KR20200032907A - 무선 전력 전송 제어 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 전력 전송 제어 방법 및 그를 위한 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 복수의 스위치를 구비하여 교류 전력 신호를 생성하는 인버터와 상기 복수의 스위치를 제어하기 위한 스위치 제어 신호를 생성하는 제어기와 직렬 연결된 캐패시터와 인덕터를 구비하여 상기 교류 전력 신호를 전자기장 신호로 변환하여 출력하는 공진 회로를 포함하고, 상기 제어기가 충전 영역에 배치된 물체를 감지한 후 무선 전력 수신기를 식별하기 위한 감지 신호를 전송하기 이전에 품질 인자 측정을 위해 버스트 패턴을 가지는 스위치 제어 신호를 생성하여 상기 인버터에 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명은 보다 정확하고 안정적으로 이물질을 검출할 수 있는 장점이 있다.

Description

무선 전력 전송 제어 방법 및 장치{Method and Apparatus for Controlling Wireless Power Transmission}

본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 상세하게, 별도의 저전력 생성기를 구비하지 않고도 구비된 인버터를 제어하여 이물질 검출을 위한 저전력 신호를 생성하는 것이 가능한 무선 전력 전송 제어 방법 및 그를 위한 장치에 관한 것이다.

최근 정보 통신 기술이 급속도로 발전함에 따라, 정보 통신 기술을 기반으로 하는 유비쿼터스 사회가 이루어지고 있다.

언제 어디서나 정보통신 기기들이 접속되기 위해서는 사회 모든 시설에 통신 기능을 가진 컴퓨터 칩을 내장시킨 센서들이 설치되어야 한다. 따라서 이들 기기나 센서의 전원 공급 문제는 새로운 과제가 되고 있다.

또한 스마트폰 뿐만 아니라 테블릿 PC, MP3 플레이어 등의 휴대기기 종류가 급격히 늘어나면서 휴대용 기기의 배터리를 충전하는 작업이 사용자에게 시간과 수고를 요구하고 있다. 이러한 문제를 해결하는 방법으로 무선 전력 전송 기술이 최근 들어 관심을 받고 있다.

무선 전력 전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 자기장의 유도 원리를 이용하여 무선으로 송신기에서 수신기로 전기 에너지를 전송하는 기술로서, 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 고주파, Microwave, 레이저 등과 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도되었다. 우리가 흔히 사용하는 전동칫솔이나 일부 무선면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다.

무선 충전 가능 영역에 무선 전력 수신기가 아닌 전도체-즉, 이물질(FO:Foreign Object)-가 존재하는 경우, 무선 전력 송신기의 안테나를 통해 출력된 전자기 신호가 이물질에 유도되어 온도가 상승하고 충전 효율이 떨어질 수 있다. 예를 들면, 이물질은 동전, 클립, 핀, 볼펜 등을 포함할 수 있다.

만약, 무선 전력 수신기와 무선 전력 송신기 사이에 이물질이 존재하는 경우, 무선 충전 효율이 현저히 떨어질 뿐만 아니라 이물질에 의해 흡수된 전류가 주변 온도를 상승시켜 무선 전력 수신기와 무선 전력 송신기의 온도도 함께 상승할 수 있다. 만약, 충전 영역에 위치한 이물질이 제거되지 않는 경우, 전력 낭비를 초래할 뿐만 아니라 과열로 인해 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 손상을 야기시킬 수 있다.

무선 전력 송신기는 충전 영역에 배치된 물체가 감지되면, 무선 전력 수신기를 식별하기 위한 신호-예를 들면, 디지털 핑-을 전송하기 이전에 품질 인자(Quality Factor) 측정을 위한 저전력 신호를 출력한다.

종래의 무선 전력 송신기는 품질 인자 측정을 위한 저전력 신호를 생성하기 위해 별도 회로-예를 들면, 저전력 생성기(small signal generator)가 구비되어 제조 원가가 상승하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 무선 충전을 위한 무선 전력 전송 제어 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 별도의 저전력 생성기를 구비하지 않고도 구비된 인버터를 제어하여 이물질 검출을 위한 저전력 신호를 생성하는 것이 가능한 무선 전력 전송 제어 방법 및 그를 위한 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 이물질 검출에 필요한 전력을 안정적으로 전송하는 것이 가능한 무선 전력 송신기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 이물질 검출을 위한 품질 인자 측정 시 무선 전력 수신기가 부팅되지 않도록 저전력을 전송하는 것이 가능한 무선 전력 전송 제어 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

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.

본 발명은 무선 전력 전송 제어 방법 및 그를 위한 장치들을 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 복수의 스위치를 구비하여 교류 전력 신호를 생성하는 인버터와 상기 복수의 스위치를 제어하기 위한 스위치 제어 신호를 생성하는 제어기와 직렬 연결된 캐패시터와 인덕터를 구비하여 상기 교류 전력 신호를 전자기장 신호로 변환하여 출력하는 공진 회로를 포함하고, 상기 제어기가 충전 영역에 배치된 물체를 감지한 후 무선 전력 수신기를 식별하기 위한 감지 신호를 전송하기 이전에 품질 인자 측정을 위해 버스트 패턴을 가지는 스위치 제어 신호를 생성하여 상기 인버터에 제공할 수 있다.

또한, 상기 인버터는 제1 내지 제4 스위치가 구비된 풀 브릿지 형태일 수 있다.

또한, 상기 버스트 패턴을 가지는 제1 스위치 제어 신호 및 제2 스위치 제어 신호가 각각 상기 제1 스위치와 제2 스위치에 인가될 수 있다.

또한, 상기 제1 스위치 제어 신호 및 제2 스위치 제어 신호는 위상이 상이한 펄스 폭 변조 신호일 수 있다.

또한, 상기 제어기가 상기 무선 전력 수신기가 부팅되어 통신이 연결되지 않도록 상기 펄스 폭 변조 신호의 듀티를 제어할 수 있다.

또한, 상기 펄스 폭 변조 신호의 듀티는 5% 이상으로 제어될 수 있다.

또한, 상기 제어기가 상기 무선 전력 수신기가 부팅되어 통신이 연결되지 않도록 상기 제1 스위치 제어 신호 및 상기 제2 스위치 제어 신호의 휴지 구간을 제어할 수 있다.

여기서, 상기 휴지 구간은 상기 제1 스위치 제어 신호 및 상기 제2 스위치 제어 신호 전송 구간의 50% 이상일 수 있다.

또한, 상기 제어기가 상기 품질 인자 측정을 위해 스위치 OFF 신호인 제3 스위치 제어 신호를 상기 제3 스위치에 인가할 수 있다.

또한, 상기 제어기가 상기 품질 인자 측정을 위해 스위치 ON 신호인 제4 스위치 제어 신호를 상기 제4 스위치에 인가할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 무선 전력 전송 방법은 충전 영역에 배치된 물체를 감지하는 단계와 상기 물체가 감지되면, 구비된 풀-브릿지(Full-Bridge) 구조의 인버터를 하프-브릿지(Half-Bridge) 모드로 전환하는 단계와 휴지 구간을 가지는 스위치 제어 신호를 상기 인버터에 인가하여 품질 인자 측정을 위한 제1 전력 신호를 생성하는 단계와 품질 인자 값을 측정하여 저장하는 단계와 상기 하프-브릿지 모드의 상기 인버터를 풀-브릿지 모드로 전환하고, 상기 휴지 구간이 없는 스위치 제어 신호를 상기 인버터에 인가하여 무선 전력 수신기를 식별하기 위한 제2 전력 신호를 생성하는 단계와 식별된 무선 전력 수신기로부터 기준 품질 인자 값을 수신하는 단계와 충전 개시 이전에 상기 측정된 품질 인자 값과 상기 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 풀-브릿지 구조의 인버터는 제1 내지 제4 스위치를 포함하고, 상기 하프-브릿지 모드로 전환하는 단계는 상기 제3 스위치와 상기 제4 스위치에 각각 HIGH 신호와 LOW 신호를 인가하는 단계와 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치에 각각 상기 휴지 구간을 가지는 제1 스위치 제어 신호와 제2 스위치 제어 신호를 인가하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 스위치 제어 신호 및 제2 스위치 제어 신호는 위상이 상이한 펄스 폭 변조 신호일 수 있다.

