KR20160088290A - 무선 전력 전송을 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력 단계 및 측정 단계를 포함하는, 송신기와 수신기 사이의 무선 전력 전송을 위한 방법에 관한 것으로서, 이 수신기는 측정 단계 동안 수신된 전력을 측정하고 송신기로 측정된 전력에 대한 정보를 전송하고, 송신기는 이 송신기로부터 출력된 전력을 수신기에 의해 측정된 전력과 비교하고 이로부터 전력 손실을 확인하고, 이 전력 단계는 전력 손실이 최대 허용가능한 임계치를 초과하면 억제되고 측정 단계 동안 송신기는 전력 단계 동안 출력되는 전력보다 작은 전력을 출력한다.

Description

무선 전력 전송을 위한 방법{METHOD FOR WIRELESS POWER TRANSMISSION}

본 발명은 전력 단계 및 측정 단계를 포함하는, 송신기와 수신기 사이의 무선 전력 전송을 위한 방법에 관한 것으로서, 이 수신기는 측정 단계 동안 수신된 전력을 측정하고 송신기로 측정된 전력에 대한 정보를 전송하고, 송신기는 이 송신기에 의한 전력 출력을 수신기에 의해 측정된 전력과 비교하고 이로부터 전력 손실을 판단하고, 이 전력 단계는 전력 손실이 최대 허용가능한 한계값을 초과할 때 억제된다.

전력의 무선 전송을 위한 방법들은 종래 기술에서 알려져 있다. 이 방법들은 예를 들어 무선 전화기와 같은 재충전 전자 장치들을 위해 제공된다. 이 목적을 위해, 충전되는 물체는 충전 패드 위에 놓여지고, 이때 송신기(충전 패드)와 수신기(충전되는 장치)는 최적인 전력 전송을 보장하기 위해 영구히 데이터를 교환한다. 이 프로세스 동안, 수신기는 송신기로부터 전력 레벨에 있어서의 변화들을 규칙적인 간격으로 요청한다. 다른 제조업자들로부터의 충전 장치들과 수신기들 사이의 상호운용(interoperability)을 보장하기 위해, 소위 "무선 전력 표준(Wireless Power Standard, WPC)"가 종래 기술에서 설립되었고, 이때 예를 들어 전송되는 전력과 같은 소정의 기술 데이터는 표준화되었다. 소위 "저전력 표준(Low Power Standard, LP)"은 이러한 표준을 대표한다. 이 표준은 무선 방식으로 송신기와 수신기 사이에서 5W를 전송한다.

송신기와 수신기 사이의 전송이 효과를 가지기 위해, "유효한" 수신기가 사실상 송신기의 충전 지역 안에 존재할 때, 종래 기술은 또한 소위 외계 물체 검출을 제공하는데, 이것은 송신기가 사실상 "유효한" 수신기와 연결되어 있고 또한 우연히 이 충전 지역 안에 존재할 수 있는, 예를 들어 동전과 같은 금속 외계 물체가 유효한 수신기에 더하여 송신 지역 안에 사실상 존재하지 않음을 증명하는 데 사용된다. 금속 외계 물체들은 송신기로부터 수신기로 전송되는 전자기 복사(electromagnetic radiation)를 흡수한다. 이 외계 물체 검출은 그러므로 외계 물체가 흡수된 전력에 의해 고온으로 가열되는 것을 방지한다.

외계 물체 검출은 수신기가 얼마나 많은 전력을 송신기로부터 수신하는지 측정하고 이 측정된 값을 송신기로 정보로서 전달하는 방식으로 작동한다. 이 송신기는 차례로 전달된 이 정보를 이로부터의 전력 출력과 비교한다. 전력 손실(전송된 전력 - 수신된 전력)이 미리 결정된 값을 초과하는 경우에 있어서, 외계 물체는 송신기의 전송 지역 안에 존재하고 허용된 것보다 더 많은 전력을 수신한다고 가정한다. 이 경우에 있어서, 전력 전송은 방해받는다. 전력 손실을 위해 미리 결정된 이 임계치는 채용된 측정 시스템의 측정 정확도 및 전력이 송신기로부터 수신기로 전달되는 개별적인 표준에 종속된다. 저전력 표준에 있어서, 5W의 전력이 출력된다. 대략 5%의 보통의 측정 정확도에서는 250 mW까지 내려간 정확도를 가지고 전력 손실을 측정하는 것이 가능하다. 이 250 mW의 전력 손실은 외계 물체가 예를 들어 80°까지 가열되는 것으로 귀결된다. 이러한 가열은 안전의 측면에서는 수용가능할 수 있다.

하지만, 더 높은 레벨의 전력이 송신기와 수신기 사이에서 전송되면, 5%의 측정 정확도를 가지고, 가능한 외계 물체에 대하여 상당히 더 높은 온도가 야기된다. 15W의 출력 전력을 전송하는, 소위 중간 전력 표준에 있어서의 전력의 전송에서, 전력 손실의 정확한 측정은 750 mW까지 내려가서 가능한데, 하지만 이것은 외계 물체의 과도한 가열로 귀결될 수 있다.

상기에서 설명된 문제점에 기초하여, 본 발명의 목적은 정확하게 측정된 방식으로, 특히 특정한 전력 표준의 사용과는 독립적인 방식으로, 외계 물체 검출을 가능하게 해줘서, 이로써 외계 물체들의 과도하고 위험한 가열을 방지하는 송신기와 수신기 사이에서 무선 전력 전송을 위한 방법을 제공하는 데 있다.

