JP6756632B2 - 給電システム、給電装置、及び給電方法 - Google Patents
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Description
[第1の実施形態]
図1は、本発明に係る第1の実施形態による給電システム100の一例を示す機能ブロック図である。
図1に示すように、給電システム100は、給電装置1と、受電装置2を有する電子機器3とを備えている。
電子機器3は、例えば、携帯電話端末やPDA(Personal Digital Assistant)などであり、受電装置2と負荷26とを備える。また、給電装置1は、例えば、受電装置2に対応する充電器などである。
給電装置1は、給電コイル11と、共振コンデンサ12と、駆動トランジスタ13と、駆動電圧生成部14と、駆動信号生成部15と、波高値変動検出部16と、給電制御部17とを備えている。
波高値変動検出部16は、例えば、サンプルホールド回路を利用して、給電コイル11に励起されるピーク電圧を保持し、ピーク電圧の変動を検出する。
具体的に、電圧制御部171は、算出した共振比率が所定の値より大きい場合に、駆動電圧生成部14の出力する駆動電圧を上げる(増加させる)制御を行う。また、電圧制御部171は、算出した共振比率が所定の値より小さい場合に、駆動電圧生成部14の出力する駆動電圧を下げる(減少させる)制御を行う。
受電装置2は、受電コイル21と、共振コンデンサ22と、共振制御トランジスタ23と、整流ダイオード24と、平滑コンデンサ25と共振制御部30とを備えている。また、受電装置2は、負荷26に給電装置1から受電した電力を供給する。
平滑コンデンサ25は、整流ダイオード24が変換した直流電力を平滑化する。
また、共振制御部30は、抵抗31、抵抗32、コンパレータ33、及び基準電源34を備えている。
図2は、本実施形態による受電装置2の共振制御処理の一例を示すフローチャートである。
ステップS102又はステップS103の処理の後、共振制御部30は、ステップS101の処理に戻し、ステップS101からステップS103の処理が繰り返される。
このように、共振制御部30は、共振回路20の共振状態を切り替える制御を行う。すなわち、共振制御部30は、共振回路20を共振状態と非共振状態とを周期的に切り替える制御を行う。
図3に示す波形は、上から順に、(a)目標の共振比率の場合の共振制御トランジスタ23のゲート信号、(b)共振比率が高い場合の共振制御トランジスタ23のゲート信号、及び(c)共振比率が低い場合の共振制御トランジスタ23のゲート信号の波形をそれぞれ示している。なお、各波形の縦軸は、論理レベルを示し、横軸は、時間を示している。
図4は、本実施形態による給電装置1の電圧制御処理の一例を示すフローチャートである。
次に、電圧制御部171は、ピーク電圧の変動に基づいて、共振期間と非共振期間とを推定する(ステップS202)。
図5に示す波形は、上から順に、(a)受電装置2の共振制御トランジスタ23のゲート信号、(b)給電装置1の給電コイル11の電圧、(c)共振期間と非共振期間の推定結果、及び、(d)給電装置1のVCC電圧(駆動電圧)の波形をそれぞれ示している。なお、各波形の縦軸は、(a)及び(c)が論理レベルを示し、(b)及び(d)が電圧を示し、横軸は、時間を示している。
図6は、本実施形態による給電装置1の駆動制御処理の一例を示すフローチャートである。
図6において、給電装置1の給電制御部17は、まず、駆動トランジスタ13に駆動信号DRVを供給させる(ステップS301)。具体的には、給電制御部17の駆動制御部172は、駆動信号生成部15に駆動信号DRVを、駆動トランジスタ13のゲート端子に供給させる。
また、本実施形態による給電システム100は、給電効率を向上させることができるため、給電による消費電力を低減(低消費電力化)することができる。
これにより、本実施形態による給電システム100は、共振状態の期間と非共振状態の期間との比率により給電コイル11に供給する電圧を制御するという簡易な手法により、通信手段を付加することなく、給電効率を向上させることができる。
これにより、本実施形態による給電システム100は、例えば、負荷26の状態や給電コイル11と受電コイル21との結合状態に応じて、給電コイル11に供給する電圧を適切に制御することができる。
これにより、本実施形態による給電システム100では、受電装置2が、簡易な手法により、共振状態と非共振状態とを適切に切り替えることができる。
これにより、本実施形態による給電システム100は、受電装置2に給電可能な状態であるか否かを正確に判定することができる。また、本実施形態による給電システム100は、例えば、受電装置2に給電可能な状態でない場合に、駆動トランジスタ13に駆動信号の供給を停止できるため、給電のための電力を無駄に消費することを低減できる。
