JP2022130997A - 電源回路及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】バッテリー接続時のバッテリー消費を防ぐことができる電源回路及び電子機器を提供する。【解決手段】電力伝送システムにおいて、電子機器の電源回路は、充電系回路と放電系回路70とを含む。充電系回路は、受電部の受電電力に基づいてバッテリー90を充電する。放電系回路70は、給電回路71とパワーオフ設定回路81とを含み、バッテリー90からのバッテリー電圧VBATに基づいて、給電対象デバイス100に電力を供給する。給電回路71は、バッテリー電圧VBATに基づいて給電対象デバイス100に給電を行う。パワーオフ設定回路81は、放電系回路70に対するバッテリー電圧VBATの非入力状態から入力状態となったことを検出したとき、給電回路71をパワーオフ状態に設定し、受電部の受電が開始された後に、パワーオフ状態を解除する。【選択図】図5
Description
本発明は、電源回路及び電子機器等に関する。
特許文献1には、電池の着脱が可能な携帯端末装置における瞬断復帰回路が開示されている。瞬断復帰回路は、電池電圧が供給されなくなったとき、復帰可能時間内であると判断した場合にはパワーオン指令の信号を外部の電源制御回路へ出力し、復帰可能時間外であると判断した場合にはパワーオン許可信号を電源制御回路へ出力しない。これにより、電源制御回路は、電池電圧の瞬断時には電源制御回路は回路電源を自動復帰させ、瞬断でないときには電源制御回路は回路電源をオフに維持する。
バッテリーの初回接続時において、バッテリー電圧に基づく給電がオフに確定されない場合には、意図せず給電がオンになってバッテリーが消費される可能性があるという課題がある。特許文献1の瞬断復帰回路は、電池が携帯端末装置に接続された後において、その電池電圧の遮断を検出していることから、電池の初回接続時における動作ではない。即ち、特許文献1の瞬断復帰回路は、電池の初回接続時において電源制御回路が回路電源をオフにするか否かを確定できない。
本開示の一態様は、受電部の受電電力に基づいてバッテリーを充電する充電系回路と、前記バッテリーからのバッテリー電圧に基づいて、給電対象デバイスに電力を供給する放電系回路と、を含み、前記放電系回路は、前記バッテリー電圧に基づいて前記給電対象デバイスに給電を行う給電回路と、前記放電系回路に対する前記バッテリー電圧の非入力状態から入力状態となったことを検出したとき、前記給電回路をパワーオフ状態に設定し、前記受電部の受電が開始された後に、前記パワーオフ状態を解除するパワーオフ設定回路と、を含む電源回路に関係する。
また本開示の他の態様は、給電対象デバイスと、充電器からの受電電力に基づいてバッテリーを充電すると共に、前記バッテリーからのバッテリー電圧に基づく電源を前記給電対象デバイスに供給する電源回路と、を含み、前記電源回路は、前記電源回路に前記バッテリーが接続されたとき、前記電源の供給をオフし、送電可能な状態の前記充電器に電子機器が置かれたとき、前記電源の供給をオンにする電子機器に関係する。
以下、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。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必須構成要件であるとは限らない。
1.電力伝送システム
図1は、電力伝送システム200の構成例である。電力伝送システム200は、送電装置10と、受電側の電子機器500とを含む。なお、以下では電力伝送システム200が無接点電力伝送システムである例を説明するが、電力伝送システム200は接点式の電力伝送システムであってもよい。その場合、1次コイルL1と2次コイルL2の代わりに送電用の端子と受電用の端子が設けられる。
図1は、電力伝送システム200の構成例である。電力伝送システム200は、送電装置10と、受電側の電子機器500とを含む。なお、以下では電力伝送システム200が無接点電力伝送システムである例を説明するが、電力伝送システム200は接点式の電力伝送システムであってもよい。その場合、1次コイルL1と2次コイルL2の代わりに送電用の端子と受電用の端子が設けられる。
送電装置10は、電子機器500がバッテリー90を充電するための電力を供給する充電器である。受電側の電子機器500は、例えば補聴器、スマートフォン、スマートウォッチ、ヘッドマウントディスプレイ、携帯電話機、シェーバー、電動歯ブラシ又は電気自動車である。
送電装置10は、1次コイルL1と、送電回路12と、制御装置20とを含む。送電装置10を1次側装置又は1次側モジュールとも呼ぶ。制御装置20は例えば集積回路装置である。
送電回路12は、電力伝送時において所定周波数の交流電圧を生成して、1次コイルL1に供給する。送電回路12が1次コイルL1に交流電圧を供給することで、1次コイルL1から2次コイルL2に電力が送電される。1次コイルL1は、2次コイルL2と電磁結合して電力伝送用トランスを形成する。例えば電力伝送が必要なときには、充電器である送電装置10の上に受電側の電子機器500を置き、1次コイルL1の磁束が2次コイルL2を通るような状態にする。これを着地状態と呼ぶ。一方、電力伝送が不要なときには、送電装置10と電子機器500を物理的に離して、1次コイルL1の磁束が2次コイルL2を通らないような状態にする。これを取り去り状態と呼ぶ。
制御装置20は、送電側の各種制御を行う。例えば、制御装置20は、送電回路12による電力送電を制御したり、送電装置10と電子機器500との間の通信処理を制御したりする。
電子機器500は、受電装置40とバッテリー90と給電対象デバイス100とを含む。また電子機器500は、電子機器500をオン又はオフにするスイッチ30を含むことができる。
バッテリー90は充電可能な二次電池であり、例えばリチウム電池やニッケル電池である。リチウム電池は、リチウムイオン二次電池、又はリチウムイオンポリマー二次電池等である。ニッケル電池は、ニッケル-水素蓄電池、又はニッケル-カドミウム蓄電池等である。バッテリー電圧VBATは、バッテリー90の端子電圧である。
