JP5364270B2 - 充電装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線技術を用いた充電装置に関し、特に充電効率を高めた充電装置に関する。

近年、いわゆるＲＦタグの研究・開発が盛んに進められている。ＲＦタグは、荷物情報の読み込みや更新を、無線技術を用いて電子的に行なう非接触型データキャリア装置である。最近では、このＲＦタグとセンサとを組合せて、センサにより取り込んだ情報を読み込むことのできるＲＦタグも開発されている。センサを動作させるには、無線による電力伝送のみでは容量が足りないため、電池を搭載する必要がある。

ＲＦタグに搭載する電池は、ＲＦタグの寿命や利用形態を考慮すれば充電式の電池であることが望ましい。そこで、無線による電力伝送を用いてＲＦタグ上の電池を充電する方法が提案されている。無線による電力伝送は、一般に伝送損失が大きいため、いかに効率よく電力を伝送し電池の充電を行うかが問題となる。無線による充電装置としては、例えば特許文献１に開示されている。
特開２００６−３１４１８１

このように、従来の充電装置では、充電効率が低下するという問題がある。本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、効率の高い充電を実現する充電装置を提供することを目的としている。

上記した目的を達成するために、本発明の一つの態様に係る充電装置は、受信した電波の検出電圧が第１の閾値を超える場合に前記受信した電波を整流して充電電流を生成する整流部と、整流部において、検出電圧が第１の閾値以下となる電波の整流を可能とするバイアス電圧を生成する電位生成部と、生成された充電電流が第２の閾値以上のときに、電位生成部によるバイアス電圧の生成および整流部へのバイアス電圧の供給を制御する制御部とを具備している。また、本発明の他の態様に係る充電装置は、充電用電波を取り込むアンテナと、充電用電波の検出電圧が第１の閾値を超える場合に充電用電波を整流し電池を充電する充電電流を生成する整流素子と、整流素子において、検出電圧が第１の閾値以下となる電波の整流を可能とするバイアス電圧を生成し、タイミング信号を受けてバイアス電圧を整流素子に供給する電位生成部と、起動制御を受けてタイミング信号を生成し電位生成部に供給する転送制御部と、生成された充電電流が第２の閾値以上となったときに、転送制御部を起動制御するスイッチ制御部とを具備している。

本発明によれば、無線により電力を伝送する充電において充電効率を高めることができる。

アンテナで受けた電波を整流検波すると直流電流を得ることができる。すなわち、電波発信源から受けた電波を整流し、得られた直流電流を充電可能な電池に供給すれば、無線により電力を伝送する充電装置を実現することができる。

整流に用いるダイオード素子（ダイオード的に用いるトランジスタ等の半導体素子を含む）は、順方向電圧が一定以上まで高くならないと電流が流れない性質を持っている。したがって、アンテナが受けた電波が弱く一定以上の順方向電圧（当該素子の出力電圧）を得られない場合、十分な充電電流を得ることができず、充電装置全体としての効率を下げてしまう。この本発明の実施形態に係る充電装置では、整流用のダイオード素子に加える電圧を嵩上げして、充電電流が流れ出す閾値電圧をオフセットすることで、電波が微弱である場合でも十分な出力電圧や充電電流を得られるようにしている。

一方、ダイオード素子に加える電圧を嵩上げするということは、そのための電力を必要とするということでもある。電波を整流して充電する場合、得られる充電用電力は元々小さいものであるから、過剰に電圧を嵩上げすると充電効率を逆に下げてしまうことになる。そこで、本発明の実施形態に係る充電装置では、充電電圧の嵩上げを制御可能となるように構成している。

以下、本発明の一つの実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る充電装置の構成を示すブロック図、図２は、この実施形態に係る具体的構成例を示す回路図、図３は、この実施形態に係る充電装置の補正電位を説明する図である。

