JP5918146B2 - 無線電力リンク上のデータ通信を検出するシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は無線電源に関し，より詳細に言えば，データ通信が統合された無線電源に関する。

市場において，広範な電子装置に充電及び／又は電力供給できる無線電力供給システムを開発する努力が増加している。無線電力供給システムは，直接の有線接続なしで電子装置に電力を配電できるようにする。これによって，コードに関係する乱れ及び乱雑，並びに可搬型電子装置に頻繁に充電コードを挿したり，抜いたりすることに関係する不便さのような，直接の電気接続に関係する種々の課題を解決することができる。

ワイヤなしで電力を伝えるために，多くの従来の無線電力供給システムは誘導電力転送（すなわち，電磁界を用いた電力の転送）に依存している。通常の誘導電力転送システムは，変動する電磁界の形態で無線でエネルギを転送するための１次コイルを用いる誘導電源と，電磁界におけるエネルギを電力に変換するための２次コイルを用いる遠隔装置と，を含む。潜在的な利点を認識して，何人かの開発者は，効率を最大化し，広範な環境下において種々の異なる種類の装置を適切に運転するように適応できる適応制御システムを備えた無線電力供給システムを製造することに注目している。適応制御システムは，適切な量の電力を供給し，種々の動作条件に合わせるために，共振周波数，動作周波数，電源（ｒａｉｌ）電圧又はデューティ比のような動作パラメータを変えることができる。例えば，電子装置の数，電子装置の概略電力要求条件及び電子装置の瞬時電力要求量に基づいて，無線電源の動作パラメータを変化させることが望ましいことがある。別の例として，１次コイルに対する電子装置の距離，位置及び方向が電力転送の効率に影響することがあり，動作パラメータの変化を動作の最適化に用いてもよい。更なる例においては，無線電源の到達範囲内に寄生金属があることが性能に影響を与え，又は別の好ましくない問題を呈することがある。適応制御システムは，動作パラメータを調整し，又は電源を停止させることによって，寄生金属の存在に応答してもよい。これらの例に加えて，当業者であれば適応制御システムを利用することによる別の利点も理解するであろう。

いくつかの適応制御システムは，適応制御システム（「１次側」と呼ぶこともある）と，可搬型電子装置（「２次側」と呼ぶこともある）とのデータ通信に依存する。例えば，適応制御システム及び可搬型電子装置は，該可搬型電子装置が無線電源に適合することを確認するためにハンドシェークを行ってもよいし，別様に伝えてもよい。可搬型装置はまた，総合電力要求条件，及び無線電源から受電する電力量を表す情報を通信してもよい。この情報は，適切な量の電力を最適な効率で供給するように動作パラメータを調整するように，適応制御システムが動作パラメータを調整することができるようにする。電子装置から無線電源への通信チャネルがあることによって，種々の利点が生じる。

追加の通信システムが必要になることを避けるために，いくつかの既存の誘導電力供給システムは既存の誘導結合を介してデータ通信を送信する。例えば，電子装置は，「後方散乱変調」を用いて適応制御システムに通信を送信する２次側コントローラを含んでもよく，２次側コントローラは通信を電力信号に配置する。この種のシステムにおいては，２次側コントローラは，電子装置が無線電源から引き出す電力量を変調し，それによって電力信号の振幅変調を用いた通信を設定する。いくつかの応用において，電子装置が引き出した電力量の変調は，専用の負荷抵抗器のような２次側の負荷をトグルすることによって達成される。

少なくとも一つの既存の無線電力供給システムは，１次側タンク回路における電流感知器を用いて電力信号における電流を監視し，電力信号からデータ通信を抽出する。この技法はうまく働き，高信頼であるが，いくつかの環境において更に改善された信頼性を提供することも可能である。例えば，この既存技法に固有の信号対ノイズ比はいくつかの応用においては比較的小さく，そのためデータとノイズとを識別することをより困難にしている。

本発明は，タンク回路に関するスイッチング回路への入力電力を監視することによって，１次側において通信信号が検出される無線電力供給システムを提供する。無線電源は，スイッチング回路に供給される入力電力の電流を示す信号を発生する検出器を備える検出器回路を含む。検出器回路はまた，駆動信号成分及びノイズのような，通信信号の範囲外の信号における変動を除去するために検出器出力をろ波する帯域通過フィルタも含んでよい。検出器回路はまた，ろ波された信号を，電力信号内の通信に対応する高信号及び低信号に変換する比較器を含んでもよい。比較器の出力は，通信信号を解釈するようにプログラムされたコントローラに供給してもよい。

一つの実施例においては，検出器は，入力電力における電流量に関係する電位差を得るために，抵抗器の両端に接続された増幅器の二つの入力によって，スイッチング回路への入力電力に接続された増幅器を含む。したがって，検出器の出力は，スイッチング回路入力電力における電流を表す信号である。

一つの実施例においては，帯域通過フィルタは別個の低域通過フィルタ回路及び高域通過フィルタ回路を含む。低域通過フィルタ回路は増幅器に基づく２極フィルタであってよい。高域通過フィルタはコンデンサ及び抵抗器を含んでもよい。

一つの実施例においては，検出器回路は，帯域通過フィルタと比較器との間に配置された信号増幅器を含む。この信号増幅器はＡＣ結合増幅器であってもよい。検出回路はさらに，信号増幅器と比較器との間に配置されたフィルタを含んでもよい。このフィルタは増幅器に基づく２極フィルタのような低域通過フィルタであってよい。

一つの実施例においては，フィルタ，増幅器及び比較器の機能は，デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を用いて実行することができる。例えば，検出器の出力はデジタル信号に変換され，デジタルフィルタ及びほかのデジタル演算を用いて処理してもよい。

