CN104584379B - 无线受电装置及使用了它的电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能检测因线圈的位置偏差或异物接近等而供电效率低的状态的无线受电装置。整流电路(10)对流入接收线圈(L1)的电流(ICOIL)整流。平滑电容器(C1)与整流电路(10)的输出相连接。判定部(20)生成与开始接收来自供电装置的信号后的判定定时的平滑电容器(C1)的电压(VRECT)同预定的阈值电压(VTH)的比较结果相应的通知信号(S1)。

Description

无线受电装置及使用了它的电子设备
技术领域
本发明涉及无线供电技术。
背景技术
近年来，为给电子设备供电，无接点功率传输(也称非接触供电、无线供电)正开始普及。为促进不同厂商的产品间的相互利用，组织起了WPC(Wireless Power Consortium：无线电力联盟)，并由WPC制定了作为国际标准的Qi标准。
发明内容
〔发明所要解决的课题〕
基于Qi标准的无线供电是利用发送线圈与接收线圈间的电磁感应的技术。供电系统由具有发送线圈的供电装置和具有接收线圈的受电终端构成。在供电时，供电装置和受电终端不被机械地拘束结合，因而发送线圈和接收线圈的相对位置是自由的。另外，也预想到在发送线圈和接收线圈之间会夹入金属片等异物的情况。由于这些原因，发送线圈与接收线圈的耦合度会发生变化。
在基于Qi标准的无线供电中，在线圈的耦合度较小的状态下也根据受电终端与供电装置间的通信，控制来自供电装置的发送功率，由此能对受电终端供给其所需要的电力。换言之，即使是供电效率较低的状态，也以尽力服务(best effort)来进行供电，故在功率效率方面尚有改善的余地。
本发明是鉴于这样的课题而研发的，其一个方案的例示性目的之一在于，提供一种能检测因线圈的位置偏差或异物接近等而供电效率低的状态的无线受电装置。
〔用于解决课题的手段〕
本发明的一个方案涉及无线受电装置。无线受电装置包括：接收线圈；整流电路，对流入上述接收线圈的电流进行整流；平滑电容器，与上述整流电路的输出相连接；以及判定部，生成与开始接收来自供电装置的信号后的判定定时的上述平滑电容器的电压同预定的阈值电压的比较结果相应的通知信号。
在刚开始从供电装置发送信号后，不进行发送功率的控制，因此平滑电容器所产生的电压取与发送线圈和接收线圈的耦合度相应的电平。根据该方案，在供电装置的发送功率控制开始前的判定定时，通过监视平滑电容器的电压，能够检测出因接收线圈的位置偏差或异物接近而供电效率低的状态。
判定部可以包括：A/D转换器，将平滑电容器的电压转换成数字值；和逻辑部，将开始接收来自供电装置的信号后的判定定时的数字值与预定的阈值进行比较，并生成与比较结果相应的通知信号。
判定部可以包括：比较器，将平滑电容器的电压与预定的阈值进行比较，并生成表示比较结果的比较信号；和逻辑部，基于供电装置的信号发送开始后的判定定时的比较信号，生成通知信号。
判定定时可以是在供电装置的信号发送开始后、并经过预定的时间后。
判定定时可以是在从供电装置检查其供电面(surface)上是否存在物体的第1阶段(phase)完成并转移到后续的第2阶段起、经过预定时间后。
判定定时可以被包含于供电装置判定所选择的物体是否具有供电对象的无线受电装置的第2阶段，或后续于第2阶段的、取得无线受电装置的信息、进行供电准备的第3阶段。
判定定时可以是在第3阶段快要结束前。
在第2阶段或第3阶段，平滑电容器的电压稳定，因此通过监视该期间内的电压，能准确地检测出接收线圈的位置偏差或异物接近。
无线受电装置可以遵循Qi标准。此时，可以是第1阶段对应于选择(Selection)阶段，第2阶段对应于Ping阶段，第3阶段对应于识别和配置(Identification&Configuration)阶段，第4阶段对应于功率传输(Power Transfer)阶段。
本发明的另一方案涉及电子设备。电子设备包括上述任一种无线受电装置、和显示器装置。可以根据通知信号，在显示器装置上显示用于告知电子设备的位置不恰当的图像。
由此，电子设备的用户能认识到线圈的位置偏差，能作为寻求电子设备的最佳位置的线索。
本发明的另一方案也涉及电子设备。电子设备具有上述任一种无线受电装置。电子设备可以被构成为能将与无线受电装置生成的通知信号相应的信号发送给供电装置。
