无线受电电路及使用了它的电子设备

申请号 CN201380031138.1 申请日 2013-09-25 公开(公告)号 CN104364993A 公开(公告)日 2015-02-18
申请人 罗姆股份有限公司; 发明人 内本大介; 井上直树; 岩崎竜也;
摘要 无线受电 电路 (100)与接 收线 圈(102)一起构成无线受电装置。内部电源线(120)上连接电容器(C1),输出线(122)连接充电 电池 (2)。H桥电路(104)包括N 沟道 MOSET的晶体管(MH1、MH2、ML1、ML2)。第1 开关 (SW1)被设在整 流线 (124)与内部电源线(120)之间。第2开关(SW2)被设在整流线(124)与输出线(122)之间。 控制器 (106)的电源 端子 (108)被供给内部电源线(120)的 电压 (VDD)。
权利要求

1.一种与接收线圈一起构成无线受电装置的无线受电电路,其特征在于,包括:
连接电容器的内部电源线,
输出线,
流线
接地线,
H桥电路,包含被设在上述整流线与上述接收线圈的一端之间的N沟道MOSET的第1晶体管、被设在上述整流线与上述接收线圈的另一端之间的N沟道MOSET的第2晶体管、被设在上述接收线圈的一端与上述接地线之间的N沟道MOSET的第3晶体管、被设在上述接收线圈的另一端与上述接地线之间的N沟道MOSET的第4晶体管,
第1开关,被设在上述整流线与上述内部电源线之间,
第2开关,被设在上述整流线与上述输出线之间,以及
控制器,控制上述H桥电路的上述第1晶体管、上述第2晶体管、上述第3晶体管、上述第4晶体管、上述第1开关、上述第2开关;
其中,上述控制器的电源端子被供给上述内部电源线的电压
2.如权利要求1所述的无线受电电路,其特征在于,
上述控制器被构成为可切换使上述第1开关导通、使上述第2开关截止的第1状态,和使上述第1开关截止、使上述第2开关导通的第2状态。
3.如权利要求2所述的无线受电电路,其特征在于,
上述控制器基于上述内部电源线的电压切换上述第1状态和上述第2状态。
4.如权利要求3所述的无线受电电路,其特征在于,还包括:
比较器,将与上述内部电源线的电压相应的第1检测电压与预定的第1阈值电压进行比较;
上述控制器基于上述比较器的输出,切换上述第1状态和上述第2状态。
5.如权利要求4所述的无线受电电路,其特征在于,
上述比较器是迟滞比较器。
6.如权利要求4所述的无线受电电路,其特征在于,
与上述内部电源线的电压相应的上述第1检测电压是上述内部电源线的电压与上述输出线的电压的差电压。
7.如权利要求2所述的无线受电电路,其特征在于,
上述控制器按预定的时间周期切换上述第1状态和上述第2状态。
8.如权利要求1至7的任一项所述的无线受电电路,其特征在于,
上述控制器被构成为能切换在将上述第1晶体管及上述第2晶体管的栅极电压固定为低电平电压的状态下、对上述第3晶体管及上述第4晶体管进行开关的第1模式,和对上述第1晶体管及上述第2晶体管、上述第3晶体管及上述第4晶体管进行开关的第2模式。
9.如权利要求8所述的无线受电电路,其特征在于,
上述控制器基于上述内部电源线的电压切换上述第1模式和上述第2模式。
10.如权利要求9所述的无线受电电路,其特征在于,还包括:
第2比较器,将与上述内部电源线的电压相应的第2检测电压与预定的第2阈值电压进行比较;
上述控制器基于上述第2比较器的输出切换上述第1模式和上述第2模式。
11.如权利要求10所述的无线受电电路,其特征在于,
与上述内部电源线的电压相应的上述第2检测电压是上述内部电源线的电压与上述输出线的电压的差电压。
12.如权利要求1至11的任一项所述的无线受电电路,其特征在于,
上述第1开关包含作为MOSFET的第5晶体管,上述第5晶体管的背栅被接线成其体二极管阴极处于上述内部电源线侧的方式。
13.如权利要求1至12的任一项所述的无线受电电路,其特征在于,
上述第2开关包含作为MOSFET的第6晶体管,上述第6晶体管的背栅被接线成其体二极管的阴极处于上述整流线侧的方式。
14.如权利要求13所述的无线受电电路,其特征在于,
上述第2开关还包含与上述第6晶体管串联而设的作为MOSFET的第7晶体管,上述第
