KR20180051256A - 무선 충전 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

무선 충전 장치 및 방법이 개시된다. 일 실시예에 따른 무선 충전 장치는 무선 충전 장치를 제어하기 위한 컨트롤러와, 상기 컨트롤러의 제어에 따라 생성된 제1 클럭 신호 및 제2 클럭 신호에 응답하여 3차원 공간에 회전 자계를 형성하는 송신기를 포함하고, 상기 제1 클럭 신호 및 상기 제2 클럭 신호의 위상차는 90도이다.

Description

무선 충전 장치 및 방법{APPARATUS FOR CHARGING POWER WIRELESSLY AND METHOD THEREOF}
아래 실시예들은 무선 충전 장치 및 방법에 관한 것이다.
무선전력 시스템의 무선전력 전송에서 높은 전송효율을 얻기 위해서는 송신 공진기(예를 들어, 코일)와 수신 공진기 사이의 거리와 수신기 부하 저항이 특정 조건을 만족하여야 한다.
기존의 무선전력 시스템의 효율은 이러한 제약조건 외에도 공진기의 방향에 의존적이다. 무선전력 시스템에서 송신 공진기와 수신 공진기가 정면으로 마주보고 있는 경우에 높은 효율이 발생한다. 송신 공진기를 고정한 경우에는 수신 공진기가 45도, 혹은 90도 회전함에 따라 충전 전력이 다를 수 있다.
자기공명 기술을 이용한 무선전력 전송은 동위상 이중 급전 방식을 사용한다. 현재 자기공명 기술을 이용한 무선전력 전송은 1m 내외의 중거리 전송이 가능하고, 송신 공진기 및 수신 공진기가 서로 정면을 마주보는 상황에서 무선충전을 수행할 수 있다.
실시예들은 무선 충전 장치가 특정 영역 내에서 회전 자계를 생성하는 기술을 제공할 수 있다.
또한, 실시예들은 무선 충전 장치가 생성하는 클럭 신호의 주파수를 제어하여 대기 전류를 감소시키는 기술을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 무선 충전 장치는 상기 무선 충전 장치를 제어하기 위한 컨트롤러와, 및 상기 컨트롤러의 제어에 따라 생성된 제1 클럭 신호(the first clock signal) 및 제2 클럭 신호(the second clock signal)에 응답하여 3차원 공간에 회전 자계를 형성하는 송신기를 포함하고, 상기 제1 클럭 신호 및 상기 제2 클럭 신호의 위상차는 90도이다.
상기 송신기는, 복수의 코일들과, 상기 제1 클럭 신호 및 상기 제1 클럭 신호가 반전된 신호에 응답하여 상기 복수의 코일들 중에서 제1 코일들에 전류를 공급하는 제1 인버터와, 및 상기 제2 클럭 신호 및 상기 제2 클럭 신호가 반전된 신호에 응답하여 상기 복수의 코일들 중에서 제2 코일들에 전류를 공급하는 제2 인버터를 포함할 수 있다.
상기 제1 코일들은 제1 방향으로 평행하게 병렬로 배치되고, 상기 제2 코일들은 제2 방향으로 평행하게 병렬로 배치될 수 있다.
상기 송신기는, 상기 제1 클럭 신호와 상기 제2 클럭 신호의 위상을 반전하는 위상 반전기를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 클럭 신호 및 상기 제2 클럭 신호를 생성하는 클럭 신호 발생기를 더 포함할 수 있다.
상기 송신기는, 제3 클럭 신호에 응답하여 상기 복수의 코일들 중에서 제3 코일에 전류를 공급하는 제3 인버터를 더 포함하고, 상기 제3 코일은 상기 무선 충전 장치의 바닥면에 배치될 수 있다.
상기 컨트롤러는, 대기 전류에 기초하여 상기 제1 클럭 신호와 상기 제2 클럭 신호의 듀티비(duty ratio)를 조절할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 대기 전류에 기초하여 상기 제1 송신기 및 상기 제2 송신기의 입력 전원을 조절하기 위한 벅 컨버터(Buck converter)를 제어할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 대기 전류에 기초하여 상기 클럭 신호 생성기의 클럭 주파수를 제어할 수 있다.
상기 장치는 상기 대기 전류를 모니터링하는 감시기를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 무선 충전 장치가 수행하는 무선 충전 방법은, 제1 클럭 신호 및 제2 클럭 신호를 수신하는 단계와, 및 상기 제1 클럭 신호 및 상기 제2 클럭 신호에 응답하여 상기 무선 충전 장치의 3차원 공간에 회전 자계를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 클럭 신호 및 상기 제2 클럭 신호의 위상차는 90도이다.
상기 형성하는 단계는, 상기 제1 클럭 신호 및 상기 제1 클럭 신호가 반전된 신호에 응답하여 상기 무선 충전 장치의 제1 코일들에 전류를 공급하는 단계와, 및 상기 제2 클럭 신호 및 상기 제2 클럭 신호가 반전된 신호에 응답하여 상기 무선 충전 장치의 제2 코일들에 전류를 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 코일들은 제1 방향으로 평행하게 병렬로 배치되고, 상기 제2 코일들은 제2 방향으로 평행하게 병렬로 배치될 수 있다.
상기 형성하는 단계는, 제3 클럭 신호에 응답하여 상기 무선 충전 장치의 제3 코일에 전류를 공급하는 단계를 더 포함하고, 상기 제3 코일은 상기 무선 충전 장치의 바닥면에 배치될 수 있다.
상기 제1 코일들과 상기 제2 코일들은 상기 무선 충전 장치의 벽면에 배치될 수 있다.
상기 방법은, 대기 전류에 기초하여 상기 제1 클럭 신호 및 상기 제2 클럭 신호의 주파수를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은, 대기 전류에 기초하여 상기 제1 클럭 신호와 상기 제2 클럭 신호의 듀티비(duty ratio)를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은, 대기 전류에 기초하여 상기 무선 충전 장치로 입력되는 입력 전원을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은, 상기 대기 전류를 모니터링하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템의 개략적인 블록도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 무선 충전 장치의 개략적인 블록도의 일 예를 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시된 클럭 신호 발생기의 회로도의 일 예를 나타낸다..
도 4는 도 3에 도시된 D 래치가 생성하는 클럭 신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 D 래치를 실제로 구현하여 생성한 클럭 신호의 일 예를 나타낸다.
