JP6679343B2 - Wireless power transmission device, power transmission control circuit, charger - Google Patents

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Description

本発明は、ワイヤレス給電技術に関し、特にワイヤレス送電装置の異常検出に関する。   The present invention relates to wireless power feeding technology, and more particularly, to detecting abnormality in a wireless power transmission device.

近年、電子機器への給電方式として、ワイヤレス給電が普及の兆しを見せている。ワイヤレス給電には、電磁誘導（MI：Magnetic Induction）方式と磁気共鳴（MR：Magnetic Resonance）方式の２つの方式が存在するが、ＭＩ方式では、現在、（１）ＷＰＣ（Wireless Power Consortium）が策定した規格「Qi」と、（２）ＰＭＡ（Power Matters Alliance）が策定した規格（以下、ＰＭＡ）が主流となっている。   In recent years, wireless power supply has shown signs of widespread use as a power supply method for electronic devices. There are two types of wireless power supply, an electromagnetic induction (MI: Magnetic Induction) method and a magnetic resonance (MR: Magnetic Resonance) method. In the MI method, (1) WPC (Wireless Power Consortium) is currently established. The standard "Qi" and (2) PMA (Power Matters Alliance) standard (hereinafter referred to as PMA) are the mainstream.

ＭＩ方式のワイヤレス給電は、送信コイルと受信コイル間の電磁誘導を利用したものである。給電システムは、送信コイルを有する送電装置と、受信コイルを有する受電装置で構成される。   The MI type wireless power supply utilizes electromagnetic induction between a transmitting coil and a receiving coil. The power feeding system includes a power transmitting device having a transmitting coil and a power receiving device having a receiving coil.

図１は、Ｑｉ規格に準拠したワイヤレス給電システム１０の構成を示す図である。給電システム１０は、送電装置２０（ＴＸ、Power Transmitter）と受電装置３０（ＲＸ、Power Receiver）と、を備える。受電装置３０は、携帯電話端末、スマートホン、オーディオプレイヤ、ゲーム機器、タブレット端末などの電子機器に搭載される。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a wireless power supply system 10 based on the Qi standard. The power feeding system 10 includes a power transmitting device 20 (TX, Power Transmitter) and a power receiving device 30 (RX, Power Receiver). The power receiving device 30 is mounted on an electronic device such as a mobile phone terminal, a smart phone, an audio player, a game device, and a tablet terminal.

送電装置２０は、送信コイル（１次コイル）２２、ドライバ２４、送電コントローラ２６、復調器２８を備える。ドライバ２４は、Ｈブリッジ回路（フルブリッジ回路）あるいはハーフブリッジ回路を含み、送信コイル２２に駆動信号Ｓ１、具体的にはパルス信号を印加し、送信コイル２２に流れる駆動電流により、送信コイル２２に電磁界の電力信号Ｓ２を発生させる。送電コントローラ２６は、送電装置２０全体を統括的に制御するものであり、具体的には、ドライバ２４のスイッチング周波数、スイッチングのデューティ比、位相などを制御することにより、送信電力を変化させる。   The power transmission device 20 includes a transmission coil (primary coil) 22, a driver 24, a power transmission controller 26, and a demodulator 28. The driver 24 includes an H-bridge circuit (full-bridge circuit) or a half-bridge circuit, applies a drive signal S1, specifically a pulse signal, to the transmission coil 22 and causes the transmission coil 22 to receive a drive current. An electromagnetic field power signal S2 is generated. The power transmission controller 26 controls the power transmission device 20 as a whole, and specifically controls the switching frequency, the switching duty ratio, the phase, and the like of the driver 24 to change the transmission power.

受電装置３０は、受信コイル（２次コイル）３２、整流回路３４、平滑コンデンサ３６、変調器３８、負荷４０、受電コントローラ４２、電源回路４４を備える。受信コイル３２は、送信コイル２２からの電力信号Ｓ２を受信する。整流回路３４および平滑コンデンサ３６は、電力信号Ｓ２に応じて受信コイル３２に誘起される電流Ｓ４を整流・平滑化し、直流電圧に変換する。   The power receiving device 30 includes a receiving coil (secondary coil) 32, a rectifying circuit 34, a smoothing capacitor 36, a modulator 38, a load 40, a power receiving controller 42, and a power supply circuit 44. The receiving coil 32 receives the power signal S2 from the transmitting coil 22. The rectifier circuit 34 and the smoothing capacitor 36 rectify and smooth the current S4 induced in the receiving coil 32 according to the power signal S2, and convert it into a DC voltage.

電源回路４４は、送電装置２０から供給された電力を利用して図示しない二次電池を充電し、あるいは直流電圧ＶＲＥＣＴを昇圧あるいは降圧し、受電コントローラ４２やその他の負荷４０に供給する。 The power supply circuit 44 uses a power supplied from the power transmission device 20 to charge a secondary battery (not shown) or steps up or steps down the DC voltage V RECT and supplies the power reception controller 42 and other loads 40.

Ｑｉ規格では、送電装置２０と受電装置３０の間で通信プロトコルが定められており、受電装置３０から送電装置２０に対して、制御信号Ｓ３による情報の伝達が可能となっている。この制御信号Ｓ３は、後方散乱変調（Backscatter modulation）を利用して、ＡＭ（Amplitude Modulation）変調された形で、受信コイル３２（２次コイル）から送信コイル２２に送信される。この制御信号Ｓ３には、たとえば、受電装置３０に対する電力供給量を制御する電力制御データ（パケットともいう）や、受電装置３０の固有の情報を示すデータなどが含まれる。   In the Qi standard, a communication protocol is defined between the power transmitting device 20 and the power receiving device 30, and information can be transmitted from the power receiving device 30 to the power transmitting device 20 by the control signal S3. The control signal S3 is transmitted from the reception coil 32 (secondary coil) to the transmission coil 22 in a form of AM (Amplitude Modulation) modulation using backscatter modulation. The control signal S3 includes, for example, power control data (also referred to as a packet) that controls the amount of power supplied to the power receiving device 30 and data indicating information unique to the power receiving device 30.

電力制御について説明する。受電装置３０の受電コントローラ４２は、送電装置２０からの電力供給量（送信電力）を制御する電力制御データを生成する。たとえば受電コントローラ４２は、平滑コンデンサ３６の電圧ＶＲＥＣＴがその目標値（ＤＰ：Desired Point）に近づくように電力制御パケットを生成する。変調器３８は、電力制御パケットにもとづいて、受信コイル３２の電流（あるいは電圧）を変調する。これにより受信コイル３２が送信アンテナとなり、制御信号Ｓ３が送信される。 The power control will be described. The power reception controller 42 of the power reception device 30 generates power control data that controls the amount of power supplied from the power transmission device 20 (transmission power). For example, the power reception controller 42 generates a power control packet so that the voltage V RECT of the smoothing capacitor 36 approaches its target value (DP: Desired Point). The modulator 38 modulates the current (or voltage) of the receiving coil 32 based on the power control packet. As a result, the receiving coil 32 serves as a transmitting antenna, and the control signal S3 is transmitted.

送電装置２０において、送信コイル２２には、制御信号Ｓ３に応じた電流成分が流れる。復調器２８は、送信コイル２２の電流あるいは電圧に含まれる制御信号Ｓ３を復調する。送電コントローラ２６は、復調された制御信号Ｓ３に含まれる電力制御データが指示する送信電力が得られるように、ドライバ２４を制御する。   In the power transmission device 20, a current component according to the control signal S3 flows through the transmission coil 22. The demodulator 28 demodulates the control signal S3 included in the current or voltage of the transmission coil 22. The power transmission controller 26 controls the driver 24 so that the transmission power instructed by the power control data included in the demodulated control signal S3 is obtained.

このようにしてＱｉ規格に準拠した給電システム１０では、受電装置側が要求する電力と一致するように送信電力がフィードバック制御される。   In this way, in the power supply system 10 conforming to the Qi standard, the transmission power is feedback-controlled so as to match the power required by the power receiving device side.

