JP7087524B2 - 制御装置、受電装置、電子機器、無接点電力伝送システム及び制御方法 - Google Patents

制御装置、受電装置、電子機器、無接点電力伝送システム及び制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、制御装置、受電装置、電子機器、無接点電力伝送システム及び制御方法等に関する。
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、例えば家庭用機器や携帯端末等の、二次電池が内蔵された電子機器への充電がある。
従来から、無接点電力伝送システムに限らず種々の機器に二次電池が用いられている。小型の電子機器においては、例えば充電間隔を延ばしたり、二次電池の過放電を防いだりするために、意図しない二次電池の電力消費を出来るだけ抑えることが望ましい。例えば特許文献1には、二次電池と、二次電池を管理する回路とを含むパック電池の技術が開示されている。特許文献1では、パック電池の端子が充電器又は電子機器の端子に接続されていないときは、二次電池を管理する回路をシャットダウンする。
特開2011-109768号公報
上記のように、二次電池の放電を低減するためにシャットダウン機能が用いられている。二次電池を内蔵した電子機器を出荷又は保管するときや、二次電池の過放電が検出されたとき等に、二次電池からの電力で動作する回路をシャットダウン状態に設定することが想定される。シャットダウン状態が、本来の解除条件を満たさないにも関わらず解除されると、電子機器を使用する際に電池残量が不足したり、二次電池の過放電状態から更に放電が行われたりする。無接点電力伝送を用いて二次電池を充電する電子機器においては、例えばコイルに対する不要電波の入射や、無接点電力伝送のシーケンス等によって、意図しないシャットダウン解除が行われる可能性がある。
本発明の一態様は、送電装置から無接点電力伝送で供給された電力を受電する受電装置を制御する制御装置であって、前記送電装置から供給された電力を受電し、受電した電力に基づいて充電対象の充電を行う充電系回路と、前記充電対象からの電力に基づいて動作すると共に、前記充電対象からの電力に基づいて処理装置への給電を行う放電系回路と、を含み、前記充電系回路は、前記充電系回路が受電した電力に基づき動作する充電系制御回路を有し、前記充電系制御回路は、前記受電装置が前記送電装置に着地した後に前記送電装置から送信されるシャットダウン解除通知を受信し、前記シャットダウン解除通知に基づいて、前記充電対象からの放電を停止した状態であるシャットダウン状態を解除する制御装置に関係する。
また本発明の一態様では、前記充電系回路は、前記受電装置が前記送電装置に着地した後に、前記送電装置に対して認証情報を送信する通信回路を有し、前記充電系制御回路は、前記送電装置が前記認証情報の受信後に送信した前記シャットダウン解除通知を受信してもよい。
また本発明の一態様では、前記充電系制御回路は、前記送電装置が前記認証情報の受信後に送信した充電開始通知を受信したときに、前記充電開始通知を前記シャットダウン解除通知として前記シャットダウン状態を解除し、前記充電対象に対する充電を開始する制御を行ってもよい。
また本発明の一態様では、前記充電系回路は、前記充電対象の電圧を測定する測定回路を有し、前記充電系制御回路は、前記シャットダウン解除通知を受信し、且つ前記測定回路により測定された前記充電対象の電圧が、過放電状態に対応したしきい値電圧より高いときに、前記シャットダウン状態を解除してもよい。
また本発明の一態様では、前記放電系回路は、前記充電対象の電圧と、前記充電対象の過放電を検出する過放電検出電圧とを比較することで、前記充電対象の前記過放電状態を検出する過放電検出回路と、前記充電対象からの電力に基づいて動作する放電系制御回路と、を有し、前記放電系制御回路は、前記過放電検出回路が前記過放電状態を検出したときに前記放電系回路を前記シャットダウン状態に設定し、前記しきい値電圧は、前記過放電検出電圧よりも高い電圧であってもよい。
また本発明の一態様では、前記放電系回路は、前記処理装置との間の通信を行うインターフェース回路と、前記充電対象の電圧と過放電検出電圧とを比較することで、前記充電対象の過放電状態を検出する過放電検出回路と、前記充電対象からの電力に基づいて動作する放電系制御回路と、を有し、前記放電系制御回路は、前記インターフェース回路が前記処理装置からシャットダウンコマンドを受信したとき、又は前記充電系制御回路が前記送電装置からシャットダウンコマンドを受信したとき、又は前記過放電検出回路が前記過放電状態を検出したときに、前記放電系回路を前記シャットダウン状態に設定してもよい。
また本発明の他の態様は、送電装置から無接点電力伝送で供給された電力を受電する受電装置を制御する制御装置であって、前記送電装置から供給された電力を受電し、受電した電力に基づいて充電対象の充電を行う充電系回路と、前記充電対象からの電力に基づいて動作すると共に、前記充電対象からの電力に基づいて処理装置への給電を行う放電系回路と、を含み、前記充電系回路は、前記充電中に、前記充電系回路が受電した電力に基づき動作する充電系制御回路と、前記充電対象の電圧を測定する測定回路と、を有し、前記充電系制御回路は、前記測定回路により測定された前記充電対象の電圧が、過放電状態に対応したしきい値電圧より高いときに、前記充電対象からの放電を停止した状態であるシャットダウン状態を解除する制御装置に関係する。
また本発明の他の態様では、前記放電系回路は、前記充電対象の電圧と過放電検出電圧とを比較することで、前記充電対象の前記過放電状態を検出する過放電検出回路と、前記充電対象からの電力に基づいて動作する放電系制御回路と、を有し、前記放電系制御回路は、前記過放電検出回路が前記過放電状態を検出したときに前記放電系回路をシャットダウン状態に設定し、前記しきい値電圧は、前記過放電検出電圧よりも高い電圧であってもよい。
また本発明の更に他の態様は、上記のいずれかに記載された制御装置を含む受電装置に関係する。
また本発明の更に他の態様は、上記のいずれかに記載された制御装置を含む電子機器に関係する。
