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WO2020171316A1 - 무선전력 전송 시스템에서 충전 상태 정보를 제공하는 장치 및 방법 - Google Patents

무선전력 전송 시스템에서 충전 상태 정보를 제공하는 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2020171316A1
WO2020171316A1 PCT/KR2019/009493 KR2019009493W WO2020171316A1 WO 2020171316 A1 WO2020171316 A1 WO 2020171316A1 KR 2019009493 W KR2019009493 W KR 2019009493W WO 2020171316 A1 WO2020171316 A1 WO 2020171316A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wireless power
information
communication
display
control unit
Prior art date
Application number
PCT/KR2019/009493
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
임진권
김재휴
박용철
박준호
송태영
최진구
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to US17/432,322 priority Critical patent/US20230134962A1/en
Publication of WO2020171316A1 publication Critical patent/WO2020171316A1/ko

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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/14—Digital output to display device ; Cooperation and interconnection of the display device with other functional units
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/40—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using two or more transmitting or receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/80—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/90—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving detection or optimisation of position, e.g. alignment
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/00032—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by data exchange
    • H02J7/00034—Charger exchanging data with an electronic device, i.e. telephone, whose internal battery is under charge
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/0048—Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W36/00—Hand-off or reselection arrangements
    • H04W36/08—Reselecting an access point

Definitions

  • the present invention relates to wireless power transmission, and more particularly, to an apparatus and method for providing state of charge information in a wireless power transmission system.
  • Wireless power transmission technology is a technology that wirelessly transfers power between a power source and an electronic device.
  • the wireless power transmission technology enables charging the battery of the wireless terminal by simply placing a wireless terminal such as a smartphone or tablet on the wireless charging pad, which is more than a wired charging environment using a wired charging connector. It can provide excellent mobility, convenience and safety.
  • wireless power transmission technology is used in various fields such as electric vehicles, various wearable devices such as Bluetooth earphones and 3D glasses, home appliances, furniture, underground facilities, buildings, medical devices, robots, and leisure. It is drawing attention to replace the existing wired power transmission environment.
  • the wireless power transmission method is also referred to as a contactless power transmission method, a no point of contact power transmission method, or a wireless charging method.
  • the wireless power transmission system includes a wireless power transmission device that supplies electrical energy through a wireless power transmission method, and a wireless power reception that supplies power to a power receiving device such as a battery cell by receiving electrical energy wirelessly supplied from the wireless power transmission device. It can be configured as a device.
  • the wireless charging method includes a magnetic induction method using a magnetic induction phenomenon between a primary coil and a secondary coil, and a magnetic resonance method in which power is transmitted through magnetic resonance using a frequency in a frequency of several tens of kHz to several MHz.
  • the wireless charging standard for the magnetic resonance method is led by a council called A4WP, and the magnetic induction method is led by the Wireless Power Consortium (WPC).
  • Short-range communication in particular, the core spec of the Bluetooth Specification V4.0 can be classified into BR/EDR (Basic Rate / Enhanced Data Rate) and LE (Low Energy).
  • BR/EDR occupies the market dominant advantage of short-range WPAN technology and is a wireless communication technology applied to many products.
  • BLE low-power Bluetooth
  • the wireless power transmitter charges a plurality of wireless power receivers
  • the wireless power transmitter needs an operation to check how much the wireless power receiver is charged. In this case, if each wireless power receiver is checked separately, the confirmation procedure can be cumbersome.
  • the wireless power transmission device or the receiving device does not have a display, there is an inconvenience in that the user must connect to another device with a display to check the charging state.
  • the user even though the user wants to know how much the wireless power receiver is charged or how many times the wireless power receiver needs to be fully charged, but does not know the information, the user continues to charge the wireless power receiver until it is fully charged. . Accordingly, there is a need for an apparatus and method for efficiently providing state of charge information.
  • An object of the present invention is to provide an apparatus and method for providing state of charge information in a wireless power transmission system.
  • Another technical object of the present invention is to provide an apparatus and method for displaying information on a charging state or power state of a wireless power receiver.
  • Another object of the present invention is to provide an apparatus and method for determining the power state or charging state of a plurality of wireless power receivers.
  • Another technical problem of the present invention is to provide an apparatus and method for selecting a priority display device.
  • Another technical problem of the present invention is to provide an apparatus and method for calculating and providing the remaining time until the wireless power receiver is fully charged.
  • Another technical problem of the present invention is to provide an apparatus and method for a wireless power receiver without a display to check the state of charge.
  • a wireless power transmitter sequentially or simultaneously transmits wireless power to a plurality of wireless power receivers
  • a method of providing a charging state of a plurality of wireless power receivers in at least one wireless power receiver and Disclosed is a wireless power receiving device for.
  • the wireless power transmitter sequentially or simultaneously transmits wireless power to a plurality of wireless power receivers
  • selecting a device ie a specific wireless power receiver that provides the state of charge of the plurality of wireless power receivers. The method is disclosed.
  • an apparatus and method for calculating and providing the remaining time until the plurality of wireless power receivers are fully charged are disclosed. do.
  • the method of calculating the remaining time may include a method of dividing the remaining power by the charging power per minute.
  • an apparatus for receiving wireless power from a wireless power transmission device and providing charging state information receives the wireless power from the wireless power transmission device by magnetic coupling with the wireless power transmission device at an operating frequency, and directs an AC signal generated by the wireless power.
  • a power pick-up unit configured to convert into a signal
  • a battery configured to receive the DC signal from the power pickup unit, and the DC signal from the power pickup unit, and the operating frequency Performs a handover procedure from the in-band communication to the out-band communication using a frequency other than the operating frequency, and the battery through the out-band communication with the wireless power transmission device
  • a communication/control unit configured to perform a procedure for selecting a priority display device to display the charging state information of, and to generate the charging state information.
  • the procedure for selecting the preferred display device includes the steps of transmitting, by the communication/control unit, information on support of the display function of the charging state information, and information on whether to operate as the preferred display device. It may include receiving from a wireless power transmission device.
  • the procedure for selecting the preferred display device includes: transmitting, by the communication/control unit, display existence information to the wireless power transmission device, and a message requesting the display function support information. It may further include receiving from the wireless power transmission device.
  • the device further includes a display unit, and when the information on whether to operate as the priority display device indicates that the priority display device is to be operated, the communication/control unit is wirelessly transmitted from the wireless power transmission device.
  • the charging state information of the other device receiving power may be received from the wireless power transmitter, and the charging state information and the charging state information of the other device may be displayed on the display unit.
  • the communication/control unit may transmit information on the charging of the battery to the wireless power transmitter.
  • the device further includes a display unit, and when the information on whether to operate as the priority display device indicates that the priority display device does not operate, the communication/control unit displays the charging state information. It can be transmitted to a wireless power transmission device.
  • the communication/control unit may transmit display request information requesting display of the charging state information to the wireless power transmitter.
  • the display request information may include information on remaining power until the battery is fully charged.
  • an apparatus for transmitting wireless power to a wireless power receiving apparatus and providing charging status information comprises a power conversion unit configured to transmit wireless power to the wireless power receiver by magnetic coupling with the wireless power receiver at an operating frequency, and the operating frequency Perform a handover procedure from in-band communication using an out-band communication using a frequency other than the operating frequency, and through the out-band communication with the wireless power receiver It may include a communication/control unit configured to perform a procedure for selecting a priority display device to display the state of charge information of the battery, and to generate the state of charge information.
  • the procedure for selecting the preferred display device comprises: receiving, by the communication/control unit, information on support of the display function of the charging state information from the wireless power receiver, and operating as the preferred display device It may include the step of transmitting information on whether to do so to the wireless power receiver.
  • the procedure for selecting the preferred display device includes: receiving, by the communication/control unit, display existence information from the wireless power receiving device, and a message requesting the display function support information. It may further include transmitting to the wireless power receiver.
  • the device may further include a display unit and a button unit, and the communication/control unit may display charging status information of the wireless power receiver on the display unit according to an input of the button unit.
  • the communication/control unit may receive buffer information on the wireless power receiver from the wireless power receiver.
  • the communication/control unit may select a new priority display device and transmit charging status information to the selected new priority display device.
  • the communication/control unit may receive display request information requesting display of a charging state from another wireless power receiving device, and transmit the charging state information of the other wireless power receiving device to the wireless power receiving device.
  • the display request information may include information on power remaining until the other wireless power receiver is fully charged.
  • FIG. 1 is a block diagram of a wireless power system 10 according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram of a wireless power system 10 according to another embodiment.
  • 3A shows embodiments of various electronic devices to which a wireless power transmission system is introduced.
  • 3B shows an example of WPC NDEF in a wireless power transmission system.
  • 4A is a block diagram of a wireless power transmission system according to another embodiment.
  • 4B is a diagram showing an example of a Bluetooth communication architecture to which the present invention can be applied.
  • 4C is a block diagram illustrating a wireless power transmission system using BLE communication according to an example.
  • 4D is a block diagram illustrating a wireless power transmission system using BLE communication according to another example.
  • 5 is a state transition diagram for explaining a wireless power transmission procedure.
  • FIG. 6 shows a power control control method according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a block diagram of a wireless power transmission device according to another embodiment.
  • FIG 8 shows an apparatus for receiving wireless power according to another embodiment.
  • FIG. 9 shows a communication frame structure according to an embodiment.
  • FIG. 10 is a structure of a sync pattern according to an embodiment.
  • FIG. 11 illustrates operating states of a wireless power transmitter and a wireless power receiver in a shared mode according to an embodiment.
  • FIG. 12A illustrates a one-to-many wireless power transmission method according to an example.
  • FIG. 12B illustrates a one-to-many wireless power transmission method according to another example.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating a method of providing charging state information according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating a display device selection procedure according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 15 is an example of a scenario for displaying charging state information when transmitting one-to-many wireless power according to FIGS. 13 to 14.
  • 16 is a flowchart illustrating a method of displaying charging state information based on an external input according to an exemplary embodiment.
  • 17 is an example of a scenario in which charging state information is displayed based on an external input.
  • 18 is another example of a scenario in which charging state information is displayed based on an external input.
  • 19 is a flowchart illustrating a method of providing charging state information according to another exemplary embodiment.
  • wireless power used hereinafter is any form related to an electric field, a magnetic field, an electromagnetic field, etc. transmitted from a wireless power transmitter to a wireless power receiver without the use of physical electromagnetic conductors. It is used to mean the energy of.
  • the wireless power may be referred to as a wireless power signal, and may mean an oscillating magnetic flux enclosed by a primary coil and a secondary coil.
  • Power conversion in a system is described herein to wirelessly charge devices including, for example, mobile phones, cordless phones, iPods, MP3 players, headsets, and the like.
  • the basic principles of wireless power transmission are, for example, a method of transmitting power through magnetic coupling, a method of transmitting power through a radio frequency (RF), and a microwave ) And the method of transmitting power through ultrasonic waves.
  • RF radio frequency
  • FIG. 1 is a block diagram of a wireless power system 10 according to an embodiment.
  • a wireless power system 10 includes a wireless power transmission device 100 and a wireless power reception device 200.
  • the wireless power transmission device 100 generates a magnetic field by receiving power from an external power source S.
  • the apparatus 200 for receiving power wirelessly receives power wirelessly by generating electric current using the generated magnetic field.
  • the wireless power transmission device 100 and the wireless power reception device 200 may transmit and receive various information necessary for wireless power transmission.
  • the communication between the wireless power transmission device 100 and the wireless power receiving device 200 is in-band communication using a magnetic field used for wireless power transmission or out-band communication using a separate communication carrier. It can be performed according to any one of (out-band communication).
  • Out-band communication may also be referred to as out-of-band communication.
  • terms are unified and described as out-band communication. Examples of out-band communication may include NFC, Bluetooth, and Bluetooth low energy (BLE).
  • the wireless power transmission device 100 may be provided in a fixed type or a mobile type.
  • fixed types include embedded in furniture such as indoor ceilings, walls, tables, outdoor parking lots, bus stops, subway stations, etc., installed as implants, or installed on vehicles or trains. There is this.
  • the mobile wireless power transmission device 100 may be implemented as a part of another device such as a mobile device having a movable weight or size or a cover of a notebook computer.
  • the wireless power receiving apparatus 200 should be interpreted as a comprehensive concept including various electronic devices including batteries and various home appliances driven by receiving power wirelessly instead of a power cable.
  • Typical examples of the wireless power receiving device 200 include a portable terminal, a cellular phone, a smart phone, a personal digital assistant (PDA), and a portable media player (PMP: Portable Media Player), Wibro terminal, tablet, phablet, notebook, digital camera, navigation terminal, television, and electric vehicle (EV).
  • PDA personal digital assistant
  • PMP Portable Media Player
  • Wibro terminal tablet
  • phablet notebook
  • digital camera digital camera
  • navigation terminal television
  • EV electric vehicle
  • the wireless power transmission apparatus 100 and the wireless power reception apparatus 200 exchange power on a one-to-one basis, but as shown in FIG. 2, one wireless power transmission apparatus 100 is a plurality of wireless power reception apparatuses. It is also possible to deliver power by (200-1, 200-2,..., 200-M).
  • one wireless power transmission device 100 applies a simultaneous transmission method or a time-division transmission method, so that several wireless power reception devices 200-1, 200-2, and ...,200-M).
  • FIG. 1 shows a state in which the wireless power transmitter 100 directly transmits power to the wireless power receiver 200
  • the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200 A separate wireless power transmission/reception device such as a relay or a repeater for increasing the power transmission distance may be provided.
  • power is transmitted from the wireless power transmission device 100 to the wireless power transmission/reception device, and the wireless power transmission/reception device may transfer power to the wireless power reception device 200 again.
  • a wireless power receiver, a power receiver, and a receiver referred to in the present specification refer to the wireless power receiving apparatus 200.
  • a wireless power transmitter, a power transmitter, and a transmitter referred to in the present specification refer to the wireless power reception and transmission apparatus 100.
  • 3A shows embodiments of various electronic devices to which a wireless power transmission system is introduced.
  • electronic devices are classified according to the amount of power transmitted and received in the wireless power transmission system.
  • wearable devices such as a smart watch, a smart glass, a head mounted display (HMD), and a smart ring, and earphones, remote controls, smart phones, PDAs, tablets
  • a low power (about 5W or less or about 20W or less) wireless charging method may be applied to mobile electronic devices (or portable electronic devices) such as PCs.
  • a medium power (less than about 50W or less than about 200W) wireless charging method may be applied to small and medium-sized home appliances such as notebook computers, robot cleaners, TVs, sound devices, vacuum cleaners, and monitors.
  • Kitchen appliances such as blenders, microwave ovens, electric rice cookers, personal mobile devices such as wheelchairs, electric kickboards, electric bicycles, and electric vehicles (or electronic devices/transport means) are high power (about 2kW or less or 22kW or less) Wireless charging method can be applied.
  • the electronic devices/moving means described above may each include a wireless power receiver to be described later. Accordingly, the electronic devices/transport means described above may be charged by receiving power wirelessly from the wireless power transmitter.
  • a mobile device to which a power wireless charging method is applied is mainly described, but this is only an embodiment, and the wireless charging method according to the present invention can be applied to various electronic devices described above.
  • WPC wireless power consortium
  • AFA air fuel alliance
  • PMA power matters alliance
  • the WPC standard defines a baseline power profile (BPP) and an extended power profile (EPP).
  • BPP relates to a wireless power transmitter and receiver that supports 5W power transmission
  • EPP relates to a wireless power transmitter and receiver that supports power transmission in a range greater than 5W and less than 30W.
  • WPC classifies wireless power transmitters and receivers into power class (PC) -1, PC0, PC1, and PC2, and provides standard documents for each PC.
  • PC power class
  • the PC-1 standard relates to wireless power transmitters and receivers that provide guaranteed power of less than 5W.
  • Applications of PC-1 include wearable devices such as smart watches.
  • the PC0 standard relates to a wireless power transmitter and receiver that provides a guaranteed power of 5W.
  • the PC0 standard includes EPP with guaranteed power up to 30W.
  • In-band (IB) communication is a mandatory communication protocol of PC0, but out-band (OB) communication, which is used as an optional backup channel, can also be used.
  • the wireless power receiver can identify whether or not OB is supported by setting an OB flag in a configuration packe.
  • a wireless power transmission device supporting OB may enter the OB handover phase by transmitting a bit-pattern for OB handover as a response to the configuration packet.
  • the response to the configuration packet may be NAK, ND, or a newly defined 8-bit pattern.
  • PC0's applications include smartphones.
  • the PC1 standard relates to a wireless power transmitter and receiver that provides 30W ⁇ 150W of guaranteed power.
  • OB is an essential communication channel for PC1
  • IB is used as initialization and link establishment to OB.
  • the wireless power transmission apparatus may enter the OB handover phase using a bit pattern for OB handover.
  • Applications of the PC1 include laptops and power tools.
  • the PC2 standard relates to a wireless power transmitter and receiver that provides 200W to 2kW of guaranteed power, and its applications include kitchen appliances.
  • PCs may be distinguished according to power levels, and whether or not to support the same compatibility between PCs may be optional or essential.
  • the same compatibility between PCs means that power transmission/reception is possible between the same PCs.
  • compatibility between different PCs may also be supported.
  • the compatibility between different PCs means that power transmission/reception is possible between different PCs.
  • a wireless power transmitter with PC x can charge a wireless power receiver with PC y, it can be seen that compatibility between different PCs is maintained.
  • a laptop-top charging wireless power receiver capable of stably charging only when power is continuously transmitted is a wireless power transmitter of the same PC. Even so, there may be a problem in stably receiving power from a wireless power transmitter of an electric tool type that transmits power discontinuously.
  • compatibility between different PCs for example, when a wireless power transmitter with a minimum guaranteed power of 200W transmits power to a wireless power receiver with a maximum guaranteed power of 5W, the wireless power receiver due to overvoltage There is a risk of breakage. As a result, it is difficult for the PC to use compatibility as a representative/indicating index/standard.
  • Wireless power transmission and reception devices can provide a very convenient user experience and interface (UX/UI). That is, a smart wireless charging service may be provided, and the smart wireless charging service may be implemented based on the UX/UI of a smart phone including a wireless power transmission device. For these applications, the interface between the smartphone's processor and the wireless charging receiver allows "drop and play" two-way communication between the wireless power transmitter and the receiver.
  • UX/UI user experience and interface
  • a user may experience a smart wireless charging service in a hotel.
  • the wireless charger transmits wireless power to the smartphone, and the smartphone receives wireless power.
  • the wireless charger transmits information on the smart wireless charging service to the smartphone.
  • the smartphone detects that the smartphone is located on the wireless charger, detects the reception of wireless power, or when the smartphone receives information about the smart wireless charging service from the wireless charger, the smartphone agrees to the user as an additional feature ( Enter in the state of inquiring for opt-in).
  • the smartphone may display a message on the screen in a manner that includes or does not include an alarm sound.
  • An example of the message may include a phrase such as "Welcome to ### hotel. Select "Yes” to activate smart charging functions: Yes
  • the smartphone receives the user's input to select Yes or No Thanks, and performs the following procedure selected by the user. If Yes is selected, the smartphone transmits the information to the wireless charger. And the smart phone and the wireless charger perform the smart charging function together.
  • the smart wireless charging service may also include receiving auto-filled WiFi credentials.
  • a wireless charger transmits the WiFi qualification to a smartphone, and the smartphone automatically enters the WiFi qualification received from the wireless charger by running an appropriate app.
  • the smart wireless charging service may also include running a hotel application that provides hotel promotions, or obtaining remote check-in/check-out and contact information.
  • a user may experience a smart wireless charging service in a vehicle.
  • the wireless charger transmits wireless power to the smartphone, and the smartphone receives wireless power.
  • the wireless charger transmits information on the smart wireless charging service to the smartphone.
  • the smartphone detects that the smartphone is located on the wireless charger, detects the reception of wireless power, or when the smartphone receives information about the smart wireless charging service from the wireless charger, the smartphone asks the user to confirm the identity. Enter the inquiry state.
  • the smartphone is automatically connected to the car via WiFi and/or Bluetooth.
  • the smartphone can display a message on the screen in a manner with or without an alarm sound.
  • An example of a message may include a phrase such as "Welcome to your car. Select "Yes" to synch device with in-car controls: Yes
  • the smartphone receives the user's input to select Yes or No Thanks, and performs the following procedure selected by the user. If Yes is selected, the smartphone transmits the information to the wireless charger.
  • the smart phone and the wireless charger can perform the smart control function in the vehicle together by driving the in-vehicle application/display software. Users can enjoy the desired music and check the regular map location.
  • In-vehicle applications/display software may include the capability to provide synchronized access for passengers.
  • the user may experience smart wireless charging at home.
  • the wireless charger transmits wireless power to the smartphone, and the smartphone receives wireless power.
  • the wireless charger transmits information on the smart wireless charging service to the smartphone.
  • the smartphone detects that the smartphone is located on the wireless charger, detects the reception of wireless power, or when the smartphone receives information about the smart wireless charging service from the wireless charger, the smartphone agrees to the user as an additional feature ( Enter in the state of inquiring for opt-in).
  • the smartphone may display a message on the screen in a manner that includes or does not include an alarm sound.
  • An example of the message may include a phrase such as "Hi xxx, Would you like to activate night mode and secure the building?: Yes
  • the smartphone receives the user's input to select Yes or No Thanks, and performs the following procedure selected by the user. If Yes is selected, the smartphone transmits the information to the wireless charger. Smartphones and wireless chargers can at least recognize the user's pattern and encourage the user to lock doors and windows, turn off lights, or set an alarm.
  • a'profile' will be newly defined as an index/standard representing/indicating compatibility.
  • compatibility is maintained between wireless power transmission/reception devices having the same'profile', thereby enabling stable power transmission/reception, and power transmission/reception between wireless power transmission/reception devices having different'profiles'.
  • Profiles can be defined according to application and/or whether they are compatible (or independently) regardless of power class.
  • Profiles can be divided into three broad categories: i) mobile and computing, ii) electric tools, and iii) kitchen.
  • profiles can be largely divided into four categories: i) mobile, ii) electric tools, iii) kitchen and iv) wearable.
  • communication protocols/methods may be defined as IB and OB, and operating frequencies may be defined as 87 ⁇ 205kHz, and examples of applications include smartphones and laptops. I can.
  • PC1 may be defined as PC1
  • communication protocol/method is IB
  • operating frequency may be defined as 87 ⁇ 145kHz.
  • applications include electric tools.
  • PC2 may be defined as a PC2
  • a communication protocol/method may be NFC-based, and an operating frequency may be less than 100 kHz, and examples of applications may include kitchen/home appliances.
  • NFC communication can be used between the wireless power transmitter and receiver.
  • the wireless power transmission device and the receiving device can confirm that they are NFC devices by exchanging WPC NDEF (NFC Data Exchange Profile Format).
  • WPC NDEF includes an application profile field (eg 1B), a version field (eg 1B), and profile specific data (eg 1B) as shown in FIG. 3B.
  • the application profile field indicates whether the device is i) mobile and computing, ii) an electric tool, and iii) a kitchen, and the upper nibble of the version field indicates a major version and a lower nibble. (lower nibble) indicates a minor version.
  • profile specific data defines content for the kitchen.
  • a PC may be defined as PC-1
  • a communication protocol/method may be defined as IB
  • an example of an application may include a wearable device worn on the user's body.
  • Maintaining compatibility between the same profile may be essential, and maintaining compatibility between different profiles may be optional.
  • profiles may be generalized and expressed as first to nth profiles, and new profiles may be added/replaced according to WPC standards and embodiments.
  • the wireless power transmitter selectively transmits power only to the wireless power receiver having the same profile as the wireless power transmitter, thereby enabling more stable power transmission.
  • the burden of the wireless power transmitter is reduced and power transmission to an incompatible wireless power receiver is not attempted, the risk of damage to the wireless power receiver is reduced.
  • PC1 in the'mobile' profile can be defined by borrowing optional extensions such as OB based on PC0, and in the case of the'power tool' profile, the PC1'mobile' profile can be defined simply as a modified version. Also, up to now, it has been defined for the purpose of maintaining compatibility between the same profiles, but technology may be developed in the direction of maintaining compatibility between different profiles in the future.
  • the wireless power transmitter or the wireless power receiver may inform the other party of its own profile through various methods.
  • the AFA standard refers to a wireless power transmitter as a power transmitting unit (PTU), a wireless power receiver as a power receiving unit (PRU), and the PTU is classified into a number of classes as shown in Table 1, and the PRU is as shown in Table 2. It is classified into a number of categories.
  • P TX_IN_MAX Minimum category support requirements Minimum value for maximum number of devices supported Class 1 2W 1x Category 1 1x Category 1 Class 2 10W 1x Category 3 2x category 2 Class 3 16W 1x Category 4 2x category 3 Class 4 33W 1x Category 5 3x Category 3 Class 5 50W 1x Category 6 4x category 3 Class 6 70W 1x Category 7 5x category 3
  • the maximum output power capability of the class n PTU is greater than or equal to the P TX_IN_MAX value of the corresponding class.
  • the PRU cannot draw more power than the power specified in that category.
  • 4A is a block diagram of a wireless power transmission system according to another embodiment.
  • the wireless power transmission system 10 includes a mobile device 450 wirelessly receiving power and a base station 400 wirelessly transmitting power.
  • the base station 400 is a device that provides induced power or resonance power, and may include at least one wireless power transmitter 100 and a system unit 405.
  • the wireless power transmitter 100 may transmit induced power or resonant power and control the transmission.
  • the wireless power transmitter 100 generates a magnetic field through a primary coil(s), thereby converting electrical energy into a power signal, and a power conversion unit 110 that converts electric energy into a power signal and transfers power to an appropriate level. It may include a communication / control unit (communications & control unit, 120) for controlling the communication and power transmission with the wireless power receiver 200.
  • the system unit 405 may perform input power provisioning, control of a plurality of wireless power transmission devices, and other operation control of the base station 400 such as user interface control.
  • the primary coil may generate an electromagnetic field using AC power (or voltage or current).
  • the primary coil receives AC power (or voltage or current) of a specific frequency output from the power conversion unit 110, and accordingly, may generate a magnetic field of a specific frequency.
  • the magnetic field may be generated non-radiatively or radially, and the wireless power receiving apparatus 200 generates current by receiving it. In other words, the primary coil transmits power wirelessly.
  • the primary coil and the secondary coil can have any suitable shape, for example a copper wire wound around a high permeability formation such as ferrite or amorphous metal.
  • the primary coil may be referred to as a transmitting coil, a primary core, a primary winding, a primary loop antenna, or the like.
  • the secondary coil may be called a receiving coil, a secondary core, a secondary winding, a secondary loop antenna, a pickup antenna, and the like. .
  • the primary coil and the secondary coil may be provided in the form of a primary resonance antenna and a secondary resonance antenna, respectively.
  • the resonant antenna may have a resonant structure including a coil and a capacitor.
  • the resonant frequency of the resonant antenna is determined by the inductance of the coil and the capacitance of the capacitor.
  • the coil may be formed in the shape of a loop.
  • a core may be disposed inside the roof.
  • the core may include a physical core such as a ferrite core or an air core.
  • Energy transmission between the primary resonant antenna and the secondary resonant antenna may be achieved through a resonance phenomenon of a magnetic field.
  • Resonant phenomenon refers to a phenomenon in which high-efficiency energy transfer occurs between the resonant antennas due to coupling of both resonant antennas when another resonant antenna is located around when a near field corresponding to the resonant frequency occurs in one resonant antenna.
  • a magnetic field corresponding to the resonant frequency is generated between the primary and secondary resonant antenna antennas, a phenomenon in which the primary resonant antenna and the secondary resonant antenna resonate with each other occurs. Accordingly, in general, the primary resonant antenna occurs.
  • the magnetic field is focused toward the secondary resonant antenna with higher efficiency, and thus energy can be transferred from the primary resonant antenna to the secondary resonant antenna with high efficiency.
  • the magnetic induction method may be implemented similarly to the magnetic resonance method, but in this case, the frequency of the magnetic field need not be the resonance frequency. Instead, in the magnetic induction method, matching between the loops constituting the primary and secondary coils is required, and the gap between the loops must be very close.
  • the wireless power transmitter 100 may further include a communication antenna.
  • the communication antenna may transmit and receive communication signals using communication carriers other than magnetic field communication.
  • the communication antenna may transmit and receive communication signals such as Wi-Fi, Bluetooth, Bluetooth LE, ZigBee, and NFC.
  • the communication/control unit 120 may transmit and receive information to and from the wireless power receiving device 200.
  • the communication/control unit 120 may include at least one of an IB communication module or an OB communication module.
  • the IB communication module may transmit and receive information using a magnetic wave having a specific frequency as a center frequency.
  • the communication/control unit 120 may perform in-band communication by placing information on a magnetic wave and transmitting it through a primary coil or receiving a magnetic wave containing information through the primary coil.
  • a modulation scheme such as binary phase shift keying (BPSK) or amplitude shift keying (ASK), and Manchester coding or non-return-to-zero level (NZR-L) Level
  • BPSK binary phase shift keying
  • ASK amplitude shift keying
  • NZR-L non-return-to-zero level
  • the communication/control unit 120 can transmit and receive information over a distance of several meters at a data rate of several kbps.
  • the OB communication module may perform out-band communication through a communication antenna.
  • the communication/control unit 120 may be provided as a short-range communication module.
  • Examples of short-range communication modules include communication modules such as Wi-Fi, Bluetooth, Bluetooth LE, ZigBee, and NFC.
  • the communication/control unit 120 may control the overall operation of the wireless power transmission device 100.
  • the communication/control unit 120 may perform calculations and processing of various types of information, and control each component of the wireless power transmission device 100.
  • the communication/control unit 120 may be implemented as a computer or a similar device using hardware, software, or a combination thereof.
  • the communication/control unit 120 may be provided in the form of an electronic circuit that performs a control function by processing electrical signals, and in software, in the form of a program that drives the hardware communication/control unit 120 Can be provided.
  • the communication/control unit 120 may control transmit power by controlling an operating point.
  • the controlling operation point may correspond to a combination of frequency (or phase), duty cycle, duty ratio, and voltage amplitude.
  • the communication/control unit 120 may control transmission power by adjusting at least one of a frequency (or phase), a duty cycle, a duty ratio, and a voltage amplitude.
  • the wireless power transmitter 100 may supply constant power and the wireless power receiver 200 may control the received power by controlling the resonance frequency.
  • the mobile device 450 receives and stores the power received from the wireless power receiver 200 and the wireless power receiver 200 for receiving wireless power through a secondary coil. Includes a load (455) to supply to.
  • the wireless power receiver 200 may include a power pick-up unit 210 and a communication/control unit 220.
  • the power pickup unit 210 may receive wireless power through the secondary coil and convert it into electrical energy.
  • the power pickup unit 210 rectifies the AC signal obtained through the secondary coil and converts it into a DC signal.
  • the communication/control unit 220 may control transmission and reception (power transmission and reception) of wireless power.
  • the secondary coil may receive wireless power transmitted from the wireless power transmission apparatus 100.
  • the secondary coil may receive power by using a magnetic field generated in the primary coil.
  • a specific frequency is a resonance frequency
  • a magnetic resonance phenomenon occurs between the primary coil and the secondary coil, so that power can be more efficiently transmitted.
  • the communication/control unit 220 may further include a communication antenna.
  • the communication antenna may transmit and receive communication signals using communication carriers other than magnetic field communication.
  • the communication antenna may transmit and receive communication signals such as Wi-Fi, Bluetooth, Bluetooth LE, ZigBee, and NFC.
  • the communication/control unit 220 may transmit and receive information to and from the wireless power transmission device 100.
  • the communication/control unit 220 may include at least one of an IB communication module or an OB communication module.
