JP2021027712A - ワイヤレス受電装置のコントロール回路、電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の半導体チップや部品の発熱を制御する。【解決手段】ワイヤレス受電装置３００は、受信アンテナ３０１からのコイル電流ＩＣＯＩＬ（ＲＸ）を受け、充電回路５１０に安定化された直流の出力電圧ＶＯＵＴを供給する。整流回路４１０は、コイル電流ＩＣＯＩＬ（ＲＸ）を整流する。平滑コンデンサ３０４は、整流回路４１０の出力と接続される。レギュレータ４２０は、平滑コンデンサ３０４に生ずる整流電圧ＶＲＣＴを受け、所定の目標レベルＶＯＵＴ（ＲＥＦ）に安定化された出力電圧ＶＯＵＴを生成する。コントローラ４３０には、充電回路３１０の充電電流ＩＣＨＧの量と出力電圧ＶＯＵＴの目標レベルＶＯＵＴ（ＲＥＦ）の関係である電流−電圧特性が定められており、充電電流ＩＣＨＧの量に応じて目標レベルＶＯＵＴ（ＲＥＦ）を設定する。【選択図】図２

Description

本発明は、ワイヤレス給電技術に関する。

近年、電子機器に電力を供給するために、無接点電力伝送（非接触給電、ワイヤレス給電ともいう）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規格に準拠したワイヤレス給電システムでは、ワイヤレス受電装置（レシーバ）とワイヤレス送電装置（トランスミッタ）の間の通信によって、給電される電力が制御可能となっている。今後はＱｉ規格に限らずに、受電装置からの指令により給電電力が制御可能なシステムが普及するものと考えられる。

ワイヤレス受電装置は、安定化された直流電圧を生成し、充電回路に供給する。充電回路は、ワイヤレス受電装置の出力電圧を受け、バッテリを充電する。ここで、ワイヤレス充電装置に接続される充電回路は、製品（あるいはプラットフォーム）ごとにさまざまである。たとえば、ある製品では、ワイヤレス受電装置は、充電電流が２Ａの充電回路と組み合わせて使用され、別の製品では、ワイヤレス受電装置は、充電電流が５Ａの充電回路と組み合わせて使用される。

従来では、バッテリーに安定した電力を供給することに主眼を置いて、ワイヤレス受電装置が設計されており、熱的な配慮がなされていなかった。

本発明は係る状況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、複数の半導体チップや部品の発熱を制御することにある。

本発明のある態様は、受信アンテナからのコイル電流を受け、２次電池を充電する充電回路に安定化された直流の出力電圧を供給するワイヤレス受電装置のコントロール回路に関する。コントロール回路は、コイル電流を整流する整流回路と、整流回路の出力と接続された平滑コンデンサと、平滑コンデンサに生ずる整流電圧を受け、所定の目標レベルに安定化された出力電圧を生成するレギュレータと、充電回路の充電電流の量と出力電圧の目標レベルの関係である電流−電圧特性が定められており、充電電流の量に応じて目標レベルを設定するコントローラと、を備える。

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、複数の半導体チップや部品の発熱を設計できる。

比較技術に係るワイヤレス給電システムを示す回路図である。 実施の形態に係るコントロール回路を備えるワイヤレス給電システムのブロック図である。 図３（ａ）、（ｂ）は、出力電圧Ｖ_ＯＵＴと消費電力の関係を示す図である。 変形例４に係るコントロール回路の回路図である。

（実施の形態の概要）
本明細書に開示される一実施の形態は、ワイヤレス受電装置のコントロール回路に関する。ワイヤレス受電装置は、受信アンテナからのコイル電流を受け、２次電池を充電する充電回路に安定化された直流の出力電圧を供給する。コントロール回路は、コイル電流を整流する整流回路と、整流回路の出力と接続された平滑コンデンサと、平滑コンデンサに生ずる整流電圧を受け、所定の目標レベルに安定化された出力電圧を生成するレギュレータと、充電回路の充電電流の量と出力電圧の目標レベルの関係である電流−電圧特性が定められており、充電電流の量に応じて目標レベルを設定するコントローラと、を備える。

この実施の形態によれば、電流−電圧特性に応じて、受信アンテナ、コントロール回路、充電回路の発熱量を設計することができる。

電流−電圧特性は、充電電流の量にかかわらず、受信アンテナの消費電力、コントロール回路の消費電力、充電回路の消費電力が所定の関係を満たすように規定されていてもよい。

