KR20190026424A - 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 특히, 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템에 관한 것이다.
일 실시예에 따른 무선 충전 방법은 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신기의 무선 충전 방법에 있어서, 상기 무선 전력 송신기에서 제1 주기로 충전 상태 패킷을 수신하고, 제2 주기로 수신 전력 패킷을 수신하는 단계; 상기 충전 상태 패킷의 충전 상태 값이 증가하는지 판단하는 단계; 상기 상기 수신 전력 패킷의 수신 전력 값이 소정의 전력 값 이하인지 판단하는 단계; 및 상기 충전 상태 값이 증가하지 않고 상기 수신 전력 값이 소정의 전력 값 이하이면 상기 무선 전력 수신기가 제1 충전 상태인 것으로 판단하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템{Wireless Charging Method and Apparatus and System therefor}
본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 특히, 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템에 관한 것이다.
휴대폰, 노트북과 같은 휴대용 단말은 전력을 저장하는 배터리와 배터리의 충전 및 방전을 위한 회로를 포함한다. 이러한 단말의 배터리가 충전되려면, 외부의 충전기로부터 전력을 공급받아야 한다.
일반적으로 배터리에 전력을 충전시키기 위한 충전장치와 배터리 간의 전기적 연결방식의 일 예로, 상용전원을 공급받아 배터리에 대응하는 전압 및 전류로 변환하여 해당 배터리의 단자를 통해 배터리로 전기에너지를 공급하는 단자공급방식을 들 수 있다. 이러한 단자공급방식은 물리적인 케이블(cable) 또는 전선의 사용이 동반된다. 따라서 단자공급방식의 장비들을 많이 취급하는 경우, 많은 케이블들이 상당한 작업 공간을 차지하고 정리가 곤란하며 외관상으로도 좋지 않다. 또한 단자공급방식은 단자들간의 서로 다른 전위차로 인한 순간방전현상, 이물질에 의한 소손 및 화재 발생, 자연방전, 배터리의 수명 및 성능 저하 등의 문제점을 야기할 수 있다.
최근 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 무선으로 전력을 전송하는 방식을 이용한 충전시스템(이하 "무선 충전 시스템"이라 칭함.)과 제어방법들이 제시되고 있다. 또한, 무선 충전 시스템이 과거에는 일부 휴대용 단말에 기본 장착되지 않고 소비자가 별도 무선 충전 수신기 액세서리를 별도로 구매해야 했기에 무선 충전 시스템에 대한 수요가 낮았으나 무선 충전 사용자가 급격히 늘어날 것으로 예상되며 향후 단말 제조사에서도 무선충전 기능을 기본 탑재할 것으로 예상된다.
일반적으로 무선 충전 시스템은 무선 전력 전송 방식으로 전기에너지를 공급하는 무선 전력 송신기와 무선 전력 송신기로부터 공급되는 전기에너지를 수신하여 배터리를 충전하는 무선 전력 수신기로 구성된다.
이러한 무선 충전 시스템은 적어도 하나의 무선 전력 전송 방식(예를 들어, 전자기 유도 방식, 전자기 공진 방식, RF 무선 전력 전송 방식 등)에 의해 전력을 전송할 수 있다.
일 예로, 무선 전력 전송 방식은 전력 송신기 코일에서 자기장을 발생시켜 그 자기장의 영향으로 수신기 코일에서 전기가 유도되는 전자기 유도 원리를 이용하여 충전하는 전자기 유도 방식에 기반한 다양한 무선 전력 전송 표준이 사용될 수 있다. 여기서, 전자기 유도 방식의 무선 전력 전송 표준은 WPC(Wireless Power Consortium) 및 Air Fuel Alliance(구 PMA, Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.
다른 일 예로, 무선 전력 전송 방식은 무선 전력 송신기의 송신 코일에 의해 발생되는 자기장을 특정 공진 주파수에 동조하여 근거리에 위치한 무선 전력 수신기에 전력을 전송하는 전자기 공진(Electromagnetic Resonance) 방식이 이용될 수도 있다. 여기서, 전자기 공진 방식은 무선 충전 기술 표준 기구인 Air Fuel Alliance(구 A4WP, Alliance for Wireless Power) 표준 기구에서 정의된 공진 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.
또 다른 일 예로, 무선 전력 전송 방식은 RF 신호에 저전력의 에너지를 실어 원거리에 위치한 무선 전력 수신기로 전력을 전송하는 RF 무선 전력 전송 방식이 이용될 수도 있다.
한편, 다양한 기기에 무선 충전 기능이 탑재되고, 무선 충전에 요구되는 전력의 세기가 증가됨에 따라, 무선 전력 수신기는 높은 세기의 입력 신호에 의해 발열이 증가하였다. 발열로 인하여 온도가 증가하면, 무선 전력 수신기는 무선 전력 수신 성능 저하 또는 내부 시스템 손상 등의 문제가 발생할 수 있다. 이에, 무선 전력 수신기는 무선 전력 수신기의 충전 상태에 따라 무선 전력 송신기에 요청하여 전력 전송을 제어하고 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기는 배터리 온도가 일정 온도 이상이 되면 배터리의 보호를 위해 무선 전력 송신기의 전력 전송량을 감소시킬 수 있다. 그러나, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 충전 상태를 알 수 없기 때문에 무선 전력 수신기에 의해 수동적으로 동작하므로 무선 충전을 효율적으로 제어할 수 없는 문제가 있었다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 무선 충전 수신기의 발열을 방지할 수 있는 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 무선 충전 수신기의 냉각을 효율적으로 할 수 있는 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 무선 충전을 효율적으로 할 수 있는 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 무선 충전으로 인한 소비 전력 낭비를 방지할 수 있는 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 충전 상태를 판단하는 것이 가능한 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 충전 상태에 따라 능동적으로 충전을 제어할 수 있는 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 무선 전력 송신기의 충전 제어에 따른 무선 충전 중단 후 무선 충전 재시작 여부를 무선 전력 수신기가 충전 상태에 따라 결정할 수 있는 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 실시예에 따른 무선 충전 방법은, 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신기의 무선 충전 방법에 있어서, 상기 무선 전력 송신기에서 제1 주기로 충전 상태 패킷을 수신하고, 제2 주기로 수신 전력 패킷을 수신하는 단계; 상기 충전 상태 패킷의 충전 상태 값이 증가하는지 판단하는 단계; 상기 상기 수신 전력 패킷의 수신 전력 값이 소정의 전력 값 이하인지 판단하는 단계; 및 상기 충전 상태 값이 증가하지 않고 상기 수신 전력 값이 소정의 전력 값 이하이면 상기 무선 전력 수신기가 제1 충전 상태인 것으로 판단하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 충전 방법은, 상기 무선 전력 수신기의 제1 충전 상태는 상기 무선 전력 수신기의 배터리 온도가 소정의 온도 이상이고 상기 무선 전력 수신기의 배터리의 충전률이 증가 하지 않는 상태일 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 충전 방법은, 상기 무선 전력 수신기가 제1 충전 상태인 것으로 판단하면 무선 충전을 중단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 충전 방법은, 상기 무선 전력 수신기가 제1 충전 상태인 것으로 판단하는 단계는 제1 기간 동안 상기 충전 상태 값이 증가하지 않고 상기 수신 전력 값이 소정의 전력 값 이하이면 상기 무선 전력 수신기가 제1 충전 상태인 것으로 판단할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 충전 방법은, 상기 충전 상태 값이 증가하지 않고 상기 수신 전력 값이 소정의 전력 값 이하이면 타이머가 동작하는 단계;를 더 포함하고, 상기 타이머 동작 시간이 제1 기간 이상이면 상기 무선 전력 송신기는 제1 기간 동안 상기 충전 상태 값이 증가하지 않고 상기 수신 전력 값이 소정의 전력 값 이하이면 상기 무선 전력 수신기가 제1 충전 상태인 것으로 판단할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 충전 방법은, 상기 제1 기간은 상기 제1 주기의 길이 이상일 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 충전 방법은, 상기 소정의 전력 값은 상기 무선 전력 송신기와 상기 무선 전력 수신기의 통신에 필요한 최소 전력 세기일 수 있다.
실시예에 따른 무선 충전 방법은, 무선 전력 송신기로부터 무선으로 전력을 수신하는 무선 전력 수신기의 무선 충전 방법에 있어서, 전력 전송 단계에서, 상기 무선 전력 수신기의 배터리가 소정의 온도 이상인지 판단하는 단계; 상기 배터리가 소정의 온도 이상이면 상기 무선 전력 수신기가 제1 충전 상태로 동작하는 단계; 상기 무선 전력 송신기가 상기 무선 전력 수신기의 제1 충전 상태로 판단하면 상기 무선 전력 송신기에 의한 무선 충전 중단 단계; 상기 무선 전력 수신기에서 디지털 핑을 수신하는 단계; 상기 디지털 핑을 수신하면 상기 배터리의 온도에 따라 제1 신호 세기 패킷 또는 제2 신호 세기 패킷을 송신하는 단계; 상기 제1 신호 세기 패킷을 송신하면 무선 충전 중단을 유지하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 충전 방법은, 상기 무선 전력 수신기가 디지털 핑을 수신하면 상기 무선 전력 수신기의 배터리가 소정의 온도 이상인지 판단하는 단계;를 더 포함하고, 기 무선 전력 수신기는 상기 배터리의 온도가 소정의 온도 이상이면 제1 신호 세기 패킷을 송신하고, 상기 배터리의 온도가 소정의 온도 미만이면 제2 신호 세기 패킷을 송신할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 충전 방법은, 제2 신호 세기 패킷을 송신하면 무선 충전을 재시작 하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 충전 방법은, 상기 제1 신호 세기 패킷은 0인 신호 세기 값을 구비할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 충전 방법은, 상기 제2 신호 세기 패킷의 제2 신호 세기 값은 송신 코일과 수신 코일 사이의 정합도 값일 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 충전 방법은, 상기 제1 충전 상태는 상기 무선 전력 수신기의 배터리 온도가 소정의 온도 이상이고 상기 무선 전력 수신기의 배터리의 충전률이 증가 하지 않는 상태일 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 충전 방법은, 상기 제1 충전 상태로 동작하는 단계는 상기 무선 전력 송신기에게 통신에 필요한 최소 전력 세기를 요구할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 충전 방법은, 상기 무선 전력 송신기는 제어 오류 패킷을 전송하여 상기 최소 전력 세기를 요구할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 충전 방법은, 상기 소정의 온도는 41도 이상일 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 충전 방법은, 전력 전송 단계에서, 상기 무선 전력 수신기의 배터리 온도를 센싱하는 단계; 핑 단계에서, 상기 무선 전력 수신기의 배터리 온도를 센싱하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따른 무선 충전 방법은, 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신기의 무선 충전 방법에 있어서, 전력 전송 단계에서, 상기 무선 전력 수신기가 제1 충전 상태로 판단되면 무선 충전 중단 단계; 디지털 핑을 송신하는 단계; 상기 디지털 핑에 대한 응답으로 신호 세기 패킷을 수신하는 단계; 및 상기 신호 세기 패킷의 신호 세기 값에 따라 무선 충전 재시작 여부를 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 충전 방법은, 상기 무선 전력 수신기의 제1 충전 상태는 상기 무선 전력 수신기의 배터리 온도가 소정의 온도 이상이고 상기 무선 전력 수신기의 배터리의 충전률이 증가 하지 않는 상태일 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 충전 방법은, 전력 전송 단계에서 무선 충전이 중단 되면 타이머를 동작하는 단계; 상기 타이머의 동작 시간이 제2 기간 이상인지 판단하는 단계;를 더 포함하고, 상기 디지털 핑을 송신하는 단계는 상기 타이머의 동작 시간이 제2 기간 이상이면 상기 디지털 일을 송신할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선 충전 방법은, 상기 신호 세기 값이 제1 신호 세기 값 이하이면 상기 타이머 동작 시간을 초기화하는 단계;를 더 포함하고, 상기 무선 충전 재시작 여부를 결정하는 단계는 상기 신호 세기 값이 상기 제1 신호 세기 값을 초과하면 무선 충전을 재시작하기로 결정할 수 있다.
