(57)【要約】【課題】位置自由度の向上を図れ、受電側での発熱も抑制できる制御装置等の提供。【解決手段】制御装置２０は、送電用の１次コイルＬ１に駆動信号を出力することで、受電用の２次コイルＬ２と２次コイルＬ２に接続されて整流電圧ＶＣＣを生成する整流回路５３とを有する受電装置４０に対して電力を送電する送電ドライバー１８と、送電ドライバー１８に電源電圧を供給する電源電圧制御回路１４とを有する送電装置１０に用いられ、送電ドライバー１８と電源電圧制御回路１４を制御する。制御装置２０は、整流電圧ＶＣＣの情報である整流電圧情報を受信する通信回路３０と、整流電圧情報に応じて、送電ドライバー１８のフルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードとを切り替える制御回路２４を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電用の１次コイルに駆動信号を出力することで、受電用の２次コイルと前記２次コイルに接続されて整流電圧を生成する整流回路とを有する受電装置に対して電力を送電する送電ドライバーと、
前記送電ドライバーに電源電圧を供給する電源電圧制御回路と、
を有する送電装置に用いられ、
前記送電ドライバーと前記電源電圧制御回路を制御する制御装置であって、
前記整流電圧の情報である整流電圧情報を受信する通信回路と、
前記整流電圧情報に応じて、前記送電ドライバーのフルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードとを切り替える制御回路と、
を含むことを特徴とする制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の制御装置において、
前記制御回路は、
前記送電ドライバーの前記電源電圧を、前記整流電圧情報に応じて制御し、前記電源電圧に基づいて、前記フルブリッジ駆動モードと前記ハーフブリッジ駆動モードとを切り替えることを特徴とする制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の制御装置において、
前記制御回路は、
前記フルブリッジ駆動モードにおいて、前記電源電圧が第１のしきい値電圧未満になったときに、前記フルブリッジ駆動モードから前記ハーフブリッジ駆動モードに切り替えることを特徴とする制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の制御装置において、
前記制御回路は、
前記フルブリッジ駆動モードから前記ハーフブリッジ駆動モードに切り替える前に、前記電源電圧を、前記第１のしきい値電圧よりも高い第１の電圧に設定することを特徴とする制御装置。
【請求項５】
請求項２に記載の制御装置において、
前記制御回路は、
前記ハーフブリッジ駆動モードにおいて、前記電源電圧が第２のしきい値電圧より高くなったときに、前記ハーフブリッジ駆動モードから前記フルブリッジ駆動モードに切り替えることを特徴とする制御装置。
【請求項６】
請求項３又は４に記載の制御装置において、
前記制御回路は、
前記ハーフブリッジ駆動モードにおいて、前記電源電圧が、前記第１のしきい値電圧より高い第２のしきい値電圧より高くなったときに、前記ハーフブリッジ駆動モードから前記フルブリッジ駆動モードに切り替えることを特徴とする制御装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の制御装置において、
前記制御回路は、
前記ハーフブリッジ駆動モードから前記フルブリッジ駆動モードに切り替える前に、前記電源電圧を、前記第２のしきい値電圧よりも低い第２の電圧に設定することを特徴とする制御装置。
【請求項８】
請求項２に記載の制御装置において、
前記制御回路は、
前記フルブリッジ駆動モードにおいて、前記電源電圧が第１のしきい値電圧未満になったときに、前記フルブリッジ駆動モードから前記ハーフブリッジ駆動モードに切り替え、
前記ハーフブリッジ駆動モードにおいて、前記電源電圧が第２のしきい値電圧より高くなったときに、前記ハーフブリッジ駆動モードから前記フルブリッジ駆動モードに切り替え、
前記フルブリッジ駆動モードから前記ハーフブリッジ駆動モードに切り替える前に、前記電源電圧を、前記第１のしきい値電圧よりも高い第１の電圧に設定し、
ＶＨＳＴ＜ＶＨＦである、但し前記第２のしきい値電圧をＶＨＦとし、前記第１の電圧をＶＨＳＴとする、ことを特徴とする制御装置。
【請求項９】
請求項２に記載の制御装置において、
前記制御回路は、
前記フルブリッジ駆動モードにおいて、前記電源電圧が第１のしきい値電圧未満になったときに、前記フルブリッジ駆動モードから前記ハーフブリッジ駆動モードに切り替え、
前記ハーフブリッジ駆動モードにおいて、前記電源電圧が第２のしきい値電圧より高くなったときに、前記ハーフブリッジ駆動モードから前記フルブリッジ駆動モードに切り替え、
前記ハーフブリッジ駆動モードから前記フルブリッジ駆動モードに切り替える前に、前記電源電圧を、前記第２のしきい値電圧よりも低い第２の電圧に設定し、
ＶＦＳＴ＞ＶＦＨである、但し前記第１のしきい値電圧をＶＦＨとし、前記第２の電圧をＶＦＳＴとする、ことを特徴とする制御装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の制御装置において、
前記制御回路は、
前記フルブリッジ駆動モードにおいて、前記整流電圧が、第１の整流しきい値電圧より高くなったときに、前記フルブリッジ駆動モードから前記ハーフブリッジ駆動モードに切り替え、
前記ハーフブリッジ駆動モードにおいて、前記整流電圧が、前記第１の整流しきい値電圧よりも低い第２の整流しきい値電圧未満になったときに、前記ハーフブリッジ駆動モードから前記フルブリッジ駆動モードに切り替えることを特徴とする制御装置。
【請求項１１】
送電用の１次コイルに駆動信号を出力することで、受電用の２次コイルを有する受電装置に対して電力を送電する送電ドライバーと、
前記送電ドライバーに電源電圧を供給する電源電圧制御回路と、
を有する送電装置に用いられ、
前記送電ドライバーと前記電源電圧制御回路を制御する制御装置であって、
前記１次コイルと前記２次コイルとの間のコイル間距離を表す距離情報に応じて、前記送電ドライバーのフルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードとを切り替える制御回路を含むことを特徴とする制御装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の制御装置において、
前記制御回路は、
前記フルブリッジ駆動モードにおいて、着地検出又は取り去り検出を行うことを特徴とする制御装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の制御装置において、
前記送電ドライバーは、
高電位側電源のノードと、前記１次コイルの一端が結合される第１の接続ノードとの間に結合される第１のトランジスターと、
前記第１の接続ノードと低電位側電源のノードとの間に結合される第２のトランジスターと、
前記高電位側電源のノードと、前記１次コイルの他端が結合される第２の接続ノードとの間に結合される第３のトランジスターと、
前記第２の接続ノードと前記低電位側電源のノードとの間に結合される第４のトランジスターと、を含み、
前記制御回路は、
前記フルブリッジ駆動モードでは、第１の期間において前記第１のトランジスター及び前記第４のトランジスターをオンにして、前記高電位側電源のノードから前記第１のトランジスター、前記１次コイル及び前記第４のトランジスターを介して前記低電位側電源のノードに駆動電流を流す制御を行い、第２の期間において前記第２のトランジスター及び前記第３のトランジスターをオンにして、前記高電位側電源のノードから前記第３のトランジスター、前記１次コイル及び前記第２のトランジスターを介して前記低電位側電源のノードに駆動電流を流す制御を行い、
前記ハーフブリッジ駆動モードでは、第３の期間において前記第１のトランジスター及び前記第４のトランジスターをオンにして、前記高電位側電源のノードから前記第１のトランジスター、前記１次コイル及び前記第４のトランジスターを介して前記低電位側電源のノードに駆動電流を流す制御を行い、第４の期間において前記第１のトランジスター及び前記第４のトランジスターをオフにすることを特徴とする制御装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の制御装置を含むことを特徴とする送電装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の送電装置と、
前記受電装置と、
を含むことを特徴とする無接点電力伝送システム。
【請求項１６】
送電用の１次コイルと、
前記１次コイルに駆動信号を出力する送電ドライバーと、
前記送電ドライバーに電源電圧を供給する電源電圧制御回路と、
を有する送電装置から電力を受電する受電装置であって、
受電用の２次コイルと、
前記２次コイルに接続されて整流電圧を生成する整流回路と、
前記整流電圧に応じて前記送電ドライバーのフルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードとを切り替える指示を、前記送電装置に送信する通信回路と、
を含むことを特徴とする受電装置。
【請求項１７】
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の制御装置を含むことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置、送電装置、無接点電力伝送システム、受電装置及び電子機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電磁誘導を利用し、金属部分の接点がなくても電力伝送を可能にする無接点電力伝送が脚光を浴びている、この無接点電力伝送の適用例として、家庭用機器や携帯端末や電気自動車などの電子機器の給電が提案されている。
【０００３】
無接点電力伝送の従来技術としては、特許文献１に開示される技術がある。特許文献１では、受電装置の消費電力情報に基づいて、送電装置のフルブリッジ駆動とハーフブリッジ駆動を切り替えている。また受電装置が、受電側高電位電源ラインの電位情報を送電装置に送信し、送電装置が、受電側高電位電源ラインの電位情報に基づいて、駆動電圧や送電周波数やデューティー比を変更している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−５４１３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
