(57)【要約】  受電装置（１０）は、コイルアンテナ（１１）と、コイルアンテナ（１１）に接続される負荷回路（１５）と、コイルアンテナ（１１）に接続される通信回路（１７）と、通常はコイルアンテナ（１１）から負荷回路（１５）への電力供給を遮断するスイッチ素子（Ｑ１）と、コイルアンテナ（１１）が受信する信号のうち、特定周波数の信号を通過させ、スイッチ素子（Ｑ１）の駆動端子に電圧を印加するスイッチ駆動回路（１６）とを備える。
2017145880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のコイルアンテナと、
前記第１のコイルアンテナに接続される非接触電力供給システム用受電回路と、
前記第１のコイルアンテナに接続される近距離無線通信システム用通信回路と、
第１の制御端子を有し、前記第１のコイルアンテナから前記受電回路への電力供給を遮断する第１のスイッチ素子と、
前記第１のコイルアンテナが受信する信号のうち、特定周波数の信号を検波して、前記第１の制御端子へ制御電圧を出力して前記第１のスイッチ素子を直接駆動する検波回路と、
を備える回路切替装置。
【請求項２】
第１のコイルアンテナと、
前記第１のコイルアンテナに接続される非接触電力供給システム用受電回路と、
前記第１のコイルアンテナと磁界結合する第２のコイルアンテナと、
前記第２のコイルアンテナに接続される近距離無線通信システム用通信回路と、
第１の制御端子を有し、前記第１のコイルアンテナから前記受電回路への電力供給を遮断する第１のスイッチ素子と、
前記第１のコイルアンテナが受信する信号のうち、特定周波数の信号を検波して、前記第１の制御端子へ制御電圧を出力して前記第１のスイッチ素子を直接駆動する検波回路と、
を備える回路切替装置。
【請求項３】
前記検波回路は複共振回路を有する、請求項１または２に記載の回路切替装置。
【請求項４】
前記複共振回路は絶縁トランスを有する、請求項３に記載の回路切替装置。
【請求項５】
前記通信回路は、第２の制御端子を有し、前記第１のコイルアンテナから前記通信回路への電力供給を遮断または接続する第２のスイッチ素子を備える、請求項１に記載の回路切替装置。
【請求項６】
前記通信回路は、第２の制御端子を有し、前記第２のコイルアンテナから前記通信回路への電力供給を遮断または接続する第２のスイッチ素子を備える、請求項２に記載の回路切替装置。
【請求項７】
前記第２のスイッチ素子は、前記第２の制御端子が前記検波回路の出力側に接続される、請求項５または６に記載の回路切替装置。
【請求項８】
電力供給ラインから交流電圧を入力する入力部と、
前記入力部から入力される電圧のうち、特定周波数の電圧を通過させるフィルタ回路と、
前記フィルタ回路を通過する電圧を整流し、電力供給ラインを電気的に遮断又は接続するスイッチ素子の制御端子へ出力する整流回路と、
を備えるスイッチ駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路間を電気的に接続し、又は遮断する回路切替装置及びスイッチ駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のアンテナ装置として特許文献１に記載の非接触伝送デバイスがある。この非接触伝送デバイスでは、第１の巻線部の一端が共通端子、他端が非接触通信用端子に接続されている。また、第２の巻線部の一端が非接触通信用端子、他端が非接触給電用端子に接続されている。第１の巻線部は非接触通信用コイルとして使用される。第１の巻線部及び第２の巻線部は非接触給電用コイルとして使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−９３４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の非接触伝送デバイスでは、第１の巻線部が非接触通信及び非接触給電に共用される。この場合、非接触通信用の通信回路が非接触給電用の受電回路から影響を受けることで、非接触通信の反応が遅くなるおそれがある。このため、第１の巻線部が、受電回路又は通信回路の一方に接続されるように、スイッチを設けて切り替える必要がある。このような場合、スイッチを切り替えるためのマイコン等が必要となり、コストを抑えることが難しくなるおそれがある。また、マイコンを設ける場合、マイコン用の電力源（補助電源）を備える必要がある。このため、装置の小型化が阻害される。【０００５】
そこで、本発明の目的は、補助電源を用いずに回路を切り替えることができる回路切替装置及びスイッチ駆動回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る回路切替装置は、第１のコイルアンテナと、前記第１のコイルアンテナに接続される非接触電力供給システム用受電回路と、前記第１のコイルアンテナに接続される近距離無線通信システム用通信回路と、第１の制御端子を有し、前記第１のコイルアンテナから前記受電回路への電力供給を遮断する第１のスイッチ素子と、前記第１のコイルアンテナが受信する信号のうち、特定周波数の信号を検波して、前記第１の制御端子へ制御電圧を出力して前記第１のスイッチ素子を直接駆動する検波回路と、を備えることを特徴とする。【０００７】
この構成では、第１のコイルアンテナが受信する信号が特定周波数である場合、その信号を検波して、第１のスイッチ素子の第１の制御端子へ制御電圧を出力する。そして、通常は第１のコイルアンテナから受電回路への電力供給を遮断する第１のスイッチ素子がオンされ、受電回路（負荷回路）への電力供給が可能となる。すなわち、マイコン等の信号処理回路を用いずに、第１のスイッチ素子をオンできる。したがって、前記構成の回路切替装置は、第１のスイッチ素子を切り替えるための信号処理回路（マイコンなど）、その信号処理回路用の電源（定電圧回路）を必要としない。これにより、補助電源を用いずに回路を切り替えることができる回路切替装置を実現できる。【０００８】
