(57)【要約】  ワイヤレス電力システム（１０）が、負荷（３８）に給電するため及び／又はバッテリーを充電するためレシーバ（３０）に給電するため磁場を生成するインダクタ（Ｌ１）を有する送信回路（１５）を備えたトランスミッタ（１２）を有する。トランスミッタ駆動コントローラ（１６）が、送信回路を駆動するためスイッチング制御信号を提供する。所望の電力と負荷により受信される実際の電力の間の差を示すレシーバからの制御誤差信号に応答してインダクタを介して提供される電力を所望の電力に対して調節するように、スイッチング制御信号の周波数及び／又はデューティサイクルが制御される。駆動コントローラは、デューティサイクルの調節がデューティサイクルを所定のデューティサイクル範囲外にしない限り、所望の電力を達成するようにデューティサイクルを制御し、デューティサイクルの調節がデューティサイクルを所定のデューティサイクル範囲外にする場合、デューティサイクルを事前設定するようにデューティサイクルを設定し、所望の電力を達成するように周波数を調節する。
2015502131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤレス電力システムであって、
レシーバに電力を供給するため磁場を生成するように構成されるインダクタを含む送信回路、及び
前記送信回路を駆動するためスイッチング制御信号を提供する駆動コントローラ、
を含み、
前記レシーバからの制御信号に応答して前記インダクタを介して前記送信回路により前記レシーバに生成され供給された電力を所望の電力に対して調節するため、前記駆動コントローラが、前記スイッチング制御信号の周波数及び／又はデューティサイクルを調節するように構成され、
前記デューティサイクルの前記調節が前記デューティサイクルを所定のデューティサイクル範囲外にしない限り、前記駆動コントローラが、前記所望の電力を達成するように前記デューティサイクルを調節し、前記デューティサイクルの前記調節が前記デューティサイクルを前記所定のデューティサイクル範囲外にする場合、前記駆動コントローラが、前記所望の電力を達成するように前記周波数を調節する、
システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、前記デューティサイクルの前記調節が、前記デューティサイクルを所定のデューティサイクル範囲外とする場合、前記駆動コントローラが、前記デューティサイクルを事前設定デューティサイクルに設定する、システム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムであって、前記デューティサイクルの前記調節が、前記デューティサイクルを所定の最大デューティサイクルより大きくする場合、前記駆動コントローラが、前記デューティサイクルを、前記所定の最大デューティサイクルより小さいデューティサイクル高事前設定に設定する、システム。
【請求項４】
請求項３に記載のシステムであって、前記駆動コントローラが、制御誤差に対し調節するように及び前記デューティサイクルの前記設定に対して調節するように周波数における変化を計算及び合計し、前記スイッチング制御信号に対する新たな周波数を決定及び設定するためにこの合計を現在の周波数に加算する、システム。
【請求項５】
請求項１に記載のシステムであって、後続の調節における前記デューティサイクルの調節ヘッドルームを考慮するため前記デューティサイクルの前記調節が前記デューティサイクルを所定の最小デューティサイクルより小さくする場合、前記駆動コントローラが、前記デューティサイクルを、前記所定の最小デューティサイクルより大きいデューティサイクル低事前設定に設定する、システム。
【請求項６】
請求項５に記載のシステムであって、前記駆動コントローラが、制御誤差に対し調節するように及び前記デューティサイクルの前記設定に対して調節するように周波数における変化を計算及び合計し、前記スイッチング制御信号に対する新たな周波数を決定及び設定するためこの合計を前記現在の周波数に加算する、システム。
【請求項７】
請求項１に記載のシステムであって、
レシーバ、及び
前記レシーバに結合される負荷、
を更に含み、
