无线受电装置及其控制电路、使用了它的电子设备、异常检测方法

无线受电装置及其控制电路、使用了它的电子设备、异常检测方法
【专利摘要】控制电路(400)被使用于接收来自无线供电装置的功率信号的无线受电装置(300)。功率检测部(402)检测无线受电装置(300)接收到的接收功率(PRX)。控制部(404)生成用于控制无线供电装置应发送的发送功率(PTX)的控制信号(CE)。异常判定部(406)在控制信号(CE)并没有指示降低发送功率(PTX)、功率检测部(402)检测到的接收功率(PRX)却降低了时，判定为异常。
【专利说明】
无线受电装置及其控制电路、使用了它的电子设备、异常检测 方法
技术领域
[0001] 本发明涉及无线供电技术，尤其涉及异物检测。
【背景技术】
[0002] 近年，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。为促进不同制造商的产品间的相互利用，组织起了 WPC( Wire less Power Consortium:无线充电联盟），并由WPC制定了作为国际标准的Qi标准。
[0003] 基于Qi标准的无线供电利用了发送线圈与接收线圈间的电磁感应。供电系统由具 有发送线圈的供电装置和具有接收线圈的受电终端构成。
[0004] 图1是表示遵循Qi标准的无线供电系统10的构成的图。供电系统10具有供电装置 20(TX、Power Transmitter)和受电装置30(RX、Power Receiver)。受电装置30被安装于便 携式电话终端、智能手机、音频播放器、游戏设备、平板终端等电子设备。
[0005] 供电装置20包括发送线圈（初级线圈）22、驱动器24、控制器26、解调器28。驱动器 24包含Η桥电路(全桥电路)或半桥电路，对发送线圈22施加驱动信号S1，具体来说是施加脉 冲信号，通过流向发送线圈22的驱动电流，使发送线圈22产生电磁场的功率信号S2。控制器 26总体地控制供电装置20整体，具体来说，通过控制驱动器24的开关频率或开关的占空比， 来使发送功率变化。
[0006] 在Qi标准中，在供电装置20与受电装置30间规定了通信协议，能从受电装置30向 供电装置20利用控制信号S3传递信息。该控制信号S3被以利用反向散射调制(Backscatter modulation)进行了AM(Amplitude Modulation:调幅）调制的形式从接收线圈32(次级线 圈）发送给发送线圈22。该控制信号S3中例如包含对给受电装置30的功率供给量进行控制 的功率控制数据(也称包）、表示受电装置30的固有信息的数据等。解调器28将发送线圈22 的电流或电压中所包含的控制信号S3解调。控制器26基于解调后的控制信号S3中所包含的 功率控制数据控制驱动器24。
[0007] 受电装置30包括接收线圈32、整流电路34、平滑电容器36、调制器38、负载40、控制 器42、电源电路44。接收线圈32接收来自发送线圈22的功率信号S2,并向发送线圈22发送控 制信号S3。整流电路34和平滑电容器36根据功率信号S2对接收线圈32感应起的电流S4进行 整流和平滑化，将其变换成直流电压。
[0008] 电源电路44利用从供电装置20供给来的功率对未图示的可充电电池充电，或者将 直流电压Vrect升压或降压，提供给控制器42及其它负载40。
[0009] 控制器42监视负载40所被供给的功率，根据此生成用于控制来自供电装置20的功 率供给量的功率控制数据。调制器38将包含功率控制数据的控制信号S3调制，并将接收线 圈32的线圈电流调制，由此调制发送线圈22的线圈电流和线圈电压。
[0010] 在该供电系统10中，供电装置20和受电终端（电子设备)被配置在比较自由的空间 中，故可能发生在发送线圈22与接收线圈32之间或其附近存在金属片等导电性异物 (Foreign Object)的状况。若在该状态下进行无线供电，则异物会流过电流、产生功率损 耗。此外，还存在异物发热这样的问题。鉴于这样的状况，在WPC1. l(System Description Wireless Power Transfer Volume I：Low Power Part 1 ： Interface Definition Version 1.1)规格中，制度了异物检测（FOD:Foreign Obiect Detection) 〇
[0011] 在该FOD中，将供电装置200送出的功率与受电装置300接收到的功率进行比较，若 它们之间产生了超过容许值的不一致，则判定存在异物。
[0012] [在先技术文献]
[0013][专利文献]
[0014] [专利文献1]日本特开2013-38854号公报
[0015] [专利文献2]日本特许第5071574号公报

【发明内容】

[0016] 〔发明所要解决的课题〕
[0017] 本发明是鉴于相关课题研发的，其一个方案的例示性目的之一在于提供一种能单 体检测异常的受电装置。
[0018] 〔用于解决课题的手段〕
[0019] 本发明的一个方案涉及被使用于接收来自无线供电装置的功率信号的无线受电 装置的控制电路。控制电路包括:功率检测部，检测无线受电装置接收到的接收功率;控制 部，生成用于控制无线供电装置应发送的发送功率的控制信号；以及异常判定部，基于功率 检测部检测到的接收功率和无线受电装置过去的状态，来判定有无异常。
[0020] 无线供电装置发送的发送功率是基于从无线受电装置发送的控制信号(控制误差 包)而变化的，受电装置可以说是知道自身应接收的功率是何种程度的。因此，通过考虑自 己过去的状态和实际接收到的功率，能够检测异常。根据该方案，能不对在供电装置中测定 的发送功率和受电装置中的接收功率进行比较地，以受电装置单体的精度检测异常。
[0021] 异常判定部可以在控制信号并没有指示降低发送功率、功率检测部检测到的接收 功率却降低了时，判定为异常。
