特許 6773902 絶縁バリヤを越えて電力を伝送するためのシステムおよび方法

(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】6773902

(24)【登録日】2020年10月5日

(45)【発行日】2020年10月21日

(54)【発明の名称】絶縁バリヤを越えて電力を伝送するためのシステムおよび方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20201012BHJP

【ＦＩ】

   H02M3/28 Z

【請求項の数】13

【全頁数】33

(21)【出願番号】特願2019-520419(P2019-520419)

(86)(22)【出願日】2017年10月13日

(65)【公表番号】特表2019-531045(P2019-531045A)

(43)【公表日】2019年10月24日

(86)【国際出願番号】IB2017001412

(87)【国際公開番号】WO2018069771

(87)【国際公開日】20180419

【審査請求日】2019年6月14日

(31)【優先権主張番号】62/408,017

(32)【優先日】2016年10月13日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】517338467

【氏名又は名称】アナログ・ディヴァイシス・グローバル・アンリミテッド・カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】リカルド・サパラナ

【審査官】 土井 悠生

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−００５６８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／０３８０１０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−２９７６８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０３３０１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ １／００−７／９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

絶縁バリヤを越えて電力を伝送するためのシステムであって、
前記絶縁バリヤの第１の側の一次巻線と、前記絶縁バリヤの第２の側の二次巻線とを有する変圧器と、
前記一次巻線に結合され、前記一次巻線において発振電力信号を確立するように構成された発振器と、
前記発振器に結合され、前記発振電力信号のパラメータをディザリングするように構成されたディザ回路と、
前記二次巻線に結合された受電器と、
前記受電器に結合され、発振器起動制御信号を発生させるように構成されたフィードバックコントローラと、を備え、
前記フィードバックコントローラが、前記発振器起動制御信号のサイクルタイムに、または前記発振器起動制御信号のデューティサイクルに、ディザを付加するように構成される、システム。

【請求項2】

前記ディザ回路が、前記発振電力信号の発振周波数にディザを付加するように構成される、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記ディザ回路が、前記変圧器の前記一次巻線に選択的に結合された複数のキャパシタを備える、請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

前記ディザ回路が、前記一次巻線への前記複数のキャパシタの結合を制御するように構成された疑似乱数発生器を備える、請求項３に記載のシステム。

【請求項5】

前記フィードバックコントローラが、前記受電器に接続されるかまたはその一部である電荷蓄積部を通した電圧を表す信号をディザリングし、前記発振器起動制御信号に前記ディザを付加するように構成される、請求項１に記載のシステム。

【請求項6】

前記フィードバックコントローラが、充電回路の充電電流および／またはキャパシタンスをディザリングし、前記発振器起動制御信号にディザリングを付加するように構成された充電回路をさらに備える、請求項５に記載のシステム。

【請求項7】

前記フィードバックコントローラが、カウンタ回路であって、電荷蓄積部を通した電圧を表す信号を、前記カウンタ回路のカウンタ値と比較することによって、前記発振器起動制御信号を発生させるように構成された、カウンタ回路を備え、前記フィードバックコントローラが、カウンタインクリメント、前記カウンタ回路のカウンタレート、前記カウンタ回路の初期値、または前記電圧を表す前記信号に対して付与されたオフセットのうちの１つ以上をディザリングするように構成される、請求項１に記載のシステム。

【請求項8】

絶縁バリヤを越えて電力を伝送するための方法であって、
発振器により、発振器起動制御信号に基づいて、前記絶縁バリヤの第１の側において発振電力信号を発生させることと、
ディザ回路により、前記発振電力信号をディザリングすることと、
変圧器により、前記絶縁バリヤの前記第１の側から前記絶縁バリヤの第２の側に、前記発振電力信号を伝送することと、
受電器により、前記絶縁バリヤの前記第２の側において前記発振電力信号を受信することと、
フィードバックコントローラにより、前記絶縁バリヤの前記第２の側の前記発振電力信号に基づいて、前記発振器起動制御信号を発生させることと、を含み、
前記発振器起動制御信号を発生させることが、前記発振器起動制御信号のサイクルタイムに、または前記発振器起動制御信号のデューティサイクルに、ディザを付加することを含む、方法。

【請求項9】

前記発振電力信号をディザリングすることが、前記発振電力信号の発振周波数にディザを付加することを含む、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記発振電力信号が、キャパシタンスを有する前記発振器によって発生し、前記発振電力信号の前記発振周波数に前記ディザを付加することが、前記発振器の前記キャパシタンスを変動させることを含む、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記発振器の前記キャパシタンスを変動させることが、前記発振器の前記キャパシタンスを疑似ランダムな様式で変動させることを含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記発振器起動制御信号を発生させることが、前記絶縁バリヤの前記第２の側に蓄積された電荷量に、または前記絶縁バリヤの前記第２の側の負荷に対する電圧に基づいて、前記発振器起動制御信号を発生させることを含む、請求項８に記載の方法。

【請求項13】

前記発振器起動制御信号のサイクルタイムに、または前記発振器起動制御信号の前記デューティサイクルに、ディザを付加することが、前記発振器起動制御信号の前記サイクルタイムまたは前記デューティサイクルを、前記絶縁バリヤの前記第２の側に蓄積された前記電荷量の、または前記絶縁バリヤの前記第２の側の前記負荷に対する前記電圧の関数として設定することを含む、請求項１２に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願
本出願は、代理人番号Ｇ０７６６．７０１３０ＵＳ００において、２０１６年１０月１３日に出願された米国特許仮出願番号第６２／４０８，０１７号、発明の名称「ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＴＲＡＮＳＦＥＲＲＩＮＧ ＰＯＷＥＲ ＡＣＲＯＳＳ ＡＮ ＩＳＯＬＡＴＩＯＮ ＢＡＲＲＩＥＲ」に対する３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ． セクション １１９（ｅ）による利益を主張し、その全体が、参照により本明細書に組み入れられる。

【0002】

本開示は、絶縁バリヤを越えて電力を伝送し、電力を伝送するために使用される発振信号のスペクトル分布を修正するためのシステムおよび方法ことに関する。本開示はまた、データが第１および第２の電圧ドメイン間で通信されることができるように、データアイソレータチャネル内の回路に電力供給するためのデータアイソレータチャネルおよび電力伝送回路を含む集積回路に関する。

【背景技術】

【0003】

絶縁バリヤの第１の側から絶縁バリヤの第２の側に電力を伝送するためのシステムを提供することが知られている。例えば、チップスケールパッケージ内の構成要素は、２つの別個の電圧ドメイン内で機能し、各電圧ドメインは、絶縁バリヤの異なる側にある。アイソレータの第１の側の電圧ドメインは、比較的低電圧のドメインであってもよく、それ自体で、低電圧電源および接地接続を備え得る。逆に、アイソレータの第２の側の電圧ドメインは、より高いかまたは場合によっては不明である場合がある。代替的には、第１の電圧ドメインと名目上同じであっても、動作上考慮すべき点または障害状態への応答によって、依然としてガルバニック絶縁が望ましい場合がある。アイソレータは、第１の側を第２の側から直流的に絶縁するための絶縁バリヤを包含し、それによって、絶縁バリヤの第１の側の電子部品が、高電圧、予期しない電圧、不明な電圧および第２の側の電流によって破損しないが、２つの別個の電圧ドメイン内の回路またはシステムが通信することができるようにされている。

【0004】

絶縁バリヤの第１の側から第２の側に電力を伝送し、例えば、第２の側の電子部品、例えばデータを伝搬するために使用されるデータ送受信機に、絶縁バリヤを越えて電力供給する必要がある場合がある。加えて、絶縁バリヤの第１の側から第２の側への電力の伝送を開始および制御するために、異なる電圧ドメイン間でデータまたは制御信号を伝送させる必要がある場合がある。

【0005】

絶縁バリヤの第１の側から絶縁バリヤの第２の側の構成要素に電力を提供するときのシステムの動作は、望まれない電気的干渉またはノイズを発生させる場合がある。この電気ノイズは、電力伝送システムに近接している電気部品にとって問題となる場合がある。したがって、電絶縁バリヤを越えて力または電荷を伝送するときに発生する干渉に対処するためのシステムおよび方法を開発することに対する継続した要望がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】米国特許第８，７３６，３４３号明細書

【特許文献2】国際公開第２００４／１００４７３号パンフレット

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の第１の態様では、絶縁バリヤを越えて電力を伝送するためのシステムが提供される。電力伝送システムは、絶縁バリヤの第１の側の一次巻線と、前記絶縁バリヤの第２の側の二次巻線とを有する変圧器を備える。電力伝送システムはさらに、変圧器の一次巻線において、変圧器の二次巻線に伝送された発振電力信号を確立するように構成された発振器を備える。本システムはさらに、本システムによって発生したノイズのスペクトル分布を修正するように、発振電力信号のパラメータをディザリングするように構成された手段を備える。

【0008】

また、チップスケールパッケージに包含され、第１および第２の電圧ドメイン間でデータを伝送するように適合されたアイソレータが設けられ、アイソレータは、電力伝送システムによって電力供給され、電力伝送システムの一部として使用される発振器に、変動または動揺を付加するように動作可能である回路を有する。

【0009】

絶縁バリヤを越えて電力を伝送するための方法がさらに提供され、絶縁バリヤの第１の側において発振電力信号を発生させることと、絶縁バリヤの第１の側から絶縁バリヤの第２の側に、発振電力信号を伝送することと、発振電力信号のスペクトル分布を修正するように、発振電力信号をディザリングすることと、を含む。

【0010】

絶縁バリヤを越えて電力を伝送するためのシステムがさらに提供され、本システムは、絶縁バリヤの第１および第２の側に及ぶアイソレータおよび変圧器を備え、変圧器は、絶縁バリヤの第１の側の一次巻線と、絶縁バリヤの第２の側の二次巻線とを有する。絶縁バリヤの第１の側の発振器は、変圧器の一次巻線に発振電力信号を提供するように構成される。絶縁バリヤの第２の側の受電器は、変圧器の前記二次巻線に結合され、伝送された発振電力信号からの電荷を電荷蓄積装置内に蓄積するように構成される。制御回路は、受電器に結合され、電圧に基づくレートで値を変化させる疑似乱数またはシーケンスを発生させるように構成される。発振器ドライバは、アイソレータを介してコントローラに結合され、疑似乱数を受信し、発振器を制御して、疑似乱数またはシーケンスに従って発振電力信号を確立する。

【0011】

一実施形態によれば、絶縁バリヤを越えて電力を伝送するための方法が提供される。該方法は、絶縁バリヤの第１の側において発振電力信号を発生させることと、絶縁バリヤの第１の側から絶縁バリヤの第２の側に、発振電力信号を伝送することと、絶縁バリヤの第２の側において、伝送された発振電力信号からの電荷を蓄積することと、絶縁バリヤの第２の側において蓄積された電荷の量に基づくレートで値を変化させる疑似乱数を発生させることと、数値に従って発振電力信号を発生させるように、絶縁バリヤの第１の側から絶縁バリヤの第２の側に疑似乱数を伝送することと、を含む。

【0012】

本発明の一態様によれば、絶縁バリヤを越えて電力を伝送するためのシステムが提供される。該システムは、絶縁バリヤの第１の側の一次巻線と、絶縁バリヤの第２の側の二次巻線とを有する変圧器と、一次巻線に結合され、一次巻線において発振電力信号を確立するように構成された発振器と、発振器に結合され、前記発振電力信号のパラメータをディザリングするように構成されたディザ回路と、を備える。

【0013】

本発明の一態様によれば、絶縁バリヤを越えて電力を伝送するための方法が提供される。該方法は、絶縁バリヤの第１の側において発振電力信号を発生させることと、絶縁バリヤの第１の側から絶縁バリヤの第２の側に、発振電力信号を伝送することと、発振電力信号のスペクトル分布を修正するように、発振電力信号をディザリングすることと、を含む。

【0014】

本発明の一態様によれば、絶縁バリヤを越えて電力を伝送するためのシステムが提供される。該システムは、絶縁バリヤの第１および第２の側を分離する変圧器であって、変圧器が、絶縁バリヤの第１の側の一次巻線と、絶縁バリヤの第２の側の二次巻線とを有する、変圧器と、変圧器の一次巻線に発振電力信号を提供するように構成された、絶縁バリヤの第１の側にある発振器と、発振電力信号を受信するように、変圧器の二次巻線に結合された、絶縁バリヤの第２の側にある受電器と、受電器に結合され、疑似乱数またはシーケンスを発生させるように構成された制御回路と、制御回路に結合され、発振器を駆動させて、疑似乱数またはシーケンスに基づいて発振電力信号を確立するように構成された発振器ドライバと、を備える。

【0015】

本開示の実施形態は、例示のみを目的とし、かつ図面と併せて与えられる以下の記載から、当業者にはよりよく理解され、容易に明らかとなるであろう。図面においては、同様の参照符号は、同様の構成要素に関連する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本開示の様々な実施形態が動作し得る例示的な環境を表すシステムの一部のブロック図である。