도 6a 및 도 6b는 도 2에 도시된 송신기의 구조도의 예들을 나타낸다.
도 7a는 도 6a 또는 도 6b에 도시된 제1 코일들 및 제2 코일들이 무선 충전 장치에 배치되는 일 예를 나타낸다.
도 7b는 도 6a 또는 도 6b에 도시된 제1 코일들 및 제2 코일들이 무선 충전 장치에 배치되는 다른 예를 나타낸다.
도 8은 도 2에 도시된 감시기를 사용하여 대기 전류를 측정하는 동작을 구현한 일 예를 나타낸다.
도 9a는 클럭 신호의 주파수에 따른 수신 코일의 전압 및 전류의 일 예를 나타낸다.
도 9b는 클럭 신호의 주파수에 따른 대기 전류의 일 예를 나타낸다.
도 10은 무선 충전 장치가 대기 전류를 감소시키는 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 11은 무선 충전 장치가 듀티비를 조절하여 대기 전류를 조절하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 무선 충전 장치가 입력 전원의 크기를 조절하여 대기 전류를 조절하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 무선 충전 장치가 바닥면에 제3 코일을 포함하여 무선 충전 공간에 자기장을 형성하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 배터리의 용량에 따른 충전 효율을 나타낸다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어” 있다거나 “직접 접속되어” 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 “~사이에”와 “바로~사이에” 또는 “~에 직접 이웃하는” 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템의 개략적인 블록도를 나타내고, 도 2는 도 1에 도시된 무선 충전 장치의 개략적인 블록도의 일 예를 나타낸다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 무선 충전 시스템(wireless charging system; 10)은 무선 충전 장치(wireless charging apparatus; 100) 및 전자 장치(electronic device; 200)를 포함한다.
무선 충전 장치(100)는 3차원 형태의 무선 충전 공간 상에 배치되어, 무선 충전 공간 내 존재하는 전자 장치(200)를 무선으로 충전할 수 있다. 이때, 무선 충전 장치(100)는 자기장(예를 들어, 회전 자계)을 형성하여 전자 장치(200)를 충전할 수 있다.
전자 장치(200)는 PC(personal computer), 데이터 서버, 패드, 의료 장치, 전기 자동차(electric vehicle), 또는 휴대용 전자 장치 등일 수 있다.
휴대용 전자 장치는 랩탑(laptop) 컴퓨터, 이동 전화기, 스마트 폰(smart phone), 태블릿(tablet) PC, 모바일 인터넷 디바이스(mobile internet device(MID)), PDA(personal digital assistant), EDA(enterprise digital assistant), 디지털 스틸 카메라(digital still camera), 디지털 비디오 카메라(digital video camera), PMP(portable multimedia player), PND(personal navigation device 또는 portable navigation device), 휴대용 게임 콘솔(handheld console), e-북(e-book), 또는 스마트 디바이스(smart device)로 구현될 수 있다. 예를 들어, 스마트 디바이스는 스마트 와치(smart watch) 또는 스마트 밴드(smart band)로 구현될 수 있다.
무선 충전 장치(100)는 3차 차원 형태의 무선 충전 공간에 대하여 무선 충전을 위한 에너지 존(Energy Zone)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 무선 충전 장치(100)는 무선 충전 공간에 배치된 송신기(130)의 코일들을 통해 회전 자계를 형성하고, 무선 충전 공간은 형성된 회전 자계에 따른 에너지 존으로 형성될 수 있다.
무선 충전 장치(100)는 컨트롤러(110), 송신기(130), 감시기(150)를 포함할 수 있다.
컨트롤러(110)는 무선 충전 장치(100)를 전반적으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(110)는 송신기(130)의 동작을 제어할 수 있다.
컨트롤러(110)는 클럭 신호 발생기(clock signal generator; 120)를 포함할 수 있다. 도 2에서는 클럭 신호 발생기(120)가 컨트롤러(110) 내에 구현된 것으로 도시되어 있지만, 실시예에 따라 클럭 신호 발생기(120)는 컨트롤러(110)의 외부에 구현될 수 있다.
클럭 신호 발생기(120)는 컨트롤러(110)의 제어에 응답하여, 클럭 신호(clock signal)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 클럭 신호 발생기(120)는 DSP(Digital Signal Processor), 마이크로컨트롤러(microcontroller), 및 복수의 D 래치들 중 하나를 사용하여 클럭 신호를 생성할 수 있다. 클럭 신호 발생기(120)는 DSP, 마이크로컨트롤러, 및 복수의 D 래치들 중 하나로 구현될 수 있다.
클럭 신호는 복수의 클럭 신호들, 예를 들어, 제1 클럭 신호 및 제2 클럭 신호를 포함한다. 예를 들어, 클럭 신호 발생기(120)는 제1 클럭 신호의 위상을 0도로 설정하여 생성하고, 제2 클럭 신호의 위상을 90도로 설정하여 생성할 수 있다. 또한, 클럭 신호는 제1 클럭 신호의 반전된 신호 및 제2 클럭 신호의 반전된 신호를 더 포함할 수 있다.
송신기(130)는 제1 클럭 신호 및 제2 클럭 신호에 응답하여 3차원 공간의 벽면에 회전 자계를 형성할 수 있다.
즉, 무선 충전 장치(100)는 송신기(130)로 전송되는 제1 클럭 신호 및 제2 클럭 신호의 위상차를 90도로 설정하여 송신기(130)의 코일들을 통해 무선 충전 공간에 균일한 자기장, 즉, 균일한 회전 자계를 형성할 수 있다. 전자 장치(200)는 균일한 회전 자계를 통해 무선 충전 공간 내 위치와 무관하게 균일한 충전 효율을 얻을 수 있다. 균일한 회전 자계는 수학식 1을 만족할 수 있다.
Figure pat00001
여기서, sinx는 제1 클럭 신호에 대응하는 항이고, sin(x-90
Figure pat00002
Figure pat00003
)은 제2 클럭 신호에 대응하는 항일 수 있다. 즉, 무선 충전 장치(100)는 충전 효율이 0인 null point를 제거하고, 1.414배의 이득을 얻을 수 있다. 충전 효율은 DC-to-DC 효율을 의미할 수 있다.
