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WO2024191225A1 - 무선 전력 전송 시스템에서 품질 인자를 활용하는 방법 및 장치 - Google Patents

무선 전력 전송 시스템에서 품질 인자를 활용하는 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2024191225A1
WO2024191225A1 PCT/KR2024/003302 KR2024003302W WO2024191225A1 WO 2024191225 A1 WO2024191225 A1 WO 2024191225A1 KR 2024003302 W KR2024003302 W KR 2024003302W WO 2024191225 A1 WO2024191225 A1 WO 2024191225A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wireless power
power transmitter
packet
transmitter
slot
Prior art date
Application number
PCT/KR2024/003302
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
권태욱
육경환
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
Publication of WO2024191225A1 publication Critical patent/WO2024191225A1/ko

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Classifications

    • 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
    • H02J50/60—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power responsive to the presence of foreign objects, e.g. detection of living beings

Definitions

  • This specification relates to wireless power transfer.
  • Wireless power transmission technology is a technology that wirelessly transfers power between a power source and an electronic device.
  • wireless power transmission technology can charge the battery of a wireless terminal, such as a smartphone or tablet, simply by placing the terminal on a wireless charging pad, thereby providing greater mobility, convenience, and safety compared to a wired charging environment using a conventional wired charging connector.
  • wireless power transmission technology is attracting attention as a technology that will replace the conventional wired power transmission environment in various fields, such as electric vehicles, various wearable devices such as Bluetooth earphones or 3D glasses, home appliances, furniture, underground facilities, buildings, medical devices, robots, and leisure.
  • the wireless power transmission method is also called a contactless power transmission method, a no point of contact power transmission method, or a wireless charging method.
  • a wireless power transmission system may be composed of a wireless power transmission device that supplies electric energy using a wireless power transmission method, and a wireless power reception device that receives electric energy wirelessly supplied from the wireless power transmission device and supplies power to a power receiving device such as a battery cell.
  • Wireless power transmission technology is diverse, including methods that transmit power through magnetic coupling, methods that transmit power through radio frequency (RF), methods that transmit power through microwaves, and methods that transmit power through ultrasonic waves.
  • Methods based on magnetic coupling are again classified into magnetic induction and magnetic resonance.
  • the magnetic induction method is a method that transmits energy by using the current induced in the receiving coil due to the magnetic field generated by the battery cell of the transmitting coil according to the electromagnetic coupling between the transmitting coil and the receiving coil.
  • the magnetic resonance method is similar to the magnetic induction method in that it uses a magnetic field. However, the magnetic resonance method differs from the magnetic induction in that energy is transmitted by the phenomenon in which resonance occurs when a specific resonance frequency is applied to the transmitting coil and the receiving coil, and the magnetic field is concentrated on both the transmitting and receiving ends due to this.
  • a method and device may be provided for receiving a packet related to a trigger for generation of a slot from a wireless power receiver during the power transfer phase, performing detection of a foreign object on the slot during the power transfer phase, and performing reduction of the transfer of the wireless power or discontinuation of the transfer of the wireless power based on the detection of the foreign object.
  • the detection of the foreign object may be performed based on a quality factor measured on the slot.
  • Figure 1 is a block diagram of a wireless power system (10) according to one embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram of a wireless power system (10) according to another embodiment.
  • Figure 3 illustrates examples of various electronic devices into which a wireless power transfer system is introduced.
  • FIG. 4 is a block diagram of a wireless power transfer system according to one embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a Bluetooth communication architecture to which an embodiment according to the present specification can be applied.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a wireless power transmission system using BLE communication according to an example.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating a wireless power transmission system using BLE communication according to another example.
  • Figure 8 is a state transition diagram for explaining the wireless power transfer procedure.
  • Figure 9 schematically illustrates an example of a protocol of the ping phase (810).
  • Figure 10 schematically illustrates an example of a protocol of the configuration phase (820).
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a message field of a configuration packet (CFG) of a wireless power receiving device according to one embodiment.
  • CFG configuration packet
  • FIG. 12 is a flowchart schematically illustrating a protocol of a negotiation step or a renegotiation step according to one embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a message field of a performance packet (CAP) of a wireless power transmission device according to one embodiment.
  • CAP performance packet
  • Figure 14 schematically illustrates a flowchart of the data flow for the power delivery phase (840) in the baseline protocol.
  • Figure 15 schematically illustrates a flowchart of data flow for the power transfer phase (840) in the extended protocol.
  • FIG. 16 illustrates an application level data stream between a wireless power transmitter (100) and a wireless power receiver (200) according to an example.
  • Figure 17 illustrates a power control method according to one embodiment.
  • Figure 18 schematically illustrates the structure of an MPP ID packet.
  • Figure 19 schematically illustrates an example of an XID packet in MPP.
  • Figure 20 schematically illustrates the protocol in MPP limited mode.
  • FIGS 21 and 22 schematically illustrate the protocol in MPP full mode.
  • FIGS 23 and 24 illustrate examples of measurement/calculation of quality factors.
  • Figure 25 schematically illustrates the principle of a moving coil wireless power transmitter.
  • FIG. 26 is a flowchart of a method for performing material detection according to one embodiment of the present specification.
  • Figure 27 schematically illustrates an example of a coil for creating a slot.
  • Figure 28 schematically illustrates an example of calculating a slot quality factor.
  • Figure 29 schematically illustrates the relationship between coil voltage and coil current.
  • Figure 30 schematically illustrates the generation of slots by PLA packets.
  • Figure 31 schematically illustrates the structure of a PLA packet.
  • Figure 32 schematically illustrates the structure of a GET packet.
  • FIG. 33 is a flowchart of a method for performing this material detection on a slot from the perspective of a wireless power transmitter according to one embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 34 is a flowchart of a method for performing this material detection on a slot from the perspective of a wireless power receiver according to one embodiment of the present disclosure.
  • a or B can mean “only A”, “only B”, or “both A and B”. In other words, as used herein, “A or B” can be interpreted as “A and/or B”. For example, as used herein, “A, B or C” can mean “only A”, “only B”, “only C”, or “any combination of A, B and C”.
  • a slash (/) or a comma can mean “and/or”.
  • A/B can mean “A and/or B”.
  • A/B can mean "only A”, “only B”, or “both A and B”.
  • A, B, C can mean "A, B, or C”.
  • At least one of A and B can mean “only A”, “only B” or “both A and B”. Additionally, as used herein, the expressions “at least one of A or B” or “at least one of A and/or B” can be interpreted as the same as “at least one of A and B”.
  • At least one of A, B and C can mean “only A”, “only B”, “only C”, or “any combination of A, B and C”. Additionally, “at least one of A, B or C” or “at least one of A, B and/or C” can mean “at least one of A, B and C”.
  • control information may be suggested as an example of "control information”.
  • control information in this specification is not limited to “PDCCH”, and “PDCCH” may be suggested as an example of "control information”.
  • control information i.e., PDCCH
  • PDCCH control information
  • wireless power as used hereinafter is used to mean any form of energy related to electric fields, magnetic fields, electromagnetic fields, etc. that is transferred from a wireless power transmitter to a wireless power receiver without the use of physical electromagnetic conductors.
  • Wireless power may also 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 for wirelessly charging devices including, for example, mobile phones, cordless phones, iPods, MP3 players, headsets, etc.
  • the basic principles of wireless power transfer include, for example, transferring power via magnetic coupling, transferring power via radio frequency (RF), transferring power via microwaves, and transferring power via ultrasound.
  • RF radio frequency
  • Figure 1 is a block diagram of a wireless power system (10) according to one embodiment.
  • a wireless power system (10) includes a wireless power transmission device (100) and a wireless power reception device (200).
  • a wireless power transmission device (100) receives power from an external power source (S) and generates a magnetic field.
  • a wireless power reception device (200) uses the generated magnetic field to generate current and wirelessly receive power.
  • the wireless power transmission device (100) may be provided as a fixed or mobile type.
  • the fixed type include a type embedded in an indoor ceiling or wall or furniture such as a table, a type installed in an implant form in an outdoor parking lot, bus stop or subway station, or a type installed in a means of transportation such as a vehicle or train, etc.
  • the mobile wireless power transmission device (100) may be implemented as a mobile device with a movable weight or size or as a part of another device such as a cover of a notebook computer.
  • the wireless power receiving device (200) should be interpreted as a comprehensive concept that includes various electronic devices equipped with batteries and various home appliances that are powered wirelessly instead of using a power cable.
  • Representative examples of the wireless power receiving device (200) include a portable terminal, a cellular phone, a smart phone, a personal digital assistant (PDA), a portable media player (PMP), a Wibro terminal, a tablet, a phablet, a notebook, a digital camera, a navigation terminal, a television, an electric vehicle (EV), and the like.
  • FIG. 2 is a block diagram of a wireless power system (10) according to another embodiment.
  • the wireless power transmitting device (100) and the wireless power receiving device (200) are expressed as transmitting and receiving power one-to-one, but as shown in FIG. 2, it is also possible for one wireless power transmitting device (100) to transmit power to multiple wireless power receiving devices (200-1, 200-2, ..., 200-M).
  • one wireless power transmitting device (100) can simultaneously transmit power to multiple wireless power receiving devices (200-1, 200-2, ..., 200-M) by applying a simultaneous transmission method or a time-division transmission method.
  • FIG. 1 illustrates a wireless power transmission device (100) directly transmitting power to a wireless power reception device (200)
  • a separate wireless power transmission/reception device such as a relay or repeater, may be provided between the wireless power transmission device (100) and the wireless power reception device (200) to increase the wireless power transmission distance.
  • power may be transmitted from the wireless power transmission device (100) to the wireless power transmission/reception device, and the wireless power transmission/reception device may then transmit power to the wireless power reception device (200).
  • the wireless power receiver, power receiver, and receiver mentioned in this specification below refer to a wireless power receiving device (200).
  • the wireless power transmitter, power transmitter, and transmitter mentioned in this specification refer to a wireless power receiving/transmitting device (100).
  • Figure 3 illustrates examples of various electronic devices into which a wireless power transfer system is introduced.
  • FIG. 3 illustrates a diagram classifying electronic devices according to the amount of power transmitted and received in a wireless power transmission system.
  • a low-power (about 5 W or less or about 20 W or less) wireless charging method can be applied to wearable devices such as a smart watch, smart glasses, a head mounted display (HMD), and a smart ring, as well as mobile electronic devices (or portable electronic devices) such as earphones, remote controls, smart phones, PDAs, and tablet PCs.
  • wearable devices such as a smart watch, smart glasses, a head mounted display (HMD), and a smart ring
  • mobile electronic devices or portable electronic devices
  • earphones such as earphones, remote controls, smart phones, PDAs, and tablet PCs.
  • Medium-power (about 50W or less or about 200W or less) wireless charging can be applied to small and medium-sized home appliances such as laptops, robot vacuums, TVs, audio devices, vacuum cleaners, and monitors.
  • Kitchen appliances such as blenders, microwave ovens, and electric rice cookers, and personal mobility devices (or electronic devices/transportation means) such as wheelchairs, electric kickboards, electric bicycles, and electric cars can be applied to high-power (about 2kW or less or 22kW or less) wireless charging.
  • the electronic devices/mobile means described above may each include a wireless power receiver described below. Accordingly, the electronic devices/mobile means described above may be charged by wirelessly receiving power from a wireless power transmitter.
  • WPC Wireless Power Consortium
  • AFA Air Fuel Alliance
  • PMA Power Matters Alliance
  • WPC consists of the Qi ecosystem for mobile and wearable devices and the HI ecosystem for kitchen appliances, robots, and LEVs (light electric vehicles).
  • Various wireless power transmitters and receivers using different power levels are covered by standards within each ecosystem and can be classified into different power classes or categories.
  • the Qi standard (belong to Qi ecosystem) defines the baseline power profile (BPP), the extended power profile (EPP), and the magnetic power profile.
  • the BPP is for wireless power transmitters and receivers supporting power transfer of up to 5 W
  • EPP and MPP are for wireless power transmitters and receivers supporting power transfer in the range of more than 5 W and less than 15 W.
  • IB In-band
  • OB out-band
  • a wireless power receiver can identify whether it supports OB by setting the OB flag in a configuration packet.
  • a wireless power transmitter supporting OB can enter the OB handover phase by transmitting a bit pattern for OB handover as a response to the configuration packet.
  • the response to the above configuration packet can be NAK, ND, or a newly defined 8-bit pattern.
  • Applications of the Qi spec include smartphones.
  • the IND standard (belong to HI ecosystem) is for wireless power transmitters and receivers that provide guaranteed power of 30W to 150W.
  • IB and OB communication channels can be used for mutual information exchange and power control.
  • Applications of the IND spec include robots and power tools.
  • the LEV standard (belong to HI ecosystem) is about wireless power transmitters and receivers that provide guaranteed power of 100W to 500W.
  • IB is an essential communication channel for LEV spec, and OB communication can also be used. IB can be used as initialization and link establishment to OB.
  • the wireless power transmitter can enter the OB handover phase by using the bit pattern for OB handover as a response to the configuration packet.
  • the Ki standard (belonging to HI ecosystem) is about wireless power transmission and reception devices that provide guaranteed power of 200 W to 2 kW, and essentially uses OB communication channels such as NFC or BLE. Its applications include kitchen appliances.
  • the wireless power transmission and reception devices can provide a very convenient user experience and interface (UX/UI). That is, a smart wireless charging service can be provided, and the smart wireless charging service can be implemented based on the UX/UI of a smartphone including the wireless power transmission device. For such applications, the interface between the processor of the smartphone and the wireless charging reception device allows "drop and play" bidirectional communication between the wireless power transmission device and the reception device.
  • UX/UI user experience and interface
  • a user can experience a smart wireless charging service in a hotel.
  • the wireless charger transmits wireless power to the smartphone, and the smartphone receives the wireless power.
  • the wireless charger transmits information about the smart wireless charging service to the smartphone.
  • the smartphone detects that the smartphone is placed on the wireless charger, detects the reception of wireless power, or the smartphone receives information about the smart wireless charging service from the wireless charger, the smartphone enters a state in which it asks the user for consent (opt-in) to the additional feature.
  • the smartphone can display a message on the screen with or without an alarm sound.
  • An example of the message can include a phrase such as "Welcome to ### hotel. Select "Yes” to activate smart charging functions : Yes
  • the smartphone receives the user's input of selecting Yes or No Thanks, and performs the next procedure selected by the user. If Yes is selected, the smartphone transmits the corresponding information to the wireless charger. Then, the smartphone and the wireless charger perform the smart charging function together.
  • the smart wireless charging service may also include receiving auto-filled WiFi credentials.
  • the wireless charger transmits WiFi credentials to the smartphone, and the smartphone launches an appropriate app to automatically fill in the WiFi credentials received from the wireless charger.
  • Smart wireless charging services may also include running hotel applications offering hotel promotions, or obtaining remote check-in/check-out and contact information.
  • a user can 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 about the smart wireless charging service to the smartphone.
  • the smartphone detects that the smartphone is placed on the wireless charger, detects the reception of wireless power, or receives information about the smart wireless charging service from the wireless charger, the smartphone enters a state where it asks the user to verify their identity.
  • the smartphone is automatically connected to the car via WiFi and/or Bluetooth.
  • the smartphone can display a message on the screen, with or without an alarm sound.
  • An example of the message can 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 of selecting Yes or No Thanks and performs the next procedure selected by the user. If Yes is selected, the smartphone transmits the corresponding information to the wireless charger.
  • the smartphone and the wireless charger can then perform in-car smart control functions together by running the in-car application/display software. The user can enjoy desired music and check the regular map location.
  • the in-car application/display software can include the capability of providing synchronized access for pedestrians.
  • a user can experience smart wireless charging at home.
  • the wireless charger transmits wireless power to the smartphone, and the smartphone receives the wireless power.
  • the wireless charger transmits information about the smart wireless charging service to the smartphone.
  • the smartphone detects that the smartphone is placed on the wireless charger, detects the reception of wireless power, or the smartphone receives information about the smart wireless charging service from the wireless charger, the smartphone enters a state in which it asks the user to consent (opt-in) to the additional feature.
  • the smartphone can display a message on the screen with or without an alarm sound.
  • An example of the message can 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 of selecting Yes or No Thanks and performs the next procedure selected by the user. If Yes is selected, the smartphone transmits the corresponding information to the wireless charger. Smartphones and wireless chargers could at least recognize your patterns and prompt you to lock doors and windows, turn off lights, or set alarms.
  • 'profile' as an indicator/criteria representing/indicating compatibility.
  • compatibility is maintained between wireless power transmission and reception devices with the same 'profile', enabling stable power transmission and reception, and it can be interpreted that power transmission and reception is not possible between wireless power transmission and reception devices with different 'profiles'.
  • a profile can be defined by compatibility and/or application, regardless of (or independently of) the ecosystem.
  • Profiles can be broadly divided into four categories: i) mobile, ii) robot, iii) kitchen, and iv) LEV.
  • the Qi spec, communication protocol/method can be defined as IB and OB, operating frequency can be 87 ⁇ 205kHz, 300 ⁇ 400kHz, and examples of applications can include smartphones, laptops, wearables, etc.
  • IND spec can be IB and OB
  • examples of applications can include robots, power tools, etc.
  • the Ki spec, communication protocol/method can be defined as NFC or BLE-based, and the operating frequency can be less than 100kHz, and examples of applications can include kitchen/home appliances.
  • LEV spec For the 'LEV' profile, LEV spec, communication protocol/method are IB and OB, and examples of applications include electric bicycles and electric kickboards.
  • NFC or BLE communication can be used as an OB communication channel between the wireless power transmission device and the receiving device of the above profile.
  • 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 NFC Data Exchange Profile Format
  • FIG. 4 is a block diagram of a wireless power transfer system according to one embodiment.
  • a wireless power transmission system 10 includes a mobile device (450) that wirelessly receives power and a base station (400) that wirelessly transmits power.
  • the base station (400) is a device that provides inductive power or resonant power, and may include at least one wireless power transmitter (power transmitter, 100) and a system circuit (405).
  • the wireless power transmitter (100) may transmit inductive power or resonant power and control the transmission.
  • the wireless power transmitter (100) may include a power conversion circuit (power conversion circuit, 110) that converts electric energy into a power signal by generating a magnetic field through primary coil(s) and a communications & control circuit (communications & control circuit, 120) that controls communication with a wireless power receiver (200) and power transmission to transmit power at an appropriate level.
  • the system circuit (405) may perform other operation controls of the base station (400), such as input power provisioning, control of a plurality of wireless power transmitters, and user interface control.
  • the primary coil can 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 a power conversion circuit (110), and can generate a magnetic field of a specific frequency accordingly.
  • the magnetic field can be generated non-radiatively or radiatively, and the wireless power receiving device (200) receives it and generates current. In other words, the primary coil wirelessly transmits power.
  • the primary coil and the secondary coil may have any suitable forms, for example, a copper wire wound around a high-permeability formation such as a ferrite or an amorphous metal.
  • the primary coil may also be called a transmitting coil, a primary core, a primary winding, a primary loop antenna, or the like.
  • the secondary coil may also be called a receiving coil, a secondary core, a secondary winding, a secondary loop antenna, a pickup antenna, or the like.
  • the primary coil and the secondary coil can be provided in the form of a primary resonance antenna and a secondary resonance antenna, respectively.
  • the resonance antenna can have a resonance structure including a coil and a capacitor.
  • the resonance frequency of the resonance antenna is determined by the inductance of the coil and the capacitance of the capacitor.
  • the coil can be formed in the form of a loop.
  • a core can be arranged inside the loop.
  • the core can include a physical core such as a ferrite core or an air core.
  • the resonance phenomenon refers to the phenomenon in which, when a near-field corresponding to the resonant frequency is generated from one resonant antenna and another resonant antenna is located nearby, the two resonant antennas are coupled to each other, resulting in high-efficiency energy transfer between the resonant antennas.
  • the primary resonant antenna and the secondary resonant antenna resonate with each other, and accordingly, the magnetic field is focused toward the secondary resonant antenna with higher efficiency than when the magnetic field generated from the primary resonant antenna is generally radiated into free space, and therefore, energy can be transferred from the primary resonant antenna to the secondary resonant antenna with high efficiency.
  • the magnetic induction method can be implemented similarly to the magnetic resonance method, but in this case, the frequency of the magnetic field does not need to be the resonant frequency. Instead, in the magnetic induction method, alignment between the loops that make up the primary and secondary coils is required, and the spacing between the loops must be very close.
  • the wireless power transmission device (100) may further include a communication antenna.
  • the communication antenna may transmit and receive communication signals using a communication carrier 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 circuit (120) can transmit and receive information with the wireless power receiving device (200).
  • the communication/control circuit (120) can include at least one of an IB communication module or an OB communication module.
  • the IB communication module can transmit and receive information using a magnetic wave having a specific frequency as its center frequency.
  • the communication/control circuit (120) can perform in-band communication by loading communication information on the operating frequency of wireless power transmission and transmitting it through the primary coil, or by receiving an operating frequency containing information through the primary coil.
  • a modulation method such as binary phase shift keying (BPSK), frequency shift keying (FSK), or amplitude shift keying (ASK) and a coding method such as Manchester coding or non-return-to-zero level (NZR-L) coding can be used to load information into the magnetic wave or interpret the magnetic wave containing information.
  • BPSK binary phase shift keying
  • FSK frequency shift keying
  • ASK amplitude shift keying
  • NZR-L non-return-to-zero level
  • the OB communication module may also perform out-of-band communication via a communication antenna.
  • the communication/control circuit (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 circuit (120) can control the overall operation of the wireless power transmission device (100).
  • the communication/control circuit (120) can perform calculations and processing of various types of information and control each component of the wireless power transmission device (100).
  • the communication/control circuit (120) may be implemented as a computer or similar device using hardware, software, or a combination thereof.
  • the communication/control circuit (120) may be provided in the form of an electronic circuit that processes electrical signals to perform a control function, and in terms of software, it may be provided in the form of a program that drives the hardware communication/control circuit (120).
  • the communication/control circuit (120) can control the transmission power by controlling the operating point.
  • the controlled operating point may correspond to a combination of frequency (or phase), duty cycle, duty ratio, and voltage amplitude.
  • the communication/control circuit (120) can control the transmission power by adjusting at least one of the frequency (or phase), duty cycle, duty ratio, and voltage amplitude.
  • the wireless power transmitter (100) can control the reception power by supplying a constant power and the wireless power receiver (200) controls the resonance frequency.
  • the wireless power transmitter (100) can be classified, for example, from the perspective of the number of primary coils activated for power transmission.
  • the wireless power transmitter (100) supporting a wireless power transmission amount of up to 5 W i.e., the wireless power transmitter (100) supporting the BPP protocol
  • the wireless power transmitter (100) supporting a wireless power transmission amount of 5 W or more i.e., the wireless power transmitter (100) supporting the MPP or EPP protocol
  • the Type A and Type MP A wireless power transmitters (100) may have more than one primary coil. Since the Type A and Type MP A wireless power transmitters (100) activate a single primary coil at a time, a single primary cell matching the activated primary coil may be used.
  • Type B and Type MP B power transmitters may have an array of primary coils. And, the Type B and Type MP B power transmitters may enable free positioning. To this end, the Type B and Type MP B power transmitters may realize primary cells at different locations on the interface surface by activating one or more primary coils in the array.
  • a wireless power transmitter that utilizes magnets and supports a wireless power transmission amount of 5W or more i.e., a wireless power transmitter that supports the MPP protocol
  • the MPP protocol will be described later.
  • BPP can support up to 5W of power for high-power wireless power transmission
  • EPP can support more than 5W but less than or equal to 50W of power
  • MPP can support more than 5W but less than or equal to 50W of power.
  • EPP or MPP can be seen as supporting 5 to 50W of power.
  • the mobile device (450) includes a wireless power receiver (power receiver, 200) that receives wireless power through a secondary coil and a load (load, 455) that receives and stores power received from the wireless power receiver (200) and supplies it to the device.
  • a wireless power receiver power receiver, 200
  • load load, 455
  • the wireless power receiving device (200) may include a power pick-up circuit (210) and a communications & control circuit (220).
  • the power pick-up circuit (210) may receive wireless power through a secondary coil and convert it into electrical energy.
  • the power pick-up circuit (210) rectifies an AC signal obtained through the secondary coil and converts it into a DC signal.
  • the communications & control circuit (220) may control transmission and reception of wireless power (power transmission and reception).
  • the secondary coil can receive wireless power transmitted from the wireless power transmission device (100).
  • the secondary coil can receive power using a magnetic field generated from the primary coil.
  • a specific frequency is a resonant frequency
  • a magnetic resonance phenomenon occurs between the primary coil and the secondary coil, so that power can be transmitted more efficiently.
  • the communication/control circuit (220) may further include a communication antenna.
  • the communication antenna may transmit and receive communication signals using a communication carrier 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 circuit (220) can transmit and receive information with the wireless power transmission device (100).
  • the communication/control circuit (220) can include at least one of an IB communication module or an OB communication module.
  • the IB communication module can transmit and receive information using a magnetic wave having a specific frequency as its center frequency.
  • the communication/control circuit (220) can perform IB communication by loading information onto a magnetic wave and transmitting it through a secondary coil, or by receiving a magnetic wave containing information through a secondary coil.
  • a modulation method such as binary phase shift keying (BPSK), frequency shift keying (FSK), or amplitude shift keying (ASK) and a coding method such as Manchester coding or non-return-to-zero level (NZR-L) coding can be used to load information onto the magnetic wave or interpret the magnetic wave containing information.
  • BPSK binary phase shift keying
  • FSK frequency shift keying
  • ASK amplitude shift keying
  • NZR-L non-return-to-zero level
  • the OB communication module may also perform out-of-band communication via a communication antenna.
  • the communication/control circuit (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 circuit (220) can control the overall operation of the wireless power receiving device (200).
  • the communication/control circuit (220) can perform calculations and processing of various types of information and control each component of the wireless power receiving device (200).
  • the communication/control circuit (220) may be implemented as a computer or similar device using hardware, software, or a combination thereof.
  • the communication/control circuit (220) may be provided in the form of an electronic circuit that processes electrical signals to perform a control function, and in terms of software, it may be provided in the form of a program that drives the hardware communication/control circuit (220).
  • the communication/control circuit (120) and the communication/control circuit (220) are Bluetooth or Bluetooth LE as OB communication modules or short-range communication modules
  • the communication/control circuit (120) and the communication/control circuit (220) can be implemented and operated with a communication architecture as shown in FIG. 5, respectively.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a Bluetooth communication architecture to which an embodiment according to the present specification can be applied.
  • FIG. 5 shows an example of a protocol stack of Bluetooth BR (Basic Rate)/EDR (Enhanced Data Rate) supporting GATT, and (b) shows an example of a protocol stack of Bluetooth LE (Low Energy).
  • Bluetooth BR Basic Rate
  • EDR Enhanced Data Rate
  • the Bluetooth BR/EDR protocol stack may include an upper controller stack (Controller stack, 460) and a lower host stack (Host Stack, 470) based on a Host Controller Interface (HCI, 18).
  • Controller stack 460
  • Host Stack 470
  • HCI Host Controller Interface
  • the above host stack (or host module) (470) refers to a wireless transmission/reception module that receives a 2.4 GHz Bluetooth signal and hardware for transmitting or receiving a Bluetooth packet, and the controller stack (460) is connected to the Bluetooth module to control the Bluetooth module and perform operations.
  • the above host stack (470) may include a BR/EDR PHY layer (12), a BR/EDR Baseband layer (14), and a Link Manager layer (Link Manager, 16).
  • the above BR/EDR PHY layer (12) is a layer that transmits and receives 2.4 GHz wireless signals, and can transmit data by hopping through 79 RF channels when using GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) modulation.
  • GFSK Gausian Frequency Shift Keying
  • the above BR/EDR Baseband layer (14) is responsible for transmitting digital signals, selects a channel sequence that hops 1400 times per second, and transmits a time slot of 625us length for each channel.
  • the above link manager layer (16) controls the overall operation (link setup, control, security) of the Bluetooth Connection by utilizing the Link Manager Protocol (LMP).
  • LMP Link Manager Protocol
  • the above link manager layer (16) can perform the following functions.
  • the above host controller interface layer (18) provides an interface between the Host module and the Controller module, allowing the Host to provide commands and data to the Controller, and allowing the Controller to provide events and data to the Host.
  • the above 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), a Generic Access Profile (GAP, 24), and a BR/EDR Profile (25).
  • L2CAP Logical Link Control and Adaptation Protocol
  • GATT Generic Attribute Profile
  • GAP Generic Access Profile
  • BR/EDR Profile 25
  • L2CAP Logical Link Control and Adaptation Protocol
  • the above L2CAP (21) can multiplex various protocols, profiles, etc. provided above Bluetooth.
  • L2CAP of Bluetooth BR/EDR uses dynamic channels, supports protocol service multiplexer, retransmission, streaming mode, and provides segmentation and reassembly, per-channel flow control, and error control.
  • the above generic attribute profile may be operable as a protocol that describes how the attribute protocol (22) is utilized when configuring services.
  • the above generic 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 generic attribute profile (23) and the attribute protocol (ATT, 22) can use features to describe the state and services of the device, and to describe how the features relate to each other and how they are used.
  • the above attribute protocol (22) and the BR/EDR profile (25) define the definition of a service (profile) using Bluetooth BR/EDR and an application protocol for sending and receiving these data, and the Generic Access Profile (GAP, 24) defines device discovery, connection, and security levels.
