CN105324914B - 无线供电装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

发送天线(201)包含发送线圈(202)，发送功率信号(S2)。驱动器(204)对发送天线(201)施加驱动信号(S1)。第1温度传感器(242)检测发送线圈(202)的温度(T1)，生成第1温度信号(S11)。第2温度传感器(244)检测安装有无线受电装置的电子设备320所被载置的接口台(240)的温度(T2)，生成第2温度信号(S12)。控制电路(220)根据第1温度信号(S11)与第2温度信号(S12)的差分控制功率信号(S2)。

Description

无线供电装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及无线供电技术。
背景技术
近年来，为给电子设备供给电力，无接触电力传输(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 PowerConsortium：无线充电联盟)，并由WPC制定了作为国际标准的Qi标准。
图1是表示基于Qi标准的无线供电系统100的构成的图。供电系统100包括供电装置200(TX)和受电装置300(RX)。受电装置300被安装于便携式电话终端、智能手机、音频播放器、游戏设备、平板终端等电子设备中。
供电装置200具有发送线圈202(初级线圈)、驱动器204、控制器206、解调器208。驱动器204包含H桥电路(全桥电路)或者半桥电路，对发送线圈202施加驱动信号S1、例如驱动电流或者驱动电压，使发送线圈202产生电磁场的功率信号S2。控制器206统括地控制供电装置200整体。具体来说，通过控制驱动器204的开关频率、或者开关的占空比，来使发送功率变化。
在Qi标准中，在供电装置200与受电装置300之间规定有通信协议，能从受电装置300向供电装置200利用控制信号S3传递信息。该控制信号S3利用反向散射调制(Backscatter modulation)，以被进行了AM(Amplitude Modulation：调幅)调制的方式从接收线圈302(次级线圈)发送给发送线圈202。该控制信号S3中例如包含指示给受电装置300的功率供给量的功率控制数据(也称包)、表示受电装置300的固有信息的数据等。解调器208将发送线圈202的电流或者电压中所包含的控制信号S3解调。控制器206基于解调出的控制信号S3中所包含的功率控制数据控制驱动器204。
受电装置300具有接收线圈302、整流电路304、电容器306、调制器308、负载电路310、控制器312、电源电路314。接收线圈302接收来自发送线圈202的功率信号S2，并向发送线圈202发送控制信号S3。整流电路304及电容器306根据功率信号S2对接收线圈302中感应起的电流S4进行整流和平滑化，变换成直流电压。
电源电路314利用从供电装置200供给来的电力对未图示的可充电电池充电，或者使直流电压Vdc升压或降压，提供给控制器312及其它负载电路310。
控制器312监视受电装置300接收到的功率供给量，并根据此生成指示功率供给量的功率控制数据。调制器308将包含功率控制数据的控制信号S3调制，并通过调制接收线圈302的线圈电流来调制发送线圈202的线圈电流及线圈电压。
[在先技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本特开2013-38854号公报
发明内容
〔发明所要解决的课题〕
可能发生在发送线圈202与接收线圈302之间或者其附近被放置有金属片等导电性异物的状况。若在该状态下进行无线供电，则异物会流过电流，发生功率损耗。而且还存在异物发热这样的问题。鉴于这样的状况，在WPC 1.1((System Description WirelessPower Transfer Volume I：Low Power Part 1：Interface Definition Version 1.1)标准中，规定了异物检测(FOD：Foreign Object Detection)。
在该FOD中，比较供电装置200送出的功率和受电装置300接收到的功率，若它们之间产生了超过容许值的不一致，则判定为存在异物。
然而，本发明人研究发现，基于FOD功能，有可能在不存在异物的状况下也误判为存在异物。这是因为，发送功率是采用实测值的，而接收功率是将线圈间的耦合系数假定为某典型值的状况下的推定值，(i)现实中耦合系数是有偏差的，(ii)在供电装置200和受电装置300中检测到的功率有误差。
基于这样的情况，若单独采用FOD功能，则无法区别线圈的位置偏差和检测到异物，会因线圈的微小的位置偏差而误判为并不存在的异物。
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线圈的位置偏差的供电装置。