前記レシーバに対する前記電力が、前記負荷及び／又は前記負荷に関連付けられる充電バッテリーに電力供給するように提供される、
システム。
【請求項８】
請求項７に記載のシステムであって、制御誤差が、前記所望の電力と前記負荷により受信される実際の電力との間の差の指示を提供する制御誤差信号である、システム。
【請求項９】
請求項７に記載のシステムであって、前記負荷がモバイルバッテリー充電可能デバイスであり、前記スイッチコンバータの少なくとも一部が充電パッド内にある、システム。
【請求項１０】
ワイヤレス電力システムであって、
レシーバ、
前記レシーバに結合される負荷であって、前記レシーバに対する前記電力が、前記負荷及び／又は前記負荷に関連付けられる充電バッテリーに電力供給するように提供されるようになっている、前記負荷、及び
トランスミッタ、
を含み、
前記トランスミッタが、
前記レシーバに電力を供給するため磁場を生成するように構成されるインダクタを含む送信回路と、
前記送信回路を駆動するためスイッチング制御信号を提供する駆動コントローラと、
を含み、
前記所望の電力と前記負荷により受信される実際の電力との間の指示を提供する前記レシーバからの制御信号に応答して前記インダクタを介して前記送信回路により前記レシーバに生成され供給された電力を所望の電力に対して調節するため、前記駆動コントローラが、前記スイッチング制御信号の周波数及び／又はデューティサイクルを調節するように構成され、前記デューティサイクルの前記調節が前記デューティサイクルを所定のデューティサイクル範囲外にしない限り、前記駆動コントローラが、前記所望の電力を達成するように前記デューティサイクルを調節し、前記デューティサイクルの前記調節が前記デューティサイクルを前記所定のデューティサイクル範囲外にする場合、前記所望の電力を達成するように前記駆動コントローラが前記デューティサイクルを事前設定デューティサイクルに設定し、且つ、前記周波数を調節する、
システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のシステムであって、前記デューティサイクルの前記調節が前記デューティサイクルを所定の最大デューティサイクルより大きくする場合、前記駆動コントローラが、前記デューティサイクルを、前記所定の最大デューティサイクルより小さいデューティサイクル高事前設定に設定する、システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のシステムであって、前記駆動コントローラが、制御誤差に対し調節するように及び前記デューティサイクルの前記設定に対して調節するように周波数における変化を計算及び合計し、前記スイッチング制御信号に対する新たな周波数を決定及び設定するためこの合計を現在の周波数に加算する、システム。
【請求項１３】
請求項１０に記載のシステムであって、前記デューティサイクルの前記調節が前記デューティサイクルを所定の最小デューティサイクルをより小さくする場合、前記駆動コントローラが、前記デューティサイクルを、前記所定の最小デューティサイクルより大きいデューティサイクル低事前設定に設定する、システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のシステムであって、前記駆動コントローラが、制御誤差に対し調節するように及び前記デューティサイクルの前記設定に対し調節するように周波数における変化を計算及び合計し、前記スイッチング制御信号に対する新たな周波数を決定及び設定するためこの合計を現在の周波数に加算する、システム。
【請求項１５】
請求項１０に記載のシステムであって、前記負荷がモバイルバッテリー充電可能デバイスであり、前記トランスミッタの少なくとも一部が充電パッド内にある、システム。
【請求項１６】
ワイヤレス電力を提供するための方法であって、
レシーバに電力を供給するため磁場を生成するように構成されるインダクタを含む送信回路を駆動するスイッチング制御信号の初期周波数及びデューティサイクルを設定すること、
所望の電力と受信した実際の電力との間の指示を提供する前記レシーバからの制御誤差信号を受け取ること、
前記デューティサイクルの前記調節が前記デューティサイクルを所定のデューティサイクル範囲外にしない限り、前記所望の電力を達成するように前記スイッチング制御信号の前記デューティサイクルを調節すること、及び
