KR20180064238A - 무선 충전 방법 및 전자 장치 - Google Patents

Abstract

다양한 실시 예에 따르면, 전자 장치에 있어서, 하우징; 도전성 코일; 상기 도전성 코일과 전기적으로 연결되고, 상기 도전성 코일을 통해 전력을 무선으로 상기 하우징 외부로 전송하도록 구성되는 전력 전송 회로; 상기 전력 전송 회로와 전기적으로 연결되는 전압원(voltage source); 및 상기 전력 전송 회로와 상기 전압원 간에 전기적으로 연결되는 제어 회로를 포함하며, 상기 제어 회로는, 상기 도전성 코일을 통해 방출할 전력을 변경하고, 상기 도전성 코일을 통해 방출되는 신호 및/또는 전자기파(electromagnetic wave)의 주파수를 모니터하며, 상기 모니터한 주파수에 적어도 일부 결과를 기반하여 상기 전압원으로부터의 전압 레벨을 조정하도록 구성될 수 있다.

Description

무선 충전 방법 및 전자 장치{METHOD AND ELECTRONIC DEVICE FOR WIRELESS CHARGING}

본 발명의 다양한 실시 예들은 무선 충전 방법 및 전자 장치에 관한 것이다.

무선 충전 기술은 무선 전력 송수신을 이용한 것으로서, 전자 장치(예: 스마트폰)의 배터리를 별도의 충전 커넥터를 연결하지 않고 충전할 수 있는 시스템이다.

무선 전력 송신 장치는 무선 전력 신호에 의하여 발생하는 전자기 유도 현상에 기초한 유도 결합(inductive coupling) 방식과 특정 주파수의 무선 전력 신호에 의하여 발생하는 전자기적 공진 현상에 기초한 공진 결합(electromagnetic resonance coupling) 방식 중 하나 이상을 이용하여 무선 전력 수신 장치로 전력을 전달할 수 있다.

전자기 유도에 의한 무선 전력 전송 방법은, 1차 코일 및 2차 코일을 이용하여 전력을 무선으로 전송하는 기술로, 하나의 코일에서 전자기 유도 현상에 의하여 생성되는 변화하는 자기장에 의하여 다른 코일 쪽에 전류가 유도됨으로써 전력이 전달되는 것을 말한다.

공진 결합 방식에 의한 무선 전력 전송 방법은, 무선 전력 송신장치에서 전송한 무선 전력 신호에 의하여 전자 기기에서 전자기적 공진이 발생하고, 상기 공진 현상에 의하여 무선 전력 송신장치로부터 전자 기기로 전력이 전달되는 것을 말한다.

무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기에서는 EMI(electro magnetic interference)가 발생할 수 있다. EMI는 하나의 전자 기기로부터 직접 방사 또는 전도되는 전자기파가 다른 전자 기기의 기능에 영향을 미치는 것을 의미할 수 있다. 최근 스마트폰의 배터리 용량이 증가됨에 따라 고속 무선 충전을 위해 무선 전력 송신기의 출력 회로에서는 일반 무선 충전 대비 큰 전압, 전류 신호가 출력되게 된다. 이로 인해 무선 전력 송신기의 출력 회로에서는 상당히 큰 잡음 신호가 발생할 수 있으며 또한 다른 회로부에도 간섭이 발생하여 시스템 문제를 일으키는 경우가 발생될 수 있다.

전자기 유도에 의한 무선 충전은 110 ㎑ ~ 190 ㎑의 주파수 대역을 사용하는 시스템으로 전력 전송 주파수를 가변하여 송신 전력을 제어하는 시스템이기 때문에, 유효하지 않은 주파수를 가지는 신호 성분은 EMI 잡음으로 작용할 수 있다. EMI 규제 정책에 기반하여, 무선 전력 전송 주파수를 가변하는 방법을 사용할 수 있지만 무선 전력 송신기에서는 가변주파수의 가용 범위가 정해져 있어서 무선 충전 효율이 감소될 수 있다.

그러므로 무선 전력 송신기의 고출력의 출력 회로에서 효과적으로 EMI를 최소화할 수 있는 방법이 요구되는 실정이다.

본 발명의 다양한 실시 예는, 무선 전력 송신기에서 주파수의 가용 범위 내에서 효과적으로 EMI를 방지하기 위한 무선 전력 송신기를 제공할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시 예는, 전력 전송을 위한 주파수를 제어함으로써 송신 전력의 변화폭을 확대하면서도 EMI를 방지할 수 있는 무선 전력 송신기를 제공할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 전자 장치에 있어서, 하우징; 도전성 코일; 상기 도전성 코일과 전기적으로 연결되고, 상기 도전성 코일을 통해 전력을 무선으로 상기 하우징 외부로 전송하도록 구성되는 전력 전송 회로; 상기 전력 전송 회로와 전기적으로 연결되는 전압원(voltage source); 및 상기 전력 전송 회로와 상기 전압원 간에 전기적으로 연결되는 제어 회로를 포함하며, 상기 제어 회로는, 상기 도전성 코일을 통해 방출할 전력을 변경하고, 상기 도전성 코일을 통해 방출되는 신호 및/또는 전자기파(electromagnetic wave)의 주파수를 모니터하며, 상기 모니터한 주파수에 적어도 일부 결과를 기반하여 상기 전압원으로부터의 전압 레벨을 조정하도록 구성될 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 전자 장치에 의한 무선 충전 방법은, 코일을 통해 전력을 무선으로 전송하는 동작, 상기 코일을 통해 방출할 신호의 전송 주파수를 모니터링하는 동작, 및 상기 모니터링한 결과를 기반으로 전압 레벨을 조정함으로써 상기 전송 주파수를 조정하는 동작을 포함할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 무선 전력 송신기에서 주파수의 가용 범위 내에서 주파수를 제어할 수 있는 출력 회로 구조를 가짐으로써, EMI를 감소시키는 무선 전력 송신기가 제공될 수 있다.

본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 기존 주파수 대역에서 전력 제어가 이루어지는 시스템을 전압 제어를 통해 주파수 대역을 변경하고 듀티 사이클(예: 50% 듀티 사이클)을 유지함으로써 EMI 노이즈 소스원 발생을 저감시킬 수 있다.

본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 스위치와 인덕터 등의 간단한 수동 소자를 추가하여 EMI를 저감시킬 수 있어, 부피와 용량이 큰 소자를 추가하는 것에 비해 수동 소자에 의한 비용 증가도 방지할 수 있다.

도 1은 무선 충전 시스템 동작 전반을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무선 충전 시스템에 포함된 무선 전력 송신 장치의 상세 블록도이다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무선 충전 시스템에 포함된 무선 전력 수신 장치의 상세 블록도이다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무선 충전 시스템에 포함된 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 동작을 도시한 도면이다.
도 6은 일 실시 예에 따른, 무선 충전 시스템에서 EMI 노이즈 발생 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 일부의 회로도를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 인덕터 추가로 인한 동작 주파수 대 무선 전력 송신기의 전력 이득 곡선의 변화도를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 스위칭 모듈 추가로 인한 동작 주파수 대 무선 전력 송신기의 전력 이득 곡선의 변화도를 도시한 도면이다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 인덕터 추가로 인한 동작 주파수에 따른 무선 전력 송신기의 전력 이득 곡선의 시뮬레이션 결과를 비교하여 설명하기 위한 도면이다.
도 11a는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무선 충전 시작 시 송출 전력 조정을 위한 무선 전력 송신기에서의 동작흐름도이다.
도 11b는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 송출 전력 조정을 위한 무선 전력 송신기에서의 동작 흐름도이다.
도 12 내지 도 14는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 고전력에서 저전력으로 변경 시 전송 주파수와 인버터 출력 전압 간의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 기존 CE(conducted emission) 측정 결과 대비 인덕터와 스위칭 모듈 추가로 인한 개선된 측정 결과를 나타낸 도면이다.

이하, 본 문서의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 문서의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.

본 문서에서, "가진다," "가질 수 있다," "포함한다," 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.

본 문서에서, "A 또는 B," "A 또는/및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상"등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B," "A 및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.

본 문서에서 사용된 "제 1," "제 2," "첫째," 또는 "둘째,"등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 제 1 사용자 기기와 제 2 사용자 기기는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자 기기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 문서에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.

어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어((operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어(connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.

본 문서에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)," "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)," "~하도록 설계된(designed to)," "~하도록 변경된(adapted to)," "~하도록 만들어진(made to)," 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성된(또는 설정된)"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)" 것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.

본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 문서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문서의 실시예들을 배제하도록 해석될 수 없다.

도 1은 무선 충전 시스템의 동작 전반을 설명하기 위한 개념도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 무선 충전 시스템은 무선 전력 송신기(100) 및 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2,…, 110-n)를 포함할 수 있다.

무선 전력 송신기(100)는 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)에 무선으로 각각 전력(1-1,1-2,…,1-n)을 송신할 수 있다.

무선 전력 송신기(100)는 무선 전력 수신기(110-1, 110-2,…, 110-n)와 전기적 연결을 형성할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(100)는 전자기장 또는 자기장을 방출함으로써, 무선 전력을 송신할 수 있다. 여기에서, 무선 전력 송신기(100)는 유도 방식 또는 공진 방식에 근거하여 무선 전력을 송신할 수 있다.

한편, 무선 전력 송신기(100)는 무선 전력 수신기(110-1, 110-2,…, 110-n)와 양방향 통신을 수행할 수 있다.

무선 전력 수신기는 특히, 이동통신단말기, PDA, PMP, 스마트폰, 웨어러블 전자 장치, 이동 가능한 음악 재생장치 등의 소형 가전, 냉장고, TV 등의 대형 가전, 전기차(electronic vehicle) 등으로 구현될 수 있다. 반면, 무선 전력 송신기(100)는 예를 들어, 스마트폰 등의 무선 전력 수신기를 충전시킬 수 있는 전자 장치로, 충전 패드, 스탠드형 무선충전기, 트레이 디자인 무선충전기 등으로 구현될 수 있다.

아웃밴드 방식으로 통신하는 경우에, 무선 전력 송신기(100) 및 무선 전력 수신기(110-1, 110-2,…, 110-n)는 소정의 프레임으로 구성된 패킷(2-1, 2-2,…, 2-n)을 처리하거나 송수신할 수 있다. 인밴드 방식으로 통신하는 경우에, 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)는 로드 변조를 수행할 수 있으며, 무선 전력 송신기(100)는 로드 변경을 검출함에 따라서 무선 전력 수신기(110-1, 110-2,…, 110-n)의 보고를 획득할 수 있다.

무선 전력 송신기(100)는 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2,…, 110-n)로 무선으로 전력을 제공할 수 있다. 예를 들어 무선 전력 송신기(100)는 공진 방식을 통하여 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2,…, 110-n)에 전력을 전송할 수 있다. 무선 전력 송신기(100)가 공진 방식을 채택한 경우, 무선 전력 송신기(100)와 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2,…, 110-n) 사이의 거리는 실내 환경에서 동작하는 거리일 수 있다. 또한 무선 전력 송신기(100)가 전자기 유도 방식을 채택한 경우, 무선 전력 송신기(100)와 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2,.., 110-n) 사이의 거리는 바람직하게는 10cm 이하일 수 있다. 무선 전력 송신기(100)는, RF/microwave 방식을 이용하는 경우, 지향성의 마이크로파 파워빔(power beam)을 형성하여 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n) 중 적어도 하나를 충전할 수도 있다.

무선 전력 수신기(110-1, 110-2,…, 110-n)는 무선 전력 송신기(100)로부터 무선 전력을 수신하여 내부에 구비된 배터리의 충전을 수행할 수 있다. 또한 무선 전력 수신기(110-1, 110-2,…, 110-n)는 무선 전력 전송을 요청하는 신호나, 무선 전력 수신에 필요한 정보, 무선 전력 수신기 상태 정보 또는 무선 전력 송신기(100) 제어 정보 등을 무선 전력 송신기(100)에 송신할 수 있다.

또한 무선 전력 수신기(110-1, 110-2,…, 110-n)는 각각의 충전상태를 나타내는 메시지를 무선 전력 송신기(100)로 인밴드 방식 또는 아웃밴드 방식으로 송신할 수 있다.

무선 전력 송신기(100)는 디스플레이와 같은 표시수단을 포함할 수 있으며, 무선 전력 수신기(110-1, 110-2,…, 110-n) 각각으로부터 수신한 메시지에 기초하여 무선 전력 수신기(110-1, 110-2,…, 110-n) 각각의 상태를 표시할 수 있다. 아울러, 무선 전력 송신기(100)는 각각의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2,…, 110-n)가 충전이 완료되기까지 예상되는 시간을 함께 표시할 수도 있다.

도 2는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 블록도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 일 실시 예에 따른, 무선 전력 송신기(200)는 전력 송신부(211), 제어부(212), 통신부(213), 표시부(214) 또는 저장부(215) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

전력 송신부(211)는 무선 전력 송신기(200)가 요구하는 전력을 제공할 수 있으며, 무선으로 무선 전력 수신기(250)에 전력을 제공할 수 있다. 여기에서, 전력 송신부(211)는 교류 파형의 형태로 전력을 공급할 수 있으며, 직류 파형의 전력을 인버터를 이용하여 교류 파형으로 변환하여 교류 파형의 전력을 공급할 수도 있다. 전력 송신부(211)는 내장된 배터리의 형태로 구현될 수도 있으며, 또는 전력 수신 인터페이스의 형태로 구현되어 외부로부터 전력을 수신하여 다른 구성 요소에 공급하는 형태로도 구현될 수 있다. 전력 송신부(211)는 교류 파형의 전력을 제공할 수 있는 수단이라면 제한이 없다는 것은 당업자가 용이하게 이해할 것이다.

