JP2017142115A - ワイヤレス送電装置およびその制御ｉｃ、異常検出方法、充電器 - Google Patents

Abstract

【課題】センス抵抗の異常を検出する。【解決手段】送電装置２００は、受電装置３００に電力信号Ｓ１を送信する。送電コントローラ２０６は、ドライバ２０４を制御する。バイアス回路２４０は、ブリッジ回路２０５のスイッチング停止状態において、センス抵抗ＲＳに所定のバイアス信号を与える。異常検出回路２５０は、ブリッジ回路２０５のスイッチング停止状態におけるセンス抵抗ＲＳの電圧降下ＶＳにもとづいてセンス抵抗ＲＳの異常を検出する。【選択図】図３

Description

本発明は、ワイヤレス給電技術に関し、特にワイヤレス送電装置の異常検出に関する。

近年、電子機器への給電方式として、ワイヤレス給電が普及の兆しを見せている。ワイヤレス給電には、電磁誘導（MI：Magnetic Induction）方式と磁気共鳴（MR：Magnetic Resonance）方式の２つの方式が存在するが、ＭＩ方式では、現在、（１）ＷＰＣ（Wireless Power Consortium）が策定した規格「Qi」と、（２）ＰＭＡ（Power Matters Alliance）が策定した規格（以下、ＰＭＡ）が主流となっている。

ＭＩ方式のワイヤレス給電は、送信コイルと受信コイル間の電磁誘導を利用したものである。給電システムは、送信コイルを有する給電装置と、受信コイルを有する受電装置で構成される。

図１は、Ｑｉ規格に準拠したワイヤレス給電システム１０の構成を示す図である。給電システム１０は、送電装置２０（ＴＸ、Power Transmitter）と受電装置３０（ＲＸ、Power Receiver）と、を備える。受電装置３０は、携帯電話端末、スマートホン、オーディオプレイヤ、ゲーム機器、タブレット端末などの電子機器に搭載される。

送電装置２０は、送信コイル（１次コイル）２２、ドライバ２４、送電コントローラ２６、復調器２８を備える。ドライバ２４は、Ｈブリッジ回路（フルブリッジ回路）あるいはハーフブリッジ回路を含み、送信コイル２２に駆動信号Ｓ１、具体的にはパルス信号を印加し、送信コイル２２に流れる駆動電流により、送信コイル２２に電磁界の電力信号Ｓ２を発生させる。送電コントローラ２６は、送電装置２０全体を統括的に制御するものであり、具体的には、ドライバ２４のスイッチング周波数、スイッチングのデューティ比、位相などを制御することにより、送信電力を変化させる。

受電装置３０は、受信コイル（２次コイル）３２、整流回路３４、平滑コンデンサ３６、変調器３８、負荷４０、受電コントローラ４２、電源回路４４を備える。受信コイル３２は、送信コイル２２からの電力信号Ｓ２を受信する。整流回路３４および平滑コンデンサ３６は、電力信号Ｓ２に応じて受信コイル３２に誘起される電流Ｓ４を整流・平滑化し、直流電圧に変換する。

電源回路４４は、送電装置２０から供給された電力を利用して図示しない二次電池を充電し、あるいは直流電圧Ｖ_ＲＥＣＴを昇圧あるいは降圧し、受電コントローラ４２やその他の負荷４０に供給する。

Ｑｉ規格では、送電装置２０と受電装置３０の間で通信プロトコルが定められており、受電装置３０から送電装置２０に対して、制御信号Ｓ３による情報の伝達が可能となっている。この制御信号Ｓ３は、後方散乱変調（Backscatter modulation）を利用して、ＡＭ（Amplitude Modulation）変調された形で、受信コイル３２（２次コイル）から送信コイル２２に送信される。この制御信号Ｓ３には、たとえば、受電装置３０に対する電力供給量を制御する電力制御データ（パケットともいう）や、受電装置３０の固有の情報を示すデータなどが含まれる。

電力制御について説明する。受電装置３０の受電コントローラ４２は、送電装置２０からの電力供給量（送信電力）を制御する電力制御データを生成する。たとえば受電コントローラ４２は、平滑コンデンサ３６の電圧Ｖ_ＲＥＣＴがその目標値（ＤＰ：Desired Point）に近づくように電力制御パケットを生成する。変調器３８は、電力制御パケットにもとづいて、受信コイル３２の電流（あるいは電圧）を変調する。これにより受信コイル３２が送信アンテナとなり、制御信号Ｓ３が送信される。

送電装置２０において、送信コイル２２には、制御信号Ｓ３に応じた電流成分が流れる。復調器２８は、送信コイル２２の電流あるいは電圧に含まれる制御信号Ｓ３を復調する。送電コントローラ２６は、復調された制御信号Ｓ３に含まれる電力制御データが指示する送信電力が得られるように、ドライバ２４を制御する。

