电力接收装置和非接触供电系统的制作方法

电力接收装置和非接触供电系统的制作方法
【专利摘要】在非接触供电系统中，设置了具有发热受到抑制的电力接收装置。该电力接收装置配置有谐振电路，该谐振电路包含谐振电容器和作为接收天线的谐振线圈；并且该电力接收装置使用谐振电路的谐振耦合以非接触方式接收电力。在接收电力时，电力接收装置监测由谐振电路所接收的接收电力，并且以防止接收电力超过目标电力电平(PTGT)的方式来控制谐振电路的谐振频率。由此，即使当从传送侧传送比电力接收装置所要求的电力更大的电力时，电力接收装置也以不接收比目标电力电平更大的电力的方式来操作。
【专利说明】电力接收装置和非接触供电系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]2013年7月2日提交的包含说明书、附图和摘要的日本专利申请2013-138666号的公开其全部内容引入本文作为参考。

【技术领域】
[0003]本发明涉及一种以非接触方式接收电力(electric power)的电力接收装置、以及一种包含该电力接收装置的非接触供电系统，并且涉及例如在应用于利用了电磁场的谐振耦合(磁谐振)的电力接收装置时有效的技术。

【背景技术】
[0004]使用非接触电力传送的系统(以下称为“非接触供电系统”)的实用化正在推进，该非接触电力传送在不经电源线媒介等的情况下以非接触方式将电力提供到电气设备。例如，利用了在相互隔开地配置的天线(线圈)之间的电磁感应的电磁感应式非接触供电系统、以及利用了电磁场的谐振耦合的磁谐振式非接触供电系统都已为人所知。
[0005]专利文献I公开了例如磁谐振式非接触供电系统的现有技术。在专利文献I所公开的非接触供电系统中，在传送侧被提供到配置有线圈和电容器的初级谐振电路的电力，通过电磁谐振耦合而被传送到接收侧的次级谐振电路。由次级谐振电路所接收的电力被整流器电路整流，被控制电路例如电力接收IC(集成电路)转换成DC电压并且被利用于电池的充电。
[0006](专利文献)
[0007](专利文献I)日本特开2013-21906号公报


【发明内容】

[0008]在使用所传送的电力对电池进行充电的电力接收装置诸如上述非接触供电系统中，当所传送的电力不足时，在电力接收IC中将不能获得足够量的操作供电从而电池的充电将停止。相反，当所传送的电力过大时，电力接收装置中的电路部件诸如电力接收IC很有可能会受到损坏。因此，这样的非接触供电系统根据接收侧的负载的状态(例如电力接收装置的电池的剩余量)而在电力传送装置中执行传送控制，以使要传送的电力最优化。由此，增强了电力传送的可靠性。例如，当电池的剩余量少时，增加要传送的电力，而当电池的剩余量多时，减小要传送的电力。通过这种控制，传送接收侧所必需的电力。然而，这种在传送侧的传送控制的难度高。特别地，在分时共用电力和信息通信的传送/接收的非接触供电系统中，难以实现可靠的传送控制。
[0009]因此，以往，除了上述的传送控制，通过设置连接于接收侧的整流器电路的输出节点的过电压保护二极管(齐纳二极管)，得以从传送侧传送比较大的电力。根据该方法，可以防止在负载大(例如电池的剩余量小)时电力接收IC不能获得足够的操作供电而使电池的充电操作停止的情形。此外，即使在负载小(例如电池的剩余量多)且电力传送过多时，由于施加给电力接收IC的电压上限由过电压保护二极管决定，因此也可以防止电力接收IC的破坏。
[0010]另一方面，电力接收装置诸如移动电话和智能手机通过规定产品规格中消耗电力的上限来限制终端自身的发热量。然而，当如上所述在电力接收装置中设置过电压保护二极管时，在电力传送过多时在过电压保护二极管中消耗很多电力。因此难以忽略过电压保护二极管的发热量。在电力接收IC中，使用DC-DC转换器诸如串联稳压器或者开关稳压器，来使整流器电路的输出电压降压至所期望的目标电压。因此，当如上所述将过电压保护二极管连接于整流器电路的输出节点时，在电力传送过多时整流器电路的输出电压与目标电压之差变大；因此，DC-DC转换器中的问题在于发热量的增加和电力转换效率的下降。
[0011]下面将说明解决这样的问题的手段。本发明的其他问题和新特征将由本说明书的描述和附图而变得清楚。
[0012]下面简要说明本申请要公开的典型的实施方式的概要。
[0013]即，根据本发明的电力接收装置配置有包含谐振电容器和作为接收天线的谐振线圈的谐振电路，并且该电力接收装置使用谐振电路的谐振耦合以非接触方式接收电力。该电力接收装置在接收电力时监测由谐振电路所接收的接收电力，并且以防止接收电力超过目标电力电平的方式来控制所述谐振电路的谐振频率。
[0014]下面简要说明由本申请中要公开的典型的实施方式所获得的效果。
[0015]S卩，可以抑制非接触供电系统中的电力接收装置的发热量。

【专利附图】

【附图说明】
[0016]图1是例示根据本申请的实施方式I的电力接收装置的图。
[0017]图2是例示包含根据实施方式I的电力接收装置的非接触供电系统的图。
[0018]图3是例示根据实施方式I的电力接收装置中的谐振电路130和谐振频率调节单元141的内部配置的图。
[0019]图4是例示包含根据实施方式2的电力接收装置的非接触供电系统的图。
[0020]图5是例示包含根据实施方式3的电力接收装置的非接触供电系统的图。
[0021]图6是例示在根据实施方式3的电力接收装置5中在改变谐振频率时的接收电力的特性的图。
[0022]图7是例示包含根据实施方式4的电力接收装置的非接触供电系统的图。
[0023]图8是例示在根据实施方式4的电力接收装置6中在改变谐振频率时的接收电力的特性的图。
[0024]图9是例示包含根据实施方式5的电力接收装置的非接触供电系统的图。
[0025]图10是例示包含根据实施方式6的电力接收装置的非接触供电系统的图。
[0026]图11是例示包含根据实施方式7的电力接收装置的非接触供电系统的图。
[0027]图12是例示包含根据实施方式8的电力接收装置的非接触供电系统的图。
[0028]图13是例示包含根据实施方式9的电力接收装置的非接触供电系统的图。
[0029]图14是例示包含根据实施方式10的电力接收装置的非接触供电系统的图。

【具体实施方式】
[0030]1.实施方式的概要
[0031]首先，说明本发明中所公开的典型的实施方式的概要。在有关典型的实施方式的概要说明中，括弧中的被引用的附图的标号仅例示了与标号关联的部件的概念中所包含的内容。
[0032]<1>(以防止接收电力超过预定的电力电平的方式来调节谐振频率的电力接收装置)
[0033]如图1所示，根据本申请的典型的实施方式的电力接收装置(2)配置有包含谐振电容器(200)和作为接收天线的谐振线圈(131)的谐振电路(130)。电力接收装置(2)使用谐振电路的谐振耦合以非接触方式接收电力。在接收电力时，电力接收装置监测由谐振电路所接收的接收电力，并且以防止接收电力超过目标电力电平(PTGT)的方式来控制谐振电路的谐振频率。
[0034]根据该配置，即使当从传送侧传送比接收侧所要求的电力更大的电力时，电力接收装置也以不接收比目标电力电平更大的电力的方式操作。由此，电力接收装置不会接收超出要求的多余电力；因此可以抑制电力接收装置中的发热。
[0035]〈2>(根据接收电力的电平，控制谐振频率与电力传送频率的一致/不一致)
[0036]在根据段落I的电力接收装置⑵中，当接收电力未超过目标电力电平(PTGT)时，以使谐振电路的谐振频率匹配电力传送频率(fTx)的方式来调节谐振电路的阻抗，而当接收电力超过目标电力电平时，以使谐振频率偏离电力传送频率的方式来调节谐振电路的阻抗。
[0037]在该配置下，当从传送侧传送比接收侧所要求的电力(目标电力电平)更大的电力时，接收侧的谐振频率偏离电力传送频率，使电力接收装置的接收电力减小。当传送比目标电力电平更小的电力时，接收侧的谐振频率接近电力传送频率，使电力接收装置的接收电力增加。因此，可以容易地实现电力接收装置不会接收超出所要求的对电力的控制。
[0038]<3> (监测整流器电路的输出电压)
[0039]根据段落I或者段落2的电力接收装置(2、4 - 8、11、12)进一步配置有:整流器电路(133)，其对与由谐振电路(130、130A — 130E)所接收的电力相对应的AC电压进行整流，并且输出DC输出电压；以及调节单元(141)，其监测整流器电路的输出电压(VRCT)，并且以防止输出电压超过目标电压(VTGT)的方式来调节谐振电路的阻抗。
[0040]根据该配置，可以简单且高精度地控制谐振电路的谐振频率。例如当通过在整流器电路的后级中设置DC-DC转换器(例如串联稳压器或者开关稳压器)来使整流器电路的输出电压降压至所期望的电压时，本电力接收装置能够减小DC-DC转换器的输入输出电位差。由此，可以提高DC-DC转换器的电压转换效率，并且抑制DC-DC转换器中的发热。
[0041 ] <4> (可变谐振电容器)
[0042]在根据段落3的电力接收装置(2、4 - 7、11、12)中，谐振电路的电容值由调节单元改变。
[0043]根据该配置，使谐振电路的阻抗变化变得容易。
[0044]<5> (利用AMP的线性控制、对谐振电路的正侧和负侧中的一者的调节)
