JP2018061349A - 電力伝送装置及び電力伝送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】無受電状態又は不安定な受電状態の場合に電力伝送路を確実に遮断することが可能な電力伝送装置及び電力伝送方法を提供する。
【解決手段】電力伝送装置３０は、外部から電力を受電する受電部ＲＥと、受電部によって受電された受電電力をバッテリ２０に伝送する電力伝送路ＳＬと、電力伝送路を遮断する伝送遮断スイッチＳＢと、受電部の受電電力を動作電力とし、バッテリの状態を示すバッテリ状態信号を受信し、バッテリ状態信号に基づいて伝送遮断スイッチの導通及び非導通を切替える伝送制御回路と、バッテリから電力供給を受けて受電部からの受電電力を監視し、受電電力が所定値未満の場合、伝送遮断スイッチを強制的に非導通状態とする遮断制御回路と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、送電装置から電力をバッテリ等に伝送する電力伝送装置及び電力伝送方法に関する。

近年、スマートフォンやスマートウォッチ、腕時計、イヤホンなどの電子制御された電子機器のバッテリを非接触（無接点）で充電する技術が普及し始めている。また、太陽光や熱、振動などの環境エネルギによる発電、いわゆるエナジーハーベストを用いてバッテリの充電用の電源や電子機器の動作電源とする技術が一般化されつつある。

例えば、特許文献１には、電磁誘導により電力が発生する少なくともループ状の導電体を備えた電子機器が開示されている。また、特許文献２には、充電台側の電源コイルと誘導コイルとを電磁結合させることで無接点充電可能な電池駆動機器が開示されている。

特開2008-206296号公報 特開2013-118719号公報

非接触電力伝送やエナジーハーベストによる電力伝送は、接点式の電力伝送などに比べて大幅に利便性が向上した電力伝送方式と言える。しかし、これらの電力伝送方式は、伝送元となる送電側の電力が不安定になる場合があること、及び意図しないタイミングで受電を行う場合があるという課題を有している。

例えば、非接触電力伝送の場合、無受電状態であっても、電子レンジやＩＨ調理器などからの磁界の影響で、意図しないタイミングで不安定な受電を行う場合がある。また、エナジーハーベストでは、天候の変化などで太陽光の受光量が変化し、発電電圧（受電電圧）が不安定となる場合がある。これらの場合、バッテリへの充電状態が不安定となる場合や、バッテリからの電流の逆流によって無駄に電力を消費する場合、機器の動作が不安定となる場合がある。

また、非接触電力伝送に限らず、接点式の電力伝送方法においても、例えば断線などの接続不良によって電力伝送が不安定となると、バッテリの充電状態や機器の動作状態が不安定となる場合がある。

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、無受電状態又は不安定な受電状態の場合に電力伝送路を確実に遮断することが可能な電力伝送装置及び電力伝送方法を提供することを課題の１つとしている。

本発明による電力伝送装置は、外部から電力を受電する受電部と、受電部によって受電された受電電力をバッテリに伝送する電力伝送路と、電力伝送路を遮断する伝送遮断スイッチと、受電部の受電電力を動作電力とし、バッテリの状態を示すバッテリ状態信号を受信し、バッテリ状態信号に基づいて伝送遮断スイッチの導通及び非導通を切替える伝送制御回路と、バッテリから電力供給を受けて受電部からの受電電力を監視し、受電電力が所定値未満の場合、伝送遮断スイッチを強制的に非導通状態とする遮断制御回路と、を有することを特徴としている。

また、本発明による電力伝送方法は、受電部によって外部から受電した受電電力をバッテリに伝送する電力伝送方法であって、受電部及びバッテリ間の接続及び非接続を切替えてバッテリへの電力伝送を制御するステップと、受電部からの受電電力が所定値未満の場合、受電部及びバッテリ間を強制的に非接続状態とするステップと、を含むことを特徴としている。

本発明による電力伝送装置は、受電部からの受電電力が所定値未満である場合に、他の制御手段による制御状態に関わらずバッテリへの電力伝送路を強制的に遮断する。また、この遮断動作を行う遮断制御回路はバッテリによって動作する。従って、無受電状態又は不安定な受電状態の場合に確実に電力伝送路を遮断することができ、バッテリ２０からの電流の逆流による無駄な電力消費を抑えることができる。

実施例１に係る電力伝送装置を含む電子機器の構成を示すブロック図である。 実施例１に係る電力伝送装置の構成を示す回路図である。 （ａ）は、実施例１に係る電力伝送装置の遮断制御回路の構成を示すブロック図であり、（ｂ）は、当該遮断制御回路の構成例を示す回路図である。 実施例１に係る電力伝送装置の電力伝送制御フローを示すフロー図である。 実施例１の変形例に係る電力伝送装置におけるインターフェース遮断回路の構成を示す回路図である。 実施例２に係る電力伝送装置の構成を示す回路図である。 （ａ）は、実施例２に係る電力伝送装置の遮断制御回路の構成を示すブロック図であり、（ｂ）は、当該遮断制御回路の構成例を示す回路図である。 実施例３に係る電力伝送装置の構成を示す回路図である。 実施例３に係る電力伝送装置の保護回路の構成を示す回路図である。