  • the IB communication module may transmit and receive information using a magnetic wave having a specific frequency as a center frequency.
  • the communication/control unit 220 may perform IB communication by loading information on a magnetic wave and transmitting it through a secondary coil or receiving a magnetic wave containing information through a secondary coil.
  • a modulation scheme such as binary phase shift keying (BPSK) or amplitude shift keying (ASK), and Manchester coding or non-return-to-zero level (NZR-L) Level
  • BPSK binary phase shift keying
  • ASK amplitude shift keying
  • NZR-L non-return-to-zero level
  • the communication/control unit 220 can transmit and receive information over a distance of several meters at a data rate of several kbps.
  • the OB communication module may perform out-band communication through a communication antenna.
  • the communication/control unit 220 may be provided as a short-range communication module.
  • Examples of short-range communication modules include communication modules such as Wi-Fi, Bluetooth, Bluetooth LE, ZigBee, and NFC.
  • the communication/control unit 220 may control the overall operation of the wireless power receiving apparatus 200.
  • the communication/control unit 220 may perform calculations and processing of various types of information, and may control each component of the wireless power receiving apparatus 200.
  • the communication/control unit 220 may be implemented as a computer or a similar device using hardware, software, or a combination thereof.
  • the communication/control unit 220 may be provided in the form of an electronic circuit that performs a control function by processing electrical signals, and in software, in the form of a program that drives the hardware communication/control unit 220. Can be provided.
  • the communication/control unit 120 and the communication/control unit 220 are Bluetooth or Bluetooth LE as an OB communication module or a short-range communication module
  • the communication/control unit 120 and the communication/control unit 220 are respectively shown in FIG. 4B. It can be implemented and operated with the same communication architecture.
  • 4B is a diagram showing an example of a Bluetooth communication architecture to which the present invention can be applied.
  • FIG. 4B shows an example of a protocol stack of a Bluetooth Basic Rate (BR)/Enhanced Data Rate (EDR) supporting GATT, and (b) is a Bluetooth Low Energy (LE). Shows an example of a protocol stack.
  • BR Bluetooth Basic Rate
  • EDR Enhanced Data Rate
  • LE Bluetooth Low Energy
  • the Bluetooth BR/EDR protocol stack is based on a host controller interface (HCI, 18).
  • HCI host controller interface
  • a host stack 470 may be included.
  • the host stack (or host module) 470 refers to a wireless transmission/reception module receiving a 2.4 GHz Bluetooth signal and a hardware for transmitting or receiving a Bluetooth packet, and the controller stack 460 is connected to the Bluetooth module to provide a Bluetooth module. Control and perform actions.
  • the host stack 470 may include a BR/EDR PHY layer 12, a BR/EDR baseband layer 14, and a link manager layer 16.
  • the BR/EDR PHY layer 12 is a layer that transmits and receives a 2.4 GHz radio signal, and when using GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) modulation, data can be transmitted by hopping 79 RF channels.
  • GFSK Gausian Frequency Shift Keying
  • the BR/EDR baseband layer 14 plays a role of transmitting a digital signal, selects a channel sequence hopping 1400 times per second, and transmits a time slot of 625us length for each channel.
  • the link manager layer 16 controls the overall operation (link setup, control, and security) of the Bluetooth connection using LMP (Link Manager Protocol).
  • the link manager layer 16 may perform the following functions.
  • the host controller interface layer 18 provides an interface between the host module and the controller module so that the host provides commands and data to the controller, and the controller provides events and data to the host.
  • the host stack (or host module, 20) includes a logical link control and adaptation protocol (L2CAP, 21), an attribute protocol (Protocol, 22), a generic attribute profile (GATT, 23), and a generic access profile (Generic Access). Profile, GAP, 24), and BR/EDR profile 25.
  • L2CAP logical link control and adaptation protocol
  • Protocol 22
  • GATT generic attribute profile
  • GAP Generic Access
  • BR/EDR profile 25 BR/EDR profile
  • the logical link control and adaptation protocol may provide one bidirectional channel for transmitting data to a specific protocol or profile.
  • the L2CAP 21 may multiplex various protocols, profiles, etc. provided by the upper level of Bluetooth.
  • the L2CAP of Bluetooth BR/EDR uses a dynamic channel, supports protocol service multiplexer, retransmission, and streaming mode, and provides segmentation and reassembly, per-channel flow control, and error control.
  • the general attribute profile may be operable as a protocol that describes how the attribute protocol 22 is used when configuring services.
  • the general attribute profile 23 may be operable to specify how ATT attributes are grouped together into services, and may be operable to describe features associated with services.
  • the general attribute profile 23 and the attribute protocol ATT 22 can use features to describe the state and services of a device, and how features relate to each other and how they are used.
  • the attribute protocol 22 and the BR/EDR profile 25 define a service (profile) using Bluetooth BR/EDR and an application protocol for exchanging these data, and the generic access profile (Generic Access Profile) , GAP, 24) define the device discovery, connection, and security level.
  • the Bluetooth LE protocol stack includes a controller stack 480 operable to process a timing-critical wireless device interface and a host stack operable to process high level data. (Host stack, 490) is included.
  • the controller stack 480 may be implemented using a communication module that may include a Bluetooth wireless device, for example, a processor module that may include a processing device such as a microprocessor.
  • the host stack 490 may be implemented as a part of an OS running on a processor module, or as an instantiation of a package on the OS.
  • controller stack and the host stack may operate or run on the same processing device within a processor module.
  • the controller stack 480 includes a physical layer (PHY, 32), a link layer (34), and a host controller interface (36).
  • PHY physical layer
  • link layer 34
  • 36 host controller interface
  • the physical layer (PHY, wireless transmission/reception module, 32) is a layer that transmits and receives a 2.4 GHz radio signal, and uses GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) modulation and a frequency hopping technique composed of 40 RF channels.
  • GFSK Gausian Frequency Shift Keying
  • the link layer 34 which transmits or receives Bluetooth packets, creates a connection between devices after performing advertising and scanning functions using three advertising channels, and data packets of up to 257 bytes through 37 data channels. It provides the function of sending and receiving.
  • the host stack is a GAP (Generic Access Profile, 40), a logical link control and adaptation protocol (L2CAP, 41), a security manager (Security Manager, SM, 42), an attribute protocol (Attribute Protocol, ATT, 440), and a general attribute profile. It may include (Generic Attribute Profile, GATT, 44), Generic Access Profile (25), and LT Profile (46). However, the host stack 490 is not limited thereto and may include various protocols and profiles.
  • the host stack uses L2CAP to multiplex various protocols and profiles provided by the upper level of Bluetooth.
  • L2CAP Logical Link Control and Adaptation Protocol 41 may provide one bidirectional channel for transmitting data to a specific protocol or profile.
  • the L2CAP 41 may be operable to multiplex data between higher layer protocols, segment and reassemble packages, and manage multicast data transmission.
  • Bluetooth LE 3 fixed channels (1 for signaling CH, 1 for Security Manager, 1 for Attribute protocol) are basically used. And, if necessary, a dynamic channel may be used.
  • BR/EDR Base Rate/Enhanced Data Rate
  • SM Security Manager
  • ATT Attribute Protocol, 43
  • ATT has the following 6 message types (Request, Response, Command, Notification, Indication, Confirmation).
  • Request message is a message for requesting and delivering specific information from a client device to a server device
  • a response message is a response message to a request message, which can be used for transmission from a server device to a client device.
  • Command message This is a message sent mainly to instruct a command for a specific operation from a client device to a server device.
  • the server device does not transmit a response to the command message to the client device.
  • Notification message This message is sent from the server device to the client device for notification such as an event, and the client device does not send a confirmation message for the notification message to the server device.
  • Indication and Confirm message This message is sent from the server device to the client device for notification such as an event. Unlike the Notification message, the client device transmits a Confirm message for the Indication message to the server device.
  • the present invention transmits a value for the data length when requesting a long data in a GATT profile using the attribute protocol (ATT, 43) so that the client can clearly know the data length, and characteristic from the server using the UUID. Can receive values.
  • the general access profile (GAP, 45) is a layer newly implemented for Bluetooth LE technology, and is used to select a role for communication between Bluetooth LE devices and control how multi-profile operations occur.
  • the general access profile 45 is mainly used for device discovery, connection creation, and security procedures, defines a method of providing information to a user, and defines the following attribute types.
  • the LE profile 46 is a profile dependent on GATT and is mainly applied to a Bluetooth LE device.
  • the LE profile 46 may include, for example, Battery, Time, FindMe, Proximity, Time, and the like, and specific contents of GATT-based Profiles are as follows.
  • the general attribute profile GATT 44 may operate as a protocol describing how the attribute protocol 43 is used when configuring services.
  • the general attribute profile 44 may be operable to specify how ATT attributes are grouped together into services, and may be operable to describe features associated with services.
  • the general attribute profile 44 and the attribute protocol can use features to describe the state and services of a device and to describe how features are related to each other and how they are used.
  • the wireless power transmission device and the reception device according to the present invention may each serve as a client and a server.
  • the wireless power transmitter may be a client, and the wireless power receiver may be a server.
  • the wireless power transmitter may be a server, and the wireless power receiver may be a client.
  • the wireless power transmission device and the reception device according to the present invention may serve as a scanner and an advertiser, respectively.
  • the wireless power transmitter may be an advertiser
  • the wireless power receiver may be a scanner.
  • the wireless power transmitter may be a scanner
  • the wireless power receiver may be an advertiser.
  • the BLE procedure can be classified into a device filtering procedure, an advertising procedure, a scanning procedure, a discovery procedure, and a connecting procedure.
  • the device filtering procedure is a method for reducing the number of devices that respond to requests, instructions, and notifications in the controller stack.
  • the controller stack can control the BLE controller stack to reduce power consumption by reducing the number of transmitting requests.
  • the advertising device or scanning device may perform the device filtering procedure to limit devices that receive an advertisement packet, a scan request, or a connection request.
  • the advertisement device refers to a device that transmits an advertisement event, that is, performs advertisement, and is also referred to as an advertiser.
  • the scanning device refers to a device that performs scanning and a device that transmits a scan request.
  • a scanning device when a scanning device receives some advertisement packets from an advertisement device, the scanning device must transmit a scan request to the advertisement device.
  • the scanning device may ignore advertisement packets transmitted from the advertisement device.
  • the device filtering procedure can also be used in the connection request process. If device filtering is used in the connection request process, it is not necessary to transmit a response to the connection request by disregarding the connection request.
  • the advertisement device performs an advertisement procedure to perform non-directional broadcast to devices in the area.
  • undirected advertising is advertising directed to all (all) devices, not broadcasting directed to a specific device, and all devices scan advertisements to request additional information or You can make a connection request.
  • Directed Advertising only a device designated as a receiving device can scan advertisements to request additional information or request a connection.
  • the advertising procedure is used to establish a Bluetooth connection with a nearby initiating device.
  • the advertisement procedure may be used to provide periodic broadcast of user data to scanning devices that are listening on the advertisement channel.
  • the advertisement devices may receive scan requests from listening devices that are listening to obtain additional user data from the advertisement device.
  • the advertisement device transmits a response to the scan request to the device that transmitted the scan request through the same advertisement physical channel as the advertisement physical channel receiving the scan request.
  • Broadcast user data sent as part of advertisement packets is dynamic data, while scan response data is generally static data.
  • the advertising device may receive a connection request from the initiating device on the advertising (broadcast) physical channel. If the advertisement device uses a connectable advertisement event and the initiating device is not filtered by the device filtering procedure, the advertisement device stops advertisement and enters a connected mode. The advertising device may start advertising again after the connected mode.
  • a device performing scanning that is, a scanning device, performs a scanning procedure to listen to a non-directional broadcast of user data from advertisement devices using an advertisement physical channel.
  • the scanning device transmits a scan request to the advertisement device through an advertisement physical channel in order to request additional data from the advertisement device.
  • the advertisement device transmits a scan response, which is a response to the scan request, including additional data requested by the scanning device through the advertisement physical channel.
  • the scanning procedure may be used while the BLE piconet is connected to another BLE device.
  • the scanning device If the scanning device receives a broadcast advertisement event and is in an initiator mode capable of initiating a connection request, the scanning device transmits a connection request to the advertisement device through the advertisement physical channel. And you can start a Bluetooth connection.
  • the scanning device When the scanning device transmits a connection request to the advertisement device, the scanning device stops scanning the initiator mode for additional broadcast and enters the connection mode.
  • Bluetooth devices Devices capable of Bluetooth communication (hereinafter referred to as “Bluetooth devices”) perform an advertisement procedure and a scanning procedure in order to discover nearby devices or to be discovered by other devices within a given area.
  • the discovery procedure is performed asymmetrically.
  • a Bluetooth device that tries to find other devices around it is called a discovery device, and listens to find devices that advertise scannable advertising events.
  • a Bluetooth device that is discovered and available from another device is called a discoverable device, and actively broadcasts an advertisement event so that other devices can scan through an advertisement (broadcast) physical channel.
  • Both the discovering device and the discoverable device may already be connected to other Bluetooth devices in the piconet.
  • connection procedure is asymmetric, and the connection procedure requires that a specific Bluetooth device perform an advertisement procedure while another Bluetooth device performs a scanning procedure.
  • the advertising procedure may be the goal, and as a result, only one device will respond to the advertisement.
  • the connection After receiving an advertisement event accessible from the advertisement device, the connection may be initiated by sending a connection request to the advertisement device through an advertisement (broadcast) physical channel.
  • the link layer enters the advertisement state by the instruction of the host (stack).
  • the link layer transmits advertisement packet data units (PDUs) in advertisement events.
  • PDUs advertisement packet data units
  • Each advertisement event consists of at least one advertisement PDU, and advertisement PDUs are transmitted through used advertisement channel indexes.
  • the advertisement event may be terminated when each transmitted through advertisement channel indexes in which the advertisement PDU is used, or when the advertisement device needs to reserve space for performing other functions, the advertisement event may be terminated earlier.
  • the link layer enters the scanning state by the instruction of the host (stack). In the scanning state, the link layer listens for advertisement channel indexes.
  • scanning states There are two types of scanning states: passive scanning and active scanning, and each scanning type is determined by the host.
  • a separate time or advertisement channel index for performing scanning is not defined.
  • the link layer listens for the advertisement channel index during the scanWindow duration.
  • the scanInterval is defined as the interval (interval) between the starting points of two consecutive scan windows.
  • the link layer must listen to complete all scan intervals of the scan window as indicated by the host. In each scan window, the link layer must scan a different advertising channel index. The link layer uses all available advertising channel indices.
  • the link layer In passive scanning, the link layer only receives packets and cannot transmit any packets.
  • the link layer performs listening to rely on the advertisement PDU type that can request advertisement PDUs and additional information related to the advertisement device to the advertisement device.
  • the link layer enters the start state by the instruction of the host (stack).
  • the link layer listens for advertisement channel indexes.
  • the link layer listens for the advertisement channel index during the scan window period.
  • the link layer enters the connected state when the device performing the connection request, that is, when the initiating device transmits a CONNECT_REQ PDU to the advertisement device or when the advertisement device receives a CONNECT_REQ PDU from the initiating device.
  • connection After entering the connected state, the connection is considered to be created. However, it does not need to be considered to be established when the connection enters the connected state. The only difference between a newly created connection and an established connection is the link layer connection supervision timeout value.
  • the link layer that plays the role of a master is called a master
  • the link layer that plays the role of a slave is called a slave.
  • the master controls the timing of the connection event, and the connection event refers to the timing of synchronization between the master and the slave.
  • BLE devices use packets defined below.
  • the Link Layer has only one packet format used for both advertising channel packets and data channel packets.
  • Each packet is composed of four fields: Preamble, Access Address, PDU and CRC.
  • the PDU When one packet is transmitted on the advertising channel, the PDU will be the advertising channel PDU, and when one packet is transmitted on the data channel, the PDU will be the data channel PDU.
  • the advertisement channel PDU Packet Data Unit
  • PDU Packet Data Unit
  • the PDU type field of the advertisement channel PDU included in the header indicates the PDU type as defined in Table 3 below.
  • Advertising PDU (Advertising PDU)
  • advertisement PDU types are called advertisement PDUs and are used in specific events: ADV_IND: Connectable non-directional advertisement event
  • ADV_DIRECT_IND Connectable directional ad event
  • ADV_NONCONN_IND Non-directed advertising event that is not connectable
  • ADV_SCAN_IND scannable non-directional advertising event
  • the PDUs are transmitted in a link layer in an advertisement state, and received by a link layer in a scanning state or an initiating state.
  • the advertisement channel PDU type below is called a scanning PDU and is used in the state described below.
  • SCAN_REQ Sent by the link layer in the scanning state, and received by the link layer in the advertisement state.
  • SCAN_RSP transmitted by the link layer in the advertisement state, and received by the link layer in the scanning state.
  • the advertisement channel PDU type below is called an initiating PDU.
  • CONNECT_REQ transmitted by the link layer in the initiating state, and received by the link layer in the advertisement state.
  • the data channel PDU has a 16-bit header, payloads of various sizes, and may include a Message Integrity Check (MIC) field.
  • MIC Message Integrity Check
  • the load 455 may be a battery.
  • the battery may store energy by using power output from the power pickup unit 210.
  • the battery is not necessarily included in the mobile device 450.
  • the battery may be provided in a detachable external configuration.
  • the wireless power receiving apparatus 200 may include a driving means for driving various operations of an electronic device instead of a battery.
  • the mobile device 450 is shown to include the wireless power receiver 200, and the base station 400 is shown to include the wireless power transmitter 100, but in a broad sense, the wireless power receiver ( 200) may be identified with the mobile device 450, and the wireless power transmitter 100 may be identified with the base station 400.
  • wireless power transmission including the communication/control unit 120 may be represented by a simplified block diagram as shown in FIG. 4C.
  • 4C is a block diagram illustrating a wireless power transmission system using BLE communication according to an example.
  • the wireless power transmission device 100 includes a power conversion unit 110 and a communication/control unit 120.
  • the communication/control unit 120 includes an in-band communication module 121 and a BLE communication module 122.
  • the wireless power receiver 200 includes a power pickup unit 210 and a communication/control unit 220.
  • the communication/control unit 220 includes an in-band communication module 221 and a BLE communication module 222.
  • the BLE communication modules 122 and 222 perform the architecture and operation according to FIG. 4B.
  • the BLE communication modules 122 and 222 may be used to establish a connection between the wireless power transmitter 100 and the wireless power receiver 200, and exchange control information and packets required for wireless power transmission. have.
  • the communication/control unit 120 may be configured to operate a profile for wireless charging.
  • the profile for wireless charging may be GATT using BLE transmission.
  • the communication/control units 120 and 220 include only in-band communication modules 121 and 221, respectively, as shown in FIG. 4D, and the BLE communication modules 122 and 222 are communication/control units 120, 220) and separately provided are also possible.
  • the coil or coil unit may be referred to as a coil assembly, a coil cell, or a cell including a coil and at least one element adjacent to the coil.
  • 5 is a state transition diagram for explaining a wireless power transmission procedure.
  • power transmission from a wireless power transmitter to a receiver is largely performed in a selection phase 510, a ping phase 520, and an identification and configuration phase. and configuration phase, 530), negotiation phase (negotiation phase, 540), calibration phase (calibration phase, 550), power transfer phase (power transfer phase, 560) phase, and renegotiation phase (renegotiation phase, 570). .
  • the selection phase 510 is a step in which a transition is made when a specific error or specific event is detected while starting power transmission or maintaining power transmission-including reference numerals S502, S504, S508, S510 and S512, for example. I can.
  • specific errors and specific events will be clarified through the following description.
  • the wireless power transmitter may monitor whether an object exists on the interface surface. If the wireless power transmitter detects that an object is placed on the interface surface, it may transition to the ping phase 520.
  • the wireless power transmitter transmits an analog ping signal, which is a power signal (or pulse) corresponding to a very short duration, and the current of the transmitting coil or the primary coil Based on the change, it is possible to detect whether an object exists in the active area of the interface surface.
  • an analog ping signal which is a power signal (or pulse) corresponding to a very short duration
  • the wireless power transmitter may measure a quality factor of a wireless power resonant circuit (eg, a power transfer coil and/or a resonant capacitor).
  • a quality factor may be measured to determine whether a wireless power receiver is placed along with a foreign substance in the charging area.
  • an inductance and/or a series resistance component in the coil may be reduced due to environmental changes, and thus a quality factor value may decrease.
  • the wireless power transmitter may receive a reference quality factor value measured in advance from the wireless power receiver in a state in which the foreign substance is not disposed in the charging area.
  • the presence of foreign matter may be determined by comparing the reference quality factor value received in the negotiation phase 540 with the measured quality factor value.
  • a specific wireless power receiver may have a low reference quality factor value depending on the type, use, and characteristics of the wireless power receiver- In this case, there is no significant difference between the measured quality factor value and the reference quality factor value, making it difficult to determine the presence of foreign substances. Therefore, it is necessary to further consider other judgment factors or to determine the presence of foreign substances using other methods.
  • a quality factor value within a specific frequency domain may be measured to determine whether an object is disposed together with a foreign substance in the charging area.
  • inductance and/or a series resistance component in the coil may be reduced due to environmental changes, and thus the resonant frequency of the coil of the wireless power transmitter may be changed (shifted). That is, the quality factor peak frequency, which is the frequency at which the maximum quality factor value in the operating frequency band is measured, may be moved.
  • the wireless power transmitter activates the receiver and transmits a digital ping to identify whether the detected object is a wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter does not receive a response signal for a digital ping—for example, a signal strength packet—from the receiver, it may transition to the selection phase 510 again.
  • the wireless power transmitter receives a signal indicating that power transmission has been completed from the receiver, that is, a charging completion packet, it may transition to the selection phase 510.
  • the wireless power transmitter may transition to the identification and configuration phase 530 for identifying the receiver and collecting receiver configuration and status information.
  • the wireless power transmitter receives an unwanted packet (unexpected packet), a desired packet is not received for a predefined time (time out), or there is a packet transmission error (transmission error), If no power transfer contract is established (no power transfer contract) it may transition to an optional phase 510.
  • the wireless power transmission apparatus may check whether it is necessary to enter the negotiation phase 540 based on the Negotiation Field value of the configuration packet received in the identification and configuration phase 530. As a result of the confirmation, if negotiation is necessary, the wireless power transmitter may enter the negotiation phase 540 and perform a predetermined FOD detection procedure. On the other hand, as a result of the confirmation, if negotiation is not necessary, the wireless power transmission device may immediately enter the power transmission phase 560.
  • the wireless power transmitter and the receiver support out-band communication such as BLE, the out-band communication module of the wireless power transmitter receives the ID or identification packet of the wireless power receiver in the identification and configuration phase 530, Sends and receives messages related to settings required for power transmission.
  • out-of-band communication is substantially the same as out-of-band (OOB) communication and the expression is different.
  • OOB out-of-band
  • the wireless power transmitter may receive a Foreign Object Detection (FOD) state packet including a reference quality factor value.
  • FOD Foreign Object Detection
  • an FOD state packet including a reference peak frequency value may be received.
  • a status packet including a reference quality factor value and a reference peak frequency value may be received.
  • the wireless power transmitter may determine a quality factor threshold for FO detection based on the reference quality factor value.
  • the wireless power transmitter may determine a peak frequency threshold for FO detection based on the reference peak frequency value.
  • the wireless power transmitter can detect whether FO is present in the charging area using the determined quality factor threshold for FO detection and the currently measured quality factor value (the quality factor value measured before the ping phase), and the FO detection result Accordingly, power transmission can be controlled. For example, when FO is detected, power transmission may be stopped, but the present invention is not limited thereto.
  • the wireless power transmitter can detect whether FO is present in the charging area using the determined peak frequency threshold for FO detection and the currently measured peak frequency value (the peak frequency value measured before the ping phase), and the FO detection result Accordingly, power transmission can be controlled. For example, when FO is detected, power transmission may be stopped, but the present invention is not limited thereto.
  • the wireless power transmission device may return to the selection phase 510.
  • the wireless power transmitter may enter the power transmission phase 560 through the correction phase 550.
  • the wireless power transmitter determines the strength of the power received by the receiver in the correction phase 550, and the receiver and the receiver determine the strength of the power transmitted from the transmitter. Power loss at the transmitting end can be measured. That is, the wireless power transmitter may predict power loss based on a difference between the transmit power of the transmitter and the receive power of the receiver in the correction phase 550.
  • the wireless power transmitter may correct a threshold for FOD detection by reflecting the predicted power loss.
  • the in-band communication modules of the wireless power transmission device and the wireless power reception device in the correction phase 550 are information necessary for the foreign matter detection algorithm according to the charging profile. Can be exchanged.
  • BLE communication connected to exchange and negotiate information related to wireless power transmission in the negotiation phase 550 may be used. And when the exchange of information related to wireless power transmission through BLE is completed during the negotiation phase 550, the out-band communication module notifies the in-band communication module (or control unit) and initiates power transmission instructing to start wireless power transmission ( start power transfer) message can be transferred to the in-band communication module (or control unit).
  • the wireless power transmission device receives an unwanted packet (unexpected packet), a desired packet is not received for a predefined time (time out), or a violation of a preset power transmission contract occurs. Or, if charging is complete, it may transition to optional phase 510.
  • the wireless power transmission device may transition to the renegotiation phase 570 when it is necessary to reconfigure the power transmission contract according to a state change of the wireless power transmission device. At this time, when the renegotiation is normally completed, the wireless power transmission device may return to the power transmission phase 560.
  • the correction phase 550 and the power transmission phase 560 are divided into separate stages, but the correction phase 550 may be integrated into the power transmission phase 560. In this case, the correction phase 550 is performed. Operations may be performed in the power transfer phase 560.
  • the power transmission contract may be set based on state and characteristic information of the wireless power transmission device and the receiver.
  • the state information of the wireless power transmitter may include information on a maximum amount of transmittable power, information on a maximum number of receivers, and the like, and the receiver state information may include information on requested power.
  • FIG. 6 shows a power control control method according to an embodiment.
  • the wireless power transmission device 100 and the wireless power reception device 200 may control the amount of transmitted power by performing communication together with power transmission and reception.
  • the wireless power transmitter and the wireless power receiver operate at a specific control point.
  • the control point represents a combination of voltage and current provided from an output of the wireless power receiver when power is transmitted.
  • the wireless power receiver selects a desired control point-desired output current/voltage, temperature at a specific location of the mobile device, and additionally, the actual control point currently operating. ) Is determined.
  • the wireless power receiver may calculate a control error value using a desired control point and an actual control point, and transmit this as a control error packet to the wireless power transmitter.
  • the wireless power transmitter can control power delivery by setting/controlling a new operating point-amplitude, frequency and duty cycle-using the received control error packet. Therefore, the control error packet is transmitted/received at regular time intervals in the strategy delivery stage. It can be transmitted by setting the value to a positive number. As described above, in the induction mode, the wireless power receiver transmits a control error packet to the wireless power transmitter to control power transfer.
  • the resonance mode In the resonance mode to be described below, it may operate in a different manner from that in the induction mode.
  • one wireless power transmitter In the resonance mode, one wireless power transmitter must be able to serve a plurality of wireless power receivers at the same time.
  • the wireless power transmitter since the transmitted power is controlled by communication with one wireless power receiving device, it may be difficult to control power transfer to additional wireless power receiving devices. Therefore, in the resonance mode of the present invention, the wireless power transmitter commonly transmits basic power, and the wireless power receiver controls its own resonance frequency to control the amount of received power.
  • the method described in FIG. 6 is not completely excluded, and additional transmission power control may be performed by the method of FIG. 6.
  • the shared mode may refer to a mode in which one-to-many communication and charging are performed between the wireless power transmitter and the wireless power receiver.
  • the shared mode may be implemented in a magnetic induction method or a resonance method.
  • the wireless power transmission apparatus 700 includes a cover 720 covering a coil assembly, a power adapter 730 supplying power to the power transmitter 740, a power transmitter 740 transmitting wireless power, or It may include at least one of a user interface 750 that provides power delivery progress and other related information.
  • the user interface 750 may be optionally included or may be included as another user interface 750 of the wireless power transmission apparatus 700.
  • the power transmitter 740 may include at least one of a coil assembly 760, an impedance matching circuit 770, an inverter 780, a communication unit 790, or a control unit 710.
  • the coil assembly 760 includes at least one primary coil that generates a magnetic field, and may be referred to as a coil cell.
  • the coil assembly 760 may also be referred to as a transmission-side resonator (Tx resonator).
  • the impedance matching circuit 770 may provide impedance matching between the inverter and the primary coil(s).
  • the impedance matching circuit 770 may generate resonance at a suitable frequency that boosts the primary coil current.
  • the impedance matching circuit in the multi-coil power transmitter 740 may further include a multiplex that routes signals from the inverter to a subset of the primary coils.
  • the impedance matching circuit may also be referred to as a tank circuit.
  • the impedance matching circuit 770 may include a capacitor, an inductor, and a switching element for switching connections thereof.
  • the impedance matching detects the reflected wave of the wireless power transmitted through the coil assembly 760, and switches the switching element based on the detected reflected wave to adjust the connection state of the capacitor or inductor, adjust the capacitance of the capacitor, or adjust the inductance of the inductor. This can be done by adjusting
  • the impedance matching circuit 770 may be omitted, and the present specification also includes an embodiment of the wireless power transmission device 700 in which the impedance matching circuit 770 is omitted.
  • the impedance matching circuit 770 may be composed of a total of 4 inverters for power conversion for each coil, and receives a PWM signal from the control unit 710.
  • the impedance matching circuit 770 is driven by passing signals to the inverter through two 4-channel logic switches.
  • the inverter 780 may convert a DC input into an AC signal.
  • Inverter 780 may be driven half-bridge or full-bridge to produce pulse waves and duty cycles of adjustable frequency. Additionally, the inverter may include a plurality of stages to adjust the input voltage level.
  • the communication unit 790 may perform communication with a power receiver.
  • the power receiver performs load modulation to communicate information and requests to the power transmitter.
  • the power transmitter 740 may monitor the amplitude and/or phase of the current and/or voltage of the primary coil to demodulate the data transmitted by the power receiver using the communication unit 790.
  • the communication unit 970 may include any one or both of an in-band communication module and an out-band communication module.
  • the communication unit 790 is configured to search for the wireless power receiver 800 or perform data transmission to the wireless power receiver 800.
  • the communication unit 790 may be configured to perform a procedure related to authentication of the wireless power receiving apparatus 800.
  • certification includes Qi certification.
  • the communication unit 790 may receive authentication-related information from the wireless power receiver 800 or transmit it to the wireless power receiver 800.
  • the power transmitter 740 may control the output power to transmit data through the communication unit 790 using a frequency shift keying (FSK) method or the like.
  • FSK frequency shift keying
  • the control unit 710 may control communication and power delivery of the power transmitter 740.
  • the control unit 710 may control power transmission by adjusting the above-described operation point.
  • the operating point may be determined by at least one of, for example, an operating frequency, a duty cycle, and an input voltage.
  • the control unit 710 may be configured to perform a procedure related to authentication of the wireless power receiver 800.
  • certification includes Qi certification.
  • the communication unit 790 and the control unit 710 may be provided as separate units/elements/chipsets, or may be provided as one unit/element/chipset.
  • FIG. 8 shows an apparatus for receiving wireless power according to another embodiment. This may belong to a self-resonant method or a wireless power transmission system in a shared mode.
  • the wireless power receiving device 800 includes a user interface 820 that provides power delivery progress and other related information, a power receiver 830 that receives wireless power, a load circuit 840 or a coil assembly. It may include at least one of the bases 850 that support and cover. In particular, the user interface 820 may be optionally included or may be included as another user interface 82 of the power receiving device.
