TW201534017A - 無線受電裝置及其控制電路、使用其之電子機器、接收電力之計算方法 - Google Patents
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Abstract
本發明之控制電路400係與接收線圈302、整流電路304、平滑電容器306、調變器308一起構成受電裝置300。接收電力運算部402係基於特定之運算式而計算無線受電裝置300之消耗電力PD。參數取得部404係自外部取得第1參數α、及第2參數β。修正部406係按照修正式PRP=α×PD+β而計算無線受電裝置300之接收電力PRP。
Description
本發明係關於無線供電技術。
近年來,為了將電力供給於電子機器,開始普及無接點電力傳送(亦稱為非接觸供電、無線供電)。為促進不同製造商之產品間之相互利用,組織WPC(Wireless Power Consortium:無線充電聯盟),並由WPC制定國際標準標準即Qi(chi)標準。
基於Qi標準之無線供電係利用發送線圈與接收線圈間之電磁感應者。供電系統係以具有發送線圈之供電裝置、與具有接收線圈之受電終端構成。
圖1係表示依據Qi標準之無線供電系統100之構成之圖。供電系統100具備送電裝置200(TX、Power Transmitter:功率發射器)、及受電裝置300(RX、Power Receiver:功率接收器)。受電裝置300搭載於行動電話終端、智慧型電話、音頻播放器、遊戲機器、平板終端等電子機器。
送電裝置200具備發送線圈(1次線圈)202、驅動器204、控制器206、及解調器208。驅動器204包含H橋式電路(全橋式電路)、或半橋式電路,對發送線圈202施加驅動信號S1,具體而言係脈衝信號,且藉由於發送線圈202流動之驅動電流,而使發送線圈202產生電磁場之電力信號S2。控制器206係總括性地控制送電裝置200整體者。具體而
言,藉由控制驅動器204之切換頻率、或切換之占空比而使發送電力變化。
根據Qi標準,於送電裝置200與受電裝置300之間規定通信協定,自受電裝置300對送電裝置200,能藉由控制信號S3進行資訊之傳達。該控制信號S3係利用背向散射調變(Backscatter modulation),以AM(Amplitude Modulation:振幅調變)調變之形式自接收線圈302(2次線圈)發送於發送線圈202。於該控制信號S3中,包含例如指示對受電裝置300之電力供給量之電力控制資料(亦稱為封包)、及表示受電裝置300之固有資訊之資料等。解調器208係對發送線圈202之電流或電壓中所包含之控制信號S3進行解調。控制器206係基於已解調之控制信號S3中所包含之電力控制資料控制驅動器204。
受電裝置300具備接收線圈302、整流電路304、平滑電容器306、調變器308、負載310、控制器312、及電源電路314。接收線圈302接收來自發送線圈202之電力信號S2,且對發送線圈202發送控制信號S3。整流電路304及平滑電容器306係將根據電力信號S2而於接收線圈302感應之電流S4整流、平滑化,而轉換為直流電壓。
電源電路314利用自送電裝置200供給之電力充電未圖示之二次電池,或將直流電壓VRECT升壓或降壓,並供給於控制器312或其他負載310。
控制器312監測供給於負載310之電力,並對應於此產生指示來自送電裝置200之電力供給量之電力控制資料。調變器308調變包含電力控制資料之控制信號S3,藉由調變接收線圈302之線圈電流,調變發送線圈202之線圈電流及線圈電壓。
於該供電系統100中,由於送電裝置200與受電終端(電子機器)配置於比較自由之空間,故設想於發送線圈與接收線圈之間、或其等附近存在金屬片等異物之狀況。當存在異物時,有發送線圈202與接收
線圈302之耦合度降低而供電效率降低,且異物發熱之問題。
因此,於Qi標準中,關於異物檢測(FOD:Foreign Object Detection)作出規定。作為FOD之方法,有人提出如下方法:分別測定發送電力與接收電力,且基於其等之比較結果,檢測有無異物。
[專利文獻1]日本專利特開2013-38854號公報
本發明者們當初對將受電裝置300內部之消耗電力、具體而言係電源電路314、負載310、控制電路400等之消耗電力之合計作為用於FOD之接收電力使用進行研究。然而,受電裝置300內部之消耗電力有時未必與受電裝置300之接收電力一致。
該情況係指受電裝置300接收到之電力之全部並非於受電裝置300之內部消耗,換言之,供給於受電裝置300之電力之一部分係於到達接收線圈302之前被吸收、或由電源電路314及其負載310或控制電路400以外之電路消耗。進一步深入研究之結果,辨識到受電裝置300所使用之接收線圈302之形狀、構造、佈局、或電子機器框體之形狀或材料等會對接收電力造成影響。
另,不可將該等認識視為本領域技術人員之一般知識,而係本發明者們之個人認識。
本發明係鑑於上述問題而完成者,其一態樣之例示之目的之一在於提供一種可以較高精度計算接收電力之受電裝置之控制電路。
1.本發明之一態樣係關於無線受電裝置之控制電路。該控制電路具備:接收電力運算部,其係基於特定之運算式而計算無線受電裝
置之消耗電力PD;參數取得部,其係自外部取得第1參數α、及第2參數β;及修正部,其係將由接收電力運算部計算出之消耗電力PD按照修正式α×PD+β進行修正,藉此計算無線受電裝置之接收電力PRP。
