TWI653803B - 受電裝置及非接觸給電系統 - Google Patents

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TWI653803B
TWI653803B TW103120229A TW103120229A TWI653803B TW I653803 B TWI653803 B TW I653803B TW 103120229 A TW103120229 A TW 103120229A TW 103120229 A TW103120229 A TW 103120229A TW I653803 B TWI653803 B TW I653803B
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曾根康彥
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Abstract

本發明抑制非接觸給電系統中之受電裝置之發熱。
本受電裝置(2、4~12)包括包含作為受電天線之共振線圈(131)及諧振電容(200)之諧振電路(130)，且藉由上述諧振電路之諧振耦合而以非接觸之方式對電力進行受電。本受電裝置係於對電力進行受電時，監視藉由上述諧振電路進行了上述受電的受電電力，並以上述受電電力不超過目標電力位準(PTGT)之方式控制上述諧振電路之諧振頻率。藉此，即便於自輸電側輸送大於受電裝置所需電力之電力之情形時，受電裝置亦以不對目標電力位準以上之電力進行受電之方式動作。

Description

受電裝置及非接觸給電系統
本發明係關於一種以非接觸之方式對電力進行受電之受電裝置、及包含該受電裝置之非接觸給電系統，例如係關於一種應用於利用電磁場之諧振耦合(磁共振)之受電裝置較為有效之技術。
使用不經由電源線等而以非接觸之方式向電氣設備供給電力之非接觸電力傳送的系統(以下，稱為「非接觸給電系統」)之實用化正在推進。例如，已知有利用隔開地配置之天線(線圈)間之電磁感應的電磁感應方式之非接觸給電系統、或利用電磁場之諧振耦合的磁共振方式之非接觸給電系統。
作為磁共振方式之非接觸給電系統之先前技術，例如揭示於專利文獻1中。於該文獻之非接觸給電系統中，於輸電側供給至包括線圈及電容器之一次側之諧振電路的電力藉由電磁場之諧振耦合而傳送至受電側之二次側之諧振電路。藉由二次側之諧振電路所受電之電力由整流電路整流後，藉由受電IC(Integrated Circuit，積體電路)等控制電路轉換為直流電壓，從而用於電池之充電等。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2013-21906號公報
於如上述非接觸給電系統般藉由所輸送之電力對電池進行充電之受電裝置中，於所輸送之電力不足之情形時，無法對受電IC供給充分之動作電源，而導致電池之充電停止。相反地，若所輸送之電力過大，則有受電裝置內之受電IC等電路零件被破壞之虞。因此，於此種非接觸給電系統中，於輸電裝置中根據受電側之負載之狀態(例如受電裝置之電池之剩餘量等)進行使輸電電力最佳化之輸電控制，藉此提高電力傳送之可靠性。例如，於電池之剩餘量較少之情形時進行增大輸電電力般之控制，於電池之剩餘量較多之情形時進行減少輸電電力般之控制，藉此，輸送受電側所需之電力。然而，此種輸電側之輸電控制之難易度較高，尤其是於如分時進行電力之輸電、受電及用於資訊傳遞之通信般之非接觸給電系統中，難以實現可靠性較高之輸電控制。
因此，先前，除如上所述之輸電控制以外，亦進行如下控制：將耐壓保護用二極體(曾納二極體)連接於受電側之整流電路之輸出節點，自輸電側輸送相對較大之電力。據此，可防止於負載較大(例如電池之剩餘量較少)時無法對受電IC供給充分之動作電源而導致電池之充電動作停止，且即便於在負載較小(例如電池之剩餘量較多)時成為過量輸電之情形時，由於因耐壓保護用二極體而施加至受電IC之電壓之上限值決定，故可防止受電IC之破壞。
另一方面，行動電話或智慧型手機等受電裝置係藉由於製品規格方面規定消耗電量之上限值，而限制終端自身之發熱量。然而，於如上述般於受電裝置設置耐壓保護用二極體之情形時，在過量輸電時，耐壓保護用二極體中消耗較多之電力，因此不可忽視耐壓保護用二極體之發熱量。又，於受電IC中，藉由串聯式調節器或交換調節器 等DC(Direct Current，直流)/DC轉換器而將整流電路之輸出電壓降低至所期望之目標電壓。因此，於如上述般將耐壓保護用二極體連接於整流電路之輸出節點之情形時，於過量輸電時整流電路之輸出電壓與目標電壓之差變大，而DC/DC轉換器中之發熱量之增加與電力之轉換效率之降低成為問題。
將於下文說明用以解決如上所述之問題之方法等，其他課題及新穎之特徵當根據本說明書之記述及隨附圖式而變得明確。
若簡單地對本案中揭示之實施形態中之代表性之實施形態之概要進行說明，則如下所述。
即，本受電裝置包括包含作為受電天線之共振線圈及諧振電容之諧振電路，且藉由上述諧振電路之諧振耦合而以非接觸之方式對電力進行受電。本受電裝置係於對電力進行受電時，監視藉由上述諧振電路進行了上述受電的受電電力，並以上述受電電力不超過目標電力位準之方式，控制上述諧振電路之諧振頻率。
若簡單地對藉由本案中揭示之實施形態中之代表性之實施形態所獲得的效果進行說明，則如下所述。
即，可抑制非接觸給電系統中之受電裝置之發熱。
1、3‧‧‧輸電裝置
2、4~12‧‧‧受電裝置
20~29‧‧‧非接觸給電系統
101‧‧‧振盪器
102‧‧‧輸電放大器
103‧‧‧電源電路(REG_CIR)
104‧‧‧控制電路(CNT_CIR)
105‧‧‧通信部(CMM_CIR)
106‧‧‧通信用環形天線
107‧‧‧供電線圈
108‧‧‧共振線圈
109‧‧‧諧振電容
110‧‧‧諧振電路
111、180‧‧‧通信用天線
130、130A~130E‧‧‧諧振電路
131‧‧‧共振線圈
132、200‧‧‧諧振電容
133‧‧‧整流電路
134‧‧‧電源電路
135‧‧‧充電控制電路
136‧‧‧控制部
137‧‧‧通信部
139‧‧‧內部電路
140‧‧‧受電IC
141‧‧‧諧振頻率調整部
142、143、147、148、151_1~151_n、152‧‧‧阻抗調整電路
144‧‧‧控制電壓
149、149_1~149_n‧‧‧比較結果信號
150‧‧‧諧振頻率調整部
150_1~150_n‧‧‧比較器電路
155、156‧‧‧開關元件
160、164‧‧‧輸入電壓檢測部
161、162‧‧‧峰值保持電路
163‧‧‧平均化電路
170‧‧‧受電IC
171‧‧‧電壓控制部
181‧‧‧通信部
201‧‧‧負載電路
202‧‧‧並聯諧振部
300、301、400~403‧‧‧受電電力之特性
1370‧‧‧切換電路
1371‧‧‧通信控制電路
1420、1430‧‧‧可變電阻電路
AMP‧‧‧差動放大電路
BAT‧‧‧電池
C1、C2、C3、C4、C5、CN、CP‧‧‧電容
C3‧‧‧平滑化電容
CMP、CMP_1~CMP_n‧‧‧比較器電路
CN_1~CN_n‧‧‧第1電容
D1~D4‧‧‧整流用肖特基二極體
DPN‧‧‧PIN二極體
fTx‧‧‧輸電頻率
IN‧‧‧輸入端子
M1~M3‧‧‧電晶體
NDP、NDN、ND1、ND2、VDD‧‧‧節點
PTGT‧‧‧目標電力位準
RP、RN‧‧‧電阻
SW1、SW2‧‧‧開關元件
SW_1~SW_n‧‧‧第1開關元件
VIN‧‧‧輸入電壓
VPA、VPP‧‧‧檢測電壓
VRCT‧‧‧整流電壓
VTGT‧‧‧目標電壓
VTGT1~VTGTn‧‧‧閾值電壓
圖1係例示本案之一實施形態之受電裝置的圖。
圖2係例示包含實施形態1之受電裝置之非接觸給電系統的圖。
圖3係例示實施形態1之受電裝置中之諧振電路130及諧振頻率調整部141之內部構成的圖。
圖4係例示包含實施形態2之受電裝置之非接觸給電系統的圖。
圖5係例示包含實施形態3之受電裝置之非接觸給電系統的圖。
圖6係例示於實施形態3之受電裝置5中改變諧振頻率時之受電電力之特性的圖。
圖7係例示包含實施形態4之受電裝置之非接觸給電系統的圖。
圖8係例示於實施形態4之受電裝置6中改變諧振頻率時之受電電力之特性的圖。
