WO2015115285A1

WO2015115285A1 - 受電装置、受電制御方法、非接触給電システム、および電子機器

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Publication number: WO2015115285A1
Application number: PCT/JP2015/051601
Authority: WO
Inventors: 裕章中野
Original assignee: ソニー株式会社
Priority date: 2014-01-30
Filing date: 2015-01-22
Publication date: 2015-08-06
Also published as: JP6493224B2; CN110362182A; JPWO2015115285A1; EP3107187A1; CN105934863A; CN110362182B; EP3107187B1; CN105934863B; US10468915B2; EP3107187A4; US20200028382A1; US11728680B2; US20170005466A1

Abstract

　本開示の受電装置は、給電装置から非接触で給電された電力を受電する受電部と、前記受電部が受電した電力の受電電圧を変動させる保護回路部と、前記保護回路部の動作状態を複数の閾値に基づいて複数の状態に制御する制御部とを備える。

Description

受電装置、受電制御方法、非接触給電システム、および電子機器

　本開示は、ワイヤレス（非接触）で給電装置から電力を受電する受電装置、そのような受電装置において用いられる受電制御方法、およびそのような受電装置を用いた非接触給電システムならびに電子機器に関する。

　近年、例えば携帯電話機や携帯音楽プレーヤ等のＣＥ機器（Consumer Electronics Device：民生用電子機器）に対し、ワイヤレス給電（Wireless Power Transfer、Contact Free、非接触給電ともいう）を行う給電システムが注目を集めている。このような給電システムでは、例えば、給電トレー等の給電装置上に、受電装置を有する電子機器（携帯電話機等）を置くことにより、電子機器を充電することができる。すなわち、このような給電システムでは、給電装置と受電装置とをケーブルなどで互いに接続することなく給電することができるようになっている。

　このようなワイヤレス給電を行う方法としては、例えば、電磁誘導方式や、共鳴現象を利用した磁界共鳴方式（磁気共鳴方式ともいう）などがある。これらの方式では、給電装置の給電コイルと、受電装置の受電コイルとの磁気結合を利用して電力を伝送する。これらのうち、磁界共鳴方式は、電磁誘導方式に比べ、給電装置と受電装置とが離れていても電力を伝送することができ、また、給電装置と受電装置との位置合わせが不十分でも給電効率がさほど落ちないという利点を有する。

特表２０１３－５３７０３４号公報特開２０１１－１１４９８５号公報特開２００８－２０６２９６号公報

　ワイヤレス給電では給電コイルと受電コイルとの結合係数が大きく変動するため、それに伴い受電側に発生する電圧が大きく変動するという特徴がある。共振点に近い周波数で給電される場合もあるため、ユーザが位置を大きく動かしたときなどは一時的に１００Ｖ以上の電圧が発生することもあるが、受電側がそれ以上の耐圧を有することはコスト、およびサイズの観点より難しい。そこで一定以上の電圧が発生した際の過電圧保護回路はワイヤレス給電において非常に重要な要素であり、様々な手法が提案されている。

　特許文献１で用いられている手法は非常に一般的な手法であり、過電圧保護回路が容量（コンデンサ）を有し、一定以上の電圧を検知したときに、過電圧保護回路のコンデンサをショートすることによって周波数特性を変動させて電圧を低減する手法である。ただしこの手法にはワイヤレス給電特有の問題がある。上記したように、ワイヤレス給電では給電コイルと受電コイルとの結合係数が大きく変動するが、同じ給電周波数で給電している状態であっても結合係数の値によっては過電圧保護回路を動作させると逆に電圧が上昇してしまう場合がある。

　この問題を回避する方法として、過電圧保護回路によって、非常に大きな容量値のコンデンサを介して受電コイル端をショートするという手法が考えられる。この手法は特許文献２にも示されている。しかしながら、この手法では、過電圧保護回路を動作させたときの電圧の周波数特性は安定するものの、給電周波数の値によっては非常に大きな電流が流れてしまう場合がある。この場合、通常動作の数倍から数十倍の電流が流れる可能性もあり、過電圧保護回路を構成するクランプ回路自体が大型化したり、受電コイルの耐電流を超えてしまうなどの問題が発生する。

　さらにその他の手法として、過電圧時に受電装置内において受電コイルの部分とＩＣ（Integrated Circuit）回路部分とを分離することが考えられる。この手法は特許文献３にも記載されている。しかしながらこの手法にも大きな欠点がある。この手法では、コイル端をオープンにすることで非常に大きな電圧が発生することになる。つまり分離回路自体の耐圧はとても大きな耐圧が要求され、サイズおよびコストの面でデメリットがある。さらに通常受電時にも分離回路が入るため、分離回路のＯＮ抵抗によって効率が低下するといった問題がある。

　従って、過電圧を適切に制御することができるようにした受電装置、受電制御方法、非接触給電システム、および電子機器を提供することが望ましい。

　本開示の一実施の形態に係る受電装置は、給電装置から非接触で給電された電力を受電する受電部と、受電部が受電した電力の受電電圧を変動させる保護回路部と、保護回路部の動作状態を複数の閾値に基づいて複数の状態に制御する制御部とを備えたものである。

　本開示の一実施の形態に係る受電制御方法は、給電装置から非接触で給電された電力を受電し、受電した電力の受電電圧を変動させる保護回路部の動作状態を、複数の閾値に基づいて複数の状態に制御するようにしたものである。

　本開示の一実施の形態に係る非接触給電システムは、給電装置と、受電装置とを含み、受電装置を上記本開示の一実施の形態に係る受電装置で構成したものである。

　本開示の一実施の形態に係る電子機器は、受電装置と、受電装置に接続された負荷とを含み、受電装置を上記本開示の一実施の形態に係る受電装置で構成したものである。

　本開示の一実施の形態に係る受電装置、受電制御方法、非接触給電システム、または電子機器では、受電電圧を変動させる保護回路部の動作状態が、複数の閾値に基づいて複数の状態に制御される。