  • the Bluetooth LE protocol stack includes a controller stack (480) operable to process a timing-critical wireless device interface and a host stack (490) operable to process high level data.
  • the controller stack (480) may be implemented using a communication module that may include a Bluetooth radio, for example, a processor module that may include a processing device such as a microprocessor.
  • the host stack (490) may be implemented as part of an OS running on a processor module, or as an instantiation of a package on top of the OS.
  • controller stack and the host stack may operate or execute on the same processing device within a processor module.
  • the above controller stack (480) includes a physical layer (PHY, 32), a link layer (Link Layer, 34), and a host controller interface (Host Controller Interface, 36).
  • the above physical layer (PHY, wireless transmission/reception module, 32) is a layer that transmits and receives 2.4 GHz wireless signals and uses GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) modulation and a frequency hopping technique consisting of 40 RF channels.
  • GFSK Gausian Frequency Shift Keying
  • the link layer (34) which plays a role in transmitting or receiving Bluetooth packets, performs advertising and scanning functions using three advertising channels, and then creates a connection between devices, and provides a function for sending and receiving data packets of up to 257 bytes through 37 data channels.
  • the above host stack may include a Generic Access Profile (GAP, 40), a Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP, 41), a Security Manager (SM, 42), an Attribute Protocol (ATT, 440), a Generic Attribute Profile (GATT, 44), a Generic Access Profile (Generic Access Profile, 25), and an LT Profile (46).
  • GAP Generic Access Profile
  • L2CAP Logical Link Control and Adaptation Protocol
  • SM Security Manager
  • ATT Attribute Protocol
  • GATT Generic Attribute Profile
  • GATT Generic Access Profile
  • 25 Generic Access Profile
  • LT Profile LT Profile
  • the host stack multiplexes various protocols, profiles, etc. provided on top of Bluetooth using L2CAP.
  • L2CAP Logical Link Control and Adaptation Protocol, 41
  • L2CAP Logical Link Control and Adaptation Protocol, 41
  • the above L2CAP (41) may be operable to multiplex data between upper layer protocols, segment and reassemble packages, and manage multicast data transmission.
  • Bluetooth LE basically uses three fixed channels (one for signaling CH, one for Security Manager, and one for Attribute protocol). In addition, dynamic channels can be used as needed.
  • BR/EDR Base Rate/Enhanced Data Rate
  • SM Security Manager
  • ATT Attribute Protocol, 43
  • ATT has the following six message types (Request, Response, Command, Notification, Indication, Confirmation).
  • a Request message is a message for requesting and transmitting specific information from a client device to a server device
  • a Response message is a response message to a Request message, and is a message that can be used for transmission from a server device to a client device.
  • Command message A message sent from a client device to a server device, mainly to instruct a specific action.
  • the server device does not send a response to the Command message to the client device.
  • Notification message A message sent from a server device to a client device to notify of events, etc.
  • the client device does not send a confirmation message for the Notification message to the server device.
  • Indication and Confirm messages Messages sent from the server device to the client device for notification of events, etc. Unlike the Notification message, the client device sends a confirmation message for the Indication message to the server device.
  • This specification enables a client to clearly know the data length by transmitting a value for the data length when requesting long data in a GATT profile using the above-mentioned attribute protocol (ATT, 43), and to receive a characteristic value from a server using a UUID.
  • ATT attribute protocol
  • the Generic Access Profile (GAP, 45) is a new layer implemented for Bluetooth LE technology and is used to control role selection for communication between Bluetooth LE devices and how multi-profile operation occurs.
  • the general access profile (45) is mainly used in the device discovery, connection creation and security procedure parts, defines a method for providing information to the user, and defines the type of the attribute as follows.
  • LE profiles (46) are profiles that depend on GATT and are mainly applied to Bluetooth LE devices.
  • LE profiles (46) may include, for example, Battery, Time, FindMe, Proximity, Time, etc., and the specific contents of GATT-based profiles are as follows.
  • the above generic attribute profile may be operable as a protocol that describes how the attribute protocol (43) is utilized when configuring services.
  • the above generic 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 generic attribute profile (44) and the attribute protocol (ATT, 43) can use features to describe the state and services of the device, and to describe how the features relate to each other and how they are used.
  • BLE procedures can be divided into device filtering procedures, advertising procedures, scanning procedures, discovering procedures, and connecting procedures.
  • Device filtering procedures are a way to reduce the number of devices that respond to requests, instructions, notifications, etc. in the controller stack.
  • the controller stack can control the power consumption of the BLE controller stack by reducing the number of requests transmitted.
  • An advertising device or scanning device may perform the above device filtering procedure to limit the devices that receive advertising packets, scan requests, or connection requests.
  • an advertising device refers to a device that transmits an advertising event, i.e., performs an advertisement, and is also expressed as an advertiser.
  • a scanning device is a device that performs scanning and transmits scan requests.
  • a scanning device when a scanning device receives some advertising packets from an advertising device, the scanning device must send a scan request to the advertising device.
  • the scanning device may ignore advertising packets transmitted from the advertising device.
  • Device filtering procedures may also be used during the connection request process. If device filtering is used during the connection request process, the connection request is ignored, thereby eliminating the need to send a response to the connection request.
  • An advertising device performs an advertising procedure to perform a non-directional broadcast to devices within the area.
  • undirected advertising refers to advertising directed to all devices rather than broadcasting to a specific device, and all devices can scan the advertising to request additional information or make a connection request.
  • directed advertising allows only devices designated as receiving devices to scan for advertising and request additional information or a connection.
  • the advertising procedure is used to establish a Bluetooth connection with a nearby initiating device.
  • the advertising procedure may be used to provide periodic broadcasts of user data to scanning devices listening on the advertising channel.
  • Advertising devices can receive scan requests from listening devices that are listening to obtain additional user data from the advertising device.
  • the advertising device transmits a response to the scan request to the device that transmitted the scan request over the same advertising physical channel as the advertising physical channel through which the scan request was received.
  • Broadcast user data sent as part of advertising packets is dynamic data, whereas scan response data is typically static data.
  • An advertising device can receive a connection request from an initiating device on an advertising (broadcast) physical channel. If the advertising device uses a connectable advertising event and the initiating device is not filtered by the device filtering procedure, the advertising device stops advertising and enters connected mode. The advertising device can start advertising again after the connected mode.
  • a device performing scanning i.e., a scanning device, performs a scanning procedure to listen for non-directional broadcasts of user data from advertising devices using an advertising physical channel.
  • the scanning device transmits a scan request to the advertising device through an advertising physical channel to request additional data from the advertising device.
  • the advertising device transmits a scan response, which is a response to the scan request, including the additional data requested from the scanning device through the advertising physical channel.
  • the above scanning procedure can be used while connecting with other BLE devices in a BLE piconet.
  • the scanning device can initiate a Bluetooth connection with the advertising device by transmitting a connection request to the advertising device over the advertising physical channel.
  • the scanning device When a scanning device sends a connection request to an advertising device, the scanning device stops initiator mode scanning for additional broadcasts and enters connection mode.
  • Bluetooth devices Devices capable of Bluetooth communication (hereinafter referred to as “Bluetooth devices”) perform advertising and scanning procedures to discover nearby devices or to be discovered by other devices within a given area.
  • the discovery process is performed asymmetrically.
  • a Bluetooth device that is trying to find other devices in its vicinity is called a discovering device and listens for devices advertising scannable advertising events.
  • a Bluetooth device that is discovered and available to other devices is called a discoverable device and actively broadcasts advertising events over an advertising (broadcast) physical channel to make it scannable to other devices.
  • Both the discovering device and the discoverable device may already be connected to other Bluetooth devices in the piconet.
  • connection procedure is asymmetric, requiring that one Bluetooth device perform an advertising procedure while another Bluetooth device performs a scanning procedure.
  • the advertising procedure can be targeted, so that only one device will respond to the advertisement.
  • the connection After receiving a reachable advertising event from the advertising device, the connection can be initiated by sending a connection request to the advertising device over the advertising (broadcast) physical channel.
  • the link layer enters the advertising state at the direction of the host (stack).
  • the link layer transmits advertising PDUs (Packet Data Circuits) in advertising events.
  • Each advertising event consists of at least one advertising PDU, and the advertising PDUs are transmitted through the advertising channel indices used.
  • the advertising event may be terminated when each advertising PDU has been transmitted through the advertising channel indices used, or may be terminated earlier if the advertising device needs to secure space to perform other functions.
  • the link layer enters the scanning state at the direction of the host (stack). In the scanning state, the link layer listens to advertising channel indices.
  • scanning states There are two types of scanning states: passive scanning and active scanning, and each scanning type is determined by the host.
  • the link layer listens for advertising channel indices during the scanWindow duration.
  • the scanInterval is defined as the interval between the start points of two consecutive scan windows.
  • the link layer must listen for the completion of all scan intervals in the scan window as directed by the host, provided there are no scheduling conflicts. 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 only receives packets and does not transmit any packets.
  • the link layer listens to the advertising device for advertising PDUs and depending on the advertising PDU type it can request additional information about the advertising device.
  • the link layer enters the initiated state upon instruction from the host (stack).
  • the link layer listens for advertising channel indices.
  • the link layer listens for advertising channel indices during the scan window period.
  • the link layer enters the connected state when the device performing the connection request, i.e. the initiating device, sends a CONNECT_REQ PDU to the advertising device, or when the advertising device receives a CONNECT_REQ PDU from the initiating device.
  • connection After entering the connected state, the connection is considered to be created. However, the connection need not be considered established at the time it 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 performs the master role is called the master, and the link layer that performs the slave role is called the slave.
  • the master controls the timing of connection events, and connection events are the points in time when the master and slave are synchronized.
  • the Link Layer has only one packet format, which is used for both advertising channel packets and data channel packets.
  • Each packet consists of four fields: Preamble, Access Address, PDU, and CRC.
  • the PDU When a packet is transmitted on an advertising channel, the PDU will be an advertising channel PDU, and when a packet is transmitted on a data channel, the PDU will be a data channel PDU.
  • An advertising channel PDU Packet Data Circuit
  • PDU Packet Data Circuit
  • the PDU type field of the advertising channel PDU included in the header indicates the PDU type as defined in Table 1 below.
  • Advertising PDU The advertising channel PDU types below are called Advertising PDUs and are used for specific events.
  • ADV_IND Connectable non-directional advertising event
  • ADV_DIRECT_IND Connectable directional advertising event
  • ADV_NONCONN_IND Non-directional advertising event that is not connectable
  • ADV_SCAN_IND Scannable non-directional ad event
  • the above PDUs are transmitted by the link layer in the advertising state and received by the link layer in the scanning state or initiating state.
  • the advertising channel PDU types below are called scanning PDUs and are used in the conditions described below.
  • SCAN_REQ Sent by the link layer in the scanning state and received by the link layer in the advertising state.
  • SCAN_RSP Sent by the link layer in the advertising state and received by the link layer in the scanning state.
  • the advertising channel PDU types below are called initiation PDUs.
  • CONNECT_REQ Sent by the link layer in the initiating state and received by the link layer in the advertising state.
  • a data channel PDU has a 16-bit header, a payload of variable size, 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 circuit (210).
  • the mobile device (450) does not necessarily have to include a battery.
  • the battery may be provided in a detachable external configuration.
  • the wireless power receiving device (200) may include a driving means for driving various operations of the electronic device instead of a battery.
  • the mobile device (450) is illustrated as including a wireless power receiving device (200), and the base station (400) is illustrated as including a wireless power transmitting device (100), but in a broad sense, the wireless power receiving device (200) may be identified with the mobile device (450), and the wireless power transmitting device (100) may be identified with the base station (400).
  • the wireless power transmission device (100) including the communication/control circuit (120) and the wireless power reception device (200) including the communication/control circuit (220) can be expressed as a simplified block diagram as in FIG. 6.
  • FIG. 6 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 circuit (110) and a communication/control circuit (120).
  • the communication/control circuit (120) includes an in-band communication module (121) and a BLE communication module (122).
  • the wireless power receiving device (200) includes a power pickup circuit (210) and a communication/control circuit (220).
  • the communication/control circuit (220) includes an in-band communication module (221) and a BLE communication module (222).
  • the BLE communication modules (122, 222) perform the architecture and operation according to FIG. 5.
  • the BLE communication modules (122, 222) may be used to establish a connection between a wireless power transmission device (100) and a wireless power reception device (200) and to exchange control information and packets required for wireless power transmission.
  • the communication/control circuit (120) may be configured to operate a profile for wireless charging.
  • the profile for wireless charging may be GATT using BLE transmission.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating a wireless power transmission system using BLE communication according to another example.
  • the communication/control circuits (120, 220) may each include only in-band communication modules (121, 221), and the BLE communication modules (122, 222) may be provided separately from the communication/control circuits (120, 220).
  • a coil or coil portion may also be referred to as a coil assembly, coil cell or cell, including a coil and at least one element proximate to the coil.
  • the wireless power transmitter (100) and the wireless power receiver (200) both start communicating for the purpose of configuring and controlling power transmission.
  • the power signal can provide a carrier for all communications, and the protocol for the communications can be composed of several steps.
  • the communication protocol will be described.
  • Figure 8 is a state transition diagram for explaining the wireless power transfer procedure.
  • WPC can define two communication protocols.
  • BPP Baseline protocol
  • EPP Extended Protocol
  • FOD foreign object detection
  • the power transfer operation between the wireless power transmitter (100) and the wireless power receiver (200) can be largely divided into a ping phase (810), a configuration phase (820), a negotiation phase (830), and a power transfer phase.
  • the wireless power transmitter (100) may attempt to establish communication with the wireless power receiver (200).
  • measurements may be performed prior to attempting to establish communication to determine if there are any objects, such as bank cards, coins, or other metals, that may be damaged or heated during the power transfer. Here, these measurements may be performed without waking up the wireless power receiver (200).
  • the wireless power transmitter (100) can obtain design information from the wireless power receiver (200) and then postpone the conclusion on whether the detected metal is a foreign object or a friendly metal to the negotiation phase (830).
  • the wireless power receiver (200) can send basic identification and configuration data to the wireless power transmitter (100) and the wireless power receiver (200). Then, both the wireless power transmitter (100) and the wireless power receiver (200) can use this information to create a baseline power transfer contract.
  • the wireless power transmitter (100) and the wireless power receiver (200) can determine whether to continue with the Baseline Protocol or the Extended Protocol in the configuration phase (820).
  • the wireless power receiver (200) can use features such as enhanced FOD, data transmission stream, and authentication only when implementing the extended protocol.
  • the wireless power transmitter (100) and the wireless power receiver (200) can establish an extended power transfer contract that includes additional settings and restrictions. Additionally, the wireless power receiver (200) can provide design information to the wireless power transmitter (100). The design information can then be used to complete the FOD before transitioning to the power transfer phase (840).
  • the negotiation phase (830) may correspond to a phase that does not exist in the baseline protocol.
  • the power transfer phase (840) may be a phase in which power is transferred to a load of the wireless power receiver (200).
  • the wireless power transmitter (100) and the wireless power receiver (200) may perform system calibration when this phase begins. This phase may occasionally be interrupted to renegotiate elements of the power transfer contract. However, power transfer may continue during this renegotiation.
  • the wireless power transmitter (100) does not yet know whether the wireless power receiver (200) is within the operating volume. Furthermore, the wireless power transmitter (100) cannot recognize the wireless power receiver (200). This is because the system is generally inactive due to lack of power signal.
  • the wireless power transmitter (100) may go through the following steps.
  • Figure 9 schematically illustrates an example of a protocol of the ping phase (810).
  • the wireless power transmitter (100) can perform an analog ping (S910). That is, the wireless power transmitter (100) can transmit an analog ping to check whether an object exists within an operating volume. For example, the wireless power transmitter can detect whether an object exists within an operating volume based on a change in current of a transmitting coil or a primary coil.
  • the wireless power transmitter (100) can apply NFC tag protection (S920).
  • NFC tag protection can be performed through the following procedure.
  • the wireless power transmitter (100) determines that the NFC tag cannot withstand the power signal, it does not start the digital ping and remains in the ping phase, and the wireless power transmitter (100) can inform the user of the reason why it cannot continue.
  • the wireless power transmitter (100) can perform foreign substance detection (S930). That is, the wireless power transmitter (100) can collect information that helps determine whether there is a foreign substance other than the wireless power receiver (200). To this end, the wireless power transmitter (100) can use various methods, such as the pre-power FOD method.
  • the radio power receiver may not operate.
  • the wireless power transmitter (100) may initiate a digital ping (S940).
  • the digital ping may request a response, such as a SIG (signal strength) data packet or an EPT (End Power Transfer) data packet, from the wireless power receiver (200).
  • SIG signal strength
  • EPT End Power Transfer
  • the wireless power transmitter (100) can receive SIG or EPT from the wireless power receiver (200) (S950).
  • the SIG data packet can provide a measurement of coupling
  • the SIG data packet can include information about a signal strength value.
  • the EPT data packet can provide a request to stop power transmission and a reason for the request.
  • the wireless power transmitter (100) may stay in the ping phase (810) and repeat the above steps.
  • the configuration phase (820) is part of the following protocol:
  • the wireless power receiver (200) can identify itself to the wireless power transmitter (100).
  • a wireless power receiver (200) and a wireless power transmitter (100) can establish a baseline power transfer contract.
  • the wireless power receiver (200) and the wireless power transmitter (100) can determine a protocol variation to be used for power transmission.
  • the wireless power transmitter (100) and the wireless power receiver (200) can continue to operate using the digital ping parameters. This can mean that the power and current levels of both the wireless power transmitter (100) and the wireless power receiver (200) only change when the user moves the wireless power receiver (200) from a location within the operating volume.
  • Figure 10 schematically illustrates an example of a protocol of the configuration phase (820).
  • the wireless power transmitter (100) can receive an ID (identification) from the wireless power receiver (200) (S1010).
  • the wireless power transmitter (100) can also receive an XID (extended identification) from the wireless power receiver (200) (S1020). That is, the wireless power receiver (200) can identify itself by using the ID data packet and optionally the XID data packet.
  • the wireless power transmitter (100) can optionally receive a PCH (power control hold-off) data packet from the wireless power receiver (200) (S1030), and the wireless power transmitter (100) can receive a CFG data packet from the wireless power receiver (200) (S1040). That is, the wireless power receiver (200) can provide data for use in a power transfer contract by using the PCH and/or CFG data packets.
  • PCH power control hold-off
  • the wireless power transmitter (100) can check the extended protocol if possible (S1050).
  • the ID data packet may be information for identifying the wireless power receiver (200).
  • the ID may include a manufacturer code, a basic device identifier, etc.
  • the ID may also include information for identifying the presence or absence of an XID data packet in the setup phase.
  • XID data packets may contain additional identification data.
  • the PCH data packet can configure the delay between the reception of a CE data packet and the wireless power transmitter (100) starting to adjust the coil current.
  • CFG data packets can provide basic configuration data.
  • the CFG data packet can provide all parameters governing power transfer in the baseline protocol.
  • the CFG data packet can provide all FSK communication parameters used in the extended protocol.
  • the CFG data packet can provide additional functions of the wireless power receiver (200).
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a message field of a configuration packet (CFG) of a wireless power receiving device according to one embodiment.
  • CFG configuration packet
  • a configuration packet may have a header value of 0x51, and a message field of the configuration packet (CFG) may include a 1-bit authentication (AI) flag and a 1-bit out-of-band (OB) flag.
  • AI authentication
  • OB out-of-band
  • the authentication flag (AI) indicates whether the wireless power receiver supports the authentication function. For example, if the value of the authentication flag (AI) is '1', it indicates that the wireless power receiver supports the authentication function or can act as an authentication initiator, and if the value of the authentication flag (AI) is '0', it indicates that the wireless power receiver does not support the authentication function or cannot act as an authentication initiator.
  • the out-of-band (OB) flag indicates whether the wireless power receiver supports out-of-band communication. For example, if the value of the out-of-band (OB) flag is '1', the wireless power receiver indicates out-of-band communication, and if the value of the out-of-band (OB) flag is '0', the wireless power receiver indicates that it does not support out-of-band communication.
  • the provision of the ID and/or XID as explained above is for identification purposes. And the provision of the PCH and/or CFG is for building a power transmission contract.
  • the negotiation phase (830) is part of an extension protocol that allows the wireless power transmitter (100) and the wireless power receiver (200) to change the power transfer contract. There are two types of this phase.
  • the negotiation phase (830) follows directly after the configuration phase (820) and serves to create an initial extended power transfer agreement.
  • the negotiation phase (830) also serves to complete the pre-power FOD function.
  • the length of the negotiation phase is not limited.
  • the renegotiation phase may interrupt the power transfer phase (840) multiple times and typically serves to adjust a single element of the power transfer contract. Additionally, the FOD/qf, FOD/rf and SRQ/rpr data packets may not be used during the renegotiation phase. The constraints on the CE data packets in the power transfer phase (840) limit the length of the renegotiation phase.
  • a power transfer contract relating to the reception/transmission of wireless power between the wireless power receiving device and the wireless power transmitting device may be extended or modified, or a renewal of the power transfer contract may be made to adjust at least some of the elements of the power transfer contract, or information may be exchanged to establish out-of-band communications.
  • FIG. 12 is a flowchart schematically illustrating a protocol of a negotiation step or a renegotiation step according to one embodiment.
  • the wireless power transmitter (100) can receive a FOD status data packet (e.g. FOD) from the wireless power receiver (200) (S1210).
  • FOD status data packet e.g. FOD
  • the wireless power receiver (200) can use the FOD status data packet to inform the wireless power transmitter (100) of the effect its presence has on the selected property of the reference wireless power transmitter (100). Then, the wireless power transmitter (100) can use this information to configure the FOD function.
  • the wireless power transmitter (100) can transmit ACK/NAK for the above FOD status data packet to the wireless power receiver (200) (S1215).
  • the wireless power receiver (200) can receive an ID (Identification data packet), CAP (Capabilities data packet), and XCAP (extended CAP) of the wireless power transmitter (100) using a GRQ (General Request data packet).
  • ID Identity data packet
  • CAP Capabilities data packet
  • XCAP extended CAP
  • a general request packet may have a header value of 0x07 and may include a 1-byte message field.
  • the message field of the general request packet (GRQ) may include a header value of a data packet that the wireless power receiver (200) requests from the wireless power transmitter (100) using the GRQ packet.
  • the wireless power receiver (200) may transmit a GRQ packet (GRQ/id) requesting an ID packet of the wireless power transmitter (100) to the wireless power transmitter (100) (S1220).
  • GRQ/id GRQ/id
  • the wireless power transmitter (100) that receives the GRQ/id can transmit an ID packet to the wireless power receiver (200) (S1225).
  • the ID packet of the wireless power transmitter (100) includes information about the 'Manufacturer Code'.
  • the ID packet including information about the 'Manufacturer Code' enables the identification of the manufacturer of the wireless power transmitter (100).
  • the wireless power receiver (200) may transmit a GRQ packet (GRQ/cap) requesting a performance packet (CAP) of the wireless power transmitter (100) to the wireless power transmitter (100) (S1230).
  • the message field of the GRQ/cap may include a header value (0x31) of the performance packet (CAP).
  • the wireless power transmitter (100) that receives GRQ/cap can transmit a performance packet (CAP) to the wireless power receiver (200) (S1235).
  • CAP performance packet
  • the wireless power receiver (200) may transmit a GRQ packet (GRQ/xcap) requesting a performance packet (CAP) of the wireless power transmitter (100) to the wireless power transmitter (100) (S1240).
  • GRQ/xcap GRQ packet
  • the message field of the GRQ/xcap may include a header value (0x32) of the performance packet (XCAP).
  • the wireless power transmitter (100) that receives GRQ/xcap can transmit a performance packet (XCAP) to the wireless power receiver (200) (S1245).
  • XCAP performance packet
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a message field of a performance packet (CAP) of a wireless power transmission device according to one embodiment.
  • CAP performance packet
  • a performance packet (CAP) may have a header value of 0x31 and may include a 3-byte message field, as shown in FIG. 19.
  • the message field of a performance packet may include a 1-bit authentication (AR) flag and a 1-bit out-of-band (OB) flag.
  • AR authentication
  • OB out-of-band
  • the authentication flag (AR) indicates whether the wireless power transmitter (100) supports the authentication function. For example, if the value of the authentication flag (AR) is '1', it indicates that the wireless power transmitter (100) supports the authentication function or can operate as an authentication responder, and if the value of the authentication flag (AR) is '0', it indicates that the wireless power transmitter (100) does not support the authentication function or cannot operate as an authentication responder.
  • the out-of-band (OB) flag indicates whether the wireless power transmitter (100) supports out-of-band communication. For example, if the value of the out-of-band (OB) flag is '1', the wireless power transmitter (100) indicates out-of-band communication, and if the value of the out-of-band (OB) flag is '0', the wireless power transmitter (100) may indicate that it does not support out-of-band communication.
  • the wireless power receiver (200) can receive a performance packet (CAP) of the wireless power transmitter (100) to check whether the wireless power transmitter (100) supports the authentication function and whether it supports out-of-band communication.
  • CAP performance packet
  • the wireless power receiver (200) can update elements of a power transfer contract related to power to be provided in the power transfer phase using at least one specific request data packet (SRQ) in the negotiation phase or the renegotiation phase (S1250) and receive an ACK/NAK for this (S1255).
  • SRQ specific request data packet
  • S1250 renegotiation phase
  • S1255 receive an ACK/NAK for this
  • the wireless power receiver (200) can transmit SRQ/en to the wireless power transmitter (100) (S1260) and receive ACK from the wireless power transmitter (100) (S1265).
  • the power transfer phase (840) is the part of the protocol where actual power is transferred to the load of the wireless power receiver (200).
  • the power transfer can proceed according to the terms of the power transfer contract generated in the negotiation phase (830).
  • the wireless power receiver (200) can control the power level by transmitting control error (CE) data, which measures the deviation between the target and actual operating points of the wireless power receiver (200), to the wireless power transmitter (100).
  • CE control error
  • the wireless power transmitter (100) and the wireless power receiver (200) aim to make the control error data 0, at which point the system operates at the target power level.
  • the wireless power transmitter (100) and the wireless power receiver (200) can exchange information to facilitate FOD.
  • the wireless power receiver (200) can periodically report the amount of power it receives (received power level) to the wireless power transmitter (100), and the wireless power transmitter (100) can notify the wireless power receiver (200) whether it has detected a foreign object.
  • a method that can be used for FOD in the power transfer phase can correspond to, for example, power loss calculation.
  • the wireless power transmitter (100) can compare the received power level reported by the wireless power receiver (200) with the amount of transmitted power (transmitted power level) and send a signal to the wireless power receiver (200) (whether or not it has detected a foreign object) when the difference exceeds a threshold.
  • the wireless power transmitter (100) or the wireless power receiver (200) may request renegotiation of the power transfer contract during the power transfer phase. Examples of changed circumstances that may lead to renegotiation of the power transfer contract may be as follows.
  • the wireless power transmitter (100) and the wireless power receiver (200) can initiate a data transmission stream to exchange application level data throughout the power transfer phase (840).
  • a wireless power receiver (200) may want to verify the credentials of a wireless power transmitter (100) to ensure that the wireless power transmitter (100) can be trusted to operate safely at high power levels. Having the appropriate credentials may indicate that compliance testing has been passed.
  • the present specification can provide a method to start power delivery at a low power level and control the power to a higher level only after successfully completing the authentication protocol.
  • Figure 14 schematically illustrates a flowchart of the data flow for the power delivery phase (840) in the baseline protocol.
  • the wireless power receiver (200) can transmit CE to the wireless power transmitter (100) (S1410).
  • the wireless power receiver (200) can generally transmit CE data packets several times per second.
  • the wireless power receiver (200) can transmit a RP (received power) data packet (RP8 in the baseline protocol) to the wireless power transmitter (100) typically once every 1.5 seconds (S1420).
  • the wireless power receiver (200) can transmit a CHS (charge status) data packet to the wireless power transmitter (100) (S1430).
  • CHS charge status
  • the CE data packet can provide feedback on the desired power level.
  • the CE data packet can include a control error value, where the control error value can be a signed integer value that is a relative measurement of the deviation between the actual operating point and the target operating point of the wireless power receiver (200). If the control error value is a positive value, it indicates that the actual operating point is below the target operating point, and the wireless power transmitter (100) can be requested to increase the power signal. If the control error value is a negative value, it indicates that the actual operating point is above the target operating point, and the wireless power transmitter (100) can be requested to decrease the power signal.
  • RP8 data packets can report received power levels.
  • RP8 data packets can only be included in the baseline protocol.
  • CHS data packets can provide the charge level of the battery under load.
  • Figure 15 schematically illustrates a flowchart of data flow for the power transfer phase (840) in the extended protocol.
  • the wireless power receiver (200) can transmit CE to the wireless power transmitter (100) (S1510).
  • the wireless power receiver (200) can generally transmit CE data packets several times per second.
  • the wireless power receiver (200) can transmit a RP (received power) data packet (RP in the extended protocol) to the wireless power transmitter (100) typically once every 1.5 seconds (S1515).
  • RP received power
  • control error packets (CE) and received power packets (RP) are data packets that must be repeatedly transmitted/received according to the timing constraints required for controlling wireless power.
  • the wireless power transmitter (100) can control the level of wireless power to be transmitted based on a control error packet (CE) and a received power packet (RP) received from a wireless power receiver (200).