상기에서 설명한 목적의 해결을 위해, 본 발명은 전력 단계(power phase) 및 측정 단계(measurement phase)를 포함하는, 송신기와 수신기 사이의 무선 전력 전송을 위한 방법을 제안하는데, 이때 상기 송신기는 상기 전력 단계 동안 전송되는 전력보다 작은 전력을 상기 측정 단계 동안 전송한다.

본 발명에 따르면, 외계 물체 검출이 이로써 전력 단계의 전력 레벨과 비교했을 때 더 낮고 전력 손실이 가능한 외계 물체의 과도한 가열로 이어지지 않는 방식으로 크기지어지는 전력 레벨에서 발생된다. 따라서, 측정 단계를 수행하기 위해, 송신기로부터 전송되는 전력은 금속 외계 물체가 존재하는 경우에 있어서 또한 안전을 보장하는 정도로 감소된다.

본 발명은 개별적으로 사용될 수 있거나 또는 상기에서 설명된 요지와 조합되어 사용될 수 있는 특징들을 더 포함한다.

본 발명의 하나의 특징에 따르면, 측정 시스템의 미세조정(calibration)이 측정 단계 동안 수행된다. 상기 미세조정은 전역을 측정할 때 측정의 부정확성을 감소시키기 위해 사용된다. 본 발명에 따른 응용에 있어서 전력은 송신기, 예를 들어 충전 스테이션으로부터 수신기, 예를 들어 휴대 단말기로 무선으로 전송되는데, 미세조정은 특히 이하의 측면들을 보상할 수 있다. 먼저, 송신기 및/또는 수신기, 특히 송신기 및/또는 수신기 IC 뿐만 아니라 연관된 불연속 구성요소들(트랜지스터들, 다이오들, 수동 구성요소들, 페라이트들을 포함하는 송신기 및 수신기 코일들)의 제조 오차범위들이 있는데, 이것들은 송신기 및/또는 수신기의 작동에 필요하다. 두번째로, 송신기 및/또는 수신기(예. 충전 스테이션, 휴대폰)의 기계적 제조 오차범위들이 있는데, 예를 들어 이 구성요소들의 위치는 송신기 및 수신기 코일들의 바로 옆에 근접한다(direct vicinity). 이러한 둘레 구성요소들(surrounding components)은 전자기장 및 이로써 전송의 전력 손실에 영향을 미칠 수 있고 전송의 전력 손실은, 차례로 측정 정확도에 영향을 미친다. 즉, 수신기는 휴대 장치에 의해 수신되는 전체 전력을 송신기로 리포트해야 함을 제안할 수 있다. 이것은 또한 예를 들어 둘레 구성요소들에 있는 전력 손실을 포함할 수 있다. 둘레 구성요소들의 위치에 있어서의 오차범위들은 이로써 측정 결과들의 정확도에 영향을 미친다. 세번째로, 이 측면들은 수신기 수신 전력의 부하의 제조 오차범위들, 예를 들어 재충전가능 배터리의 물리적 또는 화학적 제조 오차범위들을 포함할 수 있다. 무선 충전을 위해 맞도록 적응된 장치들에 있어서, 전체 배터리가 페라이트 또는 금속 쉴드에 의해 보호되지않는 한, 재충전가능한 배터리는 종종 수신기 코일의 바로 옆에 근접하고 이로써 시스템의 전력 손실에 주요한 영향을 미친다. 한편, 전체 배터리의 쉴딩은 종종 기계적 또는 비용적인 이유로 실행가능하지 않아서 무선 전력 전송 시스템에의 배터리의 영향은 종종 상당하다. 재충전가능한 배터리들(축전지들, accumulators)은 거대한 제조 오차범위들에 종속되고 추가적으로 강한 에이징 효과(aging effect)를 보여준다. 나아가, 전자기장에 크게 다양한 영향들을 줄 수 있는 서로 다른 제조업자들로부터의 축전지들이 종종 사용된다. 원칙에 조건적으로, 이 영향은 무선 방식으로 충전할 수 있는 장치의 제조에 고려할 수 없다. 네번째로, 이 측면들은 장치의 개선 동안 외계 물체 검출을 설정할 때 부정확함에 대한 것일 수 있다. 다섯번째로, 수신기 또는 송신기 IC에서 수신된 전력의 계산에 있어서의 부정확함이 고려된다. IC 내부에서의 계산들은 다양한 인자들로 인해 전력 계산에 있어서 추가적인 부정확함을 도입할 수 있다. 예를 들어, 어떤 수신기 IC들은 단지 제한된 불연속적인 개수의 전력 교정 값들을 제공한다. 따라서, 최적 전력 교정 값은 실제로 선택가능한 미리 프로그램된 전력 교정 값과는 먼 퍼센트일 수 있고, 이 사실은 상기에서 언급된 오차범위들에 더하여 측정 정확도를 명백히 악화시킬 수 있다.