[0022] 在受电装置中并没有指示降低发送功率，而功率检测部检测到的接收功率却降低 了时，可以视为有新的异物插入、或者线圈发生位置偏差等，发生了某种异常。
[0023] 这也可以表述为，异常判定部在控制信号指示了增加发送功率，功率检测部检测 到的接收功率却没有増加时，判定为异常。
[0024] 在一个方案中，异常判定部可以基于在被判定为正常的期间内功率检测部过去所 检测出的接收功率设定阈值，基于该阈值与功率检测部检测到的当前接收功率的比较结 果，来判定有无异常。
[0025] 在基于接收功率与发送功率的比较的异物检测中，对于发送功率、接收功率各自 的绝对量是要求较高的精度的。与此不同，在该方案中，仅针对接收功率的相对量取得较高 的精度即可，故设计显著变得容易。
[0026] 异常判定部可以基于在被判定为正常的期间内功率检测部过去多次或者持续预 定期间检测到的接收功率来设定阈值。
[0027] 由此，能除去噪声等的影响，能实现稳定的异常检测。
[0028]异常判定部可以将在被判定为正常的期间内检测到的接收功率减去预定的容许 差分后的值，设定为阈值。
[0029]由此，若正常时检测到的接收功率与功率检测部检测到的当前的接收功率的差分 超过容许差分，就能判定为异常，能够根据容许差分来调节异常检测的灵敏度。
[0030] 异常判定部可以计算无线受电装置应接收的接收功率的期待值，基于期待值与功 率检测部检测到的当前的接收功率来判定有无异常。
[0031] 异常判定部可以在功率检测部检测到的当前接收功率与期待值的差分超过了预 定的容许差分时，判定为异常。
[0032]容许差分可以从外部设定。
[0033] 控制电路可以还具有将控制信号和表示接收功率的检测值的数据发送给无线供 电装置的通信部。通信部可以在异常判定部判定为异常时，向无线供电装置发送指示停止 供电的数据。
[0034] 控制电路可以还具有将控制信号和表示接收功率的检测值的数据发送给无线供 电装置的通信部。异常判定部可以被构成为按第1周期判定有无异常。通信部可以被构成为 按比第1周期长的第2周期向无线供电装置发送表示接收功率的检测值的数据。
[0035]由此，在无线供电装置中，能够按第2周期，基于表示接收功率的检测值的数据与 在无线供电装置中测定的发送功率的比较进行异物检测。即，可以兼用无线受电装置中的 异常检测和无线供电装置中的异物检测。
[0036]通信部可以在异常判定部判定为异常时向无线供电装置发送表示接收功率的检 测值的数据。
[0037]由此，能够以无线受电装置中的异常检测为触发地开始无线供电装置中的异物检 测，故能够加快异物检测的速度和/或提高其精度。
[0038]控制电路可以还包括将控制信号和表示接收功率的检测值的数据发送给无线供 电装置的通信部。通信部可以在异常判定部判定为异常时发送督促由无线供电装置进行异 物检测的数据。
[0039] 控制电路可以遵循Qi标准。
[0040] 控制电路可以被集成在一个半导体基板上。
[0041] 所谓"一体集成"，包括电路的构成要素全部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，也可以为调节电路常数而将一部分电阻器或电容器 等设置在半导体基板外部。通过将电路集成为1个IC(Integrated Circuit:大规模集成电 路），能削减电路面积，并能使电路元件的特性保持均匀。
[0042] 本发明的另一方案涉及无线受电装置。无线受电装置包括:含有接收线圈、接收功 率信号的接收天线;对流过接收线圈的电流进行整流的整流电路;与整流电路的输出连接、 产生整流电压V RECT的平滑电容器；以及上述任一项的控制电路。
[0043] 本发明的另一方案涉及电子设备。电子设备包括:含有接收线圈、接收功率信号的 接收天线;对流过接收线圈的电流进行整流的整流电路;与整流电路的输出连接、产生整流 电压V RECT的平滑电容器；以及上述任一项的控制电路。
[0044] 另外，将以上构成要素的任意组合、本发明的构成要素及表现方式在方法、装置、 系统等间相互转换的实施方式，作为本发明的方案也是有效的。
[0045] 〔发明效果〕
[0046] 根据本发明的一个方案，能以受电装置单体检测异常。
【附图说明】
[0047] 图1是表示遵循Qi标准的无线供电系统的构成的图。
[0048]图2是表示实施方式的无线供电系统的构成的图。
[0049] 图3是具有实施方式的无线供电系统受电装置的电子设备的功能框图。
[0050] 图4是表示Qi标准下的功率发送的流程图（状态变化图）。
[0051]图5是功率传输阶段的受电装置的动作波形图。
[0052]图6是功率传输阶段的受电装置的动作波形图。
[0053]图7的(a)是实施方式的供电系统整体的功率传输阶段的流程图；图7的(b)是表示 异常检测的判定条件的图。
[0054]图8是表示供电装置进行的异物检测和异常判定部进行的异常判定的时序图。
[0055] 图9是第1变形例的供电系统整体的功率传输阶段的流程图。
[0056] 图10是第2变形例的供电系统整体的功率传输阶段的流程图。
[0057] 图11是第5变形例的供电系统整体的功率传输阶段的流程图。
[0058]图12是表示第5变形例中的、供电装置进行的异物检测(F0D0TX)和异常判定部进 行的异常判定(F0D0RX)的时序图。
[0059] 图13是第6变形例的供电装置的流程图。
[0060] 图14是表示具备实施方式的受电装置的电子设备的图。
【具体实施方式】
[0061] 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、处理标注相同的附图标记，并适当省略重复的说明。此外，实施方式只是例示， 并非限定发明，并非实施方式所记述的全部特征及其组合都是发明的本质部分。
[0062] 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 连接的情况外，还包括部件A与部件B介由不对其电连接状态产生实质性影响的、或不损害 其耦合所发挥的功能及效果的其它部件间接连接的情况。
