JP2008178196A - 受電制御装置、受電装置および電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】無接点電力伝送を利用する受電装置において、2次電池(94)が高負荷状態であるときに、スイッチ回路(A)としてのPMOSトランジスタ(M1)をオンさせ、電源回路としてのシリーズレギュレータ(LDO)49をバイパスする経路を形成し、そのバイパス経路を経由して、2次電池(94)に充電電流を供給する。PMOSトランジスタ(M1)のオン/オフ制御の閾値にオフセットを設けることができ、また、バイパス経路の形成と共に、シリーズレギュレータ(LDO)49の全部または一部を非動作状態として、電力ロスと発熱をさらに低減することもできる。
【選択図】図3
Description
なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
まず、本発明が適用される好適な電子機器の例、ならびに、無接点電力伝送技術の原理について説明する。
図1(A),(B)は無接点電力伝送技術について説明するための図であり、(A)は無接点電力伝送手法が適用される電子機器の例を示す図であり、(B)は誘導トランスを用いた無接点電力伝送の原理を説明するための図である。
図1(A)に示されるように、電子機器の1つである充電器500(クレードル)は、送電装置10を有する。また電子機器の1つである携帯電話機510は、受電装置40を有する。また携帯電話機510は、LCDなどの表示部512、ボタン等で構成される操作部514、マイク516(音入力部)、スピーカ518(音出力部)、アンテナ520を有する。
図2は、送電装置、受電装置ならびに負荷からなる無接点電力伝送システムにおける、各部の具体的な構成の一例を示す回路図である。図示されるように、送電装置10には、送電制御装置20と、送電部12が設けられている。また、受電装置40には、受電部40と、負荷変調部46と、給電制御部48とが設けられている。また、負荷90は、充電制御装置92とバッテリ(2次電池)94が含まれる。以下具体的に説明する。
次に、図3〜図7を参照して、LDO(ロー・ドロップアウト・レギュレータ)のバイパス制御の具体例について説明する。LDOは、両端電圧が、例えば1V程度でも動作可能な飽和型のシリーズレギュレータである。シリーズレギュレータは、負荷に直列に電圧制御素子が接続された、降圧のみ可能な連続電流の定電圧直流電源回路であり、スイッチング制御電源と比べ、電源リプルやノイズが少なく、安定性が高く、回路面積も小さい。したがって、LDO(ロー・ドロップアウト・レギュレータ)のような低ノイズで低損失のシリーズレギュレータは、小型の受電装置に搭載するのに適している。
本実施形態では、LDO49をバイパスするときに、LDO49自体の電源もオフして無駄な電力消費、発熱を抑止する。
(1)レギュレータの入力端(あるいは出力端)の電圧低下によって負荷への給電能力が低下したときに、スイッチ回路をオンさせて低損失のバイパス経路(迂回経路)を形成し、このバイパス経路を経由して負荷に電流を供給することによって、負荷への給電能力を無理なく高めることができる。また、負荷に大量の電流を供給するとき(つまり、高負荷時)におけるレギュレータにおける発熱を抑制することができる。また、パイパス経路が形成されるのは、レギュレータの入力端(あるいは出力端)の電圧が低下している場合に限られ、したがって、過大な電圧が負荷に印加されるという心配はなく、レギュレータを迂回することに関して、特別な問題は生じない。
(2)また、小型、低ノイズ、低損失という特性をもつシリーズレギュレータを使用し、高負荷時等に低損失のスイッチ回路を用いてレギュレータを迂回するという簡単な構成を採用し、かつ、負荷として2次電池を使用することによって、充電器の小型化を達成しつつ、2次電池の充電時間を無理なく短縮することができる。
(3)また、スイッチ回路のオン/オフを、レギュレータの入力端の電圧に基づいて制御することによって、入力電圧が十分に高いときに、誤ってバイパス経路を形成することを確実に防止できる。
(4)また、スイッチ回路のオン/オフを、レギュレータの出力端の電圧に基づいて制御することによって、実際に負荷に供給される電圧の監視に基づいた正確なオン/オフ制御が担保される。また、レギュレータの出力電圧(実際に負荷に供給される電圧)が十分に回復(上昇している)ことを確認してから、スイッチ回路をオフすること(つまり、レギュレータのバイパスを終了させること)が可能であり、したがって、適切なスイッチ回路のオフ制御も実現される。
(5)また、スイッチ回路のオン/オフを、レギュレータの入力端の電圧および出力端の電圧の双方に基づいて制御することによって、入力電圧が十分に高いときに、誤ってバイパス経路を形成することを確実に防止でき、かつ、スイッチ回路の正確なオフ制御も実現することができる。
