JP6004836B2 - 電源装置、半導体装置、及びワイヤレス通信装置 - Google Patents

電源装置、半導体装置、及びワイヤレス通信装置 Download PDF

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Description

本発明は、電圧を生成する電源装置、前記電源装置を制御するための半導体装置、及び前記電源装置を適用したワイヤレス通信装置に関し、特に出力する電圧を可変する機能を備える電源装置に適用して有効な技術に関する。
近年、非接触（ワイヤレス）で電力供給を行うワイヤレス給電システムが普及し始めている。例えば、離間して配置されたコイル間の電磁誘導を利用した電磁誘導方式のワイヤレス給電システムは、電力を送電する送電側装置と送電された電力を受ける受電側装置から構成され、受電側装置となる小型携帯端末装置は、例えば受け取った電力に基づいてバッテリの充電が可能とされる。また、無線により情報の伝送を行う非接触通信技術に関する標準規格としてＮＦＣ（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）が知られており、ＮＦＣ規格に準拠した小型携帯端末装置も普及し始めている。
近年、ＮＦＣによる通信に用いるアンテナと電磁共鳴方式のワイヤレス給電に用いるアンテナとを共用し、電力の送電と情報伝達のための通信とを切り替えて行うワイヤレス給電システムの開発が進んでいる。このようなワイヤレス給電システムにおける送電側装置は、情報伝達のための通信を行うときは、ドライブ回路によって比較的振幅の小さい駆動信号を生成してアンテナを駆動することにより信号を送信し、電力を送電するときは、ドライブ回路によって振幅の大きい駆動信号を生成してアンテナを駆動することにより信号を送信する。このように、送電側装置において、１つのドライブ回路によって電力の送電と情報の通信とで異なる振幅の駆動信号を生成するには、例えば、ドライブ回路に供給する電源電圧を可変できるような電源装置が必要となる。
従来から電源装置として、スイッチングレギュレータやシリーズレギュレータが知られている。その他に、スイッチングレギュレータからの出力とシリーズレギュレータからの出力を選択的に切り替えて負荷に電力を供給する電源装置が知られている。例えば、特許文献１には、負荷電流に応じて、リニアレギュレータをなすＬＤＯ（Ｌｏｗ Ｄｒｏｐ Ｏｕｔ）とスイッチングレギュレータの各出力電圧の何れかを切り替えて出力することで、軽負荷時の消費電流の低減を図る電源装置に係る技術が開示されている。
特開２００８−６１４５２号公報
本願発明者は、ワイヤレス給電システムにおける送電側装置に適用する電源装置として、所定の電圧範囲で出力電圧の可変するスイッチングレギュレータを用いることを検討した。しかしながら、スイッチングレギュレータは、入出力電位差が変わるとスイッチング素子を駆動する信号のデューティ比が変わり、電源装置の帰還ループの周波数特性が変わるため、入出力電位差の変動幅が大きいと全ての入出力条件において安定した制御を行うことが極めて困難になることが明らかとされた。なお、特許文献１に記載の技術は、固定の電圧を出力する場合の負荷変動に対応するための技術であって、出力電圧を可変する場合や入出力電圧差が変化する場合について特に考慮されていない。
このような課題を解決するための手段等を以下に説明するが、その他の課題と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される実施の形態のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記のとおりである。
すなわち、動的な出力電圧の変更が可能な本電源装置は、スイッチング方式によって入力された電圧を降圧して第１ノードに出力する第１レギュレータと、電圧降下によって入力された電圧を降圧して前記第１ノードに出力する第２レギュレータとを有する。本電源装置は、第１情報によって指示された目標電圧が所定の閾値電圧よりも大きい場合には、第１ノードの電圧が当該目標電圧になるように制御するとともに第２レギュレータからの電圧供給を停止させる。また、目標電圧が前記所定の閾値電圧よりも小さい場合には、第１ノードの電圧が当該目標電圧になるように第２レギュレータを制御するとともに、第１レギュレータからの電圧出力を停止させる。
本願において開示される実施の形態のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。
すなわち、本電源装置によれば、より安定した出力電圧の可変制御が可能となる。
本願の一実施の形態に係る電源装置を例示するブロック図である。 実施の形態１に係るワイヤレス通信装置を含むワイヤレス充電システムを例示するブロック図である。 送電側装置１０１における電源回路２の詳細な構成を例示するブロック図である。 ＰＷＭ信号生成部２３０における各電圧のタイミングを例示する説明図である。 出力電圧ＶＯＵＴの目標電圧に対する基準電圧ＶＲＥＦ１及びＶＲＥＦ２を表す説明図である。 ワイヤレス給電システム１００におけるワイヤレス給電時の通信タイミングを例示する説明図である。
１．実施の形態の概要
先ず、本願において開示される代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面中の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。
〔１〕（出力すべき電圧の大きさに応じてスイッチング方式とシリーズ方式を切り替える電源装置）
本願の代表的な実施の形態に係る電源装置（２）は、図１に示されるように、動的な出力電圧（ＶＯＵＴ）の変更が可能な電源装置である。本電源装置は、前記出力電圧を出力するための第１ノード（ＯＵＴ）と、スイッチング方式によって入力された電圧を降圧して前記第１ノードに出力する第１レギュレータ（２０）と、電圧降下によって入力された電圧を降圧して前記第１ノードに出力する第２レギュレータ（２５）とを有する。本電源装置は更に、前記出力電圧の目標電圧を指示する第１情報（ＴＧＴ＿ＶＯＵＴ）に応じて前記第１レギュレータ及び前記第２レギュレータを制御する出力電圧制御部（２２）を有する。前記出力電圧制御部は、前記第１情報によって指示された前記目標電圧が所定の閾値電圧よりも大きい場合には、前記第１ノードの電圧が当該目標電圧になるように前記第１レギュレータを制御するとともに前記第２レギュレータからの電圧の供給を停止させる。また、前記出力電圧制御部は、前記目標電圧が前記所定の閾値電圧よりも小さい場合には、前記第１ノードの電圧が当該目標電圧になるように前記第２レギュレータを制御するとともに前記第１レギュレータからの電圧の出力を停止させる。
