皆さん、こんにちは。STマイクロエレクトロニックス株式会社システムソリューションラボの山田やすいろです。よろしくお願いいたします。この度は、ハイパーカとトランスミッターモードで広がるワイヤレス充電の可能性のウェビナーをご覧いただき、誠にありがとうございます。それでは、早速始めていきます。続いて、ウェビナーの概要になります。このウェビナーの目的は、ワイヤレス充電の最新市場動向の説明、そしてSTの反動体製品と評価ボードを使ったデモ動画の障害になります。対象となる方は、電池を使ったアプリケーションを開発していて、ワイヤレス充電を導入されている方、また導入を検討されている方になります。キーワードとしましては、ハイパーカ、リバースモード、開発エコシステムとなります。本ウェビナーのアジェンダです。セッション1では、ワイヤレス充電の広がる可能性としまして、各種ワイヤレス充電方法や環境への影響、現状のワイヤレス充電の課題、普及の鍵、そして新たなアプリケーションの可能性についてご紹介します。セッション2では、進化するワイヤレス充電用ICとして、STの集積回路とプロセス技術を用いた最新反動体製品のご紹介になります。セッション3では、充実したエコシステムで開発をサポートとして、STが提供する評価ボードとソフトウェアGUI、それらを使ったデモ動画をご紹介します。続きまして、セッション1、ワイヤレス充電の広がる可能性です。まず、ワイヤレス充電の既存技術の説明になります。現在、スマートフォンなどワイヤレス充電として、最も多くのアプリケーションに採用されているのが電磁誘導方式になります。この方式のメリットは、構成がシンプルで効率性が高く、安全性も確保されている点です。また、操縦針の電力レンジの拡大、それから市場の生縮という点も挙げられます。技術課題としましては、こういうようなアライメント、そしてその結合性にあります。これは、後のスライドでその対策を説明させていただきます。また、デメリットとしましては、スペースの制限、それから複数デバイスを同時に充電することが困難という点があります。ホームウェビナーでご紹介するワイヤレス充電は、すべてこの方式によるものになります。続いて、次回共鳴方式になります。この方式のメリットは、高い空間自由度、そしてそれによる複数デバイスの充電が可能という点になります。技術課題としましては、電力レンジの拡大、低いという点、それから安全性、TXRXの設計が難しいなどといった点になります。デメリットはEMIの増加、それから効率が悪いという点になります。この方式は、電磁誘導より数メートルなど長い距離での充電が可能になるため、電気自動車のワイヤレス充電に適していると言われています。続いて、新技術の登場についてです。これら技術は現在不急には至っていませんが、今後課題解決や市場創出によっては大きな可能性がある方式となります。まず、電磁波充電ですが、メリットは複数デバイスに充電可能なこと、それからコイルやアンテナの小型化が可能なことになります。デメリットとしましては、充電電力が小さいこと、安全環境の整備、健康への配慮、EMIが大きいことが上げられます。そして、従来の方式より効率が悪いといった点もデメリットになります。続いて、右側の光無線充電です。このメリットは、充電領域が広いことです。デメリットとしましては、電磁波充電と同じで、充電電力が低い、安全環境の整備、健康への配慮、EMIが大きい、抵抗率といった点になります。コイルのアライメント、設計自由度になります。現在普及している送信TX側のコイル方式は、受信機器RX側の位置を手動で決めるシングルコイル方式になります。ただ、この方法だと、RXのコイルの位置によって、コイル化の血号度が大きく変わってしまい、効率の良い充電ができなくなる可能性があります。その課題を解決する方法が、ムービングコイル方式とコイルアレー方式になります。ムービングコイル方式は、TXがRXの位置を検知し、TXのコイルをRXのコイルとできるだけ重なり合う面積が多い位置まで移動させます。また、コイルアレー方式は、同じくTXがRXの位置を検知し、RXのコイルの近い直下のコイルだけで充電する方式になります。続いて、環境に優しいワイヤルス充電です。まず、充電用コードの削減になります。現在、年間約10万トンの充電器用ケーブルが廃棄されています。ワイヤルス充電にした場合、充電用ケーブルが不要となります。また、地域企画により、互換性が向上し、現在のような各種コネクターのケーブルが不要になります。これにより廃棄される充電用ケーブルを減らすことが可能になります。次に、関電池は、水銀、生り、カドミウム、ニッケルなどの有害物質を含まれています。