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KR102296857B1 - 무선 전력 송신 장치 및 그의 이물질 검출 방법 - Google Patents

무선 전력 송신 장치 및 그의 이물질 검출 방법 Download PDF

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KR102296857B1
KR102296857B1 KR1020140163635A KR20140163635A KR102296857B1 KR 102296857 B1 KR102296857 B1 KR 102296857B1 KR 1020140163635 A KR1020140163635 A KR 1020140163635A KR 20140163635 A KR20140163635 A KR 20140163635A KR 102296857 B1 KR102296857 B1 KR 102296857B1
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ping
power transmitter
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박재희
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 이물질 검출 방법은 무선 전력 수신 장치를 감지하기 위한 핑(Ping) 신호를 주기적으로 출력하는 단계, 상기 핑 신호에 대한 입력 전류를 감지하는 단계, 감지된 입력 전류를 미리 설정된 전류 값과 비교하는 단계, 그리고 복수의 핑 신호에 대하여 감지된 입력 전류가 상기 미리 설정된 전류값을 초과하면, 상기 무선 전력 송신 장치의 표면 상에 이물질이 존재하는 것으로 판단하는 단계를 포함한다.

Description

무선 전력 송신 장치 및 그의 이물질 검출 방법{WIRELESS POWER TRANSMITTING APPARATUS AND FOREIGN OBJECT DETECTION METHOD OF THE SAME}
본 발명은 무선 충전에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 충전 시스템에 포함되는 무선 전력 송신 장치의 이물질 검출 방법에 관한 것이다.
무선 통신 기술의 발달에 따라, 전자기기에게 무선으로 전력을 공급하는 무선 전력 송수신 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 무선 전력 송수신 기술은 휴대 단말의 배터리 충전뿐만 아니라, 가정용 전자제품에 대한 전력 공급, 전기자동차나 지하철에 대한 전력 공급 등에도 다양하게 적용될 수 있다.
무선 전력 송수신 기술은 자기 유도의 원리를 이용한다. 이때, 전력 송수신의 효율을 높이기 위하여 무선 전력 송신 장치의 송신 코일과 무선 전력 수신 장치의 수신 코일이 정렬될 필요가 있다. 만약, 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치 사이에 이물질(Foreign Object, FO)이 존재하면, 전력 송수신의 효율이 낮아질뿐만 아니라, 무선 전력 송신 장치와 이물질이 닿는 영역 주변의 온도가 상승하여 사용자의 화상 또는 화재를 초래할 우려가 있다.
이러한 이물질의 대표적인 예는 디스크(disc) 형상의 동전, 수은전지, 링(ring) 형상의 액세서리, 호일(foil) 타입의 얇은 금속판 등이며, 철이나 알루미늄 소재의 이물질이 특히 문제가 된다.
일반적으로, 무선 전력 송신 장치는 무선 전력 수신 장치의 존재 여부를 판별하기 위한 핑(ping) 신호를 주기적으로 송출하고, 무선 전력 수신 장치가 존재하는 경우 식별 및 설정(Identification 및 configuration) 과정을 거친 후, 무선 전력 수신 장치에게 전력을 전송(power transfer)한다. 전력을 전송하는 동안, 무선 전력 송신 장치는 이물질로 인한 전력 손실(power loss)을 계산하며, 전력 손실량이 소정 수준 이상인 경우 이물질이 존재하는 것으로 판단하고, 전력 전송을 중단할 수 있다. 또는, 전력을 전송하는 동안, 무선 전력 송신 장치는 표면의 온도를 검출하며, 온도가 소정 수준 이상으로 상승한 경우 이물질이 존재하는 것으로 판단하고, 전력 전송을 중단할 수 있다.
다만, 이러한 방법에 따를 경우, 이물질을 검출하는 시기가 늦어져 발열이 발생하며, 이미 충전 효율이 낮아진 후 전력 전송을 중단하게 된다. 또한, 무선 전력 수신 장치로부터 수신 전력 정보를 받지 못하는 경우에는, 충전 효율이 낮은 상태로 계속하여 전력을 전송하는 문제가 있다. 또한, 무선 전력 수신 장치가 존재하지 않는 경우에도 계속적인 핑 신호의 송출로 인하여 이물질이 발열되는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 무선 충전 시스템에 포함되는 무선 전력 송신 장치의 이물질 검출 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 이물질 검출 방법은 무선 전력 수신 장치를 감지하기 위한 핑(Ping) 신호를 주기적으로 출력하는 단계, 상기 핑 신호에 대한 입력 전류를 감지하는 단계, 감지된 입력 전류를 미리 설정된 전류 값과 비교하는 단계, 그리고 복수의 핑 신호에 대하여 감지된 입력 전류가 상기 미리 설정된 전류값을 초과하면, 상기 무선 전력 송신 장치의 표면 상에 이물질이 존재하는 것으로 판단하는 단계를 포함한다.
