JP2016226130A - 充電装置、電子機器、及び充電方法 - Google Patents

充電装置、電子機器、及び充電方法 Download PDF

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Abstract

【課題】安定した動作電圧を供給することが可能な充電装置、電子機器及び充電方法を提供する。【解決手段】外部から供給された電圧により第１蓄電部を充電する電力取得手段と、第１蓄電部に蓄えられた電力を第１蓄電部より容量の大きい第２蓄電部に転送して蓄電させる電力転送手段と、を備え、電力転送手段は、第１蓄電部から第２蓄電部へ電力を転送する際の第１蓄電部における一回当たりの電圧低下を抑制する電圧低下抑制部を備える。【選択図】図２

Description

この発明は、充電装置、電子機器及び充電方法に関する。
従来、二次電池などの蓄電手段を用いることで、充電と動作による放電とを繰返しながら長期間の利用が可能な電子機器がある。このような蓄電手段は、専用の充電装置から給電されたり、或いは、太陽光発電、風力発電や携帯電子機器の振動などを利用した発電など各種発電手段と共に備えられてこれら発電の余剰電力により充電されたりする。また、より安定した電力供給のため、複数の蓄電池を備えるものがある。
このようなものにおいて、従来、一方の充電デバイスが外部からの無線電力により充電可能であり、また当該一方の蓄電デバイスから他の蓄電デバイスにエネルギーを移送可能に構成され、少なくとも何れかの蓄電デバイスから負荷に電力を供給可能に各蓄電池の蓄電量が制御される技術がある（特許文献１）。
特表２０１２−５３０４８２号公報
しかしながら、上記従来技術においては、一方の蓄電デバイスから他の蓄電デバイスにエネルギーを移送する際、一方の蓄電デイバスに蓄電された電力（電荷）が急激に減少して、大きな短絡電流から生じる動作電圧の変動（リップル）が大きくなるという課題がある。
この発明の目的は、安定した動作電圧を供給することが可能な充電装置、電子機器及び充電方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明は、
外部から供給された電圧により第１蓄電部を充電する電力取得手段と、
前記第１蓄電部に蓄えられた電力を当該第１蓄電部より容量の大きい第２蓄電部に転送して蓄電させる電力転送手段と、
を備え、
前記電力転送手段は、
前記第１蓄電部から前記第２蓄電部へ電力を転送する際の前記第１蓄電部における一回当たりの電圧低下を抑制する電圧低下抑制部を備える
ことを特徴とする充電装置である。
本発明に従うと、充電時に、安定した動作電圧を供給することが出来るという効果がある。
充電装置を備える電子機器を含む通信システムの全体構成を示すブロック図である。 電子機器の充放電に係る回路構成を説明する図である。 充電回路の第１蓄電部及び第２蓄電部への蓄電状況の時間変化の例を示す図である。 第２実施形態の電子機器の充放電に係る回路構成を説明する図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
先ず、第１実施形態の充電装置を備える電子機器について説明する。
図１は、本実施形態の充電装置を備える電子機器を含む通信システムの全体構成を示すブロック図である。
この通信システム１００は、ＲＦタグ１２を備える電子機器１０と、ＲＦタグ１２のリーダ／ライタとして機能する外部機器５０とからなる。これら電子機器１０と外部機器５０との間では、近接場無線通信（Near-Field Radio Communication、ＮＦＣ）による無線通信が可能となっている。また、電子機器１０及び外部機器５０は、それぞれ電源回路を備え、各々電源回路から供給される電力により動作が可能となっている。
ここでは、外部機器５０は、アンテナ５１を介して通常所定の時間間隔でポーリングに係る電波を送信する。電子機器１０は、外部機器５０から出力されているこの無線電波が検出、受信されると、当該無線電波に係る電磁場変動から得られる電力で起動し、ＮＦＣによる通信データの送受信を行うと共に、通信データの送受信に伴う各種処理を電源回路からの電力供給に基づいて行う。外部機器５０は、電子機器１０による電波受信を検出すると、必要に応じてより短い時間間隔で又は連続的に外部機器５０との通信を行う。
電子機器１０は、充電装置としての充電回路２０と、電源回路１１と、ＲＦタグ１２と、マイコン１３（動作部）などを備える。
充電回路２０は、アンテナＡＮＴを介して外部機器５０からの無線通信電波を受信して蓄電し、当該蓄電された電力でＲＦタグ１２及びマイコン１３を動作させる。
充電回路２０は、アンテナＡＮＴと、整流回路２１と、第１蓄電部２２と、スイッチ回路２３（スイッチ部）と、電流制限回路２４（電圧低下抑制部）と、第２蓄電部２５と、電圧検出部２６（転送可否切替手段、比較部）と、チョッパ回路２７（発振回路）などを備える。
