JP2017208941A - Wireless transmission apparatus, control circuit, charger, and malfunction detection method therefor - Google Patents

Wireless transmission apparatus, control circuit, charger, and malfunction detection method therefor Download PDF

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竜也 岩▲崎▼
Tatsuya Iwasaki
竜也 岩▲崎▼
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毅 野澤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a malfunction detection technology by an approach different from a power loss method.SOLUTION: A transmission apparatus 200 transmits a power signal S2 to a power reception apparatus 300. A transmission antenna 201 includes a transmission coil 202 and a resonance capacitor 203 connected in series. The inverter circuit 204 applies an AC driving signal S1 to the transmission antenna 201. A malfunction detection circuit 240 detects a malfunction state on the basis of a detection voltage corresponding to a coil voltage Vgenerated at a connection node N1 between the transmission coil 202 and the resonance capacitor 203.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、ワイヤレス給電技術に関する。   The present invention relates to a wireless power feeding technique.

近年、電子機器へのワイヤレス給電が普及し始めている。異なるメーカーの製品間の相互利用を促進するために、ＷＰＣ（Wireless Power Consortium）が組織され、ＷＰＣにより国際標準規格であるＱｉ（チー）規格が策定された。Ｑｉ規格にもとづいたワイヤレス給電は、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端末で構成される。   In recent years, wireless power feeding to electronic devices has begun to spread. In order to promote mutual use between products of different manufacturers, the WPC (Wireless Power Consortium) was organized, and the international standard Qi (Qi) standard was formulated by WPC. Wireless power supply based on the Qi standard uses electromagnetic induction between a transmission coil and a reception coil. The power feeding system includes a power feeding device having a transmission coil and a power receiving terminal having a receiving coil.

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。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a wireless power feeding system 10 compliant with the Qi standard. The power feeding system 10 includes a power transmission device 20 (TX, Power Transmitter) and a power reception device 30 (RX, Power Receiver). The power receiving device 30 is mounted on an electronic device such as a mobile phone terminal, a smart phone, an audio player, a game device, or a tablet terminal.

送電装置２０は、送信コイル（１次コイル）２２、インバータ回路２４、コントローラ２６、復調器２８を備える。インバータ回路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。コントローラ２６は、送電装置２０全体を統括的に制御する。   The power transmission device 20 includes a transmission coil (primary coil) 22, an inverter circuit 24, a controller 26, and a demodulator 28. The inverter circuit 24 includes an H-bridge circuit (full-bridge circuit) or a half-bridge circuit, and applies a drive signal S 1, specifically a pulse signal, to the transmission coil 22, and the transmission coil 22 is driven by a drive current flowing through the transmission coil 22. An electromagnetic field power signal S2 is generated. The controller 26 comprehensively controls the power transmission device 20 as a whole.

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。復調器２８は、送信コイル２２の電流あるいは電圧にもとづいて制御信号Ｓ３を復調する。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にもとづいて、インバータ回路２４を制御する。   In the Qi standard, a communication protocol is defined between the power transmission device 20 and the power reception device 30, and information can be transmitted from the power reception device 30 to the power transmission device 20 using the control signal S3. The control signal S3 is transmitted from the reception coil 32 (secondary coil) to the transmission coil 22 in a form of AM (Amplitude Modulation) modulation using backscatter modulation. The control signal S3 includes, for example, power control data (also referred to as a packet) for controlling the amount of power supplied to the power receiving device 30, data indicating unique information of the power receiving device 30, and the like. The demodulator 28 demodulates the control signal S3 based on the current or voltage of the transmission coil 22. The controller 26 controls the inverter circuit 24 based on the power control data included in the demodulated control signal S3.

受電装置３０は、受信コイル３２、整流回路３４、平滑キャパシタ３６、変調器３８、負荷４０、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を受信するとともに、制御信号Ｓ３を送信コイル２２に対して送信する。整流回路３４および平滑キャパシタ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ＶＲＥＣＴに変換する。 The power receiving device 30 includes a receiving coil 32, a rectifier circuit 34, a smoothing capacitor 36, a modulator 38, a load 40, a controller 42, and a power supply circuit 44. The reception coil 32 receives the power signal S <b> 2 from the transmission coil 22 and transmits a control signal S <b> 3 to the transmission coil 22. The rectifier circuit 34 and the smoothing capacitor 36 rectify and smooth the current S4 induced in the receiving coil 32 in accordance with the power signal S2, and convert it into a DC voltage V RECT .

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ＶＲＥＣＴを昇圧あるいは降圧し、コントローラ４２やその他の負荷４０に供給する。 The power supply circuit 44 uses a power supplied from the power transmission device 20 to charge a secondary battery (not shown), or boosts or steps down the DC voltage V RECT and supplies it to the controller 42 and other loads 40.

コントローラ４２は、整流電圧ＶＲＥＣＴがその目標値に近づくように、送電装置２０からの電力供給量を制御する電力制御データ（コントロールエラーパケット、ＣＥパケットとも称する）を生成する。変調器３８は、電力制御データを含む制御信号Ｓ３を変調し、受信コイル３２のコイル電流を変調することにより、送信コイル２２のコイル電流およびコイル電圧を変調する。 The controller 42 generates power control data (also referred to as a control error packet or a CE packet) that controls the amount of power supplied from the power transmission device 20 so that the rectified voltage V RECT approaches its target value. The modulator 38 modulates the coil current and the coil voltage of the transmission coil 22 by modulating the control signal S3 including the power control data and modulating the coil current of the reception coil 32.

Ｑｉ規格は当初、携帯電話端末、スマートホン、タブレット端末など、５Ｗ以下の低電力向けに策定された（以下、Low Power規格という）。続いて、１５Ｗまでの中電力用のの規格（以下、Middle Power規格という）の策定の準備が進められ、将来的には１２０Ｗの大電力をサポートすることが計画されている。   The Qi standard was originally formulated for low power consumption of 5 W or less, such as mobile phone terminals, smart phones, and tablet terminals (hereinafter referred to as the Low Power standard). Subsequently, preparations for formulating a standard for medium power up to 15 W (hereinafter referred to as “Middle Power standard”) are proceeding, and it is planned to support 120 W of high power in the future.

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。そこでＱｉ規格では、異物検出（ＦＯＤ：Foreign Object Detection）が規定されている。   In the power feeding system 10, since the power transmission device 20 and the power receiving terminal (electronic device) are arranged in a relatively free space, a conductive material such as a metal piece is provided between the transmission coil 22 and the reception coil 32 or in the vicinity thereof. There may be a situation where foreign objects are placed. If wireless power feeding is performed in this state, a current flows through the foreign matter, resulting in power loss. There is also a problem that foreign matter generates heat. Therefore, foreign object detection (FOD: Foreign Object Detection) is defined in the Qi standard.

このＦＯＤでは、送電装置２０が送出した電力信号Ｓ２の電力ＰＴＸと、受電装置３０が受信した電力信号Ｓ２の電力ＰＲＸとが比較され、それらの間に許容値を超える不一致（差分）が発生した場合に、異物が存在するものと判定される。これはパワーロスメソッドと称される。図２は、パワーロスメソッドを説明する図である。送信電力ＰＴＸと受信電力ＰＲＸの差分が電力損失（パワーロス）ＰＬＯＳＳであり、異物ＦＯが存在する場合にはパワーロスＰＬＯＳＳが大きく、異物ＦＯが存在しない場合にはパワーロスＰＬＯＳＳは小さくなる。したがってパワーロスメソッドでは、パワーロスＰＬＯＳＳにもとづいて異物ＦＯの有無が判定される。 This FOD, and the power P TX power signal S2 power transmission device 20 is transmitted, the power P RX power signal S2 power receiving device 30 has received are compared, disagreement between them exceeds the permissible value (difference) is If it occurs, it is determined that there is a foreign object. This is called a power loss method. FIG. 2 is a diagram for explaining the power loss method. The difference between the transmission power P TX and the reception power P RX is a power loss (power loss) P LOSS . When the foreign object FO is present, the power loss P LOSS is large. When the foreign object FO is not present, the power loss P LOSS is small. . Therefore, in the power loss method, the presence or absence of a foreign object FO is determined based on the power loss P LOSS .