前記デューティサイクルの前記調節が前記デューティサイクルを前記所定のデューティサイクル範囲外にする場合、前記所望の電力を達成するように前記スイッチング制御信号の前記周波数を調節すること、
を含む、方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、前記デューティサイクルの前記調節が前記デューティサイクルを所定のデューティサイクル範囲外にする場合、前記デューティサイクルを事前設定デューティサイクルに設定することを更に含む、方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載のシステムであって、前記制御誤差信号に対し調節するように及び前記デューティサイクルの前記設定に対して調節するように周波数における変化を計算及び合計し、前記スイッチング制御信号に対する新たな周波数を決定及び設定するため、この合計を現在の周波数に加算することを更に含む、方法。
【請求項１９】
請求項１６に記載の方法であって、前記デューティサイクルの前記調節が前記デューティサイクルを所定の最大デューティサイクルより大きくする場合、前記デューティサイクルを、前記所定の最大デューティサイクルより小さいデューティサイクル高事前設定に設定することを更に含む、方法。
【請求項２０】
請求項１６に記載の方法であって、前記デューティサイクルの前記調節が前記デューティサイクルを所定の最小デューティサイクルより小さくする場合、前記デューティサイクルを、前記所定の最小デューティサイクルより大きいデューティサイクル低事前設定に設定することを更に含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、概して通信エレクトロニクスに関し、具体的には、ワイヤレス電力システム及び方法に関連する。
【背景技術】
【０００２】
現在、商業、ビジネス、個人、消費者、及びその他の応用例向けに用いるポータブル又はモバイルデバイスに電力供給するためのニーズがある。このようなデバイスの例は、携帯電話、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、ノートブックコンピュータ、モバイルｅメールデバイス、音楽プレーヤー、ラジオ、コンパクトディスクプレーヤー、ビデオゲーム機、デジタルカメラ、電気シェーバー、電気歯磨き、及びさらには電気自動車を含む。これらのデバイスの殆どは、そのデバイス自体が用いられる前に、外部電源又は充電器により充電される必要がある再充電可能な内部バッテリーを含む。最近、１つ又は幾つかのモバイルデバイス、バッテリー、及び／又はエレクトロニクスデバイスに電力供給するため又はそれらを充電するために、汎用ワイヤレス方法を提供することが注目されてきている。これらの「ワイヤレス給電」方法は概して、導電性の方法と誘導性の方法とに分けることができる。導電性の方法は、デバイスに「プラグイン」することなくデバイス及びパッドの裏のマッチングコンタクトを介して電力を提供するため及び電力を受け取るために、充電器及び／又は電源からモバイルデバイスへの電流の流れを用いる。誘導性の方法は、表面に近接して磁場を作成するために充電器及び／又は電源内のコイル又はワイヤを用いる。表面に近接するデバイス又はバッテリー内に又はその上に埋め込まれるレシーバ内のコイル又はワイヤがその磁場を感知することができる。充電器及び／又は電源からの電力は、空中を介するいかなる有線接続又は中間の他の媒体なしにレシーバに送信され得る。
【０００３】
最近、「ワイヤレスパワーコンソーシアム（ＷＰＣ）」として知られている組織が開始され、これは、誘導性充電のための汎用ワイヤレス電力充電標準仕様を作成するために形成された業務提携である。ＷＰＣ標準仕様に準拠したワイヤレス電力システムにおいて、充電されているレシーバが、充電電力をレシーバに提供するトランスミッタに「制御エラー」信号を通信する。この「制御エラー」信号は、受信している電力とそのレシーバが所望する電力との間の差の表示を提供する。トランスミッタは、誤差信号に対する比例積分微分（ＰＩＤ）応答を生成し、所望の電力をレシーバに提供するようにＰＷＭ出力を更新する。出力の更新は、周波数変調又はデューティサイクル変調のいずれかを介して従来の２つの方式の一方で達成されてきている。駆動信号の周波数を調節することにより電力が制御され得る共振システムでは、周波数変調が適用可能である。周波数が共振ピークから遠いほど、搬送される電力が小さくなる。デューティサイクル変調は、固定周波数（典型的に、近共振）で動作し、オン時間／オフ時間比を変えることにより出力を制御する。