整流回路２１は、受信された電波を整流して平滑化された電圧値の電力として第１蓄電部２２及びＲＦタグ１２に供給する。
アンテナＡＮＴ及び整流回路２１により電力取得手段が構成される。
第１蓄電部２２は、整流回路２１を介して取得された電力を蓄電すると共に、必要に応じてＲＦタグ１２に供給する。また、第１蓄電部２２に貯えられた電力は、後述する条件が満たされている場合に第２蓄電部２５へ電力を転送される。この第１蓄電部２２の蓄電容量（後述のように、キャパシタの電気容量。まとめて容量と記す）は、第２蓄電部２５の蓄電容量よりも小さく、想定される外部機器５０から送信された無線通信に係る電波の受信振幅強度に応じた受信電力で速やかにＲＦタグ１２の動作電圧に到達する大きさに設定される。
スイッチ回路２３は、第１蓄電部２２から第２蓄電部２５への電力の転送経路に設けられ、経路の接続有無を切り替える。このスイッチ回路２３は、第１蓄電部２２のキャパシタ２２Ｃ（図２参照）と第２蓄電部２５のキャパシタ２５Ｃ（図２参照）との間の接続をオンオフするスイッチング素子を備え、スイッチング素子がオン状態では、第１蓄電部２２から第２蓄電部２５へ電力が転送され、スイッチング素子がオフ状態では、この電力転送がなされない。この一方で、第２蓄電部２５に貯えられた電力は、必要に応じて電源回路１１へ出力可能となっている。
電流制限回路２４は、スイッチ回路２３のスイッチング素子がオン状態の場合における第１蓄電部２２から第２蓄電部２５への電流（転送電流）を制限する。即ち、電流制限回路２４は、蓄電容量の小さい第１蓄電部２２に蓄電された電力（電荷）が急激に減少して、当該第１蓄電部２２の供給電圧（出力電圧）の変動（リップル）が大きくなるのを防ぐ。
第２蓄電部２５は、第１蓄電部２２から転送された電力を貯え、電源回路１１を介して所定の電圧でマイコン１３に電力を供給する。第２蓄電部２５の蓄電容量は、第１蓄電部２２の蓄電容量より十分大きい。このような蓄電容量が大きいものとしては、電気二重層コンデンサや二次電池などが挙げられる。第２蓄電部２５は、マイコン１３に対して予め設定された動作時間以上に亘り当該マイコン１３の動作電圧以上の所定の供給電圧で電力を供給することが可能に設定される。
電圧検出部２６は、第１蓄電部２２の出力電圧を検出し、第２蓄電部２５への電力転送の可否を定める。ここでは、電圧検出部２６は、上端基準電圧ＶＨ及びこの上端基準電圧ＶＨより低い下端基準電圧ＶＬと、第１蓄電部２２の出力電圧との大小関係をそれぞれ検出し、当該検出結果に応じてチョッパ回路２７に動作信号を出力する。電圧検出部２６は、第１蓄電部２２の出力電圧が上端基準電圧ＶＨ以上となってから下端基準電圧ＶＬ未満となるまでの間、第１蓄電部２２から第２蓄電部２５への電力転送を可能とする動作信号をチョッパ回路２７に出力して、チョッパ回路２７の動作に応じてスイッチ回路２３のスイッチング素子に短い時間周期でオンオフを切り替えさせて反復的な電力転送を行わせる。これ以外の期間、即ち、最初に第１蓄電部２２の出力電圧が上端基準電圧ＶＨ以上となるまで、及び電力の転送時に第１蓄電部２２の出力電圧が下端基準電圧ＶＬ未満となってから上端基準電圧ＶＨ以上となるまでの間、電力転送を禁止する動作信号をチョッパ回路２７に出力して、スイッチ回路２３のスイッチング素子をオフ状態に保たせる。
チョッパ回路２７は、電圧検出部２６から入力された動作信号に応じた動作期間にチョッピング動作を行い、当該チョッピング動作によりスイッチ回路２３のスイッチング素子のオンオフ切り替え動作を行う。また、電圧検出部２６からの動作信号に応じた動作の禁止期間には、スイッチ回路２３にスイッチング素子をオフ状態に保たせる信号を出力する。
スイッチ回路２３、電流制限回路２４及びチョッパ回路２７により電力転送手段２０ａが構成される。
電源回路１１は、還流ダイオード２３Ｄ（図２参照）を介して第２蓄電部２５が貯えた電力を受け、マイコン１３の動作が可能な所定の供給電圧に変換して出力する。供給電圧は、第２蓄電部２５の出力電圧より高く設定することが出来、この場合、電源回路１１は、昇圧回路により第２蓄電部２５の出力電圧を昇圧して出力する。
ＲＦタグ１２は、アンテナＡＮＴ及び整流回路２１を介した受信電波による外部機器５０からの電力供給で動作するＩＣチップである。ＲＦタグ１２は、固有識別情報と所定のステータス情報とを記憶する記憶部１２１を備え、整流回路２１から所定の動作電圧以上の電圧が入力されると、外部機器５０に対して所定の応答信号を出力する。この応答信号又は応答信号の送信後に出力される送信データには、記憶部１２１に記憶されたこれら固有識別情報やステータス情報が含まれ、また、新たなステータス情報が外部機器５０から受信、取得された場合には、記憶部１２１に記憶されていたステータス情報は、取得された新たなステータス情報により上書き更新される。また、マイコン１３の動作によりこのＲＦタグ１２に記憶される情報が必要に応じて更新されても良い。ＲＦタグ１２とマイコン１３との間は、図示略のバスを介して信号の送受信が可能となっている。