特開２０１３−０３８８５４号公報JP 2013-038854 A 特開２０１４−１０７９７１号公報JP 2014-107971 A

送信電力ＰＴＸ、受信電力ＰＲＸは、以下の式で与えられる。
ＰＴＸ＝ＰＰＴ−ＰＴＸ＿ＬＯＳＳ
ＰＲＸ＝ＰＰＲ＋ＰＲＸ＿ＬＯＳＳ
ＰＰＴは、送電装置２０に入力された電力であり、ＰＰＲは受電装置３０から負荷側に供給された電力である。ＰＰＴ，ＰＰＸは精度よく測定できたとしても、送電装置２０における損失ＰＴＸ＿ＬＯＳＳ、受電装置３０における損失ＰＲＸ＿ＬＯＳＳを正確に測定することは困難である。したがって送信電力ＰＴＸ、受信電力ＰＲＸの測定値は、ある程度の誤差を含む。送信電力ＰＴＸや受信電力ＰＲＸそれぞれについて、測定値と実際の値の誤差が大きいと、パワーロスＰＬＯＳＳの誤差も大きくなるため、異物ＦＯを誤検出したり、異物ＦＯを検出できないという問題が生ずる。 The transmission power P TX and the reception power P RX are given by the following equations.
P TX = P PT -P TX_LOSS
P RX = P PR + P RX_LOSS
P PT is the power input to the power transmission device 20, P PR is supplied from the power receiving device 30 to the load side power. P PT, even the P PX could be measured accurately, loss P TX_LOSS in the power transmission device 20, it is difficult to accurately measure the loss P RX_LOSS in the power receiving device 30. Therefore, the measured values of the transmission power P TX and the reception power P RX include a certain amount of error. For each transmit power P TX and the reception power P RX, the error of the actual value and the measured value is large, since the larger the error of the power loss P LOSS, or erroneously detected foreign object FO, can not detect the foreign object FO problem Arise.

またパワーロスメソッドによる異物検出は、応答速度が遅いという問題がある。すなわち、受電装置３０から送電装置２０へは、１．５秒の周期で測定された電力ＰＰＲを示すデータが送信され、したがってパワーロスメソッドによる異物検出の応答速度は、電力ＰＰＲの送信周期によって制限を受ける。もし金属フィルムのように熱容量が小さい異物ＦＯが存在すると、１．５秒の間に、異物ＦＯが高温となるおそれがある。 In addition, foreign matter detection by the power loss method has a problem that the response speed is slow. That is, data indicating the power P PR measured at a cycle of 1.5 seconds is transmitted from the power receiving device 30 to the power transmitting device 20, and therefore the response speed of foreign object detection by the power loss method depends on the transmission cycle of the power P PR . Be restricted. If a foreign material FO having a small heat capacity such as a metal film is present, the foreign material FO may become high in 1.5 seconds.

加えて異物が存在する状態で給電が持続すると、送信電力の一部が異物によって吸収されるため、受信電力が減少する。その結果、受電装置３０は、送信電力を増加させるように電力制御データを送信し、送電装置２０はこれに応答して送信電力を増加させ、異物の発熱がさらに促進される。さらにこの状態で、送信コイル２２と受信コイル３２の結合度が高まる方向に受電装置が高速に移動すると、あるいは異物が高速に取り除かれると、受信電力が急峻に増大し、受電装置３０内で過電圧が生ずるおそれがある。   In addition, if power feeding is continued in the presence of foreign matter, a part of transmission power is absorbed by the foreign matter, so that received power is reduced. As a result, the power receiving device 30 transmits power control data so as to increase the transmission power, and the power transmission device 20 increases the transmission power in response to this, and the heat generation of the foreign matter is further promoted. Further, in this state, when the power receiving device moves at a high speed in a direction in which the degree of coupling between the transmission coil 22 and the receiving coil 32 increases, or when a foreign object is removed at a high speed, the received power sharply increases and an overvoltage is generated in the power receiving device 30. May occur.

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、パワーロスメソッドと異なるアプローチによる異常検出技術の提供にある。   The present invention has been made in view of the above problems, and one of the exemplary purposes of an aspect thereof is to provide an abnormality detection technique using an approach different from the power loss method.

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、直列に接続された送信コイルおよび共振キャパシタを含む送信アンテナと、送信アンテナに交流の駆動信号を印加するインバータ回路と、インバータ回路を制御する電力コントローラと、送信コイルと共振キャパシタの接続ノードに生ずるコイル電圧に応じた検出電圧にもとづいて、異常を検出する異常検出器と、を備える。   An aspect of the present invention relates to a wireless power transmission apparatus that transmits a power signal to a wireless power reception apparatus. A wireless power transmission apparatus includes a transmission antenna including a transmission coil and a resonance capacitor connected in series, an inverter circuit that applies an AC drive signal to the transmission antenna, a power controller that controls the inverter circuit, a transmission coil, and a resonance capacitor. And an abnormality detector for detecting an abnormality based on a detection voltage corresponding to a coil voltage generated at the connection node.

送信コイルおよび受信コイルの近傍に異物が存在し、送信コイルと受信コイルの結合度が低下すると、コイル電圧の波形が変化する。したがってコイル電圧を監視することにより、異常を検出できる。   When a foreign object exists in the vicinity of the transmission coil and the reception coil and the degree of coupling between the transmission coil and the reception coil decreases, the waveform of the coil voltage changes. Therefore, abnormality can be detected by monitoring the coil voltage.

異常検出器は、検出電圧の振幅が第１しきい値を超えると、異常と判定してもよい。   The abnormality detector may determine that there is an abnormality when the amplitude of the detection voltage exceeds the first threshold value.

異常検出器は、検出電圧を第１しきい値と比較する第１コンパレータを含んでもよい。コンパレータを用いることで、ソフトウェア処理に比べて高速な検出が可能となる。   The abnormality detector may include a first comparator that compares the detected voltage with a first threshold value. By using a comparator, detection can be performed at a higher speed than software processing.

異常検出器は、第１コンパレータの出力を受け、異常の有無を示す異常判定信号を出力する時定数回路をさらに含んでもよい。   The abnormality detector may further include a time constant circuit that receives the output of the first comparator and outputs an abnormality determination signal indicating the presence or absence of abnormality.

第１しきい値は可変であってもよい。これにより異常判定の条件を微調節できる。   The first threshold may be variable. As a result, the condition for abnormality determination can be finely adjusted.

ワイヤレス送電装置は、コイル電圧を分圧し、検出電圧を生成する第１分圧回路をさらに備えてもよい。コイル電圧を分圧することで、異常検出器をはじめとする回路ブロックに要求される耐圧を下げることができる。また分圧回路の分圧比に応じて、異常判定の条件を設定できる。   The wireless power transmission device may further include a first voltage dividing circuit that divides the coil voltage and generates a detection voltage. By dividing the coil voltage, the breakdown voltage required for the circuit block including the abnormality detector can be lowered. Also, the abnormality determination condition can be set according to the voltage dividing ratio of the voltage dividing circuit.

ワイヤレス送電装置は、送信コイルと共振キャパシタの接続ノードと接地の間に直列に設けられる第１キャパシタ、第１抵抗、第２抵抗を含み、第１抵抗と第２抵抗の接続点の電圧が検出電圧である第２分圧回路と、検出電圧を受けるフィルタと、フィルタの出力信号にもとづいて、送信アンテナがワイヤレス受電装置から受信した制御信号を復調する復調器と、をさらに備えてもよい。異常検出器は、フィルタの出力信号にもとづいて異常を検出してもよい。復調のためのハードウェアを、異常検出に流用することにより、異常検出器を簡素化できる。   The wireless power transmission device includes a first capacitor, a first resistor, and a second resistor that are provided in series between a connection node of the transmission coil and the resonant capacitor and the ground, and detects a voltage at a connection point of the first resistor and the second resistor. A second voltage dividing circuit that is a voltage, a filter that receives the detection voltage, and a demodulator that demodulates the control signal received by the transmitting antenna from the wireless power receiving device based on the output signal of the filter may be further provided. The abnormality detector may detect an abnormality based on the output signal of the filter. The abnormality detector can be simplified by diverting the hardware for demodulation to abnormality detection.

