KR102089832B1 - 와이어리스 수전 장치 및 그 제어 회로, 그것을 사용한 전자 기기, 이상 검출 방법 - Google Patents

와이어리스 수전 장치 및 그 제어 회로, 그것을 사용한 전자 기기, 이상 검출 방법 Download PDF

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Abstract

제어 회로(400)는 와이어리스 송전 장치로부터의 전력 신호를 수신하는 와이어리스 수전 장치(300)에 사용된다. 전력 검출부(402)는 와이어리스 수전 장치(300)가 수신한 수신 전력 PRX를 검출한다. 제어부(404)는 와이어리스 송전 장치가 송신해야 할 송신 전력 PTX를 제어하기 위한 제어 신호 CE를 생성한다. 이상 판정부(406)는 제어 신호 CE가 송신 전력 PTX의 저하를 지시하고 있지 않음에도 불구하고, 전력 검출부(402)가 검출한 수신 전력 PRX가 저하되었을 때, 이상으로 판정한다.

Description

와이어리스 수전 장치 및 그 제어 회로, 그것을 사용한 전자 기기, 이상 검출 방법{WIRELESS POWER RECEIVER AND CONTROL CIRCUIT THEREFOR, ELECTRONIC DEVICE USING SAME, AND ERROR DETECTION METHOD}
본 발명은 와이어리스 급전 기술에 관한 것이며, 특히 이물 검출에 관한 것이다.
최근, 전자 기기에 전력을 공급하기 위해, 무접점 전력 전송(비접촉 급전, 와이어리스 급전이라고도 함)이 보급되기 시작하고 있다. 상이한 메이커의 제품간의 상호 이용을 촉진하기 위해, WPC(Wireless Power Consortium)가 조직되고, WPC에 의해 국제 표준 규격인 Qi(치) 규격이 책정되었다.
Qi 규격에 기초한 와이어리스 급전은, 송신 코일과 수신 코일간의 전자 유도를 이용한 것이다. 급전 시스템은, 송신 코일을 갖는 급전 장치와, 수신 코일을 갖는 수전 단말기를 포함한다.
도 1은 Qi 규격에 준거한 와이어리스 급전 시스템(10)의 구성을 도시하는 도면이다. 급전 시스템(10)은 송전 장치(20)(TX, Power Transmitter)와 수전 장치(30)(RX, Power Receiver)를 구비한다. 수전 장치(30)는 휴대 전화 단말기, 스마트폰, 오디오 플레이어, 게임 기기, 태블릿 단말기 등의 전자 기기에 탑재된다.
송전 장치(20)는 송신 코일(1차 코일)(22), 드라이버(24), 컨트롤러(26), 복조기(28)를 구비한다. 드라이버(24)는 H 브리지 회로(풀 브리지 회로) 혹은 하프 브리지 회로를 포함하고, 송신 코일(22)에 구동 신호 S1, 구체적으로는 펄스 신호를 인가하고, 송신 코일(22)에 흐르는 구동 전류에 의해, 송신 코일(22)에 전자계의 전력 신호 S2를 발생시킨다. 컨트롤러(26)는 송전 장치(20) 전체를 통괄적으로 제어하는 것이며, 구체적으로는, 드라이버(24)의 스위칭 주파수, 혹은 스위칭의 듀티비를 제어함으로써, 송신 전력을 변화시킨다.
Qi 규격에서는, 송전 장치(20)와 수전 장치(30) 사이에서 통신 프로토콜이 정해져 있고, 수전 장치(30)로부터 송전 장치(20)에 대하여 제어 신호 S3에 의한 정보의 전달이 가능하게 되어 있다. 이 제어 신호 S3은, 후방 산란 변조(Backscatter modulation)를 이용하여, AM(Amplitude Modulation) 변조된 형태로, 수신 코일(32)(2차 코일)로부터 송신 코일(22)에 송신된다. 이 제어 신호 S3에는, 예를 들어 수전 장치(30)에 대한 전력 공급량을 제어하는 전력 제어 데이터(패킷이라고도 함), 수전 장치(30)의 고유의 정보를 나타내는 데이터 등이 포함된다. 복조기(28)는 송신 코일(22)의 전류 혹은 전압에 포함되는 제어 신호 S3을 복조한다. 컨트롤러(26)는 복조된 제어 신호 S3에 포함되는 전력 제어 데이터에 기초하여, 드라이버(24)를 제어한다.
수전 장치(30)는 수신 코일(32), 정류 회로(34), 평활 콘덴서(36), 변조기(38), 부하(40), 컨트롤러(42), 전원 회로(44)를 구비한다. 수신 코일(32)은 송신 코일(22)로부터의 전력 신호 S2를 수신함과 함께, 제어 신호 S3을 송신 코일(22)에 대하여 송신한다. 정류 회로(34) 및 평활 콘덴서(36)는 전력 신호 S2에 따라서 수신 코일(32)에 유기되는 전류 S4를 정류ㆍ평활화하여, 직류 전압으로 변환한다.
전원 회로(44)는 송전 장치(20)로부터 공급된 전력을 이용하여 도시하지 않은 이차 전지를 충전하거나, 혹은 직류 전압 VRECT를 승압 또는 강압하여, 컨트롤러(42)나 그 밖의 부하(40)에 공급한다.
컨트롤러(42)는 부하(40)에 공급되는 전력을 모니터하고, 그것에 따라서, 송전 장치(20)로부터의 전력 공급량을 제어하는 전력 제어 데이터를 생성한다. 변조기(38)는 전력 제어 데이터를 포함하는 제어 신호 S3을 변조하고, 수신 코일(32)의 코일 전류를 변조함으로써, 송신 코일(22)의 코일 전류 및 코일 전압을 변조한다.
이 급전 시스템(10)에서는, 송전 장치(20)와 수전 단말기(전자 기기)는 비교적 자유로운 공간에 배치되기 때문에, 송신 코일(22)과 수신 코일(32) 사이, 혹은 그 근방에, 금속편 등의 도전성의 이물(Foreign Object)이 놓이는 상황이 발생할 수 있다. 이 상태에서 와이어리스 급전이 행해지면, 이물에 전류가 흘러, 전력 손실이 발생해 버린다. 또한 이물이 발열한다고 하는 문제가 있다. 이러한 상황을 감안하여, WPC1.1(System Description Wireless Power Transfer Volume I : Low Power Part 1 : Interface Definition Version 1.1) 사양에 있어서, 이물 검출(FOD : Foreign Object Detection)이 책정되었다.
이 FOD에서는, 송전 장치(200)가 송출한 전력과, 수전 장치(300)가 수신한 전력이 비교되고, 그들 사이에 허용값을 초과하는 불일치가 발생한 경우에, 이물이 존재하는 것으로 판정된다.
일본 특허 공개 제2013-38854호 공보 일본 특허 제5071574호 공보
본 발명은 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 그 어느 형태의 예시적인 목적의 하나는, 단체로 이상을 검출 가능한 수전 장치의 제공에 있다.
본 발명의 어느 형태는, 와이어리스 송전 장치로부터의 전력 신호를 수신하는 와이어리스 수전 장치에 사용되는 제어 회로에 관한 것이다. 제어 회로는, 와이어리스 수전 장치가 수신한 수신 전력을 검출하는 전력 검출부와, 와이어리스 송전 장치가 송신해야 할 송신 전력을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 제어부와, 전력 검출부가 검출한 수신 전력과, 와이어리스 수전 장치의 과거의 상태에 기초하여, 이상의 유무를 판정하는 이상 판정부를 구비한다.
와이어리스 송전 장치가 송신하는 송신 전력은, 와이어리스 수전 장치로부터 송신되는 제어 신호(컨트롤 에러 패킷)에 기초하여 변화하기 때문에, 수전 장치는, 자신이 수신해야 할 전력이 어느 정도인지를 알고 있다고 할 수 있다. 따라서, 자신의 과거의 상태와, 실제로 수신한 전력을 고려함으로써, 이상을 검출할 수 있다. 이 형태에 의하면, 송전 장치에 있어서 측정된 송신 전력과 수전 장치에서의 수신 전력을 비교하지 않고, 수전 장치 단체의 정밀도로 이상을 검출할 수 있다.
이상 판정부는, 제어 신호가 송신 전력의 저하를 지시하고 있지 않음에도 불구하고, 전력 검출부가 검출한 수신 전력이 저하되었을 때, 이상으로 판정해도 된다.
수전 장치에 있어서 송신 전력의 저하를 지시하고 있지 않음에도 불구하고, 전력 검출부가 검출한 수신 전력이 저하되었을 때에는, 새로운 이물의 삽입이나, 코일의 위치 어긋남 등, 어떠한 이상이 발생한 것으로 간주할 수 있다.
