(57)【要約】【課題】充電対象機器の充電状況による情報に基づいて送電器からの送電電力を制御することができる半導体装置を提供することである。【解決手段】実施形態の半導体装置は、演算部と、判断部とを有する。演算部は、充電対象機器に出力する出力電流を検出する、または、出力電力を演算する。判断部は、出力電流、または、出力電力に応じて、充電対象機器のバッテリが満充電であるか否かを判断する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電対象機器に出力する出力電流を検出する、または、出力電力を演算する演算部と、
前記出力電流、または、前記出力電力に応じて、前記充電対象機器のバッテリが満充電であるか否かを判断する判断部と、
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記判断部により前記バッテリが満充電あると判断された場合、送電器に送電停止を示すコマンドを送信する送信部を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記判断部は、前記出力電流または前記出力電力が最大になった後に、前記出力電流または前記出力電力が所定の期間、減少し続けた場合、前記バッテリが満充電であると判断することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
送電器から送電された電力を受電し、受電した前記電力をバッテリに対し充電を制御する半導体装置であって、
前記半導体装置は、
前記受電した電力を整流する整流器と、
前記整流された前記電力に応じた出力電流を検出する電流検出回路と、
前記出力電流に基づき、前記バッテリの充電状態を演算する演算回路と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
前記整流された前記電力の電圧を調整するレギュレータと、
前記レギュレータの出力電圧を検出する電圧検出回路と、
を更に備え、
前記演算回路は、前記出力電流及び前記出力電圧に基づき、前記バッテリの充電状態を演算することを特徴とする請求項４記載の半導体装置。
【請求項６】
バッテリを備える充電対象機器と、
前記充電対象機器に出力する出力電流を検出する、または、出力電力を演算する演算部と、前記出力電流、または、前記出力電力に応じて前記充電対象機器の前記バッテリが満充電であるか否かを判断する判断部とを有する半導体装置と、
を備えることを特徴とするワイヤレス給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、半導体装置及びワイヤレス給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯電話やスマートフォン等の携帯端末には、再充電可能なバッテリが搭載されている。このような携帯端末のバッテリの充電を行う場合、ユーザは、充電装置の一端を商用電源に接続するとともに、充電装置の他端に設けられた端子を接続しなければならず、このような操作が煩わしかった。
【０００３】
そのため、近年では、ワイヤレス給電技術が活用され始めている。例えばワイヤレス給電受電機能が内蔵される携帯端末を、ワイヤレス給電送信器上に載せるだけで携帯端末を給電できる。
【０００４】
このようなワイヤレス給電では、充電開始後、携帯端末に設けられたホストあるいは充電制御回路により充電対象機器（携帯端末）のバッテリが満充電であるか否かを判断する。その後、ホストあるいは充電制御回路が満充電になったと判断した場合には、携帯端末から送電器に対して満充電を示す信号を送信し、給電を停止する。しかし、ホストあるいは充電制御回路からの満充電を示す信号がない場合、送電器側では充電対象機器のバッテリが満充電であるか否かを判断することができない。
【０００５】
このように、従来では、満充電を示す信号を送信できない場合、送電器に対して送電停止を要求することができず、満充電になった状態でも送電され続けることになり、無駄な電力を消費するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−５０４１１７号公報