図２は、送電装置２０の構成例を示す回路図である。電流センサ２０６は、ドライバ２４に流れる電流ＩＩＮを検出し、電流量を示す電流検出（ＩＳＥＮＳＥ）信号を生成する。電流センサ２０６は、センス抵抗ＲＳ、センスアンプ２０７を含む。センス抵抗ＲＳは、ドライバ２４の電流の経路上に挿入され、その両端間には、ドライバ２４の入力電流ＩＩＮに比例する電圧降下ＶＳが発生する。センスアンプ２０７は、センス抵抗ＲＳの電圧降下ＶＳを増幅し、ＩＳＥＮＳＥ信号を生成する。ＩＳＥＮＳＥ信号は、送電コントローラ２６に入力され、さまざまな処理に使用される。 FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example of the power transmission device 20. The current sensor 206 detects the current I IN flowing through the driver 24 and generates a current detection (ISENSE) signal indicating the amount of current. The current sensor 206 includes a sense resistor R S and a sense amplifier 207. The sense resistor R S is inserted in the current path of the driver 24, and a voltage drop V S proportional to the input current I IN of the driver 24 is generated across the sense resistor R S. The sense amplifier 207 amplifies the voltage drop V S across the sense resistor R S and generates an ISENSE signal. The ISENSE signal is input to the power transmission controller 26 and used for various processes.

たとえばＩＳＥＮＳＥ信号は、過電流保護に利用される。送電コントローラ２６は、ＩＳＥＮＳＥ信号が所定のしきい値を超えると、過電流状態と判定し、所定の保護処理を実行する。またＩＳＥＮＳＥ信号は、パワーロスメソッドによるＦＯＤ（Foreign Object Detection）に利用される。   For example, the ISENSE signal is used for overcurrent protection. When the ISENSE signal exceeds a predetermined threshold value, the power transmission controller 26 determines an overcurrent state and executes a predetermined protection process. The ISENSE signal is used for FOD (Foreign Object Detection) by the power loss method.

送電コントローラ２６には、ＩＳＥＮＳＥ信号とともに入力電圧ＶＩＮが入力される。ＩＳＥＮＳＥ信号および入力電圧ＶＩＮは、送電コントローラ２６のＡ／Ｄコンバータによってデジタル値に変換される。送電コントローラ２６は、入力電流ＩＩＮと入力電圧ＶＩＮの積を演算し、送信電力ＰＴＸを取得する。あるいは、Ｑ値の測定、およびＱ値にもとづく異物検出にＩＳＥＮＳＥ信号を利用することも可能である。 The input voltage V IN is input to the power transmission controller 26 together with the ISENSE signal. The ISENSE signal and the input voltage V IN are converted into digital values by the A / D converter of the power transmission controller 26. The power transmission controller 26 calculates the product of the input current I IN and the input voltage V IN to obtain the transmission power P TX . Alternatively, the ISENSE signal can be used for the measurement of the Q value and the detection of foreign matter based on the Q value.

特開２０１３−３８８５４号公報JP, 2013-38854, A 特許第５０７１５７４号公報Japanese Patent No. 5071574

図２の送電装置２０は、送電コントローラ２６に加えて、ドライバ２４、ハイサイドスイッチＳＷ１、センス抵抗ＲＳ、送信コイル２２などさまざまな回路部品で構成される。送電装置２０から安全に送電するためには、すべての部品が正しく実装され、正しく機能しなければならない。特に、ハイサイドスイッチＳＷ１から、センス抵抗ＲＳ、ドライバ２４、送信コイル２２、共振キャパシタ２３、ドライバ２４を経て接地に至る経路（パワーラインと称する）の部品に異常が生じた状態で、送電を開始すると、異常発熱や、回路部品の信頼性の低下の要因となりうる。 The power transmission device 20 in FIG. 2 includes various circuit components such as a driver 24, a high-side switch SW1, a sense resistor R S , and a transmission coil 22 in addition to the power transmission controller 26. In order to safely transmit power from the power transmission device 20, all components must be properly mounted and function properly. In particular, power transmission is performed in a state where an abnormality has occurred in a component (referred to as a power line) from the high side switch SW1 to the ground via the sense resistor R S , the driver 24, the transmission coil 22, the resonance capacitor 23, and the driver 24. If started, it may cause abnormal heat generation and decrease in reliability of circuit components.

特に最近では、中電力向けＱｉ規格（Power Class 0 Extended Power Profile）の策定が進められ、送信電力が増加する傾向にあり、安全機能の重要性はますます高まっている。   Particularly in recent years, the development of the Qi standard (Power Class 0 Extended Power Profile) for medium power has been promoted, the transmission power tends to increase, and the safety function is becoming more important.

本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、安全性、信頼性を高めた送電装置の提供にある。   The present invention has been made in view of the above problems, and one of the exemplary objects of a certain aspect thereof is to provide a power transmission device with improved safety and reliability.

本発明のある態様は、ワイヤレス受電装置に電力信号を送信するワイヤレス送電装置に関する。ワイヤレス送電装置は、第１電圧より低い第２電圧を生成するサブ電源回路と、直列に接続された共振キャパシタおよび送信コイルを含む送信アンテナと、送信アンテナに駆動電圧を印加するブリッジ回路を含むドライバと、ドライバを制御する送電制御回路と、第１電圧と第２電圧の一方を選択し、ドライバの上側電源端子に供給するハイサイドスイッチと、を備える。   One aspect of the present invention relates to a wireless power transmitting apparatus that transmits a power signal to a wireless power receiving apparatus. The wireless power transmission device includes a sub power supply circuit that generates a second voltage lower than the first voltage, a transmission antenna that includes a resonance capacitor and a transmission coil that are connected in series, and a driver that includes a bridge circuit that applies a drive voltage to the transmission antenna. And a high-side switch that selects one of the first voltage and the second voltage and supplies it to the upper power supply terminal of the driver.

この態様によると、正規の第１電圧よりも低い第２電圧を選択した状態で、ドライバをスイッチング動作させる試運転が可能となる。そして試運転中に、さまざまな異常検出を行うことで、安全性、信頼性を高めることができる。さらに仮に回路に異常が存在する場合においても、試運転中の動作電圧は低いため、発熱や過電流を抑制でき、さらに安全性、信頼性を高めることができる。   According to this aspect, it is possible to perform a test operation in which the driver performs the switching operation in the state where the second voltage lower than the regular first voltage is selected. By detecting various abnormalities during the trial run, safety and reliability can be improved. Further, even if there is an abnormality in the circuit, the operating voltage during the trial run is low, so heat generation and overcurrent can be suppressed, and safety and reliability can be further enhanced.

送電制御回路は、ハイサイドスイッチが第２電圧を選択した状態において、送信アンテナの電気的状態を監視してもよい。これにより、ドライバや送信アンテナの異常を安全に判定できる。   The power transmission control circuit may monitor the electrical state of the transmitting antenna when the high-side switch selects the second voltage. Thereby, the abnormality of the driver or the transmitting antenna can be safely determined.

送電制御回路は、ハイサイドスイッチが第２電圧を選択した状態において、ドライバのスイッチング周波数をスイープさせ、そのときの送信アンテナの電気的状態にもとづき、送信アンテナの共振周波数の異常を判定してもよい。これにより送信アンテナの異常を安全に判定できる。   The power transmission control circuit sweeps the switching frequency of the driver in the state where the high-side switch selects the second voltage and determines whether the resonance frequency of the transmission antenna is abnormal based on the electrical state of the transmission antenna at that time. Good. Thereby, the abnormality of the transmitting antenna can be safely judged.

ある態様のワイヤレス送電装置は、ブリッジ回路に流れる電流の経路上に設けられたセンス抵抗を含む電流センサと、オンオフが切りかえ可能であり、オン状態においてセンス抵抗に所定のバイアス信号を与えるバイアス回路と、をさらに備えてもよい。これによりセンス抵抗の異常を検出できる。   A wireless power transmission device of an aspect includes a current sensor including a sense resistor provided on a path of a current flowing through a bridge circuit, a bias circuit that can be switched on and off, and that provides a predetermined bias signal to the sense resistor in an on state. , May be further provided. Thereby, the abnormality of the sense resistor can be detected.

