KR20150004277A - 수전 장치 및 비접촉 급전 시스템 - Google Patents

수전 장치 및 비접촉 급전 시스템 Download PDF

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르네사스 일렉트로닉스 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 과제는, 비접촉 급전 시스템에 있어서의 수전 장치의 발열을 억제하는 것이다.
본 수전 장치(2, 4 내지 12)는, 수전 안테나로서의 공명 코일(131) 및 공진 용량(200)을 포함하는 공진 회로(130)를 포함하고, 상기 공진 회로의 공진 결합에 의해 비접촉으로 전력을 수전한다. 본 수전 장치는, 전력을 수전할 때, 상기 공진 회로에 의해 상기 수전한 수전 전력을 감시하고, 상기 수전 전력이 목표 전력 레벨(PTGT)을 초과하지 않도록 상기 공진 회로의 공진 주파수를 제어한다. 이에 의해, 수전 장치에서 필요로 하는 전력보다도 큰 전력이 송전측으로부터 송전된 경우에도, 수전 장치는 목표 전력 레벨 이상의 전력을 수전하지 않도록 동작한다.

Description

수전 장치 및 비접촉 급전 시스템{ELECTRIC POWER RECEIVING DEVICE AND NON-CONTACT POWER SUPPLY SYSYEM}
본 발명은 비접촉으로 전력을 수전하는 수전 장치 및 당해 수전 장치를 포함하는 비접촉 급전 시스템에 관한 것으로, 예를 들어 전자계(電磁界)의 공진 결합(자기 공명)을 이용한 수전 장치에 적용하기에 유효한 기술에 관한 것이다.
전원 코드 등을 개재하지 않고 비접촉으로 전기 기기에 전력을 공급하는 비접촉 전력 전송을 사용한 시스템(이하, 「비접촉 급전 시스템」이라고 칭함)의 실용화가 진행되고 있다. 예를 들어, 이격되어 배치된 안테나(코일)간의 전자 유도를 이용한 전자 유도 방식의 비접촉 급전 시스템이나, 전자계의 공진 결합을 이용한 자기 공명 방식의 비접촉 급전 시스템이 알려져 있다.
자기 공명 방식의 비접촉 급전 시스템의 종래 기술로서는, 예를 들어 특허문헌 1에 개시가 있다. 동 문헌의 비접촉 급전 시스템에서는, 송전측에 있어서 코일 및 콘덴서를 포함하는 1차측의 공진 회로에 공급된 전력이, 전자계의 공진 결합에 의해 수전측에 있어서의 2차측의 공진 회로에 전송된다. 2차측의 공진 회로에 의해 수전된 전력은, 정류 회로에 의해 정류된 후, 수전 IC(integrated circuit) 등의 제어 회로에 의해 직류 전압으로 변환되고, 배터리의 충전 등에 이용된다.
일본 특허 출원 공개 제2013-21906호 공보
상술한 비접촉 급전 시스템과 같이, 송전되는 전력에 의해 배터리를 충전하는 수전 장치에 있어서, 송전되는 전력이 부족한 경우, 수전 IC에 충분한 동작 전원이 공급되지 않아 배터리의 충전이 정지한다. 반대로 송전되는 전력이 지나치게 크면 수전 장치 내의 수전 IC 등의 회로 부품이 파괴될 우려가 있다. 그로 인해, 이러한 비접촉 급전 시스템에서는, 송전 장치에 있어서 수전측의 부하의 상태(예를 들어, 수전 장치의 배터리의 잔량 등)에 따라 송전 전력을 최적화하는 송전 제어를 행함으로써, 전력 전송의 신뢰성을 높이고 있다. 예를 들어, 배터리의 잔량이 적은 경우에는 송전 전력을 크게 하고, 배터리의 잔량이 많은 경우에는 송전 전력을 작게 하는 제어를 행함으로써, 수전측에 필요한 전력을 송전하고 있다. 그러나, 이러한 송전측에 의한 송전 제어는 난이도가 높고, 특히 전력의 송전·수전과 정보 전달을 위한 통신을 시분할로 행하는 비접촉 급전 시스템에서는, 신뢰성이 높은 송전 제어를 실현하는 것이 곤란하였다.
따라서, 종래는, 상기한 바와 같은 송전 제어 외에, 수전측의 정류 회로의 출력 노드에 내압 보호용 다이오드(제너 다이오드)를 접속하고, 송전측으로부터 비교적 큰 전력을 송전하는 제어를 행하고 있었다. 이에 의하면, 부하가 클(예를 들어 배터리의 잔량이 적을) 때에 수전 IC에 충분한 동작 전원이 공급되지 않아 배터리의 충전 동작이 정지하는 것을 방지할 수 있고, 또한, 부하가 작을(예를 들어 배터리의 잔량이 많을) 때에 과송전으로 된 경우라도, 내압 보호용 다이오드에 의해 수전 IC에 인가되는 전압의 상한값이 정해지므로, 수전 IC의 파괴를 방지할 수 있다.
한편, 휴대 전화나 스마트폰 등의 수전 장치는, 제품 규격에 있어서 소비 전력량의 상한값을 규정함으로써, 단말기 자신의 발열량을 제한하고 있다. 그러나, 상기한 바와 같이 수전 장치에 내압 보호용 다이오드를 설치한 경우, 과송전 시에 내압 보호용 다이오드에 있어서 많은 전력이 소비되므로, 내압 보호용 다이오드의 발열량을 무시할 수 없다. 또한, 수전 IC에서는, 시리즈 레귤레이터나 스위칭 레귤레이터 등의 DC/DC 컨버터에 의해 정류 회로의 출력 전압을 원하는 목표 전압까지 강압하고 있다. 그로 인해, 상기한 바와 같이 정류 회로의 출력 노드에 내압 보호용 다이오드를 접속한 경우, 과송전 시에 정류 회로의 출력 전압과 목표 전압의 차가 커지고, DC/DC 컨버터에 있어서의 발열량의 증가와 전력의 변환 효율의 저하가 문제로 된다.
이러한 과제를 해결하기 위한 수단 등을 이하에 설명하지만, 그 밖의 과제와 신규의 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면으로부터 명백하게 될 것이다.
본원에 있어서 개시되는 실시 형태 중 대표적인 것의 개요를 간단하게 설명하면 하기와 같다.
즉, 본 수전 장치는, 수전 안테나로서의 공명 코일 및 공진 용량을 포함하는 공진 회로를 포함하고, 상기 공진 회로의 공진 결합에 의해 비접촉으로 전력을 수전한다. 본 수전 장치는, 전력을 수전할 때, 상기 공진 회로에 의해 상기 수전한 수전 전력을 감시하고, 상기 수전 전력이 목표 전력 레벨을 초과하지 않도록 상기 공진 회로의 공진 주파수를 제어한다.
본원에 있어서 개시되는 실시 형태 중 대표적인 것에 의해 얻어지는 효과를 간단하게 설명하면 하기와 같다.
즉, 비접촉 급전 시스템에 있어서의 수전 장치의 발열을 억제할 수 있다.
도 1은 본원의 일 실시 형태에 따른 수전 장치를 예시하는 도면.
도 2는 실시 형태 1에 따른 수전 장치를 포함하는 비접촉 급전 시스템을 예시하는 도면.
도 3은 실시 형태 1에 따른 수전 장치에 있어서의 공진 회로(130) 및 공진 주파수 조정부(141)의 내부 구성을 예시하는 도면.
도 4는 실시 형태 2에 따른 수전 장치를 포함하는 비접촉 급전 시스템을 예시하는 도면.
도 5는 실시 형태 3에 따른 수전 장치를 포함하는 비접촉 급전 시스템을 예시하는 도면.
도 6은 실시 형태 3에 따른 수전 장치(5)에 있어서 공진 주파수를 변화시켰을 때의 수전 전력의 특성을 예시하는 도면.
도 7은 실시 형태 4에 따른 수전 장치를 포함하는 비접촉 급전 시스템을 예시하는 도면.
도 8은 실시 형태 4에 따른 수전 장치(6)에 있어서 공진 주파수를 변화시켰을 때의 수전 전력의 특성을 예시하는 도면.
도 9는 실시 형태 5에 따른 수전 장치를 포함하는 비접촉 급전 시스템을 예시하는 도면.
도 10은 실시 형태 6에 따른 수전 장치를 포함하는 비접촉 급전 시스템을 예시하는 도면.
도 11은 실시 형태 7에 따른 수전 장치를 포함하는 비접촉 급전 시스템을 예시하는 도면.
도 12는 실시 형태 8에 따른 수전 장치를 포함하는 비접촉 급전 시스템을 예시하는 도면.
도 13은 실시 형태 9에 따른 수전 장치를 포함하는 비접촉 급전 시스템을 예시하는 도면.
도 14는 실시 형태 10에 따른 수전 장치를 포함하는 비접촉 급전 시스템을 예시하는 도면.
1. 실시 형태의 개요
우선, 본원에 있어서 개시되는 대표적인 실시 형태에 대해 개요를 설명한다. 대표적인 실시 형태에 대한 개요 설명에서 괄호로 하여 참조하는 도면 중의 참조 부호는 그것이 병기된 구성 요소의 개념에 포함되는 것을 예시하는 것에 지나지 않는다.
〔1〕(수전 전력이 소정의 전력 레벨을 초과하지 않도록 공진 주파수를 조정하는 수전 장치)
본원의 대표적인 실시 형태에 따른 수전 장치(2)는, 도 1에 도시되는 바와 같이, 수전 안테나로서의 공명 코일(131) 및 공진 용량(200)을 포함하는 공진 회로(130)를 포함하고, 상기 공진 회로의 공진 결합에 의해 비접촉으로 전력을 수전한다. 상기 수전 장치는, 전력을 수전할 때, 상기 공진 회로에 의해 상기 수전한 수전 전력을 감시하고, 상기 수전 전력이 목표 전력 레벨(PTGT)을 초과하지 않도록 상기 공진 회로의 공진 주파수를 제어한다.
이에 의하면, 수전측에서 필요로 하는 전력보다도 큰 전력이 송전측으로부터 송전된 경우라도, 수전 장치는 목표 전력 레벨 이상의 전력을 수전하지 않도록 동작한다. 이에 의해, 수전 장치는, 필요 이상의 여분의 전력을 수전하지 않으므로, 수전 장치에 있어서의 발열을 억제할 수 있다.
〔2〕(수전 전력의 전력 레벨에 따라 공진 주파수와 송전 주파수의 일치/불일치를 제어함)
항1의 수전 장치(2)는, 상기 수전 전력이 목표 전력 레벨(PTGT)을 초과하지 않는 경우에, 상기 공진 회로의 공진 주파수가 송전 주파수(fTx)와 동등해지도록 상기 공진 회로의 임피던스를 조정하고, 상기 수전 전력이 상기 목표 전력 레벨을 초과하는 경우에, 상기 공진 주파수가 상기 송전 주파수로부터 이격되도록 상기 공진 회로의 임피던스를 조정한다.
이에 의하면, 수전측에서 필요로 하는 전력(목표 전력 레벨)보다도 큰 전력이 송전측으로부터 송전된 경우에는, 수전측의 공진 주파수가 송전 주파수로부터 이격됨으로써 수전 장치의 수전 전력이 작아지고, 목표 전력 레벨보다도 작은 전력이 송전된 경우에는, 수전측의 공진 주파수가 송전 주파수에 근접함으로써 수전 장치의 수전 전력이 커진다. 이에 의해, 수전 장치가 필요 이상으로 전력을 수전하지 않도록 하는 제어를 용이하게 실현할 수 있다.
〔3〕(정류 회로의 출력 전압을 감시)
항1 또는 항2의 수전 장치(2, 4 내지 8, 11, 12)는, 상기 공진 회로(130, 130A 내지 130E)에 의해 수전한 전력에 따른 교류 전압을 정류하여 직류의 출력 전압을 얻는 정류 회로(133)와, 상기 정류 회로의 출력 전압(VRCT)을 감시하고, 상기 출력 전압이 목표 전압(VTGT)을 초과하지 않도록 상기 공진 회로의 임피던스를 조정하는 조정부(141)를 더 갖는다.
이에 의하면, 간단하고 또한 고정밀도로, 공진 회로의 공진 주파수를 제어할 수 있다. 또한, 예를 들어 정류 회로의 후단에 시리즈 레귤레이터나 스위칭 레귤레이터 등의 DC/DC 컨버터를 설치하여 정류 회로의 출력 전압을 원하는 전압까지 강압하는 경우, 본 수전 장치에 의하면 DC/DC 컨버터의 입출력 전위차를 작게 할 수 있다. 이에 의해, DC/DC 컨버터에 의한 전압의 변환 효율을 향상시키고, 또한 DC/DC 컨버터에 있어서의 발열을 억제하는 것이 가능해진다.
