유도 전력 전송 시스템들의 제어 document_id A220623031372

휴대형 디바이스들에 전력을 공급하는데 적합한 유도 전력 전송 시스템들은 다음의 두 개의 부분들로 구성될 수 있다: 교류 전류를 구동하는데 사용되는 적어도 하나의 주 코일을 갖고 있고 시변 자속을 발생하는 주 유닛. 주 유닛으로부터 분리가능하고 보조 코일을 포함하는 보조 디바이스. 보조 코일이 주 코일에 의해 발생되는 시변 자속에 근접 배치될 때, 가변 자속은 보조 코일에 교류 전류를 유도하며, 따라서 전력이 주 유닛으로부터 보조 디바이스로 유도적으로 전송될 수 있다. 일반적으로, 보조 디바이스는 전송되는 전력을 외부 부하에 공급하며, 보조 디바이스는 부하를 포함하는 호스트 물체로 운반될 수 있다. 예컨대, 호스트 물체는 재충전가능 배터리 또는 전지를 가진 휴대형 전기 또는 전자 디바이스일 수 있다. 이 경우에, 부하는 배터리 또는 전지를 충전하기 위한 배터리 충전기 회로일 수 있다. 대안으로, 보조 디바이스는 적합한 배터리 충전기 회로와 함께 그와 같은 재충전가능 전지 또는 배터리에 통합될 수 있다. 한 종류의 이와 같은 유도 전력 전송 시스템들이 본 출원인의 영국 특허 공개 제GB-A-2388716호에 설명되어 있다. 이 종류의 시스템들의 현저한 특징은 주 유닛의 자기 시스템의 물리적으로 "개방된(open)" 성질, 즉 자기 경로의 중요 부분이 공기를 통한다는 점이다. 이는 주 유닛이 상이한 형상들 및 크기들을 가진 보조 디바이스에 그리고 다수의 보조 디바이스들에 동시에 전력을 공급할 수 있도록 하기 위해 필요하다. 이와 같은 "개방된" 시스템의 다른 예가 제 GB-A-2389720호에 설명되어 있다. 이와 같은 시스템들은 몇 가지 문제점들을 가질 수 있다. 제 1 문제점은 주 유닛이 100% 효율적일 수 없다는 점이다. 예컨대, 전자 회로에서의 스위칭 손실들 및 주 코일에서의 I2R 손실들은 존재하는 보조 디바이스가 없을 때 또는 존재하는 보조 디바이스들이 충전을 요구하지 않을 때에도 전력을 소비한다. 이는 에너지를 낭비한다. 바람직하게, 이 상황에서는 주 유닛이 저전력 "대기 모드"로 들어가야 한다. 이와 같은 시스템들의 제 2 문제점은 이물질들이 주 코일에 근접하여 놓이는 것을 기계적으로 방지할 수 없어 상기 주 코일과 결합된다는 점이다. 금속으로 된 이물질들은 주코일에 와전류를 유도시킬 것이다. 이들 와전류는 자속을 차단하는 경향이 있으나, 물질이 저항을 갖기 때문에, 흐르는 와전류에는 I2R의 손실들이 있고, 이는 상기 이물질을 발열시킬 것이다. 이 발열이 중요할 수 있는 2가지의 특별한 경우들이 있다: 금속의 저항이 높은 경우, 예컨대 금속이 불순물을 포함하거나 얇은 경우. 상기 물질이 강자성, 예컨대 강철인 경우. 이와 같은 물질들은 높은 투자율을 가지고 있어 물질 내에서 높은 자속 밀도를 제공함으로써, 큰 와전류, 따라서 큰 I2R 손실을 일으킨다. 본 출원에서, 전력 유출을 일으키는 이와 같은 이물질들을 "기생 부하들"이라고 한다. 바람직하게, 기생 부하들이 존재할 때에는, 주 유닛이 "차단 모드"로 들어가서 기생 부하들의 발열을 막아야 한다. 이들 2가지의 문제점들을 해결하기 위한 각종 접근법들이 종래에 제안되었다. 