一つの実施例において，本発明は誘導無線電源において電力信号上に変調された通信を検出する方法を提供する。本方法は概略，次のステップを含む。（１）スイッチング回路への入力における電流を示す信号を生成するステップ，（２）２次側電子装置において通信が生成される周波数範囲外の変動を除去するために帯域通過フィルタによって信号をろ波するステップ，（３）ろ波された信号を増幅するステップ，（４）ノイズを更に除去し，信号を分離するために，増幅した信号をろ波するステップ，（５）比較器を用いて，ろ波した信号を通信に対応する高信号及び低信号に変換するステップ，及び（６）変換された信号をコントローラに供給して，高信号／低信号を２値データストリームとして解釈するステップ。

第２態様において，本発明は，１次側タンク回路における電流と電圧との位相関係の変化に基づいて，通信信号が１次側において検出される，無線電力供給システムを提供する。無線電源は，タンク回路における電流の位相に依存して変化する信号を発生する回路を備えた検出器回路を含む。検出器回路はまた，位相信号をろ波して，駆動信号成分及びノイズのような，通信信号の範囲外の信号における変動を除去する帯域通過フィルタも含む。検出器回路はまた，ろ波された信号を，データ通信信号に対応する高信号又は低信号に変換する比較器も含む。比較器の出力は，通信信号を解釈するようにプログラムされたコントローラに供給してもよい。

この第２態様の一つの実施例においては，検出器は，安定化コンデンサ（ｂａｌｌａｓｔ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）を介してタンク回路から取得した入力と，入力信号をタンク回路における電流の位相によって変化する信号に変換する位相変換回路とを含んでもよい。位相変換回路は，入力信号のバッファされたコピーを生成するバッファと，入力信号の反転バッファされたコピーを生成する反転バッファとを含んでもよい。位相変換回路はまた，非反転バッファコピーと反転バッファコピーとの時間スライスされた結合である出力信号を発生するマルチプレクサも含んでよい。マルチプレクサは，マルチプレクサのタイミングを制御する入力を含む。この入力はスイッチング回路駆動信号に結合されて，マルチプレクサの出力が，スイッチング回路のタイミングに同期して非反転バッファコピーと反転バッファコピーとを交互に繰り返すようにする。検出器回路はまた，マルチプレクサ出力における電圧の移動平均を示す出力信号を生成する平均化回路も含んでよい。１次電流波形を同期時間スライスすることによって，位相変化を，平均化回路の出力におけるＤＣ電圧レベル偏移として認識することができる。

この第２態様の一つの実施例においては，マルチプレクサのタイミングは高側スイッチ駆動信号によって制御される。この信号が高のとき，波形の非反転コピーがマルチプレクサ出力へ送信される。この信号が低のとき，反転コピーがマルチプレクサ出力へ送信される。

第２態様の一つの代替実施例においては，検出器回路は，マルチプレクサ出力をタンク回路における電流の位相に依存して変化する信号に変換するために，平均化回路ではなく積分器回路を含む。この代替実施例においては，積分器回路出力は，マルチプレクサ出力信号の時間平均ではなく，マルチプレクサ出力信号の合計を表してもよい。

一つの実施例において，本発明は誘導無線電源において電力信号上に変調された通信を検出する方法を提供する。本方法は概略，次のステップを含む。（１）タンク回路における電流の位相の変化によって変化する信号を発生するステップ，（２）通信の周波数範囲外の変動を除去するために帯域通過フィルタによって信号をろ波するステップ，（３）ろ波された信号を増幅するステップ，（４）ノイズを更に除去し，信号を分離するために，増幅した信号をろ波するステップ，（５）ろ波した信号を通信に対応する高信号及び低信号に変換するステップ，及び（６）変換された信号を，高信号／低信号を２値データストリームとして解釈するようにプログラムされたコントローラに供給するステップ。

一つの実施例において，タンク回路における電流の位相の変化によって変化する信号を発生するステップは次のステップを含む。（１）タンク回路における電流を示す信号を供給するステップ，（２）信号のバッファコピーを生成するステップ，（３）信号の反転バッファコピーを生成するステップ，（４）バッファコピーと反転バッファコピーとを結合して，スイッチング回路のタイミングに基づいて非反転バッファコピーと反転コピーとを交互に繰り返すステップ，及び（５）時間スライスされた波形の移動平均を表す信号を生成するステップ。

本発明は，誘導負荷をはさんだ電力信号におけるデータ通信を検出する単純かつ効果的なシステム並びに方法を提供する。スイッチング回路入力電力検出システム及び方法において，入力電流は２次側の電流によってより線形に，かつより予測可能に変化する。これによって，システムをより小さな総入力範囲用に設計し，より高い信号対ノイズ比を提供するようにすることができる。終端検出はより単純であり，その結果，動作周波数範囲に渡ってより耐性がある。さらに，負荷が変化したにもかかわらず無効（ｉｍａｇｉｎａｒｙ）電力（１次コイル電流）は一定であるときも，電子装置によって消費される有効（ｒｅａｌ）電力は依然として変化する。入力から１次コイルへ引き出される電力を検出することによって，この変化を認識し，デジタルデータに変換することができる。位相変化検出システム及び方法においては，通信負荷による位相変化は，振幅に比べてより線形であり，より高い信号対ノイズ比を呈する。データがあるとき，データが位相偏移を起こし，位相偏移が波形の正部分と負部分との不均衡となり，ＤＣレベル変化として検出することができる。同期時間スライスは，電流波形の正部分及び負部分が，通信がないときに信号からろ波される一定電圧に落ち着くようにする。負荷の変化による信号の部分は自己相殺され，位相変化から得られる信号が明瞭に検出できるようになる。結果として，電力における変化によって，装置からの通信がなくなる機会は減少する。