無接点電力伝送において、送電側の１次コイルをハーフブリッジで駆動すると、１次コイルと２次コイルが近接しているときにも過度な電力伝送は行われないが、位置自由度の点では不利になるという問題がある。一方、フルブリッジによる駆動では、位置自由度は高まるが、１次コイルと２次コイルが近接していると、過度な電力伝送が行われてしまい過度な発熱の問題が生じる。しかしながら、受電側高電位電源ラインの電位情報に基づいて、送電装置のフルブリッジ駆動とハーフブリッジ駆動を切り替える手法については、特許文献１には開示されていない。特許文献１によれば、位置自由度の向上と過度な発熱の抑制を両立できない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、送電用の１次コイルに駆動信号を出力することで、受電用の２次コイルと前記２次コイルに接続されて整流電圧を生成する整流回路とを有する受電装置に対して電力を送電する送電ドライバーと、前記送電ドライバーに電源電圧を供給する電源電圧制御回路と、を有する送電装置に用いられ、前記送電ドライバーと前記電源電圧制御回路を制御する制御装置であって、前記整流電圧の情報である整流電圧情報を受信する通信回路と、前記整流電圧情報に応じて、前記送電ドライバーのフルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードとを切り替える制御回路と、を含む制御装置に関係する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施形態の制御装置及び制御装置を含む送電装置の構成例。
【図２】２つの受電装置に送電する場合の制御装置、送電装置の構成例。
【図３】本実施形態の無接点電力伝送システムの一例。
【図４】送電ドライバーのフルブリッジ駆動モードの説明図。
【図５】送電ドライバーのハーフブリッジ駆動モードの説明図。
【図６】フルブリッジ駆動モード、ハーフブリッジ駆動モードにおけるコイル間距離と整流電圧の関係を示す図。
【図７】フルブリッジ駆動モードにおける余剰電力による発熱の問題の説明図。
【図８】フルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードの切り替え手法の説明図。
【図９】ＶＨＦ、ＶＦＳＴ、ＶＦＨ、ＶＨＳＴの電圧の電位関係の説明図。
【図１０】レジスターのレジスター設定の説明図。
【図１１】整流電圧に基づくフルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードの切り替え手法の説明図。
【図１２】距離情報に応じたフルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードの切り替え手法の説明図。
【図１３】負荷変調による通信手法を説明する図。
【図１４】送電側、受電側の制御装置及びこれを含む送電装置、受電装置の詳細な構成例。
【図１５】無接点電力伝送システムの動作シーケンスの概要を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【０００９】
１．構成
図１に、本実施形態の制御装置２０と、制御装置２０を含む送電装置１０の構成例を示す。送電装置１０と受電装置４０とにより無接点電力伝送システム２００が構成される。なお、本実施形態の制御装置２０、送電装置１０は図１の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【００１０】
送電装置１０は、送電用の１次コイルＬ１、送電回路１２、制御装置２０を含む。送電装置１０は、受電装置４０へ無接点で電力を伝送する装置である。具体的には送電装置１０は、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２の電磁的結合により受電装置４０に対して電力を伝送する。受電装置４０は、２次コイルＬ２、制御装置５０を含む。受電装置４０は、上記の電磁的結合により送電装置１０から送電される電力を受電し、その受電した電力を例えばバッテリーや回路へ供給する装置である。送電側の制御装置２０及び受電側の制御装置５０は、例えば半導体のＩＣ（Integrated Circuit）により実現できる。
【００１１】
送電装置１０の制御装置２０は、制御回路２４、通信回路３０を含む。また制御装置２０はレジスター２８を更に含むことができる。送電装置１０の送電回路１２は、電源電圧制御回路１４、送電ドライバー１８を含む。
【００１２】
受電装置４０の制御装置５０は、受電回路５２、通信回路４６を含む。受電回路５２は整流回路５３を含み、通信回路４６は負荷変調回路５６を含む。
【００１３】
受電回路５２は、１次コイルＬ１及び２次コイルＬ２を介して送電ドライバー１８から送電された電力を受電する。具体的には受電回路５２は、２次コイルＬ２により受信した信号を、整流回路５３により整流し、整流電圧ＶＣＣを出力する。
【００１４】
受電側の通信回路４６は、負荷変調回路５６による負荷変調により受電装置４０から送電装置１０へ通信データを送信する。負荷変調は、受電側の負荷を変動させることにより、１次コイルＬ１に流れる電流の振幅を変動させて変調する手法である。送電側の通信回路３０は、ＶＤＤの電源から送電ドライバー１８に流れる電流ＩＤ１を検出することで、受電装置４０からの通信データを受信する。即ち、受電側の負荷変調による電流振幅の変化を検出することで、通信データを受信する。なお通信回路３０が負荷変調による１次コイルＬ１のコイル端電圧をモニターすることなどにより、通信データを受信してもよい。
【００１５】
電源電圧制御回路１４は、送電ドライバー１８が出力する駆動信号の電圧振幅を制御し、それによって１次コイルＬ１からの送電電力を制御する。具体的には、電源電圧制御回路１４は、ＶＤＤの電源から供給される電源電圧のレギュレートを行い、レギュレートした電源電圧を送電ドライバー１８に供給する。通信回路３０は、電源から電源電圧制御回路１４を介して送電ドライバー１８に流れる電流を検出することで、受電装置４０からの通信データを受信する。なお電源電圧制御回路１４により制御される電源電圧の設定は、レジスター２８に記憶されたレジスター値である設定値に基づいて行われる。
【００１６】
そして図１の本実施形態の制御装置２０は、送電ドライバー１８に電源電圧を供給する電源電圧制御回路１４と、を有する送電装置１０に用いられ、送電ドライバー１８と電源電圧制御回路１４を制御する。送電ドライバー１８は、フルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードとが切り替えられるように構成され、送電用の１次コイルＬ１に駆動信号を出力することで、受電装置４０に対して電力を送電する。即ち無接点で電力を送電する。受電装置４０は、受電用の２次コイルＬ２と、２次コイルＬ２に接続されて整流電圧ＶＣＣを生成する整流回路５３を有する。具体的には制御装置２０は、送電ドライバー１８を制御して、送電ドライバー１８に１次コイルＬ１を駆動させる。例えば後述の図１４に示すように、制御回路２４は、プリドライバーであるドライバー制御回路２２を介して送電ドライバー１８を制御する。例えば送電ドライバー１８を構成するトランジスターのゲートに入力される駆動用の制御信号を用いて送電ドライバー１８を制御する。また制御回路２４は、電源電圧制御回路１４を制御して、電源電圧制御回路１４が送電ドライバー１８に供給する電源電圧の設定の制御を行う。この電源電圧の設定の制御は、レジスター２８に記憶された設定値に基づいて行われる。
【００１７】
また制御装置２０は、通信回路３０と制御回路２４を含む。そして通信回路３０は、受電用の２次コイルＬ２と２次コイルＬ２に接続される整流回路５３とを有する受電装置４０からの通信データを受信する。例えば受電側の通信回路４６の負荷変調回路５６が、負荷変調により通信データを送信した場合に、送電側の通信回路３０がこの通信データを受信する。例えば電源から送電ドライバー１８に流れる電流ＩＤ１についての負荷変調による電流振幅の変化を検出することで、通信データを受信する。なお通信データの通信は、このような負荷変調を用いるものには限定されない。例えば通信回路３０、４６として近接無線の通信デバイスを設けて、通信を行ったり、１次コイルＬ１及び２次コイルＬ２とは別個に通信用のコイルを設けて、通信を行うようにしてもよい。
【００１８】
また送電ドライバー１８は、フルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードとが切り替えられるように構成される。例えば後述の図４、図５で説明するように、送電ドライバー１８は、駆動モードとしてフルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードとを有しており、フルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードとが切り替え可能になっている。即ち送電ドライバー１８は、フルブリッジ駆動モードで１次コイルＬ１を駆動できると共に、ハーフブリッジ駆動モードで１次コイルＬ１を駆動できる。具体的には送電ドライバー１８は、フルブリッジ駆動モードでは、第１の期間において、１次コイルＬ１の一端側から他端側の方向である第１の電流方向で１次コイルＬ１に駆動電流を流す。そして第１の期間に続く第２の期間において、１次コイルＬ１の他端側から一端側の方向である第２の電流方向で１次コイルＬ１に駆動電流を流す。一方、送電ドライバー１８は、ハーフブリッジ駆動モードでは、第３の期間において、第１の電流方向で１次コイルＬ１に駆動電流を流し、第３の期間に続く第４の期間では、駆動電流をオフにする。フルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードの切り替えは、例えば送電ドライバー１８を構成するトランジスターのゲートに入力される制御信号の設定により実現できる。
【００１９】
通信回路３０は、受電側の整流回路５３により整流された整流電圧ＶＣＣの情報である整流電圧情報を通信データとして受信する。即ち、受電回路５２の整流回路５３は、２次コイルＬ２が受電した信号を整流して、整流電圧ＶＣＣを生成する。そして受電側の通信回路４６は、この整流電圧ＶＣＣを特定するための情報である整流電圧情報を送信する。例えば負荷変調回路５６の負荷変調により整流電圧情報を送信する。送電側の通信回路３０は、この送信された整流電圧情報を受信する。一例としては、電源から送電ドライバー１８に流れる電流ＩＤ１を検出することで、受電装置４０からの整流電圧情報を受信する。或いは近接無線通信デバイスや通信用の別個のコイルを用いて整流電圧情報を受信してもよい。