【図2】図１のマシン内部の異なる電圧ドメイン間の絶縁バリヤのブロック図である。

【図3】図２のデータ送信システムを例証することを目的とした、ＵＳ ８，７３６，３４３からの抜粋である。

【図4】図３の回路において選択された波形を示すタイミング図である。

【図5】本開示の実施形態を構成する、絶縁バリヤを越えて電力を伝送するためのシステムの概略ブロック図である。

【図6】本開示の教示による、絶縁バリヤを越えて電力を伝送するための方法のフロー図である。

【図7】本開示の実施形態による、絶縁バリヤを越えて電力を伝送するためのシステムの概略回路図である。

【図8】本開示の実施形態による発振器の概略回路図である。

【図9】本開示の実施形態による疑似乱数発生器の概略回路図である。

【図10】本開示の別の実施形態による発振器の概略回路図である。

【図11A】本開示の実施形態によるコントローラのフィードバックモジュールの回路の概略回路図である。

【図11B】別の実施形態によるコントローラのフィードバックモジュールの回路の概略回路図である。

【図12】図１１Ａおよび図１１Ｂに示される回路の動作に関連するタイミング図である。

【図13】本開示の別の実施形態による、絶縁バリヤを越えて電力を伝送するためのシステムの概略ブロック図である。

【図14】本開示のさらなる実施形態による、絶縁バリヤを越えて電力を伝送するためのシステムの概略ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

概要
本開示の様々な実施形態はシステムおよび絶縁バリヤを横切って電力を供給または充電するための方法に関する。具体的な実施形態は、電力を伝送するときに発生する信号のスペクトル分布を修正することに関する。

【0018】

図１は、様々な実施形態が動作し得る環境の一例を図示する。具体的には、環境は、プロセス、例えば工業的製造プロセスを実行するためのマシン１０００の一部を図示する。以下に続く例は、本開示のいくつかの実施形態が動作し得るかまたは使用され得る範囲内の非限定的な文脈を提供するためにのみ開示されることが理解されるべきである。他の実施形態は、様々な環境の中で、例えば様々な電子機器の中で動作し得る。例示的な電子デバイスは、民生用電子製品、航空宇宙製品、自動車製品、電子製品の部品、電子試験機器等を含むことができるが、これらに限定されない。民生用電子製品の例には、無線装置、携帯電話（例えば、カメラ付きスマートフォン）、コンピュータモニタ、コンピュータ、ハンドヘルドコンピュータ、タブレットコンピュータ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、電子レンジ、冷蔵庫、ステレオシステム、ＤＶＤプレーヤ、ＣＤプレーヤ、デジタルビデオレコーダー（ＤＶＲ）、ＭＰ３プレーヤ、ラジオ、カムコーダー、カメラ、デジタルカメラ、ポータブルメモリチップ、洗濯機、乾燥機、洗濯機／乾燥機、コピー機、ファクシミリ機、スキャナ、多機能周辺機器、スマートウォッチ、時計等を含むことができるが、これらに限定されない。さらに、電子機器は、未完成品を含むことができる。

【0019】

図１に示された例を参照すると、マシン１０００は、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バス１００２を含み、これは、モータ駆動回路を有するモータ１００４、マイクロコントローラ１００６、および位置センサ１００８の各々に接続される。マイクロコントローラ１００６は、ＣＡＮバス１００２を介してモータ制御信号をモータ１００４に送信することができる。モータ１００４は、受信されたモータ制御信号によって指示されたように動作し得る。位置センサ１００８は、モータ１００４の位置を判定することができるように、モータ１００４と関連付けられ得る。位置センサ１００８は、モータ１００４の位置に関するモータ位置データを生成し得、位置センサ１００８は、ＣＡＮバス１００２を介して、マイクロコントローラ１００６にモータ位置データを送信し得る。このように、マイクロコントローラ１００６は、受信されたモータ位置データに基づいてモータ制御信号を発生させることができる。

【0020】

マシン１０００の１つ以上の構成要素は、１つ以上のマシン１０００の１つ以上の他の構成要素とは異なる電圧ドメインで動作してもよい。例えば、ＣＡＮバス１００２は５Ｖで動作してもよく、モータ１００４は数百ボルト以上で動作してもよく、マイクロコントローラ１００６は３Ｖ程度で動作してもよく、位置センサは未知の電圧で動作してもよい。したがって、それぞれの異なる電圧ドメイン間では、次のことが望ましいかまたは必要である。（ｉ）１つの電圧ドメインをその他の電圧ドメインから絶縁すること、および（ｉｉ）絶縁された電圧ドメイン間のデータの伝送を容易にすること。例えば、マイクロコントローラ１００６からモータ１００４およびモータ駆動回路にモータ制御信号を送信するために、制御信号は、まずマイクロコントローラの電圧ドメインからＣＡＮバスの電圧ドメインへ、そして次にＣＡＮバスの電圧ドメインからモータの電圧ドメインへと伝送される必要がある。これは、図２に示されるような装置を使用して行われ得る。

【0021】

図２から分かるように、絶縁バリヤ４の第１の側１０の回路は、絶縁バリヤ４の第２の側１２の回路から分離されている。第１の側１０は、マイクロコントローラ１００６の電圧ドメインを表し得、第２の側１２は、ＣＡＮバス１００２の電圧ドメインを表し得る。第１のデータ送信システム１０１６が設けられ、それによって、データ（例えば、モータ制御信号）が、絶縁バリヤ４を越えて第１の側１０から第２の側１２へ伝送されることができるようにされる。任意には、第２のデータ送信システム１０１８が設けられ、それによって、データ（例えば、モータ位置データ）が、絶縁バリヤ４を越えて第２の側１２から第１の側１０へと伝送されることができるようにされる。データ送信システム１０１６、１０１８の各々は、一方の側に送信機（ＴＸ）を含み、他方の側に受信機（ＲＸ）を含む。送信機および受信機は、アイソレータ（Ｉ）を介して相互に結合され、それによって、受信機は、送信機からデータを受け取ることができるが、そこからＤＣ絶縁されている。このように、データは、絶縁バリヤ４を越えて伝送されることができる。データ伝送チャネル１０１６および１０１８の構成要素、絶縁バリヤ、データおよび電力を一方の側の絶縁バリヤからその他のものに伝送する構成要素、１つ以上の受信機および電力伝送システム２はすべて、１つまたは複数のダイ上に構成要素を含み得る単一の集積回路スタイル（チップスケール）パッケージで提供されることができる。

【0022】

電源１０２０は、絶縁バリヤ４の第１の側１０に位置付けられ、第１の側１０の電子部品に電力を供給する。加えて、第２の側１２の電子部品もまた、電源１０２０から提供されることができる電力を必要とする場合がある。いくつかのケースでは、第２の電圧ドメイン（側１２）の電力の状態、すなわち、存在しないかどうかが不明な場合があるため、第２の電圧ドメインの電力に頼って絶縁バリヤ４の第２の側１２の受信機と送信機に電力を供給することは、それらのための電力が第２の電圧ドメインから確実に得られ、適切な電圧に変換されたとしても、賢明ではないであろう。例えば、第１の電圧ドメインが、分散したシステムを制御するためのＣＰＵを含む場合、第１の電圧ドメイン内の送信機および受信機のための電力は、ＣＰＵが電力供給されずコントロールシステムは機能していないかについての観察に基づいて、第１の電圧ドメインから直接取られることができる。第１の電圧ドメインが起動している場合、電力はアイソレータを介して第２の電圧ドメイン内の送信機および受信機に供給されることができ、それによって、第２の電圧ドメインで電力が「オン」であるかどうかにかかわらず、これらの装置が動作可能であることを確実にすることができるようにされる。したがって、絶縁バリヤ４を越えて第１の側１０から第２の側１２に電力を伝送して第２の側１２の電子部品に電力を供給するための電力伝送システム２が設けられている。

【0023】

様々な実施形態により、電力伝送システム２の機能性を提供することを目的としたシステムおよび方法が提供される。以下の説明は、そのような実施形態の概要である。

【0024】

一実施形態では、電源１０２０からのＤＣ電力は、ＤＣからＡＣに変換され、それによって、電力が絶縁バリヤ４を越えて、変圧器を介して伝送されるようにされる。変圧器の一次巻線は、絶縁バリヤ４の第１の側１０に位置付けられた発振器によって発生した発振電力信号を受信する。受電器（例えば、整流器および蓄積装置）は、絶縁バリヤ４の第２の側１２に位置し、伝送された発振電力信号を受信して整流する。負荷回路もまた、絶縁バリヤ４の第２の側に配置され、動作するために受電器から電力を受け取るように配置される。このように、絶縁バリヤ４の第１の側１０の電源１０２０から電力を引き込み、絶縁バリヤ４の第２の側１２に伝送し、負荷回路に電力供給することができる。負荷回路は、データ送信システム１０１６および／またはデータ送信システム１０１８の送信機、ならびに／もしくは他の部品の受信機であってもよい。

【0025】

システム２は、絶縁バリヤの第１の側１０から第２の側１２への電力の伝送を制御または調整するためのフィードバック経路（以下でさらに詳述する）を含み得る。具体的には、ドライバは、発振器を制御し、第１の側１０で受信された制御信号に基づいて、発振電力信号を発生させてもよい。制御信号は、コントローラによって絶縁バリヤ４の第２の側１２に発生させることができる。ドライバは、絶縁バリヤ４の第１および第２の側にまたがるさらなるアイソレータを介して、コントローラから制御信号を受信し得る。コントローラは、受電器によって蓄積された電荷またはエネルギの量に基づいて、または負荷のうちの一方における供給電圧に基づいて、少なくとも１つの制御信号を発生させ得る。具体的には、ドライバは、発振器を起動させて、ステータス、例えば制御信号または信号の「有効」または「無効」に基づいて、発振電力信号を発生させ得る。制御信号は、第１の側１０から第２の側１２へ電力を伝送させ、それによって、受信機によって蓄積された電荷の量が、許容範囲内に収まるようにし得、すなわち、第２の側１２の過電圧状態を避けながら、負荷回路を動作させるための最低要件を満たすようにし得る。

【0026】

上記のシステムは、集積回路パッケージ内での高信頼の電力伝送を提供し、それによって、第２の電圧ドメイン内の重要な構成要素が、第２の電圧ドメインの状態に関係なく電力供給されることができるようにされる。このことは、ピン配置が制限されている場合にパッケージ内のピン数を減らすためか、またはいくつかの構成要素、例えば受信機または電力切替トランジスタを制御する回路等の動作の信頼性を改善するために利用されることができる。

【0027】

しかしながら、変圧器の一次巻線に結合された発振器の動作は、他のシステムへの干渉の原因となる可能性がある。干渉は２つの異なる方法で発生する場合がある。第一に、発振電力信号は、変圧器をまたいだ電力伝送が効率的であるように、一定の発振周波数を有し得るが、これは、一次巻線が、ＬＣタンク回路に含まれ、一次巻線における電圧を増大させるためである。しかしながら、この一定の発振周波数は、他の回路の観点からは、発振周波数に関するノイズまたは干渉ピークを引き起こす可能性がある。発振器の出力は狭い範囲の周波数に集中しているので、第１のノイズ成分（発振器の周波数）は、隣接する電子部品に対する問題となる可能性がある。第二に、システム２の定常状態動作は、受電器が一定の負荷に電力供給する場合、周期的であり得る。そのような定常状態条件下では、制御信号は、受電機の実質的に一定のサイクル周波数での周期的な充電および放電サイクルを生じさせる実質的に一定のデューティサイクルを有し得る。この周期的な動作は、第２のノイズ成分を生じさせる場合がある。さらに、これら２つのノイズ成分を組み合わせて、発振電力信号の発振周波数に主なノイズピークを有し、オン／オフ切替のサイクル周波数によって発振周波数からオフセットされるより小さいピークを有する複合ノイズシグネチャを生成し得る。

【0028】

第１、第２および複合ノイズ成分が、隣接する電子部品に及ぼす悪影響を軽減するために、本開示の実施形態は、システムパラメータをディザリングして、発振器周波数の分布を修正し、例えばより広い周波数範囲にわたってノイズを拡散させる機能を含む。このように、所与の周波数における電力を低減することができる。以下、この概念を「ノイズ拡散」と称する。

【0029】

１つの手法では、発振器の周波数は、発振電力信号によって生じるノイズを拡散させるためにディザリングされ得る。具体的には、発振器は、発振電力信号の発振周波数にディザを加えるように構成されたディザ回路を含み得る。この技術は、共振回路に付与可能であり得、実際には切替モード電源において使用され得るように、非共振回路に付与可能であり得る。ディザ回路は、発振器および／または変圧器に結合された複数の別個に制御可能なキャパシタを含み得、ディザ回路は、ディザ回路のキャパシタを変動させて、発振電力信号の発振周波数にディザを加えるよう、複数のキャパシタを制御してもよい。キャパシタの値は、好適なコントロールによって決定論的に制御可能であり得る。好ましくは、ディザ回路は、疑似乱数発生器を含み得、ディザ回路は疑似ランダムシーケンスに従って、ディザ回路のキャパシタンスを変えるように複数のキャパシタを制御し得る。

【0030】

加えてまたは代替的には、制御信号の制御サイクル期間（例えば、オン時間およびオフ時間の合計）は、システムの周期的な充電および放電によって生じるノイズを拡散させるためにディザリングされ得る。具体的には、コントローラは、制御信号の制御サイクルにディザを追加するように構成され得る。コントローラは、受電器によって蓄積された電荷量に基づいて変化する信号を生成するように構成されてもよく、コントローラは、制御信号のデューティサイクルまたは周波数を設定し、制御信号に基づいて発振器の起動を変動させるように構成されてもよい。例えば、コントローラは、蓄積された電荷または受電器出力電圧を表す信号と閾値との間の差として制御信号を形成し得る。閾値は、固定されていてもよく、または可変であってもよい。また、コントローラは、制御信号にディザを付加し、差をディザリングするように構成されてもよい。いくつかのシステムでは、コントローラは、充電電流および／または受電器回路のキャパシタンスをディザリングし、制御信号の起動のサイクルタイムにディザを付加するように構成された回路をさらに含み得る。

