KR20150115339A

KR20150115339A - 무선전력전송 시스템

Info

Publication number: KR20150115339A
Application number: KR1020140040200A
Authority: KR
Inventors: 박재희; 이윤복
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2014-04-03
Filing date: 2014-04-03
Publication date: 2015-10-14

Abstract

본 발명에 따른 실시예는 수신 장치로부터 수신 감도를 검출하여 송신 장치로부터 출력되는 전력을 제어함으로써 수신 감도를 유지시킬 수 있는 발명으로써, 수신 장치로부터 수신 감도를 검출하고 그에 따라 변압부의 출력 전압을 조절하여 수신 감도를 향상시킬 수 있으며, 수신 장치로부터 수신 감도를 검출하고 그에 따라 전력변환부의 듀티비를 제어하여 출력에 포함된 고조파 성분을 조절하여 수신 감도를 향상시킬 수 있는 무선전력전송 시스템을 제공할 수 있는 것으로써, 무선 전력을 전송하는 송신 장치 및 상기 무선 전력을 수신하는 수신 장치를 포함하고, 기 수신 장치로부터 검출된 데이터 수신 감도에 따라 상기 무선 전력 전송량을 제어하는 무선전력전송 시스템.

Description

무선전력전송 시스템{Wireless Power Transfer System}

본 발명은 무선전력전송 시스템에 관한 발명이다.

무선전력전송(Wireless Power Transfer; WPT) 시스템은 공간을 통하여 선 없이 전력을 전달하는 기술로써, 모바일(Mobile) 기기 및 디지털 가전 기기들에 대한 전력 공급의 편의성을 극대화한 기술이다.

무선전력전송 시스템은 실시간 전력 사용 제어를 통한 에너지 절약, 전력 공급의 공간 제약 극복 및 배터리 재충전을 이용한 폐 건전지 배출량 절감 등의 강점을 지닌다.

무선전력전송 시스템의 구현 방법으로써 대표적으로 자기유도방식과 자기공진방식이 있다.

자기유도방식은 두 개의 코일을 근접시켜 한쪽의 코일에 전류를 흘려 그에 따라 발생한 자속을 매개로 하여 다른 쪽의 코일에도 기전력이 발생하는 비접촉 에너지 전송기술로써, 수백 kHz의 주파수를 사용할 수 있다.

자기 공진 방식은 전자파나 전류를 이용하지 않고 전장 또는 자장만을 이용하는 자기 공명 기술로써 전력 전송이 가능한 거리가 수 미터 이상으로써, 수십 MHz의 대역을 이용하는 것이 특징이다.

다만 무선전력전송 시스템에서 전력송신기로부터 나오는 불요파 즉, 고조파가 발생되고 이러한 고조파 성분은 전자기 간섭효과 및 인체에 악영향을 일으킬 수 있다.

고조파는 전력관계에서 상용 주파수보다 높은 주파수, 예를 들면 수백 Hz 이상인 주파수를 말하며 고조파는 기본파에 대하여 그의 정수배의 주파수를 말한다.

무선전력전송 시스템에서는 수신 주파수의 채배 주파수 근처에서 발생되는 고조파 성분의 발생원인은 기본적으로 송신 장치 부하의 비선형 특성으로부터 기인한다. 즉 송신 장치에 공급되는 교류 신호는 비선형 부하에 의하여 파형이 유지되지 못하고 일그러지면서 고조파가 형성된다.

이러한 고조파 성분은 주변기기의 정상적인 동작을 방해하거나 원하지 않는 전력수신, 잡음 및 여러 가지 장애현상을 일으키게 된다.

구체적으로 전력송신기로부터 방출되는 자장(magnetic field)의 변화는 정지한 주변기기의 도체에 전자기 유도 현상으로 인한 전류를 발생시켜 비정상적인 동작을 일으킬 수 있다.

또한 전력송신기에서 발생된 자장은 휴대기기 등이 자장의 주변을 이동하는 경우에도 휴대기기에 전류를 발생시켜 장애현상이 발생할 수 있다.

또한 전력송신기와 전력수신을 원하지 않는 주변기기가 공진조건이 비슷하게 되면 자계 공진 커플링(magnetic resonance coupling)이 발생할 수도 있어, 주변기기에 오 동작을 유발할 수 있다.

또한 상기 고조파 성분은 수신 장치에 포함된 통신 시스템의 수신 감도를 저하시키는 원인으로 작용한다. 즉. 수신 장치가 무선 충전과 동시에 인터넷 사용이나 전화 통화 등 외부 통신망과 통신을 하는 경우 송신 장치로부터 방출되는 고조파 성분은 수신 장치와 외부 통신망 사이의 통신을 방해하는 문제가 있다.

이러한 전자파 문제는 구체적으로 직류를 교류로 변환하는 인버터에 인가되는 구형파 신호가 라이징(Rising), 폴링(Falling) 타임과 스파크(spikes) 등으로 인하여 완전한 구형파 성분이 아니고, 그에 따라 고조파 성분이 많이 유기되고, 이러한 고조파 성분이 수신 장치의 통신 시스템의 수신 감도를 저하시키는 원인으로 작용한다.

이러한 고조파에 따른 방사 에너지 문제를 개선하기 위한 여러 가지 방안이 검토되고 있다.

방사되는 에너지는 기본파의 크기와 비례적인 관계를 갖게 되는데, 더욱이 이러한 기본파의 크기 값은 수신 장치의 위치에 따라 변하게 되고, 그에 따라서 방사되는 에너지 역시 수신 장치에 따라 서로 다른 값을 같게 됨으로 EMI적인 문제를 해결하는 방법 역시, 수신 장치의 위치에 따라 다르게 설계해야 하는 문제가 있었다.

살펴본 바와 같이 고조파 성분은 전자기기와 인체에 나쁜 영향을 미칠 수 있으므로 전자파 적합성 [electromagnetic compatibility, EMC], 전자파 장해 [electromagnetic interference, EMI], 전자파 내성 [electromagnetic susceptibility, EMS]에 대한 규제를 만족시키는 것이 중요하다.

본 발명에 따른 실시예는 수신 장치로부터 수신 감도를 검출하고 송신 장치로부터 출력되는 전력을 제어함으로써 수신 감도를 유지시킬 수 있는 무선전력전송 시스템을 제공한다.

본 발명에 따른 실시예는 수신 장치로부터 수신 감도를 검출하고 그에 따라 변압부의 출력 전압을 조절하여 수신 감도를 향상시킬 수 있는 무선전력전송 시스템을 제공한다.

본 발명에 따른 실시예는 수신 장치로부터 수신 감도를 검출하여 그에 따라 전력변환부의 듀티비를 제어하고 출력에 포함된 고조파 성분을 조절하여 수신 감도를 향상시킬 수 있는 무선전력전송 시스템도 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 시스템은 무선 전력을 전송하는 송신 장치; 및 상기 무선 전력을 수신하는 수신 장치;를 포함하고, 상기 수신 장치로부터 검출된 데이터 수신 감도에 따라 상기 무선 전력 전송량을 제어하는 무선전력전송 시스템.

본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 시스템에 있어서, 상기 송신 장치는, 전원 공급부; 상기 전원 공급부에서 인가된 전력을 직류 전원으로 변환하는 변압부; 및 상기 데이터 수신 감도에 따라서 상기 직류 전원의 크기를 조절하는 제어부;를 포함하는 무선전력전송 시스템.

