JP2016226130A - 充電装置、電子機器、及び充電方法 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
[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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
<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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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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