また本発明の更に他の態様は、送電装置を制御する送電側の制御装置と、前記送電装置から無接点電力伝送で供給された電力を受電する受電装置を制御する受電側の制御装置と、を含み、前記受電側の制御装置は、前記送電装置から供給された電力を受電し、受電した電力に基づいて充電対象の充電を行う充電系回路と、前記充電対象からの電力に基づいて動作すると共に、前記充電対象からの電力に基づいて処理装置への給電を行う放電系回路と、を含み、前記送電側の制御装置は、前記受電装置が前記送電装置に着地したことを検出したときに、前記受電側の制御装置にシャットダウン解除通知を送信し、前記受電側の制御装置は、前記シャットダウン解除通知を受信したときに、前記充電対象からの放電を停止した状態であるシャットダウン状態を解除する無接点電力伝送システムに関係する。
また本発明の更に他の態様は、送電装置を制御する送電側の制御装置と、前記送電装置から無接点電力伝送で供給された電力を受電する受電装置を制御する受電側の制御装置と、を含む無接点電力伝送システムの制御方法であって、前記送電側の制御装置が、前記受電装置が前記送電装置に着地したことを検出したときに、前記受電側の制御装置にシャットダウン解除通知を送信し、前記受電側の制御装置が、受信した前記シャットダウン解除通知に基づいて、充電対象からの放電を停止した状態であるシャットダウン状態を解除し、前記受電側の制御装置が、前記送電装置から供給された電力を受電し、受電した電力に基づいて前記充電対象の充電を行い、前記充電対象からの電力に基づいて処理装置への給電を行う制御方法に関係する。
無接点電力伝送により充電されるバッテリーを内蔵した電子機器の意図しないシャットダウン解除を説明する図。 本実施形態におけるシャットダウン解除の手法を説明する図。 無接点電力伝送システム、受電装置、及び受電側の制御装置の構成例。 無接点電力伝送システムの第1動作例を説明する第1タイミングチャート。 バッテリーが過放電状態であるにも関わらず更に放電される状態を説明するタイミングチャート。 無接点電力伝送システムの第2動作例を説明する第3タイミングチャート。 無接点電力伝送システムの第3動作例を説明する第3タイミングチャート。 受電側の制御装置、放電系回路、給電回路、シャットダウン回路の詳細な構成例。
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。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全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
1.本実施形態における制御方法
図1は、無接点電力伝送により充電されるバッテリー95を内蔵した電子機器515の意図しないシャットダウン解除を説明する図である。
図1に示すように、電子機器515を出荷する際には電子機器515を出荷用の充電器505にセットし、電子機器515のバッテリー95を充電する。充電器505には、無接点電力伝送により送電を行う送電装置15が設けられている。電子機器515はバッテリー95と受電装置45とを含む。受電装置45は、送電装置15から送電される電力を受電し、その電力によりバッテリー95を充電する。また、受電装置45は、バッテリー95から受電装置45及び電子機器515への電力供給を制御する。送電装置15は、上記の送電を行うと共に受電装置45に対してオフスタートコマンドを送信する。オフスタートコマンドは、取り去り後に受電装置45をシャットダウン状態に設定させるためのコマンドである。
バッテリー95の充電が終わると電子機器515が充電器505から取り去られ、受電装置45が、着地状態から取り去り状態への変化を検出する。送電装置15からオフスタートコマンドを受信していた場合、受電装置45は取り去りを検出した後にシャットダウン状態を設定する。シャットダウン状態は、バッテリー95の放電経路を遮断した状態であり、例えば、バッテリー95と、バッテリー95から電力が供給される回路との間を遮断した状態である。なお、出荷時に受電装置45をシャットダウン状態に設定する手法はこれに限らず、例えば電子機器515に設けられたスイッチ516を長押しすることによって受電装置45をシャットダウン状態に設定してもよい。
電子機器515を輸送又は保管している間は、シャットダウン状態が維持される。即ち、再び電子機器515に電力が供給される等の解除条件を満たさない限り、シャットダウン状態が解除されない。しかしながら、無接点電力伝送システムの受電装置45は、電磁誘導によりコイルに発生する起電力を用いて電力を受け取っている。このため、電子機器515の輸送又は保管中に、コイルに不要な電波FYDが入射すると、コイルに起電力が発生する可能性がある。受電装置45が受電したことをシャットダウン状態の解除条件にしていた場合、電波FYDによる起電力によってシャットダウン状態が解除されるおそれがある。また、スイッチ516が梱包材に当たる等して押されることで、シャットダウン状態が解除されるおそれがある。
このように、無接点電力伝送によりバッテリー95を充電する電子機器515において、本来解除されるべきでないタイミングで意図せずシャットダウン状態が解除されるおそれがある。例えば航空機により電子機器515を輸送する際にはバッテリー95の電池残量に規制がある。このため、意図しないシャットダウン解除によりバッテリー95の放電が増加すると、バッテリー95の過放電に至るまでの期間が短くなってしまう。例えば、電子機器515を使用する際にバッテリー95が過放電になっていると、バッテリー95を充電してもバッテリー95を使用できないおそれがある。特にワイヤレスイヤホンや補聴器などの小型デバイスではバッテリー容量が小さいため、電池残量の規制を考えると電池残量の管理は重要である。
図2は、本実施形態におけるシャットダウン解除の制御方法を説明する図である。電子機器510は、充電対象であるバッテリー90と、受電装置40と、を含む。受電装置40は制御装置50を含み、制御装置50は、送電装置15から送電される電力を受電し、その電力によりバッテリー90を充電する。また、制御装置50は、バッテリー90から受電装置40及び電子機器510への電力供給を制御する。
出荷時における動作は図1と同様である。即ち、制御装置50は、シャットダウンコマンドを送電装置15から受信することで、取り去り検出時にシャットダウン状態となる。輸送又は保管の後に、ユーザーが電子機器510を充電器500にセットする。充電器500は、無接点電力伝送により送電を行う送電装置10が設けられている。送電装置10は、送電装置10を制御する制御装置20を含んでいる。充電器500は、ユーザーが電子機器510を充電する際に用いるものであり、制御装置20は受電装置40に対してオフスタートコマンドを送信しない。以下、受電装置40の制御装置50を受電側の制御装置50とも呼ぶ。また送電装置10の制御装置20を送電側の制御装置20とも呼ぶ。
