特許 6109871 発振器を利用したチップ間の無線電力伝送装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6109871

(24)【登録日】2017年3月17日

(45)【発行日】2017年4月5日

(54)【発明の名称】発振器を利用したチップ間の無線電力伝送装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/12 20160101AFI20170327BHJP

【ＦＩ】

   H02J50/12

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-78657(P2015-78657)

(22)【出願日】2015年4月7日

(65)【公開番号】特開2016-82861(P2016-82861A)

(43)【公開日】2016年5月16日

【審査請求日】2015年4月7日

(31)【優先権主張番号】10-2014-0138236

(32)【優先日】2014年10月14日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】513192683

【氏名又は名称】スンシル ユニバーシティー リサーチ コンソルティウム テクノ−パーク

【氏名又は名称原語表記】ＳＯＯＮＧＳＩＬ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＮＳＯＲＴＩＵＭ ＴＥＣＨＮＯ−ＰＡＲＫ

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】100164471

【弁理士】

【氏名又は名称】岡野 大和

(74)【代理人】

【識別番号】100188307

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 昌宏

(72)【発明者】

【氏名】イ ミ リム

(72)【発明者】

【氏名】パク チャン クン

【審査官】 桑江 晃

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１１０９５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−９２６７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０９８１３３（ＷＯ，Ａ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ５０／００ − ５０／９０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力送信端に備えられるチップ間の無線電力伝送装置において、
第１端が第１電源に連結され、第２端を通じて第１出力信号が出力される第１トランジスタと、
第１端が前記第１電源に連結され、第２端が前記第１トランジスタのゲートに連結され、ゲートが前記第１トランジスタの第２端に連結され、第２端を通じて前記第１出力信号と逆位相の第２出力信号が出力される第２トランジスタと、
Ｎ個の送信コイルが直列連結されており、第１送信コイルの第１端及び第Ｎ送信コイルの第２端が、前記第１トランジスタの第２端及び前記第２トランジスタの第２端にそれぞれ連結され、前記送信コイル間に形成される少なくとも１つの接点のうち、選択された１つの接点に第２電源が連結される送信コイル端と、
前記Ｎ個の送信コイルにそれぞれ並列連結されるＮ個のキャパシタと、を含み、
前記Ｎ個の送信コイルは、前記第１及び第２トランジスタを通じて出力される交流電力をＮ個の電力受信端に対応するＮ個の受信コイルにそれぞれ無線伝送し、
前記Ｎは、偶数個であり、
前記第２電源は、前記送信コイル間に形成される少なくとも１つの接点のうちから中央に位置した接点に連結される、
チップ間の無線電力伝送装置。

【請求項2】

前記第１電源は、接地電源であり、前記第２電源は、前記第１電源よりも大きい請求項１に記載のチップ間の無線電力伝送装置。

【請求項3】

前記第１トランジスタの第２端と前記第２トランジスタのゲートとの間に連結される第１キャパシタと、
前記第２トランジスタの第２端と前記第１トランジスタのゲートとの間に連結される第２キャパシタと、
をさらに含む請求項１に記載のチップ間の無線電力伝送装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発振器を利用したチップ間の無線電力伝送装置に係り、より詳細には、チップ間の電力供給のための積層構造を使うに当って、無線電力送信部の回路を発振器で構成することができる発振器を利用したチップ間の無線電力伝送装置に関する。

【背景技術】

【0002】

最近、集積回路設計時に設計面積を減らすために、複数のチップを積層する３次元半導体技術が研究されている。そのうち、最も代表的なＴＳＶ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｖｉａ）技術の場合、既存のＭＣＰ（Ｍｕｌｔｉ−Ｃｈｉｐ Ｐａｃｋａｇｅ）技術と異なって、各チップ間の通信がビア（ｖｉａ）とバンプ（ｂｕｍｐ）とを通じてなされる。

【0003】

しかし、このようなＴＳＶ積層技術は、チップに物理的な孔を形成し、これを金属性物質で充填してビアを形成することによって、追加的な半導体工程による研究開発コストと、商用化コストと、が増加するという問題点がある。また、このように形成されたビアは、クラック（Ｃｒａｃｋ）のような問題点によって収率を高めるための多くの努力が要求される短所がある。結局、ＴＳＶ積層技術は、生産コストの上昇をもたらす。

