WO2017179874A1 - 무선전력 전송방법 및 무선전력 전송장치 - Google Patents

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power
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wireless
nfc
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육경환
이재성
서정교
박진섭
정병상
권재순
조영찬
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    • H02J50/90—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving detection or optimisation of position, e.g. alignment

Definitions

  • the present invention relates to a wireless power transmission method and a wireless power transmission device in the wireless power transmission field.
  • the wireless power receiver for receiving energy wirelessly may be directly driven by the received wireless power, or may be driven by the charged power by charging a battery using the received wireless power.
  • standardization ie, standardization of a technology related to the transmission of wireless power is in progress.
  • Magnetic resonance is a principle that generates a magnetic field in the transmitter coil and delivers power only to the receiver coil having the same frequency.
  • Wireless charging method using the above-mentioned electromagnetic induction is already frequently encountered in our lives. For example, it has been commercialized and used in electric toothbrushes, wireless coffee ports, and the like.
  • short range wireless communication may include Bluetooth, Near Field Communication (NFC), Magnetic Secure Transmission (MST), Beacon, Zigbee, and Wi-Fi.
  • NFC Near Field Communication
  • MST Magnetic Secure Transmission
  • Beacon Zigbee
  • Wi-Fi Wi-Fi
  • wireless charging may affect electronic devices included in other devices. This is because wireless charging is accomplished by wireless power signals transmitted in the form of energy fields, such as electric, magnetic or electromagnetic fields. For example, an energy field generated during wireless charging may be induced by an antenna provided in another device to damage an electronic device.
  • energy fields such as electric, magnetic or electromagnetic fields.
  • an energy field generated during wireless charging may be induced by an antenna provided in another device to damage an electronic device.
  • An object of the present invention is to provide a wireless power transmission method and a wireless power transmission apparatus that can prevent damage to the electronic device provided in the other device.
  • Another object of the present invention is to provide a wireless power transmission method and a wireless power transmission apparatus capable of searching for an electronic device for performing short-range wireless communication using a coil for transmitting wireless power.
  • the wireless power transmitter includes a power converter configured to transmit a wireless power signal transmitted in an energy field such as an electric field, a magnetic field, or an electromagnetic field; And a power transmission controller configured to transfer power to the wireless power receiver by using the wireless power signal, wherein the power transmission controller is an NFC detection signal instead of the wireless power signal when a predetermined condition is satisfied.
  • the power converter may be controlled so that the power converter is transmitted, and the power converter may be controlled in different ways according to whether a response signal to the NFC detection signal is detected.
  • the power transmission controller may control the power conversion unit so that a power transmission scheme is different, or control the power conversion unit so that power is not transferred to the wireless power receiver. Can be.
  • the wireless power transmission device if NFC is detected, it is impossible to charge by the magnetic resonance method, it is possible to change the magnetic resonance method to the magnetic induction method.
  • the power transmission controller controls the power conversion unit so that the wireless power signal is switched from one of the first frequency and the second frequency to the other, and the wireless power signal is When switched to the other one can be limited to be transmitted to any one.
  • the power transmission control unit may limit the transmission of the wireless power signal through the power conversion unit.
  • the power converter may include a coil, and one of the wireless power signal and the NFC detection signal may be selectively transmitted through the coil.
  • one of the wireless power signal and the NFC detection signal may be selectively transmitted through the coil.
  • the electronic device may further include an NFC detector configured to detect a distortion formed by the response signal from the energy field formed by the NFC detection signal.
  • the NFC detection unit may be a demodulator including at least one filter for detecting the distortion. Since the cost of the demodulator is lower than that of the NFC antenna, the wireless power transmitter can be produced at low cost.
  • the power converter when transmitting the NFC detection signal, modulates the NFC detection signal so that a packet is included in the NFC detection signal, the packet is a near field communication (near field) NFC device capable of performing communication (NFC) can be made to demodulate.
  • NFC near field communication
  • the multiplexer may be further configured to selectively transmit any one of the wireless power signal and the NFC detection signal based on the control of the power transmission control unit.
  • the divider may be further configured to generate the wireless power signal using the NFC detection signal under the control of the power transmission controller.
  • the wireless power signal and the NFC detection signal may form an integer ratio. Since a single signal can be selectively outputted with the wireless power signal and the NFC detection signal, the production cost is reduced.
  • the temperature received from the temperature sensor may be higher than the reference temperature.
  • various conditions for transmitting the NFC detection signal may be set.
  • the power transmission controller may output a notification signal informing that the NFC device is detected.
  • the vehicle receiving the notification signal may request the passenger to remove the NFC device located in the wireless charging box.
  • the wireless charging may not be performed until the NFC device is removed from the wireless charging box.
  • an embodiment of the present invention relates to a wireless power transmission method of a wireless power transmitter for transmitting power to a wireless power receiver.
  • the wireless power transmission method may include transmitting an NFC detection signal using a wireless charging coil when a wireless charging request is received; Detecting a response signal to the NFC detection signal; If the response signal is detected within a predetermined time, controlling the wireless charging coil so that power is not delivered to the wireless power receiver; And transmitting a wireless power signal by using the wireless charging coil to transmit power to the wireless power receiver when the predetermined time passes after the response signal is not detected.
  • any one of the wireless power signal and the NFC detection signal may be selectively transmitted through the wireless charging coil.
  • the detecting of the response signal may include detecting a distortion formed by the response signal from an energy field formed by the NFC detection signal using a demodulator including at least one filter. step; And detecting the response signal by using the distortion.
  • the wireless power charging method may further include modulating the NFC detection signal such that a packet is included in the NFC detection signal when the NFC detection signal is transmitted.
  • the NFC device capable of performing near field communication (NFC) can be demodulated.
  • any one of the wireless power signal and the NFC detection signal may be selectively transmitted to the wireless charging coil by a multiplexer.
  • the wireless power signal may be generated from the NFC detection signal by a divider, and the wireless power signal and the NFC detection signal may have an integer ratio.
  • the method may further include outputting a notification signal indicating that the NFC device is detected.
  • the present invention can be extended to a vehicle having the above-described wireless power transmission apparatus or a vehicle performing the wireless power transmission method.
  • a wireless power signal for delivering power is transmitted when there is no NFC device within a predetermined range. Since the transmission of the wireless power signal is limited when the NFC device is present, damage to the NFC device is blocked in advance.
  • an NFC detection signal for searching for the NFC device may be transmitted through a wireless charging coil for transmitting the wireless power signal, and a response signal of the NFC device may be detected using a demodulator.
  • a separate communication module for short range communication may not be provided.
  • the demodulator is implemented as a simple circuit, but since the communication module requires more cost and space than the demodulator, there is an effect of lowering the production cost.
  • FIG. 1 is an exemplary view conceptually showing a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to embodiments of the present invention.
  • FIGS. 2A and 2B are exemplary block diagrams illustrating configurations of a wireless power transmitter and a wireless power receiver that can be employed in the embodiments disclosed herein.
  • FIG. 3 illustrates a concept of wirelessly transferring power from a wireless power transmitter to a wireless power receiver according to an inductive coupling method.
  • 4A and 4B are exemplary block diagrams illustrating a part of a configuration of a magnetic induction wireless power transmitter and a wireless power receiver employable in the embodiments disclosed herein.
  • FIG. 5 is a block diagram of a wireless power transmitter configured to have one or more transmitting coils receiving power according to an inductive coupling scheme employable in embodiments disclosed herein.
  • FIG. 6 illustrates a concept of wirelessly transferring power from a wireless power transmitter to a wireless power receiver according to a resonance coupling method.
  • FIGS. 7A and 7B are exemplary block diagrams illustrating a part of a configuration of a resonant wireless power transmitter and a wireless power receiver that can be employed in the embodiments disclosed herein.
  • FIG. 8 is a block diagram of a wireless power transmitter configured to have one or more transmitting coils receiving power in accordance with a resonance coupling scheme employable in embodiments disclosed herein.
  • FIG 9 illustrates a concept of transmitting and receiving a packet between a wireless power transmitter and an electronic device through modulation and demodulation of a wireless power signal in wireless power transmission according to embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 10 illustrates a configuration for transmitting and receiving a power control message in wireless power transmission according to embodiments disclosed herein.
  • 11A, 11B and 11C illustrate the form of a signal in modulation and demodulation performed in wireless power transmission in accordance with embodiments disclosed herein.
  • FIG. 12 illustrates operation states of a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to the embodiments disclosed herein.
  • FIG. 13 illustrates a problem that occurs when an NFC card is located between the wireless power transmitter and the wireless power receiver.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating a wireless power transmission method of a wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 15A to 15C are block diagrams of a wireless power transmitter for performing the wireless power transfer method of FIG. 14 and having a multiplexer.
  • 16A to 16C are block diagrams of a wireless power transmitter having a divider as a wireless power transmitter for performing the wireless power transfer method of FIG. 14.
  • FIG. 17 is a diagram for describing the NFC detection unit described with reference to FIGS. 15A through 16C in more detail.
  • FIG. 18 is a block diagram of a wireless power transmitter having an NFC antenna as a wireless power transmitter for performing the wireless power transmission method of FIG. 14.
  • 19 is a flowchart illustrating a wireless power transmission method in more detail.
  • 20A and 20B are diagrams for describing a vehicle having a wireless power transmitter.
  • the technology disclosed herein applies to wireless power transmission.
  • the technology disclosed herein is not limited thereto, and may be applied to all power transmission systems and methods, wireless charging circuits and methods, and other methods and devices using wirelessly transmitted power to which the technical spirit of the technology may be applied. .
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • FIG. 1 is an exemplary view conceptually showing a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to embodiments of the present invention.
  • the wireless power transmitter 100 may be a power transmission device that delivers power wirelessly required by the wireless power receiver 200.
  • the wireless power transmitter 100 may be a wireless charging device that charges the battery of the wireless power receiver 200 by transferring power wirelessly.
  • the wireless power transmitter 100 may be implemented as various types of devices that deliver power to the wireless power receiver 200 that requires power in a non-contact state.
  • the wireless power receiver 200 is a device capable of operating by wirelessly receiving power from the wireless power transmitter 100.
  • the wireless power receiver 200 may charge the battery using the received wireless power.
  • the wireless power receiver for wirelessly receiving power described in the present specification includes all portable electronic devices such as an input / output device such as a keyboard, a mouse, an auxiliary output device for video or audio, and a mobile phone, a cellular phone, a smart device.
  • portable electronic devices such as an input / output device such as a keyboard, a mouse, an auxiliary output device for video or audio, and a mobile phone, a cellular phone, a smart device.
  • Smart phones, personal digital assistants (PDAs), portable multimedia players (PMPs), tablets, and multimedia devices should be interpreted in a comprehensive sense.
  • the wireless power receiver 200 may be a mobile communication terminal (eg, a mobile phone, a cellular phone, a tablet) or a multimedia device, as described below.
  • a mobile communication terminal eg, a mobile phone, a cellular phone, a tablet
  • a multimedia device as described below.
  • the wireless power transmitter 100 may wirelessly transfer power to the wireless power receiver 200 without contact with each other by using one or more wireless power transfer methods. That is, the wireless power transmitter 100 has an inductive coupling based on a magnetic induction phenomenon caused by the wireless power signal and a magnetic resonance coupling based on an electromagnetic resonance caused by a wireless power signal having a specific frequency. Power may be delivered using one or more of the following methods.
  • the wireless power transmission by the inductive coupling method is a technology for wirelessly transmitting power by using a primary coil and a secondary coil, and the electric power is induced by inducing current to the other coil through a magnetic field that is changed in one coil by a magnetic induction phenomenon Say it is being delivered.
  • resonance occurs in the wireless power receiver 200 by the wireless power signal transmitted from the wireless power transmitter 100, and the wireless power transmitter is caused by the resonance phenomenon.
  • the power is transmitted from the 100 to the wireless power receiver 200.
  • FIGS. 2A and 2B are exemplary block diagrams illustrating configurations of the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 that may be employed in the embodiments disclosed herein.
  • the wireless power transmitter 100 is configured to include a power transmission unit 110.
  • the power transmission unit 110 may include a power conversion unit 111 and a power transmission control unit 112.
  • the power converter 111 converts the power supplied from the transmission power supply 190 into a wireless power signal and transmits the converted power to the wireless power receiver 200.
  • the wireless power signal transmitted by the power converter 111 is formed in the form of a magnetic field or an electromagnetic field having an oscillation characteristic.
  • the power converter 111 may be configured to include a coil for generating the wireless power signal.
  • the power converter 111 may include a component for forming a wireless power signal of a different type according to each power transmission scheme.
  • the power converter 111 may be configured to include a primary coil that forms a changing magnetic field to induce a current in the secondary coil of the wireless power receiver 200 according to an inductive coupling method.
  • the power converter 111 may be configured to include a coil (or antenna) for forming a magnetic field having a specific resonance frequency in order to generate a resonance phenomenon in the wireless power receiver 200 according to the resonance coupling method. have.
  • the power converter 111 may transfer power using at least one of the above-described inductive coupling method and resonance coupling method.
  • the power converter 111 may be configured to further include a circuit that can adjust the characteristics such as the frequency, applied voltage, current used to form the wireless power signal.
  • the power transmission control unit 112 controls each component included in the power transmission unit 110.
  • the power transmission control unit 112 may be implemented to be integrated with another control unit (not shown) that controls the wireless power supply device 100.
  • the wireless power signal can reach the area can be divided into two.
  • an active area refers to an area through which a wireless power signal for delivering power to the wireless power receiver 200 passes.
  • a semi-active area refers to a region of interest in which the wireless power transmitter 100 may detect the existence of the wireless power receiver 200.
  • the power transmission control unit 112 may detect whether the wireless power receiver 200 is placed or removed in the active area or the detection area. Specifically, the power transmission control unit 112 uses the wireless power signal formed by the power conversion unit 111, or the wireless power receiver 200 in the active area or the detection area by a sensor provided separately. It can be detected whether it is deployed.
  • the power transmission controller 112 is affected by the wireless power signal due to the wireless power receiver 200 present in the sensing area, thereby forming the wireless power signal of the power converter 111.
  • the presence of the wireless power receiver 200 may be detected by monitoring whether a characteristic of power for the power is changed.
  • the active area and the sensing area may vary according to a wireless power transmission method such as an inductive coupling method and a resonance coupling method.
  • the power transmission control unit 112 may perform a process of identifying the wireless power receiver 200 or determine whether to start wireless power transmission according to a result of detecting the existence of the wireless power receiver 200. have.
  • the power transmission control unit 112 may determine one or more characteristics of the frequency, voltage, and current of the power conversion unit 111 for forming the wireless power signal. The determination of the characteristic may be made by the condition of the wireless power transmitter 100 or by the condition of the wireless power receiver 200.
  • the power transmission control unit 112 may receive a power control message from the wireless power receiver 200.
  • the power transmission control unit 112 may determine one or more characteristics of the frequency, voltage, and current of the power conversion unit 111 based on the received power control message, and other control based on the power control message. You can perform the operation.
  • the power transmission control unit 112 may form the wireless power signal according to a power control message including at least one of rectified power amount information, charging state information, and identification information of the wireless power receiver 200. Can be used to determine the characteristics of one or more of the frequencies, currents, and voltages used.
  • the wireless power transmitter 100 may perform a general control operation related to wireless power transfer based on the power control message.
  • the wireless power transmitter 100 may receive information to be output audibly or visually related to the wireless power receiver 200 through the power control message, or may receive information necessary for authentication between devices. It may be.
  • the power transmission control unit 112 may use at least one of a method of receiving through the wireless power signal and a method of receiving other user data.
  • the wireless power transmitter 100 may further include a power demodulation / demodulation unit 113 electrically connected to the power converter 111. .
  • the demodulation unit 113 may be used to demodulate the wireless power signal modulated by the wireless power receiver 200 to receive the power control message.
  • the power transmission control unit 112 receives a power control message by receiving user data including a power control message by a communication means (not shown) included in the wireless power transmitter 100. May be obtained.
  • the power transmission control unit 112 may transmit data to the wireless power receiver 200.
  • the data transmitted by the power transmission control unit 112 may be a request for the wireless power receiver 200 to send a power control message.
  • the wireless power receiver 200 is configured to include a power supply unit 290.
  • the power supply unit 290 supplies power required for the operation of the wireless power receiver 200.
  • the power supply unit 290 may include a power receiver 291 and a power receiving control unit 292.
  • the power receiver 291 receives power transmitted wirelessly from the wireless power transmitter 100.
  • the power receiver 291 may include components required to receive the wireless power signal according to a wireless power transfer method.
  • the power receiver 291 may receive power according to one or more wireless power transfer schemes.
  • the power receiver 291 may include components required for each scheme.
  • the power receiver 291 may be configured to include a coil for receiving a wireless power signal transmitted in the form of a magnetic or electromagnetic field having a vibrating characteristic.
  • the power receiver 291 may include a secondary coil in which a current is induced by a changing magnetic field.
  • the power receiver 291 may include a coil and a resonance circuit in which a resonance phenomenon is generated by a magnetic field having a specific resonance frequency as a component according to a resonance coupling method.
  • the power receiver 291 when the power receiver 291 receives power according to one or more wireless power transfer schemes, the power receiver 291 is implemented to receive using one coil, or differently formed according to each power transfer scheme. It may be implemented to receive using a coil.
  • the power receiver 291 may further include a rectifier and a regulator for converting the wireless power signal into a direct current.
  • the power receiver 291 may further include a circuit for preventing overvoltage or overcurrent from occurring by the received power signal.
  • the power reception control unit 292 controls each component included in the power supply unit 290.
  • the power receiving control unit 292 may transmit a power control message to the wireless power transmitter 100.
  • the power control message may instruct the wireless power transmitter 100 to start or end the transmission of the wireless power signal.
  • the power control message may instruct the wireless power transmitter 100 to adjust characteristics of the wireless power signal.
  • the power reception control unit 292 may use at least one of a method of transmitting through the wireless power signal and a method of transmitting through other user data.
  • the wireless power receiver 200 may further include a power demodulation / demodulation unit 293 electrically connected to the power receiver 291.
  • the modulation and demodulation unit 293 may be used to transmit the power control message through the wireless power signal, similarly to the wireless power transmitter 100 described above.
  • the modulation and demodulation unit 293 may be used as a means for adjusting a current and / or a voltage flowing through the power converter 111 of the wireless power transmitter 100.
  • a description will be given of a method used by each of the demodulation units 113 and 293 at the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 to transmit and receive a power control message via a wireless power signal. do.
  • the wireless power signal formed by the power converter 111 is received by the power receiver 291.
  • the power reception control unit 292 controls the modulation / demodulation unit 293 on the wireless power receiver 200 side to modulate the wireless power signal.
  • the power reception control unit 292 may perform a modulation process so that the amount of power received from the wireless power signal is changed by changing the reactance of the modulation and demodulation unit 293 connected to the power reception unit 291. have.
  • the change in the amount of power received from the wireless power signal results in a change in the current and / or voltage of the power converter 111 forming the wireless power signal.
  • the demodulation unit 113 of the wireless power transmitter 100 performs a demodulation process by detecting a change in current and / or voltage of the power converter 111.
  • the power reception control unit 292 generates a packet including a power control message to be transmitted to the wireless power transmitter 100 to modulate the wireless power signal to include the packet, and the power The transmission controller 112 may acquire the power control message included in the packet by decoding the packet based on a result of the demodulation process performed by the modulation / demodulator 113.
  • the power reception control unit 292 transmits user data including a power control message by a communication means (not shown) included in the wireless power reception device 200 to transmit a power control message. May be transmitted to the wireless power transmitter 100.
  • the power reception control unit 292 may receive data transmitted from the wireless power transmission apparatus 100.
  • the data transmitted from the wireless power transmitter 100 may request to transmit a power control message.
  • the power supply unit 290 may be configured to further include a charging unit 298 and a battery 299.
  • the wireless power receiver 200 which is supplied with power for operation from the power supply unit 290 operates by the power delivered from the wireless power transmitter 100 or uses the transferred power to the battery. After charging the battery 299, the battery 299 may operate by power charged in the battery 299. In this case, the power receiving control unit 292 may control the charging unit 298 to perform charging by using the transferred power.
  • FIG. 3 illustrates a concept of wirelessly transferring power from a wireless power transmitter to a wireless power receiver according to an inductive coupling method.
  • the power converter 111 of the wireless power transmitter 100 is configured to include a transmission coil (Tx coil) 1111a that acts as a primary coil in magnetic induction.
  • the power receiver 291 of the wireless power receiver 200 is configured to include a Rx coil (2911a) to operate as a secondary coil in magnetic induction.
  • the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 such that the transmitting coil 1111a of the wireless power transmitter 100 and the receiving coil of the wireless power receiver 200 are close to each other. Place it.
  • the power transmission control unit 112 controls the current of the transmitting coil 1111a to be changed
  • the power receiving unit 291 uses the electromotive force induced in the receiving coil 2911a to provide the wireless power receiver ( 200 to control the power supply.
  • the efficiency of wireless power transfer by the inductive coupling method has little influence on frequency characteristics, but alignment between the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 including each coil. And distance.
  • the wireless power transmitter 100 may be configured to include an interface surface (not shown) in the form of a flat surface for wireless power transfer by an inductive coupling method.
  • One or more wireless power receivers may be placed above the interface surface, and the transmitting coil 1111a may be mounted below the interface surface.
  • a vertical spacing is formed at the lower portion of the interface surface between the mounted transmitting coil 1111a and the receiving coil 2911a of the wireless power receiver 200 located above the interface surface. The distance between the coils is small enough so that the wireless power transfer by the inductive coupling method can be made efficiently.
  • an array indicating unit (not shown) indicating a position where the wireless power receiver 200 is placed may be formed on the interface surface.
  • the alignment indicator indicates the position of the wireless power receiver 200 in which an arrangement between the transmitting coil 1111a and the receiving coil 2911a mounted below the interface surface can be suitably made.
  • the arrangement indicating unit may be a simple mark or may be formed in the form of a protruding structure that guides the position of the wireless power receiver 200.
  • the arrangement indicating unit may be formed in the form of a magnetic body such as a magnet mounted below the interface surface, such that the coils are arranged by mutual attraction with the magnetic material of the other pole mounted inside the wireless power receiver 200. You can also guide to achieve this.
  • the wireless power transmitter 100 may be formed to include one or more transmission coils.
  • the wireless power transmitter 100 may increase power transmission efficiency by selectively using a part of coils suitably arranged with the receiving coil 2911a of the wireless power receiver 200 among the one or more transmitting coils.
  • the wireless power transmitter 100 including the one or more transmission coils will be described below with reference to FIG. 5.
  • FIG. 4A and 4B are exemplary block diagrams illustrating some of the configurations of the magnetic induction wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 that may be employed in the embodiments disclosed herein.
  • a configuration of the power transmitter 110 included in the wireless power transmitter 100 will be described with reference to FIG. 4A, and the power supply unit included in the wireless power receiver 200 will be described with reference to FIG. 4B.
  • the configuration of 290 will be described.
  • the power converter 111 of the wireless power transmitter 100 may be configured to include a Tx coil 1111a and an inverter 1112.
  • the transmitting coil 1111a forms a magnetic field corresponding to the wireless power signal according to the change of the current.
  • the transmission coil 1111a may be implemented in a planar spiral type or a cylindrical solenoid type.
  • the inverter 1112 transforms a DC input obtained from the power supply unit 190 into an AC waveform.
  • the alternating current transformed by the inverter 1112 drives a resonant circuit including the transmitting coil 1111a and a capacitor (not shown) so that a magnetic field is formed in the transmitting coil 1111a. .
  • the power conversion unit 111 may be configured to further include a positioning unit 1114.
  • the positioning unit 1114 may move or rotate the transmitting coil 1111a to increase the efficiency of wireless power transfer by the inductive coupling method.
  • the power transfer by the inductive coupling method is performed by the alignment and the distance between the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 including primary and secondary coils. distance).
  • the location determiner 1114 may be used when the wireless power receiver 200 does not exist in the active area of the wireless power transmitter 100.