スイッチングレギュレータは入出力電位差の変動幅が大きいと全ての入出力条件において安定した制御を行うことが困難となるが、本電源装置は、入出力電位差が小さい範囲ではスイッチング方式の第１レギュレータによって電圧を生成し、入出力電位差が大きい範囲ではシリーズ方式の第２レギュレータによって電圧を生成するから、より安定した出力電圧の可変制御が可能となる。
〔２〕（シリーズレギュレータ出力停止：レギュレータのリファレンス電圧を固定する）
項１の電源装置において、前記第２レギュレータは、前記第１ノードに電流を供給する出力トランジスタ（ＭＰ１）と、前記第１ノードの電圧に基づくフィードバック電圧（ＶＦＢ）と基準電圧（ＶＲＥＦ２）とを入力し２つの入力電圧の誤差が小さくなるように前記出力トランジスタによる電流供給を制御するエラーアンプ（２５１）と、を有する。前記出力電圧制御部は、前記指示された目標電圧が前記所定の閾値電圧よりも大きい場合には、当該目標電圧よりも低い電圧に応じた前記基準電圧を生成し、前記指示された目標電圧が前記所定の閾値電圧よりも小さい場合には、当該目標電圧に応じた前記基準電圧を生成する。
これによれば、第２レギュレータからの電圧供給の停止と、第２レギュレータからの電圧供給の再開の切替えを容易に制御することができる。また、第２レギュレータからの電圧供給の停止させるためにエラーアンプ等の動作を停止させないので、出力電圧の供給元を第１レギュレータから第２レギュレータに切り替えてから出力電圧が安定するまでの時間を短縮することができる。
〔３〕（２つの異なる入力電圧）
項１又は２の電源装置において、前記第１レギュレータは第１入力電圧（ＶＩＮ１）を降圧して出力し、前記第２レギュレータは前記第１入力電圧よりも低い第２入力電圧（ＶＩＮ２）を降圧して出力する。
これによれば、第２レギュレータにおける電圧降下分を小さくすることができるから、第２レギュレータからの電圧供給時の効率を向上させることができる。
〔４〕（逆流防止ダイオード）
項３の電源装置において、前記第２レギュレータは、順方向にバイアスされたダイオード（Ｄ２）を介して前記第１ノードに電圧を出力する。
これによれば、第１レギュレータからの電圧供給時に出力電圧が第２入力電圧よりも高い場合であっても、第１ノードから第２レギュレータを介して第２入力電圧が供給されるノードに電流が逆流することを防止することができる。また、トランジスタ等のスイッチ素子を用いる場合はスイッチ素子の制御をするための制御信号等が必要となるが、これによれば、そのような制御信号が必要ないから、回路構成を簡素化することができる。
〔５〕（シリーズレギュレータの基準電圧の上限値：閾値電圧）
項１乃至４の何れかの電源装置において、前記出力電圧制御部は、前記指示された目標電圧が前記所定の閾値電圧よりも大きい場合には、前記所定の閾値電圧に応じた前記基準電圧を生成する。
これによれば、前記指示された目標電圧が前記所定の閾値電圧よりも大きい場合に、第２レギュレータからの電圧供給が停止するような基準電圧を容易に生成することができる。
〔６〕（スイッチングレギュレータの停止：スイッチ素子をオフ）
項１乃至５の何れかの電源装置において、前記第１レギュレータは、インダクタ（Ｌ）に供給する電流をスイッチング素子（ＰＷ＿ＰＭＯＳ）によって制御することにより、入力された電圧よりも低い電圧を生成して出力する電圧コンバータ回路（２４）と、前記スイッチング素子のオン・オフを制御するスイッチング制御部（２３）とを有する。前記出力電圧制御部は、前記スイッチ素子をオフさせるように前記スイッチング制御部を制御することで前記第１レギュレータからの電圧の出力を停止させる。
これによれば、容易に、第１レギュレータからの電圧供給を停止させることできる。
〔７〕（ワイヤレス通信装置）
本願の代表的な実施の形態に係るワイヤレス通信装置（１０１）は、データの送受信と電力の送電とを切り替えて通信を行うことが可能なワイヤレス通信装置である。本ワイヤレス通信装置は、アンテナ（５）と、前記アンテナを駆動するための駆動信号を生成するドライブ回路（３）と、前記アンテナと受信装置側のアンテナとの間のインピーダンス整合のための整合回路（４）と、項１乃至６の何れかの電源装置（２）と、前記通信を制御するためのデータ処理制御部（１）と、を有する。前記データ処理制御部は、前記アンテナを介してデータの送信を行う場合には、前記所定の閾値電圧よりも小さい目標電圧を指示する前記第１情報（ＴＧＴ＿ＶＯＵＴ）を前記電源装置に与える。また、前記データ処理制御部は、前記アンテナを介して電力の送電を行う場合には、前記所定の閾値電圧よりも大きい目標電圧を指示する前記第１情報を前記電源装置に与える。前記ドライブ回路は、前記電源装置から出力された電圧に応じた前記駆動信号を生成する。
これによれば、データの送受信と電力の送電とを切り替えに際し、電源装置による、より安定した出力電圧の可変制御が可能となる。また、データの送受信時には、スイッチング方式ではない第２レギュレータからの出力電圧に基づいて前記駆動信号が生成されるから、送受信信号がスイッチングノイズの影響を受けるおそれがなく、安定したデータ通信の実現に資する。
〔８〕（マイクロコントローラ）
項７のワイヤレス通信装置において、前記データ処理制御部は、マイクロコントローラを含んで構成される。
〔９〕（電源制御ＩＣ）
本願の代表的な実施の形態に係る半導体装置（２１）は、降圧型のスイッチングレギュレータ（２０）におけるスイッチング回路（ＰＷ＿ＰＭＯＳ）のオン・オフを制御するための制御信号（ＶＧＤ）を生成するスイッチング制御部（２３）と、シリーズレギュレータ（２５）と、を有する。本半導体装置は更に、出力すべき目標電圧を指示する第１情報（ＴＧＴ＿ＶＯＵＴ）に応じて、前記スイッチング制御部と前記シリーズレギュレータとを制御する出力電圧制御部（２２）と、を有する。前記出力電圧制御部は、前記第１情報によって指示された前記目標電圧が所定の閾値電圧よりも大きい場合には、前記スイッチングレギュレータの出力電圧が当該目標電圧になるような前記制御信号を生成させるとともに前記シリーズレギュレータからの電圧の供給を停止させる。また、前記出力電圧制御部は、前記目標電圧が前記所定の閾値電圧よりも小さい場合には、前記シリーズレギュレータの出力電圧が当該目標電圧になるように前記シリーズレギュレータを制御するとともに、前記スイッチングレギュレータによる電圧の生成を停止させる。
本半導体装置は、例えば、複数のレギュレータのうち何れかのレギュレータによって生成された電圧を出力電圧として出力する電源装置において、前記出力電圧を可変するための制御を行う制御部として適用できる。これによれば、項１と同様に、入出力電位差が小さい範囲ではスイッチングレギュレータによって電圧を生成し、入出力電位差が大きい範囲ではシリーズレギュレータによって電圧を生成するから、電源装置におけるより安定した出力電圧の可変制御が可能となる。
〔１０〕（レギュレータ出力停止：レギュレータのリファレンス電圧を固定する）