【0004】

このような問題点を改善するために、最近、チップ間の無線通信技術が活発に研究されている。図１は、従来によるチップ間の無線通信技術の概念図である。このような図１は、積層構造で形成されたチップ間にインダクター形態のパッドを通じて磁気的結合（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ）で通信する。

【0005】

このようなチップ間の無線通信技術は、次世代３次元半導体技術と考えられている。しかし、このような無線通信技術の最大の問題点は、各チップに電源を供給することがややこしいという点である。特に、チップ間の無線通信を果たすために電力を送信する役割を行うチップの場合、ＤＣ電源をＡＣに変換させる回路部が必須である。図２は、チップ間の無線電力伝送のための送信端の一般的な構造を示す。

【0006】

図２で、電力送信端（Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）は、発振器（Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）、ＤＣ−ＡＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ、送信コイルで構成される。ＤＣ−ＡＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒは、ＤＣ形態の電源電圧を無線で送信可能なＡＣ電力に変換させる。発振器は、ＤＣ−ＡＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒの内部に形成されるスイッチをＯｎ−Ｏｆｆさせる。送信コイルは、ＤＣ−ＡＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒで発生したＡＣ電力を無線で送信する役割を果たす。

【0007】

図２で、電力受信端（Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）は、受信コイル、整流器（Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）、ＤＣ−ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒで構成される。受信コイルは、前記送信コイルからＡＣ電力を無線受信する。整流器は、ＡＣ電力をＤＣ電力に変換する役割を果たす。ＤＣ−ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒは、整流器から出力されたＤＣ電圧を受信チップの内部回路に適切な電圧値に変換する役割を果たす。このように、電力送信端でＤＣ−ＡＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒは、核心的な回路ブロックであると言える。

【0008】

図３は、図２のＤＣ−ＡＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒをさらに詳しく説明する図面である。図３の（ａ）は、発振器とＤＣ−ＡＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ及び送信コイルとで構成される電力送信部のみを再び示す図面である。図３の（ｂ）は、図３の（ａ）に適用されるＤＣ−ＡＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒの一例であって、Ｃｌａｓｓ−Ｅ形態で構成されるＤＣ−ＡＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒを示す図面である。もちろん、Ｃｌａｓｓ−Ｅ以外の他の構造のＤＣ−ＡＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒを使うことができる。

【0009】

図３の（ｂ）を参照すれば、発振器から発生するＡＣ信号は、Ｃｌａｓｓ−Ｅで形成されるＤＣ−ＡＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒの２つのトランジスタに入力される。Ｃｌａｓｓ−Ｅのトランジスタは、発振器から出力される信号によってＯｎとＯｆｆとを繰り返しながら、ＶＤＤから入力されるＤＣ電力をＡＣ電力に変換する役割を果たす。この際、ＶＤＤとトランジスタとの間に形成されるインダクターＬ１は、Ｃｌａｓｓ−ＥがＤＣ電力をＡＣ電力に変換させるために必須的な素子である。このように変換されたＡＣ電力は、Ｃｌａｓｓ−Ｅのトランジスタの出力ノードに連結される送信コイルＬ２を通じて無線送信される。

【0010】

このような従来技術による電力送信端の構造は、発振器、ＤＣ−ＡＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ及び送信コイルなどが必須的な回路部として使われる。しかし、チップ間の無線電力伝送システムでは、要求される回路部のサイズ及び個数が大きくなるほど、チップのサイズが増加して、生産コストが増加するという問題点がある。

【0011】

本発明の背景となる技術は、特許文献１に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【特許文献1】韓国登録特許第１０−１３９２８８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

本発明は、回路のサイズを減少させ、電力変換効率を増大させる発振器を利用したチップ間の無線電力伝送装置を提供するところにその目的がある。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明は、電力送信端に備えられるチップ間の無線電力伝送装置において、第１端が第１電源に連結され、第２端を通じて第１出力信号が出力される第１トランジスタと、第１端が前記第１電源に連結され、第２端が前記第１トランジスタのゲートに連結され、ゲートが前記第１トランジスタの第２端に連結され、第２端を通じて前記第１出力信号と逆位相の第２出力信号が出力される第２トランジスタと、第１端及び第２端が、前記第１トランジスタの第２端及び前記第２トランジスタの第２端にそれぞれ連結されるキャパシタと、第１端及び第２端が、前記第１トランジスタの第２端及び前記第２トランジスタの第２端にそれぞれ連結され、第３端が第２電源に連結され、前記第１及び第２トランジスタを通じて出力される交流電力を電力受信端の受信コイルに無線伝送する送信コイルと、を含むチップ間の無線電力伝送装置を提供する。

