KR101709429B1

KR101709429B1 - 수전 장치, 수전 전력 조정 방법, 수전 전력 조정 프로그램 및 반도체 장치

Info

Publication number: KR101709429B1
Application number: KR1020157023344A
Authority: KR
Inventors: 마사요시 간노
Original assignee: 데쿠세리아루즈 가부시키가이샤
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2014-02-07
Publication date: 2017-02-22
Also published as: EP2985863A1; US20160020634A1; CN105210261B; CN105210261A; JP2014166101A; WO2014132773A1; JP6200167B2; KR20150110794A; EP2985863A4; US9780598B2

Abstract

송전측의 출력 제어와 경합되지 않도록 송전측과는 독립적으로 공진 주파수 조정을 실시하여 수전 전력의 최적화를 실시하는 수전 장치를 제공한다. 비접촉 충전 장치 (50) 로부터 송전되는 전력을 수전하고, 비접촉 충전 장치 (50) 와 데이터를 송수신하는 안테나 (2a) 를 갖는 공진 회로를 포함하는 송수신부 (2) 와, 송수신부 (2) 에 의해 수전된 전력에 의해 2 차 전지 (6) 의 충전을 포함하는 전원 제어를 실시하는 충전 제어부 (5) 와, 2 차 전지 (6) 의 충전 상태 및/또는 2 차 전지 (6) 에 의해 동작하는 기기 본체 (30) 의 전원 상태를 표시하는 제어 상태 데이터를 생성하여 송수신부 (2) 를 통해 비접촉 충전 장치 (50) 에 송신하는 제어부 (3) 를 구비한다. 제어부 (3) 는, 통상의 전력 공급을 실시하는 수전 모드와, 공진 회로의 공진 주파수를 조정함으로써 수전 전력을 조정하는 조정 모드를 갖는다.

Description

수전 장치, 수전 전력 조정 방법, 수전 전력 조정 프로그램 및 반도체 장치{POWER RECEIVING DEVICE, RECEIVING POWER REGULATION METHOD, RECEIVING POWER REGULATION PROGRAM, AND SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은, 비접촉 충전 장치로부터 송전 (送電) 되는 전력을 수전 (受電) 하는 수전 장치, 수전 전력 조정 방법, 수전 전력 조정 프로그램 및 반도체 장치에 관한 것이다. 본 출원은, 일본국에 있어서 2013년 2월 27일에 출원된 일본 특허 출원번호 특원 2013-37313호를 기초로 하여 우선권을 주장하는 것으로, 이 출원을 참조함으로써 본 출원에 원용된다.

종래부터, 전동 칫솔이나 전동 쉐이버와 같은 주로 물 주변에서 사용되는 충전식 전기 제품에 있어서는, 충전기와 이들 전기 제품의 접속을 위한 접속 전극을 노출시키지 않도록 비접촉 방식의 충전기가 이용되어 왔다. 이와 같은 비접촉 방식의 충전기 이용은, 최근에는 안전성 관점에서 가정용 게임 기기나 코드리스 전화, 휴대 전화 등으로도 확대되고 있다. 일반적으로는, 충전기와 이들 전기 제품은 1 대 1 로 대응되고 있어, 어느 전기 제품에 대해서는 전용 충전기가 제공된다.

그런데, 휴대 전화, 스마트 폰 등의 휴대 단말 기기는, 그 수요가 대폭 확대되고 있는 한편, 이것들의 전원 확보가 과제로 되고 있다. 이들 휴대 단말 기기에 있어서도, 전용 충전기나 AC 어댑터에 의해 전원을 확보하는데, 이것들을 휴대하지 않고 외출 장소에서 전원을 확보하는 경우에, 휴대 단말 기기 종류마다 충전기나 어댑터를 준비하는 것은, 너무나 많은 종류를 준비해야 하므로 현실적이지 못하다. 비접촉 충전 방식을 채용하면, 전원 접속 단자의 사양에 관계 없이 자유롭게 전원 접속할 수 있다는 장점이 있다. 그래서, 충전기와 휴대 단말 기기의 충전 방식의 공통화, 표준화가 요구되게 되었다.

예를 들어, 와이어리스 파워 컨소시엄 (Wireless Power Consortium, WPC) 에서는, 주로 휴대 단말 기기용 비접촉 충전 방식의 표준 규격으로서 Qi (치) 가 릴리스되어 있어, 규격을 충족시킨 충전기, 휴대 단말 기기 사이에서는 종류를 가리지 않고 충전을 실시할 수 있게 되었다.

이들 Qi 를 비롯한 비접촉 충전 방식에서는, 충전 장치가 갖는 1 차측 안테나와 수전 장치가 갖는 2 차측 안테나를 전자 결합시키거나, 혹은 자기 공명시킴으로써 전력 전송을 실시한다.

이와 같은 비접촉 충전 시스템에서는, 충전 장치와 수전 장치 사이에서 비접촉의 전력 전송과 데이터 통신을 실시하기 위해, 1 차측 안테나 및 2 차측 안테나에 각각 공진용 콘덴서를 접속시켜 공진 회로를 구성한다. 1 차측과 2 차측에서 공진 회로의 공진 주파수를 맞춤으로써, 충전 장치와 수전 장치의 안정적이고 고효율적인 전력 전송 및 데이터 통신을 실현시키는 것으로 하고 있다.

여기서, 이들 안테나의 인덕턴스 (L) 와 공진용 콘덴서의 정전 용량 (C) 은 몇가지 변동 요인을 갖고 있어 상정된 값이 된다고는 할 수 없다. 예를 들어, 인덕턴스 (L) 는, 안테나를 구성하는 자기 코어의 특성 편차나 주위 온도에 따라 특성이 변동된다. 공진 콘덴서의 정전 용량 (C) 도, 초기 편차, 온도 특성이나 전압 의존성에 따라 변동된다. 또한, 1 차측 안테나와 2 차측 안테나 사이의 상호 인덕턴스 (M) 는, 1 차측과 2 차측의 거리나 상대 위치에 따라 변화되고, 충전 장치와 수전 장치는 물리적으로 분리되어 있으므로, 상호의 위치 관계에 대해서도 일정하게 하는 것이 곤란하다.

상기 서술한 바와 같은 각종 요인에 따라 공진 주파수에 편차가 생기면, 전력의 전송 효율이 저하되고, 발열 문제가 현재화되어, 기기의 소형화, 저소비 전력화를 저해시킨다. 또, 전송 효율의 대폭적인 저하는, 충전 시간의 연장이나 충전의 타임 아웃과 같은 시스템상의 문제도 야기시킬 가능성이 있다.

따라서, 1 차측 및 2 차측 공진 주파수를 최적의 값에 맞춰 두는 것이 큰 문제가 되었다.

일본 공개특허공보 2001-005938호

특허문헌 1 에는, 리더 라이터와 비접촉 통신을 실시하는 IC 카드에 있어서, IC 카드의 공진 주파수를, 리더 라이터로부터의 수신 신호의 진폭이 최대가 되도록 조정하는 기술이 개시되어 있다.

그러나, 이와 같은 방식을 비접촉 충전 시스템에 적용하면, 송신 전력이 변화된 경우에, 최대 전압을 검출하는 것이 곤란하다는 문제가 있다.

예를 들어, Qi 등의 비접촉 충전 시스템에 있어서는, 일반 전원 제어 방식과 마찬가지로 수전측의 전력을 필요한 값으로 제어하기 위해서 송전측의 출력 전력을 제어하는 방식이 취해지고 있다. 단, 송전측과 수전측에서 물리적으로 분리되어 있으므로, 수전측으로부터 송전측으로의 피드백은 무선 통신 데이터를 송신함으로써 실시된다.

Qi 의 경우에는, 수전측에서 필요한 전력과 송전된 전력의 차분을 에러 신호로서 송전측에 송신하고, 송전측에서는 이 차분이 제로가 되도록 제어를 실시하는 것으로 하고 있다. 이와 같은 통신은, 간헐적으로 실시되고 있어, 특허문헌 1 에 기재된 기술과 같이 수전 전압이 최대가 되도록 송전측의 제어와는 관계없이 공진 주파수를 조정하면, 부하 전압이나 부하 전류에 영향을 미쳐 버려, 이에 따라 에러 신호가 변화되어 버린다. 그렇다면, 송전측에서는 에러 신호의 변화를 캔슬하도록 송전 출력을 변화시켜 버리고, 결과적으로 제어가 수속되지 않는 헌팅 현상을 발생시킬 우려가 있다.

