WO2014207995A1 - ワイヤレス送電装置およびその制御方法 - Google Patents

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政孝 渡邉
智也 森永
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Rohm Co Ltd
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    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection

Definitions

  • the present invention relates to wireless power feeding technology.
  • contactless power transmission also referred to as non-contact power feeding or wireless power feeding
  • WPC Wireless Power Consortium
  • Qi international standard
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a wireless power feeding system 100 based on the Qi standard.
  • the power feeding system 100 includes a power transmission device 200 (TX) and a power reception device 300 (RX).
  • the power receiving device 300 is mounted on an electronic device such as a mobile phone terminal, a smart phone, an audio player, a game device, or a tablet terminal.
  • the power transmission device 200 includes a transmission coil 202 (primary coil), a driver 204, a controller 206, and a demodulator 208.
  • the driver 204 includes an H-bridge circuit (full-bridge circuit) or a half-bridge circuit, applies a drive signal S1, for example, a drive current or a drive voltage, to the transmission coil 202, and generates an electromagnetic field power signal S2 to the transmission coil 202.
  • the controller 206 comprehensively controls the entire power transmission apparatus 200. Specifically, the transmission power is changed by controlling the switching frequency of the driver 204 or the switching duty ratio.
  • a communication protocol is defined between the power transmission device 200 and the power reception device 300, and information can be transmitted from the power reception device 300 to the power transmission device 200 using the control signal S3.
  • This control signal S3 is transmitted from the reception coil 302 (secondary coil) to the transmission coil 202 in the form of AM (Amplitude Modulation) modulation using backscatter modulation.
  • the control signal S3 includes, for example, power control data (also referred to as a packet) for instructing the amount of power supplied to the power receiving apparatus 300, data indicating unique information of the power receiving apparatus 300, and the like.
  • the demodulator 208 demodulates the control signal S3 included in the current or voltage of the transmission coil 202.
  • the controller 206 controls the driver 204 based on the power control data included in the demodulated control signal S3.
  • the power receiving apparatus 300 includes a receiving coil 302, a rectifier circuit 304, a capacitor 306, a modulator 308, a load circuit 310, a controller 312, and a power supply circuit 314.
  • the reception coil 302 receives the power signal S ⁇ b> 2 from the transmission coil 202 and transmits a control signal S ⁇ b> 3 to the transmission coil 202.
  • the rectifier circuit 304 and the capacitor 306 rectify and smooth the current S4 induced in the receiving coil 302 in accordance with the power signal S2, and convert it into a DC voltage.
  • the power supply circuit 314 uses a power supplied from the power transmission device 200 to charge a secondary battery (not shown), or boosts or steps down the DC voltage Vdc and supplies it to the controller 312 and other load circuits 310.
  • the controller 312 monitors the power supply amount received by the power receiving apparatus 300, and generates power control data instructing the power supply amount accordingly.
  • the modulator 308 modulates the control signal S3 including the power control data and modulates the coil current of the reception coil 302, thereby modulating the coil current and the coil voltage of the transmission coil 202.
  • a situation may occur where conductive foreign matter such as a metal piece is placed between the transmission coil 202 and the reception coil 302 or in the vicinity thereof. If wireless power feeding is performed in this state, a current flows through the foreign matter, resulting in power loss. There is also a problem that foreign matter generates heat. In view of this situation, foreign object detection (FOD: Foreign Object Detection) has been established in WPC 1.1 ((System Description Wireless Power Transfer Volume I: Low Power Part Part 1: Interface Definition Version 1.1) specifications.
  • FOD Foreign Object Detection
  • the power transmitted by the power transmitting device 200 and the power received by the power receiving device 300 are compared, and when a mismatch exceeding the allowable value occurs between them, it is determined that a foreign object exists. .
  • the FOD function can erroneously determine that foreign matter is present even in the absence of foreign matter. This is because the transmission power is an actually measured value, while the reception power is an estimated value in a situation where the coupling coefficient between the coils is assumed to be a typical value. (I) In reality, the coupling coefficient varies. ii) This is because the power measured in the power transmission device 200 and the power reception device 300 has an error.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and one of the exemplary purposes of an aspect thereof is to provide a power transmission device capable of detecting a position shift of a coil.
  • a wireless power transmission apparatus includes a transmission coil, a transmission antenna that transmits a power signal, a driver that applies a drive signal to the transmission antenna, a first temperature sensor that measures a temperature of the transmission coil and generates a first temperature signal, A second temperature sensor for measuring a temperature of an interface table on which an electronic device equipped with the wireless power receiving apparatus is mounted and generating a second temperature signal; and a control circuit for controlling the driver, wherein the first temperature signal and the second temperature signal And a control circuit that controls the power signal in accordance with the difference between the temperature signals.
  • the positional deviation can be detected by detecting the temperature difference between the interface table and the transmission coil.
