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KR102721502B1 - 이물질을 검출하는 무선 전력 시스템들 - Google Patents

이물질을 검출하는 무선 전력 시스템들 Download PDF

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KR102721502B1
KR102721502B1 KR1020237021215A KR20237021215A KR102721502B1 KR 102721502 B1 KR102721502 B1 KR 102721502B1 KR 1020237021215 A KR1020237021215 A KR 1020237021215A KR 20237021215 A KR20237021215 A KR 20237021215A KR 102721502 B1 KR102721502 B1 KR 102721502B1
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KR
South Korea
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wireless power
quality factor
power transmitter
ringing signal
transmitting coil
Prior art date
Application number
KR1020237021215A
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KR20230098367A (ko
Inventor
아담 엘. 슈와르츠
닐루파르 라쉬디 메흐라바디
호세인 세파흐반드
Original Assignee
애플 인크.
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Publication date
Application filed by 애플 인크. filed Critical 애플 인크.
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Publication of KR102721502B1 publication Critical patent/KR102721502B1/ko

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Abstract

혈관내 카테터와 함께 사용가능한 스프링 조립체는 관형 바디, 2개의 장착 표면들, 및 압축가능 프레임워크를 포함할 수 있다. 관형 바디는 종축을 따라 연장되고, 혈관구조를 횡단하도록 크기가 정해진다. 각각의 장착 표면은 실질적으로 평면인 전기 회로와 치합하도록 구성될 수 있고, 종축에 수직인 각자의 평면에서 각각 관형 바디에 위치된다. 장착 표면들은 서로를 향해 반대 방향으로 대향한다. 압축가능 프레임워크는 제1 장착 표면과 제2 장착 표면 사이에서 연장된다. 스프링 조립체는 페어 장착 표면들에 장착된 한 쌍의 전기 회로들을 추가로 포함할 수 있다. 각각의 전기 회로는, 한 쌍의 전기 회로들이 거리 변환기가 되도록 유도 코일을 포함할 수 있다. 한 쌍의 전기 회로들 사이의 거리의 변화는 압축가능 프레임워크가 압축되고/되거나 구부러질 때 검출될 수 있다.

Description

이물질을 검출하는 무선 전력 시스템들{WIRELESS POWER SYSTEMS WITH FOREIGN OBJECT DETECTION}
본 출원은 2020년 12월 2일자로 출원된 미국 특허 출원 제17/109,793호, 2019년 12월 3일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/943,043호, 및 2020년 4월 20일자로 출원된 미국 가특허 출원 제63/012,813호에 대한 우선권을 주장하며, 이들은 그 전체가 본 명세서에 참조로서 포함된다.
기술분야
본 출원은 일반적으로 전력 시스템들에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 전자 디바이스들을 충전하기 위한 무선 전력 시스템들에 관한 것이다.
무선 충전 시스템에서, 충전 매트와 같은 무선 전력 송신 디바이스는 휴대용 전자 디바이스와 같은 무선 전력 수신 디바이스로 전력을 무선으로 송신한다. 무선 전력 송신 디바이스는 무선 전력 수신 디바이스로 무선 전력 신호들을 송신하기 위해 무선 전력 송신 코일을 사용한다. 무선 전력 수신 디바이스는 코일 및 정류기 회로부를 갖는다. 무선 전력 수신 디바이스의 코일은 무선 전력 송신 디바이스로부터 교류 무선 전력 신호들을 수신한다. 정류기 회로부는 수신된 신호들을 직류 전력으로 변환한다.
무선 전력 송신 디바이스에 의해 송신되는 전력이 무선 전력 수신 디바이스에 의해 얼마나 수신되는지 또는 수신되지 않는지를 이해하는 것이 바람직하다.
일부 실시예들에서, 무선 전력 송신 디바이스는, 무선 전력 송신 코일 부근에 외부 물체가 존재하는지 여부를 결정한다. 외부 물체는 동전 또는 종이 클립과 같은 이물질(foreign object, FO)일 수 있거나, 무선 전력 수신 디바이스일 수 있다. 이물질이 검출되는 경우, 무선 전력 송신을 보류하는 것과 같은 적합한 액션(action)이 취해질 수 있다.
일부 실시예들에서, 외부 물체들은 품질 인자 측정(quality-factor measurement)들을 사용하여 검출될 수 있다. 외부 물체가 존재하는지 여부를 결정하기 위해, 현재 품질 인자 측정들이 기준 품질 측정과 비교된다. 이물질들과 무선 전력 수신 디바이스들 사이를 분별하기 위해 무선 통신들이 사용될 수 있다.
품질 인자 측정들은, 무선 전력 송신 코일에 임펄스(impulse)를 인가하고 코일 내의 임펄스 응답과 연관된 감쇠 엔벨로프(decay envelope)를 측정함으로써 또는 무선 전력 송신 코일의 임피던스(impedance)를 직접 측정하고 측정된 임피던스로부터 현재 품질 인자를 결정함으로써 이루어질 수 있다. 품질 인자 측정들은 주파수 및 코일 저항 측정들에 기초한 보상 인자들 및 온도 측정들을 사용하여 노후화 및 온도 영향들에 대해 보상될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 예시적인 무선 전력 시스템의 개략도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 예시적인 무선 전력 시스템의 회로도이다.
도 3은 일 실시예에 따른, 코일에 대한 품질 인자값을 측정하기 위해 분석될 수 있는 무선 전력 송신 코일의 임펄스 응답을 도시하는 그래프이다.
도 4는 일 실시예에 따른, 품질 인자 측정들을 행하는 데 사용될 수 있는 회로부를 도시하는 예시적인 무선 전력 송신기의 회로도이다.
도 5는 일 실시예에 따른, 임피던스 측정들에 기초하여 코일 품질 인자와 같은 파라미터들을 결정하는 데 사용될 수 있는 방정식들을 나타낸다.
도 6은 일 실시예에 따른, 보상된 품질 인자값을 결정하기 위해 현재 품질 인자 측정에 적용될 수 있는 보상 인자들을 나타내는 방정식이다.
도 7 및 도 8은 실시예들에 따른, 무선 전력 시스템을 사용하는 것에 수반되는 예시적인 동작들을 도시하는 도면들이다.
도 9는 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 회로의 임펄스 응답을 나타내는 그래프이다.
도 10은 일 실시예에 따른, 품질 인자의 변화가 코일 저항의 함수로서 도식화된 그래프이다.
무선 전력 시스템은 무선 충전 매트와 같은 무선 전력 송신 디바이스를 포함한다. 무선 전력 송신 디바이스는 무선 전력 수신 디바이스에 전력을 무선으로 송신한다. 무선 전력 수신 디바이스는 손목 시계, 셀룰러 전화기, 태블릿 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 또는 다른 전자 장비와 같은 디바이스일 수 있다. 무선 전력 수신 디바이스는 디바이스에 전력을 공급하기 위해 그리고 내부 배터리를 충전하기 위해 무선 전력 송신 디바이스로부터의 전력을 사용한다.
무선 전력은 하나 이상의 무선 전력 송신 코일들을 사용하여 무선 전력 송신 디바이스로부터 무선 전력 수신 디바이스로 송신된다. 무선 전력 수신 디바이스는 수신된 무선 전력 신호들을 직류 전력으로 변환하는 정류기 회로부에 결합된 하나 이상의 무선 전력 수신 코일들을 갖는다.
종이 클립, 동전, 또는 다른 금속성 물체와 같은 이물질이 무선 전력 송신 디바이스의 무선 전력 송신 코일 근처에 존재하는 경우, 이물질의 온도를 상승시킬 수 있는 이물질 내의 와전류가 생성될 위험이 있을 수 있다. 종이 클립 또는 동전과 같은 이물질이 무선 전력 송신 디바이스 부근에 존재하는지 여부를 결정하기 위해, 무선 전력 송신 디바이스는 무선 전력 송신 코일의 품질 인자를 측정하고 품질 인자가 이물질의 존재에 의해 영향을 받았는지 여부를 결정한다. 이물질들이 존재하는지 여부를 검출함으로써, 적합한 액션이 취해질 수 있다(예컨대, 무선 전력 송신 디바이스는, 이물질이 검출될 때마다, 무선 전력 전달 동작들을 보류할 수 있다).
예시적인 무선 전력 시스템(무선 충전 시스템)이 도 1에 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 무선 전력 시스템(8)은 무선 전력 송신 디바이스(12)와 같은 무선 전력 송신 디바이스를 포함하고, 무선 전력 수신 디바이스(24)와 같은 무선 전력 수신 디바이스를 포함한다. 무선 전력 송신 디바이스(12)는 제어 회로부(16)를 포함한다. 무선 전력 수신 디바이스(24)는 제어 회로부(30)를 포함한다. 제어 회로부(16) 및 제어 회로부(30)와 같은 시스템(8) 내의 제어 회로부는 시스템(8)의 동작을 제어하는 데 사용된다. 이 제어 회로부는 마이크로프로세서, 전력 관리 유닛, 기저대역 프로세서, 디지털 신호 프로세서, 마이크로제어기, 및/또는 프로세싱 회로를 갖는 주문형 집적 회로와 연관된 프로세싱 회로부를 포함할 수 있다. 프로세싱 회로부는 디바이스들(12 및 24) 내의 원하는 제어 및 통신 특징부들을 구현한다. 예를 들어, 프로세싱 회로부는, 코일들을 선택하고, 전력 송신 레벨들을 결정하고, 이물질들을 검출하고 다른 태스크들을 수행하기 위해 센서 데이터 및 다른 데이터를 프로세싱하고, 사용자 입력을 프로세싱하고, 디바이스들(12 및 24) 사이의 협상들을 처리하고, 대역내 및 대역외 데이터를 전송 및 수신하고, 측정들을 수행하고, 시스템(8)의 동작을 다른 방식으로 제어하는 데 사용될 수 있다.
시스템(8) 내의 제어 회로부는 하드웨어(예를 들어, 전용 하드웨어 또는 회로부), 펌웨어, 및/또는 소프트웨어를 사용하여 시스템(8)에서 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다. 시스템(8)에서 동작들을 수행하기 위한 소프트웨어 코드는 제어 회로부(8) 내의 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체들(예를 들어, 유형의(tangible) 컴퓨터 판독가능 저장 매체들) 상에 저장된다. 소프트웨어 코드는 때때로 소프트웨어, 데이터, 프로그램 명령어들, 명령어들, 또는 코드로 지칭될 수 있다. 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체들은 비휘발성 랜덤-액세스 메모리(NVRAM)와 같은 비휘발성 메모리, 하나 이상의 하드 드라이브들(예를 들어, 자기 드라이브들 또는 솔리드 스테이트 드라이브들), 하나 이상의 탈착가능 플래시 드라이브들 또는 다른 탈착가능 매체들 등을 포함할 수 있다. 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체들 상에 저장된 소프트웨어는 제어 회로부(16 및/또는 30)의 프로세싱 회로부 상에서 실행될 수 있다. 프로세싱 회로부는 프로세싱 회로부, 하나 이상의 마이크로프로세서들, 중앙 프로세싱 유닛(CPU) 또는 다른 프로세싱 회로부를 갖는 주문형 집적 회로들을 포함할 수 있다.
전력 송신 디바이스(12)는 독립형 전력 어댑터(예를 들어, 전력 어댑터 회로부를 포함하는 무선 충전 매트 또는 충전 퍽(charging puck))일 수 있거나, 케이블에 의해 전력 어댑터 또는 다른 장비에 결합되는 무선 충전 매트 또는 퍽일 수 있거나, 휴대용 디바이스일 수 있거나, 가구, 차량, 또는 다른 시스템에 통합된 장비일 수 있거나, 탈착가능 배터리 케이스일 수 있거나, 또는 다른 무선 전력 전달 장비일 수 있다. 무선 전력 송신 디바이스(12)가 무선 충전 매트인 예시적인 구성들은 때때로 본 명세서에서 일 예로서 설명된다.