項９の半導体装置において、前記シリーズレギュレータは、負荷を駆動する出力トランジスタ（ＭＰ１）と、前記出力電圧に応じたフィードバック電圧（ＶＦＢ）と基準電圧（ＶＲＥＦ２）とを入力し、２つの入力電圧の誤差が小さくなるように前記出力トランジスタを制御するエラーアンプ（２５１）と、を有する。前記出力電圧制御部は、前記指示された目標電圧が前記所定の閾値電圧よりも大きい場合には、当該目標電圧よりも小さい電圧に応じた前記基準電圧を生成し、前記目標電圧が前記所定の閾値電圧よりも小さい場合には、当該目標電圧に応じた前記基準電圧を生成する。
これによれば、項２と同様に、第２レギュレータからの電圧供給の停止と再開の切替えを容易に制御することができ、且つ、出力電圧の供給元を第１レギュレータから第２レギュレータに切り替えてから出力電圧が安定するまでの時間を短縮することができる。
〔１１〕（シリーズレギュレータの基準電圧の上限値：閾値電圧）
項１０の半導体装置において、前記出力電圧制御部は、前記指示された目標電圧が前記所定の閾値電圧よりも大きい場合には、前記所定の閾値電圧に応じた前記基準電圧を生成する。
これによれば、前記指示された目標電圧が前記所定の閾値電圧よりも大きい場合に、第２レギュレータからの電圧供給が停止するような基準電圧を容易に生成することができる。
〔１２〕（２つの異なる入力電圧）
項９乃至１１の何れかの半導体装置において、前記シリーズレギュレータは、前記スイッチングレギュレータの入力電圧（ＶＩＮ１）よりも低い電圧（ＶＩＮ２）を降圧して出力する。
これによれば、シリーズレギュレータにおける電圧降下分を小さくすることができるから、シリーズレギュレータからの電圧供給時の効率を向上させることができる。
２．実施の形態の詳細
実施の形態について更に詳述する。
≪実施の形態１≫
図２に、実施の形態１に係るワイヤレス通信装置を含むワイヤレス充電システムを例示する。同図に示されるワイヤレス充電システム１００は、送電側のワイヤレス通信装置（以下、「送電側装置」と称する。）１０１と、受電側のワイヤレス通信装置（以下、「受電側装置」と称する。）１０２と、を含む。ワイヤレス充電システム１００では、近距離無線通信によって、送電側装置１０１と受電側装置１０２との間で相互にデータの送信と受信が可能とされる。当該近距離無線通信は、例えば、ＮＦＣ（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）による近距離無線通信（以下、単に、「ＮＦＣ通信」と称する。）である。また、ワイヤレス充電システム１００では、送電側装置２から受電側装置３への非接触（ワイヤレス）による電力供給が可能とされる。
送電側装置１０１は、例えば、ＮＦＣ制御部１、電源回路２、ドライブ回路３、整合回路４、及びアンテナ５を含んで構成される。ＮＦＣ制御部１は、受電装置１０２との間の通信のための統括的な制御を行う。例えば、ＮＦＣ通信とワイヤレスによる電力の送電との切り替えを制御するとともに、ＮＦＣ通信におけるデータの送受信のための各種処理を行う。ＮＦＣ制御部１は、特に制限されないが、ＮＦＣ通信機能を備えたマイクロコンピュータによって形成され、例えば、制御回路１１、メモリ回路１３、及び通信回路１２を含む。制御回路１１は、例えば中央処理装置（ＣＰＵ）によって形成され、ワイヤレス給電やＮＦＣ通信のための所定のプログラムを実行する。詳細は後述するが、制御部１１は、電力の送電時やＮＦ通信時に電源装置２の出力電圧ＶＯＵＴの目標電圧を指示する情報（以下、設定電圧情報、とも称する。）ＴＧＴ＿ＶＯＵＴを出力することにより、電力の送電とＮＦＣ通信の夫々に適した出力電圧ＶＯＵＴの生成を電源装置２に指示する。メモリ回路２５２は、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）を含んで構成される。上記ＲＯＭには、例えば、上記中央処理装置で実行されるプログラムが格納される。上記ＲＡＭは、上記中央処理装置で行われる演算処理の作業領域などに利用される。通信回路１２は、アンテナ５を介して受電側装置１０２との間でＮＦＣ通信を行う。例えば、ＮＦＣ通信における信号の受信時は、アンテナ５によって受電側装置１０２から送信された信号を受信し、その受信信号を整合回路４を介してＮＦＣ制御部１内に取り込む。また、ＮＦＣ通信における信号の送信時は、ＮＦＣ制御部１は送信すべきデータをドライブ回路３に与え、ドライブ回路３が受け取ったデータに応じてアンテナ５を駆動することで送信信号を生成する。
整合回路４は、アンテナ５と受信装置１０２側のアンテナ６との間のインピーダンス整合を行うための回路であり、例えば、アンテナ５に並列接続されて共振回路を形成する。アンテナ５は、電力の送電とＮＦＣ通信による信号の送受信とを行うための共用アンテナであり、例えば、コイルアンテナである。
ドライブ回路３は、アンテナ５を駆動するための駆動信号を生成する。例えば、ＮＦＣ通信における信号の送信時には通信回路１２から与えられた送信すべきデータに応じて駆動信号を生成し、電力の送電時には供給すべき電力の大きさに応じた駆動信号を生成する。この駆動信号によってアンテナ５が励振される。ドライブ回路３は、電源回路２から出力される出力電圧ＶＯＵＴを電源として動作する。詳細は後述するが、ドライブ回路３によって生成される駆動信号の振幅の大きさは、電源回路２の出力電圧ＶＯＵＴの大きさによって決定される。
電源回路２は、例えば電源アダプタやユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）等から供給された入力電圧ＶＩＮ１に基づいて、送電側装置１０１内の各機能部の動作電源となる複数の電圧を生成する。例えば、ドライブ回路２の動作電源となる電圧ＶＯＵＴや、ＮＦＣ制御部１の動作電源となる電圧ＶＮＦＣを生成する。電源回路２の詳細については後述する。
受電側装置３は、例えば、アンテナ６、整合回路７、整流回路１０、電源部９、バッテリ９４、ＮＦＣ制御部８を含む。アンテナ６は、送電側装置１０１のアンテナ５によって発生された共鳴作用によって起電力（交流信号）を生ずるとともに、ＮＦＣ通信に係る信号の送信及び受信を行う。整合回路７は、アンテナ６に並列接続されて共振回路を形成する。整流回路１０は、アンテナ６を介して得られた交流信号を整流する。電源部９は、上記整流回路１０の出力電圧に基づいて、小型携帯端末装置（例えばスマートフォンなど）の負荷回路とされる電子回路（ＥＣ）１０３への動作用電源電圧の供給や、バッテリ９４への充電電圧の供給や、ＮＦＣ制御部８の動作用電源電圧の供給等を行う。バッテリ９４は、特に制限されないが、１セルの電池（４．０〜４．２Ｖ）とされ、例えばリチウムイオン電池とされる。電源部９は、降圧回路９１、充電制御回路９２、ＮＦＣ電源回路９３を含む。降圧回路９１は、上記整流回路１０の出力電圧を降圧する。充電制御回路９２は、降圧回路９１の出力電圧に基づいてバッテリ９４の充電を行う。ＮＦＣ電源回路９３は、ＮＦＣ制御部８の動作用電源電圧を形成する。ＮＦＣ通信における受信信号は、整合回路７を介してＮＦＣ制御部８内に取り込まれる。ＮＦＣ制御部８は、特に制限されないが、マイクロコンピュータによって形成され、通信回路８２、メモリ回路８３、制御回路８１を含む。通信回路８２は、上記アンテナ６を介してＮＦＣ通信を行う。制御回路８１は、中央処理装置（ＣＰＵ）によって形成され、ＮＦＣ制御のための所定のプログラムを実行する。メモリ回路８３は、例えばＲＯＭやＲＡＭを含む。上記ＲＯＭには、上記中央処理装置で実行されるプログラムが格納される。上記ＲＡＭは、上記中央処理装置で行われる演算処理の作業領域などに利用される。