本発明に係る回路切替装置は、第１のコイルアンテナと、前記第１のコイルアンテナに接続される非接触電力供給システム用受電回路と、前記第１のコイルアンテナと磁界結合する第２のコイルアンテナと、前記第２のコイルアンテナに接続される近距離無線通信システム用通信回路と、第１の制御端子を有し、前記第１のコイルアンテナから前記受電回路への電力供給を遮断する第１のスイッチ素子と、前記第１のコイルアンテナが受信する信号のうち、特定周波数の信号を検波して、前記第１の制御端子へ制御電圧を出力して前記第１のスイッチ素子を直接駆動する検波回路と、を備えていてもよい。【０００９】
この構成では、回路切替装置を収める筐体のスペースなどの制約により、両方のコイルアンテナを近接して配置せざるを得ない場合にも、補助電源を用いずに回路を切り替えることができ、受電回路が通信回路へ与える影響を抑えることができる。【００１０】
前記検波回路は複共振回路を有してもよい。【００１１】
複共振させた場合、２つの共振点が存在する。この２つの共振点の間の周波数帯域では感度は略一定である。このため、この周波数帯域を利用して、第１のコイルアンテナが受信する信号の周波数が変動する場合であっても、特定周波数近傍の周波数特性を平坦化できる。これにより、安定して信号を検出して、第１のスイッチ素子をオンできる。【００１２】
前記複共振回路は絶縁トランスを有してもよい。【００１３】
この構成では、コモンモード信号（ノイズ）の影響を受けずに特定周波数の信号を検出できる。そして、第１のスイッチ素子をフローティング状態で制御できる（基準電位に直接接続することなくオン、オフできる）。【００１４】
前記通信回路は、第２の制御端子を有し、前記第１または第２のコイルアンテナから前記通信回路への電力供給を遮断または接続する第２のスイッチ素子を備えてもよい。【００１５】
この構成では、回路切替装置が非接触電力供給システムの動作周波数を受電した場合に、通信回路への電力供給を遮断できる。これにより、通信回路の通信用ＩＣを非接触電力供給に起因する過電圧から保護することができる。【００１６】
前記第２のスイッチ素子は、前記第２の制御端子が前記検波回路の出力側に接続されてもよい。【００１７】
この構成では、第１、第２のスイッチ素子を１つの検波回路で制御可能であり、各々に信号処理回路を設けるより、小型な回路切替装置を実現できる。【００１８】
本発明に係るスイッチ駆動回路は、電力供給ラインから交流電圧を入力する入力部と、前記入力部から入力される電圧のうち、特定周波数の電圧を通過させるフィルタ回路と、前記フィルタ回路を通過する電圧を整流し、電力供給ラインを電気的に遮断又は接続するスイッチ素子の制御端子へ出力する整流回路と、を備えることを特徴とする。【００１９】
この構成では、入力される交流電圧が特定周波数である場合、その電圧はフィルタ回路を通過し、整流回路で整流されてスイッチ素子の制御端子へ出力される。そして、通常は電力供給ラインを遮断するスイッチ素子がオンされる。すなわち、別途、信号処理回路（マイコン等）を用いずに、スイッチ素子をオンできる。そして、電力供給ラインの電圧を利用するため、補助電源を用いずにスイッチ素子を切り替えることができるスイッチ駆動回路を実現できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、スイッチ素子を切り替えるためのマイコン等の信号処理回路、及び信号処理回路用の補助電源を用いずに回路を切り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、実施形態１に係る電力供給システムのブロック図である。
【図２】図２は実施形態１に係る実験結果を示す図である。
【図３】図３は、実施形態１に係る受電装置の回路図である。
【図４】図４は、スイッチ回路の配置を変更した受電装置のブロック図である。
【図５】図５は、スイッチ駆動回路の出力電圧の周波数特性例を示す図である。
【図６】図６は、１チップ化したスイッチ駆動回路を示す図である。
【図７】図７は、スイッチ駆動回路の接続点を変更した受電装置の回路図である。
【図８】図８は、スイッチ駆動回路をシングルエンド構成とした受電装置の回路図である。
【図９】図９は、通信回路が個別のコイルアンテナを備えた受電装置のブロック図である。
【図１０】図１０は、実施形態２に係る受電装置の回路図である。
【図１１】図１１は、実施形態３に係る受電装置の回路図である。
【図１２】図１２は、実施形態４に係る受電装置のブロック図である。
【図１３】図１３は、実施形態４に係る通信回路が個別のコイルアンテナを備えた受電装置のブロック図である。
【図１４】図１４は、スイッチ回路が電力供給ラインの間を短絡するよう配置された受電装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、実施形態１に係る電力供給システム１００のブロック図である。
【００２３】
電力供給システム１００は、受電装置１０と、給電装置２０又は通信装置とを備えている。電力供給システム１００は、非接触電力供給システム又は近距離無線通信システムとして動作する。非接触電力供給システムとして動作する場合、受電装置１０は給電装置２０から電力が給電される。近距離無線通信システムとして動作する場合、受電装置１０は、通信装置３０との間で通信を行う。
【００２４】