圖9係例示包含實施形態5之受電裝置之非接觸給電系統的圖。
圖10係例示包含實施形態6之受電裝置之非接觸給電系統的圖。
圖11係例示包含實施形態7之受電裝置之非接觸給電系統的圖。
圖12係例示包含實施形態8之受電裝置之非接觸給電系統的圖。
圖13係例示包含實施形態9之受電裝置之非接觸給電系統的圖。
圖14係例示包含實施形態10之受電裝置之非接觸給電系統的圖。
1.實施形態之概要
首先，對本案中揭示之代表性之實施形態說明概要。於關於代表性之實施形態之概要說明中標註括弧而參照之圖式中之參照符號只不過是例示標註有該符號之構成要素之概念中所包含者。
〔1〕(以受電電力不超過特定之電力位準之方式調整諧振頻率的受電裝置)
本案之代表性之實施形態之受電裝置(2)係如圖1所示，包括包含作為受電天線之共振線圈(131)及諧振電容(200)之諧振電路(130)，藉由上述諧振電路之諧振耦合而以非接觸之方式對電力進行受電。上述受電裝置係於對電力進行受電時，監視藉由上述諧振電路之上述進行受電的受電電力，並以上述受電電力不超過目標電力位準(PTGT)之方式，控制上述諧振電路之諧振頻率。
據此，即便於自輸電側輸送大於受電側所需之電力之電力之情 形時，受電裝置亦以不對目標電力位準以上之電力進行受電之方式動作。藉此，受電裝置不會對超過實際需要之多餘之電力進行受電，因此，可抑制受電裝置之發熱。
〔2〕(根據受電電力之電力位準而控制諧振頻率與輸電頻率之一致/不一致)
如項1之受電裝置(2)，其於上述受電電力未超過目標電力位準(PTGT)之情形時，以上述諧振電路之諧振頻率與輸電頻率(fTx)相等之方式調整上述諧振電路之阻抗，於上述受電電力超過上述目標電力位準之情形時，以上述諧振頻率偏離上述輸電頻率之方式調整上述諧振電路之阻抗。
據此，於自輸電側輸送大於受電側所需之電力(目標電力位準)之電力之情形時，藉由受電側之諧振頻率偏離輸電頻率，而受電裝置之受電電力變小，於輸送小於目標電力位準之電力之情形時，藉由受電側之諧振頻率接近輸電頻率，而受電裝置之受電電力變大。藉此，可易於實現受電裝置不超過實際需要地對電力進行受電之控制。
〔3〕(監視整流電路之輸出電壓)
如項1或2之受電裝置(2、4~8、11、12)，其進而包含：整流電路(133)，其係將與藉由上述諧振電路(130、130A~130E)進行受電之電力對應之交流電壓整流而獲得直流之輸出電壓；及調整部(141)，其係監視上述整流電路之輸出電壓(VRCT)，並以上述輸出電壓不超過目標電壓(VTGT)之方式調整上述諧振電路之阻抗。
據此，可簡單且高精度地控制諧振電路之諧振頻率。又，例如，於在整流電路之後段設置串聯式調節器或交換調節器等DC/DC轉換器而將整流電路之輸出電壓降低至所期望之電壓的情形時，根據本受電裝置，可減小DC/DC轉換器之輸入輸出電位差。藉此，可提高利用DC/DC轉換器之電壓之轉換效率，且可抑制DC/DC轉換器之發熱。
〔4〕(可變之諧振電容)
如項3之受電裝置(2、4~7、11、12)，其中上述諧振電路可藉由上述調整部而變更其電容值。
據此，容易改變諧振電路之阻抗。
〔5〕(利用AMP之線性控制，調整諧振電路之正側、負側之一側)
如項4之受電裝置(2、4)，其中上述調整部包含差動放大電路(AMP)，該差動放大電路(AMP)係以上述目標電壓與上述輸出電壓之差量變小之方式產生控制電壓(144)。上述諧振電路包含由上述共振線圈(131)及上述諧振電容(132)並聯連接而成之並聯諧振部(202)、以及串聯連接於上述並聯諧振部之一端與被供給固定電壓之基準節點(接地節點)之間的第1電容(CP)及第1可變電阻電路(M1)。上述第1可變電阻電路之電阻值基於上述控制電壓而為可變。
據此，可藉由線性地控制諧振電路之諧振頻率，而以整流電路之輸出電壓不超過目標電壓之方式進行控制。又，能夠以較少之零件件數實現可調整諧振頻率之諧振電路。
〔6〕(調整諧振電路之正側、負側之兩側)
如項5之受電裝置(2)，其中上述諧振電路進而包含串聯連接於上述並聯諧振部之另一端與上述基準節點之間的第2電容(CN)及第2可變電阻電路(M2)。上述第2可變電阻電路之電阻值基於上述控制電壓而為可變。
據此，包含串聯連接之電容及可變電阻電路之阻抗調整用電路分別連接於並聯諧振部之正側及負側之兩側之端子，因此，可保持產生於並聯諧振部之各端子之受電電力所對應的交流信號之信號波形之對稱性。
〔7〕(包括電晶體之開關元件)
如項3或4之受電裝置，其中上述第1可變電阻電路及上述第2可變電阻電路分別包含根據上述控制電壓予以驅動之電晶體(M1、M2)而構成。
據此，能夠以簡單之構成實現第1及第2可變電阻電路。
〔8〕(利用CMP之開關控制)
如項4之受電裝置(5、6)，其中上述調整部包含比較器電路(150)，該比較器電路(150)係將與上述目標電壓對應之閾值電壓(VTGT)和上述輸出電壓進行比較，並輸出比較結果(149)。上述諧振電路包含由上述共振線圈及上述諧振電容並聯連接而成之並聯諧振部(202)、以及串聯連接於上述並聯諧振部之一端與被供給固定電壓之基準節點(接地節點)之間的第1電容(CP)及第1開關元件(SW1)。上述第1開關元件可基於上述比較結果進行接通/斷開控制。
據此，可藉由將諧振電路之諧振頻率切換為2個值，而以整流電路之輸出電壓不超過目標電壓之方式進行控制，從而易於限制受電裝置之受電電力。又，能夠以較少之零件件數實現可調整諧振頻率之諧振電路。
〔9〕(開關控制，調整諧振電路之正側、負側之兩側)
如項8之受電裝置(5)，其中上述諧振電路進而包含串聯連接於上述並聯諧振部之另一端與上述基準節點之間的第2電容(CN)及第2開關元件(SW2)。上述第2開關元件可基於上述比較結果進行接通/斷開控制。
據此，包括串聯連接之電容及開關元件之阻抗調整用電路連接於並聯諧振部之正側及負側之兩側之端子，因此，可保持產生於並聯諧振部之各端子之受電電力所對應的交流信號之信號波形之對稱性。
〔10〕(根據是否超過目標電壓而控制諧振頻率與輸電頻率之一致/不一致)
如項9之受電裝置，其中上述並聯諧振部之上述共振線圈(與受電線圈對應)及上述諧振電容之常數係以如下方式設定：於上述第1開關元件及上述第2開關元件斷開時，上述並聯諧振部之諧振頻率與輸電頻率(fTx)相等。上述調整部係於上述輸出電壓超過上述目標電壓之情形時，使上述第1開關元件及上述第2開關元件接通，於上述輸出電壓未超過上述目標電壓之情形時，使上述第1開關元件及上述第2開關元件斷開。
據此，能夠以如下方式進行控制：於上述輸出電壓超過上述目標電壓之情形時不對電力進行受電，於上述輸出電壓未超過上述目標電壓之情形時效率良好地進行受電。
〔11〕(與複數個閾值電壓對應之複數個CMP、及與其等對應之複數個可變電容)
如項4之受電裝置(6)，其中上述調整部包含複數個比較器電路(150_1~150_n)，上述複數個比較器電路(150_1~150_n)係將與上述目標電壓對應之閾值電壓(VTGT)和上述輸出電壓進行比較，並輸出比較結果(149)。上述諧振電路包含：並聯諧振部(202)，其由上述共振線圈及上述諧振電容並聯連接而成；及複數個阻抗調整電路，其等包含串聯連接於上述並聯諧振部之一端與被供給固定電壓之基準節點(接地節點)之間的第1電容(CN_1(CN_2~CN_n))及第1開關元件(SW_1(SW_2~SW_n))。複數個上述比較器電路各自之上述閾值電壓互不相同(VTGT1~VTGTn)。上述複數個阻抗調整電路係與上述比較器電路對應地設置，各上述阻抗調整電路之上述第1開關元件可基於對應之上述比較器電路之比較結果進行接通/斷開控制。
據此，可藉由根據整流電路之輸出電壓之電壓位準階段性地切換諧振電路之阻抗，而使諧振頻率階段性地變化，因此，可使受電狀態之控制接近類比控制(線性控制)。藉此，與於可受電之狀態與無法 受電之狀態之2個狀態間轉變狀態的控制相比，可減少EMI(Electro-Magnetic Interference，電磁干擾)雜訊。
〔12〕(包括機械式開關之開關元件)
如項10或11之受電裝置，其中上述第1開關元件及上述第2開關元件係可基於上述控制電壓予以控制之機械式開關(SW1、SW2、SW_1~SW_n)。
據此，可減小開關元件之寄生電容，因此，可進一步減小當使開關元件斷開時因第1電容及第2電容連接而對諧振電路造成之影響。
