KR20190063705A - 무선충전장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

무선충전장치 및 그 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 실시 예는 무선충전장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
본 실시 예에 따른 무선충전장치는 하나 이상의 송신 코일; 외부로부터 인가되는 직류 전력의 세기를 변환하는 전력 변환부; 상기 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터; 공진 캐패시터 및 송신 코일을 포함하고, 상기 교류전력이 인가되는 공진회로; 기준 클럭 신호를 생성하는 제1 클럭 생성부; 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 클럭 생성부의 신호를 감지하는 클럭 신호 감지부; 상기 클럭 신호 감지부의 감지 신호에 기초하여 기준 클럭 신호를 생성하는 제2 클럭 생성부;를 포함한다.

Description

무선충전장치 및 그 동작 방법{Wireless Charging Method and Apparatus therefor}
본 실시 예는 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 특히 무선충전 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
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.
대부분의 무선 충전 장치들은 신호의 동기화 또는 주파수 생성 등을 위하여 기준 클럭 신호를 입력 받아 하위 채널의 보드 또는 구성에 시스템 클럭을 공급하게 된다. 이때 기준 클럭 신호의 미생성 또는 오류가 발생하면, 무선충전 시스템의 동작을 위한 기준 신호가 공급되지 않음에 따라 무선충전 시스템의 동작 오류 또는 충전 중단과 같은 문제가 발생하게 된다. 즉, 무선충전 시스템은 모든 구성의 동작 및 충전을 위한 기준 클럭 신호의 오류가 발생하게 되면, 시스템에 치명적이거나, 무선충전 동작이 실행되지 않는 상태가 된다.
본 실시 예는 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로 본 실시 예의 목적은 무선충전 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 실시 예의 또 다른 목적은 외부 충격 또는 동작 오류에 의한 무선충전장치의 오동작 발생을 방지하기 위한 무선충전장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 실시 예의 또 다른 목적은 안정적인 클럭 신호를 제공하고 그에 따른 무선충전장치의 안정적인 동작을 위한 무선충전장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 실시 예에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 실시 예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 실시 예에 따른 무선충전장치는 하나 이상의 송신 코일; 외부로부터 인가되는 직류 전력의 세기를 변환하는 전력 변환부; 상기 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터; 공진 캐패시터 및 송신 코일을 포함하고, 상기 교류전력이 인가되는 공진회로; 기준 클럭 신호를 생성하는 제1 클럭 생성부; 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 클럭 생성부의 신호를 감지하는 클럭 신호 감지부; 상기 클럭 신호 감지부의 감지 신호에 기초하여 기준 클럭 신호를 생성하는 제2 클럭 생성부;를 포함한다.
또한, 상기 제어부는 초기 전원 인가 시 또는 무선충전 동작 시 상기 제1 클럭 생성부로부터 기준 클럭 신호가 미 수신되는 경우 상기 제2 클럭 생성부를 구동하도록 제어할 수 있다.
또한 상기 제어부는 상기 기준 클럭 신호가 임계 회수 이상 미 수신되는 경우 상기 제2 클럭 생성부를 구동하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 제2 클럭 생성부는 트랜지스터 또는 FET를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 클럭 생성부를 통하여 기준 주파수 생성 시 상기 기준 클럭 신호에 의해 생성된 동작 주파수를 감지하는 주파수 감지부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 주파수 감지부는 상기 감지된 동작 주파수를 확인하고, 상기 동작 주파수의 오류 시 상기 기준 클럭 신호 보정 요청 신호를 출력할 수 있다.
또한, 상기 동작 주파수의 오류는 기준 클럭 신호에 의해 생성된 동작 주파수가 임계 범위에 포함되지 않는 경우 감지될 수 있다.
본 실시 예에 따른 무선전력 수신기에 무선으로 전력을 송신하는 무선전력 송신기에서의 무선 충전 방법에 있어서, 무선전력 송신기 동작 시 제1 클럭 생성부로부터 기준 클럭 신호의 수신 여부를 확인하는 단계; 상기 제1 클럭 생성부를 통하여 기준 클럭 신호가 미수신되면, 제2 클럭 생성부의 동작을 요청하는 단계; 상기 제2 클럭 생성부를 통하여 기준 클럭 신호를 생성하는 단계; 상기 생성된 기준 클럭 신호에 기초하여 무선 충전 장치의 동작을 개시하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 제1 클럭 생성부를 통하여 기준 클럭 신호의 수신 여부 확인은 상기 무선전력 송신기의 초기 전원 인가 시 또는 무선충전 동작 중 실행될 수 있다.