【0031】

したがって、任意の特定の周波数において、第１および／または第２の、ならびに／もしくは複合ノイズ成分の大きさと時間との積を任意の特定の周波数で減少させるように、ノイズ成分をより広い周波数範囲にわたって拡散させ得る。このように、ノイズ成分は、電力伝送システムに非常に近接している電子部品、例えば同じかまたは隣接する集積チップ上にある電子部品にとってさほど問題とはならない。このように、絶縁バリヤを越えて電力を伝送し、居住用ＥＭＩクラスＢ規格等の電磁干渉（ＥＭＩ）放射規格を満たすシステムを提供し得る。

【0032】

データ伝送機構の例
図２を参照して上述したように、第１および第２のデータ送信システム１０１６および１０１８は、絶縁バリヤ４を越えてデータを送信する。完全を期すために、本開示の具体的な実施形態を詳細に説明する前に、図３および４を参照して、データが絶縁バリヤ４を越えて送信され得る１つの例示的な機構を以下に提供する。

【0033】

図３および４は、Ａｎａｌｏｇ ｄｅｖｉｃｅｓ， Ｉｎｃ．が所有するＵＳ８，７３６，３４３に開示されており、参照により本明細書に組み入れられる（特に、ＵＳ８，７３６，３４３の図４、５ならびに６、および符号化ならびに復号化回路は詳細に説明されている関連文面の教示を参照）。

【0034】

図３は、一対のエッジ検出器１２０２および１２０４からの符号化された立ち上りおよび立ち下がりエッジインジケータが、単一のマイクロ変圧器１２１０に送られる論理信号アイソレータ１２００を示す。立ち上りエッジおよび立ち下がりエッジインジケータは、異なる識別可能な信号として符号化される。すなわち、立ち上りエッジ検出器１２０２から出力されるＳＥＴ＿ＨＩ信号は、立ち下がりエッジ検出器１２０４から出力されるＳＥＴ＿ＬＯ信号とは別個である。変圧器１２１０の二次巻線１２１０Ｂに接続された受信側回路（通常、シュミットトリガか、または他の適切な波形整形回路を介する）は、その後これら２つの信号間の識別に基づいて、論理エッジを再構築する。図３のデータＩＮ信号は、マイクロコントローラ１００６電圧ドメインにおけるモータ制御信号データを表し得、一方で図３のデータＯＵＴ信号は、ＣＡＮバス１００２電圧ドメインにおけるモータ制御信号データを表し得ることが理解されるべきである。このように、図３の論理信号アイソレータ１２００は、図２のデータ送信システム１０１６の一例を提供し得る。言い換えれば、論理信号アイソレータ１２００の機能は、マイクロコントローラ１００６からモータ制御信号データを取り、そのデータを、絶縁バリヤを越えてＣＡＮバス１００２に送信することであり得る。次に、データは、図３と同様である第２の論理信号アイソレータ（図示せず）を介して、第２のアイソレータ内に埋め込まれた第２の絶縁バリヤを横切って伝送されることができる。いったん第２の時間に送信されると、データは、モータ１００４およびそのドライバによって受信され、モータ１００４の動作を制御することができる。

【0035】

論理信号アイソレータ１２００に目を向けると、エッジ検出器１２０２が２つの連続する短いパルス１２３２および１２３４を立ち上りエッジインジケータとして発生させ、エッジ検出器１２０４が単一のパルス１２３６のみを立ち下がりエッジインジケータとして発生させる例が図示される。パルス１２３２および１２３４は、好ましくは、それらの間に既知の固定間隔を有する。変圧器１２１０が広帯域幅のマイクロ変圧器である場合、パルス幅は、１ｎｓ程度、またはさらにそれ以下に狭くてもよい。エッジ検出器１２０２および１２０４の出力は、好適な組み合わせ論理、例えばＯＲゲート１２４０によって組み合わせられ、変圧器１２１０の一次巻線１２１０Ａを駆動する。

【0036】

当該概念は、２つの異なる識別可能な信号を使用することである。それらは、単一のパルスおよび二重のパルスである必要はない。例えば、狭いパルス（例えば、１ｎｓ）を１つのエッジインジケータとして使用することができ、より広いパルス（例えば、２ｎｓ）をその他のエッジインジケータとして使用することができる。受信機１２５０が２つの信号を区別できることのみが必要である。当該概念は、他の識別可能な信号の使用に向いているが、同時に、不必要に複雑な構成を使用することを望まないか、または信号処理に何らかの著しい遅延を付加しないものに向いている。図示されたもの以外の信号については、ＯＲゲート１２４０を、エッジ検出器の出力を、変圧器を駆動するための単一の信号に効果的に組み合わせるであろう他の要素と置き換える必要がある場合がある。

【0037】

ＳＥＴ＿ＨＩ信号内の２つのパルスは、それらの間に既知の固定間隔を有する。２つのパルスの総持続時間と、ＳＥＴ−ＨＩ信号内の両者間に介在するギャップとは、入力信号内の２つの立ち上りエッジ間の最短間隔に関して十分に短い場合、ＳＥＴ−ＨＩパルスとＳＥＴ＿ＬＯパルスとの間の分解能を可能にする。

【0038】

受信回路１２５０は、二次巻線１２１０Ｂに接続され、したがって第２の電圧ドメイン内で変圧器１２１０の出力を回復し、ＳＥＴ−ＨＩパルスとＳＥＴ＿ＬＯパルスとの間で識別し、入力論理信号をデータ出力信号として再構成する。より具体的には、ノード１２５２で受信されたパルスは、Ｄ型フリップフロップ１２５４をクロック制御し、非再トリガ可能なエッジトリガ型単安定マルチバイブレータ１２５６への入力としても機能する。マルチバイブレータ１２５６は、ライン１２５８上に、少なくともＳＥＴ＿ＨＩ信号内のパルス１２３２とパルス１２３２とパルス１２３４との間の間隔の組み合わせと同じ長さであるパルスを出力する。２つのパルス１２３２および１２３４が、各々持続時間が約１ｎｓであり、それらの間の間隔が同様の持続時間である場合、ライン１２５８上のパルスは、少なくとも長さ約２ｎｓであるべきであり、この例では、フリップフロップ１２５４のクロッキングを容易にするための「保持」時間を可能にするために３ｎｓが使用される。ライン１２５８は、フリップフロップ１２５４のＤ入力と、そのフリップフロップのリセット入力と、インバータ１２６２の入力とに接続される。インバータ１２６２の出力は、エッジ検出器１２６４の入力に接続され、フリップフロップ１２５４のＱＢ出力（相補出力）は、別のエッジ検出器１２６６の入力に接続される。エッジ検出器１２６４の出力は、ＡＮＤゲート１２７２および１２７４の各々のうち一方の入力に接続される。エッジ検出器１２６６の出力は、ＡＮＤゲート１２７２の第２の入力に接続され、インバータ１２７６を通してＡＮＤゲート１２７４の第２の入力に接続される。次に、ＡＮＤゲート１２７２の出力は、セット／リセットラッチ１２７８のセット入力に接続され、ＡＮＤゲート１２７４の出力は、ラッチ１２７８のリセット入力に接続される。データＯＵＴ信号は、グリッチフィルタによって受信された、分離されたわずかに遅延したデータＩＮ信号のバージョンに対応し、ラッチ１２７８のＱ出力に出現する。

【0039】

ここで、この回路の動作を、図４の波形を参照して説明する。データＩＮ入力が波形１３０２を有すると仮定する。ノード１２５２において、ＣＯＩＬ信号が受信される。パルス１２３２および１２３４は、入力信号の立ち上り正方向エッジに応答して、エッジ検出器１２０２によって発生し、パルス１２３６は、入力信号の負方向の立ち下がりエッジに応答して、エッジ検出器１２０４によって発生する。エッジトリガ型単安定（ＥＴＭＳ）マルチバイブレータ１２５６は、ＥＴＭＳで示されるように、ライン１２５８上に出力波形を発生させる。ＥＴＭＳ信号において、パルス１２３２の立ち上りエッジは、パルス１３０４を発生させる。単安定１２５６は、パルス１２３２の立ち下がりエッジに、または第２のパルス１２３４のいずれかのエッジに応答して何もしない。パルス１３０４が出力された後にのみ、単安定１２５６は新しい入力に応答することができ、これはパルス１２３６の立ち上りエッジを受信したときに行われる。パルス１２３６の立ち上りエッジの検出は、パルス１３０６の出力を生じさせる。

【0040】

２つの初期パルスのうちの第２のパルス１２３４が検出され、出力信号は以下のように形成される。第１のパルス１２３２がフリップフロップ１２５４をクロック制御すると、フリップフロップのＤ入力は、依然としてライン１２５８上のエッジトリガ型単安定マルチバイブレータからの低出力を認識する。このことは、フロップ１２５４のＱＢ出力が、高い値に設定され、Ｑ出力は低い値に設定されることを意味する。第２のパルス１２３４が受信されてフリップフロップ１２５４をクロック制御すると、エッジトリガ型単安定の出力はここで高くなり、フリップフロップ１２５４のＱＢ出力は低い値に遷移する。すなわち、フリップフロップ１２５４は、図４の「２パルス検出」信号のパルス１３０８の立ち上りエッジにおけるもののように高くなる。このＨ−Ｌエッジは、エッジ検出器１２６６によって検知され、これはＡＮＤゲート１２７２の第２の（ボトム）入力に対するパルス１３１０を生成する。そして、インバータ１２６２を通した伝播遅延の後、エッジ検出器１２６４は、インバータ１２６２の出力における高低遷移（エッジ）を認識し、それに応答して、ＡＮＤゲート１２７２の第１の（トップ）入力と、ＡＮＤゲート１２７４の第１の（トップ）入力とに対する正方向パルス１３１２を発生させる。

【0041】

インバータ１２６２は、フリップフロップ１２５４のＤ入力からＱＢ出力までのものと実質的に等しい伝播遅延を有するように設計される。したがって、エッジ検出器１２６４および１２６６は、ＡＮＤゲート１２７２に対して実質的に同時に出力パルス１３１０および１３１２を生成する。その結果、ＡＮＤゲート１２７２の出力１３１４は同時に低から高になり、ＳＲフリップフロップ１２７８のセット（Ｓ）入力を設定し、データ出力信号であるそのＱ出力は高になる。ＡＮＤゲート１２７４の第２の（ボトム）入力は、インバータ１２７６を介してエッジ検出器１２６６の出力に応答するので、第１および第２のパルスは、ＡＮＤゲート１２７４の出力に影響を及ぼさず、フリップフロップ１２７８の出力に影響を与えない。しかしながら、第３のパルス１２３６がエッジトリガ型単安定器１２５６をトリガして、その第２の出力パルス１３０６を生成すると、これは、上述したように、結果として単安定出力パルスの立ち下がりエッジ時に、エッジ検出器１２６４の出力におけるパルスを生成することになる。インバータ１２７６からのＡＮＤゲート１２７４の第２の入力は、このとき高となるが、それは、エッジ検出器１２６６の出力が第２のパルス検出信号１３０８を発生させるときにのみ低となるためである。したがって、フリップフロップ１２７８のリセット（Ｒ）入力は、エッジ検出器１２６４からの出力パルスの立ち下がりエッジ時に（パルス伝播遅延）、ＡＮＤゲート１２７４からの出力パルス１３１６を認識し、ラッチ１２７８がリセットされ、データＯＵＴ信号が低になる。

【0042】

別の実施形態では、図３の論理信号アイソレータ１２００は、例えばＦＥＴまたは絶縁ゲートバイポーラトランジスタの形態の、データＯＵＴ信号に結合された入力を有する他の構成要素を含んでもよい。この例では、電源スイッチは、モータ１００４等のさらなる構成要素に接続され得る。このように、モータ１００４は、データＩＮ信号およびデータＯＵＴ信号によって表される制御信号データに基づいて、電源スイッチによって起動させ得る。

【0043】

図５は、電力伝送システム２の実施形態をより詳細に示す。システム２は、順方向動力伝達経路内に変圧器６と、フィードバック経路内に、絶縁バリヤ４の第１の側１０を絶縁バリヤ４の第２の側１２から分離するアイソレータ８とを含む。変圧器６は、第１の側１０に関連する一次巻線１４と、第２の側１２に関連する二次巻線１６とを含む。一次および二次巻線は、誘電体層または誘電体スタックの両側に巻線を有するマイクロ変圧器の一部として形成されてもよい。マイクロ変圧器は、半導体製造技術を使用して、半導体基板上に形成されることができる。

【0044】

発振器１８は、第１の側１０に配置され、一次巻線１４に結合されている。発振器１８は、使用時に一次巻線１４において発振電力信号２０を発生させるように構成される。発振電力信号２０は、電力が絶縁バリヤ４を越えて伝送されることができる手段を提供する。システム２は、ＤＣ電源２２を受信し得、発振器１８はＤＣ／ＡＣ変換器として機能する。また、ドライバ２４は、第１の側１０に配置されている。ドライバ２４は、発振器１８に結合され、発振器１８の動作を制御するようにされている。ドライバ２４は、絶縁バリヤ４の第１の側１０のアイソレータ８の第１の部分に結合される。アイソレータ８の第２の部分は、第２の側１２にあり、ドライバ２４は第２の側１２からアイソレータ８を介して制御信号２６を受信することができる。制御信号２６は、発振器１８を制御するための制御信号が絶縁バリヤ４を越えて伝送されることができる手段を提供する。一実施形態では、制御信号２６は、発振信号であるか、またはパルスもしくはパルス列であることができる。