〔13〕(使目標電壓可變)
如項1至12中任一項之受電裝置(11)，其進而包含：負載電路(LOAD_CIR)(139、135、BAT)；及電壓控制部(VCNT)(171)，其輸入上述整流電路之輸出電壓(VRCT)，並供給至連接於後段之上述負載電路。上述電壓控制部係以供給至上述負載電路之電壓成為所期望之電壓之方式調整上述目標電壓。
據此，根據應供給至負載之電壓位準而調整整流電路之輸出電壓，因此，即便不於整流電路之後段設置調節器等DC/DC轉換器，亦可產生負載所需之電壓。因此，只要滿足受電裝置要求之規格，便可卸除既有之DC/DC轉換器等，從而有助於減小受電裝置之電路規模。
〔14〕(利用PIN二極體之可變之諧振電容)
如項4之受電裝置(7)，其中上述諧振電路(130D)包含被施加之偏壓電壓藉由上述調整部而可變之PIN二極體(DPN)。
據此，可簡單地使諧振電路之電容值可變。
〔15〕(可變之共振線圈)
如項3之受電裝置(8)，其中上述諧振電路(130E)之上述共振線圈(與受電線圈對應)(131)之電感能夠變更。
據此，易於改變諧振電路之阻抗。
〔16〕(監視整流電路之輸入電壓)
如項3之受電裝置(9、10)，其包含：整流電路(133)，其係將與藉由上述諧振電路(130)進行受電之電力對應之交流電壓整流而獲得直流之輸出電壓；及輸入電壓檢測部(160、164)，其用以檢測經由上述諧振電路供給至上述整流電路之輸入電壓。本受電裝置進而包含調整部(141)，該調整部(141)係以由上述輸入電壓檢測部檢測出之輸入電壓不超過目標電壓之方式，調整上述諧振電路之阻抗。
據此，能夠以對目標電力位準以上之電力不進行受電之方式控制諧振電路之諧振頻率。又，由於在整流電路之前檢測受電電力，故可提高控制系統之響應性。
〔17〕(檢測整流電路之正側、負側之兩側之輸入電壓)
如項16之受電裝置(9)，其中上述整流電路為全波整流電路。上述輸入電壓檢測部(160)包含：第1峰值保持電路(161)，其檢測上述整流電路之正側之輸入電壓之峰值；及第2峰值保持電路(162)，其檢測上述整流電路之負側之輸入電壓之峰值。上述輸入電壓檢測部進而包含平均化電路(AVG_CIR)(163)，該平均化電路(163)輸出由上述第1峰值保持電路檢測出之峰值與由上述第2峰值保持電路檢測出之峰值的平均值。上述調整部係以上述平均化電路之上述平均值(VPA)不超過上述目標電壓(VTGT)之方式，調整上述諧振電路之阻抗。
據此，即便於輸入至整流電路之正側及負側之電壓波形不對稱之情形時，亦可高精度地進行諧振電路之阻抗之控制。
〔18〕(非接觸給電系統)
本案之代表性之實施形態之非接觸給電系統(20~29)包含：輸電裝置(1、3)，其藉由利用諧振電路之電磁場之諧振耦合而以非接觸之方式輸送電力；及如項1至17中任一項之受電裝置(2、4~12)，其以非接觸之方式接受自上述輸電裝置輸送之電力。
據此，可抑制輸電裝置之輸電控制變得複雜，並且可實現可靠性較高之非接觸給電系統。
〔19〕(以受電電力與目標電力一致之方式控制諧振電路之阻抗的受電裝置)
本案之代表性之實施形態之其他受電裝置(2、4~12)包括包含作為受電天線之共振線圈及諧振電容之諧振電路(130、130A~130E)，且藉由上述諧振電路之諧振耦合而以非接觸之方式對電力進行受電。本受電裝置係於對電力進行受電時，以藉由上述諧振電路進行了上述受電的受電電力與目標電力位準(PTGT)一致之方式，動態地控制上述諧振電路之阻抗。
據此，即便於自輸電側輸送大於受電側所需電力之電力之情形時，受電裝置亦以受電電力與目標電力位準一致之方式動作。藉此，受電裝置不會對超過實際需要之多餘之電力進行受電，因此，可抑制受電裝置之發熱。
2.實施形態之詳細情況
對實施形態進行更詳細之敍述。再者，於用於說明用以實施發明之形態之所有圖中，對具有相同功能之要素標註相同符號，並省略其重複說明。
≪實施形態1≫
<非接觸給電系統之概要>
圖2例示包含實施形態1之受電裝置之非接觸給電系統。該圖所示之非接觸給電系統20包含輸電裝置1及受電裝置2。於非接觸給電系統20中，能夠以非接觸(無線)之形式自輸電裝置1向受電裝置2供給電力。雖無特別限制，但非接觸給電系統20可藉由利用電磁場之諧振耦合之磁共振方式，進行非接觸電力傳送。於非接觸電力傳送中，作為輸電電力輸出之輸電信號之頻率(輸電頻率)fTx設為例如數MHz頻帶 之頻率。
又，於非接觸給電系統20中，可藉由近距離無線通信而於輸電裝置1與受電裝置2之間相互進行資料之傳輸及接收。該近距離無線通信係例如利用NFC(Near Field Communication，近場通信)之近距離無線通信(以下稱為「NFC通信」)。雖無特別限制，但受電裝置2可共用NFC通信所使用之天線及磁共振方式之非接觸給電所使用之天線，而切換進行電力之受電及用於資訊傳遞之通信。
<輸電裝置1之構成>
輸電裝置1例如包含振盪器101、輸電放大器102、電源電路(REG_CIR)103、控制電路(CNT_CIR)104、通信部(CMM_CIR)105、通信用環形天線106、供電線圈107、共振線圈108、及諧振電容109而構成。
振盪器101產生與用以輸送自輸電裝置1傳輸之電力之輸電信號對應的頻率之交流信號。雖無特別限制，但自振盪器101輸出之交流信號之頻率設為固定，且設為與上述輸電信號之頻率(輸電頻率)fTx相等。輸電放大器102將自振盪器101輸出之交流信號放大，並產生與應輸送之電力之大小對應之驅動信號。輸電放大器102係其放大率可變之可變放大器。輸電放大器102例如將由電源電路103產生之電壓作為電源而動作，藉由調整供給至輸電放大器102之偏壓電壓或偏壓電流，而其放大率可變。電源電路103係基於自例如電源適配器或通用串列匯流排(USB，universal serial bus)等供給之輸入電壓VIN，產生成為輸電裝置1之各功能部之動作電源之複數個電壓。例如，產生如上所述成為輸電放大器102之動作電源之電壓、或成為控制電路104之動作電源之電壓。
自輸電放大器102輸出之驅動信號被供給至供電線圈107。供電線圈107與共振線圈108磁性耦合，供給至供電線圈107之驅動信號之 交流電力藉由電磁感應而供給至共振線圈108。共振線圈108與諧振電容109構成一次側之諧振電路110。諧振電路110係例如共振線圈108及諧振電容109並聯連接而成之並聯諧振電路。藉由利用諧振電路110之諧振而產生磁場，藉此自輸電裝置1傳輸電力。
通信部105係經由通信用環形天線106進行NFC通信。例如，可藉由NFC通信而實現用以認證受電裝置2是否為輸電裝置1之輸電對象之認證資料的交換、或通知受電裝置2是否已接收自輸電裝置1輸送之電力之受電通知的交換等。
控制電路104係包含依照儲存於記憶體等中之程式執行資料處理之程式處理裝置而構成。控制電路104例如為微控制器，且包含半導體裝置而實現，該半導體裝置係藉由成型樹脂等絕緣性樹脂將利用例如公知之CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金氧半導體)積體電路之製造技術形成於1個如單晶矽般之半導體基板的半導體晶片密封而成。控制電路104進行輸電裝置1之總括性控制。例如，控制經由通信部105及通信用環形天線106之無線通信以及經由共振線圈108之非接觸電力傳送之執行及停止，並且進行無線通信中之各種資料處理及非接觸電力傳送資料之各種資料處理。又，控制電路104係藉由經由通信用環形天線106與受電裝置2進行NFC通信，而進行受電裝置2中之電池BAT之剩餘量之資訊或用於非接觸給電之各種資訊的交換，從而決定應輸送之電量。而且，控制電路104根據上述所決定之電量調整輸電放大器102之放大率。藉此，自輸電裝置2送出與應輸送之電量對應之輸電電力。
<受電裝置2之構成>
受電裝置2例如為移動終端等小型行動機器，可進行利用無線通信之資料之收發、及利用非接觸給電之電池BAT之充電等。如上所述，受電裝置2係使用作為NFC通信時所使用之天線及電磁共振方式 之無線供電時所使用之天線的共用天線之共振線圈131，切換進行NFC通信及電力之受電。
受電裝置2例如包含共振線圈131、諧振電容200、整流電路(RCR_CIR)133、受電IC140、控制電路(CNT_CIR)136、通信部137、內部電路(EC)139、及電池BAT而構成。