給電対象デバイス100は、電源回路50からバッテリー電圧VBATに基づく電力が供給されるデバイスである。給電対象デバイス100は、例えば電子機器500のシステムを制御するプロセッサーである。プロセッサーは、例えばDSP、マイクロプロセッサー、マイクロコントローラー又はCPUである。
受電装置40は、2次コイルL2と電源回路50とを含む。受電装置40を2次側装置又は2次側モジュールとも呼ぶ。電源回路50を受電側の制御装置とも呼び、電源回路50は例えば集積回路装置である。
電源回路50は、受電側の各種制御を行う。電源回路50は、充電系回路60と、放電系回路70を含む。
充電系回路60は、送電装置10が送信した電力を受電し、その受電した電力によって動作する。充電系回路60は、送電装置10から受電した電力に基づいてバッテリー90を充電する。
放電系回路70は、バッテリー90から供給される電力によって動作する回路である。放電系回路70は、バッテリー電圧VBATをレギュレートすることで出力電圧VOUTを生成し、その出力電圧VOUTを給電対象デバイス100に出力することで給電対象デバイス100への給電を行う。
2.電源回路の詳細構成例
以下、電源回路50の詳細構成例を説明する。まず、図2に充電系回路60の詳細構成例を示す。充電系回路60は、受電部61と充電系制御回路63と通信回路64と充電回路65と不揮発性メモリー66とA/D変換回路68と発振回路69とを含む。
以下、電源回路50の詳細構成例を説明する。まず、図2に充電系回路60の詳細構成例を示す。充電系回路60は、受電部61と充電系制御回路63と通信回路64と充電回路65と不揮発性メモリー66とA/D変換回路68と発振回路69とを含む。
受電部61は、送電装置10が送電した電力を受電する。電力伝送システム200が無接点電力伝送システムである場合には、受電部61は受電回路とも呼ばれる。受電部61は、具体的には整流回路であり、2次コイルL2に誘起された交流電圧を直流の整流電圧VCCに変換する。なお、電力伝送システム200が接点式の電力伝送システムである場合には、受電部61は例えば受電端子である。この場合、送電装置10の送電端子と受電部61の受電端子とが接続されることで、受電端子に入力電圧が入力され、その入力電圧が充電回路65に入力される。
充電系制御回路63は、充電系制御回路63の各部を制御し、バッテリー90の充電中に行われる各種の制御処理を実行する。また充電系制御回路63は、送電装置10と充電系回路60との間の通信を制御する。充電系制御回路63は、例えばゲートアレイ等の自動配置配線手法で生成されたロジック回路、或いはDSP等の各種のプロセッサーである。
発振回路69は、発振によりクロック信号を生成し、そのクロック信号を充電系制御回路63に出力する。充電系制御回路63は、発振回路69からのクロック信号を用いて制御処理を実行する。
通信回路64は、通信データを送電装置10に送信するための負荷変調を行う。通信回路64は、充電系制御回路63からの制御信号に基づいて、整流電圧VCCのノードの電流負荷を変調することで、送電装置10に通信データを送信する。
充電回路65は、受電部61が受電した電力に基づいてバッテリー90を充電する。また充電回路65は、その充電の制御を行う。具体的には、充電回路65は、整流電圧VCCから定電流を生成し、その定電流をバッテリー90の端子に供給することで、バッテリー90を充電する。
A/D変換回路68は、バッテリー電圧VBATをA/D変換することで、バッテリー電圧VBATを測定する。A/D変換回路68は、測定結果を充電系制御回路63に出力する。
充電系制御回路63は、測定結果に基づく制御を行う。例えば、充電系制御回路63は、バッテリー電圧VBATが所与の電圧より高くなったとき、シャットダウン解除信号である信号SETDT及び信号SETCKを放電系回路70に出力することで、放電系回路70のシャットダウン状態を解除する。また、このとき、充電系制御回路63はマスク信号RSTMKを放電系回路70に出力する。なお、本開示において、放電系回路70から給電対象デバイス100への給電がオフされた状態を、パワーオフ状態と呼ぶ。そして、給電オフだけでなく放電系回路70の全体が動作していない状態を、シャットダウン状態と呼ぶ。
不揮発性メモリー66は、受電装置40のステータス情報等の各種の情報を記憶する。充電系制御回路63は、不揮発性メモリー66に記憶された情報に基づいて動作し、或いは不揮発性メモリー66にステータス情報等を記憶させる。不揮発性メモリー66は、例えば、EEPROM等の不揮発性半導体メモリーである。
次に、放電系回路70について説明する。本実施形態における放電系回路70の詳細構成例については図5で説明するが、その前に、本実施形態を用いなかった場合に生じる課題について図3と図4を用いて説明する。
図3に、本実施形態を用いない場合における放電系回路70の構成例を示す。放電系回路70は、給電回路71と放電系制御回路73とレギュレーター77とパワーオンリセット回路78と発振回路79とレジスター76とインターフェース回路74と監視回路75とを含む。
図4は、図3の放電系回路70を含む電源回路50に最初にバッテリー90が接続されたときの、放電系回路70の動作を説明する波形図である。
時間ta1において、電子機器500が充電器に置かれていない状態において電源回路50にバッテリー90が接続されたとする。このとき、電源回路50にバッテリー電圧VBATが入力される。充電器から電力が供給されないので整流電圧VCCは0Vであり、充電系回路60は動作しない。このため、充電系回路60から放電系回路70に対して、シャットダウン解除信号である信号SETDT、SETCKは出力されず、レジスター76が初期化されないのでレギュレーター77が起動するか否かは不定である。ここでは、バッテリー電圧VBATが供給された時間ta1においてレギュレーター77が起動したとする。