その関電池が、年間数十億個廃棄され、その廃棄された関電池から有害物質が流れ出ることで、環境に悪影響を覚えぼしています。ワイヤルス充電を使うことで、関電池を充電池に置き換えることができ、この問題を改善する方向になると考えます。最後に、充電池は、機器使用中に充電を行うとバッテリーを消耗し、寿命が短くなります。ワイヤルス充電では、充電中に機器操作を行わないため、バッテリーの消耗を少なくすることができ、充電池の長寿命化につながります。続いて、利用者がワイヤルス充電を使う理由です。下のボーグラフは、ワイヤルス充電を使う理由について、利用者に複数回答でアンケートを行ったものです。最も多かった理由が、急速充電のスピードで、その後、高品質な製品ラインナップ、多くの機器へのワイヤルス充電の搭載、放熱性の改善と続きます。これらの結果から、ワイヤルス充電を使う理由は、充電スピードや製品の非使い税に加え、安全性、信頼性、使いやすさの向上が重要な要因であることがわかります。次に、利用者のワイヤルス充電の満足度です。前のスライド同様、ボーグラフは、利用者に複数回答でアンケートを行ったものです。最も多かった理由が、スマートフォンが充電できるで、その後、家庭で充電できる充電の品質、速度と続きます。これらの結果から、利用者の満足度は全般的に高いと言えます。続いて、非利用者がワイヤルス充電を使ってみたい理由です。ボーグラフは、ワイヤルス充電を使ってみたい理由について、非利用者にアンケートを行ったものです。最も多かった理由が、信頼性で、その後、ユーザース、使いやすさ、充電スピード、機器使用中に充電できることと続きます。これらの結果から、ワイヤルス充電の普及には、信頼性と安全性の向上に加え、使いやすさや実際の充電能力、充電のしやすさが重要だと言えます。非利用者がワイヤルス充電を使わない理由です。ボーグラフは、ワイヤルス充電を使わない理由について、非利用者にアンケートを行ったものです。最も多かった理由が、自分のスマートフォンに機能が搭載されていないで、機能をよく知らない、従来の充電で十分、機能搭載機器の価格が高いと続きます。これらの結果から、非利用者のワイヤルス充電を使わない理由は、最新のスマートフォンを持っていない、または機能が搭載されていることを知らない。現状の充電に満足しているため、ワイヤルス充電の必要性を感じないことなどが言えます。ワイヤルス充電の課題です。まずは、TXとRXのアライメントの問題です。自送信のアライメントがわないと、電力効率が低くなります。その課題を解決するため、前のスライドでも紹介したアライメントを自動的に改善する機能が低コストで開発されることが求められます。その他にも、急速充電への対応や、より広い空間での充電、導入コスト、機器の発熱性など課題があります。続いて、ワイヤルス充電の普及率向上の鍵について検討しました。まずは、オーグの機器にこの機能が搭載され、TXとRXの両方でエコシステムを構築することで普及が加速すると考えます。また、ユーザー体験を向上する必要があります。それは、充電スピードの向上、セキュリティを含めた安全性の確保、公共の場や仕事場での充電体験などの共有になります。そして、将来的にはワイヤルス充電が補助機能でなく、主要機能となることです。幅広いアプリケーションに対応するワイヤルス充電です。現在、ワイヤルス充電は課題はあるものの搭載されたコンシューマ機器、産業機器が日に日に増えています。代表例がスマートフォンであり、その他でもタブレット、スマートウォッチ、イヤホン、フィットネストレーナー、ラップトップ、ドローン、利用家電、PC周辺機器、ヘルスケア機器などがあります。STはこれらのアプリケーションに、反動体デバイスのリーダーとして、反動体製品、評価基盤、ソフトウェア自由愛、技術サポートを一早く提供していきます。セッション1の最後にワイヤルス充電の新たなる可能性の紹介になります。ワイヤルス充電を導入するメリットは、コードを削減できることです。コードレスがメリットが出るアプリケーションへの導入の可能性が高いと言います。コンシューマ機器では、ドローンやロボット装置機、電動アシスト自転車、ポス機器などが考えられます。また、産業機器ではコードレスパワーツール、産業用事実型ロボット、搬送機などが考えられます。最後に医療機器ではモニタリング機器などが挙げられます。セッション2は進化するワイヤルス充電用ICと題しまして、最新の反動体製品の紹介になります。ワイヤルス充電における、反動体メーカーとしてのSTマイクロエレクトロニクスの強みをご紹介します。まず、世界最大のスマートフォンメーカー向けに開発導入の初期から、ワイヤルス充電用レシーバーICを提供している市場実績があることです。