無(wú)線受電電路及使用了它的電子設(shè)備的制作方法
【專利摘要】無(wú)線受電電路(100)與接收線圈(102)一起構(gòu)成無(wú)線受電裝置。內(nèi)部電源線(120)上連接電容器(C1)，輸出線(122)連接充電電池(2)。H橋電路(104)包括N溝道MOSET的晶體管(MH1、MH2、ML1、ML2)。第1開關(guān)(SW1)被設(shè)在整流線(124)與內(nèi)部電源線(120)之間。第2開關(guān)(SW2)被設(shè)在整流線(124)與輸出線(122)之間。控制器(106)的電源端子(108)被供給內(nèi)部電源線(120)的電壓(VDD)。
【專利說(shuō)明】無(wú)線受電電路及使用了它的電子設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無(wú)線供電技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002] 為給電動(dòng)刮胡刀、電動(dòng)牙刷、無(wú)繩電話機(jī)、游戲設(shè)備的控制器、電動(dòng)工具等充電，非 接觸功率傳輸（也稱無(wú)接點(diǎn)功率傳輸、無(wú)線供電）被利用。圖1是表示本發(fā)明人們研究過(guò) 的具有無(wú)線受電裝置的電子設(shè)備的構(gòu)成的圖。
[0003] 電子設(shè)備Ir具有無(wú)線受電裝置300、充電電池2、DC/DC轉(zhuǎn)換器4、微控制器（MCU: MicroControllerUnit)6。無(wú)線受電裝置300接收來(lái)自無(wú)線供電裝置200的功率信號(hào)S1， 給充電電池2充電。例如充電電池2是鎳氫電池或鋰離子電池。DC/DC轉(zhuǎn)換器4使充電電 池2的電壓Vbat升壓或降壓，對(duì)微控制器6供給電源電壓。微控制器6控制電子設(shè)備Ir整 體。
[0004] 無(wú)線供電裝置200向無(wú)線受電裝置300提供功率信號(hào)。無(wú)線供電裝置200具有發(fā) 送線圈202、驅(qū)動(dòng)部204。驅(qū)動(dòng)部204是電壓源或電流源，使發(fā)送線圈202中流過(guò)交流的驅(qū) 動(dòng)電流。
[0005] 無(wú)線受電裝置300的接收線圈302為與發(fā)送線圈202耦合而被靠近配置。發(fā)送線 圈202中流過(guò)驅(qū)動(dòng)電流時(shí)，基于電磁感應(yīng)，在接收線圈302中流過(guò)線圈電流Iamtl
[0006] 無(wú)線受電裝置300除接收線圈302外還具有二極管橋電路304、輸出開關(guān)306、控 制開關(guān)308、電阻RlO?R12。以往，無(wú)線受電裝置300是將所謂的分立部件組合而構(gòu)成的。
[0007] 二極管橋電路304包含被橋接的4個(gè)二極管，對(duì)流入接收線圈302的線圈電流Iam 進(jìn)行整流，生成充電電流1?。電阻RlO被連接于二極管橋電路304的輸出端子。充電電流 Iaffi被介由輸出開關(guān)306提供給充電電池2,充電電池2被充電。
[0008] 無(wú)線受電裝置300被輸入微控制器6所生成的、指示對(duì)充電電池2供電的控制信 號(hào)CTRL。控制信號(hào)CTRL被置于有效（高電平）時(shí)，輸出開關(guān)306變成導(dǎo)通，充電電流Iaffi 被提供給充電電池2。充電電池2可以例示鎳氫電池、鋰離子電池等。輸出開關(guān)306是PNP 型雙極晶體管，在其控制端子（基極）與接地線間設(shè)有電阻R12及控制開關(guān)308?？刂崎_關(guān) 308是NPN型雙極晶體管，其基極被輸入控制信號(hào)CTRL，并且介由電阻Rl1與二極管橋電路 304的輸出相連接。
[0009] 控制信號(hào)CTRL變成高電平時(shí)，控制開關(guān)308導(dǎo)通，輸出開關(guān)306的基極被供給接 地電壓。其結(jié)果，輸出開關(guān)306導(dǎo)通，充電電流Iaffi被提供給充電電池2?？刂菩盘?hào)CTRL為 低電平時(shí)，控制開關(guān)308是截止的，充電停止。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 發(fā)明所要解決的課題
[0011] 由于以往的無(wú)線受電裝置300是由分立部件構(gòu)成的，故作為整流電路，需要使用 二極管橋電路304。因此，二極管的損耗較大，成為無(wú)線受電裝置300的效率降低的重要原 因。
[0012] 本發(fā)明是鑒于這樣的課題而研發(fā)的，其一個(gè)方案的例示性目的之一在于提供一種 改善了效率的無(wú)線受電裝置。
[0013] 用于解決課題的手段
[0014] 本發(fā)明的一個(gè)方案涉及一種與接收線圈一起構(gòu)成無(wú)線受電裝置的無(wú)線受電電路。 無(wú)線受電電路包括：連接電容器的內(nèi)部電源線；連接供電對(duì)象的電路的輸出線；整流線；接 地線；H橋電路，包含被設(shè)在整流線與接收線圈的一端之間的N溝道MOSET的第1晶體管、被 設(shè)在整流線與接收線圈的另一端之間的N溝道MOSET的第2晶體管、被設(shè)在接收線圈的一 端與接地線之間的N溝道MOSET的第3晶體管、被設(shè)在接收線圈的另一端與接地線之間的 N溝道MOSET的第4晶體管；第1開關(guān)，被設(shè)在整流線與內(nèi)部電源線之間；第2開關(guān)，被設(shè)在 整流線與輸出線之間；以及控制器，控制H橋電路的第1晶體管、第2晶體管、第3晶體管、 第4晶體管、第1開關(guān)、第2開關(guān)。控制器的電源端子被供給內(nèi)部電源線的電壓。