이것은, 이상 판정부는, 제어 신호가 송신 전력의 증가를 지시하고 있음에도 불구하고, 전력 검출부가 검출한 수신 전력이 증가하지 않을 때, 이상으로 판정한다라고 표현할 수도 있다.
어느 형태에 있어서, 이상 판정부는, 정상으로 판정되는 기간에 있어서 전력 검출부가 과거에 검출한 수신 전력에 기초하여 역치를 설정하고, 당해 역치와, 전력 검출부가 검출한 현재의 수신 전력의 비교 결과에 기초하여, 이상의 유무를 판정해도 된다.
수신 전력과 송신 전력의 비교에 기초하는 이물 검출에서는, 송신 전력, 수신 전력 각각의 절대량에 대하여 높은 정밀도가 요구된다. 이에 대하여, 이 형태에서는, 수신 전력의 상대량에 대해서만 높은 정밀도가 얻어지면 족하기 때문에, 설계가 현저히 용이해진다.
이상 판정부는, 정상으로 판정되는 기간에 있어서 전력 검출부가 과거에 복수회 혹은 소정 기간에 걸쳐 검출한 수신 전력에 기초하여 역치를 설정해도 된다.
이에 의해, 노이즈 등의 영향을 제거할 수 있어, 안정된 이상 검출을 실현할 수 있다.
이상 판정부는, 정상으로 판정되는 기간에 검출된 수신 전력으로부터, 소정의 허용 차분을 감한 값을, 역치로 설정해도 된다.
이것에 의하면, 정상 시에 검출된 수신 전력과, 전력 검출부가 검출한 현재의 수신 전력의 차분이, 허용 차분을 초과하면, 이상으로 판정할 수 있어, 허용 차분에 따라서, 이상 검출의 감도를 조절할 수 있다.
이상 판정부는, 와이어리스 수전 장치가 수신해야 할 수신 전력의 기대값을 계산하고, 기대값과 전력 검출부가 검출한 현재의 수신 전력에 기초하여, 이상의 유무를 판정해도 된다.
이상 판정부는, 전력 검출부가 검출한 현재의 수신 전력과 기대값의 차분이 소정의 허용 차분을 초과하였을 때에, 이상으로 판정해도 된다.
허용 차분은, 외부로부터 설정 가능해도 된다.
제어 회로는, 제어 신호 및 수신 전력의 검출값을 나타내는 데이터를 와이어리스 송전 장치에 송신하는 통신부를 더 구비해도 된다. 통신부는, 이상 판정부가 이상으로 판정하였을 때, 와이어리스 송전 장치에 급전 정지를 지시하는 데이터를 송신해도 된다.
제어 회로는, 제어 신호 및 수신 전력의 검출값을 나타내는 데이터를 와이어리스 송전 장치에 송신하는 통신부를 더 구비해도 된다. 이상 판정부는, 제1 주기마다 이상의 유무를 판정하도록 구성되어도 된다. 통신부는, 제1 주기보다 긴 제2 주기마다 수신 전력의 검출값을 나타내는 데이터를 와이어리스 송전 장치에 송신하도록 구성되어도 된다.
이에 의해, 와이어리스 송전 장치에 있어서, 제2 주기마다, 수신 전력의 검출값을 나타내는 데이터와, 와이어리스 송전 장치에 있어서 측정된 송신 전력의 비교에 기초하는 이물 검출이 가능해진다. 즉, 와이어리스 수전 장치에 있어서의 이상 검출과, 와이어리스 송전 장치에 있어서의 이물 검출을 병용할 수 있다.
통신부는, 이상 판정부가 이상으로 판정하였을 때, 수신 전력의 검출값을 나타내는 데이터를 와이어리스 송전 장치에 송신해도 된다.
이에 의해, 와이어리스 수전 장치에 있어서의 이상 검출을 트리거로 하여, 와이어리스 송전 장치에 있어서의 이물 검출을 개시할 수 있기 때문에, 이물 검출의 속도를 빠르게 할 수 있고, 및/또는, 그 정밀도를 높일 수 있다.
제어 회로는, 제어 신호 및 수신 전력의 검출값을 나타내는 데이터를 와이어리스 송전 장치에 송신하는 통신부를 더 구비해도 된다. 통신부는, 이상 판정부가 이상으로 판정하였을 때, 와이어리스 송전 장치에 의한 이물 검출을 재촉하는 데이터를 송신해도 된다.
제어 회로는 Qi 규격에 준거해도 된다.
제어 회로는, 하나의 반도체 기판에 일체 집적화되어도 된다.
「일체 집적화」란, 회로의 구성 요소 모두가 반도체 기판 상에 형성되는 경우나, 회로의 주요 구성 요소가 일체 집적화되는 경우가 포함되고, 회로 상수의 조절용으로 일부의 저항이나 캐패시터 등이 반도체 기판의 외부에 설치되어 있어도 된다. 회로를 1개의 IC(Integrated Circuit)로서 집적화함으로써, 회로 면적을 삭감할 수 있음과 함께, 회로 소자의 특성을 균일하게 유지할 수 있다.
본 발명의 다른 형태는, 와이어리스 수전 장치에 관한 것이다. 와이어리스 수전 장치는, 수신 코일을 포함하고, 전력 신호를 수신하는 수신 안테나와, 수신 코일에 흐르는 전류를 정류하는 정류 회로와, 정류 회로의 출력과 접속되어, 정류 전압 VRECT를 발생시키는 평활 콘덴서와, 상술한 어느 하나의 제어 회로를 구비한다.
본 발명의 다른 형태는, 전자 기기에 관한 것이다. 전자 기기는, 수신 코일을 포함하고, 전력 신호를 수신하는 수신 안테나와, 수신 코일에 흐르는 전류를 정류하는 정류 회로와, 정류 회로의 출력과 접속되어, 정류 전압 VRECT를 발생시키는 평활 콘덴서와, 상술한 어느 하나의 제어 회로를 구비한다.
또한, 이상의 구성 요소의 임의의 조합이나, 본 발명의 구성 요소나 표현을, 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 서로 치환한 것도 또한 본 발명의 형태로서 유효하다.
본 발명의 어느 형태에 의하면, 수전 장치 단체로 이상을 검출할 수 있다.
도 1은 Qi 규격에 준거한 와이어리스 급전 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 실시 형태에 따른 와이어리스 급전 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 실시 형태에 따른 와이어리스 급전 시스템 수전 장치를 구비하는 전자 기기의 블록도이다.
도 4는 Qi 규격에 있어서의 전력 송신을 나타내는 플로우차트(상태 천이도)이다.
도 5는 파워 트랜스퍼 페이즈에 있어서의 수전 장치의 동작 파형도이다.
도 6은 파워 트랜스퍼 페이즈에 있어서의 수전 장치의 동작 파형도이다.
도 7의 (a)는 실시 형태에 따른 급전 시스템 전체의 파워 트랜스퍼 페이즈에 있어서의 플로우차트이며, 도 7의 (b)는 이상 검출의 판정 조건을 도시하는 도면이다.
도 8은 송전 장치에 의한 이물 검출과, 이상 판정부에 의한 이상 판정을 나타내는 타임차트이다.
도 9는 제1 변형예에 따른 급전 시스템 전체의 파워 트랜스퍼 페이즈에 있어서의 플로우차트이다.
도 10은 제2 변형예에 따른 급전 시스템 전체의 파워 트랜스퍼 페이즈에 있어서의 플로우차트이다.
도 11은 제5 변형예에 따른 급전 시스템 전체의 파워 트랜스퍼 페이즈에 있어서의 플로우차트이다.
도 12는 제5 변형예에 있어서의, 송전 장치에 의한 이물 검출(FOD＠TX)과, 이상 판정부에 의한 이상 판정(FOD＠RX)을 나타내는 타임차트이다.
도 13은 제6 변형예에 따른 송전 장치의 플로우차트이다.
도 14는 실시 형태에 따른 수전 장치를 구비하는 전자 기기를 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시 형태를 기초로 도면을 참조하면서 설명한다. 각 도면에 도시되는 동일 또는 동등한 구성 요소, 부재, 처리에는, 동일한 번호를 부여하는 것으로 하고, 적절히 중복된 설명은 생략한다. 또한, 실시 형태는, 발명을 한정하는 것은 아니고 예시이며, 실시 형태에 기술되는 모든 특징이나 그 조합은, 반드시 발명의 본질적인 것이라고는 할 수 없다.