본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 시스템에 있어서, 상기 송신 장치는, 전원 공급부; 상기 전원 공급부에서 인가된 전력을 직류 전원으로 변환하는 변압부; 상기 변압부로부터 제공되는 직류 전원을 기초로 교류 전원을 생성하는 전력 변환부; 및 상기 데이터 수신 감도에 따라서 상기 교류 전원의 크기 또는 주파수 중 적어도 하나 이상을 제어하는 제어부;를 포함하는 무선전력전송 시스템.

본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 시스템에 있어서, 상기 송신 장치는 상기 데이터 수신 감도를 검출하는 RSSI(Receive Sensitivity Information) 검출부를 더 포함하는 무선전력전송 시스템.

본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 시스템에 있어서, 상기 RSSI 검출부는 상기 수신 장치로 수신 감도 검출 신호를 전송하고,

상기 수신 장치는 상기 수신 감도 검출 신호에 따라 수신 장치의 데이터 수신 감도를 검출하여 상기 RSSI 검출부로 제공하는 무선전력전송 시스템.

본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 시스템에 있어서, 상기 데이터 수신 감도를 기 설정 값과 비교하여, 그에 따라 상기 직류 전원의 크기를 조절하는 무선전력전송 시스템.

본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 시스템에 있어서, 상기 수신 감도 검출 신호는 주기적으로 발생하는 무선전력전송 시스템.

본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 시스템에 있어서, 상기 송신장치는, 상기 검출된 데이터 수신 감도에 대응된 무선 전력 전송량을 테이블화하여 저장한 저장 장치를 더 포함하는 무선전력전송 시스템.

본 발명의 실시예에 따른 무선전력 송신장치에 있어서, 무선전력을 수신 장치로 전송하는 무선전력 송신장치로써, 상기 무선전력 송신장치는, 상기 수신 장치의 데이터 수신 감도에 따라 무선 전력 전송량을 제어하는 무선전력 송신장치.

본 발명의 실시예에 따른 무선전력 송신장치에 있어서, 상기 무선전력 송신장치는, 상기 데이터 수신 감도를 검출하는 RSSI 검출부를 포함하는 무선전력 송신장치.

본 발명의 실시예에 따른 무선전력 송신장치에 있어서, 상기 무선전력 송신장치는, 전원 공급부; 상기 전원 공급부에서 인가된 전력을 직류 전원으로 변환하는 변압부; 및 상기 변압부의 직류 전원의 크기를 조절하는 제어부;를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 RSSI 검출부로부터의 상기 데이터 수신 감도에 따라서 상기 직류 전원의 크기를 조절하는 무선전력 송신장치.

본 발명의 실시예에 따른 무선전력 송신장치에 있어서, 상기 데이터 수신 감도를 기 설정 값과 비교하여, 그에 따라 상기 직류 전원의 크기를 조절하는 무선전력 송신장치.

본 발명의 실시예에 따른 무선전력 송신장치에 있어서, 상기 RSSI 검출부는 상기 수신 장치로 수신 감도 검출 신호를 전송하고, 상기 수신 장치는 상기 수신 감도 검출 신호에 따라 수신 장치의 데이터 수신 감도를 검출하여 상기 송신 장치로 제공하는 무선전력 송신장치.

본 발명의 실시예에 따른 무선전력 송신장치에 있어서, 상기 수신 감도 검출 신호는 주기적으로 발생하는 무선전력 송신장치.

본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 시스템의 구동 방법에 있어서, 무선전력을 전송하는 송신 장치; 및 상기 무선전력을 수신하는 수신 장치;를 포함하는 무선전력전송 시스템의 구동 방법으로써, 상기 무선전력전송 시스템의 구동 방법은, 상기 송신 장치는 상기 수신 장치의 요구 전력량에 따른 무선전력을 전송하는 단계; 상기 송신 장치는 상기 수신 장치에 수신 감도 검출 신호를 전송하는 단계; 상기 수신 장치는 상기 수신 감도 검출 신호에 따라 데이터 수신 감도를 검출하여 상기 송신 장치로 제공하는 단계; 및 상기 송신 장치는 상기 데이터 수신 감도와 기 설정값과 비교하여 상기 비교한 결과에 따라 무선전력 전송량을 제어하는 단계;를 포함하는 무선전력전송 시스템의 구동 방법.

본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 시스템의 구동 방법에 있어서, 상기 데이터 수신 감도가 상기 기 설정값 보다 낮은 경우, 상기 무선전력 전송량을 낮추는 무선전력전송 시스템의 구동 방법.

본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 시스템의 구동 방법에 있어서, 상기 수신 감도 검출 신호는 주기적으로 발생되는 무선전력전송 시스템의 구동 방법.

본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 시스템의 구동 방법에 있어서, 상기 송신 장치는 상기 수신 장치의 요구 전력량에 따른 무선전력을 전송하는 단계는, 상기 수신 장치가 제1 전력을 요구하는 단계; 및 상기 송신 장치가 제2 전력을 전송하는 단계;를 포함하는 무선전력전송 시스템의 구동 방법.

본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 시스템의 구동 방법에 있어서, 상기 송신 장치는 상기 데이터 수신 감도와 기 설정값과 비교하여 상기 비교한 결과에 따라 무선전력 전송량을 제어하는 단계는, 상기 데이터 수신 감도가 기 설정값보다 낮은 경우 제3 전력을 전송하거나, 상기 데이터 수신 감도가 기 설정갑보다 높은 경우 제1 전력을 전송하는 단계를 포함하는 무선전력전송 시스템의 구동 방법.

본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 시스템의 구동 방법에 있어서, 상기 제1 전력은 제2 전력보다 크고, 제2 전력은 제3 전력보다 큰 무선전력전송 시스템의 구동 방법.

본 발명에 따른 실시예는 수신 장치로부터 수신 감도를 검출하여 송신 장치로부터 출력되는 전력을 제어함으로써 수신 감도를 유지시킬 수 있는 발명으로써, 수신 장치로부터 수신 감도를 검출하고 그에 따라 변압부의 출력 전압을 조절하여 수신 감도를 향상시킬 수 있으며, 수신 장치로부터 수신 감도를 검출하고 그에 따라 전력변환부의 듀티비를 제어하여 출력에 포함된 고조파 성분을 조절하여 수신 감도를 향상시킬 수 있는 무선전력전송 시스템을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 시스템의 송신 장치의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수신 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 시스템에서 수신 장치의 검출에서 송신 장치로부터 수신 장치로 전력 전송까지의 단계를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 시스템에서 수신 장치로부터 수신감도정보를 검출하여 송신 장치로부터 수신 장치로 전송되는 전력을 제어하는 단계를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수신 장치로부터 수신감도정보를 검출하여 송신 장치로부터 수신 장치로 전송되는 전력을 제어하는 단계를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 송신부의 전력변환부를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 변압부와 제어부를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제어 유닛의 서브 시스템을 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 무선전력전송 시스템을 구비한 무선전력전송 시스템의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

실시예는 무선 전력 전송을 위하여 저주파(50kHz)부터 고주파(15MHz)까지의 다양한 종류의 주파수 대역을 선택적으로 사용하며, 시스템 제어를 위하여 데이터 및 제어신호를 교환할 수 있는 통신시스템의 지원이 필요하다.