또한, 클럭 신호 발생기(120)는 제3 클럭 신호를 생성하고, 송신기(130)는 제3 클럭 신호에 응답하여 3차원 공간(또는 무선 충전 공간)의 바닥 면에 대응하는 송신기(130)의 코일들을 통해 3차원 공간의 바닥 면에 추가적인 자계를 형성할 수 있다. 예를 들어, 제3 클럭 신호는 제1 클럭 신호 및 제2 클럭 신호의 위상과 무관할 수 있다.
무선 충전 장치(100)는 제1 클럭 신호, 제2 클럭 신호, 및 제3 클럭 신호를 생성하여 송신기(130)로 전송함으로써, 송신기(130)의 코일들에 의해 생성된 3차원 공간의 균일한 자계를 통해 전자 장치(200)를 효율적으로 충전할 수 있다.
감시기(150)는 대기 전류(quiescent current), 예를 들어 무선 충전 장치(100)의 대기 전류를 모니터링할 수 있다. 감시기(150)는 모니터링된 대기 전류에 대한 정보를 컨트롤러(110)로 전송할 수 있다.
컨트롤러(110)는 대기 전류에 대한 정보에 기초하여 대기 전류의 크기를 조절할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(110)는 회전 자계의 세기를 조절하여 대기 전류의 크기를 조절할 수 있다. 대기 전류의 크기는 회전 자계의 세기에 따라 다르고, 회전 자계의 세기는 입력 전원의 크기에 따라 변할 수 있다.
일 예로, 컨트롤러(110)는 입력 전원의 크기를 조절하여 대기 전류의 크기를 조절할 수 있다. 입력 전원의 크기가 큰 경우 회전 자계의 세기는 세고, 입력 전원의 크기가 작은 경우 회전 자계의 세기는 약할 수 있다. 입력 전원은 직류 전원일 수 있다.
이때, 컨트롤러(110)는 벅 컨버터(Buck Converter)를 통해 입력 전원의 크기를 조절할 수 있다. 벅 컨버터는 컨트롤러(110)의 제어에 따라 송신기(130)로 입력되는 입력 전원의 크기를 조절할 수 있다. 예를 들어, 송신기(130)로 입력되는 입력 전원의 크기를 낮추면, 회전 자계의 크기가 감소하여 대기 전류의 세기가 감소할 수 있다. 즉, 무선 충전 장치(100)는 벅 컨버터를 더 포함할 수 있다.
다른 예로, 컨트롤러(110)는 클럭 신호의 듀티비(duty ratio)를 조절하여 대기 전류의 크기를 조절할 수 있다. 클럭 신호의 듀티비란, 한 주기의 신호에 대하여 신호가 존재한 시간, 또는 신호가 흐른 시간의 비를 의미할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(110)는 클럭 신호의 듀티비를 낮추면, 회전 자계의 크기가 감소하여 대기 전류의 세기가 감소할 수 있다.
또 다른 예로, 컨트롤러(110)는 클럭 신호 발생기(120)를 제어, 예를 들어 클럭 신호의 주파수를 제어하여 대기 전류의 크기를 조절할 수 있다.
컨트롤러(110)는 다음과 같은 경우에 회전 자계의 세기를 조절할 수 있다.
무선 충전 장치(100)가 충전을 수행하지 않는 경우, 컨트롤러(110)는 회전 자계의 크기를 줄일 수 있다. 이에, 무선 충전 장치(100)는 불필요하게 에너지가 소비되는 것을 방지할 수 있다.
무선 충전 공간에 이물질이 존재하는 경우, 컨트롤러(110)는 회전 자계의 크기를 줄일 수 있다. 무선 충전 공간에 금속과 같은 이물질이 존재하는 경우, 대기 전류로 인하여 이물질에 발열 현상이 발생하고, 무선 충전 시스템(10)은 불안정해질 수 있다.
컨트롤러(110)는 무선 충전 공간에 전자 장치(200)가 없는 경우, 회전 자계의 크기를 줄일 수 있다. 컨트롤러(110)는 무선 충전 공간에 전자 장치(200), 즉 수신 코일이 존재하는지 확인할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(110)는 위치 기반의 통신 기술을 사용하여 무선 충전 공간 내 존재하는 수신 코일을 포함하는 전자 기기, 즉 전자 장치(200)를 감지할 수 있다. 위치 기반의 통신 기술은 근거리 무선 통신(Near Field Communications(NFC)), 블루투스(BlueTooth), 와이파이(Wi-Fi) 등을 포함할 수 있다.
컨트롤러(110)는 전자 장치(200)가 수신하는 유도 전류를 검출할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(110)는 유도적으로 결합된 송신기(130)의 코일 및 전자 장치(200)의 수신 코일에 기초하여, 전자 장치(200)의 수신 코일에 형성되는 유도 전류를 검출할 수 있다. 송신기(130)의 코일 및 전자 장치(200)의 수신 코일은 유도적으로 결합하고 있으므로 컨트롤러(110)는 송신기(130)의 코일 및 전자 장치(200)의 수신 코일의 관계식에 기초하여 유도 전류를 검출할 수 있다.
전자 장치(200)의 수신 코일에서 형성되는 유도 전류는 송신기(130)의 코일에서 형성된 회전 자계에 의해 유도된 전류일 수 있다. 또한, 유도 전류는 무선 충전 공간 내에 수신 코일의 위치, 즉, 전자 장치(200)의 위치가 변화함에 따라 서로 다른 전류의 값을 나타낼 수 있다.
컨트롤러(110)는 검출된 수신 코일에 대한 유도 전류에 기초하여 송신기(130)의 코일로 공급하는 전류의 위상을 변화시킬 수 있다. 이에, 위상이 변화된 전류에 따라 수신 코일에 유도되는 전류는 위상이 변화될 수 있다.
또한, 컨트롤러(110)는수신 코일에 유도된 위상이 변화된 유도 전류를 재검출할 수 있다. 컨트롤러(110)는 재검출된 유도 전류가 정상상태인 경우, 전류의 위상을 유지하면서 전자 장치(200)의 충전을 계속 수행할 수 있다. 즉, 컨트롤러(110)는 무선 충전 공간 내 수신 코일의 위치에 따라 서로 다른 위상을 갖는 전류를 송신기(130)의 송신 코일로 공급하여 무선 충전 공간에 대한 제한 없이 자유로이 충전을 수행할 수 있다.
