KR20180060870A - 무선 전력 송신 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 기술적 측면은 무선 전력 송수신 장치의 일 실시예를 제안한다. 상기 무선 전력 송수신 장치는, 복수 회 권선된 하나의 코일을 포함하는 송신 코일부, 제1 전력을 전송하기 위한 대전력 전송 신호를 상기 송신 코일부를 통하여 전송하는 대전력 전송부, 상기 제1 전력 보다 작은 제2 전력을 전송하기 위한 소전력 전송 신호를 상기 송신 코일부를 통하여 전송하는 소전력 전송부 및 상기 대전력 전송부 및 상기 소전력 전송부의 동작에 대응하여, 상기 대전력 전송부 또는 상기 소전력 전송부 중 어느 하나를 상기 송신 코일부와 전기적으로 연결시키는 스위치부를 포함할 수 있다.

Description

무선 전력 송신 장치{APPARATUS FOR TRANSMITING POWER WIRELESSLY}

본 출원은 무선 전력 송신 장치에 관한 것이다.

무선 기술의 발전에 따라, 무선 기술은 데이터뿐만 아니라 전력까지 전송하는 등 다양하게 발전되고 있다. 최근에는, 비 접촉 상태에서도 전자 기기에 전력 충전이 가능한 무선 전력 송신 기술이 개발되고 있다.

이러한 무선 전력 송신 기술은 무선으로 고전력을 송신하게 되므로, 충전 대상이 아닌 다른 이물질이 존재하는 경우 이러한 고전력에 의하여 파손 등이 유발되는 문제가 발생할 가능성이 있으므로, 이러한 이물질을 검출하는 것이 중요하다.

한편, 이러한 다양한 기술을 구비하면서도, 무선 전력 송신장치의 소형화 및 저가격화에 대한 요구 또한 존재한다.

한국 공개특허공보 제2016-0094017호 일본 공개특허공보 특개2015-216828호

본 발명의 실시예에 따르면, 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신 장치가 제공된다.

본 발명의 일 기술적 측면은 무선 전력 송수신 장치의 일 실시예를 제안한다. 상기 무선 전력 송수신 장치는, 복수 회 권선된 하나의 코일을 포함하는 송신 코일부, 제1 전력을 전송하기 위한 대전력 전송 신호를 상기 송신 코일부를 통하여 전송하는 대전력 전송부, 상기 제1 전력 보다 작은 제2 전력을 전송하기 위한 소전력 전송 신호를 상기 송신 코일부를 통하여 전송하는 소전력 전송부 및 상기 대전력 전송부 및 상기 소전력 전송부의 동작에 대응하여, 상기 대전력 전송부 또는 상기 소전력 전송부 중 어느 하나를 상기 송신 코일부와 전기적으로 연결시키는 스위치부를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 기술적 측면은 무선 전력 송수신 장치의 다른 일 실시예를 제안한다. 상기 무선 전력 송수신 장치는, 복수 회 권선된 하나의 코일을 포함하는 송신 코일부, 제1 전력을 전송하기 위한 대전력 전송 신호를 상기 송신 코일부를 통하여 전송하는 대전력 전송부, 상기 제1 전력 보다 작은 제2 전력을 전송하기 위한 소전력 전송 신호를 상기 송신 코일부를 통하여 전송하는 소전력 전송부, 상기 대전력 전송부의 출력단에 연결되고, 상기 대전력 전송부의 출력 범위를 벗어난 신호를 필터링하는 제1 필터 및 상기 소전력 전송부의 출력단에 연결되고, 상기 소전력 전송부의 출력 범위를 벗어난 신호를 필터링하는 제2 필터를 포함할 수 있다.

상기한 과제의 해결 수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 과제 해결을 위한 다양한 수단들은 이하의 상세한 설명의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 무선 전력 송신 장치의 제작에 필요한 부품의 수를 감소시켜 무선 전력 송신 장치를 소형화할 수 있음과 동시에 재료비를 절감할 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 신용 카드 등과 같은 무선 태그의 인식률을 높여 무선 태그의 파손을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 검출 신호의 송출을 보다 정밀하게 제어함으로써, 불필요하게 소모되는 전력 낭비를 방지할 수 있음과 동시에, 무선 전력 수신 장치의 과열이나 소자 손상 등을 방지할 수도 있다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 일 적용 예를 도시하는 도면이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 다른 일 적용 예를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 도시하는 블록 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 무선 전력 송신 장치의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 무선 전력 송신 장치의 제1 동작을 설명하는 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 무선 전력 송신 장치의 제2 동작을 설명하는 도면이다.
도 6은 도 3에 도시된 스위치 제어부의 일 실시예를 도시하는 블록 구성도이다.
도 7은 도 2에 도시된 무선 전력 송신 장치의 다른 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 도시하는 블록 구성도이다.
도 9는 도 8에 도시된 무선 전력 송신 장치의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 송출 신호를 예시하는 도면들이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서 무선 태그의 위치가 다양하게 위치하는 예를 도시하는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.

그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다.

또한, 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 일 적용 예를 도시하는 도면이다.

도 1a에서 무선 전력 송신 장치(100)는 무선 전력 수신 장치(20)에 무선으로 전력을 전송할 수 있다. 즉, 일 예로, 무선 전력 송신 장치(100)는 송신 코일을 포함할 수 있으며, 무선 전력 수신 장치(20)의 수신 코일과 자기적으로 결합하여 무선 전력 수신 장치(20)에 무선으로 전력을 전송할 수 있다.