【0045】

使用時には、変圧器６の一次巻線１４における発振電力信号２０は二次巻線１６に結合し、その中に信号２０ａを誘起する。第２の側１２に位置付けられた受電器２８は、二次巻線１６に結合されて、伝送された発振電力信号２０ａを受信する。受電器２８は、伝送された発振電力信号２０ａからの電荷を蓄積するように構成される。このように、電力は、変圧器６を介して第１の側１０から第２の側１２へ絶縁バリヤ４を越えて供給される。以下により詳細に説明されるように、受電器２８は、発振電力信号２０ａを整流するための整流器と、整流された発振電力信号２０ａからの電荷を蓄積するための蓄積装置（例えば、キャパシタ）とを含み得る。負荷回路３０は、第２の側１２に配置されてもよく、そこから電力を受け取るように受電器２８に結合されてもよい。

【0046】

本実施形態では、第２の側１２にも位置付けられたコントローラ３２は、受電器２８に結合され、受電器２８に蓄積された電荷の量を、例えばリザーバキャパシタを通した電圧を監視することによって判定する。コントローラ３２は、受電器２８によって蓄積された電荷の量に比例する信号を発生させるための回路（例えば、分圧器）を含み得る。コントローラ３２は、使用時に、制御信号２６ａを発生させるように構成される。制御信号２６ａは、発振器がオンであるかまたはオフであるかを定義する。本開示のいくつかの実施形態では、制御信号は、発振器１８の起動のデューティサイクルを制御するパルス幅変調信号であり得る。コントローラ３２は、受電器２８によって蓄積された判定された電荷量に基づいて、起動のデューティサイクルを設定する。コントローラ３２は、アイソレータ８の第２の部分、すなわち第２の側１２に関連するアイソレータの部分に結合され、それによって、絶縁バリヤ４の第２の側１２のコントローラ３２によって発生した制御信号２６が、アイソレータ８を介して、絶縁バリヤ４の第１の側１０上のドライバ２４に送信されることができるようにされる。このように、発振器１８を制御するための制御信号は、受電器２８に蓄えられた電荷に基づいて、第２の側１２において発生することができ、その後、絶縁バリヤ４を越えて第１の側１０へ伝送されることができ、それによって、それらが発振器１８の制御に使用されることができるようにされる。

【0047】

ドライバ２４は、制御信号２６に基づいて、発振器１８の動作を制御し、それによって、発振器１８が、制御信号２６の起動、すなわちその状態のデューティサイクルに従って、発振電力信号２０を生成するようにされる。

【0048】

システム２の動作を、図６の方法５０を参照してさらに説明する。

【0049】

ブロック５２では、発振電力信号２０が、絶縁バリヤ４の第１の側１０で発生する。ブロック５４では、発振電力信号２０が、絶縁バリヤ４の第１の側１０から第２の側１２へ伝送される。一実施形態では、発振電力信号２０は、変圧器６によって第１の側１０から第２の側１２へ伝送される。このように、変圧器６は、絶縁バリヤ４を越えて発振電力信号２０を伝送するための手段を提供する。

【0050】

ブロック５６で、伝送された発振電力信号２０から電荷が回収され、蓄積される。一実施形態では、伝送された発振電力信号２０は、受電器２８によって受信され、受電器は、受信された信号からの電荷をリザーバキャパシタに蓄える。このように、受電器２８は、発振電力信号２０からの電力を蓄積するための手段を提供する。

【0051】

ブロック５８では、リザーバキャパシタ（実または寄生）に蓄積された電荷量に基づく制御信号２６ａが発生する（これは、例えば起動のデューティサイクルを定義する）。

【0052】

ブロック６０では、制御信号２６ａが第２の側１２から第１の側１０へ伝送され、それによって、発振電力信号２０が、制御信号２６に従って発生する。

【0053】

上記のシステム２および方法５０は、システム２によって生成されたノイズまたは発振電力信号２０を拡散させるために、発振電力信号２０のパラメータをディザリングするように構成される。具体的には、図５を参照すると、一実施形態では、発振器１８は、発振電力信号２０の発振周波数にディザ２０を加えるように構成されたディザ回路７０を含み得る。このように、ディザ回路７０は、発振電力信号２０の発振周波数をディザリングするための手段を提供し得る。第二に、コントローラ３２は、制御信号２６ａの起動または制御サイクル期間のデューティサイクルにディザを加えるように構成されたディザモジュール７２を含み得る。このように、ディザモジュール７２は、制御信号２６および２６ａの起動のデューティサイクルをディザリングするための手段を提供し得る。

【0054】

用語「ディザ」は、変数が時間の経過とともにその意図された値について増減するか、動揺するか、変動するか、または変更されることを意味すると解釈されるべきである。しかしながら、実際の値が意図された値からどの程度まで変化するかを最小限にするために、大きさの変動は制限されてもよい。例えば、変数は、実際の値が以下のように経時的に変化するようにディザリングされ得る６０の意図された値を有し得る。６１、６３、５９、６０、５８、５９、および６１。したがって、変数は、その意図された値６０に近いままであるが、変数はまた、実際の値が長期間にわたって一定ではないように増減する。一実施形態では、「ディザ」は、実際の値がＹ秒ごとに、意図された値の±Ｘ％だけ変動することを意味すると解釈される。例えば，Ｘは５であってもよく、Ｙは０．００２であってもよく、それによって、意図された値が６０の場合、ディザは、実際の値を２ミリ秒ごとに５７〜６３の間の異なる数値（±５％）に変更し得る。当然ながら、異なる実施形態では、ＸおよびＹの値は異なってもよい。例えば、Ｘは、１％、２％、３％、４％、５％、７％、１０％、１５％または２０％であってもよい。また、Ｙは１００ｎｓ、１５０ｎｓ、５００ｎｓまたは１ｍｓ以上であってもよい。

【0055】

ここで、システム２または振動１０電力信号２０によって発生するノイズのより詳細な説明が以下に続く。

【0056】

前述のように、発振器信号は変圧器をまたいで電力を伝送するために必要とされるが、それ自体が干渉信号または他のシステムへのノイズとして存在する可能性を有する。電力伝送システムによって発生する干渉は、広範な周波数範囲に拡散するのではなく、狭い周波数帯域に集中し、結果として、同様の周波数の信号を処理するために要求され得るシステム２と同じチップ上にある他の電子部品等の隣接する電子部品にとって、干渉が問題となる可能性がある。ノイズは、第１および第２のノイズ成分の組み合わせであり得、その各々は、図７を参照して以下により詳細に説明される。

【0057】

第１のノイズ成分は、発振器１８の発振周波数を中心として発生する場合がある。このノイズは、変圧器６が高品質（Ｑ）値を有するように設計され得ることに起因して、発振周波数の周りまたは発振周波数に集中する場合がある。例えば、高Ｑ値が望ましい場合があり、それによって、（ｉ）変圧器６は、一次巻線１４から二次巻線１６への効率的な電力伝送を提供するように低い電気抵抗を有し、（ｉｉ）発振器１８によって一次巻線１４で生成された振動は大きさが大きく、再度一次巻線１４から二次巻線１６への効率的な（または少なくとも改善された）電力伝送を提供する。しかしながら、高Ｑ値を有することの結果は、発振器１８によって一次巻線１４内に生成された発振が周波数範囲内に制約され、その結果、発振器の動作によって供給レールに導入されたノイズもまた狭い周波数範囲にあることである。第２のノイズ成分は、上記のシステム２の動作により発生し得る。例えば、受電器２８が負荷回路３０に結合され、負荷回路３０が一定量の電荷を引き込む場合、システム２は、周期的な動作を示し得る。しかしながら、定常状態の周期的動作が確立される前に、初期の過渡的動作期間があり得ることを理解すべきである。いずれにせよ、定常状態の周期的動作の間、制御信号２６の起動の名目上では一定の繰り返しのオンオフ制御サイクルがある。したがって、制御信号２６の各サイクルの間、発振器１８は、サイクルの同じ固定部分の間に発振電力信号２０を発生させるように制御される。例えば、起動の一定のデューティサイクルは、制御信号２６の各サイクルの第１の６０％であるように６０％であり得、発振器１８は、発振電力信号２０を生成するように制御され、各サイクルの残りの４０％の間、発振器１８は、発振電力信号２０を生成しないように制御される。このように、システム２は周期的に動作する。１０第２のノイズ成分は、定常状態時にシステム２のこの周期的な動作によって発生する場合がある。

【0058】

第２のノイズ成分は、負荷回路２０が一定の負荷を引き込む場合、さらに大きくなり、より顕著になる場合があるが、これは、このことが周期的な性質を強調し得るためであることが理解されるべきである。しかしながら、負荷回路２０が一定量の電力を引き出さないときでも、システム２は依然として周期的動作または準周期的動作を呈し得る。上述のように、第１および第２のノイズ成分は、互いに結合して、複合ノイズ成分または周波数シグネチャを形成し得る。複合ノイズ２０は、発振周波数付近において主ピークを含み、オンオフ制御サイクルおよび発振器周波数の和周波数ならびに差周波数において小さな側波帯を含み得る。

【0059】

図７は、絶縁バリヤ４´を越えて電力を伝送するための電力伝送システム２の実施形態を示す。システム２´は、前述の電力伝送システム２に類似しており、類似の方法で動作する。また、システム２´は、システム２と類似の構成要素を含む。例えば、システム２´は、システム２の発振器１８に対応する発振器１８´を含む。システム２´の以下の説明は、システム２の上記の説明に基づく。

【0060】

図７および図８に示された実施形態では、発振器１８´は、変圧器６´の第１の巻線１４´に結合された一対の交差結合トランジスタ１００、１０１を含み、変圧器６´の第１の巻線１４´に発振電力信号２０´を発生させる。具体的には、トランジスタ１００、１０１のソースは互いに結合されており、トランジスタ１００のドレインは、中央でタップされた一次巻線１４´の第１の側に接続され、トランジスタ１０１のドレインは一次巻線１４´の第２の側に接続されている。トランジスタ１００のゲートは、トランジスタ１０１のドレインに接続され、トランジスタ１０１のゲートはトランジスタ１００のドレインに接続されている。

【0061】

本実施形態では、発振器１８´は、発振器の発振周波数に、そしてひいては発振電力信号２０´の周波数にディザを付加するように構成されたディザ回路７０´を含む。図８に示すように、ディザ回路７０´は、変圧器６´の第１の巻線１４´に結合された、複数の別個に制御可能なコンデンサを含み得る。具体的には、ディザ回路７０´は、複数のキャパシタスイッチ対を含み得る。キャパシタスイッチ対は、２つの別個のバンクに配置され得、各バンクは一次巻線１４´の異なる側に接続されている。一実施形態では、第１のバンクは、キャパシタスイッチ対１０２〜１１２を含み得る。各対１０２〜１１２のキャパシタは、一次巻線１４´の第１の側に接続された第１の端子と、関連するスイッチの第１の端子に接続された第２の端子とを有する。各対１０２〜１１２のスイッチは、関連するキャパシタに接続された第１の端子と、電圧基準１１４、例えば供給レールのうちの１つに接続された第２の端子とを有する。第２のバンクは、キャパシタスイッチ対１１６〜１２６を含み得る。各対１１６〜１２６のキャパシタは、一次巻線１４´の第２の側に接続された第１の端子と、関連するスイッチの第１の端子に接続された第２の端子とを有する。各対１１６〜１２６のスイッチは、それに関連するキャパシタに接続された第１の端子と、電圧基準１１４に接続された第２の端子とを有する。代替として、キャパシタスイッチ対に代えて、バラクタダイオードを使用してもよく、電圧１１４をディザリングしてもよい。

【0062】

図７の実施形態では、一次巻線１４´が中央でタップされ、タップは供給電圧２２に接続される。供給電圧２２は、巻線１４´に沿ったほぼ中間点に接続される。いくつかの他の実施形態では、一次巻線１４´は、中央でタップされていなくてもよく、すなわち、供給部２２は、一次巻線の一方の端部の近くに、またはその一端に接続されてもよい。

【0063】

図７に示される実施形態では、発振器１８´の動作は、制御信号２６´に基づいて、ドライバ２４´によって制御される。ドライバ２４´は、トランジスタ１３２を制御することによって発振器１８´を起動させるかまたは起動解除させる。ドライバ２４´の動作は、以下により詳細に説明される。しかしながら、今のところ、トランジスタ１３２が「オン」のとき、トランジスタ１００および１０１のソースは接地され、それによって発振器１８´を起動させるが、一方トランジスタ１３２が「オフ」のときには、トランジスタ１００および１０１のソースは接地から切り離され、それによって発振器１８´を起動解除する。さらに、発振器１８´がドライバ２４´によって起動されると、供給電圧２２を有するトランジスタ１００および１０１は、一次巻線１４´内に発振信号を確立し、この発振信号が発振電力信号２０´である。逆に、発振器１８´がコントローラ２４´によって起動解除されると、一次巻線１４´には発振信号が確立されない。