[0045]在根据段落4的电力接收装置(2、4)中，调节单元包含以减小目标电压与输出电压之差的方式来产生控制电压(144)的差分放大器电路(AMP)。谐振电路包含配置有并联连接的谐振线圈(131)和谐振电容器(132)的并联谐振单元(202)、以及串联连接在并联谐振单元的一端与供应有固定电压的基准节点(接地节点)之间的第一电容器(CP)和第一可变电阻电路(Ml)。第一可变电阻电路基于控制电压来改变电阻值。
[0046]根据该配置，通过线性地控制谐振电路的谐振频率，能够以防止整流器电路的输出电压超过目标电压的方式来进行控制。而且，还可以用少量的部件实现能够调节谐振频率的谐振电路。
[0047]<6> (对谐振电路的正侧和负侧两者的调节)
[0048]在根据段落5的电力接收装置(2)中，谐振电路进一步包含串联连接在并联谐振单元的另一端与基准节点之间的第二电容器(CN)和第二可变电阻电路(M2)。第二可变电阻电路基于控制电压来改变电阻值。
[0049]根据该配置，配置有串联连接的电容器和可变电阻电路的用于阻抗调节的电路连接于并联谐振单元的正侧端子和负侧端子中的各个。因此，可以保持在并联谐振单元的各个端子处所产生的与接收电力相对应的AC信号的信号波形的对称性。
[0050]<7> (配置有晶体管的开关元件)
[0051]在根据段落3或者段落4的电力接收装置中，第一可变电阻电路和第二可变电阻电路分别配置有由控制电压驱动的晶体管(M1、M2)。
[0052]根据该配置，可以用简单的配置实现第一可变电阻电路和第二可变电阻电路。
[0053]<8> (利用CMP的开关控制)
[0054]在根据段落4的电力接收装置(5、6)中，调节单元包含比较器电路(150)，该比较器电路将对应于目标电压的阈值电压(VTGT)与输出电压进行比较，以输出比较结果
(149)。谐振电路包含配置有并联连接的谐振线圈和谐振电容器的并联谐振单元(202)、以及在并联谐振单元的一端与供应有固定电压的基准节点(接地节点)之间串联连接的第一电容器(CP)和第一开关元件(SWl)。第一开关元件基于比较结果来进行导通关断(οη-ο--)控制。
[0055]根据该配置，通过二值切换谐振电路的谐振频率，可以以防止整流器电路的输出电压超过目标电压的方式来进行控制，因此，限制电力接收装置的接收电力变得容易。而且，还可以用少量的部件实现能够调节谐振频率的谐振电路。
[0056]<9> (开关控制；对谐振电路的正侧和负侧两者的调节)
[0057]在根据段落8的电力接收装置(5)中，谐振电路进一步包含在并联谐振单元的另一端与基准节点之间串联连接的第二电容器(CN)和第二开关元件(SW2)。第二开关元件基于比较结果进行导通关断控制。
[0058]根据该配置，配置有串联连接的电容器和开关元件的、用于阻抗调节的电路连接于并联谐振单元的正侧端子和负侧端子中的各个。因此，可以保持在并联谐振单元的各个端子处所产生的与接收电力相对应的AC信号的信号波形的对称性。
[0059]〈10> (根据是否超过目标电压来控制谐振频率与电力传送频率的一致和不一致)
[0060]在根据段落9的电力接收装置中，当第一开关元件和第二开关元件被设为OFF时，以使并联谐振单元的谐振频率与电力传送频率(fTx)匹配的方式，来设置并联谐振单元的接收线圈和谐振电容器的常数。调节单元在输出电压超过目标电压时将第一开关元件和第二开关元件设为0N，并且在输出电压不超过目标电压时将第一开关元件和第二开关元件设为 OFF。
[0061]根据该配置，能够以在输出电压超过目标电压时不接收电力，并且在输出电压不超过目标电压时有效地接收电力的方式，来进行控制。
[0062]<11> (与多个阈值电压相对应的多个CMP和对应的多个可变电容)
[0063]在根据段落4的电力接收装置￠)中，调节单元包含多个比较器电路(150_1 -150_n)，该多个比较器电路中的各个将对应于目标电压的阈值电压(VTGT)与输出电压进行比较，以输出比较结果(149)。谐振电路包含:并联谐振单元(202)，其配置有并联连接的谐振线圈和谐振电容器；以及多个阻抗调节电路，其配置有在并联谐振单元的一端与供应有固定电压的基准节点(接地节点)之间串联连接的第一电容器(CN_1(CN_2 - CN_n))和第一开关元件(SW_1(SW_2 — SW_n))。多个比较器电路中的各个具有相互不同的阈值电压(VTGT1 — VTGTn)。多个阻抗调节电路是对应于多个比较器电路而设置的，并且阻抗调节电路中的各个的第一开关元件是基于对应的比较器电路的比较结果而进行导通关断控制的。
[0064]根据该配置，通过对应于整流器电路的输出电压的电压电平而逐步切换谐振电路的阻抗，可以逐步改变谐振频率。因此，能够以与模拟控制(线性控制)类似的方式，来执行对接收状态的控制。由此，与其中在可接收状态与不可接收状态之间进行状态转换的控制相比较，可以减小EMI噪声(电磁干扰噪声)。
[0065]<12> (配置有机械开关的开关元件)
[0066]在根据段落10或者段落11的电力接收装置中，第一开关元件和第二开关元件是基于控制电压进行控制的机械开关(SW1、SW2、Sff_l - Sff_n)。
[0067]根据该配置，能够减小开关元件的寄生电容；由此，当开关元件被设为OFF时，可以进一步减轻根据第一电容器和第二电容器被连接的事实而造成的对谐振电路的影响。
[0068]〈13>(可变目标电压)
[0069]根据段落I至段落12中的一个的电力接收装置(11)进一步配置有负载电路(139、135、BAT)、以及接收整流器电路的输出电压(VRCT)并且将其提供到连接在其后级中的负载电路的电压控制单元(171)。电压控制单元以使将提供到负载电路的电压与所期望的电压匹配的方式来调节目标电压。
[0070]根据该配置，整流器电路的输出电压是根据要提供到负载的电压电平来调节的。由此，即使DC-DC转换器诸如稳压器不设置在整流器电路的后级中，也可以产生负载所需要的电压。因此，如果满足电力接收装置的要求规格，则可以移除既有的DC-DC转换器等，这有助于减小电力接收装置的电路规模。
[0071]<14> (利用PIN 二极管的可变谐振电容)
[0072]在根据段落4的电力接收装置(7)中，谐振电路(130D)包含被调节单元施加可变偏置电压的PIN 二极管(DPN)。
[0073]根据该配置，可以容易地改变谐振电路的电容值。
[0074]〈15>(可变谐振线圈)
[0075]在根据段落3的电力接收装置⑶中，谐振电路(130E)改变接收线圈(131)的电感。
[0076]根据该配置，可以使改变谐振电路的阻抗变得容易。
[0077]<16> (监测整流器电路的输入电压)
[0078]根据段落3的电力接收装置(9、10)进一步包含:整流器电路(133)其对与由谐振电路(130)所接收的电力相对应的AC电压进行整流，并且输出DC输出电压；以及输入电压检测单元(160、164)，其检测经由谐振电路而提供到整流器电路的输入电压。电力接收装置进一步包含调节单元(141)，该调节单元防止由输入电压检测单元所检测的输入电压超过目标电压的方式来调节谐振电路的阻抗。
[0079]根据该配置，能够以不接收比目标电力电平更大的电力的方式，来控制谐振电路的谐振频率。由于在比整流器电路更靠前的级中检测接收电力，因此可以提高控制系统的响应性。
[0080]<17> (检测整流器电路的正侧和负侧两者的输入电压)
[0081]在根据段落16的电力接收装置(9)中，整流器电路是全波整流器电路。输入电压检测单元(160)包含:第一波峰保持电路(161)，其检测整流器电路的正侧输入电压的峰值；以及第二波峰保持电路(162)，其检测整流器电路的负侧输入电压的峰值。输入电压检测单元进一步包含平均电路(163)，其输出由第一波峰保持电路所检测的峰值与由第二波峰保持电路所检测的峰值的平均值。调节单元以防止平均电路的平均值(VPA)超过目标电压(VTGT)的方式来调节谐振电路的阻抗。
[0082]根据该配置，即使当输入到整流器电路的正侧和负侧中的电压波形不对称时，也可以高精度地控制谐振电路的阻抗。
[0083]〈18>(非接触供电系统)
[0084]根据本申请的典型的实施方式的非接触供电系统(20 — 29)配置有:电力传送装置(1、3)，其利用了谐振电路的电磁谐振耦合以非接触方式传送电力；以及根据段落I至段落17中的一个的电力接收装置(2、4 一 12)，其以非接触方式接收由电力传送装置所传送的电力的。
[0085]根据该配置，可以抑制电力传送装置中的传送控制的复杂度，并且实现可靠的非接触供电系统。
[0086]<19>(以使接收电力匹配目标电力的方式来控制谐振电路的阻抗的电力接收装置)
[0087]根据本申请的典型的实施方式的另一个电力接收装置(2、4 - 12)包含配置有谐振电容器和作为接收天线的谐振线圈的谐振电路(130、130A — 130E)，并且使用谐振电路的谐振耦合以非接触方式接收电力。在接收电力时，根据本发明的电力接收装置以使由谐振电路所接收的接收电力匹配目标电力电平(PTGT)的方式，来动态地控制谐振电路的阻抗。
[0088]根据该配置，即使当从传送侧传送比接收侧所要求的电力更大的电力时，电力接收装置也以使接收电力匹配目标电力电平的方式操作。由此，电力接收装置不会接收超出要求的过多的电力；因此，可以抑制电力接收装置中的发热。
[0089]2.实施方式的详细
[0090]就实施方式进一步详细说明。在用于说明本发明的实施方式的全部附图中，将同样的符号赋给具有相同功能的元件，并且省略重复的说明。
[0091]〈〈实施方式I?