또한, 상기 제2 클럭 생성부를 통하여 기준 클럭 신호가 생성되는 경우 상기 기준 클럭 신호에 따른 동작 주파수를 감지하는 단계; 상기 동작 주파수가 임계 주파수 범위에 포함되지 않는 경우 상기 기준 클럭 신호의 보정을 요청하는 단계; 상기 보정 요청 신호에 기초하여 상기 제2 클럭 생성부에서 출력되는 기준 클럭 신호를 보정하는 단계;를 더 포함될 수 있다.
본 실시 예에 따른 무선통신코일을 구비한 무선충전장치에 대한 효과를 설명하면 다음과 같다.
본 실시 예는 무선충전장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 실시 예는 무선충전장치의 클럭 신호를 모니터링하고, 그에 따른 오류 여부를 감지함으로써, 클럭 신호 생성의 오류에 따른 무선충전장치의 오동작이 발생하지 않도록 하는 효과를 가질 수 있다.
또한 본 실시 예에서는 다양한 외부 요인에 의한 기준 신호 미발생 등에 의한 문제를 해결함으로써, 안정적인 무선충전을 수행할 수 있는 효과를 가지고 있다.
본 실시 예에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 실시 예가 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 실시 예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 실시 예에 따른 무선전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 무선전력 송신기의 동작 흐름도이다.
도 4는 다른 실시 예에 따른 무선전력 송신기의 동작 흐름도이다.
도 5는 또 다른 실시 예에 따른 무선전력 송신기의 동작 흐름도이다.
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.
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 실시 예에 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 일 예로, 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 실시 예들의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.
상기 인밴드 통신 및 대역외 통신은 양방향 통신을 제공할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 다른 실시 예에 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.
실시 예에 따른 무선 전력 수신단(20)은 전자기기(30)의 각종 상태 정보를 획득할 수도 있다. 일 예로, 전자기기(30)의 상태 정보는 현재 전력 사용량 정보, 실행중인 응용을 식별하기 위한 정보, CPU사용량 정보, 배터리 충전 상태 정보, 배터리 출력 전압/전류 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 전자기기(30)로부터 획득 가능하고, 무선 전력 제어에 활용 가능한 정보이면 족하다.
도 2는 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 무선 전력 송신기(200)는 직류-직류 변환기(DC-DC Converter, 210), 인버터(Inverter, 220), 공진회로(230), 통신부(340), 센싱부(250), 전원부(260), 제1 클럭 생성부(270). 알람부(280) 및 제어부(290)를 포함하여 구성될 수 있다.
전원부(260)는 외부 전원 단자 또는 배터리로부터 DC전력을 인가 받아 직류-직류 변환기(210)에 전달할 수 있다. 여기서, 배터리는 무선 전력 송신기(200)의 내부에 장착되어 충전 가능하게 구성될 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 보조 배터리 또는 외장 배터리의 형태로 무선 전력 송신기(300)의 전원부(260) 소정 케이블을 통해 연결될 수도 있다.
직류-직류 변환기(210)는 제어부(290)의 제어에 따라 전원부(260)로부터 입력되는 직류 전력의 세기를 특정 세기의 직류 전력으로 변환할 수 있다. 일 예로, 직류-직류 변환기(210)는 전압의 세기 조절이 가능한 가변 전압기로 구성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
인버터(220)는 변환된 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다.
인버터(220)는 구비된 복수의 스위치 제어를 통해 입력되는 직류 전력 신호를 교류 전력 신호로 변환하여 출력할 수 있다.
일 예로, 인버터(220)는 풀 브릿지(Full Bridge)회로를 포함하여 구성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 하프 브릿지(Half Bridge)를 포함하여 구성될 수도 있다.
