JP6737636B2 - ワイヤレス受電装置およびその制御方法、受電制御回路、電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤレス給電技術に関する。

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。

図１は、Ｑｉ規格に対応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３００ｒ（ＲＸ、Power Receiver）と、を備える。受電装置３００ｒ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。

送電装置２００は、送信アンテナ２０１、インバータ２０４、コントローラ２０６、復調器２０８を備える。送信アンテナ２０１は、送信コイル（１次コイル）２０２および共振キャパシタ２０３を含む。インバータ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、インバータ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、あるいは位相を制御することにより、送信電力を変化させる。

Ｑｉ規格では、送電装置２００と受電装置３００ｒの間で通信プロトコルが定められており、受電装置３００ｒから送電装置２００に対して、制御データＳ３を伝達可能となっている。この制御データ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。この制御データＳ３には、たとえば、受電装置３００ｒ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３００ｒ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データＳ３を復調する。コントローラ２０６は、復調された制御データＳ３に含まれる電力制御データにもとづいて、インバータ２０４を制御する。

受電装置３００ｒは、受信コイル３０２、整流回路３０４、キャパシタ３０６、変調器３０８、メインコントローラ、電源回路３１４、復調器３２０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、制御データＳ３を送信コイル２０２に対して送信する。整流回路３０４およびキャパシタ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Ｖ_ＲＥＣＴに変換する。電源回路３１４は、直流電圧Ｖ_ＲＥＣＴを安定化し、出力電圧Ｖ_ＯＵＴを生成する。出力電圧Ｖ_ＯＵＴは図示しない負荷回路に供給される。

メインコントローラは、受電装置３００ｒ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（コントロールエラー値）を生成する。変調器３０８は、電力制御データを含む制御データ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。

Ｑｉ規格では、送電装置２００から受電装置３００ｒに対しても、制御データＳ５を伝達可能となっている。この制御データＳ５は、ＦＳＫ（Frequency Shift Keying）により電力信号Ｓ２に重畳され、送信コイル２０２から受信コイル３０２に送信される。この制御データＳ５は、制御データＳ３の受領を通知するアクナリッジ（ＡＣＫ）信号、受信できなかったことを通知する非アクナリッジ（ＮＡＣＫ）信号などを含みうる。

ＦＳＫの変調器２２０は、コントローラ２０６に内蔵されており、送信すべきデータに応じて、インバータ２０４のスイッチング周波数を変化させる。受電装置３００ｒ側の復調器３２０は、ＦＳＫされた制御データ（ＦＳＫ信号ともいう）Ｓ５を復調する。

図２は、本発明者らが検討した整流回路３０４および復調器３２０の回路図である。整流回路３０４は、いわゆる同期整流回路（同期検波回路ともいう）であり、Ｈブリッジ回路３３０、ドライバ３３２、第１コンパレータ３３４、第２コンパレータ３３６、ロジック回路３３８を含む。Ｈブリッジ回路３３０は、トランジスタＭ１〜Ｍ４および整流ダイオードＤ１〜Ｄ４を含む。

整流回路３０４の交流入力端子ＡＣ１，ＡＣ２には、受信アンテナ３０１が接続され、電力信号Ｓ２により誘起される交流電流Ｉ_ＡＣ（図１のＳ４）が流れる。整流回路３０４は、交流電流Ｉ_ＡＣがゼロ、つまり極性が反転するタイミングで、Ｈブリッジ回路３３０の状態φを切り替える。これをゼロカレントスイッチングという。Ｈブリッジ回路３３０は、以下の４つの状態φ１〜φ４と取り得る。
・第１状態φ１
第１トランジスタＭ１＝ＯＮ
第２トランジスタＭ２＝ＯＦＦ
第３トランジスタＭ３＝ＯＦＦ
第４トランジスタＭ４＝ＯＮ
・第２状態φ２
第１トランジスタＭ１＝ＯＦＦ
第２トランジスタＭ２＝ＯＦＦ
第３トランジスタＭ３＝ＯＦＦ
第４トランジスタＭ４＝ＯＦＦ
・第３状態φ３
第１トランジスタＭ１＝ＯＦＦ
第２トランジスタＭ２＝ＯＮ
第３トランジスタＭ３＝ＯＮ
第４トランジスタＭ４＝ＯＦＦ
・第４状態φ４
第１トランジスタＭ１＝ＯＦＦ
第２トランジスタＭ２＝ＯＦＦ
第３トランジスタＭ３＝ＯＦＦ
第４トランジスタＭ４＝ＯＦＦ
第２状態φ２、第４状態φ４は、整流回路３０４はダイオード整流回路として機能する。