실시예에 따른 무선 충전 방법은, 무선 전력 송신기로부터 무선으로 전력을 수신하는 무선 전력 수신기의 무선 충전 방법에 있어서, 휴대장치의 충전이 중단된 상태를 감지하는 단계; 무선 전력 송신기로부터 핑을 수신하는 단계; 상기 핑에 대한 응답신호로 상기 전력 수신 중단 상태에 따라 값이 0인 신호세기 값을 포함하는 신호 세기 패킷을 상기 무선 전력 송신기로 송신하는 단계를 포함하고, 상기 신호 세기 패킷 송신 후, 일정 시간 동안 무선전력 송신기로부터 무선 전력 수신이 중단될 수 있다.
실시예에 따른 무선 충전 방법은, 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신기의 무선 충전 방법에 있어서, 상기 무선 전력 수신기로 핑 신호를 송신하는 단계; 상기 무선 전력 수신기로부터 상기 핑 신호에 대한 응답으로 신호 세기 패킷 신호를 수신하는 단계; 상기 신호 세기 패킷에 포함된 신호 세기 값에 따라 무선 충전 중단 여부를 결정하는 단계;를 포함하고, 상기 무선 전력 충전 중단 여부를 결정하는 단계는 상기 신호세기 값이 0을 포함하는 경우 일정 시간 동안 상기 무선 전력 수신기로 전력 전송을 중단할 수 있다.
본 발명에 따른 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템에 대한 효과에 대한 효과를 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 무선 충전 수신기의 발열을 방지할 수 있는 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 무선 충전 수신기의 냉각을 효율적으로 할 수 있는 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 무선 충전을 효율적으로 할 수 있는 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 무선 충전으로 인한 소비 전력 낭비를 방지할 수 있는 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 충전 상태를 판단하는 것이 가능한 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 충전 상태에 따라 능동적으로 충전을 제어할 수 있는 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 무선 전력 송신기의 충전 제어에 따른 무선 충전 중단 후 무선 충전 재시작 여부를 무선 전력 수신기가 충전 상태에 따라 결정할 수 있는 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 WPC 표준에 정의된 제1 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 3는 WPC 표준에 정의된 제2 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기를 나타낸 도면이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 무선 전력 수신기의 일부에 대한 상세한 실시예이다.
도 4c는 도 4a에 도시된 무선 전력 수신기의 또다른 일부에 대한 상세한 실시예이다.
도 5는 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 상기 도 4에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 무선 전력 신호의 변조 및 복조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 무선 전력 수신기의 충전 상태에 따라 온도 변화 및 충전률 변화를 나타내는 일 그래프이다.
도 9는 무선 전력 수신기의 충전 상태에 따라 온도 변화 및 충전률 변화를 나타내는 다른 그래프이다.
도 10은 무선 전력 수신기의 충전 상태에 따라 온도 변화 및 충전률 변화를 나타내는 또 다른 그래프이다.
도 11은 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템상에서의 무선 충전 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 도 11의 전력 전송 단계에서 무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 도 11의 무선 전력 수신기에서의 무선 충전 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 도 11의 핑 단계에서 무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 실시예들이 적용되는 장치 및 다양한 방법들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
이상에서, 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.
실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)", "전(앞) 또는 후(뒤) "에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(위) 또는 하(아래)" 및 "전(앞) 또는 후(뒤) "는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
실시예의 설명에 있어서, 무선 전력 충전 시스템상에서 무선 전력을 송신하는 장치는 설명의 편의를 위해 무선 전력 송신기, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 송신기, 송신단, 송신기, 송신 장치, 송신측, 무선 전력 전송 장치, 무선 전력 전송기, 무선충전장치 등을 혼용하여 사용하기로 한다. 또한, 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 수신 단말기, 수신측, 수신 장치, 수신기 단말 등이 혼용되어 사용될 수 있다.
실시예에 따른 무선충전장치는 패드 형태, 거치대 형태, AP(Access Point) 형태, 소형 기지국 형태, 스텐드 형태, 천장 매립 형태, 벽걸이 형태 등으로 구성될 수 있으며, 하나의 송신기는 복수의 무선 전력 수신 장치에 전력을 전송할 수도 있다.
일 예로, 무선 전력 송신기는 통상적으로 책상이나 탁자 위 등에서 놓여서 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 자동차용으로도 개발되어 적용되어 차량 내에서 사용될 수 있다. 차량에 설치되는 무선 전력 송신기는 간편하고 안정적으로 고정 및 거치할 수 있는 거치대 형태로 제공될 수 있다.
실시예에 따른 단말은 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 player, 전동 칫솔, 전자 태그, 조명 장치, 리모콘, 낚시찌 등의 소형 전자 기기 등에 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며 실시예에 따른 무선 전력 수신 수단이 장착되어 배터리 충전이 가능한 모바일 디바이스 기기(이하, "디바이스"라 칭함.)라면 족하고, 단말 또는 디바이스라는 용어는 혼용하여 사용될 수 있다. 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기는 차량, 무인 항공기, 에어 드론 등에도 탑재될 수 있다.
실시예에 따른 무선 전력 수신기는 적어도 하나의 무선 전력 전송 방식이 구비될 수 있으며, 2개 이상의 무선 전력 송신기로부터 동시에 무선 전력을 수신할 수도 있다. 여기서, 무선 전력 전송 방식은 상기 전자기 유도 방식, 전자기 공진 방식, RF 무선 전력 전송 방식 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 특히, 전자기 유도 방식을 지원하는 무선 전력 수신 수단은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) 및 Air Fuel Alliance(구 PMA, Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다. 또한 전자기 공진 방식을 지원하는 무선 전력 수신 수단은 무선 충전 기술 표준 기구인 Air Fuel Alliance(구 A4WP, Alliance for Wireless Power) 표준 기구에서 정의된 공진 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.
일반적으로, 무선 전력 시스템을 구성하는 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기는 인밴드 통신 또는 BLE(Bluetooth Low Energy) 통신을 통해 제어 신호 또는 정보를 교환할 수 있다. 여기서, 인밴드 통신, BLE 통신은 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation) 방식, 주파수 변조 방식, 위상 변조 방식, 진폭 변조 방식, 진폭 및 위상 변조 방식 등으로 수행될 수 있다. 일 예로, 무선 전력 수신기는 수신 코일을 통해 유도된 전류를 소정 패턴으로 ON/OFF 스위칭하여 궤환 신호(feedback signal)를 생성함으로써 무선 전력 송신기에 각종 제어 신호 및 정보를 전송할 수 있다. 무선 전력 수신기에 의해 전송되는 정보는 수신 전력 세기 정보를 포함하는 다양한 상태 정보를 포함할 수 있다. 이때, 무선 전력 송신기는 수신 전력 세기 정보에 기반하여 충전 효율 또는 전력 전송 효율을 산출할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 무선 충전 시스템은 크게 무선으로 전력을 송출하는 무선 전력 송신단(10), 상기 송출된 전력을 수신하는 무선 전력 수신단(20) 및 수신된 전력을 공급 받는 전자기기(30)로 구성될 수 있다.
일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 동일한 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 인밴드(In-band) 통신을 수행할 수 있다. 다른 일예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 상이한 별도의 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 대역외(Out-of-band) 통신을 수행할 수도 있다.
일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20) 사이에 교환되는 정보는 서로의 상태 정보뿐만 아니라 제어 정보도 포함될 수 있다. 여기서, 송수신단 사이에 교환되는 상태 정보 및 제어 정보는 후술할 실시예들의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.
상기 인밴드 통신 및 대역외 통신은 양방향 통신을 제공할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 다른 실시예에 있어서는 단방향 통신 또는 반이중 방식의 통신을 제공할 수도 있다.
일 예로, 단방향 통신은 무선 전력 수신단(20)이 무선 전력 송신단(10)으로만 정보를 전송하는 것일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 송신단(10)이 무선 전력 수신단(20)으로 정보를 전송하는 것일 수도 있다.
반이중 통신 방식은 무선 전력 수신단(20)과 무선 전력 송신단(10) 사이의 양방향 통신은 가능하나, 어느 한 시점에 어느 하나의 장치에 의해서만 정보 전송이 가능한 특징이 있다.
일 실시예에 따른 무선 전력 수신단(20)은 전자 기기(30)의 각종 상태 정보를 획득할 수도 있다. 일 예로, 전자 기기(30)의 상태 정보는 현재 전력 사용량 정보, 실행중인 응용을 식별하기 위한 정보, CPU 사용량 정보, 배터리 충전 상태 정보, 배터리 출력 전압/전류 정보, 온도 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 전자 기기(30)로부터 획득 가능하고, 무선 전력 제어에 활용 가능한 정보이면 족하다.
도 2는 WPC 표준에 정의된 제1 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 2를 참조하면, WPC 표준의 제1 무선 전력 전송 절차에 따라 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(Selection Phase, 210), 핑 단계(Ping Phase, 220), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 230), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 240) 단계로 구분될 수 있다.
선택 단계(210)는 파워 전송을 시작하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계일 수 있다. 여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다. 또한, 선택 단계(210)에서 송신기는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다. 만약, 송신기가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 단계(220)로 천이할 수 있다(S201). 선택 단계(210)에서 송신기는 매우 짧은 펄스의 아날로그 핑(Analog Ping) 신호를 전송하며, 송신 코일의 전류 변화에 기반하여 인터페이스 표면의 활성 영역(Active Area)에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다.
핑 단계(220)에서 송신기는 물체가 감지되면, 수신기를 활성화시키고, 수신기가 WPC 표준이 호환되는 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송한다. 핑 단계(220)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 지시자-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(210)로 천이할 수 있다(S202). 또한, 핑 단계(220)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 신호-를 수신하면, 선택 단계(210)로 천이할 수도 있다(S203).
핑 단계(220)가 완료되면, 송신기는 수신기 식별 및 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(230)로 천이할 수 있다(S204).
식별 및 구성 단계(230)에서 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 패킷 전송 오류가 있거나(transmission error), 파워 전송 계약이 설정되지 않으면(no power transfer contract) 선택 단계(210)로 천이할 수 있다(S205).
수신기에 대한 식별 및 구성이 완료되면, 송신기는 무선 전력을 전송하는 전력 전송 단계(240)로 천이할 수 있다(S206).
전력 전송 단계(240)에서, 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 기 설정된 파워 전송 계약에 대한 위반이 발생되거나(power transfer contract violation), 충전이 완료된 경우, 선택 단계(210)로 천이할 수 있다(S207).
또한, 전력 전송 단계(240)에서, 송신기는 송신기 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 식별 및 구성 단계(230)로 천이할 수 있다(S208).
상기한 파워 전송 계약은 송신기와 수신기의 상태 및 특성 정보에 기반하여 설정될 수 있다. 일 예로, 송신기 상태 정보는 최대 전송 가능한 파워량에 대한 정보, 최대 수용 가능한 수신기 개수에 대한 정보 등을 포함할 수 있으며, 수신기 상태 정보는 요구 전력에 대한 정보 등을 포함할 수 있다.
도 3는 WPC 표준에 정의된 제2 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 3을 참조하면, WPC 표준의 제2 무선 전력 전송 절차에 따라 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(Selection Phase, 310), 핑 단계(Ping Phase, 320), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 330), 협상 단계(Negotiation Phase, 340), 보정 단계(Calibration Phase, 350), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 360) 단계 및 재협상 단계(Renegotiation Phase, 370)로 구분될 수 있다.
선택 단계(310)는 파워 전송을 시작하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계-예를 들면, 도면 부호 S302, S304, S308, S310, S312를 포함함-일 수 있다. 여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다. 또한, 선택 단계(310)에서 송신기는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다. 만약, 송신기가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 단계(320)로 천이할 수 있다. 선택 단계(310)에서 송신기는 매우 짧은 펄스의 아날로그 핑(Analog Ping) 신호를 전송하며, 송신 코일 또는 1차 코일(Primary Coil)의 전류 변화에 기반하여 인터페이스 표면의 활성 영역(Active Area)에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다.
선택 단계(310)에서 물체가 감지되는 경우, 무선 전력 송신기는 무선전력 공진 회로, 예를 들어 무선 전력 전송을 위한 송신 코일 및/또는 공진 캐패시터의 품질 인자를 측정할 수 있다.
무선 전력 송신기는 무선전력 공진 회로(예를 들어 전력전송 코일 및/또는 공진 캐패시터)의 인덕턴스를 측정할 수 있다.
품질계수 및/또는 인덕턴스는 향후 협상단계(340)에서 이물질 존재 여부를 판단하는데 사용될 수 있다.
핑 단계(320)에서 송신기는 물체가 감지되면, 수신기를 활성화(Wake up)시키고, 감지된 물체가 무선 전력 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송한다(S301). 핑 단계(320)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 패킷-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(310)로 천이할 수 있다. 또한, 핑 단계(320)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 패킷-을 수신하면, 선택 단계(310)로 천이할 수도 있다(S302).
