JP4930093B2 - Power transmission control device, power reception control device, non-contact power transmission system, power transmission device, power reception device, and electronic equipment - Google Patents
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Description
本発明は、送電制御装置、受電制御装置、無接点電力伝送システム、送電装置、受電装置および電子機器に関する。 The present invention relates to a power transmission control device, a power reception control device, a contactless power transmission system, a power transmission device, a power reception device, and an electronic apparatus.
近年、電磁誘導を利用し、金属部分の接点がなくても電力伝送を可能にする無接点電力伝送(非接触電力伝送)が脚光を浴びている。この無接点電力伝送の適用例として、携帯電話機や家庭用機器(例えば電話機の子機)の充電などが提案されている。1次コイルと2次コイルを用いた無接点電力伝送装置は、例えば、特許文献1に記載されている。
In recent years, contactless power transmission (non-contact power transmission) that uses electromagnetic induction and enables power transmission even without a contact of a metal part has been in the spotlight. As an application example of this non-contact power transmission, charging of a mobile phone or a household device (for example, a handset of a phone) has been proposed. A non-contact power transmission device using a primary coil and a secondary coil is described in
従来の無接点電力伝送システムでは、所定の負荷条件に対応した受電装置が設けられており、その受電装置に対して最良の条件で送電できる送電装置が必要である。送電装置は、受電装置と組み合わされたときに最良の電力伝送特性が得られるように、駆動周波数や送電部のインピーダンスが調整される。 In a conventional non-contact power transmission system, a power receiving device corresponding to a predetermined load condition is provided, and a power transmitting device capable of transmitting power to the power receiving device under the best conditions is required. In the power transmission device, the drive frequency and the impedance of the power transmission unit are adjusted so that the best power transmission characteristics can be obtained when combined with the power reception device.
ただし、送電や受電の特性を調整ができるようにした送電装置や受電装置も、従来、知られている。 However, a power transmission device and a power reception device that can adjust the characteristics of power transmission and power reception are also conventionally known.
特許文献2では、受電装置側の本負荷が変更される場合に、送電装置および受電装置の両者の特性を変更するのでは、異なる負荷に対応した複数種類の無接点電力伝送装置を設計するときに、その開発期間が長くなる点にかんがみ、受電装置に電力調整部を設けて、受電装置の特性を調整できるようにして、開発期間を短縮する。
In
特許文献3では、送電装置に複数個の小給電コイルを設け、負荷変動に対応して、使用する小給電コイルの数を適応的に切換え、これによって、負荷変動に対応できるようにしている。小給電コイル毎に駆動回路が設けられている。
無接点電力伝送システムは、今後、広く多様な分野への普及が期待されている。このようなニーズに応えるためには、1台の送電装置で、多様な受電装置側の機器に柔軟に対応可能な送電装置が必要となる。 Contactless power transmission systems are expected to be widely used in a wide variety of fields. In order to meet such needs, a power transmission device that can flexibly handle various devices on the power receiving device side with a single power transmission device is required.
例えば、無接点電力伝送システムを2次電池(本負荷)の充電に利用する場合、2次電池が搭載される機器としては、例えば、携帯電話端末、PDA端末、携帯可能なコンピュータ端末等の携帯端末が想定されるが、さらに、デジタルカメラや腕時計等に搭載される2次電池の充電にも応用される可能性も十分にある。 For example, when the non-contact power transmission system is used for charging a secondary battery (main load), examples of devices on which the secondary battery is mounted include portable phones such as mobile phone terminals, PDA terminals, and portable computer terminals. Although a terminal is assumed, there is also a possibility that it may be applied to charging a secondary battery mounted on a digital camera, a wristwatch, or the like.
1台の送電装置によって、広範な多様な機器に対応するためには、送電装置側にて、送電電力を、高精度に微調整することが必要である。しかし、従来の無接点電力システムでは、送電電力を広範囲にわたって高精度に微調整することができない。 In order to deal with a wide variety of devices with a single power transmission device, it is necessary to finely adjust the transmitted power with high accuracy on the power transmission device side. However, the conventional non-contact power system cannot finely adjust the transmission power over a wide range with high accuracy.
例えば、特許文献3の技術では、3個の小給電コイル(1次コイル)毎に駆動回路を設け、実際に使用する小給電コイルの個数を選択することによって送電電力を切り換えている。
For example, in the technique of
しかし、この方法は、小給電コイルの個数を単位として送電電力を粗く切り換える方式であり、送電電力を高精度に微調整するのに適した方法とはいえない。また、送電エネルギーの切り換えを細かく行うためには、小給電コイルの数を増やす必要があり、これに伴って駆動回路の数も増加するため、回路規模や消費電力が増大することは否めない。 However, this method is a method of roughly switching the transmission power in units of the number of small power supply coils, and is not a method suitable for finely adjusting the transmission power with high accuracy. Further, in order to finely switch the transmission energy, it is necessary to increase the number of small power supply coils, and the number of drive circuits is increased accordingly. Therefore, it cannot be denied that the circuit scale and power consumption increase.
また、従来の無接点電力伝送システムでは、共通の送電装置が、まったく異なる複数の受電装置側の機器に対応しようとしても、受電装置側の定格電力が不明であるため、最適な送電電力を特定することができない。したがって、受電装置にとって過大な電力を送信してしまう場合もあり得る。 Also, in the conventional non-contact power transmission system, even if a common power transmission device tries to support a plurality of completely different devices on the power receiving device side, the rated power on the power receiving device side is unknown, so the optimum power transmission power is identified. Can not do it. Therefore, excessive power may be transmitted to the power receiving apparatus.
本発明はこのような考察に基づいてなされたものであり、その目的は、実現容易な簡単な構成で、1台の送電装置の送電電力を受電装置側の機器の定格電力に適合するように柔軟に調整可能とし、きわめて広範で多様な機器に柔軟に対応できるようにすることにある。 The present invention has been made based on such considerations, and the object thereof is to adapt the transmitted power of one power transmission device to the rated power of the device on the power receiving device side with a simple configuration that is easy to realize. The goal is to be able to make flexible adjustments and flexibly handle a wide variety of devices.
(1)本発明の送電制御装置の一態様では、1次コイルと2次コイルを電磁的に結合させて送電装置から受電装置に対して電力を伝送し、前記受電装置の本負荷に対して電力を供給する無接点電力伝送システムの前記送電装置に設けられる送電制御装置であって、前記送電装置は、前記1次コイルを構成要素として含む、共振特性可変のLC共振回路を有し、前記LC共振回路は、イネーブル信号によってアクティブ状態/非アクティブ状態が選択される、少なくとも1つのサブコンデンサおよび少なくとも1つのサブコイルの少なくとも一方を含み、前記送電制御装置は、前記送電装置を制御する送電側制御回路を含み、前記送電側制御回路は、前記少なくとも一つのサブコンデンサまたは前記少なくとも一つのサブコイルの各々を前記イネーブル信号によって選択的にアクティブ状態とし、これによって、前記LC共振回路の共振特性を制御する。 (1) In one aspect of the power transmission control device of the present invention, the primary coil and the secondary coil are electromagnetically coupled to transmit power from the power transmission device to the power receiving device, and to the main load of the power receiving device. A power transmission control device provided in the power transmission device of a non-contact power transmission system that supplies power, the power transmission device including an LC resonance circuit having a variable resonance characteristic including the primary coil as a component, The LC resonance circuit includes at least one of at least one sub capacitor and at least one sub coil whose active state / inactive state is selected by an enable signal, and the power transmission control device controls the power transmission side to control the power transmission device The power transmission side control circuit includes a circuit, and each of the at least one sub-capacitor or the at least one sub-coil is Selectively an active state by Buru signal, thereby controlling the resonance characteristics of the LC resonant circuit.
1次側(送電装置)のLC共振回路がサブコンデンサおよびサブコイルの少なくとも一方を有し、サブコンデンサやサブコイルのアクティブ状態/非アクティブ状態を、イネーブル信号によって選択的に切換え、LC共振回路の共振特性を変化させて、送電エネルギーの調整(最適化)を実現するものである。送電装置側からの伝送電力は、1次コイルおよびコンデンサを構成要素として含むLC共振回路の共振特性に依存する。例えば、伝送周波数がf1に維持される場合でも、共振回路の共振周波数(共振ピーク)が変化すれば、f1と共振周波数(共振ピーク)との距離が変化し、結果的に、伝送電力が変化する。本態様では、サブコンデンサやサブコイルのアクティブ状態/非アクティブ状態の切換えによって、LC共振回路のコンデンサの実質的な容量値やコイルの実質的なインダクタンスを可変に変化させて共振特性を制御し、これによって、受電装置側の定格電力に適合するように最大伝送電力を調整する。ここで、「メイン」や「サブ」という用語は相対的なものである。例えば、「一つの送電電力レベルを実現するときに必要なコンデンサ」が「メインコンデンサ」であり、「他の送電電力レベルを実現するときに使用されるメインコンデンサ以外のコンデンサ」が「サブコンデンサ」であり、メインとサブという考え方は、送電電力レベルの切換えを前提とした相対的な概念である。また、「サブコンデンサやサブコイルのアクティブ状態/非アクティブ状態」とは、「サブコンデンサやサブコイルがLC共振回路の構成要素となること/ならないこと」を意味し、具体的には、サブコンデンサやサブコイルが、メインコイル(主コイル)に対して電気的に接続されること/されないことである。適切な数のサブコンデンサやサブコイルを設け、各々のアクティブ/非アクティブを切換えることによって、LC共振回路の共振特性を細かく、かつ広範囲にわたって制御することができる。また、送電周波数を一定に維持しつつ、LC共振回路の共振特性を変化させて送電電力を調整することができる。送電周波数を切換えないことは、不要輻射ノイズの低減に寄与し、その対策が容易となるという効果も得られる。 The LC resonance circuit on the primary side (power transmission device) has at least one of a sub-capacitor and a sub-coil, and the active state / inactive state of the sub-capacitor and the sub-coil is selectively switched by an enable signal, and the resonance characteristics of the LC resonance circuit The power transmission energy is adjusted (optimized) by changing. The transmission power from the power transmission device side depends on the resonance characteristics of the LC resonance circuit including a primary coil and a capacitor as components. For example, even when the transmission frequency is maintained at f1, if the resonance frequency (resonance peak) of the resonance circuit changes, the distance between f1 and the resonance frequency (resonance peak) changes, and as a result, the transmission power changes. To do. In this mode, by switching the active state / inactive state of the sub-capacitor and sub-coil, the resonance capacitance is controlled by changing the substantial capacitance value of the capacitor of the LC resonance circuit and the substantial inductance of the coil. Thus, the maximum transmission power is adjusted to match the rated power on the power receiving device side. Here, the terms “main” and “sub” are relative. For example, “a capacitor required to achieve one transmission power level” is “main capacitor”, and “a capacitor other than the main capacitor used to achieve another transmission power level” is “sub capacitor”. The concept of “main” and “sub” is a relative concept based on the premise of switching the transmission power level. The “active state / inactive state of the sub-capacitor or sub-coil” means “the sub-capacitor or sub-coil becomes or does not become a constituent element of the LC resonance circuit”. However, it is / is not electrically connected to the main coil (main coil). By providing an appropriate number of sub-capacitors and sub-coils and switching each active / inactive state, the resonance characteristics of the LC resonant circuit can be finely controlled over a wide range. In addition, the transmission power can be adjusted by changing the resonance characteristics of the LC resonance circuit while maintaining the transmission frequency constant. Not switching the power transmission frequency contributes to the reduction of unnecessary radiation noise, and the effect of facilitating the countermeasure is also obtained.
(2)本発明の送電制御装置の他の態様では、前記送電装置は、前記少なくとも1つのサブコンデンサに対応して設けられた、前記イネーブル信号によってアクティブ状態/非アクティブ状態が選択される少なくとも1つのサブ送電ドライバを有する。 (2) In another aspect of the power transmission control device of the present invention, the power transmission device is provided corresponding to the at least one sub-capacitor, and at least one of which an active state / inactive state is selected by the enable signal. Has two sub power transmission drivers.
サブコンデンサのアクティブ状態/非アクティブ状態を制御するための具体的な構成の一例を明らかとしたものである。すなわち、本態様では、サブコンデンサ毎にサブ送電ドライバを設け、イネーブル信号によって、サブ送電ドライバのアクティブ状態/非アクティブ状態を切換える。イネーブル端子付きのサブ送電ドライバを構成するのは容易であり、また、回路構成の複雑化もほとんど招かないため、コンパクトな構成によって、LC共振回路の共振特性を調整できるという利点があり、実現も容易である。 An example of a specific configuration for controlling the active state / inactive state of the sub-capacitor will be clarified. That is, in this aspect, a sub power transmission driver is provided for each sub capacitor, and the active state / inactive state of the sub power transmission driver is switched by an enable signal. Since it is easy to configure a sub power transmission driver with an enable terminal and the circuit configuration is hardly complicated, there is an advantage that the resonance characteristics of the LC resonant circuit can be adjusted by a compact configuration, and it can be realized. Easy.
(3)本発明の送電制御装置の他の態様では、前記送電装置は、前記少なくとも1つのサブコンデンサの少なくとも1つに設けられた、前記イネーブル信号によってオン/オフが制御される少なくとも1つのスイッチ回路を有する。 (3) In another aspect of the power transmission control device of the present invention, the power transmission device includes at least one switch provided on at least one of the at least one sub-capacitor and controlled to be turned on / off by the enable signal. It has a circuit.
サブコンデンサのアクティブ状態/非アクティブ状態を制御するための具体的な構成の他の例を明らかとしたものである。すなわち、本態様では、サブコンデンサ毎にスイッチ回路を設け(具体的には、サブコンデンサにスイッチ回路を直列に接続し)、イネーブル信号によってスイッチ回路をオン/オフし、これによって、サブ送電ドライバのアクティブ状態/非アクティブ状態を切換える。スイッチ回路は、例えば、MOSトランジスタを用いたアナログスイッチである。スイッチ回路を構成するのは容易であり、また、回路構成の複雑化もほとんど招かないため、コンパクトな構成によって、LC共振回路の共振特性を調整できるという利点があり、実現も容易である。 Another example of a specific configuration for controlling the active state / inactive state of the sub-capacitor will be clarified. That is, in this aspect, a switch circuit is provided for each sub-capacitor (specifically, a switch circuit is connected in series to the sub-capacitor), and the switch circuit is turned on / off by an enable signal. Switches between active and inactive states. The switch circuit is an analog switch using a MOS transistor, for example. It is easy to configure the switch circuit, and the circuit configuration is hardly complicated. Therefore, there is an advantage that the resonance characteristic of the LC resonance circuit can be adjusted by a compact configuration, and it is easy to realize.