[0092]<非接触供电系统的概要>
[0093]图2例示包含根据实施方式I的电力接收装置的非接触供电系统。该图所示的非接触供电系统20包含电力传送装置I和电力接收装置2。在非接触供电系统20中，以非接触方式(无线)从电力传送装置I到电力接收装置2的供给电力是可能的。尽管没有特别限制，但是在非接触供电系统20中，非接触电力传送通过利用了电磁场的谐振耦合的磁谐振方法来实现。在非接触电力传送中，作为要传送的电力而被输出的电力传送信号的频率(电力传送频率)fTx例如为MHz带域的频率。
[0094]在非接触供电系统20中，通过近距离无线电通信，在电力传送装置I与电力接收装置2之间能够相互地进行数据的传送和接收。近距离无线电通信例如可以利用NFC(近场通信)(以下称为“NFC通信”)。尽管没有特别限制，但是电力接收装置2将一个天线用于磁谐振式非接触供电和近场通信两者，并且可以在电力接收与信息通信之间切换。
[0095]<电力传送装置I的配置>
[0096]电力传送装置I配置有例如振荡器101、传送放大器102、供电电路(REG_CIR) 103、控制电路(CNT_CIR) 104、通信单元(CMM_CIR) 105、通信线圈天线106、供电线圈107、谐振线圈108、以及谐振电容器109。
[0097]振荡器101产生频率与用于从电力传送装置I传送电力的电力传送信号相对应的AC信号。尽管没有特别限制，但是从振荡器101输出的AC信号的频率是固定的，并且等于电力传送信号的频率(电力传送频率)fTx。传送放大器102将从振荡器101输出的AC信号放大，并且产生与要传送的电力的幅度相对应的驱动信号。传送放大器102是放大系数可变的可变增益放大器。传送放大器102例如在以由作为供电的供电电路103所产生的电压下操作，并且其放大系数通过调节提供到传送放大器102的偏置电压和偏置电流而变化。供电电路103基于从供电适配器、通用串行总线(USB)等所提供的输入电压VIN来产生用作电力传送装置I的各功能部的操作供电的多个电压。例如，供电电路103产生用作如上所述的传送放大器102的操作供电的电压、以及用作控制电路104的操作供电的电压。
[0098]从传送放大器102所输出的驱动信号提供到供电线圈107。供电线圈107与谐振线圈108磁性耦合，并且与提供到供电线圈107的驱动信号相关的AC电力通过电磁感应而提供到谐振线圈108。谐振线圈108和谐振电容器109构成初级侧的谐振电路110。谐振电路110例如是其中谐振线圈108和谐振电容器109并联连接的并联谐振电路。当通过利用谐振电路110的谐振而产生磁场时，从电力传送装置I传送电力。
[0099]通信单元105经由通信线圈天线106执行NFC通信。例如，NFC通信实现用于验证电力接收装置2是否为电力传送装置I的电力传送目标的验证数据的交换、用于通知电力接收装置2是否已经接收了从电力传送装置I所传送的电力的接收通知的交换、以及其他。
[0100]控制电路104包含根据存储在存储器等中的程序来执行数据处理的程序执行装置。控制电路104例如是微控制器，并且由半导体器件来实现，该半导体器件使用绝缘树脂诸如模制树脂，来包封通过公知的CMOS集成电路制造技术形成在半导体衬底比如单晶硅之上的半导体芯片。控制电路104执行对电力传送装置I的集中式控制。例如，控制电路104控制对经由通信单元105和通信线圈天线106的无线通信的执行和停止、以及经由谐振线圈108的非接触电力传送。此外，控制电路104执行无线通信中的各种数据处理以及与非接触电力传送相关的各种数据处理。通过经由通信线圈天线106来执行与电力接收装置2的NFC通信，控制电路104执行对有关电力接收装置2中的电池BAT的剩余量的信息、以及对用于非接触供电的各种信息的交换，并且确定要传送的电力量。接着，控制电路104根据所确定的电力量来调节传送放大器102的放大系数。由此，从电力传送装置I送出与要传送的电力量相对应的电力。
[0101]〈电力接收装置2的配置〉
[0102]电力接收装置2例如是小型便携装置诸如移动终端，并且执行通过利用无线通信的对数据的传送和接收、以及利用非接触供电的对电池BAT的充电等。如上所述，电力接收装置2通过使用作为用于NFC通信的天线以及用于磁谐振方法非接触供电的天线的共用天线的谐振线圈131，在NFC通信与电力接收之间切换。
[0103]电力接收装置2配置有例如谐振线圈131、谐振电容器200、整流器电路(RCR_(:11?)133、电力接收1(:140、控制电路(CNT_CIR)136、通信单元137、内部电子电路(EC) 139、以及电池BAT。
[0104]谐振线圈131和谐振电容器200构成次级谐振电路130，并且通过电力传送装置I的谐振电路I1所产生的磁场的谐振相互作用，而产生电动势(AC信号)。尽管其细节将稍后描述，但是谐振电路130是其中线圈和电容器并联连接的并联谐振电路。以下，其中线圈与电容器连接的一个连接节点(正侧节点)用附图标记NDP表示，另一个连接节点(负侧节点)用附图标记NDN表示。
[0105]在谐振电路130中，通过调节其阻抗来改变谐振频率。例如，调节谐振电路130的阻抗以偏移谐振电路130的谐振频率，以使该谐振频率匹配电力传送频率fTx。因此，可以有效地接收来自电力传送装置I的磁场。尽管没有特别限制，但是谐振电路130配置成通过改变谐振电容器200的电容值来调节谐振电路130的阻抗。谐振电路130的内部配置稍后描述。
[0106]整流器电路133对与由谐振电路130所接收的电力相对应的AC电压(AC信号)进行整流，并获得DC输出电压。整流器电路133例如是全波整流器电路。尽管没有特别限制，但是整流器电路133配置有由肖特基二极管Dl - D4构成的二极管桥接电路、以及平滑电容器C3。二极管桥接电路的一个输入端子(二极管Dl与二极管D2的连接节点)经由电容器Cl而连接于节点NDP，而另一个输入端子(二极管D3与二极管D4的连接节点)经由电容器C2而连接于节点NDN。电容器Cl和C2形成用于调节整流器电路133的从谐振电路130看的阻抗的匹配电路。根据阻抗的匹配状态能够删去电容器Cl和C2。
[0107]平滑电容器C3将被二极管桥接电路整流的电压平滑化。平滑电容器C3连接在二极管桥接电路的输出节点与接地节点之间。以下，将二极管桥接电路的在其输出节点的电压表示为整流电压VRCT。
[0108]基于整流电压VRCT，电力接收装置2中的各功能部的操作变得可能。在图2中，作为整流器电路133的负载电路201，典型地例示了电力接收IC140、内部电子电路139、以及电池BAT。
[0109]电力接收IC140基于整流电压VRCT产生稳定的DC电压。此时，电力接收IC140提供内部电子电路139的操作电力、电池BAT的充电电压、通信单元137和控制单元136的操作电力等。尽管没有特别限制，但是电力接收IC140是半导体器件，其使用绝缘树脂诸如模制树脂来包封通过公知的CMOS集成电路制造技术形成在半导体衬底比如单晶硅之上的半导体芯片。
[0110]具体而言，电力接收IC140包含供电电路(REG_CIR) 134和充电控制电路(CHGCNT) 135。供电电路134将整流电压转换为具有所期望幅度的固定电压。供电电路134例如是DC-DC转换器，并且与外部线圈和外部稳定电容等一起构成降压型开关稳压器或串联稳压器(LD0:低压降(稳压器))等。充电控制电路135通过由供电电路134所产生的DC电压来控制对电池BAT的充电。例如，通过监测电池BAT的充电电流和电池BAT的端子电压，充电控制电路135检测电池BAT的状态(满充电容量、剩余量、充电状态等)，并且控制对充电的执行、停止等。尽管没有特别限制，但是充电控制电路135是微控制器。
[0111]电池BAT是可以通过由供电电路134所产生的DC电压进行充电的二次电池。尽管没有特别限制，但是电池BAT例如是一个单元的电池(4.0 - 4.2V)诸如锂离子电池。内部电子电路139是用于实现作为电力接收装置2的特有功能(例如，如果电力接收装置2是智能手机，则特有功能是作为智能手机所被期待的功能)的电子电路。
[0112]通信单元137使用谐振线圈131作为通信线圈，来执行与电力传送装置I的无线通信(NFC通信)。具体而言，通信单元137配置有开关电路(SEL) 1370和通信控制单元(CMM_CIR) 1371。根据与由谐振电路130所接收的电力相对应的AC信号的信号电平，开关电路1370控制是否将所涉及的AC信号提供到通信控制单元1371。例如，当与由谐振电路130所接收的电力相对应的AC信号的信号电平超过预定阈值时，切断AC信号向通信控制单元1371的供给，并且当AC信号电平未超过预定阈值时，将AC信号提供到通信控制单元1371。