7晶体管的背栅被接线成其体二极管的阴极处于上述输出线侧的方式。
15.如权利要求1至14的任一项所述的无线受电电路,其特征在于,
被一体集成在一个半导体基板上。
16.一种电子设备,其特征在于,包括:
接收线圈,和
权利要求1至15的任一项所述的无线受电电路。

说明书全文

无线受电电路及使用了它的电子设备

技术领域

[0001] 本发明涉及无线供电技术。

背景技术

[0002] 为给电动刮胡刀、电动牙刷、无绳电话机、游戏设备的控制器、电动工具等充电,非接触功率传输(也称无接点功率传输、无线供电)被利用。图1是表示本发明人们研究过的具有无线受电装置的电子设备的构成的图。
[0003] 电子设备1r具有无线受电装置300、充电电池2、DC/DC转换器4、微控制器(MCU:Micro Controller Unit)6。无线受电装置300接收来自无线供电装置200的功率信号S1,给充电电池2充电。例如充电电池2是镍氢电池或锂离子电池。DC/DC转换器4使充电电池2的电压VBAT升压或降压,对微控制器6供给电源电压。微控制器6控制电子设备1r整体。
[0004] 无线供电装置200向无线受电装置300提供功率信号。无线供电装置200具有发送线圈202、驱动部204。驱动部204是电压源或电流源,使发送线圈202中流过交流的驱动电流。
[0005] 无线受电装置300的接收线圈302为与发送线圈202耦合而被靠近配置。发送线圈202中流过驱动电流时,基于电磁感应,在接收线圈302中流过线圈电流ICOIL。
[0006] 无线受电装置300除接收线圈302外还具有二极管桥电路304、输出开关306、控制开关308、电阻R10~R12。以往,无线受电装置300是将所谓的分立部件组合而构成的。
[0007] 二极管桥电路304包含被桥接的4个二极管,对流入接收线圈302的线圈电流ICOIL进行整流,生成充电电流ICHG。电阻R10被连接于二极管桥电路304的输出端子。充电电流ICHG被介由输出开关306提供给充电电池2,充电电池2被充电。
[0008] 无线受电装置300被输入微控制器6所生成的、指示对充电电池2供电的控制信号CTRL。控制信号CTRL被置于有效(高电平)时,输出开关306变成导通,充电电流ICHG被提供给充电电池2。充电电池2可以例示镍氢电池、锂离子电池等。输出开关306是PNP型双极晶体管,在其控制端子(基极)与接地线间设有电阻R12及控制开关308。控制开关308是NPN型双极晶体管,其基极被输入控制信号CTRL,并且介由电阻R11与二极管桥电路
304的输出相连接。
[0009] 控制信号CTRL变成高电平时,控制开关308导通,输出开关306的基极被供给接地电压。其结果,输出开关306导通,充电电流ICHG被提供给充电电池2。控制信号CTRL为低电平时,控制开关308是截止的,充电停止。

发明内容

[0010] 发明所要解决的课题
[0011] 由于以往的无线受电装置300是由分立部件构成的,故作为整流电路,需要使用二极管桥电路304。因此,二极管的损耗较大,成为无线受电装置300的效率降低的重要原因。
[0012] 本发明是鉴于这样的课题而研发的,其一个方案的例示性目的之一在于提供一种改善了效率的无线受电装置。
[0013] 用于解决课题的手段
[0014] 本发明的一个方案涉及一种与接收线圈一起构成无线受电装置的无线受电电路。无线受电电路包括:连接电容器的内部电源线;连接供电对象的电路的输出线;整流线;接地线;H桥电路,包含被设在整流线与接收线圈的一端之间的N沟道MOSET的第1晶体管、被设在整流线与接收线圈的另一端之间的N沟道MOSET的第2晶体管、被设在接收线圈的一端与接地线之间的N沟道MOSET的第3晶体管、被设在接收线圈的另一端与接地线之间的N沟道MOSET的第4晶体管;第1开关,被设在整流线与内部电源线之间;第2开关,被设在整流线与输出线之间;以及控制器,控制H桥电路的第1晶体管、第2晶体管、第3晶体管、第4晶体管、第1开关、第2开关。控制器的电源端子被供给内部电源线的电压。