(6)また、スイッチ回路のオン/オフの制御にヒステリシス特性を持たせることによって、レギュレータの入力端あるいは出力端の電圧の微小な変動に追従して、スイッチ回路のオン/オフが繰り返されるような誤作動が生じず、安定したレギュレータのバイパス制御が実現される。
(7)また、スイッチ回路をオンしてレギュレータをバイパスするときに、併せてレギュレータ自体の動作を停止させることによって、無駄な電力消費および発熱をさらに抑制し、受電した電力のロスを最小限化することができる。レギュレータの構成要素の全部を非動作とする場合には、レギュレータにおける消費電力および発熱を零にすることができる。また、一部の構成要素だけを非動作状態とする場合にも、レギュレータの消費電力および発熱の低減が可能である。したがって、この態様によれば、無接点電力伝送を用いた受電装置における、受電した電力のロスを最小化しつつ、負荷に対する給電能力を効果的に向上させることができ、レギュレータにおける発熱の問題も解消する。
(8)また、スイッチ回路をオン/オフさせるための切換え制御信号を、レギュータの全部または一部を非動作状態/動作状態を切換えるために援用することによって、スイッチ回路のオン/オフを制御するための回路の構成を簡素化することができる。
(9)また、無接点電力伝送技術を利用する受電装置(電力供給を受ける側の装置)において、簡単な構成により、電力損失および発熱を効果的に抑制することができる。したがって、小型、低損失、低発熱という優れた特性をもつ、無接点電力伝送用の受電装置が実現される。無接点電力伝送では、誘導コイル間の電力伝送に伴うロスは避けられないことから、受電装置では、受電した電力を発熱等により無駄に消費することなく、効率的に負荷に供給することが特に求められが、本発明の各実施形態によれば、これらの要求をすべて満足することができる。
(10)例えば、スイッチ回路を、PMOSトランジスタ(低損失の絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)により構成し、バイパス制御回路を、NMOSトランジスタとプルアップ抵抗により構成することができ、この構成によれば、最小限の構成要素(2つのMOSトランジスタと1つの抵抗)によりレギュレータのバイパスを実現できる。回路構成が簡単であるため実現が容易であり、かつ、各MOSトランジスタは高速に動作するため、高速なスイッチング制御が可能である。
(11)また、本発明は、多様な電子機器(例えば、腕時計、コードレス電話器、シェーバー、電動歯ブラシ、リストコンピュータ、ハンディターミナル、携帯情報端末、あるいは電動自転車など)に適用可能である。特に好適な電子機器の例としては、携帯端末(携帯電話端末、PDA端末、持ち運び可能なパーソナルコンピュータ端末を含む)や時計(ウオッチ)があげられる。本発明の受電装置は、構成が簡単で小型であるため携帯端末等への搭載も可能であり、低損失であるために、例えば、電子機器における2次電池の充電時間を短縮することが可能であり、また、発熱が低減されることから、電子機器の安全面からみた信頼性も向上する。
(12)携帯端末(携帯電話端末、PDA端末、持ち運び可能なパーソナルコンピュータ端末を含む)は、高負荷時の充電電流量が大きく、発熱の問題も顕在化しやすい。本発明を携帯端末に適用することによって、低損失かつ低発熱という特性をもつ信頼性の高い携帯端末が実現する。
(13)このように、本発明の各実施形態によれば、無接点電力伝送技術を利用する受電装置(電力供給を受ける側の装置)における電力損失および発熱を、簡単な構成によって効果的に低減することが可能である。
RU1、RU2 プルアップ抵抗、TD1 出力保証用トランジスタ、
RDW プルダウン抵抗、3 基準電圧回路、10 送電装置、12 送電部、
14 電圧検出回路、16 表示部、20 送電制御装置、22 制御回路(送電側)、24 発振回路、26 ドライバ制御回路、28 波形検出回路、40 受電装置、
42 受電部、43 整流回路、46 負荷変調部、48 給電制御部、
49 レギュレータ(LDO)、50 受電制御装置、52 受電制御回路、
54 出力保証回路、56 位置検出回路、58 発振回路、
60 周波数検出回路、62 満充電検出回路、72 電圧検出回路、
74 接続検出回路、90 負荷、92 充電制御装置、94 バッテリ(2次電池)、A バイパス用のスイッチ回路、B バイパス制御回路、
M1 バイパス用のスイッチ回路としてのPMOSトランジスタ、
M2 バイパス制御回路としてのNMOSトランジスタ、
M5 充電制御トランジスタ、
M10 LDOを非動作とするためのスイッチ回路としてのPMOSトランジスタ、
VPBP バイパスの切換え制御信号、
VENB 基準電圧回路と電圧比較器のイネーブル信号
Claims (14)