  • the power receiver 830 may include at least one of a power converter 860, an impedance matching circuit 870, a coil assembly 880, a communication unit 890, and a control unit 810.
  • the power converter 860 may convert AC power received from the secondary coil into a voltage and current suitable for a load circuit.
  • the power converter 860 may include a rectifier.
  • the rectifier may rectify the received wireless power and convert it from AC to DC.
  • the rectifier can convert AC to DC using a diode or transistor, and smooth it using a capacitor and a resistor.
  • As the rectifier a full-wave rectifier, a half-wave rectifier, a voltage multiplier, etc. implemented by a bridge circuit or the like may be used. Additionally, the power converter may adapt the reflected impedance of the power receiver.
  • the impedance matching circuit 870 may provide impedance matching between the combination of the power converter 860 and the load circuit 840 and the secondary coil. As an embodiment, the impedance matching circuit may generate a resonance around 100 kHz that can enhance power transfer.
  • the impedance matching circuit 870 may be composed of a switching element that switches a capacitor, an inductor, and a combination thereof. The impedance matching may be performed by controlling a switching element of a circuit constituting the impedance matching circuit 870 based on a voltage value, current value, power value, frequency value, or the like of the received wireless power.
  • the impedance matching circuit 870 may be composed of a total of four inverters for power conversion for each coil, and receives a PWM signal from the control unit 810. The impedance matching circuit 870 is driven by passing signals to the inverter through two 4-channel logic switches.
  • the impedance matching circuit 870 may be omitted, and the present specification also includes an embodiment of the wireless power receiver 200 in which the impedance matching circuit 870 is omitted.
  • the coil assembly 880 includes at least one secondary coil, and may optionally further include an element that shields a metal part of the receiver from a magnetic field.
  • the coil assembly 880 may also be referred to as a receiving side resonator (Rx resonator).
  • the communication unit 890 may perform load modulation to communicate requests and other information to the power transmitter.
  • the power receiver 830 may switch a resistor or a capacitor to change the reflected impedance.
  • the communication unit 890 may include any one or both of an in-band communication module and an out-band communication module.
  • the communication unit 890 is configured to search for the wireless power transmitter 700 or perform data transmission to the wireless power transmitter 700.
  • the communication unit 890 may be configured to perform a procedure related to authentication of the wireless power transmission device 700.
  • certification includes Qi certification.
  • the communication unit 890 may receive authentication-related information from the wireless power transmission device 700 or transmit it to the wireless power transmission device 700.
  • the control unit 810 may control received power. To this end, the control unit 810 may determine/calculate a difference between an actual operation point and a desired operation point of the power receiver 830. Further, the control unit 810 may adjust/reduce a difference between an actual operation point and a desired operation point by adjusting the reflected impedance of the power transmitter and/or requesting the operation point adjustment of the power transmitter. When this difference is minimized, optimal power reception can be performed.
  • the control unit 710 may be configured to perform a procedure related to authentication of the wireless power transmission device 700. Here, certification includes Qi certification.
  • the communication unit 890 and the control unit 810 may be provided as separate devices/chipsets, or may be provided as one device/chipset.
  • FIG. 9 shows a communication frame structure according to an embodiment. This may be a communication frame structure in a shared mode.
  • a slotted frame having a plurality of slots as shown in (A) and a free format frame having no specific shape as shown in (B) may be used.
  • the slot frame is a frame for transmission of short data packets from the wireless power receiver 200 to the wireless power transmitter 100, and the free-form frame does not include a plurality of slots, It may be a frame that can be transmitted.
  • slot frame and the free-form frame may be changed to various names by those skilled in the art.
  • a slot frame may be renamed as a channel frame, and a free-form frame may be changed to a message frame or the like.
  • the slot frame may include a sync pattern indicating the start of a slot, a measurement slot, nine slots, and an additional sync pattern having the same time interval prior to each of the nine slots.
  • the additional sync pattern is a sync pattern different from the sync pattern indicating the start of the frame described above. More specifically, the additional sync pattern may not indicate the start of a frame, but may indicate information related to adjacent slots (ie, two consecutive slots located at both sides of the sync pattern).
  • a sync pattern may be positioned between two consecutive slots among the nine slots.
  • the sync pattern may provide information related to the two consecutive slots.
  • the nine slots and the sync patterns provided prior to each of the nine slots may each have the same time interval.
  • the nine slots may have a time interval of 50 ms.
  • the nine sync patterns may also have a time length of 50 ms.
  • the free-form frame as shown in (B) may not have a specific shape other than a sync pattern and a measurement slot indicating the start of the frame. That is, the free-form frame is for performing a different role than the slot frame, and, for example, long data packets (eg, additional owner information packets) between the wireless power transmitter and the wireless power receiver In a wireless power transmission device configured with a plurality of coils or performing communication of, it may be used for a role of selecting any one of a plurality of coils.
  • long data packets eg, additional owner information packets
  • FIG. 10 is a structure of a sync pattern according to an embodiment.
  • the sync pattern is composed of a preamble, a start bit, a response field, a type field, an information field, and a parity bit. Can be.
  • the start bit is shown as ZERO.
  • the preamble is composed of consecutive bits, and all may be set to 0. That is, the preamble may be bits for matching the time length of the sync pattern.
  • the number of bits constituting the preamble may be dependent on the operating frequency so that the length of the sync pattern is closest to 50 ms, but within a range not exceeding 50 ms.
  • the sync pattern may be composed of two preamble bits
  • the sync pattern may be composed of three preamble bits.
  • the start bit is a bit following the preamble and may mean zero.
  • the zero may be a bit indicating the type of a sync pattern.
  • the type of the sync pattern may include a frame sync including frame-related information and a slot sync including slot information. That is, the sync pattern is located between consecutive frames, is a frame sync indicating the start of a frame, or is located between consecutive slots among a plurality of slots constituting a frame, and includes information related to the consecutive slots. It may be a slot sink including.
  • the corresponding slot when zero is 0, it may mean that the corresponding slot is a slot sync, located between the slot and the slot, and when it is 1, it may mean that the corresponding sync pattern is a frame sync located between the frame and the frame.
  • the parity bit is the last bit of the sync pattern and may indicate information on the number of bits constituting the data fields (ie, response field, type field, information field) of the sync pattern.
  • the parity bit may be 1 when the number of bits constituting the data fields of the sync pattern is an even number, or 0 in other cases (ie, an odd number).
  • the Response field may include response information of the wireless power transmitter for communication with the wireless power receiver within a slot prior to the sync pattern.
  • the response field may have '00' when communication with the wireless power receiver is not detected.
  • the response field may have '01' when a communication error is detected in communication with the wireless power receiver.
  • the communication error may be a case in which two or more wireless power receivers attempt to access one slot and a collision occurs between two or more wireless power receivers.
  • the response field may include information indicating whether a data packet has been correctly received from the wireless power receiver. More specifically, the response field is "10" (10-not acknowledge, NAK), when the wireless power transmitter denies the data packet, and the wireless power transmitter confirms the data packet. , May be "11” (11-acknowledge, ACK).
  • the type field may indicate the type of sync pattern. More specifically, when the sync pattern is the first sync pattern of the frame (ie, is the first sync pattern of the frame and is located before the measurement slot), the type field may have '1' indicating the frame sync.
  • the type field may have '0' indicating that the sync pattern is not the first sync pattern of the frame.
  • the meaning of the value of the information field may be determined according to the type of the sync pattern indicated by the type field. For example, when the type field is 1 (ie, indicates frame sync), the meaning of the information field may indicate the type of frame. That is, the information field may indicate whether the current frame is a slotted frame or a free-format frame. For example, when the information field is '00', it may indicate a slot frame, and when the information field is '01', it may indicate a free-form frame.
  • the information field may indicate the state of the next slot located behind the sync pattern. More specifically, the information field is '00', when the next slot is a slot allocated to a specific wireless power receiver, and is a locked slot for temporary use by a specific wireless power receiver, It may have '01', or '10' if it is a slot in which any wireless power receiver can be used freely.
  • FIG. 11 illustrates operating states of a wireless power transmitter and a wireless power receiver in a shared mode according to an embodiment.
  • the wireless power receiver operating in the shared mode includes a selection phase (1100), an introduction phase (1110), a configuration phase (1120), and a negotiation state. It can operate in any one of (Negotiation Phase) 1130 and Power Transfer Phase (1140).
  • the wireless power transmitter may transmit a wireless power signal to detect the wireless power receiver. That is, the process of detecting the wireless power receiver using the wireless power signal may be referred to as analog ping.
  • the wireless power receiver that has received the wireless power signal may enter the selection state 1100.
  • the wireless power receiver entering the selection state 1100 may detect the presence of an FSK signal on the wireless power signal, as described above.
  • the wireless power receiver may perform communication in either an exclusive mode or a shared mode depending on whether or not the FSK signal is present.
  • the wireless power receiver may operate in a shared mode, otherwise, the wireless power receiver may operate in an exclusive mode.
  • the wireless power receiver When the wireless power receiver operates in the shared mode, the wireless power receiver may enter the introduction state 1110. In the introduction state 1110, the wireless power receiver may transmit a control information packet to the wireless power transmitter in order to transmit a control information packet (CI) in a setting state, a negotiation state, and a power transmission state.
  • the control information packet may have a header and information related to control. For example, the control information packet may have a header of 0X53.
  • the wireless power receiver attempts to request a free slot to transmit a control information (CI) packet over the following configuration, negotiation, and power transmission phases.
  • the wireless power receiver selects a free slot and transmits the first CI packet. If the wireless power transmitter responds to the corresponding CI packet with ACK, the wireless power transmitter enters the configuration step. If the wireless power transmitter responds with NACK, another wireless power receiver is proceeding through the configuration and negotiation phase. In this case, the wireless power receiver retry the request for the free slot.
  • CI control information
  • the wireless power receiver determines the location of a private slot in the frame by counting the remaining slot sinks up to the initial frame sync. In all subsequent slot-based frames, the wireless power receiver transmits a CI packet through the corresponding slot.
  • the wireless power transmitter allows the wireless power receiver to proceed to the configuration phase, the wireless power transmitter provides a series of locked slots for exclusive use of the wireless power receiver. This ensures that the wireless power receiver proceeds through the configuration steps without collision.
  • the wireless power receiver transmits sequences of data packets such as two identification data packets (IDHI and IDLO) using a lock slot. Upon completing this step, the wireless power receiver enters the negotiation phase. In the negotiation phase, the wireless power transmitter continues to provide the wireless power receiver with a lock slot for exclusive use. This ensures that the wireless power receiver proceeds through the negotiation phase without collision.
  • IDHI and IDLO identification data packets
  • the wireless power receiver transmits one or more negotiation data packets using a corresponding lock slot, which may be mixed with private data packets.
  • a specific request (SRQ) packet Upon completion of the sequence, the wireless power receiver enters the power transmission phase, and the wireless power transmitter stops providing the lock slot.
  • the wireless power receiver transmits a CI packet using an allocated slot and receives power.
  • the wireless power receiver may include a regulator circuit.
  • the regulator circuit can be included in the communication/control unit.
  • the wireless power receiver can self-regulate the reflection impedance of the wireless power receiver through a regulator circuit. In other words, the wireless power receiver may adjust the reflected impedance to transmit the amount of power required by the external load. This can prevent excessive power reception and overheating.
  • the wireless power transmitter may not adjust power in response to a received CI packet (depending on the operation mode), in this case, control to prevent an overvoltage condition may be required.
  • FIG. 12A illustrates a one-to-many wireless power transmission method according to an example.
  • the wireless power transmitter 1200 includes a plurality of primary coils 1201 and 1202 for transmitting wireless power to each of the wireless power receivers PRx #1 (1210) and PRx #2 (1220). And, the wireless power receiver PRx #1 (1210) and PRx #2 (1220) and includes an out-band communication module 1203 for performing short-range wireless communication.
  • the wireless power receiver PRx #1 (1210) includes a secondary coil #1 (1211) configured to receive wireless power from the primary coil #1 (1201), and the wireless power transmitter 1200 or the wireless power receiver PRx # 2 (1220) and an out-band communication module 1212 for performing short-range wireless communication.
  • the wireless power receiver PRx #2 (1220) includes a secondary coil #2 (1221) configured to receive wireless power from the primary coil #2 (1202), and the wireless power transmitter 1200 or the wireless power receiver PRx # 1 (1210) and an out-band communication module 1222 for performing short-range wireless communication.
  • Both PRx #1 (1210) and PRx #2 (1220) are devices (eg, earbuds) that do not include a display unit.
  • the wireless power transmitter charges a plurality of wireless power receivers as described above, the wireless power transmitter needs an operation to check how much the wireless power receiver is charged.
  • the wireless power transmission device 1200 or PRx #1 (1210) and PRx #2 (1220) do not have a display unit, the user has to charge how much the wireless power receiver is charged or how much more the wireless power receiver is charged. Even if you want to know if it is fully charged, you do not know the information, so it tries to charge the wireless power receiver until it is fully charged. This is the same even if PRx #1 (1210) and PRx #2 (1220) are connected to BLE through out-band communication modules 1211 and 1221.
  • FIG. 12B illustrates a one-to-many wireless power transmission method according to another example.
  • the wireless power transmitter 1200 is the same as the wireless power transmitter 1200 in FIG. 12A
  • the wireless power receiver PRx #2 1220 is the wireless power receiver PRx# in FIG. 12A. Same as 2(1220).
  • the wireless power receiver PRx #1 1230 is different from the wireless power receiver PRx #1 1210 in FIG. 12A in that it includes a display unit 1213, but the rest of the configuration is the same.
  • the wireless power receiver PRx #2 1220 does not have a display unit, it is inconvenient to check the charging state by connecting to the wireless power receiver PRx #1 1230 having a display unit.
  • the wireless power receiver PRx #1 (1230) and the wireless power receiver PRx #2 (1220) are not connected to each other, communication is impossible. There is a problem that it is not possible to smoothly grasp the charging status information of the 2 (1220). Accordingly, there is a need for an apparatus and method for efficiently providing state of charge information.
  • the state of charge information may be information indicating a ratio of a current state of charge to a full charge, or may be information indicating a remaining time required to reach a full charge.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating a method of providing charging state information according to an exemplary embodiment.
  • a wireless power transmission device is provided to perform wireless power transmission to a plurality of wireless power reception devices (wireless power reception devices #1, #2, and #3). It is assumed that among wireless power receiving devices #1, #2, and #3, wireless power receiving devices #1 and #2 have a display unit for displaying charging status information, and wireless power receiving device #3 does not have a display unit. .
  • the wireless power transmitter Prior to wireless power transmission, the wireless power transmitter detects wireless power receiver #1, #2, and #3 (S1305). Step S1305 This operation may be performed by the in-band communication module and/or the communication/control unit of the wireless power transmission device. That is, the in-band communication module and/or control unit of the wireless power receiver #1, #2, #3 operates in a standby mode in which the wireless power transmitter can detect itself, and the in-band communication of the wireless power transmitter The module and/or control unit can operate in object detection mode.
  • the wireless power transmitter and the wireless power receiver #1, #2, and #3 each go to out-of-band communication.
  • Handover is performed (S1310).
  • a switching operation between in-band communication and out-band communication is referred to as handover, and in particular, the operation of switching from in-band communication to out-band communication by the wireless power transmission device and the receiving device is referred to as handover to out-band ( handover to out-band), and the operation of switching from out-band communication to in-band communication is called handover to in-band.
  • Out-band communication may include, for example, Bluetooth or Bluetooth Low Energy (BLE), or NFC.
  • the handover connection procedure may include a procedure for establishing a connection for out-band communication when the out-band communication (i.e. BLE) module receives a handover message from the in-band communication module.
  • the handover message may be a message instructing the in-band communication module (or control unit) to initiate a wireless connection to exchange information related to wireless power transmission to the out-band communication module.
  • the handover message may be a message in which the outband communication (i.e. BLE) modules of each device search each other to perform a display device selection procedure and enter a connectable mode.
  • the handover operation according to step S1310 may be performed by the communication/control units of the wireless power receiver #1, #2, and #3.
  • the handover operation according to step S1310 may be performed by the communication/control unit of the wireless power transmitter.
  • the wireless power transmitter and wireless power receiver #1, #2, and #3 perform a prior display device selection procedure based on out-band communication (S1315).
  • the display device may refer to any one of wireless power receiving devices #1, #2, and #3.
  • the display device selection procedure is a process for determining whether each wireless power receiver has the ability to display charging status information (i.e. how much has been charged on the screen).
  • the display device selection procedure may be defined as a procedure for first selecting a display device to display charging state information of the wireless power receiver.
  • the display device selection procedure may include, for example, a procedure as shown in FIG. 14.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating a display device selection procedure according to an exemplary embodiment.
  • the wireless power transmitter transmits display existence inquiry information for inquiring (or confirming) the presence or absence of a display to the wireless power receivers to each wireless power receiver ( S1405).
  • the transmission operation of the display presence/absence query information according to step S1405 may be performed by the communication/control unit of the wireless power transmitter, and more specifically, may be performed by the out-band communication module of the wireless power transmitter.
  • the reception operation of the display presence/absence query information according to step S1405 may be performed by the communication/control units of wireless power receivers #1, #2, and #3, and more specifically, wireless power receivers #1, #2, and It can be performed by the out-band communication module of #3. Meanwhile, depending on the situation, step S1405 may be omitted and implemented, and an embodiment in which step S1405 is omitted also corresponds to the present invention.
  • the wireless power receiver #1, #2, and #3 each transmits display presence information to the wireless power transmitter (S1410).
  • the display presence/absence information indicates whether the wireless power receiver includes (or exists) a display. For example, if the display presence information is 0x00, it may indicate that a display exists, and if the display presence information is 0x01, it may indicate that the display does not exist.
  • the number of bits indicated by the display presence/absence information and the indicated value may be defined in various ways, and they are also included in the embodiment of the present invention.
  • the wireless power transmitter sets the value of the display output of each wireless power receiver (Display Output: 0x00, No Display Output : 0x01), it can be seen that the wireless power receiver #1 and #2 have displays, and the wireless power receiver #3 has no display.
  • step S1410 The operation of transmitting the display presence information according to step S1410 may be performed by the communication/control units of wireless power receiving devices #1, #2, and #3, and more specifically, wireless power receiving devices #1, #2, and It can be performed by the out-band communication module of #3.
  • the operation of receiving the display presence information according to step S1410 may be performed by the communication/control unit of the wireless power transmission device, and more specifically, may be performed by the out-band communication module of the wireless power transmission device.
  • step S1410 may be omitted and implemented, and an embodiment in which step S1410 is omitted also corresponds to the present invention.
  • the wireless power transmission device transmits a message requesting charging display feature information to the wireless power receiving devices #1 and #2 with a display to query whether the display function of charging status information is supported (S1415).
  • Step S1415 may be performed by the communication/control unit of the wireless power transmission device, and more specifically, may be performed by the out-band communication module of the wireless power transmission device. Meanwhile, depending on the situation, step S1415 may be omitted and implemented, and an embodiment in which step S1415 is omitted also corresponds to the present invention.
  • the wireless power receiving devices #1 and #2 respectively transmit display function support information indicating whether the display function of charging state information is supported to the wireless power transmission device (S1420).
  • the display function support information is a message indicating whether the display has a function capable of displaying charging status information after exchanging the display presence/absence information.
  • the transmission operation of the display function support information according to step S1415 may be performed by the communication/control units of wireless power receiving devices #1 and #2, and more specifically, out-band communication of wireless power receiving devices #1 and #2. It can be done by a module.
  • the reception operation of the display function support information according to step S1415 may be performed by the communication/control unit of the wireless power transmission device, and more specifically, may be performed by the out-band communication module of the wireless power transmission device.
  • the wireless power transmitting device When receiving display function support information from wireless power receiving devices #1 and #2, the wireless power transmitting device checks which wireless power receiving device supports the display function of charging status information. If there are multiple wireless power receivers #1 and #2 capable of displaying charging status information as in this embodiment, the wireless power transmitter may determine a priority display device based on a preset priority. Yes (S1425). In this embodiment, it is assumed that the wireless power receiver #1 is first determined as the display device. Step S1425 may be performed by the communication/control unit of the wireless power transmission device.
  • the wireless power transmitter first transmits display selection information to the wireless power receiver #1, and informs that the wireless power receiver #1 is first selected as the display device (S1430).
  • the display selection information is a message confirming the device displaying the charging status information.
  • the first display selection information transmission operation according to step S1430 may be performed by the communication/control unit of the wireless power transmission device, and more specifically, may be performed by the out-band communication module of the wireless power transmission device.
  • the operation of receiving the priority display selection information according to step S1430 may be performed by the communication/control unit of the wireless power receiver #1, and more specifically, the out-band communication module of the wireless power receiver #1. I can.
  • the wireless power transmitter transmits wireless power to the wireless power receiver #1, #2, and #3 (S1320).
  • Step S1320 may be performed by the power conversion unit of the wireless power transmitter.
  • the wireless power reception devices #1, #2, and #3 transmit charging status information to the wireless power transmission device (S1325).
  • the charging status information may be called a charging status packet.
  • Step S1325 may be performed by the communication/control unit of the wireless power receiver #1, #2, and #3. Since the wireless power receiver #1 is first selected as a display device, it may not separately transmit its own charging status information to the wireless power transmitter.
  • the wireless power transmitter first transmits the charging status information of the other wireless power receiver to the wireless power receiver #1, which is a display device (S1330).
  • Charge state information of other wireless power receivers may be referred to as combined charge state information.
  • the other wireless power receiver refers to the wireless power receiver #2, #3, and the charge state information of the other wireless power receiver is the charge state information of the wireless power receiver #2 and the charge of the wireless power receiver #3.
  • the transmission operation of the charging state information of the other wireless power receiver according to step S1330 may be performed by the communication/control unit of the wireless power transmitter, and more specifically, may be performed by the out-band communication module of the wireless power transmitter. have.
  • the reception operation of the charging state information of the other wireless power receiver according to step S1330 may be performed by the communication/control unit of the wireless power receiver #1, and more specifically, the out-band communication of the wireless power receiver #1. It can be done by a module.
  • the wireless power receiving device #1 When receiving the charging status information of the other wireless power receiving device, the wireless power receiving device #1 can display its own charging status information and the charging status information of the other wireless power receiving devices #2 and #3 through the display ( S1335).
  • FIG. 15 is an example of a scenario for displaying charging state information when transmitting one-to-many wireless power according to FIGS. 13 to 14.
  • 15 is a scenario in which a wireless power transmitter transmits wireless power to a wireless power receiver (PRx) #1 (Phone), #2 (Laptop), and #3 (Watch).
  • PRx wireless power receiver
  • #1 Phone
  • #2 Laptop
  • #3 Watch
  • 15 is a case where all wireless power receivers have a display.
  • PRx #1 (Phone) is first selected as a display device
  • the display operation of charging state information of the other wireless power receiver according to step S1335 may be performed by the communication/control unit of the wireless power receiver.
  • At least one of the steps S1325 to S1335 may be performed when, for example, a user applies an external input (eg, pressing a button) to check the charging state information. That is, when a user's external input (for example, pressing a button) is input to at least one of the wireless power transmitter or wireless power receiver #1, #2, and #3, at least one of steps S1325 to S1335 is performed. Can be done. A specific embodiment of this will be described with reference to FIG. 15.
  • 16 is a flowchart illustrating a method of displaying charging state information based on an external input according to an exemplary embodiment. This is a case in which charging status information is displayed based on an external input applied to the wireless power receiver.
  • a wireless power transmission device is provided to perform wireless power transmission to a plurality of wireless power reception devices (wireless power reception devices #1, #2, and #3). It is assumed that among wireless power receivers #1, #2, and #3, only wireless power receiver #1 has a display unit for displaying charging status information, and wireless power receivers #2 and #3 do not have a display unit. . In addition, it is assumed that the display device for displaying the charging state information is already selected as the wireless power receiver #1.
  • the wireless power receiver #2 detects that an external input from the user is applied (S1600).
  • the external input can be detected by pressing a button provided on the earbud, for example.
  • the user since there is no display, the user cannot directly check the charging status.
  • the user when the user initiates a procedure for determining the charging state of the wireless power receiving device #2 through an external input of the wireless power receiving device #2, another wireless device supporting the display of the presence or absence of a display and the charging state information
  • the power receiver initiates a procedure for displaying the charging state of the wireless power receiver #2.
  • the external input sensing operation of the wireless power receiver according to step S1600 may be performed by the communication/control unit of the wireless power receiver.
  • the wireless power receiving device #2 transmits information for requesting display of the charging state (or charging state display request information) to the wireless power transmitting device (S1605).
  • Information for requesting display of the state of charge may be simply referred to as display request information.
  • the charging status display request information may be referred to as “remaining power display request information” including information on the remaining power Pr remaining until the wireless power receiver #2 is fully charged.
  • the operation of transmitting the charging status display request information according to step S1605 may be performed by the communication/control unit of the wireless power receiver, and specifically, may be performed by the out-band communication module of the wireless power receiver.
  • the operation of receiving the charging status display request information according to step S1605 may be performed by the communication/control unit of the wireless power transmission device, and specifically, may be performed by the out-band communication module of the wireless power transmission device.
  • the wireless power transmitting device Upon receiving the charging status display request information, the wireless power transmitting device calculates charging status information of the wireless power receiving device #2 (S1610).
  • the operation of calculating the state of charge information according to step S1610 may be performed by the communication/control unit of the wireless power transmitter.
  • the wireless power transmitter first transmits the charging state information of the wireless power receiver #2 to the wireless power receiver #1, which is a display device (S1615).
  • the transmission operation of the charging state information of the wireless power receiver #2 according to step S1615 may be performed by the communication/control unit of the wireless power transmitter, and more specifically, by the out-band communication module of the wireless power transmitter. I can.
  • the reception operation of the charging state information of the wireless power receiver #2 according to step S1615 may be performed by the communication/control unit of the wireless power receiver #1, and more specifically, the out-band of the wireless power receiver #1 It can be performed by a communication module.
  • the wireless power receiver #1 displays information on the state of charge of the wireless power receiver #2 through the display (S1620). At this time, charging status information of the wireless power receiving devices #1 and #3 may also be displayed together through the display. The display operation of the charging status information of the wireless power receiver #1 according to step S1620 may be performed by the communication/control unit of the wireless power receiver #1.
  • This embodiment discloses the operation of displaying charging status information by applying an external input to the wireless power receiver without a display, but the case where an external input is applied to the wireless power receiver with a display is also within the scope of this embodiment. Of course.
  • 17 is an example of a scenario in which charging state information is displayed based on an external input.
  • 17 is a scenario in which a wireless power transmitter transmits wireless power to a wireless power receiver (PRx) #1 (Phone), #2 (Earbuds), and #3 (Watch). 17 shows a case where only PRx #1 and #2 have a display, and PRx #2 has no display.
  • PRx wireless power receiver
  • PRx #1 (Phone) is first selected as a display device
  • 18 is another example of a scenario in which charging state information is displayed based on an external input.
  • 18 is a scenario in which a wireless power transmitter transmits wireless power to a wireless power receiver (PRx) #1 (Phone), #2 (Earbuds), and #3 (Watch).
  • PRx wireless power receiver
  • #1 Phone
  • #2 Earbuds
  • #3 Watch
  • 18 is a case in which the wireless power transmission device PTx has a display.
  • the wireless power transmission apparatus PTx may include a display unit 1800 and a button unit 1805. After the procedures of FIGS. 13 to 14 are identically performed, the PTx detects an external input from the user through the button unit 1805.
  • the order of pressing the buttons of the button unit 1805 and the order of the displayed wireless power receiver is not limited to this embodiment, and various embodiments are possible.
  • the display unit 1800 is limited to displaying only the charging status information of one wireless power receiving device, but the display unit 1800 is configured to display charging status information of all wireless power receiving devices at once. It could be.
  • FIG. 19 is a flowchart illustrating a method of providing charging state information according to another exemplary embodiment.
  • 19 shows a process of selecting a new preferred display device when the wireless power receiver already selected as the preferred display device is removed due to buffering or the like. That is, FIG. 19 may correspond to a subsequent procedure after step S1335 of FIG. 13.
  • a wireless power transmission device is provided to perform wireless power transmission to a plurality of wireless power reception devices (wireless power reception devices #1, #2, and #3). It is assumed that among wireless power receiving devices #1, #2, and #3, wireless power receiving devices #1 and #2 have a display unit for displaying charging status information, and wireless power receiving device #3 does not have a display unit. . In addition, it is assumed that the display device for displaying the charging state information is already selected as the wireless power receiver #1.
  • the wireless power transmitter transmits wireless power to the wireless power receiver #1, #2, and #3 (S1900).
  • Step S1900 may be performed by the power conversion unit of the wireless power transmitter.
  • the wireless power receiver #1 transmits the buffer notification information to the wireless power transmitter (S1910).
  • the transmission operation of the buffer notification information of the wireless power receiver #1 according to step S1910 may be performed by the communication/control unit of the wireless power receiver #1, and more specifically, the out-band communication module of the wireless power receiver #1. Can be done by In addition, the operation of receiving the buffer notification information of the wireless power receiver #1 according to step S1910 may be performed by the communication/control unit of the wireless power transmitter, and more specifically, performed by the out-band communication module of the wireless power transmitter. Can be.
  • the wireless power transmitter detects that the wireless power receiver #1 is removed based on in-band communication, and performs a procedure to determine a new preferred display device. Do (S1920).
  • the wireless power receiver #2 has a display and is the priority number 2. Accordingly, after the wireless power receiver #1 is removed, the wireless power transmitter may first reselect the wireless power receiver #2 as a display device, and first transmit display selection information to the wireless power receiver #2 (S1925). .
  • the wireless power transmitter may perform a first display device selection procedure according to step S1315 with the new wireless power receiver.
  • the wireless power transmission device transmits the charging status information of the wireless power reception device #3 to the wireless power reception device #2, which is a newly selected priority display device (S1930).
  • the transmission operation of the charging state information of the wireless power receiver #3 according to step S1930 may be performed by the communication/control unit of the wireless power transmitter, and more specifically, the out-band communication module of the wireless power transmitter. I can.
  • the reception operation of the charging state information of the wireless power receiver #3 according to step S1930 may be performed by the communication/control unit of the wireless power receiver #2, and more specifically, the outband of the wireless power receiver #2. It can be performed by a communication module.
  • the wireless power receiver #2 displays information on the charging state of the wireless power receiver #3 through the display (S1935). At this time, the charging status information of the wireless power receiver #2 may also be displayed through the display. The display operation of the charging state information of the wireless power receiver #3 according to step S1935 may be performed by the communication/control unit of the wireless power receiver #2.
  • the wireless power transmission apparatus and method, or the reception apparatus and method are the above-described components. Or it may be carried out including some or all of the steps.
  • embodiments of the apparatus and method for transmitting power wirelessly or the apparatus and method for receiving wireless power described above may be performed in combination with each other.
  • each of the components or steps described above does not necessarily have to be performed in the order described, and the steps described later may be performed prior to the steps described earlier.

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Abstract

본 발명은 무선전력 전송 시스템에서 충전 상태 정보를 제공하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 이러한 본 명세서는 동작 주파수에서 상기 무선전력 전송장치와의 자기 커플링에 의해 상기 무선전력 전송장치로부터 상기 무선전력을 수신하고, 상기 무선전력에 의해 발생하는 교류 신호를 직류 신호로 변환하도록 구성된 전력 픽업 유닛, 상기 전력 픽업 유닛으로부터 상기 직류 신호를 공급받도록 구성된 배터리, 및 상기 전력 픽업 유닛으로부터 상기 직류 신호를 공급받고, 상기 동작 주파수를 이용하는 인밴드 통신에서 상기 동작 주파수 이외의 주파수를 이용하는 아웃밴드 통신으로의 핸드오버 절차를 수행하며, 상기 무선전력 전송장치와의 상기 아웃밴드 통신을 통해 상기 배터리의 충전 상태 정보를 표시할 우선 디스플레이 장치를 선택하기 위한 절차를 수행하고, 상기 충전 상태 정보를 생성하도록 구성된 통신/컨트롤 유닛을 포함하는 무선전력 수신장치를 개시한다. 사용자는 충전되는 기기의 충전 상태 정보를 간편하고 효율적으로 확인할 수 있다.