본 명세서에 있어서, 「부재 A가, 부재 B와 접속된 상태」란, 부재 A와 부재 B가 물리적으로 직접적으로 접속되는 경우 외에, 부재 A와 부재 B가, 그들의 전기적인 접속 상태에 실질적인 영향을 미치지 않거나, 혹은 그들의 결합에 의해 발휘되는 기능이나 효과를 손상시키지 않는, 그 밖의 부재를 통해 간접적으로 접속되는 경우도 포함한다.
마찬가지로, 「부재 C가, 부재 A와 부재 B 사이에 설치된 상태」란, 부재 A와 부재 C, 혹은 부재 B와 부재 C가 직접적으로 접속되는 경우 외에, 그들의 전기적인 접속 상태에 실질적인 영향을 미치지 않거나, 혹은 그들의 결합에 의해 발휘되는 기능이나 효과를 손상시키지 않는, 그 밖의 부재를 통해 간접적으로 접속되는 경우도 포함한다.
도 2는 실시 형태에 따른 와이어리스 급전 시스템의 구성을 도시하는 도면이다. 급전 시스템(100)은 송전 장치(200)(TX, Power Transmitter)와 수전 장치(300)(RX, Power Receiver)를 구비한다. 수전 장치(300)는 휴대 전화 단말기, 스마트폰, 오디오 플레이어, 게임 기기, 태블릿 단말기 등의 전자 기기에 탑재된다.
송전 장치(200)는 송신 코일(1차 코일)(202), 드라이버(204), 컨트롤러(206), 복조기(208)를 구비한다. 드라이버(204)는 H 브리지 회로(풀 브리지 회로) 혹은 하프 브리지 회로를 포함하고, 송신 코일(202)에 구동 신호 S1, 구체적으로는 펄스 신호를 인가하고, 송신 코일(202)에 흐르는 구동 전류에 의해, 송신 코일(202)에 전자계의 전력 신호 S2를 발생시킨다. 컨트롤러(206)는 송전 장치(200) 전체를 통괄적으로 제어하는 것이며, 구체적으로는, 드라이버(204)의 스위칭 주파수, 혹은 스위칭의 듀티비를 제어함으로써, 송신 전력을 변화시킨다.
Qi 규격에서는, 송전 장치(200)와 수전 장치(300) 사이에서 통신 프로토콜이 정해져 있어, 수전 장치(300)로부터 송전 장치(200)에 대하여 제어 신호 S3에 의한 정보의 전달이 가능하게 되어 있다. 이 제어 신호 S3은, 후방 산란 변조(Backscatter modulation)를 이용하여, AM(Amplitude Modulation) 변조된 형태로, 수신 코일(302)(2차 코일)로부터 송신 코일(202)에 송신된다. 이 제어 신호 S3에는, 예를 들어 수전 장치(300)에 대한 전력 공급량을 제어하는 전력 제어 데이터(패킷이라고도 함), 수전 장치(300)의 고유의 정보를 나타내는 데이터 등이 포함된다. 복조기(208)는 송신 코일(202)의 전류 혹은 전압에 포함되는 제어 신호 S3을 복조한다. 컨트롤러(206)는 복조된 제어 신호 S3에 포함되는 전력 제어 데이터에 기초하여, 드라이버(204)를 제어한다.
수전 장치(300)는 수신 코일(302), 정류 회로(304), 평활 콘덴서(306), 변조기(308), 부하(310), 제어 회로(400), 전원 회로(314)를 구비한다. 수신 코일(302)은 송신 코일(202)로부터의 전력 신호 S2를 수신함과 함께, 제어 신호 S3을 송신 코일(202)에 대하여 송신한다. 정류 회로(304) 및 평활 콘덴서(306)는 전력 신호 S2에 따라서 수신 코일(302)에 유기되는 전류 S4를 정류ㆍ평활화하여, 직류 전압으로 변환한다.
전원 회로(314)는 송전 장치(200)로부터 공급된 전력을 이용하여 도시하지 않은 이차 전지를 충전하거나, 혹은 직류 전압 VRECT를 승압 또는 강압하여, 제어 회로(400)나 그 밖의 부하(310)에 공급한다.
제어 회로(400)는 부하(310)에 공급되는 전력을 모니터하고, 그것에 따라서, 송전 장치(200)로부터의 전력 공급량을 제어하는 전력 제어 데이터를 생성한다. 변조기(308)는 전력 제어 데이터를 포함하는 제어 신호 S3을 변조하고, 수신 코일(302)의 코일 전류를 변조함으로써, 송신 코일(202)의 코일 전류 및 코일 전압을 변조한다.
이 급전 시스템(100)에서는, 송전 장치(200)와 수전 단말기(전자 기기)는 비교적 자유로운 공간에 배치되기 때문에, 송신 코일(202)과 수신 코일(302) 사이, 혹은 그 근방에, 금속편 등의 도전성의 이물(Foreign Object)이 놓이는 상황이 발생할 수 있다. 이 상태에서 와이어리스 급전이 행해지면, 이물에 전류가 흘러, 전력 손실이 발생해 버린다. 또한 이물이 발열한다고 하는 문제가 있다. 이러한 상황을 감안하여, WPC1.1(System Description Wireless Power Transfer Volume I : Low Power Part 1 : Interface Definition Version 1.1) 사양에 있어서, 이물 검출(FOD : Foreign Object Detection)이 책정되었다.
이 FOD에서는, 송전 장치(200)가 송출한 전력과, 수전 장치(300)가 수신한 전력이 비교되고, 그들 사이에 허용값을 초과하는 불일치가 발생한 경우에, 이물이 존재하는 것으로 판정된다. 본 실시 형태의 수전 장치(300)는, 또한 다른 판단 기준에 의해 이물 검출을 행할 수 있다.
도 3은 실시 형태에 따른 수전 장치(300)를 구비하는 전자 기기(500)의 블록도이다. 수전 장치(300)는 송전 장치(200)로부터의 전력 신호 S2를 수신하고, 그 에너지를 평활 콘덴서(306)에 축적하여, 부하(502)에 공급한다. 부하(502)는 전원 회로(504), 이차 전지(506), 각종 프로세서(508)를 포함한다.
수전 장치(300)는 수신 코일(302), 평활 콘덴서(306), 변조기(308) 및 제어 회로(400)를 구비한다. 도 3의 수전 장치(300)는 도 2에 도시한 Qi 규격에 준거한 급전 시스템(100)에 사용된다.
수신 코일(302)은 송신 코일(202)로부터의 전력 신호 S2를 수신함과 함께, 제어 신호 S3을 송신 코일(202)에 대하여 송신한다. 정류 회로(304) 및 평활 콘덴서(306)는 전력 신호 S2에 따라서 수신 코일(302)에 유기되는 전류 S4를 정류ㆍ평활화하여, 직류 전압 VRECT로 변환한다.
전원 회로(504)는 송전 장치(200)로부터 공급된 전력을 이용하여 이차 전지(506)를 충전하는 충전 회로, 및/또는 직류 전압 VRECT를 승압 또는 강압하여, 프로세서(508)에 공급하는 DC/DC 컨버터를 포함한다.
제어 회로(400)는 전력 검출부(402), 제어부(404), 이상 판정부(406), 통신부(408)를 구비하고, 하나의 반도체 기판에 일체 집적화된다.
전력 검출부(402)는 와이어리스 수전 장치(300)가 수신한 수신 전력 PRX를 검출한다. 수신 전력 PRX의 검출 알고리즘은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 이하의 수학식 1에 기초하여, 수신 전력 PRX를 검출해도 된다.
Figure 112016067194525-pct00001
우변 제1항 VRECT×ILOAD는 부하(502)의 소비 전력이고, ILOAD는 평활 콘덴서(306)로부터 전원 회로(504)에 흐르는 전류이다.
우변 제2항 RON×ILOAD 2는 전력 손실이다. RON은 소정의 상수이며, 임피던스의 디멘션을 갖는다.
우변 제3항 VDD×IDD는 제어 회로(400)의 소비 전력이다. 본 실시 형태에서는, 제어 회로(400)의 전원 단자 VDD에는, 직류 전압 VRECT가 공급되고, 즉 제어 회로(400)는 정류 전압 VRECT를 전원으로 하여 동작한다. 이 경우, VDD=VRECT로 된다. IDD는 제어 회로(400)의 전원 단자 VDD에 흐르는 전류이다.
전력 검출부(402)는 전력 검출의 결과를 제어부(404)에 출력한다.