무선 충전 장치(100)를 이용한 무선 충전 기술은 다양한 전자 장치(200), 예를 들어, 스마트폰과 같은 패드형 전자 기기 등에도 적용이 가능하고, 웨어러블 기기 및 IoT 기기의 활성화에 효과를 가져올 수 있다. 또한, 무선 충전 장치(100)를 이용한 무선 충전 기술은 유선충전 및 배터리 교환이 어려운 소형 웨어러블 기기들에 대하여 특정 공간에 자유로이 놓고 충전을 수행하여 사용의 편이성을 제공할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 클럭 신호 발생기의 회로도의 일 예를 나타내고, 도 4는 도 3에 도시된 D 래치가 생성하는 클럭 신호를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 3에 도시된 D 래치를 실제로 구현하여 생성한 클럭 신호의 일 예를 나타낸다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 클럭 신호 발생기(120)는 복수의 D 래치(410 및 430)를 포함한다. 클럭 신호 발생기(120)는 복수의 D 래치(410 및 430)들을 사용하여 90도의 위상차가 존재하는 클럭 신호들을 생성할 수 있다.
제1 D 래치(410)는 입력 클럭 신호에 기초하여 제1 클럭 신호를 출력할 수 있다. 제2 D 래치(430)는 반전된 입력 클럭 신호에 기초하여 제2 클럭 신호를 출력할 수 있다. 제1 클럭 신호 및 제2 클럭 신호는 위상차가 90도 일 수 있다.
이때, 입력 클럭 신호의 주파수는 제1 클럭 신호의 주파수 및 제2 클럭 신호 주파수의 2배일 수 있다. 예를 들어, 제1 클럭 신호의 주파수 및 제2 클럭 신호의 주파수가 140kHz인 경우, 입력 클럭 신호의 주파수는 280kHz일 수 있다.
입력 클럭 신호, 제1 클럭 신호, 및 제2 클럭 신호는 도 4에 도시된 바와 같을 수 있다. 도 4에서, 입력 출력 신호는 제1 클럭 신호의 주파수 및 제2 클럭 신호 주파수의 2배이고, 제1 클럭 신호와 제2 클럭 신호의 위상차는 90도인 것을 확인할 수 있다.
실제로, 클럭 신호 발생기(1320)가 복수의 D 래치(410 및 430)들을 사용하여 제1 클럭 신호 및 제2 클럭 신호를 생성한 결과는 도 5에 도시된 바와 같을 수 있다.
도 3 내지 도 5에서는 설명의 편의를 위해 클럭 신호 발생기(120)가 복수의 D 래치(410 및 430)를 이용하여 90도의 위상차가 존재하는 클럭 신호들을 생성하는 예를 설명하였지만, 반드시 이에 한정되지 않으며, 실시예에 따라 복수의 D 래치(410 및 430)를 이용하여 클럭 신호들 뿐만 아니라, 클럭 신호들의 반전된 신호들도 함께 생성할 수 있다.
도 6a는 도 2에 도시된 송신기의 구조도의 일 예를 나타낸다.
도 6a를 참조하면, 송신기(130)는 복수의 인버터들(133 및 135), 및 복수의 코일들(137 및 139)을 포함한다.
송신기(130)는 클럭 신호 발생기(120)로부터 출력된 클럭 신호들을 수신할 수 있다. 클럭 신호들은 위상차가 90도 차이가 나는 제1 클럭 신호 및 제2 클럭 신호를 포함한다. 또한, 클럭 신호는 제1 클럭 신호가 반전된 신호 및 제2 클럭 신호가 반전된 신호를 더 포함할 수 있다.
복수의 인버터들(133 및 135)은 제1 인버터(133) 및 제2 인버터(135)를 포함할 수 있다. 제2 인버터(135)와 제1 인버터(133)는 구성 및 동작이 실질적으로 동일한 인버터(inverter)일 수 있다.
제1 인버터(133)는 제1 클럭 신호 및 제1 클럭 신호가 반전된 신호에 응답하여 제1 코일들(137)에 전류를 공급할 수 있다. 이때, 제1 인버터(133)는 직접급전법 또는 간접급전법을 사용하여 제1 코일들(137)에 전류를 공급(급전)할 수 있다. 직접급전법은 제1 인버터(133)가 제1 코일들(137)에 직접적으로 급전하는 방법이고, 간접급전법은 무선 충전 장치(100)가 추가적으로 급전 코일을 더 포함하고, 제1 인버터(133)가 급전 코일을 통해 제1 코일들(137)에 간접적으로 급전하는 방법일 수 있다.
제2 인버터(135)는 제2 클럭 신호 및 제2 클럭 신호가 반전된 신호에 응답하여 제2 코일들(139)에 전류를 공급할 수 있다. 이때, 제2 인버터(135)는 직접급전법 또는 간접급전법을 사용하여 제2 코일들(139)에 전류를 공급(급전)할 수 있다.
제1 코일들(137) 및 제2 코일들(139)에 공급되는 전류는 같은 방향일 수 있다. 즉, 클럭 신호 발생기(120)는 제1 코일들(137) 및 제2 코일들(139)에 같은 방향의 전류를 공급하여 무선 충전 공간에 균일한 회전 자계를 형성할 수 있다. 이에, 무선 충전 공간에는 균일한 현태의 에너지 밀도를 갖는 자기장이 조성되고, 송신기(130)의 코일들은 전자 장치(200)의 공간 상의 위치와 무관하게 수신 코일에 동일한 유도 전류를 제공할 수 있다.
도 6b는 도 2에 도시된 송신기의 구조도의 다른 예를 나타낸다.
도 6b를 참조하면, 송신기(130)는 복수의 위상 반전기(132-1 및 132-2), 복수의 인버터들(133 및 135), 및 복수의 코일들(137 및 139)을 포함한다. 복수의 위상 반전기(132-1 및 132-2)는 제1 위상 반전기(132-1) 및 제2 위상 반전기(132-2)를 포함할 수 있다.
송신기(130)는 클럭 신호 발생기(120)로부터 출력된 클럭 신호들을 수신할 수 있다. 클럭 신호들은 위상차가 90도 차이가 나는 제1 클럭 신호 및 제2 클럭 신호를 포함한다.