[0015] 根據(jù)該方案，作為對(duì)流過(guò)接收電路的線圈電流進(jìn)行整流的整流電路，能夠取代二 極管橋電路而使用采用了MOSFET的H橋電路，故能減少功率損耗、提高效率。在此，為使H 橋電路的上側(cè)的晶體管導(dǎo)通，需要對(duì)柵極施加比整流線的電壓高的電壓。根據(jù)該方案，通過(guò) 用線圈電流對(duì)電容器進(jìn)行充電，能生成驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O所需的電壓，就不需要所謂的自舉電路了， 故能抑制電路的部件個(gè)數(shù)、電路面積的增大。
[0016] 控制器可以被構(gòu)成為可切換使第1開關(guān)導(dǎo)通、第2開關(guān)截止的第1狀態(tài)，和使第1 開關(guān)截止、第2開關(guān)導(dǎo)通的第2狀態(tài)。
[0017] 通過(guò)使之為第1狀態(tài)，能用線圈電流對(duì)電容器充電，使內(nèi)部電源線的電壓提供到 可使H橋電路的上側(cè)的晶體管導(dǎo)通的程度。然后，通過(guò)切換為第2狀態(tài)，能對(duì)H橋電路的上 側(cè)的晶體管進(jìn)行開關(guān)。因此，通過(guò)適當(dāng)切換第1狀態(tài)和第2狀態(tài)，能將內(nèi)部電源線的電壓維 持在可使H橋電路的上側(cè)的晶體管導(dǎo)通的程度以上，能低損耗地對(duì)線圈電流進(jìn)行整流。
[0018] 控制器可以基于內(nèi)部電源線的電壓切換第1狀態(tài)和第2狀態(tài)。
[0019] 無(wú)線受電電路可以還具有將與內(nèi)部電源線的電壓相應(yīng)的第1檢測(cè)電壓與預(yù)定的 第1閾值電壓進(jìn)行比較的第1比較器。控制器可以基于第1比較器的輸出切換第1狀態(tài)和 第2狀態(tài)。
[0020] 第1比較器可以是遲滯比較器。此時(shí)，第1閾值電壓在上側(cè)電平和下側(cè)電平之間 轉(zhuǎn)變，控制器能夠反復(fù)進(jìn)行以下動(dòng)作：在第1狀態(tài)下當(dāng)?shù)?檢測(cè)電壓達(dá)到上側(cè)電平時(shí)，轉(zhuǎn)變 成第2狀態(tài)，在第2狀態(tài)下當(dāng)?shù)?檢測(cè)電壓下降到下側(cè)電平時(shí)，轉(zhuǎn)變成第1狀態(tài)。
[0021] 與內(nèi)部電源線的電壓相應(yīng)的第1檢測(cè)電壓可以是內(nèi)部電源線的電壓與輸出線的 電壓的差電壓。
[0022] 在第2開關(guān)導(dǎo)通的第2狀態(tài)下，為使第1晶體管、第2晶體管導(dǎo)通，需要對(duì)它們的 柵極施加比輸出線的電壓Vqut高M(jìn)OSFET的閾值電壓Vth的量的電壓。換言之，內(nèi)部電源 線的電壓Vdd必須滿足VDD>VTOT+Vth。根據(jù)該方案，即使輸出線的電壓變化，也能恰當(dāng)?shù)厍袚Q 第1狀態(tài)和第2狀態(tài)。從另一角度來(lái)說(shuō)，能不改變電路內(nèi)部的設(shè)定地應(yīng)對(duì)種類或電池單元 (cell)數(shù)不同的各種各樣的充電電池。
[0023] 控制器可以按預(yù)定的時(shí)間周期切換第1狀態(tài)和第2狀態(tài)。若是供電功率穩(wěn)定的系 統(tǒng)，則在第1狀態(tài)持續(xù)了預(yù)定時(shí)間時(shí)，能夠預(yù)測(cè)、計(jì)算內(nèi)部電源線的電壓上升的幅度，以及 在第2狀態(tài)持續(xù)了預(yù)定時(shí)間時(shí)，能夠預(yù)測(cè)、計(jì)算其電壓下降的幅度。因此，能夠不監(jiān)視內(nèi)部 電源線的電壓地控制狀態(tài)。
[0024] 控制器可以被構(gòu)成為能切換在將第1晶體管及第2晶體管的柵極電壓固定為低電 平電壓的狀態(tài)下對(duì)第3晶體管及第4晶體管進(jìn)行開關(guān)的第1模式，和對(duì)第1晶體管及第2 晶體管、第3晶體管及第4晶體管進(jìn)行開關(guān)的第2模式。
[0025] 在內(nèi)部電源線的電壓未達(dá)到可使第1晶體管、第2晶體管導(dǎo)通的程度的電壓電平 的狀況下，即使使第1晶體管、第2晶體管的柵極電壓擺動(dòng)（Swing)，也不能對(duì)它們的導(dǎo)通和 截止進(jìn)行開關(guān)，結(jié)果，對(duì)它們的柵極進(jìn)行充放電的電流就變得無(wú)用。因此，在內(nèi)部電源的電 壓較低的狀態(tài)下，通過(guò)選擇第1模式，能減少無(wú)用的電流。
[0026] 控制器可以基于內(nèi)部電源線的電壓切換第1模式和第2模式。
[0027] 可以還具有將與內(nèi)部電源線的電壓相應(yīng)的第2檢測(cè)電壓與預(yù)定的第2閾值電壓進(jìn) 行比較的第2比較器?？刂破骺梢曰诘?比較器的輸出切換第1模式和第2模式。
[0028] 與內(nèi)部電源線的電壓相應(yīng)的第2檢測(cè)電壓可以是內(nèi)部電源線的電壓Vdd與輸出線 的電壓Vtm的差電壓。
[0029] 在第2狀態(tài)下，為使第1晶體管、第2晶體管導(dǎo)通，內(nèi)部電源線的電壓Vdd必須滿足 VDD>VTOT+Vth。根據(jù)該方案，即使輸出線的電壓變化，也能恰當(dāng)切換第1模式和第2模式。從 另一角度來(lái)說(shuō)，能夠不改變電路內(nèi)部的設(shè)定地應(yīng)對(duì)種類或電池單元數(shù)不同的各種各樣的充 電電池。