【００２０】
そして制御回路２４は、受信した整流電圧情報に応じて、フルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードとを切り替える。例えば制御回路２４は、整流電圧情報により表される整流電圧ＶＣＣが高いと判断される場合には、送電ドライバー１８の駆動モードをフルブリッジ駆動モードからハーフブリッジ駆動モードに切り替え、整流電圧ＶＣＣが低いと判断される場合には、ハーフブリッジ駆動モードからフルブリッジ駆動モードに切り替える。
【００２１】
このように、整流電圧情報に応じてハーフブリッジ駆動モードとフルブリッジ駆動モードの切り替えを行うことで、例えば１次コイルＬ１と２次コイルＬ２のコイル間距離が遠い場合には、フルブリッジ駆動モードで１次コイルＬ１を駆動し、コイル間距離が近い場合には、ハーフブリッジ駆動モードで１次コイルＬ１を駆動するというような駆動制御が可能になる。これにより、コイル間距離が遠い場合に、送電能力が高いフルブリッジ駆動モードで駆動することで、適切な電力伝送が可能になり、コイル間距離についての位置自由度を向上できる。位置自由度は位置余裕度とも呼ばれる。一方、コイル間距離が近い場合には、送電能力が低いハーフブリッジ駆動モードで駆動することで、受電側での余分な発熱を抑制できるようになる。従って、位置自由度の向上と発熱の抑制とを両立して実現できるようになる。なお制御回路２４は、整流電圧情報に直接に基づいて、フルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードの切り替え制御を行ってもよいし、整流電圧情報に応じて変化する送電ドライバー１８の電源電圧の設定制御などにより、フルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードの切り替え制御を行ってもよい。
【００２２】
例えば制御回路２４は、送電ドライバー１８の電源電圧を、整流電圧情報に応じて制御し、電源電圧に基づいて、フルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードとを切り替える。例えば制御回路２４は、整流電圧情報に応じて変化する送電ドライバー１８の電源電圧に基づいて、フルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードとを切り替える。例えば本実施形態では、送電ドライバー１８に供給される電源電圧を、通信回路３０での整流電圧情報の検出結果に応じて変化させる制御が、電源電圧制御回路１４により行われる。例えば電源電圧制御回路１４は、受電側の整流電圧ＶＣＣが高くなったと判断された場合には、送電ドライバー１８に供給される電源電圧を低下させ、整流電圧ＶＣＣが低くなったと判断された場合には、電源電圧を上昇させる制御を行う。具体的には整流電圧ＶＣＣが第１のターゲット電圧より高くなったときに、送電ドライバー１８に供給される電源電圧を低下させ、整流電圧ＶＣＣが第１のターゲット電圧よりも低い第２のターゲット電圧未満になったときに、電源電圧を上昇させる。即ち整流電圧ＶＣＣが一定になるように、送電ドライバー１８に供給される電源電圧が制御される。具体的には、整流電圧ＶＣＣが所定の電圧範囲内に収まるように電源電圧が制御される。そして制御回路２４は、このように制御される電源電圧をモニターし、電源電圧に基づいて、フルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードとを切り替える。
【００２３】
このようにすれば、整流電圧ＶＣＣが例えば一定になるように電源電圧を制御しながら、当該電源電圧をモニターすることでフルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードを切り替える制御を実現できるようになる。これにより、整流電圧ＶＣＣを直接にモニターして駆動モードの切り替え制御を行う場合に比べて、簡素な制御処理で、駆動モードの適切な切り替え制御を実現できるようになる。
【００２４】
また本実施形態では制御回路２４は、フルブリッジ駆動モードにおいて、電源電圧が第１のしきい値電圧未満になったときに、フルブリッジ駆動モードからハーフブリッジ駆動モードに切り替える。例えば１次コイルＬ１と２次コイルＬ２のコイル間距離が近づいた場合に、何ら制御が行われないと整流電圧ＶＣＣが上昇してしまうが、本実施形態では電源電圧制御回路１４により、送電ドライバー１８に供給される電源電圧を低下させる制御が行われる。このようにすることで整流電圧ＶＣＣを一定にする制御が実現される。そして、このようにコイル間距離が近づくことで、電源電圧が低下して行き、電源電圧が第１のしきい値電圧未満になると、制御回路２４は、送電ドライバー１８の駆動モードを、フルブリッジ駆動モードからハーフブリッジ駆動モードに切り替える。
【００２５】
このようにすれば、コイル間距離が近づくことで低下する電源電圧をモニターして、フルブリッジ駆動モードからハーフブリッジ駆動モードに切り替える制御を実現できるようになる。これにより、コイル間距離が短いのにフルブリッジ駆動モードの駆動が行われて、受電側で余分な発熱が生じるのを防止できるようになる。
【００２６】
また本実施形態では制御回路２４は、ハーフブリッジ駆動モードにおいて、電源電圧が第２のしきい値電圧より高くなったときに、ハーフブリッジ駆動モードからフルブリッジ駆動モードに切り替える。例えば１次コイルＬ１と２次コイルＬ２のコイル間距離が遠くなった場合に、何ら制御が行われないと整流電圧ＶＣＣが低下してしまうが、本実施形態では電源電圧制御回路１４が、送電ドライバー１８に供給される電源電圧を上昇させる制御を行う。このようにすることで整流電圧ＶＣＣを一定にする制御が実現される。そして、このようにコイル間距離が遠くなることで、電源電圧が上昇して行き、電源電圧が第１のしきい値電圧より高くなると、制御回路２４は、送電ドライバー１８の駆動モードを、ハーフブリッジ駆動モードからフルブリッジ駆動モードに切り替える。
【００２７】
このようにすれば、コイル間距離が遠くなることで上昇する電源電圧をモニターして、ハーフブリッジ駆動モードからフルブリッジ駆動モードに切り替える制御を実現できるようになる。これにより、コイル間距離が遠くなった場合に、フルブリッジ駆動モードで駆動することで、適正な電力伝送が可能になり、コイル間距離についての位置自由度を向上できるようになる。
【００２８】
また本実施形態の受電装置４０は、送電用の１次コイルＬ１と、フルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードとが切り替えられるように構成された送電ドライバー１８と、電源電圧制御回路１４とを有する送電装置１０から電力を受電する。この受電装置４０は、受電用の２次コイルＬ２と、２次コイルＬ２に接続されて整流電圧ＶＣＣを生成する整流回路５３と、通信回路４６を含む。そして通信回路４６は、整流電圧ＶＣＣに応じてフルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードとを切り替える指示を、送電装置１０に送信する。このような切り替えの指示を、送電装置１０に送信することで、送電ドライバー１８の駆動モードが、整流電圧ＶＣＣに応じて、フルブリッジ駆動モードからハーフブリッジ駆動モードに切り替わったり、ハーフブリッジ駆動モードからフルブリッジ駆動モードに切り替わるようになり、位置自由度の向上と発熱の抑制とを両立して実現できるようになる。
【００２９】
図２は、２つの受電装置４０、４１に送電する場合の制御装置２０、送電装置１０の構成例である。送電装置１０は、１次コイルＬ１Ａ、Ｌ１Ｂ、送電回路１２、制御装置２０を含む。制御装置２０は、制御回路２４、通信回路３０、３３を含む。送電回路１２は、電源電圧制御回路１４、１５と、電源電圧制御回路１４、１５からの電源電圧が供給され、１次コイルＬ１Ａ、Ｌ１Ｂを駆動する送電ドライバー１８、１９を含む。受電装置４０は、１次コイルＬ１Ａに電磁結合される２次コイルＬ２Ａと、制御装置５０を含む。制御装置５０は、２次コイルＬ２Ａが受信した信号を整流して整流電圧ＶＣＣＡを出力する受電回路５２と、通信回路４６を含む。受電装置４１は、１次コイルＬ１Ｂに電磁結合される２次コイルＬ２Ｂと、制御装置５１を含む。制御装置５１は、２次コイルＬ２Ｂが受信した信号を整流して整流電圧ＶＣＣＢを出力する受電回路５５と、通信回路４７を含む。１次コイルＬ１Ａ、２次コイルＬ２Ａ、整流電圧ＶＣＣＡは、図１の１次コイルＬ１、２次コイルＬ２、整流電圧ＶＣＣに対応する。
【００３０】
図２では、送電装置１０は、１次コイルＬ１Ａと２次コイルＬ２Ａの電磁結合により受電装置４０に電力を伝送し、１次コイルＬ１Ｂと２次コイルＬ２Ｂの電磁結合により受電装置４１に電力を伝送する。受電側の通信回路４６、４７は負荷変調等により通信データを送電装置１０に送信する。送電側の通信回路３０は、電源から送電ドライバー１８に流れる電流を検出することで、受電装置４０からの通信データを受信する。送電側の通信回路３３は、電源から送電ドライバー１９に流れる電流を検出することで、受電装置４１からの通信データを受信する。制御回路２４は、送電ドライバー１８、１９の制御と、電源電圧制御回路１４、１５の制御を行う。図２の構成によれば、１つの送電装置１０を用いて、複数の受電装置４０、４１への無接点電力伝送を実現できる。また複数の送電ドライバー１８、１９等を１つの制御回路２４により制御できる。
【００３１】
また図２の構成では、送電ドライバー１８、１９は、フルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードとが切り替えられるように構成されている。通信回路３０は、受電装置４０での整流電圧ＶＣＣＡの情報を受信し、通信回路３３は、受電装置４１での整流電圧ＶＣＣＢの情報を受信する。そして制御回路２４は、受電装置４０での整流電圧ＶＣＣＡの情報に応じて、送電ドライバー１８でのフルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードの切り替え制御を行う。また制御回路２４は、受電装置４１での整流電圧ＶＣＣＢの情報に応じて、送電ドライバー１９でのフルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードの切り替え制御を行う。このようにすることで受電装置４０、４１の両方において、発熱の抑制と位置自由度の向上を実現できるようになる。
