CN105210261A - 受电装置、受电功率调节方法、受电功率调节程序以及半导体装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供受电装置，其以与送电侧的输出控制不冲突的方式独立于送电侧进行共振频率调节，进行受电功率的最优化。具有收发部(2)，该收发部包括共振电路，该共振电路具有天线(2a)，该天线接收从非接触充电装置(50)输送的电力，并且与该非接触充电装置之间收发数据；充电控制部，该充电控制部使用通过收发部接收的电力，进行包括二次电池(6)的充电在内的电源控制；控制部(3)，该控制部生成表示上述二次电池的充电状态和/或通过该二次电池运行的机器主体(30)的电源的控制状态的控制状态数据，并经由收发部发送到非接触充电装置。控制部具备进行正常电力供给的受电模式和通过调节共振电路的共振频率来调节受电功率的调节模式。

Description

受电装置、受电功率调节方法、受电功率调节程序以及半导体装置

技术领域

本发明涉及接收从非接触充电装置输送的电力的受电装置、受电功率调节方法、受电功率调节程序以及半导体装置。本申请以于2013年2月27日在日本申请的日本专利申请号特愿2013-37313为基础主张优先权，以引证的方式并入其内容。

背景技术

一直以来，在电动牙刷、电动剃须刀这样的主要在有水的环境下使用的充电式的电气产品中，逐渐以不露出用于连接充电器和这些电气产品的连接电极的方式使用非接触式的充电器。从安全性的角度出发，这样的非接触方式的充电器的应用近年来也扩大到家用游戏机、无绳电话、手机等。一般情况下，充电器与这些电气产品一一对应，对于某一电气产品而言，提供有专用充电器。

但是，随着手机、智能电话等移动终端其需求大幅增加，确保它们的电源成为难题。在这些移动终端中，虽然通过专用的充电器、AC适配器来保证电源，但是在外出地保证电源却未携带这些充电器、适配器的情况下，按照移动终端的种类准备充电器、适配器必须准备多种，因此是不现实的。若采用非接触充电方式，则具有不管电源连接端子的规格也可以自由地连接电源的优点。因此，被要求充电器和移动终端的充电方式的共用化、标准化。

例如，在无线充电联盟(WirelessPowerConsortium，WPC)中，作为主要面向移动终端的非接触充电方式的标准规格发布了Qi(日文：チー)，对于满足规格的充电器、移动终端之间可以不选择种类地进行充电。

在这些以Qi为代表的非接触充电方式中，通过使具有充电装置的1次侧天线和具有受电装置的2次侧天线电磁耦合或磁共振来进行电力传送。

在这样的非接触充电系统中，为了在充电装置和受电装置之间进行非接触的电力传送和数据通信，对1次侧天线和2次侧天线分别连接共振用电容器来构成共振电路。通过在1次侧和2次侧匹配共振电路的共振频率，实现充电装置和受电装置之间的稳定且高效的电力传送和数据通信。

这里，这些天线的电感L和共振用电容的静电电容C具有几个变动因素，而未必是假定的值。例如，电感L其特性根据构成天线的磁芯的特性偏差、周围温度而发生变化。共振电容器的静电电容C也根据初始偏差、温度特性、电压依赖性而发生变化。进而，1次侧天线和2次侧天线间的互感M根据1次侧和2次侧的距离、相对位置而发生变化，由于充电装置和受电装置物理地分离，因此相互的位置关系也难以恒定。

若由于上述各种因素而共振频率不一致，则电力的传送效率下降，使发热的问题显著，且阻碍机器的小型化、低功耗化。另外，传送效率的大幅下降还可能会引起充电时间延长、充电超时这样系统方面的问题。

因此，预先将1次侧和2次侧的共振频率匹配成最佳的值成为了大问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开2001-005938号公报

发明内容

技术问题

在专利文献1中，公开了如下技术：在与读写器进行非接触通信的IC卡中，调节IC卡的共振频率使得来自于读写器的接收信号的振幅成为最大。

但是，若将这样的方式应用于非接触充电系统，则存在在改变了发送功率的情况下难以检测最大电压的问题。

例如，在Qi等的非接触充电系统中，与一般的电源控制方式相同，为了将受电侧的功率控制为必要的值，采取控制送电侧的输出功率的方式。其中，由于送电侧和受电侧物理地分离，从受电侧向送电侧的反馈通过发送无线通信数据来进行。

对于Qi而言，将受电侧必要的功率和所送电的功率之间的差值作为误差信号而发送到送电侧，并在送电侧进行控制使该差值变为零。这样的通信间歇地进行，若如记载于专利文献1的技术那样，以使受电电压成为最大的方式来与送电侧的控制无关地调节共振频率，则会给负荷电压、负荷电流带来影响，与之对应地误差信号会发生变化。于是，在送电侧，改变送电输出以消除误差信号的变化，其结果是可能会产生控制不收敛的振荡(hunting)现象。

为了防止这样的振荡现象等的不稳定运行，只要在送电侧和受电侧进行协调的控制即可，但是这除了增大系统规模之外，还存在难以维持与已经导入的Qi等的标准规格之间的互换性的问题。

进而，在受电侧，存在边进行二次电池的充电控制边运行机器主体的情况，由于机器主体的运行电流不是恒定的，因此根据这样的负荷电流的变化而导致引起受电电压变化，从而存在难以进行共振频率的最优化调节的问题。