[0015] 根据该方案,作为对流过接收电路的线圈电流进行整流的整流电路,能够取代二极管桥电路而使用采用了MOSFET的H桥电路,故能减少功率损耗、提高效率。在此,为使H桥电路的上侧的晶体管导通,需要对栅极施加比整流线的电压高的电压。根据该方案,通过用线圈电流对电容器进行充电,能生成驱动栅极所需的电压,就不需要所谓的自举电路了,故能抑制电路的部件个数、电路面积的增大。
[0016] 控制器可以被构成为可切换使第1开关导通、第2开关截止的第1状态,和使第1开关截止、第2开关导通的第2状态。
[0017] 通过使之为第1状态,能用线圈电流对电容器充电,使内部电源线的电压提供到可使H桥电路的上侧的晶体管导通的程度。然后,通过切换为第2状态,能对H桥电路的上侧的晶体管进行开关。因此,通过适当切换第1状态和第2状态,能将内部电源线的电压维持在可使H桥电路的上侧的晶体管导通的程度以上,能低损耗地对线圈电流进行整流。
[0018] 控制器可以基于内部电源线的电压切换第1状态和第2状态。
[0019] 无线受电电路可以还具有将与内部电源线的电压相应的第1检测电压与预定的第1阈值电压进行比较的第1比较器。控制器可以基于第1比较器的输出切换第1状态和第2状态。
[0020] 第1比较器可以是迟滞比较器。此时,第1阈值电压在上侧电平和下侧电平之间转变,控制器能够反复进行以下动作:在第1状态下当第1检测电压达到上侧电平时,转变成第2状态,在第2状态下当第1检测电压下降到下侧电平时,转变成第1状态。
[0021] 与内部电源线的电压相应的第1检测电压可以是内部电源线的电压与输出线的电压的差电压。
[0022] 在第2开关导通的第2状态下,为使第1晶体管、第2晶体管导通,需要对它们的栅极施加比输出线的电压VOUT高MOSFET的阈值电压Vth的量的电压。换言之,内部电源线的电压VDD必须满足VDD>VOUT+Vth。根据该方案,即使输出线的电压变化,也能恰当地切换第1状态和第2状态。从另一度来说,能不改变电路内部的设定地应对种类或电池单元(cell)数不同的各种各样的充电电池。
[0023] 控制器可以按预定的时间周期切换第1状态和第2状态。若是供电功率稳定的系统,则在第1状态持续了预定时间时,能够预测、计算内部电源线的电压上升的幅度,以及在第2状态持续了预定时间时,能够预测、计算其电压下降的幅度。因此,能够不监视内部电源线的电压地控制状态。
[0024] 控制器可以被构成为能切换在将第1晶体管及第2晶体管的栅极电压固定为低电平电压的状态下对第3晶体管及第4晶体管进行开关的第1模式,和对第1晶体管及第2晶体管、第3晶体管及第4晶体管进行开关的第2模式。
[0025] 在内部电源线的电压未达到可使第1晶体管、第2晶体管导通的程度的电压电平的状况下,即使使第1晶体管、第2晶体管的栅极电压摆动(Swing),也不能对它们的导通和截止进行开关,结果,对它们的栅极进行充放电的电流就变得无用。因此,在内部电源的电压较低的状态下,通过选择第1模式,能减少无用的电流。
[0026] 控制器可以基于内部电源线的电压切换第1模式和第2模式。
[0027] 可以还具有将与内部电源线的电压相应的第2检测电压与预定的第2阈值电压进行比较的第2比较器。控制器可以基于第2比较器的输出切换第1模式和第2模式。
[0028] 与内部电源线的电压相应的第2检测电压可以是内部电源线的电压VDD与输出线的电压VOUT的差电压。
[0029] 在第2状态下,为使第1晶体管、第2晶体管导通,内部电源线的电压VDD必须满足VDD>VOUT+Vth。根据该方案,即使输出线的电压变化,也能恰当切换第1模式和第2模式。从另一角度来说,能够不改变电路内部的设定地应对种类或电池单元数不同的各种各样的充电电池。
[0030] 第1开关可以包含作为P沟道MOSFET的第5晶体管,第5晶体管的背栅可以被接线成其体二极管阴极成为内部电源线侧的方式。据此,在第1开关截止的状态下,能防止电容器的电荷被放电到整流线上。
[0031] 第2开关可以包含作为MOSFET的第6晶体管,第6晶体管的背栅可以被接线成其体二极管的阴极成为整流线侧的方式。
[0032] 第2开关可以还包含与第6晶体管串联而设的作为MOSFET的第7晶体管。第7晶体管的背栅可以被接线成其体二极管的阴极成为输出线侧的方式。此时,能防止来自电池的逆流。