(4)本発明の送電制御装置の他の態様では、前記少なくとも1つのサブコンデンサは、前記LC共振回路のメインコンデンサに対して並列に設けられる。 (4) In another aspect of the power transmission control device of the present invention, the at least one sub-capacitor is provided in parallel to the main capacitor of the LC resonance circuit.
メインコンデンサに対して並列に設けられているサブコンデンサをアクティブとすることによって、メインコンデンサの容量に、アクティブ状態となっているサブコンデンサの容量が加算され、これによってLC共振回路の共振特性が調整される。 By activating a sub capacitor provided in parallel to the main capacitor, the capacitance of the sub capacitor in the active state is added to the capacitance of the main capacitor, thereby adjusting the resonance characteristics of the LC resonance circuit. Is done.
(5)本発明の送電制御装置の他の態様では、前記少なくとも1つのサブコイルに対応して設けられた、前記イネーブル信号によってアクティブ状態/非アクティブ状態が選択される少なくとも一つのサブ送電ドライバを有する。 (5) In another aspect of the power transmission control device of the present invention, the power transmission control device includes at least one sub power transmission driver provided corresponding to the at least one subcoil, wherein an active state / inactive state is selected by the enable signal. .
サブコイルのアクティブ状態/非アクティブ状態を制御するための具体的な構成の一例を明らかとしたものである。すなわち、本態様では、サブコイル毎にサブ送電ドライバを設け、イネーブル信号によって、サブ送電ドライバのアクティブ状態/非アクティブ状態を切換える。イネーブル端子付きのサブ送電ドライバを構成するのは容易であり、また、回路構成の複雑化もほとんど招かないため、コンパクトな構成によって、LC共振回路の共振特性を調整できるという利点があり、実現も容易である。 An example of a specific configuration for controlling the active state / inactive state of the subcoil is clarified. That is, in this aspect, a sub power transmission driver is provided for each sub coil, and the active state / inactive state of the sub power transmission driver is switched by an enable signal. Since it is easy to configure a sub power transmission driver with an enable terminal and the circuit configuration is hardly complicated, there is an advantage that the resonance characteristics of the LC resonant circuit can be adjusted by a compact configuration, and it can be realized. Easy.
(6)本発明の送電制御装置の他の態様では、前記少なくとも1つのサブコイルは、前記LC共振回路のメインコイルに対して直列に設けられる。 (6) In another aspect of the power transmission control device of the present invention, the at least one subcoil is provided in series with the main coil of the LC resonance circuit.
サブコイルがLC共振回路の構成要素となるときは、サブコイルはメインコイルに対して直列に接続される点を明らかとしたものである。 When the subcoil becomes a component of the LC resonance circuit, it is clarified that the subcoil is connected in series with the main coil.
(7)本発明の送電制御装置の他の態様では、所定パターンをもつ平面コイルの、異なる複数の位置の各々から複数の引き出し線の各々が引き出され、少なくとも一つの前記引き出し線に対応して前記サブ送電ドライバが設けられている。 (7) In another aspect of the power transmission control device of the present invention, each of the plurality of lead lines is drawn from each of a plurality of different positions of the planar coil having a predetermined pattern, and corresponds to at least one of the lead lines. The sub power transmission driver is provided.
メインコイルと少なくとも1つのサブコイルを別々のコイルとして形成するのではなく、共通の平面コイルを分割して形成するものである。すなわち、共通の平面コイルの複数の位置の各々から複数の引き出し線の各々が引き出され、少なくとも1つの引き出し線に対応してサブ送電ドライバを設けて、そのサブ送電ドライバのアクティブ状態/非アクティブ状態を切換えるによって、共通の平面コイルの引き出し位置を選択し、これによって、コイルのインダクタンスを調整するものである。簡単な構成により、多様なコイルのインダクタンスを実現することができる。 The main coil and at least one subcoil are not formed as separate coils, but are formed by dividing a common planar coil. That is, each of a plurality of lead wires is drawn from each of a plurality of positions of a common planar coil, and a sub power transmission driver is provided corresponding to at least one lead wire, and the active state / inactive state of the sub power transmission driver Is used to select a common planar coil drawing position, thereby adjusting the inductance of the coil. With a simple configuration, various coil inductances can be realized.
(8)本発明の送電制御装置の他の態様では、通常送電が開始される前に、前記受電装置から送信される認証情報に基づく認証処理を実行して送電の可否を判定し、送電可能と判定された場合に前記通常送電を行うと共に、前記送電側制御装置は、前記認証情報の少なくとも一部に基づいて、前記イネーブル信号によって前記複数のコンデンサまたは前記複数のコイルのアクティブ状態/非アクティブ状態を選択して前記LC共振回路の共振特性を調整し、前記受電装置側の定格電力に適合するように、前記送電時の最大伝送電力を制御する。 (8) In another aspect of the power transmission control device of the present invention, before normal power transmission is started, an authentication process based on authentication information transmitted from the power receiving device is executed to determine whether power transmission is possible, and power transmission is possible. The power transmission side control device, based on at least a part of the authentication information, the active signal / inactive of the plurality of capacitors or the plurality of coils according to the enable signal. The state is selected to adjust the resonance characteristics of the LC resonance circuit, and the maximum transmission power during the power transmission is controlled so as to match the rated power on the power receiving apparatus side.
通常送電開始前に、受電装置側から送られてくる認証情報に基づいて認証を行い、受電装置側の機器が、送電対象となり得る機器であるかを判定すると共に、その認証情報の少なくとも一部に基づいて、受電装置側の定格電力(すなわち、受電装置および受電装置が搭載される機器の少なくとも一方の定格電力)を特定し、送電装置側の最大伝送電力を受電装置側の定格電力に適合させて通常送電を行うものである。認証処理によって、送電装置側では、受電装置側の情報を取得して送電の可否を判定でき、よって、広範な多様な機器に対応することが可能である。送電装置を受電装置毎に用意する必要がなくなり、1次側機器と2次側機器とを柔軟に組み合わせることが可能となる。また、受電装置側の機器に対して過大な電力が伝送されることがないため、受電装置側の機器における安全が確保される。また、受電装置側の機器に対して過大な電力が伝送されることがないため、受電装置側の部品の定格(電圧定格や電流定格)を下げることができ、これによって低コスト化を図ることができる。また、認証情報を有効利用することから、最大伝送電力を決定するための特別な情報を受電装置側から送電装置側に送信する必要がなく、通信処理の簡素化を図ることができる。 Before starting normal power transmission, authentication is performed based on authentication information sent from the power receiving device, and it is determined whether the device on the power receiving device is a device that can be a power transmission target, and at least a part of the authentication information. Based on the above, the rated power on the power receiving device side (that is, the rated power of at least one of the power receiving device and the device on which the power receiving device is mounted) is identified, and the maximum transmission power on the power transmitting device side matches the rated power on the power receiving device side Normal power transmission. Through the authentication process, the power transmission device side can acquire information on the power reception device side to determine whether or not power transmission is possible, and thus can support a wide variety of devices. There is no need to prepare a power transmission device for each power receiving device, and the primary side device and the secondary side device can be flexibly combined. Further, since excessive power is not transmitted to the device on the power receiving device side, safety in the device on the power receiving device side is ensured. In addition, since excessive power is not transmitted to the device on the power receiving device side, the ratings (voltage rating and current rating) of the components on the power receiving device side can be lowered, thereby reducing costs. Can do. Further, since the authentication information is effectively used, it is not necessary to transmit special information for determining the maximum transmission power from the power receiving apparatus side to the power transmitting apparatus side, and the communication processing can be simplified.
(9)本発明の送電制御装置の他の態様では、前記認証情報には、前記受電装置側の定格電力情報が含まれ、前記送電側制御回路は、前記定格電力情報に基づいて、前記LC共振回路の共振特性を調整し、前記送電時の最大伝送電力を制御する。 (9) In another aspect of the power transmission control device of the present invention, the authentication information includes rated power information on the power receiving device side, and the power transmission side control circuit performs the LC based on the rated power information. The resonance characteristic of the resonance circuit is adjusted to control the maximum transmission power during the power transmission.
認証情報に、受電装置側の定格電力情報を含ませるものである。送電装置側では、定格電力情報を直接的に取得することができるため、最大伝送電力の調整を簡単に行うことができる。 The authentication information includes the rated power information on the power receiving device side. Since the rated power information can be acquired directly on the power transmission device side, the maximum transmission power can be easily adjusted.
(10)本発明の送電制御装置の他の態様では、前記認証情報には、前記1次コイルを構成要素として含む共振回路の共振特性情報が含まれ、前記送電側制御回路は、前記共振特性情報に基づいて、前記LC共振回路の共振特性を調整し、前記送電時の最大伝送電力を制御する。 (10) In another aspect of the power transmission control device of the present invention, the authentication information includes resonance characteristic information of a resonance circuit including the primary coil as a component, and the power transmission side control circuit includes the resonance characteristic. Based on the information, the resonance characteristic of the LC resonance circuit is adjusted, and the maximum transmission power during the power transmission is controlled.
認証情報に、共振回路の共振特性の情報を含ませるものである。共振特性の情報とは、例えば、使用する共振周波数の情報、あるいは、使用するLC共振回路のインダクタンス値やコンデンサの容量値の情報である。この共振特性の情報によって、送電装置側では、受電装置側が所望する共振回路の共振特性を実現して、最適な条件による電力伝送を実行することができる。 The authentication information includes the resonance characteristic information of the resonance circuit. The resonance characteristic information is, for example, information on the resonance frequency to be used, or information on the inductance value of the LC resonance circuit to be used and the capacitance value of the capacitor. Based on this resonance characteristic information, the power transmission device side can realize the resonance characteristic of the resonance circuit desired by the power reception device side, and can execute power transmission under the optimum conditions.
(11)本発明の送電制御装置の他の態様では、前記送電側制御回路は、前記受電装置から、通常送電時よりも伝送電力が低いパワーセーブ送電を要求する信号を受けると、前記共振回路の共振特性を変化させ、送電時の周波数と同じ周波数による前記パワーセーブ送電を実行する。 (11) In another aspect of the power transmission control device of the present invention, when the power transmission side control circuit receives a signal requesting power saving power transmission having lower transmission power than that during normal power transmission from the power reception device, the resonance circuit The power saving power transmission is executed at the same frequency as the power transmission frequency.
本発明の、送電周波数を変化させることなく伝送電力を制御する機能を、「パワーセーブ送電」に応用するものである。「パワーセーブ送電」は、通常送電時よりも低い電力での連続送電である。例えば、受電装置側の本負荷(2次電池)の充電が完了したとき、送電装置からの送電を完全に停止すると、本負荷(2次電池)の再充電を行うことができない(つまり、例えば、充電台上に携帯機器等をセットした状態が継続すると、満充電となった本負荷(2次電池)は放電して、時間経過と共に再度の充電が必要な状態となり、この場合には、充電を再開する必要があるが、満充電と共に通常送電を止めたのでは、受電装置側での再充電の必要性の検出が不可能となってしまう)。そこで、本負荷(2次電池)が満充電状態となった後も、弱い電力での連続送電(つまり、パワーセーブ送電)を継続し、受電装置側の本負荷(2次電池)の充電制御機能をオン状態に維持しておき、再充電が必要になったときには、これを検出して直ちに通常送電に復帰できるようにするのが望ましい。ただし、パワーセーブ送電を実現するために、例えば、伝送周波数を変更すると、その周波数の変更に伴って、周囲の機器に何らかの影響がでる可能性がまったくないとはいいきれない(例えば、伝送周波数の変更が、不要輻射ノイズの問題がまったくないとはいえない)。そこで、通常送電時の周波数と同じ周波数を維持しながら、LC共振回路のLやCを可変に変化させ、共振周波数(共振ピーク)と伝送周波数との周波数差を増大させることによって、結果的に伝送電力を低減することができる。これによって伝送周波数はそのままでパワーセーブ送電に切換えることができる。伝送周波数が一定であるため、例えば、不要輻射ノイズの問題が生じる心配もまったくない。 The function of controlling the transmission power without changing the transmission frequency of the present invention is applied to “power save transmission”. “Power-saving power transmission” is continuous power transmission with lower power than normal power transmission. For example, when charging of the main load (secondary battery) on the power receiving apparatus side is completed, if power transmission from the power transmission apparatus is completely stopped, the main load (secondary battery) cannot be recharged (that is, for example, When the state where the portable device or the like is set on the charging stand continues, the fully charged main load (secondary battery) is discharged and needs to be charged again with time. In this case, Although it is necessary to resume charging, if normal power transmission is stopped together with full charging, it becomes impossible to detect the necessity of recharging on the power receiving device side). Therefore, even after the main load (secondary battery) becomes fully charged, continuous power transmission (that is, power save transmission) with weak power is continued, and charging control of the main load (secondary battery) on the power receiving device side is continued. It is desirable to keep the function on so that when recharging is necessary, it can be detected and immediately returned to normal power transmission. However, in order to realize power-saving power transmission, for example, if the transmission frequency is changed, there is no possibility that some influence will be exerted on surrounding equipment with the change of the frequency (for example, transmission frequency) Is not completely free of unwanted radiation noise). Therefore, while maintaining the same frequency as that during normal power transmission, L and C of the LC resonance circuit are variably changed, and as a result, the frequency difference between the resonance frequency (resonance peak) and the transmission frequency is increased. Transmission power can be reduced. As a result, it is possible to switch to power saving power transmission without changing the transmission frequency. Since the transmission frequency is constant, for example, there is no concern about the problem of unnecessary radiation noise.