根據該態樣,藉由基於接收線圈之形狀、構造、佈局,或搭載無線受電裝置之電子機器之框體之形狀或材料等,將2個修正用之參數α、β最佳化,可以較高精度檢測無線受電裝置之接收電力,進而可提高異物檢測之精度。
參數取得部可構成為可外接複數個電阻,且根據所連接之複數個電阻各者之電阻值,可取得第1參數α、及第2參數β。
參數取得部包含將複數個電阻之電阻值轉換為複數個電壓之電壓轉換部、及將複數個電壓分別轉換為複數個數位值之A/D轉換器,且將複數個數位值提取作為第1參數α、及第2參數β。
複數個電阻可以形成電阻串之方式串聯連接。電壓轉換部可包含與複數個電阻之端子連接之複數個設定端子、及將恆定電流供給於電阻串之電流源。A/D轉換器可將複數個設定端子之電壓及/或複數個設定端子間之電位差轉換為數位值。
參數取得部可包含:複數個設定端子,其係供連接複數個電阻;複數個電流轉換部,其係與複數個電阻相對應而設置,且產生與各自所對應之電阻之電阻值成反比之電流;及電壓轉換部,其係與複數個電流轉換部相對應而設置,且將各自所對應之電流轉換部所產生之電流轉換為電壓。
參數取得部可包含:介面電路,其係自外部之處理器接收包含第1參數α、及第2參數β之串列資料;及暫存器,其儲存第1參數α、及第2參數β。
接收電力運算部可包含測定於無線受電裝置流動之電流ILOAD之負載電流測定部,且基於特定之函數fD(ILOAD),計算消耗電力PD。
無線受電裝置係可除了控制電路以外,並具備接收線圈、將於接收線圈流動之電流整流之整流電路、及與整流電路之輸出連接而產生整流電壓VRECT之平滑電容器。電流ILOAD可為自平滑電容器流動至負載之電流。
函數fD(ILOAD)可包含(VRECT×ILOAD)之項。
函數fD(ILOAD)可將特定之常數設為RON進而包含RON×ILOAD 2之項。
控制電路可包含測定控制電路自身之動作電流IDD之電源電流測定部、及測定供給於控制電路之電源電壓VDD之電壓測定部。函數fD(ILOAD)可進而包含(VDD×IDD)之項。
控制電路可將整流電壓VRECT作為電源電壓VDD而動作。
控制電路可依據Qi標準。
控制電路可一體積體化於一個半導體基板。
所謂「一體積體化」,包含將電路之構成要素之全部形成於半導體基板上之情形、或將電路之主要構成要素一體積體化之情形,且可於電路常數調節用時將一部分電阻或電容器等設置於半導體基板之外部。藉由將電路積體化作為1個IC(Integrated Circuit:積體電路),可削減電路面積,且可使電路元件之特性保持均一。
本發明之另一態樣係關於無線受電裝置。無線受電裝置具備接收線圈、將於接收線圈流動之電流整流之整流電路、與整流電路之輸出連接而產生整流電壓VRECT之平滑電容器、及上述任一者之控制電路。
2.本發明之一態樣係關於無線受電裝置之控制電路。控制電路包含:電流檢測部,其檢測於特定之路徑流動之電流I;接收電力運算部,其係基於將電流I設為引數之特定函數fD(I)計算無線受電裝置之消耗電力PD;參數取得部,其係將電流I之範圍分割為N個(N係2以上之整數)區間,且自外部取得對每個分割之區間所指定之參數α1~
αN;及修正部,其係於電流I包含於第i個區間時,使用參數αi修正由接收電力運算部計算出之消耗電力PD,藉此計算無線受電裝置之接收電力PRP。
根據該態樣,將電流I分割為複數個區間,且基於接收線圈之形狀、構造、佈局、或搭載無線受電裝置之電子機器之框體之形狀或材料等,將每個區間之參數最佳化,藉此可以較高精度檢測無線受電裝置之接收電力,進而可提高異物檢測之精度。
於一態樣中,第j個參數αj可使用於修正第j個區間之接收電力PRPj相對於電流I之斜率。
根據該態樣,可對每個區間調節接收電力PRPj相對於電流I之斜率,而可使所計算之接收電力精度良好地擬合於實際之接收電力。
於將第i個區間與第i+1個區間之閾值設為Ii時,修正部可按照下式計算第j個區間之接收電力PRPi。
PRp1=α1×fD(I)
PRp2=α2×fD(I-I1)+α1×fD(I1)
PRp3=α3×fD(I-I2)+α2×fD(I2-I1)+α1×fD(I1)
……
藉此,可於區間之邊界將接收電力PRP設為連續。
參數取得部可構成為除了參數α1~αN以外,可自外部取得參數β。修正部可將參數β加算於接收電力PPR。
使藉此計算出之接收電力精度良好地擬合於實際之接收電力。
於將第i個區間與第i+1個區間之閾值設為Ii時,參數取得部可構成為進而可自外部取得指定閾值I1~IN-1之資料。
根據該態樣,由於可基於接收線圈之形狀、構造、佈局、或搭載無線受電裝置之電子機器之框體之形狀或材料等設定複數個區間各者之範圍,故可進而高精度地計算接收電力。
參數取得部可包含:介面電路,其係自外部之處理器接收包含來自外部之參數之串列資料;及暫存器,其儲存所接收之參數。
參數取得部可構成為可外接複數個電阻,且根據所連接之複數個電阻各者之電阻值,可取得參數。
接收電力運算部可包含測定於無線受電裝置之負載流動之電流ILOAD之負載電流測定部,且基於特定之函數fD(ILOAD),計算消耗電力PD。
電流檢測部可構成為測定於無線受電裝置之負載流動之電流ILOAD。函數fD(I)係將電流ILOAD定義作為引數。
控制電路係可依據Qi標準。
控制電路係可一體積體化於一個半導體基板。
所謂「一體積體化」,包含將電路之構成要素之全部形成於半導體基板上之情形、或將電路之主要構成要素一體積體化之情形,且可於電路常數之調節用時將一部分電阻或電容器等設置於半導體基板之外部。藉由將電路積體化作為1個IC(Integrated Circuit:積體電路),可削減電路面積,且可使電路元件之特性保持均一。
