전력 송신기는 통상적으로 책상이나 탁자 위 등에서 놓여서 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 자동차용으로도 개발되어 적용되어 차량 내에서 사용될 수 있다. 차량에 설치되는 무선 전력 송신기는 간편하고 안정적으로 고정 및 거치할 수 있는 거치대 형태로 제공될 수 있다.

실시예에 따른 단말은 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable MultimediaPlayer), 네비게이션, MP3 player, 전동 칫솔, 전자 태그, 조명 장치, 리모콘, 낚시찌 등의 소형 전자 기기 등에 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며 실시예에 따른 무선 전력 수신 수단이 장착되어 배터리 충전이 가능한 모바일 디바이스 기기(이하, "디바이스"라 칭함.)라면 족하고, 단말 또는 디바이스라는 용어는 혼용하여 사용될 수 있다. 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기는 차량, 무인 항공기, 에어 드론 등에도 탑재될 수 있다.

실시예에 따른 무선 전력 수신기는 적어도 하나의 무선 전력 전송 방식이 구비될 수 있으며, 2개 이상의 무선 전력 송신기로부터 동시에 무선 전력을 수신할 수도 있다. 여기서, 무선 전력 전송 방식은 상기 전자기 유도 방식, 전자기 공진 방식, RF 무선 전력 전송 방식 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일반적으로, 무선 전력 시스템을 구성하는 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기는 인밴드 통신 또는 BLE(Bluetooth Low Energy) 통신을 통해 제어 신호 또는 정보를 교환할 수 있다. 여기서, 인밴드 통신, BLE 통신은 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation) 방식, 주파수 변조 방식, 위상 변조 방식, 진폭 변조 방식, 진폭 및 위상 변조 방식 등으로 수행될 수 있다. 일 예로, 무선 전력 수신기는 수신 코일을 통해 유도된 전류를 소정 패턴으로 ON/OFF 스위칭하여 궤환 신호(feedback signal)를 생성함으로써 무선 전력 송신기에 각종 제어 신호 및 정보를 전송할 수 있다. 무선 전력 수신기에 의해 전송되는 정보는 수신 전력 세기 정보를 포함하는 다양한 상태 정보를 포함할 수 있다. 이때, 무선 전력 송신기는 수신 전력 세기 정보에 기반하여 충전 효율 또는 전력 전송 효율을 산출할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 무선 충전 장치를 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이고, 도 3은 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이고, 도 4는 도 3에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이고, 도 5는 도 3의 부하 저항들의 구성을 나타낸 도면이고, 도 6은 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 보증 전력을 측정하기 위한 동작을 설명하기 위한 순서도이고, 도 7 및 도 8은 도 3의 부하 저항들의 다른 실시예의 구성을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 무선 충전 시스템(무선 충전기)은 크게 무선으로 전력을 송출하는 무선 전력 송신단(10), 상기 송출된 전력을 수신하는 무선 전력 수신단(20) 및 수신된 전력을 공급 받는 전자기기(30)로 구성될 수 있다.

일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 동일한 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 인밴드(In-band) 통신을 수행할 수 있다. 다른 일예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 상이한 별도의 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 대역외(Out-of-band) 통신을 수행할 수도 있다.

일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20) 사이에 교환되는 정보는 서로의 상태 정보뿐만 아니라 제어 정보도 포함될 수 있다. 여기서, 송수신단 사이에 교환되는 상태 정보 및 제어 정보는 후술할 실시예들의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.

상기 인밴드 통신 및 대역외 통신은 양방향 통신을 제공할 수 있으나, 이에 한정되지않으며, 다른 실시예에 있어서는 단방향 통신 또는 반이중 방식의 통신을 제공할 수도 있다.

일 예로, 단방향 통신은 무선 전력 수신단(20)이 무선 전력 송신단(10)으로만 정보를 전송하는 것일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 송신단(10)이 무선 전력 수신단(20)으로 정보를 전송하는 것일 수도 있다.

반이중 통신 방식은 무선 전력 수신단(20)과 무선 전력 송신단(10) 사이의 양방향 통신은 가능하나, 어느 한 시점에 어느 하나의 장치에 의해서만 정보 전송이 가능한 특징이 있다.

실시예에 따른 무선 전력 수신단(20)은 전자 기기(30)의 각종 상태 정보를 획득할 수도 있다. 일 예로, 전자 기기(30)의 상태 정보는 현재 전력 사용량 정보, 실행중인 응용을 식별하기 위한 정보, CPU 사용량 정보, 배터리 충전 상태 정보, 배터리 출력 전압/전류 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 전자 기기(30)로부터 획득 가능하고, 무선 전력 제어에 활용 가능한 정보이면 족하다.

도 2는 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.

도 2를 참조하면, 무선 전력 전송 절차에 따라 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(Selection Phase, 210), 핑 단계(Ping Phase, 220), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 230), 협상 단계(Negotiation Phase, 240), 보정 단계(Calibration Phase, 250), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 260) 단계 및 재협상 단계(Renegotiation Phase, 270)로 구분될 수 있다.

선택 단계(210)는 파워 전송을 시작하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계-예를 들면, 도면 부호 S202, S204, S208, S210, S212를 포함함-일 수 있다. 여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다. 또한, 선택 단계(210)에서 송신기는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다. 만약, 송신기가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 단계(220)로 천이할 수 있다. 선택 단계(210)에서 송신기는 매우 짧은 펄스의 아날로그 핑(Analog Ping) 신호를 전송하며, 송신 코일 또는 1차 코일(Primary Coil)의 전류 변화에 기반하여 인터페이스 표면의 활성 영역(Active Area)에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다.

선택 단계(210)에서 물체가 감지되는 경우, 무선 전력 송신기는 무선전력 공진 회로, 예를 들어 무선 전력 전송을 위한 송신 코일 및/또는 공진 캐패시터의 일단 및/또는 타단의 품질 인자를 측정할 수 있다.

무선 전력 송신기는 무선전력 공진 회로(예를 들어 전력전송 코일 및/또는 공진 캐패시터)의 피크주파수를 측정할 수 있다.

품질계수 및/또는 피크주파수는 향후 협상단계(240)에서 이물질 존재 여부를 판단하는데 사용될 수 있다.

핑 단계(220)에서 송신기는 물체가 감지되면, 수신기를 활성화(Wake up)시키고, 감지된 물체가 무선 전력 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송한다(S201). 핑 단계(220)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 패킷-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(210)로 천이할 수 있다. 또한, 핑 단계(220)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 패킷-을 수신하면, 선택 단계(210)로 천이할 수도 있다(S202).

핑 단계(220)가 완료되면, 송신기는 수신기를 식별하고 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(230)로 천이할 수 있다(S203).