  • the position determiner 1114 has a distance between the centers of the transmitting coil 1111a of the wireless power transmitter 100 and the receiving coil 2911a of the wireless power receiver 200.
  • a driving unit (not shown) which moves the transmitting coil 1111a to be within a predetermined range, or rotates the transmitting coil 1111a such that the center of the transmitting coil 1111a and the receiving coil 2911a overlap. It can be configured to.
  • the wireless power transmitter 100 may further include a position detection unit (not shown) made of a sensor for detecting the position of the wireless power receiver 200, the power transmission control unit 112 may control the location determiner 1114 based on the location information of the wireless power receiver 200 received from the location sensor.
  • a position detection unit (not shown) made of a sensor for detecting the position of the wireless power receiver 200
  • the power transmission control unit 112 may control the location determiner 1114 based on the location information of the wireless power receiver 200 received from the location sensor.
  • the power transmission control unit 112 receives control information on the arrangement or distance from the wireless power receiver 200 through the modulation / demodulation unit 113, and controls information on the received arrangement or distance.
  • the positioning unit 1114 may be controlled based on the control.
  • the position determiner 1114 may determine which of the plurality of transmission coils will be used for power transmission.
  • the configuration of the wireless power transmitter 100 including the plurality of transmission coils will be described later with reference to FIG. 5.
  • the power converter 111 may be configured to further include a power sensing unit 1115.
  • the power sensing unit 1115 of the wireless power transmitter 100 monitors a current or voltage flowing through the transmission coil 1111a.
  • the power sensing unit 1115 checks whether the wireless power transmitter 100 operates normally.
  • the power sensing unit 1115 detects a voltage or a current of a power supplied from the outside, and determines whether the detected voltage or current exceeds a threshold. You can check it.
  • the power sensing unit 1115 compares a resistance for detecting a voltage or current of a power source supplied from an external source with a threshold value of a voltage value or a current value of the detected power source, and outputs a comparison result. It may include a comparator. Based on the check result of the power sensing unit 1115, the power transmission control unit 112 may control a switching unit (not shown) to cut off power applied to the transmission coil 1111a.
  • the power supply unit 290 of the wireless power receiver 200 may be configured to include a receiving coil (Rx coil) 2911a and a rectifier circuit 2913.
  • the current is induced in the receiving coil 2911a by the change in the magnetic field formed from the transmitting coil 1111a.
  • the implementation form of the receiving coil 2911a may be in the form of a flat spiral or a cylindrical solenoid, as in the case of the transmitting coil 1111a.
  • series and parallel capacitors may be connected to the receiving coil 2911a to increase reception efficiency of wireless power or to detect resonance.
  • the receiving coil 2911a may be in the form of a single coil or a plurality of coils.
  • the rectifier circuit 2913 performs full-wave rectification on the current to convert an alternating current into a direct current.
  • the rectifier circuit 2913 may be implemented as, for example, a full bridge rectifier circuit consisting of four diodes or a circuit using active components.
  • the rectifier circuit 2913 may further include a smoothing circuit (regulator) to make the rectified current to a more flat and stable direct current.
  • the output power of the rectifier circuit 2913 is supplied to each component of the power supply 290.
  • the rectifier circuit 2913 converts the output DC power to an appropriate voltage to match the power required for each component of the power supply unit 290 (for example, a circuit such as the charging unit 298). (DC-DC converter) may further include.
  • the modulation and demodulation unit 293 is connected to the power receiver 291, and may be configured as a resistive element having a change in resistance with respect to a DC current, and configured as a capacitive element having a reactance with respect to an alternating current. Can be.
  • the power reception control unit 292 may modulate the wireless power signal received by the power reception unit 291 by changing the resistance or reactance of the modulation and demodulation unit 293.
  • the power supply unit 290 may be configured to further include a power sensing unit 2914.
  • the power sensing unit 2914 of the wireless power receiver 200 monitors the voltage and / or current of the power rectified by the rectifying circuit 2913, and as a result of the monitoring, the voltage and / or voltage of the rectified power. When the current exceeds a threshold, the power reception control unit 292 transmits a power control message to the wireless power transmitter 100 to deliver appropriate power.
  • FIG. 5 is a block diagram of a wireless power transmitter configured to have one or more transmitting coils receiving power according to an inductive coupling scheme employable in embodiments disclosed herein.
  • the power converter 111 of the wireless power transmitter 100 may be composed of one or more transmitting coils 1111a-1 to 1111a-n.
  • the one or more transmitting coils 1111a-1 to 1111a-n may be an array of partly overlapping primary coils.
  • An active area may be determined by some of the one or more transmitting coils.
  • the one or more transmitting coils 1111a-1 to 1111a-n may be mounted below the interface surface.
  • the power converter 111 may further include a multiplexer 1113 for establishing and releasing connection of some of the one or more transmission coils 1111a-1 to 1111a-n. .
  • the power transmission control unit 112 may consider the detected position of the wireless power receiver 200 in consideration of the one or more transmission coils ( The multiplexer 1113 may be controlled to connect coils which may be placed in an inductive coupling relationship with the receiving coil 2911a of the wireless power receiver 200 among the 1111a-1 to 1111a-n.
  • the power transmission control unit 112 may obtain location information of the wireless power receiver 200.
  • the power transmission control unit 112 may acquire the position of the wireless power receiver 200 on the interface surface by the position sensing unit (not shown) included in the wireless power transmitter 100. Can be.
  • the power transmission control unit 112 may use the one or more transmission coils 1111a-1 to 1111a-n, respectively, to indicate a power control message indicating the strength of a wireless power signal from an object on the interface surface; Obtaining location information of the wireless power receiver 200 by receiving a power control message indicating the identification information of the object and determining which one of the one or more transmission coils is close to the location of the one or more transmission coils based on the received result. You may.
  • the active area is a part of the interface surface, it means a portion that can pass a high efficiency magnetic field when the wireless power transmitter 100 wirelessly transfers power to the wireless power receiver 200. Can be.
  • a single transmitting coil or a combination of one or more transmitting coils forming a magnetic field passing through the active region may be referred to as a primary cell.
  • the power transmission control unit 112 determines an active region based on the detected position of the wireless power receiver 200, establishes a connection of a main cell corresponding to the active region, and establishes the wireless power receiver ( The multiplexer 1113 may be controlled such that the receiving coil 2911a of the 200 and the coils belonging to the main cell may be in an inductive coupling relationship.
  • the power converter 111 may further include an impedance matching unit (not shown) for adjusting the impedance to form a resonant circuit with the connected coils.
  • an impedance matching unit (not shown) for adjusting the impedance to form a resonant circuit with the connected coils.
  • FIG. 6 illustrates a concept of wirelessly transferring power from a wireless power transmitter to a wireless power receiver according to a resonance coupling method.
  • Resonance refers to a phenomenon in which the vibration system receives a periodic external force having the same frequency as its natural frequency, and the amplitude increases markedly.
  • Resonance is a phenomenon that occurs in all vibrations, including mechanical and electrical vibrations. In general, when a force capable of vibrating the vibration system from the outside, if the natural frequency of the vibration system and the frequency of the force applied from the outside is the same, the vibration is severe and the amplitude is also large.
  • inductors and capacitors can be used to create resonant circuits.
  • the magnetic field having a specific vibration frequency is formed by the AC power in the power transmission unit 110.
  • a resonance phenomenon occurs in the wireless power receiver 200 by the formed magnetic field, power is generated in the wireless power receiver 200 by the resonance phenomenon.
  • the resonance frequency may be determined by, for example, the following equation (1).
  • the resonance frequency f is determined by the inductance L and the capacitance C in the circuit.
  • the inductance may be determined by the number of rotations of the coil, etc.
  • the capacitance may be determined by the distance, area, etc. between the coils.
  • a capacitive resonance circuit other than the coil may be configured to be connected.
  • the power converter 111 of the wireless power transmitter 100 may include a transmission coil 1111b in which a magnetic field is formed. It may be configured to include a resonant circuit 1116 connected to the transmitting coil 1111b and for determining a specific vibration frequency.
  • the resonant circuit 1116 may be implemented using capacitors, and the specific vibration frequency is determined based on the inductance of the transmission coil 1111b and the capacitance of the resonant circuit 1116.
  • the circuit element of the resonant circuit 1116 may be configured in various forms so that the power converter 111 may form a magnetic field, and may be connected in parallel with the transmission coil 1111b as shown in FIG. 6. It is not limited.
  • the power receiver 291 of the wireless power receiver 200 includes a resonant circuit 2912 and a receive coil configured to cause a resonance phenomenon by a magnetic field formed in the wireless power transmitter 100.
  • the resonant circuit 2912 may also be implemented using a capacitive circuit, and the resonant circuit 2912 is determined based on the inductance of the receiving coil 2911b and the capacitance of the resonant circuit 2912.
  • the resonance frequency is configured to be equal to the resonance frequency of the formed magnetic field.
  • the circuit element of the resonant circuit 2912 may be configured in various forms such that the power receiver 291 may cause resonance by the magnetic field, and is connected in series with the receiving coil 2911b as shown in FIG. 6. It is not limited in form.
  • the specific vibration frequency in the wireless power transmitter 100 may be obtained by using Equation 1 with LTx and CTx.
  • Equation 1 when the result of substituting LRX and CRX of the wireless power receiver 200 into Equation 1 is equal to the specific vibration frequency, resonance occurs in the wireless power receiver 200.
  • the efficiency of the wireless power transfer by the resonance coupling method has a large influence on the frequency characteristic, while the arrangement and the distance between the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 including each coil.
  • the effect is relatively small compared to the inductive coupling method.
  • FIGS. 7A and 7B are exemplary block diagrams illustrating a part of the configuration of the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 of the resonance method that may be employed in the embodiments disclosed herein.
  • a configuration of the power transmitter 110 included in the wireless power transmitter 100 will be described with reference to FIG. 7A.
  • the power converter 111 of the wireless power transmitter 100 may be configured to include a transmission coil (Tx coil) 1111b, an inverter 1112, and a resonant circuit 1116.
  • the inverter 1112 may be configured to be connected to the transmitting coil 1111b and the resonant circuit 1116.
  • the transmitting coil 1111b may be mounted separately from the transmitting coil 1111a for transmitting power according to the inductive coupling method, but may also be configured to transmit power in an inductive coupling method and a resonance coupling method using one single coil.
  • the transmitting coil 1111b forms a magnetic field for transferring power, as described above.
  • vibration may occur.
  • the vibration frequency is based on the inductance of the transmission coil 1111b and the capacitance of the resonant circuit 1116. Can be determined.
  • the inverter 1112 transforms the DC input obtained from the power supply unit 190 into an AC waveform, and the modified AC current is applied to the transmission coil 1111b and the resonant circuit 1116.
  • the power converter 111 may be configured to further include a frequency adjuster 1117 for changing the resonance frequency value of the power converter 111. Since the resonant frequency of the power converter 111 is determined based on inductance and capacitance in the circuit constituting the power converter 111 by Equation 1, the power transmission controller 112 is the inductance and / or The resonance frequency of the power converter 111 may be determined by controlling the frequency adjusting unit 1117 to change the capacitance.
  • the frequency adjusting unit 1117 may include, for example, a motor capable of changing capacitance by adjusting a distance between capacitors included in the resonant circuit 1116, or the number of rotations of the transmission coil 1111b ( number of turns) or a motor that can change the inductance by adjusting its diameter, or can be configured to include active elements that determine the capacitance and / or inductance.
  • the power converter 111 may be configured to further include a power sensing unit 1115. Operation of the power sensing unit 1115 is the same as described above.
  • the power supply unit 290 may be configured to include the Rx coil 2911b and the resonant circuit 2912.
  • the power receiver 291 of the power supply unit 290 may be configured to further include a rectifier circuit 2913 for converting the alternating current generated by the resonance phenomenon into a direct current.
  • the rectifier circuit 2913 may be configured in the same manner as described above.
  • the power receiver 291 may be configured to further include a power sensing unit 2914 for monitoring the voltage and / or current of the rectified power.
  • the power sensing unit 2914 may be configured in the same manner as described above.
  • FIG. 8 is a block diagram of a wireless power transmitter configured to have one or more transmitting coils receiving power in accordance with a resonance coupling scheme employable in embodiments disclosed herein.
  • the power converter 111 of the wireless power transmitter 100 is connected to one or more transmission coils 1111b-1 to 1111b-n and respective transmission coils. It may be configured to include the resonant circuit (1116-1 to 1116-n). In addition, the power converter 111 may further include a multiplexer 1113 for establishing and releasing connection of some of the one or more transmission coils 1111b-1 to 1111b-n. .
  • the one or more transmitting coils 1111b-1 to 1111b-n may be set to have the same resonant frequency, or some of them may be set to have different resonant frequencies. This is determined by what inductance and / or capacitance the resonant circuits 1116-1 through 1116-n respectively connected with the one or more transmitting coils 1111b-1 through 1111b-n have.
  • the frequency adjusting unit 1117 may change inductance and / or capacitance of the resonant circuits 1116-1 to 1116-n respectively connected to the one or more transmission coils 1111b-1 to 1111b-n. It can be configured to be.
  • FIG 9 illustrates a concept of transmitting and receiving a packet between a wireless power transmitter and an electronic device through modulation and demodulation of a wireless power signal in wireless power transmission according to embodiments of the present disclosure.
  • the power converter 111 included in the wireless power transmitter 100 forms a wireless power signal.
  • the wireless power signal is formed through the transmission coil 1111 included in the power converter 111.
  • the wireless power signal 10a formed by the power converter 111 arrives at the electronic device 200 and is received through the power receiver 291 included in the electronic device 200.
  • the formed wireless power signal is received through the receiving coil 2911 included in the power receiver 291.
  • the power reception control unit 292 modulates the wireless power signal while the electronic device 200 receives the wireless power signal by controlling the modulation and demodulation unit 293 connected to the power reception unit 291. .
  • the wireless power signal forms a closed loop in a magnetic field or an electromagnetic field, so that the electronic device 200 performs the wireless operation.
  • the wireless power transmitter 100 may detect the modulated wireless power signal 10b.
  • the demodulation unit 113 may demodulate the sensed wireless power signal and decode the packet from the demodulated wireless power signal.
  • a modulation method used for communication between the wireless power transmitter 100 and the electronic device 200 may be amplitude modulation.
  • the modulation / demodulation unit 293 on the side of the electronic device 200 changes the amplitude of the wireless power signal 10a formed by the power conversion unit 111 so that the wireless power transmission device may be used.
  • Modulation and demodulation unit 293 on the (100) side may be a backscatter modulation scheme for detecting the amplitude of the modulated wireless power signal 10b.
  • FIG. 10 illustrates a configuration for transmitting and receiving a power control message in wireless power transmission according to embodiments disclosed herein.
  • 11A, 11B and 11C illustrate the form of a signal in modulation and demodulation performed in wireless power transmission in accordance with embodiments disclosed herein.
  • the wireless power signal received through the power receiver 291 of the electronic device 200 is an unmodulated wireless power signal 51 as shown in FIG. 11A.
  • Resonant coupling is performed between the electronic device 200 and the wireless power transmitter 100 according to a resonance frequency set by the resonance forming circuit 2912 in the power receiver 291, and the receiving coil 2911b is connected to the electronic device 200.
  • the wireless power signal 51 is received through.
  • the power reception control unit 292 modulates the wireless power signal 51 received through the power reception unit 291 by changing the load impedance in the modulator 293.
  • the modulation and demodulation unit 293 may be configured to include a passive element 2931 and an active element 2932 for modulating the wireless power signal 51.
  • the modulation / demodulation unit 293 modulates the wireless power signal 51 to include a packet to be transmitted to the wireless power transmitter 100. In this case, the packet may be input to the active element 2932 in the modulation and demodulation unit 293.
  • the power transmission control unit 112 of the wireless power transmitter 100 demodulates the modulated wireless power signal 52 through an envelope detection process and decodes the detected signal 53. It decodes into digital data 54.
  • the demodulation process detects that a current or voltage flowing through the power converter 111 is divided into two states, a HI state and a LO state, by the modulated wireless power signal.
  • the electronic device 200 acquires a packet to be transmitted based on digital data classified according to the fields.
  • the power transmission control unit 112 detects an encoded bit from the envelope detected signal using the clock signal CLK.
  • the detected encoded bits are encoded according to the bit encoding method used in the modulation process on the electronic device 200 side.
  • the bit encoding method may be non-return to zero (NRZ).
  • the bit encoding method may be bi-phase encoding.
  • the detected bit may be differential bi-phase (DBP) encoded.
  • DBP differential bi-phase
  • the power reception control unit 292 of the electronic device 200 has two state transitions for encoding data bit 1, and one state transition for encoding data bit 0. To have. That is, data bit 1 is encoded such that a transition between a HI state and a LO state occurs at a rising edge and a falling edge of the clock signal, and data bit 0 is HI at the rising edge of the clock signal.
  • the transition between state and LO state may be encoded to occur.
  • the power transmission control unit 112 may obtain data in units of bytes using a byte format constituting a packet from the detected bit string according to the bit encoding method.
  • the detected bit string may be transmitted using an 11-bit asynchronous serial format as shown in FIG. 11C. That is, it may include a start bit for notifying the start of the byte and a stop bit for notifying the end of the byte, and include data bits b0 to b7 between the start bit and the end bit.
  • a parity bit may be added to check for errors in the data.
  • the byte data constitutes a packet including a power control message.
  • the wireless power receiver 200 transmits a packet using a carrier signal 10a formed by the wireless power transmitter 100, the wireless power transmission is illustrated.
  • the device 100 may transmit data to the wireless power receiver 200 in a similar manner as above.
  • the power transmission control unit 112 may control the modulation and demodulation unit 113 to modulate data to be transmitted to the wireless power receiver 200 to be carried on the carrier signal 10a.
  • demodulation may be performed by controlling the demodulation unit 293 so that the power reception control unit 292 of the wireless power receiver 200 may acquire data from the modulated carrier signal 10a. Can be.
  • FIG 12 illustrates operation states of the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 according to the embodiments disclosed herein.
  • an operation state of the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 for wireless power transmission may include a selection phase 610 and a detection phase 620. , Identification and configuration phase 630, and power transfer phase 640.
  • the wireless power transmitter 100 detects whether objects exist within a range capable of wirelessly transmitting power, and in the detection state 620, the wireless power transmitter ( 100 transmits a detection signal to the detected object, and the wireless power receiver 200 sends a response to the detection signal.
  • the wireless power transmitter 100 identifies the selected wireless power receiver 200 through previous states and obtains setting information for power transmission.
  • the wireless power transmitter 100 adjusts the power transmitted in response to the control message received from the wireless power receiver 200, to the wireless power receiver 200. Transmit power.
  • the wireless power transmitter 100 in the selection state 610 performs a detection process to select the wireless power receiver 200 existing in the detection area.
  • the sensing area refers to an area in which an object in the corresponding area may affect the characteristics of the power of the power converter 111.
  • the detection process for the selection of the wireless power receiver 200 in the selection state 610 is to receive a response from the wireless power receiver 200 using a power control message.
  • the power converter of the wireless power transmitter 100 detects a change in the amount of power for forming the wireless power signal and checks whether an object exists within a predetermined range.
  • the detection process in the selection state 610 may be referred to as an analog detection process (analog ping) in that an object is detected using a wireless power signal instead of a digital packet in the detection state 620 to be described later. .
  • the wireless power transmitter 100 in the selection state 610 may detect that an object enters and exits in the detection area. In addition, the wireless power transmitter 100 may distinguish between the wireless power receiver 200 capable of transmitting power wirelessly from other objects within the sensing area and other objects (eg, a key, a coin, etc.). Can be.
  • the sensing areas in which the object is detected in the selection state 610 may be different from each other.
  • the wireless power transmitter 100 in the selection state 610 may monitor an interface surface (not shown) to detect placement and removal of objects.
  • the wireless power transmitter 100 may detect the position of the wireless power receiver 200 placed on the interface surface. As described above, the wireless power transmitter 100 formed to include one or more transmitting coils enters the detection state 620 in the selection state 610 and uses each coil in the detection state 620. To determine whether a response to the detection signal is transmitted from the object or to enter the identification state 630 to determine whether identification information is transmitted from the object. The wireless power transmitter 100 may determine a coil to be used for wireless power transmission based on the detected position of the wireless power receiver 200 obtained through the above process.
  • the wireless power transmitter 100 in the selection state 610 may change one or more of the frequency, current, and voltage of the power converter due to an object in the sensing area. The object can be detected.
  • the wireless power transmitter 100 in the selection state 610 may detect an object by at least one of the detection methods according to the inductive coupling method and the resonance coupling method.
  • the wireless power transmitter 100 performs an object detection process according to each power transmission method, and then detects the object in a combination method for wireless power transfer in order to proceed to other states 620, 630, and 640. You can choose one.
  • a wireless power signal formed to detect an object and digital detection, identification, setting, and power in subsequent states 620, 630, and 640 are performed.
  • the wireless power signal formed for transmission may have different characteristics such as frequency and strength. This means that the selected state 610 of the wireless power transmitter 100 corresponds to an idle phase for detecting an object, so that the wireless power transmitter 100 reduces power consumption in the standby or is efficient. This is to generate a signal specialized for detecting an object.
  • the wireless power transmitter 100 in the detection state 620 detects the wireless power receiver 200 existing in the detection area through a power control message. Compared with the detection process of the wireless power receiver 200 using characteristics of the wireless power signal in the selection state 610, the detection process in the detection state 620 may be referred to as a digital ping process. have.
  • the wireless power transmitter 100 forms a wireless power signal for detecting the wireless power receiver 200, and modulates the wireless power signal by the wireless power receiver 200. Demodulate and obtain a power control message in the form of digital data corresponding to the response to the detection signal from the demodulated wireless power signal.
  • the wireless power transmitter 100 may recognize the wireless power receiver 200 that is the target of power transmission by receiving a power control message corresponding to the response to the detection signal.
  • the detection signal formed by the wireless power transmitter 100 in the detection state 620 to perform a digital detection process is a wireless power signal formed by applying a power signal of a specific operating point for a predetermined time.
  • the operation point may mean a frequency, a duty cycle, and an amplitude of a voltage applied to a Tx coil.
  • the wireless power transmitter 100 may generate the detection signal generated by applying the power signal of the specific operation point for a predetermined time and attempt to receive a power control message from the wireless power receiver 200. have.
  • the power control message corresponding to the response to the detection signal may be a message indicating the strength (strength) of the wireless power signal received by the wireless power receiver 200.
  • the wireless power receiver 200 may transmit a signal strength packet 5100 including a message indicating the strength of the wireless power signal received as a response to the detection signal.
  • the packet 5100 may be configured to include a header 5120 indicating that the packet indicates the signal strength and a message 5130 indicating the strength of the power signal received by the wireless power receiver 200.
  • the strength of the power signal in the message 5130 may be a value indicating a degree of coupling for inductive coupling or resonance coupling for power transmission between the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200. have.
  • the wireless power transmitter 100 After receiving the response message for the detection signal, the wireless power transmitter 100 discovers the wireless power receiver 200, the wireless power transmitter 100 may extend the digital detection process to enter the identification and detection state 630. have. That is, the wireless power transmitter 100 may receive the power control message required in the identification and detection state 630 by maintaining the power signal of the specific operation point after discovering the wireless power receiver 200. have.
  • the operation state of the wireless power transmitter 100 returns to the selection state 610. Can be.
  • the wireless power transmitter 100 in the identification and setting state 630 may receive the identification information and / or setting information transmitted by the wireless power receiver 200 to control the power transfer to be efficient.
  • the wireless power receiver 200 may transmit a power control message including its identification information.
  • the wireless power receiver 200 may transmit, for example, an identification packet 5200 including a message indicating identification information of the wireless power receiver 200.
  • the packet 5200 may be configured to include a header 5220 indicating that the packet represents identification information and a message 5230 including identification information of the wireless power receiver.
