CN104272550B - 受电控制电路、无线受电装置的控制方法、电子设备 - Google Patents

Abstract

提供一种接收来自接收线圈(6)的交流的线圈电流(I_RX)，并提供直流的输出电压(V_OUT)的受电控制电路(100)。整流电路(102)对线圈电流(I_RX)进行整流。线性调节器(106)接收平滑电容器(104)所产生的整流电压(V_RECT)，生成被稳定化为预定的目标电平的输出电压(V_OUT)。控制部(108)中设定有作为充电电流(I_CHG)的量与整流电压(V_RECT)的目标值的关系的控制特性，检测充电电流(I_CHG)的量，按照控制特性，根据充电电流(I_CHG)的检测量，发送用于指示无线供电装置所应发送的功率的信息。控制部(108)被构成为能改变控制特性。

Description

受电控制电路、无线受电装置的控制方法、电子设备

技术领域

本发明涉及无线供电技术。

背景技术

近年来，为给电子设备供给电力，无接点功率传输(也称非接触供电、无线供电)正开始普及。为促进不同厂商的产品间的相互利用，组织起了WPC(Wireless Power Consortium：无线充电联盟)，并由WPC制定了作为国际标准的Qi标准。

在遵循Qi标准的无线供电系统中，能通过无线受电装置(接收机)与无线供电装置(发射机)之间的通信，控制所供电的功率。并且认为今后不限于Qi标准，能根据来自受电装置的指令进行供电功率的控制的系统也会普及。

发明内容

〔发明所要解决的课题〕

在目前的无线受电装置中，主要着眼于为充电电池提供稳定的功率，根据无线受电装置所被使用的环境、平台，可能出现供电效率下降、温度升高这样的问题。

本发明是鉴于这样的状况而研发的，其一个方案的例示性目的之一在于，提供一种能进行供电效率的改善和/或抑制温度上升等的无线受电装置。

〔用于解决课题的手段〕

本发明的一个方案涉及一种接受来自接收线圈的交流的线圈电流，向为充电电池充电的充电电路提供被稳定化了的直流的输出电压的受电控制电路。受电控制电路包括：整流电路，对线圈电流进行整流；平滑电容器，与整流电路的输出相连接；调节器，接收平滑电容器所产生的整流电压，生成被稳定化为预定的目标电平的输出电压；以及控制部，设定有对充电电池的充电电流的量与整流电压的目标值的关系，检测充电电流的量，并按照该关系，根据充电电流的检测量，向无线供电装置发送指示无线供电装置所应发送的功率的信息。控制部被构成为能变更充电电流的检测量与整流电压的目标值的关系。

“充电电流的检测量”可以是实际的充电电流的测量值，在进行恒流充电时，也可以是充电电流的指令值。

受电控制电路的消耗功率是与充电电流的检测量和平滑电容器所产生的整流电压的积相应的，故通过根据充电电流的检测量控制整流电压的目标值，能使供电的功率稳定。

此外，能够变更对充电电池的充电电流的量与整流电压的目标值的关系，通过根据无线受电装置的状态选择恰当的关系，能不论受电控制电路的使用环境、平台等如何，都得到较高的效率，或者能抑制温度上升。

控制部可以根据温度使充电电流的检测量与整流电压的目标值的关系变化。

在温度上升了时，通过使充电电流减少，能使充电电路的消耗功率降低，抑制充电电路的进一步发热。然而此时，在受电控制电路中，若不论温度如何都总是按照同样的关系控制整流电压，则随着充电电流的减少、整流电压会上升，故受电控制电路中的消耗功率不会下降，其发热没有被抑制。针对于此，通过根据温度改变充电电流与整流电压的关系，能抑制充电电流减少时的整流电压的上升，能抑制温度的上升。

控制部可以在充电电流相对较小的区域内，温度越高、越使充电电流的检测值与整流电压的目标值的积下降。

控制部可以根据温度与预定阈值的比较结果，来改变充电电流的检测量与整流电压的目标值的关系。

控制部可以除温度外，还根据来自外部的控制信号，改变充电电流的检测量与整流电压的目标值的关系。

调节器被构成为能从外部设定其输出电压的目标电平；控制信号可以是用于设定调节器的目标电平的信号。

线性调节器的消耗功率与作为其输入电压的整流电压同其输出电压的差分成正比。通过该方案，能根据输出电压的目标值适当设定整流电压的电压电平，故能降低线性调节器的无用的消耗功率，提高效率。

