KR20170122246A - 와이어리스 송전 장치, 이물 검출 방법, 충전기 - Google Patents

와이어리스 송전 장치, 이물 검출 방법, 충전기 Download PDF

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KR20170122246A
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foreign matter
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KR1020177027490A
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마사또시 와따나베
도모야 모리나가
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로무 가부시키가이샤
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    • H04B5/266—
    • H04B5/79—

Abstract

송신 안테나(201)는 직렬로 접속된 공진 캐패시터 및 송신 코일(202)을 포함한다. 드라이버(204)는 송신 안테나(201)에 구동 전압을 인가하는 브리지 회로(205)를 포함한다. 전류 센서(220)는 브리지 회로(205)에 흐르는 전류 IS를 검출한다. 이물 검출기(230)는 브리지 회로(205)의 스위칭 주파수를 변화시키면서 브리지 회로(205)에 흐르는 전류 IS를 검출하고, 그 결과에 기초하여 이물의 유무를 판정한다.

Description

와이어리스 송전 장치, 이물 검출 방법, 충전기
본 발명은 와이어리스 급전 기술에 관한 것이며, 특히 이물 검출에 관한 것이다.
최근, 전자 기기에 전력을 공급하기 위해, 와이어리스 급전이 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 전자기 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 있어, 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(Back scatter 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 혹은 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 발열한다는 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.
현재, 중간 전력용 Qi 규격(Volume II Middle Power)의 책정이 진행되고 있으며, 다른 방식의 FOD 방식이 모색되고 있다. 그 중의 하나로서, 송신 코일(안테나)의 Q값을 이용한 것을 들 수 있다. 구체적으로는, 송신 코일에 이물이 근접하면, 송신 안테나의 Q값이 변화되는 것을 이용하여, 이물의 유무를 판정하려고 하는 것이다.
일본 특허 공개 제2013-38854호 공보 일본 특허 제5071574호 공보
본 발명은 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 그 어느 형태의 예시적인 목적의 하나는, 이물 검출 가능한 송전 장치의 제공에 있다.
본 발명의 어느 형태는, 와이어리스 수전 장치에 전력 신호를 송신하는 와이어리스 송전 장치에 관한 것이다. 와이어리스 송전 장치는, 직렬로 접속된 공진 캐패시터 및 송신 코일을 포함하는 송신 안테나와, 송신 안테나에 구동 전압을 인가하는 브리지 회로를 포함하는 드라이버와, 브리지 회로에 흐르는 전류를 검출하는 전류 센서와, 브리지 회로의 스위칭 주파수를 변화시키면서 브리지 회로에 흐르는 전류를 검출하고, 그 결과에 기초하여 이물의 유무를 판정하는 이물 검출기를 구비한다.
브리지 회로에 흐르는 전류의 주파수 특성, 예를 들어 피크를 부여하는 센터 주파수나, 밴드폭은, 송신 안테나(201)의 주위의 상황에 따라서 변화되기 때문에, 브리지 회로에 흐르는 전류의 주파수 특성을 검출함으로써, 이물을 검출할 수 있다. 이 형태에 의하면, 이물 검출기의 회로 구성을 종래보다도 현저하게 간략화하여, 비용을 내릴 수 있다.
이물 검출기는, 전류가 피크로 되는 주파수 f0과, 전류가 피크로부터 소정 비율 저하되었을 때의 주파수 f1에 기초하여, 이물의 유무를 판정해도 된다.
이물 검출기는, (i) 송신 안테나의 공진 주파수보다 낮은 주파수를 스타트로 하여, 브리지 회로의 스위칭 주파수 fSW를 스위프업하면서, 주파수 f0 및 그때의 전류값 IMAX를 취득하고, (ii) 전류값 IMAX에 소정 비율을 곱한 전류 ILOW를 산출하고, (iii) 스위칭 주파수 fSW를 더 스위프업하면서, 검출 전류가 전류 ILOW로 되었을 때의 주파수 f1을 취득해도 된다.