[0113]通信控制单元1371例如是微控制器，并且执行用于实现经由作为通信天线的谐振线圈131的无线通信的各种控制和数据处理。尽管没有特别限制，但是通信控制单元1371是半导体器件，其使用绝缘树脂诸如模制树脂来包封通过公知的CMOS集成电路制造技术形成在半导体衬底比如单晶硅之上的半导体芯片。
[0114]控制电路136执行电力接收装置2的集中式控制。例如，控制电路136控制对经由谐振线圈131的无线通信的执行和停止、以及无线通信中的各种数据处理(例如所接收信号的调制和解调)。此外，控制电路136执行供电电路134的操作控制(启动控制)，并且利用充电控制电路135来控制对的电池BAT的充电的执行和停止。尽管没有特别限制，但是控制电路136例如是微控制器，并且由使用绝缘树脂诸如模制树脂来包封通过公知的CMOS集成电路制造技术形成在半导体衬底比如单晶硅之上的半导体芯片的半导体器件来实现。
[0115]<通过对谐振频率的调节来控制接收电力>
[0116]如上所述，电力传送装置I基于有关电力接收装置2中的电池BAT剩余量等的信息，来送出与电力接收装置2所要求的电力量相对应的要传送的电力。然而，由于利用电力传送装置I来控制传送的困难性，有可能会输出比由电力接收装置2所要求的电力更大的传送电力。在这样的情况下，为了让电力接收装置2不会接收比所要求更大的电力，电力接收装置2具有这样的功能，其用于监测电力接收装置2中的接收电力，并且用于以防止接收电力超过定为目标的电力电平(目标电力电平)的方式来控制谐振电路的谐振频率。具体而言，电力接收装置2进一步配置有谐振频率调节单元(FRQ_CNT) 141。
[0117]谐振频率调节单元141监测由谐振电路130所接收的接收电力，并且控制谐振电路130的谐振频率以使接收电力不会超过目标电力电平PTGT (从而接收电力与目标电力电平 PTGT 一致)。
[0118]更具体而言，当接收电力不超过目标电力电平PTGT时，谐振频率调节单元141以使谐振电路130的谐振频率匹配电力传送频率fTx的方式来调节谐振电路130的阻抗，并且当接收电力超过目标电力电平PTGT时，谐振频率调节单元141以使谐振频率偏离电力传送频率fTx的方式来调节谐振电路130的阻抗。利用谐振频率调节单元141的接收电力的检测例如通过检测整流电压VRCT来执行。
[0119]以下，详细地说明利用谐振频率调节单元141的对谐振电路130的谐振频率的控制。
[0120]图3例示根据实施方式I的电力接收装置中的谐振电路130和谐振频率调节单元141的内部配置。在该图中，为了方便说明，仅示出谐振电路130和谐振频率调节单元141周边的功能模块，而不示出其他功能模块。对于图中的电力传送装置1，示出了电力传送线圈108和谐振电容器109，并且以简略的形式示出了其他功能模块。
[0121]如该图所示，谐振频率调节单元141配置有差分放大器电路AMP。差分放大器电路AMP发挥的功能为误差放大电路，其以减小对应于目标电力电平PTGT而被确定的目标电压VTGT与整流器电路133的输出电压VRCT之差的方式，来产生控制电压144。目标电压VTGT例如对应于接收整流电压VRCT的供给的电力接收IC140所要求的电压而确定。例如，即使可施加于电力接收IC140的输入端子IN的最大电压(电力接收IC140的耐压)为25V,当作为电力接收IC140的供电电路134的输入电压所必需的电压为1V时，目标电压VTGT也被设为O。由此，差分放大器电路AMP以防止整流器电路133的输出电压VTGT超过1V的方式(以等于1V的方式)来产生控制电压144。
[0122]尽管没有特别限制，但是目标电压VTGT由设置在电力接收装置2中的基准电压产生电路(未图示)来产生，并且提供到差分放大器电路AMP。基准电压产生电路没有特别限制，其可以是设置在电力接收IC140中的供电电路134中的稳压器电路，或者可以是与供电电路134分开设置的稳压器电路。
[0123]谐振电路130配置有其中谐振线圈131和谐振电容器132并联连接的并联谐振单元202、以及连接在并联谐振单元202的端子中的各个(节点NDP、NDN)与供应有固定电压的基准节点之间的阻抗调节电路142和143。谐振电容器132和阻抗调节电路142和143构成作为可变电容的电容器200。
[0124]尽管基准节点例如是供应有接地电压的接地节点。然而，如果该节点相对于DC固定的话，则该节点不限于接地节点。
[0125]阻抗调节电路142包含其一端连接于节点NDP的电容器CP、以及连接在电容器CP的另一端与接地节点之间的可变电阻电路1420。在可变电阻电路1420中，其电阻值被来自差分放大器电路AMP的控制电压144改变。可变电阻电路1420例如配置有晶体管Ml。尽管没有特别限制，但是具有小的导通(ON)电阻和高耐压的场效应晶体管、IGBT等可以用作晶体管Ml。图3例示了使用具有高耐压的MOS晶体管的情形。晶体管Ml的源电极连接于接地节点，并且漏电极连接于电容器CP。控制电压144提供到晶体管Ml的栅电极。可变电阻电路1420的电路配置不限于图3所示的电路配置，而是只要电容器CP与接地节点之间的电阻值能够根据控制电压144变化，另一种电路配置也是可适用的。
[0126]阻抗调节电路143也具有与阻抗调节电路142相同的配置。例如，阻抗调节电路143包含其一端连接于节点NDN的电容器CN、以及连接在电容器CN的另一端与接地节点之间的可变电阻电路1430。可变电阻电路1430例如配置有晶体管M2，并且与晶体管Ml同样地根据控制电压144而被驱动。
[0127]通过如上所述将阻抗调节电路142和143分别连接于并联谐振单元202的正侧端子(节点NDP)和负侧端子(节点NDN)，可以保持与分别在节点NDP和节点NDN处产生的接收电力相对应的AC信号的波形对称性(以抑制电力接收波形的失真)。
[0128]在本实施方式中，已经确定了谐振线圈131和谐振电容器132的常数，以使谐振频率单兀202的谐振频率(由谐振线圈131和谐振电各器132所确定的谐振频率)匹配电力传送频率fTx。这里，假定能够忽略晶体管Ml和M2等的寄生电容。在该条件下，当整流电压VRCT变得比目标电压VTGT更低时，通过差分放大器电路AMP将控制电压144控制得变低。由此，晶体管Ml和M2的栅源电压降低。因此，漏源间的电阻值上升，并且作为谐振电路130中的电容成分的电容器CP和CN的影响被减少。即，谐振电容器132变得作为谐振电路130的电容成分占支配地位，并且谐振电路130的谐振频率接近由谐振线圈131和谐振电容器132所确定的谐振频率，即电力传送频率fTx。最终，当晶体管Ml和M2变为OFF状态时，电容器CP和CN变为断开状态，并且谐振电路130的谐振频率与电力传送频率fTx基本一致。因此，当整流电压VRCT低于目标电压VTGT时，通过差分放大器电路AMP的控制是以使谐振电路130的谐振频率匹配电力传送频率fTx的方式来执行的。
[0129]另一方面，当整流电压VRCT变得比目标电压VTGT更高时，通过差分放大器电路AMP将控制电压144控制得变高。由此，晶体管Ml和M2的栅源电压上升。因此，漏源间的电阻值降低，并且作为谐振电路130中的电容成分的电容器CP和CN的影响增大。S卩，谐振电路130的谐振频率由谐振线圈131、谐振电容器132以及电容器CP和CN确定。由此，谐振电路130的谐振频率偏离电力传送频率fTx。因此，当整流电压VRCT高于目标电压VTGT时，由差分放大器电路AMP的控制是以使谐振电路130的谐振频率偏离电力传送频率fTx的方式来执行的。
[0130]以这样的方式，通过线性地控制谐振电路130的谐振频率，以防止整流电压VRCT超过目标电压VTGT的方式来限制电力接收装置2的接收电力。
[0131]如上所述，根据实施方式I所涉及的电力接收装置，监测由谐振电路130所接收的接收电力，并且以防止接收电力超过目标电力电平PTGT的方式来控制谐振频率。因此，SP使当从传送侧传送比接收侧所要求的电力更大的电力时，电力接收装置2也操作以不接收比目标电力电平更大的电力。由此，电力接收装置2不会接收超出所要求的多余的电力；因此，可以抑制电力接收装置2中的发热。例如，即使当如现有技术那样将过电压保护二极管连接于整流器电路133的输出节点时，也能够抑制基于在过电压保护二极管中所消耗的过剩电力的发热。因此，与以往技术相比可以抑制整个电力接收装置的发热量。
