JPWO2015064250A1 - ワイヤレス受電装置およびその制御回路、それを用いた電子機器、受信電力の計算方法 - Google Patents
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Abstract
Description
関数fD(ILOAD)は、(VRECT×ILOAD)の項を含んでもよい。
制御回路は、整流電圧VRECTを、電源電圧VDDとして動作してもよい。
「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IC(Integrated Circuit)として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。
この態様によれば、区間ごとに、電流Iに対する受信電力PRPjの傾きを調節することができ、計算された受信電力を、実際の受信電力に精度良くフィッティングさせることができる。
PRP1=α1×fD(I)
PRP2=α2×fD(I−I1)+α1×fD(I1)
PRP3=α3×fD(I−I2)+α2×fD(I2−I1)+α1×fD(I1)
・・・
にしたがって計算してもよい。
これにより、区間の境界で受信電力PRPを連続とすることができる。
これにより計算された受信電力を、実際の受信電力に精度良くフィッティングさせることができる。
この態様によれば、複数の区間それぞれの範囲を、受信コイルの形状、構造、レイアウトや、ワイヤレス受電装置を搭載する電子機器の筐体の形状や材料などにもとづいて設定可能となるため、さらに高精度に受信電力を計算できる。
「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IC(Integrated Circuit)として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。
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。
図2は、第1の実施の形態に係る受電装置300を備える電子機器500のブロック図である。受電装置300は、送電装置200からの電力信号S2を受信し、そのエネルギーを平滑コンデンサ306に蓄え、負荷502に供給する。負荷502は、電源回路504、二次電池506、各種プロセッサ508を含む。
PRP=α×PD+β
RD=fD(ILOAD)=VRECT×ILOAD+RON×ILOAD2+VDD×IDD
右辺第2項RON×ILOAD2は、電力損失である。RONは所定の定数であり、インピーダンスのディメンジョンを有する。
右辺第3項VDD×IDDは、制御回路400の消費電力である。本実施の形態では、制御回路400の電源端子VDDには、直流電圧VRECTが供給され、つまり制御回路400は整流電圧VRECTを電源として動作する。この場合、VDD=VRECTとなる。
図3は、パラメータ取得部404の構成例を示す回路図である。
パラメータ取得部404は、複数の抵抗Rα、Rβが外付け可能に構成される。パラメータ取得部404は、接続される複数の抵抗Rα、Rβそれぞれの抵抗値に応じて、第1パラメータα、第2パラメータβを取得可能に構成される。
パラメータ取得部404の構成は、図3のそれには限定されない。
図5、図6は、パラメータ取得部404の別の構成例を示す回路図である。図6のパラメータ取得部404aは、抵抗Rα、Rβごとに設けられる。設定端子P1と接地端子の間には、抵抗Rαが接続され、設定端子P2と接地端子の間には、抵抗Rβが接続される。
複数の電流変換部430および複数の電圧変換部440は、複数の設定端子P1、P2に対応して設けられる。電流変換部430は、対応する設定端子P1に接続される抵抗Rαの抵抗値に反比例した電流Iαを生成する。電圧変換部440は、対応する電流変換部430が生成した電流Iαを、それに比例した電圧Vαに変換する。
実施の形態では、以下の関数にしたがって受信電力PPRを計算することとしたが本発明はそれには限定されない。
PD=fD(ILOAD)=VRECT×ILOAD+RON×ILOAD2+VDD×IDD
制御回路400の消費電力が無視しうる場合、VDD×IDDの項は省略してもよい。あるいは、熱的な損失が無視しうる場合、RON×ILOAD2の項は省略してもよい。