실시예는 배터리를 사용하거나 필요로 하는 전자기기를 사용하는 휴대단말 산업, 가전기기 산업, 전기자동차 산업, 의료기기 산업, 로봇 산업 등 다양한 산업분야에 적용될 수 있다.

실시예는 기기를 제공한 개의 송신 코일을 사용하여 한 개 이상의 다수기기에 전력 전송이 가능한 시스템을 고려할 수 있다.

실시예에서 사용되는 용어와 약어는 다음과 같다.

무선전력전송 시스템 (Wireless Power Transfer System): 자기장 영역 내에서 무선 전력 전송을 제공하는 시스템

송신 장치(송신부)(Wireless Power Transfer System-Charger): 자기장 영역 내에서 다수기기의 전력수신기에게 무선전력전송을 제공하며 시스템 전체를 관리하는 장치

수신 장치(수신부)(Wireless Power Transfer System-Deivce): 자기장 영역 내에서 전력송신기로부터 무선전력 전송을 제공받는 장치

충전 영역(Charging Area): 자기장 영역 내에서 실제적인 무선 전력 전송이 이루어지는 지역이며, 응용 제품의 크기, 요구 전력, 동작주파수에 따라 변할 수 있다.

<무선전력전송 시스템>

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 시스템의 송신 장치의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수신 장치의 블록도이다.

도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 시스템(10)은 무선으로 전력을 송신하는 송신 장치(100) 및 상기 송신 장치(100)로부터 전력을 제공받는 수신 장치(200)를 포함할 수 있다.

상기 수신 장치(200)는 복수개로 구성될 수 있고, 단말기, 테블릿 PC, 전기 자동차 등, 무선으로 에너지를 충전할 수 있는 기기라면 가능하고, 상기 송신 장치(100)와의 인증 절차를 거쳐 인증된 수신 장치(200)에 대해서 상기 송신 장치(100)는 전력을 제공할 수 있다.

송신 장치(100)의 서브 시스템의 블록도를 살펴보면, 송신 장치(100)의 서브시스템은 송신 전력 컨버터 시스템(101)과 전송 안테나 시스템(102)을 포함할 수 있다.

송신 전력 컨버터 시스템(101)은 다수의 서브 시스템을 포함할 수 있고, 상기 서브 시스템으로는 정류 및 필터부(110)와 변압부(120), 전력변환부(130), 제어부(140) 그리고 매칭부(150)가 될 수 있다.

정류 및 필터부(110)는 다음 스테이지에서 사용될 직류(DC) 전압을 생성하고, 생성된 DC 전압은 변압부(120) 에 제공되고 이후 전송 안테나 시스템(102)에 공급될 전력이 될 수 있다.

상기 변압부(120)는 제어 신호를 기초하여 상기 정류 및 필터부(110)로부터 출력된 직류 전원의 레벨을 조절하는 역할을 하는 것으로써, 전력용 트랜지스터 등 반도체 소자를 스위치로 사용하여 직류 입력 전압을 구형파 형태의 전압으로 변환한 후 필터를 통하여 제어된 직류 출력 전압을 얻는 장치이다.

이때 직류 출력 전압의 제어는 스위치의 온(ON), 오프(OFF) 기간을 제어함으로써 이루어진다.

상기 변압부(120)의 동작은 직류 입력에서 직류 출력으로 변환을 기본으로 하므로 스위치모드파워서플라이(Switched-Mode Power Supply: SMPS), 직류-직류 변압기 또는 직류-직류 컨버터(DC-DC Converter)라고 부르기도 한다.

상기 변압부(120)는 출력 전압을 피드백 받아 오차를 제어하여 일정한 직류 전원을 출력할 수 있다.

상기 변압부(120)는 출력 전압이 입력 전압보다 낮게 나타나는 벅(Buck) 컨버터, 출력 전압이 입력 전압보다 높게 나타나는 부스트(Boost) 컨버터, 위 두 가지 특성을 모두 가지는 벅-부스트(Buck-Boost) 컨버터의 세 종류 중 어느 하나의 특성을 가질 수 있다.

상기 변압부(120)는 출력하는 직류 전압의 레벨이 조절될 수 있고, 이러한 직류 전압의 레벨은 제어부(140)의 제어 신호에 의해 제어될 수 있다.

상기 제어부(140)는 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤유닛(Micro Controller Unit) 또는 마이콤(Micom)이라고 부를 수 있다.

제어부(140)는 최대 전력 전송 효율과 수신 장치(200)의 전력 요구량, 수신 장치(200)의 현재 충전량 등을 고려하여, 상기 변압부(120)에서 출력되는 직류 전압의 크기를 제어할 수 있다.

또한 상기 제어부(140)가 상기 변압부(120)의 출력 전압을 조절하는 역할을 할 뿐만 아니라, 송신 장치(100)의 저장부(미도시)로부터 독출한 제어에 요구되는 알고리즘, 프로그램 또는 어플리케이션을 이용하여 송신 장치(100)의 동작 전반을 제어할 수 있다.

상기 송신 전력 컨버터 시스템(101)은 송신측 통신부(141) 및 RSSI received signal strength indicator) 검출부(142)를 더 구비할 수 있고, 상기 송신측 통신부(141) 및 RSSI 검출부(142)는 수신 장치(200)의 수신측 통신부(251)와 통신을 수행할 수 있다.

상기 송신측 및 수신측 통신부(141, 251), 그리고 RSSI 검출부(142)와 수신측 통신부(251)는 소정의 방식으로 양방향 통신을 수행할 수 있는 데 그 예로써 NFC(near field communication), Zigbee 통신, 적외선 통신, 가시광선 통신, 블루투스 통신, BLE(bluetooth low energy) 방식 등을 이용하여 통신을 수행할 수 있다.

또한 송신측 및 수신측 통신부(141, 251)는 서로간에 전력 정보를 송 수신할 수 있고, 여기에서 전력 정보는 수신 장치(200)의 용량, 배터리 잔량, 충전 횟수, 사용량, 배터리 용량, 배터리 비율 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한 상기 송신측 통신부(141)는 RSSI 검출부(142)와 하나의 구성으로 구비되어 수신측 통신부(251)로부터 수신신호강도(RSSI; received signal strength indication)를 통해 수신 장치(200)의 수신 감도에 관한 정보를 제공받을 수 있고, 제어부(140)가 상기 송신측 통신부(141) 및 RSSI 검출부(142)를 모두 포함하는 하나의 칩으로 구성되어 상기 제어부(140)가 수신측 통신부(251)와 통신을 수행할 수도 있다.

또한 송신측 통신부(141)는 수신 장치(250)의 충전 기능을 제어하는 충전 기능 제어 신호를 송신할 수 있다.

충전 기능 제어 신호는 수신 장치(200)를 제어하여 충전 기능을 인에이블(enabled) 또는 디스에이블(disabled)하게 하는 제어 신호일 수 있다. 또는, 전력 정보는 유선 충전 단자의 인 입, SA 모드로부터 NSA 모드로의 전환, 에러 상황 해제 등의 정보를 포함할 수도 있다.

