JP5556943B2 - 受電制御装置、集積回路装置、電子機器および無接点電力伝送システム並びに受電制御方法 - Google Patents
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Description
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。
図1(A)〜図1(C)は、無接点電力伝送手法が適用される電子機器の例ならびに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),図1(B)に示されるように、送電側電子機器である充電器(クレードル)500は、送電装置(送電側制御回路(送電側制御IC)を含む送電モジュール等)10を有する。
本発明では、受電装置(1次側からの電力供給を受ける2次側の装置:例えばモジュール装置)が、電池パック等におけるバッテリ(2次電池等)への電力供給を積極的に制御する。以下、この点について説明する。
(1)例えば、バッテリ94の充電制御装置92が正常に動作しない場合に、電力供給制御信号(ICUTX)によって充電制御装置92の給電機能(すなわち、電流制御手段93の動作)を外部からコントロールし、充電電流を調整することができる。
(2)送電装置10から受電装置40にバッテリ制御指令を発出し、負荷90におけるバッテリ94への給電をコントロールすることができる。
(3)電力供給制御信号(ICUTX)を積極的に活用することによって通常の充電動作とは異なる特殊な充電形態を実現できる。例えば、消耗が激しいバッテリ94の充電を行う場合に、その初期段階において、受電電流を増大させる等して、充電期間を短縮することができる。
(4)受電装置40が、負荷変調によって送電装置10に信号を送信する際、電力供給制御信号(ICUTX)を用いて、バッテリ94の充電電流(Iload)を絞る(低減あるいは停止する)ことによって、バッテリへの充電が負荷変調による通信を妨害しないようにすることができる。
(5)上記(4)の機能を利用すれば、乗っ取り状態(例えば、薄い板状の金属異物が1次コイルと2次コイルとの間に挿入されて、両コイルが遮断されるような状態)を、送電装置10側で確実に検出することができるようになる。
(6)負荷90に設けられる充電制御装置92を介してバッテリへの給電を制御するため、余分な回路の追加が不要であり、最小限の回路構成で実現可能である。
(7)バッテリ(2次電池等)94に最も近い位置にある充電制御装置92を介して給電を制御するため、高精度の給電制御を実現できる。充電制御装置92のもつ充電制御機能(充電電流の負帰還制御機能等)を利用すれば、より高精度の充電制御を簡単に実現することができる。
図3は、送電装置、受電装置を含む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。
機器の認証が完了して本送電が開始された後に、1次コイルと2次コイルとの間に大面積の異物が挿入される場合があり得る。小中程度の金属異物の存在は、1次コイル(L1)の誘起電圧を監視することによって検出することができる。
(1)受電装置40側の機器(携帯電話機510)が送電装置10側の機器(クレードル500)上に正確にセットされている。
(2)受電装置40側の機器(携帯電話端末510の2次電池を含む)は正常に動作している。
(3)異物ARが挿入されていない。
図7は、図2に示される無接点電力伝送システムの中から、異物挿入(乗っ取り状態)の検出に関係する構成を抜き出して示す回路図である。図7において、図2と共通する部分は同じ参照符号を付してある。また、図7において、異物挿入検出において重要な役割を果たす部分は太線で示している。
図8(A),図8(B)は異物検出を可能とするための負荷変調の好適かつ具体的な態様を説明するための図であり、(A)は負荷変調のタイミング例を示す図であり、(B)は送電装置によって検出される受電装置側の負荷変動の様子を具体的に示す図である。
また、図8(A)では、1周期内(例えば時刻t1〜t7)のうちの部分的な期間(時刻t1〜t6)においてのみ、負荷を所定間隔で複数回、間欠的に変化させている。つまり、1周期(10sec)の前半の初期期間(最初の0,5sec)に、負荷変調を集中的に行う。このような形式の負荷変調を行う理由は、以下のとおりである。
本発明では、本送電中において、バッテリ94への送電を停止することなく負荷変調を行うため、その負荷変調による送電装置10側への信号の送信は、常に、バッテリ94への給電状況(つまり、バッテリの負荷状態)による影響を受ける。
図10(A),図10(B)は、負荷変調および負荷軽減のタイミングについて説明するための図である。
以下、電力供給制御信号(ICUTX)によってバッテリの充電を制御する場合の具体的な態様について、図11〜図14を用いて説明する。以下、電流調整抵抗を調整する例、負帰還制御を利用する例ならびに給電経路における給電を直接的に制御する例、の順に説明する。
図11(A),図11(B)は、バッテリの充電制御の一例(電流調整抵抗を用いる例)を説明するための図である。図11(A)は、充電制御装置92に含まれる充電器(充電制御IC)91および電流調整抵抗(R19,R17)等の接続状態を示している。また、図11(B)は、バッテリ94(例えば、リチウムイオン電池)の充電特性を示している。
本実施形態では、図1および図2に示される無接点電力伝送システムの一連のシーケンスについて説明する。
図15は、送電装置の動作の一例の概要を示すフロー図である。太い点線で囲んで示されるように、送電装置10の動作は、送電前の「送電対象の確認(ステップSA)」と、「送電中(送電前を含む)における送電環境の確認(ステップSB)」に大別される。
図16は、送電側制御回路の構成の一例を示す回路図である。図示されるように、送電側制御回路22は、ロジック回路100を有する。
図17は、無接点電力伝送システムの基本シーケンス例を示す図である。左側に示されるように、送電側電子機器(送電側機器)500にはスイッチSWが設けられている。ユーザは、受電側電子機器(受電側機器)510を所定位置にセットしてスイッチSWを押下する。これによって生じるエッジ(例えばネガティブエッジNT)をトリガ(契機)として、送電装置10からの仮送電が開始され(S20)、位置検出がなされ(ステップS21)、位置が不適ならば仮送電が停止される(ステップS22)。