実施の形態では、Qi規格に準拠するワイヤレス送電装置について説明したが、本発明はそれに限定されず、Qi規格と類似するシステムに使用される受電装置300や、将来策定されるであろう規格に準拠する受電装置300にも適用しうる。
制御回路400が集積化されるICには、変調器308や電源回路504の一部がさらに集積化されてもよい。
第2の実施の形態に係る受電装置300、制御回路400の基本構成は、図2で示す第1の実施の形態と同様である。以下、相違点のみを説明する。
PRP1=α1×fD(I)
PRP2=α2×fD(I−I1)+α1×fD(I1)
PRP3=α3×fD(I−I2)+α2×fD(I2−I1)+α1×fD(I1)
・・・
にしたがって計算する。
一般化すると、以下の式を得る。
PRPj=αj×fD(I−Ij−1)+PRPj−1(Ij−1)
ただし、IRP0=0、I0=0とする。
補正部48は、受信電力PRPにパラメータβを加算する。
PD=fD(ILOAD)=VRECT×ILOAD+RON×ILOAD2+VDD×IDD
右辺第2項RON×ILOAD2は、電力損失である。RONは所定の定数であり、インピーダンスのディメンジョンを有する。
右辺第3項VDD×IDDは、制御回路400の消費電力である。本実施の形態では、制御回路400の電源端子VDDには、直流電圧VRECTが供給され、つまり制御回路400は整流電圧VRECTを電源として動作する。この場合、VDD=VRECTとなる。
PRPj=αj×fD(I−Ij−1)+PRPj−1(Ij−1)+β
ただし、IRP0=0、I0=0とする。
また電流ILOADに対する受信電力PRPの傾きを、関数fD(ILOAD)よりも大きくしたい場合、図7(a)の第3区間I2<ILOADに示すように、α3>1とすればよい。
また電流ILOADに対する受信電力PRPの傾きを、関数fD(ILOAD)と同一としたい場合、図7(a)の第2区間I1<ILOAD<I2に示すように、α2=1とすればよい。
実施の形態では、外部からパラメータα1〜αN、βを設定可能とした場合を説明したが本発明はそれには限定されない。たとえば、パラメータα1〜αNに加えて、電流区間の境界I1、I2、…IN−1を設定可能としてもよい。つまりパラメータ取得部404は、外部からパラメータα1〜αN、βに加えて、しきい値I1〜IN−1を指示するデータを取得可能に構成される。
実施の形態では、切片を設定するパラメータβを、すべての区間で共通とし、傾きを設定するパラメータα1〜αNを区間ごとに設定可能としたが本発明はそれには限定されない。たとえばパラメータβを、区間ごとに設定可能としてもよい。また、パラメータを用いた補正により計算された受信電力PRPは、区間の境界において不連続であってもよい。
本実施の形態では、パラメータ取得部404に対するパラメータα、βの指示を、シリアルインタフェースを用いて行うこととしたが、本発明はそれには限定されない。たとえばパラメータα、βの指示を、外付けの抵抗を用いて行うことしてもよい。図8は、パラメータ取得部404の別の構成例を示す回路図である。
複数の電流変換部430および複数の電圧変換部440は、複数の設定端子P1、P2に対応して設けられる。電流変換部430は、対応する設定端子P1に接続される抵抗Rαの抵抗値に反比例した電流Iαを生成する。電圧変換部440は、対応する電流変換部430が生成した電流Iαを、それに比例した電圧Vαに変換する。
実施の形態では、以下の関数にしたがって受信電力PPRを計算することとしたが本発明はそれには限定されない。
PD=fD(ILOAD)=VRECT×ILOAD+RON×ILOAD2+VDD×IDD
制御回路400の消費電力が無視しうる場合、VDD×IDDの項は省略してもよい。あるいは、熱的な損失が無視しうる場合、RON×ILOAD2の項は省略してもよい。
実施の形態では、Qi規格に準拠するワイヤレス送電装置について説明したが、本発明はそれに限定されず、Qi規格と類似するシステムに使用される受電装置300や、将来策定されるであろう規格に準拠する受電装置300にも適用しうる。
制御回路400が集積化されるICには、変調器308や電源回路504の一部がさらに集積化されてもよい。
第2の実施の形態およびその変形例で説明した制御回路400は、以下のように把握することも可能である。
PRPj=αj×fD(I−Ij−1)+PRPj−1(Ij−1)+β
ただし、IRP0=0、I0=0とする。