[0030] 第1開關(guān)可以包含作為P溝道MOSFET的第5晶體管，第5晶體管的背柵可以被接 線成其體二極管的陰極成為內(nèi)部電源線側(cè)的方式。據(jù)此，在第1開關(guān)截止的狀態(tài)下，能防止 電容器的電荷被放電到整流線上。
[0031] 第2開關(guān)可以包含作為MOSFET的第6晶體管，第6晶體管的背柵可以被接線成其 體二極管的陰極成為整流線側(cè)的方式。
[0032] 第2開關(guān)可以還包含與第6晶體管串聯(lián)而設(shè)的作為MOSFET的第7晶體管。第7 晶體管的背柵可以被接線成其體二極管的陰極成為輸出線側(cè)的方式。此時(shí)，能防止來(lái)自電 池的逆流。
[0033] 無(wú)線受電電路可以被一體集成在一個(gè)半導(dǎo)體基板上。
[0034] 所謂"一體集成"，包括電路的全部構(gòu)成要素都被形成在半導(dǎo)體基板上的情況，和 電路的主要構(gòu)成要素被集成為一體的情況，為調(diào)節(jié)電路常數(shù)，一部分電阻或電容器等也可 以被設(shè)置在半導(dǎo)體基板外部。
[0035] 通過(guò)將電路集成為1個(gè)1C，能減少電路面積，并能使電路元件的特性保持均一。
[0036] 本發(fā)明的另一方案涉及電子設(shè)備。電子設(shè)備可以具有接收線圈和無(wú)線受電電路。
[0037] 此外，將以上構(gòu)成要素的任意組合、本發(fā)明的構(gòu)成要素或表現(xiàn)形式在方法、裝置、 系統(tǒng)等間相互置換后的實(shí)施方式，作為本發(fā)明的方案也是有效的。
[0038] 發(fā)明效果
[0039] 通過(guò)本發(fā)明的一個(gè)方案，能改善效率。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0040] 圖1是表示本發(fā)明人們研究過(guò)的具有無(wú)線受電裝置的電子設(shè)備的構(gòu)成的圖。
[0041] 圖2是表示具有實(shí)施方式的無(wú)線受電電路的電子設(shè)備的構(gòu)成的電路圖。
[0042] 圖3是圖2的無(wú)線受電電路的動(dòng)作波形圖。
[0043] 圖4是表示作為電子設(shè)備的一例的電動(dòng)刮胡刀的立體圖。

【具體實(shí)施方式】
[0044] 以下基于優(yōu)選實(shí)施方式、參照【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】本發(fā)明。對(duì)各附圖所示的相同或等同的構(gòu) 成要素、部件、處理標(biāo)注相同的標(biāo)號(hào)，并適當(dāng)省略重復(fù)的說(shuō)明。此外，實(shí)施方式僅是例示，并 非限定發(fā)明，并非實(shí)施方式中所記載的所有特征或其組合都是本發(fā)明的必要技術(shù)特征。
[0045] 在本說(shuō)明書中，所謂"部件A與部件B相連接的狀態(tài)"，除部件A與部件B物理地直 接連接的情形外，還包括部件A與部件B介由不實(shí)質(zhì)影響其電連接狀態(tài)的其它部件、或不損 害其接合所發(fā)揮的功能或效果的其它部件間接連接的情形。
[0046] 同樣，所謂"部件C被設(shè)置在部件A與部件B之間的狀態(tài)"，除部件A與部件C、或 者部件B與部件C直接連接的情形外，還包括介由不實(shí)質(zhì)影響其電連接狀態(tài)的其它部件、或 不損害其接合所發(fā)揮的功能或效果的其它部件間接相連接的情形。
[0047] 圖2是表示具有實(shí)施方式的無(wú)線受電電路100的電子設(shè)備1的構(gòu)成的電路圖。電 子設(shè)備1除無(wú)線受電電路100外還具有接收線圈102、充電電池2、DC/DC轉(zhuǎn)換器4、微控制 器6。
[0048] 電子設(shè)備1是電動(dòng)刮胡刀、電動(dòng)牙刷、無(wú)繩電話機(jī)、游戲設(shè)備的控制器、電動(dòng)工具 等可從充電器通過(guò)非接觸功率傳輸進(jìn)行供電的設(shè)備。
[0049] 無(wú)線受電電路100接收來(lái)自未圖示的無(wú)線供電裝置的功率信號(hào)S1，對(duì)充電電池2 進(jìn)行充電。例如充電電池2是鎳氫電池或鋰離子電池。DC/DC轉(zhuǎn)換器4使充電電池2的電 壓Vbat升壓或降壓，對(duì)微控制器6供給電源電壓。微控制器6控制電子設(shè)備Ir整體。
[0050] 充電時(shí)，接收線圈102為與未圖示的供電裝置的發(fā)送線圈耦合而被靠近配置。發(fā) 送線圈中流過(guò)驅(qū)動(dòng)電流時(shí)，通過(guò)電磁感應(yīng)，接收線圈102中流過(guò)交流的線圈電流Iamtj
[0051] 無(wú)線受電電路100將線圈電流Iam整流，對(duì)充電電池2進(jìn)行充電。以上是電子設(shè) 備1的整體構(gòu)成。接下來(lái)詳細(xì)說(shuō)明無(wú)線受電電路100。
[0052] 無(wú)線受電電路100作為其輸入輸出端子，具有電源（VDD)端子、整流（RECT)端子、 輸出（OUT)端子、控制（CTRL)端子、接地（GND)端子、線圈連接（AC1、AC2)端子。無(wú)線受電 電路100優(yōu)選是被一體集成在一個(gè)半導(dǎo)體基板上的功能1C。