이와 같은 헌팅 현상 등의 불안정 동작을 방지하기 위해서는, 송전측과 수전측에서 협조된 제어를 실시하도록 하면 되지만, 시스템 규모가 커지는 것에 추가하여 이미 도입되어 있는 Qi 등의 표준 규격과의 호환성을 유지하는 것이 곤란하다라는 문제가 있다.

또한, 수전측에서는, 2 차 전지의 충전 제어를 실시하면서 기기 본체를 동작시키는 경우가 있고, 기기 본체의 동작 전류가 일정하지 않기 때문에, 이와 같은 부하 전류의 변화에 따라 수신 전압 변화가 발생되어 버려, 공진 주파수의 최적화 조정이 곤란하다는 문제도 있다.

그래서, 본 발명은, 송전측의 출력 제어와 경합되지 않도록 송전측과는 독립적으로 공진 주파수 조정을 하여 수전 전력의 최적화를 실시하는 수전 장치, 수전 전력 조정 방법, 수전 전력 조정 프로그램 및 반도체 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 서술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 수전 장치는, 비접촉 충전 장치로부터 송전되는 전력을 수전하고, 비접촉 충전 장치와 데이터를 송수신하는 안테나를 갖는 공진 회로를 포함하는 송수신부와, 송수신부에 의해 수전된 전력을 사용하여, 2 차 전지의 충전을 포함하는 전원 제어를 실시하는 충전 제어부와, 2 차 전지의 충전 상태 및/또는 2 차 전지에 의해 동작하는 기기 본체의 전원의 제어 상태를 표시하는 제어 상태 데이터를 생성하여, 송수신부를 통해 비접촉 충전 장치에 송신하는 제어부를 구비한다. 그리고, 제어부는, 제어 상태 데이터에 기초하여 송전되는 전력을, 충전 제어부를 통해 2 차 전지의 충전을 위해서 사용하고, 및/또는 2 차 전지에 의해 동작하는 기기 본체의 전원을 위해서 사용하는 수전 모드와, 제어 상태 데이터를 소정의 일정값으로 고정시키고, 공진 회로의 공진 주파수를 조정함으로써 수전 전력의 조정을 하는 조정 모드를 갖고, 상기 조정 모드에서는, 상기 제어부는 부하에 대해 일정 전력을 공급하도록 상기 충전 제어부를 제어한다.

또, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 수전 전력 조정 방법은 수전 모드 및 조정 모드를 갖는다. 수전 모드에서는, 송수신부에 의해, 비접촉 충전 장치로부터 송전되는 전력을 수전하거나 또는 데이터를 수신하고, 충전 제어부에 의해, 전력을 사용하여, 2 차 전지의 충전을 포함하는 전원을 제어하고, 제어부에 의해, 2 차 전지의 충전 상태 및/또는 2 차 전지에 의해 동작하는 기기 본체의 전원의 제어 상태를 표시하는 제어 상태 데이터를 생성하여, 송수신부를 통해 제어 상태 데이터를 비접촉 충전 장치에 송신하고, 제어 상태 데이터에 기초하여 송전되는 전력을, 충전 제어부를 통해 2 차 전지에 공급하고, 및/또는 2 차 전지에 의해 동작하는 기기 본체의 전원에 공급한다. 조정 모드에서는, 제어부에 의해, 소정의 일정값으로 고정된 제어 상태 데이터를, 송수신부를 통해 비접촉 충전 장치에 송신하고, 제어 상태 데이터에 기초하여 송전되는 전력을, 충전 제어부를 통해 2 차 전지에 공급하고, 및/또는 2 차 전지에 의해 동작하는 기기 본체의 전원에 공급하고, 제어부에 의해, 송수신부를 구성하는 공진 회로의 공진 주파수를 조정하여 수전 전력을 조정하고, 상기 제어부에 의해, 부하에 대해 일정 전력을 공급하도록 상기 충전 제어부를 제어한다.

본 발명의 일 실시형태에 관련된 수전 전력 조정 프로그램은, 프로그램을 격납하는 기억부와, 격납된 프로그램을 전개하여 실행하는 처리 유닛을 갖는 제어부를 구비하는 비접촉 충전용 수전 장치의 수전 전력 조정 프로그램이다. 비접촉 충전 장치로부터의 전력을 수전하는 수전 모드에서는, 송수신부에 의해, 비접촉 충전 장치로부터 송전되는 전력을 수전하거나 또는 데이터를 수신하는 스텝과, 충전 제어부에 의해, 전력을 사용하여, 2 차 전지의 충전을 포함하는 전원을 제어하는 스텝과, 제어부에 의해, 2 차 전지의 충전 상태 및/또는 2 차 전지에 의해 동작하는 기기 본체의 전원의 제어 상태를 표시하는 제어 상태 데이터를 생성하여, 송수신부를 통해 제어 상태 데이터를 비접촉 충전 장치에 송신하고, 제어 상태 데이터에 기초하여 송전되는 전력을, 충전 제어부를 통해 2 차 전지에 공급하고, 및/또는 2 차 전지에 의해 동작하는 기기 본체의 전원에 공급하는 스텝을 갖는다. 수전 전력을 조정하는 조정 모드에서는, 제어부에 의해, 소정의 일정값으로 고정된 제어 상태 데이터를, 송수신부를 통해 비접촉 충전 장치에 송신하고, 제어 상태 데이터에 기초하여 송전되는 전력을, 충전 제어부를 통해 2 차 전지에 공급하고, 및/또는 2 차 전지에 의해 동작하는 기기 본체의 전원에 공급하는 스텝과, 제어부에 의해, 송수신부를 구성하는 공진 회로의 공진 주파수를 조정하여 수전 전력을 조정하는 스텝을 실행하고, 상기 제어부에 의해, 부하에 대해 일정 전력을 공급하도록 상기 충전 제어부를 제어한다.

본 발명의 일 실시형태에 관련된 반도체 장치는 수전 전력 조정 프로그램을 격납하는 기억부를 구비한다.

본 발명의 다른 실시형태에 관련된 반도체 장치는 수전 전력 조정 프로그램을 전개하여 실행하는 제어부를 추가로 구비한다.

본 발명에서는, 출력 제어를 실시하는 수전 모드와는 별도로, 수전 장치의 공진 주파수를 조정하여 수전 전력의 최적화를 실시하는 조정 모드를 갖고 있으므로, 헌팅 현상 등의 불안정 상태에 빠지는 일 없이, 수전측의 공진 주파수를 조정하여 수전 전력의 최적화를 실시할 수 있다.

도 1 은, 본 발명이 적용된 일 실시형태에 관련된 수전 장치의 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 2 는, 본 발명이 적용된 일 실시형태에 관련된 수전 장치의 보다 상세한 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 3a 는, 본 발명에 관련된 수전 장치의 동작 원리를 설명하기 위한 블록도이고, 도 3b 는, 비접촉 충전 장치와 수전 장치의 주요부를 이루는 공진 회로의 회로도이다.
도 4a 는, 가변 용량 콘덴서의 정전 용량의 직류 바이어스 의존성의 일례를 나타내는 그래프이고, 도 4b 는, 도 4a 의 가변 용량 콘덴서를 사용한 공진 회로의 공진 주파수의 직류 바이어스 의존성의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 5 는, 비접촉 충전 시스템의 표준 규격 (Qi) 의 제어 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 6 은, 도 4 의 가변 용량 콘덴서를 공진 회로에 사용한 경우의 전력 전송 효율의 직류 바이어스 의존성의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 7 은, 본 발명이 적용된 일 실시형태에 관련된 수전 전력 조정 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이고, 수전 장치가 통상 동작을 실시하는 수전 모드의 플로우 차트이다.
도 8 은, 본 발명이 적용된 일 실시형태에 관련된 수전 전력 조정 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이고, 수전 장치의 공진 주파수를 조정하는 조정 모드의 플로우 차트이다.
도 9 는, 본 발명이 적용된 일 실시형태의 변형예에 관련된 수전 장치의 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 10 은, 본 발명이 적용된 일 실시형태의 다른 변형예에 관련된 수전 장치의 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 11 은, 도 10 의 구성예의 보다 상세한 구성을 나타내는 블록도이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또, 본 발명은, 이하의 실시형태에만 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러 가지 변경이 가능한 것은 물론이다. 또한, 이하의 순서에 따라 설명한다.