レギュレーター77が起動してレギュレート電源電圧VDが立ち上がると、パワーオンリセット回路78がパワーオンリセット信号RSTをハイレベルからローレベルに立ち下げる。パワーオンリセット信号RSTがローレベルになると放電系回路70はリセット解除状態となる。このとき、発振回路79が起動してクロック信号CLKを出力し、放電系制御回路73がクロック信号CLKに基づいて制御処理を開始するが、給電回路71から給電対象デバイス100への給電がオン状態であるかオフ状態であるかは不定である。
具体的には、放電系制御回路73は給電制御回路82を含み、給電制御回路82はイネーブル信号ENQを給電回路71に出力することで、給電回路71をオン状態又はオフ状態に制御する。給電回路71は、イネーブル信号ENQがハイレベルのときバッテリー電圧VBATに基づいて給電対象デバイス100に出力電圧VOUTを出力し、イネーブル信号ENQがローレベルのとき給電対象デバイス100への給電を行わない。給電がオン状態であることをパワーオン状態と呼び、給電がオフ状態であることをパワーオフ状態と呼ぶ。監視回路75は、スイッチ30に対する操作入力、又は不図示のモーションセンサーのセンサー出力をモニターする。給電制御回路82は、監視回路75からのモニター結果に基づいてイネーブル信号ENQを出力する。上述したように、パワーオンリセット信号RSTがローレベルになった後は放電系回路70がリセット解除状態となっており、放電系制御回路73及び給電回路71は動作可能な状態となっている。このため、監視回路75からのモニター結果によってイネーブル信号ENQはハイレベルにもローレベルにもなり得ることから、パワーオン状態であるかパワーオフ状態であるかは不定となる。
時間ta1より後の時間ta2において、電子機器500が充電台に置かれたとする。充電台には電源が供給されており、充電台は電子機器500に送電可能な状態であるとする。充電系回路60が受電することで整流電圧VCCが立ち上がり、充電系回路60がバッテリー90への充電を開始する。充電系回路60は、バッテリー電圧VBATが所定電圧以上であることを検出したとき、シャットダウン解除信号である信号SETDT、SETCKを放電系回路70に出力する。このシャットダウン解除信号によりレジスター76のレジスター値が初期化され、例えばパワーオン状態を指示するレジスター値がレジスター76に書き込まれる。給電制御回路82は、そのレジスター値に基づいてハイレベルのイネーブル信号ENQを出力する。このとき、イネーブル信号ENQの不定が解消され、パワーオン状態に確定する。
初回に電池が接続される時間ta1から、電子機器500が充電台に置かれる時間ta2までの期間において、イネーブル信号ENQが不定であるため、パワーオン状態となってバッテリー90が消費される場合がある。例えば、電子機器500の製造時等において、受電装置40とバッテリー90が接続されてモジュールとして構成され、そのモジュールが完成体に組まれるまで保管される場合がある。このような場合、時間ta1から時間ta2までの期間が長くなることが想定され、パワーオン状態となっていた場合にバッテリー90が消費される。電子機器500が充電台に置かれていないことからバッテリー90が充電されることがなく、長期間にわたってバッテリー90が消費され続ける可能性がある。
図5は、本実施形態における放電系回路70の詳細構成例である。放電系回路70は、給電回路71と放電系制御回路73とレギュレーター77とパワーオンリセット回路78と発振回路79とレジスター76とインターフェース回路74と監視回路75とを含む。なお、図3で説明した構成要素と同様な構成要素については、適宜に説明を省略する。
給電回路71は、バッテリー電圧VBATをレギュレートするレギュレーターであり、例えばチャージポンプ回路である。給電回路71がチャージポンプ回路である場合、パワーオン状態とはチャージポンプ回路がチャージポンプ動作を行っている状態であり、パワーオフ状態とはチャージポンプ回路のチャージポンプ動作が停止している状態である。なお、給電回路71は、インダクターを用いたスイッチングレギュレーター、又はアンプ回路を用いたリニアレギュレーター等であってもよい。
インターフェース回路74は、給電対象デバイス100への給電が行われているパワーオン状態において、給電対象デバイス100と電源回路50との間の情報の送受信を行う。送受信される情報は、例えばデータやコマンド等であり、レジスター76に格納される。
放電系制御回路73は、バッテリー90の放電中に行われる各種の制御処理を実行する。放電系制御回路73は、例えばゲートアレイ等の自動配置配線手法で生成されたロジック回路、或いはDSPなどの各種のプロセッサーである。本実施形態においては、放電系制御回路73は、パワーオフ設定回路81と給電制御回路82とイネーブル信号出力回路83とを含む。
給電制御回路82は、図3で説明した通り、監視回路75からのモニター結果に基づいてイネーブル信号ENQを出力する。パワーオフ設定回路81は、電源回路50に対してバッテリー90が接続されたとき、電源回路50が送電装置10から受電するまでパワーオフ状態を確定させるパワーオフ制御信号LOCKを出力する。イネーブル信号出力回路83は、イネーブル信号ENQとパワーオフ制御信号LOCKに基づいて給電イネーブル信号PSENを給電回路71に出力する。イネーブル信号出力回路83は例えばAND回路である。この場合、イネーブル信号出力回路83は、ローレベルのパワーオフ制御信号LOCKが入力されたとき、イネーブル信号ENQの論理レベルに関わらず、ローレベルの給電イネーブル信号PSENを出力する。即ち、ローレベルのパワーオフ制御信号LOCKは強制パワーオフを示しており、それによってパワーオフ状態が確定される。イネーブル信号出力回路83は、ハイレベルのパワーオフ制御信号LOCKが入力されたとき、イネーブル信号ENQと同じ論理レベルの給電イネーブル信号PSENを出力する。これにより、給電制御回路82による給電制御が有効となる。
図6は、パワーオフ設定回路81の詳細構成例である。パワーオフ設定回路81は、インバーターIVとNAND回路NAと第1ラッチ回路FF1と第2ラッチ回路FF2とを含む。これらのロジック素子の電源電圧はバッテリー電圧VBATである。パワーオフ設定回路81の動作については、図7の波形図において説明する。