  • CE control error packet
  • RP received power packet
  • the wireless power transmitter (100) can respond to the received power packet (RP) with a bit pattern such as ACK, NAK, ATN, etc. (S1520).
  • the wireless power transmitter (100) For a received power packet (RP/0) with a mode value of 0, the wireless power transmitter (100) responds with ACK, which means that power transmission can continue at the current level.
  • the wireless power transmitter (100) responds with NAK, which means that the wireless power receiver (200) should reduce power consumption.
  • the wireless power transmitter (100) responding with ACK means that the wireless power receiver (200) has accepted the power compensation value included in the received power packet (RP/1 or RP/2).
  • the received power packet (RP/1) with the mode value of 1 as described above may mean a first calibration data point
  • the received power packet (RP/2) with the mode value of 2 may mean an additional calibration data point
  • the wireless power receiver may transmit multiple additional power calibration values to the wireless power transmitter by transmitting the received power packet (RP/2) with the mode value of 2 multiple times, and the wireless power transmitter may perform a calibration procedure based on the received RP/1 and multiple RP/2s.
  • the wireless power transmitter (100) When the wireless power transmitter (100) responds with an ATN to a received power packet (RP), it means that the wireless power transmitter (100) requests permission for communication. That is, the wireless power transmitter (100) can transmit an ATN (attention) response pattern to request permission to transmit a data packet in response to the RP data packet. In other words, the wireless power transmitter (100) can transmit an ATN to the wireless power receiver (200) in response to the RP data packet, thereby requesting permission to transmit a data packet from the wireless power receiver (200).
  • ATN attention
  • the wireless power receiver (200) can transmit a CHS (charge status) data packet to the wireless power transmitter (100) (S1525).
  • CHS charge status
  • the wireless power transmitter (100) and the wireless power receiver (200) can exchange DSR (data stream response) data packets, CAP data packets, and NEGO data packets to initiate renegotiation for elements (typically guaranteed load power) in a power transfer contract.
  • DSR data stream response
  • the wireless power receiver (200) can transmit a DSR data packet to the wireless power transmitter (100) (S1530), and the wireless power transmitter (100) can transmit a CAP to the wireless power receiver (200) (S1535).
  • the wireless power receiver (200) can transmit a NEGO data packet to the wireless power transmitter (100) (S1540), and the wireless power transmitter (100) can transmit an ACK to the wireless power receiver (200) in response to the NEGO data packet (S1545).
  • the data packets related to the initiation of the renegotiation phase can be organized as follows.
  • the DSR data packet can be set to one of the following values:
  • i) 0x00-DSR/nak Indicates that the last received data packet from the wireless power transmitter (100) was rejected.
  • the CAP data packet provides information about the function of the wireless power transmitter (100). The specific details are as described above.
  • a NEGO data packet can request the wireless power transmitter (100) to proceed to the renegotiation phase.
  • the wireless power transmitter (100) and the wireless power receiver (200) can use ADC (auxiliary data control), ADT (auxiliary data transport) and DSR data packets to exchange application level data.
  • ADC auxiliary data control
  • ADT auxiliary data transport
  • DSR DSR data packets
  • the wireless power receiver (200) can transmit an ADC/ADT to the wireless power transmitter (100) (S1550), and the wireless power transmitter (100) can transmit an ACK/NAK to the wireless power receiver (200) in response thereto (S1555).
  • the wireless power receiver (200) can transmit a DSR to the wireless power transmitter (100) (S1560), and the wireless power transmitter can transmit an ADC/ADT to the wireless power receiver (S1565).
  • the data transmission stream plays a role in transferring application-level data from the data stream initiator to the data stream responder.
  • the application-level data can be broadly classified into i) authentication applications and ii) exclusive (general purpose) applications.
  • messages/information related to the authentication application can be organized as follows:
  • the message used in the authentication procedure is called an authentication message.
  • the authentication message is used to carry information related to authentication.
  • the authentication request is transmitted by an authentication initiator, and the authentication response is transmitted by an authentication responder.
  • the wireless power transmission device and the reception device can be the authentication initiator or the authentication responder. For example, if the wireless power transmission device is the authentication initiator, the wireless power reception device becomes the authentication responder, and if the wireless power reception device is the authentication initiator, the wireless power transmission device becomes the authentication responder.
  • Authentication request messages include GET_DIGESTS, GET_CERTIFICATE, and CHALLENGE.
  • This request can be used to retrieve a certificate chain digest.
  • the wireless power receiver (200) can request as many digests as desired at one time.
  • This request can be used to read a segment of the target certificate chain.
  • This request can be used to initiate certification of a power transmission product device.
  • the authentication response message contains DIGESTS, CERTIFICATE, CHALLENGE_AUTH, and ERROR.
  • the wireless power transmitter (100) can use the DIGESTS response to send a certificate chain summary and report slots containing valid certificate chain summaries.
  • This response can be used by the wireless power transmitter (100) to send the requested segment of the certificate chain.
  • the wireless power transmitter (100) can respond to a CHALLENGE request using CHALLENGE_AUTH.
  • This response can be used to transmit error information from the power transmitter.
  • the authentication message may be called an authentication packet, authentication data, or authentication control information. Additionally, messages such as GET_DIGEST and DIGESTS may be called GET_DIGEST packets, DIGEST packets, etc.
  • the wireless power receiver (200) and the wireless power transmitter (100) can transmit application level data through a data transmission stream.
  • the application level data transmitted through the data transmission stream can be composed of a data packet sequence having the following structure.
  • FIG. 16 illustrates an application level data stream between a wireless power transmitter (100) and a wireless power receiver (200) according to an example.
  • the data stream may include auxiliary data control (ADC) data packets and/or auxiliary data transport (ADT) data packets.
  • ADC auxiliary data control
  • ADT auxiliary data transport
  • ADC data packets are used to open a data stream.
  • ADC data packets can indicate the type of message contained in the stream and the number of data bytes.
  • ADT data packets are sequences of data containing the actual message.
  • ADC/end data packets are used to signal the end of a stream. For example, the maximum number of data bytes in a data transport stream can be limited to 2047.
  • ACK or NAC is used to indicate whether the ADC data packet and ADT data packet have been normally received.
  • control information required for wireless charging such as a control error packet (CE) or DSR, can be transmitted.
  • authentication-related information or other application-level information can be transmitted and received between a wireless power transmitter and receiver.
  • Figure 17 illustrates a power control method according to one embodiment.
  • the wireless power transmitter (100) and the wireless power receiver (200) can control the amount of power transferred by performing communication along with power transmission and reception.
  • the wireless power transmission device and the wireless power reception device operate at a specific control point.
  • the control point represents a combination of voltage and current provided from the output of the wireless power reception device when power transfer is performed.
  • the wireless power receiver selects a desired control point - a desired output current/voltage, a temperature at a specific location of the mobile device, etc., and additionally determines an actual control point that is currently in operation.
  • the wireless power receiver can calculate a control error value using the desired control point and the actual control point, and transmit it to the wireless power transmitter as a control error packet.
  • the wireless power transmitter can control power transfer by setting/controlling new operating points - 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 transmission stage, and as an example, the wireless power receiver can transmit the control error value as a negative number when it wants to reduce the current of the wireless power transmitter, and as a positive number when it wants to increase the current. In this way, in the inductive mode, the wireless power receiver can control power transfer by transmitting the control error packet to the wireless power transmitter.
  • the resonance mode it can operate in a different way from the inductive mode.
  • one wireless power transmitter should be able to serve multiple wireless power receivers simultaneously.
  • the wireless power transmitter commonly transfers basic power, and the wireless power receiver controls the amount of power received by controlling its own resonant frequency to use a method.
  • the method described in FIG. 17 is not completely excluded in the operation of this resonance mode, and additional transmission power control can be performed by the method of FIG. 17.
  • WPC Wireless Power Consortium
  • the Qi standard from WPC defines the baseline power profile (BPP), the extended power profile (EPP), and the magnetic power profile. Below, BPP, EPP, and MPP are explained respectively.
  • BPP Baseline power profile
  • BPP is a power transfer profile between a wireless power transmitter and receiver supporting power transfer of up to 5W.
  • BPP supports unidirectional communication from a wireless power receiver to a wireless power transmitter.
  • the communication method at this time may correspond to ASK (amplitude shift keying).
  • BPP may have protocol phases of ping, setup, and power transfer.
  • EPP is a power transfer profile between a wireless power transmitter and receiver supporting power transfer of up to 15W.
  • EPP supports bidirectional communication between a wireless power receiver and a wireless power transmitter.
  • the communication method from the wireless power receiver to the wireless power transmitter may correspond to ASK (amplitude shift keying), and the communication method from the wireless power transmitter to the wireless power receiver may correspond to FSK (frequency shift keying).
  • ASK amplitude shift keying
  • FSK frequency shift keying
  • EPP may correspond to a higher profile of BPP.
  • the EPP wireless power transmitter can operate as a BPP wireless power transmitter.
  • the EPP wireless power receiver when placed on a BPP wireless power transmitter, the EPP wireless power receiver can operate as a BPP wireless power receiver.
  • EPP can maintain compatibility with BPP.
  • An EPP wireless power receiver can indicate that it is an EPP wireless power receiver by setting the 'neg' bit to 1 in the configuration packet (i.e. CFG).
  • CFG configuration packet
  • a specific example of the configuration packet is as described above.
  • the EPP wireless power transmitter When the EPP wireless power transmitter receives a configuration packet with the 'neg' bit set to 1 from the wireless power receiver, the EPP wireless power transmitter can respond to the wireless power receiver with an ACK FSK bit pattern.
  • the BPP wireless power transmitter since the BPP wireless power transmitter does not support the FSK communication method, the BPP wireless power transmitter cannot transmit the FSK bit pattern. Accordingly, the EPP wireless power receiver that transmits a configuration packet to the BPP wireless power transmitter with the 'neg' bit set to 1 can identify that the counterpart wireless power transmitter is a BPP wireless power transmitter by not receiving the above ACK response.
  • Qi v2.0 aims to provide a new power transfer profile for wireless power transfer systems, and among the power transfer profiles proposed at this time is the magnetic power profile (MPP).
  • MPP may correspond to Apple's exclusive extension based on Qi v1.3.0.
  • MPP is a power transfer profile between a wireless power transmitter and receiver supporting power transfer of up to 15 W.
  • bidirectional communication between a wireless power receiver and a wireless power transmitter is supported in MPP.
  • the communication method from the wireless power receiver to the wireless power transmitter may correspond to ASK (amplitude shift keying), and the communication method from the wireless power transmitter to the wireless power receiver may correspond to FSK (frequency shift keying).
  • MPP there may be protocol phases of ping, setup, MPP negotiation, and MPP power transfer.
  • MPP may correspond to a higher profile of BPP.
  • the MPP wireless power transmitter can operate as a BPP wireless power transmitter.
  • the MPP wireless power receiver when placed on a BPP wireless power transmitter, the MPP wireless power receiver can operate as a BPP wireless power receiver.
  • MPP can maintain compatibility with BPP.
  • MPP wireless power receivers can utilize specific MPP indicators within extended ID packets.
  • the wireless power receiver In order for an MPP wireless power receiver to indicate whether it supports MPP via XID, the wireless power receiver must inform the wireless power transmitter that the XID is transmitted via an ID packet.
  • the ID packet transmitted by the MPP wireless power receiver can be as follows.
  • Figure 18 schematically illustrates the structure of an MPP ID packet.
  • the values of the major version fields b4 to b7 of B0 can be set to 1.
  • the values of the minor version fields b0 - b3 of B0 may be values to be determined later.
  • the values of the manufacturer codes of B1 and B2 can be assigned as PRMC codes.
  • the value of the 'ext' field of b7 of B3 can be set to 1 to indicate that an XID packet is to be additionally transmitted.
  • the values of the random identifier fields b0 to b6 of B3, b3 to b7 of B4, and B5 can be set according to the random device identification policy.
  • Figure 19 schematically illustrates an example of an XID packet in MPP.
  • an XID packet in MPP may include an 'XID Selector' field, a 'Restricted' field, a 'Freq Mask' field, etc.
  • whether MPP is supported or not can be determined based on whether the value of 'XID selector' is 0xFE. That is, if the value of B_0 of XID is 0xFE, then the XID at this time can correspond to information indicating that the wireless power receiver supports MPP.
  • the 'Restricted' field may correspond to information indicating whether the wireless power receiver operates in MPP restricted mode or MPP full mode. If the wireless power receiver selects to operate in MPP restricted mode, the above field may be set to 1. On the other hand, in other cases (e.g., if the wireless power receiver selects not to operate in MPP restricted mode), the above field may be set to 0.
  • the 'Preferred Frequency' field may mean the MPP preferred frequency.
  • the wireless power receiver may set this field to 128 kHz if it wants to retrieve information from the wireless power transmitter before switching the frequency (in the negotiation phase). In other cases, the wireless power receiver may set this field to 360 kHz.
  • the 'Freq Mask' field is a field to determine whether the operating frequency of 360 kHz is supported. That is, if the 'Freq Mask' field is set to 0, 360 kHz is supported.
  • the wireless power transmitter can determine whether the wireless power receiver supports MPP by determining whether the 'Ext' bit of the ID received from the wireless power receiver is set to 1 and whether B_0 of the XID is set to 0xFE.
  • the MPP wireless power transmitter can perform a digital ping and identify the receiver using the information contained in the ID and XID packets.
  • the wireless power transmitter may determine that the wireless power receiver supports MPP if all of the following conditions are met:
  • the subheader (byte 0) of the XID packet is set to the MPP selector.
  • the wireless power transmitter can proceed with the subsequent procedures according to the Qi v1.3 specification.
  • the wireless power transmitter performs the following:
  • MPP restricted mode When the 'restricted' flag is set to 1.
  • MPP full mode when the 'restricted' flag is set to 0.
  • the MPP wireless power transmitter when the MPP wireless power transmitter receives a configuration packet with the 'neg' bit set to 1 from the wireless power receiver, the MPP wireless power transmitter (in MPP full mode) can respond to the wireless power receiver with an MPP ACK FSK bit pattern.
  • the wireless power transmitter in the MPP limited mode since the wireless power transmitter in the MPP limited mode does not support the FSK communication method, the wireless power transmitter in the MPP limited mode cannot transmit the FSK bit pattern. However, since the wireless power transmitter in the MPP limited mode uses an operating signal of 360 kHz for power transfer, an MPP wireless power receiver that transmits a configuration packet to the wireless power transmitter operating in the MPP limited mode by setting the 'neg' bit to 1 can identify that the counterpart wireless power transmitter is a wireless power transmitter in the MPP limited mode through the operating frequency.
  • MPP Restricted mode also known as MPP Baseline Profile
  • MPP Full mode also known as MPP Full Profile
  • the 'restricted' field in the XID is set to 1, but in MPP full mode, the 'restricted' field in the XID is set to 0.
  • FSK communication is not supported in MPP limited mode, but FSK communication can be supported in MPP full mode.
  • MPP ACK for CFG cannot be transmitted, and therefore MPP negotiation is not supported in MPP limited mode.
  • MPP full mode since FSK communication is supported in MPP full mode, MPP ACK for CFG can be transmitted, and therefore MPP negotiation can be supported in MPP full mode.
  • MPP limited mode can be used interchangeably with MPP baseline profile
  • MPP full mode can be used interchangeably with MPP full profile
  • FSK communication is not supported in MPP limited mode. That is, in MPP limited mode, there may be no data packets transmitted from the wireless power transmitter to the wireless power receiver.
  • MPP limited mode there may be no data packets transmitted from the wireless power transmitter to the wireless power receiver.
  • the protocol in MPP limited mode is explained through drawings.
  • Figure 20 schematically illustrates the protocol in MPP limited mode.
  • the wireless power receiver can transmit a SIG to the wireless power transmitter on a first operating frequency (e.g., 128 kHz).
  • a first operating frequency e.g. 128 kHz.
  • the first operating frequency may correspond to an operating frequency at which BPP and/or EPP can be performed.
  • the first operating frequency corresponds to a frequency at which the wireless power transmitter operates.
  • the wireless power receiver can transmit an ID packet to the wireless power transmitter on the first operating frequency.
  • the 'ext' bit of the ID can be set to 1 to indicate that the XID is additionally transmitted.
  • the wireless power receiver can transmit an XID packet to the wireless power transmitter on a first operating frequency.
  • the value of B0 in the XID at this time can be 0xFE, and if the value of B0 in the XID is set to 0xFE, this can correspond to information notifying that the wireless power receiver supports MPP.
  • the 'Restricted' field in the XID at this time can be set to 1 to notify that the wireless power receiver operates in MPP restricted mode.
  • the wireless power transmitter can remove the power signal and restart the ping phase at the new operating frequency.
  • the wireless power receiver When the ping phase is restarted, the wireless power receiver will start transmitting SIG again, but this time at the second operating frequency (e.g., 360 kHz).
  • the second operating frequency e.g., 360 kHz
  • the wireless power receiver transmits ID, XID, and CFG packets to the wireless power transmitter at the second operating frequency, respectively.
  • the wireless power receiver can receive wireless power based on the MPP baseline from the wireless power transmitter by transmitting CEP to the wireless power transmitter.
  • FSK communication can be supported in MPP full mode. That is, in MPP full mode, there can be data packets transmitted from a wireless power transmitter to a wireless power receiver. In other words, MPP negotiation, etc. can be performed between a wireless power transmitter and a wireless power receiver. Under this background, the protocol in MPP full mode will be explained through drawings.
  • FIGS 21 and 22 schematically illustrate the protocol in MPP full mode.
  • the wireless power receiver can transmit a SIG to the wireless power transmitter on a first operating frequency (e.g., 128 kHz).
  • a first operating frequency e.g. 128 kHz.
  • the first operating frequency may correspond to an operating frequency at which BPP and/or EPP can be performed.
  • the first operating frequency corresponds to a frequency at which the wireless power transmitter operates.
  • the wireless power receiver can transmit an ID packet to the wireless power transmitter on the first operating frequency.
  • the 'ext' bit of the ID can be set to 1 to indicate that the XID is additionally transmitted.
  • the wireless power receiver can transmit an XID packet to the wireless power transmitter on a first operating frequency.
  • the value of B0 in the XID at this time can be 0xFE, and if the value of B0 in the XID is set to 0xFE, this can correspond to information notifying that the wireless power receiver supports MPP.
  • the 'Restricted' field in the XID at this time can be set to 0 so that the above field can notify that the wireless power receiver operates in MPP full mode.
  • the wireless power transmitter does not remove the power signal even if it receives an XID packet from the wireless power receiver. At this time, the wireless power receiver still transmits a CFG packet to the wireless power transmitter after the XID packet because the power signal has not been removed.
  • the wireless power receiver can receive an MPP ACK from the wireless power transmitter as a response to the above CFG packet.
  • a wireless power receiver that receives an MPP ACK enters a negotiation phase with a wireless power transmitter, and both the wireless power receiver and the wireless power transmitter can proceed with negotiation.
  • the wireless power receiver can enter the power transfer phase with the wireless power transmitter.
  • the wireless power receiver transmits an EPT packet to the wireless power transmitter.
  • the wireless power transmitter which receives the EPT packet, removes the power signal and can then restart the ping phase at a new operating frequency.
  • the wireless power receiver starts transmitting SIG again.
  • the operating frequency at this time may be the second operating frequency (e.g., 360 kHz).
  • the wireless power receiver transmits ID, XID, and CFG packets to the wireless power transmitter at the second operating frequency, respectively. Then, the wireless power receiver can receive an MPP ACK from the wireless power transmitter.
  • the wireless power receiver that receives the MPP ACK enters a negotiation phase with the wireless power transmitter at the second operating frequency, and both the wireless power receiver and the wireless power transmitter can proceed with negotiation.
  • the wireless power receiver After the negotiation process, the wireless power receiver enters a power transfer phase with the wireless power transmitter at the second operating frequency.
  • the wireless power receiver can receive wireless power based on the MPP full mode from the wireless power transmitter by transmitting XCE to the wireless power transmitter and receiving a response thereto (e.g., receiving ACK).
  • the presence of foreign matter between the wireless power transmitter and the wireless power receiver can pose a risk to wireless charging between the wireless power transmitter and the wireless power receiver.
  • the charging efficiency may be reduced due to heat generation in foreign substances existing between the wireless power transmitter and the wireless power receiver due to the generation of a magnetic field between them.
  • the heat generation of foreign substances may cause the wireless power transmitter and/or wireless power receiver device to malfunction.
  • a method of measuring quality factors can be provided.
  • FIGS 23 and 24 illustrate examples of measurement/calculation of quality factors.
  • the quality factor i.e., Q-factor, in FIG. 23 and FIG. 24 is a property used to find the resistance (R) component under given inductance (L) and frequency (w) conditions, which is wL/R.
  • the quality factor may be a value used for foreign object detection (FOD) between a wireless power transmitter and a wireless power receiver.
  • the wireless power receiver may remember the value of its reference Q factor in advance, and transmit the value of the reference Q factor to the wireless power transmitter through a packet in the negotiation phase.
  • the value of the reference Q factor may be transmitted from the wireless power receiver to the wireless power transmitter through, for example, FOD/xx (e.g. FOD/rf, FOD/qf) in the negotiation phase.
  • the wireless power transmitter can measure the Q-factor by generating a small signal before wireless charging (i.e., before power transfer). Then, the wireless power transmitter can compare the Q-factor value it measured with the value reported by the wireless power receiver (e.g., the value of the reference Q-factor) to determine whether FOD occurs.
  • MPP Magnetic Power Profile
  • K estimation coupling estimation
  • the coupling factor K can be measured during the initial identification stage (or setup stage) of the charging on-ramp.
  • the coupling factor at this time can be used in the settings of the resonant capacitor and 'snubber' capacitor of the wireless power transmitter, the setting of the transmittable power, the setting of in-band communication, or the function of over voltage protection in load change situations.
  • the coupling factor can be determined through the following formula.
  • M is the “mutual inductance”
  • L TX is the inductance of the wireless power transmitter coil
  • L RX is the inductance of the wireless power receiver coil.
  • V rect is the output voltage of the rectifier of the wireless power receiver
  • V inv is the voltage applied to the inverter of the wireless power transmitter
  • V CTX-pp is the peak-to-peak value of the voltage across the resonant capacitor of the wireless power transmitter.
  • the wireless power receiver can transmit the coefficients a 0rx , a 1rx and Vrect values required for calculation to the wireless power transmitter in an XID packet.
  • the wireless power transmitter can calculate Kest using the values received from the wireless power receiver and the Vinv (inverter voltage) and Vctx-pp (resonant voltage) measured by itself. Then, the wireless power transmitter can use the above values as reference values for system settings.
  • MPP systems and EPP systems are the two main forms of wireless charging technology.
  • high alignment can be provided by using magnets included inside the wireless power transmitter and wireless power receiver, and charging can proceed between the wireless power transmitter and the wireless power receiver under the premise of such high alignment.
  • charging can occur between a wireless power transmitter and a wireless power receiver, assuming that no magnets are contained within the wireless power transmitter and/or wireless power receiver.
  • Future wireless power transfer systems may have mixed wireless power transfer protocols among BPP, EPP, and MPP, as described above.
  • MPP wireless power receivers that use magnets must be aligned with the location where the magnets exist in the wireless power transmitter.
  • alignment can be difficult, which may result in improper charging. This may result in reduced charging efficiency or no charging at all.
  • the hybrid system can collide. Since the MPP system has magnets, it can collide with the EPP system, causing interference between the wireless power transmitter and wireless power receiver. This collision can cause problems such as reduced charging efficiency or even the charger not functioning properly.
  • a moving coil wireless power transmitter can be provided.
  • Figure 25 schematically illustrates the principle of a moving coil wireless power transmitter.
  • a method of moving a coil belonging to the wireless power transmitter can be used. That is, a method can be provided in which the magnet of the wireless power transmitter is removed for compatibility with EPP and MPP, and the wireless power transmitter detects the position of the wireless power receiver, and the coil of the wireless power transmitter moves to the center of the coil of the wireless power receiver.
  • the method of moving the coil without using magnets as described above can provide flexibility for mixing and matching various types of wireless charging devices.
  • since the user only needs to place the device on the charger there may be an advantage in that precise positioning is not required.
  • since the method of moving the coil does not include magnets, it can reduce interference caused by magnets between chargers.
  • the wireless power transmitter and wireless power receiver using MPP measure the quality factor and coupling factor only at the initial stage of charging.
  • the alignment will not change due to the magnet, so the MPP system assumes that the charging conditions do not change during the charge.
  • a method (MPLA) is used to precisely calculate the power loss while the wireless power transmitter transfers wireless power to the wireless power receiver, and the FOD performance is guaranteed by precisely calibrating it with the certification equipment under the assumption that it has an alignment error of less than 2 mm with the magnet.
  • the position of the wireless power receiver can be changed by an external force in the case of a moving coil wireless power transmitter (Moving Coil TX) without a magnet. That is, in the case of a moving coil wireless power transmitter, the position of the wireless power receiver can be changed by an external force. And due to this, the assumption that the power loss can be precisely calculated within a limited alignment range assumed in the existing MPP system may collapse.
  • this specification proposes an operation and related protocol for changing the charging state based on the quality factor measurement results of an MPP wireless charging device.
  • FIG. 26 is a flowchart of a method for performing material detection according to one embodiment of the present specification.
  • the wireless power transmitter may enter a power transfer phase related to transferring the wireless power (S2610).
  • the wireless power transmitter may transfer wireless power to a wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter may be a wireless power transmitter supporting BPP, EPP and/or MPP as described above
  • the wireless power receiver may be a wireless power receiver supporting BPP, EPP and/or MPP as described above.
  • the wireless power transmitter may include a first coil related to the transmission of the wireless power.
  • the wireless power transmitter may detect the position of the second coil included in the wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter may support the mobility of the first coil based on the detection of the position.
  • the wireless power transmitter may enter the negotiation phase for renegotiation in the power transfer phase.
  • the wireless power transmitter can receive a packet related to a trigger for generating a slot from the wireless power receiver during the power transfer phase (S2620).
  • the packet may be a PLA (power loss accounting) packet.
  • the packet may be a GET packet. Specific operations between the wireless power transmitter and/or wireless power receiver according to the PLA packet or the GET packet will be described later.
  • the wireless power transmitter can perform detection of a foreign object on the slot during the power transfer phase (S2630).
  • the detection of the foreign object can be performed based on a quality factor measured on the slot.
  • specific details about the slot, etc. will be described later for convenience of explanation.
  • the wireless power transmitter can perform a reduction in the transmission of the wireless power or a stop in the transmission of the wireless power based on the detection of the substance (S2640).
  • the reduction in the transmission of the wireless power may be a power throttling scheme.
  • the wireless power transmitter may restart the transmission of the wireless power.
  • a configuration for monitoring a charging state and measuring quality factors by generating a slot during charging can be provided.
  • the alignment can be changed by an external force during charging.
  • a configuration can be provided that infers a change in the alignment state or FO insertion.
  • charging can be restarted after the wireless power receiver requests charging termination.
  • the alignment state change or FO insertion can be determined based on the degree of change in the Q and/or K values.
  • the wireless power transmitter can realign the alignment by stopping charging and then restarting charging.
  • the wireless power transmitter may stop charging.
  • a slot can mean a period where the wireless power transmitter stops driving the coil and the voltage is reduced.
  • a slot can mean a period where the wireless power transmitter stops driving the coil during charging and creates a closed loop state.
  • a slot can mean a period where charging is temporarily interrupted.
  • Figure 27 schematically illustrates an example of a coil for creating a slot.
  • the wireless power transmitter can drive the charging coil.
  • the wireless power transmitter in order to stop driving the coil as described above, can close the 'QB_Low' and 'QA_Low' switches during driving of the coil. That is, the wireless power transmitter can create a slot by closing the 'QB_Low' and 'QA_Low' switches during driving of the coil.
  • the length of the slot interval can be determined according to the frequency and number of waveforms.
  • the length of the slot interval can be determined to be approximately the length of the interval in which about 10 or more waveforms in which the voltage of the coil is attenuated at a natural frequency occur.
  • the interval length of the slot as above in the time dimension may need to be within 100us.
  • the wireless power transmitter can calculate a quality factor, i.e., a slot quality factor, on the slot. Then, a method for calculating the slot quality factor is explained through a drawing as follows.
  • Figure 28 schematically illustrates an example of calculating a slot quality factor.
  • the wireless power transmitter stops driving the coil
  • the voltage at the coil of the wireless power transmitter is attenuated within the slot section.
  • autonomous resonance occurs in the coil of the wireless power transmitter within the slot section as shown in the drawing, and the slot quality factor can be estimated from the attenuation ratio of this waveform.
  • the waveform in the slot i.e. the voltage of the TX coil within the slot section
  • the waveform in the slot can be expressed in a formula, for example, as follows.
  • the wireless power transmitter can calculate the slot quality factor by measuring the voltage envelope of the resonant capacitor (cap) of the wireless power transmitter in the slot section, and if the measurement point at this time is expressed on the circuit, the 'coil_V' part in Fig. 26 can correspond to the measurement point.
  • the envelope can be expressed, for example, by the following formula.
  • the wireless power transmitter can estimate the exponential function of the envelope, and the wireless power transmitter can calculate the quality factor (Q factor) as the attenuation ratio of the exponential function.
  • Figure 29 schematically illustrates the relationship between coil voltage and coil current.
  • the wireless power transmitter can create a slot at the point where the voltage is maximum and the current is zero.