1. 수전 (受電) 장치의 구성예

2. 수전 장치의 원리 및 동작

2-1. 공진 주파수의 조정

2-2. 수전 모드와 조정 모드의 설정

2-3. 부하 전력의 설정

3. 수전 전력의 조정 방법

4. 변형예

1. 수전 장치의 구성예

도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 발명이 적용된 일 실시형태에 관련된 수전 장치 (1) 는, 비접촉 충전 장치 (50) 가 구비하는 송수신부 (52) 의 1 차측 안테나 (52a) 와 전자계 결합되는 2 차측 안테나 (2a) 를 갖는 송수신부 (2) 를 구비한다. 또, 수전 장치 (1) 는, 송수신부 (2) 에 접속되어 수신된 데이터를 복조하고, 복조된 데이터에 기초하여 수전 장치 (1) 의 제어를 실시하는 제어 시스템부 (3) 를 구비한다. 또한 수전 장치 (1) 는, 송수신부 (2) 에 접속되어 수전된 교류 전력을 정류하는 정류부 (4) 와, 정류부 (4) 에 의해 정류된 직류 전력을, 제어 시스템부 (3) 의 지시에 따라 부하 전력을 제어하는 충전 제어부 (5) 를 구비한다. 수전 장치 (1) 는, 추가로 충전 SW 부 (7) 를 통해 접속되는 2 차 전지 (6) 와, 2 차 전지 (6) 에 의해 동작할 수 있는 기기 본체 (30) 를 구비한다.

송수신부 (2) 는, 2 차측 안테나 (2a) 를 포함하고, 외부 신호에 의해 공진 주파수의 조정을 할 수 있는 공진 회로를 갖고 있다. 1 차측 안테나 (52a) 와 2 차측 안테나 (2a) 의 결합은 전자 유도에 의해서도 되고, 자기 공명에 의해서도 되며, 그 밖의 자기적 결합을 이용해도 된다.

제어 시스템부 (3) 는, 수전 장치 (1) 의 동작 순서를 나타내는 프로그램이 기입되어 있는 기억부 (3b) 와, 기억부 (3b) 의 순서에 따라 수전 장치 (1) 의 동작을 제어하는 제어부 (3a) 를 포함하고 있다. 제어부 (3a) 는, 예를 들어 CPU (Central Processing Unit) 나 마이크로 컨트롤러이다. 기억부 (3b) 는, 예를 들어 마이크로 컨트롤러에 탑재된 마스크 ROM 이어도 되고, EPROM, EEPROM 등이어도 된다. 또, 이것들에 한정되는 것은 아니다.

충전 제어부 (5) 는, 정류부 (4) 로부터 직류 전력의 공급을 받아, 2 차 전지 (6) 의 충전 제어를 실시한다. 예를 들어 2 차 전지 (6) 가 리튬 이온 2 차 전지인 경우에는, 정전류 충전/정전압 충전의 전환 제어나 충전 종료 검출 등을 실시한다. 또한, 정류부 (4) 로부터 직류 전력의 공급을 받아, 제어 시스템부 (3) 의 소정의 블록을 위한 동작 전력을 공급한다.

충전 SW 부 (7) 는, 충전 제어부 (5) 의 지시에 따라 2 차 전지 (6) 와 기기 본체 (30) 에 전력을 공급하지만, 후술하는 소정의 조건에 있어서는, 2 차 전지 (6) 에만 전력 공급하고, 기기 본체 (30) 는 2 차 전지 (6) 로부터만 전력 공급을 받도록 할 수 있다.

또, 기기 본체 (30) 는, 예를 들어 휴대 전화, 스마트 폰, 노트북 PC 등의 주로 2 차 전지에 의해 구동되는 휴대 단말 기기 등이 포함된다.

도 2 에는, 수전 장치 (1) 의 더 상세한 구성을 나타낸다. 도 2 에 있어서, 굵은 선에 의해 전력 공급 경로를 나타내고, 가는 선에 의해 데이터/신호의 송수 경로를 나타낸다. 또, 본 실시형태에 있어서, 특징적인 신호의 송수 경로를 1 점 쇄선으로 나타낸다.

수전 장치 (1) 는, 송수신부 (2) 로부터 데이터를 수취하고, 전력을 송전 (送電) 하는 비접촉 충전 장치 (50) 와의 데이터 통신을 실시하는 제어 시스템부 (3) 를 구비하고 있다.

더 상세하게는 제어 시스템부 (3) 는, 송수신부 (2) 로부터의 변조 신호를 복조하는 복조부 (14) 와, 복조부 (14) 에 의해 복조된 데이터를 해석하여, 각 블록에 소정의 지시를 실시하는 시스템 제어부 (11) 를 갖는다. 또한, 제어 시스템부 (3) 는, 시스템 제어부 (11) 에서 생성되고, 비접촉 충전 장치 (50) 에 송신하는 수전 장치 (1) 의 부하 상태 등을 표시하는 제어 상태 데이터를 비접촉 충전 장치 (50) 에 송신하기 위해서, 제어 상태 데이터를 변조하는 변조부 (13) 를 갖는다. 또, 제어 시스템부 (3) 는, 시스템 제어부 (11) 의 지시에 기초하여 송수신부 (2) 의 공진 주파수를 조정하는 제어 신호를 생성하는 수신 제어부 (15) 를 구비한다. 또, 시스템 제어부 (11) 는, 수전 장치 (1) 의 공진 주파수를 조정하는 조정 모드에 있어서, 부하 전력을 일정하게 하기 위해서 충전 제어부 (5) 에 대해 전력 일정을 표시하는 지시를 발한다.

시스템 제어부 (11) 는, 도 1 에서의 제어부 (3) 의 주요 부분에 상당하고, CPU 등의 연산 처리부에 의해 구성된다. 시스템 제어부 (11) 는, 바람직하게는 동작 순서를 규정한 프로그램을 격납하는 기억부 (3b) 를 갖고 있지만, 시스템 제어부 (11) 밖에 부착된 ROM 등의 메모리 소자여도 된다. 또, 시스템 제어부 (11) 는, 수신 제어부 (15) 를 통해 송수신부 (2) 의 공진 주파수의 제어 신호를 위한 제어 전압을 생성하는 DAC (Digital Analog Converter) (3c) 를 갖는다.

복조부 (14), 변조부 (13), 수신 제어부 (15) 는, 비접촉 충전 장치 (50) 로부터 송전되어 수전된 교류 전력을 정류부 (4) 에 의해 정류하고, 평활화된 직류 전력을 사용하여 동작한다. 시스템 제어부 (11) 는, 송전 전력이 없는 경우에도 동작할 필요가 있기 때문에, 수전 장치 (1) 에서 충전하는 대상으로 하고 있는 2 차 전지 (6) 에 의해 전력 공급된다.

충전 제어부 (5) 는, 정류부 (4) 에 의해 정류된 직류 전력에 의해 제어 시스템부 (3) 내의 복조부 (14), 변조부 (13) 및 수신 제어부 (15) 에 전력을 공급하여, 2 차 전지 (6) 의 충전 제어를 실시하고, 또한 충전 SW 부 (7) 를 통해 기기 본체 (30) 에 직류 전력을 공급한다. 충전 제어부 (5) 는, 송전되어 온 수전 전력에 의해 동작하고, 또한 AC 어댑터와 같은 외부 전원 (18) 을 접속시킴으로써 동작할 수 있도록 해도 된다.

충전 SW 부 (7) 는, 2 차 전지 (6) 로부터 기기 본체 (30) 에 전력을 공급하는 경로에 직렬로 삽입된 다이오드 (7b) 와, 충전 제어부 (5) 의 출력으로부터 기기 본체 (30) 로의 전력 공급 경로에 직렬로 삽입된 다이오드 (7c) 를 갖는다. 또한, 다이오드 (7c) 에 직렬로 SW (7a) 가 삽입되어 있고, 조정 모드에 있어서, 시스템 제어부 (11) 로부터의 지시에 따라 충전 제어부 (5) 로부터 출력된 신호에 의해 경로가 절단된다.