【0064】

インダクタ１８´回路はインダクタ−キャパシタ（ＬＣ）発振器を提供し、そしてディザ回路７０´がない場合、インダクタンスおよびキャパシタンス値は、固有のキャパシタンスおよび発振器１８´回路のインダクタンスによって設定されることを理解することができる。例えば、これらのキャパシタンスは、発振器１８´回路の寄生キャパシタンスを含み、これらのインダクタンスは、一次巻線１４´のインダクタンスを含む。したがって、ディザ回路７０´が存在しない場合、発振電力信号２０´は、発振器１８´回路のキャパシタンスおよびインダクタンスに対応する実質的に一定の発振周波数を有する。ディザ回路７０´が存在しない場合、発振器１８´回路のキャパシタンスおよびインダクタンス値は変化しないかまたは実質的に不変であるため、発振周波数は実質的に一定である。したがって、ディザ回路７０´が存在しない場合、発振器１８´が起動されると、発振電力信号２０´は、共振周波数を中心とする周波数分布を有し、これは、潜在的に大きな信号（ＬＣ回路のＱファクタに起因する）が、それ自体がそれらの回路への干渉として存在する可能性があるため、隣接する電気的構成要素にとって問題となる可能性がある。いくつかの実施形態では、回路が温まるにしたがって、発振周波数がゆっくりとドリフトすることがあることを理解すべきである。一実施形態では、発振周波数は公称で１８０ＭＨｚであるが、この図は単なる例証であり、回路設計者は、実質的に異なる周波数を所望のように選択することができる。

【0065】

図７および図８に図示された実施形態に示されるように、ディザ回路７０´は、発振器１８´に接続され、ＬＣ発振器１８´のキャパシタンス（Ｃ）をディザする。このようにキャパシタンスをディザリングすることは、発振器１８´の共振周波数をディザリングし、したがって、発振電力信号２０´の発振周波数をディザリングする。したがって、発振電力信号２０´によって生成されるノイズまたは干渉は、常に特定の周波数に集束されるのではなく、より広範な周波数範囲にわたって時変的に拡散されることができる。このようにノイズをアックさんすることは、隣接する電気部品にとってノイズをさほど問題とはならなくなるようにする。短絡させることができる経路を設けることによって、回路のインダクタンスを変動させることも可能であるが、これは、インダクタおよび巻線がかなり多くのスペースを占めることがあるため、あまり好ましくない。

【0066】

一実施形態では、キャパシタスイッチ対の各バンクを制御して、異なる時間に異なる量のキャパシタを提供することができる。例えば、第１のバンクは、対１０２〜１１２を含み、各対のキャパシタは、関連するスイッチによって別個に切り替え可能または制御可能である。したがって、バンクキャパシタンス全体を、発振電力信号２０´の異なる期間にわたってディザリングまたは変化させることができ、例えば、第１の期間において、対１０２のキャパシタのみが起動され得、それによって、発振器１８´のキャパシタンスは、対１０２の影響を受けるが対１０４〜１１２の影響は受けないようにされる。そして、第２の期間では、対１０４および１１２のキャパシタのみが起動され得、それによって、発振器１８´のキャパシタは対１０４および１１２の影響を受けるが、対１０２および１０６〜１１０の影響は受けないようにされる。そして、第３の期間では、対１０４および１１０のキャパシタのみが起動され得、それによって、発振器１８´のキャパシタは、対１０４および１１０によって影響を受けるが、対１０２、１０６、１０８および１１２によっては影響されないようにされる。このシーケンスは、決定論的方法またはランダムな方法で継続し得る。一実施形態では、第１および第２のバンクは、１つとして動作させ得、すなわち、第１のバンクは第２のバンクと同時に同じキャパシティを提供し得る。しかしながら、他の実施形態では、第１および第２のバンクは、互いに異なるキャパシティを提供し得る。キャパシタは、制御の温度計符号化型を付与するように、すべてが同じ値を有していてもよく、または、例えばバイナリ加重されていることによって、互いに異なってもよいが、このことは限定ではなく、キャパシタに加重するために別の基数を選択することができる。

【0067】

上記を考慮して、ディザ回路７０´は、時間とともに発振電力信号２０´の発振周波数をディザリングすることができる。このように、早い時点での発振周波数は、遅い時点での発振周波数とは異なることができる。このことは、バンク１０２〜１１２のキャパシタンスを、異なる時点で異なる値に設定することによって、および／またはバンク１１６〜１２６のキャパシタンスを異なる時点で異なる値に設定することによって達成されることができる。例えば、本開示の一実施形態では、１８０ＭＨｚの発振周波数は約±１１％（すなわち約±２０ＭＨｚ）だけディザリングされ得、周波数は約１５０ｎｓごとに更新される。しかしながら、これは非限定的な例であり、他の周波数、ディザサイズ、および更新レートが選択されることができる。

【0068】

バンク１０２〜１１２は、バンク１１６〜１２６の動作を反映し得るか、あるいはバンク１０２〜１１２は、異なるキャパシタンス値をバック１１６〜１２６に提供することができる。

【0069】

一実施形態では、異なる対１０２〜１１２および１１６〜１２６の切り替えは、繰り返しのシーケンスに基づき、発振周波数を予測可能または決定論的な方法でディザリングし得る。例えば、インクリメントカウントシーケンスは、一定のカウントインクリメントおよび期間をもって使用され得る。代替的には、異なる対１０２〜１１２および１１６〜１２６の切り替えは、ランダムなシーケンスに基づき、発振周波数をランダムにディザリングし得る。例えば、一実施形態では、ディザ回路７０´は、疑似乱数バイナリシーケンスを生成する疑似乱数発生器を含む。

【0070】

図９は、本開示の実施形態による疑似乱数発生器１３８を示す。疑似乱数発生器１３８は、フィードバック経路内に排他的ＯＲ（ＸＯＲ）ゲート１５４を有する線形フィードバックシフトレジスタとして配置された複数のフリップフロップ１４０〜１５２を含む。フリップフロップはＤ型である。各フリップフロップ１４０〜１５２のリセットピンは、乱数発生器１３８のリセットノード１５６に結合されている。リセット信号は、各フリップフロップ１４０〜１５２をリセットするために、リセットノード１５６に付与され得る。フリップフロップ１４０〜１５２のクロックピンは、疑似乱数発生器１３８のクロックノード１５８に結合される。クロック信号は、クロックノード１５８に付与され、フリップフロップ１４０〜１５２を動作させる。各フリップフロップ１４０〜１５０の出力ピンは、次のフリップフロップのデータピンに結合され、例えば、フリップフロップ１４０の出力ピンは、フリップフロップ１４２のデータピンに結合され、フリップフロップ１４２の出力は、フリップフロップ１４４の入力に結合され、以下フリップフロップ１５０の出力ピンがフリップフロップ１５２のデータピンに結合されるまで同様である。

【0071】

加えて、フリップフロップ１５０および１５２の出力ピンは、ＸＯＲゲート１５４の入力ピンに結合される。ＸＯＲゲート１５４の出力ピンは、フリップフロップ１４０のデータピンに結合される。このように、フリップフロップ１５２の出力端子は、発生器１３８の出力ノード１６０を提供し、発生器１３８は、クロックノード１５８に付与されたクロック信号（図示しない適切なクロック発生器からの）に基づいて、出力ノード１６０において疑似ランダムシリアルバイナリシーケンスを提供するように機能する。他のいくつかの実施形態では、異なる数のフリップフロップを使用してもよいことが理解されるべきである。また、いくつかの他の実施形態では、ＸＯＲゲート１５４の入力は、異なる対のフリップフロップの出力に結合されてもよい。また、疑似ランダムスイッチ制御シーケンスは、所与のスイッチのスイッチ制御ノードを、対応するＤ型フリップフロップのうちの１つに接続することによって、スイッチの各々について直接抽出することもできる。例えば、スイッチ−キャパシタ対１０２および１１６のスイッチに対する制御信号は、第１のフリップフロップ１４０のデータ（Ｄ）入力に接続され得る。スイッチ−キャパシタ対１０４および１１８に対する制御信号は、フリップフロップ１４２のＤ入力への接続等によって得られ得る。

【0072】

図８に戻ると、連続した発振期間の間、キャパシタ−スイッチ対１０２〜１１２および１１６〜１２６は、疑似乱数に従って制御され得、それによって、ディザ回路７０´は、ランダムに変動する発振器１８´のキャパシタンスを発生させる。例えば、シリアル実装では、疑似類似乱数は、キャパシタ−スイッチ対１０２〜１１２および１１６〜１２６を通して順次シフトされ得る。代替的には、パラレル実装では、１つのキャパシタ−スイッチ対および３０ａ−１のフリップフロップ、および各フリップフロップの出力（Ｑ）ピン（または反転Ｑ）出力ピン）があり得、およびＸＯＲゲート１５４は、キャパシタ−スイッチ対のうちの異なる１つに供給し得る。

【0073】

疑似乱数発生器は、クロックノード１５８に付与されるクロック信号のクロックサイクルごとに、またはｎ振動期間ごとに新しい疑似乱数またはビットを発生させ得、ここで、ｎは、例えば１、１０、２０、２７、３０、６４、１００、２５６等の任意の正の数であることができるが、２の累乗がより便利になる傾向がある。このように、キャパシタンス（および発振周波数）は、ｎ振動期間ごとに変化し得る。代替的には、疑似乱数発生器は、発振器１８´の発振周波数のものよりもすばやい新しい疑似乱数またはビットシーケンスを発生させ得る。このように、キャパシタンス（および発振周波数）は、振動期間あたり複数の時間変化し得る。疑似乱数発生器に付与されるクロック信号は、疑似乱数が発生される速度を制御することが理解されるべきである。

【0074】

したがって、まとめると、動作中、ディザ回路７０´は、複数のキャパシタを制御して、発振器１８´のキャパシタンスを変化させ、発振電力信号２０´の発振周波数にディザを付加し得る。ディザ回路７０´は、疑似乱数発生器を含み得、ディザ回路７０´は、複数のキャパシタを制御して、発振器１８´のキャパシタンスを、疑似乱数発生器によって発生される疑似乱数に基づいて変動させ得る。

【0075】

異なる実施形態では、キャパシタ−スイッチ対の数は変動してもよいことを理解すべきである。例えば、ディザ回路７０´は、１、２、４、５、８、１０または任意の適正な数の対の２つのバンクを含み得る。また、２つのバンクは、異なる数の対を有してもよい。例えば、１つのバンクが４つの対を含んでもよく、その他のバンクが８つの対を含んでもよい。一実施形態では、各キャパシタ−スイッチ対のキャパシタのキャパシタンス値は、同じであることができるか、または異なる対および／またはバンク間で異なっていてもよい。ディザ回路７０´は、発振器１８´に結合された、発振器１８´の３０発振周波数を経時的に変動させるかまたはディザリングすることが可能である任意の電子回路を含み得る。

【0076】

図１０は、別の実施形態によるディザ回路７０´´を示す。ディザ回路７０´´は、４つのキャパシタスイッチ対の２つのバンクを含む。しかしながら、ディザ回路７０´とは異なり、ディザ回路７０´´は、別個の電圧基準１１４または接地ではなく、正の電源２２に接続されたコンデンサ−スイッチ対を含む。スイッチは、Ｐ型電界効果トランジスタとして形成されることができる。しかしながら、ディザ回路７０´´の動作および可能な変形は、ディザ回路７０´を参照して上述した通りである。

【0077】

図７を参照して、受電器２８´およびモニタ３２´の構成および動作について以下に説明する。受電器２８´は、上述のように、発振器１８´によって発生した発振電力信号２０´を受信し、変圧器６´の一次巻線１４´から二次巻線１６´へ送信されている。受電器２８´は、変圧器６´の二次巻線１６´に結合された整流器回路を含む。図示された実施形態では、整流回路は、全波整流器を形成するように、ブリッジ構成で接続された４つのダイオード２００〜２０６を含む。動作中、整流器は、発振電力信号２０´を整流し、発振交流（ＡＣ）信号を直流（ＤＣ）信号に変換する。受電器２８´は、整流波形によって充電されるように整流器回路に結合されたリザーバキャパシタ２０８をさらに含む。負荷回路（図示せず）は、キャパシタ２０８に結合され、キャパシタ２０８から電荷を受信し、キャパシタ２０８から電力供給され得る。

【0078】

受電器２８´の構造は、異なる実施形態においては異なってもよい。例えば、半波整流器、能動整流器、または能動ベースとダイオードベースの整流器の組み合わせ等、異なる整流器回路を使用してもよい。また、キャパシタ２０８に代えて、異なる電荷蓄積装置、例えばバッテリ等を使用してもよい。

【0079】

図示されるように、受電器２８´は、コントローラ３２´に結合され、コントローラ３２´は、使用時に、受電器２８´によって蓄積された電荷量に基づいて変化する信号を発生するように構成される。また、コントローラ３２´は、リザーバキャパシタをまたいだ電圧と閾値との間の差に基づいて、制御信号２６´を確立するように構成され得る。閾値は、受電器２８´によって電力供給された回路の特性、および／または受電器２８の充填容量または充電プロファイルに基づいて選択された、予め設定された閾値であってもよい。コントローラ３２´は、受電器２８´によって蓄えられた電荷から電力供給される。このように、リザーバキャパシタに電荷が蓄積されていない場合、コントローラは、発振器の動作を妨げるべきではない。

【0080】

コントローラ３２´は、受電器２８´の電荷蓄積装置、例えばキャパシタ２０８と並列に接続された分圧回路を含み得る。分圧器は、抵抗３００および３０２を含み得、分圧器は、リザーバキャパシタをまたいだ電圧を表す信号３０４を出力し得る。この手法は、コントローラの供給電圧で保持された入力ノードにおける信号とともに稼働しなければならないコントローラ上のトランジスタを省く。回路はこのように動作するように構築されることができるが、結果として、より多くの電力を消費する回路になる傾向がある。