送電側の制御装置20は、受電装置40が送電装置10に着地したことを検出したときに、受電側の制御装置50にシャットダウン解除通知を送信する。受電側の制御装置50は、シャットダウン解除通知を受信したときに、バッテリー90からの放電を停止した状態であるシャットダウン状態を解除する。受電側の制御装置50は、送電装置10から供給された電力を受電し、受電した電力に基づいてバッテリー90の充電を行い、バッテリー90からの電力に基づいて処理装置への給電を行う。処理装置は電子機器510に内蔵され、電子機器510の制御や種々の信号処理を行う装置である。
例えば受電側の制御装置50は、送電装置10への着地を検出したとき、認証手続を開始する。送電装置10は、正しい認証手続が行われたと判断したときにシャットダウン解除通知を送信する。受電側の制御装置50は、そのシャットダウン解除通知に基づいてシャットダウン状態を解除する。受電装置40が送電装置10に着地した状態では受電側の制御装置50は処理装置への給電をオフにしており、送電装置10からの取り去りを検出したときに受電側の制御装置50は処理装置への給電をオンにする。
本実施形態によれば、受電装置40が送電装置10からシャットダウン解除通知を受信したことを条件としてシャットダウン状態を解除するので、シャットダウン解除通知を受信しない限りシャットダウン解除されることがない。即ち、輸送又は保管中に受電装置40のコイルに不要な電波が入射したり、スイッチ517が押されたりしても、シャットダウン状態が解除されることがなく、ユーザーが充電器500に電子機器510をセットして初めてシャットダウン状態が解除される。これにより、意図しないシャットダウン解除が生じる可能性を低減でき、バッテリー90が過放電となる可能性を低減できる。
2.無接点電力伝送システム、受電装置、制御装置
図3は、無接点電力伝送システム200、受電装置40、及び受電側の制御装置50の構成例である。また図3には、送電装置10及び送電側の制御装置20の構成例を示す。
無接点電力伝送システムにおける送電側の電子機器は、例えば図2の充電器500である。送電側の電子機器は、図3の送電装置10を含む。また無接点電力伝送システムにおける受電側の電子機器は、例えば図2の電子機器510である。受電側の電子機器は、図3の受電装置40とバッテリー90と処理装置100を含むことができる。なおバッテリー90は広義には充電対象である。送電装置10と受電装置40により本実施形態の無接点電力伝送システム200が構成される。
受電側の電子機器としては、補聴器、腕時計、生体情報測定装置、携帯情報端末、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ー、ハンディターミナル、電気自動車、或いは電動自転車などの種々の電子機器を想定できる。生体情報測定装置は、人体に着用して使用するウェアラブル機器を想定できる。また、携帯情報端末は、例えばスマートフォン、携帯電話機、ヘッドマウントディスプレイ等である。
送電装置10は、1次コイルL1と、送電回路12と、制御装置20とを含む。送電装置10を1次側装置又は1次側モジュールとも呼ぶ。制御装置20は例えば集積回路装置である。
送電回路12は、電力伝送時において所定周波数の交流電圧を生成して、1次コイルL1に供給する。この送電回路12は、1次コイルL1の一端を駆動する送電ドライバーDR1と、1次コイルL1の他端を駆動する送電ドライバーDR2と、を含む。送電ドライバーDR1、DR2の各々は、例えばパワーMOSトランジスターにより構成されるバッファー回路である。送電ドライバーDR1、DR2が1次コイルL1に交流電圧を印加することで、1次コイルL1から2次コイルL2に電力が送電される。
1次コイルL1は、2次コイルL2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、充電器の上に受電側の電子機器を置き、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。これを着地状態と呼び、取り去り状態から着地状態にすることを着地と呼ぶ。一方、電力伝送が不要なときには、充電器と受電側の電子機器を物理的に離して、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。これを取り去り状態と呼び、着地状態から取り去り状態にすることを取り去りと呼ぶ。
制御装置20は、送電側の各種制御を行う。この制御装置20は、通信回路22と送電側制御回路24とを含む。
通信回路22は、送電装置10と受電装置40の間における通信処理を行う。即ち、受電装置40から送電装置10への通信データを受信したり、送電装置10から受電装置40へ通信データを送信したりする。通信データのやり取りは送電経路を介して行われる。具体的には、受電装置40が負荷変調を行うと1次コイルL1に流れる電流量が変化し、それにより送電ドライバーDR1、DR2の電源に流れる電流が変化する。通信回路22は、その電流を電圧に変換する電流電圧変換回路と、その電圧と基準電圧とを比較するコンパレーターとを含む。送電側制御回路24は、コンパレーターの出力信号に基づいて通信データを取得する。また、通信回路22は、送電回路12が1次コイルL1を駆動する駆動周波数を通信データに基づいて変化させる。この周波数の変化を受電側で検出することで、送電装置10から受電装置40に通信データが送信される。
送電側制御回路24は、制御装置20が行う種々の処理を制御する。即ち、送電側制御回路24は、送電回路12による電力送電を制御したり、通信回路22による通信処理を制御したりする。送電側制御回路24はロジック回路で構成される。
受電装置40は、2次コイルL2と制御装置50とを含む。受電装置40を2次側装置又は2次側モジュールとも呼ぶ。制御装置50は例えば集積回路装置である。
制御装置50は、受電側の各種制御を行う。制御装置50は、充電系回路60と、放電系回路70を含む。
充電系回路60は、受電回路61が受電した電力によって動作する回路であり、受電回路61が受電しているとき及びバッテリー90の充電中に動作する。即ち、充電系回路60の各部は、整流電圧VCC又は整流電圧VCCをレギュレートした電圧に基づいて動作する。充電系回路60は、送電装置10から供給された電力を受電し、その受電した電力に基づいてバッテリー90の充電を行う。充電系回路60は、受電回路61、充電系制御回路63、通信回路64、充電回路65、不揮発性メモリー66、インターフェース回路67、測定回路68を含む。
