WO2022102481A1 - ワイヤレス受電回路システム - Google Patents

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紀和 坂本
達也 細谷
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Definitions

  • the present invention relates to a wireless power receiving circuit system including a digital control circuit that wirelessly receives power and manages power supply to an internal circuit.
  • a power supply management (power management) function that performs internal temperature control and protection of circuit parts is required in addition to the power receiving operation.
  • highly safe power management is required by suppressing heat generation due to power loss, protecting against excessive voltage and current stress, and resetting a malfunctioning digital control circuit.
  • Patent Document 1 when the detection value of the power receiving side detection means exceeds the reference value, one of the two current paths flowing through the rectifying unit is short-circuited to cause an abnormality such as overvoltage or overcurrent.
  • a wireless power receiving device for preventing damage to circuit elements in the above is shown.
  • Patent Document 2 in response to the detection that the electronic device is in a predetermined state, a process for limiting the power received by the power receiving means from the power feeding device is performed, and the electronic device is subjected to a process for limiting the power received from the power feeding device. An electronic device is shown in which the output power is not wasted.
  • the digital control circuit that manages the power supply to the internal circuit needs to continue to operate stably from start to stop in order to stably execute the above power management.
  • a device that receives power wirelessly even if power cannot be received due to an unintended misalignment of the power transmission coil with respect to the power receiving coil, it may continue to operate normally until it is safely stopped due to the holding power or the power from the power storage device. Desired.
  • voltage is continuously supplied to the circuit inside the device even if the device suddenly transitions from a state where wireless power is received to a state where it is not. Is required.
  • the standby power of the digital control circuit consumes the power of the power storage device inside the device. Resulting in. Therefore, the standby time is limited by the capacity of the power storage device and the standby power, and the operating time of the functional circuit operated by the wireless power receiving circuit system is shortened.
  • an object of the present invention is to continuously supply voltage and power to the circuit inside the device even if the device provided with the wireless power receiving circuit system suddenly transitions from a state in which wireless power can be received to a state in which the device is not.
  • the purpose is to provide a wireless power receiving circuit system that enables reliable restart of a digital control circuit while reducing standby power.
  • the wireless power receiving circuit system includes a wireless power receiving circuit, a power storage device, a load circuit that consumes the power received by the wireless power receiving circuit or the power storage device, and the power received by the wireless power receiving circuit or the above.
  • a digital control circuit that consumes the power of the power storage device and controls the supply and stop of the power received by the wireless power receiving circuit and the power of the power storage device to the load circuit, and the voltage of the power storage device to a predetermined power supply voltage.
  • the power storage device voltage conversion circuit to be converted, the power receiving voltage conversion circuit that converts the power receiving voltage of the wireless power receiving circuit into a predetermined power supply voltage, the smoothing capacitor that smoothes the power supply voltage to the digital control circuit, and the power receiving voltage conversion circuit.
  • the output voltage of the power storage device voltage conversion circuit When the output voltage of the power storage device voltage conversion circuit is higher than the output voltage of the power storage device voltage conversion circuit, the output voltage from the power receiving voltage conversion circuit is supplied as a power source for the digital control circuit, and the output voltage of the power receiving voltage conversion circuit is the above.
  • the voltage logic sum circuit that supplies power to the output voltage from the power storage device as the power source of the digital control circuit, and the reset of the digital control circuit by a signal from the outside.
  • the enable signal input terminal of the power storage device voltage conversion circuit is disabled when not controlled by the digital control circuit, and the digital control circuit is in the power storage device voltage conversion. When operating the circuit, an enable signal is given to the enable signal input terminal of the power storage device voltage conversion circuit.
  • the power supply management (power management) function is executed for the circuit inside the device, and the voltage and power can be continuously supplied. Further, even if the digital control circuit freezes due to an unexpected abnormality or the like, the digital control circuit can be reset by an external signal. Further, the digital control circuit can be easily turned off by providing a means for restarting by the output voltage of the received voltage conversion circuit. As a result, the power consumption of the power storage device can be reduced to zero, and standby power can be suppressed.
  • the present invention even if a device provided with a wireless power receiving circuit system makes a sudden transition from a state in which wireless power can be received to a state in which it cannot receive power, power is seamlessly supplied from the power storage device to the digital control circuit.
  • the power supply management function is executed for the circuit inside the device, voltage and power are continuously supplied, and the digital control circuit can be reliably restarted, enabling the power consumption of the power storage device.
  • a wireless power receiving circuit system that reduces standby power by setting the value to zero can be obtained.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a wireless power receiving circuit system 201 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a wireless power receiving circuit system 201 according to an embodiment of the present invention.
  • the wireless power receiving circuit system 201 is an in-vivo implantable small medical device that is embedded (implanted) in a living body such as a human or an animal and is wirelessly supplied with power from outside the body.