  • the control circuit may limit power transmission when the difference is greater than the first threshold value. “Restricting power transmission” includes reducing transmission power to zero or reducing transmission power.
  • the control circuit is configured to be able to detect a foreign object, determines that there is a foreign object, and restricts power transmission when the difference is greater than a second threshold, and substantially transmits power when the difference is less than the second threshold. May continue. That is, even when a foreign object is determined by the FOD function, if the temperature difference between the transmission coil and the interface base is small, there is a high possibility that it is an erroneous determination due to a positional deviation. Therefore, by comparing the temperature difference with the second threshold value, it is possible to distinguish the positional deviation from the foreign object detection.
  • the first threshold value and the second threshold value may be the same value or different values.
  • the control circuit may further limit power transmission when at least one of the first temperature signal and the second temperature signal is greater than a thermal shutdown threshold. Thereby, regardless of the cause, when power transmission device 200 is in an overheated state, power transmission device 200 and power reception device 300 can be protected.
  • FIG. 4A to 4C are views showing the positional relationship between the interface table and the electronic device.
  • the state in which the member A is connected to the member B means that the member A and the member B are electrically connected to each other in addition to the case where the member A and the member B are physically directly connected. It includes cases where the connection is indirectly made through other members that do not substantially affect the general connection state, or that do not impair the functions and effects achieved by their combination.
  • the state in which the member C is provided between the member A and the member B refers to the case where the member A and the member C or the member B and the member C are directly connected, as well as their electric It includes cases where the connection is indirectly made through other members that do not substantially affect the general connection state, or that do not impair the functions and effects achieved by their combination.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a wireless power transmission apparatus (hereinafter simply referred to as a power transmission apparatus) 200 according to the embodiment.
  • the power transmission device 200 is used in the power supply system 100 of FIG. 1 and supplies the power signal S2 to the power reception device 300 built in the electronic device 320.
  • the power transmission device 200 includes a transmission antenna 201, a driver 204, a control circuit 220, an interface base 240, a first temperature sensor 242, and a second temperature sensor 244.
  • the transmission antenna 201 includes a transmission coil (primary coil) 202 and a resonance capacitor 203 connected in series, and has a predetermined resonance frequency fr.
  • the driver 204 is an H-bridge circuit including transistors M1 to M4, and applies a pulsed drive signal S1 having a frequency near the resonance frequency fr between both ends of the transmission antenna 201.
  • the driver 204 may be a half bridge circuit.
  • an electronic device 320 on which the wireless power receiving apparatus 300 is mounted is placed.
  • the first temperature sensor 242 measures the temperature T1 of the transmission coil 202 and generates a first temperature signal S11.
  • the second temperature sensor 244 measures the temperature T2 of the interface table 240 and generates a second temperature signal S12.
  • the kind of temperature sensor is not specifically limited, A thermocouple element, a thermistor, etc. can be utilized.
  • the control circuit 220 is a function IC (Integrated Circuit) integrated on a single semiconductor substrate and controls the driver 204.
  • the control circuit 220 includes a pulse signal generation unit 222, a pre-driver 224, a demodulator 226, a transmission power measurement unit 228, a foreign object detection unit 230, an A / D converter 232, an A / D converter 234, a subtractor 236, and a determination unit 238. Prepare.
  • the demodulator 226 demodulates the control signal S3 included in the coil current I COIL flowing through the transmission coil 202 or the coil voltage V COIL between both ends thereof.
  • the control signal S3 includes power control data S5 instructing transmission power, received power data S7 indicating the amount of power currently received by the power receiving apparatus 300, data indicating unique information of the power receiving apparatus 300, and the like.
  • the received power amount data S ⁇ b> 7 is input to the foreign object detection unit 230.
  • the pulse signal generator 222 generates a pulse signal S6 that instructs the transistors M1 to M4 to be turned on / off based on the power control data S5.
  • the pre-driver 224 switches the transistors M1 to M4 of the driver 204 based on the pulse signal S6.
  • the transmission power is adjusted based on the frequency of the drive signal S1 applied to the transmission coil 202 by the driver 204, that is, the frequency of the pulse signal S6. Specifically, when the frequency of the pulse signal S6 is brought close to the resonance frequency of the antenna including the transmission coil 202, the transmission power increases, and the transmission power decreases as the distance increases. That is, the pulse signal generation unit 222 adjusts the frequency of the pulse signal S6 based on the power control data S5.
  • the transmission power measurement unit 228 calculates the transmission power amount transmitted from the transmission antenna 201 to the power receiving apparatus 300, and generates power transmission amount data S8. For example, the transmission power measuring unit 228 generates the transmission amount data S8 based on the product of the coil current I COIL and the coil voltage V COIL .
  • the foreign object detection unit 230 determines the presence / absence of a foreign object based on the relationship between the received power amount data S7 and the transmitted power amount data S8, and asserts a foreign object detection signal S9 (for example, high level) when a foreign object is detected. This is called the FOD function.