소정 비율은 1/√2이어도 된다.
이물 검출기는, Q=f0/(2×|f0-f1|)에 따라서 Q값을 산출하고, 산출한 Q값과 소정의 역치의 비교 결과에 기초하여, 이물의 유무를 판정해도 된다.
이물 검출기는, 와이어리스 수전 장치로부터 역치를 수신해도 된다.
전류 센서는, DC 전원으로부터 브리지 회로의 상측 전원 단자에 유입되는 전류를 검출해도 된다.
이 경우, 전류를 직류에 가까운 신호로서 측정할 수 있기 때문에, 정밀도를 높일 수 있다. 특히 브리지 회로의 상측 전원 단자에 평활 캐패시터가 접속되는 경우, 이 효과는 현저하다.
전류 센서는, 브리지 회로의 하측 전원 단자로부터 접지에 유출되는 전류를 검출해도 된다.
이 경우, 전류를 직류에 가까운 신호로서 측정할 수 있기 때문에, 정밀도를 높일 수 있다.
전류 센서는, 검출 대상인 전류의 경로 상에 설치된 검출 저항과, 검출 저항의 전압 강하를 증폭하는 센스 앰프와, 센스 앰프의 출력을 받는 로우 패스 필터와, 로우 패스 필터의 출력을 디지털값으로 변환하는 A/D 컨버터를 포함해도 된다.
전류 센서는, 송신 전력을 산출하기 위해 필요한 전류를 검출하는 전류 검출 회로와 공용되어도 된다.
이 경우, 추가의 하드웨어를 더 삭감할 수 있다.
와이어리스 송전 장치는 Qi 규격에 준거해도 된다.
본 발명의 다른 형태는 충전기에 관한 것이다. 충전기는 상술한 어느 하나의 와이어리스 송전 장치를 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 따르면, 이물을 검출할 수 있다.
도 1은 Qi 규격에 준거한 와이어리스 급전 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 실시 형태에 따른 와이어리스 송전 장치를 구비하는 급전 시스템의 블록도이다.
도 3은 브리지 회로의 스위칭 주파수 fSW와 전류 IS의 관계를 도시하는 도면이다.
도 4는 이물 검출 시퀀스의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
도 5는 송전 장치의 구성예를 도시하는 회로도이다.
도 6은 도 5의 송전 장치의 동작 파형도이다.
도 7은 송전 장치를 구비하는 충전기의 회로도이다.
이하, 본 발명을 적합한 실시 형태를 기초로 도면을 참조하면서 설명한다. 각 도면에 도시되는 동일 또는 동등한 구성 요소, 부재, 처리에는, 동일한 번호를 붙이는 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 송전 장치를 구비하는 급전 시스템(100)의 블록도이다. 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 예를 들어 충전대를 갖는 충전기에 탑재된다. 송전 장치(200)는 송신 코일(1차 코일)(202), 드라이버(204), 컨트롤러(206), 복조기(208), DC 전원(210), 전류 센서(220)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. 본 실시 형태에서는, 하프 브리지 회로(205)가 사용된다. 하프 브리지 회로(205)의 상측 전원 단자 P1에는, DC 전원(210)으로부터의 전원 전압 VDD가 공급되고, 하측 전원 단자 P2는 접지된다. 상측 전원 단자 P1에는 평활 캐패시터 CS가 접속된다.
컨트롤러(206)는 송전 장치(200) 전체를 통괄적으로 제어하는 것이며, 구체적으로는, 드라이버(204)의 스위칭 주파수 fSW, 혹은 스위칭의 듀티비를 제어함으로써, 송신 전력을 변화시킨다. 컨트롤러(206)의 기능, 구성에 대해서는, 후술하는 이물 검출기(230)에 관한 것을 제외하고, 공지 기술을 사용하면 되기 때문에, 설명을 생략한다.