マイコン１３は、第２蓄電部２５の出力電圧に基づいて電源回路１１から供給される電力により所定の動作を行う。マイコン１３の動作内容は、予め適宜定められるが、例えば、図示略のセンサ（温度センサなど）に所定の間隔で計測動作を行わせて当該計測値をＲＦタグ１２の記憶部に履歴情報として記憶させる動作を行うことが出来る。
図２は、本実施形態の電子機器１０の回路構成を示す図である。
アンテナＡＮＴを介して受信された交流電圧信号は、そのままＲＦタグ１２に入力されると共に、整流回路２１で整流されて供給電圧としてもＲＦタグ１２に入力される。整流回路２１としては、周知の種々の回路を用いることが可能であるが、ここでは、単純に１つのダイオードを用いた回路を示している。
整流されて得られた供給電圧は、一方で、第１蓄電部２２をなすキャパシタ２２Ｃの一端に入力される。キャパシタ２２Ｃの他端は接地されており、供給電圧に応じた電荷が第１蓄電部２２に蓄積される。
更に、この供給電圧、即ち、キャパシタ２２Ｃの一端の電圧（キャパシタ２２Ｃの出力電圧）は、電源回路１１、電圧検出部２６及びスイッチ回路２３に入力される。
電圧検出部２６は、２つの電圧検出器Ｃｐ１、Ｃｐ２及びコントローラ２６１を備える。電圧検出器Ｃｐ１は、上端基準電圧ＶＨと供給電圧とを比較して比較結果をコントローラ２６１に出力する。電圧検出器Ｃｐ２は、下端基準電圧ＶＬと供給電圧とを比較して比較結果をコントローラ２６１に出力する。コントローラ２６１は、上述のように、供給電圧が下端基準電圧ＶＬ未満となってから上端基準電圧ＶＨ（上限電圧）以上となるまでの間、チョッパ回路２７にチョッピング動作をさせないローレベル信号を出力し、上端基準電圧ＶＨ以上となってから下端基準電圧ＶＬ未満となるまでの間、チョッパ回路２７にチョッピング動作を行わせるハイレベル信号を出力する。即ち、電圧検出部２６は、第１蓄電部２２の充電電圧が下端基準電圧ＶＬ（基準電圧）を下回らないように保ちつつ第１蓄電部２２から第２蓄電部２５への電力転送を行わせる。このコントローラ２６１は、このような信号を出力可能な論理回路、例えば、フリップフロップ回路を有するＩＣチップで形成される。ここで、下端基準電圧ＶＬをＲＦタグ１２の動作電圧以上に設定することで、一度起動したＲＦタグ１２がダウンされるのを防ぐことが出来る。
電圧検出器Ｃｐ１、Ｃｐ２は、例えば、各々の基準となる電圧を検出すると接地電圧を出力し、基準となる電圧以上の電圧が入力されている場合には、その電圧をそのまま出力する。
チョッパ回路２７は、電圧検出器Ｃｐ１、Ｃｐ２による比較結果に応じたコントローラ２６１からの出力信号と、このチョッパ回路２７の出力信号を直列に接続された抵抗素子及びキャパシタにより低域通過させた信号とを比較して、比較結果をスイッチ回路２３のスイッチング素子であるトランジスタ（ＦＥＴ２３Ｔ）に出力する。出力信号は、ハイレベルとローレベルの二値であり、ローレベルの出力信号は、コントローラ２６１からのローレベル信号より低電圧であり、ハイレベルの出力信号は、コントローラ２６１からのハイレベル信号よりも高電圧である。これにより、コントローラ２６１からハイレベル信号が入力されている間、コンパレータの出力がローレベルからハイレベルに変化した後、抵抗素子の抵抗値とキャパシタの電気容量とにより定まる時定数に応じた時間が経過すると、比較信号がコントローラ２６１からのハイレベル信号の電圧以上となってコンパレータの出力がローレベルに切り替わる。また、コンパレータの出力がハイレベルからローレベルに変化した後、上述の時定数に応じた時間が経過すると、比較信号がコントローラ２６１からのハイレベル信号の電圧未満となってコンパレータの出力がハイレベルに切り替わる。即ち、チョッパ回路２７は発振回路を成し、当該発振回路の発振動作に応じてスイッチ回路２３のＦＥＴ２３Ｔのオンオフの切り替えが反復して繰り返される。
スイッチ回路２３は、ＦＥＴ２３Ｔと還流ダイオード２３Ｄとを有する。ＦＥＴ２３Ｔは、ゲート端子がチョッパ回路２７の出力に接続され、ソース端子が第１蓄電部２２のキャパシタ２２Ｃの一端に接続され、ドレイン端子が電流制限回路２４に接続される。ＦＥＴ２３Ｔは、チョッパ回路２７の出力信号のレベル（ハイレベル／ローレベル）に応じてオンオフが切り替えられて、オンの期間には、第１蓄電部２２のキャパシタ２２Ｃに蓄電された電力を断続的に第２蓄電部２５のキャパシタ２５Ｃに転送する。
還流ダイオード２３Ｄは、ＦＥＴ２３Ｔがオフの期間に第１蓄電部２２から第２蓄電部２５への電力転送を防止しつつ、マイコン１３の動作時には第２蓄電部２５の電力を電源回路１１に出力可能とする。
