JP2019507572A - 高周波数マルチレベル整流 - Google Patents

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Abstract

ワイヤレス電力伝達のために使用される6.78MHz帯域内など、MHz範囲を含む、高周波数における使用に適したマルチレベル整流器が、提示される。高周波数において動作するときに適切なタイミングまたはスイッチング波形を維持するために、フィードバックループが使用される。整流回路は、入力波形およびその電流の指示からマルチレベル制御波形を生成するマルチレベル波形生成器回路を含む。マルチレベル制御波形は、入力波形と同相に維持される。制御信号生成回路は、マルチレベル制御波形を受信し、マルチレベル制御波形のレベルに対応する制御信号を生成する。同期整流器は入力波形を受信し、入力波形から生成された出力電圧を供給するための複数のスイッチを含む。スイッチは制御信号を受信するように結合され、出力電圧はマルチレベル制御波形の一機能である。

Description

説明する技術は、一般に、整流器回路に関する。より詳細には、本開示は、ワイヤレス電力充電システムによるワイヤレス電力の受信に関連するデバイス、システムおよび方法などのための高周波数動作に適したマルチレベル整流器を対象とする。
充電式バッテリによって電力供給される電子デバイスの数および種類がますます増えている。そのようなデバイスには、モバイルフォン、携帯型音楽プレーヤ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、コンピュータ周辺デバイス、通信デバイス(たとえば、Bluetooth(登録商標)デバイス)、デジタルカメラ、補聴器などが含まれる。バッテリ技術は向上したが、バッテリ電源式電子デバイスは、より多くの電力量をますます必要とし、それを消費する。したがって、これらのデバイスは、常に再充電する必要がある。充電式デバイスは、多くの場合に、電源に物理的に接続されるケーブルまたは他の同様のコネクタを必要とする有線接続によって充電される。ケーブルおよび同様のコネクタは、不便で扱いにくいことがあり、他の欠点を有する場合もある。ワイヤレス電力充電システムは、たとえば、ユーザが物理的な電気接続なしに電子デバイスを充電し、かつ/または電子デバイスに電力を供給するのを可能にする場合があり、したがって、電子デバイスの動作にとって必要な構成要素の数を減らし電子デバイスの使用を簡略化する。充電式電子デバイスを充電するための電力を効率的かつ安全に伝達するワイヤレス充電システムおよびワイヤレス充電方法が望ましい。
本明細書で開示する実装形態は各々、いくつかの発明的態様を有し、それらの態様はいずれも、本開示の所望の属性を単独で担うものではない。後述の特許請求の範囲によって表現されるような本開示の範囲を限定することなく、より顕著な特徴がここで簡単に開示される。この説明を考察した後、様々な実装形態の特徴が現在のワイヤレス伝達システムにまさるいくつかの利点をどのようにもたらすのかが理解されよう。
整流回路は、周期的入力電圧波形を受信するための入力に電気的に結合された同期整流器を含み、複数のスイッチを備える。同期整流器は、周期的入力電圧波形から第1の整流器出力電圧を生成して第1の整流器出力電圧を出力するように構成される。整流回路は、同期整流器に電気的に結合され、複数のスイッチを異なる作動構成において選択的に作動させるために制御信号を生成して同期整流器に与えるように構成されたマルチレベル整流器制御回路をさらに含む。マルチレベル整流器制御回路は、周期的入力電圧波形の一周期内に複数の異なる状態を巡回するように構成される。複数の異なる状態の各状態は、複数のスイッチの作動構成を設定する制御信号のそれぞれの設定に対応する。複数の異なる状態の各状態は、周期的入力電圧波形の電圧レベルを少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つにならしめる。マルチレベル整流器制御回路は、入力に電気的に結合され、1つまたは複数の特性に基づいて複数の異なる状態の間でスイッチングのタイミングを調整するようにさらに構成され、1つまたは複数の特性は、入力における電流もしくは入力における電圧レベル、またはそれらの組合せに関するものである。1つまたは複数の特性は、周期的入力電圧波形内の1つまたは複数の高調波のレベルに対応し得る。
周期的入力電圧波形内の高調波を低減しながら周期的入力電圧波形から出力電圧を供給する方法は、出力電圧を生成するために周期的入力電圧波形を、複数のスイッチを備える同期整流器回路を介して整流するステップを含む。方法は、周期的入力電圧波形の一周期内に複数の異なる状態を巡回するために、複数のスイッチを異なるスイッチング構成で選択的に作動させるように結合された制御信号を生成するステップをさらに含む。複数の異なる状態の各状態は、周期的入力電圧波形の電圧レベルを少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つにならしめる。方法は、1つまたは複数の特性に基づいて複数の異なる状態の間でスイッチングのタイミングを調整するステップをさらに含み、1つまたは複数の特性は、周期的入力電圧波形の電流もしくは周期的入力電圧波形の電圧レベル、またはそれらの組合せに関するものである。