【0015】

ここで、前記送信コイル及び前記受信コイルは、第１送信コイル及び第１受信コイルであり、前記チップ間の無線電力伝送装置は、第１端と第２端が、前記第１送信コイルの第１端と第２端との間に並列連結され、第３端に前記第２電源がそれぞれ連結される少なくとも１つの第２送信コイルをさらに含み、前記少なくとも１つの第２送信コイルは、前記交流電力を少なくとも１つの第２電力受信端に対応する少なくとも１つの第２受信コイルにそれぞれ無線伝送しうる。

【0016】

そして、本発明は、電力送信端に備えられるチップ間の無線電力伝送装置において、第１端が第１電源に連結され、第２端を通じて第１出力信号が出力される第１トランジスタと、第１端が前記第１電源に連結され、第２端が前記第１トランジスタのゲートに連結され、ゲートが前記第１トランジスタの第２端に連結され、第２端を通じて前記第１出力信号と逆位相の第２出力信号が出力される第２トランジスタと、第１端及び第２端が、前記第１トランジスタの第２端及び前記第２トランジスタの第２端にそれぞれ連結されるキャパシタと、Ｎ個の送信コイルが直列連結されており、第１送信コイルの第１端及び第Ｎ送信コイルの第２端が、前記第１トランジスタの第２端及び前記第２トランジスタの第２端にそれぞれ連結され、前記送信コイル間に形成される少なくとも１つの接点のうち、選択された１つの接点に第２電源が連結される送信コイル端と、を含み、前記Ｎ個の送信コイルは、前記第１及び第２トランジスタを通じて出力される交流電力をＮ個の電力受信端に対応するＮ個の受信コイルにそれぞれ無線伝送するチップ間の無線電力伝送装置を提供する。

【0017】

また、本発明は、電力送信端に備えられるチップ間の無線電力伝送装置において、第１端が第１電源に連結され、第２端を通じて第１出力信号が出力される第１トランジスタと、第１端が前記第１電源に連結され、第２端が前記第１トランジスタのゲートに連結され、ゲートが前記第１トランジスタの第２端に連結され、第２端を通じて前記第１出力信号と逆位相の第２出力信号が出力される第２トランジスタと、Ｎ個の送信コイルが直列連結されており、第１送信コイルの第１端及び第Ｎ送信コイルの第２端が、前記第１トランジスタの第２端及び前記第２トランジスタの第２端にそれぞれ連結され、前記送信コイル間に形成される少なくとも１つの接点のうち、選択された１つの接点に第２電源が連結される送信コイル端と、前記Ｎ個の送信コイルにそれぞれ並列連結されるＮ個のキャパシタと、を含み、前記Ｎ個の送信コイルは、前記第１及び第２トランジスタを通じて出力される交流電力をＮ個の電力受信端に対応するＮ個の受信コイルにそれぞれ無線伝送するチップ間の無線電力伝送装置を提供する。

【0018】

ここで、前記Ｎは、偶数個であり、前記第２電源は、前記送信コイル間に形成される少なくとも１つの接点のうちから中央に位置した接点に連結されうる。

【0019】

また、前記第１電源は、接地電源であり、前記第２電源は、前記第１電源よりも大きい。

【0020】

そして、前記チップ間の無線電力伝送装置は、前記第１トランジスタの第２端と前記第２トランジスタのゲートとの間に連結される第１キャパシタと、前記第２トランジスタの第２端と前記第１トランジスタのゲートとの間に連結される第２キャパシタと、をさらに含みうる。

【発明の効果】

【0021】

本発明による発振器を利用したチップ間の無線電力伝送装置によれば、チップ間の無線電力伝送のための電力送信端を構成するに当って、既存のＤＣ−ＡＣコンバータの代わりに、発振器を用いて電力送信端を構成することによって、全体電力送信端回路の複雑度及びサイズを減少させ、電力変換効率を増大させる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】従来によるチップ間の無線通信技術の概念図である。

【図2】チップ間の無線電力伝送のための送信端の一般的な構造を示す。

【図3】図２のＤＣ−ＡＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒをさらに詳しく説明する図面である。