第１コンパレータ３３４、第２コンパレータ３３６は、ＡＣ１端子、ＡＣ２端子それぞれの電圧Ｖ_ＡＣ１，Ｖ_ＡＣ２を、ゼロカレント検出用のしきい値電圧Ｖ_ＺＣ１、Ｖ_ＺＣ２と比較する。これらのコンパレータ３３４，３３６は、ヒステリシスコンパレータであり、しきい値電圧は、負の電圧（たとえば−０．２Ｖ）と０近傍の電圧（たとえば−２ｍＶ）の２値で変化する。

ロジック回路３３８は、第１コンパレータ３３４、第２コンパレータ３３６の出力ＡＣ１＿ＤＥＴ，ＡＣ２＿ＤＥＴの組み合わせにもとづいて、Ｈブリッジ回路３３０の状態を制御する。ドライバ３３２は、ロジック回路３３８からの制御信号に応じて、トランジスタＭ１〜Ｍ４を駆動する。なおここで説明した図２の整流回路３０４の構成、動作のすべてを公知技術と認定してはならない。

図３は、整流回路３０４の動作波形図である。本明細書における波形図やタイムチャートの縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化され、あるいは誇張もしくは強調されている。

ＡＣ１＿ＤＥＴ信号は、ＡＣ１端子の電圧Ｖ_ＡＣ１が−２ｍＶを超えるとハイレベルに、−０．２Ｖより低くなるとローレベルに変化する。同様に、ＡＣ２＿ＤＥＴ信号は、ＡＣ２端子の電圧Ｖ_ＡＣ２が−２ｍＶを超えるとハイレベルに、−０．２Ｖより低くなるとローレベルに変化する。ロジック回路３３８は、ＡＣ１＿ＤＥＴ信号、ＡＣ２＿ＤＥＴ信号にもとづいて、第１状態φ１〜第４状態φ４を切り替える。

図２に戻り、復調器３２０について説明する。ＡＣ２＿ＤＥＴ信号の周波数は、交流電流Ｉ_ＡＣの周波数、言い換えれば電力信号Ｓ２と等しい。したがって復調器３２０は、ＡＣ２＿ＤＥＴ信号の周期をカウントすることにより、その周波数を検出し、ＦＳＫ復調を行う。ＡＣ１端子とＡＣ２端子は対称であるから、復調器３２０はＡＣ１＿ＤＥＴ信号にもとづいてＦＳＫ復調を行ってもよい。

特開２０１１−２１１７８０号公報

ところが、図２の復調器３２０では、以下の問題が生ずる。
送電装置２００は、送信周波数、スイッチングのデューティ比などを変化させることにより送信電力を調節する。ここでＱｉ規格のミッドパワー（Mid Power）では、送信側にフルブリッジインバータが設けられ、送信電力制御のために、周波数制御およびデューティ制御に加えて、位相制御が採用される。

図４（ａ）、（ｂ）は、図２の整流回路３０４の動作波形図である。本発明者が検討したところ、位相制御により位相がある領域に入ると、Ｈブリッジ回路がダイオード整流回路となる第２状態φ２、第４状態φ４の間に、ＡＣ１端子、ＡＣ２端子の電圧Ｖ_ＡＣ１，Ｖ_ＡＣ２に、ときとして大きな波形割れあるいはリンギングが発生することがある。図４（ｂ）に示すように、波形割れあるいはリンギングの振幅が大きくなると、交流電流Ｉ_ＡＣのゼロクロス点とは無関係に、電圧Ｖ_ＡＣ１（Ｖ_ＡＣ２）が、しきい値電圧Ｖ_ＺＣとクロスすることとなり、ＡＣ１＿ＤＥＴ信号（あるいはＡＣ２＿ＤＥＴ信号）のレベルが変化する。これにより電力信号Ｓ２の周波数とＡＣ１＿ＤＥＴ１信号（ＦＳＫ＿ＣＬＫ＿ＩＤ信号）の周波数が不一致となり、ビットエラーレートが悪化する。あるいはＨブリッジ回路３３０のゼロカレントスイッチングが理想状態から外れるおそれがある。

なお電圧Ｖ_ＡＣ１，Ｖ_ＡＣ２の波形割れ、リンギングは、位相制御中にかかわらず生ずる場合もある。

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、Ｈブリッジ回路の２つの端子の波形乱れを抑制可能なワイヤレス受信装置の提供にある。

本発明のある態様は、ワイヤレス送電装置からの電力信号を受けるワイヤレス受電装置に関する。ワイヤレス受電装置は、電力信号を受ける受信コイルを含む受信アンテナと、受信アンテナに流れる交流電流を整流する整流回路と、整流回路の出力を平滑化する平滑キャパシタと、ワイヤレス受電装置が所定の条件を満たすときにイネーブル状態となり、受信アンテナの並列共振周波数をシフトさせる波形安定器と、を備える。