  • the wireless power receiving circuit system 201 includes a power receiving unit 101 and a load unit 102.
  • the power receiving unit 101 includes a wireless power receiving circuit 1 and a power storage device 2.
  • the load unit 102 includes a sensor electrode 40, an amplifier circuit 41 that amplifies the detection signal of the sensor electrode 40, a data transfer circuit 42, and a wireless communication circuit 43.
  • the load unit 102 composed of these circuits is an example of the "load circuit” according to the present invention.
  • the amplifier circuit 41, the data transfer circuit 42, and the wireless communication circuit 43 operate by being supplied with a power supply voltage from the power receiving unit 101.
  • the sensor electrode 40 and the amplifier circuit 41 correspond to the "sensing circuit” according to the present invention
  • the data transfer circuit 42 and the wireless communication circuit 43 correspond to the "communication circuit” according to the present invention.
  • the wireless power receiving circuit 1 is composed of a power receiving coil 1A that is electromagnetically coupled to a transmission coil (not shown), a resonance circuit 1B, and a rectification smoothing circuit 1C that rectifies and smoothes the voltage of this resonance circuit.
  • a DC-DC converter 11 and a charging circuit 31 are provided between the wireless power receiving circuit 1 and the power storage device 2.
  • the DC-DC converter 11 converts the output voltage of the wireless power receiving circuit 1 into a predetermined voltage
  • the charging circuit 31 charges the power storage device 2 with the power output from the DC-DC converter 11.
  • An overcharge / overdischarge protection circuit 32 is connected to the power storage device 2.
  • the overcharge / overdischarge protection circuit 32 protects the power storage device 2 from overcharge and overdischarge.
  • a DC-DC converter 12 and a voltage conversion circuit 21 are provided between the wireless power receiving circuit 1 and the load unit 102.
  • the DC-DC converter 12 converts the output voltage of the wireless power receiving circuit 1 into a predetermined voltage
  • the voltage conversion circuit 21 stabilizes the output voltage of the DC-DC converter 12 and outputs it as a power supply voltage to the load unit 102.
  • the voltage conversion circuit 21 is an LDO (Low Dropout) type including, for example, a series-connected MOS-FET and a differential amplifier that controls the gate / source voltage of the MOS-FET by the difference voltage between the output voltage and the reference voltage. Low loss linear regulator.
  • Smoothing capacitors C1 and C2 are provided between the wireless power receiving circuit 1 and the load unit 102.
  • the smoothing capacitor C1 suppresses fluctuations in the input voltage to the DC-DC converter 12 even if the output voltage of the wireless power receiving circuit 1 fluctuates.
  • the smoothing capacitor C2 suppresses fluctuations in the input voltage to the voltage conversion circuit 21 even if the output voltage of the DC-DC converter 12 fluctuates.
  • the diode D1 is inserted in the forward direction between the power storage device 2 and the voltage conversion circuit 21, and the diode D2 is inserted in the forward direction between the DC-DC converter 12 and the voltage conversion circuit 21.
  • V_BAT the output voltage of the power storage device 2
  • V_DCDC the output voltage of the DC-DC converter 12
  • V_DCDC the output voltage of the DC-DC converter 12
  • the power receiving unit 101 is provided with a digital control circuit 3 that controls each unit in the power receiving unit 101.
  • the digital control circuit 3 is a single microcontroller including an external signal setting circuit 4 described later.
  • a DC-DC converter 13 is connected to the output unit of the wireless power receiving circuit 1 in addition to the DC-DC converter 12.
  • the DC-DC converter 13 corresponds to the "received voltage conversion circuit” according to the present invention.
  • a voltage conversion circuit 22 is connected to the output unit (cathode of the diode D2) of the DC-DC converter 12.
  • the voltage conversion circuit 22 corresponds to the "storage device voltage conversion circuit” according to the present invention.
  • the voltage conversion circuit 22 is an LDO (Low Dropout) type low-loss linear regulator similar to the voltage conversion circuit 21.
  • the DC-DC converter 13 stabilizes the output voltage V_ldap1 of the DC-DC converter 13 at a voltage higher than the output voltage V_ VDD2 of the voltage conversion circuit 22.
  • the DC-DC converters 11, 12, and 13 are all switching regulators composed of inductors, capacitors, switching elements, and circuits that control switching elements.
  • a diode D3 is inserted in the forward direction between the output unit of the DC-DC converter 13 and the power input unit of the digital control circuit 3. Further, a diode D4 is inserted in the forward direction between the output unit of the voltage conversion circuit 22 and the power input unit of the digital control circuit 3.
  • the voltage OR circuit 5 is composed of the diode D3 and the diode D4.
  • the diode D3 corresponds to the "first diode” according to the present invention, and the diode D4 corresponds to the "second diode” according to the present invention.