整流装置は、出力電圧を生成するために周期的入力電圧波形を整流するための手段を含む。整流装置は、周期的入力電圧波形の一周期内で複数の異なる状態を巡回するための手段をさらに含む。複数の異なる状態の各状態は、周期的入力電圧波形の電圧レベルを少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つにならしめる。整流装置は、1つまたは複数の特性に基づいて複数の異なる状態の間でスイッチングのタイミングを調整するための手段をさらに含み、1つまたは複数の特性は、周期的入力電圧波形の電流もしくは周期的入力電圧波形の電圧レベル、またはそれらの組合せに関するものである。
ワイヤレス電力伝達のための装置は、送電器によって生成された外部磁場に応答して周期的入力電圧波形を生成するように構成されたコイルを備える受電回路を含む。装置は、入力において受電回路から周期的入力電圧波形を受信するために受電回路に結合され、負荷に電力を供給するかまたは負荷を充電するための電圧を出力するように構成されたマルチレベル整流回路をさらに含む。マルチレベル整流回路は、マルチレベル整流回路の入力において少なくとも3つの電圧レベルを生じるように制御された複数のスイッチを含む。少なくとも3つの電圧レベルの各々は、複数のスイッチの複数の異なる状態のうちの1つに対応する。装置は、受電回路に結合され、周期的入力電圧波形の1つまたは複数の高調波を示す1つまたは複数の信号を出力するように構成されたフィードバック回路をさらに含む。装置は、高調波を示す1つまたは複数の信号に基づいて複数の異なる状態の間でスイッチングのタイミングを調整するように構成されたマルチレベル整流器制御回路をさらに含む。
整流回路は、入力波形と入力波形の電流の指示とを受信し、これらからマルチレベル制御波形を生成するように結合されたマルチレベル波形生成器回路を含み、マルチレベル制御波形は入力波形と同相に維持される。制御信号生成回路は、マルチレベル制御波形を受信し、マルチレベル制御波形のレベルに対応する制御信号を生成するために、マルチレベル波形生成器回路に結合される。同期整流器は入力波形を受信するように結合され、入力波形から生成された第1の整流器出力電圧を供給するための複数のスイッチを含む。複数のスイッチは、制御信号生成回路からの制御信号を受信するように結合され、第1の整流器出力電圧はマルチレベル制御波形の一機能である。
入力波形から出力電圧を供給する方法では、入力波形の電流および電圧の指示が受信される。入力波形に対するマルチレベル制御波形の位相を維持するマルチレベル制御波形が、入力波形から生成される。複数の制御信号は、マルチレベル制御波形および入力波形のレベルに応答して生成され、複数の制御信号は同期整流器において受信される。出力電圧は、制御信号に応答して入力波形から生成される。
マルチレベル整流器は、波形生成器手段と、制御信号生成手段と、整流手段とを含む。波形生成器手段は、入力波形の電流および入力波形の電圧の指示に基づいて入力波形に対する位相関係を維持する、入力波形からのマルチレベル制御波形を生成する。制御信号生成手段は、マルチレベル制御波形のレベルから制御信号のセットを生成するためのものである。整流手段は、制御信号に応答して入力波形から出力電圧を生成するためのものである。
ワイヤレス電力伝達のための受電回路は、受電カプラと、受電カプラから入力波形を受電するために受電カプラに結合された整流回路とを含む。整流回路は、入力波形と入力波形の電流の指示とを受信し、これらからマルチレベル制御波形を生成するように結合されたマルチレベル波形生成器回路を含み、マルチレベル制御波形は入力波形と同相に維持される。制御信号生成回路は、マルチレベル制御波形を受信し、マルチレベル制御波形のレベルに対応する制御信号を生成するために、マルチレベル波形生成器回路に結合される。同期整流器は入力波形を受信するように結合され、入力波形から生成された第1の整流器出力電圧を供給するための複数のスイッチを含む。複数のスイッチは、制御信号生成回路からの制御信号を受信するように結合され、第1の整流器出力電圧はマルチレベル制御波形の一機能である。
以下の発明を実施するための形態は、添付の図面とともに、本開示の性質および利点のさらなる理解をもたらす。
ここで、上述の態様、ならびに本開示の他の特徴、態様、および利点について、添付の図面を参照しながら様々な実装形態に関連して説明する。ただし、図示の実装形態は例にすぎず、限定するものではない。図面全体にわたって、文脈が別段に規定しない限り、同様の記号は通常、同様の構成要素を特定する。以下の図の相対的な寸法は、一定の縮尺で描かれていない場合がある。