このようにしてＱｉ規格に準拠した給電システム１０では、受電装置側が要求する電力と一致するように送信電力がフィードバック制御される。

この給電システム１０では、送電装置２０と受電端末（電子機器）は、比較的自由な空間に配置されるため、送信コイル２２と受信コイル３２の間、あるいはその近傍に、金属片などの導電性の異物（Foreign Object）が置かれる状況が生じうる。この状態でワイヤレス給電が行われると、異物に電流が流れ、電力損失が発生してしまう。また異物が発熱するという問題がある。かかる状況に鑑みて、ＷＰＣ１．１（System Description Wireless Power Transfer Volume I: Low Power Part 1: Interface Definition Version 1.1）仕様において、異物検出（ＦＯＤ：Foreign Object Detection）が策定された。

このＦＯＤでは、送電装置２０が送出した電力Ｐ_ＴＸと、受電装置３０が受信した電力Ｐ_ＲＸとが比較され、それらの間に許容値を超える不一致が発生した場合に、異物が存在するものと判定される（パワーロスメソッド）。

図２は、送電装置２０の構成例を示す回路図である。送電装置２０は、電流センサ２２０を備える。電流センサ２２０は、ドライバ２４に流れる電流を検出し、電流量を示す電流検出（ＩＳＥＮＳＥ）信号を生成する。電流センサ２２０は、センス抵抗Ｒ_Ｓ、センスアンプ２２２を含む。センス抵抗Ｒ_Ｓは、ドライバ２４の電流の経路上に挿入され、その両端間には、ドライバ２４の入力電流Ｉ_ＩＮに比例する電圧降下Ｖ_Ｓが発生する。センスアンプ２２２は、センス抵抗Ｒ_Ｓの電圧降下Ｖ_Ｓを増幅し、ＩＳＥＮＳＥ信号を生成する。ＩＳＥＮＳＥ信号は、送電コントローラ２６に入力され、さまざまな処理に使用される。

たとえばＩＳＥＮＳＥ信号は、過電流保護に利用される。送電コントローラ２６は、ＩＳＥＮＳＥ信号が所定のしきい値を超えると、過電流状態と判定し、所定の保護処理を実行する。

またＩＳＥＮＳＥ信号は、上述のパワーロスメソッドによるＦＯＤに利用される。送電コントローラ２６には、入力電圧Ｖ_ＩＮが入力される。ＩＳＥＮＳＥ信号および入力電圧Ｖ_ＩＮは、送電コントローラ２６のＡ／Ｄコンバータによってデジタル値に変換される。送電コントローラ２６は、入力電流Ｉ_ＩＮと入力電圧Ｖ_ＩＮの積を演算し、送信電力Ｐ_ＴＸを取得する。あるいは、Ｑ値の測定、およびＱ値にもとづく異物検出にＩＳＥＮＳＥ信号を利用することも可能である。

特開２０１３−３８８５４号公報 特許第５０７１５７４号公報

センス抵抗Ｒ_Ｓには高い精度が要求され、また大電流が流れることから、外付け部品が用いられるのが一般的であるが、経年劣化、実装不良、ごみの付着などに起因して、外付けのセンス抵抗Ｒ_Ｓにショートあるいはオープンの異常が生ずると、入力電流Ｉ_ＩＮが正確に測定できず、したがって過電流保護やＦＯＤ機能が正常に動作しなくなる。設計値と異なる抵抗値を有するセンス抵抗Ｒ_Ｓが実装された場合にも、同様の問題が生じうる。

現在、中電力向けＱｉ規格（Power Class 0 Extended Power Profile）の策定が進められており、送信電力が増加しており、ＦＯＤや過電流保護などの安全機能の重要性はますます高まっている。

本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、センス抵抗の異常を検出可能な送電装置の提供にある。

本発明のある態様は、ワイヤレス受電装置に電力信号を送信するワイヤレス送電装置に関する。ワイヤレス送電装置は、直列に接続された共振キャパシタおよび送信コイルを含む送信アンテナと、送信アンテナに駆動電圧を印加するブリッジ回路を含むドライバと、ドライバを制御する送電コントローラと、ブリッジ回路に流れる電流の経路上に設けられたセンス抵抗を含む電流センサと、ブリッジ回路のスイッチング停止状態において、センス抵抗に所定のバイアス信号を与えるバイアス回路と、スイッチング停止状態におけるセンス抵抗の電圧降下にもとづいてセンス抵抗の異常を検出する異常検出回路と、を備える。
この態様によると、センス抵抗の異常を検出できる。

バイアス回路は、定電流源を含んでもよい。定電流回路によって既知の電流でセンス抵抗をバイアスすることにより、抵抗値の異常を検知できる。

異常検出回路は、センス抵抗の電圧降下Ｖ_Ｓを、定電流源が生成する電流量Ｉ_Ｂで除することによりセンス抵抗の抵抗値を演算してもよい。
Ｒ_Ｓ＝Ｖ_Ｓ／Ｉ_Ｂ
抵抗値を演算することにより、異常状態を詳細に知ることができる。