【0081】

異なる実施形態では、信号３０４は、電圧信号以外のもの、例えば電流信号等であってもよいことが理解されるべきである。したがって、蓄積された電荷の量に基づいて変動する信号３０４の特性は、電圧以外のものであってもよい。この場合、コントローラ３２´の他の要素は、異なる形式の信号で動作するように適合され得るが、コントローラ３２´の全般的な動作は変化しない。

【0082】

図７に図示される実施形態では、コントローラ３２´は、電圧分割器に結合され、そこから信号３０４を受信するフィードバックモジュール３０６をさらに含む。フィードバックモジュール３０６は、発振器１８´の起動を制御する制御信号２６´を発生させる。具体的には、フィードバックモジュール３０６は、信号３０４と閾値との間の差に基づいて、発振器１８´を制御するように構成され得る。上述のように、閾値は、例えば、キャパシタ２０８の充電容量または充電時間に基づく予め設定された閾値であり得る。いずれにせよ、フィードバックモジュール３０６は、信号３０４の瞬時値（例えば、瞬時電圧）と閾値との間の差を判定する。そして、フィードバックモジュール３０６は、当該差に基づいて制御信号を生成する。そして、このデューティサイクルの起動は、制御信号２６´に符号化される。例えば、制御信号２６´は、パルス幅変調信号またはパルス密度変調信号であってもよい。

【0083】

一実施形態では、閾値は、受電器２８´が負荷回路に電力を供給するのに十分な出力電圧を維持することが可能であることを保証するように選択される。

【0084】

代替的には、閾値は、電力を節約するために発振器１８´が周期的に電源切断されるように調整されてもよい。閾値の設定は、システム２´の態様および／または負荷回路の態様に依存してもよい。閾値は、予め設定されてもよく、または動作条件に依存して動的に調整されてもよい。上述のように、受電器２８´は、一定量の電流を引き込む負荷回路に結合されていると、例えば、その間に一定の活性化サイクルがある静止状態にあることに起因する。この一定のサイクルは、受電器２８´の周期的な充電および放電サイクルを生じさせ、これがひいては、システム２´の望ましくないノイズ出力を発生させる一実施形態では、コントローラ３２´のディザモジュール７２´は、もはや一定ではないように制御サイクルにディザを加えることによってこのノイズ出力に対処するように構成される。ここで、ディザモジュール７２´のこの動作をさらに詳細に説明する。

【0085】

一実施形態では、ディザモジュール７２´は、信号３０４と閾値とを比較することによって計算された上述の差をディザリングすることによって、制御サイクルに、例えば起動のデューティサイクルにディザを付加する。例えば、定常状態では、発振器を始動させるべきである前に、許容可能な最低電圧をマークするスイッチオン閾値と、目標値まで充電されているリザーバキャパシタに対応するスイッチオフ閾値との間の差は、周期的に変動し得る。したがって、フィードバックモジュール３０６のディザモジュール７２´は、当該差をディザリングして、制御サイクルのデューティサイクルをディザリングし得る。

【0086】

他の手法、例えば制御サイクルの長さ（期間）をディザリングする等も可能である。

【0087】

図１１Ａに特に見られるように、一実施形態では、コントローラ３２´のフィードバックモジュール３０６は、パルス幅変調の実施に従って、例えばリザーバキャパシタに格納された電圧Ｖｃａｐを表す信号から制御信号２６´を生成するための充電回路４００を含み得る。回路４００は、コントローラのサイクルタイムに対応する時間内にリセットされる前に初期値と最終値との間でランプするランプ発生器として作用する。ランプの瞬時値は、リザーバキャパシタをまたいだ電圧を表す信号と比較され、この比較は、パルス幅変調信号として時間ドメインで効果的に符号化される。図１１Ａに示された、本開示の教示による充電回路４００は、２つの電力レール４０６および４０８間でキャパシタ４０４と直列に接続された電流源４０２を含み、ここで、電流源４０２およびキャパシタ４０４のうちの少なくとも一方は、前述のように、例えば疑似乱数発生器によって発生されたデジタル語であり得るディザ語に応答して可変である。一実施形態では、レール４０６は、受電器から引き出された正の供給電圧であり、レール４０８は、ローカルな接地である。可変電流源４０２と可変キャパシタ４０４との間のノードは、第１の入力、例えば差動増幅器４１０の非反転入力に接続される。ノード４１２は、第２の入力、例えば差動増幅器４１０の反転入力に接続される。差動増幅器４１０の出力は、出力ノード４１４に接続される。リセットスイッチ４１６は、可変キャパシタ４０４を越えて接続される。動作中、差動増幅器４１０は、その反転入力および非反転入力に対する信号間の比較に従って、出力信号を調整する。

【0088】

動作中、制御信号２６´は、最初に「低」に設定される。入力信号は、ノード４１２に付与され、リセットスイッチ４１６が開かれ、それによって、キャパシタ４０４は、電流源４０２によって供給された電流から充電される（しかし、抵抗を使用することもできる）。図１２を参照すると、ランプ回路のキャパシタをまたいだ電圧は、ライン４２０によって示されるように、ゼロ等の初期値と最終値「Ｖｍａｘ」との間で一定の割合で上昇するはずであることが理解できる。図１２において時間Ｔ_０で開始される充電プロセスの間、差動増幅器４１０は、キャパシタ４０４をまたいだ電圧、すなわち線４２０によって表されるような電圧の瞬間値を、リザーバキャパシタをまたいだ電圧Ｖｃａｐを表すノード４１２の入力電圧と比較する。最初には、キャパシタ４０４をまたいだ電圧は、入力電圧より低くなければならず、差動増幅器４１０は、ノード４１４に低電圧を供給し得る。この間、制御信号２６´は「低」のままである。しかしながら、キャパシタ４０４が充電され、キャパシタをまたいだ電圧Ｖｒａｍｐが、入力電圧Ｖｃａｐと一致するように増加し、次いでそれを超えると、差動増幅器４１０は、ノード４１４の電圧を、Ｔ_１によって表される正の供給レール電圧に向かって遷移させる。差動増幅器４１０がノード４１４において高い値の出力を発生させると、制御信号２６´は、「高」から「低」に遷移する。そして、制御信号２６´は、時間Ｔ_２によって表されるパルスの終わりまで「高」のままであり、その時点で、リセットスイッチ４１６を閉じて、キャパシタ４０４を放電する。上記のプロセスは繰り返される。このように、制御信号２６´は、受電器２８´によって蓄積された電荷量に基づいて設定されたデューティサイクル（またはパルス幅）を有する一連のパルスを有して発生する。サイクル長さは、電流のサイズまたはキャパシタのサイズを変更することによって変更することができることが理解される。これは、０ボルトとＶｍａｘとの間でより遅いレートで遷移する線４２２によって示される。これは、電流源４０２からの電流のサイズを減少させるか、キャパシタ４０４の大きさを増大させるか、またはこれらの動作を組み合わせることによって達成されることができる。ここで、パルス幅符号化信号の生成を完了するためにＴ_２で表される時間を取り上げることに代えて、ここでは期間Ｔ_４を取り上げる。これにより、キャパシタＶｒａｍｐをまたいだ電圧が入力電圧Ｖｃａｐと一致する時間が、Ｔ_１からＴ_３に増加していることが理解できる。しかしながら、線４２０によって表される電荷レートに対するマスクスペース比Ｓ１：Ｍ１は、線４２２によって表される電荷レートに対するマークスペース比Ｓ２：Ｍ２と同じである。このように、一次近似に対しては、制御サイクルの長さは変動するが、マークスペース比またはデューティサイクルは同じままである。そうは言っても、制御サイクルが比較的長くなると、その後キャパシタ間の出力電圧は過度の変動を呈し始める可能性がある。また、キャパシタの両端間の電圧が比較的高い（比較的高い電荷を帯びた状態を示す）場合、出力が高く、発振器１８が付勢されるべきであることを示す相対的な割合は比較的短く、キャパシタの電荷が枯渇するとより長くなることも観察できる。

【0089】

上記の動作に基づいて、以下の変数が一定のままである場合、制御信号２６´のデューティサイクルは一定のままであることが分かる。負荷電流、電流源４０２の電流、およびキャパシタ４０４のキャパシタンス。これらの条件下で、システム２´によって発生したノイズは、この定常状態の周期的動作の周波数を中心にして焦点が合わせられる。したがって、ディザを導入するために、ディザモジュール７２´は、以下のうちの１つ以上をディザするように構成される。入力信号（例えば、ＶｃａｐまたはＶｃａｐのスケーリングされたバージョンと閾値との間の差を形成するか、または分圧器内の抵抗器のうちの少なくとも１つの抵抗を変えることによる）、キャパシタ４０４のキャパシタンス、および電流源４０２の電流。入力電圧を変動させることは、システムの目標電圧を変動させるが、一方で電流またはキャパシタンスを変動させることは、制御サイクルを完了するためにかかる時間、すなわち初期値からランプの最終値までランプするためにかかる時間が変動し、ひいては制御システムの更新頻度が変る。

【0090】

図１１Ｂは、図１１Ａに示された回路の変形である別の実施形態による充電回路４５０を示す。充電回路４５０は、図１１Ａの充電回路４００と同じであるが、充電回路４５０は、キャパシタ４０４と並列に接続された（電流シンクとして機能する）追加の可変電流源４５２を含む。動作中、追加の電流源４５２は、キャパシタ４０４の充電速度を変動させるかまたはディザリングすることができる別の手段を提供する。

【0091】

他の実施形態では、充電回路が異なってもよいことが理解されるべきである。例えば、可変電流源４０２、４５２の一方は可変でなくてもよく、キャパシタ４０４または電流源４０２、４５２のうちの一方のみが可変であってもよく、またはノード４１２における差のみが可変であってもよい。

【0092】

したがって、ディザモジュール７２´は、ノード４１２で提示される電圧を比較することによって制御信号２６´を発生させるように構成され、これは、キャパシタをまたいだ電圧の減衰バージョン、またはキャパシタをまたいだ減衰電圧と基準電圧との差であり得、ランプ発生回路４００、４５０のキャパシタをまたいで電圧が形成される。また、ディザモジュール７２´は、ランプ電流生成回路４５０、４５２の充電電流（４０２または４５２を介して）および／またはキャパシタンス（４０４を介して）をディザリングして、制御信号２６´の制御サイクルの長さにディザを付加するように構成されてもよい。可変電流源４０２または４５２は、切り替え可能な電流ミラー構成の複数のトランジスタを使用して実装され得、それによって、電流ミラーとして機能するトランジスタ数をデジタル信号によって制御することができるようにされる。

【0093】

上述の実施形態のランプ発生回路４５０、４５２は、アナログ電子機器を使用して実施される。しかしながら、他のいくつかの実施形態では、充電回路は、好適に構成されたデジタル電子機器によって置き換えられてもよく、またはプロセッサ上で実行されるソフトウェアで実施されてもよい。例えば、ディザおよびＰＷＭ符号化機能は、デジタルカウンタ回路によって実現されてもよい。カウンタ回路は、特定のカウントインクリメントおよびカウントレートに基づいてカウント値を増分することによって、出力を発生させてもよい。カウント値は、ゼロ等の最低値から始まり、増加し得る。前述のように、制御信号２６´は「低」で始まり得る。カウント値は、キャパシタをまたいだ電圧を表す信号と比較され得る。これは、電圧をデジタル化するためのアナログ−デジタル変換器を使用することによって行われることができるか、またはカウンタは、デジタル−アナログ変換器を駆動してカウンタ値のアナログ表現を形成してもよく、比較は、アナログ比較器によって行われる。カウント値がリザーバキャパシタ２０８をまたいだ電圧を表す信号の値に達すると、制御信号２６´は、「低」から「高」に遷移し得、これは絶縁バリヤを越えて電力が伝送されるように、発振器が動作可能にされるべきであることを示す。制御サイクルの終わりには、リザーバキャパシタをまたいだ電圧を表す信号が更新され得、カウンタ回路がリセットされ、制御信号２６´が「低」に戻され、制御シーケンスを繰り返すことができるようにされる。したがって、アナログ実装を参照して上述したようにアナログ的に、差異または他の適切な入力信号、カウンタインクリメント、および／またはカウンタレートがディザリングされ、制御信号２６´の制御サイクル長またはマークスペース比をディザリングし得る。

【0094】

したがって、ディザモジュール７２´は、入力信号をカウンタ回路のカウンタ値と比較することによって、制御信号２６´を生成するように構成されたカウンタ回路を含み得る。また、ディザモジュール７２´は、ａ）入力信号、ｂ）ランプ発生器からの電圧に適用されるオフセット（デジタル世界においては、非ゼロ値でカウンタをプリロードすることにより、アナログ実装では、切り替えることによって抵抗器がキャパシタ４０４と直列に、例えばキャパシタ４０４と接地レールとの間になる、ｃ）カウンタクリメントサイズ、およびｄ）制御信号２６´にディザを付加するためのカウンタ更新レートのうちの少なくとも１つをディザするように構成されてもよい。