제어부(212)는 무선 전력 송신기(200)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(212)는 저장부(215)로부터 독출한 제어에 요구되는 알고리즘, 프로그램 또는 어플리케이션을 이용하여 무선 전력 송신기(200)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 제어부(212)는 CPU, 마이크로프로세서, 미니 컴퓨터와 같은 형태로 구현될 수 있다. 이에 따라, 제어부(212)는 컨트롤러로 명명될 수도 있으며, 구현에 따라 MCU(micro controlling unit)으로 명명될 수도 있다.

통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)와 소정의 방식으로 통신을 수행할 수 있다. 통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)로부터 전력 정보를 수신할 수 있다. 예를 들어, 전력 정보는 무선 전력 수신기(250)의 용량, 배터리 잔량, 충전 횟수, 사용량, 배터리 용량, 또는 배터리 비율 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한 통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)의 충전 기능을 제어하는 충전 기능 제어 신호를 송신할 수 있다. 충전 기능 제어 신호는 특정 무선 전력 수신기(250)의 전력 수신부(251)를 제어하여 충전 기능을 인에이블(enabled) 또는 디스에이블(disabled)하게 하는 제어 신호일 수 있다.

통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)뿐만 아니라, 다른 무선 전력 송신기(미도시)로부터의 신호를 수신할 수도 있다.

제어부(212)는 통신부(213)를 통해 무선 전력 수신기(250)로부터 수신한 메시지에 기초하여 무선 전력 수신기(250)의 상태를 표시부(214)에 표시할 수 있다. 또한, 제어부(212)는 무선 전력 수신기(250)가 충전이 완료되기까지 예상되는 시간을 표시부(214)에 표시할 수도 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 일 실시 예에 따른, 무선 전력 수신기(250)는 전력 수신부(251), 제어부(252), 통신부(253), 표시부(258), 또는 저장부(259) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

전력 수신부(251)는 무선 전력 송신기(200)로부터 전송된 전력을 무선으로 수신할 수 있다. 여기에서, 전력 수신부(251)는 교류 파형의 형태로 전력을 수신할 수 있다.

제어부(252)는 무선 전력 수신기(250)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(252)는 저장부(259)로부터 독출한 제어에 요구되는 알고리즘, 프로그램 또는 어플리케이션을 이용하여 무선 전력 송신기(250)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 제어부(252)는 CPU, 마이크로프로세서, 미니 컴퓨터와 같은 형태로 구현될 수 있다.

통신부(253)는 무선 전력 송신기(200)와 소정의 방식으로 통신을 수행할 수 있다. 통신부(253)는 무선 전력 송신기(200)로 전력 정보를 송신할 수 있다. 예를 들어, 전력 정보는 무선 전력 수신기(250)의 용량, 배터리 잔량, 충전 횟수, 사용량, 배터리 용량, 또는 배터리 비율 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한 통신부(253)는 무선 전력 수신기(250)의 충전 기능을 제어하는 충전 기능 제어 신호를 송신할 수 있다. 충전 기능 제어 신호는 특정 무선 전력 수신기(250)의 전력 수신부(251)를 제어하여 충전 기능을 인에이블(enabled) 또는 디스에이블(disabled)하게 하는 제어 신호일 수 있다. 제어부(252)는 무선 전력 수신기(250)의 상태를 표시부(258)에 표시하도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(252)는 무선 전력 수신기(250)가 충전이 완료되기까지 예상되는 시간을 표시부(258)에 표시할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무선 충전 시스템에 포함된 무선 전력 송신 장치의 상세 블록도이며, 도 4는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무선 충전 시스템에 포함된 무선 전력 수신 장치의 상세 블록도이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(300)(예: 무선 전력 송신기(200))는 하우징(미도시), 적어도 하나의 도전성 패턴(324)(예: 도전성 코일, 유도 코일)을 포함하며, 도전성 패턴(324)()과 전기적으로 연결되며 상기 도전성 패턴(324)을 통해 전력을 무선으로 상기 하우징 외부로 전송하도록 구성되는 전력 전송 회로(320)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이 무선 전력 송신 장치(300)는 전력 전송 회로(320), 제어 회로(312)(예컨대, MCU, 또는 제어부, 프로세서), 통신 회로(330)(예컨대, out-of-band signaling circuit), 센싱 회로(315) 또는 표시부(317) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이 일 실시 예에 따른, 무선 전력 수신 장치(450)(예: 무선 전력 수신기(250))는 전력 수신 회로(470), 제어 회로(452), 통신 회로(480), 센싱 회로(455) 또는 표시부(457) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.

본 발명의 한 실시 예에 따른 도 3 및 도 4를 참고하면, 전력 전송 회로(320)는 무선 전력 수신 장치(450)로 전력을 제공할 수 있다. 전력 전송 회로(320)는 전력 어댑터(321), 전력 생성 회로(322), 매칭 회로(323), 또는 제1 통신 회로(331)를 포함할 수 있다. 또한 전력 전송 회로(320)가 적어도 하나 이상의 도전성 패턴(예: 코일)(324)을 포함하도록 구현될 수도 있다. 전력 전송 회로(320)는 상기 도전성 패턴(324)을 통하여 무선으로 무선 전력 수신 장치(450)에 전력을 전송하도록 구성될 수 있다. 전력 전송 회로(320)는 외부로부터 직류 또는 교류 파형의 형태로 전력을 공급 받을 수 있으며, 상기 공급 받은 전력을 교류 파형의 형태로 무선 전력 수신 장치(450)에 공급할 수 있다.

전력 어댑터(321)는 외부(예: 전압원)로부터 교류 또는 직류 전원을 입력 받거나, 배터리 장치의 전원 신호를 수신하여 설정된 전압 값을 가지는 직류 전력으로 출력할 수 있다. 여기서, 전압원은 전력 전송 회로(320)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 전력 어댑터(321)로 전원을 공급할 수 있다. 전력 어댑터(321)에서 출력되는 직류 전력의 전압 값은 제어 회로(312)에 의하여 제어될 수 있다. 전력 어댑터(321)로부터 출력되는 직류 전력은 전력 생성 회로(322)로 출력될 수 있다.

전력 생성 회로(322)는 전력 어댑터(321)로부터 출력된 직류 전류를 교류 전류로 변환하여 출력할 수 있다. 전력 생성 회로(322)는 소정의 증폭기(미도시)를 포함할 수도 있다. 전력 어댑터(321)를 통해 입력되는 직류 전류가 설정된 이득(gain)보다 작으면 상기 증폭기를 이용하여 설정된 이득(gain)으로 직류 전류를 증폭할 수 있다. 또는, 전력 생성 회로(322)는 제어 회로(312)로부터 입력되는 제어 신호에 기초하여 전력 어댑터(321)로부터 입력되는 직류 전류를 교류로 변환하는 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전력 생성 회로(322)는 소정의 인버터를 통해 상기 직류 전류를 교류로 변환할 수 있다. 또는, 전력 생성 회로(322)는 게이트 구동 장치(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 게이트 구동 장치가 상기 직류 전류를 온(on)/오프(off)하여 제어하면서 교류로 변경할 수도 있다. 또는, 전력 생성 회로(322)는 무선 전원 발생기(예: 오실레이터)를 통해 교류 전원 신호를 생성할 수도 있다.

매칭 회로(323)는 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 예를 들어, 전력 생성 회로(322)로부터 출력된 교류 신호가 도전성 패턴(324)에 전달되면, 상기 교류 신호에 의하여 도전성 패턴(324)에 전자기장이 형성될 수 있다. 매칭 회로(323)의 임피던스를 조정하여 상기 형성된 전자기장 신호의 주파수 대역을 조정할 수 있다.

매칭 회로(323)는 임피던스 조정에 의해 도전성 패턴(324)을 통해 무선 전력 수신 장치(450)로 전송되는 출력 전력이 고효율 또는 고출력이 되도록 제어할 수 있다. 매칭 회로(323)는 제어 회로(312)의 제어에 기초하여 임피던스를 조정할 수 있다. 매칭 회로(323)는 인덕터(예를 들어, 코일), 커패시터 또는 스위치 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제어 회로(312)는 상기 스위치 장치를 통해 상기 인덕터 및 커패시터 중 적어도 하나와의 연결 상태를 제어할 수 있으며, 이에 따라 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.

상기 도전성 패턴(324)은 전류가 인가되면 무선 전력 수신 장치(450)에 전류를 유도시키기 위한 자기장을 형성할 수 있다. 상기 제1 통신 회로(331)(예: 공진 회로)는 상기 도전성 패턴(324)에 의해 발생되는 전자기파를 이용하여 인-밴드(in-band) 형식으로 통신(예: 데이터 통신)을 수행할 수 있다.

센싱 회로(315)는 전력 전송 회로(320)의 도전성 패턴(324)에 인가되는 전류/전압의 변화를 센싱할 수 있다. 한 실시 예에 따르면, 센싱 회로(315)는 생략 가능하며, 센싱 동작은 제어 회로(312)에서 수행될 수 있다. 무선 전력 송신 장치(300)는 도전성 패턴(324)에 인가되는 전류/전압의 변화에 따라 상기 전송될 전력의 양을 변경할 수 있다. 또는, 센싱 회로(315)는 무선 전력 송신 장치(300)의 온도 변화를 센싱할 수 있다. 한 실시 예에 따르면, 센싱 회로(315)는 전류/전압 센서 및 온도 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

제어 회로(312)는 전력 전송 회로(320)를 통해 무선 전력 수신 장치(450)로 무선으로 전력을 전송하도록 제어할 수 있다. 제어 회로(312)는 통신 회로(330)를 통해 상기 무선 전력 수신 장치(450)로부터 무선으로 정보를 수신하도록 제어할 수 있다.

한 실시 예에 따르면, 상기 수신된 정보는 상기 무선 전력 수신 장치(450)의 배터리 상태와 관련된 충전 설정 정보, 상기 무선 전력 수신 장치(450)로 전송되는 전력의 양의 조절과 관련된 전력량 제어 정보, 상기 무선 전력 수신 장치(450)의 충전 환경과 관련된 환경 정보 및 상기 무선 전력 수신 장치(450)의 시간 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 충전 설정 정보는 무선 전력 송신 장치(300)와 무선 전력 수신 장치(450) 간 무선 충전 시점에서의 무선 전력 수신 장치(450)의 배터리 상태와 관련된 정보일 수 있다. 예를 들어, 상기 충전 설정 정보는 상기 무선 전력 수신 장치(450)의 배터리 전체 용량, 배터리 잔량, 충전 횟수, 배터리 사용량, 충전 모드, 충전 방식 또는 무선 수신 주파수 대역 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 전력량 제어 정보는 무선 전력 송신 장치(300)와 무선 전력 수신 장치(450) 간 무선 충전 중 무선 전력 수신 장치(450)에 충전된 전력량의 변화에 따라 상기 전송된 초기 전력의 양을 제어하기 위한 정보일 수 있다.

상기 환경 정보는 무선 전력 수신 장치(450)의 센싱 회로(455)에 의해 상기 무선 전력 수신 장치(450)의 충전 환경을 측정한 정보로서, 예를 들어, 상기 무선 전력 수신 장치(450)의 내부 온도와 외부 온도 중 적어도 하나를 포함하는 온도 데이터, 상기 무선 전력 수신 장치(450) 주변의 조도(밝기)를 나타내는 조도 데이터, 및 상기 무선 전력 수신 장치(450) 주변의 소리(소음)를 나타내는 소리 데이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

제어 회로(312)는 상기 수신된 정보 중 상기 충전 설정 정보에 기반하여 무선 전력 수신 장치(450)로 전송될 전력을 생성하거나 전송하도록 제어할 수 있다. 제어 회로(312)는 상기 수신된 정보 중 적어도 일부(예: 상기 전력량 제어 정보, 환경 정보 및 시간 정보 중 적어도 하나)에 기반하여 무선 전력 수신 장치(450)로 전송하는 전력의 양을 결정하거나 변경할 수 있다. 제어 회로(312)는 매칭 회로(323)가 임피던스를 변경하도록 제어할 수 있다.

표시부(317)(예: 유저 인터페이스)는 무선 전력 송신 장치(300)의 상태, 환경 정보 또는 충전 상태와 관련된 전반적인 정보를 표시할 수 있다.

통신 회로(330)는 무선 전력 수신 장치(450)와 소정의 방식으로 통신을 수행할 수 있다. 통신 회로(330)는 무선 전력 수신 장치(450)의 통신 회로(480)와 데이터 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 통신 회로(330)는 상기 신호를 유니캐스트(unicast), 멀티캐스트(multicast) 또는 브로드캐스트(broadcast)할 수 있다.

한 실시 예에 따르면, 통신 회로(330)는 전력 전송 회로(320)와 하나의 하드웨어로 구현되어 무선 전력 송신 장치(300)가 인-밴드(in-band) 형식으로 통신을 수행할 수 있는 제1 통신 회로(331), 또는 전력 전송 회로(320)와 상이한 하드웨어로 구현되어 무선 전력 송신 장치(300)가 아웃-오브-밴드(out-of-band) 형식으로 통신을 수행할 수 있는 제2 통신 회로(332) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

한 실시 예에 따르면, 통신 회로(330)가 인-밴드 형식으로 통신을 수행할 수 있는 상기 제1 통신 회로(331)를 포함하는 경우, 상기 제1 통신 회로(331)는 전력 전송 회로(320)의 도전성 패턴(324)을 통해 수신되는 전자기장 신호의 주파수 및 신호 레벨을 수신할 수 있다. 제어 회로(312)는 상기 수신된 전자기장 신호의 주파수 및 신호 레벨을 복호화하여 상기 무선 전력 수신 장치(450)로부터 수신되는 정보를 추출할 수 있다. 또는, 상기 제1 통신 회로(331)는 전력 전송 회로(320)의 도전성 패턴(324)에 무선 전력 수신 장치(450)로 전송하고자 하는 무선 전력 송신 장치(300)의 정보에 대한 신호를 인가하거나, 매칭 회로(323)로부터 출력되는 신호가 상기 도전성 패턴(324)에 인가됨으로써 발생되는 전자기장 신호에 무선 전력 송신 장치(300)의 정보에 대한 신호를 추가하여 무선 전력 수신 장치(450)로 전송할 수 있다. 제어 회로(312)는 매칭 회로(323)에 포함된 스위치 장치의 온/오프 제어를 통해 상기 매칭 회로(323)의 인덕터 및 커패시터 중 적어도 하나와 연결 상태를 변화시켜 출력되도록 제어할 수 있다.