電流−電圧特性は、充電電流の量にかかわらず、受信アンテナの消費電力、コントロール回路の消費電力、充電回路の消費電力の合計が最小となるように規定されてもよい。

電流−電圧特性は、充電電流の量にかかわらず、受信アンテナの消費電力とコントロール回路の消費電力の合計と、充電回路の消費電力とがバランスするように規定されていてもよい。

コントロール回路は、レギュレータの出力電流の量を検出する電流検出回路をさらに備え、コントローラは、出力電流の量に応じて、目標レベルを設定してもよい。

コントロール回路は、充電回路の充電電流の量の設定値を受信するインタフェース回路をさらに備えてもよい。コントロール回路は、充電電流の量の設定値を保持するレジスタをさらに備えてもよい。

コントロール回路は、Ｑｉ規格に準拠していてもよい。

（実施の形態）
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。

（比較技術）
はじめに、ワイヤレス給電システムにおける問題点を明確化するため、本発明者らが事前に検討した比較技術について説明する。

図１は、比較技術に係るワイヤレス給電システムを示す回路図である。ワイヤレス給電システム１ｒは、ワイヤレス送電装置２と、ワイヤレス受電装置３ｒを備える。

ワイヤレス送電装置２は、送信コイル７、ドライバ８、コントローラ９を備える。ドライバ８は、送信コイル７に交流のコイル電流Ｉ_ＴＸを発生させる。送信コイル７からは、コイル電流Ｉ_ＴＸに応じた電力信号Ｓ１が送信される。

このワイヤレス給電システム１ｒでは、ワイヤレス送電装置２からの送信電力が、ワイヤレス受電装置３からの制御指令に応じて制御可能となっている。このようなシステムとしては、Ｑｉ（チー）規格に準拠した給電システムが例示されるが、本発明はそれには限定されない。

コントローラ９は、後述するようにワイヤレス受電装置３ｒからの制御指令Ｓ２にもとづいて、ドライバ８が制御し、送信コイル７に流れる電流Ｉ_ＴＸの振幅を調節し、電力信号Ｓ１の強度すなわち給電電力を調節する。

ワイヤレス受電装置３ｒは、２次電池４、充電回路５、受信アンテナ６、コントロール回路１０を備える。

受信アンテナ６は、ワイヤレス送電装置２の送信コイル７からの電力信号Ｓ１を受け、それに応じた交流のコイル電流Ｉ_ＲＸを発生させる。コントロール回路３００ｒは、コイル電流Ｉ_ＲＸを受け、それを整流し、所定レベルに安定化された直流の出力電圧Ｖ_ＯＵＴを生成するコントロール回路１０は、整流回路１２、平滑コンデンサ１４、リニアレギュレータ（LDO:Low Drop Output）１６、コントローラ１８を含む。整流回路１２、リニアレギュレータ１６、コントローラ１８はひとつの半導体基板に機能ＩＣ（Integrated Circuit）として集積化され、平滑コンデンサ１４は、機能ＩＣに外付けされる。

整流回路１２は、コイル電流Ｉ_ＲＸを整流する。整流回路１２は、ダイオードブリッジ回路であってもよいし、トランジスタを含むＨブリッジ回路（同期整流回路）であってもよい。平滑コンデンサ１４は、整流回路１２の出力と接続され、整流回路１２の出力電圧を平滑化する。リニアレギュレータ１６は、平滑コンデンサ１４に生ずる直流電圧（整流電圧という）Ｖ_ＲＥＣＴを受け、所定の目標レベルに安定化された出力電圧Ｖ_ＯＵＴを生成する。

コントローラ１８は、ワイヤレス送電装置２のコントローラ９に対して、ワイヤレス送電装置２が送信すべき電力を指示する制御指令Ｓ２を生成する。たとえばＱｉ規格では、制御指令Ｓ２は、コントロールエラー（ＣＥ）パケットと称され、整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴとその目標電圧Ｖ_{ＲＥＣＴ（ＲＥＦ）}との誤差を表す。目標電圧Ｖ_{ＲＥＣＴ（ＲＥＦ）}は、ＤＰ（Desired Point）と表記される。ＣＥパケットが、ワイヤレス送電装置２に送信されると、ワイヤレス送電装置２は、ＣＥパケットがゼロに近づくように、送信電力をフィードバック制御する。

充電回路５の充電電流Ｉ_ＣＨＧは、ワイヤレス受電装置３ｒが搭載される機器やプラットフォームによってさまざまである。充電電流Ｉ_ＣＨＧは、いわゆるＣＣ（Constant Current）モードにおける充電電流Ｉ_ＣＨＧの目標値であり、あるプラットフォームでは、充電電流Ｉ_ＣＨＧは２Ａであり、別のプラットフォームでは５Ａに設定される。

