JP2013518552A - 誘導エナジーハーベスタのための電力管理dc−dcコンバータ及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
Switching Regulator)」という名称の米国特許第6,275,016号にも記載されている。
Claims (16)
- コイルを含むハーベスティングデバイスから収集されるACエネルギーを管理するためのシステムであって、
(a)前記ハーベスティングデバイスの第1及び第2の端子間に結合される整流回路であって、整流された電圧を導くための出力導体に結合される第1の電極と、前記コイルの第1の端子に結合される第2の電極とを有する第1のスイッチング・デバイス、前記コイルの第1の端子に結合される第1の電極と、基準電圧に結合される第2の電極とを有する第2のスイッチング・デバイス、前記出力導体に結合される第1の電極と、前記コイルの第2の端子に結合される第2の電極とを有する第3のスイッチング・デバイス、及び前記コイルの前記第2の端子に結合される第1の電極と、前記基準電圧に結合される第2の電極とを有する第4のスイッチング・デバイスを含む、前記整流回路、及び、
(b)前記コイルのそれぞれ前記第1及び第2の端子に結合される第1及び第2の入力と、それぞれ前記第1、第2、第3、及び第4のスイッチング・デバイスの制御電極に結合される第1、第2、第3、及び第4の出力とを有するスイッチ制御回路を含む、前記整流された電圧を変換するための電力管理回路であって、前記スイッチ制御回路が、前記第2及び第4のスイッチング・デバイスを閉じて前記コイル内の電流の増大を可能にし、前記第2及び第4のスイッチング・デバイスの一方を開き、前記スイッチ制御回路が、前記増大されたインダクタ電流が所定のしきい値に達するのに応答して前記第3及び第1のスイッチング・デバイスのうちの前記対応する1つを閉じて、前記増大されたインダクタ電流を、前記第3及び第1のスイッチング・デバイスのうちの前記対応する1つを通じて電流受信デバイスへ導く、前記電力管理回路、
を含む、システム。 - 請求項1に記載のシステムであって、前記スイッチ制御回路が、前記基準電圧に結合される反転入力と、前記コイルの前記第2の端子に結合される非反転入力と、前記第1及び第2のスイッチング・デバイスを制御するように結合される出力とを有する第1のコンパレータを含む、システム。
- 請求項2に記載のシステムであって、前記スイッチ制御回路が、前記第1のスイッチング・デバイスの前記制御電極に結合される出力を有する第1のインバータ、前記基準電圧に結合される反転入力と、前記コイルの前記第1の端子に結合される非反転入力と、前記第4及び第3のスイッチング・デバイスを制御するように結合される出力とを有する第2のコンパレータ、及び前記第3のスイッチング・デバイスの前記制御電極に結合される出力を有する第2のインバータを含む、システム。
- 請求項3に記載のシステムであって、前記第4のスイッチング・デバイスが、前記コイル内の前記電流が前記コイルから前記第4のスイッチング・デバイスを通じて流れるとき、前記第2の端子に第1の電圧を生成させるオン抵抗を有し、前記第2のスイッチング・デバイスが、前記コイル内の前記電流が前記コイルから前記第2のスイッチング・デバイスを通じて流れるとき、前記第1の端子に第2の電圧を生成させるオン抵抗を有する、システム。
- 請求項4に記載のシステムであって、前記第1のコンパレータが、前記コイル内の前記電流が、前記第1の電圧に前記第1のコンパレータの第1のしきい値を超えさせるほど充分に第1の方向で増大したとき状態を変更し、これによって、前記第4のスイッチング・デバイスを開き、前記第3のスイッチング・デバイスを閉じて、前記コイル内の前記電流を前記第3のスイッチを通じて前記出力導体内へ導くように状態を変更させる、システム。
- 請求項5に記載のシステムであって、前記第1のコンパレータが、前記コイル内の前記電流が、前記第1の電圧に前記第1のコンパレータの第2のしきい値を下回らせるほど充分に低下したとき再び状態を変更し、これによって、前記第4のスイッチング・デバイスを閉じ、前記第3のスイッチング・デバイスを開いて、前記コイルを通じた第2の方向での電流の増大を可能にするように状態を変更させる、システム。
- 請求項5に記載のシステムであって、前記第2のコンパレータが、前記コイル内の前記電流が、前記第2の電圧に前記第2のコンパレータの第1のしきい値を超えさせるほど充分に前記第2の方向で増大したとき状態を変更し、これによって、前記第2のスイッチング・デバイスを開き、前記第1のスイッチング・デバイスを閉じて、前記コイル内の前記電流を前記第1のスイッチを通じて前記出力導体内へ導くように状態を変更させ、さらに前記第2のコンパレータが、前記コイル内の前記電流が、前記第2の電圧に前記第2のコンパレータの第2のしきい値を下回らせるほど充分に低下したとき、再び状態を変更し、これによって、前記第2のスイッチング・デバイスを閉じ、前記第3のスイッチング・デバイスを開いて、前記コイルを通じた前記第1の方向での電流の増大を可能にするように状態を変更させる、システム。
- 請求項1に記載のシステムであって、
負荷電圧を導くために負荷導体に結合される負荷、
前記コイルの前記第1の端子に結合される第1の電極と、前記負荷導体に結合される第2の電極と、スイッチ制御回路に結合される制御電極とを有する第5のスイッチング・デバイス、及び、