상기 복수의 핑 신호는 2회 이상 연속되는 복수의 핑 신호일 수 있다.
상기 감지된 입력 전류가 상기 미리 설정된 전류 값의 1.3배 이상인 경우, 상기 무선 전력 송신 장치의 표면 상에 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
상기 미리 설정된 전류 값은, 상기 무선 전력 송신 장치의 표면 상에 이물질이 존재하지 않을 경우 핑 신호에 대하여 감지될 것으로 예상되는 입력 전류일 수 있다.
이물질이 존재하는 것으로 판단되는 경우, 이물질 검출 안내부에게 알람 메시지를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이물질 검출 안내부는 무선전력송신장치에 구비된 디스플레이일 수 있고, 무선전력수신장치에 구비된 디스플레이가 될수 있다. 예를 들면 사용자 휴대단말기의 디스플레이나 차량에 배치된 송신기의 경우 차량용 디스플레이나 스피커로 안내될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 입력 전류를 감지하는 전류 센서, 입력 전류를 교류 파형으로 변환하는 인버터, 상기 인버터에 의하여 구동되는 공진 회로, 그리고 상기 인버터를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 전류 센서는 무선 전력 수신 장치를 감지하기 위하여 주기적으로 출력되는 핑(Ping) 신호에 대한 입력 전류를 감지하고, 상기 제어부는 감지된 입력 전류를 미리 설정된 전류 값과 비교하고, 복수의 핑 신호에 대하여 감지된 입력 전류가 상기 미리 설정된 전류값을 초과하면 이물질이 존재하는 것으로 판단한다.
상기 복수의 핑 신호는 2회 이상 연속되는 복수의 핑 신호일 수 있다.
상기 제어부는, 이물질이 존재하는 것으로 판단되는 경우 이물질 검출 안내부에게 알람 메시지를 전송하는 것으로 설정될 수 있다.
상기 제어부는, 이물질이 존재하는 것으로 판단되는 경우 핑 신호의 출력 또는 전력의 전송을 멈추도록 상기 인버터를 제어할 수 있다.
상기 인버터는 하프 브릿지 인버터(half-bridge inverter) 또는 풀 브릿지 인버터(full-bridge inverter)일 수 있다.
상기 공진 회로는 적어도 하나의 일차 코일 및 캐패시터를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전력 전송을 시작하기 전 단계에서도 무선 전력 송신 장치 상에 존재하는 이물질을 높은 감도로 검출할 수 있다. 이에 따라, 무선 충전의 효율을 높일 수 있으며, 이물질로 인한 사용자의 저온 화상을 방지할 수 있다. 또한, 이물질로 인하여 무선 전력 송신 장치의 표면이 장시간 고온으로 지속되는 현상을 방지하여, 무선 전력 송신 장치의 내구성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 충전 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따라 정렬된 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 회로도의 일 예이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 회로도의 다른 예이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 무선 전력 전송 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 이물질 검출 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 이물질 감지 방법을 시뮬레이션하기 위하여 사용된 송신 코일의 예이다.
도 8은 표면 상에 이물질이 존재하지 않는 경우의 핑 신호에 대한 입력 전류를 측정한 그래프이다.
도 9은 표면 상에 무선 전력 수신 장치가 놓인 경우의 입력 전류를 측정한 그래프이다.
도 10은 도 7의 라인 1(L1) 상에 10원 동전을 올린 경우의 핑 신호에 대한 입력 전류를 측정한 그래프이다.
도 11은 도 7의 라인 1 상에 500원 동전을 올린 경우의 핑 신호에 대한 입력 전류를 측정한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 충전 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 무선 충전 시스템(10)은 전원(100), 무선 전력 송신 장치(power transmitter, 200), 무선 전력 수신 장치(power receiver, 300) 및 부하단(load, 400)를 포함한다.
