JP6507378B2 - 整流回路および、これを備えた非接触給電装置 - Google Patents
整流回路および、これを備えた非接触給電装置 Download PDFInfo
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Description
図1に本発明の第1の実施形態に係る整流回路の構成の一例を示す。図1の整流回路は3つの端子AとKとVRを備え、電流スイッチング手段としてのNチャネルMOSトランジスタSW0と電圧比較器B1と基準電圧生成器B2とで構成される。NチャネルMOSトランジスタSW0のソースとゲートとの間にスイッチとして動作するNチャネルMOSトランジスタSW1を接続し、NチャネルMOSトランジスタSW0のゲートと端子VRとの間にスイッチとして動作するPチャネルMOSトランジスタSW2を接続している。NチャネルMOSトランジスタSW0はトリプルウェル上に構成され、バックゲートはソースに接続されると同時にNウェル基板に接続されている。また、QNはNチャネルMOSトランジスタSW0に内蔵される寄生バイポーラトランジスタを示す。
図2に本発明の第2の実施形態に係る整流回路の構成の一例を示す。図2の整流回路は3つの端子AとKとVRとを備え、電流スイッチング手段としてのPチャネルMOSトランジスタSW0と電圧比較器B1と基準電圧生成器B2とで構成される。PチャネルMOSトランジスタSW0のソースとゲートとの間にスイッチとして動作するPチャネルMOSトランジスタSW1を接続し、PチャネルMOSトランジスタSW0のゲートと端子VRとの間にスイッチとして動作するNチャネルMOSトランジスタSW2を接続している。PチャネルMOSトランジスタSW0のバックゲートはソースに接続されている。また、QPはPチャネルMOSトランジスタSW0に内蔵される寄生バイポーラトランジスタを示す。
図3に本発明の第3の実施形態に係る整流回路の構成の一例を示す。図3は図1に対して、抵抗R1と抵抗R2とを定電流源として動作するPチャネルMOSトランジスタM3とM4へそれぞれ置き換え、NチャネルMOSトランジスタSW0のソースとバックゲートとに、NチャネルMOSトランジスタSW4のドレインとソースとをそれぞれ接続し、NチャネルMOSトランジスタSW0のドレインとバックゲートとに、NチャネルMOSトランジスタSW3のドレインとソースとをそれぞれ接続する。トリプルウェル上に構成されたNチャネルMOSトランジスタSW0のNウェル基板を端子VRに接続し、NチャネルMOSトランジスタSW0のゲートとNチャネルMOSトランジスタSW3のゲートとを接続し、電圧比較器B1の比較出力端子とNチャネルMOSトランジスタSW4のゲートとを接続するように変更している。ここで、PチャネルMOSトランジスタM3,M4はゲートとドレインとが共通接続されたPチャネルMOSトランジスタM5とカレントミラー回路を構成し、PチャネルMOSトランジスタM5に流れる電流値は端子VRと端子Aとの間の電圧差と、PチャネルMOSトランジスタM5のゲート・ソース間電圧と、PチャネルMOSトランジスタM5のドレインと端子Aとの間に接続された抵抗R0とで決定されるように構成されている。
図4に本発明の第4の実施形態に係る整流回路の構成の一例を示す。図4は図2に対して、抵抗R1と抵抗R2とを定電流源として動作するNチャネルMOSトランジスタM3とM4へそれぞれ置き換えている。具体的には、PチャネルMOSトランジスタSW0のソースとバックゲートとに、PチャネルMOSトランジスタSW4のドレインとソースとをそれぞれ接続し、PチャネルMOSトランジスタSW0のドレインとバックゲートとに、PチャネルMOSトランジスタSW3のドレインとソースとをそれぞれ接続し、PチャネルMOSトランジスタSW0のゲートとPチャネルMOSトランジスタSW3のゲートとを接続し、電圧比較器B1の出力端子とPチャネルMOSトランジスタSW4のゲートとを接続するように変更している。ここで、NチャネルMOSトランジスタM3,M4はゲートとドレインとが共通接続されたNチャネルMOSトランジスタM5とカレントミラー回路を構成し、NチャネルMOSトランジスタM5に流れる電流値は端子VRと端子Aとの間の電圧差と、PチャネルMOSトランジスタM5のゲート・ソース間電圧と、NチャネルMOSトランジスタM5のドレインと端子Kとの間に接続された抵抗R0とで決定されるように構成されている。