  • the message 5230 includes information (2531 and 5232) indicating the version of the protocol for wireless power transmission, information (5233) identifying the manufacturer of the wireless power receiver 200, information indicating the presence or absence of an extension device identifier. 5234 and a basic device identifier 5235.
  • an extended identification packet 5300 including the extended device identifier may be separately transmitted.
  • the packet 5300 may be configured to include a header 5320 indicating that the packet indicates an extended device identifier and a message 5330 including the extended device identifier.
  • the extended device identifier is used as described above, in order to identify the wireless power receiver 200, based on the manufacturer's identification information 5333, the basic device identifier 5235, and the extended device identifier 5330. Information can be used.
  • the wireless power receiver 200 may transmit a power control message including information on the expected maximum power.
  • the wireless power receiver 200 may transmit, for example, a configuration packet 5400.
  • the packet may be configured to include a header 5520 indicating that the packet is a setup packet and a message 5430 including information on the expected maximum power.
  • the message 5430 includes a power class 5523, information about an expected maximum power 5432, an indicator 5333 indicating how to determine the current of a primary cell on the wireless power transmitter side, and an optional number of configuration packets ( 5434).
  • the indicator 5433 may indicate whether the current of the main cell of the wireless power transmitter side is to be determined as specified in the protocol for wireless power transmission.
  • the wireless power transmitter 100 may generate a power transfer contract used for power charging with the wireless power receiver 200 based on the identification information and / or setting information.
  • the power transfer protocol may include limits of parameters that determine power transfer characteristics in the power transfer state 640.
  • the wireless power transmitter 100 may end the identification and setting state 630 and return to the selection state 610 before entering the power transfer state 640.
  • the wireless power transmitter 100 may end the identification and setup state 630 to find another wireless power receiver capable of receiving power wirelessly.
  • the wireless power transmitter 100 in the power transmission state 640 transmits power to the wireless power receiver 200.
  • the wireless power transmitter 100 receives a power control message from the wireless power receiver 200 during power transmission, and adjusts a characteristic of power applied to the transmission coil in response to the received power control message.
  • a power control message used to adjust the power characteristic of the transmitting coil may be included in a control error packet 5500.
  • the packet 5500 may be configured to include a header 5520 indicating a control error packet and a message 5530 including a control error value.
  • the wireless power transmitter 100 may adjust power applied to the transmission coil according to the control error value. That is, the current applied to the transmitting coil can be adjusted to be maintained when the control error value is zero, to decrease when it is negative and to increase when it is positive.
  • the wireless power transmitter 100 may monitor parameters in a power transfer contract generated based on the identification information and / or configuration information. As a result of monitoring the parameters, if the power transmission with the wireless power receiver 200 violates the limitations included in the power transfer protocol, the wireless power transmitter 100 cancels the power transmission.
  • the selection state 610 may be returned.
  • the wireless power transmitter 100 may terminate the power transfer state 640 based on a power control message transmitted from the wireless power receiver 200.
  • the wireless power receiver 200 requests power to stop the wireless power transmission to the wireless power transmitter 100. You can pass control messages. In this case, the wireless power transmitter 100 may end the wireless power transmission after receiving a message requesting that the power transmission be stopped, and return to the selection state 610.
  • the wireless power receiver 200 may transmit a power control message requesting renegotiation or reconfigure to update a power transfer protocol that has already been generated.
  • the wireless power receiver 200 may transmit a message requesting renegotiation of the power transfer protocol when a greater or less amount of power is required than the amount of currently transmitted power.
  • the wireless power transmitter 100 may terminate wireless power transmission and return to the identification and setting state 630.
  • the message transmitted by the wireless power receiver 200 may be, for example, an end power transfer packet 5600.
  • the packet 5600 may be configured to include a message 5630 including a header 5620 indicating the power transmission interruption packet and a power transmission interruption code indicating the reason for the interruption.
  • the power transfer stop code includes charge complete, internal fault, over temperature, over voltage, over current, battery failure, reset, It may indicate one of a no response or an unknown error.
  • FIG. 13 illustrates a problem that occurs when an NFC card is located between the wireless power transmitter and the wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter 100 or 1210 may include an interface surface in the form of a flat surface for wireless power transfer.
  • One or more wireless power receivers 1220 may be placed on an upper portion of the interface surface, and a transmitting coil may be mounted on the lower portion of the interface surface.
  • the wireless power transmitter has various sensors for detecting foreign matters, and is configured to perform wireless charging only when foreign matters are removed.
  • the wireless power receiver 1220 is a portable mobile terminal.
  • a user of the mobile terminal tends to attach a case (or bumper) to the mobile terminal to protect the mobile terminal.
  • cases Accordingly, various types of cases have been developed, and a number of cases provided with a card storage unit are provided to implement a function of a wallet.
  • the user can use the inherent functions of the mobile terminal as it is, but by storing the frequently used card in the card storage unit, the user can purchase goods or use the service using the information embedded in the card.
  • the card is provided with a chip and an antenna having various information, and is configured to transmit and receive data wirelessly.
  • This technique is called radio frequency identification (RFID), and a representative example is near field communication (NFC).
  • RFID radio frequency identification
  • NFC near field communication
  • a card capable of performing communication in a frequency band defined by NFC is referred to as an 'NFC card'.
  • an NFC card (or an NFC card) may be disposed between the wireless power transmitter 1210 and the wireless power receiver 1220. 1230 is located.
  • NFC cards are not classified as foreign matters when the wireless power transmitter performs wireless charging.
  • wireless charging is performed in a state where the NFC card is placed, it is confirmed that damage to the NFC card occurs because the power of wireless charging is induced through the antenna provided in the NFC card. It has been confirmed that even the heat generated from the NFC card can be ignited.
  • the NFC card may be replaced with any electronic device using any frequency band. That is, any electronic device using any frequency band as well as the NFC card may be damaged by the power delivered from the wireless power transmitter 1210.
  • the present invention is to solve this problem, to search for an electronic device that can be damaged by wireless charging, such as NFC card, and to provide a wireless power transmitter 1210 to perform control in different ways depending on whether or not will be.
  • the wireless power transmitter 1210 transmits a wireless power signal to transfer power.
  • the wireless power transmitter 1210 has an inductive coupling based on a magnetic induction phenomenon by the wireless power signal and a magnetic resonance coupling based on an electromagnetic resonance caused by a wireless power signal having a specific frequency. One or more of may be used to deliver power.
  • the wireless power transmitter 1210 may transfer power to the wireless power receiver 1220 according to a predetermined scheme, or select one of a plurality of schemes and transfer power according to the selected scheme.
  • the wireless power transmitter 1210 may identify the wireless power receiver 1220 and determine one or more characteristics of the frequency, voltage, and current of the power converter for forming the wireless power signal. The determination of the characteristic may be made by a condition of the wireless power transmitter 1210 or by a condition of the wireless power receiver 1220.
  • the wireless power transmitter 1210 may prevent damage to an electronic device provided in another device by changing a power transmission method or performing control so that power is not transmitted. A detailed method thereof will be described later with reference to the accompanying drawings.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating a wireless power transmission method of a wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the wireless power transmitter 1210 includes a power converter 111 and a power transmission controller 112.
  • the power converter 111 is configured to transmit a wireless power signal transmitted in the form of an energy field such as an electric field, a magnetic field or an electromagnetic field, and includes a wireless charging coil (or a transmitting coil) 1111a.
  • the power transmission control unit 112 or 1212 is configured to transfer power to the wireless power receiver 1220 using the wireless power signal.
  • the power transmission control unit 112 may be referred to as a "wireless charging MCU.”
  • the wireless power transmission method shown in FIG. 14 may be performed by the power transmission control unit.
  • the NFC detection signal is transmitted using a wireless charging coil.
  • the power transmission control unit 1212 controls the power conversion unit 111 to transmit an NFC detection signal instead of a wireless power signal for transmitting power.
  • the predetermined condition when the predetermined condition is satisfied, it is defined as a situation in which it is necessary to determine whether an object that may be damaged by the wireless charging is present within a predetermined range before performing the wireless charging or during the wireless charging.
  • the wireless charging request may be received.
  • a wireless charging request is received from the wireless power receiver 1220 located within a predetermined range, it may correspond to a case where a predetermined condition is satisfied.
  • the predetermined range may be the active area and / or the sensing area, and may be variously modified according to an embodiment.
  • the object when the preset condition is satisfied, the object may be detected within the predetermined range in a deactivated state where wireless charging is not performed. That is, when the operation state of the wireless power transmitter 1210 is switched from the inactive state to the selection state 610, it may correspond to a case where a predetermined condition is satisfied.
  • the wireless power receiver 1220 may be detected within the predetermined range in a deactivated state where wireless charging is not performed. If any object is detected but the detected object is not the wireless power receiver 1220, it is determined that the preset condition is not satisfied. In this case, the selection state is switched back to the inactive state.
  • the temperature received from the temperature sensor may be higher than the reference temperature. This is because when the temperature is higher than the reference temperature while the wireless charging is being performed, heat generation may be caused by foreign substances other than the wireless power receiver 1220.
  • the NFC detection signal instead of the wireless power signal may be transmitted every unit time from the time when activation is started in the activation state where wireless charging is performed. That is, the power transmission control unit 1212 may pause the wireless charging every unit time and transmit the NFC detection signal during the wireless charging. This is to detect foreign matter entering the predetermined range during wireless charging.
  • various conditions may be set, and the power transmission control unit 1212 may transmit an NFC detection signal when at least one of the various conditions is satisfied.
  • the NFC detection signal refers to a signal for detecting an NFC device and is included in a frequency band of 13.56 MHz.
  • the NFC detection signal is an example, and a frequency band of the detection signal may vary according to the type of device to be searched.
  • the Zigbee detection signal may be included in a frequency band of 2.4 GHz as a signal for detecting a Zigbee device.
  • the power transmission control unit 1212 may control the power conversion unit 111 to output detection signals having different frequency bands in a predetermined order.
  • the detection signal may be composed of frequency-modulated continuous waves and used to detect a specific device corresponding to a specific frequency band.
  • the NFC detection signal may be transmitted through a wireless charging coil used to deliver wireless power. That is, any one of the wireless power signal and the NFC detection signal may be selectively transmitted through the wireless charging coil.
  • the wireless power controller 1212 may switch frequencies and switch characteristics of an antenna in order to transmit any one of the above. As a result, the wireless charging coil may operate at a frequency for wireless charging or at a frequency for NFC detection.
  • an antenna for detecting the NFC device should be provided. Since a communication antenna for performing short range communication and a charging antenna for performing wireless charging should be provided, respectively, a separate space for the communication antenna is required, and additional costs are incurred.
  • the wireless power transmitter 1210 uses a wireless charging coil corresponding to the charging antenna as a communication antenna for detecting the NFC device as needed. Even if a separate communication antenna is not provided, the NFC detection signal is transmitted through the wireless charging coil.
  • the power converter 111 When transmitting the NFC detection signal, the power converter 111 modulates the NFC detection signal so that a packet is included in the NFC detection signal.
  • the packet may be demodulated by an NFC device capable of performing near field communication (NFC).
  • NFC near field communication
  • the NFC device is designed to transmit a response signal in response to the NFC detection signal.
  • the response signal may be directly detected, but there is a problem that the response signal cannot be detected by the wireless charging coil corresponding to the charging antenna.
  • the wireless power transmitter 1210 includes an NFC detector (not shown) to detect the response signal.
  • the NFC detection unit corresponds to a completely different configuration from a communication antenna, and is configured to detect a distortion formed by the response signal from an energy field formed by the NFC detection signal.
  • the NFC detection unit may be a demodulator which can be produced much cheaper than a communication antenna, and the demodulator includes at least one filter for detecting the distortion.
  • the NFC detection unit transmits whether to detect the response signal to the power transmission control unit 1212.
  • the power transmission control unit 1212 controls the power converter in different ways according to whether a response signal to the NFC detection signal is detected.
  • the power transmission scheme is changed or the wireless charging coil is controlled so that power is not transmitted (S1450).
  • the detection of the response signal means that the NFC device exists within a predetermined range, and when the wireless power signal is transmitted, damage to the NFC device may occur.
  • the power transmission control unit 1212 controls the power conversion unit 111 so that the power transmission scheme is different, or controls the power conversion unit 111 so that power is not transmitted to the wireless power receiver 1220. .
  • the power transmission control unit may be set to transmit the wireless power signal in a first manner.
  • the power transmission control unit 1212 may be a non-first scheme that may damage the NFC device. Delivers wireless power in two ways.
  • the power transmission controller 1212 Limiting the transmission of the wireless power signal through the power converter 111.
  • Changing the power delivery method means selecting a method in which there is no fear of damaging the NFC device, except for a method of damaging the NFC device among a plurality of power delivery methods.
  • the change in the power transmission scheme means that the frequency and / or unit power amount of the wireless power signal providing the power is changed.
  • the power transmission control unit 1212 may control the power conversion unit so that the wireless power signal is switched from one of the first frequency and the second frequency to the other.
  • the wireless power signal is switched to the other, it is restricted to be transmitted to any one.
  • the power transmission controller may control the power converter to restrict the wireless power signal from being transmitted at a first frequency and to transmit at a second frequency other than the first frequency. . This is because the NFC device is damaged when the wireless power signal is transmitted to any one of the above.
  • the power transmission method may be changed from the magnetic resonance method to the magnetic induction method.
  • the wireless power signal is transmitted using the wireless charging coil (S1470).
  • the power transmission control unit 1212 controls the power conversion unit 111 to transmit the wireless power signal. To control.
  • the wireless power signal for delivering power is transmitted when there is no NFC device within a predetermined range. Since the transmission of the wireless power signal is limited when the NFC device is present, damage to the NFC device is blocked in advance.
  • an NFC detection signal for searching for the NFC device may be transmitted through a wireless charging coil for transmitting the wireless power signal, and a response signal of the NFC device may be detected using a demodulator.
  • a separate communication module for short range communication may not be provided.
  • the demodulator is implemented as a simple circuit, but since the communication module requires more cost and space than the demodulator, there is an effect of lowering the production cost.
  • the wireless power transmitter 1210 may include a power transmission controller 1212, a wireless charger MCU, a demodulator 1216, or an AMD, a wireless charging coil 1214, or a wireless charger antenna.
  • 15A to 15C are block diagrams of a wireless power transmitter for performing the wireless power transfer method of FIG. 14 and having a multiplexer.
  • the power transmission control unit 1212 switches frequencies and antenna characteristics according to whether a predetermined condition is satisfied.
  • the wireless power transmitter 1210 When the preset condition is satisfied, the wireless power transmitter 1210 generates an energy field using an NFC detection signal of 13.56 Mhz. The wireless power transmitter 1210 transmits the packet to the NFC device 1220 or NFC card by making a distortion in the energy field.
  • NFC device 1220 generates a response signal in response to the distortion of the energy field.
  • the NFC device 1220 generates the response signal in a manner of making distortion in the energy field.
  • a demodulator 1216, or an analog demodulator, corresponding to the NFC detection unit included in the wireless power transmitter 1210 detects a response signal using the distortion of the energy field formed by the NFC device 1220.
  • the demodulator detects a response signal by filtering only the packets generated by the NFC device 1220 through at least one filter of the low frequency distortion generated in the high frequency electric field.
  • the demodulator may be referred to as an analog demodulator in that it converts an analog signal into a digital signal.
  • the power transmission control unit 1212 may check whether the response signal is detected based on the digital signal transmitted from the demodulator 1216.
  • the wireless power transmitter 1210 may additionally include a multiplexer 1217. As shown in FIGS. 15B and 15C, the multiplexer 1217 selectively transmits one of the wireless power signal and the NFC detection signal to the power converter based on the control of the power transmission control unit. It is done.
  • a wireless power signal having a frequency band of 6.78 MHz and / or an NFC detection signal having a frequency band of 13.56 MHz may be generated.
  • the multiplexer 1217 transmits the wireless power signal or the NFC detection signal to the power converter 111 under the control of the power transmission control unit 1212.
  • a block diagram of a wireless power transmitter 1210 operating in the NFC detection mode is disclosed.
  • the NFC detection signal (13.56 Mhz) is transmitted through the wireless charging coil 1214 instead of the wireless power signal (6.78 Mhz).
  • the demodulator 1216 detects whether a response signal is detected via the demodulator 1216.
  • FIG. 15C discloses a block diagram of a wireless power transmitter 1210 operating in a wireless charging mode.
  • the wireless power signal is transmitted through the wireless charging coil 1214 instead of the NFC detection signal.
  • power transmission to the demodulator 1216 may be blocked in the wireless charging mode.
  • 16A to 16C are block diagrams of a wireless power transmitter having a divider as a wireless power transmitter for performing the wireless power transfer method of FIG. 14.
  • the wireless power transmitter 1210 may include a divider 1218 instead of the multiplexer 1217.
  • the wireless power transmitter 1210 may generate a signal having one frequency and convert the signal into a wireless power signal or an NFC detection signal using the divider 1218.
  • the divider 1218 is configured to generate the wireless power signal using the NFC detection signal based on the control of the power transmission control unit. Since the wireless power signal and the NFC detection signal form an integer ratio, different signals may be divided from one signal.
  • an NFC detection signal (13.56 Mhz) is transmitted through the wireless charging coil 1214.
  • a response signal is detected via the demodulator 1216, the NFC detection mode continues to be maintained and the wireless power signal is restricted from being transmitted.
  • the NFC detection signal (13.56 Mhz) is divided so that the wireless power signal (6.78 Mhz), which is not the NFC detection signal, is transmitted through the wireless charging coil 1214. Is sent.
  • FIG. 17 is a diagram for describing the NFC detection unit described with reference to FIGS. 15A through 16C in more detail.
  • the demodulator 1216 filters the analog input signal using at least one filter and outputs an output signal converted into a digital signal.
  • the filter may include at least one of a low pass filter, an amplifier, a comparator, and a level shifter.
  • the demodulator 1216 refers to a device for restoring an original signal from a modulated carrier. When transmitting a signal from the transmitting side, it transmits by changing the amplitude, frequency or phase of the carrier wave, which is an electromagnetic wave which is easy to propagate in space or transmission line.
  • the demodulator 1216 provided on the receiving side restores a signal intended to be sent by the transmitting side from a modulated wave, which is an electromagnetic wave in which the amplitude, frequency, or phase of the carrier is changed.
  • the demodulator 1216 can be produced at low cost, the production cost of the wireless power transmitter 1210 can be significantly lowered.
  • FIG. 18 is a block diagram of a wireless power transmitter having an NFC antenna as a wireless power transmitter for performing the wireless power transmission method of FIG. 14.
  • a short range communication module 1810 capable of performing short range communication instead of the demodulator 1216 may be provided in the wireless power transmitter 1210.
  • the short range communication module 1810 includes an NFC antenna 1812 configured to communicate with an NFC device and an NFC controller 1814 configured to perform control related to the communication.
  • the NFC controller 1814 transmits an NFC detection signal using the NFC antenna 1812 and receives a response signal transmitted from the NFC device 1220.
  • the NFC controller 1814 requests the power transmission controller 1212 to maintain the NFC detection mode when the NFC device 1220 is detected.
  • the power transmission control unit 121 may limit the transmission of the wireless power signal through the wireless charging coil or change the power transmission scheme in response to the request of the NFC control unit 1814.
  • 19 is a flowchart illustrating a wireless power transmission method in more detail.
  • the wireless power transmitter 1210 may detect that an object is placed on an interface surface.
  • the wireless power transmitter 1210 identifies the type of the object by using a wireless charging signal in response to the object placed on the interface surface. Whether there is a foreign material on the interface surface that interferes with wireless charging may also be detected by the wireless charging signal.
  • the power transmission control unit 1212 switches the wireless charging mode to the NFC detection mode.
  • the NFC detection mode is executed, the frequency and antenna characteristics are switched, and the NFC detection signal is transmitted instead of the wireless power signal.
  • the NFC detection mode an operation for NFC detection is performed, an NFC detection signal is transmitted through a wireless charging coil, and a response signal is detected through a demodulator.
  • the NFC detection mode continues to be executed. If the response signal is not detected, the NFC detection mode is switched to the wireless charging mode and enters a power transmission state 640.
  • the NFC detection mode may be referred to as an NFC detection state 650, and the NFC device should not be detected in the NFC detection state 650 in order for the power transmission state 640 to be achieved. That is, the power transmission state 640 starts only when the NFC device is not detected in the NFC detection state.
  • the wireless power transmitter 1210 may be installed in a vehicle and transmit a wireless power signal using a battery provided in the vehicle.
  • the invention described herein can be extended to a vehicle having a wireless power transmitter 1210.
  • 20A and 20B are diagrams for describing a vehicle having a wireless power transmitter.
  • the wireless power transmitter 1210 may communicate with the vehicle control apparatus 2000 provided in the vehicle or the vehicle output unit 2100 provided in the vehicle.
  • the wireless power transmitter 1210 may transmit notification information for notifying an operation state to the vehicle controller 2000 and / or the vehicle output unit 2100.
  • the vehicle output unit 2100 may include a video output unit and / or an audio output unit, and output guide information related to an operation of the wireless power transmitter 1210 based on the notification information.
  • the power transmission control unit 1212 of the wireless power transmitter 1210 may output a notification signal informing that the NFC device is detected.
  • the vehicle output unit 2100 may output guide information related to the NFC device based on the notification signal.
  • the NFC device since the NFC device is detected and rapid charging is impossible, information indicating that the low-speed charging is being performed, information indicating that wireless charging is possible only when the NFC device is removed, and the like are output to the vehicle output unit 2100 as the guide information. Can be.
  • the present invention described above can be embodied as computer readable code (or an application or software) on a medium on which a program is recorded.
  • the above-described control method of the autonomous vehicle can be realized by a code stored in a memory or the like.
  • the computer-readable medium includes all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored.
  • Examples of computer-readable media include hard disk drives (HDDs), solid state disks (SSDs), silicon disk drives (SDDs), ROMs, RAMs, CD-ROMs, magnetic tapes, floppy disks, optical data storage devices, and the like. This also includes implementations in the form of carrier waves (eg, transmission over the Internet).
  • the computer may also include a processor or a controller. Accordingly, the above detailed description should not be construed as limiting in all aspects and should be considered as illustrative. The scope of the invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the invention are included in the scope of the invention.

Landscapes

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Abstract

본 발명은 무선전력 수신장치와 통신을 수행하는 무선전력 전송장치 및 무선전력 전송장치의 무선전력 전송방법에 관한 것이다. 상기 무선전력 전송장치는, 전기장, 자기장 또는 전자기장과 같은 에너지 필드의 형태로 전달되는 무선 전력 신호를 송신하도록 이루어지는 전력 변환부; 및 상기 무선 전력 신호를 이용하여, 상기 무선전력 수신장치에 전력을 전달하도록 이루어지는 전력 송신 제어부를 포함하고, 상기 전력 송신 제어부는, 기설정된 조건이 만족되는 경우, 상기 무선 전력 신호가 아닌 NFC 검출 신호가 송신되도록 상기 전력 변환부를 제어하고, 상기 NFC 검출 신호에 대한 응답 신호가 검출되는지 여부에 따라 상기 전력 변환부를 서로 다른 방식으로 제어한다.

Description

무선전력 전송방법 및 무선전력 전송장치
본 발명은 무선 전력 전송분야에서, 무선 전력 전송방법 및 무선전력 전송장치에 관한 것이다.
전통적으로 무선전력 수신장치들에게 유선으로 전기 에너지를 공급하는 방법 대신에, 최근에는 접촉 없이 무선으로 전기 에너지를 공급하는 방법이 사용된다. 무선으로 에너지를 수신하는 무선전력 수신장치는 상기 수신된 무선 전력에 의하여 직접 구동되거나, 상기 수신된 무선 전력을 이용하여 배터리를 충전하고 상기 충전된 전력에 의하여 구동될 수 있다.
상기 무선 전력을 전송하는 무선전력 전송장치와 무선 전력을 수신하는 무선전력 수신장치 간에 원활한 무선 전력을 전송하기 위하여, 무선 전력의 전송과 관련된 기술의 규격화(즉, 표준화)가 진행되고 있다.