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(Back scatter 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. 또한 제어 신호 S3에는, 송신 안테나(201)의 Q값의 적정 범위를 규정하는 역치가 포함되어도 된다.
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.
계속해서, 송전 장치(200)에 있어서의 이물 검출(FOD)에 대하여 설명한다.
FOD에 관하여, 송전 장치(200)는 전류 센서(220) 및 컨트롤러(206)의 이물 검출기(Foreign Object Detector)(230)를 구비한다.
전류 센서(220)는 브리지 회로(205)에 흐르는 전류 IS를 검출하고, 검출한 전류량을 나타내는 전류 검출값 S4를 생성한다. 전류 검출값 S4는, 컨트롤러(206)의 이물 검출기(230)에 입력된다. 「브리지 회로에 흐르는 전류」란, 브리지 회로의 입력 전류 혹은 어느 하나의 아암에 흐르는 전류를 포함하고, 출력 전류, 즉 안테나에 흐르는 코일 전류는 포함하지 않는다. 또한 브리지 회로의 입력 전류는, 브리지 회로(205)의 상측 전원 단자에 유입되는 전류, 하측 전원 단자로부터 유출되는 전류를 포함한다.
수전 장치(300)에의 송전 개시 전에, 이하의 이물 검출 처리를 실행한다.
구체적으로는 이물 검출기(230)는 브리지 회로(205)의 스위칭 주파수 fSW를 변화시키면서 브리지 회로(205)에 흐르는 전류 IS를 검출하고, 그 결과에 기초하여 이물의 유무를 판정한다.
이상이 송전 장치(200)의 기본 구성이다. 계속해서 이물 검출기(230)의 원리, 동작을 설명한다.
도 3은 브리지 회로(205)의 스위칭 주파수 fSW와 전류 IS의 관계를 도시하는 도면이다. 본 발명자는, 브리지 회로(205)에 흐르는 전류 IS의 스위칭 주파수 의존성에 대하여 검토한바, 예를 들어 피크 IMAX를 부여하는 센터 주파수 f0, 밴드폭(주파수 특성이라 함) Δf가, 송신 안테나(201)의 주위의 상황에 따라서 변화되는 것을 인식하기에 이르렀다.
밴드폭 Δf는, 예를 들어 전류량 IS가 피크 IMAX로부터 소정 비율 저하되었을 때의 스위칭 주파수 fSW를 부여하는 주파수 f1을 사용하여,
Figure pct00001
로 정의된다. 소정 비율은 1/√2, 1/2, 1/e 등을 사용할 수 있지만, 전기 통신의 분야에서는 1/√2를 채용하는 것이 통상이다.
도 2의 송전 장치(200)에 의하면, 전류 센서(220)에 의해, 브리지 회로(205)에 흐르는 전류 IS의 주파수 특성을 검출하고, 주파수 특성의 변화를 감시함으로써, 이물을 검출할 수 있다.
이 방법에 의하면, 브리지 회로(205)에 흐르는 전류 IS를 측정하면 충분하기 때문에, 이물 검출기(230)의 회로 구성을 종래보다도 현저하게 간략화하여, 비용을 내릴 수 있다.
여기서, 센터 주파수 f0의 변동만으로는, 이물 검출의 정밀도가 낮은 경우도 있다. 따라서 이물 검출기(230)는 전류 IS가 피크 IMAX로 되는 주파수 f0과, 전류 IMAX가 피크 IMAX로부터 소정 비율 1/√2 저하되었을 때의 주파수 f1에 기초하여, 이물의 유무를 판정하는 것이 바람직하다.
Qi 규격에 준거한 송전 장치(200)에 있어서는, 송신 안테나(201)의 Q값에 기초하여, 이물을 검출해도 된다.
Figure pct00002
도 4는 이물 검출 시퀀스의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
송신 안테나(201)의 공진 주파수 fR보다 낮은 소정의 주파수 fS를 스타트 주파수로 하고, 스위칭 주파수 fSW를 스위프업한다.