복수의 위상 반전기(132-1 및 132-2)는 제1 위상 반전기(132-1) 및 제2 위상 반전기(132-2)를 포함할 수 있다. 제1 위상 반전기(132-1)는 제1 클럭 신호에 응답하여 제1 클럭 신호가 반전된 신호를 생성하고, 제2 위상 반전기(132-2)는 제2 클럭 신호에 응답하여 제2 클럭 신호가 반전된 신호를 생성할 수 있다.
복수의 인버터들(133 및 135) 및 복수의 코일들(137 및 139)은 도 6a에 도시된 복수의 인버터들(133 및 135) 및 복수의 코일들(137 및 139)과 구성 및 동작이 실질적으로 동일할 수 있다. 도 6a를 통해 기술된 사항은 도 6b를 통해 기술된 사항에 적용될 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
도 7a는 도 6a 또는 도 6b에 도시된 제1 코일들 및 제2 코일들이 무선 충전 장치에 배치되는 일 예를 나타낸다.
도 7a를 참조하면, 제1 코일들(137-1 및 137-2) 및 제2 코일들(139-1 및 139-2)은 적어도 한 쌍의 코일들을 포함할 수 있다.
제1 코일들(137-1 및 137-2) 및 제2 코일들(139-1 및 139-2)은 육면체 형태의 구조물에 구현될 수 있다. 제1 코일들(137-1 및 137-2) 및 제2 코일들(139-1 및 139-2)은 육면체 형태의 구조물의 벽면에 배치될 수 있다.
제1 코일들(137-1 및 137-2)은 제1 방향으로 평행하게 병렬로 배치될 수 있다. 즉, 제1 코일(137-1) 및 제1 코일(137-2)은 서로 마주보는 한 쌍의 코일로 구현될 수 있다.
제2 코일들(139-1 및 139-2)은 제2 방향으로 평행하게 병렬로 배치될 수 있다. 즉, 제2 코일(139-1) 및 제2 코일(139-2)은 서로 마주보는 한 쌍의 코일로 구현될 수 있다.
이때, 제1 방향 및 제2 방향의 사잇각(included angle)은 90도일 수 있다.
도 7b는 도 6a 또는 도 6b에 도시된 제1 코일들 및 제2 코일들이 무선 충전 장치에 배치되는 다른 예를 나타낸다.
도 7b를 참조하면, 제1 코일들(137-1 및 137-2) 및 제2 코일들(139-1 및 139-2)은 적어도 한 쌍의 코일들을 포함할 수 있다.
제1 코일들(137-3 및 137-4) 및 제2 코일들(139-3 및 139-4)은 원통 형태의 구조물에 구현될 수 있다. 제1 코일들(137-3 및 137-4) 및 제2 코일들(139-3 및 139-4)은 원통 형태의 구조물의 벽면에 배치될 수 있다.
제1 코일들(137-3 및 137-4)은 제1 방향으로 평행하게 병렬로 배치될 수 있다. 즉, 제1 코일(137-3) 및 제1 코일(137-4)은 서로 마주보는 한 쌍의 코일로 구현될 수 있다.
제2 코일들(139-3 및 139-4)은 제2 방향으로 평행하게 병렬로 배치될 수 있다. 즉, 제2 코일(139-3) 및 제2 코일(139-4)은 서로 마주보는 한 쌍의 코일로 구현될 수 있다.
제1 방향 및 제2 방향의 사잇각은 90도일 수 있다.
도 7a 및 도 7b에서는 설명의 편의상 제1 코일들(137-1~137-4) 및 제2 코일들(139-1~139-4)이 구조물, 예를 들어 무선 충전 장치(100)의 벽면에 배치된 것으로 도시하고 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 구조물의 벽면, 천장, 바닥, 모서리 등 다양한 위치에 배치될 수 있다.
또한, 도 7a 및 도 7b에서는 설명의 편의상 제1 코일들(137-1~137-4) 및 제2 코일들(139-1~139-4)이 각각 한 쌍의 코일을 포함하는 것으로 도시하고 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 코일들(137-1~137-4) 및 제2 코일들(139-1~139-4)은 적어도 한 쌍 이상의 코일을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 코일들(137-1~137-4) 및 제2 코일들(139-1~139-4)이 각각 두 쌍의 코일을 포함하는 경우, 네 개의 제1 코일들은 두 쌍이 서로 제1 방향으로 평행하게 병렬로, 네 개의 제2 코일들은 두 쌍이 서로 제2 방향으로 평행하게 병렬로 구조물에 배치될 수 있다.
무선 충전 장치(100)는 이와 같은 구조를 사용하여 무선 충전 공간의 면적이 큰 경우 또는 유도 전류의 세기가 강해야 하는 경우에 전자 장치(200)를 효율적으로 충전할 수 있다.
도 8은 도 2에 도시된 감시기를 사용하여 대기 전류를 측정하는 동작을 구현한 일 예를 나타내고, 도 9a는 클럭 신호의 주파수에 따른 수신 코일의 전압 및 전류의 일 예를 나타내고, 도 9b는 클럭 신호의 주파수에 따른 대기 전류의 일 예를 나타낸다.
도 8 내지 도 9b를 참조하면, 컨트롤러(110)가 감지기(150)로부터 전송된 대기 전류에 대한 정보에 기초하여 클럭 신호의 주파수를 제어함에 따라 대기 전류와 전자 장치(200)의 전압 및 전류는 표 1에 표시된 바와 같이 변화할 수 있다.
Figure pat00004
표 1을 참조하면, 클럭 신호의 주파수가 140kHz인 경우 대기 전류는 165mA이고, 클럭 신호의 주파수가 155kHz인 경우 대기 전류는 58mA인 것을 확인할 수 있다. 이때, 전자 장치(200)의 부하 저항은 5옴(ohm)이고, 송신기(130)의 입력 전원의 전압은 12V일 수 있다. 즉, 클럭 신호의 주파수가 155kHz인 경우 전자 장치(200)에 인가되는 전압은 4V 정도로, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신을 수행할 수 있다. BLE 통신을 수행하기 위하여, 전자 장치(200)에는 최소 3.3V의 전압이 제공될 수 있다.
표 1의 전자 장치(200)의 전압 및 전류를 그래프로 나타내면 도 9a와 같고, 표 1의 대기 전류를 그래프로 나타내면 도 9b와 같을 수 있다. 클럭 주파수가 1404Hz 이상인 구간에서 대기 전류, 전자 장치(200)의 전압 및 전류가 감소하는 것을 확인할 수 있다.