本発明の種々の利点及び特徴は，以降の実施例の記載及び図面を参照することによってよりよく理解され，認識されるであろう。

本発明の実施例による無線電力供給システムのブロック図である。 検出器回路を示す回路図である。 検出器回路を示す回路図である。 入力電力検出アルゴリズムの概略ステップを示すフローチャートである。 本発明の第２態様による無線電力供給システムのブロック図である。 検出器回路を示す回路図である。 検出器回路を示す回路図である。 検出器回路を示す回路図である。 検出器回路を示す回路図である。 位相変化検出アルゴリズムの概略ステップを示すフローチャートである。 マルチプレクサの入力及び出力を示す図である。 電流が図７に示したものと異なる位相であるときの，マルチプレクサの入力及び出力を示す図である。

本発明の実施例を詳細に説明する前に，本発明は，以降の説明において述べられ又は図面に示される動作の詳細又は構成の詳細及び部品の配置に限定されないことを理解されたい。本発明は，種々の別の実施形態で実現してもよいし，ここに明示的に開示されていない代替方法によって実践又は実行してもよい。また，ここで用いる表現法及び用語は説明のためであって，制限として認識することは望ましくないことを理解されたい。「含む」及び「備える」，並びにその変形の使用は，その後に掲げられた項目及びその均等物，並びに追加項目及びその均等物を包含するものとする。さらに，種々の実施例の説明において，列挙を用いることがある。明確に言及しない限り，列挙の使用を，本発明を特定の順序又は部品数に限定するものと解釈することは望ましくない。また，列挙の使用を，列挙されたステップ又は部品と組み合わせることができる任意の追加のステップ又は部品を，本発明の範囲から除外するものと解釈することは望ましくない。

本発明は，無線電源の２次側において電力信号上に変調されたデータ通信を，１次側において検出するシステム及び方法に関する。一態様においては，本発明はスイッチング回路への入力電力における通信を検出する。本発明のこの態様においては，無線電源は，スイッチング回路への入力における電流を示す信号を発生する検出器と，検出された信号をろ波する帯域通過フィルタと，ろ波された信号を増幅する増幅器と，増幅された信号をろ波するフィルタと，最終信号を，２値データストリームとして処理するためにコントローラへ転送することができる高信号及び低信号のストリームに変換する比較器と，を含む。第２態様においては，本発明は１次側タンク回路における電流と電圧との位相差の変化を通じて通信を検出する。この第２態様において，無線電源は，１次側タンク回路における電流と電圧との位相関係の変化に応じて変化する信号を発生する検出器と，信号をろ波する帯域通過フィルタと，ろ波された信号を増幅する増幅器と，増幅された信号をろ波するフィルタと，最終信号を，２値データストリームとして処理するコントローラへ転送することができる高信号及び低信号のストリームに変換する比較器と，を含む。

本発明の実施例における誘導無線電力供給システム１０を図１に示す。システム１０は概略，ＡＣ幹線入力１２と，整流器１４と，ＤＣ−ＤＣ変換器１６と，コントローラ１８と，スイッチング回路２０と，タンク回路２３と，検出器回路２４と，を含む。この実施例においては，タンク回路２３は１次コイル１５及び安定化コンデンサ６２を含む。しかし，タンク回路２３の構成は応用ごとに異なってもよい。検出器回路２４はスイッチング回路２０の入力電力に接続されている。検出器回路２４は，入力電力Ｉ_ｉにおける電流に直接比例する出力信号を生成するようにした増幅器２６を含む。検出器回路２４はまた，通信信号の周波数範囲に入らない出力信号内の変動を除去する帯域通過回路２８も含む。検出器回路２４はまた，ろ波された信号を増幅する増幅器３０を含んでもよい。検出器回路２４はまた，増幅器出力を高信号又は低信号に変換する比較器３２を含んでもよい。比較器３２の出力は，コントローラ１８のようなコントローラに供給され，該コントローラは高信号及び低信号を２値データストリームとして解釈する。

図１はまた，無線電源１０から無線電力を受電できる可搬型電子装置１００を示している。電子装置１００は概略従来型であり，したがって限定した詳細だけ説明する。電子装置１００は概略，２次コイル１０２と，整流器１０４と，コントローラ１０６と，通信負荷１０８と，負荷１１０と，を含む。２次コイル１０２はワイヤのコイルであってもよいし，無線電力供給システム１０によって発生される変動電磁界に応答して電力を発生することができる本質的に任意のほかのインダクタであってもよい。整流器１０４は，ＡＣ電力をＤＣ電力に変換する。図示していないが，装置１００はまた，変換が必要な実施例においてはＤＣ−ＤＣ変換器を含んでもよい。コントローラ１０６は負荷１１０に整流された電力を印加するように構成されている。この実施例においては，負荷１１０は装置１００の電子回路を表す。いくつかの応用においては，負荷１１０は装置１００の電子回路への電力供給を管理することができる電力管理ブロックを含んでもよい。例えば，従来の電子装置は内部バッテリを含んでもよい。電力管理ブロックは，装置の内部バッテリを充電するために，いつ整流された電力を使用するかと，装置に給電するためにいつ電力を使用するかと，を判定してもよい。また，バッテリ充電と，装置の直接給電とに電力を配分できてもよい。いくつかの応用においては，負荷１１０は電力管理ブロックを含まなくてもよい。このような応用においては，電力管理機能を処理するようにコントローラ１０６をプログラムしてもよいし，電子装置１００が電力管理機能を扱う別個のコントローラを含んでもよい。コントローラ１０６はまた，後方散乱変調方式を用いて電力信号上にデータ通信を生成するために，コントローラ１０６が通信負荷１０８を選択的に適用できるようにする通信プログラムを含む。