스위프업의 과정에 있어서, 주파수 f0 및 그때의 전류값 IMAX를 취득한다(S102). 계속해서, 피크 전류값 IMAX에 소정 비율 1/√2를 곱한 전류 ILOW를 산출한다(S104). 스위칭 주파수 fSW를 더 스위프업하면서, 검출 전류 IS가 산출한 전류 ILOW로 되었을 때의 주파수 f1을 취득하고(S106), Q값을 산출한다(S108).
이물 검출기(230)는 이와 같이 얻어진 Q값에 기초하여, 이물의 유무를 판정한다(S110). 보다 구체적으로는 이물 검출기(230)는, 산출한 Q값과 소정의 역치의 비교 결과에 기초하여, 이물의 유무를 판정할 수 있다. 여기서 이물 검출기(230)는 소정의 역치를, 와이어리스 수전 장치로부터 수신해도 된다. 이상이 이물 검출의 플로우이다.
계속해서 송전 장치(200)의 구체적인 구성예를 설명한다. 도 5는 송전 장치(200)의 구성예를 도시하는 회로도이다.
전류 센서(220)는 DC 전원(210)으로부터 브리지 회로(205)의 상측 전원 단자 P1에 유입되는 전류(입력 전류라 함) IS를 검출 대상으로 한다. 전류 센서(220)는 검출 대상인 전류 IS의 경로 상에 설치된 검출 저항 RS와, 검출 저항 RS의 전압 강하 VS를 증폭하는 센스 앰프(222)와, 센스 앰프(222)의 출력을 받는 로우 패스 필터(224)와, 로우 패스 필터(224)의 출력을 디지털값으로 변환하는 A/D 컨버터(226)를 구비한다. 상측 전원 단자 P1에는 평활 캐패시터 CS가 접속되어 있고, 따라서 전류 센서(220)는 평활 캐패시터 CS에 유입되는 전류 IS를 측정하고 있는 것으로 파악할 수도 있다. 입력 전류 IS를 검출 대상으로 함으로써, 보호 동작의 관점에서도 유리하다.
송전 장치(200)에는, 자신의 송신 전력을 산출하는 기능을 구비하는 경우가 많고, 종래의 송전 장치도, 전력 산출을 위해 전류 검출을 위한 회로를 구비하고 있다. 이 경우, 따라서 전류 센서(220)는 전력 산출을 위한 전류 검출 회로와 공용(유용)할 수 있다.
도 6은 도 5의 송전 장치(200)의 동작 파형도이다. 도 6에는, 송신 안테나(201)에 흐르는 전류 ICOIL과, 브리지 회로(205)에의 입력 전류 IS, 로우 패스 필터(224)의 출력 신호 S5가 도시된다.
이론적으로는, 입력 전류 IS는, 브리지 회로(205)의 하이 사이드 트랜지스터가 온인 기간의 코일 전류 ICOIL에 상당하기 때문에, 입력 전류 IS는 반파형이지만, 브리지 회로(205)의 상측 전원 단자 P1[DC 전원(210)의 출력]에는, 평활용의 캐패시터 CS가 접속되기 때문에, 입력 전류 IS는, 코일 전류 ICOIL의 진폭에 따른 DC 성분과, 스위칭 주파수 fSW에 따른 교류 성분의 합으로 된다. 로우 패스 필터(224)에 의해, 스위칭 주파수 fSW에 따른 교류 성분을 제거함으로써, DC 성분, 즉 코일 전류 ICOIL을 검출할 수 있다.