[0053] ACl端子和AC2端子分別被連接接收線圈102的一端、另一端。無(wú)線受電電路100 同接收線圈102-起形成無(wú)線受電裝置。OUT端子被連接供電對(duì)象的電路元件、即充電電池 2。GND端子被提供接地電位。VDD端子上連接電容器Cl。CTRL端子被輸入從微控制器6輸 出的控制信號(hào)CTRL。微控制器6在應(yīng)對(duì)充電電池2充電的狀態(tài)、期間內(nèi)，將控制信號(hào)CTRL 置于有效（例如高電平），在應(yīng)停止充電的狀態(tài)、期間內(nèi)，將其置于無(wú)效（例如低電平）。
[0054] 無(wú)線受電電路100包括H橋電路104、控制器106、第1開關(guān)SWl、第2開關(guān)SW2、第 1比較器110、第2比較器112、內(nèi)部電源線120、輸出線122、整流線124、接地線126。
[0055] 內(nèi)部電源線120介由VDD端子與電容器Cl連接。輸出線122介由OUT端子與供 電對(duì)象的充電電池2連接。此外，供電對(duì)象的電路不限定于電池，也可以是對(duì)電池進(jìn)行充電 的充電電路、或DC/DC轉(zhuǎn)換器、線性調(diào)節(jié)器。將輸出線122的電位稱作輸出電壓VQUT。OUT端 子上被直接連接充電電池2時(shí)，輸出電壓Vtot等于電池電壓Vbat。整流線124與RECT端子 連接，接地線126介由GND端子接地。
[0056] H橋電路104具有作為N溝道MOSFET的第1晶體管MH1、第2晶體管MH2、第3晶 體管ML1、第4晶體管ML2。第1晶體管MHl被設(shè)于整流線124與接收線圈Ll的一端（ACl) 之間，第2晶體管MH2被設(shè)于整流線124與接收線圈Ll的另一端（AC2)之間。第3晶體管 MLl被設(shè)于接收線圈Ll的一端（ACl)與接地線126之間，第4晶體管ML2被設(shè)于接收線圈 102的另一端（AC2)與接地線126之間。
[0057] 第1開關(guān)SWl被設(shè)于整流線124與內(nèi)部電源線120之間。第1開關(guān)SWl包括作為 P溝道MOSFET的第5晶體管M5。第5晶體管M5的背柵被接線成其體二極管的陰極處于內(nèi) 部電源線120側(cè)的方式。在本實(shí)施方式中，第5晶體管M5是P溝道M0SFET，其源極與內(nèi)部 電源線120連接，其漏極與整流線124連接。由于使第1開關(guān)SWl常關(guān)，故柵極源極間設(shè)有 電阻R1。在第5晶體管M5的柵極被施加低電平電壓（接地電壓）時(shí)，第5晶體管M5導(dǎo)通， 第1開關(guān)SWl導(dǎo)通。另一方面，第5晶體管M5的柵極被施加高電平電壓（Vdd)、或者柵極成 為高阻時(shí)，第5晶體管M5成為非導(dǎo)通，第1開關(guān)SWl截止。
[0058] 第2開關(guān)SW2被設(shè)在整流線124與輸出線122之間。第2開關(guān)SW2包括作為MOSFET 的第6晶體管M6。第6晶體管M6的背柵被接線成其體二極管的陰極處于整流線124側(cè)的 方式。
[0059] 第2開關(guān)SW2可以還包括與第6晶體管M6串聯(lián)而設(shè)的作為MOSFET的第7晶體管 M7。第7晶體管M7的背柵被接線成其體二極管的陰極處于輸出線122側(cè)的方式。
[0060] 在僅以第6晶體管M6構(gòu)成第2開關(guān)SW2時(shí)，在第2開關(guān)SW2截止的狀態(tài)下，若 WVkect，則可能從電池向整流線124逆流過(guò)電流，但通過(guò)設(shè)置第7晶體管M7,能防止逆流 電流。
[0061] 在本實(shí)施方式中，第6晶體管M6及第7晶體管M7是N溝道M0SFET。第6晶體管 M6、第7晶體管M7的柵極被施加高電平電壓（Vdd)時(shí)，使第2開關(guān)SW2導(dǎo)通。此外，在它們 的柵極被施加低電平電壓（接地電壓VraJ時(shí)，第2開關(guān)SW2截止。
[0062] 接下來(lái)說(shuō)明控制器106對(duì)各晶體管的控制。
[0063] 1.第1開關(guān)SWl、第2開關(guān)SW2的控制
[0064] 控制器106控制H橋電路104的第1晶體管MHl、第2晶體管MH2、第3晶體管MLl、 第4晶體管ML2、第1開關(guān)SW1、第2開關(guān)SW2。
[0065] 控制器106的電源端子108與內(nèi)部電源線120相連接，被供給內(nèi)部電源線120的 電壓（稱作內(nèi)部電源電壓V?？刂破?06可提供給各晶體管的控制端子（柵極）的高電 平電壓是與內(nèi)部電源電壓Vdd相同的電平。此外，控制器106可提供給柵極的低電平電壓是 接地電SVem(OV)。
[0066]控制器106被構(gòu)成為能切換使第1開關(guān)SWl導(dǎo)通、使第2開關(guān)SW2截止的第1狀 態(tài)φ?，和使第1開關(guān)SWl截止、使第2開關(guān)SW2導(dǎo)通的第2狀態(tài)φ2。
[0067] 在控制信號(hào)CTRL被置于無(wú)效的期間，為停止對(duì)充電電池2的電流供給，控制器106 成為第2狀態(tài)φ2。
[0068] 在控制信號(hào)CTRL被置于有效的期間，控制器106基于內(nèi)部電源線120的電壓Vdd 切換第1狀態(tài)φ?和第2狀態(tài)φ2。
[0069] 為切換第1狀態(tài)φ?和第2狀態(tài)φ2,設(shè)有第1比較器110。第1比較器110將與內(nèi) 部電源線120的內(nèi)部電源電壓Vdd相應(yīng)的第1檢測(cè)電壓與預(yù)定的第1閾值電壓Vm進(jìn)行比 較。控制器106基于第1比較器110的輸出信號(hào)（第1比較信號(hào)）CMPl切換第1狀態(tài)φ?和 第2狀態(tài)φ2。
