KR20160042602A - 전력 공급 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선 또는 유무선으로 전력을 공급하는 전력 공급 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 따른 전력 공급 장치는 입력 전력을 제1 전력으로 변환하는 전력 변환부; 및 상기 제1 전력을 스위칭하는 스위칭 주파수를 가변하여, 제1 무선 전송 방식 또는 제2 무선 전송 방식 중 하나의 방식으로 스위칭된 제1 전력을 무선 전송하거나 또는 서로 다른 공진 주파수 대역을 갖는 무선 전송 방식 중 하나의 무선 전송 방식의 공진 주파수 대역 내의 주파수로 스위칭된 제1 전력을 무선 전송하는 무선 전력 공급부를 포함할 수 있다.

Description

전력 공급 장치{POWER SUPPLYING APPARATUS}
본 발명은 무선 또는 유무선으로 전력을 공급하는 전력 공급 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전자장치가 외부로부터 전력을 공급받기 위해서는 외부의 전력 공급 설비로부터 전자장치로 전력을 전달해 주기 위한 전력 공급 장치가 필요하게 된다.
이러한 전력 공급 장치로는 일반적으로 커넥터 등으로 전자 장치에 직접 연결되어 전자 장치에 내장된 충전지에 전력을 공급하는 유선 방식의 전력 공급 장치가 주로 사용된다. 그러나 유선 방식의 전력 공급 장치는 전력 공급을 위한 케이블에 의한 여러가지 제약이 뒤따른다.
이에 따라, 하기의 선행 기술 문헌에 기재된 발명과 같이, 자기 유도 효과 또는 자기 공진 효과에 의해 비접촉 방식으로 전자 장치에 내장된 충전지에 전력을 공급할 수 있다.
그러나, 종래의 전력 공급 장치는 유선 방식 또는, 자기 유도 효과 또는 자기 공진 효과 중 하나의 자기 효과에 의한 무선 방식으로 전력을 공급하여 다양한 디바이스에 전력을 공급하기 어려운 문제점이 있으며, 더하여 복수의 디바이스에 동시에 전력을 공급하기 어려운 문제점이 있다.
국내특허공개공보 제2013-0054897호
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 공진 주파수 중 하나의 주파수로 전력을 무선 전송할 수 있는 전력 공급 장치가 제공된다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예에 따른 전력 공급 장치는 입력 전력을 제1 전력으로 변환하는 전력 변환부; 및 상기 제1 전력을 스위칭하는 스위칭 주파수를 가변하여, 제1 무선 전송 방식 또는 제2 무선 전송 방식 중 하나의 방식으로 스위칭된 제1 전력을 무선 전송하거나 또는 서로 다른 공진 주파수 대역을 갖는 무선 전송 방식 중 하나의 무선 전송 방식의 공진 주파수 대역 내의 주파수로 스위칭된 제1 전력을 무선 전송하는 무선 전력 공급부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 적어도 둘의 공진 주파수 대역 중 하나의 공진 주파수 대역의 주파수로 전원을 무선 전송할 수 있고, 더하여 유선 방식과 무선 방식이 집적화되어서, 다양한 디바이스 각각에 또는 동시에 전원을 공급할 수 있는 효과가 있다.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 전력 공급 장치의 활용예를 나타내는 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 전력 공급 장치의 실시예들을 개략적으로 나타내는 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 전력 공급 장치의 실시예를 개략적으로 나타내는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 전력 공급 장치의 공진 주파수를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 전력 공급 장치의 동작 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 전력 공급 장치의 활용예를 나타내는 도면이다.
도 1a 내지 도 1e를 참조하면, 본 발명의 전력 공급 장치(100)는 유선으로 전력을 공급하는 전력 공급 장치일 수 있으며, 유선으로 랩탑 PC(B,C)에 전력을 공급하면서 동시에 무선으로 휴대폰(A)에 전력을 공급할 수 있다. 이 경우, 본 발명의 전력 공급 장치(100)는 휴대폰(A)에 무선으로 전력을 공급할 수 있는 무선 충전 패드일 수 있다.