한 실시 예에 따르면, 통신 회로(330)가 아웃-오브-밴드 형식으로 통신을 수행할 수 있는 상기 제2 통신 회로(332)를 포함하는 경우, 상기 제2 통신 회로(332)는 무선 전력 수신 장치(450)의 통신 회로(480)(예: 제2 통신 회로(482))와 NFC(near field communication), Zigbee 통신, 적외선 통신, 가시광선 통신, 블루투스 통신, 또는 BLE(bluetooth low energy) 방식 등을 이용하여 통신을 수행할 수 있다.

상술한 통신 회로(330)의 통신 방식은 단순히 예시적인 것이며, 본 발명의 실시 예들은 통신 회로(330)에서 수행하는 특정 통신 방식으로 그 권리범위가 한정되지 않는다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이 무선 전력 수신 장치(450)는 전력 수신 회로(470), 제어 회로(452), 통신 회로(480), 센싱 회로(455), 또는 표시부(457)를 포함할 수 있다. 무선 전력 수신 장치(450)의 전력 수신 회로(470)는 무선 전력 송신 장치(300)의 전력 송신 회로(420)로부터 전력을 수신할 수 있다. 전력 수신 회로(470)는 내장된 배터리의 형태로 구현될 수도 있으며, 또는 전력 수신 인터페이스의 형태로 구현되어 외부로부터 전력을 수신하도록 구현될 수도 있다. 전력 수신 회로(470)는 매칭 회로(471), 정류 회로(472), 조정 회로(474), 배터리(475) 또는 적어도 하나 이상의 도전성 패턴(476)을 포함할 수 있다.

전력 수신 회로(470)는 전력 전송 회로(320)의 도전성 패턴(324)에 인가된 전류/전압에 대응하여 발생된 전자기파 형태의 무선 전력을 도전성 패턴(476)을 통해 수신할 수 있다. 예를 들어, 전력 수신 회로(470)는 전력 전송 회로(320)의 도전성 패턴(324)과 전력 수신 회로(470)의 도전성 패턴(476)에 형성된 유도된 기전력을 이용하여 전력을 수신할 수 있다.

매칭 회로(471)는 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(300)의 도전성 패턴(324)을 통해 전송된 전력이 도전성 패턴(476)에 전달되어 전자기장이 형성될 수 있다. 매칭 회로(471)는 임피던스를 조정하여 상기 형성된 전자기장 신호의 주파수 대역을 조정할 수 있다. 매칭 회로(471)는 이러한 임피던스 조정에 의해 도전성 패턴(476)을 통해 무선 전력 송신 장치(300)로부터 수신되는 입력 전력이 고효율 및 고출력이 되도록 제어할 수 있다. 매칭 회로(471)는 제어 회로(452)의 제어에 기초하여 임피던스를 조정할 수 있다. 매칭 회로(471)는 인덕터(예를 들어, 코일), 커패시터 및 스위치 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제어 회로(452)는 상기 스위치 장치를 통해 상기 인덕터 및 커패시터 중 적어도 하나와의 연결 상태를 제어할 수 있으며, 이에 따라 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.

정류 회로(472)는 도전성 패턴(476)에 수신되는 무선 전력을 직류 형태로 정류할 수 있으며, 예를 들어 브리지 다이오드의 형태로 구현될 수 있다.

조정 회로(473)는 정류된 전력을 설정된 이득(gain)으로 컨버팅할 수 있다. 조정 회로(473)는 DC/DC 컨버터(미도시)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 조정 회로(473)는 출력단의 전압이 5V가 되도록 정류된 전력을 컨버팅할 수 있다. 또는, 조정 회로(473)의 전단에는 인가될 수 있는 전압의 최소값 또는 최대값이 설정될 수 있다.

스위치 회로(474)는 조정 회로(473) 및 배터리(475)를 연결할 수 있다. 스위치 회로(474)는 제어 회로(452)의 제어에 따라 온(on)/오프(off) 상태를 유지할 수 있다.

배터리(475)는 조정 회로(473)로부터 입력되는 전력을 공급 받아 충전할 수 있다.

센싱 회로(455)는 무선 전력 수신 장치(450)에 수신되는 전력 상태 변화를 센싱할 수 있다. 예를 들어, 센싱 회로(455)는 소정의 전류/전압 센서(455a)를 통해 도전성 패턴(476)에 수신되는 전류/전압 값을 주기적으로 또는 비주기적으로 측정할 수 있다. 무선 전력 수신 장치(450)는 상기 측정된 전류/전압에 기반하여 무선 전력 수신 장치(450)에 수신되는 전력의 양을 산출할 수 있다.

한 실시 예에 따르면, 센싱 회로(455)는 무선 전력 수신 장치(450)의 충전 환경 변화를 센싱할 수 있다. 예를 들어, 센싱 회로(455)는 소정의 온도 센서(455b)를 통해 무선 전력 수신 장치(450)의 내부 온도 및 외부 온도 중 적어도 하나를 주기적으로 또는 비주기적으로 측정할 수 있다.

표시부(457)(예: 유저 인터페이스)는 무선 전력 수신 장치(450)의 충전 상태와 관련된 전반적인 정보를 표시할 수 있다. 예를 들어, 표시부(457)는 무선 전력 수신 장치(450)의 배터리 전체 용량, 배터리 잔량, 배터리 충전량, 배터리 사용량 및 충전 예상 시간 중 적어도 하나를 표시할 수 있다.

통신 회로(480)는 무선 전력 송신 장치(300)와 소정의 방식으로 통신을 수행할 수 있다. 통신 회로(480)는 무선 전력 송신 장치(300)의 통신 회로(330)와 데이터 통신을 수행할 수 있다. 상기 통신 회로(480)는 무선 전력 송신 장치(300)의 통신 회로(330)와 유사하거나 동일하게 동작할 수 있다.

제어 회로(452)는 통신 회로(480)를 통해 무선 전력 수신 장치(450)의 배터리 상태와 관련된 정보에 기반하여 필요한 전력량을 수신하기 위한 충전 설정 정보를 무선 전력 송신 장치(300)로 송신할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(452)는 무선 전력을 전송할 수 있는 무선 전력 송신 장치(300)가 식별되면, 상기 무선 전력 수신 장치(450)의 배터리 전체 용량, 배터리 잔량, 충전 횟수, 배터리 사용량, 충전 모드, 충전 방식 또는 무선 수신 주파수 대역 중 적어도 하나에 기반하여 필요한 전력량을 수신하기 위한 상기 충전 설정 정보를 통신 회로(480)를 통해 상기 무선 전력 송신 장치(300)로 송신할 수 있다.

제어 회로(452)는 통신 회로(480)를 통해 무선 전력 수신 장치(450)에 충전된 전력량의 변화에 따라 무선 전력 송신 장치(300)로부터 수신되는 전력의 양을 제어하기 위한 상기 전력량 제어 정보를 무선 전력 송신 장치(300)로 송신할 수 있다.

제어 회로(452)는 상기 무선 전력 수신 장치(450)의 충전 환경 변화에 따른 상기 환경 정보를 무선 전력 송신 장치(300)로 송신할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(452)는 센싱 회로(455)에 의해 측정된 온도 데이터 값이 설정된 온도 기준값 이상이면 상기 측정된 온도 데이터를 무선 전력 송신 장치(300)로 전송할 수 있다.

도 3 및 4에서는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(300)와 무선 전력 수신 장치(450)가 각각 전력 송신 회로(420) 및 전력 수신 회로(470)만을 포함하는 것으로 도시하였으나, 무선 전력 송신 장치(300)와 무선 전력 수신 장치(450)는 각각 전력 전송 회로(320) 및 전력 수신 회로(470)를 모두 포함할 수도 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(300)와 무선 전력 수신 장치(450)는 전력 송신 장치 및 전력 수신 장치의 기능을 모두 수행할 수도 있다.

한 실시 예에 따르면, 전자 장치(예: 무선 전력 송신 장치(300))는 하우징, 도전성 코일(예: 도전성 패턴(324)), 상기 도전성 코일과 전기적으로 연결되고, 상기 도전성 코일을 통해 전력을 무선으로 상기 하우징 외부로 전송하도록 구성되는 전력 전송 회로(예: 전력 전송 회로(320)), 상기 전력 전송 회로와 전기적으로 연결되는 전압원(voltage source) 및 상기 전력 전송 회로와 상기 전압원 간에 전기적으로 연결되는 제어 회로(예: 제어 회로(312))를 포함할 수 있으며, 상기 제어 회로는 상기 도전성 코일을 통해 방출할 전력을 변경하고, 상기 도전성 코일을 통해 방출되는 신호 및/또는 전자기파(electromagnetic wave)의 주파수를 모니터하며, 상기 모니터한 주파수에 적어도 일부 결과를 기반하여 상기 전압원으로부터의 전압 레벨을 조정하도록 구성될 수 있다.

한 실시 예에 따르면, 상기 제어 회로는 상기 전력 전송 회로 및 상기 전압원 간에 전기적으로 연결되는 스위치(예: 스위칭 모듈(720))를 포함하고, 상기 제어 회로는 상기 전압원으로부터의 전압 레벨을 조정하기 위해 상기 스위치를 조정하도록 구성될 수 있다.

한 실시 예에 따르면, 상기 제어 회로는, 상기 전력을 제1 전력 레벨에서 상기 제1 전력 레벨보다 낮은 제2 레벨로 감소시키고, 상기 신호 및/또는 전자기파의 주파수를 모니터링하고, 상기 주파수가 제1임계값 이상인지를 판단하고, 상기 주파수가 제1임계값 이상인 경우 상기 전압원으로부터의 전압 레벨을 감소시키도록 구성될 수 있다.

한 실시 예에 따르면, 상기 제어 회로는, 상기 전력을 제3 전력 레벨에서 상기 제3 전력 레벨보다 높은 제4 전력 레벨로 증가시키고, 상기 신호 및/또는 전자기파의 주파수를 모니터링하고, 상기 주파수가 상기 제1임계값 이하인지를 판단하고, 상기 주파수가 상기 제1임계값 이하인 경우 상기 전압원으로부터의 전압 레벨을 증가시키도록 구성될 수 있다.

한 실시 예에 따르면, 상기 제어 회로는, 상기 전력을 제1 전력 레벨에서 상기 제1 전력 레벨보다 낮은 제2 레벨로 감소시키고, 전력을 감소시킨 직후 또는 실질적으로 동시에 상기 신호 및/또는 전자기파의 주파수를 모니터링하고, 상기 주파수가 제1임계값 이하인지를 판단하고, 상기 주파수가 제1 임계값보다 낮다는 판단에 기반하여, 상기 전력을 제2 전력 레벨에서 상기 제2 전력 레벨보다 낮은 제3 전력 레벨로 더 감소시키고, 전력을 감소시킨 직후 또는 실질적으로 동시에 상기 신호 및/또는 전자기파의 주파수를 모니터링하고, 상기 주파수가 상기 제1 임계값보다 크거나 같은 경우 상기 전력원으로부터의 전압 레벨을 감소시키도록 구성될 수 있다.

한 실시 예에 따르면, 상기 제어 회로는, 상기 전력을 제1 전력 레벨에서 상기 제1 전력 레벨보다 낮은 제2 레벨로 감소시키고, 전력을 감소시킨 직후 또는 실질적으로 동시에 상기 신호 및/또는 전자기파의 주파수를 모니터링하고, 상기 주파수가 제1임계값보다 크거나 같은지 판단하고, 상기 전력원으로부터의 전압 레벨을 감소하고, 상기 전력을 제2 전력 레벨에서 상기 제2 전력 레벨보다 낮은 제3 전력 레벨로 더 감소시키고, 전력을 감소시킨 직후 또는 실질적으로 동시에 상기 신호 및/또는 전자기파의 주파수를 모니터링하고, 상기 주파수가 상기 제1 임계값보다 크거나 같은 경우 상기 전력원으로부터의 전압 레벨을 더 감소시키도록 구성될 수 있다.

한 실시 예에 따르면, 상기 제어 회로는, 상기 신호 및/또는 전자기파의 주파수가 제1 임계값 보다 크거나 같은지 판단하도록 구성될 수 있다.

한 실시 예에 따르면, 상기 제1 임계값은 130KHz 내지 170KHz 사이의 값일 수 있다.

한 실시 예에 따르면, 상기 제1 임계값은 140KHz 내지 160KHz 사이의 값일 수 있다.

한 실시 예에 따르면, 상기 제1 임계값은 145KHz 내지 155KHz 사이의 값일 수 있다.

한 실시 예에 따르면, 상기 제어 회로 및/또는 전력 전송 회로는, 상기 도전성 코일을 통해서 방출되는 신호 및/또는 전자기파의 듀티 사이클(duty cycle)을 조정하는 동작 또는 상기 도전성 코일을 통해서 방출되는 신호 및/또는 전자기파의 듀티 (duty)를 조정하는 동작 중 적어도 하나를 수행하기 위해 상기 전력 전송 회로를 통해 방출되는 전력을 변경하도록 구성될 수 있다.