한편 상기 송신 전력 컨버터 시스템(101)은 송신측 통신부(141)과 상이한 하드웨어로 구성되어 송신 장치(200)가 아웃-밴드(out-band) 형식으로 통신될 수 도 있고, 송신 전력 컨버터 시스템(101)과 송신측 통신부(141)가 하나의 하드웨어로 구현되어, 송신 장치(100)가 인-밴드(in-band) 형식으로 통신을 수행할 수도 있다.

상기 송신측 통신부(141)는 상기 제어부(140)와 별로로 구성될 수 있고, 상기 수신 장치(200) 또한 수신측 통신부(251)가 수신 장치의 제어부(250)에 포함되거나 별도로 구성될 수 있음은 살펴본 바와 같다.

전력변환부(130)는 수십 KHz ~ 수십 MHz 대역의 스위칭 펄스 신호에 의하여 일정한 레벨의 DC 전압을 AC 전압으로 변환함으로써 전력을 생성할 수 있다. 즉, 전력변환부(130)는 직류 전압을 교류 전압으로 변환함으로써, 타켓이 되는, 즉 충전 영역에 들어온 수신 장치(200)에서 사용되는 "웨이크-업 전력" 또는 "충전 전력"을 생성할 수 있다.

여기서, 웨이크-업 전력은 0.1~1mWatt의 작은 전력을 의미하고, 충전용 전력은 수신 장치(200)의 배터리를 충전하는데 필요한 전력 또는 수신 장치(200)의 동작에 소비되는 전력으로써, 타겟 수신 장치(200)의 부하에서 소비되는 1mWatt~200Watt의 큰 전력을 의미한다.

한편 전력변환부(130)는 스위칭 펄스 신호에 따라 변압부(120)으로부터 출력되는 DC 전압을 증폭하는 전력증폭기를 포함할 수 있다.

상기 전력변환부(130)는 풀 브리지(full bridge) 또는 하프 브리지(Half bridge) 인버터로 구성될 수 있다.

또한 상기 전력변환부(130)는 복수개의 전력변환부로 구성될 수 있다.

복수개의 전력변환부(130) 중에서 어느 하나의 전력변환부는 자기 유도 방식으로 전력을 전송하기 위하여 유도 코일에 교류 전력을 공급할 수 있고, 다른 하나의 전력변환부는 자기 공진 방식으로 전력을 전송하기 위하여 공진 코일에 교류 전력을 공급할 수 있다.

상기 복수개의 전력변환부 각각은 전송 방식에 따라 서로 다른 주파수를 가진 교류 신호를 생성할 수 있다.

매칭부(150)는 제어부(140)의 후단에 배치되어 적어도 하나의 수동 소자 및 적어도 하나의 능동 소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며 송신 장치(100)와 수신 장치(200) 사이의 임피던스 매칭을 수행하여 전력 전송 효율이 극대화되도록 할 수 있다.

상기 매칭부(150)로부터 바라본 임피던스를 조정하여, 출력 전력이 고효율 또는 고출력이 되도록 제어할 수 있다. 그리고 매칭부(150)는 제어부(140) 및 송신측 통신부(141)의 제어에 기초하여 임피던스를 조정할 수 있다. 또한 매칭부(150)는 코일 및 커패시터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그리고 제어부(140) 및 송신측 통신부(141)는 코일 및 커패시터 중 적어도 하나와의 연결 상태를 제어할 수 있으며, 이에 따라 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.

상기 전송 안테나 시스템(102)은 유도 코일 및 공진 코일 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.

무선전력송신 시스템(10)이 자기유도방식으로만 전력을 전송하는 경우 상기 전송 안테나 시스템(102)은 유도 코일만을 구비할 수 있고, 자기공진방식으로만 전력을 전송하는 경우 공진 코일만을 구비할 수 있으며, 자기유도방식과 자기공진방식을 혼용하여 전력을 전송하는 경우에는 유도 코일과 공진 코일을 모두 구비할 수 있다.

또한 유도 코일 또는 공진 코일은 단수개로 구비될 수 있고, 복수개로 구비될 수 있다. 유도 코일 또는 공진 코일이 복수개로 구비되는 경우 서로 중첩되어 배치될 수 있고, 중첩되는 면적은 자속 밀도의 편차를 고려하여 결정한다.

선택부(160)는 제어부(140)의 선택신호에 기초하여 변압부(120)에서 생성된 전력이 공진 코일 또는 유도 코일 중 어느 하나의 코일로 전달되도록 할 수 있다.

복수개의 코일을 구비하는 경우 상기 복수개의 코일 중 어느 하나의 코일과 수신 장치(200)가 자기적으로 결합하는 경우 송신 전력 컨버터 시스템(101)으로부터 제공되는 전력은 선택부(160)를 경유하여 코일에 제공될 수 있다.

상기 선택부(160)는 제어부(140)에 의하여 제어될 수 있고, 수신 장치(200)와 자기적으로 결합된 코일을 송신 전력 컨버터 시스템(101)과 전기적으로 연결할 수 있다.

상기 선택부(160)는 공진 또는 유도 방식과 같이 전력 전송 방식에 따라서 제어부(140)에 의하여 제어될 수 있다.

상기 선택부(160)는 제어부(140)의 선택 신호에 의하여 자기 공진 방식으로 전력을 전송하는 것으로 결정된 경우, 상기 선택부(160)는 변압부(120)와 전력변환부(130) 내의 어느 하나의 전력변환부를 서로 연결할 수 있고, 자기 유도 방식으로 전력을 전송하는 것으로 결정된 경우 상기 선택부(160)는 변압부(120)와 전력변환부(130) 내의 다른 하나의 전력변환부를 서로 연결할 수 있다.

전송방식에 따라 전력변환부에 공급되는 직류 전원의 크기가 달라질 필요가 있는 경우, 제어부(140)는 변압부(120)를 제어하여 상기 변압부(120)가 출력하는 직류 전원 레벨을 조절할 수 있다.

수신 장치(200)는 수신 전력 컨버터 시스템(201)과 수신 안테나 시스템(202)를 포함할 수 있다.

수신 장치(200)의 수신 안테나 시스템(202)은 송신 안테나 시스템(102)과 동일할 수 있고, 수신 안테나의 치수는 수신 장치(200)의 전기적 특성에 따라 달라질 수 있다.

또한 수신 안테나 시스템(202)은 자기유도방식 또는 자기공진방식을 통해 전력을 수신할 수 있다. 이와 같이 전력 수신 방식에 따라서 상기 수신 안테나 시스템(202)은 유도 코일 또는 공진 코일 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 그리고 수신 안테나 시스템(202)는 근거리 통신용 안테나(Near Field Communication)를 함께 구비할 수 있다.

수신 전력 컨버터 시스템(201)은 매칭부(210), 정류부(220), 수신측 변압기(230), 부하(240) 및 수신측 제어부(250)를 포함할 수 있다.

상기 수신측 제어부(250)는 수신측 통신부(251)를 포함할 수 있고, 상기 수신측 통신부(251)가 상기 제어부(250)와는 별도로 구성될 수 있다.

상기 매칭부(210)는 송신기(100)와 수신기(200) 사이의 임피던스 매칭을 수행한다.

상기 정류부(220)는 수신 안테나 시스템(202)으로부터 출력되는 AC 전압을 정류하여 DC 전압을 생성한다.

수신측 변압기(230)는 DC/DC 컨버터로 구성되어 상기 정류부(220)에서 출력되는 DC 전압의 레벨을 부하(240)의 용량에 맞게 조정할 수 있다.

