KR102446894B1

KR102446894B1 - 무선 충전을 위한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치

Info

Publication number: KR102446894B1
Application number: KR1020170099804A
Authority: KR
Inventors: 박재희; 권용일
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2017-08-07
Filing date: 2017-08-07
Publication date: 2022-09-23
Also published as: US11038382B2; US20200259373A1; WO2019031748A1; KR20190015953A

Abstract

본 발명은 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 이물질 검출 방법은 충전 영역에 배치된 물체를 감지하면, 동작 주파수 대역 내 품질 인자 값을 측정하여 상기 품질 인자 값이 최대인 측정 피크 주파수를 탐색하는 단계, 상기 측정 피크 주파수 및 상기 측정 피크 주파수에 대응되는 측정 품질 인자 값을 저장하는 단계, 식별된 무선 전력 수신기에 송신기 타입에 관한 정보를 전송하는 단계, 상기 송신기 타입에 대응되는 기준 품질 인자 값 및 기준 피크 주파수를 수신하는 단계, 상기 측정 피크 주파수를 이용하여 측정 인덕턴스를 계산하는 단계, 상기 기준 피크 주파수를 이용하여 기준 인덕턴스를 계산하는 단계 및 상기 기준 품질 인자 값, 상기 기준 피크 주파수 및 상기 기준 인덕턴스 중 적어도 하나를 이용하여 이물질을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

무선 충전을 위한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치{Method and Apparatus for Foreign Object Detection in Wireless Charging}

본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 상세하게, 무선 전력 송신기의 충전 영역에 배치된 이물질을 검출하는 방법 및 그를 위한 장치에 관한 것이다.

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

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

또한 휴대폰뿐만 아니라 블루투스 핸드셋과 아이팟 같은 뮤직 플레이어 등의 휴대기기 종류가 급격히 늘어나면서 배터리를 충전하는 작업이 사용자에게 시간과 수고를 요구하고 됐다. 이러한 문제를 해결하는 방법으로 무선 전력 전송 기술이 최근 들어 관심을 받고 있다.

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

우리가 흔히 사용하는 전동칫솔이나 일부 무선면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다.

현재까지 무선을 이용한 에너지 전달 방식은 크게 자기 유도 방식, 자기 공진(Electromagnetic Resonance) 방식 및 단파장 무선 주파수를 이용한 RF 전송 방식 등으로 구분될 수 있다.

자기 유도 방식은 두 개의 코일을 서로 인접시킨 후 한 개의 코일에 전류를 흘려보내면 이때 발생한 자속(MagneticFlux)이 다른 코일에 기전력을 일으키는 현상을 사용한 기술로서, 휴대폰과 같은 소형기기를 중심으로 빠르게 상용화가 진행되고 있다.

자기 유도 방식은 최대 수백 키로와트(kW)의 전력을 전송할 수 있고 효율도 높지만 최대 전송 거리가 1센티미터(cm) 이하이므로 일반적으로 충전기나 바닥에 인접시켜야 하는 단점이 있다.

자기 공진 방식은 전자기파나 전류 등을 활용하는 대신 전기장이나 자기장을 이용하는 특징이 있다. 자기 공진 방식은 전자파 문제의 영향을 거의 받지 않으므로 다른 전자 기기나 인체에 안전하다는 장점이 있다. 반면, 한정된 거리와 공간에서만 활용할 수 있으며 에너지 전달 효율이 다소 낮다는 단점이 있다.

단파장 무선 전력 전송 방식-간단히, RF 전송 방식-은 에너지가 라디오 파(RadioWave)형태로 직접 송수신될 수 있다는 점을 활용한 것이다.

이 기술은 렉테나(rectenna)를 이용하는 RF 방식의 무선 전력 전송 방식으로서, 렉테나는 안테나(antenna)와 정류기(rectifier)의 합성어로서 RF 전력을 직접 직류 전력으로 변환하는 소자를 의미한다. 즉, RF 방식은 AC 라디오파를 DC로 변환하여 사용하는 기술로서, 최근 효율이 향상되면서 상용화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

무선 전력 전송 기술은 모바일 뿐만 아니라 IT, 철도, 가전 산업 등 산업 전반에 다양하게 활용될 수 있다.

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

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

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

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

종래에는 측정된 품질 인자 값과 기준 품질 인자 값에 기반하여 결정되는 임계 값에 기반하여 이물질 존재 여부를 판단하는 방법 및 무선 전력 경로 손실에 기반하여 무선 전력 전송 경로상의 이물질 존재 여부를 판단하는 방법이 개시된 바 있다.

하지만, 상기 방법들은 수신기 및 송신기 종류에 따라 이물질 검출 정확도가 떨어지는 문제점이 있었다.

현재 표준에 정의된 품질인자 기반의 이물질 검출 방법의 문제점은 아래 두 가지 요인으로 요약할 수 있다.

1. 송신기의 송신 코일 디자인(송신기 타입)별 차이를 고려한 품질인자 보정(디자인 간 품질인자 값 전환)의 어려움.

2. 송신기의 품질인자 측정 정확도.

상기 1번 문제와 관련하여, 종래의 기준 품질인자 값은 표준화된(표준에 정의된) 특정 송신 코일 디자인을 기준으로 측정된다.

표준에서의 기준 품질인자는 수신기가 충전 인터페이스에 위치되고 주변에 이물질이 없는 상태에서, 특정 동작주파수-예를 들면, 100kHz일 수 있음-에 대해 측정되는 표준에 정의된 특정 송신 코일 디자인을 가지는 프라이머리 코일(Primary Coil)의 품질 인자로 정의될 수 있다.

그러나, 상용 무선 전력 송신기에는 표준에 정의된 특정 송신 코일 디자인 이외에 다른 디자인의 송신 코일이 적용될 수 있다. 따라서, 무선 전력 송신기를 디자인할 때 서로 다른 송신코일 디자인 특징을 반영하여 기준 품질 인자 값을 보정(또는 전환)해야 한다.

하지만, 각각의 송신코일 디자인 별로 다른 고유의 인덕턴스와 캐패시턴스, 저항을 갖기 때문에 초기 품질 인자 값도 다르며, 각각의 수신기에 따라 변하는 값도 다르다.

2번 문제에 관하여, 일예로 송신기는 품질인자는 코일 유닛의 전압 증폭비로 측정할 수 있다. 그러나 증폭된 전압은 안정된 값으로 측정하기 어렵기 때문에 품질 인자 값의 오차가 매우 크다.

특히, Friendly 이물질(수신기가 포함된 전자기기(30)의 케이스, 베터리 및 기타 회로들)이 다수 포함된 휴대폰이나 기타 전자장치는 낮은 기준 품질인자 값이 측정되기 때문에, 작은 오차에도 이물질의 존재 여부를 정확히 판단하기 어려운 문제가 있다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 무선 충전을 위한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 송신기 타입에 대응되는 기준 값을 이용하여 이물질을 보다 정확하게 검출하는 것이 가능한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 송신 코일 디자인 별 특성 차이에 따른 기준 품질인자 값 또는 이물질 판단을 위한 소정 기준 값의 보정이 어려운 문제를 해결하기 위하여, 송신 타입 정보 교환 및 송신 타입 정보에 대응되는 기준 값을 이용하여 동적으로 기준 품질인자 값을 보정하는 것이 가능한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 송신기 타입에 대응되는 기준 피크 주파수 값을 이용하여 이물질을 보다 정확하게 검출하는 것이 가능한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 증폭된 전압의 불안정함에 기인하여 측정되는 품질인자 값이 큰 오차를 가지는 문제를 해결하기 위하여 기준 피크 주파수 값을 이용하는 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 송신기 타입에 대응되는 기준 품질 인자 값 및 기준 피크 주파수를 이용하여 계산된 등가 직렬 저항과 측정 품질 인자 값과 측정 피크 주파수를 이용하여 계산된 등가 직렬 저항을 이용하여 이물질을 검출하는 것이 가능한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치를 제공하는 것이다.

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

본 발명은 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 제1 양태에 따른 무선 전력 송신기에서의 이물질 검출 방법은, 충전 영역에 배치된 물체를 감지하면, 동작 주파수 대역 내 품질 인자 값을 측정하여 상기 품질 인자 값이 최대인 측정 피크 주파수를 탐색하는 단계, 상기 측정 피크 주파수 및 상기 측정 피크 주파수에 대응되는 측정 품질 인자 값을 저장하는 단계, 식별된 무선 전력 수신기에 송신기 타입에 관한 정보를 전송하는 단계, 상기 송신기 타입에 대응되는 기준 품질 인자 값 및 기준 피크 주파수를 수신하는 단계, 상기 측정 피크 주파수를 이용하여 측정 인덕턴스를 계산하는 단계, 상기 기준 피크 주파수를 이용하여 기준 인덕턴스를 계산하는 단계 및 상기 기준 품질 인자 값, 상기 기준 피크 주파수 및 상기 기준 인덕턴스 중 적어도 하나를 이용하여 이물질을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.

실시예에 따라, 협상 단계에서 기준 품질 인자 값 및 상기 기준 피크 주파수는 이물질 검출 상태 패킷에 포함되어 수신될 수 있다.

실시예에 따라, 상기 이물질을 검출하는 단계는 상기 인덕턴스, 상기 측정 품질 인자 값과 상기 측정 피크 주파수를 이용하여 측정 등가 직렬 저항을 산출하는 단계; 상기 기준 인덕턴스, 상기 기준 품질 인자 값과 상기 기준 피크 주파수를 이용하여 기준 등가 직렬 저항을 산출하는 단계; 및 상기 측정 등가 직렬 저항 및 기준 등가 직렬 저항을 이용하여 이물질 존재 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

실시예에 따라, 상기 이물질 존재 여부를 판단하는 단계는 상기 측정 등가 직렬 저항과 상기 기준 등가 직렬 저항보다 일정 비율 큰 값인 등가 직렬 저항 임계값과 비교하여 이물질 존재 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

실시예에 따라, 상기 송신기 타입에 관한 정보는 식별 및 구성 단계에서 전송될 수 있다.

실시예에 따라, 상기 송신기 타입에 관한 정보는 상기 식별된 무선 전력 수신기의 요청에 따라 전송될 수 있다.

실시예에 따라, 상기 측정 피크 주파수는 무선 전력 수신기를 식별하기 위한 핑 단계로의 진입 이전에 전력 전송을 일시 중단한 후 탐색될 수 있다.

실시예에 따라, 상기 기준 피크 주파수는 상기 송신기 타입에 대응되는 무선 전력 송신기의 충전 영역에 상기 식별된 무선 전력 수신기가 배치된 상태에서 상기 동작 주파수 대역 내 최대 품질 인자 값을 가지는 주파수일 수 있다.

실시예에 따라, 상기 검출 결과에 따라, 상기 무선 전력 수신기로 ACK 응답 또는 NACK 응답을 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

실시예에 따라, 상기 응답 전송 후 소정 경고 알람을 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.

실시예에 따라, 상기 이물질 검출 상태 패킷은 모드 정보를 더 포함하고, 상기 모드 정보에 기반하여 상기 기준 피크 주파수 및 상기 기준 품질 인자 값이 상기 이물질 검출 상태 패킷에 포함되었는지가 식별될 수 있다.

실시예에 따라, 상기 이물질을 검출하는 단계는 상기 측정 품질 인자 값과 상기 기준 품질 인자 값을 이용하여 이물질 존재 여부를 판단하는 제1 판단 단계; 상기 측정 인덕턴스와 상기 기준 인덕턴스를 이용하여 이물질 존재 여부를 판단하는 제2 판단 단계; 상기 측정 피크 주파수와 상기 기준 피크 주파수를 이용하여 이물질 존재 여부를 판단하는 제3 판단 단계; 상기 측정 품질 인자 값, 상기 측정 인덕턴스 및 상기 측정 피크 주파수를 기초로 계산된 측정 등가 직렬 저항과, 상기 기준 품질 인자 값, 상기 기준 인덕턴스 및 상기 기준 피크 주파수를 기초로 계산된 기준 등가 직렬 저항을 이용하여 이물질 존재 여부를 판단하는 제4 판단 단계; 및 상기 제1 판단 단계 내지 상기 제4 판단 단계의 판단 결과에 기반하여 이물질을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.

실시예에 따라, 상기 제1 판단 단계 내지 상기 제4 판단 단계 중 적어도 어느 하나의 단계에서 이물질이 존재하는 것으로 판단되면, 이물질이 검출된 것으로 최종 확정할 수 있다.

실시예에 따라, 상기 제1 판단 단계 내지 상기 제4 판단 단계 중 2 이상의 단계에서 이물질이 존재하는 것으로 판단되면, 이물질이 검출된 것으로 최종 확정할 수 있다.

본 발명의 제2 양태에 따른 충전 영역에 배치된 이물질을 검출하는 이물질 검출 장치는, 물체가 감지되면, 동작 주파수 대역 내 품질 인자 값을 측정하는 측정부; 상기 측정된 품질 인자 값이 최대인 주파수인 측정 피크 주파수를 탐색하는 탐색부; 송신기 타입에 관한 정보를 전송하고, 상기 송신기 타입에 대응되는 기준 품질 인자 값 및 기준 피크 주파수를 수신하는 통신부; 상기 기준 피크 주파수를 이용하여 기준 인덕턴스를 계산하는 결정부; 및 상기 기준 품질 인자 값, 상기 기준 인덕턴스 및 상기 기준 피크 주파수 중 적어도 하나를 이용하여 이물질을 검출하는 검출부를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예는 상기 이물질 검출 방법들 중 어느 하나의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공될 수 있다.

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

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

본 발명은 무선 충전을 위한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 보다 정확하게 이물질을 검출하는 것이 가능한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 송신기 타입에 대응되는 기준 품질 인자 값 및 기준 피크 주파수를 이용하여 이물질을 보다 정확하게 검출하는 것이 가능한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치를 제공하는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 송신기 타입에 대응되는 기준 피크 주파수를 기초로 계산된 인덕턴스를 이용하여 이물질을 보다 정확하게 검출하는 것이 가능한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치를 제공하는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 송신기 타입에 대응되는 기준 품질 인자 값 및 기준 피크 주파수를 이용하여 계산된 등가 직렬 저항과 측정 품질 인자 값과 측정 피크 주파수를 이용하여 계산된 등가 직렬 저항을 이용하여 이물질을 검출하는 것이 가능한 이물질 검출 방법 및 그를 위한 장치를 제공하는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 무선 전력 수신기가 배치되는 무선 전력 송신기의 종류에 관계 없이 정확하게 이물질을 검출할 수 있는 장점이 있다.

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

도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템에서의 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 협상 단계에서의 이물질 검출 절차를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 송신기 디자인 패킷의 메시지 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템에서의 이물질 검출 절차를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템에서의 이물질 검출 절차를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템에서의 이물질 검출 절차를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 신호의 변조 및 복조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 패킷 포맷을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 패킷의 종류를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 상태 패킷의 메시지 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 14a는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이물질 검출 상태 패킷의 메시지 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 14b는 본 발명의 일 실시예에 따른 확장 이물질 검출 상태 패킷의 메시지 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 이물질 검출 상태 패킷 메시지의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 17a 내지 도 17i는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이물질 검출 시나리오를 설명하기 위한 도면들이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템에서의 이물질 검출 절차를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 19는 이물질 검출 여부를 판단하는 동작의 일 실시예를 나타낸 흐름도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 방법을 이용한 이물질 검출 결과를 나타낸 표이다.

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

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

실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

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

본 발명에 따른 송신기는 패드 형태, 거치대 형태, AP(Access Point) 형태, 소형 기지국 형태, 스텐드 형태, 천장 매립 형태, 벽걸이 형태 등으로 구성될 수 있으며, 하나의 송신기는 복수의 무선 전력 수신 장치에 파워를 전송할 수도 있다. 이를 위해, 송신기는 적어도 하나의 무선 파워 전송 수단을 구비할 수도 있다. 여기서, 무선 파워 전송 수단은 전력 송신단 코일에서 자기장을 발생시켜 그 자기장의 영향으로 수신단 코일에서 전기가 유도되는 전자기유도 원리를 이용하여 충전하는 전자기 유도 방식에 기반한 다양한 무전 전력 전송 표준이 사용될 수 있다. 일 예로, 무선 전력 전송 표준은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) 및 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 표준 기술을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기는 적어도 하나의 무선 전력 수신 수단이 구비될 수 있으며, 1개 이상의 송신기로부터 무선 파워를 수신할 수도 있다.

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

도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

일 예로, 도면 부호 200a에 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신단(20)은 복수의 무선 전력 수신 장치로 구성될 수 있으며, 하나의 무선 전력 송신단(10)에 복수의 무선 전력 수신 장치가 연결되어 무선 충전을 수행할 수도 있다. 이때, 무선 전력 송신단(10)은 시분할 방식으로 복수의 무선 전력 수신 장치에 전력을 분배하여 송출할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며. 다른 일 예로, 무선 전력 송신단(10)은 무선 전력 수신 장치 별 할당된 상이한 주파수 대역을 이용하여 복수의 무선 전력 수신 장치에 전력을 분배하여 송출할 수 있다.

