【ニューテック・チューズデー】ケーブルはもうやめ！充電ならやっぱりワイヤレス

 

 

ニューテック・チューズデー

技術ジャーナリストのトミー・カミングスが毎週、設計エンジニアにとって興味ある「旬な」トピックを取り上げます。

 

世の中、何ごとも縛られるというのは愉快なことではありません。特に充電ケーブルには。

スマートフォンやデバイスをケーブルなしで充電できれば、どんなに楽なことでしょう。電気自動車やウェアラブルの普及が進む今日、誰もが充電ケーブルの束縛から解放されたいと願っているはずです。

ワイヤレス充電は、ケーブルやコードを使わずに電源から機器にエネルギーを伝送する技術です。その歴史は長く、1891年、発明家のニコラ・テスラが行ったワイヤレス給電の実証実験に遡ります。それから130年以上を経た今もなお、この技術は進化を続け、開発者たちは、成長著しいワイヤレス充電市場に向けてソリューションを次々と打ち出しています。

 

ここで、ワイヤレス充電の利点について整理してみましょう。まず、ワイヤレス充電は、物理的なコネクタやケーブルが不要でありながら、信頼性が高く、便利で、安全性が実証された技術です。第二に、充電器のコイルと充電対象機器のコイルが近接し、互換性があり密結合されていれば、小型機器から産業用まで、機器の種類や大きさに関係なく、誘導電力伝送を連続して行うことができます。

また、ワイヤレス充電には難点もあります。磁界は空気中で急速に減衰するので、現在のスマートフォンのワイヤレス充電は、距離に制限があります。そこで磁気素材、コイル、チップ、保護回路をスマートフォンに搭載しようとすると、コストが高くなります。

今週の「ニューテック・チューズデー」は、Signal Transformer社、PANJIT Semiconductors社、STMicroelectronics社から、電力伝送ソリューションを実現する注目の新製品をご紹介します。

コイル、MOSFET、パワーIC

スマートフォンやタブレットの充電パッドは、今ではすっかり身近なアイテムになりました。充電パッドに内蔵されているワイヤレス充電コイルが、振動磁界を発生させ、その誘導でエネルギー源からデバイスへ信号、データ、電力を伝送します。 Signal Transformer/Belのワイヤレス充電コイルは、単巻、二巻、多巻の構成があり、送信側と受信側の間を橋渡しをします。この薄型のコイルは、スマートフォン、タブレット、ゲームコントローラ、ウェアラブル、歯ブラシ、ロボット掃除機、ドローン、さらにはスマートカー向け充電アプリケーションなどに最適です。もちろん、誘導結合により、導電接続や従来の配線は不要になります。コイルは固定位置で動かず、振動や腐食に強く、信頼性と長期寿命を実現します。

 

PANJIのワイヤレス充電トランスミッタ用パワーMOSFETは、充電ソースとバッテリ受電機器の間の電磁誘導に最適化されており、 ワイヤレス充電器の適切で効率的な動作を実現します。薄型パッケージは、省スペース化に貢献し、低スイッチング損失と高スイッチング周波数を実現します。このMOSFETは、低性能指数（FOM）を特徴とし、表面実装用の露出サーマルパッドを備えています。代表的な用途として、ワイヤレス充電パッドやケースが挙げられます。

 

また、ワイヤレスパワーソリューションには、パワーレシーバも必要です。STMicroelectronicsのSTWLC68 Qi準拠ワイヤレスパワーレシーバは、最大5Wの出力電力を管理できます。STWLC68は、受信コイルの交流電圧を出力で安定した直流電圧に整流します。32 ビットArm Cortex マイクロコントローラ（64MHz）は、電磁誘導性通信プロトコルとBPP（Base Power Profile）についてQi 1.2.4 規格に準拠し、スマートフォン、パワーバンク、ウェアラブルなどの携帯機器に最適です。内蔵の低損失同期整流器と低ドロップアウト（LDO）リニアレギュレータにより優れた効率を発揮します。デジタルコアによって管理されるため、幅広い出力負荷状態でシステム全体の消費電力を最小化します。なお、Qi（チー）とは、標準化団体WPC（ワイヤレスパワーコンソーシアム）が策定したワイヤレス給電の国際標準規格です。