비접촉 충전 장치 (50) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같이 송수신부 (52) 에 송전 전력을 공급하는 인버터부 (56) 를 구비한다. 인버터부 (56) 는, 상용 교류 전원이나 태양광 발전 출력 등이 입력되어, 소정의 발진 주파수로 송수신부 (52) 의 공진 회로를 구동시킨다. 데이터의 송수신에 관해서는, 비접촉 충전 장치 (50) 는, 송수신부 (52) 를 통한 통신을 위한 데이터를 생성하는 시스템 제어부 (51) 에서 생성된 데이터를 소정의 캐리어 주파수로 변조하는 변조부 (54) 와, 변조부에서 변조된 변조 신호로 1 차측 안테나 (52a) 를 구동시키기 위한 송신 신호부 (55) 를 구비한다. 송수신부 (52) 에서 수신된 신호를 복조하는 복조부 (53) 와, 수신된 신호에 의해 1 차측 안테나 (52a) 에 의해 구성되는 공진 회로의 공진 주파수를 조정하는 조정 신호를 생성하는 송수신 제어부 (57) 를 구비한다. 또, 비접촉 충전 장치 (50) 에 있어서도, 상기 서술한 바와 같이 수전측과는 독립적으로 송전 전력을 최대화하기 위해서 송수신부 (52) 의 공진 주파수를 조정하도록 해도 되지만, 본 발명의 범위에서 벗어나므로 더 이상 상세하게 설명하지 않겠다.

2. 수전 장치의 원리 및 동작

2-1. 공진 주파수의 조정

도 3a 에 나타내는 바와 같이, Qi 등에 기초하는 비접촉 충전 시스템에서는, 1 차측 비접촉 충전 장치 (50) 는, 1 차측 제어부에서 생성된 송전 전력 및 데이터를, 1 차측 안테나 (52a) 에 의해 2 차측 수전 장치에 보낸다. 수전 장치 (1) 에서는, 보내져 온 전력 및 데이터가, 2 차측 안테나 (2a) 에 의해 수전되고, 2 차측 제어부 (3) 에 의해 2 차 전지를 충전하는 전력으로 변환되어 피드백 신호가 생성된다. 2 차측 제어부 (3) 에서 생성된 피드백 신호는, 전원 제어를 위해 제어 데이터로서 2 차측 안테나를 통해 비접촉 충전 장치에 송신된다. 또, Qi 에 있어서는, 그 밖에 수전 장치 (1) 의 설치 검출이나 인증 등에도 데이터 통신이 이용된다.

수전 장치 (1) 의 공진 회로는, 2 차측 안테나 (2a) 와 가변 용량 콘덴서 (VAC) 에 의해 구성된다. 비접촉 충전 장치로부터의 송전되는 전력이 최적이 되도록 2 차측 제어부에 의해 가변 용량 콘덴서 (VAC) 에 인가되는 직류 바이어스 전압을 변화시켜 공진 주파수를 조정한다.

보다 구체적으로는 도 3b 에 나타내는 바와 같이, 1 차측 비접촉 충전 장치 (50) 의 제어부는, 예를 들어 120 kHz 의 정현파로 발진하여, 인덕턴스 (L1) 와 정전 용량 (C1) 으로 이루어지는 공진 회로를 여진시킨다. 120 kHz 의 정현파의 전류는 인덕턴스 (L1) 에 의해 자계를 발생시킨다. 발생된 자계는, 수전 장치 (1) 의 인덕턴스 (L2) 를 갖는 안테나 (2a) 에 결합하여, 인덕턴스 (L2) 와 정전 용량 (C2) 으로 이루어지는 공진 회로를 여진시킨다.

상기 서술한 바와 같이, 인덕턴스 (L1) 와 정전 용량 (C1) 으로 이루어지는 공진 회로의 공진 주파수 (f1) 와, 인덕턴스 (L2) 와 정전 용량 (C2) 으로 이루어지는 공진 회로의 공진 주파수 (f2) 가 동등한 경우에, 1 차측 안테나와 2 차측 안테나는 결합이 양호해져 효율적으로 전력을 전송할 수 있다. 실제로는, 2 차측 안테나의 인덕턴스 (L2) 는, 안테나를 구성하는 자기 코어의 재질, 예를 들어 페라이트 코어의 투자율 등의 자기 특성의 초기 편차나 온도 특성에 따라 적어도 ±2 ％ ∼ ±5 ％ 는 변동된다. 또, 1 차측과 2 차측의 안테나의 상호 인덕턴스 (M) 는, 인덕턴스 (L1, L2) 와 안테나의 이간 거리나 상대적 위치에 관련된 결합 계수 k 와의 곱에 비례하여 변화된다.

M = k·(L1×L2)^0.5

전력의 전송 효율을 향상시키기 위해서는, 결합 계수 k 를 크게 해야 하지만, 물리적인 배치에 의해 공진 주파수의 조정을 하는 것은 곤란하다. 또한, 공진용 콘덴서의 정전 용량 (C2) 에도 용량값의 초기 편차나 온도 특성이 있다. 공진용 콘덴서에 강유전체 콘덴서를 사용하는 경우에는, 그 온도 특성으로서 ±10 ％ 정도의 변동을 내다볼 필요도 있다. 2 차측 안테나 (2a) 의 전송 효율을 높이기 위해서는, 2 차측 공진 회로의 Q 를 높일 필요도 있지만, 상기 서술한 각 부품의 편차를 고려하면, 그다지 Q 를 올릴 수 없다. 또한, 도 3b 에 나타내는 바와 같이, 2 차측 수전 장치 (1) 에서는, 부하 조건이 변동되기 때문에, 부하 조건을 저항 (R) 으로 표시하면, L2, C2, R 로 이루어지는 공진 회로의 Q 는, 부하 조건에 따라 좌우되게 되므로, Q 를 올리는 것에 의한 효율 향상에는 그다지 기대를 할 수 없다.

따라서, 공진 주파수를 조정하기 위해서는, 저항 (R) 을 고정시키고, 즉 부하 전력을 고정시키고, 가변 용량 콘덴서를 사용하여 공진 주파수를 변화시킬 필요가 있다.

도 4a 에는, 강유전체를 사용한 가변 용량 콘덴서의 정전 용량값의 전압 의존성을 나타낸다. 가변 용량 콘덴서는, 전극 간에 직류 바이어스 전압을 인가함으로써 정전 용량값을 변화시킬 수 있는 디바이스이다. 도 4a 에 나타내는 바와 같이, 무바이어스 상태에 있어서, 220 nF 정도였던 정전 용량값이, 5 V 의 직류 바이어스를 인가하면 120 nF 정도까지 저하되므로, －20 nF/V 정도의 변화율로 정전 용량값을 가변시킬 수 있다.

이 가변 용량 콘덴서를 공진 회로에 사용함으로써, 도 4b 에 나타내는 바와 같이, 무바이어스시에 90 kHz 인 것을, 5 V 인가시에는, 120 kHz 정도까지 변화시킬 수 있다 (＋6 kHz/V ＝＋6.7 ％ V).

2 차측 수전 장치 (1) 의 공진 회로에 가변 용량 콘덴서를 사용하여 공진 주파수를 조정하고, 수전 전압이나 전류를 측정함으로써, 수전 전력의 최대값을 찾을 수 있다.

2-2. 수전 모드와 조정 모드의 설정

그런데, Qi 등의 표준 규격에 있어서는, 시스템에 어떠한 사양을 추가함으로써 전체 사양에 영향을 미칠 수는 없다.