한 실시 예에 따르면, 상기 스위치는 상기 전압원으로부터의 전압 레벨을 조정하여 출력하는 DC/DC 컨버터일 수 있다.

한 실시 예에 따르면, 상기 전자 장치는, 상기 전력 전송 회로에 연결되는 집중형 인덕터(lumped inductor)를 더 포함할 수 있다. 한 실시 예에 따르면, 상기 전자 장치는, 일단이 직류 파형의 전력을 교류 파형의 전력으로 인버팅하는 인버터에 연결되며, 타단이 상기 집중형 인덕터에 연결되는 커패시터를 더 포함할 수 있다.

한 실시 예에 따르면, 상기 스위치는, 상기 스위치의 일단이 상기 커패시터와 상기 집중형 인덕터 사이에 연결되며, 타단은 인버터에 연결되어, 상기 모니터한 결과를 기반으로 조정된 전압 레벨을 상기 인버터로 출력할 수 있다.

한 실시 예에 따르면, 상기 제어 회로 및/또는 상기 전력 전송 회로는, 적어도 하나의 동작을 수행함으로써 상기 코일을 통해 방출할 상기 전력을 변경하도록 구성되며, 상기 적어도 하나의 동작은, 상기 코일을 통해 방출할 상기 신호 및/또는 전자기파의 듀티 사이클을 조정하는 동작을 포함할 수 있다.

도 5는 일 실시 예에 따른, 무선 충전 시스템에 포함된 무선 전력 송신기(예: 무선 전력 송신 장치(300))의 동작들 및 무선 전력 수신기(예: 무선 전력 수신 장치(450))의 동작들을 도시한다. 동작 520 내지 동작 570 중 적어도 일부는 생략될 수 있다. 예를 들면, 무선 충전 시스템(100) 내에서 단 방향 통신이 수행되는 경우 동작 540은 생략될 수 있다. 무선 전력 송신기(500)는 도 3의 무선 전력 송신 장치(300)에 포함된 컴포넌트(예: 전력 전송 회로(320), 센싱 회로(315), 제어 회로(312), 표시부(317), 또는 통신 회로(330)) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다. 무선 전력 수신기(510)는 도 4의 무선 전력 수신 장치(450)에 포함된 컴포넌트(예: 전력 수신 회로(470), 센싱 회로(455), 제어 회로(452), 표시부(457), 또는 통신 회로(480)) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.

동작 520에서, 무선 전력 송신기(500)는 감지 영역 내에 물체(object)(예: 무선 전력 수신기(510), 열쇠, 또는 동전 등)가 존재하는지를 판단할 수 있다. 감지 영역은 해당 영역 내의 물체가 무선 전력 송신기(500)의 전력 전송에 영향을 미칠 수 영역일 수 있다. 예를 들면, 감지 영역은, 유도 결합 방식에서는 무선 전력 송신기의 인터페이스표면(interface surface)이 될 수 있고, 공진 결합 방식에서는 전력이 전달될 수 있는 범위 내의 영역이 될 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 송신기(500)는 전력 송신 회로(예: 전력 전송 회로(320))에서 발생되는 전력량의 변화를 감지하여 일정 범위 내에 물체가 존재하는지 확인할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 송신기(500)는 전력 송신 회로(예: 전력 전송 회로(320))의 주파수, 전류, 또는 전압 중 하나 이상이 변경되는 것을 감지함으로써 물체를 확인할 수 있다. 무선 전력 송신기(500)는, 예를 들면, 감지 영역 내에 있는 물체들 중에서 무선 전력 송신기(500)와 무선 전력 수신이 불가능한 물체들(예: 열쇠, 동전 등)을 구분할 수 있다.

예를 들면, 유도 결합 방식에 따라 전력을 전송하는 경우, 무선 전력 송신기(500)는 인터페이스표면 상에 놓인 무선 전력 수신기(510)의 위치를 감지할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 송신기(500)는 전력 송신 회로(예: 전력 전송 회로(320))에 전류를 인가하고, 센싱 회로(예: 센싱 회로(315))를 통해 도전성 패턴(예: 도전성 패턴(424))의 임피던스를 측정함으로써 무선 전력 수신기(510)의 위치를 감지할 수 있다. 무선 전력 송신기(500)는 일정 시간이 경과되거나 일정 횟수의 검색이 반복되는 동안 무선 전력 수신기(510)에 대한 감지에 실패한 경우 인터페이스에 표면 상에 놓인 물체가 제거되기 전까지 동작 530을 수행하지 않을 수 있다.

동작 530에서, 한 실시 예에 따르면, 무선 전력 송신기(500)는 수신 장치인 무선 전력 수신기(510)를 검색하기 위한 무선 전력 신호를 무선 전력 수신기(510)로 전송할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 신호는 무선 전력 수신기(510) 또는 무선 전력 수신기(510)에 포함된 적어도 하나의 컴포넌트를 활성화시키기 위한 전력을 포함할 수 있다. 무선 전력 신호는, 예를 들면, 선택된 동작포인트(operating point)의 전력 신호가 선택된 시간 동안 인가됨으로써 생성된 신호일 수 있다. 동작포인트는 전력 전송 회로(320)에 인가되는 전압의 주파수, 듀티 사이클(duty cycle), 또는 진폭에 의해 정의될 수 있다.

동작 535에서, 무선 전력 수신기(510)는 동작 530에서의 검색 신호에 대한 응답 신호를 무선 전력 송신기(500)로 전송할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 수신기(510)는 검색 신호에 대한 응답으로 수신한 전력신호의 강도(strength)나 전력 전송 종료 신호를 무선 전력 송신기(500)로 전송할 수 있다. 전력 신호의 강도는 무선 전력 송신기(500)와 무선 전력 수신기(510) 사이의 전력 전송을 위한 유도 결합의 정도(degree of coupling) 또는 공진 결합의 정도를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 송신기(500)가 전송한 전력대비 무선 전력 수신기(510)가 수신한 전력이 낮은 경우 무선 전력 수신기(510)는 결합 정도가 낮다고 판단할 수 있다. 무선 전력 송신기(500)는, 예를 들면, 외부로 전송된 전력 신호에 대한 응답이 없는 경우, 무선 전력 수신기(510)를 발견하지 못하였다고 판단할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 송신기(500)가 전력을 전달할 수 있는 무선 전력 수신기(510)를 발견하지 못한 경우 무선 전력 송신기(500)는 동작 520을 다시 수행할 수 있다.

동작 540에서, 무선 전력 송신기(500)는 무선 전력 수신기(510)의 식별 정보 및/또는 무선 충전과 관련된 설정 정보를 요청할 수 있다. 예를 들면, 식별 정보는 버전 정보, 제조 코드, 또는 기본적인 장치 식별자(basic device identifier)를 포함할 수 있다. 설정정보는, 예를 들면, 무선 충전 주파수, 최대 충전 가능 전력, 충전 요구 전력량, 또는 평균 전송 전력량 등을 포함할 수 있다.

동작 545에서, 무선 전력 수신기(510)는 식별정보 및/또는 설정정보를 무선 전력 송신기(500)로 전송할 수 있다. 무선 전력 송신기(500)는 수신된 식별정보 및/또는 설정 정보에 적어도 일부 기초하여 무선 전력 수신기(510)와의 전력 충전에 사용되는 전력 전달규약(power transfer contract)을 생성할 수 있다.

예를 들면, 전력 전달규약은 전력 전달상태에서의 전력 전달특성을 결정하는 파라미터들의 한정사항들(limits)을 포함할 수 있다. 한정 사항들은 전력 전달 규약의 버전정보, 무선 전력 수신기(510) 또는 제조사의 식별정보, 전력 클래스, 예상 최대 전력 정보, 옵션 설정, 평균 수신전력을 위한 시간 정보, 또는 무선 전력 송신기(500)의 주요 셀의 전류를 결정하는 방법을 포함할 수 있다.

동작 550에서, 무선 전력 송신기(500)는 무선 전력 수신기(510)로 전력을 전송할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 송신기(500)는 전력 전달 규약에 기초하여 무선 전력 수신기(510)로 전력을 전송할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 송신기(500)는 전력 전달 규약 내의 파라미터들을 모니터링한 결과, 무선 전력 수신기(510)와의 전력 전송이 전력 전달 규약 내에 포함되어 있는 한정 사항들을 위반하게 되는 경우에는 무선 전력 송신기(500)는 전력 전송을 취소하고 다시 동작 520을 수행할 수 있다. 무선 전력 송신기(500)는, 예를 들면, 87kHz 내지 205kHz, 277kHz 내지 357kHz, 또는 6.78MHz의 공진주파수를 갖는 신호를 상기 전력으로서 무선 전력 수신기(510)로 전송할 수 있다.

동작 560에서, 무선 전력 수신기(510)는 무선 전력 송신기(500)로부터 전력을 수신하는 중에 무선 전력 송신기(500)로 제어신호를 전송할 수 있다. 예를 들면, 배터리의 충전이 완료된 경우, 무선 전력 수신기(510)는 무선 전력 전송을 중지할 것을 요청하는 제어신호를 무선 전력 송신기(500)로 전달할 수 있다. 제어신호는, 예를 들면, 제어 오류 신호(control error signal), 수신 전력 신호(received power signal), 충전 상태 신호(Charge status signal), 또는 전력 전송 종료 신호(end power transfer signal) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

예를 들면, 제어 오류신호(control error signal)는 제어 오류를 알리는 헤더와 제어 오류값을 포함하는 메시지를 포함할 수 있다. 무선 전력 수신기(510)는, 예를 들면, 동작 550에서 무선 전력 송신기(500)로부터 수신한 전력이 선택된 범위내인 경우 제어 오류값을 0(zero)으로 설정할 수 있다. 무선 전력 수신기(510)는, 예를 들면, 수신한 전력이 선택된 범위를 초과하는 경우 제어 오류 값을 음수(negative value)로 설정할 수 있다. 무선 전력 수신기(510)는, 예를 들면, 수신한 전력이 선택된 범위 미만인 경우 제어 오류 값을 양수(positive value)로 설정할 수 있다. 전력 전송 종료 신호는, 예를 들면, 중단의 이유를 나타내는 전력전송 중단코드를 포함할 수 있다. 예를 들면, 전력전송 중단코드는 충전완료(charge complete), 내부오류(internal fault), 과열(over temperature), 과전압(over voltage), 과전류(over current), 배터리오류(battery failure), 재설정(reconfigure), 무응답(no response), 또는 알려지지 않은 오류(unknown) 중 어느 하나를 나타내도록 구성될 수 있다.

동작 570에서, 수신된 제어 메시지(예: 제어 오류 값)에 기초하여 무선 전력 송신기(500)는 전력 전송 회로(320)에 인가되는 전송 전력의 양을 조절할 수 있다. 무선 전력 송신기(500)는, 예를 들면, 수신된 제어 메시지에 기초하여 무선 전력 수신기(510)로의 전력 전송을 종료할 수 있다. 이 경우, 무선 전력 송신기(500)는 동작 520을 다시 수행할 수 있다.

도 6은 일 실시 예에 따른, 무선 충전 시스템에서 EMI 노이즈 발생 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 무선 충전 시스템의 무선 전력 송신기(예: 충전 패드)의 일부 회로를 예시하고 있다. 도 6을 참조하면, 무선 전력 송신기의 코일에서 무선 전력 수신기의 코일로 전송되는 에너지(예: H-field)는 인버터 출력 단에서 50% 듀티 사이클(duty cycle)의 경우 사인 파형으로 전송될 수 있다. 인버터 출력단에서 50% 듀티 사이클일 때 무선 전력 송신기의 코일(예: TX coil)의 출력 파형은 도면부호 600에서와 같이 나타날 수 있다. 하지만 인버터 출력 단에서 듀티 사이클이 50%가 아닌 경우에는 무선 전력 송신기의 코일에서의 출력 파형이 일그러져 출력될 수 있는데, 도면부호 610에서는 듀티 사이클이 30%일 때 무선 전력 송신기의 코일의 출력 파형을 예시하고 있다. 도면부호 610에 도시된 바와 같이 사인 파형이 일그러지는 이유는 하모닉 반사파가 발생하여 CE(conducted emission) 노이즈가 생성되기 때문이다.

WPC(wireless power consortium) 표준 코일은 190 ㎑까지 주파수 사용을 고려하여 커플링 시 CC(constant current) 구간의 동작 주파수가 140 ㎑ ~ 170 ㎑에서 이루어지도록 설계되어 있다. EMI 규제가 강화됨에 따라 110 ㎑ ~ 190 ㎑의 주파수 대역을 사용하는 무선 충전 시스템은 전력 제어를 위한 가변 주파수의 가용 범위를 110 ㎑ ~ 148 ㎑의 주파수 대역으로 설정할 수 있다.

상한 주파수를 예컨대, 148 ㎑로 제한하고 WPC 표준 코일을 적용한 무선 전력 송신기에서는, 전력 전송량이 상대적으로 높은 CC 구간 또는 발열제어 전력 조절구간 등에서는 상한 주파수인 148 ㎑를 초과하는 경우, 듀티 사이클 제어를 통해 전력 제어를 시작할 수 있다. 하지만, 전력 제어를 수행함에 있어, 듀티 사이클을 50% 이하로 듀티 제어를 하게 되면, RE(radiation emission), CE의 EMI 노이즈 레벨이 상승하는 상황이 발생할 수 있다. 따라서 EMI 노이즈 레벨이 상승함에 따라 전력 제어를 위한 규격에서 정한 규제치를 초과하는 상황이 발생할 수 있어, EMI가 발생하는 상황을 방지하면서도 규격에서 정한 규제치를 만족시킬 수 있는 방법이 고려되어야 할 필요가 있다.