  • V_ VDD1 When the output voltage of the DC-DC converter 13 is represented by V_ VDD1 and the output voltage of the voltage conversion circuit 22 is represented by V_ VDD2, when V_ VDD1> V_ VDD2, the voltage obtained by subtracting the forward voltage drop of the diode D3 from V_ VDD1 is the digital control circuit 3.
  • V_ldap1 the voltage obtained by subtracting the forward voltage drop of the diode D4 from V_ldap2 is supplied as the power supply voltage of the digital control circuit 3.
  • the DC-DC converter 11, the DC-DC converter 12, the voltage conversion circuit 21, and the voltage conversion circuit 22 each have an enable signal input terminal.
  • Each enable signal input terminal is pulled down by a resistor and has a low level (L), and operates by inputting a high level (H) chip enable signal from the digital control circuit 3.
  • the digital control circuit 3 gives a chip enable signal CE1 to the DC-DC converter 11 and gives a chip enable signal CE2 to the DC-DC converter 12. Further, the digital control circuit 3 gives a chip enable signal CE3 to the voltage conversion circuit 21, and gives a chip enable signal CE4 to the voltage conversion circuit 22.
  • the chip enable signals of the DC-DC converter 11, the DC-DC converter 12, the digital control circuit 3, and the voltage conversion circuit 22 are low level (L), so that the operation is performed. It remains stopped.
  • the digital control circuit 3 When the digital control circuit 3 is activated by wireless power reception, the digital control circuit 3 sets each chip enable signal as CE1: L, CE2: H, and CE3: H, and starts supplying power to the load unit 102.
  • CE1: H, CE2: H, and CE3: H are transmitted to charge the power storage device and supply electric power to the load unit 102.
  • the operation contents of the wireless power receiving circuit system 201 shown above are as follows.
  • the wireless power receiving circuit 1 receives power wirelessly, the power supply voltage is supplied to the digital control circuit 3 through the route of the wireless power receiving circuit 1 ⁇ DC-DC converter 13 ⁇ diode D3 ⁇ digital control circuit 3.
  • the digital control circuit 3 starts operation and raises the chip enable signal CE4 to the voltage conversion circuit 22 to a high level. This enables the operation of the voltage conversion circuit 22.
  • the output voltage V_ldap1 of the DC-DC converter 13 in the normal state is set higher than the output voltage V_ VDD2 of the voltage conversion circuit 22. Therefore, almost no loss occurs in the voltage conversion circuit 22.
  • the output voltage V_DCDC of the DC-DC converter 12 is higher than the voltage V_BAT of the power storage device 2 (V_DCDC> V_BAT). Therefore, power is supplied to the load unit 102 by the route of the wireless power receiving circuit 1 ⁇ DC-DC converter 12 ⁇ voltage conversion circuit 21 ⁇ load unit 102. Further, the power storage device 2 is charged by the route of the wireless power receiving circuit 1 ⁇ DC-DC converter 11 ⁇ charging circuit 31 ⁇ power storage device 2.
  • the overcharge / overdischarge protection circuit 32 shuts off the switch elements Q1 and Q2 to limit the charge / discharge voltage to the power storage device 2.
  • the reset command is a command from the wireless communication circuit 43, and is a command from the wireless module communicating with the wireless communication circuit 43.
  • the state of the enable signal input terminal of the circuit that supplies the power supply voltage to the digital control circuit 3 is controlled by the chip enable signal from the digital control circuit 3, and this chip enable signal is set to a low level. Even if an attempt is made to reset by shutting off the power supply voltage to the digital control circuit 3, the enable signal of the circuit that supplies the power supply voltage to the digital control circuit 3 remains at a low level, so that the power supply voltage of the digital control circuit 3 remains. Cannot be restarted because it remains low.
  • the voltage conversion circuits 21 and 22 are not limited to LDOs, and may be DC-DC converters.
  • the external signal setting circuit 4 and the digital control circuit 3 are configured by a single microcontroller, but the digital control circuit 3 and the external signal setting circuit 4 may be configured by separate parts. good.
  • the voltage conversion circuit 22 is disabled by pulling down the enable signal input terminal of the voltage conversion circuit 22 by a resistor, but the enable signal input terminal becomes a high level.
  • the load unit 102 is provided with a sensor electrode 40 as a sensing circuit, an amplifier circuit 41, a data transfer circuit 42 as a communication circuit, and a wireless communication circuit 43, respectively. Is not limited to this.
  • the amplifier circuit 41 outputs an analog signal
  • an A / D converter may be provided.