상기 무선 전력의 전송과 관련된 기술의 표준화의 일환으로, 자기 유도 방식의 무선 전력 전송에 대한 기술을 다루는 무선 전력 협의체(Wireless Power Consortium)는 2010년 4월 12일에 무선 전력 전송에서의 호환성(interoperability)에 대한 "무선 전력 전송 시스템 설명서, 제1권, 저전력, 파트 1: 인터페이스 정의, 버전 1.00 RC1(System Description Wireless Power Transfer, Volume 1, Low Power, Part 1: Interface Definition, Version 1.00 Release Candidate 1)" 표준 문서를 공개하였다.
한편, 또 다른 기술표준협의체인 파워매터스얼라이언스(Power Matters Alliance)는 2012년 3월 설립되어, 인터페이스 표준의 제품군을 발전시키고, 유도 공진 전력을 제공하기 위하여 유도 결합 기술을 기반으로 한 표준 문서를 공개하였다.
이밖에, 자기 공명 방식에 의한 무선 충전 기술을 표준화하기 위한 무선충전연합(Aliance for Wireless Power; A4WP)이 있다. 자기 공명 방식은 송신부 코일에서 자기장을 생성해 같은 주파수를 갖고 있는 수신부 코일에만 전력을 전달하는 원리이다.
상기와 같은 전자기유도를 이용한 무선 충전 방식은 우리 생활에서 이미 자주 접하고 있다. 예를 들어, 전동 칫솔, 무선커피포트 등에서 상용화되어 활용되고 있다.
더불어, 다양한 근거리 무선 통신 기술이 개발되고 있다. 예를 들어, 근거리 무선 통신에는, 블루투스, NFC(Near Field Communication), MST(Magnetic Secure Transmission), 비콘(Beacon), 지그비(Zigbee), 와이파이(Wi-Fi) 등이 포함될 수 있다.
무선 충전 방식뿐만 아니라, 다양한 근거리 무선 통신 기술이 발전함에 따라, 무선 충전은 다른 기기에 구비된 전자 소자에 영향을 미칠 수 있다. 무선 충전은 전기장, 자기장 또는 전자기장과 같은 에너지 필드의 형태로 전달되는 무선 전력 신호에 의하여 이루어지기 때문이다. 일 예로, 무선 충전시 발생하는 에너지 필드는 다른 기기에 구비된 안테나에 유기되어 전자 소자를 손상시킬 수 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 목적은, 다른 기기에 구비된 전자 소자의 손상을 막을 수 있는 무선전력 전송방법 및 무선전력 전송장치를 제공하는 것이다.
다른 일 목적은, 무선전력을 전달하기 위한 코일을 이용하여 근거리 무선 통신을 수행하는 전자기기를 탐색할 수 있는 무선전력 전송방법 및 무선전력 전송장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시 예는, 무선전력 수신장치와 통신을 수행하는 무선전력 전송장치에 관한 것이다. 상기 무선전력 전송장치는, 전기장, 자기장 또는 전자기장과 같은 에너지 필드의 형태로 전달되는 무선 전력 신호를 송신하도록 이루어지는 전력 변환부; 및상기 무선 전력 신호를 이용하여, 상기 무선전력 수신장치에 전력을 전달하도록 이루어지는 전력 송신 제어부를 포함하고, 상기 전력 송신 제어부는, 기설정된 조건이 만족되는 경우, 상기 무선 전력 신호가 아닌 NFC 검출 신호가 송신되도록 상기 전력 변환부를 제어하고, 상기 NFC 검출 신호에 대한 응답 신호가 검출되는지 여부에 따라 상기 전력 변환부를 서로 다른 방식으로 제어할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 전력 송신 제어부는, 상기 응답 신호가 검출되는 경우, 전력 전달 방식이 달라지도록 상기 전력 변환부를 제어하거나, 상기 무선전력 수신장치로 전력이 전달되지 않도록 상기 전력 변환부를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 무선전력 전송장치는, NFC가 검출되면 자기공명방식으로의 충전이 불가능하므로, 자기공명방식을 자기유도방식으로 변경할 수 있다. 구체적으로, 상기 전력 송신 제어부는, 상기 전력 전달 방식을 변경하는 경우, 상기 무선 전력 신호가 제1 주파수 및 제2 주파수 중 어느 하나에서 다른 하나로 전환되도록 상기 전력 변환부를 제어하며, 상기 무선 전력 신호가 상기 다른 하나로 전환된 경우 상기 어느 하나로 전송되는 것이 제한될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 전력 송신 제어부는, 상기 NFC 검출 신호에 대한 응답 신호가 검출되는 경우, 상기 무선 전력 신호가 상기 전력 변환부를 통해 송신되는 것을 제한할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 전력 변환부는 코일을 포함하고, 상기 무선 전력 신호 및 상기 NFC 검출 신호 중 어느 하나는 상기 코일을 통해 선택적으로 송신될 수 있다. 이로써, 별도의 안테나를 구비하지 않아도, 무선 충전을 위해 구비된 코일을 이용하여 NFC 안테나를 탐색할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 NFC 검출 신호에 의하여 형성되는 에너지 필드로부터, 상기 응답 신호에 의하여 형성되는 왜곡을 감지하도록 이루어지는 NFC 검출부를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 NFC 검출부는 상기 왜곡을 감지하기 위한 적어도 하나의 필터를 포함하는 복조기일 수 있다. NFC 안테나보다 복조기의 단가가 저렴하기 때문에, 저비용으로 상기 무선전력 전송장치를 생산할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 전력 변환부는, 상기 NFC 검출 신호를 전송하는 경우, 패킷(packet)이 상기 NFC 검출 신호에 포함되도록, 상기 NFC 검출 신호를 변조하며, 상기 패킷은 근거리 무선 통신(near field communication; NFC)을 수행할 수 있는 NFC 기기가 복조 할 수 있도록 이루어질 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 전력 송신 제어부의 제어에 근거하여, 상기 무선 전력 신호 및 상기 NFC 검출 신호 중 어느 하나를 상기 전력 변환부에 선택적으로 전송하는 다중화기를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 전력 송신 제어부의 제어에 근거하여, 상기 NFC 검출 신호를 이용하여 상기 무선 전력 신호를 생성하는 분주기를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 무선 전력 신호와 상기 NFC 검출 신호는 정수비를 이룰 수 있다. 하나의 신호를 이용하여 무선 전력 신호와 NFC 검출 신호를 선택적으로 출력할 수 있기 때문에, 생산 비용이 저렴해지게 된다.
일 실시 예에 있어서, 상기 기설정된 조건을 만족하는 경우는, 온도 센서로부터 수신된 온도가 기준 온도보다 높은 경우일 수 있다. 이 밖에도, NFC 검출 신호를 전송하기 위한 다양한 조건들이 설정될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 전력 송신 제어부는, 상기 응답 신호가 검출되는 경우, NFC 기기가 검출되었음을 알리는 알림 신호를 출력할 수 있다. 알림 신호를 수신받은 차량은 탑승객에게 무선 충전 박스 내에 위치한 NFC 기기의 제거를 요청할 수 있다. 또는, NFC 기기가 상기 무선 충전 박스 내에서 제거될 때까지 무선 충전이 수행되지 않음을 안내할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예는 무선전력 수신장치에 전력을 전달하는 무선전력 전송장치의 무선전력 전송방법에 관한 것이다. 상기 무선전력 전송방법은, 무선 충전 요청이 수신되는 경우, 무선 충전 코일을 이용하여 NFC 검출 신호를 전송하는 단계; 상기 NFC 검출 신호에 대한 응답 신호를 검출하는 단계; 소정시간 이내에 상기 응답 신호가 검출되는 경우, 상기 무선전력 수신장치로 전력이 전달되지 않도록 상기 무선 충전 코일을 제어하는 단계; 및 상기 응답 신호가 검출되지 않은 상태로 상기 소정시간이 지나면, 상기 무선전력 수신장치에 전력을 전달하기 위하여, 상기 무선 충전 코일을 이용하여 무선 전력 신호를 송신하는 단계를 포함한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 무선 전력 신호 및 상기 NFC 검출 신호 중 어느 하나는 상기 무선 충전 코일을 통해 선택적으로 송신될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 응답 신호를 검출하는 단계는, 적어도 하나의 필터를 포함하는 복조기를 이용하여, 상기 NFC 검출 신호에 의하여 형성되는 에너지 필드로부터, 상기 응답 신호에 의하여 형성되는 왜곡을 감지하는 단계; 및 상기 왜곡을 이용하여 상기 응답 신호를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 무선전력 충전방법은, 상기 NFC 검출 신호를 전송하는 경우, 패킷(packet)이 상기 NFC 검출 신호에 포함되도록, 상기 NFC 검출 신호를 변조하는 단계를 더 포함하고, 상기 패킷은 근거리 무선 통신(near field communication; NFC)을 수행할 수 있는 NFC 기기가 복조 할 수 있도록 이루어질 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 무선 전력 신호 및 상기 NFC 검출 신호 중 어느 하나는, 다중화기에 의하여 상기 무선 충전 코일에 선택적으로 전송될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 무선 전력 신호는 분주기에 의하여 상기 NFC 검출 신호로부터 생성되며, 상기 무선 전력 신호와 상기 NFC 검출 신호는 정수비로 이루어질 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 응답 신호가 검출되는 경우, NFC 기기가 검출되었음을 알리는 알림 신호를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 무선전력 전송장치를 구비한 차량 또는 무선전력 전송방법을 수행하는 차량으로까지 확장될 수 있다.
본 발명에 따른 무선전력 전송방법 및 무선전력 전송장치의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따르면, 전력을 전달하기 위한 무선 전력 신호는, 소정 범위 내에 NFC 기기가 존재하지 않는 경우에 전송된다. 상기 NFC 기기가 존재하는 경우 상기 무선전력 신호의 전송이 제한되기 때문에, NFC 기기에 손상이 발생되는 것이 사전에 차단된다.
나아가, 상기 NFC 기기를 탐색하기 위한 NFC 검출 신호가 상기 무선 전력 신호를 전송하기 위한 무선 충전 코일을 통해 전송되며, 복조기를 이용해 상기 NFC 기기의 응답 신호를 검출할 수 있다. 이로써, 근거리 통신을 위한 별도의 통신 모듈을 구비하지 않을 수 있다. 복조기는 간단한 회로로 구현되지만, 상기 통신 모듈은 상기 복조기에 비해 많은 비용과 공간이 필요하므로, 생산 단가를 낮추는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 무선전력 전송장치 및 무선전력 수신장치를 개념적으로 나타낸 예시도이다.
도 2A 및 2B는 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 무선전력 전송장치 및 무선전력 수신장치의 구성을 예시적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 유도 결합 방식에 따라 무선전력 전송장치로부터 무선전력 수신장치에 무선으로 전력이 전달되는 개념을 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 자기 유도 방식의 무선전력 전송장치 및 무선전력 수신장치의 구성의 일부를 예시적으로 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 유도 결합 방식에 따라 전력을 수신하는 하나 이상의 전송 코일들을 가지도록 구성된 무선전력 전송장치의 블록도이다.
도 6은 공진 결합 방식에 따라 무선전력 전송장치로부터 무선전력 수신장치에 무선으로 전력이 전달되는 개념을 도시한다.
도 7a 및 도 7b은 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 공진 방식의 무선전력 전송장치 및 무선전력 수신장치의 구성의 일부를 예시적으로 나타낸 블록도이다.
도 8은 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 공진 결합 방식에 따라 전력을 수신하는 하나 이상의 전송 코일들을 가지도록 구성된 무선전력 전송장치의 블록도이다.
도 9는 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전달에 있어서 무선 전력 신호의 변조 및 복조를 통하여 무선전력 전송장치와 전자 기기 사이에 패킷을 송수신하는 개념을 도시한다.
도 10은 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전송에서 전력 제어 메시지를 송수신하기 위한 구성을 도시한다.
도 11a, 도 11b 및 도 11c는 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전송에서 수행되는 변조 및 복조에서의 신호의 형태를 도시한다.
도 12는 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선전력 전송장치 및 무선 전력 수신장치의 동작 상태들을 도시한다.
도 13은 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치 사이에 NFC 카드가 위치한 경우 발생하는 문제를 도시한다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 전송장치의 무선전력 전송방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 15a 내지 도 15c는 도 14의 무선전력 전송방법을 수행하기 위한 무선전력 전송장치로서, 다중화기를 구비한 무선전력 전송장치의 블록도들이다.
도 16a 내지 도 16c는 도 14의 무선전력 전송방법을 수행하기 위한 무선전력 전송장치로서, 분주기를 구비한 무선전력 전송장치의 블록도들이다.
도 17은 도 15a 내지 도 16c에서 설명한 NFC 검출부를 좀 더 구체적으로 설명하기 도면이다.
도 18은 도 14의 무선전력 전송방법을 수행하기 위한 무선전력 전송장치로서, NFC 안테나를 구비한 무선전력 전송장치의 블록도이다.
도 19는 무선전력 전송방법을 좀 더 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 20a 및 도 20b는 무선전력 전송장치를 구비한 차량을 설명하기 위한 도면들이다.
본 명세서에 개시된 기술은 무선 전력 전송(wireless power transmission)에 적용된다. 그러나 본 명세서에 개시된 기술은 이에 한정되지 않고, 상기 기술의 기술적 사상이 적용될 수 있는 모든 전력 전송 시스템 및 방법, 무선 충전회로 및 방법, 그 외 무선으로 전송되는 전력을 이용하는 방법 및 장치에도 적용될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 또한, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 무선전력 전송장치 및 무선전력 수신장치를 개념적으로 나타낸 예시도이다.
도 1을 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 상기 무선전력 전송장치(100)는 상기 무선전력 수신장치(200)가 필요로 하는 무선으로 전력을 전달하는 전력 전달 장치일 수 있다 .
또한, 상기 무선전력 전송장치(100)는 무선으로 전력을 전달함으로써 상기 무선전력 수신장치(200)의 배터리를 충전하는 무선 충전 장치일 수 있다.
그 밖에도, 상기 무선전력 전송장치(100)는 접촉되지 않은 상태에서 전원이 필요한 무선전력 수신장치(200)에게 전력을 전달하는 여러 가지 형태의 장치로 구현될 수 있다.
상기 무선전력 수신장치(200)는 상기 무선전력 전송장치(100)로부터 무선으로 전력을 수신하여 동작이 가능한 기기이다. 또한, 상기 무선전력 수신장치(200)는 상기 수신된 무선 전력을 이용하여 배터리를 충전할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 설명되는 무선으로 전력을 수신하는 무선전력 수신장치는 휴대가 가능한 모든 전자 기기, 예컨대 키보드, 마우스, 영상 또는 음성의 보조 출력장치 등의 입출력장치를 비롯하여, 휴대폰, 셀룰러폰, 스마트 폰(smart phone), PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player)와, 태블릿, 혹은 멀티미디어 기기 등을 포괄하는 의미로 해석되어야 한다.
상기 무선전력 수신장치(200)는, 후술하는 바와 같이, 이동 통신 단말기(예컨대 휴대폰, 셀룰러폰, 태블릿) 또는 멀티미디어 기기일 수 있다.
한편, 상기 무선전력 전송장치(100)는 하나 이상의 무선 전력 전달 방법을 이용하여 상기 무선전력 수신장치(200)로 상호간 접촉이 없이 무선으로 전력을 전달할 수 있다. 즉, 상기 무선전력 전송장치(100)는 상기 무선 전력 신호에 의한 자기 유도 현상에 기초한 유도 결합(Inductive Coupling) 방식과 특정한 주파수의 무선 전력 신호에 의한 전자기적 공진 현상에 기초한 공진 결합(Magnetic Resonance Coupling) 방식 중 하나 이상을 이용하여 전력을 전달할 수 있다.
상기 유도 결합 방식에 의한 무선 전력 송신은 1차 코일 및 2차 코일을 이용하여 전력을 무선으로 전송하는 기술로, 자기 유도 현상에 의하여 하나의 코일에서 변화하는 자기장 통해 다른 코일 쪽에 전류가 유도됨으로써 전력이 전달되는 것을 말한다.
상기 공진 결합 방식에 의한 무선 전력 송신은 상기 무선전력 전송장치(100)에서 전송한 무선 전력 신호에 의하여 상기 무선전력 수신장치(200)에서 공진이 발생하고, 상기 공진 현상에 의하여 상기 무선전력 전송장치(100)로부터 상기 무선전력 수신장치(200)로 전력이 전달되는 것을 말한다.
이하에서는 본 명세서에 개시된 무선전력 전송장치(100) 및 무선전력 수신장치(200)에 관한 실시 예들을 구체적으로 설명한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 사용한다.
도 2a 및 2b는 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 무선전력 전송장치(100) 및 무선전력 수신장치(200)의 구성을 예시적으로 나타낸 블록도이다.
도 2a를 참조하면, 상기 무선전력 전송장치(100)는 전력 전달부(Power Transmission Unit)(110)를 포함하도록 구성된다. 상기 전력 전달부(110)는 전력 변환부(Power Conversion Unit)(111) 및 전력 송신 제어부(Power Transmission Control Unit)(112)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 전력 변환부(111)는 송신측 전원 공급부(190)로부터 공급된 전력을 무선 전력 신호(wireless power signal)로 변환하여 상기 무선전력 수신장치(200)로 전달한다. 상기 전력 변환부(111)에 의하여 전달되는 무선 전력 신호는 진동(oscillation)하는 특성을 가진 자기장(magnetic field) 또는 전자기장(electro-magnetic field)의 형태로 형성된다. 이를 위하여 상기 전력 변환부(111)는 상기 무선 전력 신호가 발생하는 코일을 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 전력 변환부(111)는 각 전력 전달 방식에 따라 다른 형태의 무선 전력 신호를 형성하기 위한 구성 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전력 변환부(111)는 유도 결합 방식에 따라 상기 무선전력 수신장치(200)의 2차 코일에 전류를 유도시키기 위하여 변화하는 자기장을 형성시키는 1차 코일을 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 전력 변환부(111)는 공진 결합 방식에 따라 상기 무선전력 수신장치(200)에 공진 현상을 발생시키기 위하여 특정 공진 주파수를 가진 자기장을 형성시키는 코일(또는 안테나)를 포함하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 전력 변환부(111)는 전술된 유도 결합 방식과 공진 결합 방식 중 하나 이상의 방법을 이용하여 전력을 전달할 수 있다.
상기 전력 변환부(111)에 포함되는 구성 요소들 중 유도 결합 방식을 따르는 것들에 대하여는 도 4a, 도 4b 및 도 5를 참조하여, 공진 결합 방식을 따르는 것들에 대하여는 도 7 a, 도 7b및 도 8을 참조하여 후술된다.
한편, 상기 전력 변환부(111)는 상기 무선 전력 신호를 형성시키기 위해 사용되는 주파수, 인가되는 전압, 전류 등의 특성을 조절할 수 있는 회로를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 전력 전달부(110)에 포함되는 각 구성요소를 제어한다. 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 공급 장치(100)를 제어하는 다른 제어부(미도시)와 통합되도록 구현될 수 있다.
한편, 상기 무선 전력 신호가 도달할 수 있는 영역은 두 가지로 구분될 수 있다. 먼저, 활동 영역(active area)은 상기 무선전력 수신장치(200)로 전력을 전달하는 무선 전력 신호가 통과하는 영역을 말한다. 다음으로, 감지 영역(semi-active area)은 상기 무선전력 전송장치(100)가 상기 무선전력 수신장치(200)의 존재를 감지할 수 있는 관심 영역을 말한다. 여기서, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선전력 수신장치(200)가 상기 활동 영역 또는 감지 영역에 배치(placement)되거나 제거(removal)되었는지 여부에 대하여 감지할 수 있다. 구체적으로, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 전력 변환부(111)에서 형성되는 무선 전력 신호를 이용하거나, 별도로 구비된 센서에 의하여 상기 무선전력 수신장치(200)가 상기 활동 영역 또는 감지 영역에 배치되었는지 여부를 검출할 수 있다. 예컨대, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 감지 영역에 존재하는 상기 무선전력 수신장치(200)로 인하여 상기 무선 전력 신호가 영향을 받아, 상기 전력 변환부(111)의 상기 무선 전력 신호를 형성하기 위한 전력의 특성이 변화하는지 여부를 모니터링함으로써 상기 무선전력 수신장치(200)의 존재를 검출할 수 있다. 다만, 상기 활동 영역 및 감지 영역은 유도 결합 방식 및 공진 결합 방식 등의 무선 전력 전달방식에 따라 다를 수 있다.
상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선전력 수신장치(200)의 존재를 검출한 결과에 따라 상기 무선전력 수신장치(200)를 식별하는 과정을 수행하거나, 무선 전력 전송을 시작할 것인지 여부를 결정할 수 있다.
또한, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 신호를 형성하기 위한 상기 전력 변환부(111)의 주파수, 전압, 전류 중 하나 이상의 특성을 결정할 수 있다. 상기 특성의 결정은 상기 무선전력 전송장치(100) 측의 조건에 의하여 또는 상기 무선전력 수신장치(200) 측의 조건에 의하여 이루어질 수 있다.
상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선전력 수신장치(200)로부터 전력 제어 메시지를 수신할 수 있다. 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 수신된 전력 제어 메시지를 기초로 상기 전력 변환부(111)의 주파수, 전압, 전류 중 하나 이상의 특성을 결정할 수 있으며, 그 밖에 상기 전력 제어 메시지를 기초로 다른 제어 동작을 수행할 수 있다.
예를 들어, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선전력 수신장치(200)의 정류된 전력량 정보, 충전 상태 정보 및 식별 정보 중 하나 이상을 포함하는 전력 제어 메시지에 따라 상기 무선 전력 신호를 형성시키기 위해 사용되는 주파수, 전류, 전압 중 하나 이상의 특성을 결정할 수 있다.
또한, 상기 전력 제어 메시지를 이용하는 그 밖의 다른 제어 동작으로서, 상기 무선전력 전송장치(100)는 무선 전력 전달과 관련된 일반적인 제어 동작을 상기 전력 제어 메시지를 기초로 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 무선전력 전송장치(100)는 상기 전력 제어 메시지를 통하여 상기 무선전력 수신장치(200)와 관련된 청각적 또는 시각적으로 출력할 정보를 수신하거나, 기기간의 인증 등에 필요한 정보를 수신할 수도 있다.
이와 같은 상기 전력 제어 메시지를 수신하기 위하여, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 신호를 통하여 수신하는 방법 및 그 외의 사용자 데이터를 수신하는 방법 중 적어도 하나를 이용할 수 있다.
상기 전력 제어 메시지를 수신하기 위하여, 상기 무선전력 전송장치(100)는 상기 전력 변환부(111)와 전기적으로 연결된 변복조부(Power Communications Modulation/Demodulation Unit)(113)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 변복조부(113)는 상기 무선전력 수신장치(200)에 의하여 변조된 무선 전력 신호를 복조하여 상기 전력 제어 메시지를 수신하기 위하여 사용될 수 있다.
그 밖에, 어떤 실시 예에서는 상기 전력 송신 제어부(112)가 상기 무선전력 전송장치(100)에 포함되어 있는 통신 수단(미도시)에 의하여 전력 제어 메시지가 포함되어 있는 사용자 데이터를 수신함으로써 전력 제어 메시지를 획득할 수도 있다.
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 양방향 통신이 가능한 무선 전력 전송환경에서는, 상기 전력 송신 제어부(112)가 상기 무선전력 수신장치(200)로 데이터를 전송할 수 있다. 상기 전력 송신 제어부(112)가 전송하는 데이터는 상기 무선전력 수신장치(200)가 전력 제어 메시지를 보내도록 요청하는 것일 수 있다.
도 2B를 참조하면, 상기 무선전력 수신장치는(200)는 전원 공급부(290)를 포함하도록 구성된다. 상기 전원 공급부(290)는 상기 무선전력 수신장치(200)의 작동에 필요한 전력을 공급한다. 상기 전원 공급부(290)는 전력 수신부(291) 및 전력 수신 제어부(292)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 전력 수신부(291)는 상기 무선전력 전송장치(100)로부터 무선으로 전달되는 전력을 수신한다.