異常検出回路は、演算されたセンス抵抗の抵抗値が正常範囲に含まれないとき、センス抵抗の異常と判定してもよい。

バイアス回路は、所定の抵抗値を有するバイアス抵抗を含んでもよい。センス抵抗Ｒ_Ｓとバイアス抵抗Ｒ_Ｂの両端間に、電源電圧Ｖ_ＤＤが供給されるとき、センス抵抗Ｒ_Ｓの電圧降下Ｖ_Ｓは、以下の式で与えられる。したがって、電圧降下にもとづいて、センス抵抗Ｒ_Ｓの抵抗値の異常を検知できる。
Ｖ_Ｓ＝Ｖ_ＤＤ×Ｒ_Ｓ／（Ｒ_Ｓ＋Ｒ_Ｂ）

異常検出回路は、センス抵抗の電圧降下が正常範囲から逸脱するとき、センス抵抗の異常と判定してもよい。センス抵抗の抵抗値が不要である場合、電圧降下をモニタする簡易的な処理によって異常を検知できる。

バイアス回路および異常検出回路は、給電開始前に動作してもよい。これにより安全性を高めることができる。

センス抵抗の異常が検出されると、給電を開始しなくてもよい。これにより安全性を高めることができる。

バイアス回路および異常検出回路は、給電開始前に動作し、演算された抵抗値を用いて給電を行ってもよい。これにより、設計値と異なる抵抗値が実装された場合に、正確な電流を検出することができる。

センス抵抗は、ブリッジ回路の上側電源端子側に挿入されてもよい。バイアス回路は、ブリッジ回路と並列に設けられてもよい。

電流センサは、センス抵抗の電圧降下を増幅するセンスアンプをさらに含んでもよい。異常検出回路は、センスアンプの出力にもとづいて、センス抵抗の異常を検出してもよい。これによりセンスアンプの異常も検出することができる。

異常検出回路は、センス抵抗の電圧降下に加えて、センス抵抗の一端の電圧にもとづいて、センス抵抗の異常を検出してもよい。これにより、より多くの故障モードを検出可能となる。

ワイヤレス受電装置は、Ｑｉ規格とＰＭＡ規格の少なくとも一方に準拠してもよい。

本発明の別の態様は、充電器に関する。この充電器は、上述のいずれかのワイヤレス送電装置を備える。

本発明の別の態様は、ワイヤレス受電装置に電力信号を送信するワイヤレス送電装置の制御ＩＣ（Integrated Circuit）に関する。ワイヤレス送電装置は、直列に接続された共振キャパシタおよび送信コイルを含む送信アンテナと、送信アンテナに駆動電圧を印加するブリッジ回路を含むドライバと、ブリッジ回路に流れる電流の経路上に設けられたセンス抵抗を含む電流センサと、イネーブル、ディセーブルが切りかえ可能であり、イネーブル状態においてセンス抵抗に所定のバイアス信号を与えるバイアス回路と、を備える。制御ＩＣは、ワイヤレス受電装置から受信した電力制御パケットにもとづいて、制御指令を生成する電力コントローラと、制御指令にもとづいてドライバを駆動するプリドライバと、異常検出回路と、を備える。異常検出回路は、給電開始前に、ブリッジ回路を停止した状態で、バイアス回路をイネーブル化するステップと、センス抵抗の電圧降下を検出するステップと、センス抵抗の電圧降下にもとづいてセンス抵抗の異常を検出するステップと、を実行する。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明のある態様によれば、センス抵抗の異常を検出できる。

Ｑｉ規格に準拠したワイヤレス給電システムの構成を示す図である。 送電装置の構成例を示す回路図である。 実施の形態に係るワイヤレス送電装置を備える給電システムのブロック図である。 図４（ａ）、（ｂ）は、バイアス回路の構成例を示す回路図である。 図３の送電装置の起動シーケンスを示すフローチャートである。 送電装置の具体的な構成例を示すブロック図である。 送電装置を備える充電器の回路図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

図３は、実施の形態に係るワイヤレス送電装置２００を備える給電システム１００のブロック図である。給電システム１００は、送電装置２００（ＴＸ、Power Transmitter）と受電装置３００（ＲＸ、Power Receiver）と、を備える。受電装置３００は、携帯電話端末、スマートホン、オーディオプレイヤ、ゲーム機器、タブレット端末などの電子機器に搭載される。

送電装置２００は、たとえば充電台を有する充電器に搭載される。送電装置２００は、送信アンテナ２０１、ドライバ２０４、送電コントローラ２０６、復調器２０８、ＤＣ電源２１０、電流センサ２２０、バイアス回路２４０、異常検出回路２５０、通知部２６０を備える。送電装置２００は、Ｑｉ規格とＰＭＡ規格の少なくとも一方に準拠する。本実施の形態では、Ｑｉ規格にもとづいて構成および動作を説明する。