異常検出器は、フィルタの出力信号を第２しきい値と比較する第２コンパレータを含んでもよい。コンパレータを用いることで、ソフトウェア処理に比べて高速な検出が可能となる。   The anomaly detector may include a second comparator that compares the output signal of the filter with a second threshold value. By using a comparator, detection can be performed at a higher speed than software processing.

第２しきい値は可変であってもよい。これにより異常判定の条件を微調節できる。第２抵抗は可変抵抗であってもよい。これにより異常判定の条件を微調節できる。   The second threshold value may be variable. As a result, the condition for abnormality determination can be finely adjusted. The second resistor may be a variable resistor. As a result, the condition for abnormality determination can be finely adjusted.

ワイヤレス送電装置は、フィルタの出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータをさらに備えてもよい。異常検出器は、Ａ／Ｄコンバータの出力にもとづいて異常を検出してもよい。デジタル信号処理によって異常判定を行うことで、より複雑な処理が可能となり、判定精度を高めることができる。   The wireless power transmission apparatus may further include an A / D converter that converts the output signal of the filter into a digital signal. The abnormality detector may detect an abnormality based on the output of the A / D converter. By performing abnormality determination by digital signal processing, more complicated processing can be performed and determination accuracy can be improved.

ワイヤレス送電装置は、Ｑｉ規格に準拠してもよい。   The wireless power transmission device may conform to the Qi standard.

本発明の別の態様は充電器に関する。充電器は上述のワイヤレス送電装置を備えてもよい。   Another aspect of the present invention relates to a charger. The charger may include the wireless power transmission device described above.

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に使用される制御回路に関する。ワイヤレス送電装置は、制御回路に加えて、直列に接続された送信コイルおよび共振キャパシタを含む送信アンテナと、送信アンテナに交流の駆動信号を印加するインバータ回路と、を備える。制御回路は、送信アンテナがワイヤレス受電装置から受信した制御信号を復調する復調器と、制御信号にもとづいてインバータ回路を制御する電力コントローラと、送信コイルと共振キャパシタの接続ノードに生ずるコイル電圧に応じた検出電圧にもとづいて、異常を検出する異常検出器と、を備える。   Another aspect of the present invention relates to a control circuit used in a wireless power transmitting apparatus that transmits a power signal to the wireless power receiving apparatus. In addition to the control circuit, the wireless power transmission device includes a transmission antenna including a transmission coil and a resonance capacitor connected in series, and an inverter circuit that applies an AC drive signal to the transmission antenna. The control circuit includes a demodulator that demodulates the control signal received by the transmitting antenna from the wireless power receiver, a power controller that controls the inverter circuit based on the control signal, and a coil voltage generated at a connection node between the transmitting coil and the resonant capacitor. And an abnormality detector for detecting an abnormality based on the detected voltage.

制御回路は、ひとつの半導体基板に一体集積化されてもよい。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。回路を１つのチップ上に集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。   The control circuit may be integrated on a single semiconductor substrate. “Integrated integration” includes the case where all of the circuit components are formed on a semiconductor substrate and the case where the main components of the circuit are integrated. A resistor, a capacitor, or the like may be provided outside the semiconductor substrate. By integrating the circuit on one chip, the circuit area can be reduced and the characteristics of the circuit elements can be kept uniform.

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。   It should be noted that any combination of the above-described constituent elements, and those in which constituent elements and expressions of the present invention are mutually replaced between methods, apparatuses, systems, and the like are also effective as an aspect of the present invention.

本発明のある態様によれば、異常を検出できる。   According to an aspect of the present invention, an abnormality can be detected.

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。It is a figure which shows the structure of the wireless electric power feeding system based on Qi specification. パワーロスメソッドを説明する図である。It is a figure explaining a power loss method. 第１の実施の形態に係る送電装置を備える給電システムのブロック図である。It is a block diagram of an electric power feeding system provided with the power transmission apparatus which concerns on 1st Embodiment. 図３の給電システムの正常状態の動作波形図である。It is an operation | movement waveform diagram of the normal state of the electric power feeding system of FIG. 図３の給電システムの第１の異常状態の検出に関する動作波形図である。FIG. 4 is an operation waveform diagram regarding detection of a first abnormal state of the power feeding system of FIG. 3. 図３の給電システムの第２の異常状態の検出に関する動作波形図である。It is an operation | movement waveform diagram regarding the detection of the 2nd abnormal condition of the electric power feeding system of FIG. 第２の実施の形態に係る送電装置のブロック図である。It is a block diagram of the power transmission apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第３の実施の形態に係る送電装置のブロック図である。It is a block diagram of the power transmission apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第４の実施の形態に係る送電装置のブロック図である。It is a block diagram of the power transmission apparatus which concerns on 4th Embodiment. 第５の実施の形態に係る送電装置のブロック図である。It is a block diagram of the power transmission apparatus which concerns on 5th Embodiment. 送電装置を備える充電器を示す図である。It is a figure which shows a charger provided with a power transmission apparatus.

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。   The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. The embodiments do not limit the invention but are exemplifications, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.

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。   In this specification, “the state in which the member A is connected to the member B” means that the member A and the member B are electrically connected to each other in addition to the case where the member A and the member B are physically directly connected. It includes cases where the connection is indirectly made through other members that do not substantially affect the general connection state, or that do not impair the functions and effects achieved by their combination.

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。   Similarly, “the state in which the member C is provided between the member A and the member B” refers to the case where the member A and the member C or the member B and the member C are directly connected, as well as their electric It includes cases where the connection is indirectly made through other members that do not substantially affect the general connection state, or that do not impair the functions and effects achieved by their combination.

本明細書において参照する波形図やタイムチャートの縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化され、あるいは誇張もしくは強調されている。   The vertical and horizontal axes of the waveform diagrams and time charts referred to in this specification are enlarged or reduced as appropriate for easy understanding, and each waveform shown is also simplified for easy understanding. Or exaggerated or emphasized.

（第１の実施の形態）
図３は、第１の実施の形態に係る送電装置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と受電装置３００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。以下では、送電装置２００および受電装置３００は、Ｑｉ規格に準拠するものとする。 (First embodiment)
FIG. 3 is a block diagram of a power feeding system 100 including the power transmission device 200 according to the first embodiment. The power supply system 100 includes a power transmission device 200 and a power reception device 300. The power receiving device 300 is mounted on an electronic device such as a mobile phone terminal, a smart phone, an audio player, a game device, or a tablet terminal. Hereinafter, it is assumed that the power transmission device 200 and the power reception device 300 conform to the Qi standard.

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、インバータ回路２０４および制御回路２１０を備える。送信アンテナ２０１は、直列に接続された送信コイル（１次コイル）２０２および共振キャパシタ２０３を含む。   The power transmission device 200 is mounted on, for example, a charger having a charging stand. The power transmission device 200 includes a transmission antenna 201, an inverter circuit 204, and a control circuit 210. The transmission antenna 201 includes a transmission coil (primary coil) 202 and a resonance capacitor 203 connected in series.

インバータ回路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であり、図示しない電源からの直流電圧ＶＤＤを交流の駆動信号Ｓ１に変換し、送信アンテナ２０１に供給する。その結果、送信コイル２０２に流れるコイル電流ＩＣＯＩＬ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。 The inverter circuit 204 is an H-bridge circuit (full-bridge circuit) or a half-bridge circuit, converts a DC voltage V DD from a power source (not shown) into an AC drive signal S1, and supplies the AC drive signal S1 to the transmission antenna 201. As a result, the coil current I COIL flowing through the transmission coil 202 causes the transmission coil 202 to generate an electromagnetic field power signal S2.

制御回路２１０は、送電装置２００全体を統括的に制御する。制御回路２１０は、復調器２１２、電力制御部２１６、変調器２２４、ドライバ２１８および異常検出回路２４０を備える。制御回路２１０は、ひとつの半導体基板に一体に集積化された機能ＩＣ（Integrated Circuit）であってもよい。   The control circuit 210 controls the power transmission device 200 as a whole. The control circuit 210 includes a demodulator 212, a power control unit 216, a modulator 224, a driver 218, and an abnormality detection circuit 240. The control circuit 210 may be a functional IC (Integrated Circuit) integrated on a single semiconductor substrate.