무선 전력 수신 장치(20)는 전자 기기(30)에 결합되거나 또는 그에 일체로 구성될 수 있으며, 무선 전력 송신 장치(100)로부터 제공받은 전력을 이용하여 전자 기기(30)의 배터리를 충전시킬 수 있다.

한편, 무선 전력 송신 장치(100)는 무선 전력 수신 장치(20)에 무선으로 전력을 전송하는 것 외에도, 무선 전력 수신 장치(20)나 또는 기타 다른 장치-예컨대, 무선 태그 등-를 대상으로 무선으로 전력을 제공하거나 또는 무선으로 통신을 수행할 수 있다.

즉, 무선 전력 송신 장치(100)는 충전을 위하여 무선 전력 수신 장치(20)에 무선으로 전력을 송신하는 것 외에도, 다른 장치에 대하여 무선으로 전력이나 정보 등을 송신 또는 수신할 수 있다.

이와 같은 경우, 충전을 위하여 무선 전력 수신 장치(20)에 무선으로 전력을 송신하는 것은, 다른 장치에 대하여 무선으로 전력이나 정보 등을 송신 또는 수신하는 것보다 높은 전력으로 수행된다.

따라서, 본 명세서에서는 무선 전력 송신 장치(100)가 무선으로 무선 전력 수신 장치(20)에 전력을 송신하기 위하여 송출하는 신호를 '대(大) 전력 전송 신호'라 칭하고, 무선 전력 송신 장치(100)가 무선 태그 등의 다른 장치에게 또는 그로부터 무선으로 소 전력이나 정보 등을 송신하기 위하여 사용하는 신호를 '소(少) 전력 전송 신호'라 칭한다.

즉, 대전력 전송 신호는 전력 송신 장치(100)가 무선으로 무선 전력 수신 장치(20)에 전력을 송신하기 위하여 사용하는 신호로서, 무선으로 전력을 송신하기 위한 전력 전송 신호 외에도, 이물질의 감지를 위한 숏 비콘 신호-또는 아날로그 핑 신호-나 무선 전력 수신 장치(20)를 확인하기 위한 롱 비콘 신호-또는 디지털 핑 신호-를 모두 포괄한다.

또한, 소전력 전송 신호는 전력 송신 장치(100)가 무선 태그(예컨대, NFC 카드)에 전력을 송신하거나 또는 정보를 송신하기 위한 신호를 포괄한다.

도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 다른 일 적용 예를 도시하는 도면이다.

도 1b에 도시된 예에서, 무선 전력 송신 장치(100)에 인접하여 무선 전력 수신 장치(20)나 전자 기기(30) 외에도 무선 태그(31)가 존재한다. 도 1b에서는 각 개체를 용이하게 구분하도록 수직 방향으로 이격하여 도시하였으나, 실제로는 전자 기기(30)나 무선 태그(31)는 무선 전력 송신 장치(100) 상에 놓여있을 수도 있다.

무선 태그(31)는 무선으로 통신을 하거나 또는 전력을 수신하기 위한 코일이 구비될 수 있다. 도시된 예에서, 무선 태그(31)는 비접촉 통신이 가능한 마그네틱 카드로 도시되어 있으나, NFC(Near Field Communicaton) 카드나 RFID(Radio Frequency IDentification) 태그 등 다양한 무선 태그일 수 있다.

도 1b에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신 장치(100)에 무선 전력 수신 장치(20)와 함께 다른 외부 물체-예컨대, 무선 태그(31)-가 존재하는 경우, 무선 전력 송신 장치(100)가 이러한 외부 물체를 인지하지 못하고 대전력 전송 신호로 무선 전력 수신 장치(20)에 무선으로 전력을 전송하려고 시도하게 되면, 이러한 대전력 전송 신호에 의하여 외부 물체가 파손되거나 무선 전력 수신 장치(20)에 제대로 전력이 제공되지 못하는 등의 문제가 발생하게 된다.

따라서, 무선 전력 송신 장치(100)는 이러한 외부 물체를 감지하는 것이 중요하다.

무선 전력 송신 장치(100)는 송신 코일의 임피던스 변화를 감지하는 등의 방식으로 이물질을 검출하나, 동전이나 금박 등의 이물질의 경우에는 이러한 방식으로 검출이 용이하나, 전자 태그 등의 경우 무선 전력 송신 장치(100)의 송신 코일에 유발되는 전류 변화 등이 매우 미세하여 이를 감지하기 어렵다.

따라서, 본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치(100)는 소전력 전송 신호를 이용하여 전자 태그를 검출할 수 있다. 일 예로 소전력 전송 신호는 전자 태그의 통신 방식에 따라 전자 태그를 검출하기 위한 검출 신호일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치(100)는 하나의 송신 코일을 이용하여 대전력 전송 신호 또는 소전력 전송 신호를 송출한다. 즉, 하나의 송신 코일은 대전력 전송 신호 또는 소전력 전송 신호 중 어느 하나를 제공받아 자기장을 형성할 수 있다.

따라서, 대전력 전송 신호 또는 소전력 전송 신호를 하나의 코일을 이용하여 송출하므로, 해당 신호들을 개별적인 코일을 이용하는 경우에 유발될 수 있는 서로 다른 코일 간의 간섭에 의한 영향을 원천적으로 배제할 수 있어 전송 효율을 증대시킬 수 있으며, 또한 무선 전력 송신 장치(100)의 소형화나 저가격화를 달성할 수 있다.

