JP2013191913A - ワイヤレス充電回路、ワイヤレス充電システム及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＦＣ通信に用いられるアンテナを共用したワイヤレス充電において、ＮＦＣ通信規格を満足させる。
【解決手段】電源部は、降圧回路（３３１）と、充電制御回路（３３２）と、通信制御部用電源回路（３３３）とを含む。上記降圧回路は、スイッチングレギュレータ（２００）と、上記スイッチングレギュレータの出力経路（ＰＴ１）と、上記スイッチングレギュレータの迂回経路（ＰＴ２）とを選択可能な選択回路（２０６，２０８）を含む。上記降圧回路は、選択制御回路（２０７）を含む。この選択制御回路は、上記通信制御部の起動時には、上記迂回経路を介して上記通信制御部用電源回路への電圧供給を行う。シリーズレギュレータは、スイッチングレギュレータよりも短い時間で出力電圧が安定するので、ＲＦパワーの立上りから初期通信が可能となるまでの時間を規格内にすることが可能になる。
【選択図】図２

Description

本発明はワイヤレスにより送電側から受電側に電力を供給するためのワイヤレス給電技術に関し、特にワイヤレス給電によりバッテリ（電池）の充電を行うためのワイヤレス充電回路、ワイヤレス充電システム及びそれに利用される半導体装置に好適に利用できるものである。

特許文献１には、十分な電力供給が非接触で得られない場合であっても、信号の送受信を非接触インタフェースを介して実行できる接触・非接触復号ＩＣカードが記載されている。特に、特許文献１の明細書段落００１６には、非接触で給電と通信とを行うための構成が記載されている。

また、非接触通信技術として、ＮＦＣ（Near Field Communication）を挙げることができる。ＮＦＣは、十数センチの距離での小電力無線通信技術の国際規格であり、スマートフォンなどの小型携帯端末装置に搭載され始めている。一方、非接触（「ワイヤレス」ともいう）で電力供給を行うことができるワイヤレス充電という技術も立ち上がってきており、ＷＰＣ（Wireless Power Consortium）という団体では、普及促進を目指している無接点充電規格（Ｑｉ）を打ち出して市場投入を果たしている。

特許文献２には、無線により情報の伝送を行う情報伝送手段と、非接触で電力の伝達を行う電力伝達手段とを備える通信機器間において、情報伝送手段と電力伝達手段の動作を制御する制御技術が記載されている。

特開２００３−１４１４８４号公報 特開２００９−２５３６４９号公報

ＮＦＣにおけるキャリア周波数は、１３．５６ＭＨｚとされ、電磁誘導方式で主流のワイヤレス充電におけるキャリア周波数は、１００〜２００ｋＨｚとされる。このようにＮＦＣと無接点充電規格のワイヤレス充電とは、キャリア周波数が互いに異なるため、それぞれに専用のアンテナが必要とされ、スマートフォンのような小型携帯端末装置ではアンテナの設置場所確保が難しくなってきている。そのためＮＦＣ通信に用いられるアンテナを共用したワイヤレス充電の検討が進められている。

ワイヤレスで供給される電圧は、アンテナ端で１００〜２００Ｖと高く、整合回路、整流回路を経ても数十Ｖと高いため、その電圧を受けて１セルの電池（４〜４．２Ｖ）を充電しようとした場合、電圧差分の損失がＩＣ（Integrated Circuit）内で発生してしまう。対策として、直流電圧を別の直流電圧に変換するスイッチングレギュレータ（ＤＣ−ＤＣコンバータ）を設けることが考えられる。つまり、スイッチングレギュレータで電圧を下げて適切な電圧を充電制御回路に入力する。スイッチングレギュレータは電力損失が少ないため、ＩＣ内損失を低減することができる。

ワイヤレス充電においては、充電前に、相手が正規の充電対象であるか否かや、リンクの状況や充電に必要な電力などの情報交換のための初期通信が必要である。NFC通信に用いられるアンテナを共用したワイヤレス充電であることから、この通信はNFC通信のプロトコルに準拠して行うのが自然である。このときＮＦＣ通信規格によれば、ＲＦ（Radio Frequency）パワーの立上りから上記初期通信が可能となるまでの時間を例えば５ｍｓ以下にすることが要求されている。

しかし、スイッチングレギュレータは出力電圧が安定するまでに時間がかかるため、ＮＦＣ通信を制御するためのマイクロコンピュータの電源供給を上記スイッチングレギュレータに委ねると、ＲＦパワーの立上りから通信可能となるまでの時間を５ｍｓ以下にする要求を達成することは極めて困難になる。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

課題を解決するための手段のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。

すなわち、ワイヤレス充電回路は、コイルアンテナ、通信制御部、整流回路、及び電源部を含み、上記電源部は、降圧回路、充電制御回路、及び通信制御部用電源回路を含む。上記降圧回路は、上記整流回路から出力された電圧を降圧可能なスイッチングレギュレータと、上記スイッチングレギュレータの出力経路と、上記スイッチングレギュレータを迂回するための迂回経路とを選択可能な選択回路を含む。さらに上記降圧回路は、選択制御回路を含む。この選択制御回路は、上記通信制御部の起動時には、上記選択回路に上記迂回経路を選択させることで、上記迂回経路を介して上記通信制御部用電源回路への電圧供給を行う。そして選択制御回路は、上記スイッチングレギュレータの出力電圧が所定レベルに達した後は、上記選択回路に上記スイッチングレギュレータの出力経路を選択させることで、上記スイッチングレギュレータの出力を上記通信制御部用電源回路に供給する。