제어부(404)는 직류 전압 VRECT의 목표값(컨트롤 포인트 CP라고도 함)을 설정한다. 또한 제어부(404)는 와이어리스 송전 장치(200)가 송신해야 할 송신 전력 PTX를 제어하기 위한 제어 신호(컨트롤 에러 패킷이라고 함) CE를 생성한다. 예를 들어, 제어부(404)는 평활 콘덴서(306)에 발생하는 직류 전압 VRECT와 그 목표값의 오차에 기초하여, 제어 신호 CE를 생성해도 된다. 예를 들어, (i) 직류 전압 VRECT가 목표값으로 안정화될 때, 제어 신호 CE는 제로이고, (ii) 직류 전압 VRECT가 목표값을 상회하면, 제어 신호 CE는 송신 전력 PTX의 저하를 지시하는 차분에 따른 부의 값을 취하고, 직류 전압 VRECT가 목표값을 하회하면, 제어 신호 CE는 송신 전력 PTX의 증대를 지시하는 차분에 따른 정의 값을 취한다. 또한, 정부를 정하는 방법은 반대이어도 된다.
또한 제어부(404)는 전력 검출의 컨트롤 신호(인에이블)를 전력 검출부(402)에 출력하고 있다.
통신부(408)는 컨트롤 포인트 CP, 컨트롤 에러 패킷 CE를 포함하는 패킷을 생성하고, 변조기(308) 및 수신 코일(302)을 통해, 송전 장치(200)에 송신한다. 송전 장치(200)는 수신한 컨트롤 포인트 CP, 컨트롤 에러 패킷 CE에 기초하여 송신 전력 PTX를 조절한다.
또한 통신부(408)는 전력 검출부(402)가 검출한 수신 전력 PRX를 나타내는 패킷을 생성하고, 변조기(308) 및 수신 코일(302)을 통해 송전 장치(200)에 송신한다.
송전 장치(200)는 현재 자신이 수전 장치(300)에 송신하고 있는 전력 PTX를 알고 있다. 따라서, 송전 장치(200)는 송신 전력 PTX와 수신 전력 PRX의 관계에 기초하여, 이물의 유무, 혹은 코일의 위치 어긋남 등의 이상을 검출할 수 있다.
송전 장치(200)에 있어서의 이상 검출 외에, 수전 장치(300)는 그것 단체의 정밀도로 이상을 검출 가능하게 구성된다. 예를 들어, 송전 장치(200)의 송신 전력 PTX와 수전 장치(300)에서의 수신 전력 PRX를 비교하지 않고, 이상을 검출 가능하다. 이 때문에, 송전 장치(200)의 정밀도와 수전 장치(300)의 정밀도의 양쪽을 고려할 필요가 없다. 자신의 과거의 상태와, 실제로 수신한 전력을 고려함으로써, 수전 장치(300)는 그것 단체의 정밀도로 이상을 검출 가능하다.
이상 판정부(406)는 전력 검출부(402)가 검출한 수신 전력 PRX와, 와이어리스 수전 장치(300)의 과거의 상태에 기초하여, 이상의 유무를 판정한다.
본 실시 형태에 있어서, 이상 판정부(406)는 송신 전력 PTX를 지시하는 제어 신호 CE와, 전력 검출부(402)가 검출한 수신 전력 PRX를 받는다. 이상 판정부(406)는 제어 신호 CE가 송신 전력 PTX의 저하를 지시하고 있지 않음에도 불구하고, 전력 검출부(402)가 검출한 수신 전력 PRX가 저하되었을 때, 이상으로 판정한다. 이상 판정부(406)는 이상으로 판정하면, 이상 검출 신호 S5를 어서트(예를 들어 하이 레벨)한다. 통신부(408)는 이 이상 검출 신호 S5를 받아, 송전 장치(200)에 통지해도 된다.
이상이 수전 장치(300)의 구성이다. 계속해서 급전 시스템(100)의 동작을 설명한다.
도 4는 Qi 규격에 있어서의 전력 송신을 나타내는 플로우차트(상태 천이도)이다. 이하의 5개의 페이즈가 규정되어 있는 것으로 한다.
φ1 셀렉션(selection) 페이즈
φ2 핑(ping) 페이즈
φ3 인증ㆍ설정(identification&configuration) 페이즈
φ4 네고시에이션(negotiation) 페이즈
φ5 파워 트랜스퍼(power transfer) 페이즈
셀렉션 페이즈 φ1에서는, 수전 장치(300)의 검출이 행해진다. 수전 장치(300)가 검출되면, 핑 페이즈 φ2로 천이한다. 핑 페이즈 φ2에서는, 송전 장치(200)는 디지털 핑(Digital Ping)을 실행하고, 수전 장치(300)로부터의 응답을 대기한다. 디지털 핑에서는, 송신 전력이 일정하게 유지된다.
계속되는 인증ㆍ설정 페이즈 φ3에 있어서, 송전 장치(200)는 수전 장치(300)를 특정하고, 송신 전력 등을 설정한다.
네고시에이션 페이즈 φ4에서는, 송신 전력 등이 재설정(reconfigure)된다. 파워 트랜스퍼 페이즈 φ5에서는, 설정된 정보에 기초하여, 전력 전송이 행해진다.
실시 형태에 따른 수전 장치(300)에 있어서, 이상 판정부(406)에 의한 이상 판정은, 파워 트랜스퍼 페이즈 φ5에 있어서 실행할 수 있다. 도 5 및 도 6은 파워 트랜스퍼 페이즈 φ5에 있어서의 수전 장치(300)의 동작 파형도이다.
도 5에는 정상 시의 동작 파형을 나타낸다. 시각 t0 이전, 안정된 전력 전송에 의해, 직류 전압 VRECT는 그 목표값(컨트롤 포인트 CP)으로 유지되어 있다. 시각 t1에, 전원 회로(504)에 흐르는 부하 전류 ILOAD가 증대되면, 직류 전압 VRECT는 저하된다. 직류 전압 VRECT의 저하에 응답하여, 송신 전력 PTX를 지시하는 컨트롤 에러 패킷 CE가 증대된다. 이것에 응답하여, 송전 장치(200)는 송신 전력 PTX를 증대시킨다. 송신 전력 PTX의 증대에 수반하여, 전력 검출부(402)가 검출하는 수신 전력 PRX도 증대된다.
계속해서 도 6을 참조하여, 이상 시의 동작을 설명한다.
시각 t1 이전, 안정된 전력 전송에 의해, 직류 전압 VRECT는 그 목표값(컨트롤 포인트 CP)으로 유지되어 있다.
시각 t1에, 이물이 삽입된다. 이물이 삽입되면, 송신 전력 PTX의 일부가 이물에 공급되기 때문에, 수전 장치(300)의 수신 전력 PRX가 저하된다. 이 상태에서는, 컨트롤 에러 패킷 CE는, 송신 전력 PTX의 저하를 지시하고 있지 않다. 따라서 현재의 수신 전력 PRX(t2)가 전회의 수신 전력 PRX(t1)보다 작아지면, 이상 판정부(406)에 의해, 이상 검출 신호 S5가 어서트된다.
도 6에는, 참고로서, 이상 검출 신호 S5가 어서트된 후에, 에러 처리를 행하지 않고, 전력 전송을 계속한 경우의 파형이 파선으로 도시된다. 시각 t1에 이물이 삽입되면, 수신 전력 PRX가 저하된다. 이때, 수전 장치(300)의 부하 전력이 불변이면, 직류 전력 VRECT는 저하되어 간다. 이것에 응답하여 컨트롤 에러 패킷 CE가 증대되고, 송신 전력 PTX가 증대된다. 송신 전력 PTX가 증대되면, 이물에 공급되는 전력이 증대되기 때문에, 이물의 한층 더한 발열을 야기한다.
따라서 이상 검출 신호 S5가 어서트된 경우, 송전 장치(200)와 수전 장치(300)는 소정의 에러 처리를 행해도 된다. 이하, 에러 처리를 예시한다.
예를 들어 Qi 규격에서는, 에러 처리를 위해서, 몇 가지의 EPT(End of Power Transfer) 패킷이 정의되어 있다. 이 경우, 통신부(408)는 이상 검출 신호 S5의 어서트 상태를 나타내는 EPT를, 송전 장치(200)에 송신해도 된다. 송전 장치(200)는 이상 검출 신호 S5의 어서트를 나타내는 EPT를 수신하면, 급전을 정지하고, 소정 시간의 경과 후에, 네고시에이션 페이즈, 혹은 디지털 핑 페이즈로부터 재개해도 된다. 혹은 송전 장치(200)는 이상 검출 신호 S5의 어서트를 나타내는 EPT를 수신하면, 네고시에이션 페이즈로부터 재개해도 된다. 즉 이상 검출 신호 S5의 어서트 상태를 나타내는 EPT는, 송전 장치(200)의 급전 정지를 지시하는 데이터로 파악된다.