この態様によると、整流回路の交流入力端子の電圧波形に乱れが生ずる可能性がある場合に、受信アンテナの並列共振周波数をシフトさせることで、波形乱れを抑制できる。

波形安定器は、ワイヤレス受電装置の出力電流が所定のしきい値を超えたときにイネーブル状態となってもよい。受信電力、ひいては送信電力が増加すると、ワイヤレス送電装置におけるインバータが、波形乱れを引き起こしやすい動作モードに遷移する場合に、この処理は有効である。

波形安定器は、ワイヤレス受電装置の出力電流が所定の範囲に含まれるときにイネーブル状態となってもよい。受信電力ひいては送信電力がある範囲に含まれるときに、ワイヤレス送電装置におけるインバータが、波形乱れを引き起こしやすい動作モードに遷移する場合に、この処理は有効である。

波形安定器は、ワイヤレス受電装置の負荷電力が所定の範囲に含まれるときにイネーブル状態となってもよい。

整流回路は、受信アンテナと接続される第１交流入力端子、第２交流入力端子を有するＨブリッジ回路と、Ｈブリッジ回路を制御する同期整流コントローラと、を含んでもよい。

同期整流コントローラは、ワイヤレス受電装置の出力電流が所定のしきい値より小さいとき、Ｈブリッジ回路を半同期整流モードで制御し、出力電流が所定のしきい値より大きいとき、Ｈブリッジ回路を全同期整流モードで制御し、波形安定器は、Ｈブリッジ回路が全同期整流モードで動作するときに、イネーブル状態となってもよい。

波形安定器は、受信アンテナの一端と接地の間に直列に設けられる第１キャパシタおよび第１スイッチと、受信アンテナの他端と接地の間に直列に設けられる第２キャパシタおよび第２スイッチを含み、イネーブル状態において、第１スイッチおよび第２スイッチをオンする。

波形安定器は、第１スイッチおよび第２スイッチの低電位側の端子は共通ノードに接続され、波形安定器は、共通ノードと接地の間に設けられた抵抗をさらに含んでもよい。抵抗の抵抗値に応じて並列共振周波数のシフト量を決定できる。

波形安定器は、受信アンテナの一端と接地の間に、第１キャパシタ、第１スイッチと直列に設けられる第１抵抗と、受信アンテナの他端と接地の間に、第２キャパシタ、第２スイッチと直列に設けられる第２抵抗と、を含んでもよい。

受信アンテナと接続され、ＡＭ変調信号に応じて受信アンテナの並列共振周波数を変化させるＡＭ変調器をさらに備えてもよい。波形安定器は、ＡＭ変調器と少なくとも一部が共通に構成されてもよい。ＡＭ変調器のハードウェアを流用することで回路面積の増加を抑えることができる。

ワイヤレス受電装置は、Ｑｉ規格に対応してもよい。

本発明の別の態様は、電子機器に関する。電子機器は、上述のいずれかのワイヤレス受電装置を備えてもよい。

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。

本発明のある態様によれば、Ｈブリッジ回路の２つの端子の波形乱れを抑制できる。

Ｑｉ規格に対応したワイヤレス給電システムの構成を示す図である。 本発明者らが検討した整流回路および復調器の回路図である。 整流回路の動作波形図である。 図４（ａ）、（ｂ）は、図２の整流回路の動作波形図である。 第１の実施の形態に係る受電装置の回路図である。 図６（ａ）〜（ｄ）は、波形安定器の構成例を示す回路図である。 図７（ａ）〜（ｃ）は、出力電流Ｉ_ＯＵＴを０ｍＡ，５０ｍＡ，１００ｍＡと変化させたときの波形図である。 受電装置の構成例を示す回路図である。 受電装置を備える電子機器の斜視図である。 第１変形例に係る波形安定器および変調器の回路図である。

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。

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。

（第１の実施の形態）
図５は、第１の実施の形態に係る受電装置３００の回路図である。受電装置３００は、図１の受電装置３００ｒに加えてさらに波形安定器３８０を備える。受信アンテナ３０１は、受信コイル３０２、直列共振キャパシタＣｓ、並列共振キャパシタＣｄを含む。整流回路３０４は、受信アンテナ３０１に流れる交流電流Ｉ_ＡＣを整流する。整流回路３０４は、第１交流入力（ＡＣ１）端子および第２交流入力（ＡＣ２）端子を介して受信アンテナ３０１と接続されており、ダイオードブリッジ回路あるいは同期整流回路である。平滑キャパシタ３０６は、整流回路３０４の出力を平滑化する。復調器３２０は、ＦＳＫ信号Ｓ５が重畳された電力信号Ｓ２を復調する。