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Abstract

ワイヤレス受電回路システム（２０１）は、ワイヤレス受電回路（１）と、蓄電デバイス（２）と、負荷部（１０２）と、デジタル制御回路（３）と、電圧変換回路（２２）と、ＤＣ－ＤＣコンバータ（１３）と、平滑キャパシタ（Ｃ１，Ｃ２）と、電圧論理和回路（５）と、デジタル制御回路（３）のリセットを行う外部信号設定回路（４）と、を備える。電圧変換回路（２２）のイネーブル信号入力端子は、デジタル制御回路（３）により制御されない場合にはディセーブル状態であり、デジタル制御回路（３）は電圧変換回路（２２）を動作させる場合に電圧変換回路（２２）のイネーブル信号入力端子にイネーブル信号を与える。

Description

ワイヤレス受電回路システム
　本発明は、ワイヤレスで電力を受電するとともに内部の回路への電力供給管理を行うデジタル制御回路を備えるワイヤレス受電回路システムに関する。
　ワイヤレスで電力を受電しつつ所定の回路動作を行う装置においては、受電動作とともに、内部の温度管理や回路部品の保護などを実行する電力供給管理（パワーマネジメント）機能が必要とされる。特に、電力損失による発熱の抑制、過大な電圧や電流のストレスに対する保護、誤動作したデジタル制御回路のリセットなどにより、安全性の高いパワーマネジメントが求められる。
　例えば特許文献１には、受電側検出手段の検出値が基準値を上回ったとき、整流部を流れる２つの電流経路のうち一方の電流経路を短絡させることによって、過電圧や過電流などの異常時における回路素子の破損を防止するワイヤレス受電装置が示されている。
　また、特許文献２には、電子機器が所定状態であることが検出されたことに応じて、給電装置から受電手段が受け取る電力を制限するための処理を行って、電子機器において、給電装置から出力される電力が無駄に消費されないようにした電子機器が示されている。
特開２０１５－２９４０４号公報 特開２０１５－１１９５５９号公報
　内部の回路への電力供給管理を行うデジタル制御回路は、上記パワーマネジメントを安定的に実行するため、起動から停止まで、安定して動作し続ける必要がある。ワイヤレスで電力を受電する装置においては、受電コイルに対する送電コイルの意図しない位置ずれなどによって受電できなくなった場合でも、保持電力や蓄電デバイスからの電力により、安全に停止するまで正常動作し続けることが求められる。つまり、ワイヤレス受電した電力で回路を動作させる装置においては、装置がワイヤレス受電できている状態からできていない状態へ急激に遷移しても、装置内部の回路に対して電圧が連続的に供給することが要求される。
　一方、予期せぬ異常などによりデジタル制御回路が、ラッチアップやハングアップによってフリーズする等、誤動作が発生した場合には、デジタル制御回路を強制的にリセットする必要がある。しかし、上記安定した電力供給のための回路構成では、デジタル制御回路に対する電源電圧を急激に低下させることができないので、必ずしもリセットは容易ではない。
　また、デジタル制御回路に対して電源電圧を供給する回路がデジタル制御回路で制御されている場合、デジタル制御回路の電源を落とすと、デジタル制御回路に対して電源電圧を供給する回路が停止したままとなって、再び立ち上げる手段がないという課題がある。つまり、デジタル制御回路における安定した電力供給とデジタル制御回路の確実な再起動とは相反する要求となる。
　また、負荷への電力供給の必要がなく、ワイヤレス受電が行われない待機状態においても、デジタル制御回路の電源は落とせないため、デジタル制御回路の待機電力により、装置内部の蓄電デバイスの電力を消費してしまう。したがって、蓄電デバイスの容量と待機電力とによって待機可能時間が制限され、ワイヤレス受電回路システムによって動作する機能回路の稼働時間が短くなってしまう。
　そこで、本発明の目的は、ワイヤレス受電回路システムを備える装置がワイヤレス受電できている状態からできていない状態へ急激に遷移しても、装置内部の回路に対して電圧や電力が連続的に供給されるようにするとともに待機電力を削減し、デジタル制御回路の確実な再起動を可能とする、ワイヤレス受電回路システムを提供することにある。