전력 수신 디바이스(24)는 손목시계, 셀룰러 전화기, 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 이어버드와 같은 액세서리, 또는 다른 전자 장비와 같은 휴대용 전자 디바이스일 수 있다. 전력 송신 디바이스(12)는 벽 콘센트(예를 들어, 교류 전원)에 결합될 수 있고, 전력을 공급하기 위한 배터리를 가질 수 있고, 그리고/또는 다른 전원을 가질 수 있다. 전력 송신 디바이스(12)는 벽 콘센트 또는 다른 전원으로부터의 AC 전력을 DC 전력으로 변환하기 위한 교류(AC)-직류(DC) 전력 변환기, 예컨대 AC-DC 전력 변환기(14)를 가질 수 있다. DC 전력은 제어 회로부(16)에 전력을 공급하기 위해 사용될 수 있다. 동작 동안, 제어 회로부(16) 내의 제어기는 무선 전력을 디바이스(24)의 전력 수신 회로부(54)에 송신하기 위해 전력 송신 회로부(52)를 사용한다. 전력 송신 회로부(52)는 무선 전력 송신 코일(들)(36)과 같은 하나 이상의 무선 전력 송신 코일을 통해 AC 전류 신호들을 생성하기 위하여 제어 회로부(16)에 의해 제공되는 제어 신호들에 기초하여 턴 온/턴 오프되는 스위칭 회로부(예를 들면, 트랜지스터들로 형성된 인버터 회로부(61))를 가질 수 있다. 이러한 코일 구동 신호들은 코일(들)(36)이 무선 전력을 송신하게 한다. 다수의 코일들(36)은 (예를 들어, 디바이스(12)가 무선 충전 매트인 구성들에서) 평면 코일 어레이로 배열될 수 있거나, (예를 들어, 디바이스(12)가 무선 충전 퍽인 구성들에서) 코일들의 클러스터를 형성하도록 배열될 수 있다. 일부 배열들에서, 디바이스(12)(예를 들어, 충전 매트, 퍽 등)는 단일 코일만을 가질 수 있다. 다른 배열들에서, 무선 충전 디바이스는 다수의 코일들(예를 들어, 2개 이상의 코일들, 5 내지 10개의 코일들, 적어도 10개의 코일들, 10 내지 30개의 코일들, 35개 미만의 코일들, 25개 미만의 코일들, 또는 다른 적합한 수의 코일들)을 가질 수 있다.
AC 전류들이 하나 이상의 코일들(36)을 통과함에 따라, 교류 전자기(예를 들어, 자기)장들(무선 전력 신호들(44))이 생성되며, 이들은 전력 수신 디바이스(24) 내의 코일(들)(48)과 같은 하나 이상의 대응하는 수신기 코일들에 의해 수신된다. 디바이스(24)는 단일 코일(48), 적어도 2개의 코일들(48), 적어도 3개의 코일들(48), 적어도 4개의 코일들(48), 또는 다른 적합한 수의 코일들(48)을 가질 수 있다. 교류 전자기장들이 코일(들)(48)에 의해 수신될 때, 대응하는 교류 전류들이 코일(들)(48)에 유도된다. 무선 전력을 송신하는 데 사용되는 AC 신호들은 임의의 적합한 주파수(예를 들면, 100 내지 250 ㎑ 등)를 가질 수 있다. 브리지 네트워크 내에 배열된 동기 정류 금속 산화물 반도체 트랜지스터들과 같은 정류 컴포넌트들을 포함하는 정류기 회로부(50)와 같은 정류기 회로부는 하나 이상의 코일들(48)로부터의 수신된 AC 신호들(전자기 신호들(44)과 연관된 수신된 교류 신호들)을 디바이스(24)에 전력을 공급하기 위한 DC 전압 신호들로 변환한다.
정류기 회로부(50)에 의해 생성된 DC 전압(때때로 정류기 출력 전압 Vrect로 지칭됨)은 배터리(58)와 같은 배터리를 충전하는 데 사용될 수 있고 디바이스(24) 내의 다른 컴포넌트들에 전력을 공급하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 디바이스(24)는 입출력 디바이스들(56)을 포함할 수 있다. 입력-출력 디바이스들(56)은 사용자 입력을 수집하고 그리고/또는 환경 측정들을 수행하기 위한 입력 디바이스들을 포함할 수 있고, 사용자에게 출력을 제공하기 위한 출력 디바이스들을 포함할 수 있다. 일 예로서, 입력-출력 디바이스들(56)은 시각적 출력을 생성하기 위한 디스플레이, 오디오 신호들로서 출력을 제시하기 위한 스피커, 사용자에게 상태 정보 및/또는 다른 정보를 제공하는 광을 방출하기 위한 발광 다이오드 상태 표시등들 및 다른 발광 컴포넌트들, 진동들 및 다른 햅틱 출력을 생성하기 위한 햅틱 디바이스들, 및/또는 다른 출력 디바이스들을 포함할 수 있다. 입력-출력 디바이스들(56)은 또한, 사용자로부터의 입력을 수집하고 그리고/또는 시스템(8)의 주변들의 측정들을 수행하기 위한 센서들을 포함할 수 있다. 입출력 디바이스들(56)에 포함될 수 있는 예시적인 센서들은 3차원 센서들(예를 들면, 광 빔들을 방출하고 타깃이 광 빔들에 의해 조명될 때 생성되는 광 스폿들로부터 3차원 이미지들에 대한 이미지 데이터를 수집하기 위해 2차원 디지털 이미지 센서들을 사용하는 구조화된 광 센서들과 같은 3차원 이미지 센서들, 양안 이미징 장치 내의 2개 이상의 카메라를 사용하여 3차원 이미지들을 수집하는 양안 3차원 이미지 센서들, 3차원 LiDAR(light detection and ranging) 센서들, 3차원 라디오 주파수 센서들, 또는 3차원 이미지 데이터를 수집하는 다른 센서들), 카메라들(예를 들면, 각자의 적외선 및/또는 가시 디지털 이미지 센서들을 갖는 적외선 및/또는 가시 카메라들 및/또는 자외선 광 카메라들), 시선 추적 센서들(예를 들면, 이미지 센서에 기초한 시선 추적 시스템, 및 원하는 경우, 사용자의 눈들로부터 반사된 후에 이미지 센서를 사용하여 추적되는 하나 이상의 광 빔들을 방출하는 광원), 터치 센서들, 버튼들, 용량성 근접 센서들, 광-기반(광학) 근접 센서들, 예컨대 적외선 근접 센서들, 다른 근접 센서들, 힘 센서들, 스위치들에 기초한 접촉 센서들과 같은 센서들, 가스 센서들, 압력 센서들, 수분 센서들, 자기 센서들, 오디오 센서들(마이크로폰들), 주변광 센서들, (예를 들면, 광을 방출하고 반사된 광을 측정함으로써) 타깃 물체들에 대해 스펙트럼 측정 및 다른 측정을 수행하기 위한 광학 센서들, 음성 커맨드들 및 다른 오디오 입력을 수집하기 위한 마이크로폰들, 거리 센서들, 모션, 위치, 및/또는 배향에 관한 정보를 수집하도록 구성되는 모션, 위치, 및/또는 배향 센서들(예를 들면, 가속도계들, 자이로스코프들, 나침반들, 및/또는 이들 센서 전부 또는 이들 센서 중 하나 또는 둘의 서브세트를 포함하는 관성 측정 유닛들), 버튼 누르기 입력을 검출하는 버튼들과 같은 센서들, 조이스틱 움직임을 검출하는 센서들을 갖는 조이스틱들, 키보드들, 및/또는 다른 센서들을 포함한다. 디바이스(12)는 하나 이상의 입출력 디바이스(70)(예를 들면, 입출력 디바이스들(56)과 관련하여 기술된 유형의 입력 디바이스들 및/또는 출력 디바이스들)를 가질 수 있다.
디바이스(12) 및/또는 디바이스(24)는 대역내 또는 대역외 통신들을 사용하여 무선으로 통신할 수 있다. 디바이스(12)는, 예를 들어, 안테나를 사용하여 무선으로 대역외 신호들을 디바이스(24)로 송신하는 무선 트랜시버 회로부(40)를 가질 수 있다. 무선 트랜시버 회로부(40)는 안테나를 사용하여 무선으로 디바이스(24)로부터 대역외 신호들을 수신하는 데 사용될 수 있다. 디바이스(24)는 대역외 신호들을 디바이스(12)로 송신하는 무선 트랜시버 회로부(46)를 가질 수 있다. 무선 트랜시버(46) 내의 수신기 회로부는 안테나를 사용하여 디바이스(12)로부터 대역외 신호들을 수신할 수 있다. 디바이스들(12 및 24) 사이의 대역내 송신들은 코일들(36 및 48)을 사용하여 수행될 수 있다. 하나의 예시적인 구성에서, 주파수-시프트 키잉(frequency-shift keying, FSK)은 디바이스(12)로부터 디바이스(24)로 대역내 데이터를 전달하기 위해 사용되고, 진폭-시프트 키잉(amplitude-shift keying, ASK)은 디바이스(24)로부터 디바이스(12)로 대역내 데이터를 전달하기 위해 사용된다. 이러한 FSK 및 ASK 송신 동안 전력이 디바이스(12)로부터 디바이스(24)로 무선으로 전달될 수 있다.
전력 송신 디바이스(12) 및 전력 수신 디바이스(24)가 무선 전력 전달을 제어하기 위해 수신 전력, 배터리 충전 상태들 등과 같은 정보를 통신할 수 있는 것이 바람직하다. 그러나, 위에서 설명된 기술은 기능하기 위해 개인 식별가능 정보의 송신을 수반할 필요가 없다. 예방 차원에서, 이러한 충전 기술의 임의의 구현이 개인 식별가능 정보의 사용을 수반하는 한, 구현자들이 일반적으로 사용자들의 프라이버시를 유지하기 위한 업계 또는 정부 요구사항들을 충족시키거나 초과하는 것으로 인식되는 프라이버시 정책들 및 관례들을 따라야 한다는 것을 유의한다. 특히, 개인 식별가능 정보 데이터는 의도하지 않은 또는 인가되지 않은 액세스 또는 사용의 위험성들을 최소화하도록 관리되고 처리되어야 하며, 인가된 사용의 성질은 사용자들에게 명확히 표시되어야 한다.
제어 회로부(16)는 디바이스(12)의 하우징의 충전 표면 상에 외부 물체들이 존재하는지 여부를 검출하기 위해(예를 들어, 충전 매트의 상부 상의 물체들을 검출하기 위해, 또는 원하는 경우, 충전 퍽의 결합 표면에 인접한 물체들을 검출하기 위해) 사용될 수 있는 외부 물체 측정 회로부(41)를 갖는다. 디바이스(12)의 하우징은 디바이스(12)의 코일들(36) 및 다른 회로부를 둘러싸는 중합체 벽들, 다른 유전체의 벽들, 금속 구조물들, 패브릭, 및/또는 다른 하우징 벽 구조물들을 가질 수 있다. 충전 표면은 디바이스(12)의 상부 하우징 벽의 평면 외측 표면 또는 다른 형상들(예를 들면, 오목, 볼록 등)을 갖는 외부 표면일 수 있다. 회로부(41)는 코일들, 종이 클립들, 및 다른 금속성 물체들과 같은 이물질들을 검출할 수 있고, 무선 전력 수신 디바이스들(24)의 존재를 검출할 수 있다(예를 들어, 회로부(41)는 하나 이상의 코일들(48)의 존재를 검출할 수 있다). 물체 검출 및 특성화 동작들 동안, 외부 물체 측정 회로부(41)는 디바이스(12) 상에 임의의 디바이스들(24)이 존재하는지 여부를 결정하기 위해 코일들(36)에 대해 및/또는 디바이스(12) 내의 선택적인 이물질 검출 코일들과 같은 다른 코일들에 대해 측정을 수행하는 데 사용될 수 있다.