放電系回路70は、バッテリー90から供給される電力によって動作する回路であり、バッテリー90からの電力に基づいて処理装置100への給電を行う。放電系回路70の各部は、バッテリー電圧VBATに基づいて動作する。また放電系回路70は、シャットダウン状態においてはバッテリー90からの電力供給が遮断されて動作を停止する。放電系回路70は、給電回路71、放電系制御回路73、インターフェース回路74、レジスター76、過放電検出回路78を含む。
受電回路61は、送電装置10からの電力を受電する。具体的には受電回路61は、2次コイルL2の交流の誘起電圧を直流の整流電圧VCCに変換する。この変換は受電回路61が有する整流回路により行われる。整流回路は、例えば複数のトランジスターやダイオードなどにより実現できる。
充電系制御回路63は、受電回路61、通信回路64、充電回路65及び不揮発性メモリー66を制御し、バッテリー90の充電中に行われる各種の制御処理を実行する。また充電系制御回路63は、送電装置10から送信される通信データの受信処理を行う。受電回路61は、2次コイルL2の交流の誘起電圧を矩形波信号に変換するコンパレーターを有する。上述したように、送電装置10は1次コイルL1を駆動する交流電圧の周波数を通信データに基づいて変化させる。充電系回路60は、例えばカウンター等により矩形波信号の周波数を測定し、その測定結果に基づいて通信データを受信する。充電系制御回路63は、例えばゲートアレイ等の自動配置配線手法で生成されたロジック回路や、或いはDSP(Digital Signal Processor)などの各種のプロセッサーにより実現できる。
通信回路64は、通信データを送電装置10に送信するための負荷変調を行う。なお通信回路64を負荷変調回路とも呼ぶ。通信回路64は、電流源ISとスイッチSWとを有する。電流源ISは、整流電圧VCCのノードNVCから接地ノードへ定電流を流す。スイッチSWはトランジスターで構成される。電流源ISとスイッチSWは、整流電圧VCCのノードNVCと接地ノードとの間に直列に設けられる。そして、充電系制御回路63からの制御信号に基づいてスイッチSWがオン又はオフにされ、ノードNVCから接地ノードに流れる定電流をオン又はオフにする。制御信号は通信データに対応した信号である。定電流がオンのときとオフのときとで、送電回路12から見た負荷が異なる。この負荷の違いを、上述した手法で送電側の通信回路22が検出することで、受電装置40から送電装置10への通信が実現される。
充電回路65は、バッテリー90の充電、及びその制御を行う。充電回路65は、受電回路61が受電した電力に基づいてバッテリー90を充電する。即ち、充電回路65は、整流電圧VCCに基づく定電流を生成し、その定電流をバッテリー90の端子に供給することで、バッテリー90を充電する。
測定回路68は、バッテリー90の端子電圧であるバッテリー電圧VBATを測定する回路である。例えば、測定回路68はA/D変換回路で構成され、或いはバッテリー電圧VBATと基準電圧とを比較するコンパレーターで構成される。測定回路68は、測定結果を充電系制御回路63に出力し、充電系制御回路63は、測定結果に基づく制御を行う。後述するように充電系制御回路63は放電系回路70のシャットダウン状態を解除する制御を行う。具体的には、充電系制御回路63は、送電装置10からシャットダウン解除通知を受信したとき、及びバッテリー電圧VBATが所与の電圧より高いとき、放電系回路70のシャットダウン状態を解除する。例えば、充電系制御回路63は、放電系回路70のレジスター76にシャットダウン解除のレジスター値を書き込むことで、シャットダウン状態を解除する。
不揮発性メモリー66は、各種の情報を記憶する不揮発性のメモリーデバイスである。この不揮発性メモリー66は、例えば受電装置40のステータス情報等の各種の情報を記憶する。不揮発性メモリー66としては、例えばEEPROMなどを用いることができる。EEPROMとしては例えばMONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Silicon)型のメモリーや、フローティングゲート型のメモリーを用いることができる。
給電回路71は、処理装置100に対する電力供給を行う。即ち、給電回路71は、バッテリー90の放電動作を励起し、バッテリー90からの電力を処理装置100に対して供給する。給電回路71は、バッテリー電圧VBATを出力電圧VOUTに変換し、出力電圧VOUTを処理装置100に供給する。また給電回路71は、バッテリー電圧VBATをレギュレートして、放電系制御回路73とインターフェース回路74と過放電検出回路78の電源を生成する。給電回路71は、バッテリー90からの放電経路を遮断するためのシャットダウン回路75を含む。シャットダウン回路75は、シャットダウン状態が設定された場合に、バッテリー電圧VBATのノードから放電系回路70の各部及び処理装置100への電力供給経路を遮断する。給電回路71は、例えばチャージポンプ回路や、スイッチングレギュレーター、リニアレギュレーター等で構成できる。シャットダウン回路75は例えばトランジスター等で構成されるスイッチである。
放電系制御回路73は、バッテリー90の放電中に行われる各種の制御処理を実行する。放電系制御回路73は、給電回路71、インターフェース回路74、及び過放電検出回路78の制御を行う。放電系制御回路73は、処理装置100からシャットダウンコマンドを受信したとき、バッテリー90の過放電が検出されたとき、及びスイッチ517の操作によりシャットダウンが指示されたときに、放電系回路70をシャットダウン状態に設定する。例えば、放電系制御回路73は、レジスター76にシャットダウンを指示するレジスター値を書き込むことで、シャットダウン状態を設定する。放電系制御回路73は、例えばゲートアレイ等の自動配置配線手法で生成されたロジック回路や、或いはDSPなどの各種のプロセッサーにより実現できる。
インターフェース回路74は、処理装置100と制御装置50との間の情報の送受信に用いられるインターフェースである。送受信される情報は、例えばデータやコマンド等である。インターフェース回路74として、種々のインターフェース方式の回路を採用できるが、例えばSPI(Serial Peripheral Interface)方式や、或いはI2C(Inter Integrated Circuit)方式のインターフェース回路を採用できる。また、インターフェース回路74は、処理装置100に対して割り込み信号を送信する割り込み回路を含んでもよい。