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

다른 일 예로, 도면 부호 200b에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신단(10)은 복수의 무선 전력 송신 장치로 구성될 수도 있다. 이 경우, 무선 전력 수신단(20)은 복수의 무선 전력 송신 장치와 동시에 연결될 수 있으며, 연결된 무선 전력 송신 장치들로부터 동시에 전력을 수신하여 충전을 수행할 수도 있다. 이때, 무선 전력 수신단(20)과 연결된 무선 전력 송신 장치의 개수는 무선 전력 수신단(20)의 요구 전력량, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량, 무선 전력 송신 장치의 가용 전력량 등에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템에서의 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.

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

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

상기의 도 3에서 보여지는 바와 같이, 무선 전력 송신기가 2회의 감지 신호 송출 절차를 수행하는 이유는 어느 송신 코일에 무선 전력 수신기의 수신 코일이 잘 정렬되어 있는지를 보다 정확하게 식별하기 위함이다. 다른 일 실시예에 따른 감지 신호 송출 절차는 1차(또는 1회)만 수행될 수도 있다.

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

도 4는 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.

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

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

또한, 선택 단계(410)에서 송신기는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다. 만약, 송신기가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 단계(420)로 천이할 수 있다.

일 예로, 선택 단계(410)에서 송신기는 매우 짧은 펄스의 아날로그 핑(Analog Ping) 신호를 전송하며, 송신 코일 또는 1차 코일(Primary Coil)의 전류 변화에 기반하여 인터페이스 표면의 활성 영역(Active Area)에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다. 여기서, 활성 영역은 송신기상에서의 무선 충전이 가능한 영역을 의미할 수 있다.

다른 일 예로, 선택 단계(410)에서 송신기는 구비된 센서를 이용하여 인터페이스 표면의 활성 영역(Active Area)에 물체가 존재하는지를 감지할 수도 있다. 일 예로, 센서는 홀 센서, 압력 센서, 정전 용량 센서, 전류 센서, 전압 센서, 빛 감지 센서 등을 포함할 수 있으며, 이들 중 적어도 하나의 센서를 이용하여 활성 영역에 전도성 물체가 배치되었는지가 감지될 수 있다.

송신기는 물체를 감지하면, 핑 단계(420)에 진입하여 수신기를 활성화(Wake up)시키고, 감지된 물체가 무선 전력 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송할 수 있다. 핑 단계(420)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 패킷-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(410)로 천이할 수 있다. 또한, 핑 단계(420)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 패킷-을 수신하면, 선택 단계(410)로 천이할 수도 있다.

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

또한, 식별 및 구성 단계(430)에서 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 패킷 전송 오류가 있거나(transmission error), 파워 전송 계약이 설정되지 않으면(no power transfer contract) 선택 단계(410)로 천이할 수 있다.

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

수신기는 수신할 수 있는 전력 레벨에 따라 기준 전력 프로파일(Baseline Power Profile) 및 확장 전력 프로파일(Extended Power Profile)로 구분될 수 있다.

확정 전력 프로파일을 가지는 수신기는 전력 전송 단계로의 진입 이전에 일부 이물질 검출 절차(FOD Extensions의 일부 기능)를 수행할 수 있다. 반면, 기준 전력 프로파일을 가지는 수신기는 전력 전송 단계로 진입하기 이전에 이물질 검출 절차를 수행할 수 없다.

수신기의 무선 전력 수신 성능이 향상됨에 따라 고전력 수신이 가능하게 되었으며, 그에 따라 충전 영역에 배치된 이물질을 검출하는 기능의 중요성이 높아지고 있다. 수신기는 협상 필드를 1로 설정하여 전력 전송 단계 이전에 이물질 검출 절차를 수행하고, 후술하는 보정 단계를 통해 전력 전송 단계에서의 이물질 검출 성능 향상을 도모할 수 있다.

송신기는 협상필드가 1로 설정된 구성 패킷을 수신기로부터 수신하면 수신기에 정상 응답(ACK response)를 전송하여 수신기를 협상 단계로 진입시킬 수 있다.

구성 패킷 및 정상 응답에 따라 송신기 및 수신기가 협상 단계에 진입하면, 송신기 및 수신기는 소정 이물질 검출 절차를 수행할 수 있다.

협상 단계에서는 수신기가 적어도 한번 이물질 검출 상태 패킷(FOD Status Packet)을 송신기에게 전송한다.

FOD Status Packet을 수신한 송신기는 후술할 적어도 하나의 이물질 검출 방법을 이용하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다.

이물질 존재 여부에 대한 판단 결과에 따라 송신기는 수신기에게 ACK/NACK 응답을 전송할 수 있다.

또는, FOD Status Packet에 미리 정의된 정보가 수신되지 않거나 오류가 발생한 경우, 송신기는 비정의 응답(ND(non-defined) Response)를 전송할 수도 있다.

이물질 존재 여부의 판단 결과, 이물질이 검출되지 않은 경우, 송신기는 ACK 응답을 전송할 수 있다.

또한, 이물질이 검출된 경우, 송신기는 NACK 응답을 전송할 수 있다.

일 예로, 만약 수신기가 NACK 응답을 수신하는 경우, 수신기는 5W를 초과하는 전력을 송신기에 요구하지 않도록 스스로 요구 전력 파라메터를 제한할 수 있다. 다른 일 예로, 수신기는 NACK 응답을 수신하는 경우, 전력 중단, 협상 중단을 요청하는 소정 제어 메시지를 송신기에 전송할 수도 있다. 만약 송신기가 NACK 응답을 전송한 경우, 송신기는 수신기로부터의 추가적인 통신과 관계없이 일정 시간 내에 선택 단계로 되돌아갈 수 있다.

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

상세하게, 이물질이 검출되지 않은 경우, 송신기는 보정 단계(450)에서 수신기로부터 수신 전력의 세기에 관한 정보-이하, 설명의 편의를 위해, 수신 전력 세기 정보라 명함-를 수신할 수 있다.

일 예로, 송신기는 현재 송출중인 전력의 세기와 수신 전력 세기를 비교하여 해당 수신기의 동지 이물질(Friendly FO)-수신기가 포함된 전자기기(30)의 케이스, 배터리 및 기타 회로들을 포함할 수 있음-에 의해 누수되는 전력을 산출할 수 있다.

다른 일 예로, 송신기는 전력 전송 과정에서 수신기에 도달되지 못하고 방사된 전력-즉, 누수 전력-을 산출할 수도 있다. 산출된 누수 전력을 기반으로, 송신기는 전력 전송 중 충전 영역에 추가되는 이물질을 보다 정확하게 검출할 수 있다.

또 다른 실시 예로, 송신단에서 전송한 전력의 세기를 결정하기 위해 수신단과 송신단에서의 전력 손실이 측정될 수 있다. 송신기는 보정 단계(450)에서 송신단에서의 송신 전력과 수신단에서의 수신 전력 사이의 세기 차이에 기반하여 전력 손실-즉, 경로 손실-을 예측할 수 있다.

전력 전송 단계(460)에서, 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 기 설정된 파워 전송 계약에 대한 위반이 발생되거나(power transfer contract violation), 충전이 완료된 경우, 선택 단계(410)로 진입할 수 있다.

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

또한, 수신기는 수신 전력 상태 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 재협상 단계(470)로 천이할 수도 있다. 이때, 재협상이 정상적으로 완료되면, 송신기는 전력 전송 단계(460)로 회귀할 수 있다.

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

전력 전송 단계로의 진입 이전에 이물질을 검출하는 방법을 도 4의 무선 전력 전송 절차를 참고하여 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 송신기는 선택단계(410)에서 물체가 감지되면, 충전 영역에 이물질과 함께 무선 전력 수신기가 배치되었는지를 판단하기 위하여 무선 전력 공진 회로(예를 들어, 공진 코일 및/또는 공진 캐패시터, 또는 송신 코일 유닛)의 품질 인자 및/또는 피크 주파수(품질 인자가 최대인 주파수)를 측정할 수 있다. 여기서, 품질 인자 값은 핑 단계(420)로의 진입 이전에 측정될 수 있다. 이때, 측정을 위한 전압(또는 전력, 또는 전류)은 무선 전력 수신기를 웨이크업(Wake-up) 시키지 않는 낮은 전압이 이용될 수 있다. 또한, 품질 인자 값은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수 대역 내에서 일정 주파수 단위로 샘플링하여 측정될 수도 있다.

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

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

일반적으로 LC 공진 회로의 경우, 공진 주파수(f_resonant)는 1/(2π

)로 계산된다.

송신기의 충전 영역에 무선 전력 수신기만이 배치되면-즉, 충전 영역에 이물질이 존재하지 않는 경우-, L값은 증가되므로 공진 주파수는 작아지게 된다. 즉, 공진 주파수는 주파수 축 상에서 왼쪽으로 이동(시프트)하게 된다. 이는 수신기의 차폐제의 높은 투자율 때문에 자기장 세기가 증가하고 이에 따라 L값이 증가하기 때문이다.

반면, 송신기의 무선 전력 수신기와 함께 충전 영역에 이물질이 배치되면, L값이 감소시키므로 공진 주파수는 커지게 된다. 즉, 공진 주파수는 주파수 축 상에서 오른쪽으로 이동(시프트)하게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 송신기는 동작 주파수 대역 내 측정된 품질 인자 값 중 최대 값을 가지는 품질 인자 값에 대응되는 주파수 값을 확인하고, 이를 메모리에 저장할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 송신기는 동작 주파수 대역 내 코일 유닛(또는 공진 캐패시터)의 입/출력 전압 증폭률이 가장 큰 값을 가지는 주파수 값을 확인하고, 이를 메모리에 저장할 수 있다.

이하 설명의 편의를 위해 동작 주파수 대역 내 품질 인자 값이 최대인 주파수 또는 전압 증폭률이 가장 큰 값을 가지는 주파수를 품질 인자 피크 주파수(Quality Factor Peak Frequency) 또는 설명의 편의를 위해 간단히 피크 주파수라 명하기로 한다.

송신 코일의 품질인자는 다양한 방법으로 측정될 수 있다.

일 예로, 송신 코일의 품질인자를 측정하기 위한 측정 회로는 정현파(Sinusoidal) 전압에 의해 구동되며, 직렬로 연결된 공진 코일과 공진 캐패시터를 포함하여 구성될 수 있다.

공진 캐패시터의 인덕턴스 값은 해당 무선 충전 시스템의 공진 주파수가 적절한 범위에 있도록 선택될 수 있다. 일 예로, 공진 주파수는 100kHz일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 송신 코일의 품질인자는 해당 송신 코일에 인가되는 RMS(Root Mean Square) 전압과 공진 주파수에서 해당 시스템에 인가되는 RMS 전압의 비율로 계산될 수 있다.

무선 전력 수신기가 무선 전력 송신기의 충전 영역에 배치될 때, 공진 주파수는 수신 코일 어셈블리(또는 2차 코일 어셈블리(Secondary Coil Assembly)) 및 동지 금속 부품(Friendly Metal Components)들에 기인하여 변경될 수 있다. 여기서, 동지 금속 부품은 무선 전력 수신기가 장착된 전자 기기를 구성하는 또는 전자기기에 액세서리로 부착된 금속 부품을 의미할 수 있다.

송신기는 동작 주파수 대역을 스윕(Sweep)하여 RMS 전압-즉, 송신 코일 대비 시스템의 RMS 전압-의 비율이 가장 높은 피크 주파수를 탐색할 수 있다. 이때, RMS 전압은 적절한 범위에 있는 전압일 수 있다. 해당 송신 코일의 품질인자는 탐색된 피크 주파수에서 측정된 가장 높은 비율에 상응할 수 있다.

협상 단계(430)에서 송신기는 수신기로부터 수신된 기준 값에 기반하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수도 있다.

협상 단계(430)에서의 기본적인 이물질 검출 방법은 송신기가 수신기로부터 소정 기준 값을 수신하는 단계와 송신기가 수신된 기준 값에 기반하여 경계 값을 조절하는 단계와 미리 측정된 측정 값과 경계 값을 비교하여 송신기가 이물질의 존재 여부를 판단하는 단계와 송신기가 이물질 존재 여부에 대한 판단 결과에 따라 ACK 또는 NACK 응답을 수신기에 송신하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 기준 값은 기준 품질인자 값 및/또는 기준 피크 주파수일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

일 예로, 기준 값은 해당 송신기의 송신 코일 타입에 따라 보상(전환)될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 송신기에서 측정된 측정 값이 기준 송신 코일 타입에 맞게 보상(전환)될 수도 있다.

하지만, 종래의 기준 송신 코일 어셈블리-즉, 표준에 정의된 송신 코일 디자인으로 설계된 송신 코일 어셈블리-에서 측정된 기준 품질인자 값을 이용한 이물질 검출 방법의 단점은 다음과 같다.

일반적으로, 각 송신기의 설계에 있어서, 송신 코일 어셈블리는 인덕턴스 L, 캐패시턴스 C 및 코일 직경 D 등에 있어서 서로 다른 특성 값을 가질 수 있다.

품질 인자 값은 이러한 특성 값의 영향을 받기 때문에 각 송신기는 초기 품질인자 값이 상이할 수 있다. 하기 표 1은 LCR 미터로 측정된 초기 품질인자 값이 각 송신기 타입 별로 상이함을 보여준다. 하기 표 1을 참조하면, 모든 송신기는 서로 다른 초기 품질인자 값을 가지므로, 그러한 초기 품질인자 값을 보상하는 것은 매우 어렵지만, 중요한 해결 과제일 수 있다. 게다가, 실제 송신기는 LCR 미터에 비해 품질인자 값 측정에 대한 정확도가 낮으므로, 측정 값에 대한 보상이 어려운 문제점이 있다.

송신 코일	품질 인자 값 (No receiver)	공진 주파수 ((No receiver)
타입1	160.83	102.7
타입2	105.11	101.3
타입3	134.1	100.0
타입4	111.54	101.5
타입5	108.68	127.0
타입6	122.82	102.7
타입7	91.47	99.7

반면, 대부분의 송신기 설계에 있어서, 상기 표 1에서 보여지는 바와 같이, 충전 영역에 수신기가 배치되지 않은 경우의 공진 주파수는 유사하다. 공진 주파수는 L 값과 C 값에 의해 결정되기 때문에 다른 특성 값은 크게 관련이 없다. 송신 코일 타입 별 피크 주파수는 기준 동작 주파수에 충분히 근접하게 측정된다. 따라서, 초기 품질 인자 값은 대부분의 송신기에서 기준 동작 주파수인 100kHz에서 측정된 품질 인자 값과 거의 동일할 수 있다.

따라서, 피크 주파수를 이용한 이물질 검출 방법은 측정 값과 기준 값 사이의 변환(또는 보상)이 요구될지라도 그러한 보상을 위한 초기 값이 일정하므로 훨씬 신뢰할 수 있다. 송신기 설계자는 각각의 송신기 설계 목적에 따라 피크 주파수 값의 변경만을 고려할 수 있다.

만약, 송신기 설계자가 상용 송신기 제품에 상응하는 파라메터 값들을 기준 송신기에 대응되는 파라메터 값으로 변환(보상)하고자 한다면, 상용 송신기 제품은 수신기 별 기준 값과의 차이가 유사하게 측정되어야 한다.

하지만, 몇몇 상용 송신기 제품 설계에 있어서, 수신기 타입 별 상용 송신기 제품에서 측정되는 품질 인자 값은 상당한 차이를 가진다. 이는 상기 보상을 매우 어렵게 만드는 문제점이 있다.

실제, 하기 표 2를 참조하면, 송신 코일 타입 별 수신기의 타입에 따른 LCR 미터에 의해 측정된 품질 인자 값이 상당한 차이를 가지는 것을 알 수 있다.

하지만, 피크 주파수 측면에서, 송신 코일 타입 별 LCR 미터에 의해 측정된 피크 주파수의 수신기 타입 별 차이는 매우 작은 것을 보여준다. 표 2를 참조하면, 대부분의 송신 코일 타입 별 피크 주파수의 차이는 5% 미만-단, 타입 5는 제외-, 또는 5kHz 미만인 것을 알 수 있다. 상기 차이는 송신기 설계자가 예상 가능한 범위의 수치일 수 있다.

Tx coils 타입	Q value(with phone: 제1 수신기) (by LCR meter)	Q value(with phone: 제2 수신기) (by LCR meter)	Resonant frequency with 제1 수신기(by LCR meter)	Resonant frequency with 제2 수신기 (by LCR meter)
타입1	43.04	46.87	87.2	91.7
타입2	37.9(▼12%)	33.37(▼29%)	88.7(▲2%)	94.5(▲3%)
타입3	58.05(▲35%)	54.32(▲16%)	88.2(▲1%)	91.9(▲0%)
타입4	39(▼9%)	35.15(▼25%)	86.6(▼1%)	93.2(▲2%)
타입5	46.35(▲8%)	44.34(▼5%)	120.4(▲38%)	124.4(▲36%)
타입6	41.72(▼3%)	44.29(▼6%)	82.2(▼6%)	88.2(▼4%)
타입7	30.85(▼28%)	34.5(▼26%)	88.5(▲1%)	93.7(▲2%)

위와 같이 품질인자 값의 보상(전환)이 어렵기 때문에 이물질 검출에 대한 정확도가 떨어지는 문제가 있다. 이 문제를 해결하기 위해서는 송신기가 기준 피크 주파수에 관한 정보를 이용하거나, 송신기가 송신 코일 타입 정보를 수신기에 전송하고, 수신기로부터 수신된 송신 코일 타입 정보에 대응되는 기준 값을 이용하는 것이 바람직할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 피크 주파수를 이용하여 이물질을 검출하는 방법과 해당 송신기의 타입 정보 및(또는) 해당 송신기에 장착된 송신 코일 타입 정보에 대응되는 기준 값을 이용하여 이물질을 검출하는 방법을 상세히 설명하기로 한다.