또한, 상기 무선 전력 수신기가 부팅되어 통신이 연결되지 않도록 상기 펄스 폭 변조 신호의 듀티를 제어할 수 있다.

또한, 상기 펄스 폭 변조 신호의 듀티는 5% 이상으로 제어될 수 있다.

또한, 상기 무선 전력 수신기가 부팅되어 통신이 연결되지 않도록 상기 제1 스위치 제어 신호 및 상기 제2 스위치 제어 신호의 휴지 구간이 제어될 수 있다.

또한, 상기 휴지 구간은 상기 제1 스위치 제어 신호 및 상기 제2 스위치 제어 신호 전송 구간의 50% 이상일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예는 상기 무선 전력 전송 제어 방법들 중 어느 하나의 방법을 실행시키기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공할 수도 있다.

상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.

본 발명에 따른 방법, 장치 및 시스템에 대한 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 무선 충전을 위한 무선 전력 전송 제어 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 이물질 검출에 필요한 전력을 안정적으로 전송하는 것이 가능한 무선 전력 송신기를 제공하는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 이물질 검출에 필요한 저전력 신호를 생성하기 위한 별도 회로를 구비하지 않고도 인버터 제어를 통해 저전력 신호를 안정적으로 생성함으로써 무선 전력 송신기의 제조 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 이물질 검출을 위한 품질 인자 측정 시 무선 전력 수신기가 부팅되지 않는 전력을 안정적으로 전송함으로써, 이물질 검출에 실패할 확률을 줄이는 것이 가능한 무선 전력 전송 제어 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 일 실시 예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 다른 실시 예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 충전 시스템에서의 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템에서의 이물질 검출 절차를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 도 6의 안테나 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따라 상기 도 6에 따른 무선 전력 송신 장치와 연동되는 무선 전력 수신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신기가 장착된 전자 기기의 전력 관리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 종래 기술에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 상기한 도 10에 따른 무선 전력 송신기에서 저전력 신호 생성기에 의한 전압 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 상기한 도 12에 따른 무선 전력 송신기에서의 전압 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 버스트 패턴을 가지는 스위치 제어 신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에서의 무선 전력 전송 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

이하, 본 발명의 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.

또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 하드웨어적이 구성 요소-예를 들면, 회로 소자, 마이크로 프로세서, 메모리, 센서 등을 포함함-로 구현될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 해당 구성 요소의 일부 기능 또는 전체가 소프트웨어로 구현될 수도 있다.

실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 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. 일 예로, 무선 전력 전송 표준은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) Qi 및 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 표준 기술을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기는 적어도 하나의 무선 전력 수신 수단이 구비될 수 있으며, 1개 이상의 송신기로부터 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 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 무선 충전 시스템은 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.

인밴드 통신에 있어서, 무선 전력 송신단(10)에 의해 송출된 전력 신호(41)가 무선 전력 수신단(20)에 수신되면, 무선 전력 수신단(20)은 수신된 전력 신호를 변조하고, 변조된 신호(42)가 무선 전력 송신단(10)에 전송될 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)으로만 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.

본 발명의 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, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신단(10)은 고속 충전 지원 여부를 지시하는 소정 패킷을 무선 전력 수신단(20)에 전송할 수 있다.

무선 전력 수신단(20)은 접속된 무선 전력 송신단(10)이 고속 충전 모드를 지원하는 것으로 확인된 경우, 이를 전자 기기(30)에 알릴 수 있다.

전자 기기(30)는 구비된 소정 표시 수단-예를 들면, 액정 디스플레이일 수 있음-을 통해 고속 충전이 가능함을 표시할 수 있다.

도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.

일 예로, 도면 부호 200a에 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신단(20)은 복수의 무선 전력 수신 장치로 구성될 수 있으며, 하나의 무선 전력 송신단(10)에 복수의 무선 전력 수신 장치가 연결되어 무선 충전을 수행할 수도 있다.

이때, 무선 전력 송신단(10)은 시분할 방식으로 복수의 무선 전력 수신 장치에 전력을 분배하여 송출할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며. 다른 일 예로, 무선 전력 송신단(10)은 무선 전력 수신 장치 별 할당된 상이한 주파수 대역을 이용하여 복수의 무선 전력 수신 장치에 전력을 분배하여 송출할 수 있다.

이때, 하나의 무선 전력 송신단(10)에 연결 가능한 무선 전력 수신 장치의 개수는 무선 전력 수신 장치 별 요구 전력량, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량 및 무선 전력 송신 장치의 가용 전력량 중 적어도 하나에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.

다른 일 예로, 도면 부호 200b에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신단(10)은 복수의 무선 전력 송신 장치로 구성될 수도 있다.

이 경우, 무선 전력 수신단(20)은 복수의 무선 전력 송신 장치와 동시에 연결될 수 있으며, 연결된 무선 전력 송신 장치들로부터 동시에 전력을 수신하여 충전을 수행할 수도 있다.

이때, 무선 전력 수신단(20)과 연결된 무선 전력 송신 장치의 개수는 무선 전력 수신단(20)의 요구 전력량, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량, 무선 전력 송신 장치의 가용 전력량 등에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 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)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 송출되도록-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 실시예에 따른 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(Selection Phase, 410), 핑 단계(Ping Phase, 420), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 430), 협상 단계(Negotiation Phase, 440), 보정 단계(Calibration Phase, 450), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 460) 단계 및 재협상 단계(Renegotiation Phase, 470)로 구분될 수 있다.

선택 단계(410)는 파워 전송을 시작하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계-예를 들면, 도면 부호 S402, S404, S408, S410 및 S412를 포함함-일 수 있다.

여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다.

또한, 선택 단계(410)에서 송신기는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다.

만약, 송신기가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 단계(420)로 천이할 수 있다(S403).

일 예로, 선택 단계(410)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. 여기서, 활성 영역은 수신기가 배치되어 무선 충전이 가능한 영역을 의미할 수 있다.

다른 일 예로, 선택 단계(410)에서 송신기는 구비된 센서를 이용하여 인터페이스 표면의 활성 영역(Active Area)에 물체가 존재하는지를 감지할 수도 있다.

일 예로, 센서는 홀 센서, 압력 센서, 정전 용량 센서, 전류 센서, 전압 센서, 빛 감지 센서 등을 포함할 수 있으며, 이들 중 적어도 하나의 센서를 통해 활성 영역에 배치된 물체를 감지할 수 있다.

선택 단계(410)에서 물체가 감지된 경우, 무선 전력 송신기는 구비된 LC 공진 회로-예를 들면, LC 공진 회로는 직렬로 연결된 코일(인덕터) 및 공진 캐패시터를 포함하여 구성될 수 있음-에 상응하는 품질 인자를 측정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 송신기는 선택단계(410)에서 물체가 감지되면, 충전 영역에 이물질과 함께 무선 전력 수신기가 배치되었는지를 판단하기 위하여 품질 인자(Quality Factor) 값을 측정할 수 있다.

여기서, 품질 인자 값은 핑 단계(420)로의 진입 이전에 측정될 수 있다. 또한, 품질 인자 값은 송신 코일을 통한 전력 전송이 일시 중단된 상태에서 측정될 수 있다.

품질 인자 값은 다양한 방법으로 측정될 수 있다.

일 예로, 품질 인자 값은 타임 도메인(Time Domain)에서 단위 시간 동안의 펄스 신호의 전압 감쇄율에 기반하여 측정될 수 있다.

다른 일 예로, 품질 인자 값은 주파수 도메인(Frequency Domain)에서 공진점에서의 에너지 집중률에 기반하여 측정될 수 있다.

또 다른 일 예로, 품질 인자 값은 공진 회로에서의 전압 증폭률에 기반하여 측정될 수도 있다.

일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 미리 정의된 기준 동작 주파수에 대한 품질 인자 값을 측정할 수 있다. 여기서, 기준 동작 주파수는 100KHz일 수 있다.

다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 무선 전력 전송에 사용 가능한 동작 주파수 대역 내에서 일정 주파수 단위로 품질 인자 값을 측정할 수도 있다. 이 경우, 무선 전력 송신기는 동작 주파수 대역 내 측정된 품질 인자 값들 중 최대값을 가지는 동작 주파수 값을 확인하고, 이를 메모리에 저장할 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해 동작 주파수 대역 내 품질 인자 값이 최대인 주파수를 품질 인자 피크 주파수(Quality Factor Peak Frequency) 또는 설명의 편의를 위해 간단히 피크 주파수 또는 공진 주파수(Resonance Frequecy)라 명하기로 한다.

