(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤレス電力を供給するように構成されたデバイスであって、
送信回路内の電力経路に沿って電力を供給するように構成された信号ドライバと、
前記信号ドライバにおけるリアクタンスを調整するように構成された、前記電力経路に沿った第1の同調回路と、
前記信号ドライバにおけるリアクタンスを調整し、前記第1の同調回路において生成された高調波を少なくとも部分的に打ち消すように構成された、前記電力経路に沿った第2の同調回路と
を備えるデバイス。
【請求項２】
前記第1および第2の同調回路の少なくとも一方は、前記電力経路のリアクタンスを調整するように構成されたスイッチを備える、請求項1に記載のデバイス。
【請求項３】
前記第1および第2の同調回路の少なくとも一方は、リアクタンス素子に並列に接続されたスイッチを備え、前記第1および第2の同調回路の少なくとも一方は、前記スイッチを開くかまたは閉じることによって前記送信回路のリアクタンスを調整するように構成される、請求項2に記載のデバイス。
【請求項４】
前記リアクタンス素子はキャパシタを備える、請求項3に記載のデバイス。
【請求項５】
中央タップを有する送信コイルをさらに備える、請求項1に記載のデバイス。
【請求項６】
前記信号ドライバは差動ドライバを備える、請求項1に記載のデバイス。
【請求項７】
前記信号ドライバはシングルエンドドライバを備える、請求項1に記載のデバイス。
【請求項８】
前記第1および第1の同調回路の少なくとも一方は2つ以上のトランジスタを備え、前記2つ以上のトランジスタは、リアクタンス素子に並列に接続され、前記第1および第2の同調回路の少なくとも一方は、前記2つ以上のトランジスタを有効化することによって前記送信回路の前記リアクタンスを調整するように構成される、請求項1に記載のデバイス。
【請求項９】
前記送信回路は、負荷に電力を供給するために受信回路にワイヤレスに電力を供給するように構成され、レシーバ回路は、共振周波数において共振するように構成される、請求項1に記載のデバイス。
【請求項１０】
ワイヤレス電力を供給する方法であって、
信号ドライバにおいて、送信回路内の電力経路に沿って電力を供給するステップと、
前記電力経路に沿った第1の同調回路において高調波を生成するステップと、
前記電力経路に沿った第2の同調回路において別の高調波を生成して前記信号ドライバのリアクタンスを調整するステップであって、前記別の高調波は、前記第1の同調回路において生成された前記高調波を少なくとも部分的に打ち消すステップとを含む方法。
【請求項１１】
前記第1および第2の同調回路の少なくとも一方は、前記電力経路のリアクタンスを調整するように構成されたスイッチを備える、請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
前記第1および第2の同調回路の少なくとも一方は、リアクタンス素子に並列に接続されたスイッチを備え、前記第1および第2の同調回路の少なくとも一方は、前記スイッチを開くかまたは閉じることによって送信回路のリアクタンスを調整するように構成される、請求項11に記載の方法。
【請求項１３】
前記リアクタンス素子はキャパシタを備える、請求項12に記載の方法。
【請求項１４】
中央タップを有する送信コイルを介してレシーバに電力をワイヤレスに供給するステップをさらに含む、請求項10に記載の方法。
【請求項１５】
電力を供給する前記ステップは、差動信号を供給するステップを含む、請求項10に記載の方法。
【請求項１６】
電力を供給する前記ステップは、シングルエンド信号を供給するステップを含む、請求項10に記載の方法。
【請求項１７】
前記第1および第2の同調回路の少なくとも一方は2つ以上のトランジスタを備え、前記2つ以上のトランジスタは、リアクタンス素子に並列に接続され、前記方法は、前記2つ以上のトランジスタを有効化することによって前記送信回路の前記リアクタンスを調整するステップをさらに含む、請求項10に記載の方法。
【請求項１８】
負荷に電力を供給するために受信回路に電力を供給するステップをさらに含み、レシーバ回路は、共振周波数において共振するように構成される、請求項10に記載の方法。
【請求項１９】
ワイヤレス電力を提供するための装置であって、
電力経路に沿って電力を供給するための手段と、
前記電力経路を同調させて高調波を生成するための第1の手段と、
前記電力経路を同調させて別の高調波を生成するための第2の手段であって、前記別の高調波は、同調が実現されるように前記第1の手段によって生成された前記高調波を少なくとも部分的に打ち消す第2の手段とを備える装置。
【請求項２０】
同調のための前記第1および第2の手段の少なくとも一方は、前記電力経路のリアクタンスを調整するように構成されたスイッチを備える、請求項19に記載の装置。
【請求項２１】
同調のための前記第1および第2の手段の少なくとも一方は、リアクタンス素子に並列に接続されたスイッチを備え、前記第1および第2の同調回路の少なくとも一方は、前記スイッチを開くかまたは閉じることによって送信回路のリアクタンスを調整するように構成される、請求項20に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、ワイヤレス電力に関する。より詳細には、本開示は、ワイヤレス電力トランスミッタを同調させることを対象とする。
【背景技術】
【０００２】
ますます多くの様々な電子デバイスが、充電式バッテリーを介して給電されている。そのようなデバイスには、モバイルフォン、携帯型音楽プレーヤ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、コンピュータ周辺デバイス、通信デバイス(たとえば、Bluetooth（登録商標）デバイス)、デジタルカメラ、補聴器などが含まれる。バッテリー技術は向上したが、バッテリー電源式電子デバイスは、より多くの電力量をますます必要とし、それを消費する。したがって、これらのデバイスは、常に再充電する必要がある。充電式デバイスは、多くの場合に、電源に物理的に接続されるケーブルまたは他の同様のコネクタを必要とする有線接続によって充電される。ケーブルおよび類似のコネクタは、不便で扱いにくいことがあり、他の欠点を有する場合もある。充電式電子デバイスを充電するのに使用されることになる電力を自由空間において伝達することができるワイヤレス充電システムは、有線式の充電ソリューションの欠点の一部を克服する可能性がある。したがって、充電式電子デバイスを充電するための電力を効率的かつ安全に伝達するワイヤレス充電システムおよびワイヤレス充電方法が望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
添付の特許請求の範囲内のシステム、方法、およびデバイスの様々な実装形態の各々は、いくつかの態様を有し、そのどの態様も、本明細書に記載の所望の属性を単独で実現することはない。本明細書では、添付の特許請求の範囲を限定することなく、いくつかの顕著な特徴について説明する。
【０００４】
本明細書において説明する主題の1つまたは複数の実装形態の詳細は、添付の図面および以下の説明に記載されている。他の特徴、態様および利点は、説明、図面および特許請求の範囲から明らかになるであろう。以下の図の相対寸法は、場合によってはスケール通りには描かれていないことに留意されたい。
【０００５】
一態様は、ワイヤレス電力を供給するように構成されたデバイスを提供する。このデバイスは、電力経路に沿って電力を供給するように構成された信号ドライバを含む。このデバイスは、信号ドライバにおけるリアクタンスを調整し、高調波成分を生成するように構成された、電力経路に沿った第1の同調回路をさらに含む。このデバイスは、信号ドライバにおけるリアクタンスを調整し、第1の同調回路において生成された高調波を少なくとも部分的に打ち消す補高調波成分を生成するように構成された、電力経路に沿った第2の同調回路をさらに含む。
【０００６】
様々な実施形態では、第1および第2の同調回路の少なくとも一方は、電力経路のリアクタンスを調整するように構成されたスイッチを含むことが可能である。様々な実施形態では、第1および第2の同調回路の少なくとも一方は、リアクタンス素子に並列に接続されたスイッチを含むことが可能であり、第1および第2の同調回路の少なくとも一方は、スイッチを開くかまたは閉じることによって送信回路のリアクタンスを調整するように構成される。様々な実施形態では、リアクタンス素子はキャパシタを含むことが可能である。
【０００７】
様々な実施形態では、デバイスは、中央タップを有する送信コイルをさらに含むことが可能である。様々な実施形態では、信号ドライバは差動ドライバを含むことが可能である。様々な実施形態では、信号ドライバはシングルエンドドライバを含むことが可能である。
【０００８】
様々な実施形態では、第1および第2の同調回路の少なくとも一方は、2つ以上のトランジスタを含むことが可能である。2つ以上のトランジスタは、リアクタンス素子に並列に接続することが可能である。第1および第2の同調回路の少なくとも一方は、2つ以上のトランジスタを有効化することによって送信回路のリアクタンスを調整するように構成することが可能である。様々な実施形態では、送信回路は、負荷に電力を供給するために受信回路に電力をワイヤレスに供給するように構成される。受信回路は、共振周波数において共振するように構成することが可能である。
【０００９】
別の態様は、ワイヤレス電力を供給する方法を提供する。この方法は、信号ドライバにおいて、電力経路に沿って電力を供給するステップを含む。この方法は、電力経路に沿った第1の同調回路において高調波を生成するステップをさらに含む。この方法は、電力経路に沿った第2の同調回路において別の高調波を生成するステップをさらに含む。別の高調波は、第1の同調回路において生成された高調波を少なくとも部分的に打ち消す。
【００１０】
様々な実施形態では、第1および第2の同調回路の少なくとも一方は、電力経路のリアクタンスを調整するように構成されたスイッチを含むことが可能である。様々な実施形態では、第1および第2の同調回路の少なくとも一方は、リアクタンス素子に並列に接続されたスイッチを含むことが可能であり、第1および第2の同調回路の少なくとも一方は、スイッチを開くかまたは閉じることによって送信回路のリアクタンスを調整するように構成される。様々な実施形態では、リアクタンス素子はキャパシタを含むことが可能である。
【００１１】
様々な実施形態では、この方法は、中央タップを有する送信コイルを介してレシーバに電力をワイヤレスに供給するステップをさらに含むことが可能である。様々な実施形態では、この方法は、差動信号を供給するステップをさらに含むことが可能である。様々な実施形態では、この方法は、シングルエンド信号を供給するステップをさらに含むことが可能である。
【００１２】
様々な実施形態では、第1および第2の同調回路の少なくとも一方は、2つ以上のトランジスタを含むことが可能である。2つ以上のトランジスタは、リアクタンス素子に並列に接続することが可能であり、この方法は、2つ以上のトランジスタを有効化することによって送信回路のリアクタンスを調整するステップをさらに含む。様々な実施形態では、この方法は、負荷に電力を供給するために受信回路に電力を供給するステップをさらに含むことが可能である。レシーバ回路は、共振周波数において共振するように構成することが可能である。
【００１３】
別の態様は、ワイヤレス電力を供給するための装置を提供する。この装置は、電力経路に沿って電力を供給するための手段を含む。この装置は、電力経路を同調させて高調波を生成するための第1の手段をさらに含む。この装置は、電力経路を同調させて別の高調波を生成するための第2の手段をさらに含む。別の高調波は、同調が実現されるように第1の手段によって生成された高調波を少なくとも部分的に打ち消す。
【００１４】
別の態様は、非一時的コンピュータ可読媒体を提供する。この媒体は、実行されたときに、装置に、電力経路に沿って電力を供給させるコードを含む。この媒体はさらに、実行されたときに、装置に、電力経路に沿った第1の同調回路において高調波を生成させるコードを含む。この媒体はさらに、実行されたときに、装置に、電力経路に沿った第2の同調回路において別の高調波を生成させるコードを含む。別の高調波は、第1の同調回路において生成された高調波を少なくとも部分的に打ち消す。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の例示的な実施形態による、例示的なワイヤレス電力伝達システムの機能ブロック図である。
【図２】本発明の様々な例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムにおいて使用される場合がある例示的な回路の機能ブロック図である。
【図３】本発明の例示的な実施形態による、送信コイルまたは受信コイルを含む、図2の送信回路または受信回路の一部の概略図である。
【図４】本発明の例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムにおいて使用される場合があるトランスミッタの機能ブロック図である。
【図５】本発明の例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムにおいて使用される場合があるレシーバの機能ブロック図である。
【図６】図4の送信回路において使用される場合がある送信回路の一部の概略図である。
【図７】本発明の例示的な実施形態による、送信回路と受信回路とを含む例示的なワイヤレス電力システムの概略図である。
【図８】本発明の例示的な実施形態による、例示的な同調回路を含む図7のワイヤレス電力システムの概略図である。
【図９Ａ】本発明の例示的な実施形態による、送信コイルの中央タップに位置する例示的な同調回路を含む図7のワイヤレス電力システムの概略図である。
【図９Ｂ】本発明の例示的な実施形態による、送信コイルの中央タップに位置する例示的な同調回路を含む図7のワイヤレス電力システムの概略図である。
【図１０Ａ】本発明の例示的な実施形態による、図8のワイヤレス電力システムにおいて使用される場合がある特定の動作状態で示される例示的な同調回路の概略図である。
【図１０Ｂ】本発明の例示的な実施形態による、図8のワイヤレス電力システムにおいて使用される場合がある特定の動作状態で示される例示的な同調回路の概略図である。
【図１０Ｃ】本発明の例示的な実施形態による、図8のワイヤレス電力システムにおいて使用される場合がある特定の動作状態で示される例示的な同調回路の概略図である。
【図１１Ａ】本発明の例示的な実施形態による、図8のワイヤレス電力システムにおいて使用される場合がある特定の動作状態で示される別の例示的な同調回路の概略図である。
【図１１Ｂ】本発明の例示的な実施形態による、図8のワイヤレス電力システムにおいて使用される場合がある特定の動作状態で示される別の例示的な同調回路の概略図である。
【図１１Ｃ】本発明の例示的な実施形態による、図8のワイヤレス電力システムにおいて使用される場合がある特定の動作状態で示される別の例示的な同調回路の概略図である。
【図１２】入力電圧の関数としてのトランジスタキャパシタンスの例示的なグラフである。
【図１３Ａ】本発明の例示的な実施形態による、図8のワイヤレス電力システムにおいて使用される場合がある例示的な同調回路の概略図である。
【図１３Ｂ】本発明の例示的な実施形態による、図8のワイヤレス電力システムにおいて使用される場合がある例示的な同調回路の概略図である。
