WO2021245979A1 - Ｉｃカード及びｉｃカードシステム - Google Patents

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WO2021245979A1
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power
card
charging
communication
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崇浩 長井
達也 細谷
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • the present invention relates to an IC card including a power storage device and an IC card system using the IC card.
  • an IC card with fingerprint authentication is shown in Patent Document 1.
  • This IC card is equipped with a fingerprint reading sensor, and the power supplied from the reader is stored in the power storage circuit, and when the output voltage of the power storage circuit reaches the default value, it is discharged to the device control circuit and fingerprint processing circuit, and fingerprint authentication is successful. If this is the case, transmission / reception with the reader is permitted, and then transmission / reception with the reader is prohibited, and the discharge to the device control circuit and the fingerprint processing circuit is turned off.
  • an IC card that charges wirelessly is equipped with a secondary battery, but the state of charge of the secondary battery changes greatly depending on the usage status of the IC card.
  • the IC card can be charged by using various devices such as a dedicated power transmission device, an inductive read / write device, and a communication terminal with an inductive read / write function.
  • the communication operation and power receiving operation are appropriately managed and controlled. There is a need.
  • an object of the present invention is to make a dedicated power transmission device, an inductive read / write device, a communication terminal with an inductive read / write function, etc. manage and execute the operation of the communication circuit, the power receiving circuit, and the electronic function circuit, and it is easy to use wireless.
  • the present invention is to provide an IC card and an IC card system for charging.
  • the IC card as an example of the present disclosure is An IC card that communicates non-contact with a reader / writer, which is an inductive read / write communication facility.
  • the presence or absence of predetermined communication is detected by the electronic function circuit, and the presence or absence of predetermined communication is detected. Immediately after detecting the power reception, if there is no predetermined communication, charging of the power storage device by the charging circuit is started. If there is the predetermined communication immediately after detecting the power reception, the charging of the power storage device by the charging circuit is not started, and the power is supplied from the voltage conversion circuit to the electronic function circuit.
  • the IC card as an example of the present disclosure is An IC card that communicates non-contact with a reader / writer, which is an inductive read / write communication facility.
  • Equipped with The power supply control circuit is The presence or absence of power reception is detected by the output voltage of the power receiving circuit.
  • the presence or absence of predetermined communication is detected by the electronic function circuit, and the presence or absence of predetermined communication is detected.
  • power is supplied from the voltage conversion circuit to the electronic function circuit.
  • the predetermined communication the power supply from the voltage conversion circuit to the electronic function circuit is continued, and the power supply is continued.
  • the power supply from the voltage conversion circuit to the electronic function circuit is continued or stopped, and charging of the power storage device by the charging circuit is started.
  • the power supply control circuit By controlling the power supply control circuit, power is immediately supplied to the electronic function circuit immediately after the start of power reception, so that the responsiveness of the electronic function circuit is enhanced and the operation of the electronic function circuit can be completed in a short time. Further, if there is no communication immediately after the start of power reception, charging of the power storage device is started, so that the charging efficiency of the power storage device is increased and the charging time can be shortened.
  • an IC card and an IC card system in which charging and communication suitable for a dedicated power transmission device, an inductive read / write device, a communication terminal with an inductive read / write function, etc. are automatically and efficiently performed.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an IC card 101 and an IC card system 201 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a first circuit configuration example of a portion related to a wireless power feeding system.
  • FIG. 3 is a diagram showing a second circuit configuration example of the portion related to the wireless power feeding system.
  • FIG. 4 is a diagram showing a third circuit configuration example of the portion related to the wireless power feeding system.
  • FIG. 5 is a diagram showing a fourth circuit configuration example of the portion related to the wireless power feeding system.
  • FIG. 6 is a diagram showing a fifth circuit configuration example of the portion related to the wireless power feeding system.
  • FIG. 7 is a diagram showing a sixth circuit configuration example of the portion related to the wireless power feeding system.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an IC card 101 and an IC card system 201 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a first circuit configuration example of a portion related to a
  • FIG. 8 is a time chart showing the operation of the IC card 101 after the IC card 101 is placed on the wireless power transmission device 50.
  • FIG. 9 is a time chart showing the operation of the IC card 101 after the IC card 101 is close to the reader / writer 40.
  • 10 (A) and 10 (B) are time charts showing the operation of the IC card 101 after the proximity of the IC card 101 to the reader / writer 40 according to the second embodiment.
  • FIG. 11 is a time chart showing the operation of the IC card 101 after the IC card 101 is close to the reader / writer 40 according to the second embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an IC card 101 and an IC card system 201 according to the first embodiment.
  • the IC card system 201 includes an IC card 101, a reader / writer 40, and a wireless power transmission device 50.
  • the IC card 101 is an IC card that receives electric power wirelessly from the wireless power transmission device 50 and communicates with the reader / writer 40 in a non-contact manner.
  • the reader / writer 40 includes a reader / writer antenna 41 and a reader / writer circuit 42.
  • the wireless power transmission device 50 includes a wireless power transmission coil 51 and a wireless power transmission circuit 52.
  • the wireless power transmission device 50 is, for example, a smartphone when a wireless power supply device of DC resonance technology, a smartphone having an NFC communication function, or the like is used as a charging device.
  • the wireless power transmission circuit 52 supplies alternating power to the wireless power transmission coil 51 in the frequency band of the ISM band (industrial science and medical band) such as 2.4 GHz band, 5.7 GHz band, 920 MHz band, or the frequency band of 6.78 MHz and 13.56 MHz. do.
  • ISM band industrial science and medical band
  • the reader / writer circuit 42 communicates with the communication circuit 12 via the reader / writer antenna 41 and the communication antenna 11 at a frequency of, for example, the 13.56 MHz band.
  • the IC card 101 is, for example, a credit card-sized electronic device having a thickness of 0.76 mm.
  • the IC card 101 is, for example, a card-sized smartphone (a mobile phone equipped with a mobile operating system), a transportation IC card for displaying a balance, a one-time password card, a biometric authentication card, or the like.
  • the IC card 101 actively operates using the power storage device 60 as a power source, or consumes a very small amount of power in the power storage device 60 during standby. Further, the power storage device 60 is passively operated without consuming power.