本發明之另一態樣係關於無線受電裝置。無線受電裝置具備接收線圈、將於接收線圈流動之電流整流之整流電路、與整流電路之輸出連接而產生整流電壓VRECT之平滑電容器、及上述任一者之控制電路。
另,以上構成要素之任意組合、或將本發明之構成要素或表現於方法、裝置、系統等之間相互置換者亦作為本發明之態樣有效。
根據本發明之一態樣,可以高精度計算無線受電裝置之接收電力。
100‧‧‧供電系統
200‧‧‧送電裝置
202‧‧‧發送線圈
204‧‧‧驅動器
206‧‧‧控制器
208‧‧‧解調器
300‧‧‧受電裝置
301‧‧‧處理器
302‧‧‧接收線圈
304‧‧‧整流電路
306‧‧‧平滑電容器
308‧‧‧調變器
310‧‧‧負載
312‧‧‧控制器
314‧‧‧電源電路
400‧‧‧控制電路
402‧‧‧接收電力運算部
403‧‧‧接收電力運算部
404‧‧‧參數取得部
404a‧‧‧參數取得部
404b‧‧‧參數取得部
406‧‧‧修正部
408‧‧‧控制資料產生部
410‧‧‧負載電流測定部
412‧‧‧電壓測定部
414‧‧‧電源電流測定部
420‧‧‧電壓轉換部
422‧‧‧A/D轉換器
424‧‧‧暫存器
426‧‧‧選擇器
428‧‧‧電流源
430‧‧‧電流轉換部
440‧‧‧電壓轉換部
450‧‧‧介面電路
452‧‧‧暫存器
500‧‧‧電子機器
501‧‧‧框體
502‧‧‧負載
504‧‧‧電源電路
506‧‧‧二次電池
508‧‧‧處理器
510‧‧‧顯示器裝置
Dα‧‧‧數位值
Dβ‧‧‧數位值
fD(ILOAD)‧‧‧函數
I1~IN-1‧‧‧閾值
Ic‧‧‧恆定電流
IDD‧‧‧電源電流
ILOAD‧‧‧負載電流
K‧‧‧電流鏡電路之鏡射比率
M1‧‧‧電晶體
M2‧‧‧電流鏡電路
M3‧‧‧電流鏡電路
OA1‧‧‧運算放大器
P1~P4‧‧‧設定端子
PD‧‧‧消耗電力
PRP‧‧‧接收電力
PRP1~PRP3‧‧‧接收電力
R1‧‧‧電阻
RX‧‧‧受電裝置
Rα‧‧‧電阻
‧‧‧電阻
Rβ‧‧‧電阻
S1‧‧‧驅動信號
S2‧‧‧電力信號
S3‧‧‧控制信號
S4‧‧‧電流
TX‧‧‧送電裝置
VDD‧‧‧電源電壓
VRECT‧‧‧整流電壓/直流電壓
VREF‧‧‧電壓
Vα‧‧‧電壓
Vβ‧‧‧電壓
α‧‧‧第1參數
α1~αN‧‧‧參數
β‧‧‧第2參數
圖1係顯示依據Qi標準之無線供電系統之構成之圖。
圖2係具備第1實施形態之受電裝置之電子機器之方塊圖。
圖3係顯示參數取得部之構成例之電路圖。
圖4(a)、(b)係顯示第1實施形態之受電裝置之接收電力PRP之圖。
圖5係顯示參數取得部之另一構成例之電路圖。
圖6係顯示參數取得部之另一構成例之電路圖。
圖7(a)、(b)係顯示第2實施形態之受電裝置之接收電力PRP之圖。
圖8係顯示參數取得部之另一構成例之電路圖。
圖9係顯示具備受電裝置之電子機器之圖。
以下,基於較佳之實施形態且參照圖式對本發明進行說明。對各圖式所示之相同或同等之構成要素、構件、處理,標註相同之符號,並適當省略重複之說明。又,實施形態係例示,並非限定發明者,實施形態所記述之所有特徵或其組合未必發明之本質者。
於本說明書中,所謂「構件A與構件B連接之狀態」係除了構件A與構件B物理性地直接連接之情形以外,亦包含構件A與構件B其等之電性連接狀態不受實質性影響、或藉由其等之耦合所發揮之功能或效果不受損而經由其他構件間接連接之情形。
同樣的,所謂「構件C設置於構件A與構件B之間之狀態」係除了構件A與構件C、或構件B與構件C直接連接之情形以外,亦包含其等之電性連接狀態不受實質性影響、或藉由其等之耦合所發揮之功能或效果不受損之經由其他構件間接連接之情形。
圖2係包含第1實施形態之受電裝置300之電子機器500之方塊圖。受電裝置300接收來自送電裝置200之電力信號S2,且將其能量累積於平滑電容器306,並供給於負載502。負載502包含電源電路504、
二次電池506、各種處理器508。
受電裝置300具備接收線圈302、平滑電容器306、調變器308、及控制電路400。圖2之受電裝置300係使用於依據圖1之Qi標準之供電系統100。
接收線圈302接收來自發送線圈202之電力信號S2,且對發送線圈202發送控制信號S3。整流電路304及平滑電容器306係將根據電力信號S2於接收線圈302感應之電流S4整流、平滑化,而轉換為直流電壓VRECT。
電源電路504包含利用自送電裝置200供給之電力充電二次電池506之充電電路、及/或將直流電壓VRECT升壓或降壓並供給至處理器508之DC/DC轉換器。
控制電路400具備接收電力運算部402、參數取得部404、修正部406、控制資料產生部408、負載電流測定部410、電壓測定部412、及電源電流測定部414,且一體積體化於一個半導體基板。
接收電力運算部402係基於特定之運算式計算無線受電裝置300之消耗電力PD。
參數取得部404係自控制電路400之外部取得第1參數α、及第2參數β。
修正部406係藉由按照以下之修正式修正由接收電力運算部402計算出之消耗電力PD,藉此計算無線受電裝置300之接收電力PRP。
PRP=α×PD+β
控制資料產生部408係基於由修正部406計算出之接收電力PRP,產生表示受電裝置300之接收電力之控制資料DRP。該控制資料係經由調變器308及接收線圈302傳送至送電裝置200。送電裝置200係基於控制資料DRP檢測異物。