[0070] 優(yōu)選的是，第1比較器110為遲滯比較器，第1閾值電壓Vm根據(jù)作為其輸出的第 1比較信號(hào)CMPl的電平，轉(zhuǎn)變上側(cè)電平Vthih和下側(cè)電平VTm。
[0071] 在本實(shí)施方式中，第1檢測(cè)電壓是內(nèi)部電源電壓Vdd與輸出線122的電壓（即電 池電壓）VBAT的差電壓AV=Vdd-Vbat。第1閾值電壓Vm的下側(cè)電平VTm被設(shè)定為N溝道 MOSFET的柵極源極間閾值電壓Vth以上的值。
[0072] 2.H橋電路104的控制
[0073] 控制器106被構(gòu)成為能根據(jù)內(nèi)部電源線120的電壓VDD，以第1模式和第2模式切 換H橋電路104的控制順序。具體來(lái)說(shuō)，在內(nèi)部電源電壓Vdd比預(yù)定的第2閾值電壓Vth2低 時(shí)成為第1模式，在不對(duì)第1晶體管MHl及第2晶體管MH2的柵極信號(hào)進(jìn)行開關(guān)、將它們固 定為截止的狀態(tài)下，對(duì)第3晶體管MLl及第4晶體管ML2進(jìn)行開關(guān)。
[0074] 相反，在內(nèi)部電源電壓Vdd比第2閾值電壓Vth2高時(shí)成為第2模式，對(duì)第1晶體管 MHl及第2晶體管MH2、第3晶體管MLl及第4晶體管ML2進(jìn)行開關(guān)。
[0075] 為切換第1模式和第2模式，設(shè)有第2比較器112。第2比較器112將與內(nèi)部電源 線120的內(nèi)部電源電壓Vdd相應(yīng)的第2檢測(cè)電壓與預(yù)定的第2閾值電壓Vth2進(jìn)行比較。控制 器106基于第2比較器112的輸出信號(hào)（第2比較信號(hào)）CMP2切換第1模式和第2模式。
[0076] 除第1模式、第2模式外，將使H橋電路104的所有晶體管的開關(guān)都停止、使其作 為二極管橋電路進(jìn)行動(dòng)作的期間稱作第3模式。控制器106在來(lái)自微控制器6的控制信號(hào) CTRL被置于無(wú)效的期間成為第3模式。
[0077] 在本實(shí)施方式中，第2檢測(cè)電壓同第1檢測(cè)電壓一樣，是內(nèi)部電源電壓Vdd與輸出 線122的電壓（即電池電壓）Vbat的差電壓AV=Vdd-Vbat。即，
[0078] (i)VDD-VBAT>VTH2 時(shí)成為第 1 模式；
[0079] (ii)VDD_VBAT〈VTH2 時(shí)成為第 2 模式。
[0080] 第2閾值電壓Vth2被設(shè)定為N溝道MOSFET的柵極源極間閾值電壓Vth以上的值。
[0081] 以上是無(wú)線受電電路100的構(gòu)成。接下來(lái)說(shuō)明其動(dòng)作。
[0082] 圖3是圖2的無(wú)線受電電路100的動(dòng)作波形圖。從上至下按順序分別表示控制信 號(hào)CTRL、內(nèi)部電源電壓Vdd及整流電壓Vkect、第1比較信號(hào)CMPl、第2比較信號(hào)CMP2、第1開 關(guān)SW1、第2開關(guān)SW2。關(guān)于第1開關(guān)SW1、第2開關(guān)SW2,高電平表示導(dǎo)通狀態(tài)、低電平表示 截止?fàn)顟B(tài)。
[0083] 在時(shí)刻t0以前，無(wú)線受電電路100為停止?fàn)顟B(tài)，整流電壓Vkect及內(nèi)部電源電壓Vdd 下降到0V。在時(shí)刻to,開始來(lái)自發(fā)送線圈的供電。在該時(shí)刻，內(nèi)部電源電壓Vdd已下降到 0V，故無(wú)線受電電路100的能動(dòng)元件不能進(jìn)行動(dòng)作，第1開關(guān)SW1、第2開關(guān)SW2都截止。
[0084] 由于控制信號(hào)CTRL被置于無(wú)效，故H橋電路104作為由4個(gè)體二極管構(gòu)成的二極 管橋電路進(jìn)行動(dòng)作（第3模式）。通過(guò)二極管橋電路，流入接收線圈102的線圈電流Iam被 整流，并被提供到整流線124,進(jìn)而介由第5晶體管M5的體二極管提供給內(nèi)部電源線120， 電容器Cl被充電，內(nèi)部電源電壓Vdd及整流電壓Vkect隨時(shí)間而上升。在該期間，成立Vkect = VDD+VF的關(guān)系。Vf是體二極管的正向電壓。
[0085] 在時(shí)刻t0以后，第5晶體管M5的柵極被施加接地電壓（OV)。在時(shí)刻tl，第5晶 體管M5的源極電位、即內(nèi)部電源電壓Vdd若超過(guò)P溝道MOSFET的柵極源極間閾值電壓Vth， 則第5晶體管M5導(dǎo)通，第1開關(guān)SWl成為導(dǎo)通（第1狀態(tài)φ?)。由此，Vkect =VDD。
[0086] 之后，電容器Cl也被整流后的線圈電流Iam充電，電壓VKKT、Vdd繼續(xù)上升。在時(shí) 亥Ijt2,來(lái)自微控制器6的控制信號(hào)CTRL被置于有效（高電平），指示無(wú)線受電電路100開 始充電。
[0087] 控制信號(hào)CTRL被置于有效后，控制器106開始第1開關(guān)SW1、第2開關(guān)SW2、H橋 電路104的控制。第2檢測(cè)電壓Vdd-Vbat比MOSFET的閾值電壓Vth低，因此第2比較信號(hào)CMP2為低電平，H橋電路104被按第1模式控制。
[0088] 在時(shí)刻t3,第2檢測(cè)電壓（Vdd-Vbat)變得比閾值電壓Vth高時(shí)，第2比較信號(hào)CMP2 成為高電平，控制器106開始以第2模式控制H橋電路104。