도 5 는, Qi 에 기초하는 비접촉 충전 시스템의 개략을 나타내는 블록도이다. 1 차측의 비접촉 충전 장치 (Power Transmitter) (50) 는, 컨버터부 (Power Conversion Unit) (56) 에 의해 상용 교류 전원이나 태양광 발전 출력 등의 전원으로부터 100 kHz 정도의 정현파 교류로 변환시킨다. 변환된 교류 전력은, 수전 장치 (Power Receiver) (1) 의 2 차측 안테나를 갖는 송수신부 (Power Pick-up Unit) (2) 에 수전된다. 여기서, 수전 장치 (1) 에서는, 실제로 수전된 전력에 기초하여 제어 전력값을 설정한다 (Determine actual Control Point (11a)). 그리고, 수전 장치 (1) 에서는, 부하가 요구하는 요구 전력값을 미리 설정해 두고 (Select desired Control Point (11c)), 상기에서 설정된 제어 전력값과의 차분을 계산하여, 피드백 제어를 위한 에러값을 설정한다 (Calculate Control Error Value (11b)). 계산된 에러값은, 수전 장치의 2 차측 안테나로부터 1 차측 안테나를 통해 피드백 제어 데이터 (Control Error Packet (60)) 를 비접촉 충전 장치 (50) 에 송신한다. 피드백 제어 데이터 (60) 를 수신한 비접촉 충전 장치 (50) 는, 에러값을 제로로 하도록 현재의 송신 전력값에 기초하여 (Determine actual Primary Cell current (51d)) 새로운 송신 전력값을 설정한다 (Determine new Primary Cell current (51a)). 이들 설정 동작에 대해, 송신 전력값 및 제어 전력값을 점차 목표값에 접근하도록 동작시킨다 (Control towards new Primary Cell (51b), Set new Operating Point (51c)). 이들 동작 순서는 간헐적, 정기적으로 실행된다.

상기 서술한 동작 순서 도중에, 상기 서술한 공진 주파수의 조정 공정을 추가하면, 피드백 동작에 영향을 미치기 때문에, 비접촉 충전 시스템의 불안정 동작을 야기시킬 우려가 있다. 또, 설정된 송신 전력값 및 제어 전력값에 있어서 송전, 수전 동작을 실시하고 있을 때에는, 2 차 전지의 충전 동작 이외에 기기 본체가 동작하여, 부하 전력이 변동되는 경우도 있고, 그러한 조건하에서 공진 주파수의 조정을 할 수는 없다.

그래서, 도 1 ∼ 도 3 에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에서는 수전 장치 (1) 의 동작 모드를 복수 준비한다. 동작 모드의 하나인 「수전 모드」에서는, Qi 등의 표준 규격에 따라 2 차 전지의 충전 동작 등을 통상대로 실시한다. 다른 동작 모드인 「조정 모드」에서는, 수전 모드를 정지시키고, 비접촉 충전 장치 (50) 로부터의 송전 전력이 일정해지도록 설정을 한 후, 일정 전력이 송전되어 있는 상태에서 공진 회로의 공진 주파수를 조정한다. 조정 모드에서는, 일정 전력을 송전시키기 위해서, 수전 장치 (1) 측에서 에러값을 「제로」로 설정한다. 비접촉 충전 장치 (50) 에서는, 에러값이 「제로」로 설정되면 현재의 송전 전력이 목표값에 도달한 것으로 인식하므로, 수전 장치 (1) 에 일정 전력을 송전하게 된다.

그리고, 일정 전력이 송전되어 수전 장치 (1) 에서 수전되어 있는 상황에 있어서, 수전 장치 (1) 의 송수신부의 공진 주파수를 도 3 에서 설명한 방법에 의해 조정한다.

도 6 에 나타내는 바와 같이, 일정 부하 조건에 있어서, 공진 회로를 구성하는 가변 용량 콘덴서의 양단에 인가하는 직류 바이어스 전압을 0 V 에서부터 점차 상승시켜 가면, 공진 주파수가 상승되어 전송 효율이 상승된다. 인가 전압이 4 V 부근을 초과하여 공진 주파수를 상승시키면 반대로 효율이 저하된다. 이와 같은 효율 특성을 나타내는 경우에는, 수전 장치 (1) 에 있어서 가변 용량 콘덴서에 인가하는 전압을 발생시키도록 하면 된다.

주위 온도 등의 조건에 따라 공진 주파수는 변동되므로, 조정 모드는 정기적 기동하도록 설정하는 것이 바람직하다. 조정 모드를 기동시킬 때마다, 가변 용량 콘덴서에 0 V 에서부터 전압을 인가하여, 단계적으로 상승시키도록 하고, 수전된 전압 혹은 전류의 변화가 설정값보다 커진 점에서 전압 가변을 정지시킨다. 예를 들어, 도 2 에 나타내는 수전 장치 (1) 에 있어서, 시스템 제어부 (11) 의 DAC (3c) 를 사용하여, 인가 전압을 0 V 에서부터 서서히 상승시켜 송수신부 (2) 내의 가변 용량 콘덴서에 인가하도록 하면 된다.

또, 전송 효율의 피크 검출 방법에는, 상기 서술 이외에 최대 전압을 서치하는 피크 검출 (태양광 발전에서 사용되는 최대 전력점 추종 제어 (Maximum power point tracking, MPPT) 을 이용해도 되고, 검출하는 대상은 최대 전압, 최대 전류, 최대 전력 어느 것이도 되는 것은 말할 필요도 없다. 또, 전송 효율의 공진 주파수 의존성은 기기의 설계 등에 따라 다른 경우도 있으므로, 전력 전송 효율의 최적화에는, 전력 전송 효율의 공진 주파수에 대한 특성을 취득하여, 그 특성에 걸맞는 방법으로 조정하면 되는 것은 말할 필요도 없다.

2-3. 부하 전력의 설정

수전 장치 (1) 는, 2 차 전지 (6) 의 충전 제어와 함께 기기 본체 (30) 에도 동작 전력을 공급한다. 기기 본체 (30) 는, 그 동작 상황에 따라 소비 전력이 변동되므로, 수전 장치 (1) 로부터 보면, 부하 전력이 변동하게 된다. 조정 모드에 있어서, 일정 전력이 수전되어 있는 상황 하에서 기기 본체 (30) 에 의한 부하 전력의 변동이 발생하면, 공진 주파수의 조정 동작을 실시할 수 없다.

그래서, 기기 본체 (30) 로의 직접적인 전력 공급을 정지시키고, 기기 본체 (30) 로의 전력 공급에 대해서는 2 차 전지 (6) 를 통해 실시하도록 한다. 2 차 전지 (6) 가 기기 본체 (30) 의 부하 전력의 변동에 관해서 버퍼로서 기능하므로, 수전 장치 (1) 는 거의 일정한 부하 전력을 공급하면 되게 된다.

구체적인 구성으로는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 수전 모드에서는 SW (7a) 가 다이오드 (7c) 측에 접속된다. 2 개의 다이오드 (7b, 7c) 에 의해 2 차 전지 (6) 의 충전 전압과 기기 본체 (30) 의 공급 전압의 대소를 비교한다. 2 차 전지 (6) 의 충전 전압이 기기 본체 (30) 의 공급 전압보다 높은 경우에는, 수전 장치 (1) 의 충전 제어부 (5) 에 의해 2 차 전지 (6) 를 충전시키고, 기기 본체 (30) 는 2 차 전지 (6) 로부터 전력 공급을 받는다. 한편, 2 차 전지 (6) 의 충전 전압이 기기 본체 (30) 의 공급 전압보다 낮은 경우에는, 충전 제어부 (5) 는, SW (7a) 및 다이오드 (7c) 를 통해 기기 본체 (30) 에 전력 공급하고, 2 차 전지 (6) 로부터는 기기 본체 (30) 로의 전력 공급을 정지시킨다.

조정 모드에서는, SW (7a) 가 열려 충전 제어부 (5) 로부터 다이오드 (7c) 를 통과하는 기기 본체 (30) 로의 경로를 차단한다. 이와 같이 설정함으로써, 2 차 전지 (6) 를 통해 기기 본체 (30) 에 전력 공급되므로, 수전 장치 (1) 는 2 차 전지 (6) 에 대해서만 일정 전력을 공급하게 된다.

3. 수전 전력의 조정 방법

이하, 도 2 도 참조하여 동작 순서의 상세함을 설명한다. 도 7 에는, 수전 모드에 있어서의 수전 장치 (1) 의 동작 순서의 플로우 차트를 나타낸다. 수전 모드란, 상기 서술한 바와 같이 비접촉 충전 장치 (50) 로부터 전력이 송전되고, 수전 장치 (1) 의 부하 상태에 따라 송전 전력을 제어하는 동작 모드이다.