因此，本发明的目的在于提供如下的受电装置、受电功率调节方法、受电功率调节程序和半导体装置，即，以与送电侧的输出控制不冲突的方式独立于送电侧进行共振频率调节，以进行受电功率的最优化。

解决课题的技术方案

作为解决上述课题的技术方案，本发明的一个实施方式的受电装置具备：收发部，该收发部包括共振电路，该共振电路具有天线，该天线接收从非接触充电装置输送的电力，并且与该非接触充电装置之间收发数据，充电控制部，该充电控制部使用通过收发部接收的电力，进行包括二次电池的充电在内的电源控制，控制部，该控制部生成表示二次电池的充电状态和/或通过该二次电池运行的机器主体的电源的控制状态的控制状态数据，并经由收发部发送到非接触充电装置，控制部具备受电模式和调节模式，受电模式将基于控制状态数据输送的电力经由充电控制部用于二次电池的充电以及/或者用于通过二次电池运行的机器主体的电源，调节模式将控制状态数据固定为预定的恒定值，并且调节共振电路的共振频率，由此进行受电功率的调节。

另外，本发明的一个实施方式的受电功率调节方法具有受电模式和调节模式。在受电模式中，通过收发部从非接触充电装置接收输送的电力、或接收数据，通过充电控制部控制电源，该电源包括使用电力对二次电池进行充电，通过控制部，生成表示二次电池的充电状态和/或通过该二次电池运行的机器主体的电源的控制状态的控制状态数据，经由收发部将该控制状态数据发送到非接触充电装置，将基于该控制状态数据输送的电力经由充电控制部提供给二次电池以及/或者提供给通过该二次电池运行的机器主体的电源，在调节模式中，通过控制部，将被固定为预定的恒定值的控制状态数据经由收发部发送给非接触充电装置，将基于该控制状态数据输送的电力经由充电控制部提供给二次电池以及/或者提供给通过该二次电池运行的机器主体的电源，通过控制部，调节构成收发部的共振电路的共振频率来调节受电功率。

本发明的一个实施方式的受电功率调节程序，其为非接触充电用的受电装置的接收功率调节程序，并且具备储存部和控制部，所述储存部储存程序，所述控制部具有将储存的程序展开并执行的处理单元，在接收来自于非接触充电装置的电力的接收模式中，执行如下步骤，通过收发部从非接触充电装置接收输送的电力、或接收数据，通过充电控制部控制包括用电力对二次电池进行充电在内的电源，通过控制部，生成表示二次电池的充电状态和/或通过该二次电池运行的机器主体的电源的控制状态的控制状态数据，经由收发部将该控制状态数据向非接触充电装置发送，将基于该控制状态数据输送的电力经由充电控制部提供给二次电池以及/或者提供给通过该二次电池工作的机器主体的电源，在调节接收功率的调节模式中，执行如下步骤，通过控制部，将被固定为预定的恒定值的控制状态数据经由收发部发送给非接触充电装置，将基于该控制状态数据输送的电力经由充电控制部提供给二次电池和/或提供给通过该二次电池运行的机器主体的电源，通过控制部，调节构成收发部的共振电路的共振频率来调节受电功率。

本发明的一个实施方式的半导体装置具备容纳接收功率调节程序的储存部。

本发明的其它的实施方式的半导体装置具备展开执行接收功率调节程序的控制部。

发明效果

在本发明中，与进行输出控制的接收模式分开地，具有调节受电装置的共振频率来进行受电功率的最优化的调节模式，因此能够不会陷入振荡现象等的不稳定状态地、调节接收侧的共振频率进行受电功率的最优化。

附图说明

图1为表示使用本发明的一个实施方式的受电装置的构成例的模块图。

图2为表示使用本发明的一个实施方式的受电装置的更详细的构成例的模块图。

图3A为用于说明本发明的受电装置的工作原理的模块图，图3B为构成非接触充电装置和受电装置的主要部分的共振电路的电路图。

图4A为表示可变容量电容器的静电电容的直流偏压依赖性的一例的图表，图4B为表示使用图4A的可变容量电容其的共振电路的共振频率的直流偏压依赖性的一例的图表。

图5为表示非接触充电系统的标准规格(Qi)的控制系统的模块图。

图6为表示将图4的可变容量电容器用于共振电路的情况的功率传送效率的直流偏压依赖性的一例的图表。

图7为用于说明使用本发明的一个实施方式的受电功率调节方法的流程图，受电装置进行正常运行的受电模式的流程图。

图8为用于说明本发明使用的一个实施方式的受电功率调节方法的流程图，是调节受电装置的共振频率的调节模式的流程图。

图9为表示使用本发明的一个实施方式的变形例的受电装置的构成例的模块图。

图10为表示使用本发明的一个实施方式的其它变形例的受电装置的构成例的模块图。

图11为表示图10的构成例的更详细的结构的模块图。

符号说明

1受电装置、2收发部、2a2次侧天线、3控制系统部、3a控制部、3b储存部、3cDAC部、4整流部、5充电控制部、6二次电池、7充电SW部、7aSW、7b，7c二极管、11系统控制部、13调制部、14解调部、15接收控制部、18外部电源、30机器主体、50非接触充电装置、51系统控制部、52收发部、52a1次侧天线、53解调部、54调制部、55发送信号部、56逆变器部、57收发控制部、60反馈控制数据