(12)本発明の無接点電力伝送システムの一態様では、1次コイルと2次コイルを電磁的に結合させて送電装置から受電装置に対して電力を伝送し、前記受電装置の本負荷に対して電力を供給する無接点電力伝送システムであって、前記送電装置は、前記1次コイルを構成要素として含む、共振特性可変のLC共振回路を有し、前記LC共振回路は、イネーブル信号によってアクティブ状態/非アクティブ状態が選択される、少なくとも1つのサブコンデンサおよび少なくとも1つのサブコイルの少なくとも一方を含み、前記送電制御装置は、前記送電装置を制御する送電側制御回路を含み、前記受電装置は、前記送電装置に対して信号を送信するための負荷変調部と、前記受電装置を制御する受電側制御回路と、を含み、前記受電側制御回路は、通常送電が開始される前の認証時において、前記負荷変調部の動作を制御し、前記送電装置に対して、前記受電装置に通常送電時の伝送電力を制御させるための情報を含む認証情報を負荷変調によって送信し、前記送電装置の前記送電側制御回路は、通常送電が開始される前に、前記受電装置から送信される前記認証情報に基づく認証処理を実行して送電の可否を判定し、送電可能と判定された場合に前記通常送電を開始すると共に、前記認証情報に含まれる、前記受電装置に通常送電時の伝送電力を制御させるための情報に基づいて、前記少なくとも1つのサブコンデンサまたは前記少なくとも1つのサブコイルの各々を前記イネーブル信号によって選択的にアクティブ状態として、前記LC共振回路の共振特性を制御し、これによって、前記受電装置側の定格電力に適合するように、前記通常送電時の最大伝送電力を制御する。 (12) In one aspect of the contactless power transmission system of the present invention, the primary coil and the secondary coil are electromagnetically coupled to transmit power from the power transmission apparatus to the power reception apparatus, and to the main load of the power reception apparatus A non-contact power transmission system for supplying power to the power transmission device, wherein the power transmission device includes an LC resonance circuit having a variable resonance characteristic including the primary coil as a component, and the LC resonance circuit is controlled by an enable signal. Including at least one of at least one sub-capacitor and at least one sub-coil in which an active state / inactive state is selected, the power transmission control device includes a power transmission side control circuit that controls the power transmission device, and the power reception device includes: A power receiving side control including a load modulation unit for transmitting a signal to the power transmitting device, and a power receiving side control circuit for controlling the power receiving device. The path includes information for controlling the operation of the load modulation unit at the time of authentication before starting normal power transmission, and causing the power receiving apparatus to control transmission power during normal power transmission to the power receiving apparatus. Authentication information is transmitted by load modulation, and the power transmission side control circuit of the power transmission apparatus executes authentication processing based on the authentication information transmitted from the power reception apparatus before normal power transmission is started. And at least 1 based on the information included in the authentication information for causing the power receiving device to control the transmission power during normal power transmission. Each of the sub-capacitors or the at least one sub-coil is selectively activated by the enable signal to control the resonance characteristics of the LC resonant circuit, , To conform to the rated power of the power reception device, to control the maximum transmission power during the normal power transmission.
本態様の無接点電力伝送システムでは、受電装置側からの認証情報に基づき、送電装置側にて機器の認証を行うと共に、サブコンデンサやサブコイルの選択によってLC共振回路の共振特性を変化させて最大伝送電力を調整するため、適切な電力送電が可能となり(過剰な電力送電がなされることがなく)、よって、1台の受電装置により、広範な多様な送電装置側の機器に対応することが可能となる。 In the non-contact power transmission system of this aspect, based on the authentication information from the power receiving device side, the power transmission device side authenticates the device and changes the resonance characteristics of the LC resonance circuit by selecting the sub capacitor and the sub coil. Appropriate power transmission is possible because the transmission power is adjusted (without excessive power transmission). Therefore, a single power receiving device can support a wide variety of devices on the power transmission device side. It becomes possible.
(13)本発明の無接点電力伝送システムであって、前記受電側制御回路は、通常送電時のおける前記本負荷の状態を監視し、前記本負荷が通常送電時の電力伝送を必要としない状態になった場合に、前記送電装置に対して、通常送電時よりも低い電力送電であるパワーセーブ送電を要求する信号を送信し、前記送電側制御回路は、前記受電装置からの前記パワーセーブ送電を要求する信号を受信すると、前記共振回路の共振特性を変化させ、送電時の周波数と同じ周波数による前記パワーセーブ送電を実行する。 (13) The contactless power transmission system according to the present invention, wherein the power receiving side control circuit monitors the state of the main load during normal power transmission, and the main load does not require power transmission during normal power transmission. When a state is reached, the power transmission device transmits a signal requesting power saving power transmission, which is lower power transmission than that during normal power transmission, and the power transmission side control circuit transmits the power saving device from the power receiving device. When a signal requesting power transmission is received, the resonance characteristic of the resonance circuit is changed, and the power-save power transmission at the same frequency as that during power transmission is executed.
本態様の無接点電力伝送システムでは、受電装置側で本負荷の状態を監視してパワーセーブ送電を要求する信号を送電装置側に送信し、送電装置は共振回路の共振特性を変化させて、通常送電時の伝送周波数はそのままに維持しながらパワーセーブ送電に移行する。したがって、弱い電力による連続送電であるパワーセーブ送電を無理なく実現でき、かつ、伝送周波数を一定に保つことができるため、例えば、不要輻射ノイズの問題が生じる心配もまったくない。 In the non-contact power transmission system of this aspect, the power receiving device side monitors the state of this load and transmits a signal requesting power saving power transmission to the power transmission device side, and the power transmission device changes the resonance characteristics of the resonance circuit, Shift to power save transmission while maintaining the transmission frequency during normal power transmission. Therefore, power-saving power transmission, which is continuous power transmission using weak power, can be realized without difficulty, and the transmission frequency can be kept constant. For example, there is no concern that unnecessary radiation noise will occur.
(14)本発明の送電装置の一態様では、LC共振回路の構成要素である1次コイルと、前記LC共振回路に含まれる、少なくとも1つのサブコンデンサおよび少なくとも1つのサブコイルのいずれか一方と、前記少なくとも1つのサブコンデンサに対応して設けられた、前記イネーブル信号によってアクティブ状態/非アクティブ状態が選択される少なくとも1つのサブ送電ドライバと、を有する。 (14) In one aspect of the power transmission device of the present invention, a primary coil that is a component of the LC resonance circuit, and at least one of the at least one sub capacitor and the at least one sub coil included in the LC resonance circuit, And at least one sub power transmission driver provided corresponding to the at least one sub capacitor, wherein an active state / inactive state is selected by the enable signal.
本態様の送電装置では、サブコンデンサやサブコイルに対応してサブ送電ドライバを設け、サブ送電ドライバのアクティブ状態/非アクティブ状態を切換えることによって、LC共振回路の共振特性を変化させて、同一の周波数で異なる送電電力レベルを実現する。 In the power transmission device of this aspect, a sub power transmission driver is provided corresponding to the sub capacitor and the sub coil, and the resonance characteristics of the LC resonance circuit are changed by switching the active state / inactive state of the sub power transmission driver so that the same frequency is obtained. To achieve different transmission power levels.
(15)本発明の送電装置の他の態様では、LC共振回路の構成要素である1次コイルと、前記LC共振回路に含まれる、少なくとも1つのサブコンデンサと、前記少なくとも1つのサブコンデンサの少なくとも1つに設けられた、前記イネーブル信号によってオン/オフが制御される少なくとも1つのスイッチ回路と、を有する。 (15) In another aspect of the power transmission device of the present invention, a primary coil that is a component of an LC resonance circuit, at least one sub-capacitor included in the LC resonance circuit, and at least one of the at least one sub-capacitor And at least one switch circuit that is on / off controlled by the enable signal.
本態様の送電装置では、サブコンデンサやサブコイルに対応してスイッチ回路を設け、スイッチ回路のアクティブ状態/非アクティブ状態を切換えることによって、LC共振回路の共振特性を変化させて、同一の周波数で異なる送電電力レベルを実現する。 In the power transmission device of this aspect, a switch circuit is provided corresponding to the sub capacitor and the sub coil, and the resonance characteristics of the LC resonance circuit are changed by switching the active state / inactive state of the switch circuit, so that they differ at the same frequency. Realize transmission power level.
(16)本発明の電子機器は、本発明の送電装置を含む。 (16) The electronic device of the present invention includes the power transmission device of the present invention.
これにより、広範な多様な電子機器に対応可能な給電側の電子機器(携帯端末を充電するためのクレードル等)を得ることができる。 As a result, it is possible to obtain a power supply-side electronic device (such as a cradle for charging a portable terminal) that can handle a wide variety of electronic devices.
このように、本発明によれば、簡単かつ実現容易な構成により、1台の送電装置の送電電力を、受電装置側の機器の定格電力に適合するように柔軟に調整可能とし、きわめて広範で多様な機器に柔軟に対応できるようにすることができる。本発明によって、無接点電力伝送システムの利便性が格段に向上する。よって、無接点電力伝送システムの利用促進を図ることができ、また、無接点電力伝送システムを社会基盤として広く普及させることができる。 As described above, according to the present invention, the transmission power of one power transmission device can be flexibly adjusted to match the rated power of the device on the power reception device side with a simple and easy-to-implement configuration. It is possible to flexibly handle various devices. The convenience of the non-contact power transmission system is greatly improved by the present invention. Therefore, the use promotion of the non-contact power transmission system can be promoted, and the non-contact power transmission system can be widely spread as a social infrastructure.
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。
なお、以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成のすべてが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Note that this embodiment described below does not unduly limit the contents of the present invention described in the claims, and all the configurations described in this embodiment are indispensable as means for solving the present invention. Not always.
(第1の実施形態)
まず、本発明が適用される好適な電子機器の例、ならびに、無接点電力伝送技術の原理について説明する。
(First embodiment)
First, an example of a suitable electronic device to which the present invention is applied and the principle of contactless power transmission technology will be described.
(電子機器の例と無接点電力伝送の原理)
図1(A),図1(B)は無接点電力伝送技術について説明するための図であり、図1(A)は無接点電力伝送手法が適用される電子機器の例を示す図であり、図1(B)は誘導トランスを用いた無接点電力伝送の原理を説明するための図である。
図1(A)に示されるように、電子機器の1つである充電器500(クレードル)は、送電装置10を有する。また電子機器の1つである携帯電話機510は、受電装置40を有する。また携帯電話機510は、LCDなどの表示部512、ボタン等で構成される操作部514、マイク516(音入力部)、スピーカ518(音出力部)、アンテナ520を有する。
(Examples of electronic devices and the principle of contactless power transmission)
1A and 1B are diagrams for explaining a contactless power transmission technique, and FIG. 1A is a diagram illustrating an example of an electronic device to which a contactless power transmission technique is applied. FIG. 1B is a diagram for explaining the principle of contactless power transmission using an induction transformer.
As illustrated in FIG. 1A, a charger 500 (cradle) that is one of electronic devices includes a
充電器500にはACアダプタ502を介して電力が供給され、この電力が、無接点電力伝送により送電装置10から受電装置40に送電される。これにより、携帯電話機510のバッテリを充電したり、携帯電話機510内のデバイスを動作させたりすることができる。
Electric power is supplied to the
なお、本実施形態が適用される電子機器は携帯電話機510に限定されない。例えば腕時計、コードレス電話器、シェーバー、電動歯ブラシ、リストコンピュータ、ハンディターミナル、携帯情報端末、あるいは電動自転車などの種々の電子機器に適用できる。
The electronic device to which this embodiment is applied is not limited to the
特に好適な電子機器の例としては、携帯端末(携帯電話端末、PDA端末、持ち運び可能なパーソナルコンピュータ端末を含む)や時計(ウオッチ)があげられる。本発明の受電装置は、構成が簡単で小型であるため携帯端末等への搭載も可能であり、低損失であるために、例えば、電子機器における2次電池の充電時間を短縮することが可能であり、また、発熱が低減されることから、電子機器の安全面からみた信頼性も向上する。 Examples of particularly suitable electronic devices include mobile terminals (including mobile phone terminals, PDA terminals, portable personal computer terminals) and watches (watches). Since the power receiving device of the present invention is simple in configuration and small in size, it can be mounted on a portable terminal or the like and has low loss. For example, the charging time of a secondary battery in an electronic device can be shortened. In addition, since the heat generation is reduced, the reliability of the electronic device from the viewpoint of safety is also improved.
特に、携帯端末(携帯電話端末、PDA端末、持ち運び可能なパーソナルコンピュータ端末を含む)は、高負荷時の充電電流量が大きく、発熱の問題も顕在化しやすい。よって、本発明が有する低損失かつ低発熱という特性を十分に活かすことが可能な機器といえる。 In particular, mobile terminals (including mobile phone terminals, PDA terminals, and portable personal computer terminals) have a large amount of charging current at high loads, and the problem of heat generation is likely to become obvious. Therefore, it can be said that the present invention can fully utilize the low loss and low heat generation characteristics of the present invention.