課題を解決するための手段のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記の通りである。

すなわち、ＮＦＣ通信に用いられるアンテナを共用したワイヤレス充電において、ＮＦＣ通信規格を満足させるための技術を提供することができる。

ワイヤレス充電システムの全体的な構成例ブロック図である。 図１に示されるワイヤレス充電システムにおける電源部の構成例ブロック図である。 スイッチングレギュレータの構成例回路図である。 シリーズレギュレータの構成例回路図である。 ＲＦパワーの立上りから初期通信が可能となるまでのタイミング図である。 選択制御回路の構成例回路図である。 図６に示される選択制御回路における動作タイミング図である。

１．実施の形態の概要
先ず、本願において開示される代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面中の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。

〔１〕代表的な実施の形態に係るワイヤレス充電回路（３）は、コイルアンテナ（３６）と、上記コイルアンテナを介して行われる近距離無線通信を制御可能な通信制御部（３５）と、上記コイルアンテナを介して得られた交流信号を整流するための整流回路（３２）と、上記整流回路に結合された電源部（３３）とを含む。

上記電源部は、上記整流回路の出力を降圧するための降圧回路（３３１）と、上記降圧回路の出力を用いてバッテリの充電を行うための充電制御回路（３３２）と、上記降圧回路の出力に基づいて上記通信制御部の動作用電源電圧を形成するための通信制御部用電源回路（３３３）とを含む。

上記降圧回路は、上記整流回路から出力された電圧を降圧可能なスイッチングレギュレータ（２００）と、上記スイッチングレギュレータの出力経路又は第１経路（ＰＴ１）と、上記スイッチングレギュレータを迂回するための迂回経路又は第２経路（ＰＴ２）とを選択可能な選択回路（２０６，２０８）を含む。すなわち、出力経路又は第１経路（ＰＴ１）は、スイッチングレギュレータの出力電圧を上記通信制御部用電源回路（３３３）へ供給する為の経路とされる。一方、上記迂回経路又は第２経路（ＰＴ２）は、整流回路（３２）の出力電圧を、上記スイッチングレギュレータ（２００）を介することなく、上記通信制御部用電源回路（３３３）へ供給する為の経路とされ、上記出力経路又は第１経路とは異なる経路とされる。

言い換えるならば、上記出力経路又は第１経路（ＰＴ１）は、スイッチングレギュレータの出力を上記通信制御部用電源回路（３３３）の入力へ結合する為の経路である。上記迂回経路又は第２経路（ＰＴ２）は、整流回路（３２）の出力を上記通信制御部用電源回路（３３３）の入力に結合する為の経路である。上記迂回経路又は第２経路（ＰＴ２）は、整流回路（３２）の出力を上記通信制御部用電源回路（３３３）の入力に、直接的に、あるいは、上記スイッチングレギュレータとは異なる他のレギュレータを介して間接的に結合されることも可能である。

また、上記降圧回路は、選択制御回路（２０７）を含む。この選択制御回路は、上記通信制御部の起動時には、上記選択回路に上記迂回経路を選択させることで、上記迂回経路を介して上記通信制御部用電源回路への電圧供給を行う。そして選択制御回路は、上記スイッチングレギュレータの出力電圧が所定レベルに達した後又は安定した後は、上記選択回路に上記スイッチングレギュレータの出力経路を選択させることで、上記スイッチングレギュレータの出力を上記通信制御部用電源回路に供給する。

ＮＦＣ通信規格によれば、例えば図５に示されるように、ＲＦパワーの立上りから上記初期通信が可能となるまでの時間を例えば５ｍｓ以下にしなければならない。スイッチングレギュレータでは、スイッチング出力から所定の直流電圧を得るためのインダクタやキャパシタが必要となり、インダクタを介してキャパシタに充電が行われるために、出力電圧が安定するのに時間がかかる。このため、スイッチングレギュレータの出力電圧に基づいて、上記通信制御部を起動させると、ＲＦパワーの立上りから上記初期通信が可能となるまでの時間を例えば５ｍｓ以下にすることが困難になる。これに対して上記の構成によれば、上記通信制御部の起動時には、上記選択回路によって上記迂回経路が選択されることにより、上記迂回経路を介して上記通信制御部用電源回路への電圧供給が行われる。スイッチングレギュレータでは、スイッチング出力から所定の直流電圧を得るためのインダクタやキャパシタが必要となるのに対して、シリーズレギュレータでは、上記インダクタやキャパシタが存在しないので、スイッチングレギュレータよりも短い時間で出力電圧が安定する。従って、上記通信制御部の起動時において、上記選択回路によって上記迂回経路が選択され、上記迂回経路を介して上記通信制御部用電源回路への電圧供給が行われることにより、ＲＦパワーの立上りから上記初期通信が可能となるまでの時間を例えば５ｍｓ以下にする要求を達成することが可能になる。

上記スイッチングレギュレータの出力電圧が所定レベルに達した後は、上記選択回路により上記スイッチングレギュレータの出力経路が選択されることで、上記スイッチングレギュレータの出力が上記通信制御部用電源回路に供給される。上記スイッチングレギュレータでは、スイッチング動作が行われるため、電力損失が小さく、高効率を得ることができるので、そこでの発熱量を少なくできる。