[0033] 无线受电电路可以被一体集成在一个半导体基板上。
[0034] 所谓“一体集成”,包括电路的全部构成要素都被形成在半导体基板上的情况,和电路的主要构成要素被集成为一体的情况,为调节电路常数,一部分电阻或电容器等也可以被设置在半导体基板外部。
[0035] 通过将电路集成为1个IC,能减少电路面积,并能使电路元件的特性保持均一。
[0036] 本发明的另一方案涉及电子设备。电子设备可以具有接收线圈和无线受电电路。
[0037] 此外,将以上构成要素的任意组合、本发明的构成要素或表现形式在方法、装置、系统等间相互置换后的实施方式,作为本发明的方案也是有效的。
[0038] 发明效果
[0039] 通过本发明的一个方案,能改善效率。附图说明
[0040] 图1是表示本发明人们研究过的具有无线受电装置的电子设备的构成的图。
[0041] 图2是表示具有实施方式的无线受电电路的电子设备的构成的电路图。
[0042] 图3是图2的无线受电电路的动作波形图。
[0043] 图4是表示作为电子设备的一例的电动刮胡刀的立体图。

具体实施方式

[0044] 以下基于优选实施方式、参照附图说明本发明。对各附图所示的相同或等同的构成要素、部件、处理标注相同的标号,并适当省略重复的说明。此外,实施方式仅是例示,并非限定发明,并非实施方式中所记载的所有特征或其组合都是本发明的必要技术特征。
[0045] 在本说明书中,所谓“部件A与部件B相连接的状态”,除部件A与部件B物理地直接连接的情形外,还包括部件A与部件B介由不实质影响其电连接状态的其它部件、或不损害其接合所发挥的功能或效果的其它部件间接连接的情形。
[0046] 同样,所谓“部件C被设置在部件A与部件B之间的状态”,除部件A与部件C、或者部件B与部件C直接连接的情形外,还包括介由不实质影响其电连接状态的其它部件、或不损害其接合所发挥的功能或效果的其它部件间接相连接的情形。
[0047] 图2是表示具有实施方式的无线受电电路100的电子设备1的构成的电路图。电子设备1除无线受电电路100外还具有接收线圈102、充电电池2、DC/DC转换器4、微控制器6。
[0048] 电子设备1是电动刮胡刀、电动牙刷、无绳电话机、游戏设备的控制器、电动工具等可从充电器通过非接触功率传输进行供电的设备。
[0049] 无线受电电路100接收来自未图示的无线供电装置的功率信号S1,对充电电池2进行充电。例如充电电池2是镍氢电池或锂离子电池。DC/DC转换器4使充电电池2的电压VBAT升压或降压,对微控制器6供给电源电压。微控制器6控制电子设备1r整体。
[0050] 充电时,接收线圈102为与未图示的供电装置的发送线圈耦合而被靠近配置。发送线圈中流过驱动电流时,通过电磁感应,接收线圈102中流过交流的线圈电流ICOIL。
[0051] 无线受电电路100将线圈电流ICOIL整流,对充电电池2进行充电。以上是电子设备1的整体构成。接下来详细说明无线受电电路100。
[0052] 无线受电电路100作为其输入输出端子,具有电源(VDD)端子、整流(RECT)端子、输出(OUT)端子、控制(CTRL)端子、接地(GND)端子、线圈连接(AC1、AC2)端子。无线受电电路100优选是被一体集成在一个半导体基板上的功能IC。
[0053] AC1端子和AC2端子分别被连接接收线圈102的一端、另一端。无线受电电路100同接收线圈102一起形成无线受电装置。OUT端子被连接供电对象的电路元件、即充电电池2。GND端子被提供接地电位。VDD端子上连接电容器C1。CTRL端子被输入从微控制器6输出的控制信号CTRL。微控制器6在应对充电电池2充电的状态、期间内,将控制信号CTRL置于有效(例如高电平),在应停止充电的状态、期间内,将其置于无效(例如低电平)。
[0054] 无线受电电路100包括H桥电路104、控制器106、第1开关SW1、第2开关SW2、第1比较器110、第2比较器112、内部电源线120、输出线122、整流线124、接地线126。