【特許文献２】特開２０００−６００１０号公報
【特許文献３】特開２０１３−１７２５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の実施形態の課題は、充電対象機器の充電状況による情報に基づいて送電器からの送電電力を制御することができる半導体装置及びワイヤレス給電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の半導体装置は、演算部と、判断部とを有する。演算部は、充電対象機器に出力する出力電流を検出する、または、出力電力を演算する。判断部は、出力電流、または、出力電力に応じて、充電対象機器のバッテリが満充電であるか否かを判断する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る半導体装置を有するワイヤレス給電システムの構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係る半導体装置を有するワイヤレス給電システムの詳細な回路構成を示す図である。
【図３】充電制御回路１１の充電特性の例を説明するための図である。
【図４】受電ＩＣ５の満充電の検出処理の流れの例を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１１】
まず、図１及び図２に基づき、本実施形態に係るワイヤレス給電システムに関する構成について説明する。なお、実施形態における構成は、ワイヤレス給電システムに関連する一部の機能を抽出して説明している。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る半導体装置を有するワイヤレス給電システムの構成を示す図であり、図２は、本実施形態に係る半導体装置を有するワイヤレス給電システムの詳細な回路構成を示す図である。
【００１３】
本実施形態のワイヤレス給電システム１は、携帯電話あるいはスマートフォン等の携帯端末２と、携帯端末２に取り付け可能なワイヤレス受電機能を有した携帯カバーアクセサリ３と、ワイヤレス送電機能を有し、携帯カバーアクセサリ３に電力を送電可能な送電器４とを備えて構成されている。携帯端末２に携帯カバーアクセサリ３を取り付け、送電器４からの送電（給電）を開始すると、携帯カバーアクセサリ３により受電された電力が充電対象機器である携帯端末２に供給され、ワイヤレス給電を行うことができる。すなわち、ワイヤレス給電機能を搭載していない携帯端末であっても、ワイヤレス受電機能を有した携帯カバーアクセサリを取り付けることによって、ワイヤレス給電を受けることができる。特に、一般に携帯カバーアクセサリ等の受電機器では、携帯端末のホストあるいは充電制御回路との通信を意識されずに開発されているため、携帯端末のバッテリが満充電であるか否かを判断することができない状況に陥りやすい。そのため、携帯端末のバッテリが満充電された後も、送電器に対して送電停止の通知を行うことができずに、常にワイヤレス給電を受けることになっていた。
【００１４】
図２に示すように、携帯端末２は、リチウムイオン二次電池（以下、バッテリという）１０と、バッテリ１０の充電制御を行う充電制御回路１１とを有して構成されている。なお、携帯端末２のバッテリ１０は、リチウムイオン二次電池に限定されることなく、他の種類の二次電池であってもよい。
【００１５】
携帯カバーアクセサリ３は、受電ＩＣ５と、受信コイル２０とを有して構成されている。本実施形態の半導体装置である受電ＩＣ５は、整流器２１と、レギュレータ回路２２と、電圧検出回路２３と、電流検出回路２４と、変調回路２５と、演算／制御回路２６と、メモリ２７とを有して構成されている。
【００１６】
送電器４は、例えばＡＣアダプタ３０を介して家庭用の商用電源等に接続される。この送電器４は、制御回路３１と、ＰＷＭ回路３２と、プリドライバ回路３３と、検出器３４と、フィルタ回路３５と、フルブリッジ回路３６と、送信コイル３７とを有して構成されている。
【００１７】
送電器４には、商用電源からの交流電源がＡＣアダプタ３０により直流電源に変換されて供給される。変換された直流電源は、ＰＷＭ回路３２によりＰＷＭ制御された後、プリドライバ回路３３によりドライブされ、フルブリッジ回路３６に供給される。