図7と図8は、本実施形態の放電系回路70を含む電源回路50に最初にバッテリー90が接続されたときの、放電系回路70の動作を説明する波形図である。上述したように、バッテリー接続時にレギュレーター77が起動するか否かは不定である。図7には、バッテリー接続時にレギュレーター77が起動する場合の波形図を示す。
図7に示すように、時間tb1において、電子機器500が充電器に置かれていない状態において電源回路50にバッテリー90が接続されたとする。図4と同様に、パワーオンリセット回路78がパワーオンリセット信号RSTをハイレベルからローレベルに立ち下げ、放電系回路70がリセット解除状態となった後、給電制御回路82が出力するイネーブル信号ENQは不定となる。
パワーオフ設定回路81はバッテリー電圧VBATで動作するので、電源回路50にバッテリー電圧VBATが供給された後は動作可能となっている。電子機器500が充電器に置かれていないため充電系回路60は動作しておらず、マスク信号RSTMKはローレベルである。このため、パワーオンリセット信号RSTがハイレベルからローレベルになったとき、パワーオフ設定回路81のNAND回路NAは、出力信号FFRSTをローレベルからハイレベルにする。このとき、第1ラッチ回路FF1と第2ラッチ回路は、リセット状態からリセット解除状態になり、第1ラッチ回路FF1はローレベルのパワーオフ解除トリガー信号FF1Qを出力し、第2ラッチ回路FF2はローレベルのパワーオフ制御信号LOCKを出力する。パワーオフ制御信号LOCKがローレベルなので、給電イネーブル信号PSENがローレベルとなり、イネーブル信号ENQが不定であっても給電回路71がパワーオフ状態に確定される。
時間tb1より後の時間tb2において、電子機器500が充電台に置かれたとする。充電台には電源が供給されており、充電台は電子機器500に送電可能な状態であるとする。充電系回路60が受電することで整流電圧VCCが立ち上がり、充電系回路60がバッテリー90への充電を開始する。充電系回路60は、バッテリー電圧VBATが所定電圧以上であることを検出したとき、シャットダウン解除信号である信号SETDT、SETCKと、マスク信号RSTMKとを放電系回路70に出力する。
信号SETCKはクロック信号であり、連続した3つのパルス信号である。信号SETDTは、信号SETCKが有する1つ目のパルス信号の立ち下がりエッジにおいて、ローレベルからハイレベルになる。マスク信号RSTMKは、信号SETCKが有する1つ目のパルス信号の立ち上がりエッジより前にローレベルからハイレベルになり、信号SETCKが有する3つ目のパルス信号の立ち下がりエッジにおいて、ハイレベルからローレベルになる。
第1ラッチ回路FF1は、信号SETCKの立ち下がりエッジで信号SETDTを取り込む。このため、第1ラッチ回路FF1は、信号SETCKが有する2つ目のパルス信号の立ち下がりエッジで、ハイレベルの信号SETDTを取り込み、パワーオフ解除トリガー信号FF1Qをローレベルからハイレベルにする。第2ラッチ回路FF2は、パワーオフ解除トリガー信号FF1Qの立ち上がりエッジで、バッテリー電圧VBAT、即ちハイレベルを取り込む。このため、第2ラッチ回路FF2は、パワーオフ解除トリガー信号FF1Qがローレベルからハイレベルになったとき、パワーオフ制御信号LOCKをローレベルからハイレベルにする。パワーオフ制御信号LOCKがハイレベルになると、イネーブル信号ENQによる給電制御が有効になり、パワーオフ制御信号LOCKによる強制パワーオフが解除される。
レジスター76は、充電系回路60からシャットダウン解除信号が入力されたことで初期化される。このとき、例えばイネーブル信号ENQをハイレベルに設定するレジスター値がレジスター76に書き込まれる。この場合、給電イネーブル信号PSENはハイレベルに確定し、パワーオン状態が確定する。バッテリー電圧VBATに基づく給電が行われるが、電子機器500が充電台に置かれているため充電台から電子機器500に電力が供給されている。
以上のように、初回に電池が接続される時間tb1から、電子機器500が充電台に置かれる時間tb2までの期間において、イネーブル信号ENQが不定であっても、パワーオフ制御信号LOCKにより給電回路71のパワーオフ状態が確定するため、バッテリー90が消費されることがない。
図8には、バッテリー接続時にレギュレーター77が起動しない場合の波形図を示す。
図8に示すように、初回に電池が接続される時間tb1から、電子機器500が充電台に置かれる時間tb2までの期間において、レギュレート電源電圧VDが立ち上がらないので、パワーオンリセット回路78が動作せず、パワーオンリセット信号RSTがローレベルのままである。このため、第1ラッチ回路FF1と第2ラッチ回路FF2がリセットされず、パワーオフ制御信号LOCKが不定となる。
しかし、放電系回路70を動作させるレギュレート電源電圧VDが立ち上がっていないことから放電系回路70は動作可能な状態ではなく、給電回路71はパワーオフ状態である。具体的には、給電回路71はチャージポンプ回路であるが、放電系制御回路73にレギュレート電源電圧VDが供給されていないため、放電系制御回路73は、チャージポンプ回路を動作させるクロック信号を出力しない。また、給電制御回路82が出力するイネーブル信号ENQはローレベルであるため、給電イネーブル信号PSENはローレベルである。なお、パワーオフ設定回路81はバッテリー電圧VBATで動作するので、NAND回路NAはハイレベルの出力信号FFRSTを出力している。
時間tb2において、電子機器500が充電台に置かれた後、充電系回路60は、シャットダウン解除信号である信号SETDT、SETCKと、マスク信号RSTMKとを放電系回路70に出力する。NAND回路NAの出力信号FFRSTはハイレベルなので、第1ラッチ回路FF1と第2ラッチ回路FF2はリセット解除状態である。このため、図7と同様な動作によって、信号SETCKが有する2つ目のパルス信号の立ち下がりエッジで、パワーオフ制御信号LOCKが不定からハイレベルになる。