핑 단계(320)가 완료되면, 송신기는 수신기를 식별하고 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(330)로 천이할 수 있다(S303).
식별 및 구성 단계(330)에서 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 패킷 전송 오류가 있거나(transmission error), 파워 전송 계약이 설정되지 않으면(no power transfer contract) 선택 단계(310)로 천이할 수 있다(S304).
송신기는 식별 및 구성 단계(330)에서 수신된 구성 패킷(Configuration packet)의 협상 필드(Negotiation Field) 값에 기반하여 협상 단계(340)로의 진입이 필요한지 여부를 확인할 수 있다.
확인 결과, 협상이 필요하면, 송신기는 협상 단계(340)로 진입할 수 있다(S305). 협상 단계(340)에서 송신기는 소정 FOD 검출 절차를 수행할 수 있다.
반면, 확인 결과, 협상이 필요하지 않은 경우, 송신기는 곧바로 전력 전송 단계(360)로 진입할 수도 있다(S306).
협상 단계(340)에서, 송신기는 기준 품질 인자 값이 포함된 FOD(Foreign Object Detection) 상태 패킷을 수신할 수 있다. 또는 기준 인덕턴스 값이 포함된 FOD 상태 패킷을 수신할 수 있다. 또는 기준 품질 인자 값 및 기준 인덕턴스 값이 포함된 상태 패킷을 수신할 수 있다. 이때, 송신기는 기준 품질 인자 값에 기반하여 FO 검출을 위한 품질 인자 임계치를 결정할 수 있다. 송신기는 기준 인덕턴스 값에 기반하여 FO 검출을 위한 인덕턴스 임계치를 결정할 수 있다.
송신기는 결정된 FO 검출을 위한 품질 인자 임계치 및 현재 측정된 품질 인자 값-예를 들면, 핑 단계 이전에 측정된 품질 인자 값일 수 있음-을 이용하여 충전 영역에 FO가 존재하는지를 검출할 수 있으며, FO 검출 결과에 따라 전력 전송을 제어할 수 있다. 일 예로, FO가 검출된 경우, 전력 전송이 중단될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
송신기는 결정된 FO 검출을 위한 인덕턴스 임계치 및 현재 측정된 인덕턴스 값-예를 들면, 핑 단계 이전에 측정된 인덕턴스 값일 수 있음-을 이용하여 충전 영역에 FO가 존재하는지를 검출할 수 있으며, FO 검출 결과에 따라 전력 전송을 제어할 수 있다. 일 예로, FO가 검출된 경우, 전력 전송이 중단될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
FO가 검출된 경우, 송신기는 선택 단계(310)로 회귀할 수 있다(S308). 반면, FO가 검출되지 않은 경우, 송신기는 보정 단계(350)를 거쳐 전력 전송 단계(360)로 진입할 수도 있다(S307 및 S309). 상세하게, 송신기는 FO가 검출되지 않은 경우, 송신기는 보정 단계(350)에서 수신단에 수신된 전력의 세기를 결정하고, 송신단에서 전송한 전력의 세기를 결정하기 위해 수신단과 송신단에서의 전력 손실을 측정할 수 있다. 즉, 송신기는 보정 단계(350)에서 송신단의 송신 파워와 수신단의 수신 파워 사이의 차이에 기반하여 전력 손실을 예측할 수 있다. 일 실시예에 따른 송신기는 예측된 전력 손실을 반영하여 FOD 검출을 위한 임계치를 보정할 수도 있다.
전력 전송 단계(360)에서, 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 기 설정된 파워 전송 계약에 대한 위반이 발생되거나(power transfer contract violation), 충전이 완료된 경우, 선택 단계(310)로 천이할 수 있다(S310).
또한, 전력 전송 단계(360)에서, 송신기는 송신기 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 재협상 단계(370)로 천이할 수 있다(S311). 이때, 재협상이 정상적으로 완료되면, 송신기는 전력 전송 단계(360)로 회귀할 수 있다(S313).
상기한 파워 전송 계약은 송신기와 수신기의 상태 및 특성 정보에 기반하여 설정될 수 있다. 일 예로, 송신기 상태 정보는 최대 전송 가능한 파워량에 대한 정보, 최대 수용 가능한 수신기 개수에 대한 정보 등을 포함할 수 있으며, 수신기 상태 정보는 요구 전력에 대한 정보 등을 포함할 수 있다.
송신기는 재협상이 정상적으로 완료되지 않으면, 해당 수신기로의 전력 전송을 중단하고, 선택 단계로(310) 천이할 수도 있다(S312).
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기를 나타낸 도면이다. 도 4b는 도 4a에 도시된 무선 전력 수신기의 일부에 대한 상세한 실시예이다. 도 4c는 도 4a에 도시된 무선 전력 수신기의 또 다른 일부에 대한 상세한 실시예이다.
도 4a를 참조하면, 도 4a에서 무선 전력 수신기는 모바일 단말기(예를 들어, 휴대폰, 스마트폰, 태블릿 등)임을 예로 들어 설명하나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
도 4a의 좌측 그림은 무선 전력 수신기의 후면 커버(400)를 나타내며, 후면 커버(400)에는 근거리 통신 코일(401)과 무선 전력 수신 코일(402)이 장착될 수 있다. 다른 예로, 근거리 통신 코일(402)과 무선 전력 수신 코일(401)이 후면 커버(400)로부터 일정 거리 이격되어 배치될 수 있다. 근거리 통신 코일(401)과 무선 전력 수신 코일(402)은 서로 전기적인 접속을 방지하고 자기적인 간섭을 줄이기 위한 크기 및 배치로 구현될 수 있다.
근거리 통신 코일(401)은 근거리 통신이 가능한 다른 기기와 데이터를 송수신하기 위한 코일이고, 근거리 통신 코일(401)의 구동을 위한 두 단자(AC_N1, AC_N2) 각각은 대응되는 근거리 통신 모듈(430)의 두 단자(AC_N1, AC_N2)와 전기적으로 각각 연결될 수 있다.
무선 전력 수신 코일(402)은 무선 전력 송신기로부터 전송되는 무선 전력을 수신하기 위한 코일이고, 무선 전력 수신 코일(402)의 구동을 위한 두 단자(AC_W1, AC_W2) 각각은 대응되는 무선 전력 수신 모듈(440)의 두 단자(AC_W1, AC_W2)와 전기적으로 각각 연결될 수 있다.
도 4a의 우측 그림은 무선 전력 수신기의 본체(410)를 나타내며, 본체(410)는 애플리케이션 프로세서(application processor, 420), 근거리 통신 모듈(430), 무선 전력 수신 모듈(440), PMIC(Power Management IC, 450) 및 배터리(460)를 포함할 수 있다.
애플리케이션 프로세서(420)는 CPU, GPU, 모뎀, 이미지 프로세서, 다양한 인터페이스를 포함하여 무선 전력 수신기의 전반적인 동작을 제어하는 구성이다. 애플리케이션 프로세서(420)는 근거리 통신 모듈(430)과 무선 전력 수신 모듈(440)와는 I2C (Inter Integrated Circuit) 통신 방식으로, PMIC(450)와는 SMPI 통신 방식으로 데이터를 송수신할 수 있다.
근거리 통신 모듈(430)은 애플리케이션 프로세서(420)의 제어에 따라 근거리 통신 코일(401)을 통해 외부의 근거리 통신 기기와의 통신을 위한 데이터를 처리할 수 있다. 예를 들어, 근거리 통신 모듈(430)은 NFC(Near Field Communiction) 표준에 따라 동작할 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 근거리 통신 모듈(430)은 근거리 통신 코일(401)과 전기적으로 연결되기 위한 두 단자(AC_N1, AC_N2)를 포함할 수 있다.
무선 전력 수신 모듈(440)은 무선 전력 수신 코일(402)을 통해 외부의 무선 전력 송신기와의 통신을 위한 데이터를 처리하고, 수신된 무선 전력을 배터리(460)에 전달하기 위해 전력 변환을 수행할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신 모듈(440)은 WPC(Wireless Power Consortium) 또는 PMA(Power Matters Alliance) 표준에 따라 동작할 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 무선 전력 수신 모듈(440)은 무선 전력 수신 코일(402)과 전기적으로 연결되기 위한 두 단자(AC_W1, AC_W2)를 포함할 수 있다. 또한, 무선 전력 수신 모듈(440)은 PMIC(450)와 전기적으로 연결되기 위한 단자(WLC_I)를 포함할 수 있다. 무선 전력 송신기로부터 수신된 전력을 배터리 또는 시스템 구동전압(내부 전원)으로 사용하기 위하여, 무선 전력 수신 모듈은 단자(WLC_I)를 통하여 PMIC로 소정의 전력을 전달한다.
PMIC(450)는 배터리(460)의 충전 및 방전을 관리하는 구성으로서, 방전시 애플리케이션 프로세서(420)의 제어에 따라 무선 전력 수신기에 포함된 각 구성에 배터리(460)의 전력을 분배할 수 있고, 충전시 충전 포트(CP, 예를 들어, USB 인터페이스) 및 무선 전력 수신 모듈(440)으로부터 수신되는 전력을 배터리(460)에 충전할 수 있다. PMIC(450)는 무선 전력 수신 모듈(440)과 전기적으로 연결되기 위한 단자(WLC_I)를 포함할 수 있다.
배터리(460)는 무선 전력 수신기에 포함된 각 구성에 전력을 공급하기 위한 구성이다.
PMIC(450)는 배터리의 과열을 보호하기 위하여 보호 수단을 구비할 수 있다. 상세한 내용은 도 4b를 통해 설명한다. PMIC(450)는 배터리(460)의 과열이 발생한 경우, 예를 들어, SPMI를 통하여 어플리케이션 프로세서(420)에 통지(알림)할 수 있다. 또한 보호 수단은 배터리로 인가되는 전력의 경로를 차단하기 위하여 스위치를 포함할 수 있다. 스위치는 배터리의 온도에 따라 한계온도를 넘어가거나 또는 한계온도의 일정 비율 이하에 도달한 경우, 전력의 경로를 차단할 수 있다.
어플리케이션 프로세서(420)는 PMIC(450)로부터 배터리 과열이 발생하였음을 지시하는 통지(알람)을 수신하고, 이에 따라 무선전력 수신모듈(440)을 제어할 수 있다. 또는 과열이 발생했다는 통지(알람)을 무선전력 수신모듈(440)에 전달할 수도 있다.
무선전력 수신모듈(440)은 과열 통지를 수신함에 따라 무선전력 송신모듈과 커뮤니케이션을 통해 더 이상 온도증가가 일어나지 않도록 과열보호 동작을 수행할 수 있다. 상세한 과열보호 동작 및 커뮤니케이션에 대해서는 다른 도면의 상세한 설명으로 대신한다.
도 4b를 참조하면, 도 4a에 도시된 무선 전력 수신 모듈(440), PMIC(450) 및 배터리(460)의 구조가 보다 상세히 나타나 있다.
무선 전력 수신 모듈(440)과 PMIC(450)는 단자(WLC_I)를 통해 서로 연결되며, PMIC(450)는 제1 스위치(452) 및 제2 스위치(454)를 포함할 수 있다.
제1 스위치(452)의 일측은 단자(WLC_I)와 연결되고 제1 스위치(452)의 타측은 내부 전원 및 제2 스위치(454)와 연결될 수 있다. 상기 내부 전원은 무선 전력 수신기 내부의 구성(예를 들어, 애플리케이션 프로세서(420), 메인 메모리, 디스플레이 모듈, 터치 모듈, 지문 인식 모듈 등)의 동작에 필요한 전원으로 공급됨을 의미하며, 별도의 분배기를 더 포함할 수도 있다.
제2 스위치(454)의 일측은 제1 스위치(452)와 연결되고 제2 스위치(454)의 타측은 배터리(460)에 연결될 수 있다.
제1 스위치(452)는 소정의 제어 신호에 따라 무선 전력 수신 모듈(440)의 직류 전력을 내부 전원과 배터리(460)로 전달하거나 차단할 수 있다. 제1 스위치(452)는 고 전압 보호 스위치(over voltage protection switch)라 정의될 수 있다. 제1 스위치(452)는 무선 전력 수신 모듈(440)에 이상이 발견된 경우(예를 들어, 모듈의 출력 전압이 한계 전압 이상으로 높을 경우) 또는 애플리케이션 프로세서(420)의 요청(예를 들어, 무선 전력 수신 비활성화)에 따라 무선 전력 수신 모듈(440)과의 연결을 차단하기 위한 스위치일 수 있다.