例示的な一実施形態による、ワイヤレス電力伝達システムの機能ブロック図である。 例示的な実施形態による、送電回路機構または受電回路機構の一部分の概略図である。 例示的な実施形態による、誘導性電力伝達システムにおいて使用され得る送電器の簡略機能ブロック図である。 例示的な実施形態による、誘導性電力伝達システムにおいて使用され得る受電器の簡略機能ブロック図である。 3レベル整流器のスイッチング波形を示す図である。 第3および第5の高調波が削除されているが偶数高調波が存在するマルチレベル波形を示す図である。 第2、第3、第4、第5、第6、第8および第9の高調波を排除するようにタイミング調整された、フルブリッジ接続の3レベル整流器からの波形を示す図である。 3レベル整流器のために使用され得る非同期整流器回路の一実施形態の一例を示す図である。 その状態がラベル付けられた3レベル波形の一サイクルを示す図である。 ゼロ電圧スイッチング(ZVS)を有する3レベル整流器を示す図である。 高調波制御を有する3レベル整流器の例示的な一実施形態に対するブロック図である。 フィードバックパラメータを供給するための図11の回路機構のさらなる詳細を提供する図である。 第2および第3の高調波と制御ループ出力とを有するシミュレーション結果を示す図である。
新規のシステム、装置、および方法の様々な態様が、添付の図面を参照して以下でより十分に説明される。しかしながら、本開示の教示は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本開示全体にわたって提示される任意の特定の構造または機能に限定されない。むしろ、これらの態様は、本開示が徹底的で完全になり、本開示の範囲を当業者に十分に伝えるようにするために提供されるものである。本開示の範囲は、任意の他の態様とは無関係に実装されるにせよ、任意の他の態様と組み合わされるにせよ、本明細書において開示される新規のシステム、装置、および方法の任意の態様を含む。たとえば、本明細書に記載の任意の数の態様を使用して、装置が実装されてもよく、または方法が実践されてもよい。加えて、本開示の範囲は、本明細書に記載する様々な態様に加えて、またはそれらの態様以外に、他の構造、機能、または構造および機能を使用して実践されるそのような装置または方法を含む。本明細書で開示される任意の態様は、一請求項の1つまたは複数の要素によって実施され得る。
特定の態様について本明細書で説明するが、これらの態様の多くの変形および置換が、本開示の範囲内に入る。好ましい態様のいくつかの利益および利点について言及するが、本開示の範囲は特定の利益、使用、または目的に限定されない。むしろ、本開示の態様は、異なるワイヤレス電力伝達技術およびシステム構成に広く適用可能であるべきであり、それらのうちのいくつかが例として図および好ましい態様の以下の説明において示される。発明を実施するための形態および図面は、限定的でなく、本開示の例示にすぎず、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲およびその同等物によって定義される。
以下の発明を実施するための形態では、本開示の一部を形成する添付の図面を参照する。発明を実施するための形態、図面、および特許請求の範囲に記述する例示的な実施形態は、限定的ではない。本明細書で提示する主題の趣旨または範囲から離れることなく、他の実施形態が利用されてよく、他の変更が行われてよい。本明細書で概略的に説明し、図に示すような本開示の態様は、多種多様な異なる構成として配置され、置換され、組み合わされ、設計されてもよく、それらのすべてが明示的に企図され本開示の一部を形成する。
本明細書で使用する用語は、具体的な実施形態について説明することのみを目的とするものであり、本開示を限定するものではない。特定の量の請求項要素が意図される場合、そのような意図が特許請求の範囲において明示的に記載され、そのような記載がない場合、そのような意図は存在しない。たとえば、本明細書で使用する単数形「a」、「an」、および「the」は、文脈によって別段に明確に示されない限り、同様に複数形も含むことが意図される。本明細書で使用する「および/または」という用語は、関連する列挙された項目のうちの1つまたは複数のあらゆる組合せを含む。「備える」、「備えている」、「含む」および「含んでいる」という用語は、本明細書において使用される場合、言及されている特徴、完全体、ステップ、操作、要素および/または構成要素の存在を明示しているが、1つまたは複数の他の特徴、完全体、ステップ、操作、要素、構成要素および/またはそれらのグループの存在または追加を排除するものではない。「のうちの少なくとも1つ」などの表現は、要素の列挙の後に続くとき、要素の列挙全体を修飾するものであり、列挙の個々の要素を修飾するのではない。
ワイヤレス電力伝達は、物理的な電気導体を使用することなく、電場、磁場、電磁場などに関連する任意の形態のエネルギーを、またはその他の方法で送電器から受電器に伝達することを指し得る(たとえば、電力は、自由空間を通して伝達され得る)。電力伝達を実現するために、ワイヤレス場(たとえば、磁場または電磁場)の中に出力された電力は、「受電カプラ」によって受けられ、取り込まれ、または結合され得る。
