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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6185291
(24)【登録日】2017年8月4日
(45)【発行日】2017年8月23日
(54)【発明の名称】ワイヤレス送電装置、その制御回路および制御方法
(51)【国際特許分類】
H02J 50/12 20160101AFI20170814BHJP
H02J 50/80 20160101ALI20170814BHJP
【ＦＩ】
H02J50/12
H02J50/80
【請求項の数】15
【全頁数】15
(21)【出願番号】特願2013-117304(P2013-117304)
(22)【出願日】2013年6月3日
(65)【公開番号】特開2014-236607(P2014-236607A)
(43)【公開日】2014年12月15日
【審査請求日】2016年3月24日
(73)【特許権者】
【識別番号】000116024
【氏名又は名称】ローム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100105924
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 賢樹
(74)【代理人】
【識別番号】100133215
【弁理士】
【氏名又は名称】真家 大樹
(72)【発明者】
【氏名】渡邉 政考
(72)【発明者】
【氏名】野澤 毅
(72)【発明者】
【氏名】岩▲崎▼ 竜也
(72)【発明者】
【氏名】宮田 学
【審査官】
坂東 博司
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００８−１４１８１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１１−０９１３１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００９−１３６１３２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
再公表特許第９８／０３４３１９（ＪＰ，Ａ１）
【文献】
欧州特許出願公開第０２０６６０００（ＥＰ，Ａ２）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０２Ｊ ５０／１２
Ｈ０２Ｊ ５０／８０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
送信アンテナ、前記送信アンテナに接続されたドライバ、第１オシレータ、を備えるワイヤレス送電装置に使用され、前記ドライバを制御する制御回路であって、
前記第１オシレータは、停止状態と、第１周波数の第１クロック信号を生成する発振状態とがイネーブル信号に応じて切りかえ可能に構成され、
前記制御回路は、
前記第１周波数より低い第２周波数で発振し、第２クロック信号を生成する第２オシレータと、
前記第１クロック信号および前記第２クロック信号を受け、（i）ワイヤレス受電装置に送電するための送電フェーズにおいて、前記イネーブル信号をアサートして前記第１オシレータを発振状態とし、前記第１クロック信号にもとづいて、前記ドライバを制御するための第１パルス信号を生成するとともに、（ii）前記ワイヤレス受電装置を検出するための選択フェーズにおいて、所定の時間間隔にて、前記ドライバを制御するための第２パルス信号を生成し、前記時間間隔を前記第２クロック信号にもとづいて測定するとともに、前記時間間隔の間、前記イネーブル信号をネゲートして前記第１オシレータを停止状態とするコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、前記選択フェーズにおいて前記第２パルス信号を生成する物体検出期間の間、前記イネーブル信号をネゲートして前記第１オシレータを停止状態とし、前記第２クロック信号にもとづいて前記第２パルス信号を生成することを特徴とする制御回路。
前記第１オシレータは、停止状態と、第１周波数の第１クロック信号を生成する発振状態とがイネーブル信号に応じて切りかえ可能に構成され、
前記制御回路は、
前記第１周波数より低い第２周波数で発振し、第２クロック信号を生成する第２オシレータと、
前記第１クロック信号および前記第２クロック信号を受け、（i）ワイヤレス受電装置に送電するための送電フェーズにおいて、前記イネーブル信号をアサートして前記第１オシレータを発振状態とし、前記第１クロック信号にもとづいて、前記ドライバを制御するための第１パルス信号を生成するとともに、（ii）前記ワイヤレス受電装置を検出するための選択フェーズにおいて、所定の時間間隔にて、前記ドライバを制御するための第２パルス信号を生成し、前記時間間隔を前記第２クロック信号にもとづいて測定するとともに、前記時間間隔の間、前記イネーブル信号をネゲートして前記第１オシレータを停止状態とするコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、前記選択フェーズにおいて前記第２パルス信号を生成する物体検出期間の間、前記イネーブル信号をネゲートして前記第１オシレータを停止状態とし、前記第２クロック信号にもとづいて前記第２パルス信号を生成することを特徴とする制御回路。
【請求項2】
前記第２周波数は、前記送信アンテナの共振周波数をｆｒとするとき、２Ｎ×ｆｒ（ただしＮは整数）またはｆｒであることを特徴とする請求項１に記載の制御回路。
【請求項3】
送信アンテナ、前記送信アンテナに接続されたドライバ、第１オシレータ、を備えるワイヤレス送電装置に使用され、前記ドライバを制御する制御回路であって、
前記第１オシレータは、停止状態と、第１周波数の第１クロック信号を生成する発振状態とがイネーブル信号に応じて切りかえ可能に構成され、