共振線圈131及諧振電容200係構成二次側之諧振電路130，藉由利用輸電裝置1之一次側之諧振電路110產生的磁場之共振作用，而產生電動勢(交流信號)。詳細情況將於下文進行敍述，但諧振電路130係線圈與電容並聯連接而成之並聯諧振電路。以下，以參照符號NDP表示連接線圈與電容之一連接節點(正側節點)，以參照符號NDN表示另一連接節點(負側節點)。
諧振電路130藉由調整其阻抗而諧振頻率可變。例如，藉由以諧振電路130之諧振頻率與輸電頻率fTx相等之方式調整諧振電路130之阻抗，可效率良好地接收來自輸電裝置1之磁場。雖無特別限制，但諧振電路130構成為藉由諧振電容200之電容值可變而調整諧振電路130之阻抗。再者，關於諧振電路130之內部構成，將於下文進行敍述。
整流電路133係將與藉由諧振電路130進行受電之電力對應之交流電壓(交流信號)整流而獲得直流之輸出電壓。整流電路133例如為全波整流電路。雖無特別限制，但整流電路133係包含包括肖特基二極體D1~D4之二極體電橋電路、及平滑化電容C3而構成。二極體電橋電路係一輸入端子(二極體D1與二極體D2之連接節點)經由電容C1連接於節點NDP，另一輸入端子(二極體D3與二極體D4之連接節點)經由電容C2連接於節點NDN。再者，電容C1、C2係用以使自諧振電路130觀察整流電路133側所得之阻抗匹配之匹配電路，根據阻抗之匹配狀態，亦可刪除。
平滑化電容C3將經二極體電橋電路整流之電壓平滑化。平滑化電容C3係連接於二極體電橋電路之輸出節點與接地節點之間。以下，將二極體電橋電路之輸出節點之電壓記載為整流電壓VRCT。
可基於整流電壓VRCT進行受電裝置2內之各功能部之動作。於圖2中，作為整流電路133之負載電路201，代表性地例示受電IC140、內部電路139、及電池BAT。
受電IC140係基於整流電壓VRCT產生穩定之直流電壓，並且進行內部電路139之動作電源之供給、對於電池BAT之充電電壓之供給、通信部137或控制部136之動作電源之供給等。雖無特別限制，但受電IC140係藉由成型樹脂等絕緣性樹脂將利用公知之CMOS積體電路之製造技術形成於1個如單晶矽般之半導體基板之半導體晶片密封而成的半導體裝置。
具體而言，受電IC140包含電源電路(REG_CIR)134、及充電控制電路(CHGCNT)135。電源電路134係將整流電壓VRCT轉換為所期望之大小之固定電壓。電源電路134係DC/DC轉換器，例如與外部安裝之線圈或穩定化電容等一起構成降壓型交換調節器或串聯式調節器(LDO：Low drop out，低壓降線性調節器)等。充電控制電路135係對利用電源電路134所產生之直流電壓之電池BAT之充電進行控制。例如，充電控制電路135係藉由監視電池BAT之充電電流或電池BAT之端子電壓，而檢測電池BAT之狀態(滿量充電容量、剩餘量及充電狀態等)，從而控制充電之執行或停止等。雖無特別限制，但充電控制電路135係微控制器。
電池BAT係可基於由電源電路134產生之直流電壓進行充電之二次電池。雖無特別限制，但電池BAT例如設為單芯電池(4.0~4.2V)，例如設為鋰離子電池。內部電路139係用以實現作為受電裝置2之特有之功能(例如若受電裝置2為智慧型手機，則係作為智慧型手機所期待 之功能)的電子電路。
通信部137係藉由使用共振線圈131作為通信用天線，而於與輸電裝置1之間進行無線通信(NFC通信)。具體而言，通信部137係包含切換電路(SEL)1370、及通信控制電路(CMM_CIR)1371而構成。切換電路1370係根據與藉由諧振電路130進行受電之電力對應之交流信號的信號位準，控制是否將該交流信號供給至通信控制部1371。例如，於與藉由諧振電路130進行受電之電力對應之交流信號的信號位準超過特定之閾值之情形時，阻斷該交流信號向通信控制部1371之供給，於該交流信號之信號位準未超過特定之閾值之情形時，將該交流信號供給至通信控制部1371。
通信控制電路1370例如為微控制器，進行用以實現經由作為通信用天線之共振線圈131之無線通信的各種控制及資料處理。雖無特別限制，但通信控制電路1370係藉由半導體裝置而實現，該半導體裝置係藉由成型樹脂等絕緣性樹脂將利用公知之CMOS積體電路之製造技術形成於1個如單晶矽般之半導體基板的半導體晶片密封而成。
控制電路136進行受電裝置2之總括性控制。例如，除經由共振線圈131之無線通信之執行及停止之控制、或無線通信中之各種資料處理(例如所接收之信號之調變處理或解調處理)以外，亦對電源電路134之動作控制(賦能控制)或利用充電控制電路135之電池VAT之充電控制的執行及停止進行控制。雖無特別限制，但控制電路136係微控制器，且藉由半導體裝置而實現，該半導體裝置係藉由成型樹脂等絕緣性樹脂將利用公知之CMOS積體電路之製造技術形成於1個如單晶矽般之半導體基板的半導體晶片密封而成。
<利用諧振頻率之調整之受電電力之控制>
如上所述，輸電裝置1係基於受電裝置2中之電池BAT之剩餘量之資訊等，送出與受電裝置2所需之電量對應之輸電電力，但因輸電裝 置1之輸電控制之困難性而亦有可能輸出大於受電裝置2所需之電力之輸電電力。於如上所述之情形時，為了使受電裝置2不對所需以上的大電力進行受電，而具備如下功能：於受電裝置2中監視受電電力，並以受電電力不超過設為目標之電力位準(目標電力位準)之方式，控制諧振電路之諧振頻率。具體而言，受電裝置2進而包括諧振頻率調整部(FRQ_CNT)141。
諧振頻率調整部141係監視藉由諧振電路130進行受電之受電電力，並以受電電力不超過目標電力位準PTGT之方式(以受電電力與目標電力位準PTGT一致之方式)，控制諧振電路130之諧振頻率。
更具體而言，諧振頻率調整部141係於受電電力未超過目標電力位準PTGT之情形時，以諧振電路130之諧振頻率與輸電頻率fTx一致之方式調整諧振電路130之阻抗，於受電電力超過目標電力位準PTGT之情形時，以諧振頻率偏離輸電頻率fTx之方式調整諧振電路130之阻抗。利用諧振頻率調整部141之受電電力之監視例如藉由檢測整流電壓VRCT而進行。
以下，對利用諧振頻率調整部141之諧振電路130之諧振頻率之控制詳細地進行說明。
圖3係例示實施形態1之受電裝置中之諧振電路130及諧振頻率調整部141之內部構成的圖。於該圖中，為了便於說明，圖示有諧振電路130及諧振頻率調整部141之周邊之功能區塊，其他功能區塊省略圖示。又，該圖中之輸電裝置1係圖示有輸電線圈108及諧振電容109，其他功能區塊簡化圖示。
如該圖所示，諧振頻率調整部141係包含差動放大電路AMP而構成。差動放大電路AMP係作為誤差放大電路而發揮功能，該誤差放大電路係以根據目標電力位準PTGT決定之目標電壓VTGT與整流電路133之輸出電壓VRCT的差量變小之方式產生控制電壓144。目標電壓 VTGT例如根據接受整流電壓VRCT之供給之受電IC140中所需之電壓而決定。例如，即便可施加至受電IC140之輸入端子IN之最大電壓(受電IC140之耐受電壓)為25V，於作為受電IC140之電源電路134之輸入電壓所需之電壓為10V之情形時，亦可將目標電壓VTGT設定為10V。藉此，差動放大電路AMP係以整流電路133之輸出電壓VTGT不超過10V之方式(以成為10V之方式)，產生控制電壓144。
雖無特別限制，但目標電壓VTGT係藉由設置於受電裝置2內之基準電壓產生電路(未圖示)而產生，並供給至差動放大電路AMP。上述基準電壓產生電路可為例如設置於受電IC140中之電源電路134內之調節器電路，亦可為與電源電路134分開設置之調節器電路，並無特別限制。
諧振電路130包含共振線圈131及諧振電容132並聯連接而成之並聯諧振部202、及連接於並聯諧振部202之各端子(節點NDP、NDN)與被供給固定電壓之基準節點之間的阻抗調整電路142、143。上述諧振電容132及阻抗調整電路142、143構成作為可變電容之電容200。
上述基準節點例如為被供給接地電壓之接地節點，但只要為以DC固定之節點，則並不限定於接地節點。