이후, 랩탑 PC(B,C)가 본체(B)와 디스플레이(C)가 분리될 수 있는 경우, 본체(B)에는 유선으로 전력을 공급하면서, 디스플레이(C)에 무선으로 전력을 공급할 수 있으며, 본체(B) 및 디스플레이(C)에 각각 무선으로 전력을 공급할 수 있다.
또한, 휴대폰(A)에 유선 방식과, 자기 공진 방식 또는 자기 유도 방식의 무선 방식으로 전력을 공급할 수 있어서, 충전 중 급속 충전 또는 충전 전력이 모자라는 경우를 보충할 수 있다.
더하여 복수의 송전 코일이 구비된 경우, 자기 공진 방식 또는 자기 유도 방식으로 전력을 무선 공급할 수 있으며, 휴대폰(A) 뿐만 아니라 본체(B)와 디스플레이(C)에 전력을 전송할 수도 있다.
이를 위한, 본 발명의 전력 공급 장치(100)의 구성을 도면을 참조하여 하기와 같이 설명하도록 한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 전력 공급 장치의 실시예들을 개략적으로 나타내는 블럭도이다.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 전력 공급 장치(100)는 입력 전력 또는 교류 전력을 제1 전력으로 변환하는 전력 변환부(110), 전력 변환부(110)로부터의 상기 제1 전력을 스위칭하여 무선 전송하는 무선 전력 공급부(120)를 포함할 수 있으며, 더하여 전력 변환부(110)로부터의 상기 제1 전력을 유선으로 전달하는 유선 전력 공급부(130)를 포함할 수 있고, 상기 무선 전력 공급부(120)의 무선 전송을 제어하는 제어부(140)를 더 포함할 수 있다.
도 2b를 참조하면 상술한 구성에 더하여, 유선 전력 공급부(130)로 전달되는 전력을 직류/직류 변환하는 DC/DC 전력 변환부(150)를 더 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 전력 공급 장치의 실시예를 개략적으로 나타내는 회로도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 전력 공급 장치의 일 실시예(100)는 전력 변환부(110), 무선 전력 공급부(120)를 포함할 수 있으며, 더하여 유선 전력 공급부(130)를 포함할 수 있고, 제어부(140)를 더 포함할 수 있다.
전력 변환부(110)는 입력부(111), 전력 스위칭부(112), 트랜스포머(113) 및 주변 회로(114)를 포함할 수 있다.
입력부(111)는 입력된 교류 전력(AC)을 정류하거나 전자기 간섭을 억제할 수 있으며, 정류된 전력은 적어도 하나의 스위치를 갖는 전력 스위칭부(112)에 의해 스위칭 될 수 있으며, 트랜스포머(113)는 서로 절연되고 자기 결합된 일차 권선 및 이차 권선을 구비하고, 상기 일차 권선은 스위칭된 전력을 입력받으며, 상기 이차 권선은 상기 일차 권선 과의 권선비에 따라 상기 일차 권선에 입력된 스위칭된 전력을 변압하여 제1 전력을 출력할 수 있다. 주변 회로(114)는 전력 스위칭부(112)의 전력 스위칭시 전력 안정화 및 스너버(snubber) 동작을 수행할 수 있다.
무선 전력 공급부(120)는 스위칭부(121) 및 공진부(122)를 포함할 수 있다.
스위칭부(121)는 적어도 하나의 스위치(Q1,Q2)를 포함할 수 있으며, 제1 스위치(Q1) 및 제2 스위치(Q2)를 갖는 하나의 하프 브리지(half bridge) 스위치일 수 있다.
상기 하프 브리지 스위치의 제1 및 제2 스위치(Q1,Q2)는 전력 변환부(110)로부터의 상기 제1 전력을 상보적인 온/오프 스위칭할 수 있으며, 공진부(122)는 상기 하프 브리지 스위치의 스위칭 주파수에 따라 공진할 수 있으며, 적어도 둘의 공진 주파수 중 하나의 공진 주파수로 공진할 수 있다. 여기서, 공진 주파수는 상기 하프 브리지 스위치의 스위칭 주파수에 연동될 수 있다.