制御回路400は、所定の経路に流れる電流Iを検出する電流検出部(410)と、電流Iの範囲がN個(Nは2以上の整数)の区間に分割されており、分割された区間ごとに指定されるパラメータα1〜αNを外部から取得するパラメータ取得部(404)と、j番目の区間におけるワイヤレス受電装置の受信電力PPRjを、電流Iを引数とし、パラメータαj〜αNを用いて定義される区間ごとに固有の関数にもとづいて計算する受信電力演算部(402、406)と、を備える。
PD=fD(ILOAD)=VRECT×ILOAD+RON×ILOAD 2 +VDD×IDD
右辺第2項RON×ILOAD 2 は、電力損失である。RONは所定の定数であり、インピーダンスのディメンジョンを有する。
右辺第3項VDD×IDDは、制御回路400の消費電力である。本実施の形態では、制御回路400の電源端子VDDには、直流電圧VRECTが供給され、つまり制御回路400は整流電圧VRECTを電源として動作する。この場合、VDD=VRECTとなる。
実施の形態では、以下の関数にしたがって受信電力PPRを計算することとしたが本発明はそれには限定されない。
PD=fD(ILOAD)=VRECT×ILOAD+RON×ILOAD 2 +VDD×IDD
制御回路400の消費電力が無視しうる場合、VDD×IDDの項は省略してもよい。あるいは、熱的な損失が無視しうる場合、RON×ILOAD 2 の項は省略してもよい。
PD=fD(ILOAD)=VRECT×ILOAD+RON×ILOAD 2 +VDD×IDD
右辺第2項RON×ILOAD 2 は、電力損失である。RONは所定の定数であり、インピーダンスのディメンジョンを有する。
右辺第3項VDD×IDDは、制御回路400の消費電力である。本実施の形態では、制御回路400の電源端子VDDには、直流電圧VRECTが供給され、つまり制御回路400は整流電圧VRECTを電源として動作する。この場合、VDD=VRECTとなる。
実施の形態では、以下の関数にしたがって受信電力PPRを計算することとしたが本発明はそれには限定されない。
PD=fD(ILOAD)=VRECT×ILOAD+RON×ILOAD 2 +VDD×IDD
制御回路400の消費電力が無視しうる場合、VDD×IDDの項は省略してもよい。あるいは、熱的な損失が無視しうる場合、RON×ILOAD 2 の項は省略してもよい。
Claims (34)
- ワイヤレス受電装置の制御回路であって、
前記ワイヤレス受電装置の消費電力PDを、所定の演算式にもとづいて計算する受信電力演算部と、
外部から、第1パラメータα、第2パラメータβを取得するパラメータ取得部と、
前記ワイヤレス受電装置の受信電力PRPを、補正式PRP=α×PD+βにしたがって計算する補正部と、
を備えることを特徴とする制御回路。 - 前記パラメータ取得部は、複数の抵抗が外付け可能に構成され、接続される複数の抵抗それぞれの抵抗値に応じて、前記第1パラメータα、前記第2パラメータβを取得可能に構成されることを特徴とする請求項1に記載の制御回路。
- 前記パラメータ取得部は、
前記複数の抵抗の抵抗値を、複数の電圧に変換する電圧変換部と、
前記複数の電圧それぞれを複数のデジタル値に変換するA/Dコンバータと、
を含み、前記複数のデジタル値を、前記第1パラメータα、前記第2パラメータβとして取り込むことを特徴とする請求項2に記載の制御回路。 - 前記複数の抵抗は、抵抗ストリングを形成するように直列に接続され、
前記電圧変換部は、
前記複数の抵抗の端子と接続される複数の設定端子と、
前記抵抗ストリングに定電流を供給する電流源と、
を含み、
前記A/Dコンバータは、前記複数の設定端子の電圧および/または前記複数の設定端子の間の電位差をデジタル値に変換することを特徴とする請求項3に記載の制御回路。 - 前記パラメータ取得部は、
前記複数の抵抗が接続される複数の設定端子と、
前記複数の抵抗に対応付けて設けられ、それぞれが対応する抵抗の抵抗値に反比例する電流を生成する複数の電流変換部と、
前記複数の電流変換部に対応付けて設けられ、それぞれが対応する電流変換部が生成した電流を電圧に変換する電圧変換部と、
を含むことを特徴とする請求項2に記載の制御回路。 - 前記パラメータ取得部は、
前記第1パラメータα、前記第2パラメータβを含むシリアルデータを、外部のプロセッサから受信するインタフェース回路と、