예시적인 배열에서, 제어 회로부(16)의 측정 회로부(41)는 제어 신호들을 인버터(61)에 공급하는 펄스 발생기와 같은 신호 생성기 회로부를 포함한다. 이러한 제어 신호들은 임펄스 응답들이 회로부(41)에 의해(예를 들면, 전압 센서, 아날로그 전압 측정치들을 디지털 전압 측정치들로 변환하도록 구성된 아날로그-디지털 변환기, 및/또는 다른 감지 회로부를 사용하여) 측정될 수 있도록 인버터(61)로 하여금 임펄스들을 생성하게 한다. 측정 회로부는 또한, 교류 소스들 및 코일(36)에 대해 측정을 수행하기 위한 다른 회로부를 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 이물질이 존재하는지 여부를 결정하기 위해 코일(36)에 대해 품질 인자 측정이 수행된다. 예를 들어, 직접적인 임피던스 측정들 및/또는 임펄스 응답들이 코일(36)에 대한 품질 인자(Q-인자) 측정들을 행하기 위해 분석될 수 있다. 코일(36)의 Q-인자의 측정들(기준값으로부터의 Q-인자값의 변화들의 측정들을 포함함)은 디바이스(12)로부터 디바이스(24)로 무선 전력을 송신하기 전과 같은 임의의 적합한 시간에 수행될 수 있다. Q-인자값이 임계량을 초과하여 벗어나고 Q-인자 편향을 유발하는 물체가 후속 디지털 핑에 응답하지 않는 경우, 디바이스(12)는 코일(36) 상에 이물질이 존재한다고 결론지을 수 있고 무선 전력 송신을 보류하고/하거나 (예를 들어, 이물질이 검출되지 않을 시에 허용되는 레벨보다 더 낮은 제한된 레벨에서 전력을 송신함으로써, 전력 송신을 중단함으로써, 기타 등등에 의해) 다른 적합한 액션을 취할 수 있다.
도 2는 코일(36)의 Q-인자(Q)를 측정할 수 있는 시스템(8)의 예시적인 회로부를 도시한다. 도 2의 무선 전력 회로부는 무선 전력 송신 디바이스(12) 내의 무선 전력 송신 회로부(52) 및 무선 전력 수신 디바이스(24) 내의 무선 전력 수신 회로부(54)를 포함한다. 동작 동안, 무선 전력 신호들(44)이 무선 전력 송신 회로부(52)에 의해 송신되고 무선 전력 수신 회로부(54)에 의해 수신된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신 회로부(52)는 인버터 회로부(61)를 포함한다.
인버터 회로부(인버터)(61)는 신호들을 코일(36)에 제공하는 데 사용될 수 있다. 무선 전력 송신 동안, 디바이스(12)의 제어 회로부는 인버터(61)로 하여금 교류 구동 신호들을 코일(36)에 공급하게 하는 신호들을 인버터 회로부(61)의 제어 입력(82)에 공급한다. 커패시터(70)와 같은 회로 컴포넌트들은 도 2에 도시된 바와 같이 코일(36)과 직렬로 결합될 수 있다. 교류 전류 신호들이 코일(36)에 공급될 때, 대응하는 교류 전자기 신호들(무선 전력 신호들(44))이 무선 전력 수신 회로부(54) 내의 예시적인 코일(48)과 같은 인근 코일들로 송신된다. 이는 코일(48)에 대응하는 교류(AC) 전류 신호를 유도한다. 커패시터들(72)과 같은 커패시터들은 코일(48)과 직렬로 결합될 수 있다. 정류기(50)는 코일(48)로부터 AC 전류를 수신하고, 출력 단자들(76)에서 대응하는 직류 전력(예를 들면, 직류 전압(Vrect))을 생성한다. 이러한 전력은 부하에 전력을 공급하는 데 사용될 수 있다.
디바이스(12)는 코일(36) 상의 신호들을 모니터링하기 위한 측정 회로부를 가질 수 있다 이러한 회로부는, 예를 들어, 전압 센서(90)(예를 들어, 아날로그-디지털 변환기에 결합되고/되거나 이의 일부로서 형성되는 전압 감지 회로 등)를 포함할 수 있다. 전류-소스(92) 및/또는 인버터(61)가 또한, 이물질 검출(foreign object detection, FOD) 동작들 동안 (예를 들어, 코일(36)에 대해 Q가 측정될 수 있도록) 코일(36)에 신호들을 공급하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, Q-인자 측정들은 AC 전류 소스에 의한 코일(36)의 임피던스의 직접적인 측정을 사용하여 이루어진다. Q의 측정들은 무선 전력 수신 디바이스(24)의 존재 시에 그리고 임의의 무선 전력 수신 디바이스들의 부재 시에 이루어질 수 있다(예를 들어, 디바이스(24)가 존재하지 않을 때, 주기적인 프리-에어(free-air) Q 측정들이 이루어질 수 있음). 그것의 프리-에어 값으로부터의 Q의 변화들을 모니터링함으로써, 이물질의 존재가 검출될 수 있고, 적절한 액션이 취해질 수 있다.
제1의 예시적인 Q-인자 측정 배열로, 디바이스(12)의 제어 회로부가 인버터(61)로 하여금 코일(36)에 신호 펄스들을 제공하게 하고, 전압 센서(90)와 같은 측정 회로부가 대응하는 임펄스 응답들을 측정하는 데 사용된다. 도 2의 회로에서의 공진으로 인해, 코일(36)에 신호 펄스를 인가함으로써 도 3의 감쇠 엔벨로프(94)와 같은 감쇠 엔벨로프를 갖는 링잉 신호(ringing signal)가 생성된다. 감쇠 엔벨로프는 e-tπfr/Q에 의해 주어지는 특성을 갖는데, 여기서 fr은 링잉 신호의 주파수이다. fr 및 감쇠 엔벨로프(94)를 측정함으로써, Q의 값이 결정될 수 있다.
원하는 경우, 도 2의 커패시터(70)가 조정가능한 커패시터 배열들(예를 들어, 공진 회로에서 커패시턴스 값을 조정하여 이에 의해 공진 주파수를 조정하도록 제어 회로부(16)의 제어 하에서 사용되도록 선택적으로 스위칭될 수 있는 스위칭 회로부 및 다수의 커패시터들을 갖는 커패시터 회로)을 사용하여 구현될 수 있다. 커패시터(70)가 선택가능한 값을 갖는 배열들에서, 제1 값(예를 들어, C1)은 (도 3과 관련하여 설명된 바와 같은) Q를 결정하기 위해 무선 전력 송신 회로부의 임펄스 응답이 측정되고 있을 때 사용될 수 있으며, 제2 값(예를 들어, C2)은 무선 전력 송신 회로부가 무선 전력 신호들(44)을 송신하고 있을 때 사용될 수 있다.
제2의 예시적인 Q-인자 측정 배열로, Q의 값은 코일(36)의 임피던스의 직접적인 측정으로부터 획득된다. 도 4는 기생 저항(R)이 공진 회로와 어떻게 연관될 수 있는지를 도시하는, 도 2의 무선 전력 송신 회로부 및 측정 회로부의 회로도이다. 직접적인 임피던스 측정 접근법에 의해, 작은 전류가 전류 소스(92)로부터 코일(36)로 주입되면서, 전압 센서(90)를 사용하여 전압 측정들이 이루어진다. 주입되는 전류의 크기는, 큰 전력 전계 효과 트랜지스터들을 사용하지 않으면서 전류가 주입될 수 있도록 하기에 충분히 낮을 수 있다. 전류는, 예를 들어, 125 ㎑, 125 ㎑ 초과, 또는 125 ㎑ 미만, 또는 다른 적합한 주파수(예를 들어, 무선 전력 송신 회로와 연관된 공진 주파수와 독립적으로 선택될 수 있는 주파수)와 같은 주파수에서의 교류(AC) 전류일 수 있다. 이어서, 코일(36)의 복소 임피던스가 이러한 주파수에서 결정되고, Q의 값이 측정된 임피던스의 각도 θ로부터 인버팅된다. 도 5는 복소 임피던스의 각도 및 직접적인 임피던스 측정으로부터 계산될 수 있는 인덕턴스(inductance) L 및 저항 R(AC 임피던스의 실제 부분)의 선택적인 값들로부터 Q(코일 Q-인자)를 결정하는 것과 연관된 방정식들을 나타낸다. 도 5의 방정식들에서, I는 주입된 AC 전류이고, V는 전압 센서(90)에 의해 측정된 결과 전압이다.
디바이스(12)의 측정 회로부(41)는 제조하는 동안 보정될 수 있다. 예를 들어, 디바이스(12)가 제조되고 있을 때 (제1의 예시적인 Q-인자 측정 배열, 제2의 예시적인 Q-인자 측정 배열 및/또는 추가적인 Q-인자 측정 기법들을 사용하여) 초기에 측정되는 Q-인자의 값(Q0)은 추후 사용을 위한 기준값으로서 디바이스(12)에 저장될 수 있다. 원하는 경우, 각각의 디바이스(12)가 Q의 대응하는 개별 기준값으로 개별적으로 보정되도록, 디바이스-특정 보정 동작들이 수행될 수 있다. 디바이스(12)가 현장에서 동작될 때, 디바이스(12)는 Q의 현재 값을 측정할 수 있고, Q의 이러한 측정된 값을 공장에서부터의 Q0의 저장된 기준값과 비교할 수 있다. 이러한 방식으로, 이물질 또는 다른 외부 물체가 디바이스(12)의 충전 표면 상에 존재하는지 여부를 나타내는, Q의 변화량이 결정될 수 있다.
원하는 경우, 보상 기법들이 온도, 노후화의 영향들과, Q의 드리프트(drift)를 유도할 수 있는 다른 영향들을 보상하기 위해 사용될 수 있다. 온도 변화들은 코일(36)과 같은 컴포넌트들의 기생 저항에 영향을 미칠 수 있다. 코일 인덕턴스 L은 또한 온도에 종속할 수 있다. 주파수 변화들 및 노후화 영향들(예를 들어, 기계적 마모)이 컴포넌트 값들에 그리고 따라서 Q의 측정된 값에도 영향을 미칠 수 있다. Q를 Q0에 비교할 때 이들 영향들을 보상하는 것은 이물질 검출 측정들의 정확도를 향상시키는 것을 도울 수 있다.
(예를 들어, 제조하는 동안 초기에) 보정 동안 측정되는 기준 Q-인자의 값(Q0) 및 공진 주파수 ω의 값(2πfr)은 방정식들(1, 2)에 의해 주어진다.
Q0 = ω0L0/R0(ω0) (1)
ω0 = 1/(L0C)1/2 (2)
실행 시간에 측정되는 Q 및 ω(그리고 L 및 R)의 값들(때때로 현재 Q, 현재 ω, 현재 L 및 현재 R로 지칭됨)은, 각각, 방정식들(3, 4, 5, 6)의 QFO, ω FO, L FO, 및 RFO로 주어진다.
QFO = ωFOLFO/RFO(ωFO) (3)
ωFO = 1/(LF0C)1/2 (4)
LFO = L0 + ΔLFO (5)
RFO = R0 + ΔRFO (6)
보상 동작들 동안, 디바이스(12)의 현재 온도 T가 디바이스(12)의 온도 센서(60)를 사용하여 측정된다(예를 들어, 도 1 참조). 제조하는 동안 보정 측정들 동안에 측정되는 온도 T0로부터의 온도 변화 ΔT는 방정식(7)에 의해 주어진다.
ΔT=T-T0 (7)
도 6의 방정식은, Q의 보상된 값(예를 들어, Qcomp 값)이 하나 이상의 보상 인자들에 기초하여 현재 측정된 Q-인자(도 6의 방정식의 Q')의 함수로서 어떻게 결정될 수 있는지를 나타낸다.