  • the IC card 101 includes a power receiving coil 21, a power receiving circuit 20 connected to the power receiving coil 21, a communication antenna 11, a communication circuit 12 connected to the communication antenna 11, a power storage device 60, and a power receiving circuit 20.
  • the charging circuit 24 connected to the power storage device 60, the electronic function circuit 16 connected to the communication circuit 12, the voltage conversion circuit 15 connected between the power storage device 60 and the electronic function circuit 16, and charging.
  • a power supply control circuit 30 for controlling the circuit 24 and the voltage conversion circuit 15 is provided.
  • the power receiving circuit 20 includes a power receiving resonance capacitor connected to the power receiving coil 21 and a rectifying smoothing circuit.
  • the power receiving coil 21 and the power receiving resonance capacitor form a resonance circuit.
  • a specific configuration example of the power receiving circuit 20 will be shown later.
  • the voltage conversion circuit 23 converts the output voltage (received voltage) of the power receiving circuit 20 into the voltage required for charging the power storage device 60.
  • the charging circuit control unit 25 controls the operation of the charging circuit 24.
  • the discharge control unit 14 controls the operation of the voltage conversion circuit 15.
  • the power supply control circuit 30 outputs a control signal to the charging circuit control unit 25 and the discharge control unit 14 based on the voltage output from the power receiving circuit 20 and the communication detection signal output from the electronic function circuit 16. Further, when the output voltage of the power receiving circuit 20 exceeds a predetermined value, that is, when the power supply control circuit 30 is in an overvoltage state, the power supply control circuit 30 controls the switch element of the rectifying smoothing circuit in the power receiving circuit 20 to perform rectification operation. The power reception is cut off by stopping.
  • the schematic operation of the IC card 101 is as follows.
  • the power receiving coil 21 is electromagnetically coupled to the wireless power transmission coil 51, and the power receiving circuit 20 receives power wirelessly.
  • the voltage conversion circuit 23 converts the output voltage of the power receiving circuit 20 into the voltage required for charging the power storage device 60.
  • the communication antenna 11 is electromagnetically coupled to the reader / writer antenna 41, and the communication circuit 12 communicates with the reader / writer circuit 42.
  • the electronic function circuit 16 detects the operation of the communication circuit 12 and outputs a communication detection signal to the power supply control circuit 30.
  • the power supply control circuit 30 activates the voltage conversion circuit 15 via the discharge control unit 14. As a result, the voltage conversion circuit 15 converts the voltage of the power storage device 60 into the power supply voltage required for the electronic function circuit 16 and outputs the voltage to the electronic function circuit 16.
  • the electronic function circuit 16 operates based on the power received by the communication circuit 12 and the output power of the voltage conversion circuit 15.
  • the power receiving coil 21 is electromagnetically coupled to the reader / writer antenna 41, and the power receiving circuit 20 receives power wirelessly.
  • the voltage conversion circuit 23 converts the output voltage of the power receiving circuit 20 into the voltage required for charging the power storage device 60.
  • FIG. 2 is a diagram showing a first circuit configuration example of a part related to a wireless power feeding system. This example is a circuit in which the power transmission side operates in a class D inverter, the power receiving side operates in series resonance, and voltage doubler rectification operates.
  • the wireless power transmission circuit 52 is equivalently a first switch circuit S1 composed of a parallel connection circuit of a switching element Q1, a diode Dds1 and a capacitor Cds1, and an equivalent parallel connection circuit of a switching element Q2, a diode Dds2 and a capacitor Cds2. It includes a second switch circuit S2, a switching control circuit (not shown) that controls the switching elements Q1 and Q2, a resonance capacitor Cr, and a DC power supply Vi.
  • a power transmission resonance circuit is composed of a wireless power transmission coil 51 and a resonance capacitor Cr.
  • Switching elements Q1 and Q2 are switched by a signal from a switching control circuit (not shown).
  • the switching element Q1 of the first switch circuit S1 and the switching element Q2 of the second switch circuit S2 are alternately turned on / off.
  • Switching elements Q1 and Q2 are switching elements such as MOSFETs that have parasitic output capacitance and parasitic diodes, and constitute switch circuits S1 and S2.
  • the switching control circuit of the wireless transmission circuit 52 intermittently applies a DC voltage to the transmission resonance circuit by switching the first switching element Q1 and the second switching element Q2 at a predetermined operating frequency, and resonates with the wireless transmission coil 51. Generates an electric current. As a result, a sinusoidal current is passed through the power transmission coil 51. Specifically, the switching operation is performed at 13.56 MHz used in NFC communication.
  • the power receiving circuit 20 includes a power receiving coil 21, a power receiving resonance circuit using a resonance capacitor Crs, and a rectifying smoothing circuit 22.
  • the rectifying smoothing circuit 22 is equivalently composed of a third switch circuit S3 composed of a switching element Q3, a diode Dds3 and a parallel connection circuit of the capacitor Cds3, and a third switch circuit S3 equivalently composed of a parallel connection circuit of the diode D4 and the capacitor Cds4. It is equipped with a 4-switch circuit S4.
  • the third switch circuit S3 and the fourth switch circuit S4 rectify the voltage generated in the power receiving resonance circuit by the power receiving coil 21 and the resonance capacitor Crs, and the capacitor Co smoothes the voltage.
  • the power receiving coil 21 and the resonant capacitor Crs form a series resonant circuit.
  • FIG. 3 is a diagram showing a second circuit configuration example of the part related to the wireless power feeding system.
  • This example is a circuit in which the power transmission side operates in a class D inverter, the power receiving side operates in parallel series resonance, and voltage doubler rectification operates.
  • the configuration on the power transmission side is the same as the example shown in FIG.
  • the power receiving side is provided with resonance capacitors Crs and Cps connected to the power receiving coil 21.
  • the power receiving coil 21 and the resonance capacitor Crs form a series resonance circuit, and the power receiving coil 21 and the resonance capacitor Cps form a parallel resonance circuit.
  • the configuration of the rectifying smoothing circuit 22 is the same as the example shown in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing a third circuit configuration example of the part related to the wireless power feeding system.