【図１４Ａ】本発明の例示的な実施形態による、図8のワイヤレス電力システムにおいて使用される場合がある別の例示的な同調回路の概略図である。
【図１４Ｂ】本発明の例示的な実施形態による、図8のワイヤレス電力システムにおいて使用される場合がある別の例示的な同調回路の概略図である。
【図１５Ａ】本発明の例示的な実施形態による、図8のワイヤレス電力システムにおいて使用される場合がある別の例示的な同調回路1520の概略図である。
【図１５Ｂ】本発明の例示的な実施形態による、図8のワイヤレス電力システムにおいて使用される場合がある別の例示的な同調回路1520の概略図である。
【図１５Ｃ】本発明の例示的な実施形態による、図8のワイヤレス電力システムにおいて使用される場合がある別の例示的な同調回路1520の概略図である。
【図１６Ａ】本発明の例示的な実施形態による、図8のワイヤレス電力システムにおいて使用される場合がある別の例示的な同調回路の概略図である。
【図１６Ｂ】本発明の例示的な実施形態による、図8のワイヤレス電力システムにおいて使用される場合がある別の例示的な同調回路の概略図である。
【図１７】図1のワイヤレス電力伝達システムにおいて使用される場合があるトランスミッタの機能ブロック図である。
【図１８】ワイヤレス電力送信の例示的な方法のフローチャートである。
【図１９】本発明の例示的な一実施形態による、ワイヤレス電力送信のためのシステムの機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図面に示された様々な特徴は、縮尺通りに描かれていないことがある。したがって、明確にするために、様々な特徴の寸法は任意に拡大または縮小されていることがある。それに加えて、いくつかの図面は、所与のシステム、方法、またはデバイスの回路のすべてを示すとは限らない場合がある。最後に、明細書および図を通じて、類似の参照数字は類似の特徴を示すのに用いられる場合がある。
【００１７】
添付の図面に関して下記に詳細に記載される説明は、本発明の例示的な実施形態を説明するためのものであり、本発明を実践することができる唯一の実施形態を表すためのものではない。本説明全体にわたって使用される「例示的」という用語は、「例、実例、または例示として機能すること」を意味しており、必ずしも、他の例示的な実施形態よりも好ましい、または有利であると解釈されるべきではない。詳細に記載される説明は、本発明の例示的な実施形態の完全な理解を与えるための特定の詳細を含んでいる。本発明の例示的な実施形態は、これらの特定の詳細を用いることなく実践されてもよい。場合によっては、本明細書において提示される例示的な実施形態の新規性を曖昧にするのを避けるために、よく知られている構造およびデバイスがブロック図の形式で示されている。
【００１８】
電力をワイヤレスに伝達することは、物理的な導電体を使用せずに、電場、磁場、電磁場などに関連する任意の形態のエネルギーをトランスミッタからレシーバに伝達する(たとえば、電力は、自由空間を通して伝達され得る)ことを指す場合がある。電力伝達を実現するために、ワイヤレスフィールド(たとえば、磁場)内に出力された電力は、「受信コイル」によって受信、捕捉、または結合されてもよい。
【００１９】
図1は、本発明の例示的な実施形態による、例示的なワイヤレス電力伝達システム100の機能ブロック図である。エネルギー伝達を実現するように場105を発生させるために、電源(図示せず)からトランスミッタ104に入力電力102を供給してもよい。レシーバ108は、場105に結合してもよく、出力電力110に結合されたデバイス(図示せず)によって記憶または消費されるように出力電力110を発生させてもよい。トランスミッタ104とレシーバ108の両方は、距離112だけ分離される。例示的な一実施形態では、トランスミッタ104およびレシーバ108は、相互共振関係に従って構成される。レシーバ108の共振周波数とトランスミッタ104の共振周波数が、ほぼ同じか、または極めて近いとき、トランスミッタ104とレシーバ108との間の伝送損失は最小となる。したがって、コイルが極めて近い(たとえば、数mm)ことが必要な大型のコイルを必要とすることがある純粋に誘導性のソリューションとは対照的に、より長い距離にわたってワイヤレス電力伝達が実現される場合がある。したがって、共振誘導結合技法は、効率の改善と、様々な距離にわたる様々な誘導コイル構成を用いた電力伝達とを可能にする場合がある。
【００２０】
レシーバ108は、トランスミッタ104によって発生させたエネルギー場105内に位置する際に電力を受信してもよい。場105は、トランスミッタ104によって出力されたエネルギーがレシーバ108によって捕捉されることがある領域に相当する。場合によっては、場105は、以下でさらに説明するように、トランスミッタ104の「近接場」に相当することがある。トランスミッタ104は、エネルギー伝送信号を出力するための送信コイル114を含んでもよい。さらに、レシーバ108は、エネルギー伝送信号からのエネルギーを受信または捕捉するための受信コイル118を含む。近接場は、送信コイル114から放射する電力が最小限になる送信コイル114内の電流および電荷に起因する強い反応場が存在する領域に相当してもよい。場合によっては、近接場は、送信コイル114の約1波長(または波長の数分の一)内にある領域に相当してよい。送信コイル114および受信コイル118は、それらに関連する適用例およびデバイスに応じてサイズを決定される。上述のように、効率的なエネルギー伝達は、電磁波のエネルギーの大部分を非近接場に伝播するのではなく、送信コイル114の場105のエネルギーの大部分を受信コイル118に結合することによって生じさせてもよい。受信コイル118が場105内に位置するとき、送信コイル114と受信コイル118との間に、「結合モード」が発生する場合がある。この結合が生じる場合がある、送信コイル114および受信コイル118の周りの領域を、本明細書では結合モード領域と呼ぶ。
【００２１】
図2は、本発明の様々な例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システム100において使用される場合がある例示的な回路の機能ブロック図である。トランスミッタ204は、発振器223と、ドライバ回路224と、フィルタ/整合回路226とを含む場合がある送信回路206を含んでもよい。発振器223は、周波数制御信号222に応答して調整される場合がある、468.75KHz、6.78MHz、または13.56MHzなどの所望の周波数で信号を生成するように構成されてもよい。発振器信号は、たとえば送信コイル214の共振周波数で送信コイル214を駆動するように構成されたドライバ回路224に供給されてもよい。ドライバ回路224は、発振器223から方形波を受け取り、正弦波を出力するように構成されたスイッチング増幅器であってもよい。たとえば、ドライバ回路224は、E級増幅器であってもよい。また、フィルタ/整合回路226は、高調波または他の不要な周波数をフィルタ処理し、トランスミッタ204のインピーダンスを送信コイル214に整合させるために含まれてもよい。
【００２２】
レシーバ208は、整合回路232と、図2に示すバッテリー236を充電するかまたはレシーバ108に結合されたデバイス(図示せず)に給電するためにAC電力入力からDC電力出力を生成するための整流器/スイッチング回路234とを含む場合がある、受信回路210を含んでもよい。整合回路232は、受信回路210のインピーダンスを受信コイル218に整合させるために含まれてもよい。加えて、レシーバ208およびトランスミッタ204は、別々の通信チャネル219(たとえば、Bluetooth（登録商標）、zigbee、セルラーなど)上で通信してよい。別法として、レシーバ208およびトランスミッタ204は、ワイヤレスフィールド206の特性を使用したバンド内シグナリングを介して通信してもよい。
【００２３】
以下でより十分に説明するように、選択的に無効にできる関連する負荷(たとえば、バッテリー236)を最初に有する場合があるレシーバ208は、トランスミッタ204によって送信され、レシーバ208によって受信される電力量が、バッテリー236を充電するために適切であるかどうかを判定するように構成されてもよい。さらに、レシーバ208は、電力の量が適切であると判断すると、負荷(たとえば、バッテリー236)を有効にするように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、レシーバ208は、バッテリー236を充電せずに、ワイヤレス電力伝達場から受信された電力を直接利用するように構成されてもよい。たとえば、近接場通信(NFC)または無線周波数識別デバイス(RFID)などの通信デバイスは、ワイヤレス電力伝達場から電力を受信し、ワイヤレス電力伝達場と相互作用することによって通信し、ならびに/あるいはトランスミッタ204もしくは他のデバイスと通信するために受信した電力を利用するように構成されてもよい。
【００２４】
図3は、本発明の例示的な実施形態による、送信コイルまたは受信コイル352を含む、図2の送信回路206または受信回路210の一部分の概略図である。図3に示すように、例示的な実施形態に使用される送信回路または受信回路350は、コイル352を含んでもよい。また、コイルは、「ループ」アンテナ352と呼ばれ、あるいは「ループ」アンテナ352として構成される場合がある。また、コイル352は、本明細書では、「磁気」アンテナまたは誘導コイルと呼ばれ、あるいは「磁気」アンテナまたは誘導コイルとして構成される場合がある。「コイル」という用語は、別の「コイル」に結合するためのエネルギーをワイヤレスに出力または受信することがある回路を指すことが意図される。コイルは、電力をワイヤレスに出力または受信するように構成されるタイプの「アンテナ」とも呼ばれる場合がある。コイル352は、空芯、またはフェライトコア(図示せず)などの物理的コアを含むように構成されてもよい。空芯コイル352により、コアエリア内に他の回路を配置することが可能になる。空芯コイルは、ある種の外部物理デバイスがコアの近傍に配置されるときにいくらか離調しやすくなる場合がある。しかし、空芯は、受信コイル218(図2)を送信コイル214(図2)の平面内に配置することをより容易に可能にする場合があり、送信コイル214(図2)の結合モード領域は、より強力になることがある。
【００２５】
上述のように、トランスミッタ104とレシーバ108との間のエネルギーの効率的な伝達は、トランスミッタ104とレシーバ108との間の整合した共振時またはほぼ整合した共振時に生じる場合がある。しかしながら、トランスミッタ104とレシーバ108との間の共振が整合しないときであっても、効率に影響が及ぶ場合があるものの、エネルギーを伝達することができる。エネルギーの伝達は、送信コイルの場105からのエネルギーを、近傍にある受信コイルに結合することによって行われ、この場105は、送信コイルからのエネルギーを自由空間に伝播させる代わりに確立される。
【００２６】
ループコイルまたは磁気コイルの共振周波数は、インダクタンスおよびキャパシタンスに基づいている。インダクタンスは単にコイル352によって発生させたインダクタンスであってもよいが、キャパシタンスは、所望の共振周波数の共振構造を生成するためにコイルのインダクタンスに加えられてもよい。非限定的な例として、共振周波数で信号358を選択する共振回路を生成するために、送信回路または受信回路350にキャパシタ354およびキャパシタ356を加えてもよい。したがって、より大きい直径のコイルでは、共振を持続させるのに必要なキャパシタンスのサイズは、ループの直径またはインダクタンスが増加するにつれて減少してよい。さらに、コイルの直径が増加するにつれて、近接場の効率的なエネルギー伝達面積が増加してもよい。他の回路を用いて形成される他の共振回路も実施可能である。別の非限定的な例として、コイル350の2つの端子間に並列にキャパシタを配置してもよい。送信コイルに関して、コイル352の共振周波数にほぼ対応する周波数を有する信号358がコイル352への入力であってよい。
【００２７】
一実施形態では、トランスミッタ104は、送信コイル114の共振周波数に対応する周波数を有する、時間変動する磁場を出力するように構成されてもよい。レシーバが場105内にあるとき、時間変動する磁場は、受信コイル118内に電流を誘導する場合がある。上述のように、受信コイル118が送信コイル118の周波数で共振するように構成される場合、エネルギーを効率的に伝達される場合がある。受信コイル118内に誘導されたAC信号は、負荷を充電するかまたは負荷に電力を供給するために供給される場合があるDC信号を生成するために上述のように整流されてもよい。
【００２８】
図4は、本発明の例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムにおいて使用される場合があるトランスミッタ404の機能ブロック図である。トランスミッタ404は、送信回路406および送信コイル414を含んでもよい。送信コイル414は、図3に示すコイル352であってもよい。送信回路406は、送信コイル414の周りのエネルギー(たとえば、磁束)を発生させる発振信号を供給することにより、送信コイル414にRF電力を供給してもよい。トランスミッタ404は、任意の適切な周波数で動作してもよい。例として、トランスミッタ404は、13.56MHzのISM帯域において動作してもよい。
【００２９】
送信回路406は、送信回路406のインピーダンス(たとえば、50オーム)を送信コイル414に整合させるための固定インピーダンス整合回路409と、高調波発射をレシーバ108(図1)に結合されたデバイスの自己ジャミングを防ぐレベルまで低減させるように構成されたローパスフィルタ(LPF)408とを含んでもよい。他の例示的な実施形態は、ノッチフィルタを含むが、それに限定されない、異なるフィルタトポロジを含んでもよく、ノッチフィルタは、特定の周波数を減衰させる一方で、他の周波数は通過させ、コイル414への出力電力、またはドライバ回路424によって引き出されるDC電流など、測定可能な送電メトリックに基づいて変化する場合がある、適応インピーダンス整合を含んでもよい。送信回路406は、発振器423によって決定されるRF信号を駆動するように構成されたドライバ回路424をさらに含む。送信回路406は、個別のデバイスもしくは回路から構成されてもよく、あるいは代わりに、一体型アセンブリから構成されてもよい。送信コイル414から出力される例示的なRF電力は、2.5ワット程度であってもよい。
【００３０】
送信回路406は、発振器423の周波数または位相を調整し、かつ取り付けられたレシーバを介して隣接するデバイスと対話するための通信プロトコルを実装するように出力電力レベルを調整するために、特定のレシーバの送信フェーズ(またはデューティサイクル)の間に発振器423を選択的に有効にするためのコントローラ415をさらに含んでもよい。コントローラ415は、本明細書ではプロセッサ415と呼ばれる場合もあることに留意されたい。発振器位相および送信経路内の関係する回路の調整により、特に、ある周波数から別の周波数に移行する際の帯域外発射の低減が可能になる場合がある。
【００３１】