무선 전력 송신 장치(200)는 전원(100)에 연결되며, 전원(100)으로부터 전력을 수신한다. 그리고, 무선 전력 송신 장치(200)는 무선 전력 수신 장치(300)에게 무선으로 전력을 송신한다. 이때, 무선 전력 송신 장치(200)는 전자기 유도(electromagnetic induction) 방식을 이용하여 전력을 송신할 수 있다. 이를 위하여, 무선 전력 송신 장치(200)는 전력 변환부(power conversion unit, 210) 및 제어부(communication/control unit, 220)를 포함할 수 있다. 전력 변환부(210)는 전원(100)으로부터 입력 받은 전기 에너지(electrical energy)를 전력 신호(power signal)로 변환한다. 여기서, 전력 신호는 진동 자기장(oscillating magnetic field)을 의미할 수 있다. 이를 위하여, 전력 변환부(210)는 적어도 하나의 송신 코일(primary coil)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 송신 코일은 3개의 송신 코일(Lprimary(LP), LLeft(LL), LRight(LR))을 포함할 수 있다. 그리고, 제어부(220)는 무선 전력 송신 장치(200)의 전력 전송을 제어한다. 예를 들어, 제어부(220)는 무선 전력 수신 장치(300)가 요청하는 수준으로 전송 전력을 조절할 수 있다.
무선 전력 수신 장치(300)는 무선 전력 송신 장치(200)로부터 무선으로 전력을 수신한다. 그리고, 무선 전력 수신 장치(300)는 수신한 전력을 부하단(400)에게 공급한다. 이를 위하여, 무선 전력 수신 장치(300)는 전력 수신부(power pickup unit, 310) 및 제어부(communication/control unit, 320)를 포함할 수 있다. 전력 수신부(310)는 무선 전력 송신 장치(200)로부터 수신한 전력 신호를 전기 에너지로 변환한다. 이를 위하여, 전력 수신부(310)는 수신 코일(secondary coil)을 포함할 수 있다. 그리고, 제어부(320)는 무선 전력 수신 장치(300)의 전력 전송을 제어한다. 예를 들어, 제어부(320)는 부하단(400)에 적합한 수준으로 전송 전력을 조절할 수 있다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따라 정렬된 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치를 나타내는 도면이다. 도 2의 무선 전력 송신 장치(1200) 및 무선 전력 수신 장치(1300)는 도 1의 무선 전력 송신 장치(200) 및 무선 전력 수신 장치(300)에 각각 대응한다.
도 2를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(1200)는 차폐층(1210), 차폐층(1210) 상에 배치되는 코일층(1220) 및 코일층(1220) 상에 배치되는 표면층(1230)을 포함한다. 코일층(1220)은 송신 코일 또는 일차 코일(primary coil)과 혼용될 수 있으며, 표면층(1230)은 인터페이스 표면(interface surface)과 혼용될 수 있다. 코일층(1220)은 평면 상에 스파이럴(spiral) 또는 헬리컬(helical) 형상으로 권선(wire wound)된 적어도 하나의 코일을 포함할 수 있으며, 라운드(round) 형상, 레이스트랙(racetrack) 형상, 직사각형(rectangular) 형상, 삼각형 형상(triangular), 모서리가 둥근 다각형 형상 등일 수 있다. 코일층(1220)과 표면층(1230)은 소정 간격으로 이격될 수 있다. 코일층(1220)은 적어도 하나의 코일을 포함할 수 있다. 예를 들면, 코일층(1220)은 단일의 송신 코일, 나란히 배치된 두 개의 송신 코일, 또는 나란히 배치된 두 개의 송신 코일(LL, LR) 상에 적층된 하나의 송신 코일(LP)을 포함할 수 있다.
그리고, 무선 전력 수신 장치(1300)는 차폐층(1310), 차폐층(1310) 상에 배치되는 코일층(1320) 및 코일층(1320) 상에 배치되는 표면층(1330)을 포함한다. 코일층(1320)은 수신 코일 또는 이차 코일(secondary coil)과 혼용될 수 있으며, 표면층(1330)은 인터페이스 표면(interface surface)과 혼용될 수 있다. 코일층(1320)은 평면 상에 스파이럴(spiral) 또는 헬리컬(helical) 형상으로 권선(wire wound)된 적어도 하나의 코일을 포함할 수 있으며, 라운드(round) 형상, 레이스트랙(racetrack) 형상, 직사각형(rectangular) 형상, 삼각형 형상(triangular), 모서리가 둥근 다각형 형상 등일 수 있다. 코일층(1320)과 표면층(1330)은 소정 간격으로 이격될 수 있다.