具体实施方式

以下，对于实施本发明的实施方式参照附图进行详细说明。另外，本发明不限于以下的实施方式，当然在不脱离本发明的主旨的范围内可以进行各种变更。另外，说明以如下顺序进行。

1、受电装置的构成例

2、受电装置的原理及运行

2-1、共振频率的调节

2-2、受电模式和调节模式的设定

2-3、负荷功率的设定

3、接收功率的调节方法

4、变形例

1、受电装置的构成例

如图1所示，使用了本发明的一个实施方式的受电装置1具备收发部2，该收发部2具有2次侧天线2a，该2次侧天线2a与非接触充电装置50所具备的收发部52的1次侧天线52a电磁场耦合。另外，受电装置1具备控制系统部3，该控制系统部3与收发部2连接，将收到的数据解调，并且基于经解调的数据进行受电装置1的控制。另外，受电装置1具备整流部4和充电控制部5，该整流部4与收发部2连接，对接收到的交流电力进行整流，充电控制部5对于由整流部4整流的直流电力根据控制系统部3的指示而控制负荷功率。受电装置1还具备二次电池6和机器主体30，二次电池6经由充电SW部7连接，机器主体30能够通过二次电池6工作。

收发部2包括2次侧天线2a，具有可根据外部信号进行共振频率调节的共振电路。1次侧天线52a和2次侧天线2a的耦合可以通过电磁感应，也可以通过磁共振，还可以通过其他磁耦合。

控制系统部3包括储存部3b和控制部3a，储存部3b被写入有表示受电装置1的运行顺序的程序，控制部3a根据储存部3b的顺序控制受电装置1的运行。控制部3a例如为CPU(CentralProcessingUnit)、微控制器。储存部3b例如可以是搭载于微控制器的掩膜ROM，也可以是EPROM、EEPROM等。需要说明的是，储存部3b不限于此。

充电控制部5接收来自整流部4的直流电力的供给，进行二次电池6的充电控制。例如在二次电池6为锂离子二次电池的情况下，进行恒流充电/恒压充电的切换控制、充电结束检测等。另外，从整流部4接收直流电力的供给，以提供用于控制系统部3的预定的模块的运行电力。

充电SW部7根据充电控制部5的指示向二次电池6和机器主体30提供电力，但是在后述的规定的条件中，可以只向二次电池提供电力，机器主体30只接收来自二次电池6的电力供给。

需要说明的是，机器主体30包括例如手机、智能电话、笔记本电脑等的主要由二次电池驱动的移动终端等。

图2表示受电装置1的进一步详细构成。在图2中，由粗线表示电力供给路径，由细线表示数据/信号的收发路径。另外，在本实施方式中，特殊的信号的收发路径由点划线表示。

受电装置1具备控制系统部3，该控制系统部3从收发部2收取数据，以与输送电力的非接触充电装置50进行数据通信。

更详细地，控制系统部3具有解调部14和系统控制部11，解调部14将来自收发部2的调制信号解调，系统控制部11对由解调部14解调的数据进行解析，并对各模块进行预定的指示。另外，控制系统部3具有调制部13，调制部13为了将在系统控制部11生成、表示向非接触充电装置50发送的受电装置1的负荷状态等的控制状态数据发送到非接触充电装置50，对控制状态数据进行调制。另外，控制系统部3具备接收控制部15，接收控制部15基于系统控制部11的指示而生成调节收发部2的共振频率的控制信号。另外，系统控制部11在调节受电装置1的共振频率的调节模式中，为了使负荷功率恒定，对充电控制部5发出功率恒定的指示。

系统控制部11相当于图1中的控制部3的主要部分，由CPU等的计算处理部构成。系统控制部11优选地具有用于存储规定了运行顺序的程序的储存部3b，但也可以是外设于系统控制部11的ROM等的存储元件。另外，系统控制部11具有DAC(数模转换器：DigitalAnalogConverter)3c，DAC3c经由接收控制部15生成用于收发部2的共振频率的控制信号的控制电压。

解调部14、调制部13、接收控制部15使用通过整流部4对从非接触充电装置50输送、接收到的交流电力进行整流并且平滑化而得到的直流电力来运行。系统控制部11由于在没有送电功率的情况下也需要运行，因此由在受电装置1中作为充电的对象的二次电池6来提供电力。

充电控制部5借助于在整流部4中得到整流的直流电力向控制系统部3内的解调部14、调制部13及接收控制部15提供电力，并对二次电池6进行充电控制，进而，经由充电SW7向机器主体30提供直流电力。充电控制部5通过输送来的受电功率来运行，另外，也可以通过连接AC适配器那样的外部电源18来运行。

充电SW部7具有二极管7b和二极管7c，二极管7b串联地插入于从二次电池6向机器主体30提供电力的路径，二极管7c串联地插入于从充电控制部5的输出朝向机器主体30的电力供给路径。进一步，SW7a被串联地插入于二极管7c，在调节模式中，根据来自于系统控制部11的指示借助从充电控制部5输出的信号来切断路径。