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（コントロールエラーパケット、以下ＣＥパケットともいう）が含まれる。ＣＥパケットは、受電装置３００において生成される整流電圧とその目標値との誤差を示しており、整流電圧が目標値より高いとき、ＣＥパケットは負の値をとり、整流電圧が目標値より低いとき、ＣＥパケットは正の値をとる。Ｑｉ規格においては送電装置２００と受電装置３００により、送信電力に関してＰＩＤ（比例・積分・微分）制御のフィードバックループが形成される。   In the Qi standard, a communication protocol is defined between the power transmission device 200 and the power reception device 300, and information can be transmitted from the power reception device 300 to the power transmission device 200 using the control signal S3. The control signal S3 is transmitted from the reception coil 302 (secondary coil) to the transmission coil 202 in the form of AM (Amplitude Modulation) modulation using backscatter modulation. The control signal S3 includes, for example, power control data (control error packet, hereinafter also referred to as CE packet) for controlling the amount of power supplied to the power receiving apparatus 300. The CE packet indicates an error between the rectified voltage generated in the power receiving device 300 and its target value. When the rectified voltage is higher than the target value, the CE packet takes a negative value and the rectified voltage is lower than the target value. The CE packet takes a positive value. In the Qi standard, the power transmission device 200 and the power reception device 300 form a feedback loop of PID (proportional / integral / derivative) control with respect to transmission power.

そのほか、制御信号Ｓ３には、受電装置３００の固有の情報を示すデータ、たとえば受電装置３００の受信電力の最大値（最大受信電力）ＰＭＡＸ_RXなどが含まれる。また、パワーロスメソッドによる異物検出を目的として、受電装置３００において測定された受信電力ＰＰＲを示す受信電力データが含まれる。 In addition, the control signal S3 includes data indicating information unique to the power receiving apparatus 300, for example, the maximum value (maximum received power) P MAX_RX of the received power of the power receiving apparatus 300. In addition, reception power data indicating the reception power PPR measured by the power receiving apparatus 300 is included for the purpose of foreign object detection by the power loss method.

復調器２１２は、送信アンテナ２０１がワイヤレス受電装置３００から受信した制御信号Ｓ３を復調する。復調器２１２は、送信コイル２０２と共振キャパシタ２０３の接続ノードＮ１に生ずるコイル電圧ＶＣＯＩＬにもとづいて、制御信号Ｓ３を復調する。第２検出端子（ＣＯＩＬ＿ＩＮ２）は、第１キャパシタＣ２１および第１抵抗Ｒ２１を介して接続ノードＮ１と接続される。第２抵抗Ｒ２２は、第２検出端子ＣＯＩＬ＿ＩＮ２と接地端子の間に設けられる。第１キャパシタＣ２１、第１抵抗Ｒ２１、第２抵抗Ｒ２２は、第２分圧回路２０８を形成する。復調器２１２は、第２検出端子ＣＯＩＬ＿ＩＮ２の電圧ＶＣＯＩＬ２にもとづいて、制御信号Ｓ３を復調する。第１キャパシタＣ２１は省略してもよい。 The demodulator 212 demodulates the control signal S3 received by the transmission antenna 201 from the wireless power receiving apparatus 300. The demodulator 212 demodulates the control signal S3 based on the coil voltage V COIL generated at the connection node N1 between the transmission coil 202 and the resonance capacitor 203. The second detection terminal (COIL_IN2) is connected to the connection node N1 via the first capacitor C21 and the first resistor R21. The second resistor R22 is provided between the second detection terminal COIL_IN2 and the ground terminal. The first capacitor C21, the first resistor R21, and the second resistor R22 form a second voltage dividing circuit 208. The demodulator 212 demodulates the control signal S3 based on the voltage V COIL2 of the second detection terminal COIL_IN2. The first capacitor C21 may be omitted.

第１抵抗Ｒ２１を外付け部品とした場合、その抵抗値がばらつくと、分圧比がばらつく。そこで第２抵抗Ｒ２２を可変抵抗で構成し、第１抵抗Ｒ２１の抵抗値に応じて、第２抵抗Ｒ２２の抵抗値を設定することにより、分圧比のばらつきを抑制できる。   When the first resistor R21 is an external component, if the resistance value varies, the voltage dividing ratio varies. Therefore, by configuring the second resistor R22 as a variable resistor and setting the resistance value of the second resistor R22 according to the resistance value of the first resistor R21, variation in the voltage division ratio can be suppressed.

異常検出回路２４０は、送信コイル２０２と共振キャパシタ２０３の接続ノードＮ１に生ずるコイル電圧ＶＣＯＩＬに応じた検出電圧ＶＣＯＩＬ１にもとづいて異常を検出する。異常検出回路２４０が検出対象とする異常は、送信アンテナ２０１への異物の近接、および／または、送信コイル２０２と受信コイル３０２の結合度の低下である。 The abnormality detection circuit 240 detects an abnormality based on the detection voltage V COIL1 corresponding to the coil voltage V COIL generated at the connection node N1 between the transmission coil 202 and the resonance capacitor 203. The abnormality that is detected by the abnormality detection circuit 240 is the proximity of a foreign object to the transmission antenna 201 and / or a decrease in the degree of coupling between the transmission coil 202 and the reception coil 302.

第１分圧回路２０６は、第１抵抗Ｒ１１および第２抵抗Ｒ１２を含み、接続ノードＮ１のコイル電圧ＶＣＯＩＬを分圧し、検出電圧ＶＣＯＩＬ１を生成する。検出電圧ＶＣＯＩＬ１は、第１検出端子ＣＯＩＬ＿ＩＮ１に入力される。 The first voltage dividing circuit 206 includes a first resistor R11 and a second resistor R12, divides the coil voltage V COIL of the connection node N1, and generates a detection voltage V COIL1 . The detection voltage V COIL1 is input to the first detection terminal COIL_IN1.

異常検出回路２４０は、第１検出端子ＣＯＩＬ＿ＩＮ１の検出電圧ＶＣＯＩＬ１にもとづいて、異常の有無を判定する。たとえば異常検出回路２４０は、検出電圧ＶＣＯＩＬ１の振幅が第１しきい値ＶＴＨ１を超えると、異常と判定する。 The abnormality detection circuit 240 determines whether there is an abnormality based on the detection voltage V COIL1 of the first detection terminal COIL_IN1. For example, the abnormality detection circuit 240 determines that an abnormality has occurred when the amplitude of the detection voltage V COIL1 exceeds the first threshold value V TH1 .

異常検出回路２４０は、電圧源２４２、第１コンパレータ２４４、時定数回路２４６を含む。電圧源２４２は、第１しきい値ＶＴＨ１を生成する。第１コンパレータ２４４は、検出電圧ＶＣＯＩＬ１を第１しきい値ＶＴＨ１と比較し、比較結果を示す比較信号Ｓ１１を生成する。電圧源２４２は、第１しきい値ＶＴＨ１を調節可能な可変電圧源であることが好ましい。これにより、異常判定の条件を微調節可能となる。 The abnormality detection circuit 240 includes a voltage source 242, a first comparator 244, and a time constant circuit 246. The voltage source 242 generates the first threshold value V TH1 . The first comparator 244 compares the detection voltage V COIL1 with the first threshold value V TH1 and generates a comparison signal S11 indicating the comparison result. The voltage source 242 is preferably a variable voltage source capable of adjusting the first threshold value V TH1 . As a result, the condition for abnormality determination can be finely adjusted.

時定数回路２４６は、第１コンパレータ２４４からの比較信号Ｓ１１を受け、異常の有無を示す異常判定信号Ｓ１２を出力する。時定数回路２４６は、ワンショット回路あるいは単安定マルチ回路などであり、所定レベル（たとえばハイレベル）が入力されると、所定時間、同じレベル（たとえばハイレベル）を出力し続ける。所定時間は、インバータ回路２０４のスイッチング周期（スイッチング周波数の逆数）より長く設定される。   The time constant circuit 246 receives the comparison signal S11 from the first comparator 244 and outputs an abnormality determination signal S12 indicating the presence or absence of abnormality. The time constant circuit 246 is a one-shot circuit or a monostable multi-circuit. When a predetermined level (for example, high level) is input, the time constant circuit 246 continues to output the same level (for example, high level) for a predetermined time. The predetermined time is set longer than the switching cycle of the inverter circuit 204 (reciprocal of the switching frequency).