【図4】本発明の第１実施形態による電力送信端に備えられるチップ間の無線電力伝送装置の構成図である。

【図5】図４の装置が電力送信端に適用された構成図である。

【図6】図５の変形例を示す。

【図7】図５の変形例を示す。

【図8】図５の変形例を示す。

【図9】本発明の第２実施形態によるチップ間の無線電力伝送装置が電力送信端に適用された構成図である。

【図10】図９の変形例を示す。

【図11】図９の変形例を示す。

【図12】本発明の第３実施形態によるチップ間の無線電力伝送装置が電力送信端に適用された構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態について当業者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明は、さまざまな異なる形態で具現され、ここで説明する実施形態に限定されるものではない。そして、図面で本発明を明確に説明するために、説明と関係のない部分は省略し、明細書全体を通じて類似した部分については、類似した図面符号を付する。

【0024】

明細書全体で、ある部分が他の部分と“連結”されているとする時、これは、“直接連結”されている場合のみならず、その中間に他の素子を挟んで“電気的に連結”されている場合も含む。また、ある部分が、ある構成要素を“含む”とする時、これは、特に反対される記載のない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。

【0025】

本発明は、発振器を利用したチップ間の無線電力伝送装置に関するものであって、チップ間の無線電力伝送のための電力送信端の構成において、既存のＤＣ−ＡＣコンバータを使わず、ＬＣ ｔａｎｋを利用した発振器を使い、発振器に備えられたインダクターを無線電力伝送のための送信コイルとして活用する。これを通じて、本発明の実施形態は、送信部の複雑度を減少させると共に、ＤＣ−ＡＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒのために要求される集積回路上の面積を減少させ、送信部の全体電力変換効率を増大させる。

【0026】

積層構造で形成されたチップ間の無線電力伝送において、電力送信端の構成は、第１チップに備えられ、それに対応する電力受信端は、少なくとも１つの第２チップに備えられうる。もちろん、本発明が、必ずしもこれに限定されるものではない。

【0027】

本発明の実施形態で、電力送信端は、発振器の形態を有しており、発振器は、多様な構造が適用可能である。以下の実施形態では、交差結合（Ｃｒｏｓｓ−Ｃｏｕｐｌｅｄ）構造で形成された発振器を例示し、トランジスタは、Ｎ型のトランジスタを例示する。もちろん、本発明が、必ずしもこれに限定されるものではない。

【0028】

以下、本発明の実施形態に関してさらに詳しく説明する。図４は、本発明の第１実施形態による電力送信端に備えられるチップ間の無線電力伝送装置の構成図である。図５は、図４の装置が電力送信端に適用された構成図である。

【0029】

これを具体的に説明すれば、本発明の第１実施形態によるチップ間の無線電力伝送装置は、第１トランジスタＭＮ１、第２トランジスタＭＮ２、キャパシタＣ、送信コイルＬ_Ｓを含む。

【0030】

第１トランジスタＭＮ１は、第１端が第１電源（ｅｘ、ＧＮＤ）に連結され、第２端を通じて第１出力信号（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｏｕｔｐｕｔ）が出力される。

【0031】

また、第２トランジスタＭＮ２は、第１端が前記第１電源（ｅｘ、ＧＮＤ）に連結され、第２端が前記第１トランジスタＭＮ１のゲートに連結されており、ゲートが前記第１トランジスタＭＮ１の第２端に連結されて、前記第１トランジスタＭＮ１と交差結合されている。このような第２トランジスタＭＮ２は、第２端を通じて前記第１出力信号と逆位相の第２出力信号（Ｎｅｇａｔｉｖｅ ｏｕｔｐｕｔ）を出力する。

【0032】

２つのトランジスタＭＮ１、ＭＮ２は、それぞれ自体のドレイン端が相手トランジスタのゲート端と連結されており、発振に必須的な負性抵抗を形成する役割を行う。このように形成される交差結合型発振器の構造は、ＭＮ１及びＭＮ２のドレイン端が出力ノードとして使われ、２つの出力ノードは、互いに差動信号を発生させる。

【0033】

次に、キャパシタＣは、２つのトランジスタＭＮ１、ＭＮ２の出力端（出力ノード）の間に連結される。すなわち、キャパシタＣの第１端及び第２端は、第１トランジスタＭＮ１の第２端及び第２トランジスタＭＮ２の第２端にそれぞれ連結されている。