放電系回路70にシャットダウン解除信号が入力されたことで、レギュレーター77が起動し、レギュレート電源電圧VDが立ち上がる。このとき、パワーオンリセット回路78がパワーオンリセット信号RSTをハイレベルからローレベルにする。このとき、マスク信号RSTMKはハイレベルなので、パワーオンリセット信号RSTの論理レベルに関わらず、NAND回路NAの出力信号FFRSTはハイレベルに固定される。仮にパワーオンリセット信号RSTによって出力信号FFRSTがローレベルになってしまうと、第1ラッチ回路FF1と第2ラッチ回路FF2がリセットされ、強制パワーオフ状態に戻ってしまう。マスク信号RSTMKによりパワーオンリセット信号RSTがマスクされることで、出力信号FFRSTがハイレベルに固定され、強制パワーオフ解除が維持される。
以上の本実施形態では、電源回路50は、充電系回路60と放電系回路70とを含む。充電系回路60は、受電部61の受電電力に基づいてバッテリー90を充電する。放電系回路70は、バッテリー90からのバッテリー電圧VBATに基づいて、給電対象デバイス100に電力を供給する。放電系回路70は、給電回路71とパワーオフ設定回路81とを含む。給電回路71は、バッテリー電圧VBATに基づいて給電対象デバイス100に給電を行う。パワーオフ設定回路81は、放電系回路70に対するバッテリー電圧VBATの非入力状態から入力状態となったことを検出したとき、給電回路71をパワーオフ状態に設定し、受電部61の受電が開始された後に、パワーオフ状態を解除する。
本実施形態によれば、電源回路50にバッテリー90が接続されたことで、放電系回路70にバッテリー電圧VBATが入力されたことが検出された後、電子機器500が充電台に置かれたことで受電部61の受電が開始されるまでの間、給電回路71がパワーオフ状態に確定される。これにより、初回のバッテリー接続後、バッテリー90の充電が行われるまでの期間が長期間であったとしても、バッテリー90が消費されることがない。
なお、図7において、「放電系回路70に対するバッテリー電圧VBATの非入力状態から入力状態となったことを検出したとき」は、パワーオンリセット回路78がレギュレート電源電圧VDの立ち下がりを検出してパワーオンリセットを行ったとき、に対応している。このとき、パワーオフ設定回路81がローレベルのパワーオフ制御信号LOCKを出力することで、給電回路71をパワーオフ状態に設定する。そして、受電部61の受電が開始された時間tb2の後に、パワーオフ設定回路81がパワーオフ制御信号LOCKをローレベルからハイレベルにする。これにより、パワーオフ制御信号LOCKによるパワーオフ状態が解除される。イネーブル信号ENQがパワーオン状態を示す場合には、給電回路71のパワーオフ状態が解除される。
また本実施形態では、充電系回路60は、受電部61の受電が開始された後にパワーオフ解除信号をパワーオフ設定回路81に出力する。パワーオフ設定回路81は、パワーオフ解除信号に基づいてパワーオフ状態を解除する。
本実施形態によれば、送電装置10から受電するのは充電系回路60なので、充電系回路60が、受電部61の受電が開始されたことを検出できる。このとき、充電系回路60がパワーオフ解除信号を出力することで、パワーオフ設定回路81が、受電部61の受電が開始されたことを知ることができる。これにより、パワーオフ設定回路81が、受電部61の受電が開始されたとき、給電回路71のパワーオフ状態を解除できる。
なお、図2~図8において、「パワーオフ解除信号」は、シャットダウン解除信号である信号SETDTと信号SETCKに対応する。但し、「パワーオフ解除信号」は放電系回路70のシャットダウンを解除する信号に限定されず、少なくとも、パワーオフ制御信号LOCKによるパワーオフ状態を解除するトリガーとなる信号であればよい。
また本実施形態では、放電系回路70は、給電回路71を制御する放電系制御回路73と、バッテリー電圧VBATに基づくレギュレート電源電圧VDを放電系制御回路73に供給するレギュレーター77と、を含む。パワーオフ設定回路81は、バッテリー90からのバッテリー電圧VBATがレギュレーター77に供給されたことでレギュレート電源電圧VDがオンになったとき、給電回路71をパワーオフ状態に設定する。
バッテリー90の接続によってバッテリー90からのバッテリー電圧VBATがレギュレーター77に供給され、レギュレート電源電圧VDがオンになった場合、レギュレート電源電圧VDが放電系制御回路73に供給される。これにより、放電系制御回路73が給電回路71を制御可能となり、給電回路71がパワーオン状態となる可能性がある。本実施形態によれば、レギュレート電源電圧VDがオンになったとき、給電回路71がパワーオフ状態に設定されるので、バッテリー90の接続時において給電回路71のパワーオフ状態が確定される。
また本実施形態では、放電系回路70は、レギュレート電源電圧VDに基づいてパワーオンリセット信号RSTを生成するパワーオンリセット回路78を含む。パワーオフ設定回路81は、パワーオンリセット信号RSTがリセット状態になったとき、給電回路71をパワーオフ状態に設定する。
本実施形態によれば、レギュレート電源電圧VDがオンになったときパワーオンリセット回路78がパワーオンリセット信号RSTを生成することで、パワーオフ設定回路81が、レギュレート電源電圧VDがオンになったことを知ることができる。これにより、レギュレート電源電圧VDがオンになったとき、パワーオフ設定回路81が給電回路71をパワーオフ状態に設定できる。
なお、図7において、「パワーオンリセット信号RSTがリセット状態になったとき」は、パワーオンリセット信号RSTがハイレベルになったとき、に対応する。パワーオンリセット信号RSTがハイレベルのとき出力信号FFRSTがローレベルなので、第2ラッチ回路FF2がリセット状態となり、パワーオフ制御信号LOCKがローレベルとなり、給電回路71がパワーオフ状態に設定される。
また本実施形態では、充電系回路60は、受電部61の受電が開始された後にパワーオフ解除信号をパワーオフ設定回路81に出力する。パワーオフ設定回路81は、パワーオフ解除信号に基づいてパワーオフ状態を解除すると共に、パワーオフ解除信号が入力される期間においてパワーオンリセット信号RSTをマスクする。