도 10은 무선 충전 장치가 대기 전류를 감소시키는 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10을 참조하면, 컨트롤러(110)는 전자 장치(200)와 BLE 통신이 가능한지 판단할 수 있다(S1000). 예를 들어, 컨트롤러(110)는 무선 충전 공간 내에 전자 장치(200)가 있는지 확인하기 위해 비콘(Beacon) 등을 통하여 주기적으로 BLE 통신을 시도할 수 있다.
BLE 통신이 불가능한 경우, 컨트롤러(110)는 감시기(150)를 사용하여 대기 전류를 측정, 또는 모니터링할 수 있다(S1010).
컨트롤러(110)는 대기 전류에 기초하여 클럭 신호의 주파수를 조절할 수 있다(S1020). 예를 들어, 무선 충전 공간에 전자 장치(200)가 존재하지 않는 경우, 컨트롤러(110)는 대기 전류를 감소시키기 위하여 클럭 신호의 주파수를 140kHz에서 155kHz로 변경할 수 있다. 또한, 무선 충전 공간에 이물질이 존재하는 경우, 컨트롤러(110)는 대기 전류를 조절하기 위하여 클럭 신호의 주파수를 조절할 수 있다. 이에, 무선 충전 장치(100)는 이물질의 발열을 방지할 수 있다.
BLE 통신이 가능한 경우, 컨트롤러(110)는 클럭 신호의 주파수를 140kHz로 조절할 수 있다(S1030). 예를 들어, 무선 충전 공간에 전자 장치(200)가 존재하는 경우, 전자 장치(200)는 무선 충전 장치(100)로 ACK 신호 등을 전송할 수 있고, 컨트롤러(110)는 충전을 수행하기 위하여 클럭 신호의 주파수를 140kHz로 조절할 수 있다.
클럭 신호의 주파수가 140kHz로 조절되면 컨트롤러(110)는 송신기(130)를 통해 전자 장치(200)에 충전을 수행할 수 있다(S1040).
이하에서는 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템(10)을 평가한 결과에 대하여 설명하도록 한다.
도 11은 무선 충전 장치가 듀티비를 조절하여 대기 전류를 조절하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 송신 인버터는 140kHz 대역에서 동작할 수 있는 스위치 증폭기 구조인 full bridge 구조의 인버터이고, 위상차를 주기 위해 두 개의 송신 인버터를 사용하였으며 병렬 구조의 동일한 송신 코일 4개를 사용하였다.
이때, 송신 코일의 사이즈를 줄이거나 공진 주파수를 낮추기 위해서 직렬 커패시터(capacitor)를 추가할 수 있다. 커패시터의 용량은 사용 주파수인 140kHz보다 낮은 125kHz로 설정하여 선택하였다. 140kHz보다 높은 주파수를 설정할 경우 대기상태에서 불필요한 전류가 발생할 수 있다. 125kHz는 대기전류가 최소화 되면서 효율이 유지되는 주파수를 실험적으로 찾아 선택한 값이다.
무선 충전 시스템(10)의 제어는 BLE 모듈을 사용하여 out-band 통신을 통해 이루어지며 송수신기의 전압, 전류를 모니터링하여 제어 모듈(컨트롤러)에서 듀티비를 조절하여 송신 출력을 적절하게 제어한다. 대기모드에서는 클럭 신호 발생기를 포함하고 있는 제어 모듈에서 140kHz 보다 높은 주파수의 클럭을 발생시켜 대기전류를 최소화 할 수 있다. Tx_EN 신호는 BLE 모듈에서 Beacon 신호 발생시 사용된다.
전자 장치(200)는 full bridge 구조의 정류회로로 구성되어 있다. 평활 커패시터 다음 및 LDO 이후의 두 지점의 전압과 전류가 모니터링 되어 RF 제어모듈에 정보가 제공 되어야 하며 지나친 과부하가 걸리거나 발열이 심한 경우 전원을 차단하여 회로를 보호하는 기능이 구현 되어 있다.
실제 시스템을 평가하기 위해 측정은 DC to DC 효율로 평가가 이루어 졌다. 시스템 효율은 다음과 같은 수학식 2로 표현 할 수 있다.
Figure pat00005
도 12는 무선 충전 장치가 입력 전원의 크기를 조절하여 대기 전류를 조절하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면, 무선 충전 장치(100)는 송신 인버터에 공급되는 Vdd를 조절할 수 있다. 이때, 무선 충전 장치(100)는 벅 컨버터를 사용하여 Vdd를 0V 내지 12V로 조절할 수 있다. 무선 충전 장치(100)는 벅 컨버터를 사용하여 제어 모듈에서 구현이 단순해지는 장점이 있을 수 있다.
도 13은 무선 충전 장치가 바닥면에 제3 코일을 포함하여 무선 충전 공간에 자기장을 형성하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 13을 참조하면, 무선 충전 장치(100)는 전자 장치(200)가 바닥면에 누운 경우에도 충전을 수행할 수 있다. 바닥용 송신 코일, 예를 들어, 제3 코일은 적은 인덕턴스 및 Q값이 필요할 수 있다. 무선 충전 장치(100)는 벽면과 바닥면의 전류와 전압을 모니터링하여 실제로 동작하고 있는 송신코일의 인버터만 활성화(Enable) 시키고, 사용하지 않는 송신코일의 인버터는 비활성화(disable) 시켜서 시스템 효율을 향상 시킬 수 있다.
무선 충전 장치(100)는 송신기(130)의 출력을 조정하기 위하여 듀티비를 제어하는 방법 및/또는 Vdd 전압을 제어하는 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 무선 충전 장치(100)는 송신 코일에 인가되는 전압의 포락선(Envelope)을 모니터링하여 출력 상황을 인지할 수 있다.
송신 코일 및 수신 코일의 뒷면에는 차폐용 페라이트가 사용되고, 바닥면 송신 코일은 제한된 면적에 인덕턴스의 값을 높이기 위하여 2-layer 구조로 제작될 수 있다.
도 13의 무선 충전 장치(100)의 성능을 평가한 결과는 표 2 내지 표 5와 같을 수 있다. 표 2는 벽면의 송신 코일의 특성이고, 표 3은 병렬로 연결된 벽면의 송신 코일의 특성이고, 표 4는 바닥면의 송신 코일의 특성이고, 표 5는 전자 장치의 수신 코일의 특성을 나타낸다.