以下に本発明の実施例について詳細に説明する。

図１は、実施例１に係る電力伝送装置３０が受電部として搭載された電子機器１０の構成を示すブロック図である。本実施例においては、電子機器１０は、例えばスマートウォッチやスマートフォンなどの携帯端末である。例えば、本実施例においては、電子機器１０は、ユーザインターフェースとしてのタッチパネル式ディスプレイ１１、スピーカ１２及びボタン１３を有する。また、電子機器１０は、外部との通信を行う通信部１４、各種の演算を行い、ユーザインターフェースなどの動作制御を行う機器制御部１５、及び各種の入出力情報及び演算情報を記憶するメモリ１６を有する。機器制御部１５は、例えばマイコンである。

また、本実施例においては、電子機器１０の動作電源となるバッテリ２０と、外部の送電装置（外部電源）４０から非接触で電力を受電し、バッテリ２０に電力を伝送する電力伝送装置３０とを有する。例えば、送電装置４０は、例えば１３．５６ＭＨｚの交流磁界を生成するコイルアンテナを有する。電力伝送装置３０はこの交流磁界を電力に変換して受電動作を行う。そして、電力伝送装置３０は、受電した電力をバッテリ２０に伝送するとともに、電子機器１０内に電力を供給する。換言すれば、本実施例においては、電力伝送装置３０は、ワイヤレス給電装置である。

図２は、電力伝送装置３０の構成を示す回路図である。電力伝送装置３０は、外部から電力を受電する受電部ＲＥを有する。本実施例においては、受電部ＲＥは、送電装置４０からの交流磁界を受けるコイルＬ、コイルＬの両端間に接続されたキャパシタＣ１、及びキャパシタＣ１の両端に接続された整流回路ＲＦを有する。受電部ＲＥは、コイルＬ及びキャパシタＣ１によって交流磁界を交流電流に変換し、整流回路ＲＦによって直流電圧（電力）に変換する。

本実施例においては、整流回路ＲＦは集積回路ＩＣ内に集積され、コイルＬ及びキャパシタＣ１は集積回路ＩＣの外付け部品として集積回路ＩＣに接続されている。集積回路ＩＣは、キャパシタＣ１の両端に接続された受電端子Ｔ１及びＴ２を有する。

整流回路ＲＦは、図２に示すように、受電端子Ｔ１及びＴ２にそれぞれアノード端子が接続されたダイオードＤ１及びＤ２と、ダイオードＤ１及びＤ２のアノード端子にカソード端子がそれぞれ接続されたダイオードＤ３及びＤ４と、ダイオードＤ１及びＤ２のカソード端子に一端が接続されたキャパシタＣ２と、を有する。ダイオードＤ３及びＤ４のアノード端子及びキャパシタＣ２の他端は接地されている。

また、電力伝送装置３０は、受電部ＲＥからバッテリ２０に電力を伝送する電力伝送路（以下、単に伝送路と称する）ＳＬと、伝送路ＳＬの接続及び非接続（遮断）を切替える伝送遮断スイッチＳＢとを有する。具体的には、集積回路ＩＣ内にはバッテリ２０の一端（プラス端子）に接続された電力伝送端子（以下、給電端子と称する）Ｔ３が設けられ、受電部ＲＥは伝送路ＳＬを介して給電端子Ｔ３に接続されている。

また、本実施例においては、伝送路ＳＬは、本実施例においては、受電部ＲＥの出力ノードＮ１及び給電端子Ｔ３間の集積回路ＩＣ内の配線である。また、伝送遮断スイッチＳＢは、伝送路ＳＬにソース及びドレインが接続されたＰチャネルＭＯＳＦＥＴである。また、伝送遮断スイッチＳＢとしてのＰチャネルＭＯＳＦＥＴのソース及びゲート間には抵抗Ｒ１が接続されている。

電力伝送装置３０は、受電部ＲＥの受電電力を動作電力として動作し、バッテリ２０の状態（例えば充電電圧）に基づいて伝送遮断スイッチＳＢの導通及び非導通を切替える伝送制御回路３１を有する。伝送制御回路３１は、本実施例においては機器制御部１５から、バッテリ２０の状態を示すバッテリ状態信号ＢＳを受信し、バッテリ状態信号ＢＳに基づいて伝送遮断スイッチＳＢの導通及び非導通（すなわち伝送路ＳＬを遮断するか否か）を切替える。なお、伝送制御回路３１は、例えばマイコンである。

なお、受電部ＲＥは、整流回路ＲＦからの出力電圧を昇降圧するレギュレータ（図示せず）を有していてもよい。すなわち、受電部ＲＥは、例えばバッテリ２０の仕様に応じ、電圧レベルなどを調節した電圧を出力してもよい。この場合、当該レギュレータの動作制御は、伝送制御回路３１によって行われることができる。例えば、伝送制御回路３１は、バッテリ状態信号ＢＳに基づいて受電部ＲＥ内で受電電圧として出力する電圧の電圧レベルを調節する信号を受電部ＲＥに出力することができる。

また、電力伝送装置３０は、バッテリ２０から電力供給を受けて伝送遮断スイッチＳＢの導通及び非導通を切替える遮断制御回路３２を有する。まず、本実施例においては、遮断制御回路３２は、電源端子Ｔ４を介してバッテリ２０に接続されている。また、遮断制御回路３２は、受電部ＲＥからの受電電力を監視し、受電電力が所定値未満の場合、伝送遮断スイッチＳＢを強制的に非導通状態とする。