[0055] 内部电源线120介由VDD端子与电容器C1连接。输出线122介由OUT端子与供电对象的充电电池2连接。此外,供电对象的电路不限定于电池,也可以是对电池进行充电的充电电路、或DC/DC转换器、线性调节器。将输出线122的电位称作输出电压VOUT。OUT端子上被直接连接充电电池2时,输出电压VOUT等于电池电压VBAT。整流线124与RECT端子连接,接地线126介由GND端子接地。
[0056] H桥电路104具有作为N沟道MOSFET的第1晶体管MH1、第2晶体管MH2、第3晶体管ML1、第4晶体管ML2。第1晶体管MH1被设于整流线124与接收线圈L1的一端(AC1)之间,第2晶体管MH2被设于整流线124与接收线圈L1的另一端(AC2)之间。第3晶体管ML1被设于接收线圈L1的一端(AC1)与接地线126之间,第4晶体管ML2被设于接收线圈102的另一端(AC2)与接地线126之间。
[0057] 第1开关SW1被设于整流线124与内部电源线120之间。第1开关SW1包括作为P沟道MOSFET的第5晶体管M5。第5晶体管M5的背栅被接线成其体二极管的阴极处于内部电源线120侧的方式。在本实施方式中,第5晶体管M5是P沟道MOSFET,其源极与内部电源线120连接,其漏极与整流线124连接。由于使第1开关SW1常关,故栅极源极间设有电阻R1。在第5晶体管M5的栅极被施加低电平电压(接地电压)时,第5晶体管M5导通,第1开关SW1导通。另一方面,第5晶体管M5的栅极被施加高电平电压(VDD)、或者栅极成为高阻时,第5晶体管M5成为非导通,第1开关SW1截止。
[0058] 第2开关SW2被设在整流线124与输出线122之间。第2开关SW2包括作为MOSFET的第6晶体管M6。第6晶体管M6的背栅被接线成其体二极管的阴极处于整流线124侧的方式。
[0059] 第2开关SW2可以还包括与第6晶体管M6串联而设的作为MOSFET的第7晶体管M7。第7晶体管M7的背栅被接线成其体二极管的阴极处于输出线122侧的方式。
[0060] 在仅以第6晶体管M6构成第2开关SW2时,在第2开关SW2截止的状态下,若VOUT>VRECT,则可能从电池向整流线124逆流过电流,但通过设置第7晶体管M7,能防止逆流电流。
[0061] 在本实施方式中,第6晶体管M6及第7晶体管M7是N沟道MOSFET。第6晶体管M6、第7晶体管M7的栅极被施加高电平电压(VDD)时,使第2开关SW2导通。此外,在它们的栅极被施加低电平电压(接地电压VGND)时,第2开关SW2截止。
[0062] 接下来说明控制器106对各晶体管的控制。
[0063] 1.第1开关SW1、第2开关SW2的控制
[0064] 控制器106控制H桥电路104的第1晶体管MH1、第2晶体管MH2、第3晶体管ML1、第4晶体管ML2、第1开关SW1、第2开关SW2。
[0065] 控制器106的电源端子108与内部电源线120相连接,被供给内部电源线120的电压(称作内部电源电压VDD)。控制器106可提供给各晶体管的控制端子(栅极)的高电平电压是与内部电源电压VDD相同的电平。此外,控制器106可提供给栅极的低电平电压是接地电压VGND(0V)。
[0066] 控制器106被构成为能切换使第1开关SW1导通、使第2开关SW2截止的第1状态 和使第1开关SW1截止、使第2开关SW2导通的第2状态
[0067] 在控制信号CTRL被置于无效的期间,为停止对充电电池2的电流供给,控制器106成为第2状态
[0068] 在控制信号CTRL被置于有效的期间,控制器106基于内部电源线120的电压VDD切换第1状态 和第2状态
[0069] 为切换第1状态 和第2状态 设有第1比较器110。第1比较器110将与内部电源线120的内部电源电压VDD相应的第1检测电压与预定的第1阈值电压VTH1进行比较。控制器106基于第1比较器110的输出信号(第1比较信号)CMP1切换第1状态 和第2状态
[0070] 优选的是,第1比较器110为迟滞比较器,第1阈值电压VTH1根据作为其输出的第1比较信号CMP1的电平,转变上侧电平VTH1H和下侧电平VTH1L。
[0071] 在本实施方式中,第1检测电压是内部电源电压VDD与输出线122的电压(即电池电压)VBAT的差电压ΔV=VDD-VBAT。第1阈值电压VTH1的下侧电平VTH1L被设定为N沟道MOSFET的栅极源极间阈值电压Vth以上的值。