図7に本発明の第5の実施形態に係る半波整流器の構成の一例を示す。図7記載の半波整流器は2つの入力端子VA,VBと1つの出力端子VCとを備え、本発明の整流回路100と平滑コンデンサ110とで構成される。整流回路100には図2と図4と図6の構成のうちいずれか1つが適用可能であり、整流回路100の端子Aに入力端子VBが、整流回路100の端子Kに出力端子VCが接続され、整流回路100の端子VRは接地端子に接続されている。また、平滑コンデンサ110は出力端子VCと接地端子との間に接続されている。
図8に本発明の第6の実施形態に係る逓倍整流器の構成の一例を示す。図8記載の逓倍整流器は2つの入力端子VA,VBと1つの出力端子VCとを備え、本発明の整流回路100,101と平滑コンデンサ110,111とで構成される。整流回路100には図2と図4と図6の構成のうちいずれか1つが適用可能であり、整流回路101には図1と図3と図5の構成のうちいずれか1つが適用可能である。整流回路100の端子Aに入力端子VBが、整流回路100の端子Kに出力端子VCが、整流回路100の端子VRは接地端子にそれぞれ接続されている。また、整流回路101の端子Aに接地端子が、整流回路101の端子Kに入力端子VBが、整流回路101の端子VRは出力端子VCにそれぞれ接続されている。さらに、平滑コンデンサ110は出力端子VCと入力端子VAとの間に接続され、平滑コンデンサ111は入力端子VAと接地端子との間に接続されている。
図9に本発明の第7の実施形態に係る全波整流器の構成の一例を示す。図9記載の全波整流器は2つの入力端子VA,VBと1つの出力端子VCとを備え、本発明の整流回路100,101,102,103と平滑コンデンサ110とで構成される。整流回路100と102には図2と図4と図6の構成のうちいずれか1つがそれぞれに適用可能であり、整流回路101と103には図1と図3と図5の構成のうちいずれか1つがそれぞれに適用可能である。整流回路100の端子Aに入力端子VBが、整流回路100の端子Kに出力端子VCが、整流回路100の端子VRは接地端子にそれぞれ接続されている。また、整流回路101の端子Aに接地端子が、整流回路101の端子Kに入力端子VBが、整流回路101の端子VRは出力端子VCにそれぞれ接続されている。同様に、整流回路102の端子Aに入力端子VAが、整流回路102の端子Kに出力端子VCが、整流回路102の端子VRは接地端子にそれぞれ接続されている。また、整流回路103の端子Aに接地端子が、整流回路103の端子Kに入力端子VAが、整流回路103の端子VRは出力端子VCにそれぞれ接続されている。さらに、平滑コンデンサ110は出力端子VCと接地端子との間に接続されている。
図11は本発明の第8の実施形態に係る非接触給電装置の一例としてICカードにおける非接触給電を取り上げたものである。非接触ICカードはカード内にICチップ200とアンテナ206とが実装されており、コントローラ211とアンテナ212とを介してホストコンピュータ210と通信を行う。ホストコンピュータ210からコマンドとデータとを送信する場合、コントローラ211で符号化や変調処理を行い、キャリアに情報を重畳してアンテナ212から電磁界を放射する。非接触ICカードのアンテナ206は同調コンデンサ207によってキャリア周波数を受信しやすいように調整されており、電磁界を受けるとICチップ200に実装されているアナログ回路201内の整流器205がキャリアの交流電圧を実効的な直流電圧に変換し、アナログ回路201内のレギュレータ回路を通してロジック回路203、CPU202およびメモリ回路204に直流電源の供給を行う。キャリアに重畳されたホストコンピュータ210からのコマンドとデータはアナログ回路201内の復調回路によりキャリアから取り出され、ロジック回路203で復号された後、CPU202へ伝達される。