  • the A / D converter 232 and the A / D converter 234 respectively convert the first temperature signal S11 and the second temperature signal S12 into digital values. Based on the first temperature T1 indicated by the first temperature signal S11, the second temperature T2 indicated by the second temperature signal S12, and the foreign matter detection signal S9, the determination unit 238 detects the presence or absence of foreign matter and the positional deviation of the electronic device 320. .
  • the determination unit 238 compares the temperature difference ⁇ T with the first threshold value T TH1, and when the temperature difference ⁇ T is larger, the pulse signal generation unit 222 (and / or the pre-driver 224) stops or reduces the power signal S2. ) To limit power transmission.
  • the determination unit 238 causes the pulse signal generation unit 222 (and / or the predriver 224) to stop or decrease the power signal S2. To limit power transmission.
  • the difference ⁇ T is smaller than the second threshold value TTH2 , the original power is maintained or the power is slightly reduced. Effectively continue power transmission.
  • the determination unit 238 has a thermal shutdown function.
  • the foreign object detection unit 230 outputs the power signal S2 regardless of whether there is a foreign object or whether there is a displacement.
  • the pulse signal generator 222 (and / or the pre-driver 224) is instructed to stop or decrease, and power transmission is limited.
  • FIG. 3 is a flowchart of power control based on foreign object / position shift detection of the power transmission device 200 of FIG.
  • the determination unit 238 performs a thermal shutdown of the power transmission device 200 and stops power transmission (S104).
  • FIGS. 4A to 4C are diagrams showing the positional relationship between the interface table 240 and the electronic device 320.
  • FIG. FIG. 4A shows a state in which the electronic device 320 is correctly arranged on the interface table 240.
  • the difference ⁇ T between the temperature T1 of the transmission coil 202 and the temperature T2 of the interface base 240 is small, and the foreign object detection signal S9 is not asserted. Therefore, electronic device 320 is charged by normal feedback control.
  • a conductive foreign object 400 is placed on the interface table 240 in addition to the electronic device 320.
  • the foreign object 400 and the transmission coil 202 are coupled, current flows through the foreign object 400 by electromagnetic induction, and the foreign object 400 generates heat.
  • the sum of the power consumed by the foreign object 400 and the power received by the electronic device 320 is the transmission power of the power transmission device 200. Therefore, the error between the power reception amount data S7 and the power transmission amount data S8 acquired in the power transmission device 200 increases, and the foreign object detection signal S9 is asserted. Further, the heat generated by the foreign object 400 is conducted to the interface table 240, the temperature T2 of the interface table 240 rises, and the temperature difference ⁇ T eventually exceeds the threshold value TTH2, thereby restricting power transmission.
  • the foreign object 400 does not exist on the interface table 240, but the electronic device 320 is displaced with respect to the transmission coil 202.
  • the coupling coefficient between the transmission coil 202 and the reception coil 302 is smaller than the value expected in the state of FIG. 4A, the received power amount data S7 acquired in the power transmission device 200 and the actual electronic device The error in the amount of power received by 320 increases.
  • the foreign substance detection signal S9 is asserted by the determination unit 238.
  • the temperature difference ⁇ T is smaller than the second threshold value TTH2 , power transmission is not limited and is continued.
  • each error of the received power amount data S7 or the transmitted power amount data S8 increases. Thereby, even in the state of FIG. 4A, the foreign object may be erroneously detected by the FOD function, and the foreign object detection signal S9 may be asserted. However, the temperature difference ⁇ T in this case because the smaller than the second threshold T TH2, it is possible to continue normal power transmission.
  • the positional deviation can be detected by detecting the temperature difference ⁇ T between the interface table 240 and the transmission coil 202.
  • positional deviation and foreign object detection can be distinguished by comparing temperature difference ⁇ T and second threshold value TTH2 .
  • the power transmission device 200 and the power reception device 300 are used. Can be protected.
  • threshold values T TH1 , T TH2 , T SD1 , and T SD2 can be set independently, so that each state can be appropriately determined.
  • the determination unit 238 may be configured by an analog circuit, more specifically, a combination of an analog subtractor and a voltage comparator.
  • the wireless power transmission device conforming to the Qi standard has been described.
  • the present invention is not limited to this, and the wireless power transmission device used in a system similar to the Qi standard or a standard that will be developed in the future.
  • the present invention can also be applied to a compliant power transmission device 200.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Power feeding system, 200, TX ... Power transmission apparatus, 201 ... Transmitting antenna, 202 ... Transmitting coil, 203 ... Resonance capacitor, 204 ... Driver, 206 ... Controller, 208 ... Demodulator, 300, RX ... Power receiving apparatus, 302 ... Reception Coil, 304 ... Rectifier circuit, 306 ... Capacitor, 308 ... Modulator, 310 ... Load circuit, 312 ... Controller, 314 ... Power supply circuit, 320 ... Electronic equipment, 220 ... Control circuit, 222 ... Pulse signal generator, 224 ...