送信回路406は、送信コイル414によって発生させた近接場の近傍における作動中のレシーバの有無を検出するための負荷感知回路416をさらに含んでもよい。例として、負荷感知回路416は、以下でさらに説明するように、送信コイル414によって発生させた場の近傍における作動中のレシーバの有無によって影響を及ぼされる場合があるドライバ回路424に流れる電流を監視する。ドライバ回路424上の負荷に対する変化の検出は、エネルギーを伝送するために発振器423を有効にすべきかどうか、および作動中のレシーバと通信すべきかどうかを判定する際に使用できるようにコントローラ415によって監視される。以下でより十分に説明するように、ドライバ回路424で測定される電流は、無効なデバイスがトランスミッタ404のワイヤレス電力伝達領域内に位置するかどうかを判定するために使用されてもよい。
【００３２】
送信コイル414は、リッツ線を備えてもよく、あるいは抵抗損を低く保つために選択された厚さ、幅、および金属のタイプを有するアンテナストリップとして実装されてもよい。一実装形態では、送信コイル414は、一般に、テーブル、マット、ランプ、または他の携帯性の低い構成などの、より大きい構造と関連付けることができるように構成されてもよい。したがって、送信コイル414は、一般に、実用的な寸法とするうえで「巻くこと」を必要としない場合がある。送信コイル414の例示的な実装形態は、「電気的に小型」(すなわち、波長の数分の一)であってもよく、共振周波数を規定するためにキャパシタを使用することにより、より低い使用可能な周波数で共振するように同調されてもよい。
【００３３】
トランスミッタ404は、トランスミッタ404に関連付けられる場合があるレシーバデバイスの所在および状態に関する情報を収集および追跡してもよい。したがって、送信回路406は、(本明細書ではプロセッサとも呼ばれる)コントローラ415に接続される、存在検出器480、密閉型検出器460、またはこれらの組合せを含んでもよい。コントローラ415は、存在検出器480および密閉型検出器460からの存在信号に応答してドライバ回路424によって供給される電力量を調整してもよい。トランスミッタ404は、たとえば、ビル内にある従来のAC電力を変換するためのAC-DCコンバータ(図示せず)、従来のDC電源をトランスミッタ404に適した電圧に変換するためのDC-DCコンバータ(図示せず)などの多くの電源を介して電力を受信してもよく、あるいは従来のDC電源(図示せず)から直接電力を受信してもよい。
【００３４】
非限定的な例として、存在検出器480は、トランスミッタ404のカバレッジエリアに挿入される、充電されるべきデバイスの最初の存在を感知するために利用される運動検出器であってもよい。検出後、トランスミッタ404はオンにされる可能性があり、デバイスによって受信されたRF電力は、所定の方法でRxデバイス上のスイッチを切り替えるために使用される可能性があり、これにより次に、トランスミッタ404の駆動点インピーダンスが変化する。
【００３５】
別の非限定的な例として、存在検出器480は、たとえば、赤外線検出手段、運動検出手段、または他の適切な手段によって人を検出することが可能な検出器であってもよい。いくつかの例示的な実施形態では、送信コイル414が特定の周波数で送信する場合がある電力量を制限する規定が存在してもよい。場合によっては、これらの規定は、人を電磁放射から守ることを意図されている。しかしながら、送信コイル414が、たとえば、ガレージ、工場の現場、店舗などの、人によって占有されないか、または人によって占有される頻度が低い領域に位置する環境が存在する場合がある。これらの環境に人がいない場合は、通常の電力制限規定を超えて送信コイル414の電力出力を増大させることが許容されてもよい。言い換えれば、コントローラ415は、人の存在に応答して、送信コイル414の電力出力を、規制レベルまたはそれ未満に調整してもよく、かつ人が送信コイル414の電磁場から規制距離の外側にいる場合は、送信コイル414の電力出力を、規制レベルを超えるレベルに調整してもよい。
【００３６】
非限定的な例として、密閉型検出器460(本明細書では、密閉型コンパートメント検出器または密閉型空間検出器と呼ばれることもある)は、包囲体が閉状態または開状態であるときにそのことを判定するための感知スイッチなどのデバイスであってもよい。トランスミッタが閉状態の包囲体内にあるとき、トランスミッタの電力レベルを上げてもよい。
【００３７】
例示的な実施形態では、トランスミッタ404が無期限にオンのままになることのない方法が使用されてもよい。この場合、トランスミッタ404は、ユーザが決定した時間の後に停止するようにプログラムされてもよい。この特徴は、トランスミッタ404の周囲のワイヤレスデバイスが十分充電された後、トランスミッタ404、特にドライバ回路424が長い間動作するのを防ぐ。この事象は、回路が、リピータまたは受信コイルから送信された、デバイスが完全に充電されたことを示す信号を検出することができなかったために生じる可能性がある。トランスミッタ404の周囲に別のデバイスが配置されている場合に、トランスミッタ404が自動的に停止することを防止するために、トランスミッタ404の自動停止機能は、その周囲で動作が検出されずに、定められた期間が経過した後にだけ、アクティブ化されてもよい。ユーザは、非アクティビティ時間間隔を決定し、その時間間隔を必要に応じて変更することができる場合がある。非限定的な例として、この時間間隔は、特定のタイプのワイヤレスデバイスが最初に完全に放電されるという仮定の下に、そのデバイスを完全に充電するのに必要な時間間隔よりも長くてもよい。
【００３８】
図5は、本発明の例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムにおいて使用される場合があるレシーバ508の機能ブロック図である。レシーバ508は、受信コイル518を含む場合がある受信回路510を含む。レシーバ508は、それに受信電力を提供するためのデバイス550にさらに結合する。レシーバ508は、デバイス550の外部にあるものとして示されているが、デバイス550に統合されてもよいことに留意されたい。エネルギーは、受信コイル518にワイヤレスに伝播され、次いで受信回路510の残りの部分を介してデバイス550に結合されてもよい。例として、充電デバイスには、モバイルフォン、携帯型音楽プレーヤ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、コンピュータ周辺デバイス、通信デバイス(たとえば、Bluetooth（登録商標）デバイス)、デジタルカメラ、補聴器(および他の医療用デバイス)などのデバイスが含まれてもよい。
【００３９】
受信コイル518は、送信コイル414(図4)と同じ周波数で、または特定の周波数範囲内で共振するように同調され得る。受信コイル518は、送信コイル414と同様の寸法を有しても、または関連するデバイス550の寸法に基づいて異なるサイズを有してもよい。例として、デバイス550は、送信コイル414の直径または長さよりも小さい直径寸法または長さ寸法を有するポータブル電子デバイスであってよい。そのような例では、受信コイル518は、同調キャパシタ(図示せず)のキャパシタンス値を低減させ、受信コイルのインピーダンスを増加させるために多巻きコイルとして実装され得る。例として、受信コイル518は、コイルの直径を最大化し、受信コイル518のループ巻き数(すなわち、巻回)および巻線間キャパシタンスを低減するために、デバイス550の実質的な外周の周りに配置されてよい。
【００４０】
受信回路510は、受信コイル518に対するインピーダンス整合を可能にしてもよい。受信回路510は、受信されたRFエネルギー源をデバイス550が使用するための充電電力に変換するための電力変換回路506を含む。電力変換回路506は、RF-DC変換器520を含み、DC-DC変換器522を含んでもよい。RF-DC変換器520は、受信コイル518で受信されたRFエネルギー信号を、Vrectで表される出力電圧を有する非交流電力に整流する。DC-DC変換器522(または他の電力調整器)は、整流されたRFエネルギー信号を、VoutおよびIoutによって表される出力電圧および出力電流を有する、デバイス550に適合するエネルギーポテンシャル(たとえば、電圧)に変換する。部分的および完全な整流器、調整器、ブリッジ、ダブラー、ならびにリニア変換器およびスイッチング変換器を含む、種々のRF-DC変換器が企図される。
【００４１】
受信回路510は、受信コイル518を電力変換回路506に接続するかあるいは電力変換回路506を切断するためのスイッチング回路512をさらに含んでもよい。電力変換回路506から受信コイル518を切断することにより、デバイス550の充電が中断するだけでなく、トランスミッタ404(図2)から「見た」「負荷」も変化する。
【００４２】
上記で開示したように、トランスミッタ404は、トランスミッタドライバ回路424に供給されるバイアス電流の変動を検出する場合がある負荷感知回路416を含む。したがって、トランスミッタ404は、レシーバがトランスミッタの近接場内に存在するときにそのことを判定するための機構を有する。
【００４３】
複数のレシーバ508がトランスミッタの近接場内に存在するとき、他のレシーバがより効率的にトランスミッタに結合できるようにするために、1つまたは複数のレシーバの装荷および除荷を時間多重化することが望ましい場合がある。レシーバ508はまた、他の近くのレシーバへの結合を解消するか、または近くのトランスミッタへの装荷を低減させるためにクローキングされてもよい。レシーバのこの「除荷」は、本明細書では「クローキング」とも呼ばれる。さらに、レシーバ508によって制御されトランスミッタ404によって検出される、除荷と装荷との間のこのスイッチングは、以下でより十分に説明するように、レシーバ508からトランスミッタ404への通信機構を実現することができる。加えて、レシーバ508からトランスミッタ404にメッセージを送信することを可能にするプロトコルが、このスイッチングに関連付けられてもよい。例として、スイッチング速度は、100μ秒程度であってもよい。
【００４４】
例示的な実施形態では、トランスミッタ404とレシーバ508との間の通信は、従来の双方向通信(すなわち、結合場を使用する帯域内シグナリング)ではなく、デバイス感知および充電制御機構を指す。言い換えれば、トランスミッタ404は、エネルギーが近接場で利用可能であるかどうかを調整するために送信された信号のオン/オフキーイングを使用してもよい。レシーバは、これらのエネルギー変化をトランスミッタ404からのメッセージとして解釈してもよい。レシーバ側から、レシーバ508は、どれくらいの電力が場から受け入れられるかを調整するために受信コイル518の同調および離調を使用してよい。場合によっては、同調および非同調は、スイッチング回路512を介して実現されてもよい。トランスミッタ404は、場からの使用される電力のこの差を検出し、これらの変化をレシーバ508からのメッセージとして解釈してもよい。送信電力の変調および負荷挙動の他の形態を利用してよいことに留意されたい。
【００４５】
受信回路510は、トランスミッタからレシーバへの情報信号伝達に相当し得る、受信したエネルギーの変動を識別するために使用される、信号伝達検出器/ビーコン回路514をさらに含んでもよい。さらに、信号伝達/ビーコン回路514は、低減されたRF信号エネルギー(すなわち、ビーコン信号)の送信を検出し、低減されたRF信号エネルギーを公称電力に整流し、受信回路510内の給電されていない回路または電力が枯渇した回路のいずれかを呼び起こして受信回路510をワイヤレス充電できるように構成するために使用されてもよい。
【００４６】
受信回路510は、本明細書で説明するスイッチング回路512の制御を含む、本明細書で説明するレシーバ508の処理を調整するためのプロセッサ516をさらに含む。また、レシーバ508のクローキングは、充電電力をデバイス550に提供する外部の有線充電ソース(たとえば、壁コンセント/USB電力)の検出を含む他の事象が発生したときにも起こる可能性がある。プロセッサ516は、レシーバのクローキングを制御するのに加えて、ビーコン回路514を監視してビーコン状態を判定し、トランスミッタ404から送信されたメッセージを抽出してもよい。プロセッサ516はまた、性能が改善するようにDC-DC変換器522を調整してもよい。
【００４７】
図6は、図4の送信回路406において用いられる場合がある送信回路606の一部分の回路図である。送信回路606は、上記で図4において説明したように、ドライバ回路624を含んでもよい。上述のように、ドライバ回路624は、方形波を受け取り、送信回路650に供給される正弦波を出力するように構成され得るスイッチング増幅器であってもよい。場合によっては、ドライバ回路624は増幅器回路と呼ばれることがある。しかしながら、ドライバ回路624は、E級増幅器として示されているが、本発明の実施形態に従って任意の適切なドライバ回路624が使用されてもよい。ドライバ回路624は、図4に示す発振器423からの入力信号602によって駆動されてもよい。ドライバ回路624はまた、送信回路650を介して供給される場合がある最大電力を制御するように構成された駆動電圧VDを供給されてもよい。高調波を除去または低減するために、送信回路606は、フィルタ回路626を含んでもよい。フィルタ回路626は、3極(キャパシタ634、インダクタ632、およびキャパシタ636)ローパスフィルタ回路626であってもよい。
【００４８】
フィルタ回路626によって出力された信号は、コイル614を備える送信回路650に与えられてもよい。送信回路650は、ドライバ回路624によって供給されるフィルタ処理済み信号の周波数で共振する可能性がある、(たとえば、コイルのインダクタンスもしくはキャパシタンス、または追加のキャパシタ回路に起因する可能性がある)キャパシタンス620およびインダクタンスを有する直列共振回路を含んでもよい。送信回路650の負荷は、可変抵抗器622によって表されてもよい。この負荷は、送信回路650から電力を受け取るように配置されたワイヤレス電力レシーバ508の関数であってもよい。
【００４９】
本明細書で説明する本発明の様々な例示的な実施形態は、トランスミッタ404(図4)の送信回路606の送信回路650の共振周波数を同調させるためのシステム、デバイス、および方法に関する。例示的な一実施形態によれば、送信回路650は、トランスミッタの共振周波数を所望の周波数に同調させるための1つまたは複数のリアクタンス素子を選択的に含むように構成されてもよい。さらに、別の例示的な実施形態によれば、送信回路650は、送信回路650の共振周波数を所望の周波数に同調させるために、トランスミッタ404の一部である場合がある1つまたは複数の寄生コイル(図示せず)に誘導結合してもよい。さらに別の例示的な実施形態によれば、送信回路650は1つまたは複数の寄生コイルに結合してもよく、1つまたは複数の寄生コイル(図示せず)は、トランスミッタ404の共振周波数を所望の周波数に同調させるために、1つまたは複数のリアクタンス素子を含んでもよい。さらに、別の例示的な実施形態によれば、送信回路606のドライバ回路624のDC電流が、ワイヤレス電力システムの共振周波数条件を感知するために使用されてもよい。
【００５０】