阻抗調整電路142包含：電容CP，其一端連接於節點NDP；及可變電阻電路1420，其設置於電容CP之另一端與接地節點之間。可變電阻電路1420之電阻值根據來自差動放大電路AMP之控制電壓144可變。可變電阻電路1420包含例如電晶體M1而構成。作為電晶體M1，並無特別限制，可使用接通電阻較小之高耐壓之場效電晶體或IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣閘雙極性電晶體)等。於該圖中例示有使用高耐壓之MOS(Metal Oxide Semiconductor，金氧半導體)電晶體之情形。電晶體M1之源極電極連接於接地節點，汲極電極連接於電容CP。對電晶體M1之閘極電極供給控制電壓144。再者， 作為可變電阻電路1420之電路構成，並不限定於該圖之電路構成，只要為電容CP與接地節點之間之電阻值根據控制電壓144可變的電路構成，則並無特別限制。
阻抗調整電路143亦設為與阻抗調整電路142相同之構成。例如，阻抗調整電路143包含：電容CN，其一端連接於節點NDN；及可變電阻電路1430，其設置於電容CN之另一端與接地節點之間。可變電阻電路1430包含例如電晶體M2而構成，與電晶體M1相同地，基於控制電壓144進行驅動。
藉由如上述般將阻抗調整電路142、143分別連接於並聯諧振部202之正側及負側之兩側之端子(節點NDP、NDN)，可保持分別產生於節點NDP及節點NDN之受電電力所對應的交流信號之波形之對稱性(抑制受電波形之應變)。
於本實施形態中，以並聯諧振部202之諧振頻率(基於共振線圈131及諧振電容132之諧振頻率)與輸電頻率fTx一致之方式，規定共振線圈131及諧振電容132之常數。再者，此處，可忽視電晶體M1、M2等之寄生電容。於該狀態下，整流電壓VRCT低於目標電壓VTGT之情形時，藉由差動放大電路AMP對控制電壓144以變低之方式進行控制。藉此，電晶體M1、M2之閘極-源極間電壓降低，因此，汲極-源極間之電阻值變大，作為諧振電路130中之電容成分而電容CP、CN之影響變小。即，作為諧振電路130之電容成分而諧振電容132占主導地位，諧振電路130之諧振頻率接近由共振線圈131及諧振電容132決定之諧振頻率、即輸電頻率fTx。若最終電晶體M1、M2成為斷開狀態，則電容CP、CN成為開路狀態，而諧振電路130之諧振頻率與輸電頻率fTx一致。因此，於整流電壓VRCT低於目標電壓VTGT之狀態下，藉由差動放大電路AMP對諧振電路130之諧振頻率以與輸電頻率fTx一致之方式進行控制。
另一方面，於整流電壓VRCT高於目標電壓VTGT之情形時，藉由差動放大電路AMP對控制電壓144以變高之方式進行控制。藉此，電晶體M1、M2之閘極-源極間電壓上升，因此，汲極-源極間之電阻值變小，作為諧振電路130中之電容成分而電容CP、CN之影響變大。即，諧振電路130之諧振頻率係由共振線圈131、諧振電容132、及電容CP、CN決定。藉此，諧振電路130之諧振頻率與輸電頻率fTx不一致。因此，於整流電壓VRCT高於目標電壓VTGT之狀態下，藉由差動放大電路AMP對諧振電路130之諧振頻率以偏離輸電頻率fTx之方式進行控制。
藉由如此般線性地控制諧振電路130之諧振頻率，而以整流電壓VRCT不超過目標電壓VTGT之方式限制受電裝置2之受電電力。
以上，根據實施形態1之受電裝置，監視藉由諧振電路130進行了受電之受電電力，並以受電電力不超過目標電力位準PTGT之方式控制諧振頻率，因此，即便於自輸電側輸送大於受電側所需之電力之電力之情形時，受電裝置2亦以不對目標電力位準以上之電力進行受電之方式動作。藉此，受電裝置2不對所需以上之多餘之電力進行受電，因此，可抑制受電裝置2之發熱。例如，即便於如先前般將耐壓保護用二極體連接於整流電路133之輸出節點之情形時，亦可抑制基於此處所消耗之多餘電力之熱之產生，故而與先前相比，可抑制整個受電裝置之發熱量。
又，藉由將本受電裝置應用於非接觸給電系統，可抑制輸電裝置之輸電控制變得複雜，並且可實現可靠性較高之非接觸給電系統。例如，根據本受電裝置，即便於超過實際需要地輸送較大之電力之情形時，亦以不對目標電力位準以上之電力進行受電之方式動作，故而即便輸電側之輸電控制之可靠性稍微降低，亦不會有受電裝置過度發熱而受到破壞之虞。因此，可謀求用以進行輸電裝置之輸電控制之內 部電路或用以控制其之程式等之簡化，並且可提高整個系統之可靠性。
進而，如上所述，藉由監視整流電路133之輸出電壓VTGT而監視受電電力，以輸出電壓VTGT不超過目標電壓VTGT之方式調整諧振電路130之阻抗，藉此可簡單且高精度地控制諧振頻率。又，由於以輸出電壓VTGT不超過目標電壓VTGT之方式進行控制，故與先前相比，可減小電源電路134之輸入電壓(整流電壓VRCT)與輸出電壓之差。即，可減小包括電源電路134之DC/DC轉換器之輸入輸出電位差。例如，若在先前，則即便於藉由DC/DC轉換器產生5V之輸出電壓之情形時，亦存在DC/DC轉換器之輸入電壓(整流電壓VRCT)上升至由耐壓保護用二極體決定之上限電壓(例如20V)之可能性。相對於此，根據本受電裝置，DC/DC轉換器之輸入電壓以不超過目標電壓VTGT(例如10V)之方式得到控制，因此，與先前相比，可減小DC/DC轉換器(電源電路134)之輸入輸出間電位差。藉此，可提高利用DC/DC轉換器之電壓之轉換效率，且可抑制DC/DC轉換器(電源電路134)之發熱。
≪實施形態2≫
圖4中例示包含實施形態2之受電裝置之非接觸給電系統。
實施形態2之非接觸給電系統21中之受電裝置4與實施形態1之受電裝置之不同之處在於，在受電側之諧振電路中僅於並聯諧振部之一側連接阻抗調整電路。再者，受電裝置4中之其他構成係與實施形態1之受電裝置2相同，對與受電裝置2相同之構成要素標註相同符號，並省略其詳細說明。
如圖4所示，受電裝置4中之諧振電路130A構成為，於並聯諧振部202之一端子(節點NDP)連接阻抗調整電路142，於另一端子(節點NDN)未連接阻抗調整電路。
據此，與實施形態1之受電裝置2同樣地，能夠使得受電裝置4不對所需之電力以上之多餘之電力進行受電，因此，可抑制受電裝置4之發熱。又，根據受電裝置4，存在產生於節點NDP及節點NDN之受電電力所對應之交流信號失去對稱性的可能性，但於可容許其對稱性失去之程度之情形時，可減少應追加之零件件數，故而可抑制由使得能夠調整諧振頻率所導致之受電裝置之成本增加。
再者，用以調整諧振頻率之阻抗調整電路只要連接於並聯諧振部202之正側、負側之任一側之端子即可，並不限定於如該圖所示連接於並聯諧振部202之正側之端子(節點NDP)的構成。例如，亦可為於並聯諧振部202之負側之端子(節點NDN)連接阻抗調整電路142(143)的構成。
≪實施形態3≫
圖5中例示包含實施形態3之受電裝置之非接觸給電系統。
實施形態1之受電裝置2係藉由差動放大電路對用以調整諧振電路之諧振頻率之阻抗調整電路進行線性控制，但實施形態3之受電裝置5係藉由比較器電路對上述阻抗調整電路進行開關控制。
如該圖所示，非接觸給電系統22中之受電裝置5包括包含比較器電路CMP而構成之諧振頻率調整部150，代替實施形態1之諧振頻率調整部141。又，受電裝置5係於諧振電路130B中包括阻抗調整電路148、147，代替實施形態1之阻抗調整電路142、143。再者，受電裝置5中之其他構成係與受電裝置2相同，對與受電裝置2相同之構成要素標註相同符號，並省略其詳細之說明。
比較器電路CMP比較整流電壓VRCT與目標電壓VTGT，並輸出比較結果。例如，比較器電路CMP係於輸出電壓VRCT大於目標電壓VTGT之情形時，輸出成為高(High)位準之比較結果信號149，於輸出電壓VRCT小於目標電壓VTGT之情形時，輸出成為低(Low)位準之比 較結果信號149。
阻抗調整電路147包含：電容CP，其一端連接於節點NDP；及開關元件SW1，其設置於電容CP之另一端與接地節點之間。開關元件SW1係基於來自比較器電路CMP之比較結果信號149，控制其接通/斷開。
阻抗調整電路148亦設為與阻抗調整電路147相同之構成。例如，阻抗調整電路148包含：電容CN，其一端連接於節點NDN；及開關元件SW2，其設置於電容CN之另一端與接地節點之間。開關元件SW2係與開關元件SW1相同。
