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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-11-22
(54)【発明の名称】フリーブーストＥ級アンプ
(51)【国際特許分類】
H02J 50/12 20160101AFI20231115BHJP
H02J 7/00 20060101ALI20231115BHJP
H02M 7/48 20070101ALI20231115BHJP
【ＦＩ】
H02J50/12
H02J7/00 301D
H02M7/48 E
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023527820
(86)(22)【出願日】2021-11-05
(85)【翻訳文提出日】2023-07-03
(86)【国際出願番号】 US2021058344
(87)【国際公開番号】W WO2022099080
(87)【国際公開日】2022-05-12
(31)【優先権主張番号】63/111,618
(32)【優先日】2020-11-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/103,940
(32)【優先日】2020-11-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/252,871
(32)【優先日】2021-10-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/519,471
(32)【優先日】2021-11-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】520310643
【氏名又は名称】アイラ，インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＡＩＲＡ，ＩＮＣ．
(74)【代理人】
【識別番号】110001302
【氏名又は名称】弁理士法人北青山インターナショナル
(72)【発明者】
【氏名】グッドチャイルド，エリック ハインデル
【テーマコード（参考）】
5G503
5H770
【Ｆターム（参考）】
5G503AA01
5G503BB01
5G503GB06
5G503GB08
5G503GD03
5G503GD06
5H770AA21
5H770DA01
5H770DA44
5H770EA00
5H770HA03Y
5H770QA01
5H770QA25
(57)【要約】
ワイヤレス充電のためのシステム、方法および装置が開示されている。充電装置は、増幅段と、電力スイッチング段と、コントローラを具える。増幅段は、増幅段の入力から電流を受け取るチョークと、チョークの出力に結合され、出力電流を負荷に供給する共振ネットワークと、オンになったときにチョークの出力を回路接地に短絡するように構成された第１スイッチとを具える。電力スイッチング段は、電源を増幅段の入力に結合するように構成され、オンになったときに増幅段の入力を回路接地に結合するように動作可能な第２のスイッチを具えることができる。コントローラは、出力電流の周期を規定するタイミングシーケンスに従って第１のスイッチおよび第２のスイッチの動作を制御するように構成され得る。
【選択図】図５
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電力アンプにおいて、増幅段であって、
当該増幅段の入力から電流を受け取るように構成されたチョークと、
前記チョークの出力に結合され、前記電力アンプの負荷に出力電流を供給するように構成された共振ネットワークと、
オンになったときに前記チョークの出力を回路接地に短絡するように構成された第１のスイッチとを具える増幅段と、
電源を前記増幅段の入力に結合するように構成され、オンになったときに前記増幅段の入力を回路接地に結合するように動作可能な第２のスイッチを含む電力スイッチング段と、
前記出力電流のサイクルを規定するタイミングシーケンスに従って前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチの動作を制御するように構成されたコントローラとを具え、
前記第１のスイッチは、前記サイクルの第１段階中はオンとなり、前記サイクルの第１段階に続くサイクルの第２段階中はオンとなり、前記サイクルの第２段階に続くサイクルの第３段階中はオフとなり、
前記第２のスイッチは、前記サイクルの第１段階中はオフとなり、前記サイクルの第２段階中はオンとなり、前記サイクルの第３段階中はオンとなることを特徴とする電力アンプ。
【請求項2】
前記タイミングシーケンスの継続時間は、前記出力電流のサイクルの期間に対応する、請求項１に記載の電力アンプ。
【請求項3】
前記電力スイッチング段は、前記電源と前記増幅段の入力との間の結合を提供するダイオードをさらに具える、請求項１に記載の電力アンプ。
【請求項4】
前記電力スイッチング段は、オンになったときに前記電源と前記増幅段の入力との間の結合を提供する第３のスイッチをさらに具え、前記コントローラは前記第３のスイッチの動作を制御するようにさらに構成されている、請求項１に記載の電力アンプ。
【請求項5】
前記第３のスイッチは、前記サイクルの第１段階中はオンとなり、前記サイクルの第２段階および前記サイクルの第３段階中はオフとなる、請求項４に記載の電力アンプ。
【請求項6】
前記第３のスイッチは、第２のスイッチがオフのときにオンにされる、請求項４に記載の電力アンプ。
【請求項7】
前記コントローラはさらに、前記電力アンプの出力に供給される電力レベルを制御するように構成され、前記電力レベルは、前記第２のスイッチおよび前記第３のスイッチの動作を制御するために供給される制御信号の可変デューティサイクルを使用して制御される、請求項６に記載の電力アンプ。
【請求項8】
前記制御信号の各々のデューティサイクルは、前記共振ネットワークで測定されたインダクタンスを表すフィードバック信号に基づいて設定される、請求項７に記載の電力アンプ。
【請求項9】
前記コントローラがさらに、前記電力アンプの負荷に含まれる１以上の伝送コイルの量および種類に基づいて、前記第１のスイッチに供給される制御信号をパルス幅変調するように構成される、請求項１に記載の電力アンプ。
【請求項10】
前記電力アンプの負荷は、マルチデバイスワイヤレス充電装置の１以上の伝送コイルを含む、請求項１に記載の電力アンプ。
【請求項11】
さらに、第２の増幅段であって、前記増幅段の入力から電流を受け取るように構成された第２のチョークと、
オンになったときに前記第２のチョークの出力を回路接地に短絡するように構成された第４のスイッチと、を有する第２の増幅段を具え、
前記コントローラは、出力電流のサイクルを規定するタイミングシーケンスに従って前記第４のスイッチの動作を制御するように構成されており、
前記コントローラは、前記第１のスイッチに提供される制御信号と１８０°位相のずれた制御信号を前記第４のスイッチに供給するように構成されている、請求項１に記載の電力アンプ。
【請求項12】
さらに、第１のチューニング要素であって、第１のチューニングコンデンサと、
当該第１のチューニングコンデンサを回路接地と前記チョークの出力との間に結合するように構成された第１のチューニングスイッチとを有する第１のチューニング要素を具え、
前記コントローラは、前記共振ネットワークにおいて測定されたインダクタンスを表すフィードバック信号に基づいて、前記第１のチューニングスイッチの動作を制御するように構成されている、請求項１に記載の電力アンプ。
【請求項13】
さらに、第２のチューニング要素であって、第２のチューニングコンデンサと、
前記第２のチューニングコンデンサを前記共振ネットワークの容量と並列に接続するように構成された第２のチューニングスイッチとを有する第２のチューニング要素を具え、
前記コントローラは、前記共振ネットワークで測定されたインダクタンスを表すフィードバック信号に基づいて、前記第２のチューニングスイッチの動作を制御するように構成されている、請求項１に記載の電力アンプ。
【請求項14】
充電装置において電力を増幅する方法であって、増幅段の入力から電流を受け取るように前記増幅段にチョークを構成するステップと、
前記チョークの出力に結合され、前記電力アンプの負荷に出力電流を供給するように共振ネットワークを構成するステップと、
オンになったときに前記チョークの出力を回路接地に短絡するように第１のスイッチを構成するステップと、
電源を前記増幅段の入力に結合するように電力スイッチング段を構成するステップと、
オンになったときに前記増幅段の入力を回路接地に結合するように動作可能な第２のスイッチを前記電力スイッチング段に構成するステップと、
前記出力電流のサイクルを規定するタイミングシーケンスに従って前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチの動作を制御するステップであって、
前記第１のスイッチを、前記サイクルの第１段階中はオンとなり、前記サイクルの第１段階に続くサイクルの第２段階中はオンとなり、前記サイクルの第２段階に続くサイクルの第３段階中はオフとなるように構成し、
前記第２のスイッチを、前記サイクルの第１段階中はオフとなり、前記サイクルの第２段階中はオンとなり、前記サイクルの第３段階中はオンとなるように構成するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項15】
前記タイミングシーケンスの持続時間は、前記出力電流のサイクルの期間に対応する、請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
さらに、前記電源と前記増幅段の入力との間の結合を提供するように前記電力スイッチング段にダイオードを構成するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項17】
さらに、前記電源と前記増幅段の入力との間の結合を提供するように前記電力スイッチング段の第３のスイッチを構成するステップと、前記タイミングシーケンスに従って前記第３のスイッチの動作を制御するステップとを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項18】
さらに、前記第３のスイッチを、前記サイクルの第１段階中はオンとなり、前記サイクルの第２段階中はオフとなり、前記サイクルの第３段階中はオフとなるように構成するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
さらに、前記第２のスイッチがオフとなったときに前記第３のスイッチがオンになるように構成するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項20】
さらに、前記充電装置の出力に供給される電力レベルを制御するように前記充電装置を構成するステップであって、前記電力レベルは、前記第２のスイッチおよび前記第３のスイッチの動作を制御するために供給される制御信号の可変デューティサイクルを使用して制御されるステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項21】
さらに、前記共振ネットワークにおいて測定されたインダクタンスを表すフィードバック信号に基づいて、前記制御信号の各々のデューティサイクルを設定するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項22】
さらに、前記充電装置の負荷に含まれる１つまたは複数の伝送コイルの量および種類に基づいて、前記第１のスイッチに供給される制御信号をパルス幅変調するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項23】
前記充電装置の負荷は、マルチデバイスワイヤレス充電装置の１つまたは複数の伝送コイルを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項24】
さらに、前記増幅段の入力から電流を受け取るように第２の増幅段に設けられた第２のチョークを構成するステップと、オンになったときに前記第２のチョークの出力を回路接地に短絡させるように第４のスイッチを構成するステップと、
前記第２の増幅段の入力に電源を結合するように電力スイッチング段を構成するステップと、
出力電流のサイクルを規定するタイミングシーケンスに従って前記第４のスイッチの動作を制御するステップであって、前記第１のスイッチのゲートに第１の信号を供給することと、前記第４のスイッチのゲートに前記第１の信号と１８０°位相をずらした第２の信号を供給することを含むステップとを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項25】
さらに、第１のコンデンサと並列に結合されるように構成された複数のコンデンサの中からチューニングコンデンサの第１のセットを決定し、前記チューニングコンデンサの第１のセットにおける各チューニングコンデンサについて、各チューニングコンデンサと直列に接続されたスイッチを閉じることとによって、前記第１のスイッチと並列に結合された第１のコンデンサをチューニングするステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項26】
前記チューニングコンデンサの第１のセットは、前記充電装置の誘導負荷に基づいて構成される、請求項２５に記載の方法。
【請求項27】
さらに、前記第２のコンデンサと並列に結合されるように構成された複数のコンデンサの中からチューニングコンデンサの第２のセットを決定し、前記チューニングコンデンサの第２のセットにおける第１のチューニングコンデンサの各々について、各チューニングコンデンサと直列に接続されたスイッチを閉じることとによって、前記共振ネットワークの第２のコンデンサをチューニングするステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項28】
