CN101558543A - 无接点传送装置 - Google Patents
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Abstract
无接点传送装置(100)的构成为包括：驱动器(106)，驱动线圈(102)；系统时钟振荡器(110)，输出系统时钟(CK0)；监视用时钟振荡器(112)，输出频率比系统时钟(CK0)低的监视用时钟(LF0)；以及控制电路(108)。控制电路(108)在待机过程中，根据监视用时钟(LF0)，输出时钟供给控制信号(S60)，使系统时钟振荡器(110)同步于上述控制信号(S60)来间歇性地输出系统时钟(CK0)，且在系统时钟(CK0)的输出期间利用驱动器控制信号(SD)驱动线圈(102)来检测是否配置了被传送装置(200)。
Description
技术领域
本发明涉及利用通过线圈的电磁耦合来将电力和数据信号之中的至少一个传送到被传送装置的无接点传送装置。
背景技术
作为对电器内置的充电电池进行充电的一种方式，有所谓的无接点电力传送方式，即，利用线圈产生的电磁耦合(亦称为感应耦合)，从充电器传送电力。此外，关于这种方式的充电器，公知的构成是在确认电器(换言之，即负载)是否存在于充电器上、是否被适当地配置、是否为正规电器等条件后，再开始进行电力传送。
专利文献1：日本专利公开公报第2006-230032号
专利文献2：日本专利公开公报第2006-60909号
专利文献3：日本专利第2689927号说明书
充电器在没有配置电器的待机期间中也有仍保持与家用电源连接状态的情况。在这种情况下，在待机期间中仍由充电器持续在消耗电力。相反，如果只在进行充电时才将充电器连接至家用电源，则能够抑制电力消耗。但是，存在为了开始充电，每次必须进行连接至家用电源的操作而造成不便的情况。此外，以上虽说明的是进行电力传送的情况，但当利用线圈产生的电磁耦合来发送数据信号时也会遇到相同的情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用通过线圈的电磁耦合来将电力和数据信号中的至少一个传送到被传送装置的无接点传送装置，所述无接点传送装置能够抑制待机电力，并且能够消除每次都要连接至家用电源的不便。
本发明提供一种无接点传送装置，利用通过线圈的电磁耦合来将电力和数据信号中的至少一个传送到被传送装置，其特征在于包括：驱动器，驱动所述线圈；系统时钟振荡器，输出系统时钟；监视用时钟振荡器，输出频率比所述系统时钟低的监视用时钟；以及控制电路，利用所述系统时钟及所述监视用时钟进行动作，且输出所述驱动器用的控制信号和所述系统时钟振荡器用的控制信号；其中，所述控制电路在开始传送所述电力与所述数据信号中的至少一个之前的待机过程中，根据所述监视用时钟，输出所述系统时钟振荡器用控制信号，并使所述系统时钟振荡器同步于所述系统时钟振荡器用控制信号来间歇性地输出所述系统时钟，在所述系统时钟输出期间，利用所述驱动器用控制信号驱动所述线圈，来检测是否配置有所述被传送装置。此外，优选的是所述系统时钟的输出期间设定为所述检测所需的时间。
按照上述结构，传送装置在待机过程中间歇性地动作来检测被传送装置。因此，在一直保持与家用电源连接的使用方式中，既可以抑制待机电力，也可以消除每次都要连接至家用电源的不便。此外，由于间歇动作的时序控制利用频率比系统时钟低的监视用时钟，且系统时钟本身在间歇动作时限定性地利用，所以这也可以实现抑制待机电力。
附图说明
图1是说明本发明实施方式的传送装置的一例的框图。
图2是说明本发明实施方式的传送装置驱动器的一例的电路图。
图3是说明本发明实施方式的传送装置控制电路的一例的框图。
图4是说明本发明实施方式的传送装置动作的一例的时序图。
具体实施方式
图1表示说明本发明实施方式的传送装置100的一例的框图。传送装置100为将电力和数据信号中的至少一个传送到被传送装置200的无接点传送装置，在图1中为了说明而一起图示了被传送装置200的一例。电力等的传送是在传送装置100和被传送装置200电磁耦合的状态下，利用电磁感应进行的无接点传送方式来实行。在此，例示了被传送装置200为例如各种电器、而传送装置100为该各种电器的充电器的情况，但两个装置100、200并不限定于这种情况。