〔２〕上記〔１〕において、上記選択回路は、上記選択制御回路の制御によって上記スイッチングレギュレータの出力経路を選択可能な第１スイッチ素子（２０８）と、上記選択制御回路の制御によって上記迂回経路を選択可能な第２スイッチ素子（２０６）とを含んで容易に構成することができる。

〔３〕上記選択制御回路は、上記第１スイッチ素子が非選択状態から選択状態に遷移されて上記スイッチングレギュレータの出力経路が選択されてから、上記第２スイッチ素子を非選択状態に制御する。第１スイッチ素子と第１スイッチ素子とのオフ期間が重複すると、供給される電圧の瞬断により、電源ノイズが発生するおそれがある。そこで、上記選択制御回路は、図７に示されるように、第１スイッチ素子（２０８）が非選択状態（ＯＦＦ状態）から選択状態（ＯＮ状態）に遷移されて上記スイッチングレギュレータの出力経路が選択されてから、上記第２スイッチ素子（２０６）を非選択状態（ＯＦＦ状態）に制御するように制御する。これにより、電圧の瞬断を生じないので、電源ノイズの発生を阻止することができる。

〔４〕上記〔３〕において、上記通信制御部を、マイクロコンピュータによって構成することができる。

〔５〕上記〔４〕において、上記整流回路と上記第２スイッチ素子との間には、シリーズレギュレータ（２０５）を配置することができる。上記シリーズレギュレータは、上記スイッチングレギュレータに上記整流回路の出力電圧が供給されてから上記スイッチングレギュレータの出力電圧が安定するまでに要する時間よりも短い時間で、上記整流回路の出力電圧を所定レベルに降圧して出力する。このようなシリーズレギュレータを配置すると、このシリーズレギュレータによって降圧された電圧を上記通信制御部用電源回路に供給することができるので、上記通信制御部用電源回路において、さらに電圧を降下させる場合の負担軽減を図ることができる。

〔６〕上記〔４〕において、上記第２スイッチ素子は、上記整流回路の出力を選択するように構成することができる。この場合、上記整流回路と上記第２スイッチ素子との間に、上記シリーズレギュレータ等が配置されないため、降圧回路の簡素化を図ることができる。

〔７〕送電側装置と、上記送電側装置から非接触状態で受電可能な受電側装置とを含んで、ワイヤレス充電システムを形成することができる。この場合において、上記受電側装置を、上記〔１〕〜〔６〕で述べたワイヤレス充電回路と同様に構成することができる。

２．実施の形態の詳細
実施の形態について更に詳述する。

《実施の形態１》
図１には、ワイヤレス充電システムが示される。

図１に示されるワイヤレス充電システム１は、送電側装置２と受電側装置３とを含む。送電側装置２と受電側装置３との間では、ＮＦＣ（Near Field Communication）による近距離無線通信が行われる。また、送電側装置２から受電側装置３に非接触で電力供給が行われるようになっている。

送電側装置２は、変調制御回路２１、ドライバ変調回路２２、整合回路２３、コイルアンテナ２４、ＮＦＣ制御部２５、ＮＦＣ電源回路２６を含む。ドライバ変調回路２２は、ＮＦＣ通信の場合は、送信すべきデータに応じて搬送波を変調するが、送電の場合には、電力供給のための無変調信号を形成する。このドライバ変調回路２２の出力によってコイルアンテナ２４が励振される。変調制御回路２１は、ドライバ変調回路２２での変調動作を制御する。整合回路２３は、コイルアンテナ２４に並列接続されて共振回路を形成する。ＮＦＣ通信における受信信号は、整合回路２３を介してＮＦＣ制御部２５内に取り込まれる。ＮＦＣ制御部２５は、特に制限されないが、ＮＦＣ通信機能を備えたマイクロコンピュータによって形成され、制御回路２５１、メモリ回路２５２、及び通信回路２５３を含む。制御回路２５１は、中央処理装置によって形成され、ＮＦＣ制御のための所定のプログラムを実行する。メモリ回路２５２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。上記ＲＯＭには、上記中央処理装置で実行されるプログラムが格納される。上記ＲＡＭは、上記中央処理装置で行われる演算処理の作業領域などに利用される。通信回路２５３は、コイルアンテナ２４を介して近距離無線通信を行う。ＮＦＣ制御部２５の動作用電源は、ＮＦＣ電源回路２６から供給される。ＮＦＣ電源回路２６には、特に制限されないが、電源アダプタやユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）等から電源電圧が供給される。

受電側装置３は、コイルアンテナ３６、整合回路３１、整流回路３２、電源部３３、バッテリ３４、ＮＦＣ制御部３５を含む。コイルアンテナ３６は、送電側装置２のコイルアンテナ２３によって発生された交流磁界によって起電力（交流信号）を生ずる。整合回路３１は、コイルアンテナ３６に並列接続されて共振回路を形成する。整流回路３２は、コイルアンテナ３６を介して得られた交流信号を整流する。電源部３３は、上記整流回路３２の出力電圧に基づいて、スマートフォンなどの負荷回路とされる電子回路ＥＣへの動作用電源電圧の供給や、バッテリ３４への充電電圧の供給や、ＮＦＣ制御部３５の動作用電源電圧の供給等を行う。バッテリ３４は、特に制限されないが、１セルの電池（４〜４．２Ｖ）とされ、例えばリチウムイオン電池とされる。電源部３３は、降圧回路３３１、充電制御回路３３２、ＮＦＣ電源回路３３３を含む。降圧回路３３１は、上記整流回路３２の出力電圧を降圧する。充電制御回路３３２は、上記降圧回路３３１の出力電圧に基づいてバッテリ３４の充電を行う。ＮＦＣ電源回路３３３は、上記ＮＦＣ制御部３５の動作用電源電圧を形成する。ＮＦＣ通信における受信信号は、上記整合回路３１を介してＮＦＣ制御部３５内に取り込まれる。ＮＦＣ制御部３５は、特に制限されないが、マイクロコンピュータによって形成され、通信回路３５１、メモリ回路３５２、制御回路３５３を含む。通信回路３５１は、上記コイルアンテナ３６を介して近距離無線通信を行う。制御回路３５３は、中央処理装置によって形成され、ＮＦＣ制御のための所定のプログラムを実行する。メモリ回路３５２は、ＲＯＭやＲＡＭを含む。上記ＲＯＭには、上記中央処理装置で実行されるプログラムが格納される。上記ＲＡＭは、上記中央処理装置で行われる演算処理の作業領域などに利用される。