非接触電力供給システムは、例えば、近傍界において磁界結合を利用した非接触電力供給システムであり、電磁誘導型電力供給システム、磁界共鳴型電力供給システムを含む。非接触電力供給システムでは、例えば、ＨＦ（High Frequency）帯、特に６．７８ＭＨｚ付近の周波数の電力が、給電装置２０から受電装置１０へ伝送される。
【００２５】
近距離無線通信システムは、例えば、ＮＦＣ（Near FieldCommunication）を用いたシステムである。ＮＦＣは、近傍界において磁界結合を利用した近距離無線通信であり、Bluetooth（登録商標）等の電磁波を利用した近距離無線通信を含まない。近距離無線通信システムでは、例えば、ＨＦ帯、特に１３．５６ＭＨｚ付近の周波数の信号が、通信装置３０から受電装置１０へ（又はその逆へ）送信される。
【００２６】
給電装置２０は、コイルアンテナ２１及び給電回路２２を有している。コイルアンテナ２１は、給電回路２２により交流電圧が印加される。コイルアンテナ２１は、不図示のキャパシタと共振回路を構成し、受電装置１０が有する後述のコイルアンテナ（第１のコイルアンテナ）１１と磁界結合する。コイルアンテナ１１，２１が磁界結合することで、給電装置２０から受電装置１０へ非接触電力供給が行われる。
【００２７】
給電回路２２はＤＣ−ＡＣインバータを含む。ＤＣ−ＡＣインバータは高周波の交流電圧、又は交流電流を発生させる。そして、給電回路２２は、コイルアンテナ２１へ６．７８ＭＨｚの交流電圧を印加する。
【００２８】
通信装置３０は、コイルアンテナ３１及び通信回路３２を有している。そして、給電装置２０と同様に、コイルアンテナ３１，１１が磁界結合することで、受電装置１０の通信回路１７と通信装置３０とが無線通信する。通信回路３２は送受信回路を含む。そして、通信回路３２は、１３．５６ＭＨｚで動作する。
【００２９】
受電装置１０は、コイルアンテナ１１、整合回路１２、整流回路１３、スイッチ回路１４、負荷回路１５、スイッチ駆動回路１６、及び通信回路１７を備えている。受電装置１０は、本発明に係る「回路切替装置」の一例である。スイッチ駆動回路１６は、本発明に係る「検波回路」の一例である。
【００３０】
負荷回路１５は、例えば充電回路及び二次電池を含む。負荷回路１５は、非接触電力供給システムの動作時に、給電装置２０から供給される電力を二次電池に充電する。負荷回路１５は、本発明に係る「非接触電力供給システム用受電回路」の一例である。通信回路１７は、近距離無線通信システムに使用される。通信回路１７は、本発明に係る「近距離無線通信システム用通信回路」の一例である。
【００３１】
受電回路の整合回路１２はコイルアンテナ１１に接続される。整合回路１２は、コイルアンテナ１１と共振回路を構成する共振キャパシタ（不図示）を含む。給電装置２０、及び通信装置３０側では、コイルアンテナ２１，３１を含む共振回路が構成されている。整合回路１２において、コイルアンテナ１１及び通信回路１７を含む共振回路の共振周波数は、非接触電力供給システムの周波数付近に設定されている。
【００３２】
整流回路１３は、交流信号が流れる２本の電力供給ライン１０１Ａ，１０２Ａにより、整合回路１２に接続されている。整流回路１３は、給電装置２０のコイルアンテナ２１と磁界結合するコイルアンテナ１１に誘起される電圧を整流する。
【００３３】
スイッチ回路１４は整流回路１３に接続されている。スイッチ回路１４には平滑キャパシタＣｏ及び負荷回路１５が接続されている。スイッチ回路１４がオンのとき、整流回路１３と負荷回路１５及び平滑キャパシタＣｏとを電気的に接続し、オフのとき、整流回路１３と負荷回路１５及び平滑キャパシタＣｏとを電気的に切断する。つまり、スイッチ回路１４は、負荷回路１５への電力供給と、その電力供給の遮断とを切り替える。なお、制御電圧を印加していないとき、スイッチ回路１４は、オフであり、後述のスイッチ駆動回路１６によりオンされる。
【００３４】
スイッチ駆動回路１６は、電力供給ライン１０１Ａ，１０２Ａに接続される。電力供給ライン１０１Ａ，１０２Ａ間の電圧が特定周波数である場合、スイッチ駆動回路１６は、制御電圧をスイッチ回路１４へ出力し、スイッチ回路１４をオンする。スイッチ駆動回路１６は、スイッチ回路１４を直接駆動する。本実施形態では、特定周波数は６．７８ＭＨｚである。すなわち、スイッチ駆動回路１６は、非接触電力供給システムの動作時に、スイッチ回路１４をオンする。整合回路１２からの出力電圧が特定周波数でない場合、スイッチ駆動回路１６はスイッチ回路１４をオンせずにオフ状態を維持する。出力電圧が特定周波数でない場合とは、例えば、周波数が１３．５６ＭＨｚである場合である。つまり、近距離無線通信システムの動作時、スイッチ駆動回路１６はスイッチ回路１４をオンしない。
【００３５】
通信回路１７は、電力供給ライン１０１Ａ，１０２Ａに接続される。通信回路１７は、通信装置３０のコイルアンテナ３１と磁界結合するコイルアンテナ１１に誘起される信号電圧が入力される。この場合、通信回路１７は受信回路になる。前記のように、近距離無線通信システムの動作時には、スイッチ回路１４はオフであり、受信した１３．５６ＭＨｚの信号（搬送波＋変調成分）は、スイッチ回路１４で遮断される。つまり、近距離無線通信システムの動作時には、通信用信号電圧による負荷回路１５及び平滑キャパシタＣｏへの不要な給電が抑制され、通信回路１７に効率よく信号伝送される。したがって、通信回路１７は、負荷回路１５及び平滑キャパシタＣｏへの不要な電力供給による影響を受けることなく動作する。
【００３６】
なお、受電装置１０から通信装置３０へ通信信号が送信される場合には、通信回路１７は送信回路になり、コイルアンテナ１１へ通信用信号電圧を印加する。この場合、スイッチ回路１４はオフであり、負荷回路１５及び平滑キャパシタＣｏへの電力供給は遮断される。したがって、通信回路１７は、負荷回路１５への電力供給の影響を受けることなく動作する。