図１に示すように、この実施形態の充電装置１は、アンテナＡＮＴが接続された利得制御整流部２、転送制御部４、スイッチ部５、およびスイッチ制御部６を有している。

利得制御整流部２は、整流部２ａおよび補正電位転送部２ｂを有し、整流効率を制御可能とした整流器である。以下の説明において「利得」とは、充電用電流を効率よく得る度合いを含むものとして用いている。利得制御整流部２は、アンテナＡＮＴから受けた電波を整流検波して直流電流を生成する整流部２ａを有している。整流部２ａは、ダイオード素子またはダイオード素子として機能するトランジスタなどの半導体素子（整流素子）により構成され、交流の受信信号を全波整流する機能を有している。補正電位転送部２ｂは、整流部２ａの整流素子のオフセット電圧（順方向電流が流れ出す順方向電圧の閾値を示す閾値電圧）を整流部２ａに与えて順方向電圧を嵩上げし、順方向電圧が低い場合でも充電電流が得られるように整流器の利得を上げる機能を有する。すなわち、利得制御整流部２は、整流部２ａおよび補正電位転送部２ｂにより、アンテナからの受信信号を高効率に充電電流に変換することができる。

図２に示すように、この実施形態の整流部２ａは、互いにソースとドレインとが接続された一対のＭＯＳＦＥＴ・Ｍ_５およびＭ_１０を（以下単に「Ｍ_５」のように称する。）有している。Ｍ_５のソースおよびＭ_１０のドレインの接続点には、直流除去用のキャパシタＣ_ＲＦを介してアンテナＡＮＴが接続されている。Ｍ_５およびＭ_１０のゲート・ソース間には、電位保持用のキャパシタＣ_Ｂ１およびＣ_Ｂ２がそれぞれ接続されている。Ｍ_５のドレインおよびＭ_１０のソースの間には、充電電圧を安定させるキャパシタＣ_Ｒが接続されている。また、Ｍ_５のドレインは、順方向に接続された逆流防止用ダイオードＤを介して充電対象たる電池Ｂ_Ｔ１の正極に接続され、Ｍ_１０のソースは、同じく電池ＢＴ_１の負極に接続されている。すなわち、Ｍ_５のドレインは正極電位、Ｍ_１０のソースは負極電位を充電対象の電池ＢＴ_１に与えている。

一方、補正電位転送部２ｂは、Ｍ_５およびＭ_１０のオフセット電圧Ｖ_ＴＨをバイアス電圧として与える電池ＢＴ_２を備えており、Ｍ_５およびＭ_１０に補正電位を供給している。具体的には、電池ＢＴ_２の正極には、ＭＯＦＥＴ・Ｍ_１のソースが接続され、同じく負極にはＭＯＳＦＥＴ・Ｍ_２のソースが接続されている。Ｍ_１およびＭ_２それぞれのゲートには、後述するタイミング電位Ｖ_２が与えられ、Ｍ_１およびＭ_２それぞれのドレインの間には電位保持用のキャパシタＣ_Ｔ１が接続されている。さらに、Ｍ_１およびＭ_２のドレインそれぞれには、ＭＯＳＦＥＴ・Ｍ_３およびＭ_４のソースが接続されている。Ｍ_１およびＭ_２と同様に、Ｍ_３およびＭ_４それぞれのゲートには、後述するタイミング電位Ｖ_１が与えられている。Ｍ_３およびＭ_４それぞれのドレインは、キャパシタＣ_Ｂ１の両端と接続されている。

同様に、電池ＢＴ_２の正極には、ＭＯＦＥＴ・Ｍ_６のソースが接続され、同じく負極にはＭＯＳＦＥＴ・Ｍ_７のソースが接続されている。Ｍ_６およびＭ_７それぞれのゲートには、後述するタイミング電位Ｖ_２が与えられ、Ｍ_６およびＭ_７それぞれのドレインの間には電位保持用のキャパシタＣ_Ｔ２が接続されている。さらに、Ｍ_６およびＭ_７のドレインそれぞれには、ＭＯＳＦＥＴ・Ｍ_８およびＭ_９のソースが接続されている。Ｍ_６およびＭ_７と同様に、Ｍ_８およびＭ_９それぞれのゲートには、後述するタイミング電位Ｖ_１が与えられている。Ｍ_８およびＭ_９それぞれのドレインは、キャパシタＣ_Ｂ２の両端と接続されている。