제2 스위치(454)는 소정의 제어 신호에 따라 배터리(460)를 무선 전력 수신 모듈(440)과 내부 전원에 연결하거나 차단할 수 있다. 제2 스위치(454)는 과열 보호 스위치(over-temperature protection switch)라 정의될 수 있다. 제2 스위치(454)는 배터리(460)에 이상이 발견된 경우(예를 들어, 배터리로부터 감지된 온도가 한계 온도 이상으로 높을 경우) 또는 애플리케이션 프로세서(420)의 요청(예를 들어, 내부 전원이 배터리의 전력이 아닌 무선 전력 수신 모듈의 전력을 사용하도록 요청)에 따라 배터리(460)의 연결을 차단하기 위한 스위치일 수 있다.
배터리(460)는 도 4a와 같이 하나의 저항으로 모델링될 수 있고, 배터리(460)는 리튬-이온 배터리일 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
도 4c에는 도 4a에 도시된 근거리 통신 코일(401)과 무선 전력 수신 코일(402)을 포함하는 안테나 모듈(470)이 도시되어 있다.
도 4c를 참조하면, 안테나 모듈(470)은 인쇄 회로 기판(476), 제1 안테나(471), 제2 안테나(472), 제3 안테나(473), 제1 연결 단자(474) 및 제2 연결 단자(475)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 제1 안테나(471)는 무선 전력 수신 코일(402)에 해당할 수 있고, 제2 안테나(472)와 제3 안테나(473)는 근거리 통신 코일(401)에 해당할 수 있다. 근거리 통신 코일은 생략될 수 있다. 또한, 제1 연결 단자(474)는 두 단자(AC_W1, AC_W2)에 해당할 수 있고, 제2 연결 단자(475)는 두 단자(AC_N1, AC_N2)에 해당할 수 있다.
상세하게, 본 발명의 실시예에 따른 안테나 모듈(470)은 인쇄 회로 기판(476), 무선 충전을 위해 인쇄 회로 기판(476)의 중앙 영역에 패턴 인쇄되어 배치되는 제1 안테나(471), 제1 근거리 무선 통신을 위해 제1 안테나(471)의 외곽에 패턴 인쇄되어 배치되는 제2 안테나(472), 제2 근거리 무선 통신을 위해 제2 안테나(472)와 중첩되지 않도록 제2 안테나(472)의 외곽에 패턴 인쇄되어 배치되는 제3 안테나(473), 제1 안테나(471)에 상응하는 제1 연결 패턴의 양단을 연결하기 위한 제1 연결 단자(474) 및 제2 안테나(472) 및 상기 제3 안테나(473)에 각각 상응하는 제2 내지 제3 연결 패턴의 양단을 연결하기 위한 제2 연결 단자(475)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 제1 연결 단자(474)와 제2 연결 단자(475)가 인쇄 회로 기판(475)에 물리적으로 분리 배치될 수 있다. 일 예로, 제1 연결 패턴이 제2 안테나(472) 및 제3 안테나(473)에 중첩되지 않도록 제1 연결 단자(474)와 제2 연결 단자(475)가 인쇄 회로 기판(476)상에서 물리적으로 분리 배치될 수 있다.
각 안테나의 연결 패턴은 해당 안테나의 양단에서 연장되는 리드선으로 형성되거나 해당 안테나의 특정 위치에서 분기되어 형성될 수 있다. 여기서, 각 안테나의 연결 패턴 및 연결 단자가 배치되는 위치는 연결 패턴의 길이가 최소화되도록 배치될 수 있다.
일 예로, 상기 제1 근거리 무선 통신은 마그네틱 보안 전송(MST: Magnetic Secure Transmission)이고, 상기 제2 근거리 무선 통신은 NFC(Near Field Communication)일 수 있다. 여기서, MST는 3.24MHz 대역에서 동작하고, NFC는 13.56MHz 대역에서 동작할 수 있다.
다른 일 예로, 상기 제1 근거리 무선 통신은 NFC(Near Field Communication)이고, 상기 제2 근거리 무선 통신은 마그네틱 보안 전송(MST: Magnetic Secure Transmission)일 수도 있다.
또 다른 일 예로, 상기 제1 근거리 무선 통신 및 상기 제2 근거리 무선 통신은 각각 NFC, RFID 통신, 블루투스 통신, UWB(Ultra Wideband) 통신, MST 통신, 애플페이 통신, 구글페이 통신 중 어느 하나에 대응될 수도 있다.
제2 안테나(472)와 제3 안테나(473) 사이의 이격 거리가 최소 1밀리미터(mm) 이상이 유지되도록 인쇄 회로 기판(476)에 해당 안테나의 패턴이 배치될 수 있다. 이때, 제2 안테나(472)와 제3 안테나(473)의 사이의 이격 거리에 대한 편차가 소정 제1 기준치 이하가 유지되도록 제2 안테나(472) 및 제3 안테나(473)가 인쇄 회로 기판(476)에 배치될 수 있다.
또한, 제1 안테나(471)와 제2 안테나(472) 사이의 이격 거리는 최소 0.5밀리미터(mm) 이상이 유지되도록 인쇄 회로 기판(476)에 해당 안테나의 패턴이 배치될 수 있다. 이때, 제1 안테나(471)와 제2 안테나(472)의 사이의 이격 거리에 대한 편차가 소정 제2 기준치 이하가 유지되도록 제1 안테나(471) 및 제2 안테나(472)가 인쇄 회로 기판(476)에 배치될 수 있다.
일 예로, 제1 안테나(471)는 인쇄 회로 기판(476)의 양면에 각각 패턴 인쇄될 수 있으며, 인쇄 회로 기판(476)에 배치된 관통 구멍(미도시)을 통해 양면에 인쇄된 패턴이 상호 도통될 수 있다. 이를 통해, 제1 안테나의 저항 성분이 감소될 수 있으며, 그에 따라 해당 안테나의 수신 감도가 향상될 수 있다.
다른 일 예로, 제2 안테나(472)는 인쇄 회로 기판(476)의 양면에 각각 패턴 인쇄될 수 있으며, 인쇄 회로 기판(476)에 배치된 관통 구멍(미도시)을 통해 양면에 인쇄된 패턴이 상호 도통될 수 있다. 이를 통해, 제2 안테나의 저항 성분이 감소될 수 있으며, 그에 따라 해당 안테나의 수신 감도가 향상될 수 있다.
또 다른 일 예로, 제3 안테나(473)는 인쇄 회로 기판(476)의 양면에 각각 패턴 인쇄될 수 있으며, 인쇄 회로 기판(476)에 배치된 관통 구멍(미도시)을 통해 양면에 인쇄된 패턴이 상호 도통될 수 있다. 이를 통해, 제3 안테나의 저항 성분이 감소될 수 있으며, 그에 따라 해당 안테나의 수신 감도가 향상될 수 있다.
또 다른 일 예로, 제1 안테나(471), 제2 안테나(472), 제3 안테나(473) 중 적어도 하나의 안테나가 인쇄 회로 기판(476)의 양면에 각각 패턴 인쇄될 수 있으며, 인쇄 회로 기판(476)에 배치된 관통 구멍(미도시)을 통해 양면에 인쇄된 해당 안테나 패턴이 상호 도통될 수 있다. 이를 통해, 해당 안테나의 저항 성분이 감소될 수 있으며, 그에 따라 해당 안테나의 수신 감도가 향상될 수 있다.
도 4c에 도시된 바와 같이, 제1 안테나(471)는 소정 내직경을 가지는 원형 패턴으로 인쇄 회로 기판(476)에 인쇄될 수 있으며, 상기 제1 연결 단자는 상기 내직경 외부에 배치될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하다.
인쇄회로기판(476) 상에는 온도센서가 배치될 수도 있다. 무선전력 수신시 발생하는 온도를 센싱하기 위하여 온도센서가 배치된다. 온도 정보는 무선전력수신모듈(440)의 제어부로 전달될 수 있다. 무선전력 수신모듈(440)은 무선전력 송신모듈(440)과 커뮤니케이션을 통해 더 이상 온도증가가 일어나지 않도록 과열보호 동작을 수행할 수 있다. 상세한 과열보호 동작 및 커뮤니케이션에 대해서는 다른 도면의 상세한 설명으로 대신한다.
도 5는 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5를 참조하면 무선 전력 송신기(500)는 크게, 전력 변환부(510), 전력 전송부(520), 무선 충전 통신부(530), 제어부(540), 전류센서(550), 온도 센서(560), 저장부(570), 팬(580), 타이머(590), 근거리 통신부(501), 무선 통신 코일(502)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기한 무선 전력 송신기(500)의 구성은 반드시 필수적인 구성은 아니어서, 그보다 많거나 적은 구성 요소를 포함하여 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 전원부(100)는 공급 전력을 제공할 수 있다. 전원부(100)는 무선 전력 송신기(500)에 내장된 배터리에 해당할 수 있고 외부 전원일 수도 있다. 실시예는 전원부(100)의 형태에 제한되지 않는다.
전력 변환부(510)는 전원부(100)로부터 전원이 공급되면, 이를 소정 세기의 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.
이를 위해, 전력 변환부(510)는 DC/DC 변환부(511), 증폭기(512)를 포함하여 구성될 수 있다.
DC/DC 변환부(511)는 전원부(100)로부터 공급된 DC 전력을 제어부(540)의 제어 신호에 따라 특정 세기의 DC 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.
증폭기(512)는 DC/DC 변환된 전력의 세기를 제어부(540)의 제어 신호에 따라 조정할 수 있다. 일 예로, 제어부(540)는 무선 충전 통신부(530)를 통해 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태 정보 또는(및) 전력 제어 신호를 수신할 수 있으며, 수신된 전력 수신 상태 정보 또는(및) 전력 제어 신호에 기반하여 증폭기(512)의 증폭률을 동적으로 조정할 수 있다. 일 예로, 전력 수신 상태 정보는 정류기 출력 전압의 세기 정보, 수신 코일에 인가되는 전류의 세기 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 전력 제어 신호는 전력 증가를 요청하기 위한 신호, 전력 감소를 요청하기 위한 신호 등을 포함할 수 있다.
전류센서(550)는 구동부(521)에 입력되는 입력 전류를 측정할 수 있다. 전류센서(550)는 측정된 입력 전류 값을 제어부(540)에 제공할 수 있다. 일 예로, 제어부(540)는 전류센서(550)에 의해 측정된 입력 전류 값에 기반하여 적응적으로 전원부(100)로부터의 전원 공급을 차단하거나, 증폭기(512)에 전력이 공급되는 것을 차단할 수 있다.
온도센서(560)는 무선 전력 송신기(500)의 내부 온도를 측정하고, 측정 결과를 제어부(540)에 제공할 수도 있다. 보다 구체적으로, 온도센서(560)는 하나 이상의 온도 센서를 구비할 수 있다. 하나 이상의 온도 센서는 전력 전송부(520)의 송신 코일(523)에 대응하여 배치하여 송신 코일(523)의 온도를 측정할 수 있다. 일 예로, 제어부(540)는 온도센서(560)에 의해 측정된 온도 값에 기반하여 적응적으로 전원부(100)로부터의 전원 공급을 차단하거나, 증폭기(512)에 전력이 공급되는 것을 차단할 수 있다. 이를 위해, 전력 변환부(510)의 일측에는 전원부(100)로부터 공급되는 전원을 차단하거나, 증폭기(512)에 공급되는 전력을 차단하기 위한 소정 전력 차단 회로가 가 더 구비될 수도 있다. 다른 예로, 제어부(540)는 온도센서(560)에 의해 측정된 온도 값에 기반하여 전력 전송부(520)에 제공되는 전력의 세기를 조절할 수 있다. 이에, 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 과열로 인해 내부 회로가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
전력 전송부(520)는 전력 변환부(510)로부터 출력되는 전력 신호를 무선 전력 수신기로 전송하는 역할을 한다. 이를 위해, 전력 전송부(520)는 구동부(521), 선택부(522) 및 하나 이상의 송신 코일(523)을 포함할 수 있다.
구동부(521)는 전력 변환부(510)로부터 출력되는 DC 전력 신호에 특정 주파수를 갖는 교류(AC) 성분이 삽입된 AC 전력 신호를 생성하여 송신 코일(523)로 전송할 수 있다. 이때, 송신 코일(523)에 포함된 복수의 송신 코일에 전달되는 AC 전력 신호의 주파수는 동일하거나 서로 상이할 수 있다.