【００３７】
図２に本実施形態におけるＮＦＣシステムを動作させて非接触ＩＣカードの検出距離を測定した結果を示す。ここで、通信回路１７をＲｅａｄｅｒ／Ｗｒｉｔｅｒモードにして、非接触ＩＣカードをコイルアンテナ１１に近づけていき、非接触ＩＣカードを認識した距離を測定した。また、代表的なカード４種類について検出距離を確認した。カード１はTopazを、カード２はMifare ULを、カード３はOctpusを、カード４はMifare desfireをそれぞれ採用したものである。Mifareは登録商標である。図２において、本願構成は、通信装置３０が非接触ＩＣカードで実現され、近距離無線通信システムがＮＦＣシステムで実現された受電装置１０である。比較例１の構成は、本願構成から後述の周波数ディテクタ１６１を除いた構成である。比較例２の構成は、非接触ＩＣカードで実現された通信装置３０と通信回路１７とで構成されるＮＦＣシステムである。図２からわかるように、通信回路１７に電力伝送の負荷回路１５を接続することによって、検出距離は大幅に低下するが（比較例１及び比較例２の構成における結果を参照）、本実施形態を適用することで、負荷回路１５と平滑キャパシタＣｏの影響を軽減することができ、通信距離の低下を抑制し、より確実に通信できるようになる（本願構成及び比較例１の構成における結果を参照）。
【００３８】
図３は、実施形態１に係る受電装置１０の回路図である。
【００３９】
受電回路の整合回路１２はキャパシタＣ２１，Ｃ２２を有している。キャパシタＣ２１，Ｃ２２とコイルアンテナ１１とは共振回路を構成している。
【００４０】
通信回路１７は、キャパシタＣ３１，Ｃ３２，Ｃ３３，Ｃ３４，Ｃ３５，Ｃ３６，インダクタＬ３１，Ｌ３２及び通信用ＩＣ１７１から構成される。キャパシタＣ３１〜Ｃ３４は通信用ＩＣ１７１とコイルアンテナ１１間の通信回路用整合回路を構成し、電力供給ライン１０１Ａ，１０２Ａに接続される。キャパシタＣ３５及びインダクタＬ３１、並びに、キャパシタＣ３６及びインダクタＬ３２は、ローパスフィルタを構成し、通信回路用整合回路と通信用ＩＣ１７１との間に設けられる。ローパスフィルタは、通信回路１７が送信回路として動作する際に使用される周波数の高調波成分を除去する。なお、このローパスフィルタは、通信用ＩＣ１７１とコイルアンテナ１１間の通信回路用整合回路の一部として利用することができる。
【００４１】
整流回路１３はダイオードブリッジ回路である。
【００４２】
スイッチ回路１４は、スイッチ素子（第１のスイッチ素子）Ｑ１及びゲート抵抗Ｒ１を備える。スイッチ素子Ｑ１はｎ型ＭＯＳ−ＦＥＴである。スイッチ素子Ｑ１は、整流回路１３と負荷回路１５とを接続する電源用ライン（ホットライン）１０１Ｂに直列に接続されている。スイッチ素子Ｑ１は、非接触電力供給システムの動作周波数の高周波電力を受電していない場合、スイッチ駆動回路１６からゲート−ソース間に電圧が印加されないため、オフである。そして、整流回路１３と負荷回路１５、及び、平滑キャパシタＣｏとは電気的に遮断される。また、スイッチ駆動回路１６によって、ゲート−ソース間に電圧を印加するとオンになる。そして、整流回路１３と負荷回路１５及び平滑キャパシタＣｏとは電気的に接続される。
【００４３】
なお、スイッチ回路１４は、平滑キャパシタＣｏと負荷回路１５との間に接続されていてもよく、その場合、負荷回路１５への信号流入を軽減できる。また、スイッチ回路１４のスイッチ素子Ｑ１及びゲート抵抗Ｒ１は、整流回路１３と負荷回路１５とを接続する基準電位用ライン（コールドライン）１０２Ｂに直列に接続されてもよい。さらに、スイッチ回路１４に代えて、双方向スイッチ回路で構成されるスイッチ回路１４Ｃが、電力供給ライン１０１Ａ，１０２Ａにスイッチ駆動回路１６が接続される接続部ＣＰと整流回路１３との間に直列に接続されてもよい。図４にスイッチ回路１４Ｃを電力供給ライン１０１Ａ，１０２Ａに接続した受電装置１０Ｃを示す。この構成において、接続部ＣＰと整流回路１３との間にＥＭＩ（ElectroMagnetic Interference）フィルタ１８が接続され、接続部ＣＰとＥＭＩフィルタ１８との間にスイッチ回路１４Ｃが接続される。スイッチ回路１４Ｃは、交流電流を遮断する必要があるため、上述のように双方向スイッチ回路で構成される。双方向スイッチ回路は、ＦＥＴなどのスイッチ素子を２つ用いて互いに逆方向になるように配置した回路である。このとき、スイッチ回路１４Ｃに寄生容量の小さい素子を用いることで、整流回路１３の容量成分の影響を低減することができる。よって、寄生容量が通信回路１７へ与える影響をさらに低減することができる。
【００４４】
図３に示すように、スイッチ駆動回路１６は、入力部Ｉｎ１，Ｉｎ２と出力部Ｏｕｔ１，Ｏｕｔ２とを有している。入力部Ｉｎ１は、キャパシタＣ４１を介して、電力供給ライン１０１Ａに接続されている。入力部Ｉｎ２は、キャパシタＣ４２を介して、電力供給ライン１０２Ａに接続されている。キャパシタＣ４１，Ｃ４２のキャパシタンスは同じである。キャパシタＣ４１，Ｃ４２は、後述のＣ１１とで分圧回路を構成し、電力供給ライン１０１Ａ，１０２Ａ間の電圧を分圧する。このため、スイッチ駆動回路１６には、電力供給ライン１０１Ａ，１０２Ａ間の電圧がキャパシタＣ４１，Ｃ４２，Ｃ１１により分圧されて入力される。出力部Ｏｕｔ１，Ｏｕｔ２は、スイッチ回路１４のスイッチ素子Ｑ１のゲート、ソース（制御端子、第１の制御端子）に接続される。
【００４５】
スイッチ駆動回路１６は、周波数ディテクタ１６１と、整流平滑回路１６２とを有している。周波数ディテクタ１６１は、本発明に係る「フィルタ回路」の一例である。整流平滑回路１６２は、本発明に係る「整流回路」の一例である。