此时，也在供电装置中执行与通知信号相应的处理。例如供电装置可以鸣响用于告知电子设备的位置不恰当的警报、或停止供电。
本发明的另一方案涉及无线受电装置。无线受电装置包括：接收线圈；整流电路，对流入接收线圈的电流进行整流；平滑电容器，与整流电路的输出相连接；以及判定部，生成与开始接收来自供电装置的信号后的判定定时的平滑电容器的电压相应的检测信号。
在刚开始从供电装置发送信号后，不进行发送功率的控制，因此平滑电容器中产生的电压取与发送线圈和接收线圈的耦合度相应的电平。根据该方案，在供电装置开始发送功率控制前的判定定时，通过监视平滑电容器的电压，能取得接收线圈的位置的信息。
判定定时可以是在开始接收来自供电装置的信号后、并经过预定的时间后。
判定定时可以是在从供电装置检查其供电面上是否存在物体的第1阶段完成并转移到后续的第2阶段起、经过预定时间后。
判定定时可以被包含于供电装置判定所选择的物体是否具有供电对象的无线受电装置的第2阶段，或后续于第2阶段的、取得无线受电装置的信息、进行供电准备的第3阶段。
判定定时可以在第3阶段快要结束前。
在第2阶段或第3阶段，平滑电容器的电压稳定，故通过监视该期间内的电压，能准确地取得接收线圈的信息。
本发明的另一方案涉及电子设备。电子设备具有上述任一种无线受电装置、和显示器装置。电子设备可以被构成为能使与检测信号相应的信息显示在显示器装置上。
由此，电子设备的用户能认识到线圈的位置偏差，能作为寻求电子设备的最佳位置的线索。
本发明的另一方案也涉及电子设备。电子设备可以被构成为具有上述任一种无线受电装置，并能将与来自无线受电装置的检测信号相应的信息发送给供电装置。
此时，能在供电装置中也执行与检测信号相应的处理。
另外，将以上构成要素的任意组合、本发明的构成要素及表现形式在方法、装置、系统等间相互置换后的实施方式，作为本发明的方案也是有效的。
〔发明效果〕
通过本发明的一个方案，能检测供电效率低的状态。
附图说明
图1是表示具有第1实施方式的受电装置的电子设备的构成的电路图。
图2是图1的受电装置的工作波形图。
图3是表示第1变形例的受电装置的电路图。
图4是表示具有受电装置的电子设备的。
具体实施方式
以下基于优选实施方式，参照附图说明本发明。对各附图所示的相同或等同的构成要素、部件、处理标注相同的标号，并适当省略重复的说明。此外，实施方式仅是例示，并非限定发明，并非实施方式中所记载的所有特征或其组合都是本发明的必要技术特征。
在本说明书中，所谓“部件A与部件B相连接的状态”，除部件A与部件B物理地直接连接的情形外，还包括部件A与部件B介由不实质影响其电连接状态的其它部件、或不损害其接合所发挥的功能或效果的其它部件间接连接的情形。
同样，所谓“部件C被设置在部件A与部件B之间的状态”，除部件A与部件C、或者部件B与部件C直接连接的情形外，还包括介由不实质影响其电连接状态的其它部件、或不损害其接合所发挥的功能或效果的其它部件间接相连接的情形。
(第1实施方式)
图1是表示具有第1实施方式的受电装置100的电子设备1的构成的电路图。
电子设备1是平板PC(Personal Computer)、便携式PC、便携式电话终端、数字照相机、数字摄像机、便携式音乐播放器、PDA(Personal Digital Assistant：个人数字助理)等。电子设备1除受电装置100外还具有充电电池2、充电电路4、微控制器6、显示器装置8等。
受电装置100从未图示的供电装置接受交流的电力信号，将其转换成直流电压后提供给充电电路4。充电电路4接受来自受电装置100的直流的整流电压VRECT，对充电电池2充电。可以除充电电池2外还设置双电层电容器等其它蓄电装置。
微控制器6是统括地控制电子设备1整体的CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)。例如微控制器6生成应显示于显示器装置8的图像。
以上是电子设备1整体的构成。接下来说明受电装置100的构成。在本实施方式中，设受电装置100遵循Qi标准。
受电装置100具有接收线圈L1、整流电路10、平滑电容器C1、判定部20、控制器30。
接收线圈L1在供电时被配置得与供电装置的发送线圈(未图示)相接近。在供电装置中发送线圈流过交流的电流时，基于电磁感应，接收线圈L1中会流过交流的线圈电流IL1。整流电路10对线圈电流IL1进行全波整流。整流电路10可以是二极管电桥电路，也可以是利用了晶体管等开关的电桥电路。