過放電検出回路78は、バッテリー90の過放電を検出する。具体的には、過放電検出回路78は、バッテリー電圧VBATをモニターし、バッテリー電圧VBATが過放電検出電圧より低い場合に、バッテリー90が過放電状態であると判定し、その判定結果を放電系制御回路73に出力する。過放電検出回路78は、例えばバッテリー電圧VBATと過放電検出電圧とを比較するコンパレーターである。過放電検出電圧は、過放電を検出するための基準電圧である。
バッテリー90は例えば充電可能な二次電池であり、例えばリチウム電池やニッケル電池等である。リチウム電池は、リチウムイオン二次電池、又はリチウムイオンポリマー二次電池等である。ニッケル電池は、ニッケル-水素蓄電池、又はニッケル-カドミウム蓄電池等である。
処理装置100は、受電装置40を内蔵する電子機器に設けられ、バッテリー90から電力が供給される電力供給対象である。処理装置100は、例えば集積回路装置等であり、例えばDSPやマイクロプロセッサー、マイクロコントローラー、CPU等のプロセッサーである。
図4は、無接点電力伝送システム200の第1動作例を説明する第1タイミングチャートである。
駆動電圧は、送電回路12が1次コイルL1を駆動する交流電圧の振幅である。受電装置40が送電装置10に着地していないとき、送電装置10及び受電装置40は着地検出を行っている。このとき、送電回路12は間欠的に1次コイルL1を駆動している。受電装置40を送電装置10に着地させようとして、1次コイルL1と2次コイルL2が接近していくと、受電回路61が出力する整流電圧VCCが上がっていく。整流電圧VCCは、送電回路12が間欠的に送電するのに合わせて、間欠的に発生している。
充電系回路60は、整流電圧VCCをA/D変換するA/D変換回路を有しており、充電系制御回路63は、整流電圧VCCが着地検出電圧VSTを超えた場合に通信回路64に負荷変調を開始させる。送電装置10の通信回路22が負荷変調を検出すると、送電側制御回路24は送電回路12に連続送電を開始させる。充電系制御回路63は、認証情報IDを負荷変調により送電装置10へ送信させる。認証情報IDは、受電側の制御装置50を送電側の制御装置20に認証させるための情報であり、例えば識別データである。送電側制御回路24は、認証情報IDの認証処理を行い、受電側の制御装置50を認証した場合には通信回路22から受電装置40へシャットダウン解除通知JFを送信させる。なお、充電系制御回路63は認証情報IDを繰り返し送信してもよく、送電側制御回路24は、認証情報IDの受信を複数回確認できたときに、シャットダウン解除通知JFを送信してもよい。
なお、整流電圧VCCをA/D変換するA/D変換回路は測定回路68と共通のA/D変換回路であってもよい。
充電系制御回路63は、シャットダウン解除通知JFを受信した場合、充電制御信号をアクティブにする。例えば図4ではハイレベルがアクティブに対応する。充電回路65は、充電制御信号がアクティブである場合にバッテリー90への充電を行う。また充電系制御回路63は、シャットダウン信号を出力し、レジスター76がシャットダウン信号を保持する。図4の例では、ハイレベルのシャットダウン信号はシャットダウン状態を表し、ローレベルのシャットダウン信号はシャットダウン解除状態を表す。
以上の実施形態によれば、充電系制御回路63は、受電装置40が送電装置10に着地した後に送電装置10から送信されるシャットダウン解除通知を受信する。そして、充電系制御回路63は、受信したシャットダウン解除通知に基づいて、バッテリー90(充電対象)からの放電を停止した状態であるシャットダウン状態を解除する。
本実施形態によれば、受電装置40が送電装置10からシャットダウン解除通知を受信したことを条件としてシャットダウン状態が解除される。これにより、受電側の電子機器が充電器にセットされ、受電装置40がシャットダウン解除通知を受信しない限り、シャットダウン解除されない。即ち、電子機器の輸送又は保管中にバッテリー90が過放電になる可能性を低減できる。
例えば接点式の充電システムにおいて、バッテリーを充電する充電回路に所定電圧が入力されたことを条件にシャットダウン解除を行う場合がある。この例を仮に本実施形態に適用すると、整流電圧VCCが所定電圧となったことを条件にシャットダウン解除することになる。しかし、図1で説明したように、1次コイルL1以外の電波発生源から2次コイルL2に電波が入射すると整流電圧VCCが上昇し、シャットダウン解除されるおそれがある。本実施形態によれば、シャットダウン解除通知の受信が条件となっているため、整流電圧VCCが上昇したとしてもシャットダウン解除されることがない。
また本実施形態では、通信回路64は、受電装置40が送電装置10に着地した後に、送電装置10に対して認証情報IDを送信する。充電系制御回路63は、送電装置10が認証情報IDの受信後に送信したシャットダウン解除通知を受信する。シャットダウン解除通知は、送電装置10が認証情報IDに対する応答として送信した通知である。
本実施形態によれば、受電装置40と送電装置10との間で認証処理が行われたことを条件にシャットダウン状態を解除できる。具体的には、送電装置10が認証情報IDに基づいて受電装置40を認証し、その認証の結果としてシャットダウン解除通知を受電装置40に送信し、そのシャットダウン解除通知を受電装置40が受信することで、シャットダウン解除される。これにより、受電装置40を内蔵する電子機器が、送電装置10を内蔵する充電器にセットされ、認証が行われない限り、シャットダウンが解除されることがない。
なお、シャットダウン解除通知は、シャットダウンの解除そのものを指示する情報である必要はない。即ち、認証処理においてやりとりされる一連の情報のうち、送電装置10から受電装置40へ送信される情報をシャットダウン解除通知として用いてもよい。
例えば、充電系制御回路63は、送電装置10が認証情報の受信後に送信した充電開始通知を受信したときに、充電開始通知をシャットダウン解除通知としてシャットダウン状態を解除し、バッテリー90に対する充電を開始する制御を行う。充電開始通知は、送電装置10が認証情報IDに対する応答として送信した通知である。図4のシャットダウン解除通知JFは充電開始通知であり、充電系制御回路63は、シャットダウン解除通知JFを受信すると充電制御信号を非アクティブからアクティブに変化させることで、充電回路65に充電を開始させると共に、バッテリー90からの放電を停止した状態であるシャットダウン状態を解除する。