図２は，検出器回路２４の一実施例を示す回路図である。この回路図はスイッチング回路２０のスイッチ２２，１９を示している。図２には示されていないが，１次コイル１５（図１参照）はハンダパッドＰ１及びＰ２又はジャンパＪ２に接続してもよい。図２に示すように，検出器回路２４はスイッチング回路２０の入力電力Ｉ_ｉに接続された増幅器２６を含む。この実施例においては，増幅器２６への二つの入力が抵抗器３８の両端に接続されている。抵抗器３８の値は，増幅器２６の全差動範囲を利用するために，電流の予期される変動に基づいて選択される。代替実施例においては代替の増幅器配置を用いてもよい。例えばいくつかの実施例においては，抵抗器３８はスイッチング回路２０の反対側（スイッチング回路２０と接地との間）に移動してもよく，増幅器２６の第２リードは接地と接続してもよい。この実施例においては，増幅器２６はゼロ基準を設定するために選択された二つの抵抗器４２，４４によってＶＣＣに接続された入力を含む。検出器回路２４はまた，増幅器２６の出力を比較器３２に転送する前にろ波し，調整するろ波及び調整回路を含んでもよい。この実施例においては，検出器回路２４は，主として，データ通信の周波数範囲を超える高周波振動を除去する（又は減衰させる）ように機能する低域通過フィルタ４６を含む。図示したとおり，低域通過フィルタは，適切なろ波範囲を設定するように選択された回路部品を有する２極フィルタであってよい。図２に示す検出器回路２４はまた，主として，制限なしに信号内の任意のＤＣ成分を含む，データ通信の周波数範囲を未満の低周波振動を除去（又は減衰）するように機能する高域通過フィルタを含む。高域通過フィルタは抵抗器４７及びコンデンサ４８を含む。

図示した実施例において，検出器回路２４は，信号が低域通過フィルタ及び高域通過フィルタを通過した後，当該信号を増幅する増幅器３０を含む。増幅器３０は，信号をノイズと区別することを補助するために信号を増幅するように構成されている。増幅器３０は一般に普通のＡＣ結合増幅器である。増幅器３０の利得は，抵抗器４７及び５０の値に基づいて変化する。検出器回路２４は，信号の大きな変化が増幅器３０を飽和させないようにすることを補助する整定（ｓｅｔｔｌｉｎｇ）ダイオード５４，５６を含んでもよい。

図２に示した検出器回路２４はまた，増幅器３０の出力をろ波するフィルタ４８も含む。本実施例においては，フィルタ４８は，増幅器３０の出力内に存在する可能性がある高周波ノイズを除去するように構成した低域通過フィルタである。フィルタ４８は，図示のとおり２極フィルタであってよい。

比較器３２は二つの入力を含む。第１の入力はフィルタ４８の出力に接続され，第２の入力は基準信号に接続されている。本実施例においては，基準信号は増幅された信号のＤＣ成分よりもわずかに低く設定される。したがって，信号内に通信がないときは，比較器出力は高に保たれる。通信があるときは，比較器出力は通信信号に対応して高と低とを交互に繰り返す。

比較器３２の出力はコントローラ１８に供給され，コントローラは信号を２値データストリームとして分析する。図示した実施例において，遠隔電子装置はデータビットを電力信号上に変調するために差分２相符号化方式を用いる。この方法によって，通信ストリーム内で２進数１は，クロック信号の上昇端と一致する第１遷移と，クロック信号の下降端と一致する第２遷移とを含む，電力信号内の二つの遷移を用いて表される。２進数０は，クロック信号の上昇端と一致する，電力信号内の単一遷移によって表される。したがって，コントローラ１８は対応する方式を用いて比較器３２の出力を復号するように構成される。しかしながら，本発明は差分２相符号化と関係して用いることに限定されるものではなく，本質的に任意の通信方式又は通信方法を用いるように構成してもよい。

本発明は，種々の増幅器ブロックと，信号がコントローラ１８に供給される前に該信号をろ波し，調整するほかのアナログ回路を備えた検出器回路２４に関係して説明されたが，ろ波，調整及び／又は比較器機能は，代替としてデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を用いて実行してもよい。この代替方式においては，増幅器２６の出力はＤＳＰに供給される。ＤＳＰはアナログ信号をデジタル信号に変換し，そしてデジタル信号を処理して，上述の回路を用いて発生された高出力及び低出力と整合する高出力及び低出力を発生する。例えば，ＤＳＰは，通信用に用いられる周波数範囲外に発生する信号成分を除去し，残りの信号を分析して通信信号を識別し，そして通信信号に応じて高及び低に駆動する出力信号を供給するように，入力信号を処理してもよい。

ここで図３を参照すると，本発明は誘導電力供給システム１０の１次側においてデータ通信を検出する方法を提供する。概略，本方法は，（１）スイッチング回路への入力Ｉ_ｉにおける電流を示す信号を生成するステップ１２０と，（２）信号を帯域通過フィルタ２８を介して転送して，２次側電子装置において通信が生成される周波数範囲外の変動を除去するステップ１２２と，（３）ろ波された信号を増幅するステップ１２４と，（４）増幅された信号をろ波して，更にノイズを除去し，信号を分離するステップ１２６と，（５）ろ波した信号を比較器３２を介して供給し，通信信号の状態に対応する高信号又は低信号を生成するステップ１２８と，（６）比較器３２の出力を，高／低信号を２値データストリームとして解釈するようにプログラムされたコントローラへ供給するステップ１３０と，を含む。

本実施例において，スイッチング回路への入力電力における電流を示す信号を生成するステップは，増幅器ブロック２６をスイッチング回路への入力Ｉ_ｉへ接続するステップを含む。増幅器２６の正入力及び負入力は抵抗器３８の両端に，入力線に沿って接続される。抵抗器３８は，現在の入力電力に比例する，正入力と負入力との間の電位差を生成する。実効的に，抵抗器は電流対電圧の変換を行う。増幅器２６は，正入力と負入力との間の電位差を表す波形を出力する。増幅器２６の利得は，変調された通信信号の振幅と，信号対ノイズ比とに部分的に依存して，応用ごとに異なってもよい。このステップは代替として，スイッチング回路への入力電力における電流を表す波形を生成することができるほかの回路によって実行してもよい。