図1(B)に模式的に示すように、送電装置10から受電装置40への電力伝送は、送電装置10側に設けられた1次コイルL1(送電コイル)と、受電装置40側に設けられた2次コイルL2(受電コイル)を電磁的に結合させて電力伝送トランスを形成することで実現される。これにより非接触での電力伝送が可能になる。
As schematically shown in FIG. 1B, power transmission from the
(送電装置および受電装置の構成例)
図2は、送電装置、受電装置ならびに負荷からなる無接点電力伝送システムにおける、各部の具体的な構成の一例を示す回路図である。図示されるように、送電装置10には、送電制御装置20と、送電部12が設けられている。また、受電装置40には、受電部40と、負荷変調部46と、給電制御部48とが設けられている。また、負荷90は、充電制御装置92とバッテリ(2次電池)94が含まれる。以下具体的に説明する。
(Configuration example of power transmission device and power reception device)
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an example of a specific configuration of each unit in a contactless power transmission system including a power transmission device, a power reception device, and a load. As illustrated, the
図1(A)の充電器500などの送電側の電子機器は、少なくとも図2に示される送電装置10を含む。また、携帯電話機510などの受電側の電子機器は、少なくとも受電装置40と負荷90(本負荷)を含む。そして、図2の構成により、1次コイルL1と2次コイルL2を電磁的に結合させて送電装置10から受電装置40に対して電力を伝送し、受電装置40の電圧出力ノードNB7から負荷90に対して電力(電圧VOUT)を供給する無接点電力伝送(非接触電力伝送)システムが実現される。
A power transmission-side electronic device such as the
送電装置10(送電モジュール、1次モジュール)は、1次コイルL1、送電部12、電圧検出回路14、表示部16、送電制御装置20を含むことができる。なお、送電装置10や送電制御装置20は図2の構成に限定されず、その構成要素の一部(例えば表示部、電圧検出回路)を省略したり、他の構成要素を追加したり、接続関係を変更するなどの種々の変形実施が可能である。
The power transmission device 10 (power transmission module, primary module) can include a primary coil L1, a
送電部12は、電力伝送時には所定周波数の交流電圧を生成し、データ転送時にはデータに応じて周波数が異なる交流電圧を生成して、1次コイルL1に供給する。具体的には、図3(A)に示されるように、例えば、データ「1」を受電装置40に対して送信する場合には、周波数f1の交流電圧を生成し、データ「0」を送信する場合には、周波数f2の交流電圧を生成する。この送電部12は、1次コイルL1の一端を駆動する第1の送電ドライバと、1次コイルL1の他端を駆動する第2の送電ドライバと、1次コイルL1と共に共振回路を構成する少なくとも1つのコンデンサを含むことができる。そして、送電部12が含む第1、第2の送電ドライバの各々は、例えば、パワーMOSトランジスタにより構成されるインバータ回路(あるいはバッファ回路)であり、送電制御装置20のドライバ制御回路26により制御される。
The
1次コイルL1(送電側コイル)は、2次コイルL2(受電側コイル)と電磁結合して電力伝送用トランスを形成する。例えば、電力伝送が必要なときには、図1(A)、図1(B)に示すように、充電器500の上に携帯電話機510を置き、1次コイルL1の磁束が2次コイルL2を通るような状態にする。
The primary coil L1 (power transmission side coil) is electromagnetically coupled to the secondary coil L2 (power reception side coil) to form a power transmission transformer. For example, when power transmission is necessary, as shown in FIGS. 1A and 1B, a
一方、電力伝送が不要なときには、充電器500と携帯電話機510を物理的に離して、1次コイルL1の磁束が2次コイルL2を通らないような状態にする。
On the other hand, when power transmission is unnecessary, the
電圧検出回路14は、1次コイルL1の誘起電圧を検出する回路であり、例えば、抵抗RA1、RA2や、RA1とRA2の接続ノードNA3とGND(広義には低電位側電源)との間に設けられるダイオードDA1を含む。具体的には、1次コイルの誘起電圧を抵抗RA1、RA2で分圧することによって得られた信号PHINが、送電制御装置20の波形検出回路28に入力される。
The
表示部16は、無接点電力伝送システムの各種状態(電力伝送中、ID認証等)を、色や画像などを用いて表示するものであり、例えばLED(発光ダイオード)やLCD(液晶表示装置)などにより実現される。
The
送電制御装置20は、送電装置10の各種制御を行う装置であり、集積回路装置(IC)などにより実現できる。この送電制御装置20は、制御回路22(送電側)、発振回路24、ドライバ制御回路26、波形検出回路28を含むことができる。
The power
また、制御回路22(制御部)は、送電装置10や送電制御装置20の制御を行うものであり、例えば、ゲートアレイやマイクロコンピュータなどにより実現できる。具体的には、制御回路22は、電力伝送、負荷検出、周波数変調、異物検出、あるいは着脱検出などに必要な各種のシーケンス制御や判定処理を行う。
The control circuit 22 (control unit) controls the
発振回路24は、例えば、水晶発振回路により構成され、1次側のクロックを生成する。ドライバ制御回路26は、発振回路24で生成されたクロックや制御回路22からの周波数設定信号などに基づいて、所望の周波数の制御信号を生成し、送電部12の送電ドライバ(不図示)に出力し、その送電ドライバの動作を制御する。
The oscillation circuit 24 is composed of, for example, a crystal oscillation circuit and generates a primary side clock. The
波形検出回路28は、1次コイルL1の一端の誘起電圧に相当する信号PHINの波形をモニタし、負荷検出、異物検出等を行う。例えば、受電装置40の負荷変調部46が、送電装置10に対してデータを送信するための負荷変調を行うと、1次コイルL1の誘起電圧の信号波形が、それに対応して変化する。
The
具体的には、図3(B)に示すように、データ「0」を送信するために、受電装置40の負荷変調部46が負荷を低くすると、信号波形の振幅(ピーク電圧)が小さくなり、データ「1」を送信するために負荷を高くすると、信号波形の振幅が大きくなる。したがって、波形検出回路28は、誘起電圧の信号波形のピークホールド処理などを行って、ピーク電圧がしきい値電圧を超えたか否かを判断することで、受電装置40からのデータが「0」なのか「1」なのかを判断できる。なお波形検出の手法は、上述の手法に限定されない。例えば、受電側の負荷が高くなったか低くなったかを、ピーク電圧以外の物理量を用いて判断してもよい。
Specifically, as illustrated in FIG. 3B, when the
受電装置40(受電モジュール、2次モジュール)は、2次コイルL2、受電部42、負荷変調部46、給電制御部48、受電制御装置50を含むことができる。なお、受電装置40や受電制御装置50は図2の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加したり、接続関係を変更するなどの種々の変形実施が可能である。
The power reception device 40 (power reception module, secondary module) can include a secondary coil L2, a
受電部42は、2次コイルL2の交流の誘起電圧を直流電圧に変換する。この変換は受電部42が有する整流回路43により行われる。この整流回路43は、ダイオードDB1〜DB4を含む。ダイオードDB1は、2次コイルL2の一端のノードNB1と直流電圧VDCの生成ノードNB3との間に設けられ、DB2は、ノードNB3と2次コイルL2の他端のノードNB2との間に設けられ、DB3は、ノードNB2とVSSのノードNB4との間に設けられ、DB4は、ノードNB4とNB1との間に設けられる。
The
受電部42の抵抗RB1、RB2はノードNB1とNB4との間に設けられる。そしてノードNB1、NB4間の電圧を抵抗RB1、RB2により分圧することで得られた信号CCMPIが、受電制御装置50の周波数検出回路60に入力される。
The resistors RB1 and RB2 of the
受電部42のコンデンサCB1及び抵抗RB4、RB5は、直流電圧VDCのノードNB3とVSSのノードNB4との間に設けられる。そしてノードNB3、NB4間の電圧を抵抗RB4、RB5により分圧して得られる分圧電圧VD4は、信号線LP2を経由して、受電側制御回路52および位置検出回路56に入力される。位置検出回路56に関しては、その分圧電圧VD4が、周波数検出のための信号入力(ADIN)となる。
The capacitor CB1 and the resistors RB4 and RB5 of the
負荷変調部46は、負荷変調処理を行う。具体的には、受電装置40から送電装置10に所望のデータを送信する場合に、送信データに応じて負荷変調部46(2次側)での負荷を可変に変化させ、1次コイルL1の誘起電圧の信号波形を変化させる。このために負荷変調部46は、ノードNB3、NB4の間に直列に設けられた抵抗RB3、トランジスタTB3(N型のCMOSトランジスタ)を含む。
The
このトランジスタTB3は、受電制御装置50の受電側制御回路52から信号線LP3を経由して与えられる制御信号P3Qによりオン・オフ制御される。通常送電が開始される前の認証ステージにおいて、トランジスタTB3をオン・オフ制御して負荷変調を行って送電装置に信号を送信する際には、給電制御部48のトランジスタTB1、TB2はオフにされ、負荷90が受電装置40に電気的に接続されない状態になる。
This transistor TB3 is ON / OFF controlled by a control signal P3Q given from the power reception
例えば、データ「0」を送信するために2次側を低負荷(インピーダンス大)にする場合には、信号P3QがLレベルになってトランジスタTB3がオフになる。これにより負荷変調部46の負荷はほぼ無限大(無負荷)になる。一方、データ「1」を送信するために2次側を高負荷(インピーダンス小)にする場合には、信号P3QがHレベルになってトランジスタTB3がオンになる。これにより負荷変調部46の負荷は、抵抗RB3(高負荷)になる。
For example, when the secondary side is set to a low load (high impedance) in order to transmit data “0”, the signal P3Q becomes L level and the transistor TB3 is turned off. As a result, the load of the
給電制御部48は、負荷90への電力の給電を制御する。レギュレータ(LDO)49は、整流回路43での変換で得られた直流電圧VDCの電圧レベルを調整して、電源電圧VD5(例えば5V)を生成する。受電制御装置50は、例えばこの電源電圧VD5が供給されて動作する。
The power
また、トランジスタTB2(P型のCMOSトランジスタ)は、電源電圧VD5の生成ノードNB5(レギュレター49の出力ノード)とトランジスタTB1(ノードNB6)との間に設けられ、受電制御装置50の制御回路52からの信号P1Qにより制御される。具体的には、トランジスタTB2は、ID認証が完了(確立)して通常の電力伝送(すなわち、通常送電)を行う場合にはオン状態となる。
The transistor TB2 (P-type CMOS transistor) is provided between the generation node NB5 (output node of the regulator 49) of the power supply voltage VD5 and the transistor TB1 (node NB6), and is supplied from the
なお、電源電圧生成ノードNB5とトランジスタTB2のゲートのノードNB8との間にはプルアップ抵抗RU2が設けられる。 A pull-up resistor RU2 is provided between the power supply voltage generation node NB5 and the node NB8 of the gate of the transistor TB2.
トランジスタTB1(P型のCMOSトランジスタ)は、トランジスタTB2(ノードNB6)とVOUTの電圧出力ノードNB7との間に設けられ、出力保証回路54からの信号P4Qにより制御される。具体的には、ID認証が完了して通常の電力伝送を行う場合にはオンになる。一方、ACアダプタの接続が検出され、あるいは、電源電圧VD5が受電制御装置50(制御回路52)の動作下限電圧よりも小さいといった場合には、オフになる。なお、電圧出力ノードNB7とトランジスタTB1のゲートのノードNB9との間にはプルアップ抵抗RU1が設けられる。
The transistor TB1 (P-type CMOS transistor) is provided between the transistor TB2 (node NB6) and the voltage output node NB7 of VOUT, and is controlled by a signal P4Q from the
受電制御装置50は、受電装置40の各種制御を行う装置であり、集積回路装置(IC)などにより実現できる。この受電制御装置50は、2次コイルL2の誘起電圧から生成される電源電圧VD5により動作することができる。また、受電制御装置50は、制御回路52(受電側)、出力保証回路54、位置検出回路56、発振回路58、周波数検出回路60、満充電検出回路62を含むことができる。
The power
受電側制御回路52は、受電装置40や受電制御装置50の制御を行うものであり、例えば、ゲートアレイやマイクロコンピュータなどにより実現できる。この受電側制御回路52は、シリーズレギュレータ(LDO)49の出力端の定電圧(VD5)を電源として動作する。
The power receiving
この受電側制御回路52は、具体的には、ID認証、位置検出、周波数検出、満充電検出、認証用の通信のための負荷変調、異物挿入検出を可能とするための通信のための負荷変調などに必要な各種のシーケンス制御や判定処理を行う。
Specifically, the power receiving
出力保証回路54は、低電圧時(0V時)の受電装置40の出力を保証する回路である。すなわち、トランジスタTB1を制御し、ACアダプタの接続が検出され、あるいは、電源電圧VD5が動作下限電圧よりも小さい場合に、トランジスタTB1をオフにする設定を行い、電圧出力ノードNB7から受電装置40側への電流の逆流を防止する。
The
位置検出回路56は、2次コイルL2の誘起電圧の波形に相当する信号ADINの波形を監視して、1次コイルL1と2次コイルL2の位置関係が適正であるかを判断する。具体的には、信号ADINをコンパレータで2値に変換して、位置関係が適正であるか否かを判断する。
The
発振回路58は、例えばCR発振回路により構成され、2次側のクロックを生成する。周波数検出回路60は、信号CCMPIの周波数(f1、f2)を検出して、送電装置10からの送信データが「1」なのか「0」なのかを判断する。
The
満充電検出回路62(充電検出回路)は、負荷90のバッテリ94が、満充電状態(充電状態)になったか否かを検出する回路である。具体的には満充電検出回路62は、例えば、充電状態の表示に使用されるLEDRのオン・オフを検出することによって、満充電状態を検出する。すなわち、所定時間(例えば5秒)連続でLEDRが消灯した場合に、バッテリ94が満充電状態(充電完了)であると判断する。また、負荷90内の充電制御装置92も、LEDRの点灯状態に基づいて満充電状態を検出することができる。
The full charge detection circuit 62 (charge detection circuit) is a circuit that detects whether or not the
また、負荷90は、バッテリ94の充電制御等を行う充電制御装置92を含む。充電制御装置92は、発光装置(LEDR)の点灯状態に基づいて満充電状態を検出することができる。この充電制御装置92(充電制御IC)は集積回路装置などにより実現できる。なお、スマートバッテリのように、バッテリ94自体に充電制御装置92の機能を持たせてもよい。なお、負荷90は、2次電池に限定されるものではない。
The
(認証時の動作)
次に、通常送電前の認証動作および最大伝送電力の調整動作について説明する。図4(A)、図4(B)、図4(C)は各々、認証動作および最大伝送電力の調整動作の一例を説明するための図であり、図4(A)は、認証情報に基づいて最大伝送電力の調整が行われる様子を示す図であり、図4(B)および図4(C)は各々、認証情報の具体例を示す図である。
(Operation during authentication)
Next, an authentication operation before normal power transmission and an operation for adjusting the maximum transmission power will be described. 4 (A), 4 (B), and 4 (C) are diagrams for explaining an example of the authentication operation and the maximum transmission power adjustment operation. FIG. 4 (A) shows the authentication information. It is a figure which shows a mode that adjustment of maximum transmission power is performed based on FIG. 4, FIG.4 (B) and FIG.4 (C) are figures which respectively show the specific example of authentication information.
図4(A)に示すように、受電装置40は、通常送電前の認証時において、認証フレーム(SR)を送電装置10に送信する。この認証フレーム(SR)の送信は、負荷変調部46による負荷変調によって行われる。
As illustrated in FIG. 4A, the
「認証情報」は、「認証時において受電装置40から送電装置10に送信される情報の総称」であり、認証フレーム(SR)も認証情報である。認証フレーム(SR)は、図4(B),図4(C)に示すように、スタートコード1と、メーカID2と、メーカプロダクトID3を含む。
“Authentication information” is “a general term for information transmitted from the
メーカID2は、受電装置側の機器(受電装置および電子機器の少なくとも一つ)の製造者を特定する情報であり、メーカプロダクトID3は、受電装置側の機器(受電装置および電子機器の少なくとも一つ)を特定する情報(例えば、製品の種類や型番を示すコード)である。これらの情報によって、送電装置10では、受電装置40側の機器がどのメーカの、どの製品であるかを特定することができる。受電装置40側の機器を特定することができれば、その受電装置40側の機器が、通常送電の対象となり得るか否かの判定(すなわち認証)を行うことができる。
The
また、図4(B)では、認証フレーム(SR)には、さらに、定格電力情報4が含まれている。この定格電力情報4は、受電装置側の機器(受電装置および電子機器の少なくとも一つ)の定格電力を示す情報である。送電装置10は、認証処理の結果として通常送電を許可する場合には、次に、定格電力情報4に基づいて、その定格電力に適合するように、通常送電時の最大伝送電力を調整する(一般には、その定格電力の値に最大伝送電力を合わせる)。
In FIG. 4B, the authentication frame (SR) further includes rated
また、図4(C)では、定格電力情報の代わりに、共振特性情報5が含まれている。共振特性情報とは、例えば、使用する共振周波数の情報、あるいは、使用するLC共振回路のインダクタンス値やコンデンサの容量値の情報である。この共振特性情報5によって、送電装置10側では、受電装置40側が所望する共振回路の共振特性を実現して、最適な条件による電力伝送を実行することができる。
In FIG. 4C, resonance
図4(A)において、PTは、送電装置10によって最大伝送電力が制御された伝送電力を示している。図4(B),図4(C)の認証フレーム(SR)には、定格電力情報4や共振特性情報5が含まれるため、送電装置10側では、最適な最大伝送電力を実現するために必要な情報を直接的に得ることができ、したがって、伝送電力の制御を簡単に行うことができる。
In FIG. 4A, PT indicates transmission power whose maximum transmission power is controlled by the
図5(A),図5(B)は各々、認証動作および最大伝送電力の調整動作の他の例を説明するための図であり、図5(A)は、認証情報に基づいて最大伝送電力の調整が行われる様子を示す図であり、図5(B)は、認証情報の具体例を示す図である。 5A and 5B are diagrams for explaining another example of the authentication operation and the maximum transmission power adjustment operation. FIG. 5A shows the maximum transmission based on the authentication information. It is a figure which shows a mode that electric power adjustment is performed, and FIG.5 (B) is a figure which shows the specific example of authentication information.