如图2所示，非接触充电装置50具备向收发部52提供送电功率的逆变器部56。逆变器部56得到商用交流电源、太阳能发电输出等的输入，以预定的振荡频率驱动收发部52的共振电路。关于数据的收发，非接触充电装置50具备调制部54和发送信号部55，该调制部54以预定的载波频率调制由系统控制部51生成的数据，该系统控制部51生成经由收发部52的用于通信的数据，发送信号部55用于利用在调制部中得到调制的调制信号驱动1次侧天线52a。非接触充电装置50具备对由收发部52接收的信号进行解调的解调部53、和生成根据接收的信号来调节由1次侧天线52a构成的共振电路的共振频率的调节信号的收发控制部57。需要说明的是，在非接触充电装置50中，为了如上述那样独立于受电侧地使送电功率最大化，也可以调节收发部52的共振频率，由于不脱离本发明的范围，不进行更详细的说明。

2、受电装置的原理及运行

2-1、共振频率的调节

如图3A所示，在基于Qi等的非接触充电系统中，1次侧的非接触充电装置50将由1次侧控制部生成的送电功率及数据通过1次侧天线52a送往2次侧的受电装置。在受电装置1中，送来的电力及数据由2次侧天线2a接收，并根据2次侧控制部3而转换成对二次电池充电的电力，并生成反馈信号。在2次侧控制部3生成的反馈信号为了电源控制而作为控制数据经由2次侧天线发送到非接触充电装置。需要说明的是，在Qi中，除此之外，受电装置1的设置检测、认证等也使用数据通信。

受电装置1的共振电路由2次侧天线2a和可变容量电容器VAC构成。通过2次侧控制部改变施加于可变容量电容器VAC的直流偏压来调节共振频率，以使来自于非接触充电装置的输送的电力达到最佳。

更具体地，如图3B所示，1次侧的非接触充电装置50的控制部以例如120kHz的正弦波振荡，激励由电感L1和电容C1构成的共振电路。120kHz的正弦波的电流通过电感L1产生磁场。产生的磁场与受电装置1的具有电感L2的天线2a耦合，激励由电感L2和电容C2构成的共振电路。

如上所述，在由电感L1和电容C1构成的共振电路的共振频率f1和由电感L2和电容C2构成的共振电路的共振频率f2相等的情况下，1次侧天线和2次侧天线的耦合良好，能够高效地传送电力。实际上，2次侧天线的电感L2因构成天线的磁芯的材质(例如铁氧体芯)的透磁率等的磁特性的初始偏差、温度特性而存在至少±2％～±5％的变动。另外，1次侧和2次侧的天线的互感M与电感L1、L2和与天线的分隔距离、相对位置相关的耦合系数k的乘积成比例地变化。

M＝k·(L1×L2)^0.5

为了提高电力的传送效率，需要增大耦合系数k，但是难以通过物理的配置来进行共振频率的调节。另外，共振用电容器的静电电容C2也具有电容值的初始偏差、温度特性。在共振用电容器使用强电介质电容器的情况下，作为其温度特性需要估计到±10％左右的变动。为了提高2次侧天线2a的传送效率，需要提高2次侧的共振电路的Q，但考虑到上述的各部件的偏差，不能过于增加Q。进而，如图3B所示，在2次侧的受电装置1中，负荷条件是变动的，因此以电阻R表示负荷，由L2、C2、R构成的共振电路的Q受到负荷条件左右，因此不能过于期待通过提高Q来提高效率。

因此，为了调节共振频率，使电阻R恒定，也就是使负荷功率恒定，并且需要使用可变容量电容器来改变共振频率。

在图4A中，表示使用强电介质的可变容量电容器的静电电容值的电压依赖性。可变容量电容器是一种能够通过在电极间施加直流偏压来改变静电电容值的设备。如4A所示，在无偏压状态下，220nF左右的静电电容值若施加5V的直流偏压则降低到120nF左右，因此可以以-20nF/V左右的变化率改变静电电容值。

通过将该可变容量电容器用到共振电路中，如图4B所示，可以将无偏压时的90kHz在施加5V时变化到120kHz左右(+6kHz/V＝+6.7％/V)。

通过在2次侧的受电装置1的共振电路中使用可变容量电容器来调节共振频率，并测定受电电压、电流，可以寻求受电电力的最大值。

2-2、受电模式和调节模式的设定

但是，在Qi等的标准规格中，无法通过在系统中增加某个规格来影响整体的规格。

图5为表示基于Qi的非接触充电系统的大致情况的模块图。1次侧的非接触充电装置(PowerTransmitter)50通过转换部(PowerConversionUnit)56，从商用交流电源、太阳能发电输出等的电源转换为100kHz左右的正弦波交流。被转换的交流电力被受电装置(PowerReceiver)1的具有2次侧天线的收发部(功率提取单元：PowerPick-upUnit)2接收。这里，在受电装置1中，基于实际接收的电力设定控制功率值(确定实际控制点：DetermineactualControlPoint)11a。然后，在受电装置1中，预先设定负荷所需要的需求功率值(选择所需控制点：SelectdesiredControlPoint)11c，计算与上述设定的控制电力值之差，设定用于反馈控制的误差值(计算控制误差值：CalculateControlErrorValue)11b。计算的误差值、从受电装置的2次侧天线经由1次侧天线将反馈控制数据(控制错误数据包：ControlErrorPacket)60发送到非接触充电装置50。接收反馈控制数据60的非接触充电装置50基于当前的发送功率值(设定实际原电池电流：DetermineactualPrimaryCellcurrent)51d，设定新的发送功率值(确定新的原电池电流：DeterminenewPrimaryCellcurrent)51a，使得误差值为零。关于这些设定动作，以使得发送功率值和控制功率值逐渐接近目标值(控制接近新的原电池(ControltowardsnewPrimaryCell)51b，设置新的运行点(SetnewOperatingPoint)51c)的方式运行。这些运行顺序间歇地、定期地执行。