계속해서 송전 장치(200)의 용도를 설명한다. 도 7은 송전 장치(200)를 구비하는 충전기(400)의 회로도이다. 충전기(400)는 수전 장치(300)를 구비하는 전자 기기(500)를 충전한다. 충전기(400)는 하우징(402), 충전대(404), 회로 기판(406)을 구비한다. 급전 대상인 전자 기기는 충전대(404) 상에 재치된다. 드라이버(204)나 컨트롤러(206) 그 밖의 회로 부품은, 회로 기판(406) 상에 실장된다. 송신 안테나(201)는 충전대(404)의 바로 아래에 레이아웃된다. 충전기(400)는 AC/DC 컨버터(410)에 의해 직류 전압을 받아도 되고, AC/DC 컨버터를 내장해도 된다. 혹은 충전기(400)는 USB(Universal Serial Bus) 등의 급전선을 구비하는 버스를 통해, 외부로부터 DC 전력의 공급을 받아도 된다.
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 변형예를 설명한다.
(제1 변형예)
전류 센서(220)가 감시하는 전류는, 브리지 회로의 입력 전류 IS에 한정되지는 않는다. 예를 들어 브리지 회로(205)보다도 접지측에 검출 저항 RS를 삽입해도 된다. 단, 접지측에서 전류를 측정하는 경우에는, 평활 캐패시터 CS에 의한 전류의 평활화의 효과를 기대할 수 없기 때문에, 추가의 회로 및 신호 처리가 필요로 되는 경우도 있다. 단 이 경우라도, 브리지 회로(205)의 출력 전류(즉 코일 전류 ICOIL)를 측정하는 경우와 비교하면, 회로 구성 및 신호 처리를 간략화할 수 있다는 장점은 향수할 수 있다.
또한, 검출 저항 RS를 삽입하는 대신에, 브리지 회로(205)의 스위칭 트랜지스터(하이 사이드 트랜지스터 또는 로우 사이드 트랜지스터)의 온 저항을 이용해도 된다. 단, 스위칭 트랜지스터의 온 저항을 이용하는 경우, 브리지 회로의 내부 전류를 측정하게 되기 때문에, 평활 캐패시터 CS에 의한 전류의 평활화의 효과를 기대할 수 없고, 추가의 회로 및 신호 처리가 필요로 되는 경우도 있다. 단 이 경우라도, 브리지 회로(205)의 출력 전류(즉 코일 전류 ICOIL)를 측정하는 경우와 비교하면, 회로 구성 및 신호 처리를 간략화할 수 있다는 장점은 향수할 수 있다.
(제2 변형예)
실시 형태에서는, 하프 브리지 회로의 드라이버(204)에 대하여 설명하였지만, H 브리지 회로에도 적용 가능하다.
(제3 변형예)
실시 형태에서는, Q값에 기초하여 이물 검출하는 경우를 설명하였지만, 본 발명은 그것에 한정되지는 않는다. Qi 규격 이외의, 장래 책정될 것인 규격에 있어서는, Q값에 상관없이, 센터 주파수 f0이나, 밴드폭 Δf의 변화에 기초하여, 이물을 검출할 수 있다.
실시 형태에 기초하여, 구체적인 용어를 사용하여 본 발명을 설명하였지만, 실시 형태는, 본 발명의 원리, 응용을 나타내고 있는 것에 지나지 않고, 실시 형태에는, 청구의 범위에 규정된 본 발명의 사상을 일탈하지 않는 범위에서, 많은 변형예나 배치의 변경이 인정된다.
본 발명은 와이어리스 급전 기술에 이용할 수 있다.