　本開示の一例としてのワイヤレス受電回路システムは、ワイヤレス受電回路と、蓄電デバイスと、前記ワイヤレス受電回路による受電電力又は前記蓄電デバイスの電力を消費する負荷回路と、前記ワイヤレス受電回路による受電電力又は前記蓄電デバイスの電力を消費し、前記ワイヤレス受電回路の受電電力及び前記蓄電デバイスの電力の、前記負荷回路への供給及び停止を制御するデジタル制御回路と、前記蓄電デバイスの電圧を所定の電源電圧に変換する蓄電デバイス電圧変換回路と、前記ワイヤレス受電回路の受電電圧を所定の電源電圧に変換する受電電圧変換回路と、前記デジタル制御回路への電源電圧を平滑する平滑キャパシタと、前記受電電圧変換回路の出力電圧が前記蓄電デバイス電圧変換回路の出力電圧よりも高い場合に、前記受電電圧変換回路からの出力電圧を前記デジタル制御回路の電源として電力供給し、前記受電電圧変換回路の出力電圧が前記蓄電デバイス電圧変換回路の出力電圧よりも低い場合に、前記蓄電デバイスからの出力電圧を前記デジタル制御回路の電源として電力供給する、電圧論理和回路と、外部からの信号により前記デジタル制御回路のリセットを行う外部信号設定回路と、を備え、前記蓄電デバイス電圧変換回路のイネーブル信号入力端子は、前記デジタル制御回路により制御されない場合にはディセーブル状態であり、前記デジタル制御回路は前記蓄電デバイス電圧変換回路を動作させる場合に前記蓄電デバイス電圧変換回路の前記イネーブル信号入力端子にイネーブル信号を与える。
　上記構成により、ワイヤレス受電ができなくなっても、蓄電デバイスからデジタル制御回路への電力供給がシームレスに行われる。よって装置内部の回路に対して電力供給管理（パワーマネジメント）機能が実行されて電圧や電力を連続的に供給することができる。また、予期せぬ異常などによりデジタル制御回路がフリーズした場合などでも、外部信号によりデジタル制御回路がリセットできる。さらに、デジタル制御回路は受電電圧変換回路の出力電圧によって再起動する手段を設けることで、デジタル制御回路の電源を容易に落とすことを可能となる。これらにより、蓄電デバイスの電力消費をゼロとし、待機電力が抑制できる。
　本発明によれば、ワイヤレス受電回路システムを備える装置がワイヤレス受電できている状態からできていない状態へ急激に遷移しても、蓄電デバイスからデジタル制御回路への電力供給がシームレスに行われて、装置内部の回路に対して、電力供給管理（パワーマネジメント）機能が実行されて、電圧や電力が連続的に供給されるとともに、デジタル制御回路の確実な再起動を可能として、蓄電デバイスの電力消費をゼロとして待機電力を削減する、ワイヤレス受電回路システムが得られる。
図１は本発明の実施形態に係るワイヤレス受電回路システム２０１の構成を示すブロック図である。
　図１は本発明の実施形態に係るワイヤレス受電回路システム２０１の構成を示すブロック図である。この例では、ワイヤレス受電回路システム２０１は、人や動物などの生体内に埋め込んで（植え込んで）利用され、体外からワイヤレスで給電される生体内埋め込み小型医療装置である。
　ワイヤレス受電回路システム２０１は、受電部１０１と負荷部１０２とを備える。受電部１０１はワイヤレス受電回路１及び蓄電デバイス２を含む。負荷部１０２は、センサ用電極４０、センサ用電極４０の検出信号を増幅する増幅回路４１、データ転送回路４２及び無線通信回路４３を備える。これらの回路で構成される負荷部１０２は本発明に係る「負荷回路」の一例である。増幅回路４１、データ転送回路４２及び無線通信回路４３は受電部１０１から電源電圧が供給されて動作する。センサ用電極４０、増幅回路４１は本発明に係る「センシング回路」に相当し、データ転送回路４２及び無線通信回路４３は本発明に係る「通信回路」に相当する。
　ワイヤレス受電回路１は、図外の送電コイルと電磁界結合する受電コイル１Ａと、共振回路１Ｂと、この共振回路の電圧を整流し平滑する整流平滑回路１Ｃとで構成されている。
　受電部１０１において、ワイヤレス受電回路１と蓄電デバイス２との間にはＤＣ－ＤＣコンバータ１１及び充電回路３１が設けられている。ＤＣ－ＤＣコンバータ１１はワイヤレス受電回路１の出力電圧を所定電圧に変換し、充電回路３１はＤＣ－ＤＣコンバータ１１から出力される電力で蓄電デバイス２を充電する。蓄電デバイス２には過充電・過放電保護回路３２が接続されている。この過充電・過放電保護回路３２は蓄電デバイス２に対して過充電、過放電の保護を行う。
　ワイヤレス受電回路１と負荷部１０２との間にはＤＣ－ＤＣコンバータ１２及び電圧変換回路２１が設けられている。ＤＣ－ＤＣコンバータ１２はワイヤレス受電回路１の出力電圧を所定電圧に変換し、電圧変換回路２１はＤＣ－ＤＣコンバータ１２の出力電圧を安定化して負荷部１０２に対する電源電圧として出力する。電圧変換回路２１は例えば、シリーズ接続されたMOS-FETと、出力電圧と基準電圧との差電圧で前記MOS-FETのゲート・ソース電圧を制御する差動増幅器とを備えるLDO（Low Dropout）型の低損失リニアレギュレータである。