前記チューニングコンデンサの第２のセットは、前記充電装置の誘導性負荷に基づいて構成される、請求項２７に記載の方法。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
優先権主張
本出願は、２０２０年１１月０９日に米国特許庁に出願された米国仮特許出願第６３／１１１，６１８号、２０２１年１０月６日に米国特許庁に出願された米国仮特許出願第６３／２５２，８７１号、２０２１年１１月０４日に米国特許庁に出願された米国実用特許出願第１７／５１９，４７１号の優先権と利益を主張するものであり、これらの出願内容全体は以下に完全に記載されているかのようにその全体およびすべての適用目的のために参照により本書に組み込まれる。
本出願は、２０２０年１１月０９日に米国特許庁に出願された米国仮特許出願第６３／１１１，６１８号、２０２１年１０月６日に米国特許庁に出願された米国仮特許出願第６３／２５２，８７１号、２０２１年１１月０４日に米国特許庁に出願された米国実用特許出願第１７／５１９，４７１号の優先権と利益を主張するものであり、これらの出願内容全体は以下に完全に記載されているかのようにその全体およびすべての適用目的のために参照により本書に組み込まれる。
【0002】
本発明は、一般にモバイルコンピューティングデバイスのバッテリを含むバッテリのワイヤレス充電に関し、より具体的には、充電式デバイスに伝送される電力の制御に関する。
【背景技術】
【0003】
ワイヤレス充電システムは、特定のタイプのデバイスが物理的な充電接続を使用せずに内部バッテリを充電できるようにするために開発されてきた。ワイヤレス充電を利用できるデバイスには、モバイル機器および／または通信機器などがある。ワイヤレスパワーコンソーシアムが定めるＱｉ規格などの標準規格では、第１のサプライヤが製造した機器を、第２のサプライヤが製造した充電器でワイヤレス充電することが可能である。ワイヤレス充電の規格は、比較的単純な構成のデバイス向けに最適化されており、基本的な充電機能を提供する傾向にある。
【0004】
ワイヤレス充電機能の改善は、絶えず複雑化するモバイルデバイスや変化するフォームファクタに対応するために必要である。例えば、ワイヤレス電力伝送における電力制御の改善が必要とされている。
【図面の簡単な説明】
【0005】
【発明を実施するための形態】
【0006】
添付の図面に関連して以下に記載される詳細な説明は、様々な構成を説明することを意図しており、本明細書に記載の概念が実施され得る唯一の構成を示すことを意図したものではない。詳細な説明には、様々な概念の完全な理解を提供するための具体的な詳細が含まれている。しかしながら、それらの概念が具体的な詳細なしで実施できることは当業者には明らかであろう。時には、そのような概念を不明瞭にしないために、周知の構造および構成要素をブロック図の形式で示している。
【0007】
次に、ワイヤレス充電システムの特定の態様を、様々な装置および方法を参照して提示する。これらの装置および方法は、以下の詳細な説明に記載されるとともに、添付の図面において、様々なブロック、モジュール、コンポーネント、回路、ステップ、プロセス、アルゴリズムなど（総称して「要素」と呼ぶ）によって示される。これらの要素は、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェアまたはそれらの任意の組合せを使用して実装することができる。そのような要素がハードウェアとして実装されるか、またはソフトウェアとして実装されるかは、具体的なアプリケーションおよびシステム全体に課される設計上の制約に依存する。
【0008】
例えば、要素、要素の任意の部分、または要素の任意の組合せは、１以上のプロセッサを含む「処理システム」で実装され得る。プロセッサの例には、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）、ステートマシン、ゲートロジック、ディスクリートハードウェア回路、および本開示全体を通して記載された様々な機能を実行するように構成された他の適切なハードウェアが含まれる。処理システムの１以上のプロセッサは、ソフトウェアを実行することができる。ソフトウェアは、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコードまたはハードウェア記述言語などと呼ばれるかどうかにかかわらず、命令、命令セット、コード、コードセグメント、プログラムコード、プログラム、サブプログラム、ソフトウェアモジュール、アプリケーション、ソフトウェアアプリケーション、ソフトウェアパッケージ、ルーチン、サブルーチン、オブジェクト、実行可能ファイル、実行スレッド、プロシージャ、関数などを意味するものとして、広く解釈されるものとする。ソフトウェアは、プロセッサ可読記憶媒体に常駐するようにしてもよい。本明細書でコンピュータ可読媒体とも呼ばれるプロセッサ可読記憶媒体は、例えば、磁気ストレージデバイス（例えば、ハードディスク、フロッピーディスク、磁気ストリップ）、光ディスク（例えば、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ））、スマートカード、フラッシュメモリデバイス（例えば、カード、スティック、キードライブ）、近距離ワイヤレス通信（ＮＦＣ）トークン、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、プログラマブルＲＯＭ（ＰＲＯＭ）、消去可能ＰＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能ＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、レジスタ、リムーバブルディスク、搬送波、伝送路、ソフトウェアを格納または伝送するのに適した他の任意の媒体を含むことができる。コンピュータ可読媒体は、処理システムに存在していても、処理システムの外部にあっても、処理システムを含む複数のエンティティに分散していてもよい。コンピュータ可読媒体は、コンピュータプログラム製品に具現化されるものであってもよい。一例として、コンピュータプログラム製品は、パッケージ材料内のコンピュータ可読媒体を含むことができる。当業者は、特定の用途およびシステム全体に課せられた全体的な設計上の制約に応じて、本開示全体にわたって提示された記載の機能を実装するための最良の方法を認識するであろう。
【0009】
概要
本開示の特定の態様は、ワイヤレス充電装置に適用可能なシステム、装置、および方法に関する。充電セルは、充電装置の表面に１以上の誘導コイルを設けて構成することができ、この充電セルは、１以上のデバイスをワイヤレスで充電するために励起され得る。充電されるデバイスの位置は、デバイスの位置と充電装置の表面上の既知の場所を中心とした物理的特性の変化とを関連付けるセンシング技術によって検出することができる。位置の感知は、容量性、抵抗性、誘導性、接触、圧力、荷重、歪み、および／または他の適切なタイプのセンシングを使用して実装することができる。
本開示の特定の態様は、ワイヤレス充電装置に適用可能なシステム、装置、および方法に関する。充電セルは、充電装置の表面に１以上の誘導コイルを設けて構成することができ、この充電セルは、１以上のデバイスをワイヤレスで充電するために励起され得る。充電されるデバイスの位置は、デバイスの位置と充電装置の表面上の既知の場所を中心とした物理的特性の変化とを関連付けるセンシング技術によって検出することができる。位置の感知は、容量性、抵抗性、誘導性、接触、圧力、荷重、歪み、および／または他の適切なタイプのセンシングを使用して実装することができる。
【0010】
本開示の一態様において、装置は、バッテリ充電電源と、少なくとも１つの伝送コイルとを具える。
【0011】
本開示の別の態様において、装置は、バッテリ充電電源と、マトリクス状に構成された複数の充電セルとを具え、複数の充電セルの各充電セルは、電力伝達領域を囲む１つまたは複数のコイルを含むことができる。また、複数の充電セルは、複数の充電セルにおける充電セルの電力伝送領域が重ならないように、装置の表面に隣接配置することができる。表面に置かれたデバイスは、１以上の充電セルを介してワイヤレスで伝送される電力を受け取ることができる。場合によっては、本装置は単に充電面と呼ばれることもある。電力は、装置の面上の任意の場所に配置された受電デバイスにワイヤレスで伝送することができる。デバイスは、任意に規定されたサイズおよび／または形状を有することができ、充電のために予め指定されるか予め有効にされた任意の個々の配置に拘わらず配置することができる。単一の面上で複数のデバイスを同時に充電することができる。本装置は、表面にわたって１以上のデバイスの動きを追跡することができる。
【0012】
本明細書に開示される特定の態様は、改善されたワイヤレス充電技術に関する。本開示の様々な態様において、ワイヤレス充電装置は、スイッチドモード電源と、１つまたは複数の伝送コイルを介して伝送される電力を増幅するためのＥ級アンプとを具え得る。充電装置における電力を増幅する方法は、増幅段の入力から電流を受け取るように前記増幅段にチョークを構成するステップと、電力アンプの負荷に出力電流を供給するように前記チョークの出力に結合された共振ネットワークを構成するステップと、オンになったときに前記チョークの出力を回路接地に短絡させるように第１のスイッチを構成するステップと、前記増幅段の入力に電源を結合するように電力スイッチング段を構成するステップと、オンになったときに前記増幅段の入力を前記回路接地に結合するように前記電力スイッチング段の第２のスイッチを構成するステップと、出力電流の周期を規定するタイミングシーケンスに従って前記第１のスイッチと前記第２のスイッチの動作を制御するステップとを含む。前記第１のスイッチの制御は、前記第１のスイッチが、サイクルの第１段階中はオンとなり、前記サイクルの第１段階に続くサイクルの第２段階中はオンとなり、前記サイクルの第２段階に続くサイクルの第３段階中はオフとなるように構成することを含み得る。前記第２のスイッチの制御は、前記第２のスイッチが、前記サイクルの第１段階中はオフとなり、前記サイクルの第２段階中はオンとなり、前記サイクルの第３段階中はオンとなるように構成することを含み得る。
【0013】
本明細書に開示される特定の態様は、負荷の変化に対応するためにワイヤレス充電装置のスイッチドモード電源とＥ級アンプを調整する回路および方法に関する。負荷の変化は、例えば、電力伝送コイルの数や配置の変化、電磁結合に影響を与える受電デバイスの物理的な位置の変化などから生じる。第１の実施例では、チューナブル電力アンプは、第１のチューナブルコンデンサを有する第１のチューニング要素と、前記第１のチューナブルコンデンサを回路接地とチョークの出力との間に結合するように構成された第１のチューナブルスイッチとを含む。コントローラは、共振ネットワークで測定されたインダクタンスを表すフィードバック信号に基づいて、第１のチューナブルスイッチの動作を制御するように構成され得る。第２の実施例では、チューナブル電力アンプは、第２のチューナブルコンデンサを有する第２のチューニング要素と、第２のチューナブルコンデンサを共振ネットワーク内のキャパシタンスと並列に接続するように構成された第２のチューナブルスイッチとを含む。コントローラは、共振ネットワークで測定されたインダクタンスを表すフィードバック信号に基づいて、第２のチューナブルスイッチの動作を制御するように構成され得る。
【0014】
充電セル
本明細書に開示される特定の態様によれば、充電装置の表面に隣接配備された充電セルを用いて充電装置が提供される。一例では、充電セルはハニカムパッケージ構成に従って配置または配備される。充電セルは、それぞれが充電装置の表面に実質的に直交しコイルに隣接する軸に沿って磁場を誘導することができる１以上のコイルを使用して実装することができる。本明細書において、充電セルとは、各コイルが充電セル内の他のコイルによって生成される場に対して加算的であって共通の軸に沿うか近接して配向される電磁場を生成するように構成された１以上のコイルを有する構成要素をいう。
本明細書に開示される特定の態様によれば、充電装置の表面に隣接配備された充電セルを用いて充電装置が提供される。一例では、充電セルはハニカムパッケージ構成に従って配置または配備される。充電セルは、それぞれが充電装置の表面に実質的に直交しコイルに隣接する軸に沿って磁場を誘導することができる１以上のコイルを使用して実装することができる。本明細書において、充電セルとは、各コイルが充電セル内の他のコイルによって生成される場に対して加算的であって共通の軸に沿うか近接して配向される電磁場を生成するように構成された１以上のコイルを有する構成要素をいう。
【0015】
いくつかの実装例では、充電セルは、共通の軸に沿って積層され、および／または、充電装置の表面に実質的に直交する誘導磁界に寄与するように重なり合うコイルを含む。いくつかの実施例において、充電セルは、充電面の規定された部分内に配置されたコイルを含み、これらのコイルは充電セルに対応する充電面の部分に実質的に直交する誘導磁界に寄与する。いくつかの実装例では、充電セルは、動的に定義される充電セルに含まれるコイルにアクティベート電流を供給することによって構成可能であり得る。例えば、充電装置は、充電装置の表面わたって配置された複数のコイルのスタックを含むことができ、この充電装置は、充電対象デバイスの位置を検出し、充電対象デバイスに隣接する充電セルを提供するためにコイルのスタックのいくつかの組み合わせを選択し得る。ある実施例では、充電セルは、単一のコイルを含むか、または単一のコイルとして特徴付けられ得る。しかしながら、充電セルは、複数の積層コイルおよび／または複数の隣接するコイルもしくはコイルの積層を含むことができることを理解されたい。