이러한 오류의 소스들은 2 가지 효과들을 가질 수 있다. 상기에서 언급된 부정확함 때문에, 수신기는 예를 들어 실제로 수신된 전력보다 더 큰 전력을 리포트한다면, 추가적으로 존재하는 외계 물체는 송신기가 이 조건을 확인하지 않고, 허용된 것보다 더 많은 전력을 수신할 수 있다. 하지만, 상기에서 언급된 부정확함 때문에 수신기는 실제로 수신된 전력보다 더 낮은 전력을 리포트한다면, 송신기는 외계 물체가 존재하지 않는 경우에 있어서 또한 전력 전송을 정지할 수 있다.

본 발명의 범위 안에서 제안되는 미세조정의 목적은 상기에서 언급된 부정확함을 확인하고 보상하는 데 있다. 이를 위해, 수신기는 고정되어 정의된 상태에서 (측정 단계 동안) 수신된 전력을 측정한다.

이 상태는 특히 하나 또는 그 이상의 측정된 변수들(variables)의 고정된 정의에 의해 측정 섹션에서 오류-발생가능(error-prone) 또는 오차-발생가능(tolerance-prone) 파라미터들(parameters)을 배제하는 데 특징이 있다. 예를 들어 수신기에 있어서의 입력 전력은 미리 결정된 값으로 일정하게 유지되고 예를 들어 다른 측정된 파라미터들의 함수로 가변되지 않는 것이 제안될 수 있다. 이런 방식으로, 오류들의 소스들은 배제될 수 있고 측정 섹션의 실제 파라미터들의 측정은 이로써 개선될 수 있다.

따라서, 측정 단계에서, 수신기는 정상 작동 동안, 특히 미세조정 동안 실제 부하와 다른 미리 정의된 측정 부하를 이용할 수 있다. 수신된 측정 전력은 그후 특히 측정 부하로 배타적으로 공급된다. 이 측정 부하의 크기는 추가의 측정 부정확함이 도입되는 것을 방지하기 위해 정확하게 알고 있어야 한다. 실제 (외부) 부하 (예. 충전되는 축전지)는 측정에 영향을 미치기 때문에, 수신기 IC의 전력 출력은 측정 단계 동안 비활성화될 수 있다. 이것은 무선 전력 송신기들에 의해 수신되는 모든 에너지가 이 측정 부하로 흐른다는 장점을 가진다.

측정 단계에서, 특히 미세조정 동안, 송신기는 미리 정의된 전력을 수신기로 전송한다. 이 전력의 양은 수신기에 저장될 수 있다. 이 수신된 전력으로부터, 수신기는 측정 부하에 기초하여 매우 정확하게 측정할 수 있는데, 수신기는 어느 정도의 전력 손실이 추후 전력 전송 단계에서 고려되어야 하는지 결정할 수 있다.

전력 단계 동안 더 높은 전력 전송에 있어서의 전력 손실은 측정 단계의 측정된 전력과 관련하여 거의 선형적으로 행동한다. 하지만, 몇몇의 경우에 있어서, 예를 들어 전력 전송의 높은 레벨들에서 페라이트의 포화로 인해, 비선형적 행동이 고려되어야 한다. 원칙에 조건적으로, 이것은 낮은 전력 전송에서 측정될 수 없다. 대응하는 그래디언트(gradient) 및 전력 손실의 오프셋을 결정하기 위해, 미세조정이 서로 다른 레벨들의 전력에서 수행되는 것이 유리할 수 있다. 즉, 수 개의 서로 다른 측정 전력 레벨들을 가지는 전력 손실을 측정하는 것이 유리할 수 있다. 전력 손실의 그래디언트는 전자기 복사의 정상 흡수에 의해 야기된다. 오프셋은 예를 들어 전송되는 전력의 세기에 종속되지 않는 수신기 IC에 있어서의 손실들에 의해 야기될 수 있다.

본 발명의 유리한 특징에 따르면, 측정 부하(예. 저항)은 수신기, 특히 수신기 IC에 직접 통합될 수 있다. 이것은 특히 전송되는 전력이 측정 단계 동안 제한되는 경우에 있어서 유리하다. 이러한 통합된 측정 부하는 수신기, 특히 IC의 제조시 매우 정확한 값으로 설정될 수 있다. 이것은 대응되게 수신되는 전력(이로써 전력 손실)의 정확한 측정을 가능하게 한다. 높은 전력의 전송 동안 통합된 측정 부하들의 사용을 가지고 전력 손실을 측정하는 것은 IC들의 열적 부하 때문에 어렵다. 전체 전송되는 전력 - 전력 손실들은 측정 부하로 소실되어야 한다. 더 높은 전력 손실들을 수령할 수 있는, IC의 외부 측정 부하는 가능하지만, 선호되지는 않는다. 이 경우에 있어서, 측정 부하는 차례로 시스템에 강하게 영향을 미칠 수 있는 불명확함(uncertainties), 예를 들어 상기에서 언급된 제조 오차범위 및 회로 구현시 부정확함(inaccuracies)에 종속될 수 있다. 나아가, 더 높은 부하들을 위한 이러한 측정 부하는 큰 공간을 필요로 하고, 이것은 종종 주어진 응용들에서 유리하지 않다. 게다가, 단말 장치에 있어서의 높은 측정 부하에서의 측정은, (반복) 측정 단계 동안 단시간 동안에서조차도, 매우 높은 열적 부하를 야기시킨다. 대체로, 이러한 단점들은 이 실시예가 특히 유리하기 때문에, 수신기에 통합된 측정 부하를 가지고 제거될 수 있다.