従来、出力電圧Ｖ_ＯＵＴの目標電圧Ｖ_{ＯＵＴ（ＲＥＦ）}は、充電回路５の充電電流Ｉ_ＣＨＧとは無関係に設定されていた。そのため、ある充電電流Ｉ_ＣＨＧのプラットフォームでは、コントロール回路１０の発熱が大きく、別の充電電流Ｉ_ＣＨＧのプラットフォームでは、充電回路５の発熱が大きいという状況が発生する。

あるいは、ある充電電流Ｉ_ＣＨＧのプラットフォームでは、トータルの発熱量が小さいが、別の充電電流Ｉ_ＣＨＧのプラットフォームでは、トータルの発熱量が大きいという状況が生ずる。

以下では、比較技術において生ずる課題の少なくともひとつを解決可能な、実施の形態に係るコントロール回路について説明する。

図２は、実施の形態に係るコントロール回路４００を備えるワイヤレス給電システム１００のブロック図である。ワイヤレス給電システム１００は、Ｑｉ規格に準拠している。

ワイヤレス給電システム１００は、ワイヤレス送電装置２００と電子機器５００を備える。ワイヤレス送電装置２００は、電子機器５００にワイヤレス電力信号Ｓ１を送信する。ワイヤレス送電装置２００は、送信アンテナ２０１、コントローラ２１０、ドライバ２２０、復調器２３０を備える。

送信アンテナ２０１は、直列に接続される送信コイル２０２および共振キャパシタ２０３を含む。ドライバ２２０は、送信アンテナ２０１に交流の駆動電圧を印加し、電力信号Ｓ１を発生させる。

電子機器５００からワイヤレス送電装置２００には、制御信号（制御パケット）Ｓ２が送信可能である。復調器２３０は、送信アンテナ２０１の電気的状態にもとづいて、制御信号Ｓ２を復調する。復調器２３０が復調した信号Ｓ３には、電子機器５００が要求する電力を示すパケット（Ｑｉ規格におけるＣＥパケット）が含まれる。

コントローラ２１０は、ＣＥパケットにもとづいて、ドライバ２２０の周波数やデューティ比、スイッチングの位相の少なくともひとつを変化させ、ワイヤレス電力信号Ｓ１の電力（送信電力）を制御する。以上がワイヤレス送電装置２００の構成である。

電子機器５００は、ワイヤレス受電装置３００、充電回路５１０、２次電池５２０を備える。ワイヤレス受電装置３００は、ワイヤレス送電装置２００からのワイヤレス電力信号Ｓ１を受信し、所定の電圧レベルＶ_{ＯＵＴ（ＲＥＦ）}に安定化された直流の出力電圧Ｖ_ＯＵＴを生成し、充電回路５１０に供給する。

充電回路５１０は、出力電圧Ｖ_ＯＵＴを受け、２次電池５２０を充電する。２次電池５２０は電子機器５００の電源であり、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴは、電子機器５００が内蔵する電子部品に供給される。充電回路５１０の構成は特に限定されず、公知の回路を用いることができる。

ワイヤレス受電装置３００は、受信アンテナ３０１、平滑キャパシタ３０４およびコントロール回路４００を備える。受信アンテナ３０１は、直列に接続される受信コイル３０２および共振キャパシタ３０３を含む。受信アンテナ３０１は、コントロール回路４００の交流端子ＡＣ１，ＡＣ２に接続される。

コントロール回路４００は、整流回路４１０、レギュレータ４２０、コントローラ４３０、変調器４４０を備え、ひとつの半導体基板に集積化された機能ＩＣ（Integrated Circuit）である。

整流回路４１０は、受信アンテナ３０１に流れるコイル電流Ｉ_{ＣＯＩＬ（ＲＸ）}を整流し、整流（ＲＣＴ）端子に出力する。ＲＣＴ端子には、外付けの平滑キャパシタ３０４が接続されており、ＲＣＴ端子には直流電圧（整流電圧という）Ｖ_ＲＣＴが発生する。

レギュレータ４２０は、リニアレギュレータ（ＬＤＯ：Low Drop Output）であり、整流電圧Ｖ_ＲＣＴを受け、所定の目標レベルＶ_{ＯＵＴ（ＲＥＦ）}に安定された出力電圧Ｖ_ＯＵＴを生成し、出力（ＯＵＴ）端子に接続される充電回路５１０に供給する。