【００３２】
図３は、本実施形態の無接点電力伝送システム２００の一例である。無接点電力伝送システム２００は、送電側の電子機器である充電器５００と、受電側の第１、第２の電子機器である電子機器５１０、５１２を含む。充電器５００は、１次コイルＬ１Ａ、Ｌ１Ｂと送電回路１２と制御装置２０を有する送電装置１０を含む。このように本実施形態の電子機器である充電器５００は、送電側の制御装置２０を含む。また受電側の電子機器５１０は、２次コイルＬ２Ａと制御装置５０を有する受電装置４０を含み、受電側の電子機器５１２は、２次コイルＬ２Ｂと制御装置５１を有する受電装置４１を含む。
【００３３】
充電器５００には、１次コイルＬ１Ａからの電力信号により充電される電子機器５１０を配置するための配置部５２０と、１次コイルＬ１Ｂからの電力信号により充電される電子機器５１２を配置するための配置部５２２と、が設けられている。具体的には、電子機器５１０、５１２を差し込むための２つの凹部が、充電器５００の筐体において並んで設けられており、その２つの凹部が配置部５２０、５２２に相当する。凹部に対して電子機器５１０、５１２を差し込む方向を第１の方向ＤＴ１とする場合、その第１の方向ＤＴ１に交差する第２の方向ＤＴ２側の凹部の壁に１次コイルＬ１Ａ、Ｌ１Ｂが設けられる。そして電子機器５１０、５１２には２次コイルＬ２Ａ、Ｌ２Ｂが設けられる。１次コイルＬ１Ａ、Ｌ１Ｂ、２次コイルＬ２Ａ、Ｌ２Ｂは、例えば平面コイルであり、電子機器５１０、５１２を凹部に差し込んだ場合に、１次コイルＬ１Ａ、Ｌ１Ｂと２次コイルＬ２Ａ、Ｌ２Ｂが向かい合うようになっている。即ち、１次コイルＬ１Ａ、Ｌ１Ｂ、２次コイルＬ２Ａ、Ｌ２Ｂの軸が第２の方向ＤＴ２に略平行になっている。
【００３４】
なお充電器５００の電源は、ＵＳＢによる電源であってもよい。また図３の電子機器５１０、５１２としては種々の機器を想定できる。例えば補聴器、ワイヤレスヘッドホン、腕時計、生体情報の測定装置、携帯情報端末、コードレス電話器、シェーバー、電動歯ブラシ、リスト型コンピューター、ハンディターミナル、車載用機器、ハイブリッド車、電気自動車、電動バイク、或いは電動自転車などの種々の電子機器を想定できる。腕時計はスマートウォッチであってもよく、生体情報の測定装置としては、脈波等を測定するウェアラブル機器などがある。携帯情報端末はスマートフォンや携帯電話機などである。電子機器５１０、５１２の組み合わせとしては、同種の電子機器であってもよいし、異種の電子機器であってもよい。例えば、電子機器５１０、５１２は、右耳用と左耳用の補聴器である。或いは、電子機器５１０、５１２は、右耳用と左耳用のワイヤレスヘッドホンである。或いは、電子機器５１０、５１２の一方は腕時計又は生体情報の測定装置であり、他方は携帯情報端末である。また本実施形態の制御装置２０を含む電子機器は、専用の充電器５００には限定されず、充電機能以外の機能を有する機器であってもよい。例えば本実施形態の制御装置２０は、車、飛行機、バイク、自転車、或いは船舶等の種々の移動体に組み込むことができる。移動体は、例えばモーターやエンジン等の駆動機構、ハンドルや舵等の操舵機構、車載機器である各種の電子機器を備えて、地上や空や海上を移動する機器・装置である。この場合に、移動体が備える電子機器が、本実施形態の制御装置２０を含む電子機器になる。
【００３５】
図４は送電ドライバー１８のフルブリッジ駆動モードについての説明図であり、図５はハーフブリッジ駆動モードについての説明図である。送電ドライバー１８はトランジスターＴＡ１、ＴＡ２、ＴＡ３、ＴＡ４を含む。トランジスターＴＡ１、ＴＡ２、ＴＡ３、ＴＡ４は、各々、第１のトランジスター、第２のトランジスター、第３のトランジスター、第４のトランジスターである。例えばトランジスターＴＡ１、ＴＡ３はＰ型のトランジスターであり、トランジスターＴＡ２、ＴＡ４はＮ型のトランジスターである。
【００３６】
トランジスターＴＡ１は、高電位側電源のノードであるＶＨのノードと、１次コイルＬ１の一端が結合される接続ノードＮＡ１との間に結合される。具体的には１次コイルＬ１の一端と接続ノードＮＡ１とはキャパシターＣＡ１を介して接続される。接続ノードＮＡ１は第１の接続ノードであり、ＶＨは電源電圧制御回路１４が送電ドライバー１８に供給する電源電圧である。トランジスターＴＡ２は、接続ノードＮＡ１と、低電位側電源のノードであるＶＳＳのノードとの間に結合される。トランジスターＴＡ１、ＴＡ２はＶＨのノードとＶＳＳのノードの間に直列に設けられる。トランジスターＴＡ３は、ＶＨのノードと、１次コイルＬ１の他端が結合される接続ノードＮＡ２との間に結合される。接続ノードＮＡ２は第２の接続ノードである。トランジスターＴＡ４は、接続ノードＮＡ２とＶＳＳのノードとの間に結合される。
【００３７】
そして制御回路２４は、フルブリッジ駆動モードでは、図４に示すように、第１の期間においてトランジスターＴＡ１、ＴＡ４をオンにして、ＶＨのノードからトランジスターＴＡ１、１次コイルＬ１及びトランジスターＴＡ４を介してＶＳＳのノードに駆動電流ＩＦＤ１を流す制御を行う。このとき、トランジスターＴＡ２、ＴＡ３はオフになっている。また制御回路２４は、第２の期間においてトランジスターＴＡ２、ＴＡ３をオンにして、ＶＨのノードからトランジスターＴＡ３、１次コイルＬ１及びトランジスターＴＡ２を介してＶＳＳのノードに駆動電流ＩＦＤ２を流す制御を行う。このとき、トランジスターＴＡ１、ＴＡ４はオフになっている。このようにすることで、第１の期間では、第１の電流方向で１次コイルＬ１に駆動電流ＩＦＤ１が流れ、第２の期間では、第１の電流方向と逆方向の第２の電流方向で１次コイルＬ１に駆動電流ＩＦＤ２が流れるようになり、フルブリッジ駆動モードを実現できるようになる。第２の期間は第１の期間に続く期間であり、第１の期間と第２の期間は交互に繰り返される。なお第１の期間と第２の期間の間にオーバーラップ期間があってもよい。
【００３８】
一方、ハーフブリッジ駆動モードでは、図５に示すように、第３の期間においてトランジスターＴＡ１、ＴＡ４をオンにして、ＶＨのノードからトランジスターＴＡ１、１次コイルＬ１及びトランジスターＴＡ４を介してＶＳＳのノードに駆動電流ＩＨＤを流す制御を行う。そして第４の期間においてトランジスターＴＡ１、ＴＡ４をオフにする。このようにすることで、第３の期間においてだけ、第１の電流方向で１次コイルＬ１に駆動電流ＩＨＤが流れるようになり、ハーフブリッジ駆動モードを実現できるようになる。なお第４の期間は第３の期間に続く期間であり、第３の期間と第４の期間は交互に繰り返される。
【００３９】
例えばトランジスターＴＡ１、ＴＡ２、ＴＡ３、ＴＡ４のゲートには、制御信号ＤＲＰ１、ＤＲＮ１、ＤＲＰ２、ＤＲＮ２が入力される。制御信号ＤＲＰ１、ＤＲＮ１、ＤＲＰ２、ＤＲＮ２は制御回路２４により設定される信号であり、具体的には後述の図１４のドライバー制御回路２２から出力される信号である。そしてフルブリッジ駆動モードでは、第１の期間において制御信号ＤＲＰ１、ＤＲＮ２をアクティブにすることで、トランジスターＴＡ１、ＴＡ４をオンにし、第２の期間において制御信号ＤＲＮ１、ＤＲＰ２をアクティブにすることで、トランジスターＴＡ２、ＴＡ３をオンにする。一方、ハーフブリッジ駆動モードでは、第３の期間において制御信号ＤＲＰ１、ＤＲＮ２をアクティブにすることで、トランジスターＴＡ１、ＴＡ４をオンにし、第４の期間において制御信号ＤＲＰ１、ＤＲＮ２を非アクティブにすることで、トランジスターＴＡ１、ＴＡ４をオフにする。
【００４０】
このように図４、図５の送電ドライバー１８によれば、制御信号ＤＲＰ１、ＤＲＮ１、ＤＲＰ２、ＤＲＮ２によりトランジスターＴＡ１、ＴＡ２、ＴＡ３、ＴＡ４のオン、オフを制御することで、簡素な構成及びシーケンスで、フルブリッジ駆動モードによる駆動と、ハーフブリッジ駆動モードによる駆動を実現でき、これらの駆動モードの切り替えも実現できるようになる。
【００４１】
２．駆動モードの切り替え
図６は、フルブリッジ駆動モード、ハーフブリッジ駆動モードにおけるコイル間距離と整流電圧の関係を示す図である。図６のＥ１に示すように、コイル間距離が遠くなると、ハーフブリッジ駆動モードでは整流電圧ＶＣＣが低下し、送電電力が低下してしまい、位置自由度が低下する。従って、広い制御範囲ＣＡＲにおいて、送電電力の低下を抑制できる電力制御を実現できないという問題がある。一方、図６のＥ２に示すように、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２のコイル間距離が接近すると、フルブリッジ駆動モードでは整流電圧ＶＣＣが一定に保たれなくなって、上昇してしまう。このように整流電圧ＶＣＣが高い状態では、余剰電力が熱に変わってしまい、受電側の制御装置５０のＩＣなどにおいて発熱が生じてしまう。
【００４２】
図７はフルブリッジ駆動モードにおける受電電力の余剰電力による発熱の問題の説明図である。受電側から送電側に対して、整流電圧情報が負荷変調により通信され、送電側は、受信した整流電圧情報を用いて送電電力の制御を行う。そしてフルブリッジ駆動モードにおいて、コイル間距離が遠い場合には、受電電力は受電側の制御装置５０のＩＣにおいて消費される。ところが、コイル間距離が近くなると、受電電力の一部が、制御装置５０のＩＣで消費されずに、余剰電力として熱に変わり、これにより受電側において発熱が生じる。このような受電側での発熱は、図３に示すような無接点電力伝送システム２００において好ましくない事態である。一方、補聴器やイヤホーンなどである電子機器５１０、５１２を、充電器５００により充電する場合に、コイル間距離における位置自由度が低いと、配置部５２０、５２２での電子機器５１０、５１２の配置にズレが生じると、適正な電力伝送ができなくなるという課題がある。
【００４３】
そこで本実施形態では、受電側の整流電圧情報を通信データとして受信し、整流電圧情報に応じて、フルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードとを切り替えている。図８は、フルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードの切り替え手法の説明図である。
【００４４】
図８のＧ１ではフルブリッジ駆動モードによる駆動が行われている。そしてコイル間距離が近づいていくと、整流電圧ＶＣＣが一定になるように、送電ドライバー１８に供給される電源電圧ＶＨが制御される。具体的には整流電圧ＶＣＣがターゲット電圧ＶＴＧＨ付近の電圧になるように電源電圧ＶＨが制御される。これにより、Ｇ１に示すようにコイル間距離が近づくにつれて電源電圧ＶＨが低くなっていく。