Description

무선전력 전송 시스템에서 충전 상태 정보를 제공하는 장치 및 방법
본 발명은 무선전력 전송에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무선전력 전송 시스템에서 충전 상태 정보를 제공하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
무선 전력 전송 기술은 전원 소스와 전자 기기 사이에 무선으로 전력을 전달하는 기술이다. 일 예로 무선 전력 전송 기술은 스마트폰이나 태블릿 등의 무선 단말기를 단지 무선 충전 패드 상에 올려놓는 것만으로 무선 단말기의 배터리를 충전할 수 있도록 함으로써, 기존의 유선 충전 커넥터를 이용하는 유선 충전 환경에 비해 보다 뛰어난 이동성과 편의성 그리고 안전성을 제공할 수 있다. 무선 전력 전송 기술은 무선 단말기의 무선 충전 이외에도, 전기 자동차, 블루투스 이어폰이나 3D 안경 등 각종 웨어러블 디바이스(wearable device), 가전기기, 가구, 지중시설물, 건물, 의료기기, 로봇, 레저 등의 다양한 분야에서 기존의 유선 전력 전송 환경을 대체할 것으로 주목받고 있다.
무선전력 전송방식을 비접촉(contactless) 전력 전송방식 또는 무접점(no point of contact) 전력 전송방식, 무선충전(wireless charging) 방식이라 하기도 한다. 무선전력 전송 시스템은, 무선전력 전송방식으로 전기에너지를 공급하는 무선전력 전송장치와, 상기 무선전력 전송장치로부터 무선으로 공급되는 전기에너지를 수신하여 배터리셀등 수전장치에 전력을 공급하는 무선전력 수신장치로 구성될 수 있다.
무선 충전 방식은 1차 코일과 2차 코일간의 자기 유도 현상을 이용한 자기 유도 방식과 수십kHz에서 수MHz 대역의 주파수를 사용하여 자기적 공명을 이루어 전력을 전송하는 자기 공명 방식이 있다. 자기 공명 방식에 대한 무선 충전 표준은 A4WP라는 협의회에서 주도하며 자기 유도 방식은 WPC (Wireless Power Consortium)에서 표준을 주도한다.
근거리 통신, 특히 블루투스 표준문서(Bluetooth Specification) V4.0의 핵심 기술(core spec)은 BR/EDR (Basic Rate / Enhanced Data Rate)과 LE (Low Energy)로 구분될 수 있다. 이중 BR/EDR은 근거리 WPAN 기술의 시장 지배적 우위를 차지하며 많은 제품에 적용된 무선 통신 기술이다. 한편 저전력 블루투스(이하 BLE)는 블루투스 표준문서 V4.0 이후에 공표된 기술로서 기존 블루투스 BR/EDR 대비 높은 에너지 효율을 목표로 고안되었다.
무선전력 전송장치가 다수의 무선전력 수신장치들을 충전하는 경우에 있어서, 무선전력 전송장치는 무선전력 수신장치가 얼마나 충전되었는지 확인하는 동작을 필요로 한다. 이 경우 각 무선전력 수신장치를 따로 따로 확인한다면, 확인 절차가 번거로울 수 있다. 또한, 무선전력 전송장치 또는 수신장치에 디스플레이가 없을 경우, 사용자는 디스플레이를 구비한 다른 기기와 연결하여 충전 상태를 확인해야 하는 불편함이 있다. 또한 사용자는 무선전력 수신장치가 얼마나 충전되었는지, 또는 무선전력 수신장치를 얼마나 더 충전해야 완전 충전이 되는지를 알고 싶어도 그 정보를 모르기 때문에 완전 충전이 될 때까지 무선전력 수신장치를 계속 충전을 시도한다. 따라서 충전 상태 정보를 효율적으로 제공하는 장치 및 방법이 요구된다.
본 발명의 기술적 과제는 무선전력 전송 시스템에서 충전 상태 정보를 제공하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 무선전력 수신장치의 충전 상태 또는 전력 상태에 관한 정보를 디스플레이 하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 다수 무선전력 수신장치들의 전력 상태 또는 충전 상태를 파악하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 우선(priority) 디스플레이 장치를 선택하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 무선전력 수신장치가 완전 충전될 때까지 남은 시간을 계산하고 제공하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 디스플레이를 구비하지 않은 무선전력 수신장치가 충전 상태를 확인하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
일 측면에서, 무선전력 전송장치가 다수의 무선전력 수신장치에게 순차적으로 또는 동시에 무선전력을 전송할 때, 다수의 무선전력 수신장치의 충전 상태를 적어도 하나의 무선전력 수신장치에서 제공하는 방법과, 이를 위한 무선전력 수신장치가 개시된다.
다른 측면에서, 무선전력 전송장치가 다수의 무선전력 수신장치에게 순차적으로 또는 동시에 무선전력을 전송할 때, 다수의 무선전력 수신장치의 충전 상태를 제공하는 장치(i.e. 특정한 무선전력 수신장치)를 선택하는 방법이 개시된다.
또 측면에서, 무선전력 전송장치가 다수의 무선전력 수신장치에게 순차적으로 또는 동시에 무선전력을 전송할 때, 다수의 무선전력 수신장치들이 완전 충전될 때까지 잔여 시간을 계산하고 제공하는 장치 및 방법이 개시된다. 여기서, 잔여 시간을 계산하는 방법은 잔여 전력을 분당 충전 전력으로 나누는 방법을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 무선전력 전송장치로부터 무선전력을 수신하고 충전 상태 정보를 제공하는 장치를 제공한다. 상기 장치는 동작 주파수(operating frequency)에서 상기 무선전력 전송장치와의 자기 커플링(magnetic coupling)에 의해 상기 무선전력 전송장치로부터 상기 무선전력을 수신하고, 상기 무선전력에 의해 발생하는 교류 신호를 직류 신호로 변환하도록 구성된 전력 픽업 유닛(power pick-up unit), 상기 전력 픽업 유닛으로부터 상기 직류 신호를 공급받도록 구성된 배터리(battery), 및 상기 전력 픽업 유닛으로부터 상기 직류 신호를 공급받고, 상기 동작 주파수를 이용하는 인밴드(in-band) 통신에서 상기 동작 주파수 이외의 주파수를 이용하는 아웃밴드(out-band) 통신으로의 핸드오버 절차를 수행하며, 상기 무선전력 전송장치와의 상기 아웃밴드 통신을 통해 상기 배터리의 충전 상태 정보를 표시할 우선(prior) 디스플레이 장치를 선택하기 위한 절차를 수행하고, 상기 충전 상태 정보를 생성하도록 구성된 통신/컨트롤 유닛을 포함한다.
일 측면에서, 상기 우선 디스플레이 장치를 선택하기 위한 절차는, 상기 통신/컨트롤 유닛이 상기 충전 상태 정보의 표시기능지원에 관한 정보를 전송하는 단계와, 상기 우선 디스플레이 장치로서 동작할지에 관한 정보를 상기 무선전력 전송장치로부터 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 측면에서, 상기 우선 디스플레이 장치를 선택하기 위한 절차는, 상기 통신/컨트롤 유닛이 상기 무선전력 전송장치로 디스플레이 유무(display existence) 정보를 전송하는 단계와, 상기 표시기능 지원정보를 요청하는 메시지를 상기 무선전력 전송장치로부터 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 장치는 디스플레이부를 더 포함하되, 상기 우선 디스플레이 장치로서 동작할지에 관한 정보가 상기 우선 디스플레이 장치로서 동작함을 지시하는 경우, 상기 통신/컨트롤 유닛은 상기 무선전력 전송장치로부터 무선전력을 수신하는 타 장치의 충전 상태 정보를 상기 무선전력 전송장치로부터 수신하고, 상기 충전 상태 정보 및 상기 타 장치의 충전 상태 정보를 상기 디스플레이부에 표시하도록 제어할 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 배터리가 완충된 경우, 상기 통신/컨트롤 유닛은 상기 배터리의 완충 정보를 상기 무선전력 전송장치로 전송할 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 장치는 디스플레이부를 더 포함하되, 상기 우선 디스플레이 장치로서 동작할지에 관한 정보가 상기 우선 디스플레이 장치로서 동작하지 않음을 지시하는 경우, 상기 통신/컨트롤 유닛은 상기 충전 상태 정보를 상기 무선전력 전송장치로 전송할 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 충전 상태 정보의 제공을 요청하는 외부 입력의 입력이 감지되면, 상기 통신/컨트롤 유닛은 상기 충전 상태 정보의 표시를 요청하는 표시 요청 정보를 상기 무선전력 전송장치로 전송할 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 표시 요청 정보는 상기 배터리가 완전 충전될 때까지 남은 전력에 관한 정보를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 무선전력 수신장치로 무선전력을 전송하고 충전 상태 정보를 제공하는 장치를 제공한다. 상기 장치는 동작 주파수(operating frequency)에서 무선전력 수신장치와의 자기 커플링(magnetic coupling)에 의해 상기 무선전력 수신장치로 무선전력을 전송하도록 구성된 전력 변환 유닛(power conversion unit), 및 상기 동작 주파수를 이용하는 인밴드(in-band) 통신에서 상기 동작 주파수 이외의 주파수를 이용하는 아웃밴드(out-band) 통신으로의 핸드오버 절차를 수행하고, 상기 무선전력 수신장치와의 상기 아웃밴드 통신을 통해 상기 배터리의 충전 상태 정보를 표시할 우선(prior) 디스플레이 장치를 선택하기 위한 절차를 수행하고, 상기 충전 상태 정보를 생성하도록 구성된 통신/컨트롤 유닛을 포함할 수 있다.
일 측면에서, 상기 우선 디스플레이 장치를 선택하기 위한 절차는, 상기 통신/컨트롤 유닛이 상기 충전 상태 정보의 표시기능지원에 관한 정보를 상기 무선전력 수신장치로부터 수신하는 단계와, 상기 우선 디스플레이 장치로서 동작할지에 관한 정보를 상기 무선전력 수신장치로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 측면에서, 상기 우선 디스플레이 장치를 선택하기 위한 절차는, 상기 통신/컨트롤 유닛이 상기 무선전력 수신장치로부터 디스플레이 유무(display existence) 정보를 수신하는 단계와, 상기 표시기능 지원정보를 요청하는 메시지를 상기 무선전력 수신장치로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 장치는 디스플레이부 및 버튼부를 더 포함하되, 상기 통신/컨트롤 유닛은 상기 버튼부의 입력에 따라 상기 무선전력 수신장치의 충전 상태 정보를 상기 디스플레이부에 표시할 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 무선전력 수신장치가 완충된 경우, 상기 통신/컨트롤 유닛은 상기 무선전력 수신장치에 관한 완충 정보를 상기 무선전력 수신장치로부터 수신할 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 무선전력 수신장치가 제거됨이 감지된 경우, 상기 통신/컨트롤 유닛은 새로운 우선 디스플레이 장치를 선택하고, 상기 선택된 새로운 우선 디스플레이 장치로 충전 상태 정보를 전송할 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 통신/컨트롤 유닛은 타 무선전력 수신장치로부터 충전 상태의 표시를 요청하는 표시 요청 정보를 수신하고, 상기 타 무선전력 수신장치의 충전 상태 정보를 상기 무선전력 수신장치로 전송할 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 표시 요청 정보는 상기 타 무선전력 수신장치가 완전 충전될 때까지 남은 전력에 관한 정보를 포함할 수 있다.
사용자는 충전되는 기기의 충전 상태 정보를 간편하고 효율적으로 확인할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 전력 시스템(10)의 블록도이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 무선 전력 시스템(10)의 블록도이다.
도 3a는 무선 전력 전송 시스템이 도입되는 다양한 전자 기기들의 실시예를 나타낸다.
도 3b는 무선 전력 전송 시스템에서 WPC NDEF의 일례를 나타낸다.
도 4a는 다른 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 블록도이다.
도 4b는 본 발명이 적용될 수 있는 블루투스 통신 아키텍처(Architecture)의 일 예를 나타낸 도이다.
도 4c는 일례에 따른 BLE 통신을 사용하는 무선전력 전송 시스템을 도시한 블록도이다.
도 4d는 다른 예에 따른 BLE 통신을 사용하는 무선전력 전송 시스템을 도시한 블록도이다.
도 5는 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 전력 제어 컨트롤 방법을 나타낸다.
도 7은 다른 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 블록도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치를 나타낸다.
도 9는 일 실시예에 따른 통신 프레임 구조를 나타낸다.
도 10은 일 실시예에 따른 싱크 패턴의 구조이다.
도 11은 일 실시예에 따른 쉐어드 모드에서 무선 전력 전송장치 및 무선전력 수신장치의 동작 상태를 도시하였다.
도 12a는 일례에 따른 일대다 무선전력 전송 방법을 도시한 것이다.
도 12b는 다른 예에 따른 일대다 무선전력 전송 방법을 도시한 것이다.
도 13은 일 실시예에 따른 충전 상태 정보를 제공하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 14는 일 실시예에 따른 디스플레이 장치 선택 절차를 도시한 흐름도이다.
도 15는 도 13 내지 도 14에 따른 일대다 무선전력 전송시 충전 상태 정보를 표시하는 시나리오의 일례이다.
도 16은 일 실시예에 따른 외부 입력 기반으로 충전 상태 정보를 표시하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 17은 외부 입력 기반으로 충전 상태 정보를 표시하는 시나리오의 일례이다.
도 18은 외부 입력 기반으로 충전 상태 정보를 표시하는 시나리오의 다른 예이다.
도 19는 다른 실시예에 따른 충전 상태 정보를 제공하는 방법을 도시한 흐름도이다.
이하에서 사용되는 "무선 전력" 이라는 용어는, 물리적인 전자기 전도체들의 사용없이 무선전력 전송기(wireless power transmitter)로부터 무선전력 수신장치(wireless power receiver)로 전달되는 전기장, 자기장, 전자기장 등과 관련된 임의의 형태의 에너지를 의미하도록 사용된다. 무선전력은 무선 전력 신호(wireless power signal)이라고 불릴 수도 있으며, 1차 코일과 2차 코일에 의해 둘러싸이는(enclosed) 진동하는 자속(oscillating magnetic flux)을 의미할 수 있다. 예를 들어, 이동 전화기, 코드리스 전화기, iPod, MP3 플레이어, 헤드셋 등을 포함하는 디바이스들을 무선으로 충전하기 위해 시스템에서의 전력 변환이 여기에 설명된다. 일반적으로, 무선 전력 전송의 기본적인 원리는, 예를 들어, 자기 커플링(magnetic coupling)을 통해 전력을 전달하는 방식, 무선 주파수(radio frequency: RF)를 통해 전력을 전달하는 방식, 마이크로웨이브(microwave)를 통해 전력을 전달하는 방식, 초음파를 통해 전력을 전달하는 방식을 모두 포함한다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 전력 시스템(10)의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 무선 전력 시스템(10)은 무선 전력 전송 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)를 포함한다.
무선 전력 전송 장치(100)는 외부의 전원 소스(S)로부터 전원을 인가받아 자기장을 발생시킨다. 무선 전력 수신 장치(200)는 발생된 자기장을 이용하여 전류를 발생시켜 무선으로 전력을 수신받는다.
또한, 무선 전력 시스템(10)에서 무선 전력 전송 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)는 무선 전력 전송에 필요한 다양한 정보를 송수신할 수 있다. 여기서, 무선 전력 전송 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)간의 통신은 무선 전력 전송에 이용되는 자기장을 이용하는 인-밴드 통신(in-band communication)이나 별도의 통신 캐리어를 이용하는 아웃-밴드 통신(out-band communication) 중 어느 하나의 방식에 따라 수행될 수 있다. 아웃-밴드 통신은 아웃-오브-밴드(out-of-band) 통신이라 불릴 수도 있다. 이하에서는 아웃-밴드 통신으로 용어를 통일하여 기술한다. 아웃-밴드 통신의 예로서 NFC, 블루투스(bluetooth), BLE(bluetooth low energy) 등을 포함할 수 있다.
여기서, 무선 전력 전송 장치(100)는 고정형 또는 이동형으로 제공될 수 있다. 고정형의 예로는 실내의 천장이나 벽면 또는 테이블 등의 가구에 임베디드(embedded)되는 형태, 실외의 주차장, 버스 정류장이나 지하철역 등에 임플란트 형식으로 설치되는 형태나 차량이나 기차 등의 운송 수단에 설치되는 형태 등이 있다. 이동형인 무선 전력 전송 장치(100)는 이동 가능한 무게나 크기의 이동형 장치나 노트북 컴퓨터의 덮개 등과 같이 다른 장치의 일부로 구현될 수 있다.
또 무선 전력 수신 장치(200)는 배터리를 구비하는 각종 전자 기기 및 전원 케이블 대신 무선으로 전원을 공급받아 구동되는 각종 가전 기기를 포함하는 포괄적인 개념으로 해석되어야 한다. 무선 전력 수신 장치(200)의 대표적인 예로는, 이동 단말기(portable terminal), 휴대 전화기(cellular phone), 스마트폰(smart phone), 개인 정보 단말기(PDA: Personal Digital Assistant), 휴대 미디어 플레이어(PMP: Portable Media Player), 와이브로 단말기(Wibro terminal), 태블릿(tablet), 패블릿(phablet), 노트북(notebook), 디지털 카메라, 네비게이션 단말기, 텔레비전, 전기차량(EV: Electronic Vehicle) 등이 있다.
무선 전력 시스템(10)에서 무선 전력 수신 장치(200)는 하나 또는 복수일 수 있다. 도 1에서는 무선 전력 전송 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)가 일대일로 전력을 주고 받는 것으로 표현되고 있으나, 도 2와 같이 하나의 무선 전력 전송 장치(100)가 복수의 무선 전력 수신 장치(200-1, 200-2,..., 200-M)로 전력을 전달하는 것도 가능하다. 특히, 자기 공진 방식으로 무선 전력 전송을 수행하는 경우에는 하나의 무선 전력 전송 장치(100)가 동시 전송 방식이나 시분할 전송 방식을 응용하여 동시에 여러 대의 무선 전력 수신 장치(200-1, 200-2,...,200-M)로 전력을 전달할 수 있다.
또한, 도 1에는 무선 전력 전송 장치(100)가 무선 전력 수신 장치(200)에 바로 전력을 전달하는 모습이 도시되어 있으나, 무선 전력 전송 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200) 사이에 무선전력 전송 거리를 증대시키기 위한 릴레이(relay) 또는 중계기(repeater)와 같은 별도의 무선 전력 송수신 장치가 구비될 수 있다. 이 경우, 무선 전력 전송 장치(100)로부터 무선 전력 송수신 장치로 전력이 전달되고, 무선 전력 송수신 장치가 다시 무선 전력 수신 장치(200)로 전력을 전달할 수 있다.
이하 본 명세서에서 언급되는 무선전력 수신기, 전력 수신기, 수신기는 무선 전력 수신 장치(200)를 지칭한다. 또한 본 명세서에서 언급되는 무선전력 전송기, 전력 전송기, 전송기는 무선 전력 수신 전송 장치(100)를 지칭한다.
도 3a는 무선 전력 전송 시스템이 도입되는 다양한 전자 기기들의 실시예를 나타낸다.
도 3a에는 무선 전력 전송 시스템에서 송신 및 수신하는 전력 양에 따라 전자 기기들을 분류하여 도시하였다. 도 3을 참조하면, 스마트 시계(Smart watch), 스마트 글래스(Smart Glass), HMD(Head Mounted Display), 및 스마트 링(Smart ring)과 같은 웨어러블 기기들 및 이어폰, 리모콘, 스마트폰, PDA, 태블릿 PC 등의 모바일 전자 기기들(또는 포터블 전자 기기들)에는 소전력(약 5W이하 또는 약 20W 이하) 무선 충전 방식이 적용될 수 있다.
노트북, 로봇 청소기, TV, 음향 기기, 청소기, 모니터와 같은 중/소형 가전 기기들에는 중전력(약 50W이하 또는 약 200W)이하) 무선 충전 방식이 적용될 수 있다. 믹서기, 전자 레인지, 전기 밥솥과 같은 주방용 가전 기기, 휠체어, 전기 킥보드, 전기 자전거, 전기 자동차 등의 개인용 이동 기기들(또는, 전자 기기/이동 수단들)은 대전력(약 2kW 이하 또는 22kW이하) 무선 충전 방식이 적용될 수 있다.
상술한(또는 도 1에 도시된) 전자 기기들/이동 수단들은 후술하는 무선 전력 수신기를 각각 포함할 수 있다. 따라서, 상술한 전자 기기들/이동 수단들은 무선 전력 송신기로부터 무선으로 전력을 수신하여 충전될 수 있다.
이하에서는 전력 무선 충전 방식이 적용되는 모바일 기기를 중심으로 설명하나 이는 실시예에 불과하며, 본 발명에 따른 무선 충전 방법은 상술한 다양한 전자 기기에 적용될 수 있다.
무선전력 전송에 관한 표준(standard)은 WPC(wireless power consortium), AFA(air fuel alliance), PMA(power matters alliance)을 포함한다.
WPC 표준은 기본 전력 프로파일(baseline power profile: BPP)과 확장 전력 프로파일(extended power profile: EPP)을 정의한다. BPP는 5W의 전력 전송을 지원하는 무선전력 전송장치와 수신장치에 관한 것이고, EPP는 5W보다 크고 30W보다 작은 범위의 전력 전송을 지원하는 무선전력 전송장치와 수신장치에 관한 것이다.
서로 다른 전력레벨(power level)을 사용하는 다양한 무선전력 전송장치와 수신장치들이 각 표준별로 커버되고, 서로 다른 전력 클래스(power class) 또는 카테고리로 분류될 수 있다.
예를 들어, WPC는 무선전력 전송장치와 수신장치를 전력 클래스(power class :PC) -1, PC0, PC1, PC2로 분류하고, 각 PC에 대한 표준문서를 제공한다. PC-1 표준은 5W 미만의 보장전력(guaranteed power)을 제공하는 무선전력 전송장치와 수신장치에 관한 것이다. PC-1의 어플리케이션은 스마트 시계와 같은 웨어러블 기기를 포함한다.
PC0 표준은 5W의 보장전력을 제공하는 무선전력 전송장치와 수신장치에 관한 것이다. PC0 표준은 보장전력이 30W까지인 EPP를 포함한다. 인-밴드(in-band :IB) 통신이 PC0의 필수적인(mandatory) 통신 프로토콜이나, 옵션의 백업 채널로 사용되는 아웃-밴드(out-band : OB) 통신도 사용될 수 있다. 무선전력 수신장치는 OB의 지원 여부를 구성 패킷(configuration packe)내의 OB 플래그를 설정함으로써 식별할 수 있다. OB를 지원하는 무선전력 전송장치는 상기 구성 패킷에 대한 응답으로서, OB 핸드오버를 위한 비트패턴(bit-pattern)을 전송함으로써 OB 핸드오버 페이즈(handover phase)로 진입할 수 있다. 상기 구성 패킷에 대한 응답은 NAK, ND 또는 새롭게 정의되는 8비트의 패턴일 수 있다. PC0의 어플리케이션은 스마트폰을 포함한다.
PC1 표준은 30W~150W의 보장전력을 제공하는 무선전력 전송장치와 수신장치에 관한 것이다. OB는 PC1을 위한 필수적인 통신 채널이며, IB는 OB로의 초기화 및 링크 수립(link establishment)로서 사용된다. 무선전력 전송장치는 구성 패킷에 대한 응답으로서, OB 핸드오버를 위한 비트패턴을 이용하여 OB 핸드오버 페이즈로 진입할 수 있다. PC1의 어플리케이션은 랩탑이나 전동 공구(power tool)을 포함한다.
PC2 표준은 200W~2kW의 보장전력을 제공하는 무선전력 전송장치와 수신장치에 관한 것으로서, 그 어플리케이션은 주방가전을 포함한다.
이렇듯 전력 레벨에 따라 PC가 구별될 수 있으며, 동일한 PC간 호환성(compatibility)을 지원할지 여부는 선택 또는 필수 사항일 수 있다. 여기서 동일한 PC간 호환성은, 동일한 PC 간에는 전력 송수신이 가능함을 의미한다. 예를 들어, PC x인 무선 전력 전송장치가 동일한 PC x를 갖는 무선 전력 수신장치의 충전이 가능한 경우, 동일한 PC간 호환성이 유지되는 것으로 볼 수 있다. 이와 유사하게 서로 다른 PC간의 호환성 역시 지원 가능할 수 있다. 여기서 서로 다른 PC간 호환성은, 서로 다른 PC 간에도 전력 송수신이 가능함을 의미한다. 예를 들어, PC x인 무선 전력 전송장치가 PC y를 갖는 무선 전력 수신장치의 충전이 가능한 경우, 서로 다른 PC간 호환성이 유지되는 것으로 볼 수 있다.
PC간 호환성의 지원은 사용자 경험(User Experience) 및 인프라 구축 측면에서 매우 중요한 이슈이다. 다만, PC간 호환성 유지에는 기술적으로 아래와 같은 여러 문제점이 존재한다.
동일한 PC간 호환성의 경우, 예를 들어, 연속적으로 전력이 전송되는 경우에만 안정적으로 충전이 가능한 랩-탑 충전(lap-top charging) 방식의 무선 전력 수신장치는, 동일한 PC의 무선 전력 송신장치라 하더라도, 불연속적으로 전력을 전송하는 전동 툴 방식의 무선 전력 송신장치로부터 전력을 안정적으로 공급받는 데 문제가 있을 수 있다. 또한, 서로 다른 PC간 호환성의 경우, 예를 들어, 최소 보장 전력이 200W인 무선 전력 송신장치는 최대 보장 전력이 5W인 무선 전력 수신장치로 전력을 송신하는 경우, 과전압으로 인해 무선전력 수신장치가 파손될 위험이 있다. 그 결과, PC는 호환성을 대표/지시하는 지표/기준으로 삼기 어렵다.
무선전력 전송 및 수신장치들은 매우 편리한 사용자 경험과 인터페이스(UX/UI)를 제공할 수 있다. 즉, 스마트 무선충전 서비스가 제공될 수 있다, 스마트 무선충전 서비스는 무선전력 전송장치를 포함하는 스마트폰의 UX/UI에 기초하여 구현될 수 있다. 이러한 어플리케이션을 위해, 스마트폰의 프로세서와 무선충전 수신장치간의 인터페이스는 무선전력 전송장치와 수신장치간의 "드롭 앤 플레이(drop and play)" 양방향 통신을 허용한다.
일례로서, 사용자는 호텔에서 스마트 무선 충전 서비스를 경험할 수 있다. 사용자가 호텔 방으로 입장하고 방안의 무선충전기 위에 스마트폰을 올려놓으면, 무선충전기는 스마트폰으로 무선전력을 전송하고, 스마트폰은 무선전력을 수신한다. 이 과정에서, 무선충전기는 스마트 무선 충전 서비스에 관한 정보를 스마트폰으로 전송한다. 스마트폰이 무선충전기 상에 위치됨을 감지하거나, 무선전력의 수신을 감지하거나, 또는 스마트폰이 무선충전기로부터 스마트 무선 충전 서비스에 관한 정보를 수신하면, 스마트폰은 사용자에게 부가적 특징으로의 동의(opt-in)를 문의하는 상태로 진입한다. 이를 위해, 스마트폰은 알람음을 포함하거나 또는 포함하지 않는 방식으로 스크린상에 메시지를 디스플레이할 수 있다. 메시지의 일례는 "Welcome to ### hotel. Select “Yes” to activate smart charging functions : Yes | No Thanks."와 같은 문구를 포함할 수 있다. 스마트폰은 Yes 또는 No Thanks를 선택하는 사용자의 입력을 받고, 사용자에 의해 선택된 다음 절차를 수행한다. 만약 Yes가 선택되면 스마트폰은 무선충전기에 해당 정보를 전송한다. 그리고 스마트폰과 무선충전기는 스마트 충전 기능을 함께 수행한다.
스마트 무선 충전 서비스는 또한 WiFi 자격(wifi credentials) 자동 입력(auto-filled)을 수신하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 무선충전기는 WiFi 자격을 스마트폰으로 전송하고, 스마트폰은 적절한 앱을 실행하여 무선충전기로부터 수신된 WiFi 자격을 자동적으로 입력한다.
스마트 무선 충전 서비스는 또한 호텔 프로모션을 제공하는 호텔 어플리케이션을 실행하거나, 원격 체크인/체크아웃 및 컨택 정보들을 획득하는 것을 포함할 수 있다.
다른 예로서, 사용자는 차량 내에서 스마트 무선 충전 서비스를 경험할 수 있다. 사용자가 차량에 탑승하고 스마트폰을 무선충전기 위에 올려놓으면, 무선충전기는 스마트폰에 무선전력을 전송하고, 스마트폰은 무선전력을 수신한다. 이러한 과정에서, 무선 충전기는 스마트 무선 충전 서비스에 관한 정보를 스마트폰으로 전송한다. 스마트폰이 무선충전기 상에 위치됨을 감지하거나, 무선전력의 수신을 감지하거나, 또는 스마트폰이 무선충전기로부터 스마트 무선 충전 서비스에 관한 정보를 수신하면, 스마트폰은 사용자에게 신분(identity)를 확인을 문의하는 상태로 진입한다.
이 상태에서, 스마트폰은 WiFi 및/또는 블루투스를 통해 자동적으로 자동차와 연결된다. 스마트폰은 알람음을 포함하거나 또는 포함하지 않는 방식으로 스크린상에 메시지를 디스플레이할 수 있다. 메시지의 일례는 "Welcome to your car. Select “Yes” to synch device with in-car controls : Yes | No Thanks."와 같은 문구를 포함할 수 있다. 스마트폰은 Yes 또는 No Thanks를 선택하는 사용자의 입력을 받고, 사용자에 의해 선택된 다음 절차를 수행한다. 만약 Yes가 선택되면 스마트폰은 무선충전기에 해당 정보를 전송한다. 그리고 스마트폰과 무선충전기는 차량내 어플리케이션/디스플레이 소프트웨어를 구동함으로서, 차량 내 스마트 제어 기능을 함께 수행할 수 있다. 사용자는 원하는 음악을 즐길 수 있고, 정규적인 맵 위치를 확인할 수 있다. 차량 내 어플리케이션/디스플레이 소프트웨어는 통행자들을 위한 동기화 접근을 제공하는 성능을 포함할 수 있다.