[0089] 在時(shí)刻t4,第1檢測(cè)電壓（Vdd-Vbat)達(dá)到第1閾值電壓Vm的上側(cè)電平Vthih時(shí)，第 1比較信號(hào)CMPl成為高電平。以此為契機(jī)，控制器106轉(zhuǎn)變?yōu)榈?狀態(tài)φ2,使第1開關(guān)SWl 截止、使第2開關(guān)SW2導(dǎo)通。此外，為防止第1開關(guān)SWl和第2開關(guān)SW2同時(shí)導(dǎo)通，優(yōu)選第2 開關(guān)SW2延遲死區(qū)時(shí)間Td地導(dǎo)通。從第2狀態(tài)φ2轉(zhuǎn)變?yōu)榈?狀態(tài)φ?時(shí)也是同樣，優(yōu)選第 1開關(guān)SWl延遲死區(qū)時(shí)間Td地導(dǎo)通。
[0090] 隨著第2開關(guān)SW2導(dǎo)通，被H橋電路104整流后的充電電流Iaie介由第2開關(guān)SW2 而被提供給充電電池2。此時(shí)，整流電壓Vkect成為與電池電壓Vbat相同程度的電壓電平。
[0091] 為對(duì)H橋電路104的4個(gè)晶體管進(jìn)行開關(guān)，需要使各晶體管的柵極電容充放電，從 電容器Cl供給用于此的電流。即、在時(shí)刻t4以后，內(nèi)部電源電壓Vdd隨時(shí)間而下降。
[0092] 在時(shí)刻t5,第1檢測(cè)電壓（Vdd-Vbat)下降到第1閾值電壓Vm的下側(cè)電平VTm時(shí)， 第1比較信號(hào)CMPl轉(zhuǎn)變成低電平。由此，控制器106回到第1狀態(tài)φ?，第1開關(guān)SWl導(dǎo)通、 第2開關(guān)SW2截止。隨著第1開關(guān)SWl導(dǎo)通，電容器Cl被由H橋電路104整流后的電流充 電，內(nèi)部電源電壓Vdd再次上升。
[0093] 在控制信號(hào)CTRL被置于有效的期間，無(wú)線受電電路100交替反復(fù)第1狀態(tài)Cpl和第 2狀態(tài)φ2 (直到時(shí)刻t7)。
[0094] 在時(shí)刻t7、控制信號(hào)CTRL被置于無(wú)效時(shí)，控制器106成為第1狀態(tài)φ?。其結(jié)果，電 容器Cl被介由第1開關(guān)SWl充電，內(nèi)部電源電壓Vdd及整流電壓Vkect上升。在時(shí)刻t8,控 制信號(hào)CTRL再次被置于有效時(shí)，控制器106成為第2狀態(tài)φ2。
[0095] 另外，在控制信號(hào)CTRL被置于無(wú)效的期間t7_t8,可以使H橋電路104為第2模 式，也可以使其為第3模式。
[0096] 以上是無(wú)線受電電路100的動(dòng)作。通過(guò)無(wú)線受電電路100,能取得以下效果。
[0097] 1.在圖2的無(wú)線受電電路100中，作為整流電路，能夠取代圖1的二極管橋電路而 使用采用了MOSFET的H橋電路。因此，能減少二極管的壓降所導(dǎo)致的功率損耗，能提高效 率。
[0098] 在此，為使H橋電路104的上側(cè)的第1晶體管MH1、第2晶體管MH2導(dǎo)通，需要將 比它們的源極電壓、即整流線Vkect的電壓高的電壓施加于柵極。根據(jù)圖2的無(wú)線受電電路 100,利用線圈電流Iam對(duì)電容器Cl進(jìn)行充電，從而能夠生成驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O所需的電壓。
[0099] -般來(lái)說(shuō)，為驅(qū)動(dòng)N溝道M0SFET，需要所謂的自舉電路，但在圖2的無(wú)線受電電路 100中，不需要自舉電路，故能抑制電路部件個(gè)數(shù)、電路面積的增加。
[0100] 另外，無(wú)線受電電路100在控制信號(hào)CTRL被置于有效的期間交替反復(fù)第1狀態(tài) φ?和第2狀態(tài)φ2。通過(guò)成為第1狀態(tài)φ?，能利用線圈電流對(duì)電容器Cl充電，使內(nèi)部電源線 120的電壓Vdd提高到能使H橋電路104的上側(cè)的第1晶體管MH1、第2晶體管MH2導(dǎo)通的 程度。通過(guò)在此基礎(chǔ)上切換成第2狀態(tài)φ2,能對(duì)H橋電路104的上側(cè)的第1晶體管MH1、第 2晶體管ΜΗ2進(jìn)行開關(guān)。
[0101] 特別是通過(guò)基于內(nèi)部電源電壓Vdd切換第1狀態(tài)φ?和第2狀態(tài)φ2,能使內(nèi)部電源 電壓Vdd維持在可使H橋電路104的第1晶體管MHl、第2晶體管ΜΗ2導(dǎo)通的程度以上，能 繼續(xù)低損耗地對(duì)線圈電流進(jìn)行整流。
[0102] 另外，通過(guò)使第1比較器110為遲滯比較器，能使與內(nèi)部電源電壓Vdd相應(yīng)的第1 檢測(cè)電壓維持在第1閾值電壓的下側(cè)電平以上。即，通過(guò)適當(dāng)設(shè)定下側(cè)電平，能使內(nèi)部電源 電壓Vdd維持在可使第1晶體管ΜΗ1、第2晶體管ΜΗ2導(dǎo)通的電平以上。
[0103] 進(jìn)而，在圖2的無(wú)線受電電路100中，是使與內(nèi)部電源電壓Vdd相應(yīng)的第1檢測(cè)電 壓為內(nèi)部電源電壓Vdd與輸出線的電壓Votjt(Vbat)的差電壓ΔV的。在第2狀態(tài)φ2下，為使 第1晶體管ΜΗ1、第2晶體管ΜΗ2導(dǎo)通，需要使要施加于它們的柵極的高電平電壓、即內(nèi)部電 源電壓Vdd在VTOT+Vth以上。通過(guò)將Vdd-Vtot作為第1檢測(cè)電壓，能恰當(dāng)?shù)厍袚Q第1狀態(tài)φ? 和第2狀態(tài)φ2。從另一角度來(lái)說(shuō)，能夠不改變電路內(nèi)部的設(shè)定地為電池電壓Vbat不同的各種 各樣的充電電池2供電。