送信アンテナ２０１は、直列に接続された送信コイル２０２および共振コンデンサ２０３を含む。ドライバ２０４は、Ｈブリッジ回路（フルブリッジ回路）あるいはハーフブリッジ回路を含み、送信コイル２０２に駆動信号Ｓ１、具体的にはパルス信号を印加し、送信コイル２０２に流れる駆動電流により、送信コイル２０２に電磁界の電力信号Ｓ２を発生させる。本実施の形態では、フルブリッジ回路が使用される。ブリッジ回路２０５の上側電源端子Ｐ１には、ＤＣ電源２１０からの電源電圧Ｖ_ＤＤが供給され、下側電源端子Ｐ２は接地される。上側電源端子Ｐ１には平滑キャパシタＣ_Ｓが接続されてもよい。

送電コントローラ２０６は、送電装置２００全体を統括的に制御するものであり、具体的には、ブリッジ回路２０５のスイッチング周波数ｆ_ＳＷ、スイッチングのデューティ比、位相、動作モード（ハーフブリッジ／フルブリッジ）を制御することにより、送信電力を変化させる。送電コントローラ２０６の機能、構成については、後述するバイアス回路２４０、異常検出回路２５０、通知部２６０に関するものを除いて、公知技術を用いればよいため、説明を省略する。

Ｑｉ規格では、送電装置２００と受電装置３００の間で通信プロトコルが定められており、受電装置３００から送電装置２００に対して、制御信号Ｓ３による情報の伝達が可能となっている。この制御信号Ｓ３は、後方散乱変調（Backscatter modulation）を利用して、ＡＭ（Amplitude Modulation）変調された形で、受信コイル３０２（２次コイル）から送信コイル２０２に送信される。この制御信号Ｓ３には、たとえば、受電装置３００に対する電力供給量を制御する電力制御データ（パケットともいう）、受電装置３００の固有の情報を示すデータなどが含まれる。また制御信号Ｓ３には、送信アンテナ２０１のＱ値の適正範囲を規定するしきい値が含まれてもよい。

復調器２０８は、送信コイル２０２の電流あるいは電圧に含まれる制御信号Ｓ３を復調する。送電コントローラ２０６は、復調された制御信号Ｓ３に含まれる電力制御データにもとづいて、ドライバ２０４を制御する。

電流センサ２２０は、ドライバ２０４に流れる電流を検出する。電流センサ２２０は、検出対象の電流Ｉ_ＴＸの経路上に挿入されたセンス抵抗Ｒ_Ｓを含む。本実施の形態において、センス抵抗Ｒ_Ｓは、ブリッジ回路２０５の上側電源端子Ｐ１側に設けられる。センス抵抗Ｒ_Ｓには、電流Ｉ_Ｓに比例した電圧降下Ｖ_Ｓ（＝Ｒ_Ｓ×Ｉ_ＴＸ）が発生する。センス抵抗Ｒ_Ｓによる電力損失を低減するために、センス抵抗Ｒ_Ｓの抵抗値は数十ｍΩ〜数百ｍΩであることが好ましく、したがってＩＣの内蔵抵抗ではなく、チップ部品が使用される場合が多い。抵抗値の小ささに起因してセンス抵抗Ｒ_Ｓの電圧降下Ｖ_Ｓは小さく、後段の信号処理を容易にするために、電圧降下Ｖ_Ｓを増幅し、電流検出（ＩＳＥＮＳＥ）信号を生成するセンスアンプ２２２が設けられる。

異物検出回路２３０はＩＳＥＮＳＥ信号にもとづいて異物を検出する。異物検出の方式は特に限定されず、パワーロスメソッドを利用してもよいし、異物の有無による送信アンテナ２０１のＱ値の変化を利用してもよい。

ＩＳＥＮＳＥ信号は、過電流検出、送信電力の計算、送信電力を利用した異物検出（ＦＯＤ）の少なくともひとつに利用される。ここで、センス抵抗Ｒ_Ｓに、経年劣化、実装不良、ごみの付着などに起因して、ショートあるいはオープンの異常が生ずると、電流Ｉ_ＴＸが正確に測定できず、したがって過電流保護やＦＯＤ機能が正常に動作しなくなる。設計値と異なる抵抗値を有するセンス抵抗Ｒ_Ｓが実装された場合にも、同様の問題が生じうる。実施の形態に係る送電装置２００には、センス抵抗Ｒ_Ｓに関連する異常を検出するために、バイアス回路２４０および異常検出回路２５０が設けられる。

バイアス回路２４０は、イネーブル、ディセーブルが切りかえ可能であり、ブリッジ回路２０５のスイッチング停止状態においてイネーブルとなり、センス抵抗Ｒ_Ｓに所定のバイアス信号を与える。所定のバイアス信号は、定電流であってもよいし、定電圧であってもよい。たとえばバイアス回路２４０のイネーブル、ディセーブルは、異常検出回路２５０からのイネーブル信号Ｓ５に応じて切りかえられる。バイアス回路２４０は、ブリッジ回路２０５と並列に接続される。