다른 일 예로, 인버터(220)는 하프 브릿지 회로와 풀 브릿지 회로를 모두 포함하여 구성될 수도 있으며, 이 경우 제어부(290)는 인버터(220)를 하프 브릿지로 동작 시킬지 플 브릿지로 동작시킬지 동적으로 결정하여 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기에 의해 요구되는 전력의 세기에 다라 적응적으로 인버터(220)의 브릿지 모드를 제어할 수 있다.
여기서 브릿지 모드는 하프 브릿지 모드 및 풀 브릿지 모드를 포함한다. 일 예로, 무선 전력 수신기가 5W의 저전력을 요구하는 경우, 제어부(290)는 인버터(220)가 하프 브릿지 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.
반면, 무선 전력 수신기가 15W의 전력을 요구하는 경우 제어부(290)는 풀 브릿지 모드로 동작되도록 제어할 수 있다. 다른 일 예로 무선 전력 송신기는 감지된 온도에 따라 적응적으로 브릿지 모드를 결정하고, 결정된 브릿지 모드에 따라 인버터(220)를 구동시킬 수도 있다.
일 예로, 하프 브릿지 모드를 통해 무선 전력을 전송하는 중 무선 전력 송신 장치의 온도가 소정 기준치를 초과하는 경우 제어부(290)는 하프 브릿지 모드를 비활성화시키고 풀 브릿지 모드가 활성화되도록 제어할 수 있다. 즉, 무선 전력 송신 장치는 동일 세기의 전력 전송을 위해 풀 브릿지 회로를 통해 전압은 상승 키시고, 공진회로(230)에 흐르는 전류의 세기는 감소시킴으로써, 무선 전력 송신 장치의 내부 온도가 소정 기준치 이하를 유지하도록 제어할 수 있다.
일반적으로 전자 기기에 장착되는 전자 부품에 발생되는 열의 양은 해당 전자 부품에 인가되는 전압의 세기보다 전류의 세기에 보다 민감할 수 있다.
또한 인버터(230)는 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있을 뿐 아니라 교류 전력의 세기를 변경할 수 있다.
일 예로 인버터(220)는 제어부(290)의 제어에 따라 교류 전력 생성에 사용되는 기준 교류 신호(Reference Alternating Current Signal)의 주파수를 조절하여 출력되는 교류 전력의 세기를 조절할 수도 있다. 이를 위해 인버터(220)는 특정 주파수를 가지는 기준 교류 신호를 생성하는 주파수 발진기를 포함하여 구성될 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 다른 실시 예는 주파수 발진기가 인버터(220)와 별개로 구성되어 무선 전력 송신기(200)의 일측에 장착될 수 있다.
다른 일 예로, 무선 전력 송신기(200)는 인버터(220)에 구비된 스위치를 제어하기 위한 게이트 드라이버(Gate Driver)(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우 게이트 트라이버는 제어부(290)로부터 적어도 하나의 펄스 폭변조 신호를 수신할 수 있으며, 수신된 펄스 폭 변조 신호에 따라 인버터(220)의 스위치를 제어할 수 있다. 제어부(290)는 펄스 폭 변조 신호의 듀티 사이클(Duty Cycle)-즉, 듀티 레이트(Duty Rage)- 및 위상(Phase)를 제어하여 인버터(220)의 출력 전력의 세기를 제어할 수 있다. 제어부(290)는 무선 전력 수신 장치로부터 수신되는 피드백 신호에 기반하여 적응적으로 펄스 폭 변조 신호의 듀티 사이클 및 위상을 제어할 수 있다.
센싱부(250)는 DC변환된 전력의 전압/전류 등을 측정하여 제어부(290)에 제공할 수 있다. 또한 센싱부(250)는 과열 발생 여부 판단을 위해 무선 전력 송신기(200)의 내부 온도 또는 충전 인터페이스(표면)내측을 측정하고 측정 결과를 제어부(290)에 제공할 수 있다. 일 예로, 제어부(290)는 센싱부(250)에 의해 측정된 전압/전류 값 또는 내부 온도 값에 기반하여 적응적으로 전원부(260)로부터 전원 공급을 차단할 수 있다. 이를 위해 직류-질류 변환기(210)의 일측에는 전원부(260)로부터 공급되는 전원을 차단하기 위한 소정 전력 차단 회로가 더 구비될 수도 있다.