〔4〕(가변의 공진 용량)
항3의 수전 장치(2, 4 내지 7, 11, 12)에 있어서, 상기 공진 회로는, 상기 조정부에 의해 그 용량값이 변경 가능하게 된다.
이에 의하면, 공진 회로의 임피던스를 변화시키는 것이 용이해진다.
〔5〕[AMP에 의한 리니어 제어, 공진 회로의 정(플러스)측·부(마이너스)측 중 한쪽을 조정]
항4의 수전 장치(2, 4)에 있어서, 상기 조정부는, 상기 목표 전압과 상기 출력 전압의 차분이 작아지도록 제어 전압(144)을 생성하는 차동 증폭 회로(AMP)를 포함한다. 상기 공진 회로는, 상기 공명 코일(131) 및 상기 공진 용량(132)이 병렬로 접속된 병렬 공진부(202)와, 상기 병렬 공진부의 일단부와 고정 전압이 공급되는 기준 노드(그라운드 노드) 사이에, 직렬로 접속된 제1 용량(CP) 및 제1 가변 저항 회로(M1)를 포함한다. 상기 제1 가변 저항 회로는, 상기 제어 전압에 기초하여 저항값이 가변으로 된다.
이에 의하면, 공진 회로의 공진 주파수를 리니어로 제어함으로써, 정류 회로의 출력 전압이 목표 전압을 초과하지 않도록 제어할 수 있다. 또한, 공진 주파수가 조정 가능한 공진 회로를 적은 부품 개수로 실현할 수 있다.
〔6〕(공진 회로의 정측·부측의 양쪽을 조정)
항5의 수전 장치(2)에 있어서, 상기 공진 회로는, 상기 병렬 공진부의 타단부와 상기 기준 노드 사이에, 직렬로 접속된 제2 용량(CN) 및 제2 가변 저항 회로(M2)를 더 포함한다. 상기 제2 가변 저항 회로는, 상기 제어 전압에 기초하여 저항값이 가변으로 된다.
이에 의하면, 직렬 접속된 용량 및 가변 저항 회로를 포함하는 임피던스 조정용 회로가, 병렬 공진부의 정측 및 부측의 양쪽의 단자에 각각 접속되므로, 병렬 공진부의 각각의 단자에 발생하는 수전 전력에 따른 교류 신호의 신호 파형의 대칭성을 유지할 수 있다.
〔7〕(트랜지스터에 의해 구성된 스위치 소자)
항3 또는 항4의 수전 장치에 있어서, 상기 제1 가변 저항 회로와 상기 제2 가변 저항 회로는, 상기 제어 전압에 의해 구동되는 트랜지스터(M1, M2)를 각각 포함하여 구성된다.
이에 의하면, 제1 및 제2 가변 저항 회로를 간단한 구성으로 실현할 수 있다.
〔8〕(CMP에 의한 스위칭 제어)
항4의 수전 장치(5, 6)에 있어서, 상기 조정부는, 상기 목표 전압에 따른 임계값 전압(VTGT)과 상기 출력 전압을 비교하고, 비교 결과(149)를 출력하는 콤퍼레이터 회로(150)를 포함한다. 상기 공진 회로는, 상기 공명 코일 및 상기 공진 용량이 병렬로 접속된 병렬 공진부(202)와, 상기 병렬 공진부의 일단부와 고정 전압이 공급되는 기준 노드(그라운드 노드) 사이에, 직렬로 접속된 제1 용량(CP) 및 제1 스위치 소자(SW1)를 포함한다. 상기 제1 스위치 소자는, 상기 비교 결과에 기초하여 온·오프 제어가 가능하게 된다.
이에 의하면, 공진 회로의 공진 주파수를 2치적으로 절환함으로써, 정류 회로의 출력 전압이 목표 전압을 초과하지 않도록 제어할 수 있고, 수전 장치의 수전 전력을 제한하는 것이 용이해진다. 또한, 공진 주파수가 조정 가능한 공진 회로를 적은 부품 개수로 실현할 수 있다.
〔9〕(스위칭 제어;공진 회로의 정측·부측의 양쪽을 조정)
항8의 수전 장치(5)에 있어서, 상기 공진 회로는, 상기 병렬 공진부의 타단부와 상기 기준 노드 사이에, 직렬로 접속된 제2 용량(CN) 및 제2 스위치 소자(SW2)를 더 포함한다. 상기 제2 스위치 소자는, 상기 비교 결과에 기초하여 온·오프 제어가 가능하게 된다.
이에 의하면, 직렬 접속된 용량 및 스위치 소자를 포함하는 임피던스 조정용 회로가, 병렬 공진부의 정측 및 부측의 양쪽의 단자에 접속되므로, 병렬 공진부의 각각의 단자에 발생하는 수전 전력에 따른 교류 신호의 신호 파형의 대칭성을 유지할 수 있다.
〔10〕(목표 전압을 초과하였는지의 여부에 의해 공진 주파수와 송전 주파수의 일치·불일치를 제어)
항9의 수전 장치에 있어서, 상기 병렬 공진부의 상기 수전 코일과 상기 공진 용량의 상수는, 상기 제1 스위치 소자 및 상기 제2 스위치 소자가 오프하였을 때에, 상기 병렬 공진부의 공진 주파수가 송전 주파수(fTx)와 동등해지도록 설정된다. 상기 조정부는, 상기 출력 전압이 상기 목표 전압을 초과한 경우에, 상기 제1 스위치 소자 및 상기 제2 스위치 소자를 온시키고, 상기 출력 전압이 상기 목표 전압을 초과하지 않는 경우에, 상기 제1 스위치 소자 및 상기 제2 스위치 소자를 오프시킨다.
이에 의하면, 상기 출력 전압이 상기 목표 전압을 초과하는 경우에 전력을 수전하지 않도록 하고, 상기 출력 전압이 상기 목표 전압을 초과하지 않는 경우에 효율적으로 수전하도록 제어할 수 있다.
〔11〕(복수개의 임계값 전압에 따른 복수개의 CMP와, 그에 대응하는 복수개의 가변 용량)
항4의 수전 장치(6)에 있어서, 상기 조정부는, 상기 목표 전압에 따른 임계값 전압(VTGT)과 상기 출력 전압을 비교하고, 비교 결과(149)를 출력하는 복수개의 콤퍼레이터 회로(150_1 내지 150_n)를 포함한다. 상기 공진 회로는, 상기 공명 코일 및 상기 공진 용량이 병렬로 접속된 병렬 공진부(202)와, 상기 병렬 공진부의 일단부와 고정 전압이 공급되는 기준 노드(그라운드 노드) 사이에 직렬로 접속된 제1 용량[CN_1(CN_2 내지 CN_n)] 및 제1 스위치 소자[SW_1(SW_2 내지 SW_n)]를 포함하는 복수개의 임피던스 조정 회로를 갖는다. 복수개의 상기 콤퍼레이터 회로는, 각각의 상기 임계값 전압이 서로 상이하다(VTGT1 내지 VTGTn). 상기 복수개의 임피던스 조정 회로는, 상기 콤퍼레이터 회로에 대응하여 설치되고, 각각의 상기 임피던스 조정 회로의 상기 제1 스위치 소자는, 대응하는 상기 콤퍼레이터 회로의 비교 결과에 기초하여 온·오프 제어가 가능하게 된다.
이에 의하면, 정류 회로의 출력 전압의 전압 레벨에 따라 공진 회로의 임피던스를 단계적으로 절환함으로써, 공진 주파수를 단계적으로 변화시킬 수 있으므로, 수전 상태의 제어를 아날로그적인 제어(리니어 제어)에 근접시킬 수 있다. 이에 의해, 수전 가능 상태와 수전 불가능 상태의 2개의 상태 사이에서 상태 천이를 시키는 제어에 비해, EMI(Electro-Magnetic Interference) 노이즈를 저감시킬 수 있다.
〔12〕(기계식 스위치에 의해 구성된 스위치 소자)
항10 또는 항11의 수전 장치에 있어서, 상기 제1 스위치 소자 및 상기 제2 스위치 소자는, 상기 제어 전압에 기초하여 제어 가능하게 되는 기계식 스위치(SW1, SW2, SW_1 내지 SW_n)이다.
이에 의하면, 스위치 소자의 기생 용량을 작게 할 수 있으므로, 스위치 소자를 오프시켰을 때에 제1 용량 및 제2 용량이 접속되어 있는 것에 의한 공진 회로에의 영향을 더욱 작게 할 수 있다.
〔13〕(목표 전압을 가변)
항1 내지 항12 중 어느 하나의 수전 장치(11)는, 부하 회로(139, 135, BAT)와, 상기 정류 회로의 출력 전압(VRCT)을 입력하고, 후단에 접속되는 상기 부하 회로에 공급하는 전압 제어부(171)를 더 갖는다. 상기 전압 제어부는, 상기 부하 회로에 공급되는 전압이 원하는 전압으로 되도록 상기 목표 전압을 조정한다.
이에 의하면, 부하에 공급해야 하는 전압 레벨에 따라 정류 회로의 출력 전압이 조정되므로, 정류 회로의 후단에 레귤레이터 등의 DC/DC 컨버터를 설치하지 않아도 부하에 필요한 전압을 생성할 수 있다. 따라서, 가령 수전 장치의 요구 사양을 만족하는 것이면, 기존의 DC/DC 컨버터 등을 제거할 수 있어, 수전 장치의 회로 규모의 저감에 이바지할 수 있다.
〔14〕(PIN 다이오드에 의한 가변의 공진 용량)
항4의 수전 장치(7)에 있어서, 상기 공진 회로(130D)는, 상기 조정부에 의해 인가되는 바이어스 전압이 가변으로 되는 PIN 다이오드(DPN)를 포함한다.
이에 의하면, 간단하게 공진 회로의 용량값을 가변으로 할 수 있다.
〔15〕(가변의 공명 코일)
항3의 수전 장치(8)에 있어서, 상기 공진 회로(130E)는, 상기 수전 코일(131)의 인덕턴스가 변경 가능하게 된다.
이에 의하면, 공진 회로의 임피던스를 변화시키는 것이 용이해진다.
〔16〕(정류 회로의 입력 전압을 감시)
항3의 수전 장치(9, 10)는, 상기 공진 회로(130)에 의해 수전한 전력에 따른 교류 전압을 정류하여 직류의 출력 전압을 얻는 정류 회로(133)와, 상기 공진 회로를 개재하여 상기 정류 회로에 공급되는 입력 전압을 검출하기 위한 입력 전압 검출부(160, 164)를 포함한다. 본 수전 장치는, 상기 입력 전압 검출부에 의해 검출된 입력 전압이 목표 전압을 초과하지 않도록 상기 공진 회로의 임피던스를 조정하는 조정부(141)를 더 갖는다.
이에 의하면, 목표 전력 레벨 이상의 전력을 수전하지 않도록 공진 회로의 공진 주파수를 제어할 수 있다. 또한, 정류 회로보다도 앞서서 수전 전력을 검출하므로, 제어계의 응답성을 향상시킬 수 있다.
〔17〕(정류 회로의 정측·부측의 양쪽의 입력 전압을 검출)
항16의 수전 장치(9)에 있어서, 상기 정류 회로는, 전파 정류 회로이다. 상기 입력 전압 검출부(160)는, 상기 정류 회로의 정측의 입력 전압의 피크값을 검출하는 제1 피크 홀드 회로(161)와, 상기 정류 회로의 부측의 입력 전압의 피크값을 검출하는 제2 피크 홀드 회로(162)를 포함한다. 상기 입력 전압 검출부는, 상기 제1 피크 홀드 회로에 의해 검출된 피크값과 상기 제2 피크 홀드 회로에 의해 검출된 피크값의 평균값을 출력하는 평균화 회로(163)를 더 포함한다. 상기 조정부는, 상기 평균화 회로의 상기 평균값(VPA)이 상기 목표 전압(VTGT)을 초과하지 않도록 상기 공진 회로의 임피던스를 조정한다.
이에 의하면, 정류 회로의 정측 및 부측에 입력되는 전압 파형이 비대칭인 경우라도, 공진 회로의 임피던스의 제어를 고정밀도로 행할 수 있다.
〔18〕(비접촉 급전 시스템)
본원의 대표적인 실시 형태에 따른 비접촉 급전 시스템(20 내지 29)은, 공진 회로를 이용한 전자계의 공진 결합에 의해 비접촉으로 전력을 송전하는 송전 장치(1, 3)와, 상기 송전 장치로부터 송전된 전력을 비접촉으로 수전하는 항1 내지 항17 중 어느 한 항의 수전 장치(2, 4 내지 12)를 포함한다.