　ワイヤレス受電回路１と負荷部１０２との間には平滑キャパシタＣ１，Ｃ２が設けられている。平滑キャパシタＣ１は、ワイヤレス受電回路１の出力電圧が変動してもＤＣ－ＤＣコンバータ１２に対する入力電圧の変動を抑制する。また、平滑キャパシタＣ２は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２の出力電圧が変動しても電圧変換回路２１に対する入力電圧の変動を抑制する。
　また、蓄電デバイス２と電圧変換回路２１との間にダイオードＤ１が順方向に挿入されていて、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２と電圧変換回路２１との間にダイオードＤ２が順方向に挿入されている。ここで、蓄電デバイス２の出力電圧をV_BATで表し、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２の出力電圧をV_DCDCで表すと、V_DCDC＞V_BATのとき、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２から電圧変換回路２１へ電力が供給され、V_DCDC＜V_BATのとき、蓄電デバイス２から電圧変換回路２１へ電力が供給される。
　受電部１０１には、受電部１０１内の各部の制御を行うデジタル制御回路３を備える。このデジタル制御回路３は、後に示す外部信号設定回路４を含む単一のマイクロコントローラである。ワイヤレス受電回路１の出力部にはＤＣ－ＤＣコンバータ１２とは別にＤＣ－ＤＣコンバータ１３が接続されている。このＤＣ－ＤＣコンバータ１３は本発明に係る「受電電圧変換回路」に相当する。また、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２の出力部（ダイオードＤ２のカソード）には電圧変換回路２２が接続されている。この電圧変換回路２２は本発明に係る「蓄電デバイス電圧変換回路」に相当する。電圧変換回路２２は電圧変換回路２１と同様の、LDO（Low Dropout）型の低損失リニアレギュレータである。ＤＣ－ＤＣコンバータ１３は、このＤＣ－ＤＣコンバータ１３の出力電圧V_VDD1を電圧変換回路２２の出力電圧V_VDD2より高い電圧で安定化させる。
　ＤＣ－ＤＣコンバータ１１，１２，１３はいずれも、インダクタ、キャパシタ、スイッチング素子及びスイッチング素子を制御する回路で構成されるスイッチングレギュレータである。
　ＤＣ－ＤＣコンバータ１３の出力部とデジタル制御回路３の電源入力部との間にはダイオードＤ３が順方向に挿入されている。また、電圧変換回路２２の出力部とデジタル制御回路３の電源入力部との間にはダイオードＤ４が順方向に挿入されている。ダイオードＤ３とダイオードＤ４とで電圧論理和回路５が構成されている。ダイオードＤ３は本発明に係る「第１ダイオード」に相当し、ダイオードＤ４は本発明に係る「第２ダイオード」に相当する。
　ＤＣ－ＤＣコンバータ１３の出力電圧をV_VDD1で表し、電圧変換回路２２の出力電圧をV_VDD2で表すと、V_VDD1＞V_VDD2のとき、V_VDD1からダイオードＤ３の順方向降下電圧を引いた電圧がデジタル制御回路３の電源電圧として供給され、V_VDD1＜V_VDD2のとき、V_VDD2からダイオードＤ４の順方向降下電圧を引いた電圧がデジタル制御回路３の電源電圧として供給される。
　ＤＣ－ＤＣコンバータ１１、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２、電圧変換回路２１、電圧変換回路２２はそれぞれイネーブル信号入力端子を備える。それぞれのイネーブル信号入力端子は抵抗でプルダウンされていてローレベル（Ｌ）であって、デジタル制御回路３からハイレベル（Ｈ）のチップイネーブル信号が入力されることにより動作する。デジタル制御回路３は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１１にチップイネーブル信号ＣＥ１を与え、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２にチップイネーブル信号ＣＥ２を与える。また、デジタル制御回路３は、電圧変換回路２１にチップイネーブル信号ＣＥ３を与え、電圧変換回路２２にチップイネーブル信号ＣＥ４を与える。
　デジタル制御回路３が起動していないときは、ＤＣ－ＤＣコンバータ１１、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２、デジタル制御回路３、電圧変換回路２２のそれぞれのチップイネーブル信号はローレベル（Ｌ）であるので動作は停止したままである。
　ワイヤレス受電によりデジタル制御回路３が起動すると、デジタル制御回路３は、各チップイネーブル信号を、ＣＥ１：Ｌ、ＣＥ２：Ｈ、ＣＥ３：Ｈとして、負荷部１０２への電力供給を開始する。また、蓄電デバイス２への充電が必要な際は、ＣＥ１：Ｈ、ＣＥ２：Ｈ、ＣＥ３：Ｈを送信することで、蓄電デバイスを充電するとともに負荷部１０２へ電力を供給する。