CPU202は受信したコマンドとデータとに基づき、メモリ回路204に記録されているプログラムの実行や、データの書き込みと読み出しの処理を行った後、ホストコンピュータ210への応答をロジック回路203に伝達する。ロジック回路203はホストコンピュータ210への応答を符号化し、アナログ回路201内の負荷変調回路を通じて、キャリア振幅を変化させ、アンテナ212に応答を伝達する。アンテナ212に伝達された応答はコントローラ211により、復調と復号処理され、ホストコンピュータ210に応答が伝達される。
61 第2の従来例のMOSトランジスタ
62 第2の従来例の電圧比較器
65 第2の従来例の電圧比較器の出力ノード
66,67 第2の従来例の抵抗
68,69 第2の従来例のバイポーラトランジスタ
70,71 MOSトランジスタ
100〜103 本発明の整流回路
110,111 平滑コンデンサ
200 ICチップ
201 ICチップに実装されたアナログ回路
202 ICチップに実装されたCPU
203 ICチップに実装されたロジック回路
204 ICチップに実装されたメモリ回路
205 ICチップに実装された整流器
206 ICカードのアンテナ
207 ICチップに実装された同調コンデンサ
210 ホストコンピュータ
211 コントローラ
212 送信アンテナ
B1 電圧比較器
B2 基準電圧生成器
C0 コンデンサ
D1,D2 第1の従来例の寄生ダイオード
M1 電圧比較器を構成するMOSトランジスタ
M2 基準電圧生成器を構成するMOSトランジスタ
M3 電圧比較器を構成する他のMOSトランジスタ
M4 基準電圧生成器を構成する他のMOSトランジスタ
M5 カレントミラー回路を構成するMOSトランジスタ
QN NPN寄生バイポーラトランジスタ
QP PNP寄生バイポーラトランジスタ
R0 カレントミラー回路の電流値を決定する抵抗
R1 電圧比較器を構成する抵抗
R2 基準電圧生成器を構成する抵抗
SW0〜SW4 MOSトランジスタ
Tr1〜Tr3 第1の従来例のMOSトランジスタ
Claims (11)
- 第1の端子(A)と第2の端子(K)と第3の端子(VR)とを備え、前記第1の端子(A)から前記第2の端子(K)への一方向に電流を流し、かつ前記第2の端子(K)から前記第1の端子(A)への逆方向の電流を阻止する整流回路であって、
前記第3の端子(VR)の電圧は前記第1の端子(A)の電圧より高く設定され、正入力端子と、負入力端子と、比較出力端子とを有する電圧比較器(B1)と、第1の端子(A)に接続されたソース端子(S)と、第2の端子(K)に接続されたドレイン端子(D)と、制御端子(G)とを有する電流スイッチング手段(SW0)と、
前記電流スイッチング手段のソース端子(S)と制御端子(G)との間を導通または遮断する第1のスイッチング手段(SW1)と、
前記電流スイッチング手段の制御端子(G)と前記第3の端子(VR)との間を導通または遮断する第2のスイッチング手段(SW2)と、
前記第1の端子(A)と前記第3の端子(VR)とを入力端子とし、電圧出力端子を有する基準電圧生成器(B2)とを備え、
前記電圧比較器(B1)の負入力端子に前記基準電圧生成器(B2)の電圧出力端子が接続され、前記電圧比較器(B1)の正入力端子に前記第2の端子(K)が接続され、
前記電圧比較器(B1)の比較出力端子は前記第1のスイッチング手段(SW1)と前記第2のスイッチング手段(SW2)のそれぞれのゲートに接続され、前記電圧比較器(B1)の正入力端子の電圧と負入力端子の電圧との差が閾値より高いときに前記第1のスイッチング手段(SW1)を導通、第2のスイッチング手段(SW2)を遮断して前記電流スイッチング手段(SW0)を遮断し、
前記電圧比較器(B1)の正入力端子の電圧と負入力端子の電圧との差が閾値より低いときに前記第1のスイッチング手段(SW1)を遮断、第2のスイッチング手段(SW2)を導通して前記電流スイッチング手段(SW0)を導通することを特徴とする整流回路。 - 第1の端子(A)と第2の端子(K)と第3の端子(VR)とを備え、前記第1の端子(A)から前記第2の端子(K)への一方向に電流を流し、かつ前記第2の端子(K)から前記第1の端子(A)への逆方向の電流を阻止する整流回路であって、