식별 및 구성 단계(230)에서 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out),패킷 전송 오류가 있거나(transmission error), 파워 전송 계약이 설정되지 않으면(no power transfer contract) 선택 단계(210)로 천이할 수 있다(S204).

송신기는 식별 및 구성 단계(230)에서 수신된 구성 패킷(Configuration packet)의 협상 필드(Negotiation Field) 값에 기반하여 협상 단계(240)로의 진입이 필요한지 여부를 확인할 수 있다.

확인 결과, 협상이 필요하면, 송신기는 협상 단계(240)로 진입할 수 있다(S205). 협상 단계(240)에서 송신기는 소정 이물질 검출 절차를 수행할 수 있다.

반면, 확인 결과, 협상이 필요하지 않은 경우, 송신기는 곧바로 전력 전송 단계(260)로 진입할 수도 있다(S206).

협상 단계(340)에서, 송신기는 기준 품질 인자 값이 포함된 FOD(Foreign Object Detection) 상태 패킷을 수신할 수 있다. 또는 기준 피크주파수 값이 포함된 FOD 상태 패킷을 수신할 수 있다. 또는 기준 품질 인자 값 및 기준 피크주파수 값이 포함된 상태 패킷을 수신할 수 있다. 이때, 송신기는 기준 품질 인자 값에 기반하여 FO 검출을 위한 임계 품질 인자 값을 결정할 수 있다. 송신기는 기준 피크주파수 값에 기반하여 FO 검출을 위한 임계 피크주파수 값을 결정할 수 있다.

송신기는 결정된 FO 검출을 위한 임계 품질 인자 값 및 현재 측정된 품질 인자 값-예를 들면, 핑 단계 이전에 측정된 품질 인자 값일 수 있음-을 이용하여 충전 영역에 FO가 존재하는지를 검출할 수 있으며, FO 검출 결과에 따라 전력 전송을 제어할 수 있다. 일 예로, FO가 검출된 경우, 전력 전송이 중단될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

송신기는 결정된 FO 검출을 위한 임계 피크주파수 값 및 현재 측정된 피크주파수 값-예를 들면, 핑 단계 이전에 측정된 피크주파수 값일 수 있음-을 이용하여 충전 영역에 FO가 존재하는지를 검출할 수 있으며, FO 검출 결과에 따라 전력 전송을 제어할 수 있다. 일 예로, FO가 검출된 경우, 전력 전송이 중단될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

FO가 검출된 경우, 송신기는 선택 단계(210)로 회귀할 수 있다(S208). 반면, FO가 검출되지 않은 경우, 송신기는 보정 단계(250)를 거쳐 전력 전송 단계(260)로 진입할 수도 있다(S207 및 S209). 상세하게, 송신기는 FO가 검출되지 않은 경우, 송신기는 보정 단계(250)에서 수신단에 수신된 전력의 세기를 수신하고, 송신단에서 전송한 전력의 세기와 비교하여 수신단과 송신단에서의 전력 손실을 측정할 수 있다. 즉, 송신기는 보정 단계(250)에서 송신단의 송신 파워와 수신단의 수신 파워 사이의 차이에 기반하여 전력 손실을 예측할 수 있다. 일 실시예에 따른 송신기는 예측된 전력 손실을 반영하여 FOD 검출을 위한 전력 손실 임계치를 보정할 수도 있다. 즉, 보정 단계에서는 FO가 없는 상태이기 때문에 수신기의 커플링 상태 및 수신기의 프렌들리 메탈(Friendly metal) 성분으로 인한 전력손실을 결정하고, 기 결정된 전력손실 외의 추가 전력손실이 발생했을 때 이물질이 존재한다고 판단할 수 있다.

또한, 협상 단계(240)에서는 수신기의 일반 요구 패킷의 응답으로 전력 송신기 능력을 전송할 수 있다. 송신기는 입력 전원으로부터 측정된 최대 전송 가능한 전력 예컨대, 보증 전력을 측정하여 수신기에 전송할 수 있다. 보증 전력의 측정은 전원이 들어올 때 초기화 과정 중에 진행될 수 있으며 송신기는 미리 측정된 보증 전력을 송신할 수 있다.

보증 전력을 측정하는 단계는 이후 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

전력 전송 단계(260)에서, 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 기 설정된 파워 전송 계약에 대한 위반이 발생되거나(power transfer contract violation), 충전이 완료된 경우, 선택 단계(210)로 천이할 수 있다(S210).

또한, 전력 전송 단계(260)에서, 송신기는 송신기 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 재협상 단계(270)로 천이할 수 있다(S211). 이때, 재협상이 정상적으로 완료되면, 송신기는 전력 전송 단계(260)로 회귀할 수 있다(S213).

상기한 파워 전송 계약은 송신기와 수신기의 상태 및 특성 정보에 기반하여 설정될 수 있다. 일 예로, 송신기 상태 정보는 최대 전송 가능한 파워량에 대한 정보, 최대 수용 가능한 수신기 개수에 대한 정보 등을 포함할 수 있으며, 수신기 상태 정보는 요구 전력에 대한 정보 등을 포함할 수 있다.

송신기는 재협상이 정상적으로 완료되지 않으면, 해당 수신기로의 전력 전송을 중단하고, 선택 단계로(210) 천이할 수도 있다(S212).

도 3은 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

도 3을 참조하면, 무선 전력 송신기(300)는 전원부(360), 직류-직류 변환기(DC-DC Converter, 310), 인버터(Inverter, 320), 공진 회로(330), 센싱부(350), 통신부(340), 알람부(370) 및 제어부(380)을 포함하여 구성될 수 있다.

공진 회로(330)는 공진 캐패시터(331) 및 인덕터(또는 송신 코일)(332)을 포함하여 구성되며, 통신부(340)는 복조부(341)와 변조부(342) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 송신 코일은 인가되는 교류 전력으로부터 자속(Magnetic flux)을 생성할 수 있다.

전원부(360)는 외부 전원 단자 또는 배터리로부터 DC 전력을 인가받아 직류-직류 변환기(310)에 전달할 수 있다. 다른 실시예로, 배터리는 무선 전력 송신기(300)의 내부에 장착되어 충전 가능하게 구성될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 보조 배터리 또는 외장 배터리의 형태로 무선 전력 송신기(300)의 전원부(360) 소정 케이블을 통해 연결될 수도 있다.

직류-직류 변환기(310)는 제어부(380)의 제어에 따라 전원부(360)로부터 입력되는 직류 전력의 세기를 특정 세기의 직류 전력으로 변환할 수 있다. 일 예로, 직류-직류 변환기(310)는 전압의 세기 조절이 가능한 가변 전압기로 구성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.