作為開關元件SW1、SW2，例如，除接通電阻較小之高耐壓之場效電晶體或IGBT等以外，亦可使用繼電器開關等機械式開關。於使用機械式開關作為開關元件SW1、SW2之情形時，可減小開關元件SW1、SW2之寄生電容，因此，可進一步減小當使開關元件SW1、SW2斷開時因電容CN、CP連接於節點NDP、NDN而對諧振電路130造成之影響。藉此，可進一步減小開關元件SW1、SW2斷開時之基於共振線圈131及諧振電容132之諧振電路130之諧振頻率的設定誤差。
於本實施形態中，與實施形態1同樣地，以並聯諧振部202之諧振頻率與輸電頻率fTx一致之方式，規定共振線圈131及諧振電容132之常數。於該狀態下，整流電壓VRCT低於目標電壓VTGT之情形時，藉由比較器電路CMP將比較結果信號149例如設為低位準，開關元件SW1、SW2斷開。藉此，電容CP、CN成為開路狀態，因此，諧振電容132作為諧振電路130B中之電容成分占主導地位，諧振電路130B之諧振頻率接近由共振線圈131及諧振電容132決定之諧振頻率(≒輸電頻率fTx)。即，於整流電壓VRCT低於目標電壓VTGT之狀態下，以諧振電路130B之諧振頻率與輸電頻率fTx一致之方式予以控制。
另一方面，於整流電壓VRCT高於目標電壓VTGT之情形時，藉由比較器電路CMP將比較結果信號149例如設為高位準，開關元件SW1、SW2接通。藉此，諧振電路130B之諧振頻率係由共振線圈131、諧振電容132、及電容CP、CN決定，而與輸電頻率fTx不一致。即，於整流電壓VRCT高於目標電壓VTGT之狀態下，對諧振電路130B之諧振頻率以偏離輸電頻率fTx之方式進行控制。
圖6係例示於實施形態3之受電裝置5中改變諧振頻率時之受電電力之特性的圖。
於該圖中，縱軸表示受電電力，橫軸表示頻率。參照符號300表示整流電壓VRCT小於目標電壓VTGT之狀態(開關元件SW1、SW2斷開之狀態)下之受電電力的特性。又，參照符號301表示整流電壓VRCT大於目標電壓VTGT之狀態(開關元件SW1、SW2接通之狀態)下之受電電力的特性。又，特性300、301之峰值之頻率係各特性之諧振電路130B之諧振頻率。
根據特性300可知，於整流電壓VRCT小於目標電壓VTGT之狀態下，開關元件SW1、SW2成為斷開狀態，諧振電路130B之諧振頻率與輸電頻率fTx一致。藉此，利用諧振電路130B獲得之受電電力(頻率fTx時之受電電力)變為最大。另一方面，根據特性301可知，於整流電壓VRCT大於目標電壓VTGT之狀態下，開關元件SW1、SW2成為接通狀態，特性301之諧振頻率較大程度地偏離輸電頻率fTx。藉此，諧振電路130B之受電電力(頻率fTx時之受電電力)大幅降低。
藉由如此般根據整流電壓VRCT是否超過目標電壓VTGT而使開關元件SW1、SW2接通、斷開(進行開關控制)，諧振頻率成為2個值之切換控制，受電裝置6係於可受電之狀態(特性300)與無法受電之狀態(特性301)之間轉變。藉此，若取得時間上之平衡，則受電電力穩定為所期望之電力(特性300及特性301之平均電力)，故而可限制受電裝 置之受電電力，從而可抑制受電裝置之發熱。
再者，於圖5中例示出於並聯諧振部202之兩側之端子(節點NDP、NDN)分別連接阻抗調整電路147、148的構成，但亦可如實施形態2之受電裝置4般設為於節點NDP、NDN之任一節點連接阻抗調整電路的構成。據此，雖然存在產生於節點NDP及節點NDN之受電電力所對應之交流信號失去對稱性的可能性，但於可容許失去對稱性之情形時，可減少應追加之零件件數，因此，可抑制由使得能夠調整諧振頻率所導致之受電裝置之成本增加。
≪實施形態4≫
圖7中例示包含實施形態4之受電裝置之非接觸給電系統。
實施形態4之非接觸給電系統23中之受電裝置6與實施形態3之受電裝置5之不同之處在於，藉由複數個比較器電路對複數個阻抗調整電路進行開關控制。
如該圖所示，受電裝置6包含複數個比較器電路150_1~150_n(n為2以上之整數)。比較器電路150_1~150_n各自被供給之閾值電壓VTGT1~VTGTn互不相同。例如，將整流電壓VRCT之目標電壓設為10V時，按照閾值電壓VTGT1為10V、閾值電壓VTGT2為11V、VTGT3為12V……，以電壓相對於目標電壓逐漸變高之方式設定閾值電壓VTGT1~VTGTn。
諧振電路130C包含與各比較器電路150_1~150_n對應地設置之n個阻抗調整電路151_1~151_n。例如，阻抗調整電路151_1包含：電容CN_1，其一端連接於並聯諧振部202之任一端子(節點NDP或節點NDN)；及開關元件SW_1，其連接於電容CN_1之另一端與基準節點(接地節點)之間。阻抗調整電路151_2~151_n亦設為與阻抗調整電路151_1相同之構成，分別包含一個電容CN_2~CN_n及一個開關元件SW_2~SW_n。於該圖中，例示電容CN_1~CN_n之一端連接於節點 NDN之情形，但亦可為連接於節點NDP之構成。又，作為開關元件SW_1~SW_n，與開關元件SW同樣地，可使用高耐壓之電晶體或機械式開關等。
阻抗調整電路151_1~151_n係根據對應之比較器電路150_1~150_n之比較結果信號149_1~149_n進行控制。例如，阻抗調整電路151_1之開關元件SW_1根據比較器電路150_1之比較結果信號149_1進行接通/斷開控制，阻抗調整電路151_n之開關元件SW_n根據比較器電路150_n之比較結果信號149_n進行接通/斷開控制。
此處，以使所有阻抗調整電路151_1~151_n中之開關元件SW_1~SW_n斷開時之並聯諧振部202之諧振頻率與輸電頻率fTx一致之方式，規定共振線圈131及諧振電容132之常數。
以下，對將比較器電路與阻抗調整電路之個數設為n=3之情形時的受電裝置6之受電電力之控制具體地進行說明。再者，設為VTGT1=10V、VTGT2=12V、VTGT3=14V。
圖8係例示於實施形態4之受電裝置6中改變諧振頻率時之受電電力之特性的圖。
於該圖中，縱軸表示受電電力，橫軸表示頻率。參照符號400表示整流電壓VRCT小於閾值電壓VTGT1(10V)之狀態下之受電電力的特性。又，參照符號401表示整流電壓VRCT大於閾值VTGT1(10V)且小於閾值電壓VTGT2(12V)之狀態下之受電電力的特性。參照符號402表示整流電壓VRCT大於閾值VTGT2(12V)且小於閾值電壓VTGT3(14V)之狀態下之受電電力的特性。參照符號403表示整流電壓VRCT大於閾值VTGT3(14V)之狀態下之受電電力的特性。
根據特性400可知，於輸出電壓VRCT小於閾值電壓VTGT1(10V)之狀態下，所有開關元件SW_1~SW_3成為斷開狀態，諧振電路130C之諧振頻率與輸電頻率fTx一致。藉此，利用諧振電路130C獲得之受 電電力變為最大。
根據特性401可知，於整流電壓VRCT大於閾值VTGT1(10V)且小於閾值電壓VTGT2(12V)之狀態下，僅開關元件SW_1成為接通狀態，特性301之諧振頻率偏離輸電頻率fTx。藉此，利用諧振電路130C獲得之受電電力(頻率fTx時之受電電力)相較特性400之情形降低。
又，根據特性402可知，於整流電壓VRCT大於閾值VTGT2(12V)且小於閾值電壓VTGT3(14V)之狀態下，開關元件SW_1、SW_2成為接通狀態，諧振頻率進一步偏離輸電頻率fTx。藉此，利用諧振電路130C獲得之受電電力相較特性401之情形進一步降低。
進而，根據特性403可知，於整流電壓VRCT大於閾值VTGT3(12V)之狀態下，開關元件SW_1~SW_3全部成為接通狀態，諧振頻率進一步偏離輸電頻率fTx。藉此，利用諧振電路130C獲得之受電電力相較特性402之情形進一步降低。
藉由如此般根據整流電壓VRCT之電壓位準階段性地切換諧振電路130C之阻抗，可使諧振頻率階段性地變化，因此，可使受電狀態之控制接近類比控制(線性控制)。藉此，受電裝置係以與所需之電量對應之受電特性穩定，因此，只要輸電電力及受電裝置之消耗電力不產生變化，受電狀態便不會發生轉變，而可抑制控制系統之開關雜訊之產生。藉此，與以可受電之狀態及無法受電之狀態之2個狀態轉變狀態的控制相比，可減少EMI雜訊。
≪實施形態5≫
圖9中例示包含實施形態5之受電裝置之非接觸給電系統。
實施形態5之非接觸給電系統24中之受電裝置7與其他實施形態之受電裝置之不同之處在於，使用PIN二極體作為用以調整諧振電路之諧振頻率之阻抗調整電路。