[0063] 同样，所谓"部件C被设在部件A与部件B之间的状态"，除部件A与部件C、或部件B与 部件C直接连接的情况外，还包括介由不对其电连接状态产生实质性影响的、或不损害其耦 合所发挥的功能和效果的其它部件间接连接的情况。
[0064]图2是表示实施方式的无线供电系统的构成的图。供电系统100包括供电装置200 (TX、Power Transmitter)和受电装置300(RX、Power Receiver)。受电装置300被安装于便 携式电话终端、智能手机、音频播放器、游戏设备、平板终端等电子设备。
[0065] 供电装置200包括发送线圈（初级线圈）202、驱动器204、控制器206、解调器208。驱 动器204包含Η桥电路(全桥电路)或半桥电路，对发送线圈202施加驱动信号S1、具体来说施 加脉冲信号，通过流向发送线圈202的驱动电流使发送线圈202产生电磁场的功率信号S2。 控制器206总体地控制供电装置200整体，具体来说通过控制驱动器204的开关频率或开关 的占空比来使发送功率变化。
[0066]在Qi标准下，在供电装置200与受电装置300之间规定有通信协议，能从受电装置 300向供电装置200基于控制信号S3传递信息。该控制信号S3被以利用反向散射调制 (Backscatter modulation)进行了AM(Amplitude Modulation)调制的形式从接收线圈302 (次级线圈）发送给发送线圈202。该控制信号S3中例如包含对给受电装置300的功率供给量 进行控制的功率控制数据(也称包）、表示受电装置300的固有信息的数据等。解调器208将 发送线圈202的电流或电压中所包含的控制信号S3解调。控制器206基于解调后的控制信号 S3中所包含的功率控制数据控制驱动器204。
[0067] 受电装置300包括接收线圈302、整流电路304、平滑电容器306、调制器308、负载 310、控制电路400、电源电路314。接收线圈302接收来自发送线圈202的功率信号S2,并将控 制信号S3发送到发送线圈202。整流电路304和平滑电容器306根据功率信号S2对接收线圈 302感应起的电流S4进行整流和平滑化，将其变换成直流电压。
[0068]电源电路314利用从供电装置200供给的功率对未图示的可充电电池充电，或将直 流电压VRECT升压或降压，提供给控制电路400及其它负载310。
[0069]控制电路400监视负载310所被供给的功率，并根据此生成用于控制来自供电装置 200的功率供给量的功率控制数据。调制器308将包含功率控制数据的控制信号S3调制，并 将接收线圈302的线圈电流调制，由此调制发送线圈202的线圈电流和线圈电压。
[0070] 在该供电系统100中，供电装置200和受电终端（电子设备)被配置在比较自由的空 间，故可能发生在发送线圈202与接收线圈302之间或其附近存在金属片等导电性异物 (Foreign Obiect)的状况。若以该状态进行无线供电，贝lj会在异物中流过电流，产生功率损 耗。并且还存在异物发热这样的问题。鉴于这样的状况，在WPC1. l((System Description Wireless Power Transfer Volume I：Low Power Part 1：Interface Definition Version 1.1)标准中制定了异物检测（F0D:Foreign Obiect Detection)。
[0071] 在该F0D中，将供电装置200送出的功率与受电装置300接收到的功率进行比较，若 它们之间产生了超过容许值的不一致，则判定存在异物。本实施方式的受电装置300还能以 其它判断基准进行异物检测。
[0072]图3是具备实施方式的受电装置300的电子设备500的功能框图。受电装置300接收 来自供电装置200的功率信号S2,将其能量储存在平滑电容器306中，提供给负载502。负载 502包括电源电路504、可充电电池506、各种处理器508。
[0073] 受电装置300具备接收线圈302、平滑电容器306、调制器308、以及控制电路400。图 3的受电装置300被用于遵循图2所示的Qi标准的供电系统100。
[0074]接收线圈302接收来自发送线圈202的功率信号S2,并将控制信号S3发送给发送线 圈202。整流电路304和平滑电容器306根据功率信号S2对接收线圈302感应起的电流S4进行 整流和平滑化，将其变换成直流电压Vrect。
[0075]电源电路504包括利用从供电装置200供给来的功率对可充电电池506充电的充电 电路、和/或将直流电压Vrect升压或降压而提供给处理器508的DC/DC转换器。
[0076]控制电路400包括功率检测部402、控制部404、异常判定部406、通信部408,被一体 集成在一个半导体基板上。
[0077]功率检测部402检测无线受电装置300接收到的接收功率PRX。接收功率PRX的检测 算法并不特别限定，例如可以基于下式(1)检测接收功率PRX。
[0078] Prx = Vrect X Iload+Ron X Iload2+Vdd X Idd
[0079] 右边第1项Vrect XIload是负载502的消耗功率，ILQAD是从平滑电容器306流向电源电 路504的电流。
[0080] 右边第2项RQNX ILQAD2是功率损耗。Ron是预定的常数，具有电阻的量纲。
[0081 ] 右边第3项VDDX IDD是控制电路400的消耗功率。在本实施方式中，控制电路400的 电源端子VDD被供给直流电压VRECT，即控制电路400以整流电压VRECT为电源进行动作。此时， Vdd = Vrect。Idd是流向控制电路400的电源端子Vdd的电流。
[0082]功率检测部402将功率检测的结果输出给控制部404。