제1의 예시적인 보상 인자는 주파수 보상을 수반한다. 도 6의 방정식에 나타낸 바와 같이, 제조하는 동안의 Q0의 측정 동안의 공진 주파수에 대한 Q'의 측정 동안의 공진 주파수의 변화들을 보상하기 위해, Q'에 보상 인자(ω0/ω)가 곱해질 수 있다.
제2의 예시적인 보상 인자는 인덕턴스 및 저항의 온도 종속성과 관련된다. 도 6의 방정식에 나타낸 바와 같이, Q'에는 보상 인자(1+κRΔT)/(1+κLΔT)가 곱해질 수 있으며, 여기서 κR은 저항성 온도 변화 계수이고 κL은 유도성 온도 변화 계수이다. 이들 온도 계수들의 값들은 디바이스(12)의 설계에 의해 영향을 받고, 원하는 경우, 제조하는 동안 무선 전력 송신 디바이스(12)의 하나 이상의 대표적인 유닛들에 대해 측정들을 수행함으로써 경험적으로 결정될 수 있다.
제3의 예시적인 보상 인자는 기준값들로부터의 코일(36)의 AC 저항 RAC 및 코일(36)의 DC 저항 RDC의 편이(shift)들을 보상하는 것을 수반한다. 이러한 저항 보상 기법에 의해, 품질 인자의 현재 값은 무선 전력 송신 코일(36)과 연관된 전체 (총) 유도 코일 저항의 보상된 값에 기초하여 보상된다. 코일(36)은 직류 및 교류 부분들을 갖는 전체 유도 코일 저항 값을 특징으로 한다. 보상하는 동작들 동안, 제어 회로부(16)는 초기에 측정되었던 전체 유도 코일 저항의 기준 직류 부분과 전체 코일 저항의 현재 교류 부분의 합으로부터 전체 유도 코일 저항의 보상되는 값을 계산함으로써 전체 유도 코일 저항의 변화들을 보상한다. 이어서, 이러한 보상되는 전체 유도 코일 저항 값은 보상되는 전체 유도 코일 저항을 사용하여 현재 품질 인자를 보상하는 데 사용된다.
도 6의 방정식에 나타낸 바와 같이, 저항-기반 보상 인자는 제조하는 동안 보정 측정들 동안에 획득되었던 측정된 기준 DC 저항(RDC, 0), 제조하는 동안 보정 측정들 동안에 획득되었던 기준 AC 저항(RAC), 및 제조하는 동안 보정 측정들 동안에 획득되었던 공진 주파수 ω(예를 들어, 100 ㎑ 당 50 m-Ω 또는 다른 적합한 값)에서의 변화들의 함수로서의 AC 저항 RAC에서의 변화의 계수인 값 η에 기초한다. 파라미터 Rmeas는 측정된 AC 저항 RAC 및 측정된 DC 저항 RDC의 합과 같다.
도 6의 예에서, 이러한 예시적인 보상 인자들 3개 모두가 측정된 Q' 값에 적용되었다(예를 들어, Qcomp는 주파수에서의 변화들 및 주파수-변화-유도 영향들 및 온도-변화-유도 영향들에 기초하여 Q'를 보상함으로써 결정되었다). 대체적으로, 이들 보상 기법들 중 하나 또는 둘이 사용될 수 있고/있거나 다른 보상 기법들이 측정된 온도, 공진 주파수 및/또는 다른 변수들에 기초하여 Q-인자 측정들을 보정하는 데 사용될 수 있다.
전술한 예에 제시된 바와 같이, 보상된 Q-인자값 Qcomp는 온도 및 주파수의 측정들에 기초하여 생성될 수 있다. 이어서, 이러한 값은 제조하는 동안 측정되고 추후 비교들 동안 사용하기 위해 디바이스(12)에 저장되었던 Q의 기준값과 비교될 수 있다. 원하는 경우, 보상 동작들은, Q의 현장내 측정된 값에 대해 보상 동작들을 수행하기보다는, 보상된 기준 Q를 생성하기 위해 기준 Q-인자값에 대해 수행될 수 있다. 보상 동작들이 기준 Q 값보다는 현장내 측정된 Q 값에 대해 수행되는 접근법들이 본 명세서에서 예로서 설명된다.
시스템(8)을 사용하여 이물질들을 검출하기 위한 예시적인 동작들의 흐름도가 도 7에 도시되어 있다. 이러한 실시예에서, 이물질이 검출되는 경우 전력 전달이 억제된다. 또한, 전력 전달 단계 동안 적절한 전력 전달 레벨들을 결정하는 데에 있어서 추가적인 정보로서 사용하기 위해 이물질의 검출을 단순히 플래깅(flagging)하는 것이 가능하다. 일례로서, 전력 전달 동작들 동안 사용되는 최대 전력 레벨은 이물질의 존재의 검출에 응답하여 최대 전력 레벨 아래인 미리결정된 레벨로 낮춰질 수 있다.
블록(100)의 동작들 동안, 디바이스(12)가 제1의 예시적인 Q-인자 측정 배열(예를 들어, 인버터(61)를 사용하여 임펄스를 인가하고 임펄스 응답의 엔벨로프(94)로부터 Q를 측정함) 또는 제2의 예시적인 Q-인자 측정 배열(예를 들어, AC 전류 소스(92)를 사용하여 코일(36)에 전류를 주입함으로써 수행되는 코일(36)의 직접적인 임피던스 측정으로부터 Q를 도출함)을 사용하여 Q의 현재 값을 측정한다. 이들 또는 다른 적합한 Q-인자 측정 기법들과 같은 기법들을 사용하는 Q의 측정은 때때로 저-전력 핑(low-power ping, LPP) 또는 아날로그 핑 동작으로 지칭될 수 있다.
블록(102)의 동작들 동안, Q의 변화의 값(예를 들어, Q-인자 편향 값 Qdefl)이 결정될 수 있다. 블록(102)의 동작들 동안, 도 6과 관련하여 설명된 보상 기법들과 같은 보상 기법들이 Q의 측정된 값을 보상하는 데 적용될 수 있거나, 제조하는 동안 디바이스(12)에 저장되었던 Q의 기준값(Q0)이 보상될 수 있다. Qdefl의 값은, 예로서, 방정식(8)을 사용하여 계산될 수 있다.
Qdefl = (Q0-Qcomp)/Q0 = 1-(Qcomp/Q0) (8)
방정식(8)의 예에서, Qdefl은 보상된 측정된 Q(Qcomp)와 기준 Q(Q0) 사이의 차 및 Qcomp와 Q0 사이의 비율에 적어도 부분적으로 기초하여 계산된다. 방정식(8)에 의해, Q의 현재 값이 기준 Q0에 비해 5%만큼 떨어지는 경우, Qdefl은 5%일 것이다. 대체적으로, Qdefl은 측정된 Q와 기준 Q 사이의 차에만 기초할 수 있고, 측정된 Q와 기준 Q 사이의 비율에만 기초할 수 있고, 측정된 Q와 기준 Q 사이의 차 및 측정된 Q와 기준 Q 사이의 비율 둘 모두에 기초할 수 있고, 그리고/또는 측정된 Q 및 기준 Q의 다른 함수들에 기초할 수 있다. Qdefl을 계산하는 데 사용되는 Q의 측정된 값은 온도, 주파수, 및 노후화 영향들에 대해 보상될 수 있고/있거나 Q의 기준값은 온도, 주파수 및 노후화 영향들에 대해 보상될 수 있는데, 이는 도 6의 보상 기법들과 관련하여 설명된 바와 같다.
블록(103)의 동작들 동안, 디바이스(12)의 제어 회로부가 Q가 확정되었는지 여부를 결정한다. Q가 (예를 들어, 측정들이 이루어지고 있을 때의 디바이스(12)의 충전 표면을 가로지르는 외부 물체의 이동으로 인해) 빠르게 변하는 경우, Qdefl의 값은 충분히 확정되지 않고, 동작들은 블록(100)으로 되돌아갈 수 있다. 이어서, 블록(100)의 동작들 동안 Q의 새로운 측정이 획득될 수 있다. Q가 확정되지 않은 한, 매 0.1s마다 (또는 다른 적합한 샘플링 레이트로) 이러한 방식으로 새로운 Q 측정이 획득될 수 있다. 일단 Qdefl의 연속적인 값들이 미리결정된 임계량(예를 들어, 1%) 미만으로 변하면, Q는 이물질이 존재하는지 여부를 결정하기 위해 Qdefl의 값의 분석을 허용하기에 충분히 확정되었다고 간주될 수 있고, 동작들이 블록(104)으로 진행할 수 있다.
블록(104)의 동작들 동안, 디바이스(12)가 Qdefl의 값을 미리결정된 임계값 TH(예를 들어, 3% 또는 다른 적합한 값)와 비교한다. Qdefl이 임계치를 초과하지 않는 경우(예를 들어, Q의 측정된 값이 기준 Q에 비해 3%를 초과하여 감소되지 않은 경우), 디바이스(12)는 외부 물체가 존재하지 않는다고(예를 들어, 무선 전력 수신 디바이스(24)가 존재하지 않고, 어떠한 동전들 또는 다른 이물질들도 존재하지 않는다고) 결론지을 수 있다. 이어서, 측정 동작들이 블록(100)에서 계속될 수 있다. 그러나, 블록(104)의 동작들 동안, Qdefl이 임계치를 초과한다고 결정되는 경우, 디바이스(12)는 측정된 Q가 기준 Q0에 비해 임계량을 초과하여 감소되었고(예를 들어, Q는 Q0보다 적어도 3% 더 낮음), 이에 따라 일부 유형의 외부 물체(동전과 같은 이물질 또는 무선 전력 수신 디바이스(24) 중 어느 하나)가 존재한다고 결론지을 수 있다. 이어서, 동작들은 이들 두 가지 가능성들 사이를 구별하기 위해 블록(106)으로 진행할 수 있다.
블록(106)의 동작들 동안, 디바이스(12)는 무선 전력 수신 디바이스(24)와 무선으로 통신하려고 시도할 수 있다. 예로서, 디바이스(12)는 무선 디지털 요청을 송신하기 위해 대역내 통신을 사용할 수 있다. 무선 디지털 요청은, 대역내 통신을 사용하여 대응하는 디지털 응답을 디바이스(12)에 무선으로 송신함으로써, 디바이스(24)가 그것의 존재를 확인응답하는 것을 요청하는 데 사용된다. 이러한 디지털 통신 요청 프로세스는 때때로 디지털 핑으로 지칭될 수 있다. 블록(108)의 동작들 동안, 디바이스(12)는, 디바이스(24)가 존재함을 나타내기 위한 디지털 핑에 대한 응답이 디바이스(24)로부터 수신되었는지 여부를 결정한다.
디바이스(24)가 디바이스(12)의 충전 표면 상에 존재하는 경우, 디바이스(24)는 무선 디지털 응답으로 디지털 핑에 응답할 것이다. 이러한 응답은 존재하는 디바이스(24)의 유형에 대응하는 디지털 식별자 등과 같은 정보를 포함할 수 있다. 블록(108)의 동작들 동안, 셀룰러 전화기, 손목 시계, 또는 다른 무선 전력 수신 디바이스(24)가 존재한다고 결정하는 것에 응답하여, 디바이스(12)는 (예를 들어, 블록(110)의 동작들 동안) 무선 전력 신호들(44)을 디바이스(24)에 송신할 것이다.
디바이스(24)가 디바이스(12)의 충전 표면 상에 존재하지 않는 경우, 디바이스(12)는 디바이스(24)로부터 어떠한 확인응답도 수신하지 않을 것이다. 블록(108)의 동작들 동안, 디바이스(24)가 존재하지 않는다고 결정하는 것에 응답하여, 디바이스(12)는 디바이스(12)의 충전 표면에 이물질이 존재한다고 결론지을 수 있고, 동작들은 블록들(112)로 진행할 수 있다.