【００４５】
また図８のＧ４ではハーフブリッジ駆動モードによる駆動が行われている。そしてコイル間距離が遠くなっていくと、整流電圧ＶＣＣが一定になるように、電源電圧ＶＨが制御される。具体的には整流電圧ＶＣＣがターゲット電圧ＶＴＧＬ付近の電圧になるように電源電圧ＶＨが制御される。これにより、Ｇ４に示すようにコイル間距離が遠くなるにつれて電源電圧ＶＨが高くなっていく。
【００４６】
そして本実施形態では、整流電圧情報に応じて変化する送電ドライバー１８の電源電圧ＶＨに基づいて、フルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードの切り替え制御を行う。具体的には図８のＧ２に示すように、フルブリッジ駆動モードにおいて、電源電圧ＶＨがしきい値電圧ＶＦＨ未満になったときに、フルブリッジ駆動モードからハーフブリッジ駆動モードに切り替える。しきい値電圧ＶＦＨは、第１のしきい値電圧であり、フルブリッジ駆動モードからハーフブリッジ駆動モードへの切り替えの判定電圧である。そしてＧ３では、ハーフブリッジ駆動モードにおいて、整流電圧情報に基づく電源電圧ＶＨの制御が行われる。具体的には、コイル間距離が近づいていくと、整流電圧ＶＣＣが一定になるように電源電圧ＶＨが制御される。
【００４７】
また図８のＧ５に示すように、ハーフブリッジ駆動モードにおいて、電源電圧ＶＨがしきい値電圧ＶＨＦより高くなったときに、ハーフブリッジ駆動モードからフルブリッジ駆動モードに切り替える。しきい値電圧ＶＨＦは、第２のしきい値電圧であり、ハーフブリッジ駆動モードからフルブリッジ駆動モードへの切り替えの判定電圧である。そしてＧ６では、フルブリッジ駆動モードにおいて、整流電圧情報に基づく電源電圧ＶＨの制御が行われる。具体的には、コイル間距離が遠くなっていくと、整流電圧ＶＣＣが一定になるように電源電圧ＶＨが制御される。
【００４８】
このように本実施形態によれば、コイル間距離が遠い場合には、図８のＧ１、Ｇ６に示すようにフルブリッジ駆動モードにより１次コイルＬ１が駆動されるため、位置自由度を向上できる。即ち図６のＥ１に示すように、ハーフブリッジ駆動モードでは、コイル間距離が遠い場合に整流電圧ＶＣＣを一定に保つ制御ができなくなる。これに対して、Ｅ３に示すように、フルブリッジ駆動モードによれば、コイル間距離が遠い場合にも整流電圧ＶＣＣを一定に保つことができる。従って、コイル間距離が遠い場合にハーフブリッジ駆動モードからフルブリッジ駆動モードに切り替える本実施形態の手法によれば、図６の制御範囲ＣＡＲを広げることが可能になり、位置自由度を向上できる。
【００４９】
また本実施形態によれば、コイル間距離が近い場合には、図８のＧ３、Ｇ４に示すようにハーフブリッジ駆動モードにより１次コイルＬ１が駆動されるため、受電側での発熱を抑制できる。即ち図６のＥ２に示すように、フルブリッジ駆動モードでは、コイル間距離が近い場合に整流電圧ＶＣＣが上昇してしまい、余剰電力が熱に変わることで、受電側において発熱が生じてしまう。これに対して、Ｅ４に示すように、ハーフブリッジ駆動モードによれば、コイル間距離が近い場合にも整流電圧ＶＣＣが一定に保たれ、発熱が抑制される。従って、コイル間距離が近い場合にフルブリッジ駆動モードからハーフブリッジ駆動モードに切り替える本実施形態の手法によれば、余剰電力が熱に変わって発熱が発生する事態を抑制できるようになる。
【００５０】
例えば無接点電力伝送によるワイヤレス給電が可能な機器では、ユーザーが気軽に充電できることが商品価値になるため、図３の充電器５００と電子機器５１０、５１２のかみ合わせを緩い構造とする場合がある。例えば図３では、電子機器５１０、５１２を収納するためのソケットである配置部５２０、５２２が充電器５００に設けられているが、配置部５２０、５２２の凹部の幅等が、電子機器５１０、５１２の幅等よりも大きくなる構造にする。しかしながら、このような構造にすると、電子機器５１０、５１２が、ソケットである配置部５２０、５２２内で倒れてしまうなどして、コイル間距離が変わってしまう場合がある。例えば充電器５００が置かれているテーブル等に物がぶつかったり、地震等が発生した場合に、電子機器５１０、５１２が配置部５２０、５２２内で動いてしまい、コイル間距離が変動する。このような場合にも本実施形態によれば、発熱が抑制されると共に位置自由度が高くなるため、発熱による充電停止や送電不足を防ぐことができ、安定したワイヤレス充電が可能になる。また本実施形態では、充電中に、電子機器５１０、５１２と充電器５００の距離が離れてしまった場合にも、フルブリッジ駆動モードに切り替わることで、電力の送電量を増やすことができる。従って、例えば前日の晩に電子機器５１０、５１２を充電器５００にセットしたのに、翌朝に充電が十分にできていないような事態も防止できる。特に補聴器では充電不足はユーザーにとって好ましくない。例えば補聴器はウェアラブル機器であるため、外出中にモバイルバッテリーなどにより充電できないからである。また整流電圧自体ではなく、電源電圧ＶＨに基づいて駆動モードの切り替えを行えば、駆動モードの切り替えの判定も容易である。また本実施形態によれば、位置自由度等が高いため、電源がＵＳＢによる電源であっても急速充電等が可能であるという利点もある。
【００５１】
また本実施形態では、図８のＧ２に示すようにフルブリッジ駆動モードからハーフブリッジ駆動モードに切り替える前に、Ｇ７に示すように、電源電圧ＶＨを、しきい値電圧ＶＦＨよりも高い電圧ＶＨＳＴに設定する。電圧ＶＨＳＴは、第１の電圧であり、フルブリッジ駆動モードからハーフブリッジ駆動モードに切り替わった際の電源電圧ＶＨのスタート電圧である。送電能力が高いフルブリッジ駆動モードから送電能力が低いハーフブリッジ駆動モードに切り替わると、受電電力が急激に低下することにより、整流電圧ＶＣＣが急激に低下する現象が発生する。このような整流電圧ＶＣＣの急激な低下は、受電側でのバッテリー等への給電において好ましくなく、安定した電力の給電の妨げとなる。そこで本実施形態では、フルブリッジ駆動モードからハーフブリッジ駆動モードに切り替える前に、Ｇ７に示すように電源電圧ＶＨを、しきい値電圧ＶＦＨよりも高い電圧ＶＨＳＴに設定する。そして電圧ＶＨＳＴをスタート電圧として、整流電圧情報に基づく電源電圧ＶＨの制御を開始するようにする。このようにすることで、Ｇ８に示すように、フルブリッジ駆動モードからハーフブリッジ駆動モードへの切り替わりの際に整流電圧ＶＣＣが急激に低下してしまう事態を抑制でき、受電側での安定した電力の給電等を実現できるようになる。
【００５２】
また本実施形態では、Ｇ５に示すようにハーフブリッジ駆動モードからフルブリッジ駆動モードに切り替える前に、Ｇ９に示すように、電源電圧ＶＨを、しきい値電圧ＶＨＦよりも低い電圧ＶＦＳＴに設定する。電圧ＶＦＳＴは、第２の電圧であり、ハーフブリッジ駆動モードからフルブリッジ駆動モードに切り替わった際の電源電圧ＶＨのスタート電圧である。送電能力が低いハーフブリッジ駆動モードから送電能力が高いフルブリッジ駆動モードに切り替わると、受電電力が急激に増加することにより、整流電圧ＶＣＣが急激に上昇する現象が発生する。このような整流電圧ＶＣＣの急激な上昇は、受電側でのバッテリー等への給電において好ましくなく、安定した電力の給電の妨げとなる。そこで本実施形態では、ハーフブリッジ駆動モードからフルブリッジ駆動モードに切り替える前に、Ｇ９に示すように電源電圧ＶＨを、しきい値電圧ＶＨＦよりも低い電圧ＶＦＳＴに設定する。そして電圧ＶＦＳＴをスタート電圧として、整流電圧情報に基づく電源電圧ＶＨの制御を開始するようにする。このようにすることで、Ｇ１０に示すように、ハーフブリッジ駆動モードからフルブリッジ駆動モードへの切り替わりの際に整流電圧ＶＣＣが急激に上昇してしまう事態を抑制でき、受電側での安定した電力の給電等を実現できるようになる。また受電側において整流電圧ＶＣＣが過電圧になってしまう事態を防止できる。
【００５３】
図９は、駆動モードの切り替えのしきい値電圧ＶＨＦ、ＶＦＨと、切り替え時のスタートの電圧ＶＦＳＴ、ＶＨＳＴの電位関係を示す図である。図８のＧ２に示すように本実施形態では、フルブリッジ駆動モードにおいて、電源電圧ＶＨがしきい値電圧ＶＦＨ未満になったときに、フルブリッジ駆動モードからハーフブリッジ駆動モードに切り替える。またＧ５に示すように、ハーフブリッジ駆動モードにおいて、電源電圧ＶＨがしきい値電圧ＶＨＦより高くなったときに、ハーフブリッジ駆動モードからフルブリッジ駆動モードに切り替える。そして図８のＧ７に示すように、フルブリッジ駆動モードからハーフブリッジ駆動モードに切り替える前に、電源電圧ＶＨを、しきい値電圧ＶＦＨよりも高い電圧ＶＨＳＴに設定する。この時に本実施形態では、図９に示すように、ＶＨＳＴ＜ＶＨＦの関係が成り立つようにしている。即ち本実施形態では、フルブリッジ駆動モードからハーフブリッジ駆動モードに切り替える前に、電源電圧ＶＨを、しきい値電圧ＶＦＨから電圧ＶＨＳＴに上昇させるが、電圧ＶＨＳＴがしきい値電圧ＶＨＦよりも高くなってしまうと、ハーフブリッジ駆動モードからフルブリッジ駆動モードに切り替わってしまう。この結果、フルブリッジ駆動モードからハーフブリッジ駆動モードに切り替わった後、直ぐにハーフブリッジ駆動モードからフルブリッジ駆動モードに切り替わるというように、駆動モードが交互に切り替わってしまう不具合が発生してしまう。この点、上述したようにＶＨＳＴ＜ＶＨＦというような電位関係に設定すれば、このような不具合が発生するのを防止できるようになる。なお図９の電圧範囲ＲＧＶＨは電源電圧ＶＨの設定電圧範囲である。
【００５４】
また本実施形態では図８のＧ９に示すように、ハーフブリッジ駆動モードからフルブリッジ駆動モードに切り替える前に、電源電圧ＶＨを、しきい値電圧ＶＨＦよりも低い電圧ＶＦＳＴに設定する。この時に本実施形態では、図９に示すように、ＶＦＳＴ＞ＶＦＨの関係が成り立つようにしている。即ち本実施形態では、ハーフブリッジ駆動モードからフルブリッジ駆動モードに切り替える前に、電源電圧ＶＨを、しきい値電圧ＶＨＦから電圧ＶＦＳＴに低下させるが、電圧ＶＦＳＴがしきい値電圧ＶＦＨよりも小さくなってしまうと、フルブリッジ駆動モードからハーフブリッジ駆動モードに切り替わってしまう。この結果、ハーフブリッジ駆動モードからフルブリッジ駆動モードに切り替わった後、直ぐにフルブリッジ駆動モードからハーフブリッジ駆動モードに切り替わるというように、駆動モードが交互に切り替わってしまう不具合が発生してしまう。この点、上述したようにＶＦＳＴ＞ＶＦＨというような電位関係に設定すれば、このような不具合が発生するのを防止できるようになる。
【００５５】