  • the wireless power transmitter can obtain a value of a slot quality factor (e.g. 'slotted Q-factor') having the same value as the value of a quality factor measured before the start of charging (e.g. 'pre-power Q-factor').
  • a slot quality factor e.g. 'slotted Q-factor'
  • the wireless power transmitter can determine the presence or absence of FO by comparing the Q value measured before charging starts and the slot Q value measured after charging starts.
  • Figure 30 schematically illustrates the generation of slots by PLA packets.
  • the MPP wireless power transmitter can measure Q (i.e., quality factor) by performing a slot (or generating a slot) at the following points in time.
  • Q i.e., quality factor
  • the wireless power transmitter can generate a slot (or perform a slot) after receiving a PLA packet from the wireless power receiver in the power transfer phase. Then, based on the measurement result of the quality factor in the slot, the wireless power transmitter can transmit an FSK response to the wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter can start a response within 3 to 10 ms after receiving a Power Loss Accounting Packet (PLA packet) from the wireless power receiver. That is, the wireless power transmitter can start transmitting a response within 3 to 10 ms from the time of receiving the PLA packet.
  • PLA packet Power Loss Accounting Packet
  • the wireless power transmitter can perform slot Q measurement within 0 to 3 ms after receiving a Power Loss Accounting Packet (PLA packet) from the wireless power receiver. Then, the wireless power transmitter can transmit an FSK response to the wireless power receiver according to the measurement result for the quality factor in the slot.
  • PPA packet Power Loss Accounting Packet
  • the reason why the wireless power transmitter generates a slot within 0 to 3 ms after receiving a Power Loss Accounting Packet (PLA packet) is to maintain a time specification for the response of the PLA. That is, in order to perform a measurement on the slot before transmitting the response of the PLA, the wireless power transmitter can generate a slot at a time earlier than the time at which the response of the PLA is transmitted.
  • PLA packet Power Loss Accounting Packet
  • the slot length required for Q measurement may be less than 100 us. That is, the wireless power transmitter can measure the quality factor in a section less than 100 us, which is a sufficiently short time that does not affect power transmission. Accordingly, even if the wireless power transmitter temporarily stops transmitting wireless power in the slot, such interruption may not have a significant effect on power transmission.
  • the Q measurement result is different from the value of the quality factor measured before charging (e.g., the value measured with open air Q), it can be estimated as an alignment change.
  • the wireless power transmitter can perform a power throttling scheme.
  • the wireless power transmitter can stop charging and then resume charging after restoring the alignment state.
  • the wireless power transmitter can determine the degree of change in the Q value from the Q measurement result (the value of the quality factor measured before charging start). At this time, the wireless power transmitter can estimate the FO insertion as a result of determining the degree of change as above.
  • the wireless power transmitter can perform a power throttling scheme.
  • the wireless power transmitter can stop charging and then restart charging.
  • the structure of a PLA packet can be as follows.
  • Figure 31 schematically illustrates the structure of a PLA packet.
  • a PLA packet may include a 'Received Power' field and a 'PRECT field'.
  • the 'Received Power' field can represent the expected received power value of the power receiver in units of 1mW.
  • the 'PRECT field' can represent the power measured at the rectifier in units of 1mW.
  • the response to the PLA packet may be as shown in the table below.
  • the response may be one of ACK (Acknowledge) indicating that the substance is not detected, NAK (Not acknowledge) indicating the possibility of detection of the substance and indicating to start reducing the transmission of the wireless power, ND (Not defined) indicating that the pattern is not allowed, or ATN (Attention) indicating that the wireless power transmitter prefers communication.
  • ACK Acknowledge
  • NAK Not acknowledge
  • ND Not defined
  • ATN Attention
  • MPP it is possible for a wireless power receiver to request information from a wireless power transmitter through a 'Get Request Packet' during the power transfer phase.
  • the wireless power receiver can create a slot for the wireless power transmitter and request the value of the quality factor measured in the slot. That is, the wireless power receiver can instruct the wireless power transmitter to send the value of the quality factor measured in the slot.
  • the above GET packet can indicate a parameter called 'PTx Q Measurement' through the value of X. That is, the wireless power receiver can set the parameter value of the GET packet to a value X that has a parameter called 'PTx Q Measurement', and the wireless power receiver can request slot Q from the wireless power transmitter through this.
  • the wireless power transmitter can perform slot Q after receiving the packet. Then, the wireless power transmitter can determine alignment change and/or FO detection by measuring quality factors on the above slot. Then, the wireless power transmitter can respond the above determination result to the wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter can start responding within 3 to 10ms after receiving a 'Get Request Packet' from the wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter can perform slot Q measurement within 0 to 3 ms after receiving a 'Get Request Packet' from the wireless power receiver. Thereafter, based on the result of the quality factor measured in the slot, the wireless power transmitter can make an FSK response to the wireless power receiver.
  • the reason why the wireless power transmitter generates a slot within 0 to 3 ms after receiving the 'Get Request Packet' is to maintain the time convention for the response to GET. That is, in order to perform measurements on the slot before transmitting the response to GET, the wireless power transmitter can generate a slot at a time earlier than the time at which the response to GET is transmitted.
  • the slot length required for Q measurement may be less than 100 us. That is, the wireless power transmitter can measure the quality factor in a section less than 100 us, which is a sufficiently short time that does not affect power transmission. Accordingly, even if the wireless power transmitter temporarily stops transmitting wireless power in the slot, such interruption may not have a significant effect on power transmission.
  • the Q measurement result is different from the value of the quality factor measured before charging (e.g., the value measured with open air Q), it can be estimated as an alignment change.
  • the wireless power transmitter can perform a power throttling scheme.
  • the wireless power transmitter can stop charging and then resume charging after restoring the alignment state.
  • the wireless power transmitter can determine the degree of change in the Q value from the Q measurement result (the value of the quality factor measured before charging start). At this time, the wireless power transmitter can estimate the FO insertion as a result of determining the degree of change as above.
  • the wireless power transmitter can perform a power throttling scheme.
  • the wireless power transmitter can stop charging and then restart charging.
  • the structure of a GET packet can be as follows.
  • Figure 32 schematically illustrates the structure of a GET packet.
  • a GET packet may include a parameter field.
  • the parameter field can indicate the parameters requested from the power transmitter.
  • the parameter codes are as shown in the table below.
  • a value different from the above value corresponds to a value whose use is reserved.
  • the GET packet that 'requests to create a slot and report the value of the quality factor measured in the slot' can have any value different from the above value.
  • the wireless power transmitter When the wireless power transmitter receives a GET packet, the wireless power transmitter can transmit a packet (a packet corresponding to the above parameters) requested by the wireless power receiver through the GET packet to the wireless power receiver in response to the GET packet.
  • a packet (a packet corresponding to the above parameters) requested by the wireless power receiver through the GET packet to the wireless power receiver in response to the GET packet.
  • a wireless power transmitter when a wireless power transmitter detects this material on the slot, it can stop and restart power transfer, or perform a ‘Power Throttling Scheme’.
  • performing a restart after a power outage may mean:
  • the wireless power transmitter may suspend the transfer of wireless power through a cloak request to protect circuits of the wireless power transmitter and/or the wireless power receiver. Thereafter, the wireless power transmitter may resume the transfer of wireless power while maintaining the power transfer phase.
  • the wireless power transmitter may stop transferring wireless power to protect the circuitry of the wireless power transmitter and/or the wireless power receiver. Thereafter, the wireless power transmitter may transfer wireless power to the wireless power receiver by starting the phase again from the ping phase and then entering the power transfer phase.
  • a ‘Power Throttling Scheme’ can be as follows.
  • the PLA can be based on the received power (RP) packet as described above.
  • the PLA packet has a power throttling window that allows the wireless power transmitter to reduce power in a predictable manner.
  • the wireless power transmitter can reduce the transmitted wireless power to a safe power level based on the power throttling scheme. After completing the power throttling and reaching the safe power level, the wireless power transmitter can transmit the ATN to the wireless power receiver as a response. And, the updated negotiable power level can be reported to the wireless power receiver within a certain time.
  • FIG. 33 is a flowchart of a method for performing this material detection on a slot from the perspective of a wireless power transmitter according to one embodiment of the present disclosure.
  • the wireless power transmitter can enter a power transfer phase related to transferring the wireless power (S3310).
  • the wireless power transmitter can receive a packet related to a trigger for generating a slot from the wireless power receiver during the power transfer phase (S3320).
  • the wireless power transmitter can perform detection of a foreign object on the slot during the power transfer phase (S3330).
  • the detection of the foreign object can be performed based on a quality factor measured on the slot.
  • the wireless power transmitter can perform a reduction in the transmission of the wireless power or a stop in the transmission of the wireless power based on the detection of the substance (S3340).
  • the packet may be a PLA (power loss accounting) packet.
  • the slot may be generated based on the PLA packet.
  • the wireless power transmitter may transmit a response to the wireless power receiver as to whether the substance has been detected after the slot.
  • the response may be any one of an ACK indicating that the substance is not detected, a NAK indicating a possibility of detection of the substance and indicating initiation of reduction of transmission for the wireless power, or an ATN indicating that the wireless power transmitter prefers communication.
  • the packet may be a GET packet.
  • the slot may be generated based on the GET packet.
  • the wireless power transmitter may transmit a response to the wireless power receiver as to whether the substance has been detected after the slot. At this time, the response may include information about the measured quality factor of the wireless power transmitter.
  • the reduction in the transmission of the wireless power may be a power throttling scheme.
  • the wireless power transmitter may restart the transmission of the wireless power.
  • the wireless power transmitter and the wireless power receiver can support the magnetic power profile (MPP).
  • the wireless power transmitter includes a first coil related to the transmission of the wireless power
  • the wireless power transmitter detects a position of a second coil included in the wireless power receiver
  • the wireless power transmitter can support mobility of the first coil based on the detection of the position.
  • a wireless power transmitter may be provided, although not shown separately.
  • the wireless power transmitter may include a converter related to transferring wireless power to a wireless power receiver and a communication/controller related to controlling the transfer of the wireless power.
  • the wireless power transmitter may enter a power transfer phase related to transferring the wireless power.
  • the wireless power transmitter may receive a packet related to a trigger for generating a slot from the wireless power receiver during the power transfer phase.
  • the wireless power transmitter may perform detection of a foreign object on the slot during the power transfer phase.
  • the wireless power transmitter may perform reduction of the transfer of the wireless power or cessation of the transfer of the wireless power based on the detection of the foreign object.
  • the detection of the foreign object may be performed based on a quality factor measured on the slot.
  • FIG. 34 is a flowchart of a method for performing this material detection on a slot from the perspective of a wireless power receiver according to one embodiment of the present disclosure.
  • the wireless power receiver can enter a power transfer phase related to receiving the wireless power (S3410).
  • the wireless power receiver can transmit a packet related to a trigger for generation of a slot to the wireless power transmitter during the power transfer phase (S3420).
  • detection of a foreign object can be performed on the slot during the power transfer phase.
  • the wireless power receiver may perform a reduction of reception of the wireless power or a stop of reception of the wireless power based on the detection of the substance (S3430).
  • the detection of the substance may be performed based on a quality factor measured on the slot.
  • a wireless power receiver may be provided, although not shown separately.
  • the wireless power receiver may include a power pickup associated with receiving wireless power from a wireless power transmitter and a communication/controller associated with controlling reception of the wireless power.
  • the wireless power receiver may enter a power transfer phase associated with receiving the wireless power.
  • the wireless power receiver may transmit a packet associated with a trigger for generation of a slot to the wireless power transmitter during the power transfer phase.
  • detection of a foreign object may be performed on the slot.
  • the wireless power receiver may perform a reduction of reception of the wireless power or a cessation of reception of the wireless power based on the detection of the foreign object.
  • the detection of the foreign object may be performed based on a quality factor measured on the slot.
  • MPP Magnetic Power Profile
  • K estimation coupling estimation
  • the fact that a coil having mobility can be provided can cause a problem. That is, unlike the existing MPP in which the initial alignment of the charge is fixed by a magnet, in the case of a mobile coil wireless power transmitter without a magnet, the position of the wireless power receiver can be changed by an external force, which can cause the following problem.
  • the Q value is measured once using the open air quality factor measurement for FOD before entering the charging stage.
  • a method for re-measuring the Q value is not provided. Accordingly, in the conventional case, even if the wireless power receiver moves during wireless charging, the change in the Q value cannot be detected.
  • the background of this problem is that it is assumed that the alignment of the wireless power receiver and wireless power transmitter is fixed by magnetic force so that the FO is not inserted and the alignment is not disturbed during charging. That is, the K value for system operation and the quality factor measurement for determining the presence or absence of FO are not performed.
  • the present specification provides a configuration in which a wireless power transmitter forms a slot during power transmission, and a configuration in which the wireless power transmitter measures a quality factor on the slot to determine whether alignment is misaligned or a substance is inserted during wireless power transmission.
  • a configuration using PLA packets, etc., for forming a slot may be provided.
  • the PLA packet is a packet related to alignment in MPP, there may be an effect that the configuration provided in this specification can be achieved even without providing a separate format.
  • a power throttling scheme can be performed between the wireless power transmitter and/or the wireless power receiver. Accordingly, even if this substance is inserted or misaligned during charging, the charging itself can be maintained continuously.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

본 명세서(present disclosure)는, 무선 전력 전송 시스템에서, 무선 전력 전송기에 의해 수행되는 무선 전력을 전달하는 방법에 있어서, 상기 무선 전력을 전달하는 것에 관련된 전력 전달 페이즈에 진입(enter)하고, 상기 전력 전달 페이즈 동안 무선 전력 수신기로부터 슬롯의 생성에 대한 트리거에 관련된 패킷을 수신하고, 상기 전력 전달 페이즈 동안 상기 슬롯 상에서 이 물질(foreign object)의 감지를 수행하고 및 상기 이 물질의 감지에 기반하여, 상기 무선 전력에 대한 전달의 감축(reduce)을 수행 또는 상기 무선 전력에 대한 전달의 중단을 수행하되, 상기 이 물질의 감지는 상기 슬롯 상에서 측정된 품질 인자에 기반하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법 및 장치를 제공한다.

Description

무선 전력 전송 시스템에서 품질 인자를 활용하는 방법 및 장치
본 명세서는 무선 전력 전송에 관련된다.
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 배터리 셀 등 수전장치에 전력을 공급하는 무선전력 수신장치로 구성될 수 있다.
무선 전력 전송 기술은 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 방식 등 다양하다. 자기 커플링에 기반한 방식은 다시 자기 유도(magnetic induction) 방식과 자기 공진(magnetic resonance) 방식으로 분류된다. 자기유도 방식은 전송 측의 코일과 수신 측의 코일 간의 전자기결합에 따라 전송 측 코일 배터리 셀에서 발생시킨 자기장로 인해 수신 측 코일에 유도되는 전류를 이용하여 에너지를 전송하는 방식이다. 자기공진 방식은 자기장을 이용한다는 점에서 자기유도 방식과 유사하다. 하지만, 자기공진 방식은 전송 측의 코일과 수신 측의 코일에 특정 공진 주파수가 인가될 때 공진이 발생하고, 이로 인해 전송 측과 수신 측 양단에 자기장이 집중되는 현상에 의해 에너지가 전달되는 측면에서 자기유도와는 차이가 있다.
이하, 무선 충전 기기의 품질 인자를 활용하는 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 전력 전달 페이즈 동안 무선 전력 수신기로부터 슬롯의 생성에 대한 트리거에 관련된 패킷을 수신하고, 상기 전력 전달 페이즈 동안 상기 슬롯 상에서 이 물질(foreign object)의 감지를 수행하고 및 상기 이 물질의 감지에 기반하여, 상기 무선 전력에 대한 전달의 감축(reduce)을 수행 또는 상기 무선 전력에 대한 전달의 중단을 수행하는 방법 및 장치가 제공될 수 있다. 여기서, 상기 이 물질의 감지는 상기 슬롯 상에서 측정된 품질 인자에 기반하여 수행될 수 있다.
본 명세서에 따르면, 충전 중 MPP와 EPP를 지원하는 무선 전력 전송기 및/또는 무선 전력 수신기 간의 안정성 및 호환성이 개선될 수 있다.
본 명세서의 구체적인 일례를 통해 얻을 수 있는 효과는 이상에서 나열된 효과로 제한되지 않는다. 예를 들어, 관련된 기술분야의 통상의 지식을 자긴 자(a person having ordinary skill in the related art)가 본 명세서로부터 이해하거나 유도할 수 있는 다양한 기술적 효과가 존재할 수 있다. 이에 따라 본 명세서의 구체적인 효과는 본 명세서에 명시적으로 기재된 것에 제한되지 않고, 본 명세서의 기술적 특징으로부터 이해되거나 유도될 수 있는 다양한 효과를 포함할 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 3은 무선 전력 전송 시스템이 도입되는 다양한 전자 기기들의 실시예를 나타낸다.
도 4는 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 블록도이다.
도 5는 본 명세서에 따른 일 실시예가 적용될 수 있는 블루투스 통신 아키텍처(Architecture)의 일 예를 나타낸 도이다.
도 6은 일례에 따른 BLE 통신을 사용하는 무선전력 전송 시스템을 도시한 블록도이다.
도 7은 다른 예에 따른 BLE 통신을 사용하는 무선전력 전송 시스템을 도시한 블록도이다.
도 8은 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 9는 핑 페이즈(810)의 프로토콜에 대한 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 10은 구성 페이즈(820)의 프로토콜에 대한 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 11은 일 실시예에 따른 무선전력 수신장치의 구성 패킷(CFG)의 메시지 필드를 도시한 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 협상 단계 또는 재협상 단계의 프로토콜을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 13은 일 실시예에 따른 무선전력 전송장치의 성능 패킷(CAP)의 메시지 필드를 도시한 도면이다.
도 14는 베이스라인 프로토콜에서의 전력 전달 페이즈(840)에 대한 데이터 플로우의 순서도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 15는 확장된 프로토콜에서의 전력 전달 페이즈(840)에 대한 데이터 플로우의 순서도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 16은 일례에 따른 무선 전력 전송기(100)와 무선 전력 수신기(200) 간의 어플리이션 레벨의 데이터 스트림을 도시한 것이다.
도 17은 일 실시예에 따른 전력 제어 컨트롤 방법을 나타낸다.
도 18은 MPP ID 패킷의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 19는 MPP에서의 XID 패킷의 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 20은 MPP 제한 모드에서의 프로토콜을 개략적으로 도시한 것이다.
도 21 및 도 22는 MPP 풀 모드에서의 프로토콜을 개략적으로 도시한 것이다.
도 23 및 도 24는 품질 인자의 측정/계산의 예시를 도시한 것이다.
도 25는 이동 코일 무선 전력 전송기의 원리를 개략적으로 도시한 것이다.
도 26은 본 명세서의 일 실시예에 따른, 이 물질 감지의 수행 방법에 대한 순서도다.
도 27은 슬롯의 생성을 위한 코일의 예시를 개략적으로 도시한 것이다.
도 28은 슬롯 품질 인자의 계산에 대한 예시를 개략적으로 도시한 것이다.
도 29는 코일 전압과 코일 전류 간의 상관관계를 개략적으로 도시한 것이다.
도 30은 PLA 패킷에 의한 슬롯의 생성을 개략적으로 도시한 것이다.
도 31은 PLA 패킷의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 32는 GET 패킷의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 33은 본 명세서의 일 실시예에 따른, 무선 전력 전송기 관점에서, 슬롯 상에서 이 물질 감지가 수행되는 방법의 순서도다.
도 34는 본 명세서의 일 실시예에 따른, 무선 전력 수신기 관점에서, 슬롯 상에서 이 물질 감지가 수행되는 방법의 순서도다.
본 명세서에서 "A 또는 B(A or B)"는 "오직 A", "오직 B" 또는 "A와 B 모두"를 의미할 수 있다. 달리 표현하면, 본 명세서에서 "A 또는 B(A or B)"는 "A 및/또는 B(A and/or B)"으로 해석될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 "A, B 또는 C(A, B or C)"는 "오직 A", "오직 B", "오직 C", 또는 "A, B 및 C의 임의의 모든 조합(any combination of A, B and C)"를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 슬래쉬(/)나 쉼표(comma)는 "및/또는(and/or)"을 의미할 수 있다. 예를 들어, "A/B"는 "A 및/또는 B"를 의미할 수 있다. 이에 따라 "A/B"는 "오직 A", "오직 B", 또는 "A와 B 모두"를 의미할 수 있다. 예를 들어, "A, B, C"는 "A, B 또는 C"를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 "적어도 하나의 A 및 B(at least one of A and B)"는, "오직 A", "오직 B" 또는 "A와 B 모두"를 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 "적어도 하나의 A 또는 B(at least one of A or B)"나 "적어도 하나의 A 및/또는 B(at least one of A and/or B)"라는 표현은 "적어도 하나의 A 및 B(at least one of A and B)"와 동일하게 해석될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 "적어도 하나의 A, B 및 C(at least one of A, B and C)"는, "오직 A", "오직 B", "오직 C", 또는 "A, B 및 C의 임의의 모든 조합(any combination of A, B and C)"를 의미할 수 있다. 또한, "적어도 하나의 A, B 또는 C(at least one of A, B or C)"나 "적어도 하나의 A, B 및/또는 C(at least one of A, B and/or C)"는 "적어도 하나의 A, B 및 C(at least one of A, B and C)"를 의미할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 괄호는 "예를 들어(for example)"를 의미할 수 있다. 구체적으로, "제어 정보(PDCCH)"로 표시된 경우, "제어 정보"의 일례로 "PDCCH"가 제안된 것일 수 있다. 달리 표현하면 본 명세서의 "제어 정보"는 "PDCCH"로 제한(limit)되지 않고, "PDCCH"가 "제어 정보"의 일례로 제안될 것일 수 있다. 또한, "제어 정보(즉, PDCCH)"로 표시된 경우에도, "제어 정보"의 일례로 "PDCCH"가 제안된 것일 수 있다.
본 명세서에서 하나의 도면 내에서 개별적으로 설명되는 기술적 특징은, 개별적으로 구현될 수도 있고, 동시에 구현될 수도 있다. 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.
도 2는 다른 실시예에 따른 무선 전력 시스템(10)의 블록도이다.
도 2를 참조하면, 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 3은 무선 전력 전송 시스템이 도입되는 다양한 전자 기기들의 실시예를 나타낸다.
도 3에는 무선 전력 전송 시스템에서 송신 및 수신하는 전력 양에 따라 전자 기기들을 분류하여 도시하였다. 도 3a을 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 명세서에 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.
WPC는 모바일 및 웨어러블 기기를 대상으로 하는 Qi ecosystem과 주방기기, 로봇, LEV(light electric vehicle) 등을 대상으로 하는 HI ecosystem으로 구성되어 있다. 서로 다른 전력레벨(power level)을 사용하는 다양한 무선전력 전송장치와 수신장치들이 각 ecosystem 내의 표준별로 커버되고, 서로 다른 전력 클래스(power class) 또는 카테고리로 분류될 수 있다.
Qi 표준(belong to Qi ecosystem)은 기본 전력 프로파일(baseline power profile: BPP)과 확장 전력 프로파일(extended power profile: EPP), 자석 전력 프로파일 (magnetic power profile)을 정의한다. BPP는 5W의 전력 전송을 지원하는 무선전력 전송장치와 수신장치에 관한 것이고, EPP와 MPP는 5W보다 크고 15W보다 작은 범위의 전력 전송을 지원하는 무선전력 전송장치와 수신장치에 관한 것이다. 인-밴드(in-band :IB) 통신이 Qi spec의 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 packet)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. Qi spec의 어플리케이션은 스마트폰을 포함한다.
IND 표준(belong to HI ecosystem)은 30W~150W의 보장전력을 제공하는 무선전력 전송장치와 수신장치에 관한 것이다. IB 및 OB 통신채널이 상호 정보 교환 및 전력제어를 위해 사용될 수 있다. IND spec의 어플리케이션은 로봇 및 전동 공구(power tool)를 포함한다.
LEV 표준(belong to HI ecosystem)은 100W~500W의 보장전력을 제공하는 무선전력 전송장치와 수신장치에 관한 것이다. IB는 LEV spec을 위한 필수적인 통신 채널이며, OB통신도 사용될 수 있다. IB는 OB로의 초기화 및 링크 수립(link establishment)로서 사용될 수 있다. 무선전력 전송장치는 구성 패킷에 대한 응답으로서, OB 핸드오버를 위한 비트패턴을 이용하여 OB 핸드오버 페이즈로 진입할 수 있다.
Ki 표준(belong to HI ecosystem)은 200W~2kW의 보장전력을 제공하는 무선전력 전송장치와 수신장치에 관한 것으로서, NFC 혹은 BLE 등의 OB 통신채널을 필수적으로 사용하고 있다. 그 어플리케이션은 주방가전을 포함한다.
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 ecosystem과 무관하게(또는 독립적으로) 호환 가능 여부 및/또는 어플리케이션에 따라 정의될 수 있다.
프로필은 크게 i) 모바일, ii) 로봇, iii) 주방, iv) LEV 이렇게 4가지로 구분될 수 있다.
'모바일' 프로필의 경우, Qi spec, 통신 프로토콜/방식은 IB 및 OB, 동작 주파수는 87~205kHz, 300~400kHz로 정의될 수 있으며, 어플리케이션의 예시로는 스마트폰, 랩-탑, 웨어러블 등이 존재할 수 있다.
'로봇' 프로필의 경우, IND spec, 통신 프로토콜/방식은 IB 및 OB, 어플리케이션의 예시로는 로봇, 전동 툴 등이 존재할 수 있다.
'주방' 프로필의 경우, Ki spec, 통신 프로토콜/방식은 NFC 혹은 BLE 기반, 동작 주파수는 100kHz 미만으로 정의될 수 있으며, 어플리케이션의 예시로는 주방/가전 기기 등이 존재할 수 있다.
'LEV' 프로필의 경우, LEV spec, 통신 프로토콜/방식은 IB 및 OB, 어플리케이션의 예시로는 전기자전거, 전동킥보드 등이 존재할 수 있다.
위의 프로필의 무선전력 전송장치와 수신장치 간에 OB 통신채널로서 NFC 혹은 BLE 통신이 사용될 수 있다. NFC를 사용하는 경우 무선전력 전송장치와 수신장치는 WPC NDEF(NFC Data Exchange Profile Format)을 교환함으로써 상호간에 NFC 기기임을 확인할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 블록도이다.
도 4를 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 회로(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 회로(power conversion circuit, 110) 및 적절한 레벨로 전력을 전달하도록 무선 전력 수신장치(200)와의 통신 및 전력 전달을 컨트롤하는 통신/컨트롤 회로(communications & control circuit, 120)을 포함할 수 있다. 시스템 회로(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 회로(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 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 회로(120)은 무선 전력 수신 장치(200)와 정보를 송수신할 수 있다. 통신/컨트롤 회로(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 회로(120)은 무선전력 전송의 동작 주파수에 통신 정보를 실어 1차 코일을 통해 전송하거나 또는 정보가 담긴 동작 주파수를 1차 코일을 통해 수신함으로써 인-밴드 통신을 수행할 수 있다. 이때, 이진 위상 편이(BPSK: binary phase shift keying), 주파수 편이(FSK: Frequency 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 회로(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 회로(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 회로(120)은 무선 전력 전송 장치(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 통신/컨트롤 회로(120)은 각종 정보의 연산 및 처리를 수행하고, 무선 전력 전송 장치(100)의 각 구성 요소를 제어할 수 있다.
통신/컨트롤 회로(120)은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합을 이용하여 컴퓨터나 이와 유사한 장치로 구현될 수 있다. 하드웨어적으로 통신/컨트롤 회로(120)은 전기적인 신호를 처리하여 제어 기능을 수행하는 전자 회로 형태로 제공될 수 있으며, 소프트웨어적으로는 하드웨어적인 통신/컨트롤 회로(120)을 구동시키는 프로그램 형태로 제공될 수 있다.
통신/컨트롤 회로(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 회로(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.
한편, WPC Qi 시스템에서 무선 전력 전송기(100)는 예컨대, 전력 전송에 활성화 되는 프라이머리 코일 개수 관점에서 분류될 수 있다. 이때, 최대 5W의 무선 전력 전송 량을 지원하는 무선 전력 전송기(100)(즉, BPP 프로토콜을 지원하는 무선 전력 전송기(100))는 예컨대, 타입 A(type A) 무선 전력 전송기(100) 및 타입 B(type B) 무선 전력 전송기(100)들로 분류될 수 있으며, 5W 이상의 무선 전력 전송 량을 지원하는 무선 전력 전송기(100)(즉, MPP 혹은 EPP 프로토콜을 지원하는 무선 전력 전송기(100))는 예컨대, 타입 MP A(type MP-A) 무선 전력 전송기(100) 및 타입 MP B(type MP-B) 무선 전력 전송기(100)들로 분류될 수 있다.
- 타입 A 및 타입 MP A 무선 전력 전송기(100)
타입 A 및 타입 MP A 무선 전력 전송기(100)에는 하나 이상의 프라이머리 코일이 있을 수 있다. 타입 A 및 타입 MP A 무선 전력 전송기(100)는 한 번에 단일 프라이머리 코일을 활성화하므로 활성화된 프라이머리 코일과 일치하는 단일 프라이머리 셀이 사용될 수 있다.