コントローラ４３０は、パケット生成部４３２および出力電圧設定部４３４を含む。コントローラ４３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro-Processing Unit）などのプロセッサと、それが実行するソフトウェアプログラムの組み合わせで実装してもよい。あるいはコントローラ４３０は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などのハードウェアロジックで実装してもよい。コントローラ４３０の機能の一部あるいは全部は、コントロール回路４００の外部のマイクロコントローラに実装してもよい。

パケット生成部４３２は、整流電圧Ｖ_ＲＣＴがその目標レベルＶ_{ＲＣＴ（ＲＥＦ）}に近づくように、制御パケットＳ４を生成する。Ｑｉ規格では、目標レベルＶ_{ＲＣＴ（ＲＥＦ）}はＤＰ（Desired Point）と称され、この制御パケットＳ４は、整流電圧Ｖ_ＲＣＴと目標レベルＶ_{ＲＣＴ（ＲＥＦ）}の誤差を示すＣＥパケットである。変調器４４０は制御パケットＳ４にもとづいて受信アンテナ３０１のインピーダンス（共振周波数）を変化させ、コイル電流Ｉ_{ＣＯＩＬ（ＲＸ）}を振幅変調する。これにより制御信号Ｓ２が受信アンテナ３０１から送信コイル２０２に送信される。

本実施の形態において、コントロール回路４００には、充電回路５１０の充電電流Ｉ_ＣＨＧの量と、出力電圧Ｖ_ＯＵＴの目標レベルＶ_{ＯＵＴ（ＲＥＦ）}の関係（電流−電圧特性４３６という）が予め規定されている。この電流−電圧特性４３６は、ルックアップテーブルの形式で出力電圧設定部４３４に保持しておいてもよいし、その関係式Ｖ_{ＯＵＴ（ＲＥＦ）}＝Ｆ（Ｉ_ＣＨＧ）の近似式を出力電圧設定部４３４に保持しておいてもよい。この充電電流Ｉ_ＣＨＧは、瞬時値ではなく、充電回路５１０の充電量の典型値（定格値）であり、電子機器５００において固有の量である。

出力電圧設定部４３４は、充電電流Ｉ_ＣＨＧの量に応じて、レギュレータ４２０の目標レベルＶ_{ＯＵＴ（ＲＥＦ）}を設定する。また、整流電圧Ｖ_ＲＣＴの目標値Ｖ_{ＲＣＴ（ＲＥＦ）}も、レギュレータ４２０の目標レベルＶ_{ＯＵＴ（ＲＥＦ）}と連動して設定される。たとえばＶ_{ＲＣＴ（ＲＥＦ）}は、Ｖ_{ＯＵＴ（ＲＥＦ）}との間に以下の関係を満たすように決めてもよい。
Ｖ_{ＲＣＴ（ＲＥＦ）}＝Ｖ_{ＯＵＴ（ＲＥＦ）}＋ΔＶ_ＬＤＯ …（１）
ΔＶ_ＬＤＯは、レギュレータ４２０の電流Ｉ_ＯＵＴが最大となったときの、レギュレータ４２０の入力ＩＮと出力ＯＵＴ間の電圧降下であり、たとえば０．１Ｖ程度である。

充電電流Ｉ_ＣＨＧの量を示すデータを、コントロール回路４００の起動時に、コントロール回路４００に外部から送信するようにしてもよい。コントロール回路４００は、受信したデータにもとづいて、充電電流Ｉ_ＣＨＧを判定し、それに応じた出力電圧Ｖ_ＯＵＴの目標値Ｖ_{ＯＵＴ（ＲＥＦ）}を設定してもよい。

コントロール回路４００は、レギュレータ４２０に流れる電流Ｉ_ＯＵＴを検出する電流検出回路４２２をさらに備える。Ｉ_ＯＵＴ≒Ｉ_ＣＨＧの関係が成り立つから、出力電圧設定部４３４は、電流検出回路４２２の検出結果にもとづいて、充電電流Ｉ_ＣＨＧの量（典型値）を取得し、それに応じた出力電圧Ｖ_ＯＵＴの目標値Ｖ_{ＯＵＴ（ＲＥＦ）}を設定してもよい。

続いて、充電電流量Ｉ_ＣＨＧと出力電圧Ｖ_ＯＵＴの目標値Ｖ_{ＯＵＴ（ＲＥＦ）}の電流−電圧特性４３６について説明する。本実施の形態では、電流−電圧特性を、受信アンテナ３０１、コントロール回路４００、充電回路５１０それぞれの消費電力Ｐ_ＡＮＴ、Ｐ_ＲＸ、Ｐ_ＣＨＧにもとづいて決定する。

