JP5975043B2 - 電子機器および給電システム - Google Patents
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Description
1.第1の実施の形態(第1の電力供給経路が整流素子を有する例)
2.第2の実施の形態(第1の電力供給経路が整流素子およびトランジスタを有する例)
3.変形例(電界を用いて非接触に電力伝送を行う給電システムの例等)
[給電システム4の全体構成]
図1は、本開示の第1の実施の形態に係る給電システム(給電システム4)の外観構成例を表したものであり、図2は、この給電システム4のブロック構成例を表したものである。給電システム4は、磁界を用いて(磁気共鳴や電磁誘導等を利用して;以下同様)、非接触に電力伝送(電力供給,給電,送電)を行うシステム(非接触型の給電システム)である。この給電システム4は、給電装置1(1次側機器)と、給電対象機器としての1または複数の電子機器(ここでは2つの電子機器2A,2B;2次側機器)とを備えている。
給電装置1は、上記したように、磁界を用いて電子機器2A,2Bに対して電力伝送(送電)を行うもの(充電トレー)である。この給電装置1は、例えば図2に示したように、送電部110、交流信号発生回路(高周波電力発生回路)111および制御部112(送電制御部)を有する送電装置11を備えている。
電子機器2A,2Bは、例えば、テレビ受像機に代表される据え置き型電子機器や、携帯電話やデジタルカメラに代表される、充電池(バッテリー)を含む携帯型の電子機器等からなる。これらの電子機器2A,2Bは、例えば図2に示したように、受電装置21と、この受電装置21から供給される電力に基づいて所定の動作(電子機器としての機能を発揮させる動作)を行う負荷22とを備えている。また、受電装置21は、受電部210、整流回路211、電圧安定化回路212、充電回路213(充電部)、バッテリー214(2次電池)、電力経路設定回路215および制御部216を有している。
図3は、図2に示した給電装置1および電子機器2A,2B内の各ブロックの詳細構成例を回路図で表したものである。
送電部110は、磁界を用いて電力伝送を行う(磁束を発生させる)ための送電コイルL1と、この送電コイルL1とともにLC共振回路を形成するためのコンデンサC1p,C1sとを有している。コンデンサC1sは、送電コイルL1に対して電気的に直列接続されている。つまり、コンデンサC1sの一端と送電コイルL1の一端とが、互いに接続されている。また、このコンデンサC1sの他端と送電コイルL1の他端とがコンデンサC1pに並列接続され、送電コイルL1とコンデンサC1pとの接続端は接地されている。
交流信号発生回路111は、スイッチング素子としての1つのトランジスタ(図示せず)を有するスイッチングアンプ(いわゆるE級アンプ)を用いて構成されている。この交流信号発生回路111には、制御部112から送電用の制御信号CTLが供給されるようになっている。この制御信号CTLは、図3中に示したように、所定のデューティ比を有するパルス信号からなる。また、例えば図4(A),(B)に示したように、この制御信号CTLにおけるデューティ比を制御することにより、後述するパルス幅変調がなされるようになっている。
受電部210は、送電部110から伝送された(磁束から)電力を受け取るための受電コイルL2と、この受電コイルL2とともにLC共振回路を形成するためのコンデンサC2p,C2sとを有している。コンデンサC2pは、受電コイルL2に対して電気的に並列接続され、コンデンサC2sは、受電コイルL2に対して電気的に直列接続されている。すなわち、コンデンサC2sの一端は、コンデンサC2pの一端および受電コイルL2の一端に接続されている。また、コンデンサC2sの他端は、整流回路211における一方の入力端子に接続され、受電コイルL2の他端およびコンデンサC2pの他端はそれぞれ、整流回路211における他方の入力端子に接続されている。
整流回路211は、ここでは4つの整流素子(ダイオード)D1〜D4を用いて構成されている。具体的には、整流素子D1のアノードおよび整流素子D3のカソードは、互いに整流回路211における一方の入力端子に接続され、整流素子D1のカソードおよび整流素子D2のカソードは、互いに整流回路211における出力端子に接続されている。また、整流素子D2のアノードおよび整流素子D4のカソードは、互いに整流回路211における他方の入力端子に接続され、整流素子D3のアノードおよび整流素子D4のアノードは、互いに接地されている。このような構成により整流回路211では、受電部210から供給された交流電力を整流し、直流電力からなる受電電力を電圧安定化回路212へ供給するようになっている。
