JP2018085919A - 無線充電方法及びそのための装置及びシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は無線電力の伝送技術に関するものであって、特に、高速無線充電が可能である無線充電方法及びそのための装置及びシステムに関する。一実施例による無線電力送信機は、一つ以上の送信コイルを含む電力伝送部;外部から印加された直流電力の強さを変換する電力変換部; 一つ以上のインバータを用いて前記電力変換部から印加される直流電力を交流電力に変換し、前記交流電力を前記一つ以上の送信コイルに提供する駆動部;外部装置と情報を交換する通信部;及び前記通信部を通じて受信された充電モードパケットに基づいて充電モードを制御する制御部;を含み、前記充電モードが高速充電モードであると、前記インバータはフルブリッジタイプであり得る。【選択図】図21
Description
本発明は、無線電力伝送技術に関するものであって、特に、高速無線充電が可能な無線充電方法及びそのための装置及びシステムに関する。
携帯電話、ノートパソコンのような携帯用端末は電力を保存するバッテリーとバッテリーの充電及び放電のための回路を含む。このような端末のバッテリーが充電されるためには、外部の充電器から電力の供給を受けなければならない。
一般に、バッテリーに電力を充電させるための充電装置とバッテリーとの間の電気的連結方式の一例として、常用電源の供給を受けてバッテリーに対応する電圧及び電流に変換して当該バッテリーの端子を通じてバッテリーに電気エネルギーを供給する端子供給方式が挙げられる。このような端子供給方式は物理的なケーブル(cable)または、電線の使用が伴う。したがって端子供給方式の装備を多く取扱する場合、多くのケーブルが相当な作業空間を占めて整理に困り、外観上でも好ましくない。また、端子供給方式は端子の間の互いに異なる電位差による瞬間放電現象、異物質による焼損及び火災発生、自然放電、バッテリーの寿命及び性能低下などの問題点を引き起こすことがある。
最近、このような問題点を解決するために、無線で電力を伝送する方式を用いた充電システム(以下「無線充電システム」と称する。)と制御方法が提示されている。また、無線充電システムが過去には一部の携帯用端末に基本装着されておらず、消費者が別途に無線充電受信機アクセサリーを別に購入しなければならなかったので無線充電システムに対する需要が低かったが、無線充電の使用者が急激に増えると予想されることから今後端末メーカーでも無線充電機能を基本搭載すると予想される。
一般に、無線充電システムは、無線電力伝送方式で電気エネルギーを供給する無線電力送信機と無線電力送信機から供給される電気エネルギーを受信してバッテリーを充電する無線電力受信機で構成される。
このような無線充電システムは、少なくとも一つの無線電力伝送方式(例えば、電磁気誘導方式、電磁気共振方式、RF無線電力伝送方式など)により電力を伝送することができる。
一例として、無線電力伝送方式は、電力送信機コイルで磁場を発生させてその磁場の影響で受信機コイルで電気が誘導される電磁気誘導原理を用いて充電する電磁気誘導方式に基づいた多様な無線電力伝送標準が使用され得る。ここで、電磁気誘導方式の無線電力伝送標準はWPC(Wireless Power Consortium)または/及びPMA(Power Matters Alliance)で定義された電磁気誘導方式の無線充電技術を含むことができる。
他の一例として、無線電力伝送方式は、無線電力送信機の送信コイルによって発生する磁場を特定の共振周波数に同調して近距離に位置した無線電力受信機に電力を伝送する電磁気共振(Electromagnetic Resonance)方式が用いられることもある。ここで、電磁気共振方式は、無線充電技術標準機構であるA4WP(Alliance for Wireless Power)標準機構で定義された共振方式の無線充電技術を含むことができる。
また他の一例として、無線電力伝送方式は、RF信号に低電力のエネルギーをのせて遠距離に位置した無線電力受信機に電力を伝送するRF無線電力伝送方式が用いられることもある。
一方、既存のケーブルを用いた有線充電の時間に準ずる高速の無線充電技術が提示されている。しかし、従来の高速の無線充電技術は、充電電力が増加することに伴いノイズ電流が増加し、結局、高速の無線充電中に充電が切れる現象が発生する問題点があった。
本発明は、前述した従来技術の問題点を解決するために考案されたものであって、本発明の目的は無線充電方法及びそのための装置及びシステムを提供するものである。
また、本発明のまた他の目的は、高速無線充電が可能な無線充電方法及びそのための装置及びシステムを提供するものである。
また、本発明のまた他の目的は、無線電力受信装置の状態及び要求により適応して充電モードを変更することができる無線充電方法及びそのための装置及びシステムを提供するものである。
また、本発明のまた他の目的は、高速無線充電中、充電が切れる現象を防止する無線充電方法及びそのための装置及びシステムを提供するものである。
また、本発明のまた他の目的は、高速無線充電に変更されても充電領域が広い無線充電方法及びそのための装置及びシステムを提供するものである。
また、本発明のまた他の目的は、送出電力の強さにより適応してインバータータイプ及び電力制御方式を決定する無線充電方法及びそのための装置及びシステムを提供するものである。
また、本発明のまた他の目的は、高速無線充電で安定的に電力を制御する無線充電方法及びそのための装置及びシステムを提供するものである。
実施例を通じて解決しようとする技術的課題は、以上で言及した技術的課題に制限されず、言及しなかったまた他の技術的課題は、下記の記載から本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者にとって明確に理解されるはずである。
前記のような技術的課題を解決するために、一つ以上の送信コイルを含む電力伝送部;外部から印加された直流電力の強さを変換する電力変換部;一つ以上のインバーターを用いて前記電力変換部から印加される直流電力を交流電力に変換し、前記交流電力を前記一つ以上の送信コイルに提供する駆動部;外部装置と情報を交換する通信部;及び前記通信部を通じて受信された充電モードパケットに基づいて充電モードを制御する制御部;を含み、前記充電モードが高速充電モードであると、前記インバーターはフルブリッジタイプである無線電力送信機を提供することができる。
また、本発明の無線電力送信機は、前記制御部は前記充電モードパケットに含まれた充電モード値が高速充電モードに対応する値であると、デフォルトと設定された一般低電力充電モードを前記高速充電モードに切り替えて充電を遂行できる。
また、本発明の無線電力送信機は、前記充電モードパケットは充電モードの変更動作周波数値をさらに含むことができる。
また、本発明の無線電力送信機は、前記充電モードの変更動作周波数は高速充電モードで交流信号を生成するとき、固定される所定の動作周波数であり得る。
また、本発明の無線電力送信機は、前記充電モードの変更動作周波数は既に設定され得る。
また、本発明の無線電力送信機は、前記充電モードの変更動作周波数は無線充電の開始前と無線充電の終了時に安定的に交流電力を生成していた動作周波数であり得る。
また、本発明の無線電力送信機は、前記制御部は前記一般低電力充電モードで安定的に交流電力を生成するとき、前記高速充電モードに切り替えて充電を遂行することができる。
また、本発明の無線電力送信機は、前記充電モードパケットは充電モードの変更安定制御エラーパケットカウンティング値をさらに含むことができる。
また、本発明の無線電力送信機は前記安定制御エラーパケットは制御エラーパケットの制御エラー値が0であり得る。
また、本発明の無線電力送信機は、前記制御部は前記安定制御エラーパケットを連続して受信した個数が前記充電モードの変更安定制御エラーパケットカウンティング値以上であると、前記一般低電力充電モードから前記高速充電モードに切り替えて充電を遂行できる。
また、本発明の無線電力送信機は、前記制御部は高速充電モードで交流信号を生成するとき、固定される動作周波数を前記一般低電力充電モードで安定的に交流電力を生成する時の動作周波数とし得る。
また、本発明の無線電力送信機は、前記制御部は高速充電モードで交流信号を生成するとき、固定される動作周波数を前記安定制御エラーパケットを連続して受信した個数が前記充電モードの変更安定制御エラーパケットカウンティング値以上であるときの動作周波数とし得る。
また、本発明の無線電力送信機は、前記駆動部は前記制御部の所定の制御信号に基づいて前記インバータから出力される交流電力の強さを調節する交流信号制御部をさらに含むことができる。
また、本発明の無線電力送信機は、前記駆動部は前記制御部の所定の制御信号に基づいて前記インバータから出力される交流電力の強さを調節する交流信号制御部をさらに含むことができる。
また、本発明の無線電力送信機は、前記交流信号制御部は、特定の動作周波数を有する交流信号を生成する動作周波数生成部;及び前記交流信号の位相を調節して前記送信コイルから出力される平均送出電力の強さを調節する位相遷移部;を含むことができる。
また、本発明の無線電力送信機は、前記電力伝送部は複数の送信コイルを含み、前記電力変換部または、前記駆動部によって変換された電力が前記複数の送信コイルのうちいずれか一つの送信コイルに伝送されるように制御する多重化器を含むことができる。
前述した課題の他の解決手段として、受信コイル;前記受信コイルを通じて受信された信号を復調してパケットを抽出する通信部;及び前記抽出されたパケットを前記通信部から受信して外部装置が高速充電が可能であるか否かを識別し、現在の遂行中の充電モードの変更が必要であるか否かを決める制御部;を含み、前記充電モードの変更が必要な場合、前記制御部は変更する充電モード値が含まれた所定の充電モードパケットを生成して前記通信部を通じて前記外部装置に伝送し、前記制御部は前記充電モードパケットに含まれた充電モード値が高速充電モードに対応する値であると、デフォルトと設定された一般低電力充電モードを前記高速充電モードに切り替えて充電を遂行できる。
また、本発明の無線電力受信機は、前記充電モードパケットは充電モードの変更動作周波数値をさらに含むことができる。
また、本発明の無線電力受信機は、前記充電モードの変更動作周波数は高速充電モードで交流信号を生成するとき、固定される所定の動作周波数であり得る。
また、本発明の無線電力受信機は、前記充電モードの変更動作周波数は既に設定され得る。
また、本発明の無線電力受信機は、前記充電モードの変更動作周波数は無線充電の開始前と無線充電の終了時に安定的に交流電力を生成していた動作周波数であり得る。
また、本発明の無線電力受信機は、前記制御部は前記一般低電力充電モードから安定的に交流電力を生成するとき、前記高速充電モードに切り替えて充電を遂行できる。
また、本発明の無線電力受信機は、前記充電モードパケットは充電モードの変更安定制御エラーパケットカウンティング値をさらに含むことができる。
また、本発明の無線電力受信機は、前記安定制御エラーパケットは制御エラーパケットの制御エラー値が0であり得る。
また、本発明の無線電力受信機は、前記制御部は前記安定制御エラーパケットを連続して受信した個数が前記充電モードの変更安定制御エラーパケットカウンティング値以上であると、前記一般低電力充電モードから前記高速充電モードに切り替えて充電を遂行できる。
また、本発明の無線電力受信機は、前記制御部は高速充電モードで交流信号を生成するとき、固定される動作周波数を前記一般低電力充電モードで安定的に交流電力を生成する時の動作周波数とし得る。
また、本発明の無線電力受信機は、前記制御部は高速充電モードで交流信号を生成するとき、固定される動作周波数を前記安定制御エラーパケットを連続して受信した個数が前記充電モードの変更安定制御エラーパケットカウンティング値以上であるときの動作周波数とし得る。
前述した課題の他の解決手段として、無線電力送信機から無線で電力を受信する無線電力受信機における無線充電方法において、電力伝送段階で、受信機状態情報を収集する段階;前記収集された受信機状態情報に基づいて充電モードの変更が必要であるか否かを判断する段階;及び前記判断の結果、前記充電モードの変更が必要であれば、変更される充電モード値が含まれた所定の充電モードパケットを前記無線電力送信機に伝送する段階;を含み、前記充電モードパケットは充電モードの変更動作周波数値または、充電モードの変更安定制御エラーパケットカウンティング値を含むことができる。
前述した課題の他の解決手段として、無線電力受信機に無線で電力を送信する無線電力送信機における無線充電方法において、電力伝送段階に遷移後の最初の電力制御のためのパケットを受信する段階;高速充電モードが支援されることを指示する第1パケットを伝送する段階;充電モード値が含まれた第1応答パケットを前記無線電力受信機から受信する段階;及び前記充電モード値に対応する充電モードに切り替えて充電を遂行する段階;を含み、前記充電モード値に対応する充電モードに切り替えて充電を遂行する段階は高速充電モードの場合、所定時間の経過後、動作周波数を固定して高速充電モードで充電を遂行できる。
前述した課題の他の解決手段として、無線電力受信機に無線で電力を送信する無線電力送信機における無線充電方法において、充電モード値が高速充電モードに対応する値と設定された充電モードパケットを受信する段階;前記高速充電モードが支援可能であるか否かを確認する段階;前記確認の結果、前記高速充電モードを支援すれば、前記高速充電モードを支援することを指示する所定の第1パケットを前記無線電力受信機に伝送する段階;及び所定時間の経過後、高速充電モードで動作周波数を固定して無線充電を遂行する段階;前記確認の結果、前記高速充電モードを支援できなければ、前記高速充電モードを支援されないことを指示する所定の第2パケットを伝送する段階を含むことができる。
前述した課題の他の解決手段として、無線電力受信機に無線で電力を送信する無線電力送信機における無線充電方法において、電力伝送段階に遷移後の最初の電力制御のためのパケットを受信する段階;高速充電モードが支援されることを指示する第1パケットを伝送する段階;充電モード値が含まれた第1応答パケットを前記無線電力受信機から受信する段階;充電モード値が高速充電モードであるか否かを確認する段階;充電モード値が高速充電モードであると、動作周波数を変更して交流信号を生成した後、安定制御エラーパケットを受信するか否かを確認する段階;安定制御エラーパケットが受信される特定の動作周波数で、連続して受信された安定制御エラーパケットのカウンティングされた個数が所定値以上であるか否かを確認する段階;連続して受信された安定制御エラーパケットのカウンティングされた個数が所定値以上であると、高速充電モードで動作周波数を固定して充電を遂行する段階;を含むことができる。
前述した課題の他の解決手段として、無線電力受信機に無線で電力を送信する無線電力送信機における無線充電方法において、充電モード値が高速充電モードに対応する値と設定された充電モードパケットを受信する段階;前記高速充電モードが支援可能であるか否かを確認する段階;前記確認の結果、前記高速充電モードを支援すると、前記高速充電モードを支援することを指示する所定の第1パケットを前記無線電力受信機に伝送する段階;動作周波数を変更して交流信号を生成した後、安定制御エラーパケットを受信するか否かを確認する段階;安定制御エラーパケットが受信される特定の動作周波数で、連続して受信された安定制御エラーパケットのカウンティングされた個数が所定値以上であるか否かを確認する段階;及び連続して受信された安定制御エラーパケットのカウンティングされた個数が所定値以上であると、高速充電モードで動作周波数を固定して充電を遂行する段階;を含むことができる。
本発明による無線充電方法及びそのための装置及びシステムに対する効果に対する効果を説明すれば次のとおりである。
本発明は、無線充電方法及びそのための装置及びシステムを提供する長所がある。
また、本発明は、高速無線充電を通じて充電時間を最小化させることが可能である。
また、本発明は、無線電力受信装置の状態及び要求により適応して充電モードを変更することが可能である。
また、本発明は、高速無線充電中にノイズ電流による充電切れの現象を防止する。
また、本発明は、安定的に交流信号を生成して高速無線充電に変更されるので充電切れの現象が防止されて充電領域が広い。
また、本発明は、送出電力の強さにより適応してインバータタイプまたは、電力制御方式を決定することができる。
また、本発明は、高速無線充電で安定的に電力を制御することができ。
また、本発明は、複数個の送信コイルを用いてより広い充電領域を有することができるので、使用者便宜性が高い。
また、本発明は、複数個の同一の回路を一つだけ利用できるのて無線電力送信機自体の大きさを減らすことができ、使用される部品が減って原価節減の効果がある。
また、本発明は、公表された無線電力伝送標準に定義された部品素子を利用できるので、既に定義された標準に従うことができる。
本発明で得ることができる効果は、以上で言及した効果に制限されず、言及しなかったまた別の効果は下記の記載から本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者にとって明確に理解されるはずである。
以下に添付される図面は、本発明に関する理解の一助とするためのものであって、詳細な説明と共に本発明に対する実施例を提供する。ただし、本発明の技術的特徴が特定図面に限定されるものではなく、各図面で開示する特徴は互いに組み合わされて新しい実施例に構成され得る。
以下、実施例が適用される装置及び多様な方法について図面を参照してより詳細に説明する。以下の説明で使用される構成要素に対する接尾辞「モジュール」及び「部」は明細書作成の容易さだけが考慮されて付与されたり混用されるものであって、それ自体で互いに区別される意味または役割を有するものでない。
以上、実施例を構成するすべての構成要素が一つに結合されたり結合されて動作するものと説明されたからといって、本発明が必ずしもこのような実施例に限定されるものでない。すなわち、本発明の目的の範囲内であると、そのすべての構成要素が一つ以上に選択的に結合して動作することもできる。また、そのすべての構成要素がそれぞれ一つの独立的なハードウェアで具現され得るが、各構成要素のその一部または全部が選択的に組み合わされて一つまたは複数個のハードウェアで組み合わされた一部または全部の機能を遂行するプログラムモジュールを有するコンピュータプログラムとして具現され得る。そのコンピュータプログラムを構成するコード及びコードセグメントは本発明の技術分野の当業者によって容易に推論されるはずである。このようなコンピュータプログラムはコンピュータが判読可能な保存媒体(Computer Readable Media)に保存されてコンピュータによって判読されて遂行されることによって、実施例を具現することができる。コンピュータプログラムの保存媒体としては磁気記録媒体、光記録媒体、キャリアウェーブ媒体などが含まれ得る。