受信アンテナ３０１の消費電力Ｐ_ＡＮＴは式（２）で表される。
Ｐ_ＡＮＴ＝Ｒ_ＡＮＴ×Ｉ_{ＣＯＩＬ（ＲＸ）} ^２ …（２）
Ｒ_ＡＮＴはアンテナの抵抗成分である。

コントロール回路４００の消費電力Ｐ_ＲＸは式（３）で表される。
Ｐ_ＲＸ＝Ｐ_ＲＣＴ＋Ｐ_ＬＤＯ …（３）
Ｐ_ＲＣＴは整流回路４１０の損失、Ｐ_ＬＤＯはレギュレータ４２０の損失であり、それぞれ式（４）、（５）で表される。
Ｐ_ＲＣＴ＝Ｒ_ＲＣＴ×Ｉ_ＯＵＴ ^２ …（４）
Ｐ_ＬＤＯ＝Ｉ_ＯＵＴ×ΔＶ_ＬＤＯ …（５）
Ｒ_ＲＣＴは、整流回路４１０の抵抗成分である。

充電回路５１０は、スイッチングコンバータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）で構成されるのが一般的であり、その効率ηは、充電電流Ｉ_ＣＨＧと、充電回路５１０への入力電圧（すなわちコントロール回路４００の出力電圧Ｖ_ＯＵＴ）に依存する。効率ηは、充電回路５１０のスペックシートに開示されている場合が多く、あるいはそれが入手できない場合、実測すればよい。

充電回路５１０の効率ηを、η（Ｖ_ＯＵＴ，Ｉ_ＣＨＧ）と表記する。充電回路５１０の消費電力Ｐ_ＣＨＧは、式（６）で表される。
Ｐ_ＣＨＧ＝（Ｖ_ＢＡＴ×Ｉ_ＣＨＧ）×（１−η）／η …（６）
（Ｖ_ＢＡＴ×Ｉ_ＣＨＧ）は充電回路５１０の出力電力である。

充電回路５１０の入力電力、すなわちレギュレータ４２０の出力電力は、（Ｖ_ＢＡＴ×Ｉ_ＣＨＧ）／ηである。レギュレータ４２０の出力電流Ｉ_ＯＵＴは、式（７）となる。
Ｉ_ＯＵＴ＝（Ｖ_ＢＡＴ×Ｉ_ＣＨＧ）／η／Ｖ_ＯＵＴ …（７）

Ｉ_ＣＨＧ＝２Ａ、Ｖ_ＢＡＴ＝３．８Ｖと仮定して、各回路ごとの損失を計算する。Ｒ_ＡＮＴ＝１００ｍΩ、Ｒ_ＲＣＴ＝１００ｍΩである。充電回路５１０の効率ηは、Ｖ_ＯＵＴ＝５Ｖのとき９４％、Ｖ_ＯＵＴ＝９Ｖのとき９２％、Ｖ_ＯＵＴ＝１２Ｖのとき９０％であると仮定する。またコイル電流Ｉ_{ＣＯＩＬ（ＲＸ）}は、Ｉ_ＯＵＴと実質的に等しいとみなすこととする。

（i） Ｖ_ＯＵＴ＝５Ｖのとき
式（７）から、出力電流Ｉ_ＯＵＴは、１．６２Ａとなる。
Ｉ_ＯＵＴ＝Ｉ_{ＣＯＩＬ（ＲＸ）}＝３．８Ｖ×２Ａ／０．９４／５Ｖ＝１．６２Ａ
受信アンテナ３０１の損失Ｐ_ＡＮＴは、式（２）から、０．２６Ｗとなる。
Ｐ_ＡＮＴ＝０．１Ω×（１．６２Ａ）^２＝０．２６Ｗ
整流回路４１０の損失Ｐ_ＲＣＴは、式（４）から、０．２６Ｗとなる。
Ｐ_ＲＣＴ＝０．１Ω×（１．６２Ａ）^２＝０．２６Ｗ
レギュレータ４２０の損失Ｐ_ＬＤＯは、式（５）から、０．１６Ｗとなる。
Ｐ_ＬＤＯ＝０．１Ｖ×１．６２Ａ＝０．１６Ｗ
充電回路５１０の損失Ｐ_ＣＨＧは、式（６）から、０．４９Ｗとなる。
Ｐ_ＣＨＧ＝３．８Ｖ×２Ａ×（１−０．９４）／０．９４＝０．４９Ｗ