상기 부하(240)는 배터리, 디스플레이, 음성 출력 회로, 메인 프로세서 그리고 각종 센서들을 포함할 수 있다.

수신측 제어부(250)는 송신 장치(100)로부터 웨이크-업 전력에 의해 활성화 될 수 있고, 송신 장치(100)와 통신을 수행하고, 수신 장치(200)의 서브 시스템의 동작을 제어할 수 있다.

상기 수신 장치(200)는 단수 또는 복수개로 구성되어 송신 장치(100)로부터 동시에 에너지를 무선으로 전달 받을 수 있다. 즉 공진 방식의 무선전력전송 시스템에서는 하나의 송신 장치(100)로부터 복수의 타켓 수신 장치(200)가 전력을 공급받을 수 있다.

이때 상기 송신 장치(100)의 매칭부(150)는 복수개의 수신 장치(200)들 사이의 임피던스 매칭을 적응적으로 수행할 수 있다.

한편 상기 수신 장치(200)가 복수개로 구성된 경우 동일 종류의 시스템이거나 서로 다른 종류의 시스템이 될 수 있다.

<수신 장치 검출 및 전력 전송 단계>

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 시스템에서 수신 장치의 검출에서 송신 장치로부터 수신 장치로 전력 전송까지의 단계를 나타낸 도면이다.

제어 방식은 크게 4 단계로 구분할 수 있고, 각 단계로 수신 장치(200) 검출 단계(Selection, S100), 반응 확인 단계(Ping, S200), 인증과 구성 단계(Identification & Configuration, S300) 그리고 전력 전송 단계(Power Transfer, S400)가 있다.

상기 수신 장치(200) 검출 단계(S100)는 송신 장치(100)가 수신 장치(200)의 존재를 검출하기 위한 신호를 발하고, 수신 장치(200)의 반응을 기다리는 단계이다.

상기 반응 확인 단계(S200)은 수신 장치(200)가 신호의 강도 정보를 송출하고, 송신 장치(100)는 그 정보를 통해 수신 장치(200)의 존재를 확인할 수 있다.

상기 인증과 구성 단계(S300)는 수신 장치(200)가 인증과 요구 전력 정보를 송출하고, 송신 장치(100)는 전력 송출을 구성하고 전력을 송출할 준비를 한다.

상기 전력 전송 단계(S400)는 수신 장치(200)가 제어 정보를 송출하고, 송신 장치(100)가 전력 전송을 개시한다.

이 네 단계 사이에 신호가 차단되거나 신호가 불량할 경우에는 타임 아웃이 되어 처음 단계로 돌아갈 수 있고, 또 송전 도중에 이상이 검출될 경우나 수신 장치(200)가 충전 영역에서 벗어나는 경우나 완충된 경우에는 송전을 종료하고 처음 단계로 돌아갈 수 있다.

<제1 실시예에 따른 수신 감도에 따른 전력 제어>

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선전력전송 시스템에서 수신 장치로부터 수신감도정보를 검출하여 송신 장치로부터 수신 장치로 전송되는 전력을 제어하는 단계를 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 도 3과 같이 송신 장치(100)와 수신 장치(200)가 전력 전송 중인 제 4단계(S400)는, 수신 장치(200)의 수신 감도에 따라 전송되는 전력을 제어하는 세부 단계로 구성될 수 있고, 상기 제 4단계(S400)는 수신 장치(200)의 수신 감도를 검출하는 제4-1 단계(S410), 송신 장치(100)가 수신 장치(200)로부터 수신 감도 정보를 수신하는 제4-2 단계(S420), 수신 감도 정보와 기 설정값을 비교하는 제4-3 단계(S430), 비교 결과에 따라 전송 전력을 제어하는 제4-4 단계(S440)로 이루어질 수 있다.

제4-1 단계: 수신 감도 검출 단계

송신 장치(100)는 수신 장치(200)로 수신감도 검출 신호를 전송할 수 있다.

이때의 수신 감도(Receive Sensitivity)는 수신 장치(200)에 구비된 수신기의 성능을 나타내는 것으로써, 수신 장치(200)가 외부 통신망으로부터 데이터를 수신할 때 얼마만큼의 세기로 전파를 수신할 수 있는지의 능력을 표시하는 것이다.

이러한 수신감도를 표시하는 지표로 수신 신호 강도 지수(RSSI: Received Signal Strength Indication)가 있다. 이는 수신기 입력에서의 평균 신호 강도 지수인데, 송신 장치(200)로 들어오는 모든 수신 신호의 세기를 측정한 것으로 실제 공간에서는 희망 신호와 간섭 신호 및 잡음 신호가 합쳐져서 수신되고, 안테나 이득과 전송 손실은 포함되지 않는다.

송신 장치(100) 내의 송신측 통신부(141)는 수신측 통신부(251) 측으로 수신감도에 관한 정보를 획득하기 위해 수신감도 검출 신호를 전송할 수 있다. 또는 RSSI 검출부(142)는 수신측 통신부(251) 측으로 수신감도에 관한 정보를 얻기 위하기 수신감도 검출 신호를 전송할 수 있다.

제4-2 단계: 수신 감도 정보 수신 단계

수신측 통신부(251)는 수신감도 검출 신호를 인가 받은 경우, 송신 장치(200)는 수신 감도를 측정하여 측정된 수신 감도 정보(Receive Sensitivity Information)를 RSSI 검출부(142)로 제공할 수 있다.

제4-3 단계: 수신 감도 정보와 기 설정값 비교 단계.

RSSI 검출부(142)에서 제공 받은 수신 감도 정보는 제어부(140)로 제공되고 상기 제어부(140)는 수신 감도 정보와 기 설정값과 비교할 수 있다.

기 설정값은 특정 값 또는 특정 범위가 될 수 있다.

상기 기 설정값은 테이블화 되어 송신 장치(100)에 별도로 구비된 저장 장치에 저장될 수 있다.

상기 저장 장치에는 현재의 수신 감도와 이에 대응한 전송 전력량에 관한 정보가 저장되거나, 현재의 수신 감도와 이에 대응하여 수신 장치(200)가 요구하는 전력량의 몇 %를 전송할지에 관한 정보가 저장되거나, 현재의 수신 감도와 이에 대응한 변압부(120)의 출력 전압의 레벨에 관한 정보가 저장되거나, 현재의 수신 감도와 이에 대응하여 수신 장치(200)가 요구하는 전력량을 충족하기 위한 변압부(120)의 출력 전압의 레벨의 몇 %의 레벨로 상기 변압부(120)의 출력 전압의 레벨을 결정할지에 관한 정보가 저장될 수 있다.

제4-4- 단계: 전송 전력 제어 단계.

송신 장치(200)로부터 수신된 수신 감도가 기 설정값보다 작은 값을 가지거나, 기 설정된 범위에 속하는 경우 또는 기 설정 범위 이상의 값을 가지거나 그 이하의 값을 가지는 경우에는, 송신 장치(100)로부터 출력되는 전력량을 제어하여 고조파 성분을 억제할 수 있다. 그리하여 상기 고조파 성분에 따른 수신 감도 저항을 방지할 수 있다.