図1は、例示的な一実施形態によるワイヤレス電力伝達システム100の機能ブロック図である。エネルギー伝達を実行するためのワイヤレス(たとえば、磁場または電磁場)場105を生成するために、電源(この図に示さず)から送電器104の送電カプラ114に入力電力102が供給される。受電器108(たとえば、セルラーフォン、GPSユニット、時計、モバイルメディアデバイス、ラップトップコンピュータ、キーフォブ、など)の受電カプラ118は、ワイヤレス場105に結合し、出力電力110に結合されたデバイス(この図に示さず)による蓄積または消費のための出力電力110を生成する。送電器104と受電器108の両方は、距離112だけ引き離されている。
送電カプラ114によって生成されたワイヤレス場105に受電カプラ118が位置するとき、受電器108は電力をワイヤレスに受け得る。送電器104の送電カプラ114は、エネルギーを受電カプラ118へワイヤレス場105を介して送り得る。受電器108の受電カプラ118は、送電器104から送られたエネルギーをワイヤレス場105を介して受け得るか、または取り込み得る。ワイヤレス場105は、送電カプラ114によって出力されたエネルギーを受電カプラ118によって取り込み得る領域に相当する。いくつかの実装形態では、ワイヤレス場105は、送電器104の「近距離場」に相当し得る。「近距離場」は、遠距離場の中では送電カプラ114から離れて電力を最小限に放射する送電カプラ114の中の電流および電荷から生じる強い反応場が存在する領域に相当し得る。近距離場は、送電カプラ114の約1波長(または、波長の数分の一)内に存在する領域に相当し得る。
例示的な一実施形態では、ワイヤレス場105は磁場であり得、送電カプラ114および受電カプラ118は電力を誘導的に伝達するように構成される。送電カプラおよび受電カプラ118は、さらに相互共振関係に従って構成され得る。受電カプラ118の共振周波数および送電カプラ114の共振周波数が実質的に同じであるか、または極めて接近しているとき、送電器104と受電器108との間の送電損失が低減される。共振誘導結合技法は、効率の改善と、様々な距離にわたる様々なカプラ構成を用いた電力伝達とをそのように可能にし得る。相互共振関係に従って構成されたとき、一実施形態では、送電器104は、送電カプラ114の共振周波数に対応する周波数とともに時間変動する磁場を出力する。受電カプラ118がワイヤレス場105内にあるとき、時間変動する磁場は、受電カプラ118の中に電流を誘導し得る。受電カプラ118が送電カプラ114の周波数において共振するように構成されているとき、エネルギーがより効率的に伝達され得る。受電カプラ118の中で誘導される交流(AC)が整流されて、負荷(図示せず)を充電するか、または負荷に電力供給するために提供され得る直流(DC)を生成し得る。
図2は、例示的な実施形態による、送電回路機構または受電回路機構の一部分の概略図である。図2に示すように、送電または受電回路機構250は、カプラ252を含み得る。カプラ252はまた、本明細書において、「磁気」カプラ、アンテナ、もしくは誘導コイルと呼ばれることがあり、または「磁気」カプラ、アンテナ、もしくは誘導コイルとして構成され得る。「カプラ」という用語は、一般に、別の「カプラ」に結合するためのエネルギーをワイヤレスに出力するか、または受ける構成要素を指す。カプラ252は、電力をワイヤレスに出力するか、または受けるように構成されているタイプのコイルまたはインダクタと呼ばれることもある。本明細書で使用するカプラ252は、電力をワイヤレスに出力し、かつ/または受けるように構成されているタイプの「電力伝達構成要素」の一例である。カプラ252は、空芯、またはフェライトコアなどの物理的コアを含み得る(この図に示さず)。
カプラ252は、共振周波数において共振するように構成された共振回路の一部分を形成し得る。ループカプラまたは磁気カプラであり得るカプラ252の共振周波数は、インダクタンスおよびキャパシタンスに基づいている。インダクタンスは、単にカプラ252によって作り出されるインダクタンスであってよいが、キャパシタが追加されて所望の共振周波数における共振構造を作り出してもよい。非制限的な例として、キャパシタ254およびキャパシタ256が送電または受電回路機構250に追加されて、所望の動作周波数において共振する共振回路を作り出す。したがって、より大きい直径のカプラの場合、共振を持続させるのに必要なキャパシタンスのサイズは、ループの直径またはインダクタンスが増大するにつれて減少し得る。他の部品を使用して形成される他の共振回路も可能である。
別の非制限的な例として、キャパシタ(図示せず)は、回路250の2つの端子間に並列に配置されてもよい。送電カプラの場合、カプラ252の共振周波数に実質的に相当する周波数を有する信号258は、カプラ252への入力であり得る。受電カプラの場合、カプラ252の共振周波数に実質的に相当する周波数を有する信号258は、カプラ252からの出力であり得る。