接收電力運算部403計算自平滑電容器306供給於負載502之電
力。控制資料產生部408係基於由接收電力運算部403計算出之接收電力,產生電力控制資料DPC。電力控制資料DPC係經由調變器308、接收線圈302傳送至送電裝置200。送電裝置200係基於電力控制資料DPC,控制發送電力。
接著,對由接收電力運算部402進行之消耗電力之計算進行詳細說明。
負載電流測定部410、電壓測定部412、電源電流測定部414測定計算消耗電力PD所必要之電壓或電流量。
負載電流測定部410測定於無線受電裝置300流動之電流ILOAD。負載電流ILOAD可為自平滑電容器306流動至負載502之電流。
接收電力運算部402可基於至少將負載電流ILOAD設為引數之特定函數fD(ILOAD),計算消耗電力PD。
於控制電路400之電源端子VDD,供給直流電壓VRECT。電壓測定部412測定於平滑電容器306產生之直流電壓VRECT。
電源電流測定部414測定於控制電路400之電源端子VDD流動之電源電流IDD。
接收電力運算部402係按照以下之函數fD(ILOAD),計算消耗電力PD。
RD=fD(ILOAD)=VRECT×ILOAD+RON×ILOAD 2+VDD×IDD
右邊第1項VRECT×ILOAD係負載502之消耗電力。
右邊第2項RON×ILOAD 2係電力損失。RON係特定之常數,具有電阻之維數。
右邊第3項VDD×IDD係控制電路400之消耗電力。於本實施形態中,於控制電路400之電源端子VDD供給直流電壓VRECT,即控制電路400係將整流電壓VRECT作為電源動作。於該情形時,VDD=VRECT。
接著,就針對參數取得部404之參數α、β之設定進行說明。
圖3係顯示參數取得部404之構成例之電路圖。
參數取得部404係構成為可外接複數個電阻Rα、Rβ。參數取得部404係構成為根據所連接之複數個電阻Rα、Rβ各者之電阻值,可取得第1參數α、及第2參數β。
參數取得部404具備電壓轉換部420、A/D轉換器422。電壓轉換部420係將複數個電阻Rα、Rβ之電阻值轉換為複數個電壓Vα、Vβ。A/D轉換器422係將複數個電壓Vα、Vβ分別轉換為複數個數位值Dα、Dβ。可採用於A/D轉換器422之前段設置選擇器426,且單一之A/D轉換器422以分時將複數個電壓Vα、Vβ轉換為數位值Dα、Dβ。數位值Dα、Dβ係作為第1參數α、及第2參數β儲存於暫存器424。
電壓轉換部420包含複數個設定端子P1~P2、電流源428。複數個電阻Rα、Rβ係以形成電阻串之方式,串聯連接於設定端子P1與外部之接地端子之間。複數個設定端子P1、P2係與複數個電阻Rα、Rβ之端子(電阻串之分接頭)連接。電源流428係與設定端子P1連接,且將特定之恆定電流IC供給於電阻串Rα、Rβ。
A/D轉換器422可將設定端子各者之電壓、或至少一個設定端子間之電位差轉換為數位值。
於電阻Rα之兩端間,產生電壓下降Vα=Rα×IC,於電阻Rβ之兩端間,產生電壓下降Vβ=Rβ×IC。A/D轉換器422係將設定端子P1、P2之電位差即電壓下降Vα、與設定端子P2之電位即電壓下降Vβ分別轉換為數位值。
以上為受電裝置300之構成。
接著,說明受電裝置300之動作。圖4(a)、(b)係顯示受電裝置300之接收電力PRP之圖。橫軸表示負載電流ILOAD,縱軸表示接收電力PRP。另,以上述函數fD賦予之接收電力PRP係包含非線性之項者,此處以理解之容易化、說明之簡潔化為目的,以直線表示接收電力
PRP。
當使第2參數β變化時,可將如圖4(a)所示基於特定函數fD(ILOAD)計算之接收電力PRP朝切片方向修正。又,當使第1參數α變化時,可如圖4(b)所示使特定函數fD(ILOAD)之斜率變化。
於控制電路400之設計階段,與控制電路400一起使用之接收線圈之形狀、構造係不明確,且供搭載受電裝置300之電子機器之框體之形狀、材料等亦不明確。因此,特定之運算式係不考慮接收線圈或框體而制定。然而,如上述般,接收線圈或框體會對受電裝置300之接收電力造成影響。
根據本實施形態之控制電路400,於使受電裝置300搭載於電子機器之狀態下,以獲得正確之接收電力之方式,將參數α、β最佳化,藉此可以較高精度檢測無線受電裝置300之接收電力PRP。接著,將經由修正處理獲得之接收電力PRP發送於送電裝置200,並與送電裝置200之發送電力PTP比較,藉此可提高異物檢測之精度。
又,於本實施形態中,使用外接之電阻對參數取得部404進行參數α、β之指示。藉此,電子機器之設計者可藉由變更電阻Rα、Rβ之電阻值簡易地變更參數α、β。
以上,對本發明之一態樣,基於第1實施形態進行說明。本領域技術人員應理解,該實施形態係例示,該等各構成要素或各處理過程之組合可有各種變化例,且此種變化例亦屬於本發明之範圍。以下,對此種變化例進行說明。
參數取得部404之構成不限定於圖3之構成。
圖5、圖6係顯示參數取得部404之另一構成例之電路圖。圖6之參數取得部404a設置於每個電阻Rα、Rβ。於設定端子P1與接地端子之間,連接電阻Rα,於設定端子P2與接地端子之間,連接電阻Rβ。
參數取得部404a具備複數個電流轉換部430及複數個電壓轉換部440。
複數個電流轉換部430及複數個電壓轉換部440係對應於複數個設定端子P1、P2而設置。電流轉換部430產生與連接於對應之設定端子P1之電阻Rα之電阻值成反比之電流Iα。電壓轉換部440係將對應之電流轉換部430產生之電流Iα轉換為與其成比例之電壓Vα。