【００４６】
整流平滑回路１６２は周波数ディテクタ１６１に接続されている。整流平滑回路１６２は、ダイオードＤ１及びキャパシタＣ１３を有し、周波数ディテクタ１６１から出力される電圧を整流・平滑する。整流平滑回路１６２により整流平滑された電圧は、出力部Ｏｕｔ１，Ｏｕｔ２から出力され、スイッチ素子Ｑ１のゲート、ソース間に印加される。なお、整流平滑回路１６２はキャパシタＣ１３を有しなくてもよい。また、キャパシタＣ１３に変えて、スイッチ素子Ｑ１の入力容量を利用してもよい。
【００４７】
周波数ディテクタ１６１は、キャパシタＣ１１，Ｃ１２と絶縁トランスＴとを有する。キャパシタＣ１１は、入力部Ｉｎ１，Ｉｎ２の間に接続される。絶縁トランスＴの１次コイルＬ１１は、キャパシタＣ１１に並列接続される。絶縁トランスＴの２次コイルＬ１２には、キャパシタＣ１２が並列接続される。並列接続することで、コイル両端の電圧を駆動電圧として取り出せる。そして、キャパシタＣ１１と絶縁トランスＴの１次コイルＬ１１とは、共振回路を構成する。また、キャパシタＣ１２と絶縁トランスＴの１次コイルＬ１１とも、共振回路を構成する。
【００４８】
なお、本実施形態において、共振回路は並列共振回路を構成しているが、直列共振回路でも良く、それらの組み合わせでも良い。また、並列共振回路と直列共振回路では、並列共振回路のほうが高い電圧を得やすいため、並列共振回路が好ましい。
【００４９】
この２つの並列共振回路は、電力供給ライン１０１Ａ，１０２Ａを流れる信号の特定周波数と一致するように定数設定されていて、相互結合した複共振回路を構成する。図５に本実施形態におけるスイッチ駆動回路１６の出力電圧周波数特性を示す。本実施形態では、特定周波数は６．７８ＭＨｚである。スイッチ駆動回路１６の出力電圧周波数特性は、特定周波数である６．７８ＭＨｚにピークを有する。
【００５０】
電力供給ライン１０１Ａ，１０２Ａ間の電圧が６．７８ＭＨｚである場合、スイッチ駆動回路１６への入力電圧は周波数ディテクタ１６１を通過し、整流平滑回路１６２により整流平滑される。そして、スイッチ素子Ｑ１のゲート、ソース間に印加され、スイッチ素子Ｑ１はオンする。つまり、駆動周波数が６．７８ＭＨｚである非接触電力供給システムで動作するときには、スイッチ駆動回路１６はスイッチ素子Ｑ１をオンして、負荷回路１５へ電力を供給する。
【００５１】
一方、電力供給ライン１０１Ａ，１０２Ａ間の電圧が６．７８ＭＨｚと異なる場合、例えば、１３．５６ＭＨｚである場合、スイッチ駆動回路１６への入力電圧は周波数ディテクタ１６１で遮断される。このため、周波数ディテクタ１６１からは電圧が出力されず、スイッチ素子Ｑ１はオンしない。つまり、駆動周波数が１３．５６ＭＨｚである近距離無線通信システムで動作するときには、スイッチ駆動回路１６はスイッチ素子Ｑ１をオンさせず、通信用信号電圧による負荷回路１５への不要な電力供給は遮断される。
【００５２】
このように、受電装置１０は、通信装置３０と磁界結合するときは、通信用信号電圧による負荷回路１５への不要な電力供給を遮断し、給電装置２０と磁界結合するときにのみ、負荷回路１５への電力供給を行うことができる。これにより、受電装置１０は、共通のコイルアンテナ１１を用いて、非接触電力供給、又は、近距離無線通信を行える。また、共通アンテナを利用できるので、受電デバイスへのアンテナの配置自由度を高められるとともに、アンテナと回路との接続部の数を少なくすることができる。
【００５３】
なお、受電装置１０と給電装置２０とが磁界結合する場合、通信回路１７にも電力が供給される。しかしながら、非接触電力供給システムで動作する場合には、通信回路１７のインピーダンスは受電回路のインピーダンスに対して高いため、通信回路１７に流入する電流は小さく、通信回路１７での電力損失は少ない。つまり、通信回路１７への電力供給が、負荷回路１５への電力供給に与える影響は小さい。
【００５４】
スイッチ駆動回路１６は、整流平滑した電力供給ライン１０１Ａ，１０２Ａ間の電圧を、スイッチ素子Ｑ１のゲート、ソース間に印加して、スイッチ素子Ｑ１をオンする。このため、スイッチ駆動回路１６は、複雑な信号処理回路（複雑な処理を行うマイコン等）を必要とせず、簡単な回路構成で実現できる。また、スイッチ駆動回路１６用の電力源も必要としないため、受電装置１０の小型化は阻害されない。さらに、受電装置１０の二次電池が放電してしまい、電子機器等に受電装置１０とともに実装される信号処理回路が起動しない状態であっても６．７８ＭＨｚの高周波電力を受電するとスイッチ駆動回路１６が動作して給電・充電できる。
【００５５】
さらに、スイッチ駆動回路１６は、電力供給ライン１０１Ａ，１０２Ａに対し並列に接続されている。このため、スイッチ駆動回路１６を電力供給ライン１０１Ａ，１０２Ａの途中に設ける場合と比べて、損失を低減できる。
【００５６】
また、スイッチ駆動回路１６の周波数ディテクタ１６１は、特定周波数の交流電圧を検波する（通過させる）ために複共振を利用している。複共振させた場合、２つの共振点が存在する。この２つの共振点の間の周波数帯域では周波数ディテクタ１６１の感度は略一定にできる。このため、この周波数帯域を利用すれば、検出する交流電圧の周波数が変動する場合であっても、安定して交流電圧を検波して、スイッチ回路１４をオンできる。
【００５７】
さらに、周波数ディテクタ１６１は絶縁トランスＴで構成しているため、コモンモード信号(ノイズ)の影響を軽減できる。さらに、スイッチ素子Ｑ１をフローティング状態で制御できる。つまり、スイッチ素子Ｑ１をグランド電位に直接接続することなく制御できる。なお、周波数ディテクタ１６１は、特定周波数の交流電圧が通過するよう定数設定したＬＣフィルタであってもよい。あるいは、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、帯域阻止フィルタでもよい。