そして業界をリードする技術イノベーションを発信してきたことです。その技術イノベーションを起こすために、ST独自の反動体BCDプロセス技術を磨き上げてきたことです。また、業界団体のWPCとの強力なパートナーシップを結んでいることも挙げられます。まずは、リワルモードワイヤルス充電トランスミッターICのSTWLC68JRFです。リワルモードとは、レシーバー機能とトランスミッター機能の両方を持ち合わせたものです。例えば、スマートフォンに搭載された場合、通常はレシーバーとして電力を受け取る側として機能し、イヤホンなど他のデバイスへの押し層分け充電、リバースモードを行いたい時は、トランスミッターとして電力を送る側になることができます。続いて、このICの特徴になります。レシーバーは、最大20W受信可能です。トランスミッターは、最大5W出力可能です。CHIの企画1.2.4 PPPに準拠しております。また、ST独自のプロトコル、STスーパーチャージャーにも対応しております。全システム効率は90%以上で、パッケージは最適化されたサイズになっております。高効率な同期整流、LDO、20Vまで設定可能なLDOを内蔵しております。高いカスタマイズ性を持ち、16キロバイトのOTPを内蔵しております。また、IPとしては、ハードウェア・ソフトウェアの下電圧保護を備えております。続いて、ワイヤレス中電トランスミッターICのSTWBC2の紹介になります。このICの特徴は、CHIの企画1.2.4 15W PPPに準拠している点です。また、ST独自のプロトコル、STスーパーチャージャー最大50Wも対応しております。出力部には、フルブリッジトポロジーとDCDCコンバーター用に、ハーフブリッジ駆動ドライバーを3つ搭載しております。高圧小圧DCDC用デジタルコントローラーや、分解の1ナノセックのPWM発生機を持っております。また、電力入力部には、USBパワーデリバリー機能を搭載し、メモリとしては、フラッシュメモリ128キロバイトのメモリを積んでおります。セッション3.充実したエコシステムで開発をサポートです。STが提供する充実したエコシステム、評価ボードとソフトウェアGUIの紹介になります。ソフトウェアGUIのSTワイヤスパワースタジオは、動作時のTXとRXの両方の主要なパラメーターをモニターすることが可能です。また、必要に応じてカスタマイズすることも可能です。異物検知FODのキャリブレーションや、通信診断機能を搭載しております。続いて、評価ボードのSTWLC68EVKの紹介になります。前のセッションでご紹介した、リワルモードICのSTWLC68EVKが搭載されていて、各2台の同じ評価ボードと同じコイルに、それぞれTXとRXを割り当てると、2.5Wのワイヤレス逆充電、リバースモードが実現します。評価ボードの主要は、レシーバーが20W、トランスミッターが5Wになります。続きまして、デモ動画1です。この動画では、STが提供する2.5Wワイヤレス逆電のソリューションを紹介します。このソリューションは、ウェアラブル機器などの消費電力が小さいアプリケーションに適しています。このデモの構成は、上からTX基盤、RX基盤、MCPドングル、電子負荷になります。次に、TX基盤とRX基盤の詳細になります。TX基盤は、DC電圧からAC電圧に変換し、コイルから出力します。まず、入力部ですが、USBポートがあり、DC電圧が入力されます。また、6ピンのヘッターがあります。これらは、ドングルトの接続に使います。そして、中オーブにはSTWLC68のチップが搭載されています。このチップは、CPU、LDO、ドライバー、MOSFETを内蔵しています。そのため、周辺部品が少なくなります。最後に、右の出力部のTXコイルです。電力送信とRXとの情報交換を行います。続いて、RXボードになります。チップは、TXと同じSTWLC68になり、周辺部品が少ないことがわかります。下の2本の線は、出力用パワーラインになり、負荷と接続されます。また、右側に出ている4本の線は、ドングルトつながります。基盤の裏側には、電力受信と情報交換のためのRXコイルがあります。こちらが、2.5Wワイヤレス充電ソリューションのセットアップになります。RX基盤が電子負荷につながっています。RXコイルとTXコイルは、重なりi、カップリングが良くなっております。入力電力は、USBで供給されます。ドングルは、TX基盤とPCにつながっていて、PC上のGUIで制御と状態モニターができます。次にGUIを開きます。この時、PCと基盤は、ドングルを挟んで接続された状態です。