如該圖所示，受電裝置7包含阻抗調整電路152。阻抗調整電路 152例如包含電容C4、C5、PIN二極體DPN、電阻RP、RN及電晶體M3而構成。電容C4、PIN二極體DPN及電容C5串聯連接於節點NDP與節點NDN之間。PIN二極體DPN係其陽極經由電容C4連接於節點NDP，其陰極經由電容C5連接於節點NDN。又，PIN二極體DPN之陽極係經由電阻RP連接於被供給偏壓電壓之節點(例如被供給電源電壓之電源節點)VDD。進而，PIN二極體DPN之陰極係經由電阻RN及電晶體M3連接於接地節點。電晶體M3之閘極電極基於差動放大電路AMP之控制電壓144進行驅動。作為電晶體M3，例如可使用接通電阻較小之高耐壓之場效電晶體或IGBT等。再者，受電裝置7中之其他構成係與實施形態1之受電裝置2相同。
根據上述構成，藉由利用差動放大電路AMP控制電晶體M3，施加至PIN二極體DPN之偏壓電壓得到調整，從而整流電路133之電容值變化。藉此，以整流電壓VRCT不超過目標電壓VTGT之方式調整諧振頻率，因此，可限制受電裝置7之受電電力，從而可抑制受電裝置7之發熱。又，可藉由使用PIN二極體DPN而簡單地使諧振電路之電容值可變。
≪實施形態6≫
圖10中例示包含實施形態6之受電裝置之非接觸給電系統。
實施形態6之非接觸給電系統25中之受電裝置8與其他實施形態之受電裝置之不同之處在於，為了調整諧振電路之諧振頻率而使共振線圈131之電感可變。
該圖所示之受電裝置8包含用以於諧振電路130E中調整共振線圈131之電感之開關元件155、156。開關元件156連接於共振線圈131之中間節點ND1與節點NDP之間，開關元件155連接於共振線圈131之中間節點ND2與節點NDN之間。開關元件155、156係根據比較器電路CMP之比較結果信號149而控制接通/斷開。受電裝置8中之其他構成 係與實施形態3之受電裝置5相同。
以使開關元件155、156斷開時之基於共振線圈131及諧振電容132之諧振頻率與輸電頻率fTx一致之方式，規定共振線圈131及諧振電容132之常數。
例如，於整流電壓VRCT小於目標電壓VTGT之情形時，將開關元件155、156斷開，藉此，共振線圈131之電感成為最大，而諧振電路130E之諧振頻率與輸電頻率fTx一致。藉此，利用諧振電路130E獲得之受電電力變為最大。另一方面，於整流電壓VRCT大於目標電壓VTGT之情形時，將開關元件155、156接通，藉此，共振線圈131之電感減少，而諧振電路130E之諧振頻率與輸電頻率fTx不一致。藉此，諧振電路130D之受電電力大幅降低。
藉由以上述方式調整諧振電路130E之電感，而以整流電壓VRCT不超過目標電壓VTGT之方式調整諧振頻率，故而可限制受電裝置8之受電電力，從而可抑制受電裝置8之發熱。
≪實施形態7≫
圖11中例示包含實施形態7之受電裝置之非接觸給電系統。
實施形態7之非接觸給電系統26中之受電裝置9與其他實施形態之受電裝置之不同之處在於，藉由監視整流電路133之輸入電壓而監視受電電力。
該圖所示之受電裝置9進而包含輸入電壓檢測部160，該輸入電壓檢測部160係用以檢測經由諧振電路130供給至整流電路133之輸入電壓。輸入電壓檢測部160例如包含：峰值保持電路(PH_CIRP)162，其檢測整流電路133之正側之輸入電壓(節點NDP之電壓)之峰值；及峰值保持電路(PH_CIRN)，其檢測整流電路133之負側之輸入電壓(節點NDN之電壓)之峰值。輸入電壓檢測部160進而包含平均化電路163，該平均化電路163係輸出藉由峰值保持電路161檢測到之峰值與 藉由峰值保持電路162檢測到之峰值的平均值。
差動放大電路AMP係以與藉由平均化電路163產生之2個峰值之平均值對應的檢測電壓VPA與目標電壓VTGT之差量變小之方式，產生控制電壓144。包括諧振電路130在內之其他構成係與實施形態1之受電裝置2相同。
據此，與實施形態1之受電裝置2同樣地，以受電電力不超過目標電力位準之方式調整諧振頻率，因此，可限制受電裝置9之受電電力，從而可抑制受電裝置9之發熱。又，由於在整流電路133之前檢測受電電力，故可提高控制系統(檢測受電電力後至調整諧振電路130之阻抗之前之控制系統)之響應性。進而，藉由設為檢測節點NDP與節點NDN之各峰值電壓之構成，即便分別產生於節點NDP及節點NDN之受電電力所對應之交流信號的波形不對稱，亦可抑制輸入電壓檢測部160之檢測精度之降低。
≪實施形態8≫
圖12中例示包含實施形態8之受電裝置之非接觸給電系統。
實施形態8之非接觸給電系統27中之受電裝置10與實施形態7之受電裝置11之不同之處在於，監視整流電路133之單側之輸入電壓而調整諧振頻率。
該圖所示之受電裝置10中之輸入電壓檢測部164例如包含峰值保持電路(PH_CIRP)162，該峰值保持電路(PH_CIRP)162檢測整流電路133之正側或負側之輸入電壓(節點NDP或節點NDN之電壓)之峰值。再者，於該圖中，例示出藉由峰值保持電路162檢測節點NDP之峰值之構成，但亦可設為檢測節點NDN之峰值之構成。
差動放大電路AMP係以與藉由峰值保持電路162檢測到之峰值對應之檢測電壓VPP與目標電壓VTGT之差量變小的方式，產生控制電壓144。包括諧振電路130在內之其他構成係與實施形態1之受電裝置2 相同。
據此，與實施形態7之受電裝置9同樣地，以受電電力不超過目標電力位準之方式調整諧振頻率，因此，可限制受電裝置10之受電電力，從而可抑制受電裝置10之發熱。又，根據受電裝置10，於可容許輸入電壓檢測部164之檢測精度之情形時，可減少應追加之零件件數，因此，可抑制由使得能夠調整諧振頻率所導致之受電裝置之成本增加。
≪實施形態9≫
圖13中例示包含實施形態9之受電裝置之非接觸給電系統。
實施形態9之非接觸給電系統28中之受電裝置11與其他實施形態之受電裝置之不同之處在於，供給至諧振頻率調整部之目標電壓VTGT可變。
如圖13所示，受電裝置11中之受電IC170包含電壓控制部171代替電源電路134。電壓控制部171係輸入整流電壓VRCT，並將該電壓供給至連接於後段之作為負載電路之內部電路139或充電控制電路135等，並且以供給至上述負載電路之電壓成為所期望之電壓之方式調整目標電壓VTGT。目標電壓VTGT之調整例如藉由控制上述之設置於受電裝置內之基準電壓產生電路(未圖示)而實現。
例如，於欲將“5V”之電壓供給至內部電路139或充電控制電路135等之情形時，電壓控制部171係以電壓控制部171之輸出電壓成為5V之方式調整目標電壓VTGT。藉此，若假設可忽視電壓控制部171之輸入輸出間之電壓降，則以輸入至電壓控制部171之整流電壓VRCT成為“5V”之方式限制受電電力。
如上所述，根據實施形態9之受電裝置11，根據應供給至負載之電壓位準而調整整流電路133之輸出電壓，因此，即便不於整流電路133之後段設置調節器等DC/DC轉換器(上述電源電路134等)，亦可產 生負載所需之電壓。因此，只要滿足受電裝置要求之規格，便可卸除既有之DC/DC轉換器等，從而有助於減小受電裝置之電路規模。
≪實施形態10≫
圖14中表示將實施形態1至9中所例示之具備控制受電電力之功能的受電裝置應用於可實現除NFC通信以外之無線通信之非接觸給電系統之情形時的構成例。
圖14係例示包含實施形態10之受電裝置之非接觸給電系統的圖。
該圖所示之非接觸給電系統29中之受電裝置12與其他實施形態之受電裝置之不同之處在於，藉由與共振線圈131分開設置之通信用天線於與輸電裝置之間進行無線通信。
於非接觸給電系統29中，可藉由近距離無線通信於輸電裝置3與受電裝置12之間相互進行資料之傳輸及接收。該近距離無線通信係例如無線LAN(Local Area Network，區域網路)或Bluetooth(註冊商標，以下相同)等使用數GHz頻帶之頻率之無線通信。
如該圖所示，輸電裝置3包含通信用天線111代替上述通信用環形天線106。通信部105係經由通信用天線111於與受電裝置12之間進行無線通信。其他構成係與實施形態1之輸電裝置1相同。
