JP2021508222A - マイクロコントローラへの動力供給 - Google Patents

Abstract

本願は、マイクロコントローラ、特に、シェーバー製品のようなパーソナルケア製品のマイクロコントローラに動力を供給するための方法及び装置に関する。マイクロコントローラは、マイクロコントローラの複数の出力ポートのうちの第１出力ポートが使用中にＡＣ波形を受けるように配置される。各出力ポートは、その出力ポートとハイサイドＤＣ電圧レールとの間に電気的に接続された関連するハイサイドスイッチと、その出力ポートとローサイドＤＣ電圧レールとの間に電気的に接続された関連するローサイドスイッチとを備える。マイクロコントローラの処理モジュールは、処理モジュールに給電するためにハイサイドＤＣ電圧レールとローサイドＤＣ電圧レールとの間で整流された電圧を供給するように、ＡＣ波形の位相をモニタし、ＡＣ波形の位相に基づいて第１出力ポートの関連するハイサイド及びローサイドスイッチのスイッチングを制御するよう構成される。処理モジュールはまた、ホストデバイスの動作の少なくとも１つの様相を制御する制御信号を出力するように少なくとも１つの更なる出力ポートの関連するスイッチのスイッチングを制御する。処理モジュールは、第１出力ポートでのＡＣ波形のモニタされた電圧がゼロとハイサイドＤＣ電圧レールでのモニタされた電圧との間にあるときに、第１出力ポートの関連するハイサイドスイッチをターンオフ状態に保ち、第１出力ポートでのＡＣ波形のモニタされた電圧がハイサイドＤＣ電圧レールでのモニタされた電圧よりも高いときに、第１出力ポートの関連するハイサイドスイッチをターンオン状態に保つよう更に構成される。

Description

本開示は、マイクロコントローラの動力供給、シェーバー製品のようなパーソナルケア製品のマイクロコントローラに動力を供給することに係る。

マイクロコントローラは、少なくとも１つのプロセッサ及びいくつかのメモリを通常備えており、様々な汎用入出力（general purpose input-output；ＧＰＩＯ）ポートを介して何らかの検知及び／又は制御機能を提供するよう構成可能である比較的に小さい制御回路である。

マイクロコントローラは、検知及び／又は制御機能を提供するように、例えば、製品の動作が優勢な動作条件に適応されることを可能にするように、様々な電子製品に組み込まれ得る。

マイクロコントローラは、使用中に動力を供給される必要がある。しかし、いくつかの場合に、製品内のマイクロコントローラの場所に応じて、製品の電源から、例えば、バッテリから又は幹線電源から得られる、マイクロコントローラへの適切なＤＣ電力を供給することは、簡単でないことがある。

本開示の実施形態は、マイクロコントローラの動力供給のための方法及び装置を対象とする。

独国特許出願公開第１０２０１５２１１５４８（Ａ１）号（特許文献１）には、第１制御デバイスによって制御される２つのローサイドＭＯＳＦＥＴスイッチを有し且つ２つの第２制御デバイスの夫々１つによって夫々制御される２つのハイサイドＭＯＳＦＥＴスイッチを有するブリッジ整流器を制御するデバイスが開示されている。２つの第２制御デバイスは、２つのハイサイドＭＯＳＦＥＴスイッチのための制御信号が２つのローサイドＭＯＳＦＥＴスイッチのための制御信号から演繹されるように、前記第１制御デバイスへ機能的に接続され、これによって、対角に配置されたＭＯＳＦＥＴスイッチの各対は同期して切り替えられる。このようにして、ローサイドＭＯＳＦＥＴスイッチのうちの１つとハイサイドＭＯＳＦＥＴスイッチのうちの１つとの間の第１ノード点で、及び他のローサイドＭＯＳＦＥＴスイッチと他のハイサイドＭＯＳＦＥＴスイッチとの間の第２ノード点で供給されるＡＣ電圧は、ＤＣ電圧に変換される。実施形態において、第２制御デバイスは、ＤＣ電圧によって充電されたコンデンサによって給電される。

独国特許出願公開第１０２０１５２１１５４８（Ａ１）号

本開示の一態様に従って、複数の出力ポートを有するマイクロコントローラ回路を有するマイクロコントローラ装置が提供される。各出力ポートは、当該出力ポートとハイサイドＤＣ電圧レールとの間に電気的に接続された関連するハイサイドスイッチと、当該出力ポートとローサイドＤＣ電圧レールとの間に電気的に接続された関連するローサイドスイッチとを備える。マイクロコントローラ装置は、使用中にハイサイドＤＣ電圧レール及びローサイドＤＣ電圧レールによって給電されるよう構成される処理モジュールを更に有する。マイクロコントローラ装置は、ハイサイドＤＣ電圧レールへ電気的に接続されたキャパシタンスを更に有する。複数の出力ポートのうちの少なくとも１つの出力ポートは、ホストデバイスの動作の少なくとも１つの様相を制御する制御信号を出力するよう構成される。処理モジュールは、制御信号を出力するために少なくとも１つの出力ポートの関連するハイサイド及びローサイドスイッチのスイッチングを制御するよう構成される。複数の出力ポートは、使用中にＡＣ波形を受けるよう構成される第１出力ポートを更に有し、処理モジュールは、ハイサイドＤＣ電圧レールとローサイドＤＣ電圧レールとの間で整流された電圧を供給するために、ＡＣ波形の位相をモニタし、ＡＣ波形の位相に基づいて第１出力ポートの関連するハイサイドスイッチ及び関連するローサイドスイッチのスイッチングを制御するよう構成される。処理モジュールは、第１出力ポートでのＡＣ波形の電圧と、ハイサイドＤＣ電圧レールでの電圧とをモニタし、第１出力ポートでのＡＣ波形のモニタされた電圧が、ゼロとハイサイドＤＣ電圧レールでのモニタされた電圧との間にあるときに、第１出力ポートの関連するハイサイドスイッチをターンオフされた状態に保ち、第１出力ポートでのＡＣ波形のモニタされた電圧が、ハイサイドＤＣ電圧レールでのモニタされた電圧よりも高いときに、第１出力ポートの関連するハイサイドスイッチをターンオンされた状態に保つよう更に構成される。

この配置は、マイクロコントローラがＡＣ（alternating current）波形を受け、そして、マイクロコントローラに動力を供給するＤＣ（direct current）電源を提供するためにＡＣ波形を効率的に整流することを可能にする。第１出力ポートの関連するハイサイドスイッチは、第１出力ポートでのＡＣ波形の電圧がハイサイドＤＣ電圧レールでの電圧よりも低いときに、ターンオフされた状態にあるから、関連するハイサイドスイッチを介したキャパシタンスの望ましくない放電は防がれる。これは、マイクロコントローラがＡＣ波形から自身に効率的に動力を供給することが可能であることを意味する。これは、外付けのＤＣ電源又は外付けの整流器を必要とせずにマイクロコントローラが実装されることを可能にする。そのようなマイクロコントローラは、例えば、以下で更に詳細に論じられるように、ワイヤレス受電器又はエネルギハーベスティングモジュールによって形成され得るようなローカルＡＣ電源により実装されてよい。マイクロコントローラはまた、ホストデバイス、すなわち、マイクロコントローラが組み込まれているデバイスの動作の少なくとも１つの様相を制御する制御信号を、少なくとも１つの他の出力ポートを介して出力することもできる。

好適な実施形態で、複数の出力ポートは、使用中にＡＣ波形を受けるよう構成される第２出力ポートを更に有し、マイクロコントローラ装置は、第１出力ポート及び第２出力ポートにわたってＡＣ波形を受けるよう構成される。そのような実施形態で、処理モジュールは、整流された電圧を供給するために、ＡＣ波形の位相に基づいて第２出力ポートの関連するハイサイドスイッチ及び関連するローサイドスイッチのスイッチングを制御し、第１出力ポートでのＡＣ波形のモニタされた電圧が、ゼロとハイサイドＤＣ電圧レールでのモニタされた電圧との間にあるときに、第２出力ポートの関連するローサイドスイッチをターンオフされた状態に保ち、第１出力ポートでのＡＣ波形のモニタされた電圧が、ハイサイドＤＣ電圧レールでのモニタされた電圧よりも高いときに、第２出力ポートの関連するローサイドスイッチをターンオンされた状態に保つよう更に構成される。そのような実施形態で、第１及び第２出力ポートの関連するスイッチは、完全同期ブリッジ整流器として動作し得る。キャパシタンスは、ハイサイドＤＣ電圧レールとローサイドＤＣ電圧レールとの間に電気的に接続される。いくつかの場合に、キャパシタンスはオフチップキャパシタ、すなわち、マイクロコントローラとともに集積回路の部分として形成されないが、マイクロコントローラ回路の電圧端子へ接続されるキャパシタ、であってよい。以下で更に詳細に論じられるように、そのようなキャパシタンスは、外付けのＤＣ電源が存在したとしても存在すると期待され得る。