　以上に示したワイヤレス受電回路システム２０１の動作内容は次のとおりである。
［ワイヤレス受電による起動］
　ワイヤレス受電回路１がワイヤレス受電すると、ワイヤレス受電回路１→ＤＣ－ＤＣコンバータ１３→ダイオードＤ３→デジタル制御回路３、の経路でデジタル制御回路３に電源電圧が供給される。デジタル制御回路３は動作を開始し、電圧変換回路２２に対するチップイネーブル信号ＣＥ４をハイレベルにする。これにより、電圧変換回路２２の動作が有効化される。但し、通常時のＤＣ－ＤＣコンバータ１３の出力電圧V_VDD1は、電圧変換回路２２の出力電圧V_VDD2より高く設定されている。そのため、電圧変換回路２２での損失は殆ど発生しない。
　なお、デジタル制御回路３が起動するまでは、電圧変換回路２２のイネーブル信号入力端子はローレベルのままであるので、蓄電デバイス２の電力消費は殆ど無い。
［ワイヤレス受電回路１の出力電力による動作］
　上述のとおり、通常時はV_VDD1＞V_VDD2の関係にあるため、ワイヤレス受電回路１→ＤＣ－ＤＣコンバータ１３→ダイオードＤ３の経路でデジタル制御回路３に電源電圧が供給される。
　通常、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２の出力電圧V_DCDCは蓄電デバイス２の電圧V_BATより高い（V_DCDC＞V_BAT）。そのため、ワイヤレス受電回路１→ＤＣ－ＤＣコンバータ１２→電圧変換回路２１→負荷部１０２、の経路で、負荷部１０２に電力が供給される。また、ワイヤレス受電回路１→ＤＣ－ＤＣコンバータ１１→充電回路３１→蓄電デバイス２の経路で蓄電デバイス２が充電される。
　なお、充電回路３１の出力電圧が規定電圧より高いとき、過充電・過放電保護回路３２はスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２を遮断して、蓄電デバイス２への充放電電圧を制限する。
［蓄電デバイス２の出力電力による動作］
　送電コイルが受電コイル１Aに対して相対的にずれたとき、ワイヤレス受電回路１の受電電圧が低下する。そのことにより、蓄電デバイス２の電圧V_BATがＤＣ－ＤＣコンバータ１２の出力電圧V_DCDCより高くなったとき（V_DCDC＜V_BATとなったとき）、蓄電デバイス２→ダイオードＤ１→電圧変換回路２１→負荷部１０２、の経路で負荷部１０２に電力が供給される。また、蓄電デバイス２→ダイオードＤ１→電圧変換回路２２→ダイオードＤ４→デジタル制御回路３、の経路でデジタル制御回路３に電源電圧が供給される。
［送電コイルのずれ］
　送電コイルが受電コイル１Aに対して相対的にずれると、ワイヤレス受電回路１の受電電圧が低下するが、デジタル制御回路３は受電電圧を低下したことを表すALARM信号をデータ転送回路４２へ出力する。これにより、無線通信回路４３は正常に受電できていないことを外部へ無線送信する。そのことにより、このワイヤレス受電回路システム２０１のユーザは受電コイル１Ａが送電コイルに対して相対的にずれていることに気づき、そのずれを修正することができる。
［デジタル制御回路のリセット］
　何らかの原因でデジタル制御回路３がフリーズし正常動作しないとき、外部からリセットコマンド信号を与える。外部信号設定回路４はリセットコマンドを受けると、デジタル制御回路３をリセットする。これにより、デジタル制御回路３のフリーズ状態が解消される。上記リセットコマンドは無線通信回路４３からのコマンドであり、無線通信回路４３と通信している無線モジュールからのコマンドである。
　因みに、仮に、デジタル制御回路３に対して電源電圧を供給する回路のイネーブル信号入力端子の状態をデジタル制御回路３からのチップイネーブル信号で制御する構成とし、このチップイネーブル信号をローレベルにすることでデジタル制御回路３に対する電源電圧を遮断することによってリセットしようとしても、デジタル制御回路３に対して電源電圧を供給する回路のイネーブル信号はローレベルのままであるので、デジタル制御回路３の電源電圧が低下したままとなって再起動できない。
　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。
　例えば、電圧変換回路２１，２２はLDOに限らず、ＤＣ－ＤＣコンバータであってもよい。
　また、以上に示した例では、外部信号設定回路４とデジタル制御回路３とは単一のマイクロコントローラで構成したが、デジタル制御回路３と外部信号設定回路４とは別部品で構成してもよい。