　本開示の一実施の形態に係る受電装置、受電制御方法、非接触給電システム、または電子機器によれば、受電電圧を変動させる保護回路部の動作状態を、複数の閾値に基づいて複数の状態に制御するようにしたので、過電圧を適切に制御することができる。
　なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

本開示の第１の実施の形態に係る給電システムの一例を示す外観斜視図である。図１に示した給電システムの回路構成の一例を表すブロック図である。第１の実施の形態に係る受電装置における保護回路部の第１の構成例を示す回路図である。第１の実施の形態に係る受電装置における保護回路部の第２の構成例を示す回路図である。第１の実施の形態における保護回路部の動作状態の制御の一例を表す流れ図である。第２の実施の形態における保護回路部の動作状態の制御の一例を表す流れ図である。第３の実施の形態に係る受電装置における保護回路部の一構成例を示す回路図である。保護回路部が１つの過電圧保護回路で構成されている場合の給電周波数と整流後電圧との関係の一例を示す特性図である。保護回路部が２つの過電圧保護回路で構成されている場合の給電周波数と整流後電圧との関係の一例を示す特性図である。第３の実施の形態における保護回路部の動作状態の制御の第１の例を表す流れ図である。第３の実施の形態における保護回路部の動作状態の制御の第２の例を表す流れ図である。第１の比較例の過電圧保護回路において、結合係数ｋ＝０．７である場合の給電周波数と整流後電圧との関係の一例を示す特性図である。第１の比較例の過電圧保護回路において、結合係数ｋ＝０．３である場合の給電周波数と整流後電圧との関係の一例を示す特性図である。第２の比較例として、過電圧保護回路に大容量のコンデンサを用いた場合における給電周波数と整流後電圧との関係の一例を示す特性図である。第２の比較例として、過電圧保護回路に大容量のコンデンサを用いた場合における給電周波数と電流との関係の一例を示す特性図である。

　以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
　１．第１の実施の形態（受電電圧の絶対値に基づいて保護回路部を動作制御する例）
　　１．１　構成
　　１．２　動作（保護回路部の制御動作例）
　　１．３　効果
　２．第２の実施の形態（受電電圧の変化の度合いに基づいて保護回路部を動作制御する例）
　　２．１　動作（保護回路部の制御動作例）
　３．第３の実施の形態（保護回路部が２つの過電圧保護回路を有する例）
　　３．１　構成（保護回路部の構成例）
　　３．２　動作（保護回路部の制御動作例）
　　３．３　効果
　４．その他の実施の形態

＜１．第１の実施の形態＞
［１．１　構成］
（給電システム４の全体構成）
　図１は、本開示の第１の実施の形態に係る給電システム４の全体構成例を表すものである。図２は、この給電システム４の回路構成の一例を表すものである。なお、本実施の形態に係る受電装置、受電制御方法、および電子機器は、本実施の形態により具現化されるので、併せて説明する。

　給電システム４は、磁界を用いて（磁界共鳴や電磁誘導等を利用して；以下同様）、非接触に電力伝送（電力供給，給電，送電）を行うシステム（非接触型の給電システム）である。この給電システム４は、給電装置１（１次側機器）と、受電装置３（図２）を有する給電対象機器としての１または複数の電子機器（ここでは１つの電子機器２；２次側機器）とを備えている。

　この給電システム４では、例えば図１に示したように、給電装置１における給電面（送電面）Ｓ１上に電子機器２が置かれる（または近接する）ことにより、給電装置１から電子機器２に対して電力伝送が行われるようになっている。ここでは一例として、給電装置１は、給電面Ｓ１の面積が給電対象の電子機器２等よりも大きなマット形状（トレー状）となっている。

　この給電装置１の給電面Ｓ１（電子機器２が内蔵する受電装置３と接する側）には、後述する給電コイル１０６（図２）が配置されており、電子機器２の受電面（給電装置１と接する側）には、後述する受電コイル２０１（図２）が配置されている。給電装置１は、これらの給電コイル１０６および受電コイル２０１を介して、磁気結合により、電子機器２に対して電力を伝送する。その際、電子機器２の受電装置３は、給電装置１との間で、例えば負荷変調により通信を行い、給電装置１に対して給電電力の増大や低減などを指示するようになっている。これにより、ユーザは、電子機器２にＡＣ（Alternating Current）アダプタ等を直接接続することなく、電子機器２の充電等することができ、ユーザの利便性を高めることができるようになっている。

　図１の例では、電子機器２はデジタルカメラであるが、これに限定されるものではない。例えば、ビデオカメラ、スマートフォン、モバイルバッテリ、パーソナルコンピュータ、タブレット、ファブレット、電子書籍リーダ、オーディオプレーヤ、オーディオレコーダ、スピーカ、ヘッドフォン、ヘッドマウントディスプレイ、アクセサリ、ゲーム機器、ウェアラブル機器、メガネ型機器、リスト装着型機器、医療用機器等の様々な携帯端末装置が利用可能である。給電装置１の給電面Ｓ１の面積は、電子機器２の受電面の面積よりも広いことが望ましい。なお、これに限定されるものではなく、例えば、給電面Ｓ１の面積は、電子機器２の受電面の面積と同程度であってもよいし、電子機器２の受電面の面積よりも狭くてもよい。

　また、給電装置１は、他の電子機器や電気器具に内蔵されるように構成してもよいし、壁や床などに埋め込まれるように構成してもよい。また、電子機器２は、受電装置３に加えさらに給電装置１と同様の機能を有し、他の受電装置に給電することができるように構成してもよい。

（給電装置１の構成）
　図２に示したように、給電装置１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０２と、送電ドライバ１０３と、制御部１０４と、コンデンサ１０５および給電コイル１０６を有する給電部１０と、通信部１０７とを備えている。

　ＡＣ／ＤＣコンバータ１０２は、ＡＣ１００Ｖなどの交流電源１０１を直流低圧電源に変換し、送電ドライバ１０３に供給するものである。なお、交流電源１０１を使用するのは１つの例であり、例えば直流電源を入力電源として使用してもよい。送電ドライバ１０３には給電部１０が接続してあり、送電ドライバ１０３から所定の給電周波数の給電電力が給電コイル１０６に供給される。