【００１８】
制御回路３１は、電力受信側である携帯カバーアクセサリ３から送信された情報に基づいて、ＰＷＭ回路３２を制御することで、送電電力を制御する。より具体的には、携帯カバーアクセサリ３の変調回路２５で変調したデータを受信コイル２０から送信コイル３７に送信が行われる。送信器４に送信されるデータは、現在受信している受信電力の情報、受信電力の増減を指示するための情報、又は、送電停止を指示するための情報等である。
【００１９】
制御回路３１は、現在受信している受信電力の情報、及び、受信電力の増減を指示するための情報に基づいて、ＰＷＭ回路３２を制御し、携帯カバーアクセサリ３に送電する送電電力（量）を制御する。また、制御回路３１は、送電停止を指示するための情報に基づいて、携帯カバーアクセサリ３への送電停止の制御を行う。
【００２０】
フルブリッジ回路３６は、直流電源を交流電源に変換し、送信コイル３７に供給する。これにより、送信コイル３７に交流電流が流れることで磁束が発生する。この結果、受信コイル２０にも交流電流が流れ、ワイヤレス給電が行われる。
【００２１】
このように、本実施形態のワイヤレス給電システム１におけるワイヤレス給電の方式は、現在最も主要な方式となっている電磁誘導方式により説明するが、これに限定されることなく、他の方式、例えば、磁気共鳴方式、電界結合方式、または、マイクロ波方式等であってもよい。
【００２２】
整流器２１は、受信コイル２０で受信された交流電流を整流し、レギュレータ２２に供給する。レギュレータ２２は、ＬＤＯ（Low Drop Out）レギュレータまたはＤＣＤＣコンバータ等で構成されており、整流器２１により整流された電力をレギュレートする回路である。レギュレータ２２は、レギュレートした電力を携帯端末２の充電制御回路１１に供給する。なお、レギュレータ２２を設けずに、整流器２１で整流された電力を直接、充電制御回路１１に供給するようにしてもよい。
【００２３】
電圧検出回路２３は、レギュレータ２２からの出力電圧を監視及び測定し、測定結果を演算／制御回路２６に出力する。電流検出回路２４は、レギュレータ２２からの出力電流を監視及び測定し、測定結果を演算／制御回路２６に出力する。なお、電流検出回路２４は、レギュレータ２２からの出力電流に相当する電流、ここでは、図２の破線で示すように、整流器２１により整流された電流を監視及び測定するようにしてもよい。
【００２４】
演算／制御回路２６は、電圧検出回路２３の測定結果及び電流検出回路２４の測定結果に基づき、携帯端末２に出力されている出力電力を演算し、メモリ２７に保存する。なお、演算／制御回路２６は、電圧検出回路２３の測定結果及び電流検出回路２４の測定結果もメモリ２７に保存するようにしてもよい。
【００２５】
演算／制御回路２６は、携帯端末２に出力されている出力電力又は出力電流の変化をモニタし、携帯端末２のバッテリ１０が満充電か否かを判定し、満充電と判定した場合、送信器４に対して、送電停止の要求を送信する。若しくは、演算／制御回路２６は、携帯端末２に出力されている出力電力又は出力電流の変化をモニタし、携帯端末２のバッテリ１０の充電状況を演算し、バッテリ１０の充電状況を送信器４へ送信することもできる。なお、満充電の判定方法については、後述する図３及び図４を用いて詳細に説明する。
【００２６】
また、演算／制御回路２６は、変調回路２５を制御し、送信器４との通信の制御を実行し、エラー発生時のエラー処理を実行する。
【００２７】
変調回路２５は、送信器４へ送信するデータに変調を行う回路であり、例えばＡＳＫ（Amplitude-shift keying）変調を行う。ＡＳＫ変調されたデータは受信コイル２０から送信コイル３７に送信される。上述したように、送信器４に送信するデータは、現在受信している受信電力の情報、受信電力の増減を指示するための情報、又は、送電停止を指示するための情報等である。
【００２８】
受電ＩＣ５からの情報は、送信器４の検出器３４により検知され、フィルタ回路３５を介して制御回路３１に供給される。これにより、制御回路３１は、電力受信側の携帯カバーアクセサリ３から送信された情報に基づいて、送電電力（量）の制御、または、送電電力の停止の制御を行う。