【0016】
図１は、充電装置の充電面内またはその近くに配備または構成され得る充電セル１００の一例を示す。この例では、充電セル１００は、電力伝達領域１０４に電磁場を生成するのに十分な電流を受け取ることができる導体、配線または回路基板トレースを用いて構築された１以上のコイル１０２を囲む、実質的に六角形の形状を有している。いくつかの実施態様において、１以上のコイル１０２は、図１に例示される六角形の充電セル１００を含む、実質的に多角形である形状を有してもよい。いくつかの例では、コイル１０２は他の形状を有することができる。コイル１０２の形状は、少なくとも部分的に、製造技術の能力または制限によって、またはプリント回路基板などの基板１０６上の充電セルのレイアウトを最適化するために決定することができる。各コイル１０２は、スパイラル構成に配置されたワイヤ、プリント回路基板トレースおよび／または他のコネクタを使用して実装することができる。各充電セル１００は、異なる層のコイル１０２が共通軸１０８に中心を持つように、絶縁体または基板１０６によって分離された２以上の層にわたることができる。
【0017】
図２は、充電装置の充電面２００にわたって提供される電力伝達領域の配置の一例を示す図である。ここで、充電装置は、本明細書に開示される特定の態様に従って構成または動作され得る充電面２００を提供するために、複数の層の充電セルを採用している。充電面２００は、４層の充電セル２０２、２０４、２０６、２０８から構成され得る。図２において、第１層の充電セル２０２の充電セルが提供する各電力伝達領域が「Ｌ１」と記され、第２層の充電セル２０４の充電セルが提供する各電力伝達領域が「Ｌ２」と記され、第３層の充電セル２０６の充電セルが提供する各電力伝達領域が「Ｌ３」と記され、第４層の充電セル２０８の充電セルが提供する各電力伝達領域が「Ｌ４」と記されている。
【0018】
図３は、充電器ベースステーションに設けられ得るワイヤレストランスミッタ３００を示す図である。いくつかの実施例では、コントローラ３０２は、フィルタ回路３０８でフィルタリングされるか、他の方法で処理されたフィードバック信号を受信することができる。コントローラ３０２は、コンデンサ３１２およびインダクタ３１４を含む共振回路３０６に交流（ＡＣ）信号を供給するドライバ回路３０４の動作を制御し得る。共振回路３０６は、本明細書において、タンク回路、ＬＣタンク回路、および／またはＬＣタンクとも呼ばれ、共振回路３０６のＬＣノード３１０で測定される電圧３１６はタンク電圧とも呼ばれる。
【0019】
ワイヤレストランスミッタ３００は、充電装置によって、互換性のあるデバイスが充電装置の面上に置かれたかどうかを判断するために使用することができる。例えば、充電装置は、ワイヤレストランスミッタ３００を介して間欠的なテスト信号（アクティブＰｉｎｇ）を送信することによって、互換デバイスが充電装置の表面に置かれたことを特定することができ、ここで共振回路３０６は、互換デバイスがテスト信号に応答した場合に符号化された信号を受信することができる。充電装置は、規格、慣習、製造者または用途によって規定された応答信号を受信したら、少なくとも１つの充電セル内の１以上のコイルを励起するように構成することができる。いくつかの例では、互換デバイスは、充電装置が互換デバイスの充電に使用される最適な充電セルを見つけることができるように、測定または推定された受信信号強度を通信することによってＰｉｎｇに応答することができる。
【0020】
パッシブｐｉｎｇ技術は、ＬＣノード３１０で測定または観測された電圧または電流を使用して、本明細書に開示された特定の態様に従って適合されたデバイスの充電パッドに近接する受電コイルの存在を識別することができる。従来の多くのワイヤレス充電器用トランスミッタでは、ＬＣノード３１０の電圧を測定したりネットワーク内の電流を測定する回路が設けられている。これらの電圧と電流は、電力調整目的またはデバイス間の通信をサポートするために監視され得る。図３に示す例では、ＬＣノード３１０の電圧が監視されるが、パッシブＰｉｎｇをサポートするために電流が追加的または代替的に監視され得ることが企図される。パッシブＰｉｎｇ（初期電圧Ｖ０）に対する共振回路３０６の応答は、ＬＣノード３１０における電圧（ＶＬＣ）により、次のように表すことができる。
【0021】
本明細書に開示された特定の態様によれば、１以上の充電セル内のコイルを選択的に励起して、互換デバイスの充電に最適な電磁界を提供することができる。いくつかの実施例では、コイルが充電セルに割り当てられ、一部の充電セルが他の充電セルと重なり得る。後者の場合、充電セル単位で最適な充電設定を選択することができる。他の例では、充電セルは、充電装置表面への充電対象デバイスの配置に基づいて規定されてもよい。このような他の例では、各充電イベントで励起されるコイルの組み合わせは異なり得る。いくつかの実装例では、充電装置は、充電イベント中に励起するために１以上のセルおよび／または１以上の所定の充電セルを選択できるドライバ回路を含み得る。
【0022】
充電装置における電力増幅
本開示の一態様は、ワイヤレス充電装置の伝送コイルに充電電流を供給するドライバ回路におけるＥ級アンプの使用に関する。Ｅ級アンプは、チューナブルスイッチング電力アンプとして動作し、高効率動作によって特徴付けられる。図４は、Ｅ級アンプ４００の一例を示す図である。トランジスタスイッチが、共振ネットワーク４０６を介して負荷４１０に結合されている。一態様において、トランジスタスイッチは、図４に示すＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（ＮＦＥＴ）４０２などの金属－酸化膜－半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を使用して実装され得る。図示の例では、ＮＦＥＴ４０２のドレインは、チョーク４０４を介して直流（ＤＣ）電源に結合されている。チョーク４０４は、インダクタを用いて実装することができ、ＤＣおよび低周波の交流（ＡＣ）を通過させるが高周波の電流を遮断するように構成され得る。ＮＦＥＴ４０２は、共振ネットワーク４０６の共振周波数に対応する動作周波数でスイッチングされる。チョーク４０４は、動作周波数における電流サイクルを遮断する能力に基づいて選択することができる。ＮＦＥＴ４０２は、ＮＦＥＴ４０２がオンになると、共振ネットワーク４０６への入力に対して接地への低インピーダンス経路を提供する。ＮＦＥＴ４０２がＯＦＦになると、共振回路の入力は、チョーク４０４を介してＤＣ電源からの電流を受け取る。
本開示の一態様は、ワイヤレス充電装置の伝送コイルに充電電流を供給するドライバ回路におけるＥ級アンプの使用に関する。Ｅ級アンプは、チューナブルスイッチング電力アンプとして動作し、高効率動作によって特徴付けられる。図４は、Ｅ級アンプ４００の一例を示す図である。トランジスタスイッチが、共振ネットワーク４０６を介して負荷４１０に結合されている。一態様において、トランジスタスイッチは、図４に示すＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（ＮＦＥＴ）４０２などの金属－酸化膜－半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を使用して実装され得る。図示の例では、ＮＦＥＴ４０２のドレインは、チョーク４０４を介して直流（ＤＣ）電源に結合されている。チョーク４０４は、インダクタを用いて実装することができ、ＤＣおよび低周波の交流（ＡＣ）を通過させるが高周波の電流を遮断するように構成され得る。ＮＦＥＴ４０２は、共振ネットワーク４０６の共振周波数に対応する動作周波数でスイッチングされる。チョーク４０４は、動作周波数における電流サイクルを遮断する能力に基づいて選択することができる。ＮＦＥＴ４０２は、ＮＦＥＴ４０２がオンになると、共振ネットワーク４０６への入力に対して接地への低インピーダンス経路を提供する。ＮＦＥＴ４０２がＯＦＦになると、共振回路の入力は、チョーク４０４を介してＤＣ電源からの電流を受け取る。
【0023】
タイミング図４２０は、共振ネットワーク４０６の共振周波数におけるＥ級アンプ４００の動作を示す。共振ネットワーク４０６の共振周波数は、ＮＦＥＴ４０２のドレイン容量４０８によって影響または変更され得る。ＮＦＥＴ４０２のゲートに供給される制御信号４１８は、共振ネットワーク４０６の共振周波数に対応する周波数でスイッチングする。ＮＦＥＴ４０２がスイッチオンされると、ＮＦＥＴ４０２のドレインに電流４１６が流れる。ＮＦＥＴ４０２がスイッチオフされると、ＮＦＥＴ４０２のドレインには電流４１６が流れないか、非常に低いリーク電流が流れる。ＮＦＥＴ４０２がスイッチオフされると、ドレイン電圧４１４は、アンプのリアクティブ成分によって決まる速度で上昇し始める。その後、ドレイン電圧４１４はピーク電圧から低下し、ドレイン電圧４１４がゼロボルトに近づく時間４２２にＮＦＥＴ４０２がスイッチオンされる。出力電圧４１２は、共振ネットワーク４０６の共振周波数に対応する基本周波数で発振する。Ｅ級アンプ４００は、電流がゼロの時点でＮＦＥＴ４０２をオンにし、電圧がゼロの時点でＮＦＥＴ４０２をオフにすることによって高い動作効率を達成し、それによってスイッチで失われる電力を最小化することができる。
【0024】
ワイヤレス充電装置は様々な充電式デバイスを充電することが想定され、各充電式デバイスは、位置や他の要因に基づいてワイヤレストランスミッタに対するインピーダンスが変化し得る。ワイヤレス充電装置は、例えばバッテリの温度状態など充電式デバイスの動作状態に対応するために、その出力電力レベルの調整が必要となる場合がある。充電装置の出力電力レベルを制御するためには、通常、追加の制御ループとフィルタコンポーネントが必要である。Ｅ級アンプの出力制御は、フロントエンドのＤＣ電源制御のための降圧／昇圧回路として提供され得る。降圧／昇圧回路は、入力電圧に対して増大または減少した大きさの出力電圧を提供できるＤＣ－ＤＣコンバータとして動作し得る。降圧／昇圧回路は、入力電圧を低下させて出力電圧を得る場合、降圧コンバータとして動作する。降圧／昇圧回路は、入力電圧を上昇させて出力電圧を得る場合、昇圧コンバータとして動作する。
【0025】
多くのシステムでは、プリレギュレータ・スイッチドモード電源（ＳＭＰＳ）を用いてワイヤレストランスミッタにＤＣ電源を供給している。ＳＭＰＳと関連する電力制御回路は、通常、Ｅ級アンプの共振周波数よりはるかに高い周波数で動作する。高周波ＳＭＰＳの動作は、ワイヤレス充電装置の効率を低下させ、磁気部品に不要な高調波成分を導入または増加させる可能性がある。また、ＳＭＰＳは電力アンプの伝送出力の基本周波数の４倍から１０倍の周波数で動作することがあり、ＳＭＰＳとアンプの動作周波数の違いにより、より複雑でコストのかかる電源制御回路を使用する必要がある。
【0026】
本開示の特定の態様は、スイッチドモード電源と、出力負荷に低い高調波を伴う出力電力制御を提供するように構成されたＥ級（Ｃｌａｓｓ－Ｅ）アンプとを含む電源トポロジーおよびアーキテクチャを提供する。ワイヤレス充電装置に組み込まれる場合、電源トポロジーは、フリーブーストトポロジーと呼ばれ得る。
【0027】
図５は、本開示の特定の態様に従って構築または構成された電源装置５１０を具える充電システム５００を示す図である。電源５１０は、電源５０２とＥ級アンプ５０６に結合されたスイッチドモード電源（ＳＭＰＳ５０４）を具える。電源５１０は、図５にＬＣ５１８として示すチョークのピーク電流を同期的に制御することができる。コントローラ５３０は、ＳＭＰＳ５０４内のハーフブリッジスイッチ（ＳＷＨ５１２、ＳＷＬ５１４）に制御信号５２２、５２４を供給し、Ｅ級アンプ５０６内のＥ級スイッチ（ＳＷＥ５１６）に制御信号５２６を提供する。一例として、ＳＷＨ５１２、ＳＷＬ５１４、ＳＷＥ５１６は、ＮＦＥＴを使用して実装される。制御信号５２２、５２４、５２６は、ＳＭＰＳ５０４がＥ級アンプ５０６と同じスイッチング周波数で動作できるように同期化され得る。制御信号５２２、５２４、５２６の１つまたは複数のデューティサイクルは、電源５１０における降圧または昇圧動作を制御するように選択することができる。
【0028】
ＳＭＰＳ５０４およびＥ級アンプ５０６の構成は、Ｅ級アンプ５０６に関連する高効率レベルを維持することができ、ＬＣ５１８および共振出力ネットワーク５２０のインダクタ（ＬＴ５２８）における高周波高調波を除去または制限することができる。一例では、ＬＴ５２８は、電力を充電式デバイスに伝送するために使用される伝送コイルを含み、電源５１０の負荷５０８は、充電式デバイスによって提示される反射負荷を組み込むかそれに対応する。高周波高調波の低減は、充電システム５００の有効性を向上させ、電磁干渉を制限することができる。電源５１０は、同等の従来の電力制御型電源よりも低い部品数で実装することができる。
【0029】
コントローラ５３０は、パルスの繰り返しシーケンスを生成するように構成されたステートマシン、シーケンサまたは遅延ループを使用して実装され得る。ＳＭＰＳ５０４とＥ級アンプ５０６の構成によって出力電力の線形制御が可能となり、ＳＭＰＳ５０４とＥ級アンプ５０６の制御が簡単になる。いくつかの実施例では、コントローラ５３０は、サイクル毎に出力電力を制御するように構成され得る。
【0030】
図６は、図５に示す電源装置５１０の第１の動作モードを示すタイミング図６００である。出力電流５３８の各サイクル６０２内で３つのフェーズ６０４、６０６、６０８を定義することができる。３つのフェーズ６０４、６０６、６０８は、発電の３つの段階に対応する。この第１の例では、サイクル６０２は、「フリーホイール」フェーズを含む。いくつかの例では、発電の段階の１以上が、出力電流５３８のサイクル６０２の角度位相に対応し得るが、そのような対応は期待されないし要求されない。いくつかの実施例では、出力電流５３８は負荷５０８への電力伝送を表す。