図１０に図１のレジスター２８の設定例を示す。ＶＭＩＮＳＥＴは、駆動電圧である電源電圧ＶＨの最小設定電圧であり、ＶＭＡＸＳＥＴは、電源電圧ＶＨの最大設定電圧である。ＶＭＩＮＳＥＴ〜ＶＭＡＸＳＥＴが、図９の電圧範囲ＲＧＶＨに対応し、電源電圧ＶＨは、ＶＭＩＮＳＥＴ〜ＶＭＡＸＳＥＴの電圧範囲ＲＧＶＨ内の電圧になる。即ち電源電圧ＶＨは、電圧範囲ＲＧＶＨにおいて整流電圧情報に基づいて可変に制御される。
【００５６】
またレジスター２８には、図８、図９で説明した駆動モードの切り替えのしきい値電圧ＶＦＨ、ＶＨＦと、駆動モードの切り替え時のスタート電圧であるＶＨＳＴ、ＶＦＳＴの設定が可能になっている。制御回路２４は、レジスター２８に設定されたＶＦＨ、ＶＨＦ、ＶＨＳＴ、ＶＦＳＴを用いて、フルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードの切り替え制御を行う。即ち、制御回路２４は、制御装置２０を使用するユーザーによりレジスター２８に設定された設定値に基づいて、駆動モードの切り替え制御を行う。
【００５７】
なお、図１０のＡＵＴＯＥＮは、フルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードの自動切り替えのオン、オフを設定するビットである。また図９に示すように、しきい値電圧ＶＦＨは、電圧範囲ＲＧＶＨの下限に対応する最小設定電圧ＶＭＩＮＳＥＴに近い電圧に設定されることになる。一方、しきい値電圧ＶＨＦは、電圧範囲ＲＧＶＨの上限に対応する最大設定電圧ＶＭＡＸＳＥＴに近い電圧に設定されることになる。
【００５８】
以上では、整流電圧情報に応じて変化する送電ドライバー１８の電源電圧ＶＨに基づいて、フルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードとを切り替える手法について主に説明したが、本実施形態はこれに限定されない。例えば図１１では、制御回路２４は、整流電圧情報によって表される整流電圧ＶＣＣが、整流しきい値電圧ＶＴＣ１より高くなったときに、フルブリッジ駆動モードからハーフブリッジ駆動モードに切り替える。また制御回路２４は、整流電圧ＶＣＣが、整流しきい値電圧ＶＴＣ１よりも低い整流しきい値電圧ＶＴＣ２未満になったときに、ハーフブリッジ駆動モードからフルブリッジ駆動モードに切り替える。ここで整流しきい値電圧ＶＴＣ１、ＶＴＣ２は、各々、第１の整流しきい値電圧、第２の整流しきい値電圧である。
【００５９】
このようにすれば、例えばコイル間距離が近づくなどして整流電圧ＶＣＣが上昇し、整流しきい値電圧ＶＴＣ１より高くなったときに、送電ドライバー１８の駆動モードがフルブリッジ駆動モードからハーフブリッジ駆動モードに切り替わるようになる。これにより、コイル間距離の接近による余剰電力が原因で受電側において発熱が生じるのを抑制できるようになる。またコイル間距離が遠くなるなどして整流電圧ＶＣＣが低下し、整流しきい値電圧ＶＴＣ２未満になったときに、送電ドライバー１８の駆動モードがハーフブリッジ駆動モードからフルブリッジ駆動モードに切り替わるようになる。これにより、コイル間距離が遠くなった場合に、送電能力が高いフルブリッジ駆動モードで１次コイルＬ１が駆動されるようになり、位置自由度を向上できるようになる。
【００６０】
また以上では、コイル間距離を表す距離情報として整流電圧情報を用い、整流電圧情報に応じてフルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードとを切り替える場合について説明したが、本実施形態はこれに限定されない。コイル間の距離を表す情報として、整流電圧情報以外の情報を用いてもよい。例えば図１２では、送電ドライバー１８と電源電圧制御回路１４とを制御する送電側の制御装置２０は、制御回路２４を含み、送電ドライバー１８は、フルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードとが切り替えられるように構成されている。そして制御回路２４は、１次コイルＬ１と、送電ドライバー１８からの電力を受電する受電装置４０に設けられる受電用の２次コイルＬ２との間のコイル間距離ＬＤを表す距離情報に応じて、フルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードとを切り替える。コイル間距離ＬＤを表す距離情報としては、整流電圧情報を用いてもよいし、他の情報を用いてもよい。例えば距離検出デバイスを用いてコイル間距離ＬＤを求め、コイル間距離ＬＤ自体に基づいて、フルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードの切り替え制御を行ってもよい。距離検出デバイスとしては、測距センサーを用いてもよいし、近接無線通信デバイスを用いて、電波強度によりコイル間距離ＬＤを求めてもよい。このように距離情報を用いれば、例えばコイル間距離ＬＤが遠い場合には、フルブリッジ駆動モードで１次コイルＬ１を駆動することで、位置自由度の向上を図れるようになる。一方、コイル間距離ＬＤが近い場合には、ハーフブリッジ駆動モードで１次コイルＬ１を駆動することで、余剰電力による発熱を抑制することが可能になる。
【００６１】
３．詳細例
次に本実施形態の詳細例について説明する。図１３は、負荷変調による通信手法の詳細について説明する図である。図１３に示すように、送電側では、送電ドライバーＤＲ１、ＤＲ２が、電源電圧制御回路１４から供給された電源電圧ＶＨに基づいて動作して、１次コイルＬ１を駆動する。送電ドライバーＤＲ１は図４のトランジスターＴＡ１、ＴＡ２により実現され、送電ドライバーＤＲ２はトランジスターＴＡ３、ＴＡ４により実現される。一方、受電側では、２次コイルＬ２のコイル端電圧を受電回路５２の整流回路５３が整流し、ノードＮＶＣに整流電圧ＶＣＣが出力される。なお、１次コイルＬ１とキャパシターＣＡ１により送電側の共振回路が構成され、２次コイルＬ２とキャパシターＣＡ２により受電側の共振回路が構成されている。
【００６２】
受電側では、負荷変調回路５６のスイッチ素子ＳＷをオン及びオフさせることで、電流源ＩＳの電流ＩＤ２をノードＮＶＣからＧＮＤ側に間欠的に流して、受電側の負荷状態を変動させる。送電側では、負荷変調による受電側の負荷状態の変動により、電源ラインに設けられたセンス抵抗ＲＣＳに流れる電流ＩＤ１が変動する。例えば送電側のＶＤＤの電源と電源電圧制御回路１４との間には、電源に流れる電流を検出するためのセンス抵抗ＲＣＳが設けられている。電源電圧制御回路１４は、このセンス抵抗ＲＣＳを介して電源から電源電圧が供給される。そして負荷変調による受電側の負荷状態の変動により、電源からセンス抵抗ＲＣＳに流れる電流ＩＤ１が変動し、通信回路３０が、この電流変動を検出する。そして通信回路３０は、検出結果に基づいて、負荷変調により送信される通信データの検出処理を行う。
【００６３】
図１４は、制御装置２０、５０及びこれを含む送電装置１０、受電装置４０の詳細な構成例である。図１４では、受電装置４０は、送電装置１０が受電した電力に基づいて、負荷８０への給電を行う。負荷８０は、例えばバッテリー９０や電力供給対象１００を含むことができる。
【００６４】
１次コイルＬ１は、２次コイルＬ２と電磁結合して電力伝送用トランスを形成する。例えば電力伝送が必要なときには、図３に示すように充電器５００の上に電子機器５１０、５１２を置き、１次コイルＬ１の磁束が２次コイルＬ２を通るような状態にする。一方、電力伝送が不要なときには、充電器５００と電子機器５１０、５１２を物理的に離して、１次コイルＬ１の磁束が２次コイルＬ２を通らないような状態にする。
【００６５】
送電回路１２は、１次コイルＬ１の一端を駆動する送電ドライバーＤＲ１と、１次コイルＬ１の他端を駆動する送電ドライバーＤＲ２と、電源電圧制御回路１４を含む。また送電回路１２は、１次コイルＬ１と共に共振回路を構成する少なくとも１つのキャパシターを含むことができる。送電ドライバーＤＲ１、ＤＲ２の各々は、例えばパワーＭＯＳトランジスターにより構成されるインバーター回路などにより実現される。これらの送電ドライバーＤＲ１、ＤＲ２は、制御装置２０のドライバー制御回路２２により制御される。即ち、制御回路２４は、ドライバー制御回路２２を介して送電回路１２を制御する。
【００６６】
電源電圧制御回路１４は、送電ドライバーＤＲ１、ＤＲ２に供給される駆動電圧である電源電圧ＶＨを制御する。例えば制御回路２４は、受電側から受信した通信データに基づいて、電源電圧制御回路１４を制御する。これにより、送電ドライバーＤＲ１、ＤＲ２に供給される電源電圧ＶＨが制御されて、例えば送電電力の可変制御等が実現される。この電源電圧制御回路１４は、ＤＣＤＣコンバーターなどにより実現できる。即ち電源電圧制御回路１４は、電源からの電源電圧の昇圧動作を行って、送電ドライバー用の電源電圧ＶＨを生成して、送電ドライバーＤＲ１、ＤＲ２に供給する。
【００６７】
送電側の制御装置２０は、送電側の各種制御を行うものであり、半導体ＩＣである集積回路装置などにより実現できる。制御装置２０は、ドライバー制御回路２２、制御回路２４、電源電圧設定回路２６、レジスター２８、通信回路３０、クロック生成回路３７、発振回路３８を含む。なお送電回路１２を制御装置２０に内蔵させるなどの変形実施も可能である。
【００６８】
プリドライバーであるドライバー制御回路２２は、送電ドライバーＤＲ１、ＤＲ２を制御する。例えばドライバー制御回路２２は、送電ドライバーＤＲ１、ＤＲ２を構成するトランジスターのゲートに対して制御信号を出力する。送電ドライバーＤＲ１、ＤＲ２は、その制御信号に基づいて１次コイルＬ１に駆動信号を印加し、１次コイルＬ１を駆動する。発振回路３８は、例えば水晶発振回路などにより構成され、１次側のクロック信号を生成する。クロック生成回路３７は、駆動周波数である送電周波数を規定する駆動クロック信号等を生成する。そしてドライバー制御回路２２は、この駆動クロック信号や制御回路２４からの制御信号などに基づいて、所与の送電周波数の制御信号を生成し、送電回路１２の送電ドライバーＤＲ１、ＤＲ２に出力して、制御する。
【００６９】
受電側の制御装置５０は、受電側の各種制御を行うものであり、半導体ＩＣである集積回路装置などにより実現できる。制御装置５０は、受電回路５２、制御回路５４、負荷変調回路５６、電力供給回路５７、検出回路６４を含む。なお、受電回路５２を制御装置５０の外部に設けるなどの変形実施も可能である。
【００７０】
受電回路５２は、送電装置１０からの電力を受電する。具体的には受電回路５２は、複数のトランジスターやダイオードなどにより構成される整流回路５３を含む。整流回路５３は、２次コイルＬ２の交流の誘起電圧を直流の整流電圧ＶＣＣに変換して出力する。