상기 전력 수신부(291)는 무선 전력 전달 방식에 따라 상기 무선 전력 신호를 수신하기 위해 필요한 구성 요소를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전력 수신부(291)는 하나 이상의 무선 전력 전달 방식에 따라 전력을 수신할 수 있으며, 이 경우 상기 전력 수신부(291)는 각 방식에 따라 필요한 서로 구성 요소들을 함께 포함할 수 있다.
먼저, 상기 전력 수신부(291)는 진동하는 특성을 가진 자기장 또는 전자기장의 형태로 전달되는 무선 전력 신호를 수신하기 위한 코일을 포함하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 유도 결합 방식에 따른 구성 요소로서, 상기 전력 수신부(291)는 변화되는 자기장에 의하여 전류가 유도되는 2차 코일을 포함할 수 있다. 또한, 상기 전력 수신부(291)는 공진 결합 방식에 따른 구성 요소로서 특정 공진 주파수를 가진 자기장에 의하여 공진 현상이 발생되는 코일 및 공진 회로를 포함할 수 있다.
다만, 상기 전력 수신부(291)가 하나 이상의 무선 전력 전달 방식에 따라 전력을 수신하는 경우, 상기 전력 수신부(291)는 하나의 코일을 이용하여 수신하도록 구현되거나, 또는 각 전력 전달 방식에 따라 다르게 형성된 코일을 이용하여 수신하도록 구현될 수 있다.
상기 전력 수신부(291)에 포함되는 구성 요소들 중 유도 결합 방식을 따르는 것들에 대하여는 도 4a 및 도 4b를 참조하여, 공진 결합 방식을 따르는 것들에 대하여는 도 7a 및 도 7b를 참조하여 후술된다.
한편, 상기 전력 수신부(291)는 상기 무선 전력 신호를 직류로 변환하기 위한 정류 회로(rectifier) 및 평활 회로(regulator)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 전력 수신부(291)는 수신된 전력 신호에 의하여 과전압 또는 과전류가 발생하지 않도록 방지하는 회로를 더 포함할 수 있다.
상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 전원 공급부(290)에 포함되는 각 구성요소를 제어한다.
구체적으로, 상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 무선전력 전송장치(100)로 전력 제어 메시지를 전달할 수 있다. 상기 전력 제어 메시지는 상기 무선전력 전송장치(100)에게 무선 전력 신호의 전달을 개시하거나 종료하도록 지시하는 것일 수 있다. 또한 상기 전력 제어 메시지는 상기 무선전력 전송장치(100)에게 상기 무선 전력 신호의 특성을 조절하도록 지시하는 것일 수 있다.
이와 갈은 상기 전력 제어 메시지를 전송하기 위하여, 상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 무선 전력 신호를 통하여 전송하는 방법 및 그 외의 사용자 데이터를 통하여 전송하는 방법 중 적어도 하나를 이용할 수 있다.
상기 전력 제어 메시지를 전송하기 위하여, 상기 무선전력 수신장치(200)는 상기 전력 수신부(291)와 전기적으로 연결된 변복조부(Power Communications Modulation/Demodulation Unit)(293)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 변복조부(293)는, 전술된 상기 무선전력 전송장치(100)의 경우와 마찬가지로, 상기 무선 전력 신호를 통하여 상기 전력 제어 메시지를 전송하기 위하여 사용될 수 있다. 상기 변복조부(293)는 상기 무선 전력 전송장치(100)의 전력 변환부(111)를 흐르는 전류 및/또는 전압을 조절하는 수단으로 사용될 수 있다. 이하, 상기 무선전력 전송장치(100) 측과 상기 무선전력 수신장치(200) 측의 각각의 변복조부(113 및 293)가 무선 전력 신호를 통한 전력 제어 메시지의 송수신을 위하여 사용되는 방법에 대하여 설명된다.
상기 전력 변환부(111)에 의하여 형성된 무선 전력 신호는 상기 전력 수신부(291)에 의하여 수신된다. 이때, 상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 무선 전력 신호를 변조(modulation)하도록 상기 무선전력 수신장치(200) 측의 변복조부(293)를 제어한다. 예컨대, 상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 전력 수신부(291)과 연결된 변복조부(293)의 리액턴스(reactance)를 변경시킴으로써 상기 무선 전력 신호로부터 수신하는 전력량이 그에 따라 변하도록 변조 과정을 수행할 수 있다. 상기 무선 전력 신호로부터 수신되는 전력량의 변경은 상기 무선 전력 신호를 형성시키는 상기 전력 변환부(111)의 전류 및/또는 전압의 변경을 가져온다. 이 때, 상기 무선전력 전송장치(100) 측의 변복조부(113)는 상기 전력 변환부(111)의 전류 및/또는 전압의 변경을 감지하여 복조(demodulation) 과정을 수행한다.
즉, 상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 무선전력 전송장치(100)에게 전달하고자 하는 전력 제어 메시지를 포함하는 패킷(packet)을 생성하여 상기 패킷이 포함되도록 상기 무선 전력 신호를 변조하고, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 변복조부(113)의 복조 과정 수행 결과를 기초로 상기 패킷을 디코드함으로써, 상기 패킷에 포함되어 있는 상기 전력 제어 메시지를 획득할 수 있다.
그 밖에, 어떤 실시 예들에서는 상기 전력 수신 제어부(292)가 상기 무선전력 수신장치(200)에 포함되어 있는 통신 수단(미도시)에 의하여 전력 제어 메시지가 포함되어 있는 사용자 데이터를 전송함으로써 전력 제어 메시지를 상기 무선전력 전송장치(100)로 전송할 수도 있다.
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 양방향 통신이 가능한 무선 전력 전송환경에서는, 상기 전력 수신 제어부(292)가 상기 무선전력 전송장치(100)로부터 전송되는 데이터를 수신할 수 있다. 상기 무선전력 전송장치(100)로부터 전송되는 데이터는 전력 제어 메시지를 전송할 것을 요청하는 것일 수 있다.
그 밖에, 상기 전원 공급부(290)는 충전부(298) 및 배터리(299)를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 전원 공급부(290)로부터 동작을 위한 전원을 공급받는 상기 무선전력 수신장치(200)는 상기 무선전력 전송장치(100)로부터 전달된 전력에 의하여 동작하거나, 또는 상기 전달된 전력을 이용하여 상기 배터리(299)를 충전한 후 상기 배터리(299)에 충전된 전력에 의하여 동작할 수 있다. 이때, 상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 전달된 전력을 이용하여 충전을 수행하도록 상기 충전부(298)를 제어할 수 있다.
이하에서, 본 명세서에 개시된 실시 예들에 적용 가능한 무선전력 전송장치 및 무선전력 수신장치에 대하여 설명된다. 먼저, 도 3 내지 도 5를 참조하여 상기 무선전력 전송장치가 상기 무선전력 수신장치로 유도 결합 방식에 따라 전력을 전달하는 방법이 개시된다.
도 3은 유도 결합 방식에 따라 무선전력 전송장치로부터 무선전력 수신장치에 무선으로 전력이 전달되는 개념을 도시한다.
무선전력 전송장치(100) 의 전력 전달이 유도 결합 방식을 따르는 경우, 상기 전력 전달부(110) 내의 1차 코일(primary coil)에 흐르는 전류의 세기가 변화되면, 그 전류에 의해 1차 코일을 통과하는 자기장이 변화한다. 이와 같이 변화된 자기장은 상기 무선전력 수신장치(200) 내의 2차 코일(secondary coil) 측에 유도 기전력을 발생시킨다.
이 방식에 따르면, 상기 무선전력 전송장치(100)의 상기 전력 변환부(111)는 자기 유도에서의 1차 코일로 동작하는 전송 코일(Tx coil)(1111a)를 포함하도록 구성된다. 또한 상기 무선전력 수신장치(200)의 상기 전력 수신부(291)는 자기 유도에서의 2차 코일로 동작하는 수신 코일(Rx coil)(2911a)을 포함하도록 구성된다.
먼저 상기 무선전력 전송장치(100) 측의 상기 전송 코일(1111a)과 상기 무선전력 수신장치(200) 측의 수신 코일이 근접하도록 상기 무선전력 전송장치(100) 및 상기 무선전력 수신장치(200)를 배치한다. 그 후 상기 전력 송신 제어부(112)가 상기 전송 코일(1111a)의 전류가 변화되도록 제어하면, 상기 전력 수신부(291)는 상기 수신 코일(2911a)에 유도된 기전력을 이용하여 상기 무선전력 수신장치(200)에 전원을 공급하도록 제어한다.
상기 유도 결합 방식에 의한 무선 전력 전달의 효율은, 주파수 특성에 따른 영향은 적으나, 각 코일을 포함하는 상기 무선전력 전송장치(100) 및 상기 무선전력 수신장치(200) 사이의 배열(alignment) 및 거리(distance)의 영향을 받게 된다.
한편, 유도 결합 방식에 의한 무선 전력 전달을 위하여 상기 무선전력 전송장치(100)는 평평한 표면(flat surface) 형태의 인터페이스 표면(interface surface)(미도시)을 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 인터페이스 표면의 상부에는 하나 이상의 무선전력 수신장치가 놓일 수 있으며, 상기 인터페이스 표면의 하부에는 상기 전송 코일(1111a)가 장착될 수 있다. 그 경우, 상기 인터페이스 표면의 하부에는 장착된 상기 전송 코일(1111a)과 상기 인터페이스 표면의 상부에 위치한 무선전력 수신장치(200)의 수신 코일(2911a) 사이의 수직 공간(vertical spacing)이 작게 형성됨으로써 상기 코일들 간의 거리는 유도 결합 방식에 의한 무선 전력 전달이 효율적으로 이루어질 수 있도록 충분히 작게 된다.
또한, 상기 인터페이스 표면의 상부에는 상기 무선전력 수신장치(200)가 놓일 위치를 지시하는 배열 지시부(미도시)가 형성될 수 있다. 상기 배열 지시부는 상기 인터페이스 표면의 하부에 장착된 전송 코일(1111a)과 상기 수신 코일(2911a) 사이의 배열이 적합하게 이루어질 수 있는 상기 무선전력 수신장치(200)의 위치를 지시한다. 상기 배열 지시부는 단순한 표시(marks)이거나, 상기 무선전력 수신장치(200)의 위치를 가이드하는 돌출 구조의 형태로 형성될 수 있다. 또는 상기 배열 지시부는 상기 인터페이스 표면의 하부에 장착되는 자석과 같은 자성체의 형태로 형성되어, 상기 무선전력 수신장치(200) 내부에 장착된 다른 극의 자성체와의 상호간 인력에 의하여 상기 코일들이 적합한 배열을 이루도록 가이드할 수도 있다.
한편, 상기 무선전력 전송장치(100)는 하나 이상의 전송 코일을 포함하도록 형성될 수 있다. 상기 무선전력 전송장치(100)는 상기 하나 이상의 전송 코일 중에서 상기 무선전력 수신장치(200)의 수신 코일(2911a)과 적합하게 배열된 일부의 코일을 선택적으로 이용하여 전력 전송 효율을 높일 수 있다. 상기 하나 이상의 전송 코일을 포함하는 무선전력 전송장치(100)에 관하여 도 5를 참조하여 후술된다.
이하에서는, 본 명세서에 개시된 실시 예들에 적용 가능한 유도 결합 방식의 무선전력 전송장치 및 무선전력 수신장치의 구성에 대하여 구체적으로 설명된다.
도 4a 및 도 4b는 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 자기 유도 방식의 무선전력 전송장치(100) 및 무선전력 수신장치(200)의 구성의 일부를 예시적으로 나타낸 블록도이다. 도 4a를 참조하여 상기 무선전력 전송장치(100)에 포함된 상기 전력 전달부(110)의 구성에 대하여 설명하고, 도 4b를 참조하여 상기 무선전력 수신장치(200)에 포함된 상기 전원 공급부(290)의 구성에 대하여 설명한다.
도 4a를 참조하면, 상기 무선전력 전송장치(100)의 상기 전력 변환부(111)는 전송 코일(Tx coil)(1111a) 및 인버터(1112)를 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 전송 코일(1111a)는, 전술된 바와 같이, 전류의 변화에 따라 무선 전력 신호에 해당하는 자기장을 형성한다. 상기 전송 코일(1111a)은 평판 나선형태(Planar Spiral type) 또는 원통형 솔레노이드 형태(Cylindrical Solenoid type)로 구현될 수 있다.
상기 인버터(1112)는 상기 전원 공급부(190)로부터 얻은 직류 입력(DC input)을 교류 파형(AC waveform)으로 변형시킨다. 상기 인버터(1112)에 의해 변형된 교류 전류는 상기 전송 코일(1111a) 및 커패시터(capacitor)(미도시)를 포함하는 진동 회로(resonant circuit)를 구동시킴으로써 자기장이 상기 전송 코일(1111a)에서 형성된다.
그 밖에, 상기 전력 변환부(111)는 위치 결정부(Positioning Unit)(1114)를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 위치 결정부(1114)는 상기 유도 결합 방식에 의한 무선 전력 전달의 효율을 높이기 위하여 상기 전송 코일(1111a)을 이동 또는 회전시킬 수 있다. 이는, 전술된 바와 같이, 유도 결합 방식에 의한 전력 전달은 1차 및 2차 코일을 포함하는 상기 무선전력 전송장치(100) 및 상기 무선전력 수신장치(200) 사이의 배열(alignment) 및 거리(distance)의 영향을 받기 때문이다. 특히, 상기 위치 결정부(1114)는 상기 무선전력 수신장치(200)가 상기 무선전력 전송장치(100)의 활동 영역 내에 존재하지 않는 경우에 사용될 수 있다.
따라서, 상기 위치 결정부(1114)는 상기 무선전력 전송장치(100)의 상기 전송 코일(1111a)과 및 상기 무선전력 수신장치(200)의 상기 수신 코일(2911a)의 중심간 거리(distance)가 일정 범위 이내가 되도록 상기 전송 코일(1111a)을 이동시키거나, 상기 전송 코일(1111a)과 상기 수신 코일(2911a)의 중심이 중첩되도록 상기 전송 코일(1111a)를 회전시키는 구동부(미도시)를 포함하도록 구성될 수 있다.
이를 위하여, 상기 무선전력 전송장치(100)는 상기 무선전력 수신장치(200)의 위치를 감지하는 센서로 이루어진 위치 감지부(detection unit)(미도시)를 더 구비할 수 있고, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 위치 감지 센서로부터 수신한 상기 무선전력 수신장치(200)의 위치 정보를 기초로 상기 위치 결정부(1114)를 제어할 수 있다.
또한, 이를 위하여 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 변복조부(113)를 통하여 상기 무선전력 수신장치(200)와의 배열 또는 거리에 대한 제어 정보를 수신하고, 상기 수신된 배열 또는 거리에 대한 제어 정보를 기초로 상기 위치 결정부(1114)를 제어할 수 있다.
만약, 상기 전력 변환부(111)가 복수의 전송 코일을 포함하도록 구성되었다면, 상기 위치 결정부(1114)는 상기 복수의 전송 코일 중에서 어느 것이 전력 전달을 위하여 사용될 것인지 결정할 수 있다. 상기 복수의 전송 코일을 포함한 무선전력 전송장치(100)의 구성에 대해서는 도 5를 참조하여 후술된다.
한편, 상기 전력 변환부(111)는 전력 센싱부(1115)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 무선전력 전송장치(100) 측의 전력 센싱부(1115)는 상기 전송 코일(1111a)에 흐르는 전류 또는 전압을 모니터링한다. 상기 전력 센싱부(1115)는 무선전력 전송장치(100)의 정상동작 여부를 확인하기 위한 것으로, 외부로부터 공급되는 전원의 전압 또는 전류를 검출하고, 상기 검출된 전압 또는 전류가 임계값을 초과하는지를 확인할 수 있다. 상기 전력 센싱부(1115)는, 도시되지 않았으나, 외부로부터 공급되는 전원의 전압 또는 전류를 검출하기 위한 저항과 상기 검출된 전원의 전압값 또는 전류값과 임계값을 비교하여 그 비교 결과를 출력하는 비교기를 포함할 수 있다. 상기 전력 센싱부(1115)의 상기 확인 결과를 기초로, 상기 전력 송신 제어부(112)는 스위칭부(미도시)를 제어하여 상기 전송 코일(1111a)로 인가되는 전원을 차단할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 상기 무선전력 수신장치(200)의 상기 전원 공급부(290)는 수신 코일(Rx 코일)(2911a) 및 정류 회로(2913)를 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 전송 코일(1111a)로부터 형성된 자기장에 변화에 의하여 상기 수신 코일(2911a)에서 전류가 유도된다. 상기 수신 코일(2911a)의 구현 형태는, 상기 전송 코일(1111a)의 경우와 마찬가지로, 평판 나선 형태 또는 원통형 솔레노이드 형태일 수 있다.
또한, 무선 전력의 수신 효율을 높이거나 공진 감지(resonant detection)를 위해 직/병렬 커패시터들(series and parallel capacitors)이 상기 수신 코일(2911a)과 연결되도록 구성될 수 있다.
상기 수신 코일(2911a)은 단일 코일 또는 복수의 코일 형태일 수 있다.
상기 정류 회로(2913)는 교류를 직류로 변환시키기 위하여 전류에 대하여 전파 정류(full-wave rectification)를 수행한다. 상기 정류 회로(2913)는, 예컨대, 4개의 다이오드로 이루어진 브릿지(full bridge) 정류 회로, 또는 능동 소자(active components)를 이용한 회로로 구현될 수 있다.
그 밖에, 상기 정류 회로(2913)는 정류된 전류를 보다 평탄하고 안정적인 직류로 만들어 주는 평활 회로(regulator)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 정류 회로(2913)의 출력 전원은 상기 전원 공급부(290)의 각 구성 요소들에게 공급된다. 또한, 상기 정류 회로(2913)은 출력되는 직류 전원을 상기 전원 공급부(290)의 각 구성 요소(예컨대, 충전부(298)와 같은 회로)에 필요한 전원에 맞추기 위하여 적정한 전압으로 변환하는 직류-직류 변환기(DC-DC converter)를 더 포함할 수 있다.
상기 변복조부(293)는 상기 전력 수신부(291)과 연결되고, 직류 전류에 대해서는 저항(resistance)이 변하는 저항성 소자로 구성될 수 있고, 교류 전류에 대해서는 리액턴스(reactance)가 변하는 용량성 소자로 구성될 수 있다. 상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 변복조부(293)의 저항 또는 리액턴스를 변경시킴으로써 상기 전력 수신부(291)에 수신되는 무선 전력 신호를 변조할 수 있다.
한편, 상기 전원 공급부(290)는 전력 센싱부(2914)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 무선전력 수신장치(200) 측의 전력 센싱부(2914)는 상기 정류 회로(2913)에 의하여 정류된 전원의 전압 및/또는 전류를 모니터링하고, 상기 모니터링 결과 상기 정류된 전원의 전압 및/또는 전류가 임계값을 초과하는 경우 상기 전력 수신 제어부(292)는 적절한 전력을 전달하도록 상기 무선전력 전송장치(100)에게 전력 제어 메시지를 송신한다.
도 5는 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 유도 결합 방식에 따라 전력을 수신하는 하나 이상의 전송 코일들을 가지도록 구성된 무선전력 전송장치의 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선전력 전송장치(100) 의 전력 변환부(111)는 하나 이상의 전송 코일들(1111a-1 내지 1111a-n)로 구성될 수 있다. 상기 하나 이상의 전송 코일들(1111a-1 내지 1111a-n)은 부분적으로 겹치는 1차 코일들의 배열(an array of partly overlapping primary coils)일 수 있다. 상기 하나 이상의 전송 코일들 중 일부에 의하여 활동 영역이 결정될 수 있다.
상기 하나 이상의 전송 코일들(1111a-1 내지 1111a-n)은 상기 인터페이스 표면의 하부에 장착될 수 있다. 또한, 상기 전력 변환부(111)는 상기 하나 이상의 전송 코일들(1111a-1 내지 1111a-n) 중 일부의 코일들의 연결을 수립하고 해제하는 다중화기(Multiplexer)(1113)를 더 포함할 수 있다.
상기 인터페이스 표면의 상부에 놓인 무선전력 수신장치(200)의 위치가 감지되면, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선전력 수신장치(200)의 감지된 위치를 고려하여 상기 하나 이상의 전송 코일들(1111a-1 내지 1111a-n) 중 상기 무선전력 수신장치(200)의 수신 코일(2911a)과 유도 결합 관계에 놓일 수 있는 코일들이 연결될 수 있도록 상기 다중화기(1113)를 제어할 수 있다.
이를 위하여 상기 전력 송신 제어부(112)가 상기 무선전력 수신장치(200)의 위치 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선전력 전송장치(100)에 구비된 상기 위치 감지부(미도시)에 의하여 상기 인터페이스 표면 상의 상기 무선전력 수신장치(200)의 위치를 획득할 수 있다. 또 다른 예를 들어, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 하나 이상의 전송 코일들(1111a-1 내지 1111a-n)을 각각 이용하여 상기 인터페이스 표면 상의 물체로부터 무선 전력 신호의 강도를 나타내는 전력 제어 메시지 또는 상기 물체의 식별 정보를 나타내는 전력 제어 메시지를 수신하고, 상기 수신된 결과를 기초로 상기 하나 이상의 전송 코일들 중 어느 코일의 위치와 근접한지를 판단함으로써 상기 무선전력 수신장치(200)의 위치 정보를 획득할 수도 있다.
한편, 상기 활동 영역은 상기 인터페이스 표면의 일부로서, 상기 무선전력 전송장치(100)가 상기 무선전력 수신장치(200)에 무선으로 전력을 전달할 때 높은 효율의 자기장이 통과할 수 있는 부분을 의미할 수 있다. 이 때, 상기 활동 영역을 통과하는 자기장을 형성시키는 단일 전송 코일 또는 하나 이상의 전송 코일들의 조합을 주요 셀(primary cell)로 지칭할 수 있다. 따라서, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선전력 수신장치(200)의 감지된 위치를 기초로 활동 영역을 결정하고, 상기 활동 영역에 대응되는 주요 셀의 연결을 수립하여 상기 무선전력 수신장치(200)의 수신 코일(2911a)와 상기 주요 셀에 속한 코일들이 유도 결합 관계에 놓일 수 있도록 상기 다중화기(1113)을 제어할 수 있다.
또한, 상기 전력 변환부(111)는 연결된 코일들과 진동 회로(resonant circuit)를 형성하도록 임피던스를 조절하는 임피던스 매칭부(impedance matching unit)(미도시)를 더 포함할 수 있다.
이하에서, 도 6 내지 도 8을 참조하여 무선전력 전송장치가 공진 결합 방식에 따라 전력을 전달하는 방법이 개시된다.
도 6은 공진 결합 방식에 따라 무선전력 전송장치로부터 무선전력 수신장치에 무선으로 전력이 전달되는 개념을 도시한다.
먼저, 공진(resonance)(또는 공명)에 대해 간략하게 설명하면 다음과 같다. 공진(resonance)이란, 진동계가 그 고유 진동수와 같은 진동수를 가진 외력을 주기적으로 받아 진폭이 뚜렷하게 증가하는 현상을 말한다. 공진은 역학적 진동 및 전기적 진동 등 모든 진동에서 일어나는 현상이다. 일반적으로 외부에서 진동계에 진동시킬 수 있는 힘을 가했을 때 그 진동계의 고유 진동수와 외부에서 가해주는 힘의 진동수가 같으면 그 진동은 심해지고 진폭도 커진다.
같은 원리로, 일정 거리 내에서 떨어져 있는 복수의 진동체들이 서로 동일한 주파수로 진동하는 경우, 상기 복수의 진동체들은 상호 공진하며, 이 경우 상기 복수의 진동체들 간에는 저항이 감소하게 된다. 전기 회로에서는 인덕터과 커패시터를 사용하여 공진 회로를 만들 수 있다.