前記制御回路は、
前記第１周波数より低い第２周波数で発振し、第２クロック信号を生成する第２オシレータと、
前記第１クロック信号および前記第２クロック信号を受け、（i）ワイヤレス受電装置に送電するための送電フェーズにおいて、前記イネーブル信号をアサートして前記第１オシレータを発振状態とし、前記第１クロック信号にもとづいて、前記ドライバを制御するための第１パルス信号を生成するとともに、（ii）前記ワイヤレス受電装置を検出するための選択フェーズにおいて、所定の時間間隔にて、前記ドライバを制御するための第２パルス信号を生成し、前記時間間隔を前記第２クロック信号にもとづいて測定するとともに、前記時間間隔の間、前記イネーブル信号をネゲートして前記第１オシレータを停止状態とするコントローラと、
を備え、
前記第２周波数は、前記送信アンテナの共振周波数をｆｒとするとき、２Ｎ×ｆｒ（ただしＮは整数）またはｆｒであることを特徴とする制御回路。
前記第１オシレータは、停止状態と、第１周波数の第１クロック信号を生成する発振状態とがイネーブル信号に応じて切りかえ可能に構成され、
前記制御回路は、
前記第１周波数より低い第２周波数で発振し、第２クロック信号を生成する第２オシレータと、
前記第１クロック信号および前記第２クロック信号を受け、（i）ワイヤレス受電装置に送電するための送電フェーズにおいて、前記イネーブル信号をアサートして前記第１オシレータを発振状態とし、前記第１クロック信号にもとづいて、前記ドライバを制御するための第１パルス信号を生成するとともに、（ii）前記ワイヤレス受電装置を検出するための選択フェーズにおいて、所定の時間間隔にて、前記ドライバを制御するための第２パルス信号を生成し、前記時間間隔を前記第２クロック信号にもとづいて測定するとともに、前記時間間隔の間、前記イネーブル信号をネゲートして前記第１オシレータを停止状態とするコントローラと、
を備え、
前記第２周波数は、前記送信アンテナの共振周波数をｆｒとするとき、２Ｎ×ｆｒ（ただしＮは整数）またはｆｒであることを特徴とする制御回路。
【請求項4】
Ｑｉ規格に準拠したことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の制御回路。
【請求項5】
送信アンテナ、前記送信アンテナに接続されたドライバ、第１オシレータ、を備えるワイヤレス送電装置に使用され、前記ドライバを制御する制御回路であって、
前記第１オシレータは、停止状態と、第１周波数の第１クロック信号を生成する発振状態とがイネーブル信号に応じて切りかえ可能に構成され、
前記制御回路は、
前記第１周波数より低い第２周波数で発振し、第２クロック信号を生成する第２オシレータと、
前記第１クロック信号および前記第２クロック信号を受け、（i）ワイヤレス受電装置に送電するための送電フェーズにおいて、前記イネーブル信号をアサートして前記第１オシレータを発振状態とし、前記第１クロック信号にもとづいて、前記ドライバを制御するための第１パルス信号を生成するとともに、（ii）前記ワイヤレス受電装置を検出するための選択フェーズにおいて、所定の時間間隔にて、前記ドライバを制御するための第２パルス信号を生成し、前記時間間隔を前記第２クロック信号にもとづいて測定するとともに、前記時間間隔の間、前記イネーブル信号をネゲートして前記第１オシレータを停止状態とするコントローラと、
を備え、
Ｑｉ規格に準拠したことを特徴とする制御回路。
前記第１オシレータは、停止状態と、第１周波数の第１クロック信号を生成する発振状態とがイネーブル信号に応じて切りかえ可能に構成され、
前記制御回路は、
前記第１周波数より低い第２周波数で発振し、第２クロック信号を生成する第２オシレータと、
前記第１クロック信号および前記第２クロック信号を受け、（i）ワイヤレス受電装置に送電するための送電フェーズにおいて、前記イネーブル信号をアサートして前記第１オシレータを発振状態とし、前記第１クロック信号にもとづいて、前記ドライバを制御するための第１パルス信号を生成するとともに、（ii）前記ワイヤレス受電装置を検出するための選択フェーズにおいて、所定の時間間隔にて、前記ドライバを制御するための第２パルス信号を生成し、前記時間間隔を前記第２クロック信号にもとづいて測定するとともに、前記時間間隔の間、前記イネーブル信号をネゲートして前記第１オシレータを停止状態とするコントローラと、
を備え、
Ｑｉ規格に準拠したことを特徴とする制御回路。
【請求項6】
前記コントローラは、前記選択フェーズにおいて前記第２パルス信号を生成する物体検出期間の間、前記イネーブル信号をアサートして前記第１オシレータを発振状態とし、前記第１クロック信号にもとづいて前記第２パルス信号を生成することを特徴とする請求項３または５に記載の制御回路。
【請求項7】
ひとつの半導体基板に一体集積化されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の制御回路。
【請求項8】
送信アンテナと、
前記送信アンテナに接続されたドライバと、
停止状態と、第１周波数の第１クロック信号を生成する発振状態とがイネーブル信号に応じて切りかえ可能に構成された第１オシレータと、
前記ドライバを制御する請求項１から７のいずれかに記載の制御回路と、
を備えることを特徴とするワイヤレス送電装置。
前記送信アンテナに接続されたドライバと、
停止状態と、第１周波数の第１クロック信号を生成する発振状態とがイネーブル信号に応じて切りかえ可能に構成された第１オシレータと、
前記ドライバを制御する請求項１から７のいずれかに記載の制御回路と、
を備えることを特徴とするワイヤレス送電装置。
【請求項9】
送信アンテナと、
前記送信アンテナに接続されたドライバと、
停止状態と、第１周波数の第１クロック信号を生成する発振状態とが切りかえ可能に構成された第１オシレータと、
