KR20200032469A - 무선 전력 송신기 및 이의 이물질 검출 방법 - Google Patents

Abstract

실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터; 상기 인버터에 연결되는 전송 안테나; 상기 전송 안테나의 양단 전압을 측정하여 출력하는 측정부; 및 상기 측정된 양단 전압에 기반하여 품질 인자 값을 획득하고, 상기 획득한 품질 인자 값과 기결정된 임계 값을 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 제어부를 포함하고, 상기 측정부는, 상기 전송 안테나의 일단에 걸리는 제 1 전압을 제 3 전압을 강하하여 상기 제어부에 출력하는 감쇠기; 및 상기 전송 안테나의 타단에 걸리는 제 2 전압을 제 4 전압으로 강하하여 상기 제어부에 출력하는 직류 제거기를 포함하고, 상기 직류 제거기는, 상기 제 2 전압을 수신하고, 상기 수신된 제 2 전압에서 오프셋 직류 전압 레벨이 제거된 상기 제 4 전압을 상기 제어부에 출력한다.

Description

무선 전력 송신기 및 이의 이물질 검출 방법{WIRELESS POWER TRANSMITTING APPARATUS AND FOREIGN OBJECT DETECTION METHOD OF THE SAME}

본 발명은 무선 전력 송신기의 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로, 특히 무선 충전 시스템 상에서의 이물질 검출 방법 및 그를 위한 무선 전력 송신기에 관한 것이다.

무선 충전 가능 영역에 무선 전력 수신기가 아닌 전도체-즉, FO(Foreign Object)가 존재하는 경우, FO에는 무선 전력 송신기로부터 송출된 전자기 신호가 유도되어 온도가 상승할 수 있다. 일 예로, FO는 동전, 클립, 핀, 볼펜 등을 포함할 수 있다.

만약, 무선 전력 수신기와 무선 전력 송신기 사이에 FO가 존재하는 경우, 무선 충전 효율이 현저히 떨어질 뿐만 아니라 FO 주변 온도 상승으로 인해 무선 전력 수신기와 무선 전력 송신기의 온도가 함께 상승할 수 있다.

만약, 충전 영역에 위치한 FO가 제거되지 않는 경우, 전력 낭비가 초래될 뿐만 아니라 과열로 인해 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 손상을 야기시킬 수 있다.

따라서, 충전 영역에 위치한 FO를 정확히 검출하는 것은 무선 충전 기술 분야에서 중요한 이슈로 부각되고 있다.

본 발명에 따른 실시 예에서는 무선 충전을 위한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 무선 전력 송신기를 제공하도록 한다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는 품질 인자 값을 더욱 정확히 검출할 수 있는 무선 전력 송신기 및 이의 이물질 검출 방법을 제공하도록 한다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터; 상기 인버터에 연결되는 전송 안테나; 상기 전송 안테나의 양단 전압을 측정하여 출력하는 측정부; 및 상기 측정된 양단 전압에 기반하여 품질 인자 값을 획득하고, 상기 획득한 품질 인자 값과 기결정된 임계 값을 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 제어부를 포함하고, 상기 측정부는, 상기 전송 안테나의 일단에 걸리는 제 1 전압을 제 3 전압을 강하하여 상기 제어부에 출력하는 감쇠기; 및 상기 전송 안테나의 타단에 걸리는 제 2 전압을 제 4 전압으로 강하하여 상기 제어부에 출력하는 직류 제거기를 포함하고, 상기 직류 제거기는, 상기 제 2 전압을 수신하고, 상기 수신된 제 2 전압에서 오프셋 직류 전압 레벨이 제거된 상기 제 4 전압을 상기 제어부에 출력한다.

또한, 상기 오프셋 직류 전압 레벨은, 상기 감쇠기로부터 출력되는 상기 제 3 전압의 레벨에 따라 변화한다.

또한, 상기 전송 안테나는, 상기 인버터와 연결되는 공진 캐패시터; 및 상기 공진 캐패시터에 연결되는 공진 인덕터를 포함하고, 상기 제 1 전압은, 상기 인버터와 상기 공진 캐패시터 사이에 걸리는 전압이고, 상기 제 2 전압은, 상기 공진 캐패시터와 상기 공진 인덕터 사이에 걸리는 전압이다.

또한, 상기 측정부는, 상기 제 2 전압을 수신하고, 상기 수신된 제 2 전압의 피크 레벨을 검출하여 출력하는 피크 감지기를 더 포함하고, 상기 직류 제거기는, 상기 제 2 전압의 피크 레벨로부터 상기 오프셋 직류 전압 레벨을 제거한다.

또한, 상기 직류 제거기는, 접지에 일단이 연결되는 제 1 저항과, 상기 피크 검출기의 출력단에 일단이 연결되는 제 2 저항과, 상기 제 1 저항의 타단에 연결되는 이미터 단과, 상기 제 2 저항의 타단에 연결되는 컬렉트 단과, 베이스 전압이 입력되는 베이스 단을 포함하는 스위칭 소자를 포함한다.

또한, 상기 스위칭 소자의 베이스 단은, 상기 감쇠기의 출력 단과 연결되며, 상기 베이스 전압은, 상기 감쇠기로부터 출력되는 상기 제 3 전압이다.

또한, 상기 제어부는, 식별된 무선 전력 수신기로부터 수신되는 이물질 검출 상태 패킷의 기준 품질 인자 값에 기반하여 상기 임계 값을 결정하고, 선택 단계, 협상 단계 및 전력 전송 단계 중 적어도 어느 하나의 단계에서 측정되는 상기 품질 인자 값과 상기 임계 값을 비교하여 이물질을 검출한다.

또한, 상기 제어부는, 상기 제 3 및 4 전압의 레벨의 비율을 토대로 이물질 검출을 위한 인덱스 값을 획득하고, 상기 획득한 인덱스 값을 이용하여 상기 품질 인자 값을 측정한다.

한편, 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 이물질 검출 방법은 충전 영역에 배치된 물체를 감지하는 단계; 감지 신호를 송출하여 무선 전력 수신기를 식별하는 단계; 상기 식별된 무선 전력 수신기로부터 기준 품질 인자 값을 수신하는 단계; 상기 수신된 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질 검출을 위한 임계 값을 결정하는 단계; 공진 회로의 품질 인자 값을 측정하는 단계; 및 상기 측정된 품질 인자 값과 상기 임계 값을 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계를 포함하고, 상기 측정하는 단계는, 상기 공진 회로의 일단에 걸리는 제 1 전압을 제 3 전압으로 강하하는 단계와, 상기 공진 회로의 타단에 걸리는 제 2 전압을 제 4 전압으로 강하하는 단계와, 상기 강하된 제 3 및 4 전압을 이용하여 상기 품질 인자 값을 측정하는 단계를 포함하고, 상기 제 4 전압으로 강하하는 단계는, 상기 제 2 전압의 피크 레벨로부터 오프셋 직류 전압 레벨을 제거하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 오프셋 직류 전압 레벨은, 상기 강하된 제 3 전압의 레벨에 따라 변화한다.

또한, 상기 오프셋 직류 전압 레벨은, 상기 제 3 전압의 레벨의 증가에 비례하여 증가하고, 상기 제 3 전압의 레벨의 감소에 비례하여 감소한다.

또한, 상기 측정하는 단계는, 상기 제 3 및 4 전압의 레벨의 비율에 따른 이물질 검출을 위한 인덱스 값을 획득하는 단계와, 상기 인덱스 값을 기준으로 상기 제 1 및 2 전압에 따른 품질 인자 값을 획득하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 실시 예에서는, 공진 커패시터에 입력되는 제 1 전압 및 공진 인덕터에 입력되는 제 2 전압을 측정하여 품질 인자 값을 측정한다. 이때, 상기 제 1 및 2 전압은 제어기의 동작 전압 범위를 벗어난 크기를 가지며, 이에 따라 상기 제 1 및 2 전압을 상기 동작 전압 범위에 맞게 각각 제 3 및 4 전압으로 변환한다. 이때, 본 발명에서는 상기 제 2 전압을 상기 제 4 전압으로 변환할 때, 종래에서의 감쇠기(Attenuator)를 사용하지 않고, 직류 제거기를 사용한다. 상기 직류 제거기는 상기 제 2 전압에서 직류 성분의 오프셋 직류 전압 레벨을 제거하여 상기 제 4 전압을 출력한다. 그리고, 본 발명에서는 상기 직류 제거기를 이용하여 상기 제 3 및 4 전압의 비로 계산되는 FO 인덱스 값을 획득한다.

이에 따르면, 본 발명에서는 상기 감쇠기(Attenuator) 대신에 상기 직류 제거기를 사용함으로써, 품질 인자 값의 변화에 민감하게 변화하는 상기 FO 인덱스 값을 획득할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 상기 FO 인덱스 값의 측정 정확도가 향상됨에 따라 상기 품질 인자 값의 측정 정확도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서는 상기와 같이 측정된 품질 인자 값의 변화를 기준으로 FO의 존재 여부를 더욱 정확하고 민감하게 검출할 수 있다.

도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템에서의 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 상기 도 5에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치에서의 이물질 검출을 위한 상태 천이 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 종래의 무선 전력 송신기에 구비되는 측정부의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에 구비되는 측정부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 측정부의 구조를 설명하기 위한 등가 회로도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 이물질 감지 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 이물질 감지 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 이물질 감지 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함 할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, 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 등으로 한정되지 않는다. 그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우 뿐만아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속＇되는 경우도 포함할 수 있다.

또한, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

실시예의 설명에 있어서, 무선 충전 시스템상에서 무선 전력을 송신하는 기능이 탑재된 장치는 설명의 편의를 위해 무선 파워 송신기, 무선 파워 송신 장치, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 송신기, 송신단, 송신기, 송신 장치, 송신측, 무선 파워 전송 장치, 무선 파워 전송기 등을 혼용하여 사용하기로 한다.

또한, 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 기능이 탑재된 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 무선 파워 수신 장치, 무선 파워 수신기, 수신 단말기, 수신측, 수신 장치, 수신기 등이 혼용되어 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 송신기는 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 파워를 전송할 수도 있다.

이를 위해, 송신기는 적어도 하나의 무선 파워 전송 수단을 구비할 수도 있다. 여기서, 무선 파워 전송 수단은 전력 송신단 코일에서 자기장을 발생시켜 그 자기장의 영향으로 수신단 코일에서 전기가 유도되는 전자기유도 원리를 이용하여 충전하는 전자기 유도 방식에 기반한 다양한 무전 전력 전송 표준이 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기는 적어도 하나의 무선 전력 수신 수단이 구비될 수 있으며, 2개 이상의 송신기로부터 동시에 무선 파워를 수신할 수도 있다.