무선 충전을 위하여, 무선 전력 송신 장치(1200)의 표면층(1230)과 무선 전력 수신 장치(1300)의 표면층(1330)은 서로 마주보며, 코일층(1220)과 코일층(1320)은 서로 대응하는 위치에 정렬될 수 있다.
만약, 무선 전력 송신 장치(1200)의 표면층(1230) 상에 이물질(foreign object, FO)이 존재하는 경우, 무선 전력 송신 장치(1200)는 이를 검출할 필요가 있다. 일반적으로, 무선 전력 송신 장치(1200)는 전력 전송(power transfer) 단계에서 수학식 1을 이용하여 이물질을 검출할 수 있다.
[수학식 1]
FOloss=PTX-PTXloss-PRX
여기서, PTX는 무선 전력 송신 장치(1200)가 송신하는 전력이고, PRX는 무선 전력 수신 장치(1300)가 수신하는 전력이며, PTXloss는 전력 전송 시 발생하는 미리 예상된 손실 값이다. 무선 전력 송신 장치(1200)는 FOloss가 임계값(Pfod_th), 예를 들면 250 내지 350mW를 초과하는 경우, 무선 전력 송신 장치(1200) 상에 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 다만, 이러한 방법에 따를 경우 이물질 검출의 감도가 낮으며, 전력 전송을 수행하는 과정에서 이물질을 검출하는 것이므로 전력 전송의 효율이 낮아지는 문제가 있다.
따라서, 무선 전력 송신 장치(1200) 상의 이물질을 전력 전송 단계 이전에 미리 감지하여 표면층(1230)의 온도가 상승하는 것을 방지하고, 무선 충전의 효율을 높일 필요가 있다. 이러한 방법은 무선 전력 수신 장치가 수신 전력 정보를 보내주지 않거나, 무선 전력 수신 장치가 무선 전력 송신 장치 상에 놓이지 않은 경우의 이물질 검출 방법으로 유용하다. 이하, 본 발명의 실시예에 따라 이물질을 검출하는 방법을 설명한다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 회로도의 일 예이고, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 회로도의 다른 예이다.
도 3 내지 4를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(200)는 전류 센서(210-1), 인버터(210-2), 공진 회로(resonant circuit, 210-3) 및 제어부(220)를 포함한다.
전류 센서(210-1)는 인버터(210-2)에 입력되는 입력 전류를 감지하며, 이를 제어부(220)에게 전달한다. 본 명세서에서, 전류 센서(210-1)는 감지부와 혼용될 수 있다.
인버터(210-2)는 입력되는 DC 전류를 AC 파형으로 변환하여, 공진 회로(210-3)를 구동한다. 인버터(210-2)는 도 3과 같은 하프 브릿지 인버터(half bridge inverter) 또는 도 4와 같은 풀 브릿지 인버터(full bridge inverter)일 수 있다.
공진 회로(210-3)는 직렬 연결된 일차 코일부 및 캐패시터(CP)를 포함한다. 일차 코일부는 병렬 연결된 복수의 일차 코일(예, LP, LL, LR)을 포함할 수 있다.
전류 센서(210-1), 인버터(210-2) 및 공진 회로(210-3)는 도 1의 무선 전력 송신 장치(200)의 전력 변환부(210)에 포함될 수 있다.
제어부(220)는 무선 전력 수신 장치로부터 메시지를 수신하고, 이를 디코딩하며, 전력 전송을 제어한다. 특히, 제어부(220)는 전류 센서(210-1)가 출력하는 값을 이용하여 인버터(210-2)를 제어한다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 전류 센서(210-1)는 주기적으로 출력되는 핑(Ping) 신호에 대한 입력 전류를 감지한다. 여기서, 핑 신호는 무선 전력 수신 장치를 감지하기 위하여 무선 전력 송신 장치가 출력하는 신호이다. 그리고, 입력 전류는 인버터(210-2)에 입력되는 전류를 의미한다.