이하 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에 대하여 보다 상세히 설명한다.

도 2를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(100)는 대전력 전송부(120), 소전력 전송부(130), 스위치부(140) 및 송신 코일부(150)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 무선 전력 송신 장치(100)는 전원 공급부(110)를 더 포함할 수 있다.

전원 공급부(110)는 직류 전원을 생성할 수 있다. 예컨대, 전원 공급부(110)는 상용 교류 전원을 입력받고, 소정 레벨을 가지는 직류 전원을 출력하는 파워 어댑터일 수 있다.

대전력 전송부(120)는 대전력 전송 신호를 생성하여 출력할 수 있다.

기 설명한 바와 같이, 대전력 전송 신호는 무선 전력 송신을 위하여 사용되는 모든 신호를 포괄한다. 예컨대, 대전력 전송 신호는 무선 전력 수신 장치의 접근을 감지하는 감지 신호(예컨대, 숏 비콘 신호나 롱 비콘 신호 등)와, 무선으로 전력을 송출하기 위한 전력 전송 신호를 포괄한다.

소전력 전송부(130)는 소전력 전송 신호를 생성하여 출력할 수 있다.

소전력 전송 신호는 대전력 전송 신호보다 적은 전력을 전송하기 위하여 사용되는 신호이다. 예를 들어, 소전력 전송 신호는 NFC 카드와 통신하기 위한 통신 신호나, 또는 무선 태그에 소전력을 제공하기 위한 전력 신호 등을 포함할 수 있다.

송신 코일부(150)는 복수 회 권선된 하나의 송신 코일을 포함할 수 있다. 즉, 송신 코일부(150)는 복수개의 코일이 아닌 하나의 코일로 구성될 수 있으며, 실시예에 따라 공진 회로를 구성하기 위한 커패시터를 더 포함할 수 있다.

스위치부(140)는 대전력 전송부(120) 및 소전력 전송부(130)의 동작에 대응하여, 대전력 전송 신호나 소전력 전송 신호 중 어느 하나가 송신 코일에 제공되도록 대전력 전송부(120) 또는 소전력 전송부(130) 중 어느 하나를 송신 코일부(150)에 전기적으로 연결시킬 수 있다.

도 3 내지 도 5는 이러한 무선 전력 송신 장치(100)의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 도 2에 도시된 무선 전력 송신 장치(100)의 일 실시예를 도시하는 도면이다.

도 3을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(100)는 대전력 전송부(120), 소전력 전송부(130), 스위치부(140) 및 송신 코일부(150)를 포함할 수 있으며, 실시예에 따라, 전원 공급부(110)를 더 포함할 수 있다.

대전력 전송부(120)는 대전력 전송 신호를 송신 코일부(150)를 통하여 전송할 수 있다.

예컨대, 대전력 전송부(120)는 무선으로 전력을 전송할 수 있으며, 이러한 경우 대전력 전송 신호로서, 외부의 물체를 감지하기 위한 검출 신호, 상기 외부의 물체가 무선 전력 수신 장치인지 확인하기 위한 확인 신호 및 상기 무선 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 전송하기 위한 전력 전송 신호 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

대전력 전송부(120)는 제1 직류-직류 컨버터(121), 인버터(122) 및 대전력 전송 제어기(미도시)를 포함할 수 있으며, 실시예에 따라, 제1 매칭 회로(123)를 더 포함할 수 있다.

제1 직류-직류 컨버터(121)는 전원 공급부(110)에서 제공하는 직류 전압을 승압하고, 인버터(122)는 제1 직류-직류 컨버터(121)에서 출력된 승압된 직류 전원에 대하여 스위칭 동작하여 수신 코일(150)에 교류 전압을 제공할 수 있다. 따라서, 수신 코일(150)에는 교류 전류가 흐르게 되고 그에 따라 수신 코일(150)은 자기장을 형성하여 무선 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 제공할 수 있다.

대전력 전송 제어기(미도시)는 제1 직류-직류 컨버터(121) 또는 인버터(122)의 동작을 제어할 수 있다.

일 예로, 대전력 전송 제어기(미도시)는 주기적으로 검출 신호를 송출하도록 인버터(122)를 제어할 수 있다. 대전력 전송 제어기(미도시)는 이러한 검출 신호를 송출하는 송신 코일부(150)의 상태 변화-예컨대, 임피던스의 변화 등-로부터 무선 전력 송신 장치의 주변에 외부 물체가 존재하는 것을 판단할 수 있다. 대전력 전송 제어기(미도시)는 외부 물체가 존재하는 것으로 확인되면, 해당 외부 물체가 무선 전력 수신 장치인지 확인하고, 무선 전력 수신 장치이면 무선으로 전력을 수신하도록 인버터(122)를 제어할 수 있다.

또는, 대전력 전송 제어기(미도시)는 외부 물체가 무선 전력 수신 장치가 아닌 것으로 판단되면, 이물질 검출(Foreign Object Detection) 제어를 수행할 수 있다. 예컨대, 이물질 검출 제어는 무선 전력이 송출 중이면 무선 전력의 송출을 즉시 중단하거나, 또는 무선 전력 전송을 위한 준비 과정을 중단하고 알림을 제공하는 등과 같이 상황에 따라 다양하게 적용될 수 있다.

