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。
1.電子機器
図1(A)に本実施形態の無接点電力伝送システムの一例を示す。充電器500(電子機器の1つ)は送電装置10を有する。電子機器510は受電装置40を有する。また電子機器510は、操作用のスイッチ部514やバッテリー90を有する。なお図1(A)ではバッテリー90を模式的に示しているが、このバッテリー90は実際には電子機器510に内蔵されている。図1(A)の送電装置10と受電装置40により本実施形態の無接点電力伝送システムが構成される。
充電器500には、電源アダプター502を介して電力が供給され、この電力が、無接点電力伝送により送電装置10から受電装置40に送電される。これにより、電子機器510のバッテリー90を充電し、電子機器510内のデバイスを動作させることができる。
なお充電器500の電源は、USB(USBケーブル)による電源であってもよい。また、本実施形態が適用される電子機器510としては種々の機器を想定できる。例えば補聴器、腕時計、生体情報測定装置(ウェアラブル機器)、携帯情報端末(スマートフォン、携帯電話機等)、コードレス電話器、シェーバー、電動歯ブラシ、リストコンピューター、ハンディターミナル、電気自動車、或いは電動自転車などの種々の電子機器を想定できる。
図1(B)に模式的に示すように、送電装置10から受電装置40への電力伝送は、送電側に設けられた1次コイルL1(送電コイル)と、受電側に設けられた2次コイルL2(受電コイル)を電磁的に結合させて電力伝送トランスを形成することなどで実現される。これにより非接触での電力伝送が可能になる。
2.送電装置、受電装置、送電側、受電側の制御装置
図2に本実施形態の送電装置10、受電装置40、送電側の制御装置20、受電側の制御装置50の構成例を示す。図1(A)の充電器500などの送電側の電子機器は、少なくとも図2の送電装置10を含む。また受電側の電子機器510は、少なくとも受電装置40とバッテリー90と電力供給対象100を含むことができる。電力供給対象100は、例えば処理部(DSP等)などの各種のデバイスである。そして図2の構成により、1次コイルL1と2次コイルL2を電磁的に結合させて送電装置10から受電装置40に対して電力を伝送し、バッテリー90の充電等を行う無接点電力伝送(非接触電力伝送)システムが実現される。
送電装置10(送電モジュール、1次モジュール)は、1次コイルL1、送電部12、表示部16、制御装置20を含む。なお送電装置10は図2の構成に限定されず、その構成要素の一部(例えば表示部等)を省略したり、他の構成要素を追加したり、接続関係を変更するなどの種々の変形実施が可能である。
送電部12は、電力伝送時において所定周波数の交流電圧を生成して、1次コイルL1に供給する。この送電部12は、1次コイルL1の一端を駆動する第1の送電ドライバーDR1や、1次コイルL1の他端を駆動する第2の送電ドライバーDR2や、電源電圧制御部14を含む。また送電部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(コンデンサー)を含むことができる。
送電部12の送電ドライバー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(バッファー回路)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(駆動)される。
送電部12の電源電圧制御部14は、送電ドライバーDR1、DR2の電源電圧VDRVを制御する。例えば制御部24は、受電側から受信した通信データに基づいて、電源電圧制御部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VDRV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。この電源電圧制御部14は、例えばDCDCコンバーターなどにより実現できる。例えば電源電圧制御部14は、電源からの電源電圧(例えば5V)の昇圧動作を行って、送電ドライバー用の電源電圧VDRV(例えば6V〜15V)を生成して、送電ドライバーDR1、DR2に供給する。具体的には、送電装置10から受電装置40への送電電力を高くする場合には、電源電圧制御部14は、送電ドライバーDR1、DR2に供給する電源電圧VDRVを高くし、送電電力を低くする場合には、電源電圧VDRVを低くする。
1次コイルL1(送電側コイル)は、2次コイルL2(受電側コイル)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1(A)、図1(B)に示すように、充電器500の上に電子機器510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。
表示部16は、無接点電力伝送システムの各種状態(電力伝送中、ID認証等)を、色や画像などを用いて表示するものであり、例えばLEDやLCDなどにより実現できる。
制御装置20は、送電側の各種制御を行うものであり、集積回路装置(IC)などにより実現できる。この制御装置20は、ドライバー制御回路22、制御部24、通信部30を含む。また制御装置20は、クロック生成回路37、発振回路38を含むことができる。なお制御装置20は図2の構成に限定されず、その構成要素の一部(例えばクロック生成回路、発振回路等)を省略したり、他の構成要素を追加したり、接続関係を変更するなどの種々の変形実施が可能である。例えば送電部12等を制御装置20に内蔵させる変形実施も可能である。
ドライバー制御回路22は、受電装置40に電力を送電する送電部12の送電ドライバー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(駆動信号)を出力し、送電ドライバーDR1、DR2により1次コイルL1を駆動させる。
制御部24は、送電側の制御装置20の各種の制御処理を実行する。例えば制御部24は、ドライバー制御回路22の制御を行う。具体的には制御部24は、電力伝送、通信処理等に必要な各種のシーケンス制御や判定処理を行う。この制御部24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。
通信部30は、受電装置40との間での通信データの通信処理を行う。例えば通信部30は、負荷変調により通信データを送信する受電装置40(制御装置50)との間での通信処理を行う。具体的には通信部30は、受電装置40からの通信データを検出して受信するための処理を行う。
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部24からの制御信号などに基づいて、所与の周波数(駆動周波数)の制御信号を生成し、送電部12の送電ドライバーDR1、DR2に出力して、制御する。
受電装置40(受電モジュール、2次モジュール)は、2次コイルL2、制御装置50を含む。なお受電装置40は図2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したり、接続関係を変更するなどの種々の変形実施が可能である。
制御装置50は、受電側の各種制御を行うものであり、集積回路装置(IC)などにより実現できる。この制御装置50は、受電部52、制御部54、負荷変調部56、充電部58、放電部60を含む。また不揮発性メモリー62、検出部64を含むことができる。なお制御装置50は図2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したり、接続関係を変更するなどの種々の変形実施が可能である。例えば受電部52等を制御装置50の外部に設けるなどの変形実施が可能である。
受電部52は、送電装置10からの電力を受電する。具体的には受電部52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。この変換は受電部52が有する整流回路53により行われる。整流回路53は、例えば複数のトランジスターやダイオードなどにより実現できる。
制御部54は、受電側の制御装置50の各種の制御処理を実行する。例えば制御部54は、負荷変調部56、充電部58、放電部60の制御を行う。また受電部52や不揮発性メモリー62や検出部64などの制御を行うこともできる。この制御部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。
負荷変調部56は負荷変調を行う。例えば負荷変調部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、負荷変調部56は電流源IS(定電流源)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GND(広義には低電位側電源電圧)のノードとの間に直列に設けられる。そして、例えば制御部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GNDに流れる電流源ISの電流(定電流)をオン又はオフにすることで、負荷変調が実現される。
なお、ノードNVCにはキャパシターCMの一端が接続される。このキャパシターCMは例えば制御装置50の外付け部品として設けられる。またスイッチ素子SWはMOSのトランジスターなどにより実現できる。このスイッチ素子SWは、電流源ISの回路を構成するトランジスターとして設けられるものであってもよい。また負荷変調部56は図2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。
充電部58はバッテリー90の充電(充電制御)を行う。例えば充電部58は、送電装置10からの電力を受電する受電部52が受電した電力に基づいて、バッテリー90を充電する。例えば充電部58は、受電部52からの整流電圧VCC(広義には直流電圧)に基づく電圧が供給されて、バッテリー90を充電する。この充電部58はCC充電回路59を含むことができる。CC充電回路59は、バッテリー90のCC(Constant-Current)充電を行う回路である。
放電部60はバッテリー90の放電動作を行う。例えば放電部60(電力供給部)は、バッテリー90の放電動作を行って、バッテリー90からの電力を電力供給対象100に対して供給する。例えば放電部60は、バッテリー90のバッテリー電圧VBATが供給され、出力電圧VOUTを電力供給対象100に供給する。この放電部60はチャージポンプ回路61を含むことができる。チャージポンプ回路61は、バッテリー電圧VBATを降圧(例えば1/3降圧)して、出力電圧VOUT(VBAT/3)を電力供給対象100に対して供給する。この放電部60(チャージポンプ回路)は、例えばバッテリー電圧VBATを電源電圧として動作する。
バッテリー90は例えば充電可能な二次電池であり、例えばリチウム電池(リチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー二次電池等)、ニッケル電池(ニッケル・水素蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池等)などである。電力供給対象100は、例えば、処理部(DSP、マイコン)などのデバイス(集積回路装置)であり、受電装置40を内蔵する電子機器510(図1(A))に設けられ、バッテリー90の電力供給対象となるデバイスである。