バイアス回路は定電流源を含んでもよい。この場合、センス抵抗の電圧降下にもとづいて、センス抵抗の異常を検出でき、あるいは抵抗値を測定できる。   The bias circuit may include a constant current source. In this case, the abnormality of the sense resistor can be detected or the resistance value can be measured based on the voltage drop of the sense resistor.

サブ電源回路は、送電制御回路と同一の集積回路に集積化されてもよい。サブ電源回路は、リニアレギュレータであってもよい。   The sub power supply circuit may be integrated in the same integrated circuit as the power transmission control circuit. The sub power supply circuit may be a linear regulator.

ワイヤレス送電装置は、Ｑｉ規格とＰＭＡ規格の少なくとも一方に準拠してもよい。   The wireless power transmission device may comply with at least one of the Qi standard and the PMA standard.

本発明の別の態様は、充電器に関する。充電器は、上述のいずれかのワイヤレス送電装置を備えてもよい。   Another aspect of the present invention relates to a charger. The charger may include any of the wireless power transmission devices described above.

本発明の別の態様は、ワイヤレス送電装置を制御する送電制御回路に関する。ワイヤレス送電装置は、直列に接続された共振キャパシタおよび送信コイルを含む送信アンテナと、送信アンテナに駆動電圧を印加するブリッジ回路を含むドライバと、第１電圧および第１電圧より低い第２電圧を受ける２つの入力端子と、ドライバの上側電源端子と接続される出力端子とを有するハイサイドスイッチと、ブリッジ回路に流れる電流の経路上に設けられたセンス抵抗を含む電流センサと、を備える。送電制御回路は、送信アンテナが受信した制御信号を復調する復調器と、制御信号にもとづいてドライバを制御する電力コントローラおよびプリドライバと、第２電圧を生成するサブ電源回路と、ハイサイドスイッチを制御するスイッチドライバと、給電開始前の自己診断シーケンスにおいて、ハイサイドスイッチが第２電圧を選択し、かつドライバがスイッチングする試運転を行い、ワイヤレス送電装置の異常を検出するロジック部と、を備える。   Another aspect of the present invention relates to a power transmission control circuit that controls a wireless power transmission device. The wireless power transmission device receives a transmission antenna including a resonance capacitor and a transmission coil connected in series, a driver including a bridge circuit for applying a driving voltage to the transmission antenna, a first voltage and a second voltage lower than the first voltage. A high-side switch having two input terminals, an output terminal connected to the upper power supply terminal of the driver, and a current sensor including a sense resistor provided on the path of the current flowing through the bridge circuit are provided. The power transmission control circuit includes a demodulator that demodulates the control signal received by the transmission antenna, a power controller and a pre-driver that control the driver based on the control signal, a sub power supply circuit that generates a second voltage, and a high-side switch. A switch driver to be controlled, and a logic unit that detects an abnormality of the wireless power transmission device by performing a test operation in which the high-side switch selects the second voltage and the driver switches in the self-diagnosis sequence before the start of power supply.

この態様によると、正規の第１電圧よりも低い第２電圧で動作する試運転中に、さまざまな異常検出を行う自己診断シーケンスを実行することで、仮に回路に異常が存在する場合においても、発熱や過電流を抑制でき、安全性を高めることができる。   According to this aspect, the self-diagnosis sequence for performing various abnormality detections is executed during the test operation in which the second voltage lower than the regular first voltage is operated, so that even if there is an abnormality in the circuit, the heat generation is generated. And overcurrent can be suppressed, and safety can be improved.

ロジック部は、試運転の間の送信アンテナの電気的状態にもとづいて、ドライバおよび送信アンテナの異常を検出してもよい。   The logic unit may detect the abnormality of the driver and the transmission antenna based on the electrical state of the transmission antenna during the trial run.

ロジック部は、試運転の間に、ドライバのスイッチング周波数をスイープさせ、そのときの送信アンテナの電気的状態にもとづいて、送信アンテナの共振周波数の異常を検出してもよい。   The logic unit may sweep the switching frequency of the driver during the test operation, and detect an abnormality in the resonance frequency of the transmission antenna based on the electrical state of the transmission antenna at that time.

ある態様の送電制御回路は、オン、オフが切りかえ可能であり、オン状態においてセンス抵抗に所定のバイアス信号を与えるバイアス回路をさらに備えてもよい。ロジック部は、ドライバを停止した状態でバイアス回路をオンし、そのときのセンス抵抗の電気的状態にもとづいて、センス抵抗の異常を検出してもよい。バイアス回路は定電流源を含んでもよい。   The power transmission control circuit according to an aspect may be switched between on and off, and may further include a bias circuit that applies a predetermined bias signal to the sense resistor in the on state. The logic unit may turn on the bias circuit with the driver stopped, and detect the abnormality of the sense resistor based on the electrical state of the sense resistor at that time. The bias circuit may include a constant current source.

送電制御回路は、ひとつの半導体基板に一体集積化されてもよい。
「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。
回路を１つのチップ上に集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。 The power transmission control circuit may be integrated on a single semiconductor substrate.
"Integrated integration" includes the case where all the components of the circuit are formed on the semiconductor substrate and the case where the main components of the circuit are integrated, and some of them are used for adjusting the circuit constants. A resistor or a capacitor may be provided outside the semiconductor substrate.
By integrating the circuit on one chip, the circuit area can be reduced and the characteristics of the circuit element can be kept uniform.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。   It should be noted that any combination of the above constituent elements, and those in which the constituent elements and expressions of the present invention are mutually replaced among methods, devices, systems, etc. are also effective as an aspect of the present invention.

本発明のある態様によれば、異常の自己診断機能を備える送電装置を提供できる。   According to an aspect of the present invention, it is possible to provide a power transmission device having a self-diagnosis function of abnormality.

Ｑｉ規格に準拠したワイヤレス給電システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the wireless power supply system based on Qi standard. 送電装置の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of a power transmission device. 実施の形態に係るワイヤレス送電装置を備える給電システムのブロック図である。It is a block diagram of the electric power feeding system provided with the wireless power transmission device which concerns on embodiment. 図３の送電装置による自己診断のシーケンスを示すフローチャートである。4 is a flowchart showing a sequence of self-diagnosis by the power transmission device of FIG. 3. 図３の送電装置の具体的な構成例を示す図である。It is a figure which shows the specific structural example of the power transmission apparatus of FIG. 送電装置を備える充電器の回路図である。It is a circuit diagram of a charger provided with a power transmission device.

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。   Hereinafter, the present invention will be described based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in each drawing will be denoted by the same reference numerals, and duplicated description will be appropriately omitted. Further, the embodiments are examples that do not limit the invention, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。 In the present specification, "the state in which the member A is connected to the member B" means that the members A and B are electrically connected in addition to the case where the members A and B are physically directly connected. It also includes the case of being indirectly connected via another member that does not substantially affect the general connection state or does not impair the function or effect achieved by their connection.
Similarly, "the state in which the member C is provided between the member A and the member B" means that the members A and C or the members B and C are directly connected to each other and their electrical It also includes the case of being indirectly connected via another member that does not substantially affect the general connection state or does not impair the function or effect achieved by their connection.

図３は、実施の形態に係るワイヤレス送電装置２００を備える給電システム１００のブロック図である。給電システム１００は、送電装置２００および受電装置３００を備える。受電装置３００は、携帯電話端末、スマートホン、オーディオプレイヤ、ゲーム機器、タブレット端末などの電子機器に搭載される。送電装置２００は、Ｑｉ規格とＰＭＡ規格の少なくとも一方に準拠する。本実施の形態では、Ｑｉ規格にもとづいて構成および動作を説明する。   FIG. 3 is a block diagram of a power supply system 100 including the wireless power transmission device 200 according to the embodiment. The power feeding system 100 includes a power transmitting device 200 and a power receiving device 300. The power receiving device 300 is mounted on an electronic device such as a mobile phone terminal, a smart phone, an audio player, a game device, and a tablet terminal. The power transmission device 200 complies with at least one of the Qi standard and the PMA standard. In the present embodiment, the configuration and operation will be described based on the Qi standard.