異常判定信号Ｓ１２がアサートされると、制御回路２１０は、直ちに送電を停止してもよい。あるいは図示しない上位のプロセッサに通知してもよい。   When the abnormality determination signal S12 is asserted, the control circuit 210 may immediately stop power transmission. Or you may notify to the high-order processor which is not illustrated.

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４は、図３の給電システム１００の正常状態の動作波形図である。   The above is the configuration of the power transmission device 200. Next, the operation will be described. FIG. 4 is an operation waveform diagram of the power supply system 100 of FIG. 3 in a normal state.

図４には、コイル電圧ＶＣＯＩＬおよびコイル電流ＩＣＯＩＬの負荷依存性が示される。受電装置３００の負荷（受信電力ＰＰＲ）が変動すると、コイル電圧ＶＣＯＩＬの振幅は実質的に一定レベルを維持しつつ、コイル電流ＩＣＯＩＬが負荷の増加にしたがって増大していく。このとき、検出電圧ＶＣＯＩＬ１は、第１しきい値ＶＴＨ１より低い状態が保たれ、比較信号Ｓ１１はローレベルを維持し、異常判定信号Ｓ１２は、正常を示すローレベルとなる。 FIG. 4 shows load dependency of the coil voltage V COIL and the coil current I COIL . When the load (received power P PR ) of the power receiving apparatus 300 fluctuates, the coil current I COIL increases as the load increases while the amplitude of the coil voltage V COIL is maintained at a substantially constant level. At this time, the detection voltage V COIL1 is kept lower than the first threshold value V TH1 , the comparison signal S11 is maintained at a low level, and the abnormality determination signal S12 is at a low level indicating normal.

図５は、図３の給電システム１００の第１の異常状態の検出に関する動作波形図である。なお、実際には、コイル電圧ＶＣＯＩＬとコイル電流ＩＣＯＩＬの位相は９０度シフトしているが、図面では簡略化して同位相で示している。図５には、コイル電圧ＶＣＯＩＬおよびコイル電流ＩＣＯＩＬの結合度Ｋの依存性が示される。実線は結合度Ｋが十分高い状態を、一点鎖線は結合度が低い状態を示す。送信コイル２０２と受信コイル３０２の結合度Ｋが低下すると、コイル電流ＩＣＯＩＬの振幅は実質的に一定レベルを維持しつつ、コイル電圧ＶＣＯＩＬが、結合度Ｋの低下にしたがって増大していく。結合度Ｋが小さくなると、検出電圧ＶＣＯＩＬ１の振幅が第１しきい値ＶＴＨ１を超えて、比較信号Ｓ１１は、スイッチングサイクルごとにハイレベルをとるようになり、異常判定信号Ｓ１２は、異常を示すハイレベルとなる。すなわち送電装置２００によれば、結合度Ｋが低下している異常状態を検出できる。 FIG. 5 is an operation waveform diagram regarding detection of the first abnormal state of the power feeding system 100 of FIG. 3. In practice, the phases of the coil voltage V COIL and the coil current I COIL are shifted by 90 degrees, but are simplified and shown in the same phase in the drawing. FIG. 5 shows the dependence of the coupling degree K of the coil voltage V COIL and the coil current I COIL . The solid line indicates a state where the degree of coupling K is sufficiently high, and the alternate long and short dash line indicates a state where the degree of coupling is low. When the coupling degree K between the transmitting coil 202 and the receiving coil 302 decreases, the coil voltage V COIL increases as the coupling degree K decreases while the amplitude of the coil current I COIL is maintained at a substantially constant level. When the degree of coupling K is reduced, the amplitude of the detection voltage V COIL 1 exceeds the first threshold value V TH1, comparison signal S11 becomes to take a high level for each switching cycle, the abnormality determination signal S12 is an abnormality It becomes the high level which shows. That is, according to the power transmission device 200, an abnormal state in which the degree of coupling K is reduced can be detected.

図６は、図３の給電システム１００の第２の異常状態の検出に関する動作波形図である。図６には、異物が存在しない正常状態（実線）、異物が近接する異常状態（破線および一点鎖線）それぞれのコイル電圧ＶＣＯＩＬおよびコイル電流ＩＣＯＩＬが示される。 FIG. 6 is an operation waveform diagram regarding detection of the second abnormal state of the power feeding system 100 of FIG. FIG. 6 shows a coil voltage V COIL and a coil current I COIL in a normal state (solid line) where no foreign substance exists and an abnormal state (dashed line and alternate long and short dash line) where the foreign object is close.

異物が近接すると、コイル電流ＩＣＯＩＬの振幅が増加する。また共振周波数ｆｃのシフトの結果、コイル電圧ＶＣＯＩＬの振幅が変化する。共振周波数ｆｃのシフトする方向は、異物の材質などに依存し、したがってコイル電圧ＶＣＯＩＬの振幅は大きくなる場合もあれば、小さくなる場合もある。共振周波数ｆｃのシフトの結果、コイル電圧ＶＣＯＩＬの振幅が増加すると、検出電圧ＶＣＯＩＬ１の振幅が第１しきい値ＶＴＨ１を超えて、比較信号Ｓ１１はハイレベルをとるようになり、異常判定信号Ｓ１２は、異常を示すハイレベルとなる。すなわち送電装置２００によれば、異物が近接する異常状態を検出できる。 When a foreign object approaches , the amplitude of the coil current I COIL increases. As a result of the shift of the resonance frequency fc, the amplitude of the coil voltage V COIL changes. The direction in which the resonance frequency fc shifts depends on the material of the foreign matter, and therefore the amplitude of the coil voltage V COIL may be increased or decreased. If the amplitude of the coil voltage V COIL increases as a result of the shift of the resonance frequency fc, the amplitude of the detection voltage V COIL1 exceeds the first threshold value V TH1 , and the comparison signal S11 takes a high level, and an abnormality determination is made. The signal S12 is at a high level indicating abnormality. That is, according to the power transmission device 200, an abnormal state in which a foreign object is close can be detected.

以上が送電装置２００の動作である。この送電装置２００によれば、受電装置３００からの受信電力ＰＰＲの受信を待たずに、高速に異常を検出でき、すみやかに適切な保護措置をとることができる。異物が近接している場合には、送電を停止し、あるいは送信電力を低下することにより、さらなる過熱を抑制できる。 The above is the operation of the power transmission device 200. According to the power transmission device 200, without waiting to receive the received power P PR from the power receiving device 300, high speed can be detected abnormality can take quickly appropriate protective measures. When foreign objects are close to each other, further overheating can be suppressed by stopping power transmission or reducing transmission power.

送信コイル２０２と受信コイル３０２の結合度が低下している場合には、送電を停止し、あるいは送信電力を低下することにより、受電装置３００が高速に移動し、結合度が急激に改善したときの、受電装置３００の内部電圧の跳ね上がりを抑制できる。   When the degree of coupling between the transmission coil 202 and the reception coil 302 is reduced, when the power receiving device 300 moves at a high speed by stopping power transmission or by reducing the transmission power, the degree of coupling is rapidly improved. The jump of the internal voltage of the power receiving device 300 can be suppressed.