図２には、上記電源部３３の詳細な構成例が示される。上記電源部３３は、特に制限されないが、モールドレジンなどの絶縁性樹脂により封止された１つの樹脂パッケージとされた半導体装置とされる。

図２に示される電源部３３における主要部分は、特に制限されないが、公知の半導体集積回路製造技術により、シリコン基板などの一つの半導体基板に形成されおり、この部分を「電源部チップ」と称する。電源部チップ３３Ｃは、降圧回路３３１、充電制御回路３３２、アナログ・デジタル・コンバータ（以下、「ＡＤＣ」と略記する）２１０、プルアップ用電源回路２１１、ＮＦＣ電源回路３３３を含む。

電源チップ３３Ｃには、電源入力端子ＶＩＮ、グランド端子ＤＤＧＮＤ、出力端子ＤＤＯＵＴ１，ＤＤＯＵＴ２、システム電源出力端子ＳＹＳ、充電端子ＲＩＣＨＧ、バッテリ接続端子ＢＡＴ、バッテリ電圧端子ＶＢＡＴ、サーミスタ接続端子ＴＨ、サーミスタ電源端子ＴＨＶＤＤが設けられている。また、電源チップ３３Ｃには、ＮＦＣ電源出力端子ＶＤＤ１，ＶＤＤ２、入出力端子ＩＯ、シリアルインタフェース端子ＳＩＦが設けられている。電源入力端子ＶＩＮを介して整流回路３２の出力電圧が入力される。グランド端子ＤＤＧＮＤは、スイッチレギュレータ２００のグランド端子とされる。出力端子ＤＤＯＵＴ１，ＤＤＯＵＴ２には、インダクタ２０２及びキャパシタ２０３が外付けされる。システム電源出力端子ＳＹＳは、例えばスマートフォンなどの電子回路に結合され、上記システム電源出力端子ＳＹＳを介して上記電子回路への電源供給が行われる。充電端子ＲＩＣＨＧには、抵抗２１２が外付けされる。この抵抗２１２の値によって、バッテリ充電における最大電流値が決定される。バッテリ接続端子ＢＡＴ及びバッテリ電圧端子ＶＢＡＴには、バッテリ３４の正極側端子（＋）が結合される。サーミスタ接続端子ＴＨには、サーミスタ２１４の端子Ｔが接続される。サーミスタ２１４は、バッテリ３４の温度検出のためにバッテリ３４の近傍に配置される。サーミスタ電源端子ＴＨＶＤＤには、抵抗２１３を介してサーミスタ２１４が結合される。ＮＦＣ電源出力端子ＶＤＤ１，ＶＤＤ２からＮＦＣ制御部３５の動作用電源電圧が出力される。入出力端子ＩＯやシリアルインタフェース端子ＳＩＦを介して各種制御情報の入出力が可能とされる。すなわち、入出力端子ＩＯやシリアルインタフェース端子ＳＩＦは、ＮＦＣ制御部３５に結合可能にされ、電源部３３とＮＦＣ制御部３５の間で各種制御情報の入出力を行う為に利用される。

上記降圧回路３３１は、上記整流回路３２から電源入力端子ＶＩＮを介して取り込まれた電圧を降圧する。上記降圧回路３３１の出力電圧は、充電制御回路３３２、ＡＤＣ２１０、プルアップ用電源回路２１１、ＮＦＣ電源回路３３３に伝達される。また、上記降圧回路３３１の出力電圧や、バッテリ３４の出力電圧は、システム電源出力端子ＳＹＳを介して外部出力可能とされる。

充電制御回路３３２は、充電端子ＲＩＣＨＧ及びバッテリ接続端子ＢＡＴを介してバッテリ３４の充電を行う。また、バッテリ３４の出力電圧は、この充電制御回路３３２を介してシステム電源出力端子ＳＹＳ伝達可能とされる。

ＡＤＣ２１０は、バッテリ電圧端子ＶＢＡＴを介してバッテリ３４の出力電圧を取り込み、それをデジタルデータに変換する。また、ＡＤＣ２１０は、サーミスタ接続端子ＴＨを介して、サーミスタ２１４による温度検出結果を取り込み、それをデジタルデータに変換する。ＡＤＣ２１０のデジタル信号出力は降圧回路３３１の内の論理回路に伝達される。