平滑电容器C1连接于整流电路10的输出端子，被整流电路10全波整流后的电压被平滑化。平滑电容器C1内产生直流的整流电压VRECT。受电装置100将整流电压VRECT提供给充电电路4。此外，受电装置100可以还具有使整流电压VRECT升压或降压后提供给充电电路4的开关调节器。
控制器30在与供电装置间进行双向通信，执行识别及供电的时序控制。
判定部20生成与开始接收来自供电装置的信号后的判定定时(timing)的平滑电容器C1的电压VRECT同预定的阈值电压VTH的比较结果相应的通知信号S1。作为一例，可以在VRECT＞VTH时通知信号S1为高电平、在VRECT＜VTH时通知信号S1为低电平。
具体来说，判定部20具有A/D转换器22、逻辑部24。A/D转换器22在由控制器30指示的定时，将平滑电容器C1的电压VRECT转换成数字值DRECT。逻辑部24在开始接收来自供电装置的信号后的判定定时，将数字值DRECT与跟阈值电压VTH对应的预定的阈值DTH进行比较，生成与比较结果相应的通知信号S1。也可以使得阈值DTH能根据对应的寄存器的设定值而变更。
控制器30测定从开始接收来自供电装置的信号起的经过时间，生成在经过预定时间后的判定定时被置于有效(例如高电平)的定时信号S2。A/D转换器22同步于定时信号S2地取入整流电压VRECT。优选的是，判定定时可以是在开始接收来自供电装置的信号后、并经过预定的时间后。
在Qi标准中，按以下时序进行供电。
·选择(Selection)阶段
·Ping阶段
·识别和配置(Identification&Configuration)阶段
·功率传输(Power Transfer)阶段
在选择阶段，供电装置检查其供电面上是否存在物体，并选择成为供电对象的物体。然后转移到Ping阶段。在Ping阶段，供电装置判定所选择的物体是否具有供电对象的受电装置100。在接下来的识别和配置阶段，取得受电装置100的信息，进行供电的准备。在接下来的功率传输阶段，进行功率传输。
判定定时优选被包含在Qi标准所规定的Ping阶段或识别和配置(Identification&Configuration)阶段。在本实施方式中，判定定时被设定在识别和配置阶段快要结束前。在转移到Ping阶段时，控制器30开始时间测定，并在经过预定时间τ后将定时信号S2置于有效。
以上是受电装置100的构成。下面说明受电装置100的工作。图2是图1的受电装置100的工作波形图。
对于电压VRECT，示出实线、单点划线、虚线的3个波形。实线表示接收线圈L1的位置恰当的情况，单点划线表示发生了接收线圈L1的位置偏差的情况，虚线表示接收线圈L1的位置偏差到无法供电的程度的情况。
首先在选择阶段，从供电装置提供预定的信号。如实线所示，在接收线圈L1的位置恰当的情况下，根据在选择阶段供电装置所生成的信号，平滑电容器C1被充分充电。
在接下来的Ping阶段及识别和配置阶段，电压VRECT的基线几乎是恒定的。然后在识别完成后，转移到功率传输阶段，供给电力，电压VRECT随时间而上升。
此外，整流电压VRECT在短期间内时分割地相对于基线增大，但这是由于控制器30向供电装置发送包而产生的。
在接收线圈L1的位置恰当、也没有异物等接近时，判定定时t1的整流电压VRECT超过阈值电压VTH，通知信号S1被置于有效(高电平)。
另一方面，如单点划线所示，在接收线圈L1的位置从最佳位置偏离了时、或者有异物接近时，在选择阶段，平滑电容器C1会响应供电装置所生成的信号而被充电，但由于接收线圈L1所感应的线圈电流、即平滑电容器C1的充电电流较小，故判定定时t1的整流电压VRECT低于阈值电压VTH，通知信号S1不被置于有效(低电平)。
另外，若接收线圈L1的位置不恰当、或者接收线圈L1与发送线圈之间夹入了异物，则来自发送线圈的信号强度变弱。此时，如虚线所示，整流电压VRECT几乎不上升。此时，判定部20也不进行电平比较。
以上是受电装置100的工作。
受电装置100具有以下优点。
在从供电装置刚开始发送信号后，不立刻进行发送功率的控制，因此，平滑电容器C1所产生的电压VRECT取与发送线圈和接收线圈L1的耦合度相应的电平。根据受电装置100，在供电装置开始发送功率控制前的判定定时，能通过监视平滑电容器C1的电压VRECT而检测到接收线圈L1的位置偏差。