不揮発性メモリー62は、各種の情報を記憶する不揮発性のメモリーデバイスである。この不揮発性メモリー62は、例えば後述するバッテリー90の状態情報や、受電装置40(制御装置50)のステータス情報等の各種の情報を記憶する。不揮発性メモリー62としては、例えばEEPROMなどを用いることができる。EEPROMとしては例えばMONOS(Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon)型のメモリーを用いることができる。例えばMONOS型のメモリーを用いたフラッシュメモリーを用いることができる。或いはEEPROMとして、フローティングゲート型などの他のタイプのメモリーを用いてもよい。
検出部64は各種の検出処理を行う。例えば検出部64は、整流電圧VCCやバッテリー電圧VBAT等を監視して、各種の検出処理を実行する。具体的には検出部64はA/D変換回路65を有し、整流電圧VCCやバッテリー電圧VBATに基づく電圧や、不図示の温度検出部からの温度検出電圧などを、A/D変換回路65によりA/D変換し、得られたデジタルのA/D変換値を用いて検出処理を実行する。検出部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(高温、低温)の検出処理を想定できる。例えば充電時に検出部64が過電圧、温度異常を検出することで、過電圧保護、高温保護、低温保護を実現できる。また放電時に検出部64が過放電、過電流を検出することで、過放電保護、過電流保護を実現できる。
3.無接点電力伝送システムの動作シーケンス
次に本実施形態の無接点電力伝送システムの動作シーケンスの一例について説明する。図3は動作シーケンスの概要を説明する図である。
図3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、送電側はウェイティング状態となり、受電側は放電動作オンの状態となる。
具体的にはスタンバイステートでは、送電装置10の送電部12は、着地検出のための間欠送電を行う。即ち、送電部12は、通常送電のような連続送電は行わずに、所与の期間毎に間欠的に電力を送電する間欠送電を行って、電子機器510の着地を検出する状態になる。またスタンバイモードでは、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。即ち、受電装置40の放電部60は、バッテリー90からの電力を電力供給対象100に放電する動作を行う。これにより、処理部等の電力供給対象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。
図3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、送電側は通常送電を行い、受電側は、充電動作がオンになると共に、放電動作がオフになる。また受電側は、負荷変調による通信データの送信を行う。
具体的には通信チェック&充電ステートでは、送電装置10の送電部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の位置関係(コイル間距離等)などにより決まる状態であり、例えば受電部52の出力電圧である整流電圧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。
また通信チェック&充電ステートでは、受電装置40の充電部58の充電動作がオンになり、受電部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。また放電部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、負荷変調部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(VCC等)や、充電状態情報(VBATや各種のステータスフラグ等)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。例えば送電部12の電源電圧制御部14による電力制御は、通信データに含まれる電力伝送状態情報などに基づいて行われる。
図3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。満充電スタンバイステートでは、送電側はウェイティング状態となり、受電側は、放電動作オフのままの状態となる。
具体的には、送電部12は、例えば取り去り検出のための間欠送電を行う。即ち、送電部12は、通常送電のような連続送電は行わずに、所与の期間毎に間欠的に電力を送電する間欠送電を行って、電子機器510の取り去りを検出する状態になる。また放電部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。
図3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、放電部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からの電力が放電部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、処理部等の電力供給対象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。
以上のように本実施形態では図3のA2に示すように、電子機器510の着地が検出されると、通常送電が行われ、この通常送電期間において常時の負荷変調が行われる。また着地が検出されると、放電部60の放電動作が停止する。そして、この常時の負荷変調では、送電側の電力制御のための情報や受電側のステータスを表す情報を含む通信データが、受電側から送電側に送信される。例えば電力制御のための情報(電力伝送状態情報)を通信することで、例えば1次コイルL1と2次コイルL2の位置関係等に応じた最適な電力制御を実現できる。また受電側のステータスを表す情報を通信することで、最適で安全な充電環境を実現できる。そして本実施形態では、負荷変調が継続している間は、通常送電も継続され、放電部60の放電動作もオフのままになる。
また本実施形態では図3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、通常送電が停止し、取り去り検出用の間欠送電が行われる。そしてA4、A5に示すように、取り去りが検出されて、取り去り期間になると、放電部60の放電動作が行われる。これによりバッテリー90からの電力が電力供給対象100に供給されて、電子機器510の通常動作が可能になる。なお、着地検出や取り去り検出は、受電部52の出力電圧(例えば整流電圧VCC)に基づいて行われる。
このように本実施形態では、電子機器510のバッテリー90の充電期間(通常送電期間)においては、電力供給対象100への放電動作がオフになるため、充電期間において電力供給対象100により無駄に電力が消費されてしまう事態を抑制できる。
そして、電子機器510の取り去りが検出されると、通常送電から間欠送電に切り替わると共に、電力供給対象100への放電動作がオンになる。このように放電動作がオンになることで、バッテリー90からの電力が電力供給対象100に供給されるようになり、処理部(DSP)等の電力供給対象100の通常動作が可能になる。このようにすることで、例えば電子機器510が充電器500の上に置かれる充電期間においては動作しないようなタイプの電子機器510(例えば、補聴器等のユーザーが装着する電子機器)において、好適な無接点電力伝送の動作シーケンスを実現できる。即ち、このようなタイプの電子機器510では、充電期間(通常送電期間)において、バッテリー90からの電力の放電動作がオフになることで、省電力化を実現できる。そして、取り去りが検出されると、自動的に放電動作がオンになることで、電子機器510の電力供給対象100である各種のデバイスに対して、バッテリー90からの電力が供給され、当該デバイスが動作できるようになり、電子機器510の通常の動作モードに自動的に移行できるようになる。
図4、図5、図6は本実施形態の無接点電力伝送システムの動作シーケンスを説明するための信号波形図である。
図4のB1は、図3のA1のスタンバイステートであり、着地検出用の間欠送電が行われている。即ち、期間TL1の間隔毎に期間TL2の間隔の送電が行われる。TL1の間隔は例えば3秒であり、TL2の間隔は例えば50ミリ秒である。そして図4のB2、B3では、受電部52の出力電圧である整流電圧VCCは6.0V以下であるため、負荷変調による通信は行われない。
一方、B4では整流電圧VCCが着地検出の閾値電圧である6.0Vを超えたため、B5に示すように負荷変調部56が負荷変調を開始する。即ち、B2、B3ではL1、L2のコイルが十分には電磁的結合状態になっていないが、B4ではL1、L2のコイルが図1(B)に示すように適正な電磁的結合状態になっている。このため、整流電圧VCCが上昇して、6.0Vを超え、負荷変調が開始する。そして、この負荷変調(空の通信データ)が送電側により検出されると、B6に示すように送電部12による通常送電が開始する。B6の通常送電は、B1の間欠送電とは異なる連続送電であり、この通常送電による電力により、充電部58によるバッテリー90の充電が開始する。この時、放電部60の放電動作はオフになっている。また、B5に示す負荷変調により、整流電圧やバッテリー電圧やステータスフラグなどの各種の情報を含む通信データが、受電側から送電側に送信されて、送電制御が実行される。なお、B5の負荷変調は、B7に示す着地検出用の間欠送電により整流電圧VCCが上昇したことにより開始している。
図5のC1では、バッテリー90の充電が行われる通常送電期間において、電子機器510が取り去られている。このC1の取り去りは、C2、C3に示すように、バッテリー90の満充電前の取り去りである。即ち、満充電フラグが非アクティブレベルであるLレベルになっている状態での取り去りである。
このように電子機器510の取り去りが行われると、送電側の電力が受電側に伝達されなくなり、受電部52の出力電圧である整流電圧VCCが低下する。そしてC4に示すように例えばVCC<3.1Vになると、C5に示すように負荷変調部56による負荷変調が停止する。負荷変調が停止すると、C6に示すように送電部12による通常送電が停止する。
また、整流電圧VCC(出力電圧)が低下し、例えば判定電圧である例えば3.1Vを下回ると、不図示の受電側のスタートキャパシターの放電が開始する。このスタートキャパシターは、受電側の放電動作の起動用(起動期間の計測用)のキャパシターであり、例えば受電側の制御装置50の外付け部品として設けられる。そして、整流電圧VCCが判定電圧(3.1V)を下回ってから、起動期間TSTが経過すると、C8に示すように放電部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からの電力が電力供給対象100に供給されるようになる。具体的には、スタートキャパシターの電圧(充電電圧)が放電動作オンのための閾値電圧を下回ると、起動期間TSTが経過したと判断され、放電部60の放電動作がオンになって、バッテリー90からの電力を電力供給対象100に対して放電される。これにより、図3のA5に示すように電子機器510が使用可能な状態になる。また送電部12は、通常送電を停止した後、C9に示すように、着地検出用の間欠送電を行うようになる。
