JP2021073837A - ワイヤレス送電装置、その制御回路、充電器 - Google Patents

Abstract

【課題】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を提供する。【解決手段】送電装置２００は、受電装置３００に電力信号Ｓ２を送信する。送信アンテナ２０１は、直列に接続された送信コイル２０２および共振キャパシタ２０３を含む。インバータ回路２０４は、送信アンテナ２０１に交流の駆動信号Ｓ１を印加する。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に応じた検出電圧にもとづいて異常を検出する。【選択図】図３

Description

本発明は、ワイヤレス給電技術に関する。

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。

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、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。

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。

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Ｖ_ＲＥＣＴ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、コントローラ４２やその他の負荷４０に供給する。

コントローラ４２は、整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴ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。

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。

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。

このＦＯＤでは、送電装置２０が送出した電力信号Ｓ２の電力Ｐ_ＴＸと、受電装置３０が受信した電力信号Ｓ２の電力Ｐ_ＲＸとが比較され、それらの間に許容値を超える不一致（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Ｐ_ＴＸと受信電力Ｐ_ＲＸの差分が電力損失（パワーロス）Ｐ_ＬＯＳＳであり、異物ＦＯが存在する場合にはパワーロスＰ_ＬＯＳＳが大きく、異物ＦＯが存在しない場合にはパワーロスＰ_ＬＯＳＳ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Ｐ_ＬＯＳＳにもとづいて異物ＦＯの有無が判定される。

特開２０１３−０３８８５４号公報 特開２０１４−１０７９７１号公報

送信電力Ｐ_ＴＸ、受信電力Ｐ_ＲＸは、以下の式で与えられる。
Ｐ_ＴＸ＝Ｐ_ＰＴ−Ｐ_{ＴＸ＿ＬＯＳＳ}
Ｐ_ＲＸ＝Ｐ_ＰＲ＋Ｐ_{ＲＸ＿ＬＯＳＳ}
Ｐ_ＰＴは、送電装置２０に入力された電力であり、Ｐ_ＰＲは受電装置３０から負荷側に供給された電力である。Ｐ_ＰＴ，Ｐ_ＰＸ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Ｐ_{ＴＸ＿ＬＯＳＳ}、受電装置３０における損失Ｐ_{ＲＸ＿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Ｐ_ＴＸ、受信電力Ｐ_ＲＸの測定値は、ある程度の誤差を含む。送信電力Ｐ_ＴＸや受信電力Ｐ_ＲＸ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Ｐ_ＬＯＳＳ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。

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Ｐ_ＰＲ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Ｐ_ＰＲ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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

ワイヤレス送電装置は、Ｑｉ規格に準拠してもよい。

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。

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。

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。

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、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。 パワーロスメソッドを説明する図である。 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。 図３の給電システムの正常状態の動作波形図である。 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。 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。 第２の実施の形態に係る送電装置のブロック図である。 第３の実施の形態に係る送電装置のブロック図である。 第４の実施の形態に係る送電装置のブロック図である。 第５の実施の形態に係る送電装置のブロック図である。 送電装置を備える充電器を示す図である。

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。

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。

（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。

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。

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Ｖ_ＤＤ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Ｉ_ＣＯＩＬ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。

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。

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。

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）Ｐ_{ＭＡＸ_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Ｐ_ＰＲを示す受信電力データが含まれる。

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Ｖ_ＣＯＩＬ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Ｖ_{ＣＯＩＬ２}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。

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。

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Ｖ_ＣＯＩＬに応じた検出電圧Ｖ_{ＣＯＩＬ１}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。

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Ｖ_ＣＯＩＬを分圧し、検出電圧Ｖ_{ＣＯＩＬ１}を生成する。検出電圧Ｖ_{ＣＯＩＬ１}は、第１検出端子ＣＯＩＬ＿ＩＮ１に入力される。

異常検出回路２４０は、第１検出端子ＣＯＩＬ＿ＩＮ１の検出電圧Ｖ_{ＣＯＩＬ１}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Ｖ_{ＣＯＩＬ１}の振幅が第１しきい値Ｖ_ＴＨ１を超えると、異常と判定する。

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Ｖ_ＴＨ１を生成する。第１コンパレータ２４４は、検出電圧Ｖ_{ＣＯＩＬ１}を第１しきい値Ｖ_ＴＨ１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Ｖ_ＴＨ１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。

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。

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。

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。

図４には、コイル電圧Ｖ_ＣＯＩＬおよびコイル電流Ｉ_ＣＯＩＬの負荷依存性が示される。受電装置３００の負荷（受信電力Ｐ_ＰＲ）が変動すると、コイル電圧Ｖ_ＣＯＩＬの振幅は実質的に一定レベルを維持しつつ、コイル電流Ｉ_ＣＯＩＬ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Ｖ_{ＣＯＩＬ１}は、第１しきい値Ｖ_ＴＨ１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。

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Ｖ_ＣＯＩＬとコイル電流Ｉ_ＣＯＩＬ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Ｖ_ＣＯＩＬおよびコイル電流Ｉ_ＣＯＩＬ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Ｉ_ＣＯＩＬの振幅は実質的に一定レベルを維持しつつ、コイル電圧Ｖ_ＣＯＩＬ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Ｖ_{ＣＯＩＬ１}の振幅が第１しきい値Ｖ_ＴＨ１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。

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Ｖ_ＣＯＩＬおよびコイル電流Ｉ_ＣＯＩＬが示される。

異物が近接すると、コイル電流Ｉ_ＣＯＩＬ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Ｖ_ＣＯＩＬ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Ｖ_ＣＯＩＬ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Ｖ_ＣＯＩＬの振幅が増加すると、検出電圧Ｖ_{ＣＯＩＬ１}の振幅が第１しきい値Ｖ_ＴＨ１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。