  • Pre Driver 226 Demodulator 228 Transmission power measurement unit 230
  • Foreign object detection unit 232 234
  • Subtractor 238 Determination unit 240
  • Interface unit 242 First temperature sensor 244 ... second temperature sensor, S1 ... drive signal, S2 ... power signal, S3 ... control signal, S5 ... power Your data, S6 ... pulse signals, S7 ... received power amount data, S8 ... power amount data, S9 ... foreign matter detection signal, S11 ... first temperature signal, S12 ... second temperature signal.
  • the present invention can be used for wireless power feeding.

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Abstract

　送信アンテナ２０１は、送信コイル２０２を含み、電力信号Ｓ２を送信する。ドライバ２０４は、送信アンテナ２０１に駆動信号Ｓ１を印加する。第１温度センサ２４２は、送信コイル２０２の温度Ｔ１を測定し、第１温度信号Ｓ１１を生成する。第２温度センサ２４４は、ワイヤレス受電装置を搭載する電子機器３２０が載せられるインタフェース台２４０の温度Ｔ２を測定し、第２温度信号Ｓ１２を生成する。制御回路２２０は、第１温度信号Ｓ１１と第２温度信号Ｓ１２の差分に応じて電力信号Ｓ２を制御する。

Description

ワイヤレス送電装置およびその制御方法
　本発明は、ワイヤレス給電技術に関する。
　近年、電子機器に電力を供給するために、無接点電力伝送（非接触給電、ワイヤレス給電ともいう）が普及し始めている。異なるメーカーの製品間の相互利用を促進するために、ＷＰＣ（Wireless Power Consortium）が組織され、ＷＰＣにより国際標準規格であるＱｉ（チー）規格が策定された。
　図１は、Ｑｉ規格にもとづいたワイヤレス給電システム１００の構成を示す図である。給電システム１００は、送電装置２００（ＴＸ）と受電装置３００（ＲＸ）と、を備える。受電装置３００は、携帯電話端末、スマートホン、オーディオプレイヤ、ゲーム機器、タブレット端末などの電子機器に搭載される。
　送電装置２００は、送信コイル２０２（１次コイル）、ドライバ２０４、コントローラ２０６、復調器２０８を備える。ドライバ２０４は、Ｈブリッジ回路（フルブリッジ回路）、あるいはハーフブリッジ回路を含み、送信コイル２０２に駆動信号Ｓ１、たとえば駆動電流あるいは駆動電圧を印加し、送信コイル２０２に電磁界の電力信号Ｓ２を発生させる。コントローラ２０６は、送電装置２００全体を統括的に制御する。具体的には、ドライバ２０４のスイッチング周波数、あるいはスイッチングのデューティ比を制御することにより、送信電力を変化させる。
　Ｑｉ規格では、送電装置２００と受電装置３００の間で通信プロトコルが定められており、受電装置３００から送電装置２００に対して、制御信号Ｓ３による情報の伝達が可能となっている。この制御信号Ｓ３は、後方散乱変調（Backscatter modulation）を利用して、ＡＭ（Amplitude Modulation）変調された形で、受信コイル３０２（２次コイル）から送信コイル２０２に送信される。この制御信号Ｓ３には、たとえば、受電装置３００に対する電力供給量を指示する電力制御データ（パケットともいう）、受電装置３００の固有の情報を示すデータなどが含まれる。復調器２０８は、送信コイル２０２の電流あるいは電圧に含まれる制御信号Ｓ３を復調する。コントローラ２０６は、復調された制御信号Ｓ３に含まれる電力制御データにもとづいて、ドライバ２０４を制御する。
　受電装置３００は、受信コイル３０２、整流回路３０４、コンデンサ３０６、変調器３０８、負荷回路３１０、コントローラ３１２、電源回路３１４を備える。受信コイル３０２は、送信コイル２０２からの電力信号Ｓ２を受信するとともに、制御信号Ｓ３を送信コイル２０２に対して送信する。整流回路３０４およびコンデンサ３０６は、電力信号Ｓ２に応じて受信コイル３０２に誘起される電流Ｓ４を整流・平滑化し、直流電圧に変換する。
　電源回路３１４は、送電装置２００から供給された電力を利用して図示しない２次電池を充電し、あるいは直流電圧Ｖｄｃを昇圧あるいは降圧し、コントローラ３１２やその他の負荷回路３１０に供給する。