図6のD1では、満充電フラグがアクティブレベルであるHレベルになっており、バッテリー90の満充電が検出されている。このように満充電が検出されると、図3のA3に示すように満充電スタンバイステートに移行し、D2に示すように満充電後の取り去り検出用の間欠送電が行われる。即ち、期間TR1の間隔毎に期間TR2の間隔の送電が行われる。TR1の間隔は例えば1.5秒であり、TR2の間隔は例えば50ミリ秒である。取り去り検出用の間欠送電の期間TR1の間隔は、着地検出用の間欠送電の期間TL1の間隔に比べて、短くなっている。
この取り去り検出用の間欠送電により、図6のD3、D4に示すように受電部52の整流電圧がVCC>6.0となり、D5、D6に示すように負荷変調が行われる。送電側は、この負荷変調(空の通信データ等)を検出することで、電子機器510が未だ取り去られていないことを検出できる。
そして、前述のスタートキャパシターにより設定されるD7に示す起動期間TSTの間隔(例えば3秒)に比べて、取り去り検出用の間欠送電の期間TR1の間隔(例えば1.5秒)は短い。従って、電子機器510が取り去られていない状態では、スタートキャパシターの電圧(充電電圧)は、放電動作オンのための閾値電圧VTを下回らず、D8に示すように放電動作のオフからオンへの切り替わりは行われない。
一方、D9では、電子機器510が取り去られている。そして、D4に示す取り去り検出用の間欠送電の期間TR2の終了後に、D10に示すように、受電部52の整流電圧VCCは判定電圧である3.1Vを下回るため、D7に示す起動期間TSTの計測がスタートする。そしてD11では、スタートキャパシターの電圧が放電動作オンのための閾値電圧VTを下回っており、起動期間TSTの経過が検出されている。これにより、放電部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からの電力が電力供給対象100に供給されるようになる。またD12に示すように、電子機器510の着地検出用の間欠送電が行われるようになる。
図7は、温度異常(温度エラー)によるオーバーオールのウェイトステートでの動作シーケンスを説明するための信号波形図である。
図7のE1では、例えばバッテリー温度が50度に達する温度異常(高温異常)が検出されており、温度エラーフラグがアクティブレベルであるHレベルになっている。この場合に本実施形態では、E2に示すようにオーバーオールのウェイト期間TOWが設定される。このウェイト期間TOWでは、通常送電は停止し、例えば取り去り検出用の間欠送電が行われる。つまり、図6で説明した満充電スタンバイステートと同様の間欠送電が行われる。例えば温度エラーフラグを含む通信データが、負荷変調により受電側から送電側に送信され、これにより送電部12の通常送電が停止し、間欠送電が開始する。
ウェイト期間TOWの間隔は例えば5分であり、ウェイト期間TOWでは、連続送電である通常送電は行われず、バッテリー90の充電が行われない。このためバッテリー90が放熱し、図7のE3に示すようにバッテリー温度が低下する。そしてウェイト期間TOWが経過すると、E4に示すように通常送電が再開し、バッテリー90の充電が再開する。この時、本実施形態では、E5に示すように充電回数を表すサイクル回数の更新処理は行われない。即ち、温度異常に起因するバッテリー充電の繰り返しは、充電回数に含めるべきではないため、サイクル回数(サイクルタイム)を+1する更新処理は行われない。
図7のE6では、再びバッテリー温度が50度に達し、温度エラーフラグがHレベルになっている。これによりE7に示すウェイト期間TOWが設定され、通常送電が停止して、間欠送電が行われるようになる。
そして図7のE8では、電子機器510が取り去られており、図6で説明したスタートキャパシターの電圧が閾値電圧VTを下回ると、E9に示すように放電部60の放電動作がオフからオンに切り替わる。そしてE10に示すように送電部12による着地検出用の間欠送電が行われるようになる。
以上のように本実施形態では、図4のB5に示すように受電装置40が負荷変調を開始したことを条件に、B6に示すように送電部12による通常送電が開始する。そしてB5の負荷変調が継続されている間は、B6に示す通常送電は継続する。具体的には図5のC5に示すように負荷変調が非検出となった場合に、C6に示すように送電部12による通常送電が停止する。そしてC9に示すように送電部12による着地検出用の間欠送電が行われるようになる。
このように本実施形態では、負荷変調の開始を条件に通常送電を開始し、負荷変調が継続されている間は通常送電を継続し、負荷変調が非検出になると通常送電を停止するという動作シーケンスを採用している。このようにすれば、複雑な認証処理等を不要にでき、シンプルで簡素な動作シーケンスで、無接点電力伝送と、負荷変調による通信を実現できるようになる。また、通常送電期間中において、常時の負荷変調による通信を行うことで、電力伝送の状態等に応じた効率的な無接点電力伝送も実現できるようになる。
また本実施形態では、図6のD1に示すように、受電側からの通信データに基づいて受電装置40のバッテリー90の満充電が検出された場合には、D2に示すように、送電部12による通常送電が停止し、取り去り検出用の間欠送電が行われるようになる。そしてD9に示すように電子機器510が取り去られて、当該取り去りが検出されると、D12に示すように送電部12による着地検出用の間欠送電が行われるようになる。
このようにすれば、満充電が検出されると、連続送電である通常送電が停止し、間欠的に電力を伝送する間欠送電に移行するようになる。これにより、取り去り期間等において、無駄に電力が消費されてしまうのを抑制でき、省電力化等を図れるようになる。
また本実施形態では、通信データに基づいて受電側の異常が検出された場合にも、送電部12による通常送電が停止し、取り去り検出用の間欠送電が行われるようになる。この受電側の異常とは、例えばバッテリー90の電圧が1.0Vを下回るバッテリーフェールなどのバッテリー充電エラーや、充電時間が所定期間(例えば6〜8時間)を超えてしまうタイマーエンドのエラーなどである。このようにすれば、受電側の異常が検出された場合に、連続送電である通常送電が自動的に停止して、間欠送電に移行するようになるため、安全性や信頼性等を確保できる。
また受電側の異常として、温度異常が生じた場合にも、送電部12による通常送電が停止し、取り去り検出用の間欠送電が行われる。但し、温度異常の場合には、図7に示すような特別な動作シーケンスが実行される。具体的には、図7のE1に示すように通信データ(温度エラーフラグ)に基づいて受電装置40のバッテリー90の温度異常(高温エラー)が検出された場合に、通常送電が停止し、E2に示すようにウェイト期間TOWの間、送電部12による間欠送電が行われる。そしてウェイト期間TOWの経過後に、E4に示すように送電部12による通常送電が再開する。
このようにすれば、温度異常の場合には、ウェイト期間TOWが設定され、そのウェイト期間TOWの間は、連続送電である通常送電は行われず、バッテリー90の充電も行われないようになる。これにより、ウェイト期間TOWを利用して、バッテリー90の放熱等が可能になる。また、ウェイト期間TOWの経過後に、通常送電によるバッテリー90の充電を再開できる。従って、例えば高温の環境等での適切なバッテリー90の充電制御等を実現できるようになる。
また本実施形態では、図5、図6で説明したように、受電装置40は、受電部52の出力電圧である整流電圧VCCが低下し、放電動作の起動期間TSTが経過した後に、バッテリー90からの電力を電力供給対象100に対して放電する。具体的には整流電圧VCCが判定電圧(3.1V)を下回ってから、起動期間TSTが経過した後に、放電動作が開始する。即ち、図5のC8や図6のD11に示すように、放電部60の放電動作がオンになって、バッテリー90からの電力が電力供給対象100に供給されるようになる。そして本実施形態では、図6のD2とD7に示すように、起動期間TST(例えば3秒)よりも短い期間TR1(例えば1.5秒)の間隔で、取り去り検出用の間欠送電が行われる。
このようにすれば、取り去り検出用の期間TR1の長さでは、起動期間TSTは経過しないため、取り去り検出用の間欠送電の期間においては放電部60の放電動作はオンにならないようになる。そして図6のD9に示すように、電子機器510が取り去られると、取り去り検出用の間欠送電の期間のように整流電圧VCCが定期的に上昇することはなくなり、D7に示す起動期間TSTが経過することで、D11に示すように放電部60の放電動作がオンになる。従って、電子機器510の取り去りを検出して、自動的に、放電部60の放電動作をオンにして、バッテリー90からの電力を電力供給対象100に供給できるようになる。
4.不揮発性メモリーに記憶される状態情報と、状態情報に基づく制御
次に、受電装置40の制御装置50に含まれる不揮発性メモリー62の詳細と、当該情報に基づいて行われる送電装置10、受電装置40の制御について説明する。
4.1 不揮発性メモリー
本実施形態における不揮発性メモリー62は、受電部52の出力電圧VCCに基づく電源電圧で動作する。具体的には、図21を用いて後述するレギュレーター57の出力電圧であるVD5に基づいて動作する。レギュレーター57は、受電部52の出力電圧VCCをレギュレートしてVD5を出力するレギュレーターである。さらに具体的には、不揮発性メモリー62はVD5を内部で昇圧し、昇圧後の電圧に基づいて動作する。
図8は不揮発性メモリー62の構成例である。図8に示したように、不揮発性メモリー62は、ベリファイシーケンサー65と、制御回路66と、メモリーセルアレイ67と、チャージポンプ回路(昇圧回路)68を含む。ただし、不揮発性メモリー62は図8の構成に限定されず、種々の変形実施が可能である。
ベリファイシーケンサー65は、書き込み、読み出し、データ確認(ベリファイ)を行う。以下、各動作での制御の一例を説明するが、具体的な手法は種々の変形実施が可能である。書き込み時には、ベリファイシーケンサー65は、制御部54から16ビットの書き込みデータを取得し、取得した書き込みデータに基づいて16ビットのECC(Error Correcting Code、誤り訂正符号)を生成し、書き込みデータとECCを合わせた32ビットのデータをメモリーセルアレイ67(狭義にはメモリーセルアレイ67に含まれる所与のメモリーセル)に書き込む。
読み出し時には、メモリーセルアレイ67からECCを含む32ビットのデータを読み出し、ECCに基づいて、データが破損しているか否かの判定を行って、ECCを除いた16ビットのデータを制御部54に出力する。なお、データ破損時には、ECCに基づいて誤り訂正処理を行い、誤り訂正処理後の16ビットのデータを制御部54に出力すればよい。ただし、ここでの誤り訂正は、例えば1ビットの誤りに限定される。
また、ベリファイシーケンサー65では、データの書き込み後、メモリーセルアレイ67に含まれるメモリーセルの信号レベルが適正であるかを確認する。
具体的な書き込み、読み出し動作は、制御回路66、メモリーセルアレイ67、チャージポンプ回路68により行われる。チャージポンプ回路68には、受電部52の出力電圧VCCに基づく電圧(上述したように例えばVD5)が供給され、当該電圧を昇圧することで、消去、書き込み用の比較的高い電圧VPPを出力する。そして、制御回路66は、ベリファイシーケンサー65からの信号に基づいて、メモリーセルアレイ67に設けられるワード線、ソース線、ビット線に対して、VPP等の適切な電圧を供給することで、読み出し、書き込み、消去を行う。なお、不揮発性メモリー62は、上述したように例えばMONOS型等の構造を用いればよく、各メモリーセルの構造等は広く知られたものであるため、これ以上の詳細な説明は省略する。