控制部可以根据来自外部的控制信号切换充电电流的检测量与整流电压的目标值的关系。

调节器可以被构成为能从外部设定其输出电压的目标电平。控制信号可以是用于设定调节器的目标电平的信号。此时，能降低线性调节器的无用的消耗功率。

控制信号可以是表示温度的信号。此时，能抑制温度的上升。

关系可以被设定成充电电流的检测量越小、整流电压的目标值越高。由此，能将供电功率控制成恒定。

一个方案的受电控制电路可以遵循Qi标准。

受电控制电路可以被一体集成在一个半导体基板上。

所谓“一体集成”，包括电路的全部构成要素都形成在半导体基板上的情况，和电路的主要构成要素被一体集成的情况，也可以将电路常数的调节用的一部分电阻或电容器等设置在半导体基板的外部。

通过将电路集成为1个IC，能削减电路面积，并能使电路元件的特性保持均一。

本发明的另一方案涉及电子设备。电子设备可以具有上述的任一种受电控制电路。

此外，将以上构成要素的任意组合、本发明的构成要素及表现形式在方法、装置、系统等间相互置换后的实施方式，作为本发明的方案也是有效的。

〔发明效果〕

通过本发明的一个方案，能改善供电效率、或者能抑制温度上升。

附图说明

图1是表示比较技术的无线供电系统的电路图。

图2是表示充电电流的量与整流电压的目标值的关系(控制特性)的一例的图。

图3是表示第1实施方式的受电控制电路的构成的电路图。

图4的(a)～(c)是表示第1实施方式中的控制特性的温度依赖性的图。

图5是表示第2实施方式的受电控制电路的构成的电路图。

图6是表示第2实施方式中的控制特性的输出电压依赖性的图。

图7是表示电子设备的一例的图。

具体实施方式

以下基于优选实施方式、参照附图说明本发明。对各附图所示的相同或等同的构成要素、部件、处理标注相同的标号，并适当省略重复的说明。此外，实施方式仅是例示，并非限定发明，并非实施方式中所记载的所有特征或其组合都是本发明的必要技术特征。

在本说明书中，所谓“部件A与部件B相连接的状态”，除部件A与部件B物理地直接连接的情形外，还包括部件A与部件B介由不实质影响其电连接状态的其它部件、或不损害其接合所发挥的功能或效果的其它部件间接连接的情形。

同样，所谓“部件C被设置在部件A与部件B之间的状态”，除部件A与部件C、或者部件B与部件C直接连接的情形外，还包括介由不实质影响其电连接状态的其它部件、或不损害其接合所发挥的功能或效果的其它部件间接相连接的情形。

(比较技术)

首先，为明确无线供电系统中的问题点，先说明本发明人们之前研讨过的比较技术。

图1是表示比较技术的无线供电系统的电路图。无线供电系统1r具有无线供电装置2和无线受电装置3r。

无线供电装置2具有发送线圈7、驱动器8、控制部9。驱动器8使发送线圈7产生交流的线圈电流I_TX。从发送线圈7发送与线圈电流I_TX相应的功率信号S1。

在该无线供电系统1r中，来自无线供电装置2的发送功率是可根据来自无线受电装置3的控制指令进行控制的。作为这样的系统，例示遵循Qi标准的供电系统，但本发明并非限定于此。

控制部9如后述的那样基于来自无线受电装置3r的控制指令S2控制驱动器8，调节流过发送线圈7的电流I_TX的振幅，调节功率信号S1的强度、即供电功率。

无线受电装置3r具有充电电池4、充电电路5、接收线圈6、受电控制电路100r。

接收线圈6接收来自无线供电装置2的发送线圈7的功率信号S1，产生与之相应的交流的线圈电流I_RX。受电控制电路300r接收线圈电流I_RX，将其整流，生成被稳定化为预定电平的直流的输出电压V_OUT。受电控制电路100r包括整流电路102、平滑电容器104、线性调节器(LDO：Low Drop Output：低压降输出)106、控制部108。整流电路102、线性调节器106、控制部108作为功能IC(Integrated Circuit：集成电路)被集成在一个半导体基板上，平滑电容器104被外装于功能IC。