マイクロコントローラ装置のいくつかの実施で、キャパシタンスは、ハイサイドＤＣ電圧レールとローサイドＤＣ電圧レールとの間で更なるキャパシタンスと直列に電気的に接続されてもよく、ＡＣ波形は、第１出力ポートと、キャパシタンスと更なるキャパシタンスとの間のノードとの間に印加されてよい。そのような配置は、整流及び電圧倍増を提供可能であり、マイクロコントローラの単一の出力ポートを用いて実装可能である。

処理モジュールは、ハイサイドＤＣ電圧レール上で電圧リプルをモニタすることによってＡＣ波形の位相をモニタするよう構成されてよい。追加的に、又は代替的に、処理モジュールは、モニタリングポートはＡＣ波形を受けるよう構成されたマイクロコントローラ装置のモニタリングポートでの電流又は電圧のゼロ交差のモニタリングによって、ＡＣ波形の位相をモニタするよう構成されてよい。

いくつかの実施で、モニタリングポートは、ＡＣ波形を受ける第１出力ポートであってよい。処理モジュールは、ゼロ交差が期待されるモニタリング期間中にＡＣ波形のゼロ交差について第１出力ポートのモニタリングを可能にするように第１出力ポートの関連するハイサイド及びローサイドスイッチを制御するよう構成されてよい。そのような配置では、同じ出力ポートが、整流を提供するＡＣサイクルの部分のために、及びＡＣ波形の位相のモニタリングを提供するＡＣサイクルの部分のために使用される。モニタリング期間中に、処理モジュールは、出力ポートでの電圧をモニタするよう構成されてよく、入力パスが出力ポートから設けられてよい。例えば、出力ポートの関連するスイッチはトライステートにされてよく、ポート自体はモニタリングフェーズの間に入力として構成される。

いくつかの実施で、処理モジュールは、第１出力ポートのハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチを制御するための少なくとも１つのスイッチ制御信号を生成するようにＡＣ波形の位相にロックされる位相ロックループを実装するよう構成されてよい。

いくつかの実施で、ハイサイドＤＣ電圧レール及びローサイドＤＣ電圧レールは、オフチップ電圧レールへ接続され、他のモジュール、例えば、センサ、アクチュエータ、又は通信モジュールのうちの１つ以上といった、ＤＣ電力を必要とするコンポーネントへ電力を供給するために使用されてよい。

出力ポートのハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチは、ボディダイオードを備えたＭＯＳＦＥＴスイッチを有してよい。ＭＯＳＦＥＴスイッチは、双方向の電流伝導を可能にし、電流が出力ポート内へ及びＤＣ電圧レールへ流れることを可能にする。第１出力ポート、及び利用可能である場合には第２出力ポートのＭＯＳＦＥＴスイッチのボディダイオードは、処理モジュールが、例えば起動時に、アクティブ整流制御を提供するように十分に給電されない場合に、パッシブ整流を提供するよう動作してよい。

マイクロコントローラ装置は、ＡＣ波形を生成する電力モジュールを更に有してよい。電力モジュールは、ホスト製品の要素の動きからＡＣ波形を生成するエネルギハーベスティングモジュール及びワイヤレス受電器のうちの少なくとも１つを有してよい。

いくつかの場合に、マイクロコントローラ装置は、シェーバー製品の切削要素に又はその中に位置してよい。例えば、マイクロコントローラは、切削要素の本体上に又はその中に位置してよい。電力モジュールも、いくつかの場合に、切削要素の本体上に又はその中に位置してよい。切削要素は、いくつかの場合に、切削動作を提供するように使用中に回転されるよう配置された回転切削要素であってよい。マイクロコントローラ装置は、使用中に切削要素で状態を検知し、検知された状態に応じてシェーバー製品の動作の少なくとも１つの様相を調整するよう構成されてよい。

実施形態はまた、本明細書中の変形例のうちのいずれかで記載されるマイクロコントローラ装置を有する電子デバイスに係る。いくつかの実施形態は、マイクロコントローラのハイサイドＤＣ電圧レールが、マイクロコントローラの外の少なくとも１つのモジュールに動力を供給するよう構成された外部ＤＣ電圧レールへ電気的に接続される電子デバイスに係る。電子デバイスは、シェーバー製品などのパーソナルケア製品、又は何らかの他のタイプの製品であってよい。シェーバー製品は、上記のタイプの複数の切削要素を有してよく、そのような切削要素のうちの１つ以上は、本明細書中の変形例農地のいずれかで記載されるマイクロコントローラ装置を有してよい。

他の態様で、複数の出力ポートを有し、各出力ポートが、当該出力ポートとハイサイドＤＣ電圧レールとの間に電気的に接続された関連するハイサイドスイッチと、当該出力ポートとローサイドＤＣ電圧レールとの間に電気的に接続された関連するローサイドスイッチとを備える、マイクロコントローラ装置に給電する方法であって、マイクロコントローラ装置は、処理モジュールと、前記ハイサイドＤＣ電圧レールへ電気的に接続されたキャパシタンスとを更に有する、方法が提供される。方法は、ホストデバイスの動作の少なくとも１つの様相を制御する制御信号を出力するように前記複数の出力ポートのうちの少なくとも１つの出力ポートの関連するハイサイドスイッチ及び関連するローサイドスイッチのスイッチングを制御することを含む。方法は、ハイサイドＤＣ電圧レール及びローサイドＤＣ電圧レールによって処理モジュールに給電することと、複数の出力ポートのうちの第１出力ポートでＡＣ波形を受けることと、第１出力ポートでＡＣ波形の位相をモニタすることと、ハイサイドＤＣ電圧レールとローサイドＤＣ電圧レールとの間で整流された電圧を供給するために、ＡＣ波形の位相に基づいて第１出力ポートの関連するハイサイドスイッチ及び関連するローサイドスイッチのスイッチングを制御することとを更に含む。方法は、第１出力ポートでのＡＣ波形の電圧と、ハイサイドＤＣ電圧レールでの電圧とをモニタすることと、第１出力ポートでのＡＣ波形のモニタされた電圧が、ゼロとハイサイドＤＣ電圧レールでのモニタされた電圧との間にあるときに、第１出力ポートの関連するハイサイドスイッチをターンオフされた状態に保つことと、第１出力ポートでのＡＣ波形のモニタされた電圧が、ハイサイドＤＣ電圧レールでのモニタされた電圧よりも高いときに、第１出力ポートの関連するハイサイドスイッチをターンオンされた状態に保つこととを更に含む。

この態様の方法は、本明細書中で論じられている変形例のうちのいずれかで実装されてよい。

特段明示されない限りは、本開示の実施形態の特徴のいずれも、本明細書中で記載される他の特徴のうちのいずれか１つ以上と組み合わせて実装されてよい。

本開示の実施形態の様々な特徴及び利点を説明するために、様々な実施形態が、添付の図面に関連して、単に一例としてのみ記載される。

関連するマイクロコントローラを備えるシェーバー製品の切削要素の一例を示す。 従来のマイクロコントローラ回路の例を表す。 実施形態に従ってＡＣ波形の整流を提供するよう配置されたマイクロコントローラ回路の例を表す。 マイクロコントローラのためのスイッチング制御の一例を表す。 他の実施形態に従ってＡＣ波形の整流を提供するよう配置されたマイクロコントローラ回路の例を表す。

様々なタイプの電子シェーバー製品が知られている。そのような製品は、通常、使用中に切削動作を提供するよう駆動される１つ以上の可動切削要素を備える。例えば、いくつかのシェーバー製品では、１つ以上の回転切削要素が設けられることがある。

改善された又は個人化されたユーザ経験は、シェービング中にシェービング状態を検知し、検知された状態に応じてシェーバー動作の少なくとも１つの様相を適応させることによって、実現され得る。いくつかの場合に、切削要素での状態に応答することが有益であり、よって、切削要素の場所での検知及び／又は制御を提供することが提案されている。検知及び制御の少なくともいくつかの態様は、切削要素の場所に位置するマイクロコントローラによって提供されてよく、例えば、マイクロコントローラは、回転する切削要素の構造に、又はその部分として、位置してよい。