【0034】

送信コイルＬ_Ｓは、第１端及び第２端が、第１トランジスタＭＮ１の第２端及び第２トランジスタＭＮ２の第２端にそれぞれ連結され、第３端が第２電源ＶＤＤに連結されている。このような送信コイルＬ_Ｓは、センタータップ（ｃｅｎｔｅｒ ｔａｐ）タイプのインダクターに該当しうる。

【0035】

送信コイルＬ_Ｓは、キャパシタＣと共に発振器の発振周波数の決定に重要な役割を行うと同時に、第１及び第２トランジスタＭＮ１、ＭＮ２を通じて出力される交流電力（ＡＣ）を電力受信端の受信コイルＬ_Ｒに無線伝送する役割も行う。

【0036】

以上のように、本発明の実施形態によれば、従来の図３の（ａ）のように、発振器、ＤＣ−ＡＣコンバータ、そして、送信コイルＬ２を個別的に使う必要がない。本実施形態の場合、図３の場合とは異なって、既存のＤＣ−ＡＣコンバータを使わず、ＬＣ ｔａｎｋを利用した発振器を使うが、発振器に必須的なインダクターＬ_Ｓの構成を、共振周波数の形成用途以外に、無線電力伝送のための送信コイル用途としても活用している。

【0037】

前述したように、発振器で、インダクターは必須であり、電力を無線で送信するためには、送信用コイルも必須である。しかし、このようなインダクターとコイルは、その形成方法が互いに同一であり、動作原理も磁場（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｉｅｌｄ）を利用するという点で同一である。

【0038】

したがって、本発明の実施形態では、発振器のインダクターＬ_Ｓを送信用コイルとして活用することによって、発振器のインダクターは、発振器の発振周波数を決定すると共に、無線で電力を送信するコイルの役割を同時に行う。但し、発振器が高出力電力を発生させなければならないが、これは、トランジスタのサイズを変更して実現することができる。

【0039】

以上のように、本発明の実施形態による電力送信端の構造は、従来の図３と比べる時、ＤＣ−ＡＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒが除去され、発振器のインダクターＬ１と送信用コイルＬ２が、図４及び図５のように、１つのコイルＬ_Ｓで統合されたために、送信端の構造が、全体チップで占める面積が減少して、結果的に生産コストを節減することができる利点がある。

【0040】

一方、本発明の実施形態で、発振器内の交差結合される経路上には、それぞれキャパシタが付加されうる。すなわち、第１トランジスタＭＮ１の第２端と第２トランジスタＭＮ２のゲートとの間にキャパシタが連結され、第２トランジスタＭＮ２の第２端と第１トランジスタＭＮ１のゲートとの間にキャパシタが連結されうる。このような交差経路上のキャパシタは、ＤＣ ｂｌｏｃｋ ｃａｐに該当するものであって、外部のＤＣ電源が、各トランジスタのゲートへの流入を防止する役割を果たす。このような構成は、以下の他の実施形態でも適用可能である。

【0041】

図６ないし図８は、図５の変形例を示す。ここで、説明の便宜上、前記図５に基づく送信コイルＬ_Ｓ及び受信コイルＬ_Ｒは、それぞれ第１送信コイルＬ_Ｓ１及び第１受信コイルＬ_Ｒ１と名付ける。図６ないし図８の場合、多数の送信コイルの個数に対応する多数の電力受信端が存在し、説明の便宜上、これら個別電力受信端を１つのブロックで括って図示していることを理解しなければならない。

【0042】

図６ないし図８の変形例は、前記第１送信コイルＬ_Ｓ１の第１端と第２端との間に少なくとも１つの第２送信コイルの第１端と第２端とが連結されて、送信コイルが互いに並列関係を形成し、それぞれの第２送信コイルの第３端に第２電源ＶＤＤが連結された場合である。すなわち、１つの電力送信端に多数の送信コイルが互いに並列連結される構造を示す。それによれば、多数の送信コイルに対応する多数の受信電力端内の受信コイルにそれぞれ電力を無線供給することができる。

【0043】

図６は、１つの電力送信端に２個の送信コイルが並列連結されている。２個の送信コイルＬ_Ｓ１、Ｌ_Ｓ２は、トランジスタＭＮ１、ＭＮ２を通じて出力される交流電力（ＡＣ）を２個の電力受信端に対応するそれぞれの受信コイルＬ_Ｒ１、Ｌ_Ｒ２に個別的に無線伝送する。