  • This example is a circuit in which the power transmission side operates in a class D inverter, the power receiving side operates in parallel series resonance, and full-wave rectification operates.
  • the configuration on the power transmission side is the same as the example shown in FIG.
  • the power receiving side is provided with resonance capacitors Crs and Cps connected to the power receiving coil 21.
  • the power receiving coil 21 and the resonance capacitor Crs form a series resonance circuit, and the power receiving coil 21 and the resonance capacitor Cps form a parallel resonance circuit.
  • the rectifying smoothing circuit 22 is composed of a diode bridge DB, a switching element Q3, and a capacitor Co.
  • the diode bridge DB full-wave rectifies the resonance voltage of the power receiving resonance circuit by the power receiving coil 21 and the resonance capacitors Crs and Cps.
  • the switching element Q3 is in the ON state, the full-wave rectification operation of the diode bridge DB is stopped, and power reception is stopped.
  • FIG. 5 is a diagram showing a fourth circuit configuration example of the part related to the wireless power feeding system.
  • This example is a circuit in which the power transmission side operates as a class E inverter, the power receiving side operates as a series resonance, and the class E rectifies.
  • the wireless power transmission circuit 52 is equivalently provided with a first switch circuit S1 composed of a switching element Q1, a diode Dds1 and a parallel connection circuit of the capacitor Cds1, an inductor Lf, and a resonance capacitor Cr.
  • a power transmission resonance circuit is composed of a wireless power transmission coil 51 and a resonance capacitor Cr.
  • the switching element Q1 is switched by a signal from a switching control circuit (not shown).
  • the switching element Q1 is a switching element having a parasitic output capacitance and a parasitic diode such as a MOSFET, and constitutes the switch circuit S1.
  • the switching control circuit of the wireless transmission circuit 52 intermittently applies a DC voltage to the resonance circuit by the inductor Lf, the resonance capacitor Cr, and the transmission coil 51 by switching the first switching element Q1 at a predetermined operating frequency, and wirelessly.
  • a resonance current is generated in the transmission coil 51.
  • a sinusoidal current is passed through the power transmission coil 51.
  • the power receiving circuit 20 includes a power receiving coil 21, a power receiving resonance circuit using the resonance capacitor Crs, and a rectifying smoothing circuit 22.
  • the rectifying and smoothing circuit 22 includes a third switch circuit S3, which is equivalently composed of a switching element Q3, a diode Dds3, and a parallel connection circuit of the capacitor Cds3, an inductor Lfs, and a smoothing capacitor Co.
  • the third switch circuit S3 rectifies the voltage generated in the power receiving resonance circuit by the power receiving coil 21, the resonant capacitor Crs and the inductor Lfs, and the capacitor Co smoothes the voltage.
  • FIG. 6 is a diagram showing a fifth circuit configuration example of the part related to the wireless power feeding system. This example is a circuit in which the power transmission side operates in a class E inverter, the power receiving side operates in parallel series resonance, and voltage doubler rectification operates.
  • the configuration of the wireless power transmission circuit 52 is the same as the example shown in FIG.
  • the configuration of the power receiving circuit 20 is the same as the example shown in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing a sixth circuit configuration example of the part related to the wireless power feeding system. This example is a circuit in which the power transmission side operates in a class E inverter, the power receiving side operates in parallel series resonance, and full-wave rectification operates.
  • the configuration of the wireless power transmission circuit 52 is the same as the example shown in FIG.
  • the configuration of the power receiving circuit 20 is the same as the example shown in FIG.
  • the circuit related to the wireless power supply system can adopt various configurations.
  • FIG. 8 is a time chart showing the operation of the IC card 101 after the IC card 101 is placed on the wireless power transmission device 50.
  • the power supply control circuit 30 detects that the received voltage exceeds a predetermined value at the timing t0 by mounting the IC card 101 on the wireless power transmission device 50, it detects the presence or absence of the communication detection signal at that time.
  • the IC card 101 since the IC card 101 is placed on the wireless power transmission device 50, there is no communication detection signal. If there is no communication detection signal, the voltage conversion circuit 15 is not activated and the power is not supplied to the electronic function circuit 16.
  • the charging circuit 24 is immediately activated at the timing of t1 to start charging the power storage device 60.
  • the charging circuit 24 After that, if the IC card 101 is fully charged at the timing t2 by the time the IC card 101 is separated from the wireless power transmission device 50 at the timing t3, the charging is completed. The detection of full charge and the control of stopping charging are controlled by the charging circuit 24.
  • FIG. 9 is a time chart showing the operation of the IC card 101 after the IC card 101 is close to the reader / writer 40.
  • the power supply control circuit 30 detects that the received voltage exceeds a predetermined value at the timing t0 by bringing the IC card 101 close to the reader / writer 40, the presence / absence of the communication detection signal is detected at that time.
  • the power supply control circuit 30 starts the voltage conversion circuit 15 without starting the charging circuit 24, that is, without starting charging to the power storage device 60, and electronically at the timing t2.
  • the power supply to the functional circuit 16 is started.
  • the electronic functional circuit 16 operates with the electric power supplied from the voltage conversion circuit 15.
  • the power supply to the electronic function circuit 16 is immediately started without activating the charging circuit 24, so that the communication is promptly performed. Further, in this example, the power storage device 60 can be charged even for a short time after the communication is completed.
  • Second Embodiment the control content of the power supply control circuit 30 is shown for an IC card different from the example shown in the first embodiment.
  • the circuit configuration itself of the IC card is as shown in FIG.
  • FIG. 10A is a time chart showing the operation of the IC card 101 after the IC card 101 is close to the reader / writer 40.
  • the power supply control circuit 30 activates the voltage conversion circuit 15.
  • power supply from the voltage conversion circuit 15 to the electronic function circuit 16 is started.
  • power is supplied to the electronic functional circuit 16 at timing t1.
  • the presence / absence of the communication detection signal is detected at the timing t2.
  • the power supply control circuit 30 starts charging the power storage device 60.
  • the power supply from the voltage conversion circuit 15 to the electronic function circuit 16 is stopped.
  • FIG. 10B is also a time chart showing the operation of the IC card 101 after the IC card 101 is close to the reader / writer 40, similar to the example shown in FIG. 10A.