例如電流轉換部430包含電晶體M1、運算放大器OA1。於電晶體M1及電阻Rα,電流Iα=VREF/Rα流動。又,電壓轉換部440包含電流鏡電路M2、M3及電阻R1,且將電流Iα轉換為電壓Vα=K×R1×Iα。K係電流鏡電路之鏡射比率。關於設定端子P2亦相同。電壓Vα、Vβ係供給於未圖示之A/D轉換器,且轉換為數位值α、β。
根據該構成,亦可自控制電路400之外部,根據電阻值設定參數α、β。
圖6之參數取得部404b可包含:介面電路450,其係自外部之處理器301接收包含第1參數α、及第2參數β之串列資料;及暫存器452,其儲存第1參數α、及第2參數β。
或,參數取得部404亦可包含非揮發性記憶體,且預先於電子機器之設計階段將參數寫入於非揮發性記憶體。
於實施形態中,雖按照以下之函數計算接收電力PRP,但本發明不限定於此。
PD=fD(ILOAD)=VRECT×ILOAD+RON×ILOAD 2+VDD×IDD
於可無視控制電路400之消耗電力之情形時,可省略VDD×IDD之項。或,於可無視熱損失之情形時,可省略RON×ILOAD 2之項。
或,接收電力運算部402可定為將負載電流ILOAD以外之值設為引數之函數。
於實施形態中,對依據Qi標準之無線送電裝置進行說明,但本發明不限定於此,亦可應用於與Qi標準類似之系統所使用之受電裝置300、或依據將來制定之標準之受電裝置300。
於將控制電路400積體化之IC中,可進而將調變器308或電源電路504之一部分積體化。
第2實施形態之受電裝置300、控制電路400之基本構成係與圖2所示之第1實施形態相同。以下,僅說明不同點。
負載電流測定部410檢測於特定之路徑流動之電流I。接收電力運算部402係基於將電流I設為引數之特定函數fD(I)計算無線受電裝置300之消耗電力PD。
電流I之範圍係分割為N個(N係2以上之整數)區間。參數取得部404係自外部取得對每個分割之區間指定之參數(以下亦稱為第1參數)α1~αN。
修正部406係於電流I包含於第i個區間時,使用第1參數αi修正由接收電力運算部402計算出之消耗電力PD,藉此計算無線受電裝置300之接收電力PRP。
第j個參數αj使用於修正第j個區間之接收電力PRPj相對於電流I之斜率。
更具體而言,於將第i個區間與第i+1個區間之閾值設為Ii時,修正部406按照下式計算第j個區間之修正後之消耗電力PRPi。
PRp1=α1×fD(I)
PRp2=α2×fD(I-I1)+α1×fD(I1)
PRp3=α3×fD(I-I2)+α2×fD(I2-I1)+α1×fD(I1)
……
概括後,獲得以下之式。
PRPj=αj×fD(I-Ij-1)+PRPj-1(Ij-1)
其中,設為IRP0=0、I0=0。
參數取得部404係構成為除了複數個參數α1~αN以外,可自外部取得參數(亦稱為第2參數)β。
修正部48係將參數β加算於接收電力PRP。
控制資料產生部408係基於由修正部406計算出之接收電力PRP,產生表示受電裝置300之接收電力之控制資料DRP。該控制資料係經由調變器308及接收線圈302傳送於送電裝置200。送電裝置200係基於控制資料DRP檢測異物。
接收電力運算部403計算自平滑電容器306供給於負載502之電力。控制資料產生部408係基於由接收電力運算部403計算出之接收電力,產生電力控制資料DPC。電力控制資料DPC係經由調變器308、接收線圈302傳送於送電裝置200。送電裝置200係基於電力控制資料DPC,控制發送電力。
接著,對藉由接收電力運算部402進行之消耗電力之計算進行詳細說明。
負載電流測定部410、電壓測定部412、電源電流測定部414測定計算消耗電力PD所必要之電壓或電流量。
負載電流測定部410測定於無線受電裝置300之特定路徑流動之電流ILOAD。負載電流ILOAD可為自平滑電容器306流動至負載502之電流。
於控制電路400之電源端子VDD,供給直流電壓VRECT。電壓測定部412測定於平滑電容器306產生之直流電壓VRECT。
電源電流測定部414測定於控制電路400之電源端子VDD流動之電
源電流IDD。
接收電力運算部402按照以下之函數fD(ILOAD),計算消耗電力PD。
PD=fD(ILOAD)=VRECT×ILOAD+RON×ILOAD 2+VDD×IDD
右邊第1項VRECT×ILOAD係負載502之消耗電力。
右邊第2項RON×ILOAD 2係電力損失。RON係特定之常數,具有電阻之維數。
右邊第3項VDD×IDD係控制電路400之消耗電力。於本實施形態中,對控制電路400之電源端子VDD供給直流電壓VRECT,即控制電路400係將整流電壓VRECT作為電源而動作。於該情形時,VDD=VRECT。
接著,就針對參數取得部404之參數α、β之設定進行說明。於圖6顯示參數取得部404b之構成例。圖6之參數取得部404b包含介面電路450、暫存器452。介面電路450係自外部之處理器301接收包含第1參數α1~αN、及第2參數β之串列資料。暫存器452儲存第1參數α1~αN、及第2參數β。
或,參數取得部404亦可包含非揮發性記憶體,且預先於電子機器之設計階段將參數寫入於非揮發性記憶體。
以上為受電裝置300之構成。接著,說明受電裝置300之動作。圖7(a)、(b)係顯示受電裝置300之接收電力PRP之圖。橫軸係表示負載電流ILOAD,縱軸係表示接收電力PRP。另,以上述函數fD賦予之接收電力PRP係包含非線性之項者,此處為易於理解及說明簡潔化,而以直線表示接收電力PRP。