또한 센싱부(250)는 공진회로(330)에서 출력되는 동작 주파수를 피드백하여 감지할 수 있다. 센싱부(250)는 본 실시 예에 따라 클럭 생성부에서 출력되는 기준 출력 신호에 의해 생성된 동작 주파수를 확인하고, 상기 확인된 동작 주파수가 임계 범위 내에 포함되는지를 판단할 수 있다. 또한 센싱부(250는 상기 동작 주파수를 확인하고 임계 범위 내에 포함되지 않는 경우 클럭 생성부에서 생성된 기준 클럭 신호가 오류인 것으로 확인하여 상기 기준 클럭 신호의 보정 요청 신호를 제어부(290)에 출력할 수 있다.
변조부(242)는 제어부(290)에 의해 생성된 제어 신호를 변조하여 공진코일(330)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(241)는 송신 코일을 통해 수신되는 신호가 감지되면 감지된 신호를 복조하여 제어부(290)에 전송할 수 있다. 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 등일 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 무선 전력 수신기의 상태를 식별하기 위한 각종 상태 정보가 포함될 수 있다. 다른 예로 복조된 신호는 기준 품질 인자 값 및 기준 주파수 값 중 어느 하나 이상의 값을 포함하는 FOD상태 정보가 포함될 수 있다.
제1 클럭 생성부(270)는 무선충전장치의 동작 및 전력 전송을 위한 기준 클럭 신호를 생성할 수 있다. 일 예로, 제1 클럭 생성부(270)는 공진 회로(230)를 통하여 무선전력 수신기를 감지하기 위한 감지 신호를 전송할 시점을 식별하기 위한 기준 클럭 신호를 생성할 수 있다. 제1 클럭 생성부(270)는 감지된 무선전력 수신기에 공진 회로(230)를 통하여 전력을 전송하기 위한 시점을 카운트 하는 기준 클럭 신호를 생성할 수 있다. 또한 제1 클럭 생성부(270)는 상기 공진 회로(230)를 통하여 무선전력 송신기에 전력을 전송하기 위한 동작 주파수를 생성하기 위한 기준 클럭 신호를 생성할 수 있다. 제1 클럭 생성부(270)는 크리스탈(X-tal) 또는 레조네이터(Resonator)등을 포함하는 발진기일 수 있다.
제어부(290)는 제1 클럭 생성부(270)에서 생성 및 출력되는 기준 클럭 신호에 기초하여 무선충전장치의 동작 시점 및 종료 시점 또는 전력 전송을 위한 동작 주파수 생성들을 수행할 수 있다. 제어부(290)는 무선충전장치의 초기 전원 인가 시 또는 무선충전모드 실행 중에 제1 클럭 생성부(270)를 통하여 기준 클럭 신호의 입력 여부를 감지할 수 있다. 이를 위하여 클럭 신호 감지부(291)를 포함할 수 있으나 이는 한정되지 않으며, 별도의 감지부(291)를 구성하지 않을 수 있다. 제어부(290)는 제1 클럭 생성부(270)를 통하여 기준 클럭 신호가 감지되지 않는 경우 제어부(290) 내에 구성되는 제2 클럭 생성부(292)를 통하여 기준 클럭 신호가 생성 및 출력될 수 있도록 제어할 수 있다. 구체적으로 제어부(290)는 클럭 신호 감지부(291)를 통하여 제1 클럭 생성부(270)로부터 기준 클럭 신호가 인가되지 않는 경우 상기 제1 클럭 생성부(270)의 물리적 손상 또는 동작 오류 등의 다양한 요소에 의한 오류를 판단할 수 있다. 따라서 제어부(290)는 상기 제어부(290) 내에 구성되는 제2 클럭 생성부(292)를 이용하여 무선충전장치의 동작을 위한 기준 클럭 신호를 생성 및 출력하도록 할 수 있다. 이때 제어부(290)에 구성되는 제2 클럭 생성부(292)의 동작은 제1 클럭 생성부(270)에서 출력되는 기준 클럭 신호의 생성 및 출력과 유사한 클럭 신호를 생성 및 출력할 수 있다. 상기 제2 클럭 생성부(292)는 트랜지스터(Transistor) 또는 FET(Field Effect Transistor)로 구성될 수 있다. 즉, 제2 클럭 생성부(292)는 온/오프 동작의 주기에 따라 기준 클럭 신호를 생성 및 출력할 수 있다.