동작 주파수 대역에 상응하여 측정되는 품질 인자 값의 측정 패턴 및 품질 인자 피크 주파수는 무선 전력 송신기의 타입에 따라 상이할 수 있다.

특히, 동일 동작 주파수에 대해 수신기를 인증하기 위해 사용되는 송신기-이하 설명의 편의를 위해 '인증용 송신기'라 명함-와 LCR 미터를 이용하여 측정된 품질 인자 값은 상용 송신기에서 측정된 품질 인자 값과 상이할 수도 있다.

무선 전력 송신기는 핑 단계(420)에서 신호 세기 패킷이 수신되면, 식별 및 구성 단계(430)로 진입할 수 있다(S403).

무선 전력 송신기는 식별 및 구성 절차가 정상적으로 완료되면, 협상 단계로(440)로 진입할 수 있다(S405).

또한, 무선 전력 송신기는 식별 및 구성 절차가 정상적으로 완료되면, 수신기의 타입에 따라 전력 전송 단계(460)로 진입할 수도 있다(S406).

무선 전력 송신기는 협상 단계(440)로 진입하면 무선 전력 수신기로부터 기준 품질 인자 값이 포함된 이물질 검출 상태 패킷(Foreign Object Detection Status Packet)을 수신할 수 있다.

무선 전력 송신기는 수신된 기준 품질 인자 값에 기반하여 품질 인자 임계 값을 결정할 수 있다.

이후, 무선 전력 송신기는 측정된 품질 인자 값과 품질 인자 임계 값을 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다.

하지만, 기준 품질 인자 값에 기초하여 결정된 소정 품질 인자 임계 값과 측정된 품질 인자 값을 단순 비교하여 이물질의 존재 여부를 검출하는 이물질 검출 방법이 상용 송신기에 적용되는 경우 이물질 검출에 대한 정확도가 낮아질 수 있다.

여기서, 기준 품질 인자 값은 인증용 송신기의 충전 영역에 이물질 배치되지 않은 상태에서 측정된 기준 동작 주파수에서의 품질 인자 값을 의미한다.

협상 단계(440)에서 수신된 기준 품질 인자 값과 핑 단계(420) 이전에 측정된 기준 동작 주파수에 상응하는 품질 인자 값-이하, 설명의 편의를 위해 현재 품질 인자 값이라 명함-을 비교하여 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다.

하지만, 기준 품질 인자 값이 측정된 송신기-즉, 인증용 송신기-와 현재 품질 인자 값이 측정된 송신기는 서로 상이할 수 있다. 따라서, 이물질 존재 여부를 판단하기 위한 결정된 품질 인자 임계 값은 정확하지 않을 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시에 따른 송신기는 해당 송신기 타입에 대응하는 기준 품질 인자 값을 무선 전력 수신기로부터 수신하고, 수신된 기준 품질 인자 값에 기초하여 품질 인자 임계 값을 결정할 수도 있다.

송신 코일은 주변 환경 변화에 따라 인덕턴스 및/또는 해당 송신 코일 내 직렬 저항 성분이 감소될 수 있고, 이로 인해 해당 송신 코일에서의 공진 주파수가 변경(시프트)될 수 있다. 즉, 동작 주파수 대역 내 최대 품질 인자 값이 측정되는 주파수인 품질 인자 피크 주파수가 이동될 수 있다.

일 예로, 무선 전력 수신기는 높은 투자율을 갖는 마그네틱 실드(차폐재)를 포함하기 때문에, 높은 투자율은 송신 코일에서 측정되는 인덕턴스 값을 증가시킬 수 있다. 반면에 금속 타입의 이물질은 인덕턴스 값을 감소시킬 수 있다.

일반적으로 LC 공진 회로의 경우, 공진 주파수(f_resonant)는

로 계산된다.

송신기의 충전 영역에 무선 전력 수신기만이 배치되면, L값이 증가되므로 공진주파수는 작아지게 된다. 즉, 공진 주파수는 주파수 축상에서 왼쪽으로 이동(쉬프트)하게 된다.

반면, 송신기의 충전 영역에 이물질이 배치되면,

값이 감소시키므로 공진주파수는 커지게 된다. 즉, 공진 주파수는 주파수 축상에서 오른쪽으로 이동(쉬프트)하게 된다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 송신기는 품질 인자 피크 주파수의 변화에 기반하여 충전 영역에 배치된 이물질의 존재 여부를 판단할 수도 있다.

송신기는 해당 송신기 타입에 대응하여 미리 설정된 품질 인자 피크 주파수-이하, 설명의 편의를 위해 '기준 품질 인자 피크 주파수(pf_reference)' 또는 '기준 피크 주파수'또는 '기준 공진 주파수(Reference Resonance Frequency)'라 명함-에 관한 정보를 수신기로부터 획득하거나 미리 소정 기록 영역에 유지할 수 있다.

송신기는 충전 영역에 물체가 배치되었음을 감지하면, 핑 단계(420)로의 진입 이전에 동작 주파수 대역 내 품질 인자 값을 측정하고, 측정 결과에 기반하여 품질 인자 피크 주파수를 식별할 수 있다. 여기서, 식별된 품질 인자 피크 주파수를 기준 품질 인자 피크 주파수와 구분하기 위해 '측정 품질 인자 피크 주파수(pf_measured)' 또는 '측정 피크 주파수 또는 '측정 공진 주파수(Measured Resonance Frequency'라 명하기로 한다.

협상 단계(430)에서 송신기는 기준 품질 인자 피크 주파수와 측정 품질 인자 피크 주파수에 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수도 있다.

만약, 기준 품질 인자 피크 주파수에 관한 정보가 수신기로부터 수신되는 경우, 식별 및 구성 단계(430) 또는 협상 단계(440)에서 소정 패킷을 통해 수신될 수 있다.

일 예로, 송신기는 식별 및 구성 단계(430)는 자신의 송신기 타입에 관한 정보를 수신기에 전송할 수 있다. 수신기는 수신된 송신기 타입 정보에 대응하여 미리 저장된 기준 품질 인자 피크 주파수를 해당 메모리에서 독출하고, 독출된 기준 품질 인자 피크 주파수에 관한 정보를 송신기에 전송할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 송신기는 품질 인자 피크 주파수에 기반한 이물질 검출 방법과 품질 인자 값에 기반한 이물질 검출 방법을 모두 이용하여 이물질 존재 여부를 판단할 수도 있다. 일 예로, 송신기 타입에 대응되는 기준 품질 인자 값과 측정된 품질 인자 값의 비교 결과 큰 차이가 없는 경우-예를 들면, 두 값 사이의 차이가 10% 이하인 경우-, 송신기 타입에 대응되는 기준 품질 인자 피크 주파수와 측정된 품질 인자 피크 주파수를 비교하여 이물질 존재 여부를 판단할 수도 있다. 반면, 두 품질 인자 값의 차이가 10%를 초과하는 경우, 송신기는 즉시 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.

다른 실시 예로, 송신기 타입에 대응되는 기준 품질 인자 값에 기반하여 결정된 품질 인자 임계 값과 측정된 품질 인자 값의 비교 결과 이물질이 없다고 판단되는 경우, 송신기는 송신기 타입에 대응되는 기준 품질 인자 피크 주파수와 측정된 품질 인자 피크 주파수를 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수도 있다.

송신기는 품질 인자 값에 기반하여 이물질을 검출하는 것이 용이하기 않은 경우, 식별된 수신기에 해당 송신기 타입에 대응되는 기준 품질 인자 피크 주파수에 관한 정보를 요청할 수도 있다. 이 후, 송신기는 기준 품질 인자 피크 주파수에 관한 정보가 수신기로부터 수신되면, 기준 품질 인자 피크 주파수와 측정 품질 인자 피크 주파수를 이용하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다. 이를 통해, 송신기는 충전 영역에 배치된 이물질을 보다 정확하게 검출할 수 있다.

송신기는 물체를 감지하면, 핑 단계(420)에 진입하여 수신기를 활성화(Wake up)시키고, 감지된 물체가 무선 전력 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송할 수 있다.

핑 단계(420)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 패킷-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(410)로 천이할 수 있다.