於本實施形態中,電流ILOAD係分割為3個區間,接收電力PRP係可根據3個參數α1~α3加以修正。
圖7(a)、(b)所示之接收電力PRPj係滿足以下之式。
PRPj=αj×fD(I-Ij-1)+PRPj-1(Ij-1)+β
其中,設為IRP0=0、I0=0。
於欲使接收電力PRP相對於電流ILOAD之斜率小於函數fD(ILOAD)之情形時,如圖7(a)之第1區間0<ILOAD<I1所示,只要α1<1即可。
又,於欲使接收電力PRP相對於電流ILOAD之斜率大於函數fD(ILOAD)之情形時,如圖7(a)之第3區間I2<ILOAD所示,只要α3>1即可。
又,於欲使接收電力PRP相對於電流ILOAD之斜率與函數fD(ILOAD)相同之情形時,如圖7(a)之第2區間I1<ILOAD<I2所示,只要α2=1即可。
又,如圖7(b)所示,當使第2參數β變化時,可將基於特定函數fD(ILOAD)及參數α1~αN而計算之接收電力PRP朝切片方向修正。
於控制電路400之設計階段,與控制電路400一起使用之接收線圈之形狀、構造尚不明確,且搭載受電裝置300之電子機器之框體之形狀、材料等亦不明確。因此,特定之函數fD(ILOAD)係不考慮接收線圈或框體而決定。然而,如上述般,接收線圈或框體會對受電裝置300之接收電力造成影響。
本發明者研究後得知,接收線圈之形狀、構造、佈局、或電子機器之框體之形狀或材料等對接收電力造成影響之影響度係因接收電力之大小、即電流ILOAD之大小而異。
因此,將電流ILOAD分割為複數個區間,於使受電裝置300搭載於電子機器之狀態下,以獲得正確之接收電力之方式,將每個區間之參數α1~αN最佳化,藉此可以較高精度檢測無線受電裝置300之接收電力PRP。接著,將經由修正處理獲得之接收電力PRP發送於送電裝置200,並與送電裝置200之發送電力PTP比較,藉此可提高異物檢測之精度。
又,藉由併用第2參數β,可進一步以較高精度檢測接收電力
PRP。
以上,對本發明之一態樣,基於第2實施形態進行說明。本領域技術人員應理解,該實施形態係例示,該等各構成要素或各處理過程之組合可有各種變化例,且此種變化例亦屬於本發明之範圍。以下,對此種變化例進行說明。
於實施形態中,說明可自外部設定參數α1~αN、β之情形,但本發明不限定於此。例如,除了參數α1~αN以外,亦可設定電流區間之邊界I1、I2、……、IN-1。即,參數取得部404係構成為自外部除了取得參數α1~αN、β以外,可取得指示閾值I1~IN-1之資料。
根據該變化例,由於可基於接收線圈之形狀、構造、佈局、或搭載無線受電裝置之電子機器之框體之形狀或材料等設定複數個區間各者之範圍,故可進而高精度地計算接收電力。
於實施形態中,將設定切片之參數β於全部之區間設為共通,且可將設定斜率之參數α1~αN設定於每個區間,但本發明不限定於此。例如亦可將參數β設定於每個區間。又,藉由使用參數之修正計算出之接收電力PRP係亦可於區間之邊界中不連續。
於本實施形態中,使用串列介面對參數取得部404進行參數α、β之指示,但本發明不限定於此。例如亦可使用外接之電阻進行參數α、β之指示。圖8係顯示參數取得部404之另一構成例之電路圖。
圖8之參數取得部404係構成為可外接複數個電阻、Rβ。圖8中N=3。參數取得部404係構成為可根據所連接之複數個電阻各者之電阻值,取得第1參數α1~αN、及第2參數β。
參數取得部404具備電壓轉換部420、A/D轉換器422。電壓轉換
部420係將複數個電阻、Rβ之電阻值轉換為複數個電壓~、Vβ。A/D轉換器422係將複數個電壓、Vβ分別轉換為複數個數位值、Dβ。可採用於A/D轉換器422之前段設置選擇器426,且單一之A/D轉換器422以分時將複數個電壓、Vβ轉換為數位值、Dβ。數位值、Dβ係作為第1參數α1~αN、第2參數β儲存於暫存器424。
電壓轉換部420包含複數個設定端子P1~P4、電流源428。複數個電阻、Rβ係以形成電阻串之方式,串聯連接於設定端子P1與外部之接地端子之間。複數個設定端子P1~P4係與複數個電阻、Rβ之端子(電阻串之分接頭)連接。電源流428係與設定端子P1連接,且將特定之恆定電流IC供給於電阻串、Rβ。
A/D轉換器422可將設定端子各者之電壓、或至少一個設定端子間之電位差轉換為數位值。
根據該構成,藉由變更外接於控制電路400之電阻、Rβ之電阻值,可任意地設定參數值。
可將圖5之參數取得部404a設置於每個電阻、Rβ。於設定端子P1與接地端子之間,連接電阻Rα,於設定端子P2與接地端子之間,連接電阻Rβ。
參數取得部404a具備複數個電流轉換部430及複數個電壓轉換部440。
複數個電流轉換部430及複數個電壓轉換部440係對應於複數個設定端子P1、P2而設置。電流轉換部430產生與連接於對應之設定端子P1之電阻Rα之電阻值成反比之電流Iα。電壓轉換部440係將對應之電流轉換部430產生之電流Iα轉換為與其成比例之電壓Vα。
例如電流轉換部430包含電晶體M1、運算放大器OA1。於電晶體M1及電阻Rα,電流Iα=VREF/Rα流動。又,電壓轉換部440包含電流鏡
電路M2、M3及電阻R1,且將電流Iα轉換為電壓Vα=K×R1×Iα。K係電流鏡電路之鏡射比率。關於設定端子P2亦相同。電壓Vα、Vβ係供給於未圖示之A/D轉換器,且轉換為數位值α、β。
根據該構成,亦可自外部根據電阻值設定參數α、β。