図8で説明したように、充電系回路60からのパワーオフ解除信号に基づいて給電回路71のパワーオフ状態が解除されたとき、パワーオンリセットが行われる可能性がある。このとき、パワーオンリセット信号RSTにより第2ラッチ回路FF2がリセットされてしまうと、給電回路71がパワーオフ状態に戻ってしまう。本実施形態によれば、パワーオフ解除信号が入力される期間においてパワーオンリセット信号RSTがマスクされるので、充電系回路60からのパワーオフ解除信号が入力されたときにパワーオンリセットが行われた場合であっても、給電回路71がパワーオフ状態に戻らない。
なお、図7と図8において、「パワーオフ解除信号が入力される期間」は、信号SETDTの論理レベルが変化するタイミングと、及び信号SETCKの3つのパルス信号とを包含する期間、に対応する。より具体的には、充電系回路60が出力するマスク信号RSTMKがハイレベルとなっている期間が、パワーオフ解除信号が入力される期間に相当している。インバーターIVとNAND回路NAがマスク回路であり、そのマスク回路が、パワーオフ解除信号が入力される期間においてパワーオンリセット信号RSTをマスクしている。
また本実施形態では、パワーオフ設定回路81は、バッテリー電圧VBATを電源電圧として動作する。
また本実施形態では、放電系回路70は、バッテリー電圧VBATに基づくレギュレート電源電圧VDを給電回路71に供給するレギュレーター77と、レギュレート電源電圧VDに基づいてパワーオンリセット信号RSTを生成するパワーオンリセット回路78と、を含む。パワーオフ設定回路81は、第1ラッチ回路FF1及び第2ラッチ回路FF2を含む。第2ラッチ回路FF2は、パワーオンリセット信号RSTがリセット状態になったとき、パワーオフ状態を指示するパワーオフ制御信号LOCKを出力する。充電系回路60は、受電部61の受電が開始された後にパワーオフ解除信号をパワーオフ設定回路81に出力する。第1ラッチ回路FF1は、パワーオフ解除信号に基づいてパワーオフ解除トリガー信号FF1Qを出力する。第2ラッチ回路FF2は、パワーオフ解除トリガー信号FF1Qが入力されたとき、パワーオフ状態の解除を指示するパワーオフ制御信号LOCKを出力する。
本実施形態によれば、パワーオンリセット信号RSTがリセット状態になったとき、第2ラッチ回路FF2が、パワーオフ状態を指示するパワーオフ制御信号LOCKを出力する。これにより、バッテリー電圧VBATの供給開始が検出されたとき、給電回路71をパワーオフ状態に設定できる。また、本実施形態によれば、充電系回路60がパワーオフ解除信号を出力したとき、第2ラッチ回路FF2が、パワーオフ状態の解除を指示するパワーオフ制御信号LOCKを出力する。これにより、受電部61の受電が開始された後にパワーオフ状態を解除できる。
また本実施形態では、電子機器500は、給電対象デバイス100と電源回路50とを含む。電源回路50は、充電器からの受電電力に基づいてバッテリー90を充電すると共に、バッテリー90からのバッテリー電圧VBATに基づく電源を給電対象デバイス100に供給する。電源回路50は、電源回路50にバッテリー90が接続されたとき、給電対象デバイス100への電源の供給をオフし、送電可能な状態の充電器に電子機器500が置かれたとき、給電対象デバイス100への電源の供給をオンにする。
本実施形態によれば、電源回路50にバッテリー90が接続された後、電子機器500が充電台に置かれるまでの間、給電対象デバイス100への電源の供給がオフに確定される。これにより、初回のバッテリー接続後、バッテリー90の充電が行われるまでの期間が長期間であったとしても、バッテリー90が消費されることがない。
3.バッテリーがシャットダウン状態である場合の動作
次に、バッテリー90の初回接続時においてバッテリー90がシャットダウン状態である場合について説明する。まず、図9を用いて、本実施形態を用いなかった場合に生じる課題を説明する。
次に、バッテリー90の初回接続時においてバッテリー90がシャットダウン状態である場合について説明する。まず、図9を用いて、本実施形態を用いなかった場合に生じる課題を説明する。
図9に示すように、時間tc1において、電源回路50にバッテリー90が接続された状態で、電子機器500が充電器に置かれたとする。バッテリー90は電池保護ICを内蔵しており、バッテリー90の過放電を検出したときバッテリー90をシャットダウン状態にして、バッテリー電圧VBATを非出力にする。この状態において、バッテリー90が電源回路50に接続されても、電源回路50から見るとバッテリー90非接続と同じ状態である。
時間tc1において電子機器500が充電器に置かれたことで、整流電圧VCCが立ち上がり、充電系回路60がバッテリー90への充電を開始する。この時間をtc2とする。バッテリー90の電池保護ICは、充電開始を検出したときバッテリー90のシャットダウン状態を解除し、バッテリー90からバッテリー電圧VBATを出力させる。このとき、電源回路50から見ると、シャットダウン状態でないバッテリー90が最初に接続されたのと同じ状態となる。バッテリー90のシャットダウン状態が解除された時間tc2以降において、図4と同様にイネーブル信号ENQが不定となる。本実施形態のパワーオフ設定回路81を用いない場合には、不定のイネーブル信号ENQによって給電回路71がパワーオン状態又はパワーオフ状態で不定となり、給電回路71がパワーオン状態である場合にはバッテリー90が消費されてしまう。
充電系回路60は、バッテリー電圧VBATが閾値電圧Vthを超えたことを検出したとき、放電系回路70にシャットダウン解除信号を出力する。これにより給電回路71の不定状態が解除される。バッテリー90が過放電状態であることから、バッテリー電圧VBATが閾値電圧Vthを超えるまでの時間が長くなることが想定される。このとき、給電回路71がパワーオン状態となってバッテリー90が消費された場合には、充電時間が更に長くなってしまう。