또한, 핑 단계(420)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 패킷-을 수신하면, 선택 단계(410)로 천이할 수도 있다.

핑 단계(420)가 완료되면, 송신기는 수신기를 식별하고 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(430)로 천이할 수 있다.

송신기는 식별 및 구성 단계(430)에서 송신기 타입에 관한 정보를 수신기에 전송할 수도 있다.

수신기는 식별 및 구성 단계(430)에서 송신기 타입에 관한 정보를 송신기에 요구할 수도 있으며, 송신기는 수신기의 요구에 따라 송신기 타입에 관한 정보를 수신기에 전송할 수도 있다.

또한, 식별 및 구성 단계(430)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(410)로 천이할 수 있다.

송신기는 식별 및 구성 단계(430)에서 수신된 구성 패킷(Configuration packet)의 협상 필드(Negotiation Field) 값에 기반하여 협상 단계(440)로의 진입이 필요한지 여부를 확인할 수 있다.

확인 결과, 협상이 필요하면, 송신기는 협상 단계(440)로 진입하여 소정 FOD 검출 절차를 수행할 수 있다.

반면, 확인 결과, 협상이 필요하지 않은 경우, 송신기는 곧바로 전력 전송 단계(460)로 진입할 수도 있다.

일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 식별 및 구성 단계(430)에서 해당 무선 전력 수신기가 제1 전력 전송 모드만을 지원하는 수신기로 확인된 경우, 협상 단계(440)를 수행하지 않고, 곧바로 전력 전송 단계(460)로 진입할 수 있다.

무선 전력 송신기는 전력 전송 단계(460)로의 진입 후 주기적으로 소정 이물질 검출 절차를 수행할 수 있다.

여기서, 이물질 검출 절차는 품질 인자 값에 기반한 이물질 검출 절차일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 전력 손실(Power loss)에 기반한 이물질 검출 절차가 적용될 수 있다.

전력 손실에 기반한 이물질 검출 절차는 무선 전력 송신기의 전송 전력과 무선 전력 수신기의 수신 전력의 차이를 소정 기준치와 비교하여 이물질 존재 여부를 판단하는 방법으로서 자세한 절차는 후술할 도면들의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.

일 예로, 협상 단계(440)에서, 송신기는 기준 품질 인자 값이 포함된 이물질 검출 상태 패킷(FOD(Foreign Object Detection) Status Packet)을 수신할 수 있다. 또는, 송신기 타입에 대응되는 기준 피크 주파수 값이 포함된 FOD Status Packet을 수신할 수 있다.

다른 일 예로, 협상 단계(440)에서 송신기는 송신기 타입에 대응되는 기준 품질 인자 값 및 기준 피크 주파수 값이 포함된 상태 패킷을 수신할 수도 있다. 이때, 송신기는 송신기 타입에 대응되는 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질 검출을 위한 품질 인자 임계 값을 결정할 수 있다.

송신기는 송신기 타입에 대응되는 기준 품질 인자 피크 주파수 값에 기반하여 이물질 검출을 위한 품질 인자 피크 주파수 임계 값을 결정할 수도 있다.

송신기는 결정된 품질 인자 임계 값 및(또는) 결정된 품질 인자 피크 주파수 임계 값을 측정된 품질 인자 값-핑 단계(420) 이전에 측정된 품질 인자 값을 의미함- 및(또는) 측정 품질 인자 피크 주파수 값과 비교하여 충전 영역에 배치된 이물질을 검출할 수도 있다.

송신기는 이물질 검출 결과에 따라 전력 전송을 제어할 수 있다. 일 예로, 이물질이 검출된 경우, 송신기는 이물질 검출 상태 패킷에 대한 응답으로 네거티브 응답 패킷(Negative acknowledge packet)을 수신기로 전송할 수 있다. 이에 따라, 전력 전송이 중단될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

송신기는 결정된 품질 인자 피크 주파수 임계 값 및 측정 품질 인자 피크 주파수 값을 비교하여 충전 영역에 배치된 이물질을 검출할 수 있다. 송신기는 이물질 검출 결과에 따라 전력 전송을 제어할 수 있다. 일 예로, 이물질이 검출된 경우, 송신기는 이물질 검출 상태 패킷(FOD Status Packet)에 대한 응답으로 NACK 패킷(Negative acknowledge packet)을 수신기로 전송할 수 있다. 이에 따라, 전력 전송이 중단될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

이물질이 검출된 경우, 송신기는 수신기로부터 충전 종료 메시지(End of Charge Message)를 수신할 수 있으며, 그에 따라 선택 단계(410)로 진입할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 송신기는 협상 단계(440)에서 이물질이 검출된 경우, 전력 전송 단계(460)로 진입할 수도 있다(S415).

반면, 이물질이 검출되지 않은 경우, 송신기는 송신 전력에 대한 협상 단계(440)를 완료하고, 보정 단계(450)를 거쳐 전력 전송 단계(460)로 진입할 수도 있다(S407 및 S409).

상세하게, 이물질이 검출되지 않은 경우, 송신기는 보정 단계(450)에 진입하면 수신단에서 수신된 전력의 세기를 확정하고, 송신단에서 전송할 전력의 세기를 결정하기 위해 송신단과 수신단 사이의 전력 손실을 측정할 수 있다.

일 예로, 송신기는 전력 전송 중 수신단으로부터 피드백되는 수신 전력 세기 정보에 기반하여 수신기에의 수신 전력 세기를 확정할 수 있다. 즉, 송신기는 보정 단계(450)에서 송신단에서의 전송 전력과 수신단에서의 수신 전력 사이의 세기 차이에 기반하여 전력 손실을 예측(또는 산출)할 수 있다.

전력 전송 단계(460)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(410)로 진입할 수 있다(S410).

또한, 전력 전송 단계(460)에서, 송신기는 송신기 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 재협상 단계(470)로 천이할 수 있다(S411). 이때, 재협상이 정상적으로 완료되면, 송신기는 전력 전송 단계(460)로 회귀할 수 있다(S413).

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 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기에 의해 요구되는 보장 전력에 기반하여 제1 전력 전송 모드 중 제2 전력 전송 모드 중 어느 하나의 동작 모드로 동작할 수 있다.

무선 전력 송신기에 연결되는 무선 전력 수신기는 제1 전력 전송 모드만을 지원하는 수신기이거나 제1 전력 전송 모드 및 제2 전력 전송 모드를 모두 지원하는 수신기일 수 있다.

여기서, 제2 전력 전송 모드에 상응하여 설정 가능한 보장 전력은 제1 전력 전송 모드에서 설정 가능한 보장 전력보다 클 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템에서의 이물질 검출 절차를 설명하기 위한 흐름도이다.

상세하게 도 5는 제2 전력 전송 모드에서의 이물질 검출 절차를 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 무선 전력 송신기(510)는 선택 단계에서 물체가 감지되면, 핑 단계로의 진입 이전에 소정 기준 동작 주파수에서의 품질 인자 값을 측정할 수 있다(S501). 여기서, 기준 동작 주파수는 공진 주파수(resonance frequency)일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 무선 전력 송신기(510)는 측정된 품질 인자 값을 내부 메모리에 저장할 수 있다(S502).

무선 전력 송신기(510)는 핑 단계로 진입하여 상기한 도 3에서 설명된 감지 신호 전송 절차를 수행할 수 있다(S503).

무선 전력 송신기(510)는 무선 전력 수신기(520)가 감지되면, 식별 및 구성 단계로 진입하여 식별 패킷 및 구성 패킷을 수신할 수 있다(S504 및 S505).

무선 전력 송신기(510)는 협상 단계로 진입하여 이물질 검출 상태 패킷을 무선 전력 수신기(520)로부터 수신할 수 있다(S506). 여기서, 이물질 검출 상태 패킷은 기준 품질 인자 값을 포함할 수 있다.

무선 전력 수신기(510)는 이물질 검출 상태 패킷에 포함된 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질 존재 여부 판단을 위한 임계 값을 결정할 수 있다(S507).

일 예로, 임계 값은 기준 품질 인자 값보다 소정 비율만큼 작은 값으로 결정될 수 있다.

무선 전력 송신기(510)는 측정된 품질 인자 값과 결정된 임계 값을 비교하여 이물질을 검출할 수 있다(S508). 여기서, 측정된 품질 인자 값이 임계 값보다 작으면, 무선 전력 송신기(510)는 충전 영역에 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.