[0083] 控制部404设定直流电压VRECT的目标值（也称控制点CP)。另外，控制部404生成用 于控制无线供电装置200所应发送的发送功率Ρτχ的控制信号(称作控制误差包)CE。例如，控 制部404可以基于平滑电容器306所产生的直流电压Vrect与其目标值的误差生成控制信号 CE。例如，（i)在直流电压Vrect被稳定为目标值时，控制信号CE为零，（i i)若直流电压Vrect超 过目标值，则控制信号CE取与指示发送功率Ρτχ下降的差分相应的负值，当直流电压Vrect低 于目标值时，控制信号CE取与指示发送功率Ρτχ増大的差分相应的正值。需要说明的是，正负 的规定方式也可以反过来。
[0084]另外，控制部404将功率检测的控制信号(使能)输出给功率检测部402。
[0085]通信部408生成包含控制点CP、控制误差包CE的包，并介由调制器308和接收线圈 302发送给供电装置200。供电装置200基于接收到的控制点CP、控制误差包CE调节发送功率 Ρτχ〇
[0086]另外，通信部408生成表示功率检测部402检测到的接收功率PRX的包，介由调制器 308和接收线圈302发送给供电装置200。
[0087] 供电装置200知道当前自己已向受电装置300发送的功率Ρτχ。因此，供电装置200能 基于发送功率Ρτχ与接收功率PRX的关系检测有无异物、或线圈位置偏差等异常。
[0088]除供电装置200中的异常检测外，受电装置300被构成为还能以其单体的精度检测 异常。例如，能不对供电装置200的发送功率Ρτχ与受电装置300的接收功率PRX进行比较地检 测异常。因此，无需考虑供电装置200的精度和受电装置300的精度这两者。通过考虑自己过 去的状态和实际接收到的功率，受电装置300能以其单体的精度检测异常。
[0089]异常判定部406基于功率检测部402检测到的接收功率PRX和无线受电装置300的过 去的状态判定有无异常。
[0090]在本实施方式中，异常判定部406接收指示发送功率Ρτχ的控制信号CE和功率检测 部402检测到的接收功率PRX。在控制信号CE并没有指示发送功率Ρτχ降低，但功率检测部402 检测到的接收功率Prx却降低了时，异常判定部406判定为异常。异常判定部406在判定异常 后，使异常检测信号S5成为有效(例如高电平）。通信部408可以接收该异常检测信号S5并通 知给供电装置200。
[0091]以上是受电装置300的构成。接下来说明供电系统100的动作。
[0092] 图4是表示Qi标准中的功率发送的流程图（状态变化图）。规定有以下5个阶段。
[0093] tpl 选择（selection)阶段
[0094] ip.2Ping(ping)阶段
[0095] φ3 识别和配置（identif ication&conf iguration)阶段
[0096] φ4 协商（negotiation)阶段
[0097] φ5功率传输(power transfer)阶段
[0098] 在选择阶段(pl，进行受电装置300的检测。若检测到受电装置300,则转移至Ping阶 段φ2。在Ping阶段φ2:，供电装置200执行数字Ping(Digital Ping)，并等待来自受电装置 300的应答。在数字Ping中，发送功率被维持恒定。
[0099] 在接下来的配置和识别阶段φ3,供电装置200确定受电装置300,并设定发送功率 等。
[0100]在协商阶段(|>4,再次设定(reconfigure)发送功率等。在功率传输阶段φ5,基于所 设定的信息进行功率传输。
[0101]在实施方式的受电装置300中，异常判定部406所进行的异常判定可以在功率传输 阶段执行。图5和图6是功率传输阶段φ5的受电装置300的动作波形图。
[0102] 图5中示出了正常时的动作波形。在时刻to以前，通过稳定的功率传输，直流电压 Vrect被维持在其目标值(控制点CP)。在时刻tl，若流向电源电路504的负载电流ILQAD増大，则 直流电压Vrect降低。响应于直流电压Vrect的降低，指不发送功率Ρτχ的控制误差包CE増大。响 应于此，供电装置200使发送功率Ρτχ増大。随着发送功率Ρτχ的増大，功率检测部402检测的 接收功率P RX也増大。
[0103] 接下来参照图6说明异常时的动作。
[0104] 在时刻11以前，通过稳定的功率传输，直流电压VRECT被维持在其目标值(控制点 CP)〇
[0105] 在时刻tl，异物被插入。异物被插入后，发送功率Ρτχ的一部分会被提供给异物，故 受电装置300的接收功率PRX降低。在该状态下，控制误差包CE并没有指示发送功率Ρτχ降低。 因此，当前的接收功率P Rx(t2)与前次的接收功率PRX(tl)相比减小了，由异常判定部406使 异常检测信号S5成为有效。
[0106] 图6中作为参考，以虚线示出了在异常检测信号S5被置于有效后，不进行错误处 理，而是继续进行功率传输时的波形。当在时刻tl插入了异物时，接收功率P RX降低。此时，若 受电装置300的负载功率不变，则直流功率VRECT降低。响应于此，控制误差包CE増大，发送功 率Ρτχ増大。若发送功率Ρτχ増大，则提供给异物的功率会増大，故会引起异物的进一步发热。
[0107] 因此，在异常检测信号S5被置为有效的情况下，供电装置200和受电装置300可以 进行预定的错误处理。以下例示错误处理。
[0108] 例如在Qi标准中，为进行错误处理，定义有几个EPT(End of Power Transfer:功 率传输结束)包。此时，通信部408可以将表示异常检测信号S5的被置于有效状态的EPT发送 给供电装置200。供电装置200接收到表示异常检测信号S5被置于有效的ΕΡΤ后停止供电，并 在经过预定时间后从模拟Ping阶段或数字Ping阶段重新开始。或者，供电装置200也可以在 接收到表示异常检测信号S5被置于有效的EPT后从协商阶段重新开始。即，表示异常检测信 号S5的有效状态的EPT被当作指示供电装置200停止供电的数据。