1. 기준 피크 주파수를 이용한 이물질 검출 방법.

무선 전력 수신기의 기준 피크 주파수는 주변에 이물질이 없이 충전 영역에 해당 무선 전력 수신기가 배치된 상태에서 테스트 무선 전력 송신기인 #MP1-즉, 기준 송신기-의 송신 코일(Primary Coil)에서 측정된 피크 주파수로 정의될 수 있다.

기준 송신기의 충전 영역에 무선 전력 수신기를 배치하는 것은 다음과 같다.

우선 무선 전력 수신기의 수신 코일(Secondary Coil)을 테스트 무선 전력 송신기인 #MP1의 송신 코일(Primary Coil)에 정렬시킨다. 일 예로, 무선 전력 수신기의 수신 코일이 충전 영역의 중앙에 배치될 수 있다.

무선 전력 수신기는 회전 없이 충전 영역-즉, 충전 면 또는 충전 베드일 수 있음-의 X축 및 Y축을 따라 일정 거리 옵셋 단위-예를 들면, +/-5mm-로 움직이며 이동될 수 있다.

충전 영역의 중앙 위치 및 4개의 옵셋 위치에서의 기준 피크 주파수가 결정되고, 가장 큰 값이 해당 무선 전력 송신기에 대응되는 기준 피크 주파수로 선택(결정)될 수 있다. 이때, 테스트 무선 전력 송신기의 코일에 인가되는 전압-즉, Primary Coil Voltage-의 범위는 0.85 ± 0.25 Vrms일 수 있다.

무선 전력 수신기는 자신의 기준 피크 주파수 값을 소정 패킷-예를 들면, 이물질 검출 상태 패킷(FOD Status Packet)-을 이용하여 무선 전력 송신기에 보고할 수 있다. 여기서, 기준 피크 주파수는 5kHz 이상의 정확도를 가지고 보고될 수 있다.

이하에서는 상기 보고된 기준 피크 주파수를 이용하여 이물질을 검출하는 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 이물질 검출 방법은 송신 코일 공진 주파수의 변화를 감지하고, 감지 결과에 따라 이물질 존재 여부가 결정될 수 있다.

송신 코일 주변의 환경 변화는 전형적으로 해당 송신 코일의 인덕턴스 감소를 야기시킨다. 그 결과 송신 코일의 공진 주파수는 증가된다. 이때, 공진 주파수는 해당 품질 인자 값에 대응되는 피크 주파수로 측정될 수 있다.

무선 전력 송신기에서 측정된 피크 주파수의 증가가 이물질에 기인한 것인지를 판단하는 것이 가능하도록, 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기에 기준 피크 주파수에 관한 정보를 제공할 수 있다. 기준 피크 주파수는 주변에 이물질이 없이 충전 영역에 무선 전력 수신기만이 배치되었을 때, 테스트 무선 전력 송신기인 #MP1의 송신 코일에서 측정되는 피크 주파수일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 피크 주파수 변화에 기반한 이물질 검출 방법은 다음의 4 단계를 통해 이루어질 수 있다.

첫째, 무선 전력 송신기는 전력 전송을 시작하기 전에 송신 코일의 피크 주파수를 측정한다. 일 예로, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기를 깨우기 위한 디지털 핑을 시작하기 전에 송신 코일의 피크 주파수를 측정할 수 있다.

둘째, 무선 전력 수신기는 기준 피크 주파수 값을 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다. 일 예로, 무선 전력 수신기는 협상 단계에서 이물질 검출 상태 패킷을 이용하여 기준 피크 주파수 값을 전송할 수 있다.

셋째, 무선 전력 송신기는 기준 피크 주파수 값을 이용하여 적절한 경계 값(threshold value)을 결정할 수 있다. 무선 전력 송신기는 협상 단계에서 적절한 경계 값을 결정할 수 있다. 이때, 무선 전력 송신기는 자신의 송신 코일과 테스트 무선 전력 송신기의 송신 코일의 설계 차이-즉, 특성 차이-를 고려하여 경계 값을 결정할 수 있다.

넷째, 무선 전력 송신기는 자신의 송신 코일에서 측정된 피크 주파수 값이 상기 경계 값을 초과하면, 협상 단계에서 전력 전송을 중단할 수 있다. 즉, 무선 전력 송신기는 측정된 피크 주파수 값이 경계 값을 초과하면, 충전 영역에 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 송신기의 타입 정보 및(또는) 해당 송신기에 장착된 송신 코일 타입 정보에 대응되는 기준 값을 이용하여 이물질을 검출하는 방법을 상세히 설명하기로 한다.

종래의 이물질 검출 방법에 있어서, 송신기는 전력 전송 단계로의 진입 이전에 이물질 검출을 위해 수신기에 전송하는 정보가 없었다.

다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기가 전력 전송 단계로의 진입 이전에 수신기에 제공할 수 있는 이물질 검출에 필요한 정보는 송신 코일 타입 정보, 송신 코일 어셈블리 또는 송신 코일 유닛(Primary coil unit)의 공진 주파수에 관한 정보, 송신 코일 어셈블리 또는 송신 코일 유닛(Primary coil unit)의 품질 인자에 관한 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

일 예로, 수신기가 송신기로부터 송신 코일 타입에 관한 정보를 수신하는 경우, 수신기는 미리 저장된 송신 코일 타입에 대응되는 기준 값(ex, 기준 품질인자 값, 기준 피크 주파수 값 등)을 구비된 메모리로부터 읽어 들여 송신기에 전송할 수 있다.

이를 통해, 송신기는 자기의 송신 코일 타입에 매핑되는 기준 값을 수신할 수 있다. 따라서, 송신기는 별도로 기준 값을 보상하지 않아도 되는 장점이 있다.

예를 들어, 제4타입의 송신코일을 구비한 송신기가 제1타입에 대응되는 기준 품질인자 값을 수신기로부터 수신하는 경우, 송신기는 제1타입에 대응되는 기준 품질인자 값에 기반하여 제4타입의 기준 품질인자 값을 계산(또는 예측)할 수 있다. 이때, 계산(또는 예측)된 제4타입에 대응되는 기준 품질인자 값은 실제 제4타입에 대응되는 기준 품질 인자 값과는 소정 허용 오차 범위를 벗어날 정도로 상이할 수 있다. 이는 이물질 검출 정확도를 저하시킬 수 있다. 본 실시예에 따른 송신 코일 타입 정보 교환을 통한 이물질 검출 방법은 기준 값 보상(전환) 시 발생되는 오차로 인해 이물질 검출에 대한 정확도가 저하되는 것을 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.

이상에서는 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질을 검출하는 방법을 중심으로 본 실시예에 가지는 특징 및 장점이 설명되었으나, 기준 피크 주파수 값 기반하여 이물질을 검출하는 방식도 동일한 장점 및 효과가 기대될 수 있다.

수신기가 송신기로부터 해당 송신기의 Primary coil unit의 공진 주파수에 관한 정보를 수신하는 경우, 수신된 공진 주파수 특성을 가지는 송신기에 대응하여 측정된 기준 피크 주파수 값을 송신기에 전송할 수 있다. 이때, 송신기는 자신의 타입에 맞는 기준 피크 주파수 값을 수신하므로, 별도 기준 피크 주파수 값을 보상하는 절차를 수행하지 않아도 되는 장점이 있다.

일 실시예로 송신기는 송신 코일 타입에 관한 정보 또는 공진 주파수에 관한 정보를 협상 단계에서 수신기에게 제공할 수 있다.

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 협상 단계에서의 이물질 검출 절차를 설명하기 위한 흐름도이다.

이하에서는 도 5a 및 도 5b를 참조하여 협상 단계에서의 이물질 검출 절차를 상세히 설명하기로 한다.

도 5a를 참조하면, 협상 단계가 시작되면, 무선 전력 수신기는 일반 요구 패킷(General Request Packet)을 이용하여 접속된 무선 전력 송신기의 디자인에 관한 정보를 요청할 수 있다(S551). 일 예로, 무선 전력 송신기의 디자인에 관한 정보는 해당 송신기에 장착된 송신 코일 어셈블리(또는 유닛)에 포함된 코일의 타입 식별 및 개수 식별을 위한 정보가 포함될 수 있다.

일 예로, 무선 전력 송신기는 무선 전력 송신기의 디자인에 관한 정보를 요청하는 일반 요구 패킷이 수신되면, 해당 송신기에 장착된 송신 코일 유닛이 단일 코일로 구성되었는지 복수의 코일로 구성되었는지를 식별하기 위한 단일/복수 타입 지시자 및 송신 코일 유닛을 구성하는 송신 코일 타입이 포함된 소정 응답 패킷-예를 들면, 후술할 도 5b의 전력 송신기 디자인 패킷(Power Transmitter Design Packet)일 수 있음-을 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다(S552).

도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 송신기 디자인 패킷의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 5b를 참조하면, 전력 송신기 디자인 패킷(560)은 단수/복수 타입 필드(561)와 송신 코일 타입 필드(562)를 포함하여 구성될 수 있다.

일 예로, 송신 코일 타입 필드(562)에 기록되는 송신 코일 타입은 해당 송신 코일을 고유하게 식별하기 위한 레퍼런스 디자인 넘버(Reference Design Number) 또는 파워 인터페이스 인디케이터(Power Interface Indicator)일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 레퍼런스 디자인 넘버는 표준에 정의된 코일 디자인의 지정된 번호를 의미할 수 있다. 파워 인터페이스 인디케이터는 각각의 송신 디자인들 간의 공통 특성으로 표현할 수 있는 인디케이터를 의미할 수 있다.

상기 도 5b의 실시예에서는 단수/복수 타입(561) 필드가 2비트이고, 송신 코일 타입(562) 필드가 1바이트인 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 당업자의 설계에 따라 각 필드에 할당되는 비트의 수는 상이할 수도 있음을 주의해야 한다.

일 예로, 단수/복수 타입(561) 필드의 비트 수는 송신 코일 유닛에 최대로 포함될 수 있는 송신 코일의 개수에 대응하여 결정될 수도 있다. 또한, 송신 코일 타입(562) 필드는 표준에 정의된 서로 다른 타입의 송신 코일 개수에 기반하여 결정될 수도 있다.

상기한 도 5a를 참조하면, 무선 전력 수신기는 전력 송신기 디자인 패킷이 수신되면, 해당 전력 송신기 디자인 패킷에 포함된 정보-예를 들면, 송신 코일 타입에 관한 정보일 수 있음-에 기반하여 기준 값을 결정할 수 있다(S553). 여기서, 기준 값은 주파수 이동 값 또는 기준 피크 주파수 값, 기준 품질인자 값 등을 포함할 수 있다.

무선 전력 수신기는 내부 메모리에는 송신 코일 타입 별 (또는 송신 코일 유닛) 그에 대응되는 기준 값(들)이 미리 저장되어 유지되고, 전력 송신기 디자인 패킷이 송신기로부터 수신되면, 메모리를 참조하여 송신 코일 타입에 대응되는 기준 값을 읽어 들일 수 있다.

이상의 실시 예에서는 송신 코일 타입 별로 그에 대응되는 기준 값이 메모리에 저장되어 유지되는 것으로 설명되고 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 실시 예에 따른 무선 전력 수신기는 송신 코일의 공진 주파수 별로 대응되는 기준 값을 메모리에 저장하여 유지할 수도 있다. 이 경우, 무선 전력 송신기는 소정 패킷-예를 들면, 전력 송신기 디자인 패킷-을 이용하여 탑재된 송신 코일에 대응되는 공진 주파수 값을 수신기에 전송할 수도 있다.

무선 전력 수신기는 결정된 기준 값이 포함된 이물질 검출 상태 패킷을 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다(S554).

무선 전력 송신기는 이물질 검출 상태 패킷에 포함된 기준 값에 기반하여 소정 이물질 검출 절차를 수행할 수 있다. 무선 전력 송신기는 이물질 검출 결과에 따라 정상 응답(ACK Response)을 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다(S555).

무선 전력 수신기는 정상 응답이 수신되면 무선 전력 송신기의 캐퍼빌러티(Capability)에 관한 정보를 요구하는 패킷-예를 들면, 일반 요구 패킷을 통해 요구할 수 있음-을 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다. 무선 전력 송신기는 자신의 캐퍼빌러티 정보가 포함된 패킷-예를 들면, 전력 송신기 캐퍼빌러티 패킷(Power Transmitter Capability Packet)-을 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다(S556).

무선 전력 수신기는 보장된 전력을 수신하기 위해 보장 전력 값(Guaranteed Power Value)이 포함된 소정 패킷-예를 들면, 특별 요구 패킷(Specific Request Packet)-을 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다. 무선 전력 송신기는 수신기에 의해 요구된 보장 전력 값을 제공 가능한 경우, 정상 응답을 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다(S557).

무선 전력 수신기는 협상이 종료되었음을 지시하는 패킷-예를 들면, 특별 요구 패킷을 통해 전송될 수 있음-을 무선 전력 송신기에 전송함으로써, 협상 절차를 종료할 수 있다.

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

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

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

무선 전력 송신기(510)는 무선 전력 수신기(520)가 감지되면, 식별 및 구성 단계로 진입하여 자신의 송신기 타입(Tx_Type)에 관한 정보를 무선 전력 수신기(520)에 전송할 수 있다(S504).

무선 전력 수신기(510)는 수신된 송신기 타입에 대응하는 기준 품질 인자 값을 해당 메모리에서 읽을 수 있다(S505). 일 예로, 무선 전력 수신기(510)에는 송신기 타입 별 기준 품질 인자 값이 매핑된 테이블-이하, 설명의 편의를 위해 기준 품질 인자 매핑 테이블이라 명함-이 유지될 수 있다.

또한, 무선 전력 수신기(510)에 저장된 기준 품질 인자 매핑 테이블은 갱신될 수 있다. 일 예로, 유/무선 통신 연결이 가능한 전자 기기에 탑재된 무선 전력 수신기(510)는 전자 기기를 통해 갱신 정보를 획득할 수 있으며, 획득된 갱신 정보에 기반하여 기준 품질 인자 매핑 테이블을 자동 갱신할 수 있다.

전자기기는 유/무선 통신망을 통해 특정 서버와 연동될 수 있으며, 해당 서버로부터 기준 품질 인자 매핑 테이블에 대한 갱신 정보를 수신할 수 있다. 무선 전력 송신기 제조사 또는 판매자는 해당 무선 전력 송신기에 대한 기준 품질 인자 값을 서버에 등록할 수 있다.

무선 전력 수신기(520)는 읽어 들인 기준 품질 인자 값을 무선 전력 송신기(510)로 전송할 수 있다(S506).

무선 전력 송신기(510)는 수신된 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질 검출을 위한 임계 값을 결정할 수 있다(S507). 일 예로, 임계 값은 기준 품질 인자 값보다 소정 비율만큼 작은 값으로 결정될 수 있다.

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

무선 전력 송신기(510)는 이물질 검출 결과에 따라 ACK 응답 또는 NACK 응답 을 무선 전력 수신기(520)에 전송할 수 있다.

무선 전력 수신기(520)는 무선 전력 송신기(510)로부터 NACK 응답이 수신되면, 무선 전력 송신기(510)가 전력 전송을 완전히 중단할 때까지 출력 단자를 통해 전자 기기(또는 배터리/부하)에 일정 세기 이상의 전력이 공급되지 않도록 제어할 수 있다. 여기서, 일정 세기 이상의 전력은 5W가 기준일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템에서의 이물질 검출 절차를 설명하기 위한 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 무선 전력 송신기(610)는 선택 단계에서 물체가 감지되면, 핑 단계로의 진입 이전에 동작 주파수 대역 내 품질 인자 값 및 피크 주파수를 측정할 수 있다(S601). 일 예로, 무선 전력 송신기(610)는 동작 주파수 대역 내 일정 주파수 간격으로 품질 인자 값을 측정하고, 품질 인자 값이 최대인 주파수를 피크 주파수로 결정할 수 있다. 여기서, 결정된 피크 주파수(PF_measured) 및 피크 주파수에 대응하여 측정된 품질 인자 값(Q_measured)은 무선 전력 송신기(610)의 내부 메모리에 저장될 수 있다.

무선 전력 수신기(620)는 협상 단계에서 무선 전력 송신기(610)로 송신기 타입에 관한 정보를 요청할 수 있다(S602). 일 예로, 무선 전력 수신기(620)는 일반 요구 패킷(General Request Packet)을 이용하여 송신기 타입(Tx_type)에 관한 정보를 무선 전력 송신기(610)에 요청할 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 이에 한정되지는 않는다.