如該圖所示，受電裝置12包含通信部(CMM_CIR)181及通信用天線180，代替上述切換電路1370及通信控制電路1371。通信部181係經由通信用天線180於與輸電裝置3之間進行無線通信。其他構成係與實施形態1至9之輸電裝置相同。作為諧振頻率調整部141及諧振電路130之具體構成，可應用實施形態1至9中所例示之各種構成(差動放大電路AMP或比較器電路CMP、諧振電路130A~130E等)。
據此，與實施形態1至9同樣地，能夠使得受電裝置不對所需電力以上之多餘之電力進行受電，因此，可抑制受電裝置之發熱。
以上，基於實施形態對由本發明者完成之發明具體進行了說明，但本發明並不限定於此，當然可於不脫離其主旨之範圍內進行各種變更。
例如，於實施形態1至10中，例示了監視整流電路133之輸出電壓VRCT或輸入電壓(節點NDP、NDN之電壓)之構成，但只要能夠監視受電電力，則並不限定於上述所例示之構成。例如，亦可藉由監視整流電路133之輸出電流或輸入電流而監視受電電力，並根據其結果調整諧振電路130之阻抗。又，亦可使用例如CM型定向耦合器作為電量之檢測電路。
用以調整諧振電路130之諧振頻率之機構並不限定於實施形態1至10中所例示之構成，只要能夠使諧振電路130之諧振頻率變化，則可採用各種電路構成。
作為諧振頻率調整電路141，例示了包括差動放大電路AMP或比較器電路CMP之簡單之電路構成，但只要能夠調整諧振電路130之阻抗，則並不限定於上述構成。例如，為了提高控制之穩定性或可靠性，亦可對差動放大電路AMP追加相位補償電路或者對比較器電路CMP追加各種邏輯電路。
實施形態4之受電裝置6亦可設為如下構成：不僅設置連接於節點NDN之阻抗調整電路151_1~151_n，而且進而設置連接於節點NDP之阻抗調整電路151_1~151_n，並藉由對應之比較器電路使各自接通、斷開。藉此，與實施形態1之受電裝置1同樣地，可保持分別供給至節點NDP及節點NDN之交流信號之對稱性。
關於實施形態5之受電裝置7，例示了經由電晶體M3藉由差動放大電路AMP控制PIN二極體之偏壓電壓之構成，但亦可使用比較器電路CMP代替差動放大電路AMP。於該情形時，亦可設為如下構成：進而設置複數個包含PIN二極體之阻抗調整電路152及比較器電路 CMP，並如實施形態4之受電裝置6般進行控制。
又，於實施形態1至10中，例示了將控制受電電力之功能應用於磁共振方式之非接觸給電系統之受電裝置之情形，但亦可同樣地應用於電磁感應方式之非接觸給電系統中之受電裝置。進而，亦可應用於不具有通信功能而僅進行輸電、受電之包括輸電裝置及受電裝置之非接觸給電系統。據此，可提高非接觸電力傳送之可靠性，並且可藉由無需用以進行通信之電路或天線等而謀求輸電裝置及受電裝置之小規模化。

Claims (14)

  1. 一種受電裝置，其包括包含作為受電天線之共振線圈及諧振電容之諧振電路，且藉由上述諧振電路之諧振耦合而以非接觸之方式對電力進行受電，且其於對電力進行受電時，監視藉由上述諧振電路進行了上述受電的受電電力，以上述受電電力不超過目標電力位準之方式控制上述諧振電路之諧振頻率；於上述受電電力不超過上述目標電力位準之情形時，以上述諧振電路之諧振頻率與輸電頻率相等之方式調整上述諧振電路之阻抗，於上述受電電力超過上述目標電力位準之情形時，以上述諧振頻率自上述輸電頻率偏離之方式調整上述諧振電路之阻抗；上述受電裝置進而包含：整流電路，其將與藉由上述諧振電路進行了受電的電力對應之交流電壓進行整流而獲得直流之輸出電壓；調整部，其監視上述整流電路之輸出電壓，並以上述輸出電壓不超過目標電壓之方式調整上述諧振電路之阻抗；及輸入電壓檢測部，其用以檢測經由上述諧振電路供給至上述整流電路之輸入電壓；上述調整部係以由上述輸入電壓檢測部檢測出之輸入電壓不超過目標電壓之方式，調整上述諧振電路之阻抗；上述整流電路係全波整流電路；上述輸入電壓檢測部包含：第1峰值保持電路，其檢測上述整流電路之正側之輸入電壓之峰值；第2峰值保持電路，其檢測上述整流電路之負側之輸入電壓之峰值；及平均化電路，其輸出藉由上述第1峰值保持電路檢測出之峰值與藉由上述第2峰值保持電路檢測出之峰值的平均值；且上述調整部係以上述平均化電路之上述平均值不超過上述目標電壓之方式，調整上述諧振電路之阻抗。
  2. 如請求項1之受電裝置，其中上述諧振電路可藉由上述調整部而變更其電容值。
  3. 如請求項2之受電裝置，其中上述調整部包含差動放大電路，該差動放大電路係以上述目標電壓與上述輸出電壓之差量變小之方式產生控制電壓；上述諧振電路包含：並聯諧振部，其中上述共振線圈及上述諧振電容並聯連接；及第1電容及第1可變電阻電路，其等串聯連接於上述並聯諧振部之一端與被供給固定電壓之基準節點之間；且上述第1可變電阻電路係：電阻值根據上述控制電壓而為可變。
  4. 如請求項3之受電裝置，其中上述諧振電路進而包含串聯連接於上述並聯諧振部之另一端與上述基準節點之間的第2電容及第2可變電阻電路；且上述第2可變電阻電路之電阻值根據上述控制電壓而為可變。
  5. 如請求項4之受電裝置，其中上述第1可變電阻電路及上述第2可變電阻電路分別包含藉由上述控制電壓而被驅動之電晶體而構成。
  6. 如請求項1之受電裝置，其進而包含：負載電路；及電壓控制部，其輸入上述整流電路之輸出電壓，並供給至連接於後段之上述負載電路；且上述電壓控制部係以供給至上述負載電路之電壓成為所期望之電壓之方式調整上述目標電壓。
  7. 一種非接觸給電系統，其包含：輸電裝置，其藉由利用諧振電路之電磁場之諧振耦合而以非接觸之方式輸送電力；及如請求項1之受電裝置，其以非接觸之方式對自上述輸電裝置輸送之電力進行受電。
  8. 一種受電裝置，其包括包含作為受電天線之共振線圈及諧振電容之諧振電路；整流電路，其將與藉由上述諧振電路進行了受電的電力對應之交流電壓進行整流而獲得直流之輸出電壓；輸入電壓檢測部，其用以檢測經由上述諧振電路供給至上述整流電路之輸入電壓；及調整部，其係以由上述輸入電壓檢測部檢測出之輸入電壓不超過目標電壓之方式，調整上述諧振電路之阻抗；且於對電力進行受電時，監視藉由上述諧振電路而進行了上述受電的受電電力，以上述受電電力不超過目標電力位準之方式控制上述諧振電路之諧振頻率；於上述受電電力不超過上述目標電力位準之情形時，以上述諧振電路之諧振頻率與輸電頻率相等之方式調整上述諧振電路之阻抗，於上述受電電力超過上述目標電力位準之情形時，以上述諧振頻率自上述輸電頻率偏離之方式調整上述諧振電路之阻抗；上述整流電路係全波整流電路；上述輸入電壓檢測部包含：第1峰值保持電路，其檢測上述整流電路之正側之輸入電壓之峰值；第2峰值保持電路，其檢測上述整流電路之負側之輸入電壓之峰值；及平均化電路，其輸出藉由上述第1峰值保持電路檢測出之峰值與藉由上述第2峰值保持電路檢測出之峰值的平均值；且上述調整部係以上述平均化電路之上述平均值不超過上述目標電壓之方式，調整上述諧振電路之阻抗。
  9. 如請求項8之受電裝置，其中上述諧振電路可藉由上述調整部而變更其電容值。
  10. 如請求項9之受電裝置，其中上述調整部包含差動放大電路，該差動放大電路係以上述目標電壓與上述輸出電壓之差量變小之方式產生控制電壓；上述諧振電路包含：並聯諧振部，其中上述共振線圈及上述諧振電容並聯連接；及第1電容及第1可變電阻電路，其等串聯連接於上述並聯諧振部之一端與被供給固定電壓之基準節點之間；且上述第1可變電阻電路係電阻值根據上述控制電壓而為可變。
  11. 如請求項10之受電裝置，其中上述諧振電路進而包含串聯連接於上述並聯諧振部之另一端與上述基準節點之間的第2電容及第2可變電阻電路；且上述第2可變電阻電路係：電阻值根據上述控制電壓而為可變。
  12. 如請求項11之受電裝置，其中上述第1可變電阻電路及上述第2可變電阻電路分別包含藉由上述控制電壓而被驅動之電晶體而構成。
  13. 如請求項8之受電裝置，其進而包含：負載電路；及電壓控制部，其輸入上述整流電路之輸出電壓，並供給至連接於後段之上述負載電路；且上述電壓控制部係以供給至上述負載電路之電壓成為所期望之電壓之方式調整上述目標電壓。
  14. 一種非接觸給電系統，其包含：輸電裝置，其藉由利用了諧振電路之電磁場之諧振耦合而以非接觸之方式輸送電力；及如請求項8之受電裝置，其以非接觸之方式對自上述輸電裝置輸送之電力進行受電。
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