(57)【要約】誘導受電器３であって、電力ピックアップステージ９と、複数の制御デバイスを有する整流器を含む電力整流調整ステージ１０とを備え、該複数の制御デバイスの少なくとも１つが、制御可能なＡＣスイッチであり、当該受電器は、開回路制御ストラテジに従って少なくとも１つのＡＣスイッチのスイッチングを行うように構成されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導受電器であって、
電力ピックアップステージと、
複数の制御デバイスを有する整流器を含む電力整流調整ステージであって、当該複数の制御デバイスの少なくとも１つが、制御可能なＡＣスイッチである、電力整流調整ステージと、を備え、
前記受電器が、開回路制御ストラテジに従って前記少なくとも１つのＡＣスイッチのスイッチングを行うように構成されている、誘導受電器。
【請求項２】
前記受電器が、ゼロ電流スイッチングによって前記ＡＣスイッチのスイッチングを行うように構成されている、請求項１に記載の誘導受電器。
【請求項３】
他の制御デバイスがダイオードである、請求項１に記載の誘導受電器。
【請求項４】
前記ＡＣスイッチが、共通のゲート及び共通のソースに接続されたＦＥＴのペアである、請求項１に記載の誘導受電器。
【請求項５】
前記電力ピックアップステージと並列に接続されたスナバを更に備える、請求項１に記載の誘導受電器。
【請求項６】
前記スナバが回生型スナバである、請求項５に記載の誘導受電器。
【請求項７】
前記スナバが、補助回路に電力を供給するように構成されている、請求項５に記載の誘導受電器。
【請求項８】
前記電力ピックアップステージが直列同調共振回路である、請求項１に記載の誘導受電器。
【請求項９】
前記整流器がフルブリッジ整流器であり、前記複数の制御デバイスのうち、２つがダイオードであり、２つがＡＣスイッチである、請求項１に記載の誘導受電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、コンバータに関し、それだけではないが特に、誘導受電器用のコンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気コンバータは、多くの種々のタイプの電気システムにおいて見られる。一般的に、コンバータは、第１のタイプの供給を第２のタイプの出力に変換する。このような変換には、ＤＣ−ＤＣ、ＡＣ−ＡＣ及びＤＣ−ＡＣ電気変換が含まれうる。いくつかの構成では、コンバータは、任意の数のＤＣ及びＡＣ「部品」を有し、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータは、トランスの形式のＡＣ−ＡＣコンバータ・ステージを内蔵しうる。
【０００３】
コンバータの使用の一例は、誘導電力伝送（ＩＰＴ）システムにある。ＩＰＴシステムは、確立された技術（例えば、電気歯ブラシの無線充電）及び開発中の技術（例えば、「充電マット」上でのハンドヘルドデバイスの無線充電）の周知の領域である。
【０００４】
ＩＰＴシステムは、典型的には、誘導送電器及び誘導受電器を備える。誘導送電器は、送信コイル又は複数の送信コイルを備え、当該送信コイルは、交流磁界を生成するのに適した送信回路によって駆動される。交流磁界は、誘導受電器の受信コイル又は複数の受信コイルに電流を誘導する。その結果、受電された電力は、バッテリーを充電するため、又は誘導受電器に付随するデバイス若しくは他の何らかの負荷に給電するために使用されうる。更に、送信コイル及び／又は受信コイルは、共振回路を作り出すために共振コンデンサに接続されうる。共振回路は、対応する共振周波数において電力スループット及び効率を増大させうる。
【０００５】
しかし、現時点で入手可能な誘導受電器は、依然として、著しい電力損失及び／又は大きな接地面積に直面しうる。したがって、本発明は、有用な選択肢を公に提供しうる。
【発明の概要】
【０００６】
実施形態の例によれば、誘導受電器であって、
電力ピックアップステージと、
複数の制御デバイスを有する整流器を含む電力整流調整ステージと、を備え、当該複数の制御デバイスの少なくとも１つが、制御可能なＡＣスイッチであり、
前記受電器が、開回路制御ストラテジに従って前記少なくとも１つのＡＣスイッチのスイッチングを行うように構成されている、誘導受電器が提供される。
【０００７】
用語「comprise（含む、備える）」、「comprises（含む、備える）」及び「comprising（含む、備える）」は、様々な司法権の下で、排他的または包含的な意味で用いられうるものと認められる。本明細書のために、これらの用語は、特に言及されない限り包含的な意味を有することが意図されており、即ち、それらは、直接的に参照を使用する、記載された構成要素を含むこと、及び特定されていない他の構成要素または要素も含みうることを意味するものとされる。
【０００８】