제어부(220)는 전류 센서(210-1)에 의하여 감지된 입력 전류를 미리 설정된 전류 값과 비교하며, 복수의 핑 신호에 대하여 감지된 입력 전류가 미리 설정된 전류값을 초과하면, 무선 전력 송신 장치(200)의 표면 상에 이물질이 존재하는 것으로 판단한다.
무선 전력 송신 장치(200) 상에 이물질이 존재하는 것으로 판단한 경우, 제어부(220)는 이물질 검출 안내부에게 알람 메시지를 전송하거나, 인버터(210-2)를 제어하여 핑 신호의 출력 또는 전력의 전송을 멈추도록 설정될 수 있다. 이때, 제어부(220)는 PWM(pulse width modulation) 방식을 이용하여 인버터(210-2)를 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 무선 전력 전송 방법을 나타내는 순서도이고, 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 이물질 검출 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 핑(Ping) 신호를 출력한다(S500). 핑 신호는 무선 전력 수신 장치를 감지하기 위하여 무선 전력 송신 장치가 주기적으로 출력하는 신호이다. 핑 신호는 미리 설정된 주기, 예를 들면 400ms마다 출력될 수 있다. 핑 신호는 소정의 피크 값을 가지는 신호일 수 있다.
무선 전력 송신 장치는 핑 신호를 출력하는 동안 무선 전력 송신 장치 상에 이물질이 존재하는지를 검출한다(S510). 무선 전력 송신 장치가 이물질을 검출하는 과정은 도 6을 이용하여 상세히 설명한다. 도 6을 참조하면, 무선 전력 송신 장치가 핑 신호를 주기적으로 출력하며(S600), 핑 신호에 대한 입력 전류를 감지한다(S610). 입력 전류는 무선 전력 송신 장치에 포함되는 전류 센서에 의하여 감지될 수 있다. 그리고, 무선 전력 송신 장치는 감지된 입력 전류를 미리 설정된 전류 값과 비교한다(S620). 여기서, 미리 설정된 전류 값은 무선 전력 송신 장치의 표면 상에 이물질이 존재하지 않을 경우 핑 신호에 대하여 감지될 것으로 예상되는 전류일 수 있다. 감지된 입력 전류와 미리 설정된 전류 값 간의 차이가 임계치 이하인 경우, 즉 정상 핑(normal ping)에 해당하는 경우, 무선 전력 송신 장치는 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단하고 계속하여 핑 신호를 출력할 수 있다. 한편, 핑 신호에 대하여 감지된 입력 전류가 미리 설정된 전류 값 간의 차이가 임계치를 초과하는 경우, 즉 비정상 핑(abnormal ping)에 해당하는 경우, 비정성 핑의 횟수를 카운트한다(S630). 비정상 핑이 2회 이상 반복되는 경우(S640), 무선 전력 송신 장치는 표면 상에 이물질이 존재하는 것으로 판단한다(S650). 반면, 비정상 핑이 1회만 나타나는 경우, 무선 전력 송신 장치는 이물질이 존재하지 않는 것으로 판단하고 계속하여 핑 신호를 출력할 수 있다. 무선 전력 송신 장치 상에 동전 등의 이물질이 존재하는 경우, 핑 신호에 인가되는 전류는 바깥으로 빠져 나가지 못하고 무선 전력 송신 장치의 표면에 머물게 된다. 이에 따라, 핑 신호에 대하여 감지된 입력 전류는 예상되는 전류보다 높게 나타날 수 있다. 이때, 무선 전력 송신 장치는 핑 신호에 대하여 감지된 입력 전류가 2회 이상 연속하여 미리 설정된 전류 값을 초과하는 경우, 무선 전력 송신 장치의 표면 상에 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 무선 전력 송신 장치는 핑 신호에 대하여 감지된 입력 전류가 미리 설정된 전류 값의 1.3배 이상인 경우, 무선 전력 송신 장치의 표면 상에 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 핑 신호에 대하여 감지된 입력 전류가 미리 설정된 전류 값의 1.3배 이상인 경우, 이러한 상태가 지속되면 무선 전력 송신 장치의 표면 온도가 급격히 상승하여 사용자의 화상 및 화재를 초래할 수 있기 때문이다.