현재까지 상기에서 설명된 미세조정 없이 대량 생산의 비용 레벨에서 5%의 범위에 있는 수신기의 측정 정확도를 가지는 장치들을 제조하는 것이 가능했다. 따라서, 전송되는 전력 5W를 가지고, +/-250mW의 측정 부정확도가 획득될 수 있고, 이것은 오차범위 한계 내에서 통상적인 외계 물체의 가열을 유지할 수 있다. 전력 전송이 15W까지 증가될 때, 외계 물체에 있어서의 가능한 전력 손실은 대응적으로 더 이상 안전하다고 고려될 수 없는 온도까지 증가한다. 소위, 5%의 측정 오차범위는 750mW의 외계 물체에 있어서의 전력 손실이 안전하게 결정가능한 전력 손실이 아닌 것으로 귀결된다.

상기에서 설명된 미세조정을 가지고 측정 정확도는 시스템 구성요소들을 위한 상당한 추가적인 노력 및 비용 없이도 예를 들어 2%로 개선될 수 있다. 15W 및 2%의 측정 정확도에서, 이것은 300mW의 외계 물체에 있어서의 가능한 전력 손실에 대응되는데, 현재까지 안전한 것으로 간주될 수 있다. 따라서, 상기에서 설명된 미세조정이 사용되면, 측정 정확도는 가능한 한 표준 구성요소들을 사용하여 상당히 증가될 수 있고, 15W의 상대적으로 높은 전력의전송시 신뢰할만한 외계 물체 검출이 가능한 정도까지 증가될 수 있다.

본 발명의 대체적인 또는 추가적인 특징에 따르면, 전력은 측정 단계, 특히 미세조정과 전력 단계 사이에서 점진적으로 변경될 수 있다. 이러한 종류의 전력 레벨에서의 변경은 수신기 및/또는 송신기의 일부에서 시작될 수 있다. 이 점진적 변경은 정의된 시간 간격 안에서 발생할 수 있다. 즉, 그 안에서 원하는 전력 값까지의 변경으로 종료되어야 하는 최대 지속시간을 제안할 수 있다. 다시 말하면, 미리 결정된 종류의 변경 특성이 있을 수 있다. 기공지된 변경 특성의 검출에 의해, 송신기 및/또는 수신기는 측정 단계와 전력 단계 사이에서 발생하는 전이를 위해 준비될 수 있다.

예를 들어, 송신기가 전력을 일정하게 유지하거나 또는 전력을 증가시키는 것이 필요함에도 불구하고 수신기가 감소하는 전송되는 전력을 검출한다면 또한 전력이 이전에 정의된 정도로 이전에 정의된 시간 간격으로 감소된다면, 수신기는 송신기가 측정 단계를 시작하려고 한다고 가정해야 한다. 따라서, 수신기는 가용한 전력을 갑자기 빼앗기지 않기 때문에 측정 단계 준비를 할 수 있다. 수신기는 종종 무선으로 전송되는 전력으로부터 작동에 필요한 전력을 획득한다. 이 무선으로 전송되는 전력의 갑작스런 손실시, 수신기는 예를 들어 전력 손실에 대하여 수신기를 통해 전력이 공급되는 장치에게 경고할 수 없다.

전력의 감소는 미리 정의된 시간 간격 안에서 발생해야 하고 미리 정의된 값을 유지해야 한다. 왜냐하면 그렇지 않으면 수신기는 다른 전력 감소들을 측정 단계의 시작으로 잘못 해석할 수 있기 때문이다. 이러한 전력 감소들은 예를 들어 송신기의 전기 전류의 손실에 의해 또는 충전 스테이션으로부터 수신기 장치를 제거함으로써 야기될 수 있다.

또한 변경 특성으로서 예를 들어 값 "초당 전력 변화"이 미리 결정될 수 있고, 이 검출시 측정 또는 전력 단계는 시작될 필요가 있다.

본 발명의 추가적인 또는 대체적인 특징에 따르면 측정 단계들 및 전력 단계들은 연속된 시간에서 교대하는 것이 제공될 수 있다. 이 측정 단계는 규칙적인 간격들에서 높은 정도의 안전을 보장하기 위해 연속된 전력 단계들 사이에서 특정 시간 간격으로 반복된다.

또는, 한 번의 측정 단계가 전력 단계 전에 연속된 시간에서 수행되는 것 또한 제공될 수 있다. 측정 단계는 긴 연속된 전력 단계 전에 초기 프로세스로서 작용한다. 이 실시예의 변형은 충전 프로세스 동안 외계 물체가 송신기과 수신기 사이에 있고 이로써 가열될 수 있는, 송신기와 수신기의 구조적 조건들 아래에서는 상대적으로 그렇지 않다는 가정에 기초한다. 15W의 출력 전력(중간 전력 표준)의 전송에 적용될 때, 전력 손실은 예를 들어 5W 측정 단계 안에서 (저전력 표준) 측정될 수 있고 또한 계산된 전력 손실은 기록되어 15W에서 또한 측정 정확도를 보장하기 위한 미세조정으로 작용한다. 15W 전력 단계로부터 5W 측정 단계로의 이러한 스위칭 및 그 역은 모든 표준들이 서로 양립될 수 있고 특히 동일한 전송 주파수를 가지기 때문에 가능하다. 측정 단계 동안 외계 물체가 검출되지 않은 경우에 있어서, 즉, 전력 손실이 최대 허용가능한 임계치 이하일 때, 전력 단계는 스위칭된다.