プルアップ用電源回路２１１は、サーミスタ電源端子ＴＨＶＤＤ及び抵抗２１３を介してサーミスタ２１４にプルアップ用の電源電圧を供給する。

ＮＦＣ電源回路３３３は、上記降圧回路３３１の出力に基づいて上記ＮＦＣ制御部３５の動作用電源電圧を形成する。このＮＦＣ電源回路３３３の出力電圧は、ＮＦＣ電源出力端子ＶＤＤ１，ＶＤＤ２を介して上記ＮＦＣ制御部３５に供給される。本例では、特に制限されないが、上記ＮＦＣ制御部３５に適用されるマイクロコンピュータとの関係で、ＮＦＣ電源出力端子ＶＤＤ１を介して３．０Ｖが出力され、ＮＦＣ電源出力端子ＶＤＤ２を介して１．８Ｖが出力されるようになっている。

上記降圧回路３３１は、スイッチングレギュレータ（ＤＣ−ＤＣコンバータ）２００、電流制限用素子２０４、スイッチ素子２０６，２０８、シリーズレギュレータ２０５、選択制御回路２０７、論理回路２０９を含む。

スイッチングレギュレータ２００は、スイッチング回路２０１、インダクタ２０２、キャパシタ２０３を含み、整流回路３２の出力電圧を降圧する。

スイッチング回路２０１は、電源入力端子ＶＩＮを介して入力された電圧から必要なエネルギーをスイッチングにより取り出す。スイッチング回路２０１の出力が、インダクタ２０２やキャパシタ２０３に供給されることで、所定レベルの直流電圧が形成される。スイッチング回路２０１は、例えば図３に示されるように、スイッチ素子４０１、ダイオード４０２、誤差増幅器４０３、基準電圧源４０４、ＰＷＭ（pulse width modulation）コンパレータ４０５とを含んで構成することができる。誤差増幅器４０３は、基準電圧源４０４の基準電圧と、出力端子ＤＤＯＵＴ２の電圧との差分を増幅する。誤差増幅器４０３の出力はＰＷＭコンパレータ４０５に伝達される。ＰＷＭコンパレータ４０５は、誤差増幅器４０３の出力と、内部で生成したのこぎり波とを比較してＰＷＭ信号を形成する。形成されたＰＷＭ信号によってスイッチ素子４０１のスイッチング動作が制御される。ダイオード４０２は、スイッチ素子４０１のオフ期間にインダクタ２０２へ電流供給を維持するために設けられる。スイッチ素子４０１には、ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタを適用することができる。またダイオード４０２はPWMコンパレータで制御されるｎチャネル型MNOSトランジスタで置き換えることができる。

図２における電流制限用素子２０４は、上記スイッチングレギュレータ２００の保護のため、上記スイッチングレギュレータ２００の出力電流を制限するために設けられる。この電流制限用素子２０４を介して、上記スイッチングレギュレータ２００の出力が充電制御回路３３２やシステム電源出力端子ＳＹＳ等に伝達される。電流制限用素子２０４には、ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタを適用することができる。

スイッチ素子２０８は、上記スイッチングレギュレータ２００の出力電圧が上記ＮＦＣ電源回路３３３に伝達される経路（スイッチングレギュレータの出力経路（又は第１経路）ＰＴ１を選択するために設けられる。スイッチ素子２０６は、上記スイッチングレギュレータ２００を迂回するための迂回経路（又は第２経路）ＰＴ２を選択するために設けられる。すなわち、迂回経路（又は第２経路）ＰＴ２は、上記整流回路３２の出力電圧を、上記スイッチングレギュレータ２００を介することなく、上記シリーズレギュレータ２０５を介して上記ＮＦＣ電源回路３３３に伝達する為の経路とされ、上記出力経路（又は第１経路）ＰＴ１とは異なる経路とされる。言い換えるならば、上記出力経路又は第１経路（ＰＴ１）は、スイッチングレギュレータ２００の出力を上記ＮＦＣ電源回路３３３の入力へ結合する為の経路である。上記迂回経路（又は第２経路）ＰＴ２は、上記整流回路３２の出力を上記ＮＦＣ電源回路３３３の入力に結合する為の経路である。上記迂回経路（又は第２経路）ＰＴ２は、上記整流回路３２の出力を上記ＮＦＣ電源回路３３３の入力に、上記スイッチングレギュレータ２００とは異なる他のレギュレータ（シリーズレギュレータ２０５）を介して結合される。

上記スイッチ素子２０６，２０８は、上記スイッチングレギュレータ２００の出力経路ＰＴ１と、迂回経路ＰＴ２とを選択可能な選択回路として機能する。スイッチ素子２０６，２０８には、ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタを適用することができる。