소전력 전송부(130)는 소전력 전송 신호를 송신 코일부(150)를 통하여 전송할 수 있다.

일 예로, 소전력 전송부(130)는 NFC(Near Field Communication) 카드 등과 같은 무선 태그를 인식하는 무선 태그 리더일 수 있으며, 상기 소전력 전송 신호는, 무선 태그를 리딩하기 위한 무선 태그 감지 신호를 포함할 수 있다.

소전력 전송부(130)는 제2 직류-직류 컨버터(131) 및 무선 태그 리더부(132)를 포함할 수 있으며, 실시예에 따라, 제2 매칭 회로(133)를 더 포함할 수 있다.

제2 직류-직류 컨버터(131)는 전원 공급부(110)에서 제공하는 직류 전압을 제공받아 변압할 수 있다. 일 예로, 제2 직류-직류 컨버터(131)는 전원 공급부(110)에서 제공하는 직류 전압을 감압할 수 있다.

무선 태그 리더부(132)는 제2 직류-직류 컨버터(131)에서 출력된 감압된 직류 전압을 이용하여 무선 태그와 무선으로 통신을 수행하기 위한 동작, 즉, 무선 태그를 리딩하기 위한 동작을 수행할 수 있다.

무선 태그 리더부(132)는 통신 가능한 영역에 무선 태그가 존재하는지 감지하기 위한 검출 동작을 수행할 수 있으며, 만일 무선 태그가 감지되면, 이를 대전력 전송 제어기(미도시)에 알려 대전력 전송 제어기(미도시)가 이물질 검출 제어-예컨대, 알림 및 전력 전송 제어의 중단 등-를 수행하도록 할 수 있다.

스위치부(140)는 대전력 전송부(120) 및 소전력 전송부(130)의 동작에 대응하여, 대전력 전송부(120) 또는 소전력 전송부(130) 중 어느 하나를 송신 코일부(150)에 전기적으로 연결시킬 수 있다.

스위치부(140)는 제1 스위치(141), 제2 스위치(142) 및 스위치 제어부(143)를 포함할 수 있다.

제1 스위치(141)는 대전력 전송부(120)의 출력이 송신 코일부(150)에 제공되거나 제공되지 않도록 스위칭 동작할 수 있다.

제2 스위치(142)는 소전력 전송부(130)의 출력이 송신 코일부(150)에 제공되거나 제공되지 않도록 스위칭 동작할 수 있다.

스위치 제어부(143)는 제1 스위치(141) 및 제2 스위치(142)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.

일 실시예에서, 스위치 제어부(143)는 대전력 전송 제어기(미도시) 또는 무선 태그 리더부(132)로부터 출력된 제어 정보를 각각 제공받아 제1 스위치(141) 또는 제2 스위치(142)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.

다른 일 실시예에서, 스위치 제어부(143)는 기 설정된 스케쥴에 따라 제1 스위치(141) 및 제2 스위치(142)가 동작하도록 스위칭 동작을 제어하다가, 대전력 전송 제어기(미도시) 또는 무선 태그 리더부(132)로부터 제공된 제어 정보에 따라 제1 스위치(141) 또는 제2 스위치(142)의 동작을 제어할 수 있다.

일 예로, 스위치 제어부(143)는 대전력 전송부(120)가 검출 신호를 송출하고, 소전력 전송부(130)가 무선 태그 감지 신호를 송출하는 동안, 대전력 전송부(120)와 소전력 전송부(130)가 교번적으로 송신 코일부(150)에 연결되도록 스위치를 제어할 수 있다.

일 예로, 스위치 제어부(143)는 무선 태그 감지 신호에 의하여 무선 태그가 존재하는 것으로 판단되는 동안, 송신 코일부(150)를 소전력 전송부(130)와 전기적으로 연결시킬 수 있다. 이는, 무선 태그가 검출되는 동안에는 무선으로 전력을 전송하지 않도록 함으로써, 무선 태그의 파손을 방지하도록 하기 위함이다.

송신 코일부(150)는 무선으로 대전력 전송 신호 또는 소 전력 전송 신호를 송출할 수 있다. 송신 코일부(150)는 송신 코일과 함께 공진 회로를 형성하기 위한 공진 커패시터를 포함할 수 있다.

한편, 상술한 실시예에서, 제어를 수행하는 구성요소, 예컨대, 대전력 전송 제어기(미도시), 무선 태그 리더부(132) 또는 스위치 제어부(143)는 프로세싱 유닛일 수 있다. 여기서, 프로세싱 유닛은 예를 들어 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU), 마이크로프로세서, 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC), Field Programmable Gate Arrays(FPGA) 등을 포함할 수 있으며, 복수의 코어를 가질 수 있다. 이들은, 필요에 따라, 휘발성 메모리(예를 들어, RAM 등)나 비휘발성 메모리(예를 들어, ROM, 플래시 메모리 등) 등의 메모리를 더 포함할 수 있다.

도 4는 도 3에 도시된 무선 전력 송신 장치의 제1 동작을 설명하는 도면이고, 도 5는 도 3에 도시된 무선 전력 송신 장치의 제2 동작을 설명하는 도면이다.

도 4에서, 스위치 제어부(143)는 대전력 전송부(120)의 출력이 송신 코일부(150)에 제공되도록 제1 스위치(141) 및 제2 스위치(142)를 제어하고 있다. 도 4와 같이 전류 경로가 형성되면, 송신 코일부(150)의 송신 코일의 양단에는 교류 전류가 인가되게 됨에 따라 자기장이 형성되어, 검출 신호를 송출하거나 또는 무선으로 전력을 송신할 수 있다.