前記第１周波数より低い第２周波数で発振し、第２クロック信号を生成する第２オシレータと、
前記第１クロック信号および前記第２クロック信号を受け、（i）ワイヤレス受電装置に送電するための送電フェーズにおいて、前記第１オシレータを発振状態とし、前記第１クロック信号にもとづいて、前記ドライバを制御するための第１パルス信号を生成するとともに、（ii）前記ワイヤレス受電装置を検出するための選択フェーズにおいて、所定の時間間隔にて、前記ドライバを制御するための第２パルス信号を生成し、前記時間間隔を前記第２クロック信号にもとづいて測定するとともに、前記時間間隔の間、前記第１オシレータを停止状態とするコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、前記選択フェーズにおいて前記第２パルス信号を生成する物体検出期間の間、前記第１オシレータを停止状態とし、前記第２クロック信号にもとづいて前記第２パルス信号を生成することを特徴とするワイヤレス送電装置。
前記送信アンテナに接続されたドライバと、
停止状態と、第１周波数の第１クロック信号を生成する発振状態とが切りかえ可能に構成された第１オシレータと、
前記第１周波数より低い第２周波数で発振し、第２クロック信号を生成する第２オシレータと、
前記第１クロック信号および前記第２クロック信号を受け、（i）ワイヤレス受電装置に送電するための送電フェーズにおいて、前記第１オシレータを発振状態とし、前記第１クロック信号にもとづいて、前記ドライバを制御するための第１パルス信号を生成するとともに、（ii）前記ワイヤレス受電装置を検出するための選択フェーズにおいて、所定の時間間隔にて、前記ドライバを制御するための第２パルス信号を生成し、前記時間間隔を前記第２クロック信号にもとづいて測定するとともに、前記時間間隔の間、前記第１オシレータを停止状態とするコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、前記選択フェーズにおいて前記第２パルス信号を生成する物体検出期間の間、前記第１オシレータを停止状態とし、前記第２クロック信号にもとづいて前記第２パルス信号を生成することを特徴とするワイヤレス送電装置。
【請求項10】
前記第２周波数は、前記送信アンテナの共振周波数をｆｒとするとき、２Ｎ×ｆｒ（ただしＮは整数）またはｆｒであることを特徴とする請求項９に記載のワイヤレス送電装置。
【請求項11】
送信アンテナと、
前記送信アンテナに接続されたドライバと、
停止状態と、第１周波数の第１クロック信号を生成する発振状態とが切りかえ可能に構成された第１オシレータと、
前記第１周波数より低い第２周波数で発振し、第２クロック信号を生成する第２オシレータと、
前記第１クロック信号および前記第２クロック信号を受け、（i）ワイヤレス受電装置に送電するための送電フェーズにおいて、前記第１オシレータを発振状態とし、前記第１クロック信号にもとづいて、前記ドライバを制御するための第１パルス信号を生成するとともに、（ii）前記ワイヤレス受電装置を検出するための選択フェーズにおいて、所定の時間間隔にて、前記ドライバを制御するための第２パルス信号を生成し、前記時間間隔を前記第２クロック信号にもとづいて測定するとともに、前記時間間隔の間、前記第１オシレータを停止状態とするコントローラと、
を備え、
前記第２周波数は、前記送信アンテナの共振周波数をｆｒとするとき、２Ｎ×ｆｒ（ただしＮは整数）またはｆｒであることを特徴とするワイヤレス送電装置。
前記送信アンテナに接続されたドライバと、
停止状態と、第１周波数の第１クロック信号を生成する発振状態とが切りかえ可能に構成された第１オシレータと、
前記第１周波数より低い第２周波数で発振し、第２クロック信号を生成する第２オシレータと、
前記第１クロック信号および前記第２クロック信号を受け、（i）ワイヤレス受電装置に送電するための送電フェーズにおいて、前記第１オシレータを発振状態とし、前記第１クロック信号にもとづいて、前記ドライバを制御するための第１パルス信号を生成するとともに、（ii）前記ワイヤレス受電装置を検出するための選択フェーズにおいて、所定の時間間隔にて、前記ドライバを制御するための第２パルス信号を生成し、前記時間間隔を前記第２クロック信号にもとづいて測定するとともに、前記時間間隔の間、前記第１オシレータを停止状態とするコントローラと、
を備え、
前記第２周波数は、前記送信アンテナの共振周波数をｆｒとするとき、２Ｎ×ｆｒ（ただしＮは整数）またはｆｒであることを特徴とするワイヤレス送電装置。
【請求項12】
Ｑｉ規格に準拠したことを特徴とする請求項９から１１のいずれかに記載のワイヤレス送電装置。
【請求項13】
送信アンテナと、
前記送信アンテナに接続されたドライバと、
停止状態と、第１周波数の第１クロック信号を生成する発振状態とが切りかえ可能に構成された第１オシレータと、
前記第１周波数より低い第２周波数で発振し、第２クロック信号を生成する第２オシレータと、
前記第１クロック信号および前記第２クロック信号を受け、（i）ワイヤレス受電装置に送電するための送電フェーズにおいて、前記第１オシレータを発振状態とし、前記第１クロック信号にもとづいて、前記ドライバを制御するための第１パルス信号を生成するとともに、（ii）前記ワイヤレス受電装置を検出するための選択フェーズにおいて、所定の時間間隔にて、前記ドライバを制御するための第２パルス信号を生成し、前記時間間隔を前記第２クロック信号にもとづいて測定するとともに、前記時間間隔の間、前記第１オシレータを停止状態とするコントローラと、
を備え、
Ｑｉ規格に準拠したことを特徴とするワイヤレス送電装置。
前記送信アンテナに接続されたドライバと、
停止状態と、第１周波数の第１クロック信号を生成する発振状態とが切りかえ可能に構成された第１オシレータと、
前記第１周波数より低い第２周波数で発振し、第２クロック信号を生成する第２オシレータと、