- 타입 B 및 타입 MP B 무선 전력 전송기(100)
타입 B 및 타입 MP B 전력 전송기에는 프라이머리 코일 어레이(array)가 있을 수 있다. 그리고, 타입 B 및 타입 MP B 전력 전송기는 자유 위치 지정을 가능하게 할 수 있다. 이를 위해, 타입 B 및 타입 MP B 전력 전송기는 어레이에서 하나 이상의 프라이머리 코일을 활성화하여 인터페이스 표면의 다른 위치에서 프라이머리 셀을 실현할 수 있다.
추가로, 자석을 활용하며 5W 이상의 무선 전력 전송 량을 지원하는 무선 전력 전송기(즉, MPP 프로토콜을 지원하는 무선 전력 전송기)를 제안할 수 있고, MPP 프로토콜에 대해서는 후술하도록 한다.
다만, Qi v2.0 이후의 표준에 대해서 고전력 무선전력 전송을 위해, BPP는 최대 5W의 전력을 지원하고, EPP는 5W 초과 50W 이하의 전력을 지원하고, MPP는 5W 초과 50W 이하의 전력을 지원할 수 있다. 즉, EPP 또는 MPP는 5~50W의 전력을 지원한다고 볼 수 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 전달받아 저장하고 기기에 공급하는 부하(load, 455)를 포함한다.
무선전력 수신장치(200)는 전력 픽업 회로(power pick-up circuit, 210) 및 통신/컨트롤 회로(communications & control circuit, 220)을 포함할 수 있다. 전력 픽업 회로(210)은 2차 코일을 통해 무선 전력을 수신하여 전기 에너지로 변환할 수 있다. 전력 픽업 회로(210)은 2차 코일을 통해 얻어지는 교류 신호를 정류하여 직류 신호로 변환한다. 통신/컨트롤 회로(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.
한편, 도 4에는 도시되지 않았으나 통신/컨트롤 회로(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 회로(220)은 무선 전력 전송 장치(100)와 정보를 송수신할 수 있다. 통신/컨트롤 회로(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 회로(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), 주파수 편이(FSK: Frequency 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 회로(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 회로(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 회로(220)은 무선 전력 수신 장치(200)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 통신/컨트롤 회로(220)은 각종 정보의 연산 및 처리를 수행하고, 무선 전력 수신 장치(200)의 각 구성 요소를 제어할 수 있다.
통신/컨트롤 회로(220)은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합을 이용하여 컴퓨터나 이와 유사한 장치로 구현될 수 있다. 하드웨어적으로 통신/컨트롤 회로(220)은 전기적인 신호를 처리하여 제어 기능을 수행하는 전자 회로 형태로 제공될 수 있으며, 소프트웨어적으로는 하드웨어적인 통신/컨트롤 회로(220)을 구동시키는 프로그램 형태로 제공될 수 있다.
통신/컨트롤 회로(120)과 통신/컨트롤 회로(220)이 OB 통신 모듈 또는 근거리 통신 모듈로서 블루투스 또는 블루투스 LE일 경우, 통신/컨트롤 회로(120)과 통신/컨트롤 회로(220)은 각각 도 5와 같은 통신 아키텍처로 구현되어 동작할 수 있다.
도 5는 본 명세서에 따른 일 실시예가 적용될 수 있는 블루투스 통신 아키텍처(Architecture)의 일 예를 나타낸 도이다.
도 5를 참고하면, 도 5의 (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 5의 (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 프로파일에게 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 블루투스 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 정의한다.
도 5의 (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 6이지의 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 명세서는 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.
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 (브로드캐스트) 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 Circuit)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 Circuit)는 16비트 헤더와 다양한 크기의 페이로드를 가진다.
헤더에 포함되는 광고 채널 PDU의 PDU 타입 필드는 하기 표 1에서 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 4를 참조하면, 부하(455)는 배터리일 수 있다. 배터리는 전력 픽업 회로(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 회로(120)과 통신/컨트롤 회로(220)이 IB 통신 모듈 이외에 OB 통신 모듈 또는 근거리 통신 모듈로서 블루투스 또는 블루투스 LE을 포함하는 경우, 통신/컨트롤 회로(120)을 포함하는 무선전력 전송장치(100)와 통신/컨트롤 회로(220)을 포함하는 무선전력 수신장치(200)은 도 6와 같은 단순화된 블록도로 표현될 수 있다.
도 6은 일례에 따른 BLE 통신을 사용하는 무선전력 전송 시스템을 도시한 블록도이다.
도 6을 참조하면, 무선전력 전송장치(100)는 전력 변환 회로(110)과 통신/컨트롤 회로(120)을 포함한다. 통신/컨트롤 회로(120)은 인밴드 통신 모듈(121) 및 BLE 통신 모듈(122)를 포함한다.
한편 무선전력 수신장치(200)는 전력 픽업 회로(210)과 통신/컨트롤 회로(220)을 포함한다. 통신/컨트롤 회로(220)은 인밴드 통신 모듈(221) 및 BLE 통신 모듈(222)를 포함한다.
일 측면에서, BLE 통신 모듈들(122, 222)은 도 5에 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 회로(120)은 무선충전을 위한 프로파일을 동작시키도록 구성될 수 있다. 여기서, 무선충전을 위한 프로파일은 BLE 전송을 사용하는 GATT일 수 있다.
도 7은 다른 예에 따른 BLE 통신을 사용하는 무선전력 전송 시스템을 도시한 블록도이다.
도 7을 참조하면, 통신/컨트롤 회로들(120, 220)은 각각 인밴드 통신 모듈들(121, 221)만을 포함하고, BLE 통신 모듈들(122, 222)은 통신/컨트롤 회로들(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.
한편, 사용자가 무선 전력 전송기(100)의 동작 볼륨 내에 무선 전력 수신기(200)를 배치하면 무선 전력 전송기(100) 및 무선 전력 수신기(200) 둘은 전력 전송을 구성 및 제어하기 위한 목적으로 통신을 시작한다. 이때, 전력 시그널은 모든 통신에 대해 캐리어를 제공할 수 있으며, 통신에 대한 프로토콜은 여러 단계로 구성될 수 있다. 이하, 통신 프로토콜에 대해 설명하도록 한다.
도 8은 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
WPC에서는 두 가지 통신 프로토콜을 정의할 수 있다.
- 베이스라인 프로토콜(혹은 BPP): 무선 전력 수신기(200)로부터 무선 전력 전송기(100)로의 일 방향 통신만을 지원하는 오리지널 프로토콜을 의미할 수 있다.
- 확장된 프로토콜(혹은 EPP): 양방향 통신 및 향상된 FOD(foreign object detection) 기능을 지원하며, 데이터 전송 스트림 기능 및 인증 옵션 또한 지원할 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 명세서의 일 실시예에 따른, 무선 전력 전송기(100)와 무선 전력 수신기(200) 간의 전력 전달 동작은 크게, 핑 페이즈(810)(Ping Phase), 구성 페이즈(820)(Configuration Phase), 협상 페이즈(830)(Negotiation Phase) 및 전력 전달 페이즈(Power Transfer Phase)로 구분될 수 있다.
- 핑 페이즈(810)
핑 페이즈(810)에서, 무선 전력 전송기(100)는 무선 전력 수신기(200)와의 통신을 확립하기를 시도(try)할 수 있다. 통신의 확립을 시도하기 전에, 측정이 수행될 수 있으며, 측정에 따라 전력 전송 중에 손상되거나 가열될 수 있는 은행 카드, 동전 또는 기타 금속과 같은 물체가 있는지가 확인될 수 있다. 여기서, 이러한 측정은 무선 전력 수신기(200)를 깨우지 않고 진행될 수 있다.
여기서, 무선 전력 전송기(100)는 무선 전력 수신기(200)로부터 설계 정보(design information)를 얻은 후 검출된 금속이 이물질(foreign object)인지 또는 친화적인 금속(friendly metal)인지에 대한 결론을 협상 페이즈(830)로 연기할 수 있다.
- 구성 페이즈(820)
구성 페이즈(820)에서, 무선 전력 수신기(200)는 기본 식별 및 구성 데이터(basic identification and configuration data)를 무선 전력 수신기(200)로 보낼 수 있다. 그리고, 무선 전력 전송기(100) 및 무선 전력 수신기(200) 양측은 이 정보를 사용하여 베이스라인(baseline) 전력 전송 계약(power transfer contract)을 생성할 수 있다.
또한, 무선 전력 전송기(100) 및 무선 전력 수신기(200)는 구성 페이즈(820)에서 베이스라인 프로토콜(Baseline Protocol) 또는 확장된 프로토콜(Extended Protocol)을 계속할지 여부를 결정할 수 있다.
여기서, 무선 전력 수신기(200)는 확장된 프로토콜을 구현하는 경우에만 향상된 FOD, 데이터 전송 스트림 및 인증과 같은 기능을 사용할 수 있다.
- 협상 페이즈(830)
협상 페이즈(830)에서, 무선 전력 전송기(100)와 무선 전력 수신기(200)는 추가적인 설정 및 제한을 포함하는 확장된 전력 전송 계약(extended power transfer contract)을 설정할 수 있다. 또한, 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)에 설계 정보를 제공할 수 있다. 후에, 설계 정보는 전력 전달 페이즈(840)로 전환하기 전에 FOD를 완료하는 데 사용될 수 있다.
여기서, 협상 페이즈(830)는 베이스라인 프로토콜에서는 존재하지 않는 단계에 해당할 수 있다.
- 전력 전달 페이즈(840)
전력 전달 페이즈(840)는 무선 전력 수신기(200)의 로드로 전력이 전달되는 단계일 수 있다.
확장 프로토콜에서 무선 전력 전송기(100)와 무선 전력 수신기(200)는 이 단계가 시작될 때 시스템 보정(system calibration)을 수행할 수 있다. 전력 전달 계약의 요소를 재협상하기 위해 이 단계가 가끔 중단될 수 있다. 하지만, 이러한 재협상 중에도 전력 전달은 계속될 수 있다.
이하, 앞서 설명했던, 핑 페이즈(810)(Ping Phase), 구성 페이즈(820)(Configuration Phase), 협상 페이즈(830)(Negotiation Phase) 및 전력 전달 페이즈(840)(Power Transfer Phase)에 대한 프로토콜을 각각 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
1. 핑 페이즈(810)
핑 페이즈(810)가 시작될 때 무선 전력 전송기(100)는 무선 전력 수신기(200)가 작동 볼륨 내에 있는지 여부를 아직 알지 못한다. 아울러, 무선 전력 전송기(100)는 무선 전력 수신기(200)를 인지할 수 없다. 그 이유로, 이 시스템은 일반적으로 파워 시그널의 부족으로 인해, 비활성화기 때문이다.
이와 같은 상황에서, 무선 전력 전송기(100)가 무선 전력 수신기(200)로부터의 응답을 요청하기 위한 디지털 핑을 시작하기 전에, 무선 전력 전송기(100)는 다음 단계를 거칠 수 있다.
도 9는 핑 페이즈(810)의 프로토콜에 대한 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 9에 따르면, 무선 전력 전송기(100)는 아날로그 핑을 수행할 수 있다(S910). 즉, 무선 전력 전송기(100)는 아날로그 핑을 전송하여 작동 공간(operating volume) 내에 물체가 존재하는지 여부를 확인할 수 있다. 예컨대, 무선전력 전송기는 송신 코일 또는 1차 코일(Primary Coil)의 전류 변화에 기반하여 작동 공간 내에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다.
무선 전력 전송기(100)는 NFC 태그 보호를 적용할 수 있다(S920). 여기서, NFC 태그 보호는 다음과 같은 절차를 통해 수행될 수 있다.
a) 우선, 감지된 개체 중 하나 이상이 NFC 태그를 포함하는지 여부가 확인될 수 있다.
b) 이후, NFC 태그가 포함된 물체의 경우 손상 없이 전원 신호를 견딜 수 있는지 확인할 수 있다.
c) 무선 전력 전송기(100)가 NFC 태그가 전력 신호를 견딜 수 없다고 판단하면, 디지털 핑을 시작하지 않고 핑 단계를 유지하며, 무선 전력 전송기(100)는 계속 진행할 수 없는 이유를 사용자에게 알릴 수 있다.
무선 전력 전송기(100)는 이물질 감지를 수행할 수 있다(S930). 즉, 무선 전력 전송기(100)는 무선 전력 수신기(200) 외의 이물질이 있는지 여부를 판단하는 데 도움이 되는 정보를 수집할 수 있다. 이를 위해, 무선 전력 전송기(100)는 프리-파워 FOD 방식등과 같은 다양한 방식을 사용할 수 있다.
한편, 앞서 설명했던 세 개의 단계(S910, S920, S930)에서는, 무전 전력 수신기가 동작하지 않을 수 있다.
무선 전력 전송기(100)가 위의 단계를 수행하고, 동작 볼륨에 잠재적으로 무선 전력 수신기(200)가 있다고 판단하면, 무선 전력 전송기(100)는 디지털 핑을 시작할 수 있다(S940). 여기서, 디지털 핑은 SIG(signal strength) 데이터 패킷 또는 EPT(End Power Transfer) 데이터 패킷과 같은 응답을 무선 전력 수신기(200)에게 요청할 수 있다.
이후, 무선 전력 전송기(100)는 무선 전력 수신기(200)로부터 SIG 또는 EPT를 수신할 수 있다(S950). 여기서, SIG 데이터 패킷은 커플링의 측정을 제공할 수 있으며, SIG 데이터 패킷은 신호 강도 값에 대한 정보를 포함할 수 있다. 아울러, EPT 데이터 패킷은 전원 전송 중지 요청과 요청 이유를 제공할 수 있다.
만약, 무선 전력 전송기(100)가 무선 전력 수신기(200)로부터 위와 같은 응답을 수신하지 못할 경우에는, 무선 전력 전송기(100)는 핑 페이즈(810)에 머물면서 위와 같은 단계들을 반복할 수 있다.
2. 구성 페이즈(820)
구성 페이즈(820)는 다음과 같은 프로토콜의 일부다.
- 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)에게 자신을 식별시킬 수 있다.
- 무선 전력 수신기(200)와 무선 전력 전송기(100)는 베이스라인 전력 전달 계약을 확립할 수 있다.
- 무선 전력 수신기(200)와 무선 전력 전송기(100)는 전력 전송에 사용할 프로토콜 변형을 결정할 수 있다.
구성 페이즈(820)에서 무선 전력 전송기(100)와 무선 전력 수신기(200)는 디지털 핑 파라미터를 사용하여 계속 동작할 수 있다. 이것은 무선 전력 전송기(100)와 무선 전력 수신기(200) 모두의 전력 및 전류 레벨은 사용자가 동작 볼륨 내의 위치에서 무선 전력 수신기(200)를 이동하는 경우에만 변경됨을 의미할 수 있다.
이하, 구성 페이즈(820)에서의 프로토콜을 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 10은 구성 페이즈(820)의 프로토콜에 대한 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 10에 따르면, 무선 전력 전송기(100)는 무선 전력 수신기(200)로부터 ID(identification)를 수신할 수 있다(S1010). 또는 무선 전력 전송기(100)는 무선 전력 수신기(200)로부터 XID(extended identification) 또한 수신할 수 있다(S1020). 즉, 무선 전력 수신기(200)는 ID 데이터 패킷 및 선택적으로 XID 데이터 패킷을 이용하여 무선 전력 수신기(200) 자신을 식별시킬 수 있다.
무선 전력 전송기(100)는 선택적으로 무선 전력 수신기(200)로부터 PCH(power control hold-off) 데이터 패킷을 수신할 수 있으며(S1030), 무선 전력 전송기(100)는 무선 전력 수신기(200)로부터 CFG 데이터 패킷을 수신할 수 있다(S1040). 즉, 무선 전력 수신기(200)는 PCH 및/또는 CFG 데이터 패킷을 이용하여 전력 전달 계약에서의 사용을 위한 데이터를 제공할 수 있다.
마지막으로, 무선 전력 전송기(100)는 가능하다면 확장된 프로토콜을 확인할 수 있다(S1050).
앞서 설명했던 각 데이터 패킷을 요약하여 정리하면 아래와 같을 수 있다.
- ID: ID 데이터 패킷은 무선 전력 수신기(200)를 식별하는 정보일 수 있다. 여기서, ID에는 제조사 코드, 베이직 디바이스 식별자 등을 포함할 수 있다. 아울러, ID에는 설정 페이즈에서 XID 데이터 패킷의 존재 유무를 식별하는 정보 또한 포함할 수 있다.
- XID: XID 데이터 패킷에는 추가 식별 데이터가 포함될 수 있다.
- PCH: PCH 데이터 패킷은 CE 데이터 패킷의 수신과 무선 전력 전송기(100)가 코일 전류 조정을 시작하는 사이의 지연을 구성할 수 있다.
- CFG: CFG 데이터 패킷은 기본 구성 데이터를 제공할 수 있다.
예컨대, CFG 데이터 패킷은 베이스라인 프로토콜에서 전력 전송을 관장하는 모든 파라미터를 제공할 수 있다. 아울러, CFG 데이터 패킷은 확장 프로토콜에서 사용되는 모든 FSK 통신 파라미터를 제공할 수 있다. 또한, CFG 데이터 패킷은 무선 전력 수신기(200)의 추가 기능을 제공할 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 무선전력 수신장치의 구성 패킷(CFG)의 메시지 필드를 도시한 도면이다.
도 11에 따르면, 일 실시예에 따른 구성 패킷(CFG)은 0x51의 헤더값을 가질 수 있고, 구성 패킷(CFG)의 메시지 필드에는 1 비트의 인증(AI) 플래그와 1 비트의 아웃밴드(OB) 플래그가 포함될 수 있다.
인증 플래그(AI)는 무선전력 수신장치가 인증 기능을 지원하는지 여부를 지시한다. 예를 들어, 인증 플래그(AI)의 값이 '1'이면 무선전력 수신장치가 인증 기능을 지원하거나 인증 개시자(Authentication Initiator)로 동작할 수 있음을 지시하고, 인증 플래그(AI)의 값이 '0'이면 무선전력 수신장치가 인증 기능을 지원하지 않거나 인증 개시자로 동작할 수 없음을 지시할 수 있다.
아웃밴드(OB) 플래그는 무선전력 수신장치가 아웃밴드 통신을 지원하는지 여부를 지시한다. 예를 들어, 아웃밴드(OB) 플래그의 값이 '1'이면 무선전력 수신장치가 아웃밴드 통신을 지시하고, 아웃밴드(OB) 플래그의 값이 '0'이면 무선전력 수신장치가 아웃밴드 통신을 지원하지 않음을 지시할 수 있다.
앞서 설명했던 ID 및/또는 XID의 제공은 식별을 위함이다. 그리고, PCH 및/또는 CFG의 제공은 전력 전달 계약의 구축(build)을 위함이다.
3. 협상 페이즈(830)
협상 페이즈(830)는 무선 전력 전송기(100)와 무선 전력 수신기(200)가 전력 전송 계약을 변경할 수 있는 확장 프로토콜의 일부다. 이 단계에는 두 가지 유형이 있다.
- 협상 페이즈(830): 협상 페이즈(830)는 구성 페이즈(820) 이후에 직접 이어지며, 초기 확장 전력 전송 계약을 생성하는 역할을 한다. 아울러, 협상 페이즈(830)는 사전 전력(pre-power) FOD 기능을 완료하는 역할도 한다. 여기서, 협상 단계의 길이는 제한되지 않는다.
- 재협상 페이즈: 재협상 페이즈는 전력 전달 페이즈(840)를 여러 번 중단할 수 있으며, 일반적으로 전력 전달 계약의 단일 요소를 조정하는 역할을 한다. 아울러, FOD/qf, FOD/rf 및 SRQ/rpr 데이터 패킷은 재협상 단계에서는 이용되지 않을 수 있다. 전력 전달 페이즈(840)에서의 CE 데이터 패킷에 대한 제약은 재협상 단계의 길이를 제한한다.
협상 단계 또는 재협상 단계에서, 무선전력 수신장치와 무선전력 전송장치 사이의 무선전력의 수신/전송과 관련한 전력 전송 계약(Power Transfer Contract)을 확장 또는 변경하거나, 전력 전송 계약의 요소 중 적어도 일부를 조정하는 전력 전송 계약의 갱신이 이루어지거나, 아웃밴드 통신을 수립하기 위한 정보의 교환이 이루어질 수 있다.
도 12는 일 실시예에 따른 협상 단계 또는 재협상 단계의 프로토콜을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 무선 전력 전송기(100)는 무선 전력 수신기(200)로부터 FOD 상태 데이터 패킷(e.g. FOD)을 수신할 수 있다(S1210). 여기서, 무선 전력 수신기(200)는 FOD 상태 데이터 패킷을 사용하여 그 존재가 레퍼런스 무선 전력 전송기(100)의 선택된 속성에 미치는 영향을 무선 전력 전송기(100)에게 알릴 수 있다. 그리고, 무선 전력 전송기(100)는 이 정보를 사용하여 FOD 기능을 구성할 수 있다.
무선 전력 전송기(100)는 위 FOD 상태 데이터 패킷에 대한 ACK/NAK을 무선 전력 수신기(200)에게 전송할 수 있다(S1215).
한편, 무선 전력 수신기(200)는 GRQ(General Request data packet)을 이용해 무선 전력 전송기(100)의 ID(Identification data packet), CAP(Capabilities data packet), XCAP(extended CAP)을 수신할 수 있다.
일반 요청 패킷(GRQ)는 0x07의 헤더값을 가질 수 있고, 1바이트의 메시지 필드를 포함할 수 있다. 일반요청패킷(GRQ)의 메시지 필드에는 무선 전력 수신기(200)가 GRQ 패킷을 이용해 무선 전력 전송기(100)에게 요청하는 데이터 패킷의 헤더값이 포함될 수 있다.
예컨대, 협상 단계 또는 재협상 단계에서, 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)의 ID 패킷을 요청하는 GRQ 패킷(GRQ/id)을 무선 전력 전송기(100)로 전송할 수 있다(S1220).
GRQ/id를 수신한 무선 전력 전송기(100)는 ID 패킷을 무선 전력 수신기(200)로 전송할 수 있다(S1225). 무선 전력 전송기(100)의 ID 패킷에는 'Manufacturer Code'에 대한 정보가 포함된다. 'Manufacturer Code'에 대한 정보가 포함된 ID 패킷은 무선 전력 전송기(100)의 제조자(manufacturer)를 식별할 수 있도록 한다.
혹은, 협상 단계 또는 재협상 단계에서, 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)의 성능 패킷(CAP)을 요청하는 GRQ 패킷(GRQ/cap)을 무선 전력 전송기(100)로 전송할 수 있다(S1230). GRQ/cap의 메시지 필드에는 성능패킷(CAP)의 헤더값(0x31)이 포함될 수 있다.
GRQ/cap를 수신한 무선 전력 전송기(100)는 성능 패킷(CAP)을 무선 전력 수신기(200)로 전송할 수 있다(S1235).
혹은, 협상 단계 또는 재협상 단계에서, 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)의 성능 패킷(CAP)을 요청하는 GRQ 패킷(GRQ/xcap)을 무선 전력 전송기(100)로 전송할 수 있다(S1240). GRQ/xcap의 메시지 필드에는 성능패킷(XCAP)의 헤더값(0x32)이 포함될 수 있다.
GRQ/xcap를 수신한 무선 전력 전송기(100)는 성능 패킷(XCAP)을 무선 전력 수신기(200)로 전송할 수 있다(S1245).
도 13은 일 실시예에 따른 무선전력 전송장치의 성능 패킷(CAP)의 메시지 필드를 도시한 도면이다.
일 실시예에 따른 성능 패킷(CAP)은 0x31의 헤더값을 가질 수 있고, 도 19을 참조하면, 3 바이트의 메시지 필드를 포함할 수 있다.
도 13을 참조하면, 성능 패킷(CAP)의 메시지 필드에는 1 비트의 인증(AR) 플래그와 1 비트의 아웃밴드(OB) 플래그가 포함될 수 있다.
인증 플래그(AR)는 무선 전력 전송기(100)가 인증 기능을 지원하는지 여부를 지시한다. 예를 들어, 인증 플래그(AR)의 값이 '1'이면 무선 전력 전송기(100)가 인증 기능을 지원하거나 인증 응답자(Authentication Responder)로 동작할 수 있음을 지시하고, 인증 플래그(AR)의 값이 '0'이면 무선 전력 전송기(100)가 인증 기능을 지원하지 않거나 인증 응답자로 동작할 수 없음을 지시할 수 있다.
아웃밴드(OB) 플래그는 무선 전력 전송기(100)가 아웃밴드 통신을 지원하는지 여부를 지시한다. 예를 들어, 아웃밴드(OB) 플래그의 값이 '1'이면 무선 전력 전송기(100)가 아웃밴드 통신을 지시하고, 아웃밴드(OB) 플래그의 값이 '0'이면 무선 전력 전송기(100)가 아웃밴드 통신을 지원하지 않음을 지시할 수 있다.
협상 단계에서 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)의 성능 패킷(CAP)을 수신하여, 무선 전력 전송기(100)의 인증기능 지원여부 및 아웃밴드 통신 지원여부를 확인할 수 있다.
다시 도 12로 돌아와서, 무선 전력 수신기(200)는 협상 단계 또는 재협상 단계에서 적어도 하나의 특정 요청 패킷(SRQ, Specific Request data packet)을 이용해 전력 전달 페이즈에서 제공받을 전력과 관련한 전력 전송 계약(Power Transfer Contract)의 요소들을 갱신할 수 있고(S1250), 이에 대한 ACK/NAK을 수신할 수 있다(S1255).
한편, 확장된 전력 전달 계약 확인하고 협상 단계를 종료하기 위해, 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)에게 SRQ/en을 전송하고(S1260), 무선 전력 전송기(100)로부터 ACK을 수신할 수 있다(S1265).
4. 전력 전달 페이즈(840)
전력 전달 페이즈(840)는 실제 전력이 무선 전력 수신기(200)의 부하로 전송되는 프로토콜의 일부다. 여기서, 전력 전달은 협상 페이즈(830)에서 생성된 전력 전달 계약의 조건에 따라 진행될 수 있다.
<CE에 기반한 전력 제어>
무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 수신기(200)의 목표와 실제 동작 지점 사이의 편차를 측정하는 제어 오류(control error; CE) 데이터를 무선 전력 전송기(100)에게 전송하여 전력 레벨을 제어할 수 있다. 무선 전력 전송기(100)와 무선 전력 수신기(200)는 제어 오류 데이터를 0으로 만드는 것을 목표로 하며, 이 지점에서 시스템은 목표 전력 수준에서 작동하게 된다.
<전력 전달 내에서의 FOD 방법(In-power transfer FOD method)>
제어 오류 데이터 외에도 무선 전력 전송기(100)와 무선 전력 수신기(200)는 FOD를 용이하게 하기 위한 정보를 교환할 수 있다. 무선 전력 수신기(200)는 수신하는 전력의 양(수신 전력 레벨(received power level))을 정기적으로 무선 전력 전송기(100)에게 보고하고, 무선 전력 전송기(100)는 이물질을 감지했는지 여부를 무선 전력 수신기(200)에게 알릴 수 있다. 전력 전달 페이즈에서 FOD에 대해 사용될 수 있는 방법은 예컨대, 파워 로스 계산에 해당할 수 있다. 이 접근 방식에서 무선 전력 전송기(100)는 무선 전력 수신기(200)에 의해 보고된 수신 전력 레벨을 송신 전력의 양(송신 전력 레벨)과 비교하고 차이가 임계 값을 초과할 때 무선 전력 수신기(200)에게 (이물질을 감시했는지 여부에 대한) 신호를 보낼 수 있다.
<재협상 페이즈>
상황에 따라 필요한 경우, 무선 전력 전송기(100) 또는 무선 전력 수신기(200)는 전력 전달 페이즈 중에 전력 전송 계약의 재협상을 요청할 수 있다. 전력 전송 계약의 재협상이 이루어질 수 있는 변경된 상황의 예는 다음과 같을 수 있다.
- 무선 전력 수신기(200)가 이전에 협상한 것보다 (실질적으로) 더 많은 전력이 필요할 때.
- 무선 전력 전송기(100)가 낮은 효율로 작동하고 있음을 감지한 때.
- 무선 전력 전송기(100)가 증가된 작동 온도로 인해 더 이상 현재 전력 수준을 유지할 수 없는 때(또는 그 반대의 경우, 즉, 무선 전력 수신기(200)가 충분히 냉각된 후 더 높은 전력 수준에서 작동할 수 있는 때).
여기서, 재협상 페이즈에 대한 구체적인 프로토콜의 예시는 앞서 설명한 바와 같다.
<데이터 전송 스트림>
무선 전력 전송기(100)와 무선 전력 수신기(200)는 데이터 전송 스트림을 시작하여 전력 전달 페이즈(840) 전반에 걸쳐 애플리케이션 레벨 데이터를 교환할 수 있다.
여기서, 중요한 공통 어플리케이션은 인증(authentication)이며, 여기에서 양측은 변조 방지 방식으로 상대방의 자격 증명을 확인할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)가 높은 전력 수준에서 안전하게 작동하도록 신뢰할 수 있는지 확인하기 위해 무선 전력 전송기(100)의 자격 증명을 확인하고자 할 수 있다. 적절한 자격 증명이 있으면 규정 준수 테스트를 통과했음을 의미할 수 있다.
따라서, 본 명세서에서는 낮은 전력 레벨 수준에서 전력 전달을 시작하고, 인증 프로토콜을 성공적으로 완료한 후에만 전력을 더 높은 수준으로 제어하는 방식을 제공할 수 있다.