【0044】

図７は、図６を拡張したものであって、１つの電力送信端に４個の送信コイルＬ_Ｓ１、Ｌ_Ｓ２、Ｌ_Ｓ３、Ｌ_Ｓ４が並列連結されている。４個の送信コイルＬ_Ｓ１、Ｌ_Ｓ２、Ｌ_Ｓ３、Ｌ_Ｓ４は、トランジスタによって出力された交流電力（ＡＣ）を４個の電力受信端に対応するそれぞれの受信コイルＬ_Ｒ１、Ｌ_Ｒ２、Ｌ_Ｒ３、Ｌ_Ｒ４に個別的に無線伝送する。

【0045】

図８は、図６の構成を２回使ったものであって、２個の電力送信端を使い、それぞれの電力送信端に送信コイルを２個ずつ連結したものである。これも、結果的に送信コイルが４個であり、この４個の送信コイルＬ_Ｓ１、Ｌ_Ｓ２、Ｌ_Ｓ３、Ｌ_Ｓ４は、４個の受信コイルＬ_Ｒ１、Ｌ_Ｒ２、Ｌ_Ｒ３、Ｌ_Ｒ４で電力を無線伝送しうる。

【0046】

以上のような場合において、それぞれの送信コイルは、それぞれの負荷に対応する電力受信端の受信コイルで電力を無線送信する。また、図６ないし図８と同じ方式を適用すれば、２つあるいは４つ以上の複数個の電力受信端がある場合に容易に拡張適用可能である。

【0047】

図９は、本発明の第２実施形態によるチップ間の無線電力伝送装置が電力送信端に適用された構成図である。図９を参照すれば、本発明の第２実施形態によるチップ間の無線電力伝送装置は、第１トランジスタＭＮ１、第２トランジスタＭＮ２、キャパシタＣ、そして、送信コイル端を含む。

【0048】

まず、図９の第１トランジスタＭＮ１は、第１端が第１電源（ｅｘ、ＧＮＤ）に連結され、第２端を通じて第１出力信号が出力される。

【0049】

第２トランジスタＭＮ２は、前記図５の第１実施形態のように、第１端が第１電源（ｅｘ、ＧＮＤ）に連結され、第２端が前記第１トランジスタＭＮ１のゲートに連結されており、ゲートが前記第１トランジスタＭＮ１の第２端に連結されて、前記第１トランジスタＭＮ１と交差結合されている。このような第２トランジスタＭＮ２は、第２端を通じて前記第１出力信号と逆位相の第２出力信号を出力する。

【0050】

キャパシタＣも、第１実施形態のように、２つのトランジスタＭＮ１、ＭＮ２の出力端の間に連結される。すなわち、キャパシタＣの第１端及び第２端は、第１トランジスタＭＮ１の第２端及び第２トランジスタＭＮ２の第２端にそれぞれ連結されている。

【0051】

このような図９の第２実施形態が、前記図５の第１実施形態と異なる点は、送信コイルが１つではない多数個であり、多数の送信コイルが直列連結された形態を有するという点である。また、多数の送信コイルは、端子が３個であるタップ形態ではない端子が２個である一般インダクター形態を有する。

【0052】

図９で、送信コイル端は、Ｎ個（ｅｘ、Ｎ＝２）の送信コイルが直列連結されており、第１送信コイルの第１端及び第Ｎ送信コイルの第２端が、第１トランジスタＭＮ１の第２端及び第２トランジスタＭＮ２の第２端にそれぞれ連結されている。

【0053】

このような送信コイル端で、前記Ｎ個の送信コイル間に形成される少なくとも１つの接点のうち、選択された１つの接点に第２電源（ｅｘ、ＶＤＤ）が連結されている。図９の場合、２個の送信コイルの間の接点は１個であるので、この接点に第２電源が連結される。

【0054】

また、このようなＮ個（図９の場合、Ｎ＝２）の送信コイルＬ_Ｓ１、Ｌ_Ｓ２は、第１及び第２トランジスタＭＮ１、ＭＮ２を通じて出力される交流電力をＮ個の電力受信端に対応するＮ個の受信コイルＬ_Ｒ１、Ｌ_Ｒ２にそれぞれ無線伝送する。