於實施形態中,按照以下之函數計算接收電力PRP,但本發明不限定於此。
PD=fD(ILOAD)=VRECT×ILOAD+RON×ILOAD 2+VDD×IDD
於可無視控制電路400之消耗電力之情形時,可省略VDD×IDD之項。或,於可無視熱損失之情形時,可省略RON×ILOAD 2之項。
或,接收電力運算部402可定為將負載電流ILOAD以外之值設為引數之函數。
於實施形態中,對依據Qi標準之無線送電裝置進行說明,但本發明不限定於此,亦可應用於與Qi標準類似之系統所使用之受電裝置300、或依據將來制定之標準之受電裝置300。
於將控制電路400積體化之IC,可進而將調變器308或電源電路504之一部分積體化。
以第2實施形態及其變化例說明之控制電路400亦可如以下般掌握。
圖7(a)、(b)所示之接收電力PRPj係滿足以下之式。
PRPj=αj×fD(I-Ij-1)+PRPj-1(Ij-1)+β
其中,設為IRP0=0、I0=0。
控制電路400具備:電流檢測部(410),其檢測於特定路徑流動之
電流I;參數取得部(404),其係將電流I之範圍分割為N個(N係2以上之整數)區間,且自外部取得對每個分割之區間指定之參數α1~αN;及接收電力運算部(402、406),其係基於將電流I設為引數、使用參數αj~αN定義之每個區間所固有之函數計算第j個區間之無線受電裝置之接收電力PPRj。
最後,說明電子機器之具體例。圖9係顯示具備受電裝置300之電子機器500之圖。圖9之電子機器500係智慧型電話、平板PC或便攜式遊戲機、便攜式音頻播放器,於框體501之內部,內置電源電路504、二次電池506、處理器508、顯示器裝置510及上述受電裝置300。處理器508係可包含無線(RF)部、基頻處理器、應用程式處理器、音頻處理器等。
基於實施形態,使用具體之用語對本發明進行說明,但實施形態只不過係顯示本發明之原理、應用,於實施形態中,於不脫離申請專利範圍所規定之本發明之思想範圍內,認可多個變化例或配置之變更。
本發明係關於無線供電技術。
300‧‧‧受電裝置
302‧‧‧接收線圈
304‧‧‧整流電路
306‧‧‧平滑電容器
308‧‧‧調變器
400‧‧‧控制電路
402‧‧‧接收電力運算部
403‧‧‧接收電力運算部
404‧‧‧參數取得部
406‧‧‧修正部
408‧‧‧控制資料產生部
410‧‧‧負載電流測定部
412‧‧‧電壓測定部
414‧‧‧電源電流測定部
500‧‧‧電子機器
502‧‧‧負載
504‧‧‧電源電路
506‧‧‧二次電池
508‧‧‧處理器
IDD‧‧‧電源電流
ILOAD‧‧‧負載電流
PD‧‧‧消耗電力
PRP‧‧‧接收電力
S3‧‧‧控制信號
S4‧‧‧電流
VDD‧‧‧電源電壓
VRECT‧‧‧整流電壓/直流電壓
α‧‧‧第1參數
β‧‧‧第2參數
Claims (34)
- 一種控制電路,其特徵在於:其係無線受電裝置之控制電路,且包含:接收電力運算部,其係基於特定之運算式而計算上述無線受電裝置之消耗電力PD;參數取得部,其係自外部取得第1參數α、及第2參數β;及修正部,其係按照修正式PRP=α×PD+β而計算上述無線受電裝置之接收電力PRP。
- 如請求項1之控制電路,其中上述參數取得部構成為可外接複數個電阻,且根據所連接之複數個電阻各者之電阻值,可取得上述第1參數α、及上述第2參數β。
- 如請求項2之控制電路,其中上述參數取得部包含:電壓轉換部,其係將上述複數個電阻之電阻值轉換為複數個電壓;及A/D轉換器,其係將上述複數個電壓分別轉換為複數個數位值;且將上述複數個數位值提取作為上述第1參數α、及上述第2參數β。
- 如請求項3之控制電路,其中上述複數個電阻係以形成電阻串之方式串聯連接,且上述電壓轉換部包含:複數個設定端子,其係與上述複數個電阻之端子連接;及電流源,其係將恆定電流供給於上述電阻串;且上述A/D轉換器係將上述複數個設定端子之電壓及/或上述複數個設定端子間之電位差轉換為數位值。
- 如請求項2之控制電路,其中上述參數取得部包含:複數個設定端子,其係供連接上述複數個電阻;複數個電流轉換部,其係與上述複數個電阻相對應而設置,且產生與各自所對應之電阻之電阻值成反比之電流;及電壓轉換部,其係與上述複數個電流轉換部相對應而設置,且將各自所對應之電流轉換部產生之電流轉換為電壓。
- 如請求項1之控制電路,其中上述參數取得部包含:介面電路,其係自外部之處理器接收包含上述第1參數α、及上述第2參數β之串列資料;及暫存器,其儲存上述第1參數α、及上述第2參數β。
- 如請求項1至6中任一項之控制電路,其中上述接收電力運算部包含測定於上述無線受電裝置之負載流動之電流ILOAD之負載電流測定部,且基於特定之函數fD(ILOAD),計算上述消耗電力PD。
- 如請求項7之控制電路,其中上述無線受電裝置係除了上述控制電路以外,並包含:接收線圈;整流電路,其將於上述接收線圈流動之電流整流;及平滑電容器,其係與上述整流電路之輸出連接,而產生整流電壓VRECT;且上述函數fD(ILOAD)包含(VRECT×ILOAD)之項。
- 如請求項8之控制電路,其中上述函數fD(ILOAD)係將特定之常數設為RON進而包含(RON×ILOAD 2)之項。
- 如請求項8之控制電路,其中上述控制電路包含:電源電流測定部,其測定上述控制電路之動作電流IDD;及電壓測定部,其測定供給於上述控制電路之電源電壓VDD;且上述函數fD(ILOAD)進而包含(VDD×IDD)之項。