本明細書におけるいずれの文書の参照も、当該文書が先行技術であること又は共通の一般知識の一部を構成することの承認を形成するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本明細書に組み込まれ、かつ、本明細書の一部を構成する、以下の添付の図面は、本発明の実施形態を示しており、また、上記で与えられた本発明の概要、及び以下で与えられる実施形態の詳細な説明とともに、本発明の原理を説明するのに貢献する。
【００１０】
【図１】図１は、誘導電力伝送システムのブロック図である。
【図２】図２は、受電器の例のブロック図である。
【図３】図３は、受電器の例の回路図である。
【図４】図４は、ＡＣスイッチの回路図である。
【図５】図５は、受電器の別の例の回路図である。
【図６】図６は、ＡＣスイッチの制御についての波形タイミングの例のグラフである。
【図７】図７は、受電器の更に別の例の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１には、誘導電力伝送（ＩＰＴ）システム１が大まかに示されている。ＩＰＴシステムは、誘導送電器２及び誘導受電器３を備える。誘導送電器２は、適切な電源４（主電源又はバッテリー等）に接続される。誘導送電器２は、（使用される電源のタイプに依存して）例えばＡＣ−ＤＣコンバータであるコンバータ５と、（存在する場合に）例えばコンバータ５に接続されるインバータ６と、のうちの１つ以上を有する送信回路を備えうる。インバータ６は、送信コイル又は複数の送信コイル７が交流磁界を生成するよう、当該送信コイル又は複数の送信コイル７へＡＣ信号を供給する。いくつかの構成では、（複数の）送信コイル７は、インバータ５から分離されていると考えられてもよい。送信コイル又は複数の送信コイル７は、共振回路を作るために、コンデンサ（図示せず）に並列又は直列に接続されてもよい。
【００１２】
コントローラ８は、誘導送電器２の各部に接続されうる。コントローラ８は、誘導送電器２の各部からの入力を受けて、各部の動作を制御する出力を生成するよう構成されうる。コントローラ８は、例えば、電力フロー、チューニング、送信コイルへの選択的な通電、誘導受電器の検出、及び／又は通信を含む、誘導送電器の能力に依存した当該誘導送電器２の種々の態様を制御するよう構成された、単一のユニット又は個別のユニットとして実装されうる。
【００１３】
誘導受電器３は、負荷１１へ電力を順に供給する電力調節回路１０に接続された、受信コイル又は複数の受信コイル９を備える。誘導送電器２及び誘導受電器３のコイルが適切に結合されている場合、送信コイル又は複数の送信コイル７によって生成される交流磁界が、受信コイル又は複数の受信コイル９に交流電流を誘導する。受信コイル又は複数の受信コイル９は、共振回路を作るために、コンデンサ（図示せず）に並列又は直列に接続されてもよい。いくつかの誘導受電器において、当該受電器は、受信コイル又は複数の受信コイル９のチューニング、電力調節回路１０の動作、及び／又は通信を制御しうるコントローラ１２を備えうる。
【００１４】
用語「コイル」は、電流が磁界を生成する導電性構造を含みうる。例えば、誘導「コイル」は、３次元形状又は２次元平面形状の導電性ワイヤ、プリント回路基板（ＰＣＢ）技術を使用して複数のＰＣＢ「層」の上に３次元形状に加工された導電性材料、及び他のコイル状の形状でありうる。単数形又は複数形での用語「コイル」の使用は、この意味で限定的であることは意図されていない。アプリケーションに依存して他の構成が使用されてもよい。
【００１５】
電力調節回路１０は、誘導電流を、負荷１１に適した形式に変換するように構成されており、例えば、電力整流器、電力調整回路、又はその両方の組み合わせを備えうる。実施形態の例では、電力調整回路は開回路制御の形式で設けられることが望ましい場合がある。開回路制御は、典型的には、（スイッチが負荷と並列であり、かつ、当該スイッチが負荷電圧を制御するショート回路制御と比べると）負荷と直列で、それにより負荷回路を制御するためのスイッチと関係している。
【００１６】
開回路制御は、通常、少なくとも２つの問題に直面する。第１は、負荷回路のスイッチングに起因したスイッチング損失であり、第２は、スイッチング中に生じる電圧スパイクである。
【００１７】
国際公開第０１／１８９３６号（その内容は本明細書で援用される）は、電力調整回路におけるゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ：zero current switching）と、電圧スパイクを低減するための散逸性（dissipative）スナバとを使用することによって、ソリューションを提供することを試みている。しかし、その場合、電力調整スイッチが電力整流器とは独立して設けられ、そのため、部品数が比較的多い。また、散逸性スナバは、回路内の損失源となりうる。
【００１８】