【0031】
第１のフェーズ６０４において、電源５１０は、ＬＣ５１８に電流５３６を構築する。コントローラ５３０は、第１のフェーズ６０４において、ＳＷＨ５１２およびＳＷＥ５１６をオンにし、ＳＷＬ５１４をオフにするように制御信号５２２、５２４、５２６を構成する。この構成のスイッチングにより、ＬＣ５１８に流れる電流５３６は、Ｖｉｎ５３２とＬＣ５１８の比に比例した割合で増加する。ＬＣ５１８の電流５３６の増加率は、次のように表すことができる：
ここで、ｋはスケーリングファクタを表し、場合によっては１とはならない。
【0032】
第２のフェーズ６０６において、コントローラ５３０はＳＷＬ５１４およびＳＷＥ５１６をオンにし、ＳＷＨ５１２をオフにするように制御信号５２２、５２４、５２６を構成する。ＬＣ５１８の電流５３６は、ＳＷＬ５１４とＳＷＥ５１６を通してフリーホイールし始める。
【0033】
第３のフェーズ６０８は、電力供給段階と呼ぶことができる。コントローラ５３０は、ＳＷＬ５１４をオン、ＳＷＨ５１２をオフ、ＳＷＥ５１６をオフにするように制御信号５２２、５２４、５２６を構成する。ＬＣ５１８の電流５３６は、電源５１０の出力を提供する共振出力ネットワーク５２０に流れ始めると減少し始める。閉じたＳＷＥ５１６の電圧（ＶＳＷＥ５３４）は、Ｖｉｎ５３２の倍数であるピークまで上昇し、その後滑らかにゼロに戻るように遷移する。
【0034】
ＶＳＷＥ５３４がゼロボルトに戻るかゼロボルトに近い閾値を横切ると、サイクル６０２は、新たな第１のフェーズ６１４から開始するように繰り返される。本開示の特定の態様に従って構成された充電システム５００は、負荷５０８を通して純粋な正弦波出力電流５３８の流れを提供することができ、高周波高調波は、共振出力ネットワーク５２０のＬＣ５１８のコアおよび／またはインダクタ（ＬＴ５２８）において限定されるか無くなり得る。
【0035】
充電システム５００のスイッチング周波数は、出力ＡＣ負荷要件に基づいて構成または定義され得る。ＳＷＥ５１６のオン時間は、共振出力ネットワーク５２０によって規定されてもよいし、任意の適切なＥ級チューニング技術を使用してチューニングされてもよい。ＳＷＨ５１２およびＳＷＬ５１４のオン時間は、負荷が必要とする出力電力のレベルに基づいて構成され得る。一例では、負荷が必要とする出力電力のレベルは、充電式デバイスをワイヤレスで充電するために使用する充電設定から決定される。充電設定は、充電式デバイスと充電システム５００との間のプロトコルまたはネゴシエーションによって定義され得る。一例では、充電システム５００は、マルチデバイスまたはマルチコイル充電器に設けることができ、充電設定は、１つまたは複数の伝送コイルに供給される出力電力のレベルを特定してもよい。ＳＷＨ５１２とＳＷＬ５１４を動作させるために供給される制御信号５２２、５２４のデューティサイクルが１００％に向かって増加すると、負荷に供給される出力電力が増加する。いくつかの実施例では、ＳＷＨ５１２に提供される制御信号５２２は、ＳＷＬ５１４に提供される制御信号５２４の逆であり得る。
【0036】
ＳＷＨ５１２およびＳＷＬ５１４を動作させるために提供される制御信号５２２、５２４の低いデューティサイクルは、電源５１０が第１のフェーズ６０４にあるときにＬＣ５１８のピーク電流を制限する。第３のフェーズ６０８に移行する際にＬＣ５１８のピーク電流を低くすることで、負荷に伝送される総電力を制限することができる。デューティサイクル制御を行うことで、Ｅ級スイッチング時間を変更することなく、出力電力制御を行うことができる。
【0037】
図７は、図５に示す電源装置５１０の第２の動作モードを示すタイミング図７００である。出力電流５３８の各サイクル７０２内で３つのフェーズ７０４、７０６、７０８を定義することができる。３つのフェーズ７０４、７０６、７０８は発電の３つの段階を規定し、「フリーホイール」フェーズを含まない。いくつかの例では、発電の段階またはフェーズの１以上が、出力電流５３８の１つのサイクル７０２の角度位相に対応し得るが、そのような対応は期待されないし要求されない。一例では、出力電流５３８は、負荷５０８への電力伝送を表す。この動作モードでは、ＳＷＨ５１２のオン切替は、電力供給段階の前に予め定義または予め設定された時間まで遅延される。この遅延時間を利用して、出力電力を制御することができる。遅延時間が長いと、ＬＣ５１８に蓄積される電流が少なくなる。
【0038】
第１のフェーズ７０４において、電源５１０は、ＬＣ５１８に電流５３６を構築する。コントローラ５３０は、ＳＷＨ５１２とＳＷＥ５１６をオンにし、ＳＷＬ５１４をオフにするように制御信号５２２、５２４、５２６を構成する。この構成のスイッチングにより、ＬＣ５１８に流れる電流５３６は、Ｖｉｎ５３２とＬＣ５１８の比に比例した割合で増加する。
【0039】
第２のフェーズ７０６は、電力供給段階と呼ぶことができる。コントローラ５３０は、ＳＷＬ５１４をオン、ＳＷＨ５１２をオフ、ＳＷＥ５１６をオフにするように制御信号５２２、５２４、５２６を構成する。ＬＣ５１８の電流５３６は、電源５１０の出力を提供する共振出力ネットワーク５２０に流れ始めると減少し始める。閉じたＳＷＥ５１６の電圧（ＶＳＷＥ５３４）は、Ｖｉｎ５３２の倍数であるピークまで上昇し、その後滑らかにゼロに戻るように遷移する。
【0040】
遅延段階と呼ぶことができる第３のフェーズ７０８において、コントローラ５３０は、ＳＷＬ５１４およびＳＷＥ５１６をオンにし、ＳＷＨ５１２をオフにするように制御信号５２２、５２４、５２６を構成する。スイッチの構成は、遅延時間の間、維持される。
【0041】
充電システム５００のスイッチング周波数は、出力ＡＣ負荷要件に基づいて構成または定義され得る。ＳＷＥ５１６のオン時間は、共振出力ネットワーク５２０によって規定されてもよいし、任意の適切なＥ級チューニング技術を使用してチューニングされてもよい。第３のフェーズ７０８の遅延の持続時間および／またはＳＷＨ５１２のオン時間は、負荷５０８に供給されることが要求される出力電力のレベルに基づいて設定され得る。一例では、負荷５０８に供給することが求められる出力電力のレベルは、充電式デバイスをワイヤレスで充電するために使用される充電構成から決定される。充電設定は、充電式デバイスと充電システム５００との間のプロトコルまたはネゴシエーションによって定義され得る。一例では、充電システム５００は、マルチデバイス充電器に設けることができ、充電設定は、１つまたは複数の伝送コイルに供給される出力電力のレベルを特定してもよい。ＳＷＨ５１２とＳＷＬ５１４を動作させるために供給される制御信号５２２、５２４のデューティサイクルが１００％に向かって増加すると、負荷５０８に供給される出力電力が増加する。いくつかの実施例では、ＳＷＨ５１２に提供される制御信号５２２は、ＳＷＬ５１４に提供される制御信号５２４の逆であり得る。
【0042】
ＳＷＨ５１２およびＳＷＬ５１４を動作させるために提供される制御信号５２２、５２４の低いデューティサイクルは、電源５１０が第１のフェーズ７０４にあるときにＬＣ５１８のピーク電流を制限する。第３のフェーズ７０８に移行する際にＬＣ５１８のピーク電流を低くすることで、負荷５０８に伝送される総電力を制限することができる。デューティサイクル制御を行うことで、Ｅ級スイッチング時間を変更することなく、出力電力制御を行うことができる。
【0043】
本開示の特定の態様に従ってフリーホイールフェーズなしで構成された充電システム５００は、Ｌｃ５１８の等価直列抵抗（ＥＳＲ）に起因する損失を低減または排除することができる。ＥＳＲは、理想的でないコンデンサやインダクタの直列抵抗を表し、コンデンサやインダクタを含む回路の予想動作周波数に対して測定または定義され得る。フリーホイールフェーズをなくすことにより、不連続モードで動作する場合にＳＷＬ５１４はオプションとなり、連続モードで動作する場合にＳＷＬ５１４は、いくつかの例ではダイオードで置換され得る。
【0044】
本開示のある態様は、スイッチドモード電源とＥ級アンプを使用する充電システムにおける電力出力の制御に関する。説明を容易にするために、ＳＭＰＳ５０４およびＥ級アンプ５０６を含む図５の充電システム５００を参照する。一態様では、充電システム５００は、出力電力の動的制御範囲が高くなるように適合、構成または制御され得る。別の態様において、充電システム５００は、ハーフブリッジスイッチ（ＳＷＨ５１２およびＳＷＬ５１４）およびＥ級スイッチ（ＳＷＥ５１６）に対してゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）動作を維持するように適合、構成または制御され得る。ＺＶＳ動作では、トランジスタがオンまたはオフになる前に、トランジスタスイッチの電圧降下がゼロになる。ＺＶＳは、スイッチング時の電圧と電流の重なりを防ぐことで、損失を低減することができる。
【0045】
本開示の特定の態様に従って動作する充電システム５００の電力出力は、ハーフブリッジスイッチ（ＳＷＨ５１２およびＳＷＬ５１４）用のデューティサイクルを制御または構成することによって達成され得る。ＳＷＨ５１２とＳＷＬ５１４のスイッチングを制御する制御信号５２２、５２４をパルス幅変調することにより、ＳＷＨ５１２とＳＷＬ５１４のデューティサイクルを制御することができる。
【0046】
一例として、サイクルの１００％でＳＷＬ５１４をオンにし、サイクルの１００％でＳＷＨ５１２をオフにすると、最低出力を指令する０％デューティサイクルが得られる。別の例では、サイクルの１００％でＳＷＬ５１４をオフにし、サイクルの１００％でＳＷＨ５１２をオンにすると、最高出力を指令する１００％デューティサイクルが得られる。制御信号５２２、５２４がパルス幅変調されても、ＳＷＥ５１６（Ｅ級スイッチ）のデューティサイクルは変化しないままであり得る。
【0047】
特定の態様によれば、パルス幅変調制御信号５２２、５２４の位相は、Ｅ級アンプ５０６内のＥ級スイッチ（ＳＷＥ５１６）に供給される制御信号５２６の位相と整合され得る。一例として、ＰＷＭ信号のオフ時間をＳＷＥ５１６に供給される制御信号５２６に中心合わせすることにより、ハーフブリッジスイッチ（ＳＷＨ５１２およびＳＷＬ５１４）に対してＺＶＳ動作を維持することができる。
【0048】
図８は、制御信号５２２、５２４をパルス幅変調した場合の低電力出力時のタイミング図８００と高電力出力時のタイミング図８１０を示す。第１のタイミング図８００にはＳＷＨ５１２に結合された制御信号５２２が示されており、本説明の目的上、ＳＷＬ５１４に結合された制御信号５２４は制御信号５２２の反転であると仮定され得る。この第１のタイミング図８００において、制御信号５２２、５２４は、ＳＷＨ５１２を、各サイクルにおいてオンにするよりも長い割合でオフにし、さらにＳＷＬ５１４を、各サイクルにおいてオフにするよりも長い割合でオンにする。Ｅ級スイッチ（ＳＷＥ５１６）に供給される制御信号５２６の各半周期の中心８０２、８０４は、制御信号５２２、５２４の対応する各半周期の中心と整列される。
【0049】
第２のタイミング図８００にはＳＷＨ５１２に結合された制御信号５２２が示されており、本説明の目的上、ＳＷＬ５１４に結合された制御信号５２４は制御信号５２２の反転であると仮定され得る。この第２のタイミング図８００において、制御信号５２２、５２４は、ＳＷＨ５１２を、各サイクルにおいてオンにするよりも短い割合でオフにし、さらにＳＷＬ５１４を、各サイクルにおいてオフにするよりも短い割合でオンにする。Ｅ級スイッチ（ＳＷＥ５１６）に供給される制御信号５２６の各半周期の中心８１２、８１４は、制御信号５２２、５２４の対応する各半周期の中心と整列される。
【0050】
パルス幅変調された制御信号５２２、５２４の位相と、Ｅ級アンプ５０６のＥ級スイッチ（ＳＷＥ５１６）に供給される制御信号５２６の位相とを整合させることにより、ハーフブリッジのスイッチング遷移が適切な電流極性で起こることを確実にすることができる。パルス幅変調された制御信号５２２、５２４を中心合わせすると、ＬＣ５１８の電流５３６のゼロクロスを中心に遷移することが保証される。ハーフブリッジスイッチノード５４０で測定されるスイッチ出力電圧（ＶＳＷ）の立ち下がりエッジは、ＬＣ５１８の電流５３６が正で、ハーフブリッジスイッチノード５４０から負荷の方向に流出するときに生じる。Ｖｓｗの立ち上がりエッジは、ＬＣ５１８の電流５３６が負で、ハーフブリッジスイッチノード５４０に流入するときに生じる。ＬＣ５１８の電流５３６の新しいサイクルは、ＶＳＷＥ（５３４）のピークで始まる。
【0051】
本開示の特定の態様に従って構築または構成された充電システム５００は、Ｅ級スイッチ（ＳＷＥ５１６）がパルス幅変調された制御信号５２６を用いて制御され得るＥ級アンプ５０６を含み得る。制御信号５２６の位相は、ハーフブリッジスイッチ（ＳＷＨ５１２およびＳＷＬ５１４）に結合されたパルス幅変調制御信号５２２、５２４の位相と整列またはロックされ得る。Ｅ級セクション制御信号５２６は、多くの場合、５０％デューティサイクルで構成され得る。共振出力ネットワーク５２０の様々な構成に対応するために、デューティサイクルにいくつかの変動が提供されてもよい。異なる構成は、電力伝送コイルの数が変化する異なる充電設定と関連付けられ得る。
【0052】
公称または理想的な動作条件下では、ＶＳＷＥ５３４がゼロになるとＳＷＥ５１６はＯＮになる。いくつかの実施例では、オフ時間を過大評価し、ＳＷＥ５１６が必要または指定されるよりも長い時間オフにできるようにすることが有益である場合、ＶＳＷＥ５３４は、移行を直接制御するためには使用しなくてもよい。一例では、ＳＷＥ５１６に含まれる１つまたは複数のＦＥＴは、ＳＷＥ５１６が早期に（ＶＳＷＥ５３４がゼロに低下する前に）オンになるとハードスイッチされ、ドレインからソースへの電圧がＦＥＴに短絡され得る。別の例では、ＳＷＥ５１６に含まれるＦＥＴが遅れてオフになると伝導損失が増加し、ＦＥＴがオンに戻るまでＦＥＴのボディダイオードが伝導し始める。ＦＥＴはＺＶＳモードで動作し続けるが、ダイオードが負荷電流を流す必要がある期間、わずかに高い伝導損失が発生する。この条件により、全体的な損失の低減と電磁両立性が実現する。