ここで、送電側装置１０１によるワイヤレス給電について説明する。
送電側装置１０１は、例えば電力の送電とＮＦＣ通信とを交互に切り替えながら通信を行うことにより、ワイヤレス給電を実現する。具体的には、電力の送電を行う場合、ＮＦＣ制御部１における制御回路１１は、第１の目標電圧を指示する設定電圧情報ＴＧＴ＿ＶＯＵＴを電源回路２に与えるとともに、ドライブ回路３に対して電力の送電に応じた駆動信号の生成を指示する。他方、ＮＦＣ通信によりデータを送信する場合には、制御回路１１は、第２の目標電圧を指示する設定電圧情報ＴＧＴ＿ＶＯＵＴを電源回路２に与えるとともに、ドライブ回路３に送信すべきデータに応じた駆動信号の生成を指示する。ここで、第１の目標電圧は、例えば３．５Ｖ〜１８Ｖの範囲内の電圧であり、第２の目標電圧は、例えば０．５Ｖ〜３．０Ｖの範囲内の電圧である。前述したように、ドライブ回路３の駆動信号の振幅は出力電圧ＶＯＵＴの大きさに応じて決定されるから、ＮＦＣ通信時には、比較的小さな電力の送信信号が受電側装置１０２に送信され、電力の送電時には、比較的大きな電力の送信信号が受電側装置１０２に送信される。
ＮＦＣ制御部１は、受電側装置１０２のバッテリ９４の残量に係る情報（以下、バッテリ残量情報とも称する。）等をＮＦＣ通信によって取得する。そして、ＮＦＣ制御部１は、取得したバッテリ残量情報に基づいて送信すべき電力の大きさを調整する。例えば、受電側装置１０２のバッテリ９４の残量が少ない場合には、より大きな電力を送信するように電源装置２を制御し、バッテリ９４の残量が多い場合には、より小さな電力を送信するように電源装置２を制御する。例えば、ＮＦＣ制御部１は、ＮＦＣ通信により取得したバッテリ残量情報によりバッテリ９４の残量が少ないと判断したら、例えば目標電圧として１８Ｖを指示する設定電圧情報ＴＧＴ＿ＶＯＵＴを電源装置２に与える。電源装置２は、１８Ｖの出力電圧ＶＯＵＴを生成し、ドライブ回路３は１８Ｖに応じた駆動信号を生成する。これにより、電力量の大きい送信信号がアンテナ５から送信される。その後、ＮＦＣ通信によるバッテリ残量情報の取得と電力の送電とが繰り返し行われる。そして、ＮＦＣ制御部１は、バッテリ９４が満充電に近くなったと判断したら、例えば目標電圧として３．５Ｖを指示する設定電圧情報ＴＧＴ＿ＶＯＵＴを電源装置２に与える。これにより、電源装置２によって３．５Ｖの出力電圧ＶＯＵＴが生成され、電力量の小さい送信信号がアンテナ５から送信される。このように、バッテリ残量に応じて送信する電力量を調整することで、バッテリ９４の充電制御を効率良く行うことができる。
次に、送電側装置１０１における電源回路２について説明する。
前述したように、電源装置２は、送電側装置１０１内の各機能部に供給する複数の電源電圧を生成するが、ここでは、電圧ＶＯＵＴの生成に係る構成について詳細に説明する。
電源装置２は、設定電圧情報ＴＧＴ＿ＶＯＵＴによって指示された大きさの電圧を生成し、出力電圧ＶＯＵＴとして出力する。特に制限されないが、設定電圧情報ＴＧＴ＿ＶＯＵＴによって指示される目標電圧は、例えば０．５Ｖ〜１８Ｖの範囲の電圧である。したがって、電源装置２は、設定電圧情報ＴＧＴ＿ＶＯＵＴに応じて、０．５Ｖ〜１８Ｖの範囲で出力電圧ＶＯＵＴを可変して出力する。
前述したように、スイッチングレギュレータによって固定の入力電圧（例えば２０Ｖ）から０．５Ｖ〜１８Ｖのような広い範囲の出力電圧を生成する場合、入出力電位差の変動幅が大きくなる（例えば、上記の場合、変動幅は２Ｖ〜１９．５Ｖとなる）ため、全ての入出力条件でスイッチングレギュレータを安定して制御することが困難となる。そこで、本電源装置２は、出力すべき電圧（目標電圧）が比較的大きい場合（例えば、３．５Ｖ以上）にはスイッチングレギュレータによって出力電圧ＶＯＵＴを生成し、目標電圧が比較的小さい場合（例えば３．５Ｖ未満）にはシリーズレギュレータによって電圧を生成する。以下、電源装置２の内部構成について詳細に説明する。
図３は、電源回路２の詳細な構成を例示するブロック図である。
同図に示される電源回路２は、電圧を生成する複数のレギュレータと、その他の周辺回路から構成される。同図には、ドライブ回路３の動作電源電圧となる電圧ＶＯＵＴを生成するためのレギュレータと、それに関連する周辺回路のみが図示されている。具体的には、スイッチングレギュレータ２０、シリーズレギュレータ２５、逆流防止回路２６、及び出力電圧制御部２２が図示されている。
同図に示される電源回路２における主要部分は、特に制限されないが、公知の半導体集積回路製造技術（例えばＣＭＯＳプロセスの製造技術）により、シリコン基板などの一つの半導体基板に形成された半導体装置として構成される。以下、当該部分を「電源制御ＩＣ」と称する。電源制御ＩＣ２１は、例えば、シリーズレギュレータ２５、スイッチングレギュレータ制御部２３、及び出力電圧制御部２２を含む。また、電源制御ＩＣ２１には、外部端子として、端子ＤＩＮ、端子ＶＬＤＯ、端子ＩＮ２、端子ＣＯＭＰ、端子ＦＢ、端子ＧＤ、及びその他の図示されない複数の端子（例えば、電源端子やグラウンド端子等）が設けられている。
スイッチングレギュレータ２０は、例えば、降圧型のスイッチングレギュレータである。特に制限されないが、図３では、非絶縁型の降圧スイッチングレギュレータ（降圧チョッパ型のスイッチングレギュレータ）が例示されている。スイッチングレギュレータ２０は、例えば電源アダプタやユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）等から入力された電圧ＶＩＮ１（例えば２０Ｖ）から、３．５Ｖ〜１８Ｖの範囲の電圧を生成する。
スイッチングレギュレータ２０は、例えば、スイッチングレギュレータ制御部２３と、電圧コンバータ回路２４と、を含んで構成される。電圧コンバータ回路２４は、直流の入力電圧ＶＩＮ１を所望の大きさの直流電圧に変換してノードＯＵＴに出力する。電圧コンバータ回路２４は、例えば、入力容量ＣＩＮ、スイッチング素子ＰＷ＿ＰＭＯＳ、ダイオードＤ１、コイルＬ、出力容量ＣＯＵＴ、抵抗Ｒ１、Ｒ２、及び容量Ｃ２から構成される。入力容量ＣＩＮは、スイッチングレギュレータ２０の入力側の安定化容量である。出力容量ＣＯＵＴは、スイッチングレギュレータ２０の出力側の安定化容量である。スイッチング素子ＰＷ＿ＰＭＯＳは、入力電圧ＶＩＮが供給されるノードとコイルＬとの間に接続される。スイッチング素子ＰＷ＿ＰＭＯＳは、例えば、Ｐチャネル型のパワーＭＯＳトランジスタである。スイッチング素子ＰＷ＿ＰＭＯＳは、後述するスイッチングレギュレータ制御部２３から出力されるＰＷＭ信号ＶＧＤによってオン・オフが制御される。これにより、コイルＬに流れる電流が制御され、ノードＯＵＴに入力電圧ＶＩＮよりも低い電圧が発生する。抵抗Ｒ１、Ｒ２は、出力電圧ＶＯＵＴに応じたフィードバック電圧ＶＦＢを生成するための分圧抵抗であり、ノードＯＵＴとグラウンドノードとの間に直列に接続される。抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続ノードは、電源制御ＩＣの端子ＦＢに接続される。スイッチングレギュレータ制御部２３及びシリーズレギュレータ２５は、出力電圧ＶＯＵＴを分圧したフィードバック電圧ＶＦＢを入力することにより、ノードＯＵＴの電圧をモニタする。