（第２の実施の形態）
図７は、第２の実施の形態に係る送電装置２００ａのブロック図である。この実施の形態では、第１分圧回路２０６が省略されており、異常検出回路２４０ａは、第２検出端子ＣＯＩＬ＿ＩＮ２の検出電圧ＶＣＯＩＬ２にもとづいて異常を判定する。フィルタ２１４はローパスフィルタあるいはバンドパスフィルタであり、検出電圧ＶＣＯＩＬ２の少なくとも高周波成分を除去する。復調器２１２は、フィルタ２１４の出力にもとづいて、制御信号Ｓ３を復調する。異常検出回路２４０ａは、フィルタ２１４を通過した検出電圧ＶＣＯＩＬ２にもとづいて、異常の有無を判定する。異常検出回路２４０ａは、フィルタ２１４の出力を第２しきい値ＶＴＨ２と比較する第２コンパレータ２５０と、第２しきい値ＶＴＨ２を生成する電圧源２４８を含む。異常検出回路２４０ａは、時定数回路２４６をさらに備えてもよい。 (Second Embodiment)
FIG. 7 is a block diagram of a power transmission device 200a according to the second embodiment. In this embodiment, the first voltage dividing circuit 206 is omitted, and the abnormality detection circuit 240a determines an abnormality based on the detection voltage V COIL2 of the second detection terminal COIL_IN2. The filter 214 is a low-pass filter or a band-pass filter and removes at least a high-frequency component of the detection voltage V COIL2 . The demodulator 212 demodulates the control signal S3 based on the output of the filter 214. The abnormality detection circuit 240a determines the presence / absence of an abnormality based on the detection voltage V COIL2 that has passed through the filter 214. Abnormality detecting circuit 240a includes a second comparator 250 for comparing the output of the filter 214 and the second threshold value V TH2, the voltage source 248 for generating a second threshold value V TH2. The abnormality detection circuit 240a may further include a time constant circuit 246.

第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、結合度の低下あるいは異物の近接を検出できる。   According to the second embodiment, as in the first embodiment, it is possible to detect a decrease in the degree of coupling or the proximity of a foreign object.

なお第２実施の形態において、異常検出回路２４０ａは、フィルタ２１４を通過する前の検出電圧ＶＣＯＩＬ２にもとづいて、異常の有無を判定してもよい。 In the second embodiment, the abnormality detection circuit 240a may determine whether there is an abnormality based on the detection voltage V COIL2 before passing through the filter 214.

（第３の実施の形態）
図８は、第３の実施の形態に係る送電装置２００ｂのブロック図である。Ａ／Ｄコンバータ２５２は、フィルタ２１４の出力電圧をデジタル信号Ｓ１３に変換する。異常検出回路２４０ｂはロジック回路２１１の一部であり、Ａ／Ｄコンバータ２５２の出力Ｓ１３にもとづいて異常を検出する。 (Third embodiment)
FIG. 8 is a block diagram of a power transmission device 200b according to the third embodiment. The A / D converter 252 converts the output voltage of the filter 214 into a digital signal S13. The abnormality detection circuit 240b is a part of the logic circuit 211, and detects an abnormality based on the output S13 of the A / D converter 252.

ロジック回路２１１のデジタル信号処理によって異常判定を行うことで、より複雑な処理が可能となり、判定精度を高めることができる。   By performing abnormality determination by digital signal processing of the logic circuit 211, more complicated processing can be performed, and determination accuracy can be improved.

なお第３実施の形態において、Ａ／Ｄコンバータ２５２は、フィルタ２１４を通過する前の検出電圧ＶＣＯＩＬ２をデジタル信号Ｓ１３に変換してもよい。 In the third embodiment, the A / D converter 252 may convert the detection voltage V COIL2 before passing through the filter 214 into the digital signal S13.

（第４の実施の形態）
図９は、第４の実施の形態に係る送電装置２００ｃのブロック図である。Ａ／Ｄコンバータ２５２ｃは、第１検出端子ＣＯＩＬ＿ＩＮ１の検出電圧ＶＣＯＩＬ１をデジタル信号Ｓ１３に変換し、異常検出回路２４０ｃは、Ａ／Ｄコンバータ２５２ｃの出力Ｓ１３にもとづいて異常を判定する。 (Fourth embodiment)
FIG. 9 is a block diagram of a power transmission device 200c according to the fourth embodiment. The A / D converter 252c converts the detection voltage V COIL1 at the first detection terminal COIL_IN1 into a digital signal S13, and the abnormality detection circuit 240c determines an abnormality based on the output S13 of the A / D converter 252c.

（第５の実施の形態）
図１０は、第５の実施の形態に係る送電装置２００ｄのブロック図である。第５の実施の形態では、コイル電圧ＶＣＯＩＬに加えて、コイル電流ＩＣＯＩＬが監視され、コイル電圧ＶＣＯＩＬおよびコイル電流ＩＣＯＩＬにもとづいて異常が検出される。電流センサ２０９は、コイル電流ＩＣＯＩＬを検出する。第２Ａ／Ｄコンバータ２５４は、電流センサ２０９からの電流検出値Ｓ１４をデジタル信号Ｓ１５に変換する。電流センサ２０９は、インバータ回路２０４に流れる電流を検出してもよい。 (Fifth embodiment)
FIG. 10 is a block diagram of a power transmission device 200d according to the fifth embodiment. In the fifth embodiment, in addition to the coil voltage V COIL, the coil current I COIL is monitored, an abnormality is detected on the basis of the coil voltage V COIL, and the coil current I COIL. The current sensor 209 detects the coil current I COIL . The second A / D converter 254 converts the current detection value S14 from the current sensor 209 into a digital signal S15. The current sensor 209 may detect a current flowing through the inverter circuit 204.

送電装置では、インバータ回路２０４に流れる電流ＩＩＮの測定値と電源電圧ＶＤＤの測定値の積を計算することにより、送信電力ＰＰＴが計算され、電流ＩＩＮを測定するためのハードウェアを備える。電流センサ２０９および第２Ａ／Ｄコンバータ２５４は、電流ＩＩＮの測定のためのハードウェアを流用してもよい。 In the power transmission apparatus, by calculating the product of the measured value of the current I IN flowing through the inverter circuit 204 and the measured value of the power supply voltage V DD , the transmission power P PT is calculated, and hardware for measuring the current I IN is installed. Prepare. The current sensor 209 and the second A / D converter 254 may use hardware for measuring the current I IN .

異常検出回路２４０ｄは、コイル電圧ＶＣＯＩＬを示すデジタル信号Ｓ１３と、コイル電流ＩＣＯＩＬを示すデジタル信号Ｓ１５を受ける。異常検出回路２４０ｄは、２つのデジタル信号Ｓ１３、Ｓ１５、言い換えれば、コイル電圧ＶＣＯＩＬおよびコイル電流ＩＣＯＩＬにもとづいて、異常を判定する。 Abnormality detection circuit 240d includes a digital signal S13 showing the coil voltage V COIL, receiving the digital signal S15 indicating the coil current I COIL. The abnormality detection circuit 240d determines abnormality based on the two digital signals S13 and S15, in other words, the coil voltage V COIL and the coil current I COIL .

たとえば、異常検出回路２４０ｄは、コイル電圧ＶＣＯＩＬ（デジタル信号Ｓ１３）が第１しきい値より大きく、かつコイル電流ＩＣＯＩＬ（デジタル信号Ｓ１５）が第３しきい値より小さい状態を検出すると、図５に一点鎖線で示すような、結合度Ｋの低下と判定してもよい。 For example, when the abnormality detection circuit 240d detects a state where the coil voltage V COIL (digital signal S13) is larger than the first threshold value and the coil current I COIL (digital signal S15) is smaller than the third threshold value, You may determine with the fall of the coupling | bonding degree K as shown by the dashed-dotted line in 5. FIG.

また異常検出回路２４０ｄは、コイル電圧ＶＣＯＩＬが第１しきい値より大きく、かつコイル電流ＩＣＯＩＬが第３しきい値より大きい状態を検出すると、図６に一点鎖線で示すような、異物の近接と判定してもよい。 Further, when the abnormality detection circuit 240d detects a state in which the coil voltage V COIL is larger than the first threshold value and the coil current I COIL is larger than the third threshold value, the abnormality detection circuit 240d may detect a foreign object as shown by a one-dot chain line in FIG. You may determine with proximity.

さらに異常検出回路２４０ｄは、コイル電圧ＶＣＯＩＬを第１しきい値より小さく規定された第４しきい値と比較する。そして、コイル電圧ＶＣＯＩＬが第４しきい値より小さく、かつコイル電流ＩＣＯＩＬが第３しきい値より大きい状態を検出すると、図６に破線で示す異物の近接と判定してもよい。 Further, the abnormality detection circuit 240d compares the coil voltage V COIL with a fourth threshold value defined to be smaller than the first threshold value. Then, when it is detected that the coil voltage V COIL is smaller than the fourth threshold value and the coil current I COIL is larger than the third threshold value, it may be determined that a foreign object is in proximity as indicated by a broken line in FIG.