〔用于解决课题的手段〕
本发明的一个方案涉及无线供电装置。无线供电装置包括：含有发送线圈、发送功率信号的发送天线；对发送天线施加驱动信号的驱动器；检测发送线圈的温度、生成第1温度信号的第1温度传感器；检测安装有无线受电装置的电子设备所被载置的接口台的温度、生成第2温度信号的第2温度传感器；以及控制驱动器的控制电路，该控制电路根据第1温度信号与第2温度信号的差分控制功率信号。
当接口台上存在金属片等异物时，异物会发热，由此，接口台的温度会上升。另一方面，若不存在异物、而是发生了位置偏差时，接口台的温度不会那么上升。根据该方案，能通过检测接口台与发送线圈的温度差来检测位置偏差。
控制电路可以在差分比第1阈值大时限制供电。
所谓“限制供电”，包括使发送功率为零、或者减少发送功率等。
控制电路可以被构成得能检测异物，在被判定为有异物且差分比第2阈值大时限制供电，在差分比第2阈值小时实质上继续供电。
即，虽然被FOD功能判定为有异物，但在发送线圈与接口台的温度差较小的情况下，位置偏差所引起的误判定的可能性较高。因此，通过比较温度差和第2阈值，能区别位置偏差和检测到异物。
第1阈值和第2阈值可以是相同值，也可以是不同值。
控制电路可以还在第1温度信号及第2温度信号的至少一者比过热保护用的阈值大时限制供电。
由此，不论其原因如何，只要供电装置200成为了过热状态，就能够保护供电装置200及受电装置300。
另外，将以上构成要素的任意组合、本发明的构成要素或表现形式在方法、装置、系统等之间相互置换后的方案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，能够检测线圈的位置偏差。
附图说明
图1是表示基于Qi标准的无线供电系统的构成的图。
图2是表示实施方式的无线供电装置的构成的电路图。
图3是基于图2的供电装置的异物和位置偏差检测的功率控制的流程图。
图4的(a)～(c)是表示接口台与电子设备的位置关系的图。
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，并非实施方式中记载的所有特征及其组合都是发明的本质部分。
在本说明书中，所谓“部件A与部件B连接的状态”，除部件A与部件B物理地直接连接的情况外，还包括部件A与部件B介由不对其电连接状态产生实质性影响的、或者不损害它们的耦合所产生的功能和效果的其它部件间接连接的情况。
同样，所谓“部件C被设在部件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直接连接的情况外，还包括介由不对其电连接状态产生实质性影响的、或者不损害它们的耦合所产生的功能和效果的其它部件间接连接的情况。
图2是表示实施方式的无线供电装置(以下简称供电装置)200的构成的电路图。供电装置200被用于图1的供电系统100，向电子设备320中所内置的受电装置300供给功率信号S2。
供电装置200包括发送天线201、驱动器204、控制电路220、接口台240、第1温度传感器242、第2温度传感器244。
发送天线201包含被串联连接的发送线圈(初级线圈)202和共振电容器203，具有预定的共振频率fr。
驱动器204是包含晶体管M1～M4的H桥电路，在发送天线201的两端间施加具有共振频率fr附近的频率的脉冲状的驱动信号S1。驱动器204也可以是半桥电路。
在接口台240上载置装有无线受电装置300的电子设备320。
第1温度传感器242检测发送线圈202的温度T1，生成第1温度信号S11。第2温度传感器244检测接口台240的温度T2，生成第2温度信号S12。温度传感器的种类不被特别限定，可以采用热电偶元件或热敏电阻等。
控制电路220是被集成在一个半导体基板上的功能IC(Integrated Circuit：集成电路)，控制驱动器204。
控制电路220包括脉冲信号生成部222、预驱动器224、解调器226、发送功率测定部228、异物检测部230、A/D转换器232、A/D转换器234、减法器236、判定部238。
解调器226对流过发送线圈202的线圈电流ICOIL或者其两端间的线圈电压VCOIL中所包含的控制信号S3进行解调。控制信号S3中含有指示发送功率的功率控制数据S5、表示受电装置300当前正接收的功率量的受电量数据S7、表示受电装置300的固有信息的数据等。受电量数据S7被输入到异物检测部230。
脉冲信号生成部222基于功率控制数据S5生成指示晶体管M1～M4的导通、截止的脉冲信号S6。预驱动器224基于脉冲信号S6使驱动器204的晶体管M1～M4开关。
发送功率被基于驱动器204施加给发送线圈202的驱动信号S1的频率、即脉冲信号S6的频率进行调节。具体来说，若使脉冲信号S6的频率接近含有发送线圈202的天线的共振频率，则发送功率増加，而随着其偏离，发送功率就降低。即，脉冲信号生成部222基于功率控制数据S5调节脉冲信号S6的频率。