[0072] 2.H桥电路104的控制
[0073] 控制器106被构成为能根据内部电源线120的电压VDD,以第1模式和第2模式切换H桥电路104的控制顺序。具体来说,在内部电源电压VDD比预定的第2阈值电压VTH2低时成为第1模式,在不对第1晶体管MH1及第2晶体管MH2的栅极信号进行开关、将它们固定为截止的状态下,对第3晶体管ML1及第4晶体管ML2进行开关。
[0074] 相反,在内部电源电压VDD比第2阈值电压VTH2高时成为第2模式,对第1晶体管MH1及第2晶体管MH2、第3晶体管ML1及第4晶体管ML2进行开关。
[0075] 为切换第1模式和第2模式,设有第2比较器112。第2比较器112将与内部电源线120的内部电源电压VDD相应的第2检测电压与预定的第2阈值电压VTH2进行比较。控制器106基于第2比较器112的输出信号(第2比较信号)CMP2切换第1模式和第2模式。
[0076] 除第1模式、第2模式外,将使H桥电路104的所有晶体管的开关都停止、使其作为二极管桥电路进行动作的期间称作第3模式。控制器106在来自微控制器6的控制信号CTRL被置于无效的期间成为第3模式。
[0077] 在本实施方式中,第2检测电压同第1检测电压一样,是内部电源电压VDD与输出线122的电压(即电池电压)VBAT的差电压ΔV=VDD-VBAT。即,
[0078] (i)VDD-VBAT>VTH2时成为第1模式;
[0079] (ii)VDD-VBAT
[0080] 第2阈值电压VTH2被设定为N沟道MOSFET的栅极源极间阈值电压Vth以上的值。
[0081] 以上是无线受电电路100的构成。接下来说明其动作。
[0082] 图3是图2的无线受电电路100的动作波形图。从上至下按顺序分别表示控制信号CTRL、内部电源电压VDD及整流电压VRECT、第1比较信号CMP1、第2比较信号CMP2、第1开关SW1、第2开关SW2。关于第1开关SW1、第2开关SW2,高电平表示导通状态、低电平表示截止状态。
[0083] 在时刻t0以前,无线受电电路100为停止状态,整流电压VRECT及内部电源电压VDD下降到0V。在时刻t0,开始来自发送线圈的供电。在该时刻,内部电源电压VDD已下降到0V,故无线受电电路100的能动元件不能进行动作,第1开关SW1、第2开关SW2都截止。
[0084] 由于控制信号CTRL被置于无效,故H桥电路104作为由4个体二极管构成的二极管桥电路进行动作(第3模式)。通过二极管桥电路,流入接收线圈102的线圈电流ICOIL被整流,并被提供到整流线124,进而介由第5晶体管M5的体二极管提供给内部电源线120,电容器C1被充电,内部电源电压VDD及整流电压VRECT随时间而上升。在该期间,成立VRECT=VDD+VF的关系。VF是体二极管的正向电压。
[0085] 在时刻t0以后,第5晶体管M5的栅极被施加接地电压(0V)。在时刻t1,第5晶体管M5的源极电位、即内部电源电压VDD若超过P沟道MOSFET的栅极源极间阈值电压Vth,则第5晶体管M5导通,第1开关SW1成为导通(第1状态 )。由此,VRECT=VDD。
[0086] 之后,电容器C1也被整流后的线圈电流ICOIL充电,电压VRECT、VDD继续上升。在时刻t2,来自微控制器6的控制信号CTRL被置于有效(高电平),指示无线受电电路100开始充电。
[0087] 控制信号CTRL被置于有效后,控制器106开始第1开关SW1、第2开关SW2、H桥电路104的控制。第2检测电压VDD-VBAT比MOSFET的阈值电压Vth低,因此第2比较信号CMP2为低电平,H桥电路104被按第1模式控制。
[0088] 在时刻t3,第2检测电压(VDD-VBAT)变得比阈值电压Vth高时,第2比较信号CMP2成为高电平,控制器106开始以第2模式控制H桥电路104。