図5(A)に示されるように、送電装置10には、伝送電力設定情報11を記憶したメモリ(ROM)11が設けられている。伝送電力設定情報11は、例えば、受電装置40側の機器と定格電力情報とを1対1に対応付けしたテーブル情報である。
As shown in FIG. 5A, the
図5(B)に示される認証フレーム(SR)は、スタートコード1と、メーカID2と、メーカプロダクトID3が含まれるが、図4(B),図4(C)のような定格情報4や共振特性情報5は含まれていない。つまり、受電装置10では、受電装置40側の機器を特定できるだけであり、伝送電力を調整するための情報は直接的には取得することができない。そこで、送電装置10では、メモリ(ROM)11に記憶されている伝送電力設定情報11(例えば、受電装置40側の機器と定格電力情報とを1対1に対応付けしたテーブル情報)を用いて、受電装置40側の機器の定格電力情報を取得し、これに基づいて、最大伝送電力を最適化する。
The authentication frame (SR) shown in FIG. 5B includes a
(LC共振回路の共振特性を変化させて、伝送周波数を固定したまま伝送電力を増減させる方法)
次に、LC共振回路の共振特性(共振周波数)を変化させることによって、伝送周波数を固定したまま伝送電力を増減させる方法について説明する。図6は、共振周波数が異なる複数の共振特性を使い分けることによって、同じ伝送周波数で異なる電力を伝送する態様を示す図である。
(Method to increase or decrease the transmission power while changing the resonance characteristics of the LC resonance circuit and fixing the transmission frequency)
Next, a method for increasing or decreasing the transmission power while fixing the transmission frequency by changing the resonance characteristic (resonance frequency) of the LC resonance circuit will be described. FIG. 6 is a diagram illustrating a mode in which different power is transmitted at the same transmission frequency by properly using a plurality of resonance characteristics having different resonance frequencies.
図6において、QL1、QL4、QL5は、いずれも、1次コイル(L1等)とコンデンサ(C1,C2等)を含むLC共振回路の共振特性を示しているが、各々、共振周波数が異なっている。QL1の共振周波数はf0であり、QL4の共振周波数はf6であり、QL5の共振周波数はf4である。 In FIG. 6, QL1, QL4, and QL5 all show the resonance characteristics of the LC resonance circuit including the primary coil (L1, etc.) and the capacitors (C1, C2, etc.), but each has a different resonance frequency. Yes. The resonance frequency of QL1 is f0, the resonance frequency of QL4 is f6, and the resonance frequency of QL5 is f4.
QL1、QL4、QL5の各々の共振特性は、LC共振回路のコイルのインダクタンス値、あるいは、コンデンサの容量値を変化させることによって実現される。図6から明らかなように、LC共振回路の共振周波数を変化させる(ずらす)ことによって、同じ伝送周波数f1であっても、共振周波数との相対的な位置関係(共振周波数からの距離)が変化し、伝送電力を変化させることができる。すなわち、共振特性をQL4、QL1、QL5の順に変化させることによって、伝送電力値を、P5、P1、P3に順次、変化させることができる。伝送周波数を変化させずに伝送電力を増減することは、電磁波の輻射の問題が生じず、電波法上の問題もなく、現実の伝送電力の調整手法として有用である。 The resonance characteristics of QL1, QL4, and QL5 are realized by changing the inductance value of the coil of the LC resonance circuit or the capacitance value of the capacitor. As can be seen from FIG. 6, by changing (shifting) the resonance frequency of the LC resonance circuit, the relative positional relationship (distance from the resonance frequency) with the resonance frequency changes even at the same transmission frequency f1. The transmission power can be changed. That is, by changing the resonance characteristics in the order of QL4, QL1, and QL5, the transmission power value can be sequentially changed to P5, P1, and P3. Increasing or decreasing the transmission power without changing the transmission frequency does not cause the problem of electromagnetic wave radiation and has no problem in the radio law, and is useful as a method for adjusting the actual transmission power.
共振回路の共振周波数を変化させる(ずらす)方法としては、LC共振回路のコンデンサの容量値およびコイルのインダクタンス値の少なくとも一つを変化させる方法がある。 As a method of changing (shifting) the resonance frequency of the resonance circuit, there is a method of changing at least one of the capacitance value of the capacitor and the inductance value of the coil of the LC resonance circuit.
図7は、共振回路のコンデンサの容量値を変化させることによって、共振回路の共振特性を変化させて伝送電力を調整することが可能な送電装置の、要部の構成を示す回路図である。図示されるように、送電部12には、可変容量部13が設けられている。可変容量部13には、2つの容量可変のコンデンサC10およびC20が設けられており、各コンデンサC10およびC20の容量値は、送電側制御回路22の容量値制御信号S3によって制御される。なお、コンデンサC10およびC20の容量を変化させる具体的な方法については後述する。
FIG. 7 is a circuit diagram illustrating a configuration of a main part of a power transmission device capable of adjusting the transmission power by changing the resonance characteristics of the resonance circuit by changing the capacitance value of the capacitor of the resonance circuit. As illustrated, the
図8は、共振回路のコイルのインダクタンス値を変化させることによって、共振回路の共振特性を変化させて伝送電力を調整することが可能な送電装置の、要部の構成を示す回路図である。図8に示される1次コイル(L10)は、インダクタンス値が可変のコイルであり、そのインダクタンス値は、送電側制御回路22のインダクタンス値制御信号S4によって制御される。なお、1次コイル(L10)のインダクタンス値を変化させる具体的な方法は後述する。
FIG. 8 is a circuit diagram illustrating a configuration of a main part of a power transmission device capable of adjusting the transmission power by changing the resonance characteristics of the resonance circuit by changing the inductance value of the coil of the resonance circuit. The primary coil (L10) shown in FIG. 8 is a coil having a variable inductance value, and the inductance value is controlled by an inductance value control signal S4 of the power transmission
(LC共振回路の共振特性を変化させるための具体的な方法の例)
図9は、サブコンデンサを用いてLC共振回路の共振特性を変化させる送電装置の具体的な回路構成の一例を示す回路図である。図9において、前掲の図と共通する部分には同じ参照符号を付してある。
(Example of specific method for changing resonance characteristics of LC resonance circuit)
FIG. 9 is a circuit diagram illustrating an example of a specific circuit configuration of a power transmission device that changes the resonance characteristics of the LC resonance circuit using a sub capacitor. In FIG. 9, the same reference numerals are given to the parts common to the previous figures.
送電部12には、1次コイル(L1)と、複数のコンデンサ(C1〜C4)と、送電ドライバ(DR1〜DR4)と、が含まれる。コンデンサ(C1,C2)は、通常のLC共振回路を構成するために必要なコンデンサであるため、ここでは、便宜上、「メインコンデンサ」と称することとする。一方、コンデンサ(C3,C4)は、LC共振回路の共振特性を調整する機能をもつため、ここでは、便宜上、「サブコンデンサ」と称することとする。ただし、この呼称は、便宜上のものであり、各コンデンサの役割が、その呼称のとおりに必ず限定されるというものではない。
The
つまり、1次コイルL1の上端には、3つのコンデンサ(C1,C3,C4)の一極が接続されているが、これらの3つのコンデンサ(C1,C3,C4)はいずれも、潜在的には、サブコンデンサとして機能することができ、また、メインコンデンサとしても機能し得る。例えば、コンデンサC3をメインコンデンサと把握し、コンデンサ(C1,C4)がサブコンデンサと把握することもできる。 That is, one pole of three capacitors (C1, C3, C4) is connected to the upper end of the primary coil L1, but all of these three capacitors (C1, C3, C4) are potentially Can function as a sub-capacitor and can also function as a main capacitor. For example, the capacitor C3 can be grasped as a main capacitor, and the capacitors (C1, C4) can be grasped as sub capacitors.
すなわち、「一つの送電電力レベルを実現するときに必要なコンデンサ」が「メインコンデンサ」であり、「他の送電電力レベルを実現するときに使用されるメインコンデンサ以外のコンデンサ」が「サブコンデンサ」であり、メインとサブという考え方は、送電電力レベルの切換えを前提とした相対的な概念である。以下の説明では、上述のとおり、コンデンサC1,C2をメインコンデンサとして扱い、コンデンサC3,C4をサブコンデンサとして扱う(この点は、サブコイルについても同様である。)。 In other words, the “capacitor necessary for realizing one transmission power level” is the “main capacitor”, and the “capacitor other than the main capacitor used for realizing other transmission power levels” is the “sub capacitor”. The concept of “main” and “sub” is a relative concept based on the premise of switching the transmission power level. In the following description, as described above, the capacitors C1 and C2 are treated as main capacitors, and the capacitors C3 and C4 are treated as sub capacitors (this is the same for the subcoil).
また、図9の送電部12には、各コンデンサ(C1〜C4)の各々に対応して、複数の送電ドライバ(DR1〜DR4)の各々が設けられている。以下の説明では、便宜上、メインコンデンサ(C1,C2)に対応した送電ドライバ(DR1,DR2)を「メイン送電ドライバ」と称する。また、サブコンデンサ(C3,C4)に対応した送電ドライバ(DR3,DR4)を「サブ送電ドライバ」と称する。
In addition, each of the plurality of power transmission drivers (DR1 to DR4) is provided in the
図9では、メイン送電ドライバDR1とサブ送電ドライバ(DR3,DR4)は、イネーブル端子付の送電ドライバである。すなわち、メイン送電ドライバDR1とサブ送電ドライバ(DR3,DR4)の各々のアクティブ状態/非アクティブ状態は、イネーブル信号S1〜S3の各々によって選択的に切換えられる。ここで、「アクティブ状態/非アクティブ状態」とは、「サブコンデンサやサブコイルがLC共振回路の構成要素となること/ならないこと」を意味し、具体的には、サブコンデンサやサブコイルが、メインコイル(主コイル)に対して電気的に接続されることである。 In FIG. 9, the main power transmission driver DR1 and the sub power transmission drivers (DR3, DR4) are power transmission drivers with an enable terminal. That is, the active state / inactive state of each of the main power transmission driver DR1 and the sub power transmission drivers (DR3, DR4) is selectively switched by each of the enable signals S1 to S3. Here, the “active state / inactive state” means “the sub capacitor or sub coil is / is not a constituent element of the LC resonance circuit”. Specifically, the sub capacitor or sub coil is the main coil. It is electrically connected to (main coil).
また、図9の送電制御回路20は、送電側制御回路22と、駆動クロック生成回路25と、ドライバ制御回路26と、を含む。
9 includes a power transmission
駆動クロック生成回路25は、例えば、PLL回路を内蔵し、発振回路16からの源振クロックCLKに基づいて所望周波数の駆動クロックを生成し、その駆動クロックをドライバ制御回路26に供給する。
The drive
ドライバ制御回路26は、メイン送電ドライバ(DR1,DR2)を逆相で駆動するためのインバータ(INV1)を有している。実際には、メイン送電ドライバ(DR1,DR2)の各々において、貫通電流が流れないように、CMOS構成の各トランジスタの駆動タイミングを調整する回路も有しているが、図9では図示を省略している。
The
送電側制御回路22は、イネーブル信号S1〜S3の各々によって、メイン送電ドライバDR1とサブ送電ドライバ(DR3,DR4)の各々のアクティブ状態/非アクティブ状態を切換え、所望の送電電力(伝送電力)PTを実現する。
The power transmission
受電装置(2次側機器)から送られてくる認証フレーム(SR)の信号は、電圧検出回路14および波形検出回路28を経由して、送電側制御回路22に伝達される。送電側制御回路22は、認証フレームSRに含まれる情報(図4の定格情報4や共振特性情報5等)を抽出し、その情報に基づいて、イネーブル信号S1〜S3を生成する。上述のとおり、イネーブル信号S1〜S3によって、メイン送電ドライバDR1とサブ送電ドライバ(DR3,DR4)の各々のアクティブ状態/非アクティブ状態が切換えられ、これによって、所望の送電電力(伝送電力)PTが実現される。
An authentication frame (SR) signal sent from the power receiving apparatus (secondary device) is transmitted to the power transmission
図10(A)、図10(B)、図10(C)は各々、図9の送電装置におけるLC共振回路の駆動態様の例を説明するための図である。図10(A)では、メイン送電ドライバDR1がアクティブ状態(すなわち、送電出力によって各コンデンサを駆動する状態)であり、サブ送電ドライバ(DR3,DR4)が非アクティブ状態(すなわち、送電出力端子がハイインピーダンス状態)である。したがって、メインコンデンサC1がアクティブ状態であり、サブコンデンサC3,C4が非アクティブ状態である。図中、IA1は駆動電流を示す。 FIGS. 10A, 10 </ b> B, and 10 </ b> C are diagrams for explaining examples of driving modes of the LC resonance circuit in the power transmission device of FIG. 9. In FIG. 10A, the main power transmission driver DR1 is in an active state (that is, a state in which each capacitor is driven by a power transmission output), and the sub power transmission drivers (DR3, DR4) are in an inactive state (that is, the power transmission output terminal is high). Impedance state). Therefore, the main capacitor C1 is in an active state, and the sub capacitors C3 and C4 are in an inactive state. In the figure, IA1 indicates a drive current.