【0053】
Ｅ級スイッチ（ＳＷＥ５１６）を制御するために提供されるパルス幅変調制御信号５２６は、フィードバックを使用するかルックアップテーブルを介して構成され得る。一例では、コントローラは、電圧センシングまたは電流センシングを使用して共振出力ネットワーク５２０の構成を決定し、所望のまたは最適な性能レベルを得るために制御信号５２６に適用されるパルス幅変調を調整できるように構成され得る。電圧または電流センシングは、ＬＴ５２８の両端で測定される電圧などの共振出力ネットワーク５２０内の電圧、または出力電流５３８と同等またはそれによって表され得る共振出力ネットワーク５２０を流れる電流を表すフィードバック信号を提供するために用いることができる。いくつかの例では、電圧または電流センシングが利用できず、コントローラはルックアップテーブルを使用して、現在動作中の充電設定に対する制御信号５２６に適用されるべきパルス幅変調を見つけるようにしてもよい。一例では、ルックアップテーブルは、Ｅ級デューティサイクルと共振出力ネットワーク５２０のインダクタンスおよびキャパシタンスを相互参照することができる。インダクタンスは、充電式デバイスに電力を伝送するために使用される伝送コイルの量および／または種類に基づいて計算または定義され得る。伝送コイルの種類は、伝送コイルの位置や製造方法と関連し得る。
【0054】
図９は、本開示の特定の態様に従って、動作にフリーホイール相を伴わないように構築または構成された電源９１０を具える充電システム９００を示す図である。電源９１０は、電源９０２とＥ級アンプ９０６に結合されたスイッチドモード電源（ＳＭＰＳ９０４）を具える。電源９１０は、図９にＬＣ９１８として示すチョークのピーク電流を同期的に制御することができる。コントローラ９３０は、ＳＭＰＳ９０４内のハーフブリッジスイッチ（ＳＷＨ９１２）に制御信号９２２を供給し、Ｅ級アンプ９０６内のＥ級スイッチ（ＳＷＥ９１６）に制御信号９２６を供給する。制御信号９２２および９２６は、ＳＭＰＳ９０４がＥ級アンプ９０６と同じスイッチング周波数で動作できるように同期化され得る。ダイオード９１４は、図５に示す電源装置５１０の第２のスイッチ（すなわち、ＳＷＬ５１４）の代わりとなる。
【0055】
ＳＭＰＳ９０４およびＥ級アンプ９０６の構成は、Ｅ級アンプ９０６に関連する高効率レベルを維持することができ、ＬＣ９１８および共振出力ネットワーク９２０のインダクタ（ＬＴ９２８）における高周波高調波を除去または制限することができる。一例では、ＬＴ９２８は、充電式デバイスに電力を伝送するために使用される伝送コイルを含む。電源９１０の負荷９０８は、充電式デバイスによってもたらされる反射負荷に対応または組み込むものである。高周波高調波の低減により、充電システム９００の有効性が向上し、電磁干渉を制限することができる。電源９１０は、同等の従来の電力制御型電源よりも少ない部品数で実装することができる。
【0056】
コントローラ９３０は、パルスの繰り返しシーケンスを生成するように構成されたステートマシン、シーケンサまたは遅延ループを使用して実装され得る。ＳＭＰＳ９０４とＥ級アンプ９０６の構成により、出力電力の線形制御が可能であり、ＳＭＰＳ９０４とＥ級アンプ９０６の制御が簡単になる。いくつかの実施例では、コントローラ９３０は、サイクル毎に出力電力を制御するように構成され得る。
【0057】
図１０は、図９に示す電源９１０の動作を説明するタイミング図１０００である。出力電流９３８の各サイクル１００２内で３つのフェーズ１００４、１００６、１００８を定義することができる。３つのフェーズ１００４、１００６、１００８は、発電の３つの段階を規定し、「フリーホイール」フェーズを含まない。いくつかの例では、発電の段階の１以上が、出力電流９３８のサイクル１００２の角度位相に対応し得るが、そのような対応は期待されないし要求されない。一例では、出力電流９３８は、負荷９０８への電力伝送を表す。この動作モードでは、ＳＷＨ９１２のオン切替は、電力供給段階の前に予め定義または予め設定された時間まで遅延される。この遅延時間を利用して、出力電力を制御することができる。遅延時間が長いと、ＬＣ９１８に蓄積される電流が少なくなる。
【0058】
第１のフェーズ１００４において、電源９１０は、ＬＣ９１８に電流９３６を構築する。コントローラ９３０は、制御信号９２２、９２６を構成して、ＳＷＨ９１２とＳＷＥ９１６をオンにする。このような構成のスイッチングにより、ＬＣ９１８に流れる電流９３６は、Ｖｉｎ９３２とＬＣ９１８の比に比例した割合で増加する。
【0059】
第２のフェーズ１００６は、電力供給段階と呼ぶことができる。コントローラ９３０は、ＳＷＨ９１２をオフにし、ＳＷＥ９１６をオフにするように制御信号９２２、９２６を構成する。ＳＷＨ９１２は、ＳＷＥ９１６とは異なるフェーズ１００６の時点でオフにされてもよい。ＬＣ９１８の電流９３６は、出力を提供する共振出力ネットワーク９２０に流れ始めると減少し始める。閉じたＳＷＥ９１６の電圧ＶＳＷＥ９３４は、Ｖｉｎ９３２の倍数であるピークまで増加し、その後ゼロ１０１０に戻るように滑らかに遷移する。
【0060】
遅延フェーズと呼ぶことができる第３のフェーズ１００８において、コントローラ９３０はＳＷＥ９１６をオンにし、ＳＷＨ９１２をオフにするように制御信号９２２および９２６を構成する。スイッチの構成は、遅延時間の間、維持される。
【0061】
充電システム９００のスイッチング周波数は、出力ＡＣ負荷要件に基づいて構成または定義され得る。ＳＷＥ９１６のオン時間は、共振出力ネットワーク９２０によって規定されてもよいし、任意の適切なＥ級チューニング技術を使用してチューニングされてもよい。第３のフェーズ１００８の遅延の持続時間および／またはＳＷＨ９１２のオン時間は、負荷９０８に供給されることが要求される出力電力のレベルに基づいて設定され得る。一例では、負荷９０８に供給される出力電力のレベルは、充電式デバイスをワイヤレスで充電するために使用される充電設定から決定される。充電設定は、充電式デバイスと充電システム９００との間のプロトコルまたはネゴシエーションによって定義され得る。一例では、充電システム９００は、マルチデバイス充電器に設けることができ、充電設定は、１つまたは複数の伝送コイルに供給される出力電力のレベルを特定してもよい。ＳＷＨ９１２を動作させるために供給される制御信号９２２のデューティサイクルが１００％に向かって増加すると、負荷９０８に供給される出力電力が増加する。ＳＷＨ９１２を動作させるために提供される制御信号９２２のデューティサイクル制御を用いて、Ｅ級スイッチング時間を変更することなく出力電力制御を行うことができる。
【0062】
本開示の特定の態様は、ワイヤレス充電システムを含む充電システムと、電源におけるＳＭＰＳまたは増幅器の様々な構成に適用可能である。例えば、いくつかのアプリケーションでは、差動Ｅ級アンプが使用され得る。図１１は、本開示の特定の態様に従って、電源１１０２に結合されたスイッチモード電源（ＳＭＰＳ１１０４）および差動Ｅ級アンプ１１０６を用いて構成された電源１１１０を具える充電システム１１００を示す図である。図１２は、図１１に示す電源装置１１１０の動作を説明するタイミング図１２００である。差動Ｅ級アンプ１１０６は２つのセクションを含み、それぞれが電源１１１０が出力する電流ＩＬｏａｄ１１３０の半サイクル１１４２、１１４４を供給する。各セクションはＥ級アンプとして動作し、チョーク（ＬＣＫ１１１１８、ＬＣＫ２１１３８）と、スイッチ（ＳＷＥ１１１１６、ＳＷＥ２１１３６）とを具える。ピーク電流は、ＬＣＫ１１１１８とＬＣＫ２１１３８で同期的に制御され得る。コントローラ１１４０は、ＳＭＰＳ１１０４内のスイッチ（ＳＷＨ１１１２、ＳＷＬ１１１４）に制御信号１１２２、１１２４を供給する。コントローラ１１４０は、差動Ｅ級アンプ１１０６のＳＷＥ１１１１６に制御信号１１３２を、ＳＷＥ２１１３６に制御信号１１３４を供給する。図示の例では、ＳＷＥ１１１１６に供給される制御信号１１３２とＳＷＥ２１１３６に供給される制御信号１１３４との間に１８０°の位相シフトが存在する。他の例では、ＳＷＥ１１１１６に提供される制御信号１１３２とＳＷＥ２１１３６に提供される制御信号１１３４の位相のずれは１８０°以上または以下であってもよい。
【0063】
制御信号１１２２、１１２４、１１３２、１１３４は、ＳＭＰＳ１１０４が差動Ｅ級アンプ１１０６と同じスイッチング周波数で動作できるように同期され得る。電力制御は、デューティサイクルの制御によって、または電力サイクルの遅延フェーズの持続時間によって得ることができる。
【0064】
ＳＭＰＳ１１０４および差動Ｅ級アンプ１１０６の構成は、差動Ｅ級アンプ１１０６に関連する高い効率レベルを維持し、ＬＣＫ１１１１８およびＬＣＫ２１１３８ならびに共振出力ネットワーク１１２０のインダクタ（ＬＴ）における高周波高調波を除去または制限できることができる。一例では、ＬＴは、電力を充電式デバイスに伝送するために使用される伝送コイルを含み、電源１１１０の負荷１１４６は、充電式デバイスによって提示される反射負荷に対応するかそれを組み込む。高周波高調波の低減により、充電システム１１００の有効性が向上し、電磁干渉を制限することができる。
【0065】
コントローラ１１４０は、パルスの繰り返しシーケンスを生成するように構成されたステートマシン、シーケンサまたは遅延ループを使用して実装され得る。ＳＭＰＳ１１０４と差動Ｅ級アンプ１１０６の構成により、出力電力の線形制御が可能であり、ＳＭＰＳ１１０４と差動Ｅ級アンプ１１０６の制御が簡単になる。いくつかの実施例では、コントローラ１１４０は、サイクル毎に出力電力を制御するように構成され得る。
【0066】
図１３は、本開示の特定の態様に従って構築または構成されたチューナブル電源１３１０を含む充電システム１３００を示す図である。この充電システム１３００は、充電システム５００にいくつかの点で対応し得る。チューナブル電源１３１０は、電源１３０２とＥ級アンプ１３０６に結合されたスイッチドモード電源（ＳＭＰＳ１３０４）を具える。チューナブル電源１３１０は、図１３にＬＣ１３１８として示すチョークにおけるピーク電流を同期的に制御することができ、共振出力ネットワーク１３２０におけるインダクタンスの変動に対応することができる。
【0067】
コントローラ１３３０は、ＳＭＰＳ１３０４のハーフブリッジスイッチ（ＳＷＨ１３１２、ＳＷＬ１３１４）に制御信号１３２２、１３２４を供給し、Ｅ級アンプ１３０６のＥ級スイッチ１３１６（ＳＷＥ）に制御信号１３２６を供給する。一例では、ＳＷＨ１３１２、ＳＷＬ１３１４、Ｅ級スイッチ１３１６は、ＮＦＥＴを用いて実装される。制御信号１３２２、１３２４、１３２６は、ＳＭＰＳ１３０４がＥ級アンプ１３０６と同じスイッチング周波数で動作できるように同期され得る。制御信号１３２２、１３２４、１３２６のうちの１つまたは複数のデューティサイクルを選択して、チューナブル電源１３１０における降圧または昇圧動作を制御することができる。
【0068】
ＳＭＰＳ１３０４およびＥ級アンプ１３０６の構成は、Ｅ級アンプ１３０６に関連する高効率レベルを維持することができ、ＬＣ１３１８および共振出力ネットワーク１３２０のインダクタ（ＬＴ１３２８）における高周波高調波を除去または制限することができる。一例では、ＬＴ１３２８は、電力を充電式デバイスに伝送するために使用される１以上の伝送コイルを含み、チューナブル電源１３１０の負荷１３０８は、充電式デバイスによって提示される反射負荷を組み込むかそれに対応する。高周波高調波の低減により、充電システム１３００の有効性が向上し、電磁干渉を制限することができる。チューナブル電源１３１０は、同等の従来の電力制御型電源よりも少ない部品数で実装することができる。
【0069】
コントローラ１３３０は、パルスの繰り返しシーケンスを生成するように構成されたステートマシン、シーケンサまたは遅延ループを使用して実装され得る。ＳＭＰＳ１３０４とＥ級アンプ１３０６の構成により、出力電力の線形制御が可能であり、ＳＭＰＳ１３０４とＥ級アンプ１３０６の制御が簡単になる。いくつかの実施例では、コントローラ１３３０は、サイクル毎に出力電力を制御するように構成され得る。
【0070】
共振出力ネットワーク１３２０のインダクタンスは、ワイヤレス充電システムにおいて動的に変化し得る。共振出力ネットワーク１３２０のインダクタ（ＬＴ１３２８）は、固定インダクタおよびワイヤレス充電装置内の１以上のワイヤレス伝送コイルからの寄与と、負荷伝達効果または受電デバイスがもたらす反射負荷とを含む正味のインダクタンスを表す。共振出力ネットワーク１３２０のインダクタンスは、受電デバイスの種類、受電デバイス内の回路構成、およびワイヤレス充電装置と受電デバイスとの間の電磁結合によって変化し得る。インダクタンスの変動は、ＳＭＰＳ１３０４とＥ級アンプ１３０６の動作に影響し、システム利得に悪影響を及ぼす可能性がある。
【0071】
本開示の特定の態様によれば、ハーフブリッジスイッチ（ＳＷＨ１３１２およびＳＷＬ１３１４）のＺＶＳ動作およびシステム利得は、負荷における変化が検出または予想されてからスイッチ容量１３４２（ＣＳ）およびタンク容量１３４８（ＣＴ）を再調整することによって制御または維持され得る。スイッチ容量１３４２およびタンク容量１３４８は、物理コンデンサによって提供される公称値を有してもよく、この公称値は、追加のキャパシタンスを並列に接続することによって調整され得る。
【0072】