波形安定器３８０は、受電装置３００が所定の条件を満たすときにイネーブル状態となり、イネーブル状態において受信アンテナ３０１の並列共振周波数をシフトさせる。所定の条件は、ＡＣ１端子、ＡＣ２端子の電圧波形に乱れが生ずる可能性に対応付けて定めればよい。

シフト後の並列共振周波数ｆｄ’は、受信アンテナ３０１に生ずる電圧Ｖ_ＡＣ１，Ｖ_ＡＣ２の乱れを抑制できるように定めればよく、特定の値に限定されるものではない。並列共振周波数ｆｄ’は、実験的あるいはシミュレーションにより、その最適値を見いだすことが可能である。

メインコントローラは、波形安定器３８０のイネーブル（オン）、ディセーブル（オフ）を切りかえるための制御信号Ｓ２１を生成する。本実施の形態において波形安定器３８０は、受電装置３００の出力電流Ｉ_ＯＵＴ（平滑キャパシタ３０６から流れ出る電流）が所定のしきい値Ｉ_ＴＨを超えたときにイネーブル状態となる。出力電流Ｉ_ＯＵＴは、図示しない電流センサによって検出される。メインコントローラは、出力電流Ｉ_ＯＵＴがしきい値Ｉ_ＴＨを超えると、制御信号Ｓ２１をアサートして、波形安定器３８０をイネーブル化する。

出力電流Ｉ_ＯＵＴの増加にともない、受信電力ひいては送信電力が増加すると、ワイヤレス送電装置におけるインバータが、波形乱れを引き起こしやすい動作モードに遷移する。たとえば中電力向けＱｉ規格（Power Class 0 Extended Power Profile）では、送信電力が大きくなると、電力制御のためにフェーズシフト動作に移行し、これが波形乱れの原因となる場合がある。したがって、出力電流Ｉ_ＯＵＴの大きさに応じて、並列共振周波数を制御することで、ＡＣ１端子、ＡＣ２端子の波形乱れを好適に抑制するとともに、波形乱れが生ずる可能性が低い状況では、並列共振周波数を、規格で規定される値に維持することができる。

図６（ａ）〜（ｄ）は、波形安定器３８０の構成例を示す回路図である。図６（ａ）の波形安定器３８０ａは、第１キャパシタＣ１、第２キャパシタＣ２、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、抵抗Ｒ１を含む。第１キャパシタＣ１および第１スイッチＳＷ１は、受信アンテナ３０１の一端Ｅ１と接地の間に直列に設けられる。また第２キャパシタＣ２および第２スイッチＳＷ２は、受信アンテナ３０１の他端Ｅ２と接地の間に直列に設けられる。抵抗Ｒ１は、第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２の接続ノードと接地の間に挿入される。なお抵抗Ｒ１の配置は特に限定されず、複数の抵抗を設けてもよい。図６（ｄ）に示すように、抵抗Ｒ１は省略してもよい。

ドライバ３８２は、メインコントローラから制御信号Ｓ２１を受ける。ドライバ３８２ａは、制御信号Ｓ２１がアサートされる間、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２をオンする。なおドライバ３８２を省略し、制御信号Ｓ２１を用いて第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２を直接駆動してもよい。

図６（ｂ）の波形安定器３８０ｂは、スイッチＳＷ３、キャパシタＣ３を含む。スイッチＳＷ３、キャパシタＣ３は、受信アンテナ３０１の両端Ｅ１，Ｅ２の間に直列に、またキャパシタＣｄと並列に設けられる。ドライバ３８２ｂは、制御信号Ｓ２１がアサートされる間、スイッチＳＷ３をオンする。なおキャパシタＣ３およびスイッチＳＷ３と直列に抵抗を挿入してもよい。

図６（ｃ）の波形安定器３８０ｃは、図６（ａ）の波形安定器３８０ａの変形であり、第１キャパシタＣ１、第２キャパシタＣ２それぞれの容量が可変となっている。受信アンテナ３０１の一端Ｅ１と接地の間には、キャパシタＣ１とスイッチＳＷ１の直列接続回路が、複数個（同図では２個）、並列に設けられている。同様に受信アンテナ３０１の他端Ｅ２と接地の間には、キャパシタＣ２とスイッチＳＷ２の直列接続回路が、複数個、並列に設けられている。この構成によれば、並列共振周波数を複数値で切りかえることができ、給電システム１００の動作状況に応じてＦＳＫ通信中に適切な並列共振周波数を選択できる。したがって波形乱れをさらに抑制できる。図６（ｃ）においても抵抗Ｒ１は省略しうる。