これにより、本実施形態による給電装置1は、上述した給電システム100と同様の効果を奏し、通信手段を付加することなく、給電効率を向上させることができる。
これにより、本実施形態による給電方法は、上述した給電システム100と同様の効果を奏し、通信手段を付加することなく、給電効率を向上させることができる。
次に、図面を参照して、本発明に係る第2の実施形態による給電システム100aについて説明する。
図7は、第2の実施形態による給電システム100aの一例を示す機能ブロック図である。
なお、この図において、図1と同一の構成には、同一の符号を付与し、その説明を省略する。
本実施形態では、共振回路20の共振状態の期間と、非共振状態の期間との比率の代わりに、共振状態の期間と非共振状態の期間との繰り返し周期に基づいて、給電コイル11に供給する電力を制御する一例について説明する。
具体的に、電圧制御部171aは、算出した繰り返し周期が所定の値より大きい場合に、駆動電圧生成部14の出力する駆動電圧を上げる(増加させる)制御を行う。また、電圧制御部171aは、算出した繰り返し周期が所定の値より小さい場合に、駆動電圧生成部14の出力する駆動電圧を下げる(減少させる)制御を行う。
なお、本実施形態による受電装置2の共振制御処理は、上述した図2に示す処理と同様であるため、ここではその説明を省略する。また、本実施形態による給電装置1aの駆動制御処理は、上述した図6に示す処理と同様であるため、ここではその説明を省略する。
図8は、本実施形態による給電装置1aの電圧制御処理の一例を示すフローチャートである。
ステップS403において、給電制御部17aの電圧制御部171aは、共振期間と非共振期間とから繰り返し期間を算出する。電圧制御部171aは、例えば、上述した式(3)を用いて、繰り返し期間を算出する。なお、電圧制御部171aは、繰り返し期間を、複数周期(例えば、3周期)の共振期間及び非共振期間に基づく移動平均により算出してもよい。
これにより、本実施形態による給電システム100aは、上述した第1の実施形態と同様の効果を奏し、通信手段を付加することなく、給電効率を向上させることができる。また、本実施形態による給電システム100aは、共振状態の期間と非共振状態の期間との繰り返し周期により給電コイル11に供給する電圧を制御するという簡易な手法により、通信手段を付加することなく、給電効率を向上させることができる。
例えば、上記の各実施形態において、受電装置2の共振制御部30は、受電電力と負荷26の消費電力とに基づいて、共振制御トランジスタ23を制御する一例として、受電電力を整流して負荷26に供給するノードN4の電圧(受電電圧)に基づいて、共振制御トランジスタ23を制御する例を説明したがこれに限定されるものではない。例えば、共振制御部30は、ノードN4の電圧(受電電圧)の代わりに、負荷26に流れる電流に基づいて、共振制御トランジスタ23を制御するようにしてもよいし、他の手法を用いてもよい。
また、上記の各実施形態において、目標値である所定の値(所定の比率、又は所定の周期)は、負荷26に応じて、変更されてもよい。
また、上記の第2の実施形態において、電圧制御部171aは、移動平均を用いて、繰り返し周期を算出するようにしてもよい。
2 受電装置
3 電子機器
10、20 共振回路
11 給電コイル
12、22 共振コンデンサ
13 駆動トランジスタ
14 駆動電圧生成部
15 駆動信号生成部
16 波高値変動検出部
17、17a 給電制御部
21 受電コイル
23 共振制御トランジスタ
24 整流ダイオード
25 平滑コンデンサ
26 負荷
30 共振制御部
31、32 抵抗
33 コンパレータ
34 基準電源
100、100a 給電システム
171、171a 電圧制御部
172 駆動制御部
Claims (8)
- 給電コイルを有する給電装置と、受電コイルを有する受電装置とを備え、前記給電装置から前記受電装置に電磁誘導によって電力を給電する給電システムであって、
前記受電装置は、
前記給電コイルから給電される前記受電コイルと、前記受電コイルと共振する共振コンデンサと、前記共振コンデンサの電気的な接続状態を変更して、共振状態と非共振状態とを切り替える第1のスイッチング素子とを有する共振回路と、
前記給電コイルから前記受電コイルが受電した受電電力と、当該受電電力が供給される負荷が消費する消費電力とに基づいて、前記第1のスイッチング素子を制御する共振制御部と、
を備え、
前記給電装置は、
前記給電コイルに直列に接続された第2のスイッチング素子と、
前記第2のスイッチング素子の導通状態と非導通状態とを変更して、前記給電コイルを駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