電流制限回路２４は、インダクタ２４Ｌとダイオード２４Ｄとを有する。インダクタ２４Ｌは、一端がＦＥＴ２３Ｔのドレイン端子及びダイオード２４Ｄのカソードに接続され、他端がキャパシタ２５Ｃの一端に接続されている。即ち、インダクタ２４Ｌは、キャパシタ２２Ｃからキャパシタ２５Ｃへの転送電流の流れる経路中に設けられている。また、ダイオード２４Ｄのアノードは、接地されている。
これにより、ＦＥＴ２３Ｔがオン状態において、キャパシタ２２Ｃからキャパシタ２５Ｃに流れる電流の急激な増加が妨げられる。そして、チョッパ回路２７の出力に応じてＦＥＴ２３Ｔがオンされる時間がこのインダクタ２４Ｌのインダクタンスに比して適切な時間以下に設定されることで、キャパシタ２２Ｃからキャパシタ２５Ｃへの電流が大電流とならないようにしている一方で、ＦＥＴ２３Ｔがオフとなった直後には、インダクタ２４Ｌに生じる誘導電流がダイオード２４Ｄを介して流れることでキャパシタ２５Ｃへの充電を補う。
第２蓄電部２５は、キャパシタ２５Ｃを備える。キャパシタ２５Ｃは、一端がインダクタ２４Ｌに接続され、他端が接地されている。このキャパシタ２５Ｃは、第１蓄電部２２のキャパシタ２２Ｃよりも電気容量が十分に大きいものであり、上述のように、例えば、電気二重層コンデンサなどが用いられる。
図３は、本実施形態の充電回路２０の第１蓄電部２２及び第２蓄電部２５への蓄電状況の時間変化の例を示す図である。
先ず、第１蓄電部２２におけるキャパシタ２２Ｃの電圧ＶＣ２２が下端基準電圧ＶＬ未満の状況において、コントローラ２６１から出力される動作信号によりチョッパ回路２７の動作が停止されて、スイッチ回路２３はオフ状態で維持される（転送可否切替ステップ）。その後、キャパシタ２２Ｃの電圧ＶＣ２２が下端基準電圧ＶＬ以上となっても、上端基準電圧ＶＨ以上となるまでは、スイッチ回路２３がオフ状態に保たれてキャパシタ２２Ｃに対して充電がなされる（タイミング（ｔ１）〜（ｔ２）、電力取得ステップ）。キャパシタ２２Ｃの電気容量は小さいので、キャパシタ２２Ｃの電圧ＶＣ２２は、速やかに上昇する。
キャパシタ２２Ｃの電圧ＶＣ２２が下端基準電圧ＶＬ以上となり、更に上端基準電圧ＶＨ以上となると、コントローラ２６１から出力される動作信号によりチョッパ回路２７が動作可能となり（転送可否切替ステップ）、チョッパ回路２７が発振動作を開始して、スイッチ回路２３がオンオフの切替動作を短時間で繰り返す（タイミング（ｔ２）〜（ｔ３）、図３では、転送ＯＮと転送ＯＦＦの間で反復する状態を模式的に示している）。これにより、断続的に第１蓄電部２２から第２蓄電部２５へと電力が転送される（電力転送ステップ）。このとき、電流制限回路２４の動作により、キャパシタ２２Ｃと第２蓄電部２５のキャパシタ２５Ｃとの間で流れる電流は、抵抗などによる発熱損失を伴わず、短絡電流とならずに抑えられる。また、これにより、チョッピング動作中の個々の転送電流によるキャパシタ２２Ｃの電圧低下速度が低下し、チョッピングによる各転送時間一回当たりの電圧低下が抑制される（図３で、電圧ＶＣ２２の変化を示す線における下降時のハッチされた部分の幅が小さい）。
この電力の転送により、キャパシタ２２Ｃの電圧ＶＣ２２が徐々に低下し、キャパシタ２５Ｃの電圧ＶＣ２５が上昇する。キャパシタ２５Ｃの電気容量はキャパシタ２２Ｃの電気容量よりも遥かに大きいので、キャパシタ２５Ｃの電圧上昇は、キャパシタ２２Ｃの電圧低下より更に緩やかとなる。
キャパシタ２２Ｃの電圧ＶＣ２２が下端基準電圧ＶＬ未満まで低下すると、コントローラ２６１からの動作信号が変化してチョッパ回路２７の動作が停止する（タイミング（ｔ３）〜（ｔ４））。これにより、スイッチ回路２３は、転送電流をオフ状態に保ち、再度キャパシタ２２Ｃの電圧ＶＣ２２が上端基準電圧ＶＨ以上となるまでキャパシタ２２Ｃのみが充電される。
以上のように、本実施形態の電子機器１０に設けられた充電回路２０は、外部機器５０から供給された電圧により第１蓄電部２２（キャパシタ２２Ｃ）を充電する電力取得手段としてのアンテナＡＮＴ及び整流回路２１と、第１蓄電部２２に蓄えられた電力を当該第１蓄電部２２より容量（蓄電容量、電気容量）の大きい第２蓄電部２５に転送して蓄電させる電力転送手段２０ａと、を備える。そして、電力転送手段２０ａは、第１蓄電部２２から第２蓄電部２５へ電力を転送する際の第１蓄電部２２における一回当たりの電圧低下を抑制する電流制限回路２４を備える。
これにより、第１蓄電部２２の出力電圧を速やかにＲＦタグ１２の動作電圧に上昇させ、また、その出力電圧のリップルを抑えつつ、第２蓄電部２５に適切に電力を転送させることが出来る。
また、電力転送手段２０ａは、断続的に転送を行うチョッピング動作を行う。従って、一回当たりの電力転送量を抑えて第１蓄電部２２の電圧低下を抑えつつ、細かく迅速に第２蓄電部２５を充電することが出来る。