このようにすれば、送電装置10が受電装置40を認証した場合に送電装置10が受電装置40に送信する充電開始通知を、シャットダウン解除通知として兼用できる。充電開始通知は認証が終了したことを示す通知でもあるので、認証を条件としてシャットダウン状態を解除することができる。
3.第2の動作例、第3の動作例
図5は、バッテリー90が過放電状態となった後も更に放電される状態を説明するタイミングチャートである。図5は本実施形態の動作を示すものではなく、仮に整流電圧VCCの電圧値を条件としてシャットダウン解除した場合の動作を示すものである。
受電装置40は、例えば充電電流の過電流やバッテリー90の端子短絡等を検出した際には、バッテリー90への充電を停止し、負荷変調により送電装置10へ充電エラーを通知する。送電装置10は、充電エラーの通知を受けた場合、連続送電から取り去り検出へ移行する。取り去り検出では送電装置10は間欠送電を行う。間欠送電では、送電期間と非送電期間が繰り返される。送電期間では、受電回路61が出力する整流電圧VCCが一次的に上昇する。仮に整流電圧VCCが判定電圧VSKを超えたことを条件としてシャットダウン解除を行った場合、送電期間においてVCC>VSKとなるとシャットダウン信号がローレベルとなりシャットダウン解除されてしまう。非送電期間ではVCC<VSKとなるので再びシャットダウン信号がハイレベルとなってシャットダウン状態となり、取り去り検出が行われている間、シャットダウン解除とシャットダウン状態とを繰り返すことになる。間欠送電の送電期間においてシャットダウンが解除されているとき、バッテリー90からの放電が許可されるので、バッテリー90が放電を繰り返す状態となってしまう。バッテリー90が放電を繰り返すと過放電状態となるおそれがあるが、間欠送電によってシャットダウン解除が繰り返されると、過放電状態から更に放電が進んでしまう。
図6は、無接点電力伝送システム200の第2動作例を説明する第2タイミングチャートである。
図6に示すように、整流電圧VCCが着地検出電圧VSTを超えており、送電装置10が連続送電を行っているとする。バッテリー電圧VBATが過放電検出電圧VKHより低い状態から開始し、シャットダウン信号が、シャットダウンを指示するハイレベルとなっているとする。
本実施形態では、整流電圧VCCの電圧値を条件にシャットダウン状態を解除せず、バッテリー電圧VBATの電圧値を条件にシャットダウン状態を解除する。具体的には、連続送電により供給される電力に基づいて充電回路65がバッテリー90を充電することでバッテリー電圧VBATが徐々に上昇していく。測定回路68は、バッテリー電圧VBATとしきい値電圧Vthとを比較し、その比較結果を充電系制御回路63に出力する。充電系制御回路63は、バッテリー電圧VBATがしきい値電圧Vthより高いと判定したときに、シャットダウン信号をハイレベルからローレベルに変化させる。しきい値電圧Vthは、バッテリー90の過放電状態に対応した電圧であり、バッテリー90が過放電状態から脱したこと示す電圧である。ローレベルのシャットダウン信号がレジスター76に保持されると、シャットダウン回路75がシャットダウン状態を解除する。
本実施形態によれば、充電系制御回路63は、測定回路68により測定されたバッテリー電圧VBATがしきい値電圧Vthより高いときに、シャットダウン状態を解除する。これにより、間欠送電或いは連続送電によって受電装置40が送電装置10から電力を受電しただけではシャットダウン解除が行われない。このため、図5で説明したような過放電状態のバッテリー90が更に放電する状況を防ぐことができる。
また本実施形態では、過放電検出回路78は、バッテリー電圧VBAT(充電対象の電圧)と、バッテリー90(充電対象)の過放電を検出する過放電検出電圧VKHとを比較することで、バッテリー90の過放電状態を検出する。放電系制御回路73は、過放電検出回路78が過放電状態を検出したときに放電系回路70をシャットダウン状態に設定する。このとき、しきい値電圧Vthは、過放電検出電圧VKHよりも高い電圧である。
このようにすれば、過放電検出の条件と、シャットダウン解除の条件との間にヒステリシスをもたすことができる。即ち、バッテリー電圧VBATが下がっていくときには、VKH<Vthである過放電検出電圧VKHをバッテリー電圧VBATが下回ったときに過放電が検出され、シャットダウン状態に設定される。一方、バッテリー電圧VBATが上がっていくときには、Vth>VKHであるしきい値電圧Vthをバッテリー電圧VBATが上回ったときにシャットダウン解除される。
なお、バッテリー電圧VBATがしきい値電圧Vthを超えた後に、バッテリー90を充電しているにも関わらずバッテリー電圧VBATが再び過放電検出電圧VKHを下回った場合、放電系制御回路73はバッテリーエラーと判定する。このバッテリーエラーが生じた場合、放電系制御回路73はシャットダウン状態を設定し、以後はシャットダウン状態を解除しない。
図7は、無接点電力伝送システム200の第3動作例を説明する第3タイミングチャートである。着地が検出され、送電装置10がシャットダウン解除通知JF(充電開始通知)を受電装置40に送信するまでの動作は、第1動作例と同じである。
第3動作例では、充電系制御回路63は、シャットダウン解除通知JFを受信し、且つ測定回路68により測定されたバッテリー電圧VBATがしきい値電圧Vthより高いときに、シャットダウン状態を解除する。即ち、充電系制御回路63は、送電装置10からシャットダウン解除通知JFを受信したとき、充電系制御信号をアクティブにして充電回路65にバッテリー90への充電を開始させる。このとき、バッテリー電圧VBATがしきい値電圧Vthより低い場合には、充電系制御回路63はシャットダウン信号を、シャットダウン状態を指示するハイレベルに維持する。そして、バッテリー電圧VBATがしきい値電圧Vthより高くなったときに、充電系制御回路63はシャットダウン信号を、シャットダウン解除を指示するローレベルに変化させる。
本実施形態によれば、受電装置40が送電装置10に認証され、且つバッテリー90が過放電状態を脱したことを確認できたときに、シャットダウン状態を解除できる。いずれかの条件が満たされないときにはシャットダウン解除されないので、シャットダウン状態の管理をより確実に行うことができる。即ち、受電側の電子機器を輸送又は保管している際にシャットダウン状態を維持すると共に、バッテリー90が過放電状態から更に放電してしまわないようにできる。