무선 전력 송신기(610)는 자신의 송신기 타입에 관한 정보를 무선 전력 수신기(620)에 전송할 수 있다. 일 예로, 무선 전력 송신기(610)는 소정 송신기 타입 패킷을 이용하여 송신기 타입을 무선 전력 수신기(620)에 전송할 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 이에 한정되지는 않는다.

무선 전력 수신기(620)는 수신된 송신기 타입에 대응하여 미리 저장된 기준 품질 인자 값(Q_reference) 및/또는 기준 피크 주파수(PF_reference)를 미리 저장된 기준 품질 인자 매핑 테이블을 참조하여 추출할 수 있다(S604).

여기서, 기준 피크 주파수는 해당 송신기 타입의 송신기에서 가장 높은 품질 인자 값이 측정되는 주파수를 의미하고, 기준 품질 인자 값은 기준 피크 주파수에서 측정된 품질 인자 값을 의미한다.

무선 전력 수신기(620)는 수신된 송신기 타입에 대응하여 추출된 기준 품질 인자 값 및/또는 기준 피크 주파수에 관한 정보를 무선 전력 송신기(610)에 전송할 수 있다(S605). 여기서, 무선 전력 수신기(620)는 이물질 검출 상태 패킷을 이용하여 기준 품질 인자 값 및/또는 기준 피크 주파수에 관한 정보를 무선 전력 송신기(610)에 전송할 수 있다.

무선 전력 송신기(610)는 이물질 검출 상태 패킷에 포함된 정보에 기반하여 이물질 검출을 위한 품질 인자 임계 값 및 피크 주파수 임계 값을 결정할 수 있다(S606). 일 예로, 품질 인자 임계 값은 기준 품질 인자 값보다 일정 비율 작은 값으로 결정되고, 피크 주파수 임계 값은 기준 피크 주파수 값보다 일정 비율 큰 값으로 결정될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 설계자의 설계에 따라 상이하게 결정될 수도 있다. 일정 비율은 미리 정해진 오차 범위 값으로 대체될 수도 있다. 예를 들어 오차 범위 값은 5kHz일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

무선 전력 송신기(610)는 측정된 품질 인자 값(Q_measured)와 품질 인자 임계 값을 비교하여 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다(S607)-이하, 제1 판단이라 명함-.

무선 전력 송신기(610)는 측정된 피크 주파수와 피크 주파수 임계 값을 비교하여 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다(S608)-이하, 제2 판단이라 명함-.

여기서, 제1 판단과 제2 판단의 수행 순서가 역전될 수도 있다. 즉, 제2 판단 후 제1 판단이 수행될 수 있다.

무선 전력 송신기(610)는 제1 판단 및 제2 판단 중 적어도 하나의 판단 결과가 이물질이 검출인 경우, 이물질이 검출된 것으로 최종 확정할 수 있다(S609).

무선 전력 송신기(610)는 이물질 검출 결과에 따라 ACK 응답 또는 NACK 응답 을 무선 전력 수신기(620)에 전송할 수 있다(610).

무선 전력 송신기(610)로부터 NACK 응답이 수신되면, 무선 전력 수신기(620)는 무선 전력 송신기(610)가 전력 전송을 완전히 중단할 때까지 출력 단자를 통해 전자 기기(또는 배터리/부하)에 일정 세기 이상의 전력이 공급되지 않도록 제어할 수 있다. 여기서, 일정 세기 이상의 전력은 5W가 기준일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템에서의 이물질 검출 절차를 설명하기 위한 흐름도이다.

도 7을 참조하면, 무선 전력 송신기(710)는 선택 단계에서 물체가 감지되면, 핑 단계로의 진입 이전에 동작 주파수 대역 내 품질 인자 값 및 피크 주파수를 측정할 수 있다(S701). 무선 전력 송신기(710)는 동작 주파수 대역 내 일정 주파수 간격으로 품질 인자 값을 측정하고, 품질 인자 값이 최대인 주파수를 피크 주파수로 결정할 수 있다.

무선 전력 송신기(710)는 결정된 피크 주파수(PF_measured) 및 피크 주파수에 대응하여 측정된 품질 인자 값(Q_measured)을 내부 메모리에 저장할 수 있다(S702).

무선 전력 송신기(710)는 핑 단계로 진입하여 상기한 도 3에서 설명된 감지 신호 전송 절차를 수행할 수 있다(S703).

무선 전력 송신기(710)는 무선 전력 수신기(720)가 감지되면, 식별 및 구성 단계로 진입하고, 식별 및 구성 단계에서 자신의 송신기 타입(Tx_Type)에 관한 정보를 무선 전력 수신기(720)에 전송할 수 있다(S704).

일 예로, 무선 전력 송신기(710)는 소정 송신기 타입 패킷을 이용하여 송신기 타입에 관한 정보를 무선 전력 수신기(720)에 전송할 수 있다.

다른 일 예로, 무선 전력 송신기(710)는 식별 및 구성 단계에서 무선 전력 수신기(720)의 요청에 따라 송신기 타입에 관한 정보를 무선 전력 수신기(720)에 제공할 수도 있다.

무선 전력 수신기(720)는 수신된 송신기 타입에 대응하는 기준 품질 인자 값 및 기준 피크 주파수를 해당 메모리를 참조하여 읽을 수 있다(S705).

일 예로, 무선 전력 수신기(720)에는 송신기 타입 별 기준 품질 인자 값이 매핑된 기준 품질 인자 매핑 테이블이 유지될 수 있다.

또한, 무선 전력 수신기(720)에 저장된 기준 품질 인자 매핑 테이블은 갱신될 수 있다.

일 예로, 유/무선 통신 연결이 가능한 전자 기기에 탑재된 무선 전력 수신기(720)는 전자 기기를 통해 갱신 정보를 획득할 수 있으며, 획득된 갱신 정보에 기반하여 기준 품질 인자 매핑 테이블을 자동 갱신할 수 있다.

전자기기는 유/무선 통신망을 통해 특정 서버와 연동될 수 있으며, 해당 서버로부터 기준 품질 인자 매핑 테이블에 대한 갱신 정보를 수신할 수 있다. 무선 전력 송신기 제조사 또는 판매자는 해당 송신기 별 기준 품질 인자 값 및 기준 피크 주파수를 서버에 등록할 수 있다.

무선 전력 수신기(720)는 기준 품질 인자 값 및 기준 피크 주파수를 무선 전력 송신기(710)로 전송할 수 있다(S706). 여기서, 기준 품질 인자 값 및 기준 피크 주파수는 해당 송신기 타입에 대응하는 무선 전력 송신기에서 충전 영역의 중앙에서 이물질이 배치되지 않은 상태에서 측정된 값일 수 있다.

무선 전력 송신기(710)는 기 저장된 측정 피크 주파수(PF_measured)와 측정 품질 인자 값(Q_measured)을 이용하여 측정 등가 직렬 저항(Measured ESR(Equivalent Series Resistance), ESR_measured)을 계산할 수 있다(S707).

여기서, ESR은 RLC 직렬 회로에서 캐패시터 등에 기생하는 직렬 저항 성분이다. 전기 회로에 사용되는 실제 커패시터 및 인덕터는 커패시턴스 또는 인덕턴스만 있는 이상적인 부품이 아니다. 그러나 저항과 직렬로 연결되면 매우 근사적으로 이상적인 캐패시터 및 인덕터로 간주될 수 있다. 이 저항은 등가 직렬 저항(ESR)로 정의된다.

무선 전력 송신기(710)는 수신된 기준 피크 주파수(PF_reference)와 기준 품질 인자 값(Q_reference)을 이용하여 기준 등가 직렬 저항(Reference ESR, ESR_reference)을 계산할 수 있다(S708).

무선 전력 송신기(710)는 ESR_measured와 ESR_reference을 이용하여 이물질을 검출할 수 있다(S709). 일 예로, 무선 전력 송신기(710)는 ESR_reference와 ESR_measured의 비율을 소정 임계 값과 비교하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수 있다.

무선 전력 송신기(710)는 이물질 검출 결과에 따라 ACK 응답 또는 NACK 응답을 무선 전력 수신기(720)에 전송할 수 있다.

무선 전력 송신기(510)로부터 NACK 응답이 수신되면, 무선 전력 수신기(720)는 무선 전력 송신기(710)가 전력 전송을 완전히 중단할 때까지 출력 단자를 통해 전자 기기(또는 배터리/부하)에 일정 세기 이상의 전력이 공급되지 않도록 제어할 수 있다. 여기서, 일정 세기 이상의 전력은 5W가 기준일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

이하에서는 ESR과 품질 인자 값(Q) 및 주파수의 관계를 설명하기로 한다.

이상적인 RLC 직렬 회로 및 TRF 수신기(Tuned Radio Frequency Receiver)에서의 품질 인자 값 Q는 하기의 수식 1:

(수식 1)

여기서, R, L 및 C는 각각 저장, 인덕턴스, 캐패시턴스를 의미하고, ω _{0 =} 2

는 공진 주파수를 의미한다.

이므로,

ESR은 항상 표준 주파수에서 측정된 AC 저항이고, 높은 ESR은 부품의 노화, 발열 및 리플 전류를 증가시킬 수 있다.

로 계산될 수 있다.

따라서, 상기 실시예에서 ESR_reference

로 계산되고, ESR_measured는

로 계산될 수 있다.

: 무선충전기가 측정한 Q-factor

무선 충전기가 측정한 Peak frequency

: 무선충전기 타입 코일에서의 기준 Q-factor(수신기 배치, 이물질 없는 상태)

: 무선충전기 타입 코일에서의 기준 Peak frequency(수신기 배치, 이물질 없는 상태)

: 무선충전기의 공진 캐패시터의 캐패시턴스

이때, ESR_referenc와 ESR_measured의 비율은 하기와 같이 계산될 수 있다.

일 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 ESR_referenc와 ESR_measured의 비율이 미리 정의된 비율 임계 값을 초과하면 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 비율 임계 값은 실험 결과에 의해 결정될 수 있다. 일 예로,

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 신호의 변조 및 복조 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 8의 도면 번호 810에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 동일한 주기를 가지는 내부 클락 시그널에 기반하여 전송 대상 패킷을 인코딩하거나 디코딩할 수 있다.

이하에서는, 전송 대상 패킷의 인코딩 방법을 상세히 설명하기로 한다.

상기 도 1을 참조하면, 무선 전력 송신단(10) 또는 무선 전력 수신단(20)이 특정 패킷을 전송하지 않는 경우, 무선 전력 신호는 도 1의 도면 번호 41에 도시된 바와 같이, 특정 주파수를 가진 변조되지 않은 교류 신호일 수 있다.

반면, 무선 전력 송신단(10) 또는 무선 전력 수신단(20)이 특정 패킷을 전송하는 경우, 무선 전력 신호는 도 1의 도면 번호 42에 도시된 바와 같이, 특정 변조 방식으로 변조된 교류 신호일 수 있다. 일 예로, 변조 방식은 진폭 변조 방식, 주파수 변조 방식, 주파수 및 진폭 변조 방식, 위상 변조 방식 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

무선 전력 송신단(10) 또는 무선 전력 수신단(20)에 의해 생성된 패킷의 이진 데이터는 도면 번호 820과 같이 차등 2단계 인코딩(Differential bi-phase encoding) 이 적용될 수 있다. 상세하게, 차등 2단계 인코딩은 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.

인코딩된 이진 데이터는 상기 도면 번호 830에 도시된 바와 같은, 바이트 인코딩 기법이 적용될 수 있다. 도면 번호 830을 참조하면, 일 실시예에 따른 바이트 인코딩 기법은 8비트의 인코딩된 이진 비트 스트림에 대해 해당 비트 스트림의 시작과 종류를 식별하기 위한 시작 비트(Start Bit) 및 종료 비트(Stop Bit), 해당 비트 스트림(바이트)의 오류 발생 여부를 감지하기 위한 페리티 비트(Parity Bit)를 삽입하는 방법일 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 패킷 포맷을 설명하기 위한 도면이다.

도 9를 참조하면, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20) 사이의 정보 교환에 사용되는 패킷 포맷(900)은 해당 패킷의 복조를 위한 동기 획득 및 해당 패킷의 정확한 시작 비트를 식별하기 위한 프리엠블(Preamble, 910) 필드, 해당 패킷에 포함된 메시지의 종류를 식별하기 위한 헤더(Header, 920) 필드, 해당 패킷의 내용(또는 페이로드(Payload))를 전송하기 위한 메시지(Message, 930) 필드 및 해당 패킷에 오류가 발생되었는지 여부를 확인하기 위한 체크썸(Checksum, 940) 필드를 포함하여 구성될 수 있다.

패킷 수신단은 헤더(920) 값에 기반하여 해당 패킷에 포함된 메시지(930)의 크기를 식별할 수도 있다.

또한, 헤더(920)는 무선 전력 전송 절차의 각 단계별로 정의될 수 있으며, 일부, 헤더(920) 값은 무선 전력 전송 절차의 서로 다른 단계에서 동일한 값을 가지도록 정의될 수도 있다. 일 예로, 후술할 도 6을 참조하면, 핑 단계의 전력 전송 종료(End Power Transfer) 및 전력 전송 단계의 전력 전송 종료에 대응되는 헤더 값은 0x02로 동일할 수 있음을 주의해야 한다.

메시지(930)는 해당 패킷의 송신단에서 전송하고자 하는 데이터를 포함한다. 일 예로, 메시지(930) 필드에 포함되는 데이터는 상대방에 대한 보고 사항(report), 요청 사항(request) 또는 응답 사항(response)일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 패킷(900)은 해당 패킷을 전송한 송신단을 식별하기 위한 송신단 식별 정보, 해당 패킷을 수신할 수신단을 식별하기 위한 수신단 식별 정보 중 적어도 하나가 더 포함될 수도 있다. 여기서, 송신단 식별 정보 및 수신단 식별 정보는 IP 주소 정보, MAC 주소 정보, 제품 식별 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 충전 시스템상에서 수신단 및 송신단을 구분할 수 있는 정보이면 족하다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 패킷(900)은 해당 패킷이 복수의 장치에 의해 수신되어야 하는 경우, 해당 수신 그룹을 식별하기 위한 소정 그룹 식별 정보가 더 포함될 수도 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 패킷의 종류를 설명하기 위한 도면이다.

도 10을 참조하면, 도면 번호 1010의 테이블은 무선 전력 수신기에서 무선 전력 송신기로 전송되는 패킷이고, 도면 번호 1020의 테이블은 무선 전력 송신기에서 무선 전력 수신기로 전송되는 패킷이다.

무선 전력 수신기에서 무선 전력 송신기로 전송되는 패킷은 감지된 핑 신호의 세기 정보를 전송하기 위한 신호 세기(Signal Strength) 패킷, 송신기가 전력 전송을 중단하도록 요청하기 위한 전력 전송 종류(End Power Transfer), 제어 제어를 위한 제어 오류 패킷 수신 후 실제 전력을 조정하기까지 대기하는 시간 정보를 전송하기 위한 전력 제어 보류(Power Control Hold-off) 패킷, 수신기의 구성 정보를 전송하기 위한 구성 패킷, 수신기 식별 정보를 전송하기 위한 식별 패킷 및 확장 식별 패킷, 일반 요구 메시지를 전송하기 위한 일반 요구 패킷, 특별 요구 메시지를 전송하기 위한 특별 요구 패킷, FO 검출을 위한 기준 품질 인자 값 및/또는 기준 피크 주파수 값을 전송하기 위한 FOD 상태 패킷, 확장 FOD 상태 패킷 송신기의 송출 전력을 제어하기 위한 제어 오류 패킷, 재협상 개시를 위한 재협상 패킷, 수신 전력의 세기 정보를 전송하기 위한 24비트 수신 전력 패킷 및 8비트 수신 전력 패킷 및 현재 부하의 충전 상태 정보를 전송하기 위한 충전 상태 패킷을 포함할 수 있다.

일 예로, 무선 전력 송신기에서 무선 전력 송신기로 전송되는 패킷은 전력 송신기 디자인을 식별하기 위한 전력 송신기 디자인(Power Transmitter Design) 패킷을 포함할 수 있다.

다른 일 예는, 무선 전력 송신기가 자신의 송신기 타입에 관한 정보를 전송하기 위해 사용되는 송신기 타입 패킷이 추가 정의되어 사용될 수도 있다.

무선 전력 송신기가 자신의 송신기 타입에 관한 정보를 전송하기 위해 사용되는 송신기 타입 패킷은 해당 무선 전력 수신기와의 통신이 연결된 후 상기한 도 4의 식별 및 구성 단계(430) 또는 협상단계(440)에서 전송될 수 있다.

또한, 무선 전력 송신기가 장착된 송신 코일 유닛의 디자인 특성에 관한 정보를 전송하기 위해 사용되는 전력 송신기 디자인 패킷은 협상단계(440)에서 전송될 수 있다.

송신기 타입 패킷의 메시지 필드에는 해당 무선 전력 송신기의 제조사 정보, 모델명 정보, 전력 클래스 정보 중 적어도 하나의 정보를 식별 가능하게 하는 소정 식별자 또는 식별 코드가 기록될 수 있다.