인버터(320)는 변환된 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다.

인버터(320)는 구비된 복수의 스위치 제어를 통해 입력되는 직류 전력 신호를 교류 전력 신호로 변환하여 출력할 수 있다.

일 예로, 인버터(320)는 풀 브릿지(Full Bridge) 회로를 포함하여 구성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 하프 브리지(Half Bridge)를 포함하여 구성될 수도 있다.

다른 일 예로, 인버터(320)는 하프 브릿지 회로와 풀 브릿지 회로를 모두 포함하여 구성될 수도 있으며, 이 경우, 제어부(380)는 인터버(320)를 하프 브릿지로 동작시킬지 풀 브릿지로 동작시킬지 동적으로 결정하여 제어할 수 있다.

일 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기에 의해 요구되는 전력의 세기에 따라 적응적으로 인버터(320)의 브릿지모드를 제어할 수 있다.

여기서, 브릿지 모드는 하프 브리짓 모드 및 풀 브릿지 모드를 포함한다. 일 예로, 무선 전력 수신기가 5W의 저전력을 요구하는 경우, 제어부(380)는 인버터(320)가 하프 브릿지 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.

반면, 무선 전력 수신기가 15W의 전력을 요구하는 경우, 제어부(380)는 풀 브릿지 모드로 동작되도록 제어할 수 있다. 다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 감지된 온도에 따라 적응적으로 브릿지 모드를 결정하고, 결정된 브릿지 모드에 따라 인버터(320)를 구동시킬 수도 있다.

일 예로, 하프 브리지 모드를 통해 무선 전력을 전송하는 중 무선 전력 송신 장치의 온도가 소정 기준치를 초과하는 경우, 제어부(380)는 하프 브리지 모드를 비활성화시키고 풀 브릿지 모드가 활성화되도록 제어할 수 있다. 즉, 무선 전력 송신 장치는 동일 세기의 전력 전송을 위해 풀 브릿지 회로를 통해 전압은 상승시키고, 공진 회로(330)에 흐르는 전류의 세기는 감소시킴으로써, 무선 전력 송신 장치의 내부 온도가 소정 기준치 이하를 유지하도록 제어할 수 있다.

일반적으로, 전자 기기에 장착되는 전자 부품에 발생되는 열의 양은 해당 전자 부품에 인가되는 전압의 세기보다 전류의 세기에 보다 민감할 수 있다.

또한, 인버터(320)는 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있을 뿐만 아니라 교류 전력의 세기를 변경시킬 수도 있다.

일 예로, 인버터(320)는 제어부(380)의 제어에 따라 교류 전력 생성에 사용되는 기준 교류 신호(Reference Alternating CurrentSignal)의 주파수를 조절하여 출력되는 교류 전력의 세기를 조절할 수도 있다. 이를 위해, 인버터(320)는 특정 주파수를 가지는 기준 교류 신호를 생성하는 주파수 발진기를 포함하여 구성될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 예는 주파수 발진기가 인버터(320)와 별개로 구성되어 무선 전력 송신기(300)의 일측에 장착될 수 있다.

다른 일 예로, 무선 전력 송신기(300)는 인버터(320)에 구비된 스위치를 제어하기 위한 게이트 드라이버(Gate Driver, 미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우, 게이트 드라이버는 제어부(380)로부터 적어도 하나의 펄스 폭변조 신호를 수신할 수 있으며, 수신된 펄스 폭 변조 신호에 따라 인버터(320)의 스위치를 제어할 있다. 제어부(880)는 펄스 폭 변조 신호의 듀티 사이클(Duty Cycle)-즉, 듀티 레이트(Duty Rate)- 및 위상(Phase)를 제어하여 인버터(320) 출력 전력의 세기를 제어할 수 있다. 제어부(360)는 무선 전력 수신 장치로부터 수신되는 피드백 신호에 기반하여 적응적으로 펄스 폭 변조 신호의 듀티 사이클 및 위상을 제어할 수 있다.

센싱부(350)는 DC 변환된 전력의 전압/전류 등을 측정하여 제어부(380)에 제공할 수 있다. 또한, 센싱부(350)는 과열 발생 여부 판단을 위해 무선 전력 송신기(300)의 내부 온도 또는 충전 인터페이스(표면) 내측을 측정하고, 측정 결과를 제어부(380)에 제공할 수도 있다. 일 예로, 제어부(380)는 센싱부(350)에 의해 측정된 전압/전류 값 또는 내부 온도 값에 기반하여 적응적으로 전원부(380)로부터의 전원 공급을 차단할 수 있다. 이를 위해, 직류-직류 변환기(310)의 일측에는 전원부(360)로부터 공급되는 전원을 차단하기 위한 소정 전력 차단 회로가 가 더 구비될 수도 있다.

제어부(380)는 통신부(340)를 통해 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태 정보 또는(및) 전력 제어 신호를 수신할 수 있으며, 수신된 전력 수신 상태 정보 또는(및) 전력 제어 신호에 기반하여 증폭률을 동적으로 조정할 수 있다. 일 예로, 전력 수신 상태 정보는 정류기 출력 전압의 세기 정보, 수신 코일에 인가되는 전류의 세기 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 전력 제어 신호는 전력 증가를 요청하기 위한 신호, 전력 감소를 요청하기 위한 신호 등을 포함할 수 있다.

변조부(342)는 제어부(380)에 의해 생성된 제어 신호를 변조하여 공진코일(330)에 전달할 수 있다. 여기서, 제어 신호를 변조하기 위한 변조 방식은 FSK(Frequency Shift Keying) 변조 방식, 맨체스터 코딩(Manchester Coding) 변조 방식, PSK(Phase Shift Keying) 변조 방식, 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation) 방식, 차등 2단계(Differential bi-phase) 변조 방식 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

복조부(341)는 송신 코일을 통해 수신되는 신호가 감지되면, 감지된 신호를 복조하여 제어부(380)에 전송할 수 있다. 일 예로, 복조된 신호에는 신호 세기 지시자, 무선 전력 전송 중 전력 제어를 위한 오류 정정(EC: Error Correction) 지시자, 충전 완료(EOC: End Of Charge) 지시자, 과전압/과전류/과열 지시자 등이 포함될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 수신기의 상태를 식별하기 위한 각종 상태 정보가 포함될 수 있다. 다른 예로, 복조된 신호는 기준 품질 인자 값 및 기준 주파 수 값 중 어느 하나 이상의 값을 포함하는 FOD 상태 정보가 포함될 수 있다.