【０００４】
周波数モード制御及びデューティサイクルモード制御はいずれも欠点と強みを有する。周波数モード制御の欠点の一つは、周波数出力の解像度が制限され得ることである。周波数は、各周期におけるシステムクロックサイクルの数を調節することにより設定され得る。動作周波数が増大するにつれて、調節の解像度は低減する。調節の粗さは、システム要件を満たすために充分でない可能性がある。２つ目は、コンソーシアムで定義される仕様において、供給電圧は、その結果搬送される電力のための要件を満たすために制限され得る。これはドライバ及びドライバトポロジーの選択を制限する。仕様以外の他の要因も動作周波数を制限し得る。
【０００５】
デューティサイクル制御は、周波数モード制御に比べて出力解像度が高いという利点を有し得る。しかし、多くのシステムでは、オペレーションの継続モードと中断モードとの間の遷移など、システムがオペレーションのモードを変えるか又は完全に機能を停止する前にデューティサイクルが設定され得る、下限がある。可能な出力範囲を最大化するためデューティサイクルシステムは典型的に共振近くで動作され、これは、低デューティサイクルでもかなりの電力となり得る。デューティサイクルに対する下限と組み合わせて、これはたいてい、システムが低電力負荷を搬送することを不可能し得る。別の問題は、トランスミッタの共振は、製造公差又は環境変化に起因してシフトし得ることである。動作点が共振周波数から遠くなりすぎる場合、高電力レベルは達成不能となり得る。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の１つの側面に従って、ワイヤレス電力システムが提供される。このワイヤレス電力システムは、レシーバに電力を供給するため磁場を生成するように構成されるインダクタを含む送信回路と、送信回路を駆動するためスイッチング制御信号を提供する駆動コントローラとを含む。駆動コントローラは、レシーバからの制御信号に応答してインダクタを介して送信回路によりレシーバに生成され供給された電力を所望の電力に対して調節するため、スイッチング制御信号の周波数及び／又はデューティサイクルを調節するように構成される。デューティサイクルの調節がデューティサイクルを所定のデューティサイクル範囲外にしない限り、駆動コントローラは、所望の電力を達成するようにデューティサイクルを調節する。デューティサイクルの調節がデューティサイクルを所定のデューティサイクル範囲外にする場合、駆動コントローラは、所望の電力を達成するように周波数を調節する。
【０００７】
本発明の別の側面に従って、ワイヤレス電力システムが提供される。このシステムは、レシーバと、レシーバに結合される負荷であって、レシーバに対する電力が、負荷及び／又は負荷に関連付けられる充電バッテリーに電力供給するように提供されるようになっている負荷と、トランスミッタとを含む。トランスミッタは、レシーバに電力を供給するため磁場を生成するように構成されるインダクタを含む送信回路と、送信回路を駆動するためスイッチング制御信号を提供する駆動コントローラとを含む。駆動コントローラは、所望の電力と負荷により受信される実際の電力との間の指示を提供するレシーバからの制御信号に応答してインダクタを介して送信回路によりレシーバに供給される生成された電力を所望の電力に対して調節するため、スイッチング制御信号の周波数及び／又はデューティサイクルを調節するように構成される。デューティサイクルの調節がデューティサイクルを所定のデューティサイクル範囲外にしない限り、駆動コントローラは、所望の電力を達成するようにデューティサイクルを調節する。デューティサイクルの調節がデューティサイクルを所定のデューティサイクル範囲外にする場合、所望の電力を達成するため駆動コントローラはデューティサイクルを事前設定デューティサイクルに設定し、且つ、周波数を調節する。