传送装置100的构成为包括：线圈102、电容器104、驱动器106、控制电路108、系统时钟振荡器110、监视用时钟振荡器112、存储器114、复位电路116、电容器118、电阻120以及齐纳二极管(Zener diode)122。
利用线圈102和被传送装置200的线圈202电磁耦合，能够传送通过线圈102、202的电力等，线圈102例如能够由平面形空芯线圈来构成，但并非仅限于此。线圈102的一端与驱动器106连接，该线圈102的另一端通过电容器104与驱动器106连接。利用线圈102和电容器104，使从驱动器106提供到线圈102的电压交流化并升压。
驱动器106是向线圈102提供电压的电路，换言之，是驱动该线圈102的电路。图2表示驱动器106的结构的一例。而且，为了进行说明，在图2中也图示了线圈102和电容器104。在此例中，驱动器106的构成为包括：CMOS(Complementary-Metal Oxide Semiconductor；互补型金属氧化物半导体)电路132、CMOS电路134、以及反相器136。
CMOS电路132的构成为在电源电压V与接地电位之间串联连接P沟道MOSFET(Metal Oxide Semiconductor field Effect Transistor；金属氧化物半导体场效晶体管)132p与N沟道MOSFET132n，MOSFET132p、132n的漏极(彼此连接)与线圈102的上述一端连接。从控制电路108输出的驱动器控制信号SD共同地输入到MOSFET132p、132n的栅极。而且，电源电压V是例如利用未图示的AC转接器(AC-DC转换器)将家用交流电源直流化来产生，该AC转接器可以设置在传送装置100内，也可以外接在传送装置100上。
CMOS电路134的构成为在电源电压V与接地电位之间串联连接P沟道MOSFET134p和N沟道MOSFET134n，MOSFET134p、134n的漏极(彼此连接)通过电容器104与线圈102的上述另一端连接。驱动器控制信号SD通过反相器136共同地输入到MOSFET134p、134n的栅极。
按照这种结构，在驱动器控制信号SD为H(High；高)电平的情况下，MOSFET132n、134p为导通状态。相反，在驱动器控制信号SD为L(Low；低)电平的情况下，MOSFET132p、134n为导通状态。在从传送装置100向被传送装置200传送电力的情况下，例如使驱动器控制信号SD的H电平和L电平反复交替，从而将交流电压施加到线圈102上。在从传送装置100向被传送装置200传送各种数据信号的情况下，例如通过调制驱动器控制信号SD的H电平和L电平的脉冲宽度或周期，从而将基于传送数据的电压施加到线圈102上。
从系统时钟振荡器110将系统时钟(也称为主时钟)CK0提供给控制电路108，从监视用时钟振荡器112将监视用时钟LF0提供给控制电路108，该控制电路108的构成为包括利用这些时钟CK0、LF0来动作的逻辑电路。控制电路108产生例如驱动器控制信号SD并向驱动器106输出。在后面将详细说明控制电路108。
系统时钟振荡器110的构成为例如包括晶体振子110a和与该晶体振子110a连接的振荡电路110b。而且，也可以取代晶体振子而使用陶瓷振子等。振荡电路110b使晶体振子110a稳定地动作，并且将晶体振子110a的输出转换为例如矩形脉冲并作为系统时钟CK0输出。系统时钟CK0的频率为例如32MHz。系统时钟振荡器110设置为能够向控制电路108提供系统时钟CK0。如后所述，提供系统时钟CK0的构成为能够由来自控制电路108的时钟供给控制信号S60来控制。
监视用时钟振荡器112产生比系统时钟CK0低的频率、例如250kHz的监视用时钟LF0并输出。监视用时钟振荡器112的构成为例如包括由电阻与电容器组成的RC振荡电路112a和与该RC振荡电路112a连接的振荡电路112b。振荡电路112b使RC振荡电路112a稳定地动作，并且将该RC振荡电路112a的输出转换为例如矩形脉冲并作为监视用时钟LF0输出。监视用时钟振荡器112设置为能够向控制电路108提供监视用时钟LF0。