보조 디바이스가 충전을 요구하지 않을 때에는 전력을 낭비하지 않도록 하는 제 1 문제점에 대한 해결책으로는 다음을 들 수 있다: EP0533247 및 US6118249에서, 보조 디바이스는 충전 동안에 자신의 유도 부하를 변조하여 주 유닛으로부터의 전력을 대응되게 변동시킨다. 이는 주 유닛이 대기 상태에서 벗어나 있어야 함을 주 유닛에 지시한다. EP1022840에서, 주 유닛은 자신의 구동 신호의 주파수, 따라서 동조된 보조 유닛에 대한 결합 인자를 변화시킨다. 보조 유닛이 전력을 받고 있지 않은 경우에는, 상기 주파수가 변함에 따라 받는 전력에도 차이가 없고, 따라서 주 유닛은 대기 상태로 들어간다. US5536979에서, 주 유닛은 주 코일에 흐르는 전력을 간단히 측정하여 임계값 아래인 경우 펄스공급 대기 상태로 들어간다. US5896278에서, 주 유닛은 검출 코일들을 포함하고, 검출 코일들은 보조 디바이스의 위치에 따라 전력이 다시 검출 코일들에 연결되게 한다. 디바이스가 존재하지 않으면 주 유닛은 대기 모드로 들어간다. US5952814에서, 보조 디바이스는 주 유닛의 슬롯에 맞는 기계적 돌기를 가지고 있어 주 유닛을 활성화한다. US6028413에서, 주 유닛은 두 개의 코일들을 구동하고, 보조 유닛에는 대응하는 두 개의 전력 수신 보조 코일들이 있다. 주 유닛은 각각의 주 코일로부터 전달되는 전력을 측정하여 임계값 아래인 경우 대기 모드로 들어간다. 기생 부하들의 제 2 문제점에 대한 해결책으로는 다음을 들 수 있다: 위에서 언급한 바와 같이, EP1022840에서는, 주 유닛이 자신의 구동 신호의 주파수를 변화시킨다. 이 시스템에서는, 보조 디바이스가 동조되며, 따라서 상기 주파수 변화는 주 유닛으로부터의 전력을 변화시킬 것이다. 부하가 금속 조각인 경우, 주파수의 변화는 사실상 효과가 없으며, 주 유닛은 차단 상태로 들어갈 것이다. 위에서 언급한 바와 같이, US5952814에서는, 보조 디바이스에서의 키(key)가 주 유닛을 활성화한다. 보조 디바이스가 존재하면, 이는 이물질들을 물리적으로 차단하는 것으로 가정한다. 위에서 언급한 바와 같이, US6028413에서는, 주 유닛이 두 개의 주 코일들을 구동함으로써 전력을 보조 디바이스에 공급한다. 두 개의 코일들에 의해 공급되는 전력의 양이 상이하면, 주 유닛은 부하가 유효한 보조 디바이스가 아닌 것으로 가정하고 차단 모드로 들어간다. 이들 접근법들은 모두 주 유닛과 보조 디바이스 사이에 1:1 관계가 있는 것으로 가정하고 있다. 그러므로, 한 번에 하나 이상의 보조 디바이스들이 존재할 수 있는 GB-A-2388716에서 설명된 시스템들과 같은 시스템들의 경우에는 상기 가정은 충분하지 않다. 예컨대, 상기 접근법들은 하나는 충전을 요구하고 다른 하나는 충전을 요구하지 않는 두 개의 보조 디바이스들이 존재할 때에는 기능을 하지 않는다. 이들 접근법 중 일부는 유효한 보조 디바이스가 물리적으로 또는 전기적으로 존재한다는 것은 보조 디바이스에 의해 모든 이물질들이 물리적으로 차단된다는 것을 의미한다고 또한 가정하고 있다. 이 가정은 반드시 옳은 것은 아니며, 특히 GB-A-2388716에서 설명된 바와 같이 보조 디바이스들이 주 유닛에 대해 임의로 위치될 수 있을 때에는 반드시 옳은 것은 아니다.