（ii） Ｖ_ＯＵＴ＝９Ｖのとき
式（７）から、出力電流Ｉ_ＯＵＴは、０．９２Ａとなる。
Ｉ_ＯＵＴ＝Ｉ_{ＣＯＩＬ（ＲＸ）}＝３．８Ｖ×２Ａ／０．９２／９Ｖ＝０．９２Ａ
受信アンテナ３０１の損失Ｐ_ＡＮＴは、式（２）から、０．０８５Ｗとなる。
Ｐ_ＡＮＴ＝０．１Ω×（０．９２Ａ）^２＝０．０８５Ｗ
整流回路４１０の損失Ｐ_ＲＣＴは、式（４）から、０．０８５Ｗとなる。
Ｐ_ＲＣＴ＝０．１Ω×（０．９２Ａ）^２＝０．０８５Ｗ
レギュレータ４２０の損失Ｐ_ＬＤＯは、式（５）から、０．０９２Ｗとなる。
Ｐ_ＬＤＯ＝０．１Ｖ×０．９２Ａ＝０．０９２Ｗ
充電回路５１０の損失Ｐ_ＣＨＧは、式（６）から、０．６６Ｗとなる。
Ｐ_ＣＨＧ＝３．８Ｖ×２Ａ×（１−０．９２）／０．９２＝０．６６Ｗ

（iii） Ｖ_ＯＵＴ＝１２Ｖのとき
式（７）から、出力電流Ｉ_ＯＵＴは、０．７０Ａとなる。
Ｉ_ＯＵＴ＝Ｉ_{ＣＯＩＬ（ＲＸ）}＝３．８Ｖ×２Ａ／０．９０／１２Ｖ＝０．７０Ａ
受信アンテナ３０１の損失Ｐ_ＡＮＴは、式（２）から、４９ｍＷとなる。
Ｐ_ＡＮＴ＝０．１Ω×（０．７０Ａ）^２＝０．０４９Ｗ
整流回路４１０の損失Ｐ_ＲＣＴは、式（４）から、４９ｍＷとなる。
Ｐ_ＲＣＴ＝０．１Ω×（０．７０Ａ）^２＝０．０４９Ｗ
レギュレータ４２０の損失Ｐ_ＬＤＯは、式（５）から、７０ｍＷとなる。
Ｐ_ＬＤＯ＝０．１Ｖ×０．７０Ａ＝０．０７０Ｗ
充電回路５１０の損失Ｐ_ＣＨＧは、式（６）から、０．８４Ｗとなる。
Ｐ_ＣＨＧ＝３．８Ｖ×２Ａ×（１−０．９０）／０．９＝０．８４Ｗ

充電電流Ｉ_ＣＨＧが２Ａ以外の量である場合にも、各部における消費電力を同様に計算することができる。なお、充電回路５１０の効率は、充電電流Ｉ_ＣＨＧに依存することに留意されたい。

充電電流Ｉ_ＣＨＧ＝５Ａのときの充電回路５１０の効率ηは、Ｖ_ＯＵＴ＝５Ｖのとき９０％、Ｖ_ＯＵＴ＝９Ｖのとき８９％、Ｖ_ＯＵＴ＝１２Ｖのとき８８％であると仮定する。この場合、各電圧における消費電力は以下の通りである。
（i） Ｖ_ＯＵＴ＝５Ｖのとき
Ｉ_ＯＵＴ＝Ｉ_{ＣＯＩＬ（ＲＸ）}＝３．８Ｖ×５Ａ／０．９０／５Ｖ＝４．２Ａ
Ｐ_ＡＮＴ＝０．１Ω×（４．２Ａ）^２＝１．７６Ｗ
Ｐ_ＲＣＴ＝０．１Ω×（４．２Ａ）^２＝１．７６Ｗ
Ｐ_ＬＤＯ＝０．１Ｖ×４．２Ａ＝０．４２Ｗ
Ｐ_ＣＨＧ＝３．８Ｖ×５Ａ×（１−０．９０）／０．９＝２．１Ｗ

（ii） Ｖ_ＯＵＴ＝９Ｖのとき
Ｉ_ＯＵＴ＝Ｉ_{ＣＯＩＬ（ＲＸ）}＝３．８Ｖ×５Ａ／０．８９／９Ｖ＝２．３７Ａ
Ｐ_ＡＮＴ＝０．１Ω×（２．３７Ａ）^２＝０．５６Ｗ
Ｐ_ＲＣＴ＝０．１Ω×（２．３７Ａ）^２＝０．５６Ｗ
Ｐ_ＬＤＯ＝０．１Ｖ×２．３７Ａ＝０．２３７Ｗ
Ｐ_ＣＨＧ＝３．８Ｖ×５Ａ×（１−０．８９）／０．８９＝２．３５Ｗ