【0095】

上述したモニタ３２´の動作に基づいて、制御信号２６´が発生し、発振器１８´の起動のデューティサイクルを含む。図７にさらに特に見られるように、コントローラ３２´は、使用時に制御信号２６´を符号化するように構成されたエンコーダ３１０を含み得、それによって、アイソレータ８´によって、第２の側１２から絶縁バリヤ４´を越えて第１の側１０´へ伝送されるようにされる。一実施形態では、例えばアイソレータ８´が変圧器である場合、制御信号２６´は振動信号に変換され、それによって、絶縁バリヤ４´を越えて伝達されるようにされ得る。代替的には、例えばアイソレータ８´がオプトカプラである場合、制御信号２６´は光信号に変換され、それによって、絶縁バリヤ４´を越えて伝送されるようにされ得る。

【0096】

図７に関して説明された実施形態では、アイソレータ８´は、コントローラ３２´に結合した一次巻線６００と、ドライバ２４´に結合された二次巻線６０２とを有する第２の変圧器である。さらに、ドライバ２４´は、デコーダ６０４および制御論理６０６を含み得る。

【0097】

デコーダ６０４は、二次巻線６０２に結合され、そこから発振制御信号２６´を受信するようにされる。デコーダ６０４は、エンコーダ３１０の符号化動作に対して協働する復号化動作を実行する。デコーダ６０４の出力は、制御論理６０６に結合され、それによって、デコーダ６０４が復号化された制御信号２６´を制御論理６０６に出力するようにされる。一実施形態では、定常状態動作中、制御論理６０６は、復号化された制御信号２６´に対していかなる機能も実行せず、その結果、トランジスタ１３２は、制御信号２６´のデューティサイクルに基づいてオンおよびオフ切替される。したがって、いくつかの実施形態では、制御論理６０６は省略されてもよく、トランジスタ１３２はデコーダ６０４の出力に結合されてもよい。しかしながら、いくつかの実施形態では、制御論理６０６は、システム２´がオンにされたときにトランジスタ１３２を起動させるように動作し、それによって、発振電力信号２０´が発生し、受電器２８´によって電荷が蓄積され始める。また、これにより、コントローラ３２´に電力供給することができる。いずれにせよ、トランジスタ１３２は、制御信号２６´に基づいて制御され、制御信号２６´に基づいて発振器１８´を起動させたり起動解除させたりする。異なる実施形態において、コントローラ３２´、アイソレータ８´およびドライバ２４´の様々な態様は異なってもよいことが理解されるべきである。例えば、制御信号２６´およびアイソレータ８´が、アイソレータ８´によって絶縁バリヤ４´を越えて第２の側１２´から第１の側１０´まで伝送されるために、制御信号２６´が符号化される必要がないように構成される場合、エンコーダ３１０およびデコーダ６０４は省略されてもよい。一実施形態では、エンコーダ３１０およびデコーダ６０４の動作は、アイソレータ８’に関連付けられている。例えば、アイソレータ８’が変圧器である場合、エンコーダ３１０およびデコーダ６４０は、オンオフキーイングを実行し得る。変圧器に代えて、アイソレータ８´は、キャパシタ、またはオプトカプラであってもよい。別の実施形態では、エンコーダ３１０およびデコーダ６０４は、国際特許出願第ＷＯ２００４／１００４７３号に記載されているようなパルス符号化／復号化方式を使用してもよい。

【0098】

上述の実施形態によれば、ディザ回路７０、７０´およびディザモジュール７２、７２アッシュの両方が存在してもよいことが理解されるべきである。しかしながら、いくつかの実施形態では、ディザ回路７０、７０´またはディザモジュール７２、７２´のうちの一方は省略されてもよい。このように特徴を省略することの利点は、システム２、２´がさほど複雑でないため、より少ないチップ面積を占め、より少ない電力を消費し得ることである。しかしながら、ディザ回路７０、７０´およびディザモジュール７２、７２´のうちの一方のみを含むことは、電力伝送システム２または２´によって発生する干渉が、隣接する電子部品にとってさらなる問題になり得るが、これは、ノイズがあまり拡散され得ず、特定の周波数に集中し得るためである。

【0099】

上記の実施形態は、絶縁バリヤを横切ってリングパワーを伝達する方法を提供する。具体的には、絶縁バリヤの第１の側に発振電力信号が発生する。次に、発振電力信号は、絶縁バリヤの第１の側から絶縁バリヤの第２の側へ伝送される。絶縁バリヤの第２の側では、伝送された発振電力信号から電気エネルギが回収され、蓄積された電荷は、絶縁バリヤの第２の側で負荷回路に電力を供給するために使用され得る。

【0100】

第２の側においても、制御信号が発生する。制御信号は、発振器の起動のデューティサイクルを定義し、これは、絶縁バリヤの第２の側に蓄積された電荷の量に基づく。いったん発生すると、制御信号は、絶縁バリヤの第２の側から絶縁バリヤの第１の側へ伝送され、それによって、発振電力信号が、制御信号によって伝えられる命令に従って発生するようにされる。また、発振器の位相をディザリングすることも可能である。

【0101】

加えてまたは代替的には、制御信号のデューティサイクルまたはサイクル長さにディザが付加される。具体的には、制御信号を生成することは、第１に、絶縁バリヤの第２の側に蓄積された電荷量に基づいて変動する信号を発生させることと、第２に、リザーバキャパシタにおける電圧の関数として、制御周期または制御サイクルの長さのデューティサイクル（マークスペース比）を設定することとを含む。制御信号のデューティサイクルをディザリングすることは、システムによって発生したノイズを拡散させるために、発振電力信号のパラメータをディザリングする効果を有することが理解されるべきである。上述したように、発振器は、制御信号が高のときには発振信号を発生させ得るが、制御信号が低のときには発振信号を発生させ得ない。したがって、発振器を起動させるときに発振電力信号の一部が発振を含み、発振器が起動解除されるときに発振電力信号の一部は発振を含まない。このように、発振電力信号は、発振部分と非発振部分とを含み、これらの部分のサイズおよび位置は、制御信号のデューティサイクルによって定義される。したがって、発振電力信号の発振部分および非発振部分の相対的なサイズおよび位置がディザされるため、デューティサイクルをディザリングすることは、発振電力信号のパラメータをディザリングする。

【0102】

図１３は、別の実施形態によるシステム５００を示す。システム５００は、図５のシステム２および図７のシステム２´のすべてではないがいくつかの特徴を含む。具体的には、システム５００は、ディザ回路７０を有する上述の発振器１８を備える。前述のように、発振器１８は、発振電力信号２０を発生させ、発振器１８は発振電力信号２０の発振周波数をディザリングするディザ回路７０を含む。発振電力信号２０は、変圧器６の一次巻線１４内に確立され、一次巻線１４から二次巻線１６に伝送される。伝送された発振電力信号２０は、受電器２８´´に提供される。負荷回路３０は、受電器２８´´から動作するための電力を受信する。このように、電力は、第１の側１０で発生し、絶縁バリヤ４を越えて第２の側１２へ伝送され得、ここで負荷回路３０に電力供給するために使用されることができる。

【0103】

本実施形態では、受電器２８´´は、上述の通りであってもよい。例えば、受電器２８´´は、受電器２８´と同じであってもよく、蓄積装置（例えば、キャパシタ）を含んでもよい。蓄積装置は、電荷を蓄積し、蓄積した電荷を負荷回路３０に提供する。しかしながら、別の実施形態では、受電器２８´´は、電荷を蓄積しなくてもよく、電荷を蓄積することなく、単に伝送された発振電力信号２０からの電荷を負荷回路３０に中継してもよい。例えば、受電器２８´´は、ＡＣ発振電力信号２０を、負荷回路３０に電力供給するためのＤＣ信号に変換するための整流回路を含んでもよい。ＤＣ信号は、キャパシタ等の蓄積装置を充電するために使用されるのではなく、負荷回路３０に直接伝送されてもよい。

【0104】

図１３に示す実施形態では、システム５００は、コントローラ、フィードバックアイソレータ、またはドライバを含まない。したがって、システム５００は、制御信号を発生させない。それに代えて、システム５００は、起動させると、負荷回路３０に電荷を供給するために永久的にディザリングされた発振電力信号２０を提供する。発振電力信号２０は、システム５００を起動解除することにより、起動解除されることができる。システム２および２´と比較されたシステム５００の利点は、発振器１８が、定常状態にあるときには、制御信号の活性化の起動の一定のデューティサイクルに起因して周期的に起動および起動解除されるのではなく、絶えず起動されるため、システム５００が第２のノイズ成分を生成しないことである。また、システム５００は、さほど１５複雑ではなく、したがってより少ないチップ面積を占め、より少ない電力を消費する。しかしながら、システム５００と比較したシステム２およびシステム２’の利点は、システム２およびシステム２’が第２の側への電力の過剰供給を回避するフィードバック機能を含み、このように、電力を保存することである。フィードバックを含まない実施形態については、電圧クランプまたは他の消散型負荷を設け、出力電圧の調整を提供することができる。このように、効率が簡易化に取って代わられる。

【0105】

さらなる選択肢として、リザーバキャパシタにおける電圧は、バックレギュレータ、ブースト回路またはバックブースト回路等のさらなるＤＣ−ＤＣコンバータに提供されてもよい。このことは、負荷に電圧安定性を提供し、受電器の出力においてはるかに大きい電圧変動を許容することができる。

【0106】

図１４は、別の実施形態によるシステム６００を示す。システム５００は、図５のシステム２および図７のシステム２´のすべてではないがいくつかの特徴を含む。具体的には、システム６００は、前述の発振器１８を含むが、任意には、ディザ回路７０を含まない。例えば、発振器１８は、一対の交差結合トランジスタ（例えば、図７のトランジスタ１００および１０１）のみを含み得る。前述のように、発振器１８は、発振電力信号２０を発生させるが、今回は、発振電力信号２０の発振周波数は、ディザ回路７０が存在しないことに起因して一定である。発振電力信号２０は、変圧器６の一次巻線１４内に確立され、一次巻線１４から二次巻線１６に伝送される。伝送された発振電力信号２０は、電荷蓄積のための受電器２８に提供される。負荷回路３０は、動作するための蓄えられた電荷を受電器２８から受信する。このように、電力は、第１の側１０で受信され、絶縁バリヤ４を越えて第２の側１２に伝送され、ここで負荷回路３０に電力供給するために使用されることができる。

【0107】

一実施形態では、受電器２８は上記の通りであってもよい。例えば、受電器２８は、受電器２８´と同じであってもよく、整流器回路５（図７の整流器回路等）および記憶装置（図７のキャパシタ２０８等）を含んでもよい。蓄積装置は、電荷を蓄積し、蓄積した電荷を負荷回路３０に供給し得る。

【0108】

図１４に示された実施形態では、システム６００は、受電器２８に結合されたコントローラ６０４を含む。上述の実施形態では、コントローラ３２´は、第１の側から第２の側への電力の流れを調整するデューティサイクルを有する制御信号２６´を提供した。制御信号２６´は流れを調整したため、受電器２８´への電力の供給不足および過供給を回避することができた。しかしながら、残念なことに、定常状態条件下では、この調整態様は、一定またはほぼ一定の充電および放電サイクルを理由としてノイズを発生させる可能性があった。したがって、本代替実施形態では、一定またはほぼ一定の充電および放電サイクルを理由として発生するノイズを回避するために、調整をランダム化された制御信号で置き換え得る。具体的には、モニタ６０４は、電圧制御発振器（ＶＣＯ）６０６および疑似乱数発生器（ＰＲＮＧ）６０８を含み得る。

【0109】

本実施形態では、前述のように、コントローラ６０４は、受電器２８によって蓄積された量を表す信号を発生させる。例えば、コントローラは、図７の電圧分割器を含んでもよい。いずれにせよ、この信号は、ＶＣＯ６０６に供給されて、受電器２８によって蓄積された電荷の量に基づいて変動する周波数を有する周波数信号を発生させ得る。そして、周波数信号は、ＰＲＮＧ６０８のクロック信号として使用されてもよい。このように、ＰＲＮＧ６０８は、ＶＣＯの周波数に依存するレートで１および０の疑似ランダムシーケンスを発生させ得、これはひいては、受電器２８´によって蓄えられた電荷の量に依存する。コントローラ６０４は、疑似乱数を制御信号６１０として出力し得る。ドライバ６１２は、絶縁バリヤ４の第１の側１０に位置付けられ、アイソレータ８を介して、コントローラ６０４から制御信号６１０を受信する。ドライバ６１２は、発振器１８に結合され、制御信号６１０に基づいて、発振電力信号２０の発生を制御する。例えば、ドライバ６１２は、制御信号６１０の疑似乱数の最新のビットの値に基づいてオンオフするトランジスタ（図７のトランジスタ１３２等）を含み得る。すなわち、制御信号６１０の疑似乱数が「１」のときにトランジスタをオンにし、制御信号６１０の疑似乱数が「０」のときにオフにされ得る。発振信号のこのランダム化された開始および停止は、位相空間内で信号を拡散させる。同様の効果は、絶縁バリヤの第１の側に疑似乱数シーケンスを発生させ、そのシーケンスから発振器を駆動することによっても達成されることができる。シーケンスジェネレータは、一定のレートでクロック駆動されることができるか、または発振器の動作を使用して、ＶＣＯを駆動するために使用される絶縁バリヤの第１の側の漏れ積分器を充電し得る。このように、フィードバックアイソレータによって使用されるスペースは回避される。