무선 전력 송신기(510)는 이물질 검출 결과에 따라 ACK 응답 또는 NACK 응답 또는 ND(No Decision) 응답을 무선 전력 수신기(520)에 전송할 수 있다(S509).

무선 전력 수신기(520)는 무선 전력 송신기(510)로부터 NACK 응답 또는 ND 응답이 수신되면, 무선 전력 송신기(510)에 의해 전력 전송이 완전히 중단될 때까지 자신의 출력 단자를 통해 전자 기기(또는 배터리/부하)에 일정 세기 이상의 전력이 공급되지 않도록 제어할 수 있다.

여기서, 일정 세기 이상의 전력은 5W가 기준일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 당업자의 설계 및 무선 전력 수신기(510)가 탑재된 전자 기기 및(또는 무선 전력 수신기(510)와 연결된 배터리/부하)에 따라 상이하게 정의될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치의 세부 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

도 6을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(600)는 제어기(610), 전력변환기(620), 안테나(630), 복조기(640), 전류 센서(650), 메모리(660), 전원 입력 단자(670)을 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 전력변환기(620)는 인버터(Invertor, 621) 및 직류-직류 변환기(DC-DC Convertor, 623)를 포함하여 구성될 수 있다.

전원 입력 단자(670)를 통해 인가되는 제1 직류 전압(V_in)은 직류-직류 변환기(623)에 의해 제2 직류 전압(V_rail)으로 변환된 후 인버터(621)의 구동 전압으로 인가될 수 있다.

제어기(610)는 인버터(621)에 구비된 복수의 스위치를 제어하기 위해 제1 내지 제N 스위치 제어 신호(SC_1 및 SC_N)를 생성하여 인버터(621)로 공급할 수 있다.

인버터(621)는 제1 내지 제N 스위치 제어 신호에 따라 제2 직류 전압(V_rail)을 스위칭 제어하여 교류 전력 신호를 생성할 수 있다.

여기서, 제1 내지 제N 스위치 제어 신호는 펄스 폭 변조 신호일 수 있다.

안테나(630)는 인버터(621)로부터 수신되는 교류 전력 신호를 구비된 공진 회로(미도시)를 전자기장 신호로 변환하여 무선으로 출력할 수 있다.

본 실시 예에 있어서, 안테나(630)는 적어도 하나의 인덕터(Inductor, L)와 적어도 하나의 캐패시터(Capacitor, C)로 구성된 LC 공진 회로-즉, LC Tank-를 포함하여 구성될 수 있다.

일 실시 예로 안테나(630)는 하나의 송신 코일-즉, 하나의 인덕터-로 구성된 단일 코일 형태일 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 다른 실시 예에 따른 안테나(630)는 후술할 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 송신 코일-즉, 복수의 송신 코일-로 구성될 수도 있다.

직류-직류 변환기(623)의 출력인 제2 직류 전력은 설명의 편의를 위해 인버터 입력 전압 또는 브이레일(V_rail) 또는 인버터 동작 전압 등과 혼용하여 사용하기로 한다.

상기 제1 내지 제N 스위치 제어 신호(SC_1 및 SC_N)의 N 값은 인버터(621)에 구비되는 스위치-예를 들면, MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect-Transistor) 스위치일 수 있음-의 개수와 동일할 수 있다.

전력 센서(650)는 제어기(610)의 제어 신호에 따라 안테나(630)에 흐르는 전류 및 전압의 세기를 측정하고, 측정 결과를 제어기(610)에 전달할 수 있다.

일 예로, 제어기(610)는 물체 감지 후 핑 단계로 진입하기 이전에 전력 센서(650)에 소정 제어 신호를 전송하여 안테나(630)에 흐르는 전력을 측정하도록 제어할 수 있다.

제어기(610)는 측정된 전력에 기초하여 인버터(621)에 인가되는 스위치 제어 신호의 버스트 패턴을 제어함으로써, 품질 인자 측정을 위한 저전력 신호를 생성할 수 있다. 여기서, 저전력 신호는 무선 전력 수신기가 부팅되지 않아 통신이 연결되지 않는 전력 신호일 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 도 6의 안테나 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 안테나(630)는 코일 선택 회로(710), 코일 어셈블리(720) 및 공진 캐패시터(730)를 포함하여 구성될 수 있다.

코일 어셈블리(720)는 적어도 하나의 송신 코일-즉, 제1 내지 제N 코일-을 포함하여 구성될 수 있다.

코일 선택 회로(710)는 코일 어셈블리(720)에 포함된 송신 코일 중 어느 하나 또는 적어도 어느 하나에 인버터(621) 출력 전류(I_coil)가 전달되도록 구성된 스위칭 회로를 포함하여 구성될 수 있다.

일 예로, 코일 선택 회로(710)는 그것의 일단이 인버터(621) 출력단에 연결되고 타단이 그것에 대응되는 코일에 연결된 제1 내지 제N 스위치를 포함하여 구성될 수 있다.

코일 어셈블리(720)에 포함된 제1 내지 제N 코일은 그것의 일단이 코일 선택 회로(710)의 대응되는 스위치에 연결되고, 그것의 타단이 공진 캐패시터(730)와 연결될 수 있다.

복조기(640)는 코일 어셈블리(720)와 공진 캐피시터(730) 사이의 신호-여기서, 신호는 진폭 변조된 신호임-를 복조하여 제어기(610)에 전달할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따라 상기 도 6에 따른 무선 전력 송신 장치와 연동되는 무선 전력 수신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

도 8을 참조하면, 무선 전력 수신기(800)는 수신 안테나(810), 정류기(820), 직류/직류 변환기(DC/DC Converter, 830), 스위치(840), 부하(850), 변조부(860) 및 제어기(870)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기한 도 8의 예에 도시된 무선 전력 수신기(800)는 인밴드 통신을 통해 무선 전력 송신기와 정보를 교환할 수 있다.

수신 안테나(810)는 인덕터와 적어도 하나의 캐패시터를 포함하여 구성될 수 있다.

무선 전력 송신기(600)에 의해 전송된 AC 전력은 수신 안테나(810)을 통해 정류기(820)에 전달할 수 있다.

정류기(820)는 수신 안테나(810)를 통해 전달 받은 AC 전력을 DC 전력으로 변환하여 직류/직류 변환기(830)에 전송할 수 있다.

제어기(870)는 직류/직류 변환기(830)로부터 인가되는 전압에 따라 부팅되어 무선 전력 송신기와의 통신 연결을 시도할 수 있다.

무선 전력 수신기(800)가 부팅되기 위해서는 기준치 이상의 전력이 수신되어야 한다.

직류/직류 변환기(830)는 제어기(870)의 제어 신호에 따라 정류기(820)의 출력 DC 전력의 세기를 부하(850)에 의해 요구되는 특정 세기로 DC 전력으로 변환할 수 있다.

제어기(870)는 정류기(820)의 출력 DC 전력 세기를 측정하고, 측정 결과에 기반하여 스위치(840)를 제어할 수 있다.

일 예로 제어기(870)는 정류기(820) 출력 전압이 소정 임계치를 초과하면, 스위치(840)를 OFF하여 부하(850)에 과전압이 전달되지 않도록 제어할 수 있다.

제어기(870)는 정류기(820)의 출력 DC 전력에 기반하여 전력 제어를 수행할 수도 있다.

과전압이 감지된 경우, 제어기(870)는 변조부(860)를 제어하여 과전압이 감지되었음을 알리는 소정 패킷을 무선 전력 송신기(600)에 전송할 수 있다.

변조부(860)는 수신 안테나(810)를 통해 수신된 AC 전력 신호를 구비된 변조 스위치를 이용해 진폭 변조함으로써, 해당 패킷을 무선 전력 송신기(600)에 전송할 수 있다. 이때, 제어기(870)는 변조 스위치를 제어하기 위한 소정 스위치 제어 신호를 생성할 수 있다.

이때, 무선 전력 송신기(600)는 무선 전력 수신기(800)에 의해 진폭 변조된 신호를 구비된 복조기(670)을 통해 복조할 수 있다.