저장부(미도시)는 제1 클럭 생성부(270) 또는 제2 클럭 생성부(292) 중 활성화 및 비활성화할 클럭 생성부의 정보를 저장할 수 있다. 또한 저장부는 제1 클럭 생성부(270) 및 제2 클럭 생성부(292)에서 생성 및 출력될 기준 클럭 신호의 정보를 저장할 수 있다.
상기와 같이 도 2와 같은 구성을 포함하는 무선충전장치를 이용한 무선충전장치의 동작을 이하 도 3 내지 도 5를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3을 참조하면, 무선충전장치는 초기 전원이 입력되는 단계를 포함할 수 있다.(S302) 구체적으로 무선충전장치는 전원부(260)를 통하여 무선충전장치의 구동을 위한 전원입력을 감지할 수 있다.
무선충전장치는 초기 전원이 인가되면 제1 클럭 생성부(270)를 통하여 기준 클럭 신호가 인가되는 지를 모니터링할 수 있다.(S304) 무선충전장치는 제1 클럭 생성부(270)가 초기 전원 인가 시 구동되면, 기준 클럭 신호를 생성하여 제어부(290)로 인가되는지를 확인할 수 있다. 예를 들어, 제어부(290)는 제1 클럭 생성부(270)를 통하여 기준 클럭 신호인 5MHz의 정현파가 입력되는지를 모니터링할 수 있다. 상기한 기준 클럭 신호는 일 예에 불과하며 무선충전 시스템의 사양 및 설정 상태에 따라 그 값은 가변될 수 있다.
무선충전장치는 클럭 신호 입력을 모니터링하고, 상기 모니터링 결과에 따라 상기 제1 클럭 생성부(270)에서 기준 클럭 신호가 출력되는지를 판단할 수 있다.(S306) 즉, 무선충전장치의 제어부(290)는 상기 제1 클럭 생성부(270)를 통하여 5MHz 정현파의 기준 클럭 신호의 수신여부를 판단하게 된다.
무선충전장치는 기준 클럭 신호가 미감지되면, 상기 미감지 횟수(N회)를 판단할 수 있다.(S308) 즉, 무선충전장치는 기준 클럭 신호가 미감지된 횟수(N회)가 기준 횟수 이상인지를 판단할 수 있다.
무선충전장치는 기준 클럭 신호가 미감지된 횟수가 기준 횟수(N회)이상으로 판단한 경우 제어부(290) 내의 제2 클럭 생성부(292)의 구동 요청 신호를 출력할 있다.(S310) 구체적으로 제어부(290)는 클럭 신호 감지부(291)를 통하여 제1 클럭 생성부(270)로부터 기준 클럭 신호가 미수신되는 것을 감지하면, 상기 제1 클럭 생성부(270)의 동작 오류로 판단할 수 있다. 따라서 기준 클럭 신호 생성을 위하여 제어부(290) 내의 제2 클럭 생성부(292)의 구동을 요청할 수 있다.
제2 클럭 생성부(292)가 구동(S312)되면 제2 클럭 생성부(292)는 제1 클럭 생성부(270)에서 출력될 기준 클럭 신호를 출력할 수 있다.(S314) 이때, 제2 클럭 생성부(292)는 트랜지스터 또는 FET와 같은 스위칭 소자로 구성되며, 상기 스위칭 소자의 동작 주기에 따라 기준 클럭 신호를 출력할 수 있다. 즉, 제2 클럭 생성부(292)는 제1 클럭 생성부(270)의 오동작에 따라 상기 제1 클럭 생성부(270)가 출력하는 5MHz의 기준 클럭 신호를 출력할 수 있다.
이후 무선충전장치는 제2 클럭 생성부(292)를 통하여 출력되는 기준 클럭 신호에 기초하여 무선충전 모드를 실행할 수 있다.