図２は、実施形態の例に係る受電器３を示しており、電力整流器２０２が、ＺＣＳ開回路制御を提供するための統合コンバータとして、電力調整回路２０４と一体となっている。これにより、部品数を低減でき、より小さな接地面積が可能になりうる。更に、補助回路２０８に供給する回生型（regenerative）スナバ２０６によって電圧スパイクが最小限になる。これにより、スナバ２０６に関連するあらゆる損失が最小限になりうる。
【００１９】
図３には、電力整流器２０２、電力調整回路２０４及び回生型スナバ２０６が、より詳細に示されている。電力ピックアップステージは、直列同調共振回路３０２である。電力整流器２０２は、２つの上側のダイオードＤ1, Ｄ2を有するフルブリッジ整流器を備える。２つの下側のデバイス（通常は従来の整流器内のダイオード）は、ＡＣスイッチＳ1, Ｓ2である。負荷１１は、スイッチング部品がそれ以上必要とされることなく、電力整流器２０２／電力調整回路２０４の出力に接続される。アプリケーションの要求条件に依存して、ハーフブリッジ又は他の整流回路が使用されてもよい。図７には、ハーフブリッジ回路の例が示されている。
【００２０】
２つのＡＣスイッチＳ1, Ｓ2は、後述するように、開回路電力調整回路２０４も形成する。
【００２１】
図４には、各ＡＣスイッチＳ1（又はＳ2）の例が示されている。２つの背面接続のＦＥＴ４０２，４０４が、共通のソースと接続され、及び共通のアノード４１０を有するそれらのボディダイオード４０６，４０８と接続されている。ゲートは、共通に接続され、かつ、ハードオン又はハードオフのスイッチングを行うためのデジタル制御信号４１２を与えられる。このように、Ｓ1及びＳ2は、（ボディダイオードを有する単一ＦＥＴによる場合のように）当該スイッチがオンにされていない場合には導通することができず、それにより、効率的な開回路制御が可能になる。
【００２２】
あるいは、ＡＣスイッチＳ1, Ｓ2は、ボディダイオードを備えない単一のトランジスタであってもよい。 
【００２３】
回生型スナバ２０６は、共振タンク及び平滑コンデンサＣ4に並列に接続された２個のダイオードＤ6, Ｄ7を備える。Ｃ4の値は、アプリケーションの要求条件に従って選択されうる。例えば、携帯電話用に設計される受電器では、Ｃ4は、３３μＦの値のように、スイッチングによって生じる電圧スパイクが、出力電圧の１％以内に維持されるように選択されうる。散逸性スナバにおいて抵抗器を回避することによって、損失が最小限になり、コンデンサ内に蓄積される、結果として生じるエネルギーは、補助回路２０８によって使用される。補助回路２０８は、例えば、ハウスキーピング回路を含んでもよく、例えば、Ｓ1及びＳ2用の制御を含む。
【００２４】
図５には、代替の電力整流器２０２、電力調整回路２０４及び回生型スナバ２０６が示されている。当該構成は、概して図３と同様である。しかし、電力整流器２０２は、２つの下側のダイオードＤ3, Ｄ4を有するフルブリッジ整流器を含む。２つの上側のデバイス（通常は従来の整流器内のダイオード）は、ＡＣスイッチＳ1, Ｓ2である。
【００２５】
図５の２つのＡＣスイッチＳ1, Ｓ2の制御について、図６を参照して以下で説明する。ゲート1にロー（low）信号を印加することによってS１がオフに切り替えられると、Ｄ6のアノードの電圧（Ｖx）が高くなる。次に、ゲート2にハイ（high）信号を印加することによってS2がオンに切り替えられると、Ｖxが中間電圧に降下する。最後に、ゲート2にロー信号を印加することによってS2がオフに切り替えられると、Ｖxが降下して０に戻る。Ｄ7のアノードの電圧（Ｖy）は、Ｓ2及びＳ1についての逆のスイッチングと同じ電圧プロファイルに従う。
【００２６】
両スイッチがオフに切り替えられた際に通常生じる、Ｖx又はＶyの電圧スパイクは、Ｄ6／Ｄ7及びＣ4によってクランプされる（６０２）。
【００２７】
負荷が増加するにつれて、スイッチのデューティサイクルは、Ｖy及びＶxによって規定される最大デューティサイクル（例えば５０％）に達するまで増加される。
【００２８】
発明の実施形態の記述によって本発明を説明してきたが、また、実施形態を詳細に説明してきたが、添付の請求項の範囲を多少なりともそのような詳細に限定することは、出願人の意図ではない。更なる利点及び変更が、当業者には容易に見てとれることになる。したがって、より広い態様の発明が、図示及び記述されている具体的な詳細、代表的な装置及び方法、並びに例示的な例に限定されることはない。このため、出願人の全体的な発明概念の精神または範囲から逸脱することなく、そのような詳細からの逸脱がなされてもよい。
【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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【国際調査報告】
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