또한 이들 에러 처리 외에, 혹은 그것 대신에, 수전 장치(300) 혹은 송전 장치(200)는 유저에 대하여 이상의 발생(이물의 삽입)을 통지해도 된다. 통지에는, 음성을 이용해도 되고, LED 등의 점등 수단을 이용해도 되고, 디스플레이 패널 등의 표시 수단을 구비하는 경우, 그것을 이용해도 된다. 통지를 받은 유저는, 이 통지에 기초하여, 이물을 제거할 수 있다.
도 7의 (a)는 급전 시스템(100) 전체의 파워 트랜스퍼 페이즈에 있어서의 플로우차트이며, 도 7의 (b)는 이상 검출의 판정 조건을 도시하는 도면이다.
송전 장치(200), 수전 장치(300) 각각의 동작 플로우를 설명한다.
(1) 송전 장치(200)(TX)의 플로우
수전 장치(300)로부터 송신되는 컨트롤 에러 패킷 CE에 기초하여, PID(Proportional Integral Derivative) 제어에 의해 송신 전력을 결정하고(S200), 결정된 송신 전력으로 되도록 송신 전력이 제어되고(S202), 수전 장치(300)에 송신된다(S204).
또한 송전 장치(200)는 수전 장치(300)에 있어서 측정된 수신 전력 PRX를 나타내는 데이터를 수신한다. 그리고, 수신 전력 PRX와 자신이 송신하고 있는 송신 전력 PTX를 비교하고, 그들의 차분 |PTX-PRX|가 소정의 역치 ΔP와 비교된다(S206). 비교의 결과, 차분이 역치 ΔP보다 작은 경우(S206의 "아니오"), 스텝 S204에 있어서의 송신이 허가된다. 차분이 역치 ΔP보다도 큰 경우(S206의 "예"), 송전이 정지된다(S208).
(2) 수전 장치(300)(RX)의 플로우
수전 장치(300)는 송전 장치(200)로부터의 전력을 수신한다(S300). 그리고 수전 장치(300) 내의 몇 가지의 노드나 경로의 전압이나 전류를 측정하여 입출력 전력을 측정하고(S302), 측정 결과를 이용하여, 컨트롤 포인트 CP 및 수신 전력 PRX를 산출한다(S304).
계속해서, CE(컨트롤 에러)값 및 수신 전력 PRX에 기초하여, 이상 판정이 행해진다(S306). 즉, CE값이 0 또는 정, 즉 수신 전력 PRX의 유지 혹은 증대를 지시하고 있음에도 불구하고, 실제의 수신 전력 PRX가 감소하였을 때에는 이상으로 판정된다(S306의 "예").
도 7의 (b)에는, 스텝 S306에 있어서의 판정 조건이 나타내어진다. 판정은, CE값과, 수신 전력의 전회의 값 PRX _PRE와 현재의 값 PRX _CUR의 차분 ΔPRX=PRX _CUR-PRX _PRE에 기초하여 행해진다. 이상 판정부(406)는 제어 신호 CE가 송신 전력 PTX의 저하를 지시하고 있지 않음(즉 CE값이 정 또는 0)에도 불구하고, 전력 검출부(402)가 검출한 수신 전력 PRX가 저하되었을(즉 ΔPRX<0) 때, 이상으로 판정한다. 또는, 이것을, 이상 판정부(406)는 제어 신호 CE가 송신 전력의 증가를 지시하고 있음에도 불구하고, 전력 검출부(402)가 검출한 수신 전력 PRX가 증가하지 않을 때, 이상으로 판정한다라고 표현할 수도 있다. 차분 ΔPRX가 정(+)일 때는 정상이다. 차분 ΔPRX가 제로인 경우, CE값이 정이면 이상, CE값이 0 또는 부이면 정상이다.
차분 ΔPRX가 부(-)일 때는, CE값이 정 또는 0이면 이상, CE값이 부이면 정상이다. 보다 상세하게는, 수신 전력 PRX의 검출 시에는, 검출 정밀도가 존재하고, 다소의 오차는 발생해 버린다. 따라서 검출 오차를 고려한 역치 ΔTH를 설정하고, 그것과의 대소 관계에 의해 이상 판정해도 된다. 예를 들어, CE값이 정이나 0일 때에 ΔPRX<ΔTH이면 이상으로 판정해도 된다. 또한, CE값이 부인 경우라도, 차분이 CE값으로부터 상정되는 값 ΔEX보다도 작은(ΔPRX<ΔEX) 경우에는, 이상으로 판정할 수 있다. 또한, 차분 ΔPRX가 부(-)라도, 예를 들어 ΔEX<ΔPRX<0이면, CE값이 부인 경우를 정상으로서 취급해도 된다. 또한, 비교 시에는, 과거 n회의 수신 전력 PRX의 평균값으로서 PAV=(PRX1+PRX2+…+PRXn)/n을 사용하여, /ΔPRX/PAV와, 그것에 따라서 CE값으로부터 상정되는 값 Δ'EX를 비교해도 된다.
스텝 S306에 있어서 이상으로 판정된 경우(S306의 "예"), 전력 송신 종료 패킷(End Power transfer packet)을 송신한다(S308). 스텝 S306에 있어서 정상으로 판정된 경우(S306의 "아니오"), 컨트롤 포인트 CP로부터 CE값을 결정하고(S310), CE 패킷 및 수신 전력 PRX를 나타내는 패킷을 송전 장치(200)에 송신한다(S312, S314). 또한, 전력 송신 종료 패킷의 송신(S308) 후에는, 수전 장치(300) 및 전력 송신 종료 패킷을 수신한 송전 장치(200)는, 모두 도 4에 도시한 셀렉션 페이즈 φ1로 이행한다. 여기서, 스텝 S306에 있어서 이상으로 판정된 경우에, 전력 송신 종료 패킷의 소정의 비트를 온(1)으로 하도록 해도 된다. 그리고, 전력 송신 종료 패킷의 소정의 비트가 온인 것을 검출한 송전 장치(200)가 이물 검출 처리를 행하도록 해도 된다. 이 검출 처리의 일례로서, Q값(Quality Factor)의 측정을 들 수 있다. 이물이 존재하는 경우에는 Q값이 감소하기 때문에, 이물이 존재하지 않는 경우의 Q값과 비교하여, 이물의 유무를 고정밀도로 검출할 수 있다.
도 8은 송전 장치(200)에 의한 이물 검출(FOD＠TX)과, 이상 판정부(406)에 의한 이상 판정(FOD＠RX)을 나타내는 타임차트이다.
이상 판정부(406)는 제1 주기 T1마다 이상의 유무를 판정한다. 즉 도 7의 스텝 S306은, 제1 주기 T1마다 행해진다. 한편, 송전 장치(200)에 의한 종래의 FOD는, 제1 주기 T1보다 긴 제2 주기 T2마다 행해진다. 즉, 도 7의 스텝 S206 및 스텝 S314는, 제2 주기 T2마다 행해진다. 제1 주기 T1은, 제어 신호 CE의 생성 주기와 동일 정도이어도 되고, 예를 들어 10∼30㎳이다. 한편, 제2 주기 T2는 1.5∼4s이다.
이상이 수전 장치(300) 및 급전 시스템(100) 전체의 동작이다. 계속해서, 수전 장치(300)에 의해 발휘되는 효과를 설명한다.
실시 형태에 따른 수전 장치(300)에서는, 송신 전력을 지시하는 제어 신호 CE와, 수신 전력 PRX에 기초하여, 이상을 검출하는 것으로 하였다. 와이어리스 송전 장치(200)가 송신하는 송신 전력 PTX는, 와이어리스 수전 장치(300)로부터 송신되는 제어 신호(컨트롤 에러 패킷) CE에 기초하여 변화된다. 따라서, 수전 장치(300)가 송신 전력 PTX의 저하를 지시하고 있지 않음에도 불구하고, 전력 검출부(402)가 검출한 수신 전력 PRX가 저하되었을 때에는, 새로운 이물의 삽입이나, 코일의 위치 어긋남 등, 어떠한 이상이 발생한 것으로 간주할 수 있다. 즉 제어 회로(400)에 의하면, 송전 장치(200)에 있어서 측정되는 송신 전력을 참조하지 않고, 수전 장치(300) 단체로 이상을 검출할 수 있다.