전력 송신기 디자인 패킷의 메시지 필드는 해당 무선 전력 송신기에 장착된 송신 코일 어셈블리 또는 송신 코일 유닛에 사용된 코일의 종류를 식별하기 위한 정보-즉, 송신 코일 타입 정보-와 송신 코일 유닛에 포함된 코일의 개수에 관한 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 코일의 개수에 대한 정보는 단수인지 복수인지를 식별하기 위한 정보일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

상기한 패킷들은 무선 전력 전송에 사용되는 주파수 대역과 동일한 주파수 대역을 이용한 인밴드 통신을 이용하여 전송될 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

이하의 실시 예에서 설명되는 이물질 검출 장치는 무선 전력 송신기이거나 무선 전력 송신기에 탑재되는 일부 구성 요소일 수 있다.

도 11을 참조하면, 이물질 검출 장치(1100)는 전원부(1101), 직류-직류 변환기(DC-DC Converter, 1110), 인버터(Inverter, 1120), 공진 회로(1130), 측정부(1140), 통신부(1160), 센싱부(1170), 알람부(1175) 및 제어부(1180)을 포함하여 구성될 수 있다. 본 실시예에 따른 이물질 검출 장치(1100)는 무선 전력 송신 장치 또는 무선 전력 수신 장치의 인증을 위한 계측 기기 등에 장착될 수 있다.

공진 회로(1130)는 공진 캐패시터(1131) 및 인덕터(또는 송신 코일)(1132)을 포함하여 구성되며, 통신부(1160)는 복조부(1161)와 변조부(1162) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

전원부(1101)는 외부 전원 단자 또는 배터리로부터 DC 전력을 인가 받아 직류-직류 변환기(1110)에 전달할 수 있다. 여기서, 배터리는 이물질 검출 장치(1100)의 내부에 장착되어 충전 가능하게 구성될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 보조 배터리 또는 외장 배터리의 형태로 이물질 검출 장치(1100)의 전원부(1101) 소정 케이블을 통해 연결될 수도 있다.

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

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

일 예로, 인버터(1120)는 풀 브릿지(Full Bridge) 회로를 포함하여 구성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 하프 브리지(Half Bridge)를 포함하여 구성될 수도 있다.

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

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 무선 전력 수신 장치에 의해 요구되는 전력의 세기에 따라 적응적으로 인버터(1120)의 브릿지 모드를 제어할 수 있다.

여기서, 브릿지 모드는 하프 브리짓 모드 및 풀 브릿지 모드를 포함한다. 일 예로, 무선 전력 수신 장치가 5W의 저전력을 요구하는 경우, 제어부(1180)는 인버터(1120)가 하프 브릿지 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.

반면, 무선 전력 수신 장치가 15W의 전력을 요구하는 경우, 제어부(1180)는 풀 브릿지 모드로 동작되도록 제어할 수 있다. 다른 일 예로, 무선 전력 송신 장치는 감지된 온도에 따라 적응적으로 브릿지 모드를 결정하고, 결정된 브릿지 모드에 따라 인버터(1120)를 구동시킬 수도 있다.

일 예로, 하프 브리지 모드를 통해 무선 전력을 전송하는 중 무선 전력 송신 장치의 온도가 소정 기준치를 초과하는 경우, 제어부(1180)는 하프 브리지 모드를 비활성화시키고 풀 브릿지 모드가 활성화되도록 제어할 수 있다. 즉, 무선 전력 송신 장치는 동일 세기의 전력 전송을 위해 풀 브릿지 회로를 통해 전압은 상승시키고, 공진 회로(1130)에 흐르는 전류의 세기는 감소시킴으로써, 무선 전력 송신 장치의 내부 온도가 소정 기준치 이하를 유지하도록 제어할 수 있다.

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

또한, 인버터(1120)는 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있을 뿐만 아니라 교류 전력의 세기를 변경시킬 수도 있다.

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

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

측정부(1140)는 제어부(1180)의 제어 신호에 따라 공진 캐패시터(1131) 양단의 전압, 전류, 임피던스 등을 측정하여 공진 회로(1130)에 대한 품질 인자 값 및 인덕턴스 값을 산출할 수 있다. 이때, 산출된 품질 인자 값 및 인덕턴스 값은 제어부(1180)에 전달되고, 제어부(1180)는 소정 기록 영역에 측정부(1140)로부터 전달 받은 품질 인자 값 및 인덕턴스 값을 저장할 수도 있다.

측정부(1140)는 제어부(1180)의 제어에 따라 소정 기준 동작 주파수에 대응되는 품질 인자 값-이하 설명의 편의를 위해, 기준 측정 품질 인자 값이라 명함-을 측정하여 구비된 메모리(미도시)의 소정 기록 영역에 저장할 수 있다.

또한, 측정부(1140)는 제어부(1180)의 제어에 따라 동작 주파수 대역 내 품질 인자 값을 일정 주파수 단위로 측정하고, 측정 결과를 제어부(1180)로 전송할 수 있다.

일 예로, 제어부(1180)는 선택 단계에서 물체가 감지되면, 전력 전송을 일시 중단하고, 핑 단계로의 진입 이전에 동작 주파수 대역 내 복수의 서로 다른 주파수에서 품질 인자 값을 측정하도록 측정부(1140)에 요청할 수 있다. 제어부(1180)는 측정된 품질 인자 값들 중 가장 큰 값에 대응되는 주파수를 식별하고, 식별된 주파수를 측정 피크 주파수로 결정할 수 있다.

제어부(1180)는 측정 피크 주파수 및 측정 피크 주파수에서의 품질 인자 값-즉, 측정 품질 인자 값-을 메모리(미도시)에 저장할 수 있다.

제어부(1180)는 협상 단계에서 변조부(1162)로부터 FOD 상태 패킷이 수신되면, FOD 상태 패킷에 포함된 정보-예를 들면, 송신기 타입에 대응되는 기준 품질 인자 값 및 기준 피크 주파수를 포함함-에 기반하여 이물질 존재 여부를 판단하기 위한 임계 값(또는 임계 범위)를 결정할 수 있다. 여기서, 임계 값(또는 임계 범위)를 결정하는 방법은 상술한 도면들의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.

FOD 상태 패킷은 해당 송신기 타입에 대응하는 기준 품질 인자 값(Q_reference), 기준 피크 주파수 값(PF_reference) 중 적어도 하나가 포함될 수도 있다.

제어부(1180)는 수신된 기준 품질 인자 값 및 기준 피크 주파수를 이용하여 기준 등가 직렬 저항(ESR_reference)을 계산할 수 있다.

또한, 제어부(1180)는 측정 품질 인자 값과 측정 피크 주파수를 이용하여 측정 등가 직렬 저항(ESR_measured)을 계산할 수 있다.

제어부(1180)는 ESR_measured와 ESR_reference을 이용하여 이물질의 존재 여부를 판단할 수도 있다.

제어부(1180)가 송신기 타입에 대응되는 기준 품질 인자 값 및 기준 피크 주파수 중 적어도 하나를 이용하여 이물질을 검출하는 세부적인 절차 및 방법은 상술한 도 4 내지 7의 설명으로 대체한다.

도 12는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

도 12를 참조하면, 이물질 검출 장치(1200)는 측정부(1210), 탐색부(1220), 통신부(1230), 결정부(1240), 검출부(1250), 알람부(1260), 저장부(1270), 전송부(1280) 및 제어부(1290)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기한 이물질 검출 장치(1200)의 구성은 반드시 필수적인 것은 아니어서, 일부 구성이 추가되거나 삭제될 수도 있다.

전송부(1280)는 무선 전력 전송을 위한 DC-DC 변환기, 인버터, 공진 회로 등을 포함하여 구성될 수 있다.

측정부(1210)는 선택 단계에서 충전 영역에 배치된 물체가 감지되면, 전력 전송을 일시 중단시키고, 품질 인자 값을 측정할 수 있다. 여기서, 품질 인자 값은 가용 주파수 대역(또는 동작 주파수 대역) 내 결정된 복수의 주파수에서 측정될 수 있다. 일 예로, 가용 주파수 대역은 88KHz~151KHz일 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 당업자의 설계 목적 및 적용된 무선 전력 전송 기술(또는 표준)에 따라 상이할 수 있다.

탐색부(1220)는 측정부(1210)의 측정 결과에 기반하여 최대 품질 인자 값을 가지는 주파수-즉, 측정 피크 주파수-를 탐색할 수 있다. 탐색부(1220)에 의해 탐색된 측정 피크 주파수 및 측정 피크 주파수에서 측정된 품질 인자 값-즉, 측정 품질 인자 값-은 저장부(1270)의 소정 기록 영역에 저장될 수 있다.

충전 영역에 무선 전력 수신기와 함께 이물질이 배치된 경우, 최대 품질 인자 값을 가지는 피크 주파수는 충전 영역에 무선 전력 수신기만 배치된 경우와 비교할 때 증가하는 특징이 있다.

통신부(1230)는 무선 신호를 복조하여 무선 전력 수신기가 전송한 다양한 패킷을 획득할 수 있다. 일 예로, 통신부(1230)는 핑 단계에서 신호 세기 패킷을 획득할 수 있다.

또한, 통신부(1230)는 식별 및 구성 단계에서 식별 패킷 및 구성 패킷을 수신할 수 있다.

또한, 통신부(1230)는 협상 단계에서 이물질 검출 상태 패킷(FOD(Foreign Object Detection) Status Packet)을 획득할 수 있다. 또한, 통신부(1230)는 전력 전송 단계에서 전력 제어를 위한 제어 오류 패킷, 수신 전력 패킷 등을 수신할 수 있다.

또한, 통신부(1230)는 제어부(1290)로부터 송신기 타입이 포함된 송신기 타입 패킷을 수신하여 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다. 또한, 통신부(1230)는 송신기 타입에 관한 정보를 요청하는 패킷이 무선 전력 수신기로부터 수신되면, 제어부(1290)에 전달할 수도 있다.

일 예로, 이물질 검출 상태 패킷은 송신기 타입에 대응되는 기준 품질 인자 값(Q_reference), 기준 피크 주파수(PF_reference) 중 적어도 하나가 포함될 수 있다.

이물질 검출 상태 패킷의 구조는 후술할 도 13의 설명의 통해 보다 명확해질 것이다.

결정부(1240)는 이물질 검출 상태 패킷에 포함된 기준 품질 인자 값과 기준 피크 주파수를 이용하여 이물질 검출 임계 값을 결정할 수 있다. 여기서, 이물질 검출 임계 값은 품질 인자 임계 값, 인덕턴스 임계 값, 피크 주파수 임계 값, ESR 임계 비율 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 결정부(1240)는 측정 피크 주파수를 이용하여 측정 인덕턴스를 계산하고, 측정 인덕턴스를 이용하여 ESR을 계산할 수 있다. 아울러, 결정부(1240)는 기준 피크 주파수를 이용하여 기준 인덕턴스를 계산하고, 기준 인덕턴스를 이용하여 기준 ESR을 계산할 수 있다.

검출부(1250)는 측정 품질 인자 값, 측정 인덕턴스, 측정 피크 주파수, 기준 ESR과 측정 ESR의 비율(또는 측정 ESR)을 각각에 대응되는 임계 값과 비교하여 무선 전력 전송 경로상에 배치된 이물질을 검출할 수 있다.

일 예로, 검출부(1250)는 측정 피크 주파수가 피크 주파수 임계 값보다 크면, 충전 영역에 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.

또한, 검출부(1250)는 측정 품질 인자 값이 품질 인자 임계 값보다 작으면, 충전 영역에 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.

또한, 검출부(1250)는 기준 ESR과 측정 ESR의 비율이 ESR 임계 비율보다 크면, 충전 영역에 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.

또한, 검출부(1250)는 측정 인덕턴스가 인덕턴스 임계 값보다 작으면, 충전 영역에 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.

제어부(1290)는 검출부(1250)의 이물질 검출 결과에 기반하여 최종적으로 이물질 존재 여부를 확정할 수 있다.

제어부(1290)는 이물질 존재 여부에 대한 확정 결과에 따라 ACK 응답 또는 NACK 응답 또는 ND(No Decision) 응답을 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다.

검출부(1250)는 무선 전력 전송 경로상에 이물질이 존재하는 것으로 판단된 경우, 전력 전송을 중단하고, 이물질이 감지되었음을 지시하는 소정 경고 알람이 출력되도록 알람부(1260)를 제어할 수도 있다. 일 예로, 알람부(1160)은 비퍼, LED 램프, 진동 소자, 액정 디스플레이 등을 포함하여 구성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 이물질이 검출을 사용자에게 알릴 수 있는 알림 수단이면 족하다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 상태 패킷 메시지의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 13을 참조하면, 이물질 검출 상태 패킷 메시지(1300)는 2바이트의 길이를 가질 수 있으며, 6비트 길이의 제1 데이터(1501) 필드, 2비트 길이의 모드(Mode, 1502) 필드 및 1바이트 길이의 제2 데이터(Reference Quality Factor Value, 1503) 필드를 포함하여 구성될 수 있다.

일 예로, 이물질 검출 상태 패킷 메시지(1300)는 도면 번호 1304에 보여지는 바와 같이, 모드(1302) 필드가 이진수 '00'으로 설정되면, 제1 데이터(1301) 필드의 모든 비트는 0으로 기록되고, 제2 데이터(1303) 필드에 해당 무선 전력 수신기의 전원이 OFF된 상태에서 인증용 무선 전력 송신기를 이용하여 측정 및 결정된 품질 인자 값에 대응되는 정보가 기록될 수 있다. 여기서, 품질 인자 값은 소정 기준 동작 주파수에서 측정될 수 있다. 예를 들면, 기준 동작 주파수는 100KHz일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

모드(1302) 필드가 이진수 '01'로 설정되면, 제1 데이터(1301) 필드에는 송신기 타입에 대응되는 기준 피크 주파수가 기록되고, 제2 데이터(1303) 필드에는 송신기 타입에 대응되는 기준 품질 인자 값이 기록될 수 있다.

여기서, 기준 피크 주파수 값은 송신기 타입에 대응되는 송신기의 충전 영역에 무선 전력 수신기만이 배치된 상태에서 동작 주파수 대역 내 가장 큰 품질 인자 값을 가지는 주파수를 의미할 수 있다. 특히, 기준 피크 주파수는 인증용 무선 전력 송신기에서 측정된 품질 인자 값에 기반하여 결정된 피크 주파수가 아님을 주의해야 한다.

도 14a는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이물질 검출 상태 패킷 메시지의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 14a를 참조하면, 이물질 검출 상태 패킷 메시지(1410)는 2바이트의 길이를 가질 수 있으며, 6비트 길이의 제1 데이터(1411) 필드, 2비트 길이의 모드(Mode, 1412) 필드 및 1바이트 길이의 제2 데이터(1413) 필드를 포함하여 구성될 수 있다.

일 예로, 이물질 검출 상태 패킷 메시지(1410)는 도면 번호 1420에 보여지는 바와 같이, 모드(1412) 필드가 이진수 '00'으로 설정되면, 제1 데이터(1411) 필드의 모든 비트는 0으로 기록되고, 제2 데이터(1413) 필드에 무선 전력 수신기의 전원이 OFF된 상태에서 인증용인 테스트 무선 전력 송신기를 이용하여 측정 및 결정된 품질 인자 값에 대응되는 정보가 기록될 수 있다. 여기서, 품질 인자 값은 소정 기준 동작 주파수에서 측정될 수 있다. 예를 들면, 기준 동작 주파수는 100KHz일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

모드(1412) 필드 값 이진수 '01'은 수신기가 자신의 내부 메모리에 송신기 코일 타입에 대응하는 정보가 존재하지 않음을 송신기에 알리기 위해 사용될 수 있다.

일 예로, 수신기는 송신기로부터 수신된 송신 코일 타입에 대응되는 정보가 내부 메모리에 존재하지 않는 경우, 인증용 무선 전력 송신기에 대응하는 정보-예를 들면, 인증용 무선 전력 송신기에 대응되는 주파수 이동 값 및 기준 품질 인자 값을 포함할 수 있음-송신기에 전송할 수 있다. 이 경우, 송신기는 인증용 무선 전력 송신기에 대응하는 정보를 이용하여 자신의 송신 코일 타입에 대응되는 정보로 변환할 수 있다. 이후, 송신기는 변환된 정보를 이용하여 이물질 검출 절차를 수행할 수 있다.

상기 도 14a를 참조하면, 모드(1412) 필드가 이진수 '01'로 설정되면, 제1 데이터(1411) 필드에는 인증용 무선 전력 송신기에 대응되는 주파수 이동 값(Frequency Shift Value)이 기록되고, 제2 데이터(1413) 필드에는 인증용 무선 전력 송신기에 대응되는 기준 품질 인자 값이 기록될 수 있다. 여기서, 제1데이터(1411) 및 제2데이터(1413)는 0 또는 양의 정수(unsigned integer)일 수 있다. 주파수 이동 값은 1kHz 단위의 양의 정수일 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 실시예는 소정 해상도를 가지를 수도 있다. 일 예로, 주파수 이동 값의 해상도가 0.2kHz인 경우, 제1데이터(1411)가 5이면, 실제 주파수 이동 값은 1kHz(0.2kHz*5)일 수 있다. 유사하게, 기준 품질 인자 값도 소정 해상도를 가질 수 있다.