[0089] 在时刻t4,第1检测电压(VDD-VBAT)达到第1阈值电压VTH1的上侧电平VTH1H时,第1比较信号CMP1成为高电平。以此为契机,控制器106转变为第2状态 使第1开关SW1截止、使第2开关SW2导通。此外,为防止第1开关SW1和第2开关SW2同时导通,优选第2开关SW2延迟死区时间Td地导通。从第2状态 转变为第1状态 时也是同样,优选第
1开关SW1延迟死区时间Td地导通。
[0090] 随着第2开关SW2导通,被H桥电路104整流后的充电电流ICHG介由第2开关SW2而被提供给充电电池2。此时,整流电压VRECT成为与电池电压VBAT相同程度的电压电平。
[0091] 为对H桥电路104的4个晶体管进行开关,需要使各晶体管的栅极电容充放电,从电容器C1供给用于此的电流。即、在时刻t4以后,内部电源电压VDD随时间而下降。
[0092] 在时刻t5,第1检测电压(VDD-VBAT)下降到第1阈值电压VTH1的下侧电平VTH1L时,第1比较信号CMP1转变成低电平。由此,控制器106回到第1状态 第1开关SW1导通、第2开关SW2截止。随着第1开关SW1导通,电容器C1被由H桥电路104整流后的电流充电,内部电源电压VDD再次上升。
[0093] 在控制信号CTRL被置于有效的期间,无线受电电路100交替反复第1状态 和第2状态 (直到时刻t7)。
[0094] 在时刻t7、控制信号CTRL被置于无效时,控制器106成为第1状态 其结果,电容器C1被介由第1开关SW1充电,内部电源电压VDD及整流电压VRECT上升。在时刻t8,控制信号CTRL再次被置于有效时,控制器106成为第2状态
[0095] 另外,在控制信号CTRL被置于无效的期间t7-t8,可以使H桥电路104为第2模式,也可以使其为第3模式。
[0096] 以上是无线受电电路100的动作。通过无线受电电路100,能取得以下效果。
[0097] 1.在图2的无线受电电路100中,作为整流电路,能够取代图1的二极管桥电路而使用采用了MOSFET的H桥电路。因此,能减少二极管的压降所导致的功率损耗,能提高效率。
[0098] 在此,为使H桥电路104的上侧的第1晶体管MH1、第2晶体管MH2导通,需要将比它们的源极电压、即整流线VRECT的电压高的电压施加于栅极。根据图2的无线受电电路100,利用线圈电流ICOIL对电容器C1进行充电,从而能够生成驱动栅极所需的电压。
[0099] 一般来说,为驱动N沟道MOSFET,需要所谓的自举电路,但在图2的无线受电电路100中,不需要自举电路,故能抑制电路部件个数、电路面积的增加。
[0100] 另外,无线受电电路100在控制信号CTRL被置于有效的期间交替反复第1状态和第2状态 通过成为第1状态 能利用线圈电流对电容器C1充电,使内部电源线120的电压VDD提高到能使H桥电路104的上侧的第1晶体管MH1、第2晶体管MH2导通的程度。通过在此基础上切换成第2状态 能对H桥电路104的上侧的第1晶体管MH1、第
2晶体管MH2进行开关。
[0101] 特别是通过基于内部电源电压VDD切换第1状态 和第2状态 能使内部电源电压VDD维持在可使H桥电路104的第1晶体管MH1、第2晶体管MH2导通的程度以上,能继续低损耗地对线圈电流进行整流。
[0102] 另外,通过使第1比较器110为迟滞比较器,能使与内部电源电压VDD相应的第1检测电压维持在第1阈值电压的下侧电平以上。即,通过适当设定下侧电平,能使内部电源电压VDD维持在可使第1晶体管MH1、第2晶体管MH2导通的电平以上。
[0103] 进而,在图2的无线受电电路100中,是使与内部电源电压VDD相应的第1检测电压为内部电源电压VDD与输出线的电压VOUT(VBAT)的差电压ΔV的。在第2状态 下,为使第1晶体管MH1、第2晶体管MH2导通,需要使要施加于它们的栅极的高电平电压、即内部电源电压VDD在VOUT+Vth以上。通过将VDD-VOUT作为第1检测电压,能恰当地切换第1状态和第2状态 从另一角度来说,能够不改变电路内部的设定地为电池电压VBAT不同的各种各样的充电电池2供电。
[0104] 进而,关于H桥电路104的控制,可切换第1模式和第2模式。