以上が受電装置３００の構成である。続いてその動作を説明する。図７（ａ）〜（ｃ）は、出力電流Ｉ_ＯＵＴを０ｍＡ，５０ｍＡ，１００ｍＡと変化させたときの波形図である。各図において、左波形図は、波形安定器３８０がディセーブル状態の波形を、右波形図は、波形安定器３８０がイネーブル状態の波形を示す。図７（ａ）〜（ｃ）の左波形図を参照すると、出力電流Ｉ_ＯＵＴが増加するにしたがって、波形乱れ（リンギング）の振幅は、増加していく。いずれの場合も、波形安定器３８０をイネーブル状態とすることで、右波形図に示すように、波形の乱れを抑制できる。

波形乱れの抑制の結果、ＦＳＫ復調のエラーを低減できる。また整流回路３０４が同期整流回路である場合に、ゼロカレントスイッチングを維持することができる。

さらに電圧Ｖ_ＡＣ１，Ｖ_ＡＣ２にリンギングが生じていると、整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴに跳ね上がりが生ずる場合がある。実施の形態に係る受電装置３００では、整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴの安定性も高めることができる。

ここで、図７（ａ）や（ｂ）においては、ＡＣ１端子の電圧、ＡＣ２端子の電圧にリンギングが生じていたとしても、しきい値との比較結果である出力ＡＣ１＿ＤＥＴ，ＡＣ２＿ＤＥＴは正しく生成されている。図７（ｃ）のように、Ｉ_ＯＵＴ＝１００ｍＡとした場合には、ＡＣ１＿ＤＥＴ信号およびＡＣ２＿ＤＥＴ信号にリンギングの影響が現れる。したがって、上述のように出力電流Ｉ_ＯＵＴがしきい値電流Ｉ_ＴＨを超えた場合にのみ波形安定器３８０をオンし、それより低い場合、つまり波形乱れの影響が深刻でない状況では、波形安定器３８０をオフすることで、受信アンテナ３０１の並列共振周波数を、規格で規定される値で動作させることができる。

本発明は、図５のブロック図や回路図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、回路に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本発明の範囲を狭めるためではなく、発明の本質や回路動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例や実施例を説明する。

図８は、受電装置３００の構成例を示す回路図である。受電装置３００は、受信アンテナ３０１、平滑キャパシタ３０６および受信制御ＩＣ４００を備える。受信制御ＩＣ４００は、整流回路３０４、変調器３０８、メインコントローラ３１２、電源回路３１４、復調器３２０が集積化された機能ＩＣである。

メインコントローラ３１２は、受電装置３００全体を統括的に制御するロジック回路である。メインコントローラ３１２は、変調器３０８および復調器３２０を利用して送電装置２００と通信可能である。メインコントローラ３１２には、受信制御ＩＣ４００の内部のさまざまな情報が入力されている。たとえばＡ／Ｄコンバータ３４０，３４２は、整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴ、出力電流Ｉ_ＯＵＴそれぞれをデジタル値に変換し、メインコントローラ３１２に供給する。メインコントローラ３１２は、以下の機能を備える。

・出力電流Ｉ_ＯＵＴの測定値にもとづいて、整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴの目標値（ＤＰ：Desired Point）を設定する。
・目標値ＤＰと整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴの誤差に応じたコントロールエラー（ＣＥ）パケットを生成し、ＣＥパケットを含む変調信号Ｓ２２を変調器３０８に出力する。
・出力電流Ｉ_ＯＵＴにもとづいて、波形安定器３８０のイネーブル、ディセーブルを指示する制御信号Ｓ２１を生成する。
・出力電流Ｉ_ＯＵＴにもとづいて、整流回路３０４の動作モード（半同期整流モード、全同期整流モード）を指示する制御信号Ｓ２３を生成する。
・出力電流Ｉ_ＯＵＴおよび整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴにもとづいて、受信電力を演算する。
なおメインコントローラ３１２の機能はこれらに限定されない。

整流回路３０４は、Ｈブリッジ回路３３０および同期整流コントローラ３３１を備える。同期整流コントローラ３３１の構成は図２に示した通りであり、ドライバ３３２、第１コンパレータ３３４、第２コンパレータ３３６、ロジック回路３３８を備える。同期整流コントローラ３３１は、制御信号Ｓ２３が指示するモードで、Ｈブリッジ回路３３０を駆動する。半同期整流モードでは、Ｈブリッジ回路３３０のローサイドのトランジスタＭ３，Ｍ４のみがスイッチングされ、ハイサイドのトランジスタがオフに固定される。