(1)スイッチのオンを契機として送電を開始し、それまでは一切の送電を行わないため低消費電力化、安全性の向上を図ることができる。
(2)スイッチの利用形態としては、例えば、2次側機器をセットした後にユーザがスイッチをオンする場合と、スイッチをオンしてから2次側機器をセットする場合とがある。いずれの場合も、ユーザによるスイッチオン(つまり、ユーザによる充電開始の明確な意思表示)を送電(仮送電を含む)の条件とするため、ユーザの知らないうちに不意打ち的に送電が開始されることがなく、ユーザの安心感が高まる。また、2次側機器をセットすると、その自重でスイッチがオンする場合もあり得る。この場合には、ユーザのスイッチオンの手間を省くことができる。
(3)満充電通知(送電停止要求)を受信すると送電を停止して初期状態(スイッチオン待ち状態)に戻るため、ここでも無駄な送電は一切、生じず、低消費電力化、安全性の向上が図られる。
(4)ID認証を本送電の条件とすることから、不適切な機器に送電が行われることがなく、信頼性および安全性が向上する。
(5)本送電中において、各種の検出動作(取り去り検出,金属異物検出,2次側の定期負荷認証に基づく乗っ取り状態検出、満充電検出))が実行され、いずれかが検出されたときには、本送電が速やかに停止されて初期状態に戻るため、不必要な送電は一切、生じず、異物に対しても万全の対策が施されることになるため、極めて高い信頼性(安全性)をもつシステムが実現される。
14 波形モニタ回路、16 表示部、20 送電制御装置、22 送電側制御回路、
23 周波数変調部、24 発振回路、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、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 バッテリ(例えば、2次電池)、
LED 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、
LEDR 充電検出信号、ICUTX 電力供給制御信号、TB1 受電制御装置(IC)のICUTX信号出力端子(出力ノード)、
TA4 受電装置(モジュール)のICUTX信号出力端子(出力ノード)
Claims (11)
- 送電装置から受電装置に対して、1次コイルおよび2次コイルを経由して無接点で電力を伝送し、前記受電装置が第1の負荷に対して電力を供給する無接点電力伝送システムにおける受電制御装置であって、
前記2次コイルの誘起電圧を直流電圧に変換する受電部と、
前記送電装置からみた受電装置側の負荷である第2の負荷を変調する負荷変調部と、
前記受電装置の動作を制御する受電側制御部と、
を含み、
前記第1の負荷は、バッテリの充電を制御する充電制御装置を有し、
前記負荷変調部は、
前記第2の負荷を変調して前記2次コイルおよび前記1次コイルを経由して前記受電装置から前記送電装置に情報を送信し、
前記受電側制御部は、
前記負荷変調部を制御して前記受電装置から前記送電装置に前記情報を送信する場合に、前記充電制御装置の充電動作を制御することで、前記バッテリに供給する電力を低減することを特徴とする受電制御装置。 - 請求項1記載の受電制御装置であって、
前記受電側制御部は、
前記充電制御装置に出力する電力供給制御信号を用いて、前記充電制御装置の前記充電動作を制御することを特徴とする受電制御装置。 - 請求項2記載の受電制御装置であって、
前記受電側制御部は、
前記充電制御装置が前記バッテリに供給する電力を強制的に低減又は停止した状態で前記情報を送信することを特徴とする受電制御装置。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか記載の受電制御装置であって、
前記受電側制御部は、
前記1次コイルと前記2次コイルとの間に載置された異物を受電装置と誤認して前記電力の供給が継続する乗っ取り状態を、前記送電装置が検出可能とするための異物検出用信号を、前記負荷変調部による前記第2の負荷の変調を用いて送信する、
ことを特徴とする受電制御装置。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか記載の受電制御装置であって、
前記受電側制御部は、
前記充電制御装置が前記バッテリに供給する電力を低減または停止する負荷軽減期間を設け、
前記負荷軽減期間において前記負荷変調部を制御して負荷変調を行うことを特徴とする受電制御装置。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか記載の受電制御装置を含む集積回路装置。
- 請求項1乃至請求項5のいずれか記載の受電制御装置と、
前記2次コイルと、
を含む電子機器。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか記載の受電制御装置と、
前記充電制御装置と、
前記バッテリと、
を含むことを特徴とする電子機器。 - 送電装置と、
1次コイルと、
2次コイルと、
請求項1乃至請求項5のいずれか記載の受電制御装置と、
を有することを特徴とする無接点電力伝送システム。 - 送電装置から受電装置に対して、1次コイルおよび2次コイルを経由して無接点で電力を伝送し、前記受電装置が第1の負荷に対して電力を供給する無接点電力伝送システムにおける受電制御方法であって、
前記第1の負荷は、バッテリの充電を制御する充電制御装置を有し、
受電部を制御して前記2次コイルの誘起電圧を直流電圧に変換し、
前記第1の負荷に対して電力を供給し、
前記送電装置からみた受電装置側の負荷である第2の負荷を変調し、
前記第2の負荷を変調することで前記受電装置から前記送電装置へ前記2次コイルおよび前記1次コイルを経由して情報を送信し、
前記受電装置から前記送電装置に前記情報を送信する場合に、前記充電制御装置の充電動作を制御することで、前記バッテリに供給する電力を低減することを特徴とする受電制御方法。 - 請求項10記載の受電制御方法であって、
前記充電制御装置が前記バッテリに供給する電力を強制的に低減又は停止した状態で前記情報を送信することを特徴とする受電制御方法。
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