また、電流制限回路２４は、第１蓄電部２２と第２蓄電部２５との間を流れる転送電流の経路中に設けられたインダクタ２４Ｌを有し、当該インダクタ２４Ｌは、チョッピング動作時において、転送が行われる期間に転送電流を抑えることで第１蓄電部２２（キャパシタ２２Ｃ）の電圧低下を抑制すると共に、転送が中断された後に電流を生じさせて第２蓄電部２５（キャパシタ２５Ｃ）に蓄電させる。これにより、転送電流を短絡させないので、より容易且つ確実に第１蓄電部２２の電圧低下を抑えることが出来ると共に、転送が中断された後にインダクタ２４Ｌを流れる電流により当該抑制分の電力供給を補ってより効率良く電子機器１０の充電が可能となる。
また電力転送手段２０ａは、発振回路をなすチョッパ回路２７と、当該発振回路の発振動作に応じて第１蓄電部２２と第２蓄電部との間の電流の経路中に設けられたＦＥＴ２３Ｔによる接続のオンオフの切り替えを繰り返すスイッチ回路２３と、を備える。
これにより、上述のチョッピング動作を容易且つ安定して行わせることが出来、適切な範囲での電力転送により第１蓄電部２２の電圧低下に伴うリップルを抑制することが出来る。
また、第１蓄電部２２の出力電圧が所定の下端基準電圧ＶＬ未満の場合には、電力の転送を行わせず、第１蓄電部２２の出力電圧が下端基準電圧ＶＬより大きい所定の上端基準電圧ＶＨ以上となってから、下端基準電圧ＶＬ未満となるまでの間、電力転送手段２０ａによる第１蓄電部２２から第２蓄電部２５への電力の転送を可能とさせる転送可否切替手段としての電圧検出部２６を備えるので、第１蓄電部２２の出力電圧をＲＦタグ１２の動作電圧といった適切なレベル以上に維持しつつ、容易且つ効率良く第２蓄電部２５への電力の転送を行わせることが出来る。
また、電圧検出部２６は、第１蓄電部２２の出力電圧と、下端基準電圧ＶＬ及び上端基準電圧ＶＨとをそれぞれ比較する比較部としての電圧検出器Ｃｐ１、Ｃｐ２及びコントローラ２６１を備え、当該比較部による比較結果に基づいて電力転送手段２０ａによる電力転送の可否を定める。従って、途中の電圧などを気にせずに両端電圧と電圧の上下のみに基づいて容易且つ適切に電力転送の可否を決定することが出来る。
また、電圧検出部２６は、電力転送手段２０ａによる電力の転送を行わせない期間には、チョッパ回路２７の発振動作を停止させ、スイッチ回路２３は、チョッパ回路２７の発振動作の停止に応じてＦＥＴ２３Ｔによる第１蓄電部２２と第２蓄電部２５との間の電力転送経路の接続をオフに保つ。これにより、ＦＥＴ２３Ｔの切替制御を容易に行うことが出来る。
また、電力取得手段として、外部機器５０から送信された無線電波を受信するアンテナＡＮＴと、当該受信された無線電波に係る電流を整流する整流回路２１とを備える。従って、通常の無線電波の受信と電力の取得とを同一のアンテナで容易に併用することが出来る。これにより、回路規模の縮小及び受信電波の統一による回路の簡略化を図ることが出来る。
また、アンテナＡＮＴは、ＲＦタグ１２の読み取り及び書き込みの少なくとも一方に係る外部機器５０からの近接場無線通信（ＮＦＣ）による送信電波を受信するので、特に、ＮＦＣのように自前で電力を用意しなくても動作可能なデバイスを保持する場合に効果的に本発明を適用することが出来る。
また、第２蓄電部２５のキャパシタ２５Ｃは、二次電池又は電気二重層コンデンサであり、大容量を安定して蓄電可能である。
また、第１蓄電部２２は、キャパシタ２２Ｃであり、容易且つ小サイズで小さい電気量を貯えることが出来る。
また、本実施形態の電子機器１０は、上述の充電回路２０に加えて、外部機器５０から送信された近接場無線通信による無線電波を電力として動作するＲＦタグ１２と、第２蓄電部２５に蓄電された電力により所定の動作を行うマイコン１３と、を備える。従って、ＲＦタグ１２を動作させる際に、ＲＦタグ１２の動作と関連して、又は、ＲＦタグ１２の動作とは別個にマイコン１３を動作させる場合に、ＲＦタグ１２の動作に応じて第２蓄電部２５が蓄電されてマイコン１３が動作可能となるので、別途バッテリを用意したり個別に充電したりする手間を省くことが出来る。また、特に、ＲＦタグ１２の動作と関連して、例えば、アクティブ送信などを行う場合には、このようにＲＦタグ１２の動作に応じて第２蓄電部２５が充電されることで、効率良く快適にＲＦタグ１２による無線通信が可能になる。
また、下端基準電圧ＶＬは、ＲＦタグ１２の動作電圧より高く定められているので、ＲＦタグ１２に継続的に動作電圧を供給することが可能であり、ＲＦタグ１２を安定動作させながら第２蓄電部２５への蓄電を行わせることが出来る。特に、ＲＦタグ１２の動作が行われない待機状態においてポーリングに係る通信の受信頻度が、ＲＦタグの動作時における通常の連続動作時の通信頻度より低い場合などには、待機状態では時間あたりの取得可能な電力も低減するので、効率良い充電が行えない。従って、継続的に動作電圧の供給を維持することで、より速やかに充電を行うことが出来る。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態の充電装置を含む電子機器１０について説明する。