공진부(122)는 제1 공진 유닛(122a) 및 제2 공진 유닛(122b)를 포함할 수 있다.
제1 공진 유닛(122a)는 제1 캐패시터(Cr-WPC) 및 제1 송전 코일(Lr-WPC)를 가질 수 있고, 제2 공진 유닛(122b)는 제2 캐패시터(Cr-A4WP) 및 제2 송전 코일(Lr-A4WPC)를 포함할 수 있다.
제1 공진 유닛(122a)의 제1 캐패시터(Cr-WPC)의 일단은 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2) 간의 연결점에 연결될 수 있고, 제1 캐패시터(Cr-WPC)의 타단은 제1 송전 코일(Lr-WPC)과 직렬로 연결될 수 있다. 제1 송전 코일(Lr-WPC)은 제1 캐패시터(Cr-WPC)의 타단과 접지간에 연결될 수 있다.
제2 공진 유닛(122b)의 제2 캐패시터(Cr-A4WP)의 일단은 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2) 간의 연결점에 연결될 수 있고, 제2 캐패시터(Cr-A4WP)의 타단은 제2 송전 코일(Lr-A4WP)과 직렬로 연결될 수 있다. 제2 송전 코일(Lr-A4WPC)는 제2 캐패시터(Cr-A4WPC)의 타단과 접지간에 연결될 수 있다.
유선 전력 공급부(130)는 전력 변환부(110)로부터의 상기 제1 전력을 안정화시킨 후 외부에 유선으로 공급할 수 있다.
제어부(140)는 사용자의 선택에 따라 스위칭부(121)의 스위칭 주파수를 가변할 수 있으며, 이에 따라 공진부(122)의 공진 주파수가 가변될 수 있다. 제어부(140)는 무선 전력 공급부(120)의 출력 전류에 관한 정보를 피드백 받아 스위칭부(121)의 스위칭 주파수를 가변할 수 있다.
도 4는 본 발명의 전력 공급 장치의 공진 주파수를 나타내는 그래프이다.
도 3과 함께 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 장치(100)는 복수의 공진 주파수 중 하나의 공진 주파수로 전력을 무선 전송할 수 있으며, 예를 들어 상술한 바와 같이, 공진부(122)는 제1 공진 주파수 대역과 제2 공진 주파수 대역 중 하나의 주파수 대역 내의 주파수로 전력을 무선 전송할 수 있으며, 도 12에 도시된 바와 같이 하나의 공진 회로에서 적어도 둘의 공진 주파수 대역을 형성할 수 있다.
예를 들어, 제1 공진 주파수 대역(fr1)(여기서, fr1은 주파수 대역 내의 중심 주파수)은 WPC 표준 방식에 의해서 대략 110KHz~205KHz 사이에 형성되도록 할 수 있으며, 공진부(122)의 제1 공진 유닛(122a)는 제1 공진 주파수 대역(fr1) 내의 주파수로 자기 유도 방식으로 전원을 무선 전송할 수 있다.
상술한 공진 주파수는 제1 공진 유닛(122a)의 LC 공진에 의해 형성될 수 있고, 이는 스위칭부(121)의 스위칭 주파수에 연동될 수 있다. 상기 스위칭 주파수는 제어부(140)의 제어에 따라 가변될 수 있으며, 이에 따라 상기 공진 주파수는 제1 공진 주파수 대역(fr1) 내에서 가변될 수 있다.
공진 주파수(fr1)는 다음의 수식1에 따라 형성될 수 있다.
(수식1)
Figure pat00001
(여기서, Lr-wpc는 제1 공진 유닛(122a)의 제1 송전 코일의 인덕턴스이고, Cr-wpc는 제1 공진 유닛(122a)의 제1 캐패시터의 캐패시턴스이다.)