此外，在Ping阶段或识别和配置阶段，平滑电容器C1的电压VRECT是稳定的，故通过监视该期间内的电压VRECT，能准确地检测到接收线圈L1的位置偏差。特别是在识别和配置阶段快要结束前，电压VRECT的基线电平最稳定，且不发生包通信，故作为判定定时是合适的。
如上所述，通知信号S1表示了发送线圈与接收线圈L1的位置关系。因此，在电子设备1中，接下来能执行与通知信号S1相应的各种各样的处理。
例如微控制器6根据通知信号S1向显示器装置8提示预定的信息。具体来说，显示器装置8上显示用于告知用户电子设备1的位置不恰当的图像。图像可以是运动图像也可以是静止图像，此外，还可以是图表、文本等，不限种类。
除显示器装置8的显示外、或者在此基础上，微控制器6可以从未图示的扬声器输出用于告知用户电子设备1的位置不恰当的声音。
此外，电子设备1被构成为能向供电装置发送与通知信号S1相应的信号。具体来说，从控制器30向供电装置发送与通知信号S1相应的信号。由此，在供电装置中，能进行与通知信号S1相应的处理。例如供电装置可以鸣响用于告知电子设备1的位置不恰当的警报，或停止供电。
下面说明图1的受电装置100的变形例。
(第1变形例)
图3是表示第1变形例的受电装置100a的电路图。受电装置100a的判定部20a除图1的A/D转换器22外还具有比较器23。
比较器23将平滑电容器C1的电压VRECT与预定的阈值VTH进行比较，生成表示比较结果的比较信号S3。例如比较信号S3在VRECT＞VTH时取高电平、在VRECT＜VTH时取低电平。
逻辑部24a被输入来自控制器30的定时信号S2。逻辑部24a基于判定定时的比较信号S3生成通知信号S1。具体来说，在判定定时，比较信号S3为高电平时、即VRECT＞VTH时，通知信号S1成为高电平，在比较信号S3为低电平时、即VRECT＜VTH时，通知信号S1成为低电平。
通过该受电装置100a，也能得到与图1的受电装置100同样的效果。
(第2变形例)
在图1的受电装置100中，阈值DTH也可以如下这样生成。判定部20被从外部输入阈值电压VTH。A/D转换器22或与之另行设置的A/D转换器(未图示)在由控制器30指示的设定定时，将阈值电压VTH转换成数字值DTH。设定定时优选在开始接收来自供电装置的信号后、判定定时前。设定定时可以在选择阶段与Ping阶段的分界附近。
(第2实施方式)
第2实施方式的受电装置100的构成与第1实施方式是同样的，故参照图1。
在第1实施方式中，通过将平滑电容器C1的电压VRECT与预定的阈值电压VTH相比较，来生成表示是否因线圈的位置偏差或异物接近等而发生了供电效率低的状态的通知信号S1。与此不同，在第2实施方式中，判定部20生成具有与平滑电容器C1的电压VRECT相应的电平的检测信号S1。
A/D转换器22将判定定时的整流电压VRECT转换成数字值DTH。逻辑部24生成与数字值DTH相应的检测信号S1。检测信号S1可以是数字值DTH本身，也可以是将数字值DTH通过预定的运算、或通过参照表而编码后的值。在检测信号S1以2N等级(N为自然数)来表示线圈的偏差量时，逻辑部24可以取数字值DTH的高位N比特。
如上所述，判定定时的整流电压VRECT依赖于供电效率。即判定定时的电压VRECT与接收线圈L1的位置具有相关性，可以说是表示距接收线圈L1的最佳位置的偏移量。根据第2实施方式，在电子设备1中，能够取得与接收线圈L1和发送线圈的相对位置关系具有相关性的信息。
并且，微控制器6可以使显示器装置8上显示与检测信号S 1相应的信息。例如微控制器6可以使显示器装置8上显示供电装置和电子设备的图像，并根据检测信号S1的值，控制显示器上所显示的供电装置与电子设备的位置关系。具体来说，在检测信号S1的值较大时、即供电效率较高时，显示表示电子设备被置于供电装置的恰当位置的图像，在检测信号S1的值较小时、即供电效率较低时，显示表示电子设备被置于从供电装置的恰当位置偏离的位置的图像。
或者，微控制器6可以使显示器装置8上显示与检测信号S 1的值相应的形状的对象(object)，或根据检测信号S1来控制对象的颜色、亮度、大小。
通过这些处理，用户能通过视觉直观地掌握电子设备1与供电装置的位置关系，能修正电子设备1的位置。
另外，微控制器6也可以从未图示的扬声器输出与检测信号S1的值相应的声音信号。具体来说，可以根据检测信号S1控制声音信号的频率、音量或种类，或者它们的任意组合。