実施例の説明において、各構成要素の「上(うえ)または、下(した)」、「 前 (まえ)または、後(うしろ)」に形成されるものとして記載される場合において、「上(うえ)または、下(した」及び「前(まえ)または後(うしろ)」は二つの構成要素が互いに直接接触したり一つ以上のまた他の構成要素が二つの構成要素の間に配置されて形成されることを全部含む。
また、以上で記載された「含む」、「構成する」または「有する」等の用語は、特に反対になる記載がない限り、当該構成要素が内在する可能性があることを意味するものであるので、別の構成要素を除くものでなく他の構成要素をさらに含まれるものと解釈されるべきである。技術的や科学的な用語を含んだすべての用語は、異なるように定義されない限り、本発明が属する技術分野の通常の知識を有する者によって一般に理解されるものと同一の意味を有する。事前に定義された用語のように一般に使用される用語は関連技術の文脈の意味と一致すると解釈されるべきであり、本発明において明白に定義しない限り、理想的であるか過度に形式的な意味と解釈されない。
また、本発明の構成要素を説明することにおいて、第1、第2、A、B、(a)、(b)等の用語を使用し得る。このような用語はその構成要素を他の構成要素と区別するためのものであるだけで、その用語によって当該構成要素の本質や順序または手順などが限定されない。ある構成要素が他の構成要素に「連結」、「結合」または「接続」されると記載された場合、その構成要素はその他の構成要素に直接的に連結されたりまたは接続され得るが、各構成要素の間にまた他の構成要素が「連結」、「結合」または「接続」され得ると理解されるべきである。
そして本発明を説明するにおいて、関連した公知技術に対して、この分野の技術者にとって自明な事項として本発明の要旨を不必要に曖昧にし得ると判断される場合にはその詳細な説明を省略する。
実施例の説明において、無線電力充電システム上で無線電力を送信する装置は説明の便宜のために無線電力送信機、無線電力送信装置、無線電力送信装置、無線電力送信機、送信端、送信機、送信装置、送信側、無線電力伝送装置、無線電力伝送期、無線充電装置などを混用して使用することとする。また、無線電力送信装置から無線電力を受信する装置に対する表現として説明の便宜のために無線電力受信装置、無線電力受信機、無線電力受信装置、無線電力受信機、受信端末、受信側、受信装置、受信機端末などが混用されて使用され得る。
実施例による無線充電装置はパッド形態、据置台形態、AP(Access Point)形態、小型基地局形態、スタンド形態、天井埋めたて形態、壁掛け形態 などで構成され得、一つの送信機は複数の無線電力受信装置に電力を伝送することもできる。
一例として、無線電力送信機は通常的に机やテーブルの上などで置かれて使用され得るだけでなく、自動車用としても開発されて適用されて車両内で使用され得る。車両に設置される無線電力送信機は手軽で安定的に固定及び据置できる据置台形態で提供され得る。
実施例による端末は携帯電話(Mobile Phone)、スマートフォン(Smart Phone)、ノートブックコンピュータ(Laptop Computer)、デジタル放送用端末、PDA(Personal Digital Assistants)、PMP(Portable Multimedia Player)、ナビゲーション、MP3 Player、電動歯ブラシ、電子タグ、照明装置、リモコン、浮きなどの小型電子機器などに使用され得るが、これに限定されず、実施例による無線電力受信手段が装着されてバッテリー充電が可能なモバイルデバイス機器(以下、「デバイス」と称する。)であればよく、端末またはデバイスという用語は混用して使用され得る。他の一実施例による無線電力受信機は車両、無人航空機、エアードローンなどにも搭載され得る。
実施例による無線電力受信機は、少なくとも一つの無線電力伝送方式が具備され得、2個以上の無線電力送信機から同時に無線電力を受信することもできる。ここで、無線電力伝送方式は前記電磁気誘導方式、電磁気共振方式、RF無線電力伝送方式のうち少なくとも一つを含むことができる。特に、電磁気誘導方式を支援する無線電力受信手段は無線充電技術標準機構であるWPC(Wireless Power Consortium)及びPMA(Power Matters Alliance)で定義された電磁気誘導方式の無線充電技術を含むことができる。また、電磁気共振方式を支援する無線電力受信手段は無線充電技術標準機構であるA4WP(Alliance for Wireless Power)標準機構で定義された共振方式の無線充電技術を含むことができる。
一般に、無線電力システムを構成する無線電力送信機と無線電力受信機はインバンド通信またはBLE(Bluetooth(登録商標) Low Energy)通信を通じて制御信号または情報を交換することができる。ここで、インバンド通信、BLE通信はパルス幅変調(Pulse Width Modulation)方式、周波数変調方式、位相変調方式、振幅変調方式、振幅及び位相変調方式などで遂行され得る。一例として、無線電力受信機は受信コイルを通じて誘導された電流を所定のパターンでON/OFFスイッチングして帰還信号(feedback signal)を生成することによって無線電力送信機に各種制御信号及び情報を伝送することができる。無線電力受信機によって伝送される情報は受信電力の強さ情報を含む多様な状態情報を含むことができる。このとき、無線電力送信機は受信電力の強さ情報に基づいて充電効率または電力伝送の効率を算出することができる。
図1は、一実施例による無線充電システムを説明するためのブロック図である。
図1を参照すると、無線充電システムは大きく無線で電力を送出する無線電力送信端(10)、前記送出された電力を受信する無線電力受信端(20)及び受信された電力の供給を受ける電子機器(30)で構成され得る。
一例として、無線電力送信端(10)と無線電力受信端(20)は無線電力伝送に使用される動作周波数と同一の周波数帯域を用いて情報を交換するインバンド(In−band)通信を遂行できる。他の一例として、無線電力送信端(10)と無線電力受信端(20)は無線電力伝送に使用される動作周波数と異なった別途の周波数帯域を用いて情報を交換する帯域外(Out−of−band)通信を遂行することもできる。
一例として、無線電力送信端(10)と無線電力受信端(20)との間に交換される情報は互いの状態情報だけでなく制御情報も含まれ得る。ここで、送受信端間に交換される状態情報及び制御情報は後述する実施例の説明を通じてより明確になるであろう。
前記インバンド通信及び帯域外通信は両方向通信を提供することができるが、これに限定されず、他の実施例においては単方向通信または半二重方式の通信を提供することもできる。
一例として、単方向通信は無線電力受信端(20)が無線電力送信端(10)にだけ情報を伝送することであり得るが、これに限定されず、無線電力送信端(10)が無線電力受信端(20)に情報を伝送することであり得る。
半二重通信方式は無線電力受信端(20)と無線電力送信端(10)との間の両方向通信は可能であるが、ある一つの時点にある一つの装置によってのみ情報伝送が可能な特徴がある。
一実施例による無線電力受信端(20)は、電子機器(30)の各種状態情報を獲得することもできる。一例として、電子機器(30)の状態情報は現在の電力使用量情報、遂行中の応用を識別するための情報、CPU使用量情報、バッテリー充電状態情報、バッテリー出力電圧/電流情報などを含むことができるが、これに限定されず、電子機器(30)から獲得可能であり、無線電力制御に活用可能な情報ならばよい。
特に、一実施例による無線電力送信端(10)は高速充電の支援するか否かを指示する所定のパケットを無線電力受信端(20)に伝送することができる。無線電力受信端(20)は接続された無線電力送信端(10)が高速充電モードを支援すると確認された場合、これを電子機器(30)に知らせることができる。電子機器(30)は具備された所定の表示手段−例えば、液晶ディスプレーであり得る−を通じて高速充電ができることを表示することができる。
また、電子機器(30)の使用者は、表示手段に表示された所定の高速充電要請ボタンを選択して無線電力送信端(10)が高速充電モードに動作するように制御することもできる。この場合、電子機器(30)は使用者によって高速充電要請ボタンが選択されると、所定の高速充電要請信号を無線電力受信端(20)に伝送することができる。無線電力受信端(20)は受信された高速充電要請信号に相応する充電モードパケットを生成して無線電力送信端(10)に伝送することによって、一般低電力充電モードを高速充電モードに転換させることができる。
一実施例により、電子機器(30)は使用者の別途の要請や入力がなくても、無線電力送信機(10)と無線電力受信機(20)との通信及び交渉結果により自動的に高速充電モードに動作及び転換することができる。また、電子機器(30)は使用者の別途の要請や入力がなくても、無線電力送信機(10)と無線電力受信機(20)の通信及び交渉結果により自動的に一般低電力モードに動作及び転換することができる。
図2は、他の実施例による無線充電システムを説明するためのブロック図である。
一例として、 図面符号200aに示したように、無線電力受信端(20)は複数の無線電力受信装置で構成され得、一つの無線電力送信端(10)に複数の無線電力受信装置が連結されて無線充電を遂行することもできる。このとき、無線電力送信端(10)は時分割方式で複数の無線電力受信装置に電力を分配して送出することができるが、これに限定されず、他の一例として、無線電力送信端(10)は無線電力受信装置別に割り当てられた異なる周波数帯域を用いて複数の無線電力受信装置に電力を分配して送出することができる。
このとき、一つの無線電力送信装置に連結可能な無線電力受信装置の個数は無線電力受信装置格別の要求電力量、バッテリー充電状態、電子機器の電力消費量及び無線電力送信装置の使用可能電力量のうち少なくとも一つに基づいて適応して決定され得る。
他の一例として、図200bに示したように、無線電力送信端(10)は複数の無線電力送信装置で構成され得る。この場合、無線電力受信端(20)は複数の無線電力送信装置と同時に連結され得、連結された無線電力送信装置から同時に電力を受信して充電を遂行することもできる。このとき、無線電力受信端(20)と連結された無線電力送信装置の個数は無線電力受信端(20)の要求電力量、バッテリー充電状態、電子機器の電力消費量、無線電力送信装置の使用可能電力量などに基づいて適応して決定され得る。
図3は、一実施例による無線充電システムでの感知信号伝送手順を説明するための図である。
一例として、無線電力送信機は3個の送信コイル(111、112、113)が装着され得る。それぞれの送信コイルは一部領域が異なる送信コイルと互いに重畳され得、無線電力送信機はそれぞれの送信コイルを通じて無線電力受信機の存在を感知するための所定の感知信号(117、127)−例えば、デジタルピング信号−を既に定義された順序で順次送出する。
前記図3に示したように、無線電力送信機は図面番号110に図示された1次感知信号送出手順を通じて感知信号(117)を順次送出し、無線電力受信機(115)から信号強さ表示子(Signal Strength Indicator、116)(または、信号強さパケット)が受信された送信コイル(111、112)を識別することができる。続いて、無線電力送信機は図面番号120に図示された2次感知信号送出手順を通じて感知信号(127)を順次送出し、信号強さ表示子(126)が受信された送信コイル(111、112)のうち電力伝送効率(または、充電効率)−すなわち、送信コイルと受信コイルとの間の整列状態−が良い送信コイルを識別し、識別された送信コイルを通じて電力が送出されるように−すなわち、無線充電が行われるように−制御することができる。
前記の図3で見られるように、無線電力送信機が2回の感知信号送出手順を遂行する理由は、ある送信コイルに無線電力受信機の受信コイルがよく整列しているかをより正確に識別するためである。
もし、前記図3の図面番号110及び120に示したように、第1送信コイル(111)、第2送信コイル(112)に信号強さ表示子(116、126)が受信された場合、無線電力送信機は第1送信コイル(111)と第2送信コイル(112)それぞれに受信された信号強さ表示子(126)に基づいて最も整列がうまく行われた送信コイルを選択し、選択された送信コイルを用いて無線充電を遂行する。
図4は、WPC標準に定義された無線電力伝送手順を説明するための状態遷移図である。
図4を参照すると、WPC標準による送信機から受信機へのパワー伝送は大きく選択段階(Selection Phase、410)、ピング段階(Ping Phase、420)、識別及び構成段階(Identification And Configuration Phase、430)、電力伝送段階(Power Transfer Phase、440)に区分され得る。
選択段階(410)は、パワー伝送を始めたりパワー伝送を維持する間の特定エラーまたは、特定イベントが感知されると、遷移される段階であり得る。ここで、特定エラー及び特定イベントは以下の説明を通じて明確になるであろう。また、選択段階(410)で送信機はインターフェース表面に物体が存在するか否かをモニタリングすることができる。もし、送信機がインターフェース表面に物体が置かれたことが感知されると、ピング段階(420)に遷移することができる(S401)。選択段階(410)で送信機は非常に短いパルスのアナログピング(Analog Ping)信号を伝送し、送信コイルの電流変化に基づいてインターフェース表面の活性領域(Active Area)に物体が存在するか否かを感知することができる。
ピング段階(420)で送信機は物体が感知されると、受信機を活性化させ、受信機がWPC標準が互換される受信機であるかを識別するためのデジタルピング(Digital Ping)を伝送する。ピング段階(420)で送信機はデジタルピングに対する応答シグナル−例えば、信号強さ表示子−を受信機から受信することができなければ、再び選択段階(410)に遷移することができる(S402)。また、ピング段階(420)で送信機は受信機からパワー伝送が完了したことを指示する信号−すなわち、充電完了信号−を受信すると、選択段階(410)に遷移することもできる(S403)。
ピング段階(420)が完了すると、送信機は受信機識別及び受信機構成並びに状態情報を収集するための識別及び構成段階(430)に遷移することができる(S404)。
識別及び構成段階(430)で送信機は望まないパケットが受信されたり(unexpected packet)、既に定義された時間の間に所望のパケットが受信されなかったり(time out)、パケット伝送エラーがあったり(transmission error)、パワー伝送契約が設定されなければ(no power transfer contract)選択段階(410)に遷移することができる(S405)。
受信機に対する識別及び構成が完了すると、送信機は無線電力を伝送する電力伝送段階(440)に遷移することができる(S406)。
電力伝送段階(440)において、送信機は望まないパケットが受信されたり(unexpected packet)、既に定義された時間の間に所望のパケットが受信されなかったり(time out)、既に設定されたパワー伝送契約に対する違反が発生したり(power transfer contract violation)、充電が完了した場合、選択段階(410)に遷移することができる(S407)。
また、電力伝送段階(440)において、送信機は送信機状態変化などに応じてパワー伝送契約を再構成する必要がある場合、識別及び構成段階(430)に遷移することができる(S408)。
前記パワー伝送契約は、送信機と受信機の状態及び特性情報に基づいて設定され得る。一例として、送信機状態情報は最大伝送可能なパワー量に対する情報、最大収容可能な受信機の個数に対する情報などを含むことができ、受信機状態情報は要求電力に対する情報などを含むことができる。
図5は、PMA標準に定義された無線電力伝送手順を説明するための状態遷移図である。
図5を参照すると、PMA標準による送信機から受信機へのパワー伝送は大きく待機段階(Standby Phase、510)、デジタルピング段階(Digital Ping Phase、520)、識別段階(Identification Phase、530)、電力伝送段階(Power Transfer Phase、540)段階及び充電完了段階(End of Charge Phase、550)に区分され得る。
待機段階(510)は、パワー伝送のための受信機識別手順を遂行したりパワー伝送を維持する間の特定エラーまたは特定イベントが感知されると、遷移される段階であり得る。ここで、特定エラー及び特定イベントは以下の説明を通じて明確になるであろう。また、待機段階(510)で送信機は充電表面(Charging Surface)に物体が存在するか否かをモニタリングすることができる。もし、送信機が充電表面に物体が置かれたことが感知されたりRXIDのやり直しが進行中の場合、デジタルピング段階(520)に遷移することができる(S501)。ここで、RXIDはPMA互換受信機に割り当てられる固有識別子である。待機段階(510)において送信機は非常に短いパルスのアナログピング(Analog Ping)を伝送し、送信コイルの電流変化に基づいてインターフェース表面−例えば、充電ベッド−の活性領域(Active Area)に物体が存在するか否かを感知することができる。
デジタルピング段階(520)において、遷移された送信機は感知された物体がPMA互換受信機であるかを識別するためのデジタルピング信号を送出する。送信機が伝送したデジタルピング信号によって受信機に十分な電力が供給される場合、受信機は受信されたデジタルピング信号をPMA通信プロトコルにより変調して所定の応答シグナルを送信機に伝送することができる。ここで、応答シグナルは受信機に受信された電力の強さを指示する信号強さ表示子が含まれ得る。デジタルピング段階(520)において送信機は有効な応答シグナルが受信されると、識別段階(530)に遷移することができる(S502)。