【００５８】
スイッチ駆動回路１６は、回路基板に、各素子を実装して構成してもよいし、１チップ化してもよい。
【００５９】
図６は、１チップ化したスイッチ駆動回路１６を示す図である。
【００６０】
スイッチ駆動回路１６は、複数のフェライト等の絶縁体層が積層され、焼結された積層体１６０を備える。積層体１６０内には、絶縁体層に印刷された導体パターンによりコイル１６０Ａ，１６０Ｂが形成されている。コイル１６０Ａ，１６０Ｂは、例えば巻回軸を同じにして、磁界結合するよう形成されている。コイル１６０Ａは、図３に示す、絶縁トランスＴの１次コイルＬ１１に相当し、コイル１６０Ｂは、絶縁トランスＴの２次コイルＬ１２に相当する。積層体１６０の一方主面には、キャパシタＣ１１，Ｃ１２、ダイオードＤ１等、スイッチ駆動回路１６を構成する各素子が実装されている。そして、各素子は、図示しないビア導体、導体パターンにより、配線されている。
【００６１】
このように、スイッチ駆動回路１６を１チップ化することで、スイッチ駆動回路１６を実装する基板上の占有面積を削減できる。このため、設計時のレイアウトの自由度が向上する。また、磁性体の非線形性を利用して、出力電圧に非線形性を与えることができる。
【００６２】
つまり、入力レベルが低い場合には、入出力電圧の比率は線形に応答し、入力レベルが高い場合には、入出力電圧の比率が低下するように設定する。これにより、出力電圧の過電圧を防止でき、入力電圧の範囲を拡大することができる。
【００６３】
スイッチ駆動回路１６の接続点は、整合回路１２と整流回路１３の間に設けなくとも良い。図７に整合回路１２Ｄを容量分圧するように、接続点を設定した受電装置１０Ｄを示す。整合回路１２ＤはキャパシタＣ２１〜Ｃ２４を含む。スイッチ駆動回路１６の接続点は、キャパシタＣ２１とキャパシタＣ２３との間、及び、キャパシタＣ２２とキャパシタＣ２４との間に設けられる。この構成では、キャパシタＣ４１，Ｃ４２の容量を大きくすることなく、スイッチ駆動回路１６へ入力される電圧を高くすることができる。
【００６４】
また、スイッチ駆動回路の回路構成はシングルエンド構成であっても良い。図８にシングルエンド構成のスイッチ駆動回路１６Ｅを備える受電装置１０Ｅを示す。スイッチ駆動回路１６Ｅは、１次コイルＬ１１と２次コイルＬ１２とが接続されたトランスＴＥを含む周波数ディテクタ１６１Ｅを有する。シングルエンド構成では、絶縁トランスを用いる必要がなく、回路の小型化、簡略化することができる。
【００６５】
非接触電力供給システムと近距離無線通信システムは共通のコイルアンテナを用いているが、個別のコイルアンテナを備えていてもよい。図９に個別のコイルアンテナ１１，１１Ｆを備えた受電装置１０Ｆを示す。通信回路１７の通信回路用整合回路１７２にはコイルアンテナ（第２のコイルアンテナ）１１Ｆが接続される。なお、通信回路用整合回路１７２はキャパシタＣ３１〜Ｃ３４（図３参照）で構成されている。ローパスフィルタ１７３はキャパシタＣ３５，３６及びインダクタＬ３１，Ｌ３２（図３参照）で構成されている。
【００６６】
受電装置１０Ｆを収める筐体のスペースなどの制約により、両方のコイルアンテナ１１，１１Ｆを近接して配置せざるを得ない場合、コイルアンテナ１１，１１Ｆ間に磁界結合が生じる。両方のコイルアンテナ１１，１１Ｆが相互結合することにより、共通のコイルアンテナを備えていた場合と同様に電力伝送用の回路（負荷回路１５、平滑キャパシタＣｏ）が通信回路１７の通信特性に影響を与える場合がある。そのため、電力伝送用の回路にスイッチ駆動回路１６とスイッチ回路１４を追加することで、負荷回路１５及び平滑キャパシタＣｏへの不要な電力供給を遮断し、給電装置２０（図１参照）と磁界結合するときにのみ、負荷回路１５への電力供給を行い、負荷回路１５と平滑キャパシタＣｏの影響を抑えることができる。
【００６７】
（実施形態２）
実施形態２に係る受電装置は、負荷回路への電力供給と、その遮断とを切り替えるスイッチ回路の構成が、実施形態１と相違している。
【００６８】
図１０は、実施形態２に係る受電装置１０Ａの回路図である。
【００６９】
整合回路１２と整流回路１３との間には、ＥＭＩフィルタ１８が設けられている。
【００７０】
スイッチ回路１４Ａは、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３を有している。スイッチ素子Ｑ２はｐ型ＭＯＳ−ＦＥＴである。スイッチ素子Ｑ２は、電源用ライン１０１Ｂ上に設けられている。スイッチ素子Ｑ３はｎ型ＭＯＳ−ＦＥＴである。スイッチ素子Ｑ３のドレインはスイッチ素子Ｑ２のゲートに接続されている。スイッチ素子Ｑ３のソースは基準電位に接続されている。スイッチ素子Ｑ３のゲートは、スイッチ駆動回路１６の出力部Ｏｕｔ１に接続されている。
【００７１】
スイッチ駆動回路１６の入力部Ｉｎ１，Ｉｎ２は、コイルアンテナ１１と整合回路１２との間に接続されている。すなわち、スイッチ駆動回路１６には、整合回路１２を介すことなく、コイルアンテナ１１に誘起される電圧が入力される。これにより、スイッチ駆動回路１６にはより高い電圧が入力される。スイッチ駆動回路１６の出力部Ｏｕｔ１はスイッチ素子Ｑ３のゲートに接続されている。出力部Ｏｕｔ２は基準電位に接続されている。
【００７２】
スイッチ駆動回路１６は、実施形態１と同様に、電力供給ライン１０１Ａ，１０２Ａ間の電圧が６．７８ＭＨｚである場合、その電圧を整流平滑する。そして、スイッチ駆動回路１６は、整流平滑した電圧をスイッチ素子Ｑ３のゲート−ソース間に印加する。スイッチ素子Ｑ３はオンし、スイッチ素子Ｑ２のゲートは基準電位に接続され、スイッチ素子Ｑ２がオンする。これにより、整流回路１３と負荷回路１５とが電気的に接続され、負荷回路１５への電力供給が行われる。