일 예로, 무선 전력 송신기(300)는 무선 전력 전송에 사용되는 동일한 주파수를 이용하여 무선 전력 수신기와 통신을 수행하는 인밴드(In-Band) 통신을 통해 상기 신호 세기 지시자를 획득할 수 있다.

이상이 도 3의 설명에서는 무선 전력 송신기(300)와 무선 전력 수신기가 인밴드 통신을 수행하는 것을 예를 들어 설명하고 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 무선 전력 신호 전송에 사용되는 주파수 대역과 상이한 주파수 대역을 통해 근거리 양방향 통신을 수행할 수 있다. 일 예로, 근거리 양방향 통신은 저전력 블루투스 통신, RFID 통신, UWB 통신, 지그비 통신 중 어느 하나일 수 있다.

도 4는 도 3에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

도 4를 참조하면, 무선 전력 수신기(400)는 수신 코일(410), 정류기(420), 직류/직류 변환기(DC/DC Converter, 430), 부하(440), 센싱부(450), 통신부(460), 주제어부(470)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 통신부(460)는 복조부(461) 및 변조부(462) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

상기한 도 4의 예에 도시된 무선 전력 수신기(400)는 인밴드 통신을 통해 무선 전력 송신기와 정보를 교환할 수 있는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 실시예에 따른 통신부(460)는 무선 전력 신호 전송에 사용되는 주파수 대역과는 상이한 주파수 대역을 통해 근거리 양방향 통신을 제공할 수도 있다.

수신 코일(410)을 통해 수신되는 AC 전력은 정류부(420)에 전달할 수 있다. 정류기(420)는 AC 전력을 DC 전력으로 변환하여 직류/직류 변환기(430)에 전송할 수 있다. 직류/직류 변환기(430)는 정류기 출력 DC 전력의 세기를 부하(440)에 의해 요구되는 특정 세기로 변환한 후 부하(440)에 전달할 수 있다. 또한 수신 코일(410)은 복수의 수신 코일(미도시)-즉, 제1 내지 제n 수신 코일-을 포함하여 구성될 수 있다. 일 실시예에 따른 각각의 수신 코일(미도시)에 전달되는 AC 전력의 주파수가 서로 상이할 수도 있고, 다른 일 실시예는 LC 공진 특성을 수신 코일마다 상이하게 조절하는 기능이 구비된 소정 주파수 제어기를 이용하여 각각의 수신 코일 별 공진주파수를 상이하게 설정할 수도 있다.

센싱부(450)는 정류기(420) 출력 DC 전력의 세기를 측정하고, 이를 주제어부(470)에 제공할 수 있다. 일 예로, 센싱부(450)는 무선 전력 수신에 따라 수신 코일(410)에 인가되는 전류의 세기를 측정하고, 측정 결과를 주제어부(470) 에 전송할 수도 있다. 다른 예로, 센싱부(450)는 무선 전력 수신기(400)의 내부 온도를 측정하고, 측정된 온도 값을 주제어부(470)에 제공할 수도 있다.

일 예로, 주제어부(470)는 측정된 정류기 출력 DC 전력의 세기가 소정 기준치와 비교하여 과전압 발생 여부를 판단할 수 있다. 판단 결과, 과전압이 발생된 경우, 과전압이 발생되었음을 알리는 소정 패킷을 생성하여 변조부(462)에 전송할 수 있다. 여기서, 변조부(462)에 의해 변조된 신호는 수신 코일(410) 또는 별도의 코일(미도시)을 통해 무선 전력 송신기에 전송될 수 있다. 또한, 주제어부(470)는 정류기 출력 DC 전력의 세기가 소정 기준치 이상인 경우, 감지 신호가 수신된 것으로 판단할 수 있으며, 감지 신호 수신 시, 해당 감지 신호에 대응되는 신호 세기 지시자가 변조부(462)를 통해 무선 전력 송신기에 전송될 수 있도록 제어할 수 있다. 다른 일 예로, 복조부(461)는 수신 코일(410)과 정류기(420) 사이의 AC 전력 신호 또는 정류기(420) 출력 DC 전력 신호를 복조하여 감지 신호의 수신 여부를 식별한 후 식별 결과를 주제어부(470)에 제공할 수 있다. 이때, 주제어부(470)는 감지 신호에 대응되는 신호 세기 지시자가 변조부(462)를 통해 전송될 수 있도록 제어할 수 있다.

또한, 주제어부(470)는 미리 저장된 기준 품질 인자 값 및 기준 주파수 값 중 어느 하나 이상의 값을 포함하는 FOD 상태 패킷을 변조부(462)를 통해 무선 전력 송신기에 전송할 수 있도록 제어할 수 있다.

도 3으로 돌아가서, 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 보증 전력을 측정하기 위해 부하 저항(390)을 더 포함할 수 있다.

부하 저항(390)은 직류-직류 변환기(310)에 연결될 수 있다. 부하 저항(390)과 직류-직류 변환기(310) 사이에는 스위치가 더 포함될 수도 있다. 부하 저항(390)의 소비 전력은 무선 전력 송신기에 미리 저장된 보증 전력과 동일할 수 있다. 여기서, 보증 전력은 15W일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

직류-직류 변환기(310)는 직류-직류 변환기(310)의 출력전압인 Vrail 값을 특정 전압을 공급할 수 있다. 예컨대, 직류-직류 변환기에서 5V의 Vrail 값을 공급하면 부하 저항(390)의 소비 전력은 15W의 값을 가지기 위해 1.6옴의 저항값을 가질 수 있다.

전원부(360)로부터 입력되는 입력 전력이 15W 이상이며, 부하 저항(390)의 소비 전력이 15W로 설정되었을 경우, 입력 전압이 급감하지 않게 되어 보증 전력은 15W로 설정될 수 있다.

반면, 전원부(360)로부터 입력되는 입력 전력이 15W 미만이며, 부하 저항(390)의 소비 전력이 15W로 설정되었을 경우, 입력 전압은 급강하하게 되어 보증 전력은 15W를 만족시키기 않게 된다. 이에, 제어부(380)는 미리 설정된 보증 전력으로 전력 송신이 불가능함을 판단할 수 있게 된다.무선 전력 송신기는 별도의 유저 인터페이스를 통해 충전이 불가능한 상태임을 사용자에게 인식시켜 줄 수 있다.