　コントローラ３１２は、受電装置３００が受けている電力供給量をモニタし、それに応じて、電力供給量を指示する電力制御データを生成する。変調器３０８は、電力制御データを含む制御信号Ｓ３を変調し、受信コイル３０２のコイル電流を変調することにより、送信コイル２０２のコイル電流およびコイル電圧を変調する。
特開２０１３－３８８５４号公報
　送信コイル２０２と受信コイル３０２の間、あるいはその近傍に、金属片などの導電性の異物が置かれる状況が生じうる。この状態でワイヤレス給電が行われると、異物に電流が流れ、電力損失が発生してしまう。また異物が発熱するという問題がある。かかる状況に鑑みて、ＷＰＣ１．１（（System Description Wireless Power Transfer Volume I: Low Power Part 1: Interface Definition Version 1.1）仕様おいて、異物検出（ＦＯＤ：Foreign Object Detection）が策定された。
　このＦＯＤでは、送電装置２００が送出した電力と、受電装置３００が受信した電力と、が比較され、それらの間に許容値を超える不一致が発生した場合に、異物が存在するものと判定される。
　しかしながら本発明者らが検討したところ、ＦＯＤ機能によって、異物が存在しない状況においても、異物が存在するものと誤判定される得ることが分かった。これは、送信電力は実測値が用いられる一方、受信電力は、コイル間の結合係数をある典型値に仮定した状況における推定値であり、（i）現実的には結合係数がばらつくこと、（ii）送電装置２００および受電装置３００において測定される電力が誤差を有することに起因している。
　かかる事情から、ＦＯＤ機能を単独で採用すると、コイルの位置ずれと異物検出を区別できず、コイルのわずかな位置ずれにより、存在しない異物が誤判定される。
　本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、コイルの位置ずれを検出可能な送電装置の提供にある。
　本発明のある態様は、ワイヤレス送電装置に関する。ワイヤレス送電装置は、送信コイルを含み、電力信号を送信する送信アンテナと、送信アンテナに駆動信号を印加するドライバと、送信コイルの温度を測定し、第１温度信号を生成する第１温度センサと、ワイヤレス受電装置を搭載する電子機器が載せられるインタフェース台の温度を測定し、第２温度信号を生成する第２温度センサと、ドライバを制御する制御回路であって、第１温度信号と第２温度信号の差分に応じて電力信号を制御する制御回路と、を備える。
　インタフェース台の上に金属片等の異物が存在するとき、異物が発熱することにより、インタフェース台の温度が上昇する。一方、異物が存在せず、位置ずれが生じている場合には、インタフェース台の温度はそれほど上昇しない。この態様によれば、インタフェース台と送信コイルの温度差を検出することにより、位置ずれを検出できる。
　制御回路は、差分が第１しきい値より大きいとき、送電を制限してもよい。
　「送電を制限する」とは、送信電力をゼロとすること、あるいは送信電力を減少させること、などを含む。
　制御回路は、異物を検出可能に構成され、異物が有ると判定され、かつ差分が第２しきい値より大きいとき、送電を制限し、差分が第２しきい値より小さいとき、送電を実質的に継続してもよい。
　つまり、ＦＯＤ機能により異物が判定された場合であっても、送信コイルとインタフェース台の温度差が小さい場合には位置ずれに起因する誤判定である可能性が高い。そこで、温度差と第２しきい値を比較することにより、位置ずれと異物検出を区別することができる。
　第１しきい値と第２しきい値は同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。
　制御回路はさらに、第１温度信号および第２温度信号の少なくとも一方が、サーマルシャットダウン用のしきい値より大きいとき、送電を制限してもよい。
　これにより、その原因にかかわらず、送電装置２００が過熱状態となった場合には、送電装置２００および受電装置３００を保護することができる。
　なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
　本発明のある態様によれば、コイルの位置ずれを検出できる。
Ｑｉ規格にもとづいたワイヤレス給電システムの構成を示す図である。 実施の形態に係るワイヤレス送電装置の構成を示す回路図である。 図２の送電装置の異物・位置ずれ検出にもとづく電力制御のフローチャートである。 図４（ａ）～（ｃ）は、インタフェース台と電子機器の位置関係を示す図である。
　以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
　本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
　同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