タイミング電位Ｖ_１およびＶ_２は、互いに逆位相のパルス信号として与えられる。そして、Ｍ_１・Ｍ_２・Ｍ_６・Ｍ_７がオンのときはＭ_３・Ｍ_４・Ｍ_８・Ｍ_９はオフとなって電池ＢＴ_２の電位はキャパシタＣ_Ｔ１およびＣ_Ｔ２へ充電される。すなわち、ＢＴ_２の電源から電荷がＣ_Ｔ１、Ｃ_Ｔ２に充電され、Ｃ_Ｔ１、Ｃ_Ｔ２の両端にかかる電圧がＢＴ_２の両端にかかる電圧に等しくなる。以降、誤解のない場合「電位が充電される」と表現することがある。そして、Ｍ_１・Ｍ_２・Ｍ_６・Ｍ_７がオフのときはＭ_３・Ｍ_４・Ｍ_８・Ｍ_９はオンとなってキャパシタＣ_Ｔ１およびＣ_Ｔ２の各電位は放電されてキャパシタＣ_Ｂ１およびＣ_Ｂ２に転送される。キャパシタＣ_Ｂ１およびＣ_Ｂ２に転送された電位は、それぞれＭ_５およびＭ_１０のゲート・ソース間に与えられ、Ｍ_５およびＭ_１０の順方向電圧を嵩上げする。この実施形態の充電装置では、かかる動作により整流の効率を高めることができる。

以下、順方向電圧を嵩上げすることの意義について、図３を参照して説明する。図３に示すように、整流器として用いられるダイオード素子は、順方向電圧Ｖ_Ｄをある一定以上（オフセット電圧：図中Ａ）加えないと順方向電流Ｉ_Ｄが流れださない。そのため、受信信号の電圧振幅が図中Ｃに示すように図中Ａの領域におさまる電圧値の場合、順方向電流Ｉ_Ｄが流れ出さず（充電に寄与する出力電圧が十分に発生せず）、充電電流が生成されない。一方、図中Ｄのように受信信号の電圧振幅がオフセット電圧を超えると充電電流が生成される。ただし、図中Ｄの受信信号で充電電流が生成されたとしても、オフセット電圧を超える図中Ｂの領域の電圧しか充電電流の生成に寄与しないから、受信信号を有効な充電電流に変換しているとはいえない。すなわち、充電効率が低下していることになる。

この実施形態の充電装置では、受信信号にオフセット電圧を付加してオフセットさせることで、Ｉ_Ｄ−Ｖ_Ｄ特性を図中破線で示す特性と等価とすることにより、受信信号を無駄にすることなく充電電流に変換することを可能にしている。

転送制御部４は、補正電位転送部２ｂが電位を転送するためのタイミング電位Ｖ_１およびＶ_２を生成する。前述の通り、オフセット電圧として付加される電圧は、キャパシタＣ_Ｂ１およびＣ_Ｂ２に充電された電圧であるから、定期的に再充電する必要がある。タイミング電位Ｖ_１およびＶ_２は、逆位相のパルス信号として補正電位転送部２ｂのＭ_１・Ｍ_２・Ｍ_６・Ｍ_７と、Ｍ_３・Ｍ_４・Ｍ_８・Ｍ_９とに加えられ、電池ＢＴ_２からキャパシタＣ_Ｔ１およびＣ_Ｔ２を介してキャパシタＣ_Ｂ１およびＣ_Ｂ２へ電位を転送する作用をする。

図２に示すように、転送制御部４は、電池ＢＴ_２・Ｍ_１ないしＭ_５・Ｃ_Ｔ１・Ｃ_Ｂ１とそれぞれ対応するＢＴ_４・Ｍ_１１ないしＭ_１５・Ｃ_Ｔ３・Ｃ_Ｂ３を有し、ほぼ同一の構成に接続されている。Ｍ_１５のドレインおよびソースはともにグラウンドに接続されている。転送制御部４は、さらに誤差増幅器１０、インバータ１２および１４、電池ＢＴ_３、ＭＯＳＦＥＴ・Ｍ_１６を有している。