실시예는 미리 설정된 전력 예컨대, 보정 전력으로 전력 송신이 불가능함을 판단하는 동시에 실제로 전송 가능한 보증 전력을 측정하기 위해 다수의 부하 저항을 연결할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 부하저항은 서로 다른 소비 전력을 가지는 제1 부하저항(390a), 제2 부하저항(390b) 및 제3 부하저항(390c)을 포함할 수 있다. 제1 부하저항 내지 제3 부하저항(390a, 390b, 390c)은 직류-직류 변환기(310)에 병렬로 연결될 수 있다. 또한, 서로 다른 소비 전력을 가지는 부하저항들(390a, 390b, 390c)을 직류-직류 변환기(310)에 선택적으로 연결시킬 수 있도록 제1 스위치 내지 제3 스위치(391a, 391b, 391c)를 포함할 수 있다. 스위치(391)는 전력을 부하저항(390)을 거쳐 그라운드로 흐르도록 연결할 수 있다.

제1 부하저항(390a)의 소비 전력은 제2 부하저항(390b) 및 제3 부하저항(390c)의 소비 전력보다 클 수 있다. 제2 부하저항(390b)의 소비 전력은 제3 부하저항(390c)의 소비 전력보다 클 수 있다. 예컨대, 제1 부하저항(390a)의 소비 전력은 15W일 수 있으며, 제2 부하저항(390b)의 소비 전력은 7.5W일 수 있으며, 제3 부하저항(390c)의 소비 전력은 5W일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 저항 값이 작을수록 소비 전력은 커지기 때문에 제1 부하저항(390a)의 저항값은 제2 부하저항(390b)의 저항값 보다 작을 수 있으며, 제2 부하저항(390c)의 저항값은 제3 부하저항(390c)의 저항값 보다 작을 수 있다.

제1 스위치(391a)는 직류-직류 변환기(310)와 제1 부하저항(390a) 사이에 배치될 수 있다. 제2 스위치(391b)는 직류-직류 변환기(310)와 제2 부하저항(390b) 사이에 배치될 수 있다. 제3 스위치(391c)는 직류-직류 변환기(310)와 제3 부하저항(390c) 사이에 배치될 수 있다.

상기에서는 3개의 저항 및 스위치를 배치하였으나, 이에 한정되지 않고 3개 미만 또는 4개 이상으로 배치할 수도 있다.

부하저항들(390a, 390b, 390c)을 직류-직류 변환기(310)에 선택적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 제1 스위치(391a)를 온시키고 제2 스위치(391b) 및 제3 스위치(391c)를 오프시키면 직류-직류 변환기(310)와 제1 부하저항(390a)은 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 스위치(391b)를 온 시키고 제1 스위치(391a) 및 제3 스위치(391c)를 오프시키면 직류-직류 변환기(310)와 제2 부하저항(390b)은 전기적으로 연결될 수 있다. 제3 스위치(391c)를 온시키고 제1 스위치(391a) 및 제2 스위치(391b)를 오프시키면 직류-직류 변환기(310)와 제3 부하저항(390c)은 연결될 수 있다.

제어부(380)는 부하저항(390a, 390b, 390c) 중 어느 하나가 연결된 상태에서 직류 전력의 전압과 기준 전압을 비교하여 전압이 급강하되는 것을 감지하고, 전압이 급강하되지 않는 부하저항(390a, 390b, 390c)에 대응되는 소비 전력을 보증 전력으로 선택하여 저장할 수 있다.

제어부(380)에는 보증 전력을 저장할 수 있도록 저장부(381, memory)가 구비될 수 있으며, 저장부(381)는 제어부(380)와 별도의 공간에 배치될 수도 있다.

이하에서는 무선 전력 송신기의 보증 전력을 측정하는 동작을 구체적으로 설명한다. 보증 전력은 소비 전력이 큰 부하저항들을 순차적으로 연결시켜 무선 전력 송신기의 보증 전력을 결정할 수 있다.

보증 전력을 측정하는 단계는 전원이 공급되는 초기 단계에 수행될 수 있으며, 인버터에는 전력이 공급되지 않을 수 있다.

도 6을 참조하면, 제1 소비전력을 가지는 제1 부하저항(390a)을 연결하는 단계(S301)를 수행할 수 있다. 이를 위해 제1 스위치(391a)를 온시킬 수 있다. 제1 부하저항(390a)은 직류-직류 변환기(310)와 전기적으로 연결될 수 있다.

제1 부하저항(391a)에 연결된 입력 전압인 직류 전압의 급강하가 발생되는지 여부를 확인하는 단계(S302)를 수행할 수 있다. 예컨대, 15W의 소비 전력을 가지는 제1 부하저항(391a)에 15W 이상의 전력을 가지는 직류 전압이 연결되면 전압 급강하는 일어나지 않게 된다.

상기와 같이, 전압의 급강하가 일어나지 않게 되면 제1 부하저항(390a)에 걸리는 소비 전력을 보증 전력을 결정할 수 있게 된다. 결정된 보증 전력은 협상 단계에서 무선 전력 수신기에 송출할 수 있다. 이때, 송출 코일의 전력은 차단되지 않을 수 있다.

반면, 15W의 소비 전력을 가지는 제1 부하저항(390a)에 15W 미만의 전력을 가지는 직류 전압이 연결되면 전압의 급강하가 발생될 수 있다. 전압 급강하가 발생되면 15W의 전력으로 무선 전력 수신기의 충전이 불가능하다고 판단될 수 있다.

전압 급강하가 발생되면 제2 소비 전력을 가지는 제2 부하저항(390b)을 연결하는 단계(S303)를 수행할 수 있다. 이때, 제1 스위치(391a)는 오프되고 제2 스위치(391b)는 온될 수 있다.

이어서, 제2 부하저항(390b)에 연결된 직류 전압의 급강하가 발생되는지 여부를 확인하는 단계(S304)를 수행할 수 있다. 예컨대, 7.5W의 소비 전력을 가지는 제2 부하저항(390b)에 7.5W 이상의 전력을 가지는 직류 전압이 연결되면 전압 급강하는 일어나지 않게 된다.

상기와 같이, 전압의 급강하가 일어나지 않게 되면 제2 부하저항(390b)에 걸리는 소비 전력을 보증 전력을 결정할 수 있게 된다. 결정된 보증 전력은 협상 단계에서 무선 전력 수신기에 송출할 수 있다.

반면, 7.5W의 소비 전력을 가지는 제2 부하저항(390b)에 7.5W 미만의 전력을 가지는 입력 전압이 연결되면 입력 전압의 급강하가 발생될 수 있다. 전압 급강하가 발생되면 7W의 전력으로 무선 전력 수신기의 충전이 불가능하다고 판단될 수 있다.

전압 급강하가 발생되면 제3 소비전력을 가지는 제3 부하저항(390c)을 연결하는 단계(S306)를 수행할 수 있다. 이때, 제2 스위치(391b)는 오프되고 제3 스위치(391c)는 온될 수 있다.