선택부(522)는 특정 주파수를 갖는 AC 전력 신호를 구동부(521)로부터 받아서 복수의 송신 코일 중에서 선택된 송신 코일로 AC 전력 신호를 전달할 수 있다. 여기서, 코일 선택부(522)는 제어부(540)의 소정 제어 신호에 따라 제어부(540)에 의해 선택된 송신 코일로 AC 전력 신호가 전달될 수 있도록 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 선택부(522)는 복수의 송신 코일(523)에 대응하여 LC 공진회로를 연결하는 스위치(미도시)를 포함할 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니고, 선택부(522)는 송신 코일(523)이 하나의 송신 코일로 구성될 경우 전력 전송부(520)에서 제외될 수 있다.
송신 코일(523)은 적어도 하나의 송신 코일을 포함할 수 있으며, 선택부(522)로부터 수신된 AC 전력 신호를 해당 송신 코일을 통해 수신기로 송출할 수 있다. 송신 코일이 복수인 경우, 송신 코일(523)은 제1 내지 제n 송신 코일-을 포함하여 구성될 수 있다. 복수의 송신 코일 중에서 '해당하는 송신 코일'을 선택하기 위해, 선택부(522)는 스위치(미도시)로 구현되거나 멀리플렉서(미도시)로 구현될 수 있다. 또한, 송신 코일(523)은 LC 공진회로를 구현하기 위하여 복수의 송신 코일과 직렬로 연결되는 하나의 커패시터(미도시)를 포함할 수 있다. 커패시터(미도시)는 일단이 송신 코일(523)과 연결되고 타단이 구동부(521)와 연결될 수 있다. 여기서, '해당하는 송신 코일'이란, 무선으로 전력을 받을 수 있도록 자격이 부여된 무선 전력 수신기의 수신 코일과 전자기장에 의해 결합될 수 있는 상태를 갖는 송신 코일을 의미할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 제어부(540)는 송신 코일 별 전송한 디지털 핑 신호에 대응하여 수신된 시그널 세기 지시자(Signal Strength Indicator)에 기반하여 구비된 복수의 송신 코일 중 무선 전력 전송에 사용할 송신 코일을 동적으로 선택할 수 있다.
제어부(540)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 제1 내지 제n 송신 코일(523)을 통해 감지 신호가 순차적으로 송출될 수 있도록 선택부(522) 또는 다중화기(미도시)를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(540)는 감지 신호가 전송될 시점을 타이머(590)를 이용하여 식별할 수 있으며, 감지 신호 전송 시점이 도래하면, 선택부(522) 또는 다중화기(미도시)를 제어하여 해당 송신 코일을 통해 감지 신호가 송출될 수 있도록 제어할 수 있다. 일 예로, 타이머(590)는 핑 전송 단계 동안 소정 주기로 특정 이벤트 신호를 제어부(540)에 송출할 수 있으며, 제어부(540)는 해당 이벤트 신호가 감지되면, 선택부(522) 또는 다중화기(미도시)를 제어하여 해당 송신 코일을 통해 디지털 핑이 송출될 수 있도록 제어할 수 있다.
변조부(531)는 제어부(540)에 의해 생성된 제어 신호를 변조하여 구동부(521)에 전달할 수 있다. 여기서, 제어 신호를 변조하기 위한 변조 방식은 FSK(Frequency Shift Keying) 변조 방식, 맨체스터 코딩(Manchester Coding) 변조 방식, PSK(Phase Shift Keying) 변조 방식, 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation) 방식, 차등 2단계(Differential bi-phase) 변조 방식 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
복조부(532)는 송신 코일을 통해 수신되는 신호가 감지되면, 감지된 신호를 복조하여 제어부(540)에 전송할 수 있다. 여기서, 복조된 신호에는 신호 세기 지시자, 무선 전력 전송 중 전력 제어를 위한 오류 정정(EC: Error Correction) 지시자, 충전 완료(EOC: End Of Charge) 지시자, 과전압/과전류/과열 지시자 등이 포함될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 수신기의 상태를 식별하기 위한 각종 상태 정보가 포함될 수 있다.
또한, 복조부(532)는 복조된 신호가 어느 송신 코일로부터 수신된 신호인지를 식별할 수 있으며, 식별된 송신 코일에 상응하는 소정 송신 코일 식별자를 제어부(540)에 제공할 수도 있다.
일 예로, 무선 전력 송신기(500)는 무선 전력 전송에 사용되는 동일한 주파수를 이용하여 무선 전력 수신기와 통신을 수행하는 인밴드(In-Band) 통신을 통해 상기 신호 세기 지시자를 획득할 수 있다.
또한, 무선 전력 송신기(500)는 송신 코일(523)을 이용하여 무선 전력을 송출할 수 있을 뿐만 아니라 송신 코일(523)을 통해 무선 전력 수신기와 각종 정보를 교환할 수도 있다. 다른 일 예로, 무선 전력 송신기(500)는 송신 코일(523)-즉, 제1 내지 제n 송신 코일)에 각각 대응되는 별도의 코일을 추가로 구비하고, 구비된 별도의 코일을 이용하여 무선 전력 수신기와 인밴드 통신을 수행할 수도 있음을 주의해야 한다.
저장부(570)는 무선 전력 수신기의 충전 상태에 따른 무선 전력 송신기의 입력 전류 값, 충전 전력 세기, 충전 중단 여부, 충전 재시작을 위한 무선 전력 송신기의 온도, 충전 재시작을 위한 충전 중단 후 시간, 팬 동작 여부, 팬 RPM 등을 저장할 수 있다.
팬(580)은 모터에 의해 회전하여 과열된 무선 전력 송신기(500)를 냉각 시킬 수 있다. 팬(580)은 과열 정도가 심한 구성에 대응하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 팬(580)은 전력 전송부(520)에 대응하여 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 팬(580)은 전력 전송부(520)의 송신 코일(523)에 대응하여 배치될 수 있다. 제어부(540)는 무선 전력 수신기의 충전 상태에 따라 팬(580)을 동작 시킬 수 있다.
근거리 통신부(501)는 무선 전력 신호 전송에 사용되는 주파수 대역과 상이한 주파수 대역을 통해 근거리 양방향 통신을 수행할 수 있다. 일 예로, 근거리 양방향 통신은 NFC(Near Field Communication) 방식일 수 있다. NFC는 전파 식별(Radio Frequency IDentification; RFID) 기술 중의 하나로 13.56MHz의 주파수를 이용하여 10cm 이내의 가까운 거리에서 다양한 무선 데이터를 주고받는 무선 통신 기술이다.
무선 통신 코일(580)은 무선 전력 수신기와 근거리 양방향 통신할 경우 이용하는 신호를 송수신할 수 있다.
도 6은 상기 도 5에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6을 참조하면, 무선 전력 수신기(600)는 무선 충전 코일 모듈(610), 정류기(620), 직류/직류 변환기(DC/DC Converter, 630), 부하(640), 센싱부(650), 무선 충전 통신부(660), 주제어부(670), 근거리 통신부(680), 무선 통신 코일(690)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 무선 충전 통신부(660)는 복조부(661) 및 변조부(662) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 무선 전력 수신기(600)는 근거리 통신부(680)를 포함할 수 있다. 근거리 통신부(680)는 무선 전력 신호 전송에 사용되는 주파수 대역과 상이한 주파수 대역을 통해 근거리 양방향 통신을 수행할 수 있다. 일 예로, 근거리 양방향 통신은 NFC(Near Field Communication) 방식일 수 있다. NFC는 전파 식별(Radio Frequency IDentification; RFID) 기술 중의 하나로 13.56MHz의 주파수를 이용하여 10cm 이내의 가까운 거리에서 다양한 무선 데이터를 주고받는 무선 통신 기술이다.
또한, 무선 전력 수신기(600)는 무선 전력 송신기와 근거리 양방향 통신할 경우 이용하는 신호를 송수신하는 무선 통신 코일(690)을 포함할 수 있다.
무선 충전 코일 모듈(610)을 통해 수신되는 AC 전력은 정류부(620)에 전달할 수 있다. 정류기(620)는 AC 전력을 DC 전력으로 변환하여 직류/직류 변환기(630)에 전송할 수 있다. 직류/직류 변환기(630)는 정류기 출력 DC 전력의 세기를 부하(640)에 의해 요구되는 특정 세기로 변환한 후 부하(640)에 전달할 수 있다. 또한 무선 충전 코일 모듈(610)은 복수의 수신 코일(미도시)-즉, 제1 내지 제n 수신 코일-을 포함하여 구성될 수 있다. 일 실시예에 따른 각각의 수신 코일(미도시)에 전달되는 AC 전력의 주파수가 서로 상이할 수도 있고, 다른 일 실시예는 LC 공진 특성을 수신 코일마다 상이하게 조절하는 기능이 구비된 소정 주파수 제어기를 이용하여 각각의 수신 코일 별 공진주파수를 상이하게 설정할 수도 있다.
센싱부(650)는 정류기(620) 출력 DC 전력의 세기를 측정하고, 이를 주제어부(670)에 제공할 수 있다. 또한, 센싱부(650)는 무선 전력 수신에 따라 수신 코일(610)에 인가되는 전류의 세기를 측정하고, 측정 결과를 주제어부(670)에 전송할 수도 있다. 일 예로, 주제어부(670)는 측정된 정류기 출력 DC 전력의 세기가 소정 기준치와 비교하여 과전압 발생 여부를 판단할 수 있다. 판단 결과, 과전압이 발생된 경우, 과전압이 발생되었음을 알리는 소정 패킷을 생성하여 변조부(662)에 전송할 수 있다. 여기서, 변조부(662)에 의해 변조된 신호는 수신 코일(610) 또는 별도의 코일(미도시)을 통해 무선 전력 송신기에 전송될 수 있다. 또한, 주제어부(670)는 정류기 출력 DC 전력의 세기가 소정 기준치 이상인 경우, 감지 신호가 수신된 것으로 판단할 수 있으며, 감지 신호 수신 시, 해당 감지 신호에 대응되는 신호 세기 지시자가 변조부(662)를 통해 무선 전력 송신기에 전송될 수 있도록 제어할 수 있다. 다른 일 예로, 복조부(661)는 수신 코일(610)과 정류기(620) 사이의 AC 전력 신호 또는 정류기(620) 출력 DC 전력 신호를 복조하여 감지 신호의 수신 여부를 식별한 후 식별 결과를 주제어부(670)에 제공할 수 있다. 이때, 주제어부(670)는 감지 신호에 대응되는 신호 세기 지시자가 변조부(662)를 통해 전송될 수 있도록 제어할 수 있다. 또한, 센싱부(650)는 무선 전력 수신기(600)의 내부 온도를 측정하고, 측정된 온도 값을 주제어부(670)에 제공할 수도 있다. 보다 구체적으로, 센싱부(650)는 하나 이상의 온도 센서를 구비할 수 있다. 하나 이상의 온도 센서는 충전 코일 모듈(610)의 수신 코일의 온도를 측정할 수 있다. 일 예로, 주제어부(670)는 측정된 내부 온도가 소정의 기준치와 비교하여 과열 발생 여부를 판단할 수 있다. 판단 결과, 과열이 발생된 경우, 과열이 발생되었음을 알리는 소정 패킷을 생성하여 변조부(662)에 전송할 수 있다. 여기서, 변조부(662)에 의해 변조된 신호는 수신 코일(610) 또는 별도의 코일(미도시)을 통해 무선 전력 송신기에 전송될 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 무선 전력 신호의 변조 및 복조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 상기 도 1 내지 도 6을 참조하여, 전송 대상 패킷의 인코딩 방법을 상세히 설명하기로 한다.