또 다른 예로서, 사용자는 스마트 무선 충전을 댁내에서 경험할 수 있다. 사용자가 방으로 들어가서 방안의 무선충전기 위에 스마트폰을 올려놓으면, 무선충전기는 스마트폰으로 무선전력을 전송하고, 스마트폰은 무선전력을 수신한다. 이 과정에서, 무선충전기는 스마트 무선 충전 서비스에 관한 정보를 스마트폰으로 전송한다. 스마트폰이 무선충전기 상에 위치됨을 감지하거나, 무선전력의 수신을 감지하거나, 또는 스마트폰이 무선충전기로부터 스마트 무선 충전 서비스에 관한 정보를 수신하면, 스마트폰은 사용자에게 부가적 특징으로의 동의(opt-in)를 문의하는 상태로 진입한다. 이를 위해, 스마트폰은 알람음을 포함하거나 또는 포함하지 않는 방식으로 스크린상에 메시지를 디스플레이할 수 있다. 메시지의 일례는 "Hi xxx, Would you like to activate night mode and secure the building?: Yes | No Thanks."와 같은 문구를 포함할 수 있다. 스마트폰은 Yes 또는 No Thanks를 선택하는 사용자의 입력을 받고, 사용자에 의해 선택된 다음 절차를 수행한다. 만약 Yes가 선택되면 스마트폰은 무선충전기에 해당 정보를 전송한다. 스마트폰과 무선 충전기는 적어도 사용자의 패턴을 인지하고 사용자에게 문과 창문을 잠그거나 불을 끄거나, 알람을 설정하도록 권유할 수 있다.
이하에서는 호환성을 대표/지시하는 지표/기준으로 '프로필(profile)'을 새롭게 정의하기로 한다. 즉, 동일한 '프로필'을 갖는 무선 전력 송수신 장치간에는 호환성이 유지되어 안정적인 전력 송수신이 가능하며, 서로 다른 '프로필'을 갖는 무선 전력 송수신장치간에는 전력 송수신이 불가한 것으로 해석될 수 있다. 프로필은 전력 클래스와 무관하게(또는 독립적으로) 호환 가능 여부 및/또는 어플리케이션에 따라 정의될 수 있다.
프로필은 크게 i) 모바일 및 컴퓨팅, ii) 전동 툴, 및 iii) 주방 이렇게 3가지로 구분될 수 있다.
또는, 프로필은 크게 i) 모바일, ii) 전동 툴, iii) 주방 및 iv) 웨어러블 이렇게 4가지로 구분될 수 있다.
'모바일' 프로필의 경우, PC는 PC0 및/또는 PC1, 통신 프로토콜/방식은 IB 및 OB, 동작 주파수는 87~205kHz로 정의될 수 있으며, 어플리케이션의 예시로는 스마트폰, 랩-탑 등이 존재할 수 있다.
'전동 툴' 프로필의 경우, PC는 PC1, 통신 프로토콜/방식은 IB, 동작 주파수는 87~145kHz로 정의될 수 있으며, 어플리케이션의 예시로는 전동 툴 등이 존재할 수 있다.
'주방' 프로필의 경우, PC는 PC2, 통신 프로토콜/방식은 NFC-기반, 동작 주파수는 100kHz 미만으로 정의될 수 있으며, 어플리케이션의 예시로는 주방/가전 기기 등이 존재할 수 있다.
전동 툴과 주방 프로필의 경우, 무선전력 전송장치와 수신장치 간에 NFC 통신이 사용될 수 있다. 무선전력 전송장치와 수신장치는 WPC NDEF(NFC Data Exchange Profile Format)을 교환함으로써 상호간에 NFC 기기임을 확인할 수 있다. 예를 들어 WPC NDEF는 도 3b와 같이 어플리케이션 프로파일(application profile) 필드(예를 들어 1B), 버전 필드(예를 들어 1B), 및 프로파일 특정 데이터(profile specific data, 예를 들어 1B)를 포함할 수 있다. 어플리케이션 프로파일 필드는 해당 장치가 i) 모바일 및 컴퓨팅, ii) 전동 툴, 및 iii) 주방 중 어느 것인지를 지시하고, 버전 필드의 상위 니블(upper nibble)은 메이저 버전(major version)을 지시하고 하위 니블(lower nibble)은 마이너 버전(minor version)을 지시한다. 또한 프로파일 특정 데이터는 주방을 위한 컨텐츠를 정의한다.
'웨어러블' 프로필의 경우, PC는 PC-1, 통신 프로토콜/방식은 IB, 동작 주파수는 87~205kHz으로 정의될 수 있으며, 어플리케이션의 예시로는 사용자 몸에 착용하는 웨어러블 기기 등이 존재할 수 있다.
동일한 프로필간에는 호환성 유지는 필수 사항일 수 있으며, 다른 프로필간의 호환성 유지는 선택 사항일 수 있다.
상술한 프로필(모바일 프로필, 전동 툴 프로필, 주방 프로필 및 웨어러블 프로필)들은 제1 내지 제n 프로필로 일반화되어 표현될 수 있으며, WPC 규격 및 실시예에 따라 새로운 프로필이 추가/대체될 수 있다.
이와 같이 프로필이 정의되는 경우, 무선 전력 전송장치가 자신과 동일한 프로필의 무선 전력 수신장치에 대해서만 선택적으로 전력 송신을 수행하여 보다 안정적으로 전력 송신이 가능하다. 또한 무선 전력 전송장치의 부담이 줄어들고, 호환이 불가능한 무선 전력 수신장치로의 전력 송신을 시도하지 않게 되므로 무선 전력 수신장치의 파손 위험이 줄어든다는 효과가 발생한다.
'모바일' 프로필 내의 PC1은 PC0를 기반으로 OB와 같은 선택적 확장을 차용함으로써 정의될 수 있으며, '전동 툴' 프로필의 경우, PC1 '모바일' 프로필이 단순히 변경된 버전으로서 정의될 수 있다. 또한, 현재까지는 동일한 프로필간의 호환성 유지를 목적으로 정의되었으나, 추후에는 서로 다른 프로필간의 호환성 유지 방향으로 기술이 발전될 수 있다. 무선 전력 전송장치 또는 무선 전력 수신장치는 다양한 방식을 통해 자신의 프로필을 상대방에게 알려줄 수 있다.
AFA 표준은 무선 전력 전송장치를 PTU(power transmitting unit)이라 칭하고, 무선 전력 수신장치를 PRU(power receiving unit)이라 칭하며, PTU는 표 1과 같이 다수의 클래스로 분류되고, PRU는 표 2와 같이 다수의 카테고리로 분류된다.
PTX_IN_MAX 최소 카테고리 지원 요구사항 지원되는 최대 기기 개수를 위한 최소값
Class 1 2W 1x 카테고리 1 1x 카테고리 1
Class 2 10W 1x 카테고리 3 2x 카테고리 2
Class 3 16W 1x 카테고리 4 2x 카테고리 3
Class 4 33W 1x 카테고리 5 3x 카테고리 3
Class 5 50W 1x 카테고리 6 4x 카테고리 3
Class 6 70W 1x 카테고리 7 5x 카테고리 3
PRU PRX_OUT_MAX' 예시 어플리케이션
Category 1 TBD 블루투스 헤드셋
Category 2 3.5W 피쳐폰
Category 3 6.5W 스마트폰
Category 4 13W 태블릿, 패플릿
Category 5 25W 작은 폼팩터 랩탑
Category 6 37.5W 일반 랩탑
Category 7 50W 가전
표 1에서와 같이, 클래스 n PTU의 최대 출력 전력 성능(capability)은 해당 클래스의 PTX_IN_MAX 값보다 크거나 같다. PRU는 해당 카테고리에서 명세된(specified) 전력보다 더 큰 전력을 끌어당길(draw) 수는 없다.
도 4a는 다른 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 블록도이다.
도 4a를 참조하면, 무선 전력 전송 시스템(10)은 무선으로 전력을 수신하는 모바일 기기(Mobile Device)(450) 및 무선으로 전력을 송신하는 베이스 스테이션(Base Station)(400)을 포함한다.
베이스 스테이션(400)은 유도 전력 또는 공진 전력을 제공하는 장치로서, 적어도 하나의 무선 전력 전송장치(power transmitter, 100) 및 시스템 유닛(405)을 포함할 수 있다. 무선 전력 전송장치(100)는 유도 전력 또는 공진 전력을 전송하고, 전송을 제어할 수 있다. 무선 전력 전송장치(100)는, 1차 코일(primary coil(s))을 통해 자기장을 생성함으로써 전기 에너지를 전력 신호로 변환하는 전력 변환 유닛(power conversion unit, 110) 및 적절한 레벨로 전력을 전달하도록 무선 전력 수신장치(200)와의 통신 및 전력 전달을 컨트롤하는 통신/컨트롤 유닛(communications & control unit, 120)을 포함할 수 있다. 시스템 유닛(405)은 입력 전력 프로비저닝(provisioning), 복수의 무선전력 전송장치들의 컨트롤 및 사용자 인터페이스 제어와 같은 베이스 스테이션(400)의 기타 동작 제어를 수행할 수 있다.
1차 코일은 교류 전력(또는 전압 또는 전류)을 이용하여 전자기장을 발생시킬 수 있다. 1차 코일은 전력 변환 유닛(110)에서 출력되는 특정 주파수의 교류전력(또는 전압 또는 전류)을 인가받고, 이에 따라 특정 주파수의 자기장을 발생시킬 수 있다. 자기장은 비방사형 또는 방사형으로 발생할 수 있는데, 무선 전력 수신 장치(200)는 이를 수신하여 전류를 생성하게 된다. 다시 말해 1차 코일은 무선으로 전력을 전송하는 것이다.
자기 유도 방식에서, 1차 코일과 2차 코일은 임의의 적합한 형태들을 가질 수 있으며, 예컨대, 페라이트 또는 비정질 금속과 같은 고투자율의 형성물의 주위에 감긴 동선일 수 있다. 1차 코일은 전송 코일(transmitting coil), 1차 코어(primary core), 1차 와인딩(primary winding), 1차 루프 안테나(primary loop antenna) 등으로 불릴 수도 있다. 한편, 2차 코일은 수신 코일(receiving coil), 2차 코어(secondary core), 2차 와인딩(secondary winding), 2차 루프 안테나(secondary loop antenna), 픽업 안테나(pickup antenna) 등으로 불릴 수도 있다.
자기 공진 방식을 이용하는 경우에는 1차 코일과 2차 코일은 각각 1차 공진 안테나와 2차 공진 안테나 형태로 제공될 수 있다. 공진 안테나는 코일과 캐패시터를 포함하는 공진 구조를 가질 수 있다. 이때 공진 안테나의 공진 주파수는 코일의 인덕턴스와 캐패시터의 캐패시턴스에 의해 결정된다. 여기서, 코일은 루프의 형태로 이루어질 수 있다. 또 루프의 내부에는 코어가 배치될 수 있다. 코어는 페라이트 코어(ferrite core)와 같은 물리적인 코어나 공심 코어(air core)를 포함할 수 있다.
1차 공진 안테나와 2차 공진 안테나 간의 에너지 전송은 자기장의 공진 현상을 통해 이루어질 수 있다. 공진 현상이란 하나의 공진 안테나에서 공진 주파수에 해당하는 근접장이 발생할 때 주위에 다른 공진 안테나가 위치하는 경우, 양 공진 안테나가 서로 커플링되어 공진 안테나 사이에서 높은 효율의 에너지 전달이 일어나는 현상을 의미한다. 1차 공진 안테나와 2차 공진 안테나 안테나 사이에서 공진 주파수에 해당하는 자기장이 발생하면, 1차 공진 안테나와 2차 공진 안테나가 서로 공진하는 현상이 발생되고, 이에 따라 일반적인 경우 1차 공진 안테나에서 발생한 자기장이 자유공간으로 방사되는 경우에 비해 보다 높은 효율로 2차 공진 안테나를 향해 자기장이 집속되며, 따라서 1차 공진 안테나로부터 2차 공진 안테나에 높은 효율로 에너지가 전달될 수 있다. 자기 유도 방식은 자기 공진 방식과 유사하게 구현될 수 있으나 이때에는 자기장의 주파수가 공진 주파수일 필요가 없다. 대신 자기 유도 방식에서는 1차 코일과 2차 코일을 구성하는 루프 간의 정합이 필요하며 루프 간의 간격이 매우 근접해야 한다.
도면에 도시되지 않았으나, 무선 전력 전송장치(100)는 통신 안테나를 더 포함할 수도 있다. 통신 안테나는 자기장 통신 이외의 통신 캐리어를 이용하여 통신 신호를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 통신 안테나는 와이파이(Wi-Fi), 블루투스(Bluetooth), 블루투스 LE, 직비(ZigBee), NFC 등의 통신 신호를 송수신 할 수 있다.
통신/컨트롤 유닛(120)은 무선 전력 수신 장치(200)와 정보를 송수신할 수 있다. 통신/컨트롤 유닛(120)은 IB 통신 모듈 또는 OB 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
IB 통신 모듈은 특정 주파수를 중심 주파수로 하는 자기파를 이용하여 정보를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 통신/컨트롤 유닛(120)은 자기파에 정보를 실어 1차 코일을 통해 송신하거나 또는 정보가 담긴 자기파를 1차 코일을 통해 수신함으로써 인-밴드 통신을 수행할 수 있다. 이때, 이진 위상 편이(BPSK: binary phase shift keying) 또는 진폭 편이(ASK: amplitude shift keying) 등의 변조 방식과 맨체스터(Manchester) 코딩 또는 넌 제로 복귀 레벨(NZR-L: non-return-to-zero level) 코딩 등의 코딩 방식을 이용하여 자기파에 정보를 담거나 정보가 담긴 자기파를 해석할 수 있다. 이러한 IB 통신을 이용하면 통신/컨트롤 유닛(120)은 수 kbps의 데이터 전송율로 수 미터에 이르는 거리까지 정보를 송수신할 수 있다.
OB 통신 모듈은 통신 안테나를 통해 아웃-밴드 통신을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 통신/컨트롤 유닛(120)은 근거리 통신 모듈로 제공될 수 있다. 근거리 통신 모듈의 예로는 와이파이(Wi-Fi), 블루투스(Bluetooth), 블루투스 LE, 직비(ZigBee), NFC 등의 통신 모듈이 있다.
통신/컨트롤 유닛(120)은 무선 전력 전송 장치(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 통신/컨트롤 유닛(120)은 각종 정보의 연산 및 처리를 수행하고, 무선 전력전송 장치(100)의 각 구성 요소를 제어할 수 있다.
통신/컨트롤 유닛(120)은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합을 이용하여 컴퓨터나 이와 유사한 장치로 구현될 수 있다. 하드웨어적으로 통신/컨트롤 유닛(120)은 전기적인 신호를 처리하여 제어 기능을 수행하는 전자 회로 형태로 제공될 수 있으며, 소프트웨어적으로는 하드웨어적인 통신/컨트롤 유닛(120)을 구동시키는 프로그램 형태로 제공될 수 있다.
통신/컨트롤 유닛(120)은 동작 포인트(operating point)를 컨트롤함으로써 송신 전력을 컨트롤할 수 있다. 컨트롤하는 동작 포인트는 주파수(또는 위상), 듀티 사이클(duty cycle), 듀티 비(duty ratio) 및 전압 진폭의 조합에 해당될 수 있다. 통신/컨트롤 유닛(120)은 주파수(또는 위상), 듀티 사이클, 듀티비 및 전압 진폭 중 적어도 하나를 조절하여 송신 전력을 컨트롤할 수 있다. 또한, 무선 전력 전송장치(100)는 일정한 전력을 공급하고, 무선 전력 수신장치(200)가 공진 주파수를 컨트롤함으로써 수신 전력을 컨트롤할 수도 있다.
모바일 기기(450)는 2차 코일(Secondary Coil)을 통해 무선 전력을 수신하는 무선전력 수신장치(power receiver, 200)와 무선전력 수신장치(200)에서 수신된 전력을 전력을 전달받아 저장하고 기기에 공급하는 부하(load, 455)를 포함한다.
무선전력 수신장치(200)는 전력 픽업 유닛(power pick-up unit, 210) 및 통신/컨트롤 유닛(communications & control unit, 220)을 포함할 수 있다. 전력 픽업 유닛(210)은 2차 코일을 통해 무선 전력을 수신하여 전기 에너지로 변환할 수 있다. 전력 픽업 유닛(210)은 2차 코일을 통해 얻어지는 교류 신호를 정류하여 직류 신호로 변환한다. 통신/컨트롤 유닛(220)은 무선 전력의 송신과 수신(전력 전달 및 수신)을 제어할 수 있다.
2차 코일은 무선 전력 전송 장치(100)에서 전송되는 무선 전력을 수신할 수 있다. 2차 코일은 1차 코일에서 발생하는 자기장을 이용하여 전력을 수신할 수 있다. 여기서, 특정 주파수가 공진 주파수인 경우에는 1차 코일과 2차 코일 간에 자기 공진 현상이 발생하여 보다 효율적으로 전력을 전달받을 수 있다.
도 4a에는 도시되지 않았으나 통신/컨트롤 유닛(220)은 통신 안테나를 더 포함할 수도 있다. 통신 안테나는 자기장 통신 이외의 통신 캐리어를 이용하여 통신 신호를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 통신 안테나는 와이파이(Wi-Fi), 블루투스(Bluetooth), 블루투스 LE, 직비(ZigBee), NFC 등의 통신 신호를 송수신할 수 있다.
통신/컨트롤 유닛(220)은 무선 전력 전송 장치(100)와 정보를 송수신할 수 있다. 통신/컨트롤 유닛(220)은 IB 통신 모듈 또는 OB 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
IB 통신 모듈은 특정 주파수를 중심 주파수로 하는 자기파를 이용하여 정보를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 통신/컨트롤 유닛(220)은 자기파에 정보를 실어 2차 코일을 통해 송신하거나 또는 정보가 담긴 자기파를 2차 코일을 통해 수신함으로써 IB 통신을 수행할 수 있다. 이때, 이진 위상 편이(BPSK: binary phase shift keying) 또는 진폭 편이(ASK: amplitude shift keying) 등의 변조 방식과 맨체스터(Manchester) 코딩 또는 넌 제로 복귀 레벨(NZR-L: non-return-to-zero level) 코딩 등의 코딩 방식을 이용하여 자기파에 정보를 담거나 정보가 담긴 자기파를 해석할 수 있다. 이러한 IB 통신을 이용하면 통신/컨트롤 유닛(220)은 수 kbps의 데이터 전송율로 수 미터에 이르는 거리까지 정보를 송수신할 수 있다.
OB 통신 모듈은 통신 안테나를 통해 아웃-밴드 통신을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 통신/컨트롤 유닛(220)은 근거리 통신 모듈로 제공될 수 있다.
근거리 통신 모듈의 예로는 와이파이(Wi-Fi), 블루투스(Bluetooth), 블루투스 LE, 직비(ZigBee), NFC 등의 통신 모듈이 있다.
통신/컨트롤 유닛(220)은 무선 전력 수신 장치(200)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 통신/컨트롤 유닛(220)은 각종 정보의 연산 및 처리를 수행하고, 무선 전력수신 장치(200)의 각 구성 요소를 제어할 수 있다.
통신/컨트롤 유닛(220)은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합을 이용하여 컴퓨터나 이와 유사한 장치로 구현될 수 있다. 하드웨어적으로 통신/컨트롤 유닛(220)은 전기적인 신호를 처리하여 제어 기능을 수행하는 전자 회로 형태로 제공될 수 있으며, 소프트웨어적으로는 하드웨어적인 통신/컨트롤 유닛(220)을 구동시키는 프로그램 형태로 제공될 수 있다.
통신/컨트롤 유닛(120)과 통신/컨트롤 유닛(220)이 OB 통신 모듈 또는 근거리 통신 모듈로서 블루투스 또는 블루투스 LE일 경우, 통신/컨트롤 유닛(120)과 통신/컨트롤 유닛(220)은 각각 도 4b와 같은 통신 아키텍처로 구현되어 동작할 수 있다.
도 4b는 본 발명이 적용될 수 있는 블루투스 통신 아키텍처(Architecture)의 일 예를 나타낸 도이다.
도 4b를 참고하면, 도 4b의 (a)는 GATT를 지원하는 블루투스 BR(Basic Rate)/EDR(Enhanced Data Rate)의 프로토콜 스택의 일 예를 나타내며, (b)는 블루투스 LE(Low Energy)의 프로토콜 스택의 일 예를 나타낸다.
구체적으로, 도 4b의 (a)에 도시된 바와 같이, 블루투스 BR/EDR 프로토콜 스택은 호스트 컨트롤러 인터페이스(Host Controller Interface, HCI, 18)를 기준으로 상부의 컨트롤러 스택(Controller stack, 460)과 하부의 호스트 스택(Host Stack, 470)을 포함할 수 있다.
상기 호스트 스택(또는 호스트 모듈)(470)은 2.4GHz의 블루투스 신호를 받는 무선 송수신 모듈과 블루투스 패킷을 전송하거나 수신하기 위한 하드웨어를 말하며, 상기 컨트롤러 스택(460)은 블루투스 모듈과 연결되어 블루투스 모듈을 제어하고 동작을 수행한다.
상기 호스트 스택(470)은 BR/EDR PHY 계층(12), BR/EDR Baseband 계층(14), 링크 매니저 계층(Link Manager, 16)을 포함할 수 있다.
상기 BR/EDR PHY 계층(12)은 2.4GHz 무선 신호를 송수신하는 계층으로, GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) modulation을 사용하는 경우 79 개의 RF 채널을 hopping 하여 데이터를 전송할 수 있다.
상기 BR/EDR Baseband 계층(14)은 Digital Signal을 전송하는 역할을 담당하며, 초당 1400번 hopping 하는 채널 시퀀스를 선택하며, 각 채널 별 625us 길이의 time slot을 전송한다.
상기 링크 매니저 계층(16)은 LMP(Link Manager Protocol)을 활용하여 Bluetooth Connection의 전반적인 동작(link setup, control, security)을 제어한다.
상기 링크 매니저 계층(16)은 아래와 같은 기능을 수행할 수 있다.
- ACL/SCO logical transport, logical link setup 및 control을 한다.
- Detach: connection을 중단하고, 중단 이유를 상대 디바이스에게 알려준다.
- Power control 및 Role switch를 한다.
- Security(authentication, pairing, encryption) 기능을 수행한다.
상기 호스트 컨트롤러 인터페이스 계층(18)은 Host 모듈과 Controller 모듈 사이의 인터페이스 제공하여 Host 가 command와 Data를 Controller에게 제공하게 하며, Controller가 event와 Data를 Host에게 제공할 수 있도록 해준다.
상기 호스트 스택(또는 호스트 모듈, 20)은 논리적 링크 제어 및 적응 프로토콜(L2CAP, 21), 속성 프로토콜(Protocol, 22), 일반 속성 프로파일(Generic Attribute Profile, GATT, 23), 일반 접근 프로파일(Generic Access Profile, GAP, 24), BR/EDR 프로파일(25)을 포함한다.
상기 논리적 링크 제어 및 적응 프로토콜(L2CAP, 21)은 특정 프로토콜 또는 포로파일에게 데이터를 전송하기 위한 하나의 양방향 채널을 제공할 수 있다.
상기 L2CAP(21)은 블루투스 상위에서 제공하는 다양한 프로토콜, 프로파일 등을 멀티플렉싱(multiplexing)할 수 있다.
블루투스 BR/EDR의 L2CAP에서는 dynamic 채널 사용하며, protocol service multiplexer, retransmission, streaming mode를 지원하고, Segmentation 및 reassembly, per-channel flow control, error control을 제공한다.
상기 일반 속성 프로파일(GATT, 23)은 서비스들의 구성 시에 상기 속성 프로토콜(22)이 어떻게 이용되는지를 설명하는 프로토콜로서 동작 가능할 수 있다. 예를 들어, 상기 일반 속성 프로파일(23)은 ATT 속성들이 어떻게 서비스들로 함께 그룹화되는지를 규정하도록 동작 가능할 수 있고, 서비스들과 연계된 특징들을 설명하도록 동작 가능할 수 있다.
따라서, 상기 일반 속성 프로파일(23) 및 상기 속성 프로토콜(ATT, 22)은 디바이스의 상태와 서비스들을 설명하고, 특징들이 서로 어떻게 관련되며 이들이 어떻게 이용되는지를 설명하기 위하여, 특징들을 사용할 수 있다.
상기 속성 프로토콜(22) 및 상기 BR/EDR 프로파일(25)은 블루트스 BR/EDR를 이용하는 서비스(profile)의 정의 및 이들 데이터를 주고 받기 위한 application 프로토콜을 정의하며, 상기 일반 접근 프로파일(Generic Access Profile, GAP, 24)은 디바이스 발견, 연결, 및 보안 수준을 정의힌다.
도 4b의 (b)에 도시된 바와 같이, 블루투스 LE 프로토콜 스택은 타이밍이 중요한 무선장치 인터페이스를 처리하도록 동작 가능한 컨트롤러 스택(Controller stack, 480)과 고레벨(high level) 데이터를 처리하도록 동작 가능한 호스트 스택(Host stack, 490)을 포함한다.
먼저, 컨트롤러 스택(480)은 블루투스 무선장치를 포함할 수 있는 통신 모듈, 예를 들어, 마이크로프로세서와 같은 프로세싱 디바이스를 포함할 수 있는 프로세서 모듈을 이용하여 구현될 수 있다.
호스트 스택(490)은 프로세서 모듈 상에서 작동되는 OS의 일부로서, 또는 OS 위의 패키지(package)의 인스턴스 생성(instantiation)으로서 구현될 수 있다.
일부 사례들에서, 컨트롤러 스택 및 호스트 스택은 프로세서 모듈 내의 동일한 프로세싱 디바이스 상에서 작동 또는 실행될 수 있다.
상기 컨트롤러 스택(480)은 물리 계층(Physical Layer, PHY, 32), 링크 레이어(Link Layer, 34) 및 호스트 컨트롤러 인터페이스(Host Controller Interface, 36)를 포함한다.
상기 물리 계층(PHY, 무선 송수신 모듈, 32)은 2.4 GHz 무선 신호를 송수신하는 계층으로 GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) modulation과 40 개의 RF 채널로 구성된 frequency hopping 기법을 사용한다.
블루투스 패킷을 전송하거나 수신하는 역할을 하는 상기 링크 레이어(34)는 3개의 Advertising 채널을 이용하여 Advertising, Scanning 기능을 수행한 후에 디바이스 간 연결을 생성하고, 37개 Data 채널을 통해 최대 257bytes 의 데이터 패킷을 주고 받는 기능을 제공한다.
상기 호스트 스택은 GAP(Generic Access Profile, 40), 논리적 링크 제어 및 적응 프로토콜(L2CAP, 41), 보안 매니저(Security Manager, SM, 42), 속성 프로토콜(Attribute Protocol, ATT, 440), 일반 속성 프로파일(Generic Attribute Profile, GATT, 44), 일반 접근 프로파일(Generic Access Profile, 25), LT 프로파일(46)을 포함할 수 있다. 다만, 상기 호스트 스택(490)은 이것으로 한정되지는 않고 다양한 프로토콜들 및 프로파일들을 포함할 수 있다.
호스트 스택은 L2CAP을 사용하여 블루투스 상위에서 제공하는 다양한 프로토콜, 프로파일 등을 다중화(multiplexing)한다.
먼저, L2CAP(Logical Link Control and Adaptation Protocol, 41)은 특정 프로토콜 또는 프로파일에게 데이터를 전송하기 위한 하나의 양방향 채널을 제공할 수 있다.
상기 L2CAP(41)은 상위 계층 프로토콜들 사이에서 데이터를 다중화(multiplex)하고, 패키지(package)들을 분할(segment) 및 재조립(reassemble)하고, 멀티캐스트 데이터 송신을 관리하도록 동작 가능할 수 있다.
블루투스 LE 에서는 3개의 고정 채널(signaling CH을 위해 1개, Security Manager를 위해 1개, Attribute protocol을 위해 1개)을 기본적으로 사용한다. 그리고, 필요에 따라 동적 채널을 사용할 수도 있다.
반면, BR/EDR(Basic Rate/Enhanced Data Rate)에서는 동적인 채널을 기본적으로 사용하며, protocol service multiplexer, retransmission, streaming mode 등을 지원한다.
SM(Security Manager, 42)은 디바이스를 인증하며, 키 분배(key distribution)를 제공하기 위한 프로토콜이다.
ATT(Attribute Protocol, 43)는 서버-클라이언트(Server-Client) 구조로 상대 디바이스의 데이터를 접근하기 위한 규칙을 정의한다. ATT에는 아래의 6가지의 메시지 유형(Request, Response, Command, Notification, Indication, Confirmation)이 있다.
① Request 및 Response 메시지: Request 메시지는 클라이언트 디바이스에서 서버 디바이스로 특정 정보 요청 및 전달 하기 위한 메시지이며, Response 메시지는 Request 메시지에 대한 응답 메시지로서, 서버 디바이스에서 클라이언트 디바이스로 전송하는 용도로 사용할 수 있는 메시지를 말한다.
② Command 메시지: 클라이언트 디바이스에서 서버 디바이스로 주로 특정 동작의 명령을 지시하기 위해 전송하는 메시지로, 서버 디바이스는 Command 메시지에 대한 응답을 클라이언트 디바이스로 전송하지 않는다.
③ Notification 메시지: 서버 디바이스에서 클라이언트 디바이스로 이벤트 등과 같은 통지를 위해 전송하는 메시지로, 클라이언트 디바이스는 Notification 메시지에 대한 확인 메시지를 서버 디바이스로 전송하지 않는다.
④ Indication 및 Confirm 메시지: 서버 디바이스에서 클라이언트 디바이스로 이벤트 등과 같은 통지를 위해 전송하는 메시지로, Notification 메시지와는 달리, 클라이언트 디바이스는 Indication 메시지에 대한 확인 메시지(Confirm message)를 서버 디바이스로 전송한다.
본 발명은 상기 속성 프로토콜(ATT, 43)을 사용하는 GATT 프로파일에서 긴 데이터 요청 시 데이터 길이에 대한 값을 전송하여 클라이언트가 데이터 길이를 명확히 알 수 있게 하며, UUID를 이용하여 서버로부터 특성(Characteristic) 값을 전송 받을 수 있다.
상기 일반 접근 프로파일(GAP, 45)은 블루투스 LE 기술을 위해 새롭게 구현된 계층으로, 블루투스 LE 디바이스들 간의 통신을 위한 역할 선택, 멀티 프로파일 작동이 어떻게 일어나는지를 제어하는데 사용된다.
또한, 상기 일반 접근 프로파일(45)은 디바이스 발견, 연결 생성 및 보안 절차 부분에 주로 사용되며, 사용자에게 정보를 제공하는 방안을 정의하며, 하기와 같은 attribute의 type을 정의한다.
① Service: 데이터와 관련된 behavior의 조합으로 디바이스의 기본적인 동작을 정의
② Include: 서비스 사이의 관계를 정의
③ Characteristics: 서비스에서 사용되는 data 값
④ Behavior: UUID(Universal Unique Identifier, value type)로 정의된 컴퓨터가 읽을 수 있는 포맷
상기 LE 프로파일(46)은 GATT에 의존성을 가지는 profile 들로 주로 블루투스 LE 디바이스에 적용된다. LE 프로파일(46)은 예를 들면, Battery, Time, FindMe, Proximity, Time 등이 있을 수 있으며, GATT-based Profiles의 구체적인 내용은 하기와 같다.
① Battery: 배터리 정보 교환 방법
② Time: 시간 정보 교환 방법
③ FindMe: 거리에 따른 알람 서비스 제공
④ Proximity: 배터리 정보 교환 방법
⑤ Time: 시간 정보 교환 방법
상기 일반 속성 프로파일(GATT, 44)은 서비스들의 구성 시에 상기 속성 프로토콜(43)이 어떻게 이용되는지를 설명하는 프로토콜로서 동작 가능할 수 있다. 예를 들어, 상기 일반 속성 프로파일(44)은 ATT 속성들이 어떻게 서비스들로 함께 그룹화되는지를 규정하도록 동작 가능할 수 있고, 서비스들과 연계된 특징들을 설명하도록 동작 가능할 수 있다.