前記第3の端子(VR)の電圧は前記第2の端子(K)の電圧より低く設定され、
正入力端子と、負入力端子と、比較出力端子とを有する電圧比較器(B1)と、
第1の端子(A)に接続されたソース端子(S)と、第2の端子(K)に接続されたドレイン端子(D)と、制御端子(G)とを有する電流スイッチング手段(SW0)と、
前記電流スイッチング手段のソース端子(S)と制御端子(G)との間を導通または遮断する第1のスイッチング手段(SW1)と、
前記電流スイッチング手段の制御端子(G)と前記第3の端子(VR)との間を導通または遮断する第2のスイッチング手段(SW2)と、
前記第2の端子(K)と前記第3の端子(VR)とを入力端子とし、電圧出力端子を有する基準電圧生成器(B2)とを備え、
前記電圧比較器(B1)の負入力端子に前記基準電圧生成器(B2)の電圧出力端子が接続され、前記電圧比較器(B1)の正入力端子に前記第1の端子(A)が接続され、
前記電圧比較器(B1)の比較出力端子は前記第1のスイッチング手段(SW1)と前記第2のスイッチング手段(SW2)のそれぞれのゲートに接続され、前記電圧比較器(B1)の正入力端子の電圧と負入力端子の電圧との差が閾値より高いときに前記第1のスイッチング手段(SW1)を遮断、第2のスイッチング手段(SW2)を導通して前記電流スイッチング手段(SW0)を導通し、
前記電圧比較器(B1)の正入力端子の電圧と負入力端子の電圧との差が閾値より低いときに前記第1のスイッチング手段(SW1)を導通、第2のスイッチング手段(SW2)を遮断して前記電流スイッチング手段(SW0)を遮断することを特徴とする整流回路。 - 請求項1記載の整流回路において、
前記電圧比較器(B1)は第1のMOSトランジスタ(M1)と第1の抵抗(R1)とを含み、前記正入力端子と前記負入力端子と前記比較出力端子とが前記第1のMOSトランジスタ(M1)のソースとゲートとドレインとにそれぞれ接続され、前記第1のMOSトランジスタ(M1)のドレインと前記第3の端子(VR)との間に前記第1の抵抗(R1)が接続され、
前記基準電圧生成器(B2)はゲートとドレインとが共通接続された第2のMOSトランジスタ(M2)と第2の抵抗(R2)とを含み、一方の入力端子である前記第3の端子(VR)と前記第2のMOSトランジスタ(M2)のドレインとの間に前記第2の抵抗(R2)が接続され、他方の入力端子である前記第1の端子(A)が前記第2のMOSトランジスタ(M2)のソースに接続され、前記第2のMOSトランジスタ(M2)のドレインを前記電圧出力端子とすることを特徴とする整流回路。 - 請求項1記載の整流回路において、
前記電圧比較器(B1)は第1のMOSトランジスタ(M1)と、定電流源として動作する第3のMOSトランジスタ(M3)とを含み、前記正入力端子と前記負入力端子と前記比較出力端子とが前記第1のMOSトランジスタ(M1)のソースとゲートとドレインとにそれぞれ接続され、前記第3のMOSトランジスタ(M3)のソースが前記第3の端子(VR)に接続され、
前記基準電圧生成器(B2)はゲートとドレインとが共通接続された第2のMOSトランジスタ(M2)と、定電流源として動作する第4のMOSトランジスタ(M4)とを含み、一方の入力端子である前記第3の端子(VR)が前記第4のMOSトランジスタ(M4)のソースに接続され、他方の入力端子である前記第1の端子(A)が前記第2のMOSトランジスタ(M2)のソースに接続され、前記第2のMOSトランジスタ(M2)のドレインを前記電圧出力端子とし、
さらに、前記第3のMOSトランジスタ(M3)と前記第4のMOSトランジスタ(M4)とのゲートが共通接続され、第1のMOSトランジスタ(M1)のドレインと、第3のMOSトランジスタ(M3)のドレインとが接続され、
前記第2のMOSトランジスタ(M2)のドレインと前記第4のMOSトランジスタ(M4)のドレインとが接続されていることを特徴とする整流回路。 - 請求項2記載の整流回路において、