図４は、本実施形態の電子機器１０の充放電に係る回路構成において上端基準電圧ＶＨ及び下端基準電圧ＶＬを変更可能とした場合の例を示す図である。
アンテナＡＮＴにより受信された電波が整流回路２１で整流されることで得られる電圧は、第１蓄電部２２のキャパシタ２２Ｃに供給されると共に、適宜なタイミングでサンプルホールド回路２６２によりサンプリングされて電圧値がホールドされる。ホールドされた電圧値は、上端側変圧部２６３で当該電圧値Ｖの半値Ｖ／２に差分値ΔＶを加算した値に変換されて電圧検出器Ｃｐ１ａに上端基準電圧ＶＨまたはこれを設定する値として入力される一方、下端側変圧部２６４で半値Ｖ／２から差分値ΔＶを減算した値に変換されて電圧検出器Ｃｐ２ａに下端基準電圧ＶＬ又はこれを設定する値として入力される。
第２蓄電部２５の充電効率は、このように、アンテナＡＮＴの開放電圧の半分程度の電圧入力時にコントローラ２６１を動作させて第２蓄電部２５のキャパシタ２５Ｃに充電させるように比較対象の上端基準電圧ＶＨ及び下端基準電圧ＶＬを定めることで、充電効率を高める。
以上のように、本発明の第２実施形態の電子機器１０が有する充電回路２０では、下端基準電圧ＶＬは、アンテナＡＮＴを介した入力電圧の振幅、第１蓄電部２２の出力電圧に応じて可変に定めることが出来る。
また、下端基準電圧ＶＬと共に上端基準電圧ＶＨも第１蓄電部２２の出力電圧に応じて可変に定めることが出来る。従って、電力転送時の効率などを考慮して適切な電圧の範囲で電力転送手段２０ａに電力の転送を行わせることが出来る。
なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。
例えば、上記実施の形態では、ＮＦＣに係る無線通信電波を受信して充電を行うこととしたが、無線通信は、ＮＦＣによるものに限られない。周波数、変調方式や信号の送信フォーマットなど信号の送信に係る態様は、適宜定められる。また、無線通信だけではなく、通信を目的せずに送信される電磁波、電気回路のインダクタ成分による電磁誘導で生じる空間電磁場の変動や有線による交流電圧供給などを取得して充電を行っても良い。
また、上記実施の形態では、第１蓄電部２２が通常のキャパシタ２２Ｃを備え、第２蓄電部２５が電気二重層コンデンサなどのキャパシタ２５Ｃを備える例を挙げて説明したが、これに限られない。例えば、第２蓄電部２５に二次電池などが用いられても良い。また、第１蓄電部２２及び／又は第２蓄電部２５における蓄電に係る構成は単一に限られず、複数が並列に組み合わされて設けられても良い。
また、上記実施の形態では、電力損失の低減とＦＥＴ２３Ｔがオフ時の充電効率などからインダクタ２４Ｌにより電圧低下速度の抑制が図られているが、抵抗値の小さい抵抗素子などが用いられても良い。或いは、第１蓄電部と第２蓄電部の間に蓄電容量の小さい又は中程度の第３蓄電部を設けて第１蓄電部と第２蓄電部の電位差を速やかに低減させる構成などを用い、併用しても良い。
また、上記実施の形態では、チョッパ回路２７の発振動作に応じて固定周波数でチョッピング動作が行われる構成としたが、第１蓄電部と第２蓄電部の電位差などに応じてデューティ比が変更される構成が設けられていても良い。
また、上記実施の形態では、キャパシタ２２Ｃの出力電圧が上端基準電圧ＶＨ以上になってから、下端基準電圧ＶＬ未満となるまでの間、チョッピング動作を行わせて電力を転送する構成としたが、下端基準電圧ＶＬ以上となってから上端基準電圧ＶＨ以上となるまでの間の転送動作を一切妨げるものではなく、状況に応じて上記実施形態における電力の転送時よりも低デューティ比などで電力の転送がなされても良い。
また、上記実施の形態では、２つの電圧検出器Ｃｐ１、Ｃｐ２などを用いて上端基準電圧ＶＨ及び下端基準電圧ＶＬの検出を行い、コントローラ２６１によりチョッパ回路２７の動作可否を切り替えたが、これら基準となる電圧の検出や、チョッパ回路２７の動作切替などは、別の構成でなされても良い。
また、上記実施の形態では、無線電波により動作するＲＦタグ１２を備える電子機器１０について説明したが、ＲＦタグ１２を備えず、例えば、無線電波が単にマイコン１３の起動のトリガとして用いられるものであっても良い。この場合、下端基準電圧ＶＬは、ＲＦタグ１２の動作電圧に応じて定められる必要はなく、起動トリガの検出精度などに応じて定められれば良い。或いは、ＲＦタグ１２の代わりに他の動作に係る構成が設けられていても良い。
その他、上記実施の形態で示した回路構成や動作内容などの具体的な細部は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲を含む。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
［付記］
＜請求項１＞
外部から供給された電圧により第１蓄電部を充電する電力取得手段と、
前記第１蓄電部に蓄えられた電力を当該第１蓄電部より容量の大きい第２蓄電部に転送して蓄電させる電力転送手段と、