【０００８】
本発明の別の側面に従って、ワイヤレス電力を提供するための方法が提供される。この方法は、レシーバに電力を供給するため磁場を生成するように構成されるインダクタを含む送信回路を駆動するスイッチング制御信号の初期周波数及びデューティサイクルを設定すること、所望の電力と受信した実際の電力との間の指示を提供するレシーバから制御誤差信号を受け取ること、デューティサイクルの調節がデューティサイクルを所定のデューティサイクル範囲外にしない限り、所望の電力を達成するようにスイッチング制御信号のデューティサイクルを調節すること、及びデューティサイクルの調節がデューティサイクルを所定のデューティサイクル範囲外にする場合、所望の電力を達成するようにスイッチング制御信号の周波数を調節することを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の１つの側面に従ったワイヤレス電力システムの概略ブロック図を図示する。
【００１０】
【図２】図２は、本発明の１つの側面に従ったワイヤレス電力を提供するための方法を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
周波数モード調節及びデューティサイクルモード調節の最良の特徴を利用するため送信回路の伝送電力を調節するためハイブリッドアプローチを用いるワイヤレス電力システム及び方法が提供される。この送信回路は、インダクタキャパシタ（ＬＣ）共振タンク回路への電力を制御するためスイッチング制御信号により駆動される１つ又は複数のスイッチ（例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ））を含み得、インダクタキャパシタ（ＬＣ）共振タンク回路において、インダクタは、レシーバに電力を供給することができる磁場を生成するように構成される。このワイヤレスシステム及び方法は、デューティサイクル調節がデューティサイクルを所定の範囲外にしない限り、第１の調節としてスイッチング制御信号のデューティサイクルを改変することを試みる。レシーバが更なる電力を要求しており、調節されたデューティサイクルが所定の最大値（ＤＭＡＸ）を上回り得る場合、デューティサイクルは、この所定の最大値であり得るか又はそれを下回り得るデューティサイクル高事前設定（ＤＨＰＳ）に設定され、レシーバにより要求される所望の電力を達成するように周波数が低減される。ＤＨＰＳを所定の最大値を下回って設定することは、デューティサイクルの更に上向きの調節のためのヘッドルームを提供する。レシーバがより少ない電力を要求しており、デューティサイクル調節が所定の最小値（ＤＭＩＮ）を下回る場合、デューティサイクルは、所定の最小値にあるか又はそれを上回るデューティサイクル低事前設定（ＤＬＰＳ）に設定され、レシーバにより要求される所望の電力を達成するように周波数が増大される。ＤＬＰＳを所定の最小値を下回って設定することより、デューティサイクルの更に下向きの調節のためのヘッドルームが提供される。
【００１２】
図１は、本発明の１つの側面に従ったワイヤレス電力システム１０を図示する。ワイヤレス電力システム１０は、ワイヤレス通信リンク１２を介してワイヤレス電力をレシーバ３０に提供するように構成されるトランスミッタ１２を含む。レシーバ３０は、ワイヤレス電力を受信するように、及びワイヤレス電力を負荷３８（例えば、モバイルバッテリー充電可能デバイス）に提供するように構成される。負荷３８に対する電力は、負荷に電力供給するため及び／又は負荷３８に関連付けられる再充電可能なバッテリーの充電を提供するために用いることができる。レシーバ３０は更に、負荷に対する所望の受信される電力と負荷に対する実際の受信される電力との差を示す制御誤差信号を含み得る通信信号を送信するように構成される。トランスミッタ１２はその後、負荷３８に対する所望の受信される電力を達成するためレシーバ１２に送信される電力を調節するため送信回路１５（例えば、ハーフブリッジ又はフルブリッジ整流器回路）へのスイッチング制御信号のデューティサイクル及び／又は周波数を改変し得る。
【００１３】