수전 모드가 개시되면, 스텝 S1 에 있어서, 부하가 충전 제어부 (5) 의 지시 에 기초하여 SW (7a) 가 닫혀 충전 제어부 (5) 로부터 SW (7a) 및 다이오드 (7c) 를 통과하는 기기 본체 (30) 로의 경로가 형성된다. 2 차 전지 (6) 의 충전 전압이 기기 본체 (30) 의 공급 전압보다 낮을 때에는, 2 차 전지 (6) 는 충전 제어부 (5) 에 의해 충전 제어되고, 기기 본체 (30) 는 다이오드 (7c) 를 통해 충전 제어부 (5) 로부터 직접 전원 공급을 받는다. 2 차 전지 (6) 의 전압이 기기 본체 (30) 의 공급 전압보다 높을 때에는, SW (7a) 및 다이오드 (7c) 의 경로는 다이오드 (7c) 에 의해 차단되고, 기기 본체 (30) 는 2 차 전지 (6) 로부터 전원 공급을 받는다.

스텝 S2 에 있어서, 수전 장치 (1) 는 이물질 검지를 실시한다. 이물질 검지란, 비접촉 충전 장치 (50) 의 전력 전송 범위 내에, 수전 장치 (1) 이외의 금속이나 규격 외의 수전 장치가 있음을 검지하는 것을 말한다. 수전 장치 (1) 의 2 차측 안테나 (2a) 의 근방에 금속이 있으면, 그 금속에 의해 와전류가 발생되고, 와전류에 의한 줄열에 의해 금속이 발열된다. 이와 같은 손실에 의해 전력 전송 효율의 저하를 발생시킴과 함께, 과열에 의한 안전상의 문제를 발생시킬 우려가 있으므로, 일정 기간 내에 수전 장치 (1) 의 수전 전력이 규정값에 도달하지 않는 경우에, 이물질 있음으로 판단하여, 동작 정지 등의 예외 처리를 실시한다.

예를 들어, Qi 의 경우 이와 같은 이물질 검지의 처리에는, 예를 들어 다음과 같은 방법을 이용하고 있다.

먼저, 1 차측 안테나에 흐르는 전류 파형에 상이함이 있음을 이용하여, 수전 장치 (1) 의 설치 유무를 판단한다. 그리고, 수전 장치 (1) 가 설치되어 있는 것으로 판단된 경우에는, 비접촉 충전 장치 (50) 는 수전 장치 (1) 가 기동할 정도의 작은 전력을 수전 장치 (1) 에 송전한다. 기동된 수전 장치 (1) 는, Qi 의 기기 인증 데이터를 변조부 (13) 에서 변조시켜 송수신부 (2) 로부터 비접촉 충전 장치 (50) 에 송신한다. 비접촉 충전 장치 (50) 는, 수전 장치 (1) 로부터 소정의 기기 인증 데이터를 수신한 경우에는, 통상의 송전 동작으로 천이되고, 소정 시간 경과해도 비접촉 충전 장치 (50) 가 기기 인증 데이터를 수신하지 않는 경우에는, 이물질을 검지한 것으로 하고, 비접촉 충전 장치 (50) 는 송전을 정지시킨다.

스텝 S2 에 있어서, 이물질 없음 (아니오) 으로 판단된 경우에는, 통상의 동작으로 천이되고, 이물질 있음 (예) 으로 판단된 경우에는, 스텝 S5 에 있어서 에러 처리를 실시한다. 에러 처리는, 예를 들어 수전 장치 (1) 의 동작 정지 처리이고, 시스템 제어부 (11) 에 의해 타임 아웃 처리를 실시한다.

스텝 S3 에 있어서, 시스템 제어부 (11) 에 의해 송전되어 수전된 전력과, 수전 장치 (1) 의 부하가 요구하는 요구 전력의 차분을 계산하여, 검출값 (에러값) 으로 설정하고, 설정된 에러값은, 변조부 (13) 에 의해 소정의 변조가 실시되어 송수신부 (2) 에 의해 비접촉 충전 장치 (50) 에 변조된 에러값을 송신한다.

스텝 S4 에 있어서, 조정 모드로 전환하는 타이밍에 상당하는지의 여부를 판단하여, 조정 모드의 주기에 해당하지 않으면, 스텝 S2 로 되돌아가 정상 동작을 실시한다. 조정 모드의 주기 밖이면, 정상 동작을 반복적으로 실행한다. 소정 시간이 경과하면, 조정 모드로 들어간다.

도 8 에는, 조정 모드에 있어서의 수전 장치 (1) 의 동작 순서의 플로우 차트를 나타낸다. 조정 모드란, 비접촉 충전 장치 (50) 로부터 송전되는 전력을 일정하게 하고, 수전 장치 (1) 의 부하 상태도 일정하게 하여, 송수신부 (2) 의 공진 주파수를 조정함으로써, 수전 전력의 최적화를 실시하는 동작 모드이다.

조정 모드로 들어가는 주기는 시스템 제어부 (11) 에 의해 설정된다. 예를 들어, 기억부 (3b) 에 기입된 프로그램에 의해 지정된다. 조정 모드가 개시되면, 스텝 S10 에 있어서, 시스템 제어부 (11) 에 의해 DAC (3c) 의 출력이 「제로」로 설정된다. DAC (3c) 의 출력은, 수신 제어부 (15) 를 통해 송수신부 (2) 의 공진 주파수를 제어하는 제어 전압을 형성한다. 도 3 에서 설명한 바와 같이, 가변 용량 콘덴서를 사용하여 공진 주파수를 제어하는 경우에는, 가변 용량 콘덴서의 양단에 인가하는 직류 바이어스 전압을 0 V 로 설정한다. 따라서, 송수신부 (2) 의 공진 주파수는 최저값으로 설정된다.

스텝 S11 에 있어서, 수전 장치 (1) 는 이물질 검지를 실시한다. 이물질 검지는 수전 모드에 있어서의 동작과 동일하다. 이물질 검지된 경우에는, 스텝 S19 에 있어서 에러 처리를 실시한다. 이물질 검지되지 않은 경우에는, 다음 처리로 진행된다.

스텝 S12 에 있어서, 시스템 제어부 (11) 에 의해 송전된 수전 전력과, 수전 장치 (1) 의 부하가 요구하는 요구 전력의 차분인 검출값 (에러값) 을 「제로」로 설정한다. 「제로」로 설정된 에러값은, 변조부 (13) 에 의해 소정의 변조가 실시되어 송수신부 (2) 에 의해 비접촉 충전 장치 (50) 에 송신된다. 비접촉 충전 장치 (50) 에서는, 피드백량인 에러값이 「제로」이기 때문에, 수전 장치 (1) 의 부하가 규정된 목표값에 도달한 것으로 판단되어, 일정한 전력을 송전한다.

스텝 S13 에 있어서, 비접촉 충전 장치 (50) 가 일정 전력 송전을 실시하고, 수전 장치 (1) 에 있어서 정상 상태에 도달할 때까지의 시간 경과 때문에, 시스템 제어부 (11) 에 의해 응답 대기 시간 1 이 설정된다.

응답 대기 시간 1 경과후, 스텝 S14 에 있어서, 시스템 제어부 (11) 에 의해 충전 제어부 (5) 에 대해 부하 일정 동작을 실시하는 것을 지시한다. 충전 제어부 (5) 는, 지시에 따라 SW (7a) 를 열어 충전 제어부 (5) 로부터 SW (7a) 및 다이오드 (7c) 를 통과하는 기기 본체 (30) 로의 경로를 차단한다. 따라서, 기기 본체 (30) 로의 전력 공급은 2 차 전지 (6) 를 통해 실시된다.

스텝 S15 에 있어서, 시스템 제어부 (11) 에 의해 부하가 정상 상태에 도달할 때까지의 시간 경과 때문에 응답 대기 시간 2 가 설정된다.

스텝 S16 에 있어서, 시스템 제어부 (11) 의 DAC (3c) 에 의해 공진 주파수의 제어 전압을 1 단위분만큼 스텝 업시킨다. 8 bit 의 DAC 를 5 V 기준 전원으로 사용한 경우라면, 4 mV/step 을 1 단위로 하여 스텝 업시킬 수 있다. 설정 정밀도에 대해서는, 임의로 설정할 수 있음은 말할 필요도 없다.

스텝 S17 에 있어서, 시스템 제어부 (11) 에 의해 DAC 출력의 변화 전후에 있어서의 수전 전압의 변화 (ΔV) 를 모니터하고, ΔV 가 미리 설정된 임계값 (Vth) 보다 커질 때까지 스텝 S11 ∼ 스텝 S16 을 반복한다. 소정 시간 내에 임계값 (Vth) 에 도달하지 않을 때에, 에러 처리를 실시하도록 해도 된다.