송신기는 주파수 이동 값에 기반하여 기준 피크 주파수 값을 결정할 수 있다. 상세하게, 기준 피크 주파수(Reference Peak Frequency) 값은 기준 동작 주파수에서 주파수 이동 값을 차감하여 결정될 수 있다. 일 예로, 해당 무선 충전 시스템의 기준 동작 주파수가 100kHz이고, 주파수 이동 값이 5kHz인 경우, 기준 피크 주파수는 95kHz로 결정될 수 있다.

위와 같이 주파수 이동값을 차감하여 기준 피크 주파수를 결정하는 방법은 패킷 사이즈를 줄일 수 있는 효과가 있으며, 한정적인 메시지 헤더를 추가 사용하지 않고, 기존 패킷의 공간을 활용할 수 있는 효과가 있다. 수신기는 차폐제를 필수로 구비하고 있기 때문에 기준 동작 주파수 이하의 기준 피크주파수가 이물질을 제외한 수신기가 충전영역에 올라왔을 때 측정된다. 따라서, 위와 같이 주파수 이동 값을 차감하더라도 모든 수신기의 기준 피크 주파수를 표현(지시)할 수 있다.

모드(1412) 필드 값 이진수 '10'은 수신기가 자신의 내부 메모리에 송신기 코일 타입에 대응하는 정보가 존재함을 송신기에 알리기 위해 사용될 수 있다.

또한, 수신기는 모드(1412) 필드가 이진수 '10'로 설정된 이물질 검출 상태 패킷을 송신기에 전송함으로써, 송신기가 자신의 이물질 검출 상태 패킷에 포함된 정보 및 자신의 송신 코일 타입에 기반하여 이물질 검출을 위한 기준 값을 보정(전환)하는 절차를 수행하도록 제어할 수도 있다.

일 예로, 수신기는 자신의 내부 메모리에 해당 송신 코일 타입에 대응되는 정보가 존재하면, 모드(1412) 필드가 이진수 '10'으로 설정된 이물질 검출 상태 패킷을 송신기에 전송할 수 있다.

다른 일 예로, 수신기는 모드(1412) 필드가 이진수 '10'로 설정된 이물질 검출 상태 패킷을 송신기에 전송하여 송신기로부터 송신 코일 타입에 관한 정보를 획득할 수도 있다.

도 14b는 본 발명의 일 실시예에 따른 확정 이물질 검출 상태 패킷 메시지의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 14b를 참조하면, 확장 이물질 검출 상태 패킷(Extended FOD Status Packet) 메시지(1430)는 3바이트의 길이를 가질 수 있으며, 6비트 길이의 예약(reserved, 1431) 필드, 2비트 길이의 모드(Mode, 1432) 필드, 1바이트 길이의 제1데이터(1433) 필드 및 1바이트 길이의 제2데이터(1434) 필드를 포함하여 구성될 수 있다. 제1데이터(1433) 및 제2데이터(1434)는 모두 양의 정수일 수 있다.

도면 번호 1440에 보여지는 바와 같이, 확장 이물질 검출 상태 패킷 메시지(1430)의 모드(1432) 필드가 이진수 '00'으로 설정되면 제1데이터(1433) 필드에는 인증용 무선 전력 송신기에 대응되는 기준 품질 인자 값이 기록되고, 제2데이터(1434) 필드에는 인증용 무선 전력 송신기에 대응되는 기준 피크 주파수 값이 기록될 수 있다. 일 예로, 수신기는 자신의 내부 메모리에 해당 송신 코일 타입에 대응되는 정보가 존재하지 않는 경우, 확장 이물질 검출 상태 패킷 메시지(1430)의 모드(1432) 필드를 이진수 '00'으로 설정하여 인증용 송신기에 대응되는 정보를 송신기에 전송할 수 있다.

또한, 확장 이물질 검출 상태 패킷 메시지(1430)의 모드(1432) 필드가 이진수 '01'로 설정되면, 제1데이터(1433) 필드에는 송신 코일 타입에 대응되는 기준 품질 인자 값이 기록되고, 제2데이터(1434) 필드에는 송신 코일 타입에 대응되는 기준 피크 주파수 값이 기록될 수 있다. 일 예로, 수신기는 자신의 내부 메모리에 해당 송신 코일 타입에 대응되는 정보가 존재하지 않는 경우, 확장 이물질 검출 상태 패킷 메시지(1430)의 모드(1432) 필드를 이진수 '01'으로 설정하여 해당 송신기의 송신 코일 타입에 대응되는 정보를 송신기에 전송할 수 있다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.

도 15를 참조하면, 무선 충전 시스템은 무선 전력 송신기(1510)과 무선 전력 수신기(1520)을 포함하여 구성될 수 있다.

무선 전력 송신기(1510)는 송신 제어기(1511), 변조기(1512), 복조기(1513), 변환기(1514), 검출기(1515) 및 전송 회로(1516)를 포함하여 구성될 수 있다.

무선 전력 수신기(1520)는 수신 제어기(1521), 변조기(1512), 복조기(1513), 메모리(1514) 및 수신 회로(1525)를 포함하여 구성될 수 있다. 메모리(1514)에는 송신 코일 타입(또는 공진 주파수) 별 기준 값(들)이 매핑된 소정 기준 값 테이블이 유지될 수 있다.

무선 전력 송신기(1510)의 송신 제어기(1511)는 협상 단계에서 송신 코일 타입에 관한 정보가 포함된 전력 송신기 디자인 패킷을 생성하여 변조기(1512)를 통해 무선 전력 수신기(1520)에 전송할 수 있다.

무선 전력 수신기(1520)의 수신 제어기(1521)는 복조기(1522)를 통해 수신된 전력 송신기 디자인 패킷에 기반하여 접속된 무선 전력 송신기(1510)의 송신 코일 타입을 식별하고, 식별된 송신 코일 타입에 대응되는 정보의 존재 여부를 메모리(1514)를 참조하여 확인할 수 있다.

확인 결과, 송신 코일 타입에 대응되는 정보가 존재하면, 수신 제어기(1621)는 송신 코일 타입에 대응되는 정보-예를 들면, 송신 코일 타입에 대응되는 기준 피크 주파수 값(또는 주파수 이동 값), 송신 코일 타입에 대응되는 기준 품질 인자 값-가 포함된 이물질 검출 상태 패킷 또는 확장 이물질 검출 상태 패킷을 생성하고, 변조기(1522)를 통해 생성된 패킷을 무선 전력 송신기(1510)에 전송할 수 있다.

반면, 확인 결과, 송신 코일 타입에 대응되는 정보가 존재하지 않으면, 수신 제어기(1521)는 인증용 무선 전력 송신기에 대응되는 정보-예를 들면, 인증용 무선 전력 송신기에 대응되는 기준 피크 주파수 값(또는 주파수 이동 값), 인증용 무선 전력 송신기에 대응되는 기준 품질 인자 값-가 포함된 이물질 검출 상태 패킷 또는 확장 이물질 검출 상태 패킷을 생성하고, 변조기(1622)를 통해 생성된 패킷을 무선 전력 송신기(1510)에 전송할 수 있다.

송신 제어기(1511)는 송신 코일 타입에 대응되는 정보가 포함된 이물질 검출 상태 패킷 또는 확장 이물질 검출 상태 패킷이 복조기(1513)를 통해 수신되면, 송신 코일 타입에 대응되는 정보에 기반하여 이물질 검출을 위한 경계 값(또는 임계 값)을 결정할 수 있다.

또한, 송신 제어기(1511)는 인증용 무선 전력 송신기에 대응되는 정보가 포함된 이물질 검출 상태 패킷 또는 확장 이물질 검출 상태 패킷이 복조기(1513)를 통해 수신되면, 변환기(1514)가 인증용 무선 전력 송신기에 대응되는 정보에 기반하여 자신의 송신 코일 타입에 대응되는 정보를 생성하도록 제어할 수 있다.

송신 제어기(1511)는 변환기(1514)에 의해 생성된 송신 코일 타입에 대응되는 정보에 기반하여 이물질 검출을 위한 경계 값(또는 임계 값)을 결정할 수 있다.

이상의 도 15의 실시 예에서는 무선 전력 송신기가 협상 단계에서 송신 코일 타입에 관한 정보를 무선 전력 수신기에 전송하는 것으로 설명되고 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 장착된 송신 코일에 대응되는 공진 주파수에 관한 정보를 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다.

상기 도 12의 이물질 검출 장치의 구성 요소 중 일부, 또는 구성 요소들의 기능 및 동작 중 일부가 상기 도 15의 무선 전력 송신기(1510)에 추가 구비되거나 탑재될 수도 있다.

도 16은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 이물질 검출 상태 패킷 메시지의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 16을 참조하면, 이물질 검출 상태 패킷 메시지(1600)는 2바이트의 길이를 가질 수 있으며, 6비트 길이의 예약(Reserved, 1601) 필드, 2비트 길이의 모드(Mode, 1612) 필드 및 1바이트 길이의 기준 값(Reference Value, 1603) 필드를 포함하여 구성될 수 있다.

일 예로, 이물질 검출 상태 패킷 메시지(1600)는 도면 번호 1610에 보여지는 바와 같이, 모드(1602) 필드가 이진수 '00'으로 설정되면, 기준 값(1603) 필드에 기준 품질 인자 값(Reference Quaility Factor Value)이 기록되고, 모드(1602) 필드가 이진수 '01'으로 설정되면, 기준 값(1603) 필드에 기준 피크 주파수 값(Reference Peak Frequency Value)이 기록될 수 있다.

여기서, 기준 품질 인자 값은 해당 무선 전력 수신기가 전원이 OFF된 상태로 인증용 무선 전력 송신기-예를 들면, WPC 표준에 정의된 #MP1일 수 있음-의 충전 영역에 배치된 상태에서 미리 정의된 기준 동작 주파수-예를 들면, 100kHz일 수 있으나 이에 한정되지는 않음-에 상응하여 측정된 품질 인자 값으로 정의될 수 있다.

또한, 기준 피크 주파수 값은 해당 무선 전력 수신기가 전원이 OFF된 상태로 인증용 무선 전력 송신기-예를 들면, WPC 표준에 정의된 #MP1일 수 있음-의 충전 영역에 배치된 상태에서 송신 코일의 공진 주파수 값으로 정의될 수 있다. 이때, 인증용 무선 전력 송신기의 충전 영역에 이물질이 배치되지 않은 상태에서 기준 피크 주파수가 측정됨을 주의해야 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신기는 그것의 버전에 따라 협상 단계 동안 두 개의 서로 다른 기준 값을 가지는 이물질 검출 상태 패킷을 일정 시간 간격을 두고 순차적으로 전송할 수 있다. 여기서, 두 개의 서로 다른 기준 값은 상술한 기준 품질 인자 값 및 기준 피크 주파수 값을 의미할 수 있다.

일 예로, 상기 버전은 무선 전력 수신기에 탑재된 소프트웨어 버전, 프로토콜 버전, 표준 버전, 하드웨어 버전 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따른, 무선 전력 수신기는 모드(1602) 필드를 이진수 '00'으로 설정하여 기준 품질 인자 값을 먼저 무선 전력 송신기에 전송하고, 이후 모드(1602) 필드를 이진수 '01'으로 설정하여 기준 피크 주파수 값을 무선 전력 송신기에 전송할 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 다른 실시 예는 기준 피크 주파수 값이 먼저 전송되고 이후 기준 품질 인자 값이 전송될 수도 있다.

무선 전력 송신기는 수신된 이물질 검출 상태 패킷에 포함된 기준 값과 해당 송신기에서 측정한 측정 값을 비교하여 이물질을 검출할 수 있다. 상세하게, 무선 전력 송신기는 이물질 검출 상태 패킷에 포함된 기준 값에 기반하여 이물질 검출을 위한 임계 값을 결정할 수 있다.

일 예로, 무선 전력 송신기는 기준 품질 인자 값에 기반하여 품질 인자 임계 값을 결정하고, 기준 피크 주파수 값에 기반하여 피크 주파수 임계 값을 결정할 수 있다. 무선 전력 송신기는 결정된 임계 값과 해당 측정 값을 비교하여 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다.

무선 전력 송신기는 이물질 검출 결과에 따라 ACK 응답 또는 NACK 응답을 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다.

또한, 무선 전력 송신기는 수신된 이물질 검출 상태 패킷에 포함된 필드 값들의 정상 여부를 확인하고, 확인 결과 수신된 패킷이 정상이 아닌 경우, ND(Not-Defined) 응답을 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다. 즉, 무선 전력 송신기는 수신된 패킷에 대해 정의된 적절한 응답이 없는 경우, ND 응답을 무선 전력 수신기에 전송하고, 상기 수신된 패킷의 내용을 무시할 수 있다.

수신된 패킷이 정상이 아닌 경우의 예시로써, 예약(Reserved, 1601) 필드의 값이 '000000'이 아니거나, 모드(Mode, 1612) 필드의 값이 '00' 또는 '01'이 아닌 경우가 있을 수 있다.

본 실시예에 따른 이물질 검출 절차는 전력 전송 단계로의 진입 이전에 완료될 수 있다.

무선 전력 수신기는 복수의 이물질 검출 상태 패킷에 대한 응답으로 적어도 하나의 NACK 응답이 수신되면, 무선 전력 송신기의 전력 신호 전송이 중단될 때까지 소정 기준치 이상의 전력이 무선 전력 수신기의 출력단에 제공되지 않도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 소정 기준치 이상의 전력은 5와트(Watt) 이상의 전력일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 일 예로, 무선 전력 수신기는 NACK 응답이 수신되면, 전력 신호가 제거될 때까지 무선 전력 송신기로 5와트 이상의 전력 전송을 요청하지 않을 수 있다.

또한, 무선 전력 수신기는 복수의 이물질 검출 상태 패킷에 대한 응답으로 모두 ND 응답이 수신되면, 무선 전력 송신기의 전력 신호 전송이 중단될 때까지 소정 기준치 이상의 전력이 무선 전력 수신기의 출력단에 제공되지 않도록 제어할 수 있다.

무선 전력 송신기는 협상 단계 진입 후 정상적인 이물질 검출 상태 패킷이 소정 시간 이내에 정상적으로 수신되지 않는 경우, 전력 신호 전송을 중단한 후 선택 단계로 진입할 수 있다. 이때, 무선 전력 수신기도 협상단계에서 전력 신호가 더 이상 감지되지 않으면, 해당 무선 전력 송신기와의 연결을 해제하고 선택 단계로 진입할 수 있다.

도 17a 내지 도 17i는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이물질 검출 시나리오를 설명하기 위한 도면들이다.

이하에서는 도 17a 내지 도 17i를 참조하여 복수의 이물질 검출 상태 패킷을 이용한 다양한 이물질 검출 시나리오를 설명하기로 한다.

이하의 도 17a 내지 도 17c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 방법에 있어서, 협상 단계에서 전력 전송 단계로 천이하는 시나리오를 설명하기 위한 도면들이다.

도 17a를 참조하면, 수신기는 협상 단계에 진입하면, 제1 FOD 상태 패킷을 송신기에 전송할 수 있다. 송신기는 수신된 제1 FOD 상태 패킷이 정상이면, 제1 FOD 상태 패킷에 기반하여 제1 이물질 검출 절차를 수행할 수 있다. 제1 이물질 검출 결과, 이물질이 존재하지 않으면, 송신기는 ACK 응답을 생성하여 수신기에 전송할 수 있다.

수신기는 제2 FOD 상태 패킷을 송신기에 전송할 수 있다. 송신기는 제2 FOD 상태 패킷이 정상이면, 제2 FOD 상태 패킷에 기반하여 제2 이물질 검출 절차를 수행할 수 있다. 제2 이물질 검출 결과, 이물질이 존재하지 않으면, 송신기는 ACK 응답을 생성하여 수신기에 전송할 수 있다.

수신기는 모든 FOD 상태 패킷에 대한 응답으로 ACK 응답을 수신하면, 전력 전송 단계로 진입할 수 있다.

도 17b를 참조하면, 수신기는 협상 단계에 진입하면, 제1 FOD 상태 패킷을 송신기에 전송할 수 있다. 송신기는 수신된 제1 FOD 상태 패킷이 정상이 아닌 경우, ND 응답을 생성하여 수신기에 전송할 수 있다.

수신기는 제2 FOD 상태 패킷을 송신기에 전송할 수 있다. 송신기는 수신된 제2 FOD 상태 패킷이 정상이면, 수신된 제2 FOD 상태 패킷에 기반하여 이물질 검출 절차를 수행할 수 있다. 이물질 검출 결과, 이물질이 존재하지 않으면, 송신기는 ACK 응답을 생성하여 수신기에 전송할 수 있다.

이때, 수신기는 제1 내지 제2 FOD 상태 패킷에 대응하여 적어도 하나의 NACK 응답을 수신하거나 모두 ND 응답을 수신하지 않았으므로, 전력 전송 단계로 진입할 수 있다.