もし、デジタルピング段階(520)において、応答シグナルが受信されなかったり、PMA互換受信機でないものと確認されると−すなわち、FOD(Foreign Object Detection)の場合−、送信機は待機段階(510)に遷移することができる(S503)。一例として、FO(Foreign Object)はコイン、キーなどを含む金属性物体であり得る。
識別段階(530)において、送信機は受信機の識別手順が失敗したり受信機の識別手順を再遂行しなければならない場合、及び既に定義された時間の間に受信機の識別手順を完了できなかった場合に待機段階(510)に遷移することができる(S504)。
送信機は受信機の識別に成功すると、識別段階(530)から電力伝送段階(540)に遷移して充電を開始することができる(S505)。
電力伝送段階(540)において、送信機は所望の信号が予め定められた時間以内に受信されなかったり(Time Out)、FOが感知されたり、送信コイルの電圧が既に定義された基準値を超過する場合、待機段階(510)に遷移することができる(S506)。
また、電力伝送段階(540)において、送信機は内部に具備された温度センサーによって感知された温度が所定の基準値を超過する場合、充電完了段階(550)に遷移することができる(S507)。
充電完了段階(550)において、送信機は受信機が充電表面で除去されたことが確認されると、待機状態(510)に遷移することができる(S509)。
また、送信機はOver Temperature状態において、一定時間の経過後に測定された温度が基準値以下に落ちた場合、充電完了段階(550)でデジタルピング段階(520)に遷移することができる(S510)。
デジタルピング段階(520)または、電力伝送段階(540)において、送信機は受信機からEOC(End of Charge)要請が受信されると、充電完了段階(550)に遷移することもできる(S508及びS511)。
図6は、一実施例による無線電力送信機の構造を説明するためのブロック図である。
図6を参照すると無線電力送信機(600)は大きく、電力変換部(610)、電力伝送部(620)、通信部(630)、制御部(640)、センシング部(650)を含んで構成され得る。前記無線電力送信機(600)の構成は必ず必須の構成でないので、それより多かったり少ない構成要素を含んで構成され得ることに注意しなければならない。
図6に示したように、電力変換部(610)は電源部(660)から電源が供給されると、これを所定の強さの電力に変換する機能を遂行することができる。
このために、電力変換部(610)はDC/DC変換部(611)、増幅器(612)を含んで構成され得る。
DC/DC変換部(611)は、電源部(660)から供給されたDC電力を制御部(640)の制御信号により特定の強さのDC電力に変換する機能を遂行することができる。
このとき、センシング部(650)はDC変換された電力の電圧/電流などを測定して制御部(640)に提供することができる。また、センシング部(650)は過熱発生するか否かを判断するために無線電力送信機(600)の内部温度を測定し、測定結果を制御部(640)に提供することもできる。一例として、制御部(640)はセンシング部(650)により測定された電圧/電流値に基づいて適応して電源部(650)からの電源供給を遮断したり、増幅器(612)に電力が供給されるのを遮断することができる。このために、電力変換部(610)の一側には電源部(650)から供給される電源を遮断したり、増幅器(612)に供給される電力を遮断するための所定の電力遮断回路がさらに具備され得る。
増幅器(612)は、DC/DC変換された電力の強さを制御部(640)の制御信号により調整することができる。一例として、制御部(640)は通信部(630)を通じて無線電力受信機の電力受信状態情報または(及び)電力制御信号を受信でき、受信された電力受信状態情報または(及び)電力制御信号に基づいて増幅器(612)の増幅率を動的に調整することができる。一例として、電力受信状態情報は整流器出力電圧の強さ情報、受信コイルに印加される電流の強さ情報などを含むことができるが、これに限定されない。電力制御信号は電力増加を要請するための信号、電力減少を要請するための信号などを含むことができる。
電力伝送部(620)は、多重化器(621)(または、マルチプレクサー)、送信コイル(622)を含んで構成され得る。また、電力伝送部(620)は電力伝送のための特定の動作周波数を生成するための搬送波生成器(図示せず)をさらに含むこともできる。
搬送波生成器は、多重化器(621)を通じて伝達された増幅器(612)の出力DC電力を特定周波数を有するAC電力に変換するための特定周波数を生成することができる。以上の説明では搬送波生成器によって生成された交流信号が多重化器(621)の出力端にミクシングされて交流電力が生成されることと説明されているが、これは一つの実施例に過ぎず、他の一例は増幅器(612の以前の端または、以後の端にミクシングされ得ることに注意しなければならない。
一実施例によるそれぞれの送信コイルに伝達されるAC電力の周波数が互いに異なり得、他の一実施例はLC共振特性を送信コイルごとに異なるように調節する機能が具備された所定の周波数制御器を用いてそれぞれの送信コイル別に共振周波数を異なるように設定することもできる。
しかし、複数の送信コイルそれぞれから発生する共振周波数が異なる場合、これを制御する別途の周波数制御器が必要であり、無線電力送信機の大きさが大きくなり得、したがって、一実施例においては無線電力送信機が複数の送信コイルを含んでも同一の共振周波数を用いて電力を伝送する場合を図41ないし図43で説明する。
図6に示したように、電力伝送部(620)は、増幅器(612)の出力電力が送信コイルに伝達されることを制御するための多重化器(621)と複数の送信コイル(622)−すなわち、第1ないし第n送信コイル−を含んで構成され得る。
一実施例による制御部(640)は、複数の無線電力受信機が連結された場合、送信コイル別の時分割多重化を通じて電力を伝送することもできる。例えば、無線電力送信機(600)に3個の無線電力受信機−すなわち、第1ないし3無線電力受信機−がそれぞれ3個のそれぞれ異なる送信コイル−すなわち、第1ないし3送信コイル−を通じて識別された場合、制御部(640)は多重化器(621)を制御し、特定タイムスロットに特定送信コイルを通じて電力が送出されるように制御することができる。このとき、送信コイル別に割り当てられたタイムスロットの長さに応じて当該無線電力受信機に伝送される電力の量が制御され得るが、これは一つの実施例に過ぎず、他の一例は送信コイル別に割り当てられたタイムスロットの間の増幅器(612)の増幅率を制御して無線電力受信機別に送出電力を制御することもできる。
制御部(640)は、第1次感知信号送出手順の間の第1ないし第n送信コイル(622)を通じて感知信号が順次送出されるように多重化器(621)を制御することができる。このとき、制御部(640)は感知信号が伝送される時点をタイマー(655)を用いて識別することができ、感知信号伝送時点が到来すると、多重化器(621)を制御して当該送信コイルを通じて感知信号が送出されるように制御することができる。一例として、タイマー(650)はピング伝送段階の間の所定の周期で特定イベント信号を制御部(640)に送出することができ、制御部(640)は当該イベント信号が感知されると、多重化器(621)を制御して当該送信コイルを通じてデジタルピングが送出され得るように制御することができる。
また、制御部(640)は第1次感知信号送出手順の間、復調部(632)からある送信コイルを通じて信号強さ表示子(Signal Strength Indicator)が受信されたかを識別するための所定の送信コイル識別子及び当該送信コイルを通じて受信された信号強さ表示子を受信することができる。続いて、第2次感知信号送出手順において制御部(640)は第1次感知信号送出手順の間、信号強さ表示子が受信された送信コイル(など)を通じてのみ感知信号が送出されるように多重化器(621)を制御することもできる。他の一例として、制御部(640)は第1次感知信号送出手順の間、信号強さ表示子が受信された送信コイルが複数個である場合、最も大きい値を有する信号強さ表示子が受信された送信コイルを第2次感知信号送出手順において感知信号を一番最初に送出する送信コイルと決定し、決定結果により多重化器(621)を制御することもできる。
変調部(631)は、制御部(640)により生成された制御信号を変調して多重化器(621)に伝達することができる。ここで、制御信号を変調するための変調方式はFSK(Frequency Shift Keying)変調方式、マンチェスターコーディング(Manchester Coding)変調方式、PSK(Phase Shift Keying)変調方式、パルス幅変調(Pulse Width Modulation)方式、差等2段階(Differential bi−Phase)変調方式などを含むことができるが、これに限定されない。
復調部(632)は、送信コイルを通じて受信される信号が感知されると、感知された信号を復調して制御部(640)に伝送することができる。ここで、復調された信号には信号強さ表示子、無線電力伝送中の電力制御のためのエラー訂正(EC:Error Correction)表示子 、充電完了(EOC:End of Charge)表示子、過電圧/過電流/過熱表示子などが含まれ得るが、これに限定されず、無線電力受信機の状態を識別するための各種状態情報が含まれ得る。
また、復調部(632)は復調された信号がどの送信コイルから受信された信号であるかを識別することができ、識別された送信コイルに相応する所定の送信コイル識別子を制御部(640)に提供することもできる。
一例として、無線電力送信機(600)は無線電力伝送に使用される同一の周波数を用いて無線電力受信機と通信を遂行するインバンド(In−Band)通信を通じて前記信号強さ表示子を獲得することができる。
また、無線電力送信機(600)は送信コイル(622)を用いて無線電力を送出できるだけでなく送信コイル(622)を通じて無線電力受信機と各種情報を交換することもできる。他の一例として、無線電力送信機(600)は送信コイル(622)−すなわち、第1ないし第n送信コイルにそれぞれ対応する別途のコイルを追加で具備し、具備された別途のコイルを用いて無線電力受信機とインバンド通信を遂行することもできることに注意しなければならない。
以上、図6の説明においては無線電力送信機(600)と無線電力受信機がインバンド通信を遂行することを例に挙げて説明しているが、これは一つの実施例に過ぎず、無線電力信号伝送に使用される周波数帯域と異なる周波数帯域を通じて近距離双方向通信を遂行できる。一例として、近距離双方向通信は低電力ブルートゥース(登録商標)通信、RFID通信、UWB通信、ジグビー通信のうちいずれか一つであり得る。
特に、一実施例による無線電力送信機(600)は無線電力受信機の要請により高速充電モード及び一般低電力充電モードを適応して提供することもできる。
無線電力送信機(600)は、高速充電モードが支援可能な場合、所定のパターンの信号−以下説明の便宜のために、第1パケットと称する−を送出することができる。無線電力受信機は第1パケットが受信されると、接続中の無線電力送信機(600)が高速充電が可能であることを識別することができる。
特に、無線電力受信機は高速充電が必要な場合、高速充電を要請する所定の第1応答パケットを無線電力送信機(600)に伝送することができる。
特に、無線電力送信機(600)は前記第1応答パケットを受信した後、所定の時間が経過すると、自動的に高速充電モードに切り替えて高速充電を開始することができる。また、無線電力送信機(600)は前記第1応答パケットを受信した後、無線充電の状態が安定化すると、自動的に高速充電モードに切り替えて高速充電を開始することができる。また、無線電力送信機(600)は前記第1応答パケットを受信した後、所定の制御エラーパケットを受信すると、自動的に高速充電モードに切り替えて高速充電を開始することができる。
一例として、無線電力送信機(600)の制御部(640)は前記図4ないし図5の電力伝送段階(440または、540)に遷移した場合、第1パケットが送信コイル(622)を通じて送出されるように制御できるが、これは一つの実施例に過ぎず、本発明の他の一例は前記図4の識別及び構成段階(430)または、図5の識別段階(530)で第1パケットが送出され得る。
また、他の一実施例は無線電力送信機(600)が送出するデジタルピング信号に高速充電の支援が可能か否かを識別できる情報がエンコーディングされて伝送され得ることに注意しなければならない。
無線電力受信機は、電力伝送段階のどの時点でも高速充電が必要であれば、充電モードが高速充電と設定された所定の充電モードパケットを無線電力送信機(600)に伝送することもできる。ここで、充電モードパケットの細部構成は後述する図13ないし17の説明を通じてみて明確にするようにする。もちろん、無線電力送信機(600)と無線電力受信機は充電モードが高速充電モードに変更された場合、高速充電モードに相応する電力が送出及び受信できるように内部動作を制御することができる。一例として、充電モードが一般低電力充電モードから高速充電モードに変更された場合、過電圧(Over Voltage)判断基準、過熱(Over Temperature)判断基準、低電圧(Low Voltage)/高電圧(High Voltage)判断基準、最適電圧レベル(Optimum Voltage Level)、電力制御オフセットなどの値が変更設定され得る。
一例として、充電モードが一般低電力充電モードから高速充電モードに変更された場合、過電圧(Over Voltage)判断のための臨界電圧が高速充電が可能なように高く設定され得る。また他の一例として、過熱発生するか否かを判断する臨界温度が高速充電による温度上昇を考慮して高く設定され得る。また他の一例として、送信機での電力が制御される最小レベルを意味する電力制御オフセット値は、高速充電モードで早く所望の目標電力レベルに収束できるように一般低電力充電モードに比べて大きい値に設定され得る。
図7は、前記図6による無線電力送信機と連動する無線電力受信機の構造を説明するためのブロック図である。
図7を参照すると、無線電力受信機(700)は受信コイル(710)、整流器(720)、直流/直流変換器(DC/DC Converter、730)、負荷(740)、センシング部(750)、通信部(760)、主制御部(770)を含んで構成され得る。ここで、通信部(760)は復調部(761)及び変調部(762)のうち少なくとも一つを含んで構成され得る。
前記図7の例に図示された無線電力受信機(700)は、インバンド通信を通じて無線電力送信機(600)と情報を交換できることと図示されているが、これは一つの実施例に過ぎず、他の一実施例による通信部(760)は無線電力信号伝送に使用される周波数帯域とは異なる周波数帯域を通じて近距離双方向通信を提供することもできる。
受信コイル(710)を通じて受信されるAC電力は整流器(720)に伝達することができる。整流器(720)はAC電力をDC電力に変換して直流/直流変換器(730)に伝送することができる。直流/直流変換器(730)は整流器出力DC電力の強さを負荷(740)により要求される特定の強さに変換した後、負荷(740)に伝達することができる。また、受信コイル(710)は複数の受信コイル(図示せず)−すなわち、第1ないし第n受信コイル−を含んで構成され得る。一実施例によるそれぞれの受信コイル(図示せず)に伝達されるAC電力の周波数が互いに異なり得、他の一実施例はLC共振特性を受信コイルごとに異なるように調節する機能が具備された所定の周波数制御器を用いてそれぞれの受信コイル別に共振周波数を異なるように設定することもできる。
センシング部(750)は、整流器(720)出力DC電力の強さを測定し、これを主制御部(770)に提供することができる。また、センシング部(750)は無線電力受信により受信コイル(710)に印加される電流の強さを測定し、測定結果を主制御部(770)に伝送することもできる。また、センシング部(750)は無線電力受信機(700)の内部温度を測定し、測定された温度値を主制御部(770)に提供することもできる。
一例として、主制御部(770)は、測定された整流器出力DC電力の強さが所定の基準値と比較して過電圧が発生するか否かを判断することができる。判断の結果、過電圧が発生した場合、過電圧が発生したことを知らせる所定のパケットを生成して変調部(762)に伝送することができる。ここで、変調部(762)により変調した信号は受信コイル(710)または、別途のコイル(図示せず)を通じて無線電力送信機に伝送され得る。また、主制御部(770)は整流器出力DC電力の強さが所定の基準値以上の場合、感知信号が受信されたと判断することができ、感知信号の受信時に、当該感知信号に対応する信号強さ表示子が変調部(762)を通じて無線電力送信機に伝送されるように制御することができる。他の一例として、復調部(761)は受信コイル(710)と整流器(720)との間のAC電力信号または、整流器(720)出力DC電力信号を復調して感知信号の受信するか否かを識別した後、識別結果を主制御部(770)に提供することができる。このとき、主制御部(770)は感知信号に対応する信号強さ表示子が変調部(762)を通じて伝送されるように制御することができる。
また、主制御部(770)は、復調部(760)により復調された情報に基づいて接続された無線電力送信機が高速充電が可能な無線電力送信機であるか否かを判断することもできる。
また、主制御部(770)は、前記図1の電子機器(30)から高速充電を要請する所定の高速充電要請信号が受信された場合、受信された高速充電要請信号に対応する充電モードパケットを生成して変調部(761)に伝送することができる。ここで、電子機器からの高速充電要請信号は所定の使用者インターフェース上で使用者メニュー選択により受信され得る。
また、主制御部(770)は、接続された無線電力送信機が高速充電モードを支援することが確認された場合、バッテリー残量に基づいて自動的に無線電力送信機に高速充電を要請したり無線電力送信機が高速充電を中断して一般低電力充電モードに転換するように制御することもできる。
また、主制御部(770)は、一般低電力充電モードにおける充電中に、電気機器の消費電力をリアルタイムモニタリングすることもできる。もし、電子機器の消費電力が所定の基準値以上の場合、主制御部(770)は高速充電モードへの転換を要請する所定の充電モードパケットを生成して変調部(761)に伝送することもできる。
また、主制御部(770)は、センシング部(750)により測定された内部温度値を所定の基準値と比較して過熱発生するか否かを判断することができる。もし、高速充電中に過熱が発生した場合、主制御部(770)は無線電力送信機が一般低電力充電モードに転換するように充電モードパケットを生成して伝送することもできる。