存储器114设置为能够由控制电路108进行存取，构成为例如依据来自控制电路108的读取命令RD，将所储存的规定信息D向控制电路108发送。存储器114由例如掩膜ROM(Read Only Memory；只读存储器)或EEPROM(Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory；电擦除可编程只读存储器)等不易失性存储器构成。作为储存在存储器114内的信息D的一例，可以举出的是例如驱动器控制信号SD的H电平和L电平的频率，换言之，即线圈102的驱动频率。
复位电路116是对控制电路108整体进行复位的电路，控制电路108通过从复位电路116接收复位信号RE来再起动。复位电路116通过电容器118接地。
关于电阻120，其一端与线圈102的上述另一端连接，另一端通过齐纳二极管122接地，并且与控制电路108连接。由此，线圈102的上述另一端的电压(或电流)通过电阻120，作为电压VC输入到控制电路108。而且，利用电阻120及齐纳二极管122，保护控制电路108避免被输入过大的输入电压。如后所述，电压VC用于检测传送装置100和被传送装置200是否配置成了电磁耦合的状态。
被传送装置200的构成为包括：例如由平面形空芯线圈等构成的线圈202、整流平滑电路204、控制电路206以及负载208。其中，负载208是例如充电电池。整流平滑电路204为对从线圈102向线圈202传送的电力等进行整流并使其平滑化的电路，其包括：例如与线圈202两端连接的二极管电桥和与该二极管电桥的输出并联的电容器。而且，负载208例如与二极管电桥的输出连接。在此，为了说明上的方便，将进行被传送装置200中的各种控制的电路总称为控制电路206。控制电路206例如能够控制对线圈202的电压供给，且通过对该电压进行调制而能够通过线圈202、102将数据信号传送到传送装置100。传送到传送装置100的数据信号可以举出的是例如赋予给被传送装置200的ID数据等。
图3表示控制电路108的一例。而且，为了说明，在图3中也图示了系统时钟振荡器110及监视用时钟振荡器112。此外，图4表示说明传送装置100动作的一例的时序图。
在图3的例子中，控制电路108的构成为包括：分频器152、驱动器控制信号产生电路154、负载检测器156、定时器(timer)158、以及时钟供给控制电路160。而且，这些要素152、154、156、158、160能够由逻辑电路构成，且能够将控制电路108构成为逻辑IC(Integrated Circuit；集成电路)元件。
系统时钟CK0被提供到分频器152，且将系统时钟CK0分频而产生例如数百kHz的时钟CK1。例如，可以将有关分频值的信息D储存在存储器114(参照图1)内，在这种情况下，可以构成为分频器152在传送装置100起动时等取得该信息D且利用于产生时钟CK1。在此，时钟CK1被输出到驱动器控制信号产生电路154及负载检测器156。
驱动器控制信号产生电路154利用时钟CK1来动作，从而产生驱动器控制信号SD。例如，可将有关驱动器控制信号SD的信息D储存在存储器114内，在这种情况下，可以构成为驱动器控制信号产生电路154在传送装置100起动时等取得该信息D且利用于产生驱动器控制信号SD。在此，驱动器控制信号SD被输出到驱动器106(参照图1)。
负载检测器156检测传送装置100和被传送装置200是否通过线圈102、202而配置成了适当的电磁耦合状态等，并产生检测结果信号S56。
上述检测能够利用以下情形来进行：例如，时钟CK1的相位和电压VC的相位之间的关系，在被传送装置200适当的电磁耦合在传送装置100的状态(正常的负载状态)下，与在除此以外的状态下不同。例如，如果比较电压VC的相位和时钟CK1的相位，则在正常的负载状态下相同，在被传送装置200没有电磁耦合的状态(无负载状态)下延迟。因此，负载检测器156通过比较时钟CK1和电压VC的相位，能够检测出是否处于正常的负载状态。此外，上述检测也能够利用例如电压VC的振幅来进行。例如，在正常的负载状态下通过线圈102、202来产生共振，由于电压VC的振幅比在无负载状态下大，因此，通过与规定的基准电压的振幅比较来检测是否处于正常的负载状态。在此，例如在非被传送装置200的导电物接近线圈102的状态(异物负载状态)下，由于电压VC的相位及振幅与正常负载及无负载的状态不同，所以也能够检测出异物负载状态。此外，可以利用赋予被传送装置200的ID数据来判断正常的负载状态。