上記スイッチ素子２０６，２０８の選択動作は、選択制御回路２０７によって制御される。選択制御回路２０７は、上記ＮＦＣ制御部３５の起動時には、スイッチ素子２０６に上記迂回経路ＰＴ２を選択させることで、上記迂回経路ＰＴ２を上記ＮＦＣ電源回路３３３に結合させる。また、選択制御回路２０７は、上記スイッチングレギュレータ２００の出力電圧が所定レベルに達した後又は安定した後は、スイッチ素子２０８に上記スイッチングレギュレータ２００の出力経路ＰＴ１を選択させることで、上記スイッチングレギュレータ２００の出力を上記ＮＦＣ電源回路３３３に供給する。このような選択制御回路２０７は、例えば図６に示されるように、スイッチングレギュレータ２００の出力と基準電圧源６０１の基準電圧との比較を行うコンパレータ６０２と、このコンパレータ６０２での比較結果に基づいてスイッチ素子２０６，２０８の選択動作を制御するためのコントローラ６０３とを含んで成る。スイッチ素子２０６，２０８は、基本的には、コントローラ６０３により相補的にオンオフの切替えが行われる。つまり、スイッチ素子２０６がオンされることでシリーズレギュレータ２０５の出力がプルアップ用電源回路２１１やＮＦＣ電源回路３３３に供給される場合には、スイッチ素子２０８はオフされる。一方、スイッチ素子２０８がオンされることでスイッチングレギュレータ２００の出力がプルアップ用電源回路２１１やＮＦＣ電源回路３３３に供給される場合には、スイッチ素子２０６はオフされる。このような切替えにおいて、スイッチ素子２０６，２０８のオフ期間が重複すると、プルアップ用電源回路２１１やＮＦＣ電源回路３３３に供給される電圧の瞬断により、電源ノイズが発生するおそれがある。そこで、上記選択制御回路２０７は、図７に示されるように、スイッチ素子２０８が非選択状態（ＯＦＦ状態）から選択状態（ＯＮ状態）に遷移されて上記スイッチングレギュレータ２００の出力経路ＰＴ１が選択されてから、上記スイッチ素子２０６を非選択状態（ＯＦＦ状態）に制御するように制御する。つまり、スイッチ素子２０６，２０８の双方がオン状態となるオーバーラップ期間７０１を設けることにより、プルアップ用電源回路２１１やＮＦＣ電源回路３３３に供給される電圧の瞬断を防止して、電源ノイズの発生を阻止するようにしている。

図２におけるシリーズレギュレータ２０５は、上記整流回路３２とスイッチ素子２０６との間に配置される。シリーズレギュレータ２０５は、上記スイッチングレギュレータ２００に上記整流回路３２の出力電圧が供給されてから上記スイッチングレギュレータ２００の出力電圧が安定するまでに要する時間よりも短い時間で、上記整流回路３２の出力電圧を所定レベルに降圧して出力する。シリーズレギュレータ２０５には、例えば図４に示されるようなロードロップアウト（「ＬＤＯ」と略記する）レギュレータを適用することができる。図４に示されるＬＤＯレギュレータは、電圧源３０１、誤差増幅器３０２、ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ３０３、抵抗３０４，３０５を含んで成る。ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ３０３は、迂回経路ＰＴ２上に設けられる。ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ３０３の出力側の電圧が抵抗３０４，３０５の直列接続回路によって検出され、この検出結果と、基準電圧源３０１の基準電圧との差分が誤差増幅器３０２によって増幅され、この誤差増幅器３０２の出力によってｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ３０３のオン抵抗値が制御される。このような制御により、シリーズレギュレータ２０５の入力電圧がｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ３０３によって降下される。

尚、ＮＦＣ電源回路３３３において、図４に示されるようなＬＤＯレギュレータを２系統設けることによって、３．０Ｖと１．８Ｖの２種類の出力電圧を形成することができる。

図２における論理回路２０９は、各種制御用レジスタを含み、入力されるクロック信号に従って、充電制御回路３３２に対してバッテリ充電についての条件設定を行う。上記クロック信号は、電源部チップ３３Ｃの内部又は外部で生成される。論理回路２０９は、シリアルインタフェース端子ＳＩＦや入出力端子ＩＯを介してＮＦＣ制御部３５に結合され、このＮＦＣ制御部３５との間で各種制御情報等のやり取りを行う。また、バッテリ３４の充電状態は、充電ステータス信号ＣＳＳによって充電制御回路３３２から論理回路２０９に伝達される。論理回路２０９は、チップ内の温度検知結果や、ＡＤＣ２１０の出力（バッテリ３４の端子電圧情報や、バッテリ３４の温度情報）ＤＯに基づいて、バッテリ充電のための条件情報ＰＩを充電制御回路３３２に対して設定する。この設定に従って充電制御回路３３２によりバッテリ充電が行われる。論理回路２０９の動作用電源電圧は、電源入力端子ＶＩＮを介して入力された電圧に基づいて、上記スイッチングレギュレータ２００やシリーズレギュレータ２０５とは、別個のレギュレータによって形成することができる。

上記の構成において、送電側装置２におけるコイルアンテナ２４に、受電側装置３におけるコイルアンテナが接近されると、送電側装置２と受電側装置３との間で、相手が正規の充電対象であるか否かや、リンクの状況や充電に必要な電力などの情報交換のための初期通信（ＮＦＣ通信）が行われる。この初期通信による情報交換に基づいて、送電側装置２及び受電側装置３において各部の設定が行われる。ＮＦＣ通信規格によれば、例えば図５に示されるように、ＲＦパワーの立上りから上記初期通信が可能となるまでの時間を例えば５ｍｓ以下にしなければならない。

スイッチングレギュレータ２００では、ＰＷＭコンパレータ４０５の出力に基づいてｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ４０１でスイッチングが行われるため、所定の直流電圧を得るのに、インダクタ２０２やキャパシタ２０３が不可欠であり、インダクタ２０２を介してキャパシタ２０３に充電が行われるために、出力電圧が安定するのに時間がかかる。従って、このスイッチングレギュレータ２００の出力電圧に基づいて、ＮＦＣ制御部３５を起動させると、受電側装置３におけるＲＦパワーの立上りから上記初期通信が可能となるまでの時間を例えば５ｍｓ以下にすることが困難になる。