図7は、本発明の例示的な実施形態による、送信回路750と受信回路760とを含む例示的なワイヤレス電力システム700の概略図である。送信回路750は、インダクタンスL1を有する送信コイル714を含む。抵抗器R1は送信回路750の寄生抵抗を表す。キャパシタC1が、含められてもよく(いくつかの実施形態では送信コイル714のキャパシタンスであることが可能である)、共振整合を目的として送信回路750を同調させるのに使用されてもよい。単に例として、キャパシタC1は、キャパシタンスが27.8pFであってもよく、送信コイル714は、インダクタンスL1が5μHであってもよく、寄生抵抗R1は5Ωであってもよい。受信回路760は、インダクタンスL2と寄生抵抗(すなわち、抵抗器R2)とを有する受信コイル718を含む。受信コイル760は、抵抗器RLによって表される負荷に結合される場合がある受信回路760のキャパシタC2によって同調されてもよい。単に例として、キャパシタC2は、キャパシタンスが27.8pFであってもよく、送信コイル718は、インダクタンスL2が5μHであってもよく、寄生抵抗R2は5Ωであってもよい。送信回路750を駆動するのに使用される信号の周波数は13.56MHzであってもよい。上述のように、送信回路750および受信回路760は特定の周波数において共振するように構成されてもよい。以下の式1は、共振時の周波数とキャパシタンスC1およびインダクタンスL1の値との間の関係を示す。
【００５１】
【数１】
0006378341.tif 000002
【００５２】
上式において、ωはラジアン単位の周波数である。送信コイル714に供給されるインピーダンス(Zin)は以下の式2によって与えられてもよい。
【００５３】
【数２】
0006378341.tif 000003
【００５４】
上式において、Mは送信コイル714と受信コイル718との間の相互インダクタンスであり、ωはラジアン単位の周波数であり、RLは負荷である。
【００５５】
電力伝達時には、様々な動作条件によって送信回路750が特定の動作周波数において共振するのが妨げられる場合がある。たとえば、金属製の物体が存在し、それとは異なる数のワイヤレス電力レシーバが存在する場合、送信コイル714に供給されるインピーダンスが変化する場合があり、送信回路750の共振周波数が事実上変化することがある。この場合、送信回路750を駆動する信号の周波数が変化しないことがあり、そのようなときには、信号周波数はもはや送信回路750の変化後の共振周波数と同じにならない場合がある。それぞれに異なる電力要件を有する可変数のワイヤレス電力レシーバが存在すると、送信回路750に供給されるインピーダンスも調整される場合があり、送信回路750の共振周波数が変化することがある。ワイヤレスに伝達される場合がある電力の量が低減することの他に、共振外で動作することも、送信回路750を駆動するのに使用されるドライバ回路624の効率を低下させることがある。この場合、システム効率が低下することがあり、熱散逸が増大し、トランスミッタが充電式バッテリーをワイヤレスに充電するのに使用されるときに充電時間が延びることがある。したがって、送信回路750が共振周波数の変化にかかわらず共振することができるように送信回路750の回路を効率的かつ安価に同調させる方法およびシステムが望ましい。
【００５６】
図8は、本発明の例示的な実施形態による、例示的な同調回路852を含む図7のワイヤレス電力システム800の概略図である。ワイヤレス電力システム800は、インダクタンスL2と抵抗R2とを有する受信コイル818を有する受信回路860を含む。受信コイル818は、特定の周波数において共振するようにキャパシタC2によって同調されてもよい。ワイヤレス電力システム800は、送信コイル814を有する送信回路850も含む。送信コイル814は、インダクタンスL1と抵抗R1とを有し、特定の周波数で共振することができるようにキャパシタC1によって同調されてもよい。さらに、送信回路850は、送信コイル814とグランド基準電圧617との間に結合されたリアクタンス素子(すなわち、キャパシタCp)を含む同調回路852を含んでもよい。さらに、リアクタンス素子Cpはスイッチ820に並列に接続される。「スイッチ」という用語が任意の適切な既知のスイッチング素子を含む場合があることに留意されたい。スイッチ820が閉じられている間、リアクタンス素子Cpが短絡し、送信回路850に供給されるインピーダンスに寄与しない場合がある。したがって、送信コイル814に供給されるインピーダンス(Zin)は、式2に類似した以下の式3によって与えられてもよい。
【００５７】
【数３】
0006378341.tif 000004
【００５８】
上式において、Mは送信コイル814と受信コイル818との間の相互インダクタンスであり、ωはラジアン単位の周波数であり、RLはレシーバ808の負荷である。
【００５９】
スイッチ820が開いているとき、リアクタンス素子Cpは送信コイル814に供給されるインピーダンスに寄与し、送信コイルに現れるインピーダンス(Zin)は式4によって与えられる場合がある。
【００６０】
【数４】
0006378341.tif 000005
【００６１】
上式において、Zinoは、式3によって与えられるようにスイッチが閉じられている間に送信コイルに現れるインピーダンスである。したがって、スイッチ820を制御すると、同調回路852は、送信回路850に供給されるインピーダンスを調整することができる。インピーダンスを調整すると、リアクタンスが調整され(すなわち、送信回路850にキャパシタンスが付加され)、それによって、式1によって与えられるように共振周波数も調整される。送信回路850が共振外であることが検出された場合、スイッチ820が開いていることがあり、調整されたインピーダンスによって共振周波数は所望の周波数に近い周波数に同調する場合がある(すなわち、共振周波数はドライバ回路624の出力において供給される信号の周波数に一致する(図6))。場合によっては、ゲート駆動を向上させ送信コイル814の構造を平衡させるためにスイッチを送信コイル814の中央タップに位置させると有利である場合がある。
【００６２】
単に例として、送信コイルに現れるインピーダンス(Zin)が2%変化した場合、キャパシタCpはキャパシタC1の値の50倍に等しくなる場合がある(すなわち、Cp = 50 * C1)。追加的な同調制御を可能にし、それによって、リアクタンスを考えられる一連の共振周波数にわたって同調させることができるように、スイッチが並列に接続された一連の追加のリアクタンス素子(図示せず)が同調回路852に付加されてもよい。様々なリアクタンス素子を選択的に切り替えると、送信コイル814に供給される広範囲のインピーダンスにわたって所望の周波数を使用して共振するように送信回路850を微調整することが可能になる場合がある。
【００６３】
図9Aおよび図9Bは、本発明の例示的な実施形態による、送信コイル914の中央タップに位置する例示的な同調回路952aおよび952bを含む図７のワイヤレス電力システムの概略図である。図9Aおよび図9Bでは、インダクタンスL1の2分の1および寄生抵抗R1の2分の1が同調回路952aおよび952bのいずれかの側に位置するように同調回路952aおよび952bが配置される。また、構成を平衡させることができるように、図8のキャパシタC1のキャパシタンスの2倍を有するキャパシタが送信コイル914のいずれかの側に配置されてもよい。図9Aは、スイッチ920またはリレーに並列に接続されたリアクタンス素子Cpを含む同調回路952aを示す。リレー902の抵抗が低くなり、スイッチが閉じられたときに、リアクタンス素子Cpが事実上短絡し、送信コイル914に供給されるインピーダンスに寄与しなくなることがある。図9Bは、リアクタンス素子Cpに並列に接続されたデュアル電界効果トランジスタ(FET)M1およびM2を含む同調回路952bを示す。送信コイル714の中央に位置する仮想接地は、デュアルFET M1およびM2を使用したスイッチング時に共通の接地基準を構成する。以下でさらに説明するように、FET M1およびM2のドレインソースキャパシタンスが考慮されてもよい。
【００６４】
図10A、図10B、および図10Cは、本発明の例示的な実施形態による、図8のワイヤレス電力システム800において使用される場合がある様々な動作状態で示される例示的な同調回路1052の概略図である。図10Aは、リアクタンス素子Cpの一方の側に結合されたドレインと、リアクタンス素子Cpの別の側に結合されたソースと、制御信号1022に結合されたゲートとを有するトランジスタM1を含むスイッチ1020を含む同調回路1052を示す。図10Bは、スイッチ1020が、抵抗RDSがトランジスタM1のドレインソース抵抗である閉構成であるときの、同調回路1052の部分概略図を示す。図10Cは、本体ダイオードと、トランジスタM1のドレインソースキャパシタンスであるキャパシタンスCDSとを示す、スイッチ620が開構成であるときの、同調回路1052の部分概略図を示す。図示のように、単に例として、スイッチ620(すなわち、トランジスタ)のピーク電圧が0.7Vであり、スイッチ620が開いていると仮定すると、式5、式6、および式7が同調回路1052の動作の結果としての電圧、電流、および電力を示す。
【００６５】
【数５】
0006378341.tif 000006
【００６６】
トランジスタM1の本体ダイオードは、より高い電力において導電する場合があり、したがって、リアクタンス素子Cpが短絡することがある。したがって、単一のトランジスタ(すなわち、単一のFET)は、回路変数に応じて、より低い電力に適合する場合がある(たとえば、0.0625W)。図10A、図10B、および図10Cに示すように、より低電力のシステム構成になるように単一のトランジスタ構成が使用されてもよい。
【００６７】
図11A、図11B、および図10Cは、本発明の例示的な実施形態による、図8のワイヤレス電力システム800において使用される場合がある様々な動作状態で示される別の例示的な同調回路1152の概略図である。図11Aは、2つのトランジスタM1およびM2(たとえば、FET)を備える同調回路1152を示す。この同調回路1152は、より高い電力を必要とする場合があるシステムに使用されることがある。より具体的には、スイッチ1120は、リアクタンス素子Cpの一方の側に結合されたドレインと、第2のトランジスタM2のソースに結合されたソースとを含んでもよい。さらに、第2のトランジスタM2は、リアクタンス素子Cpの別の側に結合されたドレインを有する。第1のトランジスタM1および第2のトランジスタM2の各々は、制御信号1150に結合されたゲートを有する。図11Bは、スイッチ1120が、抵抗2RDSがトランジスタM2のドレインソース抵抗と組み合わされたトランジスタM1のドレインソース抵抗である閉構成である(すなわち、トランジスタM1とトランジスタM2の両方が閉じられている)ときの、同調回路1152の部分概略図を示す。図11Cは、スイッチ1120が開構成である(すなわち、トランジスタM1とトランジスタM2の両方が開かれている)ときの同調回路1152の部分概略図を示す。図9Cの概略図は、トランジスタM2およびM3の各々に1つの本体ダイオード1162および1164と、トランジスタM2およびM3の各々に1つの、2つのドレインソースキャパシタンスCDSとを含む。別の例として、VCDS = 0.7Vpeak = 0.5Vrmsであると仮定すると、式8、式9、および式10は、スイッチ1120が開いているときの同調回路1152の動作の結果としての電圧、電流、および電力を示す。
【００６８】
【数６】
0006378341.tif 000007
【００６９】
電圧ピークは依然としてトランジスタの本体ダイオードを導通させる場合があるが、リアクタンス素子CpではなくキャパシタンスCDSのみが短絡することがある。
【００７０】
様々な実施形態では、図8〜図11Cに関して上記において説明した動的同調のいくつかの態様は、高調波ひずみおよび/またはスプリアス発射を生じさせることができる。たとえば、トランジスタM1およびM2は、図10Cおよび図11Cに関して上記において説明したように、顕著なドレインソースキャパシタンスCDSを供給することができる。さらに、この実効出力キャパシタンスは、同調キャパシタンスCPに並列に接続され、トランジスタM1およびM2にわたる電圧に基づいて変化することができる。様々な実施形態では、トランジスタM1およびM2にわたる電圧は、送信経路を通じて伝導する電流に比例することができる。いくつかの実施形態では、出力キャパシタンスCDSの変化によってAC波形が歪み、信号に「ノイズ」が導入されることがある。本明細書ででは、「ノイズ」は具体的には高調波ひずみおよび/またはそれに関連するスプリアス発射を指すことがある。
【００７１】
図12は、入力電圧の関数としてのトランジスタキャパシタンスの例示的なグラフ1200を示す。詳細には、グラフ1200は、x軸上にドレインソース電圧VDS(ボルト単位)およびy軸上のキャパシタンスC(pF単位)を示す。グラフ1200は、入力キャパシタンスCiss、出力キャパシタンスCoss、および逆伝達キャパシタンスCrssを示す。図12に示すように、例示的なトランジスタ(図8〜図11Cに関して上記において説明したトランジスタM1およびM2など)の出力キャパシタンスCossは、0Vから160Vの間の入力電圧VDSにわたって数桁も変動することができる。
【００７２】
いくつかの実施形態では、送信回路(たとえば、それぞれ図4、図6、および図7〜図9に関して上記において説明した送信回路406、606、750、850、および/または950)を差動送信回路として構成することが可能である。たとえば、送信回路は、差動電力増幅器および/または差動送信経路を含むことが可能である。いくつかの実施形態では、理想連続波(CW)差動電力増幅器(PA)の両側の波形(たとえば、正の信号線および負の信号線)を互いに反転した純粋正弦波とすることができる。
【００７３】
様々な実施形態では、電力増幅器は差動モードノイズおよび/またはコモンモードノイズを受けることがある。差動モードノイズは、2つの側が反転したままである動作を含むことがあるが、波形が摂動し、それによってもはや正弦波ではなくなる。コモンモードは、2つの側がもはや反転していない動作を含むことがあるが、接地に対する共通の可変回路を有することがある。
【００７４】
いくつかの実施形態では、差動ノイズが近接場信号において問題を生じさせることがある。いくつかの実施形態では、非近接場信号において差動ノイズを打ち消すことができる。一方、コモンモードノイズは打ち消されない場合がある。したがって、コモンモードノイズは、近接場発射と非近接場発射の両方において問題を生じさせることがある。いくつかの実施形態では、負荷L1の中心を接地することができ、それによって波形をより対称にすることができる。しかし、いくつかの実施形態では、コモンモード電流が直接接地に流され、それによって、より高い負荷抵抗をもたらすことがある電力の損失を生じさせることがある。したがって、接地された中央タップ付きの負荷を有するいくつかの実施形態は、コモンモード電流に起因して効率が低下することがある。
【００７５】
いくつかの実施形態では、1つまたは複数の同調回路(それぞれ図8〜図11Cに関して上記において説明した同調回路852、952a、952b、1052、および/または1152)を対称同調段として実装することができる。同調回路852、952a、952b、1052、および/または1152を差動回路として実装することができる。本明細書では差動対称同調回路について説明するが、当業者には、対称同調回路をシングルエンド構成において実現できることが諒解されよう。さらに、本明細書において説明する任意のシングルエンド回路は、差動対称同調回路との相互運用性が実現されるように差動構成として実装することが可能である。
【００７６】