图3例示了负载检测器156由用于进行上述的相位比较的相位检测器156a和用于进行上述的振幅比较的振幅检测器156b构成的情况。在这种情况下，由于负载检测器156可以根据两个检测器156a、156b的检测结果，产生检测结果信号S56，所以使检测精度变高。在此，例示了(参照图4)当判定处于正常负载状态时，检测结果信号S56变为H电平，当判定处于非正常负载状态时，检测结果信号S56变为L电平的波形的情况。在此，检测结果信号S56向时钟供给控制电路160输出。而且，也能够仅由相位检测器156a和振幅检测器156b其中的一个来构成负载检测器156。此外，例如，也可以将在检测器156a、156b所利用的关于比较用基准值的信息D储存在存储器114中，在这种情况下，可以构成为负载检测器156在传送装置100起动时等取得该信息D且利用于检测动作。
监视用时钟LF0被提供到定时器158，且利用该监视用时钟LF0产生定时信号LF1。在此，例示了(参照图4)定时信号LF1间歇性地变化(迁移)为H电平，且该H电平为持续规定时间宽度的波形的情况，在定时信号LF1中，H电平的周期是例如250ms(毫秒)，H电平的脉冲宽度是例如128μs(微秒)。例如，也可以将有关上述周期或脉冲宽度的信息D储存在存储器114内，在这种情况下，可以构成为定时器158在传送装置100起动时等取得该信息D且利用于产生定时信号LF1。在此，定时信号LF1向时钟供给控制电路160输出。
检测结果信号S56和定时信号LF1被提供到时钟供给控制电路160，且根据这些信号S56、LF1来产生时钟供给控制信号S60。时钟供给控制信号S60是判别检测结果信号S56与定时信号LF1中至少一个变为H电平的情况和除此以外的情况的信号，在此，例示了(图4)当信号S56、LF1的至少一个为H电平时，时钟供给控制信号S60变为H电平的波形的情况。在信号S56、LF1、S60为上述例示的波形的情况下，时钟供给控制电路160例如能够由将信号S56、LF1作为输入信号的OR电路(“或”电路)构成，且该OR电路的输出信号为时钟供给控制信号S60。该时钟供给控制信号S60向系统时钟振荡器110和驱动器控制信号产生电路154输出。
时钟供给控制信号S60相当于系统时钟振荡器110及驱动器控制信号产生电路154的使能(enable)信号，在此，例示了在时钟供给控制信号S60为H电平期间，系统时钟振荡器110及驱动器控制信号产生电路154动作的情况。
系统时钟振荡器110的构成为通过时钟供给控制信号S60，能够控制系统时钟CK0的输出。这种输出控制例如在通往系统时钟振荡器110的电源供给通路上，设置MOSFET等开关元件，且利用时钟供给控制信号S60能够对该开关元件的打开关闭(开、关)进行控制。此外，也可以在晶体振子110a和振荡电路110b之间设置MOSFET等开关元件，还可以在系统时钟振荡器110的输出路径上设置上述开关元件。
按照上述结构，当检测结果信号S56为L电平时(参照图4中的时间t之前)，即，当处于非正常的负载状态时，传送装置100为待机状态。在此待机期间，传送装置100间歇进行对被传送装置200的检测。在图4的例子中，在待机期间，时钟供给控制电路160与定时信号LF1同步，并将时钟供给控制信号S60间歇性地设为H电平，系统时钟振荡器110与该H电平的迁移同步，并间歇性地输出系统时钟CK0。在提供系统时钟CK0期间，驱动器控制信号产生电路154将驱动器控制信号SD输出到驱动器106，由此向线圈102提供电压。此外，在系统时钟CK0的供给期间，负载检测器156动作，来进行上述的负载检测。负载检测例如在1秒内进行4次，在这种情况下的定时信号LF1的H电平的周期是例如250ms。
在此，为了进行上述的相位检测和振幅检测，必须取得电压VC的变化(波形变化)。由于电压VC的变化受到线圈102和电容器104产生的延迟的影响，所以系统时钟CK0的输出期间、在此为定时信号LF1的H电平的脉冲宽度，设定为负载检测所需要的时间，例如128μs。
当通过间歇性的负载检测检测出正常的负载状态时，传送装置100开始电力等的传送(参照图4中的时间t以后)。具体而言，检测结果信号S56变为H电平，时钟供给控制信号S60不以定时信号LF1为依据而继续维持H电平。由此，从系统时钟振荡器110持续地输出系统时钟CK0，驱动器控制信号产生电路154等持续地动作，从而进行电力等的传送。