本実施形態に係る制御部54は、充電系の制御部と、放電系の制御部とを含んでもよい。充電系の制御部は、受電部52の出力電圧VCCに基づく電圧で動作し、充電系の各部の制御を行う。具体的には、充電系の制御部は図19を用いて後述するVD5に基づいて動作し、負荷変調部56や充電部58、不揮発性メモリー62等の制御を行う。また、放電系の制御部は、バッテリー電圧VBATに基づく電圧で動作し、放電系の各部の制御を行う。具体的には、放電系の制御部はバッテリー電圧VBATに基づいて動作し、放電部60等の制御を行う。
取り去りをトリガーとして放電を開始する制御は、放電系の制御部により行われる。具体的には、制御装置50は、VCCが3.1V以上の場合にローレベルとなり、VCCが3.1Vを下回った場合に、ハイレベルとなる信号を出力する回路を含んでもよい。ローレベルの場合にリセットし、ハイレベルの場合にリセットを解除するものとすれば、当該信号は充電系の制御部のパワーオンリセット信号として利用することができ、上記回路はパワーオンリセット回路と考えることができる。また、当該信号を放電系の制御部にも出力し、放電系の制御部では当該信号に基づいてスタートキャパシターの充電及び放電の制御を行ってもよい。一例としては、放電系の制御部は、入力信号がハイレベルの場合に、スタートキャパシターにVBATに基づく電圧を供給して充電を行い、ローレベルの場合にスタートキャパシターを(例えば所与の抵抗を介して)グラウンドに接続して放電を行う回路を有してもよい。また、放電系の制御部は、放電部60(チャージポンプ回路61)のオンオフについても、上記信号により制御を行ってもよい。
図9に不揮発性メモリー62に記憶される情報の例を示す。図9に示したように、不揮発性メモリー62は、充電電流情報と、温度補正情報と、充電回数情報と、バッテリー電圧と、温度異常検出情報を記憶する。本実施形態におけるバッテリー90の状態情報とは、充電回数情報、バッテリー電圧、温度異常検出情報のうちの少なくとも1つを含む情報である。
充電電流情報は、例えばCC充電に用いられる定電流の電流値である。さらに具体的には充電時のバッテリー電圧がある程度高い(例えば2.5V以上)の場合に行われる通常充電での電流値と、充電時のバッテリー電圧がある程度低い(例えば2.5V未満)の場合に行われる予備充電での電流値であってもよい。ここでの予備充電とは、過放電状態からの復帰時に行われる充電を表す。
また、温度補正情報は、温度検出部からの温度検出電圧等に基づいて、検出部64で検出される温度情報の補正に用いられる情報である。本実施形態における温度情報は、バッテリー制御に用いる情報であるため、バッテリー90自体の温度を表す情報とすることが望ましい。しかし、実際には温度検出部が設けられる位置とバッテリー位置とには多少のずれがあるため、温度検出部が検出するのは例えば温度検出部が設けられる基板の温度であり、バッテリー90の温度とは温度差が生じる。温度補正情報とは、例えばこの温度差を補正するための情報である。
なお、充電電流情報や温度補正情報は、受電装置40がどのように実装されるか、例えばバッテリー90としてどのような電池を用いるか、バッテリー90と温度検出部がどのように配置されるか等に応じて、適切な値が変化する。よってこれらの情報は、受電装置40を実装する際にプログラムされる(不揮発性メモリー62に書き込まれる)ことが想定される。なお、ここでの充電電流情報や、後述する充電電圧情報(CV)は、バッテリー90の充電制御に用いられる情報である。つまり、不揮発性メモリー62は、バッテリー90の充電制御情報を記憶してもよい。
充電回数情報は、バッテリー90の充電が行われた回数を表す情報である。充電回数情報(以下、サイクル回数とも記載)は、図20のS3,S5を用いて後述するように、原則的には充電が開始されたタイミングでインクリメントされる。二次電池は充電を繰り返すことで性能が劣化(例えば満充電時のバッテリー容量が減少)していくことが知られており、充電回数情報を記憶することで、その劣化度合いのモニタリングが可能になる。
バッテリー電圧は、所与のタイミングでのバッテリー電圧を表す情報である。例えば、検出部64により、バッテリーの温度異常(温度が正常範囲の上限よりも高い、或いは正常範囲の下限よりも低い)が検出されたときのバッテリー電圧を記憶する。なお、上述したように温度検出部が検出する温度は、バッテリー90の温度そのものではないが、補正処理を行うことでバッテリー90の温度に相当する温度を求めている。よって、本明細書では「バッテリー90の温度」或いは「バッテリー90の温度異常」といった語を用いることがあるが、これは、バッテリー90とは異なる位置に設けられた温度検出部の検出結果に基づく温度、或いは当該温度に基づく異常検出結果を表すものであってもよい。
温度異常検出情報は、温度異常が検出されたか否かを表す情報である。温度異常検出情報は、例えば1ビットのフラグ情報であってもよく、図7における温度エラーフラグに対応する。このことからわかるように、図9の各情報はそれぞれが同じビット数である必要はない。例えば、充電電流情報として、8ビットの通常充電での定電流値と、8ビットの予備充電での定電流値を合わせた16ビットの情報を記憶してもよいし、当該16ビットの情報に対して、16ビットのECCを付加してもよい。また、充電回数情報やバッテリー電圧等を12ビットで表現し、当該12ビットのデータに4ビットのデータ(何らかのフラグ情報でもよいし0や1に固定したデータでもよい)を付加し、16ビットのデータとして取り扱ってもよい。
なお、上述したように不揮発性メモリー62は、受電部52の出力電圧VCCに基づく電源電圧で動作する。そのため、図3のA2のように、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に上に置かれた状態で動作し、A1やA5のように受電装置40が取り去られた状態では動作しない。本実施形態では無接点電力伝送システムを想定しているため、受電装置40の取り去りが行われやすい。例えば、クレードル等への装着の必要がないため、ユーザーが気軽に取り去りを行うこともあるし、送電装置10や受電装置40(或いはそれらを置いているテーブル等)と何らかの物体が衝突することで意図せず取り去りが行われることもある。
そのため、本実施形態の不揮発性メモリー62では、他の一般的なシステムに比べて不揮発性メモリー62の書き込み中に、動作用の電源供給が停止してしまうというケースが生じやすくなる。その場合、書き込みエラーとなるため、書き込み途中であった情報は信頼できるものではなくなってしまう。
よって本実施形態では、不揮発性メモリー62への書き込みを行う際に、時間差を設けて異なるアドレスにデータを書き込んでもよい。具体的には、制御部54は、状態情報を不揮発性メモリー62に記憶する際に、状態情報を第1アドレスに書き込んだ後、所与の時間経過後に、状態情報を第1アドレスとは異なる第2アドレスに書き込む。
このようにすれば、所与の状態情報の書き込みを行う際に、書き込みのタイミングも書き込み先のアドレスも変更した上で多重化できるため、状態情報を不揮発性メモリー62に適切に書き込む可能性を高めることが可能になる。例えば、一方のアドレスへの書き込みを行っている際に受電装置40が取り去られ書き込みエラーとなったとしても、他方のアドレスへの書き込みは異なるタイミングで行われるため、正常に実行できる、といったケースが考えられる。もちろん、両方の書き込みがエラーとなる可能性は0ではないが、このような手法をとらない場合に比べて、正常に書き込める可能性は向上する。
例えば、充電回数情報を含むデータとして、12ビットの充電回数情報と、4ビットの付加的な情報(例えばNULLデータや、上述した温度エラーフラグ等)と、16ビットのECCと、からなる32ビットのデータを書き込む場合、充電回数情報を含むデータの書き込み領域として64ビットを確保しておく。そして、当該64ビットのうちの32ビットを表すアドレス(例えば先頭アドレス)を上記第1アドレスとし、その次の32ビットを表すアドレスを上記第2アドレスとすればよい。
また、不揮発性メモリー62は上記以外の情報を記憶してもよく、不揮発性メモリー62に記憶される情報は種々の変形実施が可能である。また、時間差を設けて異なるアドレスにデータを書き込む処理は、状態情報の書き込み時に行われるものには限定されず、他の情報(充電制御情報等)を不揮発性メモリー62に書き込む際に行われてもよい。
4.2 温度異常時の制御
バッテリー90の温度が過剰に高い場合や過剰に低い場合、バッテリー90自体が破損したり、所望の出力が得られないことがある。そのため、温度異常が検出された場合には、温度が正常範囲に戻る(少なくとも異常状態を促進、継続しない)制御が必要となる。例えばバッテリー90が高温になった場合、従来手法では受電装置40は充電を停止し、送電装置10についても電力伝送を停止していた。充電を停止すれば、バッテリー90が高温になることが抑止され、時間経過により温度が正常範囲に戻ることが期待される。
しかし、従来手法では高温時に充電を停止してしまうため、充電不足となるおそれがある。よって本実施形態では、図7を用いて上述したように、温度異常が検出された場合(E1)には、所与のウェイト期間TOWだけ送電側を間欠動作させ(E2)、その後通常送電に戻ってバッテリー90の充電を行う(E4)。このようにすれば、温度異常の検出時にも充電を継続できるため、充電不足となることを抑止できる。
しかし、このような制御を行った場合、図7のE5にも示したようにサイクル回数のカウントが問題となる。図7のウェイト期間TOWでは、適切な間隔TR1で送電装置10が間欠動作するため、スタートキャパシター電圧がVTを下回ることがなく、受電装置40の放電部60の動作が開始されない。つまり、温度異常が検出され、一時的にバッテリー90の充電が停止したとしても、その期間(ウェイト期間)は短い上に放電部60の放電も行われないのであるから、バッテリー90の性能劣化に対する影響は小さい。
つまり、充電回数情報(サイクル回数)が、バッテリー90の状態情報である、狭義にはバッテリー90の劣化状態を表す情報であることに鑑みれば、ウェイト期間TOWを挟んだことでバッテリー90の充電が複数回に分割されたとしても、それらを別々の充電と捉えるのではなく、一連の(1回の)充電と捉えることが適切である。
しかし、図20を用いて後述するように、サイクル回数は充電開始時にインクリメントされることが原則である。この原則に従えば図7のE5に示したウェイト期間からの復帰タイミングでもサイクル回数はインクリメントされてしまう。よって本実施形態では、上述したように不揮発性メモリー62に温度異常検出情報を記憶する。この温度異常検出情報を用いることで、サイクル回数の適切なカウントが可能になる。
なお、温度異常が検出された場合に、負荷変調部56は、負荷変調により温度異常検出情報を送電装置10に対して送信する。これにより、受電側で温度異常が生じていることが送電側にも伝わるため、送電装置10は適切な送電制御(間欠動作)を行うことが可能になる。
制御部54では、不揮発性メモリー62に温度異常検出情報が記憶されている場合は、不揮発性メモリー62の充電回数情報を非更新とし、不揮発性メモリー62に温度異常検出情報が記憶されていない場合は、不揮発性メモリー62の充電回数情報を更新すればよい。このようにすれば、温度異常検出によるウェイト期間からの復帰、すなわち図7のE5に相当する充電開始と、それ以外の充電開始とを適切に識別できる。温度異常検出情報が記憶されている(温度エラーフラグ=H)の場合には、そのときの充電開始は温度異常からの復帰であり、サイクル回数のカウントには含めない。一方、温度異常検出情報が記憶されていない(温度エラーフラグ=L)の場合には、そのときの充電開始は通常の充電、例えば受電装置40がユーザーにより使用された後に送電装置10に置かれた状態であると判定できるため、原則通りサイクル回数をインクリメントすればよい。