이에 의하면, 송전 장치에 있어서의 송전 제어가 복잡해지는 것을 억제하면서, 신뢰성이 높은 비접촉 급전 시스템을 실현하는 것이 가능해진다.
〔19〕(수전 전력이 목표 전력과 일치하도록 공진 회로의 임피던스를 제어하는 수전 장치)
본원의 대표적인 실시 형태에 따른 다른 수전 장치(2, 4 내지 12)는, 수전 안테나로서의 공명 코일 및 공진 용량을 포함하는 공진 회로(130, 130A 내지 130E)를 갖고, 상기 공진 회로의 공진 결합에 의해 비접촉으로 전력을 수전한다. 본 수전 장치는, 전력을 수전할 때, 상기 공진 회로에 의해 상기 수전한 수전 전력이 목표 전력 레벨(PTGT)과 일치하도록, 상기 공진 회로의 임피던스를 동적으로 제어한다.
이에 의하면, 수전측에서 필요로 하는 전력보다도 큰 전력이 송전측으로부터 송전된 경우라도, 수전 장치는 수전 전력이 목표 전력 레벨에 일치하도록 동작한다. 이에 의해, 수전 장치는, 필요 이상의 여분의 전력을 수전하지 않으므로, 수전 장치에 있어서의 발열을 억제할 수 있다.
2. 실시 형태의 상세
실시 형태에 대해 더욱 상세하게 설명한다. 또한, 발명을 실시하기 위한 형태를 설명하기 위한 전 도면에 있어서, 동일한 기능을 갖는 요소에는 동일한 부호를 병기하고, 그 반복의 설명을 생략한다.
≪실시 형태 1≫
<비접촉 급전 시스템의 개요>
도 2에, 실시 형태 1에 따른 수전 장치를 포함하는 비접촉 급전 시스템을 예시한다. 도 2에 도시되는 비접촉 급전 시스템(20)은, 송전 장치(1)와 수전 장치(2)를 포함한다. 비접촉 급전 시스템(20)에서는, 송전 장치(1)로부터 수전 장치(2)로의 비접촉(와이어리스)에 의한 전력 공급이 가능하게 된다. 특별히 제한되지 않지만, 비접촉 급전 시스템(20)은 전자계의 공진 결합을 이용한 자기 공명 방식에 의해 비접촉 전력 전송이 가능하게 된다. 비접촉 전력 전송에 있어서, 송전 전력으로서 출력되는 송전 신호의 주파수(송전 주파수)(fTx)는, 예를 들어 수 ㎒대의 주파수로 된다.
또한, 비접촉 급전 시스템(20)에서는, 근거리 무선 통신에 의해 송전 장치(1)와 수전 장치(2) 사이에서 서로 데이터의 송신과 수신이 가능하게 된다. 당해 근거리 무선 통신은, 예를 들어 NFC(Near Field Communication)에 의한 근거리 무선 통신(이하 「NFC 통신」이라고 칭함)이다. 특별히 제한되지 않지만, 수전 장치(2)는, NFC 통신에 사용하는 안테나와 자기 공명 방식의 비접촉 급전에 사용하는 안테나를 공용하고, 전력의 수전과 정보 전달을 위한 통신을 절환하여 행하는 것이 가능하게 된다.
<송전 장치(1)의 구성>
송전 장치(1)는, 예를 들어 발진기(101), 송전 앰프(102), 전원 회로(REG_CIR)(103), 제어 회로(CNT_CIR)(104), 통신부(CMM_CIR)(105), 통신용 코일 안테나(106), 급전 코일(107), 공명 코일(108) 및 공진 용량(109)을 포함하여 구성된다.
발진기(101)는, 송전 장치(1)로부터 송신되는 전력을 송전하기 위한 송전 신호에 따른 주파수의 교류 신호를 생성한다. 특별히 제한되지 않지만, 발진기(101)로부터 출력되는 교류 신호의 주파수는 고정으로 되고, 상기 송전 신호의 주파수(송전 주파수)(fTx)와 동등하게 된다. 송전 앰프(102)는, 발진기(101)로부터 출력된 교류 신호를 증폭하여, 송전해야 하는 전력의 크기에 따른 구동 신호를 생성한다. 송전 앰프(102)는, 그 증폭률이 가변되는 가변 증폭기이다. 송전 앰프(102)는, 예를 들어 전원 회로(103)에 의해 생성된 전압을 전원으로 하여 동작하고, 송전 앰프(102)에 공급되는 바이어스 전압이나 바이어스 전류가 조정됨으로써, 그 증폭률이 가변된다. 전원 회로(103)는, 예를 들어 전원 어댑터나 유니버설 시리얼 버스(USB) 등으로부터 공급된 입력 전압(VIN)에 기초하여, 송전 장치(1)의 각 기능부의 동작 전원으로 되는 복수개의 전압을 생성한다. 예를 들어, 상술한 바와 같이 송전 앰프(102)의 동작 전원으로 되는 전압이나, 제어 회로(104)의 동작 전원으로 되는 전압을 생성한다.
송전 앰프(102)로부터 출력된 구동 신호는 급전 코일(107)에 급전된다. 급전 코일(107)과 공명 코일(108)은 자기적으로 결합되고, 급전 코일(107)에 공급된 구동 신호에 관한 교류 전력이, 전자 유도에 의해 공명 코일(108)에 공급된다. 공명 코일(108)과 공진 용량(109)은, 1차측의 공진 회로(110)를 구성한다. 공진 회로(110)는, 예를 들어 공명 코일(108)과 공진 용량(109)이 병렬로 접속된 병렬 공진 회로이다. 공진 회로(110)에 의한 공진에 의해 자계가 발생함으로써, 송전 장치(1)로부터 전력이 송신된다.
통신부(105)는, 통신용 코일 안테나(106)를 개재하여 NFC 통신을 행한다. 예를 들어, 수전 장치(2)가 송전 장치(1)의 송전 대상인지의 여부를 인증하기 위한 인증 데이터의 교환이나, 송전 장치(1)로부터 송전된 전력을 수전 장치(2)가 수신하였는지의 여부를 통지하는 수전 통지의 교환 등이, NFC 통신에 의해 실현된다.
제어 회로(104)는, 메모리 등에 저장된 프로그램에 따라 데이터 처리를 실행하는 프로그램 처리 장치를 포함하여 구성된다. 제어 회로(104)는, 예를 들어 마이크로 컨트롤러이며, 예를 들어 공지의 CMOS 집적 회로의 제조 기술에 의해 1개의 단결정 실리콘과 같은 반도체 기판에 형성된 반도체 칩을 몰드 레진 등의 절연성 수지에 의해 밀봉한 반도체 장치를 포함하여 실현된다. 제어 회로(104)는, 송전 장치(1)의 통괄적인 제어를 행한다. 예를 들어, 통신부(105) 및 통신용 코일 안테나(106)를 개재한 무선 통신과 공명 코일(108)을 개재한 비접촉 전력 전송의 실행과 정지를 제어함과 함께, 무선 통신에 있어서의 각종 데이터 처리 및 비접촉 전력 전송 데이터에 관한 각종 데이터 처리를 행한다. 또한, 제어 회로(104)는, 통신용 코일 안테나(106)를 개재하여 수전 장치(2)와 NFC 통신을 행함으로써, 수전 장치(2)에 있어서의 배터리(BAT)의 잔량의 정보나 비접촉 급전을 위한 각종 정보의 교환을 행하고, 송전해야 하는 전력량을 결정한다. 그리고, 제어 회로(104)는, 상기 결정한 전력량에 따라 송전 앰프(102)의 증폭률을 조정한다. 이에 의해, 송전해야 하는 전력량에 따른 송전 전력이 송전 장치(2)로부터 송출된다.
<수전 장치(2)의 구성>
수전 장치(2)는, 예를 들어 휴대 단말기 등의 소형 휴대 기기이며, 무선 통신에 의한 데이터의 송수신과, 비접촉 급전에 의한 배터리(BAT)의 충전 등이 가능하게 된다. 전술한 바와 같이, 수전 장치(2)는, NFC 통신에 사용하는 안테나와 전자 공명 방식의 와이어리스 급전에 사용하는 안테나의 공용 안테나로서의 공명 코일(131)을 사용하여, NFC 통신과 전력의 수전을 절환하여 행한다.
수전 장치(2)는, 예를 들어 공명 코일(131), 공진 용량(200), 정류 회로(RCR_CIR)(133), 수전 IC(140), 제어 회로(CNT_CIR)(136), 통신부(137), 내부 회로(EC)(139) 및 배터리(BAT)를 포함하여 구성된다.
공명 코일(131)과 공진 용량(200)은, 2차측의 공진 회로(130)를 구성하고, 송전 장치(1)의 1차측의 공진 회로(110)에 의해 발생된 자계의 공명 작용에 의해, 기전력(교류 신호)을 발생시킨다. 상세는 후술하지만, 공진 회로(130)는 코일과 용량이 병렬로 접속되는 병렬 공진 회로이다. 이하, 코일과 용량이 접속되는 한쪽의 접속 노드(정측 노드)를 참조 부호 NDP로 나타내고, 다른 쪽의 접속 노드(부측 노드)를 참조 부호 NDN으로 나타낸다.
공진 회로(130)는, 그 임피던스가 조정됨으로써, 공진 주파수가 가변으로 된다. 예를 들어, 공진 회로(130)의 공진 주파수가 송전 주파수(fTx)와 동등해지도록 공진 회로(130)의 임피던스가 조정됨으로써, 송전 장치(1)로부터의 자계를 효율적으로 수신할 수 있다. 특별히 제한되지 않지만, 공진 회로(130)는, 공진 용량(200)의 용량값이 가변으로 됨으로써, 공진 회로(130)의 임피던스가 조정되는 구성으로 된다. 또한, 공진 회로(130)의 내부 구성에 대해서는 후술한다.
정류 회로(133)는, 공진 회로(130)에 의해 수전한 전력에 따른 교류 전압(교류 신호)을 정류하여 직류의 출력 전압을 얻는다. 정류 회로(133)는, 예를 들어 전파 정류 회로이다. 특별히 제한되지 않지만, 정류 회로(133)는, 쇼트키 다이오드(D1 내지 D4)를 포함하는 다이오드 브리지 회로와, 평활화 용량(C3)을 포함하여 구성된다. 다이오드 브리지 회로는, 한쪽의 입력 단자[다이오드(D1)와 다이오드(D2)의 접속 노드]가 용량(C1)을 개재하여 노드(NDP)에 접속되고, 다른 쪽의 입력 단자[다이오드(D3)와 다이오드(D4)의 접속 노드]가 용량(C2)을 개재하여 노드(NDN)에 접속된다. 또한, 용량(C1, C2)은, 공진 회로(130)에서 정류 회로(133)측을 본 임피던스를 정합하기 위한 정합 회로이며, 임피던스의 정합 상태에 따라서는 삭제하는 것도 가능하다.
평활화 용량(C3)은, 다이오드 브리지 회로에 의해 정류된 전압을 평활화한다. 평활화 용량(C3)은, 다이오드 브리지 회로의 출력 노드와 그라운드 노드 사이에 접속된다. 이하, 다이오드 브리지 회로의 출력 노드의 전압을 정류 전압(VRCT)이라고 표기한다.
정류 전압(VRCT)에 기초하여, 수전 장치(2) 내의 각 기능부의 동작이 가능하게 된다. 도 2에는, 정류 회로(133)의 부하 회로(201)로서, 수전 IC(140), 내부 회로(139) 및 배터리(BAT)가 대표적으로 예시되어 있다.
수전 IC(140)는, 정류 전압(VRCT)에 기초하여 안정적인 직류 전압을 생성함과 함께, 내부 회로(139)의 동작 전원의 공급이나, 배터리(BAT)에의 충전 전압의 공급, 통신부(137)나 제어부(136)의 동작 전원의 공급 등을 행한다. 특별히 제한되지 않지만, 수전 IC(140)는, 공지의 CMOS 집적 회로의 제조 기술에 의해 1개의 단결정 실리콘과 같은 반도체 기판에 형성된 반도체 칩을 몰드 레진 등의 절연성 수지에 의해 밀봉한 반도체 장치이다.
구체적으로, 수전 IC(140)는, 전원 회로(REG_CIR)(134) 및 충전 제어 회로(CHGCNT)(135)를 포함한다. 전원 회로(134)는, 정류 전압(VRCT)을, 원하는 크기의 일정 전압으로 변환한다. 전원 회로(134)는, DC/DC 컨버터이며, 예를 들어 외장 코일이나 안정화 용량 등과 함께 강압형의 스위칭 레귤레이터나 시리즈 레귤레이터(LDO:Low drop out) 등을 구성한다. 충전 제어 회로(135)는, 전원 회로(134)가 생성한 직류 전압에 의한 배터리(BAT)의 충전을 제어한다. 예를 들어, 충전 제어 회로(135)는, 배터리(BAT)의 충전 전류나 배터리(BAT)의 단자 전압을 감시함으로써, 배터리(BAT)의 상태(만충전 용량, 잔량 및 충전 상태 등)를 검지하고, 충전의 실행이나 정지 등을 제어한다. 특별히 제한되지 않지만, 충전 제어 회로(135)는, 마이크로 컨트롤러이다.