<전력 전달 페이즈(840)에서의 프로토콜>
지금까지는 전력 전달 페이즈(840)에서의 무선 전력 전송기(100) 및 무선 전력 수신기(200) 간의 동작을 개략적으로 설명하였다. 이하, 전력 전달 페이즈(840)에서의 동작에 대한 원활한 이해를 위해, 전력 전달 페이즈(840)에서의 프로토콜을 베이스라인 프로토콜의 경우와 확장된 프로토콜의 경우를 각각 구별하여 설명하도록 한다.
도 14는 베이스라인 프로토콜에서의 전력 전달 페이즈(840)에 대한 데이터 플로우의 순서도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 14에 따르면, 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)에게 CE를 전송할 수 있다(S1410). 여기서, 무선 전력 수신기(200)는 일반적으로 CE 데이터 패킷을 초당 여러 번 전송할 수 있다.
무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)에게 일반적으로 1.5초마다 한 번씩 RP(received power) 데이터 패킷(베이스라인 프로토콜에서는 RP8)을 전송할 수 있다(S1420).
선택적으로, 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)에게 CHS(charge status) 데이터 패킷을 전송할 수 있다(S1430).
앞서 설명했던 데이터 패킷을 정리하여 설명하면 아래와 같을 수 있다.
- CE: CE 데이터 패킷은 원하는 전력 수준에 대한 피드백을 제공할 수 있다. CE 데이터 패킷은 제어 오류 값(control error value)를 포함할 수 있으며, 여기서 제어 오류 값은 무선 전력 수신기(200)의 실제 동작 지점과 목표 동작 지점 간의 편차에 대한 상대 측정 값인 부호 있는 정수 값일 수 있다. 이때의 제어 오류 값이 양수 값이면, 실제 동작 지점이 목표 동작 지점 아래에 있음을 나타내며, 무선 전력 전송기(100)에게 전력 신호를 증가시키도록 요청할 수 있다. 제어 오류 값이 음수 값이면, 실제 동작 지점이 목표 동작 지점 위에 있음을 나타내며, 무선 전력 전송기(100)에 전력 신호를 줄이도록 요청할 수 있다.
- RP8: RP8 데이터 패킷은 수신 전력 수준을 보고할 수 있다. 여기서, RP8 데이터 패킷은 베이스라인 프로토콜에만 포함될 수 있다.
- CHS: CHS 데이터 패킷은 부하에서 배터리의 충전 수준을 제공할 수 있다.
도 15는 확장된 프로토콜에서의 전력 전달 페이즈(840)에 대한 데이터 플로우의 순서도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 15에 따르면, 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)에게 CE를 전송할 수 있다(S1510). 여기서, 무선 전력 수신기(200)는 일반적으로 CE 데이터 패킷을 초당 여러 번 전송할 수 있다.
무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)에게 일반적으로 1.5초마다 한 번씩 RP(received power) 데이터 패킷(확장된 프로토콜에서는 RP)을 전송할 수 있다(S1515).
전력 전달 페이즈에서, 제어 오류 패킷(CE)와 수신 전력 패킷(RP)는, 무선전력의 제어를 위해, 요구되는 타이밍 제약(timing constraint)에 맞추어 반복적으로 전송/수신되어야 하는 데이터 패킷이다.
무선전력 전송기(100)는 무선 전력 수신기 (200)로부터 수신한 제어 오류 패킷(CE)와 수신 전력 패킷(RP)을 기초로 전송하는 무선전력의 레벨을 제어할 수 있다.
한편, 확장된 프로토콜에서는, 무선 전력 전송기(100)는 수신 전력 패킷(RP)에 대해 ACK, NAK, ATN 등의 비트 패턴으로 응답할 수 있다(S1520).
모드 값이 0인 수신 전력 패킷(RP/0)에 대해, 무선 전력 전송기(100)가 ACK으로 응답하는 것은, 전력 전송이 현재의 레벨로 계속 진행될 수 있음을 의미한다.
모드 값이 0인 수신 전력 패킷(RP/0)에 대해, 무선 전력 전송기(100)가 NAK으로 응답하는 것은, 무선 전력 수신기(200)가 전력 소비를 줄여야 함을 의미한다.
모드 값이 1 또는 2인 수신 전력 패킷(RP/1 또는 RP/2)에 대해, 무선 전력 전송기(100)가 ACK으로 응답하는 것은, 무선 전력 수신기(200)가 수신 전력 패킷(RP/1 또는 RP/2)에 포함된 전력 보정 값을 받아들였음을 의미한다.
모드 값이 1 또는 2인 수신 전력 패킷(RP/1 또는 RP/2)에 대해, 무선 전력 전송기(100)가 NAK으로 응답하는 것은, 무선 전력 수신기(200)가 수신 전력 패킷(RP/1 또는 RP/2)에 포함된 전력 보정 값을 받아들이지 않았음을 의미한다.
앞서 설명했던 모드 값이 1인 수신 전력 패킷(RP/1)은 최초 보정 데이터 포인트(first calibration data point)를 의미할 수 있으며, 모드 값이 2인 수신 전력 패킷(RP/2)은 추가적인 보정 데이터 포인트(additional calibration data point)를 의미할 수 있다. 여기서, 무선 전력 수신기는 무선 전력 전송기에게 모드 값이 2인 수신 전력 패킷(RP/2)를 여러 번 전송하여 복수 개의 추가적인 전력 보정 값을 전송할 수 있으며, 무선 전력 전송기는 수신된 RP/1 및 여러 개의 RP/2에 기반하여 보정 절차를 진행할 수 있다.
수신 전력 패킷(RP)에 대해 무선 전력 전송기(100)가 ATN으로 응답하는 것은, 무선 전력 전송기(100)가 통신의 허용을 요청함을 의미한다. 즉, 무선 전력 전송기(100)는 RP 데이터 패킷에 응답하여 데이터 패킷을 전송하는 권한을 요청하기 위해 ATN(attention) 응답 패턴을 전송할 수 있다. 달리 말하면, 무선 전력 전송기(100)는 RP 데이터 패킷에 응답하여 ATN을 무선 전력 수신기(200)에게 전송하여, 데이터 패킷을 전송하는 권한을 무선 전력 수신기(200)에게 요청할 수 있다.
선택적으로, 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)에게 CHS(charge status) 데이터 패킷을 전송할 수 있다(S1525).
한편, 무선 전력 전송기(100)와 무선 전력 수신기(200)는 전력 전송 계약에서의 요소(일반적으로는 보장된 부하 전력)에 대한 재협상을 개시하기 위하여, DSR(data stream response) 데이터 패킷, CAP 데이터 패킷, NEGO 데이터 패킷을 교환할 수 있다.
예컨대, 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)에게 DSR 데이터 패킷을 전송하고(S1530), 무선 전력 전송기(100)는 무선 전력 수신기(200)에게 CAP을 전송할 수 있다(S1535).
아울러, 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)에게 NEGO 데이터 패킷을 전송하고(S1540), 무선 전력 전송기(100)는 NEGO 데이터 패킷에 응답하여 무선 전력 수신기(200)에게 ACK을 전송할 수 있다(S1545).
여기서, 재협상 페이즈의 개시에 관련된 데이터 패킷을 정리하면 아래와 같을 수 있다.
- DSR: DSR 데이터 패킷에는 아래와 같은 값들 중 어느 하나의 값이 설정될 수 있다.
i) 0x00-DSR/nak: 마지막으로 수신된 무선 전력 전송기(100)의 데이터 패킷이 거부되었음을 지시함.
ii) 0x33-DSR/poll: 데이터 패킷을 보내도록 무선 전력 전송기(100)를 인바이트 (invite)함.
iii) 0x55-DSR/nd: 마지막으로 수신된 무선 전력 전송기(100)의 데이터 패킷이 예상되지 않았음을 지시함.
iv) 0xFF-DSR/ack: 마지막으로 수신된 무선 전력 전송기(100)의 데이터 패킷이 제대로 처리되었음을 확인함.
- CAP: CAP 데이터 패킷은 무선 전력 전송기(100)의 기능에 대한 정보를 제공한다. 구체적인 내용은 앞서 설명한 바와 같다.
- NEGO: NEGO 데이터 패킷은 재협상 단계로 진행하도록 무선 전력 전송기(100)에 요청할 수 있다.
무선 전력 전송기(100)와 무선 전력 수신기(200)는 어플리케이션 레벨 데이터의 교환을 위해 ADC(auxiliary data control), ADT(auxiliary data transport) 및 DSR 데이터 패킷을 이용할 수 있다.
즉, 어플리케이션 레벨 데이터의 교환을 위한 데이터 전송 스트림의 송수신 관점에서, 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)에게 ADC/ADT를 전송할 수 있으며(S1550), 무선 전력 전송기(100)는 이에 대한 응답으로 ACK/NAK을 무선 전력 수신기(200)에게 전송할 수 있다(S1555). 아울러, 무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 전송기(100)에게 DSR을 전송할 수 있으며(S1560), 무선 전력 전송기는 무선 전력 수신기에게 ADC/ADT를 전송할 수 있다(S1565).
여기서, 데이터 전송 스트림은 데이터 스트림 개시자에서 데이터 스트림 응답자로 애플리케이션 레벨 데이터를 전달하는 역할을 한다. 그리고, 어플리케이션 레벨 데이터는 크게 i) 인증(authentication) 어플리케이션, ii) 독점(범용) 애플리케이션으로 구별될 수 있다.
어플리케이션 레벨 데이터 중 인증 어플리케이션에 관련된 메시지/정보는 다음과 같이 정리될 수 있다.
인증 절차(authentication procedure)에서 사용되는 메시지를 인증 메시지라 한다. 인증 메시지는 인증에 관련된 정보를 운반하는데 사용된다. 인증 메시지에는 2가지 타입이 존재한다. 하나는 인증 요청(authentication request)이고, 다른 하나는 인증 응답(authentication response)이다. 인증 요청은 인증 개시자에 의해 전송되고, 인증 응답은 인증 응답자에 의해 전송된다. 무선전력 전송장치와 수신장치는 인증 개시자 또는 인증 응답자가 될 수 있다. 예를 들어, 무선전력 전송장치가 인증 개시자인 경우 무선전력 수신장치는 인증 응답자가 되고, 무선전력 수신장치가 인증 개시자인 경우 무선전력 전송장치가 인증 응답자가 된다.
인증 요청 메시지는 GET_DIGESTS, GET_CERTIFICATE, CHALLENGE를 포함한다.
- GET_DIGESTS: 이 요청은 인증서 체인 다이제스트를 검색하는 데 사용될 수 있다. 무선 전력 수신기(200)는 한 번에 원하는 수의 다이제스트를 요청할 수 있다.
- GET_CERTIFICATE: 이 요청은 대상 인증서 체인의 세그먼트를 읽는 데 사용될 수 있다.
- CHALLENGE: 이 요청은 전력 전송기 제품 장치의 인증을 시작하는 데 사용될 수 있다.
인증 응답 메시지는 DIGESTS, CERTIFICATE, CHALLENGE_AUTH, ERROR를 포함한다.
- DIGESTS: 무선 전력 전송기(100)는 DIGESTS 응답을 사용하여 인증서 체인 요약을 보내고 유효한 인증서 체인 요약이 포함된 슬롯을 보고할 수 있다.
- CERTIFICATE: 이 응답은 무선 전력 전송기(100)가 인증서 체인의 요청된 세그먼트를 보내는 데 사용될 수 있다.
- CHALLENGE_AUTH: 무선 전력 전송기(100)는 CHALLENGE_AUTH를 사용하여 CHALLENGE 요청에 응답할 수 있다.
- ERROR: 이 응답은 전력 송신기에서 오류 정보를 전송하는 데 사용될 수 있다.
인증 메시지는 인증 패킷이라 불릴 수도 있고, 인증 데이터, 인증 제어정보라 불릴 수도 있다. 또한, GET_DIGEST, DIGESTS 등의 메시지는 GET_DIGEST 패킷, DIGEST 패킷 등으로 불릴 수도 있다.
한편, 앞서 설명했던 바와 같이, 무선 전력 수신기(200)와 무선 전력 전송기(100)는 데이터 전송 스트림을 통해 어플리케이션 레벨 데이터를 전달할 수 있다. 데이터 전송 스트림을 통해 전달되는 어플리케이션 레벨 데이터는 다음 구조의 데이터 패킷 시퀀스로 구성될 수 있다.
- 스트림을 여는 초기 ADC 데이터 패킷.
i) 스트림에 포함된 메시지 유형.
ii) 스트림의 데이터 바이트 수.
- 실제 메시지를 포함하는 일련의 ADT 데이터 패킷.
- 스트림을 닫는 최종 ADC/end 데이터 패킷.
이하, 위와 같은 ADC, ADT, ADC/end 데이터 패킷이 이용되는 예시에 대한 데이터 전송 스트림을 도면을 통해 설명하도록 한다.
도 16은 일례에 따른 무선 전력 전송기(100)와 무선 전력 수신기(200) 간의 어플리이션 레벨의 데이터 스트림을 도시한 것이다.
도 16를 참조하면, 데이터 스트림은 보조 데이터 제어(auxiliary data control: ADC) 데이터 패킷 및/또는 보조 데이터 전송(auxiliary data transport: ADT) 데이터 패킷을 포함할 수 있다.
ADC 데이터 패킷은 데이터 스트림을 시작(opening)하는데 사용된다. ADC 데이터 패킷은 스트림에 포함된 메시지의 타입과, 데이터 바이트의 개수를 지시할 수 있다. 반면 ADT 데이터 패킷은 실제 메시지를 포함하는 데이터의 시퀀스들이다. 스트림의 종료를 알릴 때에는 ADC/end 데이터 패킷이 사용된다. 예를 들어, 데이터 전송 스트림 내의 데이터 바이트의 최대 개수는 2047로 제한될 수 있다.
ADC 데이터 패킷과 ADT 데이터 패킷의 정상적인 수신 여부를 알리기 위해, ACK 또는 NAC(NACK)이 사용된다. ADC 데이터 패킷과 ADT 데이터 패킷의 전송 타이밍 사이에, 제어 오류 패킷(CE) 또는 DSR 등 무선충전에 필요한 제어 정보들이 전송될 수 있다.
이러한 데이터 스트림 구조를 이용하여, 인증 관련 정보 또는 기타 어플리케이션 레벨의 정보들이 무선전력 전송장치와 수신장치 간에 송수신될 수 있다.
앞서 설명했던, 전력 전달 페이즈(840)에서의 무선 전력 전송기(100) 및 무선 전력 수신기(200) 간의 동작의 이해를 위한 예시를 설명하자면 아래와 같을 수 있다.
도 17은 일 실시예에 따른 전력 제어 컨트롤 방법을 나타낸다.
도 17에서 전력 전달 페이즈에서, 무선 전력 전송기(100) 및 무선 전력 수신기(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.
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 명세서의 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 17에서 설명한 방법이 완전히 배제되는 것은 아니며, 추가적인 송신 전력의 제어를 도 17의 방법으로 수행할 수도 있다.
<전력 프로파일에 따른 동작>
무선 충전 방식에는 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. 여기서, 자기 공명 방식에 대한 무선 충전 표준은 A4WP라는 협의회에서 주도하며 자기 유도 방식은 WPC(Wireless Power Consortium)에서 표준을 주도한다. 여기서, WPC에서는 무선 충전 시스템과 관련된 다양한 상태 정보 및 명령어를 인 밴드로 주고 받을 수 있도록 설계되어 있다.
WPC에서의 Qi 표준은 기본 전력 프로파일(baseline power profile: BPP)과 확장 전력 프로파일(extended power profile: EPP), 자석 전력 프로파일(magnetic power profile)을 정의한다. 이하, BPP, EPP 및 MPP에 대해 각각 설명하도록 한다.
A. BPP(baseline power profile)
BPP는 5W까지의 전력 전송을 지원하는 무선전력 전송장치와 수신장치 간의 전력 전달 프로파일에 관한 것이다. 그리고, BPP에서는 무선 전력 수신기로부터 무선 전력 전송기로의 일 방향 통신(unidirectional communication)이 지원된다. 이때의 통신 방식은 ASK(amplitude shift keying)에 해당될 수 있다. BPP에서는 핑, 설정, 전력 전달의 프로토콜 페이즈가 존재할 수 있다.
B. EPP(extended power profile)
EPP는 15W까지의 전력 전송을 지원하는 무선전력 전송장치와 수신장치 간의 전력 전달 프로파일에 관한 것이다. 그리고, EPP에서는 무선 전력 수신기와 무선 전력 전송기 간의 양 방향 통신(bidirectional communication)이 지원된다. 무선 전력 수신기로부터 무선 전력 전송기로의 통신 방식은 ASK(amplitude shift keying)에 해당될 수 있으며, 무선 전력 전송기로부터 무선 전력 수신기로의 통신 방식은 FSK(frequency shift keying)에 해당될 수 있다. EPP에서는 핑, 설정, 협상, 전력 전달의 프로토콜 페이즈가 존재할 수 있다.
(a) EPP에서의 호환성
EPP는 BPP의 상위 프로파일에 해당할 수 있다.
예컨대, BPP 무선 전력 수신기가 EPP 무선 전력 전송기 상에 배치되면, EPP 무선 전력 전송기는 BPP 무선 전력 전송기로써 동작할 수 있다.
예컨대, EPP 무선 전력 수신기가 BPP 무선 전력 전송기 상에 배치되면, EPP 무선 전력 수신기는 BPP 무선 전력 수신기로써 동작할 수 있다.
즉, EPP는 BPP와의 호환성을 유지할 수 있다.
(b) EPP 무선 전력 수신기의 EPP지시 방법
EPP 무선 전력 수신기는 설정 패킷(i.e. CFG)에서의 'neg' 비트를 1로써 설정함으로써, 자신이 EPP 무선 전력 수신기임을 지시할 수 있다. 설정 패킷에 대한 구체적인 예는 앞서 설명한 바와 같다.
(c) EPP 무선 전력 전송기의 EPP지시 방법
EPP 무선 전력 전송기가 'neg' 비트가 1로 설정된 설정 패킷을 무선 전력 수신기로부터 수신할 경우, EPP 무선 전력 전송기는 이에 대해 ACK FSK 비트 패턴으로써 무선 전력 수신기에게 응답할 수 있다.
참고로, 앞서 설명한 바와 같이 BPP 무선 전력 전송기는 FSK 통신 방법을 지원하지 않기에 BPP 무선 전력 전송기는 FSK 비트 패턴을 전송하지 못한다. 이에, 'neg' 비트를 1로 설정하여 설정 패킷을 BPP 무선 전력 전송기에게 전송한 EPP 무선 전력 수신기는, 위 ACK 응답을 수신하지 못함으로써, 상대 무선 전력 전송기가 BPP 무선 전력 전송기임을 식별할 수 있다.
한편, Qi v2.0부터는 무선 전력 전달 시스템에 새로운 전력 전달 프로파일을 제공하고자 하며, 이때 제안되는 전력 전달 프로파일 중에는 MPP(magnetic power profile)이 있다. MPP는 Qi v1.3.0에 기반한 'Apple' 사의 전용 확장에 해당할 수 있다.
C. MPP(magnetic power profile)
MPP는 15W까지의 전력 전송을 지원하는 무선전력 전송장치와 수신장치 간의 전력 전달 프로파일에 관한 것이다. 그리고, MPP에서는 무선 전력 수신기와 무선 전력 전송기 간의 양 방향 통신(bidirectional communication)이 지원된다. 무선 전력 수신기로부터 무선 전력 전송기로의 통신 방식은 ASK(amplitude shift keying)에 해당될 수 있으며, 무선 전력 전송기로부터 무선 전력 수신기로의 통신 방식은 FSK(frequency shift keying)에 해당될 수 있다. 이때, 협상 및 전력 전달 페이즈 동안에는 빠른 FSK(NCYCLE = 128)가 사용될 수 있다.
MPP에서는 핑, 설정, MPP 협상, MPP 전력 전달의 프로토콜 페이즈가 존재할 수 있다.
(a) MPP에서의 호환성
MPP는 BPP의 상위 프로파일에 해당할 수 있다.
예컨대, BPP 무선 전력 수신기가 MPP 무선 전력 전송기 상에 배치되면, MPP 무선 전력 전송기는 BPP 무선 전력 전송기로써 동작할 수 있다.
예컨대, MPP 무선 전력 수신기가 BPP 무선 전력 전송기 상에 배치되면, MPP 무선 전력 수신기는 BPP 무선 전력 수신기로써 동작할 수 있다.
즉, MPP는 BPP와의 호환성을 유지할 수 있다.
(b) MPP 무선 전력 수신기의 MPP 동작(MPP 지시 방법)
MPP 무선 전력 수신기는 확장된 ID 패킷 내에 특정 MPP 지시자를 이용할 수 있다.
MPP 무선 전력 수신기가 XID를 통해 MPP의 지원 여부를 알려주기 위해서는, 무선 전력 수신기는 ID 패킷을 통해 XID가 전송됨을 무선 전력 전송기에게 알려줘야 한다. MPP 무선 전력 수신기가 전송하게 되는 ID 패킷은 아래와 같을 수 있다.
도 18은 MPP ID 패킷의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 18에 따르면, MPP ID 패킷에서, B0의 b4 - b7까지의 메이저 버전 필드의 값은, 1로 설정될 수 있다.
MPP ID 패킷에서, B0의 b0 - b3까지의 마이너 버전 필드의 값은, 추후 결정되는 값일 수 있다.
MPP ID 패킷에서, B1 및 B2의 제조사 코드(manufacture code)의 값은 PRMC 코드로 할당될 수 있다.
MPP ID 패킷에서, B3의 b7의 'ext' 필드의 값은, 1로 설정되어 XID 패킷이 추가 전송됨이 지시될 수 있다.
MPP ID 패킷에서, B3의 b0 내지 b6, B4, B5의 b3 내지 b7의 랜덤 식별자 필드의 값은, 랜덤 디바이스 식별 정책에 따라 설정될 수 있다.
도 19는 MPP에서의 XID 패킷의 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 19에 따르면, MPP에서의 XID 패킷은 'XID Selector' 필드, 'Restricted' 필드, 'Freq Mask' 필드 등을 포함할 수 있다.
여기서, MPP의 지원 유무는 'XID selector'의 값이 0xFE인지 여부에 따라 판단될 수 있다. 즉, XID의 B_0의 값이 0xFE인 경우, 이때의 XID는 무선 전력 수신기가 MPP를 지원함을 알리는 정보에 해당할 수 있다.
'Restricted' 필드는 무선 전력 수신기가 MPP 제한 모드로 동작하는지 혹은 MPP 풀 모드로 동작을 하는지를 알려주는 정보에 해당할 수 있다. 만약, 무선 전력 수신기가 MPP 제한 모드로 동작함을 선택한 경우, 위 필드는 1로 설정될 수 있다. 한편, 다른 경우에는(예컨대, 무선 전력 수신기가 MPP 제한 모드로 동작하지 않음을 선택한 경우), 위 필드는 0으로 설정될 수 있다.
'Preferred Frequency' 필드는 MPP 선호되는 주파수를 의미할 수 있다. 여기서, 무선 전력 수신기는 주파수의 스위칭 전에 (협상 페이즈에서) 무선 전력 전송기로부터 정보를 검색하고자 할 경우에는 이 필드를 128 kHz로 설정할 수 있다. 그 외의 경우에는, 무선 전력 수신기는 이 필드를 360 kHz로 설정할 수 있다.
'Freq Mask' 필드는 360 kHz의 동작 주파수가 지원되는지 여부를 판단하기 위한 필드에 해당한다. 즉, 'Freq Mask' 필드가 0으로 설정된 경우 360kHz가 지원된다.
정리하면, 무선 전력 전송기가 무선 전력 수신기로부터 수신한 ID의 'Ext' 비트가 1로 설정되었는지를 판단하고 XID의 B_0이 0xFE로 설정되었는지를 판단하여, 무선 전력 전송기는 무선 전력 수신기의 MPP에 대한 지원 여부를 판단할 수 있다.
(c) MPP 무선 전력 전송기의 MPP 동작(MPP 지시 방법)
충전 표면에서 무선 전력 수신기의 배치를 감지한 후, MPP 무선 전력 전송기는 ID 및 XID 패킷에 포함된 정보를 사용하여 디지털 핑을 수행하고 수신기를 식별할 수 있다.
여기서, 무선 전력 전송기는 다음 조건이 모두 충족되는 경우 무선 전력 수신기가 MPP를 지원하는 것으로 결정할 수 있다.
- Qi 버전: ID 패킷의 Qi 프로토콜 버전은(Major=1, Minor=TBD) 이상으로 설정됨.
- MPP 지원 알림: XID 패킷의 하위 헤더(바이트 0)가 MPP 셀렉터(selector)로 설정됨.
만약 위 두 가지 조건이 만족되지 않으면, 무선 전력 전송기는 Qi v1.3 사양에 따라 후속 절차를 진행할 수 있다.
한편, XID 패킷에서 MPP 무선 전력 수신기가 요청한 MPP 작동 모드에 따라 무선 전력 전송기는 다음을 수행한다.
- 제한된(restricted) 프로파일 활성화(MPP 제한 모드): 'restricted' 플래그가 1로 설정된 경우.
- 전체(full) 프로파일 활성화(MPP 풀 모드): 'restricted' 플래그가 0으로 설정된 경우.
위 제한된 프로파일에 대한 구체적인 예시와, 풀 프로파일에 대한 구체적인 예시는 후술하도록 한다.
한편, MPP 무선 전력 전송기가 'neg' 비트가 1로 설정된 설정 패킷을 무선 전력 수신기로부터 수신할 경우, (MPP 풀 모드에서) MPP 무선 전력 전송기는 MPP 풀 모드에서) 이에 대해 MPP ACK FSK 비트 패턴으로써 무선 전력 수신기에게 응답할 수 있다.
참고로, MPP 제한 모드의 무선 전력 전송기는 FSK 통신 방법을 지원하지 않기에 MPP 제한 모드의 무선 전력 전송기는 FSK 비트 패턴을 전송하지 못한다. 다만, MPP 제한 모드의 무선 전력 전송기는 전력 전달을 위해 360 kHz의 동작 시그널을 이용하기 때문에, 이에, 'neg' 비트를 1로 설정하여 설정 패킷을 MPP 제한 모드로 동작하는 무선 전력 전송기에게 전송한 MPP 무선 전력 수신기는 동작 주파수를 통해 상대 무선 전력 전송기가 MPP 제한 모드의 무선 전력 전송기임을 식별할 수 있다.
(d) MPP의 모드
한편, MPP에서는 두 가지 모드가 존재할 수 있다. 그 중 하나는 MPP 제한 모드(MPP Restricted mode)(다른 말로는 MPP 베이스라인 프로파일)이고, 나머지 하나는 MPP 풀 모드(MPP Full mode)(다른 말로는 MPP 풀 프로파일)이다.
양 자의 차이를 간략히 설명하자면, MPP 제한 모드에서는 XID에서의 'restricted' 필드가 1로 설정되나, MPP 풀 모드에서는 XID에서의 'restricted' 필드가 0으로 설정된다는 점이 있다.
또한, MPP 제한 모드에서는 FSK 통신이 지원되지 않으나, MPP 풀 모드에서는 FSK 통신이 지원될 수 있다.
추가적으로, MPP 제한 모드에서는 FSK 통신이 지원되지 않기에 CFG에 대한 MPP ACK를 전송할 수 없으며, 이에 따라, MPP 제한 모드에서는 MPP 협상이 지원되지 않는다. 이에 반해, MPP 풀 모드에서는 FSK 통신이 지원되기에 CFG에 대한 MPP ACK를 전송할 수 있으며, 이에 따라, MPP 풀 모드에서는 MPP 협상이 지원될 수 있다.
이하, MPP 제한 모드와 MPP 풀 모드에 대해서 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 여기서, MPP 제한 모드는 MPP 베이스라인 프로파일과 혼용될 수 있고, MPP 풀 모드는 MPP 풀 프로파일과 혼용될 수 있다.
이하, MPP 제한 모드와 MPP 풀 모드에 대한 풍부한 이해를 위해, 각 모드에서의 프로토콜에 대해서 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
i) MPP 제한 모드(MPP restricted mode)
앞서 설명한 바와 같이, MPP 제한 모드에서는 FSK 커뮤니케이션이 지원되지 않는다. 즉, MPP 제한 모드에서는 무선 전력 전송기로부터 무선 전력 수신기에게 전송되는 데이터 패킷이 존재하지 않을 수 있다. 이와 같은 배경 하에, 도면을 통해 MPP 제한 모드에서의 프로토콜을 설명하도록 한다.
도 20은 MPP 제한 모드에서의 프로토콜을 개략적으로 도시한 것이다.
도 20에 따르면, 무선 전력 수신기는 무선 전력 전송기에게 제1 동작 주파수(예컨대, 128 kHz) 상에서 SIG를 전송할 수 있다. 이때, 제1 동작 주파수는 BPP 및/또는 EPP가 수행될 수 있는 동작 주파수에 해당될 수 있다. 그리고, 이때의 제1 동작 주파수는 무선 전력 전송기가 구동하는 주파수에 해당한다.
무선 전력 수신기는 무선 전력 전송기에게 제1 동작 주파수 상에서 ID 패킷을 전송할 수 있다. 이때, MPP에서는 XID가 반드시 전송되기에, XID가 추가적으로 전송됨을 지시할 수 있도록 ID의 'ext' 비트가 1로 설정될 수 있다.