【0055】

受信部が複数個形成される場合、送信部も同じ個数の回路部が要求されるので、全体システムのサイズが増加する。ところが、このような図９の実施形態のように構成する場合、２つの受信部に対して１つの送信部のみあれば良いので、全体チップ間の無線電力送受信システムのサイズが減少して、生産コストが減少する利点がある。

【0056】

電力送信端に発振器は１つであり、無線電力送信の役割を行う送信コイルを直列形態で分けて形成することによって、電力受信端の側面では、送信端がまるで２つに形成されたもののような効果を有しうる。この際、２つの送信コイル間の中心部（接点）は、差動信号の仮想接地が形成されるために、この仮想接地ノードを通じて発振器の電源電圧を供給することができる。

【0057】

図１０及び図１１は、図９の変形例を示す。図１０は、送信コイル端の構成が４個の送信コイルＬ_Ｓ１、Ｌ_Ｓ２、Ｌ_Ｓ３、Ｌ_Ｓ４が直列連結された形態を示す。前記図９では、１つの発振器で２つの受信部に無線で電力を供給する一例であったならば、図１０は、１つの発振器で４つの受信部に無線で電力を供給する一例を示したものである。

【0058】

図１０で、４個の送信コイルＬ_Ｓ１、Ｌ_Ｓ２、Ｌ_Ｓ３、Ｌ_Ｓ４は、第１及び第２トランジスタＭＮ１、ＭＮ２を通じて出力される交流電力を４個の電力受信端に対応する４個の受信コイルＬ_Ｒ１、Ｌ_Ｒ２、Ｌ_Ｒ３、Ｌ_Ｒ４にそれぞれ無線伝送する。

【0059】

但し、図１０で、第２電源ＶＤＤが供給される地点は、４個の送信コイルＬ_Ｓ１、Ｌ_Ｓ２、Ｌ_Ｓ３、Ｌ_Ｓ４が形成する３個の接点のうち、中央に位置した接点部位（第１ないし第４送信コイルのうちから第２及び第３送信コイルの間の接点）に該当する。すなわち、４個の送信コイルの中心部は、差動信号の仮想接地が形成され、この仮想接地ノードを通じて発振器の電源電圧を供給することができる。

【0060】

以上のように、本発明の第２実施形態の場合、前記Ｎは、偶数個であり、前記第２電源は、前記Ｎ個の送信コイル間に形成される少なくとも１つの接点のうちから中央に位置した接点に連結されるように構成することができる。すなわち、Ｎは、さらに拡張が可能である。図９及び図１０と同じ方法で拡張すれば、１つの発振器を通じて２つあるいは４つ以上の複数個の受信部に無線で電力を供給させうる。

【0061】

図１１は、図９の送信端の構成を２つの端として使ったものである。このような図１１は、２個の送信端を使って４個の送信端に電力を供給するものであって、前記図１０で、１個の送信端を使う方法とは差異点がある。

【0062】

図１０のように、１つの送信端で４個の受信端に無線で電力を供給することも可能であるが、インダクター、すなわち、送信コイルは、チップ上で形成され、これにより、コイルを構成する金属線による寄生抵抗成分は、全体無線電力伝送システムの電力変換効率を制限する要素として作用することもある。

【0063】

したがって、もし、図１０のように、４個の送信コイルが直列に連結される場合は、各コイルの寄生抵抗成分４個が直列に連結されるような効果を表わすことができるために、各コイルに伝達されるＡＣ電力に抵抗性の損失が大きく発生することもある。

【0064】

図１１は、このような問題点を解決するためのものであって、受信部が４個がある場合、図９による構成を用いて２つの送信端が４つの受信端に無線で電力を供給する。これは、図１０に対するさらに他の実施形態に該当する。

【0065】

もちろん、このような本発明の第２実施形態は、これと同じ方法で４個以上の複数個の受信部を有するチップ間の無線電力伝送システムで拡張して適用することができる。

【0066】

また、図１０と図１１とを互いに比べると、送信コイルを構成する金属線の寄生抵抗成分が小さい場合には、図１０のような形成技法を適用して全体システムの複雑度及びサイズを緩和させ、逆に送信コイルを構成する金属線の寄生抵抗成分が大きい場合は、図１１のような形成技法を適用して送信コイルの寄生抵抗成分に起因して、全体システムの効率低下を緩和させることができる。