전력 단계 동안, 상기 송신기는 5W 보다 많은 전력, 특히 15W를 출력하는 것이 제공된다. 이러한 구성을 가지고, 본 발명으로부터 특히 유리한 방식으로 이익을 받는 것이 가능하다. 5W보다 많은 출력 전력, 특히 15W를 가지는 전력 단계들은 전력 손실을 안전하게 측정하는 데 적합하지 않다. 측정이 전력 단계의 출력 전력(예. 15W)에서 수행되었다면, 최종 전력 손실은 5%의 측정 정확도에서 250mW일 것이고 최종 외계 물체 온도는 이에 따라 예를 들어 80℃보다 높을 것이다. 이것은 위험한 화상 또는 화재로 이어질 수 있다. 5W보다 크게 전력 단계 동안 전송될 때는 언제나 본 발명이 유용하고 유리하다.

송신기가 측정 단계 동안 최대 5W의 전력을 전송하는 것이 특히 바람직하다. 하지만 또한 5W보다 명백히 낮은 전력이 전송될 수 있다. 이로써 측정 단계 동안 전송되는 전력은 바람직하게 전력 단계 동안 전송되는, 5W보다 큰 전력, 특히 중간 전력 표준에서는 15W보다 작다. 따라서, 이 구성은 유리하게도 높은 전력을 가지는 전력 단계 및 낮은 전력을 가지는 측정 단계로 귀결되어 높은 전력이 한편으로는 전력 단계 동안 전송될 수 있고 다른 한편으로 외계 물체 검출이 측정 단계 동안 화재 또는 부상의 위험 없이 수행될 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따르면, 송신기는 측정 단계를 시작한다. 이 경우에 있어서, 송신기는 예를 들어 5W의 출력 전력을 그 자체의 개시로 전송한다. 측정 단계들 동안의 측정의 반복 주파수는 유리하게도 종래 기술에서 알려진 전력 단계 동안의 측정의 반복 주파수에 대응한다. 현존하는 중간 전력 표준에 있어서, 외계 물체 측정의 반복 주파수는 통상 1.5s 및 최대 4s이다. 이것은 2 개의 연속하는 측정들 사이의 시간 차는 1.5s 및 최대 4s에 이르는 것을 의미한다. 이러한 방식으로, 수신기가 송신기로 수신된 전력에 대한 정보를 리포트하는 데 필요한 시간 간격이 동시에 정의된다. 따라서, 2개의 리포트들 사이의 간격은 통상적으로 1.5s일 수 있지만, 또한 최대 4s일 수 있다. 수신기는 5W로의 전력의 감소에 의해 측정 단계를 인식하고 그 결과 이 측정 단계 동안 수신된 전력을 측정하고 송신기로 다시 그 정보를 전송한다. 수신기가 정보를 수신한 후, 전송된 전력과 수신된 전력 사이의 측정된 전력 손실이 미리 결정된 임계치를 초과하지 않는다면, 이것은 전력 단계의 전력까지, 즉 5W보다 큰, 특히 15W까지, 전송된 전력을 증가시킨다. 이 송신기가-시작하는 전력 레벨의 변화를 위해, 단지 단순한 구조의 수신기가 필요하다.

또는, 수신기가 측정 단계를 시작하는 것이 제공될 수 있다. 이 실시예의 변형에 있어서, 수신기는 전송되는 전력을 예를 들어 5W까지 감소시키기 위해 송신기를 재촉한다. 이 경우에 있어서, 측정 단계 동안 측정들의 반복 주파수는 유리하게도 종래 기술에서 알려진 전력 단계들 동안의 측정들의 반복 주파수에 대응하는데, 이때 반복 주파수는 이 변형에 따라 2 개의 측정들 사이의 최대 허용가능한 시간 간격(4s) 안에 남아 있는 한 수신기가 언제 측정을 할지 결정할 수 있기 때문에, 다소 변경된다. 유리하게도, 이 수신기의 "요청(request)"은 특정 데이터 포맷 "외계 물체 검출"을 이용해 만들어지는데, 이것은 보통의 실행오류 데이터 패킷(common misperformance data packet)과 비교하여 프로세스를 가속화시킬 수 있다. 전력 감소 후, 수신기는 측정 단계 안에서 수신된 전력을 측정하고 이 정보를 송신기로 리포트한다. 송신기는 이 정보를 수신하고 이로부터 전송된 전력과 수신기로부터 수신된 전력을 비교한다. 이러한 방식으로 판단된 전력 손실에 종속하여, 전력 전송이 계속되거나 안되거나 한다. 즉, 전력 손실이 미리 결정된 임계치 이하인 경우에 있어서, 수신기는 측정 전력보다 더 높은 출력 전력을 다시 요청할 수 있다. 유리하게도 수신기 그 자체가 측정 단계를 시작하기에 최적인 시각을 자발적으로 결정할 수 있다. 특히 수신기가 전력에 있어서 작은 차이들이 전력 단계와 측정 단계 사이에서 송신기 및 수신기 그 자체에 모두 존재하는, 시작을 위한 시각을 선택하는 것이 가능하다. 수신기는 특히 현재의 충전 전류에 종속하여 최적의 시각을 선택할 수 있다. 게다가, 송신기로부터 전송되는 전력이 수신기에 의해 요청되기 때문에, 수신기가 전송되는 전력의 점진적인 감소를 시작하여 전력 단계의 전력과 측정 단계의 전력 사이에서 전력에 있어서 점진적인 변경은 없지만 연속적인 전력 손실이 있는 것이 가능하다. 이로써 수신시와 송신기의 집적 회로들 안의 전자기 간섭 장의 발생이 방지된다.