前記第１クロック信号および前記第２クロック信号を受け、（i）ワイヤレス受電装置に送電するための送電フェーズにおいて、前記第１オシレータを発振状態とし、前記第１クロック信号にもとづいて、前記ドライバを制御するための第１パルス信号を生成するとともに、（ii）前記ワイヤレス受電装置を検出するための選択フェーズにおいて、所定の時間間隔にて、前記ドライバを制御するための第２パルス信号を生成し、前記時間間隔を前記第２クロック信号にもとづいて測定するとともに、前記時間間隔の間、前記第１オシレータを停止状態とするコントローラと、
を備え、
Ｑｉ規格に準拠したことを特徴とするワイヤレス送電装置。
【請求項14】
前記コントローラは、前記選択フェーズにおいて前記第２パルス信号を生成する物体検出期間の間、前記第１オシレータを発振状態とし、前記第１クロック信号にもとづいて前記第２パルス信号を生成することを特徴とする請求項１１または１３に記載のワイヤレス送電装置。
【請求項15】
ワイヤレス送電装置の制御方法であって、
前記ワイヤレス送電装置は、送信アンテナ、前記送信アンテナに接続されたドライバ、第１周波数の第１クロック信号を生成する第１オシレータ、前記第１周波数より低い第２周波数の第２クロック信号を生成する第２オシレータ、を備え、
前記方法は、
ワイヤレス受電装置に送電するための送電フェーズにおいて、前記第１オシレータを発振状態とし、当該第１クロック信号にもとづいて前記ドライバを制御するための第１パルス信号を生成するステップと、
前記ワイヤレス受電装置を検出するための選択フェーズにおいて、所定の時間間隔にて、前記ドライバを制御するための第２パルス信号を生成するステップと、
前記時間間隔を前記第２クロック信号にもとづいて測定するとともに、前記時間間隔の間、前記第１オシレータを停止状態とするステップと、
前記第１パルス信号および前記第２パルス信号にもとづいて前記ドライバを制御することにより、前記送信アンテナに駆動信号を印加するステップと、
を備え、
前記選択フェーズにおいて前記第２パルス信号を生成する物体検出期間の間、前記第１オシレータを停止状態とし、前記第２クロック信号にもとづいて前記第２パルス信号を生成することを特徴とする方法。
前記ワイヤレス送電装置は、送信アンテナ、前記送信アンテナに接続されたドライバ、第１周波数の第１クロック信号を生成する第１オシレータ、前記第１周波数より低い第２周波数の第２クロック信号を生成する第２オシレータ、を備え、
前記方法は、
ワイヤレス受電装置に送電するための送電フェーズにおいて、前記第１オシレータを発振状態とし、当該第１クロック信号にもとづいて前記ドライバを制御するための第１パルス信号を生成するステップと、
前記ワイヤレス受電装置を検出するための選択フェーズにおいて、所定の時間間隔にて、前記ドライバを制御するための第２パルス信号を生成するステップと、
前記時間間隔を前記第２クロック信号にもとづいて測定するとともに、前記時間間隔の間、前記第１オシレータを停止状態とするステップと、
前記第１パルス信号および前記第２パルス信号にもとづいて前記ドライバを制御することにより、前記送信アンテナに駆動信号を印加するステップと、
を備え、
前記選択フェーズにおいて前記第２パルス信号を生成する物体検出期間の間、前記第１オシレータを停止状態とし、前記第２クロック信号にもとづいて前記第２パルス信号を生成することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ワイヤレス給電技術に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、電子機器に電力を供給するために、無接点電力伝送（非接触給電、ワイヤレス給電ともいう）が普及し始めている。異なるメーカーの製品間の相互利用を促進するために、ＷＰＣ（Wireless Power Consortium）が組織され、ＷＰＣにより国際標準規格であるＱｉ（チー）規格が策定された。
【0003】
図１は、Ｑｉ規格に準拠したワイヤレス給電システム１００の構成を示す図である。給電システム１００は、送電装置２００（ＴＸ、Power Transmitter）と受電装置３００（ＲＸ、Power Receiver）と、を備える。受電装置３００は、携帯電話端末、スマートホン、オーディオプレイヤ、ゲーム機器、タブレット端末などの電子機器に搭載される。
【0004】
送電装置２００は、送信コイル（１次コイル）２０２、ドライバ２０４、コントローラ２０６、復調器２０８を備える。ドライバ２０４は、Ｈブリッジ回路（フルブリッジ回路）あるいはハーフブリッジ回路を含み、送信コイル２０２に駆動信号Ｓ１、具体的にはパルス信号を印加し、送信コイル２０２に流れる駆動電流により、送信コイル２０２に電磁界の電力信号Ｓ２を発生させる。コントローラ２０６は、送電装置２００全体を統括的に制御するものであり、具体的には、ドライバ２０４のスイッチング周波数、あるいはスイッチングのデューティ比を制御することにより、送信電力を変化させる。
【0005】
Ｑｉ規格では、送電装置２００と受電装置３００の間で通信プロトコルが定められており、受電装置３００から送電装置２００に対して、制御信号Ｓ３による情報の伝達が可能となっている。この制御信号Ｓ３は、後方散乱変調（Backscatter modulation）を利用して、ＡＭ（Amplitude Modulation）変調された形で、受信コイル３０２（２次コイル）から送信コイル２０２に送信される。この制御信号Ｓ３には、たとえば、受電装置３００に対する電力供給量を指示する電力制御データ（パケットともいう）、受電装置３００の固有の情報を示すデータなどが含まれる。復調器２０８は、送信コイル２０２の電流あるいは電圧に含まれる制御信号Ｓ３を復調する。コントローラ２０６は、復調された制御信号Ｓ３に含まれる電力制御データにもとづいて、ドライバ２０４を制御する。