図3は、例示的な実施形態による、誘導性電力伝達システムにおいて使用され得る送電器300の簡略機能ブロック図である。送電器300は、送電回路機構302、および送電回路機構302に動作可能に結合された送電カプラ304を含む。いくつかの実施形態では、送電カプラ304は、コイル(たとえば、誘導コイル)であり、またはコイル(たとえば、誘導コイル)と呼ばれることがある。例示的な一実施形態では、送電カプラ304は、充電領域内に電磁場または磁場を生成するように構成される。例示的な一実施形態では、送電カプラ304は、受電デバイスを充電するかまたは電力を供給するのに十分な電力レベル(たとえば、1ワット、5ワット、10ワット、50ワット、100ワットなど、1ワット以上程度)において充電領域内の受電デバイスに電力を送電するように構成される。たとえば、ワイヤレス電話充電ステーションは受電デバイスが5ワットを取得し得るように送電してもよく、またはラップトップ充電ステーションは120ワットを供給してもよい。
送電回路機構302は、いくつかの電源(図示せず)を通じて電力を受け得る。送電回路機構302は、送電カプラ304を駆動するように構成された様々な構成要素を含み得る。いくつかの例示的実施形態では、送電回路機構302は、本明細書に記載の受電器デバイスの存在および構成に基づいてワイヤレス電力の送電を調節するように構成され得る。したがって、送電回路機構302は、ワイヤレス電力を効率的かつ安全に供給し得る。
送電回路機構302は、コントローラ315を含む。いくつかの実施形態では、コントローラ315はマイクロコントローラまたはプロセッサであってもよい。他の実施形態では、コントローラ315は特定用途向け集積回路(ASIC)として実装され得る。コントローラ315は、直接的または間接的に送電回路機構302の各構成要素に動作可能に接続され得る。コントローラ315は、送電回路機構302の構成要素の各々から情報を受信し、受信した情報に基づいて計算を実行するようにさらに構成され得る。コントローラ315は、その構成要素の動作を調整し得る、構成要素の各々のための制御信号を生成するように構成され得る。したがって、コントローラ315は、コントローラ315によって実行された計算の結果に基づいて、電力伝達を調整するように構成され得る。
送電回路機構302は、コントローラ315に動作可能に接続されたメモリ320をさらに含み得る。メモリ320は、ランダムアクセスメモリ(RAM)、電気的消去可能プログラマブル読取り専用メモリ(EEPROM)、フラッシュメモリ、または不揮発性RAMを備え得る。メモリ320は、コントローラ315によって実行される読取り動作および書込み動作で使用するためのデータを、一時的または永続的に記憶するように構成され得る。たとえば、メモリ320は、コントローラ315の計算の結果として生成されたデータを記憶するように構成され得る。したがって、メモリ320は、コントローラ315が経時的なデータの変化に基づいて送電回路機構302を調整することを可能にする。
送電回路機構302は、コントローラ315に動作可能に接続された発振器312をさらに含み得る。発振器312は、ワイヤレス電力伝達の動作周波数において発振信号を生成するように構成されてもよい。たとえば、いくつかの例示的な実施形態では、発振器312は、6.78MHzのISM周波数帯域において動作するように構成される。コントローラ315は、送電段階(または、デューティサイクル)中に発振器312を選択的に使用可能にするように構成されてもよい。コントローラ315は、発振器312の周波数または位相を調節するようにさらに構成されてもよく、それによって、特にある周波数から別の周波数に遷移するときに帯域外放射が低減する場合がある。上記で説明したように、送電回路機構302は、ある量の充電電力を送電カプラ304に供給するように構成され得、そのことは、送電カプラ304の周りにエネルギー(たとえば、磁束)を生成し得る。
送電回路機構302は、コントローラ315および発振器312に動作可能に接続されたドライバ回路314をさらに含む。ドライバ回路314は、上記で説明したように、発振器312から受信された信号を駆動するように構成されてもよい。
送電回路機構302は、送電カプラ304に動作可能に接続された低域フィルタ316をさらに含み得る。いくつかの例示的実施形態では、低域フィルタ316は、ドライバ回路314によって生成された電流のアナログ信号および電圧のアナログ信号を受信および濾波するように構成され得る。いくつかの実施形態では、低域フィルタ316はアナログ信号の移送を変更し得る。低域フィルタ316は、電流と電圧の両方について同量の位相変化を引き起こし、変化を打ち消し得る。いくつかの実施形態では、コントローラ315は、低域フィルタ316によって引き起こされた位相変化を補償するように構成され得る。低域フィルタ316は、自己ジャミングを防止する場合があるレベルまで高調波放射を低減させるように構成されてもよい。他の例示的な実施形態は、他の周波数を通しながら、特定の周波数を減衰させるノッチフィルタなど、異なるフィルタトポロジーを含み得る。