[0109]另外，受电装置300或供电装置200也可以除这些错误处理外、或者取代这些错误 处理地向用户通知异常的产生（异物插入）。通知可以采用声音，也可以采用LED等亮灯方 式，在具备显示面板等显示装置的情况下还可以利用显示装置进行通知。收到通知的用户 能够基于该通知而除去异物。
[0110]图7的（a)是供电系统100整体的功率传输阶段中的流程图，图7的（b)是表示异常 检测的判定条件的图。
[0111]下面说明供电装置200、受电装置300各自的动作流程。
[0112] (1)供电装置200(TX)的流程
[0113] 基于从受电装置300发送的控制误差包CE，通过PID(Proportional Integral Deri vat ive)控制决定发送功率（S200)，并控制发送功率使其成为所决定的发送功率 (S202)，发送给受电装置300(S204)。
[0114] 另外，供电装置200接收表示在受电装置300中测定的接收功率PRX的数据。然后，将 接收功率p RX与自己已发送的发送功率ρτχ进行比较，将其差分| pTX-pRX I与预定的阈值Δ p进 行比较(S206)。比较的结果，若差分小于阈值Δ P(S206的N)，则允许步骤S204中的发送。若 差分大于阈值△ P(S206的Y)，则停止供电（S208)。
[0115] (2)受电装置300(RX)的流程
[0116] 受电装置300接收来自供电装置200的功率(S300)。并且测定受电装置300内的几 个节点或路径的电压或电流，测定输入输出功率(S302)，利用测定结果算出控制点CP和接 收功率 PRX(S304)。
[0117] 接下来基于CE(控制错误)值和接收功率PRX进行异常判定(S306)。即，在CE值为0或 正、即指示维持或増大接收功率Prx，但实际的接收功率Prx却减少了时，判定为异常(S306的 Y)。
[0118] 图7的（b)中表示了步骤S306中的判定条件。判定是基于CE值、和接收功率的前次 值Prx_pre与当前值Prx_cur的差分Δ PrxzPrx+qjr-Prx+pre进行的。在控制信号CE并没有指不降低 发送功率PTX(即CE值为正或0)，但功率检测部402检测到的接收功率Prx却降低了（即Δ PRX< 〇)时，异常判定部406判定为异常。或者，也可以将此表达为:在控制信号CE指示了增加发送 功率，功率检测部402检测到的接收功率Prx却没有増加时，异常判定部406判定为异常。差分 A Prx为正(+ )时正常。差分Δ PRx为零时，若CE值为正则异常，若CE值为0或负则正常。
[0119]在差分Δ PRx为负(-)时，若CE值为正或0则异常，若CE值为负则正常。更详细来说， 在检测接收功率Prx时，存在检测精度的问题，会产生些许的误差。因此，可以设定已考虑了 检测误差的阈值A TH，并根据与其的大小关系来进行异常判定。例如，可以在CE值为正或0 时，若Δ PRX< Δ TH则判定为异常。另外，若CE值为负，但差分却比基于CE值所预计的值Δ EX 小（ΔPRX<ΔEX)，也能判定为异常。在此需要说明的是，也可以是差分ΔPRX虽然为负（-)， 但例如若Δ ΕΧ< Δ PRX<〇，则也将CE值为负的情况作为正常来处理。此外，在进行比较时，也 可以采用过去11次的接收功率Prx的平均值、即Pav= (Prxi+Prx2+. . .+PRxn)/n，将/ Δ PRX/PAV和与 之相应地基于CE值所预计的值△ 'EX进行比较。
[0120] 若在步骤S306中判定为异常（S306的Y)，则发送功率发送结束包（End Power transfer packet) (S308)。若在步骤S306中判定为正常（S306的N)，则根据控制点CP决定CE 值(S310)，将CE包和表示接收功率Prx的包发送给供电装置200(S312、S314)。在此需要说明 的是，在发送功率发送结束包(S308)后，接收到受电装置300和功率发送结束包的供电装置 200都转移到图4所示的选择阶段φ?。在此，可以使得若在步骤S306中判定为异常，则使功 率发送结束包的预定的位(bit)置位(设为1)。然后，可以使得检测到功率发送结束包的预 定位被置位的供电装置200进行异物检测处理。作为该检测处理的一例，可以举出Q值 (Quality Factor)的测定。若存在异物，则Q值会减少，故与不存在异物时的Q值相比较能高 精度地检测异物的有无。
[0121]图8是表示供电装置200所进行的异物检测(F0D0TX)和异常判定部406所进行的异 常判定(F0D0RX)的时序图。
[0122] 异常判定部406在每一个第1周期T1判定有无异常。即，图7的步骤S306在每一个第 1周期T1被执行。另一方面，供电装置200所进行的以往的F0D在比第1周期T1长的每个第2周 期T2被执行。即，图7的步骤S206和步骤S314在每个第2周期T2被执行。第1周期T1可以与控 制信号CE的生成周期相同程度，例如为10~30ms。另一方面，第2周期T2为1.5~4s。
[0123] 以上是受电装置300和供电系统100整体的动作。接下来，说明由受电装置300发挥 的效果。
[0124] 在实施方式的受电装置300中，基于指示发送功率的控制信号CE和接收功率PRX来 检测异常。无线供电装置200发送的发送功率Ρτχ是基于从无线受电装置300发送的控制信号 (控制误差包)CE而变化的。因此，在受电装置300并没有指示降低发送功率Ρτχ，功率检测部 402检测到的接收功率P RX却降低了时，就可以视为发生了有新的异物插入或线圈位置偏差 等某种异常。即，根据控制电路400,能不参照在供电装置200中测定的发送功率地、由受电 装置300单体检测异常。
[0125] 另外，除此以外还能够通过将表示接收功率PRX的数据发送给供电装置200,在供电 装置200中也进行基于发送功率Ρτχ和接收功率P RX的比较结果的F0D。进而，通过使第1周期 T1比第2周期T2短，与以往相比能高速地进行异常判定。