배터리(BAT)는, 전원 회로(134)에 의해 생성된 직류 전압에 기초하여 충전이 가능하게 되는 2차 전지이다. 특별히 제한되지 않지만, 배터리(BAT)는, 예를 들어 1셀의 전지(4.0 내지 4.2V)로 되고, 예를 들어 리튬 이온 전지로 된다. 내부 회로(139)는, 수전 장치(2)로서의 특유한 기능[예를 들어 수전 장치(2)가 스마트폰이면, 스마트폰으로서 기대되는 기능]을 실현하기 위한 전자 회로이다.
통신부(137)는, 공명 코일(131)을 통신용 안테나로서 사용함으로써, 송전 장치(1)와의 사이에서 무선 통신(NFC 통신)을 행한다. 구체적으로, 통신부(137)는, 절환 회로(SEL)(1370)와, 통신 제어 회로(CMM_CIR)(1371)를 포함하여 구성된다. 절환 회로(1370)는, 공진 회로(130)에 의해 수전한 전력에 따른 교류 신호의 신호 레벨에 따라, 당해 교류 신호를 통신 제어부(1371)에 공급할지의 여부를 제어한다. 예를 들어, 공진 회로(130)에 의해 수전한 전력에 따른 교류 신호의 신호 레벨이 소정의 임계값을 초과하는 경우에, 당해 교류 신호의 통신 제어부(1371)에의 공급을 차단하고, 당해 교류 신호의 신호 레벨이 소정의 임계값을 초과하지 않는 경우에, 당해 교류 신호를 통신 제어부(1371)에 공급한다.
통신 제어 회로(1370)는, 예를 들어 마이크로 컨트롤러이며, 통신용 안테나로서의 공명 코일(131)을 개재한 무선 통신을 실현하기 위한 각종 제어 및 데이터 처리를 행한다. 특별히 제한되지 않지만, 통신 제어 회로(1370)는, 공지의 CMOS 집적 회로의 제조 기술에 의해 1개의 단결정 실리콘과 같은 반도체 기판에 형성된 반도체 칩을 몰드 레진 등의 절연성 수지에 의해 밀봉한 반도체 장치에 의해 실현된다.
제어 회로(136)는, 수전 장치(2)의 통괄적인 제어를 행한다. 예를 들어, 공명 코일(131)을 개재한 무선 통신의 실행과 정지의 제어나, 무선 통신에 있어서의 각종 데이터 처리(예를 들어 수신한 신호의 변조 처리나 복조 처리) 외에, 전원 회로(134)의 동작 제어(인에이블 제어)나 충전 제어 회로(135)에 의한 배터리(BAT)의 충전 제어의 실행과 정지를 제어한다. 특별히 제한되지 않지만, 제어 회로(136)는, 마이크로 컨트롤러이며, 공지의 CMOS 집적 회로의 제조 기술에 의해 1개의 단결정 실리콘과 같은 반도체 기판에 형성된 반도체 칩을 몰드 레진 등의 절연성 수지에 의해 밀봉한 반도체 장치에 의해 실현된다.
<공진 주파수의 조정에 의한 수전 전력의 제어>
전술한 바와 같이, 송전 장치(1)는, 수전 장치(2)에 있어서의 배터리(BAT)의 잔량의 정보 등에 기초하여, 수전 장치(2)에서 필요한 전력량에 따른 송전 전력을 송출하지만, 송전 장치(1)에 의한 송전 제어의 곤란성으로부터, 수전 장치(2)에서 필요로 하는 전력보다도 큰 송전 전력이 출력될 가능성도 있다. 그러한 경우에, 수전 장치(2)가 필요 이상으로 큰 전력을 수전하지 않도록 하기 위해, 수전 장치(2)에 있어서 수전 전력을 감시하고, 수전 전력이 목표로 되는 전력 레벨(목표 전력 레벨)을 초과하지 않도록 공진 회로의 공진 주파수를 제어하는 기능을 구비한다. 구체적으로는, 수전 장치(2)는, 공진 주파수 조정부(FRQ_CNT)(141)를 더 구비한다.
공진 주파수 조정부(141)는, 공진 회로(130)에 의해 수전한 수전 전력을 감시하고, 수전 전력이 목표 전력 레벨(PTGT)을 초과하지 않도록[수전 전력이 목표 전력 레벨(PTGT)과 일치하도록] 공진 회로(130)의 공진 주파수를 제어한다.
보다 구체적으로는, 공진 주파수 조정부(141)는, 수전 전력이 목표 전력 레벨(PTGT)을 초과하지 않는 경우에, 공진 회로(130)의 공진 주파수가 송전 주파수(fTx)와 일치하도록 공진 회로(130)의 임피던스를 조정하고, 수전 전력이 목표 전력 레벨(PTGT)을 초과하는 경우에, 공진 주파수가 송전 주파수(fTx)로부터 이격되도록 공진 회로(130)의 임피던스를 조정한다. 공진 주파수 조정부(141)에 의한 수전 전력의 감시는, 예를 들어 정류 전압(VRCT)을 검출함으로써 행해진다.
이하, 공진 주파수 조정부(141)에 의한 공진 회로(130)의 공진 주파수의 제어에 대해 상세하게 설명한다.
도 3은 실시 형태 1에 따른 수전 장치에 있어서의 공진 회로(130) 및 공진 주파수 조정부(141)의 내부 구성을 예시하는 도면이다. 도 3에서는, 설명의 편의상, 공진 회로(130) 및 공진 주파수 조정부(141)의 주변의 기능 블록이 도시되고, 그 밖의 기능 블록은 도시를 생략하고 있다. 또한, 도 3에 있어서의 송전 장치(1)는, 송전 코일(108) 및 공진 용량(109)이 도시되고, 그 밖의 기능 블록은 도시를 간략화하고 있다.
도 3에 도시되는 바와 같이, 공진 주파수 조정부(141)는, 차동 증폭 회로(AMP)를 포함하여 구성된다. 차동 증폭 회로(AMP)는, 목표 전력 레벨(PTGT)에 따라 결정된 목표 전압(VTGT)과, 정류 회로(133)의 출력 전압(VRCT)의 차분이 작아지도록 제어 전압(144)을 생성하는 오차 증폭 회로로서 기능한다. 목표 전압(VTGT)은, 예를 들어 정류 전압(VRCT)의 공급을 받는 수전 IC(140)에서 필요한 전압에 따라 결정된다. 예를 들어, 수전 IC(140)의 입력 단자(IN)에 인가 가능한 최대 전압[수전 IC(140)의 내압]이 25V였다고 해도, 수전 IC(140)의 전원 회로(134)의 입력 전압으로서 필요한 전압이 10V인 경우에는, 목표 전압(VTGT)을 10V로 설정한다. 이에 의해, 차동 증폭 회로(AMP)는, 정류 회로(133)의 출력 전압(VTGT)이 10V를 초과하지 않도록(10V로 되도록) 제어 전압(144)을 생성한다.
특별히 제한되지 않지만, 목표 전압(VTGT)은, 수전 장치(2) 내에 설치된 기준 전압 생성 회로(도시하지 않음)에 의해 생성되고, 차동 증폭 회로(AMP)에 공급된다. 상기 기준 전압 생성 회로는, 예를 들어 수전 IC(140)에 있어서의 전원 회로(134) 내에 설치된 레귤레이터 회로여도 되고, 전원 회로(134)와는 별개로 설치된 레귤레이터 회로여도 되고, 특별히 제한되지 않는다.
공진 회로(130)는, 공명 코일(131) 및 공진 용량(132)이 병렬로 접속된 병렬 공진부(202)와, 병렬 공진부(202)의 각각의 단자[노드(NDP, NDN)]와 고정 전압이 공급되는 기준 노드 사이에 접속되는 임피던스 조정 회로(142, 143)를 포함한다. 상기 공진 용량(132)과 임피던스 조정 회로(142, 143)는, 가변 용량으로서의 용량(200)을 구성한다.
상기 기준 노드는, 예를 들어 그라운드 전압이 공급되는 그라운드 노드이지만, DC적으로 고정되는 노드이면, 그라운드 노드로 한정되는 것은 아니다.
임피던스 조정 회로(142)는, 일단부가 노드(NDP)에 접속된 용량(CP)과, 용량(CP)의 타단부와 그라운드 노드 사이에 설치된 가변 저항 회로(1420)를 포함한다. 가변 저항 회로(1420)는, 차동 증폭 회로(AMP)로부터의 제어 전압(144)에 의해, 그 저항값이 가변으로 된다. 가변 저항 회로(1420)는, 예를 들어 트랜지스터(M1)를 포함하여 구성된다. 트랜지스터(M1)로서는, 특별히 제한되지 않지만, 온 저항이 작은 고내압의 전계 효과 트랜지스터나 IGBT 등을 사용할 수 있다. 도 3에는, 고내압의 MOS 트랜지스터를 사용한 경우가 예시되어 있다. 트랜지스터(M1)의 소스 전극이 그라운드 노드에 접속되고, 드레인 전극이 용량(CP)에 접속된다. 트랜지스터(M1)의 게이트 전극에 제어 전압(144)이 공급된다. 또한, 가변 저항 회로(1420)의 회로 구성으로서는, 도 3의 회로 구성으로 한정되지 않고, 용량(CP)과 그라운드 노드 사이의 저항값이 제어 전압(144)에 기초하여 가변으로 되는 회로 구성이면, 특별히 제한은 없다.
임피던스 조정 회로(143)도, 임피던스 조정 회로(142)와 마찬가지의 구성으로 된다. 예를 들어, 임피던스 조정 회로(143)는, 일단부가 노드(NDN)에 접속된 용량(CN)과, 용량(CN)의 타단부와 그라운드 노드 사이에 설치된 가변 저항 회로(1430)를 포함한다. 가변 저항 회로(1430)는, 예를 들어 트랜지스터(M2)를 포함하여 구성되고, 트랜지스터(M1)와 마찬가지로, 제어 전압(144)에 기초하여 구동된다.
상기한 바와 같이 임피던스 조정 회로(142, 143)를, 병렬 공진부(202)의 정측 및 부측의 양쪽의 단자[노드(NDP, NDN)]에 각각 접속함으로써, 노드(NDP)와 노드(NDN)에 각각 발생하는 수전 전력에 따른 교류 신호의 파형의 대칭성을 유지할 수 있다.(수전 파형의 변형을 억제)
본 실시 형태에서는, 병렬 공진부(202)의 공진 주파수[공명 코일(131)과 공진 용량(132)에 의한 공진 주파수]가 송전 주파수(fTx)와 일치하도록, 공명 코일(131) 및 공진 용량(132)의 상수를 정해 둔다. 또한, 여기에서는, 트랜지스터(M1, M2) 등의 기생 용량을 무시할 수 있는 것으로 한다. 이 상태에서, 정류 전압(VRCT)이 목표 전압(VTGT)보다도 낮아진 경우, 차동 증폭 회로(AMP)에 의해 제어 전압(144)이 낮아지도록 제어된다. 이에 의해, 트랜지스터(M1, M2)의 게이트·소스간 전압이 저하되므로, 드레인·소스간의 저항값이 커지고, 공진 회로(130)에 있어서의 용량 성분으로서 용량(CP, CN)의 영향이 작아진다. 즉, 공진 회로(130)의 용량 성분으로서 공진 용량(132)이 지배적으로 되고, 공진 회로(130)의 공진 주파수는, 공명 코일(131)과 공진 용량(132)에 의해 결정되는 공진 주파수, 즉 송전 주파수(fTx)에 근접한다. 최종적으로, 트랜지스터(M1, M2)가 오프 상태로 되면, 용량(CP, CN)이 개방 상태로 되고, 공진 회로(130)의 공진 주파수는 송전 주파수(fTx)와 일치한다. 따라서, 정류 전압(VRCT)이 목표 전압(VTGT)보다도 낮은 상태에서는, 차동 증폭 회로(AMP)에 의해 공진 회로(130)의 공진 주파수가 송전 주파수(fTx)와 일치하도록 제어된다.