図１は、この目的を説明する。図１は、概して、切削要素１００を表す。切削要素１００は、刃などの１つ以上のカッター１０２を支持する本体１０１を備える。切削要素１００は、使用中にカッター１０２を動かして切削動作を提供するよう概して軸１０３を中心として回転されるように配置される。マイクロコントローラ１０４は、切削要素１００と共同設置され、切削要素１００の本体１０１に取り付けられるか、又はその部分として形成されてよい。上述されたように、マイクロコントローラ１０４は、少なくとも１つのプロセッサ及びいくつかのメモリを通常備えており、様々な汎用入出力（ＧＰＩＯ）ポートを介して何らかの検知及び／又は制御機能を提供するよう構成可能である比較的に小さい制御回路である。よって、マイクロコントローラ１０４は、図１に表されているように、検知及び制御機能を提供するように切削要素１００と共同設置可能である。マイクロコントローラ１０４は、例えば、切削要素１００の本体１０１のレイヤとして配置される回路基板（別個に図示されず。）でパッケージ化され形成されてよい。なお、マイクロコントローラ１０４が切削要素１００の本体１０１に取り付けられるか、又はその中に組み込まれ得る多くの方法が存在する。

検知及び制御機能を提供するために、マイクロコントローラ１０４は、シェーバーの様々な状態を示す検知信号を受信する１つ以上のセンサ１０５へ適切な入力ポート、例えば、適切に構成されたＧＰＩＯポートを介して結合されてよい。マイクロコントローラ１０４はまた、シェーバー動作の１つ以上の様相を制御するように、適切な出力ポート、例えば、適切に構成されたＧＰＩＯポートを介して、制御信号を出力するよう配置されてもよい。いくつかの場合に、マイクロコントローラ１０４は、検知された状態に切削要素１００の動作の少なくとも１つの様相を適応させる１つ以上のアクチュエータ１０６へ結合されてよい。いくつかの実施で、マイクロコントローラ１０４はまた、１つ以上のセンサ１０５を作動させる制御信号を出力してもよい。いくつかの実施形態では、切削要素１００の本体１０１に位置している少なくとも１つの通信モジュール１０９が存在してもよい。通信モジュール１０９は、マイクロコントローラ１０４から出力された制御信号を受信し、制御信号を切削要素１００の他の部分又はホスト製品１０７の他の部分へリレーするよう構成されてよい。追加的に、又は代替的に、通信モジュール１０９は、コントローラ１０４へリレーされるべき、例えば、他のセンサからの又はより上位の制御システムからの、入来する制御信号を受信してもよい。なお、マイクロコントローラ１０４は、動作することができるように電力を供給される必要がある。

マイクロコントローラ１０４が切削要素１００に位置する、例えば、回転する切削要素本体１０１上に位置するとき、電力がマイクロコントローラ１０４に供給されるべきである。マイクロコントローラ１０４は、切削要素１００での状態に耐える（例えば、水、石鹸、毛などに耐性がある）ように、切削要素の本体１０１とともに回転することになる。

電力は、製品自体の電源から得られる。使用中に、切削要素１００は、図１で１０７として概して示されている製品の部分としてアセンブルされ、製品は、バッテリ及び／又は幹線電源アダプタ（図示せず。）などの少なくとも１つの電源を備える。電力は、何らかの適切な供給経路を介して、すなわち、有線接続を介して、製品の主電源からマイクロコントローラ１０４へ供給されてよい。しかし、マイクロコントローラ１０４は動く、例えば、切削要素の本体１０１とともに回転する、ということで、供給経路は、動いている部品どうしの間の適切な接続、例えば、環境から適切に保護される必要があるスリップリング接続などを伴う必要がある。

従って、マイクロコントローラの場所で、すなわち、マイクロコントローラの近くで電力を受電又は生成することが可能な、例えば、マイクロコントローラ１０４とともに切削要素１００に共同設置された電力モジュール１０８をマイクロコントローラ１０４に設けることが有利であり得る。例えば、電力モジュール１０８は、ワイヤレスで、例えば誘導結合によって、電力を受けるようにマイクロコントローラ１０４の近くに配置されたワイヤレス受電器を有してよい。追加的に、又は代替的に、電力モジュール１０８は、使用中に切削要素１００の動きからエネルギを生成するよう配置されたエネルギハーベスティングモジュールを有してよい。いくつかの配置において、電力モジュールは共振電力モジュールであってもよい。当業者に理解されるだろうように、ワイヤレスレシーバが、電力伝送のために使用される周波数に合わせられた共振周波数を有する共振回路として配置されてもよい。同様に、エネルギハーベスティングモジュールは、エネルギハーベスティングのために使用される可動コンポーネントの機械的な共振に基づいた共振回路として配置されてもよい。

ワイヤレス電力転送及びエネルギハーベスティングは両方とも、電力モジュール１０８でＡＣ（alternating current）を生成する。しかし、ほとんどのマイクロコントローラは、ＤＣ（direct current）電圧供給から作動する。

電力モジュール１０８は、マイクロコントローラ１０４に動力を供給する適切なＤＣ電圧にＡＣ波形を変換するよう整流器により実装されてよい。

様々なタイプの整流器が知られている。１つのタイプの整流器は、ＡＣ源へ接続する第１及び第２ＡＣ端子を備えているブリッジ整流器である。第１及び第２ＡＣ端子は夫々、各々の第１及び第２ハイサイドアームを介してハイサイドＤＣ端子へ接続される。同様に、ローサイドＤＣ端子は、各々の第１及び第２ローサイドアームを介して第１及び第２ＡＣ端子へ接続される。ダイオードブリッジ整流器において、ダイオードは、１方向でのみ、例えばローサイドＤＣ端子からＡＣ端子へ及びＡＣ端子からハイサイドＤＣ端子へ、電流フローを許すように、アームの夫々に配置される。使用中に、ＡＣ電圧の１つの極性について、電流は、ローサイドＤＣ端子から第２ＡＣ端子への第２ローサイドアームのダイオードを介した電流経路を有して、第１ＡＣ端子からハイサイドＤＣ端子へ第１ハイサイドアームのダイオードを介して流れることができる。ＡＣ電圧の極性が変化するとき、電流は代わりに、ローサイドＤＣ端子から第１ＡＣ端子への第１ローサイドアームダイオード介した電流経路を有して、第２ＡＣ端子からハイサイドＤＣ端子への第２ハイサイドアームダイオードを介して流れる。よって、ＡＣ端子での電流フローの極性は変化するが、一方で、ＤＣ端子は、ＡＣ波形のサイクルにわたって同じ極性の電流フローを経験することになる。

ダイオードブリッジは、ブリッジアームのダイオードが自動的に導通し、すなわちＡＣ電圧に基づかないということで、比較的に簡単であり、アクティブ制御を必要としない。しかし、使用中に、整流器に関連したいくらかの電力損失又は浪費を生じさせることになるダイオードでの電圧降下が存在する。ワイヤレス電力伝送のために、特にエネルギハーベスティングのために、少なくとも、特に高価な又は大きいコンポーネントを使用しないと、利用可能な電力が比較的に限られることがあるということで、電力効率は重要になる。

ブリッジ整流器配置内の電力損失は、整流器アームのうちの少なくともいくつかでＭＯＳＦＥＴのようなアクティブスイッチを使用することによって、低減され得る。ＭＯＳＦＥＴのようなアクティブスイッチは、ダイオードよりも低いオン抵抗を有し、よって、ダイオードと比較して浪費を低減し得る。いくつかの配置において、一対の整流器アーム、例えばローサイドアームは、ダイオードよりもむしろＭＯＳＦＥＴを使用してよく、ＭＯＳＦＥＴは、システム電圧によって受動的に制御される。しかし、整流器アーム、例えばハイサイドアームの他の対におけるダイオードによるいくらかの電力損失が依然として存在する。完全同期ブリッジ整流器において、ＭＯＳＦＥＴなどのアクティブスイッチは、ハイサイド及びローサイドアームの夫々で使用され、ＡＣ波形と位相において同期して制御され得る。これは、比較的に低いレベルの電力損失を整流にもたらす。しかし、ＭＯＳＦＥＴと、ＡＣ波形の位相をモニタし、ＭＯＳＦＥＴのスイッチングを制御するための関連する制御回路とは、マイクロコントローラ１０４のための電力モジュール１０８を設けることに付随したサイズ及びコストを増やすことになる。いくつかの場合に、例えば、マイクロコントローラ１０４がシェーバー製品の切削要素１００で又はその部分として形成される場合に、マイクロコントローラ１０４及び関連する外部回路、例えば電力モジュール１０８、を組み込むためのスペースは限られている可能性がある。