　給電コイル１０６とコンデンサ１０５とは、互いに電気的に直列接続されている。給電部１０は、給電コイル１０６を利用して、給電面Ｓ１から電子機器２へ向けて磁界（磁束）を放射する機能を有している。給電部１０内では、給電コイル１０６とコンデンサ１０５とを用いて、ＬＣ共振回路が構成されている。そして、この給電部１０内に形成されるＬＣ共振回路と、後述する受電部２０内に形成されるＬＣ共振回路とは、互いに磁気結合するようになっている（相互誘導）。

　通信部１０７は、受電装置３と双方向に通信を行うためのものである。この通信部１０７による通信は、例えば、送電ドライバ１０３から給電コイル１０６に供給される給電電力に、伝送信号を重畳して行う。具体的には、給電コイル１０６に供給される給電電力の周波数を搬送波として利用して、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）やＦＳＫ(Frequency Shift Keying)などで情報を変調して伝送する。受電装置３側から通信部１０７への情報の伝送についても、同様の方法で行われる。あるいは、受電装置３側から通信部１０７への情報の伝送については、給電電力の周波数とは別の副搬送波を利用した伝送でもよい。近接したコイル間で、非接触により電力と共に情報を双方向で伝送する方式については、既に非接触ＩＣカードとリーダとの間での通信などで各種方式のものが実用化されており、本開示の例ではいずれの方式を適用してもよい。

　また、通信部１０７は、給電電力に伝送信号を重畳して通信を行う通信方式に限らず、電力を給電する系とは別の無線伝送路または有線伝送路を使用して、後述する受電装置３の通信部２０６と通信を行うようにしてもよい。

　通信部１０７は、給電装置１が電子機器２に対して給電を行っているときに、電子機器２の受電装置３がいわゆる負荷変調により送信した給電制御信号を復調する機能を有していてもよい。この給電制御信号は、受電装置３が、給電装置１に対して、給電電力の増大要求や低減要求など、給電動作に必要な情報を含むものであってもよい。

　制御部１０４は、送電ドライバ１０３から給電コイル１０６に供給される給電電力を制御するようになっている。制御部１０４は、給電制御信号に基づいて給電装置１の給電動作を制御してもよい。その際、制御部１０４は、送電ドライバ１０３を制御して給電周波数を変化させるようにしていもよい。

（受電装置３を有する電子機器２の構成）
　図２に示したように、電子機器２は、受電装置３と、受電装置３に接続された負荷２０４とを有している。受電装置３は、受電部２０と、整流部２０３と、制御部２０５と、通信部２０６と、メモリ部２０７と、レギュレータ２１０と、電圧測定部２１３と、保護回路部２１４とを備えている。受電部２０は、受電コイル２０１と、コンデンサ２０２Ａとを有している。

　受電部２０は、給電装置１から非接触で給電された電力を受電するものである。この受電部２０において、受電コイル２０１とコンデンサ２０２Ａは、ＬＣ共振回路を構成している。受電コイル２０１は、給電装置１の給電コイル１０６から電力を受電する。受電部２０は、例えば、給電装置１の給電コイル１０６が生成した電磁界に基づいて、電磁誘導の法則に従って、その磁束の変化に応じた誘導電圧を発生させるようになっている。

　受電部２０は、保護回路部２１４を介して整流部２０３に接続されている。整流部２０３は、受電コイル２０１が受電した所定周波数の電源を整流して直流電源を得る。整流部２０３で得られた直流電源は、レギュレータ２１０に供給される。

　レギュレータ２１０は、整流部２０３によって整流された電力を安定した所望の電圧の電力に変換する電圧変換器である。レギュレータ２１０で得られた所定電圧の直流電源が、負荷２０４に供給されるようになっている。なお、負荷２０４の代わりに２次電池を充電するようにしてもよい。

　通信部２０６は、給電装置１側の通信部１０７と双方向に通信を行うためのものである。この通信部２０６が通信を行うために、受電コイル２０１とコンデンサ２０２Ａとの直列回路が、通信部２０６に接続してあり、給電装置１から供給される電力に重畳された信号を検出して、通信部１０７から伝送された信号の受信を行う。また、通信部２０６から送信する信号が、受電コイル２０１とコンデンサ２０２Ａとの直列回路に供給される。

　通信部２０６は、給電装置１が電子機器２（受電装置３）に対して給電を行う際に、いわゆる負荷変調により、制御部２０５から供給された給電制御信号を給電装置１に対して送信する機能を有していてもよい。なお、上述したように、この給電制御信号は、給電装置１に対する給電電力の増大要求や低減要求など、給電動作に必要な情報を含むものであってもよい。また、通信部２０６による給電装置１との間の通信は負荷変調に限定されるものではなく、上記した給電装置１の通信部１０７と同様に、各種の通信方式を採用可能である。通信部２０６はまた、給電装置１から給電方式を識別可能な情報を含む信号を受信する機能を有していてもよい。

　電圧測定部２１３は、整流部２０３とレギュレータ２１０との間の伝送路に接続され、整流部２０３による整流後の電力の受電電圧を測定可能となっている。

　保護回路部２１４は、受電部２０と整流部２０３との間の伝送路に配置されている。保護回路部２１４は、受電部２０が受電した電力の受電電圧が所定の過電圧保護設定電圧（ＯＶＰ（over voltage protection）電圧）を超えないようにするための過電圧保護回路である。保護回路部２１４は、動作状態が制御部２０５によって制御され、受電電圧を変動させることが可能とされている。

　保護回路部２１４は、例えば図３の第１の構成例に示したように、コンデンサ３０１とＭＯＳＦＥＴ３０３とで構成されている。コンデンサ３０１は、一端が受電装置３の高圧側の伝送路に接続され、他端がＭＯＳＦＥＴ３０３の第１の端子に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ３０３の第２の端子は受電装置３の低圧側の伝送路に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ３０３のゲート端子は、制御部２０５に接続されている。