따라서, 상기 일반 속성 프로파일(44) 및 상기 속성 프로토콜(ATT, 43)은 디바이스의 상태와 서비스들을 설명하고, 특징들이 서로 어떻게 관련되며 이들이 어떻게 이용되는지를 설명하기 위하여, 특징들을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 무선전력 전송장치와 수신장치는 각각 클라이언트와 서버의 역할을 수행할 수 있다. 일례로서, 무선전력 전송장치는 클라이언트이고, 무선전력 수신장치는 서버일 수 있다. 다른 예로서, 무선전력 전송장치는 서버이고, 무선전력 수신장치는 클라이언트일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 무선전력 전송장치와 수신장치는 각각 스캐너와 광고자의 역할을 수행할 수 있다. 일례로서, 무선전력 전송장치는 광고자이고, 무선전력 수신장치는 스캐너일 수 있다. 다른 예로서, 무선전력 전송장치는 스캐너이고, 무선전력 수신장치는 광고자일 수 있다.
이하에서, 블루투스 저전력 에너지(Bluetooth Low Energy:BLE) 기술의 절차(Procedure)들에 대해 간략히 살펴보기로 한다.
BLE 절차는 디바이스 필터링 절차(Device Filtering Procedure), 광고 절차(Advertising Procedure), 스캐닝 절차(Scanning Procedure), 디스커버링 절차(Discovering Procedure), 연결 절차(Connecting Procedure) 등으로 구분될 수 있다.
디바이스 필터링 절차(Device Filtering Procedure)
디바이스 필터링 절차는 컨트롤러 스택에서 요청, 지시, 알림 등에 대한 응답을 수행하는 디바이스들의 수를 줄이기 위한 방법이다.
모든 디바이스에서 요청 수신 시, 이에 대해 응답하는 것이 불필요하기 때문에, 컨트롤러 스택은 요청을 전송하는 개수를 줄여서, BLE 컨트롤러 스택에서 전력 소비가 줄 수 있도록 제어할 수 있다.
광고 디바이스 또는 스캐닝 디바이스는 광고 패킷, 스캔 요청 또는 연결 요청을 수신하는 디바이스를 제한하기 위해 상기 디바이스 필터링 절차를 수행할 수 있다.
여기서, 광고 디바이스는 광고 이벤트를 전송하는 즉, 광고를 수행하는 디바이스를 말하며, 광고자(Advertiser)라고도 표현된다.
스캐닝 디바이스는 스캐닝을 수행하는 디바이스, 스캔 요청을 전송하는 디바이스를 말한다.
BLE에서는, 스캐닝 디바이스가 일부 광고 패킷들을 광고 디바이스로부터 수신하는 경우, 상기 스캐닝 디바이스는 상기 광고 디바이스로 스캔 요청을 전송해야 한다.
하지만, 디바이스 필터링 절차가 사용되어 스캔 요청 전송이 불필요한 경우, 상기 스캐닝 디바이스는 광고 디바이스로부터 전송되는 광고 패킷들을 무시할 수 있다.
연결 요청 과정에서도 디바이스 필터링 절차가 사용될 수 있다. 만약, 연결 요청 과정에서 디바이스 필터링이 사용되는 경우, 연결 요청을 무시함으로써 상기 연결 요청에 대한 응답을 전송할 필요가 없게 된다.
광고 절차(Advertising Procedure)
광고 디바이스는 영역 내 디바이스들로 비지향성의 브로드캐스트를 수행하기 위해 광고 절차를 수행한다.
여기서, 비지향성의 브로드캐스트(Undirected Advertising)는 특정 디바이스를 향한 브로드캐스트가 아닌 전(모든) 디바이스를 향한 광고(Advertising)이며, 모든 디바이스가 광고(Advertising)을 스캔(Scan)하여 추가 정보 요청이나 연결 요청을 할 수 있다.
이와 달리, 지향성 브로드캐스트(Directed advertising)는 수신 디바이스로 지정된 디바이스만 광고(Advertising)을 스캔(Scan)하여 추가 정보 요청이나 연결 요청을 할 수 있다.
광고 절차는 근처의 개시 디바이스와 블루투스 연결을 확립하기 위해 사용된다.
또는, 광고 절차는 광고 채널에서 리스닝을 수행하고 있는 스캐닝 디바이스들에게 사용자 데이터의 주기적인 브로드캐스트를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
광고 절차에서 모든 광고(또는 광고 이벤트)는 광고 물리 채널을 통해 브로드캐스트된다.
광고 디바이스들은 광고 디바이스로부터 추가적인 사용자 데이터를 얻기 위해 리스닝을 수행하고 있는 리스닝 디바이스들로부터 스캔 요청을 수신할 수 있다. 광고 디바이스는 스캔 요청을 수신한 광고 물리 채널과 동일한 광고 물리 채널을 통해, 스캔 요청을 전송한 디바이스로 스캔 요청에 대한 응답을 전송한다.
광고 패킷들의 일 부분으로서 보내지는 브로드캐스트 사용자 데이터는 동적인 데이터인 반면에, 스캔 응답 데이터는 일반적으로 정적인 데이터이다.
광고 디바이스는 광고 (브로드캐스트) 물리 채널 상에서 개시 디바이스로부터 연결 요청을 수신할 수 있다. 만약, 광고 디바이스가 연결 가능한 광고 이벤트를 사용하였고, 개시 디바이스가 디바이스 필터링 절차에 의해 필터링 되지 않았다면, 광고 디바이스는 광고를 멈추고 연결 모드(connected mode)로 진입한다. 광고 디바이스는 연결 모드 이후에 다시 광고를 시작할 수 있다.
스캐닝 절차(Scanning Procedure)
스캐닝을 수행하는 디바이스 즉, 스캐닝 디바이스는 광고 물리 채널을 사용하는 광고 디바이스들로부터 사용자 데이터의 비지향성 브로드캐스트를 청취하기 위해 스캐닝 절차를 수행한다.
스캐닝 디바이스는 광고 디바이스로부터 추가적인 데이터를 요청 하기 위해, 광고 물리 채널을 통해 스캔 요청을 광고 디바이스로 전송한다. 광고 디바이스는 광고 물리 채널을 통해 스캐닝 디바이스에서 요청한 추가적인 데이터를 포함하여 상기 스캔 요청에 대한 응답인 스캔 응답을 전송한다.
상기 스캐닝 절차는 BLE 피코넷에서 다른 BLE 디바이스와 연결되는 동안 사용될 수 있다.
만약, 스캐닝 디바이스가 브로드캐스트되는 광고 이벤트를 수신하고, 연결 요청을 개시할 수 있는 개시자 모드(initiator mode)에 있는 경우, 스캐닝 디바이스는 광고 물리 채널을 통해 광고 디바이스로 연결 요청을 전송함으로써 광고 디바이스와 블루투스 연결을 시작할 수 있다.
스캐닝 디바이스가 광고 디바이스로 연결 요청을 전송하는 경우, 스캐닝 디바이스는 추가적인 브로드캐스트를 위한 개시자 모드 스캐닝을 중지하고, 연결 모드로 진입한다.
디스커버링 절차(Discovering Procedure)
블루투스 통신이 가능한 디바이스(이하, ‘블루투스 디바이스’라 한다.)들은 근처에 존재하는 디바이스들을 발견하기 위해 또는 주어진 영역 내에서 다른 디바이스들에 의해 발견되기 위해 광고 절차와 스캐닝 절차를 수행한다.
디스커버링 절차는 비대칭적으로 수행된다. 주위의 다른 디바이스를 찾으려고 하는 블루투스 디바이스를 디스커버링 디바이스(discovering device)라 하며, 스캔 가능한 광고 이벤트를 광고하는 디바이스들을 찾기 위해 리스닝한다. 다른 디바이스로부터 발견되어 이용 가능한 블루투스 디바이스를 디스커버러블 디바이스(discoverable device)라 하며, 적극적으로 광고 (브로드캐스트) 물리 채널을 통해 다른 디바이스가 스캔 가능하도록 광고 이벤트를 브로드캐스트한다.
디스커버링 디바이스와 디스커버러블 디바이스 모두 피코넷에서 다른 블루투스 디바이스들과 이미 연결되어 있을 수 있다.
연결 절차(Connecting Procedure)
연결 절차는 비대칭적이며, 연결 절차는 특정 블루투스 디바이스가 광고 절차를 수행하는 동안 다른 블루투스 디바이스는 스캐닝 절차를 수행할 것을 요구한다.
즉, 광고 절차가 목적이 될 수 있으며, 그 결과 단지 하나의 디바이스만 광고에 응답할 것이다. 광고 디바이스로부터 접속 가능한 광고 이벤트를 수신한 이후, 광고 (브로트캐스트) 물리 채널을 통해 광고 디바이스로 연결 요청을 전송함으로써 연결을 개시할 수 있다.
다음으로, BLE 기술에서의 동작 상태 즉, 광고 상태(Advertising State), 스캐닝 상태(Scanning State), 개시 상태(Initiating State), 연결 상태(connection state)에 대해 간략히 살펴보기로 한다.
광고 상태(Advertising State)
링크 계층(LL)은 호스트 (스택)의 지시에 의해, 광고 상태로 들어간다. 링크 계층이 광고 상태에 있을 경우, 링크 계층은 광고 이벤트들에서 광고 PDU(Packet Data Unit)들을 전송한다.
각각의 광고 이벤트는 적어도 하나의 광고 PDU들로 구성되며, 광고 PDU들은 사용되는 광고 채널 인덱스들을 통해 전송된다. 광고 이벤트는 광고 PDU가 사용되는 광고 채널 인덱스들을 통해 각각 전송되었을 경우, 종료되거나 광고 디바이스가 다른 기능 수행을 위해 공간을 확보할 필요가 있을 경우 좀 더 일찍 광고 이벤트를 종료할 수 있다.
스캐닝 상태(Scanning State)
링크 계층은 호스트 (스택)의 지시에 의해 스캐닝 상태로 들어간다. 스캐닝 상태에서, 링크 계층은 광고 채널 인덱스들을 리스닝한다.
스캐닝 상태에는 수동적 스캐닝(passive scanning), 적극적 스캐닝(active scanning)의 두 타입이 있으며, 각 스캐닝 타입은 호스트에 의해 결정된다.
스캐닝을 수행하기 위한 별도의 시간이나 광고 채널 인덱스가 정의되지는 않는다.
스캐닝 상태 동안, 링크 계층은 스캔윈도우(scanWindow) 구간(duration) 동안 광고 채널 인덱스를 리스닝한다. 스캔인터벌(scanInterval)은 두 개의 연속적인 스캔 윈도우의 시작점 사이의 간격(인터벌)으로서 정의된다.
링크 계층은 스케쥴링의 충돌이 없는 경우, 호스트에 의해 지시되는 바와 같이 스캔윈도우의 모든 스캔인터벌 완성을 위해 리스닝해야한다. 각 스캔윈도우에서, 링크 계층은 다른 광고 채널 인덱스를 스캔해야한다. 링크 계층은 사용 가능한 모든 광고 채널 인덱스들을 사용한다.
수동적인 스캐닝일 때, 링크 계층은 단지 패킷들만 수신하고, 어떤 패킷들도 전송하지 못한다.
능동적인 스캐닝일 때, 링크 계층은 광고 디바이스로 광고 PDU들과 광고 디바이스 관련 추가적인 정보를 요청할 수 있는 광고 PDU 타입에 의존하기 위해 리스닝을 수행한다.
개시 상태(Initiating State)
링크 계층은 호스트 (스택)의 지시에 의해 개시 상태로 들어간다.
링크 계층이 개시 상태에 있을 때, 링크 계층은 광고 채널 인덱스들에 대한 리스닝을 수행한다.
개시 상태 동안, 링크 계층은 스캔윈도우 구간 동안 광고 채널 인덱스를 리스닝한다.
연결 상태(connection state)
링크 계층은 연결 요청을 수행하는 디바이스 즉, 개시 디바이스가 CONNECT_REQ PDU를 광고 디바이스로 전송할 때 또는 광고 디바이스가 개시 디바이스로부터 CONNECT_REQ PDU를 수신할 때 연결 상태로 들어간다.
연결 상태로 들어간 이후, 연결이 생성되는 것으로 고려된다. 다만, 연결이 연결 상태로 들어간 시점에서 확립되도록 고려될 필요는 없다. 새로 생성된 연결과 기 확립된 연결 간의 유일한 차이는 링크 계층 연결 감독 타임아웃(supervision timeout) 값뿐이다.
두 디바이스가 연결되어 있을 때, 두 디바이스들은 다른 역할로 활동한다.
마스터 역할을 수행하는 링크 계층은 마스터로 불리며, 슬레이브 역할을 수행하는 링크 계층은 슬레이브로 불린다. 마스터는 연결 이벤트의 타이밍을 조절하고, 연결 이벤트는 마스터와 슬레이브 간 동기화되는 시점을 말한다.
이하에서, 블루투스 인터페이스에서 정의되는 패킷에 대해 간략히 살펴보기로 한다. BLE 디바이스들은 하기에서 정의되는 패킷들을 사용한다.
패킷 포맷(Packet Format)
링크 계층(Link Layer)은 광고 채널 패킷과 데이터 채널 패킷 둘 다를 위해 사용되는 단지 하나의 패킷 포맷만을 가진다.
각 패킷은 프리앰블(Preamble), 접속 주소(Access Address), PDU 및 CRC 4개의 필드로 구성된다.
하나의 패킷이 광고 채널에서 송신될 때, PDU는 광고 채널 PDU가 될 것이며, 하나의 패킷이 데이터 채널에서 전송될 때, PDU는 데이터 채널 PDU가 될 것이다.
광고 채널 PDU(Advertising Channel PDU)
광고 채널 PDU(Packet Data Unit)는 16비트 헤더와 다양한 크기의 페이로드를 가진다.
헤더에 포함되는 광고 채널 PDU의 PDU 타입 필드는 하기 표 3에서 정의된 바와 같은 PDU 타입을 나타낸다.
PDU Type Packet Name
0000 ADV_IND
0001 ADV_DIRECT_IND
0010 ADV_NONCONN_IND
0011 SCAN_REQ
0100 SCAN_RSP
0101 CONNECT_REQ
0110 ADV_SCAN_IND
0111-1111 Reserved
광고 PDU(Advertising PDU)아래 광고 채널 PDU 타입들은 광고 PDU로 불리고 구체적인 이벤트에서 사용된다.ADV_IND: 연결 가능한 비지향성 광고 이벤트
ADV_DIRECT_IND: 연결 가능한 지향성 광고 이벤트
ADV_NONCONN_IND: 연결 가능하지 않은 비지향성 광고 이벤트
ADV_SCAN_IND: 스캔 가능한 비지향성 광고 이벤트
상기 PDU들은 광고 상태에서 링크 계층(Link Layer)에서 전송되고, 스캐닝 상태 또는 개시 상태(Initiating State)에서 링크 계층에 의해 수신된다.
스캐닝 PDU(Scanning PDU)
아래 광고 채널 PDU 타입은 스캐닝 PDU로 불리며, 하기에서 설명되는 상태에서 사용된다.
SCAN_REQ: 스캐닝 상태에서 링크 계층에 의해 전송되며, 광고 상태에서 링크 계층에 의해 수신된다.
SCAN_RSP: 광고 상태에서 링크 계층에 의해 전송되며, 스캐닝 상태에서 링크 계층에 의해 수신된다.
개시 PDU(Initiating PDU)
아래 광고 채널 PDU 타입은 개시 PDU로 불린다.
CONNECT_REQ: 개시 상태에서 링크 계층에 의해 전송되며, 광고 상태에서 링크 계층에 의해 수신된다.
데이터 채널 PDU(Data Channel PDU)
데이터 채널 PDU는 16 비트 헤더, 다양한 크기의 페이로드를 가지고, 메시지 무결점 체크(Message Integrity Check:MIC) 필드를 포함할 수 있다.
앞에서 살펴본, BLE 기술에서의 절차, 상태, 패킷 포맷 등은 본 명세서에서 제안하는 방법들을 수행하기 위해 적용될 수 있다.
다시 도 4a를 참조하면, 부하(455)는 배터리일 수 있다. 배터리는 전력 픽업 유닛(210)으로부터 출력되는 전력을 이용하여 에너지를 저장할 수 있다. 한편, 모바일 기기(450)에 배터리가 반드시 포함되어야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 배터리는 탈부착이 가능한 형태의 외부 구성으로 제공될 수 있다. 다른 예를 들어, 무선 전력 수신 장치(200)에는 전자 기기의 다양한 동작을 구동하는 구동 수단이 배터리 대신 포함될 수도 있다.
모바일 기기(450)는 무선전력 수신장치(200)을 포함하는 것을 도시되어 있고, 베이스 스테이션(400)은 무선전력 전송장치(100)를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 넓은 의미에서는 무선전력 수신장치(200)는 모바일 기기(450)와 동일시될 수 있고 무선전력 전송장치(100)는 베이스 스테이션(400)와 동일시 될 수도 있다.
통신/컨트롤 유닛(120)과 통신/컨트롤 유닛(220)이 IB 통신 모듈 이외에 OB 통신 모듈 또는 근거리 통신 모듈로서 블루투스 또는 블루투스 LE을 포함하는 경우, 통신/컨트롤 유닛(120)을 포함하는 무선전력 전송장치(100)와 통신/컨트롤 유닛(220)을 포함하는 무선전력 수신장치(200)은 도 4c와 같은 단순화된 블록도로 표현될 수 있다.
도 4c는 일례에 따른 BLE 통신을 사용하는 무선전력 전송 시스템을 도시한 블록도이다.
도 4c를 참조하면, 무선전력 전송장치(100)는 전력 변환 유닛(110)과 통신/컨트롤 유닛(120)을 포함한다. 통신/컨트롤 유닛(120)은 인밴드 통신 모듈(121) 및 BLE 통신 모듈(122)를 포함한다.
한편 무선전력 수신장치(200)는 전력 픽업 유닛(210)과 통신/컨트롤 유닛(220)을 포함한다. 통신/컨트롤 유닛(220)은 인밴드 통신 모듈(221) 및 BLE 통신 모듈(222)를 포함한다.
일 측면에서, BLE 통신 모듈들(122, 222)은 도 4b에 따른 아키텍처 및 동작을 수행한다. 예를 들어, BLE 통신 모듈들(122, 222)은 무선전력 전송장치(100)와 무선전력 수신장치(200) 사이의 접속을 수립하고, 무선전력 전송에 필요한 제어 정보와 패킷들을 교환하는데 사용될 수도 있다.
다른 측면에서, 통신/컨트롤 유닛(120)은 무선충전을 위한 프로파일을 동작시키도록 구성될 수 있다. 여기서, 무선충전을 위한 프로파일은 BLE 전송을 사용하는 GATT일 수 있다.
한편, 통신/컨트롤 유닛들(120, 220)은 도 4d와 같이 각각 인밴드 통신 모듈들(121, 221)만을 포함하고, BLE 통신 모듈들(122, 222)은 통신/컨트롤 유닛들(120, 220)과 분리되어 구비되는 형태도 가능하다.
이하에서 코일 또는 코일부는 코일 및 코일과 근접한 적어도 하나의 소자를 포함하여 코일 어셈블리, 코일 셀 또는 셀로서 지칭할 수도 있다.
도 5는 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송장치로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 페이즈(selection phase, 510), 핑 페이즈(ping phase, 520), 식별 및 구성 페이즈(identification and configuration phase, 530), 협상 페이즈(negotiation phase, 540), 보정 페이즈(calibration phase, 550), 전력 전송 페이즈(power transfer phase, 560) 단계 및 재협상 페이즈(renegotiation phase, 570)로 구분될 수 있다.
선택 페이즈(510)는 파워 전송을 시작하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계-예를 들면, 도면 부호 S502, S504, S508, S510 및 S512를 포함함-일 수 있다. 여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다. 또한, 선택 페이즈(510)에서 무선전력 전송장치는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다. 만약, 무선전력 전송장치가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 페이즈(520)로 천이할 수 있다. 선택 페이즈(510)에서 무선전력 전송장치는 매우 짧은 구간(duration)에 해당하는 전력 신호(또는 펄스)인 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 페이즈(510)에서 물체가 감지되는 경우, 무선전력 전송장치는 무선전력 공진 회로(예를 들어 전력전송 코일 및/또는 공진 캐패시터)의 품질 인자를 측정할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 선택단계(510)에서 물체가 감지되면, 충전 영역에 이물질과 함께 무선전력 수신장치가 놓였는지 판단하기 위하여 품질 인자를 측정할 수 있다. 무선전력 전송장치에 구비되는 코일은 환경 변화에 의해 인덕턴스 및/또는 코일 내 직렬저항 성분이 감소될 수 있고, 이로 인해 품질 인자 값이 감소하게 된다. 측정된 품질 인자 값을 이용하여 이물질의 존재 여부를 판단하기 위해, 무선전력 전송장치는 충전 영역에 이물질이 배치되지 않은 상태에서 미리 측정된 기준 품질 인자 값을 무선전력 수신장치로부터 수신할 수 있다. 협상 페이즈(540)에서 수신된 기준 품질 인자 값과 측정된 품질 인자 값을 비교하여 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다. 그러나 기준 품질 인자 값이 낮은 무선전력 수신장치의 경우-일 예로, 무선전력 수신장치의 타입, 용도 및 특성 등에 따라 특정 무선전력 수신장치는 낮은 기준 품질 인자 값을 가질 수 있음-, 이물질이 존재하는 경우에 측정되는 품질 인자 값과 기준 품질 인자 값 사이의 큰 차이가 없어 이물질 존재 여부를 판단하기 어려운 문제가 발생할 수 있다. 따라서 다른 판단 요소를 더 고려하거나, 다른 방법을 이용하여 이물질 존재 여부를 판단해야 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는 선택 페이즈(510)에서 물체가 감지되면, 충전 영역에 이물질과 함께 배치되었는지 판단하기 위하여 특정 주파수 영역 내(ex 동작 주파수 영역) 품질 인자 값을 측정할 수 있다. 무선전력 전송장치의 코일은 환경 변화에 의해 인덕턴스 및/또는 코일 내 직렬 저항 성분이 감소될 수 있고, 이로 인해 무선전력 전송장치의 코일의 공진 주파수가 변경(시프트)될 수 있다. 즉, 동작 주파수 대역 내 최대 품질 인자 값이 측정되는 주파수인 품질 인자 피크(peak) 주파수가 이동될 수 있다.
선택 페이즈(520)에서 무선전력 전송장치는 물체가 감지되면, 수신기를 활성화(Wake up)시키고, 감지된 물체가 무선 전력 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송한다. 핑 페이즈(520)에서 무선전력 전송장치는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 패킷-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 페이즈(510)로 천이할 수 있다. 또한, 핑 페이즈(520)에서 무선전력 전송장치는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 패킷-을 수신하면, 선택 페이즈(510)로 천이할 수도 있다.
핑 페이즈(520)가 완료되면, 무선전력 전송장치는 수신기를 식별하고 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 페이즈(530)로 천이할 수 있다.
식별 및 구성 페이즈(530)에서 무선전력 전송장치는 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 페이즈(510)로 천이할 수 있다.
무선전력 전송장치는 식별 및 구성 페이즈(530)에서 수신된 구성 패킷(Configuration packet)의 협상 필드(Negotiation Field) 값에 기반하여 협상 페이즈(540)로의 진입이 필요한지 여부를 확인할 수 있다. 확인 결과, 협상이 필요하면, 무선전력 전송장치는 협상 페이즈(540)로 진입하여 소정 FOD 검출 절차를 수행할 수 있다. 반면, 확인 결과, 협상이 필요하지 않은 경우, 무선전력 전송장치는 곧바로 전력 전송 페이즈(560)로 진입할 수도 있다. 무선전력 전송장치와 수신장치가 BLE와 같은 아웃밴드 통신을 지원하는 경우, 식별 및 구성 페이즈(530)에서 무선전력 전송장치의 아웃밴드 통신 모듈은 무선전력 수신장치의 ID 또는 식별 패킷을 수신하고, 전력 전송에 필요한 설정에 관련된 메시지를 주고 받는다.
본 명세서에서 아웃밴드(outband) 통신은 아웃오브밴드(out-of-band: OOB) 통신과 표현의 차이가 있을 뿐 실질적으로 동일한 용어로서, 이하에서는 아웃밴드 통신으로 통일하게 설명하기로 한다.
협상 페이즈(540)에서, 무선전력 전송장치는 기준 품질 인자 값이 포함된 FOD(Foreign Object Detection) 상태 패킷을 수신할 수 있다. 또는 기준 피크 주파수 값이 포함된 FOD 상태 패킷을 수신할 수 있다. 또는 기준 품질 인자 값 및 기준 피크 주파수 값이 포함된 상태 패킷을 수신할 수 있다. 이때, 무선전력 전송장치는 기준 품질 인자 값에 기반하여 FO 검출을 위한 품질 계수 임계치를 결정할 수 있다. 무선전력 전송장치는 기준 피크 주파수 값에 기반하여 FO 검출을 위한 피크 주파수 임계치를 결정할 수 있다.
무선전력 전송장치는 결정된 FO 검출을 위한 품질 계수 임계치 및 현재 측정된 품질 인자 값(핑 페이즈 이전에 측정된 품질인자 값)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.
무선전력 전송장치는 결정된 FO 검출을 위한 피크 주파수 임계치 및 현재 측정된 피크 주파수 값(핑 페이즈 이전에 측정된 피크 주파수 값)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, 무선전력 전송장치는 선택 페이즈(510)로 회귀할 수 있다. 반면, FO가 검출되지 않은 경우, 무선전력 전송장치는 보정 페이즈(550)를 거쳐 전력 전송 페이즈(560)로 진입할 수도 있다. 상세하게, 무선전력 전송장치는 FO가 검출되지 않은 경우, 무선전력 전송장치는 보정 페이즈(550)에서 수신단에 수신된 전력의 세기를 결정하고, 송신단에서 전송한 전력의 세기를 결정하기 위해 수신단과 송신단에서의 전력 손실을 측정할 수 있다. 즉, 무선전력 전송장치는 보정 페이즈(550)에서 송신단의 송신 파워와 수신단의 수신 파워 사이의 차이에 기반하여 전력 손실을 예측할 수 있다. 일 실시예에 따른 무선전력 전송장치는 예측된 전력 손실을 반영하여 FOD 검출을 위한 임계치를 보정할 수도 있다.
무선전력 전송장치와 수신장치가 BLE와 같은 아웃밴드 통신을 지원하는 경우, 보정 페이즈(550)에서 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치의 인밴드 통신 모듈들은 충전 프로파일에 따른 이물질 검출 알고리즘에 필요한 정보를 교환할 수 있다.
또한 무선전력 전송장치와 수신장치가 BLE와 같은 아웃밴드 통신을 지원하는 경우, 협상 페이즈(550)에서 무선전력 전송에 관련된 정보를 교환, 협상하는데 연결된 BLE 통신이 사용될 수 있다. 그리고 협상 페이즈(550) 동안 BLE를 통해 무선전력 전송에 관련된 정보의 교환이 완료되면, 아웃밴드 통신 모듈은 인밴드 통신 모듈(또는 제어 유닛)에 이를 알리고 무선 전력 전송 시작을 명령하는 전력 전송 개시(start power transfer) 메시지를 인밴드 통신 모듈(또는 제어 유닛)으로 전달할 수 있다.
전력 전송 페이즈(560)에서, 무선전력 전송장치는 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 페이즈(510)로 천이할 수 있다.
또한, 전력 전송 페이즈(560)에서, 무선전력 전송장치는 무선전력 전송장치 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 재협상 페이즈(570)로 천이할 수 있다. 이때, 재협상이 정상적으로 완료되면, 무선전력 전송장치는 전력 전송 페이즈(560)로 회귀할 수 있다.
본 실시예에서는 보정 페이즈(550과 전력 전송 페이즈(560)를 별개의 단계로 구분하였지만, 보정 페이즈(550)는 전력 전송 페이즈(560)에 통합될 수 있다. 이 경우 보정 페이즈(550)에서의 동작들은 전력 전송 페이즈(560)에서 수행될 수 있다.
상기한 파워 전송 계약은 무선전력 전송장치와 수신기의 상태 및 특성 정보에 기반하여 설정될 수 있다. 일 예로, 무선전력 전송장치 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 6은 일 실시예에 따른 전력 제어 컨트롤 방법을 나타낸다.
도 6에서 전력 전송 페이즈(560)에서, 무선전력 전송장치(100) 및 무선전력 수신장치(200)는 전력 송수신과 함께 통신을 병행함으로써 전달되는 전력의 양을 컨트롤할 수 있다. 무선전력 전송장치 및 무선전력 수신장치는 특정 컨트롤 포인트에서 동작한다. 컨트롤 포인트는 전력 전달이 수행될 때 무선전력 수신장치의 출력단(output)에서 제공되는 전압 및 전류의 조합(combination)을 나타낸다.
더 상세히 설명하면, 무선전력 수신장치는 원하는 컨트롤 포인트(desired Control Point)- 원하는 출력 전류/전압, 모바일 기기의 특정 위치의 온도 등을 선택하고, 추가로 현재 동작하고 있는 실제 컨트롤 포인트(actual control point)를 결정한다. 무선전력 수신장치는 원하는 컨트롤 포인트와 실제 컨트롤 포인트를 사용하여, 컨트롤 에러 값(control error value)을 산출하고, 이를 컨트롤 에러 패킷으로서 무선전력 전송장치로 전송할 수 있다.
그리고 무선전력 전송장치는 수신한 컨트롤 에러 패킷을 사용하여 새로운 동작 포인트- 진폭, 주파수 및 듀티 사이클-를 설정/컨트롤하여 전력 전달을 제어할 수 있다. 따라서 컨트롤 에러 패킷은 전략 전달 단계에서 일정 시간 간격으로 전송/수신되며, 실시예로서 무선전력 수신장치는 무선전력 전송장치의 전류를 저감하려는 경우 컨트롤 에러 값을 음수로, 전류를 증가시키려는 경우 컨트롤 에러 값을 양수로 설정하여 전송할 수 있다. 이와 같이 유도 모드에서는 무선전력 수신장치가 컨트롤 에러 패킷을 무선전력 전송장치로 송신함으로써 전력 전달을 제어할 수 있다.
이하에서 설명할 공진 모드에서는 유도 모드에서와는 다른 방식으로 동작할 수 있다. 공진 모드에서는 하나의 무선전력 전송장치가 복수의 무선전력 수신장치를 동시에 서빙할 수 있어야 한다. 다만 상술한 유도 모드와 같이 전력 전달을 컨트롤하는 경우, 전달되는 전력이 하나의 무선전력 수신장치와의 통신에 의해 컨트롤되므로 추가적인 무선전력 수신장치들에 대한 전력 전달은 컨트롤이 어려울 수 있다. 따라서 본 발명의 공진 모드에서는 무선전력 전송장치는 기본 전력을 공통적으로 전달하고, 무선전력 수신장치가 자체의 공진 주파수를 컨트롤함으로써 수신하는 전력량을 컨트롤하는 방법을 사용하고자 한다. 다만, 이러한 공진 모드의 동작에서도 도 6에서 설명한 방법이 완전히 배제되는 것은 아니며, 추가적인 송신 전력의 제어를 도 6의 방법으로 수행할 수도 있다.
도 7은 다른 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 블록도이다. 이는 자기 공진 방식 또는 쉐어드 모드(shared mode)의 무선 전력 전송 시스템에 속할 수 있다. 쉐어드 모드는 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치간에 1대다 통신 및 충전을 수행하는 모드를 지칭할 수 있다. 쉐어드 모드는 자기 유도 방식 또는 공진 방식으로 구현될 수 있다.