본 발명에 따른 수신기는 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 player, 전동 칫솔, 전자 태그, 조명 장치, 리모콘, 낚시찌, 스마트 워치와 같은 웨어러블 디바이스 등의 소형 전자 기기 등에 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며 본 발명에 따른 무선 전력 수신 수단이 장착되어 배터리 충전이 가능한 기기라면 족하다.

도 1은 일 실시 예에 따른 무선충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 무선 충전 시스템은 크게 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신단(10), 상기 송신된 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 한정되지는 않으며, 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.

일 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.

특히, 일 실시 예에 따른 무선전력 송신단(10)은 고속 충전 지원 여부를 지시하는 소정 패킷을 무선전력 수신단(20)에 전송할 수 있다. 무선전력 수신단(20)은 접속된 무선전력 송신단(10)이 고속 충전 모드를 지원하는 것으로 확인된 경우 이를 전자기기(30)에 알릴 수 있다. 전자기기(30)는 구비된 소정 표시 수단-예를 들면, 액정 디스플레일 수 잇음-을 통해 고속 충전이 가능함을 표시할 수 잇다.

또한 전자기기(30) 사용자는 표시 수단에 표시된 소정 고속 충전 요청 버튼을 선택하여 무선전력 송신단(10)이 고속 충전 모드로 동작하도록 제어할 수도 있다. 이 경우 전자기기(30)는 사용자에 의해 고속 충전 요청 버튼이 선택되면, 소정 고속 충전 요청 신호를 무선전력 수신단(20)에 전송할 수 있다. 무선전력 수신단(20)은 수신된 고속 충전 요청 신호에 상응하는 충전 모드 패킷을 생성하여 무선전력 송신단(10)에 전송함으로써, 고속충전 모드를 실행할 수 있다.

또한, 전자기기(30)는 사용자의 별도 요청이나 입력 없이도, 무선전력 송신기(10)와 무선전력 수신기(20)의 통신 및 협상 결과에 따라 자동으로 고속 충전 모드로 동작 및 전환 할 수 있다. 또한, 전자기기(30)는 사용자의 별도 요청이나 입력 없이도, 무선전력 송신기(10)와 무선전력 수신기(20)의 통신 및 협상 결과에 따라 자동으로 일반 저전력 모드로 동작 및 전환 할 수 있다.

또한, 무선전력 송신기(10)는 고속 충전 모드로 동작 시 무선전력 수신기(20)로부터 수신기의 상태 정보를 수집하고, 상기 상태 정보에 기반하여, 고속 충전 모드에 상응하여 전송되는 전력을 제어할 수 있다.

도 2는 다른 실시 예에 따른 무선충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.

일 예로 도면 부호 200a에 도시된 바와 같이 무선전력 수신단(20)은 복수의 무선전력 수신장치로 구성될 수 있으며, 하나의 무선전력 송신단(10)에 복수의 무선전력 수신장치가 연결되어 무선 충전을 수행할 수도 있다. 이때 무선전력 송신단(10)은 시분할 방식으로 복수의 무선전력 수신장치에 전력을 분배하여 송출할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 다른 일 예로 무선전력 송신단(10)은 무선전력 수신장치 별 할당된 상이한 주파수 대역을 이용하여 복수의 무선전력 수신장치에 전력을 분배하여 송출할 수 있다.

이때 하나의 무선전력 소신장치에 연결 가능한 무선전력 수신장치의 개수는 무선전력 수신장치 별 요구 전력, 배터리 충전 상태, 전자기기의 전력 소비량 및 무선전력 송신장치의 가용 전력 중 적어도 하나에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.

다른 일 예로 도 200b에 도시된 바와 같이 무선전력 송신단(10)은 복수의 무선전력 송신장치로 구성될 수도 잇다. 이 경우 무선전력 수신단(20)은 복수의 무선전력 송신 장치와 동시에 연결될 수 있으며 연결된 무선전력 송신장치들로부터 동시에 전력을 수신하여 충전을 수행할 수도 있다. 이때 무선전력 수신단(20)과 연결된 무선전력 송신장치의 개수는 무선전력 수신단(20)의 요구 전력, 배터리 충전 상태, 전자기기의 전력 소비량, 무선전력 송신장치의 가용 전력 등에 기반하여 적응적으로 결정될 수 잇다.

도 3은 일 실시 예에 따른 무선충전 시스템에서의 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.

일 예로, 무선 전력 송신기는 3개의 송신 코일(111, 112, 113)이 장착될 수 있다. 각각의 송신 코일은 일부 영역이 다른 송신 코일과 서로 중첩될 수 있으며, 무선 전력 송신기는 각각의 송신 코일을 통해 무선 전력 수신기의 존재를 감지하기 위한 소정 감지 신호(117, 127)-예를 들면, 디지털 핑 신호-를 미리 정의된 순서로 순차적으로 송출한다.

상기 도 3에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기는 도면 번호 110에 도시된 1차 감지 신호 송출 절차를 통해 감지 신호(117)를 순차적으로 송출하고, 무선 전력 수신기(115)로부터 신호 세기 지시자(Signal Strength Indicator, 116)(또는 신호 세기 패킷)가 수신된 송신 코일(111, 112)을 식별할 수 있다. 연이어, 무선 전력 송신기는 도면 번호 120에 도시된 2차 감지 신호 송출 절차를 통해 감지 신호(127)를 순차적으로 송출하고, 신호 세기 지시자(126)가 수신된 송신 코일(111, 112) 중 전력 전송 효율(또는 충전 효율)-즉, 송신 코일과 수신 코일 사이의 정렬 상태-이 좋은 송신 코일을 식별하고, 식별된 송신 코일을 통해 전력이 송신되도록-즉, 무선 충전이 이루어지도록- 제어할 수 있다.

상기의 도 3에서 보여지는 바와 같이, 무선 전력 송신기가 2회의 감지 신호 송출 절차를 수행하는 이유는 어느 송신 코일에 무선 전력 수신기의 수신 코일이 잘 정렬되어 있는지를 보다 정확하게 식별하기 위함이다.

만약, 상기한 도 3의 도면 번호 110 및 120에 도시된 바와 같이, 제1 송신 코일(111), 제2 송신 코일(112)에 신호 세기 지시자(116, 126)가 수신된 경우, 무선 전력 송신기는 제1 송신 코일(111)과 제2 송신 코일(112) 각각에 수신된 신호 세기 지시자(126)에 기반하여 가장 정렬이 잘된 송신 코일을 선택하고, 선택된 송신 코일을 이용하여 무선 충전을 수행한다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.

도 4를 참조하면, 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택단계(Selection Phase, 510), 핑 단계(Ping Phase, 520), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 530), 협상 단계(Negotiation Phase, 540), 보정 단계(Calibration Phase, 550), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 560) 단계 및 재협상 단계(Renegotiation Phase, 570)로 구분될 수 있다.

선택 단계(510)는 파워 전송을 시작하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계일 수 있다.

여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다. 또한, 선택 단계(510)에서 송신기는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다.

만약, 송신기가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 단계(520)로 천이할 수 있다. 선택 단계(510)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.

핑 단계(520)에서 송신기는 물체가 감지되면, 수신기를 활성화시키고, 무선 전력을 수신할 수 있는 무선 전력 수신기인지를 식별하기 위해 무선 전력 수신기를 활성화시켜 응답신호를 생성하도록 만드는 디지털 핑(Digital Ping)을 전송한다. 핑 단계(520)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 패킷-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(510)로 천이할 수 있다.

또한, 핑 단계(520)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 패킷-을 수신하면, 선택 단계(510)로 천이할 수도 있다.

핑 단계(520)가 완료되면, 송신기는 수신기를 식별하고 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(530)로 천이할 수 있다.

식별 및 구성 단계(530)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(510)로 천이할 수 있다.

송신기는 식별 및 구성 단계(530)에서 수신된 구성 패킷(Configuration packet)의 협상 필드(Negotiation Field) 값에 기반하여 협상 단계(540)로의 진입이 필요한지 여부를 확인할 수 있다.

확인 결과, 협상이 필요하면, 송신기는 협상 단계(540)로 진입하여 소정 이물질 검출 절차(FOD(Foreign Object Detection) Procedure)를 수행할 수 있다.

반면, 확인 결과, 협상이 필요하지 않은 경우, 송신기는 곧바로 전력 전송 단계(560)로 진입할 수도 있다.

협상 단계(540)에서, 송신기는 기준 품질 인자 값이 포함된 FOD 상태 패킷을 수신할 수 있다. 이때, 송신기는 기준 품질 인자 값에 기반하여 FO 검출을 위한 임계 값를 결정할 수 있다.

일예로, 송신기는 기준 품질 인자 값을 매개 변수로 하는 소정 임계 생성 함수를 이용하여 이물질의 존재 여부를 판단하기 위한 임계 값 또는 임계 범위를 결정할 수 있다. 여기서, 임계 생성 함수에 의해 산출되는 임계 값 또는 임계 범위는 기준 품질 인자 값보다 작은 값이다. 일 실시예에 따른 이물질 검출을 위한 임계 값은 기준 품질 인자 값, 해당 무선 전력 송신기에 상응하여 미리 설정된 구성 인자(Design_factor), 표준에 정의된 허용 오차(tolerence) 등에 기반하여 결정될 수 있다.

일반적으로 충전 영역에 이물질이 배치되면 송신기의 공진 회로에서 측정되는 품질 인자 값은 이물질 배치되기 이전에 비해 떨어진다. 실제 무선 충전 시스템에서 충전 영역에 이물질이 배치되는 경우, 기준 품질 인자 값 대비 측정된 품질 인자 값이 감소되는 비율은 충전 영역에 배치된 수신기의 타입-즉, 해당 무선 전력 수신기의 기준 품질 인자 값-에 따라 상이할 수 있다. 특히, 기준 품질 인자 값이 클수록 이물질 배치에 따른 품질 인자 값의 감소 비율은 급격히 높아지는 특징이 있다. 따라서, 본 발명에 따른 송신기는 기준 품질 인자 값이 큰 무선전력 수신기일수록 기준 품질 인자 값 대비 이물질을 검출하기 위한 임계 값의 비율이 낮아지도록 임계 값(또는 임계 범위)를 결정할 수 있다. 이를 통해, 송신기가 이물질 검출에 실패할 확률이 낮아질 수 있다.

송신기는 물체 감지 후 측정된 품질 인자 값과 FO 검출을 위해 결정된 임계 값을 비교하여 충전 영역에 FO가 존재하는지를 판단할 수 있으며, FO 검출 결과에 따라 전력 전송을 제어할 수 있다. 일 예로, FO가 검출된 경우, 송신기는 전력 전송을 중단할 수 있으며, FO가 검출되었음을 지시하는 소정 경고 알람을 출력할 수 있다.