スイッチ容量１３４２は、１つまたは複数のチューニング要素１３５０を用いてチューニングされ得る。スイッチ容量１３４２は、Ｅ級スイッチ１３１６と並列に結合される。図示の例では、各チューニング要素１３５０は、関連するスイッチ１３５４が閉じたときにＥ級スイッチ１３１６と並列に結合されるように構成されたチューニングコンデンサ１３５２を含む。いくつかの例では、スイッチ１３５４は、コントローラ１３３０によって提供される制御信号１３５６により制御される。他の例では、コントローラ１３３０は、選択されたチューニング要素１３５０のセット内のスイッチ１３５４に制御信号を提供するデコーダ（図示せず）に制御ワードを書き込むことができる。制御ワードは、アクティブ化されるべきチューニング要素１３５０の数を示すことができる。いくつかの例では、制御ワードは、アクティブ化されるべきチューニング要素１３５０の種類を示すことができる。例えば、コントローラ１３３０は、スイッチ容量１３４２に追加される所望のチューニング容量値を得るために、複数のタイプのチューニング要素１３５０の各々のアクティブ化する数を指示することができる。いくつかの例では、異なるタイプのチューニング要素１３５０は、異なる容量値に対応し得る。
【0073】
タンク容量１３４８は、１以上のチューニング要素１３６０を使用してチューニングされ得る。タンク容量１３４８は、共振出力ネットワーク１３２０に含まれる。図示の例では、各チューニング要素１３６０は、関連するスイッチ１３６４が閉じたときにタンク容量１３４８と並列に結合されるように構成されたチューニングコンデンサ１３６２を含む。いくつかの例では、スイッチ１３６４は、コントローラ１３３０によって提供される制御信号１３６６により制御される。他の例では、コントローラ１３３０は、チューニング要素１３６０のセット内のスイッチ１３６４に制御信号を提供するデコーダ（図示せず）に制御ワードを書き込むことができる。制御ワードは、アクティブ化されるべきチューニング要素１３６０の数を示すことができる。いくつかの例では、制御ワードは、アクティブ化されるべきチューニング要素１３６０の種類を示すことができる。例えば、コントローラ１３３０は、タンク容量１３４８に追加されるべき所望のチューニング容量を得るために、複数のタイプのチューニング要素１３６０の各々のアクティブ化する数を指示することができる。いくつかの例では、異なるタイプのチューニング要素１３６０は、異なる容量値に対応し得る。
【0074】
図示の例では、チューニング要素１３５０、１３６０は、コントローラ１３３０によって制御または設定される。いくつかの例では、チューニング要素１３５０、１３６０は、有限状態マシンまたは別のタイプのコントローラによって制御されてもよい。いくつかの例では、チューニング要素１３５０、１３６０は、フィードバック回路によって自動的に制御されてもよい。フィードバック回路は、電圧または電流センシングを用いて、チューニング要素１３５０、１３６０を制御または構成するために使用されるフィードバック信号を提供することができる。フィードバック信号は、共振ネットワークのインダクタンスを表すか、計算または推定するために使用することができる。電圧または電流センシングは、共振出力ネットワーク１３２０の電圧を表すフィードバック信号、または共振出力ネットワーク１３２０に流れる電流を表すフィードバック信号を提供するために使用され得る。一例では、ＬＴ１３２８にまたがって測定された電圧に基づいてフィードバック信号が生成され得る。別の例では、Ｅ級スイッチ１３１６にまたがって測定された電圧（ＶＳＷＥ１３３４）に基づいてフィードバック信号が生成されてもよい。後者の例では、ＶＳＷＥ１３３４がゼロに落ちない場合、スイッチ容量１３４２（ＣＳ）またはタンク容量１３４８（ＣＴ）が再チューニングされてもよい。別の例では、フィードバック信号は、出力電流１３３８と同等であるかそれによって表され得る、共振出力ネットワーク１３２０に流れる電流に基づいて生成されてもよい。別の例では、ＬＣ１３１８に流れる電流１３３６に基づいてフィードバック信号が生成されてもよい。
【0075】
いくつかの例では、電圧または電流センシングが利用できず、コントローラはルックアップテーブルまたはアルゴリズムを使用して、チューニング要素１３５０、１３６０を制御または構成するようにしてもよい。いくつかの例では、既知の負荷変化が発生したときに、ルックアップテーブルやアルゴリズムが使用され得る。既知の負荷変化は、例えば、充電設定の変更により、ＬＴ１３２８に含まれる伝送コイルの数が変化する場合に発生し得る。ルックアップテーブルは、伝送コイルの選択された組み合わせに対して有効にされるチューニング要素１３５０、１３６０の数または組み合わせを特定することができる。ルックアップテーブルは、伝送コイルの可能な組み合わせごとに、ＬＴ１３２８の予想または定義されたインダクタンス値に対して有効にされるチューニング要素１３５０、１３６０の数または組み合わせを特定することができる。伝送コイルの組み合わせは、ＬＴ１３２８に異なるインダクタンス値を与える伝送コイルが含まれ得る。異なる負荷条件下、または負荷条件の変更に対してスイッチ容量１３４２（ＣＳ）およびタンク容量１３４８（ＣＴ）を調整するために使用される容量値を計算するために、アルゴリズムが使用され得る。計算される容量値は、チューニング要素１３５０、１３６０によって提供されるべき容量、またはチューニング要素１３５０、１３６０を使用して達成されるべき総キャパシタンスに関連し得る。
【0076】
処理回路の例
図１４は、バッテリをワイヤレス充電することを可能にする充電装置または受電デバイスに組み込むことができる装置１４００のハードウェア実装の一例を示す図である。いくつかの例では、装置１４００が、本明細書に開示の１以上の機能を実行することができる。本開示の様々な態様によれば、本明細書に開示の要素、要素の任意の部分、または要素の任意の組合せを、処理回路１４０２を用いて実装することができる。処理回路１４０２は、ハードウェアモジュールおよびソフトウェアモジュールのある組合せによって制御される１または複数のプロセッサ１４０４を含むことができる。プロセッサ１４０４の例には、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ＳｏＣ、ＡＳＩＣ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）、ステートマシン、シーケンサ、ゲートロジック、ディスクリートハードウェア回路、および本開示全体を通して記載される様々な機能を実行するように構成された他の適切なハードウェアが含まれる。１以上のプロセッサ１４０４は、特定の機能を実行する専用のプロセッサを含むことができ、ソフトウェアモジュール１４１６の１つによって構成、増強または制御され得る。１以上のプロセッサ１４０４は、初期化中にロードされるソフトウェアモジュール１４１６の組合せを通じて構成されてもよく、動作中に１以上のソフトウェアモジュール１４１６をロードまたはアンロードすることによってさらに構成されてもよい。
図１４は、バッテリをワイヤレス充電することを可能にする充電装置または受電デバイスに組み込むことができる装置１４００のハードウェア実装の一例を示す図である。いくつかの例では、装置１４００が、本明細書に開示の１以上の機能を実行することができる。本開示の様々な態様によれば、本明細書に開示の要素、要素の任意の部分、または要素の任意の組合せを、処理回路１４０２を用いて実装することができる。処理回路１４０２は、ハードウェアモジュールおよびソフトウェアモジュールのある組合せによって制御される１または複数のプロセッサ１４０４を含むことができる。プロセッサ１４０４の例には、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ＳｏＣ、ＡＳＩＣ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）、ステートマシン、シーケンサ、ゲートロジック、ディスクリートハードウェア回路、および本開示全体を通して記載される様々な機能を実行するように構成された他の適切なハードウェアが含まれる。１以上のプロセッサ１４０４は、特定の機能を実行する専用のプロセッサを含むことができ、ソフトウェアモジュール１４１６の１つによって構成、増強または制御され得る。１以上のプロセッサ１４０４は、初期化中にロードされるソフトウェアモジュール１４１６の組合せを通じて構成されてもよく、動作中に１以上のソフトウェアモジュール１４１６をロードまたはアンロードすることによってさらに構成されてもよい。
【0077】
図示の例では、処理回路１４０２が、概してバス１４１０で示されるバスアーキテクチャで実装され得る。バス１４１０は、処理回路１４０２の特定の用途および全体的な設計上の制約に応じて、任意の数の相互接続バスおよびブリッジを含むことができる。バス１４１０は、１以上のプロセッサ１４０４およびストレージ１４０６を含む様々な回路をリンクする。ストレージ１４０６は、メモリデバイスおよび大容量ストレージデバイスを含むことができ、本明細書では、コンピュータ可読媒体および／またはプロセッサ可読媒体とも呼ばれる。ストレージ１４０６は、一時的な記憶媒体および／または非一時的な記憶媒体を含むことができる。
【0078】
バス１４１０は、タイミングソース、タイマ、周辺機器、電圧レギュレータおよび電源管理回路などの様々な他の回路をリンクしてもよい。バスインターフェース１４０８は、バス１４１０と１または複数のトランシーバ１４１２との間のインターフェースを提供することができる。一例では、標準規定プロトコルに従って、装置１４００が充電装置または受電デバイスと通信できるようにするために、トランシーバ１４１２を設けることができる。また、装置１４００の性質に応じて、ユーザインタフェース１４１８（例えば、キーパッド、ディスプレイ、スピーカ、マイク、ジョイスティック）が提供されてもよく、バス１４１０に直接またはバスインターフェース１４０８を介して通信可能に結合することができる。
【0079】
プロセッサ１４０４は、バス１４１０の管理と、ストレージ１４０６を含むコンピュータ可読媒体に格納されたソフトウェアの実行を含む全体的な処理とを担うことができる。この点において、プロセッサ１４０４を含む処理回路１４０２は、本明細書に開示の方法、機能および技術のいずれかを実装するために使用することができる。ストレージ１４０６は、ソフトウェアの実行時にプロセッサ１４０４によって操作されるデータを格納するために使用することができ、ソフトウェアは、本明細書に開示の方法のいずれか一つを実行するように構成することができる。
【0080】
処理回路１４０２の１または複数のプロセッサ１４０４は、ソフトウェアを実行することができる。ソフトウェアは、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコードまたはハードウェア記述言語などと呼ばれるかどうかに拘わらず、命令、命令セット、コード、コードセグメント、プログラムコード、プログラム、サブプログラム、ソフトウェアモジュール、アプリケーション、ソフトウェアアプリケーション、ソフトウェアパッケージ、ルーチン、サブルーチン、オブジェクト、実行可能ファイル、実行スレッド、手順、関数、アルゴリズムなどを意味するものとして、広く解釈されるものとする。ソフトウェアは、コンピュータ可読形式でストレージ１４０６に存在するようにしても、外部のコンピュータ可読媒体に存在するようにしてもよい。外部のコンピュータ可読媒体および／またはストレージ１４０６は、非一時的なコンピュータ可読媒体を含み得る。非一時的なコンピュータ可読媒体は、例えば、磁気ストレージデバイス（例えば、ハードディスク、フロッピーディスク、磁気ストリップ）、光ディスク（例えば、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ））、スマートカード、フラッシュメモリデバイス（例えば、「フラッシュドライブ」、カード、スティック、キードライブ）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、プログラマブルリードオンリーメモリ（ＰＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭを含む消去可能ＰＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、レジスタ、リムーバブルディスク、およびコンピュータがアクセスして読み取ることができるソフトウェアおよび／または命令を格納するための他の任意の適切な媒体を含むことができる。また、コンピュータ可読媒体および／またはストレージ１４０６は、例えば、搬送波、伝送線、およびコンピュータがアクセスして読み取ることができるソフトウェアおよび／または命令を伝送するための他の任意の適切な媒体も含むことができる。コンピュータ可読媒体および／またはストレージ１４０６は、処理回路１４０２に存在していても、プロセッサ１４０４に存在していても、処理回路１４０２の外部にあっても、処理回路１４０２を含む複数のエンティティに分散していてもよい。コンピュータ可読媒体および／またはストレージ１４０６は、コンピュータプログラム製品に具現化されるものであってもよい。一例として、コンピュータプログラム製品は、パッケージ材料内のコンピュータ可読媒体を含むことができる。当業者は、特定の用途およびシステム全体に課せられた全体的な設計上の制約に応じて、本開示全体にわたって提示された記載の機能を実装するための最良の方法を認識するであろう。
【0081】
ストレージ１４０６は、本明細書でソフトウェアモジュール１４１６とも呼ばれる、ロード可能なコードセグメント、モジュール、アプリケーション、プログラムなどのソフトウェアを維持および／または編成することができる。ソフトウェアモジュール１４１６の各々は、処理回路１４０２にインストールまたはロードされて、１以上のプロセッサ１４０４によって実行されると、１以上のプロセッサ１４０４の動作を制御するランタイムイメージ１４１４に寄与する命令およびデータを含むことができる。特定の命令は、実行されると、処理回路１４０２に、本明細書に記載の特定の方法、アルゴリズムおよびプロセスに従って機能を実行させることができる。
【0082】