이하에서 본 발명은 예들을 들어 보다 더 상세히 설명될 것이다.
도 1
a)는 그 위에 놓인 수신기를 가지는 송신기
b)는 그 위에 놓인 외계 물체를 가지는 송신기
c)는 그 위에 놓인 수신기 및 외계 물체를 가지는 송신기가 도시되어 있다.
도 2는 송신기가-시작하는 프로세스 동안 송신기 및 수신기의 전력 특성들을 보여준다.
도 3은 수신기가-시작하는 프로세스 동안 송신기 및 수신기의 전력 특성들을 보여준다.
도 4는 송신기와 수신기 사이의 가능한 전력 흐름의 블록도이다.

도 1 a) 내지 c)는 송신기(1)가 있을 수 있는 서로 다른 상황들이 도시되어 있다.

a)에 따르면, 수신기(2)는, 예를 들어 무선 전화기는 송신기(1)와 통신한다. 전력을 전송하기 전에, 수신기(2)는 송신기(1)에게 그 자체를 인식시킨다. 이 단계에서, 송신기(1)는 바람직하게 측정 단계(5)에 있어 단지 낮은 전력만을 출력한다. 측정의 목적을 위해, 송신기(1)는 수신기(2)로부터 수신기(2)가 송신기(1)로부터 수신한 전력에 대한 정보를 포함하는 응답 신호를 수신한다. 이제 송신기는 이로부터 전송된 전력과 수신기(2)로부터 다시 전송된 전력으로부터의 차이로서 전력 손실을 계산한다. 이 전력 손실의 정도가 최대 임계치 이하인 경우에 있어서, 송신기(1)는 수신기(2)를 "유효한 물체"로 인식하고 측정 단계(5)(예. 5W)로부터 전력 단계(예. 15W)로 스위칭한다. 이후 수신기(2)는 15W 전력으로 충전된다.

b)에 따르면, 송신기(1)에 놓이는 외계 물체(3)만이 있다. 이 외계 물체(3)는 예를 들어 동전일 수 있다. 전자기장에 있어서의 변화에 기초하여, 송신기(1)는 장-흡수 물체(3)가 송신기 위에 놓여 있다고 인식한다. 결과적으로, 송신기(1)는 수신기(1)가 통상적으로 피드백을 통해 송신기(1)에게 그 자체를 인식시키는 것에 도움을 받아, 단시간에 출력 전력을 증가시킨다. 하지만, 외계 물체(3)는 이러한 피드백 능력들을 가지고 있지 않기 때문에, 송신기(1)는 부족한 피드백의 결과로서 출력 전력을 다시 컷 오프시킨다.

c)에서, 수신기(2) 및 외계 물체(3) 둘 다가 송신기(1)와 접촉되어 있는 상황이 도시되어 있다. 이 상황에 있어서, 송신기(1)는 수신기(2)로부터 수신기(2)가 송신기(1)로부터 수신한 전력에 대한 정보를 수신한다. 송신기(1)에 추가적으로 놓여 있는, 외계 물체(3) 때문에, 수신기(2)는 외계 물체(3)가 없는 경우보다 더 낮은 송신기(1)로부터의 전력을 수신한다. 송신기(1)는 그후 이로부터 전송된 전력과 수신기(2)에 의해 수신된 전력을 비교하고 차이, 즉 전력 손실을 계산한다. 이 전력 손실이 미리 결정된 임계치를 초과하는 경우에 있어서, 전력 단계는 시작되지 않는다. 즉, 송신기(1)는 외계 물체(3)가 제거될 때까지 측정 단계(5)에 남아 있다. 전력 손실이 단지 측정 방법에 종속하는 정확도를 가지고 결정될 수 있기 때문에, 외계 물체(3)의 존재가 검출될 수 없고 이로부터 후자가 가열되는 "음영 지역(dark zone)"이 생성된다. 따라서, 전력 손실을 위한 임계치는 측정 시스템의 측정 정확도에 의해 미리 결정된다.