- 如請求項10之控制電路,其中上述控制電路係將上述整流電壓VRECT作為上述電源電壓VDD而動作。
- 如請求項1至6中任一項之控制電路,其係依據Qi標準。
- 如請求項1至6中任一項之控制電路,其係一體積體化於一個半導體基板。
- 一種無線受電裝置,其特徵在於包含:接收線圈;整流電路,其將於上述接收線圈流動之電流整流;平滑電容器,其係與上述整流電路之輸出連接,而產生整流電壓VRECT;及如請求項1至6中任一項之控制電路。
- 一種電子機器,其特徵在於包含:接收線圈;整流電路,其將於上述接收線圈流動之電流整流;平滑電容器,其係與上述整流電路之輸出連接,而產生整流電壓VRECT;及如請求項1至6中任一項之控制電路。
- 一種方法,其特徵在於:其係於無線受電裝置中計算接收電力之方法,且包含以下步驟:計算上述無線受電裝置之消耗電力PD;自外部取得第1參數α、及第2參數β;及基於PRP=α×PD+β而計算上述接收電力。
- 一種控制電路,其特徵在於:其係無線受電裝置之控制電路,且包含:電流檢測部,其檢測於特定之路徑流動之電流I;接收電力運算部,其係基於將上述電力I設為引數之特定函數 fD(I)而計算上述無線受電裝置之消耗電力PD;參數取得部,其係將上述電流I之範圍分割為N個(N係2以上之整數)區間,且自外部取得對每個分割之區間指定之參數α1~αN;及修正部,其係於上述電流I包含於第i個(1iN)區間時,使用參數αi修正由上述接收電力運算部計算出之上述消耗電力PD,藉此計算上述無線受電裝置之接收電力PRP。
- 如請求項17之控制電路,其中第j個(1jN)參數αj使用於修正第j個區間之接收電力PRPj相對於電流I之斜率。
- 如請求項18之控制電路,其中於將第i個區間與第i+1個區間之閾值設為Ii時,上述修正部係按照下式計算第j個區間之接收電力PRPi:PRp1=α1×fD(I) PRp2=α2×fD(I-I1)+α1×fD(I1) PRp3=α3×fD(I-I2)+α2×fD(I2-I1)+α1×fD(I1)……。
- 如請求項17至19中任一項之控制電路,其中上述參數取得部構成為除了上述參數α1~αN以外,可自外部取得參數β,且上述修正部係對上述接收電力PRP加上參數β。
- 如請求項17至19中任一項之控制電路,其中於將第i個區間與第i+1個區間之閾值設為Ii時,上述參數取得部係構成為進而可自外部取得指定閾值I1~IN-1之參數。
- 如請求項17至19中任一項之控制電路,其中上述參數取得部包含:介面電路,其係自外部之處理器接收包含來自外部之參數之 串列資料;及暫存器,其儲存所接收之參數。
- 如請求項17至19中任一項之控制電路,其中上述參數取得部係構成為可外接複數個電阻,且可根據所連接之複數個電阻各者之電阻值而取得上述參數α1~αN。
- 如請求項17至19中任一項之控制電路,其中上述電流檢測部係構成為測定於上述無線受電裝置之負載流動之電流ILOAD,上述函數fD(I)係將電流ILOAD定義作為引數。
- 如請求項24之控制電路,其中上述無線受電裝置係除了上述控制電路以外,並包含:接收線圈;整流電路,其將於上述接收線圈流動之電流整流;及平滑電容器,其係與上述整流電路之輸出連接,而產生整流電壓VRECT;且上述函數fD(ILOAD)包含(VRECT×ILOAD)之項。
- 如請求項25之控制電路,其中上述函數fD(ILOAD)係將特定之常數設為RON而進而包含RON×ILOAD 2之項。
- 如請求項25之控制電路,其中上述控制電路包含:電源電流測定部,其測定上述控制電路之動作電流IDD;及電壓測定部,其測定供給於上述控制電路之電源電壓VDD;且上述函數fD(ILOAD)進而包含(VDD×IDD)之項。
- 如請求項27之控制電路,其中上述控制電路係將上述整流電壓VRECT作為上述電源電壓VDD而動作。
- 如請求項17至19中任一項之控制電路,其係依據Qi標準。
- 如請求項17至19中任一項之控制電路,其係一體積體化於一個半導體基板。
- 一種無線受電裝置,其特徵在於包含:接收線圈;整流電路,其將於上述接收線圈流動之電流整流;平滑電容器,其係與上述整流電路之輸出連接,而產生整流電壓VRECT;及如請求項17至19中任一項之控制電路。
- 一種電子機器,其特徵在於包含:接收線圈;整流電路,其將於上述接收線圈流動之電流整流;平滑電容器,其係與上述整流電路之輸出連接,而產生整流電壓VRECT;及如請求項17至19中任一項之控制電路。
- 一種方法,其特徵在於:其係於無線受電裝置中計算接收電力之方法,且包含以下步驟:基於將於特定路徑流動之電流I設為引數之特定函數fD(I),計算上述無線受電裝置之消耗電力PD;將上述電流I之範圍分割為N個(N係2以上之整數)區間,且自外部取得對每個分割之區間指定之參數α1~αN;及於上述電流I包含於第i個區間時,使用參數αi修正使用上述函數fD(I)計算出之上述消耗電力PD,藉此計算上述無線受電裝置之接收電力。
- 一種控制電路,其特徵在於:其係無線受電裝置之控制電路,且包含:電流檢測部,其檢測於特定之路徑流動之電流I;參數取得部,其係將上述電流I之範圍分割為N個(N係2以上之整數)區間,且自外部取得對每個分割之區間指定之參數α1~αN ;及接收電力運算部,其係基於將上述電流I設為引數、使用參數α1~αN定義之每個區間所固有之函數,計算第i個區間之上述無線受電裝置之接收電力PRPi。
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