トランスミッタ１２はＡＣ／ＤＣコンバータ１４を含み、ＡＣ／ＤＣコンバータ１４は、ＡＣ入力電力（ＡＣＩＮ）を受け取り、送信回路１５を駆動するために用いられるべきＤＣ入力電力（ＤＣＩＮ）を生成する。送信回路１５は、高側電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ１及び低側ＦＥＴ  Ｑ２のオペレーションを制御する駆動コントローラ１６を含む。高側ＦＥＴ  Ｑ１及び低側ＦＥＴ  Ｑ２は、図１の例ではＮ型ＦＥＴとして示される。しかし、他の種類のトランジスタも本発明の１つの側面に従って用いられ得る。また、送信回路１５は、ハーフブリッジ整流器として図示されているが、本発明の１つの側面に従ってフルブリッジ整流器として用いられてもよい。高側ＦＥＴ  Ｑ１は、ドレイン端子におけるＤＣ入力電圧（ＤＣＩＮ）とソース端子におけるスイッチングノードＶＳＷとの間で相互接続される。低側ＦＥＴ  Ｑ２は、ドレイン端子におけるスイッチングノードＶＳＷとソース端子における負の電圧レールとの間で相互接続され、負の電圧レールは、図１の例において接地として示されている。そのため、駆動コントローラ１６は、高側ＦＥＴ  Ｑ１及び低側ＦＥＴ  Ｑ２の相対する「オン」及び「オフ」状態間で交互にスイッチングすることにより、スイッチングノードＶＳＷにおける電圧電位を制御する。高側ＦＥＴ  Ｑ１及び低側ＦＥＴ  Ｑ２の相対するスイッチングは、ＤＣ入力電圧（ＤＣＩＮ）と接地との間の短絡回路を避けるため、高側ＦＥＴ  Ｑ１及び低側ＦＥＴ  Ｑ２の一つのみが所与の時間にアクティブにされ得るようになっていることを理解されたい。
【００１４】
送信回路１５は出力インダクタＬ１を更に含み、出力インダクタＬ１は、第１の端部でスイッチングノードＶＳＷに結合され、２つの直列接続されるキャパシタＣ１及びＣ２の結合端子（ＣＴ）に結合される。直列接続されるキャパシタＣ１及びＣ２は、ＤＣ入力電圧（ＤＣＩＮ）と接地との間に結合される。出力インダクタＬ１は、出力インダクタＬ１を介して導通される電流に応答して磁場を生成する。レシーバ３０にワイヤレス電力を提供するようにレシーバ３０及びトランスミッタ１２が互いに近接して置かれるとき、磁場がレシーバのインダクタＬ２に送信される。レシーバ３０は、インダクタＬ２に結合される整流器３２を含む。整流器３２は、インダクタＬ１により生成されてインダクタＬ２により受け取られる磁場に応答してインダクタＬ２を介して生成される信号を整流する。整流された信号は、信号を負荷３８に提供する前に信号を調整する負荷調整器３４に供給される。レシーバコントローラ３６が、整流器３２及び負荷調整器３４を制御し、それらと通信する。レシーバコントローラ３６は、コントローラ１６により受け取られるインダクタＬ１へのインダクタＬ２を介する通信信号を送信することができ、これは、所望の電力と負荷３８により受信された実際の電力との差の表示である制御誤差信号を含み得る。
【００１５】
駆動コントローラ１６は、制御誤差信号を受け取り、制御誤差信号に対する比例積分微分（ＰＩＤ）応答を生成する。ＰＩＤ応答は、所望の電力をレシーバ３０に提供するように送信回路１５へのスイッチング制御信号（ＰＷＭ出力）を調節するため駆動コントローラ１６により用いられる。スイッチング制御信号は、スイッチング高側ＦＥＴ  Ｑ１及び低側ＦＥＴ  Ｑ２の相対する「オン」及び「オフ」状態間で交番する。駆動コントローラ１６は、デューティサイクル調節がデューティサイクルを所定の範囲外にしない限り、まず、第１の調節としてスイッチング制御信号のデューティサイクルを改変するよう試みる。上述したように、レシーバが更なる電力を要求しており、デューティサイクル調節がデューティサイクルを所定の最大値（ＤＭＡＸ）を上回らせる場合、デューティサイクルは所定の最大値であるか又はそれを下回るデューティサイクル高事前設定（ＤＨＰＳ）に設定され、レシーバにより要求される所望の電力を達成するように周波数が低減される。レシーバがより少ない電力を要求しており、デューティサイクル調節がデューティサイクルを所定の最小値（ＤＭＩＮ）を下回らせる場合、デューティサイクルは所定の最小値であるか又はそれを上回るデューティサイクル低事前設定（ＤＬＰＳ）に設定され、レシーバにより要求される所望の電力を達成するように周波数が増大される。