 

今週のまとめ

ワイヤレス充電技術は、急速に進化しており、今後も市場の大きな拡大が期待されています。デバイスの利便性が追求される限り、ワイヤレス充電の利便性も同じように求められるでしょう。やはり、この時代、何ごとも縛られたくない、誰もがそう思っているはずです。

著者

トニー・カミングス

米国テキサス州在住のフリーランスライター兼編集者。ジャーナリスト歴は40年以上におよび、 現在、Texas Monthly誌、Oklahoma Today誌にて執筆中。過去にDallas Morning News紙、Fort Worth Star-Telegram紙、San Francisco Chronicle紙などでの執筆経験を持つ。シリコンバレーのドットコム・ブームを取材し、様々なメディアでデジタルコンテンツやオーディエンスエンゲージメント編集に携わる。2018年から2021年までマウザー・エレクトロニクスにてテクニカルコンテンツ・プロダクトコンテンツ・スペシャリストとして勤務。

 

 

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【ニューテック・チューズデー】ソーラーカー開発向け代替エネルギーソリューション２製品を紹介

 

 

ニューテック・チューズデー

技術ジャーナリストのトミー・カミングスが毎週、設計エンジニアにとって興味ある「旬な」トピックを取り上げます。

 

エンジン車と同様、代替エネルギー車の動力源は、いつも安全性と信頼性が最大化するよう管理されている必要があります。

ソーラーカーも同じです。

ソーラーカー（SEV：ソーラー電気自動車）には、電気自動車（EV）やハイブリッド車（HEV）などの他の電気自動車と同じようなバッテリ管理システム（BMS）とスイッチングシステムが必要です。それでも今、ソーラーカーが話題を集めているのは、EVやHEVが今後の自動車の主流になると言われながらも、バッテリー充電や走行距離などの面でドライバーの不安が依然として解消されていないからです。

その解決策として自動車開発者たちが着目したのが、太陽光発電です。太陽光を動力とするソーラーカーなら、同じバッテリで走行距離を伸ばすことができるはずです。

では、ソーラーカーの開発や太陽光発電アプリケーションの電力管理は、現在、どのような状況にあるのでしょうか。

ソーラーカーの開発は、かなり前から行われていました。米国テキサス州フォートワースで開催される「ソーラーカー・チャレンジ」をはじめとする、さまざまなソーラーカーレースの模樣を映像などで目にしたことのある方も多いかもしれません。ただし、製品化については、新興自動車メーカーや、テスラ、トヨタといった大手EVメーカーなどの数社がソーラーカーやそのハイブリッドモデルの開発を行ってはいますが、いずれもまだ市販にいたっていません。アプテラ社は、最近、開発中のソーラーカーの3度目にして最後のアルファ版を発表し、2022年に生産、納車を予定しています。同じく2022年に生産開始を予定しているテスラ社の「Cybertruck」は、オプションでソーラーパネルを追加することができるので、走行中、駐車中を問わず、太陽光の充電が可能になります。アプテラもCybertruckも多くの太陽エネルギーを集めることができるよう、かなり型破りな車体デザインを採用しています。また、韓国の現代自動車（Hyundai）は、2020年、 ソーラールーフシステムを搭載した「ソナタ」のハイブリッドモデルを発表しました。このモデルはソーラーパネルとコントローラを搭載しており、車は発電して、バッテリに電気を貯めておくことができます。

現在のソーラーカーのデザインは、さながら車輪の付いたソーラーパネルといったところです。事実、太陽電池をパネルとして搭載したEV車なので、わざわざ停車しなくても充電が可能になります。開発者たちは今も、ソーラパネルを車のルーフやボンネットへ搭載し、パワーマネージメントシステムに効率よく接続するプロジェクトに取り組んでいます。この電力は調整され、モニタリングされる必要があります。

今週の「ニューテック・チューズデー」では、リテルヒューズ社とアナログ・デバイセズ社の自動車の電動化製品に注目したいと思います。

 