送電装置２００は、たとえば充電台を有する充電器に搭載される。送電装置２００は、送信アンテナ２０１、ドライバ２０４、電流センサ２０６、ハイサイドスイッチＳＷ２、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０ならびに送電制御回路（以下、ＴＸコントローラ）６００を備える。   Power transmission device 200 is mounted on, for example, a charger having a charging stand. The power transmission device 200 includes a transmission antenna 201, a driver 204, a current sensor 206, a high side switch SW2, a DC / DC converter 210, and a power transmission control circuit (hereinafter, TX controller) 600.

送電装置２００は、入力端子ＰＩＮに直流入力電圧（第１電圧という）ＶＩＮを受ける。第１電圧ＶＩＮは、電力送信時において使用される正規の電圧であり、規格によって５Ｖ、１２Ｖ、２０Ｖとさまざまである。第１電圧ＶＩＮは、ハイサイドスイッチＳＷ２のＡ端子に入力される。 The power transmission device 200 receives a DC input voltage (referred to as a first voltage) V IN at an input terminal P IN . The first voltage V IN is a regular voltage used during power transmission, and varies from 5V, 12V, and 20V depending on the standard. The first voltage V IN is input to the A terminal of the high side switch SW2.

送信アンテナ２０１は、直列に接続された送信コイル２０２および共振コンデンサ２０３を含む。ドライバ２０４は、Ｈブリッジ回路（フルブリッジ回路）あるいはハーフブリッジ回路を含み、送信コイル２０２に駆動信号Ｓ１、具体的にはパルス信号を印加し、送信コイル２０２に流れる駆動電流により、送信コイル２０２に電磁界の電力信号Ｓ２を発生させる。本実施の形態では、フルブリッジ回路が使用される。受電装置３００への送電時においては、ブリッジ回路２０５の上側電源端子Ｐ１には第１電圧ＶＩＮが供給され、下側電源端子Ｐ２は接地される。上側電源端子Ｐ１には平滑キャパシタＣＳが接続されてもよい。 The transmission antenna 201 includes a transmission coil 202 and a resonance capacitor 203 which are connected in series. The driver 204 includes an H-bridge circuit (full-bridge circuit) or a half-bridge circuit, applies a drive signal S1, specifically a pulse signal, to the transmission coil 202, and applies a drive current to the transmission coil 202 so that the transmission coil 202 receives the drive signal S1. An electromagnetic field power signal S2 is generated. In this embodiment, a full bridge circuit is used. During power transmission to the power receiving device 300, the first voltage V IN is supplied to the upper power supply terminal P1 of the bridge circuit 205 and the lower power supply terminal P2 is grounded. The smoothing capacitor C S may be connected to the upper power supply terminal P1.

ＴＸコントローラ６００は、送電装置２００全体を統括的に制御する回路ブロックであり、ひとつの半導体基板に一体集積化されたＩＣであってもよいし、複数のＩＣやチップ部品の組み合わせで構成してもよい。   The TX controller 600 is a circuit block that controls the entire power transmission device 200 as a whole, and may be an IC integrated on one semiconductor substrate, or may be a combination of a plurality of ICs and chip parts. Good.

具体的にはＴＸコントローラ６００は、ブリッジ回路２０５のスイッチング周波数ｆＳＷ、スイッチングのデューティ比、動作モード（ハーフブリッジモード／フルブリッジモード）、あるいはフルブリッジモードにおけるレグ間の位相差を制御することにより、送信電力を変化させる。 Specifically, the TX controller 600 controls the switching frequency f SW of the bridge circuit 205, the switching duty ratio, the operation mode (half bridge mode / full bridge mode), or the phase difference between the legs in the full bridge mode. , Change the transmission power.

Ｑｉ規格では、送電装置２００と受電装置３００の間で通信プロトコルが定められており、受電装置から送電装置２００に対して、制御信号Ｓ３による情報の伝達が可能となっている。この制御信号Ｓ３は、後方散乱変調（Backscatter modulation）を利用して、ＡＭ（Amplitude Modulation）変調された形で、受信コイル３０２（２次コイル）から送信コイル２０２に送信される。この制御信号Ｓ３には、たとえば、受電装置３００に対する電力供給量を制御する電力制御データ（パケットともいう）、受電装置３００の固有の情報を示すデータなどが含まれる。また制御信号Ｓ３には、送信アンテナ２０１のＱ値の適正範囲を規定するしきい値が含まれてもよい。   In the Qi standard, a communication protocol is defined between the power transmitting device 200 and the power receiving device 300, and information can be transmitted from the power receiving device to the power transmitting device 200 by the control signal S3. The control signal S3 is transmitted from the reception coil 302 (secondary coil) to the transmission coil 202 in a form of AM (Amplitude Modulation) modulation using backscatter modulation. The control signal S3 includes, for example, power control data (also referred to as a packet) that controls the amount of power supplied to the power receiving device 300, data indicating information unique to the power receiving device 300, and the like. Further, the control signal S3 may include a threshold value that defines an appropriate range of the Q value of the transmitting antenna 201.

ＴＸコントローラ６００は、復調端子（ＤＥＭＯＤ）にコイル電流あるいはコイル電圧に応じた信号を受け、送信コイル２０２の電流あるいは電圧に含まれる制御信号Ｓ３を復調する。ＴＸコントローラ６００は、復調された制御信号Ｓ３に含まれる電力制御データにもとづいて、ドライバ２０４を制御する。   The TX controller 600 receives a signal according to the coil current or the coil voltage at the demodulation terminal (DEMOD) and demodulates the control signal S3 included in the current or the voltage of the transmission coil 202. The TX controller 600 controls the driver 204 based on the power control data included in the demodulated control signal S3.

電流センサ２０６は、異物検出や過電流保護ために設けられる。電流センサ２０６は、ドライバ２４に流れる電流ＩＩＮを検出し、電流量を示す電流検出（ＩＳＥＮＳＥ）信号を生成する。電流センサ２０６は、センス抵抗ＲＳおよびセンスアンプ２０７を含んでもよい。ＩＳＥＮＳＥ信号は、ＴＸコントローラ６００のＩＳＥＮＳＥ端子に入力される。ＴＸコントローラ６００は、ＩＳＥＮＳＥ信号にもとづいて、異物検出を行い、あるいは過電流保護を行う。 The current sensor 206 is provided to detect foreign matter and protect against overcurrent. The current sensor 206 detects the current I IN flowing through the driver 24 and generates a current detection (ISENSE) signal indicating the amount of current. The current sensor 206 may include a sense resistor R S and a sense amplifier 207. The ISENSE signal is input to the ISENSE terminal of the TX controller 600. The TX controller 600 performs foreign object detection or overcurrent protection based on the ISENSE signal.

ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０は、第１電圧ＶＩＮを受け、それを降圧し、ＴＸコントローラ６００の電源電圧ＶＣＣを生成する。 The DC / DC converter 210 receives the first voltage V IN , steps it down, and generates the power supply voltage V CC of the TX controller 600.

実施の形態に係る送電装置２００は、送電の開始前に、それ自身が正常であるか否かを診断する機能（以下、自己診断機能と称する）を備える。以下、送電装置２００の自己診断機能について説明する。   The power transmission device 200 according to the embodiment has a function (hereinafter, referred to as a self-diagnosis function) of diagnosing whether the power transmission device 200 itself is normal before starting power transmission. Hereinafter, the self-diagnosis function of the power transmission device 200 will be described.