ただし、以上の制御でもサイクル回数の更新が適切に行えない可能性がある。具体的には、ウェイト期間内に、受電装置40が取り去られた場合である。具体例を図10に示す。
図10の横軸方向は時間を表し、送電装置10と受電装置40の動作シーケンスの一例を表す図である。まず、温度異常の非検出時には、G1のように送電装置10は通常送電を行い、受電装置40ではバッテリー90の充電が行われる。それに対して、G2のように温度異常が検出された場合には、受電装置40では温度異常検出情報が不揮発性メモリー62に書き込まれ(温度エラーフラグ=H)、G3のように充電を停止してウェイト期間に入る。一方、温度異常検出情報は送電装置10にも送信され、送電装置10はG4のように温度異常用の間欠送電を開始する。温度異常用の間欠送電は、上述したように取り去り検出時の間欠送電と同様のものであってもよい。
ここで、ウェイト期間が完了する前に(例えば5分経過する前に)、G5のように受電装置40が取り去られたとする。この場合、受電装置40では、図5等と同様に、受電部52の出力電圧VCCが判定閾値(3.1V)を下回ってから、起動期間(TST)が経過した後に、放電部60の放電動作を開始する。また、G6のように送電装置10では、着地検出のための間欠送電を開始する。
サイクル回数の更新、非更新が問題となるのは、G5のようにウェイト期間の終了前に取り去りが行われ、その後、G7のように着地検出が行われた場合である。この場合、G8のように受電装置40の不揮発性メモリー62には、G2で書き込まれた温度異常検出情報が保持されている(温度エラーフラグ=Hの状態が維持されている)。よって、上記の通りの制御を行えば、G8の判定ではサイクル回数はインクリメントされない。
ウェイト期間内に取り去られた後、再度受電装置40を有する電子機器510が送電装置10を有する充電器500に上に置かれるまでの間(図10のG5とG8の間の期間)での、バッテリー90の消費が少なければ、当該期間でのバッテリー90の劣化はそれほど大きくない。つまり、上述のウェイト期間TOWの前後でのバッテリー充電を一連の充電と捉えたのと同様に、この場合の充電(G9での充電)も取り去り前の充電(G1での充電)と一連の充電と捉えることができる。よって、G8における判定でサイクル回数を非更新としても問題ない。
しかし、ウェイト期間内に取り去られた後、バッテリー90が十分使われた、すなわち通常の動作と同様に放電を行った場合には、当該放電によるバッテリー90の劣化を考慮すべきであり、それ以降に充電が開始されたのであれば、当該充電は取り去り前の充電とは分けて考える必要がある。つまり、G8での判定において、サイクル回数はインクリメントする必要があるため、不揮発性メモリー62に温度異常検出情報が書き込まれているからといってサイクル回数を非更新とすることは不適切である。
よって本実施形態では、上述したように温度異常が検出されたときのバッテリー電圧を不揮発性メモリー62に記憶しておく。そして、充電開始時のバッテリー電圧VBATと、不揮発性メモリー62に記憶されているバッテリー電圧の比較処理を行って、取り去り後にどの程度バッテリー90を消費しているかを判定する。具体的には、制御部54は、不揮発性メモリー62に温度異常検出情報が記憶されている場合であっても、バッテリー電圧VBATが、不揮発性メモリー62に記憶されているバッテリー電圧よりも所定電圧下がっている場合には、不揮発性メモリー62の充電回数情報を更新する。ここでの所定電圧は種々の設定が可能であるが、例えば0.15Vといった値である。
このようにすれば、ウェイト期間内に取り去りが行われた場合にも、サイクル回数を適切にカウントすることができる。不揮発性メモリー62に記憶されたバッテリー電圧は温度異常検出時のバッテリー電圧であり、取り去り時のバッテリー電圧と同等と考えてよい。すなわち充電開始時のバッテリー電圧VBATが、不揮発性メモリー62に記憶されていたバッテリー電圧よりも所定電圧下がっている場合とは、取り去り後にバッテリー90の放電がある程度行われていた場合に相当する。つまり上記制御を行うことで、取り去り後のバッテリー90の使用状況に応じた、サイクル回数のカウントが可能になる。
図11(A)、図11(B)は、以上の制御を説明するフローチャートである。図11(A)が、常時行われている温度異常の検出動作であり、制御部54では所与の間隔で温度異常か否か、図11(A)の例では50℃を超えているか否かを判定する(S11)。S11でNoである場合には、温度異常は非検出であるため、特に処理を行わずにS11に戻る。一方、S11でYesの場合には、温度異常が検出されたため、不揮発性メモリー62に温度異常検出情報を書き込む(温度エラーフラグ=Hとする)とともに、その際のバッテリー電圧を書き込む(S12)。
また、図11(B)が充電開始時のサイクル回数のカウント制御を説明するフローチャートである。後述する図20では説明を簡略化するために、S5でサイクル回数を必ずインクリメントしているが、実際には図20のS5のステップを、図11(B)に置き換えればよい。
サイクル回数の制御では、まずサイクル回数のインクリメントが必要か否かを判定する。まず不揮発性メモリー62に温度異常検出情報が記憶されていない場合には、原則通り処理を行えばよいため、インクリメントが必要と判定できる。また、温度異常検出情報が記憶されていても、バッテリー電圧に低下が見られればインクリメントが必要である。つまり、上述した条件は、(温度異常検出情報が記憶されていない)OR(VBAT0<VBATT−0.15)、が満たされるか否かを判定すればよい(S21)。ここで、VBAT0は、充電開始時のバッテリー電圧であり、VBATTは図11(A)のS12で書き込まれた温度異常検出時のバッテリー電圧である。
S21でYesの場合には、サイクル回数をインクリメントする(S22)。一方、S21でNoの場合には、サイクル回数は非更新とする。また、いずれの場合においても、温度エラーフラグをリセットし、次回以降の処理に備える(S23)。
なお、上述したように検出部64は、温度検出部からの信号に基づいて温度検出(温度異常検出)を行う。本実施形態の温度検出部は種々の形態により実現可能である。例えば、図21を用いて後述するように制御装置50の外部の温度検出部(サーミスターTH)を利用してもよい。具体的には、検出部64は、サーミスターTHに対して所与の定電流IREFを供給し、当該定電流IREFにより生じる電圧値をA/D変換回路65によりA/D変換することで温度検出を行ってもよい。なお、IREFの値は1つである必要はなく、例えば高温領域と低温領域とでIREFの値を異なるものにしてもよい。
或いは、制御装置50がBGR回路(Band Gap Reference回路)を含み、当該BGR回路に基づいて温度検出を行ってもよい。なお、バンドギャップを利用した温度検出部については、広く知られた構成であるため詳細な説明は省略する。
また、図9には不図示であるが、本実施形態の不揮発性メモリー62には、温度検出部として外部のサーミスターTHを使用するか、BGR回路を使用するかを設定する設定情報を記憶してもよい。また、上記温度補正情報として、サーミスターTH用の補正情報と、BGR回路用の補正情報の両方を記憶してもよい。
4.3 スマートチャージング
また、不揮発性メモリー62に記憶された情報に基づく制御は、上述の温度異常の例に限定されない。例えば、特許文献3に開示されているスマートチャージングを行う際に、不揮発性メモリー62に記憶された情報を参照してもよい。
特許文献3のFIG1(Prior Art)のように、特許文献3以前から、充電電圧と、満充電時のバッテリー電圧(充電電力)と、サイクル回数との間の関係が知られていた。FIG1からわかるように、充電電圧を高くすれば、充電電力は大きくなり、バッテリー容量を効果的に活用することができるが、サイクル回数が減少する。なお、ここでのサイクル回数は、バッテリー本来の容量に対して、充電可能な容量が所定割合(例えば90%)まで減少する充電回数を表す情報である。
特許文献3では、FIG1の関係を前提として、効率的にバッテリー(リチウムイオン電池)を使用するアルゴリズムを提案している。具体的な手法はFIG3に示されており、充電開始時のバッテリー電圧が3.22V〜3.5Vの場合には、前回の充電時の充電電圧をキープする。一方、3.5V以上の場合には、充電電圧を前回に比べて低くし、3.22V以下の場合には、充電電圧を前回に比べて高くする。
充電時にバッテリー電圧が3.22V以下になっている場合、対象の機器はよく使われていることが想定される。つまり、バッテリー90の消費が激しいことが想定されるため、充電不足にならないように、充電電圧を高くし、バッテリー容量に対する充電電力を大きくする。
一方、充電時にバッテリー電圧が3.5V以上になっている場合、対象の機器はあまり使われていないことが想定される。つまり、バッテリー90の消費が激しくないことが想定されるため、充電電圧を抑えることでバッテリーの劣化を抑止する。
つまりFIG1に示されているように、バッテリー容量に対する充電電力と、バッテリーの劣化度合いとはトレードオフの関係にあるところ、特許文献3のスマートチャージングでは、実際のバッテリーの使用状況に応じて、適切な充電電圧の値を設定する手法と言える。
本実施形態の不揮発性メモリー62は、図9には不図示であるが充電制御における充電電圧を記憶し、制御部54は、記憶した充電電圧に基づいて充電制御を行ってもよい。
図12に具体的な処理の流れを説明するフローチャートを示す。この処理が開始されると、まず充電開始時のバッテリー電圧VBAT0を取得する(S31)。そして、VBAT0が3.22V以下かを判定する(S32)。S32でYesの場合には、対象のバッテリー90は多く使用されていると考えられるため、バッテリー容量を十分生かせるように(充電される電力が大きくなるように)充電電圧を高くする。具体的には、不揮発性メモリー62から前回の充電電圧CVを読み出し、所与の電圧(0.05V)だけ高くする更新処理を行う(S33)。そして、更新後の電圧値CVを、不揮発性メモリー62に記憶する。記憶された更新後のCVは、次回以降の充電開始時に利用されることになる。なお、S33の処理では、充電電圧が過剰に高くならないように、更新後の充電電圧に上限を設けるとよく、例えばCVの最大値を4.20Vに設定する。
一方、S32でNoの場合には、VBAT0が3.5V以上かを判定する(S34)。S34でYesの場合には、対象のバッテリー90はあまり使用されていないと考えられるため、充電電圧を低くする。具体的には、不揮発性メモリー62から前回の充電電圧CVを読み出し、所与の電圧(0.05V)だけ低くする更新処理を行う(S35)。この場合も、更新後の電圧値CVを、不揮発性メモリー62に記憶する。なお、S35の処理では、充電電圧が過剰に低くならないように、更新後の充電電圧に下限を設けるとよく、例えばCVの最小値を4.00V(或いは4.05V)に設定する。