太陽光がある場所なら

設計エンジニアは、リテルヒューズ社のDCN大電流・高電圧DCコンタクタリレーを使用することで、高電圧リレースイッチングをさまざまな大電流・高電圧アプリケーションに組み込むことができます。この製品の代表的なアプリケーションには、電気自動車、EV・HEV用の充電ステーション、電動フォークリフトなどがあります。高電圧リレーは、ソーラーパネルからの出力の切り替えを行い、太陽光発電の調整にも使用されます。リテルヒューズのリレーDCNシリーズは、30Aから500Aの連続電流と最大1800Vの電圧定格に対応します。また、取付方向には制約がなく、サイドマウント、ボトムマウントが可能です。

 

アナログ・デバイセズ社のLTC2949電流およびスタック電圧モニタICは、電気自動車やハイブリッド車、その他の絶縁型電流検出アプリケーションの電流、電圧、温度、充電、および電力を計測し、信頼性の高いバッテリ管理システムを実現します。主なパラメータを計測することで、バッテリスタック全体のリアルタイムの充電状態（SOC）と健全性（SOH）の計算に不可欠な項目を得ることができます。電流および電力の連続積分により、バッテリパックで供給または受信する充電と電力量を損失なく追跡できます。LTC2949は、複数のスタック監視のトポロジーと構成に容易に対応します。1%の電力量および充電精度を備え、ISO26262準拠システム用に設計されており、オートモーティブ・アプリケーション向けのAEC-Q100認定済み。まさに次世代EV用バッテリ管理システムに欠かせない特長を備えたデバイスです。

今週のまとめ

ソーラーカーには、他の代替エネルギー関連プロジェクトと同様、バッテリ管理システム（BMS）とリレースイッチング機能が必須です。BMSは充電式バッテリー駆動システムには不可欠ですが、部品の設計と選定は慎重に検討することが大切です。ソーラーカーが開発段階から進歩し、市販されるようになれば、代替エネルギーソリューション向けの電動化製品がさらに登場してくることでしょう。

 

 

著者

トニー・カミングス

米国テキサス州在住のフリーランスライター兼編集者。ジャーナリスト歴は40年以上におよび、 現在、Texas Monthly誌、Oklahoma Today誌にて執筆中。過去にDallas Morning News紙、Fort Worth Star-Telegram紙、San Francisco Chronicle紙などでの執筆経験を持つ。シリコンバレーのドットコム・ブームを取材し、様々なメディアでデジタルコンテンツやオーディエンスエンゲージメント編集に携わる。2018年から2021年までマウザー・エレクトロニクスにてテクニカルコンテンツ・プロダクトコンテンツ・スペシャリストとして勤務。

 

 

 

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【ニューテック・チューズデー】ドライバー監視システム向け開発ツールとプロセッサ特集

 

 

ニューテック・チューズデー

技術ジャーナリストのトミー・カミングスが毎週、設計エンジニア向けにホットなトピックを取り上げます

 

昔から、人の運転に口出ししたがる、いわゆる「バックシートドライバー」と呼ばれる輩（やから）には、うんざりします。あれこれ口うるさい上に、指示する道順も間違っていることがあり、かえって事故を招くことになりかねません。はなはだ迷惑な存在です。

ところが、ドライバー監視システムの登場により、運転手への忠告が大きな価値を持つようになりました。今日のバックシートドライバーは、運転手の目や耳や頭脳となり、より正確な情報を把握したスマートなパートナーとして、正しく道案内してくれます。なかなか頼もしい存在です。

ドライバー監視システムは、ADAS（先進運転支援システム）に含まれる機能の1つです。カメラ、センサ、プロセッサを組み込んだ車載モジュールが、ドライバーの注意力を高められるようデータとアルゴリズムを処理します。完全自動運転車の技術はまだ完成には至っておらず、開発検討が今も行われています。今後はさらに、UWB（超広帯域無線通信）、次世代無線通信規格Wi-Fi 6、5Gアクセスエッジ技術など、多くの技術の実装可能性も検証していかなければなりません。