　保護回路部２１４は、例えば図４の第２の構成例に示したように、図３の第１の構成例におけるコンデンサ３０１に代えて抵抗器３０１ｒを用いた構成であってもよい。

　図３および図４に示した構成例では、通常の過電圧保護回路の動作として、測定された電圧が所定の過電圧保護設定電圧を超えた場合に、ＭＯＳＦＥＴ３０３をオンさせることで電圧を低下させることができる。ただし、後述するように、過電圧保護回路をオン状態にすることで逆に電圧が上昇する場合があり、その場合にはオフ状態に制御されるようになっている。

　制御部２０５は、整流部２０３による整流後の電力の目標電圧を設定し、その目標電圧に応じた電力で給電動作を行うよう指示する給電制御信号を通信部２０６を介して給電装置１に出力するようになっている。

　制御部２０５はまた、保護回路部２１４の動作状態を、複数の閾値に基づいて複数の状態に制御するようになっている。本実施の形態では、後述するように、整流部２０３による整流後に測定された受電電圧に基づいて、保護回路部２１４の過電圧保護回路の動作をオン状態にする第１の状態と、過電圧保護回路の動作をオフ状態にする第２の状態とに制御するようになっている。

　メモリ部２０７は、制御部２０５において用いられる各種の制御情報等を記憶しておくためのものである。

［１．２　動作］（保護回路部２１４の制御動作例）
　以下、保護回路部２１４の制御動作の具体例を説明するが、本実施の形態による制御動作例を説明するのに先だって、比較例として一般的に知られている過電圧保護回路の制御手法の問題点について説明する。各比較例において、過電圧保護回路の構成および制御に関する部分以外の構成および動作は、本実施の形態における給電システム４と略同様であってもよい。ここでは、第１の比較例として、特許文献１（特表２０１３－５３７０３４号公報）に記載の制御手法を説明する。第２の比較例として、特許文献２（特開２０１１－１１４９８５号公報）に記載の制御手法を説明する。

　一般的に知られている過電圧保護回路では、１つの閾値、すなわち１つの過電圧保護設定電圧のみに基づいて過電圧保護回路の動作を制御する。例えば、第１の比較例として、特許文献１（特表２０１３－５３７０３４号公報）に記載の制御手法では、過電圧保護回路が容量（コンデンサ）を有し、一定以上の電圧（過電圧保護設定電圧）を検知したときに、過電圧保護回路をオン状態、すなわち、過電圧保護回路のコンデンサをショートすることによって周波数特性を変動させて電圧を低減する。この手法にはワイヤレス給電特有の問題がある。ワイヤレス給電では給電コイル１０６と受電コイル２０１との結合係数が大きく変動するが、図１２および図１３に示すように、同じ給電周波数で給電している状態であっても、結合係数ｋの値によっては過電圧保護回路を動作させると逆に電圧が上昇してしまう場合がある。

　図１２は、第１の比較例の過電圧保護回路において、結合係数ｋ＝０．７である場合の受電電圧の周波数特性を示している。図１３は、第１の比較例の過電圧保護回路において、結合係数ｋ＝０．３である場合の受電電圧の周波数特性を示している。図１２および図１３において、横軸は給電周波数、縦軸は整流部２０３による整流後の受電電圧を示している。図１２および図１３では、過電圧保護回路をオン状態にした場合とオフ状態にした場合との受電電圧の周波数特性を示している。過電圧保護回路をオン状態にする、すなわち、過電圧保護回路の容量をショートさせることはあくまで電圧の周波数特性を変化させているだけである。ワイヤレス給電においてはユーザの移動により結合係数ｋが変化することは一般的であり、例えば図１２に示すような状態（結合係数ｋ＝０．７）において１４０ＫＨｚ付近で過電圧保護回路がオン状態になると正常に電圧が低下する。しかしながら、過電圧保護回路がオン状態で作動中に、例えばユーザが給電装置１に対する受電装置３の位置を移動させる等した場合、結合係数ｋは変化する。例えば結合係数ｋが０．３まで変化すると、１４０ＫＨｚ付近では過電圧保護回路によって逆に電圧が跳ね上がり、受電装置３のＩＣ回路部分が破壊される可能性がある。一般的なＤＣ／ＤＣコンバータであれば結合係数ｋが途中で大きく変化する想定は必要ないと思われるが、ワイヤレス給電ではどのタイミングでユーザが受電装置３を動かして結合係数ｋが変化してもおかしくはない。

　この問題を回避する方法として、例えば特許文献２（特開２０１１－１１４９８５号公報）に記載されているように、過電圧保護回路によって、非常に大きな容量値のコンデンサを介して受電コイル端をショートするという手法が考えられる。

　図１４および図１５は、第２の比較例として、過電圧保護回路に大容量のコンデンサを用いた場合における周波数特性を示している。図１４において、横軸は給電周波数、縦軸は整流部２０３による整流後の受電電圧を示している。図１５において、横軸は給電周波数、縦軸は過電圧保護回路としてのクランプ回路の電流を示している。図１４および図１５では、過電圧保護回路をオン状態にした場合とオフ状態にした場合との周波数特性を示している。

　過電圧保護回路に用いるコンデンサの容量値を大きくするほどインピーダンスが低下しショートに近い特性を示す。図１４から、第２の比較例における過電圧保護回路をオン状態にする、すなわち、大きなコンデンサをショートすることにより全ての周波数範囲において電圧が抑えられていることが確認できる。しかしながら、過電圧保護回路をオン状態にすると、極端な低インピーダンスとなっているため、図１５に示したように、非常に大きな電流が流れることとなる。図１４および図１５から分かるように、過電圧保護回路をオン状態にすると、電圧がどの周波数においても一定以下となる代わりに、非常に大きな電流が流れてしまう箇所がある。通常動作の数倍から数十倍の電流が流れる可能性もあり、クランプ回路自体が大型化する、受電コイルの耐電流を超えてしまうなどの問題が発生する。