【0006】
受電装置３００は、受信コイル３０２、整流回路３０４、コンデンサ３０６、変調器３０８、負荷回路３１０、コントローラ３１２、電源回路３１４を備える。受信コイル３０２は、送信コイル２０２からの電力信号Ｓ２を受信するとともに、制御信号Ｓ３を送信コイル２０２に対して送信する。整流回路３０４およびコンデンサ３０６は、電力信号Ｓ２に応じて受信コイル３０２に誘起される電流Ｓ４を整流・平滑化し、直流電圧に変換する。
【0007】
電源回路３１４は、送電装置２００から供給された電力を利用して図示しない２次電池を充電し、あるいは直流電圧Ｖｄｃを昇圧あるいは降圧し、コントローラ３１２やその他の負荷回路３１０に供給する。
【0008】
コントローラ３１２は、受電装置３００が受けている電力供給量をモニタし、それに応じて、電力供給量を指示する電力制御データを生成する。変調器３０８は、電力制御データを含む制御信号Ｓ３を変調し、受信コイル３０２のコイル電流を変調することにより、送信コイル２０２のコイル電流およびコイル電圧を変調する。
【0009】
以上が給電システム１００の構成である。図２は、送電装置２００の動作シーケンスを示すフローチャートである。送電装置２００の状態は大きく、選択フェーズ（Selection Phase）φ１と送電（Power Transfer）フェーズφ２と、認証・設定フェーズ（Identification&Configuration Phase）φ３、に分けられる。
【0010】
はじめに送電フェーズφ２を説明する。送電装置２００（ＴＸ）が受電装置３００（ＲＸ）への送電を開始する（Ｓ１００）。送電装置ＴＸには、受電装置ＲＸからの現在の送電状態を示す制御信号Ｓ３がフィードバックされる（Ｓ１０２）。送電装置ＴＸは、制御信号Ｓ３にもとづいて、送電量を調節する（Ｓ１０４）。
【0011】
送電装置ＴＸは、受電装置ＲＸから充電完了を示す制御信号Ｓ３を送信する（Ｓ１０６）か、あるいは、通信のタイムアウトエラーにもとづいて、送電装置ＴＸの給電範囲から受電装置ＲＸが取り外されたことを検知すると（Ｓ１０８）、送電装置ＴＸは送電を停止し選択フェーズφ１となる。
【0012】
続いて選択フェーズφ１について説明する。送電装置ＴＸは、所定の時間間隔（Object detection interval、たとえば５００ｍｓｅｃ）ごとに、電力信号Ｓ２を送信し、受電装置ＲＸの有無を確認する（Ｓ２００）。これをアナログピンフェーズ（Analog Ping Phase）と称する。
【0013】
受電装置ＲＸが検出されると（Ｓ２０２）、認証・設定フェーズφ３に移行し、デジタルピンフェーズ（Digital Ping Phase）が実行される（Ｓ２０４）。続く認証・設定フェーズ（Identification&Configuration Phase）において、送電装置ＴＸは、受電装置ＲＸの個体情報を受信する（Ｓ２０６）。続いて送電条件に関する情報が受電装置ＲＸから送電装置ＴＸに送信され（Ｓ２０８）、送電フェーズφ２に移行する。以上が送電装置２００の動作シーケンスである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0014】
【特許文献1】特開２０１３−３８８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0015】
本発明者らは、このような給電システム１００について検討した結果、以下の課題を認識するに至った。
【0016】
図３は、本発明者らが検討した送電装置２００ｒの構成を示す回路図である。
【0017】
送電装置２００ｒは、送信アンテナ２０１、ドライバ２０４、制御回路２２０および外部オシレータ２１０を備える。
【0018】
送信アンテナ２０１は、直列に接続された送信コイル２０２および共振コンデンサ２０３を含む。送信アンテナ２０１は、固有の共振周波数ｆｒを有する。ドライバ２０４は、トランジスタＭ１〜Ｍ４を含むＨブリッジ回路（Ｍ１〜Ｍ４）であり、送信アンテナ２０１の両端間に、矩形波状の駆動信号Ｓ１を印加する。駆動信号Ｓ１の周波数は、送信アンテナ２０１の共振周波数ｆｒの近傍に設定される。
【0019】
制御回路２２０は、コントローラ２０６および復調器２０８を含み、ひとつの半導体チップに一体集積化されている。
【0020】
外部オシレータ２１０は、所定の周波数で発振し、クロック信号ＣＬＫを生成する。クロック信号ＣＬＫは制御回路２２０のクロック入力（ＣＬＫＩＮ）端子に入力される。制御回路２２０の内部ブロックは、クロック信号ＣＬＫと同期して、信号処理を行う。
【0021】
復調器２０８は、図１を参照して説明したように、受電装置３００から送信される制御信号Ｓ３を復調する。制御信号Ｓ３のうち、送電装置２００が送信すべき電力量を指示する電力制御データＳ５は、コントローラ２０６に与えられる。
【0022】
コントローラ２０６は、パルス信号生成部２２２およびプリドライバ２２４を含む。パルス信号生成部２２２は、電力制御データＳ５にもとづいて、トランジスタＭ１〜Ｍ４のオン、オフを指示するパルス信号Ｓ６を生成する。プリドライバ２２４は、パルス信号Ｓ６にもとづいてドライバ２０４のトランジスタＭ１〜Ｍ４をスイッチングする。
【0023】
図１の送電装置２００において、送信電力は、ドライバ２０４が送信コイル２０２に印加する駆動信号Ｓ１の周波数、つまりパルス信号Ｓ６の周波数にもとづいて調節される。具体的には、パルス信号Ｓ６の周波数を、送信コイル２０２を含むアンテナの共振周波数に近づけると、送信電力が増加し、遠ざかるにしたがって送信電力は低下する。つまりパルス信号生成部２２２は、電力制御データＳ５にもとづいてパルス信号Ｓ６の周波数を調節する。
【0024】
たとえばパルス信号生成部２２２は、デジタルカウンタで構成され、クロック信号ＣＬＫをカウントすることにより、電力制御データＳ５に応じた周波数（周期）を有するパルス信号Ｓ６を生成する。