本実施例において，信号を帯域通過フィルタ２８を介して転送して，２次側電子装置において通信が生成される周波数範囲外の変動を除去するステップは，低域通過フィルタ４６及び高域通過フィルタ４７，４８を介して波形を転送するステップを含む。図示した実施例において，無線電力駆動信号は，通信の周波数よりずっと高い周波数で発生する。したがって，本実施例においては，低域通過フィルタ４６は主に，波形から駆動信号成分及びほかの高周波ノイズを除去するように構成される。図示した実施例において，電子装置の負荷の変動は一般に，通信の周波数よりずっと低い周波数で発生することが予想される。したがって，本実施例の高域通過フィルタ４７，４８は主に，波形から負荷成分及び低周波ノイズを除去するように構成される。高域通過フィルタ及び低域通過フィルタは代替として，通信信号を分離できるほかの回路によって置き換えてもよい。

図示した実施例において，ろ波した信号を増幅するステップは，信号をＡＣ結合増幅器３０を介して転送するステップを含む。増幅器３０は，応用ごとに異なってもよい利得によって波形を増幅する。増幅は，波形内の信号とノイズとの分離をよくすることによって，波形を改善する。このステップはＡＣ結合増幅器によって行われるが，信号を代替としてほかの種類の増幅器によって増幅してもよい。

図示した実施例において，増幅した信号をろ波するステップは，低域通過フィルタ４８を介して増幅した信号を転送するステップを含む。本実施例において，低域通過フィルタ４８は主に，波形から回路ノイズを除去するために用いられる。別の応用においては，増幅した信号は追加のフィルタ，又はほかの種類のフィルタを介して転送してもよい。いくつかの応用において，増幅した波形はろ波する必要がなく，したがって直接比較器に転送してもよい。

本実施例において，ろ波した信号を比較器を介して供給するステップは，ろ波した信号を比較器３２の一つの入力に接続し，基準値を比較器３２のほかの入力に接続するステップを含む。ろ波した信号は，応用ごとに異なる小さなＤＣ電圧に集中する。基準値は，ろ波した信号のＤＣ成分におよそ同じであるがやや低く設定される。したがって，比較器３２の出力は，通信がないときは高であり，通信があるときは高と低との間を適宜トグルする。通信がないとき，比較器３２の出力が低であることが望ましい応用においては，基準値はろ波した信号のＤＣ成分よりわずかに高く設定してもよい。図示した実施例においては，波形は比較器によって高／低ストリームに変換されるが，代替実施例においてはこの機能はほかの回路によって実現してもよい。

上述のとおり，本発明の第２態様は，１次側タンク回路における電流と電圧との位相関係を用いて通信を検出するシステム及び方法を提供する。ここで図４を参照すると，第２態様の一実施例のシステム２１０は概略，ＡＣ幹線入力２１２と，整流器２１４と，ＤＣ‐ＤＣ変換器２１６と，コントローラ２１８と，スイッチング回路２２０と，タンク回路２２３と，検出器回路２２４と，を含む。本実施例において，タンク回路２２３は１次コイル２１５及び安定化コンデンサ２６２を含む。しかしながら，タンク回路２２３の構成は応用ごとに異なっていてもよい。本実施例の検出器回路２２４は，タンク回路２２３における電流に比例する入力信号を生成するために，タンク回路２２３に接続される。検出器回路２２４は，入力信号のバッファコピーと，別個の反転バッファコピーとを生成するバッファ回路２２５を含む。検出器回路２２４はまた，スイッチング回路２０のタイミングによって，バッファコピー又は反転バッファコピーのいずれかを交互に繰り返して出力するマルチプレクサ２２７も含む。検出器回路２２４は，マルチプレクサ２２７の出力の移動平均を維持する平均化回路２２９を含む。検出器回路２２４はまた，通信信号の周波数範囲内に入らない信号内の変動を除去する帯域通過回路２２８も含む。検出器回路２２４はまた，ろ波した信号を増幅する増幅器２３０と，増幅した信号をろ波するフィルタ２４８とも含む。検出器回路２２４はまた，増幅器出力を高信号又は低信号に変換する比較器２３２も含む。比較器２３２の出力は，コントローラ２１８のようなコントローラに供給され，コントローラは高信号及び低信号を２値データストリームとして解釈する。

図５は，一実施例の検出器回路２２４を示す回路図である。図示のとおり，本実施例の検出器回路２２４は，安定化コンデンサ２６２をはさむタンク回路２２３への接続Ｃを介して入力信号を取得する。検出器回路２２４は，入力信号のバッファコピーを提供するバッファ増幅器２３４と，入力信号の反転バッファコピーを提供する反転バッファ増幅器２３６とを含む。検出器回路２２４は，バッファ増幅器２３４及び反転バッファ増幅器２３６に接続された二つの入力を備えたマルチプレクサ２２７を含む。マルチプレクサ２２７は，高側スイッチ（例えば高側ＦＥＴ）のドライバ用の駆動信号に従って，バッファ増幅器２３４又は反転バッファ増幅器２３６から信号を交互に繰り返して出力するように構成される。より詳細に言えば，高側ＦＥＴ駆動信号が高のとき，バッファ増幅器２３４の出力がマルチプレクサ出力へ送信され，高側ＦＥＴ駆動信号が低のとき，反転バッファ増幅器２３６の出力がマルチプレクサ出力へ送信される。

検出器回路２２４は，マルチプレクサ２２７からの出力信号の移動平均を表す出力信号を生成する平均化回路２３７を含む。本実施例においては，平均化回路２３７は２極フィルタ２４６として構成された増幅器を含む。２極フィルタ２４６は平均化回路２３７として機能するだけでなく，フィルタ４６に関係して上述した低域通過フィルタとしても機能する。本実施例において，フィルタ２４６は本質的に上述のフィルタ４６と同一である。したがって，フィルタ２４６については詳細には説明しない。代替実施例において，検出器回路２２４は，マルチプレクサ出力をタンク回路における電流の位相に応じて変化する信号に変換するために，平均回路ではなく積分器回路（図示していない）を含んでもよい。この代替実施例において，積分器回路出力は，マルチプレクサ出力信号の時間平均ではなく，マルチプレクサ出力信号の時間合計を表す。