한편, 도 5에서, 스위치 제어부(143)는 소전력 전송부(130)의 출력이 송신 코일부(150)에 제공되도록 제1 스위치(141) 및 제2 스위치(142)를 제어하고 있다. 도 5와 같이 전류 경로가 형성되면, 무선 태그 리더부(132)의 동작에 따라 송신 코일부(150)에 전류가 인가되게 되고, 그에 따라 무선 태그와 통신을 수행할 수 있다.

도 6은 도 3에 도시된 스위치 제어부의 일 실시예를 도시하는 블록 구성도이다.

도 6을 참조하면, 스위치 제어부(143)는 데이터 입력 인터페이스(601), 대전력 실행 감지기(602), 소전력 실행 감지기(603) 및 스위치 제어기(605)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 스위치 제어부(143)는 타이밍 제어기(604)를 더 포함할 수 있다.

데이터 입력 인터페이스(601)는 대전력 전송부(120) 및 소전력 전송부(130)로부터, 대전력 전송부(120)의 동작에 관한 데이터 및 소전력 전송부(130)의 동작에 관한 데이터를 입력을 수 있다.

대전력 실행 감지기(602)는 상기 대전력 전송부의 동작에 관한 데이터로부터 대전력 전송부(120)의 실행 상태를 감지할 수 있다.

일예로, 대전력 실행 감지기(602)는 대전력 전송부(120)로부터 외부 물체 검출 신호에 대한 정보, 확인 신호에 대한 정보 또는 송신 코일부의 임피던스 정보 등을 확인하여, 대전력 전송부(120)가 어떠한 실행 상태인지 확인할 수 있다.

소전력 실행 감지기(603)는 소전력 전송부의 동작에 관한 데이터로부터 소전력 전송부(130)의 실행 상태를 감지할 수 있다.

일 예로, 소전력 실행 감지기(603)는 태그 감지 신호에 대한 정보를 기초로, 소전력 전송부가 무선 태그를 검출하기 위한 상태인지 또는 무선 태그를 검출한 상태인지 확인할 수 있다.

스위치 제어기(605)는 대전력 실행 감지기(602) 및 소전력 실행 감지기(603)의 출력, 즉, 상기 대전력 전송부의 실행 상태 및 상기 소전력 전송부의 실행 상태에 대응하여, 스위치를 대전력 전송부(120) 또는 소전력 전송부(1320) 중 어느 하나와 연결시키도록 스위치를 제어할 수 있다.

타이밍 제어기(604)는 스위칭 타이밍에 대한 정보를 생성하여 제공할 수 있으며, 스위치 제어기(605)는 이를 기반으로 스위칭 제어를 수행할 수 있다.

일 예로, 스위치 제어기(605)는 대전력 전송부(120)와 소전력 전송부(130)가 교번적으로 송신 코일부(150)에 연결되도록 스위치를 제어할 수 있다. 예컨대, 대전력 전송부(120)와 소전력 전송부(130)가 모두 검출 신호를 송신하는 경우, 검출 신호들을 교번적으로 송출하도록 스위치를 제어할 수 있다.

도 7은 도 2에 도시된 무선 전력 송신 장치의 다른 일 실시예를 도시하는 도면이다. 도 7에 도시된 일 실시예는, 매칭 회로가 스위치를 포함하는 실시예에 관한 것이다.

도 7을 참조하면, 대전력 전송부는 제1 매칭 회로(123)를 포함하며, 제1 매칭 회로(123)는 인버터(122)의 출력단에 연결되고, 적어도 하나의 커패시터를 포함하여 송신 코일부(150)의 하나의 코일과 공진 회로를 형성할 수 있다.

도시된 예에서, 제1 매칭 회로는 일단이 인버터(122)의 출력단에 직렬 연결된 제1 커패시터들(C11, C12), 제1 커패시터들의 타단에 병렬 연결되는 제2 커패시터들(C21, C22)와 제3 커패시터들(C31, C32)을 포함한다. 제2 커패시터들(C21, C22)의 타단은 접지되고, 제3 커패시터들(C31, C32)은 스위치를 통하여 접지된다.

스위치 제어부(143)는 제1 매칭 회로(123)에 포함된 적어도 하나의 스위치의 동작을 제어하여, 대전력 전송부와 송신 코일부 간의 스위칭을 제어할 수 있다.

한편, 제2 매칭 회로(133)는 스위치 없이 매칭용 커패시터(C13, C14)만으로 구성되어 있으나, 이는 예시적인 것이다. 따라서, 실시예에 따라 제2 매칭 회로(133) 또한 스위치를 포함할 수 있으며, 이러한 경우 스위치 제어부(143)에 의하여 스위칭 제어함으로써 소전력 전송부와 송신 코일부 간의 스위칭을 제어할 수 있다.

이상에서 도 2 내지 도 7를 참조하여 설명한, 무선 전력 송신 장치(100)의 일 실시예는 스위치부를 이용하여, 하나의 송신 코일에 대전력 전송부(120) 및 소전력 전송부(130) 중 어느 하나가 연결되어 동작하는 실시예에 대하여 설명하였다.