　図２は、実施の形態に係るワイヤレス送電装置（以下、単に送電装置と称する）２００の構成を示す回路図である。送電装置２００は、図１の給電システム１００に使用され、電子機器３２０に内蔵される受電装置３００に電力信号Ｓ２を供給する。
　送電装置２００は、送信アンテナ２０１、ドライバ２０４、制御回路２２０、インタフェース台２４０、第１温度センサ２４２、第２温度センサ２４４を備える。
　送信アンテナ２０１は、直列に接続された送信コイル（１次コイル）２０２および共振コンデンサ２０３を含み、所定の共振周波数ｆｒを有する。
　ドライバ２０４は、トランジスタＭ１～Ｍ４を含むＨブリッジ回路であり、送信アンテナ２０１の両端間に共振周波数ｆｒ近傍の周波数を有するパルス状の駆動信号Ｓ１を印加する。ドライバ２０４は、ハーフブリッジ回路であってもよい。
　インタフェース台２４０の上には、ワイヤレス受電装置３００を搭載する電子機器３２０が載せられる。
　第１温度センサ２４２は、送信コイル２０２の温度Ｔ１を測定し、第１温度信号Ｓ１１を生成する。第２温度センサ２４４は、インタフェース台２４０の温度Ｔ２を測定し、第２温度信号Ｓ１２を生成する。温度センサの種類は特に限定されず、熱電対素子やサーミスタなどが利用できる。
　制御回路２２０は、ひとつの半導体基板上に一体集積化された機能ＩＣ（Integrated Circuit）であり、ドライバ２０４を制御する。
　制御回路２２０は、パルス信号生成部２２２、プリドライバ２２４、復調器２２６、送信電力測定部２２８、異物検出部２３０、Ａ／Ｄコンバータ２３２、Ａ／Ｄコンバータ２３４、減算器２３６、判定部２３８を備える。
　復調器２２６は、送信コイル２０２に流れるコイル電流ＩＣＯＩＬあるいはその両端間のコイル電圧ＶＣＯＩＬに含まれる制御信号Ｓ３を復調する。制御信号Ｓ３には、送信電力を指示する電力制御データＳ５、受電装置３００が現在受信している電力量を示す受電量データＳ７、受電装置３００の固有の情報を示すデータ、などが含まれる。受電量データＳ７は、異物検出部２３０に入力される。
　パルス信号生成部２２２は、電力制御データＳ５にもとづいて、トランジスタＭ１～Ｍ４のオン、オフを指示するパルス信号Ｓ６を生成する。プリドライバ２２４は、パルス信号Ｓ６にもとづいてドライバ２０４のトランジスタＭ１～Ｍ４をスイッチングする。
　送信電力は、ドライバ２０４が送信コイル２０２に印加する駆動信号Ｓ１の周波数、つまりパルス信号Ｓ６の周波数にもとづいて調節される。具体的には、パルス信号Ｓ６の周波数を、送信コイル２０２を含むアンテナの共振周波数に近づけると、送信電力が増加し、遠ざかるにしたがって送信電力は低下する。つまりパルス信号生成部２２２は、電力制御データＳ５にもとづいてパルス信号Ｓ６の周波数を調節する。
　送信電力測定部２２８は、送信アンテナ２０１から受電装置３００に送信される送信電力量を計算し、送電量データＳ８を生成する。たとえば送信電力測定部２２８は、コイル電流ＩＣＯＩＬとコイル電圧ＶＣＯＩＬの積にもとづいて送電量データＳ８を生成する。異物検出部２３０は、受電量データＳ７と送電量データＳ８の関係にもとづいて異物の有無を判定し、異物を検出すると異物検出信号Ｓ９をアサート（たとえばハイレベル）する。これをＦＯＤ機能という。
　Ａ／Ｄコンバータ２３２、Ａ／Ｄコンバータ２３４はそれぞれ、第１温度信号Ｓ１１、第２温度信号Ｓ１２をデジタル値に変換する。判定部２３８は、第１温度信号Ｓ１１が示す第１温度Ｔ１、第２温度信号Ｓ１２が示す第２温度Ｔ２および異物検出信号Ｓ９にもとづいて、異物の有無、電子機器３２０の位置ずれを検出する。
　具体的には、判定部２３８は、第１温度信号Ｓ１１と第２温度信号Ｓ１２から得られる温度差ΔＴ＝Ｔ１－Ｔ２にもとづいて、電力信号Ｓ２を制御する。判定部２３８は、温度差ΔＴを第１しきい値ＴＴＨ１と比較し、温度差ΔＴの方が大きいとき、電力信号Ｓ２を停止または減少させるようパルス信号生成部２２２（および／またはプリドライバ２２４）に指示し、送電を制限する。
　また判定部２３８は、異物検出信号Ｓ９がアサートされ、差分ΔＴが第２しきい値ＴＴＨ２より大きいとき、電力信号Ｓ２を停止または減少させるようパルス信号生成部２２２（および／またはプリドライバ２２４）に指示し、送電を制限する。反対に、異物検出信号Ｓ９がアサートされた場合であっても、差分ΔＴが第２しきい値ＴＴＨ２より小さいとき、もとの電力のまま、あるいはわずかに電力を低下させた状態にて、送電を実質的に継続する。
　また判定部２３８はサーマルシャットダウン機能を備える。異物検出部２３０は、温度Ｔ１が第３しきい値ＴＳＤ１より大きく、あるいは温度Ｔ２が第４しきい値ＴＳＤ２より大きいとき、異物の有無、位置ずれの有無にかかわらず、電力信号Ｓ２を停止または減少させるようパルス信号生成部２２２（および／またはプリドライバ２２４）に指示し、送電を制限する。
　以上が送電装置２００の構成である。続いてその動作を説明する。