異常検出回路２５０は、スイッチング停止状態において、イネーブル信号Ｓ５を所定レベル（たとえばハイレベル）とし、バイアス回路２４０をイネーブル化する。そしてこのときのセンス抵抗Ｒ_Ｓの電圧降下Ｖ_Ｓにもとづいて、センス抵抗Ｒ_Ｓの異常を検出する。たとえば異常検出回路２５０には、センス抵抗Ｒ_Ｓの電圧降下Ｖ_Ｓを示す信号として、電流センサ２２０が生成したＩＳＥＮＳＥ信号を受け、ＩＳＥＮＳＥ信号にもとづいてセンス抵抗Ｒ_Ｓの異常を検出してもよい。

図４（ａ）、（ｂ）は、バイアス回路２４０の構成例を示す回路図である。図４（ａ）のバイアス回路２４０ａは、定電流源２４２を含む。スイッチ２４４は、定電流源２４２と直列に設けられ、あるいは定電流源２４２に内蔵される。イネーブル信号Ｓ５がハイレベルとなるとスイッチ２４４はオンとなり、バイアス回路２４０ａがイネーブル化される。定電流源２４２が生成する既知の定電流Ｉ_Ｂがセンス抵抗Ｒ_Ｓに流れ、センス抵抗Ｒ_Ｓに生ずる電圧降下Ｖ_Ｓは、式（１）で与えられる。
Ｖ_Ｓ＝Ｒ_Ｓ×Ｉ_Ｂ …（１）

異常検出回路２５０は、電圧降下Ｖ_Ｓを示すＩＳＥＮＳＥ信号にもとづいて、センス抵抗Ｒ_Ｓの異常を検出することができる。

すなわちセンス抵抗Ｒ_Ｓの抵抗値には、その設計値を含むように、正常範囲Ｒ_ＭＩＮ〜Ｒ_ＭＡＸを規定することができ、したがって電圧降下Ｖ_Ｓの正常範囲は、Ｒ_ＭＩＮ×Ｉ_Ｂ〜Ｒ_ＭＡＸ×Ｉ_Ｂとなる。異常検出回路２５０は、ＩＳＥＮＳＥ信号が示す電圧降下Ｖ_Ｓが、その正常範囲Ｒ_ＭＩＮ×Ｉ_Ｂ〜Ｒ_ＭＡＸ×Ｉ_Ｂから逸脱すると、センス抵抗Ｒ_Ｓが異常であると判定する。

より高度には、異常検出回路２５０は、ＩＳＥＮＳＥ信号が示す電圧降下Ｖ_Ｓを、定電流Ｉ_Ｂで除することにより、センス抵抗Ｒ_Ｓの実際の抵抗値を取得してもよい。
Ｒ_Ｓ＝Ｖ_Ｓ／Ｉ_Ｂ …（２）
こうして得られたセンス抵抗Ｒ_Ｓの測定値が、その正常範囲Ｒ_ＭＩＮ〜Ｒ_ＭＡＸから逸脱したとき、センス抵抗Ｒ_Ｓが異常であると判定してもよい。

ＩＳＥＮＳＥ信号を参照してセンス抵抗Ｒ_Ｓの異常を判定することにより、センス抵抗Ｒ_Ｓの異常のみでなく、電流センサ２２０の異常（実装不良など）を検出することができる。

図４（ｂ）のバイアス回路２４０ｂは、イネーブル状態においてセンス抵抗Ｒ_Ｓと直列に接続されるバイアス抵抗Ｒ_Ｂを含む。スイッチ２４４は、バイアスＲ_Ｂおよびセンス抵抗Ｒ_Ｓと直列に挿入される。イネーブル信号Ｓ５がハイレベルとなるとスイッチ２４４はオンとなり、バイアス回路２４０ｂがイネーブル化される。その結果、センス抵抗Ｒ_Ｓとバイアス抵抗Ｒ_Ｂの直列接続の両端間には、電源電圧Ｖ_ＤＤが印加される。このときの電圧降下Ｖ_Ｓは、以下の式で与えられる。
Ｖ_Ｓ＝Ｖ_ＤＤ×Ｒ_Ｓ／（Ｒ_Ｓ＋Ｒ_Ｂ） …（３）

この場合も、センス抵抗Ｒ_Ｓの正常範囲に対応して、電圧降下Ｖ_Ｓの正常範囲が規定される。そこで異常検出回路２５０は、ＩＳＥＮＳＥ信号が示す電圧降下Ｖ_Ｓが、その正常範囲から逸脱すると、センス抵抗Ｒ_Ｓが異常であると判定する。