한편, 정류 전압(VRCT)이 목표 전압(VTGT)보다도 높아진 경우에는, 차동 증폭 회로(AMP)에 의해 제어 전압(144)이 높아지도록 제어된다. 이에 의해, 트랜지스터(M1, M2)의 게이트·소스간 전압이 상승하므로, 드레인·소스간의 저항값이 작아지고, 공진 회로(130)에 있어서의 용량 성분으로서 용량(CP, CN)의 영향이 커진다. 즉, 공진 회로(130)의 공진 주파수는, 공명 코일(131)과, 공진 용량(132)과, 용량(CP, CN)에 의해 결정된다. 이에 의해, 공진 회로(130)의 공진 주파수는, 송전 주파수(fTx)와 불일치로 된다. 따라서, 정류 전압(VRCT)이 목표 전압(VTGT)보다도 높은 상태에서는, 차동 증폭 회로(AMP)에 의해 공진 회로(130)의 공진 주파수가 송전 주파수(fTx)로부터 이격되도록 제어된다.
이와 같이 공진 회로(130)의 공진 주파수를 리니어로 제어함으로써, 정류 전압(VRCT)이 목표 전압(VTGT)을 초과하지 않도록 수전 장치(2)의 수전 전력이 제한된다.
이상, 실시 형태 1에 따른 수전 장치에 의하면, 공진 회로(130)에 의해 수전한 수전 전력을 감시하고, 수전 전력이 목표 전력 레벨(PTGT)을 초과하지 않도록 공진 주파수를 제어하므로, 수전측에서 필요로 하는 전력보다도 큰 전력이 송전측으로부터 송전된 경우라도, 수전 장치(2)는 목표 전력 레벨 이상의 전력을 수전하지 않도록 동작한다. 이에 의해, 수전 장치(2)는 필요 이상의 여분의 전력을 수전하지 않으므로, 수전 장치(2)의 발열을 억제할 수 있다. 예를 들어, 종래와 같이 정류 회로(133)의 출력 노드에 내압 보호용 다이오드를 접속한 경우라도, 거기에서 소비되는 잉여 전력에 기초하는 열의 발생을 억제할 수 있으므로, 종래에 비해, 수전 장치 전체의 발열량을 억제할 수 있다.
또한, 본 수전 장치를 비접촉 급전 시스템에 적용함으로써, 송전 장치에 있어서의 송전 제어가 복잡해지는 것을 억제하면서, 신뢰성이 높은 비접촉 급전 시스템을 실현하는 것이 가능해진다. 예를 들어, 본 수전 장치에 의하면 필요 이상으로 큰 전력이 송전된 경우라도 목표 전력 레벨 이상의 전력을 수전하지 않도록 동작하므로, 송전측의 송전 제어의 신뢰성이 다소 낮아도, 수전 장치가 필요 이상으로 발열하여 파괴되거나 할 우려는 없다. 따라서, 송전 장치에 있어서의 송전 제어를 행하기 위한 내부 회로나 그것을 제어하기 위한 프로그램 등의 간이화를 도모하면서, 시스템 전체의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 상기한 바와 같이, 정류 회로(133)의 출력 전압(VTGT)을 감시함으로써 수전 전력을 감시하고, 출력 전압(VTGT)이 목표 전압(VTGT)을 초과하지 않도록 공진 회로(130)의 임피던스를 조정함으로써, 간단하고 또한 고정밀도로, 공진 주파수를 제어할 수 있다. 또한, 출력 전압(VTGT)이 목표 전압(VTGT)을 초과하지 않도록 제어하므로, 종래보다도, 전원 회로(134)의 입력 전압[정류 전압(VRCT)]과 출력 전압의 차를 작게 할 수 있다. 즉, 전원 회로(134)에 의해 구성되는 DC/DC 컨버터의 입력 출력 전위차를 작게 할 수 있다. 예를 들어, 종래라면, DC/DC 컨버터에 의해 5V의 출력 전압을 생성하는 경우라도, 내압 보호용 다이오드에 의해 결정되는 상한 전압(예를 들어 20V)까지 DC/DC 컨버터의 입력 전압[정류 전압(VRCT)]이 상승할 가능성이 있었다. 이에 반해, 본 수전 장치에 의하면, DC/DC 컨버터의 입력 전압은 목표 전압(VTGT)(예를 들어 10V)을 초과하지 않도록 제어되므로, 종래보다도 DC/DC 컨버터[전원 회로(134)]의 입출력간 전위차를 작게 할 수 있다. 이에 의해, DC/DC 컨버터에 의한 전압의 변환 효율을 향상시키고, 또한 DC/DC 컨버터[전원 회로(134)]에 있어서의 발열을 억제하는 것이 가능해진다.
≪실시 형태 2≫
도 4에, 실시 형태 2에 따른 수전 장치를 포함하는 비접촉 급전 시스템을 예시한다.
실시 형태 2에 따른 비접촉 급전 시스템(21)에 있어서의 수전 장치(4)는, 수전측의 공진 회로에 병렬 공진부의 한쪽에만 임피던스 조정 회로를 접속하는 점에서, 실시 형태 1에 따른 수전 장치와 상이하다. 또한, 수전 장치(4)에 있어서의 그 밖의 구성은 실시 형태 1에 따른 수전 장치(2)와 마찬가지이며, 수전 장치(2)와 마찬가지의 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 4에 도시되는 바와 같이, 수전 장치(4)에 있어서의 공진 회로(130A)는, 병렬 공진부(202)의 한쪽의 단자[노드(NDP)]에 임피던스 조정 회로(142)가 접속되고, 다른 쪽의 단자[노드(NDN)]에 임피던스 조정 회로가 접속되지 않는 구성으로 된다.
이에 의하면, 실시 형태 1에 따른 수전 장치(2)와 마찬가지로, 수전 장치(4)가 필요로 하는 전력 이상의 여분의 전력을 수전하지 않도록 할 수 있으므로, 수전 장치(4)의 발열을 억제할 수 있다. 또한, 수전 장치(4)에 의하면, 노드(NDP)와 노드(NDN)에 발생하는 수전 전력에 따른 교류 신호의 대칭성이 무너질 가능성이 있지만, 그 대칭성의 무너지는 정도가 허용될 수 있는 경우에는, 추가해야 하는 부품 개수를 저감할 수 있으므로, 공진 주파수를 조정 가능하게 하는 것에 의한 수전 장치의 비용 증가를 억제할 수 있다.
또한, 공진 주파수를 조정하기 위한 임피던스 조정 회로는, 병렬 공진부(202)의 정측·부측 중 어느 한쪽의 단자에 접속되어 있으면 되고, 도 4에 도시되는 바와 같이, 병렬 공진부(202)의 정측의 단자[노드(NDP)]에 접속되는 구성으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 병렬 공진부(202)의 부측의 단자[노드(NDN)]에 임피던스 조정 회로[142(143)]를 접속하는 구성이어도 된다.
≪실시 형태 3≫
도 5에, 실시 형태 3에 따른 수전 장치를 포함하는 비접촉 급전 시스템을 예시한다.
실시 형태 1에 따른 수전 장치(2)는, 공진 회로의 공진 주파수를 조정하기 위한 임피던스 조정 회로를 차동 증폭 회로에 의해 리니어 제어를 행하지만, 실시 형태 3에 따른 수전 장치(5)는, 상기 임피던스 조정 회로를 콤퍼레이터 회로에 의해 스위칭 제어를 행한다.
도 5에 도시되는 바와 같이, 비접촉 급전 시스템(22)에 있어서의 수전 장치(5)는, 실시 형태 1에 따른 공진 주파수 조정부(140) 대신에 콤퍼레이터 회로(CMP)를 포함하여 구성되는 공진 주파수 조정부(150)를 구비한다. 또한, 수전 장치(5)는, 공진 회로(130B)에 있어서, 실시 형태 1에 따른 임피던스 조정 회로(142, 143) 대신에 임피던스 조정 회로(148, 147)를 구비한다. 또한, 수전 장치(5)에 있어서의 그 밖의 구성은 수전 장치(2)와 마찬가지이며, 수전 장치(2)와 마찬가지의 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 그 상세한 설명을 생략한다.
콤퍼레이터 회로(CMP)는, 정류 전압(VRCT)과 목표 전압(VTGT)을 비교하고, 비교 결과를 출력한다. 예를 들어, 콤퍼레이터 회로(CMP)는, 출력 전압(VRCT)이 목표 전압(VTGT)보다도 큰 경우에 하이(High) 레벨로 되는 비교 결과 신호(149)를 출력하고, 출력 전압(VRCT)이 목표 전압(VTGT)보다도 작은 경우에 로우(Low) 레벨로 되는 비교 결과 신호(149)를 출력한다.
임피던스 조정 회로(147)는, 일단부가 노드(NDP)에 접속된 용량(CP)과, 용량(CP)의 타단부와 그라운드 노드 사이에 설치된 스위치 소자(SW1)를 포함한다. 스위치 소자(SW1)는, 콤퍼레이터 회로(CMP)로부터의 비교 결과 신호(149)에 기초하여, 그 온·오프가 제어된다.
임피던스 조정 회로(148)도, 임피던스 조정 회로(147)와 마찬가지의 구성으로 된다. 예를 들어, 임피던스 조정 회로(148)는, 일단부가 노드(NDN)에 접속된 용량(CN)과, 용량(CN)의 타단부와 그라운드 노드 사이에 설치된 스위치 소자(SW2)를 포함한다. 스위치 소자(SW2)는, 스위치 소자(SW1)와 마찬가지이다.
스위치 소자(SW1, SW2)로서는, 예를 들어 온 저항이 작은 고내압의 전계 효과 트랜지스터나 IGBT 등 외에, 릴레이 스위치 등의 기계식 스위치를 사용할 수 있다. 스위치 소자(SW1, SW2)로서 기계식 스위치를 사용한 경우, 스위치 소자(SW1, SW2)의 기생 용량을 작게 할 수 있으므로, 스위치 소자(SW1, SW2)를 오프시켰을 때에, 용량(CN, CP)이 노드(NDP, NDN)에 접속되어 있는 것에 의한 공진 회로(130)에의 영향을 더욱 작게 할 수 있다. 이에 의해, 스위치 소자(SW1, SW2)의 오프 시의 공명 코일(131) 및 공진 용량(132)에 기초하는 공진 회로(130)의 공진 주파수의 설정 오차를 더욱 작게 할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 실시 형태 1과 마찬가지로, 병렬 공진부(202)의 공진 주파수가 송전 주파수(fTx)와 일치하도록, 공명 코일(131)과 공진 용량(132)의 상수를 정해 둔다. 이 상태에서, 정류 전압(VRCT)이 목표 전압(VTGT)보다도 낮아진 경우, 콤퍼레이터 회로(CMP)에 의해 비교 결과 신호(149)가 예를 들어 로우 레벨로 되고, 스위치 소자(SW1, SW2)는 오프한다. 이에 의해, 용량(CP, CN)이 개방 상태로 되므로 공진 회로(130B)에 있어서의 용량 성분으로서 공진 용량(132)이 지배적으로 되고, 공진 회로(130B)의 공진 주파수는, 공명 코일(131)과 공진 용량(132)에 의해 결정되는 공진 주파수[≒송전 주파수(fTx)]에 근접한다. 즉, 정류 전압(VRCT)이 목표 전압(VTGT)보다도 낮은 상태에서는, 공진 회로(130B)의 공진 주파수가 송전 주파수(fTx)와 일치하도록 제어된다.
한편, 정류 전압(VRCT)이 목표 전압(VTGT)보다도 높아진 경우에는, 콤퍼레이터 회로(CMP)에 의해 비교 결과 신호(149)가 예를 들어 하이 레벨로 되고, 스위치 소자(SW1, SW2)는 온한다. 이에 의해, 공진 회로(130B)의 공진 주파수는, 공명 코일(131)과, 공진 용량(132)과, 용량(CP, CN)에 의해 결정되고, 송전 주파수(fTx)와 불일치로 된다. 즉, 정류 전압(VRCT)이 목표 전압(VTGT)보다도 높은 상태에서는, 공진 회로(130B)의 공진 주파수가 송전 주파수(fTx)로부터 이격되도록 제어된다.
도 6은 실시 형태 3에 따른 수전 장치(5)에 있어서 공진 주파수를 변화시켰을 때의 수전 전력의 특성을 예시하는 도면이다.
도 6에 있어서, 종축은 수전 전력을 나타내고, 횡축은 주파수를 나타낸다. 참조 부호 300은 정류 전압(VRCT)이 목표 전압(VTGT)보다도 작은 상태[스위치 소자(SW1, SW2)가 오프한 상태]에 있어서의 수전 전력의 특성을 나타낸다. 또한, 참조 부호 301은 정류 전압(VRCT)이 목표 전압(VTGT)보다도 큰 상태[스위치 소자(SW1, SW2)가 온한 상태]에 있어서의 수전 전력의 특성을 나타낸다. 또한, 특성(300, 301)의 피크값에 있어서의 주파수는, 각각의 특성에 있어서의 공진 회로(130B)의 공진 주파수이다.