Figure pat00006
Figure pat00007
Figure pat00008
Figure pat00009
또한, 무선 충전 장치(100)를 사용하여 전자 장치(200)를 충전할 때, 전자 장치(200)의 배터리 충전 용량에 따른 송신기의 입력 전압 및 입력 전류, 수신 코일의 출력 전압 및 출력 전류를 모니터링 하여 각각의 경우의 효율을 측정한 데이터는 표 6와 같을 수 있다. 측정 결과 수신 코일의 최종 출력 전압을 최대 1.0A를 유지시키는 상태에서 배터리 충전 용량의 변화에 따른 수신 코일의 로드 부하저항의 변화에 상관없이 전반적으로 일정한 무선충전효율이 이루어짐을 알 수 있다.
Figure pat00010
표 6을 그래프로 나타내면 도 14에 도시된 바와 같을 수 있다.
도 14는 배터리의 용량에 따른 충전 효율을 나타낸다.
도 14를 참조하면, 배터리가 100%로 완충될 때까지 무선 충전 장치(100)는 일정한 효율을 유지하는 것을 알 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (19)

  1. 무선 충전 장치에 있어서,
    상기 무선 충전 장치를 제어하기 위한 컨트롤러; 및
    상기 컨트롤러의 제어에 따라 생성된 제1 클럭 신호(the first clock signal) 및 제2 클럭 신호(the second clock signal)에 응답하여 3차원 공간에 회전 자계를 형성하는 송신기
    를 포함하고,
    상기 제1 클럭 신호 및 상기 제2 클럭 신호의 위상차는 90도인 무선 충전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 송신기는,
    복수의 코일들;
    상기 제1 클럭 신호 및 상기 제1 클럭 신호가 반전된 신호에 응답하여 상기 복수의 코일들 중에서 제1 코일들에 전류를 공급하는 제1 인버터; 및
    상기 제2 클럭 신호 및 상기 제2 클럭 신호가 반전된 신호에 응답하여 상기 복수의 코일들 중에서 제2 코일들에 전류를 공급하는 제2 인버터
    를 포함하는 무선 충전 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 코일들은 제1 방향으로 평행하게 병렬로 배치되고, 상기 제2 코일들은 제2 방향으로 평행하게 병렬로 배치되는 무선 충전 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 송신기는,
    상기 제1 클럭 신호와 상기 제2 클럭 신호의 위상을 반전하는 위상 반전기
    를 더 포함하는 무선 충전 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 클럭 신호 및 상기 제2 클럭 신호를 생성하는 클럭 신호 발생기
    를 더 포함하는 무선 충전 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 송신기는,
    제3 클럭 신호에 응답하여 상기 복수의 코일들 중에서 제3 코일에 전류를 공급하는 제3 인버터
    를 더 포함하고,
    상기 제3 코일은 상기 무선 충전 장치의 바닥면에 배치되는 무선 충전 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    대기 전류에 기초하여 상기 제1 클럭 신호와 상기 제2 클럭 신호의 듀티비(duty ratio)를 조절하는 무선 충전 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    대기 전류에 기초하여 상기 제1 송신기 및 상기 제2 송신기의 입력 전원을 조절하기 위한 벅 컨버터(Buck converter)를 제어하는 무선 충전 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    대기 전류에 기초하여 상기 클럭 신호 생성기의 클럭 주파수를 제어하는 무선 충전 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 대기 전류를 모니터링하는 감시기
    를 더 포함하는 무선 충전 장치.
  11. 무선 충전 장치가 수행하는 무선 충전 방법에 있어서,
    제1 클럭 신호 및 제2 클럭 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 제1 클럭 신호 및 상기 제2 클럭 신호에 응답하여 상기 무선 충전 장치의 3차원 공간에 회전 자계를 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 클럭 신호 및 상기 제2 클럭 신호의 위상차는 90도인 무선 충전 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 형성하는 단계는,
    상기 제1 클럭 신호 및 상기 제1 클럭 신호가 반전된 신호에 응답하여 상기 무선 충전 장치의 제1 코일들에 전류를 공급하는 단계; 및
    상기 제2 클럭 신호 및 상기 제2 클럭 신호가 반전된 신호에 응답하여 상기 무선 충전 장치의 제2 코일들에 전류를 공급하는 단계
    를 포함하는 무선 충전 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 코일들은 제1 방향으로 평행하게 병렬로 배치되고, 상기 제2 코일들은 제2 방향으로 평행하게 병렬로 배치되는 무선 충전 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 형성하는 단계는,
    제3 클럭 신호에 응답하여 상기 무선 충전 장치의 제3 코일에 전류를 공급하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 제3 코일은 상기 무선 충전 장치의 바닥면에 배치되는 무선 충전 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 코일들과 상기 제2 코일들은 상기 무선 충전 장치의 벽면에 배치되는 무선 충전 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    대기 전류에 기초하여 상기 제1 클럭 신호 및 상기 제2 클럭 신호의 주파수를 제어하는 단계
    를 더 포함하는 무선 충전 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    대기 전류에 기초하여 상기 제1 클럭 신호와 상기 제2 클럭 신호의 듀티비(duty ratio)를 조절하는 단계
    를 더 포함하는 무선 충전 방법.