つまり、本実施例においては、全く受電を行っていない無受電状態を含め、受電電力が所定値未満の場合、伝送遮断スイッチＳＢは、バッテリ２０から電力供給を受けている遮断制御回路３２によって、伝送制御回路３１による伝送遮断スイッチＳＢの切替よりも優先されて非導通状態となる。

例えば、図２に示すように、電力伝送装置３０は、伝送遮断スイッチＳＢの導通及び非導通を切替える制御スイッチ（第１の制御スイッチ）Ｓ１と、制御スイッチＳ１に直列に接続された制御スイッチ（第２の制御スイッチ）Ｓ２とを有する。伝送制御回路３１及び遮断制御回路３２は、それぞれ制御スイッチＳ１及びＳ２の導通及び非導通を切替える制御信号ＣＳ１及びＣＳ２を生成して出力する。そして、伝送制御回路３１及び遮断制御回路３２は、制御スイッチＳ１及びＳ２の導通及び非導通を切替えることによって、伝送遮断スイッチＳＢの導通及び非導通、すなわち受電部ＲＥ及びバッテリ２０間の接続及び非接続を切替える。

また、本実施例においては、伝送遮断スイッチＳＢとしてのＰチャネルＭＯＳＦＥＴのゲートには、制御スイッチＳ１及びＳ２として、２つのＮチャネルＭＯＳＦＥＴが直列に接続されている。また、本実施例においては、制御スイッチＳ１としてのＮチャネルＭＯＳＦＥＴのソースは接地されている。なお、制御スイッチＳ１及びＳ２の接続順序は問わない。例えば制御スイッチＳ２の一端が接地されるように制御スイッチＳ１及びＳ２が直列に接続されていてもよい。

伝送制御回路３１の入力端子は伝送路ＳＬにおける受電部ＲＥの出力ノードＮ１に接続され、出力端子は制御スイッチＳ１の制御端子（ＮチャネルＭＯＳＦＥＴのゲート）に接続されている。また、遮断制御回路３２の入力端子は受電部ＲＥの出力ノードＮ１に接続され、出力端子はスイッチＳ２の制御端子（ＮチャネルＭＯＳＦＥＴのゲート）に接続されている。

また、本実施例においては、伝送制御回路３１は、電子機器１０の機器制御部１５に接続されている。具体的には、電力伝送装置３０は、集積回路ＩＣ内に、伝送制御回路３１と機器制御部１５（外部回路）とを接続するインターフェース端子Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７及びＴ８を有する。伝送制御回路３１は、入出力回路ＩＯを介してインターフェース端子Ｔ５〜Ｔ８に接続されている。また、本実施例においては、電力伝送装置３０は、入出力回路ＩＯ（伝送制御回路３１）とインターフェース端子Ｔ５〜Ｔ８（機器制御部１５）との間にインターフェース遮断回路３３を有する。

本実施例においては、機器制御部１５は、バッテリ２０に接続され、バッテリ２０における充電仕様（容量や許容充電電圧）や、バッテリ２０の充電状態などを示すバッテリ状態信号ＢＳを伝送制御回路３１に送信する。伝送制御回路３１は、受信したバッテリ２０の状態信号ＢＳに基づいて電力伝送を行う制御をなす。例えば、バッテリ状態信号ＢＳは、機器制御部１５からインターフェース端子Ｔ５を介して伝送制御回路３１に送信される。また、伝送制御回路３１は、機器制御部１５に対し、例えば電力伝送状況などを外部に出力する（例えばディスプレイ１１に表示する）ための情報を含む信号を送信する。

伝送制御回路３１及び機器制御部１５間のこれらの信号の入出力は、入出力回路ＩＯを介してインターフェース端子Ｔ５〜Ｔ８によって行われる。インターフェース遮断回路３３は、インターフェース端子Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７及びＴ８と入出力回路ＩＯとの間にそれぞれ設けられたインターフェース遮断スイッチＳ３、Ｓ４、Ｓ５及びＳ６からなる。本実施例においては、インターフェース遮断スイッチＳ３〜Ｓ６の各々は、インターフェース端子Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７及びＴ８と入出力回路ＩＯとの間にそれぞれドレイン及びソースが設けられたＮチャネルＭＯＳＦＥＴからなる。

本実施例においては、遮断制御回路３２は、受電電力が所定値未満の場合、インターフェース遮断スイッチＳ３〜Ｓ６を非導通状態とする制御信号ＣＳ２を生成する。遮断制御回路３２は、インターフェース遮断スイッチＳ３〜Ｓ６の制御端子（ＮチャネルＭＯＳＦＥＴのゲート）に制御信号ＣＳ２を出力する。

図３（ａ）は、遮断制御回路３２の構成を示すブロック図であり、図３（ｂ）はその構成例を示す回路図である。遮断制御回路３２は、基準電圧を生成する基準電圧生成回路３２Ａと、受電部ＲＥからの受電電圧及び基準電圧とを比較するコンパレータ３２Ｂとを有する。遮断制御回路３２は、コンパレータ３２Ｂによる比較結果信号を制御信号ＣＳ２としてスイッチＳ２に供給する。また、図３（ａ）に示すように、基準電圧生成回路３２Ａ及びコンパレータ３２Ｂは、バッテリ２０から電力供給を受けて動作する。