특성(300)으로부터 이해되는 바와 같이, 정류 전압(VRCT)이 목표 전압(VTGT)보다도 작은 상태에서는, 스위치 소자(SW1, SW2)가 오프한 상태로 되고, 공진 회로(130B)의 공진 주파수와 송전 주파수(fTx)가 일치한다. 이에 의해, 공진 회로(130B)에 의한 수전 전력[주파수(fTx)에 있어서의 수전 전력]이 최대로 된다. 한편, 특성(301)으로부터 이해되는 바와 같이, 정류 전압(VRCT)이 목표 전압(VTGT)보다도 큰 상태에서는, 스위치 소자(SW1, SW2)가 온한 상태로 되고, 특성(301)의 공진 주파수가 송전 주파수(fTx)로부터 크게 이격된다. 이에 의해, 공진 회로(130B)의 수전 전력[주파수(fTx)에 있어서의 수전 전력]이 크게 저하된다.
이와 같이, 정류 전압(VRCT)이 목표 전압(VTGT)을 초과하였는지의 여부에 의해 스위치 소자(SW1, SW2)를 온·오프시킴(스위칭 제어시킴)으로써, 공진 주파수는 2치의 절환 제어로 되고, 수전 장치(6)는 수전 가능 상태[특성(300)]와 수전 불가능 상태[특성(301)] 사이에서 천이한다. 이에 의해, 시간적인 평균을 취하면 수전 전력은 원하는 전력[특성(300)과 특성(301)의 평균 전력]으로 안정되므로, 수전 장치의 수전 전력을 제한할 수 있어, 수전 장치의 발열을 억제할 수 있다.
또한, 도 5에서는, 병렬 공진부(202)의 양쪽의 단자[노드(NDP, NDN)]에 각각 임피던스 조정 회로(147, 148)를 접속하는 구성을 예시하였지만, 실시 형태 2에 따른 수전 장치(4)와 같이, 노드(NDP, NDN) 중 어느 한쪽에 임피던스 조정 회로를 접속하는 구성으로 해도 된다. 이에 의하면, 노드(NDP)와 노드(NDN)에 발생하는 수전 전력에 따른 교류 신호의 대칭성이 무너질 가능성이 있지만, 그것이 허용될 수 있는 경우에는 추가해야 하는 부품 개수를 저감할 수 있으므로, 공진 주파수를 조정 가능하게 하는 것에 의한 수전 장치의 비용 증가를 억제할 수 있다.
≪실시 형태 4≫
도 7에, 실시 형태 4에 따른 수전 장치를 포함하는 비접촉 급전 시스템을 예시한다.
실시 형태 4에 따른 비접촉 급전 시스템(23)에 있어서의 수전 장치(6)는, 복수개의 콤퍼레이터 회로에 의해 복수개의 임피던스 조정 회로를 스위칭 제어하는 점에서, 실시 형태 3에 따른 수전 장치(5)와 상이하다.
도 7에 도시되는 바와 같이, 수전 장치(6)는, 복수개의 콤퍼레이터 회로(150_1 내지 150_n)(n은 2 이상의 정수)를 포함한다. 콤퍼레이터 회로(150_1 내지 150_n)는, 각각에 공급되는 임계값 전압(VTGT1 내지 VTGTn)이 서로 상이하다. 예를 들어, 정류 전압(VRCT)의 목표 전압을 10V로 하였을 때, 임계값 전압(VTGT1)을 10V, 임계값 전압(VTGT2)을 11V, 임계값 전압(VTGT3)을 12V, …라고 하는 바와 같이, 목표 전압에 대해 서서히 전압이 높아지도록 임계값 전압(VTGT1 내지 VTGTn)을 설정한다.
공진 회로(130C)는, 각각의 콤퍼레이터 회로(150_1 내지 150_n)에 대응하여 설치된 n개의 임피던스 조정 회로(151_1 내지 151_n)를 포함한다. 예를 들어, 임피던스 조정 회로(151_1)는, 일단부가 병렬 공진부(202)의 어느 한쪽의 단자[노드(NDP) 또는 노드(NDN)]에 접속된 용량(CN_1)과, 용량(CN_1)의 타단부와 기준 노드(그라운드 노드) 사이에 접속된 스위칭 소자(SW_1)를 포함한다. 임피던스 조정 회로(151_2 내지 151_n)도, 임피던스 조정 회로(151_1)와 마찬가지의 구성으로 되고, 용량(CN_2 내지 CN_n)과 스위칭 소자(SW_2 내지 SW_n)를 각각 하나씩 포함한다. 도 7에서는, 용량(CN_1 내지 CN_n)의 일단부가 노드(NDN)에 접속되는 경우가 예시되지만, 노드(NDP)에 접속하는 구성이어도 된다. 또한, 스위치 소자(SW_1 내지 SW_n)로서는, 스위치 소자(SW)와 마찬가지로, 고내압의 트랜지스터나 기계식 스위치 등을 사용할 수 있다.
임피던스 조정 회로(151_1 내지 151_n)는, 대응하는 콤퍼레이터 회로(150_1 내지 150_n)의 비교 결과 신호(149_1 내지 149_n)에 의해 제어된다. 예를 들어, 임피던스 조정 회로(151_1)는, 그 스위치 소자(SW_1)가 콤퍼레이터 회로(150_1)의 비교 결과 신호(149_1)에 의해 온·오프 제어되고, 임피던스 조정 회로(151_n)는, 그 스위치 소자(SW_n)가 콤퍼레이터 회로(150_n)의 비교 결과 신호(149_n)에 의해 온·오프 제어된다.
여기서, 모든 임피던스 조정 회로(151_1 내지 151_n)에 있어서의 스위치 소자(SW_1 내지 SW_n)를 오프시켰을 때의 병렬 공진부(202)의 공진 주파수가 송전 주파수(fTx)와 일치하도록, 공명 코일(131)과 공진 용량(132)의 상수를 정해 둔다.
이하, 콤퍼레이터 회로와 임피던스 조정 회로의 개수를 n＝3으로 한 경우의 수전 장치(6)에 의한 수전 전력의 제어에 대해 구체적으로 설명한다. 또한, VTGT1＝10V, VTGT2＝12V, VTGT3＝14V로 한다.
도 8은 실시 형태 4에 따른 수전 장치(6)에 있어서 공진 주파수를 변화시켰을 때의 수전 전력의 특성을 예시하는 도면이다.
도 8에 있어서, 종축은 수전 전력을 나타내고, 횡축은 주파수를 나타낸다. 참조 부호 400은 정류 전압(VRCT)이 임계값 전압(VTGT1)(10V)보다도 작은 상태에 있어서의 수전 전력의 특성을 나타낸다. 또한, 참조 부호 401은 정류 전압(VRCT)이 임계값 전압(VTGT1)(10V)보다 크고 임계값 전압(VTGT2)(12V)보다도 작은 상태에 있어서의 수전 전력의 특성을 나타낸다. 참조 부호 402는 정류 전압(VRCT)이 임계값 전압(VTGT2)(12V)보다 크고, 임계값 전압(VTGT3)(14V)보다도 작은 상태에 있어서의 수전 전력의 특성을 나타낸다. 참조 부호 403은 정류 전압(VRCT)이 임계값 전압(VTGT3)(14V)보다 큰 상태에 있어서의 수전 전력의 특성을 나타낸다.
특성(400)으로부터 이해되는 바와 같이, 출력 전압(VRCT)이 임계값 전압(VTGT1)(10V)보다도 작은 상태에서는, 모든 스위치 소자(SW_1 내지 SW_3)가 오프한 상태로 되고, 공진 회로(130C)의 공진 주파수와 송전 주파수(fTx)가 일치한다. 이에 의해, 공진 회로(130C)에 의한 수전 전력이 최대로 된다.
특성(401)으로부터 이해되는 바와 같이, 정류 전압(VRCT)이 임계값 전압(VTGT1)(10V)보다 크고 임계값 전압(VTGT2)(12V)보다도 작은 상태에서는, 스위치 소자(SW_1)만이 온한 상태로 되고, 특성(301)의 공진 주파수가 송전 주파수(fTx)로부터 이격된다. 이에 의해, 공진 회로(130C)에 의한 수전 전력[주파수(fTx)에 있어서의 수전 전력]은 특성(400)의 경우보다도 저하된다.
또한, 특성(402)으로부터 이해되는 바와 같이, 정류 전압(VRCT)이 임계값 전압(VTGT2)(12V)보다 크고, 임계값 전압(VTGT3)(14V)보다도 작은 상태에서는, 스위치 소자(SW_1, SW_2)가 온한 상태로 되고, 공진 주파수가 송전 주파수(fTx)로부터 더욱 이격된다. 이에 의해, 공진 회로(130C)에 의한 수전 전력은, 특성(401)의 경우보다도 더욱 저하된다.
또한, 특성(403)으로부터 이해되는 바와 같이, 정류 전압(VRCT)이 임계값 전압(VTGT3)(12V)보다 큰 상태에서는, 스위치 소자(SW_1 내지 SW_3)의 모두가 온한 상태로 되고, 공진 주파수가 송전 주파수(fTx)로부터 더욱 이격된다. 이에 의해, 공진 회로(130C)에 의한 수전 전력은, 특성(402)의 경우보다도 더욱 저하된다.
이와 같이, 정류 전압(VRCT)의 전압 레벨에 따라 공진 회로(130C)의 임피던스를 단계적으로 절환함으로써, 공진 주파수를 단계적으로 변화시킬 수 있으므로, 수전 상태의 제어를 아날로그적인 제어(리니어 제어)에 근접시킬 수 있다. 이에 의해, 수전 장치는, 필요한 전력량에 따른 수전 특성에서 안정되므로, 송전 전력 및 수전 장치의 소비 전력에 변화가 없으면, 수전 상태의 천이가 일어나지 않고, 제어계의 스위칭 노이즈의 발생이 억제된다. 이에 의해, 수전 가능 상태와 수전 불가능 상태의 2상태에서 상태 천이를 시키는 제어에 비해, EMI 노이즈를 저감시킬 수 있다.
≪실시 형태 5≫
도 9에, 실시 형태 5에 따른 수전 장치를 포함하는 비접촉 급전 시스템을 예시한다.
실시 형태 5에 따른 비접촉 급전 시스템(24)에 있어서의 수전 장치(7)는, 공진 회로의 공진 주파수를 조정하기 위한 임피던스 조정 회로로서 PIN 다이오드를 사용하는 점에서, 그 밖의 실시 형태에 따른 수전 장치와 상이하다.
도 9에 도시되는 바와 같이, 수전 장치(7)는, 임피던스 조정 회로(152)를 포함한다. 임피던스 조정 회로(152)는, 예를 들어 용량(C4, C5)과, PIN 다이오드(DPN)와, 저항(RP, RN)과, 트랜지스터(M3)를 포함하여 구성된다. 용량(C4), PIN 다이오드(DPN) 및 용량(C5)이, 노드(NDP)와 노드(NDN) 사이에 직렬로 접속된다. PIN 다이오드(DPN)는, 그 애노드가 용량(C4)을 개재하여 노드(NDP)에 접속되고, 그 캐소드가 용량(C5)을 개재하여 노드(NDN)에 접속된다. 또한, PIN 다이오드(DPN)의 애노드는, 저항(RP)을 개재하여 바이어스 전압이 공급되는 노드(예를 들어 전원 전압이 공급되는 전원 노드)(VDD)에 접속된다. 또한 PIN 다이오드(DPN)의 캐소드는, 저항(RN)과 트랜지스터(M3)를 개재하여 그라운드 노드에 접속된다. 트랜지스터(M3)는, 그 게이트 전극이 차동 증폭 회로(AMP)의 제어 전압(144)에 기초하여 구동된다. 트랜지스터(M3)로서는, 예를 들어 온 저항이 작은 고내압의 전계 효과 트랜지스터나 IGBT 등을 사용할 수 있다. 또한, 수전 장치(7)에 있어서의 그 밖의 구성은, 실시 형태 1에 따른 수전 장치(2)와 마찬가지이다.
상기 구성에 의하면, 차동 증폭 회로(AMP)에 의해 트랜지스터(M3)가 제어됨으로써, PIN 다이오드(DPN)에 인가되는 바이어스 전압이 조정되고, 정류 회로(133)의 용량값이 변화한다. 이에 의해, 정류 전압(VRCT)이 목표 전압(VTGT)을 초과하지 않도록 공진 주파수가 조정되므로, 수전 장치(7)의 수전 전력을 제한할 수 있어, 수전 장치(7)의 발열을 억제할 수 있다. 또한, PIN 다이오드(DPN)를 사용함으로써 간단하게 공진 회로의 용량값을 가변으로 할 수 있다.