[0126] 以上基于实施方式说明了本发明。本领域技术人员应理解这些实施方式只是例 示，其各构成要素和各处理过程的组合可以有各种各样的变形例，并且这样的变形例也包 含在本发明的范围内。以下说明这样的变形例。
[0127] (第1变形例）
[0128] 在实施方式中，说明了异常判定部406基于之前刚检测出的接收功率PRX与当前的 接收功率PRX的比较结果进行异常判定的情况，但本发明不限定于此。
[0129] 在第1变形例中，基于过去检测出的接收功率PRX设定阈值PTH，基于阈值PTH与当前 的接收功率P RX的比较结果来判定有无异常。
[0130]异常判定部406基于在被判定为正常的期间内功率检测部402过去多次或持续预 定期间检测出的接收功率Prx来设定阈值Pth。异常判定部406基于过去的接收功率PRX的平均 值设定阈值P?。平均可以采用简单平均、加权平均、滑动平均等。
[0131] 例如采用过去η次的简单平均时，可以将最近的值保存为PRX1、其前一个保存为 PRX2、再前一个保存为PRX3、...，基于下式设定阈值PTH。
[0132] Pth= (Prxi+Prx2+···+PRXn)/n
[0133] 例如n可以设定为3的程度。
[0134] 在采用加权平均的情况下，可以基于下式设定阈值ΡΤΗ。
[0135] ΡτΗ= (Al · PRX1+A2 · PRX2+. · ·+Αη · PRXn)
[0136] A是以满足以下关系的方式定义的加权系数。
[0137] A1+A2+. . . +An= 1
[0138] Αι > A2 > . . . > An > 0
[0139] 可以使加权系数^~六"为线性加权地进行线性加权滑动平均，也可以使加权系数 为指数函数，进行指数函数性地减少权重的指数加权滑动平均。
[0140]更优选的是，异常判定部406可以将在被判定为正常的期间所检测到的接收功率 Prx减去预定的容许差分A P后的值，设定为阈值PTX。此时，若正常时检测到的接收功率PRX与 功率检测部检测出的当前的接收功率P RX的差分超过容许差分△ P，则判定为异常。
[0141 ]容许差分Δ P可以定为数百mW的量级、例如250mW程度。此外，优选该容许差分Δ P 可以由电子设备500的设计者从控制电路400外部进行设定。设定方式不特别限定，可以基 于串行数据通信进行设定、基于ROM的盖写进行设定、基于对设定管脚的电压设定来进行设 定等。
[0142] 图9是第1变形例的供电系统整体的功率传输阶段的流程图。
[0143] 图9和图7的(a)在发送侧(TX)是同样的，故仅说明接收侧(RX)的不同点。
[0144] 在该变形例中，在步骤306a中基于根据过去的状态所设定的阈值PTH、与当前的接 收功率PRX的比较结果，来判定有无异常。若比较的结果是P TH>PRX，则判定为异常（S306a的 Y)。
[0145] 若比较的结果是PTH<PRX，则判定为正常（S306a的N)。然后，基于所测定的接收功 率Prx计算新的阈值Pth，并更新其值(S309)。
[0146] 以上是第1变形例的动作。接下来说明该变形例的效果。
[0147] 在该变形例中，异常判定部406基于在被判定为正常的期间内功率检测部过去所 检测出的接收功率Prx来设定阈值Ρτη，并基于该阈值Pth与功率检测部402所检测出的当前的 接收功率P RX的比较结果，来判定有无异常的。
[0148] 在基于接收功率PRX与发送功率Ρτχ的比较的异物检测中，对接收功率PRX的绝对量 的检测要求较高的精度。与此不同，由于要基于所检测出的接收功率Prx设定阈值P?，故功 率检测部402不一定要高精度地检测接收功率P RX的绝对量，只要能高精度地检测接收功率 Prx的相对量就够了。这意味着可以忽略线圈的耦合系数等，进而意味着能够简化功率检测 部402。
[0149] 更详细的情况如下这样。功率P是电压V与电流I之积。这里电压V例如是通过电阻 器分割，由ADC(Analog Digital Converter:模数转换器)读取的。此外，电流是利用电流检 测用的功率放大器进行电压变换后，由ADC读取的。其值可以通过将ADC读取值记作y、将电 压或电流记作X，利用依赖于装置的预定系数(a:倾斜度、b:偏置），以y = ax+b来表示。若是 相对误差，则减去读取值，故能抵消掉偏置。因此，检测精度是与倾斜度a相应的，能够不依 赖于功率地以固定的精度进行检测。另一方面，在绝对值的情况下，倾斜度、偏置的影响会 直接反映到检测精度中。例如功率较小时，偏置的影响较强，随着功率增大，倾斜度的偏差 的影响变大。
[0150] 此外，异常判定部406是基于在被判定为正常的期间内功率检测部402过去多次或 持续预定期间检测到的接收功率Prx，来设定阈值Pth的。
[0151]由此，能够除去噪声等的影响，能实现稳定的异常检测。
[0152]另外，异常判定部406是将从在被判定为正常的期间所检测到的接收功率减去预 定的容许差分A Ρ后的值，设定为阈值ΡΤΗ的。由此，能根据容许差分ΔΡ来调节异常检测的灵 敏度。特别是通过使得能从控制电路400外部设定容许差分ΛΡ，能够针对控制电路400所被 安装的各电子设备500分别设定最佳的容许差分Δ Ρ。
[0153] 图7的(a)的异常判定在第1变形例中可以理解为使ΔΡ = 0,并将阈值ΡΤΗ设定为之 前刚测定的接收功率Prx来进行的。
[0154] (第2变形例）
[0155] 在该变形例中，与过去测定的接收功率PRX无关地、基于当前受电装置300应接收的 接收功率的期待值P EX来进行异常判定。在期待值PEX反映了受电装置300过去的状态这一点 上，与实施方式及第1变形例是共通的。
[0156] 接收功率的期待值PEX可以基于整流电压VRECT的期待值、负载电流ILQAD的期待值等 推定。
[0157] Pex = Vcp X Iload+Vdd X Idd
[0158] VCP相当于整流电压VRECT的期待值、即控制点CP。
[0159] 右边第2项的VDDX IDD是控制电路400自身的消耗功率。