本開示の実施形態は、マイクロコントローラに動力を供給する方法及び装置に係る。特に、実施形態は、マイクロコントローラに動力を供給するＤＣ電力へＡＣ電力を整流する方法及び装置に係る。本開示の実施形態は、マイクロコントローラのための電力を供給するためにＡＣ波形の整流を提供するようマイクロコントローラ自体を使用する。

図２は、標準のマイクロコントローラ１０４のいくつかの態様を一般的に表す。マイクロコントローラは、プロセッサ、メモリなど（別々に図示されない。）を通常有する処理モジュール２０２を有する集積回路２０１として実装される。処理モジュール２０２は、一般に、２つのＤＣ電圧レール、すなわちハイサイド供給レールＶＤＤ及びローサイド供給レールＶＳＳから給電される。本明細書で使用されるように、語「ハイサイド」は、一般に、よりポジティブであり／よりネガティブでないことを意味し、語「ローサイド」は、よりポジティブでなく／よりネガティブであることを意味する点に留意されたい。いくつかの場合に、ハイサイド供給レールは、正供給電圧を供給されてよく、ローサイド供給レールは、接地にあってよい。これらの供給電圧は、一般に、外部電源から、通常は外部フィルタキャパシタンス２０５を経由して、各々の供給端子２０３及び２０４により供給される。マイクロコントローラ回路２０１はまた、デジタル出力信号を出力することが可能な少なくとも１つのポート２０６、すなわち出力ポートを有する。図２は、明りょうさのために２つのそのようなポートを表すが、明らかなように、通常は、より多くのそのようなポートが存在してよく、通常は、ポート２０６はＧＰＩＯポートであってよい。デジタル出力を供給するために、各ポート２０６は、ハイサイドスイッチ２０７を介してハイサイド電圧レールＶＤＤへ、及びローサイドスイッチ２０８を介してローサイド電圧レールＶＳＳへ結合されてよい。通常、スイッチ２０７及び２０８はＭＯＳＦＥＴであり、よって、当業者によって理解されるだろうようにボディダイオード２０９を含む。本明細書で使用されるように、語「ポート」は、マイクロコントローラ回路の端子又は接続、例えば回路ピン又はパッドを指すと理解されるべきであり、語「出力ポート」は、マイクロコントローラがその端子で出力デジタル信号を生成するよう構成され得るように、スイッチ２０７及び２０８などの関連する回路構成を備えているそのような端子を指すべきである点に留意されたい。

よって、スイッチ２０８及び２０８は、処理モジュール２０２によって制御される。使用中に論理ハイ出力状態を供給するために、スイッチ２０７は、スイッチ２０８がオフされ、すなわち開いている状態で、オンされ、すなわち閉じられてよい。論理ロー出力状態を供給するために、スイッチ２０７は、オンされてよく、スイッチ２０８は、オフされてよい。出力ポートが使用中でない場合に、それは、ハイサイドスイッチ２０８及びローサイドスイッチ２０８の両方をオフすることによって無効化又はトライステートされてよい。

本開示の実施形態で、マイクロコントローラ回路２０１の少なくとも１つの出力ポート２０６は、ＡＣ電圧を受けるよう結合され、使用中に、マイクロコントローラは、整流を制御するように出力ポートに関連したスイッチ２０７及び２０８を制御する。

図３は、一実施形態に従って整流を提供するよう配置されたマイクロコントローラ回路を表す。図３は、複数の出力ポート２０６を有する、図２に関連して先に論じられたようなマイクロコントローラ回路２０１を表す。図３は、例示のためにたった３つの出力ポートしか表さないが、明らかなように、いくつかの実施では、より多くの出力ポートが存在してよい。図３の実施形態では、出力ポート２０６のうちの２つ（図３中、第１ポート２０６−１及び第２出力ポート２０６−２として夫々特定される）は、例えば、いかなる整流もなしで電力モジュール１０８によって供給され得るようなＡＣ源へ結合される。

キャパシタンス２０５は、通常はオフチップキャパシタであり、電圧供給端子２０３及び２０４の間に接続される。上述されたように、通常、外付けキャパシタは、供給電圧のフィルタリングのためにそれらの端子の間に接続され、よって、そのような外付けキャパシタ２０５は、どのみち存在すると期待されるので、いかなる追加の回路構成も表さない。しかし、図３の実施形態では、ハイサイド供給端子２０３は、いかなる外部電圧供給にも接続される必要がない。なお、いくつかの実施形態で、ハイサイド供給端子及び任意にローサイド供給端子は、電力を他の構成要素へ供給するように、外部の、すなわちオフチップの、電圧レールへ接続されてもよい。

使用中に、第１及び第２出力ポート２０６−１及び２０６−２のスイッチは、整流を提供するようにＡＣ源１０８のＡＣ波形により位相に基づき制御される。例えば、ＡＣ源１０８からの印加ＡＣ波形により、第１出力ポート２０６−１での電圧が、第２出力ポート２０６−２での電圧よりも十分に正であるときに、第１出力ポート２０６−１に関連するハイサイドスイッチ２０７−１は、第１出力ポート２０６−１からハイサイド電圧レールＶＤＤへの電流経路を提供するようにオフされ、すなわち閉じられてよい。同時に、第２出力ポート２０６−２に関連するローサイドスイッチ２０８−２は、ローサイド電圧レールＶＳＳから第２出力ポート２０６−２への戻り経路を提供するように閉じられてよい。逆に、第１出力ポート２０６−１での電圧が第２出力ポート２０６−２での電圧よりも十分に負であるときに、第１ハイサイドスイッチ２０７−１及び第２ローサイドスイッチ２０８−２はオフされてよく、第２ハイサイドスイッチ２０７−２及び第１ローサイドスイッチ２０８−１はオンされてよい。これは、第２出力ポート２０６−２からハイサイド電圧レールＶＤＤへの電流経路と、ローサイド電圧レールＶＳＳから第１出力ポート２０６−１への戻り経路とを提供する。

これは、使用中に、電流がＡＣ源から出力ポート２０６の１つに流れ込むことを意味する。市販されているマイクロコントローラのポートは、電流入力及び電流出力の両方を扱うことができ、容易に利用可能なマイクロコントローラは、マイクロコントローラのための電力を供給するのに十分である数十ミリアンペ程度の入力電流を扱うことができる。出力ポートのアクティブスイッチとして使用されるＭＯＳＦＥＴは、双方向電流を導くことができる。よって、ハイサイドスイッチ２０７として使用されるＭＯＳＦＥＴは、出力ポート２０６からハイサイド電圧レールＶＤＤへ電流が流れることを可能にすることができる。

よって、第１及び第２出力ポート２０６−１及び２０６−２は、それらの関連するスイッチとともに、ＡＣ波形の同期整流を提供するよう制御可能である。よって、ＤＣレール、すなわちＶＤＤ及びＶＳＳ、の間の電圧は、１つの極性しか有さない。キャパシタンス２０５は、電荷を蓄え、ハイサイド供給レールＶＤＤの電圧を保つよう貯蔵キャパシタンスとして動作し、よって、ＤＣ電圧レールにわたって現れる整流された時間変化する電圧に対するいくらかのフィルタリングを有効に提供する。

本開示の実施形態は、このようにして、それ自体のＤＣ電力源を提供するように、ＡＣ波形の整流を提供するためにマイクロコントローラ自体を使用する。図３に表されている実施形態は、完全同期ブリッジ整流器を実装し、よって、比較的に低い損失で動作可能であって、マイクロコントローラが、エネルギハーベスティング電力モジュール又はワイヤレス受電器などの比較的に低電力のＡＣ源により作動されることを可能にする。図３に表されている実施形態は、外部ＤＣ電力源によりマイクロコントローラに動力を供給する標準の配置と比較して追加の構成要素を必要とせず、よって、如何なるコスト又はサイズ増大も有さず、代わりに、マイクロコントローラの２つの出力ポートを使用する。

マイクロコントローラ回路２０１の他の出力ポート２０６は、如何なる適切な目的のために使用されてもよく、少なくともいくつかの出力ポートは、ホストデバイスの動作の少なくとも１つの様相を制御するための制御信号を出力するために使用されてよい。図３は、例えば、更なる出力ポート、すなわち第３出力ポート２０６−３を表す。この第３出力ポートの関連するハイサイドスイッチ２０７−３及び関連するローサイドスイッチ２０８−３は、ホストデバイスの動作の少なくとも１つの様相を制御するための制御信号Ｓ_ＣＯＮを出力するために、先に論じられたように出力ポートをハイサイド電圧レールＶＤＤ又はローサイド電圧レールＶＳＳへ接続するように処理モジュール２０２によって制御されてよい。例えば、制御信号は、図１に関連して先に論じられたように、アクチュエータ１０６又は通信モジュール１０９へ出力されてよい。