図10(B)では、メイン送電ドライバDR1およびサブ送電ドライバDR3がアクティブ状態(すなわち、送電出力によって各コンデンサを駆動する状態)であり、サブ送電ドライバDR4が非アクティブ状態(すなわち、送電出力端子がハイインピーダンス状態)である。したがって、メインコンデンサC1とサブコンデンサC3がアクティブ状態であり、サブコンデンサC4が非アクティブ状態である。この場合、LC共振回路を構成するコンデンサの容量は(C1+C3)となる。図中、IA1とIA2は駆動電流を示す。 In FIG. 10B, the main power transmission driver DR1 and the sub power transmission driver DR3 are in an active state (that is, a state in which each capacitor is driven by a power transmission output), and the sub power transmission driver DR4 is in an inactive state (that is, the power transmission output terminal is High impedance state). Therefore, the main capacitor C1 and the sub capacitor C3 are in an active state, and the sub capacitor C4 is in an inactive state. In this case, the capacitance of the capacitor constituting the LC resonance circuit is (C1 + C3). In the figure, IA1 and IA2 indicate drive currents.
図10(C)では、メイン送電ドライバDR1,サブ送電ドライバDR3,DR4のすべてがアクティブ状態(すなわち、送電出力によって各コンデンサを駆動する状態)である。したがって、メインコンデンサC1とサブコンデンサC3,C4のすべてがアクティブ状態である。この場合、LC共振回路を構成するコンデンサの容量は(C1+C3+C4)となる。図中、IA1,IA2,IA3の各々は駆動電流を示す。 In FIG. 10C, all of the main power transmission driver DR1, the sub power transmission drivers DR3 and DR4 are in the active state (that is, the state where each capacitor is driven by the power transmission output). Therefore, all of the main capacitor C1 and the sub capacitors C3 and C4 are in the active state. In this case, the capacitance of the capacitor constituting the LC resonance circuit is (C1 + C3 + C4). In the figure, each of IA1, IA2, and IA3 indicates a drive current.
このように、イネーブル信号S1〜S3の各々によって、LC共振回路を構成するコンデンサの容量値を適宜、変化させて所望の送電電力レベルを実現することができる。 As described above, each of the enable signals S1 to S3 can appropriately change the capacitance value of the capacitor constituting the LC resonance circuit to realize a desired transmission power level.
図11は、サブコイルを用いてLC共振回路の共振特性を変化させる送電装置の具体的な回路構成の一例を示す回路図である。図11において、前掲の図と共通する部分には同じ参照符号を付してある。 FIG. 11 is a circuit diagram illustrating an example of a specific circuit configuration of the power transmission device that changes the resonance characteristics of the LC resonance circuit using the subcoil. In FIG. 11, the same reference numerals are given to the portions common to the above-mentioned drawings.
図11の送電装置の回路構成が図9の送電装置の回路構成と異なる点は、サブコイル(C3、C4)に対応してサブコイル(LB2,LB3)が設けられている点であり、その他の構成は同じである。 The circuit configuration of the power transmission device in FIG. 11 is different from the circuit configuration of the power transmission device in FIG. 9 in that subcoils (LB2, LB3) are provided corresponding to the subcoils (C3, C4). Are the same.
図11において、サブコイル(LB2,LB3)は、1次コイル(メインコイル)L1に対して直列に接続されている。また、メインコイルL1、サブコイルLB2およびLB3の各々のインダクタンス値は異なっている。また、ここでは、各コイルのインダクタンス値は、各コイルが単独で使用されたときに、所望の異なる送電電力レベルが実現されるように調整されているものとする。 In FIG. 11, the subcoils (LB2, LB3) are connected in series to the primary coil (main coil) L1. Further, the inductance values of the main coil L1 and the subcoils LB2 and LB3 are different. Here, it is assumed that the inductance value of each coil is adjusted so that a desired different transmission power level is realized when each coil is used alone.
図12(A)、図12(B)、図12(C)は各々、図11の送電装置におけるLC共振回路の駆動態様の例を説明するための図である。図12(A)では、メイン送電ドライバDR1のみがアクティブ状態(すなわち、送電出力によって各コンデンサを駆動する状態)であり、サブ送電ドライバ(DR3,DR4)が非アクティブ状態(すなわち、送電出力端子がハイインピーダンス状態)である。図中、IA4は駆動電流を示す。 FIGS. 12A, 12 </ b> B, and 12 </ b> C are diagrams for explaining examples of driving modes of the LC resonance circuit in the power transmission device of FIG. 11. In FIG. 12A, only the main power transmission driver DR1 is in an active state (that is, a state in which each capacitor is driven by a power transmission output), and the sub power transmission drivers (DR3 and DR4) are in an inactive state (that is, the power transmission output terminal is High impedance state). In the figure, IA4 indicates a drive current.
図12(B)では、サブ送電ドライバDR3のみがアクティブ状態(すなわち、送電出力によって各コンデンサを駆動する状態)であり、メイン送電ドライバDR1およびサブ送電ドライバDR4は非アクティブ状態である。図中、IA5は駆動電流を示す。 In FIG. 12B, only the sub power transmission driver DR3 is in an active state (that is, a state in which each capacitor is driven by a power transmission output), and the main power transmission driver DR1 and the sub power transmission driver DR4 are in an inactive state. In the figure, IA5 indicates a drive current.
図12(C)では、サブ送電ドライバDR4のみがアクティブ状態(すなわち、送電出力によって各コンデンサを駆動する状態)であり、メイン送電ドライバDR1およびサブ送電ドライバDR3は非アクティブ状態である。図中、IA6は駆動電流を示す。 In FIG. 12C, only the sub power transmission driver DR4 is in an active state (that is, a state in which each capacitor is driven by a power transmission output), and the main power transmission driver DR1 and the sub power transmission driver DR3 are in an inactive state. In the figure, IA6 indicates a drive current.
このように、イネーブル信号S1〜S3の各々によって、LC共振回路を構成するコンインダクタンスの容量値を適宜、変化させて所望の送電電力レベルを実現することができる。 As described above, each of the enable signals S <b> 1 to S <b> 3 can appropriately change the capacitance value of the con inductance composing the LC resonance circuit to realize a desired transmission power level.
(第2の実施形態)
本実施形態では、複数のコイルを効率的に形成すると共に、必要なコイルを合理的に選択することを可能とするLC共振回路の一例について説明する。図13(A),図13(B)は、共通の平面コイルを用いたLC共振回路の具体的な構成を示す図であり、図13(A)は平面コイルのパターンと送電ドライバの接続形状を示す図であり、図13(B)は等価回路図である。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, an example of an LC resonance circuit capable of efficiently forming a plurality of coils and rationally selecting necessary coils will be described. 13A and 13B are diagrams showing a specific configuration of an LC resonance circuit using a common planar coil, and FIG. 13A is a connection pattern of the planar coil pattern and the power transmission driver. FIG. 13B is an equivalent circuit diagram.
図13(A)に示すように、所定パターン(渦巻状のパターン)をもつ平面コイル120の異なる複数の位置(Q1〜Q4)の各々から、複数の引き出し線(L10〜L13)の各々が引き出されている。そして、それらの引き出し線(L10〜L13)の少なくとも一つに対応してサブ送電ドライバ(DR7,DR8)が設けられている。
As shown in FIG. 13A, each of a plurality of lead lines (L10 to L13) is drawn out from each of a plurality of different positions (Q1 to Q4) of the
図13(A)では、送電ドライバ(DR5,DR6)がメイン送電ドライバであり、送電ドライバ(DR7,DR8)がサブ送電ドライバであり、コンデンサ(C5,C6)がメインコンデンサであり、コンデンサ(C7,C8)がサブコンデンサである。 In FIG. 13A, the power transmission drivers (DR5, DR6) are main power transmission drivers, the power transmission drivers (DR7, DR8) are sub power transmission drivers, the capacitors (C5, C6) are main capacitors, and the capacitors (C7 , C8) are sub-capacitors.
また、メイン送電ドライバDR6は、イネーブル信号S4によってアクティブ状態/非アクティブ状態が選択される。サブ送電ドライバ(DR7,DR8)は各々、イネーブル信号S5,S6によってアクティブ状態/非アクティブ状態が選択される。 The main power transmission driver DR6 selects an active state / inactive state by the enable signal S4. Each of the sub power transmission drivers (DR7, DR8) selects an active state / inactive state by enable signals S5, S6.
また、平面コイル120は、例えば、実装基板の第1層目(第n層目)金属配線で形成されている。また、引き出し配線L10,L11,L13は、例えば、2層目((n+1)層目)金属配線で形成されている。このような配線構造は、実装基板の多層配線構造を利用すれば、容易に形成することができる。
Further, the
図13(B)に示すように、メイン送電ドライバDR5とメイン送電ドライバDR6がアクティブ状態となる場合には、引き出し端Q1とQ2間に介在するコイルL20がアクティブ状態(使用状態)となる。この場合の駆動電流はIA7である。 As shown in FIG. 13B, when the main power transmission driver DR5 and the main power transmission driver DR6 are in the active state, the coil L20 interposed between the leading ends Q1 and Q2 is in the active state (use state). The drive current in this case is IA7.
また、メイン送電ドライバDR5とサブ送電ドライバDR7がアクティブ状態となる場合には、引き出し端Q1とQ3間に介在するコイル(L20+L21)がアクティブ状態(使用状態)となる。この場合の駆動電流はIA8である。 Further, when the main power transmission driver DR5 and the sub power transmission driver DR7 are in the active state, the coil (L20 + L21) interposed between the leading ends Q1 and Q3 is in the active state (use state). The drive current in this case is IA8.
また、メイン送電ドライバDR5とサブ送電ドライバDR8がアクティブ状態となる場合には、引き出し端Q1とQ4間に介在するコイル(L20+L21+L22)がアクティブ状態(使用状態)となる。この場合の駆動電流はIA9である。 Further, when the main power transmission driver DR5 and the sub power transmission driver DR8 are in the active state, the coil (L20 + L21 + L22) interposed between the leading ends Q1 and Q4 is in the active state (use state). The drive current in this case is IA9.
共通のコイルを複数に分割して、選択的に使用することによって、複数の所望のインダクタンス値を、効率的に実現することができる。渦巻状の平面コイルの巻数を増やすことによって、全長が長いコイルをコンパクトに形成することができ、また、引き出し線の取り出し位置を選ぶことによって、所望のインダクタンス値を精度良く設定することができる。また、引き出し線の数を増やすことによって、インダクタンス値を広範囲に渡って、細かく切換えることも可能である。 By dividing the common coil into a plurality of parts and selectively using them, a plurality of desired inductance values can be efficiently realized. By increasing the number of turns of the spiral planar coil, a coil having a long overall length can be formed in a compact manner, and a desired inductance value can be set with high accuracy by selecting the lead-out position. Further, by increasing the number of lead wires, the inductance value can be finely switched over a wide range.
このように、メインコイルと少なくとも1つのサブコイルを別々のコイルとして形成するのではなく、共通の平面コイルを設け、その共通の平面コイルの複数の位置の各々から複数の引き出し線の各々が引き出し、少なくとも1つの引き出し線に対応してサブ送電ドライバを設けて、そのサブ送電ドライバのアクティブ状態/非アクティブ状態を切換えるによって、共通の平面コイルの引き出し位置を選択することによって、多様なインダクタンス値を、簡単な構成で実現することができる。 Thus, instead of forming the main coil and at least one subcoil as separate coils, a common planar coil is provided, and each of the plurality of lead lines is led out from each of a plurality of positions of the common planar coil, By providing a sub power transmission driver corresponding to at least one lead line and switching an active state / inactive state of the sub power transmission driver, by selecting a common planar coil lead position, various inductance values can be obtained. This can be realized with a simple configuration.
(第3の実施形態)
本実施形態では、サブコンデンサのアクティブ状態/非アクティブ状態の切換えに、スイッチ回路(例えば、アナログスイッチ)を利用する。図14は、サブコンデンサのアクティブ状態/非アクティブ状態をアナログスイッチによって選択する例を示す回路図である。
(Third embodiment)
In the present embodiment, a switch circuit (for example, an analog switch) is used for switching the active state / inactive state of the sub capacitor. FIG. 14 is a circuit diagram showing an example in which the active state / inactive state of the sub capacitor is selected by an analog switch.
図14において、サブ送電ドライバDR3とサブコンデンサC3の間には、スイッチ回路SW1が挿入されている。スイッチ回路SW1は、アナログスイッチAN1(およびインバータINV2)によって構成されている。アナログスイッチAN1のオン/オフは、イネーブル信号S7によって制御される。アナログスイッチAN1がオンすれば、サブコンデンサC3がアクティブ状態となり、アナログスイッチAN1がオフのときは、サブコンデンサC3が非アクティブ状態となる。 In FIG. 14, a switch circuit SW1 is inserted between the sub power transmission driver DR3 and the sub capacitor C3. The switch circuit SW1 is configured by an analog switch AN1 (and an inverter INV2). On / off of the analog switch AN1 is controlled by an enable signal S7. When the analog switch AN1 is turned on, the sub capacitor C3 is activated, and when the analog switch AN1 is turned off, the sub capacitor C3 is deactivated.
(第4の実施形態)
本実施形態では、送電周波数を変化させることなく伝送電力を制御する機能を、「パワーセーブ送電」に応用することについて説明する。ここで、「パワーセーブ送電」とは、通常送電時よりも低い電力での連続送電である。
(Fourth embodiment)
In the present embodiment, application of the function of controlling transmission power without changing the transmission frequency to “power save transmission” will be described. Here, “power-saving power transmission” is continuous power transmission with lower power than that during normal power transmission.
例えば、図2において、受電装置40側の本負荷90(2次電池94)の充電が完了したとき、送電装置10からの送電を完全に停止すると、本負荷90(2次電池94)の再充電を行うことができない。つまり、例えば、充電台上に携帯機器等をセットした状態が継続すると、満充電となった本負荷90(2次電池94)は放電して、時間経過と共に再度の充電が必要な状態となり、この場合には、充電を再開する必要があるが、満充電と共に通常送電を止めたのでは、受電装置側での再充電の必要性の検出が不可能となってしまう。
For example, in FIG. 2, when charging of the main load 90 (secondary battery 94) on the
そこで、本負荷90(2次電池94)が満充電状態となった後も、弱い電力での連続送電(つまり、パワーセーブ送電)を継続し、受電装置40側の本負荷90の充電制御装置92を動作状態に維持する。
Therefore, even after the main load 90 (secondary battery 94) is in a fully charged state, continuous power transmission (that is, power save power transmission) with weak power is continued, and the charging control device for the
つまり、2次電池94の充電を管理するために必要な最低限の電力は常に伝送しておくことによって、再充電が必要になったときには、充電制御装置92が、そのことを検出して直ちに再充電を開始する。これによって大きな負荷電流が流れるため、受電装置10側からみた負荷が増大し、1次コイル(L1)の単部の電圧が増大し、そのことが電圧検出回路14および波形検出回路28(図2参照)によって検出される。送電制御装置20に含まれる送電側制御回路22は、パワーセーブ送電中に、受電装置40側の負荷が急に重くなったことを検出すると、再充電が開始されたと判断して、パワーセーブ送電を通常送電に切換える。このようにして、受電装置40側の本負荷90に含まれる2次電池94の再充電を無理なく行うことができる。
That is, by always transmitting the minimum electric power necessary for managing the charging of the
ただし、通常送電からパワーセーブ送電に移行するとき、あるいは、パワーセーブ送電から通常送電に移行するときに、伝送周波数の切換えを行うと、不要輻射ノイズが生じる恐れがまったくないとは言えず、電波法上の対策が必要となる。 However, when switching from normal power transmission to power save power transmission, or when switching from power save power transmission to normal power transmission, switching the transmission frequency does not mean that there is no risk of unnecessary radiated noise. Legal measures are required.