整流电路102将线圈电流I_RX整流。整流电路102可以是二极管桥电路，也可以是H桥电路。平滑电容器104与整流电路102的输出相连接，对整流电路102的输出电压进行平滑化。线性调节器106接收平滑电容器104所产生的直流电压(称作整流电压)V_RECT，生成被稳定化为预定的目标电平的输出电压V_OUT。

控制部108生成向无线供电装置2的控制部9指示无线供电装置2所应发送的功率的控制指令S2。具体来说，控制部108中设定有给充电电池4的充电电流I_CHG的检测量与整流电压V_RECT的目标值的关系(也称控制特性)。控制特性可以用表的形式来准备，也可以用运算式的形式来准备，其形式不特别限定。

图2是表示充电电流I_CHG的量与整流电压V_RECT的目标值的关系(控制特性)的一例的图。在将平滑电容器104当作电源时，提供给作为其负载的线性调节器106、充电电路5及充电电池4的功率的合计由整流电压V_RECT与充电电流I_CHG之积给出。充电电流I_CHG的检测量越小，整流电压V_RECT的目标值被设定得越高。

以上是无线供电系统1r的构成。接下来说明无线供电系统1r的课题。

课题1.在无线供电系统1r中，由于要供给大功率，若不施以某些措施，无线受电装置3r的温度会变高。为降低无线受电装置3r的温度，需要降低受电控制电路100r的消耗功率和充电电路5的消耗功率。

充电电路5的消耗功率P_CHG由其电压降ΔV_CHG与充电电流I_CHG的积P_CHG＝ΔV_CHG×I_CHG给出。作为充电电路5的输入电压的输出电压V_OUT被保持恒定，作为充电电路5的输出电压的电池电压V_BAT也几乎是恒定的，故电压降ΔV_CHG可以视作是恒定的。即，通过随着温度的上升、降低充电电流I_CHG，能降低充电电路5的消耗功率P_CHG。

另一方面，线性调节器106的消耗功率P_LDO由其电压降ΔV_LDO与充电电流I_CHG的积ΔP_LDO＝ΔV_LDO×I_CHG给出。在此，若随着温度的上升使充电电流I_CHG降低，则整流电压V_RECT会按照图2的控制特性上升。整流电压V_RECT的上升意味着线性调节器106的电压降ΔV_LDO増大，故即使减小充电电流I_CHG，线性调节器106的消耗功率P_LDO也不会变得那么小，无法抑制受电控制电路100r的温度的上升。

课题2.充电电池4的种类或充电电路5的种类因受电控制电路100r所被使用的平台而多种多样。例如假定充电电池4是公称电压3.7V的锂离子电池。某平台(称作第1平台)中使用的充电电路5为给该锂离子电池4充电，需要5V以上的输入电压V_OUT。另一平台(称作第2平台)中使用的充电电路5需要4.5V作为其输入电压V_OUT。此时，为使得在哪个平台中都能使用受电控制电路100r，需要将输出电压V_OUT的目标电平设定为5V。

若在第2平台中使用输出电压V_OUT被设计为5V的受电控制电路100r，则在充电电路5中将发生无用的功率损失。

以下针对能解决在比较技术中产生的课题的至少之一的、实施方式的受电控制电路进行说明。

(第1实施方式)

图3是表示第1实施方式的受电控制电路100的构成的电路图。在本实施方式中，控制部108被构成为能变更充电电流I_CHG的检测量与整流电压V_RECT的目标值的关系、即控制特性109。例如控制部108被构成为可选择多个控制特性109_1～109_n，并根据受电控制电路100所被使用的平台、受电控制电路100及无线受电装置3整体的当前状态，来切换要使用的控制特性109_1。

