JP7241945B2 - 無線給電装置、及び無線給電装置の電流測定方法 - Google Patents
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Description
[無線給電装置100]
無線給電装置100は、送電回路10、共振キャパシタ11、送電コイル12、セレクタ13、AD(Analog-to-digital)コンバータ14、制御回路15、コンパレータ16及び17を含む。尚、送電回路10、セレクタ13、ADコンバータ14、制御回路15、コンパレータ16及び17は、例えば単一の半導体IC(Integrated Circuit)チップ、或いは複数の半導体ICチップに分割して形成されていても良いし、ディスクリート部品で構成されていても良い。
。また、制御回路15は、ADコンバータ14から温度データが供給された場合には、当該温度データによって示される温度が所定の高温閾値T1よりも大きいか否かを判定し、大きいと判定した場合には異常発熱であると判断して、上記した電源遮断信号STP1を送電回路10に供給する。
その温度を表す測定温度信号SM1を生成する。
4~P6の各々から電流が送出され、各電流を合成した合成電流が駆動電流NGとして、図2の太線矢印にて示すように駆動ラインL2を介して送電コイル12に流れ込む。
が可能となる。
も1つと熱的に結合させる。すなわち、出力インバータ103及び104、温度測定回路106を単一の半導体ICチップ内に形成する場合には、ダイオードD4(D5)をトランジスタP1~P3及びN1~N3(P4~P6及びN4~N6)のうちの少なくとも1つに隣接して形成する。また、出力インバータ103及び104、温度測定回路106の各素子をディスクリート部品で構成する場合には、ダイオードD4(D5)をトランジスタP1~P3及びN1~N3(P4~P6及びN4~N6)のうちの少なくとも1つと接触させるようにしても良い。
Vdet=Itx*(1/N)*Rmeas
にて表される。
Vdet=Itx*[1/(N*M)]*Rmeas
となる。
[無線受電装置200]
次に、図1に示す無線受電装置200の構成について説明する。
路27、コンパレータ28及び29は、例えば単一の半導体ICチップ、或いは複数の半導体ICチップに分割して形成されていても良いし、ディスクリート部品で構成されていても良い。
に施す。
尚、高温閾値T1及び過電流閾値I1は、制御回路27が正常に動作可能な温度環境にある際に得られる電流値及び温度に設定される。また、高温閾値T2及び過電流閾値I2は、制御回路27がプログラムの暴走を招くことになる温度環境にある際に得られる電流値及び温度に設定される。
発振信号fcの周波数:13.56MHz
送電コイル12のインダクタンス:1マイクロヘンリー
送電コイル12の抵抗:1オーム
共振キャパシタ11の静電容量:137ピコファラド
受電コイル20のインダクタンス:1マイクロヘンリー
受電コイル20の抵抗:1オーム
共振キャパシタ21の静電容量:137ピコファラド
駆動回路(103、104)の出力電圧:3.5Vrms
駆動回路(103、104)の抵抗:10オーム
送電コイル12及び受電コイル20間の結合係数:k=0.1
負荷インピーダンス:RLオーム
とした場合に、
条件1(k=0.1、RL=1000オーム)では、無線給電装置100側の駆動点における絶対値インピーダンスは749.8オームとなる。
V=Vth*(R5+R6)/R6
Vth:トランジスタMN1及びMN2の閾値電圧
となる。
27)に取り込むことにより、当該制御回路において交流磁界の強度に基づく各種の動作制御を行うことが可能となる。また、過大磁界保護回路231は、受電コイル20が所定強度以上の交流磁界を受けた場合には、ラインL5及びL6間の電圧を一定電圧(Vz)に固定することにより、後段の安定化回路232を過大な電圧から保護する。更に、過大磁界保護回路231は、受電コイル20が所定強度よりも大きな強度の交流磁界を受けた場合には、負荷インピーダンスを低下させることにより、無線給電装置100の共振回路(11、12)のインピーダンスを増加させる。よって、過大磁界保護回路231によれば、安定化回路232での電力損失を抑え、且つ無線給電装置100側の無駄な送電を抑えて省電力を実現すると共に、過大入力を防ぎ安全な動作を確保することが可能となる。
として、抵抗R11~抵抗R13、スイッチ素子SW4及びSW5が設けられている。抵抗R11~R13各々の一端にはラインL6を介して接地電位GNDが印加されている。抵抗R11の他端は検出電流ラインDLLに接続されている。抵抗R12の他端はスイッチ素子SW5を介して検出電流ラインDLLに接続されている。抵抗R13の他端はスイッチ素子SW4を介して検出電流ラインDLLに接続されている。当該電流電圧変換回路では、スイッチ素子SW4及びSW5が共にオフ状態に設定されている場合には、検出電流ラインDLLに送出された電流は、抵抗R11の抵抗値に対応した電圧値に変換される。また、スイッチ素子SW4及びSW5が共にオン状態に設定されている場合には、検出電流ラインDLLに送出された電流は、抵抗R11~R13の合成抵抗値に対応した電圧値に変換される。また、スイッチ素子SW4及びSW5のうちのSW4だけがオン状態に設定されている場合には、検出電流ラインDLLに送出された電流は、抵抗R11及びR13の合成抵抗値に対応した電圧値に変換される。すなわち、電流電圧変換回路(R11~R13、SW4、SW5)は、出力電流の電流量を電圧値に変換し、その電圧値を有する測定電流信号GC2を生成する。尚、電流電圧変換回路では、例えば制御回路27によって実施されるスイッチ素子SW4及びSW5のオン・オフ制御により、測定電流信号GC2の電圧値を変更できるようにしている。