メインコントローラ３１２は、波形安定器３８０のイネーブル／ディセーブルを、整流回路３０４の動作モードと連動させてもよい。すなわち、メインコントローラ３１２は、出力電流Ｉ_ＯＵＴが所定のしきい値Ｉ_ＴＨより小さいとき、整流回路３０４を半同期整流モードに設定し、また波形安定器３８０をディセーブル状態とする。反対に出力電流Ｉ_ＯＵＴが所定のしきい値Ｉ_ＴＨより大きいとき、整流回路３０４を全同期整流モードに設定し、波形安定器３８０をイネーブル状態とする。

メインコントローラは、出力電流Ｉ_ＯＵＴとしきい値Ｉ_ＴＨの比較結果にもとづいて、波形安定器３８０に対する制御信号Ｓ２１と、整流回路３０４に対する制御信号Ｓ２３を生成する。

図８の波形安定器３８０は、図６（ｄ）と同様に構成されるが、その他の構成であってもよい。変調器３０８は、波形安定器３８０と同様に構成されており、外付けの第３キャパシタＣ３、第４キャパシタＣ４、第３スイッチＳＷ３、第４スイッチＳＷ４およびドライバ３１０を含む。ドライバ３１０は、ＡＭ変調信号Ｓ２２にもとづいて第３スイッチＳＷ３および第４スイッチＳＷ４をスイッチングする。

なお、波形安定器３８０をイネーブル状態として受信アンテナ３０１の並列共振周波数をシフトさせると、変調器３０８によるＡＭ変調の変調度が小さくなってしまう場合がある。この場合、メインコントローラ３１２は、変調器３０８によるＡＭ変調期間の間、波形安定器３８０をディセーブル状態とすることが好ましい。なお、キャパシタＣｓ，Ｃｄ，Ｃ１〜Ｃ４の容量値を最適化することで、十分な変調度が確保できる場合には、変調器３０８の変調期間の間も、波形安定器３８０をイネーブル状態とすることができる。

受電装置３００がＱｉ規格に対応している場合、アナログＰｉｎｇフェーズにおいて、送電装置２００による受電装置３００の位置検出が行われる場合がある。またムービングコイル方式の送電装置２００の場合には、アナログＰｉｎｇフェーズに限らず、デジタルＰｉｎｇフェーズより前において位置検出が行われる。この位置検出において、受信アンテナ３０１の並列共振周波数は、規格で定められた値であることが求められる。そこでＱｉ規格においては、位置検出が完了するまでの間は、波形安定器３８０を確実にディセーブルとすることが望ましい。

（用途）
受電装置３００の用途を説明する。図９は、受電装置３００を備える電子機器５００の斜視図である。電子機器５００は、携帯電話端末、ラップトップコンピュータ、スマートホン、タブレット端末、ポータブルオーディオプレイヤ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラなどであり、バッテリ駆動型のデバイスである。電子機器５００は、受電装置３００に加えて、２次電池５０２、充電回路５０４を備える。充電回路５０４は、受電装置３００が生成する出力電圧Ｖ_ＯＵＴを受け、２次電池５０２を充電する。

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。

（第１変形例）
図１０は、第１変形例に係る波形安定器３８０および変調器３０８の回路図である。図８に示すように、波形安定器３８０と変調器３０８は、いずれも並列共振周波数をシフトさせるという点およびその回路構成が共通している。そこで波形安定器３８と変調器３０８は、回路素子の一部を共有して構成される。この変形例では、変調器３０８のキャパシタＣ３，Ｃ４およびスイッチＳＷ３，ＳＷ４が、波形安定器３８０のキャパシタＣ１，Ｃ２およびスイッチＳＷ１，ＳＷ２としても機能する。この変形例によれば、回路面積の増加を抑制できる。

（第２変形例）
実施の形態は、出力電流Ｉ_ＯＵＴにもとづいて、波形安定器３８０のオン、オフを制御したが、受電装置３００の出力電力、言い換えれば受電装置３００の受信電力にもとづいて、波形安定器３８０のオン、オフを制御してもよい。

（第３変形例）
実施の形態では、Ｑｉ規格に対応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受電装置３００や、将来策定されるであろう規格に対応する受電装置３００にも適用しうる。