FO가 검출된 경우, 송신기는 선택 단계(510)로 회귀할 수 있다. 반면, FO가 검출되지 않은 경우, 송신기는 보정 단계(550)를 거쳐 전력 전송 단계(560)로 진입할 수도 있다. 상세하게, 송신기는 FO가 검출되지 않은 경우, 송신기는 보정 단계(550)에서 수신단에 수신된 전력의 세기를 결정하고, 송신단에서 전송한 전력의 세기를 결정하기 위해 수신단과 송신단에서의 전력 손실을 측정할 수 있다. 즉, 송신기는 보정 단계(550)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 임계치를 보정할 수도 있다.

전력 전송 단계(540)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(510)로 천이할 수 있다.

또한, 전력 전송 단계(440)에서, 송신기는 송신기 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 재협상 단계(570)로 천이할 수 있다.

예를 들어, 전력 전송 단계(440)에서, 송신기는 FO 검출 동작을 계속하여 진행할 수 있다. 즉, 전력 전송 단계(440)에서, 송신기는 공진 회로의 전압을 측정하여 품질 인자 값을 측정할 수 있다. 그리고, 전력 전송 단계(440)에서 송신기는 상기 품질 인자 값과 상기 기준 품질 인자 값을 비교할 수 있다. 이에 따라, 상기 송신기는 상기 전력 전송 단계(400)에서 상기 충전 영역에 FO가 존재하는지를 판단할 수 있다. 그리고, 전력 전송 단계(400)에서 FO가 검출되면 재협상 단계(570)로 천이할 수 있다. 또한, 이와 다르게 전력 전송 단계(400)에서 FO가 검출되면, 송신기는 전력 전송을 중단하고, 선택 단계(510)로 천이할 수도 있다.

또한, 상기 재협상 단계(570)에서, 재협상이 정상적으로 완료되면, 송신기는 전력 전송 단계(560)로 회귀할 수 있다.

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

본 발명에 따른 무선 전력 수신기는 전력 전송 단계에서 과열 감지 시 리핑 코드 또는 과열 보호 코드가 포함된 전력 전송 종료 패킷을 무선 전력 송신기에 전송할 수도 있다.

이 경우, 무선 전력 송신기는 리핑 코드 또는 과열 보호 코드가 포함된 전력 전송 종료 패킷이 수신되면, 전력 전송을 중단하고, 선택 단계(510)로 진입하여 리핑 타이머를 구동할 수 있다.

여기서, 리핑 타이머 구동 시간은 협상 단계(540) 및 재협상 단계(570)에서 리핑 시간 협상 결과에 기반하여 결정될 수 있다.

리핑 시간 협상이 성공하면, 협상된 리핑 시간으로 리핑 타이머가 구동될 수 있다. 반면, 리핑 시간 협상이 실패하면, 미리 정의된 디폴트 리핑 시간으로 리핑 타이머가 구동될 수 있다.

무선 전력 송신기는 리핑 타이머가 만료되면, 핑 단계(520)로 진입하여 디지털 핑 전송을 개시하고, 신호 세기 패킷을 수신할 수 있다.

무선 전력 송신기는 식별 및 구성 단계(530)에서 리핑 코드 또는 과열 보호 코드가 포함된 전력 전송 종료 패킷이 무선 전력 수신기로부터 수신되면, 리핑 시간을 증가시킬 수 있다.

일 예로, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 과열 현상이 해소되지 않으면, 리핑 시간을 미리 정의된 최대 시간까지 단계적으로 증가시킬 수 있다.

무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 과열 현상이 해소되면, 해당 무선 전력 수신기로의 충전을 재개할 수 있다.

본 발명에 따른 무선 전력 송신기에서의 리핑 시간 제어 방법은 후술할 도면들의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

도 5를 참조하면 무선 전력 송신기(600)는 크게, 전력 변환부(610), 전력 전송부(620), 통신부(630), 제어부(640), 센싱부(650)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기한 무선 전력 송신기(600)의 구성은 반드시 필수적인 구성은 아니어서, 그보다 많거나 적은 구성 요소를 포함하여 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 전력 변환부(610)는 전원부(660)로부터 DC 전원이 공급되면, 이를 소정 세기의 교류 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.

이를 위해, 전력 변환부(610)는 DC/DC 변환부(611), 인버터(612) 및 주파수 생성기(613)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 인버터(612)는 하프 브릿지 인버터 또는 풀 브릿지 인버터일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 직류 전력을 특정 동작 주파수를 가지는 교류 전력으로 변환할 수 있는 회로 구성이면 족하다.

DC/DC 변환부(611)는 전원부(650)로부터 공급된 DC 전력을 제어부(640)의 제어 신호에 따라 특정 세기의 DC 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.

이때, 센싱부(650)는 DC 변환된 전력의 전압/전류 등을 측정하여 제어부(640)에 제공할 수 있다. 또한, 센싱부(650)는 과열 발생 여부 판단을 위해 무선 전력 송신기(600)의 내부 온도를 측정하고, 측정 결과를 제어부(640)에 제공할 수도 있다. 일 예로, 제어부(640)는 센싱부(650)에 의해 측정된 전압/전류 값에 기반하여 적응적으로 전원부(650)로부터의 전원 공급을 차단하거나, 증폭기(612)에 전력이 공급되는 것을 차단할 수 있다. 이를 위해, 전력 변환부(610)의 일측에는 전원부(650)로부터 공급되는 전원을 차단하거나, 증폭기(612)에 공급되는 전력을 차단하기 위한 소정 전력 차단 회로가 가 더 구비될 수도 있다.

인버터(612)는 DC/DC 변환된 직류 전력을 주파수 생성기(613)에 의해 생성된 기준 교류 신호에 기반하여 교류 전력으로 변환할 수 있다. 이때, 기준 교류 신호의 주파수-즉, 동작 주파수-는 제어부(640)의 제어 신호에 따라 동적으로 변경될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기(600)는 동작 주파수를 조절하여 송출 전력의 세기를 조절할 수도 있다. 일 예로, 제어부(640)는 통신부(630)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 동작 주파수를 결정하고, 결정된 동작 주파수가 생성되도록 주파수 생성기(613)를 동적으로 제어할 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.

전력 전송부(620)는 다중화기(621)(또는 멀티플렉서), 송신 코일부(622)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 송신 코일부(622)는 제1 내지 제n 송신 코일로 구성될 수 있다. 또한, 전력 전송부(620)는 전력 전송을 위한 특정 캐리어 주파수를 생성하기 위한 반송파 생성기(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 이 경우, 반송파 생성기는 다중화기(621)를 통해 전달 받은 인버터(612)의 출력 교류 전력과 믹싱하기 위한특정 캐리어 주파수로 생성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 각각의 송신 코일에 전달되는 AC 전력의 주파수가 서로 상이할 수도 있음을 주의해야 한다. 본 발명의 다른 일 실시예는 LC 공진 특성을 송신 코일마다 상이하게 조절하는 기능이 구비된 소정 주파수 제어기를 이용하여 각각의 송신 코일 별 공진 주파수를 상이하게 설정할 수도 있다.

다중화기(621)는 제어부(640)에 의해 선택된 송신 코일로 교류 전력을 전달하기 위한 스위치 기능을 수행할 수 있다. 제어부(640)는 송신 코일 별 수신되는 신호 세기 지시자에 기반하여 해당 무선 전력 수신기로의 전력 전송에 사용할 송신 코일을 선택할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(640)는 복수의 무선 전력 수신기가 연결된 경우, 송신 코일 별 시분할 다중화를 통해 전력을 전송할 수도 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(600)에 3개의 무선 전력 수신기-즉, 제1 내지 3 무선 전력 수신기-가 각각 3개의 서로 다른 송신 코일-즉, 제1 내지 3 송신 코일-을 통해 식별된 경우, 제어부(640)는 다중화기(621)를 제어하여, 특정 타임 슬롯에 특정 송신 코일을 통해서만 교류 전력이 송출될 수 있도록 제어할 수 있다. 이때, 송신 코일 별 할당된 타임 슬롯의 길이에 따라 해당 무선 전력 수신기로 전송되는 전력의 양이 제어될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 예는 송신 코일 별 할당된 타임 슬롯 동안 DC/DC 변환기(611)의 출력 직류 전력의 세기를 제어하여 무선 전력 수신기 별 송출 전력을 제어할 수도 있다.

제어부(640)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 제1 내지 제n 송신 코일(622)을 통해 감지 신호가 순차적으로 송출될 수 있도록 다중화기(621)를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(640)는 감지 신호가 전송될 시점을 타이머(655)를 이용하여 식별할 수 있으며, 감신 신호 전송 시점이 도래하면, 다중화기(621)를 제어하여 해당 송신 코일을 통해 감지 신호가 송출될 수 있도록 제어할 수 있다. 일 예로, 타이머(650)는 핑 전송 단계 동안 소정 주기로 특정 이벤트 신호를 제어부(640)에 송출할 수 있으며, 제어부(640)는 해당 이벤트 신호가 감지될 때마다, 다중화기(621)를 제어하여 해당 송신 코일을 통해 디지털 핑이 송출될 수 있도록 제어할 수 있다.

또한, 제어부(640)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 복조부(632)로부터 어느 송신 코일을 통해 신호 세기 지시자(Signal Strength Indicator)가 수신되었는지를 식별하기 위한 소정 송신 코일 식별자 및 해당 송신 코일을 통해 수신된 신호 세기 지시자를 수신할 수 있다. 연이어, 제2차 감지 신호 송출 절차에서 제어부(640)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 신호 세기 지시자가 수신된 송신 코일(들)을 통해서만 감지 신호가 송출될 수 있도록 다중화기(621)를 제어할 수도 있다. 다른 일 예로, 제어부(640)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 신호 세기 지시자가 수신된 송신 코일이 복수개인 경우, 가장 큰 값을 갖는 신호 세기 지시자가 수신된 송신 코일을 제2차 감지 신호 송출 절차에서 감지 신호를 가장 먼저 송출할 송신 코일로 결정하고, 결정 결과에 따라 다중화기(621)를 제어할 수도 있다.

통신부(630)는 변조부(631)와 복조부(632) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

변조부(631)는 제어부(640)에 의해 생성된 제어 신호를 변조하여 다중화기(621)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(632)는 송신 코일을 통해 수신되는 신호가 감지되면, 감지된 신호를 복조하여 제어부(640)에 전송할 수 있다. 여기서, 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.

또한, 복조부(632)는 복조된 신호가 어느 송신 코일로부터 수신된 신호인지를 식별할 수 있으며, 식별된 송신 코일에 상응하는 소정 송신 코일 식별자를 제어부(640)에 제공할 수도 있다.