상기와 같이 본 실시 예에서는 무선충전장치의 초기 전원 입력 시 독립적으로 구성되는 제1 클럭 생성부(270)를 통하여 기준 클럭 신호를 입력 받을 수 있으나, 상기 제1 클럭 생성부(270)의 구동이 정상적이지 않은 경우 제2 클럭 생성부에서 기준 클럭 신호를 출력하도록 함으로써, 무선충전동작이 정상 실행되도록 할 수 있다.
이하 도 4에서는 무선충전장치의 무선충전 모드 실행 중에 제1 클럭 생성부의 오류 감지 시에 따른 무선충전장치의 동작을 상세하게 설명한다.
도 4는 다른 실시 예에 따른 무선전력 송신기의 동작 흐름도이다.
도 4를 참조하면 무선충전장치는 무선전력 수신기에 전력을 전송하는 무선충전 모드를 실행할 수 있다.(S402) 본 실시 예에서는 무선충전장치가 무선전력 수신기에 전력을 전송하는 전력 전송 단계에서 시작되는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 이는 한정되지 않으며, 초기 전원이 입력되어 무선충전장치가 정상 동작 중 발생하는 오류에 대한 경우를 모두 포함할 수 있다.
무선충전장치는 무선충전모드 실행 중 비정상적인 무선충전모드 종료를 감지할 수 있다.(S404) 예를 들어 무선충전장치가 무선전력 수신기에 전력 전송을 실행하는 중 비정상 적인 무선충전모드 종료-예를 들어 완충에 의한 무선충전 모드 중지 또는 무선전력 수신기 제거에 따른 무선충전중지 등의 정상적인 무선충전모드가 종료되지 않는 상태 등-가 발생되면 무선충전장치는 초기화 동작을 수행할 수 있다.(S406)
무선충전장치는 초기화 동작 후 클럭 신호의 입력을 모니터링할 수 있다.(S408) 무선충전장치는 제1 클럭 생성부(270)가 초기화 이후에 기준 클럭 신호를 생성하여 제어부(290)로 인가되는지를 확인할 수 있다. 예를 들어, 제어부(290)는 제1 클럭 생성부(270)를 통하여 기준 클럭 신호인 5MHz의 정현파가 입력되는지를 모니터링할 수 있다. 상기한 기준 클럭 신호는 일 예에 불과하며 무선충전 시스템의 사양 및 설정 상태에 따라 그 값은 가변될 수 있다.
무선충전장치는 클럭 신호 입력을 모니터링하고 상기 모니터링 결과에 따라 제1 클럭 생성부(270)에서 기준 클럭 신호가 출력되는지를 판단할 수 있다.(S410) 즉, 무선충전장치의 제어부(290)는 상기 제1 클럭 생성부(270)를 통하여 5MHz정현파의 기준 클럭 신호의 수신여부를 판단하게 된다.
무선충전장치는 기준 클럭 신호가 미감지되면 상기 미감지 횟수(N회)를 판단할 수 있다. 즉, 무선충전장치는 기준 클럭 신호가 미감지된 횟수(N회)가 기준 횟수 이상인지를 판단할 수 있다.
무선충전장치는 기준 클럭 신호가 미감지된 횟수가 기준 횟수(N회)이상으로 판단한 경우 제어부(290) 내의 제2 클럭 생성부(292)의 구동 요청 신호를 출력할 수 잇다.(S414) 구체적으로 제어부(290)는 클럭 신호 감지부(291)를 통하여 제1 클럭 생성부(270)로부터 기준 클럭 신호가 미수신되는 것을 감지하면, 상기 제1 클럭 생성부(270)의 동작 오류로 판단할 수 있다. 따라서 기준 클럭 신호 생성을 위하여 제어부(290) 내의 제2 클럭 생성부(292)의 구동을 요청할 수 있다.
제2 클럭 생성부(292)가 구동(S416)되면 제2 클럭 생성부(292)는 제1 클럭 생성부(270)에서 출력될 기준 클럭 신호를 출력할 수 있다.(S418) 이때, 클럭 생성부(292)는 트랙지스터 또는 FET와 같은 스위칭 소자로 구성되며, 스위칭 소자의 동작 주기에 따라 기준 클럭 신호를 출력할 수 있다. 즉, 제2 클럭 생성부(292)는 제1 클럭 생성부(270)의 오동작에 따라 제1 클럭 생성부(270)가 출력하는 5MHz의 기준 클럭 신호를 출력할 수 있다.