式（３）をＲ_Ｓについて解くと、式（４）を得る。
Ｒ_Ｓ＝Ｒ_Ｂ×Ｖ_Ｓ／（Ｖ_ＤＤ−Ｖ_Ｓ） …（４）
異常検出回路２５０は、式（４）にもとづいて、センス抵抗Ｒ_Ｓの実際の抵抗値を計算してもよい。そしてセンス抵抗Ｒ_Ｓの測定値が、その正常範囲Ｒ_ＭＩＮ〜Ｒ_ＭＡＸから逸脱したとき、センス抵抗Ｒ_Ｓが異常であると判定してもよい。なお、Ｖ_ＤＤは測定値を用いてもよいし、設計値（５Ｖ，１２Ｖあるいは１９Ｖなど）を用いてもよい。

図３に戻る。異常検出回路２５０は、センス抵抗Ｒ_Ｓの電圧降下Ｖ_Ｓに加えて、センス抵抗Ｒ_Ｓの一端の電圧Ｖ_Ｘにもとづいて、センス抵抗Ｒ_Ｓの異常を検出可能に構成される。具体的には、ドライバ２０４のスイッチングが停止し、かつバイアス回路２４０がディセーブル状態において、電圧Ｖ_Ｘが正常範囲から逸脱するときに、センス抵抗Ｒ_Ｓを異常と判定する。これにより、より多くの故障モードを検出することが可能となる。

異常検出回路２５０は、異常を検出すると異常検出信号Ｓ６をアサート（たとえばハイレベル）する。送電コントローラ２０６は、異常検出信号Ｓ６がアサートされた場合、ドライバ２０４のスイッチングを禁止してもよい。

通知部２６０は、通知信号Ｓ７を生成し、外部のマイコンや機器に異常の有無を通知する。センス抵抗Ｒ_Ｓの抵抗値を測定する構成においては、測定値を通知してもよい。これにより、外部のマイコンや機器が、送電装置２００の状態を知ることができ、デバッグ、メンテナンス、あるいは修理に有用である。

以上が送電装置２００の構成である。続いてその動作を説明する。図５は、図３の送電装置２００の起動シーケンスを示すフローチャートである。

はじめに送電装置２００の電源が投入される（Ｓ１００）。このときドライバ２０４のスイッチングは停止している。続いて、センス抵抗Ｒ_Ｓの一端の電圧Ｖ_Ｘを測定する（Ｓ１０２）。この電圧Ｖ_Ｘが正常範囲から逸脱しているとき（Ｓ１０４のＮ）、異常が発生しているものとし、異常検出信号Ｓ６をアサートし、処理を終了する（Ｓ１０６）。異常検出信号Ｓ６がアサートされると、通常のアナログＰｉｎｇフェーズには移行せず、給電は行わない。

電圧Ｖ_Ｘが正常範囲であるとき（Ｓ１０４のＹ）、バイアス回路２４０がイネーブル化され（Ｓ１０８）、センス抵抗Ｒ_Ｓの電圧降下Ｖ_Ｓが測定される（Ｓ１１０）。電圧降下Ｖ_Ｓが正常範囲から逸脱している場合（Ｓ１１２のＮ）、異常検出信号Ｓ６をアサートし、処理を終了する（Ｓ１０６）。電圧降下Ｖ_Ｓが正常範囲である場合（Ｓ１１２のＹ）、アナログＰｉｎｇフェーズに移行する（Ｓ１１４）。なお上述したように、処理Ｓ１１２においては、センス抵抗Ｒ_Ｓの抵抗値を測定し、抵抗値が正常か否かを判定してもよい。

以上が送電装置２００の動作である。センス抵抗Ｒ_Ｓが、設計値より小さくなるショートモードの故障、実装不良が発生すると、過電流や異物検出が正常に動作しなくなる。ショートモードの異常状態において給電を行うと、回路素子の信頼性が低下したり、発熱のおそれがある。

実施の形態に係る送電装置２００によればセンス抵抗Ｒ_Ｓの異常を検出でき、ショートモードの故障が生じた場合には給電を行わないこととした。これにより信頼性を高め、発熱を抑制できる。

本発明は、図３のブロック図や回路図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、回路に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本発明の範囲を狭めるためではなく、発明の本質や回路動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例を説明する。

図６は、送電装置２００の具体的な構成例を示すブロック図である。制御ＩＣ６００は、送電装置２００の主要な回路が集積化された機能ＩＣである。制御ＩＣ６００は、上述の送電コントローラ２０６、復調器２０８、異物検出回路２３０、異常検出回路２５０、通知部２６０に加えて、第１Ａ／Ｄコンバータ６０２、第２Ａ／Ｄコンバータ６０４、シーケンサ６０６、過電流検出回路６０８を備える。

第１Ａ／Ｄコンバータ６０２は、電圧Ｖ_Ｘをデジタル値に変換し、第２Ａ／Ｄコンバータ６０４は、ＩＳＥＮＳＥ信号をデジタル値に変換する。制御ＩＣ６００の機能の一部（一例として破線６２０の内部）は、プロセッサ（マイクロコントローラ）およびソフトウェアプログラムの組み合わせで実装されてもよい。