또한, 복조부(632)는 송신 코일(623)을 통해 수신된 신호를 복조하여 제어부(640)에 전달할 수 있다. 일 예로, 복조된 신호는 신호 세기 지시자를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 복조된 신호는 무선 전력 수신기의 각종 상태 정보를 포함하는 신호일 수 있다.

일 예로, 무선 전력 송신기(600)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.

또한, 무선 전력 송신기(600)는 송신 코일부(622)을 이용하여 무선 전력을 송출할 수 있을 뿐만 아니라 송신 코일부(622)을 통해 무선 전력 수신기와 각종 제어 신호 및 상태 정보를 교환할 수도 있다. 다른 일 예로, 송신 코일부(622)의 제1 내지 제n 송신 코일에 각각 대응되는 별도의 코일이 무선 전력 송신기(600)에 추가로 구비될 수 있으며, 구비된 별도의 코일을 이용하여 무선 전력 수신기와 인밴드 통신을 수행할 수도 있음을 주의해야 한다.

이상의 도 5의 설명에서는 무선 전력 송신기(600)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.

또한, 이상의 도 5의 설명에서는 무선 전력 송신기(600)의 전력 전송부(620)가 다중화기(621)와 복수의 송신 코일(622)을 포함하나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 실시예에 따른 전력 전송부(620)는 하나의 송신 코일로 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.

도 6은 상기 도 5에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

도 6을 참조하면, 무선 전력 수신기(700)는 수신 코일(710), 정류기(720), 직류/직류 변환기(DC/DC Converter, 730), 부하(740), 센싱부(750), 통신부(760), 주제어부(770)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 통신부(760)는 복조부(761) 및 변조부(762) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

상기한 도 6의 예에 도시된 무선 전력 수신기(700)는 인밴드 통신을 통해 무선 전력 송신기(600)와 정보를 교환할 수 있는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 통신부(760)는 무선 전력 신호 전송에 사용되는 주파수 대역과는 상이한 주파수 대역을 통해 근거리 양방향 통신을 제공할 수도 있다.

수신 코일(710)을 통해 수신되는 AC 전력은 정류부(720)에 전달할 수 있다. 정류기(720)는 AC 전력을 DC 전력으로 변환하여 직류/직류 변환기(730)에 전송할 수 있다. 직류/직류 변환기(730)는 정류기 출력 DC 전력의 세기를 부하(740)에 의해 요구되는 특정 세기로 변환한 후 부하(740)에 전달할 수 있다.

센싱부(750)는 정류기(720) 출력 DC 전력의 세기를 측정하고, 이를 주제어부(770)에 제공할 수 있다. 또한, 센싱부(750)는 무선 전력 수신에 따라 수신 코일(710)에 인가되는 전류의 세기를 측정하고, 측정 결과를 주제어부(770)에 전송할 수도 있다. 또한, 센싱부(750)는 무선 전력 수신기(700)의 내부 온도를 측정하고, 측정된 온도 값을 주제어부(770)에 제공할 수도 있다.

일 예로, 주제어부(770)는 측정된 정류기 출력 DC 전력의 세기가 소정 기준치 와 비교하여 과전압 발생 여부를 판단할 수 있다. 판단 결과, 과전압이 발생된 경우, 과전압이 발생되었음을 알리는 소정 패킷을 생성하여 변조부(762)에 전송할 수 있다. 여기서, 변조부(762)에 의해 변조된 신호는 수신 코일(710) 또는 별도의 코일(미도시)을 통해 무선 전력 송신기(600)에 전송될 수 있다. 또한, 주제어부(770)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(762)를 통해 무선 전력 송신기(600)에 전송될 수 있도록 제어할 수 있다.

다른 일 예로, 복조부(761)는 수신 코일(710)과 정류기(720) 사이의 AC 전력 신호 또는 정류기(720) 출력 DC 전력 신호를 복조하여 감지 신호의 수신 여부를 식별한 후 식별 결과를 주제어부(770)에 제공할 수 있다. 이때, 주제어부(770)는 감지 신호에 대응되는 신호 세기 지시자가 변조부(762)를 통해 전송될 수 있도록 제어할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다. 여기에서, 상기 이물질 검출 장치는 무선 전력 송신기일 수 있다.

도 7을 참조하면, 이물질 검출 장치(1100)는 전원부(1101), 직류-직류 변환기(DC-DC Converter, 1110), 인버터(Inverter, 1120), 공진 회로(1130), 측정부(1140), 통신부(1160), 센싱부(1170) 및 제어부(1180)을 포함하여 구성될 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 이물질 검출 장치(1100)는 무선 전력 송신기에 장착될 수 있다.

공진 회로(1130)는 공진 캐패시터(1131) 및 공진 인덕터(1132)를 포함하여 구성되고, 통신부(1160)는 복조부(1161)와 변조부(1162) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

전원부(1101)는 외부 전원 단자를 통해 DC 전력을 인가 받아 직류-직류 변환기(1110)에 전달할 수 있다.

직류-직류 변환기(1110)는 제어부(1180)의 제어에 따라 전원부(1101)로부터 입력되는 직류 전력의 세기를 특정 세기의 직류 전력으로 변환할 수 있다. 일 예로, 직류-직류 변환기(1110)는 전압의 세기 조절이 가능한 가변 전압기로 구성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.

인버터(1120)는 변환된 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다. 인버터(1120)는 구비된 복수의 스위치 제어를 통해 입력되는 직류 전력 신호를 교류 전력 신호로 변환하여 출력할 수 있다.

일 예로, 인버터(1120)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(1120)는 하프 브릿지 회로와 풀 브릿지 회로를 모두 포함하여 구성될 수도 있으며, 이 경우, 제어부(1180)는 인터버(1120)를 하프 브릿지로 동작시킬지 풀 브릿지로 동작시킬지 동적으로 결정하여 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 무선 전력 수신 장치에 의해 요구되는 전력의 세기에 따라 적응적으로 인버터(1120)의 브릿지 모드를 제어할 수 있다. 여기서, 브릿지 모드는 하프 브리짓 모드 및 풀 브릿지 모드를 포함한다.

일 예로, 무선 전력 수신 장치가 5W의 저전력을 요구하는 경우, 제어부(1180)는 인버터(1120)가 하프 브릿지 모드로 동작하도록 제어할 수 있다. 반면, 무선 전력 수신 장치가 15W의 전력을 요구하는 경우, 제어부(1180)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(1120)를 구동시킬 수도 있다. 일 예로, 하프 브리지 모드를 통해 무선 전력을 전송하는 중 무선 전력 송신 장치의 온도가 소정 기준치를 초과하는 경우, 제어부(1180)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(1130)에 흐르는 전류의 세기는 감소시킴으로써, 무선 전력 송신기의 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(1120)는 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있을 뿐만 아니라 교류 전력의 세기를 변경시킬 수 도 있다.

일 예로, 인버터(1120)는 제어부(1180)의 제어에 따라 교류 전력 생성에 사용되는 기준 교류 신호(Reference Alternating Current Signal)의 주파수를 조절하여 출력되는 교류 전력의 세기를 조절할 수도 있다. 이를 위해, 인버터(1120)는 특정 주파수를 가지는 기준 교류 신호를 생성하는 주파수 발진기를 포함하여 구성될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 예는 주파수 발진기가 인버터(1120)와 별개로 구성되어 이물질 검출 장치(1100)의 일측에 장착될 수 있다.

다른 일 예로, 이물질 검출 장치(1100)는 인버터(1120)에 구비된 스위치를 제어하기 위한 게이트 드라이버(Gate Driver, 미도시) 더 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우, 게이트 드라이버는 제어부(1180)로부터 적어도 하나의 펄스 폭 변조 신호를 수신할 수 있으며, 수신된 펄스 폭 변조 신호에 따라 인버터(1120)의 스위치를 제어할 있다. 제어부(1180)는 펄스 폭 변조 신호의 듀티 사이클(Duty Cycle)-즉, 듀티 레이트(Duty Rate)- 및 위상(Phase)를 제어하여 인버터(1120) 출력 전력의 세기를 제어할 수 있다. 제어부(1180)는 무선 전력 수신기로부터 수신되는 피드백 신호에 기반하여 적응적으로 펄스 폭 변조 신호의 듀티 사이클 및 위상을 제어할 수 있다.

측정부(1140)는 제어부(1180)의 제어 신호에 따라 공진 캐패시터(1131) 양단의 전압을 측정하여 공진 회로(1130)에 대한 품질 인자 값을 산출할 수 있다. 이때, 산출된 품질 인자 값은 제어부(1180)에 전달되고, 제어부(1180)는 소정 기록 영역에 측정부(1140)로부터 전달 받은 품질 인자 값을 임시 저장할 수도 있다. 바람직하게, 측정부(1140)는 인버터(1120)를 통해 상기 공진 캐패시터(1131)에 입력되는 제 1 전압(V1)과, 상기 공진 캐패시터(1131)를 통해 출력되어 상기 공진 인덕터(1132)에 입력되는 제 2 전압(V2)을 측정할 수 있다. 여기에서, 상기 제1 전압(V1)은 상기 공진 캐패시터(1131)의 입력 전압일 수 있다. 또한, 상기 제1 전압(V1)은 상기 인버터(1120)의 출력 전압일 수 있다. 또한, 상기 제2 전압(V2)은 상기 공진 캐패시터(1131)의 출력 전압일 수 있다. 또한, 상기 제 2 전압(V2)은 상기 공진 인덕터(1132)의 입력 전압일 수 있다.

한편, 제어부(1180)는 선택 단계에서 충전 영역상에 물체가 감지되면, 핑 단계로 진입하기 이전에 측정부(1140)가 품질 인자 값을 산출하도록 제어할 수 있다.

제어부(1180)는 협상 단계에서 변조부(1162)로부터 FOD 상태 패킷이 수신되면, FOD 상태 패킷에 포함된 정보에 기반하여 이물질 존재 여부를 판단하기 위한 임계 값(또는 임계 범위)를 결정할 수 있다.

일 실시예에 따른 이물질 검출을 위한 임계 값은 기준 품질 인자 값, 해당 무선 전력 송신기에 상응하여 미리 설정된 구성 인자(Design_factor), 표준에 정의된 허용 오차(tolerence) 등에 기반하여 결정될 수 있다.

일 예로, 상기 이물질 검출을 위한 임계 범위는 상한 임계 값과 하한 임계 값을 포함할 수 있다. 이때, 상기 상한 임계 값 및 하한 임계 값은 기준 품질 인자 값, 해당 무선 전력 송신기에 상응하여 미리 설정된 구성 인자(Design_factor), 표준에 정의된 허용 오차(tolerence) 등에 기반하여 결정될 수 있다.