前記第1パラメータα、前記第2パラメータβを格納するレジスタと、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の制御回路。 - 前記受信電力演算部は、前記ワイヤレス受電装置の負荷に流れる電流ILOADを測定する負荷電流測定部を含み、所定の関数fD(ILOAD)にもとづいて、前記消費電力PDを計算することを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の制御回路。
- 前記ワイヤレス受電装置は、前記制御回路に加えて、
受信コイルと、
前記受信コイルに流れる電流を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力と接続され、整流電圧VRECTを発生させる平滑コンデンサと、
を備え、
前記関数fD(ILOAD)は、(VRECT×ILOAD)の項を含むことを特徴とする請求項7に記載の制御回路。 - 前記関数fD(ILOAD)は、所定の定数をRONとしてRON×ILOAD2の項をさらに含むことを特徴とする請求項8に記載の制御回路。
- 前記制御回路は、
前記制御回路の動作電流IDDを測定する電源電流測定部と、
前記制御回路に供給される電源電圧VDDを測定する電圧測定部と、を含み、
前記関数fD(ILOAD)は、(VDD×IDD)の項をさらに含むことを特徴とする請求項8または9に記載の制御回路。 - 前記制御回路は、前記整流電圧VRECTを前記電源電圧VDDとして動作することを特徴とする請求項10に記載の制御回路。
- Qi規格に準拠したことを特徴とする請求項1から11のいずれかに記載の制御回路。
- 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1から12のいずれかに記載の制御回路。
- 受信コイルと、
前記受信コイルに流れる電流を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力と接続され、整流電圧VRECTを発生させる平滑コンデンサと、
請求項1から13のいずれかに記載の制御回路と、
を備えることを特徴とするワイヤレス受電装置。 - 受信コイルと、
前記受信コイルに流れる電流を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力と接続され、整流電圧VRECTを発生させる平滑コンデンサと、
請求項1から13のいずれかに記載の制御回路と、
を備えることを特徴とする電子機器。 - ワイヤレス受電装置において受信電力を計算する方法であって、
前記ワイヤレス受電装置の消費電力PDを計算するステップと、
外部から、第1パラメータα、第2パラメータβを取得するステップと、
PRP=α×PD+βにもとづいて前記受信電力を計算するステップと、
を備えることを特徴とする方法。 - ワイヤレス受電装置の制御回路であって、
所定の経路に流れる電流Iを検出する電流検出部と、
前記ワイヤレス受電装置の消費電力PDを、前記電流Iを引数とする所定の関数fD(I)にもとづいて計算する受信電力演算部と、
前記電流Iの範囲がN個(Nは2以上の整数)の区間に分割されており、分割された区間ごとに指定されるパラメータα1〜αNを外部から取得するパラメータ取得部と、
前記電流Iがi番目(1≦i≦N)の区間に含まれるとき、前記受信電力演算部により計算された前記消費電力PDを、パラメータαiを用いて補正することにより、前記ワイヤレス受電装置の受信電力PRPを計算する補正部と、
を備えることを特徴とする制御回路。 - j番目(1≦j≦N)のパラメータαjは、j番目の区間における電流Iに対する受信電力PRPjの傾きを補正するために使用されることを特徴とする請求項17に記載の制御回路。
- i番目の区間とi+1番目の区間のしきい値をIiとするとき、
前記補正部は、j番目の区間における受信電力PRPiを、
PRP1=α1×fD(I)
PRP2=α2×fD(I−I1)+α1×fD(I1)
PRP3=α3×fD(I−I2)+α2×fD(I2−I1)+α1×fD(I1)
・・・
にしたがって計算することを特徴とする請求項18に記載の制御回路。 - 前記パラメータ取得部は、前記パラメータα1〜αNに加えて、パラメータβを外部から取得可能に構成され、