また、主制御部(770)は、バッテリー充電率、内部温度、整流器出力電圧の強さ、電子機器に搭載されたCPU使用率、使用者メニュー選択のうち少なくとも一つに基づいて充電モードの変更が必要であるか否かを判断し、前記判断の結果、前記充電モードの変更が必要であると、前記変更する充電モード値が含まれた充電モードパケットを生成して前記無線電力送信機に伝送することもできる。
図8は、一実施例による無線電力信号の変調及び復調方法を説明するための図である。
図8の図面番号810に示したように、無線電力送信端(10)と無線電力受信端(20)は同一の周期を有する内部クロックシグナルに基づいて伝送対象パケットをエンコーディングしたりデコーディングすることができる。
以下においては、前記図1ないし図8を参照して、伝送対象パケットのエンコーディング方法を詳細に説明することにする。
前記図1を参照すると、無線電力送信端(10)または、無線電力受信端(20)が特定パケットを伝送しない場合、無線電力信号は図1の図面番号41に示したように、特定周波数を有する変調しなかった交流信号であり得る。一方、無線電力送信端(10)または、無線電力受信端(20)が特定パケットを伝送する場合、無線電力信号は図1の図面番号42に示したように、特定変調方式で変調した交流信号であり得る。一例として、変調方式は振幅変調方式、周波数変調方式、周波数及び振幅変調方式、位相変調方式などを含むことができるが、これに限定されない。
無線電力送信端(10)または無線電力受信端(20)により生成されたパケットの2進データは、図面番号820のように差等2段階エンコーディング(Differential bi−phase encoding)が適用され得る。詳細に、差等2段階エンコーディングはデータビット1をエンコーディングするために二回の状態遷移(transitions)を有するようにし、データビット0をエンコーディングするために一度の状態遷移を有するようにする。すなわち、データビット1は前記クロック信号の上昇エッジ(rising edge)及び下降エッジ(falling edge)でHI状態及びLO状態間の遷移が発生するようにエンコーディングされたものであり、データビット0は前記クロック信号の上昇エッジでHI状態及びLO状態間の遷移が発生するようにエンコーディングされたものであり得る。
エンコーディングされた2進データは、前記図面番号830に図示されたような、バイトエンコーディング技法が適用され得る。図面番号830を参照すると、一実施例によるバイトエンコーディング技法は、8ビットのエンコーディングされた2進ビットストリームに対して当該ビットストリームの開始と終了を識別するための開始ビット(StArt Bit)及び終了ビット(Stop Bit)、当該ビットストリーム(バイト)のエラー発生するか否かを感知するためのパリティービット(Parity Bit)を挿入する方法であり得る。
図9は、一実施例によるパケットフォーマットを説明するための図である。
図9を参照すると、無線電力送信端(10)と無線電力受信端(20)との間の情報交換に使用されるパケットフォーマット(900)は、当該パケットの復調のための動機獲得及び当該パケットの正確な開始ビットを識別するためのプレエムブル(Preamble、910)フィールド、当該パケットに含まれたメッセージの種類を識別するためのヘッダー(Header、920)フィールド、当該パケットの内容(または、ペイロード(Payload))を伝送するためのメッセージ(Message、930)フィールド及び当該パケットにエラーが発生したか否かを識別するためのチェックサム(Checksum、940)フィールドを含んで構成され得る。
図9に示したように、パケット受信端はヘッダー(920)値に基づいて当該パケットに含まれたメッセージ(930)の大きさを識別することもできる。
また、ヘッダー(920)は、無線電力伝送手順の各段階別に定義され得、一部、ヘッダー(920)値は互いに異なる段階で同一の値であるが、他の種類のメッセージと定義され得る。一例として、図9を参照すると、ピング段階の電力伝送終了(End Power Transfer)及び電力伝送段階の電力伝送終了に対応するヘッダー値は0x02と同一であることに注意しなければならない。
メッセージ(930)は、当該パケットの送信端から伝送しようとするデータを含む。一例として、メッセージ(930)フィールドに含まれるデータは相手方に対する報告事項(report)、要請事項(request)または、応答事項(response)であり得るが、これに限定されない。
他の一実施例によるパケット(900)は、当該パケットを伝送した送信端を識別するための送信端識別情報、当該パケットを受信する受信端を識別するための受信端識別情報のうち少なくとも一つがさらに含まれ得る。ここで、送信端識別情報及び受信端識別情報はIPアドレス情報、MACアドレス情報、製品識別情報などを含むことができるが、これに限定されず、無線充電システム上で受信端及び送信端を区分できる情報であればよい。
また、他の一実施例によるパケット(900)は、当該パケットが複数の装置によって受信されなければならない場合、当該受信グループを識別するための所定のグループ識別情報がさらに含まれ得る。
図10は、一実施例による無線電力受信装置がピング段階で伝送可能なパケットの種類を説明するための図である。
図10に示したように、ピング段階で無線電力受信装置は信号強さパケットまたは電力伝送中断パケットを伝送することができる。
図10の図面番号1001を参照すると、一実施例による信号強さパケットのメッセージフォーマットは1バイトの大きさを有する信号強さ値(Signal Strength Value)で構成され得る。信号強さ値は送信コイルと受信コイルとの間の整合度(Degree of Coupling)を示し得、デジタルピング区間での整流器出力電圧、出力遮断スイッチなどで測定された開放回路電圧、受信電力の強さなどに基づいて算出された値であり得る。信号強さ値は最低0から最高255までの範囲を有し得、特定の変数に対する実際の測定値(U)が当該変数の最大値(UMAX)と同一の場合、255の値を有し得る。
一例として、信号強さ値(Signal Strength Value)はU/UMAX*256で算出され得る。
前記図10の図面番号1002を参照すると、一実施例による電力伝送中断パケットのメッセージフォーマットは1バイトの大きさを有する電力伝送中断コード(End Power Transfer Code)で構成され得る。
無線電力受信装置が電力伝送の中断を無線電力送信機に要請する理由は充電完了(Charge Complete)、内部エラー(Internal Fault)、過熱(Over Temperature)、過電圧(Over Voltage)、過電流(Over Current)、バッテリー損傷(Battery Failure)、再構成(Reconfigure)及び応答なし(No Response)、ノイズ電流(Noise Current)等を含むことができるが、これに限定されない。電力伝送中断コードは新しい電力伝送の中断理由それぞれに対応して追加して定義され得ることに注意しなければならない。
充電完了は受信機バッテリーの充電が完了したときに使用され得る。内部エラーは受信機内部動作におけるソフトウェア的または論理的なエラーが感知されたときに使用され得る。
過熱/過電圧/過電流は受信機で測定された温度/電圧/電流値がそれぞれに対して定義された臨界値を超過した場合に使用され得る。
バッテリー損傷は受信機バッテリーに問題が発生したと判断された場合に使用され得る。
再構成は電力伝送条件に対する再交渉が必要な場合に使用され得る。
応答なしとは制御エラーパケットに対する送信機の応答−すなわち、電力の強さを増加させたり減少させることを意味する−が正常でないと判断された場合に使用され得る。
ノイズ電流は過電流と異なって、インバータでスイッチング時、発生するノイズとして受信機で測定されたノイズ電流値が定義された臨界値を超過した場合に使用され得る。
図11は、一実施例による識別パケットのメッセージフォーマットを説明するための図である。
図11を参照すると、識別パケットのメッセージフォーマットはバージョン情報(Version Information)フィールド、メーカー情報(Manufacturer Information)フィールド、拡張表示子(Extension Indicator)フィールド及び基本デバイス識別情報(Basic Device Identification Information)フィールドを含んで構成され得る。
バージョン情報フィールドには、当該無線電力受信装置に適用された標準の改正バージョン情報が記録され得る。
メーカー情報フィールドには、当該無線電力受信装置を製造したメーカーを識別するための所定の識別コードが記録され得る。
拡張表示子フィールドは、拡張デバイス識別情報を含む拡張識別パケットが存在するか否かを識別するための表示子であり得る。一例として、拡張表示子値が0であると、拡張識別パケットが存在しないことを意味し、拡張表示子値が1であると、拡張識別パケットが識別パケット以後に存在することを意味することができる。
図面番号1101ないし1102を参照すると、拡張表示子値が0であると、当該無線電力受信機のためのデバイス識別子はメーカー情報と基本デバイス識別情報との組合せからなり得る。一方、拡張表示子の値が1であると、当該無線電力受信機のためのデバイス識別子はメーカー情報、基本デバイス識別情報及び拡張デバイス識別情報の組合せからなり得るなり得る。
図12は、一実施例による構成パケット及び電力制御保留パケットのメッセージフォーマットを説明するための図である。
図12の図面番号1201に示したように、構成パケットのメッセージフォーマットは5バイトの長さを有し得、電力等級(Power Class)フィールド、最大電力(Maximum Power)フィールド、電力制御(Power Control)フィールド、カウント(Count)フィールド、ウインドウサイズ(Window Size)フィールド、ウインドウオフセット(Window Offset)フィールドなどを含んで構成され得る。
電力等級フィールドには、当該無線電力受信機に割り当てられた電力等級が記録され得る。
最大電力フィールドには、無線電力受信機の整流器の出力段で提供できる最大電力の強さ値が記録され得る。
一例として、電力等級がAであって最大電力がbである場合において、無線電力受信装置の整流器出力端で提供されることを望む最大電力量(Pmax)は(b/2)*10aと算出され得る。
電力制御フィールドには、無線電力送信機での電力制御がどのようなアルゴリズムによって行われなければならないかを指示するために使用され得る。一例として、電力制御フィールド値が0であると、標準に定義された電力制御アルゴリズムの適用を意味し、電力制御フィールド値が1であると、メーカーによって定義されたアルゴリズムによって電力制御が行われることを意味することができる。
カウントフィールドは、無線電力受信装置が識別及び構成段階で伝送するオプション構成パケットの個数を記録するために使用され得る。
ウインドウサイズフィールドは、平均受信パワー算出のためのウインドウの大きさを記録するために使用され得る。一例として、ウインドウサイズは0より大きく、4ms単位を有する正の整数値であり得る。
ウインドウオフセットフィールドは、平均受信パワー算出ウインドウ終了時点から次の受信電力パケットの伝送開始時点までの時間を識別するための情報が記録され得る。一例として、ウインドウオフセットは0より大きく、4ms単位を有する正の整数値であり得る。
図面番号1202を参照すると、電力制御保留パケットのメッセージフォーマットは電力制御保留時間(T_delay)を含んで構成され得る。電力制御保留パケットは識別及び構成段階の間に複数個が伝?送され得る。一例として、電力制御保留パケットは7個まで伝?送され得る。電力制御保留時間(T_delay)は既に定義された電力制御保留最小時間(T_min:5ms)と電力制御保留最大時間(T_max:205ms)との間の値を有し得る。無線電力送信装置は識別及び構成段階で最後に受信された電力制御保留パケットの電力制御保留時間を用いて電力制御を遂行できる。また、無線電力送信装置は識別及び構成段階で電力制御保留パケットが受信されない場合、前記T_min値をT_delay値として使用することができる。
電力制御保留時間は、無線電力送信装置が最も最近の制御エラーパケット受信後、実際の電力制御を遂行する以前に電力制御を遂行せずに待機しなければならない時間を意味することができる。
図13は、一実施例による充電モードの変更を要請するための充電モードパケットの構造を説明するための図である。
図13を参照すると、充電モードパケットのヘッダー値は現在の無線充電標準に定義されたパケットヘッダー値の中で定義されなかった値のうちいずれか一つが使用され得る。一例として、充電モードパケットのヘッダー値は前記図9に示したように、0x18と定義されるが、これは説明の便宜のためであって必ずしもその値である必要はないことに注意しなければならない。
ヘッダー値0x18に相応するメッセージの大きさは1バイトであり得る。
充電モードパケットのメッセージフィールドには、変更しようとする充電モードに関する情報が記録され得る。一例として、図面番号1350を参照すると、一般低電力充電モードで充電中に高速充電モードへの変更が要求される場合、無線電力受信機は充電モードパケットのメッセージフィールドに0xffを記録して伝送することができる。一方、高速充電モードで充電中に一般低電力充電モードへの変更が要求される場合、無線電力受信機は充電モードパケットのメッセージフィールドに0x00を記録して伝送することができる。前記図面番号1350に図示された例は本発明の理解の一助とするためだけで、メッセージ値が必ずしもそのように定義されなければならないものでない。
図14は、他の実施例による充電モードの変更を要請するための充電モードパケットの構造を説明するための図である。
図14に示したように、充電モードパケットのメッセージフィールドは充電モード(1431)と要求電力(1432)を含んで構成され得る。ここで、要求電力は当該充電モードへの変更時に要求される初期電力の強さ値であり得る。
充電モードパケットのメッセージの大きさは1バイトであり、1バイト中の一部ビットが充電モード(1431)、残りのビットが要求電力(1432)に使用され得る。一例として、b7ないしb4は充電モード(1431)伝送に使用され、b3ないしb0は要求電力(1432)伝送に使用され得る。この場合、メッセージ値の範囲が0x00〜0x0fは第1充電モード−すなわち、高速充電モードから一般低電力充電モード−への転換を要請するための値として使用され、0x10〜0x1fは第2充電モード−すなわち、一般低電力充電モードから高速充電モード−への転換を要請するための値として使用され得る。前記例は一つの例示であるだけで、当業者の具現によってメッセージフィールドの構成及び定義は異なる可能性があることに注意しなければならない。
図15は、また他の実施例による充電モードの変更を要請するための充電モードパケットの構造を説明するための図である。
図15に示したように、充電モードパケットのメッセージフィールドは充電モード(1531)と充電モードの変更待機時間(1532)を含んで構成され得る。ここで、充電モードの変更待機時間(1532)は無線電力送信機が当該充電モードパケットの受信後、充電モードを変更するまで待機する時間を意味することができる。一例として、充電モードの変更待機時間(1532)値が0である場合、直ちに、充電モードを変更することを意味することができる。すなわち、充電モードの変更待機時間(1532)が大きくなるほど充電モードの変更までに所要する時間が長くなることを意味することができる。また他の実施例による無線充電システムは充電モードの変更待機時間(1532)を用いて無線電力送信機と無線電力受信機との間の充電モードの転換時点を同期化させることができる。
一例として、図面番号1550に示したように、メッセージフィールドのうちMSB(Most Significant Bit)であるb7が転換する充電モードを識別するためのビットであり得る。残りのb6ないしb0は充電モードの変更待機時間(1532)設定のために使用され得る。この場合、メッセージ値の範囲が0x00〜0x7fは第1充電モード−すなわち、高速充電モードから一般低電力充電モード−への転換を要請するための値として使用され、0x80〜0xffは第2充電モード−すなわち、一般低電力充電モードから高速充電モード−への転換を要請するための値として使用され得る。前記例は一つの例示であるだけで、当業者の具現によってメッセージフィールドの構成及び定義は異なる可能性があることに注意しなければならない。
図16は、また他の実施例による充電モードの変更を要請するための充電モードパケットの構造を説明するための図である。
図16に示したように、充電モードパケットのメッセージフィールドは充電モード(1631)と充電モードの変更動作周波数(1632)を含んで構成され得る。ここで、充電モードの変更動作周波数(1632)は無線電力送信機が当該充電モードパケット受信から高速充電モードに変更した後、交流信号を所定の周波数で生成する動作周波数を意味することができる。また、充電モードの変更動作周波数(1632)は既に設定され得る。すなわち、無線電力送信機は高速充電モードで既に設定された動作周波数(1632)で交流信号を生成することができる。一例として、充電モードの変更動作周波数(1632)は使用者が既にメモリー(図示せず)に保存した動作周波数であり得る。この場合、充電モードの変更動作周波数(1632)はテスト結果、安定的に交流信号を生成する動作周波数であり得る。より具体的に、充電モードの変更動作周波数(1632)は120Khzであり得る。他の例として、充電モードの変更動作周波数(1632)は無線充電を再び始める以前の高速充電モードで安定的に交流信号を生成した動作周波数をメモリー(図示せず)等に保存した動作周波であり得る。
一例として、図面番号1650に示したように、メッセージフィールドのうちMSB(Most Significant Bit)のb7が転換する充電モードを識別するためのビットであり得る。残りのb6ないしb0は充電モードの変更動作周波数(1632)設定のために使用され得る。この場合、メッセージ値の範囲が0x00〜0x7fは第1充電モード−すなわち、高速充電モードから一般低電力充電モード−への転換を要請するための値として使用され、0x80〜0xffは第2充電モード−すなわち、一般低電力充電モードから高速充電モード−への転換を要請するための値として使用され得る。前記例は一つの例示であるだけで、当業者の具現によってメッセージフィールドの構成及び定義は異なることがあることに注意しなければならない。