  18. 제11항에 있어서,
    대기 전류에 기초하여 상기 무선 충전 장치로 입력되는 입력 전원을 조절하는 단계
    를 더 포함하는 무선 충전 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 대기 전류를 모니터링하는 단계
    를 더 포함하는 무선 충전 방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020171663A1 (ko) * 2019-02-22 2020-08-27 엘지전자 주식회사 무선 전력 전송 장치 및 이를 구비하는 전자 기기
CN112186908A (zh) * 2020-09-27 2021-01-05 东南大学 一种无线充电线圈三维多自由度精确角度定位方法
WO2022119102A1 (ko) * 2020-12-02 2022-06-09 삼성전자 주식회사 무선 전력을 전송하는 전자 장치와 이의 동작 방법
WO2024071706A1 (ko) * 2022-09-30 2024-04-04 삼성전자주식회사 충전 구역을 표시하기 위한 전자 장치 및 방법

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110873547A (zh) * 2018-08-30 2020-03-10 西安中兴新软件有限责任公司 一种定位方法、第一电子设备及存储介质
CN110011397B (zh) * 2019-03-11 2024-04-23 欧普照明股份有限公司 一种供电电路
KR20210109916A (ko) * 2020-02-28 2021-09-07 삼성전자주식회사 무선 충전 장치 및 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140091636A1 (en) * 2012-10-02 2014-04-03 Witricity Corporation Wireless power transfer
JP2014197937A (ja) * 2013-03-29 2014-10-16 沖電気工業株式会社 非接触電力送信装置、非接触電力伝送システム、及び自動取引装置

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5376870A (en) * 1992-02-10 1994-12-27 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Apparatus for driving a brushless DC motor
US20080049372A1 (en) * 2006-08-23 2008-02-28 Bio Aim Technologies Holding Ltd. Three-dimensional electromagnetic flux field generation
US20090069869A1 (en) * 2007-09-11 2009-03-12 Advanced Bionics Corporation Rotating field inductive data telemetry and power transfer in an implantable medical device system
KR20090098239A (ko) 2008-03-13 2009-09-17 주식회사 이엠에프 세이프티 무선 전력 전달 장치 및 이를 이용한 무선 충전 시스템
US8922066B2 (en) 2008-09-27 2014-12-30 Witricity Corporation Wireless energy transfer with multi resonator arrays for vehicle applications
JP4791599B2 (ja) * 2009-03-16 2011-10-12 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 位置検出システムおよび位置検出方法
US8410637B2 (en) * 2009-11-30 2013-04-02 Broadcom Corporation Wireless power system with selectable control channel protocols
DE102011076918B4 (de) * 2011-06-03 2019-03-21 Siemens Healthcare Gmbh Lokalspulensystem, Magnetresonanzsystem und Verfahren zur drahtlosen Energieübertragung zu einem Lokalspulensystem
KR102109989B1 (ko) * 2011-12-22 2020-05-13 지이 하이브리드 테크놀로지스, 엘엘씨 무선 전력전송장치 및 방법
ITMI20121049A1 (it) * 2012-06-18 2013-12-19 Ab Medica Spa Gabbia per cavie da laboratorio e metodo per l¿alimentazione senza fili di un dispositivo bioelettronico impiantato in una cavia
US20140197691A1 (en) * 2013-01-14 2014-07-17 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc Wireless Energy Transfer for Misaligned Resonators
US9197095B2 (en) 2013-01-24 2015-11-24 Electronics And Telecommunications Research Institute Wireless power charging apparatus and method of charging the apparatus
WO2014134710A1 (en) * 2013-03-05 2014-09-12 Trusted Positioning Inc. Method and apparatus for fast magnetometer calibration
US20150022194A1 (en) * 2013-07-18 2015-01-22 Blackberry Limited Magnetometer for aligning a portable device on a planar charging surface of an inductive charging unit
KR101708312B1 (ko) * 2014-02-07 2017-02-20 엘지전자 주식회사 무선 전력 수신 및 전송 방법, 무선 전력 전송장치, 수신장치 및 무선 충전 시스템
CN106165250B (zh) * 2014-04-11 2019-06-25 Lg电子株式会社 无线电力发送器以及无线电力发送方法
US10122220B2 (en) * 2014-06-18 2018-11-06 WIPQTUS Inc. Wireless power system for portable devices under rotational misalignment
KR20160018006A (ko) 2014-08-07 2016-02-17 엘지이노텍 주식회사 무선 충전기 및 이를 포함하는 무선 충전 시스템
US20160064943A1 (en) * 2014-08-28 2016-03-03 Konkuk University Industrial Cooperation Corp. Controlling method and system of power transmission system
US9780572B2 (en) * 2014-10-27 2017-10-03 Qualcomm Incorporated Wireless power multi-coil mutual induction cancellation methods and apparatus
WO2016119100A1 (en) * 2015-01-26 2016-08-04 The University Of Hong Kong Systems and methods for load position detection and power control of omni-directional wireless power transfer
WO2017004082A1 (en) * 2015-06-29 2017-01-05 Wireless Advanced Vehicle Electrification, Inc. Low inductance pad winding using a matched winding of multiple spirals
US10348116B2 (en) * 2015-08-06 2019-07-09 Nxp Usa, Inc. Wireless power source and method for simultaneous, non-radiative, inductive, wireless power transfer to two or more devices to be charged
WO2017044973A1 (en) * 2015-09-11 2017-03-16 Yank Technologies, Inc. Wireless charging platforms via three-dimensional phased coil arrays
US10447165B2 (en) * 2015-10-30 2019-10-15 Shenzhen Yichong Wireless Power Technology Co. Adaptive power amplifier for optimizing wireless power transfer
EP3185399A1 (en) * 2015-12-21 2017-06-28 Electronics and Telecommunications Research Institute Wireless charging apparatus based on three-dimensional (3d) wireless charging zone
US10333353B2 (en) * 2016-01-29 2019-06-25 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Omnidirectional wireless power transfer system
US10367265B2 (en) * 2016-08-05 2019-07-30 Qualcomm Incorporated Magnetic communication method
US10734840B2 (en) * 2016-08-26 2020-08-04 Apple Inc. Shared power converter for a wireless transmitter device
US20180287435A1 (en) * 2017-04-03 2018-10-04 Integrated Device Technology, Inc. Coil Topologies for Wireless Power Transfer

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140091636A1 (en) * 2012-10-02 2014-04-03 Witricity Corporation Wireless power transfer
JP2014197937A (ja) * 2013-03-29 2014-10-16 沖電気工業株式会社 非接触電力送信装置、非接触電力伝送システム、及び自動取引装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020171663A1 (ko) * 2019-02-22 2020-08-27 엘지전자 주식회사 무선 전력 전송 장치 및 이를 구비하는 전자 기기
CN112186908A (zh) * 2020-09-27 2021-01-05 东南大学 一种无线充电线圈三维多自由度精确角度定位方法
WO2022119102A1 (ko) * 2020-12-02 2022-06-09 삼성전자 주식회사 무선 전력을 전송하는 전자 장치와 이의 동작 방법
WO2024071706A1 (ko) * 2022-09-30 2024-04-04 삼성전자주식회사 충전 구역을 표시하기 위한 전자 장치 및 방법

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US20180131219A1 (en) 2018-05-10
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