수전 전압의 변화 (ΔV) 가 소정의 임계값 (Vth) 을 초과한 경우에는, 스텝 S18 에 있어서, 그 때의 DAC (3c) 의 출력에 고정시킨다.

상기 서술한 스텝 S18 에 있어서, 공진 주파수가 조정되어 전력 전송 효율이 최적화된 것으로 하고, 재차 수전 모드로 되돌아간다.

상기 서술한 플로우 차트를 프로그램으로 하여 기억부 (3b) 에 격납하고, 각 스텝에 따라 시스템 제어부 (11) 에서 처리시키도록 할 수 있다. 또, 믹스드 시그널 기술을 이용하여 변복조부도 포함시켜 제어 시스템부 (3) 전부를 하나의 반도체 회로로 하여 구성해도 된다. 어느 기능 블록을 집적화시킬지는 임의로 결정할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

상기 서술한 각 스텝을, 기존 프로그램을 재기입하거나, 혹은 추가함으로써 실장하여 기억부 (3b) 에 격납하거나, 또는 프로그램을 실장한 기억부 (3b) 를 추가함으로써, 기존 비접촉 충전 시스템에 변경을 추가하지 않고, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 수전 장치 (1) 를 실현시킬 수 있다.

4. 변형예

[변형예 1]

이하의 변형예를 나타내는 도면에 있어서는, 이미 설명한 도 1 및 도 2 에서 사용한 부호와 동일한 기능의 블록에 대해서는 동일한 부호를 사용한다.

도 2 에 나타낸 구성예에 있어서는, SW (7a) 를 사용하여 조정 모드시의 일정 전력화를 실시하는 것으로 했는데, 기기 본체 (30) 의 종류나 동작에 따라서는, 동작 전력이 크게 변동하지 않는 것도 있고, 그러한 경우에는 도 9 에 나타내는 바와 같이 SW (7a) 를 생략할 수 있다.

구체적으로는 수전 모드인지 조정 모드인지에 관계 없이, 2 차 전지 (6) 의 충전 전압과 기기 본체 (30) 의 공급 전압을 2 개의 다이오드 (7b, 7c) 에 의해 비교하여, 2 차 전지 (6) 의 충전 전압이 기기 본체 (30) 의 공급 전압보다 높은 경우에는, 수전 장치 (1) 의 충전 제어부 (5) 는 2 차 전지 (6) 를 충전시키면서, 기기 본체 (30) 는 2 차 전지 (6) 로부터 전력 공급을 받는다. 한편, 2 차 전지 (6) 의 충전 전압이 기기 본체 (30) 의 공급 전압보다 낮은 경우에는, 충전 제어부 (5) 는, SW (7a) 및 다이오드 (7c) 를 통해 기기 본체 (30) 에 전력 공급하고, 2 차 전지 (6) 로부터는 기기 본체 (30) 로의 전력 공급을 정지시킨다.

또, 여기서, 조정 모드에 있어서는, 시스템 제어부 (11) 로부터 충전 제어부 (5) 에 대해 부하 전력 일정의 지시를 내는 것은 도 2 의 구성예와 동일하다.

[변형예 2]

도 10 에 나타내는 바와 같이, 기기 본체 (30) 가 상시 2 차 전지 (6) 의 부하로서 동작하도록 구성함으로써, 더 간단한 구성으로 할 수도 있다. 이 변형예에 따르면, 본 발명의 일 실시형태로서 기존 수전 장치에 대해 하드웨어의 변경을 필요로 하지 않고 실시할 수 있다.

도 11 에 나타내는 바와 같이, 충전 제어부 (5) 는 2 차 전지 (6) 를 충전 제어하고, 기기 본체 (30) 는 상시 2 차 전지 (6) 를 동작 전원으로 하여 구동된다. 조정 모드에 있어서, 충전 제어부 (5) 는 시스템 제어부 (11) 의 지시에 기초하여 부하 전력 일정 모드에서 동작하는 것이 바람직하다.

1 : 수전 장치
2 : 송수신부
2a : 2 차측 안테나
3 : 제어 시스템부
3a : 제어부
3b : 기억부
3c : DAC 부
4 : 정류부
5 : 충전 제어부
6 : 2 차 전지
7 : 충전 SW 부
7a : SW
7b, 7c : 다이오드
11 : 시스템 제어부
13 : 변조부
14 : 복조부
15 : 수신 제어부
18 : 외부 전원
30 : 기기 본체
50 : 비접촉 충전 장치
51 : 시스템 제어부
52 : 송수신부
52a : 1 차측 안테나
53 : 복조부
54 : 변조부
55 : 송신 신호부
56 : 인버터부
57 : 송수신 제어부
60 : 피드백 제어 데이터