前記コイルの前記第2の端子に結合される第1の電極と、前記負荷導体に結合される第2の電極と、前記スイッチ制御回路に結合される制御電極とを有する第6のスイッチング・デバイス、
を含み、
前記スイッチ制御回路が、前記負荷によって要求される負荷電圧がバッテリ電圧を下回る場合、前記バッテリから前記負荷へエネルギーを伝達するために、前記第5及び第6のスイッチング・デバイスの一方を閉じ、前記第1及び第3のスイッチのうちの対応する1つを閉じるように動作する、
システム。 - 請求項8に記載のシステムであって、前記スイッチ制御回路が、前記コイルならびに前記第1、第2、第3、及び第4のスイッチング・デバイスを、前記要求される負荷電圧が前記バッテリ電圧を超える場合はブーストコンバータとして、また、前記要求される負荷電圧が前記バッテリ電圧を下回るときは降圧コンバータとして、構成するように動作する、システム。
- 請求項1に記載のシステムであって、
負荷電圧を導くために負荷導体に結合される負荷、
前記コイルの前記第1の端子に結合される第1の電極と、前記負荷導体に結合される第2の電極と、前記スイッチ制御回路に結合される制御電極とを有する第5のスイッチング・デバイス、及び、
前記コイルの前記第2の端子に結合される第1の電極と、前記負荷導体に結合される第2の電極と、前記スイッチ制御回路に結合される制御電極とを有する第6のスイッチング・デバイス、
を含み、
前記スイッチ制御回路が、前記コイルから前記負荷へエネルギーを伝達するために、前記コイル内でエネルギーが使用可能な場合、前記第5及び第6のスイッチング・デバイスの一方を閉じるように動作する、システム。 - 請求項1に記載のシステムであって、前記ハーベスティングデバイスが、振動エネルギーを前記収集されたACエネルギーに変換し、前記振動エネルギーがおよそ2000Hz未満の周波数を有する、システム。
- コイルを含むハーベスティングデバイスから収集されるACエネルギーを管理するための方法であって、
(a)前記ハーベスティングデバイスの第1及び第2の端子間に結合され、第1、第2、第3、及び第4のスイッチング・デバイスを含むスイッチング回路を提供すること、
(b)前記コイル内の電流の増大を可能にするために前記第2及び第4のスイッチング・デバイスのうちの少なくとも一方を閉じること、及び、
(c)前記第2及び第4のスイッチング・デバイスの一方を開くこと、及び、前記増大されたインダクタ電流が所定のしきい値に達するのに応答して、前記増大されたインダクタ電流を、前記第3及び第1のスイッチング・デバイスのうちの対応する1つを通じて電流受信デバイスへ導くために、前記第3及び第1のスイッチング・デバイスのうちの前記対応する1つを閉じること、
を含む、方法。 - 請求項12に記載の方法であって、
負荷電圧を導くために負荷を負荷導体に結合すること、前記第5のスイッチング・デバイスを前記コイルの前記第1の端子と前記負荷導体との間に結合すること、第6のスイッチング・デバイスを前記コイルの前記第2の端子と前記負荷導体との間に結合すること、及び、
前記負荷によって要求される負荷電圧がバッテリ電圧を下回る場合、バッテリから前記負荷へエネルギーを伝達するために、前記第5及び第6のスイッチング・デバイスの一方を閉じるように前記スイッチ制御回路を動作させること、
を含む、方法。 - 請求項13に記載の方法であって、前記コイルならびに前記第1、第2、第3、及び第4のスイッチング・デバイスを、前記要求される負荷電圧が前記バッテリ電圧を超える場合はブーストコンバータとして、また、前記要求される負荷電圧が前記バッテリ電圧を下回るときは降圧コンバータとして、構成するように、前記スイッチ制御回路を動作させることを含む、方法。
- 請求項12に記載の方法であって、
負荷電圧を導くために負荷を負荷導体に結合すること、前記第5のスイッチング・デバイスを前記コイルの前記第1の端子と前記負荷導体との間に結合すること、第6のスイッチング・デバイスを前記コイルの前記第2の端子と前記負荷導体との間に結合すること、及び、
前記コイルから前記負荷へエネルギーを伝達するために前記コイル内でエネルギーが使用可能な場合、前記第5及び第6のスイッチング・デバイスの一方を閉じて、前記バッテリから前記負荷へエネルギーを伝達するように前記スイッチ制御回路を動作させること、
を含む、方法。 - コイルを含むハーベスティングデバイスから収集されるACエネルギーを管理するためのシステムであって、
(a)前記ハーベスティングデバイスの第1と第2の端子間に結合され、第1、第2、第3、及び第4のスイッチング・デバイスを含むスイッチング回路、
(b)前記コイル内の電流の増大を可能にするために前記第2及び第4のスイッチング・デバイスを閉じるための手段、及び、
(c)前記第2及び第4のスイッチング・デバイスの一方を開くため、ならびに、前記増大されたインダクタ電流が所定のしきい値に達するのに応答して前記第3及び第1のスイッチング・デバイスのうちの対応する1つを閉じて、前記増大されたインダクタ電流を、前記第3及び第1のスイッチング・デバイスのうちの前記対応する1つを通じて電流受信デバイスへ導くための手段、
を含む、システム。
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