이하에서는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른, 50% 듀티 사이클을 유지하면서도 EMI 노이즈 소스원 발생을 차단할 수 있는 무선 전력 송신기의 출력 회로 구조에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 출력 회로는 규격에서 정한 가변 주파수의 가용 범위 내에서 주파수를 제어하면서도 송신 전력의 변화폭을 확대할 수 있도록 인덕터 및 스위칭 모듈이 추가된 구조를 가질 수 있으며, 출력 회로의 구조를 구체적으로 설명하기 위해 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.

도 7은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 일부의 회로도를 도시한 도면이다. 도 7의 무선 전력 송신기(700)의 구성은 도 3에 도시된 무선 전력 송신 장치(300)의 상세 구성에 대응할 수 있다. 도 7에서의 무선 전력 송신기는 예를 들어, 스마트폰 등의 무선 전력 수신기를 충전시킬 수 있는 전자 장치로, 충전 패드, 스탠드형 무선충전기, 트레이 디자인 무선충전기 등으로 구현될 수 있다.

본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 도 7에 도시된 바와 같의 무선 전력 송신기는 듀티 사이클을 50%로 유지하면서도 규격에서 정한 가변 주파수의 가용 범위 내에서 주파수를 제어하면서도 송신 전력의 변화폭을 확대할 수 있도록 인덕터(예: 집중형 인덕터(lumped inductor))(710) 및 스위칭 모듈(720)이 추가된 구조(701)를 가질 수 있다. 한 실시 예에 따르면, 전력 전송 회로(320) 및 전압원 간에 전기적으로 연결되는 스위칭 모듈(720)은 제어 회로(312) 내에 구현될 수도 있다.

한 실시 예에 따르면, 무선 전력 송신기의 일부 구성(예: 전력 전송 회로(320))는 코일(715)(예: 유도 코일)과 전기적으로 연결되며 상기 코일(715)을 통해 전력을 무선으로 상기 하우징 외부로 전송하도록 구성될 수 있다. 인덕터(inductor)(Ls)(710)는 전력 전송 시 특정 주파수로 전력을 전송할 수 있도록 집중형 인덕터(lumped inductor)로 구현될 수 있다. 스위칭 모듈(720)은 인덕터(inductor)(Ls)(710)와 전압원(730) 간에 연결되며, 전압원(730)으로부터의 전압 레벨을 조정할 수 있다. 스위칭 모듈(720)은 제어부(예: 제어 회로(312) 또는 프로세서)에 의해 제어될 수 있으며, 상기 제어부는 도 7의 구성부들과 상기 전압원(730) 간에 전기적으로 연결될 수 있다. 도 7에서는 제어부가 도시되어 있지 않지만, 도 3에서와 같이 도 7의 각 구성부들은 제어부에 의해 제어되는 것으로 이해될 수 있다.

한 실시 예에 따르면, 도 7에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기(700)의 일부 구성(예: 전력 전송 회로(320))은 일단이 커패시터(Cp)(705)에 연결되며 타단이 코일(예: 유도(conductive) 코일)(715)에 연결되는 인버터(inverter)(725), 일단이 상기 인버터(725)에 연결되며 타단이 인덕터(inductor)(Ls)(710)에 연결되는 커패시터(Cp)(705)와, 일단이 상기 커패시터(705)의 타단에 연결되며 타단이 도전성 코일(예: TX coil(715))에 연결되는 인덕터(Ls)(710)와, 일단이 커패시터(Cp)(705)와 인덕터(Ls)(710) 사이에 연결되며 타단은 인버터(725)에 연결되는 스위칭 모듈(720)을 포함할 수 있다. 한 실시 예에 따르면, 스위칭 모듈(720)은 DC/DC 컨버터를 포함할 수 있다. 한 실시 예에 따르면, 무선 전력 송신기(700) 는 적어도 하나 이상의 도전성 패턴인 코일(예: 유도(conductive) 코일)(TX coil)(715)을 포함할 수 있다. 한 실시 예에 따르면, 제어부는 코일(715)을 통해 방출할 신호 및/또는 전자기파의 듀티 사이클을 조정함으로써 코일(715)을 통해 방출할 전력을 변경할 수 있으나, 이는 전력 전송 회로(예: 전력 전송 회로(320))의 제어 하에 수행되도록 구현될 수도 있다.

한 실시 예에 따르면, 제어 회로(예: 제어 회로(312))는 도전성 코일(예: 송신측 코일(TX coil)(715))을 통해 방출할 전력을 결정하며, 방출할 전력에 따라 전압원(730)으로부터의 전압 레벨을 조정하고, 도전성 코일을 통해 방출되는 신호 및/또는 전자기파의 주파수를 결정할 수 있다.

예를 들어, 제어 회로는 상기 방출할 전력이 제1 전력 레벨에서 상기 제1 전력 레벨보다 낮은 제2 레벨로 변경할 때, 상기 전압원의 상기 전압 레벨을 낮추고, 상기 주파수를 제1임계값(예: 148 Khz) 이하로 설정할 수 있다. 또한 제어 회로는 상기 방출할 전력이 제3 전력 레벨에서 상기 제3 전력 레벨보다 높은 제4 레벨로 변경할 때, 상기 전압원의 상기 전압 레벨을 높이고, 상기 주파수를 제1임계값 이하로 설정할 수 있다. 또한, 제어 회로는 제3전력 레벨의 주파수보다 더 낮은 주파수로 전력을 전송할 수도 있다. 도 7에서 스위칭 모듈(720)은 DC 입력 전압인 Vdc를 인버터(725)로 제공하며, 인버터(725)는 스위칭 모듈(720)로부터 입력되는 전력의 전압에 대응하여 동작 주파수 f로 스위칭하여 Vac(f)의 전력을 송신측 코일(715)을 통해 수신측 코일(예: 도전성 패턴(476))로 전송할 수 있다. 인버터(725)는 스위칭 모듈(720)로부터 출력되는 직류 파형의 전력(Vdc)을 교류 파형(Vac(f))으로 인버팅하여 출력할 수 있다.

또한, 커패시터(Cp)(705)는 동작 주파수 f에서 공진을 일으키기 위해 유도 코일에 해당하는 소자로 선정될 수 있다.

스위칭 모듈(720)은 인버터(725)로 입력되는 전력의 전압을 특정 전압이 되도록 컨버팅할 수 있다. 이에 따라 스위칭 모듈(720)은 제어부(예: 제어 회로(312))의 제어 하에 상기 코일(예: 유도 코일)(715)을 통해 방출할 전력이 변경될 수 있도록 인버터(725)로 조절된 전력의 전압(Vdc)을 제공할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시 예에 따라 스위칭 모듈(720)은 상기 코일(예: 유도 코일)(715)을 통해 방출할 신호 및/또는 전자기파의 주파수(또는 전송 주파수, 출력 주파수)를 모니터링한 결과(또는 센싱 결과)에 기초하여, 전압원(730)으로부터 입력되는 전력의 전압 레벨을 조정할 수 있다.

한 실시 예에 따르면, 도 7에서는 인덕터(710)와 커패시터(Cp)(705) 사이에서 센싱이 수행되는 경우를 예시하고 있으나, 인덕터(710)의 양단(즉, 인덕터(710)의 입력단 및 출력단)에서 센싱이 수행되는 것으로 구현될 수도 있다.

한 실시 예에 따르면, 스위칭 모듈(720)에서 센싱한 결과를 기초로 전압 레벨을 조정할 수도 있으나, 전송 주파수를 미리 설정해놓은 후, 전송 주파수의 설정값을 기반으로 전력 전송을 수행하도록 구현될 수도 있다. 예를 들어, 스위칭 모듈(720)은 입력되는 전력의 전압 V1을 V2로 변환할 경우, 센싱 결과 또는 전송 주파수의 설정값을 기반으로 전력 레벨을 조정할 수 있다. 여기서, V2는 모니터된 주파수의 적어도 일부를 기반으로 조정된 전압으로, 모니터된 주파수가 속한 범위에 따라 설정된 값일 수 있다.

예를 들어, 제어 회로(예: 제어 회로(312))는 전송 주파수 조정 시 제1전력 제1전력 레벨로부터 상기 제1전력 레벨보다 낮은 제2전력 레벨로 상기 전력 레벨을 감소시킨 후, 상기 전송 주파수를 모니터링하여 상기 전송 주파수가 최소 임계값 보다 낮은지를 판단할 수 있다. 만일 모니터링 시 상기 전송 주파수가 상기 최소 임계값 미만인 상황이 발생하는 경우 제어 회로는 다시 상기 감소된 전력 레벨을 증가시킬 수 있다.

한 실시 예에 따르면, 스위칭 모듈(720)로 입력되는 전압원(730)의 전력은 도 3의 전력 어댑터(321)에 해당할 수 있다. 이에 따라 전압원(730)은 외부로부터 교류 또는 직류 전원을 입력 받거나, 배터리 장치의 전원 신호를 수신하여 설정된 전압 값을 가지는 직류 전력으로 출력할 수 있다. 또한, 전압원(730)에 출력되는 직류 전력의 전압 값은 제어부(예: 제어 회로(312))에 의하여 제어될 수 있으며, 전압원(730)으로부터 출력되는 직류 전력은 스위칭 모듈(720)로 출력될 수 있다.

상기한 바와 같이 스위칭 모듈(720)은 출력단의 전압이 특정 전압이 되도록 전력을 컨버팅하는 역할을 하므로, 스위칭 모듈(720)의 일 예로 DC/DC 컨버터가 해당할 수 있다.

인덕터(Ls)(710)는 집중형 인덕터(lumped inductor)로 구현될 수 있으며, 전력 이득 곡선의 기울기를 변화시켜 주파수 변화당 송신 전력의 범위의 폭을 넓히기 위한 소자이다. 인덕터(Ls)(710)는 유도 코일의 인덕턴스를 커지게 하지만 송신측 코일(TX coil)(715)과 수신측 코일(RX coil)(예: 도전성 패턴(476)) 간에 커플링 계수 k는 동일하게 유지되므로, 동일 전력을 송신하는 동작 주파수를 하향 쉬프트할 수 있다. 이를 구체적으로 설명하기 위해 도 8을 참조할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 전자 장치는 하우징, 코일(예: 도전성 패턴(324), 코일(715))을 포함하며, 상기 코일을 통해 전력을 무선으로 상기 하우징 외부로 전송하도록 구성되는 전력 전송부(예: 전력 전송 회로(320)), 전압원으로부터의 전압 레벨을 조정하는 스위칭 모듈(예: 스위칭 모듈(720)), 및 상기 전력 전송부와 상기 전압원 간에 전기적으로 연결되는 제어부를 포함할 수 있으며, 상기 제어부는, 상기 코일을 통해 방출할 신호의 전송 주파수를 모니터하며, 모니터한 결과를 기반으로 상기 스위칭 모듈을 제어하여 상기 전압원으로부터의 전압 레벨을 조정하도록 구성될 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 전압 레벨 조정 시 상기 전압 레벨 조정에 대응하여 상기 전송 주파수가 조정될 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 전송 주파수가 제1임계값 이상인지를 판단하고, 상기 전송 주파수가 제1임계값 이상인 경우 상기 스위칭 모듈을 제어하여 상기 전력 레벨을 감소시키도록 구성될 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 전력 레벨 감소 시 상기 전송 주파수는 낮아지도록 구성될 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 전압 레벨이 감소되도록 조정한 이후, 상기 전송 주파수가 최소 임계값 보다 낮은지를 판단하고, 상기 전송 주파수가 상기 최소 임계값 미만인 경우 상기 스위칭 모듈을 제어하여 상기 감소된 전력 레벨을 증가시키도록 구성될 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 제1임계값은 140 ㎑ 내지 150 ㎑ 사이의 값일 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 전송 주파수가 최소 임계값 보다 낮은지를 판단하고, 상기 전송 주파수가 상기 최소 임계값 미만인 경우 상기 스위칭 모듈을 제어하여 상기 전력 레벨을 증가시키도록 구성될 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 스위칭 모듈은, 상기 전압원으로부터의 전압 레벨을 조정하여 출력하는 DC/DC 컨버터일 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 전자 장치는 상기 전력 전송부에 연결되는 집중형 인덕터(lumped inductor)를 더 포함할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 전자 장치는 일단이 직류 파형의 전력을 교류 파형의 전력으로 인버팅하는 인버터에 연결되며, 타단이 상기 집중형 인덕터에 연결되는 커패시터를 더 포함할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 스위칭 모듈은, 상기 스위칭 모듈의 일단이 상기 커패시터와 상기 집중형 인덕터 사이에 연결되며, 타단은 인버터에 연결되어, 상기 모니터한 결과를 기반으로 조정된 전압 레벨을 상기 인버터로 출력할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어부 및/또는 상기 전력 전송부는, 적어도 하나의 동작을 수행함으로써 상기 코일을 통해 방출할 상기 전력을 변경하도록 구성될 수 있으며, 상기 적어도 하나의 동작은, 상기 코일을 통해 방출할 상기 신호 및/또는 전자기파의 듀티 사이클을 조정하는 동작을 포함할 수 있다.

도 8은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 인덕터 추가로 인한 동작 주파수 대 무선 전력 송신기의 전력 이득 곡선의 변화도를 도시한 도면이다.

도 8에 도시된 바와 같이 본 발명의 다양한 실시 예에 따라 인덕터(예: 인덕터(Ls)(710))가 무선 전력 송신기(예: 무선 전력 송신기(300))의 전력 송신 회로(예: 전력 전송 회로(320))에 추가됨으로써, 동작 주파수 대 무선 전력 송신기에서의 전력 이득(TX power gain) 곡선이 변화될 수 있다. 예를 들어, 인덕터(Ls)(710)가 추가되기 전에 a 동작 주파수와 b 동작 주파수 간 주파수 변화(△f=b-a)에 대응하는 전력 차이를 A라고 할 경우 인덕터(Ls)(710)가 추가되었을 경우 a 동작 주파수와 b 동작 주파수 간 주파수 변화(△f=b-a)에 대응하는 전력 차이는 B가 될 수 있다. 따라서, 인덕터(Ls)(710)가 추가됨으로써 송신 전력의 변화폭이 A에서 B로 커질 수 있으며, 동작 주파수 대 무선 전력 송신기에서의 전력 이득의 기울기를 커지게 할 수 있다.