送電回路機構302は、低域フィルタ316および送電カプラ304に動作可能に接続された固定インピーダンス整合回路318をさらに含み得る。固定インピーダンス整合回路318は、送電回路機構302のインピーダンス(たとえば、50オーム)を送電カプラ304のインピーダンスに整合させるように構成され得る。例示的な他の実施形態は、送電カプラ304への測定された出力電力やドライバ回路314のDC電流などの測定可能な送電メトリックに基づいて変更され得る適応インピーダンス整合を含んでよい。
送電回路機構302は、ディスクリートデバイス、ディスクリート回路、および/または構成要素の一体型アセンブリをさらに備えてもよい。
送電カプラ304は、抵抗損を低く保つように選択された厚さ、幅、および金属タイプを有するアンテナストリップとして実装され得る。一実施形態では、送電カプラ304は、一般に、テーブル、マット、ランプ、または他のより可搬性が低い構成など、より大きい構造物と関連付けるように構成され得る。送電カプラ304が受電カプラと比較してサイズがより大きくてよい例示的な適用例では、妥当なインダクタンスを取得して所望の動作周波数に同調される共振回路の一部分を形成するために送電カプラ304が必ずしも多数の巻きを必要とするとは限らない。
図4は、一実施形態による、誘導性電力伝達システムにおいて使用され得る受電器400の例示的なブロック図である。受電器400は、受電回路機構402、受電カプラ404、および負荷450を含む。受電回路機構402は、受けた充電電力をそこに供給するための負荷450に電気的に結合されている。受電器400は負荷450の外部にあるものとして示されるが、負荷450に統合されてもよいことに留意されたい。受電カプラ404は、受電回路機構402に動作可能に接続されている。受電カプラ404は、図2を参照しながら上記で説明した受電カプラ252として構成され得る。いくつかの実施形態では、受電カプラ404は、上記で説明したように、送電カプラ304の共振周波数と類似の周波数において、または指定された周波数の範囲内で共振するように同調され得る。受電カプラ404は、送電カプラ304と類似の寸法であってよく、または負荷450の寸法に基づいて異なるサイズであってもよい。受電カプラ404は、上記で説明したように、送電カプラ304によって生成された磁場に結合し、ある量の受けたエネルギーを受電回路機構402に供給して負荷450に電力供給するか、または負荷450を充電するように構成され得る。
受電回路機構402は、受電カプラ404および負荷450に動作可能に結合されている。受電回路機構402によって受電カプラ404に与えられるインピーダンスは、受電カプラ404のインピーダンスを(たとえば、412において簡略的に表される整合回路を介して)整合させるように構成され得、そのことが効率を増大させる。受電回路機構402は、受電カプラ404から受けたエネルギーに基づいて電力を生成するように構成され得る。受電回路機構402は、生成した電力を負荷450に供給するように構成され得る。いくつかの実施形態では、受電器400は、送電器300から受けた電力の量を示す信号を、送電器300に送信するように構成され得る。
受電回路機構402は、受電器400の処理を調整するように構成されたプロセッサシグナリングコントローラ416を含む。受電回路機構402は、プロセッサシグナリングコントローラ416に動作可能に接続されたメモリ420をさらに含み得る。メモリ420は、ランダムアクセスメモリ(RAM)、電気消去可能プログラマブル読取り専用メモリ(EEPROM)、フラッシュメモリ、または不揮発性RAMを備えてもよい。メモリ420は、プロセッサシグナリングコントローラ416によって実行される読取り動作および書込み動作で使用するためのデータを、一時的または永続的に記憶するように構成されてもよい。たとえば、メモリ420は、プロセッサシグナリングコントローラ416の計算の結果として生成されたデータを記憶するように構成されてもよい。したがって、メモリ420は、プロセッサシグナリングコントローラ416が経時的なデータの変化に基づいて受電回路機構402を調整することを可能にする。
受電回路機構402は、受けたエネルギー源を、負荷450によって使用される充電電力に変換するための電力変換回路機構406を含む。電力変換回路機構406は、DC-DC変換器410に結合されたAC-DC変換器408を含む。AC-DC変換器408は、受電カプラ404からのAC信号をDC電力に整流し、DC-DC変換器410は、整流されたエネルギー信号を負荷450に適合するエネルギーポテンシャル(たとえば、電圧)に変換する。部分整流器および完全整流器、レギュレータ、ブリッジ、ダブラ、ならびにリニア変換器およびスイッチング変換器を含む、様々なAC-DC変換器408が企図される。
受電回路機構402は、受電カプラ404を電力変換回路機構406に接続するように構成されるか、または代替的には受電カプラ204から電力変換回路機構406を切断するための整合回路412をさらに含み得る。電力変換回路機構406から受電カプラ404を切断することにより、負荷450の充電を中断するだけでなく、送電器300(図3)から「見える」ような「負荷」も変更する。