明らかなように、マイクロコントローラ処理モジュール２０２が出力ポートのスイッチを制御するために、処理モジュールはそれ自体が給電されなければならない。起動時に、電力モジュール１０８がＡＣ波形を生成し始めるとき、マイクロコントローラは、当初は給電されていなくてよい。この無給電状態で、出力ポート２０６に関連する両方のＭＯＳＦＥＴ２０７及び２０８は、有効にオフ状態にある。しかし、この場合に、整流は、ＭＯＳＦＥＴスイッチのボディダイオード２０９を介して依然として受動的に起こり得る。関連するボディダイオードを夫々備えたスイッチ２０７−１、２０８−１、２０７−２、２０８−２の構成は、ダイオードブリッジ整流器の構成を提供する。ＡＣ波形が起動するとき、整流はよって、アクティブ制御を何ら必要とせずに、受動的に起こり得る。これは、いくらかの電力損失を伴いながら、処理モジュール２０２が起動することを可能にするほど十分な電圧をＤＣレール上で生成する。処理モジュール２０２がアクティブであると、それは、より効率的な整流を提供するように、関連するスイッチのアクティブ制御を開始し始めることができる。

よって、マイクロコントローラ回路２０１の処理モジュール２０２は、使用中に、整流を提供するように第１及び第２出力ポート２０６−１及び２０６−２のスイッチ２０７−１、２０８−１、２０７−２、２０８−２を動作させるよう構成される。アクティブ整流制御を提供するために、処理モジュール２０２は、適切な時点で、例えば、関連する出力ポートでの電圧が適切な大きさ及び極性を有するときに、第１及び第２出力ポート２０６−１及び２０６−２のスイッチ２０７−１、２０８−１、２０７−２、２０８−２を切り替えるために、ＡＣ波形の位相をモニタする。

ＡＣ波形の位相が処理モジュール２０２によって決定され得る様々な方法がある。いくつかの実施形態で、処理モジュール２０２は、位相ロックループ（phase-locked-loop；ＰＬＬ）機能を実装してよい。ＰＬＬ機能は、処理モジュール２０２のためのソフトウェアにおいて実装されてよい。いくつかの実施で、ＤＣ供給レールでの電圧リプル、例えば、ＶＤＤレールでの電圧は、ＰＬＬのための入力信号として使用されてよい。この電圧レールは、使用中に、ＡＣ波形の時間変化する整流されたバージョンにより電圧リプルを経験することになる。供給レールＶＤＤでの電圧は、ＡＣサイクルごとに２度ピークに達し、ＰＬＬは、出力ポートのスイッチのスイッチングのタイミングをとるために使用され得るＡＣ波形の２倍の周波数でクロック信号を供給するようこの電圧リプルと同期されてよい。

追加的に、又は代替的に、マイクロコントローラ２０１の少なくとも１つのポートは、ＡＣ源１０８と、ＡＣ波形のゼロ交差、すなわち、ＡＣ電流又は電圧がゼロに達するときを検出するためにモニタリングポートとして使用される関連するポートとへ接続されてよい。ＡＣサイクルごとに２つのゼロ交差が存在し、ゼロ交差を検出することは、ＡＣ波形の位相の明らかな表れを提供する。いくつかの実施で、ＡＣ波形においてゼロ交差をモニタするために使用されるモニタリングポートは、マイクロコントローラ回路２０１の更なるポート、すなわち、第１又は第２出力ポート２０６−１及び２０６−２以外のポートであってよい。なお、いくつかの実施では、第１及び／又は第２出力ポート２０６−１及び２０６−２が、ゼロ交差をモニタするためにモニタリングポートとして使用されてもよい。起動時に、処理モジュール２０２が十分に給電されると、しかし、アクティブ同期整流が開始される前に、第１及び第２出力ポート２０６−１及び２０６−２は、ＡＣ波形のゼロ交差を検出するために処理モジュール２０２によってモニタされてよい。ゼロ交差は、出力ポートの論理状態遷移として検出されてよい。明らかなように、ＧＰＩＯポートなどのポートは、必要に応じて、出力ポートで電圧及び／又は電流をモニタするための経路（図３中、破線で示される）を提供するよう入力部として構成され得る。

ゼロ交差のタイミングは、処理モジュール２０２によって実装されるＰＬＬ機能のための入力として供給され得る。同期されたクロック信号が利用可能であると、これは、ＡＣ波形により適切な位相でスイッチ２０７−１、２０８−１、２０７−２、２０８−２を制御するために使用されてよい。なお、ＡＣ波形へのクロック信号の位相ロックを保つために、同期整流は、ゼロ交差が期待される時点の前後で、少なくともいくつかのＡＣサイクルの間、サスペンドされてよい。

効率的な整流のために、ハイサイドスイッチ２０７は、関連する出力ポート２０６での電圧がハイサイド供給レールＶＤＤでの電圧よりも高くなるまで、オフされたままであることが理解される。これは、出力ポート２０６での電圧がハイサイド電圧レールＶＤＤでの電圧よりも低いときに、関連するハイサイドスイッチ２０７はオフされており、キャパシタンス２０５の望ましくない放電が阻止されることを意味する。よって、ＡＣ電圧波形の大きさが比較的に低いとき、ハイサイドスイッチ２０７−１及び２０７−２は両方ともいずれにしろオフされる。そのような時点で、ＡＣ波形のゼロ交差の前後で、出力ポート２０６の関連するスイッチはオフされ、出力ポートでの電圧は、モニタリング期間にモニタされる。上述されたように、モニタリング期間中に、ＡＣ波形のゼロ交差は決定され得る。追加的に、又は代替的に、スイッチのボディダイオード２０９を介した導通が検出され、出力ポートの関連するスイッチのスイッチングを制御するために使用されてもよい。

図４は、この原理を説明する。図４は、ＡＣサイクルにわたって第１出力ポート２０６−１での電圧のプロット４０１を示すとともに、ハイサイドＤＣ電圧レールＶＤＤの電圧４０２を示す。図４は、明りょうさのために、ＡＣサイクルの正部分についてしか電圧を示していない。時間Ｔ１で、（出力ポート２０６−１についての）ＡＣサイクルの正部分は、ＡＣ波形がゼロと交差するときに始まる。この時点で、ＡＣ波形は立ち上がり始める。しかし、時間Ｔ２まで、出力ポート２０６−１での電圧は、ハイサイドレール電圧ＶＤＤよりも低く、よって、第１ハイサイドスイッチ２０７−１は、オフされた状態に保たれる。この期間中、第１及び第２出力ポート２０６−１及び２０６−２の全ての関連するスイッチはオフされている。そのような状態で、出力ポート２０６−１及び２０６−２のスイッチはパッシブ整流器として動作するが、ハイサイドレールＶＤＤの電圧４０２が出力ポート２０６−１での電圧よりも高いということで、第１ハイサイドスイッチ２０７−１のボディダイオード２０９は逆バイアスをかけられ、導通は起こらない。時間Ｔ２で、出力ポート２０６−１での電圧は、ハイサイドＤＣ電圧レールＶＤＤでの電圧よりも高くなるよう増大し、この時点で、第１ハイサイドスイッチ２０７−１はオンされる。第２ローサイドスイッチは同時にオンされ、２つのスイッチは第１スイッチ制御信号Ｓ１によって制御される。これらのスイッチは、出力ポート２０６−１での電圧がハイサイドＤＣ電圧ＶＤＤよりも低くなる時間Ｔ３までの期間Ｔ_{ＯＮ＿２０７−１＿２０８−２}にオンされたままである。期間Ｔ_{ＯＮ＿２０７−１＿２０８−２}の存続時間は、Ｔ２からＴ３の間の時間から決定され得る。次いで、ＡＣ電圧波形はゼロまで落ち、（出力ポート２０６−１の）サイクルの負部分が始まるが、これは、第２出力ポート２０６−２が関係している限りはＡＣサイクルの正部分と見なされ得る。同様のプロセスは、次いで第２出力ポート２０６−２での電圧がハイサイドＤＣ電圧レールＶＤＤよりも高い時間Ｔ４からＴ５の間の期間Ｔ_{ＯＮ＿２０７−２＿２０８−１}に第２スイッチ制御信号Ｓ２によって第２ハイサイドスイッチ２０７−２が第１ローサイドスイッチ２０８−１とともにオンされる場合に、第２出力ポートについて起こる。