100 : 급전 시스템
200, TX : 송전 장치
201 : 송신 안테나
202 : 송신 코일
204 : 드라이버
205 : 브리지 회로
206 : 컨트롤러
208 : 복조기
210 : DC 전원
220 : 전류 센서
222 : 센스 앰프
224 : 로우 패스 필터
226 : A/D 컨버터
230 : 이물 검출기
300, RX : 수전 장치
302 : 수신 코일
S1 : 구동 신호
S2 : 전력 신호
S3 : 제어 신호
S4 : 전류 검출값
400 : 충전기
402 : 하우징
404 : 충전대
406 : 회로 기판
500 : 전자 기기

Claims (14)

  1. 와이어리스 수전 장치에 전력 신호를 송신하는 와이어리스 송전 장치로서,
    직렬로 접속된 공진 캐패시터 및 송신 코일을 포함하는 송신 안테나와,
    상기 송신 안테나에 구동 전압을 인가하는 브리지 회로를 포함하는 드라이버와,
    상기 브리지 회로에 흐르는 전류를 검출하는 전류 센서와,
    상기 브리지 회로의 스위칭 주파수를 변화시키면서 상기 브리지 회로에 흐르는 상기 전류를 검출하고, 그 결과에 기초하여 이물의 유무를 판정하는 이물 검출기를 구비하는 것을 특징으로 하는 와이어리스 송전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이물 검출기는, 상기 전류가 피크로 되는 주파수 f0과, 상기 전류가 피크로부터 소정 비율 저하되었을 때의 주파수 f1에 기초하여, 이물의 유무를 판정하는 것을 특징으로 하는 와이어리스 송전 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이물 검출기는,
    (i) 상기 송신 안테나의 공진 주파수보다 낮은 주파수를 스타트로 하여, 상기 브리지 회로의 스위칭 주파수를 스위프업하면서, 상기 주파수 f0 및 그때의 전류값 IMAX를 취득하고,
    (ii) 전류값 IMAX에 상기 소정 비율을 곱한 전류 ILOW를 산출하고,
    (iii) 상기 스위칭 주파수를 더 스위프업하면서, 검출 전류가 상기 전류 ILOW로 되었을 때의 주파수 f1을 취득하는 것을 특징으로 하는 와이어리스 송전 장치.
  4. 제2항 또는 제3항 있어서,
    상기 소정 비율은 1/√2인 것을 특징으로 하는 와이어리스 송전 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이물 검출기는, Q=f0/(2×|f0-f1|)에 따라서 Q값을 산출하고, 산출한 Q값에 기초하여 이물의 유무를 판정하는 것을 특징으로 하는 와이어리스 송전 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 이물 검출기는, 산출한 Q값과 소정의 역치의 비교 결과에 기초하여, 이물의 유무를 판정하는 것을 특징으로 하는 와이어리스 송전 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 이물 검출기는, 상기 와이어리스 수전 장치로부터 상기 역치를 수신하는 것을 특징으로 하는 와이어리스 송전 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전류 센서는, DC 전원으로부터 상기 브리지 회로의 상측 전원 단자에 유입되는 전류를 검출하는 것을 특징으로 하는 와이어리스 송전 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 브리지 회로의 상측 전원 단자에 접속된 평활 캐패시터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 와이어리스 송전 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전류 센서는,
    검출 대상인 전류의 경로 상에 설치된 검출 저항과,
    상기 검출 저항의 전압 강하를 증폭하는 센스 앰프와,
    상기 센스 앰프의 출력을 받는 로우 패스 필터와,
    상기 로우 패스 필터의 출력을 디지털값으로 변환하는 A/D 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어리스 송전 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전류 센서는, 송신 전력을 산출하기 위해 필요한 전류를 검출하는 전류 검출 회로와 공용되는 것을 특징으로 하는 와이어리스 송전 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    Qi 규격에 준거한 것을 특징으로 하는 와이어리스 송전 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 와이어리스 송전 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 충전기.
  14. 와이어리스 수전 장치에 있어서의 이물 검출 방법으로서,
    상기 와이어리스 수전 장치는,
    직렬로 접속된 공진 캐패시터 및 송신 코일을 포함하는 송신 안테나와,
    상기 송신 안테나에 구동 전압을 인가하는 브리지 회로를 포함하고,
    상기 이물 검출 방법은,
    상기 브리지 회로의 스위칭 주파수를 변화시키면서 상기 브리지 회로에 흐르는 전류를 검출하는 스텝과,
    상기 전류가 피크로 되는 주파수 f0과, 상기 전류가 피크로부터 소정 비율 저하하였을 때의 주파수 f1에 기초하여, 이물의 유무를 판정하는 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 이물 검출 방법.
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