제어부(1180)는 측정된 품질 인자 값이 상한 임계 값과 하한 임계 값 사이의 값인 경우, 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이물질 검출을 위한 임계 값은 기준 품질 인자 값의 크기에 따라 차등적으로 비율이 적용되어 결정될 수도 있다.

일 예로, 기준 품질 인자 값이 80을 초과하면, 차등 비율이 40%로 적용될 수 있고, 이에 따른 상기 이물질 검출을 위한 임계 값은 상기 기준 품질 인자 값의 60% 값에 허용 오차(tolerance)를 더한 값으로 결정될 수 있다. 다른 일 예로, 기준 품질 인자 값이 50보다 크고 60이하인 경우, 차등 비율(Diff Ratio)이 10%로 적용될 수 있다.

무선 전력 송신기는 협상 단계에서 FOD 상태 패킷을 통해 기준 품질 인자 값을 수신하며, 수신된 기준 품질 인자 값에 따라 적응적으로 FO 검출을 위한 임계 값을 결정할 수 있다. 그리고, 상기 기준 품질 인자 값과 상기 임계 값 사이의 차이 값은 상기 기준 품질 인자 값에 대응되는 차등 비율에 따라 증감한다.

일반적으로 충전 영역에 이물질이 배치되면 송신기의 공진 회로에서 측정되는 품질 인자 값은 이물질 배치되기 이전에 비해 감소한다. 실제 무선 충전 시스템에서 충전 영역에 이물질이 배치되는 경우, 기준 품질 인자 값 대비 측정된 품질 인자 값이 감소되는 비율은 충전 영역에 배치된 수신기의 타입-즉, 해당 무선 전력 수신기의 기준 품질 인자 값-에 따라 상이할 수 있다.

특히, 기준 품질 인자 값이 클수록 이물질 배치에 따른 품질 인자 값의 감소 비율은 급격히 높아지는 특징이 있다. 따라서, 본 발명에 따른 제어부(1180)는 기준 품질 인자 값이 큰 무선 전력 수신기일수록 기준 품질 인자 값 대비 이물질을 검출하기 위한 임계 값의 비율이 낮아지도록 임계 값(또는 임계 범위)를 결정할 수 있다. 이를 통해, 송신기가 보다 정확한 이물질 검출을 수해할 수 있도록 한다.

제어부(1180)는 물체 감지 후 측정된 품질 인자 값과 FO 검출을 위해 결정된 임계 값을 비교하여 충전 영역에 FO가 존재하는지를 판단할 수 있으며, FO 검출 결과에 따라 전력 전송을 제어할 수 있다.

일 예로, FO가 검출된 경우, 제어부(1180)는 전력 전송을 중단할 수 있으며, FO가 검출되었음을 지시하는 소정 경고 알람이 출력되도록 제어할 수 있다. 여기서, 경고 알람은 이물질 검출 장치(1100)에 구비되는 비퍼, LED 램프, 진동 소자 및 액정 디스플레이 중 적어도 하나를 통해 출력될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

일 예로, 제어부(1180)는 선택 단계에서 물체 감지 후 핑 단계로 진입하기 이전에 측정된 품질 인자 값이 결정된 임계 값보다 작은 경우, 충전 영역에 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.

다른 일 예로, 제어부(1180)는 선택 단계에서 물체 감지 후 핑 단계로 진입하기 이전에 측정된 품질 인자 값이 결정된 임계 범위에 포함되는 경우, 충전 영역에 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수도 있다.

FOD 상태 패킷에 포함되는 기준 품질 인자 값은 표준 성능 테스트를 위해 지정된 무선 전력 송신기의 충전 베드의 특정 위치에서 해당 무선 전력 수신기에 대응하여 산출된 품질 인자 값들 중 가장 작은 값으로 결정될 수 있다.

또한, 제어부(1180)는 협상단계에서 이물질이 감지되면, 선택 단계로 회귀하며, 소정 주기로 공진 회로(1130)의 품질 인자 값을 산출하도록 측정부(1140)를 제어할 수 있다.

이때, 제어부(1180)는 이물질이 감지된 상태에서 획득된 품질 인자 값을 기 결정된 임계 값(또는 임계 범위)와 비교하여 기 감지된 이물질이 충전 영역에서 제거되었는지를 판단할 수 있다.

일 예로, 제어부(1180)는 이물질이 감지된 상태에서 측정된 품질 인자 값이 기 결정된 임계 값보다 크면, 이물질이 제거된 것으로 판단할 수 있다. 다른 일 예로, 제어부(1180)는 이물질이 감지된 상태에서 측정된 품질 인자 값이 상한 임계치를 초과하면, 이물질이 제거된 것으로 판단할 수도 있다.

또한, 제어부(1180)는 전력 전송 단계에서도 상기 이물질 감지 동작이 주기적으로 수행되도록 측정부(1140)를 제어할 수 있다. 즉, 상기 전력 전송 단계에서, 송신기로부터 수신기로 전력 전송이 진행되는 중에도 충전 영역 상에 이물질이 들어올 수 있다. 이에 따라, 제어부(1180)는 상기 전력 전송 단계에서도 상기 이물질 검출 동작을 통해 전력의 송신을 제어한다. 제어부(1180)는 전력 전송 단계에서 품질 인자 값을 측정할 수 있다.

그리고, 제어부(1180)는 상기 전력 전송 단계에서 측정된 품질 인자 값이 결정된 임계 범위에 포함되는 경우, 충전 영역에 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수도 있다.

일 예로, 제어부(1180)는 전력 전송 단계에서 이물질이 감지되면, 선택 단계로 회귀하여 전력 전송을 중단하며, 소정 주기로 공진 회로(1130)의 품질 인자 값을 산출하도록 측정부(1140)를 제어할 수 있다.

다른 일 예로, 제어부(1180)는 전력 전송 단계에서 이물질이 감지되면, 재협상 단계로 천이할 수 있다. 그리고, 제어부(1180)는 상기 재협상 단계에서 상기 이물질의 제거 여부를 검출할 수 있다. 일 예로, 제어부(1180)는 상기 재협상 단계에서 측정된 품질 인자 값이 기 결정된 임계 값보다 크면, 이물질이 제거된 것으로 판단할 수 있다. 다른 일 예로, 제어부(1180)는 상기 재협상 단계에서 측정된 품질 인자 값이 상한 임계치를 초과하면, 이물질이 제거된 것으로 판단할 수도 있다.

그리고, 제어부(1180)는 상기 재협상 단계에서 상기 이물질이 제거되면, 상기 전력 전송 단계로 회귀하며, 소정 주기로 공진 회로(1130)의 품질 인자 값을 산출하도록 측정부(1140)를 제어할 수 있다.

또한, 제어부(1180)는 이물질 검출을 위한 임계 값을 적응적으로 결정할 수도 있다. 제어부(1180)는 협상 단계에서 기준 품질 인자 값이 포함된 FOD 상태 패킷이 수신되면, 수신된 기준 품질 인자 값을 기반으로 이물질 검출을 위한 임계 값을 결정하고, 결정된 임계 값을 기 측정된 품질 인자 값과 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다.

한편, 제어부(1180)는 품질 인자 값을 측정할 때, 인덱스 값을 우선적으로 획득하고, 상기 획득한 인덱스 값을 가지고 상기 품질 인자 값을 측정할 수 있다. 즉, 상기 품질 인자 값은 공진 회로의 양단에 걸리는 전압을 기준으로 획득된다. 이때, 상기 공진 회로의 양단에는 일반적으로 상기 제어부(1180)의 동작 전압 범위를 벗어난 전압이 걸리게 된다. 즉, 상기 제어부(1180)의 동작 전압 범위는 0V~3.3V이다. 그리고, 상기 공진 회로의 양단에 걸리는 전압은 4V 이상이다. 이에 따라, 상기 측정부(1140)는 상기 공진 회로의 양단에 걸리는 제 1 및 2 전압을 제 3 및 4 전압으로 강하시켜 제어부(1180)에 제공한다.

이때, 상기 인덱스 값은 상기 제 3 및 4 전압의 비율로 결정될 수 있다. 또한, 제어부(1180)는 상기 제 3 및 4 전압의 비율로 계산되는 상기 인덱스 값을 가지고 상기 품질 인자 값을 계산할 수 있다. 이때, 상기와 같이 품질 인자 값은 상기 인덱스 값을 기준으로 계산되기 때문에, 상기 인덱스 값은 상기 품질 인자 값의 변화에 따라 민감하게 변화해야 한다. 그리고, 상기 측정부(1140)에서 출력되는 상기 제 3 및 4 전압의 강하 방법에 따라 상기 인덱스 값이 상기 품질 인자 값에 둔감하게 변화할 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 품질 인자 값에 민감하게 변화하는 인덱스 값을 획득할 수 있는 측정부(1140)를 제공할 수 있도록 한다.

이를 위해, 측정부(1140)는 상기 제 2 전압을 상기 제 4 전압으로 강하할 때, 상기 제 2 전압을 단순히 1/N으로 감쇠하지 않고, 상기 제 2 전압에서 일정한 오프셋 직류 전압 레벨을 제거한 제 4 전압을 출력하도록 한다. 즉, 본 발명에서는 상기 측정부(1140)의 구성에서 기존의 감쇠기 대신에 직류 제거기를 배치하고, 그에 따라 상기 오프셋 직류 전압 레벨이 제거된 제 4 전압이 출력될 수 있도록 한다.

이때, 상기 제 2 전압에서 제거되는 상기 오프셋 직류 전압 레벨은 상기 측정부(1140)에 제공되는 상기 제 1 전압에 의해 결정될 수 있다. 즉, 상기 오프셋 직류 전압 레벨은 상기 제 1 전압에 따라 증가할 수 있다. 또한, 상기 오프셋 직류 전압 레벨은 상기 제 1 전압에 따라 감소할 수 있다.

즉, 상기 제 2 전압을 제 4 전압으로 강하할 때, 이를 1/N로 감쇠하는 상기 감쇠기를 사용하는 경우, 상기 인덱스 값은 상기 품질 인자 값의 1/N 수준으로 감소하게 된다. 그리고, 이와 같은 경우, 품질 인자 값이 변화해도 상기 인덱스 값에는 큰 변화가 없으며, 이에 따라 이물질 검출을 정확히 수행할 수 없다.

이와 다르게, 상기 감쇠기 대신에 상기 직류 제거기를 사용한 경우, 상기 인덱스 값은 상기 품질 인자 값의 변화 정도에 상응하게 변화하게 되며, 이에 따라 상기 이물질 검출을 보다 정확하게 수행할 수 있다.

이에 대해서는 하기에서 더욱 상세히 설명하기로 한다.