（第４変形例）
実施の形態で説明した各信号のハイレベル、ローレベルの割り当ては例示に過ぎず、当業者によれば、容易に変更することができる。

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。

１００…給電システム、２００…送電装置、２０１…送信アンテナ、２０２…送信コイル、２０３…共振キャパシタ、２０４…インバータ、２０６…コントローラ、２０８…復調器、３００…受電装置、３０１…受信アンテナ、３０２…受信コイル、３０４…整流回路、３０６…平滑キャパシタ、３０８…変調器、３１２…メインコントローラ、３１４…電源回路、３２０…復調器、３３０…Ｈブリッジ回路、３３１…同期整流コントローラ、３３２…ドライバ、３３４…第１コンパレータ、３３６…第２コンパレータ、３３８…ロジック回路、３４０，３４２…Ａ／Ｄコンバータ、３８０…波形安定器、３８２…制御回路、Ｓ２１…制御信号、Ｓ２２…ＡＭ変調信号、４００…受信制御ＩＣ。

Claims (20)

1. ワイヤレス送電装置からの電力信号を受けるワイヤレス受電装置であって、
   前記電力信号を受ける受信コイルを含む受信アンテナと、
   前記受信アンテナに流れる交流電流を整流する整流回路と、
   前記整流回路の出力を平滑化する平滑キャパシタと、
   前記ワイヤレス受電装置が所定の条件を満たすときにイネーブル状態となり、前記受信アンテナの並列共振周波数をシフトさせる波形安定器と、
   を備え、
   前記整流回路は、
   前記受信アンテナと接続される第１交流入力端子、第２交流入力端子を有するＨブリッジ回路と、
   前記Ｈブリッジ回路を制御する同期整流コントローラと、
   を含み、
   前記同期整流コントローラは、前記ワイヤレス受電装置の出力電流が所定のしきい値より小さいとき、前記Ｈブリッジ回路を半同期整流モードで制御し、前記出力電流が所定のしきい値より大きいとき、Ｈブリッジ回路を全同期整流モードで制御し、
   前記波形安定器は、前記Ｈブリッジ回路が全同期整流モードで動作するときに、イネーブル状態となることを特徴とするワイヤレス受電装置。
2. 前記波形安定器は、前記ワイヤレス受電装置の出力電流が所定のしきい値を超えたときにイネーブル状態となることを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス受電装置。
3. 前記波形安定器は、前記ワイヤレス受電装置の出力電流が所定の範囲に含まれるときにイネーブル状態となることを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス受電装置。
4. 前記波形安定器は、前記ワイヤレス受電装置の負荷電力もしくは受信電力が所定の範囲に含まれるときにイネーブル状態となることを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス受電装置。
5. 前記波形安定器は、
   前記受信アンテナの一端と接地の間に直列に設けられる第１キャパシタおよび第１スイッチと、
   前記受信アンテナの他端と接地の間に直列に設けられる第２キャパシタおよび第２スイッチと、
   前記イネーブル状態において、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチをオンするドライバと、
   を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のワイヤレス受電装置。
6. 前記第１スイッチおよび前記第２スイッチの低電位側の端子は共通ノードに接続され、
   前記波形安定器は、前記共通ノードと接地の間に設けられた抵抗をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載のワイヤレス受電装置。
7. 前記波形安定器は、
   前記受信アンテナの一端と接地の間に、前記第１キャパシタ、前記第１スイッチと直列に設けられる第１抵抗と、
   前記受信アンテナの他端と接地の間に、前記第２キャパシタ、前記第２スイッチと直列に設けられる第２抵抗と、
   を含むことを特徴とする請求項５に記載のワイヤレス受電装置。
8. 前記受信アンテナと接続され、ＡＭ変調信号に応じて前記受信アンテナの並列共振周波数を変化させるＡＭ変調器をさらに備えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のワイヤレス受電装置。
9. 前記波形安定器は、前記ＡＭ変調器と少なくとも一部が共通に構成されることを特徴とする請求項８に記載のワイヤレス受電装置。
10. ワイヤレス送電装置からの電力信号を受けるワイヤレス受電装置であって、
    前記電力信号を受ける受信コイルを含む受信アンテナと、
    前記受信アンテナに流れる交流電流を整流する整流回路と、
    前記整流回路の出力を平滑化する平滑キャパシタと、
    前記ワイヤレス受電装置が所定の条件を満たすときにイネーブル状態となり、前記受信アンテナの並列共振周波数をシフトさせる波形安定器と、
    前記受信アンテナと接続され、ＡＭ変調信号に応じて前記受信アンテナの並列共振周波数を変化させるＡＭ変調器と、
    を備え、
    前記波形安定器は、前記ＡＭ変調器と少なくとも一部が共通に構成されることを特徴とするワイヤレス受電装置。