　本実施の形態では、上記した比較例のような、過電圧保護回路をオン状態にした場合における問題が生じないように、制御部２０５が保護回路部２１４の動作制御を行う。すなわち、制御部２０５は、受電電圧が所定の保護設定電圧である第１閾値を超えた場合に、保護回路部２１４の動作を第１の状態に制御する。制御部２０５はまた、保護回路部２１４が第１の状態で動作中に受電電圧が第２閾値を超えて上昇した場合に、保護回路部２１４の動作を第２の状態に切り替え制御する。ここで、本実施の形態において、第１の状態にする制御とは、保護回路部２１４の過電圧保護回路の動作をオン状態にする制御であり、第２の状態にする制御とは、保護回路部２１４の過電圧保護回路の動作をオフ状態にする制御である。また、本実施の形態では、制御部２０５は、受電電圧の絶対値に基づいて、受電電圧が第２閾値を超えて上昇したか否かを判断する。

　図５は、本実施の形態における保護回路部２１４の動作状態の制御の一例を表している。制御部２０５は、電圧測定部２１３によって整流後の電力の受電電圧を測定する（ステップＳ１１）。制御部２０５は、測定電圧値が所定の保護設定電圧である第１閾値を超えたか否かを判断する（ステップＳ１２）。測定電圧値が第１閾値を超えていない場合（ステップＳ１２；Ｎ）には、ステップＳ１１の処理に戻る。測定電圧値が第１閾値を超えている場合（ステップＳ１２；Ｙ）には、保護回路部２１４の動作を第１の状態、すなわち、過電圧保護回路としての動作をオン状態にする（ステップＳ１３）。ここまでの動作は、一般的な過電圧保護回路の動作と略同様である。

　制御部２０５は、保護回路部２１４の過電圧保護回路の動作をオン状態にした後、さらに、電圧測定部２１３によって整流後の電力の受電電圧を測定する（ステップＳ１４）。次に、制御部２０５は、測定電圧値が過電圧保護回路によって十分に下がったか否かを判断する。制御部２０５は、まず、測定電圧値が、所定の保護設定電圧である第１閾値に対して、ヒステリシス分（ＸＶ）だけ下がったか否かを判断する（ステップＳ１５）。制御部２０５は、測定電圧値が、ヒステリシス分（ＸＶ）だけ下がったことを確認できた場合（ステップＳ１５；Ｎ）には、保護回路部２１４の過電圧保護回路の動作を第２の状態、すなわちオフ状態にし（ステップＳ１６）、ステップＳ１１の処理に戻る。

　ここで、ワイヤレス給電においては、過電圧保護回路の動作をオン状態にしたタイミングで、上述したように例えば給電装置１に対する受電装置３の位置が移動する等して結合係数ｋが変化し、逆に、電圧が上昇してしまう可能性を考慮しなくてはならない。そこで、過電圧保護回路の動作をオン状態にしているにも関わらず測定電圧値がヒステリシス分（ＸＶ）だけ下がっていない場合（ステップＳ１５；Ｙ）には、制御部２０５はさらに、測定電圧値が第２閾値を超えたか否かを判断する（ステップＳ１７）。

　測定電圧値が第２閾値を超えていない場合（ステップＳ１７；Ｎ）には、ステップＳ１４の処理に戻る。測定電圧値が第２閾値を超えて上昇している場合（ステップＳ１７；Ｙ）には、保護回路部２１４の過電圧保護回路の動作を第２の状態、すなわちオフ状態にし（ステップＳ１８）、ステップＳ１４の処理に戻る。

　ここで、第２閾値は、例えば所定の保護設定電圧である第１閾値よりも高い値に設定される。例えば、第２閾値を、第１閾値と受電装置３内の回路を構成するＩＣの絶対最大定格との間の値に設定する。通常は第１閾値に達すると過電圧保護回路によって電圧が降下するため第１閾値以上の電圧になることは考えにくい。第２閾値に達した場合は、過電圧保護回路の動作直後の結合係数変化、もしくは突発的なノイズにより瞬間的に保護設定電圧に達したなどの事象が想定される。この場合、過電圧保護回路をオフ状態にすることによって，電圧が降下する可能性が極めて高いと考えられる。本実施の形態による保護回路部２１４の制御動作は、図１２および図１３に示した過電圧保護回路をオン状態にした場合の特性とオフ状態にした場合の特性のうち、電圧が低くなるようにする特性を選択することと近い効果がある。

［１．３　効果］
　以上のように、本実施の形態によれば、受電電圧を変動させる保護回路部２１４の動作状態を、複数の閾値に基づいて複数の状態に制御するようにしたので、過電圧を適切に制御することができる。
　従来手法による制御では、過電圧保護回路の起動時に、給電装置１に対する受電装置３の位置の移動等によって結合係数ｋが変化した際に、過電圧が発生する危険性があったが、本実施の形態による保護回路部２１４の動作制御をすることによって安全性が向上する。

　なお、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。以降の他の実施の形態および変形例についても同様である。

＜２．第２の実施の形態＞（受電電圧の変化の度合いに基づいて保護回路部を動作制御する例）
　本実施の形態において、以下で説明する保護回路部２１４の一部の制御動作に関する部分以外の構成および動作は、上記第１の実施の形態（図１～図５）と略同様であってもよい。本実施の形態において、保護回路部２１４を含む給電システム４全体の基本構成は、図１および図２と略同様であってもよい。

［２．１　動作］（保護回路部２１４の制御動作例）
　上記第１の実施の形態では、制御部２０５は、受電電圧が第２閾値を超えて上昇したか否かを判断する際（図５のステップＳ１７）に、受電電圧の絶対値に基づいて判断するようにしたが、本実施の形態では、受電電圧の変化の度合い（電圧上昇の傾き）に基づいて、電圧の上昇の判断を行う。

　図６は、本実施の形態における保護回路部２１４の動作状態の制御の一例を表している。図６におけるステップＳ２１～Ｓ２６，Ｓ２８の処理は、上記第１の実施の形態（図５）におけるステップＳ１１～Ｓ１６，Ｓ１８の処理と実質的に同様である。ステップＳ２７の処理が上記第１の実施の形態とは異なっている。