【0025】
ここで送電装置２００ｒには、高精度な電力量制御が要求され、したがってパルス信号Ｓ６の周波数を、高分解能で変化させる必要がある。Ｑｉ規格に準拠するためには、１１０ｋＨｚ付近の駆動信号Ｓ１の周波数を、０．４ｋＨｚ程度の分解能で変化させる必要があり、したがってクロック信号ＣＬＫの周波数は、数十ＭＨｚ程度に設定する必要がある。
【0026】
一般に、外部オシレータ２１０の消費電流は、その発振周波数に応じて変化し、高周波数ほど高くなる。したがって図３の送電装置２００ｒでは、常時、外部オシレータ２１０を動作させる必要があるため、その消費電力が大きくなるという問題がある。
【0027】
なお、図３の送電装置２００ｒの構成を、従来技術と認定してはならず、またその課題についても、当業者の一般的な認識ととらえてはならない。
【0028】
本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、消費電力を低減したワイヤレス送電装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【0029】
本発明のある態様は、送信アンテナ、送信アンテナに接続されたドライバ、第１オシレータ、を備えるワイヤレス送電装置に使用され、ドライバを制御する制御回路に関する。第１オシレータは、停止状態と、第１周波数の第１クロック信号を生成する発振状態とがイネーブル信号に応じて切りかえ可能に構成される。制御回路は、第１周波数より低い第２周波数で発振し、第２クロック信号を生成する第２オシレータと、第１クロック信号および第２クロック信号を受け、（i）ワイヤレス受電装置に送電するための送電フェーズにおいて、イネーブル信号をアサートして第１オシレータを発振状態とし、第１クロック信号にもとづいて、ドライバを制御するための第１パルス信号を生成するとともに、（ii）ワイヤレス受電装置を検出するための選択フェーズにおいて、所定の時間間隔にて、ドライバを制御するための第２パルス信号を生成し、時間間隔を第２クロック信号にもとづいて測定するとともに、時間間隔の間、イネーブル信号をネゲートして第１オシレータを停止状態とするコントローラと、を備える。
【0030】
第２オシレータの消費電力は、その発振周波数が低いことから、第１オシレータの消費電力よりも低い。この態様によれば、待機期間において、所定の時間間隔の間、第１オシレータを停止状態にできるため、ワイヤレス送電装置の消費電力を低減することができる。
【0031】
コントローラは、選択フェーズにおいて第２パルス信号を生成する物体検出期間の間、イネーブル信号をネゲートして第１オシレータを停止状態とし、第２クロック信号にもとづいて第２パルス信号を生成してもよい。この態様によれば、選択フェーズの間は、完全に第１オシレータを停止することができるため、さらに消費電力を低減できる。
【0032】
コントローラは、選択フェーズにおいて第２パルス信号を生成する物体検出期間の間、イネーブル信号をアサートして第１オシレータを発振状態とし、第１クロック信号にもとづいて第２パルス信号を生成してもよい。この態様によれば、物体検出期間の間は、周波数が高い第１クロック信号にもとづいて第２パルス信号を生成するため、第２パルス信号の周波数やデューティ比を高い分解能で制御することが可能となる。
【0033】
第２周波数は、送信アンテナの共振周波数をｆｒとするとき、２Ｎ×ｆｒ（ただしＮは整数）であってもよい。
【0034】
第２周波数は、送信アンテナの共振周波数ｆｒと等しくてもよい。
【0035】
制御回路は、Ｑｉ規格に準拠してもよい。
【0036】
制御回路は、ひとつの半導体基板に一体集積化されてもよい。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。回路を１つのＩＣとして集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。
【0037】
本発明の別の態様は、ワイヤレス送電装置に関する。ワイヤレス送電装置は、送信アンテナと、送信アンテナに接続されたドライバと、停止状態と、第１周波数の第１クロック信号を生成する発振状態とがイネーブル信号に応じて切りかえ可能に構成された第１オシレータと、ドライバを制御する上述のいずれかの制御回路と、を備えてもよい。
【0038】
本発明の別の態様もまた、ワイヤレス送電装置である。このワイヤレス送電装置は、送信アンテナと、送信アンテナに接続されたドライバと、停止状態と、第１周波数の第１クロック信号を生成する発振状態とが切りかえ可能に構成された第１オシレータと、第１周波数より低い第２周波数で発振し、第２クロック信号を生成する第２オシレータと、第１クロック信号および第２クロック信号を受け、（i）ワイヤレス受電装置に送電するための送電フェーズにおいて、第１オシレータを発振状態とし、第１クロック信号にもとづいて、ドライバを制御するための第１パルス信号を生成するとともに、（ii）ワイヤレス受電装置を検出するための選択フェーズにおいて、所定の時間間隔にて、ドライバを制御するための第２パルス信号を生成し、時間間隔を第２クロック信号にもとづいて測定するとともに、時間間隔の間、第１オシレータを停止状態とするコントローラと、を備える。
【0039】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【0040】
本発明のある態様によれば、ワイヤレス送電装置の消費電力を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】Ｑｉ規格に準拠したワイヤレス給電システムの構成を示す図である。
【図2】送電装置の動作シーケンスを示すフローチャートである。
【図3】本発明者らが検討した送電装置の構成を示す回路図である。