예를 들어 적정 수신 감도가 70~80이고, 기 설정된 수신 감도의 범위가 60~70인 경우, 수신감도 검출 신호에 따른 수신 감도가 60에 해당하면, 현재 수신감도에 간섭하는 고조파의 영향이 큰 것으로 간주하고, 무선 전송 전력량을 낮출 수 있다. 그리고 다음 번 수신감도 검출 신호에 따른 수신 감도가 75에 해당하는 경우, 기 설정 범위를 넘기 때문에 수신 감도가 적정 수준인 것으로 간주하고, 무선 전송 전력량을 증가시킬 수 있다.

또 다른 예로 적정 수신 감도가 70~80이고, 기 설정된 수신 감도가 60인 경우, 현재 검출된 수신 감도가 60 이하가 되는 경우에는 무선 전송 전력량을 특정 값이 이하로 감소시킬 수 있고, 수신 감도를 반복 측정하여 측정된 값이 적정 수신 감도에 해당하는 경우, 무선 전송 전력량을 수신 장치(200)가 요구하는 전력량으로 증가시킬 수 있다.

수신 장치(200)가 송신 장치(100)로부터 무선전력을 전송 받고 있을 때, RSSI 검출부(142)는 주기적으로 수신감도 검출 신호를 수신 장치(200)로 전송하여 주기적으로 수신 감도 정보를 인가 받을 수 있다. 그리하여 무선 충전 보다는 수신 장치(200)의 수신 감도에 우선 순위를 두어, 무선 충전 중에 수신 감도를 적정 수준으로 유지할 수 있도록 할 수 있다.

<제2 실시예에 따른 수신 감도에 따른 전력 제어>

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수신 장치로부터 수신 감도 정보를 검출하여 송신 장치로부터 수신 장치로 전송되는 전력을 제어하는 단계를 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 도 3에서 설명한 수신 장치(200)가 송신 장치(100) 측으로 요구하는 전력 량(S300)이 요구 제1 전력인 경우, 송신 장치(100)는 수신 장치(200)로 제2 전력을 송신할 수 있다(S410).

송신하는 제2 전력은 수신 장치(200)가 요구한 요구 제1 전력보다 작은 량일 수 있다.

이처럼 초기 수신 장치(200)가 요구하는 전력량을 그대로 전송하는 경우, 무선 전력 전송 시 발생되는 전자파에 의해서 수신 장치(200)의 수신 감도가 급격히 저하될 수 있다. 따라서 초기 전력 전송 시 요구 전력량보다 적은 전력을 전송할 수 있다.

이후 RSSI 검출부(142)는 수신 감도 검출 신호를 수신 장치(200)로 전송하고 상기 수신 장치(200)는 수신 감도를 상기 RSSI 검출부(142)로 제공할 수 있다.

제어부(140)는 상기 RSSI 검출부(142)에서 검출된 수신 감도 정보와 기 설정값과 비교하여 전송 전력을 제어할 수 있다. 이 때 수신 감도가 적정 수준에 해당하는 경우, 송신 장치(100)는 수신 장치(200)로 제공하는 제2 전력량을 초기에 수신 장치(200)가 요구한 전력량만큼 증가시켜 제공할 수 있다.

그러나 수신 감도가 낮은 경우, 송신 장치(100)는 현재 제공하는 제2 전력량보다 적은 전력량을 수신 장치(200)로 제공할 수 있다.

<전력 제어 방법>

이하 수신 감도 따른 전력 제어 방식을 설명한다.

수신 감도에 따라서 전력을 제어하여 무선 전력 전송 량을 줄여 고조파 성분을 줄이면서 상기 고조파 성분이 수신 장치(200)의 통신에 간섭 현상을 조절할 수 있고, 그에 따라 무선 충전 하에서 수신 감도를 안정적으로 유지시킬 필요가 있거나, 수신 감도가 안정화되는 경우, 수신 장치(200)에서 요구하는 무선 전력 전송 량만큼 전력량을 증가 시킬 필요가 있는 경우, 송신 장치(100)의 제어부(140)는 변압부(120) 또는 전력변환부(130)를 제어할 수 있다.

먼저 제어부(140)가 전력변환부(130)를 제어하는 방식을 설명한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 송신부의 전력변환부를 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전력변환부(130)의 구성을 살펴본다.

도 6은 풀 브릿지(Full Bridge)로 구성된 전력변환부(130)로 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니고 하프 브릿지(Half Bridge)로 구성될 수 있다.

상기 전력변환부(130)는 제어부(140)로부터 제공되는 제어를 기반으로 변압부(120)로부터 제공되는 전력을 교류 전력으로 변환하고 증폭시킬 수 있고, 풀 브리지 인버터를 포함할 수 있다.

상기 전력변환부는 제1 내지 제4 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4)를 포함할 수 있다.

제1 스위칭 소자(S1)는 제1 노드(N1)와 컨버터(120) 사이에 연결되며, 제어부(140)의 제어 신호에 의해 제어될 수 있고, 제2 스위칭 소자(S2)는 제1 노드(N1)와 접지 사이에 연결되며 제어부(140)의 제어 신호에 의해 제어될 수 있다.

제3 스위칭 소자(S3)는 제2 노드(N2)와 컨버터(120) 사이에 연결되며, 제어부(140)의 제어 신호에 의해 제어될 수 있고, 제4 스위칭 소자(S4)는 제2 노드(N2)와 접지 사이에 연결되며 제어부(140)의 제어 신호에 의해 제어될 수 있다.

상기 제1 내지 제4 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4)는 N형 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor)일 수 있으나 이에 한정되지 않고, 제어부(140)의 제어 신호에 의하여 스위칭 동작을 수행할 수 있는 소자라면 가능하다.

제어부(140)로부터 제공되는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호에 의하여 제1 및 제4 스위칭 소자(S1, S4)가 턴 온되고 제2 및 제3 스위칭 소자(S2, S3)가 턴 오프되는 경우 매칭부(150)에는 정극성의 출력 전압(Vo)이 인가된다.

반대로 제어부(140)로부터 제공되는 제어신호에 의하여 제1 및 제4 스위칭 소자(S1, S4)가 턴 오프되고 제2 및 제3 스위칭 소자(S2, S3)가 턴 온되는 경우 매칭부(150)에는 부극성의 출력 전압(Vo)이 인가될 수 있다.

또한 상기 제1 내지 제4 스위칭 소자(S1~S4)의 도통 비율에 따라서 듀티비(시비율, Duty Ratio)는 달라질 수 있고, 그에 따라서 전력변환부(130)의 출력 신호의 기본파와 기본파의 체배 성분인 고조파의 크기가 달라질 수 있다.

예를 들어 듀티비가 50%, 30% 또는 70%에 따라서 전력변환부(130)의 출력 신호의 기본파와 고조파 성분의 크기가 달라질 수 있다. 따라서 상기 듀티비를 조절하여 고조파 성분의 크기를 조절할 수 있으므로, 수신 장치(200)로부터 수신되는 수신 감도의 정도에 따라서 제어부(140)는 전력변환부(130)의 스위칭 소자(S1~S4)의 도통 비율을 조절하여 상기 전력변환부(130)로부터 출력되는 교류 전원의 크기 또는 주파수 중 적어도 하나 이상을 제어하여, 고조파 성분에 기인한 전자파의 수신 감도 저하를 방지할 수 있다.