若在上述的运行顺序的中途增加上述的共振频率的调节工序，则会影响反馈动作，由此会引起非接触充电系统的不稳定运行。另外，在设定的发送功率值和控制功率值下进行输送、受电动作时，除二次电池的充电工作外，还存在机器主体运行且负荷功率变动的情况，在那样的条件下无法进行共振频率的调节。

因此，如图1～图3所示，在本发明的一个实施方式中，准备多种受电装置1的运行模式。在运行模式之一的“受电模式”中，按照Qi等的标准规格与往常一样进行二次电池的充电工作等。在作为其他运行模式的“调节模式”中，停止受电模式，并将来自于非接触充电装置50的送电功率设定为恒定，之后在输送恒定功率状态下，调节共振电路的共振频率。在调节模式中，为了输送恒定功率，在受电装置1这一侧，将误差值设定为“零”。在非接触充电装置50中，若误差值设定为“零”，则识别为当前的送电功率到达目标值，因此向受电装置1输送恒定功率。

并且，在恒定功率被输送，由受电装置1受电的状况下，通过在图3说明的方法调节受电装置1的收发部的共振频率。

如图6所示，在恒定负荷条件下，如果使施加于构成共振电路的可变容量电容器的两端的直流偏压从0V逐渐上升，则共振频率上升、传送效率上升。若施加电压超过4V附近，从而使共振频率上升，则效率反而下降。在表示这样的效率特性的情况下，在受电装置1中，产生施加于可变容量电容器的电压即可。

共振频率根据周围温度等的条件而变动，因此优选为将调节模式设定为定期起动。每次起动调节模式，从0V起向可变容量电容器施加电压，并且逐步地上升，在接收的电压或电流的变化大于设定值的点上停止电压变化。例如，在图2所示的受电装置1中，使用系统控制部11的DAC3c，可使施加电压从0V逐渐上升而施加到收发部2内的可变容量电容器。

另外，在传送效率的峰值检测方法中，除上述外，可以使用搜索最大电压的峰值检测(使用太阳能发电的最大功率点追踪控制(Maximumpowerpointtracking、MPPT)，不言自明的是检测的对象可以为最大电压、最大电流、最大功率中的任意一个。另外，存在传送效率的共振频率依赖性根据机器的设计等的不同而不同的情况，因此不言自明的是，为了电力传送效率的最优化，可取得电力传送效率的相对于共振频率的特性，并且以符合其特性的方法进行调节。

2-3、负荷功率的设定

受电装置1在对二次电池6进行充电控制的同时还对机器主体30提供运行功率。机器主体30因其运行状况的不同而功耗发生变动，因此从受电装置1来看，负荷功率将会发生变动。在调节模式中，若在接收恒定功率的状况下发生由机器主体30引起的负荷功率的变动，则无法进行共振频率的调节运行。

因此，停止直接向机器主体30提供电力，对于向机器主体30的电力供给，经由二次电池6来进行。二次电池6对于机器主体30的负荷功率的变动作为缓冲器发挥作用，因此受电装置1只要提供大致恒定的负荷功率即可。

作为具体的结构，如图2所示，在受电模式中，SW7a与二极管7c侧连接。通过2个二极管7b、7c，比较二次电池6的充电电压和机器主体30的供给电压的大小。在二次电池6的充电电压比机器主体30的供给电压高的情况下，通过受电装置1的充电控制部5，对二次电池6充电，机器主体30从二次电池6接受电力供给。另一方面，在二次电池6的充电电压比机器主体30的供给电压低的情况下，充电控制部5经由SW7a和二极管7c向机器主体30提供电力，停止从二次电池6向机器主体30的电力供给。

在调节模式中，打开SW7a，切断从充电控制部5通过二极管7c到机器主体30的路径。通过这样设定，经由二次电池6向机器主体30提供电力，因此受电装置1只向二次电池6提供恒定功率。

3、受电功率的调节方法

以下，参照图2对运行顺序进行详细说明。在图7中表示受电模式中的受电装置1的运行顺序的流程图。如上所述，受电模式是指从非接触充电装置50输送电力，根据受电装置1的负荷状态控制送电功率的运行模式。

若受电模式开始，则在步骤S1中，负荷基于充电控制部5的指示，闭合SW7a，形成从充电控制部5通过SW7a和二极管7c到机器主体30的路径。二次电池6的充电电压低于机器主体30的供给电压时，二次电池6由充电控制部5进行充电控制，机器主体30经由二极管7c从充电控制部5接收直接电源供给。二次电池6的电压高于机器主体30的供给电压时，SW7a和二极管7c的路径被二极管7c切断，机器主体30从二次电池6接收电源供给。