誤差増幅器１０は、負極が接地された電池ＢＴ_３の正極が反転入力（−入力）と接続され、Ｍ_１５のゲートが非反転入力（＋入力）と接続されたアンプである。誤差増幅器１０の出力は、インバータ１２の入力と接続され、インバータ１２の出力は、インバータ１４の入力と接続されている。インバータ１２の出力は、タイミング電位Ｖ_１としてＭ_３・Ｍ_４・Ｍ_８・Ｍ_９のゲートに接続され、インバータ１４の出力は、タイミング電位Ｖ_２としてＭ_１・Ｍ_２・Ｍ_６・Ｍ_７のゲートに接続されている。誤差増幅器１０、インバータ１２および１４の負電源は、ソースが接地されたＭＯＳＦＥＴ・Ｍ_１６のドレインと接続されている。すなわち、Ｍ_１６のゲートに加えられる制御信号により、誤差増幅器１０、インバータ１２および１４の動作が制御されるように構成されている。

ＢＴ_４・Ｍ_１１ないしＭ_１５・Ｃ_Ｔ３・Ｃ_Ｂ３は、利得制御整流部２を模擬している。オフセット電圧Ｖ_ＴＨをもつ電池ＢＴ_４の電位は、タイミング電位Ｖ_１およびＶ_２によって、Ｍ_１１・Ｍ_１２およびＭ_１３・Ｍ_１４がそれぞれオンオフされ、キャパシタＣ_Ｔ３を経由してキャパシタＣ_Ｂ３に転送される。キャパシタＣ_Ｂ３に転送された電位はＭ_１５のゲート・ソース間に印加される。誤差増幅器１０は、Ｍ_１５のゲート・ソース間電圧と、電池ＢＴ_３の電位（Ｖ_ＴＨ−Ｖ_Ｘ）とを比較する。

誤差増幅器１０は、Ｍ_１５のゲート・ソース間電圧がＭ_１５のリーク電流により所定の電圧以下になった場合、電池ＢＴ_４の電位Ｖ_ＴＨからＣ_Ｔ３を介してＣ_Ｂ３に電荷を再注入するように動作する。このとき、誤差増幅器１０・インバータ１２および１４は、タイミング電位Ｖ_１・Ｖ_２を発生する。

このように、この実施形態の転送制御部４は、所定のタイミングでタイミング電位Ｖ_１・Ｖ_２を生成して利得制御整流部２へ与えてオフセット電圧をリフレッシュさせる作用をする。転送制御部４としては、例えばリングオシレータなどを用いることができる。

スイッチ制御部６は、転送制御部４の動作をオンオフするスイッチ部５を制御する。転送制御部４は、利得制御整流部２のオフセット電圧のリフレッシュを制御するが、アンテナＡＮＴが受信する電波が弱く充電電流が少ない状況下では、利得制御電流部２が消費する電力を抑えなければかえって充電効率が低下してしまう。そこで、スイッチ制御部６は、充電電流を監視して所定の値となった場合に一定時間だけ転送制御部４が動作するよう、スイッチ部５を制御する作用をする。

具体的には、スイッチ制御部６は、タイマ７と、フリップフロップ回路（ＦＦ）２０とを有している。タイマ７は、インバータ１６と、一端がインバータ１６の出力と接続された抵抗Ｒと、一端が抵抗Ｒの他端と接続され他端が設置されたキャパシタＣ_ＲＣと、入力が抵抗Ｒの他端と接続されたインバータ１８とを有している。すなわち、タイマ７は、抵抗ＲとキャパシタＣ_ＲＣからなる積分器を備えている。インバータ１６の入力は、スイッチ部５をなすＭ_１６のゲートと接続されている。