このGUIから、TXのパラメーターを設定します。まず、メニューから、TXレジスターをクリックします。そして、コマンドを選択します。さらに、SWTXモードとイネーブルTXをツルーにします。そして、右端の書き込みボタンを押します。これで、基盤はTXモードになりました。また、このGUIは他の機能を持っています。メニューから、チャートをクリックします。そして、スタートをクリックすると、TXの基盤のリアルタイムでの状態を見ることができます。その他の機能としては、コイルセレクションや異物検事のチューニング、OTPへのファイルのダウンロードなどができます。これで、2.5Wワイヤレス充電の電力通信デモが完成です。これらのソリューションの詳しい情報は、STのウェブサイトでご確認ください。続きまして、デモ動画2になります。この動画では、STが提供する50Wワイヤレス充電のソリューションと12Wリバース充電のソリューションを紹介します。50Wのワイヤレス充電から始めます。送信側は、2つのコイルとST-WSC2搭載のTX基盤で構成されています。受信側はST-WLC88搭載のRX基盤と、その電子負荷で構成されています。まず、セットアップの中でTX基盤はUSBで給電されています。RXコイルは基盤の底面についていて、TXコイルと良いカップリングを持っています。この状態で、既にRXはTXから電力を受信しています。受信する電圧は徐々に上昇し、最終的には20Vまで達します。そして、電子負荷を50Wまで開けていきます。負荷電流が500mAになりました。負荷電流が1Aになりました。負荷電流が1.5Aになりました。負荷電流が2Aになりました。そして、最終的に2.6Aまで負荷電流を増やします。これで、50Wまで到達しました。システムは安定しています。次に、RX側のチューニングをするための基盤上のGUIの使い方についてのデモになります。負荷を下げます。RX側の3つのボタンで、ページと設定を変更できます。真ん中のボタンを押すと、上のラインの出力電圧と、下の転線の出力電力を示すページになります。下のボタンを押すと、出力電圧が下がり、上のボタンを押すと、出力電圧が上がります。電圧が下がっていきました。出力電圧がまた上がっていきます。そして負荷を上げていきます。また出力の負荷を下げていきます。次のページでは、TXとRXの通信状態を表すページになります。RX基盤からTX基盤上のLEDの点滅スピードを変えることができます。上のボタンを押すとLEDの点滅スピードが上がります。下のボタンを押すとLEDの点滅スピードが下がります。次のページはRXの基盤の情報の表示になります。次のページはIC内部のADCの情報になります。次のページは最初のページに戻ります。続いて、12W、リバース充電のソリューションを紹介します。このデモはSTWLC88搭載の基盤を2台使います。この基盤は50Wのソリューションで使ったものと同じで、設定などの変更は不要です。1つの基盤をTXとし、もう一方RXとします。RX基盤は電子負荷につながっています。初期設定でのTXの入力電圧VINは5Vです。TXのボタンでVINの入力電圧を変更することができます。USBからの入力電圧が12Vになりました。次にTXとRXを近づけます。するとRX基盤の出力電圧が上がっていきます。ボタンの上下で出力電圧を変更することができます。電圧を下げていき、また出力電圧を上げていき、15Vに戻りました。電子負荷をオンし、負荷電流を上げていきます。負荷電力を12Wまで上げました。これで出力負荷が12Wになりました。私たちの2つのデモボードを見ていただきました。1つは50Wワイヤス充電のソリューションです。もう1つは12Wリバース充電のソリューションです。リバース充電に使われたSTWLC88はRXにもTXにも対応しています。これらSTのソリューションの詳しい情報はSTのウェブサイトでご覧ください。最後にフェビナーのまとめです。まずWPCの地域企画でサポートされている主な技術は、有電型ワイヤス充電になります。その方式のメリットは、シンプルな構成、高い電力変換効率、幅広い電力への対応、市場が成熟していることが挙げられます。そして、スマートフォンへの地域企画レシーバーの急速な普及が進んでおり、2024年には搭載デバイスの数が2倍になると予想されています。最後にワイヤス充電を採用するアプリケーションは、日に日に増加していて、この市場の成長を後押ししています。長時間ウェビナーをご覧いただきありがとうございました。STではワイヤス充電の開発に役立つ様々なソリューションを多数提供しています。詳細についてはSTのウェブサイトも含めご参照ください。ありがとうございました。