　本実施の形態では、過電圧保護回路の動作をオン状態にしているにも関わらず測定電圧値がヒステリシス分（ＸＶ）だけ下がっていない場合（ステップＳ２５；Ｙ）には、制御部２０５はさらに、受電電圧の変化の度合い（電圧上昇の傾き）が第３閾値を超えたか否かを判断する（ステップＳ２７）。第３閾値を超えていない場合（ステップＳ２７；Ｎ）には、ステップＳ２４の処理に戻る。第３閾値を超えて電圧が上昇している場合（ステップＳ２７；Ｙ）には、保護回路部２１４の過電圧保護回路の動作を第２の状態、すなわちオフ状態にし（ステップＳ２８）、ステップＳ２４の処理に戻る。

　ステップＳ２７の判断の際には、電圧測定部２１３によって整流後の電力の受電電圧を所定の時間間隔で測定する。そして、現在の測定電圧値と前回の測定電圧値との差分から、受電電圧の変化の度合い（電圧上昇の傾き）を算出する。電圧上昇の度合いが第３閾値を超えた場合（ステップＳ２７；Ｙ）には、過電圧保護回路の動作をオフ状態にする（ステップＳ２８）。この制御によって、電圧の絶対値で過電圧保護回路の動作を切り替える手法と比較して，早めに過電圧保護回路の動作を切り替える判断ができる可能性がある。

＜３．第３の実施の形態＞（保護回路部２１４が２つの保護回路を有する例）
　本実施の形態において、保護回路部２１４の構成およびその制御動作に関する部分以外の構成および動作は、上記第１または第２の実施の形態と略同様であってもよい。本実施の形態において、保護回路部２１４を含む給電システム４全体の基本構成は、図１および図２と略同様であってもよい。

［３．１　構成］（保護回路部２１４の構成例）
　上記第１および第２の実施の形態では、保護回路部２１４が図３または図４に示したように１つの過電圧保護回路で構成されている場合を例にしたが、保護回路部２１４が複数の過電圧保護回路を有していてもよい。そして、制御部２０５が、測定された受電電圧に基づいて、複数の過電圧保護回路のうち少なくとも１つの過電圧保護回路の動作をオン状態にするような制御を行ってもよい。

　図７は、本実施の形態における保護回路部２１４の一構成例を示している。図７の構成例では、保護回路部２１４が、第１の過電圧保護回路２１４Ａと、第２の過電圧保護回路２１４Ｂとで構成されている。第１の過電圧保護回路２１４Ａは、コンデンサ３０１Ａと、ＭＯＳＦＥＴ３０３Ａとで構成されている。コンデンサ３０１Ａは、一端が受電装置３の高圧側の伝送路に接続され、他端がＭＯＳＦＥＴ３０３Ａの第１の端子に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ３０３Ａの第２の端子は受電装置３の低圧側の伝送路に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ３０３Ａのゲート端子は、制御部２０５に接続されている。

　第２の過電圧保護回路２１４Ｂは、コンデンサ３０１Ｂと、ＭＯＳＦＥＴ３０３Ｂとで構成されている。コンデンサ３０１Ｂは、一端が受電装置３の高圧側の伝送路に接続され、他端がＭＯＳＦＥＴ３０３Ｂの第１の端子に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ３０３Ｂの第２の端子は受電装置３の低圧側の伝送路に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ３０３Ｂのゲート端子は、制御部２０５に接続されている。

　図７に示した構成例では、ＭＯＳＦＥＴ３０３Ａをオンさせることで第１の過電圧保護回路２１４Ａをオン状態にすることができる。また、ＭＯＳＦＥＴ３０３Ｂをオンさせることで第２の過電圧保護回路２１４Ｂをオン状態にすることができる。

　第１の過電圧保護回路２１４Ａと第２の過電圧保護回路２１４Ｂは互いに回路定数が異なっていてもよい。例えば、コンデンサ３０１Ａの容量値とコンデンサ３０１Ｂの容量値とが互いに異なっていてもよい。これにより、例えば図９に示したように、第１の過電圧保護回路２１４Ａをオン状態にした場合の周波数特性と、第２の過電圧保護回路２１４Ｂをオン状態にした場合の周波数特性とが互いに異なってもよい。なお、図９において、横軸は給電周波数、縦軸は整流部２０３による整流後の受電電圧を示している。図９では、第１の過電圧保護回路２１４Ａをオン状態にした場合と、第２の過電圧保護回路２１４Ｂをオン状態にした場合と、第１の過電圧保護回路２１４Ａおよび第２の過電圧保護回路２１４Ｂを共にオフ状態にした場合との受電電圧の周波数特性を示している。

［３．２　動作］（保護回路部２１４の制御動作例）
　制御部２０５は、受電電圧が所定の保護設定電圧である第１閾値を超えた場合に、保護回路部２１４の動作を第１の状態に制御する。制御部２０５はまた、保護回路部２１４が第１の状態で動作中に受電電圧が第２閾値を超えて上昇した場合に、保護回路部２１４の動作を第２の状態に切り替え制御する。ここで、本実施の形態において、第１の状態にする制御とは例えば、第１の過電圧保護回路２１４Ａの動作をオン状態にすると共に、第２の過電圧保護回路２１４Ｂの動作をオフ状態にする制御である。第２の状態にする制御とは例えば、第１の過電圧保護回路２１４Ａの動作をオン状態またはオフ状態にすると共に、第２の過電圧保護回路の動作をオン状態にする制御である。

　図１０は、本実施の形態における保護回路部２１４の動作状態の制御の第１の例を表している。図１１は、本実施の形態における保護回路部２１４の動作状態の制御の第２の例を表している。図１０および図１１において、実質的に同じ処理を行うステップには同一のステップ番号を付している。なお、図１０および図１１の処理において、初期状態では、第１の過電圧保護回路２１４Ａと第２の過電圧保護回路２１４Ｂは共にオフ状態となっている。