図13Aおよび図13Bは、本発明の例示的な実施形態による、図8のワイヤレス電力システム800において使用される場合がある例示的な同調回路1320の概略図である。例示的な構成では様々な回路が示されているが、当業者には、図示の1つまたは複数の回路を再構成または省略することができ、かつ図示されていない追加の回路を付加できることが諒解されよう。さらに、同調回路1320が差動構成として示されているが、同調回路1320の態様はシングルエンド構成に適用することもできる。
【００７７】
図13Aは、第1のトランジスタM1pと、第2のトランジスタM1nと、第1のリアクタンス素子C1ppと、第2のリアクタンス素子C1pnと、負荷L1とを含む対称差動同調回路1320を示す。同調回路1320は、制御信号1322、正の差動信号線A、および負の差動信号線Bを受け入れるように構成される。図示のように、第1のスイッチは、第1のリアクタンス素子C1ppの一方の側および正の差動信号入力Aに結合されたドレインと、リアクタンス素子C1ppの第2の側および負荷L1の第1の端部に結合されたソースと、制御信号1322に結合されたゲートとを有するトランジスタM1pを含む。第2のスイッチは、第1のリアクタンス素子C1ppの一方の側および負の差動信号入力Bに結合されたドレインと、リアクタンス素子C1ppの第2の側および負荷L1の第2の端部に結合されたソースと、制御信号1322に結合されたゲートとを有するトランジスタM1nを含む。
【００７８】
いくつかの実施形態では、図13Aに示す対称差動同調回路1320は、中央タップを有しない完全に対称的なスイッチング段とすることが可能である。トランジスタM1pおよびM1nは、任意の所与の瞬間にこれらのトランジスタ内を互いに逆方向の電流が流れるように構成することが可能である。したがって、第1のトランジスタM1pはその最大ドレインソース電圧(したがって、最小開状態キャパシタンス)を受けるが、第2のトランジスタM1nはその最小ドレインソース電圧(したがって、最大開状態キャパシタンス)を受けることができる。いくつかの実施形態では、開状態キャパシタンス間の不平衡によって、コモンモードノイズとして現れる場合がある不平衡が生じることがある。いくつかの実施形態では、図13Aの構成は、各トランジスタM1pおよびM1nにおけるキャパシタンスが反比例するので、差動モードノイズを低減させることができる。したがって、いくつかの実施形態では、トランジスタM1nは、トランジスタM1pによって生成されるかまたは生じるかまたは作成された高調波を少なくとも部分的に打ち消す高調波を生成するかまたは生じさせるかまたは作成することができ、その逆も同様である。場合によっては、トランジスタM1nは、たとえば、トランジスタM1pの構成に起因して、図13Aに示す構成がない場合に生成するかまたは生じさせるかまたは作成する高調波を生成しないかまたは生じさせないかまたは作成せず、その逆も同様である。
【００７９】
図13Bは、第1のトランジスタM1pと、第2のトランジスタM1nと、第1のリアクタンス素子C1ppと、第2のリアクタンス素子C1pnと、負荷L1とを含む対称差動同調回路1320を示す。同調回路1320は、制御信号1322、正の差動信号線A、および負の差動信号線Bを受け入れるように構成される。図示のように、第1のスイッチは、第1のリアクタンス素子C1ppの一方の側および正の差動信号入力Aに結合されたドレインと、リアクタンス素子C1ppの第2の側および負荷L1の第1の端部に結合されたソースと、制御信号1322に結合されたゲートとを有するトランジスタM1pを含む。第2のスイッチは、第1のリアクタンス素子C1ppの一方の側および負の差動信号入力Bに結合されたドレインと、リアクタンス素子C1ppの第2の側および負荷L1の第2の端部に結合されたソースと、制御信号1322に結合されたゲートとを有するトランジスタM1nを含む。
【００８０】
いくつかの実施形態では、図13Bに示す対称差動同調回路1320は、中央タップを有する完全に対称的なスイッチング段とすることが可能である。トランジスタM1pおよびM1nは、任意の所与の瞬間にこれらのトランジスタ内を互いに逆方向の電流が流れるように構成することが可能である。したがって、第1のトランジスタM1pはその最大ドレインソース電圧(したがって、最小開状態キャパシタンス)を受けるが、第2のトランジスタM1nはその最小ドレインソース電圧(したがって、最大開状態キャパシタンス)を受けることができる。いくつかの実施形態では、開状態キャパシタンス間の不平衡によって、コモンモードノイズとして現れる場合がある不平衡が生じることがある。中央タップは、このコモンモードノイズを低減させることができるが、中央タップを通って散逸する電力に起因してより高い実効抵抗を生じさせることがある。いくつかの実施形態では、図13Bの構成は、各トランジスタM1pおよびM1nにおけるキャパシタンスが反比例するので、差動モードノイズを低減させることができる。したがって、いくつかの実施形態では、トランジスタM1nは、トランジスタM1pによって生成されるかまたは生じるかまたは作成された高調波を少なくとも部分的に打ち消す高調波を生成するかまたは生じさせるかまたは作成することができ、その逆も同様である。場合によっては、トランジスタM1nは、たとえば、トランジスタM1pの構成に起因して、図13Aに示す構成がない場合に生成するかまたは生じさせるかまたは作成する高調波を生成しないかまたは生じさせないかまたは作成せず、その逆も同様である。
【００８１】
図14Aおよび図14Bは、本発明の例示的な実施形態による、図8のワイヤレス電力システム800において使用される場合がある例示的な同調回路1420の概略図である。例示的な構成では様々な回路が示されているが、当業者には、図示の1つまたは複数の回路を再構成または省略することができ、かつ図示されていない追加の回路を付加できることが諒解されよう。さらに、同調回路1320が差動構成として示されているが、同調回路1420の態様はシングルエンド構成に適用することもできる。
【００８２】
図14Aは、第1のトランジスタM1pと、第2のトランジスタM1nと、第1のリアクタンス素子C1ppと、第2のリアクタンス素子C1pnと、負荷L1とを含む対称差動同調回路1420を示す。同調回路1420は、制御信号1422、正の差動信号線A、および負の差動信号線Bを受け入れるように構成される。図示のように、第1のスイッチは、第1のリアクタンス素子C1ppの一方の側および正の差動信号入力Aに結合されたドレインと、リアクタンス素子C1ppの第2の側および負荷L1の第1の端部に結合されたソースと、制御信号1422に結合されたゲートとを有するトランジスタM1pを含む。第2のスイッチは、第1のリアクタンス素子C1ppの一方の側および負の差動信号入力Bに結合されたドレインと、リアクタンス素子C1ppの第2の側および負荷L1の第2の端部に結合されたソースと、制御信号1422に結合されたゲートとを有するトランジスタM1nを含む。
【００８３】
いくつかの実施形態では、図14Aに示す対称差動同調回路1420は、図13Aに示す同調回路1320の変更形態とすることが可能であり、その場合、第2のトランジスタM1nが反転されている。したがって、トランジスタM1pおよびM1nは、任意の所与の瞬間にこれらのトランジスタ内を同じ電流が流れるように構成することが可能である。したがって、第1のトランジスタM1pはその最大ドレインソース電圧(したがって、最小開状態キャパシタンス)を受けるが、第2のトランジスタM1nもその最大ドレインソース電圧(したがって、最小開状態キャパシタンス)を受けることができ、その逆も同様である。いくつかの実施形態では、開状態キャパシタンス同士を平衡させることによって、コモンモードノイズを低減させることができる。したがって、いくつかの実施形態では、トランジスタM1nは、トランジスタM1pによって生成されるかまたは生じるかまたは作成された高調波を少なくとも部分的に打ち消す高調波を生成するかまたは生じさせるかまたは作成することができ、その逆も同様である。場合によっては、トランジスタM1nは、たとえば、トランジスタM1pの構成に起因して、図14Aに示す構成がない場合に生成するかまたは生じさせるかまたは作成する高調波を生成しないかまたは生じさせないかまたは作成せず、その逆も同様である。いくつかの実施形態では、図14Aの構成は差動モードノイズを増大させることがある。
【００８４】
図14Bは、第1のトランジスタM1pと、第2のトランジスタM1nと、第1のリアクタンス素子C1ppと、第2のリアクタンス素子C1pnと、負荷L1とを含む対称差動同調回路1420を示す。同調回路1420は、制御信号1422、正の差動信号線A、および負の差動信号線Bを受け入れるように構成される。図示のように、第1のスイッチは、第1のリアクタンス素子C1ppの一方の側および正の差動信号入力Aに結合されたドレインと、リアクタンス素子C1ppの第2の側および負荷L1の第1の端部に結合されたソースと、制御信号1422に結合されたゲートとを有するトランジスタM1pを含む。第2のスイッチは、第1のリアクタンス素子C1ppの一方の側および負の差動信号入力Bに結合されたドレインと、リアクタンス素子C1ppの第2の側および負荷L1の第2の端部に結合されたソースと、制御信号1422に結合されたゲートとを有するトランジスタM1nを含む。
【００８５】
いくつかの実施形態では、図14Bに示す対称差動同調回路1420は、中央タップを有する、図13Aに示す同調回路1420の変更形態とすることが可能である。したがって、トランジスタM1pおよびM1nは、任意の所与の瞬間にこれらのトランジスタ内を同じ電流が流れるように構成することが可能である。したがって、第1のトランジスタM1pはその最大ドレインソース電圧(したがって、最小開状態キャパシタンス)を受けるが、第2のトランジスタM1nもその最大ドレインソース電圧(したがって、最小開状態キャパシタンス)を受けることができ、その逆も同様である。いくつかの実施形態では、開状態キャパシタンス同士を平衡させることによって、コモンモードノイズを低減させることができる。したがって、いくつかの実施形態では、トランジスタM1nは、トランジスタM1pによって生成されるかまたは生じるかまたは作成された高調波を少なくとも部分的に打ち消す高調波を生成するかまたは生じさせるかまたは作成することができ、その逆も同様である。場合によっては、トランジスタM1nは、たとえば、トランジスタM1pの構成に起因して、図13Aに示す構成がない場合に生成するかまたは生じさせるかまたは作成する高調波を生成しないかまたは生じさせないかまたは作成せず、その逆も同様である。さらに、ほとんどまたはまったくコモンモードノイズが生じないいくつかの実施形態では、中央タップを0Vにすることが可能である。いくつかの実施形態では、図14Aの構成は差動モードノイズを増大させることがある。
【００８６】
図15A〜図15Cは、本発明の例示的な実施形態による、図8のワイヤレス電力システム800において使用される場合がある別の例示的な同調回路1520の概略図である。例示的な構成では様々な回路が示されているが、当業者には、図示の1つまたは複数の回路を再構成または省略することができ、かつ図示されていない追加の回路を付加できることが諒解されよう。たとえば、同調回路1520が差動構成として示されているが、同調回路1520の態様はシングルエンド構成に適用することもできる。さらに、同調回路1520がタップなし構成として示されているが、同調回路1520の態様は中央タップ付き構成に適用することもできる。
【００８７】
図15Aは、第1のトランジスタM1pと、第2のトランジスタM1nと、第3のトランジスタM2pと、第4のトランジスタM2nと、第1のリアクタンス素子C1ppと、第2のリアクタンス素子C1pnと、第3のリアクタンス素子C2ppと、第4のリアクタンス素子C2pnと、負荷L1とを含む対称差動同調回路1520を示す。いくつかの実施形態では、同調回路1520は、第5のリアクタンス素子C3pと第6のリアクタンス素子C3nとをさらに含むことが可能である。同調回路1520は、第1の制御信号1522、第2の制御信号1524、正の差動信号線A、および負の差動信号線Bを受け入れるように構成される。いくつかの実施形態では、第1の制御信号1522と第2の制御信号1524は同じ制御信号にすることが可能である。
【００８８】
図示のように、第1のスイッチは、ソースと、ドレインと、ゲートとを有するトランジスタM1pを含む。ドレインは、第1のリアクタンス素子C1ppの第1の側および正の差動信号入力Aに結合される。ソースは、第1のリアクタンス素子C1ppの第2の側、第3のトランジスタM2pのドレイン、および第3のリアクタンス素子C2ppの第1の側に結合される。いくつかの実施形態では、ソースは、第5のリアクタンス素子C3pの第1の側に結合することが可能である。
【００８９】
第2のスイッチは、ソースと、ドレインと、ゲートとを有するトランジスタM1nを含む。ドレインは、第2のリアクタンス素子C1pnの第1の側および負の差動信号入力Bに結合される。ソースは、第2のリアクタンス素子C1pnの第2の側、第4のトランジスタM2nのドレイン、および第4のリアクタンス素子C2pnの第1の側に結合される。ゲートは第1の制御信号1522に結合される。いくつかの実施形態では、ソースは、第6のリアクタンス素子C3nの第1の側に結合することが可能である。
【００９０】
第3のスイッチは、ソースと、ドレインと、ゲートとを有するトランジスタM2pを含む。ドレインは、第3のリアクタンス素子C2ppの第1の側、第1のトランジスタM1pのソース、および第1のリアクタンス素子C1ppの第2の側に結合される。ソースは、第3のリアクタンス素子C2ppの第2の側および負荷L1の第1の端部に結合される。ゲートは第2の制御信号1524に結合される。いくつかの実施形態では、ドレインは、第5のリアクタンス素子C3pの第1の側に結合することが可能である。
【００９１】
第4のスイッチは、ソースと、ドレインと、ゲートとを有するトランジスタM2nを含む。ドレインは、第4のリアクタンス素子C2pnの第1の側、第2のトランジスタM1pのソース、および第2のリアクタンス素子C1ppの第2の側に結合される。ソースは、第4のリアクタンス素子C2pnの第2の側および負荷L1の第2の端部に結合される。ゲートは第2の制御信号1524に結合される。いくつかの実施形態では、ドレインは、第6のリアクタンス素子C3nの第2の側に結合することが可能である。
【００９２】
いくつかの実施形態では、図15Aに示す対称差動同調回路1520は、中央タップを有しない完全に対称的なダブルスイッチング段とすることが可能である。トランジスタ対M1pおよびM1nならびにM2pおよびM2nは、任意の所与の瞬間にこれらのトランジスタ対内を互いに逆方向の電流が流れるように構成することが可能である。したがって、第1のトランジスタM1pはその最大ドレインソース電圧(したがって、最小開状態キャパシタンス)を受けるが、第2のトランジスタM1nはその最小ドレインソース電圧(したがって、最大開状態キャパシタンス)を受けることができる。同様に、第3のトランジスタM2pはその最大ドレインソース電圧(したがって、最小開状態キャパシタンス)を受けるが、第4のトランジスタM2nはその最小ドレインソース電圧(したがって、最大開状態キャパシタンス)を受けることができる。いくつかの実施形態では、開状態キャパシタンス間の不平衡によって、コモンモードノイズとして現れる場合がある不平衡が生じることがある。
【００９３】