また本実施形態では、放電系回路70は、処理装置100との間の通信を行うインターフェース回路74を有する。放電系制御回路73は、インターフェース回路74が処理装置100からシャットダウンコマンドを受信したときに放電系回路70をシャットダウン状態に設定する。例えば処理装置100は、バッテリー異常などの何らかのエラーを検出した場合に、シャットダウンコマンドを受電側の制御装置50に対して発行し、インターフェース回路74を介してレジスター76に、シャットダウンを指示するレジスター値を書き込む。又は、放電系制御回路73は、充電系制御回路63が送電装置10からシャットダウンコマンドを受信したときに放電系回路70をシャットダウン状態に設定する。充電系制御回路63がシャットダウンコマンドを受信すると、シャットダウンを指示するレジスター値をレジスター76に書き込む。又は、放電系制御回路73は、過放電検出回路78が過放電状態を検出したときに放電系回路70をシャットダウン状態に設定する。
本実施形態によれば、複数の条件のいずれかが満たされることによってシャットダウン状態が設定される。本実施形態では、充電系制御回路63がシャットダウン解除通知JFを受信し、且つ測定回路68により測定されたバッテリー電圧VBATがしきい値電圧Vthより高いときに、上記の条件で設定されたシャットダウン状態が解除される。これにより、どのような条件でシャットダウン状態が設定された場合であっても、意図しないシャットダウン解除を避けることができる。また、バッテリー90の過放電状態から更に放電が行われることを避けることができる。
4.受電側の制御装置、放電系回路、給電回路、シャットダウン回路
図8は、受電側の制御装置50、放電系回路70、給電回路71、シャットダウン回路75の詳細な構成例である。なお、図3で説明した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、その構成要素についての説明を適宜に省略する。
図8では、給電回路71がシャットダウン回路75とレギュレーター72とチャージポンプ回路77とを含む。またシャットダウン回路75がスイッチSWSDを含む。スイッチSWSDはトランジスターで構成される。またレジスター76がシャットダウン設定レジスター79を含む。
スイッチSWSDは、バッテリー電圧VBATのノードとノードNDGとの間に接続され、シャットダウン設定レジスター79のレジスター値によりオン又はオフに制御される。ノードNDGは、レギュレーター72、チャージポンプ回路77、及び過放電検出回路78の電源ノードである。スイッチSWSDがオンのとき、レギュレーター72は、例えば不図示の発振回路に供給する電源を、バッテリー電圧VBATに基づいて生成する。不図示の発振回路は、放電系制御回路73の動作クロックを生成する回路である。またスイッチSWSDがオンのとき、過放電検出回路78にバッテリー電圧VBATが供給される。またスイッチSWSDがオンであり、且つ処理装置100への給電動作がオンであるとき、チャージポンプ回路77はバッテリー電圧VBATに基づいて出力電圧VOUTを処理装置100へ供給する。
充電系制御回路63及び放電系制御回路73は、シャットダウン状態を設定するとき、シャットダウン設定レジスター79に対して、シャットダウンを指示するレジスター値を書き込む。このレジスター値が設定されると、スイッチSWSDがオフになる。スイッチSWSDがオフになると、過放電検出回路78、レギュレーター72、及びチャージポンプ回路77へのバッテリー電圧VBATの供給が遮断され、シャットダウン状態となる。また、シャットダウンを指示するレジスター値がシャットダウン設定レジスター79に設定されると、放電系制御回路73が動作を停止し、シャットダウン状態となる。
なお、シャットダウン回路75の構成は図8に限定されない。例えば、スイッチSWSDを独立に設けるのではなく、過放電検出回路78、レギュレーター72、及びチャージポンプ回路77の各々の内部でシャットダウンを行ってもよい。例えば過放電検出回路78のコンパレーターのバイアス電流をオフにしたり、レギュレーター72のアンプ回路のバイアス電流をオフにしたり、チャージポンプ回路77のスイッチを全てオフにしたりすればよい。
以上のようにしてシャットダウン状態においてバッテリー90からの放電経路を遮断できる。これにより、バッテリー90からの放電は自然放電と、わずかなリーク電流のみとなり、バッテリー90が過放電に至るまでの期間を長くできる。
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない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。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と共に記載された用語は、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。また本実施形態及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。また受電側の制御装置、受電装置、送電側の制御装置、送電装置、無接点電力伝送システム、電子機器の構成及び動作等も、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。
10…送電装置、12…送電回路、20…制御装置、22…通信回路、24…送電側制御回路、40…受電装置、50…制御装置、60…充電系回路、61…受電回路、63…充電系制御回路、64…通信回路、65…充電回路、66…不揮発性メモリー、67…インターフェース回路、68…測定回路、70…放電系回路、71…給電回路、72…レギュレーター、73…放電系制御回路、74…インターフェース回路、75…シャットダウン回路、76…レジスター、77…チャージポンプ回路、78…過放電検出回路、79…シャットダウン設定レジスター、90…バッテリー、100…処理装置、200…無接点電力伝送システム、500…充電器、510…電子機器、517…スイッチ、DR1,DR2…送電ドライバー、FYD…電波、IS…電流源、JF…シャットダウン解除通知、L1…1次コイル、L2…2次コイル、SW…スイッチ、SWSD…スイッチ、VBAT…バッテリー電圧、VCC…整流電圧、VKH…過放電検出電圧、Vth…しきい値電圧

Claims (12)

  1. 送電装置から無接点電力伝送で供給された電力を受電する受電装置を制御する制御装置であって、
    前記送電装置から供給された電力を受電し、受電した電力に基づいて充電対象の充電を行う充電系回路と、