また、S34でもNoの場合には、バッテリー90の使用は中間的な状態であり、前回と同様の充電を行えば問題ないと判定される。よって、CVの更新処理は行わず処理を終了する。図12の処理後は、設定された充電電圧CVを用いて、バッテリー90の充電を行えばよい。なお、バッテリー90の使用状況を判定する閾値である3.22V、3.50Vや、CVの限界値である4.20V、4.00Vといった値はこれに限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。
以上に示したように、本実施形態の手法は、送電装置10と受電装置40とを有する無接点電力伝送システムにおける受電側の制御装置50に適用でき、制御装置50は、送電装置10からの電力を受電する受電部52が受電した電力に基づいて、バッテリー90を充電する充電部58と、充電制御を行う制御部54と、不揮発性メモリー62を含む。そして、不揮発性メモリー62は、バッテリーの状態情報を記憶し、制御部54は、不揮発性メモリー62に記憶された状態情報に基づいて充電制御を行う。
このようにすれば、例えば上述した温度異常検出時の制御のように、バッテリー90の状態に応じた適切な充電制御を実現することが可能になる。
また、本実施形態の手法は、送電装置10と受電装置40とを有する無接点電力伝送システムにおける送電側の制御装置20に適用でき、制御装置20は、受電装置40に電力を送電する送電部12の送電ドライバー(DR1,DR2)を制御するドライバー制御回路22と、ドライバー制御回路22を制御する制御部24と、負荷変調により通信データを送信する受電装置40との間での通信処理を行う通信部30を含む。そして、制御部24は、受電装置40から温度異常検出情報を含む通信データを受信した場合に、送電部12に間欠送電を行わせる。具体的には、制御部24は、間欠送電を行うための制御をドライバー制御回路22に実行させればよい。
このようにすれば、受信側で温度異常が検出されたことが送信側に伝えられるため、温度異常検出時に必要な送電制御(間欠送電を行わせる制御)を適切に実行することが可能になる。
また、本実施形態の手法は制御装置50或いは制御装置20を含む電子機器に適用することができる。制御装置50を含む電子機器510は、上述したように補聴器等の種々の形態が考えられる。制御装置20を含む電子機器は、例えば上述した充電器500等である。
また、本実施形態の手法は上述した送電装置10と受電装置40とを含む無接点電力伝送システムに適用できる。送電装置10は、受電装置40に電力を送電すると共に、負荷変調により通信データを送信する受電装置40との間での通信処理を行い、受電装置40は、バッテリー90の状態情報を記憶する不揮発性メモリー62を有し、送電装置10から受電した電力と、不揮発性メモリー62に記憶された状態情報とに基づいて、バッテリー90を充電するとともに、負荷変調により、送電装置10に対して通信データを送信する。また、受電装置40は、温度異常が検出された場合に、温度異常検出情報を状態情報として不揮発性メモリー62に記憶するとともに、負荷変調により温度異常検出情報を送電装置10に対して送信し、送電装置10は、受電装置40から温度異常検出情報を含む通信データを受信した場合に、間欠送電により受電装置40に電力を送電する。
5.通信手法
図13は、負荷変調による通信手法を説明する図である。図13に示すように、送電側(1次側)では、送電部12の送電ドライバーDR1、DR2が1次コイルL1を駆動する。具体的には送電ドライバーDR1、DR2は、電源電圧制御部14から供給された電源電圧VDRVに基づいて動作して、1次コイルL1を駆動する。
一方、受電側(2次側)では、2次コイルL2のコイル端電圧を受電部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。
受電側では、負荷変調部56のスイッチ素子SWをオン・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(受電側の電位)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。例えば送電側の電源(例えば図1(A)の電源アダプター502等の電源装置)と電源電圧制御部14との間に、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。電源電圧制御部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、通信部30が、この電流変動を検出する。そして通信部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。
図14に通信部30の具体的な構成の一例を示す。図14に示すように通信部30は、電流検出回路32、比較回路34、復調部36を含む。また、信号増幅用のアンプAP、フィルター部35を含むことができる。なお通信部30は図14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(例えばバンドパスフィルター部)を追加したり、接続関係を変更するなどの種々の変形実施が可能である。
電流検出回路32は、電源(電源装置)から送電部12に流れる電流ID1を検出する。具体的には電源から電源電圧制御部14を介して送電部12に流れる電流ID1を検出する。この電流ID1は、例えばドライバー制御回路22等に流れる電流を含んでいてもよい。
図14では、電流検出回路32は、IV変換用アンプIVCにより構成される。IV変換用アンプIVCは、その非反転入力端子(+)がセンス抵抗RCSの一端に接続され、その反転入力端子(−)がセンス抵抗RCSの他端に接続される。そしてIV変換用アンプIVCは、センス抵抗RCSに微少の電流ID1が流れることで生成される微少の電圧VC1−VC2を増幅して、検出電圧VDTとして出力する。この検出電圧VDTは、アンプAPにより更に増幅されて、検出電圧VDTAとして比較回路34に出力される。具体的にはアンプAPは、その非反転入力端子に検出電圧VDTが入力され、その反転入力端子に基準電圧VRFが入力され、基準電圧VRFを基準として増幅された検出電圧VDTAの信号を出力する。
比較回路34は、電流検出回路32による検出電圧VDTAと、判定用電圧VCP=VRF+VOFFとの比較判定を行う。そして比較判定結果CQを出力する。例えば検出電圧VDTAが判定用電圧VCPを上回っているか、或いは下回っているかの比較判定を行う。この比較回路34は、例えばコンパレーターCPにより構成できる。この場合に、例えば判定用電圧VCP=VRF+VOFFの電圧VOFFは、コンパレーターCPのオフセット電圧などにより実現してもよい。
復調部36は、比較回路34の比較判定結果CQ(フィルター処理後の比較判定結果FQ)に基づいて負荷変調パターンを判断する。即ち、負荷変調パターンの復調処理を行うことで、通信データを検出し、検出データDATとして出力する。送電側の制御部24は、この検出データDATに基づいて種々の処理を行う。
なお図14では、比較回路34と復調部36との間にフィルター部35が設けられている。そして復調部36は、フィルター部35によるフィルター処理後の比較判定結果FQに基づいて、負荷変調パターンを判断する。このフィルター部35としては、例えばデジタルフィルターなどを用いることができるが、フィルター部35としてパッシブのフィルターを用いてもよい。フィルター部35を設けることで、例えば後述する図16のF1、F2でのノイズの悪影響等を低減できる。
フィルター部35、復調部36は、例えば駆動クロック信号FCKが供給されて動作する。駆動クロック信号FCKは、送電周波数を規定する信号であり、ドライバー制御回路22は、この駆動クロック信号FCKが供給されて、送電部12の送電ドライバーDR1、DR2を駆動する。そして、1次コイルL1は、この駆動クロック信号FCKで規定される周波数(送電周波数)で駆動されることになる。
なお、通信部30に、負荷変調の周波数帯域の信号を通過させ、負荷変調の周波数帯域以外の帯域の信号を減衰させるバンドパスフィルター処理を行うバンドパスフィルター部を設けてもよい。この場合には通信部30は、バンドパスフィルター部の出力に基づいて受電装置40からの通信データを検出する。具体的には、バンドパスフィルター部は、電流検出回路32による検出電圧VDTに対して、バンドパスフィルター処理を行う。そして比較回路34は、バンドパスフィルター部によるバンドパスフィルター処理後の検出電圧VDTAと判定用電圧VCPの比較判定を行う。このバンドパスフィルター部は、例えばIV変換用アンプIVCとアンプAPの間に設けることができる。
図15は、受電側の通信構成を説明する図である。受電部52は、駆動クロック信号FCKに対応する周波数のクロック信号を抽出して、通信データ生成部55に供給する。通信データ生成部55は、図2の制御部54に設けられており、供給されたクロック信号に基づいて通信データの生成処理を行う。そして通信データ生成部55は、生成された通信データを送信するための制御信号CSWを負荷変調部56に出力し、この制御信号CSWにより例えばスイッチ素子SWのオン・オフ制御を行って、通信データに対応する負荷変調を負荷変調部56に行わせる。
負荷変調部56は、例えば第1の負荷状態、第2の負荷状態というように、受電側の負荷状態(負荷変調による負荷)を変化させることで、負荷変調を行う。第1の負荷状態は、例えばスイッチ素子SWがオンになる状態であり、受電側の負荷状態(負荷変調の負荷)が高負荷(インピーダンス小)になる状態である。第2の負荷状態は、例えばスイッチ素子SWがオフになる状態であり、受電側の負荷状態(負荷変調の負荷)が低負荷(インピーダンス大)になる状態である。
そして、これまでの負荷変調手法では、例えば第1の負荷状態を、通信データの論理レベル「1」(第1の論理レベル)に対応させ、第2の負荷状態を、通信データの論理レベル「0」(第2の論理レベル)に対応させて、受電側から送電側への通信データの送信を行っていた。即ち、通信データのビットの論理レベルが「1」である場合には、スイッチ素子SWをオンにし、通信データのビットの論理レベルが「0」である場合には、スイッチ素子SWをオフにすることで、所定のビット数の通信データを送信していた。
しかしながら、例えばコイル間の結合度が低かったり、コイルが小型であったり、送電電力も低パワーであるような用途では、このような従来の負荷変調手法では、適正な通信の実現が難しい。即ち、負荷変調により受電側の負荷状態を、第1の負荷状態、第2の負荷状態というように変化させても、ノイズ等が原因で、通信データの論理レベル「1」、「0」のデータ検出エラーが発生してしまう。即ち、受電側で負荷変調を行っても、この負荷変調により、送電側のセンス抵抗RCSに流れる電流ID1は、非常に微少な電流となる。このため、ノイズが重畳すると、データ検出エラーが発生し、ノイズ等を原因とする通信エラーが発生してしまう。
例えば図16は、検出電圧VDTA、比較回路34の判定用電圧VCP及び比較判定結果CQの信号波形を模式的に示した図である。図16に示すように、検出電圧VDTAは、基準電圧VRFを基準にして変化する電圧信号になっており、判定用電圧VCPは、この基準電圧VRFにコンパレーターCPのオフセット電圧VOFFを加算した電圧信号になっている。
そして図16に示すように、例えば検出電圧VDTAの信号にノイズが重畳すると、F1、F2に示すように比較判定結果CQの信号のエッジの位置が変化し、期間TM1の幅(間隔)が長くなったり、短くなるというように変動してしまう。例えば期間TM1が論理レベル「1」に対応する期間であるとすると、期間TM1の幅が変動すると、通信データのサンプリングエラーが発生してしまい、通信データの検出エラーが生じる。特に、通常送電期間において常時の負荷変調を行って通信を行う場合には、通信データに重畳されるノイズが多くなる可能性があり、通信データの検出エラーが発生する確率が高くなってしまう。