　制御部２０５は、電圧測定部２１３によって整流後の電力の受電電圧を測定する（ステップＳ３１）。制御部２０５は、測定電圧値が所定の保護設定電圧である第１閾値を超えたか否かを判断する（ステップＳ３２）。測定電圧値が第１閾値を超えていない場合（ステップＳ３２；Ｎ）には、ステップＳ３１の処理に戻る。測定電圧値が第１閾値を超えている場合（ステップＳ３２；Ｙ）には、保護回路部２１４の動作を第１の状態、すなわち、第１の過電圧保護回路２１４Ａの動作をオン状態にする（ステップＳ３３）。

　制御部２０５は、保護回路部２１４における第１の過電圧保護回路２１４Ａの動作をオン状態にした後、さらに、電圧測定部２１３によって整流後の電力の受電電圧を測定する（ステップＳ３４）。次に、制御部２０５は、測定電圧値が第１の過電圧保護回路２１４Ａによって十分に下がったか否かを判断する。制御部２０５は、まず、測定電圧値が、所定の保護設定電圧である第１閾値に対して、ヒステリシス分（ＸＶ）だけ下がったか否かを判断する（ステップＳ３５）。制御部２０５は、測定電圧値が、ヒステリシス分（ＸＶ）だけ下がったことを確認できた場合（ステップＳ３５；Ｎ）には、保護回路部２１４の第１の過電圧保護回路２１４Ａの動作をオフ状態にし（ステップＳ３６）、ステップＳ３１の処理に戻る。なお、この段階では第２の過電圧保護回路２１４Ｂはまだオン状態にされていないので、ここでは第１の過電圧保護回路２１４Ａと第２の過電圧保護回路２１４Ｂとが共にオフ状態となる。

　ここで、ワイヤレス給電においては、過電圧保護回路の動作をオン状態にしたタイミングで、上述したように例えば給電装置１に対する受電装置３の位置が移動する等して結合係数ｋが変化し、逆に、電圧が上昇してしまう可能性を考慮しなくてはならない。そこで、過電圧保護回路の動作をオン状態にしているにも関わらず測定電圧値がヒステリシス分（ＸＶ）だけ下がっていない場合（ステップＳ３５；Ｙ）には、制御部２０５はさらに、測定電圧値が第２閾値を超えたか否かを判断する（ステップＳ３７）。

　測定電圧値が第２閾値を超えていない場合（ステップＳ３７；Ｎ）には、ステップＳ３４の処理に戻る。測定電圧値が第２閾値を超えて上昇している場合（ステップＳ３７；Ｙ）には、保護回路部２１４の動作を第２の状態にして、ステップＳ３４の処理に戻る。

　ここで、図１０の第１の例では、第２の状態として、第１の過電圧保護回路２１４Ａの動作をオフ状態にする（ステップＳ３８）と共に、第２の過電圧保護回路２１４Ｂの動作をオン状態にする（ステップＳ３９）。図１１の第２の例では、第２の状態として、第１の過電圧保護回路２１４Ａの動作をオフ状態にすることなくオン状態にた状態でさらに、第２の過電圧保護回路２１４Ｂの動作をオン状態にする（ステップＳ３９）。

［３．３　効果］
　本実施の形態によれば、保護回路部２１４が複数の過電圧保護回路を有していることで、１つの過電圧保護回路のみで制御を行う場合に比べて、過電圧をより適切に制御することができる。

　過電圧保護回路が１系統だけだと、過電圧の適切な制御が達成できない場合があり得る。図８は、保護回路部２１４が１つの過電圧保護回路で構成されている場合の周波数特性の例を示している。図８において、横軸は給電周波数、縦軸は整流部２０３による整流後の受電電圧を示している。図８では、保護回路部２１４の１つの過電圧保護回路をオン状態にした場合とオフ状態にした場合との受電電圧の周波数特性を示している。例えば図８の例では、最も低い周波数領域において、電圧値を５０Ｖまでしか下げることができない。このため、例えば受電装置３の回路を構成するＩＣの耐圧が５０Ｖ以下であった場合、保護回路部２１４の動作状態をどう制御しようが必ずＩＣが破壊されてしまうおそれがある。

　これに対して、本実施の形態では、保護回路部２１４が複数の過電圧保護回路を有していることで、図９に示したように、周波数特性の異なる状態を増やすことができる。これにより、周波数特性の制御の幅が広がる。図９の例では、最も低い周波数領域において、第２の過電圧保護回路２１４Ｂの動作をオン状態にする制御をすることで、電圧値を５０Ｖから２０Ｖにまで低減することが可能となる。複数の過電圧保護回路を用いることによって、より安全性を向上させることができる。また、耐圧の観点でＩＣの負担を軽減できる可能性がある。

　なお、以上の説明では具体例として保護回路部２１４が過電圧保護回路が２つである場合を例にしたが、３つ以上の過電圧保護回路を有する構成であってもよい。

＜４．その他の実施の形態＞
　本開示による技術は、上記実施の形態の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。