【0110】

したがって、要約すると、コントローラ６０４は、受電器２８に結合され、受電器２８によって蓄積された電荷の量を判定する。また、コントローラ６０４は、判定された蓄積電荷量に基づくレートで値を変化させる疑似乱数シーケンスを発生させるように構成される。ドライバ６１２は、アイソレータ８を介してコントローラ６０４に結合され、疑似乱数を受け取るようにされる。また、ドライバ６１２は、発振器１８に結合され、疑似乱数値に従って発振電力信号２０を確立するように発振器１８を制御する。特に、コントローラ６０４は、リザーバキャパシタ等の電荷蓄積装置に蓄積された電荷量に基づく周波数を有する発振信号を発生させるように構成された追加の発振器（例えば、ＶＣＯ６０６）を備える。また、コントローラ６０４は、疑似乱数の値をＶＣＯの周波数で変化させるように構成された疑似乱数発生器（例えば、ＰＳＮＧ６０８）を備える。

【0111】

上述の動作に基づいて、周波数ディザ回路が含まれていない場合、発振電力信号２０の発振周波数は一定である。しかしながら、発振電力信号２０の起動および起動解除は、ランダム化された方法で発生する。このように、発振電力信号２０によって発生する干渉は、発振電力信号２０の発振周波数等の特定の周波数に集束されるのではなく、周波数範囲にわたって拡散される。特に、受電器２８によって蓄積される電荷の量は変化しており、予測不可能である。したがって、ＰＲＮＧ６０８によって疑似乱数が生成される速度もまた変化しており、予測不可能である。このように、発振器１８の起動は、（疑似乱数値を介して）ランダムなレートで（疑似乱数が値を変更するレートを介して）ランダムに変化する。したがって、２つのランダム化された変数がある。このように、定常状態の周期的動作が回避され、そしてこのように、システム６００によって生成されたノイズは、特定の周波数に集中するのではなく、周波数範囲にわたって拡散される。

【0112】

システム６００の利点は、コントローラ３２または３２´と比較して、コントローラ６０４が比較的小さいチップ面積を占めることである。これは、ＶＣＯ６０６およびＰＲＮＧ６０８が比較的小さいチップ面積を占めることに起因する。例えば、ＰＲＮＧ６０８は、図９のものと同様であり得るが、２３個のフリップフロップおよび１個の排他的ＯＲゲートを含み得る。このように、ＰＲＮＧ６０８は、８．３９×１０^６ビット（すなわち、２^２３−１）のパターン長を有し得る。一実施形態では、ＶＣＯ６０６は、１ＭＨｚ〜２０ＭＨｚの周波数範囲を有し得、周波数信号の平均周波数は、約１０ＭＨｚであり得る。したがって、完全なパターンは、約８４０ｍｓかかり得る（すなわち、８．３９×１０^６／１０^６）。したがって、疑似乱数がそのシーケンスを繰り返し始めるまでに約８４０ｍｓかかり、これは発振器からの干渉が、周波数範囲にわたって十分に拡散することを意味するのに十分な長さである。当然ながら、他のいくつかの実施形態では、ＰＲＮＧ６０８の構成は異なっていてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、フリップフロップの数は、２３より多い場合も少ない場合もある。フリップフロップが少ないことの利点は、パターンが長くなり、ノイズがより拡散されることである。より少ないフリップフロップを有することの利点は、ＰＲＮＧ６０８によって占有されるチップ面積が少ないことである。

【0113】

受電器の電圧（リザーバキャパシタ電圧）一実施形態では、ＶＣＯ６０６は、基準電圧とリザーバキャパシタをまたいだ電圧を表す電圧との間の差を形成するように構成された誤差増幅器を含み得、それによって、受電器の出力電圧（リザーバキャパシタ電圧）の変化に対するＶＣＯ出力周波数のより大きな変化率を提供する。システム６００のさらなる利点は、調整フィードバック態様が含まれず、調整フィードバック態様に対して小さい面積を占めるＶＣＯおよびＰＲＮＧによって置き換えられるため、システム６００の高電圧領域が最小化されることである。すなわち、発振器６０２が固定周波数を有するため、高電圧領域が最小化され、したがって、例えば、ディザ回路を使用して発振器周波数の拡散を実施する必要がない。また、電力効率と、負荷回路の駆動に使用される電流が最大化される。例えば、固定発振周波数は、発振器６０２を、例えば変圧器６をまたいだ電力伝送のために最適な周波数に設定することによって、電力効率を最大化できることを意味する。このように、システム６００は、２つのレベルのランダム性を有する低コストのアーキテクチャを提供する。

【0114】

一実施形態によれば、絶縁バリヤを越えて電力を伝送するためのシステムが提供される。該システムは、絶縁バリヤの第１の側の一次巻線と、絶縁バリヤの第２の側の二次巻線とを有する変圧器と、変圧器の二次巻線に伝達された発振電力信号を、変圧器の一次巻線内に確立するように構成された発振器とを備える。該システムは、発振電力信号のパラメータをディザリングし、発振電力信号のスペクトル分布を修正するように構成される。

【0115】

いくつかのそのような実施形態では、発振器は、発振電力信号の発振周波数にディザを付加するように構成されたディザ回路を備える。いくつかのそのような実施形態では、ディザ回路は、変圧器の第１の巻線に選択的に結合された複数のキャパシタを備え、複数のキャパシタの結合を変動させ、発振器に接続されたキャパシタを変動させて、発振電力信号の振動周波数にディザを加える。いくつかのそのような実施形態では、ディザ回路は、疑似乱数発生器を備え、発振器に結合された複数のキャパシタの結合は、疑似乱数発生器によって発生させた疑似乱数に基づいて修正される。

【0116】

本システムのいくつかの実施形態では、受電器がさらに設けられ、二次巻線に結合されて配置され、二次巻線から受信された信号を整流し、リザーバキャパシタを変化させる。

【0117】

本システムのいくつかの実施形態では、ドライバと、アイソレータと、コントローラとを備えるフィードバックシステムがさらに設けられる。コントローラは、受電器に蓄えられた電荷量に反応するように受電器に結合され、蓄積された電荷量に基づいて発振器の起動を制御するための制御信号を発生させるように構成される。コントローラは、アイソレータを介してドライバに制御信号を提供し、ドライバは、発振器に結合され、制御信号に従って発振電力信号を確立するように発振器を制御する。

【0118】

いくつかのそのような実施形態では、コントローラは、制御信号のサイクルタイムに、または制御信号のデューティサイクルに、ディザを付加するように構成される。いくつかのそのような実施形態では、コントローラは、受電器に接続されるかまたはその一部である電荷蓄積部を通した電圧を表す信号をディザリングし、制御信号にディザを付加するように構成される。いくつかのそのような実施形態では、コントローラは、時変信号を発生させ、受電器における電圧を表す信号を、時変信号と比較することによって制御信号を発生させるように構成された充電回路をさらに備え、コントローラは、充電回路の充電電流および／またはキャパシタンスをディザリングし、制御信号にディザリングを付加するように構成された充電回路をさらに備える。

【0119】

コントローラを有する本システムのいくつかの実施形態では、コントローラは、電荷蓄積部を通した電圧を表す信号を、カウンタ回路のカウンタ値と比較することによって、制御信号を発生させるように構成されたカウンタ回路を備え、コントローラは、カウンタインクリメント、カウンタ回路のカウンタレート、カウンタの初期値、および電圧を表す信号に対して付与されたオフセットのうちの１つ以上をディザリングするように構成される。

【0120】

本システムのいくつかの実施形態では、負荷回路が設けられて受電器と結合され、負荷回路は、受電器によって蓄積された電荷を消費することによって電力供給される。

【0121】

本システムのいくつかの実施形態では、システムは、発振器に結合され、発振電力信号をディザリングするように構成されたディザ回路を備える。いくつかのそのような実施形態では、ディザ回路は、発振器の一部である。

【0122】

いくつかの実施形態では、チップスケールパッケージに包含されたアイソレータが設けられ、第１および第２の電圧ドメイン間でデータを伝送するように適合される。アイソレータは、上述の種類の電力伝送システムによって電力供給される内部回路を有する。

【0123】

一実施形態によれば、絶縁バリヤを越えて電力を伝送するための方法が提供される。該方法は、絶縁バリヤの第１の側において発振電力信号を発生させることと、絶縁バリヤの第１の側から絶縁バリヤの第２の側に、発振電力信号を伝送することと、発振電力信号のスペクトル分布を修正するように、発振電力信号をディザリングすることと、を含む。

【0124】

いくつかのそのような実施形態では、該方法は、発振電力信号の発振周波数にディザを付加することをさらに含む。いくつかのそのような実施形態では、発振電力信号は、発振器によって発生し、発振電力信号の発振周波数にディザを付加することは、発振器のキャパシタンスを変動させることを含む。いくつかのそのような実施形態では、キャパシタンスは、疑似ランダムな方法で変動させる。

【0125】

電力を伝送するための方法のいくつかの実施形態では、該方法は、発振器が動作可能とされるかまたは動作不可とされるかを制御するために使用される制御信号のデューティサイクルまたはサイクル長さにディザを付加することをさらに含む。いくつかのそのような実施形態では、該方法は、絶縁バリヤの第２の側に蓄積された電荷量に、または絶縁バリヤの第２の側の負荷に対する電圧に基づいて、制御信号を発生させることと、絶縁バリヤの第２の側から絶縁バリヤの第１の側に制御信号を伝送することと、制御信号に従って発振器を動作させることとをさらに含む。該方法のいくつかの実施形態では、制御信号を発生させることが、絶縁バリヤの第２の側に蓄積された電荷量に、または絶縁バリヤの第２の側の負荷に対する電圧に基づいて変動する信号を発生させることと、制御信号のデューティサイクルまたはサイクルタイムを、信号の関数として設定することと、を含む。

【0126】

一実施形態によれば、絶縁バリヤを越えて電力を伝送するためのシステムが提供される。システムは、アイソレータと、絶縁バリヤの第１および第２の側を分離する変圧器であって、絶縁バリヤの第１の側の一次巻線と、絶縁バリヤの第２の側の二次巻線とを有する変圧器と、変圧器の一次巻線に発振電力信号を提供するように構成された、絶縁バリヤの前記第１の側にある発振器と、発振電力信号を受信するように、絶縁バリヤの前記第２の側において、前記変圧器の二次巻線に結合され、伝送された発振電力信号からの電荷を電荷蓄積装置内に蓄積するように構成された受電器と、受電器に結合され、電圧に基づくレートで値を変化させる疑似乱数またはシーケンスを発生させるように構成された制御回路と、アイソレータを介して制御回路に結合され、疑似乱数を受信し、発振器を駆動させて、疑似乱数またはシーケンスに従って発振電力信号を確立する発振器ドライバと、を含む。

【0127】

いくつかのそのような実施形態では、コントローラは、判定された蓄積された電荷量に基づく発振周波数を有する発振信号を発生させるように構成された付加的な発振器を備える。コントローラは、さらなる発振信号の発振周波数に基づくレートで疑似乱数の値を変化させるように構成された疑似乱数発生器を備える。

【0128】

一実施形態によれば、絶縁バリヤを越えて電力を伝送するための方法が提供される。該方法は、絶縁バリヤの第１の側において発振電力信号を発生させることと、絶縁バリヤの第１の側から絶縁バリヤの第２の側に、発振電力信号を伝送することと、絶縁バリヤの第２の側において、伝送された発振電力信号からの電荷を蓄積することと、絶縁バリヤの第２の側において蓄積された電荷の量に基づくレートで値を変化させる疑似乱数を発生させることと、数値に従って発振電力信号を発生させるように、絶縁バリヤの第１の側から絶縁バリヤの第２の側に疑似乱数を伝送することと、を含む。

【0129】

全般
文脈上明らかに必要でない限り、明細書およびクレーム全体を通して、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」等の語は、排他的または網羅的な意味とは対照的に、包括的な意味、すなわち「含むがこれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ， ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」の意味で解釈されるべきである。

【0130】

本明細書で一般的に使用される用語「結合された（ｃｏｕｐｌｅｄ）」または「接続された（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」は、直接接続されるか、または１つ以上の中間要素によって接続されるかのいずれかであり得る２つ以上の要素を指す。加えて、「本明細書で（ｈｅｒｅｉｎ）」、「上方（ａｂｏｖｅ）」、「下方（ｂｅｌｏｗ）」、および同様の用語は、本出願で使用される場合、本出願全体を指すものとし、本出願の特定部分を指すものとはしない。文脈が許す場合、詳細な説明において単数形または複数形を使用する語は、それぞれ複数形または単数形も含み得る。２つ以上のアイテムのリストに関する用語「または（ｏｒ）」は、以下の解釈のすべてを網羅することが意図される。列記内の任意の項目、列記内のすべての項目、および列記内の項目の任意の組み合わせ。

【0131】

上記の実施形態のうちの１つ以上からの特徴のうちの１つ以上の特徴が、上述の実施形態のうちの１つ以上の他の特徴のうちの１つ以上の特徴と組み合わせられ、添付の特許請求の範囲内であるさらなる実施形態を形成してもよいことが理解されるべきである。

【0132】

クレームは、米国特許庁に提出するために好適な単一の従属形式で提示されている。しかしながら、各請求項は、明らかに技術的に実行不可能でない限り、同じ種類の先行する請求項のいずれかに従属する可能性があることが理解されるべきである。

【符号の説明】

【0133】

２ 電力伝送システム
４ 絶縁バリヤ
６ 変圧器
８ アイソレータ
１０ 第１の側
１２ 第２の側
１４ 一次巻線
１６ 二次巻線
１８ 発振器
２０，２０ａ 発振電力信号
２２ ＤＣ電源
２４ ドライバ
２６，２６ａ 制御信号
２８ 受電器
３０ 負荷回路
３２ コントローラ
７２ ディザモジュール

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図12】

【図13】

【図14】