  • power is supplied from the voltage conversion circuit 15 to the electronic function circuit 16.
  • the electronic functional circuit 16 At timing t1.
  • the power supply control circuit 30 stops the voltage conversion circuit 15 and stops the power supply to the electronic function circuit 16.
  • the charging circuit 24 is activated to start charging the power storage device 60. After that, when the IC card 101 is separated from the reader / writer 40 at the timing t3, charging of the power storage device 60 is physically terminated.
  • FIG. 11 is also a time chart showing the operation of the IC card 101 after the IC card 101 is close to the reader / writer 40, similar to the examples shown in FIGS. 10 (A) and 10 (B).
  • power is received by bringing the IC card 101 close to the reader / writer 40, power is supplied from the voltage conversion circuit 15 to the electronic function circuit 16.
  • power is supplied to the electronic functional circuit 16 at the timing t1. After that, the presence / absence of the communication detection signal is detected at the timing t2. If there is communication, the power supply control circuit 30 keeps the charging circuit 24 stopped and does not charge the power storage device 60.
  • the electric power is immediately supplied to the electronic functional circuit 16, so that the communication is promptly performed. Further, by starting charging of the power storage device 60 immediately after the communication is completed, it is possible to charge the power storage device 60 even in a short time.

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Abstract

ＩＣカード（１０１）は、誘導式読み書き通信設備であるリーダライタに対して非接触で通信を行う。電力供給制御回路（３０）は、受電回路（２０）の出力電圧により受電の有無を検出し、電子機能回路（１６）により所定の通信の有無を検出し、受電を検出した直後に所定の通信がない場合は、充電回路（２４）による蓄電デバイス（６０）の充電を開始し、受電を検出した直後に所定の通信がある場合は、充電回路（２４）による蓄電デバイス（６０）の充電を開始せず、電圧変換回路（１５）から電子機能回路（１６）への電力供給を行う。

Description

ＩＣカード及びＩＣカードシステム
　本発明は、蓄電デバイスを備えるＩＣカード及びそのＩＣカードを用いるＩＣカードシステムに関する。
　二次電池を備えるＩＣカードの例として、特許文献１に指紋認証付ＩＣカードが示されている。このＩＣカードは、指紋読取りセンサを備え、リーダーから供給される電力を蓄電回路で蓄電し、蓄電回路の出力電圧が既定値に達すると装置制御回路と指紋処理回路に放電し、指紋認証が成功した場合に、リーダーとの間の送受信を許可し、その後は、リーダーとの間の送受信を禁止し、装置制御回路及び指紋処理回路への放電をオフするように構成されている。
　このように、ワイヤレスで充電を行うＩＣカードでは、二次電池を備えるが、その二次電池の充電状態は、ＩＣカードの利用状況で大きく変化する。しかし、そのＩＣカードは、専用の送電装置、誘導式読み書き装置、誘導式読み書き機能付き通信端末など、種々の装置を利用して充電できることが好ましい。
特開２０１２－２３８１２６号公報
　二次電池の蓄電エネルギーが不足する場合、二次電池の充電が必要になるが、一方、二次電池を充電すると、受電電力が充電に利用され、電子カードの通信回路や電子データ処理回路等の電子機能回路を動作させられない、という不具合が生じる。
　また、専用の送電装置や誘導式読み書き装置や誘導式読み書き機能付き通信端末などの、複数の機器に関して、受電機能や通信機能を利用する場合、通信動作や受電動作を適切に管理して制御する必要がある。
　しかし、上記種々の装置は同じ周波数帯の交番磁界を用いることが多く、これらを区別して管理制御することは困難である。
　そこで、本発明の目的は、専用の送電装置、誘導式読み書き装置、誘導式読み書き機能付き通信端末などに対し、通信回路、受電回路、電子機能回路の動作を管理して実行させ、使いやすいワイヤレス充電を行うＩＣカード及びＩＣカードシステムを提供することにある。
（１）本開示の一例としてのＩＣカードは、
　誘導式読み書き通信設備であるリーダライタに対して非接触で通信を行うＩＣカードであって、