　図３は、図２の送電装置２００の異物・位置ずれ検出にもとづく電力制御のフローチャートである。
　所定のサンプリング周期で、判定部２３８は、送信コイル２０２およびインタフェース台２４０それぞれの温度Ｔ１、Ｔ２を取得し、温度差ΔＴ＝Ｔ１－Ｔ２を演算する（Ｓ１００）。
　そして判定部２３８は、Ｔ１＞ＴＳＤ１またはＴ２＞ＴＳＤ２が成り立つとき（Ｓ１０２のＹ）、送電装置２００をサーマルシャットダウンし、送電を停止する（Ｓ１０４）。
　温度Ｔ１、Ｔ２がいずれもサーマルシャットダウンのしきい値ＴＳＤ１、ＴＳＤ２に達していない場合（Ｓ１０２のＮ）、温度差ΔＴがしきい値ＴＴＨ１と比較される。その結果、ΔＴ＞ＴＴＨ１が成り立つとき（Ｓ１０６のＹ）、インタフェース台２４０上に異物が存在する可能性が高いため、送電を制限する（Ｓ１１０）。
　ΔＴ＜ＴＴＨ１が成り立つとき（Ｓ１０６のＮ）、ＦＯＤ機能にもとづく異物検出が実行される（Ｓ１０８）。具体的には、異物検出信号Ｓ９がアサートされていなければ（Ｓ１０８のＮ）、ステップＳ１００に戻る。
　異物検出信号Ｓ９がアサートされている場合（Ｓ１０８のＹ）、ΔＴとＴＴＨ２が比較される（Ｓ１１２）。そして、ΔＴ＞ＴＴＨ２のとき（Ｓ１１２のＹ）、インタフェース台２４０上に異物が存在する可能性が高いため、送電を制限する（Ｓ１１０）。異物検出信号Ｓ９がアサートされた場合であっても、ΔＴ＜ＴＴＨ２が成り立つ場合（Ｓ１１２のＮ）、異物は存在しておらず、コイルの位置ずれの可能性が高いため、ステップＳ１００に戻り、監視を継続する。
　図４（ａ）～（ｃ）は、インタフェース台２４０と電子機器３２０の位置関係を示す図である。図４（ａ）では、電子機器３２０がインタフェース台２４０上に正しく配置される様子を示す。この場合、送信コイル２０２の温度Ｔ１とインタフェース台２４０の温度Ｔ２の差ΔＴは小さく、また異物検出信号Ｓ９もアサートされない。したがって通常のフィードバック制御により、電子機器３２０が充電される。
　図４（ｂ）では、インタフェース台２４０の上に、電子機器３２０の他に、導電性の異物４００が載っている。異物４００と送信コイル２０２が結合し、電磁誘導により異物４００に電流が流れ、異物４００が発熱する。この状態では、異物４００で消費される電力と、電子機器３２０が受信した電力の和が、送電装置２００の送信電力となる。したがって、送電装置２００において取得される受電量データＳ７と送電量データＳ８の誤差が大きくなり、異物検出信号Ｓ９がアサートされる。また異物４００の発熱がインタフェース台２４０に伝導し、インタフェース台２４０の温度Ｔ２が上昇し、やがて温度差ΔＴがしきい値ＴＴＨ２を超え、送電が制限される。
　図４（ｃ）では、インタフェース台２４０の上に、異物４００は存在しないが、電子機器３２０が送信コイル２０２に対して位置ずれしている。この場合、送信コイル２０２と受信コイル３０２の結合係数が、図４（ａ）の状態において期待される値よりも小さくなるため、送電装置２００において取得される受電量データＳ７と、実際に電子機器３２０が受信する電力量の誤差が大きくなる。これにより、判定部２３８により異物検出信号Ｓ９がアサートされる。しかしながらこの状態では、温度差ΔＴは第２しきい値ＴＴＨ２より小さいため、送電は制限されず、継続される。
　図４（ａ）に戻る。受電装置３００に搭載される回路部品のバラツキが大きいと、受電量データＳ７あるいは送電量データＳ８それぞれの誤差が大きくなる。これにより、図４（ａ）の状態であっても、ＦＯＤ機能により異物が誤検出され、異物検出信号Ｓ９がアサートされてしまう可能性がある。ただし、このときに温度差ΔＴは第２しきい値ＴＴＨ２より小さいため、通常の送電を継続することができる。
　以上が送電装置２００の動作である。
　実施の形態に係る送電装置２００によれば、インタフェース台２４０と送信コイル２０２の温度差ΔＴを検出することにより、位置ずれを検出できる。
　たとえば、ＦＯＤ機能により異物が判定された場合であっても、位置ずれに起因する誤判定である可能性がある。実施の形態に係る送電装置２００によれば、温度差ΔＴと第２しきい値ＴＴＨ２を比較することにより、位置ずれと異物検出を区別することができる。
　また温度Ｔ１、Ｔ２をサーマルシャットダウン用のしきい値ＴＳＤ１、ＴＳＤ２と比較することにより、その原因にかかわらず、送電装置２００が過熱状態となった場合には、送電装置２００および受電装置３００を保護することができる。
　またしきい値ＴＴＨ１、ＴＴＨ２、ＴＳＤ１、ＴＳＤ２は、独立に設定可能とすることにより、各状態を適切に判別することができる。
　以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。
　実施の形態では、Ａ／Ｄコンバータ２３２、Ａ／Ｄコンバータ２３４により、アナログの温度信号をデジタル値に変換する場合を説明したが本発明はそれに限定されない。判定部２３８は、アナログ回路、より具体的にはアナログ減算器および電圧コンパレータの組み合わせで構成されてもよい。