블록들(112) 동안, 디바이스(12)는 Q를 모니터링하여, 존재하는 이물질이 제거되었을 때를 결정한다. 특히, Q는, 블록(100)의 Q 측정과 관련하여 설명된 바와 같이, 블록(114)의 동작들 동안 측정된다. 블록(116)에서 Qdefl의 값이 계산된다. 블록(118)의 동작들은 Qdefl을 임계치 TH 또는 다른 임계치와 비교하는 것을 수반한다. 이물질이 존재하는 경우, Qdefl은 임계치를 초과하는 값으로 남아 있을 것이고, 블록(114)에서 추가적인 측정들이 수행될 수 있다. 그러나, 이물질이 제거되는 경우, 프로세싱은 블록(100)으로 되돌아갈 것이고, 따라서 디바이스(12)는 디바이스(24)가 존재하는지 여부를 결정할 수 있고, 존재하는 경우, 디바이스(24)에 무선 전력을 전달하기 시작할 수 있다.
Qdefl을 결정하는데 있어서, 디바이스(12)는 제조하는 동안 획득되었고 미래의 사용을 위해 디바이스(12)에 저장되었던 Q의 기준값과 측정된 Q를 비교하는 것을 수행한다. 온도 변화, 주파수 변화, 코일 저항 변화, 및 다른 변화가 Q 기준에 영향을 미칠 수 있고, 따라서, 원하는 경우, Q 기준은 계속 업데이트될 수 있다. 예시적인 배열로, 디바이스(12)의 충전 표면에 외부 물체들이 존재하지 않는다고 결정될 때마다 새롭게 측정된 Q를 판독하는 것에 기초하여 Q 기준을 업데이트하는 데 필터가 사용된다. 예를 들어, 블록(104)의 동작들 동안, 디바이스(12)가 Qdefl이 임계치보다 크지 않다고 결정할 때마다, 디바이스(12)는, 충전 표면 상에 어떠한 이물질도 무선 전력 송신 디바이스도 존재하지 않는다고 결론지을 수 있다. 따라서, 디바이스(12)는, 블록(100)으로부터의 Q의 가장 최근의 측정치가, 사실상, Q 기준(예를 들어, 필터 입력으로서 사용될 수 있는 현재 Q 값)을 업데이트하는 데 적어도 부분적으로 사용될 수 있는 업데이트된 값이라고 결론지을 수 있다.
이러한 실시예에서, Q 기준의 업데이트된 값은, 이에 따라, Qdefl이 임계치 TH보다 더 크지 않다고 결정될 때마다, 도 7의 흐름도의 지점 P1에서 디바이스(12)에 저장될 수 있다. Q 기준을 업데이트하는데 있어서, Q의 현재 값(블록(100)에 가장 최근에 방문한 동안 측정됨)은 적합한 필터링 방식을 사용하여 (예를 들어, 가중된 과거(historical) 평균을 사용하여, 노이즈 데이터를 덜 강조하는 평균화 방식을 사용하여, 또는 다른 필터링 배열을 사용하여) Q 기준에 통합될 수 있다. 이러한 방식으로 현재 측정 데이터로 Q 기준을 업데이트함으로써, 기준 Q 값에 대한 노후화 영향들이 감소될 수 있다.
예시적인 구성으로, 디바이스(12)는 저역 통과 필터를 사용하여 측정된 Q의 현재 값으로 Q 기준을 업데이트한다. q[n]을 유효한 Q 편향 샘플이라고 하자. Q에 대한 저역 통과 필터의 예는 단극 필터이고(예를 들어, 방정식(9) 참조), 여기서 이고 1에 가깝다.
, (9)
다른 예는 방정식(10)에 제공된 슬라이딩 윈도우 평균이다.
(10)
이들 예들이 보여주는 바와 같이, 블록(100)으로부터의 현재 Q 측정 데이터를, 디바이스(12)에 보유되고 후속하여 Qdefl을 계산하는 데 사용되는 기준 Q 값에 통합하기 위한 다수의 가능한 배열들이 있다. 이들 업데이트 동작들에서, 제어 회로부(16)는 현재 품질 인자 측정들의 이력에 기초한 필터링 동작을 사용해 기준 품질 인자를 주기적으로 업데이트하여, 이에 의해 노후화 및 품질 인자 측정들이 시간이 경과함에 따라 드리프트되게 할 수 있는 다른 영향들에 대해 기준 품질 인자의 값이 조정되는 것을 보장한다.
지점 P1에서 기준 Q 값을 업데이트하는 것은 블록(100)에서 Q를 각각 측정하는 것에 이어서 별개의 필터링 동작을 수행하는 것을 수반한다. 원하는 경우, 단위 시간당 필터링 동작들의 수(그리고 따라서 단위 시간당 Q 기준의 업데이트된 값이 계산되고 디바이스(12)에 저장되는 횟수)는 지점 P1 대신 지점 P2에서 필터링 동작들을 수행함으로써 감소될 수 있다. 이러한 유형의 배열로, 블록(100)의 동작들 동안 측정되는 Q의 값들은 지점 P1에 도달할 때마다(예를 들어, 이물질이 존재하지 않는다고 결정될 때마다) 제어 회로부(16)에 의해 저장(캐싱)된다. 블록(104)의 동작들이 최신 Q 값이 임계치 TH를 초과한다고 결정하는 경우, 프로세싱은 디지털 핑이 수행되는 블록(106)으로 진행한다. 블록(108)의 동작들 동안, 제어 회로부(16)는 a) 디지털 핑에 대응하는 응답이 수신되지 않았는지(이 경우 이물질이 존재하고 프로세싱은 블록들(112)로 진행함) 여부 또는 b) 무선 디지털 응답이 디바이스(24)로부터 수신되었는지 여부를 결정한다. 이러한 시점에서(예를 들어, 지점 P2에서), 디바이스(12)는 디바이스(24)가 디바이스(12)의 충전 표면 상에 방금 놓였음을 알게 된다. 블록(110)에서 전력 전달을 개시하기 전에, 디바이스(12)는 지점 P1에서 캐싱되었던 Q의 마지막 값(그리고 이는 이물질 또는 다른 외부 물체가 디바이스(12) 상에 존재하지 않을 때의 Q 인자 측정을 나타냄)을 취출하고 Q의 이러한 취출된 현재 값을 사용하여 Q 기준의 값을 업데이트한다.
이러한 접근법으로, Q 기준을 업데이트하는 데 사용되는 필터링 동작은 무선 전력 수신 디바이스가 새롭게 존재한다고(그리고 이물질이 존재하지 않는다고) 결정될 때에만 수행된다. 필터링 동작은, 외부 물체가 존재하지 않았을 때의 Q의 가장 최근에 획득된 값(예를 들어, 지점 P1에서 캐싱되었던 Q의 외부 물체 비존재 값)을 사용하여 수행된다. 여전히 Q 값 저장 동작은 지점 P1에 도달할 때마다 있지만, 필터를 사용하는 업데이트된 기준 Q 값의 계산은 덜 빈번하게(예를 들어, P2에 도달할 때만) 수행된다. 무선 전력 수신 디바이스가 존재하지 않고 이물질이 존재하지 않는다고 결정되었을 때에만 기준 Q 값을 업데이트하는 것은, 노후화 및 시간이 경과함에 따라 품질 인자 측정들이 드리프트되게 할 수 있는 다른 영향들에 대해 기준 품질 인자의 값이 조정되지만, 필터링 동작들이 지점 P1에서 수행될 때만큼 많은 별개의 필터링 동작들을 수반하지는 않는 것을 보장한다.
(예로서, 지점 P1 또는 지점 P2 중 어느 하나에서) Q의 기준값을 주기적으로 업데이트하는 것 외에도, 제어 회로부(16)는 블록(104)의 비교 동작들 동안 사용되는 임계치 TH의 값을 주기적으로 업데이트할 수 있다(예를 들어, 고정된 미리결정된 값보다는 조정가능한 임계값 TH이 사용될 수 있음). 예를 들어, 저역 통과 필터링 동작 또는 다른 필터링 동작이 Q 인자 측정들 또는 다른 측정들(예를 들어, 외부 물체가 존재하지 않고 지점 P1에서 캐싱될 때 이루어진 Q 인자 측정들)의 이력에 기초하여 TH의 값을 업데이트하는 데 사용될 수 있다. TH의 값을 업데이트하기 위한 이러한 필터링 동작은, 무선 전력 수신 디바이스 또는 이물질이 존재하지 않았을 때 이루어진 하나 이상의 캐싱된 Q 인자 측정들과 같은 측정들을 사용하여, 지점 P2에서(예를 들어, 이물질이 존재하지 않는다고 결정할 때) 수행될 수 있다.
원하는 경우, Qdefl의 값은 (예를 들어, 작은 이물질이 존재하는지 또는 큰 이물질이 존재하는지를 결정하기 위해) 다수의 상이한 임계치들과 비교될 수 있다. 이어서, 디바이스(12)는, 작은 이물질이 존재하는지 또는 큰 이물질이 존재하는지에 종속하여 상이한 액션들을 취할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력은, 무선 전력 수신 디바이스의 존재 하에서 작은 이물질이 검출되는 경우에는 제한된 전력 레벨에서 송신될 수 있지만, 큰 이물질의 존재 하에서는 완전히 보류될 수 있다.
예로서, 다수의 이물질 검출 임계치들을 갖는 시스템에서의 디바이스(12)의 동작을 예시하는 도 8의 도면을 고려한다. 도 8의 예에서, 시스템(8)은 더 낮은 제1 임계치 THair(예를 들어, 3% 또는 3% 미만의 값 또는 3% 초과의 값과 같은 임의의 다른 적합한 값) 및 더 높은 제2 임계치 THfo(예를 들어, 6%, 6% 미만 또는 초과의 값, 또는 제1 임계치보다 더 높은 임의의 다른 적합한 값)를 갖는다. 디바이스(12)는 상태들(120, 122, 124, 126)에서 동작한다. 전이 규칙들(128)에 따라 이들 상태들 사이에서 전이들이 이루어진다. 임계치들 THair 및 THfo의 값들은 강한 이물질(예를 들어, 더 많은 금속 및/또는 더 큰 전도성의 금속을 갖는 물체)로부터 적당한(moderate) 이물질(예를 들어, 비교적 적은 양의 금속 및/또는 적당한 전도성의 금속을 갖는 물체)을 구별하기 위해 적절하게 조정될 수 있다. 강한 이물질의 경우에, 프리-에어를 인식할 때까지, 전력이 억제될 것이다. 그러나, 임계치를 충분히 높게 설정함으로써, 구현예들은 "강한 이물질" 상태를 사용하는 것을 회피하도록 선택할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 블록(122)에서, 디바이스(12)는 Qdefl을 제1 및 제2 임계치들에 비교하였고, Qdefl이 제1 임계치보다 더 낮다고 결정하였다. 이러한 시나리오에서, 디바이스(12)는 이물질이 존재하지 않는다고 결론지을 수 있고, 이에 따라 비교적 높은 전력 레벨(전력 레벨 2)에 무선 전력 신호들(44)에 대한 전력 전달 레벨을 설정할 수 있다. 이어서, 블록(126)의 전력 전달 동작들 동안 전력이 디바이스(12)로부터 디바이스(24)로 무선으로 송신될 수 있다.
블록(120)에서, Qdefl이 제1 임계치보다 더 크기 때문에 이물질이 존재한다고 결정되었다. 또한, Qdefl은 제2 임계치보다 더 작다고 결정되었다. 그 결과, 디바이스(12)는, 이물질이 존재하지만, 그것이 큰 이물질은 아니라고 결론지을 수 있다. 따라서, 디바이스(12)는 블록(126)의 동작들 동안 디바이스(24)에 전력을 무선으로 전달하도록 진행할 수 있다. 작은 이물질의 존재 하에서는 전력이 디바이스(24)에 전달되고 있기 때문에, 전력이 무선으로 송신되는 레벨(예를 들어, 최대 레벨)은 비교적 낮은 전력 레벨(예를 들어, 전력 레벨 2 보다 작은 전력 레벨 1)로 감소된다. 이것은 작은 이물질이 과잉 가열되는 것을 방지하는 것을 돕는다.