このように、コイル電圧ＶＣＯＩＬとコイル電流ＩＣＯＩＬを監視することにより、異常の原因を区別することができる。さらに、異物によってコイル電圧ＶＣＯＩＬの振幅が小さくなる異常を検出可能となる。 Thus, the cause of the abnormality can be distinguished by monitoring the coil voltage V COIL and the coil current I COIL . Further, it is possible to detect an abnormality in which the amplitude of the coil voltage V COIL is reduced due to the foreign matter.

第５の実施の形態において、異常検出回路２４０ｄを、電圧コンパレータなどのアナログ回路で構成してもよい。   In the fifth embodiment, the abnormality detection circuit 240d may be configured by an analog circuit such as a voltage comparator.

（用途）
続いて送電装置２００の用途を説明する。図１１は、送電装置２００（ａ〜ｄ）を備える充電器４００を示す図である。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。給電対象の電子機器は、充電台４０４上に載置される。インバータ回路２０４や制御回路２１０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からの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。 (Use)
Next, the application of the power transmission device 200 will be described. FIG. 11 is a diagram illustrating a charger 400 including the power transmission devices 200 (a to d). The charger 400 charges the electronic device 500 including the power receiving device 300. The charger 400 includes a housing 402, a charging stand 404, and a circuit board 406. The electronic device to be fed is placed on the charging stand 404. The inverter circuit 204, the control circuit 210, and other circuit components are mounted on the circuit board 406. The transmission antenna 201 is laid out immediately below the charging stand 404. Charger 400 may receive a direct current voltage from AC / DC converter 410 or may incorporate an AC / DC converter. Alternatively, the charger 400 may be supplied with DC power from the outside via a bus having a power supply line such as a USB (Universal Serial Bus).

（変形例）
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。 (Modification)
The embodiments are exemplifications, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are within the scope of the present invention. . Hereinafter, such modifications will be described.

第１しきい値ＶＴＨ１（あるいは第２しきい値ＶＴＨ２）を複数、規定し、検出電圧を複数のしきい値と比較するようにしてもよい。 A plurality of first threshold values V TH1 (or second threshold values V TH2 ) may be defined, and the detection voltage may be compared with a plurality of threshold values.

実施の形態では、Ｑｉ規格について説明したが、本発明は将来策定されるであろうＱｉ規格の派生規格、あるいは別の規格にも適用可能である。   In the embodiments, the Qi standard has been described. However, the present invention can also be applied to a standard derived from the Qi standard that will be formulated in the future or another standard.

第１から第５の実施の形態は、任意に組み合わせることが可能である。また異常検出回路２４０による異常検出を、従来のパワーロスメソッドによる異常検出と併用してもよい。   The first to fifth embodiments can be arbitrarily combined. Further, abnormality detection by the abnormality detection circuit 240 may be used in combination with abnormality detection by a conventional power loss method.

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。   Although the present invention has been described using specific terms based on the embodiments, the embodiments only illustrate the principles and applications of the present invention, and the embodiments are defined in the claims. Many variations and modifications of the arrangement are permitted without departing from the spirit of the present invention.

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…共振キャパシタ、２０４…インバータ回路、２０６…第１分圧回路、２０８…第２分圧回路、２０９…電流センサ、２１０…制御回路、２１１…ロジック回路、２１２…復調器、２１４…フィルタ、２１６…電力制御部、２１８…ドライバ、２２４…変調器、２４０…異常検出回路、２４２…電圧源、２４４…第１コンパレータ、２４６…時定数回路、２４８…電圧源、２５０…第２コンパレータ、２５２…Ａ／Ｄコンバータ、２５４…第２Ａ／Ｄコンバータ、３００…受電装置、Ｓ１…駆動信号、Ｓ２…電力信号、Ｓ３…制御信号。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Power feeding system, 200 ... Power transmission apparatus, 201 ... Transmitting antenna, 202 ... Transmitting coil, 203 ... Resonance capacitor, 204 ... Inverter circuit, 206 ... First voltage dividing circuit, 208 ... Second voltage dividing circuit, 209 ... Current sensor , 210 ... control circuit, 211 ... logic circuit, 212 ... demodulator, 214 ... filter, 216 ... power control unit, 218 ... driver, 224 ... modulator, 240 ... abnormality detection circuit, 242 ... voltage source, 244 ... first Comparator, 246 ... time constant circuit, 248 ... voltage source, 250 ... second comparator, 252 ... A / D converter, 254 ... second A / D converter, 300 ... power receiving device, S1 ... drive signal, S2 ... power signal, S3 …Control signal.

Claims (28)