이하에서는 제어부(140)가 변압부(120)를 제어하여 수신 감도가 저해되는 것을 방지하는 기술을 설명한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 변압부와 제어부를 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하면, 상기 변압부(120)는 변압기(121)와 제어 유닛(122) 그리고 분배부(123)를 포함할 수 있다.

도면 상으로 상기 분배부(123)가 변압부(120)에 포함되는 구성으로 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니고 별도로 구성될 수 있다.

상기 제어 유닛(122)은 상기 변압기(121)의 출력 전압을 안정화(regulation)할 수 있는 장치로써, 변압기(121)의 출력 전압의 분압 전압을 피드백 받아 상기 출력 전압의 오차를 제어 할 수 있다.

상기 분배부(123)는 상기 변압기(121)의 출력 전압을 전압 분배하여 상기 제어 유닛(122)으로 공급할 수 있다.

상기 제어 유닛(122)은 분배부(123)로부터 분배된 전압을 토대로 펄스 폭이 조정된 구형파 펄스(Pulse width modulation; PWM)를 변압기(121)으로 제공하고 상기 변압기(121)는 구형파 펄스의 펄스 폭에 따라 레벨이 조절된 일정한 직류 전압을 출력할 수 있다.

상기 분배부(123)는 제어부(140)의 출력 제어 포트(Output control port; OUP)에 연결될 수 있다.

상기 제어부(140)는 상기 제어 유닛(122)의 입력 단자 전압의 값을 조절하여 변압기(121)의 출력 전압을 제어할 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제어 유닛의 서브 시스템을 나타낸 도면이다.

도 8을 참조하면, 상기 제어 유닛(122)의 서브 시스템은 오차 증폭기(124), 비교기(125) 그리고 스위치 구동부(126)를 포함할 수 있다.

상기 오차 증폭기(124)는 분배부(123)의 분배 전압(Vd)을 기초로 변압기(121)의 출력 전압(Vout)의 오차를 증폭하여 증폭된 전압(Vc)을 출력한다.

상기 오차 증폭기(124)는 제1 연산증폭기(OP1)로 구성될 수 있고, 상기 연산증폭기의 반전 단자에는 분배부(123)를 거친 변압기(121)의 출력 전압이 인가되고, 비 반전 단자에는 기준 전압(Vref)이 인가된다.

상기 오차 증폭기(124)는 분배부(123)를 거친 변압기(121)의 출력 전압을 기준 전압(Vref)과 비교하여 여기서 나타나는 오차를 증폭하여 비교기(125)로 입력한다.

상기 비교기(125)는 오차증폭기(124)의 출력 전압(Vc)을 기초로 하여 구형파 펄스를 발생한다.

상기 비교기(125)는 제2 연산증폭기(OP2)로 구성될 수 있고, 비 반전 단자에는 오차증폭기(124)의 출력 전압(Vc)이 인가되고, 반전 단자에는 삼각파가 인가된다.

상기 비교기(125)는 삼각파와 오차증폭기(124)의 출력 전압(Vc)을 비교하여 변압기(121)를 구동하기 위한 구형파 펄스를 발생할 수 있고, 변압기(121)의 출력 오차에 상응하여 펄스폭을 조정함으로써 변압기(121) 출력 전압(Vout)을 안정화시킬 수 있다.

상기 스위치 구동부(126)는 비교기(125)의 출력을 기초로 하여 변압기(121)를 구동할 수 있다. 즉, 상기 변압기(121) 내에 포함된 스위치의 온(ON), 오프(OFF)를 제어하여 변압기(121)의 기 설정된 전압을 일정하게 유지시킬 수 있다.

상기 제어 유닛(122)과 변압기(121)는 변압부(120)로 직접화(Integrated Chip; IC)화 될 수 있다.

이처럼 변압부(120)는 기 설정된 전압의 오차를 반영하여 일정한 전압을 출력하는 기능을 할 수 있다. 그러나 변압부(120)의 출력 전압을 가변 시킬 필요가 있는 경우, 제어부(140)가 변압부(120)를 제어하는 방식을 설명한다.

상기 분배부(123)는 변압기(121)의 출력 단자와 오차증폭기(124)의 입력 단자(반전 단자)에 연결된 제1 저항(R1) 그리고 상기 오차 증폭기(124)의 입력 단자(반전 단자)와 접지 사이에 연결된 제2 저항(R2)을 포함할 수 있다.

상기 제1 저항(R1)과 상기 제2 저항(R2)의 크기 관계는 R1<R2 관계가 되는 것이 바람직하다.

이 때 상기 제1 및 제2 저항(R1, R2) 값에 따라서 변압기(121)의 분배 전압(Vd)이 달라질 수 있는데, 그 원리를 살펴보면 제1 및 제2 저항(R1, R2)에 의해 변압기(121)의 출력 전압(Vout)이 분압된 분압 전압(Vd)은 기준 전압(Vref)과 비교되고 그 오차가 증폭되므로, 분압 전압(Vd)이 기준 전압(Vref)보다 작은 경우 오차증폭기(124)의 출력(Vc) 레벨은 오차증폭기(124)의 입력 저항(Rin)과 피드백 저항(Rf)의 비, 즉 ?f/Rin의 기울기로 올라간다. 반면에 분압 전압(Vd)이 기준 전압(Vref)보다 큰 경우 오차증폭기(124)의 출력(Vc) 레벨은 ?f/Rin의 기울기로 내려간다.

이와 같이 상기 분압 전압(Vd)은 제1 및 제2 저항(R1, R2)의 값에 따라서 고정될 것이나, 분압 전압(Vd)을 조정하여 최종적으로 변압기(121)의 출력 전압을 조정할 수도 있다.

이러한 역할은 제어부(140)에서 담당할 수 있다.

즉 제어부(140)는 송신 장치(100)와 수신 장치(200) 간의 전력 송신 환경에 따라서 상기 변압기(121)의 출력 전압(Vout)을 조절할 필요가 있다. 또한 수신 장치(200)의 수신 감도 정보를 검출했을 때 수신 감도가 낮은 경우 변압기(121)의 출력 전압의 레벨을 낮출 필요가 있다.

이때 상기 제어부(140)의 출력제어포트(OCP)와 오차증폭기(124)의 입력단자(반전단자) 사이에는 제3 저항(R3)이 연결되기 때문에 상기 출력제어포트(OCP)로 출력되는 전압을 조절함으로써, 오차증폭기(124)의 입력 단자로 인가되는 분압 전압(Vd)을 조절할 수 있다.

상기 제어부(140)의 제어에 따라서 분압 전압(Vd) 값이 달라질 수 있고, 그에 따라 분압 전압(Vd)과 기준 전압(Vref)의 비교를 기초로 한 오차증폭기(124)의 출력(Vc) 레벨의 상승 또는 하강 여부가 제어될 수 있다.

상기 오차증폭기(124)의 출력(Vc)은 비교기(125)의 삼각파와 비교되어 상기 오차증폭기(124)의 출력(Vc)의 레벨이 상승하는 경우 비교기(125)는 펄스폭이 증가된 구형파를 발생하고, 상기 오차증폭기(124)의 출력(Vc)의 레벨이 하강하는 경우 비교기(125)는 펄스폭이 줄어든 구형파를 발생하게 된다.

한편 상기 제1 내지 제3 저항(R1, R2, R3)의 크기 관계는 R1<R3<R2의 관계가 될 수 있다.