を備え、
前記電力転送手段は、
前記第１蓄電部から前記第２蓄電部へ電力を転送する際の前記第１蓄電部における一回当たりの電圧低下を抑制する電圧低下抑制部を備える
ことを特徴とする充電装置。
＜請求項２＞
前記電力転送手段は、断続的に前記転送を行うチョッピング動作を行うことを特徴とする請求項１記載の充電装置。
＜請求項３＞
前記電圧低下抑制部は、前記第１蓄電部と前記第２蓄電部との間を流れる転送電流の経路中にインダクタを有し、当該インダクタは、前記チョッピング動作時において、前記転送が行われる期間に前記転送電流を抑えることで前記第１蓄電部の電圧低下を抑制すると共に、前記転送が中断された後に電流を生じさせて前記第２蓄電部に蓄電させることを特徴とする請求項２記載の充電装置。
＜請求項４＞
前記電力転送手段は、
発振回路と、
当該発振回路の発振動作に応じて前記第１蓄電部と前記第２蓄電部との間における接続のオンオフの切り替えを繰り返すスイッチ部と、
を備える
ことを特徴とする請求項２又は３記載の充電装置。
＜請求項５＞
前記第１蓄電部の出力電圧が所定の基準電圧未満の場合には、前記転送を行わせず、前記第１蓄電部の出力電圧が前記基準電圧より大きい所定の上限電圧以上となってから、前記基準電圧未満となるまでの間、前記転送を可能とする転送可否切替手段を備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の充電装置。
＜請求項６＞
前記転送可否切替手段は、
前記第１蓄電部の出力電圧と、前記基準電圧及び前記上限電圧とをそれぞれ比較する比較部を備え、
当該比較部による比較結果に基づいて前記転送の可否を定める
ことを特徴とする請求項５記載の充電装置。
＜請求項７＞
前記電力転送手段は、
発振回路と、
当該発振回路の発振動作に応じて前記第１蓄電部と前記第２蓄電部との間における接続のオンオフを切り替えるスイッチ部と、
を備え、
前記転送可否切替手段は、前記転送を行わせない期間には、前記発振回路の発振動作を停止させ、
前記スイッチ部は、当該発振回路の発振動作の停止に応じて前記接続をオフに保つ
ことを特徴とする請求項５又は６記載の充電装置。
＜請求項８＞
前記電力取得手段は、外部機器から送信された無線電波を受信するアンテナと、当該受信された無線電波に係る電流を整流する整流回路とを備えることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の充電装置。
＜請求項９＞
前記アンテナは、ＲＦタグの読み取り及び書き込みの少なくとも一方に係る外部機器からの近接場無線通信による送信電波を受信することを特徴とする請求項８記載の充電装置。
＜請求項１０＞
前記第２蓄電部は、二次電池又は電気二重層コンデンサであることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の充電装置。
＜請求項１１＞
前記第１蓄電部は、キャパシタであることを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の充電装置。
＜請求項１２＞
前記基準電圧は、前記出力電圧に応じて可変に定められることを特徴とする請求項１〜１１の何れか一項に記載の充電装置。
＜請求項１３＞
前記基準電圧及び前記上限電圧は、前記出力電圧に応じて可変に定められることを特徴とする請求項５又は６記載の充電装置。
＜請求項１４＞
請求項１〜１３の何れか一項に記載の充電装置と、
外部機器から送信された近接場無線通信による無線電波を電力として動作するＲＦタグと、
前記第２蓄電部に蓄電された電力により所定の動作を行う動作部と、
を備えることを特徴とする電子機器。
＜請求項１５＞
前記基準電圧は、前記ＲＦタグの動作電圧より高く定められていることを特徴とする請求項１４記載の電子機器。
＜請求項１６＞
外部から供給された電圧により第１蓄電部を充電する電力取得ステップ、
前記第１蓄電部に蓄えられた電力を当該第１蓄電部より容量の大きい第２蓄電部に転送して蓄電させる電力転送ステップ、
を含み、
前記電力転送ステップでは、
前記第１蓄電部から前記第２蓄電部へ電力を転送する際の前記第１蓄電部における一回当たりの電圧低下を抑制する
ことを特徴とする充電方法。
１０ 電子機器
１１ 電源回路
１２ ＲＦタグ
１２１ 記憶部
１３ マイコン
２０ 充電回路
２０ａ 電力転送手段
２１ 整流回路
２２ 第１蓄電部
２２Ｃ キャパシタ
２３ スイッチ回路
２３Ｄ 還流ダイオード
２３Ｔ ＦＥＴ
２４ 電流制限回路
２４Ｄ ダイオード
２４Ｌ インダクタ
２５ 第２蓄電部
２５Ｃ キャパシタ
２６ 電圧検出部
２６１ コントローラ
２６２ サンプルホールド回路
２６３ 上端側変圧部
２６４ 下端側変圧部
２７ チョッパ回路
５０ 外部機器
５１ アンテナ
１００ 通信システム
ＡＮＴ アンテナ
Ｃｐ１ 電圧検出器