　実施の形態では、Ｑｉ規格に準拠するワイヤレス送電装置について説明したが、本発明はそれに限定されず、Ｑｉ規格と類似するシステムに使用されるワイヤレス送電装置や、将来策定されるであろう規格に準拠する送電装置２００にも適用しうる。
　実施の形態にもとづき、具体的な用語を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。
１００…給電システム、２００，ＴＸ…送電装置、２０１…送信アンテナ、２０２…送信コイル、２０３…共振コンデンサ、２０４…ドライバ、２０６…コントローラ、２０８…復調器、３００，ＲＸ…受電装置、３０２…受信コイル、３０４…整流回路、３０６…コンデンサ、３０８…変調器、３１０…負荷回路、３１２…コントローラ、３１４…電源回路、３２０…電子機器、２２０…制御回路、２２２…パルス信号生成部、２２４…プリドライバ、２２６…復調器、２２８…送信電力測定部、２３０…異物検出部、２３２，２３４…Ａ／Ｄコンバータ、２３６…減算器、２３８…判定部、２４０…インタフェース台、２４２…第１温度センサ、２４４…第２温度センサ、Ｓ１…駆動信号、Ｓ２…電力信号、Ｓ３…制御信号、Ｓ５…電力制御データ、Ｓ６…パルス信号、Ｓ７…受電量データ、Ｓ８…送電量データ、Ｓ９…異物検出信号、Ｓ１１…第１温度信号、Ｓ１２…第２温度信号。
　本発明は、ワイヤレス給電に利用できる。

Claims (8)

  1. 　送信コイルを含み、電力信号を送信する送信アンテナと、
    　前記送信アンテナに駆動信号を印加するドライバと、
    　前記送信コイルの温度を測定し、第１温度信号を生成する第１温度センサと、
    　ワイヤレス受電装置を搭載する電子機器が載せられるインタフェース台の温度を測定し、第２温度信号を生成する第２温度センサと、
    　前記ドライバを制御する制御回路であって、前記第１温度信号と前記第２温度信号の差分に応じて前記電力信号を制御する制御回路と、
    　を備えることを特徴とするワイヤレス送電装置。
  2. 　前記制御回路は、前記差分が第１しきい値より大きいとき、送電を制限することを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス送電装置。
  3. 　前記制御回路は、前記インタフェース台上の異物を検出可能に構成され、前記異物が有ると判定され、かつ前記差分が第２しきい値より大きいとき、送電を制限し、前記差分が第２しきい値より小さいとき、送電を実質的に継続することを特徴とする請求項２に記載のワイヤレス送電装置。
  4. 　前記制御回路はさらに、前記第１温度信号および前記第２温度信号の少なくとも一方が、サーマルシャットダウン用のしきい値より大きいとき、送電を制限することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のワイヤレス送電装置。
  5. 　ワイヤレス送電装置の制御方法であって、
    　ドライバが、パルス信号にもとづいて送信コイルを含む送信アンテナに駆動信号を印加するステップと、
    　前記送信アンテナが、前記パルス信号に応じて電力信号を送信するステップと、
    　前記送信コイルの温度を測定し、第１温度信号を生成するステップと、
    　ワイヤレス受電装置を搭載する電子機器が載せられるインタフェース台の温度を測定し、第２温度信号を生成するステップと、
    　前記第１温度信号と前記第２温度信号の差分を検出するステップと、
    　前記差分に応じて前記ドライバを制御するステップと、
    　を備えることを特徴とする方法。
  6. 　前記ドライバを制御するステップは、
    　前記差分を第１しきい値と比較するステップと、
    　前記差分が前記第１しきい値より大きいとき、送電を制限するステップと、
    　を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
  7. 　前記ドライバを制御するステップは、
    　異物を検出するステップと、
    　前記異物が有ると判定され、かつ前記差分が第２しきい値より大きいとき送電を制限し、前記差分が第２しきい値より小さいとき、送電を実質的に継続するステップと、
    　を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
  8. 　前記ドライバを制御するステップは、
    　前記第１温度信号および前記第２温度信号の少なくとも一方をサーマルシャットダウン用の第３しきい値と比較するステップと、
    　前記第１温度信号および前記第２温度信号の少なくとも一方が前記第３しきい値より大きいとき、送電を制限するステップと、
    　を含むことを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の方法。
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