반면에, 제2 공진 주파수 대역(fr2)(여기서, fr2는 주파수 대역 내의 중심 주파수)은 A4WP 표준 방식에 의해서 6.78MHz의 주파수 대역을 가질 수 있으며, 공진부(122)는 자기 공진 방식으로 전원을 무선 전송할 수 있다.
공진 주파수(fr2)는 다음의 수식2에 따라 형성될 수 있다.
(수식2)
Figure pat00002
(여기서, Lr-A4WP는 제2 공진 유닛(122b)의 제2 송전 코일의 인덕턴스이고, Cr-A4WP는 제2 공진 유닛(122b)의 제2 캐패시터의 캐패시턴스이다.)
더하여, 도 4b에서의 설명과 같이 복수의 공진 주파수 대역(fr1,fr2,frn)(여기서, fr1,fr2,frn 각각은 각 주파수 대역의 중심 주파수)를 형성할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 전력 공급 장치의 동작 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 전력 공급 장치의 실시예(100)의 제어부(140)는 먼저, 동작 초기에 제1 공진 주파수 대역, 예를 들어 110KHz 내지 205KHz 범위 중 하나의 주파수 값을 갖는 공진 주파수로 전력의 무선 전송을 제어할 수 있으며, 즉, 자기 유도 모드로 전력을 무선 전송할 수 있다(S10).
도시되지 않았지만, 경우에 따라서는 제2 공진 주파수, 예를 들어 6.78MHz의 공진 주파수로 무선 전송을 제어할 수 있으며, 즉, 자기 공진 모드로 전력을 무선 전송할 수도 있다.
이후, 수신 측의 충전 전류가 피드백 검출되면(S20), 수신측의 충전 전류와 사전에 설정된 기준 값을 비교하여 그 비교 결과가 전력 공급 장치와 디바이스 간의 거리가 멀어져서 수신측의 충전 전류가 상기 기준 값보다 낮거나, 또는 멀티 충전 요청을 입력받은 경우(S30)에는 제2 공진 주파수 대역, 예를 들어 6.78MHz를 중심 주파수로 하는 공진 주파수 대역의 주파수로 전력의 무선 전송을 제어할 수 있으며, 즉, 자기 공진 모드로 전력을 무선 전송할 수 있다(S40).
만일, 수신측의 충전 전류가 상기 기준 값 이상이거나 멀티 충전 요청을 입력받지 않은 경우(S30)에는 제1 공진 주파수 대역 예를 들어 110KHz~205KHz의 공진 주파수 대역의 주파수로 전력의 무선 전송을 제어할 수 있으며, 즉, 자기 유도 모드로 전력을 무선 전송할 수 있다(S50).
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 적어도 둘의 공진 주파수 중 하나의 공진 주파수를 이용하여 전력을 무선 전송할 수 있고, 더하여 유선 방식과 무선 방식이 집적화되어서, 다양한 디바이스 각각에 또는 동시에 전력을 공급할 수 있으므로, 다양한 디바이스에 전력을 공급하거나 충전시킬수 있으며, 하나의 디바이스에 전력을 급속 충전시킬 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
100: 전력 공급 장치
110: 전력 변환부
111: 입력부
112: 전력 스위칭부
113: 트랜스포머
114: 주변 회로부
120: 무선 전력 공급부
121: 스위칭부
122: 공진부
122a: 제1 공진 유닛
122b: 제2 공진 유닛
130: 유선 전력 공급부
140: 제어부

Claims (16)

  1. 입력 전력을 제1 전력으로 변환하는 전력 변환부; 및
    상기 제1 전력을 스위칭하는 스위칭 주파수를 가변하여, 제1 무선 전송 방식 또는 제2 무선 전송 방식 중 하나의 방식으로 스위칭된 제1 전력을 무선 전송하는 무선 전력 공급부
    를 포함하는 전력 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 공급부에 의해 무선 전송된 전력의 피드백 정보에 따라 상기 스위칭 주파수를 가변하여 복수의 공진 주파수 중 하나의 주파수를 선택하는 제어부를 더 포함하는 전력 공급 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 공급부는
    상기 전력 변환부로부터의 상기 제1 전력을 스위칭하는 적어도 하나의 스위치를 갖는 스위칭부; 및
    상기 스위칭부의 스위칭에 따라 공진하여 스위칭된 전력을 무선 전송하는 공진부