【００１６】
図１の例は、単一トランスミッタ及び出力インダクタＬ１を図示するが、１つ又は複数のトランスミッタデバイスにより駆動されるパッド上に複数の出力インダクタが配されてもよいことを理解されたい。共振タンク回路の近共振の周波数で又はその近辺で動作するとき、より多くの電力が搬送され得るように、出力インダクタＬ１及びキャパシタＣ１及びＣ２が共振タンク回路を形成することを更に理解されたい。
【００１７】
コントローラオペレーションの説明は、ＷＰＣ仕様に準拠する下記の例を介すると最も簡単に伝わる。ＷＰＣ仕様に準拠するワイヤレス電力トランスミッタでは、動作周波数は１１０ＫＨｚ〜２０５ｋＨｚの範囲に設定され得る。ハーフブリッジトポロジーは、高側でデューティサイクルを５０％まで制限し得、電力伝送に関与する磁気は、信頼性を持って機能するものから２０％より下のオペレーションを妨げ得る。初期動作点として、スイッチング制御信号周波数は、５０％デューティサイクルで１７５ＫＨｚ（ｓｐｅｃ）になるよう選択され得る。電力レシーバが電力の変化を要求するとき、可能な場合はデューティサイクル制御のみによって調節され得る。しかし、デューティサイクルにおける必要とされる変化が動作点を２０〜５０％範囲外にする場合、調節は周波数及びデューティサイクル両方に対して成される。デューティサイクルはその範囲内の事前設定点に設定され、周波数調節は、要求された電力変化と事前設定点に対するデューティサイクルの調節との両方を補償するように成される。最大又は最小デューティサイクルを用い、且つ、調節を終了するため周波数制御を用いる代わりにデューティサイクルに対し事前設定点を用いることで、そのシステムが後続の制御調節のためにデューティサイクル制御のみを用いる適所に残される。理想的な事前設定値は、その動作範囲の中間（この例では３５％）であり得るが、その大きさのデューティサイクル調節を補償するために適切な周波数変化を推定することは困難となり得る。
【００１８】
上述の構造的及び機能的特徴を考慮すると、或る方法が図２を参照してよりよく理解され得る。図示する動作は、他の実施例において、異なる順序で及び／又は他の動作と同時に生じても良いことを理解及び認識されたい。また、或る方法を実装するために図示した全ての特徴が必要とされるわけではない。
【００１９】
図２は、本発明の１つの側面に従ってワイヤレス電力を提供するための方法５０を図示する。方法５０は５２で始まり、ここで、ワイヤレストランスミッタのスイッチング制御信号の開始周波数（ＦＲＥＱ＝Ｆ）及び開始デューティサイクル（ＤＵＴＹ＝Ｄ）が所与の送信電力を提供するように設定される。５４において、レシーバからの制御誤差信号（Ｅ）が、レシーバに結合される負荷に対する、所望の受信電力と実際の受信された電力との間の差を示すトランスミッタにより受け取られる。５６において、制御誤差信号に基づいてデューティサイクル調節が計算される。この手法はその後５８に進む。５８において、現在のデューティサイクル（Ｄ）にデューティサイクル調節（ＤＡＤＪ）を加算したものが所定の最大デューティサイクル（ＤＭＡＸ）より大きい（即ち、Ｄ＋ＤＡＤＪ＞ＤＭＡＸ）かどうか判定される。現在のデューティサイクル（Ｄ）にデューティサイクル調節（ＤＡＤＪ）を加算したものが所定の最大デューティサイクル（ＤＭＡＸ）より大きい（ＹＥＳ）場合、デューティサイクルは、所定の最大デューティサイクル（ＤＭＡＸ）にあるか又はそれを下回るデューティサイクル高事前設定に設定され（Ｄ＝ＤＨＰＳ）、レシーバにより要求される所望の電力を達成するように周波数が６２で低減される。６２で、制御誤差信号（Ｅ）と現在のデューティサイクルからデューティサイクル高事前設定（ＤＨＰＳ）へのデューティサイクルにおける調節とに対して周波数調節が計算され合計される。その後、この手法は新たなデューティサイクル及び新たな周波数（ＮＥＷ  Ｄ、Ｆ）を適用するため７２に進む。
【００２０】