≪실시 형태 6≫
도 10에, 실시 형태 6에 따른 수전 장치를 포함하는 비접촉 급전 시스템을 예시한다.
실시 형태 6에 따른 비접촉 급전 시스템(25)에 있어서의 수전 장치(8)는, 공진 회로의 공진 주파수를 조정하기 위해 공명 코일(131)의 인덕턴스를 가변하는 점에서, 그 밖의 실시 형태에 따른 수전 장치와 상이하다.
도 10에 도시되는 수전 장치(8)는, 공진 회로(130E)에 있어서 공명 코일(131)의 인덕턴스를 조정하기 위한 스위치 소자(155, 156)를 갖는다. 스위치 소자(156)는, 공명 코일(131)의 중간 노드(ND1)와 노드(NDP) 사이에 접속되고, 스위치 소자(155)는, 공명 코일(131)의 중간 노드(ND2)와 노드(NDN) 사이에 접속된다. 스위치 소자(155, 156)는, 콤퍼레이터 회로(CMP)의 비교 결과 신호(149)에 의해 온·오프가 제어된다. 수전 장치(8)에 있어서의 그 밖의 구성은, 실시 형태 3에 따른 수전 장치(5)와 마찬가지이다.
스위치 소자(155, 156)를 오프시켰을 때의 공명 코일(131)과 공진 용량(132)에 의한 공진 주파수가 송전 주파수(fTx)와 일치하도록, 공명 코일(131)과 공진 용량(132)의 상수를 정해 둔다.
예를 들어, 정류 전압(VRCT)이 목표 전압(VTGT)보다도 작은 경우, 스위치 소자(155, 156)가 오프됨으로써, 공명 코일(131)의 인덕턴스가 최대로 되고, 공진 회로(130E)의 공진 주파수와 송전 주파수(fTx)가 일치한다. 이에 의해, 공진 회로(130E)에 의한 수전 전력이 최대로 된다. 한편, 정류 전압(VRCT)이 목표 전압(VTGT)보다도 큰 경우, 스위치 소자(155, 156)가 온됨으로써, 공명 코일(131)의 인덕턴스가 감소하고, 공진 회로(130E)의 공진 주파수와 송전 주파수(fTx)가 불일치로 된다. 이에 의해, 공진 회로(130D)의 수전 전력이 크게 저하된다.
상기한 바와 같이 공진 회로(130E)의 인덕턴스가 조정됨으로써, 정류 전압(VRCT)이 목표 전압(VTGT)을 초과하지 않도록 공진 주파수가 조정되므로, 수전 장치(8)의 수전 전력을 제한할 수 있어, 수전 장치(8)의 발열을 억제할 수 있다.
≪실시 형태 7≫
도 11에, 실시 형태 7에 따른 수전 장치를 포함하는 비접촉 급전 시스템을 예시한다.
실시 형태 7에 따른 비접촉 급전 시스템(26)에 있어서의 수전 장치(9)는, 정류 회로(133)의 입력 전압을 감시함으로써 수전 전력을 감시하는 점에서, 그 밖의 실시 형태에 따른 수전 장치와 상이하다.
도 11에 도시되는 수전 장치(9)는, 공진 회로(139)를 개재하여 정류 회로(133)에 공급되는 입력 전압을 검출하기 위한 입력 전압 검출부(160)를 더 포함한다. 입력 전압 검출부(160)는, 예를 들어 정류 회로(133)의 정측의 입력 전압[노드(NDP)의 전압]의 피크값을 검출하는 피크 홀드 회로(PH_CIRP)(162)와, 정류 회로(133)의 부측의 입력 전압[노드(NDN)의 전압]의 피크값을 검출하는 피크 홀드 회로(PH_CIRN)를 포함한다. 입력 전압 검출부(160)는, 피크 홀드 회로(161)에 의해 검출된 피크값과 피크 홀드 회로(162)에 의해 검출된 피크값의 평균값을 출력하는 평균화 회로(163)를 더 포함한다.
차동 증폭 회로(AMP)는, 평균화 회로(163)에 의해 생성된, 2개의 피크값의 평균값에 따른 검출 전압(VPA)과 목표 전압(VTGT)의 차분이 작아지도록 제어 전압(144)을 생성한다. 공진 회로(130)를 포함하는 그 밖의 구성은, 실시 형태 1에 따른 수전 장치(2)와 마찬가지이다.
이에 의하면, 실시 형태 1에 따른 수전 장치(2)와 마찬가지로, 수전 전력이 목표 전력 레벨을 초과하지 않도록 공진 주파수가 조정되므로, 수전 장치(9)의 수전 전력을 제한할 수 있어, 수전 장치(9)의 발열을 억제할 수 있다. 또한, 정류 회로(133)보다도 앞서서 수전 전력을 검출하므로, 제어계[수전 전력을 검출하고 나서 공진 회로(130)의 임피던스를 조정할 때까지의 제어계]의 응답성을 향상시킬 수 있다. 또한, 노드(NDP)와 노드(NDN)의 각각의 피크 전압을 검출하는 구성으로 함으로써, 노드(NDP)와 노드(NDN)에 각각에 발생하는 수전 전력에 따른 교류 신호의 파형이 비대칭이라도, 입력 전압 검출부(160)에 의한 검출 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.
≪실시 형태 8≫
도 12에, 실시 형태 8에 따른 수전 장치를 포함하는 비접촉 급전 시스템을 예시한다.
실시 형태 8에 따른 비접촉 급전 시스템(27)에 있어서의 수전 장치(10)는, 정류 회로(133)의 편측(片側)의 입력 전압을 감시하여 공진 주파수를 조정하는 점에서, 실시 형태 7에 따른 수전 장치(11)와 상이하다.
도 12에 도시되는 수전 장치(10)에 있어서의 입력 전압 검출부(164)는, 예를 들어 정류 회로(133)의 정측 또는 부측의 입력 전압[노드(NDP) 또는 노드(NDN)의 전압]의 피크값을 검출하는 피크 홀드 회로(PH_CIRP)(162)를 포함한다. 또한, 도 12에서는, 피크 홀드 회로(162)에 의해 노드(NDP)의 피크값을 검출하는 구성이 예시되지만, 노드(NDN)의 피크값을 검출하는 구성으로 해도 된다.
차동 증폭 회로(AMP)는, 피크 홀드 회로(162)에 의해 검출된 피크값에 따른 검출 전압(VPP)과 목표 전압(VTGT)의 차분이 작아지도록 제어 전압(144)을 생성한다. 공진 회로(130)를 포함하는 그 밖의 구성은, 실시 형태 1에 따른 수전 장치(2)와 마찬가지이다.
이에 의하면, 실시 형태 7에 따른 수전 장치(9)와 마찬가지로, 수전 전력이 목표 전력 레벨을 초과하지 않도록 공진 주파수가 조정되므로, 수전 장치(10)의 수전 전력을 제한할 수 있어, 수전 장치(10)의 발열을 억제할 수 있다. 또한, 수전 장치(10)에 의하면, 입력 전압 검출부(164)에 의한 검출 정밀도가 허용될 수 있는 경우에는, 추가해야 하는 부품 개수를 저감할 수 있으므로, 공진 주파수를 조정 가능하게 하는 것에 의한 수전 장치의 비용 증가를 억제할 수 있다.
≪실시 형태 9≫
도 13에, 실시 형태 9에 따른 수전 장치를 포함하는 비접촉 급전 시스템을 예시한다.
실시 형태 9에 따른 비접촉 급전 시스템(28)에 있어서의 수전 장치(11)는, 공진 주파수 조정부에 공급되는 목표 전압(VTGT)이 가변으로 되는 점에서, 그 밖의 실시 형태에 따른 수전 장치와 상이하다.
도 13에 도시되는 바와 같이, 수전 장치(11)에 있어서의 수전 IC(170)는, 전원 회로(134) 대신에 전압 제어부(171)를 갖는다. 전압 제어부(171)는, 정류 전압(VRCT)을 입력하고, 후단에 접속되는 부하 회로로서의 내부 회로(139)나 충전 제어 회로(135) 등에 그 전압을 공급함과 함께, 상기 부하 회로에 공급하는 전압이 원하는 전압으로 되도록 목표 전압(VTGT)을 조정한다. 목표 전압(VTGT)의 조정은, 예를 들어, 전술한, 수전 장치 내에 설치된 기준 전압 생성 회로(도시하지 않음)를 제어함으로써 실현된다.
예를 들어, 내부 회로(139)나 충전 제어 회로(135) 등에 "5V"의 전압을 공급하고자 하는 경우, 전압 제어부(171)는, 전압 제어부(171)의 출력 전압이 5V로 되도록 목표 전압(VTGT)을 조정한다. 이에 의해, 전압 제어부(171)의 입출력간의 전압 강하를 무시할 수 있다고 가정하면, 전압 제어부(171)에 입력되는 정류 전압(VRCT)이 "5V"로 되도록 수전 전력이 제한된다.
이상과 같이 실시 형태 9에 따른 수전 장치(11)에 의하면, 부하에 공급해야 하는 전압 레벨에 따라 정류 회로(133)의 출력 전압이 조정되므로, 정류 회로(133)의 후단에 레귤레이터 등의 DC/DC 컨버터[전술한 전원 회로(134) 등]를 설치하지 않아도 부하에 필요한 전압을 생성할 수 있다. 따라서, 수전 장치의 요구 사양을 만족하는 것이면 기존의 DC/DC 컨버터 등을 제거할 수 있어, 수전 장치의 회로 규모의 저감에 이바지할 수 있다.
≪실시 형태 10≫
실시 형태 1 내지 9에 있어서 예시한 수전 전력을 제어하는 기능을 구비한 수전 장치를, NFC 통신 이외의 무선 통신이 가능한 비접촉 급전 시스템에 적용한 경우의 구성예를 도 14에 나타낸다.
도 14는 실시 형태 10에 따른 수전 장치를 포함하는 비접촉 급전 시스템을 예시하는 도면이다.
도 14에 도시되는 비접촉 급전 시스템(29)에 있어서의 수전 장치(12)는, 공명 코일(131)과는 별개로 설치한 통신용 안테나에 의해 송전 장치와의 사이에서 무선 통신을 행하는 점에서, 그 밖의 실시 형태에 따른 수전 장치와 상이하다.
비접촉 급전 시스템(29)에서는, 근거리 무선 통신에 의해 송전 장치(3)와 수전 장치(12) 사이에서 서로 데이터의 송신과 수신이 가능하게 된다. 당해 근거리 무선 통신은, 예를 들어 무선 LAN이나 Bluetooth(등록 상표, 이하 동일함) 등의 수 ㎓대의 주파수를 사용한 무선 통신이다.
도 14에 도시되는 바와 같이, 송전 장치(3)는, 전술한 통신용 코일 안테나(106) 대신에 통신용 안테나(111)를 갖는다. 통신부(105)는, 통신용 안테나(111)를 개재하여 수전 장치(12)와의 사이에서 무선 통신을 행한다. 그 밖의 구성은, 실시 형태 1에 따른 송전 장치(1)와 마찬가지이다.
도 14에 도시되는 바와 같이, 수전 장치(12)는, 전술한 절환 회로(1370) 및 통신 제어 회로(1371) 대신에, 통신부(CMM_CIR)(181)와 통신용 안테나(180)를 갖는다. 통신부(181)는, 통신용 안테나(180)를 개재하여 송전 장치(3)와의 사이에서 무선 통신을 행한다. 그 밖의 구성은, 실시 형태 1 내지 9에 따른 송전 장치와 마찬가지이다. 공진 주파수 조정부(141) 및 공진 회로(130)의 구체적인 구성으로서는, 실시 형태 1 내지 9에서 예시한 각종 구성[차동 증폭 회로(AMP)나 콤퍼레이터 회로(CMP), 공진 회로(130A 내지 130E) 등]을 적용할 수 있다.
이에 의하면, 실시 형태 1 내지 9와 마찬가지로, 수전 장치가 필요로 하는 전력 이상의 여분의 전력을 수전하지 않도록 할 수 있으므로, 수전 장치의 발열을 억제할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해 이루어진 발명을 실시 형태에 기초하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 그에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양하게 변경 가능한 것은 물론이다.
예를 들어, 실시 형태 1 내지 10에 있어서, 정류 회로(133)의 출력 전압(VRCT) 또는 입력 전압[노드(NDP, NDN)의 전압]을 감시하는 구성을 예시하였지만, 수전 전력을 감시할 수 있으면, 상기 예시한 구성으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 정류 회로(133)의 출력 전류나 입력 전류를 감시함으로써 수전 전력을 감시하고, 그 결과에 기초하여 공진 회로(130)의 임피던스를 조정해도 된다. 또한, 전력량의 검출 회로로서, 예를 들어 CM형 방향성 결합기를 사용하는 것도 가능하다.