【００７１】
負荷変調回路５６は負荷変調を行う。例えば負荷変調回路５６は電流源ＩＳを有し、この電流源ＩＳを用いて負荷変調を行う。具体的には、負荷変調回路５６は電流源ＩＳとスイッチ素子ＳＷを有する。電流源ＩＳとスイッチ素子ＳＷは、例えば整流電圧ＶＣＣのノードＮＶＣとグランドＧＮＤのノードとの間に直列に設けられる。そして、例えば制御回路５４からの制御信号に基づいてスイッチ素子ＳＷがオン又はオフにされ、ノードＮＶＣからグランドＧＮＤに流れる電流源ＩＳの電流をオン又はオフにすることで、負荷変調が実現される。スイッチ素子ＳＷはＭＯＳのトランジスターなどにより実現できる。なお、負荷変調回路５６は図１４の構成に限定されず、例えば電流源ＩＳの代わりとして抵抗を用いるなどの種々の変形実施が可能である。
【００７２】
なお、受電装置４０の通信方式は負荷変調に限定されない。例えば受電装置４０は、１次コイルＬ１、２次コイルＬ２を用いて負荷変調以外の方式で通信を行ってもよい。或いは、１次コイルＬ１、２次コイルＬ２とは別のコイルを設け、この別のコイルを用いて負荷変調やそれ以外の通信方式で通信を行ってもよい。或いはＲＦなどの近接無線通信で通信を行ってもよい。
【００７３】
電力供給回路５７は、受電回路５２が受電した電力に基づいて、負荷８０に対して電力を供給する。例えば受電回路５２が受電した電力を供給して、バッテリー９０を充電する。或いはバッテリー９０からの電力や、受電回路５２が受電した電力を、電力供給対象１００に供給する。具体的には、電力供給回路５７は充電回路５８と放電回路６０を含む。充電回路５８は、電力供給スイッチ４２とＣＣ充電回路５９を含み、バッテリー９０の充電を行う。例えば充電回路５８は、受電回路５２からの整流電圧ＶＣＣに基づく電圧が供給されて、バッテリー９０を充電する。放電回路６０は、チャージポンプ回路６１を含み、バッテリー９０の放電動作を行う。
【００７４】
検出回路６４は、Ａ／Ｄ変換回路６５を含み、各種の検出処理を行う。例えば検出回路６４が行う検出処理としては、過放電、過電圧、過電流、或いは温度異常の検出処理を想定できる。
【００７５】
制御回路５４は、受電側の制御装置５０の各部に対して各種の制御処理を実行する。制御回路５４は、例えばゲートアレイ等の自動配置配線手法で生成されたロジック回路や、或いはマイクロコンピューターなどの各種のプロセッサーにより実現できる。
【００７６】
負荷８０は、バッテリー９０、電力供給対象１００を含む。電力供給対象１００は、受電装置４０を内蔵する電子機器に設けられ、例えばバッテリー９０の電力供給対象となるデバイスである。なお、受電回路５２が受電した電力を直接に電力供給対象１００に供給してもよい。
【００７７】
次に本実施形態の無接点電力伝送システム２００の動作シーケンスの一例について説明する。図１５は動作シーケンスの概要を説明する図である。
【００７８】
図１５のＡ１では、受電装置４０を有する電子機器５１０が、送電装置１０を有する充電器５００に上に置かれておらず、取り去り状態になっている。この場合にはスタンバイステートとなる。このスタンバイステートでは、送電装置１０の送電回路１２は、着地検出のための間欠送電を行って、電子機器５１０の着地を検出する状態になる。またスタンバイステートでは、受電装置４０では、電力供給対象１００への放電動作がオンになっており、電力供給対象１００への電力供給がイネーブルになっている。これにより、処理回路等の電力供給対象１００は、バッテリー９０からの電力が供給されて動作可能になる。
【００７９】
図１５のＡ２に示すように、電子機器５１０が充電器５００に上に置かれ、着地が検出されると、通信チェック＆充電ステートになる。この通信チェック＆充電ステートでは、送電装置１０の送電回路１２は、連続送電である通常送電を行う。この際に、電力伝送の状態などに応じて電力が可変に変化する電力制御を行いながら、通常送電を行う。またバッテリー９０の充電状態に基づく制御も行われる。電力伝送の状態は、例えば１次コイルＬ１、２次コイルＬ２のコイル間距離等の位置関係により決まる状態であり、例えば受電回路５２の整流電圧ＶＣＣなどの情報に基づいて判断できる。バッテリー９０の充電状態は、例えばバッテリー電圧ＶＢＡＴなどの情報に基づいて判断できる。
【００８０】
また通信チェック＆充電ステートでは、受電装置４０の充電回路５８の充電動作がオンになり、受電回路５２が受電した電力に基づいてバッテリー９０の充電が行われる。また放電回路６０の放電動作がオフになり、バッテリー９０からの電力が、電力供給対象１００に供給されなくなる。また通信チェック＆充電ステートでは、負荷変調回路５６の負荷変調により、通信データが送電側に送信される。例えば電力伝送状態情報や、充電状態情報や、温度などの情報を含む通信データが、通常送電期間中の常時の負荷変調により、受電側から送電側に送信される。
【００８１】
図１５のＡ３に示すように、バッテリー９０の満充電が検出されると、満充電スタンバイステートになる。この満充電スタンバイステートでは、送電回路１２は、例えば取り去り検出のための間欠送電を行って、電子機器５１０の取り去りを検出する状態になる。また放電回路６０の放電動作はオフのままとなり、電力供給対象１００への電力供給もディスエーブルのままとなる。
【００８２】
図１５のＡ４に示すように電子機器５１０の取り去りが検出されると、Ａ５に示すように電子機器５１０が使用状態になり、受電側の放電動作がオンになる。具体的には、放電回路６０の放電動作がオフからオンに切り替わり、バッテリー９０からの電力が放電回路６０を介して電力供給対象１００に供給される。これにより、バッテリー９０からの電力が供給されて、処理回路等の電力供給対象１００が動作し、ユーザーが電子機器５１０を通常に使用できる状態となる。
【００８３】
そして本実施形態では、送電側の制御回路２４はフルブリッジ駆動モードにおいて、図１５のＡ１、Ａ２の着地検出やＡ３、Ａ４の取り去り検出を行う。例えばフルブリッジ駆動モードによる間欠送電を行いながら着地検出や取り去り検出を行う。このように送電能力が高いフルブリッジ駆動モードにより着地検出や取り去り検出を行えば、コイル間距離の位置自由度が高い状態で着地検出や取り去り検出を実行できるようになる。従って、より広い距離範囲での確実な着地検出や取り去り検出を実現でき、例えば図３において充電器５００から電子機器５１０、５１２が離れた状態においても、適正な着地検出や取り去り検出が可能になる。また着地検出や取り去り検出は、電力の送電を間欠的に行う間欠送電により行われ、電力送電の時間が短いため、送電電力が大きいフルブリッジ駆動モードであっても、受電側での発熱を抑えることができ、発熱の影響が少ないという利点がある。
【００８４】
以上のように本実施形態の制御装置は、送電ドライバーと、送電ドライバーに電源電圧を供給する電源電圧制御回路と、を有する送電装置に用いられ、送電ドライバーと電源電圧制御回路を制御する。送電ドライバーは、送電用の１次コイルに駆動信号を出力することで、受電用の２次コイルと２次コイルに接続されて整流電圧を生成する整流回路とを有する受電装置に対して電力を送電する。そして制御装置は、整流電圧の情報である整流電圧情報を受信する通信回路と、整流電圧情報に応じて、送電ドライバーのフルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードとを切り替える制御回路と、を含む。
【００８５】
本実施形態によれば、制御装置は、送電ドライバーと電源電圧制御回路を有する送電装置に用いられ、送電ドライバーは、フルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードとが切り替えられるように構成され、２次コイルと整流回路を有する受電装置に対して電力を送電する。そして制御回路は、整流電圧の情報である整流電圧情報に応じて、フルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードとを切り替える。このようにすれば、送電能力が高く、コイル間距離の位置自由度を高めることができるフルブリッジ駆動モードと、送電能力が低く、受電側での発熱を抑制できるハーフブリッジ駆動モードとを、受電装置から受信した整流電圧情報に応じて切り替えることが可能になる。従って、位置自由度の向上を図れ、受電側での発熱も抑制できる制御装置等の提供が可能になる。
【００８６】
また本実施形態では、制御回路は、送電ドライバーの電源電圧を、整流電圧情報に応じて制御し、電源電圧に基づいて、フルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードとを切り替えてもよい。
【００８７】
このようにすれば、整流電圧情報に応じて制御される、送電ドライバーの電源電圧をモニターすることで、フルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードの切り替え制御を行うことが可能になるため、簡素な制御処理で、適切な駆動モードの切り替え制御を実現できるようになる。
【００８８】
また本実施形態では、制御回路は、フルブリッジ駆動モードにおいて、電源電圧が第１のしきい値電圧未満になったときに、フルブリッジ駆動モードからハーフブリッジ駆動モードに切り替えてもよい。
【００８９】
このようにすれば、コイル間距離が近づくことで低下する電源電圧をモニターして、フルブリッジ駆動モードからハーフブリッジ駆動モードに切り替える制御を実現できるようになる。
【００９０】
また本実施形態では、制御回路は、フルブリッジ駆動モードからハーフブリッジ駆動モードに切り替える前に、電源電圧を、第１のしきい値電圧よりも高い第１の電圧に設定してもよい。
【００９１】
このようにすれば、フルブリッジ駆動モードからハーフブリッジ駆動モードに切り替えた直後に整流電圧が急激に低下してしまう事態を抑制できるようになる。
【００９２】
また本実施形態では、制御回路は、ハーフブリッジ駆動モードにおいて、電源電圧が第２のしきい値電圧より高くなったときに、ハーフブリッジ駆動モードからフルブリッジ駆動モードに切り替えてもよい。例えば本実施形態では、制御回路は、ハーフブリッジ駆動モードにおいて、電源電圧が、第１のしきい値電圧より高い第２のしきい値電圧より高くなったときに、ハーフブリッジ駆動モードからフルブリッジ駆動モードに切り替えてもよい。
【００９３】
このようにすれば、コイル間距離が遠くなって行くことで上昇する電源電圧をモニターして、ハーフブリッジ駆動モードからフルブリッジ駆動モードに切り替える制御を実現できるようになる。
【００９４】