무선 전력 수신기는 무선 전력 전송기에게 제1 동작 주파수 상에서 XID 패킷을 전송할 수 있다.
이때의 XID에서의 B0의 값은 0xFE일 수 있으며, XID에서의 B0의 값이 0xFE로 설정된다면 이는 무선 전력 수신기가 MPP를 지원함을 알리는 정보에 해당할 수 있다. 아울러, 이때의 XID에서의 'Restricted' 필드는 무선 전력 수신기가 MPP 제한 모드로 동작함을 알릴 수 있도록, 위 필드는 1로 설정될 수 있다.
여기서, 무선 전력 전송기가 MPP 제한 모드를 지시하는 위 XID 패킷을 수신한 경우, 무선 전력 전송기는 전력 시그널을 제거하고, 새로운 동작 주파수에서 핑 페이즈를 재시작 할 수 있다.
핑 페이즈가 재시작 되면, 무선 전력 수신기는 SIG의 전송부터 다시 시작하게 된다. 다만, 이때의 동작 주파수는 제2 동작 주파수(예컨대, 360kHz)일 수 있다.
이후, 무선 전력 수신기는 제2 동작 주파수에서 ID, XID, CFG 패킷들을 무선 전력 전송기에게 각각 전송한다. 아울러, 무선 전력 수신기는 CEP를 무선 전력 전송기에게 전송함으로써 무선 전력 전송기로부터 MPP 베이스라인에 기반한 무선 전력을 수신할 수 있다.
ii) MPP 풀 모드(MPP full mode)
앞서 설명한 바와 같이, MPP 풀 모드에서는 FSK 커뮤니케이션이 지원될 수 있다. 즉, MPP 풀 모드에서는 무선 전력 전송기로부터 무선 전력 수신기에게 전송되는 데이터 패킷이 존재할 수 있다. 이를 달리 말하면, 무선 전력 전송기와 무선 전력 수신기 간에는 MPP 협상 등이 진행될 수 있다. 이와 같은 배경 하에, 도면을 통해 MPP 풀 모드에서의 프로토콜을 설명하도록 한다.
도 21 및 도 22는 MPP 풀 모드에서의 프로토콜을 개략적으로 도시한 것이다.
우선 도 21에 따르면, 무선 전력 수신기는 무선 전력 전송기에게 제1 동작 주파수(예컨대, 128 kHz) 상에서 SIG를 전송할 수 있다. 이때, 제1 동작 주파수는 BPP 및/또는 EPP가 수행될 수 있는 동작 주파수에 해당될 수 있다. 그리고, 이때의 제1 동작 주파수는 무선 전력 전송기가 구동하는 주파수에 해당한다.
무선 전력 수신기는 무선 전력 전송기에게 제1 동작 주파수 상에서 ID 패킷을 전송할 수 있다. 이때, MPP에서는 XID가 반드시 전송되기에, XID가 추가적으로 전송됨을 지시할 수 있도록 ID의 'ext' 비트가 1로 설정될 수 있다.
무선 전력 수신기는 무선 전력 전송기에게 제1 동작 주파수 상에서 XID 패킷을 전송할 수 있다.
이때의 XID에서의 B0의 값은 0xFE일 수 있으며, XID에서의 B0의 값이 0xFE로 설정된다면 이는 무선 전력 수신기가 MPP를 지원함을 알리는 정보에 해당할 수 있다. 아울러, 이때의 XID에서의 'Restricted' 필드는 무선 전력 수신기가 MPP 풀 모드로 동작함을 알릴 수 있도록, 위 필드는 0으로 설정될 수 있다.
한편, MPP 풀 모드에서는 MPP 제한 모드와는 다르게, 무선 전력 전송기가 무선 전력 수신기로부터 XID 패킷을 수신할 지라도 파워 시그널을 제거하지 않는다. 이때, 무선 전력 수신기는 여전히 파워 시그널이 제거되지 않았기에 XID 패킷 이후 CFG 패킷을 무선 전력 전송기에게 전송한다.
그리고, 무선 전력 수신기는 위 CFG 패킷에 대한 응답으로써, MPP ACK을 무선 전력 전송기로부터 수신할 수 있다.
MPP ACK을 수신한 무선 전력 수신기는 무선 전력 전송기와 협상 페이즈에 진입하고, 무선 전력 수신기 및 무선 전력 전송기 양 자는 협상을 진행할 수 있다.
협상의 진행 이후, 무선 전력 수신기는 무선 전력 전송기와 전력 전달 페이즈에 진입할 수 있다.
한편, 무선 전력 수신기는 EPT 패킷을 무선 전력 전송기에게 전송한다. EPT 패킷을 수신한 무선 전력 전송기는 파워 시그널을 제거하며, 이후에 새로운 동작 주파수에서 핑 페이즈를 재시작 할 수 있다.
도 22에 따르면, 핑 페이즈가 재시작 되면, 무선 전력 수신기는 SIG의 전송부터 다시 시작하게 된다. 다만, 이때의 동작 주파수는 제2 동작 주파수(예컨대, 360kHz)일 수 있다.
이후, 무선 전력 수신기는 제2 동작 주파수에서 ID, XID, CFG 패킷들을 무선 전력 전송기에게 각각 전송한다. 그리고, 무선 전력 수신기는 무선 전력 전송기로부터 MPP ACK을 수신할 수 있다.
MPP ACK을 수신한 무선 전력 수신기는 제2 동작 주파수에서 무선 전력 전송기와 협상 페이즈에 진입하고, 무선 전력 수신기 및 무선 전력 전송기 양 자는 협상을 진행할 수 있다.
협상의 진행 이후, 무선 전력 수신기는 제2 동작 주파수에서 무선 전력 전송기와 전력 전달 페이즈에 진입한다. 아울러, 무선 전력 수신기는 XCE를 무선 전력 전송기에게 전송하고 이에 대한 응답(예컨대, ACK을 수신)함으로써 무선 전력 전송기로부터 MPP 풀 모드에 기반한 무선 전력을 수신할 수 있다.
이하, 본 명세서에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
무선 충전에 있어 무선 전력 전송기와 무선 전력 수신기 간에 이물질의 존재는, 무선 전력 전송기 및 무선 전력 수신기 간의 무선 충전에 대해 리스크가 될 수 있다.
그 이유로, 무선 전력 전송기와 무선 전력 수신기 간의 자장의 발생으로 인해, 사이에 존재하는 이물질에 발열 등이 발생함으로써, 충전 효율이 저하될 수 있기 때문이다. 아울러, 단순히 충전 효율이 떨어지는 것을 떠나서, 이물질의 발열로 인하여 무선 전력 전송기 및/또는 무선 전력 수신기의 기기가 고장 나는 원인이 될 수도 있다.
이에, 무선 전력 전달 시스템에서는 이물질 검출에 대한 프로토콜을 제공하고 있다.
전력 전달 전 이물질 측정의 방법으로써, 품질 인자를 측정하는 방법이 제공될 수 있다.
<품질 인자 측정>
이하, 품질 인자(quality factor; Q-factor)의 측정에 대해 설명하도록 한다.
도 23 및 도 24는 품질 인자의 측정/계산의 예시를 도시한 것이다.
도 23 및 도 24에서의 품질 인자, 즉, Q-팩터는 wL/R로, 주어진 인덕턴스(inductance; L), 주파수(w) 조건에서 레지스턴스(resistance; R )성분을 찾아내는데 활용되는 물성치에 해당한다. 그리고, 위 품질 인자는 무선 전력 전송기 및 무선 전력 수신기 간의 이물질 검출(foreign object detection; FOD)에 사용되는 값일 수 있다.
보다 구체적으로, 무선 전력 수신기는 사전에 본인의 레퍼런스 Q 팩터의 값을 기억해두고, 협상 페이즈에서 패킷을 통해 레퍼런스 Q 팩터의 값을 무선 전력 전송기에게 전송할 수 있다. 이때 레퍼런스 Q 팩터의 값은 예컨대, 협상 페이즈에서의 FOD/xx(e.g. FOD/rf, FOD/qf)를 통해 무선 전력 수신기로부터 무선 전력 전송기에게 전송될 수 있다.
무선 전력 전송기는 무선 충전 전(즉, 전력 전달 전에) 작은 신호를 발생시켜 Q-팩터를 측정할 수 있다. 그리고, 무선 전력 전송기는 본인이 측정한 Q 팩터 값과 무선 전력 수신기가 보고해주는 값(예컨대, 레퍼런스 Q-팩터의 값)을 비교하여 FOD 여부를 판단할 수 있다.
한편, MPP(Magnetic Power Profile)에서는 기존 Qi 제품과 달리 360KHz의 충전 주파수를 사용하고 커플링 추정(K estimation) 과정을 통해 공진 캐패시터를 설정하여 시스템을 운용한다. 이 때, MPP 관점에서, 충전 진입 초기에 커플링 팩터 K를 측정하는 방법이 존재할 수 있다.
<커플링 인자>
이하, 커플링 인자(Coupling Factor) K 측정법에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
MPP에서는 충전 진입 초기 식별 단계(또는 설정 단계)에서 커플링 인자(Coupling Factor) K가 측정될 수 있다.
이때의 커플링 팩터는, 무선 전력 전송기의 공진 캐패시터와 'Snubber' 캐패시터 설정, 전달 가능한 파워 설정, 인-밴드 통신 설정, 또는 로드 변화 상황에서의 과 전압 보호(Over Voltage Protection) 기능에서 사용될 수 있다.
여기서, 커플링 팩터는 아래와 같은 수식을 통해 결정될 수 있다.
<수식 1>
Figure PCTKR2024003302-appb-img-000001
여기서, M은 “mutual inductance”, LTX는 무선 전력 전송기 코일의 인덕턴스(inductance), LRX는 무선 전력 수신기 코일의 인덕턴스이다.
위와 같은 수식은 아래와 같이 다시 표현될 수 있다.
<수식 2>
Figure PCTKR2024003302-appb-img-000002
여기서, Vrect는 무선 전력 수신기의 정류기의 출력 전압이며, Vinv는 무선 전력 송신기의 인버터에 인가되는 전압, VCTX-pp는 무선 전력 송신기의 공진 캐패시터 양단에 걸리는 전압의 피크-투-피크(peak-to-peak) 값이다. 더욱 정밀한 k 값 추정을 위해서 아래와 같이 전력 수신기로부터 제공받은 스케일링 계수를 곱하여 더욱 정확한 k 값을 계산할 수 있다.
<수식 3>
Figure PCTKR2024003302-appb-img-000003
<수식 4>
Figure PCTKR2024003302-appb-img-000004
여기서, 무선 전력 수신기는 계산에 필요한 계수 a0rx, a1rx 및 Vrect 값을 XID 패킷에 담아서 무선 전력 전송기에게 전송할 수 있다.
무선 전력 전송기는 무선 전력 수신기로부터 전달받은 값과 자신이 측정한 Vinv(inverter단 전압) 및 Vctx-pp(공진 단 전압)을 이용하여 Kest를 계산할 수 있다. 그리고, 무선 전력 전송기는 위 값을 시스템 설정에 참고 값으로 사용할 수 있다.
이하, MPP 시스템과 EPP 시스템이 혼재될 때 발생하는 문제 상황을, 앞서 설명한 품질 인자 및 커플링 인자를 이용하여 설명한다.
MPP 시스템과 EPP 시스템은 무선 충전 기술의 두 가지 주요 형태다.
MPP 시스템에서는 무선 전력 전송기 및 무선 전력 수신기 내부에 포함된 자석을 사용하여 높은 정렬이 제공될 수 있으며, 위와 같은 높은 정렬의 전제 하에 무선 전력 전송기와 무선 전력 수신기 간에 충전이 진행될 수 있다.
반면, EPP 시스템에서는 무선 전력 전송기 및/또는 무선 전력 수신기 내부에 자석이 포함되지 않음을 전제로, 무선 전력 전송기와 무선 전력 수신기 간에 충전이 진행될 수 있다.
앞으로의 무선 전력 전송 시스템은, 앞서 설명했던 BPP, EPP 및 MPP 간의 무선 전력 전달 프로토콜이 혼재될 수 있다.
그 중, MPP 시스템과 EPP 시스템이 혼재될 때 발생하는 주요 문제점 중 하나는 호환성 문제다. 자석을 사용하는 MPP 무선 전력 수신기는 무선 전력 전송기에서 자석이 존재하는 위치 상에서 정렬되어야 한다. 하지만, MPP 무선 전력 수신기가 자석을 사용하지 않는 EPP 무선 전력 전송기와 함께 사용될 때는 정렬이 어려울 수 있기에, 충전이 올바르게 이루어지지 않을 수 있다. 이로 인해 충전 효율이 저하되거나 충전이 전혀 되지 않을 수 있다.
또 다른 문제는 혼재된 시스템이 충돌할 수 있다는 점이다. MPP 시스템에서는 자석이 존재하므로, EPP 시스템과 충돌하여 무선 전력 전송기 및 무선 전력 수신기 간의 간섭이 발생할 수 있다. 이러한 충돌은 충전 효율을 저하시키거나 충전기가 제대로 작동하지 않도록 하는 문제를 야기할 수 있다.
위와 같은 문제를 해결하기 위해 이동 코일 무선 전력 전송기가 제공될 수 있다.
도 25는 이동 코일 무선 전력 전송기의 원리를 개략적으로 도시한 것이다.
도 25에 따르면, 앞서 설명한 문제점을 해결하기 위해 무선 전력 전송기에 자석을 포함하는 대신, 무선 전력 전송기에 속해 있는 코일을 이동시키는 방법이 사용될 수 있다. 즉, EPP와 MPP의 호환을 위해 무선 전력 전송기의 자석이 제거되고, 무선 전력 전송기가 무선 전력 수신기의 위치를 검출하여, 무선 전력 전송기의 코일이 무선 전력 수신기 코일의 센터로 이동하는 방식이 제공될 수 있다.
위와 같이 자석을 사용하지 않고 코일을 이동하는 방식은 다양한 종류의 무선 충전 장치를 혼용할 수 있는 유연성을 제공할 수 있다. 또한, 사용자는 장치를 충전기에 놓기만 하면 되므로, 정확한 위치 조정이 필요하지 않다는 장점이 존재할 수 있다. 아울러, 코일 이동 방식은 자석이 포함되어 있지 않기 때문에, 충전기 간의 자석으로 인한 간섭을 줄일 수 있다.
한편, 위와 같은 이동성 코일이 제공된다고 할 지라도, 다음과 같은 문제는 여전히 남아있을 수 있다.
우선, MPP 시스템에서는 무선 전력 전송기 및/또는 무선 전력 수신기 내부에 자석을 구비되어 있음을 전제로 하고 있기에, MPP를 이용하는 무선 전력 전송기 및 무선 전력 수신기는 충전 초기에만 품질 인자 및 커플링 인자를 측정한다.
그리고, 충전 초기에 측정한 품질 인자 및 커플링 인자에 기반하여 무선 전력 전송기 및 무선 전력 수신기 간에 이 물질이 없음이 전제된 경우에는, 자석으로 인해 정렬이 변경되지 않을 것이기에, MPP 시스템은 충전 중에는 충전 조건이 바뀌지 않음을 가정한다.
이로 인해, MPP 시스템에서는, 예컨대 전력 전달 페이즈에서, 무선 전력 전송기가 무선 전력 수신기에게 무선 전력을 전송하는 동안 정밀하게 전력 손실량을 계산하는 방법(MPLA)을 사용하며, 이는 자석으로 2 mm 이내의 정렬 오차를 가진다는 전제 하에 인증장비와 정밀하게 교정함으로써(calibration) FOD 성능이 보장된다.
하지만, 자석으로 충전 초기 정렬(Alignment)이 고정되는 기존 MPP와 달리 자석이 없는 이동성 코일 무선 전력 전송기(Moving Coil TX)의 경우 외력에 의해 무선 전력 수신기의 위치가 변경될 수 있다. 즉, 이동성 코일(moving coil) 무선 전력 전송기의 경우, 외력에 의해 무선 전력 수신기의 위치가 변경될 수 있다. 그리고 이로 인해, 기존의 MPP 시스템에서 전제되었던 제한된 정렬 범위 내에서 정밀하게 전력 손실량을 계산할 수 있다는 가정이 무너질 수 있다.
따라서, 본 명세서는 MPP 무선 충전 기기의 품질 인자 측정 결과에 따라 충전 상태를 변경하는 동작 및 관련 프로토콜을 제안한다.
이하의 도면은 본 명세서의 구체적인 일례를 설명하기 위해 작성되었다. 도면에 기재된 구체적인 장치의 명칭이나 구체적인 신호/메시지/필드의 명칭은 예시적으로 제시된 것이므로, 본 명세서의 기술적 특징이 이하의 도면에 사용된 구체적인 명칭에 제한되지 않는다.
도 26은 본 명세서의 일 실시예에 따른, 이 물질 감지의 수행 방법에 대한 순서도다.
도 26에 따르면, 무선 전력 전송기는 상기 무선 전력을 전달하는 것에 관련된 전력 전달 페이즈에 진입(enter)할 수 있다(S2610). 여기서, 상기 무선 전력 전송기는 무선 전력 수신기에게 무선 전력을 전달할 수 있다. 무선 전력 전송기는 앞서 설명했던 BPP, EPP 및/또는 MPP를 지원하는 무선 전력 전송기일 수 있으며, 무선 전력 수신기는 앞서 설명했던 BPP, EPP 및/또는 MPP를 지원하는 무선 전력 수신기일 수 있다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이 상기 무선 전력 전송기는 상기 무선 전력의 전달에 관련된 제1 코일을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 무선 전력 전송기는 상기 무선 전력 수신기에 포함된 제2 코일의 위치를 감지할 수 있다. 아울러, 상기 무선 전력 전송기는 상기 위치의 감지에 기반한 상기 제1 코일의 이동성을 지원할 수 있다.
여기서, 무선 전력 전송기가 전력 전달 페이즈에 진입하기에 앞서, 앞서 설명했던, 핑 페이즈, 설정 페이즈 및/또는 협상 페이즈를 수행할 수 있다. 또한 앞서 설명한 바와 같이, 무선 전력 전송기는 전력 전달 페이즈에서 재협상을 위해 협상 페이즈에 진입할 수도 있다.
무선 전력 전송기는 상기 전력 전달 페이즈 동안 무선 전력 수신기로부터 슬롯의 생성에 대한 트리거에 관련된 패킷을 수신할 수 있다(S2620).
여기서, 상기 패킷은 PLA(power loss accounting) 패킷일 수 있다. 또는, 상기 패킷은 GET 패킷일 수 있다. PLA 패킷 또는 GET 패킷에 따른 무선 전력 전송기 및/또는 무선 전력 수신기 간의 구체적인 동작은 후술하도록 한다.
무선 전력 전송기는 상기 전력 전달 페이즈 동안 상기 슬롯 상에서 이 물질(foreign object)의 감지를 수행할 수 있다(S2630). 상기 이 물질의 감지는 상기 슬롯 상에서 측정된 품질 인자에 기반하여 수행될 수 있다. 여기서, 슬롯에 대한 구체적인 내용 등에 대해서는, 설명의 편의를 위해 후술하도록 한다.
무선 전력 전송기는 상기 이 물질의 감지에 기반하여, 상기 무선 전력에 대한 전달의 감축(reduce)을 수행 또는 상기 무선 전력에 대한 전달의 중단을 수행할 수 있다(S2640).
여기서, 상기 무선 전력에 대한 전달의 감축은 전력 조절 스킴(Power Throttling Scheme)일 수 있다. 아울러, 상기 무선 전력에 대한 전달의 중단을 수행한 이후, 상기 무선 전력 전송기는 상기 무선 전력에 대한 전달을 재시작 할 수 있다.
정리하면, 본 명세서에 따르면, 충전 상태 모니터링 및 충전 중 슬롯 생성하여 품질 인자 측정하는 구성이 제공될 수 있다.
예컨대, 비 자석 이동성 코일(Non Magnet Moving Coil) MPP의 경우, 자석(Magnet) 결합 형태의 MPP와 달리 충전 중 외력에 의해 정렬 가 변경될 수 있다.
이때, 무선 전력 수신기가 보내는 수신 전력 패킷(Received Power Packet) 값이 일정하게 유지되는 상태에서 충전 효율이나 컨트롤 에러 패킷(Control Error Packet) 값의 변화가 발생하면, 정렬 상태 변경이나 FO 삽입을 유추하는 구성이 제공될 수 있다.
위와 같은 경우, 무선 전력 수신기에서 충전 종료를 요청한 후, 충전이 재시작 될 수 있다.
만약, 무선 전력 수신기에서의 충전 종료의 요청이 없을 경우, 무선 전력 전송기가 슬롯을 수행한 후, Q 및/또는 K 값의 변경 정도에 따라 정렬 상태 변경이나 FO 삽입을 판단할 수 있다.
이때, 정렬 변경으로 판단되는 경우, 무선 전력 전송기는 충전을 일단 중단한 후, 충전의 재시작을 통해 정렬을 재정렬할 수 있다.
한편, FO 삽입으로 판단될 경우, 무선 전력 전송기는 충전을 중단할 수 있다.
지금까지는 본 명세서에서 제공하는 구성을 포괄적으로 설명해봤다. 이하에서는 앞서 설명한 실시예가 적용되는 구체적인 내용에 대해 설명하도록 한다. 즉, 이하에서 설명하는 내용은, 앞서 설명한 실시예에 적용될 수 있다.
우선, 슬롯에 대해 설명한다.
1. 슬롯
슬롯은 무선 전력 전송기가 코일의 구동을 멈추어 전압이 감쇄하는 구간을 의미할 수 있다. 즉, 슬롯은 충전 중 무선 전력 전송기가 코일의 구동을 멈추고 폐루프 상태를 만드는 구간일 수 있다. 다른 식으로 설명하자면, 슬롯은 충전이 잠시 중단되는 구간을 의미할 수 있다.
여기서, 슬롯의 생성을 위한 무선 전력 전송기에서의 코일에 대한 회로의 예시를 도면을 통해 설명하면 아래와 같을 수 있다.
도 27은 슬롯의 생성을 위한 코일의 예시를 개략적으로 도시한 것이다.
도 27에 따르면, H-브릿지(H-bridge)에 기반하여, 무선 전력 전송기는 충전 코일을 구동할 수 있다. 이와 같은 상황에서, 앞서 설명한 바와 같이 코일의 구동을 멈추기 위해, 무선 전력 전송기는 코일의 구동 중에 'QB_Low' 및 'QA_Low' 스위치를 닫을 수 있다. 즉, 무선 전력 전송기는 코일의 구동 중에 'QB_Low' 및 'QA_Low' 스위치를 닫음으로써 슬롯을 생성할 수 있다.
여기서, 슬롯의 구간 길이는 주파수 및 파형의 개수에 따라 결정될 수 있다. 예컨대, 고유 주파수에서 코일의 전압이 감쇄하는 파형이 대략적으로 10개 이상 정도 발생하는 구간 정도로 슬롯의 구간 길이는 정해질 수 있다.
그리고, Q 값을 측정하는데 있어, 시간 차원에서 위와 같은 슬롯의 구간 길이는 100us 이내의 구간이 필요할 수 있다.
위와 같이 슬롯이 생성될 경우, 무선 전력 전송기는 슬롯 상에서 품질 인자, 즉, 슬롯 품질 인자를 계산할 수 있다. 그리고, 슬롯 품질 인자를 계산하는 방법을 도면을 통해 설명하면 아래와 같다.
도 28은 슬롯 품질 인자의 계산에 대한 예시를 개략적으로 도시한 것이다.
도 28에 따르면, 무선 전력 전송기가 코일의 구동을 멈춘 경우, 슬롯 구간 내에서 무선 전력 전송기의 코일에서의 전압이 감쇄하게 된다. 이때, 슬롯 구간 내에서는, 도면에 도시된 바와 같이 무선 전력 전송기의 코 일에서 자율 공진이 발생하며, 이 파형의 감쇄 비에서 슬롯 품질 인자가 추정될 수 있다.
여기서, 슬롯에서의 파형, 즉 슬롯 구간 내에서의 TX 코일의 전압을 수식으로 표현하자면, 예컨대 아래와 같을 수 있다.
<수식 5>
Figure PCTKR2024003302-appb-img-000005
무선 전력 전송기는 슬롯 구간에서 무선 전력 전송기의 공진 커패시터(cap)의 전압 포락선(envelope)을 측정하여 슬롯 품질 인자를 계산할 수 있으며, 이때의 측정 지점을 회로 상에서 표현하자면 도 26에서의 'coil_V'부분이 측정 지점에 해당할 수 있다.
여기서, 포락선(envelope)은 예컨대 아래와 같은 수식과 같이 표현될 수 있다.
<수식 6>
Figure PCTKR2024003302-appb-img-000006
즉, 무선 전력 전송기는 포락선의 지수 함수를 추정할 수 있으며, 무선 전력 전송기는 지수 함수의 감쇄 비로 품질 인자(Q factor)를 계산할 수 있다.
이때, 코일 전압과 코일 전류 간의 상관관계를 도시하여 설명하면 아래와 같다.
도 29는 코일 전압과 코일 전류 간의 상관관계를 개략적으로 도시한 것이다.
도 29에 따르면, 코일 전압과 코일 전류에 대한 파형이 도시되어 있다. 여기서, 확인할 수 있는 점은, 코일 전압이 최대가 되는 지점에서, 코일 전류가 0이 될 수 있다.
이에 따라, 무선 전력 전송기는 전압이 최대가 되고 전류가 0이 되는 지점에서 슬롯을 생성할 수 있다.
이때, 무선 전력 전송기의 코일에서 무선 전력 수신기의 코일로 전달되는 에너지는 0이 되며, 이물질이 없는 경우에 무선 전력 전송기는 충전 시작 전에 측정한 품질 인자(e.g. 'pre-power Q-factor')의 값과 동일한 값을 가지는 슬롯 품질 인자(e.g. 'slotted Q-factor')의 값을 얻을 수 있다.
이와 같이, 무선 전력 전송기는 충전 진입 전에 측정한 Q 값과, 충전 진입 이후에 측정한 슬롯 Q 값을 비교하여 FO의 유무를 판단할 수 있다.
지금까지, 무선 전력 전송기가 전력 전달 중(즉, 전력 전달 페이즈에서) 이 물질의 감지를 수행할 구간에 해당하는 슬롯을 생성하고 품질 인자를 측정하는 내용에 대해 설명했다.
이하에서, 본 명세서는 위와 같은 슬롯의 생성을 트리거하는 패킷들과 이에 대한 구체적인 내용들을 설명하도록 한다.
2. 슬롯 생성을 트리거 하는 패킷
(1) PLA(power loss accounting) 패킷
도 30은 PLA 패킷에 의한 슬롯의 생성을 개략적으로 도시한 것이다.
도 30에 따르면, MPP 무선 전력 전송기는 다음과 같은 시점에서 슬롯을 수행(혹은 슬롯을 생성)하여 Q(즉, 품질 인자)를 측정할 수 있다.
보다 구체적으로, 무선 전력 전송기는 전력 전달 페이즈에서 무선 전력 수신기로부터 PLA 패킷을 받은 후, 슬롯을 생성(혹은 슬롯을 수행)할 수 있다. 그리고, 슬롯에서의 품질 인자에 대한 측정 결과에 따라, 무선 전력 전송기는 FSK 응답을 무선 전력 수신기에게 전송할 수 있다.
무선 전력 전송기는 무선 전력 수신기로 부터 파워 로스 어카운팅 패킷(Power Loss Accounting Packet; PLA 패킷)을 받은 후, 3 - 10ms 안에 응답을 시작할 수 있다. 즉, 무선 전력 전송기는 PLA 패킷을 수신한 시점으로부터 3 - 10ms 이내에 응답의 전송을 시작할 수 있다.
이 때, 무선 전력 전송기는 무선 전력 수신기로부터 파워 로스 어카운팅 패킷(Power Loss Accounting Packet; PLA 패킷)을 받은 후, 0 - 3ms 안에 슬롯 Q 측정을 수행할 수 있다. 그리고, 무선 전력 전송기는 슬롯에서의 품질 인자에 대한 측정의 결과에 따라 FSK 응답을 무선 전력 수신기에게 전송할 수 있다.
여기서, 무선 전력 전송기가 파워 로스 어카운팅 패킷(Power Loss Accounting Packet; PLA 패킷)을 받은 후, 0 - 3ms 이내에 슬롯을 생성하는 이유는, PLA의 응답에 대한 시간 규약을 지키기 위함이다. 즉, PLA의 응답을 전송하기 이전에 슬롯 상에서 측정을 수행하기 위해, 무선 전력 전송기는 PLA의 응답을 전송하는 시점보다 빠른 시점에 슬롯을 생성할 수 있다.
여기서, Q 측정에 필요한 슬롯 길이는 100us 이하에 해당할 수 있다. 즉, 무선 전력 전송기는 전력 전송에 영향을 주지 않을 정도로 충분히 짧은 시간인, 100us 이하의 구간 상에서 품질 인자를 측정할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 전송기가 슬롯 상에서 잠시 무선 전력의 전달을 중단한다고 할 지라도, 이와 같은 중단은 전력 전달에는 큰 영향을 미치지 않을 수 있다.
한편, Q 측정 결과 충전 진입 전에 측정했던 품질 인자의 값(예컨대, 오픈 에어(open air) Q로 측정한 값)과 다를 경우 정렬 변경으로 추정할 수 있다.