이와 같이 제어부(140)는 수신 장치(200)의 수신 감도에 따라서 변압부(120)의 출력 전압을 조절할 수 있고, 그에 따라 변압부(120)로부터 출력되는 DC 전압을 기초로 교류 전원을 생성하는 전력변환부(130)의 출력 신호의 고조파 성분도 조절될 수 있다.

이처럼 전력변환부(130)의 스위칭 소자(S1~S4)를 컨트롤 하기 위한 구형파 신호에 따른 고조파 성분은 전력변환부(130)로 인가되는 직류 전압이 비례하는 특성과 상기 스위칭 소자(S1~S4)를 컨트롤 하기 위한 구형파 신호의 듀티비에 따른 고조파 성분의 변화를 이용하여 상기 고조파 성분을 조절함으로써 수신 장치(200)의 통신 시스템의 수신 감도의 저하 문제를 해결하여, 무선 충전 시에도 데이터 수신 감도가 적정 수준으로 유지되어 사용자의 신뢰성을 높일 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

무선전력전송 시스템(10)
송신 장치(100)
송신 전력 컨버터 시스템(101)
전송 안테나 시스템(102)
변압부(120),
전력변환부(130)
제어부(140)
송신측 통신부(141)
RSSI 검출부(142)
매칭부(150)
선택부(160)
수신 장치(200)
수신 전력 컨버터 시스템(201)
매칭부(210)
정류부(220)
수신측 변압기(230)
부하(240)
수신측 제어부(250)
수신측 통신부(251)
변압기(121)
제어 유닛(122)
분배부(123)
스위치 구동부(126)

Claims

무선 전력을 전송하는 송신 장치; 및
상기 무선 전력을 수신하는 수신 장치;를 포함하고,
상기 수신 장치로부터 검출된 데이터 수신 감도에 따라 상기 무선 전력 전송량을 제어하는 무선전력전송 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 송신 장치는,
전원 공급부;
상기 전원 공급부에서 인가된 전력을 직류 전원으로 변환하는 변압부; 및
상기 데이터 수신 감도에 따라서 상기 직류 전원의 크기를 조절하는 제어부;를 포함하는 무선전력전송 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 송신 장치는,
전원 공급부;
상기 전원 공급부에서 인가된 전력을 직류 전원으로 변환하는 변압부;
상기 변압부로부터 제공되는 직류 전원을 기초로 교류 전원을 생성하는 전력 변환부; 및
상기 데이터 수신 감도에 따라서 상기 교류 전원의 크기 또는 주파수 중 적어도 하나 이상을 제어하는 제어부;를 포함하는 무선전력전송 시스템.
제3 또는 제4 항에 있어서,
상기 송신 장치는 상기 데이터 수신 감도를 검출하는 RSSI(Receive Sensitivity Information) 검출부를 더 포함하는 무선전력전송 시스템.
제4 항에 있어서,
상기 RSSI 검출부는 상기 수신 장치로 수신 감도 검출 신호를 전송하고,
상기 수신 장치는 상기 수신 감도 검출 신호에 따라 수신 장치의 데이터 수신 감도를 검출하여 상기 RSSI 검출부로 제공하는 무선전력전송 시스템.
제2 항에 있어서,
상기 데이터 수신 감도를 기 설정 값과 비교하여, 그에 따라 상기 직류 전원의 크기를 조절하는 무선전력전송 시스템.
제5 항에 있어서,
상기 수신 감도 검출 신호는 주기적으로 발생하는 무선전력전송 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 송신장치는,
상기 검출된 데이터 수신 감도에 대응된 무선 전력 전송량을 테이블화하여 저장한 저장 장치를 더 포함하는 무선전력전송 시스템.
무선전력을 수신 장치로 전송하는 무선전력 송신장치로써,
상기 무선전력 송신장치는,
상기 수신 장치의 데이터 수신 감도에 따라 무선 전력 전송량을 제어하는 무선전력 송신장치.
제9 항에 있어서,
상기 무선전력 송신장치는,
상기 데이터 수신 감도를 검출하는 RSSI 검출부를 포함하는 무선전력 송신장치.
제10 항에 있어서,
상기 무선전력 송신장치는,
전원 공급부; 상기 전원 공급부에서 인가된 전력을 직류 전원으로 변환하는 변압부; 및 상기 변압부의 직류 전원의 크기를 조절하는 제어부;를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 RSSI 검출부로부터의 상기 데이터 수신 감도에 따라서 상기 직류 전원의 크기를 조절하는 무선전력 송신장치.
제9 항에 있어서,
상기 데이터 수신 감도를 기 설정 값과 비교하여, 그에 따라 상기 직류 전원의 크기를 조절하는 무선전력 송신장치.
제10 항에 있어서,
상기 RSSI 검출부는 상기 수신 장치로 수신 감도 검출 신호를 전송하고,
상기 수신 장치는 상기 수신 감도 검출 신호에 따라 수신 장치의 데이터 수신 감도를 검출하여 상기 송신 장치로 제공하는 무선전력 송신장치.
제13 항에 있어서,
상기 수신 감도 검출 신호는 주기적으로 발생하는 무선전력전송 송신장치.
무선전력을 전송하는 송신 장치; 및 상기 무선전력을 수신하는 수신 장치;를 포함하는 무선전력전송 시스템의 구동 방법으로써,
상기 무선전력전송 시스템의 구동 방법은,
상기 송신 장치는 상기 수신 장치의 요구 전력량에 따른 무선전력을 전송하는 단계;
상기 송신 장치는 상기 수신 장치에 수신 감도 검출 신호를 전송하는 단계;
상기 수신 장치는 상기 수신 감도 검출 신호에 따라 데이터 수신 감도를 검출하여 상기 송신 장치로 제공하는 단계; 및
상기 송신 장치는 상기 데이터 수신 감도와 기 설정값과 비교하여 상기 비교한 결과에 따라 무선전력 전송량을 제어하는 단계;를 포함하는
무선전력전송 시스템의 구동 방법.
제 15항에 있어서,
상기 데이터 수신 감도가 상기 기 설정값 보다 낮은 경우, 상기 무선전력 전송량을 낮추는 무선전력전송 시스템의 구동 방법.
제 15항에 있어서,
상기 수신 감도 검출 신호는 주기적으로 발생되는 무선전력전송 시스템의 구동 방법.
제 15항에 있어서,
상기 송신 장치는 상기 수신 장치의 요구 전력량에 따른 무선전력을 전송하는 단계는,
상기 수신 장치가 제1 전력을 요구하는 단계; 및
상기 송신 장치가 제2 전력을 전송하는 단계;를 포함하는 무선전력전송 시스템의 구동 방법.
제 18항에 있어서,
상기 송신 장치는 상기 데이터 수신 감도와 기 설정값과 비교하여 상기 비교한 결과에 따라 무선전력 전송량을 제어하는 단계는,
상기 데이터 수신 감도가 기 설정값보다 낮은 경우 제3 전력을 전송하거나,
상기 데이터 수신 감도가 기 설정값보다 높은 경우 제1 전력을 전송하는 단계를 포함하는 무선전력전송 시스템의 구동 방법.
제 19항에 있어서,
상기 제1 전력은 제2 전력보다 크고, 제2 전력은 제3 전력보다 큰 무선전력전송 시스템의 구동 방법.