또한, 그 외에, 수신 전력 PRX를 나타내는 데이터를 송전 장치(200)에 송신함으로써, 송전 장치(200)에 있어서도, 송신 전력 PTX와 수신 전력 PRX의 비교 결과에 기초하는 FOD가 가능해진다. 또한 제1 주기 T1을 제2 주기 T2보다 짧게 함으로써, 종래보다도 고속으로, 이상 판정이 가능해진다.
이상, 본 발명에 대하여, 실시 형태를 기초로 설명하였다. 이들 실시 형태는 예시이며, 그들의 각 구성 요소나 각 처리 프로세스의 조합에 다양한 변형예가 가능한 것, 또한 그러한 변형예도 본 발명의 범위에 있는 것은 당업자에게 이해되는 바이다. 이하, 이러한 변형예에 대하여 설명한다.
(제1 변형예)
실시 형태에서는, 이상 판정부(406)는 직전에 검출된 수신 전력 PRX와 현재의 수신 전력 PRX의 비교 결과에 기초하여 이상 판정하는 경우를 설명하였지만 본 발명은 그것에는 한정되지 않는다.
제1 변형예에서는, 과거에 검출된 수신 전력 PRX에 기초하여, 역치 PTH를 설정하고, 역치 PTH와 현재의 수신 전력 PRX의 비교 결과에 기초하여 이상의 유무를 판정한다.
이상 판정부(406)는 정상으로 판정되는 기간에 있어서, 전력 검출부(402)가 과거에 복수회 혹은 소정 기간에 걸쳐 검출한 수신 전력 PRX에 기초하여, 역치 PTH를 설정한다. 이상 판정부(406)는 과거의 수신 전력 PRX의 평균값에 기초하여, 역치 PTH를 설정한다. 평균은 단순 평균, 가중치 부여 평균, 이동 평균 등을 사용할 수 있다.
예를 들어 과거 n회의 단순 평균으로 하는 경우에는, 가장 최근의 값을 PRX1, 그 전을 PRX2, 또한 그 전을 PRX3, …, 으로서 유지해 두고, 이하의 식에 기초하여 역치 PTH를 설정할 수 있다.
PTH=(PRX1+PRX2+…+PRXn)/n
예를 들어 n은 3 정도로 설정할 수 있다.
가중치 부여 평균의 경우에는, 이하의 식에 기초하여 역치 PTH를 설정해도 된다.
PTH=(A1ㆍPRX1+A2ㆍPRX2+…+AnㆍPRXn)
A는 이하의 관계를 만족시키도록 정의된 가중치 부여 계수이다.
A1+A2+…+An=1
A1≥A2≥…≥An≥0
가중치 부여 계수 A1∼An을 선형 가중으로 하여 선형 가중 이동 평균으로 해도 되고, 가중치 부여 계수를 지수 함수로 하여 지수 함수적으로 가중치를 감소시키는 지수 가중 이동 평균으로 해도 된다.
보다 바람직하게는, 이상 판정부(406)는 정상으로 판정되는 기간에 검출된 수신 전력 PRX로부터, 소정의 허용 차분 ΔP를 감한 값을, 역치 PTX로 설정해도 된다. 이 경우, 정상 시에 검출된 수신 전력 PRX와, 전력 검출부가 검출한 현재의 수신 전력 PRX의 차분이, 허용 차분 ΔP를 초과하면, 이상으로 판정되게 된다.
허용 차분 ΔP는, 수백㎽의 오더, 예를 들어 250㎽ 정도로 해도 된다. 또한 이 허용 차분 ΔP는, 제어 회로(400)의 외부로부터 전자 기기(500)의 설계자가 설정 가능하게 하는 것이 바람직하다. 설정 수단은 특별히 한정되지 않고, 시리얼 데이터 통신에 의한 설정, ROM의 재기입에 의한 설정, 설정 핀에 대한 전압 설정 등을 이용할 수 있다.
도 9는 제1 변형예에 따른 급전 시스템 전체의 파워 트랜스퍼 페이즈에 있어서의 플로우차트이다.
도 9와 도 7의 (a)는 송신측(TX)에 대해서는 마찬가지이므로, 수신측(RX)의 상위점만을 설명한다.
이 변형예에 있어서, 스텝 306a에서는, 과거의 상태에 기초하여 설정되는 역치 PTH와, 현재의 수신 전력 PRX의 비교 결과에 기초하여, 이상의 유무가 판정된다. 비교의 결과, PTH>PRX이면 이상으로 판정된다(S306a의 "예").
비교의 결과, PTH<PRX이면 정상으로 판정된다(S306a의 "아니오"). 그리고, 측정된 수신 전력 PRX에 기초하여, 새로운 역치 PTH를 계산하고, 그 값을 갱신한다(S309).
이상이 제1 변형예의 동작이다. 계속해서 이 변형예에 의해 발휘되는 효과를 설명한다.
이 변형예에서는, 이상 판정부(406)는 정상으로 판정되는 기간에 있어서 전력 검출부가 과거에 검출한 수신 전력 PRX에 기초하여 역치 PTH를 설정하고, 당해 역치 PTH와, 전력 검출부(402)가 검출한 현재의 수신 전력 PRX의 비교 결과에 기초하여, 이상의 유무를 판정하는 것으로 하였다.
수신 전력 PRX와 송신 전력 PTX의 비교에 기초하는 이물 검출에서는, 수신 전력 PRX의 절대량의 검출에 높은 정밀도가 요구된다. 이에 대하여, 역치 PTH를 검출된 수신 전력 PRX에 기초하여 설정하기 때문에, 전력 검출부(402)는 반드시 수신 전력 PRX의 절대량을 고정밀도로 검출할 필요는 없고, 수신 전력 PRX의 상대량을 고정밀도로 검출할 수 있으면 족하다. 이것은, 코일의 결합 계수 등을 무시할 수 있는 것을 의미하고 있고, 나아가서는 전력 검출부(402)를 간략화할 수 있는 것을 의미한다.
보다 상세하게는 다음과 같다. 전력 P는 전압 V와 전류 I의 곱이다. 여기서 전압 V는, 예를 들어 저항 분할하여 ADC(Analog Digital Converter)로 판독한다. 또한 전류는, 전류 센스용의 앰프를 사용하여 전압 변환하고 나서, ADC로 판독한다. 그 값은, ADC 판독값을 y, 전압 또는 전류를 x, 장치에 의존하는 소정의 계수(a : 기울기, b : 오프셋)를 사용하여 y=ax+b로 나타낼 수 있다. 상대 오차이면, 판독값을 빼기 때문에, 오프셋을 캔슬할 수 있다. 이 때문에, 검출 정밀도는 기울기 a에 따른 것으로 되어, 전력에 의하지 않고 일정한 정밀도로 검출할 수 있다. 한편, 절댓값의 경우에는 기울기, 오프셋의 영향이 그대로 검출 정밀도에 직결된다. 예를 들어 전력이 작을 때는 오프셋의 영향이 강하고, 전력이 커짐에 따라서 기울기의 어긋남의 영향이 커진다.
또한 이상 판정부(406)는 정상으로 판정되는 기간에 있어서 전력 검출부(402)가 과거에 복수회 혹은 소정 기간에 걸쳐 검출한 수신 전력 PRX에 기초하여 역치 PTH를 설정하는 것으로 하였다.
이에 의해, 노이즈 등의 영향을 제거할 수 있어, 안정된 이상 검출을 실현할 수 있다.
또한 이상 판정부(406)는 정상으로 판정되는 기간에 검출된 수신 전력으로부터, 소정의 허용 차분 ΔP를 감한 값을, 역치 PTH로 설정하는 것으로 하였다. 이에 의해, 허용 차분 ΔP에 따라서 이상 검출의 감도를 조절할 수 있다. 특히 허용 차분 ΔP를 제어 회로(400)의 외부로부터 설정 가능하게 함으로써, 제어 회로(400)가 실장되는 전자 기기(500)마다 최적의 허용 차분 ΔP를 설정할 수 있다.
도 7의 (a)의 이상 판정은, 제1 변형예에 있어서, ΔP=0으로 하고, 역치 PTH를 직전에 측정된 수신 전력 PRX로 설정한 것으로 파악할 수도 있다.
(제2 변형예)
이 변형예에서는, 과거에 측정된 수신 전력 PRX와는 무관계하게, 현재, 수전 장치(300)가 수신해야 할 수신 전력의 기대값 PEX에 기초하여, 이상 판정을 행한다. 기대값 PEX에는, 수전 장치(300)의 과거 상태가 반영되어 있는 점에서, 실시 형태나 제1 변형예와 공통되어 있다.
수신 전력의 기대값 PEX는, 정류 전압 VRECT의 기대값, 부하 전류 ILOAD의 기대값 등에 기초하여 추정하는 것이 가능하다.