図３（ｂ）に基準電圧生成回路３２Ａ及びコンパレータ３２Ｂの構成例を示す。基準電圧生成回路３２Ａは、電源端子Ｔ４を介してバッテリ２０に一端が接続された抵抗Ｒ１１と、抵抗Ｒ１１の他端に接続されたトランジスタＴＲ１とからなる。トランジスタＴＲ１は、本実施例においてはＮチャネルＭＯＳＦＥＴであり、ドレイン及びゲートが抵抗Ｒ１１の他端に接続され、ソースが接地されている。

コンパレータ３２Ｂは、バッテリ２０に接続されたトランジスタＴＲ２及びＴＲ３と、トランジスタＴＲ２及びＴＲ３にそれぞれ接続されたトランジスタＴＲ４及びＴＲ５と、トランジスタＴＲ４及び５に接続されたトランジスタＴＲ６とからなる。本実施例においては、トランジスタＴＲ２及びＴＲ３はＰチャネルＭＯＳＦＥＴからなる。また、トランジスタＴＲ４〜ＴＲ６はＮチャネルＭＯＳＦＥＴからなる。トランジスタＴＲ６のソースは接地されている。

図３（ｂ）に示すように、抵抗Ｒ１１とトランジスタＴＲ１のドレインとの接続端は、コンパレータ３２ＢのトランジスタＴＲ５のゲートに接続されている。また、トランジスタＴＲ１のゲートはコンパレータ３２ＢのトランジスタＴＲ６のゲートに接続されている。また、コンパレータ３２ＢのトランジスタＴＲ４のゲートは受電部ＲＥに接続されている。また、トランジスタＴＲ３のソースとトランジスタＴＲ５のドレインとの接続端は制御スイッチＳ１及びインターフェース遮断回路３３に接続されている。

図４は、伝送制御回路３１及び遮断制御回路３２による電力伝送装置３０の電力伝送フローの一例を示すフロー図である。まず、遮断制御回路３２は、バッテリ２０から電力供給を受け、受電部ＲＥによる外部からの受電状態（本実施例においては受電電圧）を監視する（ステップＳＴ１）。

次に、遮断制御回路３２は、受電部ＲＥが受電した受電電圧が所定の電圧値以上か否かを判定する（ステップＳＴ２）。具体的には、遮断制御回路３２は、基準電圧生成回路３２Ａによって基準電圧を生成し、コンパレータ３２Ｂによって当該基準電圧と受電電圧との比較を行う。本実施例においては、遮断制御回路３２は、受電電圧が所定電圧値以上であると判定した場合、制御スイッチＳ２を導通状態とする。

次に、本実施例においては、伝送制御回路３１は、バッテリ２０が満充電状態又は満充電状態とみなせる状態であるか否かを判定する（ステップＳＴ３）。具体的には、伝送制御回路３１は、機器制御部１５からバッテリ２０の充電状態及び仕様などを示すバッテリ状態信号ＢＳを受信し、バッテリ２０が満充電状態であるか否かを判定する。伝送制御回路３１は、バッテリ２０が満充電状態であると判定した場合、制御スイッチＳ１を非導通状態とし、伝送遮断スイッチＳＢを非導通状態とする（ステップＳＴ４）。従って、伝送路ＳＬが遮断され、受電部ＲＥ及びバッテリ２０間が非接続状態となる。

遮断制御回路３２は、受電部ＲＥの受電電圧が所定電圧値未満であると判定した場合、制御スイッチＳ２を非導通状態とし、伝送遮断スイッチＳＢを非導通状態とする（ステップＳＴ４に進む）。この場合は、例えば、意図しない受電を行った場合、すなわち、例えば送電装置４０以外の外部環境によって発生した磁界を受けた場合や、受電部ＲＥが受電を全く行っていない無受電状態の場合に相当する。

なお、ステップＳＴ２において、遮断制御回路３２は、バッテリ２０からの電力供給を受けて基準電圧を生成する基準電圧生成回路３２Ａと、基準電圧と受電部ＲＥからの受電電圧とを比較するコンパレータ３２Ｂとによって、受電部ＲＥからの受電電力が所定値未満であるか否かを判定する。

一方、伝送制御回路３１は、所定電圧値以上の受電を行っており、バッテリ２０が満充電状態ではないと判定した場合、制御スイッチＳ１を導通状態とする。これによって制御スイッチＳ１及びＳ２の両方が導通状態となり、伝送遮断スイッチＳＢが導通状態となる（ステップＳＴ５）。従って、受電部ＲＥとバッテリ２０とが接続状態となり、受電部ＲＥからの電力がバッテリ２０に伝送される（バッテリ２０が充電される）。なお、この場合は、例えば適正に電子機器１０が送電装置４０に接続（配置）され、送電装置４０から電力を受けている場合に相当する。

このように、電力伝送装置３０は、受電部ＲＥから電力供給を受けて動作する伝送制御回路３１と、バッテリ２０から電力供給を受けて動作する遮断制御回路３２とによって、電力伝送の制御を行う。また、遮断制御回路３２は、少なくとも動作可能な電圧がバッテリ２０に充電されている場合、受電部ＲＥの受電状態の監視及び伝送遮断スイッチＳＢ（伝送路ＳＬ）の強制遮断（非導通化）を行うことができる。