前記電圧比較器(B1)は第1のMOSトランジスタ(M1)と第1の抵抗(R1)とを含み、前記正入力端子と前記負入力端子と前記比較出力端子とが前記第1のMOSトランジスタ(M1)のソースとゲートとドレインとにそれぞれ接続され、前記第1のMOSトランジスタ(M1)のドレインと前記第3の端子(VR)との間に前記第1の抵抗(R1)が接続され、
前記基準電圧生成器(B2)はゲートとドレインとが共通接続された第2のMOSトランジスタ(M2)と第2の抵抗(R2)とを含み、一方の入力端子である前記第3の端子(VR)と前記第2のMOSトランジスタ(M2)のドレインとの間に前記第2の抵抗(R2)が接続され、他方の入力端子である前記第2の端子(K)が前記第2のMOSトランジスタ(M2)のソースに接続され、前記第2のMOSトランジスタ(M2)のドレインを前記電圧出力端子とすることを特徴とする整流回路。 - 請求項2記載の整流回路において、
前記電圧比較器(B1)は第1のMOSトランジスタ(M1)と、定電流源として動作する第3のMOSトランジスタ(M3)とを含み、前記正入力端子と前記負入力端子と前記比較出力端子とが前記第1のMOSトランジスタ(M1)のソースとゲートとドレインとにそれぞれ接続され、前記第3のMOSトランジスタ(M3)のソースが前記第3の端子(VR)に接続され、
前記基準電圧生成器(B2)はゲートとドレインとが共通接続された第2のMOSトランジスタ(M2)と、定電流源として動作する第4のMOSトランジスタ(M4)とを含み、一方の入力端子である前記第3の端子(VR)が前記第4のMOSトランジスタ(M4)のソースに接続され、他方の入力端子である前記第2の端子(K)が前記第2のMOSトランジスタ(M2)のソースに接続され、前記第2のMOSトランジスタ(M2)のドレインを前記電圧出力端子とし、
さらに、前記第3のMOSトランジスタ(M3)と前記第4のMOSトランジスタ(M4)とのゲートが共通接続され、第1のMOSトランジスタ(M1)のドレインと、第3のMOSトランジスタ(M3)のドレインとが接続され、
前記第2のMOSトランジスタ(M2)のドレインと前記第4のMOSトランジスタ(M4)のドレインとが接続されていることを特徴とする整流回路。 - 請求項3または5に記載の整流回路において、
前記第1のMOSトランジスタ(M1)のゲート幅/ゲート長の比率が、前記第2のMOSトランジスタ(M2)のゲート幅/ゲート長の比率よりも、実効的に小さくなるように選択されたことを特徴とする整流回路。 - 請求項4または6に記載の整流回路において、
前記第1のMOSトランジスタ(M1)のゲート幅/ゲート長の比率が、前記第2のMOSトランジスタ(M2)のゲート幅/ゲート長の比率よりも、実効的に小さくなるように選択されたことを特徴とする整流回路。 - 請求項4、6、8のいずれか1項に記載の整流回路において、
前記第3のMOSトランジスタ(M3)の電流値が、前記第4のMOSトランジスタ(M4)の電流値よりも大きくなるように設定されたことを特徴とする整流回路。 - 請求項3〜9のいずれか1項に記載の整流回路において、
前記電流スイッチング手段(SW0)は第5のMOSトランジスタを含み、
前記第5のMOSトランジスタ(SW0)のドレインとバックゲートとに、ドレインとソースとをそれぞれ接続した第6のMOSトランジスタ(SW3)と、
前記第5のMOSトランジスタ(SW0)のソースとバックゲートとに、ドレインとソースとをそれぞれ接続した第7のMOSトランジスタ(SW4)とをさらに備え、
前記第5のMOSトランジスタ(SW0)のゲートと前記第6のMOSトランジスタ(SW3)のゲートとが接続され、前記電圧比較器(B1)の比較出力端子と前記第7のMOSトランジスタ(SW4)のゲートとが接続されていることを特徴とする整流回路。 - 請求項1、2のいずれか1項に記載の整流回路を電源回路に含むことを特徴とする非接触給電装置。
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