[0160] 图10是第2变形例的供电系统100整体的功率传输阶段的流程图。发送侧与图7的 发送侧是同样，故仅说明接收侧的不同点。
[0161]在该变形例中，基于预先计算出的期待值Pex和当前的接收功率Prx来判定有无异 常（S306b)。更具体来说，可以算出期待值Pex与当前的接收功率Prx的差分Pex-Prx，通过将差 分Pex-Prx与容许差分△ P进行比较来判定有无异常。
[0162] 然后，在|PEX-PRX| > ΔΡ时（S306b的Y)判定为异常，发送功率发送结束包（End Power transfer packet)(S308)〇
[0163] 在| Pex-Prx | < Δ P时（S306b的N)判定为正常，根据控制点CP决定CE值（S310)。另 外，基于控制点CP和负载电流Ιουτ计算接收功率的期待值Pex，并更新其值。
[0164] 第2变形例的异常判定可以理解为基于计算出的期待值Pex设定两个阈值Ρεχ+ΔΡ、 Pex- Δ Ρ，将接收功率PRX与两个阈值ΡΕΧ土 Δ Ρ进行比较。
[0165] 在该变形例中，功率检测部402所被要求的绝对检测精度会变高，但能享受能由受 电装置300单体检测异常这样的与实施方式同样的优点。
[0166] (第3变形例）
[0167] 除插入了异物的情况外，在发生了线圈的位置偏差时，发送线圈与接收线圈的耦 合系数K会降低，功率检测部402测定的接收功率Prx也会降低。因此，实施方式的受电装置 300能够利用于线圈位置偏差时的异常检测。
[0168] (第4变形例）
[0169] 在实施方式中，是按照式（1)检测接收功率PPR的，但本发明不限定于此。在能够忽 略控制电路400的消耗功率时，也可以省略V DD X Idd这一项。或者，在能够忽略热损耗时，也 可以省略Ron X Iload2这一项。或者，还可以通过完全不同的方式来取得消耗功率。
[0170] (第5变形例）
[0171] 在实施方式（图7)或第1变形例（图9)、第2变形例（图10)中，说明了在异常判定部 406判定异常时，发送EPT来停止供电的情况，但本发明不限于此。
[0172] 图11是第5变形例的供电系统整体的功率传输阶段的流程图。
[0173] 每次经过第2周期T2时（S322的Y)，都测定输入输出功率(S302)。然后所测定的接 收功率PRX被发送给供电装置200(S314)。此外，在第2周期T2期间（S322的N)，待机等待第1周 期T1经过(S320的N)，并在每次经过第1期间T1时(S320的Y)，测定输入输出功率(S302)。然 后基于测定结果进行异常判定(S306)。步骤S306中的异常判定的方法可以是图7、图9、图10 的任一者。若在步骤S306中判定为异常(S306的Y)，则不是发送EPT，而是将表示接收功率P RX 的检测值的包(数据)发送给供电装置200(S314)。收到它的供电装置200迅速基于表示接收 功率Prx的检测值的数据与在供电装置200中测定的发送功率Ρτχ的比较进行异物检测 (S206)。
[0174] 若异常判定的结果为正常(S306的Ν)，则根据控制点CP决定CE值(S310)，将CE包发 送给供电装置200(S312)。
[0175] 图12是表示第5变形例中的、供电装置所进行的异物检测(F0D0TX)和异常判定部 所进行的异常判定(F0D0RX)的时序图。在供电装置200,基本上是按预定的时间间隔T2(t0、 tl、...）进行异物检测的。另一方面，在受电装置300,是按时间间隔T1进行异物检测的。在 受电装置300中，若在时刻t2判定为异常，则立刻进行由供电装置200进行的异物检测。由 此，能够不等待时刻tl地，在由受电装置300判定为异常时立刻由供电装置200检测异物。
[0176] (第6变形例）
[0177] 关于在异常判定部406中判定为异常时的处理，还可以有另一变形例。图13是第6 变形例的供电装置200的流程图。供电装置200在其起动（S400)后立刻成为第1测试模式，判 定有无异物(S402)。此处的异物检测优选能由供电装置200单体执行的方法，例如供电装置 200可以通过测定其发送天线的Q值或共振频率来检测异物。
[0?78] 若在步骤S 4 0 2中判定为正常，则进入配置和识别（i d e n t i f i c a t i ο η & configuration)阶段(p3(S404)。接下来进入协商阶段(p4(S406)。在供电装置200与受电装 置300建立链接后，变成第2测试模式，再次判定有无异物(S408)。这里的异物检测可以由供 电装置200单体进行，也可以利用来自受电装置300的信息进行。其结果若正常，则转移至功 率传输阶段q>5(s4io)。关于功率传输阶段φ5中的异物检测(S412)，如上所述。
[0179] 若在受电装置300中进行了异常判定（S500)，则也可以如图13中单点划线S502所 示那样，插入功率传输阶段的异物检测处理(步骤S412)。这对应于图12所示的动作。
[0180] 或者，也可以如单点划线S504所示那样返回第1测试模式，再次进行配置和识别阶 段φ3。或者，也可以如单点划线S506所示那样返回第2测试模式，从协商阶段重新开始。
[0181] 在实施方式中说明了遵循Qi标准的无线供电装置，但本发明不限于此，也可以适 用于与Qi标准类似的系统中所使用的受电装置300,或遵循将来可能制定的标准的受电装 置300。
[0182] (第7变形例）
[0183] 可以在集成控制电路400的1C中再集成调制器308或电源电路504的一部分。
[0184] 最后说明电子设备的具体例。图14是表示具备实施方式的受电装置300的电子设 备500的图。图14的电子设备500是智能手机、平板PC、便携式游戏机、便携式音频播放器，在 壳体501的内部内置电源电路504、可充电电池 506、处理器508、显示器装置510及上述的受 电装置300。处理器508可以包含无线(RF)部、基带处理器、应用处理器、音频处理器等。