공진 회로(130)의 공진 주파수를 조정하기 위한 수단은, 실시 형태 1 내지 10에 예시한 구성으로 한정되지 않고, 공진 회로(130)의 공진 주파수를 변화시킬 수 있으면, 다양한 회로 구성을 채용할 수 있다.
공진 주파수 조정 회로(141)로서 차동 증폭 회로(AMP)나 콤퍼레이터 회로(CMP)를 포함하는 간단한 회로 구성을 예시하였지만, 공진 회로(130)의 임피던스를 조정할 수 있으면, 상기 구성으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 제어의 안정성이나 신뢰성을 향상시키기 위해, 차동 증폭 회로(AMP)에 위상 보상 회로를 추가하거나, 콤퍼레이터 회로(CMP)에 각종 로직 회로를 추가하는 것도 가능하다.
실시 형태 4에 따른 수전 장치(6)에 있어서, 노드(NDN)에 접속되는 임피던스 조정 회로(151_1 내지 151_n)뿐만 아니라, 노드(NDP)에 접속되는 임피던스 조정 회로(151_1 내지 151_n)를 더 설치하고, 대응하는 콤퍼레이터 회로에 의해 각각을 온·오프시키는 구성으로 해도 된다. 이에 의하면, 실시 형태 1에 따른 수전 장치(1)와 마찬가지로, 노드(NDP) 및 노드(NDN)의 각각에 공급되는 교류 신호의 대칭성을 유지할 수 있다.
실시 형태 5에 따른 수전 장치(7)에 있어서, PIN 다이오드의 바이어스 전압을 트랜지스터(M3)를 개재하여 차동 증폭 회로(AMP)에 의해 제어하는 구성을 예시하였지만, 차동 증폭 회로(AMP) 대신에 콤퍼레이터 회로(CMP)를 사용하는 것도 가능하다. 이 경우, 또한, PIN 다이오드를 포함하는 임피던스 조정 회로(152)와 콤퍼레이터 회로(CMP)를 복수개 설치하고, 실시 형태 4에 따른 수전 장치(6)와 같이 제어하는 구성으로 해도 된다.
또한, 실시 형태 1 내지 10에서는, 수전 전력을 제어하는 기능을, 자기 공명 방식의 비접촉 급전 시스템의 수전 장치에 적용하는 경우를 예시하였지만, 전자 유도 방식의 비접촉 급전 시스템에 있어서의 수전 장치에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 또한, 통신 기능을 갖지 않고 송전·수전만을 행하는 송전 장치 및 수전 장치를 포함하는 비접촉 급전 시스템에 적용하는 것도 가능하다. 이에 의하면, 비접촉 전력 전송의 신뢰성을 높이면서, 통신을 행하기 위한 회로나 안테나 등이 불필요해지는 것에 의한 송전 장치 및 수전 장치의 소규모화를 도모할 수 있다.
1, 3 : 송전 장치
101 : 발진기
102 : 송전 앰프
103 : 전원 회로(REG_CIR)
104 : 제어 회로(CNT_CIR)
105 : 통신부(CMM_CIR)
106 : 통신용 코일 안테나
107 : 급전 코일
108 : 공명 코일
109 : 공진 용량
2, 4 내지 12 : 수전 장치
20 내지 29 : 비접촉 급전 시스템
130, 130A 내지 130E : 공진 회로
131 : 공명 코일
132, 200 : 공진 용량
201 : 부하 회로
202 : 병렬 공진부
NDP, NDN, ND1, ND2 : 노드
C1, C2, C3, CP, CN : 용량
133 : 정류 회로
134 : 전원 회로
135 : 충전 제어 회로
136 : 제어부
137 : 통신부
1370 : 절환 회로
1371 : 통신 제어 회로
139 : 내부 회로
140 : 수전 IC
141 : 공진 주파수 조정부
BAT : 배터리
VRCT : 정류 전압
D1 내지 D4 : 정류용 쇼트키 다이오드
C3 : 평활화 용량
142, 143, 147, 148, 151_1 내지 151_n, 152 : 임피던스 조정 회로
1420, 1430 : 가변 저항 회로
M1 내지 M3 : 트랜지스터
VTGT : 목표 전압
VTGT1 내지 VTGTn : 임계값 전압
AMP : 차동 증폭 회로
144 : 제어 전압
CMP, CMP_1 내지 CMP_n : 콤퍼레이터 회로
149, 149_1 내지 149_n : 비교 결과 신호
300, 301, 400 내지 403 : 수전 전력의 특성
155, 156 : 스위치 소자
160, 164 : 입력 전압 검출부
161, 162 : 피크 홀드 회로
163 : 평균화 회로
VPA, VPP : 검출 전압
170 : 수전 IC
171 : 전압 제어부
111, 180 : 통신용 안테나
181 : 통신부

Claims (19)

  1. 수전 안테나로서의 공명 코일 및 공진 용량을 포함하는 공진 회로를 갖고, 상기 공진 회로의 공진 결합에 의해 비접촉으로 전력을 수전하는 수전 장치로서, 전력을 수전할 때, 상기 공진 회로에 의해 상기 수전한 수전 전력을 감시하고, 상기 수전 전력이 목표 전력 레벨을 초과하지 않도록 상기 공진 회로의 공진 주파수를 제어하는 수전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수전 전력이 상기 목표 전력 레벨을 초과하지 않는 경우에, 상기 공진 회로의 공진 주파수가 송전 주파수와 동등해지도록 상기 공진 회로의 임피던스를 조정하고, 상기 수전 전력이 상기 목표 전력 레벨을 초과하는 경우에, 상기 공진 주파수가 상기 송전 주파수로부터 이격되도록 상기 공진 회로의 임피던스를 조정하는 수전 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공진 회로에 의해 수전한 전력에 따른 교류 전압을 정류하여 직류의 출력 전압을 얻는 정류 회로와,
    상기 정류 회로의 출력 전압을 감시하고, 상기 출력 전압이 목표 전압을 초과하지 않도록 상기 공진 회로의 임피던스를 조정하는 조정부를 더 갖는 수전 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 공진 회로는, 상기 조정부에 의해 그 용량값이 변경 가능하게 되는 수전 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 조정부는, 상기 목표 전압과 상기 출력 전압의 차분이 작아지도록 제어 전압을 생성하는 차동 증폭 회로를 포함하고,
    상기 공진 회로는,
    상기 공명 코일 및 상기 공진 용량이 병렬로 접속된 병렬 공진부와,
    상기 병렬 공진부의 일단부와 고정 전압이 공급되는 기준 노드 사이에, 직렬로 접속된 제1 용량 및 제1 가변 저항 회로를 포함하고,
    상기 제1 가변 저항 회로는, 상기 제어 전압에 기초하여 저항값이 가변으로 되는 수전 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 공진 회로는, 상기 병렬 공진부의 타단부와 상기 기준 노드 사이에, 직렬로 접속된 제2 용량 및 제2 가변 저항 회로를 더 포함하고,
    상기 제2 가변 저항 회로는, 상기 제어 전압에 기초하여 저항값이 가변으로 되는 수전 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 가변 저항 회로와 상기 제2 가변 저항 회로는, 상기 제어 전압에 의해 구동되는 트랜지스터를 각각 포함하여 구성되는 수전 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 조정부는, 상기 목표 전압에 따른 임계값 전압과 상기 출력 전압을 비교하고, 비교 결과를 출력하는 콤퍼레이터 회로를 포함하고,
    상기 공진 회로는,
    상기 공명 코일 및 상기 공진 용량이 병렬로 접속된 병렬 공진부와,
    상기 병렬 공진부의 일단부와 고정 전압이 공급되는 기준 노드 사이에, 직렬로 접속된 제1 용량 및 제1 스위치 소자를 포함하고,
    상기 제1 스위치 소자는, 상기 비교 결과에 기초하여 온·오프 제어가 가능하게 되는 수전 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 공진 회로는, 상기 병렬 공진부의 타단부와 상기 기준 노드 사이에, 직렬로 접속된 제2 용량 및 제2 스위치 소자를 더 포함하고,
    상기 제2 스위치 소자는, 상기 비교 결과에 기초하여 온·오프 제어가 가능하게 되는 수전 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 병렬 공진부의 상기 수전 코일과 상기 공진 용량의 상수는, 상기 제1 스위치 소자 및 상기 제2 스위치 소자가 오프하였을 때에, 상기 병렬 공진부의 공진 주파수가 송전 주파수와 동등해지도록 설정되고,
    상기 조정부는, 상기 출력 전압이 상기 목표 전압을 초과한 경우에, 상기 제1 스위치 소자 및 상기 제2 스위치 소자를 온시키고, 상기 출력 전압이 상기 목표 전압을 초과하지 않는 경우에, 상기 제1 스위치 소자 및 상기 제2 스위치 소자를 오프시키는 수전 장치.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 조정부는, 상기 목표 전압에 따른 임계값 전압과 상기 출력 전압을 비교하고, 비교 결과를 출력하는 복수의 콤퍼레이터 회로를 포함하고,
    상기 공진 회로는,
    상기 공명 코일 및 상기 공진 용량이 병렬로 접속된 병렬 공진부와,
    상기 병렬 공진부의 일단부와 고정 전압이 공급되는 기준 노드 사이에 직렬로 접속된 제1 용량 및 제1 스위치 소자를 포함하는 복수의 임피던스 조정 회로를 갖고,
    복수의 상기 콤퍼레이터 회로는, 각각의 상기 임계값 전압이 서로 상이하고,
    상기 복수의 임피던스 조정 회로는 상기 콤퍼레이터 회로에 대응하여 설치되고,
    각각의 상기 임피던스 조정 회로의 상기 제1 스위치 소자는, 대응하는 상기 콤퍼레이터 회로의 비교 결과에 기초하여 온·오프 제어가 가능하게 되는 수전 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 스위치 소자 및 상기 제2 스위치 소자는, 상기 제어 전압에 기초하여 제어 가능하게 되는 기계식 스위치인 수전 장치.
  13. 제3항에 있어서,
    부하 회로와,
    상기 정류 회로의 출력 전압을 입력하고, 후단에 접속된 상기 부하 회로에 공급하는 전압 제어부를 더 갖고,
    상기 전압 제어부는, 상기 부하 회로에 공급되는 전압이 원하는 전압으로 되도록 상기 목표 전압을 조정하는 수전 장치.
  14. 제4항에 있어서,
    상기 공진 회로는, 상기 조정부에 의해 인가되는 바이어스 전압이 가변으로 되는 PIN 다이오드를 포함하는 수전 장치.
  15. 제3항에 있어서,
    상기 공진 회로는, 상기 수전 코일의 인덕턴스가 변경 가능하게 되는 수전 장치.
  16. 제3항에 있어서,
    상기 공진 회로에 의해 수전한 전력에 따른 교류 전압을 정류하여 직류의 출력 전압을 얻는 정류 회로와,
    상기 공진 회로를 개재하여 상기 정류 회로에 공급되는 입력 전압을 검출하기 위한 입력 전압 검출부와,
    상기 입력 전압 검출부에 의해 검출된 입력 전압이 목표 전압을 초과하지 않도록 상기 공진 회로의 임피던스를 조정하는 조정부를 더 갖는 수전 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 정류 회로는, 전파 정류 회로이며,
    상기 입력 전압 검출부는,
    상기 정류 회로의 정측(positive side)의 입력 전압의 피크값을 검출하는 제1 피크 홀드 회로와,
    상기 정류 회로의 부측(negative side)의 입력 전압의 피크값을 검출하는 제2 피크 홀드 회로와,
    상기 제1 피크 홀드 회로에 의해 검출된 피크값과 상기 제2 피크 홀드 회로에 의해 검출된 피크값의 평균값을 출력하는 평균화 회로를 포함하고,
    상기 조정부는, 상기 평균화 회로의 상기 평균값이 상기 목표 전압을 초과하지 않도록 상기 공진 회로의 임피던스를 조정하는 수전 장치.
  18. 공진 회로를 이용한 전자(電磁)계의 공진 결합에 의해 비접촉으로 전력을 송전하는 송전 장치와,
    상기 송전 장치로부터 송전된 전력을 비접촉으로 수전하는 제2항의 수전 장치를 포함하는 비접촉 급전 시스템.
  19. 수전 안테나로서의 공명 코일 및 공진 용량을 포함하는 공진 회로를 갖고, 상기 공진 회로의 공진 결합에 의해 비접촉으로 전력을 수전하는 수전 장치로서, 전력을 수전할 때, 상기 공진 회로에 의해 상기 수전한 수전 전력이 목표 전력 레벨과 일치하도록 상기 공진 회로의 임피던스를 동적으로 제어하는 수전 장치.
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