充電回路213は、電圧安定化後の直流電力(受電電力)に基づいて、前述したように、バッテリー214への充電を行う回路であり、ここでは電圧安定化回路212と負荷22との間に配置されている。なお、以下では、電圧安定化回路212から充電回路213へ供給される電圧(入力電圧)を、電圧V1とする。また、バッテリー214における充電量(充電電力)に対応する電圧を、バッテリー電圧Vbとする。
電力経路設定回路215は、前述したように、2つの電力供給経路Lp1,Lp2を有している。電力供給経路Lp1(第1の電力供給経路)は、受電部210側(電圧安定化回路212側)またはバッテリー214側から充電回路213を経由して負荷22側へと至る経路(メイン経路)である。一方、電力供給経路Lp2(第2の電力供給経路)は、受電部210側(電圧安定化回路212と充電回路213との間の接続ライン上)から充電回路213を迂回(バイパス)して負荷22側へと至る経路(バイパス経路)である。
(1.全体動作の概要)
この給電システム4では、給電装置1内の交流信号発生回路111が、外部電源9から供給される電力に基づいて、送電部110内の送電コイルL1およびコンデンサC1p,C1s(LC共振回路)に対して、電力伝送を行うための所定の高周波電力(交流信号Sac)を供給する。これにより、送電部110内の送電コイルL1において磁界(磁束)が発生する。このとき、給電装置1の上面(給電面S1)に、給電対象機器(充電対象機器)としての電子機器2A,2Bが置かれる(または近接する)と、給電装置1内の送電コイルL1と電子機器2A,2B内の受電コイルL2とが、給電面S1付近にて近接する。
次に、電子機器2A,2B内の負荷22の大きさと、これら電子機器2A,2B内での動作状態との関係について説明する。
まず、負荷22の大きさが通常状態および過負荷状態のときには、図6に示したように、V1≧Vbとなっている。ただし、通常状態では電圧V1が略一定である一方、過負荷状態では、図6中の矢印P51で示したように、負荷22の大きさが増加するのに従って電圧V1が低下していく。なお、このような過負荷状態における電圧V1の低下は、負荷22の増加に従って受電電力が必要以上に引かれてしまうためである。
一方、受電中における負荷22の起動状態のときには、負荷22の大きさの増加に従って電圧V1が更に低下していくため、図6に示したようにV1<Vbとなる。このことに起因して、後述する比較例1では、ユーザの利便性が損なわれてしまうという問題が生ずる。以下、この点について詳細に説明する。
図9は、比較例1に係る給電システム104の構成例を、ブロック図および回路図で表わしたものである。この給電システム104は、電子機器102A,102B内に、本実施の形態における電力経路設定回路215が設けられていないものに対応している。
なお、例えば図11に示した比較例2のように、充電回路213内でバッテリー電圧Vbを昇圧したうえで(図11中の矢印P50参照)、その昇圧後のバッテリー電圧Vbを負荷22側へ供給する手法も考えられる。これにより、比較例1のようなUVLOモードに起因した問題が解消し得る。ただし、そのような昇圧動作を行う場合、昇圧回路を設ける分、コストの増大や実装面積の増加等が生じてしまう。
そこで本実施の形態の給電システム4では、電子機器2A,2Bにおける電力経路設定回路215内に、メイン経路として電力供給経路Lp1に加え、バイパス経路としての電力供給経路Lp2が設けられている。電力供給経路Lp1は、受電部210側またはバッテリー214側から充電回路213を経由して負荷22側へと至る経路である。一方、電力供給経路Lp2は、受電部210側から充電回路213を迂回して負荷22側へと至る経路である。
続いて、本開示の第2の実施の形態について説明する。なお、上記第1の実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
図13は、第2の実施の形態に係る給電システム(給電システム4A)の構成例を、ブロック図および回路図で表わしたものである。この給電システム4Aは、第1の実施の形態の給電システム4において、給電対象機器として電子機器2A,2Bの代わりに電子機器2C,2Dを設けたものであり、他の構成は同様となっている。
電力経路設定回路215Aは、電力経路設定回路215と同様に、2つの電力供給経路Lp1,Lp2を有している。また、これらの電力供給経路Lp1,Lp2上には、負荷22側に電力が供給される向きで整流素子D51,D52が配設されている。ただし、電力経路設定回路215Aでは、これらの整流素子D51,D52に加え、電力供給経路Lp1上に、整流素子D51に並列接続されたトランジスタTr5が更に設けられている。また、このトランジスタTr5に接続された抵抗素子R5も設けられている。すなわち、この電力経路設定回路215Aは、電力経路設定回路215において、トランジスタTr5および抵抗素子R5を更に設けたものに対応し、他の構成は同等となっている。