도 6에서 설명한 방법에 따라 무선 전력 송신 장치가 이물질을 감지한 경우, 무선 전력 송신 장치는 이물질 검출 안내부에게 알람 메시지를 전송한다(S520). 이물질 검출 안내부는 무선 전력 수신 장치가 포함되는 휴대 단말, 차량에 장착된 전자 장치, 홈 네트워크에 연결된 전자 장치, 디스플레이 장치, 스피커 장치 등일 수 있다. 이물질 검출 안내부는 이물질에 대한 알람 메시지를 음성 또는 화면을 통하여 출력할 수 있다.
이후, 무선 전력 송신 장치는 계속하여 핑 신호를 출력하고(S530), 무선 전력 수신 장치를 검출한다(S540). 무선 전력 송신 장치는 핑 신호에 대한 입력 전류를 감지함으로써 무선 전력 수신 장치를 검출할 수 있다.
그리고, 무선 전력 송신 장치는 식별 및 설정 과정(Identification & configuration phase)을 통하여 무선 전력 수신 장치의 정보를 수집하며, 전력 전송을 위한 설정을 수행한다(S550). 그리고, 무선 전력 송신 장치는 무선 전력 수신 장치에게 전력을 전송한다(S560).
도 5 내지 6에서 설명한 바와 같이, 무선 전력 송신 장치는 전력 전송 과정(power transfer phase) 이전에 무선 전력 송신 장치 상의 이물질을 감지하고, 이물질 검출 안내부에게 알람 메시지를 전송한다. 이에 따라, 충전 시작 전에 무선 전력 송신 장치의 표면 온도가 높아지는 현상을 방지할 수 있으며, 무선 충전의 효율을 높일 수 있다.
이하, 본 발명의 한 실시예에 따른 이물질 감지 방법의 시뮬레이션 결과를 설명한다. 도 7에서 예시된 바와 같이, 두 개의 일차 코일(LL, LR)이 나란히 배치되고, 두 개의 일차 코일(LL, LR) 상에 나머지 하나의 일차 코일(LP)이 배치되는 송신 코일의 구조를 이용하여 시뮬레이션을 수행하였다. 이를 위하여, 3.5 내지 4.5V의 입력 전압을 인가하였다. 입력 전압의 값 및 회로 설계에 따라 핑 신호에 대한 입력 전류는 달라질 수 있다.
도 8은 표면 상에 이물질이 존재하지 않는 경우의 핑 신호에 대한 입력 전류를 측정한 그래프이고, 도 9은 표면 상에 무선 전력 수신 장치가 놓인 경우의 입력 전류를 측정한 그래프이며, 도 10은 도 7의 라인 1(L1) 상에 10원 동전을 올린 경우의 핑 신호에 대한 입력 전류를 측정한 그래프이고, 도 11은 도 7의 라인 1 상에 500원 동전을 올린 경우의 핑 신호에 대한 입력 전류를 측정한 그래프이다.
도 8을 참조하면, 무선 전력 송신 장치가 5s 단위로 핑 신호를 출력하는 경우, 일정한 피크 값을 가지는 주기적인 입력 전류가 측정되었다.
도 9를 참조하면, 무선 전력 송신 장치가 핑 신호를 출력하는 경우, 무선 전력 수신 장치가 놓이기 전에는 일정한 피크 값을 가지는 입력 전류가 측정되었다. 그러나, 무선 전력 수신 장치가 놓인 후에는 입력 전류가 크게 상승한 후, 그 값을 지속적으로 유지하였다. 이는 무선 전력 수신 장치가 무선 전력 송신 장치에게 자신의 정보를 송신하고, 이에 따라 식별 및 설정 과정(identification & configuration) 과정이 진행되기 때문이다.
도 10을 참조하면, 무선 전력 송신 장치가 핑 신호를 출력하는 경우, 동전이 놓이기 전에는 600mA의 피크 값을 가지는 입력 전류가 측정되었다. 그러나, 10원 동전이 올려진 후 1400mA의 피크 값을 가지는 입력 전류가 반복하여 측정되었다.
도 11을 참조하면, 무선 전력 송신 장치가 핑 신호를 출력하는 경우, 동전이 놓이기 전에는 600mA의 피크 값을 가지는 입력 전류가 측정되었다. 그러나, 500원 동전이 올려진 후 4000mA의 피크 값을 가지는 입력 전류가 반복하여 측정되었다.