受電部ＲＥが無受電の場合、又は受電部ＲＥが十分な受電を行っていない場合（すなわち意図しない受電を行った場合）、受電部ＲＥからの電力を動作電力とする伝送制御回路３１は不安定な動作を行う場合が想定される。仮に遮断制御回路３２及び制御スイッチＳ２が設けられていない場合、制御スイッチＳ１の導通及び非導通が不安定となることで、伝送遮断スイッチＳＢの導通及び非導通も不安定となる。この場合、不意に接続状態となった伝送路ＳＬを介してバッテリ２０から受電部ＲＥ側に電流が逆流し、バッテリ２０が無駄な電力消費を行う場合がある。

しかし、本実施例においては、遮断制御回路３２は、バッテリ２０から電力供給を受け、伝送制御回路３１による伝送遮断スイッチＳＢの切替に関わらず、伝送遮断スイッチＳＢを強制的に非導通状態とする。従って、遮断制御回路３２は、伝送制御回路３１によらずに伝送遮断スイッチＳＢの非導通状態を確定させ、伝送路ＳＬを確実に遮断させる。従って、無受電状態又は不安定な受電状態の場合に伝送路ＳＬを確実に遮断することが可能な電力伝送装置３０を提供することができる。

また、例えば伝送制御回路３１及び遮断制御回路３２を用いて上記したステップＳＴ４及びＳＴ５を行うことで、不安定な電力伝送状態を確実に防止することが可能な電力伝送方法を提供することができる。すなわち、本発明は、例えば、受電部ＲＥ及びバッテリ２０間の接続及び非接続を切替えてバッテリ２０への電力伝送を制御するステップと、受電部ＲＥからの受電電力が所定値未満の場合、受電部ＲＥ及びバッテリ２０間を強制的に非接続状態とするステップと、を含むことを特徴とする電力伝送方法としても実施することができる。

なお、スマートウォッチや腕時計、イヤホンなどは、消費電力（動作電力）が他の電子機器に比べて小さい。従って、他の電子機器に比べてバッテリ２０からの電流の逆流による電力消費の影響が大きい。従って、電力伝送装置３０を搭載し、不安定な受電時に確実に伝送路ＳＬを遮断して電流の逆流を防止することが好ましい。

なお、例えば電子機器１０としての腕時計に電力伝送装置３０が搭載される場合、受電部ＲＥのコイルＬ及びキャパシタＣ２以外（例えば伝送制御回路３１及び遮断制御回路３２）を集積回路ＩＣ内に集積し、図３（ｂ）に示すようにトランジスタを接続して遮断制御回路３２を構成することが好ましい。この場合、機器全体としての消費電力を低減でき、また、遮断制御回路３２の動作電圧も小さくすることができる。

なお、バッテリ２０が全く充電されていない場合、すなわちバッテリ２０に電圧が生じていない場合は、遮断制御回路３２の動作は不安定となる場合がある。しかし、この場合は、バッテリ２０が無充電状態であり、バッテリ２０からの電流の逆流は起こらない。また、バッテリ２０が全く充電されていない場合に所定電圧以上の受電を行った場合、伝送遮断スイッチＳＢとしてのＭＯＳＦＥＴが寄生ダイオードとなり、バッテリ２０に向かって電流が流れる。従って、伝送制御回路３１又は遮断制御回路３２の動作が安定するまでバッテリ２０への電力伝送は行われることとなる。

また、本実施例においてはバッテリ２０が満充電状態であるか否かに基づいて伝送制御回路３１が伝送遮断スイッチＳＢの切替制御を行う場合について説明した。伝送制御回路３１による制御スイッチＳ１は、バッテリ２０の充電状態のみならず、他の条件によって切替られてもよい。例えば、伝送制御回路３１は、バッテリ状態信号ＢＳによって、バッテリ２０の温度や充電時間などを機器制御部１５から受信し、バッテリ２０の温度や充電時間などに基づいて伝送遮断スイッチＳＢの切替制御を行ってもよい。

さらに、本実施例においては、遮断制御回路３２は、所定電圧未満の受電を行った場合、伝送制御回路３１の機器制御部１５とのインターフェースを遮断する信号をインターフェース遮断回路３３（インターフェース遮断スイッチＳ３〜Ｓ６）に供給する。無受電状態又は不安定な受電状態となって伝送制御回路３１の動作が不安定となると、入出力回路ＩＯが入出力する信号が不安定となる場合がある。例えば、入出力回路ＩＯが入出力する信号が意図せずプルアップ又はプルダウンされて所望の信号が送受信できなくなる場合がある。従って、例えば、バッテリ２０の充電仕様や充電状態が正確に伝送制御回路３１に供給されなくなる場合がある。

しかし、本実施例においては、遮断制御回路３２は、受電状態が不安定となると伝送制御回路３１の外部とのインターフェースを遮断する（インターフェース遮断スイッチＳ３〜Ｓ６を非導通とする）。従って、伝送制御回路３１の外部との信号の不安定な入出力が抑制され、不安定な信号の入出力動作及び電力伝送状態が防止される。