ただし、このようなシステムが実用化されるためには、開発と処理機能の評価が不可欠です。

今週の「ニューテック・チューズデー」では、車載安全システムに理想的なBasler社とArduino社の開発ツール、 NXP Semiconductors社のプロセッサに注目したいと思います。

「見る」「聞く」「処理する」を評価する

コンピュータビジョン・アプリケーションには、当然のことながらテストが必須です。Basler NVIDIA社製Jetson Nano対応エンベデッドビジョンキットは、プラグアンドプレイの感覚で、コンピュータビジョンの迅速なプロトタイピングが可能になります。キットには、Sマウントレンズのdartカメラモジュール、NVIDIA Jetson Nano開発者用ボード、特別に設計されたアダプターボード、接続に必要なケーブル配線が付属しています。また、統合カメラドライバ、サンプルリファレンスアプリケーションが含まれており、開発者はNVIDIA Jetsonプラットフォームの機能を活用して、エッジAIのユースケースに向けてすぐに開発パッケージを使用できます。NVIDIA Jetsonシリーズは、クラウドネイティブに対応しているのも特長です。これによりメーカーや開発者は、製品の改良や、Jetson ベースのAIエッジデバイスの新機能追加が行えます。また、2種類のアドオンカメラキットもあり、Jetson Nanoプロセッサボードを既に使用している開発者は、対応する開発者ボードにビジョンを追加できます。

 

Arduino Portenta Vision Shieldは、 Arduino Portenta H7開発ボードのハードウェアアドオンです。 このアドオンによってエッジコンピューティングにビジョンと音声を追加することが可能になります。このデバイスは、高レベルなコードとリアルタイムタスクを同時に実行することができるので、常時オンのマシンビジョンや音声アプリケーションに最適です。シールドはイーサネットポートでも、長距離無線通信LoRAオンボード接続でも利用可能で、どちらも、オンボードの Himax低消費電力カメラモジュール、マイク2つ、ローカルデータストレージ用のmicroSDカードスロットを使用します。また、超小型、無指向性音声センサによる音声認識、および音声イベント検出機能も備えています。

 

最後に、このシステムの最小にして頭脳に相当する部品を紹介します。NXP Semiconductors社製 i.MX 8Mアプリケーションプロセッサは、ストリーミング・オーディオ/ビデオ機器向けの最大4個の1.5GHz Arm^® Cortex^®-A53コアとCortex-M4コアを搭載しています。このクワッドプロセッサは、ストリーミングメディアと3Dグラフィックスの新要件に対応しています。i.MX 8Mは、フル4K ハイダイナミックレンジ （HDR）とプロ用オーディオの最高レベルの忠実度、最大20のオーディオ・チャネル、DSD512オーディオを提供。また、小型フォームファクタ（0.65mmピッチ）で柔軟なメモリオプションと高速接続を提供します。 なお、NXP社はeBook『スマートモビリティの未来を切り拓くテクノロジー』にて同社のスマートモビリティ技術について詳しく紹介しています。

 

 

今週のまとめ

現在、物陰から現れる歩行者や対向車など、意識の範囲外の事象にもドライバーが気づけるようなドライバー監視システムの開発が行われています。完全自動運転車の開発が進められている今、その応用できる領域は日々広がっています。ただし、システムを実用化する前に、正しい開発ツールを利用してシステムの機能をしっかり確認しておくことが大切です。

 

 

著者

トニー・カミングス

米国テキサス州在住のフリーランスライター兼編集者。ジャーナリスト歴は40年以上におよび、 現在、Texas Monthly誌、Oklahoma Today誌にて執筆中。過去にDallas Morning News紙、Fort Worth Star-Telegram紙、San Francisco Chronicle紙などでの執筆経験を持つ。シリコンバレーのドットコム・ブームを取材し、様々なメディアでデジタルコンテンツやオーディエンスエンゲージメント編集に携わる。2018年から2021年までマウザー・エレクトロニクスにてテクニカルコンテンツ・プロダクトコンテンツ・スペシャリストとして勤務。

 

 

 

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