도 7을 참조하면, 무선 전력 전송 장치(700)는 코일 어셈블리를 덮는 커버(720), 전력 송신기(740)로 전력을 공급하는 전력 어답터(730), 무선 전력을 송신하는 전력 송신기(740) 또는 전력 전달 진행 및 다른 관련 정보를 제공하는 사용자 인터페이스(750) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 특히, 사용자 인터페이스(750)는 옵셔널하게 포함되거나, 무선 전력 전송 장치(700)의 다른 사용자 인터페이스(750)로서 포함될 수도 있다.
전력 송신기(740)는 코일 어셈블리(760), 임피던스 매칭 회로(770), 인버터(780), 통신 유닛(790) 또는 컨트롤 유닛(710) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
코일 어셈블리(760)는 자기장을 생성하는 적어도 하나의 1차 코일을 포함하며, 코일 셀로 지칭될 수도 있다. 코일 어셈블리(760)는 송신측 공진기(Tx resonator)라 불릴 수도 있다.
임피던스 매칭 회로(770)는 인버터와 1차 코일(들) 간의 임피던스 매칭을 제공할 수 있다. 임피던스 매칭 회로(770)는 1차 코일 전류를 부스팅(boost)하는 적합한(suitable) 주파수에서 공진(resonance)을 발생시킬 수 있다. 다중-코일(multi-coil) 전력 송신기(740)에서 임피던스 매칭 회로는 인버터에서 1차 코일들의 서브세트로 신호를 라우팅하는 멀티플렉스를 추가로 포함할 수도 있다. 임피던스 매칭 회로는 탱크 회로(tank circuit)로 지칭될 수도 있다.
임피던스 매칭 회로(770)는 캐패시터, 인덕터 및 이들의 연결을 스위칭하는 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 임피던스의 매칭은 코일 어셈블리(760)를 통해 전송되는 무선전력의 반사파를 검출하고, 검출된 반사파에 기초하여 스위칭 소자를 스위칭하여 캐패시터나 인덕터의 연결 상태를 조정하거나 캐패시터의 캐패시턴스를 조정하거나 인덕터의 인덕턴스를 조정함으로써 수행될 수 있다. 경우에 따라 임피던스 매칭 회로(770)는 생략되어 실시될 수도 있으며, 본 명세서는 임피던스 매칭 회로(770)가 생략된 무선전력 전송장치(700)의 실시예도 포함한다.
예를 들어, 임피던스 매칭 회로(770)는 총 4개의 코일 별 전력변환용 인버터로 구성될 수 있으며, 컨트롤 유닛(710)으로부터 PWM 신호를 받는다. 임피던스 매칭 회로(770)는 2개의 4-채널 로직 스위치를 통해 인버터에 신호를 전달함으로써 구동된다.
인버터(780)는 DC 인풋을 AC 신호로 전환할 수 있다. 인버터(780)는 가변(adjustable) 주파수의 펄스 웨이브 및 듀티 사이클을 생성하도록 하프-브리지 또는 풀-브리지로 구동될 수 있다. 또한 인버터는 입력 전압 레벨을 조정하도록 복수의 스테이지들을 포함할 수도 있다.
통신 유닛(790)은 전력 수신기와의 통신을 수행할 수 있다. 전력 수신기는 전력 송신기에 대한 요청 및 정보를 통신하기 위해 로드(load) 변조를 수행한다. 따라서 전력 송신기(740)는 통신 유닛(790)을 사용하여 전력 수신기가 전송하는 데이터를 복조하기 위해 1차 코일의 전류 및/또는 전압의 진폭 및/또는 위상을 모니터링할 수 있다. 통신 유닛(970)은 인밴드 통신 모듈과 아웃밴드 통신 모듈 중 어느 하나 또는 모두를 모두 포함할 수 있다. 통신 유닛(790)은 무선전력 수신장치(800)를 검색하거나 무선전력 수신장치(800)로 데이터 전송을 수행하도록 구성된다. 여기서, 통신 유닛(790)은 무선전력 수신장치(800)의 인증(authentication)에 관련된 절차를 수행하도록 구성될 수 있다. 여기서 인증은 Qi 인증을 포함한다. 예를 들어, 통신 유닛(790)은 인증에 관련된 정보를 무선전력 수신장치(800)로부터 수신하거나 무선전력 수신장치(800)로 전송할 수 있다.
또한, 전력 송신기(740)는 통신 유닛(790)을 통해 FSK(Frequency Shift Keying) 방식 등을 사용하여 데이터를 전송하도록 출력 전력을 컨트롤할 수도 있다.
컨트롤 유닛(710)은 전력 송신기(740)의 통신 및 전력 전달을 컨트롤할 수 있다. 컨트롤 유닛(710)은 상술한 동작 포인트를 조정하여 전력 전송을 제어할 수 있다. 동작 포인트는, 예를 들면, 동작 주파수, 듀티 사이클 및 입력 전압 중 적어도 하나에 의해 결정될 수 있다. 컨트롤 유닛(710)은 무선전력 수신장치(800)의 인증(authentication)에 관련된 절차를 수행하도록 구성될 수 있다. 여기서 인증은 Qi 인증을 포함한다.
통신 유닛(790) 및 컨트롤 유닛(710)은 별개의 유닛/소자/칩셋으로 구비되거나, 하나의 유닛/소자/칩셋으로 구비될 수도 있다.
도 8은 다른 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치를 나타낸다. 이는 자기 공진 방식 또는 쉐어드 모드(shared mode)의 무선 전력 전송 시스템에 속할 수 있다.
도 8에서, 무선전력 수신 장치(800)는 전력 전달 진행 및 다른 관련 정보를 제공하는 사용자 인터페이스(820), 무선 전력을 수신하는 전력 수신기(830), 로드 회로(load circuit, 840) 또는 코일 어셈블리를 받치며 커버하는 베이스(850) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 특히, 사용자 인터페이스(820)는 옵셔널하게 포함되거나, 전력 수신 장비의 다른 사용자 인터페이스(82)로서 포함될 수도 있다.
전력 수신기(830)는 전력 컨버터(860), 임피던스 매칭 회로(870), 코일 어셈블리(880), 통신 유닛(890) 또는 컨트롤 유닛(810) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전력 컨버터(860)는 2차 코일로부터 수신하는 AC 전력을 로드 회로에 적합한 전압 및 전류로 전환(convert)할 수 있다. 실시예로서, 전력 컨버터(860)는 정류기(rectifier)를 포함할 수 있다. 정류기는 수신된 무선 전력을 정류하여 교류에서 직류로 변환할 수 있다. 정류기는 다이오드나 트랜지스터를 이용하여 교류를 직류로 변환하고, 캐패시터와 저항을 이용하여 이를 평활할 수 있다. 정류기로는 브릿지 회로 등으로 구현되는 전파 정류기, 반파 정류기, 전압 체배기 등이 이용될 수 있다. 추가로, 전력 컨버터는 전력 수신기의 반사(reflected) 임피던스를 적용(adapt)할 수도 있다.
임피던스 매칭 회로(870)는 전력 컨버터(860) 및 로드 회로(840)의 조합과 2차 코일 간의 임피던스 매칭을 제공할 수 있다. 실시예로서, 임피던스 매칭 회로는 전력 전달을 강화할 수 있는 100kHz 근방의 공진을 발생시킬 수 있다. 임피던스 매칭 회로(870)는 캐패시터, 인덕터 및 이들의 조합을 스위칭하는 스위칭 소자로 구성될 수 있다. 임피던스의 정합은 수신되는 무선 전력의 전압값이나 전류값, 전력값, 주파수값 등에 기초하여 임피던스 매칭 회로(870)를 구성하는 회로의 스위칭 소자를 제어함으로써 수행될 수 있다. 또는 임피던스 매칭 회로(870)는 총 4개의 코일 별 전력변환용 인버터로 구성될 수 있으며, 컨트롤 유닛(810)으로부터 PWM 신호를 받는다. 임피던스 매칭 회로(870)는 2개의 4-채널 로직 스위치를 통해 인버터에 신호를 전달함으로써 구동된다.
경우에 따라 임피던스 매칭 회로(870)는 생략되어 실시될 수도 있으며, 본 명세서는 임피던스 매칭 회로(870)가 생략된 무선전력 수신장치(200)의 실시예도 포함한다.
코일 어셈블리(880)는 적어도 하나의 2차 코일을 포함하며, 옵셔널하게는 자기장으로부터 수신기의 금속 부분을 쉴딩(shield)하는 엘러먼트(element)를 더 포함할 수도 있다. 코일 어셈블리(880)는 수신측 공진기(Rx resonator)라 불릴 수도 있다.
통신 유닛(890)은 전력 송신기로 요청(request) 및 다른 정보를 통신하기 위해 로드 변조를 수행할 수 있다. 이를 위해 전력 수신기(830)는 반사 임피던스를 변경하도록 저항 또는 커패시터를 스위칭할 수도 있다.
통신 유닛(890)은 인밴드 통신 모듈과 아웃밴드 통신 모듈 중 어느 하나 또는 모두를 모두 포함할 수 있다. 통신 유닛(890)은 무선전력 전송장치(700)를 검색하거나 무선전력 전송장치(700)로 데이터 전송을 수행하도록 구성된다. 여기서, 통신 유닛(890)은 무선전력 전송장치(700)의 인증(authentication)에 관련된 절차를 수행하도록 구성될 수 있다. 여기서 인증은 Qi 인증을 포함한다. 예를 들어, 통신 유닛(890)은 인증에 관련된 정보를 무선전력 전송장치(700)로부터 수신하거나 무선전력 전송장치(700)로 전송할 수 있다.
컨트롤 유닛(810)은 수신 전력을 컨트롤할 수 있다. 이를 위해 컨트롤 유닛(810)은 전력 수신기(830)의 실제 동작 포인트와 원하는 동작 포인트의 차이를 결정/산출할 수 있다. 그리고 컨트롤 유닛(810)은 전력 송신기의 반사 임피던스의 조정 및/또는 전력 송신기의 동작 포인트 조정 요청을 수행함으로써 실제 동작 포인트와 원하는 동작 포인트의 차이를 조정/저감할 수 있다. 이 차이를 최소화하는 경우 최적의 전력 수신을 수행할 수 있다. 컨트롤 유닛(710)은 무선전력 전송장치(700)의 인증(authentication)에 관련된 절차를 수행하도록 구성될 수 있다. 여기서 인증은 Qi 인증을 포함한다.
통신 유닛(890) 및 컨트롤 유닛(810)은 별개의 소자/칩셋으로 구비되거나, 하나의 소자/칩셋으로 구비될 수도 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 통신 프레임 구조를 나타낸다. 이는 쉐어드 모드(shared mode)에서의 통신 프레임 구조일 수 있다.
도 9를 참조하면, 쉐어드 모드에서는, 서로 다른 형태의 프레임이 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 쉐어드 모드에서는, (A)와 같은 복수의 슬롯을 가지는 슬롯 프레임(slotted frame) 및 (B)와 같은 특정 형태가 없는 자유 형식 프레임(free format frame)을 사용할 수 있다. 보다 구체적으로, 슬롯 프레임은 무선 전력 수신장치(200)로부터, 무선 전력 전송장치(100)에게 짧은 데이터 패킷들의 전송을 위한 프레임이고, 자유 형식 프레임은 복수의 슬롯들을 구비하지 않아, 긴 데이터 패킷들의 전송이 가능한 프레임일 수 있다.
한편, 슬롯 프레임 및 자유 형식 프레임은, 당업자에 의하여 다양한 명칭으로 변경될 수 있다. 예를 들어, 슬롯 프레임은, 채널 프레임으로, 자유 형식 프레임은, 메시지 프레임 등으로 변경되어 명명될 수 있다.
보다 구체적으로, 슬롯 프레임은, 슬롯의 시작을 나타내는 싱크 패턴, 측정 슬롯, 9개의 슬롯들 및 상기 9개의 슬롯들 각각에 앞서, 동일한 시간 간격을 갖는 추가적인 싱크 패턴을 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 추가적인 싱크 패턴은, 앞서 설명한 프레임의 시작을 나타내는 싱크 패턴과 다른 싱크 패턴이다. 보다 구체적으로, 상기 추가적인 싱크 패턴은, 프레임의 시작을 나타내지 않고, 인접한 슬롯들(즉, 싱크 패턴의 양 옆에 위치한 연속하는 두 개의 슬롯들)과 관련된 정보를 나타낼 수 있다.
상기 9개의 슬롯들 중 연속하는 두 개의 슬롯들 사이에는, 각각 싱크 패턴이 위치할 수 있다. 이 경우, 상기 싱크 패턴은, 상기 연속하는 두 개의 슬롯들과 관련된 정보를 제공할 수 있다.
또한, 상기 9개의 슬롯들 및 상기 9개의 슬롯들 각각에 앞서 제공되는 싱크 패턴들은, 각각 동일한 시간 간격을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 9개의 슬롯들은 50ms의 시간 간격을 가질 수 있다. 또한, 상기 9개의 싱크 패턴들도 50ms의 시간 길이를 가질 수 있다.
한편, (B)와 같은 자유 형식 프레임은, 프레임의 시작을 나타내는 싱크 패턴 및 측정 슬롯 이외에, 구체적인 형태을 가지지 않을 수 있다. 즉, 상기 자유 형식 프레임은, 상기 슬롯 프레임과 다른 역할을 수행하기 위한 것으로, 예를 들어, 상기 무선 전력 전송장치와 무선 전력 수신장치 간에 긴 데이터 패킷들(예를 들어, 추가 소유자 정보 패킷들)의 통신을 수행하거나, 복수의 코일로 구성된 무선 전력 전송장치에 있어서, 복수의 코일 중 어느 하나의 코일을 선택하는 역할을 위하여 사용될 수 있다.
이하에서는, 각 프레임에 포함된 싱크 패턴(sync pattern)에 대하여 도면과 함께 보다 구체적으로 살펴본다.
도 10은 일 실시예에 따른 싱크 패턴의 구조이다.
도 10을 참조하면, 싱크 패턴은 프리앰블(preamble), 시작 비트(start bit), 응답 필드(Resonse field), 타입 필드(type field), 정보 필드(info field) 및 패리티 비트(parity bit)로 구성될 수 있다. 도 10에서는 시작 비트가 ZERO로 도시되어 있다.
보다 구체적으로, 프리앰블은 연속되는 비트들로 이루어져 있으며, 모두 0으로 설정될 수 있다. 즉, 프리앰블은 싱크 패턴의 시간 길이를 맞추기 위한 비트들일 수 있다.
프리앰블을 구성하는 비트들의 개수는 싱크 패턴의 길이가 50ms에 가장 가깝도록, 그러나, 50ms를 초과하지 않는 범위 내에서, 동작 주파수에 종속될 수 있다. 예를 들어, 동작 주파수가 100kHz인 경우, 싱크 패턴은 2개의 프리앰블 비트들로 구성되고, 동작 주파수가 105kHz인 경우, 싱크 패턴은, 3개의 프리앰블 비트들로 구성될 수 있다.
시작 비트는 프리앰블 다음에 따라오는 비트로 제로(ZERO)를 의미할 수 있다. 상기 제로(ZERO)는 싱크 패턴의 종류를 나타내는 비트일 수 있다. 여기에서, 싱크 패턴의 종류는, 프레임과 관련된 정보를 포함하는 프레임 싱크(frame sync)와 슬롯의 정보를 포함하는 슬롯 싱크(slot sync)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 싱크 패턴은, 연속하는 프레임들 사이에 위치하며, 프레임의 시작을 나타내는 프레임 싱크이거나, 프레임을 구성하는 복수의 슬롯 중 연속하는 슬롯들 사이에 위치하며, 상기 연속하는 슬롯과 관련된 정보를 포함하는 슬롯 싱크일 수 있다.
예를 들어, 상기 제로가 0인 경우, 해당 슬롯이 슬롯과 슬롯 사이에 위치한, 슬롯 싱크임을 의미하고, 1인 경우, 해당 싱크 패턴이 프레임과 프레임 사이에 위치한 프레임 싱크임을 의미할 수 있다.
패리티 비트는 싱크 패턴의 마지막 비트로, 싱크 패턴의 데이터 필드들(즉, 응답 필드, 타입 필드, 정보 필드)를 구성하는 비트들의 개수 정보를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 기 패리티 비트는 싱크 패턴의 데이터 필드들을 구성하는 비트의 개수가 짝수인 경우, 1, 그 밖의 경우(즉, 홀수인 경우), 0이 될 수 있다.
응답(Response) 필드는 싱크 패턴 이전의 슬롯 내에서, 무선 전력 수신장치와의 통신에 대한, 무선 전력 전송장치의 응답 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 응답 필드는 무선 전력 수신장치와 통신의 수행이 감지되지 않은 경우, '00'을 가질 수 있다. 또한, 상기 응답 필드는 무선 전력 수신장치와의 통신에 통신 에러(communication error)가 감지된 경우, '01'을 가질 수 있다. 통신 에러는, 두 개 또는 그 이상의 무선 전력 수신장치가 하나의 슬롯에 접근을 시도하여, 두 개 또는 그 이상의 무선 전력 수신장치 간의 충돌이 발생한 경우일 수 있다.
또한, 응답 필드는, 무선 전력 수신장치로부터 데이터 패킷을 정확하게 수신하였는지 여부를 나타내는 정보를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 응답필드는, 무선 전력 전송장치가 데이터 패킷을 거부(deni)한 경우, "10"(10-not acknowledge, NAK), 무선 전력 전송장치가 상기 데이터 패킷을 확인(confirm)한 경우, "11"(11-acknowledge, ACK)이 될 수 있다.
타입 필드는 싱크 패턴의 종류를 나타낼 수 있다. 보다 구체적으로, 타입 필드는 싱크 패턴이 프레임의 첫번째 싱크 패턴인 경우(즉, 프레임의 첫번째 싱크 패턴으로, 측정 슬롯 이전에 위치한 경우), 프레임 싱크임을 나타내는 ‘1’을 가질 수 있다.
또한, 타입 필드는 슬롯 프레임에서, 싱크 패턴이 프렘임의 첫번째 싱크 패턴이 아닌 경우, 슬롯 싱크임을 나타내는 '0'을 가질 수 있다.
또한, 정보 필드는 타입 필드가 나타내는 싱크 패턴의 종류에 따라 그 값의 의미가 결정될 수 있다. 예를 들어, 타입 필드가 1인 경우(즉, 프레임 싱크를 나타내는 경우), 정보 필드의 의미는 프레임의 종류를 나타낼 수 있다. 즉, 정보 필드는 현재 프레임이 슬롯 프레임(slotted frame)인지 또는 자유 형식 프레임(free-format frame)인지 나타낼 수 있다. 예를 들어, 정보 필드가 '00'인 경우, 슬롯 프레임을, 정보 필드가 '01'인 경우, 자유 형식 프레임을 나타낼 수 있다.
이와 달리, 타입 필드가 0인 경우(즉, 슬롯 싱크인 경우), 정보 필드는 싱크 패턴의 뒤에 위치한 다음 슬롯(next slot)의 상태를 나타낼 수 있다. 보다 구체적으로, 정보 필드는 다음 슬롯이 특정(specific) 무선 전력 수신장치에 할당된(allocated) 슬롯인 경우, '00', 특정 무선 전력 수신장치가 일시적으로 사용하기 위하여, 잠겨 있는 슬롯인 경우, '01', 또는 임의의 무선 전력 수신장치가 자유롭게 사용 가능한 슬롯인 경우, '10'을 가질 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 쉐어드 모드에서 무선 전력 전송장치 및 무선전력 수신장치의 동작 상태를 도시하였다.
도 11을 참조하면, 쉐어드 모드로 동작하는 무선 전력 수신장치는, 선택 상태(Selection Phase) (1100), 도입 상태(Introduction Phase)(1110), 설정 상태(Configuration Phase) (1120), 교섭 상태(Negotiation Phase)(1130) 및 전력 전송 상태(Power Transfer Phase) (1140) 중 어느 하나의 상태로 동작할 수 있다.
우선, 일 실시예에 따른 무선 전력 전송장치는 무선 전력 수신장치를 감지하기 위하여, 무선 전력 신호를 전송할 수 있다. 즉, 무선 전력 신호를 이용하여, 무선 전력 수신장치를 감지하는 과정을 아날로그 핑(Analog ping)이라 할 수 있다.
한편, 무선 전력 신호를 수신한 무선 전력 수신장치는 선택 상태(1100)에 진입할 수 있다. 선택 상태(1100)에 진입한 무선 전력 수신장치는 앞서 설명한 바와 같이, 상기 무선 전력 신호 상에 FSK신호의 존재를 감지할 수 있다.
즉, 무선 전력 수신장치는 FSK 신호의 존재 여부에 따라 익스클루시브 모드 또는 쉐어드 모드 중 어느 하나의 방식으로 통신을 수행할 수 있다.
보다 구체적으로, 무선 전력 수신장치는 무선 전력 신호에 FSK 신호가 포함되어 있으면, 쉐어드 모드로 동작하고, 그렇지 않은 경우, 익스클루시브 모드로 동작할 수 있다.
무선 전력 수신장치가 쉐어드 모드로 동작하는 경우, 상기 무선 전력 수신장치는 도입 상태(1110)에 진입할 수 있다. 도입 상태(1110)에서, 무선 전력 수신장치는, 설정 상태, 교섭 상태 및 전력 전송 상태에서, 제어 정보 패킷(CI, Control Information packet)을 전송하기 위하여, 무선 전력 전송장치에게 제어 정보 패킷을 전송할 수 있다. 제어 정보 패킷은, 헤더(Header) 및 제어와 관련된 정보를 가질 수 있다. 예를 들어, 제어 정보 패킷은, 헤더가 0X53일 수 있다.
도입 상태(1110)에서, 무선전력 수신장치는 제어정보(control information: CI) 패킷을 전송하기 위해 자유슬롯(free slot)을 요청하는 시도를 다음의 구성, 협상, 전력 전송 페이즈에 걸쳐 수행한다. 이때 무선전력 수신장치는 자유슬롯을 선택하고 최초 CI 패킷을 전송한다. 만약 무선전력 전송장치가 해당 CI 패킷에 ACK으로 응답하면, 무선전력 전송장치는 구성 단계로 진입한다. 만약 무선전력 전송장치가 NACK으로 응답하면, 다른 무선전력 수신장치가 구성 및 협상 페이즈를 통해 진행되고 있는 것이다. 이 경우, 무선전력 수신장치는 자유슬롯의 요구를 재시도한다.
만약 무선전력 수신장치가 CI 패킷에 대한 응답으로 ACK을 수신하면, 무선전력 수신장치는 최초 프레임 싱크까지 나머지 슬롯 싱크들을 카운팅함으로써 프레임 내의 개인 슬롯(private slot)의 위치를 결정한다. 모든 후속 슬롯 기반 프레임들에서, 무선전력 수신장치는 해당 슬롯을 통해 CI 패킷을 전송한다.
만약 무선전력 전송장치가 무선전력 수신장치에게 구성 단계로 진행함을 허락하면, 무선전력 전송장치는 무선전력 수신장치의 배타적 사용을 위한 잠금 슬롯(locked slot) 시리즈를 제공한다. 이는 무선전력 수신장치가 충돌없이 구성 단계를 진행하는 것을 확실시 해준다.
무선전력 수신장치는 2개의 식별 데이터 패킷들(IDHI와 IDLO)와 같은 데이터 패킷의 시퀀스들을 잠금 슬롯을 사용하여 전송한다. 본 단계를 완료하면, 무선전력 수신장치는 협상 페이즈로 진입한다. 협상 페이즈에서, 무선전력 전송장치가 무선전력 수신장치에게 배타적 사용을 위한 잠금 슬롯을 계속 제공한다. 이는 이는 무선전력 수신장치가 충돌없이 협상 페이즈를 진행하는 것을 확실시 해준다.
무선전력 수신장치는 해당 잠금 슬롯을 사용하여 하나 또는 그 이상의 협상 데이터 패킷들을 전송하며, 이는 사적 데이터 패킷들과 섞일 수도 있다. 결국 해당 시퀀스는 특정 요청 (specific request (SRQ)) 패킷과 함께 종료된다. 해당 시퀀스를 완료하면, 무선전력 수신장치는 전력 전송 페이즈로 진입하고, 무선전력 전송장치는 잠금 슬롯의 제공을 중단한다.
전력 전송 상태에서, 무선전력 수신장치는 할당된 슬롯을 사용하여 CI 패킷의 전송을 수행하며, 전력을 수신한다. 무선전력 수신장치는 레귤레이터 회로를 포함할 수 있다. 레귤레이터 회로는 통신/제어 유닛에 포함될 수 있다. 무선전력 수신장치는 레귤레이터 회로를 통해 무선전력 수신장치의 반사 임피턴스를 자가-조절(self-regulate)할 수 있다. 다시 말해, 무선전력 수신장치는 외부 부하에 의해 요구되는 양의 파워를 전송하기 위해 반사되는 임피던스를 조정할 수 있다. 이는 과도한 전력의 수신과 과열을 방지할 수 있다.
쉐어드 모드에서, 무선전력 전송장치는 수신되는 CI 패킷에 대한 응답으로서 전력을 조정하는 것을 수행하지 않을 수 있기 때문에(동작 모드에 따라), 이 경우에는 과전압 상태를 막기 위한 제어가 필요할 수 있다.
도 12a는 일례에 따른 일대다 무선전력 전송 방법을 도시한 것이다.
도 12a를 참조하면, 무선전력 전송장치(1200)는 무선전력 수신장치 PRx #1(1210)과 PRx #2(1220) 각각에게 무선전력을 전송하는 복수의 1차 코일(1201, 1202)를 구비하며, 무선전력 수신장치 PRx #1(1210)과 PRx #2(1220)과 근거리 무선통신을 수행하는 아웃밴드 통신 모듈(1203)을 포함한다.
무선전력 수신장치 PRx #1(1210)은 1차 코일 #1(1201)로부터 무선전력을 수신하도록 구성된 2차 코일#1(1211)와, 무선전력 전송장치(1200) 또는 무선전력 수신장치 PRx #2(1220)와 근거리 무선통신을 수행하는 아웃밴드 통신 모듈(1212)를 포함한다.
무선전력 수신장치 PRx #2(1220)은 1차 코일 #2(1202)로부터 무선전력을 수신하도록 구성된 2차 코일#2(1221)와, 무선전력 전송장치(1200) 또는 무선전력 수신장치 PRx #1(1210)와 근거리 무선통신을 수행하는 아웃밴드 통신 모듈(1222)를 포함한다.
PRx #1(1210)과 PRx #2(1220)는 모두 디스플레이부를 포함하지 않는 디바이스(예를 들어 이어버드)이다.
이와 같이 무선전력 전송장치가 다수의 무선전력 수신장치들을 충전하는 경우에 있어서, 무선전력 전송장치는 무선전력 수신장치가 얼마나 충전되었는지 확인하는 동작을 필요로 한다. 그런데, 무선전력 전송장치(1200) 또는 PRx #1(1210)과 PRx #2(1220)에 디스플레이부가 없을 경우, 사용자는 무선전력 수신장치가 얼마나 충전되었는지, 또는 무선전력 수신장치를 얼마나 더 충전해야 완전 충전이 되는지를 알고 싶어도 그 정보를 모르기 때문에 완전 충전이 될 때까지 무선전력 수신장치를 계속 충전을 시도한다. 이는 PRx #1(1210)과 PRx #2(1220)이 아웃밴드 통신 모듈(1211, 1221)을 통해 BLE 연결이 되어 있더라도 마찬가지이다.
도 12b는 다른 예에 따른 일대다 무선전력 전송 방법을 도시한 것이다.
도 12b를 참조하면, 무선전력 전송장치(1200)는 도 12a에서의 무선전력 전송장치(1200)와 동일하고, 무선전력 수신장치 PRx #2(1220)은 도 12a에서의 무선전력 수신장치 PRx #2(1220)와 동일하다.
무선전력 수신장치 PRx #1(1230)은 디스플레이부(1213)를 포함하는 점에서 도 12a에서의 무선전력 수신장치 PRx #1(1210)와 차이가 있으나 나머지 구성은 동일하다.
무선전력 수신장치 PRx #2(1220)는 디스플레이부를 구비하지 않으므로, 디스플레이부를 구비한 무선전력 수신장치 PRx #1(1230)와 연결하여 충전 상태를 확인해야 하는 불편함이 있다. 그런데, 도 12a와 달리 무선전력 수신장치 PRx #1(1230)과 무선전력 수신장치 PRx #2(1220)간에 서로 BLE 연결이 되어 있지 않은 상황에서는 통신이 불가능하기 때문에 사용자가 무선전력 수신장치 PRx #2(1220)의 충전 상태 정보를 원활하게 파악할 수 없는 문제가 있다. 따라서 충전 상태 정보를 효율적으로 제공하는 장치 및 방법이 요구된다.
이하 본 실시예에서 충전 상태 정보는 완전 충전 대비 현재 충전 상태의 비율을 나타내는 정보일 수도 있고, 완전 충전까지 도달하는데 필요한 잔여 시간을 나타내는 정보일 수도 잇다.
도 13은 일 실시예에 따른 충전 상태 정보를 제공하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 13을 참조하면, 무선전력 전송장치는 복수의 무선전력 수신장치들(무선전력 수신장치 #1, #2, #3)에 대하여 무선전력 전송을 수행하도록 구비된다. 무선전력 수신장치 #1, #2, #3 중에서, 무선전력 수신장치 #1과 #2가 충전 상태 정보를 표시하기 위한 디스플레이부를 구비하고, 무선전력 수신장치 #3은 디스플레이부를 구비하지 않는다고 가정한다.
무선전력 전송에 앞서, 무선전력 전송장치는 무선전력 수신장치 #1, #2, #3을 감지한다(S1305). 단계 S1305이 동작은 무선전력 전송장치의 인밴드 통신 모듈 및/또는 통신/컨트롤 유닛에 의해 수행될 수 있다. 즉, 무선전력 수신장치 #1, #2, #3의 인밴드 통신 모듈 및/또는 컨트롤 유닛은 무선전력 전송장치가 자신을 검출할 수 있는 대기 모드로 동작하며, 무선전력 전송장치의 인밴드 통신 모듈 및/또는 컨트롤 유닛은 물체 감지 모드로 동작할 수 있다.
무선전력 수신장치들이 무선전력 전송장치로 근접함으로 인해 무선전력 전송장치가 무선전력 수신장치들을 감지하면, 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치 #1, #2, #3은 각각 아웃밴드 통신으로의 핸드오버를 수행한다(S1310). 본 명세서에서 인밴드 통신과 아웃밴드 통신 간의 전환 동작을 핸드오버(handover)라 하며, 특히 무선전력 전송장치와 수신장치가 인밴드 통신에서 아웃밴드 통신으로 전환하는 동작을 아웃밴드로의 핸드오버(handover to out-band)라 하고, 아웃밴드 통신에서 인밴드 통신으로 전환하는 동작을 인밴드로의 핸드오버(handover to in-band)라 부른다.
아웃밴드 통신은 예를 들어 블루투스 또는 저전력 블루투스(BLE), 또는 NFC를 포함할 수 있다. 핸드오버 연결 절차는 아웃밴드 통신(i.e. BLE) 모듈이 인밴드 통신 모듈로부터 핸드오버 메시지를 수신하면 아웃밴드 통신의 연결을 수립하는 절차를 포함할 수 있다. 여기서, 핸드오버 메시지는 인밴드 통신 모듈(또는 제어부)가 아웃밴드 통신 모듈에게 무선전력 전송에 관련된 정보를 교환하기 위한 무선 연결을 개시하라는 메시지일 수 있다. 또는 핸드오버 메시지는 각 장치들의 아웃밴드 통신(i.e. BLE) 모듈이 디스플레이 장치 선택 절차를 수행하기 위해 서로를 검색하고 연결 가능한 모드로 진입시키는 메시지일 수도 있다. 단계 S1310에 따른 핸드오버 동작은 무선전력 수신장치 #1, #2, #3의 통신/컨트롤 유닛에 의해 수행될 수 있다. 또한 단계 S1310에 따른 핸드오버 동작은 무선전력 전송장치의 통신/컨트롤 유닛에 의해 수행될 수 있다.