이어서, 제3 부하저항(390c)에 연결된 직류 전압의 급강하가 발생되는지 여부를 확인하는 단계(S307)를 수행할 수 있다. 예컨대, 5W의 소비 전력을 가지는 제3 부하저항(390c)에 5W 이상의 전력을 가지는 직류 전압이 연결되면 전압 급강하는 일어나지 않게 된다.

상기와 같이, 전압의 급강하가 일어나지 않게 되면 제3 부하저항(390c)에 걸리는 소비 전력을 보증 전력을 결정할 수 있게 된다. 결정된 보증 전력은 협상 단계에서 무선 전력 수신기에 송출할 수 있다.

반면, 5W의 소비 전력을 가지는 제3 부하저항(390c)에 5W 미만의 전력을 가지는 직류 전압이 연결되면 전압의 급강하가 발생될 수 있다. 전압 급강하가 발생되면 무선 전력 수신기의 충전이 불가능하다고 판단될 수 있다.

상기에서는 3개의 부하 저항을 병렬로 연결하여 보증 전력을 측정하였으나, 이에 한정되지 않고 다음과 같이, 구성될 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 다수의 부하저항은 직렬로 연결될 수 있다. 다수의 부하저항 사이에는 다수의 스위치들을 포함할 수 있다. 다수의 부하저항은 동일한 소비전력을 가질 수 있다. 제1 부하저항 내지 제4 부하저항(390a, 390b, 390c, 390d)의 소비 전력은 각각 4W를 포함할 수 있다.

제1 부하저항 내지 제4 부하저항(390a, 390b, 390c, 390d)은 직렬 연결될 수 있다. 직류-직류 변환기(310)와 제1 부하저항(390a) 사이에는 제1 스위치(391a)가 배치될 수 있다. 제1 부하저항(390a)과 제2 부하저항(390b) 사이에는 제2 스위치(391b)가 배치될 수 있다. 제2 부하저항(390b)과 제3 부하저항(390c) 사이에는 제3 스위치(391c)가 배치될 수 있다. 제3 부하저항(390c)과 제4 부하저항(390d) 사이에는 제4 스위치(391d)가 배치될 수 있다.

제어부(380)는 제1 스위치 내지 제4 스위치(391a, 391b, 391c, 391d)는 순차적으로 온/오프 제어하여 보증 전력을 측정할 수 있다.

제어부(380)는 제1 부하저항 내지 제4 부하저항(390a, 390b, 390c, 390d)이 연결된 상태에서 전압의 급강하 여부를 측정할 수 있다. 이때, 제1 스위치 내지 제4 스위치(391a, 391b, 391c, 391d)는 모두 온시킬 수 있다. 직류 전압의 급강하가 발생되지 않으면 제1 부하저항 내지 제4 부하저항(390a, 390b, 390c, 390d)의 소비 전력의 합이 보증 전력으로 결정될 수 있다. 예컨대, 보증 전력은 16W로 결정될 수 있다.

반면, 제1 부하저항 내지 제4 부하저항(390a, 390b, 390c, 390d)이 연결된 상태에서 직류 전압의 급강하가 발생되면 제1 부하저항 내지 제3 부하저항(390a, 390b, 390c)이 연결된 상태에서 전압의 급강하 여부를 측정할 수 있다. 이때, 제1 스위치 내지 제3 스위치(391a, 391b, 391c)는 온되고, 제4 스위치(391d)는 오프될 수 있다. 전압의 급강하가 발생되지 않으면 제1 부하저항 내지 제3 부하저항(390a, 390b, 390c)의 소비 전력의 합이 보증 전력으로 결정될 수 있다. 예컨대, 보증 전력은 12W로 결정될 수 있다.

반면, 제1 부하저항 내지 제3 부하저항(390a, 390b, 390c)이 연결된 상태에서 전압의 급강하가 발생되면 제1 부하저항(390a) 및 제2 부하저항(390b)이 연결된 상태에서 전압의 급강하 여부를 측정할 수 있다. 이때, 제1 스위치(391a) 및 제2 스위치(391b)는 온되고, 제3 스위치(391c) 및 제4 스위치(391d)는 오프될 수 있다. 전압의 급강하가 발생되지 않으면 제1 부하저항(390a) 및 제2 부하저항(390b)의 소비 전력의 합이 보증 전력으로 결정될 수 있다. 예컨대, 보증 전력은 8W로 결정될 수 있다.

반면, 제1 부하저항(390a) 및 제2 부하저항(390b)이 연결된 상태에서 전압의 급강하가 발생되면, 제1 부하저항(390a)이 연결된 상태에서 전압의 급강하 여부를 측정할 수 있다. 이때, 제1 스위치(391a)는 온되고 제2 스위치 내지 제4 스위치(391b, 391c, 391d)는 오프될 수 있다. 전압의 급강하가 발생되지 않으면 제1 부하저항(390a)의 소비전력이 보증 전력으로 결정될 수 있다.

상기에서는 직류-직류 변환기의 출력 전압을 이용하여 보증 전력을 측정하였으나, 전원부로부터 입력되는 입력 전압을 이용하여 보증 전력을 측정할 수 있다.

상기에서는 고정된 저항값을 가지는 부하저항을 사용하여 보증 전력을 측정하였으나, 이에 한정되지 않고 다음과 같이, 구성될 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 부하저항(390)은 가변 저항을 포함할 수 있다. 부하저항(390)과 직류-직류 변환기 사이에는 스위치(391)를 더 포함할 수 있다.

부하저항(390)은 소비 전력이 1W 내지 15W로 변화될 수 있도록 저항값을 변화시킬 수 있다. 예컨대, Vrail 값이 5V로 공급되면 부하저항(390)은 5옴으로 고정시켜 5W의 소비 전력을 가질 수 있다. 반면, Vrail 값이 5V로 공급되면 부하저항(390)은 약 17옴으로 고정시켜 15W의 소비 전력을 가질 수 있다.

제어부(380)는 부하저항(390)을 17옴으로 고정시킨 상태에서 전압 급강하를 감지할 수 있다. 제어부(380)는 전압 급강하가 발생되지 않으면 부하저항(390)의 소비 전력을 보증 전력으로 결정할 수 있다.

반면, 전압 급강하가 발생되면 제어부(380)는 부하저항(390)의 저항값을 낮추도록 제어할 수 있다. 제어부(380)는 전압의 급강하가 발생되면 전압 급강하가 발생되지 않은 이전 측정 시점에서의 부하저항(390)의 소비 전력을 보증 전력으로 선택할 수 있다.