도 8의 경우를 상세하게 설명하기 위해 도 9를 참조할 수 있다. 도 9는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 스위칭 모듈 추가로 인한 동작 주파수 대 무선 전력 송신기의 전력 이득 곡선의 변화도를 도시한 도면이다.

도 9의 (a)는 인덕터(예: 인덕터(Ls)(710))가 추가되기 전의 동작 주파수 대 무선 전력 송신기(예: 무선 전력 송신기(300))에서의 전력 이득(TX power gain) 곡선 변화를 예시하며, 도 9의 (b)는 인덕터(Ls)(710)가 추가되었을 경우 동작 주파수 대 무선 전력 송신기에서의 전력 이득 곡선 변화를 예시하고 있다.

도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 a 동작 주파수와 b 동작 주파수 간 주파수 변화(△f=b-a)에 대응하는 전력 차이의 폭에 비해, 도 9의 (b)와 같이 인덕터(Ls)(710)가 추가되었을 경우에는 동작 주파수 대 무선 전력 송신기에서의 전력 이득의 기울기가 커지게 된다. 이에 따라 도 9(b)에 도시된 바와 같이 a 동작 주파수와 b 동작 주파수 간 주파수 변화(△f=b-a)에 대응하는 전력 차이의 폭도 커지게 된다. 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 무선 전력 송신기는 실시간으로 예컨대, a와 b 사이인 동작 주파수의 가용 범위 내에서 동작 주파수를 조정하는 동작을 반복적으로 수행할 수 있다. 한 실시 예에 따르면, 동작 주파수의 가용 범위는 110 ㎑ ~ 148 ㎑의 주파수 대역에 해당할 수 있으나, 인덕터(Ls)에 따라 달라질 수 있다.

도 9의 (a) 및 도 9의 (b)에서와 같이 무선 전력 송신기는 동작 주파수의 가용 범위 내에서 천이(transition)(①)와 리턴(②)하는 동작을 반복하게 되는데, 본 발명의 다양한 실시 예에 따라 인덕터(Ls)(710)가 추가되었을 경우 도 9의 (b)에서와 같이 a 동작 주파수와 b 동작 주파수 간 주파수 변화(△f=b-a)에 대응하는 전력 차이의 폭이 도 9의 (a)에서의 비해 훨씬 크게 나타남을 알 수 있다.

따라서 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 무선 전력 송신기의 전력 송신 회로에 인덕터(Ls)를 적용함으로써, 주파수 변화당(△f) 송신 전력의 폭이 커지게 되어, 스위칭 모듈(720)을 통해 저부하(lightly load) 또는 고부하(heavy load) 상황에서도 보장된 전력(guaranteed power)을 송출하는 것이 가능할 수 있다.

도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 인덕터 추가로 인한 동작 주파수에 따른 무선 전력 송신기의 전력 이득 곡선의 시뮬레이션 결과를 비교하여 설명하기 위한 도면이다.

도 10a에서는 인덕터(예: 인덕터(Ls)(710))가 추가되기 전의 동작 주파수 대 무선 전력 송신기에서의 전력 이득의 변화를 시뮬레이션한 결과를 예시하며, 도 10b에서는 인덕터(예: 인덕터(Ls)(710))가 추가되었을 경우 동작 주파수 대 무선 전력 송신기에서의 전력 이득의 변화를 시뮬레이션한 결과를 예시하고 있다.

도 10a를 참조하면, 110 ㎑ ~ 190 ㎑의 주파수 대역에서는 예를 들어, 약 118㎑ 에서 11W의 송신 전력을 출력할 때 약 178㎑에서 5W의 송신 전력을 출력하는 전력 제어를 예시하고 있다. 반면 도 10b를 참조하면, 도 10a에서와 동일한 송신 전력 예컨대, 11W와 5W의 송신 전력을 출력할 때의 동작 주파수는 각각 약 118㎑ 및 152㎑에 대응함을 알 수 있다. 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 인덕터(Ls)(710)를 추가할 경우 동작 주파수의 가용 범위가 110 ㎑ ~ 190 ㎑에서 110 ㎑ ~ 148 ㎑로 줄어들더라도 송신 전력을 제어할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 듀티 사이클의 제어가 시작되는 시점은 도 10b에서 동작 주파수의 가용 범위(또는 임계 범위) 내에서 상한 주파수(예: 임계값)를 148㎑이라고 할 경우 상한 주파수인 148㎑를 초과하는 경우에 시작될 수 있다. 만일 도 10a에서와 같이 동작 주파수의 가용 범위가 커질 경우에는 듀티 사이클을 조정해야 하는 상황이 자주 발생할 수 있지만, 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 도 10b에서와 같이 전력 제어를 수행하기 위한 동작 주파수의 가용 범위가 좁아짐에 따라 듀티 사이클을 예컨대, 50%로 유지하는 것이 가능할 수 있다.

도 10c에서는 전력 레벨이 낮아질 경우 동작 주파수의 범위가 달라지는 경우를 예시하고 있다. 예를 들면, 5W의 송신 전력을 출력하는 도중에 상한 주파수(예: 148㎑)를 넘는 동작 주파수(1010)가 센싱되는 경우, 전력 레벨을 낮추게 되면 동작 주파수도 낮아지게 되므로 센싱된 동작 주파수는 상한 주파수(예: 148㎑)를 넘지 않는 가용 범위에서의 주파수일 수 있다. 이에 따라 전력 레벨을 낮춤으로써 동일한 5W의 전력 전송이 가능할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 동작 주파수가 예를 들어, 148 ㎑ 에서 118 ㎑로 낮아질 때 전력 레벨이 증가되지만, 동작 주파수가 최소 임계값 (예: 118 ㎑) 보다 낮아진 상태에서는 전력 레벨은 다시 점차 낮아지게 되므로, 최소 임계값 미만의 동작 주파수가 모니터링된 경우에는 다시 전력 레벨을 증가시켜야 동작 주파수의 가용 범위에서의 전력 전송이 가능할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 주파수를 모니터링하여 EMI 노이즈 발생 상황을 미리 차단하는 것이 가능할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기에서는 전압원으로부터의 전압으로 인해 동작 주파수의 제어 시 상한 주파수인 148㎑를 초과하는 상황이 발생하지 않도록 주파수를 모니터링하여 148kHz 이하로 주파수를 출력 되도록 한다면 특정 주파수 대역의 EMI 노이즈를 낮출 수 있다.

본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 전압원의 전원을 제어함으로써 주파수의 듀티 사이클을 변경하지 않고 전달하고자 하는 파워를 전성할 수 있다. 예를 들어, 듀티 사이클을 변경하지 않고 전압원의 전원을 낮춤으로써 CE(conducted emission)에서의 노이즈를 줄일 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 도 15에서 후술하기로 한다.

도 10b에서는 동작 주파수가 상한 주파수(예: 제1임계값) 이상인지를 판단하기 위한 기준값으로, 148㎑를 예시하나, 제1임계값은 140㎑ 내지 150㎑ 사이의 값일 수 있으며, 그 임계값의 범위는 이에 한정되지 않을 수 있다. 예를 들어, 제1임계값은 130 KHz 내지 170 KHz 사이의 값, 140 KHz 내지 160 KHz 사이의 값, 145 KHz 내지 155 KHz 사이의 값 등 다양하게 정해질 수 있다.

다만, 충전이 완료되는 시점에서는 듀티 사이클을 조정해야 하는 상황이 있을 수 있지만, 본 발명의 다양한 실시 예에서는 동작 주파수를 모니터링하여 전압원(730)으로부터의 전력 레벨을 조정하는 충전 도중에 이루어지는 전력 제어 방법에 대해 더욱 상세하게 설명하며, 듀티 사이클을 조정해야 하는 충전이 완료되는 시점 또는 2차 만충되는 시점에 대한 설명은 생략하기로 한다.

도 11a는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무선 충전 시작 시 송출 전력 조정을 위한 무선 전력 송신기에서의 동작흐름도이다

먼저, 무선 전력 송신기(예: 무선 전력 송신기(300))의 제어부(예: 제어 회로(312))는 전력 전송이 시작되면 전력 송신 회로(예: 전력 전송 회로(320)) 내의 코일(예: 도전성 패턴(324))을 통해 방출할 신호 및/또는 전자기파의 주파수(또는 전송 주파수, 동작 주파수, 출력 주파수)를 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 초기 동작 주파수(이하, 초기 주파수 (예:fo)), 천이 후 동작 주파수(이하, 천이 주파수 (예:ft)), 리턴(또는 복귀) 동작 주파수(이하, 리턴 주파수 (예:fr)) 등을 모니터링할 수 있다.

모니터링 결과를 기반으로, 제어부는 상기 코일(예: 도전성 패턴(324))을 통해 방출할 신호 및/또는 전자기파의 듀티 사이클을 조정함으로써 상기 코일을 통해 방출할 전력을 변경할 수 있다. 또한 상기 코일을 통해 방출할 신호 및/또는 전자기파의 듀티 사이클을 조정하는 동작은 제어부 및/또는 전력 전송부에서 수행될 수 있다.

이를 구체적으로 설명하기 위해 도 11a를 참조하면, 제어부는 전력 전송이 시작되면 1105 동작에서 초기 주파수(fo)를 센싱한 후, 코일(예: 도전성 패턴(324))을 통해 방출할 신호 및/또는 전자기파의 주파수를 모니터링할 수 있다. 1110 동작에서 제어부는 초기 주파수(fo)가 임계 주파수 예컨대, 148㎑에 도달 또는 그 이상이 되었는지를 판단할 수 있다. 만일 초기 주파수(fo)가 임계 주파수에 도달하지 않은 경우 제어부는 1125 동작에서 전력 전송이 종료되는지를 판단할 수 있다. 만일 전력 전송이 종료되는 상황이 발생하면 전력 전송을 종료하고, 전력 전송이 종료되지 않으면 1105 동작으로 되돌아가 전술한 동작을 반복 수행할 수 있다.

반면, 초기 주파수(fo)가 임계 주파수 예컨대, 148㎑에 도달 또는 그 이상이 된 경우 제어부는 1115 동작에서 듀티 사이클이 50% 미만인지를 판단할 수 있다. 만일 듀티 사이클이 50%미만인 경우 즉, 충전이 완료되기 전이므로, 제어부는 코일(예: 도전성 패턴(324))을 통해 방출할 신호 및/또는 전자기파의 주파수를 모니터하며, 모니터된 주파수의 적어도 일부를 기반으로 전압원으로부터의 전압 레벨을 조정하도록 스위칭 모듈(720)을 제어할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 제어부는 스위칭 모듈(720)을 통해 동작 주파수를 센싱할 수 있으며, 센싱된 값을 기반으로 인버터(예: 인버터(725))로 출력할 전력의 전압(Vdc) 값을 조절할 수 있다. 이와 같이 제어부는 인버터(예: 인버터(725))로 출력할 전력의 전압(Vdc) 값을 조절함으로써 임계 주파수(또는 상한 주파수)(예: 148㎑) 보다 작은 동작 주파수로 송신 전력을 조정할 수 있으며, 항상 듀티 사이클을 50%로 유지하기 위해 실시간으로 조정할 수 있다. 즉, 제어부는 초기 동작 주파수를 센싱하여 센싱된 동작 주파수가 임계 주파수(예: 148㎑) 보다 작은 동작 주파수이면서 듀티 사이클도 50% 미만인 조건에서 인버터(예: 인버터(725))로 출력할 전력의 전압(Vdc) 값을 조절할 수 있다.

제어부는 1120 동작에서 모니터한 결과를 기반으로 스위칭 모듈(720)을 제어함으로써 전압(Vdc)을 하향 조정할 수 있다. 1125 동작에서 전력 전송이 종료되지 않는 한 전술한 전압(Vdc)을 하향 조정함으로써 송출 전력 레벨을 낮추는 동작을 반복적으로 수행할 수 있다. 이때, 전력 레벨 조정에 대응하여 동작 주파수도 조정되므로, 전압(Vdc) 하향 조정 시에는 주파수도 낮아질 수 있다.

이와 같이 주파수 천이 전까지 전력 레벨을 낮추는 동작을 수행할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제어부는 전력 레벨이 너무 낮아지거나 동작 주파수가 도 10b의 임계 범위(예: 동작 주파수의 가용 범위)를 벗어나지 않도록 동작 주파수를 모니터링할 수 있다.

상기한 바와 같이 전압(Vdc)을 하향 조정함으로써 송출 전력 레벨이 감소되도록 조정한 이후에는 다시 동작 주파수를 센싱하여, 상한 주파수(예: 148㎑) 미만에서 동작하고 있는지를 재확인할 수 있다. 즉, 제어부는 송출 전력 레벨을 조정한 이후 동작 주파수를 센싱함으로써 상한 주파수 미만으로 동작하고 있는지를 모니터링할 수 있다. 만일 모니터링 결과, 센싱된 주파수가 최소 임계 주파수보다 낮아진 경우에는 송출 전력이 너무 낮아서 결과적으로 충전 효율도 떨어지게 되므로, 제어부는 전압(Vdc)을 상향 조정함으로써 송출 전력 레벨이 증가되도록 조정해야 한다. 따라서 무선 충전을 시작하면서 무선 충전이 완료되기 전까지 동작 주파수를 센싱하여 전압(Vdc)를 조절함으로써 셍싱된 주파수가 최소 임계 주파수 보다는 높으면서 상한 주파수(예: 148㎑) 미만으로 동작하는지를 모니터링하는 동작을 반복적으로 수행할 수 있다.