　受電コイルと、当該受電コイルに接続された受電回路と、通信アンテナと、当該通信アンテナに接続された通信回路と、蓄電デバイスと、前記受電回路と前記蓄電デバイスとの間に接続された充電回路と、前記通信回路に接続された電子機能回路と、前記蓄電デバイスと前記電子機能回路との間に接続された電圧変換回路と、前記充電回路及び前記電圧変換回路を制御する電力供給制御回路と、を備え、
　前記電力供給制御回路は、
　　前記受電回路の出力電圧により受電の有無を検出し、
　　前記電子機能回路により所定の通信の有無を検出し、
　　受電を検出した直後に、前記所定の通信がない場合は、前記充電回路による前記蓄電デバイスの充電を開始し、
　　受電を検出した直後に、前記所定の通信がある場合は、前記充電回路による前記蓄電デバイスの充電を開始せず、前記電圧変換回路から前記電子機能回路への電力供給を行う。
　上記電力供給制御回路の制御により、受電開始直後、通信がない場合に直ちに充電が開始されるので、蓄電デバイスへの充電効率が高まり、充電時間を短くできる。また、受電開始直後、通信がある場合には蓄電デバイスへの充電が行われないので、電子機能回路へ十分な電力を供給できる。
（２）本開示の一例としてのＩＣカードは、
　誘導式読み書き通信設備であるリーダライタに対して非接触で通信を行うＩＣカードであって、
　受電コイルと、当該受電コイルに接続された受電回路と、通信アンテナと、当該通信アンテナに接続された通信回路と、蓄電デバイスと、前記受電回路と前記蓄電デバイスとの間に接続された充電回路と、前記通信回路に接続された電子機能回路と、前記蓄電デバイスと前記電子機能回路との間に接続された電圧変換回路と、前記充電回路及び前記電圧変換回路を制御する電力供給制御回路と、を備え、
　前記電力供給制御回路は、
　　前記受電回路の出力電圧により受電の有無を検出し、
　　前記電子機能回路により所定の通信の有無を検出し、
　　受電により、前記電圧変換回路から前記電子機能回路への電力供給を行い、
　　前記所定の通信がある場合は、前記電圧変換回路から前記電子機能回路への電力供給を継続し、
　　前記所定の通信がない場合は、前記電圧変換回路から前記電子機能回路への電力供給を継続または停止し、前記充電回路による前記蓄電デバイスの充電を開始する。
　上記電力供給制御回路の制御により、受電開始直後、電子機能回路へ直ちに電力供給がなされるので、電子機能回路の応答性が高まり、短い時間で電子機能回路の動作を完了させることができる。また、受電開始直後、通信がない場合には、蓄電デバイスへの充電が開始されるので、蓄電デバイスへの充電効率が高まり、充電時間を短くできる。
　本発明によれば、専用の送電装置、誘導式読み書き装置、誘導式読み書き機能付き通信端末などにそれぞれ適した充電及び通信が自動的かつ効率的になされるＩＣカード及びＩＣカードシステムが得られる。
図１は第１の実施形態に係るＩＣカード１０１及びＩＣカードシステム２０１の構成を示すブロック図である。 図２はワイヤレス給電システムに関する部分の第１の回路構成例を示す図である。 図３はワイヤレス給電システムに関する部分の第２の回路構成例を示す図である。 図４はワイヤレス給電システムに関する部分の第３の回路構成例を示す図である。 図５はワイヤレス給電システムに関する部分の第４の回路構成例を示す図である。 図６はワイヤレス給電システムに関する部分の第５の回路構成例を示す図である。 図７はワイヤレス給電システムに関する部分の第６の回路構成例を示す図である。 図８は、ワイヤレス送電装置５０へのＩＣカード１０１の載置後のＩＣカード１０１の動作について示すタイムチャートである。 図９は、リーダライタ４０へのＩＣカード１０１の近接後のＩＣカード１０１の動作について示すタイムチャートである。 図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は、第２の実施形態に係るＩＣカード１０１の、リーダライタ４０への近接後のＩＣカード１０１の動作について示すタイムチャートである。 図１１は、第２の実施形態に係るＩＣカード１０１の、リーダライタ４０へのＩＣカード１０１の近接後のＩＣカード１０１の動作について示すタイムチャートである。
《第１の実施形態》
　図１は第１の実施形態に係るＩＣカード１０１及びＩＣカードシステム２０１の構成を示すブロック図である。このＩＣカードシステム２０１はＩＣカード１０１とリーダライタ４０とワイヤレス送電装置５０とで構成される。ＩＣカード１０１は、ワイヤレス送電装置５０からワイヤレスで電力を受電し、またリーダライタ４０と非接触で通信を行うＩＣカードである。リーダライタ４０は、リーダライタアンテナ４１及びリーダライタ回路４２を備える。ワイヤレス送電装置５０はワイヤレス送電コイル５１及びワイヤレス送電回路５２を備える。ワイヤレス送電装置５０は、例えば直流共鳴技術のワイヤレス給電装置や、ＮＦＣ通信機能を有するスマートフォン等を充電装置として利用する場合のスマートフォンである。
　ワイヤレス送電回路５２は、2.4GHz帯、5.7GHz帯、920MHz帯などのＩＳＭバンド（産業科学医療用バンド）の周波数帯、または6.78MHz、13.56MHzの周波数帯でワイヤレス送電コイル５１に交番電力を供給する。
　リーダライタ回路４２は、リーダライタアンテナ４１及び通信アンテナ１１を介して、例えば13.56MHz帯の周波数で通信回路１２と通信を行う。
　ＩＣカード１０１は例えば厚み０．７６ｍｍのクレジットカードサイズの電子機器である。このＩＣカード１０１は、例えばカードサイズのスマートフォン（モバイル向けオペレーティングシステムを備えた携帯電話）、残高表示を行う交通系ＩＣカード、ワンタイムパスワードカード、生体認証カード等である。ＩＣカード１０１は、蓄電デバイス６０を電源としてアクティブ動作したり、待機時に蓄電デバイス６０をごく僅かながら電力消費したりする。また、蓄電デバイス６０を電力消費しないでパッシブ動作する。
　ＩＣカード１０１は、受電コイル２１と、この受電コイル２１に接続された受電回路２０と、通信アンテナ１１と、この通信アンテナ１１に接続された通信回路１２と、蓄電デバイス６０と、受電回路２０と蓄電デバイス６０との間に接続された充電回路２４と、通信回路１２に接続された電子機能回路１６と、蓄電デバイス６０と電子機能回路１６との間に接続された電圧変換回路１５と、充電回路２４及び電圧変換回路１５を制御する電力供給制御回路３０と、を備える。