すなわち、伝送周波数を変化させることなく、伝送電力を増減させて通常送電とパワーセーブ送電を切換えるのが望ましいといえる。そこで、共振回路の特性を変化させて伝送電力を制御する方法を採用する。 That is, it can be said that it is desirable to switch between normal power transmission and power save power transmission by changing the transmission power without changing the transmission frequency. Therefore, a method of controlling the transmission power by changing the characteristics of the resonance circuit is adopted.
つまり、図6に示すように、LC共振回路の共振周波数を変化させる(ずらす)ことによって、伝送電力を増減させて通常送電とパワーセーブ送電を切換える手法を採用する。図6の方法を採用すると、上述のとおり、同じ伝送周波数f1であっても、共振周波数との相対的な位置関係(共振周波数からの距離)が変化し、伝送電力を変化させることができる。すなわち、共振特性をQL4、QL1、QL5の順に変化させることによって、伝送電力値を、P5、P1、P3に順次、変化させることができる。例えば、図6のP1が通常送電時の伝送電力値となり、P3がパワーセーブ送電時の電力値となる。 That is, as shown in FIG. 6, a method is adopted in which normal power transmission and power save power transmission are switched by increasing or decreasing the transmission power by changing (shifting) the resonance frequency of the LC resonance circuit. If the method of FIG. 6 is employ | adopted, as mentioned above, even if it is the same transmission frequency f1, relative positional relationship (distance from a resonance frequency) with a resonance frequency will change, and transmission power can be changed. That is, by changing the resonance characteristics in the order of QL4, QL1, and QL5, the transmission power value can be sequentially changed to P5, P1, and P3. For example, P1 in FIG. 6 is a transmission power value during normal power transmission, and P3 is a power value during power save transmission.
伝送周波数を変化させずに伝送電力を増減してパワーセーブ送電を実現することは、電磁波の輻射の問題が生じず、例えば電波法上の問題もまったく心配する必要がなく、現実の伝送電力の調整手法として有用である。 Realizing power-save transmission by increasing or decreasing the transmission power without changing the transmission frequency does not cause the problem of electromagnetic radiation, for example, there is no need to worry about problems in the Radio Law at all. This is useful as an adjustment method.
(第5の実施形態)
本実施形態では、無接点電力伝送システムの具体的な動作手順の例について説明する。図15は、本発明の無接点電力伝送システムの、具体的な動作手順の一例を示すフロー図である。図15において、左側が1次側(受電装置側)の手順を示し、右側が2次側(送電装置側)の手順を示す。
(Fifth embodiment)
In the present embodiment, an example of a specific operation procedure of the contactless power transmission system will be described. FIG. 15 is a flowchart showing an example of a specific operation procedure of the contactless power transmission system of the present invention. In FIG. 15, the left side shows the procedure on the primary side (power receiving device side), and the right side shows the procedure on the secondary side (power transmission device side).
まず、送電装置10を起動する(ステップST1)。送電装置10は、受電装置40を起動するための電力送電(例えば、間欠的な電力伝送)を開始する(ステップST2)。
First, the
電力の供給によって受電装置40が起動する(ステップST3)。次に、受電装置40は、送電装置10に認証フレーム(認証情報)を負荷変調によって送信する(ステップST4)。
The
送電装置10は、電圧検出回路14および波形検出回路28によって、1次コイル(L1)の端部の電圧変化を検出することによって受電装置側の負荷変動を検出し、これによって認証フレームを受信し、受信した認証フレームを解析する(ステップST5)。
The
認証フレームの解析によって、送電装置10は、受電装置40側の機器(受電装置および電子機器)を特定すると共に、定格電力を特定し、その定格電力に適合するように送電電力(すなわち最大伝送電力)を決定する(ステップST6)。
By analyzing the authentication frame, the
そして、送電装置10では、決定した送電電力(最大伝送電力)を実現するために、共振特性の変更(図6)を実行する(ステップST7)。そして、通常送電(決定された電力値による連続送電)を開始する(ステップST8)。
And in the
図中、ステップST5〜ステップST7までが、認証処理を利用して伝送電力の制御を行う処理(A)となる。 In the figure, steps ST5 to ST7 are processing (A) for controlling transmission power using the authentication processing.
受電装置40では、通常受電処理(整流処理や負荷90への給電等)を実行する(ステップST9)。そして、本負荷90の状態を監視し、本負荷90が通常送電による電力が必要な状態であるか否かを検出する。例えば、負荷90に含まれる充電制御装置92が、2次電池94の充電状態を監視し、満充電状態となったか否かを検出する(ステップST10)。
The
受電装置40は、満充電を検出すると、負荷変調部46による負荷変調によって、セーブフレームを送電装置10に送信し、満充電の事実を送電装置10に通知する(ステップST11)。送電装置10は、セーブフレームを受信すると(ステップST12)、通常送電をパワーセーブ送電に切換えるための処理を実行する。
Upon detecting full charge,
すなわち、送電周波数を低減し、あるいは、共振特性を変化させて、共振周波数(共振ピーク)からの距離を遠くする等の処理を実行することによって、伝送周波数は通常送電時と同じに維持しつつ、伝送電力をパワーセーブ送電用の電力に調整する(ステップST13)。 That is, by reducing the power transmission frequency or changing the resonance characteristics to increase the distance from the resonance frequency (resonance peak), the transmission frequency is kept the same as during normal power transmission. Then, the transmission power is adjusted to power saving power transmission (step ST13).
そして、パワーセーブ送電を実行する(ステップST14)。受電装置40は、パワーセーブ受電動作(整流動作や、本負荷90への、充電監視機能を維持できる程度の最小限の電力の給電動作)を実行する(ステップST15)。
And power saving power transmission is performed (step ST14). The
ステップST11〜ステップST13が、伝送周波数を変化させずに伝送電力を低減してパワーセーブ送電を実現する処理(B)となる。 Steps ST11 to ST13 are processing (B) that realizes power-save power transmission by reducing the transmission power without changing the transmission frequency.
このように、本発明によれば、1台の送電装置で、多様な複数の受電装置側の機器に対応可能となり、また、伝送周波数を変化させずにパワーセーブ送電を行うといった応用も可能となり、無線点電力伝送システムの利便性(使い勝手)を大幅に向上させることができる。 As described above, according to the present invention, a single power transmission device can be used for a variety of devices on the power receiving device side, and can be applied to perform power save power transmission without changing the transmission frequency. Therefore, the convenience (usability) of the wireless point power transmission system can be greatly improved.
以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、以下の効果が得られる。ただし、以下の効果が同時に得られるとは限らず、以下に列挙する効果が本発明を不当に限定する根拠として用いられてはならない。
(1)適切な数のサブコンデンサやサブコイルを設け、各々のアクティブ/非アクティブをイネーブル信号で切換えることによって、LC共振回路の共振特性を細かく、かつ広範囲にわたって制御することができる。
(2)送電周波数を一定に維持しつつ、LC共振回路の共振特性を変化させて送電電力を調整することができる。すなわち、伝送周波数を変えるのではなく、伝送周波数と共振周波数(共振ピーク)との距離を変化させて、結果的に伝送電力を変化させることが可能となる。送電周波数を切換えないことは、不要輻射ノイズの低減に寄与し、その対策が容易となる。
(3)サブコンデンサやサブコイルを設けること、イネーブル端子付きのサブ送電ドライバを設けること、アナログスイッチ回路を設けること等は容易であり、また、回路構成の複雑化もほとんど招かないため、実現容易な簡単な構成によって、LC共振回路の共振特性を調整できるという利点があり、実現も容易である。
(4)共通の平面コイルの引き出し位置を選択してコイルのインダクタンスを調整する方法を採用することによって、簡単な構成により、多様なコイルのインダクタンスを実現することができる。
(5)本発明の、送電周波数を変化させることなく伝送電力を制御する機能は、パワーセーブ送電(通常送電よりも低い電力での連続送電)に応用することも可能である。
(6)簡単かつ実現容易な構成により、1台の送電装置の送電電力を、受電装置側の機器の定格電力に適合するように柔軟に調整可能とし、きわめて広範で多様な機器に柔軟に対応できるようにすることができる。
(7)無接点電力伝送システムの利便性が格段に向上する。よって、無接点電力伝送システムの利用促進を図ることができ、また、無接点電力伝送システムを社会基盤として広く普及させることができる。
As described above, according to each embodiment of the present invention, the following effects can be obtained. However, the following effects are not always obtained, and the effects listed below should not be used as a basis for unduly limiting the present invention.
(1) By providing an appropriate number of sub-capacitors and sub-coils and switching each active / inactive state with an enable signal, the resonance characteristics of the LC resonance circuit can be finely controlled over a wide range.
(2) The transmission power can be adjusted by changing the resonance characteristics of the LC resonance circuit while keeping the transmission frequency constant. That is, instead of changing the transmission frequency, it is possible to change the transmission power by changing the distance between the transmission frequency and the resonance frequency (resonance peak). Not switching the power transmission frequency contributes to the reduction of unnecessary radiation noise, and the countermeasures are easy.
(3) It is easy to provide a sub-capacitor and a sub-coil, to provide a sub power transmission driver with an enable terminal, to provide an analog switch circuit, etc. With a simple configuration, there is an advantage that the resonance characteristics of the LC resonance circuit can be adjusted, which is easy to realize.
(4) By adopting a method of adjusting the coil inductance by selecting a common planar coil drawing position, various coil inductances can be realized with a simple configuration.
(5) The function of the present invention for controlling transmission power without changing the transmission frequency can also be applied to power save transmission (continuous transmission with lower power than normal transmission).
(6) With a simple and easy-to-implement configuration, the transmission power of one power transmission device can be flexibly adjusted to match the rated power of the device on the power receiving device side, and it can flexibly handle a wide variety of devices. Can be able to.
(7) The convenience of the non-contact power transmission system is greatly improved. Therefore, the use promotion of the non-contact power transmission system can be promoted, and the non-contact power transmission system can be widely spread as a social infrastructure.
以上、本発明を、実施形態を参照して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々、変形、応用が可能である。すなわち、本発明の要旨を逸脱しない範囲において多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。 The present invention has been described above with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to this, and various modifications and applications are possible. That is, it will be readily understood by those skilled in the art that many modifications are possible without departing from the scope of the present invention.
従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語(低電位側電源、電子機器等)と共に記載された用語(GND、携帯電話機・充電器等)は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態および変形例の全ての組み合わせも、本発明の範囲に含まれる。サブコンデンサとサブコイルを併用したり、複数のサブコイルを同時にアクティブとするような変形も自由になし得る。 Accordingly, all such modifications are intended to be included in the scope of the present invention. For example, in the specification or the drawings, terms (GND, mobile phone / charger, etc.) described together with different terms having a broader meaning or the same meaning (low-potential side power supply, electronic device, etc.) at least once in the specification or the drawings It can be replaced by the different terms at any point. All combinations of the present embodiment and the modified examples are also included in the scope of the present invention. It is possible to freely modify the sub-capacitor and the sub-coil in combination or to activate a plurality of sub-coils simultaneously.
また、送電制御装置、送電装置、受電制御装置、受電装置の構成・動作や、1次側における2次側の負荷検出の手法も、本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。 Further, the configuration and operation of the power transmission control device, the power transmission device, the power reception control device, the power reception device, and the method of detecting the load on the secondary side on the primary side are not limited to those described in the present embodiment, and various modifications are possible. Implementation is possible.
本発明は、多様な受電装置側の電子機器が、共通の送電側の電子機器を安全に利用できるようにして、無接点電力伝送システムの利用の拡大に貢献するという効果を奏し、したがって、したがって、送電制御装置(送電制御IC)、無接点電力伝送システム、送電装置(ICモジュール等)、および電子機器(携帯端末および充電器等)として利用可能である。なお、「携帯端末」には、携帯電話端末、PDA端末、持ち運び可能なコンピュータ端末が含まれる。 The present invention has the effect that various electronic devices on the power receiving device side can safely use the common electronic device on the power transmission side and contribute to the expansion of the use of the non-contact power transmission system, and therefore It can be used as a power transmission control device (power transmission control IC), a contactless power transmission system, a power transmission device (IC module, etc.), and an electronic device (mobile terminal, charger, etc.) The “mobile terminal” includes a mobile phone terminal, a PDA terminal, and a portable computer terminal.