異常検出回路２５０は、第１Ａ／Ｄコンバータ６０２および第２Ａ／Ｄコンバータ６０４の出力にもとづいてセンス抵抗Ｒ_Ｓの異常を検出する。シーケンサ６０６は、図５に示した電源投入時の異常検出のシーケンスを制御する。異物検出回路２３０は、第２Ａ／Ｄコンバータ６０４の出力にもとづいて異物を検出する。また過電流検出回路６０８は、第２Ａ／Ｄコンバータ６０４の出力にもとづいて過電流状態を検出する。

送電コントローラ２０６は、電力コントローラ６１０およびプリドライバ６１２を含む。電力コントローラ６１０は、復調器２０８が受信した電力制御データにもとづいて、ドライバ２０４のスイッチング周波数、デューティ比、位相、動作モードを指示する制御指令Ｓ８を生成する。プリドライバ６１２は、制御指令Ｓ８にしたがってブリッジ回路２０５を駆動する。

通知部２６０は、Ｉ^２Ｃ（Inter IC）インタフェースやＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）であってもよいし、その他のインタフェースであってもよい。

続いて送電装置２００の用途を説明する。図７は、送電装置２００を備える充電器４００の回路図である。充電器４００は、受電装置３００を備える電子機器５００を充電する。充電器４００は、筐体４０２、充電台４０４、回路基板４０６、を備える。充電器４００は、車載充電器であってもよい。給電対象の電子機器は、充電台４０４上に載置される。ドライバ２０４や送電コントローラ２０６その他の回路部品は、回路基板４０６上に実装される。送信アンテナ２０１は、充電台４０４の直下にレイアウトされる。充電器４００は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１０により直流電圧を受けてもよいし、ＡＣ／ＤＣコンバータを内蔵してもよい。あるいは充電器４００は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）などの給電線を備えるバスを介して、外部からＤＣ電力の供給を受けてもよい。

実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例を説明する。

（第１変形例）
異常検出回路２５０がセンス抵抗Ｒ_Ｓを測定する場合には、センス抵抗Ｒ_Ｓの変動幅が許容範囲内である場合には、センス抵抗Ｒ_Ｓの設計値に代えて、その測定値にもとづいて、過電流保護や送信電力の測定を行ってもよい。

（第２変形例）
図６の各回路ブロックの集積は例示であり、さまざまな変形例が存在する。たとえばセンスアンプ２２２やバイアス回路２４０を制御ＩＣ６００に集積化してもよい。あるいは制御ＩＣ６００を、複数のＩＣに分割して構成してもよい。たとえば第１Ａ／Ｄコンバータ６０２、第２Ａ／Ｄコンバータ６０４およびマイクロコントローラ６２０をひとつのＩＣに集積化し、プリドライバ６１２および復調器２０８を別のＩＣに集積化してもよい。

（第３変形例）
実施の形態では、Ｈブリッジ回路のドライバ２０４について説明したが、ハーフブリッジ回路にも適用可能である。

実施の形態にもとづき、具体的な用語を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

１００…給電システム、２００…送電装置、２０１…送信アンテナ、２０２…送信コイル、２０３…共振コンデンサ、２０４…ドライバ、２０５…ブリッジ回路、２０６…送電コントローラ、２０８…復調器、２１０…ＤＣ電源、２２０…電流センサ、２２２…センスアンプ、２３０…異物検出回路、２４０…バイアス回路、２４２…定電流源、２４４…スイッチ、Ｒ_Ｓ…センス抵抗、２５０…異常検出回路、２６０…通知部、Ｓ５…イネーブル信号、Ｓ６…異常検出信号、Ｓ７…通知信号、Ｓ８…制御指令、３００…受電装置、３０２…受信コイル、３０４…整流回路、３０６…平滑コンデンサ、３０８…変調器、６００…制御ＩＣ、６０２…第１Ａ／Ｄコンバータ、６０４…第２Ａ／Ｄコンバータ、６０６…シーケンサ、６０８…過電流検出回路、６１０…電力コントローラ、６１２…プリドライバ、Ｓ１…電気信号、Ｓ２…電力信号、Ｓ３…制御信号、Ｓ４…電流検出値、４００…充電器、４０２…筐体、４０４…充電台、４０６…回路基板。

Claims (19)