    前記充電対象からの電力に基づいて動作すると共に、前記充電対象からの電力に基づいて処理装置への給電を行う放電系回路と、
    を含み、
    前記充電系回路は、
    前記充電系回路が受電した電力に基づき動作する充電系制御回路を有し、
    前記放電系回路は、
    シャットダウン状態において、前記充電対象から前記放電系回路への電力供給を停止させるシャットダウン回路を有し、
    前記充電系制御回路は、
    前記受電装置が前記送電装置に着地した後に前記送電装置から送信されるシャットダウン解除通知を受信し、前記シャットダウン解除通知に基づいて前記シャットダウン回路の前記シャットダウン状態を解除し、
    前記放電系回路は、
    前記シャットダウン状態が解除された後に、前記処理装置への前記給電を開始することを特徴とする制御装置。
  2. 請求項1において、
    前記放電系回路は、
    前記シャットダウン状態が解除された後に、前記受電装置が前記送電装置から取り去られたとき、前記処理装置への前記給電を開始することを特徴とする制御装置。
  3. 請求項1又は2において、
    前記放電系回路は、
    前記シャットダウン状態の解除状態において、前記充電対象からの電力に基づいて、前記放電系回路内で用いられる電源電圧を生成するレギュレーターと、
    前記シャットダウン状態が解除された後に、前記受電装置が前記送電装置から取り去られたとき、前記充電対象からの電力に基づいて前記処理装置への前記給電を行うチャージポンプ回路と、
    を含むことを特徴とする制御装置。
  4. 請求項1乃至3のいずれかにおいて、
    前記充電系回路は、
    前記受電装置が前記送電装置に着地した後に、前記送電装置に対して認証情報を送信する通信回路を有し、
    前記充電系制御回路は、
    前記送電装置が前記認証情報の受信後に送信した前記シャットダウン解除通知を受信することを特徴とする制御装置。
  5. 請求項において、
    前記充電系制御回路は、
    前記送電装置が前記認証情報の受信後に送信した充電開始通知を受信したときに、前記充電開始通知を前記シャットダウン解除通知として前記シャットダウン状態を解除し、前記充電対象に対する充電を開始する制御を行うことを特徴とする制御装置。
  6. 請求項1乃至のいずれかにおいて、
    前記充電系回路は、
    前記充電対象の電圧を測定する測定回路を有し、
    前記充電系制御回路は、
    前記シャットダウン解除通知を受信し、且つ前記測定回路により測定された前記充電対象の電圧が、過放電状態に対応したしきい値電圧より高いときに、前記シャットダウン状態を解除することを特徴とする制御装置。
  7. 請求項において、
    前記放電系回路は、
    前記充電対象の電圧と、前記充電対象の過放電を検出する過放電検出電圧とを比較することで、前記充電対象の前記過放電状態を検出する過放電検出回路と、
    前記充電対象からの電力に基づいて動作する放電系制御回路と、
    を有し、
    前記放電系制御回路は、
    前記過放電検出回路が前記過放電状態を検出したときに前記放電系回路を前記シャットダウン状態に設定し、
    前記しきい値電圧は、前記過放電検出電圧よりも高い電圧であることを特徴とする制御装置。
  8. 請求項1乃至のいずれかにおいて、
    前記放電系回路は、
    前記処理装置との間の通信を行うインターフェース回路と、
    前記充電対象の電圧と過放電検出電圧とを比較することで、前記充電対象の過放電状態を検出する過放電検出回路と、
    前記充電対象からの電力に基づいて動作する放電系制御回路と、
    を有し、
    前記放電系制御回路は、
    前記インターフェース回路が前記処理装置からシャットダウンコマンドを受信したとき、又は前記充電系制御回路が前記送電装置からシャットダウンコマンドを受信したとき、又は前記過放電検出回路が前記過放電状態を検出したときに、前記放電系回路を前記シャットダウン状態に設定することを特徴とする制御装置。
  9. 請求項1乃至8のいずれかに記載された制御装置を含むことを特徴とする受電装置。
  10. 請求項1乃至8のいずれかに記載された制御装置を含むことを特徴とする電子機器。
  11. 送電装置を制御する送電側の制御装置と、
    前記送電装置から無接点電力伝送で供給された電力を受電する受電装置を制御する受電側の制御装置と、
    を含み、
    前記受電側の制御装置は、
    前記送電装置から供給された電力を受電し、受電した電力に基づいて充電対象の充電を行う充電系回路と、
    前記充電対象からの電力に基づいて動作すると共に、前記充電対象からの電力に基づいて処理装置への給電を行う放電系回路と、
    を含み、
    前記放電系回路は、
    シャットダウン状態において、前記充電対象から前記放電系回路への電力供給を停止させるシャットダウン回路を有し、
    前記送電側の制御装置は、
    前記受電装置が前記送電装置に着地したことを検出したときに、前記受電側の制御装置にシャットダウン解除通知を送信し、
    前記受電側の制御装置は、
    前記シャットダウン解除通知を受信したときに、前記シャットダウン回路の前記シャットダウン状態を解除し、
    前記放電系回路は、
    前記シャットダウン状態が解除された後に、前記処理装置への前記給電を開始することを特徴とする無接点電力伝送システム。
  12. 送電装置を制御する送電側の制御装置と、前記送電装置から無接点電力伝送で供給された電力を受電する受電装置を制御する受電側の制御装置と、を含む無接点電力伝送システムの制御方法であって、
    前記送電側の制御装置が、前記受電装置が前記送電装置に着地したことを検出したときに、前記受電側の制御装置にシャットダウン解除通知を送信し、
    前記受電側の制御装置が、受信した前記シャットダウン解除通知に基づいて、シャットダウン状態において充電対象から放電系回路への電力供給を停止させるシャットダウン回路の前記シャットダウン状態を解除し、
    前記受電側の制御装置が、前記送電装置から供給された電力を受電し、受電した電力に基づいて前記充電対象の充電を行い、前記シャットダウン状態が解除された後に前記充電対象からの電力に基づいて前記放電系回路による処理装置への給電を開始することを特徴とする制御方法。
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