スイッチングレギュレータ制御部２３は、フィードバック電圧ＶＦＢに基づいて、電圧コンバータ回路２４におけるスイッチング素子ＰＷ＿ＰＭＯＳを制御するためのＰＷＭ信号ＶＧＤを生成する。具体的には、スイッチングレギュレータ制御部２３は、例えば、ＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号生成部２３０と、エラーアンプ２３４とから構成される。エラーアンプ２３４は、後述する出力電圧制御部２２から供給される出力すべき目標電圧に対応する基準電圧ＶＲＥＦ１と、フィードバック電圧ＶＦＢとを入力し、２つの入力電圧の誤差が小さくなるように制御信号ＶＣＯＭＰを生成して出力する。エラーアンプ２３４の出力ノードには、端子ＣＯＭＰを介して位相補償のための外付け容量Ｃ１が接続される。ＰＷＭ信号生成部２３０は、エラーアンプ２３４から出力された制御信号ＶＣＯＭＰに基づいてＰＷＭ信号を生成する。ＰＷＭ信号生成部２３０は、例えば、ランプ信号発生回路２３１と、コンパレータ回路２３２と、ＳＲラッチ回路２３３と、を含んで構成される。ランプ信号発生回路２３１は、所定の周波数のランプ信号（鋸波信号）ＲＭＰ＿ＯＵＴを生成するとともに、ランプ信号の頂点のタイミングでワンショット信号ＳＥＴを生成して出力する。コンパレータ回路２３２は、ランプ信号ＲＭＰ＿ＯＵＴと制御信号ＶＣＯＭＰとを比較し、比較結果に応じた信号を出力する。ＳＲラッチ回路２３３は、ワンショット信号ＳＥＴをセット端子（Ｓ）に入力し、コンパレータ回路２３２の出力信号をリセット端子（Ｒ）に入力する。ＳＲラッチ回路２３３の反転出力端子ＱＢから出力される信号がＰＷＭ信号ＶＧＤとなる。
図４は、ＰＷＭ信号生成部２３０における各電圧のタイミングを例示する説明図である。同図に示されるように、ランプ信号ＲＭＰ＿ＯＵＴが制御信号ＶＣＯＭＰよりも大きくなると、ＰＷＭ信号ＶＧＤがハイレベルにされる。その後、ランプ信号ＲＭＰ＿ＯＵＴが頂点に達するとワンショット信号ＳＥＴが出力されるとともに、ランプ信号ＲＭＰ＿ＯＵＴよりも制御信号ＶＣＯＭＰが大きくなると、ＰＷＭ信号がローレベルにされる。このように各信号が生成されることにより、エラーアンプ２３４の出力信号である制御信号ＶＣＯＭＰの大きさに応じてパルス幅が変化するＰＷＭ信号ＶＧＤが生成される。ＰＷＭ信号ＶＧＤは、例えば、端子ＧＤの前段又は後段に設けられた図示されないドライブ回路等を介してスイッチ素子ＰＷ＿ＰＭＯＳのゲート端子に供給される。これにより、ノードＯＵＴの電圧が、目標電圧になるように制御される。
シリーズレギュレータ２５は、端子ＩＮ２に供給された電圧ＶＩＮ２を電圧降下により降圧し、ノードＯＵＴに出力する。電圧ＶＩＮ２は、スイッチングレギュレータ２０の入力電圧ＶＩＮ１よりも低い電圧であり、例えば５．０Ｖである。シリーズレギュレータ２５は、例えばＬＤＯ（Ｌｏｗ Ｄｒｏｐ Ｏｕｔ）であり、例えば５．０Ｖの入力電圧ＶＩＮ２から０．５Ｖ乃至３．０Ｖの電圧を生成する。これにより、シリーズレギュレータ２５における電力損失を抑えることができる。
シリーズレギュレータ２５は、例えば、エラーアンプ２５１と、出力トランジスタＭＰ１とを含んで構成される。出力トランジスタＭＰ１は、例えばＰチャネル型のＭＯＳトランジスタであり、ソースが端子ＩＮ２に接続され、ドレインが端子ＶＬＤＯに接続される。端子ＩＮ２には電圧ＶＩＮ２が供給される。端子ＶＬＤＯは、逆流防止回路２６を介してノードＯＵＴに接続される。逆流防止回路２６は、出力電圧ＶＯＵＴが電圧ＶＩＮ２よりも高い場合に、ノードＯＵＴから出力トランジスタＭＰ１を介して電圧ＶＩＮ２が供給されるノードに電流が逆流することを防止する。逆流防止回路２６は、例えば、アノードが端子ＶＬＤＯに接続され、カソードがノードＯＵＴに接続されるダイオードＤ２から構成される。ダイオードＤ２は、特に制限されないが、例えばショットキーバリアダイオードである。これによれば、逆流防止回路２６としてトランジスタ等のスイッチ素子を用いる場合に比べ、当該スイッチ素子を制御するための制御信号等が不必要となるから、簡素化な回路構成で逆流防止を実現することができる。
エラーアンプ２５１は、後述する出力電圧制御部２２から供給される出力すべき目標電圧に対応する基準電圧ＶＲＥＦ２と、フィードバック電圧ＶＦＢとを入力し、２つの入力電圧の誤差が小さくなるように、出力トランジスタＭＰ１のゲート電圧を制御する。これにより、出力電圧ＶＯＵＴが目標電圧になるように、出力トランジスタＭＰ１からノードＯＵＴに供給される電流量が調整される。
出力電圧制御部２２は、端子ＤＩＮを介して入力した設定電圧情報ＴＧＴ＿ＶＯＵＴに基づいて、スイッチングレギュレータ制御部２３及びシリーズレギュレータ２５を制御する。具体的には、出力電圧制御部２２は、設定電圧情報ＴＧＴ＿ＶＯＵＴによって指示された電圧の大きさに応じて、スイッチングレギュレータ制御部２３に供給する基準電圧ＶＲＥＦ１と、シリーズレギュレータ２５に供給する基準電圧ＶＲＥＦ２を生成する。
出力電圧制御部２２は、例えば、ディジタル・アナログ変換回路（ＤＡＣ）２２０と、第１制御部（ＥＮ＿ＣＮＴ）２２１と、第２制御部（ＲＥＦ＿ＣＮＴ）２２２と、を含んで構成される。
ディジタル・アナログ変換回路（ＤＡＣ）２２０は、端子ＤＩＮを介して入力された設定電圧情報ＴＧＴ＿ＶＯＵＴをアナログ信号に変換する。設定電圧情報ＴＧＴ＿ＶＯＵＴは、例えば、出力電圧ＶＯＵＴの目標電圧に対応する基準電圧を表す情報を含み、当該情報は例えば５ビットのディジタル値である。ディジタル・アナログ変換回路２２０によって変換されたアナログ信号は、基準電圧ＶＲＥＦ１として第１制御部２２１及び第２制御部２２２に与えられるとともに、スイッチングレギュレータ制御部２３のエラーアンプ２３４に与えられる。
第１制御部２２１は、基準電圧ＶＲＥＦ１の大きさに基づいて、スイッチングレギュレータ２０による電圧の生成とその停止を制御する。第１制御部２２１は、例えばコンパレータ回路から構成される。第１制御部２２１は、例えば、基準電圧ＶＲＥＦ１が所定の閾値電圧ＶＴＨよりも大きい場合にはスイッチングレギュレータ２０をイネーブル状態にし、基準電圧ＶＲＥＦ１が所定の閾値電圧ＶＴＨよりも小さい場合には、スイッチングレギュレータ２０をディセーブル状態にする。