自己診断機能に関連して、送電装置２００は、サブ電源回路６０２を備える。サブ電源回路６０２はＴＸコントローラ６００に内蔵されてもよいし、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０のように外付けの電源回路であってもよい。サブ電源回路６０２は、第１電圧ＶＩＮにもとづいて、第１電圧ＶＩＮより低い直流の第２電圧ＶＬＯＷを生成する。第２電圧ＶＬＯＷは、５Ｖより低いことが好ましく、たとえば２〜３Ｖ、具体的には２．５Ｖであってもよい。あるいは後述する試運転中の安全性をさらに高めるために、第２電圧ＶＬＯＷを１Ｖ以下としてもよく、０．１〜０．４Ｖ程度としてもよい。 Regarding the self-diagnosis function, the power transmission device 200 includes a sub power supply circuit 602. The sub power supply circuit 602 may be built in the TX controller 600 or may be an external power supply circuit like the DC / DC converter 210. Sub power circuit 602 on the basis of the first voltage V IN, and generates a second voltage V LOW lower DC than the first voltage V IN. The second voltage V LOW is preferably lower than 5V, and may be, for example, 2-3V, specifically 2.5V. Alternatively, the second voltage V LOW may be set to 1 V or less, or may be set to about 0.1 to 0.4 V, in order to further enhance the safety during the test operation described later.

たとえば、サブ電源回路６０２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０が生成した電源電圧ＶＣＣを受け、所定レベルに安定化された第２電圧ＶＬＯＷを生成するＬＤＯ（Low Drop Output）、すなわちリニアレギュレータであってもよい。あるいはサブ電源回路６０２は、入力電圧ＶＩＮを降圧し、第２電圧ＶＬＯＷを生成する降圧ＤＣ／ＤＣコンバータであってもよい。 For example, the sub power supply circuit 602 is an LDO (Low Drop Output), that is, a linear regulator that receives the power supply voltage V CC generated by the DC / DC converter 210 and generates the second voltage V LOW stabilized at a predetermined level. May be. Alternatively, the sub power supply circuit 602 may be a step-down DC / DC converter that steps down the input voltage V IN and generates the second voltage V LOW .

第２電圧ＶＬＯＷは、ハイサイドスイッチＳＷ２のＢ端子に入力される。ハイサイドスイッチＳＷ２は、Ａ端子またはＢ端子のいずれか側にオンし、第１電圧ＶＩＮと第２電圧ＶＬＯＷの一方を選択し、ドライバ２０４の上側電源端子Ｐ１に供給する。ハイサイドスイッチＳＷ２は、Ａ端子、Ｂ端子のいずれとも導通しないオフ状態も選択可能である。ハイサイドスイッチＳＷ２は、セレクタと把握することも可能である。ハイサイドスイッチＳＷ２は、ＴＸコントローラ６００のＳＷＤＲＶ（スイッチ駆動）端子と接続され、駆動信号Ｓ１１に応じて状態が切りかえられる。 The second voltage V LOW is input to the B terminal of the high side switch SW2. The high-side switch SW2 is turned on to either the A terminal or the B terminal, selects one of the first voltage V IN and the second voltage V LOW , and supplies it to the upper power supply terminal P1 of the driver 204. The high-side switch SW2 can also be selected in an off state in which neither the A terminal nor the B terminal is electrically connected. The high side switch SW2 can also be understood as a selector. The high-side switch SW2 is connected to the SWDRV (switch drive) terminal of the TX controller 600, and the state is switched according to the drive signal S11.

またＴＸコントローラ６００のＶＳ１（第１電圧検出）端子には、センス抵抗ＲＳの高電位側の電圧が、ＶＳ２（第２電圧検出）端子には、センス抵抗ＲＳの低電位側の電圧が入力される。さらにＴＸコントローラ６００のＶＳ３（第３電圧検出）端子には、送信コイル２０２の一端の電圧が入力される。またＴＸコントローラ６００のバイアス（ＩＢＩＡＳ）端子は、センス抵抗ＲＳの低電位側のラインと接続される。ＴＸコントローラ６００のバイアス回路６０４は、オン、オフが切りかえ可能であり、オン状態においてセンス抵抗ＲＳに既知のバイアス信号を供給可能となっている。たとえばバイアス回路６０４は定電流源６０６を含み、センス抵抗ＲＳに既知の電流量のバイアス電流ＩＢＩＡＳを流す。 Further, the VS1 (first voltage detection) terminal of the TX controller 600 is the high-potential side voltage of the sense resistor R S , and the VS2 (second voltage detection) terminal is the low-potential side voltage of the sense resistor R S. Is entered. Further, the voltage at one end of the transmission coil 202 is input to the VS3 (third voltage detection) terminal of the TX controller 600. The bias (IBIAS) terminal of the TX controller 600 is connected to the low potential side line of the sense resistor R S. The bias circuit 604 of the TX controller 600 can be switched between on and off, and can supply a known bias signal to the sense resistor R S in the on state. For example, the bias circuit 604 includes a constant current source 606, and causes a known amount of bias current I BIAS to flow through the sense resistor R S.

以上が送電装置２００の構成である。続いてその動作を説明する。
図４は、図３の送電装置２００による自己診断のシーケンスを示すフローチャートである。入力電圧ＶＩＮが供給されると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０が電源電圧ＶＣＣを生成し、ＴＸコントローラ６００が起動する。ＴＸコントローラ６００は、受電装置３００に対する給電開始前（すなわちＡｎａｌｏｇピンフェーズに移行する前）において、図４の自己診断シーケンスを実行する。 The above is the configuration of the power transmission device 200. Next, the operation will be described.
FIG. 4 is a flowchart showing a self-diagnosis sequence by the power transmission device 200 of FIG. When the input voltage V IN is supplied, the DC / DC converter 210 generates the power supply voltage V CC , and the TX controller 600 is activated. The TX controller 600 executes the self-diagnosis sequence of FIG. 4 before the start of power supply to the power receiving device 300 (that is, before the transition to the Analog pin phase).

はじめにＴＸコントローラ６００は、プリ異常判定Ｓ１００を行う。プリ異常判定Ｓ１００では、ハイサイドスイッチＳＷ２をＡ端子側にオンし、続いてオフする。ＴＸコントローラ６００は、ＶＳ１端子、ＶＳ２端子それぞれの電位、それらの電位差をモニタすることにより、電源供給が正常であるか、ハイサイドスイッチＳＷ２やセンス抵抗ＲＳが取り付けられているかを確認する（Ｓ１００）。 First, the TX controller 600 performs pre-abnormality determination S100. In the pre-abnormality determination S100, the high side switch SW2 is turned on to the A terminal side, and then turned off. The TX controller 600 confirms whether the power supply is normal or whether the high side switch SW2 or the sense resistor R S is attached by monitoring the potentials of the VS1 terminal and the VS2 terminal and the potential difference between them (S100). ).

続いてＴＸコントローラ６００は、センス抵抗ＲＳの異常を判定する（Ｓ１０２）。具体的にはＴＸコントローラ６００は、ハイサイドスイッチＳＷ２をＡ端子側にオンし、バイアス回路６０４をオンし、既知のバイアス電流ＩＢＩＡＳをセンス抵抗ＲＳに印加する。このときセンス抵抗ＲＳには、ＩＢＩＡＳ×ＲＳの電圧降下が発生する。ＴＸコントローラ６００は、ＶＳ１端子、ＶＳ２端子の電圧、および／またはＩＳＥＮＳＥ端子の電圧にもとづいて、センス抵抗ＲＳが正常であるか異常であるかを検出する。 Subsequently, the TX controller 600 determines the abnormality of the sense resistor R S (S102). Specifically, the TX controller 600 turns on the high-side switch SW2 to the A terminal side, turns on the bias circuit 604, and applies a known bias current I BIAS to the sense resistor R S. At this time, a voltage drop of I BIAS × R S occurs in the sense resistor R S. The TX controller 600 detects whether the sense resistor R S is normal or abnormal based on the voltage of the VS1 terminal, the VS2 terminal, and / or the voltage of the ISENSE terminal.