한편, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 스위치부를 대체하여 필터를 이용함으로써 하나의 송신 코일을 대전력 전송부(120) 및 소전력 전송부(130)가 사용하도록 할 수 있으며, 이하 도 8 및 도 9를 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 도시하는 블록 구성도이다.

도 8을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(200)는 대전력 전송부(220), 소전력 전송부(230), 필터부(240) 및 송신 코일부(250)을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 무선 전력 송신 장치(200)는 전원 공급부(210)를 더 포함할 수 있다.

전원 공급부(210), 대전력 전송부(220), 소전력 전송부(230), 및 송신 코일부(250)에 대한 설명은 기 상술한 설명으로부터 쉽게 이해될 수 있으므로, 이하에서는 설명을 생략한다.

필터부(240)는 제1 필터(241) 및 제2 필터(242)를 포함할 수 있다.

제1 필터(241)는 대전력 전송부(220)와 송신 코일부(250) 사이에 위치되어, 대전력 전송부(220)의 출력 범위가 아닌 영역에 해당하는 신호를 필터링할 수 있다.

또한, 제2 필터(242)는 소전력 전송부(230)와 송신 코일부(250) 사이에 위치되어, 소전력 전송부(230)의 출력 범위가 아닌 영역에 해당하는 신호를 필터링할 수 있다.

예컨대, 대전력 전송부(220)가 동작하는 경우, 대전력 전송부(220)에서 출력된 대전력 전송 신호는 제1 필터(241)를 통과하여 송신 코일(250)로 제공된다. 또한, 상기 대전력 전송 신호는 제2 필터(242)에 의하여 필터링 되어, 상기 대전력 전송 신호는 소전력 전송부(230)로 유입되지 않는다.

마찬가지로, 소전력 전송부(230)가 동작하는 경우, 소전력 전송부(230)에 의하여 생성된 소전력 전송 신호는 제2 필터(242)를 통과하여 송신 코일(250)로 제공되나, 제1 필터(241)에 의하여 필터링 되어 대전력 전송부(220)로 유입되지 않는다.

이와 같은 실시예의 경우, 스위칭부의 스위칭 제어는 요구되지 않으나, 대전력 전송부(220)와 소전력 전송부(230)가 동시에 제어되는 것을 방지하기 위하여, 대전력 전송부(220)와 소전력 전송부(230)간에 동시 제어 방지가 수행될 수 있다.

도 9는 도 8에 도시된 무선 전력 송신 장치의 일 실시예를 도시하는 도면이다.

도 9를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(200)는 대전력 전송부(220), 소전력 전송부(230), 필터부(240) 및 송신 코일부(250)을 포함할 수 있으며, 실시예에 따라, 전원 공급부(210)를 더 포함할 수 있다.

대전력 전송부(220)는 제1 직류-직류 컨버터(221), 인버터(222) 및 대전력 전송 제어기(미도시)를 포함할 수 있으며, 실시예에 따라, 제1 매칭 회로(미도시)를 더 포함할 수 있다. 제1 직류-직류 컨버터(221) 내지 인버터(222)에 대한 설명은 도 4 등을 참조하여 상술한 바로부터 쉽게 이해할 수 있다.

제1 필터(241)는 인버터(222)의 출력은 바이패스 시키고, 무선 태그 리더부(232)의 출력은 필터링 할 수 있다.

대전력 전송 제어기(미도시)는 무선 태그 리더부(232)와 동시 동작을 방지하도록 인버터(222)의 동작을 제어할 수 있다.

일 예로, 대전력 전송 제어기(미도시)는 무선 태그 리더부(232)와 시간 동기를 설정하고, 서로 배타적으로 설정된 시간 영역에서만 동작하도록 서로 설정할 수 있다.

다른 예로, 대전력 전송 제어기(미도시)가 송신 코일부(250)의 사용에 대한 우선권을 가질 수 있으며, 따라서, 대전력 전송 제어기(미도시)가 비 동작중인 경우에 대한 정보를 무선 태그 리더부(232)에 제공하면 무선 태그 리더부(232)가 동작하도록 할 수 있다.

소전력 전송부(230)는 제2 직류-직류 컨버터(231) 및 무선 태그 리더부(232)를 포함할 수 있으며, 실시예에 따라, 제2 매칭 회로(미도시)를 더 포함할 수 있다. 제2 직류-직류 컨버터(231)에 대한 설명은 도 4 등을 참조하여 상술한 바로부터 쉽게 이해할 수 있다.

제2 필터(242)는 무선 태그 리더부(232)의 출력은 바이패스 시키고, 인버터(222)의 출력은 필터링 할 수 있다.

무선 태그 리더부(232)는 대전력 전송 제어기(미도시)와 동시 동작을 방지하여 동작할 수 있음은 상술한 예와 같다.

도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 송출 신호를 예시하는 도면들이다.

도 10에 도시된 예는, 무선 전력 송신 장치가 무선 태그를 감지하여 이물질 검출 제어를 수행하는 일 예를 도시하고 있다.

도 10을 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 무선 전력 수신 장치를 검출하기 위한 대전력 전송 신호인 제1 검출 신호(1021,1022)와, 무선 태그를 검출하기 위한 소전력 전송 신호인 제2 검출 신호(1031 내지 1034)를 송출하고 있다.

도 8에서, 제1 검출 신호와 제2 검출 신호의 주기가 동일하게 교번적으로 송출되는 것을 도시하고 있으나, 이는 예시적인 것으로서, 제1 검출 신호와 제2 검출 신호의 주기는 서로 상이할 수 있다.