【0067】

図１２は、本発明の第３実施形態によるチップ間の無線電力伝送装置が電力送信端に適用された構成図である。

【0068】

図１２を参照すれば、本発明の第３実施形態によるチップ間の無線電力伝送装置は、第１トランジスタＭＮ１、第２トランジスタＭＮ２、キャパシタＣ、そして、送信コイル端を含む。

【0069】

まず、図１２の第１トランジスタＭＮ１は、第１端が第１電源（ｅｘ、ＧＮＤ）に連結され、第２端を通じて第１出力信号が出力される。

【0070】

第２トランジスタＭＮ２は、前記第１及び第２実施形態のように、第１端が第１電源（ｅｘ、ＧＮＤ）に連結され、第２端が前記第１トランジスタＭＮ１のゲートに連結されており、ゲートが前記第１トランジスタＭＮ１の第２端に連結されて、前記第１トランジスタＭＮ１と交差結合されている。このような第２トランジスタＭＮ２は、第２端を通じて前記第１出力信号と逆位相の第２出力信号を出力する。

【0071】

送信コイル端は、前記第２実施形態のように、Ｎ個（図１２の場合、Ｎ＝４）の送信コイルが直列連結されており、第１送信コイルの第１端及び第Ｎ送信コイルの第２端が、第１トランジスタＭＮ１の第２端及び第２トランジスタＭＮ２の第２端にそれぞれ連結されている。このような図１２は、Ｎ＝４である場合である。

【0072】

このような送信コイル端で、前記Ｎ個の送信コイル間に形成される少なくとも１つの接点のうち、選択された１つの接点に第２電源（ｅｘ、ＶＤＤ）が連結されている。図１２の場合、４個の送信コイルの間の接点は、３個であり、その中間に該当する接点に第２電源（ｅｘ、ＶＤＤ）が連結される。

【0073】

ここで、キャパシタＣは、前記の実施形態とは異なって、送信コイルごとに並列連結されている。すなわち、４個のキャパシタＣが、４個の送信コイルＬ_Ｓ１、Ｌ_Ｓ２、Ｌ_Ｓ３、Ｌ_Ｓ４にそれぞれ並列連結されている。

【0074】

このような第３実施形態の場合も、４個の送信コイルＬ_Ｓ１、Ｌ_Ｓ２、Ｌ_Ｓ３、Ｌ_Ｓ４は、第１及び第２トランジスタＭＮ１、ＭＮ２を通じて出力される交流電力を４個の電力受信端に対応する４個の受信コイルＬ_Ｒ１、Ｌ_Ｒ２、Ｌ_Ｒ３、Ｌ_Ｒ４にそれぞれ無線伝送する。また、前記第２実施形態の場合のように、送信コイルの個数であるＮは、偶数個で構成し、第２電源は、前記送信コイル間に形成される少なくとも１つの接点のうちから中央に位置した接点に連結されるように具現可能であり、回路の拡張も可能である。

【0075】

このような図１２の場合は、発振器の共振周波数を決定するインダクターとキャパシタとの形成を異ならせたものである。前記の第１及び第２実施形態では、共振周波数を決定するインダクター（ここでは、送信コイルの役割を同時遂行）とキャパシタとを形成するに当って、無線で電力を供給する送信用コイルの役割を行うインダクターは、受信部の個数に合わせて複数個形成したならば、キャパシタは、共通して１つのみ使う例を示したものである。一方、図１２は、これを変形して、キャパシタも複数個形成して、互いに対を成しているインダクターとキャパシタのそれぞれが共振周波数を有するように形成したのである。もちろん、図１２の場合も、１つの送信端を通じて複数の受信端に無線で電力を供給することができる構造を有する。

【0076】

以上のような本発明による発振器を利用したチップ間の無線電力伝送装置によれば、送信端でＤＣ−ＡＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒを除去することによって、送信端を構成するチップの全体サイズを減少させ、生産コストを節減することができる利点がある。それだけではなく、ＤＣ−ＡＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒでの消耗電力を根本的に除去し、発振器のインダクターと送信コイルとを１つに結合することによって、受動素子で消耗する電力漏水を節減し、全体チップ間の無線電力伝送システムの電力伝送及び変換効率を増大させることができる。

【0077】

本発明は、図面に示された実施形態を参考にして説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されるべきである。

【産業上の利用可能性】

【0078】

本発明は、発振器を利用したチップ間の無線電力伝送装置に利用されうる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】