　また、以上に示した例では、電圧変換回路２２のイネーブル信号入力端子が抵抗にてプルダウンされることで電圧変換回路２２がディセーブル状態とされるが、イネーブル信号入力端子がハイレベルになることでディセーブル状態となる電圧変換回路を用いる場合には、その電圧変換回路のイネーブル信号入力端子を抵抗でプルアップし、デジタル制御回路からのチップイネーブル信号をローレベルにすることで電圧変換回路をイネーブルにするように構成すればよい。
　また、以上に示した例では、負荷部１０２に、センシング回路としてのセンサ用電極４０、増幅回路４１、通信回路としてのデータ転送回路４２及び無線通信回路４３をそれぞれ設けたが、負荷部の構成はこれに限らない。例えば、増幅回路４１がアナログ信号を出力する場合、Ａ／Ｄ変換器を設けてもよい。
Ｃ１，Ｃ２…平滑キャパシタ
ＣＥ１，ＣＥ２，ＣＥ３，ＣＥ４…チップイネーブル信号
Ｄ１，Ｄ２…ダイオード
Ｄ３…ダイオード（第１ダイオード）
Ｄ４…ダイオード（第２ダイオード）
Ｑ１，Ｑ２…スイッチ素子
１…ワイヤレス受電回路
１Ａ…受電コイル
１Ｂ…共振回路
１Ｃ…整流平滑回路
２…蓄電デバイス
３…デジタル制御回路
４…外部信号設定回路
５…電圧論理和回路
１１，１２…ＤＣ－ＤＣコンバータ
１３…ＤＣ－ＤＣコンバータ（受電電圧変換回路）
２１…電圧変換回路
２２…電圧変換回路（蓄電デバイス電圧変換回路）
３１…充電回路
３２…過充電・過放電保護回路
４０…センサ用電極
４１…増幅回路
４２…データ転送回路
４３…無線通信回路
１０１…受電部
１０２…負荷部（負荷回路）
２０１…ワイヤレス受電回路システム

Claims (7)

  1. 　ワイヤレス受電回路と、
    　蓄電デバイスと、
    　前記ワイヤレス受電回路による受電電力又は前記蓄電デバイスの電力を消費する負荷回路と、
    　前記ワイヤレス受電回路による受電電力又は前記蓄電デバイスの電力を消費し、前記ワイヤレス受電回路の受電電力及び前記蓄電デバイスの電力の、前記負荷回路への供給及び停止を制御するデジタル制御回路と、
    　前記蓄電デバイスの電圧を所定の電源電圧に変換する蓄電デバイス電圧変換回路と、
    　前記ワイヤレス受電回路の受電電圧を所定の電源電圧に変換する受電電圧変換回路と、
    　前記デジタル制御回路への電源電圧を平滑する平滑キャパシタと、
    　前記受電電圧変換回路の出力電圧が前記蓄電デバイス電圧変換回路の出力電圧よりも高い場合に、前記受電電圧変換回路からの出力電圧を前記デジタル制御回路の電源として電力供給し、前記受電電圧変換回路の出力電圧が前記蓄電デバイス電圧変換回路の出力電圧よりも低い場合に、前記蓄電デバイスからの出力電圧を前記デジタル制御回路の電源として電力供給する、電圧論理和回路と、
    　外部からの信号により前記デジタル制御回路のリセットを行う外部信号設定回路と、
    　を備え、
    　前記蓄電デバイス電圧変換回路のイネーブル信号入力端子は、前記デジタル制御回路により制御されない場合にはディセーブル状態であり、
    　前記デジタル制御回路は前記蓄電デバイス電圧変換回路を動作させる場合に前記蓄電デバイス電圧変換回路の前記イネーブル信号入力端子にイネーブル信号を与える、
    　ワイヤレス受電回路システム。
  2. 　前記外部信号設定回路と前記デジタル制御回路とは単一のマイクロコントローラで構成される、
    　請求項１に記載のワイヤレス受電回路システム。
  3. 　前記受電電圧変換回路は、当該受電電圧変換回路の出力電圧を前記蓄電デバイス電圧変換回路の出力電圧より高い電圧で安定化させる、
    　請求項１又は２に記載のワイヤレス受電回路システム。
  4. 　前記電圧論理和回路は、前記ワイヤレス受電回路の受電電力を整流平滑した受電電圧を前記デジタル制御回路へ供給する経路に直列接続された第１ダイオードと、前記蓄電デバイス電圧変換回路からの出力電圧を前記デジタル制御回路へ供給する経路に直列接続された第２ダイオードと、を備えて構成される、
    　請求項１から３のいずれかに記載のワイヤレス受電回路システム。
  5. 　前記受電電圧変換回路はＤＣ－ＤＣコンバータで構成されている、
    　請求項１から４のいずれかに記載のワイヤレス受電回路システム。
  6. 　前記蓄電デバイス電圧変換回路のイネーブル信号入力端子は、抵抗にてプルダウン又はプルアップすることで前記ディセーブル状態とされている、
    　請求項１から５のいずれかに記載のワイヤレス受電回路システム。
  7. 　前記負荷回路はセンシング回路及び通信回路である、
    　請求項１から６のいずれかに記載のワイヤレス受電回路システム。
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