現在のデューティサイクル（Ｄ）にデューティサイクル調節（ＤＡＤＪ）を加算したものが所定の最大デューティサイクル（ＤＭＡＸ）より大きくない（ＮＯ）場合、この手法は６４に進む。６４において、現在のデューティサイクル（Ｄ）にデューティサイクル調節（ＤＡＤＪ）を加算したものが所定の最小デューティサイクル（ＤＭＩＮ）より小さい（即ち、Ｄ＋ＤＡＤＪ＜ＤＭＩＮ）かどうか判定される。現在のデューティサイクル（Ｄ）にデューティサイクル調節（ＤＡＤＪ）を加算したものが所定の最小デューティサイクル（ＤＭＩＮ）より小さい（ＹＥＳ）場合、デューティサイクル（Ｄ）は、所定の最小デューティサイクル（ＤＭＩＮ）であるか又はそれを上回るデューティサイクル低事前設定（ＤＬＰＳ）に設定され、周波数はレシーバにより要求される所望の電力を達成するように６８で増大される。６８において、制御誤差信号（Ｅ）と現在のデューティサイクル（Ｄ）からデューティサイクル低事前設定（ＤＬＰＳ）へのデューティサイクルにおける調節とに対して周波数調節が計算され合計される。この手法は新たなデューティサイクル及び新たな周波数（ＮＥＷ  Ｄ、Ｆ）を適用するため７２に進む。
【００２１】
以下は、図１の駆動コントローラのオペレーションとワイヤレス電力を提供するための図２の手法の特定の例を説明する。この例はＷＰＣ仕様に準拠する。この例は、トランスミッタが、４９％デューティサイクルで１５８ｋＨｚの初期スイッチング制御信号周波数で動作していると仮定する。この例は、トランスミッタは、レシーバからのＣｏｎｔｒｏｌ＿Ｅｒｒｏｒ＝１５を受信したと仮定する。Ｋｐ＝１０．０、Ｋｉ＝０．２５の制御誤差係数を用いると、下記のようになる。
【数１】
2015502131.tif 000003
ＷＰＣ仕様に基づいて、ＰＩＤ＿ｏｕｔからデューティサイクル又は周波数調節へのスケーリングは、下記の通りである。
2015502131.tif 000004
デューティサイクル制御調節は次のように計算され得る。
【数２】
2015502131.tif 000005
これは、１．５３％のデューティサイクル増大に対する要求である（これは５０％の所定の最大デューティサイクルより大きい）。そのため、この調節がデューティサイクルを最大デューティサイクルより大きくし得るため、次のように伝送電力を増大させるように周波数制御調節が決められる。
【数３】
2015502131.tif 000006
従って、Ｃｏｎｔｒｏｌ＿Ｅｒｒｏｒ＝１５は、周波数の３０７．５Ｈｚの変化を要求している。Ｃｏｎｔｒｏｌ＿Ｅｒｒｏｒに対する調節に加えて、デューティサイクルは、デューティサイクルヘッドルームを可能にするためその範囲の中心に向かって調節される。この例では、事前設定点は、限界から５％又は４５％となるように選択される。４９％の我々の現在の動作点からはこれは４％の付加的な調節である。スケールファクタ間の関係は、次のようになるように、ＰＩＤ＿ｏｕｔの共通性に基づいて決められる。
【数４】
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そのため、全周波数調節は、３０７．５＋８００＝１１０７．５Ｈｚとなり、新たな動作点は、１５６．８９２５ｋＨｚ及び４５％デューティサイクルとなる。将来のデューティサイクル調節のために利用可能な空間を備え、エラーが補償されているべき地点に留まる。
【００２２】
前述の例において、ＰＩＤ＿ｏｕｔｐｕｔと周波数との間の利得を設定するために表が用いられた。この区分的な線形の表は実用的であり実装し易いが、これは、共振曲線の粗い推定である。一層正確な測定値を表す式により、一層正確なスケールファクタ（ｄｕｔｙ＿Ｓｖ及びｆｒｅｑ＿Ｓｖ）間の関係が定義され得、これにより、デューティサイクル値を事前設定するための一層大きな調節が成され得る。要約すると、デューティサイクル変調及び周波数変調をインターリーブすることにより、各方法の最良の側面が保たれ、そうでなければアクセス不能な動作点が達成され得る。高解像度、最大範囲、環境公差、及びハードウェア設計における付加的な自由度がすべて達成される。
【００２３】
本発明に関連する技術に習熟した者であれば、本発明の特許請求の範囲内で、説明した例示の実施例に変形が成され得ること、及び他の実施例を実装し得ることが分かるであろう。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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