11. 前記波形安定器は、前記ＡＭ変調器の動作区間は、ディセーブル状態となることを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載のワイヤレス受電装置。
12. ワイヤレス送電装置からの電力信号を受けるワイヤレス受電装置であって、
    前記電力信号を受ける受信コイルを含む受信アンテナと、
    前記受信アンテナに流れる交流電流を整流する整流回路と、
    前記整流回路の出力を平滑化する平滑キャパシタと、
    前記ワイヤレス受電装置が所定の条件を満たすときにイネーブル状態となり、前記受信アンテナの並列共振周波数をシフトさせる波形安定器と、
    前記受信アンテナと接続され、ＡＭ変調信号に応じて前記受信アンテナの並列共振周波数を変化させるＡＭ変調器と、
    を備え、
    前記波形安定器は、前記ＡＭ変調器の動作区間は、ディセーブル状態となることを特徴とするワイヤレス受電装置。
13. 前記波形安定器は、前記ワイヤレス送電装置による位置検出が完了する前は、イネーブル不可とされることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載のワイヤレス受電装置。
14. ワイヤレス送電装置からの電力信号を受けるワイヤレス受電装置であって、
    前記電力信号を受ける受信コイルを含む受信アンテナと、
    前記受信アンテナに流れる交流電流を整流する整流回路と、
    前記整流回路の出力を平滑化する平滑キャパシタと、
    前記ワイヤレス受電装置が所定の条件を満たすときにイネーブル状態となり、前記受信アンテナの並列共振周波数をシフトさせる波形安定器と、
    を備え、
    前記波形安定器は、前記ワイヤレス送電装置による位置検出が完了する前は、イネーブル不可とされることを特徴とするワイヤレス受電装置。
15. ワイヤレス送電装置からの電力信号を受けるワイヤレス受電装置であって、
    前記電力信号を受ける受信コイルを含む受信アンテナと、
    前記受信アンテナと接続される第１交流入力端子および第２交流入力端子を有し、前記受信アンテナに流れる交流電流を整流する整流回路と、
    前記整流回路の出力を平滑化する平滑キャパシタと、
    制御信号のアサートに応答してイネーブル状態となり、前記第１交流入力端子および前記第２交流入力端子に生ずる電圧の波形乱れが抑制されるように、前記受信アンテナの並列共振周波数をシフトさせる波形安定器と、
    前記ワイヤレス受電装置の出力電流を検出する電流センサと、
    前記電流センサの出力を受け、前記出力電流が所定のしきい値を超えたときに、前記制御信号をアサートするメインコントローラと、
    を備えることを特徴とするワイヤレス受電装置。
16. 前記受信アンテナと接続され、ＡＭ変調信号に応じて前記受信アンテナの並列共振周波数を変化させるＡＭ変調器をさらに備え、
    前記メインコントローラは、前記整流回路の出力電圧とその目標値との誤差に応じたコントロールエラーパケットを生成し、前記コントロールエラーパケットを含む前記ＡＭ変調信号を前記ＡＭ変調器に供給することを特徴とする請求項１５に記載のワイヤレス受電装置。
17. Ｑｉ規格に対応することを特徴とする請求項１から１６のいずれかに記載のワイヤレス受電装置。
18. 請求項１から１７のいずれかに記載のワイヤレス受電装置を備えることを特徴とする電子機器。
19. ワイヤレス受電装置に使用される受電制御回路であって、
    ワイヤレス送電装置からの電力信号を受ける受信アンテナと接続される第１交流入力端子および第２交流入力端子と、
    前記第１交流入力端子および前記第２交流入力端子と接続され、前記受信アンテナに流れる交流電流を整流する整流回路と、
    前記整流回路の出力を平滑化する平滑キャパシタが接続される整流端子と、
    制御信号のアサートに応答してイネーブル状態となり、前記第１交流入力端子および前記第２交流入力端子に生ずる電圧の波形乱れが抑制されるように、前記受信アンテナの並列共振周波数をシフトさせる波形安定器と、
    前記ワイヤレス受電装置の出力電流を検出する電流センサと、
    前記電流センサの出力を受け、前記出力電流が所定のしきい値を超えたときに、前記制御信号をアサートするメインコントローラと、
    を備えることを特徴とする受電制御回路。
20. ワイヤレス送電装置からの電力信号を受信するワイヤレス受電装置の制御方法であって、
    受信コイルを含む受信アンテナによって前記電力信号を受信するステップと、
    整流回路によって、前記受信アンテナに流れる交流電流を整流するステップと、
    前記整流回路の出力を平滑化するステップと、
    前記整流回路の出力電流を検出するステップと、
    前記出力電流が所定のしきい値を超えたときに、制御信号をアサートするステップと、
    前記制御信号のアサートに応答して、前記整流回路と前記受信アンテナの接続ノードに生ずる電圧の波形乱れが抑制されるように、前記受信アンテナの並列共振周波数をシフトさせるステップと、
    を備えることを特徴とする制御方法。

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