　受電回路２０は、受電コイル２１に接続された受電共振キャパシタと整流平滑回路とを含む。受電コイル２１と受電共振キャパシタとは共振回路を構成する。受電回路２０の具体的な構成例については後に示す。
　電圧変換回路２３は、受電回路２０の出力電圧（受電電圧）を、蓄電デバイス６０の充電に要する電圧に変換する。
　充電回路制御部２５は充電回路２４の動作を制御する。放電制御部１４は電圧変換回路１５の動作を制御する。電力供給制御回路３０は受電回路２０から出力される電圧及び電子機能回路１６から出力される通信検出信号に基づいて、充電回路制御部２５及び放電制御部１４へ制御信号を出力する。また、電力供給制御回路３０は、受電回路２０の出力電圧が所定値以上となった場合、つまり過電圧状態になったとき、受電回路２０内の整流平滑回路のスイッチ素子を制御することによって整流動作を停止することで受電を遮断する。
　ＩＣカード１０１の概略動作は次のとおりである。
［ＩＣカード１０１をワイヤレス送電装置５０へ載置した場合］
（ａ）受電コイル２１はワイヤレス送電コイル５１と電磁界結合し、受電回路２０はワイヤレス受電する。これにより、電圧変換回路２３は、受電回路２０の出力電圧を、蓄電デバイス６０の充電に要する電圧に変換する。
（ｂ）電力供給制御回路３０は、受電回路２０の出力電圧信号である受電検出信号が所定値を超えたことを検出すれば、充電回路制御部２５を介して充電回路２４を起動させる。これにより、充電回路２４は電圧変換回路２３の出力電圧で蓄電デバイス６０を充電する。
［ＩＣカード１０１をリーダライタ４０へ近接させた場合］
（ａ）通信アンテナ１１はリーダライタアンテナ４１と電磁界結合し、通信回路１２はリーダライタ回路４２と通信する。
（ｂ）電子機能回路１６は通信回路１２の動作を検出して電力供給制御回路３０へ通信検出信号を出力する。
（ｃ）電力供給制御回路３０は放電制御部１４を介して電圧変換回路１５を起動させる。これにより、電圧変換回路１５は蓄電デバイス６０の電圧を電子機能回路１６に要する電源電圧に変換して電子機能回路１６へ出力する。
（ｄ）電子機能回路１６は通信回路１２による受電電力及び電圧変換回路１５の出力電力を基に動作する。
（ｅ）受電コイル２１はリーダライタアンテナ４１と電磁界結合し、受電回路２０はワイヤレス受電する。これにより、電圧変換回路２３は、受電回路２０の出力電圧を、蓄電デバイス６０の充電に要する電圧に変換する。
　図２は、ワイヤレス給電システムに関する部分の第１の回路構成例を示す図である。この例は送電側がＤ級インバータ動作、受電側が直列共振、倍電圧整流動作する回路である。
　ワイヤレス送電回路５２は、等価的にスイッチング素子Q1、ダイオードDds1及びキャパシタCds1の並列接続回路で構成される第１スイッチ回路S1と、等価的にスイッチング素子Q2、ダイオードDds2及びキャパシタCds2の並列接続回路で構成される第２スイッチ回路S2と、スイッチング素子Q1，Q2の制御を行う図外のスイッチング制御回路と、共振キャパシタCrと、直流電源Viと、を備える。ワイヤレス送電コイル５１と共振キャパシタCrとで送電共振回路が構成されている。
　スイッチング素子Q1，Q2は図外のスイッチング制御回路からの信号によってスイッチングされる。第１スイッチ回路S1のスイッチング素子Q1及び第２スイッチ回路S2のスイッチング素子Q2は交互にオン／オフされる。
　スイッチング素子Q1，Q2はMOSFETなどの、寄生出力容量や寄生ダイオードを有するスイッチング素子であり、スイッチ回路S1、S2を構成する。
　ワイヤレス送電回路５２のスイッチング制御回路は第１スイッチング素子Q1及び第２スイッチング素子Q2を所定の動作周波数でスイッチングすることで、直流電圧を送電共振回路に断続的に与えて、ワイヤレス送電コイル５１に共振電流を発生させる。これにより、送電コイル５１に正弦波状の電流を流す。具体的には、ＮＦＣ通信で用いられる13.56MHzでスイッチング動作させる。
　受電回路２０は、受電コイル２１と共振キャパシタCrsによる受電共振回路と整流平滑回路２２とを備える。整流平滑回路２２は、等価的にスイッチング素子Q3、ダイオードDds3及びキャパシタCds3の並列接続回路で構成される第３スイッチ回路S3と、等価的にダイオードD4及びキャパシタCds4の並列接続回路で構成される第４スイッチ回路S4とを備える。
　第３スイッチ回路S3及び第４スイッチ回路S4は、受電コイル２１と共振キャパシタCrsによる受電共振回路に発生する電圧を整流し、キャパシタCoはその電圧を平滑する。この例では、受電コイル２１と共振キャパシタCrsとは直列共振回路を構成している。
　図３は、ワイヤレス給電システムに関する部分の第２の回路構成例を示す図である。この例は送電側がＤ級インバータ動作、受電側が並直列共振、倍電圧整流動作する回路である。送電側の構成は図２に示した例と同じである。受電側には、受電コイル２１に接続された共振キャパシタCrs，Cpsを備える。受電コイル２１と共振キャパシタCrsとは直列共振回路を構成していて、受電コイル２１と共振キャパシタCpsとは並列共振回路を構成している。整流平滑回路２２の構成は図２に示した例と同じである。
　図４は、ワイヤレス給電システムに関する部分の第３の回路構成例を示す図である。この例は送電側がＤ級インバータ動作、受電側が並直列共振、全波整流動作する回路である。送電側の構成は図２に示した例と同じである。受電側には、受電コイル２１に接続された共振キャパシタCrs，Cpsを備える。受電コイル２１と共振キャパシタCrsとは直列共振回路を構成していて、受電コイル２１と共振キャパシタCpsとは並列共振回路を構成している。整流平滑回路２２は、ダイオードブリッジDB、スイッチング素子Q3及びキャパシタCoで構成されている。ダイオードブリッジDBは、受電コイル２１及び共振キャパシタCrs，Cpsによる受電共振回路の共振電圧を全波整流する。スイッチング素子Q3はオン状態のとき、ダイオードブリッジDBの全波整流動作を停止させ、電力受電を停止する。
　図５は、ワイヤレス給電システムに関する部分の第４の回路構成例を示す図である。この例は送電側がＥ級インバータ動作、受電側が直列共振、Ｅ級整流動作する回路である。
　ワイヤレス送電回路５２は、等価的にスイッチング素子Q1、ダイオードDds1及びキャパシタCds1の並列接続回路で構成される第１スイッチ回路S1と、インダクタLfと、共振キャパシタCrとを備える。ワイヤレス送電コイル５１と共振キャパシタCrとで送電共振回路が構成されている。