【００２９】
ここで、図３を用いて、バッテリ１０の満充電の判定方法について説明する。図３は、充電制御回路１１の充電特性の例を説明するための図である。
【００３０】
図３に示すように、通常の充電制御では定電流充電により電圧を上昇させ、バッテリ１０が満充電の状態に近づくと、定電流充電から定電圧充電に切り替わる。すなわち、充電制御回路１１は、図３に示すように、時間ｔ１までバッテリ１０を定電流により充電し、時間ｔ１以降からバッテリ１０を定電圧により充電する。
【００３１】
一方、受電ＩＣ５からの出力は、図３に示す充電制御回路１１の充電特性に応じて、出力電流及び出力電力が変化する。なお、図３に示される充電電流と充電電圧の積が出力電力に相当する（充電回路での消費電力等は無視する）。本実施の形態では、演算／制御回路２６がレギュレータ２２からの出力電力を算出（または出力電流を検出）することで、定電流充電から定電圧充電に切り替わる切り替わり点（時間ｔ２）を判断する。そして、演算／制御回路２６は、切り替わり点（時間ｔ１）からの出力電力（または出力電流）の変化を予め設定されたパラメータ範囲に一致するか否かを判定し、予め設定されたパラメータ範囲に一致する場合に、バッテリ１０が満充電となったと判断し、送信器４に対して給電停止を要求する。
【００３２】
一例として、より具体的には、演算／制御回路２６は、出力電力（または出力電流）が最大出力電力（または最大出力電流）から所定の減少率となっている場合、バッテリ１０が満充電となったと判断する。または、演算／制御回路２６は、出力電力（または出力電流）が所定の閾値以下となった場合、バッテリ１０が満充電となったと判断する。なお、演算／制御回路２６は、出力電力（または出力電流）が最大出力電力（または最大出力電流）から所定の減少率となり、かつ、出力電力（または出力電流）が所定の閾値以下となった場合、バッテリ１０が満充電となったと判断するようにしてもよい。
【００３３】
このように、演算／制御回路２６は、レギュレータ２２の出力電力が最大になったときに、定電流充電から定電圧充電への切り替わりと判断する。演算／制御回路２６は、レギュレータ２２の出力電力が最大となる最大出力電力を判断するために、常に出力電力を算出し、算出した出力電力のデータをメモリ２７に保存する。そして、演算／制御回路２６は、新たに算出される出力電力のデータと、メモリ２７に保存した出力電力のデータとを比較することで、最大出力電力を判断する。
【００３４】
演算／制御回路２６は、連続的に出力電力のデータを保存、及び、比較することで、最大出力電力の誤検知を防止する。演算／制回路２６は、比較データの差が略同等となった後に、新たに算出された出力電力のデータが徐々に下がっていることを検出した場合、新たに算出された出力電力のデータが下がる前の時点のデータを最大出力電力と判断する。
【００３５】
次に、このように構成された受電ＩＣ５の満充電の検出処理について説明する。図４は、受電ＩＣ５の満充電の検出処理の流れの例を説明するためのフローチャートである。
【００３６】
まず、演算／制御回路２６により受電ＩＣ５から出力される出力電力（ｎ）が取得され（ステップＳ１）、取得された出力電力（ｎ）がメモリ２７に保存される（ステップＳ２）。このステップＳ１の処理では、電圧検出回路２３及び電流検出回路２４により検出されたレギュレータ２２の出力電圧及び出力電流に基づいて、演算／制御回路２６が出力電力を算出する。
【００３７】
次に、演算／制御回路２６により受電ＩＣ５から出力される出力電力（ｎ＋１）が取得され（ステップＳ３）、新たに取得した出力電力（ｎ＋１）がメモリ２７に保存されている出力電力（ｎ）より大きいか否かが判定される（ステップＳ４）。新たに取得した出力電力（ｎ＋１）が保存されている出力電力（ｎ）より大きいと判定された場合、ＹＥＳとなり、演算／制御回路２６は、新たに取得した出力電圧（ｎ＋１）を最大出力電圧としてメモリ２７に保存する（ステップＳ５）。そして、ｎ＝ｎ＋１が実行され（ステップＳ６）、ステップＳ３に戻る。
【００３８】
一方、新たに取得した出力電力（ｎ＋１）が保存されている出力電力（ｎ）より大きくないと判定された場合、ＮＯとなり、演算／制御回路２６は、出力電力（ｎ）を最大出力電力としてメモリ２７に保存し（ステップＳ７）、以降の出力電力をメモリ２７に保存し、変化をモニタする（ステップＳ８）。