상기 도 1을 참조하면, 무선 전력 송신단(10) 또는 무선 전력 수신단(20)가 특정 패킷을 전송하지 않는 경우, 무선 전력 신호는 도 1의 도면 번호 41에 도시된 바와 같이, 특정 주파수를 가진 변조되지 않은 교류 신호일 수 있다. 반면, 무선 전력 송신단(10) 또는 무선 전력 수신단(20)이 특정 패킷을 전송하는 경우, 무선 전력 신호는 도 1의 도면 번호 42에 도시된 바와 같이, 특정 변조 방식으로 변조된 교류 신호일 수 있다. 일 예로, 변조 방식은 진폭 변조 방식, 주파수 변조 방식, 주파수 및 진폭 변조 방식, 위상 변조 방식 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
무선 전력 송신단(10) 또는 무선 전력 수신단(20)에 의해 생성된 패킷의 이진 데이터는 도면 번호 720과 같이 차등 2단계 인코딩(Differential bi-phase encoding) 이 적용될 수 있다. 상세하게, 차등 2단계 인코딩은 데이터 비트 1을 인코딩하기 위하여 두 번의 상태 전이(transitions)를 갖도록 하고, 데이터 비트 0을 인코딩하기 위하여 한 번의 상태 전이를 갖도록 한다. 즉, 데이터 비트 1은 상기 클럭 신호의 상승 에지(rising edge) 및 하강 에지(falling edge)에서 HI 상태 및 LO 상태간의 전이가 발생하도록 인코딩된 것이고, 데이터 비트 0은 상기 클럭 신호의 상승 에지에서 HI 상태 및 LO 상태간의 전이가 발생하도록 인코딩된 것일 수 있다.
인코딩된 이진 데이터는 상기 도면 번호 730에 도시된 바와 같은, 바이트 인코딩 기법이 적용될 수 있다. 도면 번호 730을 참조하면, 일 실시예에 따른 바이트 인코딩 기법은 8비트의 인코딩된 이진 비트 스트림에 대해 해당 비트 스트림의 시작과 종류를 식별하기 위한 시작 비트(Start Bit) 및 종료 비트(Stop Bit), 해당 비트 스트림(바이트)의 오류 발생 여부를 감지하기 위한 페리티 비트(Parity Bit)가 삽입하는 방법일 수 있다.
도 8은 무선 전력 수신기의 충전 상태에 따라 온도 변화 및 충전률 변화를 나타내는 일 그래프이다.
도 8을 참조하면, 도 8은 시간에 따른 무선 전력 수신기의 배터리 충전률(a), 배터리 온도(b)의 변화에 대한 일 예이다. 예를 들어, 무선 전력 수신기의 배터리 온도가 41도에 도달한 경우이다.
무선 전력 수신기의 배터리 충전률(a)은 80%에 도달 하기 전까지는 무선 전력 수신기의 배터리 온도(b)가 41도에 도달하여도 상승할 수 있다. 무선 전력 수신기의 배터리 충전률(a)이 80%에 도달하고 무선 전력 수신기의 배터리 온도(b)가 41도에 도달하면 제1 배터리 미충전 기간(T1)동안 무선 전력 수신기의 배터리는 충전되지 않는다. 이 경우, 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기에서 전달된 무선 전력을 배터리에 전달하지 않을 수 있다. 또한, 제1 배터리 미충전 기간(T1) 동안, 무선 전력 송신기에게 전송하는 무선 전력을 최소 전력의 세기로만 요구할 수 있다. 최소 전력의 세기는 무선 전력 수신기가 무선 전력 송신기와 통신하기 위해 필요한 전력 세기일 수 있다. 예를 들어 최소 전력의 세기는 3W일 수 있다. 또한, 제1 배터리 미충전 기간(T1) 동안, 무선 전력 수신기는 무선 전력을 수신하기 때문에 여전히 열이 발생하고, 발생된 열은 배터리 온도(b)를 낮추는데 방해요소가 될 수 있다. 즉, 제1 배터리 미충전 기간(T1)이 증가할 수 있다. 무선 전력 수신기의 배터리 온도(b)가 41도 이하로 낮아지면 제1 배터리 미충전 기간(T1)은 종료하고, 배터리 충전률(a)은 다시 증가하여 완충상태에 이를 수 있다.
따라서, 제1 배터리 미충전 기간(T1)이 증가할수록 완충까지의 기간이 증가하고 낭비되는 소비전력이 증가하므로 무선 충전 시스템은 제1 배터리 미충전 기간(T1)을 줄이는 것이 필요하다.
도 9는 무선 전력 수신기의 충전 상태에 따라 온도 변화 및 충전률 변화를 나타내는 다른 그래프이다.
도 9를 참조하면, 도 8은 시간에 따른 무선 전력 수신기의 배터리 충전률(a), 배터리 온도(b)의 변화에 대한 다른 예이다. 예를 들어, 무선 전력 수신기의 배터리 온도가 41도 이상 45도 이하일 경우이다.
무선 전력 수신기의 배터리 충전률(a)이 80%에 도달하고 배터리 온도(b)가 온도가 41도 이상 45도 이하이면, 제2 배터리 미충전 기간(T2)동안 무선 전력 수신기의 배터리는 충전되지 않는다. 이 경우, 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기에서 전달된 무선 전력을 배터리에 전달하지 않을 수 있다. 또한, 제1 배터리 미충전 기간(T1) 동안, 무선 전력 송신기에게 전송하는 무선 전력을 최소 전력의 세기로만 요구할 수 있다. 최소 전력의 세기는 무선 전력 수신기가 무선 전력 송신기와 통신하기 위해 필요한 전력 세기일 수 있다. 예를 들어 최소 전력의 세기는 3W일 수 있다. 또한, 무선 전력 수신기의 주변 온도가 높거나 무선 전력 수신기의 부하의 구동으로 인한 발열로 인하여 배터리 온도(b)가 충분히 냉각되지 않을 수 있다. 이 경우, 제2 배터리 미충전 기간(T2)은 계속되어 배터리 충전률(a)이 증가하지 않고 오랜 시간 충전을 하여도 충전되지 않는 문제가 있다. 결국, 무선 전력 시스템은 소비 전력만 낭비하게 된다.
따라서, 무선 충전 시스템은 제2 배터리 미충전 기간(T2) 줄이는 것이 필요하다
도 10은 무선 전력 수신기의 충전 상태에 따라 온도 변화 및 충전률 변화를 나타내는 또 다른 그래프이다.
도 10을 참조하면, 도 10은 시간에 따른 무선 전력 수신기의 배터리 충전률(a), 배터리 온도(b) 및 배터리 충전 여부(c)의 변화에 대한 또 다른 예이다. 예를 들어, 무선 전력 수신기의 배터리 온도가 45도 이상일 경우이다. 또한, 표 1은 도 10의 수치를 나타내기 위한 표이다.
[표 1]
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무선 전력 수신기의 배터리 온도(b)가 온도가 45도 이상이면, 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기에게 전력 전송을 중단하는 패킷을 전달하여 무선 충전을 중단할 수 있다. 이 후, 무선 전력 송신기는 소정의 기간이 경과하면 무선 충전을 재시작 할 수 있다. 예를 들어, 도 9 및 표 1과 같이, 배터리 충전량(a)이 80%이하 이지만 배터리 온도(b)가 45도 이상이므로 제3 배터리 미충전 기간(T3) 동안 무선 충전이 중단되어 배터리의 충전(c)이 중단될 수 있다. 제3 배터리 미충전 기간(T3)이 경과하면 무선 충전을 재시작 한다. 제3 배터리 미충전 기간(T3)은 미리 설정된 소정의 기간이다. 즉, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 배터리 온도(b)가 무선 충전하기에 적합한 온도가 된 것을 확인하지 않고 미리 설정된 소정의 기간이 경과하면 무선 충전을 재시작할 수 있다. 그러나, 무선 전력 수신기의 주변 온도가 높거나 무선 전력 수신기의 부하의 구동으로 인한 발열로 인하여 배터리 온도(b)가 충분히 냉각되지 않을 수 있다. 무선 전력 수신기는 여전히 배터리 온도(b)가 45도 이상이므로 무선 전력 송신기에게 다시 전력 전송을 중단하는 패킷을 전달하여 무선 충전을 중단할 수 있다. 이후 제4 배터리 미충전 기간(T4) 동안 무선 충전이 중단되어 배터리의 충전(c)이 다시 중단될 수 있다. 이러한 과정이 제5 배터리 미충전 기간(T5), 제6 배터리 미충전 기간(T6)이 반복될 수 있고, 배터리 충전 기간보다 배터리 미충전 기간이 길어지게 되며 부하는 여전히 배터리의 에너지를 소모하므로 무선 전력 수신기가 무선 전력 송신기에 접속하더라도 배터리 충전률(a)이 오히려 감소할 수 있다.
따라서, 무선 충전 시스템은 무선 전력 수신기의 배터리가 충분히 냉각된 후 무선 충전을 재시작 하는 것이 필요하다.
도 11은 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템상에서의 무선 충전 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 전력 전송 단계에서, 무선 전력 수신기(1120)는 제1 충전 상태에서 동작 할 수 있다(S1101). 제1 충전 상태는 무선 전력 수신기(1120)의 배터리의 충전률이 증가하지 않고 유지되거나 감소되는 상태일 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 충전 상태는 무선 전력 수신기(1120)의 배터리 온도가 소정의 온도 이상이 되어 무선 전력 수신기(1120)가 수신된 무선 전력을 배터리에 제공하지 않는 상태일 수 있다. 또한, 제1 충전 상태에서 무선 전력 수신기(1120)는 무선 전력 송신기(1110)에게 전송하는 무선 전력을 최소 전력의 세기로만 요구할 수 있다. 최소 전력의 세기는 무선 전력 수신기(1120)가 무선 전력 송신기(1120)와 통신하기 위해 필요한 전력 세기일 수 있다. 예를 들어 최소 전력의 세기는 3W일 수 있다. 일 예로, 제1 충전 상태는 도 8의 제1 배터리 미충전 기간(T1)이 일 수 있고, 다른 예로, 도 9의 제2 배터리 미충전 기간(T1)일 수 있다. 또한, 제1 충전 상태는 휴대장치의 충전이 중단된 상태일 수 있다. 또한, 휴대장치의 충전이 중단된 상태는 휴대 장치의 미완충 상태에서 전력 수신이 중단된 상태일 수 있다.
무선 전력 수신기(1120)는 최소 전력의 세기로 전송하도록 무선 전력 송신기(1110)에게 제어 오류 패킷을 전송할 수 있다(S1102). 제어 오류 패킷은 제어 오류 값(Control Error Value)을 포함할 수 있다. 여기서, 제어 오류 값은 -128부터 +127까지의 범위의 정수 값일 수 있다. 제어 오류 값이 음이면, 무선 전력 송신 장치의 송출 전력이 내려가고, 양이면, 무선 전력 송신 장치의 송출 전력이 올라갈 수 있다. 제어 오류 값이 0이면 무선 전력 송신 장치의 송출 전력을 올라가거나 내려가지 않을 수 있다. 특히, 제어 오류 값이 0인 제어 오류 패킷(CEP)를 안정 제어 오류 패킷으로 지칭할 수 있다.
무선 전력 수신기(1120)는 제1 주기로 충전 상태 패킷을 무선 전력 송신기(1110)에 전송할 수 있다(S1103). 충전 상태 패킷은 충전 상태 값(Charge Status Value)을 포함할 수 있다. 충전 상태 값은 무선 전력 수신기의 배터리 충전률을 가리킬 수 있다. 일 예로, 충전 상태 값 0은 완전 방전 상태를 의미하고, 충전 상태 값 50은 50% 충전 상태, 충전 상태 값 100은 만충 상태를 의미할 수 있다. 무선 전력 수신 장치가 충전 배터리를 포함하지 않거나 충전 상태 정보를 제공할 수 없는 경우, 충전 상태 값은 OxFF로 설정될 수 있다. 제1 주기는 미리 설정된 주기일 수 있다. 일 예로, 제1 주기는 5분 일 수 있다. 다른 예로, 제1 주기는 10분일 수 있다.
무선 전력 수신기(1120)는 제2 주기로 수신 전력 패킷을 무선 전력 송신기(1120)에 전송할 수 있다(S1104). 수신 전력 패킷은 전력 값(Received Power Value)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 수신 전력 값은 무선 전력 수신기(1120)가 소정 구간 동안 산출된 평균 정류기 수신 전력 값에 대응될 수 있다. 제2 주기는 미리 설정된 주기일 수 있다. 일 예로, 제2 주기는 제1 주기와 동일할 수 있다. 다른 예로, 제2 주기는 5분일 수 있다. 또 다른 예로, 제2 주기는 10분일 수 있다.