図５は、実施例１の変形例に係る電力伝送装置３０Ａの構成を示す回路図である。電力伝送装置３０Ａは、入出力回路ＩＯ１の構成を除いては電力伝送装置３０と同様の構成を有する。なお、図５には、電力伝送装置３０Ａの入出力回路ＩＯ１の回路図を示し、他の一部の構成要素を省略している。また、図５には、入出力回路ＩＯ１におけるインターフェース端子Ｔ５への入出力回路部分のみを示している。本変形例は、入出力回路ＩＯ１は、電力伝送装置３０における入出力回路ＩＯ及びインターフェース遮断スイッチＳ３の他の構成例に相当する。

入出力回路ＩＯ１は、ＡＮＤ回路ＬＧ１及びＬＧ２、ＯＲ回路ＬＧ３、ＮＯＴ回路ＬＧ４、ＡＮＤ回路ＬＧ５並びにトランジスタＴＲ７及びＴＲ８からなる。本実施例においては、トランジスタＴＲ７はＰチャネルＭＯＳＦＥＴであり、トランジスタＴＲ８はＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。

ＡＮＤ回路ＬＧ１の入力端子には、伝送制御回路３１の出力端子及び遮断制御回路３２の出力端子が接続されている。ＡＮＤ回路ＬＧ１の出力端子は、ＯＲ回路ＬＧ３の入力端子に接続されている。ＡＮＤ回路ＬＧ２の入力端子には、インターフェース端子Ｔ５及び遮断制御回路３２の出力端子が接続されている。ＡＮＤ回路ＬＧ２の出力端子は、伝送制御回路３１の入力端子に接続されている。

ＮＯＴ回路ＬＧ４の入力端子は、遮断制御回路３２の出力端子に接続されている。ＮＯＴ回路ＬＧ４の出力端子は、ＯＲ回路ＬＧ３の入力端子に接続されている。ＯＲ回路ＬＧ３の出力端子は、トランジスタＴＲ７のゲートに接続されている。ＡＮＤ回路ＬＧ５の入力端子には、ＡＮＤ回路ＬＧ１の出力端子及び遮断制御回路３２の出力端子が接続されている。ＡＮＤ回路ＬＧ５の出力端子はトランジスタＴＲ８のゲートに接続されている。トランジスタＴＲ７のソースは電源端子Ｔ４（バッテリ２０）に接続されている。トランジスタＴＲ７のドレインはインターフェース端子Ｔ５及びトランジスタＴＲ８のソースに接続されている。トランジスタＴＲ８のドレインは接地されている。

本変形例においては、遮断制御回路３２の出力信号（制御信号ＣＳ２）がＬレベルの場合（すなわち受電電圧が所定電圧未満の場合）、トランジスタＴＲ７及びＴＲ８が非導通状態となり、機器制御部１５とのインターフェースが遮断される。従って、インターフェース端子Ｔ５からの入力信号が不安定となった場合でも、入出力回路ＩＯ１内での論理状態が確定する。また、伝送制御回路３１からの出力信号が不安定な場合でも、入出力回路ＩＯ１内の論理状態が確定する。また、遮断制御回路３２へのバッテリ２０からの電流の逆流が防止される。

このように入出力回路ＩＯ１を構成した場合でも、伝送制御回路３１の外部とのインターフェースが確実に遮断される。伝送制御回路３１及び機器制御部１５（外部回路）間の不安定な信号の入出力が防止される。なお、伝送制御回路３１の外部とのインターフェースが確実に遮断されることで、機器制御部１５が使用する端子数を少なくすることができる。

図６は、実施例２に係る電力伝送装置５０の構成を示す回路図である。電力伝送装置５０は、遮断制御回路５１の構成を除いては、電力伝送装置３０と同様の構成を有する。遮断制御回路５０は、本実施例においては、機器制御部１５Ａ（外部回路）内に設けられているタイミング制御回路ＴＣからの間欠動作指令信号ＯＳに基づいて、断続的（間欠的）に伝送遮断スイッチＳＢの切替制御を行う。例えば、タイミング制御回路ＴＣは、タイマを有し、当該タイマによって間欠動作指令信号ＯＳを遮断制御回路５１に供給する。

本実施例においては、集積回路ＩＣ内には、タイミング制御回路ＴＣ（機器制御部１５Ａ）に接続された間欠動作用の制御端子Ｔ９が設けられている。遮断制御回路５１は、入力された動作指令信号ＯＳに基づいて制御スイッチＳ２の切替制御を行う。なお、タイミング制御回路ＴＣは、例えば電子機器１０内において機器制御部１５Ａの外部に設けられていてもよい。

図７（ａ）は、遮断制御回路５１の構成を示すブロック図であり、図７（ｂ）はその構成例を示す回路図である。本実施例においては、遮断制御回路５１は、基準電圧生成回路５１Ａ、コンパレータ５１Ｂ及びラッチ回路５１Ｃからなる。タイミング制御回路ＴＣからの間欠動作指令信号ＯＳは、基準電圧生成回路５１Ａ及びコンパレータ５１Ｂに供給され、ＮＯＴ回路ＬＧ１１によって反転された信号がラッチ回路５１Ｃに供給される。