受电控制电路100具有温度传感器110。温度传感器110检测受电控制电路100的温度。控制部108根据所检测到的温度来使控制特性改变。此外，也可以取代温度传感器110而从外部的微控制器接收表示温度的数据。

图4的(a)～(c)是表示第1实施方式中的控制特性的温度依赖性的图。

如图4的(a)所示，在标准的温度区域，实线所示的低温时控制特性(i)被选择。另一方面，在温度相对较高的状态下，图4的(a)中虚线所示那样的高温时控制特性(ii)被选择。高温时控制特性(ii)与低温时控制特性(i)相比，被设定成在充电电流I_CHG相对较小的区域A，充电电流I_CHG与整流电压V_RECT的积、即供电功率变小。从其它观点来说，在充电电流I_CHG相对较小的区域A，相对于相同充电电流I_CHG的检测量的整流电压V_RECT的目标值被设定得较低。

例如控制部108可以将温度与预定的阈值进行比较，基于该比较结果来改变控制特性。在图4的(a)中，表示了切换2个控制特性的情况，但也可以根据温度切换3个以上的控制特性。

图4的(b)、(c)中表示了其它高温时控制特性(iii)、(iv)。这些高温时控制特性(iii)、(iv)与低温时控制特性(i)相比，在充电电流I_CHG相对较小的区域A，充电电流I_CHG与整流电压V_RECT的积也被设定得较小。

以上是第1实施方式的受电控制电路100的构成。接下来说明其动作。

在温度相对较低的状态下，低温时控制特性被选择，不论充电电流I_CHG如何，从无线受电装置3供电的功率都被控制成恒定。

在温度变高时，为抑制温度进一步上升，充电电路5使充电电流I_CHG降低。另外，在温度相对较高的状态下，在控制部108中选择高温时控制特性，与选择低温时控制特性的状态相比，所供电的功率减少。

以上是受电控制电路100的动作。

根据该受电控制电路100，通过在高温时使充电电流I_CHG减少，能降低充电电路5的消耗功率。除此之外，由于从无线供电装置2供给的功率也减少，故还能降低线性调节器106的消耗功率。即，由于能降低线性调节器106和充电电路5的消耗功率、并抑制发热，故能解决上述课题1。

(第2实施方式)

图5是表示第2实施方式的受电控制电路100a的构成的电路图。

在第2实施方式中，也同第1实施方式一样，控制部108a可切换控制特性。受电控制电路100a取代温度传感器110而具有控制端子112。控制端子112被输入来自外部的控制信号S3。

控制部108a根据控制信号S3切换控制特性。由此，能从无线受电装置3的外部选择、设定适于受电控制电路100a所被使用的平台的控制特性。

优选的是，调节器106a被构成为能从外部利用控制信号S3设定其输出电压V_OUT的目标电平。并且，控制部108根据用于设定输出电压V_OUT的控制信号S3选择控制特性。

图6是表示第2实施方式中的控制特性的输出电压依赖性的图。例如线性调节器106的输出电压V_OUT能根据控制信号S3的值进行N级(N为2以上的整数)切换。并且，控制部108a能选择针对输出电压V_OUT的各设定值所分别设定的N个控制特性。

在此为简化说明，设N＝2。在输出电压V_OUT的目标值为第1值V_OUT1时，实线所示的第1控制特性(i)被选择，在输出电压V_OUT的目标值为比第1值V_OUT1低的第2值V_OUT2时，虚线所示的第2控制特性(ii)被选择。

在本实施方式中，控制特性(i)、(ii)中所分别规定的整流电压V_RECT的最小值V_{RECT_MIN1}、V_{RECT_MIN2}是根据输出电压V_OUT的设定值V_OUT1、V_OUT2而定的。

更具体来说，针对输出电压V_OUT的设定值V_OUTx，设定整流电压V_RECT的最小值V_{RECT_MIN}使得满足V_OUTx+I_{CHG_MAX}×R_ON。R_ON是线性调节器106的导通电阻，I_{CHG_MAX}是所设想的最大充电电流。