続いてサブ電源回路６０２によって第１電圧ＶＩＮより低い第２電圧ＶＬＯＷを生成し、ハイサイドスイッチＳＷ２をＢ端子側にオンする（Ｓ１０４）。この状態で、送電装置２００を試運転することにより（Ｓ１０６）、万が一、入力端子ＰＩＮからハイサイドスイッチＳＷ２、センス抵抗ＲＳ、ドライバ２０４、送信アンテナ２０１、ドライバ２０４を経て接地に至るパワーラインにショート故障やその他の異常が発生していたとしても、パワーラインに大きな第１電圧ＶＩＮが印加される場合に比べて、過電流や発熱を抑制できる。 Subsequently, the sub power supply circuit 602 generates the second voltage V LOW lower than the first voltage V IN, and turns on the high side switch SW2 to the B terminal side (S104). In this state, by performing a trial run of the power transmission device 200 (S106), by any chance, a power line from the input terminal P IN to the ground via the high side switch SW2, the sense resistor R S , the driver 204, the transmission antenna 201, and the driver 204 is connected. Even if a short circuit failure or other abnormality occurs, overcurrent and heat generation can be suppressed as compared with the case where a large first voltage V IN is applied to the power line.

たとえばＴＸコントローラ６００は、送電装置２００を低い第２電圧ＶＬＯＷで試運転させた状態で、送信アンテナ２０１の電気的状態を監視することにより、ドライバ２０４、送信コイル２０２、共振コンデンサ２０３の異常を検出してもよい（Ｓ１０８）。たとえばＴＸコントローラ６００は、送信アンテナ２０１の電気的状態として、コイル電圧やコイル電流を監視してもよく、具体的にはＶＳ３端子の電圧を監視してもよいし、あるいはＩＳＥＮＳＥ信号を監視してもよい。ＶＳ３端子によってコイル電圧を監視することができ、ＩＳＥＮＳＥ信号にもとづいてコイル電流を監視することができる。 For example, the TX controller 600 detects an abnormality in the driver 204, the transmission coil 202, and the resonance capacitor 203 by monitoring the electrical state of the transmission antenna 201 in a state in which the power transmission device 200 is test-run at a low second voltage V LOW. You may do (S108). For example, the TX controller 600 may monitor the coil voltage or the coil current as the electrical state of the transmitting antenna 201, specifically the voltage of the VS3 terminal, or the ISENSE signal. Good. The coil voltage can be monitored by the VS3 terminal, and the coil current can be monitored based on the ISENSE signal.

またコイル電流を正確に検出するために、さらに電流センサを備えてもよい。たとえば電流センサは、ブリッジ回路２０５を構成するトランジスタに流れる電流を検出してもよい。トランジスタに流れる電流を検出する手法は、公知技術を用いればよい。あるいは、サブ電源回路６０２が電流センサを含む場合、その電流検出値を、コイル電流として利用してもよい。   Further, a current sensor may be further provided in order to accurately detect the coil current. For example, the current sensor may detect a current flowing through a transistor included in the bridge circuit 205. A known technique may be used for the method of detecting the current flowing in the transistor. Alternatively, when the sub power supply circuit 602 includes a current sensor, the detected current value may be used as the coil current.

またＴＸコントローラ６００は、送電装置２００を低い第２電圧ＶＬＯＷで試運転させた状態で、ドライバ２０４のスイッチング周波数をスイープさせながら、コイル電圧およびコイル電流の少なくとも一方を監視することにより、送信アンテナ２０１の共振周波数を測定してもよい（Ｓ１１０）。この共振周波数の測定結果は、送信アンテナ２０１の異常判定に使用したり、Ｑ値を利用した異物検出に用いることができる。 In addition, the TX controller 600 monitors the at least one of the coil voltage and the coil current while sweeping the switching frequency of the driver 204 in a state in which the power transmission device 200 is being trial- operated at the low second voltage V LOW , to thereby transmit the transmission antenna 201. You may measure the resonance frequency of (S110). The measurement result of the resonance frequency can be used for the abnormality determination of the transmitting antenna 201 and can be used for the foreign matter detection using the Q value.

図４の自己診断シーケンスの結果、送電装置２００が正常と判定されると、アナログピング（Analog Ping）フェーズに移行し、その後、受電装置３００への給電を開始する。なお、いずれかの診断において異常が検出された場合には、ハイサイドスイッチＳＷ２をオフとし、直ちに送電装置２００の動作を停止させてもよい。また、異常が発生していること、および／または異常の要因を、外部のプロセッサや機器に通知してもよい。   When the power transmission device 200 is determined to be normal as a result of the self-diagnosis sequence in FIG. 4, the power supply device 200 shifts to the analog ping phase and then starts power supply to the power reception device 300. If an abnormality is detected in any of the diagnoses, the high side switch SW2 may be turned off to immediately stop the operation of the power transmission device 200. Further, the occurrence of an abnormality and / or the cause of the abnormality may be notified to an external processor or device.

なお、図４の自己診断シーケンスの実行順序は図４のそれには限定されず、いくつかのステップを入れ換えてもよく、またいくつかのステップを省略してもよい。さらにステップＳ１００やステップＳ１０２を、ステップＳ１０４とＳ１０６の間で実行してもよい。これによりさらに安全性を高めることができる。   The execution order of the self-diagnosis sequence of FIG. 4 is not limited to that of FIG. 4, and some steps may be replaced and some steps may be omitted. Furthermore, step S100 or step S102 may be executed between steps S104 and S106. This can further increase safety.

以上が送電装置２００の動作である。本発明は、図３のブロック図や回路図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、回路に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本発明の範囲を狭めるためではなく、発明の本質や回路動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例を説明する。   The above is the operation of the power transmission device 200. The present invention extends to various devices and circuits understood as the block diagram and circuit diagram of FIG. 3 or derived from the above description, and is not limited to a specific configuration. Hereinafter, a more specific configuration example will be described in order to help understanding of the essence of the invention and circuit operation and to clarify them, not to narrow the scope of the invention.

図５は、図３の送電装置２００の具体的な構成例を示す図である。   FIG. 5 is a diagram showing a specific configuration example of the power transmission device 200 of FIG.

復調器６１４は、送信コイル２０２の電流あるいは電圧に含まれる制御信号Ｓ３を復調する。電力コントローラ６１０は、復調器６１４が受信した電力制御データＳ２１にもとづいて、ドライバ２０４のスイッチング周波数、デューティ比、動作モード（ハーフブリッジ／フルブリッジ）、フルブリッジモードにおけるレッグ間の位相差を指示する制御指令Ｓ８を生成する。プリドライバ６１２は、制御指令Ｓ８にしたがってブリッジ回路２０５を駆動する。   The demodulator 614 demodulates the control signal S3 included in the current or voltage of the transmission coil 202. The power controller 610 indicates the switching frequency of the driver 204, the duty ratio, the operation mode (half bridge / full bridge), and the phase difference between the legs in the full bridge mode based on the power control data S21 received by the demodulator 614. The control command S8 is generated. The pre-driver 612 drives the bridge circuit 205 according to the control command S8.

異物検出あるいは過電流保護に関連して、ＯＣＰ（過電流保護）回路６２０、ＦＯＤ（異物検出）回路６２２が設けられる。ＯＣＰ回路６２０は、ＩＳＥＮＳＥ信号を所定のしきい値と比較し、過電流状態を検出する。過電流が検出されると、ハイサイドスイッチＳＷ２がオフ状態に切りかえられ、またドライバ２０４の動作を停止する。   An OCP (overcurrent protection) circuit 620 and an FOD (foreign matter detection) circuit 622 are provided in connection with foreign matter detection or overcurrent protection. The OCP circuit 620 compares the ISENSE signal with a predetermined threshold value to detect an overcurrent state. When the overcurrent is detected, the high side switch SW2 is switched to the off state and the operation of the driver 204 is stopped.

ＦＯＤ回路６２２はＩＳＥＮＳＥ信号にもとづいて、送信電力を計算する。そして、復調器６１４が受信した制御信号Ｓ３に含まれる受信電力Ｓ２２との比較により、パワーロスメソッドによって異物の有無を判定する。   The FOD circuit 622 calculates the transmission power based on the ISENSE signal. Then, the presence or absence of foreign matter is determined by the power loss method by comparison with the received power S22 included in the control signal S3 received by the demodulator 614.