基準電圧生成回路５１Ａ及びコンパレータ５１Ｂは、タイミング制御回路ＴＣからの制御信号によって間欠的に動作する。例えば、基準電圧生成回路５１Ａ及びコンパレータ５１Ｂは、例えば間欠動作指令信号ＯＳの立上がり毎に間欠動作を行う。ラッチ回路５１Ｃは、コンパレータ５１Ｂの出力信号の出力レベルを保持する。ラッチ回路５１Ｃは、直前のコンパレータ５１Ｂの出力信号の出力レベルを保持した信号を制御信号ＯＳ２として出力する。制御スイッチＳ２及びインターフェース遮断回路３３は、ラッチ回路５１Ｃからの出力信号に基づいて動作する。

図７（ｂ）に示すように、基準電圧生成回路５１Ａは、基準電圧生成回路３２Ａに、トランジスタＴＲ１１及びＴＲ１２を加えた構成を有する。本実施例においては、トランジスタＴＲ１１は、抵抗Ｒ１１及びトランジスタＴＲ１間に接続されたＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。トランジスタＴＲ１１のゲートにはタイミング制御回路ＴＣの出力端子が接続されている。本実施例においては、トランジスタＴＲ１２は、トランジスタＴＲ１に並列に接続されたＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。トランジスタＴＲ１２のゲートにはＮＯＴ回路ＬＧ１１の出力端子が接続され、ソースは接地されている。

コンパレータ５１Ｂは、遮断制御回路３２のコンパレータ３２Ｂと同様の構成を有する。ラッチ回路５１Ｃは、トランジスタＴＲ１３、ＴＲ１４、ＴＲ１５及びＴＲ１６と、ＮＯＴ回路ＬＧ１２及びＬＧ１３とからなる。本実施例においては、トランジスタＴＲ１３及び１５はＰチャネルＭＯＳＦＥＴであり、トランジスタＴＲ１４及びＴＲ１６はＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。

本実施例においては、トランジスタＴＲ１３のドレインには、コンパレータ５１Ｂの出力端子及びトランジスタ１４のドレインが接続されている。トランジスタＴＲ１３のゲートにはＮＯＴ回路ＬＧ１１の出力端子が接続されている。トランジスタＴＲ１３のソースはＮＯＴ回路ＬＧ１２の入力端子に接続されている。トランジスタＴＲ１４のゲートにはタイミング制御回路ＴＣの出力端子が接続されている。

トランジスタＴＲ１５のドレインは、トランジスタＴＲ１３のソース及びトランジスタＴＲ１６のドレインに接続されている。トランジスタＴＲ１５のゲートにはタイミング制御回路ＴＣの出力端子が接続されている。ＮＯＴ回路ＬＧ１２の出力端子はＮＯＴ回路ＬＧ１３の入力端子に接続されている。トランジスタＴＲ１６のゲートにはＮＯＴ回路ＬＧ１１の出力端子が接続されている。トランジスタＴＲ１５のソースはトランジスタＴＲ１６のソース及びＮＯＴ回路ＬＧ１３の出力端子に接続されている。ＮＯＴ回路ＬＧ１３の出力端子は制御スイッチＳ２及びインターフェース遮断回路３３に接続されている。

本実施例においては、間欠動作制御信号がＨレベルの場合、基準電圧生成回路５１Ａ及びコンパレータ５１Ｂにバイアス電流が流れ、両者がそれぞれの動作を行う。一方、間欠動作制御信号がＬレベルの場合、基準電圧生成回路５１Ａへのバイアス電流が遮断され、コンパレータ５１Ｂへのバイアス電流が流れなくなるため、両者は動作を停止する。また、間欠動作制御信号がＨレベルの場合、ラッチ回路５１Ｃはコンパレータ５１Ｂの出力をそのまま出力する（制御スイッチＳ２などに供給する）。一方、間欠動作制御信号がＬレベルの場合、ラッチ回路５１Ｃへの信号の入力が遮断され、直前のコンパレータ５１Ｂの出力レベルを保持する（出力し続ける）。

本実施例においては、遮断制御回路５１が間欠動作を行うように構成されている。従って、遮断制御回路５１が常時動作を行う場合に比べ、少ない消費電力で動作を行うことができる。

図８は、実施例３に係る電力伝送装置６０の構成を示す回路図である。電力伝送装置６０は、保護回路６１を有する点を除いては、電力伝送装置３０と同様の構成を有する。電力伝送装置６０は、集積回路ＩＣの内部素子等（例えば伝送制御回路３１）を静電気放電から保護する保護回路６１を有する。本実施例においては、保護回路６１は、インターフェース端子Ｔ５〜Ｔ８と入出力回路ＩＯとの間に設けられている。また、保護回路６１は、電源端子Ｔ４を介してバッテリ２０に接続されている。

図９は、保護回路６１の構成例を示す回路図である。図９に示すように、本実施例においては、保護回路６１は、インターフェース端子Ｔ５〜Ｔ８とインターフェース遮断回路３３（インターフェース遮断スイッチＳ３〜Ｓ６）との間に設けられたダイオードＤ１１〜Ｄ１８からなる。ダイオードＤ１１〜Ｄ１８は、各インターフェース端子Ｔ５〜Ｔ８に生じた電流をバッテリ２０（電源端子Ｔ４）側に逃がすように構成されている。