무선전력 전송장치(100)의 전력 전달이 공진 결합 방식을 따르는 경우, 상기 전력 전달부(110)에서 교류 전원에 의하여 특정한 진동 주파수를 가진 자기장이 형성된다. 상기 형성된 자기장에 의하여 상기 무선전력 수신장치(200)에서 공진 현상이 일어나는 경우 상기 무선전력 수신장치(200) 내에서는 상기 공진 현상에 의하여 전력이 발생된다.
공진 주파수는, 예를 들어, 다음 수학식 1과 같은 수식에 의하여 결정될 수 있다.
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여기서, 공진 주파수 (f)는 회로 내의 인덕턴스(L) 및 커패시턴스(C)에 의하여 결정된다. 코일을 사용하여 자기장을 형성하는 회로에 있어서 상기 인덕턴스는 상기 코일의 회전 수 등에 의하여 결정되고, 상기 커패시턴스는 상기 코일 사이의 간격, 면적 등에 의하여 결정될 수 있다. 상기 공진 주파수를 결정하기 위하여 상기 코일 외에 용량성 공진 회로가 연결되도록 구성될 수도 있다.
도 6을 참조하면, 공진 결합 방식에 따라 무선으로 전력이 전송되는 경우, 상기 무선전력 전송장치(100)의 상기 전력 변환부(111)는 자기장이 형성되는 전송 코일(Tx coil)(1111b) 및 상기 전송 코일(1111b)와 연결되고 특정한 진동 주파수를 결정하기 위한 공진 회로(1116)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 공진 회로(1116)는 용량성 회로(capacitors)를 이용하여 구현될 수 있으며, 상기 전송 코일(1111b)의 인덕턴스 및 상기 공진 회로(1116)의 커패시턴스를 기초로 상기 특정한 진동 주파수가 결정된다.
상기 공진 회로(1116)의 회로 소자의 구성은 상기 전력 변환부(111)가 자기장을 형성할 수 있도록 다양한 형태로 이루어질 수 있으며, 도 6과 같이 상기 전송 코일(1111b)과 병렬로 연결되는 형태로 제한되지 아니한다.
또한, 상기 무선전력 수신장치(200)의 상기 전력 수신부(291)는 상기 무선전력 전송장치(100)에서 형성된 자기장에 의하여 공진 현상이 일어날 수 있도록 구성된 공진 회로(2912) 및 수신 코일(Rx coil)(2911b)을 포함한다. 즉, 상기 공진 회로(2912)는 역시 용량성 회로를 이용하여 구현될 수 있으며, 상기 공진 회로(2912)는 상기 수신 코일(2911b)의 인덕턴스와 상기 공진 회로(2912)의 커패시턴스를 기초로 결정되는 공진 주파수가 상기 형성된 자기장의 공진 주파수와 동일하도록 구성된다.
상기 공진 회로(2912)의 회로 소자의 구성은 상기 전력 수신부(291)가 상기 자기장에 의하여 공진이 일어날 수 있도록 다양한 형태로 이루어질 수 있으며, 도 6과 같이 상기 수신 코일(2911b)과 직렬로 연결되는 형태로 제한되지 아니한다.
상기 무선전력 전송장치(100)에서의 상기 특정한 진동 주파수는 LTx, CTx를 가지고 상기 수학식 1을 이용하여 획득될 수 있다. 여기서, 상기 무선전력 수신장치(200)의 LRX 및 CRX를 상기 수학식 1에 대입한 결과가 상기 특정한 진동 주파수와 동일한 경우에 상기 무선전력 수신장치(200)에서는 공진이 일어난다.
상기 공진 결합 방식에 의한 무선 전력 전달의 효율은, 주파수 특성에 따른 영향이 큰 반면, 각 코일을 포함하는 상기 무선전력 전송장치(100) 및 상기 무선전력 수신장치(200) 사이의 배열 및 거리에 따른 영향은 유도 결합 방식에 비해 상대적으로 작다.
이하에서는, 본 명세서에 개시된 실시 예들에 적용 가능한 공진 결합 방식의 무선전력 전송장치 및 무선전력 수신장치의 구성에 대하여 구체적으로 설명된다.
도 7a 및 도 7b는 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 공진 방식의 무선전력 전송장치(100) 및 무선전력 수신장치(200)의 구성의 일부를 예시적으로 나타낸 블록도이다.
도 7a를 참조하여 상기 무선전력 전송장치(100)에 포함된 상기 전력 전달부(110)의 구성에 대하여 설명된다.
상기 무선전력 전송장치(100)의 상기 전력 변환부(111)는 전송 코일(Tx coil)(1111b), 인버터(1112) 및 공진 회로(1116)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 인버터(1112)는 상기 전송 코일(1111b) 및 상기 공진 회로(1116)와 연결되도록 구성될 수 있다.
상기 전송 코일(1111b)은 유도 결합 방식에 따라 전력을 전달하기 위한 전송 코일(1111a)과 별도로 장착될 수 있으나, 하나의 단일 코일을 이용하여 유도 결합 방식 및 공진 결합 방식으로 전력을 전달할 수도 있다.
상기 전송 코일(1111b)은, 전술된 바와 같이, 전력을 전달하기 위한 자기장을 형성한다. 상기 전송 코일(1111b) 및 상기 공진 회로(1116)는 교류 전원이 인가되면 진동이 발생할 수 있으며, 이 때 상기 전송 코일(1111b)의 인덕턴스 및 상기 공진 회로(1116)의 커패시턴스를 기초로 진동 주파수가 결정될 수 있다.
이를 위하여 상기 인버터(1112)는 상기 전원 공급부(190) 로부터 얻은 직류 입력을 교류 파형으로 변형시키고, 상기 변형된 교류 전류가 상기 전송 코일(1111b) 및 상기 공진 회로(1116)에 인가된다.
그 밖에, 상기 전력 변환부(111)는 상기 전력 변환부(111)의 공진 주파수 값을 변경시키기 위한 주파수 조절부(1117)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 전력 변환부(111)의 공진 주파수는 수학식 1에 의하여 상기 전력 변환부(111)를 구성하는 회로내의 인덕턴스 및 커패시턴스를 기초로 결정되므로, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 인덕턴스 및/또는 커패시턴스가 변경되도록 상기 주파수 조절부(1117)를 제어함으로써 상기 전력 변환부(111)의 공진 주파수를 결정할 수 있다.
상기 주파수 조절부(1117)는, 예를 들어, 상기 공진 회로(1116)에 포함된 커패시터 간의 거리를 조절하여 커패시턴스를 변경시킬 수 있는 모터를 포함하거나, 또는 상기 전송 코일(1111b)의 회전 수(number of turns) 또는 직경을 조절하여 인덕턴스를 변경시킬 수 있는 모터를 포함하거나, 또는 상기 커패시턴스 및/또는 인덕턴스를 결정하는 능동 소자들을 포함하도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 전력 변환부(111)는 전력 센싱부(1115)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 전력 센싱부(1115)의 동작에 대해서는 전술된 바와 동일하다.
도 7b를 참조하여 상기 무선전력 수신장치(200)에 포함된 상기 전원 공급부(290)의 구성에 대하여 설명된다. 상기 전원 공급부(290)는, 전술된 바와 같이, 상기 수신 코일(Rx coil)(2911b) 및 공진 회로(2912)를 포함하도록 구성될 수 있다.
그 외에도, 상기 전원 공급부(290)의 전력 수신부(291)는 공진 현상에 의하여 생성된 교류 전류를 직류로 변환시키는 정류 회로(2913)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 정류 회로(2913)는 전술된 바와 동일하게 구성될 수 있다.
또한, 상기 전력 수신부(291)는 정류된 전원의 전압 및/또는 전류를 모니터링하는 전력 센싱부(2914)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 전력 센싱부(2914)는 전술된 바와 동일하게 구성될 수 있다.
도 8은 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 공진 결합 방식에 따라 전력을 수신하는 하나 이상의 전송 코일들을 가지도록 구성된 무선전력 전송장치의 블록도이다.
도 8을 참조하면, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선전력 전송장치(100)의 전력 변환부(111)는 하나 이상의 전송 코일들(1111b-1 내지 1111b-n) 및 각 전송 코일들과 연결된 공진 회로(1116-1 내지 1116-n)를 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 전력 변환부(111)는 상기 하나 이상의 전송 코일들(1111b-1 내지 1111b-n) 중 일부의 코일들의 연결을 수립하고 해제하는 다중화기(Multiplexer)(1113)를 더 포함할 수 있다.
상기 하나 이상의 전송 코일들(1111b-1 내지 1111b-n)은 동일한 공진 주파수를 갖도록 설정되거나, 일부가 서로 다른 공진 주파수를 갖도록 설정될 수 있다. 이는 상기 하나 이상의 전송 코일들(1111b-1 내지 1111b-n)과 각각 연결된 상기 공진 회로(1116-1 내지 1116-n)들이 어떠한 인덕턴스 및/또는 커패시턴스를 갖는지에 따라 결정된다.
이를 위하여, 상기 주파수 조절부(1117)는 상기 하나 이상의 전송 코일들(1111b-1 내지 1111b-n)과 각각 연결된 상기 공진 회로(1116-1 내지 1116-n)들의 인덕턴스 및/또는 커패시턴스를 변경시킬 수 있도록 구성될 수 있다.
도 9는 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전달에 있어서 무선 전력 신호의 변조 및 복조를 통하여 무선전력 전송장치와 전자 기기 사이에 패킷을 송수신하는 개념을 도시한다.
도 9를 참조하면, 무선전력 전송장치(100)에 포함된 상기 전력 변환부(111)는 무선 전력 신호를 형성한다. 상기 무선 전력 신호는 상기 전력 변환부(111)에 포함된 전송 코일(1111)을 통하여 형성된다.
상기 전력 변환부(111)에 의하여 형성된 무선 전력 신호(10a)는 전자 기기(200)에 도달하여, 상기 전자 기기(200)에 포함된 전력 수신부(291)를 통하여 수신된다. 상기 형성된 무선 전력 신호는 상기 전력 수신부(291)에 포함된 수신 코일(2911)을 통하여 수신된다.
상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 전력 수신부(291)와 연결된 상기 변복조부(293)을 제어하여 상기 전자 기기(200)가 상기 무선 전력 신호를 수신하는 중에 상기 무선 전력 신호를 변조(modulation)한다. 상기 수신되는 무선 전력 신호가 변조되는 경우에 상기 무선 전력 신호는 자기장(magnetic field) 또는 전자기장(electro-magnetic field) 내에서 폐루프(closed-loop)를 형성하므로 상기 전자 기기(200)가 상기 무선 전력 신호를 수신하는 중에 상기 무선 전력 신호를 변조(modulation)하는 경우, 상기 무선전력 전송장치(100)는 변조된 무선 전력 신호(10b)를 감지할 수 있다. 상기 변복조부(113)는 상기 감지된 무선 전력 신호를 복조(demodulation)하고, 복조된 무선 전력 신호로부터 상기 패킷을 디코드할 수 있다.
한편, 상기 무선전력 전송장치(100)와 상기 전자 기기(200) 간의 통신에 사용되는 변조 방법은 진폭 변조(Amplitude Modulation)일 수 있다. 전술된 바와 같이, 상기 진폭 변조 방식은 상기 전력 변환부(111)가 형성한 무선 전력 신호(10a)의 진폭을 상기 전자 기기(200) 측의 변복조부(293)가 변경시켜 상기 무선전력 전송장치(100) 측의 변복조부(293)가 상기 변조된 무선 전력 신호(10b)의 진폭을 검출하는 백스캐터 변조(backscatter modulation) 방식일 수 있다.
이하, 도 10, 도 11a, 도 11b 및 도 11c을 참조하여 상기 무선전력 전송장치(100) 및 상기 전자 기기(200) 사이에서 송수신되는 패킷의 변조 및 복조에 대하여 설명된다.
도 10은 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전송에서 전력 제어 메시지를 송수신하기 위한 구성을 도시한다. 도 11a, 도 11b 및 도 11c는 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전송에서 수행되는 변조 및 복조에서의 신호의 형태를 도시한다.
도 10을 참조하면, 상기 전자 기기(200) 측의 상기 전력 수신부(291)를 통하여 수신되는 무선 전력 신호는 도 11a 에 도시된 바와 같이 변조되지 않은 무선 전력 신호(51)이다. 상기 전력 수신부(291) 내의 공진 형성 회로(2912)에 의하여 설정된 공진 주파수에 따라 상기 전자 기기(200) 및 상기 무선전력 전송장치(100) 사이에 공진 결합이 이루어지고, 상기 수신 코일(2911b)을 통하여 상기 무선 전력 신호(51)가 수신된다.
전력 수신 제어부(292)는 상기 전력 수신부(291)을 통하여 수신되는 무선 전력 신호(51)를 상기 변복조부(293) 내의 부하 임피던스(Impedance)를 변경시킴으로써 변조한다. 상기 변복조부(293)는 상기 무선 전력 신호(51)를 변조하기 위한 수동 소자(2931) 및 능동 소자(2932)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 변복조부(293)는 상기 무선전력 전송장치(100)로 전송하고자 하는 패킷이 포함되도록 상기 무선 전력 신호(51)를 변조한다. 이때, 상기 패킷은 상기 변복조부(293) 내의 상기 능동 소자(2932)에 입력될 수 있다.
그 후, 상기 무선전력 전송장치(100) 측의 전력 송신 제어부(112)는 상기 변조된 무선 전력 신호(52)를 포락선 검출(Envelop Detection) 과정을 통하여 복조하고, 상기 검출된 신호(53)를 디지털 데이터(54)로 디코드한다. 상기 복조 과정은 변조된 무선 전력 신호에 의하여 상기 전력 변환부(111)를 흐르는 전류 또는 전압이 HI 상태(HI state) 및 LO 상태(LO state)로 두 가지 상태로 구분되는 것을 감지하고, 상기 상태들에 따라 구분되는 디지털 데이터를 기초로 상기 전자 기기(200)가 전송하고자 하는 패킷을 획득하는 것이다.
이하에서는, 상기 무선전력 전송장치(100)가 복조된 디지털 데이터로부터 상기 전자 기기(200)가 전송하고자 하는 전력 제어 메시지를 획득하는 과정을 설명한다.
도 11b 를 참조하면, 상기 전력 송신 제어부(112)는 포락선 검출된 신호로부터 클럭 신호(CLK)를 이용하여 인코딩된 비트를 검출한다. 상기 검출되는 인코딩된 비트는 상기 전자 기기(200) 측의 변조 과정에서 사용된 비트 인코딩 방법에 따라 인코딩 된 것이다. 어떤 실시 예들에서, 상기 비트 인코딩 방법은 NRZ(non-return to zero)일 수 있다. 어떤 실시 예들에서는, 상기 비트 인코딩 방법이 2-위상(bi-phase) 인코딩일 수 있다.
예컨대, 어떤 실시 예들에서, 상기 검출되는 비트는 차동 2-위상(differential bi-phase; DBP) 인코딩된 것일 수 있다. 상기 DBP 인코딩에 의하면, 상기 전자 기기(200) 측의 전력 수신 제어부(292)는 데이터 비트 1을 인코딩하기 위하여 두 번의 상태 전이(transitions)를 갖도록 하고, 데이터 비트 0을 인코딩하기 위하여 한 번의 상태 전이를 갖도록 한다. 즉, 데이터 비트 1은 상기 클럭 신호의 상승 에지(rising edge) 및 하강 에지(falling edge)에서 HI 상태 및 LO 상태간의 전이가 발생하도록 인코딩된 것이고, 데이터 비트 0은 상기 클럭 신호의 상승 에지에서 HI 상태 및 LO 상태간의 전이가 발생하도록 인코딩된 것일 수 있다.
한편, 상기 전력 송신 제어부(112)는 비트 인코딩 방법에 따라 검출된 비트열로부터 패킷을 구성하는 바이트 포맷(byte format)을 이용하여 바이트 단위의 데이터를 획득할 수 있다. 어떤 실시 예들에서, 상기 검출된 비트열은 도 11c에 도시된 바와 같은 11 비트 비동기 직렬 포맷(11-bit asynchronous serial format)을 이용하여 전송된 것일 수 있다. 즉, 바이트의 시작을 알리는 시작 비트(start bit)와 종료를 알리는 종료 비트(stop)를 포함하고, 시작 비트와 종료 비트 사이에 데이터 비트들(b0 내지 b7)을 포함할 수 있다. 또한, 데이터의 오류를 검사하기 위한 패러티 비트(parity bit)가 추가될 수 있다. 상기 바이트 단위의 데이터는 전력 제어 메시지를 포함하는 패킷을 구성한다.
이상, 도 9에는 상기 무선전력 전송장치(100)가 형성한 반송파 신호(carrier signal)(10a)를 이용하여 상기 무선전력 수신장치(200)가 패킷을 송신하는 것에 대하여 도시되었으나, 상기 무선전력 전송장치(100)도 위와 유사한 방식으로 상기 무선전력 수신장치(200)에 데이터를 전송할 수 있다.
즉, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 변복조부(113)를 제어하여 상기 무선전력 수신장치(200)에 보낼 데이터가 상기 반송파 신호(10a)에 실리도록 변조할 수 있다. 이와 같은 경우 상기 무선전력 수신장치(200) 측의 상기 전력 수신 제어부(292)가 상기 변조된 상기 반송파 신호(10a)로부터 데이터를 획득할 수 있도록 상기 변복조부(293)를 제어하여 복조를 수행할 수 있다.
이하에서, 상기 무선전력 전송장치(100) 및 상기 무선전력 수신장치(200)의 동작 상태들에 대하여 설명된다.
도 12는 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선전력 전송장치(100) 및 무선전력 수신장치(200)의 동작 상태들을 도시한다.
도 12를 참조하면, 무선 전력 전송을 위한 상기 무선전력 전송장치(100) 및 무선전력 수신장치(200)의 동작 상태는 선택 상태(Selection Phase) (610), 검출 상태(Ping Phase)(620), 식별 및 설정 상태(Identification and Configuration Phase)(630), 그리고 전력 전송 상태(Power Transfer Phase)(640)로 구분될 수 있다.
상기 선택 상태(610)에서는 상기 무선전력 전송장치(100)가 무선으로 전력을 전송할 수 있는 범위 내에 물체(object)들이 존재하는지 여부를 감지하고, 상기 검출 상태(620)에서는 상기 무선전력 전송장치(100)가 상기 감지된 물체로 검출 신호를 보내고, 상기 무선전력 수신장치(200)는 상기 검출 신호에 대한 응답을 보낸다.
또한, 상기 식별 및 설정 상태(630)에서는 상기 무선전력 전송장치(100)가 이전 상태들을 통하여 선택된 무선전력 수신장치(200)를 식별하고 전력 전달을 위한 설정 정보를 획득한다. 상기 전력 전송 상태(640)에서는 상기 무선전력 전송장치(100)가, 상기 무선전력 수신장치(200)로부터 수신한 제어 메시지에 대응하여 전송하는 전력을 조절하면서, 상기 무선전력 수신장치(200)로 전력을 전송한다.
이하에서는, 상기 각 동작 상태를 구체적으로 설명한다.
1) 선택 상태 (Selection Phase)
상기 선택 상태(610)에 있는 무선전력 전송장치(100)는 감지 영역 내에 존재하는 무선전력 수신장치(200)를 선택하기 위하여 검출 과정을 수행한다. 상기 감지 영역은, 전술된 바와 같이, 해당 영역 내의 물체가 상기 전력 변환부(111)의 전력의 특성에 영향을 미칠 수 있는 영역을 말한다. 상기 검출 상태(620)와 비교하여, 상기 선택 상태(610)에서 무선전력 수신장치(200)의 선택을 위한 검출 과정은 전력 제어 메시지를 이용하여 상기 무선전력 수신장치(200)로부터 응답을 수신하는 방식 대신에, 상기 무선전력 전송장치(100) 측의 전력 변환부에서 무선 전력 신호를 형성하기 위한 전력량이 변화하는 것을 감지하여 일정 범위 내에 물체가 존재하는지 확인하는 과정이다. 상기 선택 상태(610)에서의 검출 과정은 후술될 검출 상태(620)에서 디지털 형식의 패킷을 이용하지 아니하고 무선 전력 신호를 이용하여 물체를 검출하는 점에서 아날로그 검출 과정(analog ping)으로 불릴 수 있다.
상기 선택 상태(610)의 무선전력 전송장치(100)는 상기 감지 영역 내에 물체가 들어오고 나가는 것을 감지할 수 있다. 또한, 상기 무선전력 전송장치(100)는 상기 감지 영역 내에 있는 물체들 중에서 무선으로 전력을 전달할 수 있는 무선전력 수신장치(200)와 그 밖의 물체들(예를 들어, 열쇠, 동전 등)을 구분할 수 있다.
전술된 바와 같이, 유도 결합 방식 및 공진 결합 방식에 따라 무선으로 전력을 전송할 수 있는 거리가 다르므로 상기 선택 상태(610)에서 물체가 검출되는 감지 영역은 서로 다를 수 있다.
먼저, 유도 결합 방식에 따라 전력이 전송되는 경우에 상기 선택 상태(610)의 무선전력 전송장치(100)는 물체들의 배치 및 제거를 감지하기 위하여 인터페이스 표면(미도시)을 모니터링할 수 있다.
또한, 상기 무선전력 전송장치(100)는 상기 인터페이스 표면의 상부에 놓인 무선전력 수신장치(200)의 위치를 감지할 수도 있다. 전술된 바와 같이, 하나 이상의 전송 코일을 포함하도록 형성된 무선전력 전송장치(100)는 상기 선택 상태(610)에서 상기 검출 상태(620)로 진입하고, 상기 검출 상태(620)에서 각각의 코일을 이용하여 상기 물체로부터 검출 신호에 대한 응답이 전송되는지 여부를 확인하거나 또는 그 후 상기 식별 상태(630)로 진입하여 상기 물체로부터 식별 정보가 전송되는지 여부를 확인하는 방법을 수행할 수 있다. 상기 무선전력 전송장치(100)는 이와 같은 과정을 통하여 획득한 상기 감지된 무선전력 수신장치(200)의 위치에 기초하여 무선 전력 전송에 사용될 코일을 결정할 수 있다.
또한, 공진 결합 방식에 따라 전력이 전송되는 경우에 상기 선택 상태(610)의 무선전력 전송장치(100)는 상기 감지 영역 내의 물체로 인한 상기 전력 변환부의 주파수, 전류, 전압 중 하나 이상이 변경되는 것을 감지함으로써 상기 물체를 검출할 수 있다.
한편, 상기 선택 상태(610)의 무선전력 전송장치(100)는 상기 유도 결합 방식 및 공진 결합 방식에 따른 검출 방법 중 적어도 하나의 방법에 의하여 물체를 검출할 수 있다. 상기 무선전력 전송장치(100)는 각 전력 전송 방식에 따른 물체 검출 과정을 수행하고, 이후에 다른 상태들(620, 630, 640)로 진행하기 위하여 무선 전력 전달을 위한 결합 방식 중에서 상기 물체를 검출한 방식을 선택할 수 있다.
한편, 상기 선택 상태(610)의 무선전력 전송장치(100)에 있어서, 물체를 검출하기 위하여 형성하는 무선 전력 신호와 이후 상태들(620, 630, 640)에서의 디지털 검출, 식별, 설정 및 전력 전송을 위하여 형성하는 무선 전력 신호는 그 주파수, 세기 등의 특성이 다를 수 있다. 이는 상기 무선전력 전송장치(100)의 선택 상태(610)는 물체를 검출하기 위한 대기 상태(idle phase)에 해당하여, 상기 무선전력 전송장치(100)가 대기 중의 소비 전력을 줄이거나, 또는 효율적인 물체 검출을 위하여 특화된 신호를 생성시킬 수 있도록 하기 위함이다.