【００７３】
この構成では、周波数ディテクタ１６１の出力端（出力部Ｏｕｔ２側）が基準電位に接続されているので、信号処理回路の基準電位を共用することができる。周波数ディテクタ１６１の出力端（出力部Ｏｕｔ１側）を信号処理回路と接続すれば（適宜、分圧回路などを挿入）、特定周波数の電力の到来状況をモニタすることができる。
【００７４】
また、この構成であっても、受電装置１０Ａは、近距離無線通信システムで動作するときは、通信用信号電圧による負荷回路１５への不要な電力供給を遮断し、非接触電力供給システムで動作するときにのみ、負荷回路１５への電力供給を行うことができる。そして、スイッチ駆動回路１６は、電源供給が必要で複雑な処理を行う信号処理回路（マイコンなど）を必要とせず、簡単な回路構成で実現できる。また、スイッチ駆動回路１６用の電力源も必要としないため、受電装置１０Ａの小型化は阻害されない。また、受電装置１０Ａの二次電池が放電してしまい、信号処理回路が起動しない状態であっても６．７８ＭＨｚの高周波電力を受電するとスイッチ駆動回路が動作して給電・充電できる。
【００７５】
（実施形態３）
実施形態３に係る受電装置は、負荷回路への電力供給と、その遮断とを切り替えるスイッチ回路の構成が、実施形態１と相違している。
【００７６】
図１１は、実施形態３に係る受電装置１０Ｂの回路図である。
【００７７】
受電装置１０Ｂが備えるスイッチ回路１４Ｂは、スイッチ素子Ｑ４を有する。スイッチ素子Ｑ４はｎ型ＭＯＳ−ＦＥＴである。スイッチ素子Ｑ４のドレインは、キャパシタＣ５を介して電源用ライン１０１Ｂに接続されている。スイッチ素子Ｑ４のソースは基準電位用ライン１０２Ｂに接続されている。スイッチ素子Ｑ４のゲートは、スイッチ駆動回路１６の出力部Ｏｕｔ１に接続されている。
【００７８】
スイッチ駆動回路１６は、実施形態１と同様に、電力供給ライン１０１Ａ，１０２Ａ間の交流電圧が６．７８ＭＨｚである場合、その電圧を整流平滑する。そして、スイッチ駆動回路１６は、整流平滑した電圧をスイッチ素子Ｑ４のゲートへ印加する。スイッチ素子Ｑ４がオンすることで、キャパシタＣ５が電力供給ライン１０１Ａ，１０２Ａ間に接続される構成となる。これにより、負荷回路１５へ供給される電圧がキャパシタＣ５を充電し平滑化されるため、負荷回路１５に安定した電力供給ができる。また、逆に交流電圧が６．７８ＭＨｚ以外の周波数である場合、スイッチ素子Ｑ４が導通しないため、整流回路１３からキャパシタＣ５が切り離される。この結果、近距離無線通信システムで動作するときは、通信回路１７は、キャパシタＣ５への不要な電力供給の影響が低減されて動作する。よって、通信距離の低下を抑制することができ、より確実に通信できるようになる。
【００７９】
また、スイッチ駆動回路１６は、電力供給ライン１０１Ａ，１０２Ａ間の交流電圧を整流平滑して、スイッチ素子Ｑ４のゲートに印加して、スイッチ素子Ｑ４をオンする。このため、スイッチ駆動回路１６は、複雑な処理を行う信号処理回路（マイコンなど）を必要とせず、簡単な回路構成で実現できる。また、スイッチ駆動回路１６用の電力源も必要としないため、受電装置１０Ｂの小型化は阻害されない。また、受電装置１０Ｂの二次電池が放電してしまい、信号処理回路が起動しない状態であっても６．７８ＭＨｚの高周波電力を受電するとスイッチ駆動回路１６が動作して給電・充電できる。
【００８０】
（実施形態４）
実施形態４に係る受電装置は、通信回路の構成、及び、スイッチ駆動回路と通信回路との接続が実施形態１と相違している。
【００８１】
図１２は、実施形態４に係る受電装置１０Ｇの回路図である。
【００８２】
受電装置１０Ｇが備える通信回路１７Ｇはスイッチ回路１４Ｇを有する。スイッチ回路１４Ｇは、通信回路用整合回路１７２とローパスフィルタ１７３の間に配置され、通信用ＩＣ１７１を保護するために通信回路用整合回路１７２とローパスフィルタ１７３及び通信用ＩＣ１７１とを電気的に切断する。スイッチ回路１４Ｇは、スイッチ駆動回路１６から出力される電圧によって動作する。スイッチ回路１４Ｇは、制御端子を有するスイッチ素子を含み、例えば双方向スイッチ回路で構成される。当該スイッチ素子は本発明に係る「第２のスイッチ素子」の一例であり、当該制御端子は本発明に係る「第２の制御端子」の一例である。
【００８３】
例えば、受電装置１０Ｇが非接触電力供給システムの動作周波数の高周波電力を受電していない場合、スイッチ回路１４Ｇはオフであり、非接触電力供給システムの動作周波数の高周波電力を受電した場合に、スイッチ回路１４Ｇはオンになり、ローパスフィルタ１７３手前のライン間を短絡するよう構成する。この構成では、通信用ＩＣ１７１を非接触電力供給に起因する過電圧から保護することができる。
【００８４】
なお、スイッチ回路１４Ｇはローパスフィルタ１７３と通信用ＩＣ１７１の間に配置されてもよく、通信用ＩＣ１７１に内蔵してもよい。
【００８５】
また、実施形態４に係る受電装置は、非接触電力供給システムと近距離無線通信システムで共通のコイルアンテナを用いなくともよく、個別のコイルアンテナを備えていてもよい。図１３に個別のコイルアンテナ１１，１１Ｆを備えた受信装置１０Ｈを示す。通信回路用整合回路１７２にはコイルアンテナ１１Ｆが接続される。この回路構成であっても、スイッチ駆動回路１６とスイッチ回路１４により、負荷回路１５及び平滑キャパシタＣｏへの不要な電力供給を遮断することができる。これにより、給電装置２０（図１参照）と磁界結合するときにのみ、負荷回路１５への電力供給を行い、負荷回路１５と平滑キャパシタＣｏが通信回路１７Ｇに与える影響を抑えることができる。また、スイッチ駆動回路１６とスイッチ回路１４Ｇにより、通信用ＩＣ１７１を非接触電力供給に起因する過電圧から保護することができる。