図17は、また他の実施例による充電モードの変更を要請するための充電モードパケットの構造を説明するための図である。
図17に示したように、充電モードパケットのメッセージフィールドは充電モード(1731)と充電モードの変更安定制御エラーパケットカウンティング値(1732)を含んで構成され得る。ここで、安定制御エラーパケットは制御エラー値が0である制御エラーパケット(CEP)の場合で無線電力送信装置の送出電力を下げたり上げる必要がない状態であり得、より詳しい説明は後述する。充電モードの変更安定制御エラーパケットカウンティング値(1732)は無線電力送信機が当該充電モードパケットの受信後、安定制御エラーパケットを連続して所定の個数または所定の個数以上に受信すると、充電モードを変更するカウンティング値であり得る。すなわち、充電モードの変更安定制御エラーパケットカウンティング値(1732)で無線電力送信機が安定的に交流信号を生成していると判断することを意味することができる。一例として、充電モードの変更安定制御エラーパケットカウンティング値(1732)が3である場合、無線電力送信機が安定制御エラーパケットを連続して3個以上が受信されると、充電モードを変更することを意味することができる。すなわち、充電モードの変更安定制御エラーパケットカウンティング値(1732)が大きくなるほど充電モードの変更のためにより多くの数の安定制御エラーパケットが連続的に受信されなければならないことを意味することができる。
一例として、図面番号1750に示したように、メッセージフィールドのうちMSB(Most Significant Bit)であるb7が転換する充電モードを識別するためのビットであり得る。残りのb6ないしb0は充電モードの変更安定制御エラーパケットカウンティング値(1732)設定のために使用され得る。この場合、メッセージ値の範囲が0x00〜0x7fは第1充電モード−すなわち、高速充電モードから一般低電力充電モード−への転換を要請するための値として使用され、0x80〜0xffは第2充電モード−すなわち、一般低電力充電モードから高速充電モード−への転換を要請するための値として使用され得る。前記例は一つの例示であるだけで、当業者の具現によりメッセージフィールドの構成及び定義は異なることがあることに注意しなければならない。
図18は、一実施例による無線電力受信装置が電力伝送段階で伝送可能なパケットの種類及びそれのメッセージフォーマットを説明するための図である。
図18を参照すると、電力伝送段階で無線電力受信装置が伝送可能なパケットは制御エラーパケット(Control Error Packet;CEP)、電力伝送中断パケット(End Power Transfer Packet)、受信電力パケット(Received Power Packet)、充電状態パケット(Charge Status Packet)、メーカー別に定義されたパケットなどを含むことができる。
図面番号1801は、1バイトの制御エラー値(Control Error Value)で構成された制御エラーパケット(Control Error Packet)のメッセージフォーマットを示す。ここで、制御エラー値は−128から+127までの範囲の整数値であり得る。制御エラー値が負であると、無線電力送信装置の送出電力が下がり、正であると、無線電力送信装置の送出電力が上がることができる。制御エラー値が0であれば無線電力送信装置の送出電力が上がったり下がらないことがある。特に、制御エラー値が0である制御エラーパケット(CEP)を安定制御エラーパケットと指称することができる。
図面番号1802は、1バイトの電力伝送中断コード(End Power Transfer Code)で構成された電力伝送中断パケット(End Power Transfer Packet)のメッセージフォーマットを示す。
図面番号1803は、1バイトの受信パワー値(Received Power Value)で構成された受信電力パケットのメッセージフォーマット(Received Power Packet)を示す。ここで、受信パワー値は所定の区間の間に算出された平均整流器受信電力値に対応することができる。実際受信された電力量(Preceived)は構成パケット(1201)に含まれた最大電力(Maximum Power)及び電力等級(Power Class)に基づいて算出され得る。一例として、実際受信された電力量は(受信パワー値/128)*(最大電力/2)*(10電力等級)により算出され得る。
図面番号1804は、1バイトの充電状態値(Charge Status Value)で構成された充電状態パケット(Charge Status Packet)のメッセージフォーマットを示す。充電状態値は無線電力受信装置のバッテリー充電量を示すことができる。一例として、充電状態値0は完全放電状態を意味し、充電状態値50は50%充電状態、充電状態値100は満充状態を意味することができる。無線電力受信装置が充電バッテリーを含まなかったり充電状態情報を提供できない場合、充電状態値はOxFFと設定され得る。
図19は、一実施例による充電モードの転換を説明するための充電モード状態ダイヤグラムである。
図19を参照すると、前記図4及び図5の電力伝送段階(440、540)は、一般低電力充電が行われる第1充電モード(1910)と高速充電が行われる第2充電モード(1920)を含むことができる。
第1充電モード(1910)と第2充電モード(1920)は、所定の条件が満足されると相互に転換され得る。一例として、無線電力受信機は第1充電モード(2210)で充電遂行中に電子機器から第2充電モード(1920)への転換要請が受信された場合、無線電力送信機に第2充電モード(1920)への転換を要請する所定のパケットを伝送して充電モードを変更することができる。他の一例として、無線電力受信機は第2充電モード(1920)への充電遂行中にバッテリー充電量が所定の基準値に到達した場合、第1充電モード(1910)への転換を要請する所定のパケットを無線電力送信機に伝送することもできる。
また他の一実施例による無線電力送信機は、複数の無線電力受信機に電力を送出することができる。この場合、無線電力受信機が新しく接続されたり、既存の無線電力受信機との接続が解除された場合、現在の接続中の無線電力受信機(など)に対する電力再分配手順を遂行することもできる。もし、電力再分配の結果、第2充電モードで充電中の無線電力受信機にこれ以上高速充電を提供できない場合、無線電力送信機は当該無線電力受信機に第2充電モード(1920)から第1充電モード(1910)への転換を要請する所定のパケットを伝送することもできる。
以上の実施例においては、充電モードが第1充電モード(1910)と第2充電モード(1920)に区分されることを例に挙げて説明しているが、これは一つの実施例に過ぎず、新しい充電モード(第3充電モード、図示せず)が定義されて追加され得る。一例として、高速充電のための第2充電モード(1920)は中間電力高速充電モード(図示せず)及び高電力高速充電モード(図示せず)に細分化され得る。例えば、中間電力高速充電モード(図示せず)は平均9Wの電力を送出することができる。高電力高速充電モード(図示せず)は平均15Wの電力を送出することができる。前記例に制限されるものではなく、中間電力高速充電モード(図示せず)及び高電力高速充電モード(図示せず)は異なる意味に定義され得る。
一実施例による初期充電モードは、前記図4の識別及び構成段階(430)または、前記図5の識別段階(530)での無線電力送信機と無線電力受信機との間の状態情報交換または交渉等を通じて決定され得る。
一例として、前記図4の識別及び構成段階(430)または前記図5の識別段階(530)で前記無線電力送信機はそれ自体が高速充電モード支援が可能な機器であるか否かを識別するための所定の情報を無線電力受信機に伝送することができる。このとき、無線電力受信機はそれ自体が高速充電が可能な機器であってバッテリー充電量が所定の基準値以下である場合、高速充電を要請する所定のパケットを無線電力送信機に伝送することができる。無線電力送信機は正常に電力伝送段階に進入すると、無線電力受信機の要請により高速充電モードに切り替えて無線充電を遂行できる。
他の一実施例による初期充電モードは、電力伝送段階で決定され得る。一例として、無線電力送信機は最初の電力制御要請パケット−例えば、WPC標準に定義された制御エラーパケット(Control Error Packet)であり得るがこれに限定されない−が受信されると、電力伝送段階に進入して高速充電の支援するか否かを識別するための第1パケットを送出することができる。無線電力受信機は第1パケットを受信して接続された無線電力送信機が高速充電を支援することが確認された場合、高速充電を開始するか否かを判断し、判断の結果が含まれた所定の第1応答パケットを無線電力送信機に伝送することができる。すなわち、第1応答パケットに基づいて初期充電モードが決定され得る。
図20は、一実施例による無線電力受信機における無線充電方法を説明するための図である。
図20を参照すると、無線電力受信機は電力伝送段階に進入するとそれ自体の状態情報−すなわち、受信機状態情報−を収集することができる(S2001)。
無線電力受信機は、収集された受信機状態情報に基づいて充電モードの変更が必要であるか否かを判断することができる(S2003ないしS2005)。
一例として、受信機状態情報はバッテリー充電状態情報を含むことができる。もし、一般低電力充電モードで充電中のバッテリー充電量が所定の基準値以下に落ちると、無線電力受信機は高速充電モードへの転換が必要と判断することもできる。
他の一例として、受信機状態情報はCPU使用量に関する情報を含むことができる。もし、一般低電力充電モードで充電中CPU使用量が所定の基準値を超過して電力消耗が急激に増加する場合、無線電力受信機は高速充電モードへの転換が必要と判断することもできる。
また他の一例として、受信機状態情報は応用ソフトウェア及び周辺機器状態情報を含むことができる。一例として、現在の遂行中の応用ソフトウェアの個数が所定の基準値を超過する場合、無線電力受信機は高速充電モードへの転換が必要と判断することもできる。一例として、周辺機器状態情報はカメラ駆動状態情報、懐中電灯駆動状態情報、スピーカー駆動状態情報などを含むこともできる。無線電力受信機は周辺機器の駆動状態に基づいて高速充電モードへの転換が必要であるか否かを判断することもできる。
前記判断の結果、充電モードの変更が必要な場合、無線電力受信機は変更される充電モード値が含まれた所定の充電モードパケットを生成して無線電力送信機に伝送することができる(S2007)。
前記2005段階で充電モードの変更が必要でない場合、無線電力受信機は前記2001段階に回帰することができる。
以上の図20の説明においては、無線電力受信機が受信機状態情報に基づいて充電モードの変更するか否かを判断するものと説明されているが、これは一つの実施例に過ぎず、他の一例として、無線電力受信機は電子機器の使用者インターフェース上での所定の使用者メニュー選択により特定充電モードへの転換が要請された場合、当該充電モードへの転換を要請する充電モードパケットを生成して無線電力送信機に伝送することもできる。
図21は、一実施例による無線充電システム上における無線充電方法を説明するための図である。
詳細に、図21は、無線充電システム上における充電モードの転換手順を説明するための流れ図である。
図21を参照すると、無線電力送信機(2110)は識別及び構成段階で電力伝送段階への遷移後、無線電力受信機(2120)から最初制御エラーパケットが受信されると高速充電の支援を知らせる所定の第1パケットを生成して無線電力受信機(2120)に伝送することができる(S2101ないしS2102)。無線電力受信機(2120)は、受信された第1パケットに基づいて無線電力送信機(2110)が高速充電モードを支援することが確認され、それ自体が高速充電が可能な機器である場合、高速充電を要請する所定の第1応答パケットを生成して無線電力送信機(2110)に伝送することができる(S2103)。
無線電力受信機(2120)と無線電力送信機(2110)は、所定の充電モードの変更待機時間が経過すると、同時に高速充電モードに切り替えて動作周波数を固定して高速充電を開始することができる(S2104)。ここで、充電モードの変更待機時間は予め定義されたり、前記図15に示したように、無線電力受信機(2120)により決定された後、第1応答パケットを通じて無線電力送信機(2110)に伝達され得る。また、固定される動作周波数は予め定義されたり、前記図16に示したように、無線電力受信機(2120)により決定された後、第1応答パケットを通じて無線電力送信機(2110)に伝達され得る
したがって、実施例は安定的に交流信号を生成する動作周波数で固定した後無線充電を遂行するので、充電切れの現象が防止され、安定的でない交流信号を生成する動作周波数での無線充電と比較して充電領域が広い。
図22は、一実施例による無線電力送信機における無線充電方法を説明するための図である。
図22を参照すると、無線電力送信機は電力伝送段階に遷移後最初の電力制御のためのパケットが無線電力受信機から受信されると、高速充電モードが支援されることを指示する所定の第1パケットを生成して無線電力受信機に伝送することができる(S2201ないしS2202)。
無線電力送信機は、充電モード値が含まれた所定の第1応答パケットを受信することができる(S2203)。
無線電力送信機は、充電モード値が高速充電モードであるか確認することができる(S2204)。
確認の結果、高速充電モードであると、無線電力送信機は 所定の時間経過後、高速充電モードに動作周波数を固定して充電を遂行できる(S2205)。所定の時間は前記第1応答パケットに予め定義されたり、前記図15に示したように、充電モードの変更待機時間であり得る。また、固定される動作周波数は前記第1応答パケットに予め定義されたり、前記図16に示したように、交流信号を生成する動作周波数であり得る。
前記2104段階の確認の結果、高速充電モードでない場合−すなわち、一般低電力充電モードである場合−、無線電力送信機は一般低電力充電モードで充電を遂行できる(S2206)。
図23は、他の実施例による無線電力送信機における無線充電方法を説明するための図である。
図23を参照すると、無線電力送信機は前記図4ないし5の識別段階(530)(または、識別及び構成段階(430))または電力伝送段階(440、540)で充電モード値が高速充電モードと設定された充電モードパケットを受信することができる(S2301)。
このとき、無線電力送信機は高速充電が可能であるか否かを判断することができる(S2302)。
判断の結果、高速充電が可能な場合、無線電力送信機は高速充電モードが支援されることを指示する所定の第1パケットを生成して当該無線電力受信機に伝送することができる(S2303)。
無線電力送信機は、所定の時間経過後、高速充電モードに動作周波数を固定して無線充電を遂行できる(S2304)。
前記2302段階の判断の結果、高速充電が可能でない場合、無線電力送信機は当該無線電力受信機のために高速充電を提供できないことを指示する所定の第2パケットを送信した後、デフォルト設定された一般低電力充電モードで充電を遂行できる(S2305ないしS2306)。
図24は、他の実施例による無線充電システム上における無線充電方法を説明するための図である。
詳細に、図24は、無線充電システム上での充電モードの転換手順を説明するための流れ図である。
図24を参照すると、無線電力送信機(2410)は識別及び構成段階で電力伝送段階への遷移後無線電力受信機(2420)から最初制御エラーパケットが受信されると高速充電の支援を知らせる所定の第1パケットを生成して無線電力受信機(2420)に伝送することができる(S2401ないしS2402)。無線電力受信機(2420)は受信された第1パケットに基づいて無線電力送信機(2410)が高速充電モードを支援することが確認され、それ自体が高速充電が可能な機器である場合、高速充電を要請する所定の第1応答パケットを生成して無線電力送信機(2410)に伝送することができる(S2403)。
無線電力送信機(2420)は、制御エラーパケットの値が0である安定制御エラーパケットを受信するために動作周波数を変更して交流信号を生成することができる(S2404)。
無線電力送信機(2410)は、安定制御エラーパケットを連続して所定の個数以上に受信すると、同時に高速充電モードに転換し、動作周波数を固定して高速充電を開始することができる(S2405)。ここで、充電モードの変更安定制御エラーパケットカウンティング値は既に定義されたり、前記図17に示したように、無線電力受信機(2420)により決定された後、第1応答パケットを通じて無線電力送信機(2410)に伝達され得る。
したがって、実施例は安定的に交流信号を生成する動作周波数で固定した後、無線充電を遂行するので充電切れの現象が防止され、安定的でない交流信号を生成する動作周波数での無線充電と比較して充電領域が広い。
図25は、また他の実施例による無線電力送信機における無線充電方法を説明するための図である。
図25を参照すると、無線電力送信機は電力伝送段階に遷移後最初の電力制御のためのパケットが無線電力受信機から受信されると、高速充電モードが支援されることを指示する所定の第1パケットを生成して無線電力受信機に伝送することができる(S2501ないしS2502)。
無線電力送信機は、充電モード値が含まれた所定の第1応答パケットを受信することができる(S2503)。
無線電力送信機は、充電モード値が高速充電モードであるか確認することができる(S2504)。
確認の結果、充電モード値が高速充電モードであると、無線電力送信機は動作周波数を変更して交流信号を生成した後、安定制御エラーパケットを受信するか否かを確認することができる(S2505)。
安定制御エラーパケットが受信される特定の動作周波数で無線電力送信機は連続して受信された安定制御エラーパケットのカウンティングされた個数が所定の値以上であるか確認することができる(S2506)。無線電力送信機は連続して受信された安定制御エラーパケットのカウンティングされた個数が所定の値未満であると、前記S2505段階を繰り返すことができる。