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、
直列に接続された送信コイルおよび共振キャパシタを含む送信アンテナと、
前記送信アンテナに交流の駆動信号を印加するインバータ回路と、
前記インバータ回路を制御する電力コントローラと、
前記送信コイルと前記共振キャパシタの接続ノードに生ずるコイル電圧に応じた検出電圧にもとづいて異常を検出する異常検出器と、
を備えることを特徴とするワイヤレス送電装置。 A wireless power transmitting device that transmits a power signal to a wireless power receiving device,
A transmitting antenna including a transmitting coil and a resonant capacitor connected in series;
An inverter circuit for applying an alternating drive signal to the transmitting antenna;
A power controller for controlling the inverter circuit;
An anomaly detector for detecting an anomaly based on a detection voltage corresponding to a coil voltage generated at a connection node between the transmission coil and the resonant capacitor;
A wireless power transmission apparatus comprising: 前記異常検出器は、前記検出電圧の振幅が第１しきい値を超えると、異常と判定する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。   The wireless power transmission device according to claim 1, wherein the abnormality detector determines that an abnormality occurs when an amplitude of the detection voltage exceeds a first threshold value. 前記異常検出器は、前記検出電圧を前記第１しきい値と比較する第１コンパレータを含む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。   The wireless power transmission apparatus according to claim 2, wherein the abnormality detector includes a first comparator that compares the detected voltage with the first threshold value. 前記異常検出器は、前記第１コンパレータの出力を受け、前記異常の有無を示す異常判定信号を出力する時定数回路をさらに含む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。   The wireless power transmission device according to claim 3, wherein the abnormality detector further includes a time constant circuit that receives an output of the first comparator and outputs an abnormality determination signal indicating the presence or absence of the abnormality. 前記第１しきい値は可変であることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載のワイヤレス送電装置。   The wireless power transmission apparatus according to claim 2, wherein the first threshold value is variable. 前記コイル電圧を分圧し、前記検出電圧を生成する第１分圧回路をさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のワイヤレス送電装置。   The wireless power transmission device according to claim 1, further comprising a first voltage dividing circuit that divides the coil voltage and generates the detection voltage. 前記送信コイルと前記共振キャパシタの接続ノードと接地の間に直列に設けられる第１抵抗および第２抵抗を含み、前記第１抵抗と前記第２抵抗の接続点の電圧が前記検出電圧である第２分圧回路と、
前記検出電圧を受けるフィルタと、
前記フィルタの出力信号にもとづいて、前記送信アンテナが前記ワイヤレス受電装置から受信した制御信号を復調する復調器と、
をさらに備え、
前記異常検出器は、前記フィルタの前記出力信号にもとづいて前記異常を検出する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。 A first resistor and a second resistor provided in series between a connection node of the transmission coil and the resonant capacitor and the ground; and a voltage at a connection point of the first resistor and the second resistor is the detection voltage. A voltage divider circuit,
A filter that receives the detection voltage;
A demodulator that demodulates the control signal received by the transmitting antenna from the wireless power receiver, based on the output signal of the filter;
Further comprising
The wireless power transmission device according to claim 1, wherein the abnormality detector detects the abnormality based on the output signal of the filter. 前記異常検出器は、前記フィルタの前記出力信号を第２しきい値と比較する第２コンパレータを含むことを特徴とする請求項７に記載のワイヤレス送電装置。   The wireless power transmission apparatus according to claim 7, wherein the abnormality detector includes a second comparator that compares the output signal of the filter with a second threshold value. 前記第２しきい値は可変であることを特徴とする請求項８に記載のワイヤレス送電装置。   The wireless power transmission apparatus according to claim 8, wherein the second threshold value is variable. 前記第２抵抗は可変抵抗であることを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載のワイヤレス送電装置。   The wireless power transmission device according to claim 7, wherein the second resistor is a variable resistor. 前記フィルタの前記出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータをさらに備え、
前記異常検出器は、前記Ａ／Ｄコンバータの出力にもとづいて前記異常を検出することを特徴とする請求項７に記載のワイヤレス送電装置。 An A / D converter for converting the output signal of the filter into a digital signal;
The wireless power transmission device according to claim 7, wherein the abnormality detector detects the abnormality based on an output of the A / D converter. 前記送信コイルに流れるコイル電流を検出する電流センサをさらに備え、
前記異常検出器は、前記コイル電圧および前記コイル電流にもとづいて、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。 A current sensor for detecting a coil current flowing through the transmission coil;
The wireless power transmission device according to claim 1, wherein the abnormality detector detects an abnormality based on the coil voltage and the coil current. 前記異常検出器は、前記コイル電流が第３しきい値より小さく、かつ前記検出電圧の振幅が、第１しきい値より小さく規定された第４しきい値より小さいときに、異常と判定することを特徴とする請求項１２に記載のワイヤレス送電装置。   The abnormality detector determines an abnormality when the coil current is smaller than a third threshold and the amplitude of the detection voltage is smaller than a fourth threshold defined smaller than the first threshold. The wireless power transmission apparatus according to claim 12. Ｑｉ規格に準拠す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。   The wireless power transmission apparatus according to claim 1, wherein the wireless power transmission apparatus conforms to a Qi standard. 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を備えることを特徴とする充電器。   A charger comprising the wireless power transmission device according to claim 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に使用される制御回路であって、
前記ワイヤレス送電装置は、前記制御回路に加えて、
直列に接続された送信コイルおよび共振キャパシタを含む送信アンテナと、
前記送信アンテナに交流の駆動信号を印加するインバータ回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記送信アンテナが前記ワイヤレス受電装置から受信した制御信号を復調する復調器と、
前記制御信号にもとづいて前記インバータ回路を制御する電力制御部と、
前記送信コイルと前記共振キャパシタの接続ノードに生ずるコイル電圧に応じた検出電圧にもとづいて、異常を検出する異常検出器と、
を備えることを特徴とする制御回路。 A control circuit used in a wireless power transmitting device that transmits a power signal to a wireless power receiving device,
In addition to the control circuit, the wireless power transmission device includes:
A transmitting antenna including a transmitting coil and a resonant capacitor connected in series;
An inverter circuit for applying an alternating drive signal to the transmitting antenna;
With
The control circuit includes:
A demodulator that demodulates the control signal received by the transmitting antenna from the wireless power receiver;
A power control unit for controlling the inverter circuit based on the control signal;
An abnormality detector that detects an abnormality based on a detection voltage corresponding to a coil voltage generated at a connection node between the transmission coil and the resonance capacitor;
A control circuit comprising: 前記異常検出器は、前記検出電圧の振幅が第１しきい値を超えると、前記異常と判定することを特徴とする請求項１６に記載の制御回路。   The control circuit according to claim 16, wherein the abnormality detector determines that the abnormality is present when an amplitude of the detection voltage exceeds a first threshold value. 前記異常検出器は、前記検出電圧を前記第１しきい値と比較する第１コンパレータを含むことを特徴とする請求項１７に記載の制御回路。   The control circuit according to claim 17, wherein the abnormality detector includes a first comparator that compares the detection voltage with the first threshold value. 前記異常検出器は、前記第１コンパレータの出力を受け、前記異常の有無を示す異常判定信号を出力する時定数回路をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の制御回路。   The control circuit according to claim 18, wherein the abnormality detector further includes a time constant circuit that receives the output of the first comparator and outputs an abnormality determination signal indicating the presence or absence of the abnormality. 前記コイル電圧を分圧する分圧回路が接続される第１検出端子をさらに備え、
前記異常検出器は、前記第１検出端子の電圧にもとづいて異常を検出することを特徴とする請求項１６から１９のいずれかに記載の制御回路。 A first detection terminal to which a voltage dividing circuit for dividing the coil voltage is connected;
The control circuit according to claim 16, wherein the abnormality detector detects an abnormality based on a voltage of the first detection terminal. 前記送信コイルと前記共振キャパシタの接続ノードと、第１キャパシタおよび第１抵抗を介して接続される第２検出端子と、
前記第２検出端子と接地端子の間に設けられる第２抵抗と、
前記第２検出端子の電圧を受けるフィルタと、
をさらに備え、
前記復調器は、前記フィルタの出力信号にもとづいて、前記送信アンテナが前記ワイヤレス受電装置から受信した制御信号を復調し、
前記異常検出器は、前記フィルタの前記出力信号にもとづいて前記異常を検出することを特徴とする請求項１６に記載の制御回路。 A connection node between the transmission coil and the resonant capacitor; a second detection terminal connected via a first capacitor and a first resistor;
A second resistor provided between the second detection terminal and the ground terminal;
A filter for receiving the voltage of the second detection terminal;
Further comprising
The demodulator demodulates a control signal received from the wireless power receiving device by the transmitting antenna based on an output signal of the filter,
The control circuit according to claim 16, wherein the abnormality detector detects the abnormality based on the output signal of the filter. 前記異常検出器は、前記フィルタの前記出力信号を第２しきい値と比較する第２コンパレータを含むことを特徴とする請求項２１に記載の制御回路。   The control circuit according to claim 21, wherein the abnormality detector includes a second comparator that compares the output signal of the filter with a second threshold value. 前記フィルタの前記出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータをさらに備え、
前記異常検出器は、前記Ａ／Ｄコンバータの出力にもとづいて前記異常を検出することを特徴とする請求項２１に記載の制御回路。 An A / D converter for converting the output signal of the filter into a digital signal;
The control circuit according to claim 21, wherein the abnormality detector detects the abnormality based on an output of the A / D converter. 前記異常検出器は、前記コイル電圧および前記送信コイルに流れるコイル電流にもとづいて、異常を検出することを特徴とする請求項１６から２３のいずれかに記載の制御回路。   The control circuit according to any one of claims 16 to 23, wherein the abnormality detector detects an abnormality based on the coil voltage and a coil current flowing through the transmission coil. 前記異常検出器は、前記コイル電流が第３しきい値より小さく、かつ前記検出電圧の振幅が、第１しきい値より小さく規定された第４しきい値より小さいときに、異常と判定することを特徴とする請求項２４に記載の制御回路。   The abnormality detector determines an abnormality when the coil current is smaller than a third threshold and the amplitude of the detection voltage is smaller than a fourth threshold defined smaller than the first threshold. 25. The control circuit according to claim 24. Ｑｉ規格に準拠することを特徴とする請求項１６から２５のいずれかに記載の制御回路。   The control circuit according to any one of claims 16 to 25, wherein the control circuit conforms to a Qi standard. ひとつの半導体基板に一体集積化されることを特徴とする請求項１６から２６のいずれかに記載の制御回路。   27. The control circuit according to claim 16, wherein the control circuit is integrated on one semiconductor substrate. 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よる異常検出方法であって、
前記ワイヤレス送電装置は、
直列に接続された送信コイルおよび共振キャパシタを含む送信アンテナと、
前記送信アンテナに交流の駆動信号を印加するインバータ回路と、
前記インバータ回路を制御する電力制御部と、
を備え、
前記異常検出方法は、
前記送信コイルと前記共振キャパシタの接続ノードに生ずるコイル電圧に応じた検出電圧を生成するステップと、
前記検出電圧にもとづいて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。 An abnormality detection method by a wireless power transmission device that transmits a power signal to a wireless power reception device,
The wireless power transmission device
A transmitting antenna including a transmitting coil and a resonant capacitor connected in series;
An inverter circuit for applying an alternating drive signal to the transmitting antenna;
A power control unit for controlling the inverter circuit;
With
The abnormality detection method is:
Generating a detection voltage according to a coil voltage generated at a connection node between the transmission coil and the resonance capacitor;
Detecting an abnormality based on the detection voltage;
An abnormality detection method comprising:
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