受電回路機構402をさらに考察すると、図4のAC-DC変換器408の少なくとも一部分は、整流器を含むことになる。フルブリッジまたは電圧ダブラタイプの整流器など、ワイヤレス電力において使用される整流器は、整流される波形の奇数高調波を生成する。ワイヤレス電力受信機はまた、広範囲の電力レベルと、カップリング、送電器電力、および整流器にかけられるDC負荷に応じて変化することになるDC出力電圧とにわたって動作する必要がある。3次および5次高調波などの低次高調波は、かさ高く、損失が多くて高価な構成要素なしに濾波することは困難である可能性がある。したがって、ワイヤレス伝達受電回路402は、これらの低次奇数高調波を同程度に生成せず、それによりこれらの高調波を濾波して除去する必要性を低減する整流器からの恩恵を受けることになる。整流器に対する周期的入力電圧波形が各サイクル(たとえば、周期的入力電圧波形の各周期)において高および低レベルだけでなく、3つ以上のレベルを有するマルチレベル整流器は、最初に低次高調波の生成を低減または排除することによってこれらの低次高調波を排除して、電磁干渉(EMI)準拠を大幅に簡略化することを支援し得る。
マルチレベル整流器内のレベルの数は、3、4、5またはそれ以上であり得る。いくつかの例は、3レベル整流器に対して詳細に説明されるが、本開示を読めば、4レベル以上に対する使用は明らかとなろう。本明細書における例の多くは、バッテリのワイヤレス充電に使用され得るようなワイヤレス電力伝達の文脈において、マルチレベル整流器の使用を説明する。本明細書で説明するこれらの方法および装置は、より一般的には、他の高周波数の整流用途において、または、整流器をオープンループ配置で稼働するなど、以前の技法を使用して別段に得られる、別段にもたらされ得る精度より高い精度が望まれる場合に適用され得ることを理解されたい。
マルチレベル整流器が使用され得る場合の例は、ワイヤレス充電用途において使用される6.78MHzのISM周波数帯域など、マルチメガヘルツ範囲内にある。そのような用途では、受電回路は、送電器の仕様と、受電要素および送電要素の結合の強さの程度とに応じて、電圧と電流の両方の観点から大幅に変更可能な入力を整流器に与える場合があり、それにより整流器は、たとえば4:1の電圧範囲および広い負荷電流範囲を取り扱う必要がある場合がある。負荷または入力電圧における変化は、ゼロ電圧スイッチング(ZVS)の下での動作を保つことと、望ましくない高調波を排除するために正確にタイミング調整されることとを必要とするスイッチのタイミングを変える可能性がある。
マルチレベル整流器によってタイミングエラーが発生する可能性がある。オープンループ動作をもたらす可能性がある種類のタイミングにおけるエラーは、高調波削除の効果を大幅に低減する可能性がある。システムクロックの伝搬遅延は、タイミングエラーをもたらす可能性がある。タイミングエラーはまた、トランジスタのターンオンおよびターンオフに起因することがある。1つのトランジスタのターンオフと、対向するトランジスタのターンオンとの間の無駄時間は、トランジスタドレイン上の電圧が負荷に応じて異なるレートで変化することを生じる。
マルチレベル整流器は、第3の高調波を排除するために使用され得、本明細書で説明するように、タイミングは、所望の高調波削除機能を最適に保つように調整され得る。高周波数において、波形のタイミングは、波形の変化による高調波を改善するために変更され得る。本明細書で説明するフィードバック方法を使用して、波形が修正され得る。第2の高調波が、不完全なタイミングによって存在するならば、同様に修正され得る。より詳細には、マルチレベル整流器のための制御信号を決定するために本明細書で使用されるフィードバックは、整流器の入力における信号である。なぜならば、その信号は、本明細書の主たる関心事であるこの入力上の高調波であるからである。したがって、以下は、出力電圧を制御するための出力電圧についてのクローズドループを考察しないが、整流器の動作はその入力において生成される高調波に反映されるので、フィードバックという用語は依然として使用される。
図5は、マルチレベル整流器回路への入力における3レベル入力電圧波形を示す。整流器のスイッチに対する制御信号は、3レベル入力電圧波形を生じるように生成され得る。図9は、スイッチを異なる作動構成において選択的に作動させるために、図8の実施形態に対するスイッチを適用した制御信号と、スイッチング波形との関係を示す。詳細には、整流器を制御するための3レベル波形の1サイクルを示す。図5では、y軸は、3レベル整流器の出力における電圧を表し、x軸は、波形の位相を表す。図示のように、出力における電圧は、第1の位相角において接地から高状態に上昇し、次いで、第2の位相角において高状態から中間状態(たとえば、高状態は中間状態より高い)に進み、次いで、第3の位相角において中間状態から低状態(たとえば、低状態は中間状態より低い)に進み、次いで、第4の位相角において低状態から接地に戻る。示した例では、第1から第4までの位相角は、それぞれ、30度、150度、210度および330度であるが、他の位相角が代わりに使用されてもよい。この例では、高状態は10Vの出力に相当し、中間状態は0Vの出力に相当し、低状態は-10Vの出力に相当するが、他の電圧が代わりに使用されてもよい。