다른 일 예로, 제어기(870)는 무선 전력 수신기(800)가 장착된 전자 기기의 내부 전력을 제어하는 전력 관리 소자-예를 들면, PMIC(Power Management IC)(미도시)와 연동될 수 있다. 이 경우, 후술할 도 9에 도시된 바와 같이, 직류/직류 변환기(830)의 출력 DC 전력은 스위치(840)를 통해 PMIC(910)로 전달될 수 있다.

PMIC(910)는 전자 기기(900) 내부에 구비된 배터리(920)의 충전 및 전자 기기(900) 내부 부품(930)으로의 전력 공급을 제어할 수 있다.

PMIC(910)는 배터리(920)의 현재 충전 상태 정보를 제어기(870)에 제공할 수 있다. 제어기(870)는 배터리(920)의 현재 충전 상태 정보 및 내부 온도 정보 등에 기반하여 충전의 진행 여부를 판단할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신기(800)는 협상 단계(440)에 진입하면, 기준 품질 인자 값이 포함된 이물질 검출 상태 패킷을 생성하여 무선 전력 송신기(600)에 전송할 수 있다.

무선 전력 송신기(600)는 이물질 검출 상태 패킷에 포함된 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질 존재 여부를 판단하기 위한 소정 임계 값을 결정할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신기가 장착된 전자 기기의 전력 관리 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 9를 참조하면, 전자 기기(900)는 무선 전력 수신기(901), PMIC(910), 배터리(920) 및 내부 부품(930)을 포함하여 구성될 수 있다.

무선 전력 수신기(901)의 세부 구성 및 동작은 상술한 도 8의 설명으로 대체한다.

내부 부품(930)은 특정 동작 전압이 요구되는 회로 소자, 마이크로 프로세서, 디스플레이, 센서 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

무선 전력 수신기(901)과 PMIC(910)는 WLC_I 단자를 통해 상호 전기적으로 연결되며, PMIC(910)는 제1 스위치(911) 및 제2 스위치(912)를 포함할 수 있다.

제1 스위치(911)의 일단은 WLC_I 단자와 연결되고 타단은 내부 전원 및 제2 스위치(912)의 일단에 연결될 수 있다.

상기 내부 전원은 디바이스의 내부에 구비되는 부품 및 소자(예를 들어, 응용 프로세서, 메인 메모리, 디스플레이 모듈, 터치 모듈, 지문 인식 모듈, 카메라 모듈, 스피커, 진동 모듈 등)의 동작에 필요한 전원으로 공급됨을 의미하며, 상기한 부품 및 소자로 전력을 분배하기 위한 별도의 분배기를 더 포함할 수도 있다.

제2 스위치(912)의 일단은 제1 스위치(911)와 연결되고 타단은 배터리(920)에 연결될 수 있다.

PMIC(910)는 제1 스위치(911) 및 제2 스위치(912)를 제어하여 무선 전력 수신기(901)로부터 수신되는 직류 전력을 내부 부품(930), 배터리(920) 중 적어도 하나에 공급하거나, 내부 부품(930) 및 배터리(920)로 공급되는 전원을 차단할 수 있다.

일 예로, 제1 스위치(911)는 상기한 도 8의 스위치(840)에 대응될 수 있으며, 과전압 보호 스위치(over voltage protection switch)라 정의될 수 있다.

무선 전력 수신기(901)로부터 인가되는 전압이 소정 기준치를 초과하는 경우, PMIC(910)는 제1 스위치(911)를 OFF시켜 과전압에 의해 내부 부품(930) 및 배터리(920)가 손상되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

또한, PMIC(910)는 전자 기기(900)에 장착되는 응용 프로세서의 요청-예를 들어, 무선 전력 수신 비활성화 요청-에 따라 무선 전력 수신기(901)과의 연결을 차단하기 위해 제1 스위치(911)를 OFF시킬 수도 있다.

제2 스위치(912)는 배터리 과열 보호 스위치(Battery Over Temperature Protection Switch)라 정의될 수 있다.

일 예로, PMIC(910)는 배터리(920)의 온도가 소정 임계 치에 도달하면, 제2 스위치(912)를 OFF시켜 배터리(920)의 충전을 차단시킬 수 있다.

또한, PMIC(910)는 배터리(920)의 충전이 완료된 경우, 제2 스위치(912)를 OFF시켜 배터리 충전을 차단시킬 수도 있다.

상기한 도 9에서는 배터리(920)를 등가 회로인 하나의 저항으로 표현하였으나, 이는 설명의 편의를 위함일뿐 실제 구현에 있어서, 배터리(920)는 리튬-이온 배터리 등으로 구현될 수 있다.

도 10은 종래 기술에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 종래의 무선 전력 송신기(1000)는 저전력 신호 생성기(1010), 교류 증폭 회로(1020), 피크 감지기(1030), 감쇄기 또는 직류 제거기(1040) 및 제어기(1050)를 포함하여 구성되었다.

교류 증폭 회로(1020)는 제1 내지 제4 스위치(1021 내지 1024) 및 공진 회로(1025)를 포함하여 구성된다.

교류 증폭 회로(1020)에 구비된 제1 내지 제4 스위치(1021 내지 1024)는 제어기(1050)로부터 인가되는 제1 내지 제4 스위치 제어 신호(SC_1 내지 SC_4, 1051)에 기반하여 구동될 수 있다.

제1 내지 제4 스위치(1021 내지 1024)는 풀-브릿지(Full-Bridge) 형태로 배치되고, 공진 회로(1025)는 직렬 연결된 캐피시터(C1)와 인덕터(L1)을 포함하여 구성될 수 있다.

저전력 신호 생성기(1010)는 제5 스위치(1011), 제6 스위치(1012) 및 저항 소자(R1, 1013)을 포함하여 구성될 수 있다.

저전력 신호 생성기(1010))의 제5 스위치(1011) 및 제6 스위치(1012)는 제어기(1050)로부터 인가되는 제5 내지 제6 스위치 제어 신호(SC_5 내지 SC_6, 1052)에 기반하여 구동되며, 하프-브릿지(Half-Bridge) 형태로 배치될 수 있다. 여기서, 제5 스위치(1011)와 제6 스위치(1012) 사이에는 저항 소자(R1, 1013)가 연결된다.

여기서, 저항 소자(1013)는 제5 스위치(1011)와 제6 스위치(1012)에 의해 생성된 신호의 전압 V3를 전압 V1으로 강하시켜 공진 회로(1025)로 전달할 수 있다.

종래의 제어기(1050)는 듀티가 50%이고, 위상이 180도 상이하도록 펄스 폭 변조된 제5 스위치 제어 신호(SC_5) 및 제6 스위치 제어 신호(SC_6)를 저전력 신호 생성기(1010)에 제공하여 품질 인자 측정을 위한 저전력 신호를 생성하였다.

제어기(1050)는 물체 감지 후 핑 단계로의 진입 이전에 저전력 신호를 생성하여 품질 인자 값을 측정하였다.

이때, 제어기(1050)는 교류 증폭 회로(1020)에 구비된 스위치들 중 제4 스위치(1024)만이 ON되고 나머지 스위치-즉, 제1 내지 제3 스위치(1021 내지 1023)-는 OFF되도록 제1 내지 제4 스위치 제어 신호(SC_1 내지 SC_4, 1051)를 제어할 수 있다. 일 예로, 스위치 제어 신호가 HIGH 신호이면, 스위치 ON되고, LOW 신호이면 스위치 OFF될 수 있다.

피크 감지기(1030)는 공진 회로(1025)의 캐패시터(C1)와 인덕터(L1) 사이에 흐르는 신호의 피크를 감지하고, 피크 감지 신호를 감쇄기 또는 직류 제거기(1040)에 전송할 수 있다.

감쇄기 또는 직류 제거기(1040)는 피크 감지 신호의 세기를 제어기(1050)에 의해 요구되는 레밸로 감쇄하거나 직류 성분을 제거하여 제어기(1050)에 전송할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 종래의 무선 전력 송신기(1000)는 품질 인자 측정을 위한 저전력 신호 생성을 위해 별도의 저전력 신호 생성기(1010)가 장착되어 제조 원가가 상승하고, 복잡도가 높아지는 문제점이 있었다.

특히, 종래의 무선 전력 송신기(1000)는 품질 인자 측정을 위해 저전력 신호 생성기(1010)를 이용해 저전력을 출력하여도 무선 전력 수신기가 구동(Wake-up)되어 통신이 연결되는 문제점이 있었다. 또한, 통신 연결에 따라 부하 변조-즉, 진폭 변조-가 이루어져 정확한 품질 인자 측정이 힘든 문제점이 있었다.