そこで本実施形態では、通信データの各ビットの論理レベル「1」(データ1)、論理レベル「0」(データ0)を、負荷変調パターンを用いて、受電側から送信し、送電側において検出する手法を採用している。
具体的には図17に示すように、受電側の負荷変調部56は、送電装置10に送信する通信データの第1の論理レベル「1」については、負荷変調パターンが第1のパターンPT1となる負荷変調を行う。一方、通信データの第2の論理レベル「0」については、負荷変調パターンが第1のパターンPT1とは異なる第2のパターンPT2となる負荷変調を行う。
そして送電側の通信部30(復調部)は、負荷変調パターンが第1のパターンPT1である場合には、第1の論理レベル「1」の通信データであると判断する。一方、負荷変調パターンが第1のパターンPT1とは異なる第2のパターンPT2である場合には、第2の論理レベル「0」の通信データであると判断する。
ここで負荷変調パターンは、第1の負荷状態と第2の負荷状態で構成されるパターンである。第1の負荷状態は、負荷変調部56による受電側の負荷が、例えば高負荷になる状態である。具体的には、図17において、第1の負荷状態の期間TM1は、負荷変調部56のスイッチ素子SWがオンになって、電流源ISの電流がノードNVCからGND側に流れる期間であり、第1、第2のパターンPT1、PT2のHレベル(ビット=1)に対応する期間である。
一方、第2の負荷状態は、負荷変調部56による受電側の負荷が、例えば低負荷になる状態である。具体的には、図17において第2の負荷状態の期間TM2は、負荷変調部56のスイッチ素子SWがオフになる期間であり、第1、第2のパターンPT1、PT2のLレベル(ビット=0)に対応する期間である。
そして図17において、第1のパターンPT1は、第1の負荷状態の期間TM1の幅が第2のパターンPT2に比べて長くなるパターンとなっている。このように第1の負荷状態の期間TM1の幅が、第2のパターンPT2に比べて長い第1のパターンPT1については、論理レベル「1」であると判断される。一方、第1の負荷状態の期間TM1の幅が、第1のパターンPT1に比べて短い第2のパターンPT2については、論理レベル「0」であると判断される。
図17に示すように、第1のパターンPT1は、例えば(1110)のビットパターンに対応するパターンである。第2のパターンPT2は、例えば(1010)のビットパターンに対応するパターンである。これらのビットパターンにおいて、ビット=1は、負荷変調部56のスイッチ素子SWがオンになる状態に対応し、ビット=0は、負荷変調部56のスイッチ素子SWがオフになる状態に対応する。
例えば受電側は、送信する通信データのビットが論理レベル「1」である場合には、第1のパターンPT1に対応する(1110)のビットパターンで、負荷変調部56のスイッチ素子SWをオン又はオフにする。具体的には、スイッチ素子SWを、順に、オン、オン、オン、オフにするスイッチ制御を行う。そして送電側は、負荷変調パターンが、(1110)のビットパターンに対応する第1のパターンPT1であった場合には、通信データのビットの論理レベルは「1」であると判断する。
一方、受電側は、送信する通信データのビットが論理レベル「0」である場合には、第2のパターンPT2に対応する(1010)のビットパターンで、負荷変調部56のスイッチ素子SWをオン又はオフにする。具体的には、スイッチ素子SWを、順に、オン、オフ、オン、オフにするスイッチ制御を行う。そして送電側は、負荷変調パターンが、(1010)のビットパターンに対応する第2のパターンPT2であった場合には、通信データのビットの論理レベルは「0」であると判断する。
ここで、送電部12の駆動周波数をFCKとし、駆動周期をT=1/FCKとした場合には、第1、第2のパターンPT1、PT2の長さは、例えば512×Tと表すことができる。この場合に、1つのビット区間の長さは、(512×T)/4=128×Tと表される。従って、受電側は、通信データのビットが論理レベル「1」である場合には、例えば128×Tの間隔で、第1のパターンPT1に対応する(1110)のビットパターンで、負荷変調部56のスイッチ素子SWをオン又はオフにする。また受電側は、通信データのビットが論理レベル「0」である場合には、例えば128×Tの間隔で、第2のパターンPT2に対応する(1010)のビットパターンで、負荷変調部56のスイッチ素子SWをオン又はオフにする。
一方、送電側は、例えば図18に示す手法で通信データの検出処理及び取り込み処理を行う。例えば通信部30(復調部)は、第1のパターンPT1における第1の負荷状態の期間TM1内に設定された第1のサンプリングポイントSP1から、所与のサンプリング間隔SIで負荷変調パターンのサンプリングを行って、所与のビット数の通信データを取り込む。
例えば図18のサンプリングポイントSP1、SP2、SP3、SP4、SP5、SP6は、サンプリング間隔SI毎に設定されるサンプリングポイントである。このサンプリング間隔SIは、負荷変調パターンの長さに対応する間隔である。即ち、負荷変調パターンである第1、第2のパターンPT1、PT2の長さに対応する間隔である。例えば図17では、第1、第2のパターンPT1、PT2の長さは512×T(=512/FCK)となっているため、サンプリング間隔SIの長さも512×Tになる。
そして図18では、期間TS1、TS2、TS3、TS4、TS5、TS6での負荷変調パターンは、各々、PT1、PT2、PT1、PT2、PT2、PT2になっている。ここで期間TS1、TS2、TS3、TS4、TS5、TS6はサンプリングポイントSP1、SP2、SP3、SP4、SP5、SP6に対応する期間である。従って、図18の場合には、第1のサンプリングポイントSP1から、サンプリング間隔SIで負荷変調パターンのサンプリングを行うことで、例えばビット数=6である通信データ(101000)が取り込まれることになる。
具体的には通信部30は、信号レベルがHレベルとなるパルスを検出し、そのパルスの幅が第1の範囲幅内(例えば220×T〜511×T)である場合に、ビット同期を行う。そして、ビット同期した場合には、そのパルス幅の中心点に第1のサンプリングポイントSP1を設定し、第1のサンプリングポイントSP1からサンプリング間隔SI(例えば512×T)毎に信号を取り込む。そして取り込んだ信号のレベルが、Hレベルであれば、論理レベル「1」(第1のパターンPT1)であると判断し、Lレベルであれば、論理レベル「0」(第2のパターンPT2)であると判断する。このようにすることで、図18では、通信データ(101000)が取り込まれることになる。実際には、ビット同期後(SP1での1ビット分のデータを取り込んだ後)、15ビット分のデータを取り込むことで、全体として16ビット分の通信データが取り込まれる。この16ビットの通信データでは最初の1ビット(ビット同期したビット)は必ず「1」になる。
このように本実施形態では、第1の負荷状態の期間TM1の幅が、第1の範囲幅内(220×T〜511×T)である場合に、図18に示すように、第1の負荷状態の期間TM1内に、第1のサンプリングポイントSP1を設定する。即ち、信号レベルがHレベルとなる期間TM1の幅が、第1の範囲幅内である場合に、ビット同期を行い、その期間TM1内の例えば中心点に、第1のサンプリングポイントSP1を設定する。そして、設定された第1のサンプリングポイントSP1から、サンプリング間隔SI毎にサンプリングを行う。ここで第1の範囲幅(220×T〜511×T)は、第1のパターンPT1における第1の負荷状態の期間TM1(384×T)に対応して設定される範囲幅である。
即ち、図16で説明したように、ノイズ等が原因となって、期間TM1の幅は変動してしまう。そして第1のパターンPT1における期間TM1の幅のティピカル値は、3ビット分(111)に対応する幅である128×3×T=384×Tである。従って、この384×Tを含むような第1の範囲幅220×T〜511×Tを設定する。そして、第1の範囲幅220×T〜511×T内であるHレベルの期間については、第1のパターンPT1の期間TM1であると判断し、第1のサンプリングポイントSP1を設定するためのビット同期を行う。このようにすることで、図16に示すようにノイズが信号に重畳している場合にも、適正なビット同期を行って、適切な第1のサンプリングポイントSP1を設定できるようになる。
そして、このように第1のサンプリングポイントSP1を設定した後は、サンプリング間隔SI毎にサンプリングを行い、各サンプリングポイントでの信号レベルに基づいて、第1、第2のパターンPT1、PT2のいずれなのかを判断する。即ち、通信部30は、第1のサンプリングポイントSP1の次の第2のサンプリングポイントSP2において、負荷状態が第1の負荷状態である場合(信号レベルがHレベルである場合)には、第2のサンプリングポイントSP2での負荷変調パターンが第1のパターンPT1であると判断する。即ち、通信データのビットの論理レベルが「1」であると判断する。
一方、第2のサンプリングポイントSP2において、負荷状態が第2の負荷状態である場合(信号レベルがLレベルである場合)には、第2のサンプリングポイントSP2での負荷変調パターンが第2のパターンPT2であると判断する。即ち、通信データのビットの論理レベルが「0」であると判断する。その後のサンプリングポイントにおいても同様である。
例えば図18では、サンプリングポイントSP2での負荷状態は第2の負荷状態(Lレベル)であるため、第2のパターンPT2であると判断され、論理レベルが「0」であると判断される。サンプリングポイントSP3での負荷状態は第1の負荷状態(Hレベル)であるため、第1のパターンPT1であると判断され、論理レベルが「1」であると判断される。サンプリングポイントSP4、SP5、SP6での負荷状態は第2の負荷状態(Lレベル)であるため、第2のパターンPT2であると判断され、論理レベルが「0」であると判断される。
なお、図18の各サンプリングポイントSP2〜SP6において、そのサンプリングポイントを含む負荷状態の期間の幅が、所定の幅範囲内であるか否かを確認するようにしてもよい。
例えば第2のサンプリングポイントSP2において、負荷状態が第1の負荷状態(Hレベル)であり、且つ、第2のサンプリングポイントSP2を含む第1の負荷状態の期間TM1の幅が、第1の範囲幅内(220×T〜511×T)である場合には、第2のサンプリングポイントSP2での負荷変調パターンが第1のパターンPT1(論理レベル「1」)であると判断する。
一方、第2のサンプリングポイントSP2において、負荷状態が第2の負荷状態(Lレベル)であり、且つ、第2のサンプリングポイントSP2を含む第2の負荷状態の期間TM2の幅が、第2の範囲幅内(例えば80×T〜150×T)である場合には、第2のサンプリングポイントSP2での負荷変調パターンが第2のパターンPT2(論理レベル「0」)であると判断する。
ここで第2の範囲幅(80×T〜150×T)は、第2のパターンPT2における第2の負荷状態の期間TM2(128×T)に対応して設定される範囲幅である。期間TM2のティピカル値は、1ビットに対応する幅である128×Tとなるため、この128×Tを含むような第2の範囲幅80×T〜150×Tが設定される。