무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치 #1, #2, #3은 아웃밴드 통신에 기반하여 우선(prior) 디스플레이 장치 선택 절차를 수행한다(S1315). 여기서 디스플레이 장치는 무선전력 수신장치 #1, #2, #3 중 어느 하나를 가리킬 수 있다. 디스플레이 장치 선택 절차는 각 무선전력 수신장치가 충전 상태 정보를 표시(i.e. 얼마나 충전이 되었는지를 화면에 표시)할 능력이 있는지를 알아보기 위한 과정이다. 또는, 디스플레이 장치 선택 절차는 무선전력 수신장치의 충전 상태 정보를 표시할 우선 디스플레이 장치를 선택하기 위한 절차로서 정의될 수도 있다.
우선 디스플레이 장치 선택 절차는 예를 들어 도 14와 같은 절차를 포함할 수 있다.
도 14는 일 실시예에 따른 디스플레이 장치 선택 절차를 도시한 흐름도이다.
도 14를 참조하면, 무선전력 전송장치는 무선전력 수신장치들에게 디스플레이 유무(또는 존재)를 질의(또는 확인)하기 위한 디스플레이 유무 질의(display existence inquiry) 정보를 각 무선전력 수신장치로 전송한다(S1405). 단계 S1405에 따른 디스플레이 유무 질의 정보의 전송 동작은 무선전력 전송장치의 통신/컨트롤 유닛에 의해 수행될 수 있으며, 보다 구체적으로는 무선전력 전송장치의 아웃밴드 통신 모듈에 의해 수행될 수 있다. 단계 S1405에 따른 디스플레이 유무 질의 정보의 수신 동작은 무선전력 수신장치 #1, #2, #3의 통신/컨트롤 유닛에 의해 수행될 수 있으며, 보다 구체적으로는 무선전력 수신장치 #1, #2, #3의 아웃밴드 통신 모듈에 의해 수행될 수 있다. 한편 상황에 따라 단계 S1405가 생략되어 구현될 수도 있으며, 단계 S1405가 생략된 실시예 또한 본 발명에 해당함은 물론이다.
무선전력 수신장치 #1, #2, #3은 각각 디스플레이 유무 정보를 무선전력 전송장치로 전송한다(S1410). 디스플레이 유무 정보는 무선전력 수신장치가 디스플레이를 포함하는지 여부(또는 존재)를 지시한다. 예를 들어 디스플레이 유무 정보가 0x00이면 디스플레이가 존재함을 지시하고, 디스플레이 유무 정보가 0x01이면 디스플레이가 부존재함을 지시할 수 있다. 디스플레이 유무 정보가 지시하는 비트수와 그 지시하는 값은 다양한 방법으로 정의될 수 있으며, 그것들 또한 본 발명의 실시예에 포함됨은 물론이다. 무선전력 수신장치 #1, #2, #3로부터 디스플레이 유무 정보를 수신하면, 무선전력 전송장치는 각 무선전력 수신장치의 디스플레이 출력(display output)의 값을 설정(Display Output: 0x00, No Display Output: 0x01)함으로서, 무선전력 수신장치 #1, #2는 디스플레이가 있고, 무선전력 수신장치 #3은 디스플레이가 없음을 파악할 수 있다.
단계 S1410에 따른 디스플레이 유무 정보를 전송하는 동작은 무선전력 수신장치 #1, #2, #3의 통신/컨트롤 유닛에 의해 수행될 수 있으며, 보다 구체적으로는 무선전력 수신장치 #1, #2, #3의 아웃밴드 통신 모듈에 의해 수행될 수 있다. 또한 단계 S1410에 따른 디스플레이 유무 정보를 수신하는 동작은 무선전력 전송장치의 통신/컨트롤 유닛에 의해 수행될 수 있으며, 보다 구체적으로는 무선전력 전송장치의 아웃밴드 통신 모듈에 의해 수행될 수 있다. 한편 상황에 따라 단계 S1410이 생략되어 구현될 수도 있으며, 단계 S1410이 생략된 실시예 또한 본 발명에 해당함은 물론이다.
무선전력 전송장치는 디스플레이가 있는 무선전력 수신장치 #1과 #2에게 충전 상태 정보의 표시기능을 지원하는지를 질의하는 표시기능 지원(Charging display feature)정보를 요청하는 메시지를 전송한다(S1415). 단계 S1415는 무선전력 전송장치의 통신/컨트롤 유닛에 의해 수행될 수 있으며, 보다 구체적으로는 무선전력 전송장치의 아웃밴드 통신 모듈에 의해 수행될 수 있다. 한편 상황에 따라 단계 S1415가 생략되어 구현될 수도 있으며, 단계 S1415가 생략된 실시예 또한 본 발명에 해당함은 물론이다.
무선전력 수신장치 #1, #2는 각각 충전 상태 정보의 표시기능을 지원하는지를 지시하는 표시기능 지원 정보를 무선전력 전송장치로 전송한다(S1420). 표시기능 지원 정보는 디스플레이 유무 정보의 교환 후, 해당 디스플레이가 충전 상태 정보를 표시할 수 있는 기능이 있는지 알려주는 메시지이다. 단계 S1415에 따른 표시기능 지원 정보의 전송 동작은 무선전력 수신장치 #1, #2의 통신/컨트롤 유닛에 의해 수행될 수 있으며, 보다 구체적으로는 무선전력 수신장치 #1, #2의 아웃밴드 통신 모듈에 의해 수행될 수 있다. 또한 단계 S1415에 따른 표시기능 지원 정보의 수신 동작은 무선전력 전송장치의 통신/컨트롤 유닛에 의해 수행될 수 있으며, 보다 구체적으로는 무선전력 전송장치의 아웃밴드 통신 모듈에 의해 수행될 수 있다.
무선전력 수신장치 #1, #2로부터 표시기능 지원 정보를 수신하면, 무선전력 전송장치는 어떤 무선전력 수신장치가 충전 상태 정보의 표시기능을 지원하는지 확인한다. 만약 본 실시예와 같이 충전 상태 정보를 표시할 수 있는 무선전력 수신장치가 #1, #2로서 여러 개라면, 무선전력 전송장치는 미리 설정된 우선순위(Priority)에 기반하여 우선 디스플레이 장치를 결정할 수 있다(S1425). 본 실시예에서는 무선전력 수신장치 #1이 우선 디스플레이 장치로 결정되었다고 가정한다. 단계 S1425는 무선전력 전송장치의 통신/컨트롤 유닛에 의해 수행될 수 있다.
무선전력 전송장치는 무선전력 수신장치 #1로 우선 디스플레이 선택정보를 전송하여, 무선전력 수신장치 #1이 우선 디스플레이 장치로 선택됨을 알려준다(S1430). 우선 디스플레이 선택정보는 충전 상태 정보를 표시하는 기기를 확인하는 메시지이다. 단계 S1430에 따른 우선 디스플레이 선택정보의 전송 동작은 무선전력 전송장치의 통신/컨트롤 유닛에 의해 수행될 수 있으며, 보다 구체적으로는 무선전력 전송장치의 아웃밴드 통신 모듈에 의해 수행될 수 있다. 또한 단계 S1430에 따른 우선 디스플레이 선택정보의 수신 동작은 무선전력 수신장치 #1의 통신/컨트롤 유닛에 의해 수행될 수 있으며, 보다 구체적으로는 무선전력 수신장치 #1의 아웃밴드 통신 모듈에 의해 수행될 수 있다.
다시 도 13을 참조하면, 무선전력 전송장치는 무선전력 수신장치 #1, #2, #3에게 무선전력을 전송한다(S1320). 단계 S1320은 무선전력 전송장치의 전력 변환 유닛에 의해 수행될 수 있다.
무선전력 전송장치로부터 각각 무선전력을 수신하면, 무선전력 수신장치 #1, #2, #3은 무선전력 전송장치로 충전 상태 정보를 전송한다(S1325). 충전 상태 정보는 충전 상태 패킷(charging status packet)이라 불릴 수도 있다. 단계 S1325는 무선전력 수신장치 #1, #2, #3의 통신/컨트롤 유닛에 의해 수행될 수 있다. 무선전력 수신장치 #1은 우선 디스플레이 장치로 선택되었으므로, 자신의 충전 상태 정보를 별도로 무선전력 전송장치에게 전송하지 않을 수도 있다.
무선전력 전송장치는 타 무선전력 수신장치의 충전 상태 정보를 우선 디스플레이 장치인 무선전력 수신장치 #1로 전송한다(S1330). 타 무선전력 수신장치의 충전 상태 정보는 조합(combined) 충전 상태 정보라 불릴 수도 있다. 여기서, 타 무선전력 수신장치는 무선전력 수신장치 #2, #3을 지칭하고, 타 무선전력 수신장치의 충전 상태 정보는 무선전력 수신장치 #2의 충전 상태 정보와 무선전력 수신장치 #3의 충전 상태 정보를 포함한다. 단계 S1330에 따른 타 무선전력 수신장치의 충전 상태 정보의 전송 동작은 무선전력 전송장치의 통신/컨트롤 유닛에 의해 수행될 수 있으며 보다 구체적으로는 무선전력 전송장치의 아웃밴드 통신 모듈에 의해 수행될 수 있다. 또한 단계 S1330에 따른 타 무선전력 수신장치의 충전 상태 정보의 수신 동작은 무선전력 수신장치 #1의 통신/컨트롤 유닛에 의해 수행될 수 있으며, 보다 구체적으로는 무선전력 수신장치 #1의 아웃밴드 통신 모듈에 의해 수행될 수 있다.
타 무선전력 수신장치의 충전 상태 정보를 수신하면, 무선전력 수신장치 #1은 자신의 충전 상태 정보와, 타 무선전력 수신장치 #2, #3의 충전 상태 정보를 디스플레이를 통해 표시할 수 있다(S1335).
도 15는 도 13 내지 도 14에 따른 일대다 무선전력 전송시 충전 상태 정보를 표시하는 시나리오의 일례이다. 도 15는 무선전력 전송장치가 무선전력 수신장치(PRx) #1(Phone), #2(Laptop), #3(Watch)에 무선전력을 전송하는 시나리오이다. 도 15는 무선전력 수신장치들이 모두 디스플레이를 가진 경우이다.
도 15를 참조하면, 도 13 내지 도 14에 따른 절차들이 동일하게 수행된 이후, 우선 디스플레이 장치로서 PRx #1(Phone)이 선택되면, PRx #1는 자체 디스플레이를 통해 각 PRx들의 충전 상태 정보(Phone = 15%, Laptop = 48%, Watch = 69%)를 표시한다.
다시 도 13을 참조하면, 단계 S1335에 따른 타 무선전력 수신장치의 충전 상태 정보의 표시 동작은 무선전력 수신장치의 통신/컨트롤 유닛에 의해 수행될 수 있다.
한편, 단계 S1325 내지 S1335 중 적어도 하나의 동작은, 예를 들어 사용자가 충전 상태 정보를 확인하고자 외부 입력(예를 들어 버튼 누름)을 인가하였을 경우에 수행될 수 있다. 즉, 무선전력 전송장치 또는 무선전력 수신장치 #1, #2, #3 중 적어도 하나의 장치에 사용자의 외부 입력(예를 들어 버튼 누름)이 입력되면, 단계 S1325 내지 S1335 중 적어도 하나의 동작이 수행될 수 있다. 이에 관한 구체적인 실시예는 도 15를 참조하여 설명된다.
도 16은 일 실시예에 따른 외부 입력 기반으로 충전 상태 정보를 표시하는 방법을 설명하는 흐름도이다. 이는 무선전력 수신장치로 인가되는 외부 입력에 기반하여 충전 상태 정보가 표시되는 경우이다.
도 16을 참조하면, 무선전력 전송장치는 복수의 무선전력 수신장치들(무선전력 수신장치 #1, #2, #3)에 대하여 무선전력 전송을 수행하도록 구비된다. 무선전력 수신장치 #1, #2, #3 중에서, 무선전력 수신장치 #1만이 충전 상태 정보를 표시하기 위한 디스플레이부를 구비하고, 무선전력 수신장치 #2, #3은 디스플레이부를 구비하지 않는다고 가정한다. 또한 충전 상태 정보를 표시하기 위한 우선 디스플레이 장치가 무선전력 수신장치 #1로서 이미 선택 완료된 상태로 가정한다.
무선전력 수신장치 #2는 사용자의 외부 입력이 인가됨을 감지한다(S1600). 여기서, 외부 입력은 예를 들어 이어버드에 구비된 버튼을 누름으로써 감지될 수 있다. 무선전력 수신장치 #2의 경우 디스플레이가 없기 때문에 사용자가 직접 눈으로 충전 상태를 파악할 수 없다. 따라서, 본 실시예는 사용자가 무선전력 수신장치 #2의 외부 입력을 통해 무선전력 수신장치 #2의 충전 상태를 파악하기 위한 절차를 개시하면, 디스플레이 유무와 충전 상태 정보의 표시를 지원하는 다른 무선전력 수신장치가 무선전력 수신장치 #2의 충전 상태를 표시하는 절차를 개시한다. 단계 S1600에 따른 무선전력 수신장치의 외부 입력 감지 동작은 무선전력 수신장치의 통신/컨트롤 유닛에 의해 수행될 수 있다.
무선전력 수신장치 #2는 충전 상태의 표시를 요청하는 정보(또는 충전 상태 표시 요청 정보)를 무선전력 전송장치로 전송한다(S1605). 충전 상태의 표시를 요청하는 정보는 단순히 표시 요청 정보라 불릴 수도 있다. 또는 충전 상태 표시 요청 정보는 무선전력 수신장치 #2가 완전 충전까지 남아 있는 잔여 전력(Pr)에 관한 정보를 포함하는 “잔여 전력 표시 요청 정보”라 불릴 수도 있다.
단계 S1605에 따른 충전 상태 표시 요청 정보의 전송 동작은 무선전력 수신장치의 통신/컨트롤 유닛에 의해 수행될 수 있으며 구체적으로는 무선전력 수신장치의 아웃밴드 통신 모듈에 의해 수행될 수 있다. 또한 단계 S1605에 따른 충전 상태 표시 요청 정보의 수신 동작은 무선전력 전송장치의 통신/컨트롤 유닛에 의해 수행될 수 있으며 구체적으로는 무선전력 전송장치의 아웃밴드 통신 모듈에 의해 수행될 수 있다.
충전 상태 표시 요청 정보를 수신하면, 무선전력 전송장치는 무선전력 수신장치 #2의 충전 상태 정보를 계산한다(S1610). 본 예시에 따른 충전 상태 정보는 무선전력 수신장치 #2가 완전 충전될 때까지 남은 시간을 지시한다. 완충까지 잔여 시간 Tf라 하면, Tf=Pr/Pu에 의해 계산될 수 있다. Pr은 완전 충전까지 남아 있는 잔여 전력(remaining power)이고, Pu는 단위 시간당 충전 전력(charged power per time unit)을 나타낸다. 여기서, 단위 시간은 1분으로 주어질 수 있으며, 이 경우 Pu는 분당 충전 전력일 수 있다. Pu는 단위 시간 당 무선전력 전송장치가 무선전력 수신장치 #2로 전송하는 전력으로 정의될 수도 있다. 단계 S1610에 따른 충전 상태 정보의 계산 동작은 무선전력 전송장치의 통신/컨트롤 유닛에 의해 수행될 수 있다.
무선전력 전송장치는 무선전력 수신장치 #2의 충전 상태 정보를 우선 디스플레이 장치인 무선전력 수신장치 #1로 전송한다(S1615). 단계 S1615에 따른 무선전력 수신장치 #2의 충전 상태 정보의 전송 동작은 무선전력 전송장치의 통신/컨트롤 유닛에 의해 수행될 수 있으며 보다 구체적으로는 무선전력 전송장치의 아웃밴드 통신 모듈에 의해 수행될 수 있다. 또한 단계 S1615에 따른 무선전력 수신장치 #2의 충전 상태 정보의 수신 동작은 무선전력 수신장치 #1의 통신/컨트롤 유닛에 의해 수행될 수 있으며, 보다 구체적으로는 무선전력 수신장치 #1의 아웃밴드 통신 모듈에 의해 수행될 수 있다.
무선전력 수신장치 #1은 무선전력 수신장치 #2의 충전 상태 정보를 디스플레이를 통해 표시한다(S1620). 이때 무선전력 수신장치 #1과 #3의 충전 상태 정보도 디스플레이를 통해 함께 표시될 수 있다. 단계 S1620에 따른 무선전력 수신장치 #1의 충전 상태 정보의 표시 동작은 무선전력 수신장치 #1의 통신/컨트롤 유닛에 의해 수행될 수 있다.
본 실시예는 디스플레이가 없는 무선전력 수신장치에 외부 입력이 인가됨으로써 충전 상태 정보가 표시되는 동작을 개시하고 있으나, 디스플레이가 있는 무선전력 수신장치에 외부 입력이 인가되는 경우도 본 실시예의 범위에 해당됨은 물론이다.
도 17은 외부 입력 기반으로 충전 상태 정보를 표시하는 시나리오의 일례이다. 도 17은 무선전력 전송장치가 무선전력 수신장치(PRx) #1(Phone), #2(Earbuds), #3(Watch)에 무선전력을 전송하는 시나리오이다. 도 17은 PRx #1과 #2만이 디스플레이를 가지고, PRx #2는 디스플레이가 없는 경우이다.
도 17을 참조하면, 도 13 내지 도 14에 따른 절차들이 동일하게 수행된 이후, 우선 디스플레이 장치로서 PRx #1(Phone)이 선택되면, PRx #1는 자체 디스플레이를 통해 각 PRx들의 충전 상태 정보(Phone = 3h 10m, Earbuds = 50m, Watch = 1h 20m)를 표시한다.
도 18은 외부 입력 기반으로 충전 상태 정보를 표시하는 시나리오의 다른 예이다. 도 18은 무선전력 전송장치가 무선전력 수신장치(PRx) #1(Phone), #2(Earbuds), #3(Watch)에 무선전력을 전송하는 시나리오이다. 도 18은 무선전력 전송장치(PTx)가 디스플레이를 구비한 경우이다.
도 18을 참조하면, 무선전력 전송장치(PTx)는 디스플레이부(1800)과 버튼부(1805)를 포함할 수 있다. 도 13 내지 도 14에 따른 절차들이 동일하게 수행된 이후, PTx는 사용자로부터 버튼부(1805)를 통해 외부 입력을 감지한다. 버튼부(1805)가 첫번째로 사용자에 의한 버튼 누름 입력을 감지하면, 도 16에 따라 계산된 무선전력 수신장치 #1의 충전 상태 정보(Phone = 18%)가 디스플레이(1800)를 통해 표시된다. 버튼부(1805)가 두번째로 사용자에 의한 버튼 누름 입력을 감지하면, 도 16에 따라 계산된 무선전력 수신장치 #2의 충전 상태 정보(Laptop = 48%)가 디스플레이(1800)를 통해 표시된다. 그리고 버튼부(1805)가 세번째로 사용자에 의한 버튼 누름 입력을 감지하면, 도 16에 따라 계산된 무선전력 수신장치 #3의 충전 상태 정보(Watch = 69%)가 디스플레이(1800)를 통해 표시된다. 이와 같이 버튼부(1805)의 매 버튼 누름 횟수와 순서에 따라, 각 PRx들의 충전 상태 정보(Phone = 18%, Laptop = 48%, Watch = 69%)가 순차적으로 디스플레이(1800)를 통해 표시될 수 있다. 버튼부(1805)의 버튼 누름 순서와 표시되는 무선전력 수신장치의 순서는 본 실시예로 한정되는 것은 아니며 다양한 실시예가 가능함은 물론이다. 또한 본 실시예는 디스플레이부(1800)가 하나의 무선전력 수신장치의 충전 상태 정보만을 표시하는 것으로 한정하였으나, 디스플레이부(1800)는 한 번에 모든 무선전력 수신장치의 충전 상태 정보를 표시하도록 구성될 수도 있다.
도 19는 다른 실시예에 따른 충전 상태 정보를 제공하는 방법을 도시한 흐름도이다. 도 19는 이미 우선 디스플레이 장치로 선택된 무선전력 수신장치가 완충 등으로 인해 제거된 경우 새로운 우선 디스플레이 장치를 선택하는 과정에 관한 것이다. 즉, 도 19는 도 13의 단계 S1335 이후의 후속 절차에 해당할 수 있다.
도 19를 참조하면, 무선전력 전송장치는 복수의 무선전력 수신장치들(무선전력 수신장치 #1, #2, #3)에 대하여 무선전력 전송을 수행하도록 구비된다. 무선전력 수신장치 #1, #2, #3 중에서, 무선전력 수신장치 #1과 #2가 충전 상태 정보를 표시하기 위한 디스플레이부를 구비하고, 무선전력 수신장치 #3은 디스플레이부를 구비하지 않는다고 가정한다. 또한 충전 상태 정보를 표시하기 위한 우선 디스플레이 장치가 무선전력 수신장치 #1로서 이미 선택 완료된 상태로 가정한다.
무선전력 전송장치는 무선전력 수신장치 #1, #2, #3에게 무선전력을 전송한다(S1900). 단계 S1900은 무선전력 전송장치의 전력 변환 유닛에 의해 수행될 수 있다.
무선전력 수신장치 #1이 완충되면(S1905), 무선전력 수신장치 #1은 완충 통지 정보를 무선전력 전송장치로 전송한다(S1910). 단계 S1910에 따른 무선전력 수신장치 #1의 완충 통지 정보의 전송 동작은 무선전력 수신장치 #1의 통신/컨트롤 유닛에 의해 수행될 수 있으며 보다 구체적으로는 무선전력 수신장치 #1의 아웃밴드 통신 모듈에 의해 수행될 수 있다. 또한 단계 S1910에 따른 무선전력 수신장치 #1의 완충 통지 정보의 수신 동작은 무선전력 전송장치의 통신/컨트롤 유닛에 의해 수행될 수 있으며 보다 구체적으로는 무선전력 전송장치의 아웃밴드 통신 모듈에 의해 수행될 수 있다.
이후 사용자에 의해 무선전력 수신장치 #1이 제거되면(S1915), 무선전력 전송장치는 인밴드 통신에 기반하여 무선전력 수신장치 #1이 제거됨을 감지하고, 새로운 우선 디스플레이 장치를 결정하는 절차를 수행한다(S1920). 이전에 우선 디스플레이 장치 선택 절차에 의해 마련된 우선순위 리스트에서, 무선전력 수신장치 #2는 디스플레이를 구비하고 우선순위 2번이다. 따라서, 무선전력 전송장치는 무선전력 수신장치 #1이 제거된 후 무선전력 수신장치 #2를 우선 디스플레이 장치로 재선택하고, 우선 디스플레이 선택 정보를 무선전력 수신장치 #2로 전송할 수 있다(S1925).
여기서, 만약 무선전력 수신장치 #1이 놓였던 충전 영역에 새로운 무선전력 수신장치가 놓일 경우, 무선전력 전송장치는 새로운 무선전력 수신장치와 다시 단계 S1315에 따른 우선 디스플레이 장치 선택 절차를 수행할 수 있다.
이후 무선전력 전송장치는 무선전력 수신장치 #3의 충전 상태 정보를 새롭게 선택된 우선 디스플레이 장치인 무선전력 수신장치 #2로 전송한다(S1930). 단계 S1930에 따른 무선전력 수신장치 #3의 충전 상태 정보의 전송 동작은 무선전력 전송장치의 통신/컨트롤 유닛에 의해 수행될 수 있으며 보다 구체적으로는 무선전력 전송장치의 아웃밴드 통신 모듈에 의해 수행될 수 있다. 또한 단계 S1930에 따른 무선전력 수신장치 #3의 충전 상태 정보의 수신 동작은 무선전력 수신장치 #2의 통신/컨트롤 유닛에 의해 수행될 수 있으며, 보다 구체적으로는 무선전력 수신장치 #2의 아웃밴드 통신 모듈에 의해 수행될 수 있다.
무선전력 수신장치 #2는 무선전력 수신장치 #3의 충전 상태 정보를 디스플레이를 통해 표시한다(S1935). 이때 무선전력 수신장치 #2의 충전 상태 정보도 디스플레이를 통해 함께 표시될 수 있다. 단계 S1935에 따른 무선전력 수신장치 #3의 충전 상태 정보의 표시 동작은 무선전력 수신장치 #2의 통신/컨트롤 유닛에 의해 수행될 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 방법 및 장치, 또는 수신 장치 및 방법은 모든 구성요소 또는 단계가 필수적인 것은 아니므로, 무선 전력 송신 장치 및 방법, 또는 수신 장치 및 방법은 상술한 구성요소 또는 단계의 일부 또는 전부를 포함하여 수행될 수 있다. 또 상술한 무선 전력 송신 장치 및 방법, 또는 수신 장치 및 방법의 실시예들은 서로 조합되어 수행될 수도 있다. 또 상술한 각 구성요소 또는 단계들은 반드시 설명한 순서대로 수행되어야 하는 것은 아니며, 나중에 설명된 단계가 먼저 설명된 단계에 앞서 수행되는 것도 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 이상에서 설명한 본 발명의 실시예들은 서로 별개로 또는 조합되어 구현되는 것도 가능하다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 무선전력 전송장치로부터 무선전력을 수신하고 충전 상태 정보를 제공하는 장치로서,
    동작 주파수(operating frequency)에서 상기 무선전력 전송장치와의 자기 커플링(magnetic coupling)에 의해 상기 무선전력 전송장치로부터 상기 무선전력을 수신하고, 상기 무선전력에 의해 발생하는 교류 신호를 직류 신호로 변환하도록 구성된 전력 픽업 유닛(power pick-up unit);
    상기 전력 픽업 유닛으로부터 상기 직류 신호를 공급받도록 구성된 배터리(battery); 및
    상기 전력 픽업 유닛으로부터 상기 직류 신호를 공급받고, 상기 동작 주파수를 이용하는 인밴드(in-band) 통신에서 상기 동작 주파수 이외의 주파수를 이용하는 아웃밴드(out-band) 통신으로의 핸드오버 절차를 수행하며, 상기 무선전력 전송장치와의 상기 아웃밴드 통신을 통해 상기 배터리의 충전 상태 정보를 표시할 우선(prior) 디스플레이 장치를 선택하기 위한 절차를 수행하고, 상기 충전 상태 정보를 생성하도록 구성된 통신/컨트롤 유닛을 포함하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 우선 디스플레이 장치를 선택하기 위한 절차는,
    상기 통신/컨트롤 유닛이 상기 충전 상태 정보의 표시기능지원에 관한 정보를 전송하는 단계와, 상기 우선 디스플레이 장치로서 동작할지에 관한 정보를 상기 무선전력 전송장치로부터 수신하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 우선 디스플레이 장치를 선택하기 위한 절차는,
    상기 통신/컨트롤 유닛이 상기 무선전력 전송장치로 디스플레이 유무(display existence) 정보를 전송하는 단계와, 상기 표시기능 지원정보를 요청하는 메시지를 상기 무선전력 전송장치로부터 수신하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는, 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 디스플레이부를 더 포함하되,
    상기 우선 디스플레이 장치로서 동작할지에 관한 정보가 상기 우선 디스플레이 장치로서 동작함을 지시하는 경우,
    상기 통신/컨트롤 유닛은 상기 무선전력 전송장치로부터 무선전력을 수신하는 타 장치의 충전 상태 정보를 상기 무선전력 전송장치로부터 수신하고, 상기 충전 상태 정보 및 상기 타 장치의 충전 상태 정보를 상기 디스플레이부에 표시하도록 제어함을 특징으로 하는, 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 배터리가 완충된 경우,
    상기 통신/컨트롤 유닛은 상기 배터리의 완충 정보를 상기 무선전력 전송장치로 전송함을 특징으로 하는, 장치.
  6. 제 2 항에 있어서, 디스플레이부를 더 포함하되,
    상기 우선 디스플레이 장치로서 동작할지에 관한 정보가 상기 우선 디스플레이 장치로서 동작하지 않음을 지시하는 경우,
    상기 통신/컨트롤 유닛은 상기 충전 상태 정보를 상기 무선전력 전송장치로 전송함을 특징으로 하는, 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 충전 상태 정보의 제공을 요청하는 외부 입력의 입력이 감지되면,
    상기 통신/컨트롤 유닛은 상기 충전 상태 정보의 표시를 요청하는 표시 요청 정보를 상기 무선전력 전송장치로 전송함을 특징으로 하는, 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 표시 요청 정보는 상기 배터리가 완전 충전될 때까지 남은 전력에 관한 정보를 포함함을 특징으로 하는, 장치.
  9. 무선전력 수신장치로 무선전력을 전송하고 충전 상태 정보를 제공하는 장치로서,
    동작 주파수(operating frequency)에서 무선전력 수신장치와의 자기 커플링(magnetic coupling)에 의해 상기 무선전력 수신장치로 무선전력을 전송하도록 구성된 전력 변환 유닛(power conversion unit); 및
    상기 동작 주파수를 이용하는 인밴드(in-band) 통신에서 상기 동작 주파수 이외의 주파수를 이용하는 아웃밴드(out-band) 통신으로의 핸드오버 절차를 수행하고, 상기 무선전력 수신장치와의 상기 아웃밴드 통신을 통해 상기 배터리의 충전 상태 정보를 표시할 우선(prior) 디스플레이 장치를 선택하기 위한 절차를 수행하고, 상기 충전 상태 정보를 생성하도록 구성된 통신/컨트롤 유닛을 포함하는 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 우선 디스플레이 장치를 선택하기 위한 절차는,
    상기 통신/컨트롤 유닛이 상기 충전 상태 정보의 표시기능지원에 관한 정보를 상기 무선전력 수신장치로부터 수신하는 단계와, 상기 우선 디스플레이 장치로서 동작할지에 관한 정보를 상기 무선전력 수신장치로 전송하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 우선 디스플레이 장치를 선택하기 위한 절차는,
    상기 통신/컨트롤 유닛이 상기 무선전력 수신장치로부터 디스플레이 유무(display existence) 정보를 수신하는 단계와, 상기 표시기능 지원정보를 요청하는 메시지를 상기 무선전력 수신장치로 전송하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는, 장치.
  12. 제 10 항에 있어서, 디스플레이부 및 버튼부를 더 포함하되,
    상기 통신/컨트롤 유닛은 상기 버튼부의 입력에 따라 상기 무선전력 수신장치의 충전 상태 정보를 상기 디스플레이부에 표시함을 특징으로 하는, 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 무선전력 수신장치가 완충된 경우,
    상기 통신/컨트롤 유닛은 상기 무선전력 수신장치에 관한 완충 정보를 상기 무선전력 수신장치로부터 수신함을 특징으로 하는, 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 무선전력 수신장치가 제거됨이 감지된 경우,
    상기 통신/컨트롤 유닛은 새로운 우선 디스플레이 장치를 선택하고, 상기 선택된 새로운 우선 디스플레이 장치로 충전 상태 정보를 전송함을 특징으로 하는, 장치.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 통신/컨트롤 유닛은 타 무선전력 수신장치로부터 충전 상태의 표시를 요청하는 표시 요청 정보를 수신하고, 상기 타 무선전력 수신장치의 충전 상태 정보를 상기 무선전력 수신장치로 전송함을 특징으로 하는, 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 표시 요청 정보는 상기 타 무선전력 수신장치가 완전 충전될 때까지 남은 전력에 관한 정보를 포함함을 특징으로 하는, 장치.
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