（iii） Ｖ_ＯＵＴ＝１２Ｖのとき
Ｉ_ＯＵＴ＝Ｉ_{ＣＯＩＬ（ＲＸ）}＝３．８Ｖ×５Ａ／０．８８／１２Ｖ＝１．８０Ａ
Ｐ_ＡＮＴ＝０．１Ω×（１．８０Ａ）^２＝０．３２４Ｗ
Ｐ_ＲＣＴ＝０．１Ω×（１．８０Ａ）^２＝０．３２４Ｗ
Ｐ_ＬＤＯ＝０．１Ｖ×１．８０Ａ＝０．１８０Ｗ
Ｐ_ＣＨＧ＝３．８Ｖ×５Ａ×（１−０．８８）／０．８８＝２．５９Ｗ

図３（ａ）、（ｂ）は、出力電圧Ｖ_ＯＵＴと消費電力の関係を示す図である。図３（ａ）には、Ｉ_ＣＨＧ＝２Ａのときの、図３（ｂ）には、Ｉ_ＣＨＧ＝５Ａのときの、消費電力が示される。各図には、ワイヤレス受電装置３００全体の消費電力Ｐ_{ＴＯＴＡＬ}、受信アンテナ３０１とコントロール回路４００の消費電力の合計Ｐ_ＡＮＴ＋Ｐ_ＲＸ、充電回路５１０の消費電力Ｐ_ＣＨＧが示される。

出力電圧設定部４３４に規定される電流−電圧特性は、充電電流Ｉ_ＣＨＧの量にかかわらず、受信アンテナ３０１の消費電力Ｐ_ＡＮＴ、コントロール回路４００の消費電力Ｐ_ＲＸ、充電回路５１０の消費電力Ｐ_ＣＨＧが所定の関係を満たすように規定される。

たとえば電流−電圧特性４３６は、受信アンテナの消費電力Ｐ_ＡＮＴ、コントロール回路４００の消費電力Ｐ_ＲＸ、充電回路５１０の消費電力Ｐ_ＣＨＧの合計Ｐ_{ＴＯＴＡＬ}が最小となるように規定される。たとえば図３（ａ）、（ｂ）の場合、Ｉ_ＣＨＧ＝２Ａのとき、Ｖ_ＯＵＴ＝９Ｖ、Ｉ_ＣＨＧ＝５Ａのとき、Ｖ_ＯＵＴ＝１２Ｖとなるように、電流−電圧特性４３６が規定される。充電回路５１０が、Ｉ_ＣＨＧ＝２Ａ，５Ａ以外の電流量をサポートする場合、その他の電流量についても、出力電圧Ｖ_ＯＵＴの目標値Ｖ_{ＯＵＴ（ＲＥＦ）}が規定される。

以上がワイヤレス受電装置３００の動作である。続いてその利点を説明する。このワイヤレス受電装置３００によれば、受信アンテナ３０１、コントロール回路４００、充電回路５１０それぞれの消費電力、言い換えれば発熱量を、設計することができる。

特に、充電電流Ｉ_ＣＨＧによらずに、合計電力Ｐ_{ＴＯＴＡＬ}が最小となるような動作点（出力電圧Ｖ_ＯＵＴ）で動作するように、電流−電圧特性４３６を規定することにより、電子機器５００の発熱を抑制することができる。

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この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、こうした変形例について説明する。

（変形例１）
電流−電圧特性４３６の決め方にはさまざまな変形例が存在する。電流−電圧特性４３６は、受信アンテナの消費電力Ｐ_ＡＮＴ、コントロール回路４００の消費電力Ｐ_ＲＸの合計Ｐ_ＡＮＴ＋Ｐ_ＲＸと、充電回路５１０の消費電力Ｐ_ＣＨＧとがバランスするように、言い換えれば差分が小さくなるように規定してもよい。たとえば図３（ａ）、（ｂ）の場合、Ｉ_ＣＨＧ＝２Ａのとき、Ｖ_ＯＵＴ＝５Ｖ、Ｉ_ＣＨＧ＝５Ａのとき、Ｖ_ＯＵＴ＝９Ｖとなるように、電流−電圧特性４３６が規定される。

この場合、ワイヤレス受電装置３００の発熱量と、充電回路５１０の発熱量を等しくできるため、電子機器５００の一部分が局所的に発熱するような状況を回避できる。

（変形例２）
ある充電電流Ｉ_ＣＨＧ（たとえば２Ａ）では、コントロール回路４００の消費電力Ｐ_ＲＸの合計Ｐ_ＡＮＴ＋Ｐ_ＲＸと、充電回路５１０の消費電力Ｐ_ＣＨＧとがバランスし、別の充電電流Ｉ_ＣＨＧ（たとえば５Ａ）では、トータルの消費電力Ｐ_{ＴＯＴＡＬ}が最小となるように、電流−電圧特性４３６を規定してもよい。