[0185] 基于实施方式用具体的语句说明了本发明，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。
[0186] 〔标号说明〕
[0187] 100...供电系统、200，TX...供电装置、202...发送线圈、204...驱动器、206...控 制器、208...解调器、300，RX...受电装置、302...接收线圈、304...整流电路、306...平滑 电容器、308...调制器、400...控制电路、402...功率检测部、404...控制部、406...异常判 定部、408...通信部、S1...驱动信号、500...电子设备、501...壳体、502...负载、504...电 源电路、506...可充电电池、508...处理器。
[0188] 〔工业可利用性〕
[0189] 本发明能用于无线供电。
【主权项】
1. 一种控制电路，被使用于接收来自无线供电装置的功率信号的无线受电装置，该控 制电路的特征在于，包括： 功率检测部，检测所述无线受电装置接收到的接收功率， 控制部，生成用于控制所述无线供电装置应发送的发送功率的控制信号，以及 异常判定部，基于所述功率检测部检测的接收功率和所述无线受电装置过去的状态， 来判定有无异常。2. 如权利要求1所述的控制电路，其特征在于， 在所述控制信号并没有指示降低所述发送功率，但所述功率检测部检测到的接收功率 却降低了时，所述异常判定部判定为异常。3. 如权利要求1所述的控制电路，其特征在于， 所述异常判定部基于在被判定为正常的期间所述功率检测部过去所检测到的所述接 收功率来设定阈值，基于该阈值与所述功率检测部检测出的当前接收功率的比较结果，来 判定有无异常。4. 如权利要求3所述的控制电路，其特征在于， 所述异常判定部基于在被判定为正常的期间内所述功率检测部过去多次或持续预定 期间地检测出的接收功率，设定所述阈值。5. 如权利要求3或4所述的控制电路，其特征在于， 所述异常判定部将正常时检测到的接收功率减去预定的容许差分后的值设定为所述 阈值。6. 如权利要求1所述的控制电路，其特征在于， 所述异常判定部计算所述无线受电装置应接收的接收功率的期待值，基于所述期待值 与所述功率检测部检测出的当前接收功率来判定有无异常。7. 如权利要求6所述的控制电路，其特征在于， 所述异常判定部在所述功率检测部检测出的当前接收功率与所述期待值的差分超过 预定的容许差分时，判定为异常。8. 如权利要求5或7所述的控制电路，其特征在于， 所述容许差分可以从外部设定。9. 如权利要求1至8的任一项所述的控制电路，其特征在于，还包括： 通信部，将所述控制信号和表示所述接收功率的检测值的数据发送给所述无线供电装 置； 所述通信部在所述异常判定部判定为异常时向所述无线供电装置发送指示停止供电 的数据。10. 如权利要求1至8的任一项所述的控制电路，其特征在于，还包括： 通信部，将所述控制信号和表示所述接收功率的检测值的数据发送给所述无线供电装 置； 所述异常判定部被构成使得按每个第1周期判定有无异常； 所述通信部按比所述第1周期长的每个第2周期将表示所述接收功率的检测值的数据 发送给所述无线供电装置。11. 如权利要求10所述的控制电路，其特征在于， 所述通信部在所述异常判定部判定为异常时，将表示所述接收功率的检测值的数据发 送给所述无线供电装置。12. 如权利要求1至8的任一项所述的控制电路，其特征在于，还包括： 通信部，将所述控制信号和表示所述接收功率的检测值的数据发送给无线供电装置； 所述通信部在所述异常判定部判定为异常时，发送用于督促所述无线供电装置进行异 物检测的数据。13. 如权利要求1至12的任一项所述的控制电路，其特征在于， 遵循Qi标准。14. 如权利要求1至13的任一项所述的控制电路，其特征在于， 被一体集成在一个半导体基板上。15. -种无线受电装置，其特征在于，包括： 接收天线，含有接收线圈，接收所述功率信号， 整流电路，对所述接收线圈中流过的电流进行整流， 平滑电容器，与所述整流电路的输出连接，产生整流电压，以及 权利要求1至14的任一项所述的控制电路。16. -种电子设备，其特征在于，包括： 接收天线，含有接收线圈，接收所述功率信号， 整流电路，对所述接收线圈中流过的电流进行整流， 平滑电容器，与所述整流电路的输出连接，产生整流电压，以及 权利要求1至14的任一项所述的控制电路。17. -种在接收来自无线供电装置的功率信号的无线受电装置中检测异常的方法，其 特征在于，包括： 检测所述无线受电装置接收到的接收功率的步骤， 生成用于控制所述无线供电装置应发送的发送功率的控制信号的步骤，以及 基于检测到的接收功率和所述无线供电装置的状态判定有无异常的步骤。18. 如权利要求17所述的方法，其特征在于， 在所述进行判定的步骤中，在所述控制信号并没有指示降低所述发送功率，检测到的 接收功率却降低了时，判定为异常。19. 如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括： 基于在被判定为正常的期间内过去所检测出的所述接收功率来设定阈值的步骤； 在所述进行判定的步骤中，基于所述阈值与当前接收功率的比较结果来判定有无异 常。20. 如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括： 计算所述无线受电装置应接收的接收功率的期待值的步骤； 在所述进行判定的步骤中，基于所述期待值和检测出的当前接收功率来判定有无异 常。21. 如权利要求20所述的方法，其特征在于， 在所述进行判定的步骤中，当所检测出的当前接收功率与所述期待值的差分超过预定 的容许差分时，判定为异常。
【文档编号】H02J50/10GK105900314SQ201580003832
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年1月23日
【发明人】岩崎竜也
【申请人】罗姆股份有限公司