블록(124)에서, Qdefl이 제2 임계치보다 더 크기 때문에 큰 이물질이 존재한다고 결정되었다. 이러한 상황에서는, 디바이스(12)에 의해 무선 전력이 송신되지 않는다.
하기 섹션은 전술한 실시예들을 추가로 설명한다.
이러한 섹션은 디바이스(24)(예를 들어, 때때로 PRx로 지칭되는 휴대용 디바이스 또는 다른 전력 수신 디바이스)에 도착하기 전에 디바이스(10)(예를 들어, 때때로 PTx로 지칭되는 PTx 매트) 상에 놓인 이물질들을 검출하는데 유용한 정확한 사전-무선 전력 전달 이물질 검출(FOD) 기법을 설명한다. 이러한 기법은 여러 문제점들을 해결한다:
1. 정합된(mated)-Q 이물질 검출(FOD)은 이물질(FO)들과, PRx와 PTx 간의 정렬 오프셋들 사이를 구별하는 어려움을 갖는다.
이는, 기준 Q가, 실행 시간에 쉽게 결정될 수 없는 위치의 함수로서 저장되기보다는 미리결정된 (예를 들어, 5개의) 상이한 위치들에서의 정합된-Q의 평균으로서 계산된다는 사실에 기인한다. 정합된-Q에 대한 다른 잠재적인 문제점들이 있다:
a. 그것은 100 ㎑에서 측정되는 Q에 대한 기준 측정에 의존한다. 시스템내 주파수는 상이할 수 있다. 인덕턴스 L은 주파수의 함수이기 때문에, 이러한 주파수의 차는 보정된 Qref에 비해 실행 시간에 측정된 Q에서 불일치를 초래할 수 있다.
b. 그것은 커패시터 ESR 비-COG 커패시터들이 사용될 때, PCB 트레이스 저항 및 FET Rds(on) 저항을 고려하지 않는다.
c. 그것은 온도 또는 주파수 드리프트를 고려하지 않는다.
d. 기준 Q는, 다른 송신기들과는 Q에 대해 상이한 편향들을 가질 수 있는 TPR에 대해 측정된다.
일반적인 개념을 전달하는 외기(open-air) Q 테스트에 대한 일반적인 흐름이 도 7에 도시되어 있다. 시작 단계(블록(100)) 동안, PTx는 매트 상에 놓인 물체들을 검출하는 데 아날로그 핑을 사용한다. 핑은 다음과 같이 정의된 Q에 대한 편향을 측정하는 데 사용되며:
(11)
여기서, Q 0는 생산 시에 측정된 외기 Q에 대한 보정된 값이고, 는 실행 시간에 아날로그 핑에 의해 측정된다(예를 들어, 블록(102)에서의 Q 편향 계산 및 블록(103)의 Q가 확정되기를 기다리는 동작들 참조).
FO가 존재하지 않는 경우, ΔQ ≒ 0이지만, 종종 그것은, 온도 드리프트와 같은 영향들로 인해, 정확히 0이 아님을 주의한다. 컴포넌트 노후화도 또한 ΔQ ≠ 0이도록 할 것이다.
물체가 매트 상에 놓일 때, Q는 일부 양만큼 편향된다. ΔQ(때때로 Qdefl으로 지칭됨)가 임계치를 초과하는 경우, 무언가가 검출된다. 일부 구현예들에서, PTx 매트 상에 놓인 매우 높은-Q 수신기의 존재를 고려하기 위해, 절대값(|ΔQ|)이 임계치와 비교된다(블록(104)). 그 무언가가 FO인지 또는 수신기인지를 결정하기 위해, 디지털 핑으로부터의 응답을 기다린다(블록(106)). 디지털 핑이 확인응답되는 경우, 시스템은 협상으로 진행할 수 있다. 그렇지 않은 경우, 물체는 FO인 것으로 추정되고, FO가 매트로부터 제거되고 다시 ΔQ ≒ 0될 때까지 전력 전달은 차단된다.
다음과 같은 Q를 측정하기 위한 많은 접근법들이 있다:
1. 공진 주파수를 발견하기 위해 주파수 스위프(frequency sweep)를 수행하고, 이어서 공진 주파수에서의 인버터 전압에 대한 탱크 전압(tank voltage)의 비율로서 Q를 계산한다.
2. 특정 주파수에서 L 및 Q를 측정하기 위해 코일에 직접 연결된 LCR 미터를 사용한다.
또한 다른 방식들로 Q 측정을 수행하는 것이 가능하다.
제1 예로서, Q는 링잉 응답의 감쇠로부터 추정될 수 있다. 이러한 접근법에서, 에너지의 펄스가 코일에 주입되고, 링잉 응답의 감쇠가 도 3에 나타낸 바와 같이 측정된다. 이어서 Q가 감쇠 엔벨로프로부터 추정된다.
Q를 추정하는 것은 그것의 엔벨로프를 획득하기 위해 파형 피크들의 정확한 샘플링을 요구한다. 감쇠 추정치로부터, DC 오프셋, b의 영향을 제거하기 위해, 엔벨로프 진폭이 도 9에 도시된 바와 같은 피크-밸리(peak-to-valley) 차로서 측정되는 것이 권장된다.
즉, 다음을 정의한다:
(12)
이어서
(13)
여기서, N은 제2 샘플들과 제1 샘플들 사이의 (피크들의 수의 관점에서의) 간격이다(N=1은 피크들이 인접함을 의미함).
이러한 접근법은 주로, FO의 존재로 인한 L의 변화들로부터 유발되는 주파수 드리프트에 의해 영향을 받는다.
제2 예로서, Q는 코일 임피던스 측정으로부터 계산된다. 도 4에 예시된 이러한 접근법에서, 코일 Q는 고정된 주파수에서 직접 측정된다. 이러한 접근법은 Q 측정으로부터 주파수 드리프트를 제거하는 이점을 갖지만, 양성 코일 노드에서 고전압들로부터의 보호를 요구한다.
AC 전류, I가 코일에 주입되고, 복소 전압이 다음과 같이 측정된다:
(14).
V 와 I 사이의 각도는 다음과 같다.
(15)
따라서, 다음과 같다.
(16)
V 와 I 사이의 위상 각도는 그들의 피크들 또는 제로-크로싱(zero-crossing)들에서의 오프셋들을 비교함으로써 또는 파형들의 내적(dot-product)을 취함으로써 결정될 수 있다.
FO의 존재는 다음과 같은, 각각 L 및 R의 편이 ΔL 및 ΔR 을 야기한다:
(17a)
(17b)
(17c)
이러한 편이는 다음과 같은 Q의 변화를 야기하고,
(18)
이는 다음과 같은 측정가능한 Q 편향을 초래한다.
(19)
FO에 의해 야기된 주파수 드리프트로 인해 Q 편향이 강조될 수 있다. Q를 측정하는 것 외에도, 링잉 응답의 주파수를 정확하게 측정할 수 있다. (17c)에 의해, FO는 또한 그 링잉 응답을 편향시킨다. 이러한 사실을 사용하여 다음과 같이 Q의 편향을 강조할 수 있다:
(20)
이는, 주로, L의 감소를 유발하는 비철(non-ferrous) FO의 존재 시에, 다음과 같이, 향상된 Q 편향을 생성한다.
(21)
ΔL FO < 0일 때, 방정식(21)의 결과는 방정식(19)의 결과보다 더 크다.
이러한 향상된 Q 편향은 고정된 주파수에서 동작하는 Q 측정의 제2 예의 접근법에는 적용되지 않는다.
Q의 값은 드리프트에 대해 보상될 수 있다. 일부 구현예들에서 Q 편향 측정을 개선할 가능성이 있다. 방정식(11)에서의 Q 편향은 Q의 실행 시간 측정을 Q의 생산 보정된 측정에 대해 비교하도록 의도된다. 실행 시간 동안, 온도 및 주파수 드리프트와 같은 FO의 존재 이외의 영향은 Q 편향을 초래할 수 있다. 이러한 영향들에 대해 보상하는 것은 외기 Q 테스트의 신뢰성을 개선시킨다.
DC 및 AC 저항들이 분리될 수 있다. Q의 측정에서의 다양한 드리프트 영향들은 그 자체가 FO의 존재에 의해 영향을 받지 않는 저항의 DC 부분에 발생한다. DC 저항들은 PCB 트레이스들 및 커패시터 ESR로부터의 저항들과, 인버터 FET 저항들을 포함한다. 전체 저항으로부터 DC 저항을 분리하는 경우, 생산 시에 보정된 DC 저항을 사용하고, DC 저항 드리프트의 영향을 제거할 수 있다.
구체적으로, 다음과 같다고 하자:
(22)
여기서, RDC는 온도에 민감한 반면, Rcoil,AC는 온도 및 주파수에 민감하다고 나타냈었다.
(22)를 사용하면, Q는 다음과 같이 작성될 수 있다.
(23)
전체 저항, R은 또한, 다음과 같이, 아날로그 핑 링잉 응답(또는 임피던스 측정)에 의해 결정될 수 있다:
(24a)
(24b)
(24c).
DC 저항을 측정하는 경우, 생산 시에 그것의 값 RDC를 0으로 저장하고, 이어서 다음과 같이 실행 시간에 Q를 계산할 수 있다.
(25)
이는 저항들의 추가적인 측정 에러의 비용으로 Q 측정으로부터 DC 드리프트를 효과적으로 제거한다.
(22)에 표시된 바와 같이, 코일 RAC는 주파수의 함수일 수 있으며,
(26)
여기서 Δω - ω - ω0은 생산 시에 측정된 주파수에 비교되는 주파수의 변화이고, η는 드리프트의 기울기이다.
다음과 같다고 하자:
(27)
이어서 (25)가 다음과 같이 RAC 주파수 드리프트에 대해 추가로 보상될 수 있다:
(28)
PTx의 설계가 그것을 나타내는 경우, L에 대한 주파수 보상이 또한, 다음과 같이, 적용될 수 있다,
(29).
(22)에 나타낸 바와 같이, 코일 RAC는 온도의 함수일 수 있으며
(30),
여기서 ΔT = T - TO는, 생산 시 디바이스가 보정되었을 때의 온도에 비교되는 온도의 변화이고, κR은 코일 저항 온도 계수이다.
PTx가 코일 온도, T를 측정하기 위한 수단을 갖는다고 가정하면, Q 측정은 하기와 같이 온도에 대해 추가로 보상될 수 있다:
(31)
(32).
(20), (28), 및 (32)를 조합하면, Q 정확도를 개선하기 위한 하기의 옵션들을 갖게 된다.
Q 측정 접근법 1
(33)
Q 측정 접근법 2
(34)
마지막으로, (11)을 다음으로 대체한다.
(35)
FO에 대한 Q 편향의 감도는 또한, 특정 PTx 구현예들에 대해 [예를 들어, 방정식(21)을 사용하여] 도표화될 수 있다. 예를 들어, ΔLFO = 0, ΔRFO = 22mΩ를 가정하면, ΔQ가 코일 저항에 대해 어떻게 변하는지 도 10에서 알 수 있다.