検出器回路２２４の残りのろ波及び調整部品は，検出器回路２４に関係して上述したものと本質的に同一である。したがって，これらの部品については，本発明のこの態様に関しては詳細には説明しない。検出器回路２２４はまた，抵抗器２４７及びコンデンサ２４８を備えた高域通過フィルタと，ろ波した信号を増幅するように構成されたＡＣ結合増幅器２３０と，増幅した信号をろ波するように構成された低域通過フィルタ２４８と，波形を高信号及び低信号のストリームに変換するように構成された比較器２３２と，を含むことに言及すれば十分である。

上述の入力電力検出システムに関しては，位相変化検出の実施例に関係して図示したアナログ回路によって実行される種々の機能は，代替として，デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を用いて実行してもよい。この代替においては，タンク回路から取得された入力信号は，処理のためにＤＳＰに供給される。本代替の別の実施例において，マルチプレクサ２２７の出力はＤＳＰに供給される。入力電力の実施例に関しては，ＤＳＰがアナログ信号をデジタル信号に変換し，デジタル信号を処理して，上述の回路を用いて発生された高出力及び低出力と整合する高出力及び低出力を発生させてもよい。内部アナログ−デジタル変換器を備えないＤＳＰを利用する応用においては，アナログ信号はＤＳＰに転送される前に，別のアナログ−デジタル変換器を介して供給される。

ここで図６を参照すると，本発明は，誘導電力供給システム２１０の１次側において，データ通信を検出する方法を提供する。概略，本方法は，（１）タンク回路における電流の位相変化に応じて変化する信号を発生するステップ６００と，（２）信号を帯域通過フィルタによってろ波して，通信の周波数範囲外の変動を除去するステップ６０２と，（３）ろ波した信号を増幅するステップ６０４と，（４）増幅した信号をろ波して更にノイズを除去し，信号を分離するステップ６０６と，（５）ろ波した信号を，通信に対応する高信号及び低信号のストリームに変換するステップ６０８と，（６）高／低信号を２値データストリームとして解釈するようにプログラムされたコントローラに供給するステップ６１０と，を含む。図から分かるように，ステップ（２）〜（６）は，本発明の第１態様に関係して上述したものと本質的に同一である。したがって，ステップ（２）〜（６）については，本発明の第２態様に関しては詳細には説明しない。

タンク回路における電流の移動変化に応じて変化する信号を発生するステップは，（１）タンク回路における電流を表す信号を供給するステップ６１２と，（２）信号のバッファコピーを生成するステップ６１４と，（３）信号の反転バッファコピーを生成するステップ６１６と，（４）バッファコピーと反転バッファコピーとを，スイッチング回路のタイミングに基づいて，非反転バッファコピーと反転バッファコピーとを交互に繰り返す時間スライス波形に結合するステップ６１８と，（５）時間スライス波形の移動平均を表す信号を生成するステップ６２０と，を含む。

本実施例において，タンク回路における電流を示す信号を供給するステップは，１対のバッファ回路を，安定化コンデンサ２６２を介してタンク回路２２３へ接続するステップを含む。この構成において，安定化コンデンサ２６２は，１対のバッファ回路２３４及び２３６へ入力される信号が，タンク回路２２３における電流に比例する電圧であるように，電流対電圧変換器として機能する。代替実施例において，電流を示す信号を取得する別の技法を用いてもよい。

信号のバッファコピーを生成するステップは，信号を利得１のバッファ増幅器２３４に供給するステップを含む。この特定のバッファ増幅器構成は，応用ごとに異なってもよい。

信号の反転バッファコピーを生成するステップは，信号を利得−１のバッファ増幅器２３６に供給するステップを含む。この特定のバッファ増幅器構成は，応用ごとに異なってもよい。

バッファコピーと反転バッファコピーとを結合するステップは，二つのバッファ増幅器２３４，２３６の出力をマルチプレクサ２２７へ転送し，マルチプレクサ２２７が非反転コピー又は反転コピーのいずれかを同期時間スライスにおいて交互に繰り返して出力するように制御するステップを含む。本実施例において，マルチプレクサ２２７の制御入力は，スイッチング回路ドライバのうち一つ，ここでは高側スイッチ２２のドライバに，コントローラ２１８からの制御信号に接続される。本実施例において，制御信号は，マルチプレクサ２２７の動作を直接駆動するのに適した，コントローラ２１８からの論理出力である。結果として，マルチプレクサ２２７は波形を出力し，該波形はタンク回路２２３における電流の位相変化に応じて変化する信号を供給するために平均してもよいし，積分してもよい。図示した実施例はマルチプレクサ２２７を含むが，マルチプレクサの機能は代替として，スイッチング回路のタイミングと同期して，バッファコピーと反転バッファコピーとの時間スライス結合を表す波形を生成することができる別の回路によって実行してもよい。