[0132]通过将本电力接收装置应用于非接触供电系统，在抑制电力传送装置中的传送控制变复杂的同时，实现可靠的非接触供电系统变得可能。例如，即使当传送比所要求的电力更大的电力时，本电力接收装置也以不接收比目标电力电平更大的电力的方式操作。因此，即使传送侧的传送控制的可靠性稍低，电力接收装置可能因超出所要求的发热而被破坏的可能性也会很小。因此，可以在简化电力传送装置中的用于电力传送控制的内部电子电路、以及用于控制它的程序的同时，增强非接触供电系统的整体可靠性。
[0133]此外，如上所述，通过监测整流器电路133的输出电压VRCT来监测接收电力，并且以防止输出电压VRCT超过目标电压VTGT的方式来调节谐振电路130的阻抗。通过该方法，可以简单且高精度地控制谐振频率。由于以防止输出电压VRCT超过目标电压VTGT的方式来执行控制，因此与以往相比，在供电电路134中可以更加地减小输入电压(整流电压VRCT)与输出电压之差。即，可以减小由供电电路134所构成的DC-DC转换器的输入输出电位差。例如，以往，当DC-DC转换器已经产生了 5V的输出电压时，DC-DC转换器的输入电压(整流电压VRCT)可能已经上升至由过电压保护二极管所确定的上限电压(例如20V)。与此相比，根据本电力接收装置，将DC-DC转换器的输入电压控制得不超过目标电压VTGT (例如10V)。因此，与以往相比，可以更加地减小DC-DC转换器(供电电路314)的输入输出电位差。由此，利用DC-DC转换器提高电压转换效率，以及抑制DC-DC转换器(供电电路134)中的发热变得可能。
[0134]〈〈实施方式2?
[0135]图4例示了包含根据实施方式2的电力接收装置的非接触供电系统。
[0136]在根据实施方式2的非接触供电系统21中的电力接收装置4与根据实施方式I的电力接收装置的不同点在于，在接收侧的谐振电路中阻抗调节电路仅连接于并联谐振单元的一个端子。电力接收装置4的其他部分的配置与根据实施方式I的电力接收装置2的配置相同，因此，相同的附图标记赋给与电力接收装置2相同的部件，并且省略其详细说明。
[0137]如图4所示，电力接收装置4中的谐振电路130A具有这样的配置，其中阻抗调节电路142连接于并联谐振单元202的一个端子(节点NDP)，并且没有阻抗调节电路连接于另一个端子(节点NDN)。
[0138]根据该配置，与根据实施方式I的电力接收装置2同样地，可以不接收超出电力接收装置4所要求的电力的多余的电力，并且抑制电力接收装置4的发热。根据电力接收装置4，与在节点NDP和节点NDN所产生的接收电力相对应的AC信号的对称性可能瓦解。然而，当对称性瓦解的程度可容许时，可以减少否则应被添加的部件的个数。因此，可以抑制使得能够调节谐振频率所带来的电力接收装置的成本增加。
[0139]用于调节谐振频率的阻抗调节电路连接于并联谐振单元202的正侧端子或负侧端子中的任一个便足够，并且不限于其中如图4所示阻抗调节电路连接于并联谐振单元202的正侧端子(节点NDP)的配置。例如，其中阻抗调节电路142(143)连接于并联谐振单元202的负侧端子(节点NDN)的另一种配置也是优选的。
[0140]〈〈实施方式3?
[0141]图5例示包含根据实施方式3的电力接收装置的非接触供电系统。
[0142]根据实施方式I的电力接收装置2利用差分放大器电路，来对用于调节谐振电路的谐振频率的阻抗调节电路执行线性控制；然而，根据实施方式3的电力接收装置5利用比较器电路对阻抗调节电路来执行开关控制。
[0143]如图5所示，非接触供电系统22中的电力接收装置5设置有配置有比较器电路CMP的谐振频率调节单元150，替代了根据实施方式I的谐振频率调节单元140。电力接收装置5的谐振电路130B设置有阻抗调节电路147和148，替代了根据实施方式I的阻抗调节电路142和143。电力接收装置5的其他部分的配置与根据实施方式I的电力接收装置2的配置相同，因此，相同附图标记赋给与电力接收装置2相同的部件，并且省略其详细的说明。
[0144]比较器电路CMP将整流电压VRCT与目标电压VTGT进行比较并且输出比较结果。例如，比较器电路CMP在输出电压VRCT大于目标电压VTGT时输出高电平(High)的比较结果信号149，并且在输出电压VRCT小于目标电压VTGT时输出低电平(Low)的比较结果信号149。
[0145]阻抗调节电路147包含其一端连接于节点NDP的电容器CP、以及设置在电容器CP的另一端与接地节点之间的开关元件SWl。开关元件SWl基于来自比较器电路CMP的比较结果信号149进行导通关断控制。
[0146]阻抗调节电路148也具有与阻抗调节电路147相同的配置。例如，阻抗调节电路148包含其一端连接于节点NDN的电容器CN、以及设置在电容器CN的另一端与接地节点之间的开关元件SW2。开关元件SW2与开关元件SWl相同。
[0147]除了具有小的导通电阻和高耐压的场效应晶体管、IGBT等，还可以使用机械开关诸如继电器开关作为开关元件SWl和SW2。当使用机械开关作为开关元件SWl和SW2时，能够减小开关元件SWl和SW2的寄生电容。因此，可以在开关元件SWl和SW2被设为OFF时，进一步减轻根据电容器CP和CN连接于节点NDP和NDN的事实而造成的对谐振电路的影响。由此，可以进一步减小在开关元件SWl和SW2被设为OFF时由谐振线圈131和谐振电容器132所确定的谐振电路130的谐振频率的设定误差。
[0148]在本实施方式中，与实施方式I同样地，以使并联谐振单元202的谐振频率匹配电力传送频率fTx的方式，来确定谐振线圈131和谐振电容器132的常数。在该状态下，当整流电压VRCT变得比目标电压VTGT更低时，通过比较器电路CMP将比较结果信号149设为例如低电平；由此，开关元件SWl和SW2被设为OFF。由此，电容器CP和CN变为断开的状态，并且谐振电容器132变得作为谐振电路130B中的电容成分占支配地位。因此，谐振电路130B的谐振频率接近由谐振线圈131和谐振电容器132所确定的谐振频率(近似等于电力传送频率fTx)。S卩，当整流电压VRCT低于目标电压VTGT时，以使谐振电路130B的谐振频率匹配电力传送频率fTx的方式来执行控制。
[0149]另一方面，当整流电压VRCT变得比目标电压VTGT更高时，通过比较器电路CMP将比较结果信号149设为高电平，并且开关元件SWl和SW2被设为0N。由此，谐振电路130B的谐振频率由谐振线圈131、谐振电容器132以及电容器CP和CN确定，并且偏离电力传送频率fTx。即，当整流电压VRCT高于目标电压VTGT时，以使谐振电路130B的谐振频率偏离电力传送频率fTx的方式来执行控制。
[0150]图6例示了在根据实施方式3的电力接收装置5中在改变谐振频率变化时的接收电力的特性。
[0151]在该图中，纵轴表示接收电力并且横轴表示频率。附图标记300例示了在整流电压VRCT小于目标电压VTGT时(在开关元件SWl和SW2被设为OFF时)接收电力的特性。附图标记301例示了在整流电压VRCT大于目标电压VTGT时(在开关元件SWl和SW2被设为ON时)接收电力的特性。在特性300和301的峰值处的频率是各个特性中的谐振电路130B的谐振频率。
[0152]如从特性300得以理解的，当整流电压VRCT小于目标电压VTGT时，开关元件SWl和SW2被设为OFF，并且谐振电路130B的谐振频率与电力传送频率fTx基本一致。由此，利用谐振电路130B的接收电力(频率fTx下的接收电力)变为最大值。另一方面，如从特性301得以理解的，当整流电压VRCT大于目标电压VTGT时，开关元件SWl和SW2被设为0N，并且特性301的谐振频率偏离电力传送频率fTx。由此，经由谐振电路130B的接收电力(在频率fTx下的接收电力)大幅下降。
[0153]以这样的方式，通过导通关断控制开关元件SWl和SW2 (通过执行开关控制)，根据整流电压VRCT是否超过目标电压VTGT，谐振频率经受二值开关控制，并且电力接收装置6在可接收状态(特性300)与不可接收状态(特性301)之间转换。由此，当采取时间平均时，接收电力将稳定于所期望的电力(特性300与特性301的平均电力)。因此，可以限制电力接收装置的接收电力，并且抑制电力接收装置的发热。
[0154]图5例示了其中阻抗调节电路147和148分别连接于并联谐振单元202的两侧的端子(节点NDP、NDN)的配置。然而，诸如根据实施方式2的电力接收装置4，也优选使用其中阻抗调节电路连接于节点NDP和NDN的任一个的配置。根据该配置，与在节点NDP和节点NDN所产生的接收电力相对应的AC信号的对称性可能瓦解。然而，当对称性的瓦解程度可容许时，可以减少否则应被添加的部件的个数。因此，可以抑制能由于够调节谐振频率所带来的电力接收装置的成本增加。
[0155]〈〈实施方式4?