[0104] 進(jìn)而，關(guān)于H橋電路104的控制，可切換第1模式和第2模式。
[0105] 在內(nèi)部電源電壓Vdd未達(dá)到可使第1晶體管、第2晶體管導(dǎo)通的程度的電壓電平 的狀況下，即使使第1晶體管ΜΗ1、第2晶體管ΜΗ2的柵極電壓擺動(dòng)（swing)，也不能使它們 切換導(dǎo)通和截止，結(jié)果，對(duì)它們的柵極充放電的電流變得無(wú)用。在圖2的無(wú)線受電電路100 中，通過(guò)在內(nèi)部電源電壓Vdd低的狀態(tài)下選擇第1模式，能減少無(wú)用的電流。
[0106] 進(jìn)而，關(guān)于第2檢測(cè)電壓，也是定為內(nèi)部電源電壓Vdd與輸出線122的電壓Vqut的 差電壓AV的。由此，即使輸出線122的電壓發(fā)生變化，也能適當(dāng)?shù)厍袚Q第1模式和第2模 式。從另一角度來(lái)說(shuō)，能夠不改變電路內(nèi)部的設(shè)定地、應(yīng)對(duì)種類和電池單元（cell)數(shù)不同 的各種各樣的充電電池。
[0107] 接下來(lái)說(shuō)明利用了無(wú)線受電電路100的電子設(shè)備1的具體例子。
[0108] 圖4是表不作為電子設(shè)備1的一例的電動(dòng)刮胡刀500的立體圖。電動(dòng)刮胡刀500 具有殼體502和刮頭504。上述的接收線圈102、無(wú)線受電電路100及充電電池2同未圖示 的DC/DC轉(zhuǎn)換器4、微控制器6 -起被設(shè)于殼體502內(nèi)。當(dāng)然，它們的布局不特意限定。
[0109] 以上基于實(shí)施方式說(shuō)明了本發(fā)明。這些實(shí)施方式僅是例示，本領(lǐng)域技術(shù)人員能理 解其各構(gòu)成要素和各處理過(guò)程的組合可以有各種各樣的變形例，且這樣的變形例也包含在 本發(fā)明的范圍內(nèi)。下面說(shuō)明這樣的變形例。
[0110](變形例1)
[0111] 第1比較器110進(jìn)行與閾值電壓Vm的比較的第1檢測(cè)電壓也可以是內(nèi)部電源電 壓Vdd本身。此時(shí)，根據(jù)安裝無(wú)線受電電路100的組件（電子設(shè)備），在規(guī)格參數(shù)上規(guī)定電池 電壓Vbat。因此，通過(guò)基于電池電壓Vbat的規(guī)格值，設(shè)定閾值電壓VTH1(遲滯比較器時(shí)的下側(cè) 電平）、使得VTH1>VBAT+Vth，就能進(jìn)行與實(shí)施方式同樣的控制。進(jìn)而，還可以使閾值電壓Vm 根據(jù)電池電壓Vbat而可變。
[0112] (變形例2)
[0113] 關(guān)于第2比較器112進(jìn)行與閾值電壓Vth2的比較的第2檢測(cè)電壓，也可以采用內(nèi) 部電源電壓Vdd本身。此時(shí)，通過(guò)設(shè)定第2閾值電壓Vth2以使得VTH2>VBAT+Vth，也能進(jìn)行與實(shí) 施方式同樣的控制。進(jìn)而，也可以使閾值電壓Vth2能根據(jù)電池電壓Vbat而可變。
[0114] (變形例3)
[0115] 在實(shí)施方式中，是基于內(nèi)部電源電壓Vdd切換第1狀態(tài)φ?、第2狀態(tài)φ2的，但本發(fā) 明不限定于此。例如控制器106也可以在控制信號(hào)CTRL被置于有效的期間、按預(yù)定的時(shí)間 周期切換第1狀態(tài)φ?和第2狀態(tài)φ2。
[0116] 若為供電功率穩(wěn)定的系統(tǒng)，則在第1狀態(tài)φ?持續(xù)了預(yù)定的第1時(shí)間時(shí)，能準(zhǔn)確地 預(yù)測(cè)、計(jì)算內(nèi)部電源電壓Vdd上升的幅度，并在第2狀態(tài)φ2持續(xù)了預(yù)定的第2時(shí)間時(shí)，準(zhǔn)確地 預(yù)測(cè)、計(jì)算該電壓Vdd下降的幅度。因此，還能不監(jiān)視內(nèi)部電源電壓Vdd地控制狀態(tài)。此時(shí)， 只要利用計(jì)時(shí)器電路取代第1比較器110即可。
[0117] 進(jìn)而，也可以組合采用了比較器的狀態(tài)控制和采用了計(jì)時(shí)器的狀態(tài)控制。例如，可 以在第2狀態(tài)φ2下、若第1檢測(cè)電壓下降到第1閾值電壓Vm，則轉(zhuǎn)變?yōu)榈?狀態(tài)φ?,從轉(zhuǎn) 變?yōu)榈?狀態(tài)φ?起經(jīng)過(guò)預(yù)定時(shí)間后，轉(zhuǎn)變?yōu)榈?狀態(tài)φ2。此時(shí)，也能將內(nèi)部電源電壓Vdd維 持在可使第1晶體管導(dǎo)通的電平。
[0118] 基于實(shí)施方式，以具體的用語(yǔ)說(shuō)明了本發(fā)明，但實(shí)施方式僅是表示本發(fā)明的原理、 應(yīng)用，在不脫離權(quán)利要求書所規(guī)定的本發(fā)明的思想的范圍內(nèi)，實(shí)施方式可以有多種變形例 或配置的變更。
[0119] 標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0120] 1…電子設(shè)備、2…充電電池、4··· DC/DC轉(zhuǎn)換器、6…微控制器、300…無(wú)線受電裝 置、302…接收線圈、304…二極管橋電路、306…輸出開關(guān)、308…控制開關(guān)、Rll，R12...電阻、 100···無(wú)線受電電路、102…接收線圈、MHl…第1晶體管、ΜΗ2…第2晶體管、MLl…第3晶體 管、ML2…第4晶體管、104…H橋電路、106…控制器、SWl…第1開關(guān)、SW2…第2開關(guān)、Μ5... 第5晶體管、Μ6…第6晶體管、Μ7…第7晶體管、Cl…電容器、108…電源端子、110…第1比較 器、112…第2比較器、120…內(nèi)部電源線、122…輸出線、124…整流線、126…接地線、200… 無(wú)線供電裝置、202···發(fā)送線圈、204···驅(qū)動(dòng)部。