図７及び８は，位相関係が二つの異なる点にあるときの，マルチプレクサの入力波形及び時間スライス出力を示す。これらの図面において，上側の正弦波形Ｗ１_ｉ，Ｗ２_ｉは反転バッファ及び非反転バッファに入力される電圧波形を示す。図の垂直の黒線Ｔは，高側スイッチのタイミングを表す。より詳しく言えば，黒線はそれぞれ，高側スイッチのドライバへの制御信号が論理値間を遷移する時刻を表す。ここで図７を参照すると，波形Ｗ１_ｏはマルチプレクサが出力した電圧波形の時間スライス結合を示す。図から分かるように，結合された波形の移動平均（又は代替として，波形の積分）が電流の位相に応じて変化するように，時間スライスが１つおきに反転される。ここで図８を参照すると，入力波形Ｗ２_ｉの位相は，入力波形Ｗ１_ｉよりも共振点に近い（すなわち，波形の零交差が駆動制御の遷移に近い）。図示した実施例において，システム１０は一般に共振点より上で動作し，負荷が増加すると電流が共振のより近くに偏移することになる。したがって，本実施例においては，波形Ｗ１_ｉは，通信負荷が２次側に接続されていない期間を表し，波形Ｗ２_ｉは通信負荷が接続されている期間を表す。代替実施例において，通信負荷を接続すると，入力波形を共振点から遠ざける（例えば，システムが概略共振状態で動作しているとき）。このような代替実施例においては，比較器の出力を反転させるか，この差に適応することが望ましい。別の選択として，コントローラは反対極性のデータを読むように構成することができ，データはレベルではなく遷移に含まれるため，２相符号化によって容易に実現できる。図示した実施例において，波形Ｗ２_ｏはマルチプレクサの時間スライス波形出力を示す。波形Ｗ２_ｏの負の部分がＷ１_ｏの負の部分より小さいと仮定すると，波形Ｗ２_ｏの移動平均は，波形Ｗ１_ｏの移動平均より大きくなる。

本実施例において，時間スライス波形の移動平均を表す信号を生成するステップは，信号を増幅器装置に転送するステップを含む。図示した実施例は，二つの機能を実行する増幅器装置を組み込んでいる。より具体的に言えば，フィルタ２４６は低域通過フィルタ及び平均化回路の双方として機能する。したがって，フィルタ２４６は，マルチプレクサが出力した波形を低域通過ろ波し，移動平均した結果を出力する。代替実施例においては，これらの機能は別の回路部品によって実行してもよい。

上記の説明は，本発明の現在の実施例に関するものである。本願の請求項に規定された本発明の精神及びより広い態様から逸脱することなく，種々の代替物及び変更物を作ることができる。本発明は，均等論を含む，特許法の原理によって解釈されるものとする。本開示は例示目的で提示されたものであり，本発明のすべての実施例の徹底的な説明と解釈したり，これらの実施例に関係して図示又は説明された特定の要素に，本願請求項の範囲を限定したりすることは望ましくない。例えば，そして限定なしに，説明された発明の任意の個別要素は，類似の機能を提供し，又は適切な動作を提供する代替要素に置き換えてもよい。このことは，例えば，当業者に現在既知である，現在既知の代替要素，及び当業者が，開発されたときに代替物として認識するであろう，将来開発される可能性がある代替要素を含む。さらに，開示された実施例は，連携して説明され，協働することによって利点の集合を提供する可能性のある複数の特徴を含む。本発明は，請求項において明確に言及した場合を除き，これら特徴のすべてを含むか，又は言及した利点のすべてを提供するこれらの実施例に限定されない。請求項の要素に対する，例えば「一つの」（ａ，ａｎ），「その」（ｔｈｅ）又は「前記」（ｓａｉｄ）の用語を用いた単数形のいかなる参照も，当該要素を単数に限定するものではない。

Claims (25)