ＦＦ２０は、たとえばＤ型ＦＦ回路などからなり、電源ＶＤＤに接続された入力Ｄと、インバータ１８の出力と接続されたリセットＲと、インバータ１６の入力と接続された出力Ｑと、Ｍ_５のドレインと接続されたクロックＣＫとの各端子を有している。ＦＦ２０は、Ｄの入力が「Ｈ」でＲの入力が「Ｌ」の場合、ＣＫへの「Ｈ」の入力によりＱから「Ｈ」を出力する。この状態で、ＦＦ２０のＲに「Ｈ」が入力されると、状態がクリアされてＱは「Ｌ」となる動作をする。

スイッチ制御部６は、充電対象たる電池（ＶＤＤ）から電源を供給される。また、スイッチ制御部６を構成する回路は、ＣＭＯＳインバータやフリップフロップなどのデジタル回路および貫通電流のないアナログ回路から構成され、消費電力を無視できる程度に小さいように構成する。

ここで、図４を参照して、この実施形態のタイマ７の動作を説明する。タイマ７は、抵抗ＲとキャパシタＣ_ＲＣとによって決まる時定数を持っている。図４のＴ_ｉｎに示すような電圧がインバータ１６の入力に加えられたとすると（図中上段）、インバータ１８の入力電圧は、Ｔ_ｉｎの立ち上がりを境にゆっくりと低下する（同中段）。インバータ１８の入力において「Ｈ」と「Ｌ」とを判別する閾値が「Ｈ」の１／２の電圧だったとすると、インバータ１８の入力電圧Ｖ_ＲＣがＨ状態の１／２となったときにインバータ１８の出力Ｔ_ｏｕｔが「Ｈ」となる（同下段）。すなわち、タイマ７は、インバータ１６に「Ｈ」が入力された後、所定時間経過後にＦＦ２０のＲに「Ｈ」を入力してＦＦ２０をリセットする作用をする。なお、タイマ７は、以上説明したような積分器を用いたアナログタイマに限定されるものではなく、デジタル回路によりタイマを実現してもよい。

続いて、図５を参照してこの実施形態の充電装置のスイッチ制御部６の動作を説明する。整流部２ａが電波を受信すると（ステップ３０。以下「Ｓ３０」のように称する。）、Ｍ_５・Ｍ_１０が受信信号を整流して直流の充電電流を生成する。ここで、Ｍ_５・Ｍ_１０の電波検出電圧（Ｍ_５・Ｍ_１０の出力電圧）がＶ_ＴＨよりも小さい場合、オフセット電圧を超えられないため、充電電流は生成されない（Ｓ３１のＮｏ）。

電波検出電圧がＶ_ＴＨよりも大きい場合、すなわち、受信した電波が所定の強度以上（たとえば−５ｄＢｍ程度以上）の強さのものである場合（Ｓ３１のＹｅｓ）、Ｍ_５・Ｍ_１０は充電電流の生成を開始し、ＦＦ２０のＣＫには「Ｈ」が入力される。ここで、ＦＦ２０の入力ＤはＶＤＤに接続されているから、ＣＫに「Ｈ」が入力されると出力Ｑには「Ｈ」が出力される。その結果、スイッチ部５をなすＭ_１６のゲートに電圧が加わってＭ_１６がオンとなり、誤差増幅部１０・インバータ１２および１４が動作を開始する。誤差増幅部１０・インバータ１２および１４の動作開始により、タイミング電位Ｖ_１・Ｖ_２が補正電位転送部２ｂに与えられ、オフセット電圧Ｖ_ＴＨの電位がキャパシタＣ_Ｔ１・Ｃ_Ｔ２を介してＣ_Ｂ１・Ｃ_Ｂ２に転送される（Ｓ３２）。その結果、Ｍ_５・Ｍ_１０に入力される受信信号は効率よく充電電流に変換される。