복조부(1161)는 무선 전력 수신 장치로부터 수신되는 인밴드 신호를 복조하여 제어부(1180)에 전달한다. 일 예로, 복조부(1161)는 상기한 도 10에서 설명된 패킷을 복조하여 제어부(1180)에 전달할 수 있다.

센싱부(1170)는 이물질 검출 장치(1100)(또는 무선 전력 송신 장치)의 특정 단자, 특정 소자, 특정 위치 등에서의 전압, 전류, 전력, 임피던스 및 온도 등을 측정할 수 있다.

일 예로, 센싱부(1170)는 DC 변환된 전력의 전압/전류 등을 측정하여 제어부(1180)에 제공할 수 있다. 또한, 센싱부(1170)는 과열 발생 여부 판단을 위해 무선 전력 송신 장치의 내부 온도를 측정하고, 측정 결과를 제어부(1180)에 제공할 수도 있다. 이 경우, 제어부(1180)는 센싱부(1170)에 의해 측정된 전압/전류 값에 기반하여 적응적으로 전원으로부터의 전원 공급을 차단하거나, 공진 회로(1130)에 전력이 공급되는 것을 차단할 수 있다.

이를 위해, 이물질 검출 장치(1100)의 일측에는 전원부(1101)로부터 공급되는 전원을 차단하거나, 인버터(1120)에 공급되는 직류 전력을 차단하기 위한 소정 전력 차단 회로가 더 구비될 수도 있다.

센싱부(1170)는 홀 센서, 압력 센서 등을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 충전 영역에 물체가 존재하는지 여부는 홀 센서 또는 압력 센서 등을 통해 감지될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

센싱부(1170)는 선택 단계에서 아날로그 핑 신호를 전송 중 공진 회로(1130)의 전류, 전압, 임피던스 등의 변화를 감지하여 충전 영역에 물체가 존재하는지를 감지할 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이물질 검출 장치(1100)는 품질 인자 값의 측정에 기준이되는 인덱스 값이 상기 품질 인자 값의 변화에 민감하게 변화하도록 한 측정부(1140)를 제공함으로써, 상기 품질 인자 값의 측정 정확도를 높일 수 있으며, 이에 따른 이물질 검출 정확도를 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 이물질 검출 장치(1100)는 이물질 검출을 위한 임계 값(또는 임계 범위)를 해당 무선 전력 수신기에 대응되는 기준 품질 인자 값에 따라 동적으로 결정함으로써, 해당 무선 전력 수신기에 최적화된 이물질 검출을 수행할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 이물질 검출을 위한 상태 천이 절차를 설명하기 위한 도면이다.

도 8을 참조하면, 무선 전력 송신기는 선택 단계(1310)에서 물체가 감지되면, 공진 회로의 제 1 품질 인자 값을 측정 및 저장한 후 핑 단계(1320)로 진입할 수 있다. 핑 단계(1320)에서 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기를 식별하기 위한 소정 전력 신호-예를 들면, 디지털 핑-을 주기적으로 전송할 수 있다. 이때, 본 발명에서는 서로 다른 3개의 단계 내에서 상기 품질 인자 값을 측정할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 선택 단계에서 상기 품질 인자 값을 측정할 수 있고, 협상 단계에서 상기 품질 인자 값을 측정할 수 있으며, 전력 전송 단계에서도 상기 품질 인자 값을 측정할 수도 있다.

무선 전력 송신기는 핑 단계(1320)에서 디지털 핑에 대응되는 신호 세기 지시자가 수신되면, 식별 및 구성 단계(1330)로 진입하여 무선 전력 수신기를 식별하고, 식별된 무선 전력 수신기를 위한 각종 구성 파라메터를 설정할 수 있다.

무선 전력 수신기에 대한 식별 및 구성이 완료되면, 무선 전력 송신기는 협상 단계(1340)로 진입하여 기준 품질 인자 값이 포함된 FOD 상태 패킷을 수신할 수 있다.

무선 전력 송신기는 FOD 상태 패킷에 포함된 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질 존재 여부를 판단하기 위한 임계 값(또는 임계 범위)를 결정하고, 저장된 품질 인자 값과 결정된 임계 값(또는 임계 범위)을 비교하여 충전 영역에 이물질이 존재하는지를 판단할 수 있다. 이때, 무선 전력 송신기는 상기 협상 단계에서도 상기 공진 캐패시터(1131)의 양단 전압을 토대로 제 2 품질 인자 값을 획득할 수 있다. 그리고, 무선 전력 송신기는 상기 제 1 또는 2 품질 인자 값과 상기 임계 값을 비교하여 상기 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다.

상기 도 7에서 설명된 바와 같이, 기준 품질 인자 값이 낮은 무선 전력 수신기일수록 충전 영역에 이물질이 배치되면, 해당 기준 품질 인자 값 대비 품질 인자 값의 강하 크기 및 비율이 기준 품질 인자 값이 큰 무선 전력 수신기에 비해 상대적으로 작거나 낮은 특징이 있다. 따라서, 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기로부터 수신된 기준 품질 인자 값에 따라 적응적으로 이물질 검출을 위한 임계 값(또는 임계 범위)를 결정할 수 있다.

판단 결과, 이물질이 존재하면, 무선 전력 송신기는 전력 전송을 중단하고 선택 단계(1310)로 회귀할 수 있다.

반면, 판단 결과, 이물질이 존재하지 않으면, 무선 전력 송신기는 전력 전송 단계(1350)에 진입하여 해당 무선 전력 수신기에 대한 무선 충전을 개시할 수 있다.

또한, 전력 전송 단계(1350)에서도 상기 품질 인자 값은 주기적으로 측정된다. 그리고, 일 예로, 전력 전송 단계에서 이물질이 검출된 것으로 판단되면, 무선 전력 송신기는 재협상 단계(1360)로 진입할 수 있다.

또한, 다른 일 예로, 상기 전력 전송 단계에서 상기 이물질이 검출된 것으로 판단되면, 상기 무선 전력 송신기는 상기 선택 단계(1310)로 회귀할 수 있다.

도 9는 종래의 무선 전력 송신기에 구비되는 측정부의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는 도 9 내지 11을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 측정부에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 9를 참조하면, 종래의 측정부(1400)는 제1 감쇠기(1410), 피크 감지기(1420) 및 제2 감쇠기(1420)를 포함하여 구성한다.

상기 측정부(1140)의 제1 감쇠기(1410)는 공진 회로의 일단에 연결되며, 그에 따라 상기 설명한 제 1 전압을 수신한다. 그리고, 피크 감지기(1420)는 상기 공진 회로의 타단에 연결되며, 그에 따라 상기 설명한 제 2 전압을 수신한다.

그리고, 제1 감쇠기(1410)는 상기 제 1 전압을 수신하고, 상기 수신한 제 1 전압을 1/M으로 감소한 제 3 전압을 출력한다.

또한, 피크 감지기(1420)는 상기 제 2 전압의 피크 레벨을 검출하여 출력한다. 그리고, 제2 감쇠기(1430)는 상기 제 2 전압의 피크 레벨을 1/N으로 감소한 제 4 전압을 출력한다.

그리고, 제어부는 상기 제1 감쇠기(1410)의 출력 전압인 제 3 전압과, 상기 제2 감쇠기(1430)의 출력 전압인 제 4 전압을 이용하여 인덱스 값을 획득한다. 또한, 제어부는 상기 인덱스 값을 이용하여 품질 인자 값을 획득한다.

이와 같은 종래의 인덱스 값 및 품질 인자 값의 관계를 살펴보면 다음과 같다.

우선, 상기 제 1 전압, 제 2 전압 및 품질 인자 값은 다음의 식 1과 같은 관계를 갖는다.

[식 1]

여기에서, V1은 상기 제 1 전압이고, V2는 상기 제 2 전압며, Q는 품질 인자 값이고, M은 상기 제 1감쇠기의 감쇠량이다.

이를 토대로, 상기 제 3 전압과 제 4 전압은 다음의 식 2에 의해 구해질 수 있다.

[식 2]

여기에서, V3은 제 1 감쇠기의 출력 전압인 제 3 전압이고, V4는 제 2 감쇠기의 출력 전압인 제 4 전압이고, N은 제 2 감쇠기의 감쇠량이다.

이를 토대로, 상기 인덱스 값은 다음의 식 3에 의해 구해질 수 있다.

[식3]

여기에서, FOIndex는 이물질 검출을 위한 상기 인덱스 값이다.

상기와 같이, 인덱스 값(FOIndex)은 제 3 전압과 제 4 전압의 비율이며, 이는,

를 N으로 나눈 값에 대응되는 값을 가진다. 이에 따라, 상기 N이 커질 수록 상기 인덱스 값은 상기 품질 인자 값에 둔감하게 반응하며, 이에 따른 정확한 품질 인자 값의 검출이 힘들어진다. 다시 말해서, 상기 N이 10인 경우, 상기 인덱스 값은

값의 변화량의 1/10 수준으로 변하게 된다. 이에 따라, 제어부는 상기 품질 인자 값의 변화량 대비 1/10 수준으로 줄어드는 인덱스 값의 변화량을 가지고 상기 품질 인자 값을 측정해야 하며, 이에 따른 노이즈와 같은 사용 환경에 큰 영향을 받는 문제점이 있다. 또한, 이와 같은 문제는 상기 제 2 감쇠기의 감쇠량이 커질 수록 상기 인덱스 값의 변화량은 더욱 줄어든다는 문제가 있다.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에 구비되는 측정부의 구성을 나타낸 도면이고, 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 측정부의 구조를 설명하기 위한 등가 회로도이다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 측정부(1140)는 감쇠기(1140), 피크 감지기(1142) 및 직류 제거기(1143)를 포함한다.

감쇠기(1140)는 공진 회로의 일단에 연결되며, 그에 따라 상기 설명한 제 1 전압을 수신한다. 그리고, 감쇠기(1140)는 상기 제 1 전압의 평균 값을 출력할 수 있다. 이때, 상기 제 1 전압의 평균 값은 상기 제 3 전압일 수 있다. 그리고, 상기 제 3 전압은 상기 감쇠기(1140)의 감쇠량에 대응하는 값을 가질 수 있다. 즉, 상기 감쇠기(1140)의 감쇠량이 1/M인 경우, 상기 제 3 전압은 상기 제 1 전압의 1/M 값이다.

이를 위해, 상기 감쇠기(1140)는 제 3 저항(R3) 및 제 1 캐패시터(C1)를 포함한다. 제 3 저항(R3)은 일단이 상기 공진 회로의 일단에 연결되고, 타단이 상기 제 1 캐패시터(C1)의 일단 및 상기 제어부(1180)의 제 1 단자에 연결된다. 그리고, 상기 제 1 캐패시터(C1)의 일단은 상기 제 3 저항(R3)의 타단 및 상기 제어부(1180)의 제 1 단자에 연결되고, 타단이 접지된다.