PEX=VCP×ILOAD+VDD×IDD
VCP는, 정류 전압 VRECT의 기대값, 즉 컨트롤 포인트 CP에 상당한다.
우변 제2항의 VDD×IDD는 제어 회로(400) 자신의 소비 전력이다.
도 10은 제2 변형예에 따른 급전 시스템(100) 전체의 파워 트랜스퍼 페이즈에 있어서의 플로우차트이다. 송신측은 도 7의 그것과 마찬가지이기 때문에, 수신측의 상위점만을 설명한다.
이 변형예에서는, 미리 계산된 기대값 PEX와 현재의 수신 전력 PRX에 기초하여, 이상의 유무가 판정된다(S306b). 보다 구체적으로는, 기대값 PEX와 현재의 수신 전력 PRX의 차분 PEX-PRX를 산출하고, 차분 PEX-PRX를 허용 차분 ΔP와 비교함으로써 이상의 유무를 판정해도 된다.
그리고, |PEX-PRX|>ΔP일 때(S306b의 "예"), 이상으로 판정하여, 전력 송신 종료 패킷(End Power transfer packet)을 송신한다(S308).
|PEX-PRX|<ΔP일 때(S306b의 "아니오")에는 정상으로 판정하고, 컨트롤 포인트 CP로부터 CE값을 결정한다(S310). 또한, 컨트롤 포인트 CP 및 부하 전류 IOUT에 기초하여, 수신 전력의 기대값 PEX를 계산하고, 그 값을 갱신한다.
제2 변형예의 이상 판정은, 계산된 기대값 PEX에 기초하여, 2개의 역치 PEX+ΔP, PEX-ΔP를 설정하고, 수신 전력 PRX를 2개의 역치 PEX±ΔP와 비교하고 있는 것으로 파악하는 것도 가능하다.
이 변형예에서는, 전력 검출부(402)에 요구되는 절대적인 검출 정밀도가 높아지지만, 수전 장치(300) 단체로 이상을 검출할 수 있다고 하는 실시 형태와 마찬가지의 이점을 향수할 수 있다.
(제3 변형예)
이물의 삽입 대신에, 코일의 위치 어긋남이 발생한 경우에도, 송신 코일과 수신 코일의 결합 계수 K가 저하되기 때문에, 역시 전력 검출부(402)가 측정하는 수신 전력 PRX는 저하된다. 따라서 실시 형태에 따른 수전 장치(300)는 코일의 위치 어긋남에 수반되는 이상 검출에도 이용할 수 있다.
(제4 변형예)
실시 형태에서는, 수학식 1에 따라서 수신 전력 PPR을 검출하는 것으로 하였지만 본 발명은 그것에는 한정되지 않는다. 제어 회로(400)의 소비 전력을 무시할 수 있는 경우, VDD×IDD의 항은 생략해도 된다. 혹은, 열적인 손실을 무시할 수 있는 경우, RON×ILOAD 2의 항은 생략해도 된다. 혹은, 완전히 다른 방법에 의해, 소비 전력을 취득해도 된다.
(제5 변형예)
실시 형태(도 7) 혹은 제1 변형예(도 9), 제2 변형예(도 10)에서는, 이상 판정부(406)에 있어서 이상을 판정하였을 때에, EPT를 송신하여, 급전을 정지하는 경우를 설명하였지만 본 발명은 그것에는 한정되지 않는다.
도 11은 제5 변형예에 따른 급전 시스템 전체의 파워 트랜스퍼 페이즈에 있어서의 플로우차트이다.
제2 주기 T2가 경과할 때마다(S322의 "예"), 입출력 전력이 측정된다(S302). 그리고 측정된 수신 전력 PRX가 송전 장치(200)에 송신된다(S314). 또한, 제2 주기 T2 동안(S322의 "아니오"), 제1 주기 T1이 경과하는 것을 대기하고(S320의 "아니오"), 제1 기간 T1이 경과할 때마다(S320의 "예"), 입출력 전력이 측정된다(S302). 그리고 측정 결과에 기초하여 이상 판정이 행해진다(S306). 스텝 S306에 있어서의 이상 판정의 방법은, 도 7, 도 9, 도 10 중 어느 것이어도 된다. 스텝 S306에 있어서 이상이 판정된 경우(S306의 "예"), EPT를 송신하는 것 대신에, 수신 전력 PRX의 검출값을 나타내는 패킷(데이터)을 송전 장치(200)에 송신한다(S314). 이것을 받아 송전 장치(200)는 수신 전력 PRX의 검출값을 나타내는 데이터와, 송전 장치(200)에 있어서 측정된 송신 전력 PTX의 비교에 기초하는 이물 검출을 빠르게 행한다(S206).
이상 판정의 결과, 정상이면(S306의 "아니오"), 컨트롤 포인트 CP로부터 CE값을 결정하고(S310), CE 패킷을 송전 장치(200)에 송신한다(S312).
도 12는, 제5 변형예에 있어서의, 송전 장치에 의한 이물 검출(FOD＠TX)과, 이상 판정부에 의한 이상 판정(FOD＠RX)을 나타내는 타임차트이다. 송전 장치(200)에서는, 기본적으로는 소정의 시간 간격 T2(t0, t1, …)마다 이물 검출이 행해진다. 한편, 수전 장치(300)에서는, 시간 간격 T1마다 이물 검출이 행해진다. 수전 장치(300)에 있어서, 시각 t2에 있어서 이상으로 판정되면, 즉시 송전 장치(200)에 의한 이물 검출이 행해진다. 이에 의해, 시각 t1을 대기하지 않고, 수전 장치(300)에 의해 이상이 판정되면 즉시 송전 장치(200)에 의해 이물을 검출하는 것이 가능해진다.
(제6 변형예)
이상 판정부(406)에 있어서 이상을 판정하였을 때의 처리에는, 다른 변형예도 있을 수 있다. 도 13은 제6 변형예에 따른 송전 장치(200)의 플로우차트이다. 송전 장치(200)는 그 기동(S400) 직후, 제1 테스트 모드로 되어, 이물의 유무를 판정한다(S402). 여기에서의 이물의 검출은, 송전 장치(200) 단체로 가능한 방법인 것이 요망되고, 예를 들어 송전 장치(200)가 그 송신 안테나의 Q값이나 공진 주파수를 측정함으로써, 이물을 검출해도 된다.
스텝 S402에 있어서 정상으로 판정되면, 인증ㆍ설정(identification&configuration) 페이즈 φ3으로 된다(S404). 계속하여 네고시에이션 페이즈 φ4로 된다(S406). 송전 장치(200)와 수전 장치(300)의 링크가 확립된 후에, 제2 테스트 모드로 되어, 이물의 유무가 재판정된다(S408). 여기에서의 이물의 검출은, 송전 장치(200) 단체로 행해도 되고, 수전 장치(300)로부터의 정보를 이용하여 행해도 된다. 그 결과, 정상이면, 파워 트랜스퍼 페이즈 φ5로 이행한다(S410). 파워 트랜스퍼 페이즈 φ5 중의 이물 검출(S412)에 대해서는 상술한 바와 같다.
수전 장치(300)에 있어서 이상 판정이 이루어진 경우(S500)에는, 도 13에 일점쇄선 S502로 나타내는 바와 같이, 파워 트랜스퍼 페이즈에 있어서의 이물 검출 처리(스텝 S412)로 인터럽트해도 된다. 이것은 도 12에 도시한 동작에 대응한다.
혹은, 일점쇄선 S504로 나타내는 바와 같이, 제1 테스트 모드로 되돌아가서 인증ㆍ설정 페이즈 φ3을 재차 다시 행해도 된다. 혹은, 일점쇄선 S506으로 나타내는 바와 같이, 제2 테스트 모드로 되돌아가서 네고시에이션 페이즈로부터 재개해도 된다.
실시 형태에서는, Qi 규격에 준거하는 와이어리스 송전 장치에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 그것에 한정되지 않고, Qi 규격과 유사한 시스템에 사용되는 수전 장치(300)나, 장래 책정될 것인 규격에 준거하는 수전 장치(300)에도 적용할 수 있다.
(제7 변형예)
제어 회로(400)가 집적화되는 IC에는, 변조기(308)나 전원 회로(504)의 일부가 더 집적화되어도 된다.