在步骤S2中，受电装置1进行异物检测。异物检测是指在非接触充电装置50的电力传送范围内检测是否存在除受电装置1以外的金属、规格外的受电装置。若受电装置1的2次侧天线2a的附近存在金属，则因该金属而产生涡电流，且金属因由涡电流产生的焦耳热而发热。由于这样的损失而导致电力传送效率的低下，同时还会产生由过热引起的安全上的问题，因此在一定期间内，受电装置1的受电功率未达到规定值时，判断为存在异物，进行运行停止等的例外处理。

例如，在Qi的情况下进行这样的异物检测的处理中，使用例如接下来这样的方法。

最初，利用流向1次侧天线的电流波形中存在差异，判断有没有设置受电装置1。然后，在判断为设置有受电装置1的情况下，非接触充电装置50向受电装置1输送使受电装置1起动的程度的小的功率(电力)。起动的受电装置1将Qi的机器认证数据通过调制部13进行调制并从收发部2发送到非接触充电装置50。非接触充电装置50在从受电装置1接收到规定的机器认证数据的情况下，转移到通常的送电运行，在即使经过了预定的时间非接触充电装置50也未接收机器认证数据的情况下，作为检测了异物的结果，非接触充电装置50停止送电。

在步骤S2中，在判断为无异物(No)的情况下，转移到通常的运行，在判断为存在异物(Yes)的情况下，在步骤S5中，进行错误处理。错误处理为例如受电装置1的运行停止处理，通过系统控制部11进行超时处理。

在步骤S3中，通过系统控制部11，计算通过送电而接收的功率和受电装置1的负荷所需要的需求功率之差，并且设定检测值(误差值)，设定的误差值通过调制部13实施预定的调制，通过收发部2向非接触充电装置50发送调制的误差值。

在步骤S4中，判断是否相当于切换为调节模式的时机，若不符合调节模式的周期，则返回到步骤S2并进行正常运行。若在调节模式的周期外，则反复进行正常运行。若经过预定的时间，则进入调节模式。

图8为表示调节模式中的受电装置1的运行顺序的流程图。调节模式是指将从非接触充电装置50送电的功率恒定，使受电装置1的负荷状态也恒定，通过调节收发部2的共振频率，进行受电功率的最优化的运行模式。

进入调节模式的周期通过系统控制部11设定。例如，通过写入储存部3b的程序来指定。一旦调节模式开始，则在步骤S10中，DAC3c的输出根据系统控制部11被设定为“零”。DAC3c的输出，经由接收控制部15形成控制收发部2的共振频率的控制电压。如图3中说明的那样，在使用可变容量电容器控制共振频率的情况下，将施加于可变容量电容器的两端的直流偏压设定为0V。因此，收发部2的共振频率设定为最低值。

在步骤S11中，受电装置1进行异物检测。异物检测与受电模式中的运行相同。在检测出异物的情况下，在步骤S19中，进行错误处理。在未检测出异物的情况下，进入下面的处理。

在步骤S12中，通过系统控制部11，将输送的受电功率和受电装置1的负荷所需要的需求功率之差、即检测值(误差值)设定为“零”。被设定为“零”的误差值通过调制部13实施预定的调制，并通过收发部2被发送到非接触充电装置50。在非接触充电装置50中，反馈量、即误差值为“零”，因此判断为受电装置1的负荷达到规定的目标值，输送恒定的功率。

在步骤S13中，非接触充电装置50进行恒定功率输送，由于在受电装置1中到达正常状态为止要经过时间，因此通过系统控制部11设定响应等待时间1。

经过响应等待时间1后，在步骤S14中，通过系统控制部11，对充电控制部5指示进行负荷恒定动作。充电控制部5基于指示，打开SW7a，以切断从充电控制部5通过SW7a和二极管7c到机器主体30的路径。因此，朝向机器主体30的电力供给经由二次电池6来进行。

在步骤S15中，由于负荷到达正常状态要经过时间，因此通过系统控制部11设定响应等待时间2。

在步骤S16中，通过系统控制部11的DAC3c，将共振频率的控制电压增加一个单位。在以5V基准电源使用8bit的DAC的情况下，可以以4mV/step为一个单位进行增加。不言自明的是，对于设定精度可以任意地设定。

在步骤S17中，通过系统控制部11，监控DAC输出的变化前后中的接收电压的变化ΔV，反复进行步骤S11～步骤S16直到ΔV大于事先设定的阀值Vth。在预定的时间内未达到阀值Vth时，也可以进行错误处理。

在受电电压的变化ΔV超出预定的阀值Vth的情况下，在步骤S18中，使此时的DAC3c的输出固定。

在上述S18中，调节共振频率，使电力传送效率最优化，再次返回到受电模式。

使上述的流程图作为程序储存到储存部3b，可以按照各步骤由系统控制部11处理。另外，也可以使用复合信号技术包含调制解调部而将整个控制系统部3作为1个半导体电路来构成。不言自明的是，可以任意地决定对哪个功能模块进行集成化。

上述的各步骤可以通过改写现有的程序、或者通过增加来安装，并储存到储存部3b、或者通过增加安装了程序的储存部3b，由此在无需改变现有的非接触充电系统的情况下实现本发明的一个实施方式的受电装置1。

4、变形例

(变形例1)