　例えば、本技術は以下のような構成を取ることができる。
（１）
　給電装置から非接触で給電された電力を受電する受電部と、
　前記受電部が受電した電力の受電電圧を変動させる保護回路部と、
　前記保護回路部の動作状態を複数の閾値に基づいて複数の状態に制御する制御部と
　を備える受電装置。
（２）
　前記制御部は、
　前記受電電圧が所定の保護設定電圧である第１閾値を超えた場合に、前記保護回路部の動作を第１の状態に制御すると共に、前記保護回路部が前記第１の状態で動作中に前記受電電圧が第２閾値を超えて上昇した場合に、前記保護回路部の動作を第２の状態に切り替え制御する
　上記（１）に記載の受電装置。
（３）
　前記保護回路部は、前記受電電圧が所定の保護設定電圧を超えないようにするための過電圧保護回路であり、
　前記第１の状態にする制御は、前記過電圧保護回路の動作をオン状態にする制御であり、
　前記第２の状態にする制御は、前記過電圧保護回路の動作をオフ状態にする制御である
　上記（２）に記載の受電装置。
（４）
　前記制御部は、前記受電電圧の絶対値に基づいて、前記受電電圧が前記第２閾値を超えて上昇したか否かを判断する
　上記（２）または（３）に記載の受電装置。
（５）
　前記制御部は、前記受電電圧の変化の度合いに基づいて、前記受電電圧が前記第２閾値を超えて上昇したか否かを判断する
　上記（２）または（３）に記載の受電装置。
（６）
　前記保護回路部は、前記受電電圧が所定の保護設定電圧を超えないようにするための複数の過電圧保護回路を有し、
　前記制御部は、前記受電電圧に基づいて、前記複数の過電圧保護回路のうち少なくとも１つの過電圧保護回路の動作をオン状態にする
　上記（１）または（２）に記載の受電装置。
（７）
　前記保護回路部は、前記受電電圧が所定の保護設定電圧を超えないようにするための第１の過電圧保護回路と第２の過電圧保護回路とを有し、
　前記第１の状態にする制御は、前記第１の過電圧保護回路の動作をオン状態にすると共に、前記第２の過電圧保護回路の動作をオフ状態にする制御であり、
　前記第２の状態にする制御は、前記第１の過電圧保護回路の動作をオン状態またはオフ状態にすると共に、前記第２の過電圧保護回路の動作をオン状態にする制御である
　上記（２）に記載の受電装置。
（８）
　前記受電部によって受電された電力を整流する整流部をさらに備え、
　前記制御部は、前記整流部による整流後に測定された受電電圧に基づいて前記保護回路部の動作状態を制御する
　上記（１）ないし（７）のいずれか１つに記載の受電装置。
（９）
　給電装置から非接触で給電された電力を受電し、
　受電した電力の受電電圧を変動させる保護回路部の動作状態を、複数の閾値に基づいて複数の状態に制御する
　受電制御方法。
（１０）
　給電装置と、
　受電装置とを含み、
　前記受電装置は、
　給電装置から非接触で給電された電力を受電する受電部と、
　前記受電部が受電した電力の受電電圧を変動させる保護回路部と、
　前記保護回路部の動作状態を複数の閾値に基づいて複数の状態に制御する制御部と
　を備える非接触給電システム。
（１１）
　受電装置と、
　前記受電装置に接続された負荷とを含み、
　前記受電装置は、
　給電装置から非接触で給電された電力を受電する受電部と、
　前記受電部が受電した電力の受電電圧を変動させる保護回路部と、
　前記保護回路部の動作状態を複数の閾値に基づいて複数の状態に制御する制御部と
　を備える電子機器。

　本出願は、日本国特許庁において２０１４年１月３０日に出願された日本特許出願番号第２０１４－１５５８７号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。

　当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims

　給電装置から非接触で給電された電力を受電する受電部と、
　前記受電部が受電した電力の受電電圧を変動させる保護回路部と、
　前記保護回路部の動作状態を複数の閾値に基づいて複数の状態に制御する制御部と
　を備える受電装置。
　前記制御部は、
　前記受電電圧が所定の保護設定電圧である第１閾値を超えた場合に、前記保護回路部の動作を第１の状態に制御すると共に、前記保護回路部が前記第１の状態で動作中に前記受電電圧が第２閾値を超えて上昇した場合に、前記保護回路部の動作を第２の状態に切り替え制御する
　請求項１に記載の受電装置。
　前記保護回路部は、前記受電電圧が所定の保護設定電圧を超えないようにするための過電圧保護回路であり、
　前記第１の状態にする制御は、前記過電圧保護回路の動作をオン状態にする制御であり、
　前記第２の状態にする制御は、前記過電圧保護回路の動作をオフ状態にする制御である
　請求項２に記載の受電装置。
　前記制御部は、前記受電電圧の絶対値に基づいて、前記受電電圧が前記第２閾値を超えて上昇したか否かを判断する
　請求項２に記載の受電装置。
　前記制御部は、前記受電電圧の変化の度合いに基づいて、前記受電電圧が前記第２閾値を超えて上昇したか否かを判断する
　請求項２に記載の受電装置。
　前記保護回路部は、前記受電電圧が所定の保護設定電圧を超えないようにするための複数の過電圧保護回路を有し、
　前記制御部は、前記受電電圧に基づいて、前記複数の過電圧保護回路のうち少なくとも１つの過電圧保護回路の動作をオン状態にする
　請求項１に記載の受電装置。
　前記保護回路部は、前記受電電圧が所定の保護設定電圧を超えないようにするための第１の過電圧保護回路と第２の過電圧保護回路とを有し、
　前記第１の状態にする制御は、前記第１の過電圧保護回路の動作をオン状態にすると共に、前記第２の過電圧保護回路の動作をオフ状態にする制御であり、
　前記第２の状態にする制御は、前記第１の過電圧保護回路の動作をオン状態またはオフ状態にすると共に、前記第２の過電圧保護回路の動作をオン状態にする制御である
　請求項２に記載の受電装置。
　前記受電部によって受電された電力を整流する整流部をさらに備え、
　前記制御部は、前記整流部による整流後に測定された受電電圧に基づいて前記保護回路部の動作状態を制御する
　請求項１に記載の受電装置。
　給電装置から非接触で給電された電力を受電し、
　受電した電力の受電電圧を変動させる保護回路部の動作状態を、複数の閾値に基づいて複数の状態に制御する
　受電制御方法。
　給電装置と、
　受電装置とを含み、
　前記受電装置は、
　給電装置から非接触で給電された電力を受電する受電部と、
　前記受電部が受電した電力の受電電圧を変動させる保護回路部と、
　前記保護回路部の動作状態を複数の閾値に基づいて複数の状態に制御する制御部と
　を備える非接触給電システム。
　受電装置と、
　前記受電装置に接続された負荷とを含み、
　前記受電装置は、
　給電装置から非接触で給電された電力を受電する受電部と、
　前記受電部が受電した電力の受電電圧を変動させる保護回路部と、
　前記保護回路部の動作状態を複数の閾値に基づいて複数の状態に制御する制御部と
　を備える電子機器。