ソフトウェアモジュール１４１６のいくつかは、処理回路１４０２の初期化中にロードされるものであってもよく、これらのソフトウェアモジュール１４１６は、本明細書に開示の様々な機能の実行を可能にするように処理回路１４０２を構成することができる。例えば、いくつかのソフトウェアモジュール１４１６は、プロセッサ１４０４の内部デバイスおよび／または論理回路１４２２を構成することができ、トランシーバ１４１２、バスインターフェース１４０８、ユーザインターフェース１４１８、タイマ、数値演算コプロセッサなどの外部デバイスへのアクセスを管理することができる。ソフトウェアモジュール１４１６は、割り込みハンドラおよびデバイスドライバと相互作用し、処理回路１４０２が提供する様々なリソースへのアクセスを制御する制御プログラムおよび／またはオペレーティングシステムを含むことができる。リソースは、メモリ、処理時間、トランシーバ１４１２へのアクセス、ユーザインタフェース１４１８などを含むことができる。
【0083】
処理回路１４０２の１または複数のプロセッサ１４０４は多機能であり、それによってソフトウェアモジュール１４１６のいくつかがロードされ、異なる機能または同じ機能の異なるインスタンスを実行するように構成される。さらに、１以上のプロセッサ１４０４は、例えばユーザインタフェース１４１８、トランシーバ１４１２およびデバイスドライバからの入力に応答して開始されるバックグラウンドタスクを管理するように適合されてもよい。複数の機能の実行をサポートするために、１以上のプロセッサ１４０４は、マルチタスク環境を提供するように構成されてもよく、それによって複数の機能の各々が、必要に応じて１以上のプロセッサ１４０４によって提供されるタスクのセットとして実装される。一例では、マルチタスク環境は、異なるタスク間でプロセッサ１４０４の制御を引き渡すタイムシェアリングプログラム１４２０を使用して実装されてもよく、それによって各タスクは、未処理の動作の完了時および／または割り込みなどの入力に応答して、１以上のプロセッサ１４０４の制御をタイムシェアリングプログラム１４２０に戻す。タスクが１以上のプロセッサ１４０４の制御を有する場合、処理回路は、制御タスクに関連する機能によって対処される目的のために効果的に特化される。タイムシェアリングプログラム１４２０は、オペレーティングシステム、ラウンドロビン方式で制御を転送するメインループ、機能の優先順位に従って１以上のプロセッサ１４０４の制御を割り当てる機能、および／または、１以上のプロセッサ１４０４の制御を処理機能に提供することによって外部イベントに応答する割込み作動メインループを含むことができる。
【0084】
一実施態様では、装置１４００は、充電回路に結合されたバッテリ充電電源と、複数の充電セルと、１以上のプロセッサ１４０４に含まれ得るコントローラとを有するワイヤレス充電装置を含むか、またはそのように動作する。複数の充電セルは、充電面を提供するように構成され得る。各充電セルは、充電セルの電荷伝送領域を通して電磁場を導くように構成された少なくとも１つの伝送コイルを含み得る。装置１４００は、増幅段と、電力スイッチング段と、コントローラと、を有する電力アンプを具え得る。
【0085】
この電力アンプは、Ｅ級アンプとして動作するように構成され得る。増幅段は、増幅段の入力から電流を受け取るように構成されたチョークと、チョークの出力に結合され、出力電流を電力アンプの負荷に供給するように構成された共振ネットワークと、オンになったときにチョークの出力を回路接地に短絡するように構成された第１のスイッチとを具え得る。
【0086】
電力スイッチング段は、電源を増幅段の入力に結合するように構成され、オンになったときに増幅段の入力を回路接地に結合するように動作可能な第２のスイッチを具えることができる。コントローラは、出力電流の周期を規定するタイミングシーケンスに従って第１のスイッチおよび第２のスイッチの動作を制御するように構成され得る。一例では、第１のスイッチは、サイクルの第１段階中はオンとなり、サイクルの第１段階に続くサイクルの第２段階中はオンとなり、サイクルの第２段階に続くサイクルの第３段階中はオフとなり、一方で第２のスイッチは、サイクルの第１段階中はオフとなり、サイクルの第２段階中はオンとなり、サイクルの第３段階中はオンとなる。
【0087】
一態様では、タイミングシーケンスの持続時間は出力電流のサイクル期間に対応する。一態様では、電力スイッチング段は、電源の出力と増幅段の入力とに結合されたダイオードを含む。第２のスイッチに代えてダイオードを設けてもよい。別の態様では、電力スイッチング段は、オンになったときに電源と増幅段の入力との間の結合を提供する第３のスイッチを含む。コントローラは、第３のスイッチの動作を制御するようにさらに構成され得る。第３のスイッチは、サイクルの第１段階中はオンとなり、サイクルの第２段階中およびサイクルの第３段階中はオフにされ得る。第３のスイッチは、第２のスイッチがオフのときにオンにされてもよい。コントローラは、電力アンプの出力に供給される電力レベルを制御するようにさらに構成され得る。電力レベルは、第２のスイッチと第３のスイッチの動作を制御するために提供される制御信号の可変デューティサイクルを使用して制御され得る。各制御信号のデューティサイクルは、共振ネットワークで測定されたインダクタンスを表すフィードバック信号に基づいて構成され得る。
【0088】
一例では、電力アンプの出力は、ワイヤレス充電装置の伝送コイルに結合される。後者および他の例では、電力アンプの負荷は、マルチデバイスワイヤレス充電装置の１つまたは複数の伝送コイルを含み得る。
【0089】
いくつかの例では、電力アンプは第２の増幅段を有し、この電力アンプは差動Ｅ級アンプとして動作するように構成され得る。第２の増幅段は、増幅段の入力から電流を受け取るように構成された第２のチョークを有し得る。第２の増幅段のスイッチは、オンになると第２のチョークの出力を回路接地に短絡するように構成され得る。コントローラは、出力電流の周期を規定するタイミングシーケンスに従って、第４のスイッチの動作を制御するように構成され得る。コントローラは、第１のスイッチに供給される制御信号とは１８０°位相のずれた制御信号を第４のスイッチに供給するように構成され得る。
【0090】
いくつかの実施例では、ストレージ１４０６が命令と情報を保持し、これらの命令が１以上のプロセッサ１４０４に、増幅段のチョークに、前記増幅段の入力から電流を受け取らせ、前記チョークの出力に結合された共振ネットワークに電力アンプの負荷に出力電流を供給させ、オンになったときに前記チョークの出力を回路接地に短絡させるように第１のスイッチを構成し、前記増幅段の入力に電源を結合するように電力スイッチング段を構成し、オンになったときに前記増幅段の入力を前記回路接地に結合するように前記電力スイッチング段の第２のスイッチを構成し、出力電流の周期を規定するタイミングシーケンスに従って前記第１のスイッチと前記第２のスイッチの動作を制御させるように構成される。前記第１のスイッチの動作の制御は、前記第１のスイッチが、サイクルの第１段階中はオンとなり、前記サイクルの第１段階に続くサイクルの第２段階中はオンとなり、前記サイクルの第２段階に続くサイクルの第３段階中はオフとなるように構成することを含み得る。前記第２のスイッチの動作の制御は、前記第２のスイッチが、前記サイクルの第１段階中はオフとなり、前記サイクルの第２段階中はオンとなり、前記サイクルの第３段階中はオンとなるように構成することを含み得る。
【0091】
いくつかの例では、タイミングシーケンスの持続時間は出力電流のサイクル期間に対応する。命令は、１つまたは複数のプロセッサ１４０４に、電源と増幅段の入力との間の結合を提供するように電力スイッチング段のダイオードを構成させるように構成され得る。命令は、１つまたは複数のプロセッサ１４０４に、電源と増幅段の入力との間の結合を提供するように電力スイッチング段の第３のスイッチを構成させ、タイミングシーケンスに従って前記第３のスイッチの動作を制御させるように構成され得る。命令は、１つまたは複数のプロセッサ１４０４に、第３のスイッチが、サイクルの第１段階中はオンとなり、サイクルの第２段階中およびサイクルの第３段階中はオフとなるように構成させるように構成され得る。命令は、１つまたは複数のプロセッサ１４０４に、第２のスイッチがオフにされたときに第３のスイッチがオンにされるように構成させるように構成され得る。命令は、１つまたは複数のプロセッサ１４０４に、電力アンプの出力に提供される電力レベルを制御するように充電装置を構成させるように構成され得る。電力レベルは、第２のスイッチと第３のスイッチの動作を制御するために供給される制御信号のデューティサイクルによって制御される。
【0092】
一例では、命令は、１つまたは複数のプロセッサ１４０４に、増幅段の入力から電流を受け取るように第２の増幅段に設けられた第２のチョークを構成させ、オンになったときに第２のチョークの出力を回路接地に短絡するように第４のスイッチを構成させ、電源を第２の増幅段の入力に結合するように電力スイッチング段を構成させ、出力電流の周期を規定するタイミングシーケンスに従って第４のスイッチの動作を制御させる。第４のスイッチの動作は、第１のスイッチのゲートに第１の信号を供給し、第４のスイッチのゲートに第２の信号を供給することによって制御され得る。一例として、第２の信号は第１の信号と１８０°位相がずれている。他の例では、第１の信号と第２の信号との間の位相差は、１８０゜以上であっても以下であってもよい。
【0093】
一例では、電力アンプの出力は、ワイヤレス充電装置の伝送コイルに結合される。後者および他の例では、電力アンプの負荷は、マルチデバイスワイヤレス充電装置の１つまたは複数の伝送コイルを含み得る。
【0094】
図１５は、本開示の特定の態様に従って、充電装置に増幅された電流、電圧または電力を供給する方法を示すフローチャート１５００である。この方法は、充電装置内のコントローラによって実行することができる。ブロック１５０２において、コントローラは、増幅段の入力から電流を受け取るように増幅段のチョークを構成することができる。ブロック１５０４において、コントローラは、充電装置の負荷に出力電流を供給するようにチョークの出力に結合された共振ネットワークを構成することができる。ブロック１５０６において、コントローラは、オンになったときにチョークの出力を回路接地に短絡させるように第１のスイッチを構成することができる。ブロック１５０８において、コントローラは、電源を増幅段の入力に結合するように電源スイッチング段を構成することができる。ブロック１５１０において、コントローラは、オンになったときに増幅段の入力を回路接地に結合するように電力スイッチング段の第２のスイッチを構成することができる。ブロック１５１２において、コントローラは、出力電流のサイクルを規定するタイミングシーケンスに従って、第１のスイッチおよび第２のスイッチの動作を制御することができる。第１のスイッチの動作の制御は、前記第１のスイッチが、サイクルの第１段階中はオンとなり、前記サイクルの第１段階に続くサイクルの第２段階中はオフとなり、前記サイクルの第２段階に続くサイクルの第３段階中はオフとなるように構成することを含み得る。第２のスイッチの動作の制御は、前記第２のスイッチが、前記サイクルの第１段階中はオフとなり、前記サイクルの第２段階中はオンとなり、前記サイクルの第３段階中はオンとなるように構成することを含み得る。一例では、タイミングシーケンスの持続時間は出力電流のサイクル期間に対応する。
【0095】
一態様において、コントローラは、電源と増幅段の入力との間の結合を提供するように電源スイッチング段のダイオードを構成することができる。別の態様において、コントローラは、電源と増幅段の入力との間の結合を提供するように電源スイッチング段の第３のスイッチを構成することができる。コントローラは、タイミングシーケンスに従って、第３のスイッチの動作を制御することができる。コントローラは、第３のスイッチを、サイクルの第１段階中はオンとなり、サイクルの第２段階中はオフとなり、サイクルの第３段階中はオフとなるように構成することができる。コントローラは、第２のスイッチがオフになると、第３のスイッチがオンになるように構成することができる。コントローラは、充電装置の出力に供給される電力レベルを制御するように充電装置を構成することができる。電力レベルは、第２のスイッチと第３のスイッチの動作を制御するために提供される制御信号の可変デューティサイクルを使用して制御することができる。例えば、デューティサイクルを１００％に向けて調整することで電力を増加することができる。いくつかの例では、各制御信号のデューティサイクルは、共振ネットワークで測定されたインダクタンスを表すフィードバック信号に基づいて動的に構成され得る。
【0096】
一例では、コントローラは、増幅段の入力から電流を受け取るように第２の増幅段に設けられた第２のチョークを構成し、オンになったときに第２のチョークの出力を回路接地に短絡するように第４のスイッチを構成し、電源を第２の増幅段の入力に結合するように電力スイッチング段を構成し、出力電流の周期を規定するタイミングシーケンスに従って第４のスイッチの動作を制御する。第４のスイッチの動作は、第１のスイッチのゲートに第１の信号を供給し、第４のスイッチのゲートに第２の信号を供給することによって制御され得る。一例として、第２の信号は第１の信号と１８０°位相がずれている。他の例では、第１の信号と第２の信号との間の位相差は、１８０゜以上であっても以下であってもよい。
【0097】
様々な例において、電力アンプの出力は、ワイヤレス充電装置の伝送コイルに結合される。後者および他の例では、電力アンプの負荷は、マルチデバイスワイヤレス充電装置の１つまたは複数の伝送コイルを含み得る。
【0098】
特定の例では、この方法は、第１のコンデンサと並列に結合されるように構成された複数のコンデンサの中からチューニングコンデンサの第１のセットを決定し、当該チューニングコンデンサの第１のセットにおける各チューニングコンデンサについて、各チューニングコンデンサと直列に接続されたスイッチを閉じることによって、第１のスイッチと並列に結合された第１のコンデンサをチューニングすることを含む。チューニングコンデンサの第１のセットは、充電装置の誘導負荷に基づいて構成され得る。