【図4】実施の形態に係るワイヤレス送電装置の構成を示す回路図である。
【図6】第２の変形例に係る送電装置の動作を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0042】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【0043】
本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
【0045】
送電装置２００は、送信アンテナ２０１、ドライバ２０４、制御回路２２０、第１オシレータ２３０を備える。
【0046】
送信アンテナ２０１は、直列に接続された送信コイル（１次コイル）２０２および共振コンデンサ２０３を含み、所定の共振周波数ｆｒを有する。
【0047】
ドライバ２０４は、トランジスタＭ１〜Ｍ４を含むＨブリッジ回路であり、送信アンテナ２０１の両端間に共振周波数ｆｒ近傍の周波数を有するパルス状の駆動信号Ｓ１を印加する。ドライバ２０４は、ハーフブリッジ回路であってもよい。
【0048】
第１オシレータ２３０は、イネーブル端子ＥＮを備え、イネーブル端子ＥＮに入力されるイネーブル信号ＥＮに応じて、停止状態と、第１周波数ｆ１の第１クロック信号ＣＬＫ１を生成する発振状態と、が切りかえ可能に構成される。たとえば第１オシレータ２３０は、ＴＣＸＯ（温度補償型水晶発振器）などの水晶発振器を用いて構成してもよいし、その他の発振器を用いてもよい。この第１オシレータ２３０の発振周波数ｆ１は、送電フェーズにおいて送電装置２００に要求される電力制御の分解能を達成しうる程度に高い周波数に設定される。第１クロック信号ＣＬＫ１は、制御回路２２０のクロック入力端子ＣＬＫＩＮに入力される。
【0049】
制御回路２２０は、コントローラ２０６、復調器２０８および第２オシレータ２３２を備え、ひとつの半導体基板上に一体集積化された機能ＩＣ（Integrated Circuit）である。復調器２０８は、送信アンテナ２０１が受信した受電装置（不図示）からの制御信号Ｓ３を復調する。コントローラ２０６は、復調された制御信号Ｓ３にもとづいて、ドライバ２０４を制御する。
【0050】
第２オシレータ２３２は、第１周波数ｆ１より低い第２周波数ｆ２で発振し、第２クロック信号ＣＬＫ２を生成する。
【0051】
コントローラ２０６は、第１クロック信号ＣＬＫ１および第２クロック信号ＣＬＫ２を受ける。コントローラ２０６は、（i）ワイヤレス受電装置（不図示）に送電するための送電フェーズにおいて、イネーブル信号ＥＮ１をアサート（たとえばハイレベル）して第１オシレータ２３０を発振状態とする。そして、第１オシレータ２３０が生成した第１クロック信号ＣＬＫ１にもとづいて、ドライバ２０４を制御するための第１パルス信号Ｓ６＿１を生成する。
【0052】
またコントローラ２０６は、（ii）ワイヤレス受電装置（不図示）を検出するための選択フェーズにおいて、所定の時間間隔（物体検出インターバル（Object detection interval）ともいう）ＴＯＦＦにて、ドライバ２０４を制御するための第２パルス信号Ｓ６＿２を生成する。Ｑｉ規格において第２パルス信号Ｓ６＿２の生成は、アナログピンフェーズに対応する。
【0053】
コントローラ２０６は、時間間隔ＴＯＦＦを第２クロック信号ＣＬＫ２にもとづいて測定する。さらにコントローラ２０６は、物体検出インターバルＴＯＦＦの間、イネーブル信号ＥＮ１をネゲート（たとえばローレベル）して第１オシレータ２３０を停止状態とする。
【0054】
本実施の形態において、コントローラ２０６は、選択フェーズにおいて第２パルス信号Ｓ６＿２を生成する物体検出期間（Object detection duration）ＴＯＮの間、イネーブル信号ＥＮをネゲートして第１オシレータ２３０を停止状態とする。そしてコントローラ２０６は、第２クロック信号ＣＬＫ２にもとづいて第２パルス信号Ｓ６＿２を生成する。
【0055】
第２パルス信号Ｓ６＿２の周波数は、送信アンテナ２０１の共振周波数ｆｒと等しい。したがって、第２クロック信号ＣＬＫ２の周波数ｆ２を、共振周波数ｆｒと等しく設定しておくことにより、第２パルス信号Ｓ６＿２を、レベルシフト、位相シフトなど、簡易的な処理によって生成することができる。
【0056】
コントローラ２０６は、第１パルス信号生成部２４０、第２パルス信号生成部２４２、プリドライバ２２４、シーケンサ２４４を備える。
【0057】
第１パルス信号生成部２４０は、送電フェーズにおいて、第１クロック信号ＣＬＫ１を利用して、第１パルス信号Ｓ６＿１を生成する。たとえば第１パルス信号生成部２４０は、デジタルカウンタを含み、第１クロック信号ＣＬＫ１をカウントすることにより、電力制御データＳ５に応じた周波数（周期）を有する第１パルス信号Ｓ６＿１を生成する。第１パルス信号生成部２４０の構成は特に限定されない。
【0058】
プリドライバ２２４は、送電フェーズ中、第１パルス信号Ｓ６＿１にもとづいてドライバ２０４のトランジスタＭ１〜Ｍ４をスイッチングする。第１パルス信号生成部２４０は、トランジスタＭ１とＭ３が同時にオンしないように、またトランジスタＭ２とＭ４が同時にオンしないように、デッドタイム制御を行ってもよい。あるいはデッドタイム制御は、プリドライバ２２４において実行されてもよい。
【0059】
第２パルス信号生成部２４２は、選択フェーズの物体検出期間ＴＯＮにおいて、第２クロック信号ＣＬＫ２にもとづいて第２パルス信号Ｓ６＿２を生成する。最も簡易には、デューティ比が５０％である第２クロック信号ＣＬＫ２を、トランジスタＭ１およびＭ４に対するパルス信号Ｓ６＿２とし、第２クロック信号ＣＬＫ２の反転信号を、トランジスタＭ２およびＭ３に対するパルス信号Ｓ６＿２としてもよい。第２パルス信号生成部２４２の構成は特に限定されない。
【0060】