　スイッチング素子Q1は図外のスイッチング制御回路からの信号によってスイッチングされる。
　スイッチング素子Q1はMOSFETなどの、寄生出力容量や寄生ダイオードを有するスイッチング素子であり、スイッチ回路S1を構成する。
　ワイヤレス送電回路５２のスイッチング制御回路は、第１スイッチング素子Q1を所定の動作周波数でスイッチングすることで、インダクタLf、共振キャパシタCr及び送電コイル５１による共振回路に直流電圧を断続的に与えて、ワイヤレス送電コイル５１に共振電流を発生させる。これにより、送電コイル５１に正弦波状の電流を流す。
　受電回路２０は、受電コイル２１と共振キャパシタCrsによる受電共振回路と整流平滑回路２２とを備える。整流平滑回路２２は、等価的にスイッチング素子Q3、ダイオードDds3及びキャパシタCds3の並列接続回路で構成される第３スイッチ回路S3と、インダクタLfsと、平滑キャパシタCoと、を備える。
　第３スイッチ回路S3は、受電コイル２１、共振キャパシタCrs及びインダクタLfsによる受電共振回路に発生する電圧を整流し、キャパシタCoはその電圧を平滑する。
　図６はワイヤレス給電システムに関する部分の第５の回路構成例を示す図である。この例は送電側がＥ級インバータ動作、受電側が並直列共振、倍電圧整流動作する回路である。
　ワイヤレス送電回路５２の構成は図５に示した例と同様である。受電回路２０の構成は図３に示した例と同様である。
　図７はワイヤレス給電システムに関する部分の第６の回路構成例を示す図である。この例は送電側がＥ級インバータ動作、受電側が並直列共振、全波整流動作する回路である。
　ワイヤレス送電回路５２の構成は図５に示した例と同様である。受電回路２０の構成は図４に示した例と同様である。
　以上に示した例のように、ワイヤレス給電システムに関する回路は各種の構成を採り得る。
　図８は、ワイヤレス送電装置５０へのＩＣカード１０１の載置後のＩＣカード１０１の動作について示すタイムチャートである。ＩＣカード１０１をワイヤレス送電装置５０へ載置することによって、電力供給制御回路３０がタイミングｔ０で受電電圧が所定値を超えたことを検出すると、その時点で通信検出信号の有無を検出する。この例では、ＩＣカード１０１をワイヤレス送電装置５０に載置した例であるので、通信検出信号は無い。通信検出信号が無ければ、電圧変換回路１５を起動せず、電子機能回路１６への電力供給を行わない。一方、ｔ１のタイミングで直ちに充電回路２４を起動して、蓄電デバイス６０の充電を開始する。
　その後、タイミングｔ３でＩＣカード１０１がワイヤレス送電装置５０から離されるまでに、タイミングｔ２で満充電状態になれば、充電を終了する。この満充電の検出及び充電の停止制御は充電回路２４の制御による。
　このように、通信がなければ、電子機能回路１６への電力供給を行うことなく、直ちに蓄電デバイス６０への充電が開始されるので、蓄電デバイス６０の充電が効率良く行われる。
　図９は、リーダライタ４０へのＩＣカード１０１の近接後のＩＣカード１０１の動作について示すタイムチャートである。ＩＣカード１０１をリーダライタ４０へ近接させることによって、電力供給制御回路３０がタイミングｔ０で受電電圧が所定値を超えたことを検出すると、その時点で通信検出信号の有無を検出する。この例では、ＩＣカード１０１をリーダライタ４０にかざした例であるので、受電を開始した後のタイミングｔ１で通信が検出される。通信が開始されれば、電力供給制御回路３０は、充電回路２４を起動することなく、つまり、蓄電デバイス６０への充電が開始することなく、電圧変換回路１５を起動させて、タイミングｔ２で電子機能回路１６への電力供給を開始する。これにより、それ以降、電子機能回路１６は電圧変換回路１５から供給される電力で動作する。
　図９に示す例では、通信が終了したことをタイミングｔ３で検出されると、その後のタイミングｔ４で電子機能回路１６への電力供給を停止すると共に蓄電デバイス６０への充電を開始する。その後、タイミングｔ５でＩＣカード１０１がリーダライタ４０から離されると、充電は物理的に終了する。
　このように、通信を検出すれば、充電回路２４を起動することなく、電子機能回路１６へ直ちに電力供給が開始されるので、速やかに通信が行われる。また、この例では通信終了後に、短時間であっても、蓄電デバイス６０の充電を行うことができる。
《第２の実施形態》
　第２の実施形態では、電力供給制御回路３０の制御内容が、第１の実施形態で示した例とは異なるＩＣカードについて示す。ＩＣカードの回路構成自体は、図１に示したとおりである。
　図１０（Ａ）はリーダライタ４０へのＩＣカード１０１の近接後のＩＣカード１０１の動作について示すタイムチャートである。ＩＣカード１０１をリーダライタ４０へ近接させることによって受電すると、電力供給制御回路３０は電圧変換回路１５を起動する。これにより、電圧変換回路１５から電子機能回路１６へ電力供給が開始される。図１０（Ａ）に示す例では、タイミングｔ１で電子機能回路１６への電力供給がなされる。その後、タイミングｔ２で通信検出信号の有無を検出する。通信がなければ、電力供給制御回路３０は、蓄電デバイス６０への充電を開始する。その後、タイミングｔ３でＩＣカード１０１がリーダライタ４０から離されると、蓄電デバイス６０への充電は物理的に終了される。また、電圧変換回路１５から電子機能回路１６への電力供給は停止される。
　図１０（Ｂ）も、図１０（Ａ）に示した例と同様に、リーダライタ４０へのＩＣカード１０１の近接後のＩＣカード１０１の動作について示すタイムチャートである。ＩＣカード１０１をリーダライタ４０へ近接させることによって受電すると、電圧変換回路１５から電子機能回路１６へ電力供給を行う。図１０（Ｂ）に示す例では、タイミングｔ１で電子機能回路１６への電力供給がなされる。その後、タイミングｔ２で通信検出信号の有無を検出する。通信がなければ、電力供給制御回路３０は、電圧変換回路１５を停止させて、電子機能回路１６への電力供給を停止する。また、充電回路２４を起動させて、蓄電デバイス６０への充電を開始する。その後、タイミングｔ３でＩＣカード１０１がリーダライタ４０から離されると、蓄電デバイス６０への充電は物理的に終了される。
　このように、通信がなければ、電子機能回路１６への電力供給を行うことなく、直ちに蓄電デバイス６０への充電が開始されるので、蓄電デバイス６０の充電が効率良く行われる。特に、図１０（Ｂ）に示したように、通信が無いことを検出して、直ちに電子機能回路１６への電力供給を停止すると、蓄電デバイス６０への充電効率を高めることができる。