실시예는 부하저항으로 가변 저항을 사용함으로써, 저항과 스위치 부품의 줄일 수 있는 효과가 있으며, 전압의 급강하 시점을 보다 용이하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

도 9는 제2 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 무선 전력 장치는 전원부(360), 인버터(Inverter, 320), 공진 회로(330), 센싱부(350), 통신부(340), 알람부(370), 제어부(380), 부하저항을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 도 3과 동일한 구성의 설명은 생략한다.

부하저항(390)은 전원부(360)와 연결될 수 있다. 부하저항(390)은 1개의 저항 또는 다수의 저항들을 포함할 수 있다. 부하저항(390)은 도 3, 도 5 및 도 7의 구조를 채택할 수 있다.

부하저항(390)에는 입력 전력이 공급될 수 있다. 입력 전력은 12V의 전압을 포함할 수 있다. 부하저항(390)에는 특정 값 예컨대, 5V의 값이 공급될 수 있다. 제어부(380)는 12V의 입력 전압의 전압을 낮추기 위해 주파수를 가변시킬 수 있다. 제어부(380)는 입력 전압의 PWM 신호 제어를 통해 입력 전압 값을 낮출 수 있다. 제어부(380)는 주파수를 110Khz 내지 150KHz로 주파수를 가변시킬 수 있다. 주파수가 공진점인 100KHz일 경우, 입력 전압은 12V일 수 있으나, 주파수가 커질수록 전압은 낮아지게 된다. 이로 인해 주파수를 110KHz 내지 150KHz로 가변시키게 되면 12V 보다 낮은 전압을 얻을 수 있다. 따라서, 제어부(380)는 입력 전력은 약 5V의 전압이 되도록 주파수를 제어할 수 있다.

실시예는 가변 주파수를 이용하여 전압을 제어함으로써, 직류-직류 변환기가 없더라도 송신 가능한 보증 전력을 효과적으로 측정할 수 있게 된다.

상기에서는 직류-직류 변환기를 통해 고정 전압을 공급하였으나, 이에 한정되지 않고 가변 전압을 공급하여 보증 전력을 측정할 수 있다.

도 10은 제3 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 무선 전력 장치는 전원부(360), 직류-직류 변환기(DC-DC Converter, 310), 인버터(Inverter, 320), 공진 회로(330), 센싱부(350), 통신부(340), 알람부(370), 제어부(380), 부하저항 및 스위치를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 도 3과 동일한 구성의 설명은 생략한다.

부하저항(390)은 고정된 저항값을 포함할 수 있다. 예컨대, 부하저항(390)의 저항값은 1.6옴일 수 있다. 부하저항(390)과 직류-직류 변환기(310) 사이에는 스위치(391)가 더 배치될 수 있다. 스위치(391)는 입력 전압인 직류 전압이 부하저항(390)을 거쳐 그라운드로 흐르도록 연결할 수 있다.

직류-직류 변환기(310)는 제1 전압(V1) 또는 제2 전압(V2)을 출력할 수 있다. 제어부(380)는 직류-직류 변환기(310)에서 다수의 전압이 출력되도록 제어할 수 있다. 예컨대, 전력 P는 V²/R이므로, 부하저항(390)의 저항값이 1.6옴일 경우, 제1 전압(V1)은 부하저항(390)이 15W의 소비 전력을 가지도록 약 5V가 될 수 있다. 제2 전압(V2)은 부하저항(390)이 5W의 소비 전력을 가지도록 약 3V일 수 있다. 직류-직류 변환기(310)는 3V 내지 5V의 전압을 순차적으로 공급하여 보증 전력을 측정할 수 있다. 여기서, 부하저항(390), 제1 전압(V1), 제2 전압(V2) 값은 이에 한정되지 않는다. 또한, 상기 부하저항(390), 제1 전압(V1), 제2 전압(V2) 값은 각각의 값에 따라 대응되도록 변화될 수 있다. 또한, 전력 값은 회로 내부의 별도 저항 값을 더 포함할 수도 있다.

소비 전력은 전압과 비례하기 때문에 제어부(380)는 전압 급강하가 발생하지 않는 출력 전압 중 급강하가 발생하지 은 출력 전압 중 높은 출력 전압에 대응하는 보증 전력을 선택할 수 있다.

예컨대, 직류-직류 변환기(310)는 제1 전압(V1) 예컨대, 5V를 공급할 경우, 전압의 급강하가 발생되지 않으면 보증 전력은 15W로 측정될 수 있다. 반면, 전압의 급강하가 발생되어 제2 전압(V2)을 공급하고, 이때, 전압의 급강하가 발생되지 않으면 보증 전력은 5W로 측정될 수 있다. 반면, 전압의 급강하가 발생되면 충전이 불가능한 상태라고 판단할 수 있다.

상기에서는 직류-직류 변환기를 이용하여 가변 전압을 발생시켰으나, 이에 한정되지 않고 직류-직류 변환기가 제거된 상태에서 입력 전압의 주파수를 제어하여 가변 전압을 발생시켜 보증 전력을 측정할 수도 있다.

이하에서는 제어부의 동작을 살펴보기로 한다. 도 11은 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 제어부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 11을 참조하면, 제어부(380)는 저장부(381)에 저장된 제1 전력의 크기 예컨대, 보증 전력의 크기를 무선 전력 수신기(400)에 전송하는 단계(S401)를 수행할 수 있다. 보증 전력은 무선 전력 수신기(400)에 전송할 수 있는 최대로 전송 가능한 전력 값일 수 있다.

무선 전력 수신기(400)는 보증 전력 범위 내에서 요구 전력을 무선 전력 송신기(300)에 전송할 수 있다.

종래에는 무선 전력 송신기에서 전송할 수 있는 전력을 검출할 수 있는 구성이 없었기 때문에 무선 전력 송신기에서 전송할 수 있는 보증 전력보다 큰 전력을 요구 전력으로 협상될 수 있었고, 송신기는 설계된 대로 전력 전송 제어되다가 전송 중단하는 현상이 발생할 수 있었다. 실시예에서는 송신 가능한 전력을 무선 전력 수신기에 전송함으로써, 무선 전력 수신기는 송신 가능한 전력의 범위 내에서 전력을 요구할 수 있다.

이어서, 제어부(380)는 무선 전력 수신기(400)로부터 요구 전력을 수신하는 단계(S402)를 수행할 수 있다. 요구 전력은 송신 가능한 보증 전력의 범위 내에서 요청된 전력일 수 있다.

이어서, 제어부(380)는 요구 전력에 대한 응답으로 ACK 패킷을 전송하는 단계(S403)를 수행할 수 있다. 또한, 제어부(380)는 협상 단계를 마친 후 요구 전력에 대응하는 전력을 전송하는 단계(S404)를 수행할 수 있다. 또한, 무선 전력 수신기(400)로부터 요구 전력이 바뀌게 되면 제어부(380)는 변경된 요구 전력에 대응하는 전력을 전송할 수 있다.