出力Ｑが「Ｈ」となると、タイマ７のインバータ１６の入力も「Ｈ」となる。その結果、タイマ７のインバータ１８は所定の時間経過後に「Ｈ」をＦＦ２０のＲに入力する。ＦＦ２０のＲに「Ｈ」が入力されると状態がリセットされ（Ｓ３３のＹｅｓ）、出力Ｑは「Ｌ」となる。そうすると、スイッチ部５をなすＭ_１６がオフとなり、誤差増幅部１０・インバータ１２および１４が動作を停止する（Ｓ３４）。

なお、継続して電波が強い状態であれば、再びオフセット電圧Ｖ_ＴＨの電位の転送が行われ、タイマ７のタイムアウトによるリセットが繰り返される。ここで、タイマ７がタイムアウトする時間は、例えば、この実施形態の充電装置が搭載されるＲＦタグシステムなどが一回の通信に所要する時間とし、一般には１秒以下（数十ｍ秒程度）である。

このように、この実施形態の充電装置によれば、受信した電波が所定の強度以上の場合にのみ補正電位転送部２ｂが動作するので、電波が強ければ効率のよい充電が行われ、電波が弱ければ電位の転送を含め充電動作自体を停止することで不要な電力消費を抑えることができる。

次に、図６を参照して、他の実施形態に係る充電装置について説明する。この実施形態の充電装置は、スイッチ制御部６の構成を変更したものである。そこで、以下の説明では図２と共通する要素は同一の符号を付して示し、重複する説明は省略する。

この実施形態の充電装置におけるスイッチ制御部１０６は、ＦＦ２０のクロックＣＫへの入力信号を、ＭＯＳＦＥＴ・Ｍ_１０１にて制御可能としたものである。図６に示すように、ＦＦ２０のＣＫにはＭ_１０１のソースが接続され、Ｍ_１０１のドレインは整流部２ａのＭ_５のドレインに接続されている。また、Ｍ_１０１のゲートは、ＦＦ２０の出力Ｑ、すなわちスイッチ部５の制御出力たる出力Ｑと制御対象たるＭ_１６のゲートに接続されている。

この実施形態のスイッチ制御部６では、整流部２ａが強い電波を受けた場合、出力Ｑが「Ｈ」となり、スイッチ部５のＭ_１６がオンとなるとともにＭ_１０１がオフとなる。この結果、整流部２ａの出力とスイッチ制御部６の入力とが遮断され、スイッチ制御部６（あるいはＦＦ２０）の入力段の寄生素子に充電時の電力が消費されることを防ぐことができる。Ｍ_１０１は、タイマ７によりＦＦ２０のＲに「Ｈ」が入力されると、再びオンとなって整流部２ａからの信号入力待機状態になる。加えて、スイッチ制御部６（ＦＦ２０）のＣＫの入力負荷が小さい場合（入力インピーダンスが小さい場合）、スイッチ制御部６での充電電流の消費を抑えることが可能となる。

次に、図７を参照して、他の実施形態に係る充電装置について説明する。この実施形態の充電装置は、スイッチ制御部６の構成をさらに変更したものである。以下の説明では図２と共通する要素は同一の符号を付して示し、重複する説明は省略する。

この実施形態の充電装置におけるスイッチ制御部２０６は、ＦＦ２０のクロックＣＫへの入力信号を、ＭＯＳＦＥＴ・Ｍ_１０１にて制御可能とするとともに、ＣＫへの入力信号を増幅するアンプを追加したものである。図７に示すように、Ｍ_１０１のドレインは整流部２ａのＭ_５のドレインに接続され、Ｍ_１０１のソースは、Ｍ_２０１およびＭ_２０２からなる第１のカレントミラー部の入力（Ｍ_２０１のドレインおよびＭ_２０１・Ｍ_２０２のゲート）に接続されている。Ｍ_２０１・Ｍ_２０２のソースは接地され、第１のカレントミラー部の出力（Ｍ_２０２のドレイン）は、Ｍ_２０３およびＭ_２０４からなる第２のカレントミラー部の入力（Ｍ_２０３のドレイン）と接続されている。Ｍ_２０３・Ｍ_２０４のソースおよびゲートは電源ＶＤＤへ接続され、第２のカレントミラー部の出力（Ｍ_２０４のドレイン）は、電流電圧変換部２１０の入力と接続されている。そして、電流電圧変換部２１０の出力は、ＦＦ２０のＣＫと接続されている。