確認の結果、無線電力送信機は、連続して受信された安定制御エラーパケットのカウンティングされた個数が所定の値以上であると、高速充電モードに動作周波数を固定して充電を遂行できる(S2507)。所定の値は前記第1応答パケットに既に定義されたり、前記図17に示したように、充電モードの変更安定制御エラーパケットカウンティング値であり得る。実施例において、高速充電モードはインバータタイプをフルブリッジタイプに設定または転換し、電力制御方式を位相制御方式に設定または転換することをいう。
前記2504段階の確認の結果、高速充電モードでない場合−すなわち、一般低電力充電モードである場合−、無線電力送信機は一般低電力充電モードで充電を遂行できる(S2509)。
実施例において、一般低電力充電モードはインバータタイプをハーフブリッジタイプに設定または転換し、電力制御方式を周波数制御方式に設定または転換することをいう。
図26は、また他の実施例による無線電力送信機における無線充電方法を説明するための図である。
図26を参照すると、無線電力送信機は前記図4ないし5の識別段階(530)(または、識別及び構成段階(430))または、電力伝送段階(440、540)で充電モード値が高速充電モードに設定された充電モードパケットを受信することができる(S2601)。
このとき、無線電力送信機は高速充電が可能であるか否かを判断することができる(S2602)。
判断の結果、高速充電が可能な場合、無線電力送信機は高速充電モードが支援されることを指示する所定の第1パケットを生成して当該無線電力受信機に伝送することができる(S2603)。
実施例において、高速充電モードはインバータタイプをフルブリッジタイプに設定または転換し、電力制御方式を位相制御方式に設定または転換することをいう。
無線電力送信機は、動作周波数を変更して交流信号を生成した後、安定制御エラーパケットを受信したり確認することができる(S2604)。
安定制御エラーパケットが受信される特定の動作周波数で無線電力送信機は連続して受信された安定制御エラーパケットのカウンティングされた個数が所定の値以上であるか確認することができる(S2605)。無線電力送信機は連続して受信された安定制御エラーパケットのカウンティングされた個数が所定の値未満であると、前記S2604段階を繰り返すことができる。
確認の結果、無線電力送信機は、連続して受信された安定制御エラーパケットのカウンティングされた個数が所定の値以上であると、高速充電モードに動作周波数を固定して充電を遂行できる(S2606)。所定の値は前記第1応答パケットに既に定義されたり、前記図17に示したように、充電モードの変更安定制御エラーパケットカウンティング値であり得る。
実施例において、高速充電モードはインバータタイプをハーフブリッジタイプに設定または転換し、電力制御方式を位相制御方式に設定または転換することをいう。
前記2602段階の判断の結果、高速充電が可能でない場合、無線電力送信機は当該無線電力受信機のために高速充電を提供できないことを指示する所定の第2パケットを送信した後、デフォルト設定された一般低電力充電モードで充電を遂行できる(S2607ないしS2608)。
実施例において、一般低電力充電モードはインバータタイプをハーフブリッジタイプに設定または転換し、電力制御方式を周波数制御方式に設定または転換することをいう。
図27は、一実施例による無線電力制御装置の構造を説明するためのブロック図である。
一例として、無線電力制御装置は無線電力送信機に装着され得る。
図27を参照すると、無線電力制御(2700)は電源部(2701)、直流−直流変換器(DC−DC Converter、2710)、駆動部(2720)、共振回路(2730)、センシング部(2740)及び制御通信部(2750)を含んで構成され得る。
電源部(2701)は、外部電源端子を通じてDC電力の印加を受けて直流−直流変換器(2710)に伝達することができる。
制御通信部(2750)は、図6の通信部(630)と制御部(640)とを含むことができる。すなわち、制御通信部(2750)は図6の通信部(630)と制御部(640)との機能をすべて遂行できる。
直流−直流変換器(2710)は、電源部(2701)から受信される直流電力の強さを特定の強さの直流電力に変換することができる。一例として、直流−直流変換器(2710)は、電圧の強さの調節が可能な可変電圧機で構成され得、制御通信部(2750)の所定の制御信号により出力直流電力の強さを調節することができるがこれに限定されない。
駆動部(2720)は、直流−直流変換器(2710)の出力直流電力を交流電力に変換して共振回路(2730)に提供することができる。
駆動部(2720)は、第1スイッチ(2727)、第1駆動部(2720a)及び第2駆動部(2720b)を含むことができる。
一実施例による第1駆動部(2720a)は、無線電力送信機が一般低電力充電モードで充電を遂行する場合、交流電力を提供することができ、第2駆動部(2720b)は、無線電力送信機が高速充電モードで充電を遂行する場合、交流電力を提供することができる。他の実施例による第1駆動部(2720a)は、無線電力送信機が一般低電力充電モード及び高速充電モードのうちいずれか一つの充電モードで充電を遂行する場合、交流電力を提供することができ、第2駆動部(2720b)は、無線電力送信機が高速充電モードで充電を遂行する場合、交流電力を提供することができる。
以下、一実施例による第1駆動部(2720a)及び第2駆動部(2720b)に関して具体的に説明する。
制御通信部(1150)は、第1スイッチ(2727)制御を通じて直流−直流変換器(2710)の出力直流電力が第1駆動部(2720a)または、第2駆動部(2720b)に印加されるように制御することができる。より具体的に、制御通信部(1150)は、無線電力送信機が図19ないし図26の一般低電力充電モードで充電を遂行する場合、直流−直流変換器(2710)の出力直流電力が第1駆動部(2720a)に伝達されるように第1スイッチ(2727)を制御することができる。このとき、直流−直流変換器(2710)から出力された直流電力が第2駆動部(2720b)に印加されないように制御され得る。また、制御通信部(1150)は、無線電力送信機が図19ないし図26の高速充電モードで充電を遂行する場合、直流−直流変換器(2710)の出力直流電力が第2駆動部(2720b)に伝達されるように第1スイッチ(2727)を制御することができる。このとき、直流−直流変換器(2710)から出力された直流電力が第1駆動部(2720a)に印加されないように制御され得る。
第1駆動部(2720a)は、第2スイッチ(2721)、第1−1インバータ(2722)、第1−2インバータ(2723)及び第1交流信号制御部(2724)を含むことができる。
一般低電力充電モードの場合、制御通信部(2750)は、第2スイッチ(2721)制御を通じて直流−直流変換器(2710)の出力直流電力が第1−1インバータ(2722)または、第1−2インバータ(2723)に印加されるように制御することができる。一例として、一般低電力充電モードで、制御通信部(2750)は、送出電力の強さを決定し、決定された送出電力の強さに基づいて交流信号の生成に使用する第1駆動部(2720a)のインバータタイプを決定し、決定されたインバータタイプにより第2スイッチ(2721)を制御することができる。ここで、送出電力の強さは無線電力送信装置から受信されるフィードバック信号に基づいて決定され得る。一例として、フィードバック信号はWPC標準に定義された制御エラーパケット(Control Error Packet)を含むことができる。
制御通信部(2750)は、ハーフブリッジタイプの第1−1インバータ(2722)が活性化された状態でフィードバック信号に基づいて決定された送出電力の強さが所定の臨界値を超過する場合、直流−直流変換器(2710)の出力直流電力がフルブリッジタイプの第1−2インバータ(2722)に伝達されるように第2スイッチ(2721)を制御することができる。このとき、直流−直流変換器(2710)から出力された直流電力が第1−1インバータ(2722)に印加されないように制御され得る。
制御通信部(2750)は、第1−1ないし第1−2インバータ(2722、2723)のうちいずれか一つが活性化された状態で決定された送出電力の強さにより電力制御方式の変更が必要なのか判断することができる。判断の結果、電力制御方式変更が必要であれば、制御通信部(2750)は第1交流信号制御部(2724)を制御して動的に電力制御方式を変更することができる。一例として、第1交流信号制御部(2724)の電力制御方式はデューティーサイクル制御方式、駆動周波数制御方式、位相遷移制御方式などを含むことができるが、これに限定されない。
一例として、制御通信部(2750)は、ハーフブリッジタイプの第1−1インバータ(2722)が活性化された場合、決定された送出電力の強さによりデューティーサイクル制御方式及び駆動周波数制御方式のうちいずれか一つを選択して電力制御を遂行できる。反面、フルブリッジタイプの第1−2インバータ(2723)が活性化された場合、制御通信部(2750)は、決定された送出電力の強さにより位相遷移制御方式及び駆動周波数制御方式のうちいずれか一つを選択して電力制御を遂行できる。
他の一例として、制御通信部(2750)は、ハーフブリッジタイプの第1−1インバータ(2722)が活性化された場合、決定された送出電力の強さにより位相遷移制御方式及び駆動周波数制御方式のうちいずれか一つを選択して電力制御を遂行できる。反面、フルブリッジタイプの第1−2インバータ(2723)が活性化された場合、制御通信部(2750)は、決定された送出電力の強さによりデューティーサイクル制御方式及び駆動周波数制御方式のうちいずれか一つを選択して電力制御を遂行することもできる。
制御通信部(2750)は、第1駆動部(2720a)のデューティーサイクル制御方式または、位相遷移制御方式を通じて電力制御が遂行されている場合、駆動周波数が変更されないように第1交流信号制御部(2724)を制御することもできる。
制御通信部(2750)は、第1駆動部(2720a)のデューティーサイクル制御方式で電力制御中、フィードバック信号により決定された送出電力の強さに対応するデューティーサイクルが所定のデューティーサイクル上限値を超過する場合、電力制御方式がデューティーサイクル制御方式から駆動周波数制御方式に変更されるように交流信号制御部(2724)を制御することができる。
制御通信部(2750)は、第1駆動部(2720a)のハーフブリッジタイプの第1−1インバータ(2722)が活性化された状態で駆動周波数制御方式で電力制御中、決定された送出電力に対応する駆動周波数が所定の駆動周波数下限値未満の場合、フルブリッジタイプの第1−2インバータ(2723)が活性化し、ハーフブリッジタイプの第1−1インバータ(2722)を非活性化されるように第1交流信号制御部(2724)を制御することもできる。
デューティーサイクル制御方式は、第1駆動部(2720a)の駆動周波数が固定された状態で交流電力信号のデューティーレート(Duty Rate)を制御することによって、単位時間の間の平均送出電力を調節する無線電力制御方式である。このとき、デューティーレートは10〜50%の調節範囲を有し得るが、これに限定されない。
駆動周波数制御方式は、第1駆動部(2720a)の動作周波数を調節して共振回路(2730)を通じて送出される電力の強さを調節する無線電力制御方式である。共振回路(2730)を構成するキャパシター(Capacitor)のキャパシタンスとインダクター(Inductor)のインダクタンスによって決定される共振周波数と第1交流信号制御部(2724)により生成された動作周波数のマッチング程度により共振回路(2730)を通じて送出される電力の強さは調節され得る。一例として、共振回路(2730)により決定される共振周波数と第1交流信号制御部(2724)によって生成された動作周波数が一致する場合、最大電力が送出され得る。一例として、第1駆動部(2720a)の動作周波数の調節範囲は、110KHzから205KHzまでであり、110KHzが送出電力の強さが最大になる共振周波数であり得る。
位相遷移制御方式は、第1駆動部(2720a)の特定の動作周波数を有する交流信号の位相を調節して送出電力の強さを制御する無線電力制御方式である。一例として、第1駆動部(2720a)の位相調節範囲は0度から133度との間の値であり得る。
第2駆動部(2720b)は、第2インバータ(2725)及び第2交流信号制御部(2725)を含むことができる。
第2インバータ(2725)は、ハーフブリッジタイプ及びフルブリッジタイプのうちいずれか一つのタイプであり得る。より具体的に、第2インバータ(2725)は、フルブリッジタイプの場合、ハーフブリッジタイプの場合より導通される電流量が減少するしてノイズ電流の大きさが減少するので充電切れの現象が防止される。
制御通信部(2750)は、高速充電モードで、送出電力の強さを決定して第2インバータ(2725)を活性化した状態で第2交流信号制御部(2726)が電力制御を遂行するようにし得る。一例として、第2交流信号制御部(2726)の電力制御方式は位相遷移制御方式であり得るが、これに限定されない。
一例として、フルブリッジタイプの第2インバータ(2725)が活性化された場合、制御通信部(2750)は、決定された送出電力の強さにより位相遷移制御方式で電力制御を遂行できる。より具体的に、制御通信部(2750)は、第2駆動部(2720b)の位相遷移制御方式を通じて電力制御が遂行されている場合、駆動周波数が変更されないように第2交流信号制御部(2726)を制御することができる。したがって、実施例は高速無線充電で安定的に電力を制御することができる。
位相遷移制御方式は、第2駆動部(2720b)の特定の動作周波数を有する交流信号の位相を調節して送出電力の強さを制御する無線電力制御方式である。一例として、第2駆動部(2720b)の位相調節範囲は、0度から133度との間の値であり得る。特定の動作周波数は、図21ないし図26の高速充電モードで充電を遂行する場合、固定される動作周波数であり得る。
共振回路(2730)は、特定の共振周波数が形成され、特定インピーダンス値を有するように構成された少なくとも一つのキャッピーシッター及び少なくとも一つのインダクターを含んで構成され得る。
共振回路(2730)に含まれた送信コイルの個数が複数個である場合、当該送信コイルの配置構造に関係なく、送信コイル別のインピーダンス値が同一になるように共振回路(2730)が構成され得る。
制御通信部(2750)は、無線電力受信機から受信されるインバンド信号を復調することができる。一例として、制御通信部(2750)は、電力伝送段階(440または、560)に進入後、所定の周期で受信される制御エラーパケットを復調し、復調された制御エラーパケットに基づいて送出電力の強さを決定することができる。
制御通信部(2750)は、無線電力受信機に伝送するパケットを変調して共振回路(2730)に伝送することもできる。一例として、制御通信部(2750)は、交渉段階(540)でFOD状態パケットが受信されると、品質因子値に基づいたFO検出手順の遂行するか否かを指示する所定の応答パケットを生成し、これを変調して共振回路(2730)に伝送することができる。
ここで、応答パケットがACKパケットであると、無線電力送信装置が品質因子値に基づいた異質物感知手順を遂行することを意味し得る。反面、応答パケットがNACKパケットであると、品質因子値に基づいた異質物感知手順を遂行しないことを意味し得る。無線電力送信装置は、搭載されたソフトウェアバージョン及び装着されたハードウェアバージョンに基づいてそれ自体が品質因子値に基づいた異質物感知が可能であるか否かを識別することができる。
センシング部(2740)は、無線電力送信装置の特定ノード、特定部品、特定位置などでの電圧、電流、電力及び温度などを測定することができる。一例として、センシング部(2740)は、直流−直流コンバータ(2710)と駆動部(2720)との間の電流/電圧/電力の強さを測定し、測定結果を制御通信部(2750)に伝達することができる。他の一例として、センシング部(2740)は、共振回路(2730)のインダクターに流れる電流の強さとキャパシターに印加される電圧の強さとを測定し、測定結果を制御通信部(2750)に伝達することもできる。
図28は、図27の第1交流信号制御部(2724)の細部構造を説明するためのブロック図である。
図28を参照すると、第1交流信号制御部(2724)は、位相遷移部(Phase Shift Unit、2810)、動作周波数生成部(Operating Frequency Generation Unit、2820)、デューティーサイクル調節部(Duty Cycle Control Unit、2830)、ゲートドライバー(Gate Driver、2840)及び制御部(Controller、2850)を含んで構成され得る。
制御部(2850)は、制御通信部(2750)との通信を遂行し、制御通信部(2750)の制御信号により下部モジュールを制御することができる。ここで、下部モジュールは、前記位相変移部(Phase Shift Unit、2810)、動作周波数生成部(Operating Frequency Generation Unit、2820)、デューティーサイクル調節部(Duty Cycle Control Unit、2830)及びゲートドライバー(Gate Driver、2840)を含む。
位相遷移部(2810)は、動作周波数生成部(2820)により生成された交流信号の位相を調節することができる。位相が調節された交流信号はゲートドライバー(2840)に伝達され得る。一例として、位相調節範囲は0度から133度との間の値であり得る。
動作周波数生成部(2820)は、制御部(2850)の制御信号により特定の動作周波数を有する交流信号を生成することができる。生成された交流信号は、位相遷移部(Phase Shift Unit、2810)、デューティーサイクル調節部(2830)、ゲートドライバー(1240)のうちいずれか一つに伝達され得る。一例として、動作周波数生成部(2820)により調節可能な動作周波数範囲は110KHzから205KHzまでであり、110KHzが送出電力の強さが最大になる共振周波数であり得る。この場合、ハーフブリッジタイプのインバータが活性化された場合、動作周波数制御方式の動作周波数調節範囲は172KHzから205KHzとの間の値であり、フルブリッジタイプのインバータが活性化された場合、動作周波数制御方式の動作周波数調節範囲は110KHzから172KHzとの間の値であり得るが、これに限定されない
デューティーサイクル調節部(2830)は、動作周波数生成部(2820)により生成された交流信号のデューティーレートを調節することができる。デューティーレートが調節された交流信号はゲートドライバー(2840)に伝達され得る。一例として、デューティーレートの調節範囲は10〜50%であり得るが、これに限定されない。