이와 같이, 무선 전력 송신 장치 상에 이물질이 놓이는 경우, 핑 신호에 대한 입력 전류가 예상되는 전류 값보다 높게 측정됨을 알 수 있다. 이를 이용하여 무선 전력 송신 장치의 이물질을 검출할 수 있으며, 사용자에게 알릴 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 무선 충전 시스템
100: 전원
200, 1200, 2200: 무선 전력 송신 장치
300, 1300: 무선 전력 수신 장치
400: 부하
210-1: 전류 센서
210-2: 인버터
210-3: 공진회로

Claims (11)

  1. 무선 전력 수신 장치에게 전력을 전송하기 전, 무선 전력 송신 장치의 이물질 검출 방법에 있어서,
    상기 무선 전력 수신 장치를 감지하기 위한 핑(Ping) 신호를 주기적으로 출력하는 단계,
    상기 핑 신호에 대한 입력 전류를 감지하는 단계,
    감지된 입력 전류를 미리 설정된 전류 값과 비교하는 단계,
    상기 핑 신호에 대하여 감지된 입력 전류가 상기 미리 설정된 전류값을 초과하면, 비정상 핑(abnormal ping)인 것으로 판단하는 단계,
    상기 비정상 핑의 횟수를 카운트하는 단계,
    상기 비정상 핑이 연속하여 2회 이상 카운트되면, 상기 무선 전력 송신 장치의 표면 상에 이물질이 존재하는 것으로 판단하는 단계
    를 포함하고,
    상기 미리 설정된 전류 값을 초과하는 상기 핑 신호에 대하여 감지된 입력 전류는 상기 핑 신호에 인가된 전류가 상기 무선 전력 송신 장치의 표면에 머무를 때 상기 무선 전력 송신 장치의 전류 센서에 의하여 감지되는 이물질 검출 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 감지된 입력 전류가 상기 미리 설정된 전류 값의 1.3배 이상인 경우, 상기 무선 전력 송신 장치의 표면 상에 이물질이 존재하는 것으로 판단하는 이물질 검출 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 미리 설정된 전류 값은, 상기 무선 전력 송신 장치의 표면 상에 이물질이 존재하지 않을 경우 핑 신호에 대하여 감지될 것으로 예상되는 입력 전류인 이물질 검출 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    이물질이 존재하는 것으로 판단되는 경우, 이물질 검출 안내부에게 알람 메시지를 전송하는 단계
    를 더 포함하는 이물질 검출 방법.
  6. 입력 전류를 감지하는 전류 센서,
    입력 전류를 교류 파형으로 변환하는 인버터,
    상기 인버터에 의하여 구동되는 공진 회로, 그리고
    상기 인버터를 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 전류 센서는 무선 전력 수신 장치를 감지하기 위하여 주기적으로 출력되는 핑(Ping) 신호에 대한 입력 전류를 감지하고,
    상기 제어부는 감지된 입력 전류를 미리 설정된 전류 값과 비교하고, 상기 핑 신호에 대하여 감지된 입력 전류가 상기 미리 설정된 전류값을 초과하면 비정상 핑(abnormal ping)인 것으로 판단하며, 상기 비정상 핑의 횟수를 카운트하고, 상기 비정상 핑이 연속하여 2회 이상 카운트되면 이물질이 존재하는 것으로 판단하고,
    상기 미리 설정된 전류값을 초과하는 상기 핑 신호에 대하여 감지된 입력 전류는 상기 핑 신호에 인가된 전류가 무선 전력 송신 장치의 표면에 머무를 때 상기 전류 센서에 의하여 감지되는
    무선 전력 송신 장치.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는, 이물질이 존재하는 것으로 판단되는 경우 이물질 검출 안내부에게 알람 메시지를 전송하는 것으로 설정되는 무선 전력 송신 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는, 이물질이 존재하는 것으로 판단되는 경우 핑 신호의 출력 또는 전력의 전송을 멈추도록 상기 인버터를 제어하는 무선 전력 송신 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 인버터는 하프 브릿지 인버터(half-bridge inverter) 또는 풀 브릿지 인버터(full-bridge inverter)인 무선 전력 송신 장치.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 공진 회로는 적어도 하나의 일차 코일 및 캐패시터를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
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