이와 같은 감쇠기(1140)는 상기 제 1 전압의 1/M 수준에 대응하는 제 3 전압을 상기 제어부(1180)의 제 1 단자로 출력한다.

그리고, 피크 감지기(1142)는 상기 공진 회로의 타단에 연결되며, 그에 따라 상기 설명한 제 2 전압을 수신한다. 또한, 피크 감지기(1142)는 상기 제 2 전압의 피크 레벨을 검출하여 출력한다.

또한, 직류 제거기(1143)는 상기 피크 감지기(1142)에서 출력되는 피크 레벨로부터 상기 제 3 전압에 따른 오프셋 직류 전압 레벨을 제거한 제 4 전압을 출력한다.

피크 감지기(1142)는 제 1 다이오드(D1) 및 제 2 커패시터(C2)를 포함할 수 있다.

그리고, 직류 제거기(1143)는 제 1 저항(R1), 제 2 저항(R2) 및 제 1 스위칭 소자(Q1)를 포함할 수 있다. 상기 제 1 스위칭 소자(Q1)는 트랜지터로 구현 가능하다.

상기 피크 감지기(1142)는 상기 제 1 다이오드(D1)는 애노드 단이 상기 공진 회로를 구성하는 공진 인덕터(1132)와 공진 캐패시터(1131) 사이에 연결되고, 캐소드 단이 상기 제 2 커패시터(C2)의 일단과 연결될 수 있다.

상기 피크 감지기(1142)를 구성하는 상기 제 2 커패시터(C2)는 일단이 상기 제 1 다이오드(D1)의 캐소드 단 및 상기 직류 제거기(1143)의 입력 단과 연결될 수 있고, 타단이 접지될 수 있다.

상기 피크 감지기(1142)의 동작을 살펴보면, 상기 제 2 커패시터(C2)의 양단의 전압은 입력 전압 신호(예를 들어, 상기 제 2 전압)의 피크 레벨로 유지된다.

그리고, 상기 입력되는 제 2 전압의 레벨이 상기 제 2 커패시터(C2)의 양단의 전압보다 크면, 상기 제 1 다이오드(D1)가 정 바이어스(Forward-biased)되어 도통된다. 이때, 상기 제 2 커패시터(C2)는 상기 제 1 다이오드(D1)의 출력 전류에 의해 상기 제 2 전압이 가지는 레벨까지 충전된다.

이와 반대로, 상기 입력되는 제 2 전압의 레벨이 상기 제 2 커패시터(C2)의 양단의 전압 이후로 떨어지게 되면, 상기 제 1 다이오드(D1)는 역 바이어스(Reverse-biased) 되어 상기 제 2 커패시터(C2)의 충전이 중단된다.

결론적으로, 상기 피크 감지기(1142)를 구성하는 제 2 커패시터(C2)는 상기 제 2 전압의 피크 레벨까지 충전이 이루어진다.

따라서, 상기 피크 감지기(1142)의 출력 신호인 피크 검출 신호는 상기 제 2 커패시터(C2)의 양단 전압에 대응하는 상기 제 2 전압의 피크 레벨을 가진다.

상기 직류 제거기(1143)는 상기 피크 감지기(1142)와 연결되는 제 2 저항(R2), 접지와 연결되는 제 1 저항(R1), 그리고 상기 제 1 저항(R1)과 상기 제 2 저항(R2) 사이에 배치되는 제 1 스위칭 소자(Q1)를 포함한다.

제 2 저항(R2)은 일단이 상기 피크 감지기(1142)의 출력 단에 연결되고, 타단이 제 1 스위칭 소자(Q1)의 컬렉터 단에 연결된다.

제 1 저항(R1)은 일단이 상기 제 1 스위칭 소자(Q1)의 이미터 단에 연결되고, 타단이 접지된다.

상기 제 1 스위칭 소자(Q1)는 컬렉터 단이 상기 제 2 저항(R2)의 타단과 연결되고, 이미터 단이 상기 제 1 저항(R1)의 일단과 연결되고, 베이스 단이 상기 감쇠기(1140)의 출력단에 연결된다. 이에 따라, 상기 제 1 스위칭 소자(Q1)의 베이스 단에는 상기 제 3 전압에 대응하는 베이스 전압이 인가된다.

상기 직류 제거기(1143)의 동작 원리에 대해 설명하면 다음과 같다.

상기 제 1 전압(V1)를 구성하는 상기 제 2 저항(R2)의 일단으로는 상기 피크 감지기(1142)에서 출력되는 피크 검출 신호가 입력된다.

그리고, 상기 제 1 스위칭 소자(Q1)의 베이스 단에는 상기 제 3 전압에 대응하는 베이스 전압이 인가된다.

이어서, 상기 피크 감지기(1142)에서 출력되는 피크 감지 신호는 상기 제 1 저항(R1) 및 제 2 저항(R2)의 저항 값에 따라 상기 제 1 스위칭 소자(Q1)의 이미터 단을 통해 제거된다. 그리고, 상기 제 1 스위칭 소자(Q1)의 컬렉트 단에는 상기 제 3 전압의 피크 레벨로부터 상기 이미터 단을 통해 일부 전압이 제거된 제 4 전압이 걸리게 된다. 그리고, 상기 제 4 전압은 상기 제어부(1180)의 제 2 단자를 통해 입력된다.

상기와 같은 본 발명의 측정부(1140)의 구조에 의해 획득되는 인덱스 값을 설명하면 다음과 같다.

우선, 본 발명에서의 상기 제 1 전압, 제 2 전압 및 품질 인자 값은 다음의 식 4과 같은 관계를 갖는다.

[식 4]

여기에서, V1은 상기 제 1 전압이고, V2는 상기 제 2 전압며, Q는 품질 인자 값이고, M은 상기 감쇠기의 감쇠량이다.

이를 토대로, 상기 제 3 전압과 제 4 전압은 다음의 식 5에 의해 구해질 수 있다.

[식 5]

여기에서, V3은 제 1 감쇠기의 출력 전압인 제 3 전압이다.

한편, 상기 제 1 스위칭 소자(Q1)의 이미터를 통해 흐르는 전류(I)는 다음의 식 6과 같다.

[식 6]

여기에서, I는 상기 제 1 스위칭 소자(Q1)의 이미터 단을 통해 흐르는 전류 값이고, R1은 제 1 저항(R1)의 저항 값이며, 상기 0.7V는 제 1 스위칭 소자(Q1)의 동작 전압이다.

그리고, 상기 식 6에 의해 상기 제 4 전압은 다음의 식 7에 의해 구해질 수 있다.

[식 7]

여기에서, V4는 상기 제 1 스위칭 소자(Q1)에서 출력되는 제 4 전압 값이고, R2는 제 2 저항(R2)의 저항 값이다.

이를 토대로, 상기 인덱스 값은 다음의 식 8에 의해 구해질 수 있다.

[식8]

상기와 같이, 본 발명에서의 인덱스 값은

값에

값을 더한 값이다. 상기와 같이, 본 발명에서의 인덱스 값은 상기 품질 인자 값의 변화에 상응하게 변화가 된다.

다시 말해서, 종래에서의 인덱스 값은 품질 인자 값에 직접적으로 1/N의 계수가 영향을 주고 있으며, 이에 따라 상기 인덱스 값은 품질 인자 값의 1/N 만큼의 변화량을 가진다. 이와 다르게, 본 발명에서의 인덱스 값은 품질 인자 값에 직접적으로 영향을 주는 계수가 없으며, 이에 따라 상기 인덱스 값은 상기 품질 인자 값의 변화량만큼의 변화량을 가질 수 있다.

한편, 상기 제 1 및 2 저항의 저항 값은 상기 제 2 전압에서 상기 오프셋 직류 전압 레벨을 제거하면서, 상기 제어부(1180)의 동작 전압 수준까지 상기 제 2 전압을 강하시킬 수 있어야 한다.

예를 들어, 상기 V1이 10V이고, M이 10이고, 품질 인자 값이 36인 경우에서의 상기 제 4 전압은 다음의 식 9와 같을 수 있다.

[식 9]

그리고, 이와 같은 경우에 상기 제 1 저항(R1)의 저항 값은 1kΩ으로 설정될 수 있고, 상기 제 2 저항(R2)의 저항 값은 15Ω으로 설정할 수 있다. 그리고, 상기와 같은 저항 값으로 상기 제 1 및 2 저항의 저항 값이 설정되는 경우, 상기 제 4 전압 값은 1.5V가 되며, 이는 상기 제어부(1180)가 처리할 수 있는 동작 전압 범위 내에 속하게 된다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 이물질 감지 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 12를 참조하면, 무선 전력 송신기는 선택 단계에서 충전 영역상에 물체가 감지되면, 공진 회로의 품질 인자 값을 측정하여 소정 기록 영역에 저장할 수 있다(S1701).

무선 전력 송신기는 핑 단계로 진입하여 무선 전력 수신기를 식별하기 위한 디지털 핑 신호를 무선으로 송출할 수 있다(S1702).

무선 전력 송신기는 디지털 핑 신호에 대응하여 신호 세기 지시자가 수신되면, 식별 및 구성 단계로 진입하며, 무선 전력 수신기에 대한 식별 및 구성이 완료되면 협상 단계로 천이할 수 있다(S1703).

무선 전력 송신기는 협상 단계에서 수신되는 FOD 상태 패킷에 포함된 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질 존재 여부를 판단하기 위한 임계 값(또는 임계 범위)를 결정할 수 있다(S1704) 여기서, 임계 값 및 임계 범위를 결정하는 방법은 상술한 도 7 및 도 8의 설명으로 대체한다. 무선 전력 송신 장치는 협상 단계에서 소정 세기의 전력 신호를 무선으로 송출할 수 있다.

무선 전력 송신기는 저장된 품질 인자 값과 결정된 임계 값(또는 임계 범위)을 비교하여 충전 영역상에 이물질이 존재하는지를 판단할 수 있다(S1705).

판단 결과, 이물질이 존재하는 경우, 무선 전력 송신기는 전력 신호 송출을 중단하고, 이물질이 검출되었음을 지시하는 소정 경고 알람이 출력되도록 제어할 수 있다(S1706 내지 S1707).

상기한 1705 단계의 판단 결과, 이물질이 존재하지 않는 경우, 무선 전력 송신기는 전력 전송 단계로 진입하여 해당 무선 전력 수신기에 대한 충전을 개시할 수 있다(S1708).