ゲートドライバー(2840)は、入力された交流信号に基づいて第1−1インバータ(2722)または、第1−2インバータ(2723)に具備されたスイッチを制御することができる。
ゲートドライバー(2840)に入力される交流信号は少なくとも一つのパルス幅変調信号であり得るが、これに限定されない。
図29は、一実施例による直流信号を交流信号に変換するインバータの基本的な動作原理を説明するための図である。
前記図28の駆動部(2720)は、ハーフブリッジタイプのインバータ及びフルブリッジタイプのインバータを含んで構成され得る。
図面番号29aを参照すると、ハーフブリッジインバータは、二つのスイッチ(S1及びS2)を含み、ゲートドライバーのスイッチON/OFF制御により出力電圧(Vo)が変更され得る。一例として、S1スイッチが短絡され、S2スイッチが開放されると、出力電圧(Vo)は入力電圧である+Vdc値を有する。反面、S1スイッチが開放され、S2スイッチが短絡されると、出力電圧(Vo)は0値を有する。ハーフブリッジインバータ(13a)は、所定の周期でS1スイッチとS2スイッチが交差短絡されると、当該周期を有する交流波形を出力することができる。
前記図29の図面符号29bを参照すると、フルブリッジインバータは、四個のスイッチ(S1、S2、S3及びS4)を含んで構成され得、ゲートドライバーのスイッチON/OFF制御により出力電圧(Vo)レベルは図面番号29bに含まれた表に図示された通り、+Vdcまたは−Vdcまたは、0の値を有することができる。一例として、S1スイッチとS2スイッチが短絡され、残りのスイッチが開放されると、出力電圧(Vo)レベルは+Vdc値を有する。反面、S3スイッチとS4スイッチが短絡され、残りのスイッチが開放されると、出力電圧(Vo)レベルは−Vdc値を有する。
図30は、一実施例によるハーフブリッジタイプのインバータが装着された無線電力送信装置の等価回路図である。
図30のハーフブリッジタイプのインバータは、図28の第1−1インバータ(2722)であり得る。
以下、説明の便宜のために、ハーフブリッジタイプのインバータを第1インバータと混用して使用することとする。
図30を参照すると、第1インバータ(3020)は第1スイッチ(3021)及び第2スイッチ(3022)を含んで構成され得る。第1インバータ(3020)はキャパシター(3031)とインダクター(3032)で構成された共振回路(3030)に連結される。電源(3010)から供給される直流電力は第1インバータ(3020)のスイッチ制御を通じて交流信号に変換されて共振回路(3030)に伝達され得る。
前記図30の実施例においては、一つのキャパシター(3031)と一つのインダクター(3032)とを含む共振回路(3030)が具備された無線電力送信装置を例をあげて説明したが、これは一つの実施例に過ぎず、共振回路(3030)を構成するキャパシター及びインダクターの個数及びそれらの回路構成は当業者の設計目的により異なる可能性があることに注意しなければならない。
図31は、一実施例によるフルブリッジタイプのインバータが装着された無線電力送信装置の等価回路図である。
図31のフルブリッジタイプのインバータは、図28の第1−2インバータ(2723)または、第2インバータ(2725)であり得る。
以下、説明の便宜のために、フルブリッジタイプのインバータを第2インバータと混用して使用することとする。
図31を参照すると、第2インバータ(3120)は第1ないし第4スイッチ(3121、3122、3123、3124)を含むことができる。第2インバータ(3120)はキャパシター(3131)とインダクター(3132)で構成された共振回路(3130)に連結される。電源(3110)から供給される直流電力は第2インバータ(3120)のスイッチ制御を通じて交流信号に変換されて共振回路(3130)に伝達され得る。
前記図31の実施例においてでは、一つのキャパシター(3131)と一つのインダクター(3132)とを含む共振回路(3130)が具備された無線電力送信装置を例をあげて説明したが、これは一つの実施例に過ぎず、共振回路(3130)を構成するキャパシター及びインダクターの個数及びそれらの回路構成は当業者の設計目的により異なる可能性があることに注意しなければならない。
図32は、一実施例による一般低電力充電モードにおける無線充電のための無線電力制御方法を説明するための順序図である。
図32を参照すると、無線電力送信装置は図19ないし図26により一般低電力充電モード及び高速充電モードのうちいずれか一つの充電モードで無線充電を遂行できる(S3201、S3202)。
一般低電力充電モードが選択されると、無線電力送信装置は、無線電力受信機のカテゴリー及び(または)フィードバックチャネルを通じて受信された要求電力情報に基づいて決定される初期の送出電力の強さに基づいて交流信号生成のためのインバータタイプを決定し、当該インバータを活性化させることができる(S3203)。ここで、フィードバックチャネルは、無線電力伝送に使用される周波数帯域と同一の周波数帯域を使用するインバンド通信チャネルであり得るが、これに限定されず、無線電力伝送に使用される周波数帯域と異なる周波数帯域を利用した近距離無線通信チャネルであり得る。
無線電力送信装置は、フィードバックチャネルを通じて電力制御を要請する所定フィードバック信号が受信されると、受信されたフィードバック信号に基づいて送出電力の強さを決定することができる(S3204)。
無線電力送信装置は、決定された送出電力の強さが現在の活性化されたインバータタイプで支援が可能か否かを判断することができる(S3205)。
判断の結果、支援可能でなければ、無線電力送信装置は、決定された送出電力の強さに対応するインバータタイプ及び電力制御方式を新しく決定することができる(S3206)。このとき、無線電力送信装置は、新しく決定されたインバータタイプを用いて交流信号を生成し、新しく決定された電力制御方式及びフィードバック信号により送出電力の強さを制御することができる。
前記S3205段階の判断の結果、支援が可能であればば、無線電力送信装置は電力制御方式の変更が必要であるか否かを判断することができる(S3207)。ここで、無線電力送信装置は前記S3204段階で決定された送出電力の強さが現在の活性化された電力制御方式を通じて調節可能な強さなのかを確認して電力制御方式の変更が必要であるか否かを判断することができる。
判断の結果、変更が必要であれば、無線電力送信装置は決定された送出電力の強さに対応する電力制御方式を新しく決定し、現在の活性化された電力制御方式を新しく決定された電力制御方式に変更して電力制御を遂行できる(S3208)。
前記S3207段階の判断の結果、変更が必要でなければ、無線電力送信装置は前記S3204段階に回帰することができる。
図33は、他の実施例による一般低電力充電モードにおける無線充電のための無線電力制御方法を説明するための順序図である。
図33を参照すると、無線電力送信装置は図19ないし図26により一般低電力充電モード及び高速充電モードのうちいずれか一つの充電モードで無線充電を遂行できる(S3301、S3302)。
一般低電力充電モードが選択されると、無線電力送信装置は電力伝送段階進入後、最初に受信されたフィードバック信号に基づいて送出電力の強さを決定することができる(S3303)。
無線電力送信装置は、決定された送出電力の強さに対応するインバータタイプを決定することができる(S3304)。
無線電力送信装置は、決定されたインバータタイプに対応して選択可能な電力制御方式のうち決定された送出電力の強さを支援する電力制御方式を決定することができる(S3305)。
この後、無線電力送信装置は、周期的に受信されるフィードバック信号に基づいて送出電力の強さを決定することができる(S3306)。
無線電力送信装置は、前記S3306段階で決定された送出電力の強さが決定された電力制御方式に対応して予め定義された電力調節範囲以内であるか否かを判断することができる(S3307)。
判断の結果、電力調節範囲を外れると、無線電力送信装置は前記S3306段階で決定された送出電力の強さに対応するインバータタイプ及び(または)電力制御方式を再決定することができる(S3308)。
前記3307段階の判断の結果、電力調節範囲以内であると、無線電力送信装置は現在の活性化されたインバータタイプ及び電力制御方式を維持し、前記S3306段階を遂行できる。
図34は、一実施例による一般低電力充電モードにおける送出電力の強さの変化によるインバータタイプ及び電力制御方式転換方法を説明するための図である。
一般低電力充電モードで無線電力送信装置は、電力制御を要請するフィードバック信号が受信されると、送出電力の強さを決定し、決定された送出電力の強さに基づくインバータタイプ及び電力制御方式を決定することができる。
以下においては、電力伝送段階に進入後、時間が第1時点から第4時点まで経過する間のフィードバック信号に基づいて決定された送出電力の強さによりインバータタイプ及び電力制御方式の転換方法を詳細に説明することにする。
図34を参照すると、第1時点で受信されたフィードバック信号によって決定された送出電力の強さがAであれと、無線電力送信装置はインバータタイプをハーフブリッジに決定し、電力制御方式をデューティーサイクル制御方式に決定することができる。
第2時点で受信されたフィードバック信号によって決定された送出電力の強さがBである場合、インバータタイプはハーフブリッジに維持され、電力制御方式はデューティーサイクル制御方式から動作周波数制御方式に転換され得る。
第3時点で受信されたフィードバック信号によって決定された送出電力の強さがCである場合、決定された送出電力の強さに対応するインバータタイプがフルブリッジであるため、無線電力送信装置はインバータタイプをハーフブリッジからフルブリッジに転換し、電力制御方式は位相遷移制御方式に決定することができる。
第4時点でフィードバック信号によって決定された送出電力の強さがDである場合、無線電力送信装置はインバータタイプをフルブリッジに維持し、電力制御方式は位相遷移制御方式から動作周波数制御方式に転換することができる。
図35は、一実施例による一般低電力充電モードにおけるハーフブリッジが活性化された状態で無線電力を制御する方法を説明するための順序図である。
図35を参照すると、一般低電力充電モードで無線電力送信装置はハーフブリッジが活性化された状態で受信されたフィードバック信号に基づいて送出電力の強さを決定することができる(S3501ないしS3502)。一例として、フィードバック信号はWPC標準に定義された制御エラーパケットであり得る、電力伝送段階で周期的に受信され得る。
無線電力送信装置は、現在の活性化された電力制御方式がデューティーサイクル制御方式であるか否かを確認することができる(S3503)。
確認の結果、現在の活性化された電力制御方式がデューティーサイクル制御方式であると、無線電力送信装置は決定された送出電力の強さに対応するデューティーレートが所定のデューティーレートの調節下限値より小さいか否かを判断することができる(S3504)。一例として、デューティーレートの調節範囲は10%から50%との間の値であり得る。デューティーサイクル制御方式が活性化された場合、デューティーレートが50%と設定されたとき、最も小さい電力が送出され、デューティーレートが10%と設定されたとき、最も大きい電力が送出され得る。
デューティーサイクル制御方式が活性化された状態でフィードバック信号に基づいて決定された送出電力の強さに相応するデューティーレートが所定のデューティーレートの下限値より小さい場合、無線電力送信装置は電力制御方式をデューティーサイクル制御方式から動作周波数制御方式に転換させることができる(S3505)。
無線電力送信装置は、動作周波数制御方式が活性化された状態で受信されるフィードバック信号に基づいて送出電力の強さを決定することができる(S5306)。
無線電力送信装置は、前記3506段階で決定された送出電力の強さに対応する動作周波数が所定の動作周波数の調節下限値より小さいか否かを判断することができる(S3507)。
判断の結果、所定の動作周波数の調節下限値より小さければ、無線電力送信装置はインバータタイプをフルブリッジタイプに転換させることができる(S3508)。
前記S3507段階の判断の結果、決定された送出電力の強さに対応する動作周波数が所定の動作周波数の調節下限値より大きければ、無線電力送信装置は決定された送出電力の強さに対応する動作周波数が所定の動作周波数の上限値より大きいか否かを判断することができる(S3509)。
判断の結果、決定された送出電力の強さに対応する動作周波数が前記動作周波数の上限値より大きければ、無線電力送信装置は電力制御方式を動作周波数制御方式からデューティーサイクル制御方式に転換させることができる(S3510)。
前記S3509段階の判断の結果、動作周波数の上限値より小さければ、無線電力送信装置は前記S3506段階に進入して動作周波数制御方式を通じて電力制御を遂行できる。
前記S3503段階の判断の結果、現在の活性化された電力制御方式がデューティーサイクル制御方式でない場合、無線電力送信装置は前記S3507段階を遂行できる。
図36は、一実施例による一般低電力充電モードにおけるフルブリッジが活性化された状態で無線電力を制御する方法を説明するための順序図である。
図36を参照すると、一般低電力充電モードで無線電力送信装置はフルブリッジが活性化された状態で周期的に受信されるフィードバック信号に基づいて送出電力の強さを決定することができる(S3601ないしS3602)。
無線電力送信装置は、現在の活性化された電力制御方式が位相遷移制御方式であるか否かを確認することができる(S3603)。
確認の結果、現在の活性化された電力制御方式が位相遷移制御方式であれば、無線電力送信装置は決定された送出電力の強さに対応する位相遷移が所定の位相遷移調節範囲を外れるか否かを判断することができる(S3604)。一例として、位相調節範囲は0度から133度との間であり得、決定された送出電力の強さに対応して調節される位相遷移が0度未満或いは、133度を超過する場合、無線電力送信装置は位相遷移調節範囲を外れたと判断することができる。
判断の結果、位相遷移調節範囲を外れると、無線電力送信装置は電力制御方式を位相遷移制御方式から動作周波数制御方式に変換することができる(S3605)。
無線電力送信装置は、動作周波数制御方式が活性化された状態で受信されるフィードバック信号に基づいて送出電力の強さを決定することができる(S3606)。
無線電力送信装置は、前記3606段階で決定された送出電力の強さに対応する動作周波数が所定の動作周波数調節下限値より小さいか否かを判断することができる(S3607)。
判断の結果、所定の動作周波数の調節下限値より小さければ、無線電力送信装置は図19ないし図26により高速充電モードで無線充電を遂行できるか否かを判断することができる(S3608)。
判断の結果、高速充電モードで無線充電を遂行できれば、無線電力送信装置は高速充電モードで無線充電を遂行できる(S3609)。
前記S3608段階の判断の結果、高速充電モードで無線充電を遂行できなければ、無線電力送信装置は最大送出電力に到達したことを指示する所定の警告アラーム信号を出力することができる(S3610)。ここで、警告アラーム信号はランプ(Lamp)、ブザー(buzzer)、振動、液晶ディスプレーなどのアラーム及び(または)表示手段を用いて出力され得るが、これに限定されない。
前記3607段階の判断の結果、決定された送出電力の強さに対応する動作周波数が所定の動作周波数の調節下限値より大きければ、無線電力送信装置は決定された送出電力の強さに対応する動作周波数が所定の動作周波数の上限値より大きいか否かを判断することができる(S3611)。
判断の結果、動作周波数上限値より小さければ、前記S3606段階に回帰することができる。
反面、前記S3611段階の判断の結果、決定された送出電力の強さに対応する動作周波数が前記動作周波数の上限値より大きければ、無線電力送信装置は電力制御方式を動作周波数制御方式から位相遷移制御方式に転換することができる(S3612)。
前記S3603段階の判断の結果、現在の活性化された電力制御方式が位相遷移制御方式でない場合、無線電力送信装置は前記S3607段階を遂行できる。
図37は、図27の第2交流信号制御部(2726)の細部構造を説明するためのブロック図である。
図37を参照すると、第2交流信号制御部(2726)は位相遷移部(Phase Shift Unit、4110)、動作周波数生成部(Operating Frequency Generation Unit、4120)、ゲートドライバー(Gate Driver、3730)及び制御部(Controller、3740)を含んで構成され得る。
制御部(3740)は、制御通信部(2750)との通信を遂行し、制御通信部(2750)の制御信号により下部モジュールを制御することができる。ここで、下部モジュールは前記位相遷移部(Phase Shift Unit、4110)、動作周波数生成部(Operating Frequency Generation Unit、4120)及びゲートドライバー(Gate Driver、3730)を含む。
位相遷移部(4110)は、動作周波数生成部(4120)により生成された交流信号の位相を調節することができる。位相が調節された交流信号はゲートドライバー(3730)に伝達され得る。一例として、位相調節範囲は0度から133度との間の値であり得る。
動作周波数生成部(4120)は、制御部(3740)の制御信号により特定の動作周波数を有する交流信号を生成することができる。生成された交流信号は位相遷移部(Phase Shift Unit、4110)に伝達され得る。特定の動作周波数は図21ないし図26の高速充電モードで充電を遂行する場合、固定される動作周波数であり得る。
ゲートドライバー(3740)は、入力された交流信号に基づいて第2インバータ(2725)に具備されたスイッチを制御することができる。
ゲートドライバー(3740)に入力される交流信号は、少なくとも一つのパルス幅変調信号であり得るが、これに限定されない。
図38は、一実施例による高速充電モードにおける送出電力の強さの変化による電力制御方法を説明するための図である。
高速充電モードで無線電力送信装置は、電力制御を要請するフィードバック信号が受信されると、送出電力の強さを決定し、決定された送出電力の強さに基づいて位相遷移制御方式で電力を制御することができる。
以下においては、電力伝送段階に進入後、フィードバック信号に基づいて決定された送出電力の強さにより電力制御方法に対し詳細に説明することにする。