述べられているように、全てのスイッチがオフである期間（Ｔ_ＯＦＦ）中、関連する出力ポートは、処理モジュールへの入力を有するように切り替えられ、ボディダイオード導通の始まりを検出するようにモニタされ得る。ボディダイオード導通の始まりは、関連する出力ポート２０６での電圧をハイサイドＤＣ電圧レールＶＤＤの電圧と比較することによって検出されてよい。

ゼロ交差をモニタするための及び／又はボディダイオード導通を検出するためのこのような制御は、ゼロ交差を測定し、適切な制御信号、例えば割り込みを、ＡＣ波形の２倍の周波数であるレートで生成する能力を有効に必要とする。ＡＣ波形の周波数、ひいてはＡＣサイクルの周期Ｔ_ＡＣは、ＡＣ波形を供給するために使用される電力モジュール１０８のタイプに依存する。エネルギハーベスティングのために、ＡＣ波形の周波数は、使用されるエネルギハーベスティングのタイプに、更には、駆動される場合に切削要素本体１０１の回転速度に依存してよい。エネルギハーベスティングのために、結果として得られる波形の周波数は、数十又は数百ヘルツから数十又は数百キロヘルツの程度、例えば、いくつかの例となる実施形態の場合に１００Ｈｚから１０ｋＨｚの範囲内であってよい。そのような動作レートは、比較的に簡単且つ安価なマイクロコントローラを用いてさえ容易に達成可能である。例えば誘導結合に基づいたワイヤレス受電器を備えている電力モジュールの場合に、周波数は、数百ヘルツから数百キロヘルツの程度又はそれ以上であってよい。

比較的に簡単且つ安価なマイクロコントローラは、例えば２００ｋＨｚぐらいまでのＡＣ周波数により容易に動作することが可能であり得る。実施形態はまた、ＡＣ波形のより高い周波数（例えば、２００ｋＨｚ超）を供給する電力モジュールにより実装されてもよいが、そのような実施形態は、そのような周波数で動作するよう具体的に選択されるマイクロコントローラ（例えば、ゼロ交差検出のために使用され得る高速プロセッサ及び／又は専用ハードウェアを備えている）の使用を必要とすることがある。

処理モジュール２０２は、いくつかの実施形態で、如何なる過電圧もモニタするようにＤＣ供給レールＶＤＤ及びＶＳＳにわたる電圧をモニタしてよい。例えば、処理モジュール２０２は、給電されるときに、過電圧閾値に対してＤＣ供給レールＶＤＤの電圧をモニタしてよい。過電圧閾値に達するが又はそれを超えるとき、処理モジュール２０２は、両方のローサイドスイッチ２０８−１及び２０８−２をオンするようスイッチ制御信号を生成してよく、ハイサイドスイッチ２０７−１及び２０７−２はオフされたままである。これは、ＡＣ源１０８を短絡し、ハイサイドスイッチのボディダイオードを介してキャパシタンス２０５の更なる充電を阻止する。明らかに、これは、ローサイドスイッチ２０８−１及び２０８−２を流れる短絡電流を生じさせるが、特に、電力モジュール１０８が比較的に低電力のエネルギハーベスティングシステムを有する場合に、ＡＣ源は、通常は比較的に高いインピーダンスを有することなり、よって、期待される電流は、出力ポート２０６−１及び２０６−２が一緒に短絡された状態でさえ、出力ポート及び関連するスイッチの許容範囲内にあることができる。

図３に表されている実施形態は、このようにして、マイクロコントローラがそれ自体の電力源をもたらすようにＡＣ波形のアクティブ整流を提供する手段を提供する。図３に示される配置は、外部ＤＣ電源によりマイクロコントローラに給電する従来の手段と比較して、如何なる追加の構成要素も必要とせず、単に、マイクロコントローラの標準の出力ポート、例えばＧＰＩＯポートを使用する。マイクロコントローラは、通常、２よりも多い構成可能なポートを備え、検知及び制御機能は、マイクロコントローラのそのような他のポートを用いて実装可能である。これは、コンパクトなマイクロコントローラが、エネルギハーベスティング配置又はワイヤレス受電器を有する電力モジュールのような、比較的にコンパクト且つ低電力のＡＣ源とともに使用されることを可能にする。

図３に表される配置において、ＤＣ電圧レール間に現れ得る最大電圧は、ＡＣ波形の電圧振幅、すなわち、ピークＡＣ電圧の大きさに等しい。しかし、実際には、ＤＣレールの平均電圧は、このピーク電圧振幅よりも低い。いくつかの場合に、ＤＣレール上でより高い電圧を有することが有利であり得る。

図５は、他の例となる実施形態を表す。図５の例では、第１出力ポート２０６−１は、図３に関して論じられたような方法で、電力モジュール１０８などのＡＣ源の一方の側へ結合される。しかし、この実施形態では、２つのキャパシタンス５０１及び５０２が、ＤＣ電圧レールＶＤＤ及びＶＳＳの間に直列に接続されており、ＡＣ源１０８の他方の側は、２つの直列接続されたキャパシタンス５０１及び５０２の間のノード５０３へ接続されている。この配置は、整流器及び倍電圧器として動作する。ＡＣサイクルの正の半分の間、ハイサイドスイッチ２０７−１はサイクル内の適切な時点でオンされ得、ローサイドスイッチ２０８−１はオフされている。これはキャパシタンス５０１を充電し、それにより、その正プレートはＶＤＤレールへ接続される。ＡＣサイクルの負部分の間、ハイサイドスイッチ２０７−１はオフされ得、ローサイドスイッチ２０８−１は適切な時点でオンされる。これはキャパシタンス５０２を充電し、それにより、その正プレートはノード５０３へ接続される。結果として、夫々のキャパシタンス５０１及び５０２は、理論上、ピークＡＣ電圧の大きさに等しい最大電圧まで、充電されるが、ＤＣ電圧レールＶＤＤ及びＶＳＳの間の電圧は両方のキャパシタンスの電圧の和になる。

使用中に、ＡＣ波形の位相は、図３に関して先に論じられたのと同じように、例えば、同期整流がゼロ交差の期待される時点の前後で中断される場合には第１出力ポート２０６−１、又はマイクロコントローラの他のポートなどの出力ポートでＡＣ波形をモニタすることによって、測定されてよい。図５に表される配置はまた、ＡＣ波形が始まるときに自動起動を可能にしながら、スイッチのアクティブ制御によらずに、スイッチ２０７−１及び２０８−１のボディダイオード２０９を介して受動的に動作する。

更なる出力ポート２０６−２は、デバイス動作の少なくとも１つの様相を制御するための制御信号を出力するように制御されてよい。

図３に表される配置と比較して、図５の実施形態は、より高い平均ＤＣ電圧を供給し、マイクロコントローラの単一の出力ポートしか用いずに実装可能である。しかし、それは、図３の実施形態の１つのキャパシタと比較して、２つのキャパシタンス、例えば２つの外付けキャパシタの使用を必要とし、よって、追加の構成要素を使用する。しかし、更なる外付けキャパシタは、追加のコスト又はサイズをそれほど増大させない。当然、キャパシタンス２０５、５０１又は５０２のいずれも、望まれる場合には、１よりも多い物理キャパシタによって実装されてよいことが理解される。

最大許容平均電流も、それが４つではなく２つのＭＯＳＦＥＴによって運ばれるので、図５の実施形態では低くなる。しかし、一般に、必要とされる電流が、出力ポートに関連したＭＯＳＦＥＴの定格容量よりも大きい場合に、２つ以上の出力ポートが並列に接続され、互いに同期して切り替えられてよく、それにより、電流は、接続されているポートのＭＯＳＦＥＴの間で共有される。図５は、望まれる場合に、第２出力ポート２０６−１が経路５０４を介して第１出力ポート２０６−１と並列に接続され得ることを表す。この場合に、この出力ポートは、制御信号の出力のためには使用されず、少なくとも１つの第３出力ポートが、図３に表されるように、制御信号を出力するために使用されてよい。

従って、概して、本開示の実施形態は、マイクロコントローラに動力を供給する方法及び装置に、特に、ＡＣ波形へ結合された少なくとも第１出力ポートを備え、マイクロコントローラのためにＤＣ電圧レールでのＡＣ波形の整流を提供するために出力ポートに関連したスイッチを制御するよう構成されたマイクロコントローラに係る。ＤＣレールで生成された電圧は、マイクロコントローラ自体に動力を供給するために使用され得る。更には、ＤＣレールで生成された電圧は、例えば、図１に表されているセンサ、アクチュエータ又は通信モジュールのいずれか又は全てのような他のローカルコンポーネントに給電するために外部の、すなわちオフチップの電圧レールへ供給されてよい。