- 1次コイルと2次コイルを電磁的に結合させて送電装置から、整流回路およびレギュレータを含む受電装置に対して電力を伝送し、前記受電装置の電圧出力ノードから負荷に対して電力を供給する無接点電力伝送システムの前記受電装置に設けられる受電制御装置であって、
前記受電装置に設けられた前記レギュレータの入力端の電圧および出力端の電圧の少なくとも一つを監視し、前記入力端の電圧および出力端の電圧の少なくとも一つが低下して前記負荷に対する給電能力が低下すると、前記レギュレータの前記入力端と出力端との間に設けられたスイッチ回路をオンさせ、前記レギュレータの前記入力端と前記出力端とを直結するバイパス経路を形成する受電制御回路を、有することを特徴とする受電制御装置。 - 請求項1記載の受電制御装置であって、
前記レギュレータは、電源回路として機能するシリーズレギュレータであり、
前記負荷は、2次電池を含むことを特徴とする受電制御装置。 - 請求項1または請求項2記載の受電制御装置であって、
前記受電制御回路は、前記レギュレータの前記入力端の電圧に基づいて前記スイッチ回路(M1)をオンさせ、あるいはオフさせることを特徴とする受電制御装置。 - 請求項1または請求項2記載の受電制御装置であって、
前記受電制御回路)は、前記レギュレータの前記出力端の電圧に基づいて前記スイッチ回路をオンさせ、あるいはオフさせることを特徴とする受電制御装置。 - 請求項1または請求項2記載の受電制御装置であって、
前記受電制御回路は、前記レギュレータの前記入力端の電圧に基づいて前記スイッチ回路をオンさせ、前記レギュレータの前記出力端の電圧に基づいて前記スイッチ回路をオフさせることを特徴とする受電制御装置。 - 請求項1〜請求項5のいずれか記載の受電制御装置であって、
前記スイッチ回路をオンさせるための第1の閾値電圧よりも、前記スイッチ回路をオフさせるための第2の閾値電圧を高く設定することを特徴とする受電制御装置。 - 請求項6記載の受電制御装置であって、
前記受電制御装置は、前記スイッチ回路のオン/オフを切換える切換え制御信号を生成する切換え制御信号生成回路を有し、この切換え制御信号生成回路は、
前記レギュレータの出力端の電圧を分圧するための第1、第2および第3の分圧抵抗と、
反転端子に、前記第1および第2の分圧抵抗の共通接続点の電圧が印加され、非反転端子に基準電圧が印加される第1のヒステリシスコンパレータと、
反転端子に、前記第3および第4の分圧抵抗の共通接続点の電圧が印加され、非反転端子に前記基準電圧が印加される第2のヒステリシスコンパレータと、
前記第1のヒステリシスコンパレータの出力電圧のポジティブエッジまたはネガティブエッジによりセットされ、前記第2のヒステリシスコンパレータのポジティブエジまたはネガティブエッジによりリセットされ、その出力端から前記切換え制御信号を出力するRSフリップフロップと、
を有することを特徴とする受電制御装置。 - 請求項1〜請求項7のいずれか記載の受電制御装置であって、
前記受電制御回路は、前記スイッチ回路をオンして前記バイパス経路を形成すると共に、前記レギュレータの全部または一部を非動作状態とすることを特徴とする受電制御装置。 - 請求項8記載の受電制御装置であって、
前記レギュレータの全部または一部の非動作状態/動作状態は、前記スイッチ回路をオン/オフさせる切換え制御信号に基づいて制御されることを特徴とする受電制御装置。 - 請求項1〜請求項9のいずれか記載の受電制御装置と、
前記整流回路を含み、前記2次コイルの誘起電圧を直流電圧に変換する受電部と、
前記レギュレータと、前記レギュレータの前記入力端および出力端との間に設けられた前記スイッチ回路と、を含み、前記負荷への給電を制御する給電制御部と、
を有することを特徴とする受電装置。 - 請求項10記載の受電装置であって、
さらに、前記スイッチ回路のオン/オフを制御するためのバイパス制御回路を有し、前記受電制御回路は、前記バイパス制御回路の動作を制御することによって、前記スイッチ回路のオン/オフを制御することを特徴とする受電装置。 - 請求項11記載の受電装置であって、
前記スイッチ回路は、
ソースおよびドレインが各々、前記レギュレータの入力端および出力端に接続されたPMOSトランジスタにより構成され、
前記バイパス制御回路は、
ソースが接地され、ドレインが前記PMOSトランジスタのゲートに接続されたNMOSトランジスタと、
前記PMOSトランジスタの前記ゲートと前記レギュレータの入力端との間に接続されたプルアップ抵抗と、により構成されることを特徴とする受電装置。 - 請求項10〜請求項12のいずれか記載の受電装置と、
前記受電装置により電力が供給される負荷と、を含むことを特徴とする電子機器。 - 請求項13記載の電子機器であって、
前記電子機器は、携帯端末であることを特徴とする電子機器。
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