도 11은 상기한 도 10에 따른 무선 전력 송신기에서 저전력 신호 생성기에 의한 전압 변화를 설명하기 위한 도면이다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 제5 스위치(1011)과 제6 스위치(1012)에 의해 생성된 교류 전압 신호 V3는 저항 소자(1013)에 의해 일정 레벨 전압 강하된 교류 전압 신호 V1으로 변경된 후 공진 회로(1025)에 인가된다. 교류 전압 신호 V1은 다시 공진 회로(1025)에 의해 전압 강하되어 거의 0V에 가까운 전압 V2로 변한다.

도 11에 도시된 바와 같이, 교류 전압 신호인 V3 및 V1은 모두 끊김 없이 일정 주기를 가지는 교류 전압 신호이다.

도 12은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 12에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기(1200)는 교류 증폭 회로(1210), 피크 감지기(1220), 감쇄기 또는 직류 제거기(1230) 및 제어기(1240)을 포함하여 구성되었다.

교류 증폭 회로(1210)는 제1 내지 제4 스위치(1221 내지 1224) 및 공진 회로(1225)를 포함하여 구성될 수 있다.

교류 증폭 회로(1210)에 구비된 제1 내지 제4 스위치(1021 내지 1024)는 제어기(1250)로부터 인가되는 제1 내지 제4 스위치 제어 신호(SC_1 내지 SC_4, 1241)에 기반하여 구동될 수 있다.

제1 내지 제4 스위치(1221 내지 1224)는 풀-브릿지(Full-Bridge) 형태로 배치되고, 공진 회로(1225)는 직렬 연결된 캐피시터(C1)와 인덕터(L1)을 포함하여 구성될 수 있다.

제어기(1250)는 물체 감지 후 핑 단계로의 진입 이전에 이물질 검출을 위해 저전력 신호를 생성하여 품질 인자 값을 측정할 수 있다.

이때, 제어기(1250)는 교류 증폭 회로(1220)에 구비된 스위치들 중 제1 스위치(Q1, 1221)과 제2 스위치(Q2, 1222)를 이용하여 품질 인자 측정을 위한 저전력 신호를 생성할 수 있다.

제어기(1250)는 충전 영역에 배치된 물체를 감지하면, 품질 인자 측정을 위해 스위치 OFF 신호인 제3 스위치 제어 신호(SC_3)를 제3 스위치(Q3, 1223)에 인가하고, 스위치 ON 신호인 제4 스위치 제어 신호(SC_4)를 제4 스위치(Q4, 1224)에 인가할 수 있다.

일 예로, 스위치 제어 신호가 HIGH 신호이면, 스위치 ON되고, LOW 신호이면 스위치 OFF될 수 있다.

또한, 제어기(1250)는 품질 인자 측정을 위해 버스트 패턴을 가지는 제1 스위치 제어 신호(SC_1) 및 제2 스위치 제어 신호(SC_2)를 생성하여 각각 상기 제1 스위치(1221)과 제2 스위치(1222)에 인가할 수 있다.

여기서, 제1 스위치 제어 신호(SC_1) 및 제2 스위치 제어 신호(SC_2)는 위상이 상이한 펄스 폭 변조 신호일 수 있다.

일 예로, 제어기(1250)는 무선 전력 수신기가 부팅되어 통신이 연결되지 않도록 제1 스위치 제어 신호(SC_1) 및 제2 스위치 제어 신호(SC_1)의 휴지 구간을 제어할 수 있다.

다른 일 예로, 제어기(1250)는 무선 전력 수신기가 부팅되어 통신이 연결되지 않도록 상기 펄스 폭 변조 신호의 듀티를 제어할 수도 있다.

일 예로, 펄스 폭 변조 신호의 듀티는 5% 이상으로 제어될 수 있다.

또 다른 일 예로, 제어기(1250)는 무선 전력 수신기가 부팅되어 통신이 연결되지 않도록 펄스 폭 변조 신호인 1 스위치 제어 신호(SC_1) 및 제2 스위치 제어 신호(SC_1)의 휴지 구간 및 듀티를 동적으로 제어할 수도 있다.

피크 감지기(1220)는 공진 회로(1025)의 캐패시터(C1)와 인덕터(L1) 사이에 흐르는 신호의 피크를 감지하고, 피크 감지 신호를 감쇄기 또는 직류 제거기(1230)에 전송할 수 있다.

감쇄기 또는 직류 제거기(1230)는 피크 감지기(1220)의 출력 레벨을 제어기(1240)에 의해 요구되는 레벨로 감쇄하거나 직류 성분을 제거하여 제어기(1240)에 전송할 수 있다.

제어기(1240)는 감쇄기 또는 직류 제거기(1230)로부터 수신되는 신호에 기반하여 제1 스위치 제어 신호(SC_1) 및 제2 스위치 제어 신호(SC_2)의 버스트 패턴을 동적으로 제어할 수 있다.

일 예로, 제어기(1240)는 품질 인자 측정을 위해 생성된 전력이 기준치를 초과하면, 제1 스위치 제어 신호(SC_1) 및 제2 스위치 제어 신호(SC_2)의 휴지 구간이 증가되도록 버스트 패턴을 제어할 수 있다.

여기서, 기준치는 무선 전력 수신기가 부팅되는 전력에 기초하여 결정될 수 있다.

다른 일 예로, 제어기(1240)는 품질 인자 측정을 위해 생성된 전력이 기준치를 초과하면, 제1 스위치 제어 신호(SC_1) 및 제2 스위치 제어 신호(SC_2)의 휴지 구간 및 듀티를 제어하여 출력되는 전력의 세기를 낮출 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시 예에 따른 무선 전력 송신기(1200)는 안정적으로 품질 인자 측정이 가능한 장점이 있다.

또한, 본 발명은 저전력 신호 생성을 위한 별도 회로를 구비하지 않고도 안정적이고 정확하게 품질 인자 값을 측정할 수 있는 무선 전력 송신기를 제공할 수 있는 장점이 있다.

도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 버스트 패턴을 가지는 스위치 제어 신호를 설명하기 위한 도면이다.

도 14를 참조하면, 스위치 제어 신호의 듀티는 한 주기(T2)를 하나의 펄스 전송 시간(T1)으로 나누어 산출될 수 있다.

스위치 제어 신호의 휴지 구간 비율은 단위 시간(T4)을 일정 주기의 펄스 폭 변조 신호가 전송되지 않은 시간(T4_1+T4_2)으로 나누어 산출될 수 있다.

일 예로, 단위 시간(T4) 동안의 휴지 구간 비율이 50%인 경우, 일정 주기의 펄스 폭 변조 신호를 끊김 없이 전송할 때의 전력과 비교하여 1/2 수준의 전력이 출력될 수 있다.

즉, 스위치 제어 신호에 포함된 휴지 구간이 증가할수록 공진 회로에 인가되는 전송 전력의 세기는 감소한다.

또한, 스위치 제어 신호의 듀티가 감소할수록 공진 회로에 인가되는 전송 전력의 세기는 감소한다.

본 발명에 따른 무선 전력 송신기는 물체 감지 후 핑 단계로의 진입 이전에 품질 인자 측정을 위한 전력 생성 시 인버터의 특정 스위치에 인가되는 스위치 제어 신호의 휴지 구간 비율 및 듀티를 제어하여 정확하고 안전하게 품질 인자 값을 측정할 수 있는 장점이 있다.

도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에서의 무선 전력 전송 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

상세하게 도 15는 풀브릿지 인버터가 구비된 무선 전력 송신기에서 충전 개시 이전에 이물질을 검출하는 절차를 설명하기 위한 순서도이다.

도 15를 참조하면, 무선 전력 송신기는 충전 영역에 물체가 배치되었는지 여부를 감지할 수 있다(S1510).

물체가 감지된 경우, 무선 전력 송신기는 구비된 풀-브릿지 구조의 인버터의 제3 스위치(1223)와 제4 스위치(1224)에 각각 LOW 신호와 HIGH 신호를 인가할 수 있다(S1520).