한편, 제1 검출 신호(1021,1022)와 제2 검출 신호(1031, 1032)를 송출하다가, 어느 제2 검출 신호(1033)에 의하여 무선 태그가 감지되면, 무선 전력 송신 장치는 이물질 검출 제어를 수행할 수 있다.

도시된 예와 같이, 무선 전력 송신 장치는 무선 태그의 제거가 확인될 때까지 제2 검출 신호만을 주기적으로 송출(1034)할 수 있다. 어느 제2 검출 신호(1035)에 의하여 무선 태그의 제거가 확인되면, 무선 전력 송신 장치는 다시 제1 검출 신호와 제2 검출 신호를 송출할 수 있다.

도 11에 도시된 예는, 무선 전력 송신 장치가 무선 전력 수신 장치를 감지하여 무선으로 전력을 송출하는 제어를 수행하는 일 예를 도시하고 있다.

도 11을 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 무선 전력 수신 장치를 검출하기 위한 대전력 전송 신호인 제1 검출 신호(1121 내지 1123)와, 무선 태그를 검출하기 위한 소전력 전송 신호인 제2 검출 신호(1131 내지 1132)를 송출하고 있다.

한편, 제1 검출 신호(1121 내지 1123)와 제2 검출 신호(1131 내지 1132)를 송출하다가, 어느 제1 검출 신호(1123)에 의하여 외부 물체가 검출되면, 무선 전력 송신 장치는 해당 외부 물체가 무선 전력 수신 장치인지 확인하고, 해당 외부 물체가 무선 전력 수신 장치로 확인되면, 무선 전력 송신 장치는 전력 송신 신호를 송출하여 무선 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 전송할 수 있다(1124).

이후, 전력 전송이 완료되면, 무선 전력 송신 장치는 다시 제1 검출 신호와 제2 검출 신호를 송출할 수 있다.

도 10 및 도 11은 대전력 전송 신호인 제1 검출 신호와 소전력 전송 신호인 제2 검출 신호가 균등하게 송출하는 예를 도시하고 있다.

한편, 실시예에 따라, 무선 전력 송신 장치는 제1 검출 신호와 제2 검출 신호의 송출을 서로 다르게 설정할 수 있으며, 도 12는 이러한 예를 도시하고 있다.

도 12를 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 무선 전력 수신 장치를 검출하기 위한 대전력 전송 신호인 제1 검출 신호(1221 내지 1222)만을 송출하고 있다.

이후, 어느 제1 검출 신호(1223)에 의하여 외부 물체가 감지되고, 해당 외부 물체가 무선 전력 수신 장치인 것으로 확인되면, 무선 전력 송신 장치는 무선으로 전력을 송신(1224)하기 이전에 소전력 전송 신호인 제2 검출 신호(1231)를 송출하여 무선 태그가 존재하는지 확인할 수 있다.

이는, 외부 물체를 검출하기 위한 제1 검출 신호는, 비교적 짧은 시간만 송출되므로 이러한 제1 검출 신호에 의하여 무선 태그의 파손은 이루어지지 않으나, 무선으로 전력을 송출하는 전력 전송 신호 (1224)에 의해서는 무선 태그의 파손이 유발되기 때문이다. 즉, 무선 전력 송신 장치는 무선 태그의 파손이 유발되는 전력 전송 신호(1224)를 송출하기 이전에, 소전력 전송 신호인 제2 검출 신호를 송출함으로써 무선으로 전력을 송출하기 전에 무선 태그가 존재하는지 검출할 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서 무선 태그의 위치가 다양하게 위치하는 예를 도시하는 도면이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 하나의 송신 코일을 이용하여 서로 다른 두 전력 신호를 송출할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 넓은 면적을 커버할 수 있는 하나의 코일을 각 기능에 따라 이용하므로, 별도의 코일을 이용하는 경우와 달리 높은 인식률을 가질 수 있다.

즉, 도 13에 도시된 바와 같이, 하나의 송신 코일(150)을 이용하여 무선 태그 검출을 수행하므로, 무선 태그의 위치가 어느 위치(1310 내지 1350)에 있는 경우라도 정확하게 인식이 가능하다.

이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

20 : 무선 전력 수신 장치
30 : 전자 기기
31 : 무선 태그
100, 200 : 무선 전력 송신 장치
110, 210 : 전원 공급부
120, 220 : 대전력 전송부
130, 230 : 소전력 전송부
140 : 스위치부
240 : 필터부
150, 250 : 송신 코일부

Claims (16)

1. 복수 회 권선된 하나의 코일을 포함하는 송신 코일부;
   제1 전력을 전송하기 위한 대전력 전송 신호를 상기 송신 코일부를 통하여 전송하는 대전력 전송부;
   상기 제1 전력 보다 작은 제2 전력을 전송하기 위한 소전력 전송 신호를 상기 송신 코일부를 통하여 전송하는 소전력 전송부; 및
   상기 대전력 전송부 및 상기 소전력 전송부의 동작에 대응하여, 상기 대전력 전송부 또는 상기 소전력 전송부 중 어느 하나를 상기 송신 코일부와 전기적으로 연결시키는 스위치부;
   를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 대전력 전송 신호는
   외부의 물체를 감지하기 위한 검출 신호;
   상기 외부의 물체가 무선 전력 수신 장치인지 확인하기 위한 확인 신호; 및
   상기 무선 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 전송하기 위한 전력 전송 신호;
   중 적어도 하나를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 소전력 전송 신호는
   무선 태그를 리딩하기 위한 무선 태그 감지 신호;
   를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
   
4. 제3항에 있어서, 상기 스위치부는
   상기 하나의 코일을 상기 대전력 전송부 또는 상기 소전력 전송부 중 어느 하나와 연결시키는 스위치; 및
   상기 스위치의 스위칭을 조절하는 스위치 제어부;
   를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
   
5. 제4항에 있어서, 상기 스위치 제어부는
   상기 무선 태그 감지 신호에 의하여 상기 무선 태그가 존재하는 것으로 판단되는 동안, 상기 송신 코일부를 상기 소전력 전송부와 전기적으로 연결시키는 무선 전력 송신 장치.
   