도 11b는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 송출 전력 조정을 위한 무선 전력 송신기에서의 동작 흐름도이다.

도 11b를 참조하면, 일 실시 예에 따른, 무선 전력 송신기(예: 무선 전력 송신기(300))의 제어부(예: 제어 회로(312))는 1130 동작에서 주파수를 센싱할 수 있다. 한 실시 예에 따르면, 주파수 센싱 동작은 전력 전송을 시작하면서 수행될 수 있으며, 전력 전송 시작 시에 센싱되는 주파수를 초기 주파수라고 칭할 수 있다. 또한 한 실시 예에 따르면, 주파수 센싱 동작은 전력 전송을 수행하는 도중에 수행될 수 있으며, 전력 전송 수행 도중에 센싱되는 주파수를 동작 주파수라고 칭할 수도 있다. 또한 한 실시 예에 따르면, 주파수 센싱 동작은 전압(Vdc) 값을 하향 조정함과 동시에 또는 전압(Vdc) 값을 하향 조정한 이후에 수행될 수 있으며, 전압(Vdc) 값을 조정한 이후에 센싱되는 주파수는 동작 주파수이면서 천이 주파수라고 칭할 수 있다.

따라서 1130 동작에서 센싱되는 주파수는 초기 주파수, 천이 주파수의 구분 없이 모두 가능할 수 있다. 예를 들어, 1130 동작에서 센싱되는 주파수가 초기 주파수(예: fo)일 경우에는 1135 동작 및 도 1145 동작에 대한 설명은 전술한 도 11a에서의 1110 동작 및 1115 동작에 대한 설명과 동일할 수 있다.

반면, 1130 동작에서 센싱되는 주파수를 천이 주파수라고 할 경우 다음과 같이 동작할 수 있다. 도 11b에서는 설명의 이해를 돕기 위해 센싱 주파수가 천이 주파수인 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.

1130 동작에서 제어부는 센싱된 주파수(예: 천이 주파수)가 상한 주파수(예: 148㎑) 미만인지를 판단할 수 있다. 만일 1135 동작에서 센싱된 주파수가 상한 주파수 미만이 아닌 경우 즉, 상한 주파수를 초과하는 경우, 제어부는 1140 동작에서 동작 주파수가 상한 주파수를 넘지 않도록 하기 위해 전압(Vdc) 값을 하향 조정할 수 있다. 이때, 전압(Vdc) 값 조정 시 주파수도 조정되므로, 전압(Vdc) 값을 하향 조정함으로써 동작 주파수가 낮아지도록 조정할 수 있다.

반면, 1135 동작에서 센싱된 주파수가 상한 주파수 미만인 경우 제어부는 1145 동작에서 듀티 사이클이 50% 미만인지를 판단할 수 있다. 만일 듀티 사이클이 50% 미만인 경우 즉, 듀티 사이클이 50%가 아닌 경우 제어부는 1140 동작에서와 같이 듀티 사이클이 50%가 되도록 전압(Vdc) 값을 하향 조정할 수 있다.

1145 동작에서 듀티 사이클이 50% 미만이 아닌 경우 예를 들어, 듀티 사이클이 50%를 유지하는 경우, 제어부는 1150 동작에서 센싱된 주파수가 리턴 주파수(또는 최소 임계 주파수)보다 작은지를 판단할 수 있다. 이때, 제어부는 듀티 사이클이 50%를 유지하는 경우 센싱된 주파수가 상한 주파수 미만이지만, 충전 효율을 고려했을 때 너무 낮아지지 않도록 제어해야 한다. 이를 위해 제어부는 센싱된 주파수를 리턴 주파수(또는 최소 임계 주파수)와 비교할 수 있다.

만일 센싱된 주파수가 리턴 주파수보다 작은 경우 제어부는 1155 동작에서 스위칭 모듈(720)을 제어함으로써 전압(Vdc)을 상향 조정할 수 있다. 즉, 전압(Vdc)이 상향 조정됨으로써, 송출 전력도 다시 높아지게 될 수 있다. 반면, 1150 동작에서 센싱된 주파수가 리턴 주파수보다 작지 않은 경우 예를 들어, 센싱된 주파수가 상한 주파수 미만이지만 최소한의 전력 전송 규격을 만족하기 위한 주파수 즉, 리턴 주파수 이하로 떨어지지 않도록 1130 동작으로 되돌아갈 수 있다. 제어부는 1160 동작에서 전력 전송이 종료되지 않는 한 1130 동작으로 되돌아가 전술한 동작을 반복 수행할 수 있다.

상기한 바와 같이 무선 전력 송신기는 전력 전송이 시작된 후 동작 주파수를 센싱할 수 있으며 동작 주파수가 리턴(또는 복귀) 주파수 이하로 하향 쉬프트되면 전압(Vdc)값을 상향 조정하여 송출 전력을 높일 수 있다. 일 실시 예에 따른, 제어부는 유도 코일을 통해 방출할 신호 및/또는 전자기파의 주파수를 모니터링한 결과를 기반으로 전력 레벨을 조정할 수 있다. 여기서 리턴 주파수는 무선 충전 WPC 규격에서 정한 보장된 전력(guaranteed power)을 만족하기 위한 값으로 정의될 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 전자 장치에 의한 무선 충전 방법은, 코일을 통해 전력을 무선으로 전송하는 동작, 상기 코일을 통해 방출할 신호의 전송 주파수를 모니터링하는 동작 및 상기 모니터링한 결과를 기반으로 전압 레벨을 조정함으로써 상기 전송 주파수를 조정하는 동작을 포함할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 전송 주파수를 조정하는 동작은, 상기 전송 주파수가 제1임계값 이상인지를 판단하는 동작 및 상기 전송 주파수가 상기 제1임계값 이상인 경우 상기 전력 레벨을 감소시키는 동작을 포함할 수 있다. 한 실시 예에 따르면, 상기 전력 레벨 감소 시 상기 전력 레벨 감소에 대응하여 상기 전송 주파수는 낮아질 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 전송 주파수를 조정하는 동작은, 제1전력 레벨로부터 상기 제1전력 레벨보다 낮은 제2전력 레벨로 상기 전력 레벨을 감소시키는 동작, 상기 전송 주파수를 모니터링하여 상기 전송 주파수가 최소 임계값 보다 낮은지를 판단하는 동작 및 상기 전송 주파수가 상기 최소 임계값 미만인 경우 상기 감소된 전력 레벨을 증가시키는 동작을 포함할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 제1임계값은 140 ㎑ 내지 150 ㎑ 사이의 값일 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 전송 주파수를 조정하는 동작은, 상기 전송 주파수가 최소 임계값 보다 낮은지를 판단하는 동작 및 상기 전송 주파수가 상기 최소 임계값 미만인 경우 상기 전력 레벨을 증가시키는 동작을 포함할 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 전자 장치는, 전압원으로부터의 전압 레벨을 조정하는 스위칭 모듈과, 상기 코일을 통해 상기 전력을 무선으로 전송하도록 구성되는 전력 전송부에 연결되는 집중형 인덕터(lumped inductor)를 포함하며, 상기 전송 주파수를 조정하는 동작은, 상기 스위칭 모듈을 제어하여 상기 전압원으로부터의 상기 전압 레벨을 조정하는 동작을 포함할 수 있다.

도 12 내지 도 14는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 고전력에서 저전력으로 변경 시 전송 주파수와 인버터 출력 전압 간의 관계를 설명하기 위한 도면이다.

도 12에 도시된 바와 같이, 일 실시 예에 따른, 제어부(예: 제어 회로(312))는 제1전력 레벨(고전력)로부터 상기 제1전력 레벨보다 낮은 제2전력 레벨(저전력)로 상기 전력을 감소시키며, 유도 코일을 통해 방출할 신호 및/또는 전자기파의 주파수를 모니터하여, 상기 주파수가 제1임계값(상한 주파수 예: 148 ㎑) 이상인지를 판단하고, 만일 상기 주파수가 제1임계값 이상인 경우 전압원으로부터 전력 레벨(예: Vdc)을 감소시키도록 구성될 수 있다.

한편, 전술한 도 12에서는 고전력에서 저전력으로 변경 시의 동작을 설명하나, 저전력에서 고전력으로 변경 시에는 다음과 같이 동작할 수 있다. 한 실시 예에 따르면, 제어부는 제3전력 레벨(저전력)로부터 상기 제3전력 레벨보다 큰 제4전력 레벨(고전력)로 상기 전력을 증가시키며, 코일(예: 도전성 패턴(324))을 통해 방출한 신호 및/또는 상기 전자기파의 전송 주파수를 모니터하여, 상기 전송 주파수가 최소 임계값보다 낮은지를 판단하고, 만일 상기 주파수가 최소 임계값보다 낮은 경우 상기 전압원으로부터 상기 감소시켰던 전력 레벨을 증가시키도록 구성될 수 있다. 여기서, 최소 임계값은 무선 전력 수신기에서 요구하는 최소 전력을 전송하기 위한 기준이 되는 주파수일 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치가 무선 전력 수신 장치에 저전력에서 고전력으로 전송하게 되면 전송 주파수가 낮아지게 설정될 수 있다. 이때 저전력에서 고전력으로 변경되는 기준이 최소 임계값일 수 있다.

한 실시 예에 따르면, 제어부는 상기 전압 레벨이 감소되도록 조정한 이후, 상기 전송 주파수가 최소 임계값 보다 낮은지를 판단하고, 상기 전송 주파수가 상기 최소 임계값 미만인 경우 상기 스위칭 모듈을 제어하여 상기 감소된 전력 레벨을 증가시키도록 제어할 수 있다.

만일 전력 레벨(예: Vdc)를 제1전력 레벨보다 낮은 제2전력 레벨로 감소시키는 등의 전력 레벨 변경 동작을 반복하게 되면 전력 레벨이 너무 낮아지게 될 수 있어, 이러한 경우에는 전력 전송 효율이 저하될 수 있다. 따라서 전력 레벨이 너무 낮아지는 상황이 발생하지 않도록 전력 레벨을 낮추고 난 이후에는 전송 주파수를 모니터링할 수 있다. 이에 따라 제어부는 전송 주파수가 최소 임계값 보다 낮은지를 판단하여, 최소 임계값 미만이 되는 경우에는 전력 레벨이 더 이상 낮아지지 않도록 상기 감소된 전력 레벨을 증가시키는 동작을 수행할 수 있다.

한 실시 예에 따르면, 도 10b에 도시된 바와 같이 전송 주파수가 140 ㎑ 에서 118 ㎑로 낮아질 때 전력 레벨이 증가되지만, 전송 주파수가 최소 임계값 (예: 118 ㎑) 보다 낮아진 상태에서는 전력 레벨이 점차 낮아지게 되므로, 최소 임계값 미만의 전송 주파수가 모니터링된 경우에는 다시 전력 레벨을 증가시켜야 전송 주파수의 가용 범위에서의 전력 전송이 가능할 수 있다. 여기서, 다시 전력 레벨을 증가시키기 위해 전송 주파수를 가용 범위(예: 최소 임계 주파수 이상)로 증가시켜 전력 전송을 수행할 수 있다.

구체적으로, 도 12에서는 무선 전력 송신기가 고전력을 출력하다가 저전력을 출력하는 경우의 전송 주파수 즉, 동작 주파수 및 인버터로 제공되는 Vdc 간의 관계를 예시하고 있다. 도 12에 도시된 바와 같이 예를 들어, 무선 전력 송신기의 출력 전력을 11W의 고전력을 출력하다가 5W의 저전력으로 갑자기 낮추어야 하는 상황이 발생한 경우 예를 들어, 발열 제어 상황이 발생한 경우 빨리 온도를 낮추기 위한 경우, 동작 주파수도 급하게 쉬프트될 수 있다.

예를 들어, 동작 주파수가 118㎑에서 동작하다가 임계치 148㎑을 초과하는 154 ㎑가 센싱될 경우 제어부는 인버터로 제공되는 Vdc를 낮추어 동작 주파수도 140 ㎑로 하향 쉬프트되도록 할 수 있다. 이때, 제어부는 전력을 감소시킨 후 실질적으로 동시에 또는 상기 전력 감소 후에 동작 주파수를 모니터하여 동작 주파수를 낮춘 후 또는 동시에 Vdc를 낮추어서 전력을 5W로 맞추는 동작을 수행할 수 있다.

도 12에서는 임계치 148㎑을 초과하는 경우가 발생했을 경우를 예로 들어 설명하나, 도 13에 도시된 바와 같이 동작 주파수가 임계치 148㎑을 초과하지 않도록 단계적으로 전송 전력량을 조정하는 경우를 예시하고 있다. 예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이 11W의 고전력을 출력하다가 5W의 저전력으로 낮추어야 하는 상황이 발생한 경우 11W의 고전력에서 일단 단계적으로 전력(예: 약 6W)을 낮춘 후 5W의 저전력으로 낮출 경우 동작 주파수가 임계치 148㎑을 초과하지 상황이 발생하지 않을 수 있다. 즉, 제어부(예: 제어 회로(312))는 동작 주파수가 임계치 148㎑에 도달하면 바로 Vdc를 낮추는 동작을 제어할 수 있다. 도 13에서는 고전력에서 저전력으로 낮추는 단계가 한 단계 추가된 경우를 예시하나, 고전력과 저전력 사이에 복수의 단계가 추가 가능함은 물론이다.