これに対して、図２に示される構成によれば、受電側装置３におけるコイルアンテナ３６に誘起された電圧が整流回路３２で整流されてシリーズレギュレータ２０５に伝達されると、このシリーズレギュレータ２０５で降圧され、その出力がスイッチ素子２０６を介してＮＦＣ電源回路３３３に供給される。図４に示されるようなＬＤＯレギュレータでは、インダクタ２０２やキャパシタ２０３が存在しないので、スイッチングレギュレータ２００よりも短い時間で出力電圧が安定する。従って、スイッチングレギュレータ２００の出力をＮＦＣ電源回路３３３に供給し、その場合のＮＦＣ電源回路３３３の出力によってＮＦＣ制御部３５を起動することにより、受電側装置３におけるＲＦパワーの立上りから上記初期通信が可能となるまでの時間を例えば５ｍｓ以下にする要求を達成することが可能になる。

一方、ＮＦＣ制御部３５においては、上記初期通信（ＮＦＣ通信）が行われる場合には消費電流が比較的少ないため、シリーズレギュレータ２０５におけるｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ３０３で発生するジュール熱は許容することができる。しかし、ＮＦＣ制御部３５における上記初期通信（ＮＦＣ通信）以外の動作モードによっては、消費電流が多くなる場合が考えられ、そうすると、シリーズレギュレータ２０５におけるｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ３０３で発生するジュール熱を許容できなくなる。

そこで、図２に示される構成によれば、上記スイッチングレギュレータ２００の出力電圧が所定レベルに達した後は、スイッチ素子２０８に上記スイッチングレギュレータ２００の出力経路ＰＴ１を選択させることで、上記スイッチングレギュレータ２００の出力を上記ＮＦＣ電源回路３３３に供給する。上記スイッチングレギュレータ２００の出力の上記ＮＦＣ電源回路３３３への供給が開始されると、選択制御回路２０７によってスイッチ素子２０６がオフされるので、シリーズレギュレータ２０５の出力は消費されなくなる。上記スイッチングレギュレータ２００では、スイッチング動作が行われるため、電力損失が小さく、高効率を得ることができるので、そこでの発熱量はＬＤＯレギュレータに比べて少ない。

送電側装置２と受電側装置３との間で、相手が正規の充電対象であるか否かや、リンクの状況や充電に必要な電力などの情報交換のための初期通信（ＮＦＣ通信）が行われ、この初期通信による情報交換に基づいて、送電側装置２及び受電側装置３において各部の設定が行われると、充電制御回路３３２の制御によりバッテリ３４の充電が開始される。バッテリ３４の端子電圧がＡＤＣ２１０を介して論理回路２０９でモニタされる。バッテリ３４の端子電圧が所定レベルに達すると、ワイヤレスによるバッテリ充電が終了される。また、受電側装置３が送電側装置２から離れてしまい、ＮＦＣ通信が正常に行われなくなった場合には、バッテリ充電が中断される。

《実施の形態２》
実施の形態１では、図２に示されるように、電源入力端子ＶＩＮとスイッチ素子２０６との間にシリーズレギュレータ２０５が配置されているが、このシリーズレギュレータ２０５を省略して、スイッチ素子２０６を電源入力端子ＶＩＮに接続するようにしても良い。かかる構成によれば、シリーズレギュレータ２０５が省略されたことにより、整流回路３２から電源入力端子ＶＩＮに伝達された電圧がスイッチ素子２０６を介してプルアップ用電源回路２１１やＮＦＣ電源回路３３３に供給される。整流回路３２から電源入力端子ＶＩＮに伝達された電圧は数十Ｖであり、それがプルアップ用電源回路２１１やＮＦＣ電源回路３３３に供給されることになるため、プルアップ用電源回路２１１やＮＦＣ電源回路３３３での降圧の負担が大きくなる。しかし、シリーズレギュレータ２０５の省略により、降圧回路３３１の回路規模は、図２に示される場合に比べて縮小される。

以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、電源部３３とＮＦＣ制御部３５とを１個のＩＣで構成しても良い。

１ ワイヤレス充電システム
２ 送電側装置
３ 受電側装置
２１ 変調制御回路
２２ ドライバ変調回路
２３ 整合回路
２４ コイルアンテナ
２５ ＮＦＣ制御部
３６ コイルアンテナ
３１ 整合回路
３２ 整流回路
３３ 電源部
３４ バッテリ
３５ ＮＦＣ制御部
２００ スイッチングレギュレータ
２０１ スイッチング回路
２０２ インダクタ
２０３ キャパシタ
２０５ シリーズレギュレータ
２０６，２０８ スイッチ素子
２０７ 選択制御回路
２０９ 論理回路
２１０ ＡＤＣ
２１１ プルアップ用電源回路
２５１ 制御回路
２５２ メモリ回路
２５３ 通信回路
３３１ 降圧回路
３３２ 充電制御回路
３３３ ＮＦＣ電源回路
３５１ 通信回路
３５２ メモリ回路
３５３ 制御回路
ＰＴ１ スイッチングレギュレータの出力経路（第１経路）
ＰＴ２ 迂回経路（第２経路）

Claims (13)