本実施例においては、保護回路６１は、バッテリ２０から電力供給を受けて伝送制御回路３１及び入出力回路ＩＯをＥＳＤから保護する。従って、例えば受電を行っていない場合でも、確実に伝送制御回路３１及び入出力回路ＩＯをＥＳＤから保護することができる。

なお、上記においては、電力伝送装置３０、５０及び６０が、送電装置３０から交流磁界を受けて受電動作を行う受電部ＲＥを有する場合について説明した。すなわち、電力伝送装置３０、５０及び６０がワイヤレス給電を行う場合について説明した。しかし、受電部ＲＥは、例えば、太陽光によって受電を行う受電部であってもよい。この場合、例えば、受電部は太陽電池を含む。すなわち、受電部ＲＥの構成は一例に過ぎず、受電部ＲＥは外部から電力を受ける部分であればよい。

上記においては、電力伝送装置３０（又は５０、６０）は、受電部ＲＥによって受電された受電電力をバッテリ２０に伝送する電力伝送路ＳＬと、電力伝送路ＳＬを遮断する伝送遮断スイッチＳＢと、受電部ＲＥからの受電電力によって動作し、バッテリ２０の状態を示すバッテリ状態信号ＢＳに基づいて伝送遮断スイッチＳＢの導通及び非導通を切替える伝送制御回路３１と、バッテリ２０から電力供給を受けて受電部ＲＥからの受電電力を監視し、受電電力が所定値未満の場合、伝送遮断スイッチＳＢを強制的に非導通状態とする遮断制御回路３２（又は５１）とを有する。従って、無受電状態となった場合や受電部ＲＥからの受電状態によって伝送制御回路３１の動作が不安定となった場合でも確実に伝送路ＳＬを遮断することができる。従って、例えばバッテリ２０からの電流の逆流などによる無駄な電力消費が防止される。

１０ 電子機器
２０ バッテリ
３０、３０Ａ、５０、６０ 電力伝送装置
ＲＥ 受電部
ＳＬ 電力伝送路
ＳＢ 伝送遮断スイッチ
３１ 伝送制御回路
３２、３２Ａ、５１ 遮断制御回路
３３、３３Ａ、ＩＯ１ インターフェース遮断回路

Claims (9)

1. 外部から電力を受電する受電部と、
   前記受電部によって受電された受電電力をバッテリに伝送する電力伝送路と、
   前記電力伝送路を遮断する伝送遮断スイッチと、
   前記受電部の受電電力を動作電力とし、前記バッテリの状態を示すバッテリ状態信号を受信し、前記バッテリ状態信号に基づいて前記伝送遮断スイッチの導通及び非導通を切替える伝送制御回路と、
   前記バッテリから電力供給を受けて前記受電部からの受電電力を監視し、前記受電電力が所定値未満の場合、前記伝送遮断スイッチを強制的に非導通状態とする遮断制御回路と、を有することを特徴とする電力伝送装置。
2. 前記伝送制御回路と外部回路とを接続するインターフェース端子と、
   前記伝送制御回路及び前記インターフェース端子間を遮断するインターフェース遮断スイッチと、を有し、
   前記遮断制御回路は、前記受電部からの受電電力が所定値未満の場合に前記インターフェース遮断スイッチを非導通状態とすることを特徴とする請求項１に記載の電力伝送装置。
3. 前記遮断制御回路は、前記バッテリからの電力供給を受けて基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、前記基準電圧と前記受電部からの受電電圧とを比較するコンパレータとによって、前記受電部からの受電電力が所定値未満であるか否かを判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の電力伝送装置。
4. 前記伝送遮断スイッチの導通及び非導通を切替える第１の制御スイッチと、前記第１の制御スイッチに直列に接続された第２の制御スイッチと、を有し、
   前記伝送制御回路及び前記遮断制御回路は、それぞれ前記第１及び第２のスイッチの導通及び非導通を切替えることによって前記伝送遮断スイッチの導通及び非導通を切替えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の電力伝送装置。
5. 前記基準電圧生成回路及び前記コンパレータは、間欠動作指令信号によって間欠的に動作を行うように構成され、
   前記遮断制御回路は、前記コンパレータの出力信号の出力レベルを保持するラッチ回路を有することを特徴とする請求項３に記載の電力伝送装置。
6. 前記伝送制御回路及び前記インターフェース端子間に設けられ、前記バッテリから電力供給を受けて前記伝送制御回路を静電気放電から保護する保護回路を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の電力伝送装置。
7. 前記受電部は、交流磁界を受けて交流電流に変換するコイル及びキャパシタと、前記交流電流を直流電圧に変換する整流回路とを有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の電力伝送装置。
8. 前記伝送遮断スイッチ、前記伝送制御回路及び前記遮断制御回路が集積された集積回路を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の電力伝送装置。
9. 受電部によって外部から受電した受電電力をバッテリに伝送する電力伝送方法であって、
   前記受電部及び前記バッテリ間の接続及び非接続を切替えて前記バッテリへの電力伝送を制御するステップと、
   前記受電部からの受電電力が所定値未満の場合、前記受電部及び前記バッテリ間を強制的に非接続状態とするステップと、を含むことを特徴とする電力伝送方法。

Images