由此，用户能通过听觉直观地掌握电子设备1与供电装置的位置关系，能修正电子设备1的位置。
接下来说明第2实施方式的受电装置的变形例。
(第3变形例)
第2实施方式的受电装置可以同图3的受电装置100a一样地构成。即、设置多个比较器23，通过多个比较器23，针对整流电压VRECT给出多个不同的阈值电压VTH，从而生成检测信号S1。
最后，说明电子设备1的具体例子。图4是表示具有受电装置100的电子设备的图。图4的电子设备500是平板PC或便携式型游戏机、便携式型音乐播放器，在壳体502内部内置充电电池3、充电电路4、微控制器6、受电装置100。
以上基于第1、第2实施方式说明了本发明。这些实施方式是例示，本领域技术人员当理解其各构成要素和各处理过程的组合可以有各种各样的变形例，并且这样的变形例也包含在本发明的范围内。下面说明这样的变形例。
在实施方式中，针对遵循Qi标准的受电装置进行了说明，但本发明不限定于此，也可适用于遵循将来可能制定的标准的受电装置。
基于实施方式用具体的用语说明了本发明，但实施方式仅表示本发明的原理、应用，在不脱离权利要求书所规定的本发明的思想的范围内，可以对实施方式进行多种变形或配置的变更。
〔标号说明〕
1...电子设备、2...充电电池、4...充电电路、6...微控制器、8...显示器装置、100...受电装置、10...整流电路、L1...接收线圈、C1...平滑电容器、20...判定部、22...A/D转换器、23...比较器、24...逻辑部、30...控制器。
工业实用性
本发明涉及无线供电技术。

Claims (8)

1.一种无线受电装置，其特征在于，包括：
接收线圈，
整流电路，对流入上述接收线圈的电流进行整流，
平滑电容器，与上述整流电路的输出相连接，
控制器，与供电装置间进行双向通信，执行识别及供电的时序控制；以及
判定部，生成与上述平滑电容器的电压同预定的阈值电压的比较结果相应的通知信号，
上述控制器测定从开始接收来自上述供电装置的信号起的经过时间，并将经过预定时间后的判定定时为有效的定时信号传达给上述判定部，
上述判定部根据上述定时信号，生成与上述平滑电容器的电压和上述预定的阈值电压的比较信号相关的上述通知信号，
上述判定定时是在用于进行供电准备的识别和配置阶段之内，并在上述识别和配置阶段快要结束前。
2.如权利要求1所述的无线受电装置，其特征在于，
上述判定部包括：
A/D转换器，将上述判定定时的上述平滑电容器的电压转换成数字值，和
逻辑部，将上述数字值与预定的阈值进行比较，并生成与比较结果相应的上述通知信号。
3.如权利要求1所述的无线受电装置，其特征在于，
上述判定部包括：
比较器，将上述平滑电容器的电压与预定的阈值进行比较，并生成表示比较结果的比较信号，和
逻辑部，基于开始接收来自上述供电装置的信号后的判定定时的上述比较信号，生成上述通知信号。
4.一种电子设备，其特征在于，包括：
权利要求1所述的无线受电装置，和
显示器装置；
根据上述通知信号，上述显示器装置上显示用于告知本电子设备的位置不恰当的图像。
5.一种电子设备，其特征在于，被构成为
具有权利要求1所述的无线受电装置，并能将与上述无线受电装置生成的上述通知信号相应的信号发送给上述供电装置。
6.一种无线受电装置，其特征在于，包括：
接收线圈，
整流电路，对流入上述接收线圈的电流进行整流，
平滑电容器，与上述整流电路的输出相连接，
控制器，与供电装置间进行双向通信，执行识别及供电的时序控制，以及
判定部，生成与上述平滑电容器的电压相应的检测信号，
上述控制器测定从开始接收来自上述供电装置的信号起的经过时间，并将经过预定时间后的判定定时为有效的定时信号传达给上述判定部，
上述判定部根据上述定时信号，生成与上述平滑电容器的电压和预定的阈值电压的比较信号相关的上述检测信号，
上述判定定时是在用于进行供电准备的识别和配置阶段之内，并在上述识别和配置阶段快要结束前。
7.一种电子设备，其特征在于，包括：
权利要求6所述的无线受电装置，和
显示器装置；
该电子设备被构成为能在上述显示器装置上显示与上述检测信号相应的信息。
8.一种电子设备，其特征在于，被构成为
具有权利要求6所述的无线受电装置，并能向上述供电装置发送与来自上述无线受电装置的上述检测信号相应的信息。
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