上述の自己診断機能に関連するブロックを説明する。自己診断機能に関連して、送電装置２００は、ロジック部６３０、サブ電源回路６０２、スイッチドライバ６３２、第１電圧監視回路６３４、第２電圧監視回路６３６、バイアス回路６０４を備える。   The blocks related to the above self-diagnosis function will be described. Regarding the self-diagnosis function, the power transmission device 200 includes a logic unit 630, a sub power supply circuit 602, a switch driver 632, a first voltage monitoring circuit 634, a second voltage monitoring circuit 636, and a bias circuit 604.

ロジック部６３０は、自己診断シーケンスにおいて、その他の回路ブロックを制御するシーケンサである。またロジック部６３０は、第１電圧監視回路６３４や第２電圧監視回路６３６の監視結果にもとづいて、パワーライン上の各回路素子の異常の有無を判定する判定器である。さらにロジック部６３０は、通常の給電に関連するシーケンス制御も担っており、復調器６１４が受信した制御信号Ｓ２３にもとづいて、ピング（Ping）フェーズや認証・設定（Identification&configuration）フェーズ、送電（Power Transfer）フェーズの各種制御を実行する。   The logic unit 630 is a sequencer that controls other circuit blocks in the self-diagnosis sequence. The logic unit 630 is a determiner that determines whether or not there is an abnormality in each circuit element on the power line based on the monitoring results of the first voltage monitoring circuit 634 and the second voltage monitoring circuit 636. Further, the logic unit 630 is also responsible for sequence control related to normal power supply, and based on the control signal S23 received by the demodulator 614, a ping (Ping) phase, an authentication / configuration (Identification & configuration) phase, and power transfer (Power Transfer). ) Perform various phase controls.

スイッチドライバ６３２は、ロジック部６３０からの選択信号Ｓ１２にもとづいて、ハイサイドスイッチＳＷ２の状態を切りかえる。   The switch driver 632 switches the state of the high side switch SW2 based on the selection signal S12 from the logic unit 630.

第１電圧監視回路６３４は、センス抵抗ＲＳの各端子の電圧およびそれらの電位差を監視する。第２電圧監視回路６３６は、送信コイル２０２の電圧を監視する。第１電圧監視回路６３４および第２電圧監視回路６３６は、Ａ／Ｄコンバータを含んでもよい。 The first voltage monitoring circuit 634 monitors the voltage of each terminal of the sense resistor R S and the potential difference between them. The second voltage monitoring circuit 636 monitors the voltage of the transmission coil 202. The first voltage monitoring circuit 634 and the second voltage monitoring circuit 636 may include an A / D converter.

続いて送電装置２００の用途を説明する。図６は、送電装置２００を備える充電器４００の回路図である。充電器４００は、受電装置３００を備える電子機器を充電する。充電器４００は、筐体４０２、充電台４０４、回路基板４０６、を備える。充電器４００は、車載充電器であってもよい。給電対象の電子機器は、充電台４０４上に載置される。ドライバ２０４やＴＸコントローラ６００その他の回路部品は、回路基板４０６上に実装される。送信アンテナ２０１は、充電台４０４の直下にレイアウトされる。充電器４００は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１０により直流電圧を受けてもよいし、ＡＣ／ＤＣコンバータを内蔵してもよい。あるいは充電器４００は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）などの給電線を備えるバスを介して、外部からＤＣ電力の供給を受けてもよい。   Next, the usage of the power transmission device 200 will be described. FIG. 6 is a circuit diagram of a charger 400 including the power transmission device 200. The charger 400 charges an electronic device including the power receiving device 300. The charger 400 includes a housing 402, a charging stand 404, and a circuit board 406. The charger 400 may be a vehicle-mounted charger. The electronic device to be supplied with power is placed on the charging stand 404. The driver 204, the TX controller 600, and other circuit components are mounted on the circuit board 406. The transmitting antenna 201 is laid out immediately below the charging stand 404. Charger 400 may receive a DC voltage by AC / DC converter 410, or may have an AC / DC converter built therein. Alternatively, the charger 400 may be supplied with DC power from the outside via a bus including a power supply line such as a USB (Universal Serial Bus).

実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例を説明する。   It is understood by those skilled in the art that the embodiments are exemplifications, that various modifications can be made to the combinations of their respective constituent elements and respective processing processes, and that such modifications are also within the scope of the present invention. . Hereinafter, such modified examples will be described.

（第１変形例）
バイアス回路６０４は、定電流源６０６に代えて、既知の抵抗値を有する抵抗素子と、抵抗素子と直列に接続されるスイッチを含んでもよい。 (First modification)
The bias circuit 604 may include a resistance element having a known resistance value and a switch connected in series with the resistance element, instead of the constant current source 606.

（第２変形例）
実施の形態では、Ｈブリッジ回路のドライバ２０４について説明したが、ハーフブリッジ回路にも適用可能である。 (Second modified example)
In the embodiment, the driver 204 of the H-bridge circuit has been described, but it can be applied to the half-bridge circuit.

実施の形態にもとづき、具体的な用語を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。   Although the present invention has been described using specific terms based on the embodiments, the embodiments merely show the principle and application of the present invention, and the embodiments are defined in the claims. Many modifications and changes in arrangement are possible without departing from the concept of the present invention.

１００…給電システム、２００…送電装置、２０１…送信アンテナ、２０２…送信コイル、２０３…共振コンデンサ、２０４…ドライバ、２０５…ブリッジ回路、２０６…電流センサ、ＲＳ…センス抵抗、２０７…センスアンプ、２１０…ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＳＷ２…ハイサイドスイッチ、６００…ＴＸコントローラ、６０２…サブ電源回路、６０４…バイアス回路、６０６…定電流源、６１０…電力コントローラ、６１２…プリドライバ、６１４…復調器、６２０…ＯＣＰ回路、６２２…ＦＯＤ回路、６３０…ロジック部、６３２…スイッチドライバ、６３４…第１電圧監視回路、６３６…第２電圧監視回路、３００…受電装置、３０２…受信コイル、６００…ＴＸコントローラ、６１０…電力コントローラ、６１２…プリドライバ、４００…充電器、４０２…筐体、４０４…充電台、４０６…回路基板。 100 ... Power feeding system, 200 ... Power transmission device, 201 ... Transmission antenna, 202 ... Transmission coil, 203 ... Resonance capacitor, 204 ... Driver, 205 ... Bridge circuit, 206 ... Current sensor, RS ... Sense resistor, 207 ... Sense amplifier, 210 ... DC / DC converter, SW2 ... High side switch, 600 ... TX controller, 602 ... Sub power supply circuit, 604 ... Bias circuit, 606 ... Constant current source, 610 ... Power controller, 612 ... Pre-driver, 614 ... Demodulator, 620 ... OCP circuit, 622 ... FOD circuit, 630 ... Logic part, 632 ... Switch driver, 634 ... First voltage monitoring circuit, 636 ... Second voltage monitoring circuit, 300 ... Power receiving device, 302 ... Reception coil, 600 ... TX controller , 610 ... Power controller, 612 ... Pre-driver 400 ... charger, 402 ... housing, 404 ... charger, 406 ... circuit board.