在以下的变形例所示的图中，对于与在已经说明的图1和图2使用的符号相同功能的模块使用相同的符号。

在图2所示的构成例中，使用SW7a进行调节模式时的恒定功率化，但是根据机器主体30的种类、运行的不同，也存在运行功率不是剧烈地波动的情况，在那样的情况下，如图9所示可以省略SW7a。

具体地，不管是受电模式还是调节模式，将二次电池6的充电电压和机器主体30的供给电压通过两个二极管7b、7c来比较，在二次电池6的充电电压大于机器主体30的供给电压的情况下，受电装置1的充电控制部5对二次电池6充电，并且机器主体30从二次电池6接受电力供给。另一方面，在二次电池6的充电电压低于机器主体30的供给电压的情况下，充电控制部5经由SW7a和二极管7c向机器主体30进行电力供给，停止从二次电池6向机器主体30的电力供给。

需要说明的是，这里，在调节模式中，从系统控制部11对充电控制部5发出负荷功率恒定的指示与图2的构成例相同。

[变形例2]

如图10所示，构成为机器主体30总是作为二次电池6的负荷来运行，由此可以成为更简单的结构。根据该变形例，作为本发明的一个实施方式，对于现有的受电装置，无需改变硬件就可以实施。

如图11所示，充电控制部5对二次电池6充电控制，机器主体30始终以二次电池6为运行电源而被驱动。在调节模式中，优选地，充电控制部5基于系统控制部11的指示，在负荷功率恒定模式下运行。

附图标记说明

1受电装置、2收发部、2a2次侧天线、3控制系统部、3a控制部、3b储存部、3cDAC部、4整流部、5充电控制部、6二次电池、7充电SW部、7aSW、7b，7c二极管、11系统控制部、13调制部、14解调部、15接收控制部、18外部电源、30机器主体、50非接触充电装置、51系统控制部、52收发部、52a1次侧天线、53解调部、54调制部、55发送信号部、56逆变器部、57收发控制部、60反馈控制数据。

Claims (29)

1.一种受电装置，其特征在于，具备：

收发部，该收发部包括共振电路，该共振电路具有天线，该天线接收从非接触充电装置输送的电力，并且与该非接触充电装置之间收发数据，

充电控制部，该充电控制部使用通过上述收发部接收的电力，进行包括二次电池的充电在内的电源控制，

控制部，该控制部生成表示上述二次电池的充电状态和/或通过该二次电池运行的机器主体的电源的控制状态的控制状态数据，并经由上述收发部发送到上述非接触充电装置，

上述控制部具备受电模式和调节模式，

上述受电模式将基于上述控制状态数据输送的电力经由上述充电控制部用于上述二次电池的充电以及/或者用于通过二次电池运行的机器主体的电源，

上述调节模式将上述控制状态数据固定为预定的恒定值，并且调节上述共振电路的共振频率，由此进行受电功率的调节。

2.根据权利要求1所述的受电装置，其特征在于，在上述调节模式中，上述控制部以对负荷提供恒定功率的方式控制上述充电控制部。

3.根据权利要求1或2所述的受电装置，其特征在于，

在上述调节模式中，

上述控制部将上述共振频率设定为初始值，测定与上述被输送的电力相关的受电数据，并使该共振频率改变预定的值，测定针对该共振频率的该受电数据，直到该共振频率的变化的前后的该接收数据的变化量达到预定的阀值，设定为该变化量达到该阀值时的共振频率。

4.根据权利要求3所述的受电装置，其特征在于，上述共振频率的初始值为能够设定的共振频率的范围的最小值，上述数据为由收发部接收的信号的电压值和/或电流值。

5.根据权利要求1所述的受电装置，其特征在于，上述调节模式被周期地执行。

6.根据权利要求5所述的受电装置，其特征在于，执行上述调节模式的周期比该调节模式的设定的响应时间的倒数长。

7.根据权利要求1所述的受电装置，其特征在于，上述控制状态数据为基于上述二次电池的充电状态和/或通过该二次电池运行的机器主体的电源状态与这些状态的目标值之差的反馈量，

在上述调节模式中，上述控制部将上述反馈量设定为0。

8.根据权利要求1或7所述的受电装置，其特征在于，

上述充电控制部具有对上述二次电池充电的充电路径、和不经过该充电路径而直接向机器供电的电源路径，在上述调节模式中，切断该电源路径。

9.根据权利要求1或2所述的受电装置，其特征在于，

在上述接收模式和/或上述调节模式中，在上述控制状态数据大于预定的阀值的情况下，停止上述受电装置的运行。

10.一种受电功率调节方法，其具有受电模式和调节模式，并且是非接触充电的受电装置的受电功率调节方法，其特征在于，

在上述受电模式中，

通过收发部从非接触充电装置接收输送的电力、或接收数据，

通过充电控制部控制电源，该电源包括使用上述电力对二次电池进行充电，

通过控制部，生成表示上述二次电池的充电状态和/或通过该二次电池运行的机器主体的电源的控制状态的控制状态数据，经由上述收发部将该控制状态数据发送到上述非接触充电装置，将基于该控制状态数据输送的电力经由上述充电控制部提供给上述二次电池以及/或者提供给通过该二次电池运行的机器主体的电源，