このような構成の給電システム4Aでは、負荷22の大きさ(前述した通常状態,過負荷状態,受電中の起動状態の各状態)に応じて、電子機器2C,2D内の電力経路設定回路215Aにおいて、以下のようにして動作が行われる。
まず、負荷22の大きさが通常状態および過負荷状態のときには、例えば図14に示したように、バッテリー214への充電中(充電完了前)では、以下のような動作となる。つまり、基本的には第1の実施の形態と同様に、充電回路213が、電圧安定化回路212から供給される電力P2(電圧V1に対応)に基づいて、負荷22に対して電力P31を供給する。また、それとともに、この電力P2から負荷22での消費電力(上記した負荷22側へ供給される電力P31に相当)を差し引いた余剰電力(電力P32)を用いて、バッテリー214への充電を行う。
一方、受電中における負荷22の起動状態のときには、例えば図15に示した本実施の形態の実施例2のような動作となる。すなわち、基本的には第1の実施の形態における実施例1と同様に、バッテリー214に蓄電されている充電電力の一部(電力P4)が、電力供給経路Lp1を経由して負荷22へと供給される。また、充電回路213がUVLOモードとなると、充電回路213では電圧安定化回路212側からの電力P2を一切受け取らなくなる一方、電力供給経路Lp(整流素子D52)を介して、この電力P2が負荷22へと供給される。
具体的には、例えば図16に示したように、受電電力(電力P2,P31)が負荷22へ供給されず、バッテリー214に蓄電されている充電電力の一部(電力P4)が負荷22へ供給されることによって負荷22が起動するとき(通常使用状態)には、電力経路設定回路215A内の電力供給経路Lp1では、以下のようになる。すなわち、これまで説明したのとは逆に、整流素子D51はオフ状態となって電流が流れない(電力の供給経路とはならない)一方、トランジスタTr5がオン状態となって電流が流れるようになる(電力の供給経路となる)。つまり、この電力供給経路Lp1では、トランジスタTr5は、上記した通常使用状態のときにのみオン状態となる。一方、すでにトランジスタTr5がオン状態となっていることから、整流素子D51には順方向電圧が印加されず、整流素子D51はオフ状態となる。これらのことから、電力経路設定回路215Aでは電力経路設定回路215とは異なり、充電電力の一部のみを利用して負荷22を起動する場合(上記した通常使用状態の場合)等に、整流素子D51における電力損失が回避され、充電電力の利用効率を向上させることが可能となる。この場合、受電電力を利用して負荷22への電力供給を行う場合とは異なり、使用可能な電力が限られている(有限となっている)ことから、電力損失を防止するメリットは大きいと言える。
以上、第1,第2の実施の形態を挙げて本開示の技術を説明したが、本技術はこれらの実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。
また、上記実施の形態では、1次側機器としての給電装置から2次側機器としての電子機器に対して、磁界を用いて非接触に電力伝送(給電)を行う給電システムの場合を例に挙げて説明したが、これには限られない。すなわち、本開示内容は、1次側機器としての給電装置から2次側機器としての電子機器に対して、電界(電界結合)を用いて非接触に電力伝送を行う給電システムにおいても適用することが可能であり、上記実施の形態と同様の効果を得ることが可能である。
(1)
磁界または電界を用いて伝送された電力を受け取る受電部と、
2次電池と、
前記受電部により受け取った受電電力に基づいて、前記2次電池への充電を行う充電部と、
供給される電力に基づいて所定の動作を行う負荷と、
前記受電部側または前記2次電池側から前記充電部を経由して前記負荷側へと至る第1の電力供給経路と、
前記受電部側から前記充電部を迂回して前記負荷側へと至る第2の電力供給経路と
を備えた電子機器。
(2)
前記第1および第2の電力供給経路はそれぞれ、整流素子を有する
上記(1)に記載の電子機器。
(3)
前記第1の電力供給経路は、前記整流素子に並列接続されたトランジスタを更に有する
上記(2)に記載の電子機器。
(4)
前記第1の電力供給経路において、
前記受電電力が前記負荷へ供給されるときには、
前記トランジスタはオフ状態となると共に、前記整流素子はオン状態となる
上記(3)に記載の電子機器。
(5)
前記第1の電力供給経路において、
前記受電電力が前記負荷へ供給されず、前記2次電池に蓄電されている充電電力の一部が前記負荷へ供給されることによって前記負荷が起動するときには、
前記トランジスタはオン状態となると共に、前記整流素子はオフ状態となる
上記(3)または(4)に記載の電子機器。
(6)