添付の図面は、本開示の原理を理解するために必要な態様のみを表し、実際に存在する可能性がある他の特徴及び構成要素は、明りょうさのために省略されている。例えば、図１は、マイクロコントローラ１０４を備えたシェーバー製品１０７の切削要素１００の原理を単に一般的に表し、切削要素１００の構造の更なる詳細、その駆動メカニズム及び製品全体の他の態様は、省略されている。同様に、図２、図３及び図５は、マイクロコントローラのポート及び特徴のほんの一部しか表さない。

実施形態は、シェーバー製品において検知及び制御を提供することを参照して主に記載されてきた。検知することが有利であり得る種々の状態、及びマイクロコントローラとともに実装され使用され得る多種多様なタイプのセンサが存在する。同様に、シェーバー動作の少なくともいくつかの側面が、検知された状態に基づいて調整され得る多種多様な方法が存在する。

実施形態は、１つの特定のタイプのシェーバー製品において検知及び制御を提供することを参照して主に記載されてきた。しかし、原理は、他のタイプのシェーバー製品に、例えば、回転しないが、例えば概して直線往復運動により動作する切削要素を備えることがある他のタイプのシェーバー製品に、より一般的には、パーソナルケアようであるかどうかに関わらず、他の製品に適用されることが理解される。マイクロコントローラを組み込み、ＡＣ源（例えば、エネルギハーベスティングによって得られるか又はワイヤレス電力伝送による）によってマイクロコントローラに動力を供給することが有利であり得る如何なる製品でも、本明細書で記載される原理は適用可能であり、本開示の実施形態は、任意の製品で使用される上記のように構成されたマイクロコントローラに、及びそのようなマイクロコントローラを備えた任意の製品にまで及ぶ。

開示される実施形態に対する他の変形は、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から、請求される発明を実施する際に当業者によって理解及び達成され得る。特許請求の範囲において、語「有する」（comprising）は、他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞（a又はan）は、複数を除外しない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、特許請求の範囲で挙げられているいくつかの項目の機能を満たしてもよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項に挙げられている単なる事実は、それらの手段の組み合わせが有利に使用されえないことを示すものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアとともに又はその部分として供給される光記憶媒体又は固体状態媒体などの適切な媒体で記憶／分配されてよいが、他の形態で、例えば、インターネット又は他の有線若しくは無線電気通信システムを介して、分配されてもよい。特許請求の範囲におけるいかなる参照符号も、適用範囲を制限するものとして解釈されるべきではない。

本開示の一態様に従って、複数の出力ポートを有するマイクロコントローラ回路を有するマイクロコントローラ装置が提供される。各出力ポートは、当該出力ポートとハイサイドＤＣ電圧レールとの間に電気的に接続された関連するハイサイドスイッチと、当該出力ポートとローサイドＤＣ電圧レールとの間に電気的に接続された関連するローサイドスイッチとを備え、ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチは夫々、ボディダイオードを備えたＭＯＳＦＥＴを有する。マイクロコントローラ装置は、使用中にハイサイドＤＣ電圧レール及びローサイドＤＣ電圧レールによって給電されるよう構成される処理モジュールを更に有する。マイクロコントローラ装置は、ハイサイドＤＣ電圧レールへ電気的に接続されたキャパシタンスを更に有する。複数の出力ポートのうちの少なくとも１つの出力ポートは、ホストデバイスの動作の少なくとも１つの様相を制御する制御信号を出力するよう構成される。処理モジュールは、制御信号を出力するために少なくとも１つの出力ポートの関連するハイサイド及びローサイドスイッチのスイッチングを制御するよう構成される。複数の出力ポートは、使用中にＡＣ波形を受けるよう構成される第１出力ポートを更に有し、処理モジュールは、ハイサイドＤＣ電圧レールとローサイドＤＣ電圧レールとの間で整流された電圧を供給するために、ＡＣ波形の位相をモニタし、ＡＣ波形の位相に基づいて第１出力ポートの関連するハイサイドスイッチ及び関連するローサイドスイッチのスイッチングを制御するよう構成される。処理モジュールは、第１出力ポートでのＡＣ波形の電圧と、ハイサイドＤＣ電圧レールでの電圧とをモニタし、第１出力ポートでのＡＣ波形のモニタされた電圧が、ゼロとハイサイドＤＣ電圧レールでのモニタされた電圧との間にあるときに、第１出力ポートの関連するハイサイドスイッチをターンオフされた状態に保ち、第１出力ポートでのＡＣ波形のモニタされた電圧が、ハイサイドＤＣ電圧レールでのモニタされた電圧よりも高いときに、第１出力ポートの関連するハイサイドスイッチをターンオンされた状態に保つよう更に構成される。

この配置は、マイクロコントローラがＡＣ（alternating current）波形を受け、そして、マイクロコントローラに動力を供給するＤＣ（direct current）電源を提供するためにＡＣ波形を効率的に整流することを可能にする。第１出力ポートの関連するハイサイドスイッチは、第１出力ポートでのＡＣ波形の電圧がハイサイドＤＣ電圧レールでの電圧よりも低いときに、ターンオフされた状態にあるから、関連するハイサイドスイッチを介したキャパシタンスの望ましくない放電は防がれる。これは、マイクロコントローラがＡＣ波形から自身に効率的に動力を供給することが可能であることを意味する。これは、外付けのＤＣ電源又は外付けの整流器を必要とせずにマイクロコントローラが実装されることを可能にする。そのようなマイクロコントローラは、例えば、以下で更に詳細に論じられるように、ワイヤレス受電器又はエネルギハーベスティングモジュールによって形成され得るようなローカルＡＣ電源により実装されてよい。マイクロコントローラはまた、ホストデバイス、すなわち、マイクロコントローラが組み込まれているデバイスの動作の少なくとも１つの様相を制御する制御信号を、少なくとも１つの他の出力ポートを介して出力することもできる。ＭＯＳＦＥＴスイッチは、双方向の電流伝導を可能にし、電流が出力ポート内及びＤＣ電圧レールへ流れ込むことを可能にする。第１出力ポート及び適用可能である場合には第２出力ポートのＭＯＳＦＥＴスイッチのボディダオードは、例えば起動時に、処理モジュールがアクティブ整流制御を提供するほど十分に給電されないときに、パッシブ整流を提供するよう動作し得る。

他の態様で、複数の出力ポートを有し、各出力ポートが、当該出力ポートとハイサイドＤＣ電圧レールとの間に電気的に接続された関連するハイサイドスイッチと、当該出力ポートとローサイドＤＣ電圧レールとの間に電気的に接続された関連するローサイドスイッチとを備え、ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチは夫々、ボディダイオードを備えたＭＯＳＦＥＴを有する、マイクロコントローラ装置に給電する方法であって、マイクロコントローラ装置は、処理モジュールと、前記ハイサイドＤＣ電圧レールへ電気的に接続されたキャパシタンスとを更に有する、方法が提供される。方法は、ホストデバイスの動作の少なくとも１つの様相を制御する制御信号を出力するように前記複数の出力ポートのうちの少なくとも１つの出力ポートの関連するハイサイドスイッチ及び関連するローサイドスイッチのスイッチングを制御することを含む。方法は、ハイサイドＤＣ電圧レール及びローサイドＤＣ電圧レールによって処理モジュールに給電することと、複数の出力ポートのうちの第１出力ポートでＡＣ波形を受けることと、第１出力ポートでＡＣ波形の位相をモニタすることと、ハイサイドＤＣ電圧レールとローサイドＤＣ電圧レールとの間で整流された電圧を供給するために、ＡＣ波形の位相に基づいて第１出力ポートの関連するハイサイドスイッチ及び関連するローサイドスイッチのスイッチングを制御することとを更に含む。方法は、第１出力ポートでのＡＣ波形の電圧と、ハイサイドＤＣ電圧レールでの電圧とをモニタすることと、第１出力ポートでのＡＣ波形のモニタされた電圧が、ゼロとハイサイドＤＣ電圧レールでのモニタされた電圧との間にあるときに、第１出力ポートの関連するハイサイドスイッチをターンオフされた状態に保つことと、第１出力ポートでのＡＣ波形のモニタされた電圧が、ハイサイドＤＣ電圧レールでのモニタされた電圧よりも高いときに、第１出力ポートの関連するハイサイドスイッチをターンオンされた状態に保つこととを更に含む。

Claims (15)