    를 포함하는 전력 공급 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스위칭부는 제1 스위치와 제2 스위치를 구비한 하프 브리지 스위치를 갖는 전력 공급 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 공진부는
    상기 스위칭부의 제1 스위치와 제2 스위치 간의 연결점에 각각 연결되어 상기 스위칭 주파수에 따라 선택적으로 공진하는 제1 공진 유닛 및 제2 공진 유닛을 갖는 전력 공급 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 공진 유닛은 상기 제1 스위치와 제2 스위치 간의 연결점에 연결된 제1 캐패시터; 및 상기 제1 캐패시터에 직렬 연결된 제1 송전 코일을 포함하고,
    상기 제2 공진 유닛은 상기 제1 스위치와 제2 스위치 간의 연결점에 연결되는 제2 캐패시터; 및 상기 제2 캐패시터와 직렬 연결된 제2 송전 코일을 포함하는 전력 공급 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전력 변환부로부터의 상기 제1 전력을 안정화시켜 유선으로 전송하는 유선 전력 공급부를 더 포함하는 전력 공급 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유선 전력 공급부로부터의 전력을 직류/직류 변환하여 유선으로 전송하는 DC/DC 전력 변환부를 더 포함하는 전력 공급 장치.
  9. 입력 전력을 제1 전력으로 변환하는 전력 변환부; 및
    상기 제1 전력을 스위칭하는 스위칭 주파수를 가변하여 서로 다른 공진 주파수 대역을 갖는 무선 전송 방식 중 하나의 무선 전송 방식의 공진 주파수 대역 내의 주파수로 스위칭된 제1 전력을 무선 전송하는 무선 전력 공급부
    를 포함하는 전력 공급 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 무선 전력 공급부에 의해 무선 전송된 전력의 피드백 정보에 따라 상기 스위칭 주파수를 가변하여 복수의 공진 주파수 중 하나의 주파수를 선택하는 제어부를 더 포함하는 전력 공급 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 무선 전력 공급부는
    상기 전력 변환부로부터의 상기 제1 전력을 스위칭하는 적어도 하나의 스위치를 갖는 스위칭부; 및
    상기 스위칭부의 스위칭에 따라 공진하여 스위칭된 전력을 무선 전송하는 공진부
    를 포함하는 전력 공급 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 스위칭부는 제1 스위치와 제2 스위치를 구비한 하프 브리지 스위치를 갖는 전력 공급 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 공진부는
    상기 스위칭부의 제1 스위치와 제2 스위치 간의 연결점에 각각 연결되어 상기 스위칭 주파수에 따라 선택적으로 공진하는 제1 공진 유닛 및 제2 공진 유닛을 갖는 전력 공급 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 공진 유닛은 상기 제1 스위치와 제2 스위치 간의 연결점에 연결된 제1 캐패시터; 및 상기 제1 캐패시터에 직렬 연결된 제1 송전 코일을 포함하고,
    상기 제2 공진 유닛은 상기 제1 스위치와 제2 스위치 간의 연결점에 연결되는 제2 캐패시터; 및 상기 제2 캐패시터와 직렬 연결된 제2 송전 코일을 포함하는 전력 공급 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 전력 변환부로부터의 상기 제1 전력을 안정화시켜 유선으로 전송하는 유선 전력 공급부를 더 포함하는 전력 공급 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 유선 전력 공급부로부터의 전력을 직류/직류 변환하여 유선으로 전송하는 DC/DC 전력 변환부를 더 포함하는 전력 공급 장치.
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