　図１１も、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に示した例と同様に、リーダライタ４０へのＩＣカード１０１の近接後のＩＣカード１０１の動作について示すタイムチャートである。ＩＣカード１０１をリーダライタ４０へ近接させることによって受電すると、電圧変換回路１５から電子機能回路１６へ電力供給を行う。図１１に示す例では、タイミングｔ１で電子機能回路１６への電力供給がなされる。その後、タイミングｔ２で通信検出信号の有無を検出する。通信があれば、電力供給制御回路３０は、充電回路２４を停止させたままとし、蓄電デバイス６０への充電を行わない。その後、通信が終了したことをタイミングｔ３で検出されると、その後のタイミングｔ４で電子機能回路１６への電力供給を停止すると共に蓄電デバイス６０への充電を開始する。その後、タイミングｔ５でＩＣカード１０１がリーダライタ４０から離されると、充電は物理的に終了する。
　このように、受電を検出すれば、電子機能回路１６へ直ちに電力が供給されるので、速やかに通信が行われる。また、通信が終了した直後に蓄電デバイス６０の充電が開始されることによって、短時間であっても、蓄電デバイス６０の充電を行うことができる。
　最後に、本発明は上述した実施形態に限られるものではない。当業者によって適宜変形及び変更が可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変形及び変更が含まれる。
１１…通信アンテナ
１２…通信回路
１４…放電制御部
１５…電圧変換回路
１６…電子機能回路
２０…受電回路
２１…受電コイル
２２…整流平滑回路
２３…電圧変換回路
２４…充電回路
２５…充電回路制御部
３０…電力供給制御回路
４０…リーダライタ
４１…リーダライタアンテナ
４２…リーダライタ回路
５０…ワイヤレス送電装置
５１…ワイヤレス送電コイル
５２…ワイヤレス送電回路
６０…蓄電デバイス
１０１…ＩＣカード
２０１…ＩＣカードシステム

Claims (10)

  1. 　誘導式読み書き通信設備であるリーダライタに対して非接触で通信を行うＩＣカードであって、
    　受電コイルと、当該受電コイルに接続された受電回路と、通信アンテナと、当該通信アンテナに接続された通信回路と、蓄電デバイスと、前記受電回路と前記蓄電デバイスとの間に接続された充電回路と、前記通信回路に接続された電子機能回路と、前記蓄電デバイスと前記電子機能回路との間に接続された電圧変換回路と、前記充電回路及び前記電圧変換回路を制御する電力供給制御回路と、を備え、
    　前記電力供給制御回路は、
    　　前記受電回路の出力電圧により受電の有無を検出し、
    　　前記電子機能回路により所定の通信の有無を検出し、
    　　受電を検出した直後に、前記所定の通信がない場合は、前記充電回路による前記蓄電デバイスの充電を開始し、
    　　受電を検出した直後に、前記所定の通信がある場合は、前記充電回路による前記蓄電デバイスの充電を開始せず、前記電圧変換回路から前記電子機能回路への電力供給を行う、
    　ＩＣカード。
  2. 　誘導式読み書き通信設備であるリーダライタに対して非接触で通信を行うＩＣカードであって、
    　受電コイルと、当該受電コイルに接続された受電回路と、通信アンテナと、当該通信アンテナに接続された通信回路と、蓄電デバイスと、前記受電回路と前記蓄電デバイスとの間に接続された充電回路と、前記通信回路に接続された電子機能回路と、前記蓄電デバイスと前記電子機能回路との間に接続された電圧変換回路と、前記充電回路及び前記電圧変換回路を制御する電力供給制御回路と、を備え、
    　前記電力供給制御回路は、
    　　前記受電回路の出力電圧により受電の有無を検出し、
    　　前記電子機能回路により所定の通信の有無を検出し、
    　　受電により、前記電圧変換回路から前記電子機能回路への電力供給を行い、
    　　前記所定の通信がある場合は、前記電圧変換回路から前記電子機能回路への電力供給を継続し、
    　　前記所定の通信がない場合は、前記電圧変換回路から前記電子機能回路への電力供給を継続または停止し、前記充電回路による前記蓄電デバイスの充電を開始する、
    　ＩＣカード。
  3. 　前記電力供給制御回路は、前記所定の通信がある場合、前記電子機能回路の動作完了後に、前記充電回路による前記蓄電デバイスの充電を開始する、
    　請求項１又は２に記載のＩＣカード。
  4. 　前記充電回路は、前記蓄電デバイスの電圧が満充電に相当する電圧となったか否かを検知する手段を有し、
    　前記電力供給制御回路は、前記充電回路が前記満充電を検知したとき、前記充電回路による前記蓄電デバイスの充電を停止する、
    　請求項１から３のいずれかに記載のＩＣカード。
  5. 　前記電力供給制御回路は、前記受電回路の出力電圧が所定値以上となった場合に受電を遮断する、
    　請求項１から４のいずれかに記載のＩＣカード。
  6. 　前記電子機能回路は指紋認証回路である、
    　請求項１から５のいずれかに記載のＩＣカード。
  7. 　前記受電回路は、受電共振キャパシタを備え、当該受電共振キャパシタと前記受電コイルとで受電共振機構を構成する、
    　請求項１から６のいずれかに記載のＩＣカード。
  8. 　請求項１から７のいずれかに記載のＩＣカードと、当該ＩＣカードへワイヤレスで電力を送電するワイヤレス送電装置と、を備えるＩＣカードシステムであって、
    　ワイヤレス送電装置は、前記受電コイルと電磁界結合する送電コイルを有する、
    　ＩＣカードシステム。
  9. 　前記ワイヤレス送電装置の前記送電コイルと、前記ＩＣカードの前記受電コイルとは、ＩＳＭバンドの周波数帯の電磁界で結合する、
    　請求項８に記載のＩＣカードシステム。
  10. 　前記ワイヤレス送電装置の前記送電コイルと、前記ＩＣカードの前記受電コイルとは、13.56MHz帯の電磁界で結合する、
    　請求項８に記載のＩＣカードシステム。
PCT/JP2021/004027 2020-06-02 2021-02-04 Ｉｃカード及びｉｃカードシステム WO2021245979A1 (ja)

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