1. 複数の出力ポートを有し、各出力ポートが、当該出力ポートとハイサイドＤＣ電圧レールとの間に電気的に接続された関連するハイサイドスイッチと、当該出力ポートとローサイドＤＣ電圧レールとの間に電気的に接続された関連するローサイドスイッチとを備える、マイクロコントローラ回路と、
   使用中に前記ハイサイドＤＣ電圧レール及び前記ローサイドＤＣ電圧レールによって給電されるよう構成される処理モジュールと、
   前記ハイサイドＤＣ電圧レールへ電気的に接続されたキャパシタンスと
   を有し、
   前記複数の出力ポートのうちの少なくとも１つの出力ポートは、ホストデバイスの動作の少なくとも１つの様相を制御する制御信号を出力するよう構成され、前記処理モジュールは、前記制御信号を出力するために前記少なくとも１つの出力ポートの前記関連するハイサイドスイッチ及び前記関連するローサイドスイッチのスイッチングを制御するよう構成され、
   前記複数の出力ポートは、使用中にＡＣ波形を受けるよう構成される第１出力ポートを更に有し、前記処理モジュールは、前記ハイサイドＤＣ電圧レールと前記ローサイドＤＣ電圧レールとの間で整流された電圧を供給するために、前記ＡＣ波形の位相をモニタし、該ＡＣ波形の位相に基づいて前記第１出力ポートの前記関連するハイサイドスイッチ及び前記関連するローサイドスイッチのスイッチングを制御するよう構成される、マイクロコントローラ装置であって、
   前記処理モジュールは、
   前記第１出力ポートでの前記ＡＣ波形の電圧と、前記ハイサイドＤＣ電圧レールでの電圧とをモニタし、
   前記第１出力ポートでの前記ＡＣ波形のモニタされた電圧が、ゼロと前記ハイサイドＤＣ電圧レールでのモニタされた電圧との間にあるときに、前記第１出力ポートの前記関連するハイサイドスイッチをターンオフされた状態に保ち、
   前記第１出力ポートでの前記ＡＣ波形のモニタされた電圧が、前記ハイサイドＤＣ電圧レールでのモニタされた電圧よりも高いときに、前記第１出力ポートの前記関連するハイサイドスイッチをターンオンされた状態に保つ
   よう構成される、
   ことを特徴とするマイクロコントローラ装置。
2. 前記複数の出力ポートは、使用中に前記ＡＣ波形を受けるよう構成される第２出力ポートを更に有し、前記マイクロコントローラ装置は、前記第１出力ポート及び前記第２出力ポートにわたって前記ＡＣ波形を受けるよう構成され、
   前記処理モジュールは、
   前記整流された電圧を供給するために、前記ＡＣ波形の前記位相に基づいて前記第２出力ポートの前記関連するハイサイドスイッチ及び前記関連するローサイドスイッチのスイッチングを制御し、
   前記第１出力ポートでの前記ＡＣ波形のモニタされた電圧が、ゼロと前記ハイサイドＤＣ電圧レールでのモニタされた電圧との間にあるときに、前記第２出力ポートの前記関連するローサイドスイッチをターンオフされた状態に保ち、
   前記第１出力ポートでの前記ＡＣ波形のモニタされた電圧が、前記ハイサイドＤＣ電圧レールでのモニタされた電圧よりも高いときに、前記第２出力ポートの前記関連するローサイドスイッチをターンオンされた状態に保つ
   よう更に構成される、
   請求項１に記載のマイクロコントローラ装置。
3. 前記キャパシタンスは、前記ハイサイドＤＣ電圧レールと前記ローサイドＤＣ電圧レールとの間に電気的に接続される、
   請求項２に記載のマイクロコントローラ装置。
4. 前記キャパシタンスは、前記ハイサイドＤＣ電圧レールと前記ローサイドＤＣ電圧レールとの間で更なるキャパシタンスと直列に電気的に接続され、前記ＡＣ波形は、前記第１出力ポートと、前記キャパシタンスと前記更なるキャパシタンスとの間のノードとの間に印加される、
   請求項１に記載のマイクロコントローラ装置。
5. 前記処理モジュールは、前記ハイサイドＤＣ電圧レール上で電圧リプルをモニタすることによって前記ＡＣ波形の前記位相をモニタするよう構成される、
   請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載のマイクロコントローラ装置。
6. 前記処理モジュールは、前記マイクロコントローラ装置のモニタリングポートでの電流又は電圧のゼロ交差のモニタリングによって前記ＡＣ波形の前記位相をモニタするよう構成される、
   請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載のマイクロコントローラ装置。
7. 前記モニタリングポートは前記第１出力ポートであり、前記処理モジュールは、ゼロ交差が期待されるモニタリング期間中に前記ＡＣ波形のゼロ交差について前記第１出力ポートのモニタリングを可能にするように前記第１出力ポートの前記関連するハイサイドスイッチ及び前記関連するローサイドスイッチを制御するよう構成される、
   請求項６に記載のマイクロコントローラ装置。
8. 前記処理モジュールは、前記第１出力ポートの前記関連するハイサイドスイッチ及び前記関連するローサイドスイッチを制御するための少なくとも１つのスイッチ制御信号を生成するように前記ＡＣ波形の前記位相にロックされる位相ロックループを実装するよう構成される、
   請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載のマイクロコントローラ装置。
9. 前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチは、ボディダイオードを備えたＭＯＳＦＥＴスイッチを有する、
   請求項１乃至８のうちいずれか一項に記載のマイクロコントローラ装置。
10. 前記ＡＣ波形を生成する電力モジュールを更に有し、該電力モジュールは、ホスト製品の要素の動きからＡＣ波形を生成するエネルギハーベスティングモジュール及びワイヤレス受電器のうちの少なくとも１つを有する、
    請求項１乃至９のうちいずれか一項に記載のマイクロコントローラ装置。
11. 請求項１乃至１０のうちいずれか一項に記載のマイクロコントローラ装置を有する電子デバイス。
12. 前記マイクロコントローラ装置の前記ハイサイドＤＣ電圧レールは、前記マイクロコントローラ装置の外部の少なくとも１つのモジュールに給電するよう構成される外部ＤＣ電圧レールへ電気的に接続される、
    請求項１１に記載の電子デバイス。
13. 請求項１乃至１０のうちいずれか一項に記載の少なくとも１つのマイクロコントローラ装置、又は請求項１１若しくは１２に記載の電子デバイスを有するシェーバー製品であって、
    前記マイクロコントローラ装置は、前記シェーバー製品の切削要素に又はその中に位置する、
    シェーバー製品。
14. 前記マイクロコントローラ装置は、使用中に前記切削要素で状態を検知し、該検知された状態に応じて前記シェーバー製品の動作の少なくとも１つの様相を調整するよう構成される、
    請求項１３に記載のシェーバー製品。
15. 複数の出力ポートを有し、各出力ポートが、当該出力ポートとハイサイドＤＣ電圧レールとの間に電気的に接続された関連するハイサイドスイッチと、当該出力ポートとローサイドＤＣ電圧レールとの間に電気的に接続された関連するローサイドスイッチとを備える、マイクロコントローラ装置に給電する方法であって、前記マイクロコントローラ装置は、処理モジュールと、前記ハイサイドＤＣ電圧レールへ電気的に接続されたキャパシタンスとを更に有し、前記方法は、
    ホストデバイスの動作の少なくとも１つの様相を制御する制御信号を出力するように前記複数の出力ポートのうちの少なくとも１つの出力ポートの前記関連するハイサイドスイッチ及び前記関連するローサイドスイッチのスイッチングを制御することと、
    前記ハイサイドＤＣ電圧レール及び前記ローサイドＤＣ電圧レールによって前記処理モジュールに給電することと、
    前記複数の出力ポートのうちの第１出力ポートでＡＣ波形を受けることと、
    前記第１出力ポートで前記ＡＣ波形の位相をモニタすることと、
    前記ハイサイドＤＣ電圧レールと前記ローサイドＤＣ電圧レールとの間で整流された電圧を供給するために、前記ＡＣ波形の位相に基づいて前記第１出力ポートの前記関連するハイサイドスイッチ及び前記関連するローサイドスイッチのスイッチングを制御することと
    を有する、前記方法において、
    前記第１出力ポートでの前記ＡＣ波形の電圧と、前記ハイサイドＤＣ電圧レールでの電圧とをモニタすることと、
    前記第１出力ポートでの前記ＡＣ波形のモニタされた電圧が、ゼロと前記ハイサイドＤＣ電圧レールでのモニタされた電圧との間にあるときに、前記第１出力ポートの前記関連するハイサイドスイッチをターンオフされた状態に保つことと、
    前記第１出力ポートでの前記ＡＣ波形のモニタされた電圧が、前記ハイサイドＤＣ電圧レールでのモニタされた電圧よりも高いときに、前記第１出力ポートの前記関連するハイサイドスイッチをターンオンされた状態に保つことと
    を更に有することを特徴とする方法。

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