Ｃｐ２ 電圧検出器
Ｃｐ１ａ 電圧検出器
Ｃｐ２ａ 電圧検出器
ＶＨ 上端基準電圧
ＶＬ 下端基準電圧

Claims (16)

  1. 外部から供給された電圧により第１蓄電部を充電する電力取得手段と、
    前記第１蓄電部に蓄えられた電力を当該第１蓄電部より容量の大きい第２蓄電部に転送して蓄電させる電力転送手段と、
    を備え、
    前記電力転送手段は、
    前記第１蓄電部から前記第２蓄電部へ電力を転送する際の前記第１蓄電部における一回当たりの電圧低下を抑制する電圧低下抑制部を備える
    ことを特徴とする充電装置。
  2. 前記電力転送手段は、断続的に前記転送を行うチョッピング動作を行うことを特徴とする請求項１記載の充電装置。
  3. 前記電圧低下抑制部は、前記第１蓄電部と前記第２蓄電部との間を流れる転送電流の経路中にインダクタを有し、当該インダクタは、前記チョッピング動作時において、前記転送が行われる期間に前記転送電流を抑えることで前記第１蓄電部の電圧低下を抑制すると共に、前記転送が中断された後に電流を生じさせて前記第２蓄電部に蓄電させることを特徴とする請求項２記載の充電装置。
  4. 前記電力転送手段は、
    発振回路と、
    当該発振回路の発振動作に応じて前記第１蓄電部と前記第２蓄電部との間における接続のオンオフの切り替えを繰り返すスイッチ部と、
    を備える
    ことを特徴とする請求項２又は３記載の充電装置。
  5. 前記第１蓄電部の出力電圧が所定の基準電圧未満の場合には、前記転送を行わせず、前記第１蓄電部の出力電圧が前記基準電圧より大きい所定の上限電圧以上となってから、前記基準電圧未満となるまでの間、前記転送を可能とする転送可否切替手段を備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の充電装置。
  6. 前記転送可否切替手段は、
    前記第１蓄電部の出力電圧と、前記基準電圧及び前記上限電圧とをそれぞれ比較する比較部を備え、
    当該比較部による比較結果に基づいて前記転送の可否を定める
    ことを特徴とする請求項５記載の充電装置。
  7. 前記電力転送手段は、
    発振回路と、
    当該発振回路の発振動作に応じて前記第１蓄電部と前記第２蓄電部との間における接続のオンオフを切り替えるスイッチ部と、
    を備え、
    前記転送可否切替手段は、前記転送を行わせない期間には、前記発振回路の発振動作を停止させ、
    前記スイッチ部は、当該発振回路の発振動作の停止に応じて前記接続をオフに保つ
    ことを特徴とする請求項５又は６記載の充電装置。
  8. 前記電力取得手段は、外部機器から送信された無線電波を受信するアンテナと、当該受信された無線電波に係る電流を整流する整流回路とを備えることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の充電装置。
  9. 前記アンテナは、ＲＦタグの読み取り及び書き込みの少なくとも一方に係る外部機器からの近接場無線通信による送信電波を受信することを特徴とする請求項８記載の充電装置。
  10. 前記第２蓄電部は、二次電池又は電気二重層コンデンサであることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の充電装置。
  11. 前記第１蓄電部は、キャパシタであることを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の充電装置。
  12. 前記基準電圧は、前記出力電圧に応じて可変に定められることを特徴とする請求項１〜１１の何れか一項に記載の充電装置。
  13. 前記基準電圧及び前記上限電圧は、前記出力電圧に応じて可変に定められることを特徴とする請求項５又は６記載の充電装置。
  14. 請求項１〜１３の何れか一項に記載の充電装置と、
    外部機器から送信された近接場無線通信による無線電波を電力として動作するＲＦタグと、
    前記第２蓄電部に蓄電された電力により所定の動作を行う動作部と、
    を備えることを特徴とする電子機器。
  15. 前記基準電圧は、前記ＲＦタグの動作電圧より高く定められていることを特徴とする請求項１４記載の電子機器。
  16. 外部から供給された電圧により第１蓄電部を充電する電力取得ステップ、
    前記第１蓄電部に蓄えられた電力を当該第１蓄電部より容量の大きい第２蓄電部に転送して蓄電させる電力転送ステップ、
    を含み、
    前記電力転送ステップでは、
    前記第１蓄電部から前記第２蓄電部へ電力を転送する際の前記第１蓄電部における一回当たりの電圧低下を抑制する
    ことを特徴とする充電方法。
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