이와 같은 경우, 무선 전력 전송기는 전력 조절 스킴(Power Throttling Scheme)을 수행할 수 있다. 혹은, 무선 전력 전송기는 충전을 중단한 후, 정렬 상태를 원복한 후 충전을 재시작 할 수도 있다.
혹은, 무선 전력 전송기가 Q 측정 결과 (충전 진입 전에 측정했던 품질 인자의 값)으로부터 Q 값의 변경 정도를 판단할 수 있다. 이 때, 무선 전력 전송기가 위와 같은 변경 정도에 대한 판단의 결과 FO 삽입을 추정할 수 있다.
이와 같은 경우도 마찬가지로, 무선 전력 전송기는 전력 조절 스킴(Power Throttling Scheme)을 수행할 수 있다. 혹은, 무선 전력 전송기는 충전을 중단한 후, 충전을 재시작 할 수도 있다.
한편, PLA 패킷의 구조는 아래와 같을 수 있다.
도 31은 PLA 패킷의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 31에 따르면, PLA 패킷은 'Received Power' 필드 및 'PRECT 필드'를 포함할 수 있다.
여기서, 'Received Power'필드는 전력 수신기의 예상 수신 전력 값을 1mW 단위로 나타낼 수 있다. 'PRECT 필드'는 정류기에서 측정된 전력을 1mW 단위로 나타낼 수 있다.
이때, PLA 패킷에 대한 응답은 아래 표와 같을 수 있다.
응답 설명
ACK Power Transfer is safe (No FO)
NAK Possible FO Detected, start power throttling scheme
ND Pattern is not allowed
ATN PTx prefers to communicate
즉, 상기 응답은, 상기 이 물질이 감지되지 않음을 나타내는 ACK(Acknowledge), 상기 이 물질의 감지에 대한 가능성을 나타내고 및 상기 무선 전력에 대한 전달의 감축을 시작함을 나타내는 NAK(Not acknowledge), 패턴이 허용되지 않음을 나타내는 ND(Not defined), 혹은 상기 무선 전력 전송기가 커뮤니케이션을 선호함을 나타내는 ATN(Attention) 중 어느 하나일 수 있다.(2) GET(Get Request) 패킷
이하, 무선 전력 수신기의 요청에 의한 슬롯 Q 측정을 설명하도록 한다.
MPP에서는 전력 전달 페이즈에서 'Get Request Packet'을 통해 무선 전력 수신기가 무선 전력 전송기에게 정보를 요청하는 것이 가능하다.
이 때, 무선 전력 수신기는 무선 전력 전송기에게 슬롯을 생성하고, 슬롯에서 측정된 품질 인자의 값을 요청할 수 있다. 즉, 무선 전력 수신기는 슬롯에서 측정된 품질 인자의 값을 보내줄 것을 무선 전력 전송기에게 지시할 수 있다.
이를 위해서, 위 GET 패킷은 X의 값을 통해, 'PTx Q Measurement'라는 파라미터를 지시할 수 있다. 즉, 무선 전력 수신기는 GET 패킷의 파라미터 값을 'PTx Q Measurement'라는 파라미터를 가지는 값 X로 설정할 수 있으며, 무선 전력 수신기는 이를 통해 슬롯 Q를 무선 전력 전송기에게 요청할 수 있다.
무선 전력 전송기는 해당 패킷 수신 후 슬롯 Q를 수행할 수 있다. 그리고, 무선 전력 전송기는 위와 같은 슬롯 상에서 품질 인자를 측정함으로써, 정렬 변경 및/또는 FO 감지를 판단할 수 있다. 이후, 무선 전력 전송기는 무선 전력 수신기에게 위와 같은 판단 결과를 응답할 수 있다.
한편, 무선 전력 전송기는 무선 전력 수신기로 부터 'Get Request Packet'을 받은 후 3 - 10ms 안에 응답을 시작할 수 있다.
그리고, 이에 따라, 무선 전력 전송기는 무선 전력 수신기로 부터 'Get Request Packet'을 받은 후로부터 0 - 3ms 안에 슬롯 Q 측정을 수행할 수 있다. 이후, 슬롯에서 측정된 품질 인자의 결과에 따라, 무선 전력 전송기는 무선 전력 수신기에게 FSK 응답을 할 수 있다.
여기서, 무선 전력 전송기가 'Get Request Packet'을 받은 후, 0 - 3ms 이내에 슬롯을 생성하는 이유는, GET의 응답에 대한 시간 규약을 지키기 위함이다. 즉, GET의 응답을 전송하기 이전에 슬롯 상에서 측정을 수행하기 위해, 무선 전력 전송기는 GET의 응답을 전송하는 시점보다 빠른 시점에 슬롯을 생성할 수 있다.
여기서, Q 측정에 필요한 슬롯 길이는 100us 이하에 해당할 수 있다. 즉, 무선 전력 전송기는 전력 전송에 영향을 주지 않을 정도로 충분히 짧은 시간인, 100us 이하의 구간 상에서 품질 인자를 측정할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 전송기가 슬롯 상에서 잠시 무선 전력의 전달을 중단한다고 할 지라도, 이와 같은 중단은 전력 전달에는 큰 영향을 미치지 않을 수 있다.
한편, Q 측정 결과 충전 진입 전에 측정했던 품질 인자의 값(예컨대, 오픈 에어(open air) Q로 측정한 값)과 다를 경우 정렬 변경으로 추정할 수 있다.
이와 같은 경우, 무선 전력 전송기는 전력 조절 스킴(Power Throttling Scheme)을 수행할 수 있다. 혹은, 무선 전력 전송기는 충전을 중단한 후, 정렬 상태를 원복한 후 충전을 재시작 할 수도 있다.
혹은, 무선 전력 전송기가 Q 측정 결과 (충전 진입 전에 측정했던 품질 인자의 값)으로부터 Q 값의 변경 정도를 판단할 수 있다. 이 때, 무선 전력 전송기가 위와 같은 변경 정도에 대한 판단의 결과 FO 삽입을 추정할 수 있다.
이와 같은 경우도 마찬가지로, 무선 전력 전송기는 전력 조절 스킴(Power Throttling Scheme)을 수행할 수 있다. 혹은, 무선 전력 전송기는 충전을 중단한 후, 충전을 재시작 할 수도 있다.
한편, GET 패킷의 구조는 아래와 같을 수 있다.
도 32는 GET 패킷의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 32에 따르면, GET 패킷을 파라미터 필드를 포함할 수 있다.
이때, 파라미터 필드는 전력 송신기에서 요청된 매개변수를 나타낼 수 있다. 여기서, 매개변수 코드는 아래 표와 같다.
값 파라미터
0 PTx Extended Identification
2 PTx Inverter Voltage
3 PTx Power Loss Accounting Parameters
4 PTx Extended Capabilities
5 PTx Regulation Control Status
6 PTx Charge Status
7 PTx Estimated K
9 PTx Error Status
여기서, 위 값과는 다른 값은 사용이 보류되어 있는 값에 해당한다.이때, 앞서 설명했던, '슬롯을 생성하고 슬롯에서 측정된 품질 인자의 값을 보고해줄 것을 요청'하는 GET 패킷은, 위 값과는 다른 어느 하나의 값을 가질 수 있다.
무선 전력 전송기가 GET 패킷을 수신하면, 무선 전력 전송기는 GET 패킷에 대한 응답으로, 무선 전력 수신기가 GET 패킷을 통해 요 청하는 패킷(위 파라미터에 해당하는 패킷)을 무선 전력 수신기에게 전송할 수 있다.
3. 이 물질이 감지된 경우의 후속 절차
앞서 무선 전력 전송기가 슬롯 상에서 이 물질을 감지했을 때, 전력 전달을 중단 및 재시작하거나, 혹은 ‘Power Throttling Scheme'을 수행할 수 있음을 설명하였다.
여기서, 전력의 전달을 중단한 이후 재시작을 수행한다고 함은 다음과 같을 수 있다.
무선 전력 전송기는 무선 전력 전송기 및/또는 무선 전력 수신기의 회로 등을 보호하기 위해, 클락(cloak) 요청을 통해 무선 전력의 전달을 일시 중지할 수 있다. 이후, 무선 전력 전송기는 전력 전달 페이즈를 유지하면서 무선 전력의 전달을 재개할 수 있다.
혹은, 무선 전력 전송기는 무선 전력 전송기 및/또는 무선 전력 수신기의 회로 등을 보호하기 위해, 무선 전력의 전달을 중지할 수 있다. 이후, 무선 전력 전송기는 핑 페이즈부터 다시 페이즈를 전개한 이후, 전력 전달 페이즈에 진입함으로써, 무선 전력을 무선 전력 수신기에게 전달할 수 있다.
한편, 전력의 전달을 중단하는 것이 아니라, 전력 조절 즉, ‘Power Throttling Scheme'을 수행한다 함은 다음과 같을 수 있다.
PLA는 앞서 설명했던, RP(received power) 패킷에 기반할 수 있다. 여기서, 앞서 설명한 바와 같이 PLA 패킷은 무선 전력 전송기가 예측 가능한 방식으로 전력을 줄이도록 하는 전력 조절(Power Throttling) 윈도우가 있다.
여기서, 무선 전력 전송기는 전력 조절 스킴(Power Throttling Scheme)에 기반하여, 전송하는 무선 전력을 안전한 전력 레벨까지 줄일 수 있다. 전력 조절을 완료하고 안전한 전력 수준에 도달한 후, 무선 전력 전송기는 응답으로써 ATN을 무선 전력 수신기에게 전송할 수 있다. 그리고, 업데이트된 협상 가능한 전력 수준을 특정 시간 내에 무선 전력 수신기에게 보고할 수 있다.
이하, 다양한 주체 관점에서, 본 명세서의 실시예를 다시 설명한다.
이하의 도면은 본 명세서의 구체적인 일례를 설명하기 위해 작성되었다. 도면에 기재된 구체적인 장치의 명칭이나 구체적인 신호/메시지/필드의 명칭은 예시적으로 제시된 것이므로, 본 명세서의 기술적 특징이 이하의 도면에 사용된 구체적인 명칭에 제한되지 않는다.
도 33은 본 명세서의 일 실시예에 따른, 무선 전력 전송기 관점에서, 슬롯 상에서 이 물질 감지가 수행되는 방법의 순서도다.
도 33에 따르면, 무선 전력 전송기는 상기 무선 전력을 전달하는 것에 관련된 전력 전달 페이즈에 진입(enter)할 수 있다(S3310).
무선 전력 전송기는 상기 전력 전달 페이즈 동안 무선 전력 수신기로부터 슬롯의 생성에 대한 트리거에 관련된 패킷을 수신할 수 있다(S3320).
무선 전력 전송기는 상기 전력 전달 페이즈 동안 상기 슬롯 상에서 이 물질(foreign object)의 감지를 수행할 수 있다(S3330). 여기서, 상기 이 물질의 감지는 상기 슬롯 상에서 측정된 품질 인자에 기반하여 수행될 수 있다.
무선 전력 전송기는 상기 이 물질의 감지에 기반하여, 상기 무선 전력에 대한 전달의 감축(reduce)을 수행 또는 상기 무선 전력에 대한 전달의 중단을 수행할 수 있다(S3340).
여기서, 상기 패킷은 PLA(power loss accounting) 패킷일 수 있다. 상기 PLA 패킷에 기반하여 상기 슬롯이 생성될 수 있다. 상기 무선 전력 전송기는 상기 이 물질이 감지됐는지 여부에 대한 응답을 상기 무선 전력 수신기에게 상기 슬롯 이후에 전송할 수 있다. 이때, 상기 응답은, 상기 이 물질이 감지되지 않음을 나타내는 ACK, 상기 이 물질의 감지에 대한 가능성을 나타내고 및 상기 무선 전력에 대한 전달의 감축을 시작함을 나타내는 NAK 또는 상기 무선 전력 전송기가 커뮤니케이션을 선호함을 나타내는 ATN 중 어느 하나일 수 있다.
여기서, 상기 패킷은 GET 패킷일 수 있다. 상기 GET 패킷에 기반하여 상기 슬롯이 생성될 수 있다. 상기 무선 전력 전송기는 상기 이 물질이 감지됐는지 여부에 대한 응답을 상기 무선 전력 수신기에게 상기 슬롯 이후에 전송할 수 있다. 이때, 상기 응답은, 상기 무선 전력 전송기의 상기 측정된 상기 품질 인자에 대한 정보를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 무선 전력에 대한 전달의 감축은 전력 조절 스킴(Power Throttling Scheme)일 수 있다. 혹은, 상기 무선 전력에 대한 전달의 중단을 수행한 이후, 상기 무선 전력 전송기는 상기 무선 전력에 대한 전달을 재시작할 수 있다.
여기서, 상기 무선 전력 전송기 및 상기 무선 전력 수신기는 MPP(magnetic power profile)를 지원할 수 있다. 여기서, 상기 무선 전력 전송기는 상기 무선 전력의 전달에 관련된 제1 코일을 포함하고, 상기 무선 전력 전송기는 상기 무선 전력 수신기에 포함된 제2 코일의 위치를 감지하고, 및 상기 무선 전력 전송기는 상기 위치의 감지에 기반한 상기 제1 코일의 이동성을 지원할 수 있다.
한편, 별도로 도시하지 않았지만, 무선 전력 전송기가 제공될 수 있다. 무선 전력 전송기는, 무선 전력 수신기에게 무선 전력을 전달하는 것에 관련된 컨버터 및 상기 무선 전력의 전달을 제어하는 것에 관련된 커뮤니케이션/컨트롤기를 포함할 수 있다. 상기 무선 전력 전송기는 상기 무선 전력을 전달하는 것에 관련된 전력 전달 페이즈에 진입(enter)할 수 있다. 상기 무선 전력 전송기는 상기 전력 전달 페이즈 동안 상기 무선 전력 수신기로부터 슬롯의 생성에 대한 트리거에 관련된 패킷을 수신할 수 있다. 상기 무선 전력 전송기는 상기 전력 전달 페이즈 동안 상기 슬롯 상에서 이 물질(foreign object)의 감지를 수행할 수 있다. 상기 무선 전력 전송기는 상기 이 물질의 감지에 기반하여, 상기 무선 전력에 대한 전달의 감축(reduce)을 수행 또는 상기 무선 전력에 대한 전달의 중단을 수행할 수 있다. 상기 이 물질의 감지는 상기 슬롯 상에서 측정된 품질 인자에 기반하여 수행될 수 있다.
도 34는 본 명세서의 일 실시예에 따른, 무선 전력 수신기 관점에서, 슬롯 상에서 이 물질 감지가 수행되는 방법의 순서도다.
도 34에 따르면, 무선 전력 수신기는 상기 무선 전력을 수신하는 것에 관련된 전력 전달 페이즈에 진입(enter)할 수 있다(S3410).
무선 전력 수신기는 상기 전력 전달 페이즈 동안 무선 전력 전송기에게 슬롯의 생성에 대한 트리거에 관련된 패킷을 전송할 수 있다(S3420). 여기서, 상기 전력 전달 페이즈 동안 상기 슬롯 상에서 이 물질(foreign object)의 감지가 수행될 수 있다.
무선 전력 수신기는 상기 이 물질의 감지에 기반하여, 상기 무선 전력에 대한 수신의 감축(reduce)을 수행 또는 상기 무선 전력에 대한 수신의 중단을 수행할 수 있다(S3430). 여기서, 상기 이 물질의 감지는 상기 슬롯 상에서 측정된 품질 인자에 기반하여 수행될 수 있다.
한편, 별도로 도시하지 않았지만, 무선 전력 수신기가 제공될 수 있다. 무선 전력 수신기는, 무선 전력 전송기로부터 무선 전력을 수신하는 것에 관련된 전력 픽업기 및 상기 무선 전력의 수신을 제어하는 것에 관련된 커뮤니케이션/컨트롤기를 포함할 수 있다. 상기 무선 전력 수신기는 상기 무선 전력을 수신하는 것에 관련된 전력 전달 페이즈에 진입(enter)할 수 있다. 무선 전력 수신기는 상기 전력 전달 페이즈 동안 상기 무선 전력 전송기에게 슬롯의 생성에 대한 트리거에 관련된 패킷을 전송할 수 있다. 상기 전력 전달 페이즈 동안 상기 슬롯 상에서 이 물질(foreign object)의 감지가 수행될 수 있다. 무선 전력 수신기는 상기 이 물질의 감지에 기반하여, 상기 무선 전력에 대한 수신의 감축(reduce)을 수행 또는 상기 무선 전력에 대한 수신의 중단을 수행할 수 있다. 상기 이 물질의 감지는 상기 슬롯 상에서 측정된 품질 인자에 기반하여 수행될 수 있다.
이하, 본 명세서의 효과에 대해 설명한다.
명세서의 효과에 대해 설명하기 위해, 앞서 설명했던 문제점을 다시 한 번 정리하여 설명한다.
MPP(Magnetic Power Profile)에서는 기존 Qi 제품과 달리 360KHz의 충전 주파수를 사용하고 커플링 추정(K estimation) 과정을 통해 공진 캐패시터를 설정하여 시스템을 운용한다. 이 과정에서 MPP에서는 'High' 또는 'Low' K인 2단계로만 조정하기 때문에 충전 중 호환성 문제가 발생할 수 있다.
이와 같은 상황에서, 앞서 설명한 바와 같이, 이동성을 가지는 코일이 제공될 수 있다는 점은, 문제 상황을 야기할 수 있다. 즉, 자석으로 충전 초기 정렬이 고정되는 기존 MPP와는 달리, 자석이 없는 이동성 코일 무선 전력 전송기의 경우 외력에 의해 무선 전력 수신기의 위치가 변경될 수 있다는 점은 다음과 같은 문제 상황을 야기할 수 있다.
MPP의 경우 기존 EPP, BPP에 비해 높은 K값을 요구하는데 충전 초기 K값을 측정한 후 충전 중 K값이 변경될 경우에 관한 동작안이 없다. 즉, 현재 무선 충전 시스템에서는, 충전 중 무선 전력 수신기의 이동에 의해 K값이 변경되어 재측정이 필요할 경우에 관한 동작안이 없다. 이에 따라, 종래에 따르면, 무선 충전 중에 무선 전력 수신기가 이동할지라도 K 값의 변경을 알 수 없다.
아울러, 종래의 경우, 충전 진입 전에 FOD를 위해 오픈 에어(open air) 품질 인자 측정을 이용하여 Q 값을 한 번 측정한다. 하지만, 충전 중 무선 전력 수신기의 이동이 발생할 경우에 Q 값을 재 측정하는 것이 필요함에도 불구하고, Q 값의 재측정 방법이 제공되지 않는다. 이에 따라, 종래에 따르면, 무선 충전 중에 무선 전력 수신기가 이동할지라도 Q 값의 변경을 알 수 없다.
이와 같은 문제의 배경은, 자력으로 무선 전력 수신기 및 무선 전력 전송기의 정렬을 고정하여 충전 중에는, 충전 중에 FO가 삽입되지 않고 및 정렬이 흐트러지지 않음을 전제로 하기 때문이다. 즉, 시스템 운용을 위한 K값, FO 유뮤를 판별하기 위한 품질 인자 측정을 수행하지 않기 때문이다.
위와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자, 본 명세서는 무선 전력 전송기가 전력 전달 도중에 슬롯을 형성하는 구성 및 무선 전력 전송기가 슬롯 상에서 품질 인자를 측정하여 무선 전력의 전달 도중에 정렬이 틀어지거나 혹은 이 물질이 삽입되는지 여부를 판단하는 구성을 제공한다.
이에 따라, 전력 전달 도중 슬롯의 형성이 제공됨에 따라, 전력 전달 도중에도 무선 전력 전송기 및/또는 무선 전력 수신기 간의 안정적인 전력 전달이 제공될 수 있다. 또한, 전력 전달 도중 슬롯의 형성이 제공됨은, 앞서 설명한 바와 같이, 충전이 멈추지 않더라도 이 물질의 감지라는 동작을 달성할 수 있는 효과를 제공한다.
뿐만 아니라, 본 명세서에서는 슬롯의 형성을 위해, PLA 패킷 등을 이용하는 구성이 제공될 수 있다. 여기서, PLA 패킷은 MPP에서 정렬에 관련된 패킷이기에, 별도의 포맷을 새롭게 제공하지 않더라도 본 명세서에서 제공되는 구성을 달성할 수 있다는 효과가 존재할 수 있다.
아울러, 본 명세서에서는 슬롯 상에서 이 물질 등이 감지되는 경우, 무선 전력 전송기 및/또는 무선 전력 수신기 간에 전력 조절 스킴(Power Throttling Scheme)이 수행될 수 있다. 이에 따라, 충전 중에 이 물질이 삽입되거나 혹은 정렬이 틀어지더라도, 충전 자체는 계속 유지될 수 있다는 효과가 존재할 수 있다.
본 명세서의 구체적인 일례를 통해 얻을 수 있는 효과는 이상에서 나열된 효과로 제한되지 않는다. 예를 들어, 관련된 기술분야의 통상의 지식을 자긴 자(a person having ordinary skill in the related art)가 본 명세서로부터 이해하거나 유도할 수 있는 다양한 기술적 효과가 존재할 수 있다. 이에 따라 본 명세서의 구체적인 효과는 본 명세서에 명시적으로 기재된 것에 제한되지 않고, 본 명세서의 기술적 특징으로부터 이해되거나 유도될 수 있는 다양한 효과를 포함할 수 있다.
본 명세서에 기재된 청구항들은 다양한 방식으로 조합될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서의 방법 청구항의 기술적 특징이 조합되어 장치로 구현될 수 있고, 본 명세서의 장치 청구항의 기술적 특징이 조합되어 방법으로 구현될 수 있다. 또한, 본 명세서의 방법 청구항의 기술적 특징과 장치 청구항의 기술적 특징이 조합되어 장치로 구현될 수 있고, 본 명세서의 방법 청구항의 기술적 특징과 장치 청구항의 기술적 특징이 조합되어 방법으로 구현될 수 있다.

Claims (20)

  1. 무선 전력 전송 시스템에서, 무선 전력 전송기에 의해 수행되는 무선 전력을 전달하는 방법에 있어서,
    상기 무선 전력을 전달하는 것에 관련된 전력 전달 페이즈에 진입(enter)하고;
    상기 전력 전달 페이즈 동안 무선 전력 수신기로부터 슬롯의 생성에 대한 트리거에 관련된 패킷을 수신하고;
    상기 전력 전달 페이즈 동안 상기 슬롯 상에서 이 물질(foreign object)의 감지를 수행하고; 및
    상기 이 물질의 감지에 기반하여, 상기 무선 전력에 대한 전달의 감축(reduce)을 수행 또는 상기 무선 전력에 대한 전달의 중단을 수행하되,
    상기 이 물질의 감지는 상기 슬롯 상에서 측정된 품질 인자에 기반하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 패킷은 PLA(power loss accounting) 패킷이고,
    상기 PLA 패킷에 기반하여 상기 슬롯이 생성되고, 및
    상기 무선 전력 전송기는 상기 이 물질이 감지됐는지 여부에 대한 응답을 상기 무선 전력 수신기에게 상기 슬롯 이후에 전송하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 응답은,
    상기 이 물질이 감지되지 않음을 나타내는 ACK;
    상기 이 물질의 감지에 대한 가능성을 나타내고 및 상기 무선 전력에 대한 전달의 감축을 시작함을 나타내는 NAK; 또는
    상기 무선 전력 전송기가 커뮤니케이션을 선호함을 나타내는 ATN,
    중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 패킷은 GET 패킷이고,
    상기 GET 패킷에 기반하여 상기 슬롯이 생성되고, 및
    상기 무선 전력 전송기는 상기 이 물질이 감지됐는지 여부에 대한 응답을 상기 무선 전력 수신기에게 상기 슬롯 이후에 전송하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 응답은, 상기 무선 전력 전송기의 상기 측정된 상기 품질 인자에 대한 정보를 포함한 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 무선 전력에 대한 전달의 감축은 전력 조절 스킴(Power Throttling Scheme)인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 무선 전력에 대한 전달의 중단을 수행한 이후, 상기 무선 전력 전송기는 상기 무선 전력에 대한 전달을 재시작하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 무선 전력 전송기 및 상기 무선 전력 수신기는 MPP(magnetic power profile)를 지원하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 무선 전력 전송기는 상기 무선 전력의 전달에 관련된 제1 코일을 포함하고,
    상기 무선 전력 전송기는 상기 무선 전력 수신기에 포함된 제2 코일의 위치를 감지하고, 및
    상기 무선 전력 전송기는 상기 위치의 감지에 기반한 상기 제1 코일의 이동성을 지원하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 무선 전력 전송 시스템에서, 무선 전력 전송기는,
    무선 전력 수신기에게 무선 전력을 전달하는 것에 관련된 컨버터; 및
    상기 무선 전력의 전달을 제어하는 것에 관련된 커뮤니케이션/컨트롤기를 포함하되,
    상기 무선 전력 전송기는:
    상기 무선 전력을 전달하는 것에 관련된 전력 전달 페이즈에 진입(enter)하고;
    상기 전력 전달 페이즈 동안 상기 무선 전력 수신기로부터 슬롯의 생성에 대한 트리거에 관련된 패킷을 수신하고;
    상기 전력 전달 페이즈 동안 상기 슬롯 상에서 이 물질(foreign object)의 감지를 수행하고; 및
    상기 이 물질의 감지에 기반하여, 상기 무선 전력에 대한 전달의 감축(reduce)을 수행 또는 상기 무선 전력에 대한 전달의 중단을 수행하되,
    상기 이 물질의 감지는 상기 슬롯 상에서 측정된 품질 인자에 기반하여 수행되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송기.
  11. 무선 전력 전송 시스템에서, 무선 전력 수신기에 의해 수행되는 무선 전력을 수신하는 방법에 있어서,
    상기 무선 전력을 수신하는 것에 관련된 전력 전달 페이즈에 진입(enter)하고;
    상기 전력 전달 페이즈 동안 무선 전력 전송기에게 슬롯의 생성에 대한 트리거에 관련된 패킷을 전송하되,
    상기 전력 전달 페이즈 동안 상기 슬롯 상에서 이 물질(foreign object)의 감지가 수행되고; 및
    상기 이 물질의 감지에 기반하여, 상기 무선 전력에 대한 수신의 감축(reduce)을 수행 또는 상기 무선 전력에 대한 수신의 중단을 수행하되,
    상기 이 물질의 감지는 상기 슬롯 상에서 측정된 품질 인자에 기반하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 패킷은 PLA(power loss accounting) 패킷이고,
    상기 PLA 패킷에 기반하여 상기 슬롯이 생성되고, 및
    상기 무선 전력 수신기는 상기 이 물질이 감지됐는지 여부에 대한 응답을 상기 무선 전력 전송기로부터 상기 슬롯 이후에 수신하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 응답은,
    상기 이 물질이 감지되지 않음을 나타내는 ACK;
    상기 이 물질의 감지에 대한 가능성을 나타내고 및 상기 무선 전력에 대한 전달의 감축을 시작함을 나타내는 NAK; 또는
    상기 무선 전력 전송기가 커뮤니케이션을 선호함을 나타내는 ATN,
    중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 패킷은 GET 패킷이고,
    상기 GET 패킷에 기반하여 상기 슬롯이 생성되고, 및
    상기 무선 전력 수신기는 상기 이 물질이 감지됐는지 여부에 대한 응답을 상기 무선 전력 전송기로부터 상기 슬롯 이후에 수신하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 응답은, 상기 무선 전력 전송기의 상기 측정된 상기 품질 인자에 대한 정보를 포함한 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제11항에 있어서, 상기 무선 전력에 대한 전달의 감축은 전력 조절 스킴(Power Throttling Scheme)인 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제11항에 있어서, 상기 무선 전력에 대한 수신의 중단을 수행한 이후, 상기 무선 전력 수신기기는 상기 무선 전력에 대한 수신을 재시작하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제11항에 있어서, 상기 무선 전력 전송기 및 상기 무선 전력 수신기는 MPP(magnetic power profile)를 지원하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 무선 전력 전송기는 상기 무선 전력의 전달에 관련된 제1 코일을 포함하고,
    상기 무선 전력 전송기는 상기 무선 전력 수신기에 포함된 제2 코일의 위치를 감지하고, 및
    상기 무선 전력 전송기는 상기 위치의 감지에 기반한 상기 제1 코일의 이동성을 지원하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 무선 전력 수신기는,
    무선 전력 전송기로부터 무선 전력을 수신하는 것에 관련된 전력 픽업기; 및
    상기 무선 전력의 수신을 제어하는 것에 관련된 커뮤니케이션/컨트롤기를 포함하되,
    상기 무선 전력 수신기는:
    상기 무선 전력을 수신하는 것에 관련된 전력 전달 페이즈에 진입(enter)하고;
    상기 전력 전달 페이즈 동안 상기 무선 전력 전송기에게 슬롯의 생성에 대한 트리거에 관련된 패킷을 전송하되,
    상기 전력 전달 페이즈 동안 상기 슬롯 상에서 이 물질(foreign object)의 감지가 수행되고; 및
    상기 이 물질의 감지에 기반하여, 상기 무선 전력에 대한 수신의 감축(reduce)을 수행 또는 상기 무선 전력에 대한 수신의 중단을 수행하되,
    상기 이 물질의 감지는 상기 슬롯 상에서 측정된 품질 인자에 기반하여 수행되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신기.
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