对于最小值V_{RECT_MIN}以外的电压电平，第1控制特性(i)也被设定得比第2控制特性(ii)高。

以上是受电控制电路100a的构成。接下来说明其优点。

如与比较技术相关联地说明的那样，针对无线受电装置3所被安装的各平台，充电电路5的输入电压V_OUT的最优值是不同的。在第2实施方式中，能针对每种平台向充电电路5供给最优的电压V_OUT，故能降低充电电路5中的无用的功率损失。

除此之外，控制部108a能根据控制信号S3、即输出电压V_OUT的设定值，改变控制特性、即整流电压V_RECT的目标值。即，在输出电压V_OUT低的平台下，能追踪此而使整流电压V_RECT的电压电平下降，能降低线性调节器106中的无用的功率损失。即，能解决上述课题2。

(第3实施方式)

第3实施方式是第1实施方式与第2实施方式的组合。即，控制部108除温度外还能根据来自外部的控制信号，使控制特性变化。由此，能解决课题1、2。

最后，说明使用了第1至第3实施方式的无线受电装置3的电子设备的例子。

图7是表示电子设备的一例的图。图7的电子设备500是平板式PC或便携式游戏机、便携式音频播放器，在壳体502内部内置有上述的充电电池4、充电电路5、接收线圈6、受电控制电路100。微控制器10是统括地控制电子设备500的本地处理器，接受来自充电电池4的电力进行动作。

以上基于第1至第3实施方式说明了本发明。这些实施方式仅为例示，本领域技术人员能理解其各构成要素或各处理过程的组合可以有各种各样的变形例，且这样的变形例也包含在本发明的范围内。下面说明这样的变形例。

在实施方式中，说明了根据温度、设定输出电压的控制信号来切换控制特性的情况，但本发明不限于此，也可以根据其它的受电控制电路100或无线受电装置3的状态来切换控制特性。例如，可以根据无线供电装置2的余量、或充电电路的连续充电时间等切换控制特性。通过这样的变形例，也能取得效率的改善或发热量的抑制这样的效果。

在实施方式中，针对遵循Qi标准的受电装置进行了说明，但本发明并非限定于此，也能适用于遵循将来可能制定的标准的受电装置。

基于实施方式用具体用语说明了本发明，但实施方式仅用于表示本发明的原理、应用，在不脱离权利要求书所规定的本发明思想的范围内，实施方式可以有多种变形例或配置的变更。

〔标号说明〕

1…无线供电系统、2…无线供电装置、3…无线受电装置、4…充电电池、5…充电电路、6…接收线圈、7…发送线圈、8…驱动器、9…控制部、100…受电控制电路、102…整流电路、104…平滑电容器、106…线性调节器、108…控制部、109…控制特性、110…温度传感器、112…控制端子、10…微控制器。

〔工业可利用性〕

本发明涉及无线供电技术。

Claims (17)

1.一种受电控制电路，接受来自接收线圈的交流的线圈电流，向为充电电池充电的充电电路提供被稳定化了的直流的输出电压，该受电控制电路包括：

整流电路，对上述线圈电流进行整流，

平滑电容器，与上述整流电路的输出相连接，

调节器，接收上述平滑电容器所产生的整流电压，生成被稳定化为预定的目标电平的上述输出电压，以及

控制部，设定有对上述充电电池的充电电流的量与上述整流电压的目标值的关系，检测上述充电电流的量，并按照上述关系，根据上述充电电流的检测量，向无线供电装置发送指示上述无线供电装置所应发送的功率的信息；