이하에서는 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기 사이에서의 협상 단계에서의 동작을 살펴본다. 도 12는 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기의 협상 단계를 설명하기 위한 도면이다.

도 12에 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신기(400)는 FO 검출을 위한 FOD 상태 패킷을 전송할 수 있다(S501). 무선 전력 수신기(400)는 파워 전송 계약을 위하여 전력 송신기의 능력 패킷을 요청하는 일반 요구 패킷을 전송할 수 있다(S502).

무선 전력 송신기(300)는 일반 요구 패킷의 응답으로 전력 송신기 능력 패킷을 전송할 수 있다(S503).

무선 전력 송신기(300)는 보증 전력 값을 제공할 수 있다. 보증 전력의 측정은 전원이 공급되는 초기 단계에 수행될 수 있으며, 더욱 구체적으로 핑 단계 이전에 측정될 수 있다.

무선 전력 수신기(400)는 무선 전력 송신기(300) 보증 전력 값에 기초하여 새로운 파워 전송 계약을 설정하기 위해 보증 전력 범위 내에서의 새로운 전력 값을 포함하는 특별 요구 패킷을 전송할 수 있다(S504). 예를 들어, 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기 보증 전력 값과 동일하거나 보다 작은 전력값을 요청할 수 있다.

무선 전력 송신기(300)는 상기 특별 요구 패킷에 대한 응답으로 ACK 패킷 또는 NACK 패킷을 전송할 수 있다(S505). 즉, 무선 전력 송신기(300)는 무선 전력 수신기(400)가 요청한 보정된 전력 값을 수락한 경우는 ACK을 전송 할 수 있다.

이후 무선 전력 수신기(400)는 파워 전송 계약이 완료되면 협상 단계를 종료하기 위한 특별 요구 패킷을 전송할 수 있다(S506). 무선 전력 송신기(300)는 협상 단계를 종료하기 위한 특별 요구 패킷에 대한 응답으로 ACK 패킷을 전송할 수 있다(S507). 즉, 무선 전력 송신기(300)는 합상 단계 종료에 대한 수락으로 ACK 패킷을 전송할 수 있다.

도시되지는 않았으나, 이후 재협상 단계에서도 무선 전력 수신기(400)는 무선 전력 송신기(300)의 전력 송신 가능한 전력 내에서 요구 전력을 송신할 수 있다. 따라서, 충전을 위한 요구 전력이 변경되더라도 충전이 끊기는 것을 방지할 수 있게 된다.

종래에는 입력전원을 확인할 수 있는 구성이 없었기 때문에 무선 전력 수신기에서 요청하는 전력을 공급하지 못할 경우, 충전이 끊어지는 현상이 발생되었다.

실시예에 따른 무선 전력 장치는 입력 전원의 송신 가능한 전력을 확인할 수 있도록 입력전원 확인부를 구성함으로써, 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기의 송신 능력에 맞춰 전력을 요청할 수 있으며, 이로 인해 충전이 끊어지는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

300: 무선 전력 송신기
310: 직류-직류 변환기
380: 제어부
381: 저장부
390: 부하 저항

Claims

인버터;
상기 인버터에 입력되는 직류 전력을 제1 부하저항 또는 제2 부하저항을 거쳐 그라운드로 흐르도록 연결하는 스위치; 및
상기 제1 부하저항 또는 제2 부하저항이 연결된 상태에서 상기 직류 전력의 전압이 기준 전압보다 높은지 판단하고, 상기 전압이 기준 전압보다 높은 부하저항 중 저항 값이 낮은 부하저항에 대응하는 보증 전력을 선택하여 저장하는 제어부를 포함하고,
상기 제1 부하저항은 상기 제2 부하저항보다 저항 값이 낮은 무선 충전 장치.
제1항에 있어서,
상기 보증 전력이 무선전력 수신기에 전달되고, 상기 보증 전력 내에서 상기 무선 전력 수신기의 요구 보증 전력이 결정되는 무선 충전 장치.
제2항에 있어서,
외부 전원 단자로부터 전력을 입력받는 전원부를 더 포함하고, 상기 직류 전력은 상기 전원부로부터 출력되는 무선 충전 장치.
제3항에 있어서,
상기 제어부는 상기 입력 전압의 주파수를 가변하여 상기 직류 전력의 크기를 제어하는 무선 충전 장치.
제4항에 있어서,
상기 제어부는 주파수를 110Khz 내지 150Hz로 가변시켜 상기 직류 전력의 크기를 감소시키는 무선 충전 장치.
제5항에 있어서,
상기 변환기는 상기 부하저항에 5V 또는 10V를 공급하는 무선 충전 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보증 전력을 송신하는 송신 코일을 포함하는 무선 충전 장치.
직류 전력을 출력하는 변환기;
상기 직류 전력을 입력받아 교류 전력으로 변환시켜 출력하는 인버터;
상기 직류 전력이 부하저항을 거쳐 그라운드로 흐르도록 연결하는 스위치; 및
상기 직류 전력의 출력 전압을 제1전압 또는 제2전압이 되도록 상기 변환기를 제어하고,
상기 부하저항이 연결된 상태에서 상기 직류 전력의 출력 전압이 기준 전압보다 높은지 판단하고, 상기 기준 전압보다 높은출력 전압 중 전압 값이 높은 출력전압에 대응하는 보증전력을 선택하여 저장하는 제어부를 포함하는 무선 충전 장치.
제8항에 있어서,
상기 보증 전력이 무선전력 수신기에 전달되고, 상기 보증 전력 내에서 상기 무선 전력 수신기의 요구 보증 전력이 결정되는 무선 충전 장치.
인버터의 입력단에 연결된 제1 또는 제2 부하저항에 입력되는 직류 전압을 측정하는 단계;
상기 직류전압이 기준전압보다 높은지 비교하는 단계; 및
상기 직류전압이 기준전압보다 높은 부하 저항 중 저항 값이 낮은 부하저항에 대응하는 보증 전력을 선택하는 단계를 포함하는 무선 충전 방법.
제10항에 있어서,
상기 보증 전력이 무선전력 수신기에 전달되고, 상기 보증 전력 내에서 상기 무선 전력 수신기의 요구 보증 전력이 결정되는 무선 충전 방법.
제11항에 있어서,
상기 직류 전력은 외부 전원 단자로부터 입력 전력을 입력받는 전력을 출력시키는 무선 충전 방법.
제12항에 있어서,
상기 입력 전력의 주파수를 가변하여 상기 직류 전력의 크기를 제어하는 무선 충전 방법.