[0156]图7例示了包含根据实施方式4的电力接收装置的非接触供电系统。
[0157]在根据实施方式4的非接触供电系统23中的电力接收装置6与根据实施方式3的电力接收装置5的不同点在于，多个比较器电路执行多个阻抗调节电路的开关控制。
[0158]如图7所示，电力接收装置6包含多个比较器电路150_1 — 150_n(n是大于I的整数)。比较器电路150_1 - 150_n分别供应有不同的阈值电压VTGTl — VTGTn。例如，当整流电压VRCT的目标电压为1V时，阈值电压VTGTl — VTGTn设置为逐渐提高到目标电压的电压，从而阈值电压VTGTl为10V，阈值电压VTGT2为11V，阈值电压VTGT3为12V，等等。
[0159]谐振电路130C包含分别对应于比较器电路150_1 — 150_n而设置的η个阻抗调节电路151_1 - 151_η。例如，阻抗调节电路151_1包含电容器CN_1和开关元件SW_1。电容器CN_1的一端连接于并联谐振单元202的一个端子(节点NDP或节点NDN)，并且开关元件Sff_l连接在电容器CN_1的另一端与基准节点(接地节点)之间。阻抗调节电路150_2 -150_n具有与阻抗调节电路150_1相同的配置，并且分别包含电容器CN_2 — CN_n和开关元件SW_2 - SW_n。图7例示了其中电容器CN_1 — CN_n中的各个的一端连接于节点NDN的情况；然而，这一端可以连接于节点NDP。作为开关元件SW_1 — SW_n，与开关元件SW同样地可以使用高耐压晶体管、机械开关等。
[0160]阻抗调节电路151_1 - 151_n由对应的比较器电路150_1 — 150_n的比较结果信号149_1 - 149_11来控制。例如，在阻抗调节电路151_1中，开关元件SW_1由比较器电路150_1的比较结果信号149_1进行导通关断控制，并且在阻抗调节电路151_n中，开关元件Sff_n由比较器电路150_n的比较结果信号149_n进行导通关断控制。
[0161]这里，当阻抗调节电路151_1 - 151_n的所有开关元件SW_1 — Sff_n被设为OFF时，以使并联谐振单元202的谐振频率匹配电力传送频率fTx的方式来确定谐振电路131和谐振电容器132的常数。
[0162]下面具体说明在比较器电路和阻抗调节电路的个数为η = 3的情况下，利用电力接收装置6的对接收电力的控制。假定VTGTl = 10V, VTGT2 = 12V，并且VTGT3 = 14V。
[0163]图8例示了在根据实施方式4的电力接收装置6中在改变谐振频率时的接收电力的特性。
[0164]在该图中，纵轴表示接收电力并且横轴表示频率。附图标记400例示了在整流电压VRCT小于阈值电压VTGTl (1V)时的接收电力的特性。附图标记401例示了在整流电压VRCT大于阈值电压VTGTl (1V)且小于阈值电压VTGT2 (12V)时的接收电力的特性。附图标记402例示了在整流电压VRCT大于阈值电压VTGT2(12V)且小于阈值电压VTGT3 (14V)时的接收电力的特性。附图标记403例示了在整流电压VRCT大于阈值电压VTGT3(14V)时的接收电力的特性。
[0165]从特性400得以理解，当整流电压VRCT小于阈值电压VTGTl (1V)时，所有开关元件SW_1 - Sff_3被设为OFF，并且谐振电路130C的谐振频率与电力传送频率fTx基本一致。由此，利用谐振电路130C的接收电力变为最大值。
[0166]从特性401得以理解，当整流电压VRCT大于阈值电压VTGTl (1V)且小于阈值电压VTGT2 (12V)时，仅开关元件SW_1被设为0N，并且特性401的谐振频率偏离电力传送频率fTx。由此，利用谐振电路130C的接收电力(在频率fTx下的接收电力)下降得比特性400的情况更低。
[0167]从特性402得以理解，当整流电压VRCT大于阈值电压VTGT2(12V)且小于阈值电压VTGT3 (14V)时，开关元件SW_1和SW_2被设为0N，并且谐振频率进一步偏离电力传送频率fTx。由此，利用谐振电路130C的接收电力下降得比特性401的情况更低。
[0168]此外，从特性403得以理解，当整流电压VRCT大于阈值电压VTGT3(14V)时，所有开关元件SW_1 — SW_3被设为0N，并且谐振频率偏离电力传送频率fTx。由此，利用谐振电路130C的接收电力下降得比特性402的情况更低。
[0169]以这样的方式，通过对应于整流电压VRCT的电压电平而逐步切换谐振电路130C的阻抗，可以逐步改变谐振频率。因此，能够以与模拟控制(线性控制)类似的方式来执行对接收状态的控制。由此，由于电力接收特性对应于必需的电力量，因而使得电力接收装置稳定。因此，当在传送电力以及电力接收装置中的电力损耗无变化时，接收状态的转换将不发生；由此，抑制了控制系统中的开关噪声的产生。因此，与状态转换发生在可接收状态和不可接收状态的两个状态之间的控制相比，可以减小EMI噪声。
[0170]〈〈实施方式5?
[0171]图9例示了包含根据实施方式5的电力接收装置的非接触供电系统。
[0172]在根据实施方式5的非接触供电系统24中的电力接收装置7与根据其他实施方式的电力接收装置不同点在于，使用PIN 二极管作为用于调节谐振电路的谐振频率的阻抗调节电路。
[0173]如图所示，电力接收装置7包含阻抗调节电路152。阻抗调节电路152配置有例如电容器C4和C5、PIN 二极管DPN、电阻器RP和RN、以及晶体管M3。电容器C4、PIN 二极管DPN以及电容器C5串联连接在节点NDP与节点NDN之间。PIN 二极管DPN的正极经由电容器C4而连接于节点NDP，并且其负极经由电容器C5而连接于节点NDN。PIN 二极管DPN的正极经由电阻器RP连接于供应有偏置电压的节点VDD (例如供应有供电电压的供电节点)。PIN 二极管DPN的负极经由电阻器RN和晶体管M3而连接于接地节点。晶体管M3的栅电极由差分放大器电路AMP的控制电压144驱动。作为晶体管M3，可以使用具有小的导通电阻和高耐压的场效应晶体管、IGBT等。电力接收装置7的其他部分的配置与根据实施方式I的电力接收装置2的配置相同。
[0174]根据上述的配置，晶体管M3由差分放大器电路AMP控制；由此，施加于PIN 二极管DPN的偏置电压被调节，并且整流器电路133的电容值发生变化。由此，以防止整流电压VRCT超过目标电压VTGT的方式来调节谐振频率。因此，可以限制电力接收装置7的接收电力，并且抑制电力接收装置7中的发热。通过使用PIN 二极管DPN，可以容易地改变谐振电路的电容值。
[0175]〈〈实施方式6?