마지막으로, 전자 기기의 구체예를 설명한다. 도 14는 실시 형태에 따른 수전 장치(300)를 구비하는 전자 기기(500)를 도시하는 도면이다. 도 14의 전자 기기(500)는 스마트폰, 태블릿 PC나 휴대형 게임기, 휴대형 오디오 플레이어이고, 케이스(501)의 내부에는, 전원 회로(504), 이차 전지(506), 프로세서(508), 디스플레이 장치(510) 및 상술한 수전 장치(300)가 내장된다. 프로세서(508)는 무선(RF)부, 베이스 밴드 프로세서, 애플리케이션 프로세서, 오디오 프로세서 등을 포함해도 된다.
실시 형태에 기초하여, 구체적인 용어를 사용하여 본 발명을 설명하였지만, 실시 형태는, 본 발명의 원리, 응용을 나타내고 있는 것에 지나지 않고, 실시 형태에는, 청구범위에서 규정된 본 발명의 사상을 일탈하지 않는 범위에서, 많은 변형예나 배치의 변경이 인정된다.
본 발명은 와이어리스 급전에 이용할 수 있다.
100 : 급전 시스템
200, TX : 송전 장치
202 : 송신 코일
204 : 드라이버
206 : 컨트롤러
208 : 복조기
300, RX : 수전 장치
302 : 수신 코일
304 : 정류 회로
306 : 평활 콘덴서
308 : 변조기
400 : 제어 회로
402 : 전력 검출부
404 : 제어부
406 : 이상 판정부
408 : 통신부
S1 : 구동 신호
500 : 전자 기기
501 : 케이스
502 : 부하
504 : 전원 회로
506 : 이차 전지
508 : 프로세서

Claims (21)

  1. 와이어리스 송전 장치(200)로부터의 전력 신호(S2)를 수신하는 와이어리스 수전 장치(300)에 사용되는 제어 회로(400)로서,
    상기 와이어리스 수전 장치(300)가 수신한 수신 전력(PRX)을 검출하도록 구성되는 전력 검출부(402)와,
    상기 와이어리스 송전 장치(200)가 송신해야 할 송신 전력(PTX)을 제어하기 위한 컨트롤 에러(CE)값을 나타내는 제어 신호(S3)를 생성하도록 구성되는 제어부(404)와,
    상기 전력 검출부(402)가 검출한 수신 전력(PRX)과, 상기 와이어리스 수전 장치(300)의 과거의 상태에 기초하여, 제1 주기(T1)마다, 이상이 발생하였는지 여부를 판정하도록 구성되는 이상 판정부(406)를 포함하고,
    상기 이상 판정부(406)는 상기 제어 신호(S3)가 송신 전력(PTX)의 유지 또는 증대를 지시하고 있음에도 불구하고 실제의 수신 전력(PRX)이 감소하였을 때에는 이상이 발생하였다고 판정하도록 구성되고,
    상기 제1 주기(T1)는 제2 주기(T2)보다 짧고,
    상기 송전 장치(200)는 제2 주기(T2)마다 이물 검출(FOD)을 수행하도록 구성되고,
    상기 이상 판정부(406)는 상기 수신 전력의 전회의 값 PRX_PRE와 현재의 값 PRX_CUR의 차분인 ΔPRX=PRX_CUR-PRX_PRE, 및 상기 CE값에 기초하여 이상이 발생하였는지 여부를 판정하도록 구성되어,
    (i) ΔPRX<0이고 상기 CE값이 양의 값 또는 0일 때, 이상이 발생하였다고 판정하고,
    (ii) ΔPRX가 양의 값일 때, 송전이 정상적으로 수행되고 있다고 판정하고,
    (iii) ΔPRX가 0이고 상기 CE값이 양의 값일 때, 이상이 발생하였다고 판정하고,
    (iv) ΔPRX가 0이고 상기 CE값이 0 또는 음의 값일 때, 송전이 정상적으로 수행되고 있다고 판정하는 제어 회로(400).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 신호(S3) 및 상기 수신 전력(PRX)의 검출값을 나타내도록 구성되는 데이터를 상기 와이어리스 송전 장치(200)에 송신하도록 구성되는 통신부(408)를 더 포함하고,
    상기 통신부(408)는, 상기 이상 판정부(406)가 이상이 발생하였다고 판정하였을 때, 상기 와이어리스 송전 장치(200)에 급전 정지를 지시하는 데이터를 송신하도록 구성되는 제어 회로(400).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어 신호(S3) 및 상기 수신 전력(PRX)의 검출값을 나타내는 데이터를 상기 와이어리스 송전 장치(200)에 송신하도록 구성되는 통신부(408)를 더 포함하고,
    상기 이상 판정부(406)는, 제1 주기마다, 이상이 발생하였는지 여부를 판정하도록 구성되고,
    상기 통신부(408)는, 상기 제1 주기보다 긴 제2 주기마다 상기 수신 전력(PRX)의 검출값을 나타내는 데이터를 상기 와이어리스 송전 장치(200)에 송신하도록 구성되는 제어 회로(400).
  4. 제3항에 있어서,
    상기 통신부(408)는, 상기 이상 판정부(406)가 이상이 발생하였다고 판정하였을 때, 상기 수신 전력(PRX)의 검출값을 나타내는 데이터를 상기 와이어리스 송전 장치(200)에 송신하도록 구성되는 제어 회로(400).
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어 신호(S3) 및 상기 수신 전력(PRX)의 검출값을 나타내는 데이터를 상기 와이어리스 송전 장치(200)에 송신하도록 구성되는 통신부(408)를 더 포함하고,
    상기 통신부(408)는, 상기 이상 판정부(406)가 이상이 발생하였다고 판정하였을 때, 상기 와이어리스 송전 장치(200)에 의한 이물 검출이 수행되도록 지시하는 데이터를 송신하도록 구성되는 제어 회로(400).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    Qi 규격에 준거하는 제어 회로(400).
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나의 반도체 기판에 일체 집적화되는 제어 회로(400).
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 제어 회로(400)와,
    수신 코일(32)을 포함하고, 상기 전력 신호(S2)를 수신하는 수신 안테나와,
    상기 수신 코일(32)에 흐르는 전류를 정류하도록 구성되는 정류 회로(304)와,
    상기 정류 회로(304)의 출력과 접속되고, 정류 전압(VRECT)을 발생시키도록 구성되는 평활 콘덴서(306)를 포함하는 와이어리스 수전 장치(300).
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 제어 회로(400)와,
    수신 코일(32)을 포함하고, 상기 전력 신호(S2)를 수신하는 수신 안테나와,
    상기 수신 코일(32)에 흐르는 전류를 정류하도록 구성되는 정류 회로(304)와,
    상기 정류 회로(304)의 출력과 접속되고, 정류 전압(VRECT)을 발생시키도록 구성되는 평활 콘덴서(306)를 포함하는 전자 기기.
  10. 와이어리스 송전 장치(200)로부터의 전력 신호(S2)를 수신하는 와이어리스 수전 장치(300)에 있어서 이상을 검출하는 방법으로서,
    상기 와이어리스 수전 장치(300)가 수신한 수신 전력(PRX)을 검출하는 스텝과,
    상기 와이어리스 송전 장치(200)가 송신해야 할 송신 전력(PTX)을 제어하기 위한 컨트롤 에러(CE)값을 나타내는 제어 신호(S3)를 생성하는 스텝과,
    검출한 수신 전력(PRX)과 상기 와이어리스 송전 장치(200)의 상태에 기초하여, 제1 주기(T1)마다 이상이 발생하였는지 여부를 판정하는 스텝을 포함하고,
    상기 제어 신호(S3)가 송신 전력(PTX)의 유지 또는 증대를 지시하고 있음에도 불구하고 실제의 수신 전력(PRX)이 감소하였을 때에는 이상이 발생하였다고 판정되고,
    상기 제1 주기(T1)는 제2 주기(T2)보다 짧고,
    상기 송전 장치(200)는 제2 주기(T2)마다 이물 검출(FOD)을 수행하고,
    상기 이상이 발생하였는지 여부의 판정은 상기 수신 전력의 전회의 값 PRX_PRE와 현재의 값 PRX_CUR의 차분인 ΔPRX=PRX_CUR-PRX_PRE, 및 상기 CE값에 기초하여,
    (i) ΔPRX<0이고 상기 CE값이 양의 값 또는 0일 때, 이상이 발생하였다고 판정되고,
    (ii) ΔPRX가 양의 값일 때, 송전이 정상적으로 수행되고 있다고 판정되고,
    (iii) ΔPRX가 0이고 상기 CE값이 양의 값일 때, 이상이 발생하였다고 판정되고,
    (iv) ΔPRX가 0이고 상기 CE값이 0 또는 음의 값일 때, 송전이 정상적으로 수행되고 있다고 판정되는 방법.
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