第１および第２のカレントミラー部は、Ｍ_５のドレインから送られる充電電流を増幅する作用をする。なお、カレントミラー部は、少なくとも１つ以上有していればよい。カレントミラー回路は、電流信号が入力されたときのみ動作する特徴があるから、カレントミラー回路に電源ＶＤＤを接続しても不要な消費電力が発生しない。電流電圧変換部２１０は、電流を電圧に変換する変換器であり、例えば抵抗や電流源として動作するトランジスタなどにより実現できる。Ｍ_５のドレインから送られる充電電流はＭ_１０１を介してカレントミラー部で増幅され、電流電圧変換部２１０によって電圧に変換されてＦＦ２０のＣＫへ入力される。このような構成により、スイッチ制御部２０６の動作感度を高くすることができる。スイッチ制御部２０６の動作感度（検出感度）は、充電電流が発生して充電が開始するタイミングとスイッチ部５やＭ_１０１の制御タイミングとのずれの発生と関係する。したがって、スイッチ制御部２０６の動作感度が高くなれば、不要な消費電力をさらに抑えることが可能となる。

この実施形態のスイッチ制御部２０６では、Ｍ_１０１による充電電流の遮断が重要となる。カレントミラー回路は入力インピーダンスが低いので、Ｍ_５が生成した充電電流を消費してしまうからである。この実施形態のスイッチ制御部２０６によれば、ＭＯＳＦＥＴであるＭ_１０１によりカレントミラー回路の入力を遮断するので、不要な電力消費を抑えることができる。

次に、図８を参照して、他の実施形態に係る充電装置について説明する。この実施形態の充電装置は、スイッチ制御部６の構成をさらに変更したものである。以下の説明では図２と共通する要素は同一の符号を付して示し、重複する説明は省略する。

この実施形態の充電装置におけるスイッチ制御部３０６は、ＦＦ２０のクロックＣＫへの入力信号を増幅するアンプを追加し、当該アンプの動作を制御可能としたものである。図８に示すように、Ｍ_５のドレインから送られる充電電流は、Ｍ_２０１およびＭ_２０２からなる第１のカレントミラー部の入力（Ｍ_２０１のドレインおよびゲート）に直接入力される。第１および第２のカレントミラー部、および電流電圧変換部２１０の機能および接続関係は図７に示す例と同様である。図７に示す例と異なるのは、第１のカレントミラー部の入力に接続されたＭ_１０１に代えて、ドレインがＭ_２０１およびＭ_２０２のソースと接続されソースがグラウンドに接続されたＭＯＳＦＥＴ・Ｍ_３０１を設けた点である。Ｍ_３０１のゲートには、インバータ３２０の出力が接続され、インバータ３２０の入力にはＦＦ２０の出力Ｑが接続されている。

この例のスイッチ制御部３０６では、整流部２ａが受ける電波が強く充電電流が発生した場合、ＦＦ２０の出力Ｑが「Ｈ」となり、スイッチ部５のＭ_１６がオンとなってオフセット電圧の電位の転送が行われる。一方、出力Ｑはインバータ３２０により論理値が反転され、Ｍ_３０１がオフとなる。そうすると、第１のカレントミラー部の共通ソースはフロート状態となり、第１および第２のカレントミラー部の動作が停止する。ＣＫの入力が「Ｌ」となっても、出力Ｑは「Ｈ」を維持するから、タイマ７がタイムアウトとなるまで電位の転送は継続され、充電利得が高い状態が持続する。タイマ７がタイムアウトとなると、ＦＦ２０の状態がリセットされて出力Ｑが「Ｌ」となり、スイッチ部５のＭ_１６がオフとなる。その結果、オフセット電圧の電位の移転は停止し、充電利得を下げて省電力な状態となる。