도 2는 전력 단계(4)와 측정 단계(5) 사이의 스위칭이 송신기(1)에 의해 시작되는 예를 보여준다. 이 예는 본 발명에 따른 방법이 전력 단계들(4)과 측정 단계들(5)이 교대로 수행되는 실시예의 변형으로 안내된다. 송신기(1)가 15W 전력을 전송하는, 전력 단계(4)에 기초하여, 미리 결정된 시간 간격 후 송신기(1)는 15W로부터 5W로 전송되는 전력을 스위칭한다. 5W의 전력의 전송은 여기서 측정 단계에 대응한다. 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 이것은 15W으로부터 5W까지의 점진적 감소로 귀결된다. 본 발명은 다른 전력 값들로 또한 구현될 수 있지만, 개별적으로 언급된 출력 전력은 중간 전력 표준 및 저전력 표준의 전력에 대응한다. WPC MP 표준(Medium Power Standard)에 있어서, 개별적인 전송들 사이의 간격은 통상 1.5s 및 최대 4s에 대응한다. 측정 단계(5) 동안, 수신기(2)는 송신기(1)로부터 수신된 전력을 측정하고 이에 대응하여 수신된 전력에 대해 송신기(1)로 통지한다. 본 예에 있어서, 수신된 전력은 4W에 이른다. 그후 송신기(1)는 이로부터 전송된 전력(5W)와 수신기(2)에 의해 수신된 전력(4W) 사이의 차이를 계산한다. 차이(0.2W), 즉 전력 손실이 미리 결정된 임계치 이하인 경우에 있어서, 외계 물체(3)가 송신기 상에 존재하지 않는 것으로 추측될 것이다 (이것은 본 경우에 있어서 가정된다). 그후 송신기(1)는 다시 이로부터 전송된 전력을 5W로부터 15W로 스위칭한다. 이 행위로, 다음 전력 단계(4)가 시작한다. 전력 단계(4)와 측정 단계(5) 사이의 스위칭은 미리 결정된 간격에서 발생할 수 있다. 하지만 이 스위칭이 불규칙한 간격에서, 예를 들어 수신기(2)로부터 전송되는 지시에 기초하여, 발생하는 것 또한 가능하다. 이때 지시는 수신기(2)에 의해 적절하다고 여겨지는 순간에 전송된다.

도 3은 전력 레벨에 있어서의 변화가 수신기(2)에 의해 시작되는 방법을 보여준다. 송신기(1)에 의해 자유롭게 결정될 수 있는 시각에, 송신기(1)는 전송되는 전력을 감소시키기 위해 수신기(2)에 의해 촉진되어 측정 단계(5)는 더 낮은 출력 전력을 가지고 수행될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 수신기(2)는 전력이 15W에서 5W까지 감소될 때까지 전송되는 전력을 연속적으로 감소시키도록 점진적으로 송신기(1)에 요청할 수 있다. 수신기(2)는 그 현재 충전 및 부하 전류 상황(load current situation)에 따라 전송되는 전력을 스위칭하는 가장 적절한 시각을 결정할 수 있다. 수신기(2)가 단지 15W 중 13W만 수신하는 경우에 있어서, 주어진 예와 같이, 동일하게 외계 물체(3)가 송신기(1)와 수신기(2) 사이에 존재하는지 증명하는 즉각 측정 단계(immediate measurement phase, 5)를 촉발할 수 있다. 측정 단계(5) 동안, 수신기(2)는 송신기(1)로부터 수신된 전력을 측정하고 이 측정 결과에 대하여 송신기(1)로 통지한다. 송신기(1)가 수신기(2)로부터 이 정보를 수신한 후, 전력 손실을 계산하고 또한 외계 물체의 존재가 가정된다면 외계 물체(3)가 제거될 때까지 전력 단계(4)로 스위칭되는 것을 방지한다. 한편, 전력 손실이 개별적으로 미리 결정된 임계치 이하라면, 송신기(1)는 수신기(2)로부터의 요청으로, 전력을 측정 전력, 예를 들어 5W에서 전력 단계(4)를 위한 전력, 예를 들어 15W로 다시 스위칭한다.

도 4는 송신기(1)와 수신기(2) 사이의 가능한 전력 흐름의 일 실시예를 보여준다. 송신기(1)는 입력 전력(10)으로서 공급되는 전력을 수신기(2)로 방출한다. 수신기(2)에서는 일 측에 실제 부하(7) 및 타 측에 측정 장치와 같은 예시적인 방식으로 도시되어 있다. 실제 부하(7)는 수신기(2) 안에서의 전송 거리 - 측정 장치(9)를 나타낸다. 실제 부하(7)는 특히 충전되는 배터리(예. 스마트폰의 배터리)를 포함한다. 게다가, 또한 이것은 배터리 및/또는 수신기, 특히 수신기 IC의 제조 오차범위, 배터리 및/또는 수신기의 기계적인 제조 오차범위, 외계 물체 검출의 설정에 있어서의 오류들, 아날로그에서 디지털로의 변환에 의해 야기되는 계산-관련 부정확함 등과 같은 오류를 포함한다.

정상 작동 동안, 측정 장치(9)는 이 실제 부하(7) 및 이로 인해 모든 관련 있는 오류들 및 오차범위들을 측정한다. 미세조정의 목적을 위해 이제 수신기(2) 안에서 실제 부하(7)와 측정 부하(8) 사이에서 스위치될 수 있는 것이 제안된다. 스위치(6)는 이 목적으로 제공된다. 스위치(6)는 집적 회로의 일 부분일 수 있고 및/또는 대응하는 제어 유닛으로부터 스위칭하기 위한 신호들을 수신할 수 있다.

스위치(6)의 스위칭 위치에 종속하여, 입력 전력(10)은 실제 부하(7)에 배타적으로 적용되거나 또는 측정 부하(8)에 배타적으로 적용된다. 양 부하들은 측정 장치(9)에 연결되어 있다. 그러므로 측정 장치(9)는 실제 부하(7) 및 측정 부하(8)에 적용되는 전력 모두를 측정할 수 있다.