図10に、本実施形態における放電系回路70の波形図を示す。図7と同様に、充電系回路60から放電系回路70に対して、シャットダウン解除信号である信号SETDT、SETCKが入力さるまで、パワーオフ設定回路81がパワーオフ制御信号LOCKをローレベルに固定する。これにより、バッテリー90が充電されて放電系回路70がシャットダウン解除されるまでは、給電回路71がパワーオフ状態に維持され、バッテリー90が消費されない。
以上に説明した本実施形態の電源回路は、充電系回路と放電系回路とを含む。充電系回路は、受電部の受電電力に基づいてバッテリーを充電する。放電系回路は、バッテリーからのバッテリー電圧に基づいて、給電対象デバイスに電力を供給する。放電系回路は、給電回路とパワーオフ設定回路とを含む。給電回路は、バッテリー電圧に基づいて給電対象デバイスに給電を行う。パワーオフ設定回路は、前記放電系回路に対する前記バッテリー電圧の非入力状態から入力状態となったことを検出したとき、給電回路をパワーオフ状態に設定し、受電部の受電が開始された後に、パワーオフ状態を解除する。
本実施形態によれば、電源回路にバッテリーが接続されたことでバッテリー電圧の供給開始が検出された後、電子機器が充電台に置かれたことで受電部の受電が開始されるまでの間、給電回路がパワーオフ状態に確定される。これにより、初回のバッテリー接続後、バッテリーの充電が行われるまでの期間において、バッテリーが消費されることがない。
また本実施形態では、充電系回路は、受電部の受電が開始された後にパワーオフ解除信号をパワーオフ設定回路に出力してもよい。パワーオフ設定回路は、パワーオフ解除信号に基づいてパワーオフ状態を解除してもよい。
本実施形態によれば、送電装置から受電するのは充電系回路なので、充電系回路が、受電部の受電が開始されたことを検出できる。このとき、充電系回路がパワーオフ解除信号を出力することで、パワーオフ設定回路が、受電部の受電が開始されたことを知ることができる。これにより、パワーオフ設定回路が、受電部の受電が開始されたとき、給電回路のパワーオフ状態を解除できる。
また本実施形態では、放電系回路は、放電系制御回路とレギュレーターとを含んでもよい。放電系制御回路は、給電回路を制御してもよい。レギュレーターは、バッテリー電圧に基づくレギュレート電源電圧を放電系制御回路に供給してもよい。パワーオフ設定回路は、バッテリーからのバッテリー電圧がレギュレーターに供給されたことでレギュレート電源電圧がオンになったとき、給電回路をパワーオフ状態に設定してもよい。
バッテリーの接続によってバッテリーからのバッテリー電圧がレギュレーターに供給され、レギュレート電源電圧がオンになった場合、レギュレート電源電圧が放電系制御回路に供給される。これにより、放電系制御回路が給電回路を制御可能となり、給電回路がパワーオン状態となる可能性がある。本実施形態によれば、レギュレート電源電圧がオンになったとき、給電回路がパワーオフ状態に設定されるので、バッテリーの接続時において給電回路のパワーオフ状態が確定される。
また本実施形態では、放電系回路は、パワーオンリセット回路を含んでもよい。パワーオンリセット回路は、レギュレート電源電圧に基づいてパワーオンリセット信号を生成してもよい。パワーオフ設定回路は、パワーオンリセット信号がリセット状態になったとき、給電回路をパワーオフ状態に設定してもよい。
本実施形態によれば、レギュレート電源電圧がオンになったときパワーオンリセット回路がパワーオンリセット信号を生成することで、パワーオフ設定回路が、レギュレート電源電圧がオンになったことを知ることができる。これにより、レギュレート電源電圧がオンになったとき、パワーオフ設定回路が給電回路をパワーオフ状態に設定できる。
また本実施形態では、充電系回路は、受電部の受電が開始された後にパワーオフ解除信号をパワーオフ設定回路に出力してもよい。パワーオフ設定回路は、パワーオフ解除信号に基づいてパワーオフ状態を解除すると共に、パワーオフ解除信号が入力される期間においてパワーオンリセット信号をマスクしてもよい。
充電系回路からのパワーオフ解除信号に基づいて給電回路のパワーオフ状態が解除されたとき、パワーオンリセット信号により第2ラッチ回路がリセットされてしまうと、給電回路がパワーオフ状態に戻ってしまう。本実施形態によれば、パワーオフ解除信号が入力される期間においてパワーオンリセット信号がマスクされるので、充電系回路からのパワーオフ解除信号が入力されたときにパワーオンリセットが行われた場合であっても、給電回路がパワーオフ状態に戻らない。
また本実施形態では、パワーオフ設定回路は、バッテリー電圧を電源電圧として動作してもよい。
また本実施形態では、放電系回路は、レギュレーターとパワーオンリセット回路とを含んでもよい。レギュレーターは、バッテリー電圧に基づくレギュレート電源電圧を給電回路に供給してもよい。パワーオンリセット回路は、レギュレート電源電圧に基づいてパワーオンリセット信号を生成してもよい。パワーオフ設定回路は、第1ラッチ回路及び第2ラッチ回路を含んでもよい。第2ラッチ回路は、パワーオンリセット信号がリセット状態になったとき、パワーオフ状態を指示するパワーオフ制御信号を出力してもよい。充電系回路は、受電部の受電が開始された後にパワーオフ解除信号をパワーオフ設定回路に出力してもよい。第1ラッチ回路は、パワーオフ解除信号に基づいてパワーオフ解除トリガー信号を出力してもよい。第2ラッチ回路は、パワーオフ解除トリガー信号が入力されたとき、パワーオフ状態の解除を指示するパワーオフ制御信号を出力してもよい。
本実施形態によれば、パワーオンリセット信号がリセット状態になったとき、第2ラッチ回路が、パワーオフ状態を指示するパワーオフ制御信号を出力する。これにより、バッテリー電圧の供給開始が検出されたとき、給電回路をパワーオフ状態に設定できる。また、本実施形態によれば、充電系回路がパワーオフ解除信号を出力したとき、第2ラッチ回路が、パワーオフ状態の解除を指示するパワーオフ制御信号を出力する。これにより、受電部の受電が開始された後にパワーオフ状態を解除できる。