Claims (13)

ワイヤレス受電装置に電力信号を送信するワイヤレス送電装置であって、
第１電圧より低い第２電圧を生成するサブ電源回路と、
直列に接続された共振キャパシタおよび送信コイルを含む送信アンテナと、
前記送信アンテナに駆動電圧を印加するブリッジ回路を含むドライバと、
前記ドライバを制御する送電制御回路と、
前記第１電圧と前記第２電圧の一方を選択し、前記ドライバの上側電源端子に供給するハイサイドスイッチと、
を備え、
前記送電制御回路は、前記ハイサイドスイッチが前記第２電圧を選択した状態において、前記送信アンテナの電気的状態を監視し、
前記送電制御回路は、前記ハイサイドスイッチが前記第２電圧を選択した状態において、前記ドライバのスイッチング周波数をスイープさせ、そのときの前記送信アンテナの電気的状態にもとづき、前記送信アンテナの共振周波数の異常を判定することを特徴とするワイヤレス送電装置。 A wireless power transmitting device that transmits a power signal to a wireless power receiving device,
A sub power supply circuit for generating a second voltage lower than the first voltage;
A transmitting antenna including a resonant capacitor and a transmitting coil connected in series;
A driver including a bridge circuit for applying a driving voltage to the transmitting antenna,
A power transmission control circuit for controlling the driver;
A high-side switch that selects one of the first voltage and the second voltage and supplies it to the upper power supply terminal of the driver;
Bei to give a,
The power transmission control circuit monitors an electrical state of the transmitting antenna in a state where the high-side switch selects the second voltage,
The power transmission control circuit sweeps the switching frequency of the driver in the state where the high-side switch selects the second voltage, and based on the electrical state of the transmission antenna at that time, the resonance frequency of the transmission antenna A wireless power transmitting device characterized by determining abnormality . 前記ブリッジ回路に流れる電流の経路上に設けられたセンス抵抗を含む電流センサと、
前記ブリッジ回路のスイッチング停止状態において、前記センス抵抗に所定のバイアス信号を与えるバイアス回路と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス送電装置。 A current sensor including a sense resistor provided on a path of a current flowing through the bridge circuit,
A bias circuit that applies a predetermined bias signal to the sense resistor in a switching stopped state of the bridge circuit;
The wireless power transmission device according to claim 1 , further comprising: ワイヤレス受電装置に電力信号を送信するワイヤレス送電装置であって、  A wireless power transmitting device that transmits a power signal to a wireless power receiving device,
第１電圧より低い第２電圧を生成するサブ電源回路と、  A sub power supply circuit for generating a second voltage lower than the first voltage;
直列に接続された共振キャパシタおよび送信コイルを含む送信アンテナと、  A transmitting antenna including a resonant capacitor and a transmitting coil connected in series;
前記送信アンテナに駆動電圧を印加するブリッジ回路を含むドライバと、  A driver including a bridge circuit for applying a driving voltage to the transmitting antenna,
前記ドライバを制御する送電制御回路と、  A power transmission control circuit for controlling the driver;
前記第１電圧と前記第２電圧の一方を選択し、前記ドライバの上側電源端子に供給するハイサイドスイッチと、  A high-side switch that selects one of the first voltage and the second voltage and supplies it to the upper power supply terminal of the driver;
前記ブリッジ回路に流れる電流の経路上に設けられたセンス抵抗を含む電流センサと、  A current sensor including a sense resistor provided on a path of a current flowing through the bridge circuit,
前記ブリッジ回路のスイッチング停止状態において、前記センス抵抗に所定のバイアス信号を与えるバイアス回路と、  A bias circuit that applies a predetermined bias signal to the sense resistor in a switching stopped state of the bridge circuit;
を備えることを特徴とするワイヤレス送電装置。  A wireless power transmission device comprising: 前記バイアス回路は定電流源を含むことを特徴とする請求項２または３に記載のワイヤレス送電装置。 The wireless power transmitting device according to claim 2, wherein the bias circuit includes a constant current source. 前記サブ電源回路は、前記送電制御回路と同一の集積回路に集積化されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のワイヤレス送電装置。 The sub power supply circuit, a wireless power transmission device according to any one of 4 from claim 1, characterized in that it is integrated in the power transmission control circuit in the same integrated circuit. Ｑｉ規格とＰＭＡ規格の少なくとも一方に準拠したことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のワイヤレス送電装置。 Wireless power transmission device according to any one of claims 1-5, characterized in that conforming to at least one of Qi standard and PMA standards. 請求項１から６のいずれかに記載のワイヤレス送電装置を備えることを特徴とする充電器。 Charger, characterized in that it comprises a wireless power transmission device according to any one of claims 1 to 6. ワイヤレス送電装置を制御する送電制御回路であって、
前記ワイヤレス送電装置は、
直列に接続された共振キャパシタおよび送信コイルを含む送信アンテナと、
前記送信アンテナに駆動電圧を印加するブリッジ回路を含むドライバと、
第１電圧および前記第１電圧より低い第２電圧を受ける２つの入力端子と、前記ドライバの上側電源端子と接続される出力端子とを有するハイサイドスイッチと、
前記ブリッジ回路に流れる電流の経路上に設けられたセンス抵抗を含む電流センサと、
を備え、
前記送電制御回路は、
前記送信アンテナが受信した制御信号を復調する復調器と、
前記制御信号にもとづいて前記ドライバを制御する電力コントローラおよびプリドライバと、
前記第２電圧を生成するサブ電源回路と、
ハイサイドスイッチを制御するスイッチドライバと、
給電開始前の自己診断シーケンスにおいて、前記ハイサイドスイッチが前記第２電圧を選択し、かつ前記ドライバがスイッチングする試運転を行い、前記ワイヤレス送電装置の異常を検出するロジック部と、
を備えることを特徴とする送電制御回路。 A power transmission control circuit for controlling a wireless power transmission device,
The wireless power transmission device,
A transmitting antenna including a resonant capacitor and a transmitting coil connected in series;
A driver including a bridge circuit for applying a driving voltage to the transmitting antenna,
A high side switch having two input terminals for receiving a first voltage and a second voltage lower than the first voltage, and an output terminal connected to an upper power supply terminal of the driver,
A current sensor including a sense resistor provided on a path of a current flowing through the bridge circuit,
Equipped with
The power transmission control circuit,
A demodulator for demodulating the control signal received by the transmitting antenna,
A power controller and a pre-driver for controlling the driver based on the control signal;
A sub power supply circuit for generating the second voltage,
A switch driver that controls the high-side switch,
In a self-diagnosis sequence before the start of power supply, the high-side switch selects the second voltage, and performs a test operation in which the driver switches, and a logic unit that detects an abnormality of the wireless power transmission device,
A power transmission control circuit comprising: 前記ロジック部は、前記試運転の間の前記送信アンテナの電気的状態にもとづいて、前記ドライバおよび前記送信アンテナの異常を検出することを特徴とする請求項８に記載の送電制御回路。 The power transmission control circuit according to claim 8 , wherein the logic unit detects an abnormality in the driver and the transmission antenna based on an electrical state of the transmission antenna during the test operation. 前記ロジック部は、前記試運転の間に、前記ドライバのスイッチング周波数をスイープさせ、そのときの前記送信アンテナの電気的状態にもとづいて、前記送信アンテナの共振周波数の異常を検出することを特徴とする請求項８または９に記載の送電制御回路。 The logic unit sweeps the switching frequency of the driver during the test operation, and detects an abnormality in the resonance frequency of the transmitting antenna based on the electrical state of the transmitting antenna at that time. The power transmission control circuit according to claim 8 . オン、オフが切りかえ可能であり、オン状態において前記センス抵抗に所定のバイアス信号を与えるバイアス回路をさらに備え、
前記ロジック部は、前記ドライバを停止した状態で前記バイアス回路をオンし、そのときの前記センス抵抗の電気的状態にもとづいて、前記センス抵抗の異常を検出することを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載の送電制御回路。 It is possible to switch on and off, and further comprising a bias circuit that applies a predetermined bias signal to the sense resistor in the on state,
The logic unit is configured to turn on the bias circuit in a state of stopping the driver, based on the electrical state of the sense resistor at that time, from claim 8, characterized in that for detecting an abnormality of the sense resistor 10. The power transmission control circuit according to any one of 10 . 前記バイアス回路は定電流源を含むことを特徴とする請求項１１に記載の送電制御回路。 The power transmission control circuit according to claim 11 , wherein the bias circuit includes a constant current source. ひとつの半導体基板に一体集積化されることを特徴とする請求項８から１２のいずれかに記載の送電制御回路。 The power transmission control circuit according to claim 8 , wherein the power transmission control circuit is integrated on one semiconductor substrate.
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