所定の閾値電圧ＶＴＨは、スイッチングレギュレータ２０による出力電圧ＶＯＵＴの生成とシリーズレギュレータ２５による出力電圧ＶＯＵＴの生成とを切り替えるための基準となる電圧である。特に制限されないが、本実施の形態では、所定の閾値電圧ＶＴＨは、目標電圧が３．０Ｖであるときの基準電圧ＶＲＥＦ１と等しい電圧に設定されているものとする。例えば、３．５Ｖ〜１８Ｖの範囲の目標電圧に対応する基準電圧ＶＲＥＦ１が入力された場合、入力された基準電圧ＶＲＥＦ１は閾値電圧ＶＴＨよりも大きくなるので、第１制御部２２１はスイッチングレギュレータ２０をイネーブル状態にする。他方、０．５Ｖ〜３Ｖの範囲の目標電圧に対応する基準電圧ＶＲＥＦ１が入力された場合、入力された基準電圧ＶＲＥＦ１は閾値電圧ＶＴＨよりも小さくなるので、第１制御部２２１はスイッチングレギュレータ２０をディセーブル状態にする。
スイッチングレギュレータ２０のイネーブル状態とディセーブル状態とを切り替えるための制御方法は、特に制限されないが、図３には、スイッチングレギュレータ制御部２３におけるエラーアンプ２３４の出力ノードとグラウンドノードとの間に設けられたＮチャネル型のＭＯＳトランジスタＭＮ１のオン・オフを第１制御部２２１によって制御する方法が示されている。なお、スイッチングレギュレータ２０のディセーブル状態とは、例えば、電圧コンバータ回路２４のスイッチ素子ＰＷ＿ＰＭＯＳがオフ状態になることである。
第２制御部２２２は、基準電圧ＶＲＥＦ１の大きさに基づいて、シリーズレギュレータ２５のエラーアンプ２５１の基準電圧ＶＲＥＦ２を生成する。具体的には、第２制御部２２２は、基準電圧ＶＲＥＦ１が上記所定の閾値電圧ＶＴＨよりも大きい場合、基準電圧ＶＲＥＦ１よりも低い基準電圧ＶＲＥＦ２を生成して出力し、基準電圧ＶＲＥＦ１が所定の閾値ＶＴＨよりも小さい場合、基準電圧ＶＲＥＦ１を基準電圧ＶＲＥＦ２としてそのまま出力する。例えば、３．５Ｖ〜１８Ｖの範囲の目標電圧に対応する基準電圧ＶＲＥＦ１が入力された場合、第２制御部２２２は、所定の閾値電圧ＶＴＨ（３．０Ｖ）に対応する基準電圧ＶＲＥＦ２を生成し出力する。０．５Ｖ〜３．０Ｖの範囲の目標電圧に対応する基準電圧ＶＲＥＦ１が入力された場合、第２制御部２２２は、入力された基準電圧ＶＲＥＦ１を基準電圧ＶＲＥＦ２としてそのまま出力する。このようにすることで、シリーズレギュレータ２５は、０．５Ｖ〜３．０Ｖの範囲の目標電圧が指示された場合には、出力電圧ＶＯＵＴが当該目標電圧となるように制御され、３．５Ｖ〜１８Ｖの範囲の目標電圧が指示された場合には、出力電圧ＶＯＵＴが所定の閾値電圧ＶＴＨに応じた目標電圧（＝３．０Ｖ）になるように制御される。
図５は、出力電圧ＶＯＵＴの目標電圧に対する基準電圧ＶＲＥＦ１及びＶＲＥＦ２を表す説明図である。同図において、参照符号４００は、出力電圧ＶＯＵＴの目標電圧を表し、参照符号４０１は基準電圧ＶＲＥＦ２に応じて生成される出力電圧の大きさを表し、参照符号４０２は基準電圧ＶＲＥＦ１に応じて生成される出力電圧ＶＯＵＴの大きさを表す。
同図に示されるように、目標電圧が０．５Ｖ〜３．０Ｖの範囲４０３では、出力電圧ＶＯＵＴが０．５Ｖ〜３．０Ｖになるような基準電圧ＶＲＥＦ１及び基準電圧ＶＲＥＦ２が生成される。範囲４０３では、前述したように、基準電圧ＶＲＥＦ１が所定の閾値電圧ＶＴＨよりも低いので、スイッチングレギュレータ２０はディセーブル状態にされ、シリーズレギュレータ２５によって出力電圧ＶＯＵＴが生成される。目標電圧が３．５Ｖ以上の範囲では、参照符号４０２に示されるように、目標電圧に対応して出力電圧ＶＯＵＴが３．５Ｖ以上になるような基準電圧ＶＲＥＦ１が生成される。他方、参照符号４０１に示されるように、基準電圧ＶＲＥＦ２は、所定の閾値電圧ＶＴＨ（３．０Ｖ）に対応する固定電圧となる。
以上のような出力電圧制御部２２の制御により、スイッチングレギュレータ２０及びシリーズレギュレータ２５は以下のように動作する。
例えば、０．５Ｖ〜３．０Ｖの範囲の目標電圧が指示された場合、第１制御部２２１によりエラーアンプ２３４の出力電圧ＶＣＯＭＰが０Ｖに固定され、電圧コンバータ回路２４のスイッチング素子ＰＷ＿ＰＭＯＳのスイッチングが停止（オフ状態）となる。これにより、スイッチングレギュレータ２０による出力電圧ＶＯＵＴの生成が停止される。このとき、シリーズレギュレータ２５には目標電圧に対応する基準電圧ＶＲＥＦ２が供給されるので、シリーズレギュレータ２５によって０．５Ｖ〜３．０Ｖの範囲の出力電圧ＶＯＵＴが生成される。他方、目標電圧が３．５Ｖ以上である場合、第１制御部２２１によりエラーアンプ２３４の動作制限が解除され、スイッチングレギュレータ２０による出力電圧ＶＯＵＴの生成が可能にされる。このとき、シリーズレギュレータ２５に入力される基準電圧ＶＲＥＦ２は、指示された目標電圧によらず所定の閾値電圧ＶＴＨ（３．０Ｖ）に対応する電圧に固定されるので、エラーアンプ２５１は、フィードバック電圧ＶＦＢと基準電圧ＶＲＥＦ２との誤差がゼロになるように出力トランジスタＭＰ１を制御する。例えば、目標電圧として８．０Ｖが指示された場合、スイッチングレギュレータ２０により８．０Ｖの出力電圧ＶＯＵＴが生成される。その出力電圧ＶＯＵＴ（８．０Ｖ）に対応するフィードバック電圧ＶＦＢは、端子ＦＢを介してシリーズレギュレータ２５のエラーアンプ２５１に入力される。このとき、エラーアンプ２５１は、３．０Ｖを指示する基準電圧ＶＲＥＦ２が入力されているので、出力電圧ＶＯＵＴが８．０Ｖから３．０Ｖになるように出力トランジスタＭＰ１のゲート電圧を制御する。具体的には、出力トランジスタＭＰ１からのノードＯＵＴへの電流供給を抑えるように、トランジスタＭＰ１のゲート電圧を上昇させる。例えば、トランジスタＭＰ１のゲート・ソース間電圧が０Ｖになるようにゲート電圧を上昇させる。これにより、トランジスタＭＰ１からの電流供給が停止されるので、実質的にシリーズレギュレータ２５からノードＯＵＴへの電圧供給が停止され、スイッチングレギュレータ２０によって出力電圧ＶＯＵＴが維持される。このとき、シリーズレギュレータ２５の電源電圧ＶＩＮ２（５．０Ｖ）よりも出力電圧ＶＯＵＴ（８．０Ｖ）の方が大きいが、端子ＶＬＤＯとノードＯＵＴとの間に逆流防止回路２６が存在するため、出力トランジスタＭＰ１を介した電源電圧ＶＩＮ２への電流の逆流は防止される。
図６は、ワイヤレス給電システム１００におけるワイヤレス給電時の通信タイミングを例示する説明図である。