6. 제4항에 있어서, 상기 스위치 제어부는
   상기 대전력 전송부가 상기 검출 신호를 송출하고, 상기 소전력 전송부가 상기 무선 태그 감지 신호를 송출하는 동안, 상기 대전력 전송부와 상기 소전력 전송부가 교번적으로 상기 하나의 코일에 연결되도록 상기 스위치를 제어하는 무선 전력 송신 장치.
   
7. 제4항에 있어서, 상기 스위치 제어부는
   상기 대전력 전송부 및 상기 소전력 전송부로부터 데이터를 입력받는 데이터 입력 인터페이스;
   상기 데이터로부터 상기 대전력 전송부의 실행 상태를 감지하는 대전력 실행 감지기;
   상기 데이터로부터 상기 소전력 전송부의 실행 상태를 감지하는 소전력 실행 감지기; 및상기 대전력 전송부의 실행 상태 및 상기 소전력 전송부의 실행 상태에 대응하여, 상기 스위치를 상기 대전력 전송부 또는 상기 소전력 전송부 중 어느 하나와 연결시키도록 상기 스위치를 제어하는 스위치 제어기;
   를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
   
8. 제1항에 있어서, 상기 무선 전력 송신 장치는
   전원 공급부로부터 소정 크기의 직류 전원을 입력받고,
   상기 대전력 전송부는 상기 직류 전원을 승압하는 제1 직류-직류 컨버터를 포함하고,
   상기 소전력 전송부는 상기 직류 전원을 감압하는 제2 직류-직류 컨버터를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
   
9. 제8항에 있어서, 상기 대전력 전송부는
   상기 제1 직류-직류 컨버터의 출력에 대하여 스위칭 동작하여 교류 전류를 출력하는 인버터; 및
   상기 인버터의 출력단에 연결되고, 적어도 하나의 커패시터를 포함하여 상기 하나의 코일과 공진 회로를 형성하는 매칭 회로;
   를 더 포함하는 무선 전력 송신 장치.
   
10. 제9항에 있어서, 상기 매칭 회로는
    적어도 하나의 스위치를 더 포함하고,
    상기 스위치부는 상기 매칭 회로에 포함된 적어도 하나의 스위치의 동작을 제어하여, 상기 대전력 전송부와 상기 송신 코일부 간의 스위칭을 제어하는 무선 전력 송신 장치.
    
11. 복수 회 권선된 하나의 코일을 포함하는 송신 코일부;
    제1 전력을 전송하기 위한 대전력 전송 신호를 상기 송신 코일부를 통하여 전송하는 대전력 전송부;
    상기 제1 전력 보다 작은 제2 전력을 전송하기 위한 소전력 전송 신호를 상기 송신 코일부를 통하여 전송하는 소전력 전송부;
    상기 대전력 전송부의 출력단에 연결되고, 상기 대전력 전송부의 출력 범위를 벗어난 신호를 필터링하는 제1 필터; 및
    상기 소전력 전송부의 출력단에 연결되고, 상기 소전력 전송부의 출력 범위를 벗어난 신호를 필터링하는 제2 필터;
    를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
    
12. 제11항에 있어서, 상기 대전력 전송부는
    직류 전원을 승압하는 제1 직류-직류 컨버터;
    상기 제1 직류-직류 컨버터의 출력에 대하여 스위칭 동작하여 교류 전류를 출력하는 인버터; 및
    상기 인버터의 스위칭 동작을 제어하는 대전력 전송 제어기;
    를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
    
13. 제12항에 있어서, 상기 대전력 전송 제어기는
    서로 배타적으로 설정된 시간에서만 동작하도록 상기 소전력 전송부와 기 설정된 시간 동기화 정보를 설정하는 무선 전력 송신 장치.
    
14. 제12항에 있어서, 상기 대전력 전송 제어기는
    상기 송신 코일부에 대한 동작 우선권을 가지고, 상기 대전력 전송 제어기가 비동작 중인 경우에 이에 대한 정보를 상기 소전력 전송부에 제공하는 무선 전력 송신 장치.
    
15. 제12항에 있어서, 상기 소전력 전송부는
    상기 직류 전원을 감압하는 제2 직류-직류 컨버터;
    를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
    
16. 제11항에 있어서, 상기 대전력 전송 신호는
    외부의 물체를 감지하기 위한 검출 신호;
    상기 외부의 물체가 무선 전력 수신 장치인지 확인하기 위한 확인 신호; 및
    상기 무선 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 전송하기 위한 전력 전송 신호; 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 소전력 전송 신호는
    무선 태그를 리딩하기 위한 무선 태그 감지 신호;
    를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
    

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