1. 無線電源であって、
   入力の供給に応答して電磁界を発生するようにしたタンク回路と、
   前記タンク回路に接続され、前記タンク回路への前記入力の供給が前記電磁界を発生させるように制御するスイッチング回路と、
   前記タンク回路及び前記スイッチング回路に接続され、入力電力を前記スイッチング回路を介して前記タンク回路に供給する電源であって、前記入力電力は前記スイッチング回路によって前記タンク回路に供給される、電源と、
   前記タンク回路の外側で前記スイッチング回路に結合された検出器であって、前記スイッチング回路を介して前記タンク回路に供給された前記入力電力の量を検出し、前記量を示す信号を発生する検出器と、
   前記発生された信号を解釈して、前記発生された信号上を搬送されるデータを抽出するコントローラであって、前記データは、前記タンク回路と電子装置の２次側との誘導結合を介して前記電子装置から伝送され、前記電子装置は前記無線電源から電力を引き出すように構成されている、コントローラと、
   を備える無線電源。
2. 前記検出器は、前記入力電力に接続された増幅器を含み、該増幅器は抵抗器の両端で前記入力電力に接続された二つの入力を含み、前記発生された信号が前記入力電力における電流を表す、請求項１に記載の無線電源。
3. 前記検出器と前記コントローラとの間に配置されたフィルタ回路を更に含み、該フィルタ回路は、前記発生された信号によって搬送される通信信号の識別を改善するために、前記信号をろ波する、請求項１に記載の無線電源。
4. 前記フィルタ回路は帯域通過フィルタ回路として更に規定される、請求項３に記載の無線電源。
5. 前記帯域通過フィルタ回路は、低域通過フィルタ回路及び高域通過フィルタ回路を別個に含む、請求項４に記載の無線電源。
6. 前記検出器と前記コントローラとの間に配置された比較器を更に含み、該比較器は、前記発生された信号を、該発生された信号上で搬送される通信に対応する高信号及び低信号に変換するようになっている、請求項３に記載の無線電源。
7. 前記フィルタ回路及び前記比較器はデジタル信号プロセッサ内に組み込まれている、請求項６に記載の無線電源。
8. 無線電源において、電力信号上に変調された通信を検出する方法であって、
   前記無線電源はタンク回路への入力を制御するように構成されたスイッチング回路を備え、前記タンク回路は、前記スイッチング回路からの前記入力に応答して電磁界を発生するように構成された、方法において、
   前記スイッチング回路を介する前記タンク回路への入力電力における電流を検出するステップであって、前記入力電力における前記電流は前記タンク回路の外側で検出される、ステップと、
   前記スイッチング回路を介する前記タンク回路への入力電力における前記電流を示す信号を生成するステップと、
   前記生成された信号をフィルタ回路によってろ波するステップと、
   前記ろ波された信号を増幅器によって増幅するステップと、
   前記ろ波された信号を、前記電力信号上に変調された通信に対応する、デジタル信号としての高信号及び低信号に変換するステップと、
   前記変換された信号を、高信号及び低信号を２値データストリームとして解釈するようにしたコントローラに供給するステップと、
   を有する方法。
9. 前記ろ波するステップは、前記電力信号上に変調された通信の周波数範囲外の高調波を減少させるために、前記生成された信号をろ波するステップとして更に規定される、請求項８に記載の方法。
10. 前記変換するステップは比較器によって実行される、請求項９に記載の方法。
11. 無線電源であって、
    入力の供給に応答して電磁界を発生するようにしたタンク回路と、
    前記タンク回路に接続され、入力電力を前記タンク回路に供給する電源と、
    前記タンク回路における電流と電圧との位相関係を示す信号を発生する検出器であって、前記タンク回路における前記電流を示す入力信号を受信するように構成された位相変換回路を含み、前記位相変換回路は前記入力信号のバッファコピーと前記入力信号の反転バッファコピーとの時間スライス結合である出力信号を発生するように構成される、検出器と、
    前記発生された信号を解釈して、前記発生された信号上を搬送されるデータを抽出するコントローラであって、前記データは、前記タンク回路と電子装置の２次側との誘導結合を介して前記電子装置から伝送され、前記電子装置は前記無線電源から電力を引き出すように構成されている、コントローラと、
    を備える無線電源。
12. 前記入力信号は、安定化コンデンサを介して前記タンク回路から得られ、前記位相変換回路は、前記出力信号が前記タンク回路における前記電流の位相に応じて変化するように前記入力信号を前記出力信号に変換するように構成されている、請求項１１に記載の無線電源。
13. 前記位相変換回路は、前記入力信号の前記バッファコピーを生成するバッファと、前記入力信号の前記反転バッファコピーを生成する反転バッファと、を含む、請求項１２に記載の無線電源。
14. 前記位相変換回路は、前記出力信号が前記バッファコピーと前記反転バッファコピーとの時間スライス結合であるように前記出力信号を発生するマルチプレクサを含む、請求項１３に記載の無線電源。
15. 前記電源はスイッチング回路を含み、
    前記マルチプレクサは、該マルチプレクサのタイミングを制御する入力を含み、該入力は前記スイッチング回路の駆動信号に接続されて、前記出力信号が、前記スイッチング回路のタイミングと実質的に同期して、前記バッファコピーと前記反転バッファコピーとを交互に繰り返すようにする、
    請求項１４に記載の無線電源。
16. 前記検出器は、前記出力信号が前記マルチプレクサにおける電圧の移動平均を示すようにする平均化回路を含む、請求項１５に記載の無線電源。
17. 前記スイッチング回路は高側スイッチ駆動信号によって制御される高側スイッチを含み、
    前記マルチプレクサの前記タイミングは、前記高側スイッチ駆動信号が高のとき前記出力信号が前記バッファコピーを含み、前記高側スイッチ駆動信号が低のとき前記出力信号が前記反転バッファコピーを含むように、前記高側スイッチ駆動信号によって制御される、
    請求項１５に記載の無線電源。
18. タンク回路を備える無線電源において、電力信号上に変調された通信を検出する方法であって、
    前記タンク回路における電流の位相変化に応じて変化する信号を生成するステップと、
    前記信号のバッファコピーを生成するステップと、
    前記信号の反転バッファコピーを生成するステップと、
    前記バッファコピー及び前記反転バッファコピーを、該バッファコピーと該反転バッファコピーとを交互に繰り返す時間スライス波形へと、結合するステップと、
    前記時間スライス波形をフィルタ回路によってろ波するステップと、
    前記ろ波された信号を増幅器によって増幅するステップと、
    前記ろ波された信号を、前記電力信号上に変調された通信に対応する高信号及び低信号に変換するステップであって、前記高信号及び低信号は前記ろ波された信号の移動平均に基づいて変換される、ステップと、
    前記変換された信号を、高信号及び低信号を２値データストリームとして解釈するようにしたコントローラに供給するステップと、
    を有する方法。
19. 前記ろ波するステップは、前記電力信号上に変調された通信の周波数範囲外の高調波を減少させるために、帯域通過フィルタによって前記生成された信号をろ波するステップ、として更に規定される、請求項１８に記載の方法。
20. 前記タンク回路における電流の位相変化に応じて変化する前記信号が、前記タンク回路における前記電流を示す、請求項１９に記載の方法。
21. 前記生成するステップは、前記時間スライス波形の移動平均を表す信号を生成するステップ、を更に含む、請求項２０に記載の方法。
22. 前記結合するステップは、前記タンク回路への電力の供給を制御するスイッチング回路のタイミングに基づいて、前記バッファコピー及び前記反転バッファコピーを、該バッファコピーと該反転バッファコピーとを交互に繰り返す時間スライス波形へと、結合するステップ、として更に規定される、請求項２１に記載の方法。
23. 前記結合するステップは、高側スイッチ及び低側スイッチを備えるスイッチング回路の高側スイッチ駆動信号に基づいて、前記バッファコピー及び前記反転バッファコピーを、該バッファコピーと該反転バッファコピーとを交互に繰り返す時間スライス波形へと、結合するステップ、として更に規定される、請求項２１に記載の方法。
24. 前記生成するステップは、
    前記タンク回路における前記電流を表す信号を提供するステップと、
    バッファ増幅器を用いて前記信号の前記バッファコピーを生成するステップと、
    反転バッファ増幅器を用いて前記信号の前記反転バッファコピーを生成するステップと、
    ２極フィルタを用いて、前記時間スライス波形の平均を表す信号を生成するステップと、
    を含む、請求項１９に記載の方法。
25. 通信の周波数範囲外の高調波を減少させるために、前記発生された信号をろ波する帯域通過フィルタ回路、を更に含む、請求項１１に記載の無線電源。

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