其中，上述控制部被构成为能变更上述充电电流的检测量与上述整流电压的目标值的上述关系，

在上述充电电流相对较小的区域，温度越高，上述控制部越使上述充电电流的检测值与上述整流电压的目标值的积降低。

2.如权利要求1所述的受电控制电路，其特征在于，

上述控制部根据温度来使上述充电电流的检测量与上述整流电压的目标值的关系变化。

3.如权利要求1所述的受电控制电路，其特征在于，

上述控制部基于温度与预定阈值的比较结果，使上述充电电流的检测量与上述整流电压的目标值的关系变化。

4.如权利要求2所述的受电控制电路，其特征在于，

上述控制部除上述温度外、还根据来自外部的控制信号，使上述充电电流的检测量与上述整流电压的目标值的关系变化。

5.如权利要求4所述的受电控制电路，其特征在于，

上述调节器被构成为能从外部设定其输出电压的上述目标电平；

上述控制信号是用于设定上述调节器的输出电压的上述目标电平的信号。

6.如权利要求1所述的受电控制电路，其特征在于，

上述控制部根据来自外部的控制信号，切换上述充电电流的检测量与上述整流电压的目标值的关系。

7.如权利要求6所述的受电控制电路，其特征在于，

上述调节器被构成为能从外部设定其输出电压的上述目标电平；

上述控制信号是用于设定上述调节器的输出电压的上述目标电平的信号。

8.一种受电控制电路，接受来自接收线圈的交流的线圈电流，向为充电电池充电的充电电路提供被稳定化了的直流的输出电压，该受电控制电路包括：

整流电路，对上述线圈电流进行整流，

平滑电容器，与上述整流电路的输出相连接，

调节器，接收上述平滑电容器所产生的整流电压，生成被稳定化为预定的目标电平的上述输出电压，以及

控制部，设定有对上述充电电池的充电电流的量与上述整流电压的目标值的关系，检测上述充电电流的量，并按照上述关系，根据上述充电电流的检测量，向无线供电装置发送指示上述无线供电装置所应发送的功率的信息；

其中，上述控制部被构成为能变更上述充电电流的检测量与上述整流电压的目标值的上述关系，

上述关系被设定成上述充电电流的检测量越小、上述整流电压的目标值就越高。

9.如权利要求1至8的任一项所述的受电控制电路，其特征在于，

遵循Qi标准。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：

权利要求1至8的任一项所述的受电控制电路。

11.一种无线受电装置的控制方法，其特征在于，

所述无线受电装置包括：

接收线圈，

对流入上述接收线圈的电流进行整流的整流电路，

与上述整流电路的输出相连接的平滑电容器，

接收上述平滑电容器所产生的整流电压，生成被稳定化为预定的目标电平的输出电压的调节器，以及

接收上述输出电压，为充电电池充电的充电电路；

所述控制方法包括：

根据上述无线受电装置的状态，设定对上述充电电池的充电电流的量与上述整流电压的目标值的关系的步骤，

检测对上述充电电池的充电电流的量的步骤，以及

按照上述关系，根据上述充电电流的检测量，向无线供电装置发送指示上述无线供电装置所应发送的功率的信息的步骤，

上述无线受电装置的状态是温度，

在上述充电电流相对较小的区域，温度越高，越使上述充电电流的检测值与上述整流电压的目标值的积降低。

12.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，

上述无线受电装置的状态除上述温度外还包括来自外部的控制信号。

13.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，

上述调节器被构成为能从外部设定其输出电压的上述目标电平；

上述控制信号是用于设定上述调节器的输出电压的上述目标电平的信号。

14.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，

上述无线受电装置的状态包括来自外部的控制信号。

15.如权利要求14所述的控制方法，其特征在于，

上述调节器被构成为能从外部设定其输出电压的上述目标电平；

上述控制信号是用于设定上述调节器的输出电压的上述目标电平的信号。

16.如权利要求11至15的任一项所述的控制方法，其特征在于，

上述关系被设定成上述充电电流的检测量越小、上述整流电压的目标值越高。

17.一种无线受电装置的控制方法，其特征在于，

所述无线受电装置包括：

接收线圈，

对流入上述接收线圈的电流进行整流的整流电路，

与上述整流电路的输出相连接的平滑电容器，

接收上述平滑电容器所产生的整流电压，生成被稳定化为预定的目标电平的输出电压的调节器，以及

接收上述输出电压，为充电电池充电的充电电路；

所述控制方法包括：

根据上述无线受电装置的状态，设定对上述充电电池的充电电流的量与上述整流电压的目标值的关系的步骤，

检测对上述充电电池的充电电流的量的步骤，以及

按照上述关系，根据上述充电电流的检测量，向无线供电装置发送指示上述无线供电装置所应发送的功率的信息的步骤，

上述关系被设定成上述充电电流的检测量越小、上述整流电压的目标值越高。