1. コイルアンテナと、
   上記コイルアンテナを介して行われる近距離無線通信を制御可能な通信制御部と、
   上記コイルアンテナを介して得られた交流信号を整流するための整流回路と、
   上記整流回路に結合された電源部と、を含み、
   上記電源部は、上記整流回路の出力を降圧するための降圧回路と、
   上記降圧回路の出力を用いてバッテリの充電を行うための充電制御回路と、
   上記降圧回路の出力に基づいて上記通信制御部の動作用電源電圧を形成するための通信制御部用電源回路と、を含み、
   上記降圧回路は、上記整流回路から出力された電圧を降圧可能なスイッチングレギュレータと、
   上記スイッチングレギュレータの出力経路と、上記スイッチングレギュレータを迂回するための迂回経路とを選択可能な選択回路と、
   上記通信制御部の起動時には、上記選択回路に上記迂回経路を選択させることで、上記迂回経路を介して上記通信制御部用電源回路への電圧供給を行い、上記スイッチングレギュレータの出力電圧が所定レベルに達した後は、上記選択回路に上記スイッチングレギュレータの出力経路を選択させることで、上記スイッチングレギュレータの出力を上記通信制御部用電源回路に供給するための選択制御回路と、を含むワイヤレス充電回路。
2. 上記選択回路は、上記選択制御回路の制御によって上記スイッチングレギュレータの出力経路を選択可能な第１スイッチ素子と、上記選択制御回路の制御によって上記迂回経路を選択可能な第２スイッチ素子と、を含む請求項１記載のワイヤレス充電回路。
3. 上記選択制御回路は、上記第１スイッチ素子が非選択状態から選択状態に遷移されて上記スイッチングレギュレータの出力経路が選択されてから、上記第２スイッチ素子を非選択状態に制御する請求項２記載のワイヤレス充電回路。
4. 上記通信制御部は、マイクロコンピュータとされる請求項３記載のワイヤレス充電回路。
5. 上記整流回路と上記第２スイッチ素子との間には、シリーズレギュレータが配置され、
   上記シリーズレギュレータは、上記スイッチングレギュレータに上記整流回路の出力電圧が供給されてから上記スイッチングレギュレータの出力電圧が安定するまでに要する時間よりも短い時間で、上記整流回路の出力電圧を所定レベルに降圧して出力する請求項４記載のワイヤレス充電回路。
6. 上記第２スイッチ素子は、上記整流回路の出力を選択する請求項４記載のワイヤレス充電回路。
7. 送電側装置と、上記送電側装置から非接触状態で受電可能な受電側装置と、を含み、
   上記受電側装置は、コイルアンテナと、
   上記送電側装置との間で上記コイルアンテナを介して行われる近距離無線通信を制御可能な通信制御部と、
   上記コイルアンテナを介して得られた交流信号を整流するための整流回路と、
   上記整流回路に結合された電源部と、を含み、
   上記電源部は、上記整流回路の出力を降圧するための降圧回路と、
   上記降圧回路の出力を用いてバッテリの充電を行うための充電制御回路と、
   上記降圧回路の出力に基づいて上記通信制御部の動作用電源電圧を形成するための通信制御部用電源回路と、を含み、
   上記降圧回路は、上記整流回路から出力された電圧を降圧可能なスイッチングレギュレータと、
   上記スイッチングレギュレータの出力経路と、上記スイッチングレギュレータを迂回するための迂回経路とを選択可能な選択回路と、
   上記通信制御部の起動時には、上記選択回路に上記迂回経路を選択させることで、上記迂回経路を介して上記通信制御部用電源回路への電圧供給を行い、上記スイッチングレギュレータの出力電圧が所定レベルに達した後は、上記選択回路に上記スイッチングレギュレータの出力経路を選択させることで、上記スイッチングレギュレータの出力を上記通信制御部用電源回路に供給するための選択制御回路と、を含むワイヤレス充電システム。
8. アンテナを介して得られた交流信号を整流するための整流回路と、
   上記整流回路に結合された電源部と、を含み、
   上記電源部は、上記整流回路の出力電圧を降圧するための降圧回路と、
   上記アンテナを介して行われる近距離無線通信を制御可能な通信制御部の動作用電源電圧を上記降圧回路の出力電圧に基づいて形成するための電源回路と、を含み、
   上記降圧回路は、上記整流回路の出力電圧を降圧する為のＤＣ−ＤＣコンバータに含まれるスイッチング回路と、
   上記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力と上記電源回路の入力との間の第１経路と、上記整流回路の出力と上記電源回路の入力と間の上記第１経路とは異なる第２経路とを選択可能な選択回路と、
   上記通信制御部の起動時、上記選択回路に上記第２経路を選択させ、その後において、上記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧が所定レベルに達した後又は安定した後、上記選択回路に上記第１経路を選択させるための選択制御回路と、を含む半導体装置。
9. 上記降圧回路の出力を用いてバッテリの充電を行うための充電制御回路を、さらに含む請求項８記載の半導体装置。
10. 上記選択回路は、上記選択制御回路の制御によって上記第１経路を選択可能な第１スイッチ素子と、上記選択制御回路の制御によって上記第２経路を選択可能な第２スイッチ素子と、を含む請求項９記載の半導体装置。
11. 上記選択制御回路は、上記第１スイッチ素子が非選択状態から選択状態に制御することにより上記第１経路を選択した後、上記第２スイッチ素子を選択状態から非選択状態に制御する請求項１０記載の半導体装置。
12. 上記整流回路と上記第２スイッチ素子との間に設けられたシリーズレギュレータを含み、
    上記シリーズレギュレータは、上記ＤＣＤＣコンバータに上記整流回路の出力電圧が供給されてから上記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧が安定するまでに要する時間よりも短い時間で、上記整流回路の出力電圧を所定レベルに降圧して出力する請求項１１記載の半導体装置。
13. 上記第２スイッチ素子は、上記整流回路の出力を選択する請求項１２記載の半導体装置。

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