同図に示されるように、先ず、タイミングｔ０において、ＮＦＣ制御部１は、ＮＦＣ通信を開始するため、電源装置２に対して０．５Ｖ〜３．０Ｖの範囲の何れかの出力電圧ＶＯＵＴの生成を指示する。０．５Ｖ〜３．０Ｖの範囲の何れの電圧を指示するかは、例えば、受電側装置１０２のアンテナ６やその他の周辺回路の構成等によって予め決定される。このとき、スイッチングレギュレータ２０はディセーブル状態にされ、シリーズレギュレータ２５によって出力電圧ＶＯＵＴが生成される。出力電圧ＶＯＵＴが指示された目標電圧に到達した後、例えばタイミングｔ１においてＮＦＣ通信が開始される。これによれば、ＮＦＣ通信中は、シリーズレギュレータ２５によって出力電圧ＶＯＵＴが生成されるので、スイッチングレギュレータ２０によるスイッチングノイズが送受信信号に伝播して通信が中断されたりする虞がなく、ＮＦＣ通信の安定性を高めることができる。このＮＦＣ通信により、受電側装置１０２と送電側装置１０１との間で、例えば上記バッテリ残量情報や他の情報の送受信が行われる。その後、タイミングｔ２においてＮＦＣ通信が停止され、電力の送電に係る通信に移行する。ＮＦＣ制御部１は、上記バッテリ残量情報に基づいて受電側装置１０２のバッテリ９４の残量を把握し、その残量に応じて送電する電力量を決定する。そして、ＮＦＣ制御部１１は、３．５Ｖ〜１８Ｖの範囲の電圧のうち上記決定した電力量に応じた出力電圧ＶＯＵＴの生成を電源装置２に指示する。これにより、前述したように、シリーズレギュレータ２５からの電圧出力が停止され、スイッチングレギュレータ２０によって出力電圧ＶＯＵＴが生成される。出力電圧ＶＯＵＴが指示された目標電圧に到達した後、例えばタイミングｔ３において電力の送電が開始され、受電側装置１０２のバッテリ９４の充電が行われる。その後、タイミングｔ４において送電が一時中断され、ＮＦＣ通信に移行する。具体的には、ＮＦＣ制御部１が、電源装置２に対して０．５Ｖ〜３．０Ｖの範囲の何れかの出力電圧ＶＯＵＴの生成を指示する。出力電圧ＶＯＵＴが目標電圧に到達すると、例えばタイミングｔ５においてＮＦＣ通信が開始される。このとき、電力の送電が停止されてからＮＦＣ通信が開始されるまでの期間５００の長さは、主に、スイッチングレギュレータ２０による電圧生成からシリーズレギュレータ２５による電圧生成に切り替わってから出力電圧ＶＯＵＴが安定するまでの時間によって決定される。前述のように、送電側装置１０１の電源装置２は、電力の送電を行っているときにシリーズレギュレータ２５の動作を停止させる（例えば、エラーアンプ２５１の動作を停止させる）のではなく、指示された目標電圧よりも低い基準電圧ＶＲＥＦ２をエラーアンプ２５１に与えることで、実質的にシリーズレギュレータ２５が出力電圧ＶＯＵＴに影響を与えないような状態に維持している。これにより、シリーズレギュレータ２５の動作を停止させる場合に比べて、シリーズレギュレータ２５による電圧生成に切り替えてから出力電圧ＶＯＵＴが安定するまでの時間を短縮することができる。これにより、電力の送電が停止されてからＮＦＣ通信が開始されるまでの期間５００を短くすることができ、ワイヤレス給電に要する全体的な時間の短縮に資する。
以上、実施の形態１に係る電源装置２によれば、スイッチングレギュレータの入出力電位差が小さくなる範囲ではスイッチングレギュレータによって電圧を生成し、スイッチングレギュレータの入出力電位差が大きくなる範囲ではシリーズレギュレータによって電圧を生成する。これにより、スイッチングレギュレータによって全ての入出力条件において電圧を生成する場合に比べて、より安定した出力電圧ＶＯＵＴの可変制御が可能となる。また、ＮＦＣ通信時にシリーズレギュレータ２５によって出力電圧ＶＯＵＴを生成するから、送受信信号がスイッチングノイズの影響を受ける虞がなく、安定したデータ通信が可能となる。
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、スイッチングレギュレータ２０による電圧生成とシリーズレギュレータによる電圧生成を切り替えるための閾値電圧ＶＴＨを、目標電圧を３．０Ｖとしたときの基準電圧ＶＲＥＦ１と等しい電圧に設定する場合を例示したが、これに限られない。例えば、スイッチングレギュレータ２０の安定動作が可能な入出力電圧差に応じて閾値電圧ＶＴＨの大きさを変更しても良い。例えば、上記実施の形態の例よりもスイッチングレギュレータ２０の安定動作が可能な入出力電圧差の範囲が狭い場合には、閾値電圧ＶＴＨをより高い電圧（例えば目標電圧を４．５Ｖとしたときの基準電圧ＶＲＥＦ１と等しい電圧）に設定すればよい。
また、スイッチングレギュレータ２０とシリーズレギュレータ２５の切替え条件と、電力の送電とＮＦＣ通信の切替え条件とを必ずしも一致させる必要はない。例えば、閾値電圧ＶＴＨを４．５Ｖに設定した場合、０．５Ｖ〜４．５Ｖまではシリーズレギュレータ２５による出力電圧ＶＯＵＴの生成を行い、５．０Ｖ〜１８Ｖまではスイッチングレギュレータ２０による出力電圧ＶＯＵＴの生成を行う。他方、０．５Ｖ〜３．０Ｖの範囲の出力電圧ＶＯＵＴによってＮＦＣ通信を行い、３．５Ｖ〜１８Ｖの範囲の出力電圧ＶＯＵＴによって電力の送電を行う。このようにレギュレータの切替え条件と通信の切替え条件を相違させたとしても、安定した出力電圧ＶＯＵＴの可変制御が可能となり、また、ＮＦＣ通信時にはシリーズレギュレータによって出力電圧が生成されるから安定したデータ通信も可能となる。
実施の形態１ではワイレス給電によってバッテリ９４を充電する場合を例示したが、これに限られず、送電された電力を、他の装置（例えば、電子回路（ＥＣ）１０３等）の駆動に利用してもよい。この場合、送電側装置１０１は、例えば、必要とされる電力量を決定するための情報をＮＦＣ通信によって受信し、その情報に基づいて、送電すべき電力量に応じた出力電圧ＶＯＵＴを決定することもできる。
スイッチングレギュレータ２０として、降圧チョッパ型のスイッチングレギュレータを例示したが、これに限られず、他の方式のスイッチングレギュレータでもよい。例えば、絶縁型のスイッチングレギュレータでも良い。
シリーズレギュレータ２５の電源電圧として、スイッチングレギュレータ２０の入力電圧ＶＩＮ１と異なる電圧ＶＩＮ２を供給する場合を例示したが、シリーズレギュレータ２５による電力損失が許容されるのであれば、電圧ＶＩＮ１をシリーズレギュレータ２５の電源電圧としても良い。
スイッチングレギュレータ２０をイネーブル状態にする方法として、エラーアンプ２３４の出力電圧をグラウンド電圧（０Ｖ）に固定する例を示したが、電圧コンバータ回路２４のスイッチングを停止させることができれば、他の方法でも良い。例えば、エラーアンプ２３４に入力する基準電圧を０Ｖに固定しても良い。
逆流防止回路２６としてダイオードＤ２からなる回路構成を例示したが、電流の逆流を防止できれば他の回路構成でも良い。
電源制御ＩＣ２１として１つの半導体基板に形成される機能部の範囲は、図３に示される範囲に限定されない。例えば、スイッチング素子ＰＷ＿ＰＭＯＳやダイオードＤ２を電源制御ＩＣ２１に内蔵しても良いし、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｃ２等を内蔵しても良い。
２ 電源装置
２０ スイッチングレギュレータ
２２ 出力電圧制御部
２３ スイッチングレギュレータ制御部
２５ シリーズレギュレータ
２５１ エラーアンプ
ＭＰ１ 出力トランジスタ
２４ 電圧コンバータ回路
ＯＵＴ 出力ノード
ＶＯＵＴ 電源装置の出力電圧
ＴＧＴ＿ＶＯＵＴ 設定電圧情報
ＣＩＮ 入力容量
ＣＯＵＴ 出力容量
ＰＷ＿ＰＭＯＳ スイッチング素子
Ｄ１ ダイオード
Ｌ コイル