按照上述间歇动作，即使在保持与家用电源连接的状态下，也可以抑制待机期间的耗电量。此外，通过为保持与家用电源连接的使用方式，也可以消除每次都要连接至家用电源的不便。
关于抑制待机电力，例如在控制电路108由3.3V电压系统的CMOS逻辑电路构成且使用32MHz的系统时钟CK0的例子中，控制电路108待机过程中的耗电量在非间歇驱动时约为200mW，而通过间歇驱动，可以使其为10mW以下。而且，驱动器106的耗电量根据线圈102的大小、换言之，即传送电力而不同。
在此，为了提高电力等的传送效率，优选的是系统时钟具有稳定的精度，且频率越高越好。这是由于例如通过根据线圈的电感值对分频器的分频值进行调整，从而可以对线圈的驱动频率进行微调。此外，利用稳定且高频率的系统时钟，能够提高负载检测、接收来自被传送装置的ID以及识别该ID等的精度。另一方面，由于集成电路等半导体装置的耗电量与系统时钟的频率成正比，所以系统时钟的频率越高，传送装置的耗电量越大。因此，高效率的传送和负载检测精度的提高等与耗电量的削减成折衷选择(trade off)关系。在这种情况下，具有使系统时钟持续动作结构的传送装置的耗电量，在电力等的传送过程中，驱动器的耗电量所占的比例较高，而在待机过程中，与提高负荷检测精度等成折衷选择关系。
相反，在本发明实施方式的传送装置100中，即使是在系统时钟CK0达到高频率化的情况下，仍能够通过上述间歇动作来抑制耗电量的增加。因此，既能够抑制电力消耗，又能够实现高效率的传送、提高负载检测精度等。
此外，一般而言，振荡频率越高，振荡器本身的耗电量越大。而在本发明实施方式的传送装置100中，由于系统时钟CK0本身在间歇动作时是限定性地利用，所以通过间歇地驱动系统时钟振荡器110本身，与持续地动作的情况相比，能够减少耗电量。此外，由于间歇动作的时序控制所利用的监视用时钟LF0与系统时钟CK0相比频率低，所以即便使监视用时钟振荡器112持续动作，耗电量仍比使系统时钟振荡器110持续动作的情况低。
此外，由于监视用时钟LF0不需要与系统时钟CK0同步，所以系统整体的整合性所带来的限制较少。因此，监视用时钟振荡器112和定时器158的振荡精度等动作精度可以比系统时钟振荡器110及分频器152低，且能够简单地实现上述间歇动作。此外，与将系统时钟CK0分频来产生定时信号LF1的结构相比，电路规模较小。
此外，上述说明和图4所示的波形并不限定于上述的例子所示。传送装置100也可以构成为例如H电平、L电平使用与上述波形倒置的波形或矩形波以外的波形。此外，传送装置100也可以构成为例如监视用时钟LF0及信号LF1、S60的脉冲宽度不同。此外，在图4中例示了例如定时信号LF1同步于监视用时钟LF0的上升而上升的情况，但也可以构成为定时信号LF1同步于监视用时钟LF0的下降而上升，对于其他的波形也同样。
此外，在上述说明中例示了存储器114外接的情况，但也可以构成为将各种信息D存储在控制电路108内。
工业实用性
本发明可用于利用通过线圈的电磁耦合来将电力和数据信号中的至少一个传送到被传送装置的无接点传送装置。
Claims (2)
1.一种无接点传送装置，利用通过线圈的电磁耦合来将电力和数据信号中的至少一个传送到被传送装置，其特征在于包括：
驱动器，驱动所述线圈；
系统时钟振荡器，输出系统时钟；
监视用时钟振荡器，输出频率比所述系统时钟低的监视用时钟；以及
控制电路，利用所述系统时钟及所述监视用时钟进行动作，且输出所述驱动器用的控制信号和所述系统时钟振荡器用的控制信号；其中，
所述控制电路在开始传送所述电力与所述数据信号中的至少一个之前的待机过程中，根据所述监视用时钟，输出所述系统时钟振荡器用控制信号，并使所述系统时钟振荡器同步于所述系统时钟振荡器用控制信号来间歇性地输出所述系统时钟，
在所述系统时钟输出期间，利用所述驱动器用控制信号驱动所述线圈，来检测是否配置有所述被传送装置。
2.根据权利要求1所述的无接点传送装置，其特征在于，所述系统时钟的输出期间设定为所述检测所需的时间。
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