また本実施形態の電子機器は、給電対象デバイスと電源回路とを含む。電源回路は、充電器からの受電電力に基づいてバッテリーを充電すると共に、バッテリーからのバッテリー電圧に基づく電源を給電対象デバイスに供給する。電源回路は、電源回路にバッテリーが接続されたとき、電源の供給をオフし、送電可能な状態の充電器に電子機器が置かれたとき、電源の供給をオンにする。
本実施形態によれば、電源回路にバッテリーが接続された後、電子機器が充電台に置かれるまでの間、給電対象デバイスへの電源の供給がオフに確定される。これにより、初回のバッテリー接続後、バッテリーの充電が行われるまでの期間において、バッテリーが消費されることがない。
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本開示の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本開示の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本開示の範囲に含まれる。また送電装置、電子機器、受電装置、電源回路、給電対象デバイス、バッテリー及び電力伝送システム等の構成及び動作等も、本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
10…送電装置、12…送電回路、20…制御装置、30…スイッチ、40…受電装置、50…電源回路、60…充電系回路、61…受電部、63…充電系制御回路、64…通信回路、65…充電回路、66…不揮発性メモリー、68…A/D変換回路、69…発振回路、70…放電系回路、71…給電回路、73…放電系制御回路、74…インターフェース回路、75…監視回路、76…レジスター、77…レギュレーター、78…パワーオンリセット回路、79…発振回路、81…パワーオフ設定回路、82…給電制御回路、83…イネーブル信号出力回路、90…バッテリー、100…給電対象デバイス、200…電力伝送システム、500…電子機器、FF1…第1ラッチ回路、FF1Q…パワーオフ解除トリガー信号、FF2…第2ラッチ回路、LOCK…パワーオフ制御信号、PSEN…給電イネーブル信号、RST…パワーオンリセット信号、RSTMK…マスク信号、SETCK,SETDT…信号、VBAT…バッテリー電圧、VCC…整流電圧、VD…レギュレート電源電圧、VOUT…出力電圧
Claims (8)
- 受電部の受電電力に基づいてバッテリーを充電する充電系回路と、
前記バッテリーからのバッテリー電圧に基づいて、給電対象デバイスに電力を供給する放電系回路と、
を含み、
前記放電系回路は、
前記バッテリー電圧に基づいて前記給電対象デバイスに給電を行う給電回路と、
前記放電系回路に対する前記バッテリー電圧の非入力状態から入力状態となったことを検出したとき、前記給電回路をパワーオフ状態に設定し、前記受電部の受電が開始された後に、前記パワーオフ状態を解除するパワーオフ設定回路と、
を含むことを特徴とする電源回路。 - 請求項1に記載の電源回路において、
前記充電系回路は、
前記受電部の受電が開始された後にパワーオフ解除信号を前記パワーオフ設定回路に出力し、
前記パワーオフ設定回路は、
前記パワーオフ解除信号に基づいて前記パワーオフ状態を解除することを特徴とする電源回路。 - 請求項1に記載の電源回路において、
前記放電系回路は、
前記給電回路を制御する放電系制御回路と、
前記バッテリー電圧に基づくレギュレート電源電圧を前記放電系制御回路に供給するレギュレーターと、
を含み、
前記パワーオフ設定回路は、
前記バッテリーからの前記バッテリー電圧が前記レギュレーターに供給されたことで前記レギュレート電源電圧がオンになったとき、前記給電回路を前記パワーオフ状態に設定することを特徴とする電源回路。 - 請求項3に記載の電源回路において、
前記放電系回路は、
前記レギュレート電源電圧に基づいてパワーオンリセット信号を生成するパワーオンリセット回路を含み、
前記パワーオフ設定回路は、
前記パワーオンリセット信号がリセット状態になったとき、前記給電回路を前記パワーオフ状態に設定することを特徴とする電源回路。 - 請求項4に記載の電源回路において、
前記充電系回路は、
前記受電部の受電が開始された後にパワーオフ解除信号を前記パワーオフ設定回路に出力し、
前記パワーオフ設定回路は、
前記パワーオフ解除信号に基づいて前記パワーオフ状態を解除すると共に、前記パワーオフ解除信号が入力される期間において前記パワーオンリセット信号をマスクすることを特徴とする電源回路。 - 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の電源回路において、
前記パワーオフ設定回路は、
前記バッテリー電圧を電源電圧として動作することを特徴とする電源回路。 - 請求項1に記載の電源回路において、
前記放電系回路は、
前記バッテリー電圧に基づくレギュレート電源電圧を前記給電回路に供給するレギュレーターと、
前記レギュレート電源電圧に基づいてパワーオンリセット信号を生成するパワーオンリセット回路と、
を含み、
前記パワーオフ設定回路は、
第1ラッチ回路及び第2ラッチ回路を含み、
前記第2ラッチ回路は、
前記パワーオンリセット信号がリセット状態になったとき、前記パワーオフ状態を指示するパワーオフ制御信号を出力し、
前記充電系回路は、
前記受電部の受電が開始された後にパワーオフ解除信号を前記パワーオフ設定回路に出力し、
前記第1ラッチ回路は、
前記パワーオフ解除信号に基づいてパワーオフ解除トリガー信号を出力し、
前記第2ラッチ回路は、
前記パワーオフ解除トリガー信号が入力されたとき、前記パワーオフ状態の解除を指示する前記パワーオフ制御信号を出力することを特徴とする電源回路。 - 給電対象デバイスと、
充電器からの受電電力に基づいてバッテリーを充電すると共に、前記バッテリーからのバッテリー電圧に基づく電源を前記給電対象デバイスに供給する電源回路と、
を含み、
前記電源回路は、
前記電源回路に前記バッテリーが接続されたとき、前記電源の供給をオフし、送電可能な状態の前記充電器に電子機器が置かれたとき、前記電源の供給をオンにすることを特徴とする電子機器。
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