L1 1次コイル(メインコイル)、L2 2次コイル、1 スタートコード、
2 メーカID、3 メーカプロダクトID、4 定格電力情報、5 共振特性情報、
10 送電装置、12 送電部、13 可変容量部 14 電圧検出回路、
16 表示部、20 送電制御装置、22 送電側制御回路、24 発振回路、
25 駆動クロック生成回路、26 ドライバ制御回路、28 波形検出回路、
40 受電装置、42 受電部、43 整流回路、46 負荷変調部、
48 給電制御部、50 受電制御装置、52 受電側制御回路、54 出力保証回路、
56 位置検出回路、58 発振回路、60 周波数検出回路、62 満充電検出回路、
90 2次側機器の負荷、92 充電制御装置(充電制御IC)、
94 本負荷としてのバッテリ(2次電池)、
LEDR 電池残量や電池の状態のインジケータとしての発光装置、
C10,C20 共振回路を構成する可変容量、
L10 インダクタンス値可変のコイル、
DR1,DR2 メイン送電ドライバ、 DR3,DR4 サブ送電ドライバ、
C1,C2 メインコンデンサ、C3,C4 サブコンデンサ、
S1〜S4 イネーブル信号、LB2,LB3 サブコイル、SW1 スイッチ回路、
AN1 アナログスイッチ、INV1,INV2 インバータ
L1 primary coil (main coil), L2 secondary coil, 1 start code,
2 Manufacturer ID, 3 Manufacturer product ID, 4 Rated power information, 5 Resonance characteristics information,
DESCRIPTION OF
16 display unit, 20 power transmission control device, 22 power transmission side control circuit, 24 oscillation circuit,
25 drive clock generation circuit, 26 driver control circuit, 28 waveform detection circuit,
40 power receiving device, 42 power receiving unit, 43 rectifier circuit, 46 load modulation unit,
48 Power supply control unit, 50 Power reception control device, 52 Power reception side control circuit, 54 Output guarantee circuit,
56 position detection circuit, 58 oscillation circuit, 60 frequency detection circuit, 62 full charge detection circuit,
90 load of secondary side equipment, 92 charge control device (charge control IC),
94 Battery (secondary battery) as the main load
LEDR Light-emitting device as an indicator of remaining battery power and battery status,
C10, C20 Variable capacitors constituting the resonance circuit,
L10 Coil with variable inductance value,
DR1, DR2 main power transmission driver, DR3, DR4 sub power transmission driver,
C1, C2 main capacitor, C3, C4 sub capacitor,
S1-S4 enable signal, LB2, LB3 subcoil, SW1 switch circuit,
AN1 analog switch, INV1, INV2 inverter
Claims (15)
前記送電装置は、
前記1次コイルを構成要素として含む、共振特性可変のLC共振回路を有し、
前記LC共振回路は、
イネーブル信号によってアクティブ状態/非アクティブ状態が選択される、少なくとも1つのサブコンデンサおよび少なくとも1つのサブコイルの少なくとも一方を含み、
前記送電制御装置は、前記送電装置を制御する送電側制御回路を含み、
前記送電側制御回路は、前記少なくとも一つのサブコンデンサまたは前記少なくとも一つのサブコイルの各々を前記イネーブル信号によって選択的にアクティブ状態とし、これによって、前記LC共振回路の共振特性を制御し、
前記送電装置は、
前記少なくとも1つのサブコンデンサに対応して設けられた、前記イネーブル信号によってアクティブ状態/非アクティブ状態が選択される少なくとも1つのサブ送電ドライバを有することを特徴とする送電制御装置。 The power transmission device of the non-contact power transmission system that electromagnetically couples the primary coil and the secondary coil to transmit power from the power transmission device to the power reception device and supplies power to the main load of the power reception device. A power transmission control device provided;
The power transmission device is:
An LC resonance circuit having a variable resonance characteristic, including the primary coil as a component;
The LC resonant circuit is:
Including at least one of at least one sub-capacitor and at least one sub-coil, wherein an active / inactive state is selected by an enable signal;
The power transmission control device includes a power transmission side control circuit for controlling the power transmission device,
The power transmission side control circuit selectively activates each of the at least one sub capacitor or the at least one sub coil by the enable signal, thereby controlling a resonance characteristic of the LC resonance circuit ,
The power transmission device is:
A power transmission control device comprising: at least one sub power transmission driver provided corresponding to the at least one sub capacitor, wherein an active state / inactive state is selected by the enable signal .
前記送電装置は、
前記少なくとも1つのサブコンデンサの少なくとも1つに設けられた、前記イネーブル信号によってオン/オフが制御される少なくとも1つのスイッチ回路を有することを特徴とする送電制御装置。 The power transmission control device according to claim 1,
The power transmission device is:
A power transmission control device comprising at least one switch circuit provided in at least one of the at least one sub capacitor and controlled to be turned on / off by the enable signal.
前記少なくとも1つのサブコンデンサは、前記LC共振回路のメインコンデンサに対して並列に設けられることを特徴とする送電制御装置。 A power transmission control device according to claim 1 or 2 ,
The power transmission control device, wherein the at least one sub-capacitor is provided in parallel with a main capacitor of the LC resonance circuit.
前記送電装置は、
前記1次コイルを構成要素として含む、共振特性可変のLC共振回路を有し、
前記LC共振回路は、
イネーブル信号によってアクティブ状態/非アクティブ状態が選択される、少なくとも1つのサブコンデンサおよび少なくとも1つのサブコイルの少なくとも一方を含み、
前記送電制御装置は、
前記送電装置を制御する送電側制御回路と、
前記少なくとも1つのサブコイルに対応して設けられた、前記イネーブル信号によってアクティブ状態/非アクティブ状態が選択される少なくとも一つのサブ送電ドライバを有し、
前記送電側制御回路は、前記少なくとも一つのサブコンデンサまたは前記少なくとも一つのサブコイルの各々を前記イネーブル信号によって選択的にアクティブ状態とし、これによって、前記LC共振回路の共振特性を制御することを特徴とする送電制御装置。 The power transmission device of the non-contact power transmission system that electromagnetically couples the primary coil and the secondary coil to transmit power from the power transmission device to the power reception device and supplies power to the main load of the power reception device. A power transmission control device provided;
The power transmission device is:
An LC resonance circuit having a variable resonance characteristic, including the primary coil as a component;
The LC resonant circuit is:
Including at least one of at least one sub-capacitor and at least one sub-coil, wherein an active / inactive state is selected by an enable signal;
The power transmission control device includes:
A power transmission side control circuit for controlling the power transmission device ;
At least one sub power transmission driver provided corresponding to the at least one subcoil, wherein an active state / inactive state is selected by the enable signal;
The power transmission side control circuit selectively activates each of the at least one sub-capacitor or the at least one sub-coil by the enable signal, thereby controlling a resonance characteristic of the LC resonance circuit. Power transmission control device.
前記少なくとも1つのサブコイルは、前記LC共振回路のメインコイルに対して直列に設けられることを特徴とする送電制御装置。 The power transmission control device according to claim 4 ,
The power transmission control device, wherein the at least one subcoil is provided in series with a main coil of the LC resonance circuit.
所定パターンをもつ平面コイルの、異なる複数の位置の各々から複数の引き出し線の各々が引き出され、少なくとも1つの前記引き出し線に対応して前記サブ送電ドライバが設けられていることを特徴とする送電制御装置。 The power transmission control device according to claim 4 or 5 ,
Each of a plurality of lead wires is drawn from each of a plurality of different positions of a planar coil having a predetermined pattern, and the sub power transmission driver is provided corresponding to at least one of the lead wires. Control device.
通常送電が開始される前に、前記受電装置から送信される認証情報に基づく認証処理を実行して送電の可否を判定し、送電可能と判定された場合に前記通常送電を行うと共に、
前記送電側制御装置は、前記認証情報の少なくとも一部に基づいて、前記イネーブル信号によって前記複数のコンデンサまたは前記複数のコイルのアクティブ状態/非アクティブ状態を選択して前記LC共振回路の共振特性を調整し、前記受電装置側の定格電力に適
合するように、前記送電時の最大伝送電力を制御することを特徴とする送電制御装置。 A power transmission control device according to any one of claims 1 to 6 ,
Before normal power transmission is started, an authentication process based on the authentication information transmitted from the power receiving apparatus is executed to determine whether power transmission is possible, and when it is determined that power transmission is possible, the normal power transmission is performed.
The power transmission side control device selects an active state / inactive state of the plurality of capacitors or the plurality of coils by the enable signal based on at least a part of the authentication information, and sets a resonance characteristic of the LC resonance circuit. A power transmission control device that adjusts and controls the maximum transmission power during power transmission so as to conform to the rated power on the power receiving device side.
前記認証情報には、前記受電装置側の定格電力情報が含まれ、前記送電側制御回路は、前記定格電力情報に基づいて、前記LC共振回路の共振特性を調整し、前記送電時の最大伝送電力を制御することを特徴とする送電制御装置。 The power transmission control device according to claim 7 ,
The authentication information includes rated power information on the power receiving device side, and the power transmission side control circuit adjusts a resonance characteristic of the LC resonant circuit based on the rated power information, and performs maximum transmission during power transmission. A power transmission control device that controls electric power.
前記認証情報には、前記1次コイルを構成要素として含む共振回路の共振特性情報が含まれ、前記送電側制御回路は、前記共振特性情報に基づいて、前記LC共振回路の共振特性を調整し、前記送電時の最大伝送電力を制御することを特徴とする送電制御装置。 The power transmission control device according to claim 7 ,
The authentication information includes resonance characteristic information of a resonance circuit including the primary coil as a component, and the power transmission side control circuit adjusts the resonance characteristic of the LC resonance circuit based on the resonance characteristic information. A power transmission control device that controls the maximum transmission power during power transmission.
前記送電側制御回路は、前記受電装置から、通常送電時よりも伝送電力が低いパワーセーブ送電を要求する信号を受けると、前記共振回路の共振特性を変化させ、送電時の周波数と同じ周波数による前記パワーセーブ送電を実行することを特徴とする送電制御装置。 A power transmission control device according to any one of claims 1 to 6 ,
When the power transmission side control circuit receives from the power receiving device a signal requesting power saving power transmission whose transmission power is lower than that during normal power transmission, the power transmission side control circuit changes the resonance characteristics of the resonance circuit and has the same frequency as that during power transmission. A power transmission control device that performs the power saving power transmission.
前記送電装置と、
前記受電装置とを含み、
前記送電装置は、
前記1次コイルを構成要素として含む、共振特性可変のLC共振回路を有し、
前記LC共振回路は、
イネーブル信号によってアクティブ状態/非アクティブ状態が選択される、少なくとも1つのサブコンデンサおよび少なくとも1つのサブコイルの少なくとも一方を含み、
前記送電制御装置は、前記送電装置を制御する送電側制御回路を含み、
前記受電装置は、
前記送電装置に対して信号を送信するための負荷変調部と、
前記受電装置を制御する受電側制御回路と、を含み、
前記受電側制御回路は、通常送電が開始される前の認証時において、前記負荷変調部の動作を制御し、前記送電装置に対して、前記受電装置に通常送電時の伝送電力を制御させるための情報を含む認証情報を負荷変調によって送信し、
前記送電装置の前記送電側制御回路は、
通常送電が開始される前に、前記受電装置から送信される前記認証情報に基づく認証処理を実行して送電の可否を判定し、送電可能と判定された場合に前記通常送電を開始すると共に、
前記認証情報に含まれる、前記受電装置に通常送電時の伝送電力を制御させるための情報に基づいて、前記少なくとも1つのサブコンデンサまたは前記少なくとも1つのサブコイルの各々を前記イネーブル信号によって選択的にアクティブ状態として、前記LC共振回路の共振特性を制御し、これによって、前記受電装置側の定格電力に適合するように、前記通常送電時の最大伝送電力を制御し、
前記送電装置は、
前記少なくとも1つのサブコンデンサに対応して設けられた、前記イネーブル信号によってアクティブ状態/非アクティブ状態が選択される少なくとも1つのサブ送電ドライバを有することを特徴とする無接点電力伝送システム。 A non-contact power transmission system that electromagnetically couples a primary coil and a secondary coil to transmit power from a power transmission device to a power reception device and supplies power to the main load of the power reception device,
The power transmission device;
Including the power receiving device,
The power transmission device is:
An LC resonance circuit having a variable resonance characteristic, including the primary coil as a component;
The LC resonant circuit is:
Including at least one of at least one sub-capacitor and at least one sub-coil, wherein an active / inactive state is selected by an enable signal;
The power transmission control device includes a power transmission side control circuit for controlling the power transmission device,
The power receiving device is:
A load modulator for transmitting a signal to the power transmission device;
A power receiving side control circuit for controlling the power receiving device,
The power receiving side control circuit controls the operation of the load modulation unit at the time of authentication before starting normal power transmission, and causes the power transmitting apparatus to control the transmission power during normal power transmission to the power receiving apparatus. Authentication information including the information of
The power transmission side control circuit of the power transmission device is:
Before starting normal power transmission, execute authentication processing based on the authentication information transmitted from the power receiving device to determine whether power transmission is possible, and start the normal power transmission when it is determined that power transmission is possible,
Each of the at least one sub-capacitor or the at least one sub-coil is selectively activated by the enable signal based on information included in the authentication information for causing the power receiving device to control transmission power during normal power transmission. As a state, control the resonance characteristics of the LC resonance circuit, thereby controlling the maximum transmission power during normal power transmission so as to match the rated power on the power receiving device side,
The power transmission device is:
A contactless power transmission system, comprising: at least one sub power transmission driver provided corresponding to the at least one sub capacitor, wherein an active state / inactive state is selected by the enable signal .
前記受電側制御回路は、通常送電時のおける前記本負荷の状態を監視し、前記本負荷が通常送電時の電力伝送を必要としない状態になった場合に、前記送電装置に対して、通常送電時よりも低い電力送電であるパワーセーブ送電を要求する信号を送信し、
前記送電側制御回路は、前記受電装置からの前記パワーセーブ送電を要求する信号を受信すると、前記共振回路の共振特性を変化させ、送電時の周波数と同じ周波数による前記パワーセーブ送電を実行することを特徴とする無接点電力伝送システム。 The contactless power transmission system according to claim 11 ,
The power receiving side control circuit monitors the state of the main load during normal power transmission, and when the main load is in a state that does not require power transmission during normal power transmission, Send a signal requesting power save transmission, which is lower power transmission than during transmission,
When the power transmission side control circuit receives a signal requesting the power saving power transmission from the power receiving device, the power transmission side control circuit changes a resonance characteristic of the resonance circuit, and executes the power saving power transmission at the same frequency as the power transmission frequency. A contactless power transmission system characterized by
LC共振回路の構成要素である1次コイルと、
前記LC共振回路に含まれる、少なくとも1つのサブコンデンサおよび少なくとも1つのサブコイルのいずれか一方と、
前記少なくとも1つのサブコンデンサに対応して設けられた、前記イネーブル信号によってアクティブ状態/非アクティブ状態が選択される少なくとも1つのサブ送電ドライバと、
を有することを特徴とする送電装置。 The power transmission control device according to any one of claims 1 to 10 ,
A primary coil that is a component of the LC resonant circuit;
One of at least one sub-capacitor and at least one sub-coil included in the LC resonant circuit;
At least one sub power transmission driver provided corresponding to the at least one sub capacitor, wherein an active state / inactive state is selected by the enable signal;
A power transmission device comprising:
LC共振回路の構成要素である1次コイルと、
前記LC共振回路に含まれる、少なくとも1つのサブコンデンサと、
前記少なくとも1つのサブコンデンサの少なくとも1つに設けられた、前記イネーブル信号によってオン/オフが制御される少なくとも1つのスイッチ回路と、
を有することを特徴とする送電装置。 The power transmission control device according to any one of claims 1 to 10 ,
A primary coil that is a component of the LC resonant circuit;
At least one sub-capacitor included in the LC resonant circuit;
At least one switch circuit provided in at least one of the at least one sub-capacitor and controlled to be turned on / off by the enable signal;
A power transmission device comprising:
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