【0099】
特定の例では、この方法は、第２のコンデンサと並列に結合されるように構成された複数のコンデンサの中からチューニングコンデンサの第２のセットを決定し、当該チューニングコンデンサの第２のセットにおける第１のチューニングコンデンサの各々について、各チューニングコンデンサと直列に接続されたスイッチを閉じることによって、共振ネットワークの第２のコンデンサをチューニングすることを含む。チューニングコンデンサの第２のセットは、充電装置の誘導負荷に基づいて構成され得る。
【0100】
いくつかの実施例を以下の番号の項目に記載する。
１． 電力アンプにおいて、増幅段であって、当該増幅段の入力から電流を受け取るように構成されたチョークと、前記チョークの出力に結合され、前記電力アンプの負荷に出力電流を供給するように構成された共振ネットワークと、オンになったときに前記チョークの出力を回路接地に短絡するように構成された第１のスイッチとを具える増幅段と、電源を前記増幅段の入力に結合するように構成され、オンになったときに前記増幅段の入力を回路接地に結合するように動作可能な第２のスイッチを含む電力スイッチング段と、前記出力電流のサイクルを規定するタイミングシーケンスに従って前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチの動作を制御するように構成されたコントローラとを具え、前記第１のスイッチは、前記サイクルの第１段階中はオンとなり、前記サイクルの第１段階に続くサイクルの第２段階中はオンとなり、前記サイクルの第２段階に続くサイクルの第３段階中はオフとなり、前記第２のスイッチは、前記サイクルの第１段階中はオフとなり、前記サイクルの第２段階中はオンとなり、前記サイクルの第３段階中はオンとなることを特徴とする電力アンプ。
１． 電力アンプにおいて、増幅段であって、当該増幅段の入力から電流を受け取るように構成されたチョークと、前記チョークの出力に結合され、前記電力アンプの負荷に出力電流を供給するように構成された共振ネットワークと、オンになったときに前記チョークの出力を回路接地に短絡するように構成された第１のスイッチとを具える増幅段と、電源を前記増幅段の入力に結合するように構成され、オンになったときに前記増幅段の入力を回路接地に結合するように動作可能な第２のスイッチを含む電力スイッチング段と、前記出力電流のサイクルを規定するタイミングシーケンスに従って前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチの動作を制御するように構成されたコントローラとを具え、前記第１のスイッチは、前記サイクルの第１段階中はオンとなり、前記サイクルの第１段階に続くサイクルの第２段階中はオンとなり、前記サイクルの第２段階に続くサイクルの第３段階中はオフとなり、前記第２のスイッチは、前記サイクルの第１段階中はオフとなり、前記サイクルの第２段階中はオンとなり、前記サイクルの第３段階中はオンとなることを特徴とする電力アンプ。
【0101】
２． 前記タイミングシーケンスの継続時間は、前記出力電流のサイクルの期間に対応する、項目１に記載の電力アンプ。
【0102】
３． 前記電力スイッチング段は、前記電源と前記増幅段の入力との間の結合を提供するダイオードをさらに具える、項目１または項目２に記載の電力アンプ。
【0103】
４． 前記電力スイッチング段は、オンになったときに前記電源と前記増幅段の入力との間の結合を提供する第３のスイッチをさらに具え、前記コントローラは前記第３のスイッチの動作を制御するようにさらに構成されている、項目１～３のいずれかに記載の電力アンプ。
【0104】
５． 前記第３のスイッチは、前記サイクルの第１段階中はオンとなり、前記サイクルの第２段階および前記サイクルの第３段階中はオフとなる、項目４に記載の電力アンプ。
【0105】
６． 前記第３のスイッチは、前記サイクルの第１段階中はオンとなり、前記サイクルの第２段階および前記サイクルの第３段階中はオフとなる、項目４に記載の電力アンプ。
【0106】
７． 前記コントローラはさらに、前記電力アンプの出力に供給される電力レベルを制御するように構成され、前記電力レベルは、前記第２のスイッチおよび前記第３のスイッチの動作を制御するために供給される制御信号の可変デューティサイクルを使用して制御される、項目６に記載の電力アンプ。
【0107】
８． 前記制御信号の各々のデューティサイクルは、前記共振ネットワークで測定されたインダクタンスを表すフィードバック信号に基づいて設定される、項目７に記載の電力アンプ。
【0108】
９． 前記コントローラがさらに、前記電力アンプの負荷に含まれる１以上の伝送コイルの量および種類に基づいて、前記第１のスイッチに供給される制御信号をパルス幅変調するように構成される、項目１～８のいずれかに記載の電力アンプ。
【0109】
１０． 前記電力アンプの負荷は、マルチデバイスワイヤレス充電装置の１以上の伝送コイルを含む、項目１～９のいずれかに記載の電力アンプ。
【0110】
１１． 前記増幅段の入力から電流を受け取るように構成された第２のチョークと、オンになったときに前記第２のチョークの出力を回路接地に短絡するように構成された第４のスイッチと、を有する第２の増幅段をさらに具え、前記コントローラは、出力電流のサイクルを規定するタイミングシーケンスに従って前記第４のスイッチの動作を制御するように構成されており、前記コントローラは、前記第１のスイッチに提供される制御信号と１８０°位相のずれた制御信号を前記第４のスイッチに供給するように構成されている、項目１～１０のいずれかに記載の電力アンプ。
【0111】
１２． 第１のチューニングコンデンサと、当該第１のチューニングコンデンサを回路接地と前記チョークの出力との間に結合するように構成された第１のチューニングスイッチとを有する第１のチューニング要素をさらに具え、前記コントローラは、前記共振ネットワークにおいて測定されたインダクタンスを表すフィードバック信号に基づいて、前記第１のチューニングスイッチの動作を制御するように構成されている、項目１～１１のいずれかに記載の電力アンプ。
【0112】
１３． 第２のチューニングコンデンサと、前記第２のチューニングコンデンサを前記共振ネットワークの容量と並列に接続するように構成された第２のチューニングスイッチとを有する第２のチューニング要素をさらに具え、前記コントローラは、前記共振ネットワークで測定されたインダクタンスを表すフィードバック信号に基づいて、前記第２のチューニングスイッチの動作を制御するように構成されている、項目１～１２のいずれかに記載の電力アンプ。
【0113】
１４． 充電装置において電力を増幅する方法であって、増幅段の入力から電流を受け取るように前記増幅段にチョークを構成するステップと、前記チョークの出力に結合され、前記電力アンプの負荷に出力電流を供給するように共振ネットワークを構成するステップと、オンになったときに前記チョークの出力を回路接地に短絡するように第１のスイッチを構成するステップと、電源を前記増幅段の入力に結合するように電力スイッチング段を構成するステップと、オンになったときに前記増幅段の入力を回路接地に結合するように動作可能な第２のスイッチを前記電力スイッチング段に構成するステップと、前記出力電流のサイクルを規定するタイミングシーケンスに従って前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチの動作を制御するステップであって、前記第１のスイッチを、前記サイクルの第１段階中はオンとなり、前記サイクルの第１段階に続くサイクルの第２段階中はオンとなり、前記サイクルの第２段階に続くサイクルの第３段階中はオフとなるように構成し、前記第２のスイッチを、前記サイクルの第１段階中はオフとなり、前記サイクルの第２段階中はオンとなり、前記サイクルの第３段階中はオンとなるように構成するステップとを含むことを特徴とする方法。
【0114】
１５． 前記タイミングシーケンスの持続時間は、前記出力電流のサイクルの周期に対応する、項目１４に記載の方法。
【0115】
１６． 前記電源と前記増幅段の入力との間の結合を提供するように前記電力スイッチング段にダイオードを構成するステップをさらに含む、項目１４または項目１５に記載の方法。
【0116】
１７． 前記電源と前記増幅段の入力との間の結合を提供するように前記電力スイッチング段の第３のスイッチを構成するステップと、前記タイミングシーケンスに従って前記第３のスイッチの動作を制御するステップとをさらに含む、項目１４～１６のいずれかに記載の方法。
【0117】
１８． さらに、前記第３のスイッチを、前記サイクルの第１段階中はオンとなり、前記サイクルの第２段階中はオフとなり、前記サイクルの第３段階中はオフとなるように構成するステップを含む、項目１７に記載の方法。
【0118】
１９． さらに、前記第２のスイッチがオフとなったときに前記第３のスイッチがオンになるように構成するステップを含む、項目１７または項目１８に記載の方法。
【0119】
２０． さらに、前記充電装置の出力に供給される電力レベルを制御するように前記充電装置を構成するステップであって、前記電力レベルは、前記第２のスイッチおよび前記第３のスイッチの動作を制御するために供給される制御信号の可変デューティサイクルを使用して制御されるステップを含む、項目１９に記載の方法。
【0120】
２１． さらに、前記共振ネットワークにおいて測定されたインダクタンスを表すフィードバック信号に基づいて、前記制御信号の各々のデューティサイクルを設定するステップを含む、項目１９または項目２０に記載の方法。
２２． さらに、前記充電装置の負荷に含まれる１つまたは複数の伝送コイルの量および種類に基づいて、前記第１のスイッチに供給される制御信号をパルス幅変調するステップを含む、項目１４～２１のいずれかに記載の方法。
２２． さらに、前記充電装置の負荷に含まれる１つまたは複数の伝送コイルの量および種類に基づいて、前記第１のスイッチに供給される制御信号をパルス幅変調するステップを含む、項目１４～２１のいずれかに記載の方法。
【0121】
２３． 前記充電装置の負荷は、マルチデバイスワイヤレス充電装置の１つまたは複数の伝送コイルを含む、項目１４～２２のいずれかに記載の方法。
【0122】
２４． さらに、前記増幅段の入力から電流を受け取るように第２の増幅段に設けられた第２のチョークを構成するステップと、オンになったときに前記第２のチョークの出力を回路接地に短絡させるように第４のスイッチを構成するステップと、前記第２の増幅段の入力に電源を結合するように電力スイッチング段を構成するステップと、出力電流のサイクルを規定するタイミングシーケンスに従って前記第４のスイッチの動作を制御するステップであって、前記第１のスイッチのゲートに第１の信号を供給することと、前記第４のスイッチのゲートに前記第１の信号と１８０°位相をずらした第２の信号を供給することを含むステップとを含む、項目１４～２３のいずれかに記載の方法。
【0123】
２５． さらに、第１のコンデンサと並列に結合されるように構成された複数のコンデンサの中からチューニングコンデンサの第１のセットを決定し、前記チューニングコンデンサの第１のセットにおける各チューニングコンデンサについて、各チューニングコンデンサと直列に接続されたスイッチを閉じることとによって、前記第１のスイッチと並列に結合された第１のコンデンサをチューニングするステップを含む、項目１４～２４のいずれかに記載の方法。
【0124】
２６． 前記チューニングコンデンサの第１のセットは、前記充電装置の誘導負荷に基づいて構成される、項目２５に記載の方法。
【0125】
２７． さらに、前記第２のコンデンサと並列に結合されるように構成された複数のコンデンサの中からチューニングコンデンサの第２のセットを決定し、前記チューニングコンデンサの第２のセットにおける第１のチューニングコンデンサの各々について、各チューニングコンデンサと直列に接続されたスイッチを閉じることとによって、前記共振ネットワークの第２のコンデンサをチューニングするステップを含む、項目１４～２６のいずれかに記載の方法。
【0126】
２８． 前記チューニングコンデンサの第２のセットは、前記充電装置の誘導性負荷に基づいて構成される、項目２７に記載の方法。
【0127】
上述した説明は、当業者が本明細書に記載の様々な態様を実施できるようにするために提供されたものである。これらの態様に対する様々な変更は、当業者には明らかであり、本明細書で規定される一般的な原理は、他の態様に適用することができる。このため、特許請求の範囲は、本明細書に示される態様に限定されることを意図するものではなく、請求項の文言と一致する全範囲が認められるものであり、単数形の要素への言及は、特に明記がなければ、「唯一の」を意味するものではなく、「１以上」を意味するものとする。特に明記されていない限り、「いくつか」という用語は１以上を指している。当業者に知られている、または後に当業者に知られるようになる、本開示を通して説明される様々な態様の要素に対するすべての構造的および機能的均等物は、引用により本明細書に明示的に援用されるとともに、特許請求の範囲に含まれることが意図される。さらに、本明細書に開示されているものは、そのような開示が特許請求の範囲に明示的に記載されているか否かにかかわらず、公衆に捧げられることを意図していない。クレームの要素は、その要素が「means for」という語句で明示的に記載されているか、方法クレームの場合には「step for」という語句で記載されていなければ、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２、第６章の規定に基づいて解釈されるべきではない。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【国際調査報告】