在上述调节模式中，

通过上述控制部，将被固定为预定的恒定值的上述控制状态数据经由上述收发部发送给上述非接触充电装置，将基于该控制状态数据输送的电力经由上述充电控制部提供给上述二次电池以及/或者提供给通过该二次电池运行的机器主体的电源，

通过上述控制部，调节构成上述收发部的共振电路的共振频率来调节受电功率。

11.根据权利要求10所述的受电功率调节方法，其特征在于，

在上述调节模式中，通过上述控制部，以对负荷提供恒定功率的方式控制上述充电控制部。

12.根据权利要求10或11所述的受电功率调节方法，其特征在于，

在上述调节模式中，进一步地，通过上述控制部，将上述共振频率设定为初始值，测定与上述被输送的电力相关的接收数据，

使该共振频率改变预定的值，测定针对该共振频率的该接收数据，直到该共振频率的变化的前后的该接收数据的变化量达到预定的阀值，

设定为上述变化量达到上述阀值时的共振频率。

13.根据权利要求12所述的受电功率调节方法，其特征在于，

上述共振频率的初始值为能够设定的共振频率的范围的最小值，上述数据为由收发部接收的信号的电压值和/或电流值。

14.根据权利要求10所述的受电功率调节方法，其特征在于，

上述调节模式被周期地执行。

15.根据权利要求14所述的受电功率调节方法，其特征在于，

执行上述调节模式的周期比该调节模式的设定的响应时间的倒数长。

16.根据权利要求10所述的受电功率调节方法，其特征在于，

上述控制状态数据为基于上述二次电池的充电状态和/或通过该二次电池运行的机器主体的电源状态与这些状态的目标值之差的反馈量，

在上述调节模式中，上述控制部将上述反馈量设定为0。

17.根据权利要求10或16所述的受电功率调节方法，其特征在于，

上述充电控制部具有对上述二次电池充电的充电路径、和不经过该充电路径而直接向机器供电的电源路径，在上述调节模式中，通过上述充电控制部，切断该电源路径。

18.根据权利要求10或11所述的受电功率调节方法，其特征在于，

在上述接收模式和/或上述调节模式中，还具有对除受电装置外的金属物的检测。

19.一种受电功率调节程序，其为非接触充电用的受电装置的接收功率调节程序，并且具备储存部和控制部，所述储存部储存程序，所述控制部具有将储存的程序展开并执行的处理单元，其特征在于，

在接收来自于非接触充电装置的电力的接收模式中，执行如下步骤，

通过收发部从非接触充电装置接收输送的电力、或接收数据，

通过充电控制部控制包括用上述电力对二次电池进行充电在内的电源，

通过控制部，生成表示上述二次电池的充电状态和/或通过该二次电池运行的机器主体的电源的控制状态的控制状态数据，经由上述收发部将该控制状态数据向上述非接触充电装置发送，将基于该控制状态数据输送的电力经由上述充电控制部提供给上述二次电池以及/或者提供给通过该二次电池运行的机器主体的电源，

在调节接收功率的调节模式中，执行如下步骤，

通过上述控制部，将被固定为预定的恒定值的上述控制状态数据经由上述收发部发送给上述非接触充电装置，将基于该控制状态数据输送的电力经由上述充电控制部提供给上述二次电池和/或提供给通过该二次电池运行的机器主体的电源，

通过上述控制部，调节构成上述收发部的共振电路的共振频率来调节受电功率。

20.根据权利要求19所述的受电功率调节程序，其特征在于，

在上述调节模式中，通过上述控制部，以对负荷提供恒定功率的方式控制上述充电控制部。

21.根据权利要求19或20所述的受电功率调节程序，其特征在于，还具有如下步骤，

在上述调节模式中，通过上述控制部，将上述共振频率设定为初始值，测定与上述输送的电力相关的接收数据，

使该共振频率改变预定的值，测定针对该共振频率的该接收数据，直到该共振频率的变化的前后的该接收数据的变化量达到预定的阀值，

设定为上述变化量达到上述阀值时的共振频率。

22.根据权利要求21所述的受电功率调节程序，其特征在于，

上述共振频率的初始值为能够设定的共振频率的范围的最小值，上述数据未由收发部接收的信号的电压值和/或电流值。

23.根据权利要求19所述的受电功率调节程序，其特征在于，

上述调节模式被周期地执行。

24.根据权利要求23所述的受电功率调节程序，其特征在于，执行上述调节模式的周期比该调节模式的设定的响应时间的倒数长。

25.根据权利要求19所述的受电功率调节程序，其特征在于，

上述控制状态数据为基于上述二次电池的充电状态和/或通过该二次电池运行的机器主体的电源状态与这些状态的目标值之差的反馈量，

在上述调节模式中，上述控制部将上述反馈量设定为0。

26.根据权利要求19或25所述的受电功率调节程序，其特征在于，上述充电控制部具有对上述二次电池充电的充电路径、和不经过该充电路径而直接向机器供电的电源路径，在上述调节模式中，通过上述充电控制部，切断该电源路径。

27.根据权利要求19或20所述的受电功率调节程序，其特征在于，

在上述接收模式和/或上述调节模式中，还具有检测除受电装置外的金属物的步骤。

28.一种半导体装置，其特征在于，具备权利要求19～26中任一项所述的受电功率调节程序。

29.根据权利要求28所述的受电功率调节程序，其特征在于，还具备展开执行上述接收功率调节程序的控制部。