プリドライバ２２４は、物体検出期間ＴＯＮ中、第２パルス信号Ｓ６＿２にもとづいてドライバ２０４のトランジスタＭ１〜Ｍ４をスイッチングする。第２パルス信号生成部２４２は、デッドタイム制御を行ってもよい。デッドタイム制御は、プリドライバ２２４において実行されてもよい。
【0061】
シーケンサ２４４は、いわゆるステートマシンであり、図２に示すフローチャートにしたがって状態遷移し、それにともなって第１パルス信号生成部２４０、第２パルス信号生成部２４２、第１オシレータ２３０の動作を制御する。具体的にはプリドライバ２２４は、選択フェーズにおいてシーケンサ２４４は、第２クロック信号ＣＬＫ２をカウントすることにより、物体検出インターバルＴＯＦＦおよび物体検出期間ＴＯＮを測定する。
【0062】
シーケンサ２４４は、イネーブル信号ＥＮを生成し、スタンバイ（ＳＴＢ）端子を介して第１オシレータ２３０に出力する。具体的には、シーケンサ２４４は、送電フェーズ中、イネーブル信号ＥＮをアサートし、選択フェーズ中、イネーブル信号ＥＮをネゲートする。なお、シーケンサ２４４は、第２クロック信号ＣＬＫ２が使用されない送電フェーズ中、第２オシレータ２３２を停止することが望ましい。
【0063】
なお、コントローラ２０６の構成は、図４のそれには限定されない。
【0064】
以上が送電装置２００の構成である。続いてその動作を説明する。図５は、図４の送電装置２００の動作を示すタイムチャートである。時刻ｔ０より前において送電装置２００は送電フェーズφ２であり、イネーブル信号ＥＮがアサートされ、第１クロック信号ＣＬＫ１が生成されている。コントローラ２０６は、第１クロック信号ＣＬＫ１にもとづいて、第１パルス信号Ｓ６＿１を生成する。これにより、受電装置に電力が供給される。
【0065】
時刻ｔ０に、選択フェーズφ１に移行する。これを契機としてイネーブル信号ＥＮがネゲートされ、第１オシレータ２３０が停止しする。かわりに第２オシレータ２３２が動作し始め、第２クロック信号ＣＬＫ２が生成される。コントローラ２０６は、第２クロック信号ＣＬＫ２を利用して、物体検出インターバルＴＯＦＦ、バースト時間ＴＯＮを測定する。そして、バースト時間ＴＯＮの間は、第２クロック信号ＣＬＫ２を利用して第２パルス信号Ｓ６＿２を生成する。
【0066】
以上が送電装置２００の動作である。
【0067】
この送電装置２００によれば、選択フェーズφ１において、消費電力が大きい第１オシレータ２３０を停止することができ、代わりに相対的に消費電力が小さな第２オシレータ２３２を利用することで、アナログピンフェーズの処理を実行することができる。
【0068】
さらに選択フェーズφ１においては、コントローラ２０６の動作周波数が、第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２に低下するため、図３の送電装置２００ｒに比べて、オシレータの消費量のみでなく、コントローラ２０６の消費電力も低減することができる。
【0069】
以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。
【0070】
(第１の変形例）第２周波数ｆ２は、送信アンテナ２０１の共振周波数をｆｒとするとき、２Ｎ×ｆｒ（ただしＮは整数）であってもよい。Ｎ＞０のとき、コントローラ２０６は、第２クロック信号ＣＬＫ２を１／２Ｎ分周することにより、第２パルス信号Ｓ６＿２を生成することができる。Ｎ＜０のときには、コントローラ２０６は、第２クロック信号ＣＬＫ２を２Ｎ逓倍することにより、第２パルス信号Ｓ６＿２を生成することができる。
【0071】
（第２の変形例）コントローラ２０６は、選択フェーズの物体検出期間ＴＯＮの間、イネーブル信号ＥＮ１をアサートして第１オシレータ２３０を発振状態とし、第１クロック信号ＣＬＫ１にもとづいて第２パルス信号Ｓ６＿２を生成してもよい。図６は、第２の変形例に係る送電装置２００の動作を示すタイムチャートである。
【0072】
第２の変形例では、図４の第２パルス信号生成部２４２に、第２クロック信号ＣＬＫ２に代えて第１クロック信号ＣＬＫ１を入力すればよい。また第２パルス信号生成部２４２は、第１パルス信号生成部２４０と同様に、デジタルカウンタを用いて構成してもよい。
【0073】
この変形例によれば、物体検出期間ＴＯＮの間は、周波数が高い第１クロック信号ＣＬＫ１にもとづいて第２パルス信号Ｓ６＿２を生成するため、第２パルス信号Ｓ６＿２の周波数やデューティ比を高い分解能で制御することが可能となる。
【0074】
なお、物体検出期間ＴＯＮの長さは、第２クロック信号ＣＬＫ２を利用して測定してもよいし、第１クロック信号ＣＬＫ１を利用して測定してもよい。後者の場合、物体検出期間ＴＯＮ中、第２オシレータ２３２を停止してもよい。
【0075】
（第３の変形例）実施の形態では、Ｑｉ規格に準拠するワイヤレス送電装置について説明したが、本発明はそれに限定されず、Ｑｉ規格と類似するシステムに使用されるワイヤレス送電装置や、将来策定されるであろう規格に準拠する送電装置２００にも適用しうる。
【0076】
実施の形態にもとづき、具体的な用語を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。
【符号の説明】
【0077】
１００…給電システム、２００，ＴＸ…送電装置、２０１…送信アンテナ、２０２…送信コイル、２０３…共振コンデンサ、２０４…ドライバ、２０６…コントローラ、２０８…復調器、３００，ＲＸ…受電装置、３０２…受信コイル、３０４…整流回路、３０６…コンデンサ、３０８…変調器、３１０…負荷回路、３１２…コントローラ、３１４…電源回路、Ｓ１…駆動信号、Ｓ２…電力信号、２１０…外部オシレータ、２２０…制御回路、２２２…駆動信号生成部、２２４…プリドライバ、２３０…第１オシレータ、２３２…第２オシレータ、２４０…第１パルス信号生成部、２４２…第２パルス信号生成部、２４４…シーケンサ、ＣＬＫ１…第１クロック信号、ＣＬＫ２…第２クロック信号。