이후 무선충전장치는 제2 클럭 생성부(292)를 통하여 출력되는 기준 클럭 신호에 기초하여 무선충전모드를 실행할 수 있다.
상기와 같이 본 실시 예에서는 무선충전장치가 독립적으로 구성되는 제1 클럭 생성부(270)를 통하여 기준 클럭 신호를 입력받아 무선충전 모드로 동작될 수 있으며, 이때 비정상적인 무성충전모드의 종료가 발생되면, 클럭 신호의 입력 여부를 확인하여 제2 클럭 생성부에서 기준 클럭 신호를 생성 및 출력하도록 할 수 있다. 즉, 무선충전모드 실행 중에도 클럭 생성부의 오류에 따른 무선충전동작의 정지 또는 오동작이 발생하지 않도록 할 수 있다.
이하 도 5에서는 일 실시 예 및 다른 실시 예에서 제1 클럭 생성부의 오동작에 따라 제2 클럭 생성부의 동작에 따른 무선충전 모드 실행 시 무선충전동작의 신뢰성을 높이기 위한 무선충전장치의 동작에 대하여 상세하게 설명한다.
도 5는 또 다른 실시 예에 따른 무선충정장치의 동작 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 또 다른 실시 예에서는 이상 도 3 및 도 4에서 설명한 실시 예에 따라 제2 클럭 생성부에서 기준 클럭 신호가 생성되는 상태에서의 무선충전동작에 대한 것이다. 상기 제2 클럭 생성부에서 기준 클럭 신호가 생성되는 경우 제1 클럭 생성부에 비해 신호의 신뢰도가 높지 않음에 따라 기준 클럭 신호에 따른 동작 주파수의 오류 발생을 저감하기 위한 것이다.
구체적으로 무선충전장치는 제2 클럭 생성부(292)에 의하여 무선충전 모드 실행 시(S502) 상기 제2 클럭 생성부(292)는 제1 클럭 생성부(270)에서 출력되는 기준 클럭 신호와 동일한 기준 클럭 신호를 생성 및 출력할 수 있다.(S504)
무선충전장치는 제2 클럭 생성부(292)에서 출력되는 기준 클럭 신호에 기초하여 충전 주파수를 생성할 수 있다.(S506) 구체적으로, 상기 제2 클럭 생성부(292)에서 출력되는 기준 클럭 신호에 기초하여 무선충전 동작 주파수를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제2 클럭 생성부(292)를 통하여 5MHz의 기준 클럭 신호가 출력되면 제어부(290)는 상기 기준 클럭 신호에 기초하여 공진 코일(230)에 제공할 충전 주파수를 생성할 수 있다. 상기 기준 클럭 신호 및 충전 주파수는 일 예로써, 무선충전장치의 특성에 따라 그 범위는 가변될 수 있다.
이후 무선충전장치는 상기 동작 주파수를 무선전력 수신기에 대응하는 공진주파수로 생성하여 전력 전송을 수행할 수 있다.(S508)
이때 무선충전장치는 상기 공진회로(330)에 제공되는 충전 주파수를 센싱부(250)의 주파수 감지부(251)에서 피드백하여 확인할 수 있다.(S510) 구체적으로 무선충전장치는 기준 클럭 신호에 기초하여 생성된 충전 주파수가 무선충전장치에서 요구하는 충전주파수로 생성되는지를 판단하기 위하여 공진 회로(330)에 제공된 충전 주파수를 피드백하여 확인할 수 있다.
무선충전장치는 상기 피드백된 충전 주파수가 주파수 임계 범위 내에 포함되는지를 판단할 수 있다.(S512) 즉, 상기 피드백된 충전 주파수가 무선충전장치에서 요구하는 충전 주파수를 포함하는 임계 범위 내에 포함되는 주파수로 출력되고 있는지를 판단할 수 있다.
무선충전장치는 상기 판단결과 상기 충전 주파수가 기 설정된 임계 주파수 범위 내에 포함되지 않는 경우 상기 제2 클럭 생성부(292)에서 출력되는 기준 클럭 신호의 오류를 판단하게 된다.