측정 부하(8)는 부하, 예를 들어 저항이 매우 정확하게 결정될 수 있는, 상기에서 이미 설명된 장점을 가진다. 이것은 측정 장치(9) 안에서 이용가능한 측정 부하(8)에서 측정되어야 하는 전력에 대한 매우 정확한 정보가 있다는 것을 의미한다. 따라서, 상기에서 설명된 오류들의 품질은 가능하게 측정되는 편차로부터 정확하게 추측될 수 있다.

측정 장치(9)는 측정 전력(11)을 출력한다. 이것은 송신기(1)로 전송될 수 있어 동일하게 이로부터 전송되는 입력 전력(10)과 일 측 상의 수신기(2) 및 타 측 상의 측정된 측정 전력(11)과 비교할 수 있다.

따라서 유리한 다른 개선에 따르면, 측정 부하(8)는 측정 장치(9)와 함께 IC에 통합될 수 있다. 그러므로 측정은 보다 더 정확하게 수행될 수 있어 오류들은 보다 정확하게 확인될 수 있다.

상기에서 설명된 미세조정은 수신기(2)에 있어서의 오류들이 개별적으로 전력 손실을 공유하도록 하는데, 이것은 매우 정확하게 검출될 수 있다. 이러한 방식으로, 측정 시스템의 정확도는 고가의 구성요소들을 이용할 필요 없이 명백하게 증가될 수 있다. 이러한 방식으로 15W와 같은, 중간-규모 전력의 무선 전력 전송을 구현하는 것도 가능한 한편, 외계 물체들은 이전에서와 같이 필요한 정확도 (대략 250 mW)를 가지고 검출될 수 있다.

1: 송신기(transmitter) 2: 수신기(receiver)
3: 외계 물체(foreign object) 4: 전력 단계(power phase)
5: 측정 단계(measurement phase) 6: 스위치(switch)
7: 실제 부하(real load) 8: 측정 부하(measuring load)
9: 측정 장치(measuring device) 10: 입력 전력
11: 측정 전력 12: IC

Claims (15)

1. 전력 단계(4) 및 측정 단계(5)를 포함하는, 송신기(1)와 수신기(2) 사이의 전력의 무선 전송을 위한 방법에 있어서, 상기 수신기(2)는 측정 장치(9)를 이용해 상기 측정 단계(5) 동안 수신된 전력을 측정하고 상기 송신기(1)로 측정된 전력에 대한 정보를 전송하고, 상기 송신기(1)는 이로부터 전송된 전력을 상기 수신기(2)로부터 측정된 전력과 비교하고 이로부터 전력 손실을 확인하고, 상기 전력 단계(4)는 상기 전력 손실이 최대 허용가능한 임계치를 초과할 때 억제되고,
   상기 송신기(1)는 상기 전력 단계(4) 동안 상기 전력 출력보다 더 낮은 상기 측정 단계(5) 동안 전력을 출력하고, 상기 측정 장치(9)의 미세조정은 상기 측정 단계(5) 동안 수행되는 것을 특징으로 하는, 전력의 무선 전송을 위한 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 미세조정의 목적을 위해 실제 부하와 측정 부하 사이의 스위칭은 상기 수신기에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 전력의 무선 전송을 위한 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 미세조정의 목적을 위해 상기 수신기의 상기 측정 장치에 통합되는 측정 부하로의 스위칭이 수행되는 것을 특징으로 하는, 전력의 무선 전송을 위한 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 미리 정의되고 상기 측정 장치 내에 저장되는 전력이 미세조정 동안 상기 송신기로부터 상기 수신기로 전송되는 것을 특징으로 하는, 전력의 무선 전송을 위한 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 미세조정 동안 크기가 서로 다른 적어도 2개의 전력 레벨들이 상기 송신기로부터 상기 수신기로 전송되는 것을 특징으로 하는, 전력의 무선 전송을 위한 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 측정 단계 동안, 특히 미세조정 동안, 송신기로부터 수신기로 전송되는 전력은 최대값으로 제한되는 것을 특징으로 하는, 전력의 무선 전송을 위한 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 단계들(5)와 전력 단계들(4)은 연속된 시간에서 교대하는 것을 특징으로 하는, 전력의 무선 전송을 위한 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 단계들(5), 특히 상기 미세조정은 규칙적인 시간 간격들에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 전력의 무선 전송을 위한 방법.
9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전력 단계(4) 전에, 한 번의 측정 단계(5) 및/또는 미세조정이 수행되는 것을 특징으로 하는, 전력의 무선 전송을 위한 방법.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전력 단계(4) 동안, 상기 송신기(1)는 5W보다 큰 전력, 특히 15W을 출력하는 것을 특징으로 하는, 전력의 무선 전송을 위한 방법.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 단계(5) 동안, 상기 송신기(1)는 최대 5W의 전력을 출력하는 것을 특징으로 하는, 전력의 무선 전송을 위한 방법.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 송신기(1)은 측정 단계(5)를 시작하는 것을 특징으로 하는, 전력의 무선 전송을 위한 방법.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수신기(2)는 측정 단계(5)를 시작하는 것을 특징으로 하는, 전력의 무선 전송을 위한 방법.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전력은 상기 전력 단계와 상기 측정 단계 사이의 전이에서 점진적으로 변경되는 것을 특징으로 하는, 전력의 무선 전송을 위한 방법.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 전력의 점진적 변경은 미리 정의된 시간 간격에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 전력의 무선 전송을 위한 방법.

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