以上のように本実施形態では、負荷変調パターンを判別して通信データの論理レベルを判定している。例えば従来では、負荷変調部56のスイッチ素子SWがオンになる第1の負荷状態を論理レベル「1」と判断し、スイッチ素子SWがオフになる第2の負荷状態を論理レベル「0」と判断するような手法を採用している。しかしながら、この従来例の手法では、図16で説明したように、ノイズ等が原因で通信データの検出エラーが発生してしまうおそれがある。
これに対して本実施形態では、負荷変調パターンが、例えば図17に示すような第1、第2のパターンPT1、PT2のいずれであるかを判別することで、通信データの各ビットの論理レベルを検出している。従って、図16のようなノイズが多いような状況においても、通信データの適正な検出が可能になる。即ち、図17の第1、第2のパターンPT1、PT2では、例えば第1の負荷状態(Hレベル)の期間TM1の幅が大きく異なっており、本実施形態では、この期間TM1の幅の違いを判別することで、パターンを判別して、通信データの各ビットの論理レベルを検出している。例えば図18の最初のビット同期において、期間TM1の幅が第1の範囲幅内(220×T〜511×T)である場合に、その期間TM1の中心点にサンプリングポイントSP1を設定し、その後のサンプリングポイントSP2、SP3、SP4・・・での信号の取り込みを行っている。従って、例えばノイズが原因でサンプリングポイントSP1での期間TM1の幅等が変動した場合にも、通信データの適正な検出が可能になる。また、以降のサンプリングポイントSP2、SP3、SP4・・・は、サンプリング間隔SIに基づき簡素な処理で設定できるため、通信データの検出処理の処理負荷も軽減できるという利点がある。
なお本実施形態の通信手法は、図17、図18等で説明した手法に限定されず、種々の変形実施が可能である。例えば図17では第1のパターンPT1に論理レベル「1」を対応づけ、第2のパターンPT2に論理レベル「0」を対応づけているが、この対応づけは逆であってもよい。また、図17の第1、第2のパターンPT1、PT2は負荷変調パターンの一例であり、本実施形態の負荷変調パターンはこれに限定されず、種々の変形実施が可能である。例えば図17では、第1、第2のパターンPT1、PT2は同じ長さに設定されているが、異なる長さに設定してもよい。また図17では、ビットパターン(1110)の第1のパターンPT1と、ビットパターン(1010)の第2のパターンPT2を用いているが、これらとは異なったビットパターンの第1、第2のパターンPT1、PT2を採用してもよい。例えば第1、第2のパターンPT1、PT2は、少なくとも第1の負荷状態の期間TM1(或いは第2の負荷状態の期間TM2)の長さが異なるパターンであればよく、図17とは異なる種々のパターンを採用できる。
図19(A)、図19(B)に、本実施形態で用いられる通信データのフォーマットの例を示す。
図19(A)では、通信データは64ビットで構成され、この64ビットで1つのパケットが構成される。一番目の16ビットは00hとなっている。例えば受電側の負荷変調を検出して送電側が通常送電(或いは間欠送電)を開始する場合に、通信部30の電流検出回路32等が動作して、通信データを適正に検出できるようになるまでに、ある程度の時間が必要になる。このため、一番目の16ビットには、ダミー(空)のデータである00hを設定する。送電側は、この1番目の16ビットの00hの通信期間において、例えばビット同期のために必要な種々の処理を行うことになる。
次の2番目の16ビットには、データコードと、整流電圧(VCC)の情報が設定される。データコードは、図19(B)に示すように、次の3番目の16ビットで通信されるデータを特定するためのコードである。整流電圧(VCC)は、送電装置10の送電電力設定情報として用いられる。具体的には、電源電圧制御部14は、この整流電圧(VCC)の情報等に基づいて、送電ドライバーDR1、DR2に供給する電源電圧VDRVを可変に制御し、これにより送電部12の送電電力を可変に制御する。
3番目の16ビットには、データコードでの設定に従って、温度、バッテリー電圧、充電電流、ステータスフラグ、サイクル回数、或いはIC番号などの情報が設定される。温度は例えばバッテリー温度などである。バッテリー電圧、充電電流は、バッテリー90の電圧(VBAT等)、充電電流であり、充電状態を表す情報である。ステータスフラグは、例えば温度エラー(高温異常、低温異常)、バッテリーエラー(1.0V以下のバッテリー電圧)、過電圧エラー、タイマーエラー、満充電(ノーマルエンド)などの受電側のステータスを表す情報である。サイクル回数(サイクルタイム)は充電回数を表す情報である。IC番号は、制御装置のICを特定するための番号である。4番目の16ビットにはCRCの情報が設定される。CRCは、CRCのエラーチェックのための情報である。
なお、図4において電子機器510の着地が検出されて、VCC>6.0Vになった場合に、B5の負荷変調では、まず初めに例えば1パケット(64ビット)の空データ(ダミーデータ)の通信データが送信される。そして送電側は、この空データの通信データを検出して、通常送電を開始することになる。
図20は、本実施形態の通信処理の詳細例を説明するフローチャートである。まず、受電側(制御部54)は、整流電圧がVCC>6.0Vであるか否かを判断する(ステップS1)。例えば送電側が電力を送電すると、受電側が受電した電力により整流電圧VCCが上昇して、VCC>6.0Vになる。例えば受電側の制御装置50は、送電側の送電電力による電源で動作する。このため、送電側から電力が送電されていない期間では、制御装置50(放電系の回路を除く)は電源が供給されず、例えばリセット状態となっている。
整流電圧がVCC>6.0になると、受電側は、まず初めに、負荷変量によりIC番号を送電側に送信する(ステップS2)。例えば図19(A)、図19(B)において、データコードによりIC番号の通信を指定して、IC番号の情報を含む通信データを送信する。
そして、例えばバッテリー電圧がVBAT<2.5Vのときの予備充電(過放電バッテリーに対する充電)の場合や、VBAT<1.0Vのときのバッテリーエラーの場合など、通常充電を開始できなかった場合(ステップS3:NO)には、受電側は、整流電圧、充電電圧、充電電流、温度、ステータスフラグ等の情報を含む通信データを負荷変調により送信する(ステップS4)。
一方、通常充電を開始できた場合(ステップS3:YES)には、充電のサイクル回数を1だけインクリメントし(ステップS5)、インクリメント後のサイクル回数を負荷変調により送信する(ステップS6)。そして通常充電の期間では、整流電圧、充電電圧、充電電流、温度、ステータスフラグ等の情報を含む通信データの送信が繰り返される(ステップS7)。送電側は、これらの情報に基づいて受電側の充電状態等を判断できる。
なお、以上では本実施形態の通信手法の一例を示したが、本実施形態の通信手法はこれに限定されず種々の変形実施が可能である。例えば本実施形態の通信手法は、図17、図18のように負荷変調パターンを論理レベルに対応づける手法には限定されず、例えば第1の負荷状態を論理レベル「1」に対応づけ、第2の負荷状態を論理レベル「0」に対応づける手法などを採用してもよい。また、通信データのフォーマットや通信処理も図18、図19に示す手法に限定されず、種々の変形実施が可能である。
6.受電部、充電部
図21に、受電部52、充電部58等の詳細な構成例を示す。図21に示すように、受電部52の整流回路53は、整流用のトランジスターTA1、TA2、TA3、TA4と、これらのトランジスターTA1〜TA4を制御する整流制御部51を有する。
トランジスターTA1は、2次コイルL2の一端のノードNB1と、GND(低電位側電源電圧)のノードとの間に設けられる。トランジスターTA2は、ノードNB1と整流電圧VCCのノードNVCとの間に設けられる。トランジスターTA3は、2次コイルL2の他端のノードNB2と、GNDのノードとの間に設けられる。トランジスターTA4は、ノードNB2とノードNVCとの間に設けられる。これらのトランジスターTA1〜TA4の各々のドレイン・ソース間にはボディーダイオードが設けられている。整流制御部51は、トランジスターTA1〜TA4のゲートに対して制御信号を出力して、整流電圧VCCを生成するための整流制御を行う。
整流電圧VCCのノードNVCとGNDのノードとの間には抵抗RB1、RB2が直列に設けられている。整流電圧VCCを、抵抗RB1、RB2で電圧分割した電圧ACH1が、例えば図2のA/D変換回路65に入力される。これにより整流電圧VCCの監視が可能になり、整流電圧VCCの情報に基づく電力制御等を実現できる。
レギュレーター57は、整流電圧VCCの電圧調整(レギュレート)を行って、電圧VD5を出力する。この電圧VD5は、トランジスターTC1を介して、充電部58のCC充電回路59に供給される。トランジスターTC1は、例えばバッテリー電圧VBATが所与の電圧(例えば4.25V)を超える過電圧の検出時において、制御信号GC1に基づいてオフになる。なお制御装置50の各回路(放電部60等の放電系の回路を除く回路)は、この電圧VD5に基づく電圧(VD5をレギュレートした電圧等)を電源電圧として動作する。
CC充電回路59は、トランジスターTC2と、演算増幅器OPCと、抵抗RC1と、電流源ISCを有する。トランジスターTC2は、演算増幅器OPCの出力信号に基づき制御される。演算増幅器OPCの非反転入力端子は、抵抗RC1の一端に接続される。抵抗RC1の他端は、制御装置50の外付け部品として設けられるセンス抵抗RSの一端に接続される。センス抵抗RSの他端は、演算増幅器OPCの反転入力端子に接続される。電流源ISCは、演算増幅器OPCの非反転入力端子とGNDのノードとの間に設けられる。電流源ISCに流れる電流は、信号ICDAに基づいて制御される。
演算増幅器OPCの仮想接地により、抵抗RC1の一端の電圧(非反転入力端子の電圧)と、センス抵抗RSの他端の電圧VCS2(反転入力端子の電圧)が等しくなるように、トランジスターTC2が制御される。信号ICDAの制御により電流源ISCに流れる電流をIDAとし、抵抗RSに流れる電流をIRSとする。すると、IRS×RS=IDA×RC1となるように、制御される。即ち、このCC充電回路59では、センス抵抗RSに流れる電流IRS(充電電流)が、信号ICDAにより設定される一定の電流値になるように制御される。これにより、CC(Constant-Current)充電が可能になる。
充電時には、信号CHONがアクティブになる。これにより、トランジスターTC3、TC4がオン状態になり、バッテリー90への充電が行われるようになる。またトランジスターTC3のゲートとバッテリー電圧VBATのノードNBATとの間に設けられる抵抗RC2等により、バッテリー90からの逆流も防止される。またノードNBATとGNDのノードとの間には抵抗RC3、RC4が直列に設けられており、バッテリー電圧VBATを、抵抗RC3、RC4で電圧分割した電圧ACH2が、A/D変換回路65に入力される。これによりバッテリー電圧VBATの監視が可能になり、バッテリー90の充電状態に応じた各種の制御を実現できる。
またバッテリー90の近くには、サーミスターTH(広義には温度検出部)が設けられている。このサーミスターTHの一端の電圧RCTが制御装置50に入力され、これによりバッテリー温度の測定が可能になる。
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。また送電側、受電側の制御装置、送電装置、受電装置の構成・動作等も、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。