주파수 감지부(251)는 상기 기준 클럭 신호의 오류에 따른 정정 요청 신호를 제어부(290)에 출력할 수 있다.(S514) 즉, 주파수 감지부(251)는 충전 주파수 오류가 기준 클럭 신호의 오류에 의해 발생된 것으로 판단하고, 제어부(290)에 제2 클럭 생성부(292)의 기준 클럭 신호 출력을 보정하도록 요청할 수 있다.
따라서 제2 클럭 생성부(292)는 주파수 감지부(251)의 감지 결과에 따라 출력중인 기준 클럭 신호를 보정하고, 보정된 기준 클럭 신호에 기초하여 무선충전모드를 실행할 수 있다.(S516)
상기와 같이 무선충전장치는 제1 클럭 생성부의 오동작에 따라 제2 클럭 생성부를 통하여 기준 클럭 신호를 생성하는 경우 높은 신뢰성의 기준 클럭 신호를 생성하기 위하여 상기 기준 클럭 신호에 기초하여 생성되는 주파수들을 피드백 받고, 피드백된 주파수에 기초하여 기준 클럭 신호를 보정할 수 있도록 할 수 있다.
본 실시 예는 본 실시 예의 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 (10)

  1. 하나 이상의 송신 코일;
    외부로부터 인가되는 직류 전력의 세기를 변환하는 전력 변환부;
    상기 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터;
    공진 캐패시터 및 송신 코일을 포함하고, 상기 교류전력이 인가되는 공진회로;
    기준 클럭 신호를 생성하는 제1 클럭 생성부;
    제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1 클럭 생성부의 신호를 감지하는 클럭 신호 감지부;
    상기 클럭 신호 감지부의 감지 신호에 기초하여 기준 클럭 신호를 생성하는 제2 클럭 생성부;를 포함하는 무선충전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    초기 전원 인가 시 또는 무선충전 동작 시 상기 제1 클럭 생성부로부터 기준 클럭 신호가 미 수신되는 경우 상기 제2 클럭 생성부를 구동하도록 제어하는 무선충전장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 기준 클럭 신호가 임계 회수 이상 미 수신되는 경우 상기 제2 클럭 생성부를 구동하도록 제어하는 무선충전장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 클럭 생성부는 트랜지스터 또는 FET를 포함하는 무선충전장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 클럭 생성부를 통하여 기준 주파수 생성 시 상기 기준 클럭 신호에 의해 생성된 동작 주파수를 감지하는 주파수 감지부;를 더 포함하는 무선충전장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 주파수 감지부는
    상기 감지된 동작 주파수를 확인하고, 상기 동작 주파수의 오류 시 상기 기준 클럭 신호 보정 요청 신호를 출력하는 무선충전장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 동작 주파수의 오류는
    기준 클럭 신호에 의해 생성된 동작 주파수가 임계 범위에 포함되지 않는 경우 감지되는 무선충전장치.
  8. 무선전력 수신기에 무선으로 전력을 송신하는 무선전력 송신기에서의 무선 충전 방법에 있어서,
    무선전력 송신기 동작 시 제1 클럭 생성부로부터 기준 클럭 신호의 수신 여부를 확인하는 단계;
    상기 제1 클럭 생성부를 통하여 기준 클럭 신호가 미수신되면, 제2 클럭 생성부의 동작을 요청하는 단계;
    상기 제2 클럭 생성부를 통하여 기준 클럭 신호를 생성하는 단계;
    상기 생성된 기준 클럭 신호에 기초하여 무선 충전 장치의 동작을 개시하는 단계;를 포함하는 무선충전방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 클럭 생성부를 통하여 기준 클럭 신호의 수신 여부 확인은 상기 무선전력 송신기의 초기 전원 인가 시 또는 무선충전 동작 중 실행되는 무선충전방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 클럭 생성부를 통하여 기준 클럭 신호가 생성되는 경우 상기 기준 클럭 신호에 따른 동작 주파수를 감지하는 단계;
    상기 동작 주파수가 임계 주파수 범위에 포함되지 않는 경우 상기 기준 클럭 신호의 보정을 요청하는 단계;
    상기 보정 요청 신호에 기초하여 상기 제2 클럭 생성부에서 출력되는 기준 클럭 신호를 보정하는 단계;를 더 포함하는 무선충전방법.
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