무선 전력 송신기는 LOW 신호에 의해 제3 스위치(1223)을 개방(OFF) 상태로 유지시키고, HIGH 신호에 의해 제4 스위치(1224)를 단락(ON)시켜 접지(GND)에 연결시킴으로써, 구비된 풀-브릿지 구조의 인버터가 하프-브릿지 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.

무선 전력 송신기는 버스트 패턴-즉, 휴지 구간-을 가지는 스위치 제어 신호를 하프-브릿지 모드 인버터의 제1 스위치(1221)과 제2 스위치(1222)에 인가하여 품질 인자 측정을 위한 제1 전력 신호를 생성할 수 있다(S1530).

여기서, 제1 스위치(1221)과 제2 스위치(1222)에 인가되는 제1 스위치 제어 신호와 제2 스위치 제어 신호는 상이한 위상을 가지는 펄스 폭 변조 신호일 수 있다.

무선 전력 송신기는 제1 전력 신호에 의해 무선 전력 수신기가 부팅되어 통신이 연결되지 않도록 해당 펄스 폭 변조 신호의 버스트 패턴을 제어할 수 있다.

일 예로, 무선 전력 송신기는 제1 스위치 제어 신호 및 제2 스위치 제어 신호의 휴지 구간이 전체 전송 구간의 50% 이상이 되도록 버스트 패턴을 제어할 수 있다.

무선 전력 송신기는 제1 전력 신호 출력 중 품질 인자 값을 측정하여 내부 구비된 메모리에 저장할 수 있다(S1540).

무선 전력 송신기는 하브-브릿지 모드의 인버트를 풀-브릿지 모드로 전환하고, 버스트 패턴-즉, 휴지 구간-을 가지지 않는 스위치 제어 신호를 인버터의 제1 내지 제4 스위치에 인가하여 무선 전력 수신기를 식별하기 위한 제2 전력 신호를 생성할 수 있다(S1550).

여기서, 제2 전력 신호의 세기는 제1 전력 신호의 세기보다 크고, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기가 부팅되어 통신이 연결될 수 있는 세기의 제2 전력 신호를 생성할 수 있다.

무선 전력 송신기는 식별된 무선 전력 수신기로부터 기준 품질 인자 값을 수신할 수 있다(S1560). 여기서, 기준 품질 인자 값은 이물질 검출 상태 패킷을 통해 수신될 수 있다.

무선 전력 송신기는 충전이 개시되기 이전에-즉, 전력 전송 단계(460)로의 진입 이전에- 측정된 품질 인자 값과 수신된 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다(1570).

일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 제1 전력 신호 생성을 위한 펄스 폭 변조 신호의 듀티를 더 제어할 수도 있다.

무선 전력 송신기는 제1 전력 신호 생성을 위한 펄스 폭 변조 신호의 듀티가 5% 이상을 유지하도록 제어할 수 있다. 일반적으로 펄스 폭 변조 신호의 듀티가 5% 미만인 경우, 인버터 출력 신호 파형이 훼손되는 문제점이 있다.

무선 전력 송신기는 펄스 폭 변조 신호인 제1 스위치 제어 신호와 제2 스위치 제어 신호의 휴지 구간 및 듀티를 제어하여 제1 전력 신호를 생성할 수도 있다.

일 예로, 무선 전력 송신기는 휴지 구간이 증가하면 듀티를 증가시키고, 휴지 구간이 감소하면 듀티를 감소시켜 무선 전력 수신기가 부팅되지 않는 제1 전력 신호를 생성할 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.

Claims (17)

1. 복수의 스위치를 구비하여 교류 전력 신호를 생성하는 인버터;
   상기 복수의 스위치를 제어하기 위한 스위치 제어 신호를 생성하는 제어기; 및
   직렬 연결된 캐패시터와 인덕터를 구비하여 상기 교류 전력 신호를 전자기장 신호로 변환하여 출력하는 공진 회로
   를 포함하고, 상기 제어기가 충전 영역에 배치된 물체를 감지한 후 무선 전력 수신기를 식별하기 위한 감지 신호를 전송하기 이전에 품질 인자 측정을 위해 버스트 패턴을 가지는 스위치 제어 신호를 생성하여 상기 인버터에 제공하는 무선 전력 전송 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 인버터는 제1 내지 제4 스위치가 구비된 풀 브릿지 형태인 무선 전력 전송 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 버스트 패턴을 가지는 제1 스위치 제어 신호 및 제2 스위치 제어 신호가 각각 상기 제1 스위치와 제2 스위치에 인가되는 무선 전력 전송 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 스위치 제어 신호 및 제2 스위치 제어 신호는 위상이 상이한 펄스 폭 변조 신호인 무선 전력 전송 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제어기가
   상기 무선 전력 수신기가 부팅되어 통신이 연결되지 않도록 상기 펄스 폭 변조 신호의 듀티를 제어하는 무선 전력 전송 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 펄스 폭 변조 신호의 듀티는 5% 이상으로 제어되는 무선 전력 전송 장치.
7. 제3항에 있어서,
   상기 제어기가
   상기 무선 전력 수신기가 부팅되어 통신이 연결되지 않도록 상기 제1 스위치 제어 신호 및 상기 제2 스위치 제어 신호의 휴지 구간을 제어하는 무선 전력 전송 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 휴지 구간은 상기 제1 스위치 제어 신호 및 상기 제2 스위치 제어 신호 전송 구간의 50% 이상인 무선 전력 전송 장치.
9. 제3항에 있어서,
   상기 제어기가
   상기 품질 인자 측정을 위해 스위치 OFF 신호인 제3 스위치 제어 신호를 상기 제3 스위치에 인가하는 무선 전력 전송 장치.
10. 제8항에 있어서,
    상기 제어기가
    상기 품질 인자 측정을 위해 스위치 ON 신호인 제4 스위치 제어 신호를 상기 제4 스위치에 인가하는 무선 전력 전송 장치.
11. 충전 영역에 배치된 물체를 감지하는 단계;
    상기 물체가 감지되면, 구비된 풀-브릿지(Full-Bridge) 구조의 인버터를 하프-브릿지(Half-Bridge) 모드로 전환하는 단계;
    휴지 구간을 가지는 스위치 제어 신호를 상기 인버터에 인가하여 품질 인자 측정을 위한 제1 전력 신호를 생성하는 단계;
    품질 인자 값을 측정하여 저장하는 단계;
    상기 하프-브릿지 모드의 상기 인버터를 풀-브릿지 모드로 전환하고, 휴지 구간이 없는 스위치 제어 신호를 상기 인버터에 인가하여 무선 전력 수신기를 식별하기 위한 제2 전력 신호를 생성하는 단계;
    식별된 무선 전력 수신기로부터 기준 품질 인자 값을 수신하는 단계; 및
    충전 개시 이전에 상기 측정된 품질 인자 값과 상기 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계
    를 포함하는 무선 전력 송신기의 무선 전력 전송 방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 풀-브릿지 구조의 인버터는 제1 내지 제4 스위치를 포함하고,
    상기 하프-브릿지 모드로 전환하는 단계는
    상기 제3 스위치와 상기 제4 스위치에 각각 HIGH 신호와 LOW 신호를 인가하는 단계; 및
    상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치에 각각 상기 휴지 구간을 가지는 제1 스위치 제어 신호와 제2 스위치 제어 신호를 인가하는 단계
    를 포함하는 무선 전력 송신기의 무선 전력 전송 방법.
13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 스위치 제어 신호 및 제2 스위치 제어 신호는 위상이 상이한 펄스 폭 변조 신호인 무선 전력 송신기의 무선 전력 전송 방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신기가 부팅되어 통신이 연결되지 않도록 상기 펄스 폭 변조 신호의 듀티를 제어하는 무선 전력 송신기의 무선 전력 전송 방법.
15. 제14항에 있어서,
    상기 펄스 폭 변조 신호의 듀티는 5% 이상으로 제어되는 무선 전력 송신기의 무선 전력 전송 방법.
16. 제12항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신기가 부팅되어 통신이 연결되지 않도록 상기 제1 스위치 제어 신호 및 상기 제2 스위치 제어 신호의 상기 휴지 구간이 제어되는 무선 전력 송신기의 무선 전력 전송 방법.
17. 제16항에 있어서,
    상기 휴지 구간은 상기 제1 스위치 제어 신호 및 상기 제2 스위치 제어 신호 전송 구간의 50% 이상인 무선 전력 송신기의 무선 전력 전송 방법.

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