この例のスイッチ制御部３０６によれば、ＭＯＳＦＥＴであるＭ_３０１によりカレントミラー回路の動作を停止するので、不要な電力消費を抑えることができる。

以上説明したとおり、本発明の実施形態に係る充電装置によれば、電波を充電電流に変換して高い効率で充電することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明は、携帯電話などの移動用無線装置やＲＦタグなどのデータキャリア装置に適用することができ、これらの製造業に利用することができる。

本発明の実施形態に係る充電装置の構成を示すブロック図である。 この実施形態に係る充電装置の具体的構成例を示す回路図である。 この実施形態に係る充電装置の補正電位を説明する図である。 この実施形態のスイッチ制御部におけるタイマの動作例を示す図である。 この実施形態のスイッチ制御部の動作を示す図である。 この実施形態のスイッチ制御部の他の構成例を示すブロック図である。 この実施形態のスイッチ制御部の他の構成例を示すブロック図である。 この実施形態のスイッチ制御部の他の構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１…充電装置、２…利得制御整流部、２ａ…整流部、２ｂ…補正電位転送部、４…転送制御部、５…スイッチ部、６…スイッチ制御部、１０…誤差増幅部、１２・１４・１６・１８…インバータ、２０…ＦＦ。

Claims (9)

1. 受信した電波の検出電圧が第１の閾値を超える場合に前記受信した電波を整流して充電電流を生成する整流部と、
   前記整流部において、前記検出電圧が前記第１の閾値以下となる電波の整流を可能とするバイアス電圧を生成する電位生成部と、
   生成された前記充電電流が第２の閾値以上のときに、前記電位生成部による前記バイアス電圧の生成および前記整流部への前記バイアス電圧の供給を制御する制御部と
   を具備したことを特徴とする充電装置。
2. 前記制御部は、前記バイアス電圧の供給開始後、所定期間を経過したときに前記バイアス電圧の供給を停止することを特徴とする請求項１記載の充電装置。
3. 前記バイアス電圧は、前記整流部の入力電圧−充電電流特性を補正するものであることを特徴とする請求項１記載の充電装置。
4. 前記電位生成部は、
   前記バイアス電圧を規定する電圧源と、
   前記電圧源のバイアス電圧を保持するキャパシタと、
   前記電圧源から前記キャパシタへのバイアス電圧の充電をオンオフするゲート部と、
   所定のタイミングで前記ゲート部のオンオフを制御する転送制御部とを備え、
   前記制御部は、前記整流部の出力電圧が所定の値以上の大きさのときに、前記転送制御部を起動すること
   を特徴とする請求項１記載の充電装置。
5. 前記制御部は、前記充電電流を増幅するカレントミラー回路を備えたことを特徴とする請求項１記載の充電装置。
6. 前記制御部は、前記バイアス電圧を供給した後に前記カレントミラー回路の動作を停止するカレントミラー停止部をさらに備えたことを特徴とする請求項５記載の充電装置。
7. 前記制御部は、前記バイアス電圧を供給した後に前記充電電流の生成を停止させる充電電流停止部をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の充電装置。
8. 充電用電波を取り込むアンテナと、
   前記充電用電波の検出電圧が第１の閾値を超える場合に前記充電用電波を整流し電池を充電する充電電流を生成する整流素子と、
   前記整流素子において、前記検出電圧が前記第１の閾値以下となる電波の整流を可能とするバイアス電圧を生成し、タイミング信号を受けて前記バイアス電圧を前記整流素子に供給する電位生成部と、
   起動制御を受けて前記タイミング信号を生成し前記電位生成部に供給する転送制御部と、
   生成された前記充電電流が第２の閾値以上となったときに、前記転送制御部を起動制御するスイッチ制御部と
   を具備したことを特徴とする充電装置。
9. 前記スイッチ制御部は、
   前記転送制御部を起動した後、前記バイアス電圧を供給する供給時間を規定するタイマと、
   前記供給時間が経過したときに前記転送制御部の動作を停止するスイッチ部と
   を備えたことを特徴とする請求項８記載の充電装置。

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