2) 검출 상태 (Ping Phase)
상기 검출 상태(620)에 있는 상기 무선전력 전송장치(100)가 전력 제어 메시지를 통해 상기 감지 영역 내에 존재하는 무선전력 수신장치(200)를 검출하는 과정을 수행한다. 상기 선택 상태(610)에서 무선 전력 신호의 특성 등을 이용한 무선전력 수신장치(200)의 검출 과정과 비교하여, 상기 검출 상태(620)에서의 검출 과정은 디지털 검출 과정(digital ping)이라 불릴 수 있다.
상기 검출 상태(620)에서 상기 무선전력 전송장치(100)는 상기 무선전력 수신장치(200)를 검출하기 위한 무선 전력 신호를 형성하고, 상기 무선전력 수신장치(200)에 의하여 변조된 무선 전력 신호를 복조하고, 상기 복조된 무선 전력 신호로부터 상기 검출 신호에 대한 응답에 해당하는 디지털 데이터 형태의 전력 제어 메시지를 획득한다. 상기 무선전력 전송장치(100)는 상기 검출 신호에 대한 응답에 해당하는 전력 제어 메시지를 수신함으로써 전력 전송의 대상이 되는 상기 무선전력 수신장치(200)를 인지 할 수 있다.
상기 검출 상태(620)에 있는 상기 무선전력 전송장치(100)가 디지털 검출 과정을 수행하기 위하여 형성하는 검출 신호는 특정 동작 포인트(operating point)의 전력 신호를 일정한 시간 동안 인가함으로써 형성되는 무선 전력 신호일 수 있다. 상기 동작 포인트는 전송 코일(Tx coil)에 인가되는 전압의 주파수, 듀티 사이클(duty cycle) 및 진폭을 의미할 수 있다. 상기 무선전력 전송장치(100)는 상기 특정 동작 포인트의 전력 신호를 인가함으로써 생성된 상기 검출 신호를 일정한 시간 동안 생성하고, 상기 무선전력 수신장치(200)로부터 전력 제어 메시지를 수신할 것을 시도할 수 있다.
한편, 상기 검출 신호에 대한 응답에 해당하는 전력 제어 메시지는 상기 무선전력 수신장치(200)가 수신한 무선 전력 신호의 강도(strength)를 나타내는 메시지일 수 있다. 예를 들어, 상기 무선전력 수신장치(200)는 상기 검출 신호에 대한 응답으로서 수신된 무선 전력 신호의 강도를 나타내는 메시지가 포함된 신호 강도 패킷(Signal Strength Packet)(5100)을 전송할 수 있다. 상기 패킷(5100)은 신호 강도를 나타내는 패킷임을 알리는 헤더(5120) 및 상기 무선전력 수신장치(200)가 수신한 전력 신호의 강도를 나타내는 메시지(5130)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 메시지(5130) 내의 전력 신호의 강도는 상기 무선전력 전송장치(100)와 상기 무선전력 수신장치(200) 사이의 전력 전송을 위한 유도 결합 또는 공진 결합의 정도(degree of coupling)를 나타내는 값일 수 있다.
상기 무선전력 전송장치(100)는 상기 검출 신호에 대한 응답 메시지를 수신하여 상기 무선전력 수신장치(200)를 발견한 후에, 상기 디지털 검출 과정을 연장하여 식별 및 검출 상태(630)로 진입할 수 있다. 즉, 상기 무선전력 전송장치(100)는 상기 무선전력 수신장치(200)를 발견한 후에 상기 특정 동작 포인트의 전력 신호를 유지하여 상기 식별 및 검출 상태(630)에서 필요한 전력 제어 메시지를 수신할 수 있다.
다만, 상기 무선전력 전송장치(100)가 전력을 전달할 수 있는 무선전력 수신장치(200)를 발견하지 못한 경우, 상기 무선전력 전송장치(100)의 동작 상태는 상기 선택 상태(610)로 되돌아갈 수 있다.
3) 식별 및 설정 상태 (Identification and Configuration Phase)
상기 식별 및 설정 상태(630)의 무선전력 전송장치(100)는 상기 무선전력 수신장치(200)가 전송하는 식별 정보 및/또는 설정 정보를 수신하여 전력 전달이 효율적으로 이루어지도록 제어할 수 있다.
상기 식별 및 설정 상태(630)에서 상기 무선전력 수신장치(200)는 자신의 식별 정보를 포함하는 전력 제어 메시지를 전송할 수 있다. 이를 위하여, 상기 무선전력 수신장치(200)는, 예컨대, 무선전력 수신장치(200)의 식별 정보를 나타내는 메시지가 포함된 식별 패킷(Identification Packet)(5200) 을 전송할 수 있다. 상기 패킷(5200)은 식별 정보를 나타내는 패킷임을 알리는 헤더(5220) 및 상기 무선전력 수신장치의 식별 정보를 포함하는 메시지(5230)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 메시지(5230)는 무선 전력 전송을 위한 규약의 버전을 나타내는 정보(2531 및 5232), 상기 무선전력 수신장치(200)의 제조 업체를 식별하는 정보(5233), 확장 장치 식별자의 유무를 나타내는 정보(5234) 및 기본 장치 식별자(5235)를 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 확장 장치 식별자의 유무를 나타내는 정보(5234)에 확장 장치 식별자가 존재하는 것으로 표시되는 경우, 확장 장치 식별자를 포함한 확장 식별 패킷(Extended Identification Packet)(5300) 이 별도로 전송될 수 있다. 상기 패킷(5300)은 확장 장치 식별자를 나타내는 패킷임을 알리는 헤더(5320) 및 확장 장치 식별자를 포함하는 메시지(5330)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 같이 확장 장치 식별자가 사용되는 경우에, 상기 무선전력 수신장치(200)를 식별하기 위하여 상기 제조 업체의 식별 정보(5233), 상기 기본 장치 식별자(5235) 및 상기 확장 장치 식별자(5330)에 기초한 정보가 사용될 수 있다.
상기 식별 및 설정 상태(630)에서 상기 무선전력 수신장치(200)는 예상 최대 전력에 대한 정보를 포함하는 전력 제어 메시지를 전송할 수 있다. 이를 위하여, 상기 무선전력 수신장치(200)는, 예컨대, 설정 패킷(Configuration Packet)(5400) 을 전송할 수 있다. 상기 패킷은 설정 패킷임을 알리는 헤더(5420) 및 상기 예상 최대 전력에 대한 정보를 포함하는 메시지(5430)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 메시지(5430)는 전력 클래스(5431), 예상 최대 전력에 대한 정보(5432), 무선전력 전송장치 측의 주요 셀의 전류를 결정하는 방법을 나타내는 지시자(5433), 선택적인 설정 패킷들의 수(5434)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 지시자(5433)는 무선 전력 전송을 위한 규약에 명시된 대로 상기 무선전력 전송장치 측의 주요 셀의 전류가 결정될 것인지 여부를 나타내는 것일 수 있다.
한편, 상기 무선전력 전송장치(100)는 상기 식별 정보 및/또는 설정 정보를 기초로 상기 무선전력 수신장치(200)와 전력 충전에 사용되는 전력 전달 규약(power transfer contract)을 생성할 수 있다. 상기 전력 전달 규약은 상기 전력 전달 상태(640)에서의 전력 전달 특성을 결정하는 파라미터들의 한정 사항들(limits)을 포함할 수 있다.
상기 무선전력 전송장치(100)는 상기 전력 전달 상태(640)로 진입하기 전에 상기 식별 및 설정 상태(630)를 종료하고, 상기 선택 상태(610)로 되돌아 갈 수 있다. 예컨대, 상기 무선전력 전송장치(100)는 무선으로 전력을 수신할 수 있는 다른 무선전력 수신장치를 찾기 위하여 상기 식별 및 설정 상태(630)를 종료할 수 있다.
4) 전력 전송 상태 (Power Transfer Phase)
상기 전력 전송 상태(640)에서의 상기 무선전력 전송장치(100)는 상기 무선전력 수신장치(200)로 전력을 전송한다.
상기 무선전력 전송장치(100)는 전력을 전송하는 도중에 상기 무선전력 수신장치(200)로부터 전력 제어 메시지를 수신하고, 상기 수신한 전력 제어 메시지에 대응하여 상기 전송 코일에 인가되는 전력의 특성을 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 전송 코일의 전력 특성을 조절하기 위해 사용되는 전력 제어 메시지는 제어 오류 패킷(Control Error Packet)(5500)에 포함될 수 있다. 상기 패킷(5500)은 제어 오류 패킷임을 알리는 헤더(5520)와 제어 오류 값을 포함하는 메시지(5530)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 무선전력 전송장치(100)는 상기 제어 오류 값에 따라 상기 전송 코일에 인가되는 전력을 조절할 수 있다. 즉, 상기 전송 코일에 인가되는 전류는 상기 제어 오류 값이 0인 경우에 유지되고, 음수(negative value)인 경우에 감소되고, 양수(positive value)인 경우에 증가하도록 조절될 수 있다.
상기 전력 전송 상태(640)에서 상기 무선전력 전송장치(100)는 상기 식별 정보 및/또는 설정 정보를 기초로 생성된 전력 전달 규약(power transfer contract) 내의 파라미터들을 모니터링할 수 있다. 상기 파라미터들을 모니터링한 결과, 상기 무선전력 수신장치(200)와의 전력 전송이 상기 전력 전달 규약 내에 포함되어 있는 한정 사항들을 위반하게 되는 경우에는 상기 무선전력 전송장치(100)는 상기 전력 전송을 취소하고 상기 선택 상태(610)로 되돌아갈 수 있다.
상기 무선전력 전송장치(100)는 상기 무선전력 수신장치(200)로부터 전달된 전력 제어 메시지를 기초로 상기 전력 전송 상태(640)를 종료할 수 있다.
예를 들어, 상기 무선전력 수신장치(200)가 전달된 전력을 이용하여 배터리를 충전하는 도중에 상기 배터리의 충전이 완료된 경우 상기 무선전력 전송장치(100)로 무선 전력 전송을 중지할 것을 요청하는 전력 제어 메시지를 전달할 수 있다. 이 경우, 상기 무선전력 전송장치(100)는 상기 전력 전송의 중지를 요청하는 메시지를 수신한 후, 무선 전력 전송을 종료하고 상기 선택 상태(610)로 되돌아 갈 수 있다.
또 다른 예를 들어, 상기 무선전력 수신장치(200)는 이미 생성된 전력 전달 규약을 갱신하기 위하여 재협상(renegotiation) 또는 재설정(reconfigure)을 요청하는 전력 제어 메시지를 전달할 수 있다. 상기 무선전력 수신장치(200)는 현재 전송되는 전력량보다 많거나 적은 양의 전력이 필요한 경우에 상기 전력 전달 규약의 재협상을 요청하는 메시지를 전달할 수 있다. 이 경우, 상기 무선전력 전송장치(100)는 상기 전력 전달 규약의 재협상을 요청하는 메시지를 수신한 후, 무선 전력 전송을 종료하고 상기 식별 및 설정 상태(630)로 되돌아 갈 수 있다.
이를 위하여, 상기 무선전력 수신장치(200)가 전송하는 메시지는, 예컨대, 전력 전송 중단 패킷(End Power Transfer Packet)(5600)일 수 있다. 상기 패킷(5600)은 전력 전송 중단 패킷임을 알리는 헤더(5620) 및 중단의 이유를 나타내는 전력 전송 중단 코드를 포함하는 메시지(5630)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 전력 전송 중단 코드는 충전 완료(Charge Complete), 내부 오류(Internal Fault), 과열(Over Temperature), 과전압(Over Voltage), 과전류(Over Current), 배터리 오류(Battery Failure), 재설정(Reconfigure), 무응답(No Response), 알려지지 않은 오류(Unknown) 중 어느 하나를 나타낼 수 있다.
도 1 내지 도 12를 참조하여 상술한 무선전력 전송장치(100)를 이용하여 다른 기기에 구비된 전자 소자의 손상을 막는 방법에 대하여 이하 도 13 내지 도 20b를 참조하여 후술한다.
도 13은 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치 사이에 NFC 카드가 위치한 경우 발생하는 문제를 도시한다.
무선전력 전송장치(100 또는 1210)는, 무선 전력 전달을 위하여 평평한 표면(flat surface) 형태의 인터페이스 표면(interface surface)을 구비할 수 있다. 상기 인터페이스 표면의 상부에는 하나 이상의 무선전력 수신장치(1220)가 놓일 수 있으며, 상기 인터페이스 표면의 하부에는 전송 코일이 장착될 수 있다.
상기 인터페이스 표면에 동전과 같은 이물질이 있는 경우, 전력 전달의 효율이 떨어지며, 상기 이물질은 발화의 원인이 될 수 있다. 따라서, 무선전력 전송장치는 이물질을 감지하기 위한 다양한 센서를 구비하고, 이물질이 제거되어야만 무선 충전을 수행하도록 이루어지고 있다.
무선전력 수신장치(1220)는 휴대가 가능한 이동 단말기인 경우가 일반적인데, 이동 단말기의 사용자는 이동 단말기를 보호하기 위한 케이스(또는, 범퍼)를 이동 단말기에 부착하여 사용하는 추세이다.
이에 따라 다양한 종류의 케이스가 개발되고 있으며, 지갑의 기능이 구현되도록 카드 수납부가 구비된 케이스가 다수 제공되고 있다. 사용자는 이동 단말기의 고유의 기능을 그대로 이용하면서도, 상기 카드 수납부에 자주 사용하는 카드를 수납시킴으로써 상기 카드에 내장된 정보를 이용하여 물품을 구매하거나 서비스를 이용할 수 있다.
상기 카드는 각종 정보를 구비한 칩과 안테나를 구비하며, 무선으로 데이터를 송수신하도록 이루어진다. 이러한 기술은 RFID(radio frequency identification)으로 호칭되며, 대표적인 예는 NFC(near field communication) 이다. 본 명세서에서는, NFC에서 규정한 주파수 대역으로 통신을 수행할 수 있는 카드를 ‘NFC 카드’로 호칭한다.
상기 케이스에 카드가 수납된 상태로, 상기 이동 단말기(또는, 무선전력 수신장치)가 상기 인터페이스 표면에 놓이면, 상기 무선전력 전송장치(1210)와 상기 무선전력 수신장치(1220) 사이에는 NFC 카드(1230)가 위치하게 된다.
종래, NFC 카드는 무선전력 전송장치가 무선 충전을 수행함에 있어서 이물질로 분류되지 않았다. 하지만, 최근 실험 결과에 따르면, NFC 카드가 놓여있는 상태에서 무선충전이 이루어지는 경우, NFC 카드에 구비된 안테나를 통해 무선 충전의 전력이 유기되어 NFC 카드에 손상이 발생하는 것이 확인되었다. 심지어 NFC 카드에서 발생하는 발열에 의하여 발화가 이루어질 수 있음이 확인되었다.
도 13에는 13.56 MHz의 주파수 대역을 사용하는 NFC 카드가 일 예로 도시되어 있으나, 상기 NFC 카드는 임의의 주파수 대역을 사용하는 임의의 전자 기기로 대체될 수 있다. 즉, NFC 카드뿐만 아니라 임의의 주파수 대역을 사용하는 임의의 전자기기는 무선전력 전송장치(1210)에서 전달되는 전력에 의하여 훼손될 수 있다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, NFC 카드처럼 무선 충전으로 손상될 수 있는 전자 기기를 탐색하고, 탐색 여부에 따라 서로 다른 방식으로 제어를 수행하는 무선전력 전송장치(1210)를 제공하기 위한 것이다.
무선전력 전송장치(1210)는 무선전력 수신장치(1220)가 감지되면, 전력을 전달하기 위하여 무선 전력 신호를 송신한다.
상기 무선전력 전송장치(1210)는 상기 무선 전력 신호에 의한 자기 유도 현상에 기초한 유도 결합(Inductive Coupling) 방식과 특정한 주파수의 무선 전력 신호에 의한 전자기적 공진 현상에 기초한 공진 결합(Magnetic Resonance Coupling) 방식 중 하나 이상을 이용하여 전력을 전달할 수 있다.
상기 무선전력 전송장치(1210)는 기설정된 방식에 따라 상기 무선전력 수신장치(1220)로 전력을 전달하거나, 다수의 방식들 중에서 어느 하나의 방식을 선택하고 선택된 방식에 따라 전력을 전달할 수 있다.
상기 무선전력 전송장치(1210)는 상기 무선전력 수신장치(1220)를 식별하고, 상기 무선 전력 신호를 형성하기 위한 상기 전력 변환부의 주파수, 전압, 전류 중 하나 이상의 특성을 결정할 수 있다. 상기 특성의 결정은 상기 무선전력 전송장치(1210) 측의 조건에 의하여 또는 상기 무선전력 수신장치(1220) 측의 조건에 의하여 이루어질 수 있다.
상기 다수의 방식들은 A4WP의 표준에 규정된 제1방식(6.78 MHz 사용), WPC나 PMA의 표준에 규정된 제2방식(145 kHz 및 5W 사용) 및/또는 제3방식(145 kHz 및 15W 사용)을 포함할 수 있다. 상술한 방식 외에도 무선 충전을 수행하기 위한 다양한 방식들이 본 발명의 무선전력 전송장치(1210)에 적용될 수 있음은 자명하다.
상기 무선전력 전송장치(1210)의 활동 영역 또는 감지 영역 내에 NFC 카드가 있는 상태에서 상기 제1 내지 제3 방식들에 의한 무선 충전을 실험한 결과, 상기 제1 및 제3 방식에 의하여 전력이 전달되는 경우 NFC 카드에 손상이 발생하는 것이 확인되었다. 이와 달리, 제2 방식에 의하여 전력이 전달되는 경우에는, NFC 카드가 무선 충전에 영향을 주지 않으며, NFC 카드에 손상도 발생하지 않는 것이 확인되었다.
본 발명에 따른 무선전력 전송장치(1210)는 NFC 카드가 검출되는 경우, 전력 전달 방식을 변경하거나, 전력이 전달되지 않도록 제어를 수행함으로써, 다른 기기에 구비된 전자 소자의 손상을 막을 수 있다. 그 구체적인 방법에 대해서는 이하 첨부된 도면들을 참조하여 후술한다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 전송장치의 무선전력 전송방법을 설명하기 위한 흐름도이다 .
무선전력 전송장치(1210)는 전력 변환부(111) 및 전력 송신 제어부(112)를 포함한다.
상기 전력 변환부(111)는 전기장, 자기장 또는 전자기장과 같은 에너지 필드의 형태로 전달되는 무선 전력 신호를 송신하도록 이루어지며, 무선 충전 코일(또는, 전송 코일; 1111a)을 포함한다.
상기 전력 송신 제어부(112 또는 1212)는 상기 무선 전력 신호를 이용하여 무선전력 수신장치(1220)에 전력을 전달하도록 이루어진다. 상기 전력 송신 제어부(112)는 ‘무선 충전 MCU’로 호칭될 수도 있다. 도 14에 도시된 무선전력 전송방법은 상기 전력 송신 제어부에 의하여 수행될 수 있다.
먼저, 기설정된 조건이 만족되는 경우, 무선 충전 코일을 이용하여 NFC 검출 신호를 전송한다. 상기 전력 송신 제어부(1212)는 전력을 전달하기 위한 무선 전력 신호가 아닌 NFC 검출 신호가 송신되도록 상기 전력 변환부(111)를 제어한다.
여기서, 기설정된 조건이 만족되는 경우는, 무선 충전을 수행하기에 앞서 또는 무선 충전을 수행하는 중에 무선 충전에 의하여 손상될 우려가 있는 물체가 소정 범위 내에 존재하는지를 판단해야 하는 상황으로 정의된다.
예를 들어, 상기 기설정된 조건이 만족되는 경우는, 무선 충전 요청이 수신되는 경우일 수 있다. 소정 범위 내에 위치한 무선전력 수신장치(1220)로부터 무선 충전 요청이 수신되는 경우, 기설정된 조건이 만족되는 경우에 해당할 수 있다.
여기서, 상기 소정 범위는 상기 활동 영역 및/또는 상기 감지 영역일 수 있으며, 실시 예에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
다른 일 예로, 기설정된 조건이 만족되는 경우는, 무선 충전이 이루어지고 있지 않은 비활성화 상태에서 상기 소정 범위 내에 물체가 감지된 경우일 수 있다. 즉, 무선전력 전송장치(1210)의 동작상태가 비활성화 상태에서 선택 상태(610)로 전환되는 경우, 기설정된 조건이 만족되는 경우에 해당할 수 있다.
다른 일 예로, 기설정된 조건이 만족되는 경우는, 무선 충전이 이루어지고 있지 않은 비활성화 상태에서 상기 소정 범위 내에 무선전력 수신장치(1220)가 감지된 경우일 수 있다. 임의의 물체가 감지되었으나, 감지된 물체가 무선전력 수신장치(1220)가 아닌 경우에는, 기설정된 조건이 만족되지 않는 경우로 판단된다. 이경우, 선택 상태가 다시 비활성화 상태로 전환되게 된다.
다른 일 예로, 상기 기설정된 조건을 만족하는 경우는, 온도 센서로부터 수신된 온도가 기준 온도보다 높은 경우일 수도 있다 . 무선 충전이 이루어지고 있는 상태에서 온도가 기준 온도보다 높아지는 경우, 무선전력 수신장치(1220)가 아닌 이물질에 의한 발열이 발생했을 가능성이 있기 때문이다.
다른 일 예로, 무선 충전이 이루어지고 있는 활성화 상태에서 활성화가 시작된 시점부터 단위 시간 마다 무선 전력 신호가 아닌 NFC 검출 신호가 전송될 수도 있다. 즉, 전력 송신 제어부(1212)는 무선 충전 중에 단위시간 마다 무선 충전을 일시 중지하고, NFC 검출 신호를 전송할 수 있다. 이는 무선 충전 중에 이물질이 상기 소정 범위 내로 진입하는 것을 감지하기 위함이다.
상술한 예 이외에도, 다양한 조건들이 설정될 수 있으며, 상기 전력 송신 제어부(1212)는 상기 다양한 조건들 중 적어도 하나의 조건이 만족되는 경우, NFC 검출 신호를 전송할 수 있다.
한편, NFC 검출 신호는, NFC 기기를 검출하기 위한 신호를 의미하며, 13.56MHz의 주파수 대역에 포함된다.
상기 NFC 검출 신호는, 일 예이며, 탐색 대상이 되는 기기의 종류에 따라 검출 신호의 주파수 대역은 달라질 수 있다. 예를 들어, 지그비 검출 신호는 지그비 기기를 검출하기 신호로 2.4GHz의 주파수 대역에 포함될 수 있다.
검출하고자 하는 기기의 종류가 복수 개이면, 전력 송신 제어부(1212)는 서로 다른 주파수 대역을 가지는 검출 신호가 기설정된 순서대로 출력되도록 전력 변환부(111)를 제어할 수 있다. 또는, 검출 신호는 주파수 변조 연속파로 이루어져 특정 주파수 대역에 대응하는 특정 기기를 검출하는데 이용될 수도 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위하여 NFC 기기를 탐색하기 위한 NFC 검출 신호를 전송하는 것을 본원발명의 일 예로 설명한다.
상기 NFC 검출 신호는 무선전력을 전달하는데 이용되는 무선 충전 코일을 통해 송신될 수 있다. 즉, 상기 무선 전력 신호 및 상기 NFC 검출 신호 중 어느 하나는 상기 무선 충전 코일을 통해 선택적으로 송신될 수 있다. 무선 전력 제어부(1212)는 상기 어느 하나를 송신 하기 위하여 주파수를 스위칭하고 안테나의 특성을 스위칭 할 수 있다. 이로써, 무선 충전 코일은 무선 충전을 위한 주파수로 동작하거나, NFC 검출을 위한 주파수로 동작할 수 있다.
일반적으로 NFC 기기를 검출하려면 NFC 기기를 검출하기 위한 안테나가 구비되어야 한다. 근거리 통신을 수행하기 위한 통신 안테나와 무선 충전을 수행하기 위한 충전 안테나가 각각 구비되어야 하기 때문에, 통신 안테나를 위한 별도의 공간이 필요하며, 그만큼의 추가 비용이 발생하게 된다.