1. ワイヤレス受電装置に電力信号を送信するワイヤレス送電装置であって、
   直列に接続された共振キャパシタおよび送信コイルを含む送信アンテナと、
   前記送信アンテナに駆動電圧を印加するブリッジ回路を含むドライバと、
   前記ドライバを制御する送電コントローラと、
   前記ブリッジ回路に流れる電流の経路上に設けられたセンス抵抗を含む電流センサと、
   前記ブリッジ回路のスイッチング停止状態において、前記センス抵抗に所定のバイアス信号を与えるバイアス回路と、
   前記スイッチング停止状態における前記センス抵抗の電圧降下にもとづいて前記センス抵抗の異常を検出する異常検出回路と、
   を備えることを特徴とするワイヤレス送電装置。
2. 前記バイアス回路は、定電流源を含むことを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス送電装置。
3. 前記異常検出回路は、前記センス抵抗の電圧降下を、前記定電流源が生成する電流量で除することにより前記センス抵抗の抵抗値を演算することを特徴とする請求項２に記載のワイヤレス送電装置。
4. 前記異常検出回路は、演算された前記センス抵抗の抵抗値が正常範囲に含まれないとき、前記センス抵抗の異常と判定することを特徴とする請求項３に記載のワイヤレス送電装置。
5. 前記バイアス回路は、所定の抵抗値を有するバイアス抵抗を含むことを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス送電装置。
6. 前記異常検出回路は、前記センス抵抗の電圧降下が正常範囲から逸脱するとき、前記センス抵抗の異常と判定することを特徴とする請求項２または５に記載のワイヤレス送電装置。
7. 前記バイアス回路および前記異常検出回路は、給電開始前に動作することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のワイヤレス送電装置。
8. 前記バイアス回路および前記異常検出回路は、前記ワイヤレス送電装置の電源投入時に動作することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のワイヤレス送電装置。
9. 前記センス抵抗の異常が検出されると、給電を開始しないことを特徴とする請求項７または８に記載のワイヤレス送電装置。
10. 前記バイアス回路および前記異常検出回路は、給電開始前に動作し、
    演算された抵抗値を用いて給電を行うことを特徴とする請求項３に記載のワイヤレス送電装置。
11. 前記センス抵抗は、前記ブリッジ回路の上側電源端子側に挿入され、
    前記バイアス回路は、前記ブリッジ回路と並列に設けられることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のワイヤレス送電装置。
12. 前記電流センサは、前記センス抵抗の電圧降下を増幅するセンスアンプをさらに含み、
    前記異常検出回路は、前記センスアンプの出力にもとづいて、前記センス抵抗の異常を検出することを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のワイヤレス送電装置。
13. 前記異常検出回路は、前記センス抵抗の電圧降下に加えて、前記センス抵抗の一端の電圧にもとづいて、前記センス抵抗の異常を検出することを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載のワイヤレス送電装置。
14. 前記センス抵抗の異常が検出されると、外部に通知する通知部をさらに備えることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載のワイヤレス送電装置。
15. 前記通知部は、前記センス抵抗の測定値を外部に通知することを特徴とする請求項１４に記載のワイヤレス送電装置。
16. Ｑｉ規格とＰＭＡ規格の少なくとも一方に準拠したことを特徴とする請求項１から１５のいずれかに記載のワイヤレス送電装置。
17. 請求項１から１６のいずれかに記載のワイヤレス送電装置を備えることを特徴とする充電器。
18. ワイヤレス受電装置に電力信号を送信するワイヤレス送電装置の制御ＩＣ（Integrated Circuit）であって、
    前記ワイヤレス送電装置は、
    直列に接続された共振キャパシタおよび送信コイルを含む送信アンテナと、
    前記送信アンテナに駆動電圧を印加するブリッジ回路を含むドライバと、
    前記ブリッジ回路に流れる電流の経路上に設けられたセンス抵抗を含む電流センサと、
    イネーブル、ディセーブルが切りかえ可能であり、イネーブル状態において前記センス抵抗に所定のバイアス信号を与えるバイアス回路と、
    を備え、
    前記制御ＩＣは、
    前記ワイヤレス受電装置から受信した電力制御パケットにもとづいて、制御指令を生成する電力コントローラと、
    前記制御指令にもとづいて前記ドライバを駆動するプリドライバと、
    異常検出回路と、
    を備え、
    前記異常検出回路は、給電開始前に、
    前記ブリッジ回路を停止した状態で、前記バイアス回路をイネーブル化するステップと、
    前記センス抵抗の電圧降下を検出するステップと、
    前記センス抵抗の電圧降下にもとづいて前記センス抵抗の異常を検出するステップと、
    を実行することを特徴とする制御ＩＣ。
19. ワイヤレス受電装置に電力信号を送信するワイヤレス送電装置の異常検出方法であって、
    前記ワイヤレス送電装置は、
    直列に接続された共振キャパシタおよび送信コイルを含む送信アンテナと、
    前記送信アンテナに駆動電圧を印加するブリッジ回路を含むドライバと、
    前記ドライバを制御するコントローラと、
    前記ブリッジ回路に流れる電流の経路上に設けられたセンス抵抗を含む電流センサと、
    を備え、
    前記異常検出方法は、給電開始前に実行される、
    前記ブリッジ回路を停止した状態で、前記センス抵抗に所定のバイアス信号を印加するステップと、
    前記センス抵抗の電圧降下を検出するステップと、
    前記センス抵抗の電圧降下にもとづいて前記センス抵抗の異常を検出するステップと、
    を備えることを特徴とする異常検出方法。

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