发送功率测定部228计算从发送天线201向受电装置300发送的发送功率量，生成供电量数据S8。例如发送功率测定部228基于线圈电流ICOIL与线圈电压VCOIL的积生成供电量数据S8。异物检测部230基于受电量数据S7与供电量数据S8的关系判定有无异物，若检测到异物，则使异物检测信号S9置于有效(例如高电平)。将此称作FOD功能。
A/D转换器232、A/D转换器234分别将第1温度信号S11、第2温度信号S12转换成数字值。判定部238基于第1温度信号S11所示的第1温度T1、第2温度信号S12所示的第2温度T2及异物检测信号S9，来检测有无异物、电子设备320的位置偏差。
具体来说，判定部238基于从第1温度信号S11和第2温度信号S12得到的温度差ΔT＝T1-T2来控制功率信号S2。判定部238将温度差ΔT与第1阈值TTH1进行比较，当温度差ΔT较大时，指示脉冲信号生成部222(及/或预驱动器224)停止或减少功率信号S2，限制供电。
另外，在异物检测信号S9被置于有效，且差分ΔT比第2阈值TTH2大时，判定部238指示脉冲信号生成部222(及/或预驱动器224)停止或减少功率信号S2，限制供电。相反，即使异物检测信号S9被置于有效，在差分ΔT比第2阈值TTH2小时，也保持原来的功率、或者以略微降低功率的状态实质上继续进行供电。
此外，判定部238具有过热保护功能。异物检测部230在温度T1比第3阈值TSD1大、或者温度T2比第4阈值TSD2大时，不论有无异物、有无位置偏差，都指示脉冲信号生成部222(及/或预驱动器224)停止或减少功率信号S2，限制供电。
以上是供电装置200的构成。接下来说明其动作。
图3是基于图2的供电装置200的异物和位置偏差检测的功率控制的流程图。
按预定的采样周期，判定部238取得发送线圈202及接口台240各自的温度T1、T2，计算温度差ΔT＝T1-T2(S100)。
然后，判定部238在T1＞TSD1或T2＞TSD2成立时(S102的Y)对供电装置200进行过热保护，停止供电(S104)。
若温度T1、T2都没达到过热保护的阈值TSD1、TSD2(S102的N)，则温度差ΔT与阈值TTH1进行比较。其结果，在ΔT＞TTH1成立时(S106的Y)，接口台240上存在异物的可能性较大，故限制供电(S110)。
在ΔT＜TTH1成立时(S106的N)，执行基于FOD功能的异物检测(S108)。具体来说，若异物检测信号S9没有被置于有效(S108的N)，则返回步骤S100。
若异物检测信号S9被置于有效(S108的Y)，则比较ΔT和TTH2(S112)。在ΔT＞TTH2时(S112的Y)，接口台240上存在异物的可能性较大，故限制供电(S110)。即使异物检测信号S9被置于有效了，若ΔT＜TTH2成立(S112的N)，则不存在异物、是线圈的位置偏差的可能性较大，故返回步骤S100，继续监视。
图4的(a)～(c)是表示接口台240与电子设备320的位置关系的图。在图4的(a)中，表示了电子设备320被正确地放置于接口台240上的样子。此时，发送线圈202的温度T1与接口台240的温度T2的差ΔT较小，且异物检测信号S9也没有被置于有效。因此，通过通常的反馈控制对电子设备320充电。
在图4的(b)中，在接口台240上除电子设备320外还载置有导电性的异物400。异物400与发送线圈202耦合，基于电磁感应而在异物400中流过电流，异物400会发热。在该状态下，异物400消耗的功率与电子设备320接收到的功率的和成为供电装置200的发送功率。因此，在供电装置200中取得的受电量数据S7与供电量数据S8的误差变大，异物检测信号S9被置于有效。此外，异物400的发热传导至接口台240，接口台240的温度T2上升，最终温度差ΔT超过阈值TTH2，供电被限制。
在图4的(c)中，接口台240上不存在异物400，但电子设备320相对于发送线圈202有位置偏差。此时，发送线圈202与接收线圈302的耦合系数比在图4的(a)的状态下所期待的值要小，故在供电装置200中取得的受电量数据S7与电子设备320实际接收的功率量的误差变大。由此，异物检测信号S9被判定部238置于有效。然而在该状态下，温度差ΔT比第2阈值TTH2小，故供电不被限制，继续进行供电。
回到图4的(a)。当受电装置300中所安装的电路元件的偏差较大时，受电量数据S7或者供电量数据S8各自的误差就变大。由此，在图4的(a)的状态下，也存在FOD功能误检测到异物、异物检测信号S9被置于有效的可能。但此时温度差ΔT比第2阈值TTH2小，故能够继续进行通常的供电。
以上是供电装置200的动作。
通过实施方式的供电装置200，能通过检测接口台240与发送线圈202的温度差ΔT来检测位置偏差。