前記共振コンデンサの電気的な接続状態の変更を、前記給電コイルに励起される励起電圧における周期的な波形の変動として検出する変動検出部と、
前記変動検出部が検出した前記周期的な波形の変動に基づいて推定される、前記共振状態の期間及び前記非共振状態の期間に基づいて、前記給電コイルに供給する電力を制御する給電制御部と、
を備えることを特徴とする給電システム。 - 前記給電制御部は、前記共振状態の期間と前記非共振状態の期間との比率が所定の比率になるように、前記給電コイルに供給する電圧を変更する
ことを特徴とする請求項1に記載の給電システム。 - 前記給電制御部は、前記共振状態の期間と前記非共振状態の期間との繰り返し周期が所定の周期になるように、前記給電コイルに供給する電圧を変更する
ことを特徴とする請求項1に記載の給電システム。 - 前記給電制御部は、前記共振状態の期間と前記非共振状態の期間との比率の複数周期にわたる移動平均を算出し、当該移動平均に基づいて前記給電コイルに供給する電力を制御する
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の給電システム。 - 前記共振制御部は、前記受電コイルが受電した前記受電電力を整流して前記負荷に供給する供給線の電圧が所定の閾値以下である場合に、前記共振回路が前記共振状態になるように、前記第1のスイッチング素子を制御し、前記供給線の電圧が前記所定の閾値より大きい場合に、前記共振回路が前記非共振状態になるように、前記第1のスイッチング素子を制御する
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の給電システム。 - 前記給電制御部は、前記変動検出部が検出した前記周期的な波形の変動に基づいて、前記受電装置に給電可能な状態であるか否かを判定し、当該判定結果に基づいて、前記第2のスイッチング素子に前記駆動信号を継続して供給するか否かの制御を行う駆動制御部を備える
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の給電システム。 - 給電コイルから給電される受電コイルと、前記受電コイルと共振する共振コンデンサと、前記共振コンデンサの電気的な接続状態を変更して、共振状態と非共振状態とを切り替える第1のスイッチング素子とを有する共振回路と、前記給電コイルから前記受電コイルが受電した受電電力と、当該受電電力が供給される負荷が消費する消費電力とに基づいて、前記第1のスイッチング素子を制御する共振制御部と、を備える受電装置に電磁誘導によって電力を給電する給電装置であって、
前記給電コイルに直列に接続された第2のスイッチング素子と、
前記第2のスイッチング素子の導通状態と非導通状態とを変更して、前記給電コイルを駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
前記共振コンデンサの電気的な接続状態の変更を、前記給電コイルに励起される励起電圧における周期的な波形の変動として検出する変動検出部と、
前記変動検出部が検出した前記周期的な波形の変動に基づいて推定される、前記共振状態の期間及び前記非共振状態の期間に基づいて、前記給電コイルに供給する電力を制御する給電制御部と、
を備えることを特徴とする給電装置。 - 給電コイルから給電される受電コイルと、前記受電コイルと共振する共振コンデンサと、前記共振コンデンサの電気的な接続状態を変更して、共振状態と非共振状態とを切り替える第1のスイッチング素子とを有する共振回路を備える受電装置と、前記給電コイルを有する給電装置と、を備え、前記給電装置から前記受電装置に電磁誘導によって電力を給電する給電システムの給電方法であって、
前記給電装置が、前記給電コイルに直列に接続された第2のスイッチング素子の導通状態と非導通状態とを変更して、前記給電コイルを駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成ステップと、
前記受電装置が、前記第1のスイッチング素子を、前記給電コイルから前記受電コイルが受電した受電電力と、当該受電電力が供給される負荷が消費する消費電力とに基づいて制御する共振制御ステップと、
前記給電装置が、前記共振コンデンサの電気的な接続状態の変更を、前記給電コイルに励起される励起電圧における周期的な波形の変動として検出する変動検出ステップと、
前記給電装置が、前記変動検出ステップによって検出された前記周期的な波形の変動に基づいて推定される、前記共振状態の期間及び前記非共振状態の期間に基づいて、前記給電コイルに供給する電力を制御する給電制御ステップと、
を含むことを特徴とする給電方法。
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