도 14에서는 본 발명의 다양한 실시 예에 따라, 동작 주파수가 임계치 148㎑을 초과하는 상황이 되지 않도록 단계적으로 전력량을 조정하면서 동작 주파수와 함께 Vdc도 단계적으로 조정하는 경우를 예시하고 있다. 일 실시 예에 따르면, 제어부(예: 제어 회로(312))는 전력 제어를 수행함에 있어, 전송 주파수가 임계치를 초과하기 전에 인버터로 제공되는 Vdc를 낮추는 동작을 수행할 수 있다.

도 15는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 기존 CE 측정 결과 대비 인덕터와 스위칭 모듈 추가로 인한 개선된 CE 측정 결과를 나타낸 도면이다.

도 15(a)에서는 일반적인 무선 전력 송신기에 대한 CE 측정 결과를 예시하며, 도 15(b)에서는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무선 전력 송신기에 대한 CE 측정 결과를 예시하고 있다. 도 15(a)를 참조하면, 무선 전력 송신기는 발열 제어를 위해 전력을 줄일 때 148㎑에서 듀티 제어를 시작하여 1~5㎒ 대역의 하모닉스(harmonics)가 발생하여 CE 노이즈가 규제치를 초과하는 상황이 발생할 수 있다. 반면, 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 출력 회로 구조를 적용하여 동작 주파수의 가용 범위를 110㎑ ~ 148㎑로 매핑시킬 수 있어, 도 15(b)에서와 같이 항상 듀티가 50%를 유지하면서도 10dB 오차 범위(margin)의 CE 측정 결과를 얻을 수 있다.

본 문서에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구성된 유닛을 포함하며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로 등의 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. "모듈"은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. "모듈"은 기계적으로 또는 전자적으로 구현될 수 있으며, 예를 들면, 어떤 동작들을 수행하는, 알려졌거나 앞으로 개발될, ASIC(application-specific integrated circuit) 칩, FPGAs(field-programmable gate arrays), 또는 프로그램 가능 논리 장치를 포함할 수 있다.

다양한 실시예에 따른 장치(예: 모듈들 또는 그 기능들) 또는 방법(예: 동작들)의 적어도 일부는 프로그램 모듈의 형태로 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체(예: 메모리(130))에 저장된 명령어로 구현될 수 있다. 상기 명령어가 프로세서(예: 프로세서(120))에 의해 실행될 경우, 프로세서가 상기 명령어에 해당하는 기능을 수행할 수 있다. 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체는, 하드디스크, 플로피디스크, 마그네틱 매체(예: 자기테이프), 광기록 매체(예: CD-ROM, DVD, 자기-광 매체 (예: 플롭티컬 디스크), 내장 메모리 등을 포함할 수 있다. 명령어는 컴파일러에 의해 만들어지는 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다.

다양한 실시예에 따른 모듈 또는 프로그램 모듈은 전술한 구성요소들 중 적어도 하나 이상을 포함하거나, 일부가 생략되거나, 또는 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따른, 모듈, 프로그램 모듈 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적, 병렬적, 반복적 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 적어도 일부 동작이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 다른 동작이 추가될 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 명령들을 저장하고 있는 저장 매체에 있어서, 상기 명령들은 적어도 하나의 프로세서에 의하여 실행될 때에 상기 적어도 하나의 프로세서로 하여금 적어도 하나의 동작을 수행하도록 설정된 것으로서, 상기 적어도 하나의 동작은, 코일을 통해 전력을 무선으로 전송하는 동작; 상기 코일을 통해 방출할 신호의 전송 주파수를 모니터링하는 동작; 및 상기 모니터링한 결과를 기반으로 전압 레벨을 조정함으로써 상기 전송 주파수를 조정하는 동작을 포함할 수 있다.

본 문서에 개시된 실시예는 개시된, 기술 내용의 설명 및 이해를 위해 제시된 것이며, 본 문서에서 기재된 기술의 범위를 한정하는 것은 아니다. 따라서, 본 문서의 범위는, 본 문서의 기술적 사상에 근거한 모든 변경 또는 다양한 다른 실시예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (24)

1. 전자 장치에 있어서,
   하우징;
   도전성 코일;
   상기 도전성 코일과 전기적으로 연결되고, 상기 도전성 코일을 통해 전력을 무선으로 상기 하우징 외부로 전송하도록 구성되는 전력 전송 회로;
   상기 전력 전송 회로와 전기적으로 연결되는 전압원(voltage source); 및
   상기 전력 전송 회로와 상기 전압원 간에 전기적으로 연결되는 제어 회로를 포함하며,
   상기 제어 회로는,
   상기 도전성 코일을 통해 방출할 전력을 변경하고, 상기 도전성 코일을 통해 방출되는 신호 및/또는 전자기파(electromagnetic wave)의 주파수를 모니터하며, 상기 모니터한 주파수에 적어도 일부 결과를 기반하여 상기 전압원으로부터의 전압 레벨을 조정하도록 구성된, 전자 장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는,
   상기 전력 전송 회로 및 상기 전압원 간에 전기적으로 연결되는 스위치를 포함하고, 상기 제어 회로는 상기 전압원으로부터의 전압 레벨을 조정하기 위해 상기 스위치를 조정하도록 구성된, 전자 장치.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는,
   상기 전력을 제1 전력 레벨에서 상기 제1 전력 레벨보다 낮은 제2 레벨로 감소시키고, 상기 신호 및/또는 전자기파의 주파수를 모니터링하고, 상기 주파수가 제1임계값 이상인지를 판단하고, 상기 주파수가 제1임계값 이상인 경우 상기 전압원으로부터의 전압 레벨을 감소시키도록 구성된, 전자 장치.
   
4. 제3항에 있어서, 상기 제어 회로는
   상기 전력을 제3 전력 레벨에서 상기 제3 전력 레벨보다 높은 제4 전력 레벨로 증가시키고, 상기 신호 및/또는 전자기파의 주파수를 모니터링하고, 상기 주파수가 상기 제1임계값 이하인지를 판단하고, 상기 주파수가 상기 제1임계값 이하인 경우 상기 전압원으로부터의 전압 레벨을 증가시키도록 구성된, 전자 장치.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는,
   상기 전력을 제1 전력 레벨에서 상기 제1 전력 레벨보다 낮은 제2 레벨로 감소시키고, 전력을 감소시킨 직후 또는 실질적으로 동시에 상기 신호 및/또는 전자기파의 주파수를 모니터링하고, 상기 주파수가 제1임계값 이하인지를 판단하고, 상기 주파수가 제1 임계값보다 낮다는 판단에 기반하여, 상기 전력을 제2 전력 레벨에서 상기 제2 전력 레벨보다 낮은 제3 전력 레벨로 더 감소시키고, 전력을 감소시킨 직후 또는 실질적으로 동시에 상기 신호 및/또는 전자기파의 주파수를 모니터링하고, 상기 주파수가 상기 제1 임계값보다 크거나 같은 경우 상기 전력원으로부터의 전압 레벨을 감소시키도록 구성된, 전자 장치.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는,
   상기 전력을 제1 전력 레벨에서 상기 제1 전력 레벨보다 낮은 제2 레벨로 감소시키고, 전력을 감소시킨 직후 또는 실질적으로 동시에 상기 신호 및/또는 전자기파의 주파수를 모니터링하고, 상기 주파수가 제1임계값보다 크거나 같은지 판단하고, 상기 전력원으로부터의 전압 레벨을 감소하고, 상기 전력을 제2 전력 레벨에서 상기 제2 전력 레벨보다 낮은 제3 전력 레벨로 더 감소시키고, 전력을 감소시킨 직후 또는 실질적으로 동시에 상기 신호 및/또는 전자기파의 주파수를 모니터링하고, 상기 주파수가 상기 제1 임계값보다 크거나 같은 경우 상기 전력원으로부터의 전압 레벨을 더 감소시키도록 구성된, 전자 장치.
   
7. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는,
   상기 신호 및/또는 전자기파의 주파수가 제1 임계값 보다 크거나 같은지 판단하도록 구성된, 전자 장치.
   
8. 제7항에 있어서, 상기 제1 임계값은,
   130KHz 내지 170KHz 사이의 값, 140KHz 내지 160KHz 사이의 값 및 145KHz 내지 155KHz 사이의 값 중 어느 하나인, 전자 장치.
   
9. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로 및/또는 전력 전송 회로는,
   상기 도전성 코일을 통해서 방출되는 신호 및/또는 전자기파의 듀티 사이클(duty cycle)을 조정하는 동작;
   또는, 상기 도전성 코일을 통해서 방출되는 신호 및/또는 전자기파의 듀티 (duty)를 조정하는 동작
   중 적어도 하나를 수행하기 위해 상기 전력 전송 회로를 통해 방출되는 전력을 변경하도록 구성된, 전자 장치.
   
10. 제2항에 있어서, 상기 스위치는,
    상기 전압원으로부터의 전압 레벨을 조정하여 출력하는 DC/DC 컨버터인 전자 장치.
    
11. 제1항에 있어서,
    집중형 인덕터(lumped inductor)를 더 포함하는, 전자 장치.
    
12. 제11항에 있어서,
    일단이 직류 파형의 전력을 교류 파형의 전력으로 인버팅하는 인버터에 연결되며, 타단이 상기 집중형 인덕터에 연결되는 커패시터를 더 포함하는 전자 장치.
    
13. 제12항에 있어서, 상기 스위치는,
    상기 스위치의 일단이 상기 커패시터와 상기 집중형 인덕터 사이에 연결되며, 타단은 인버터에 연결되어, 상기 모니터한 결과를 기반으로 조정된 전압 레벨을 상기 인버터로 출력하는, 전자 장치.
    
14. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로 및/또는 상기 전력 전송 회로는, 적어도 하나의 동작을 수행함으로써 상기 도전성 코일을 통해 방출할 상기 전력을 변경하도록 구성되며,
    상기 적어도 하나의 동작은, 상기 코일을 통해 방출할 상기 신호 및/또는 전자기파의 듀티 사이클을 조정하는 동작을 포함하는 전자 장치.
    
15. 전자 장치에 의한 무선 충전 방법에 있어서,
    코일을 통해 전력을 무선으로 전송하는 동작;
    상기 코일을 통해 방출할 신호의 전송 주파수를 모니터링하는 동작; 및
    상기 모니터링한 결과를 기반으로 전압 레벨을 조정함으로써 상기 전송 주파수를 조정하는 동작을 포함하는 방법.
    
16. 제15항에 있어서, 상기 전송 주파수를 조정하는 동작은,
    상기 전송 주파수가 제1임계값 이상인지를 판단하는 동작; 및
    상기 전송 주파수가 상기 제1임계값 이상인 경우 상기 전력 레벨을 감소시키는 동작을 포함하는 방법.
    
17. 제15항에 있어서, 상기 전력 레벨 감소 시 상기 전력 레벨 감소에 대응하여 상기 전송 주파수는 낮아지는 것을 특징으로 하는 방법.
    
18. 제15항에 있어서, 상기 전송 주파수를 조정하는 동작은,
    제1전력 레벨로부터 상기 제1전력 레벨보다 낮은 제2전력 레벨로 상기 전력 레벨을 감소시키는 동작;
    상기 전송 주파수를 모니터링하여 상기 전송 주파수가 최소 임계값 보다 낮은지를 판단하는 동작;
    상기 전송 주파수가 상기 최소 임계값 미만인 경우 상기 감소된 전력 레벨을 증가시키는 동작을 포함하는 방법,
    
19. 제15항에 있어서, 상기 제1임계값은,
    140 ㎑ 내지 150 ㎑ 사이의 값인 것을 특징으로 하는 방법.
    
20. 제15항에 있어서, 상기 전송 주파수를 조정하는 동작은,
    상기 전송 주파수가 최소 임계값 보다 낮은지를 판단하는 동작;
    상기 전송 주파수가 상기 최소 임계값 미만인 경우 상기 전력 레벨을 증가시키는 동작을 포함하는 방법.
    
21. 제15항에 있어서,
    전압원으로부터의 전압 레벨을 조정하는 스위칭 모듈과,
    상기 코일을 통해 상기 전력을 무선으로 전송하도록 구성되는 전력 전송부에 연결되는 집중형 인덕터(lumped inductor)를 포함하며,
    상기 전송 주파수를 조정하는 동작은,
    상기 스위칭 모듈을 제어하여 상기 전압원으로부터의 상기 전압 레벨을 조정하는 동작을 포함하는 방법.
    
22. 전자 장치에 있어서,
    하우징;
    도전성 코일;
    상기 도전성 코일과 전기적으로 연결되고, 상기 도전성 코일을 통해 전력을 무선으로 상기 하우징 외부로 전송하도록 구성되는 전력 전송 회로;
    상기 전력 전송 회로와 전기적으로 연결되는 전압원(voltage source); 및
    상기 전력 전송 회로와 상기 전압원 간에 전기적으로 연결되는 제어 회로를 포함하며,
    상기 제어 회로는,
    상기 도전성 코일을 통해 방출할 전력을 결정하고,
    상기 방출할 전력에 따라, 상기 전압원으로부터의 전압 레벨을 조정하고, 상기 도전성 코일을 통해 방출되는 신호 및/또는 전자기파(electromagnetic wave)의 주파수를 결정하는 전자 장치.
    
23. 제22항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 방출할 전력이 제1 전력 레벨에서 상기 제1 전력 레벨보다 낮은 제2 전력 레벨로 변경될 때,
    상기 전압원의 상기 전압 레벨을 낮추고, 상기 주파수를 제1임계값 이하로 설정하는 전자 장치.
    
24. 제22항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 방출할 전력이 제3 전력 레벨에서 상기 제3 전력 레벨보다 높은 제4 전력 레벨로 변경될 때,
    상기 전압원의 상기 전압 레벨을 높이고, 상기 주파수를 제1임계값 이하로 설정하는 전자 장치.

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