前記補正部は、前記受信電力PRPにパラメータβを加算することを特徴とする請求項17から19のいずれかに記載の制御回路。 - i番目の区間とi+1番目の区間のしきい値をIiとするとき、
前記パラメータ取得部はさらに、しきい値I1〜IN−1を指定するパラメータを外部から取得可能に構成されることを特徴とする請求項17から20のいずれかに記載の制御回路。 - 前記パラメータ取得部は、
外部からのパラメータを含むシリアルデータを、外部のプロセッサから受信するインタフェース回路と、
受信したパラメータを格納するレジスタと、
を含むことを特徴とする請求項17から21のいずれかに記載の制御回路。 - 前記パラメータ取得部は、複数の抵抗が外付け可能に構成され、接続される複数の抵抗それぞれの抵抗値に応じて、前記パラメータα1〜αNを取得可能に構成されることを特徴とする請求項17から21のいずれかに記載の制御回路。
- 前記電流検出部は、前記ワイヤレス受電装置の負荷に流れる電流ILOADを測定するよう構成され、
前記関数fD(I)は、電流ILOADを引数として定義されることを特徴とする請求項17から23のいずれかに記載の制御回路。 - 前記ワイヤレス受電装置は、前記制御回路に加えて、
受信コイルと、
前記受信コイルに流れる電流を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力と接続され、整流電圧VRECTを発生させる平滑コンデンサと、
を備え、
前記関数fD(ILOAD)は、(VRECT×ILOAD)の項を含むことを特徴とする請求項24に記載の制御回路。 - 前記関数fD(ILOAD)は、所定の定数をRONとしてRON×ILOAD2の項をさらに含むことを特徴とする請求項25に記載の制御回路。
- 前記制御回路は、
前記制御回路の動作電流IDDを測定する電源電流測定部と、
前記制御回路に供給される電源電圧VDDを測定する電圧測定部と、を含み、
前記関数fD(ILOAD)は、(VDD×IDD)の項をさらに含むことを特徴とする請求項25または26に記載の制御回路。 - 前記制御回路は、前記整流電圧VRECTを前記電源電圧VDDとして動作することを特徴とする請求項27に記載の制御回路。
- Qi規格に準拠したことを特徴とする請求項17から28のいずれかに記載の制御回路。
- 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17から29のいずれかに記載の制御回路。
- 受信コイルと、
前記受信コイルに流れる電流を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力と接続され、整流電圧VRECTを発生させる平滑コンデンサと、
請求項17から30のいずれかに記載の制御回路と、
を備えることを特徴とするワイヤレス受電装置。 - 受信コイルと、
前記受信コイルに流れる電流を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力と接続され、整流電圧VRECTを発生させる平滑コンデンサと、
請求項17から31のいずれかに記載の制御回路と、
を備えることを特徴とする電子機器。 - ワイヤレス受電装置において受信電力を計算する方法であって、
前記ワイヤレス受電装置の消費電力PDを、所定の経路に流れる電流Iを引数とする所定の関数fD(I)にもとづいて計算するステップと、
前記電流Iの範囲がN個(Nは2以上の整数)の区間に分割されており、分割された区間ごとに指定されるパラメータα1〜αNを外部から取得するステップと、
前記電流Iがi番目の区間に含まれるとき、前記関数fD(I)を用いて計算された前記消費電力PDをパラメータαiを用いて補正することにより、前記ワイヤレス受電装置の受信電力を計算するステップと、
を備えることを特徴とする方法。 - ワイヤレス受電装置の制御回路であって、
所定の経路に流れる電流Iを検出する電流検出部と、
前記電流Iの範囲がN個(Nは2以上の整数)の区間に分割されており、分割された区間ごとに指定されるパラメータα1〜αNを外部から取得するパラメータ取得部と、
i番目の区間における前記ワイヤレス受電装置の受信電力PDを、前記電流Iを引数とし、パラメータα1〜αNを用いて定義される区間ごとに固有の関数にもとづいて計算する受信電力演算部と、
を備えることを特徴とする制御回路。
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