도 10은, 15%의 Q 편향을 달성하기 위해, PTx AC 저항이 125Ω 이하이어야 한다는 것을 나타낸다. PTx가 Q를 더 정확하게 측정할 수 있는 경우, 더 높은 AC 저항을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 디바이스가 제공되고, 무선 전력 송신 디바이스는, 무선 전력 신호들을 송신하도록 구성된 무선 전력 송신 코일을 갖는 무선 전력 송신 회로부; 및 무선 전력 송신 회로부에 결합된 제어 회로부를 포함하고, 제어 회로부는, 무선 전력 송신 코일의 현재 품질 인자를 측정하도록; 현재 품질 인자를 기준 품질 인자와 비교하도록; 그리고 현재 품질 인자가 기준 품질 인자보다 적어도 임계량만큼 더 낮은지 여부를 결정하는 것에 적어도 부분적으로 기초하여 이물질이 존재하는지 여부를 결정하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 제어 회로부는, 현재 품질 인자가 기준 품질 인자보다 적어도 임계량만큼 더 낮다고 결정하는 것에 응답하여, 무선 전력 수신 디바이스로부터의 대응하는 무선 디지털 응답을 요청하는 무선 디지털 요청을 무선으로 송신하도록; 그리고 무선 전력 수신 디바이스로부터 무선 디지털 요청에 대응하는 무선 디지털 응답을 수신하지 못하는 것에 응답하여, 이물질이 존재한다고 결정하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 제어 회로부는, 적어도 부분적으로 현재 품질 인자와 기준 품질 인자 사이의 차를 계산함으로써 현재 품질 인자를 기준 품질 인자와 비교하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 제어 회로부는, 적어도 부분적으로 현재 품질 인자와 기준 품질 인자 사이의 비율을 계산함으로써 현재 품질 인자를 기준 품질 인자와 비교하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 제어 회로부는 초기에 기준 품질 인자를 측정하도록 구성되고, 나중에 현재 품질 인자와 비교하기 위해 측정된 기준 품질 인자를 저장하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 제어 회로부는 측정들의 이력에 기초하여 필터링 동작을 사용해 기준 품질 인자를 주기적으로 업데이트하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 제어 회로부는, 무선 전력 수신 디바이스가 존재하고 이물질이 존재하지 않는다고 결정할 시에, 필터링 동작을 수행하도록 구성되고, 무선 전력 수신 디바이스가 존재하지 않고 이물질이 존재하지 않을 때, 측정된 현재 품질 인자 값을 사용하여 필터링 동작을 수행하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 제어 회로부는 초기 이후에 이루어진 품질 인자 측정들에 기초하여 필터링 동작을 사용해 기준 품질 인자를 주기적으로 업데이트하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 임계량은 미리결정된 임계량을 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 제어 회로부는 측정들의 이력에 기초하여 필터링 동작을 사용해 임계량을 업데이트하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 제어 회로부는, 무선 전력 수신 디바이스가 존재하고 이물질이 존재하지 않는다고 결정할 시에, 임계량을 업데이트하기 위해 필터링 동작을 수행하도록 구성되고, 무선 전력 수신 디바이스가 존재하지 않고 이물질이 존재하지 않을 때, 측정된 현재 품질 인자 값을 사용하여 필터링 동작을 수행하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 제어 회로부는 품질 인자 측정들에 기초하여 필터링 동작을 사용해 임계량을 주기적으로 업데이트하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 기준 품질 인자는 제1 주파수에서 측정되고, 현재 품질 인자는 제2 주파수에서 측정되고, 제어 회로부는 제1 주파수로부터의 제2 주파수의 변화에 대해 현재 품질 인자 측정을 보상하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 코일은 주파수에 종속하는 유도 코일 저항을 갖고, 제어 회로부는 주파수 변화로 인한 유도 코일 저항의 변화에 대해 현재 품질 인자 측정을 보상하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 디바이스는 온도를 측정하도록 구성되는 온도 센서를 포함하고, 제어 회로부는 온도에 기초하여 현재 품질 인자 측정을 보상하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 코일은 직류 및 교류 부분들을 갖는 전체 유도 코일 저항을 갖고, 제어 회로부는, 전체 유도 코일 저항의 기준 직류 부분 및 전체 코일 저항의 현재 교류 부분의 합으로부터 전체 유도 코일 저항의 보상된 값을 결정함으로써; 그리고 보상된 전체 유도 코일 저항을 사용하여 현재 품질 인자를 보상함으로써 전체 유도 코일 저항의 변화들에 대해 보상하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 기준 직류 부분은 초기에 측정되고, 전체 코일 저항의 현재 측정된 교류 부분은 초기 이후에 측정된다.
다른 실시예에 따르면, 제어 회로부는, a) 무선 전력 송신 코일에 임펄스를 인가하고, 인가된 임펄스로 인해 무선 전력 송신 코일에서 생성된 링잉 신호와 연관된 감쇠 엔벨로프를 측정하는 것, 및 b) 무선 전력 송신 코일에 결합된 교류 소스를 사용하여 무선 전력 송신 코일의 임피던스를 측정하고 측정된 임피던스로부터 현재 품질 인자를 결정하는 것 중 선택된 하나에 의해 현재 품질 인자를 측정하도록 구성된다.
일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 디바이스가 제공되고, 무선 전력 송신 디바이스는, 무선 전력 신호들을 송신하도록 구성된 무선 전력 송신 코일을 갖는 무선 전력 송신 회로부; 및 무선 전력 송신 코일에 결합된 제어 회로부를 포함하고, 제어 회로부는, 무선 전력 송신 코일에 임펄스를 인가하고, 인가된 임펄스로 인해 무선 전력 송신 코일에서 생성된 링잉 신호와 연관된 감쇠 엔벨로프를 측정함으로써 무선 전력 송신 코일에 대한 품질 인자를 측정하도록; 주파수 유도 변화에 대해 측정된 품질 인자를 보상하도록; 보상된 측정된 품질 인자를 기준 품질 인자와 비교하도록; 그리고 측정된 품질 인자가 기준 품질 인자보다 적어도 임계량만큼 더 낮다고 결정하는 것에 적어도 부분적으로 기초하여 이물질이 존재하는지 여부를 결정하도록 구성된다.
일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 디바이스가 제공되고, 무선 전력 송신 디바이스는, 무선 전력 신호들을 송신하도록 구성된 무선 전력 송신 코일을 갖는 무선 전력 송신 회로부; 및 무선 전력 송신 코일에 결합된 제어 회로부를 포함하고, 제어 회로부는, 무선 전력 송신 코일에 결합된 교류 전류 소스를 사용하여 무선 전력 송신 코일의 임피던스를 측정하고, 측정된 임피던스로부터 품질 인자를 결정함으로써 무선 전력 송신 코일에 대한 품질 인자를 측정하도록; 측정된 품질 인자를 기준 품질 인자와 비교하도록; 그리고 측정된 품질 인자가 기준 품질 인자보다 적어도 임계량만큼 더 낮다고 결정하는 것에 적어도 부분적으로 기초하여 이물질이 존재하는지 여부를 결정하도록 구성된다.
일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 디바이스가 제공되고, 무선 전력 송신 디바이스는 무선 전력 신호를 송신하도록 구성된 무선 전력 송신 코일을 갖는 무선 전력 송신 회로부; 및 무선 전력 송신 회로부에 결합된 제어 회로부를 포함하고, 제어 회로부는, 무선 전력 송신 코일의 현재 품질 인자를 측정하도록; 현재 품질 인자를 기준 품질 인자와 비교하도록; 현재 품질 인자와 기준 품질 인자 사이의 차를 적어도 하나의 임계치와 비교하는 것에 적어도 부분적으로 기초하여, 이물질이 존재하는지 여부를 결정하도록; 이물질이 존재하지 않는다고 결정하는 것에 응답하여, 무선 전력 신호들을 제1 전력 레벨에서 무선으로 송신하기 위해 무선 전력 송신 회로부를 사용하도록; 그리고 이물질이 존재한다고 결정하는 것에 응답하여, 무선 전력 신호들을, 제1 전력 레벨보다 더 낮은 제2 전력 레벨에서 무선으로 송신하기 위해 무선 전력 송신 회로부를 사용하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 적어도 하나의 임계치는 제1 및 제2 임계치들을 포함하고, 제어 회로부는, 현재 품질 인자와 기준 품질 인자 사이의 차가 제1 임계치 미만이라고 결정하는 것에 응답하여, 이물질이 존재하지 않는다고 결정하도록; 현재 품질 인자와 기준 품질 인자 사이의 차가 제1 임계치와 제2 임계치 사이에 있다고 결정하는 것에 응답하여, 적당한 이물질이 존재한다고 결정하도록; 그리고 현재 품질 인자와 기준 품질 인자 사이의 차가 제2 임계치를 초과한다고 결정하는 것에 응답하여, 강한 이물질이 존재한다고 결정하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 제어 회로부는, 현재 품질 인자와 기준 품질 인자 사이의 차가 제1 임계치 미만이라고 결정하는 것에 의해 이물질이 존재하지 않는다고 결정하는 것에 응답하여, 제1 무선 전력 레벨에서 무선 전력 신호들을 송신하기 위해 무선 전력 송신 회로부를 사용하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 제어 회로부는, 적당한 이물질이 존재한다고 결정하는 것에 응답하여, 무선 전력 신호들을 제2 무선 전력 레벨에서 송신하기 위해 무선 전력 송신 회로부를 사용하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 제어 회로부는, 강한 이물질이 존재한다고 결정하는 것에 응답하여, 무선 전력 신호들을 송신하기 위한 무선 전력 송신 회로부의 사용을 보류하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 기준 품질 인자는 제1 주파수에서 측정되고, 현재 품질 인자는 제2 주파수에서 측정되고, 제어 회로부는 제1 주파수로부터의 제2 주파수의 변화에 대해 현재 품질 인자 측정을 보상하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 코일은 주파수에 종속하는 유도 코일 저항을 갖고, 제어 회로부는 주파수 변화로 인한 유도 코일 저항의 변화에 대해 현재 품질 인자 측정을 보상하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 디바이스는 온도를 측정하도록 구성되는 온도 센서를 포함하고, 제어 회로부는 온도에 기초하여 현재 품질 인자 측정을 보상하도록 구성된다.
전술한 것은 단지 예시적인 것이며, 설명된 실시예들에 대해 다양한 수정들이 이루어질 수 있다. 전술한 실시예들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있다.

Claims (38)

  1. 무선 전력 송신기로서,
    무선 전력 신호들을 송신하는 무선 전력 송신 코일을 갖는 무선 전력 송신 회로부; 및
    상기 무선 전력 송신 회로부에 결합된 제어 회로부
    를 포함하고, 상기 제어 회로부는,
    상기 무선 전력 송신 코일의 현재 품질 인자를 측정하되,
    상기 무선 전력 송신기의 인버터가 하나 이상의 신호 펄스를 상기 무선 전력 송신 코일에 제공하게 하고;
    측정 회로부를 이용하여 상기 무선 전력 송신기에 의해 수신된 상기 제공된 하나 이상의 신호 펄스에 대한 응답들을 측정하고 - 상기 응답들은 링잉 신호의 주파수 및 상기 현재 품질 인자를 특징으로 하는 감쇠 엔벨로프를 갖는 상기 링잉 신호를 포함함 -;
    상기 링잉 신호의 주파수로부터 상기 무선 전력 송신 코일의 상기 현재 품질 인자를 결정함으로써, 상기 무선 전력 송신 코일의 상기 현재 품질 인자를 측정하고;
    상기 무선 전력 송신 코일의 상기 측정된 현재 품질 인자와 상기 무선 전력 송신 코일의 기준 품질 인자 사이의 변화를 결정하고;
    상기 무선 전력 송신 코일의 상기 측정된 현재 품질 인자와 상기 무선 전력 송신 코일의 상기 기준 품질 인자 사이의 변화가 임계치를 초과하는 것에 응답하여, 상기 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기 사이의 디지털 통신을 개시하려고 시도하고;
    상기 무선 전력 송신 코일의 상기 측정된 현재 품질 인자와 상기 무선 전력 송신 코일의 상기 기준 품질 인자 사이의 변화 및 상기 디지털 통신을 개시하려는 시도에 대한 무선 전력 수신기로부터의 응답 또는 응답의 결여(lack)에 적어도 부분적으로 기초하여 이물질(foreign object)을 검출하는, 무선 전력 송신기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로부는 상기 이물질의 검출에 응답하여 무선 전력 전달을 억제(inhibit)하는, 무선 전력 송신기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로부는 상기 이물질의 검출에 응답하여 최대 전력 레벨 아래의 레벨로 전력을 전달하는, 무선 전력 송신기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로부는 이물질을 검출하기 위해 상기 현재 품질 인자와 상기 기준 품질 인자 사이의 변화를 다수의 임계치와 비교하는, 무선 전력 송신기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 다수의 임계치들은 제1 임계치 및 상기 제1 임계치보다 높은 제2 임계치를 포함하고, 상기 제어 회로부는 또한,
    상기 현재 품질 인자와 상기 기준 품질 인자 사이의 변화가 상기 제2 임계치를 초과하여, 허용 가능하지 않을 수 있는(possibly unacceptable) 이물질 전력 손실을 나타내는 것으로 판단한 것에 응답하여, 무선 전력 전달을 억제하고;
    상기 현재 품질 인자와 상기 기준 품질 인자 사이의 변화가 상기 제1 임계치를 초과하지만 상기 제2 임계치를 초과하지 않아, 허용 가능할 수 있는(possibly acceptable) 이물질 전력 손실을 나타내는 것으로 판단한 것에 응답하여, 상대적으로 더 낮은 전력 레벨의 레벨에서 무선 전력 전달을 허용하고,
    상기 현재 품질 인자와 상기 기준 품질 인자 사이의 변화가 상기 제1 임계치를 초과하지 않아, 이물질 전력 손실이 없음을 나타내는 것으로 판단한 것에 응답하여, 상대적으로 더 높은 전력 레벨에서 무선 전력 전달을 허용하는, 무선 전력 송신기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 링잉 신호의 주파수로부터 상기 현재 품질 인자를 결정하는 것은, 상기 링잉 신호의 제1 사이클에서의 상기 링잉 신호의 피크-밸리(peak-to-valley) 차를 상기 링잉 신호의 후속 사이클에서의 상기 링잉 신호의 피크 대 밸리 차와 비교하는 것을 포함하는, 무선 전력 송신기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 링잉 신호의 주파수로부터 상기 현재 품질 인자를 결정하는 것은 온도 영향들을 보상하는 것을 포함하는, 무선 전력 송신기.