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Ｐ_ＰＲ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。

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。

（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Ｖ_{ＣＯＩＬ２}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Ｖ_{ＣＯＩＬ２}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Ｖ_{ＣＯＩＬ２}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Ｖ_ＴＨ２と比較する第２コンパレータ２５０と、第２しきい値Ｖ_ＴＨ２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。

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。

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Ｖ_{ＣＯＩＬ２}にもとづいて、異常の有無を判定してもよい。

（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。

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。

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Ｖ_{ＣＯＩＬ２}をデジタル信号Ｓ１３に変換してもよい。

（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Ｖ_{ＣＯＩＬ１}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。

（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Ｖ_ＣＯＩＬに加えて、コイル電流Ｉ_ＣＯＩＬが監視され、コイル電圧Ｖ_ＣＯＩＬおよびコイル電流Ｉ_ＣＯＩＬ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Ｉ_ＣＯＩＬ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。

送電装置では、インバータ回路２０４に流れる電流Ｉ_ＩＮの測定値と電源電圧Ｖ_ＤＤの測定値の積を計算することにより、送信電力Ｐ_ＰＴが計算され、電流Ｉ_ＩＮ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Ｉ_ＩＮの測定のためのハードウェアを流用してもよい。

異常検出回路２４０ｄは、コイル電圧Ｖ_ＣＯＩＬを示すデジタル信号Ｓ１３と、コイル電流Ｉ_ＣＯＩＬ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Ｖ_ＣＯＩＬおよびコイル電流Ｉ_ＣＯＩＬにもとづいて、異常を判定する。

たとえば、異常検出回路２４０ｄは、コイル電圧Ｖ_ＣＯＩＬ（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Ｉ_ＣＯＩＬ（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。

また異常検出回路２４０ｄは、コイル電圧Ｖ_ＣＯＩＬが第１しきい値より大きく、かつコイル電流Ｉ_ＣＯＩＬ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。

さらに異常検出回路２４０ｄは、コイル電圧Ｖ_ＣＯＩＬ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Ｖ_ＣＯＩＬが第４しきい値より小さく、かつコイル電流Ｉ_ＣＯＩＬ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。

このように、コイル電圧Ｖ_ＣＯＩＬとコイル電流Ｉ_ＣＯＩＬ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Ｖ_ＣＯＩＬの振幅が小さくなる異常を検出可能となる。

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。

（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。

（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。

第１しきい値Ｖ_ＴＨ１（あるいは第２しきい値Ｖ_ＴＨ２）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。

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。

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。

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。

（付記）
本明細書には以下の技術が開示される。
（項目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。
（項目２）
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項目１に記載のワイヤレス送電装置。
（項目３）
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項目２に記載のワイヤレス送電装置。
（項目４）
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項目３に記載のワイヤレス送電装置。
（項目５）
前記第１しきい値は可変であることを特徴とする項目２から４のいずれかに記載のワイヤレス送電装置。
（項目６）
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項目１から５のいずれかに記載のワイヤレス送電装置。
（項目７）
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項目１に記載のワイヤレス送電装置。
（項目８）
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項目７に記載のワイヤレス送電装置。
（項目９）
前記第２しきい値は可変であることを特徴とする項目８に記載のワイヤレス送電装置。
（項目１０）
前記第２抵抗は可変抵抗であることを特徴とする項目７から９のいずれかに記載のワイヤレス送電装置。
（項目１１）
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項目７に記載のワイヤレス送電装置。
（項目１２）
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項目１から１１のいずれかに記載のワイヤレス送電装置。
（項目１３）
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項目１２に記載のワイヤレス送電装置。
（項目１４）
Ｑｉ規格に準拠することを特徴とする項目１から１３のいずれかに記載のワイヤレス送電装置。
（項目１５）
項目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。
（項目１６）
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。
（項目１７）
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項目１６に記載の制御回路。
（項目１８）
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項目１７に記載の制御回路。
（項目１９）
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項目１８に記載の制御回路。
（項目２０）
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項目１６から１９のいずれかに記載の制御回路。
（項目２１）
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項目１６に記載の制御回路。
（項目２２）
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項目２１に記載の制御回路。
（項目２３）
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項目２１に記載の制御回路。
（項目２４）
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項目１６から２３のいずれかに記載の制御回路。
（項目２５）
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項目２４に記載の制御回路。
（項目２６）
Ｑｉ規格に準拠することを特徴とする項目１６から２５のいずれかに記載の制御回路。
（項目２７）
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項目１６から２６のいずれかに記載の制御回路。
（項目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。

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。

Claims (12)

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抵抗および第２抵抗を含む第２分圧回路と、
   前記第１抵抗と前記第２抵抗の接続点に生ずる検出電圧を受け、少なくとも高周波成分を除去するフィルタと、
   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、
   前記フィルタの前記出力信号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。
2. 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１に記載のワイヤレス送電装置。
3. 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２に記載のワイヤレス送電装置。
4. 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１から３のいずれかに記載のワイヤレス送電装置。
5. 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１に記載のワイヤレス送電装置。
6. Ｑｉ規格に準拠す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。
7. 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を備えることを特徴とする充電器。
8. 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、
   前記送信コイルと前記共振キャパシタの接続ノードに対して、外付けの第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検出端子に生ずる検出電圧を受け、前記第２検出端子の前記電圧の少なくとも高周波成分を除去するフィルタと、
   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、
   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、
   前記フィルタの前記出力信号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。
9. 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８に記載の制御回路。
10. 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８に記載の制御回路。
11. Ｑｉ規格に準拠することを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載の制御回路。
12. 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８から１１のいずれかに記載の制御回路。

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