（変形例３）
コントロール回路４００や充電回路５１０が実装されるプリント基板の放熱性を考慮して、電流−電圧特性４３６を規定してもよい。具体的には、放熱性が良好な領域に実装される部品の消費電力が大きくなるように、電流−電圧特性４３６を規定してもよい。たとえば、充電回路５１０の近傍の放熱性が良好であり、コントロール回路４００の近傍の放熱性が劣っている場合、充電回路５１０の消費電力の方が大きくなるように、電流−電圧特性４３６を規定することができる。

（変形例４）
図４は、変形例４に係るコントロール回路４００Ａの回路図である。コントロール回路４００Ａは、インタフェース回路４５０を備える。インタフェース回路４５０は、外部のホストプロセッサ５３０から、充電回路５１０の充電電流Ｉ_ＣＨＧの設定値を指示するデータを受信し、レジスタ４５２に格納する。コントローラ４３０はレジスタ４５２に格納された設定値にもとづいて、出力電圧Ｖ_ＯＵＴの目標値Ｖ_{ＯＵＴ（ＲＥＦ）}を選択する。

実施の形態では、Ｑｉ規格に準拠する受電装置について説明したが、本発明はそれに限定されず、将来策定されるであろう規格に準拠する受電装置にも適用しうる。

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 ワイヤレス給電システム
２００ ワイヤレス送電装置
２０１ 送信アンテナ
２０２ 送信コイル
２０３ 共振キャパシタ
２１０ コントローラ
２２０ ドライバ
２３０ 復調器
３００ ワイヤレス受電装置
３０１ 受信アンテナ
３０２ 受信コイル
３０３ 共振キャパシタ
３０４ 平滑キャパシタ
４００ コントロール回路
４１０ 整流回路
４２０ レギュレータ
４２２ 電流検出回路
４３０ コントローラ
４３２ パケット生成部
４３４ 出力電圧設定部
４３６ 電流−電圧特性
４４０ 変調器
４５０ インタフェース回路
５００ 電子機器
５２０ ２次電池
５１０ 充電回路
Ｓ１ ワイヤレス電力信号
Ｓ２ 制御指令

Claims (9)

1. 受信アンテナからのコイル電流を受け、２次電池を充電する充電回路に安定化された直流の出力電圧を供給するワイヤレス受電装置のコントロール回路であって、
   前記コイル電流を整流する整流回路と、
   前記整流回路の出力と接続された平滑コンデンサと、
   前記平滑コンデンサに生ずる整流電圧を受け、所定の目標レベルに安定化された前記出力電圧を生成するレギュレータと、
   前記充電回路の充電電流の量と前記出力電圧の前記目標レベルの関係である電流−電圧特性が定められており、前記充電電流の量に応じて前記目標レベルを設定するコントローラと、
   を備えることを特徴とするコントロール回路。
2. 前記電流−電圧特性は、前記充電電流の量にかかわらず、前記受信アンテナの消費電力、前記コントロール回路の消費電力、前記充電回路の消費電力が所定の関係を満たすように規定されていることを特徴とする請求項１に記載のコントロール回路。
3. 前記電流−電圧特性は、前記充電電流の量にかかわらず、前記受信アンテナの消費電力、前記コントロール回路の消費電力、前記充電回路の消費電力の合計が最小となるように規定されることを特徴とする請求項１に記載のコントロール回路。
4. 前記電流−電圧特性は、前記充電電流の量にかかわらず、前記受信アンテナの消費電力と前記コントロール回路の消費電力の合計と、前記充電回路の消費電力とがバランスするように規定されていることを特徴とする請求項１に記載のコントロール回路。
5. 前記レギュレータの出力電流の量を検出する電流検出回路をさらに備え、前記コントローラは、前記出力電流の量に応じて、前記目標レベルを設定することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のコントロール回路。
6. 前記充電回路の充電電流の量の設定値を受信するインタフェース回路をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のコントロール回路。
7. 前記充電電流の量の設定値を保持するレジスタをさらに備えることを特徴とする請求項６に記載のコントロール回路。
8. Ｑｉ規格に準拠してい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コントロール回路。
9. 請求項１から８のいずれかに記載のコントロール回路を備えることを特徴とする電子機器。

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