[0121] 工業(yè)上的可利用性
[0122] 本發(fā)明涉及無(wú)線供電技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1. 一種與接收線圈一起構(gòu)成無(wú)線受電裝置的無(wú)線受電電路，其特征在于，包括： 連接電容器的內(nèi)部電源線， 輸出線， 整流線， 接地線， H橋電路，包含被設(shè)在上述整流線與上述接收線圈的一端之間的N溝道MOSET的第1晶 體管、被設(shè)在上述整流線與上述接收線圈的另一端之間的N溝道MOSET的第2晶體管、被設(shè) 在上述接收線圈的一端與上述接地線之間的N溝道MOSET的第3晶體管、被設(shè)在上述接收 線圈的另一端與上述接地線之間的N溝道MOSET的第4晶體管， 第1開關(guān)，被設(shè)在上述整流線與上述內(nèi)部電源線之間， 第2開關(guān)，被設(shè)在上述整流線與上述輸出線之間，以及 控制器，控制上述H橋電路的上述第1晶體管、上述第2晶體管、上述第3晶體管、上述 第4晶體管、上述第1開關(guān)、上述第2開關(guān)； 其中，上述控制器的電源端子被供給上述內(nèi)部電源線的電壓。
2. 如權(quán)利要求1所述的無(wú)線受電電路，其特征在于， 上述控制器被構(gòu)成為可切換使上述第1開關(guān)導(dǎo)通、使上述第2開關(guān)截止的第1狀態(tài)，和 使上述第1開關(guān)截止、使上述第2開關(guān)導(dǎo)通的第2狀態(tài)。
3. 如權(quán)利要求2所述的無(wú)線受電電路，其特征在于， 上述控制器基于上述內(nèi)部電源線的電壓切換上述第1狀態(tài)和上述第2狀態(tài)。
4. 如權(quán)利要求3所述的無(wú)線受電電路，其特征在于，還包括： 比較器，將與上述內(nèi)部電源線的電壓相應(yīng)的第1檢測(cè)電壓與預(yù)定的第1閾值電壓進(jìn)行 比較； 上述控制器基于上述比較器的輸出，切換上述第1狀態(tài)和上述第2狀態(tài)。
5. 如權(quán)利要求4所述的無(wú)線受電電路，其特征在于， 上述比較器是遲滯比較器。
6. 如權(quán)利要求4所述的無(wú)線受電電路，其特征在于， 與上述內(nèi)部電源線的電壓相應(yīng)的上述第1檢測(cè)電壓是上述內(nèi)部電源線的電壓與上述 輸出線的電壓的差電壓。
7. 如權(quán)利要求2所述的無(wú)線受電電路，其特征在于， 上述控制器按預(yù)定的時(shí)間周期切換上述第1狀態(tài)和上述第2狀態(tài)。
8. 如權(quán)利要求1至7的任一項(xiàng)所述的無(wú)線受電電路，其特征在于， 上述控制器被構(gòu)成為能切換在將上述第1晶體管及上述第2晶體管的柵極電壓固定為 低電平電壓的狀態(tài)下、對(duì)上述第3晶體管及上述第4晶體管進(jìn)行開關(guān)的第1模式，和對(duì)上述 第1晶體管及上述第2晶體管、上述第3晶體管及上述第4晶體管進(jìn)行開關(guān)的第2模式。
9. 如權(quán)利要求8所述的無(wú)線受電電路，其特征在于， 上述控制器基于上述內(nèi)部電源線的電壓切換上述第1模式和上述第2模式。
10. 如權(quán)利要求9所述的無(wú)線受電電路，其特征在于，還包括： 第2比較器，將與上述內(nèi)部電源線的電壓相應(yīng)的第2檢測(cè)電壓與預(yù)定的第2閾值電壓 進(jìn)行比較； 上述控制器基于上述第2比較器的輸出切換上述第1模式和上述第2模式。
11. 如權(quán)利要求10所述的無(wú)線受電電路，其特征在于， 與上述內(nèi)部電源線的電壓相應(yīng)的上述第2檢測(cè)電壓是上述內(nèi)部電源線的電壓與上述 輸出線的電壓的差電壓。
12. 如權(quán)利要求1至11的任一項(xiàng)所述的無(wú)線受電電路，其特征在于， 上述第1開關(guān)包含作為MOSFET的第5晶體管，上述第5晶體管的背柵被接線成其體二 極管的陰極處于上述內(nèi)部電源線側(cè)的方式。
13. 如權(quán)利要求1至12的任一項(xiàng)所述的無(wú)線受電電路，其特征在于， 上述第2開關(guān)包含作為MOSFET的第6晶體管，上述第6晶體管的背柵被接線成其體二 極管的陰極處于上述整流線側(cè)的方式。
14. 如權(quán)利要求13所述的無(wú)線受電電路，其特征在于， 上述第2開關(guān)還包含與上述第6晶體管串聯(lián)而設(shè)的作為MOSFET的第7晶體管，上述第 7晶體管的背柵被接線成其體二極管的陰極處于上述輸出線側(cè)的方式。
15. 如權(quán)利要求1至14的任一項(xiàng)所述的無(wú)線受電電路，其特征在于， 被一體集成在一個(gè)半導(dǎo)體基板上。
16. -種電子設(shè)備，其特征在于，包括： 接收線圈，和 權(quán)利要求1至15的任一項(xiàng)所述的無(wú)線受電電路。
【文檔編號(hào)】H02J17/00GK104364993SQ201380031138
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月1日
【發(fā)明者】?jī)?nèi)本大介, 井上直樹, 巖崎竜也 申請(qǐng)人:羅姆股份有限公司