Claims

비접촉 충전 장치로부터 송전 (送電) 되는 전력을 수전 (受電) 하고, 그 비접촉 충전 장치와 데이터를 송수신하는 안테나를 갖는 공진 회로를 포함하는 송수신부와,
상기 송수신부에 의해 수전된 전력을 사용하여, 2 차 전지의 충전을 포함하는 전원 제어를 실시하는 충전 제어부와,
상기 2 차 전지의 충전 상태 및 그 2 차 전지에 의해 동작하는 기기 본체의 전원의 제어 상태 중 적어도 하나를 표시하는 제어 상태 데이터를 생성하여, 상기 송수신부를 통해 상기 비접촉 충전 장치에 송신하는 제어부를 구비하고,
상기 제어부는,
상기 제어 상태 데이터에 기초하여 송전되는 전력을, 상기 충전 제어부를 통해 상기 2 차 전지의 충전을 위해서 사용하거나, 또는 그 2 차 전지에 의해 동작하는 기기 본체의 전원을 위해서 사용하는 수전 모드와,
상기 제어 상태 데이터를 소정의 일정값으로 고정시키고, 상기 공진 회로의 공진 주파수를 조정함으로써 수전 전력의 조정을 하는 조정 모드를 갖고,
상기 조정 모드에서는, 상기 제어부는 부하에 대해 일정 전력을 공급하도록 상기 충전 제어부를 제어하고,
상기 제어 상태 데이터는, 상기 2 차 전지의 충전 상태 및 그 2 차 전지에 의해 동작하는 기기 본체의 전원 상태 중 적어도 하나와 이것들의 목표값의 차분에 기초하는 피드백량이고,
상기 조정 모드는 주기적으로 실행되는 것을 특징으로 하는 수전 장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 조정 모드에서는,
상기 제어부는, 상기 공진 주파수를 초기값으로 설정하여, 상기 송전된 전력에 관련된 수전 데이터를 측정하고, 그 공진 주파수를 소정의 값만큼 변화시켜, 그 공진 주파수의 변화 전후의 그 수전 데이터의 변화량이 소정의 임계값에 도달할 때까지 그 공진 주파수에 대한 그 수전 데이터를 측정하고, 그 변화량이 그 임계값에 도달했을 때의 공진 주파수로 설정하는 것을 특징으로 하는 수전 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 공진 주파수의 초기값은, 설정할 수 있는 공진 주파수 범위의 최소값이고, 상기 데이터는 송수신부에서 수전되는 신호의 전압값 및 전류값 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 수전 장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 조정 모드를 실행하는 주기는, 그 조정 모드의 설정의 응답 시간의 역수보다 긴 것을 특징으로 하는 수전 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 조정 모드에서는, 상기 제어부는 상기 피드백량을 0 으로 설정하는 것을 특징으로 하는 수전 장치.
제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 충전 제어부는, 상기 2 차 전지를 충전하는 충전 경로와, 그 충전 경로를 거치지 않고 기기에 직접적으로 전원을 공급하는 전원 경로를 갖고, 상기 조정 모드에서는 그 전원 경로를 차단하는 것을 특징으로 하는 수전 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 수전 모드 및 상기 조정 모드 중 적어도 하나에서는, 상기 제어 상태 데이터가 소정의 임계값보다 큰 경우에 당해 수전 장치의 동작을 정지시키는 것을 특징으로 하는 수전 장치.
수전 모드 및 조정 모드를 갖는, 비접촉 충전의 수전 장치의 수전 전력 조정 방법에 있어서,
상기 수전 모드에서는,
송수신부에 의해, 비접촉 충전 장치로부터 송전되는 전력을 수전하거나 또는 데이터를 수신하고,
충전 제어부에 의해, 상기 전력을 사용하여, 2 차 전지의 충전을 포함하는 전원을 제어하고,
제어부에 의해, 상기 2 차 전지의 충전 상태 및 그 2 차 전지에 의해 동작하는 기기 본체의 전원의 제어 상태 중 적어도 하나를 표시하는 제어 상태 데이터를 생성하여, 상기 송수신부를 통해 그 제어 상태 데이터를 상기 비접촉 충전 장치에 송신하고, 그 제어 상태 데이터에 기초하여 송전되는 전력을, 상기 충전 제어부를 통해 상기 2 차 전지에 공급하거나, 또는 그 2 차 전지에 의해 동작하는 기기 본체의 전원에 공급하고,
상기 조정 모드에서는,
상기 제어부에 의해, 소정의 일정값으로 고정된 상기 제어 상태 데이터를, 상기 송수신부를 통해 상기 비접촉 충전 장치에 송신하고, 그 제어 상태 데이터에 기초하여 송전되는 전력을, 상기 충전 제어부를 통해 상기 2 차 전지에 공급하거나, 또는 그 2 차 전지에 의해 동작하는 기기 본체의 전원에 공급하고,
상기 제어부에 의해, 상기 송수신부를 구성하는 공진 회로의 공진 주파수를 조정하여 수전 전력을 조정하고,
상기 제어부에 의해, 부하에 대해 일정 전력을 공급하도록 상기 충전 제어부를 제어하고,
상기 제어 상태 데이터는, 상기 2 차 전지의 충전 상태 및 그 2 차 전지에 의해 동작하는 기기 본체의 전원 상태 중 적어도 하나와 이것들의 목표값의 차분에 기초하는 피드백량이고,
상기 조정 모드는 주기적으로 실행되는 것을 특징으로 하는 수전 전력 조정 방법.
삭제
제 10 항에 있어서,
상기 조정 모드에서는, 추가로, 상기 제어부에 의해, 상기 공진 주파수를 초기값으로 설정하여, 상기 송전된 전력에 관련된 수전 데이터를 측정하고,
상기 공진 주파수를 소정의 값만큼 변화시켜, 그 공진 주파수의 변화 전후의 상기 수전 데이터의 변화량이 소정의 임계값에 도달할 때까지 상기 공진 주파수에 대한 상기 수전 데이터를 측정하고,
상기 변화량이 상기 임계값에 도달했을 때의 공진 주파수로 설정하는 것을 특징으로 하는 수전 전력 조정 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 공진 주파수의 초기값은, 설정할 수 있는 공진 주파수 범위의 최소값이고, 상기 데이터는, 송수신부에서 수전되는 신호의 전압값 및 전류값 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 수전 전력 조정 방법.
삭제
제 10 항에 있어서,
상기 조정 모드를 실행하는 주기는, 그 조정 모드의 설정의 응답 시간의 역수보다 긴 것을 특징으로 하는 수전 전력 조정 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 조정 모드에서는, 상기 제어부는 상기 피드백량을 0 으로 설정하는 것을 특징으로 하는 수전 전력 조정 방법.
제 10 항 또는 제 16 항에 있어서,
상기 충전 제어부는, 상기 2 차 전지를 충전하는 충전 경로와, 그 충전 경로를 거치지 않고 기기에 직접적으로 전원을 공급하는 전원 경로를 갖고, 상기 조정 모드에서는, 상기 충전 제어부에 의해 그 전원 경로를 차단하는 것을 특징으로 하는 수전 전력 조정 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 수전 모드 및 상기 조정 모드 중 적어도 하나에는, 수전 장치 이외의 금속물을 검지하는 것을 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 수전 전력 조정 방법.
프로그램을 격납하는 기억부와, 격납된 프로그램을 전개하여 실행하는 처리 유닛을 갖는 제어부를 구비하는 비접촉 충전용 수전 장치의 수전 전력 조정 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체로서,
비접촉 충전 장치로부터의 전력을 수전하는 수전 모드에서는,
송수신부에 의해, 비접촉 충전 장치로부터 송전되는 전력을 수전하거나 또는 데이터를 수신하는 스텝과,
충전 제어부에 의해, 상기 전력을 사용하여, 2 차 전지의 충전을 포함하는 전원을 제어하는 스텝과,
제어부에 의해, 상기 2 차 전지의 충전 상태 및 그 2 차 전지에 의해 동작하는 기기 본체의 전원의 제어 상태 중 적어도 하나를 표시하는 제어 상태 데이터를 생성하여, 상기 송수신부를 통해 그 제어 상태 데이터를 상기 비접촉 충전 장치에 송신하고, 그 제어 상태 데이터에 기초하여 송전되는 전력을, 상기 충전 제어부를 통해 상기 2 차 전지에 공급하거나, 또는 그 2 차 전지에 의해 동작하는 기기 본체의 전원에 공급하는 스텝을 실행하고,
수전 전력을 조정하는 조정 모드에서는,
상기 제어부에 의해, 소정의 일정값으로 고정된 상기 제어 상태 데이터를, 상기 송수신부를 통해 상기 비접촉 충전 장치에 송신하고, 그 제어 상태 데이터에 기초하여 송전되는 전력을, 상기 충전 제어부를 통해 상기 2 차 전지에 공급하거나, 또는 그 2 차 전지에 의해 동작하는 기기 본체의 전원에 공급하는 스텝과,
상기 제어부에 의해, 상기 송수신부를 구성하는 공진 회로의 공진 주파수를 조정하여 수전 전력을 조정하는 스텝을 실행하고,
상기 제어부에 의해, 부하에 대해 일정 전력을 공급하도록 상기 충전 제어부를 제어하고,
상기 제어 상태 데이터는, 상기 2 차 전지의 충전 상태 및 그 2 차 전지에 의해 동작하는 기기 본체의 전원 상태 중 적어도 하나와 이것들의 목표값의 차분에 기초하는 피드백량이고,
상기 조정 모드는 주기적으로 실행되는 것을 특징으로 하는 수전 전력 조정 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체.
삭제
제 19 항에 있어서,
상기 조정 모드에서는, 상기 제어부에 의해,
상기 공진 주파수를 초기값으로 설정하여, 상기 송전된 전력에 관련된 수전 데이터를 측정하는 스텝과,
상기 공진 주파수를 소정의 값만큼 변화시켜, 그 공진 주파수의 변화 전후의 상기 수전 데이터의 변화량이 소정의 임계값에 도달할 때까지 상기 공진 주파수에 대한 상기 수전 데이터를 측정하는 스텝과,
상기 변화량이 상기 임계값에 도달했을 때의 공진 주파수로 설정하는 스텝을 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 수전 전력 조정 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체.
제 21 항에 있어서,
상기 공진 주파수의 초기값은, 설정할 수 있는 공진 주파수 범위의 최소값이고, 상기 데이터는, 송수신부에서 수전되는 신호의 전압값 및 전류값 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 수전 전력 조정 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체.
삭제
제 19 항에 있어서,
상기 조정 모드를 실행하는 주기는, 그 조정 모드의 설정의 응답 시간의 역수보다 긴 것을 특징으로 하는 수전 전력 조정 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체.
제 19 항에 있어서,
상기 조정 모드에서는, 상기 제어부는 상기 피드백량을 0 으로 설정하는 것을 특징으로 하는 수전 전력 조정 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체.
제 19 항 또는 제 25 항에 있어서,
상기 충전 제어부는, 상기 2 차 전지를 충전하는 충전 경로와, 그 충전 경로를 거치지 않고 기기에 직접적으로 전원을 공급하는 전원 경로를 갖고, 상기 조정 모드에서는, 상기 충전 제어부에 의해 그 전원 경로를 차단하는 것을 특징으로 하는 수전 전력 조정 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체.
제 19 항에 있어서,
상기 수전 모드 및 상기 조정 모드 적어도 하나에는, 수전 장치 이외의 금속물을 검지하는 스텝을 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 수전 전력 조정 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체.
제 19 항, 제 21 항, 제 22 항, 제 24 항 및 제 25 항 중 어느 한 항에 기재된 수전 전력 조정 프로그램을 격납하는 기억부를 구비하는, 반도체 장치.
제 28 항에 있어서,
상기 수전 전력 조정 프로그램을 전개하여 실행하는 제어부를 추가로 구비하는, 반도체 장치.