[0105] 在内部电源电压VDD未达到可使第1晶体管、第2晶体管导通的程度的电压电平的状况下,即使使第1晶体管MH1、第2晶体管MH2的栅极电压摆动(swing),也不能使它们切换导通和截止,结果,对它们的栅极充放电的电流变得无用。在图2的无线受电电路100中,通过在内部电源电压VDD低的状态下选择第1模式,能减少无用的电流。
[0106] 进而,关于第2检测电压,也是定为内部电源电压VDD与输出线122的电压VOUT的差电压ΔV的。由此,即使输出线122的电压发生变化,也能适当地切换第1模式和第2模式。从另一角度来说,能够不改变电路内部的设定地、应对种类和电池单元(cell)数不同的各种各样的充电电池。
[0107] 接下来说明利用了无线受电电路100的电子设备1的具体例子。
[0108] 图4是表示作为电子设备1的一例的电动刮胡刀500的立体图。电动刮胡刀500具有壳体502和刮头504。上述的接收线圈102、无线受电电路100及充电电池2同未图示的DC/DC转换器4、微控制器6一起被设于壳体502内。当然,它们的布局不特意限定。
[0109] 以上基于实施方式说明了本发明。这些实施方式仅是例示,本领域技术人员能理解其各构成要素和各处理过程的组合可以有各种各样的变形例,且这样的变形例也包含在本发明的范围内。下面说明这样的变形例。
[0110] (变形例1)
[0111] 第1比较器110进行与阈值电压VTH1的比较的第1检测电压也可以是内部电源电压VDD本身。此时,根据安装无线受电电路100的组件(电子设备),在规格参数上规定电池电压VBAT。因此,通过基于电池电压VBAT的规格值,设定阈值电压VTH1(迟滞比较器时的下侧电平)、使得VTH1>VBAT+Vth,就能进行与实施方式同样的控制。进而,还可以使阈值电压VTH1根据电池电压VBAT而可变。
[0112] (变形例2)
[0113] 关于第2比较器112进行与阈值电压VTH2的比较的第2检测电压,也可以采用内部电源电压VDD本身。此时,通过设定第2阈值电压VTH2以使得VTH2>VBAT+Vth,也能进行与实施方式同样的控制。进而,也可以使阈值电压VTH2能根据电池电压VBAT而可变。
[0114] (变形例3)
[0115] 在实施方式中,是基于内部电源电压VDD切换第1状态 第2状态 的,但本发明不限定于此。例如控制器106也可以在控制信号CTRL被置于有效的期间、按预定的时间周期切换第1状态 和第2状态
[0116] 若为供电功率稳定的系统,则在第1状态 持续了预定的第1时间时,能准确地预测、计算内部电源电压VDD上升的幅度,并在第2状态 持续了预定的第2时间时,准确地预测、计算该电压VDD下降的幅度。因此,还能不监视内部电源电压VDD地控制状态。此时,只要利用计时器电路取代第1比较器110即可。
[0117] 进而,也可以组合采用了比较器的状态控制和采用了计时器的状态控制。例如,可以在第2状态 下、若第1检测电压下降到第1阈值电压VTH1,则转变为第1状态 从转变为第1状态 起经过预定时间后,转变为第2状态 此时,也能将内部电源电压VDD维持在可使第1晶体管导通的电平。
[0118] 基于实施方式,以具体的用语说明了本发明,但实施方式仅是表示本发明的原理、应用,在不脱离权利要求书所规定的本发明的思想的范围内,实施方式可以有多种变形例或配置的变更。
[0119] 标号说明
[0120] 1…电子设备、2…充电电池、4…DC/DC转换器、6…微控制器、300…无线受电装置、302…接收线圈、304…二极管桥电路、306…输出开关、308…控制开关、R11,R12…电阻、100…无线受电电路、102…接收线圈、MH1…第1晶体管、MH2…第2晶体管、ML1…第3晶体管、ML2…第4晶体管、104…H桥电路、106…控制器、SW1…第1开关、SW2…第2开关、M5…第5晶体管、M6…第6晶体管、M7…第7晶体管、C1…电容器、108…电源端子、110…第1比较器、112…第2比较器、120…内部电源线、122…输出线、124…整流线、126…接地线、200…无线供电装置、202…发送线圈、204…驱动部。
[0121] 工业上的可利用性
[0122] 本发明涉及无线供电技术。
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