도 17c를 참조하면, 수신기는 협상 단계에 진입하면, 제1 FOD 상태 패킷을 송신기에 전송할 수 있다. 송신기는 수신된 제1 FOD 상태 패킷이 정상이면, 제1 FOD 상태 패킷에 기반하여 제1 이물질 검출 절차를 수행할 수 있다. 제1 이물질 검출 결과, 이물질이 존재하지 않으면, 송신기는 ACK 응답을 생성하여 수신기에 전송할 수 있다.

수신기는 제2 FOD 상태 패킷을 송신기에 전송할 수 있다. 송신기는 수신된 제2 FOD 상태 패킷이 정상이 아니면, ND 응답을 생성하여 수신기에 전송할 수 있다.

이하에서 설명되는 도 17d 내지 도 17i는 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 방법에 있어서, 협상 단계에서 전력 전송 단계로 천이하지 못하는 시나리오를 설명하기 위한 도면들이다.

도 17d를 참조하면, 수신기는 협상 단계에 진입하면, 제1 FOD 상태 패킷을 송신기에 전송할 수 있다. 송신기는 수신된 제1 FOD 상태 패킷이 정상이면, 제1 FOD 상태 패킷에 기반하여 제1 이물질 검출 절차를 수행할 수 있다. 제1 이물질 검출 결과, 이물질이 존재하면, 송신기는 NACK 응답을 생성하여 수신기에 전송할 수 있다.

수신기는 제2 FOD 상태 패킷을 송신기에 전송할 수 있다. 송신기는 수신된 제2 FOD 상태 패킷이 정상이면, 제2 FOD 상태 패킷에 기반하여 제2 이물질 검출 절차를 수행할 수 있다. 제2 이물질 검출 결과, 이물질이 존재하지 않으면, 송신기는 ACK 응답을 생성하여 수신기에 전송할 수 있다.

수신기는 복수의 FOD 상태 패킷에 대한 응답으로 적어도 하나의 NACK 응답을 수신하였으므로, 전력 전송 단계로 진입하지 않고 송신기로부터 수신되는 전력 신호가 제거될 때까지 수신기 출력이 기준치 이하가 되도록 제한할 수 있다.

또 다른 실시예로 제1 FOD 상태 패킷의 응답으로 NACK을 수신하면 제2 FOD 상태 패킷을 전송하지 않을 수 있다. 이 때, 적어도 하나의 NACK 응답을 수신하였으므로, 전력 전송 단계로 진입하지 않고 송신기로부터 수신되는 전력 신호가 제거될 때까지 수신기 출력이 기준치 이하가 되도록 제한할 수 있다.

수신기 출력이 기준치 이하가 되도록 제한하는 것은 수신기가 송신기에게 요구 전력량(Guaranteed Power)을 요청하지 않는 것을 의미할 수 있다. 또는 5Watt보다 큰 전력을 송신기로부터 제공받도록 시도하지 않는 것을 의미할 수 있다. 이하의 설명에서도 같은 의미로 해석될 수 있다.

도 17e를 참조하면, 수신기는 협상 단계에 진입하면, 제1 FOD 상태 패킷을 송신기에 전송할 수 있다. 송신기는 수신된 제1 FOD 상태 패킷에 정상이면, 제1 FOD 상태 패킷에 기반하여 제1 이물질 검출 절차를 수행할 수 있다. 제1 이물질 검출 결과, 이물질이 존재하지 않으면, 송신기는 ACK 응답을 생성하여 수신기에 전송할 수 있다.

수신기는 제2 FOD 상태 패킷을 송신기에 전송할 수 있다. 송신기는 수신된 제2 FOD 상태 패킷이 정상이면 제2 FOD 상태 패킷에 기반하여 제2 이물질 검출 절차를 수행할 수 있다. 제2 이물질 검출 결과, 이물질이 존재하면, 송신기는 NACK 응답을 생성하여 수신기에 전송할 수 있다.

수신기는 복수의 FOD 상태 패킷에 대한 응답 중 적어도 하나의 NACK 응답을 수신하였으므로, 전력 전송 단계로 진입하지 않고 송신기로부터 수신되는 전력 신호가 제거될 때까지 수신기 출력이 기준치 이하가 되도록 제한할 수 있다.

도 17f를 참조하면, 수신기는 협상 단계에 진입하면, 제1 FOD 상태 패킷을 송신기에 전송할 수 있다. 송신기는 수신된 제1 FOD 상태 패킷이 정상이면, 제1 FOD 상태 패킷에 기반하여 제1 이물질 검출 절차를 수행할 수 있다. 제1 이물질 검출 결과, 이물질이 존재하면, 송신기는 NACK 응답을 생성하여 수신기에 전송할 수 있다.

수신기는 제2 FOD 상태 패킷을 송신기에 전송할 수 있다. 송신기는 수신된 제2 FOD 상태 패킷이 정상이면, 제2 FOD 상태 패킷에 기반하여 제2 이물질 검출 절차를 수행할 수 있다. 제2 이물질 검출 결과, 이물질이 존재하면, 송신기는 NACK 응답을 생성하여 수신기에 전송할 수 있다.

도 17g를 참조하면, 수신기는 협상 단계에 진입하면, 제1 FOD 상태 패킷을 송신기에 전송할 수 있다. 송신기는 수신된 제1 FOD 상태 패킷이 정상이 아닌 경우, ND 응답을 생성하여 수신기에 전송할 수 있다.

수신기는 제2 FOD 상태 패킷을 송신기에 전송할 수 있다. 송신기는 수신된 제2 FOD 상태 패킷이 정상이 아닌 경우, ND 응답을 생성하여 수신기에 전송할 수 있다.

이때, 수신기는 모든 FOD 상태 패킷에 대한 응답으로 ND 응답만을 수신하였으므로, 전력 전송 단계로 진입하지 않고 수신기 출력이 기준치 이하가 되도록 제한할 수 있다.

도 17h를 참조하면, 수신기는 협상 단계에 진입하면, 제1 FOD 상태 패킷을 송신기에 전송할 수 있다. 송신기는 수신된 제1 FOD 상태 패킷이 정상이면, 제1 FOD 상태 패킷에 기반하여 제1 이물질 검출 절차를 수행할 수 있다. 제1 이물질 검출 결과, 이물질이 존재하면, 송신기는 NACK 응답을 생성하여 수신기에 전송할 수 있다.

이때, 수신기는 복수의 FOD 상태 패킷에 대한 응답으로 적어도 하나의 NACK 응답을 수신하였으므로 전력 전송 단계로 진입하지 않고 송신기로부터 수신되는 전력 신호가 제거될 때까지 수신기 출력이 기준치 이하가 되도록 제한할 수 있다.

도 17i를 참조하면, 수신기는 협상 단계에 진입하면, 제1 FOD 상태 패킷을 송신기에 전송할 수 있다. 송신기는 수신된 제1 FOD 상태 패킷이 정상이 아닌 경우, ND 응답을 생성하여 수신기에 전송할 수 있다.

수신기는 제2 FOD 상태 패킷을 송신기에 전송할 수 있다. 송신기는 수신된 제2 FOD 상태 패킷이 정상이면, 제2 FOD 상태 패킷에 기반하여 이물질 검출 절차를 수행할 수 있다. 검출 결과, 이물질이 존재하면, 송신기는 NACK 응답을 생성하여 수신기에 전송할 수 있다.

이때, 수신기는 복수의 FOD 상태 패킷에 대한 응답으로 적어도 하나의 NACK 응답을 수신하였으므로, 전력 전송 단계로 진입하지 않고 송신기로부터 수신되는 전력 신호가 제거될 때까지 수신기 출력이 기준치 이하가 되도록 제한할 수 있다.

도 18은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템에서의 이물질 검출 절차를 설명하기 위한 흐름도이다. 도 19는 이물질 검출 여부를 판단하는 동작의 일 실시예를 나타낸 흐름도이다.

도 18을 참조하면, 무선 전력 송신기(1820)는 선택 단계에서 물체가 감지되면, 핑 단계로의 진입 이전에 동작 주파수 대역 내 품질 인자 값 및 피크 주파수를 측정할 수 있다(S1801). 무선 전력 송신기(1820)는 동작 주파수 대역 내 일정 주파수 간격으로 품질 인자 값을 측정하고, 품질 인자 값이 최대인 주파수를 피크 주파수로 결정할 수 있다.

무선 전력 송신기(1820)는 결정된 피크 주파수(PF_measured) 및 피크 주파수에 대응하여 측정된 품질 인자 값(Q_measured)을 내부 메모리에 저장할 수 있다(S1802).

무선 전력 송신기(1820)는 핑 단계로 진입하여 Digital ping 신호 전송을 수행할 수 있다(S1803).

도 18에 도시된 실시예에 따라, 무선 전력 송신기(1820)는 무선 전력 수신기(1830)가 감지되면, 식별 및 구성 단계로 진입한다. 무선 전력 수신기(1830)는 미리 저장된 기준 품질 인자 값(Q_reference) 및/또는 기준 피크 주파수(PF_reference)를 추출할 수 있다(S1806).

무선 전력 수신기(1830)는 기준 품질 인자 값 및/또는 기준 피크 주파수에 관한 정보를 무선 전력 송신기(1820)에 전송할 수 있다(S1807). 여기서, 무선 전력 수신기(1830)는 이물질 검출 상태 패킷을 이용하여 기준 품질 인자 값 및/또는 기준 피크 주파수에 관한 정보를 무선 전력 송신기(1820)에 전송할 수 있다.

무선 전력 송신기(1820)는 측정된 피크 주파수(PF_measured)를 이용하여 인덕턴스를 계산하고, 계산된 인덕턴스를 이용하여 등가 직렬 저항을 계산할 수 있다(S1808). 여기서, S1808 단계는 협상 단계에서 수행될 수도 있고, S1801 단계 이후 선택 단계, 핑 단계, 및 식별 및 구성 단계 중 어느 하나에서 수행될 수도 있다.

그리고, 무선 전력 송신기(1820)는 무선 전력 수신기(1830)로부터 전송된 기준 피크 주파수(PF_reference)를 이용하여 기준 인덕턴스를 계산하고, 계산된 기준 인덕턴스를 이용하여 기준 등가 직렬 저항을 계산할 수 있다(S1809).

피크 주파수는 송신 코일과 수신코일 간의 거리(Z distance)에 민감하다. 예를 들어, 사용자가 휴대폰 덮개(휴대폰 케이스)를 끼워 무선충전기에 올려 놓는 경우, 덮개가 없을 때보다 피크주파수가 높게 측정될 수 있다. 따라서, 기준 피크주파수보다 또는 기준 피크주파수를 이용하여 계산된 경계값보다 크게 피크주파수가 측정되어 휴대폰을 이물질로 오판할 수 있다.

따라서, 무선 전력 송신기(1820)는 피크주파수를 이용하여 추가적인 정보를 계산하고, 계산된 추가정보를 이용하여 이물질 검출 여부를 판단할 수 있다. 추가적인 정보는 예를 들어, 인덕턴스 또는 등가직렬저항이 될 수 있다.

인덕턴스와 등가직렬저항은 직교 성분의 파라메터들이며, 이 정보들은 이물질 검출을 위한 서로 다른 특성의 정보를 제공할 수 있다. 인덕턴스는 임피던스의 허수 특성을 나타내고, 등가직렬저항은 임피던스의 실수 특성을 나타낸다.

이하에서는 피크 주파수 및/또는 품질 인자 값을 이용하여 인덕턴스와 등가 직렬 저항을 산출하는 방법에 대해 설명하기로 한다.

1. 인덕턴스의 계산

측정된 피크주파수는 아래의 수학식 1에 의해 인덕턴스로 변환할 수 있다.

[수학식 1]

송신 코일 유닛은 송신 코일과 연결된 공진 캐패시터(예를 들어, 도 11의 공진 캐패시터(1131))를 포함한다. 공진 캐패시터는 캐패시턴스 값(

)에 해당하는 특성을 갖는다. 무선 전력 송신기(1820)는 측정된 피크 주파수와 공진 캐패시터의 캐패시턴스 값을 이용하여 송신 코일 유닛의 인덕턴스 값을 계산할 수 있다.

위와 같이 계산된 인덕턴스 값을 이용하면, 송신 코일 유닛의 특성에 대응하는 인덕턴스를 활용하여 이물질을 검출할 수 있다.

무선 전력 송신기(1820)는 이물질 검출을 위해 무선 전력 수신기(1830)로부터 수신된 기준 피크주파수를 이용하여 수학식 1에 의해 송신기 특성에 대응하는 기준 인덕턴스를 계산할 수 있다.

만일, 무선 전력 수신기(1830)로부터 기준 인덕턴스를 직접 수신할 경우, 이는 송신기 디자인별 차이로 인해 송신기 특성에 부합하지 않는 기준 인덕턴스이기 때문에 측정값과 기준값에 차이가 있다. 그러나 피크 주파수는 송신기 디자인별 차이가 작기 때문에, 인증장비에서 측정된 피크 주파수와 무선 전력 송신기(1820)에서 측정되는 피크 주파수가 매우 유사하다. 따라서, 무선 전력 수신기(1830)로부터 수신된 기준 피크주파수를 이용하여 기준 인덕턴스를 계산하는 경우, 값의 정확도가 높고 송신기 특성에 맞는 인덕턴스를 계산할 수 있다.

무선 전력 수신기(1830)가 충전영역에 올라오는 경우, 무선 전력 수신기(1830)에 포함된 차폐제의 영향에 의해 측정되는 인덕턴스가 증가한다. 반면에 충전 영역에 이물질이 올라오는 경우, 측정되는 인덕턴스를 감소시키게 된다. 따라서, 송신 코일 유닛의 인덕턴스 값은 이물질 검출을 판단하는 기준이 될 수 있다. 무선 전력 송신기(1820)는 기준 인덕턴스와 송신기 코일 유닛 자체의 인덕턴스(측정된 피크 주파수를 이용하여 계산된 인덕턴스)를 기초로 이물질 검출을 판단할 수 있다.

2) 등가직렬저항(Equivalent Serial Resistance; ESR)

측정된 피크 주파수, 품질 인자 값과 인덕턴스는 아래의 수학식 2에 의해 등가직렬저항 값으로 변환될 수 있다.

[수학식 2]

또한, 기준 피크 주파수, 기준 품질 인자 값과 기준 인덕턴스는 수학식 2에 의해 기준 등가 직렬 저항 값으로 변환될 수 있다.

위와 같이 계산된 등가 직렬 저항을 이용하면, 송신 코일 유닛의 특성에 맞는 등가 직렬 저항 값을 활용하여 이물질을 검출할 수 있다.

무선 전력 송신기(1820)의 송신 코일 유닛 자체의 등가직렬저항과 수신기만이 충전영역에 올라왔을 때의 등가직렬저항의 값을 비교하면 서로 크게 다르지 않다. 이는 무선 전력 수신기(1830)는 품질 인자 값과 인덕턴스를 동시에 높이기 때문이다.

그러나, 이물질이 충전영역에 놓여질 경우, 인덕턴스를 낮추지만 상대적으로 작게 감소하고, 품질 인자 값이 상대적으로 크게 감소하기 때문에 등가직렬저항 값이 크게 증가하게 된다.

이러한 특성을 이용하여 무선 전력 송신기(1820)는 계산된 등가직렬저항과 기준 등가직렬저항을 기초로 이물질 검출 여부를 판단할 수 있다.

다른 실시예에 따라, 무선 전력 송신기(1820)는 기준 등가 직렬 저항을 계산하지 않고, 이물질이 올라왔을 때의 등가직렬저항을 고려하여 등가직렬저항 임계값을 내부 메모리에 저장하고 있을 수 있고, 이를 기초로 이물질 검출 여부를 판단할 수 있다.

이상에서 설명된 등가 직렬 저항 및 기준 등가 직렬 저항은, 도 7에서 설명된 ESR_measured와 ESR_reference과 실질적으로 동일한 물리적 의미를 가지고, 유사한 방식으로 계산될 수 있다. 다만, 도 7에서 설명된 등가 직렬 저항 및 기준 등가 직렬 저항은 공진 캐패시터의 캐패시턴스 값이 아닌, 인덕턴스 및 기준 인덕턴스 값을 기초로 계산되므로, 이물질로 인한 인덕턴스 변화를 반영할 수 있어 더욱 이물질 검출 여부를 정확히 판단할 수 있다.

위 실시예의 인덕턴스 및/또는 등가직렬저항을 이용한 방법은 도 4 내지 도 17i를 참조하여 설명된 피크 주파수를 이용한 이물질 판단 방법 중 판단 변수(기준 피크주파수 및 측정 피크주파수)를 대체할 수도 있고, 추가적인 판단 변수로 사용될 수도 있다.