【００３９】
次に、演算／制御回路２６により、モニタした出力電力の変化が予め設定されたパラメータ範囲に一致するか否かが判定される（ステップＳ９）。すなわち、演算／制御回路２６は、出力電力の変化が設定通りの変化か否かを判定することになる。より具体的には、演算／制御回路２６は、出力電力の推移が予め設定されている減少率か否かを判定する、あるいは、出力電力が予め設定された閾値以下か否かが判定されることになる。
【００４０】
なお、携帯端末２の種類やバッテリ１０の種類等によって充電特性が異なることがあるため、様々なシーケンスを想定できるように、複数種類のパラメータをメモリ２７に記憶させるようにする。
【００４１】
モニタした出力電力の変化が予め設定されたパラメータ範囲に一致しない場合、ＮＯとなり、ｎ＝１が実行され（ステップＳ１０）、ステップＳ１に戻り、出力電力を取得する。例えば、ノイズ等の影響により、受電ＩＣ５からの出力電力が一時的に増減することがある。このような場合、モニタした出力電力の変化が予め設定されたパラメータ範囲に一致しないため、ステップＳ１に戻り、受電ＩＣ５からの出力電力の取得を続ける。
【００４２】
一方、モニタした出力電力の変化が予め設定されたパラメータ範囲に一致する場合、ＹＥＳとなり、演算／制御回路２６は、充電対象機器である携帯端末２のバッテリ１０が満充電（ワイヤレス給電停止条件）と判断し（ステップＳ１１）、処理を終了する。
【００４３】
演算／制御回路２６は、バッテリ１０が満充電と判断した場合、変調回路２５を制御し、送電停止を指示するコマンド若しくは充電状況を表すコマンドを送電器４に送信する。なお、受電ＩＣ５側から送電停止を指示するコマンドを送電器４に送信せずに、バッテリ１０の充電状況を送電器４に送信し、送電器４側で送電停止の判断を行うようにしてもよい。
【００４４】
なお、最大出力電圧を算出する手段は、連続する所定数の出力電力（又は出力電流）の平均値（又は加算値）の大きさを比較することにより、ノイズ等による出力電力のブレにも誤検出さることはない。例えば、ステップＳ４において、出力電力（ｎ）＋出力電力（ｎ＋１）＋出力電力（ｎ＋２）よりも出力電力（ｎ＋１）＋出力電力（ｎ＋２）＋出力電力（ｎ＋３）が大きいと判断された場合、ＹＥＳとなる。
【００４５】
以上のように、受電ＩＣ５は、バッテリ１０の充電状況によって変化するレギュレータ２２から出力される出力電力（または出力電流）をモニタすることで、バッテリ１０の満充電を判断するようにした。
【００４６】
従来の受電ＩＣは、バッテリ１０が満充電であることを示す信号を充電制御回路１１、すなわち、充電対象機器である携帯端末２から受信しなければ、送電器４に対して送電停止の要求を発行できなかった。
【００４７】
これに対し、本実施形態の受電ＩＣ５は、受電ＩＣ５から充電対象器に対して出力される出力電力（または出力電流）の変化をモニタすることで、バッテリ１０の満充電を判断するため、受電ＩＣ５単体でバッテリ１０の満充電を判断し、送電器４に対して送電停止の要求を発行することができる。
【００４８】
よって、本実施形態の半導体装置である受電ＩＣによれば、充電対象機器の充電状況による情報に基づいて送電器からの送電電力を制御することができる。
【００４９】
本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５０】
１…ワイヤレス給電システム、２…携帯端末、３…携帯カバーアクセサリ、４…送電器、５…受電ＩＣ、１０…バッテリ、１１…充電制御回路、２０…受信コイル、２１…整流器、２２…レギュレータ、２３…電圧検出回路、２４…電流検出回路、２５…変調回路、２６…演算／制御回路、２６…メモリ、３０…ＡＣアダプタ、３１…制御回路、３２…ＰＷＭ回路、３３…プリドライバ回路、３４…検出器、３５…フィルタ回路、３６…フルブリッジ回路、３７…送信コイル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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