、この際、安定化回路232のトランジスタQP0では、測定電圧信号GVのレベルを基準電位VCと等しくさせる電圧調整が為され、その結果、出力電圧Vgの電圧値が一定に維持される。また、例えば負荷抵抗が小さくなり、出力電流が増大すると、測定電流信号GC2が最も高電圧となる。よって、この際、安定化回路232のトランジスタQP0では、測定電流信号GC2のレベルを基準電位VCと等しくさせる電圧調整が為され、その結果、出力電圧Vgの電圧値が一定に維持される。また、負荷短絡等で大電流が流れる場合には、測定電流信号GC2のみならず過電流検出信号BCの電圧値も上昇するが、この際、過電流検出信号BCの電圧値を基準電位VCと等しくさせる電圧調整が為されるので、その結果、過電流が抑制される。
出部、電圧検出部、及び電圧調整部を含む。つまり、電流検出部(IDE)は、第1のラインに流れる電流の電流量を測定してこの電流量を表す測定電流信号(GC2)を生成する。過大電流検出部(QP7、R14)は、第1のラインに流れる過大電流を検出して過大電流を表す過大電流検出信号(BC)を生成する。電圧検出部(VDE)は、出力電圧(Vg)の電圧値を測定してこの電圧値を表す測定電圧信号(GV)を生成する。電圧調整部(FBC、QP0)は、これら測定電流信号、過大電流検出信号及び測定電圧信号のうちで最大の強度を有する信号の電位と基準電位(VC)との差分に基づいて第1のラインの電圧値を調整した電圧を出力電圧(Vg)として出力する。
行うことが可能となる。
12 送電コイル
20 受電コイル
23 受電回路
103、104 出力インバータ
105a、105b 電流測定回路
106、233 温度測定回路
231 過大磁界保護回路
232 安定化回路
300 無線電力伝送システム
Claims (4)
- 発振信号に基づく駆動電流を送電コイルに供給して交流磁界を発生させることにより無線給電を行う無線給電装置であって、
前記送電コイルの一端に接続されている第1の駆動ラインと、
電源ライン及び接地ライン間に並列に接続されており、前記発振信号に応じて、夫々が前記第1の駆動ラインに電流を供給する複数の第1のスイッチング素子と、
前記電源ライン及び前記接地ライン間において前記複数の第1のスイッチング素子のうちの1の第1のスイッチング素子と直列に接続されている第1の抵抗と、
前記送電コイルの他端に接続されている第2の駆動ラインと、
前記電源ライン及び前記接地ライン間に並列に接続されており、前記発振信号の反転発振信号に応じて、夫々が前記第2の駆動ラインに電流を供給する複数の第2のスイッチング素子と、
前記電源ライン及び前記接地ライン間において前記複数の第2のスイッチング素子のうちの1の第2のスイッチング素子と直列に接続されている第2の抵抗と、
前記第1の抵抗の一端の電位及び前記第2の抵抗の一端の電位に基づき前記駆動電流の電流量を表す第1の測定電流信号を生成する電流測定回路と、
前記複数の第1のスイッチング素子のうちの少なくとも1つの第1のスイッチング素子の温度を検出する第1の温度センサと、前記複数の第2のスイッチング素子のうちの少なくとも1つの第2のスイッチング素子の温度を検出する第2の温度センサとを有し、前記第1の温度センサ及び前記第2の温度センサによって各々検出された温度の高い方の温度を測定して温度信号を生成する温度測定回路と、を含むことを特徴とする無線給電装置。 - 前記第1の温度センサ及び前記第2の温度センサの各々はPN接合のダイオードからなることを特徴とする請求項1記載の無線給電装置。
- 前記温度信号に基づき前記無線給電装置の電力損失を推定し、前記電力損失が所定の損失量より大である場合に、前記無線給電装置の前記複数の第1のスイッチング素子、前記第1の抵抗、前記複数の第2のスイッチング素子、前記第2の抵抗、前記電流測定回路、及び前記温度測定回路を含む送電回路の保護処理を行う制御回路を含むことを特徴とする請求項1又は2記載の無線給電装置。
- 発振信号に基づく駆動電流を送電コイルに供給して交流磁界を発生させることにより無線給電を行う無線給電装置の電流測定方法であって、
前記発振信号に応じて複数の第1のスイッチング素子の各々から断続的に電流を出力させ、前記複数の第1のスイッチング素子の各々から出力された電流を合成した合成電流を前記駆動電流として前記送電コイルの一端に供給し、
前記発振信号の反転発振信号に応じて複数の第2のスイッチング素子の各々から断続的に電流を出力させ、前記複数の第2のスイッチング素子の各々から出力された電流を合成した合成電流を前記駆動電流として前記送電コイルの他端に供給し、
前記複数の第1のスイッチング素子のうちの1の第1のスイッチング素子のみに直列に接続されている第1の抵抗の一端の電位及び前記複数の第2のスイッチング素子のうちの1の第2のスイッチング素子のみに直列に接続されている第2の抵抗の一端の電位に基づき、前記駆動電流の電流量を表す測定電流信号を生成し、
前記複数の第1のスイッチング素子のうちの少なくとも1つの第1のスイッチング素子の温度を検出する第1の温度センサと、前記複数の第2のスイッチング素子のうちの少なくとも1つの第2のスイッチング素子の温度を検出する第2の温度センサとを有する温度測定回路が、前記第1の温度センサ及び前記第2の温度センサによって各々検出された温度の高い方の温度を測定して温度信号を生成することを特徴とする無線給電装置の電流測定方法。
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