이와 달리, 본 발명에 따른 무선전력 전송장치(1210)는 충전 안테나에 해당하는 무선 충전 코일을 필요에 따라 NFC 기기를 검출하기 위한 통신 안테나로 이용한다. 별도의 통신 안테나가 구비되지 않아도 NFC 검출 신호가 무선 충전 코일을 통해 전송되게 된다.
상기 전력 변환부(111)는 상기 NFC 검출 신호를 전송하는 경우, 패킷(packet)이 상기 NFC 검출 신호에 포함되도록, 상기 NFC 검출 신호를 변조한다. 상기 패킷은 근거리 무선 통신(near field communication; NFC)을 수행할 수 있는 NFC 기기가 복조 할 수 있도록 이루어진다 .
다음으로, 검출 신호에 대한 응답 신호를 검출한다(S1430).
NFC 기기는 상기 NFC 검출 신호에 응답하여 응답 신호를 전송하도록 설계된다. NFC를 위한 통신 안테나가 구비되면 상기 응답 신호를 직접적으로 검출할 수 있으나, 충전 안테나에 해당하는 무선 충전 코일로는 상기 응답 신호를 검출할 수 없는 문제가 있다.
본 발명에 따른 무선전력 전송장치(1210)는 상기 응답 신호를 검출하기 위하여 NFC 검출부(미도시)를 구비한다. 상기 NFC 검출부는 통신 안테나와 전혀 다른 구성에 해당하며, 상기 NFC 검출 신호에 의하여 형성되는 에너지 필드로부터, 상기 응답 신호에 의하여 형성되는 왜곡을 감지하도록 이루어진다 . 상기 NFC 검출부는 통신 안테나에 비하여 훨씬 저렴하게 생산할 수 있는 복조기일 수 있으며, 상기 복조기는 상기 왜곡을 감지하기 위한 적어도 하나의 필터를 포함한다 .
상기 NFC 검출부는 상기 응답 신호의 검출 여부를 상기 전력 송신 제어부(1212)로 전송한다.
전력 송신 제어부(1212)는 상기 NFC 검출 신호에 대한 응답 신호가 검출되는지 여부에 따라 상기 전력 변환부를 서로 다른 방식으로 제어한다.
구체적으로, 소정시간 이내에 상기 응답 신호가 검출되는 경우 전력 전달 방식이 변경되거나, 전력이 전달되지 않도록 상기 무선 충전 코일을 제어한다(S1450) .
상기 응답 신호가 검출되는 것은 소정 범위 내에 NFC 기기가 존재하는 것을 의미하며, 무선 전력 신호를 송신하게 되면 상기 NFC 기기에 손상이 발생할 수 있다.
따라서, 전력 송신 제어부(1212)는 전력 전달 방식이 달라지도록 상기 전력 변환부(111)를 제어하거나, 상기 무선전력 수신장치(1220)로 전력이 전달되지 않도록 상기 전력 변환부(111)를 제어한다.
예를 들어, 전력 송신 제어부는 제1 방식으로 무선 전력 신호가 전달되도록 세팅되어 있을 수 있다. 제1 또는 제2 방식으로 전력을 수신할 수 있는 제1 무선전력 수신장치, 그리고 NFC 기기가 동시에 감지된 경우, 전력 송신 제어부(1212)는 NFC 기기를 손상시킬 우려가 있는 제1 방식이 아닌 제2 방식으로 무선 전력을 전달한다.
다른 예를 들어, 제1 또는 제3 방식으로 전력을 수신할 수 있는 제2 무선전력 수신장치, 그리고 NFC 기기가 동시에 감지된 경우, 선택할 수 있는 전력 전달 방식이 없으므로, 전력 송신 제어부(1212)는 무선 전력 신호가 상기 전력 변환부(111)를 통해 송신되는 것을 제한한다 .
전력 전달 방식을 변경하는 것은, 복수의 전력 전달 방식들 중에서 NFC 기기를 손상시킬 우려가 있는 방식을 제외하고, NFC 기기를 손상시킬 우려가 없는 방식을 선택하는 것을 의미한다.
전력 전달 방식이 달라진다는 것은 전력을 제공하는 무선 전력 신호의 주파수 및/또는 단위전력량이 달라지는 것을 의미한다.
상기 전력 송신 제어부(1212)는 상기 전력 전달 방식을 변경하는 경우, 상기 무선 전력 신호가 제1 주파수 및 제2 주파수 중 어느 하나에서 다른 하나로 전환되도록 상기 전력 변환부를 제어할 수 있다. 상기 무선 전력 신호가 상기 다른 하나로 전환된 경우 상기 어느 하나로 전송되는 것은 제한된다 . 상기 전력 송신 제어부는, 상기 전력 전달 방식을 변경하는 경우, 상기 무선 전력 신호가 제1 주파수로 송신되는 것을 제한하고 상기 제1 주파수가 아닌 제2 주파수로 송신되도록, 상기 전력 변환부를 제어할 수 있다. 상기 어느 하나로 상기 무선 전력 신호가 전송되면 NFC 기기가 손상되기 때문이다.
NFC 기기가 검출되면 자기공명방식으로의 충전이 불가능하므로, 전력 전달 방식은 자기공명방식에서 자기유도방식으로 변경될 수 있다.
한편, 상기 응답 신호가 검출되지 않은 상태로 상기 소정시간이 지나면, 상기 무선 충전 코일을 이용하여 무선 전력 신호를 송신한다(S1470).
상기 응답 신호가 검출되지 않은 것은, 무선 충전으로 손상될 수 있는 NFC 기기가 소정 범위 내에 존재하지 않는 것을 의미하므로, 전력 송신 제어부(1212)는 무선 전력 신호가 전송되도록 상기 전력 변환부(111)를 제어한다.
전력을 전달하기 위한 무선 전력 신호는, 소정 범위 내에 NFC 기기가 존재하지 않는 경우에 전송된다. 상기 NFC 기기가 존재하는 경우 상기 무선전력 신호의 전송이 제한되기 때문에, NFC 기기에 손상이 발생되는 것이 사전에 차단된다.
나아가, 상기 NFC 기기를 탐색하기 위한 NFC 검출 신호가 상기 무선 전력 신호를 전송하기 위한 무선 충전 코일을 통해 전송되며, 복조기를 이용해 상기 NFC 기기의 응답 신호를 검출할 수 있다. 이로써, 근거리 통신을 위한 별도의 통신 모듈을 구비하지 않을 수 있다. 복조기는 간단한 회로로 구현되지만, 상기 통신 모듈은 상기 복조기에 비해 많은 비용과 공간이 필요하므로, 생산 단가를 낮추는 효과가 있다.
이하에서는, 전력 송신 제어부(1212)가 무선 전력 신호 또는 NFC 검출 신호를 선택적으로 송신하는 방법에 대하여 구체적으로 살펴본다.
무선전력 전송장치(1210)는 전력 송신 제어부(1212, 또는 wireless charger MCU), 복조기(1216, 또는 AMD), 무선 충전 코일(1214, 또는 wireless charger antenna)를 포함할 수 있다.
도 15a 내지 도 15c는 도 14의 무선전력 전송방법을 수행하기 위한 무선전력 전송장치로서, 다중화기를 구비한 무선전력 전송장치의 블록도들이다.
도 15a를 참조하면, 전력 송신 제어부(1212)는 기설정된 조건이 만족되는지 여부에 따라 주파수를 스위칭 하고 안테나 특성을 스위칭 하게 된다.
기설정된 조건이 만족되는 경우, 무선전력 전송장치(1210)는 13.56 Mhz의 NFC 검출 신호를 이용하여 에너지 필드를 생성한다. 상기 무선전력 전송장치(1210)는 상기 에너지 필드에 왜곡을 만들어 줌으로써 패킷을 NFC 기기(1220, 또는 NFC 카드)로 전송한다.
NFC 기기(1220)는 상기 에너지 필드의 왜곡에 응답하여 응답 신호를 생성한다. 상기 NFC 기기(1220)는 상기 에너지 필드에 왜곡을 만드는 방법으로 상기 응답 신호를 생성한다.
무선전력 전송장치(1210)에 구비된 NFC 검출부에 해당하는 복조기(1216, 또는, analog demodulator)는 상기 NFC 기기(1220)에 의하여 형성되는 상기 에너지 필드의 왜곡을 이용하여 응답 신호를 검출한다. 상기 복조기는 고주파 전기장에 생성된 저주파 왜곡을 적어도 하나의 필터를 통해 상기 NFC 기기(1220)가 생성한 패킷만 걸러내서 응답 신호를 검출한다. 상기 복조기는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다는 점에서 아날로그 복조기로 호칭될 수 있다.
전력 송신 제어부(1212)는 상기 복조기(1216)에서 전송되는 디지털 신호에 근거하여 응답 신호의 검출 여부를 확인할 수 있다.
한편, 무선전력 전송장치(1210)는 추가적으로 다중화기(multiplexer, 1217)를 포함할 수 있다. 도 15b 및 도 15c에 도시된 바와 같이, 상기 다중화기(1217)는 상기 전력 송신 제어부의 제어에 근거하여, 상기 무선 전력 신호 및 상기 NFC 검출 신호 중 어느 하나를 상기 전력 변환부에 선택적으로 전송하도록 이루어진다 .
예를 들어, 6.78Mhz의 주파수 대역을 가지는 무선 전력 신호 및/또는 13.56MHz의 주파수 대역을 가지는 NFC 검출 신호가 생성될 수 있다. 다중화기(1217)는 전력 송신 제어부(1212)의 제어에 따라 상기 무선 전력 신호 또는 상기 NFC 검출 신호를 상기 전력 변환부(111)로 전송한다.
도 15b에는, NFC 검출 모드로 동작하는 무선전력 전송장치(1210)의 블록도가 개시되어 있다. 무선 전력 신호(6.78 Mhz) 대신 NFC 검출 신호(13.56 Mhz)가 무선 충전 코일(1214)을 통해 송신된다. 복조기(1216)를 통해 응답 신호가 검출되는 경우, NFC 검출 모드가 계속해서 유지되며, 무선 전력 신호가 송신되는 것이 제한된다.
이와 달리, 도 15c에는, 무선 충전 모드로 동작하는 무선전력 전송장치(1210)의 블록도가 개시되어 있다. 이 경우, NFC 검출 신호 대신 무선 전력 신호가 무선 충전 코일(1214)을 통해 송신된다. 전력을 효율적으로 사용하기 위하여, 상기 무선 충전 모드에서는 복조기(1216)로 전력이 전달되는 것이 차단될 수 있다.
도 16a 내지 도 16c는 도 14의 무선전력 전송방법을 수행하기 위한 무선전력 전송장치로서, 분주기를 구비한 무선전력 전송장치의 블록도들이다.
도 16a를 참조하면, 무선전력 전송장치(1210)는 다중화기(1217) 대신 분주기(1218)를 포함할 수 있다. 무선전력 전송장치(1210)는 하나의 주파수를 가지는 신호를 생성하되, 상기 분주기(1218)를 이용하여 무선 전력 신호 또는 NFC 검출 신호로 변환할 수 있다. 구체적으로, 상기 분주기(1218)는 상기 전력 송신 제어부의 제어에 근거하여, 상기 NFC 검출 신호를 이용하여 상기 무선 전력 신호를 생성하도록 이루어진다 . 상기 무선 전력 신호와 상기 NFC 검출 신호는 정수비를 이루기 때문에, 하나의 신호로부터 서로 다른 신호가 분주될 수 있다 .
도 16b에 도시된 것처럼, NFC 검출 모드로 동작하는 경우, NFC 검출 신호(13.56 Mhz)가 무선 충전 코일(1214)을 통해 송신된다. 복조기(1216)를 통해 응답 신호가 검출되는 경우, NFC 검출 모드가 계속해서 유지되며, 무선 전력 신호가 송신되는 것이 제한된다.
이와 달리, 도 16c에 도시된 것처럼, 무선 충전 모드로 동작하는 경우, NFC 검출 신호(13.56 Mhz)는 분주되어 상기 NFC 검출 신호가 아닌 무선 전력 신호(6.78 Mhz)가 무선 충전 코일(1214)을 통해 송신된다.
도 17은 도 15a 내지 도 16c에서 설명한 NFC 검출부를 좀 더 구체적으로 설명하기 도면이다.
복조기(1216)은 아날로그로 입력된 입력 신호를 적어도 하나의 필터를 이용하여 필터링 하고, 디지털 신호로 변환된 출력 신호를 출력한다. 상기 필터에는 저역 필터(low pass filter), 증폭기(Amplify), 비교기(comparator), 변조기(Level Shift) 중 적어도 하나가 포함될 수 있다.
상기 복조기(1216)는 변조된 반송파에서 원래의 신호를 복원하는 기기를 의미한다. 송신측에서 신호를 전송하는 경우 공간이나 전송 선로를 전파하기 쉬운 전자파인 반송파의 진폭, 주파수 또는 위상 등을 변화시켜 전송한다. 수신측에 구비된 상기 복조기(1216)는 반송파의 진폭, 주파수 또는 위상 등을 변화시킨 전자파인 피변조파에서 송신측에서 보내고자 했던 신호를 복원한다.
상기 복조기(1216)는 NFC 안테나와 달리 저렴한 비용으로 생산이 가능하기 때문에, 무선전력 전송장치(1210)의 생산 단가가 현저히 낮아질 수 있다.
도 18은 도 14의 무선전력 전송방법을 수행하기 위한 무선전력 전송장치로서, NFC 안테나를 구비한 무선전력 전송장치의 블록도이다.
상술한 복조기(1216) 대신 근거리 통신을 수행할 수 있는 근거리 통신 모듈(1810)이 무선전력 전송장치(1210)에 구비될 수 있다.
상기 근거리 통신 모듈(1810)은 NFC 기기와 통신을 수행하도록 이루어지는 NFC 안테나(1812)와 상기 통신과 관련된 제어를 수행하도록 이루어지는 NFC 제어부(1814)를 포함한다.
NFC 검출 모드가 시작되면, 상기 NFC 제어부(1814)는 상기 NFC 안테나(1812)를 이용하여 NFC 검출 신호를 전송하고, NFC 기기(1220)로부터 전송되는 응답 신호를 수신한다. 상기 NFC 제어부(1814)는 NFC 기기(1220)가 검출되는 경우, NFC 검출 모드를 유지할 것을 전력 전송 제어부(1212)로 요청한다. 상기 전력 전송 제어부(121)는 상기 NFC 제어부(1814)의 요청에 응답하여 무선 충전 코일을 통해 무선 전력 신호가 전송되는 것을 제한하거나, 전력 전달 방식을 변경할 수 있다.
도 19는 무선전력 전송방법을 좀 더 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 19를 참조하면, 무선전력 전송장치(1210)는 인터페이스 표면에 물체가 놓여지는 것을 감지할 수 있다. 무선전력 전송장치(1210)는 상기 인터페이스 표면에 물체가 놓여지는 것에 응답하여 무선 충전 신호를 이용하여 상기 물체의 종류를 식별한다. 상기 인터페이스 표면에 무선 충전을 방해하는 이물질이 있는지 여부도 상기 무선 충전 신호에 의하여 탐색될 수 있다.
상기 인터페이스 표면에 놓여 있는 물체가 무선전력 수신장치(1220)이고 이물질이 없는 경우, 전력 송신 제어부(1212)는 무선 충전 모드를 NFC 검출 모드로 전환한다. NFC 검출 모드가 실행됨에 따라, 주파수와 안테나 특성이 스위칭 되고, 무선 전력 신호 대신 NFC 검출 신호가 송신된다. 상기 NFC 검출 모드에서는 NFC 검출을 위한 동작이 이루어지며, 무선 충전 코일을 통해 NFC 검출 신호가 송신되고, 복조기를 통해 응답 신호가 검출된다.
소정 시간 이내에 응답 신호가 검출되면 계속해서 NFC 검출 모드가 실행되고, 상기 응답 신호가 검출되지 않으면, 상기 NFC 검출 모드는 상기 무선 충전 모드로 전환되면서 전력 전송 상태(640)가 된다
NFC 검출 모드는 NFC 검출 상태(650)로 호칭될 수 있으며, 전력 전송 상태(640)가 이루어지기 위해서는 상기 NFC 검출 상태(650)에서 NFC 기기가 검출되지 않아야 한다. 즉, 상기 NFC 검출 상태에서 NFC 기기가 검출되지 않은 경우에 한하여 전력 전송 상태(640)가 시작된다.
본 명세서에 기재된 일 실시 예에 따른 무선전력 전송장치(1210)는 차량에 설치되고, 상기 차량에 구비된 배터리를 이용하여 무선 전력 신호를 송신할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 기재된 발명은 무선전력 전송장치(1210)를 구비하는 차량으로까지 확장될 수 있다.
도 20a 및 도 20b는 무선전력 전송장치를 구비한 차량을 설명하기 위한 도면들이다.
도 20a에 도시된 바와 같이, 무선전력 전송장치(1210)는 차량에 구비된 차량 제어장치(2000)나 차량에 구비된 차량 출력부(2100)와 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 무선전력 전송장치(1210)는 동작 상태를 알리기 위한 알림 정보를 상기 차량 제어장치(2000) 및/또는 상기 차량 출력부(2100)로 전송할 수 있다. 상기 차량 출력부(2100)는 비디오 출력부 및/또는 오디오 출력부를 포함하고, 상기 알림 정보에 근거하여 상기 무선전력 전송장치(1210)의 동작과 관련된 안내 정보를 출력할 수 있다.
나아가, 상기 무선전력 전송장치(1210)의 전력 송신 제어부(1212)는 NFC 검출 모드에서 응답 신호가 검출되는 경우, NFC 기기가 검출되었음을 알리는 알림 신호를 출력할 수 있다. 상기 차량 출력부(2100)는 상기 알림 신호에 근거하여 상기 NFC 기기와 관련된 안내 정보를 출력할 수 있다.
예를 들어, NFC 기기가 검출되어 급속 충전이 불가능하기 때문에 저속 충전이 이루어지고 있다는 정보, NFC 기기를 제거해야만 무선 충전이 가능해진다는 정보 등이 상기 안내 정보로 상기 차량 출력부(2100)에 출력될 수 있다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드(또는, 애플리케이션이나 소프트웨어)로서 구현하는 것이 가능하다. 상술한 자율 주행 차량의 제어 방법은 메모리 등에 저장된 코드에 의하여 실현될 수 있다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 프로세서 또는 제어부를 포함할 수도 있다. 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 (20)

  1. 무선전력 수신장치와 통신을 수행하는 무선전력 전송장치에 있어서,
    전기장, 자기장 또는 전자기장과 같은 에너지 필드의 형태로 전달되는 무선 전력 신호를 송신하도록 이루어지는 전력 변환부; 및
    상기 무선 전력 신호를 이용하여, 상기 무선전력 수신장치에 전력을 전달하도록 이루어지는 전력 송신 제어부를 포함하고,
    상기 전력 송신 제어부는,
    기설정된 조건이 만족되는 경우, 상기 무선 전력 신호가 아닌 NFC 검출 신호가 송신되도록 상기 전력 변환부를 제어하고,
    상기 NFC 검출 신호에 대한 응답 신호가 검출되는지 여부에 따라 상기 전력 변환부를 서로 다른 방식으로 제어하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력 송신 제어부는,
    상기 응답 신호가 검출되는 경우, 전력 전달 방식이 달라지도록 상기 전력 변환부를 제어하거나, 상기 무선전력 수신장치로 전력이 전달되지 않도록 상기 전력 변환부를 제어하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전력 송신 제어부는,
    상기 전력 전달 방식을 변경하는 경우, 상기 무선 전력 신호가 제1 주파수 및 제2 주파수 중 어느 하나에서 다른 하나로 전환되도록 상기 전력 변환부를 제어하며,
    상기 무선 전력 신호가 상기 다른 하나로 전환된 경우 상기 어느 하나로 전송되는 것이 제한되는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전력 송신 제어부는,
    상기 NFC 검출 신호에 대한 응답 신호가 검출되는 경우, 상기 무선 전력 신호가 상기 전력 변환부를 통해 송신되는 것을 제한하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전력 변환부는 코일을 포함하고,
    상기 무선 전력 신호 및 상기 NFC 검출 신호 중 어느 하나는 상기 코일을 통해 선택적으로 송신되는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 NFC 검출 신호에 의하여 형성되는 에너지 필드로부터, 상기 응답 신호에 의하여 형성되는 왜곡을 감지하도록 이루어지는 NFC 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 NFC 검출부는 상기 왜곡을 감지하기 위한 적어도 하나의 필터를 포함하는 복조기인 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 전력 변환부는,
    상기 NFC 검출 신호를 전송하는 경우, 패킷(packet)이 상기 NFC 검출 신호에 포함되도록, 상기 NFC 검출 신호를 변조하며,
    상기 패킷은 근거리 무선 통신(near field communication; NFC)을 수행할 수 있는 NFC 기기가 복조 할 수 있도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 전력 송신 제어부의 제어에 근거하여, 상기 무선 전력 신호 및 상기 NFC 검출 신호 중 어느 하나를 상기 전력 변환부에 선택적으로 전송하는 다중화기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 전력 송신 제어부의 제어에 근거하여, 상기 NFC 검출 신호를 이용하여 상기 무선 전력 신호를 생성하는 분주기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 무선 전력 신호와 상기 NFC 검출 신호는 정수비를 이루는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 기설정된 조건을 만족하는 경우는, 온도 센서로부터 수신된 온도가 기준 온도보다 높은 경우인 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 전력 송신 제어부는, 상기 응답 신호가 검출되는 경우, NFC 기기가 검출되었음을 알리는 알림 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  14. 무선전력 수신장치에 전력을 전달하는 무선전력 전송장치의 무선전력 전송방법에 있어서,
    무선 충전 요청이 수신되는 경우, 무선 충전 코일을 이용하여 NFC 검출 신호를 전송하는 단계;
    상기 NFC 검출 신호에 대한 응답 신호를 검출하는 단계;
    소정시간 이내에 상기 응답 신호가 검출되는 경우, 상기 무선전력 수신장치로 전력이 전달되지 않도록 상기 무선 충전 코일을 제어하는 단계; 및
    상기 응답 신호가 검출되지 않은 상태로 상기 소정시간이 지나면, 상기 무선전력 수신장치에 전력을 전달하기 위하여, 상기 무선 충전 코일을 이용하여 무선 전력 신호를 송신하는 단계를 포함하는 무선전력 전송장치의 무선전력 전송방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 무선 전력 신호 및 상기 NFC 검출 신호 중 어느 하나는 상기 무선 충전 코일을 통해 선택적으로 송신되는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치의 무선전력 전송방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 응답 신호를 검출하는 단계는,
    적어도 하나의 필터를 포함하는 복조기를 이용하여, 상기 NFC 검출 신호에 의하여 형성되는 에너지 필드로부터, 상기 응답 신호에 의하여 형성되는 왜곡을 감지하는 단계; 및
    상기 왜곡을 이용하여 상기 응답 신호를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 무선전력 전송장치의 무선전력 전송방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 NFC 검출 신호를 전송하는 경우, 패킷(packet)이 상기 NFC 검출 신호에 포함되도록, 상기 NFC 검출 신호를 변조하는 단계를 더 포함하고,
    상기 패킷은 근거리 무선 통신(near field communication; NFC)을 수행할 수 있는 NFC 기기가 복조 할 수 있도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치의 무선전력 전송방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 무선 전력 신호 및 상기 NFC 검출 신호 중 어느 하나는, 다중화기에 의하여 상기 무선 충전 코일에 선택적으로 전송되는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치의 무선전력 전송방법.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 무선 전력 신호는 분주기에 의하여 상기 NFC 검출 신호로부터 생성되며,
    상기 무선 전력 신호와 상기 NFC 검출 신호는 정수비를 이루는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치의 무선전력 전송방법.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 응답 신호가 검출되는 경우, NFC 기기가 검출되었음을 알리는 알림 신호를 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치의 무선전력 전송방법.
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