また本実施形態では、制御回路は、ハーフブリッジ駆動モードからフルブリッジ駆動モードに切り替える前に、電源電圧を、第２のしきい値電圧よりも低い第２の電圧に設定してもよい。
【００９５】
このようにすれば、ハーフブリッジ駆動モードからフルブリッジ駆動モードに切り替えた直後に整流電圧が急激に上昇してしまう事態を抑制できるようになる。
【００９６】
また本実施形態では、制御回路は、フルブリッジ駆動モードにおいて、電源電圧が第１のしきい値電圧未満になったときに、フルブリッジ駆動モードからハーフブリッジ駆動モードに切り替え、ハーフブリッジ駆動モードにおいて、電源電圧が第２のしきい値電圧より高くなったときに、ハーフブリッジ駆動モードからフルブリッジ駆動モードに切り替える。またフルブリッジ駆動モードからハーフブリッジ駆動モードに切り替える前に、電源電圧を、第１のしきい値電圧よりも高い第１の電圧に設定する。そしてＶＨＳＴ＜ＶＨＦとしてもよい。但し第２のしきい値電圧をＶＨＦとし、第１の電圧をＶＨＳＴとする。
【００９７】
例えば、第１の電圧であるＶＨＳＴが第２のしきい値電圧であるＶＨＦよりも高くなると、フルブリッジ駆動モードからハーフブリッジ駆動モードに切り替わった後、直ぐにハーフブリッジ駆動モードからフルブリッジ駆動モードに切り替わってしまう事態が発生してしまう。この点、ＶＨＳＴ＜ＶＨＦとすることで、このような事態が発生するのを防止できる。
【００９８】
また本実施形態では、制御回路は、フルブリッジ駆動モードにおいて、電源電圧が第１のしきい値電圧未満になったときに、フルブリッジ駆動モードからハーフブリッジ駆動モードに切り替え、ハーフブリッジ駆動モードにおいて、電源電圧が第２のしきい値電圧より高くなったときに、ハーフブリッジ駆動モードからフルブリッジ駆動モードに切り替える。またハーフブリッジ駆動モードからフルブリッジ駆動モードに切り替える前に、電源電圧を、第２のしきい値電圧よりも低い第２の電圧に設定する。そしてＶＦＳＴ＞ＶＦＨとしてもよい。但し第１のしきい値電圧をＶＦＨとし、第２の電圧をＶＦＳＴとする。
【００９９】
例えば、第２の電圧であるＶＦＳＴが第１のしきい値電圧であるＶＦＨよりも高くなると、ハーフブリッジ駆動モードからフルブリッジ駆動モードに切り替わった後、直ぐにフルブリッジ駆動モードからハーフブリッジ駆動モードに切り替わってしまう事態が発生してしまう。この点、ＶＦＳＴ＞ＶＦＨとすることで、このような事態が発生するのを防止できる。
【０１００】
また本実施形態では、制御回路は、フルブリッジ駆動モードにおいて、整流電圧が、第１の整流しきい値電圧より高くなったときに、フルブリッジ駆動モードからハーフブリッジ駆動モードに切り替え、ハーフブリッジ駆動モードにおいて、整流電圧が、第１の整流しきい値電圧よりも低い第２の整流しきい値電圧未満になったときに、ハーフブリッジ駆動モードからフルブリッジ駆動モードに切り替えてもよい。
【０１０１】
このようにすれば、整流電圧が上昇し、第１の整流しきい値電圧より高くなったときに、フルブリッジ駆動モードからハーフブリッジ駆動モードに切り替わるようになり、発熱の発生等を抑制できるようになる。また整流電圧が低下し、第２の整流しきい値電圧未満になったときに、ハーフブリッジ駆動モードからフルブリッジ駆動モードに切り替わるようになり、位置自由度を向上できるようになる。
【０１０２】
また本実施形態の制御装置は、送電ドライバーと、送電ドライバーに電源電圧を供給する電源電圧制御回路と、を有する送電装置に用いられ、送電ドライバーと電源電圧制御回路を制御する。送電ドライバーは、送電用の１次コイルに駆動信号を出力することで、受電用の２次コイルを有する受電装置に対して電力を送電する。そして制御装置は、１次コイルと２次コイルとの間のコイル間距離を表す距離情報に応じて、送電ドライバーのフルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードとを切り替える制御回路を含む。
【０１０３】
本実施形態によれば、制御回路は、送電ドライバーと電源電圧制御回路を制御し、送電ドライバーは、フルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードとが切り替えられるように構成されている。そして制御回路は、１次コイルと２次コイルとの間のコイル間距離を表す距離情報に応じて、フルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードとを切り替える。このようにすれば、送電能力が高く、コイル間距離の位置自由度を高めることができるフルブリッジ駆動モードと、送電能力が低く、受電側での発熱を抑制できるハーフブリッジ駆動モードとを、コイル間距離を表す距離情報に応じて切り替えることが可能になる。従って、位置自由度の向上を図れ、受電側での発熱も抑制できる制御装置等の提供が可能になる。
【０１０４】
また本実施形態では、制御回路は、フルブリッジ駆動モードにおいて、着地検出又は取り去り検出を行ってもよい。
【０１０５】
このように送電能力が高いフルブリッジ駆動モードにより着地検出や取り去り検出を行えば、コイル間距離の位置自由度が高い状態で着地検出や取り去り検出を実行できるようになり、より広い距離範囲での着実な着地検出や取り去り検出を実現できるようになる。
【０１０６】
また本実施形態では、送電ドライバーは、高電位側電源のノードと、１次コイルの一端が結合される第１の接続ノードとの間に結合される第１のトランジスターと、第１の接続ノードと低電位側電源のノードとの間に結合される第２のトランジスターを含む。また送電ドライバーは、高電位側電源のノードと、１次コイルの他端が結合される第２の接続ノードとの間に結合される第３のトランジスターと、第２の接続ノードと低電位側電源のノードとの間に結合される第４のトランジスターを含む。そして制御回路は、フルブリッジ駆動モードでは、第１の期間において第１のトランジスター及び第４のトランジスターをオンにして、高電位側電源のノードから第１のトランジスター、１次コイル及び第４のトランジスターを介して低電位側電源のノードに駆動電流を流す制御を行う。また第２の期間において第２のトランジスター及び第３のトランジスターをオンにして、高電位側電源のノードから第３のトランジスター、１次コイル及び第２のトランジスターを介して低電位側電源のノードに駆動電流を流す制御を行う。一方、制御回路は、ハーフブリッジ駆動モードでは、第３の期間において第１のトランジスター及び第４のトランジスターをオンにして、高電位側電源のノードから第１のトランジスター、１次コイル及び第４のトランジスターを介して低電位側電源のノードに駆動電流を流す制御を行い、第４の期間において第１のトランジスター及び第４のトランジスターをオフにする。
【０１０７】
このようにすれば、簡素な構成及びシーケンスで、フルブリッジ駆動モードによる駆動と、ハーフブリッジ駆動モードによる駆動を実現でき、これらの駆動モードの切り替えも実現できるようになる。
【０１０８】
また本実施形態は、上記に記載の制御装置を含む送電装置に関係する。
【０１０９】
また本実施形態は、上記に記載の送電装置と、受電装置と、を含む無接点電力伝送システムに関係する。
【０１１０】
また本実施形態の受電装置は、送電用の１次コイルと、１次コイルに駆動信号を出力する送電ドライバーと、送電ドライバーに電源電圧を供給する電源電圧制御回路と、を有する送電装置から電力を受電する。そして受電装置は、受電用の２次コイルと、２次コイルに接続されて整流電圧を生成する整流回路と、整流電圧に応じて送電ドライバーのフルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードとを切り替える指示を、送電装置に送信する通信回路を含む。
【０１１１】
本実施形態によれば、受電装置は、送電ドライバーと電源電圧制御回路を有する送電装置から電力を受電する。送電ドライバーは、フルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードとが切り替えられるように構成される。受電装置は、２次コイルと、整流電圧を生成する整流回路と、通信回路を有し、通信回路は、整流電圧に応じてフルブリッジ駆動モードとハーフブリッジ駆動モードとを切り替える指示を、送電装置に送信する。このようにすれば、送電能力が高く、コイル間距離の位置自由度を高めることができるフルブリッジ駆動モードと、送電能力が低く、受電側での発熱を抑制できるハーフブリッジ駆動モードとを、整流電圧に応じて切り替えるようにする指示を、送電装置に送信できるようになる。これにより、位置自由度の向上を図れ、受電側での発熱も抑制できる制御装置等の提供が可能になる。
【０１１２】
また本実施形態は、上記に記載の制御装置を含む電子機器に関係する。
【０１１３】
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本発明の範囲に含まれる。また制御装置、送電回路、送電装置、受電装置、無接点電力伝送システム、電子機器等も、本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【０１１４】
Ｌ１、Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂ…１次コイル、Ｌ２、Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂ…２次コイル、
ＣＡ１、ＣＡ２…キャパシター、ＴＡ１、ＴＡ２、ＴＡ３、ＴＡ４…トランジスター、
ＤＲ１、ＤＲ２…送電ドライバー、
１０…送電装置、１２…送電回路、１４、１５…電源電圧制御回路、
１８、１９…送電ドライバー、２０…制御装置、２２…ドライバー制御回路、
２４…制御回路、２６…電源電圧設定回路、２８…レジスター、
３０、３３…通信回路、３７…クロック生成回路、３８…発振回路、
４０、４１…受電装置、４２…電力供給スイッチ、４６、４７…通信回路、
５０、５１…制御装置、５２…受電回路、５３…整流回路、５４…制御回路、
５５…受電回路、５６…負荷変調回路、５７…電力供給回路、５８…充電回路、
５９…ＣＣ充電回路、６０…放電回路、６１…チャージポンプ回路、
６４…検出回路、６５…Ａ／Ｄ変換回路、８０…負荷、９０…バッテリー、
１００…電力供給対象、２００…無接点電力伝送システム、５００…充電器、
５１０、５１２…電子機器、５２０、５２２…配置部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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