いくつかの実施形態では、図15Aの構成は、各トランジスタ対M1pおよびM1nならびにM2pおよびM2nにおけるキャパシタンスが反比例するので、差動モードノイズを低減させることができる。したがって、いくつかの実施形態では、1つまたは複数のトランジスタM1n、M1p、M1n、および/またはM2pは、1つまたは複数の他のトランジスタM1n、M1p、M1n、および/またはM2pによって生成されるかまたは生じるかまたは作成された高調波を少なくとも部分的に打ち消す高調波を生成するかまたは生じさせるかまたは作成することができ、その逆も同様である。場合によっては、1つまたは複数のトランジスタM1n、M1p、M1n、および/またはM2pは、たとえば、1つまたは複数の他のトランジスタM1n、M1p、M1n、および/またはM2pの構成に起因して、図15Aに示す構成がない場合に生成するかまたは生じさせるかまたは作成する高調波を生成しないかまたは生じさせないかまたは作成せず、その逆も同様である。
【００９４】
図15Bは、第1のトランジスタM1pと、第2のトランジスタM1nと、第3のトランジスタM2pと、第4のトランジスタM2nと、第1のリアクタンス素子C1ppと、第2のリアクタンス素子C1pnと、第3のリアクタンス素子C2ppと、第4のリアクタンス素子C2pnと、負荷L1とを含む対称差動同調回路1520を示す。いくつかの実施形態では、同調回路1520は、第5のリアクタンス素子C3pと第6のリアクタンス素子C3nとをさらに含むことが可能である。同調回路1520は、第1の制御信号1522、第2の制御信号1524、正の差動信号線A、および負の差動信号線Bを受け入れるように構成される。いくつかの実施形態では、第1の制御信号1522と第2の制御信号1524は同じ制御信号にすることが可能である。
【００９５】
図示のように、第1のスイッチは、ソースと、ドレインと、ゲートとを有するトランジスタM1pを含む。ドレインは、第1のリアクタンス素子C1ppの第1の側および正の差動信号入力Aに結合される。ソースは、第1のリアクタンス素子C1ppの第2の側、第3のトランジスタM2pのドレイン、および第3のリアクタンス素子C2ppの第1の側に結合される。いくつかの実施形態では、ソースは、第5のリアクタンス素子C3pの第1の側に結合することが可能である。
【００９６】
第2のスイッチは、ソースと、ドレインと、ゲートとを有するトランジスタM1nを含む。ソースは、第2のリアクタンス素子C1pnの第1の側および負の差動信号入力Bに結合される。ドレインは、第2のリアクタンス素子C1pnの第2の側、第4のトランジスタM2nのソース、および第4のリアクタンス素子C2pnの第1の側に結合される。ゲートは第1の制御信号1522に結合される。いくつかの実施形態では、ドレインは、第6のリアクタンス素子C3nの第1の側に結合することが可能である。
【００９７】
第3のスイッチは、ソースと、ドレインと、ゲートとを有するトランジスタM2pを含む。ドレインは、第3のリアクタンス素子C2ppの第1の側、第1のトランジスタM1pのソース、および第1のリアクタンス素子C1ppの第2の側に結合される。ソースは、第3のリアクタンス素子C2ppの第2の側および負荷L1の第1の端部に結合される。ゲートは第2の制御信号1524に結合される。いくつかの実施形態では、ドレインは、第5のリアクタンス素子C3pの第2の側に結合することが可能である。
【００９８】
第4のスイッチは、ソースと、ドレインと、ゲートとを有するトランジスタM2nを含む。ソースは、第4のリアクタンス素子C2pnの第1の側、第2のトランジスタM1pのドレイン、および第2のリアクタンス素子C1ppの第2の側に結合される。ドレインは、第4のリアクタンス素子C2pnの第2の側および負荷L1の第2の端部に結合される。ゲートは第2の制御信号1524に結合される。いくつかの実施形態では、ドレインは、第6のリアクタンス素子C3nの第2の側に結合することが可能である。
【００９９】
いくつかの実施形態では、図15Bに示す対称差動同調回路1520は、図14Aに示す同調回路1420の変更形態とすることが可能であり、その場合、第2のトランジスタM1nが反転されており、かつ第4のトランジスタM2nが反転されている。したがって、トランジスタ対M1pおよびM1nならびにM2pおよびM2nは、任意の所与の瞬間にこれらのトランジスタ対内を同じ電流が流れるように構成することが可能である。したがって、第1のトランジスタM1pはその最大ドレインソース電圧(したがって、最小開状態キャパシタンス)を受けるが、第2のトランジスタM1nもその最大ドレインソース電圧(したがって、最小開状態キャパシタンス)を受けることができ、その逆も同様である。同様に、第3のトランジスタM2pはその最大ドレインソース電圧(したがって、最小開状態キャパシタンス)を受けるが、第4のトランジスタM2nもその最大ドレインソース電圧(したがって、最小開状態キャパシタンス)を受けることができ、その逆も同様である。
【０１００】
いくつかの実施形態では、開状態キャパシタンス同士を平衡させることによって、コモンモードノイズを低減させることができる。したがって、いくつかの実施形態では、1つまたは複数のトランジスタM1n、M1p、M1n、および/またはM2pは、1つまたは複数の他のトランジスタM1n、M1p、M1n、および/またはM2pによって生成されるかまたは生じるかまたは作成された高調波を少なくとも部分的に打ち消す高調波を生成するかまたは生じさせるかまたは作成することができ、その逆も同様である。場合によっては、1つまたは複数のトランジスタM1n、M1p、M1n、および/またはM2pは、たとえば、1つまたは複数の他のトランジスタM1n、M1p、M1n、および/またはM2pの構成に起因して、図15Bに示す構成がない場合に生成するかまたは生じさせるかまたは作成する高調波を生成しないかまたは生じさせないかまたは作成せず、その逆も同様である。いくつかの実施形態では、図14Aの構成は差動モードノイズを増大させることがある。
【０１０１】
図15Cは、第1のトランジスタM1pと、第2のトランジスタM1nと、第3のトランジスタM2pと、第4のトランジスタM2nと、第1のリアクタンス素子C1ppと、第2のリアクタンス素子C1pnと、第3のリアクタンス素子C2ppと、第4のリアクタンス素子C2pnと、負荷L1とを含む対称差動同調回路1520を示す。いくつかの実施形態では、同調回路1520は、第5のリアクタンス素子C3pと第6のリアクタンス素子C3nとをさらに含むことが可能である。同調回路1520は、第1の制御信号1522、第2の制御信号1524、正の差動信号線A、および負の差動信号線Bを受け入れるように構成される。いくつかの実施形態では、第1の制御信号1522と第2の制御信号1524は同じ制御信号にすることが可能である。
【０１０２】
図示のように、第1のスイッチは、ソースと、ドレインと、ゲートとを有するトランジスタM1pを含む。ソースは、第1のリアクタンス素子C1ppの第1の側および正の差動信号入力Aに結合される。ドレインは、第1のリアクタンス素子C1ppの第2の側、第3のトランジスタM2pのドレイン、および第3のリアクタンス素子C2ppの第1の側に結合される。ゲートは、第1の制御信号1522に結合される。いくつかの実施形態では、ドレインは第5のリアクタンス素子C3pの第1の側に結合することが可能である。
【０１０３】
第2のスイッチは、ソースと、ドレインと、ゲートとを有するトランジスタM1nを含む。ドレインは、第2のリアクタンス素子C1pnの第1の側および負の差動信号入力Bに結合される。ソースは、第2のリアクタンス素子C1pnの第2の側、第4のトランジスタM2nのソース、および第4のリアクタンス素子C2pnの第1の側に結合される。ゲートは第1の制御信号1522に結合される。いくつかの実施形態では、ソースは、第6のリアクタンス素子C3nの第1の側に結合することが可能である。
【０１０４】
第3のスイッチは、ソースと、ドレインと、ゲートとを有するトランジスタM2pを含む。ドレインは、第3のリアクタンス素子C2ppの第1の側、第1のトランジスタM1pのソース、および第1のリアクタンス素子C1ppの第2の側に結合される。ソースは、第3のリアクタンス素子C2ppの第2の側および負荷L1の第1の端部に結合される。ゲートは第2の制御信号1524に結合される。いくつかの実施形態では、ドレインは、第5のリアクタンス素子C3pの第2の側に結合することが可能である。
【０１０５】
第4のスイッチは、ソースと、ドレインと、ゲートとを有するトランジスタM2nを含む。ソースは、第4のリアクタンス素子C2pnの第1の側、第2のトランジスタM1pのドレイン、および第2のリアクタンス素子C1ppの第2の側に結合される。ドレインは、第4のリアクタンス素子C2pnの第2の側および負荷L1の第2の端部に結合される。ゲートは第2の制御信号1524に結合される。いくつかの実施形態では、ソースは、第6のリアクタンス素子C3nの第2の側に結合することが可能である。
【０１０６】
いくつかの実施形態では、図15Cに示す対称差動同調回路1520は、図14Bに示す同調回路1420の変更形態とすることが可能であり、その場合、第1段の構成が反転されている。したがって、トランジスタ対M1pおよびM1nならびにM2pおよびM2nは、この場合も、任意の所与の瞬間にこれらのトランジスタ対内を同じ電流が流れるように構成することが可能であり、トランジスタは連続する各段内で反転させることが可能である。したがって、第1のトランジスタM1pはその最大ドレインソース電圧(したがって、最小開状態キャパシタンス)を受けるが、第2のトランジスタM1nもその最大ドレインソース電圧(したがって、最小開状態キャパシタンス)を受けることができ、その逆も同様である。同様に、第3のトランジスタM2pはその最大ドレインソース電圧(したがって、最小開状態キャパシタンス)を受けるが、第4のトランジスタM2nもその最大ドレインソース電圧(したがって、最小開状態キャパシタンス)を受けることができ、その逆も同様である。
【０１０７】
いくつかの実施形態では、図15Cの構成は、コモンモードノイズを低減させるかまたは除去することができ、連続する段を、両方の段が開状態であるときに差動モードノイズを低減させるかまたは除去するように構成することができる。したがって、いくつかの実施形態では、1つまたは複数のトランジスタM1n、M1p、M1n、および/またはM2pは、1つまたは複数の他のトランジスタM1n、M1p、M1n、および/またはM2pによって生成されるかまたは生じるかまたは作成された高調波を少なくとも部分的に打ち消す高調波を生成するかまたは生じさせるかまたは作成することができ、その逆も同様である。場合によっては、1つまたは複数のトランジスタM1n、M1p、M1n、および/またはM2pは、たとえば、1つまたは複数の他のトランジスタM1n、M1p、M1n、および/またはM2pの構成に起因して、図15Cに示す構成がない場合に生成するかまたは生じさせるかまたは作成する高調波を生成しないかまたは生じさせないかまたは作成せず、その逆も同様である。
【０１０８】
特に図15A〜図15Cの実施形態に関し、さらに本明細書において説明する他の実施形態に関して、1つまたは2つの段について説明する。しかし、当業者には、追加の段を付加できることが諒解されよう。追加の段にはトランジスタ構成の任意の組合せを含めることができる。たとえば、(たとえば、図15Cに関して示し、説明したパターンを連続させる)連続する段ごとにスイッチングトランジスタのドレインソース極性を反転させることができる。いくつかの実施形態では、連続する段は、各段が開状態であるときに差動モードノイズを低減させるように構成することが可能である。いくつかの実施形態では、連続する段を、それぞれに異なるサイズのリアクタンス素子の有効化および/または無効化を選択的に行うように構成することができる。たとえば、キャパシタンスを連続する各段において2倍にする(または2分の1にする)ことができ、それによってバイナリ同調が可能になる。
【０１０９】
図16Aおよび図16Bは、本発明の例示的な実施形態による、図8のワイヤレス電力システム800において使用される場合がある例示的な同調回路1620の概略図である。例示的な構成では様々な回路が示されているが、当業者には、図示の1つまたは複数の回路を再構成または省略することができ、かつ図示されていない追加の回路を付加できることが諒解されよう。たとえば、同調回路1620が差動構成として示されているが、同調回路1620の態様はシングルエンド構成に適用することもできる。さらに、同調回路1620がタップなし構成として示されているが、同調回路1620の態様は中央タップ付き構成に適用することもできる。
【０１１０】
図16Aは、第1のトランジスタM1pと、第2のトランジスタM1nと、第3のトランジスタM2pと、第4のトランジスタM2nと、第1のリアクタンス素子C1ppと、第2のリアクタンス素子C1pnと、第3のリアクタンス素子C2ppと、第4のリアクタンス素子C2pnと、負荷L1とを含む対称差動同調回路1620を示す。いくつかの実施形態では、同調回路1620は、第5のリアクタンス素子C3pと第6のリアクタンス素子C3nとをさらに含むことが可能である。同調回路1620は、第1の制御信号1622、第2の制御信号1624、正の差動信号線A、および負の差動信号線Bを受け入れるように構成される。いくつかの実施形態では、第1の制御信号1622と第2の制御信号1624は同じ制御信号にすることが可能である。
【０１１１】
図示のように、第1のスイッチは、ソースと、ドレインと、ゲートとを有するトランジスタM1pを含む。ドレインは、第1のリアクタンス素子C1ppの第1の側および正の差動信号入力Aに結合される。ソースは、第1のリアクタンス素子C1ppの第2の側、第3のトランジスタM2pのソース、および第3のリアクタンス素子C2ppの第1の側に結合される。ゲートは第１の制御信号1622に結合される。いくつかの実施形態では、ソースは、第5のリアクタンス素子C3pの第1の側に結合することが可能である。
【０１１２】
第2のスイッチは、ソースと、ドレインと、ゲートとを有するトランジスタM1nを含む。ソースは、第2のリアクタンス素子C1pnの第1の側および負の差動信号入力Bに結合される。ドレインは、第2のリアクタンス素子C1pnの第2の側、第4のトランジスタM2nのドレイン、および第4のリアクタンス素子C2pnの第1の側に結合される。ゲートは第1の制御信号1622に結合される。いくつかの実施形態では、ドレインは、第6のリアクタンス素子C3nの第1の側に結合することが可能である。
【０１１３】
第3のスイッチは、ソースと、ドレインと、ゲートとを有するトランジスタM2pを含む。ドレインは、第3のリアクタンス素子C2ppの第1の側、第1のトランジスタM1pのソース、および第1のリアクタンス素子C1ppの第2の側に結合される。ソースは、第3のリアクタンス素子C2ppの第2の側および負荷L1の第1の端部に結合される。ゲートは第2の制御信号1624に結合される。いくつかの実施形態では、ドレインは、第5のリアクタンス素子C3pの第2の側に結合することが可能である。
【０１１４】
第4のスイッチは、ソースと、ドレインと、ゲートとを有するトランジスタM2nを含む。ソースは、第4のリアクタンス素子C2pnの第1の側、第2のトランジスタM1pのドレイン、および第2のリアクタンス素子C1ppの第2の側に結合される。ドレインは、第4のリアクタンス素子C2pnの第2の側および負荷L1の第2の端部に結合される。ゲートは第2の制御信号1624に結合される。いくつかの実施形態では、ソースは、第6のリアクタンス素子C3nの第2の側に結合することが可能である。