도 13은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 이물질 감지 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 13을 참조하면, 무선 전력 송신기는 선택 단계에서 충전 영역상에 물체가 감지되면, 공진 회로의 품질 인자 값을 측정하여 소정 기록 영역에 저장할 수 있다(S1801)

무선 전력 송신기는 이전에 이물질이 감지된 상태인지 여부를 확인할 수 있다(S1802)

확인 결과, 이물질이 감지된 상태가 아닌 경우, 무선 전력 송신기는 핑 단계로 진입하여 무선 전력 수신기를 식별하기 위한 디지털 핑 신호를 무선으로 송출할 수 있다(S1803).

무선 전력 송신기는 디지털 핑 신호에 대응하여 신호 세기 지시자가 수신되면, 식별 및 구성 단계로 진입하며, 무선 전력 수신기에 대한 식별 및 구성이 완료되면 협상 단계로 천이할 수 있다(S1804).

무선 전력 송신기는 협상 단계에서 수신되는 FOD 상태 패킷에 포함된 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질 존재 여부를 판단하기 위한 임계 값(또는 임계 범위)를 결정할 수 있다(S1805) 여기서, 임계 값 및 임계 범위를 결정하는 방법은 상술한 도 7 및 도 8의 설명으로 대체한다. 무선 전력 송신기는 협상 단계에서 소정 세기의 전력 신호를 무선으로 송출할 수 있다.

무선 전력 송신기는 저장된 품질 인자 값과 결정된 임계 값(또는 임계 범위)를 비교하여 충전 영역상에 이물질이 존재하는지를 판단할 수 있다(S1806)

판단 결과, 이물질이 존재하는 경우, 무선 전력 송신 장치는 전력 신호 송출을 중단하고, 이물질이 검출되었음을 지시하는 소정 경고 알람이 출력되도록 제어할 수 있다(S1507 내지 S1508) 이후, 무선 전력 송신 장치는 상기한 1801 단계로 회귀할 수 있다.

상기한 1806 단계의 판단 결과, 이물질이 존재하지 않는 경우, 무선 전력 송신기는 전력 전송 단계로 진입하여 해당 무선 전력 수신기에 대한 충전을 개시할 수 있다(S1809)

상기한 1802 단계의 확인 결과, 이물질이 이미 감지된 상태인 경우, 무선 전력 송신기는 감지된 이물질이 충전 영역에서 제거되었는지 판단할 수 있다(S1810) 여기서, 감지된 이물질이 충전 영역에서 제거되었는지 여부에 대한 판단 방법은 상술한 도 7 및 도 8의 설명으로 대체한다.

판단 결과, 감지된 이물질이 제거된 경우, 무선 전력 송신 장치는 전력 전송 단계로 진입하여 해당 무선 전력 수신기로의 충전을 재개할 수 있다.

상기한 1810 단계의 판단 결과, 감지된 이물질이 제거되지 않은 경우, 무선 전력 송신 장치는 상기한 1801 단계를 수행할 수 있다.

도 14는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 이물질 감지 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 14를 참조하면, 무선 전력 송신기는 전력 전송 단계에서 공진 회로의 품질 인자 값을 측정하여 소정 기록 영역에 저장할 수 있다(S1901).

무선 전력 송신기는 상기 측정된 품질 인자 값과 이전에 결정된 임계 값(또는 임계 범위)을 이용하여 충전 영역상에 이물질이 존재하는지를 판단할 수 있다(S1902)

판단 결과, 이물질이 존재하는 경우, 무선 전력 송신기는 전력 신호 송출을 중단하고, 이물질이 검출되었음을 지시하는 소정 경고 알람이 출력되도록 제어할 수 있다. 또한, 무선 전력 송신기는 재협상 단계로 천이할 수 있다(S1904).

이후, 재협상 단계에서 재협상이 완료되었는지를 판단할 수 있다(S1905).

상기 판단 결과(S1905), 재협상이 완료되지 않은 경우(예를 들어, 이물질이 제거가 안된 상태), 무선 전력 송신기는 전력 전송 중단을 유지하면서 선택 단계로 천이한다(S1906).

상기한 1904 단계의 판단 결과, 이물질이 존재하지 않는 경우, 무선 전력 송신기는 전력 전송 단계를 유지한다(1907).

본 발명에 따른 실시 예에서는, 공진 커패시터에 입력되는 제 1 전압 및 공진 인덕터에 입력되는 제 2 전압을 측정하여 품질 인자 값을 측정한다. 이때, 상기 제 1 및 2 전압은 제어기의 동작 전압 범위를 벗어난 크기를 가지며, 이에 따라 상기 제 1 및 2 전압을 상기 동작 전압 범위에 맞게 각각 제 3 및 4 전압으로 변환한다. 이때, 본 발명에서는 상기 제 2 전압을 상기 제 4 전압으로 변환할 때, 종래에서의 감쇠기(Attenuator)를 사용하지 않고, 직류 제거기를 사용한다. 상기 직류 제거기는 상기 제 2 전압에서 직류 성분의 오프셋 직류 전압 레벨을 제거하여 상기 제 4 전압을 출력한다. 그리고, 본 발명에서는 상기 직류 제거기를 이용하여 상기 제 3 및 4 전압의 비로 계산되는 FO 인덱스 값을 획득한다.

이에 따르면, 본 발명에서는 상기 감쇠기(Attenuator) 대신에 상기 직류 제거기를 사용함으로써, 품질 인자 값의 변화에 민감하게 변화하는 상기 FO 인덱스 값을 획득할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 상기 FO 인덱스 값의 측정 정확도가 향상됨에 따라 상기 품질 인자 값의 측정 정확도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서는 상기와 같이 측정된 품질 인자 값의 변화를 기준으로 FO의 존재 여부를 더욱 정확하고 민감하게 검출할 수 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.

상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

1. 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터;
   상기 인버터에 연결되는 전송 안테나;
   상기 전송 안테나의 양단 전압을 측정하여 출력하는 측정부; 및
   상기 측정된 양단 전압에 기반하여 품질 인자 값을 획득하고, 상기 획득한 품질 인자 값과 기결정된 임계 값을 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 제어부를 포함하고,
   상기 측정부는,
   상기 전송 안테나의 일단에 걸리는 제 1 전압을 제 3 전압을 강하하여 상기 제어부에 출력하는 감쇠기; 및
   상기 전송 안테나의 타단에 걸리는 제 2 전압을 제 4 전압으로 강하하여 상기 제어부에 출력하는 직류 제거기를 포함하고,
   상기 직류 제거기는,
   상기 제 2 전압을 수신하고,
   상기 수신된 제 2 전압에서 오프셋 직류 전압 레벨이 제거된 상기 제 4 전압을 상기 제어부에 출력하는
   무선 전력 송신기.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 오프셋 직류 전압 레벨은,
   상기 감쇠기로부터 출력되는 상기 제 3 전압의 레벨에 따라 변화하는
   무선 전력 송신기.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 전송 안테나는,
   상기 인버터와 연결되는 공진 캐패시터; 및
   상기 공진 캐패시터에 연결되는 공진 인덕터를 포함하고,
   상기 제 1 전압은,
   상기 인버터와 상기 공진 캐패시터 사이에 걸리는 전압이고,
   상기 제 2 전압은,
   상기 공진 캐패시터와 상기 공진 인덕터 사이에 걸리는 전압인
   무선 전력 송신기.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 측정부는,
   상기 제 2 전압을 수신하고, 상기 수신된 제 2 전압의 피크 레벨을 검출하여 출력하는 피크 감지기를 더 포함하고,
   상기 직류 제거기는,
   상기 제 2 전압의 피크 레벨로부터 상기 오프셋 직류 전압 레벨을 제거하는
   무선 전력 송신기.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 직류 제거기는,
   접지에 일단이 연결되는 제 1 저항과,
   상기 피크 검출기의 출력단에 일단이 연결되는 제 2 저항과,
   상기 제 1 저항의 타단에 연결되는 이미터 단과, 상기 제 2 저항의 타단에 연결되는 컬렉트 단과, 베이스 전압이 입력되는 베이스 단을 포함하는 스위칭 소자를 포함하는
   무선 전력 송신기.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 스위칭 소자의 베이스 단은,
   상기 감쇠기의 출력 단과 연결되며,
   상기 베이스 전압은,
   상기 감쇠기로부터 출력되는 상기 제 3 전압인
   무선 전력 송신기.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   식별된 무선 전력 수신기로부터 수신되는 이물질 검출 상태 패킷의 기준 품질 인자 값에 기반하여 상기 임계 값을 결정하고,
   선택 단계, 협상 단계 및 전력 전송 단계 중 적어도 어느 하나의 단계에서 측정되는 상기 품질 인자 값과 상기 임계 값을 비교하여 이물질을 검출하는
   무선 전력 송신기.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 제 3 및 4 전압의 레벨의 비율을 토대로 이물질 검출을 위한 인덱스 값을 획득하고,
   상기 획득한 인덱스 값을 이용하여 상기 품질 인자 값을 측정하는
   무선 전력 송신기.
9. 충전 영역에 배치된 물체를 감지하는 단계;
   감지 신호를 송출하여 무선 전력 수신기를 식별하는 단계;
   상기 식별된 무선 전력 수신기로부터 기준 품질 인자 값을 수신하는 단계;
   상기 수신된 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질 검출을 위한 임계 값을 결정하는 단계;
   공진 회로의 품질 인자 값을 측정하는 단계; 및
   상기 측정된 품질 인자 값과 상기 임계 값을 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계를 포함하고,
   상기 측정하는 단계는,
   상기 공진 회로의 일단에 걸리는 제 1 전압을 제 3 전압으로 강하하는 단계와,
   상기 공진 회로의 타단에 걸리는 제 2 전압을 제 4 전압으로 강하하는 단계와,
   상기 강하된 제 3 및 4 전압을 이용하여 상기 품질 인자 값을 측정하는 단계를 포함하고,
   상기 제 4 전압으로 강하하는 단계는,
   상기 제 2 전압의 피크 레벨로부터 오프셋 직류 전압 레벨을 제거하는 단계를 포함하는
   이물질 검출 방법.
10. 제 9항에 있어서,
    상기 오프셋 직류 전압 레벨은,
    상기 강하된 제 3 전압의 레벨에 따라 변화하는
    이물질 검출 방법.
11. 제 9항에 있어서,
    상기 오프셋 직류 전압 레벨은,
    상기 제 3 전압의 레벨의 증가에 비례하여 증가하고,
    상기 제 3 전압의 레벨의 감소에 비례하여 감소하는
    이물질 검출 방법.
12. 제 9항에 있어서,
    상기 측정하는 단계는,
    상기 제 3 및 4 전압의 레벨의 비율에 따른 이물질 검출을 위한 인덱스 값을 획득하는 단계와,
    상기 인덱스 값을 기준으로 상기 제 1 및 2 전압에 따른 품질 인자 값을 획득하는 단계를 포함하는
    이물질 검출 방법.

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