[0176]图10例示了包含根据实施方式6的电力接收装置的非接触供电系统。
[0177]在根据实施方式6的非接触供电系统25中的电力接收装置8与根据其他实施方式的电力接收装置的不同点在于，为了调节谐振电路的谐振频率而改变谐振线圈131的电感。
[0178]该图所示的电力接收装置8设置有用于调节谐振电路130E中的谐振线圈131的电感的开关元件155和156。开关元件156连接在谐振线圈131的中间节点NDl与节点NDP之间，并且开关元件155连接在谐振线圈131的中间节点ND2与节点NDN之间。开关元件155和156通过比较器电路CMP的比较结果信号149进行导通关断控制。电力接收装置8的其他部分的配置与根据实施方式3的电力接收装置5的配置相同。
[0179]当开关元件155和156被设为OFF时，已经以使由谐振线圈131和谐振电容器132所确定的谐振频率匹配电力传送频率fTx的方式,确定了谐振线圈131和谐振电容器132的常数。
[0180]例如，当整流电压VRCT小于目标电压VTGT时，开关元件155和156被设为0FF，并且谐振线圈131的电感变为最大值；由此，谐振电路130E的谐振频率与电力传送频率fTx基本一致。由此，利用谐振电路130E的接收电力变为最大值。另一方面，当整流电压VRCT大于目标电压VTGT时，开关元件155和156被设为0N，并且谐振线圈131的电感减小；由此，谐振电路130E的谐振频率偏离电力传送频率fTx。由此，谐振电路130E的接收电力大幅降低。
[0181]如上所述，谐振电路130E的电感被调节，并且以防止整流电压VRCT超过目标电压VTGT的方式来调节谐振频率。因此，可以限制电力接收装置8的接收电力，并且抑制电力接收装置8的发热。
[0182]〈〈实施方式7?
[0183]图11例示了包含根据实施方式7的电力接收装置的非接触供电系统。
[0184]在根据权利要求7的非接触供电系统26中的电力接收装置9与根据其他实施方式的电力接收装置的不同点在于，通过监测整流器电路133的输入电压来监测接收电力。
[0185]该图所示的电力接收装置9进一步包含用于检测经由谐振电路130而提供到整流器电路133的输入电压的输入电压检测单元160。输入电压检测单元160例如包含检测整流器电路133的正侧输入电压(节点NDP的电压)的峰值的波峰保持电路(PH_CIRP) 162、以及检测整流器电路133的负侧输入电压(节点NDN的电压)的峰值的波峰保持电路(PH_CIRN)。输入电压检测单元160进一步包含平均电路163，其输出由第一波峰保持电路161所检测的峰值与由第二波峰保持电路162所检测的峰值的平均值。
[0186]差分放大器电路AMP以减小目标电压VTGT与对应于已经由平均电路163所产生的两个峰值的平均值的检测电压VPA之差的方式，来产生控制电压144。电力接收装置9的包含谐振电路130的其他部分的配置与根据实施方式I的电力接收装置2的配置相同。
[0187]根据该配置，与根据实施方式I的电力接收装置2同样地，以防止接收电力超过目标电力电平的方式来调节谐振频率。因此，可以限制电力接收装置9的接收电力，并且抑制电力接收装置9的发热。在比整流器电路133更靠前的级中检测接收电力；因此，可以提高控制系统(在检测了接收电力之后、直至调节了谐振电路130的阻抗的控制系统)的响应性。通过采用其中检测节点NDP和节点NDN的各个峰值电压的配置，即使当与在节点NDP和节点NDN处所产生的接收电力相对应的AC信号的波形不对称时，也可以抑制输入电压检测单元160中的检测精度的下降。
[0188]〈〈实施方式8?
[0189]图12例示了包含根据实施方式8的电力接收装置的非接触供电系统。
[0190]在非接触供电系统27中的电力接收装置10与根据实施方式7的电力接收装置11的不同点在于，监测整流器电路133的一侧的输入电压以调节谐振频率。
[0191]该图所示的电力接收装置10中的输入电压检测电路164例如包含检测整流器电路133的正侧或负侧的输入电压(节点NDP或节点NDN的电压)的峰值的波峰保持电路(PH_CIRP) 162。图12例示了其中节点NDP的峰值由波峰保持电路162检测的配置；然而，也优选采用其中检测节点NDN的峰值的配置。
[0192]差分放大器电路AMP以减小对应于由波峰保持电路162所检测的峰值的检测电压VPP与目标电压VTGT之差的方式，来产生控制电压144。包含谐振电路130的其他部分的配置与根据实施方式I的电力接收装置2的配置相同。
[0193]根据该配置，与根据实施方式7的电力接收装置9同样地，以防止接收电力超过目标电力电平的方式来调整谐振频率。因此，可以限制电力接收装置10的接收电力，并且抑制电力接收装置10的发热。根据电力接收装置10，当利用输入电压检测单元164的检测精度可容许时，可以减少反之应被添加的部件的个数。因此，可以抑制由于能够调节谐振频率所带来的电力接收装置的成本增加。
[0194]〈〈实施方式9?
[0195]图13例示了包含根据实施方式9的电力接收装置的非接触供电系统。
[0196]在根据实施方式9的非接触供电系统28中的电力接收装置11与根据其他实施方式的电力接收装置的不同点在于，提供到谐振频率调节单元的目标电压VTGT是可变的。
[0197]如图13所示，电力接收装置11中的电力接收IC170包含电压控制单元171，替代了供电电路134。电压控制单元171输入整流电压VRCT，并且将该电压提供到作为连接在其后级中的负载电路的内部电子电路139、充电控制电路135等，同时电压控制单元171以使要传送到负载电路的电压匹配所期望的电压的方式，来调节目标电压VTGT。对目标电压VTGT的调节例如通过控制上述的设置在电力接收装置中的基准电压产生电路(未图示)来实现。
[0198]例如，当5V电压要提供到内部电子电路139、充电控制电路135等时，电压控制单元171调节目标电压VTGT以使电压控制单元171的输出电压可以变为5V。由此，假定能够忽略电压控制单元171的输入输出电压降，则限制接收电力以使要输入到电压控制单元171的整流电压VRCT可以变为5V。
[0199]如上所述，根据实施方式9所涉及的电力接收装置11，基于要提供到负载的电压电平来调节整流器电路133的输出电压。因此，即使DC-DC转换器诸如稳压器(上述的供电电路134等)不设置在整流器电路133的后级中，也可以产生负载所必需的电压。因此，如果满足电力接收装置的要求规格，则可以移除既有的DC-DC转换器等，有助于减小电力接收装置的电路规模。
[0200]?实施方式10?