Ｒ１、Ｒ２ 抵抗
Ｃ２ 容量
１００ ワイヤレス給電システム
ＶＩＮ１ 入力電圧
ＶＮＦＣ ＮＦＣ制御部の電源電圧
１０１ 送電側装置
１０２ 受電側装置
１、８ ＮＦＣ制御部
１１、８１ 制御部
１３、８３ メモリ回路
１２、８２ 通信回路
３ ドライブ回路
４ 整合回路
５、６ アンテナ
７ 整合回路
９ 電源部
９１ 降圧回路
９２ 充電制御回路
９３ ＮＦＣ電源回路
９４ バッテリ
１０ 整流回路
１０３ 電子回路（ＥＣ）
２１ 電源制御ＩＣ
ＤＩＮ、ＶＬＤＯ、ＩＮ２、ＣＯＭＰ、ＦＢ、ＧＤ 外部端子
２２ 出力電圧制御部
２２０ ディジタル・アナログ変換回路
２２１ 第１制御部
２２２ 第２制御部
ＶＲＥＦ１、ＶＲＥＦ２ 基準電圧
２３０ ＰＷＭ信号生成部
２３１ ランプ信号発生回路
２３２ コンパレータ回路
２３３ ＳＲラッチ回路
２３４ エラーアンプ
ＭＮ１ ＭＯＳトランジスタ
ＶＧＤ ＰＷＭ信号
ＳＥＴ ワンショット信号
ＲＭＰ＿ＯＵＴ ランプ信号（鋸波信号）
ＶＣＯＭＰ エラーアンプ２３４の出力信号
ＣＩ 外付け容量
２６ 逆流防止回路
Ｄ２ ダイオード
４００ 目標電圧
４０１ 基準電圧ＶＲＥＦ２
４０２ 基準電圧ＶＲＥＦ１
４０３、５００ 期間
ｔ１〜ｔ５ タイミング

Claims (10)

  1. 動的な出力電圧の変更が可能な電源装置であって、
    前記出力電圧を出力するための第１ノードと、
    スイッチング方式によって、入力された電圧を降圧して前記第１ノードに出力する第１レギュレータと、
    電圧降下によって、入力された電圧を降圧して前記第１ノードに出力する第２レギュレータと、
    前記出力電圧の目標電圧を指示する第１情報に応じて、前記第１レギュレータ及び前記第２レギュレータを制御する出力電圧制御部と、を有し、
    前記出力電圧制御部は、前記第１情報によって指示された前記目標電圧が所定の閾値電圧よりも大きい場合には、前記第１ノードの電圧が当該目標電圧になるように前記第１レギュレータを制御するとともに前記第２レギュレータからの電圧の供給を停止させ、前記目標電圧が前記所定の閾値電圧よりも小さい場合には、前記第１ノードの電圧が当該目標電圧になるように前記第２レギュレータを制御するとともに、前記第１レギュレータからの電圧の供給を停止させ、
    前記第２レギュレータは、
    前記第１ノードに電流を供給する出力トランジスタと、
    前記第１ノードの電圧に基づくフィードバック電圧と基準電圧とを入力し、２つの入力電圧の誤差が小さくなるように前記出力トランジスタによる電流供給を制御するエラーアンプと、を有し、
    前記出力電圧制御部は、前記指示された目標電圧が前記所定の閾値電圧よりも大きい場合には、当該目標電圧よりも低い電圧に応じた前記基準電圧を生成し、前記指示された目標電圧が前記所定の閾値電圧よりも小さい場合には、当該目標電圧に応じた前記基準電圧を生成する電源装置。
  2. 前記第１レギュレータは、第１入力電圧を降圧して出力し、
    前記第２レギュレータは、前記第１入力電圧よりも低い第２入力電圧を降圧して出力する請求項１に記載の電源装置。
  3. 前記第２レギュレータは、順方向にバイアスされたダイオードを介して前記第１ノードに電圧を出力する請求項２に記載の電源装置。
  4. 前記出力電圧制御部は、前記指示された目標電圧が前記所定の閾値電圧よりも大きい場合には、前記所定の閾値電圧に応じた前記基準電圧を生成する請求項１に記載の電源装置。
  5. 前記第１レギュレータは、
    インダクタに供給する電流をスイッチング素子によって制御することにより、入力された電圧よりも低い電圧を生成して出力する電圧コンバータ回路と、
    前記スイッチング素子のオン・オフを制御するスイッチング制御部と、を有し、
    前記出力電圧制御部は、前記スイッチ素子をオフさせるように前記スイッチング制御部を制御することで、前記第１レギュレータからの電圧の出力を停止させる請求項１に記載の電源装置。
  6. データの送受信と電力の送電とを切り替えて通信を行うことが可能なワイヤレス通信装置であって、
    アンテナと、
    前記アンテナを駆動するための駆動信号を生成するドライブ回路と、
    前記アンテナと受信装置側のアンテナとの間のインピーダンス整合のための整合回路と、
    請求項１に記載の電源装置と、
    前記通信を制御するためのデータ処理制御部と、を有し、
    前記データ処理制御部は、前記アンテナを介してデータの送信を行う場合には、前記所定の閾値電圧よりも小さい目標電圧を指示する前記第１情報を前記電源装置に与え、前記アンテナを介して電力の送電を行う場合には、前記所定の閾値電圧よりも大きい目標電圧を指示する前記第１情報を前記電源装置に与え、
    前記ドライブ回路は、前記電源装置から出力された電圧に応じた前記駆動信号を生成するワイヤレス通信装置。
  7. 前記データ処理制御部は、マイクロコントローラを含んで構成される請求項６に記載のワイヤレス通信装置。
  8. 降圧型のスイッチングレギュレータにおけるスイッチング回路のオン・オフを制御するための制御信号を生成するスイッチング制御部と、
    シリーズレギュレータと、
    出力すべき目標電圧を指示する第１情報に応じて、前記スイッチング制御部と前記シリーズレギュレータとを制御する出力電圧制御部と、を有し、
    前記出力電圧制御部は、前記第１情報によって指示された前記目標電圧が所定の閾値電圧よりも大きい場合には、前記スイッチングレギュレータの出力電圧が当該目標電圧になるような前記制御信号を生成させるとともに前記シリーズレギュレータからの電圧の供給を停止させ、前記目標電圧が前記所定の閾値電圧よりも小さい場合には、前記シリーズレギュレータの出力電圧が当該目標電圧になるように前記シリーズレギュレータを制御するとともに、前記スイッチングレギュレータによる電圧の生成を停止させる前記制御信号を生成させ、
    前記シリーズレギュレータは、
    負荷を駆動する出力トランジスタと、
    前記出力電圧に応じたフィードバック電圧と基準電圧とを入力し、２つの入力電圧の誤差が小さくなるように前記出力トランジスタを制御するエラーアンプと、を有し、
    前記出力電圧制御部は、前記指示された目標電圧が前記所定の閾値電圧よりも大きい場合には、当該目標電圧よりも小さい電圧に応じた前記基準電圧を生成し、前記目標電圧が前記所定の閾値電圧よりも小さい場合には、当該目標電圧に応じた前記基準電圧を生成する半導体装置。
  9. 前記出力電圧制御部は、前記指示された目標電圧が前記所定の閾値電圧よりも大きい場合には、前記所定の閾値電圧に応じた前記基準電圧を生成する請求項８に記載の半導体装置。
  10. 前記シリーズレギュレータは、前記スイッチングレギュレータの入力電圧よりも低い電圧を降圧して出力する請求項８に記載の半導体装置。
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