【０１１５】
いくつかの実施形態では、図16Aに示す対称差動同調回路1620は、互いに逆の電流が流れる互いに逆のトランジスタ対M1pおよびM2pならびにM1nおよびM2nを各側に含むことが可能である。したがって、第1のトランジスタM1pはその最大ドレインソース電圧(したがって、最小開状態キャパシタンス)を受けるが、第3のトランジスタM2pはその最小ドレインソース電圧(したがって、最大開状態キャパシタンス)を受けることができ、その逆も同様である。同様に、第2のトランジスタM1nはその最大ドレインソース電圧(したがって、最小開状態キャパシタンス)を受けるが、第4のトランジスタM2nはその最小ドレインソース電圧(したがって、最大開状態キャパシタンス)を受けることができ、その逆も同様である。
【０１１６】
いくつかの実施形態では、図16Aの構成は、コモンモードノイズを低減させるかまたは除去することができ、連続する段を、両方の段が開状態であるときに差動モードノイズを低減させるかまたは除去するように構成することができる。したがって、いくつかの実施形態では、1つまたは複数のトランジスタM1n、M1p、M1n、および/またはM2pは、1つまたは複数の他のトランジスタM1n、M1p、M1n、および/またはM2pによって生成されるかまたは生じるかまたは作成された高調波を少なくとも部分的に打ち消す高調波を生成するかまたは生じさせるかまたは作成することができ、その逆も同様である。場合によっては、1つまたは複数のトランジスタM1n、M1p、M1n、および/またはM2pは、たとえば、1つまたは複数の他のトランジスタM1n、M1p、M1n、および/またはM2pの構成に起因して、図16Aに示す構成がない場合に生成するかまたは生じさせるかまたは作成する高調波を生成しないかまたは生じさせないかまたは作成せず、その逆も同様である。
【０１１７】
いくつかの実施形態では、図16Aに示す同調回路は整合段を含むことが可能である。たとえば、第1のリアクタンス素子C1ppは、第3のリアクタンス素子C2ppに整合することができ、第2のリアクタンス素子C1pnは、第4のリアクタンス素子C2pnに整合することができ、他のリアクタンス素子についても同様である。さらに、第1の段と第2の段は一緒に駆動することが可能である。たとえば、第1の制御信号1522は、第2の制御信号1524と同じ制御信号にすることが可能である。
【０１１８】
図16Bは、第1のトランジスタM1pと、第2のトランジスタM1nと、第3のトランジスタM2pと、第4のトランジスタM2nと、第1のリアクタンス素子C1ppと、第2のリアクタンス素子C1pnと、負荷L1とを含む対称差動同調回路1620を示す。同調回路1620は、第1の制御信号1622、第2の制御信号1624、正の差動信号線A、および負の差動信号線Bを受け入れるように構成される。いくつかの実施形態では、第1の制御信号1622と第2の制御信号1624は同じ制御信号にすることが可能である。
【０１１９】
図示のように、第1のスイッチは、各々がソースと、ドレインと、ゲートとを有する、第１のトランジスタM1pと第2のトランジスタM2pとを含む。第1のトランジスタM1pのドレインは、第1のリアクタンス素子C1ppの第1の側および正の差動信号入力Aに結合される。第1のトランジスタM1pのソースは、第3のトランジスタM2pのソースに結合される。第1のトランジスタM1pのゲートは、第1の制御信号1622に結合される。第3のトランジスタM1pのソースは、第1のトランジスタM1pのソースに結合される。第3のトランジスタM1pのドレインは、第1のリアクタンス素子C1ppの第2の側および負荷L1の第1の端部に結合される。第3のトランジスタM1pのゲートは、第2の制御信号1624に結合される。
【０１２０】
第2のスイッチは、各々がソースと、ドレインと、ゲートとを有する、第2のトランジスタM1nと第4のトランジスタM2nとを含む。第2のトランジスタM1nのドレインは、第2のリアクタンス素子C1pnの第1の側および負の差動信号入力Bに結合される。第2のトランジスタM1nのソースは、第4のトランジスタM2nのソースに結合される。第2のトランジスタM1nのゲートは、第1の制御信号1622に結合される。第4のトランジスタM1nのソースは、第2のトランジスタM1nのソースに結合される。第4のトランジスタM1nのドレインは、第2のリアクタンス素子C1ppの第2の端部および負荷L1の第2の端部に結合される。第4のトランジスタM1pのゲートは、第2の制御信号1624に結合される。
【０１２１】
いくつかの実施形態では、図16Bに示す対称差動同調回路1620は、図16Aに示す同調回路の別の実施形態を含むことが可能である。したがって、第1のトランジスタM1pはその最大ドレインソース電圧(したがって、最小開状態キャパシタンス)を受けるが、第3のトランジスタM2pはその最小ドレインソース電圧(したがって、最大開状態キャパシタンス)を受けることができ、その逆も同様である。同様に、第2のトランジスタM1nはその最大ドレインソース電圧(したがって、最小開状態キャパシタンス)を受けるが、第4のトランジスタM2nはその最小ドレインソース電圧(したがって、最大開状態キャパシタンス)を受けることができ、その逆も同様である。
【０１２２】
いくつかの実施形態では、図16Bの構成は、コモンモードノイズを低減させるかまたは除去することができ、連続する段を、両方の段が開状態であるときに差動モードノイズを低減させるかまたは除去するように構成することができる。したがって、いくつかの実施形態では、1つまたは複数のトランジスタM1n、M1p、M1n、および/またはM2pは、1つまたは複数の他のトランジスタM1n、M1p、M1n、および/またはM2pによって生成されるかまたは生じるかまたは作成された高調波を少なくとも部分的に打ち消す高調波を生成するかまたは生じさせるかまたは作成することができ、その逆も同様である。場合によっては、1つまたは複数のトランジスタM1n、M1p、M1n、および/またはM2pは、たとえば、1つまたは複数の他のトランジスタM1n、M1p、M1n、および/またはM2pの構成に起因して、図16Bに示す構成がない場合に生成するかまたは生じさせるかまたは作成する高調波を生成しないかまたは生じさせないかまたは作成せず、その逆も同様である。
【０１２３】
再び図8を参照すると、場合によっては、同調回路852をリアクタンス素子とともに送信回路850に直接電気的に接続することが困難であるかまたは望ましくない場合がある。一実施形態では、リアクタンス素子および同調回路を送信回路850に直接電気的に接続するのではなく、送信コイル814を含む送信回路850に結合するように構成された寄生コイル(たとえば、送信コイル814または受信コイル818との間で送受信されるエネルギーをワイヤレスに再送/中継する場合がある受動素子)内に同調回路を配置してもよい。送信コイル850に誘導結合された寄生コイルのリアクタンスを同調させることによって、送信回路850が上述のように所望の周波数において共振することができるように送信回路850に供給されるインピーダンスを調整してもよい。
【０１２４】
図17は、図1のワイヤレス電力伝達システムにおいて使用される場合があるトランスミッタ1704の機能ブロック図である。トランスミッタ174は、送信回路1750の共振周波数の変化を検出するための検出回路1780を含む送信回路1706の部分を含む。図4の場合と同様に、送信回路1706は、キャパシタC1と送信コイル1714とを含む送信回路1750を含む。送信回路1750は、上述の送信回路のうちのいずれかまたはそれらの任意の組合せであってもよい。送信回路1706は、コントローラ1715と、フィルタ回路408を介して送信回路1750を駆動する場合があるドライバ回路1724を駆動する発振器1723とをさらに含む。様々なリアクタンス素子をどのように切り替えるかおよびいつ切り替えるかを判定するために、検出回路1780を使用して送信回路1750の共振周波数の変化を検出してもよい(すなわち、共振条件を検出してもよい)。
【０１２５】
一実施形態では、検出回路1780は、ドライバ回路1524を通過する電流の量を検出して送信回路1750の共振周波数の変化を判定してもよい。より具体的には、ワイヤレス電力トランスミッタ1704の充電領域内に任意のデバイスを位置させる前において、ワイヤレス電力システムのリアクタンスが零である間に、検出回路1780を使用してドライバ回路1724を通過する電流の量を感知して共振条件での最適な基準電流レベルを判定してもよい。その後、ワイヤレス電力トランスミッタ1704の充電領域内に1つまたは複数のデバイスが位置している間に、ドライバ回路1724を通過する電流が検出回路1780によって感知されてもよい。一実施形態では、検出回路1780は、コントローラ1715に情報を提供し、送信回路1750の同調回路1752を上述のように制御して電流の量に基づいてリアクタンスを調整してもよい。同調回路1752は、上述の同調回路のうちのいずれかまたはそれらの任意の組合せであってもよい。したがって、送信回路1750の共振周波数を図7〜図16Bを参照して上記において説明した例示的な実施形態のうちの1つまたは複数に従って調整して測定電流が基準電流に近い値になるように調整し、したがって、ワイヤレス電力システムのリアクタンスをできるだけ零に近くしてもよい。
【０１２６】
一実施形態では、検出回路1780は、様々なワイヤレス電力レシーバ(図示せず)に電力を供給しつつ、ドライバ回路1724を通過する電流レベルを絶えず監視してもよい。検出回路1780は、電力を連続的に供給する間の測定電流に基づいて、送信回路1750がもはや共振しておらず、送信回路1750のリアクタンスを共振状態に調整するかまたは同調させる必要があると判定してもよい。上述のような同調回路1752を使用して電流の変化に基づいてリアクタンスを調整してもよい。
【０１２７】
図18は、ワイヤレス電力送信の例示的な方法のフローチャート1800である。図1〜図2に関して上記において説明したワイヤレス電力伝達システム100、図4、図6、および図7〜図9に関して上記において説明した送信回路406、606、750、850、および/または950、ならびに図14A〜図16Bに関して上記において説明した同調回路1420、1520、および1620を参照しながらフローチャート1800の方法について本明細書で説明するが、フローチャート1800の方法は、本明細書で説明する別のデバイス、または任意の他の適切なデバイスによって実施されてもよいことを当業者は諒解されよう。一実施形態では、フローチャート1800内のステップは、たとえば、コントローラ415(図4)および/またはプロセッサシグナリングコントローラ516(図5)などの、プロセッサまたはコントローラによって実行されてもよい。フローチャート1800の方法については、本明細書において特定の順序を参照して説明するが、様々な実施形態では、本明細書のブロックは異なる順序で実行されてもよく、または省略されてもよく、かつ追加のブロックが追加されてもよい。
【０１２８】
まず、ブロック1810において、信号ドライバが電力経路に沿って電力を供給する。たとえば、ドライバ回路1724(図17)はノードAからノードBへの経路に沿って電力を供給することができる(たとえば、図16Bを参照されたい)。いくつかの実施形態では、電力を供給するステップは、差動信号を供給するステップを含む。いくつかの実施形態では、電力を供給するステップは、シングルエンド信号を供給するステップを含む。様々な実施形態では、電力経路は、ドライバと送信コイル、ループ、インダクタなどとの間で電気信号を伝送する1つまたは複数の構成要素を含むことが可能である。
【０１２９】
いくつかの実施形態では、信号ドライバ回路は、中央タップを有する送信コイルを介してレシーバにワイヤレス電力を供給することが可能である。いくつかの実施形態では、信号ドライバは負荷に電力を供給するために受信回路に電力を供給することができ、レシーバ回路は、共振周波数において共振するように構成される。たとえば、ドライバ回路1724は、レシーバ118(図1)にワイヤレス充電電力を供給することができる。
【０１３０】
次に、ブロック1820において、電力経路に沿った第1の同調回路は、高調波を生成する。いくつかの実施形態では、この高調波は、一般に「第1の高調波」としても知られている「基本周波数」と区別するために、本明細書では「1番目にカウントされる高調波」と呼ばれることがある。様々な実施形態では、高調波はコモンモードノイズおよび/または差動モードノイズを含むことがある。いくつかの実施形態では、高調波は高調波ひずみを含むことがある。いくつかの実施形態では、高調波は、1つまたは複数のスプリアス発射を生じさせることがある。いくつかの実施形態では、高調波は、第1の同調回路の1つまたは複数の特性によって生じさせることが可能である。
【０１３１】
いくつかの実施形態では、第1の同調回路は、図13A〜図16Bのいずれかに示すようにトランジスタM1pを含むことが可能である。高調波は、トランジスタM1pが開状態であるときにトランジスタM1pの電圧依存キャパシタンスによって少なくとも部分的に生じさせることが可能である。様々な実施形態では、トランジスタM1pにわたるドレインソース電圧は、トランジスタM1pの極性、向き、および/または構成に応じて変化することができる。
【０１３２】
次いで、ブロック1830において、電力経路に沿った第2の同調回路は、第1の同調回路において生成された高調波を少なくとも部分的に打ち消す別の高調波を生成する。いくつかの実施形態では、この別の高調波は、一般に「第2の高調波」としても知られている「オクターブ」と区別するために、本明細書では「2番目にカウントされる高調波」と呼ばれることがある。様々な実施形態では、別の高調波はコモンモードノイズおよび/または差動モードノイズを含むことがある。いくつかの実施形態では、別の高調波は高調波ひずみを含むことがある。いくつかの実施形態では、別の高調波は、1つまたは複数のスプリアス発射を生じさせることがある。いくつかの実施形態では、別の高調波は、第2の同調回路の1つまたは複数の特性によって生じさせることが可能である。
【０１３３】
いくつかの実施形態では、第2の同調回路は、図13A〜図16Bのいずれかに示すようにトランジスタM1nを含むことが可能である。高調波は、トランジスタM1pが開状態であるときにトランジスタM1pの電圧依存キャパシタンスによって少なくとも部分的に生じさせることが可能である。様々な実施形態では、トランジスタM1pにわたるドレインソース電圧は、トランジスタM1pの極性、向き、および/または構成に応じて変化することができる。
【０１３４】
いくつかの実施形態では、第2の同調回路は、図15A〜図16Bのいずれかに示すようにトランジスタM2pを含むことが可能である。様々な実施形態では、第1および第2の同調回路は、本明細書において説明するトランジスタの任意の対または組合せ、あるいは本明細書において説明する他の回路の任意の対または組合せを含むことが可能である。
【０１３５】
いくつかの実施形態では、第1および第2の同調回路の少なくとも一方は、電力経路のリアクタンスを調整するように構成されたスイッチを含む。様々な実施形態では、第1および第2の同調回路の少なくとも一方は、リアクタンス素子に並列に接続されたスイッチを含み、第1および第2の同調回路の少なくとも一方は、スイッチを開くかまたは閉じることによって送信回路のリアクタンスを調整するように構成される。様々な実施形態では、リアクタンス素子はキャパシタを含む。