[0201]在本实施方式中，将如实施方式I至实施方式9所例示的、设置有控制接收电力的功能的电力接收装置，应用于能够执行除NFC通信以外的无线通信的非接触供电系统。在图14中例示了本系统的配置的实例。
[0202]图14例示了包含根据实施方式10的电力接收装置的非接触供电系统。
[0203]在该图所示的非接触供电系统29中的电力接收装置12与根据其他实施方式的电力接收装置的不同点在于，通信天线与谐振线圈131分开设置以使用电力传送装置执行无线通信。
[0204]在非接触供电系统29中，可以通过近距离无线电通信，在电力传送装置3与电力接收装置12之间相互执行数据传送/接收。近距离无线电通信是使用GHz带域的频率的无线通信，例如无线LAN和蓝牙(Bluetooth注册商标)。
[0205]如图14所示，电力传送装置3包含通信天线111，替代了上述的通信线圈天线106。通信单元105经由通信天线111与电力接收装置12执行无线通信。其他配置与根据实施方式I的电力传送装置I的配置相同。
[0206]如该图所示，电力接收装置12包含通信单元(CMM_CIR) 181和通信天线180，替代了上述的开关电路1370和通信控制电路1371。通信单元181经由通信天线180与电力传送装置3执行无线通信。其他配置与根据实施方式I至实施方式9的电力传送装置的配置相同。作为谐振频率调节单元141和谐振电路130的具体配置，可以适用实施方式I至实施方式9中所例示的各种配置(差分放大器电路AMP、比较器电路、谐振电路130A - 130E
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[0207]根据该配置，与实施方式I至实施方式9同样地，可以不接收超出电力接收装置所要求的电力的多余的电力，并且抑制电力接收装置的发热。
[0208]如上所述，基于实施方式已经具体说明了由本发明人等所完成的发明。然而，不言而喻，本发明不限于这些实施方式，其能够在不偏离主旨的范围内进行各种改变。
[0209]例如，在实施方式I至实施方式10所例示的配置中，监测整流器电路133的输出电压VRCT或输入电压(节点NDP和NDN的电压)。然而，该配置将不限于上面例示的配置，只要可以监测接收电力即可。例如，也优选通过监测整流器电路133的输出电流或输入电流来监测接收电力，并且基于所监测的结果来调节谐振电路130的阻抗。例如也可以使用CM定向稱合器作为电力量的检测电路。
[0210]用于调节谐振电路130的谐振频率的手段不限于实施方式I至实施方式10所例示的配置；而是，也可以采用各种电路配置，只要可以改变谐振电路130的谐振频率即可。
[0211]其中谐振频率调整电路141配置有差分放大器电路AMP或比较器电路CMP的简单电路配置已经被例示。然而，该配置将不限于上面所例示的那一个配置，只要可以调节谐振电路130的阻抗即可。例如，为了提高控制的稳定性和可靠性，也可以向差分放大器电路添加相位补偿电路，或者在比较器电路CMP添加各种逻辑电路。
[0212]在根据实施方式4的电力接收装置6中，也可以优选采用这样的配置，其中不仅连接于节点NDN的阻抗调节电路151_1 - 151_n、而且连接于节点NDP的阻抗调节电路151_1 - 151_n被设置并且通过对应的比较器电路进行导通关断控制。根据该配置，与根据实施方式I的电力接收装置I同样地，可以保持提供到节点NDP和节点NDN中的各个的AC信号的对称性。
[0213]在根据实施方式5的电力接收装置7中，已经例示了其中经由晶体管M3利用差分放大器电路AMP来控制PIN 二极管的偏置电压的配置。然而，也可以使用比较器电路CMP来替代差分放大器电路AMP。在该情况下，也优选采用这样的配置，其中多个比较器电路CMP以及各个都包含PIN 二极管的多个阻抗调节电路152被设置并且按根据实施方式4的电力接收装置6那样被控制。
[0214]实施方式I至实施方式10已经例示了其中用于控制接收电力的功能被应用于磁谐振式非接触供电系统的电力接收装置的情况。然而，也可以将该功能应用于电磁感应式非接触供电系统中的电力接收装置。也可以将该功能应用于配置有电力传送装置和电力接收装置并且仅执行电力传送和接收而没有通信功能的非接触供电系统。根据该配置，并且由于删去了通信用的电路、天线等，因而减小了电力传送装置和电力接收装置的尺寸，同时增强了非接触电力传送的可靠性。
【权利要求】
1.一种电力接收装置，其包括: 谐振电路，其包含谐振电容器和作为接收天线的谐振线圈，所述电力接收装置可操作用于使用所述谐振电路的谐振耦合以非接触方式接收电力， 其中，在接收所述电力时，监测由所述谐振电路所接收的接收电力，并且控制所述谐振电路的谐振频率以维持所述接收电力不超过目标电力电平。
2.根据权利要求1所述的电力接收装置， 其中当所述接收电力未超过所述目标电力电平时，调节所述谐振电路的阻抗以使所述谐振电路的所述谐振频率与电力传送频率匹配，并且 其中当所述接收电力超过所述目标电力电平时，调节所述谐振电路的所述阻抗以使所述谐振频率偏离所述电力传送频率。
3.根据权利要求2所述的电力接收装置，进一步包括: 整流器电路，其可操作用于对与由所述谐振电路所接收的所述电力相对应的AC电压进行整流，以获得DC输出电压；以及 调节单元，其可操作用于监测所述整流器电路的所述输出电压，并且用于调节所述谐振电路的阻抗以维持所述输出电压不超过目标电压。
4.根据权利要求3所述的电力接收装置， 其中所述谐振电路的电容值由所述调节单元改变。
5.根据权利要求4所述的电力接收装置， 其中所述调节单元包括: 差分放大器电路，可操作用于产生控制电压以减小所述目标电压与所述输出电压之差， 其中所述谐振电路包括: 并联谐振单元，配置有并联连接的所述谐振线圈和所述谐振电容器；以及第一电容器和第一可变电阻电路，串联连接在所述并联谐振单元的一端与供应有固定电压的基准节点之间，并且 其中所述第一可变电阻电路基于所述控制电压来改变电阻值。
6.根据权利要求5所述的电力接收装置， 其中所述谐振电路进一步包括: 第二电容器和第二可变电阻电路，串联连接在所述并联谐振单元的另一端与所述基准节点之间，并且 其中所述第二可变电阻电路基于所述控制电压来改变电阻值。
7.根据权利要求6所述的电力接收装置， 其中所述第一可变电阻电路和所述第二可变电阻电路分别包含由所述控制电压驱动的晶体管。
8.根据权利要求4所述的电力接收装置， 其中所述调节单元包括: 比较器电路，可操作用于将对应于所述目标电压的阈值电压与所述输出电压进行比较，以输出比较结果，并且其中所述谐振电路包括: 并联谐振单元，配置有并联连接的所述谐振线圈和所述谐振电容器；以及第一电容器和第一开关元件，串联连接在所述并联谐振单元的一端与供应有固定电压的基准节点之间，并且 其中所述第一开关元件基于所述比较结果进行导通关断控制。
9.根据权利要求8所述的电力接收装置， 其中所述谐振电路进一步包括: 第二电容器和第二开关元件，串联连接在所述并联谐振单元的另一端与所述基准节点之间，并且 其中所述第二开关元件基于所述比较结果进行导通关断控制。
10.根据权利要求9所述的电力接收装置， 其中当所述第一开关元件和所述第二开关元件被设为OFF时，设置所述并联谐振单元的所述接收线圈和所述谐振电容器的常数，以使所述并联谐振单元的所述谐振频率与所述电力传送频率匹配,并且 其中所述调节单元在所述输出电压超过所述目标电压时将所述第一开关元件和所述第二开关元件设为0N，并且在所述输出电压不超过所述目标电压时将所述第一开关元件和所述第二开关元件设为OFF。
11.根据权利要求4所述的电力接收装置， 其中所述调节单元包括: 多个比较器电路，各个比较器电路可操作用于将对应于所述目标电压的阈值电压与所述输出电压进行比较，以输出比较结果， 其中所述谐振电路包括: 并联谐振单元，配置有并联连接的所述谐振线圈和所述谐振电容器；以及多个阻抗调节电路，各个阻抗调节电路包含在所述并联谐振单元的一端与供应有固定电压的基准节点之间串联连接的第一电容器和第一开关元件， 其中所述比较器电路中的各个比较器电路具有相互不同的阈值电压， 其中所述阻抗调节电路对应于所述比较器电路而设置，并且 其中所述阻抗调节电路中的各个阻抗调节电路的所述第一开关元件基于所述对应的比较器电路的所述比较结果进行导通关断控制。
12.根据权利要求10所述的电力接收装置， 其中所述第一开关元件和所述第二开关元件是基于所述控制电压进行控制的机械开关。
13.根据权利要求3所述的电力接收装置，进一步包括: 负载电路；以及 电压控制单元，可操作用于接收所述整流器电路的所述输出电压，并且用于将所述输出电压提供到连接在其后级中的所述负载电路， 其中所述电压控制单元调节所述目标电压，以使将待提供到所述负载电路的所述电压与所期望的电压匹配。
14.根据权利要求4所述的电力接收装置， 其中所述谐振电路包括被所述调节单元施加可变偏置电压的PIN 二极管。
15.根据权利要求3所述的电力接收装置， 其中所述谐振电路改变所述接收线圈的电感。
16.根据权利要求3所述的电力接收装置，进一步包括: 整流器电路，可操作用于对与由所述谐振电路所接收的所述电力相对应的AC电压进行整流，并且输出DC输出电压； 输入电压检测单元，可操作用于检测由所述谐振电路提供到所述整流器电路的输入电压；以及 调节单元，可操作用于调节所述谐振电路的所述阻抗以维持由所述输入电压检测单元所检测的所述输入电压不超过目标电压。
17.根据权利要求16所述的电力接收装置， 其中所述整流器电路是全波整流器电路， 其中所述输入电压检测单元包括: 第一波峰保持电路，可操作用于检测所述整流器电路的正侧输入电压的峰值； 第二波峰保持电路，可操作用于检测所述整流器电路的负侧输入电压的峰值；以及平均电路，可操作用于输出由所述第一波峰保持电路所检测的所述峰值与由所述第二波峰保持电路所检测的所述峰值的平均值，并且 其中所述调节单元调节所述谐振电路的阻抗以维持所述平均电路的所述平均值不超过所述目标电压。
18.一种非接触供电系统，包括: 电力传送装置，可操作用于使用电磁谐振耦合以非接触方式传送电力，所述电磁谐振耦合利用了谐振电路；以及 根据权利要求2所述的电力接收装置，可操作用于以非接触方式接收由所述电力传送装置所传送的所述电力。
19.一种电力接收装置，包括: 谐振电路，包含谐振电容器和作为接收天线的谐振线圈，所述电力接收装置可操作用于使用所述谐振电路的谐振耦合以非接触方式接收电力， 在接收所述电力时，动态地控制所述谐振电路的阻抗以使由所述谐振电路所接收的接收电力与目标电力电平匹配。
【文档编号】H02J17/00GK104283324SQ201410312310
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年7月2日 优先权日:2013年7月2日
【发明者】曾根康彦 申请人:瑞萨电子株式会社