무선 전력 송신기(1110)는 무선 전력 수신기(1120)가 제1 충전 상태인지를 판단할 수 있다(S1105). 일 예로, 무선 전력 송신기(1110)는 수신된 충전 상태 패킷과 수신 전력 패킷에 기초하여 하여 무선 전력 수신기(1120)가 제1 충전 상태인지 판단할 수 있다. 보다 구체적으로, 무선 전력 송신기(1110)는 소정의 기간 동안 수신된 충전 상태 패킷의 충전 상태 값이 유지되거나 감소하고, 수신 전력 패킷의 수신 전력 값이 소정의 값 이하이면 무선 전력 수신기(1120)가 제1 충전 상태로 판단할 수 있다. 이에 관한 자세한 설명은 도 11에서 한다. 다른 예로, 무선 전력 송신기(1110)는 무선 전력 수신기(1110)로부터 배터리 온도 정보를 포함하는 임의의 패킷 또는 무선 전력 수신기(1110)의 상태 정보를 포함하는 임의의 패킷을 수신하여 무선 전력 수신기(1120)가 제1 충전 상태인지 판단할 수 있다. 또한, 무선 전력 송신기(1110)가 무선 전력 수신기(1120)의 제1 충전 상태 판단은 무선 전력 송신기(1110)가 휴대 장치의 충전 중단 상태를 감지하는 판단일 수 있다.
무선 전력 송신기(1110)는 무선 전력 수신기(1120)가 제1 충전 상태라고 판단되면 무선 충전을 중단할 수 있다(S1106). 예를 들어, 무선 전력 송신기(1110)는 도 8 의 제1 배터리 미충전 기간(T1) 또는 도 9의 제2 배터리 미충전 기간(T2) 동안 무선 전력 수신기(1120)의 배터리 냉각을 효율적으로 할 수 있게 한다. 즉, 도 8 및 도 9의 배터리 미충전 기간에 통신을 위한 최소한의 무선 전력을 전송하지 않도록 하여 무선 전력 수신기(1120)에서 더 이상 열을 발생시키지 않도록 하고, 아울러, 불필요한 소비전력 낭비를 방지할 수 있다.
무선 충전 중단 후 무선 전력 송신기(1110)는 WPC 표준이 호환되는 무선 전력 수신기(1120)인지를 식별하기 위한 디지털 핑을 무선 전력 수신기(1120)에 전송할 수 있다(S1107).
디지털 핑을 수신한 무선 전력 수신기(1120)는 무선 충전 재시작 여부를 판단할 수 있다(S1108 또는 S1112). 무선 전력 수신기(1120)는 무선 충전 재시작을 하지 않기로 판단하면 무선 충전 중단을 유지하기 위하여 제1 신호 세기 패킷을 전송할 수 있다(S1109). 무선 전력 수신기(1120)는 무선 충전 재시작을 하기로 판단하면 제2 신호 세기 패킷을 전송할 수 있다(S1113). 신호 세기 패킷은 1바이트의 크기를 갖는 신호 세기 값(Signal Strength Value)을 포함할 수 있다. 신호 세기 패킷은 핑에 대한 응답신호일 수 있다. 보다 구체적으로, 신호 세기 패킷은 제1 신호 세기 패킷과 제2 신호 세기 패킷을 포함할 수 있다. 제1 신호 패킷은 제1 신호 세기 값을 포함할 수 있다. 제1 신호 세기 값은 임의로 설정된 값일 수 있다. 예를 들어 제1 신호 세기 값은 1이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 신호 세기 값은 0일 수 있다. 제2 신호 세기 패킷은 제2 신호 세기 값을 포함할 수 있다. 제2 신호 세기 값은 송신 코일과 수신 코일 사이의 정합도(Degree of Coupling)를 값일 수 있다. 무선 충전 재시작 여부 판단은 무선 전력 수신기(1120)가 무선 충전 중단 후 배터리 온도가 소정의 온도 이상인지 여부를 판단할 수 있다. 즉, 무선 전력 수신기(1120)의 배터리 온도가 충분히 냉각 되었는지를 판단할 수 있다. 이에, 무선 전력 수신기(1120)의 배터리 온도가 소정의 온도 이상이기 때문에 무선 충전 재시작 후 무선 전력 수신기(1120)가 다시 제1 충전 상태로 동작하여 다시 무선 전력 송신기(1110)에 의한 무선 충전 중단을 방지할 수 있다. 무선 충전 재시작 여부 판단에 관한 자세한 설명은 도 13에서 설명한다.
무선 전력 송신기(1110)는 제1 신호 세기 패킷 또는 제2 신호 세기 패킷에 기초하여 무선 충전 재시작 여부를 판단할 수 있다(S1110 또는 S1114). 보다 구체적으로, 무선 전력 송신기(1110)는 제1 신호 세기 패킷을 수신하면 무선 충전을 재시작 하지 않고 소정의 기간 후 에 디지털핑을 다시 전송할 수 있다(S1111). 무선 전력 송신기(1110)는 제2 신호 세기 패킷을 수신하면 무선 충전을 재시작 할 수 있다. 무선 전력 송신기(1110)의 무선 충전 재시작 여부 판단은 도 14에서 자세히 설명한다.
무선 충전 재시작으로 전력 전송 단계로 천이하면, 무선 전력 수신기(1120)는 제2 충전 상태로 동작할 수 있다(S1115). 제2 충전 상태는 무선 전력 수신기(1120)의 배터리 충전률이 증가하고 있는 상태일 수 있다. 즉, 제2 충전 상태는 무선 전력 수신기(1120)의 배터리 온도가 소정의 온도 미만이 되어 무선 전력 수신기(1120)가 수신된 무선 전력을 배터리에 제공하고 있는 상태일 수 있다.
따라서, 본 발명은 무선 충전 수신기의 발열을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명은 무선 충전 수신기의 냉각을 효율적으로 할 수 있다. 또한, 본 발명은 무선 충전을 효율적으로 할 수 있다. 또한, 본 발명은 무선 충전으로 인한 소비 전력 낭비를 방지할 수 있다. 또한, 본 발명은 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 충전 상태를 판단할 수 있다. 또한, 본 발명은 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 충전 상태에 따라 능동적으로 충전을 제어할 수 있다. 또한, 본 발명은 무선 전력 송신기의 충전 제어에 따른 무선 충전 중단 후 무선 충전 재시작 여부를 무선 전력 수신기가 충전 상태에 따라 결정할 수 있다.
도 12는 도 11의 전력 전송 단계에서 무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면, 무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법은 전력 전송 단계에서. 제1 주기로 충전 상태 패킷을 수신하고, 제2 주기로 수신 전력 패킷을 수신하는 단계를 포함할 수 있다(S1201).
무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법은, 충전 상태 값이 증가하였는지 판단하는 단계를 포함할 수 있다(S1202). 무선 전력 송신기는 2 개 이상의 충전 상태 패킷을 수신할 수 있다. 수신된 2 개 이상의 충전 상태 패킷의 충전 상태 값은 동일 할 수 있고, 증가하거나 감소할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기는 제1 충전 상태 패킷 및 제2 충전 상태 패킷을 순서대로 수신할 수 있다. 제2 충전 상태 패킷의 충전 상태 값이 제1 충전 상태 패킷의 충전 상태 값보다 크면 충전 상태 값이 증가하였다고 판단할 수 있다. 제2 충전 상태 패킷의 충전 상태 값이 제1 충전 상태 패킷의 충전 상태 값보다 작거나 같으면 충전 상태 값이 증가하지 않았다고 판단할 수 있다.
무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법은, 충전 상태 값이 증가하지 않았으면, 수신 전력 값이 소정의 전력 값 이하인지 판단하는 단계를 포함할 수 있다(S1203). 소정의 전력 값은 임의로 설정된 값일 수 있다. 또한, 소정의 전력 값은 무선 전력 수신기가 무선 전력 송신기와 통신을 하기 위한 최소의 전력 세기일 수 있다. 예를 들어, 소정의 전력 값은 3W일 수 있다. 일 예로, 충전 상태 값이 증가하지 않고 수신 전력 값이 소정의 전력 값 이하이면 무선 전력 수신기가 제1 충전 상태인 것으로 판단할 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니고, 다른 예로, 무선 전력 송신기는, 충전 상태 값이 증가하였으면, 송신 전력이 임의의 송신 전력 값() 이하인지 판단할 수 있다. 다른 예의 경우, S1201 단계에서 제2 주기로 수신 전력 패킷을 수신하는 구성은 필수 구성이 아닐 수 있다.
무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법은, 수신 전력 값이 소정의 전력 값 이하이면 타이머를 동작 시킬 수 있다(S1204).
무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법은, 타이머 동작 시간이 제1 기간 이상인지 판단할 수 있다(S1205). 제1 기간은 임의로 설정된 기간일 수 있다. 또한, 제1 기간은 충전 상태 패킷이 전송되는 제1 주기의 기간과 동일하거나 더 길 수 있다. 즉, 제1 기간은 충전 상태 값의 증가 여부를 정확히 판단하여 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 제1 충전 상태 여부를 정확히 판단할 수 있게 한다. 보다 구체적으로, 타이머 동작 시간이 제1 기간 미만이면, S1202의 충전 상태 값 증가 여부 판단과 S1203의 수신 전력 값이 소정의 전력 값 이하인지 여부를 반복하여 판단할 수 있다. 충전 상태 값이 증가 하지 않고 수신 전력 값이 소정의 전력 값 이하인 것을 유지하면 S1204단계의 타이머 동작 단계는 타이머 동작을 유지하여 타이머 동작 시간을 계속적으로 카운팅할 수 있다. 충전 상태 값이 증가 하거나 수신 전력 값이 소정의 전력 값을 초과하면 타이머 동작 시간을 초기화할 수 있다(S1206). 이 경우, S1204 단계의 타이머 동작 시간은 0부터 시작할 수 있다.
타이머 동작 시간이 제1 기간 이상이 되면, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기가 제1 충전 상태인 것으로 판단할 수 있다(S1207).
무선 전력 송신기는, 무선 전력 수신기가 제1 충전 상태인 것으로 판단하면 무선 충전을 중단 시킬 수 있다(S1208).
따라서, 본 발명은 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 충전 상태를 판단할 수 있다. 또한, 본 발명은 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 충전 상태에 따라 능동적으로 충전을 제어할 수 있다.
도 13은 도 11의 무선 전력 수신기에서의 무선 충전 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13을 참조하면, 무선 전력 수신기에서의 무선 충전 방법은, 전력 전송 단계에서, 배터리 온도를 센싱할 수 있다(S1301). 일 예로, 무선 전력 수신기는 센싱부를 통해 배터리 온도를 센싱할 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니고, 다른 예로, 단말기가 배터리의 온도 정보를 무선 전력 수신기에 제공할 수 있다.
무선 전력 수신기에서의 무선 충전 방법은, 무선 전력 수신기의 배터리 온도가 소정의 온도 이상인지 판단하는 단계를 포함할 수 있다(S1302). 소정의 온도는 임의로 설정될 수 있다. 또한, 소정의 온도는 무선 전력 수신기의 배터리를 보호하는데 필요한 온도일 수 있다. 예를 들어, 소정의 온도는 41도 이상일 수 있다. 무선 전력 수신기에서의 무선 충전 방법은, 배터리 온도가 소정의 온도 이상이 아니면 S1301 단계를 반복할 수 있다.
무선 전력 수신기에서의 무선 충전 방법은, 배터리 온도가 소정의 온도 이상이면, 제1 충전 상태로 동작하는 단계를 포함할 수 있다(S1303). 제1 충전 상태는 무선 전력 수신기의 배터리의 충전률이 증가하지 않고 유지되거나 감소되는 상태일 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 충전 상태는 무선 전력 수신기의 배터리 온도가 소정의 온도 이상이 되어 무선 전력 수신기가 수신된 무선 전력을 배터리에 제공하지 않는 상태일 수 있다. 또한, 제1 충전 상태에서 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기에게 전송하는 무선 전력을 최소 전력의 세기로만 요구할 수 있다. 최소 전력의 세기는 무선 전력 수신기가 무선 전력 송신기와 통신하기 위해 필요한 전력 세기일 수 있다. 예를 들어 최소 전력의 세기는 3W일 수 있다. 일 예로, 제1 충전 상태는 도 8의 제1 배터리 미충전 기간(T1)이 일 수 있고, 다른 예로, 도 9의 제2 배터리 미충전 기간(T1)일 수 있다.
무선 전력 수신기에서의 무선 충전 방법은, 무선 전력 송신기에 의해 무선 충전이 중단되는 단계를 포함할 수 있다(S1304).
무선 전력 수신기에서의 무선 충전 방법은, S1304의 무선 충전 중단 중, 무선 전력 수신기가 디지털 핑을 수신하는 단계를 포함할 수 있다(S1305).