【００８６】
以上説明した、実施形態１〜４では、受電装置は、非接触電力供給システムと、近距離無線通信システムとで動作する装置として説明したが、異なる周波数帯域を用いた近距離無線通信システムが動作する装置であってもよい。この場合、受電装置は、第１の周波数を用いて通信を行う通信回路と、第２の周波数を用いて通信を行う通信回路とを備える。そして、上述したスイッチ駆動回路により、受電装置が受信する信号の周波数に応じて、スイッチ回路を切り替える。同様に、受電装置は、異なる周波数帯域を用いた非接触電力供給システムが動作する装置であってもよい。
【００８７】
なお、非接触電力供給システムとして６．７８ＭＨｚの例を示したが低周波１０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの電磁誘導を利用した非接触給電システムに対しても適用可能である。
【００８８】
また、以上説明した、実施形態１〜４では、近距離無線通信システムの動作時に、整流回路と負荷回路及び平滑キャパシタとを切り離すことを説明したが、この限りではない。少なくともコイルアンテナと、負荷回路及び平滑キャパシタとが電気的に切り離されればよく、スイッチ回路はコイルアンテナと整流回路との間に設けられていてもよい。
【００８９】
また、以上説明した、実施形態１〜４では、近距離無線通信システムの動作時に、整流回路と負荷回路及び平滑キャパシタとの間に電流が流れないように、整流回路と負荷回路及び平滑キャパシタとの間の電流経路を切り離すことを説明したが、この限りではない。近距離無線通信システムの動作時に、少なくともコイルアンテナから通信用信号電圧によって負荷回路及び平滑キャパシタに不要な電力が供給されないようにすればよく、例えば、負荷回路及び平滑キャパシタの前段、又は、整流回路の前段で、２本の電力供給ラインの間を短絡させることにより、負荷回路及び平滑キャパシタに電圧が印加されないようにすることで、負荷回路及び平滑キャパシタに電力が供給されないようにしてもよい。図１４に、電源用ライン１０１Ｂと基準電位用ライン１０２Ｂとの間にスイッチ回路１４Ｉを接続した受電装置１０Ｉを示す。この回路構成では、スイッチ回路１４Ｉは制御電圧を印加していないとき、オンとなるように構成されている（すなわち、整流回路１３の出力を短絡している）。スイッチ回路１４Ｉは、スイッチ駆動回路１６によって、ゲート−ソース間に電圧を印加するとオフになる。スイッチ駆動回路１６は、コイルアンテナ１１の両端間の電圧を入力し、通信回路１７は、コイルアンテナ１１の両端ではなく、電力伝送系の整合回路１２Ｄの共振キャパシタ（キャパシタＣ２１〜Ｃ２４）を分圧した点に接続する。この構成では、整流部の寄生容量の影響をなくすことができる。
【符号の説明】
【００９０】
Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３…キャパシタ
Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３，Ｃ２４…キャパシタ
Ｃ３１，Ｃ３２，Ｃ３３，Ｃ３４，Ｃ３５，Ｃ３６，…キャパシタ
Ｃ４１，Ｃ４２…キャパシタ
Ｃ５…キャパシタ
Ｃｏ…平滑キャパシタ
ＣＰ…接続部
Ｄ１…ダイオード
１７１…通信用ＩＣ
Ｉｎ１，Ｉｎ２…入力部
Ｌ１１…１次コイル
Ｌ１２…２次コイル
Ｌ３１，Ｌ３２…インダクタ
Ｏｕｔ１，Ｏｕｔ２…出力部
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４…スイッチ素子
Ｒ１…ゲート抵抗
Ｔ，ＴＥ…トランス
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ，１０Ｈ，１０Ｉ…受電装置（回路切替装置）
１１，１１Ｆ…コイルアンテナ
１２，１２Ｄ…整合回路
１３…整流回路
１４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｇ，１４Ｉ…スイッチ回路
１５…負荷回路
１６，１６Ｅ…スイッチ駆動回路
１７，１７Ｇ…通信回路
１８…ＥＭＩフィルタ
２０…給電装置
２１…コイルアンテナ
２２…給電回路
３０…通信装置
３１…コイルアンテナ
３２…通信回路
１００…電力供給システム
１０１Ａ，１０２Ａ…電力供給ライン
１０２Ａ…電力供給ライン
１０２Ｂ…基準電位用ライン
１６０…積層体
１６０Ａ，１６０Ｂ…コイル
１６１，１６１Ｅ…周波数ディテクタ（フィルタ回路）
１６２…整流平滑回路（整流回路）
【図１】
2017145880.tif 000003
【図２】
2017145880.tif 000004
【図３】
2017145880.tif 000005
【図４】
2017145880.tif 000006
【図５】
2017145880.tif 000007
【図６】
2017145880.tif 000008
【図７】
2017145880.tif 000009
【図８】
2017145880.tif 000010
【図９】
2017145880.tif 000011
【図１０】
2017145880.tif 000012
【図１１】
2017145880.tif 000013
【図１２】
2017145880.tif 000014
【図１３】
2017145880.tif 000015
【図１４】
2017145880.tif 000016
【国際調査報告】
2017145880.tif 000017
2017145880.tif 000018