前記整流素子は、前記負荷側に電力が供給される向きで配置されている
上記(2)ないし(5)のいずれかに記載の電子機器。
(7)
前記第2の電力供給経路は、前記充電部がUVLO(Under Voltage Lock Out)モードとなったときにのみ有効となる
上記(1)ないし(6)のいずれかに記載の電子機器。
(8)
前記充電部がUVLOモードとなったときには、前記受電電力の前記第1の電力供給経路を経由した前記負荷への供給が、停止する
上記(7)に記載の電子機器。
(9)
前記充電部がUVLOモードとなったときには、
前記受電電力が、前記第2の電力供給経路を経由して前記負荷へと供給されると共に、
前記2次電池に蓄電されている充電電力の一部が、前記第1の電力供給経路を経由して前記負荷へと供給される
上記(8)に記載の電子機器。
(10)
前記第1および第2の電力供給経路が、前記充電部内に設けられている
上記(1)ないし(9)のいずれかに記載の電子機器。
(11)
1または複数の電子機器と、
前記電子機器に対して磁界または電界を用いた電力伝送を行う給電装置と
を備え、
前記電子機器は、
前記給電装置から伝送された電力を受け取る受電部と、
2次電池と、
前記受電部により受け取った受電電力に基づいて、前記2次電池への充電を行う充電部と、
供給される電力に基づいて所定の動作を行う負荷と、
前記受電部側または前記2次電池側から前記充電部を経由して前記負荷側へと至る第1の電力供給経路と、
前記受電部側から前記充電部を迂回して前記負荷側へと至る第2の電力供給経路と
を有する給電システム。
Claims (10)
- 磁界または電界を用いて伝送された電力を受け取る受電部と、
2次電池と、
前記受電部により受け取った受電電力に基づいて、前記2次電池への充電を行う充電部と、
供給される電力に基づいて所定の動作を行う負荷と、
前記受電部側または前記2次電池側から前記充電部を経由して前記負荷側へと至る第1の電力供給経路と、
前記受電部側から前記充電部を迂回して前記負荷側へと至る第2の電力供給経路と
を備え、
前記第2の電力供給経路は、前記充電部がUVLO(Under Voltage Lock Out)モードとなったときにのみ有効となる
電子機器。 - 前記第1および第2の電力供給経路はそれぞれ、整流素子を有する
請求項1に記載の電子機器。 - 前記第1の電力供給経路は、前記整流素子に並列接続されたトランジスタを更に有する
請求項2に記載の電子機器。 - 前記第1の電力供給経路において、
前記受電電力が前記負荷へ供給されるときには、
前記トランジスタはオフ状態となると共に、前記整流素子はオン状態となる
請求項3に記載の電子機器。 - 前記第1の電力供給経路において、
前記受電電力が前記負荷へ供給されず、前記2次電池に蓄電されている充電電力の一部が前記負荷へ供給されることによって前記負荷が起動するときには、
前記トランジスタはオン状態となると共に、前記整流素子はオフ状態となる
請求項3または請求項4に記載の電子機器。 - 前記整流素子は、前記負荷側に電力が供給される向きで配置されている
請求項2ないし請求項5のいずれか1項に記載の電子機器。 - 前記充電部がUVLOモードとなったときには、前記受電電力の前記第1の電力供給経路を経由した前記負荷への供給が、停止する
請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の電子機器。 - 前記充電部がUVLOモードとなったときには、
前記受電電力が、前記第2の電力供給経路を経由して前記負荷へと供給されると共に、
前記2次電池に蓄電されている充電電力の一部が、前記第1の電力供給経路を経由して前記負荷へと供給される
請求項7に記載の電子機器。 - 前記第1および第2の電力供給経路が、前記充電部内に設けられている
請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の電子機器。 - 1または複数の電子機器と、
前記電子機器に対して磁界または電界を用いた電力伝送を行う給電装置と
を備え、
前記電子機器は、
前記給電装置から伝送された電力を受け取る受電部と、
2次電池と、
前記受電部により受け取った受電電力に基づいて、前記2次電池への充電を行う充電部と、
供給される電力に基づいて所定の動作を行う負荷と、
前記受電部側または前記2次電池側から前記充電部を経由して前記負荷側へと至る第1の電力供給経路と、
前記受電部側から前記充電部を迂回して前記負荷側へと至る第2の電力供給経路と
を有し、
前記第2の電力供給経路は、前記充電部がUVLO(Under Voltage Lock Out)モードとなったときにのみ有効となる
給電システム。
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