【０１３６】
たとえば、第1の同調回路は、第1のリアクタンスC1ppの端子を短絡させるかまたは開路させるように構成されたトランジスタM1pを含むことが可能である。別の例として、第2の同調回路は、第2のリアクタンスC1pnの端子を短絡させるかまたは開路させるように構成されたトランジスタM1nを含むことが可能である。
【０１３７】
いくつかの実施形態では、第1および第2の同調回路の少なくとも一方は、リアクタンス素子に並列に接続された2つ以上のトランジスタを含む。この方法は、2つ以上のトランジスタを有効化することによって送信回路のリアクタンスを調整するステップをさらに含むことが可能である。たとえば、第1の同調回路は、図16Bの第1および第3のトランジスタM1pおよびM2pを含むことが可能である。別の例として、第2の同調回路は、図16Bの第2および第4のトランジスタM1nおよびM2nを含むことが可能である。様々な実施形態では、第1および第2の同調回路は、たとえば、図16Bのリアクタンス素子C1ppおよび/またはC1pnなどの1つまたは複数のリアクタンス素子を含むことが可能である。
【０１３８】
図19は、本発明の例示的な一実施形態による、ワイヤレス電力送信のためのシステム1900の機能ブロック図である。ワイヤレス電力送信のためのシステム1900は、電力経路に沿って電力を供給するための手段1910と、電力経路を同調させて高調波を生成するための第1の手段1920と、電力経路を同調させて別の高調波を生成するための第2の手段1930とを含み、別の高調波は、同調が実現されるように第1の手段によって生成された高調波を少なくとも部分的に打ち消す。
【０１３９】
一実施形態では、電力経路に沿って電力を供給するための手段1910は、ブロック1810(図18)に関して上記において説明した機能の1つまたは複数を実行するように構成することが可能である。様々な実施形態では、電力経路に沿って電力を生成するための手段1910は、トランスミッタ104(図1)、204(図2)、604(図6)、1704(図17)および/またはドライバ224(図2)、424(図4)、624(図6)、1724(図17)のうちの1つまたは複数によって実装することが可能である。
【０１４０】
ある実施形態では、電力経路を同調させて高調波を生成するための第1の手段1920は、ブロック1820(図18)に関して上記において説明した機能のうちの1つまたは複数を実行するように構成することが可能である。様々な実施形態では、電力経路を同調させて高調波を生成するための手段1920は、同調回路1320(図13)、1420(図14)、1520(図15)、1620(図16)、トランジスタM1p、M2p、M1n、M2n(図16)、リアクタンス素子C1pp、C2pp、C1pn、C2pnなどのうちの1つまたは複数によって実装することが可能である。
【０１４１】
一実施形態では、電力経路を同調させて別の高調波を生成するための第2の手段1930は、ブロック1820(図18)に関して上記において説明した機能のうちの1つまたは複数を実行するように構成することが可能である。様々な実施形態では、電力経路を同調させて高調波を生成するための第2の手段1930は、同調回路1320(図13)、1420(図14)、1520(図15)、1620(図16)、トランジスタM1p、M2p、M1n、M2n(図16)、リアクタンス素子C1pp、C2pp、C1pn、C2pnなどのうちの1つまたは複数によって実装することが可能である。
【０１４２】
様々な異なる技術および技法のいずれかを使用して情報および信号が表現される場合があることを当業者は理解するであろう。たとえば上の説明全体を通して参照され得るデータ、命令、指令、情報、信号、ビット、記号およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場または磁性粒子、光場または光学粒子、あるいはそれらの任意の組合せによって表されてもよい。
【０１４３】
本明細書に開示する例示的な実施形態と関連して説明される様々な例示的論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組合せとして実装されてもよいことを、当業者はさらに諒解するであろう。ハードウェアおよびソフトウェアのこの互換性を明確に説明するために、様々な例示的な回路、ブロック、モジュール、回路、およびステップについて、概してそれらの機能に関して上記で説明した。そのような機能が、ハードウェアとして実装されるかソフトウェアとして実装されるかは、特定の適用例と、システム全体に課せられる設計制約とによって決まる。当業者は、説明した機能を特定の適用例ごとに様々な方法で実装してもよいが、そのような実装の決定は、本発明の例示的な実施形態の範囲からの逸脱を生じるものと解釈すべきではない。
【０１４４】
本明細書で開示される例示的な実施形態に関連して説明される様々な例示的な論理ブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)もしくは他のプログラマブル論理デバイス、別個のゲートもしくはトランジスタ論理、別個のハードウェア回路、または本明細書で説明される機能を実行するように設計されているそれらの任意の組合せによって、実装あるいは実行されてもよい。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであってもよいが、代替形態では、プロセッサは、任意の従来型プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、またはステートマシンであってもよい。プロセッサは、コンピューティングデバイスの組合せ、たとえばDSPとマイクロプロセッサの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと連結した1つまたは複数のマイクロプロセッサ、または任意の他のこのような構成として実装されてもよい。
【０１４５】
本明細書で開示する例示的な実施形態に関して説明する方法またはアルゴリズムのステップは、直接ハードウェアにおいて具現化されてもよく、あるいはプロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールにおいて具現化されてもよく、あるいはその2つの組合せにおいて具現化されてよい。ソフトウェアモジュールは、ランダムアクセスメモリ(RAM)、フラッシュメモリ、読取り専用メモリ(ROM)、電気的プログラマブルROM(EPROM)、電気的消去可能プログラマブルROM(EEPROM)、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、CD-ROM、または、当技術分野で既知である任意の、他の形態の記憶媒体中に存在する場合がある。例示的な記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合される。代替的に、記憶媒体はプロセッサと一体化されてもよい。プロセッサおよび記憶媒体は、ASICに存在してもよい。ASICは、ユーザ端末内に存在してもよい。代替形態において、プロセッサおよび記憶媒体は、ユーザ端末内の個別の回路として存在してもよい。
【０１４６】
1つまたは複数の例示的な実施形態では、説明した機能が、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組合せの形で実装されてもよい。ソフトウェアにおいて実装される場合、機能は、1つまたは複数の命令またはコードとして、コンピュータ可読媒体上に記憶されてもよく、あるいはコンピュータ可読媒体を介して送信されてもよい。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体と、コンピュータプログラムの1つの場所から別の場所への転送を容易にする任意の媒体を含む通信媒体との両方を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスされてもよい任意の利用可能な媒体であってもよい。限定ではなく例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、RAM、ROM、EEPROM、CD-ROMもしくは他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置もしくは他の磁気記憶デバイス、または命令もしくはデータ構造の形態で所望のプログラムコードを搬送または記憶するために使用することができ、コンピュータによってアクセスすることができる任意の他の媒体を含んでもよい。また、どのような接続も厳密にはコンピュータ可読媒体と呼ばれる。たとえば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、デジタル加入者線(DSL)、または赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術を使用してウェブサイト、サーバ、または他のリモートソースから送信される場合、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、DSL、または赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術は、媒体の定義に含まれる。ディスク(disk)およびディスク(disc)は、本明細書において使用されるときに、コンパクトディスク(disc)(CD)、レーザディスク(disc)、光ディスク(disc)、デジタル多用途ディスク(disc)(DVD)、フロッピーディスク(disk)およびブルーレイディスク(disc)を含み、ディスク(disk)は通常、データを磁気的に再生し、一方、ディスク(disc)は、レーザを用いてデータを光学的に再生する。上記のものの組合せも、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。
【０１４７】
本明細書で使用される場合、「判定する、決定する」という用語は、多種多様なアクションを包含する。たとえば、「判定する、決定する」ことは、計算すること、処理すること、導出すること、調査すること、ルックアップすること(たとえば、テーブル、データベース、または別のデータ構造をルックアップすること)、確認することなどを含んでもよい。さらに、「判定する、決定する」ことは、受信すること(たとえば、情報を受信すること)、アクセスすること(たとえば、メモリ内のデータにアクセスすること)などを含んでもよい。さらに、「判定する、決定する」ことは、解決すること、選択すること、選ぶこと、確立することなど含んでもよい。
【０１４８】
本明細書で開示される方法は、説明した方法を達成するための1つまたは複数のステップまたはアクションを含む。方法ステップおよび/またはアクションは、特許請求の範囲を逸脱することなく互いに交換されてもよい。言い換えれば、ステップまたはアクションの特定の順序が明記されていない限り、その順序および/または特定のステップおよび/またはアクションの使用は、特許請求の範囲を逸脱することなく修正されてもよい。
【０１４９】
開示されている例示的な実施形態についての以上の説明は、任意の当業者による本発明の構築または使用を可能にするために提供されたものである。これらの例示的な実施形態に対する様々な修正が当業者には容易に明らかになるであろうし、本明細書で定義する一般原理は、本発明の趣旨または範囲を逸脱することなしに他の実施形態に適用される場合がある。したがって、本発明は、本明細書に示す例示的な実施形態に限定されることを意図しておらず、本明細書に開示する原理および新規の特徴と一致する最も広い範囲を与えられるものとする。
【符号の説明】
【０１５０】
100  ワイヤレス電力伝達システム
104  トランスミッタ
105  エネルギー場
108  レシーバ
110  出力電力
112  距離
114  送信コイル
118  送信コイル
174  トランスミッタ
204  トランスミッタ
206  ワイヤレスフィールド
206  送信回路
208  レシーバ
210  受信回路
214  送信回路
218  受信コイル
219  通信チャネル
222  周波数制御信号
224  ドライバ回路
226  整合回路
232  整合回路
234  スイッチング回路
236  バッテリー
350  受信回路
352  コイル
358  信号
404  トランスミッタ
406  送信回路
408  フィルタ回路
409  固定インピーダンス整合回路
414  コイル
415  コントローラ
416  負荷感知回路
423  発振器
424  ドライバ回路
460  密閉型検出器
480  存在検出器
506  電力変換回路
508  レシーバ
510  受信回路
512  スイッチング回路
514  信号伝達検出器/ビーコン回路
516  プロセッサ
518  受信コイル
550  デバイス
602  入力信号
606  送信回路
614  コイル
620  スイッチ
622  可変抵抗器
624  ドライバ回路
626  フィルタ回路
650  送信回路
700  ワイヤレス電力システム
714  送信コイル
718  受信コイル
750  受信回路
750  送信回路
760  受信回路
800  ワイヤレス電力システム
808  レシーバ
814  送信コイル
818  受信コイル
820  スイッチ
850  送信回路
852  同調回路
860  受信回路
902  リレー
914  送信コイル
920  スイッチ
952a  同調回路
952b  同調回路
1022  制御信号
1052  同調回路
1120  スイッチ
1150  制御信号
1152  同調回路
1200  グラフ
1320  同調回路
1322  制御信号
1420  同調回路
1422  制御信号
1520  対称差動同調回路
1522  第1の制御信号
1524  第2の制御信号
1620  対称差動同調回路
1622  第1の制御信号
1624  第2の制御信号
1704  トランスミッタ
1706  送信回路
1714  送信コイル
1715  コントローラ
1723  発振器
1724  ドライバ回路
1750  送信回路
1752  同調回路
1780  検出回路
1900  ワイヤレス電力送信
A  正の差動信号線
B  負の差動信号線
C  キャパシタンス
C1  キャパシタ、キャパシタンス
C1pn  第2のリアクタンス素子
C1pp  第1のリアクタンス素子
C2  キャパシタ
C2pn  第4のリアクタンス素子
C2pp  第3のリアクタンス素子
C3n  第6のリアクタンス素子
C3p  第5のリアクタンス素子
CDS  キャパシタンス
CP  同調キャパシタンス
Cp  リアクタンス素子
L1  インダクタンス、負荷
L2  インダクタンス
M1  第1のトランジスタ
M1n  第2のトランジスタ
M1p  第1のトランジスタ
M2  第2のトランジスタ
M2n  第4のトランジスタ
M2p  第3のトランジスタ
R1  抵抗器、寄生抵抗
R2  抵抗器、寄生抵抗
RDS  抵抗
RL  抵抗
VD  駆動電圧
Zin  インピーダンス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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