例如，即使被FOD功能判定为有异物，也有可能是位置偏差引起的误判定。根据实施方式的供电装置200，能通过比较温度差ΔT和第2阈值TTH2来区别位置偏差和检测到异物。
此外，通过将温度T1、T2与过热保护用的阈值TSD1、TSD2进行比较，不论因何种原因供电装置200成为过热状态时，都能保护供电装置200及受电装置300。
另外，阈值TTH1、TTH2、TSD1、TSD2能够独立设定，由此能恰当地判别各状态。
以上基于实施方式说明了本发明。本领域技术人员当理解，这些实施方式只是例示，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，说明了通过A/D转换器232、A/D转换器234将模拟的温度信号变换成数字值的情况，但本发明不限于此。判定部238也可以由模拟电路、更具体来说由模拟减法器和电压比较器的组合来构成。
在实施方式中，针对符合Qi标准的无线供电装置进行了说明，但本发明不限于此，也能适用于与Qi标准类似的系统中所使用的无线供电装置、或符合将来可能制定的标准的供电装置200。
基于实施方式用具体的语句说明了本发明，但实施方式只是表示本发明的原理、应用，在不脱离权利要求书规定的本发明的思想的范围内，实施方式可以有多种变形例或配置的变更。
〔标号说明〕
100...供电系统、200，TX...供电装置、201...发送天线、202...发送线圈、203...共振电容器、204...驱动器、206...控制器、208...解调器、300，RX...受电装置、302...接收线圈、304...整流电路、306...电容器、308...调制器、310...负载电路、312...控制器、314...电源电路、320...电子设备、220...控制电路、222...脉冲信号生成部、224...预驱动器、226...解调器、228...发送功率测定部、230...异物检测部、232，234...A/D转换器、236...减法器、238...判定部、240...接口台、242...第1温度传感器、244...第2温度传感器、S1...驱动信号、S2...功率信号、S3...控制信号、S5...功率控制数据、S6...脉冲信号、S7...受电量数据、S8...供电量数据、S9...异物检测信号、S11...第1温度信号、S12...第2温度信号。
〔工业可利用性〕
本发明能利用于无线供电。

Claims (4)

1.一种无线供电装置，其特征在于，包括：
含有发送线圈、发送功率信号的发送天线；
对所述发送天线施加驱动信号的驱动器；
检测所述发送线圈的温度、生成第1温度信号的第1温度传感器；
检测安装有无线受电装置的电子设备所被载置的接口台的温度、生成第2温度信号的第2温度传感器；以及
控制所述驱动器的控制电路，
所述控制电路包括根据供电量和受电量判定有无异物的异物检测单元，
所述控制电路
在所述第1温度信号和所述第2温度信号的差分比第1阈值大即情况(i)时，限制供电，
在不符合所述情况(i)，并且所述第1温度信号和所述第2温度信号的差分大于第2阈值，而且由所述异物检测单元检测出异物即情况(ii)时，限制供电，
在不符合所述情况(i)和所述情况(ii)，并且所述第1温度信号和所述第2温度信号的差分比所述第2阈值小的情况下，即使由所述异物检测单元检测出异物，仍实质性地继续供电。
2.如权利要求1所述的无线供电装置，其特征在于，
所述控制电路还在所述第1温度信号及所述第2温度信号的至少一者比过热保护用的阈值大时，限制供电。
3.一种无线供电装置的控制方法，其特征在于，包括：
驱动器基于脉冲信号向含有发送线圈的发送天线施加驱动信号的步骤；
所述发送天线根据所述脉冲信号发送功率信号的步骤；
检测所述发送线圈的温度，生成第1温度信号的步骤；
检测安装有无线受电装置的电子设备所被载置的接口台的温度，生成第2温度信号的步骤；
检测所述第1温度信号与所述第2温度信号的差分的步骤；
在所述第1温度信号和所述第2温度信号的差分比第1阈值大即情况(i)时限制供电；
在不符合所述情况(i)，并且所述第1温度信号和所述第2温度信号的差分大于比所述第1阈值低的、规定的第2阈值，而且由异物检测单元检测出异物即情况(ii)时，限制供电；以及
在不符合所述情况(i)和所述情况(ii)，并且所述第1温度信号和所述第2温度信号的差分比所述第2阈值小的情况下，即使由所述异物检测单元检测出异物，仍实质性地继续供电的步骤。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在紧接所述情况(i)步骤之前还包括：
将所述第1温度信号及所述第2温度信号的至少一者与过热保护用的第3阈值进行比较的步骤；和
在所述第1温度信号及所述第2温度信号的至少一者比所述第3阈值大时，限制供电的步骤。
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