  8. 제7항에 있어서, 상기 온도 영향들을 보상하는 것은 코일 저항에 대한 온도 영향들을 보상하는 것인, 무선 전력 송신기.
  9. 제7항에 있어서, 상기 온도 영향들을 보상하는 것은 코일 인덕턴스에 대한 온도 영향들을 보상하는 것을 포함하는, 무선 전력 송신기.
  10. 제1항에 있어서, 상기 링잉 신호의 주파수로부터 상기 현재 품질 인자를 결정하는 것은 주파수 영향들을 보상하는 것을 포함하는, 무선 전력 송신기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 주파수 영향들을 보상하는 것은 공진 주파수의 변화를 보상하는 것을 포함하는, 무선 전력 송신기.
  12. 제1항에 있어서, 상기 링잉 신호의 주파수로부터 상기 현재 품질 인자를 결정하는 것은 노후화 영향들을 보상하는 것을 포함하는, 무선 전력 송신기.
  13. 제12항에 있어서, 상기 노후화 영향들을 보상하는 것은 상기 기준 품질 인자를 업데이트하는 것을 포함하는, 무선 전력 송신기.
  14. 제1항에 있어서, 상기 측정된 현재 품질 인자와 상기 기준 품질 인자 사이의 변화는 상기 측정된 현재 품질 인자 대 상기 기준 품질 인자의 비율을 포함하는, 무선 전력 송신기.
  15. 제1항에 있어서, 상기 측정된 현재 품질 인자와 상기 기준 품질 인자 사이의 변화는 상기 측정된 현재 품질 인자와 상기 기준 품질 인자 사이의 차이를 포함하는, 무선 전력 송신기.
  16. 제1항에 있어서, 상기 기준 품질 인자는 상기 무선 전력 송신기의 제조 동안 측정되는, 무선 전력 송신기.
  17. 제1항에 있어서, 상기 기준 품질 인자는 상기 무선 전력 송신기의 현장내 (in field) 동작 동안 업데이트되는, 무선 전력 송신기.
  18. 무선 전력 송신기로서,
    무선 전력 신호들을 송신하는 무선 전력 송신 코일을 갖는 무선 전력 송신 회로부; 및
    상기 무선 전력 송신 회로부에 결합되는 제어 회로부
    를 포함하고, 상기 제어 회로부는:
    상기 무선 전력 송신 코일의 현재 품질 인자를 측정하되,
    상기 무선 전력 송신기의 인버터가 하나 이상의 신호 펄스를 상기 무선 전력 송신 코일에 제공하게 하고;
    측정 회로부를 이용하여 상기 무선 전력 송신기에 의해 수신된 상기 제공된 하나 이상의 신호 펄스에 대한 응답들을 측정하고 - 상기 응답들은 링잉 신호의 주파수 및 상기 현재 품질 인자를 특징으로 하는 감쇠 엔벨로프를 갖는 상기 링잉 신호를 포함함 -;
    상기 링잉 신호의 주파수로부터 상기 무선 전력 송신 코일의 상기 현재 품질 인자를 결정함으로써, 상기 무선 전력 송신 코일의 상기 현재 품질 인자를 측정하고;
    상기 무선 전력 송신 코일의 상기 측정된 현재 품질 인자와 상기 무선 전력 송신 코일의 기준 품질 인자 사이의 변화를 결정하고;
    상기 무선 전력 송신 코일의 상기 측정된 현재 품질 인자와 상기 무선 전력 송신 코일의 상기 기준 품질 인자 사이의 변화가 임계치를 초과하는 것에 응답하여, 상기 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기 사이의 디지털 통신을 개시하려고 시도하고;
    상기 무선 전력 송신기와 상기 무선 전력 수신기 사이의 디지털 통신의 개시에 응답하여, 상기 무선 전력 수신기로의 무선 전력 전달을 개시하는, 무선 전력 송신기.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제어 회로부는 이물질이 존재한다는 결정에 응답하여 무선 전력 전달을 억제하는, 무선 전력 송신기.
  20. 제18항에 있어서, 상기 제어 회로부는 이물질이 존재한다는 결정에 응답하여 최대 전력 레벨 아래의 레벨에서 전력 전달을 개시하는, 무선 전력 송신기.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 임계치는 제1 임계치 및 상기 제1 임계치보다 높은 제2 임계치를 포함하고, 상기 제어 회로부는,
    상기 현재 품질 인자와 상기 기준 품질 인자 사이의 변화가 미리 결정된 상기 제2 임계치를 초과하여, 허용 가능하지 않을 수 있는(possibly unacceptable) 이물질 전력 손실을 나타내는 것으로 판단한 것에 응답하여, 무선 전력 전달을 억제하고;
    상기 현재 품질 인자가 미리 결정된 상기 제1 임계치를 초과하지만 미리 결정된 상기 제2 임계치를 초과하지 않아, 허용 가능할 수 있는(possibly acceptable) 이물질 전력 손실을 나타내는 것으로 판단한 것에 응답하여, 상대적으로 더 낮은 전력 레벨에서 무선 전력 전달을 허용하고,
    상기 현재 품질 인자가 미리 결정된 상기 제1 임계치를 초과하지 않아, 이물질 전력 손실이 없음을 나타내는 것으로 판단한 것에 응답하여, 상대적으로 더 높은 전력 레벨에서 무선 전력 전달을 허용하는, 무선 전력 송신기.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 링잉 신호의 주파수로부터 상기 현재 품질 인자를 결정하는 것은 상기 링잉 신호의 제1 사이클에서의 상기 링잉 신호의 피크-밸리 차를 상기 링잉 신호의 후속 사이클에서의 상기 링잉 신호의 피크-밸리 차와 비교하는 것을 포함하는, 무선 전력 송신기.
  23. 제18항에 있어서, 상기 링잉 신호의 주파수로부터 상기 현재 품질 인자를 결정하는 것은 온도 영향들을 보상하는 것을 포함하는, 무선 전력 송신기.
  24. 제18항에 있어서, 상기 링잉 신호의 주파수로부터 상기 현재 품질 인자를 결정하는 것은 주파수 영향들을 보상하는 것을 포함하는, 무선 전력 송신기.
  25. 제18항에 있어서, 상기 링잉 신호의 주파수로부터 상기 현재 품질 인자를 결정하는 것은 노후화 영향들을 보상하는 것을 포함하는, 무선 전력 송신기.
  26. 제18항에 있어서, 상기 기준 품질 인자는 상기 무선 전력 송신기의 제조 동안 측정되는, 무선 전력 송신기.
  27. 제18항에 있어서, 상기 기준 품질 인자는 상기 무선 전력 송신기의 현장내 동작 동안 업데이트되는, 무선 전력 송신기.
  28. 무선 전력 신호들을 송신하도록 구성된 무선 전력 송신 코일을 포함하는 무선 전력 송신 회로부, 및 상기 무선 전력 송신 회로부에 결합된 제어 회로부를 갖는 무선 전력 송신기를 동작시키는 방법으로서, 상기 방법은 상기 제어 회로부에 의해 수행되고,
    상기 무선 전력 송신 코일의 현재 품질 인자를 측정하는 단계로서,
    상기 무선 전력 송신기의 인버터가 하나 이상의 신호 펄스를 상기 무선 전력 송신 코일에 제공하게 하는 단계;
    측정 회로부를 이용하여 상기 무선 전력 송신기에 의해 수신된 상기 제공된 하나 이상의 신호 펄스에 대한 응답들을 측정하는 단계 - 상기 응답들은 링잉 신호의 주파수 및 상기 현재 품질 인자를 특징으로 하는 감쇠 엔벨로프를 갖는 상기 링잉 신호를 포함함 -; 및
    상기 링잉 신호의 주파수로부터 상기 무선 전력 송신 코일의 상기 현재 품질 인자를 결정하는 단계에 의해, 상기 무선 전력 송신 코일의 상기 현재 품질 인자를 측정하는 단계;
    상기 무선 전력 송신 코일의 상기 측정된 현재 품질 인자를 상기 무선 전력 송신 코일의 기준 품질 인자와 비교하는 단계; 및
    상기 무선 전력 송신 코일의 상기 측정된 현재 품질 인자와 상기 무선 전력 송신 코일의 상기 기준 품질 인자의 비교에 적어도 부분적으로 기초하여 이물질을 검출하는 단계
    를 포함하는 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 측정된 현재 품질 인자와 상기 기준 품질 인자의 비교에 응답하여, 무선 전력 수신기와의 디지털 통신을 개시하려고 시도하는 단계를 더 포함하고,
    상기 이물질이 존재하는지 여부를 결정하는 단계는 디지털 통신을 개시하려는 시도에 대한 상기 무선 전력 수신기로부터의 응답 또는 응답의 결여에 적어도 부분적으로 기초하는, 방법.
  30. 제28항에 있어서, 상기 링잉 신호의 주파수로부터 상기 현재 품질 인자를 결정하는 단계는 상기 링잉 신호의 제1 사이클에서의 상기 링잉 신호의 피크-밸리 차를 상기 링잉 신호의 후속 사이클에서의 상기 링잉 신호의 피크-밸리 차와 비교하는 단계를 포함하는, 방법.
  31. 제28항에 있어서, 상기 링잉 신호의 주파수로부터 상기 현재 품질 인자를 결정하는 단계는 온도 영향들을 보상하는 단계를 포함하는, 방법.
  32. 제28항에 있어서, 상기 링잉 신호의 주파수로부터 상기 현재 품질 인자를 결정하는 단계는 노후화 영향들을 보상하는 단계를 포함하는, 방법.
  33. 제28항에 있어서, 상기 이물질의 검출에 응답하여 무선 전력 전달을 억제하는 단계를 더 포함하는 방법.
  34. 제28항에 있어서, 상기 이물질의 검출에 응답하여 최대 전력 레벨 아래의 레벨로 전력을 전달하는 단계를 더 포함하는 방법.
  35. 삭제
  36. 삭제
  37. 삭제
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