무선 전력 수신기에서의 무선 충전 방법은, 핑 단계에서, 배터리 온도를 센싱할 수 있다(S1306). 일 예로, 무선 전력 수신기는 센싱부를 통해 배터리 온도를 센싱할 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니고, 다른 예로, 단말기가 배터리의 온도 정보를 무선 전력 수신기에 제공할 수 있다. S1306 단계부터는 도 11의무선 전력 수신기(1120)의 무선 충전 재시작 여부 판단에 포함될 수 있다.
무선 전력 수신기에서의 무선 충전 방법은, 핑 단계에서, 무선 전력 수신기의 배터리 온도가 소정의 온도 이상인지 판단하는 단계를 포함할 수 있다(S1307). 소정의 온도는 임의로 설정될 수 있다. 또한, 소정의 온도는 무선 전력 수신기의 배터리를 보호하는데 필요한 온도일 수 있다. 예를 들어, 소정의 온도는 41도 이상일 수 있다.
무선 전력 수신기에서의 무선 충전 방법은, 배터리 온도가 소정의 온도 이상이면, 제1 신호 세기 패킷을 송신하는 단계를 포함할 수 있다(S1308). 즉, 무선 전력 수신기는 디지털 핑의 응답으로 제1 신호 세기 패킷을 송신할 수 있다. 제1 신호 세기 패킷은 제1 신호 세기 값을 포함할 수 있다. 일 예로, 제1 신호 세기 값은 무선 충전 중단을 유지하기 위하여 임의로 설정한 값일 수 있다. 즉, 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기가 무선 충전을 진행하기 위해 필요한 신호 세기 값보다 작은 값을 신호 세기 값으로 고의적으로 설정할 수 있다. 다른 예로, 제1 신호 세기 값은 무선 전력 송신기와 무선 충전 중단을 유지하기로 계약된 소정의 값일 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 신호 세기 값은 1 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 신호 세기 값은 0일 수 있다.
무선 전력 수신기에서의 무선 충전 방법은, 제1 신호 세기 패킷을 송신하면, 무선 충전 중단을 유지하는 단계를 포함할 수 있다(S1309). 이후 무선 전력 수신기는 S1305의 디지털 핑을 수신하는 단계를 반복할 수 있다.
무선 전력 수신기에서의 무선 충전 방법은, 배터리 온도가 소정의 온도 이상이 아니면, 제2 신호 세기 패킷을 송신하는 단계를 포함할 수 있다(S1310). 즉, 무선 전력 수신기는 디지털 핑의 응답으로 제2 신호 세기 패킷을 송신할 수 있다. 제2 신호 세기 패킷은 제2 신호 세기 값을 포함할 수 있다. 송신 코일과 수신 코일 사이의 정합도(Degree of Coupling)를 가리킬 수 있으며, 디지털 핑 구간에서의 정류기 출력 전압, 출력 차단 스위치 등에서 측정된 개방 회로 전압, 수신 전력의 세기 등에 기반하여 산출된 값일 수 있다. 제2 신호 세기 값은 최저 0에서 최고 255까지의 범위를 가질 수 있으며, 특정 변수에 대한 실제 측정 값(U)이 해당 변수의 최대 값(Umax)과 동일한 경우, 255의 값을 가질 수 있다. 일 예로, 제2 신호 세기 값(Signal Strength Value)은 U/Umax*256로 산출될 수 있다.
무선 전력 수신기에서의 무선 충전 방법은, 제2 신호 세기 패킷을 송신하면, 무선 충전을 재시작 하는 단계를 포함할 수 있다(S1311).
따라서, 본 발명은 무선 전력 송신기의 충전 제어에 따른 무선 충전 중단 후 무선 충전 재시작 여부를 무선 전력 수신기가 충전 상태에 따라 결정할 수 있다.
도 14는 도 11의 핑 단계에서 무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14를 참조하면, 무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법은, 도 12과 같이 전력 전송 단계에서 무선 전력 송신기는 제1 충전 상태를 판단하고, 제1 충전 상태라고 판단되면 무선 충전을 중단하는 단계를 포함할 수 있다(S1401 내지 S1402).
무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법은, 무선 충전이 중단되면 타이머를 동작하는 단계를 포함할 수 있다(S1403).
무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법은, 타이머 동작 시간이 제2 기간 이상인지 판단하는 단계를 포함할 수 있다(S1404). 제2 기간은 임의로 설정된 기간일 수 있다. 예를 들어, 제2 기간은 5분일 수 있다.
무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법은, 타이머 동작 시간이 제2 기간 이상이면 디지털 핑을 송신하는 단계를 포함할 수 있다(S1405). 즉, 무선 전력 송신기는 무선 충전 중단 후 제2 기간이 경과하면 디지털 핑을 전송할 수 있다. 따라서, 무선 전력 송신기는 무선 충전 중단 후 제2 기간 동안 슬립 모드가 되어 무선 전력 수신기에서 열을 발생시키지 않도록 하여 무선 전력 수신기의 배터리를 냉각시킬 수 있다.
무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법은, 디지털 핑 송신에 대한 응답으로 신호세기 패킷을 수신하는 단계를 포함할 수 있다(S1406).
무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법은, 신호 세기 패킷의 신호 세기 값이 제1 신호 세기 값 이하인지 판단하는 단계를 포함할 수 있다(S1407). 제1 신호 세기 값은 무선 충전 중단을 유지하기 위하여 임의로 설정한 값일 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 신호 세기 값은 1 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 신호 세기 값은 0일 수 있다.
무선 전력 송신기에서의 무선충전 방법은, 신호 세기 값이 제1 신호 세기 값 이하이면 타이머 동작 시간을 초기화하는 단계를 포함할 수 있다(S1408). 무선 전력 송신기에서의 무선충전 방법은, 타이머 동작 시간이 초기화 되면 다시 S1403의 타이머 동작을 시작 할 수 있다. 이에, 무선 전력 송신기는 무선 충전 중단을 계속 유지시켜 무선 전력 수신기의 배터리가 냉각될 수 있도록 한다.
무선 전력 송신기에서의 무선충전 방법은, 신호 세기 값이 제1 신호 세기 값 이하가 아니면 무선 충전을 재시작하는 단계를 포함할 수 있다(S1409).
따라서, 본 발명은 무선 전력 송신기의 충전 제어에 따른 무선 충전 중단 후 무선 충전 재시작 여부를 무선 전력 수신기가 충전 상태에 따라 진행될 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (21)

  1. 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신기의 무선 충전 방법에 있어서,
    상기 무선 전력 송신기에서 제1 주기로 충전 상태 패킷을 수신하고, 제2 주기로 수신 전력 패킷을 수신하는 단계;
    상기 충전 상태 패킷의 충전 상태 값이 증가하는지 판단하는 단계;
    상기 상기 수신 전력 패킷의 수신 전력 값이 소정의 전력 값 이하인지 판단하는 단계; 및
    상기 충전 상태 값이 증가하지 않고 상기 수신 전력 값이 소정의 전력 값 이하이면 상기 무선 전력 수신기가 제1 충전 상태인 것으로 판단하는 단계;를 포함하는 무선 충전 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신기의 제1 충전 상태는 상기 무선 전력 수신기의 배터리 온도가 소정의 온도 이상이고 상기 무선 전력 수신기의 배터리의 충전률이 증가 하지 않는 상태인 무선 충전 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신기가 제1 충전 상태인 것으로 판단하면 무선 충전을 중단하는 단계를 더 포함하는 무선 충전 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신기가 제1 충전 상태인 것으로 판단하는 단계는 제1 기간 동안 상기 충전 상태 값이 증가하지 않고 상기 수신 전력 값이 소정의 전력 값 이하이면 상기 무선 전력 수신기가 제1 충전 상태인 것으로 판단하는 무선 충전 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 충전 상태 값이 증가하지 않고 상기 수신 전력 값이 소정의 전력 값 이하이면 타이머가 동작하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 타이머 동작 시간이 제1 기간 이상이면 상기 무선 전력 송신기는 제1 기간 동안 상기 충전 상태 값이 증가하지 않고 상기 수신 전력 값이 소정의 전력 값 이하이면 상기 무선 전력 수신기가 제1 충전 상태인 것으로 판단하는 무선 충전 방법.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 기간은 상기 제1 주기의 길이 이상인 무선 충전 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 소정의 전력 값은 상기 무선 전력 송신기와 상기 무선 전력 수신기의 통신에 필요한 최소 전력 세기인 무선 충전 방법.
  8. 무선 전력 송신기로부터 무선으로 전력을 수신하는 무선 전력 수신기의 무선 충전 방법에 있어서,
    전력 전송 단계에서, 상기 무선 전력 수신기의 배터리가 소정의 온도 이상인지 판단하는 단계;
    상기 배터리가 소정의 온도 이상이면 상기 무선 전력 수신기가 제1 충전 상태로 동작하는 단계;
    상기 무선 전력 송신기가 상기 무선 전력 수신기의 제1 충전 상태로 판단하면 상기 무선 전력 송신기에 의한 무선 충전 중단 단계;
    상기 무선 전력 수신기에서 디지털 핑을 수신하는 단계;
    상기 디지털 핑을 수신하면 상기 배터리의 온도에 따라 제1 신호 세기 패킷 또는 제2 신호 세기 패킷을 송신하는 단계;
    상기 제1 신호 세기 패킷을 송신하면 무선 충전 중단을 유지하는 단계;를 포함하는 무선 충전 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신기가 디지털 핑을 수신하면 상기 무선 전력 수신기의 배터리가 소정의 온도 이상인지 판단하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 무선 전력 수신기는 상기 배터리의 온도가 소정의 온도 이상이면 제1 신호 세기 패킷을 송신하고, 상기 배터리의 온도가 소정의 온도 미만이면 제2 신호 세기 패킷을 송신하는 무선 충전 방법.
  10. 제8 항에 있어서,
    제2 신호 세기 패킷을 송신하면 무선 충전을 재시작 하는 단계;를 더 포함하는 무선 충전 방법.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 신호 세기 패킷은 0인 신호 세기 값을 구비하는 무선 충전 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 신호 세기 패킷의 제2 신호 세기 값은 송신 코일과 수신 코일 사이의 정합도 값인 무선 충전 방법.
  13. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 충전 상태는 상기 무선 전력 수신기의 배터리 온도가 소정의 온도 이상이고 상기 무선 전력 수신기의 배터리의 충전률이 증가 하지 않는 상태인 무선 충전 방법.
  14. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 충전 상태로 동작하는 단계는 상기 무선 전력 송신기에게 통신에 필요한 최소 전력 세기를 요구하는 무선 충전 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 무선 전력 송신기는 제어 오류 패킷을 전송하여 상기 최소 전력 세기를 요구하는 무선 충전 방법.
  16. 제8 항에 있어서,
    상기 소정의 온도는 41도 이상인 무선 충전 방법.
  17. 제8 항에 있어서,
    전력 전송 단계에서, 상기 무선 전력 수신기의 배터리 온도를 센싱하는 단계;
    핑 단계에서, 상기 무선 전력 수신기의 배터리 온도를 센싱하는 단계;를 더 포함하는 무선 충전 방법.
  18. 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신기의 무선 충전 방법에 있어서,
    전력 전송 단계에서, 상기 무선 전력 수신기가 제1 충전 상태로 판단되면 무선 충전 중단 단계;
    디지털 핑을 송신하는 단계;
    상기 디지털 핑에 대한 응답으로 신호 세기 패킷을 수신하는 단계; 및
    상기 신호 세기 패킷의 신호 세기 값에 따라 무선 충전 재시작 여부를 결정하는 단계;를 포함하는 무선 충전 방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신기의 제1 충전 상태는 상기 무선 전력 수신기의 배터리 온도가 소정의 온도 이상이고 상기 무선 전력 수신기의 배터리의 충전률이 증가 하지 않는 상태인 무선 충전 방법.
  20. 제18 항에 있어서,
    전력 전송 단계에서 무선 충전이 중단 되면 타이머를 동작하는 단계;
    상기 타이머의 동작 시간이 제2 기간 이상인지 판단하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 디지털 핑을 송신하는 단계는 상기 타이머의 동작 시간이 제2 기간 이상이면 상기 디지털 일을 송신하는 무선 충전 방법.
  21. 제20 항에 있어서,
    상기 신호 세기 값이 제1 신호 세기 값 이하이면 상기 타이머 동작 시간을 초기화하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 무선 충전 재시작 여부를 결정하는 단계는 상기 신호 세기 값이 상기 제1 신호 세기 값을 초과하면 무선 충전을 재시작하기로 결정하는 무선 충전 방법.
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