図34を参照すると、高速充電モードで無線電力送信装置は特定の動作周波数(F_fix)で固定して決定された送出電力の強さにより位相を変移して送出電力を制御することができる。
したがって、実施例は、安定的に交流信号を生成する動作周波数で固定した後、無線充電を遂行するので充電切れの現象が防止され、安定的でない交流信号を生成する動作周波数における無線充電と比較して充電領域が広い。また、実施例はフルブリッジタイプの場合、ハーフブリッジタイプの場合より導通される電流量が減少してノイズ電流の大きさが減少するので充電切れの現象が防止される。また、実施例は高速無線充電で位相遷移方式で送出電力を制御して安定的に無線充電電力を制御することができる。
図39は、一実施例による高速充電モードにおけるフルブリッジが活性化された状態で無線電力を制御する方法を説明するための順序図である。
*403度39を参照すると、無線電力送信装置は、図19ないし図26により一般低電力充電モード及び高速充電モードのうちいずれか一つの充電モードで無線充電を遂行できる(S3901、S3902)。
高速充電モードが選択されると、無線電力送信装置は所定の動作周波数で固定され得る(S3903)。所定の動作周波数は図21ないし図26の高速充電モードで充電を遂行する場合、固定される動作周波数であり得る。
所定の動作周波数で固定されると、無線電力送信装置はフルブリッジが活性化され得る(S3904)。
フルブリッジが活性化された状態で無線電力送信装置は、周期的に受信されるフィードバック信号に基づいて送出電力の強さを決定することができる(S3905)。
決定された送出電力の強さが電力制御範囲以内であるか否かを確認することができる(S3906)。
確認の結果、電力制御範囲以内であると、決定された送出電力の強さに基づいて無線電力送信装置は位相遷移制御方式で電力を制御することができる(S3907)。以後、前記S3905段階を繰り返すことができる。
前記S3906段階で、電力制御範囲でなければ、無線電力送信装置は決定された送出電力の強さが最大送出電力以上であるか否かを確認することができる(S3908)。
決定された送出電力の強さが最大送出電力以上であると、無線電力送信装置は最大送出電力に到達したことを指示する所定の警告アラーム信号を出力することができる(S3909)。ここで、警告アラーム信号はランプ(Lamp)、ブザー(buzzer)、振動、液晶ディスプレイなどのアラーム及び(または)表示手段を用いて出力され得るが、これに限定されない。
前記S3908段階で、決定された送出電力の強さが最大送出電力以上でなければ、無線電力送信装置は一般低電力充電モードで充電を遂行できる(S4310)。
前記S3902段階で、高速充電モードで充電を遂行しなければ無線電力送信装置は一般低電力充電モードで充電を遂行できる(S4310)。
図40は、一実施例による無線充電送信コイルを説明するための図である。
図40を参照すると、3個の送信コイルが配置され得る。一定の大きさの充電領域内で均一な電力伝送を遂行するために、複数の送信コイルのうち少なくとも一つは重畳されて配置され得る。図40で第1コイル(4010)と第2コイル(4020)は遮蔽材(4040)の上に一定の間隔を置いて並んで第1層に配置されていて、第3コイル(4030)は第1コイル及び第2コイルの上に第2層に重畳されて配置され得る。
第1コイル(4010)、第2コイル(4020)及び第3コイル(4030)は、WPCまたはPMAで定義したコイルの規格通り製造され得、それぞれの物理的特性が許容され得る程度の範囲内で同一であり得る。
例えば、送信コイルは下記の表1のような規格を有することができる。
表1は、WPCに定義されたA13タイプの送信コイルに対する規格であり、一実施例で第1コイル(4010)、第2コイル(4020)及び第3コイル(4030)は、表1に定義された外側の長さ、内側の長さ、外側の幅、内側の幅、厚さ及び巻線数で製造され得る。もちろん、同一の製造工程によって第1コイル(4010)、第2コイル(4020)及び第3コイル(4030)は誤差の範囲内で物理的特性が同一であり得る。
ただし、図21のように第1コイル(4010)、第2コイル(4020)及び第3コイル(4030)それぞれは遮蔽材との関係において、配置される位置に応じて測定されるインダクタンスが異なる値を有することができる。
例えば、第1コイル(4010)及び第2コイル(4020)は、前記表1の規格を満足して12.5uHのインダクタンスを有するが、第3コイル(4030)は遮蔽材との離隔距離が第1コイル(4010)及び第2コイル(4020)と異なるので12.5uHより小さいインダクタンスを有することがある。
例えば、第1コイル(4010)及び第2コイル(4020)は、遮蔽材と接触して配置されるが、第3コイル(4030)は遮蔽材から所定の高さだけ離隔して配置され得る。
一実施例において、第1コイル(4010)、第2コイル(4020)または、第3コイル(4030)と遮蔽材との間には接着材が配置され得る。
したがって、一実施例において第3コイル(4030)は第1コイル(4010)及び第2コイル(4020)と同一のインダクタンスを有するために第1コイル(4010)及び第2コイル(4020)の巻線数より数回(例えば、0.5回または、1回または、2回)さらに多くの巻線数を有するようにし得る。
一実施例において、第3コイル(4030)は12.5回または、13回或いは、14回の巻線数を有することができる。
言い換えれば、中央に位置する第3コイル(4030)は第1コイル(4010)及び第2コイル(4020)より遮蔽材からさらに遠く位置して測定されたインダクタンスが第1コイル(4010)及び第2コイル(4020)と異なることもあって、第3コイル(4030)を構成する導線の長さを第1コイル(4010)及び第2コイル(4020)より少し長くしてインダクタンスを同一に調整することができる。
一実施例において、第3コイル(4030)を構成する導線の長さを第1コイル(4010)及び第2コイル(4020)より少し長くして、第3コイル(4030)が第1コイル(4010)及び第2コイル(4020)より遮蔽材からさらに遠く位置するにも関わらず、3個のコイルのインダクタンスが12.5uHで同一であり得る。一実施例においてコイルのインダクタンスが同一であるということは±0.5uH内の誤差範囲を有することを意味する。
重畳されて位置する送信コイルは、遮蔽材との距離が遠く離れるほど測定されるインダクタンスが小さいこともあり、遮蔽材との距離が遠いほどインダクタンスを増加させるために送信コイルの長さをさらに長くすることができる。
図41は、一実施例による複数のコイルを含む無線電力送信機でフルブリッジインバータ(Full−bridge Invertor)を含む3個のドライブ回路を説明するための図である。
図41を参照すると、無線電力送信機が含む3個のコイルそれぞれが異なるインダクタンスを有する場合、それぞれのコイルと連結される3個のドライブ回路(4110)と同一の共振周波数を発生させるためのキャパシタを含む3個のLC共振回路(4120)が必要である。
無線電力送信機が複数のコイルを含んでも、無線電力送信機が電力の伝送を遂行するために発生させる共振周波数は送信コイルそれぞれにより異なることがなく、無線電力送信機が支援する標準共振周波数に従わなければならない。
LC共振回路(4120)で発生する共振周波数は、コイルのインダクタンスとキャパシタのキャパシタンスにより異なることもある。
例えば、共振周波数(fr、resonant frequency)は100Khzであり得、コイルと連結されて前記共振周波数を発生させるキャパシタのキャパシタンス(capacitance)が200nFである場合、一つのキャパシタだけを使用するには3個のコイルすべて12.5uHを満足しなければならない。3個のコイルのインダクタンスがそれぞれ異なると100Khzの共振周波数を発生させるためにそれぞれ対応する互いに異なるキャパシタンスを有する3個のキャパシタが必要である。これに追加してそれぞれのLC共振回路(4120)で交流電圧を印加するためのインバータを含むドライブ回路(4110)もやはり3個が必要である。
図42は、一実施例による複数のコイルを含み、かつ一つのドライブ回路を含む無線電力送信機を説明するための図である。
図42を参照すると、無線電力送信機の3個のコイルのインダクタンスが同一である場合、無線電力送信機は一つのドライブ回路(4210)だけを含むことができ、一つのドライブ回路(4210)と3個のコイルの中で無線電力受信機のコイルと電力伝送効率が最も高い無線電力送信機のコイルを連結するようにスイッチ(4230)を制御することができる。
図41と比較するとき、無線電力送信機はドライブ回路(4210)を一つだけ使用することによって部品が占める面積を減らすことができるため無線電力送信機自体を小型化することができ、製造のとき必要とされる原材料費を減らすことができる効果がある。
一実施例において、無線電力送信機は無線電力送信機の3個のコイルと無線電力受信機のコイルとの間の電力伝送効率を算出するためにピング段階で信号強さ表示子を使用することができる。
または、他の実施例において、無線電力送信機は送受信コイルの間の結合係数を算出して結合係数が高い無線電力送信機のコイルを選択することができる。
または、他の実施例において、無線電力送信機はキューファクター(Q factor)を算出してキューファクターが高い無線電力送信機のコイルを識別してドライブ回路(4210)と連結するようにスイッチ(4230)を制御することができる。
図43は、一実施例による複数の送信コイルのうちいずれか一つをドライブ回路と連結する複数のスイッチを説明するための図である。
図43を参照すると、電力伝送部は入力電圧を変換するドライブ回路(4310)、ドライブ回路(4310)とLC共振回路とを連結するスイッチ(4320)、複数の送信コイル(4330)、無線電力送信機の複数のコイルと直列に連結される一つのキャパシタ(4340)及びスイッチ(4320)の開閉を制御する制御部(4350)を含むことができる。
制御部(4350)は、無線電力送信機の複数のコイル(4330)中、無線電力受信機のコイルと電力伝送効率が最も高い無線電力送信機のコイルを識別し、識別された無線電力送信機のコイルをドライブ回路(4310)と連結するようにスイッチを閉じる制御を遂行できる。
前述した実施例による方法は、コンピュータで遂行されるためのプログラムとして製作されてコンピュータが判読することができる記録媒体に保存され得、コンピュータが判読することができる記録媒体の例としてはROM、RAM、CD−ROM、磁気テープ、フロッピー(登録商標)ディスク、光データ保存装置などがあり、また、キャリアウェーブ(例えばインターネットを通じた伝送)の形態で具現されるものも含む。
コンピュータが判読することができる記録媒体は、ネットワークに連結されたコンピュータシステムに分散して、分散方式でコンピュータが判読することができるコードが保存されて遂行され得る。そして、前述した方法を具現するための機能的な(function)プログラム、コード及びコードセグメントは、実施例が属する技術分野のプログラマーによって容易に推論され得る。
本発明は、本発明の精神及び必須の特徴を外れない範囲で他の特定の形態に具体化できることは当業者にとって自明である。
したがって、前記の詳細な説明はすべての面で制限的に解釈されてはならず、例示的であるものとして考慮されなければならない。本発明の範囲は添付された請求項の合理的解釈によって決定されなければならず、本発明の等価的範囲内でのすべての変更は本発明の範囲に含まれる。
Claims (20)
- 一つ以上の送信コイルを含む電力伝送部;
外部から印加された直流電力の強さを変換する電力変換部;
一つ以上のインバータを用いて前記電力変換部から印加される直流電力を交流電力に変換し、前記交流電力を前記一つ以上の送信コイルに提供する駆動部;
外部装置と情報を交換する通信部;及び
前記通信部を通じて受信された充電モードパケットに基づいて充電モードを制御する制御部;を含み、
前記充電モードが高速充電モードであると、前記インバータはフルブリッジタイプである無線電力送信機。 - 前記充電モードパケットは、充電モードの変更動作周波数値をさらに含む、
前記充電モードの変更動作周波数は、高速充電モードで交流信号を生成するとき、固定される所定の動作周波数である、請求項1に記載の無線電力送信機。 - 前記充電モードの変更動作周波数は、無線充電の開始前と無線充電の終了時に安定的に交流電力を生成していた動作周波数である、請求項2に記載の無線電力送信機。
- 前記制御部は、前記一般低電力充電モードで安定的に交流電力を生成するとき、前記高速充電モードに切り替えて充電を遂行する、請求項1に記載の無線電力送信機。
- 前記充電モードパケットは、充電モードの変更安定制御エラーパケットカウンティング値をさらに含む、請求項1に記載の無線電力送信機。
- 前記安定制御エラーパケットは制御エラーパケットの制御エラー値が0である、請求項5に記載の無線電力送信機。
- 前記制御部は、前記安定制御エラーパケットを連続して受信した個数が前記充電モードの変更安定制御エラーパケットカウンティング値以上であると、前記一般低電力充電モードから前記高速充電モードに切り替えて充電を遂行する、請求項6に記載の無線電力送信機。
- 前記制御部は、高速充電モードで交流信号を生成するとき、固定される動作周波数を前記一般低電力充電モードで安定的に交流電力を生成するときの動作周波数とする、請求項4に記載の無線電力送信機。
- 前記制御部は、高速充電モードで交流信号を生成するとき、固定される動作周波数を前記安定制御エラーパケットを連続して受信した個数が前記充電モードの変更安定制御エラーパケットカウンティング値以上であるときの動作周波数とする、請求項7に記載の無線電力送信機。
- 前記駆動部は、前記制御部の所定の制御信号に基づいて前記インバータから出力される交流電力の強さを調節する交流信号制御部をさらに含む、請求項1に記載の無線電力送信機。
- 前記駆動部は、前記制御部の所定の制御信号に基づいて前記インバータから出力される交流電力の強さを調節する交流信号制御部をさらに含む、請求項10に記載の無線電力送信機。
- 前記交流信号制御部は、
特定の動作周波数を有する交流信号を生成する動作周波数生成部;及び
前記交流信号の位相を調節して前記送信コイルから出力される平均送出電力の強さを調節する位相変移部;を含む、請求項11に記載の無線電力送信機。 - 前記電力伝送部、複数の送信コイルを含み、
前記電力変換部または、前記駆動部によって変換された電力が前記複数の送信コイルのうちいずれか一つの送信コイルに伝送されるように制御する多重化器を含む、請求項1に記載の無線電力送信機。 - 受信コイル;
前記受信コイルを通じて受信された信号を復調してパケットを抽出する通信部;及び
前記抽出されたパケットを前記通信部から受信して外部装置が高速充電が可能であるか否かを識別し、現在遂行中の充電モードの変更が必要であるか否かを決定する制御部;を含み、
前記充電モードの変更が必要な場合、前記制御部は変更する充電モード値が含まれた所定の充電モードパケットを生成して前記通信部を通じて前記外部装置に伝送し、
前記制御部は、前記充電モードパケットに含まれた充電モード値が高速充電モードに対応する値であると、デフォルトに設定された一般低電力充電モードを前記高速充電モードに切り替えて充電を遂行する無線電力受信機。 - 前記充電モードパケットは、充電モードの変更動作周波数値をさらに含む、
前記充電モードの変更動作周波数は、高速充電モードで交流信号を生成するとき、固定される所定の動作周波数である、請求項14に記載の無線電力受信機。 - 前記充電モードパケットは、充電モードの変更安定制御エラーパケットカウンティング値をさらに含む、
前記安定制御エラーパケットは、制御エラーパケットの制御エラー値が0である、請求項14に記載の無線電力受信機。 - 前記制御部は、前記安定制御エラーパケットを連続して受信した個数が前記充電モードの変更安定制御エラーパケットカウンティング値以上であると、前記一般低電力充電モードから前記高速充電モードに切り替えて充電を遂行する、請求項16に記載の無線電力受信機。
- 無線電力受信機に無線で電力を送信する無線電力送信機における無線充電方法において、
電力伝送段階に遷移後、最初の電力制御のためのパケットを受信する段階;
高速充電モードが支援されることを指示する第1パケットを伝送する段階;
充電モード値が含まれた第1応答パケットを前記無線電力受信機から受信する段階;及び
前記充電モード値に対応する充電モードに切り替えて充電を遂行する段階;を含み、
前記充電モード値に対応する充電モードに切り替えて充電を遂行する段階は高速充電モードの場合、所定時間の経過後、動作周波数を固定して高速充電モードで充電を遂行する無線充電方法。 - 無線電力受信機に無線で電力を送信する無線電力送信機における無線充電方法において、
電力伝送段階に遷移後、最初の電力制御のためのパケットを受信する段階;
高速充電モードが支援されることを指示する第1パケットを伝送する段階;
充電モード値が含まれた第1応答パケットを前記無線電力受信機から受信する段階;
充電モード値が高速充電モードであるか確認する段階;
充電モード値が高速充電モードであると、動作周波数を変更して交流信号を生成した後、安定制御エラーパケットを受信するのか確認する段階;
安定制御エラーパケットが受信される特定の動作周波数で、連続して受信された安定制御エラーパケットのカウンティングされた個数が所定値以上であるか否かを確認する段階;
連続して受信された安定制御エラーパケットのカウンティングされた個数が所定値以上であると、高速充電モードで動作周波数を固定して充電を遂行する段階;を含む無線充電方法。 - 無線電力受信機に無線で電力を送信する無線電力送信機における無線充電方法において、
充電モード値が高速充電モードに対応する値に設定された充電モードパケットを受信する段階;
前記高速充電モードが支援可能であるか否かを確認する段階;
前記確認の結果、前記高速充電モードを支援すると、前記高速充電モードを支援することを指示する所定の第1パケットを前記無線電力受信機に伝送する段階;
動作周波数を変更して交流信号を生成した後、安定制御エラーパケットを受信するか否かを確認する段階;
安定制御エラーパケットが受信される特定の動作周波数で、連続して受信された安定制御エラーパケットのカウンティングされた個数が所定値以上であるか否かを確認する段階;及び
連続して受信された安定制御エラーパケットのカウンティングされた個数が所定値以上であると、高速充電モードで動作周波数を固定して充電を遂行する段階;を含む無線充電方法。
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