무선 전력 송신기(1820)는 이물질 검출 상태 패킷에 포함된 정보에 기반하여 이물질 검출을 위한 품질 인자 임계 값, 인덕턴스 임계 값, 피크 주파수 임계 값 및 등가직렬저항 임계 값을 결정할 수 있다(S1810). 일 예로, 품질 인자 임계 값은 기준 품질 인자 값보다 일정 비율 작은 값으로 결정되고, 인덕턴스 임계 값은 기준 인덕턴스보다 일정 비율 작은 값으로 결정될 수 있다. 또한, 피크 주파수 임계 값은 기준 피크 주파수 값보다 일정 비율 큰 값으로 결정될 수 있고, 등가직렬저항 임계 값은 기준 등가 직렬 저항보다 일정 비율 큰 값으로 결정될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 설계자의 설계에 따라 상이하게 결정될 수도 있다. 일정 비율은 미리 정해진 오차 범위 값으로 대체될 수도 있다. 예를 들어, 피크 주파수에 대한 오차 범위 값은 5kHz일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

무선 전력 송신기(1820)는 각 정보(측정된 품질 인자 값, 계산된 인덕턴스 값, 측정된 피크 주파수 값 및 계산된 등가직렬저항 값) 및 임계 값(품질 인자 임계 값, 인덕턴스 임계 값, 피크 주파수 임계 값 및 등가직렬저항 임계 값)을 이용해 이물질 검출 판단을 수행할 수 있다(S1811).

일 실시예에 따라 복수 정보(예를 들어, 인덕턴스와 등가직렬저항)를 이용하는 이물질 판단 방법은 아래의 표 3과 같이 수행될 수 있다.

여기서, 측정 임피던스(Ls_measured)와 임피던스 임계값(Ls_th)의 대소관계 및 측정 ESR(ESR_measured) 및 ESR 임계값(ESR_th)의 대소관계에 따라 이물질 판단 방법이 수행된다.

두 가지의 파라메터가 이물질이 존재할 때의 특성 값이 측정된 상태(:ESR_measured > ESR_th & Ls_measured < Ls_ th)일 때 무선전력송신기는 전력전송을 중단시킨다(Nack response 포함).

두 가지의 파라메터가 이물질이 존재하지 않을 때의 특성 값이 측정된 상태(:ESR_measured < ESR_th & Ls_measured > Ls_ th)일 때 무선전력송신기는 전력전송절차를 계속 진행할 수 있다(Ack response 포함).

두 가지의 파라메터가 모두 이물질이 존재할 때의 특성값이 측정되지 않은 경우(:ESR_measured > ESR_th & Ls_measured > Ls_ th or ESR_measured < ESR_th & Ls_measured < Ls_ th) 전력전송 절차를 계속 진행할 수 있으나, 이물질이 존재하는 경우 일 수 있으므로, 전력을 제한할 수 있다. 예를 들어 미리 약속된 최소 전력만 전송할 수 있다. 또는, 무선전력수신기에 이물질이 존재할 수 있음(caution against FO) 을 알리도록 하여 사용자에게 충전 영역을 확인할 수 있게 할 수 있다. 무선전력 수신기도 상기 이물질이 존재할 수 있음을 지시하는 경고 메시지를 받으면, 최소 전력 이상으로 요구 전력을 높이지 않을 수 있다.

도 19를 참조하면, 이물질 검출 판단에 대한 일 실시예(S1900)가 도시되어 있다.

무선 전력 송신기(1820)는 측정된 품질 인자 값(Q_measured)과 품질 인자 임계 값을 비교하여 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다(S1910).

측정된 품질 인자 값이 품질 인자 임계 값 이하이면, 무선 전력 송신기(1820)는 이물질이 검출된 것으로 판단할 수 있다(S1920).

측정된 품질 인자 값(또는 측정 품질 인자 값)이 품질 인자 임계 값을 초과하면, 무선 전력 송신기(1820)는 계산된 인덕턴스와 인덕턴스 임계 값을 비교하여 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다(S1930).

계산된 인덕턴스(또는 측정 인덕턴스)가 인덕턴스 임계 값 이하이면, 무선 전력 송신기(1820)는 이물질이 검출된 것으로 판단할 수 있다(S1920).

계산된 인덕턴스가 인덕턴스 임계 값을 초과하면, 무선 전력 송신기(1820)는 측정된 피크 주파수와 피크 주파수 임계 값을 비교하여 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다(S1940).

측정된 피크 주파수(또는 측정 피크 주파수)가 피크 주파수 임계 값 이상이면, 무선 전력 송신기(1820)는 이물질이 검출된 것으로 판단할 수 있다(S1920).

측정된 피크 주파수가 피크 주파수 임계 값 미만이면, 무선 전력 송신기(1820)는 계산된 등가직렬저항과 등가직렬저항 임계 값을 비교하여 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다(S1950).

계산된 등가직렬저항(또는 측정 등가직렬저항)이 등가직렬저항 임계 값 이상이면, 무선 전력 송신기(1820)는 이물질이 검출된 것으로 판단할 수 있다(S1920).

계산된 등가직렬저항이 등가직렬저항 임계 값 미만이면, 무선 전력 송신기(1820)는 이물질이 검출되지 않은 것으로 판단할 수 있다(S1960).

여기서, 무선 전력 송신기(1820)의 특징에 따라 S1910, S1930, S1940, S1950 단계에 해당하는 판단의 수행 순서가 변경될 수도 있다. 또한, 무선 전력 송신기(1820)의 특징에 따라 적어도 일부의 판단하는 단계가 생략될 수도 있다.

S1910, S1930, S1940, S1950 단계에 해당하는 판단은 각각 제1 판단 단계, 제2 판단 단계, 제3 판단 단계 및 제4 판단 단계로 정의될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서는 무선 전력 송신기(1820)가 이물질이 존재하는지 여부를 판단하기 위해 복수의 파라메터들(품질인자, 피크 주파수, 인덕턴스, 등가직렬저항 중 적어도 두 개의 파라메터)의 조합을 이용할 수 있다. 예를 들어, 네 가지 인자 중 두 개 이상의 이물질이 존재할 때의 조건을 만족할 때, 이물질이 존재한다고 판단될 수 있다. 이로 인해, 각각의 파라메터들에 기초한 이물질 판단의 약점들을 보완하여 이물질 검출 정확도를 향상시킬 수 있다.

다시 도 18을 참조하면, 무선 전력 송신기(1820)는 이물질 검출 결과에 따라 ACK 응답(S1960에 따르는 경우) 또는 NACK 응답(S1920에 따르는 경우)을 무선 전력 수신기(1830)에 전송할 수 있다(S1812).

무선 전력 송신기(1820)로부터 ACK 응답이 수신되면, 무선 전력 송신기(1820)와 무선 전력 수신기(1830)는 전력 협상 절차를 계속 진행하고, 전력 협상 절차가 완료되면 보정 단계(450) 또는 전력 전송 단계(460)로 진입할 수 있다.

무선 전력 송신기(1820)로부터 NACK 응답이 수신되면, 무선 전력 수신기(1830)는 무선 전력 송신기(1820)가 전력 전송을 완전히 중단할 때까지 출력 단자를 통해 전자 기기(또는 배터리/부하)에 일정 세기 이상의 전력이 공급되지 않도록 제어할 수 있다. 여기서, 일정 세기 이상의 전력은 5W가 기준일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 방법을 이용한 이물질 검출 결과를 나타낸 표이다.

도 20을 참조하면, 품질 인자 값, 피크 주파수, 등가직렬저항 및 인덕턴스를 활용하여 이물질을 판단하는 측정 결과를 보여준다. 일 예로 네 가지의 판단변수를 활용한 방법을 설명하나, 다른 여러가지 조합으로 판단하는 것도 가능하다.

LCR meter는 기준값(기준 품질 인자값, 기준 피크주파수, 기준 등가 직렬 저항, 기준 인덕턴스)에 대응되며, 특정 수신기(Mobile Device 1; MD1)에 해당하는 무선 전력 수신기(1830)는 타입1의 송신코일에서 측정 또는 계산된 기준값들을 수신 또는 저장할 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 무선충전 과정 중 협상단계에서 무선 전력 수신기(1830)는 상기 기준값들을 무선 전력 송신기(1820)에게 전송하거나, 제공받은 정보를 기초로 무선 전력 송신기(1820)가 상기 기준값들을 계산할 수 있다.

또한, 무선 전력 송신기(1820)는 상기 기준값들을 이용하여 임계 값(품질 인자 임계값, 피크 주파수 임계값, 등가직렬저항 임계값, 인덕턴스 임계값)을 결정할 수 있다.

그리고, 타입4의 송신코일을 포함하는 송신기(type 4 transmitter)의 충전 영역에 특정 수신기(MD1)가 위치하는 다양한 상황에 대한 각 판단변수의 측정값 및 계산값이 나타나 있다.

즉, 수신기(MD1)가 홀로 충전영역에 놓여있을 때, 덮개(1mm, 2mm)로 인해 높이(Z-distance)가 상승했을 때, 이물질이 특정 위치로(충전 영역의 중앙 또는 충전 영역의 중앙으로부터 10mm 이격) 함께 놓여있을 때, 충전 영역의 중앙에 이물질이 위치한 상태에서 덮개(1mm, 2mm)로 인해 높이(Z-distance)가 상승했을 때, 그리고 충전 영역의 중앙으로부터 10mm 이격되어 이물질이 위치한 상태에서 덮개(1mm, 2mm)로 인해 높이(Z-distance)가 상승했을 때에 대하여 각각 측정값 및 계산값이 나타나 있다.

무선 전력 송신기는 측정값(또는 계산값)과 임계값을 비교하여 이물질 검출 여부를 판단할 수 있다. 도 20에서 볼 수 있듯이, 측정 값 및 계산 값 중 이물질이 존재할 조건에 해당하는 값은 빗금으로 표시되어 있다. 위와 같이 이물질(FO)이 존재할 때를 살펴보면, 적어도 2개 이상의 판단변수에서 이물질이 존재할 조건에 해당되는 것을 확인할 수 있다.

무선 전력 송신기(1820)가 각 판단변수에 대해 이물질 검출 여부 판단을 각각 독립적으로 수행하고, 복수의 판단변수들(품질인자, 피크 주파수, 인덕턴스, 등가직렬저항) 중 두 개 이상의 이물질이 존재할 조건(측정된 품질 인자 값이 품질 인자 임계값 이하, 계산된 인덕턴스가 인덕턴스 임계값 이하, 측정된 피크 주파수가 피크 주파수 임계 값 이상, 계산된 등가직렬저항이 등가직렬저항 임계값 이상)을 만족할 때, 이물질이 존재한다고 판단될 수 있다.

이러한 본 발명의 실시예에 의하면 실제로 이물질(FO)가 존재할 경우에만 이물질이 존재하는 것으로 판단될 수 있다.

반대로, 수신기(MD1)가 덮개(2mm)로 인해 높이(Z-distance)가 상승했을 때, 피크 주파수의 판단 변수에 기초하여 이물질 검출 여부를 판단한 결과 이물질이 존재하는 것으로 판단될 수 있다. 따라서, 실제로 이물질이 존재하지 않음에도 불구하고 무선 전력 전송이 이루어지지 않아, 무선 전력 전송 품질이 매우 저하될 우려가 있다.

그러나, 본 발명의 실시예에 따른 이물질 검출 방법에 의하면, 이러한 경우에도 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단됨으로써 무선 전력 전송이 지속될 수 있어 무선 전력 전송 품질이 향상될 수 있다.

상술한 실시예에 따른 방법들은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등을 포함한다.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상술한 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

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

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

Claims

무선 전력 송신기에서의 이물질 검출 방법에 있어서,
동작 주파수 대역 내 품질 인자 값 및 피크 주파수에 기초하여 제1 파라미터의 측정 값 및 제2 파라미터의 측정 값을 계산하는 단계; 그리고
상기 제1 파라미터의 측정 값 및 상기 제2 파라미터의 측정 값에 따라 전력 전송을 중단하는 제1 상태, 전력전송절차를 진행하는 제2 상태 및 전력전송절차를 진행하며 무선 전력 수신기에게 이물질의 존재 가능성을 알리는 제3 상태 중 하나로 진행하는 단계
를 포함하고,
상기 제1 상태는 상기 제1 파라미터의 측정 값 및 상기 제2 파라미터의 측정 값이 모두 이물질이 존재할 때의 특성 값인 경우이고,
상기 제2 상태는 상기 제1 파라미터의 측정 값 및 상기 제2 파라미터의 측정 값이 모두 이물질이 존재하지 않을 때의 특성 값인 경우이며,
상기 제3 상태는 상기 제1 파라미터의 측정 값 및 상기 제2 파라미터의 측정 값 중 하나가 이물질이 존재하지 않을 때의 특성 값인 경우인 이물질 검출 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제3 상태에서의 전송 전력은 상기 제2 상태에서의 전송 전력보다 낮은 이물질 검출 방법.
제3항에 있어서,
상기 제3 상태에서의 전송 전력은 상기 무선 전력 수신기로부터 수신한 요구 전력에 기초한 이물질 검출 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 파라미터는 상기 품질 인자 값과 상기 피크 주파수 중 적어도 하나를 이용하여 계산된 인덕턴스이고, 상기 제2 파라미터는 상기 품질 인자 값, 상기 피크 주파수 및 상기 인덕턴스 중 적어도 하나를 이용하여 계산된 등가직렬저항인 이물질 검출 방법.
제5항에 있어서,
상기 제1 상태에서는 상기 제1 파라미터의 측정 값이 상기 제1 파라미터의 기준 값보다 작고, 상기 제2 파라미터의 측정 값이 상기 제2 파라미터의 기준 값보다 크고,
상기 제2 상태에서는 상기 제1 파라미터의 측정 값이 상기 제1 파라미터의 기준 값보다 크고, 상기 제2 파라미터의 측정 값이 상기 제2 파라미터의 기준 값보다 작으며,
상기 제3 상태에서는 상기 제1 파라미터의 측정 값이 상기 제1 파라미터의 기준 값보다 작고, 상기 제2 파라미터의 측정 값이 상기 제2 파라미터의 기준 값보다 작은 제3-1 상태이거나, 상기 제1 파라미터의 측정 값이 상기 제1 파라미터의 기준 값보다 크고, 상기 제2 파라미터의 측정 값이 상기 제2 파라미터의 기준 값보다 큰 제3-2 상태인 이물질 검출 방법.
제6항에 있어서,
상기 제1 파라미터의 기준 값 및 상기 제2 파라미터의 기준 값은 상기 무선 전력 송신기에 대하여 미리 설정된 기준 품질 인자 값 및 기준 피크 주파수 중 적어도 하나로부터 계산되는 이물질 검출 방법.
제7항에 있어서,
상기 기준 품질 인자 값 및 상기 기준 피크 주파수는 상기 무선 전력 수신기로부터 수신한 이물질 검출 방법.
무선 전력 송신기에서의 이물질 검출 방법에 있어서,
동작 주파수 대역 내 측정 품질 인자 값 및 측정 피크 주파수에 기초하여 제1 파라미터의 측정 값 및 제2 파라미터의 측정 값을 계산하는 단계;
동작 주파수 대역 내 기준 품질 인자 값 및 기준 피크 주파수에 기초하여 상기 제1 파라미터의 기준 값 및 상기 제2 파라미터의 기준 값을 계산하는 단계;
상기 제1 파라미터의 측정 값과 상기 제1 파라미터의 기준 값 간 비교 결과 및 상기 제2 파라미터의 측정 값과 상기 제2 파라미터의 기준 값 간 비교 결과에 따라 이물질이 존재하는 제1 상태, 이물질이 존재하지 않는 제2 상태 및 이물질이 존재할 가능성이 있는 제3 상태 중 하나를 선택하는 단계; 그리고
상기 제1 상태, 상기 제2 상태 및 상기 제3 상태 중 선택된 상태에 따라 절차를 진행하는 단계
를 포함하는 이물질 검출 방법.
제9항에 있어서,
상기 진행하는 단계에서는,
상기 제1 상태일 때 전력 전송을 중단하고, 상기 제2 상태일 때 전력전송절차를 진행하며, 상기 제3 상태일 때 전력전송절차를 진행하며 무선 전력 수신기에게 이물질의 존재 가능성을 알리는 이물질 검출 방법.
제10항에 있어서,
상기 제1 상태에서는 상기 제1 파라미터의 측정 값과 상기 제1 파라미터의 기준 값 간 비교 결과 및 상기 제2 파라미터의 측정 값과 상기 제2 파라미터의 기준 값 간 비교 결과가 모두 이물질이 존재하는 것을 나타내고,
상기 제2 상태에서는 상기 제1 파라미터의 측정 값과 상기 제1 파라미터의 기준 값 간 비교 결과 및 상기 제2 파라미터의 측정 값과 상기 제2 파라미터의 기준 값 간 비교 결과가 모두 이물질이 존재하지 않는 것을 나타내며,
상기 제3 상태에서는 상기 제1 파라미터의 측정 값과 상기 제1 파라미터의 기준 값 간 비교 결과 및 상기 제2 파라미터의 측정 값과 상기 제2 파라미터의 기준 값 간 비교 결과 중 하나가 이물질이 존재하지 않는 것을 나타내고 다른 하나가 이물질이 존재하는 것을 나타내는 이물질 검출 방법.
제10항에 있어서,
상기 제1 파라미터는 상기 품질 인자 값과 상기 피크 주파수 중 적어도 하나를 이용하여 계산된 인덕턴스이고, 상기 제2 파라미터는 상기 품질 인자 값, 상기 피크 주파수 및 상기 인덕턴스 중 적어도 하나를 이용하여 계산된 등가직렬저항인 이물질 검출 방법.
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