図6は、第3の高調波および第5の高調波が削除されるが偶数高調波は存在するように同期整流器を制御するために使用され得るスイッチング波形およびマルチレベル波形の位相角の別の例を示す。第2の高調波および第4の高調波において許容できる電磁干渉(EMI)の量に依然として制限があるので、これらの高調波も除去することが望ましい。図6の波形を取り、それの180度位相シフトされたバージョンを減算することによって偶数高調波は消滅する、なぜならば、波形は今や対称であるからである。これは、第2、第3、第4、第5、第6、第8および第9の高調波を排除するようにタイミング調整された、ブリッジ接続の3レベル整流器からの波形を示す図7に示される。
第2の高調波および第3の高調波はほとんど存在しないが、第5の高調波は依然として存在することが、図5に示されている。6.78MHzのISM周波数帯域用途におけるワイヤレス電力用途では、第2の高調波および第4の高調波がISM帯域に入るので、図6に示すように第2の高調波ではなく第5の高調波を削除することが好ましい場合がある。
特に、6.78MHzのような高い周波数において正確なタイミングを取得して維持するために、オープンループ配置以外のものが必要とされる場合がある。タイミングは、波形を生成するために必要なゲートドライバ、論理回路およびアナログ回路における伝搬遅延によって変化する可能性がある。関連する周波数においてタイミング波形を修正するためのフィードバックがないと、必要とされる高調波除去は容易には達成され得ないので、高調波を修正するためにフィードバック機構が使用される。
図8は、3レベル整流器として使用され得るとともに2分割チャージポンプを含む、アクティブ整流器または同期整流器の回路の一例を示す。図11は、高調波制御を有する3レベル整流器の例示的な一実施形態に対するブロック図を示す。図12は、フィードバックパラメータを供給するための回路機構のさらなる詳細を提供する。図8に示すトポロジーは、図5および図6に示す異なるレベルの入力電圧波形のタイミングを生成するために図11のシステムとともに使用され得る。しかしながら、他の整流器トポロジーもまた企図されることに留意されたい。たとえば、図8のトポロジーのフルブリッジ接続バージョンが、図7の波形を生成するために使用され得る。
図8は、以下の図11の3レベル整流器1102に対して使用され得るようなマルチレベル整流器の一例を示す。図8に示すように、整流器800は、前部セクション802および後部セクション804を含む。整流器800に対する入力AC波形(たとえば、周期的入力電圧波形)はノードVinにおいて受信され、整流器800の出力はノードVrectにおいて与えられる。整流器800に対する制御入力は、IH、IL、HH、HM、LMおよびLLを含み、制御入力の各々は、関連するゲートドライバ(それらはそれぞれ、図8において「GD」とラベル付けられる)への入力である。前部セクション802は、2つのトランジスタ801および803を含む。整流器800の後部セクション804は、トランジスタ821、トランジスタ823、トランジスタ825およびトランジスタ827を含む。
トランジスタ801のゲートはゲートドライバ811(入力IHのゲートドライバ)によって駆動され、トランジスタ803のゲートはゲートドライバ813(入力ILのゲートドライバ)によって駆動される。これら2つの前部セクションのトランジスタ801および803は直列であり、ノードVinからの信号は、これら2つの前部セクションのトランジスタの間のノードに適用される。
後部セクションのトランジスタは、出力ノードVrectと接地との間に直列のスイッチのセットを形成する。トランジスタ821のゲートは、ゲートドライバ831(入力HHのゲートドライバ)によって駆動される。トランジスタ823のゲートは、ゲートドライバ833(入力HMのゲートドライバ)によって駆動される。トランジスタ825のゲートは、ゲートドライバ835(入力LMのゲートドライバ)によって駆動される。トランジスタ827のゲートは、ゲートドライバ837(入力LLのゲートドライバ)によって駆動される。
トランジスタ821は、出力Vrectと第1の中間ノードとの間で結合される。前部セクションのトランジスタ801はまた、その第1の中間ノードに結合される。トランジスタ823は、第1の中間ノードとノードVMIDとの間で結合される。トランジスタ825は、ノードVMIDと第2の中間ノードとの間で結合される。前部セクションのトランジスタ803はまた、その第2の中間ノードに結合される。トランジスタ827は、第2の中間ノードと接地との間で結合される。キャパシタC4 841は、第1と第2の中間ノードの間で結合される。それゆえ、キャパシタ841は、前部セクションのトランジスタ801の出力とトランジスタ803の出力との間にあるように「見える」。
整流器の出力は、Vrectにおいて取られ、Vrectは平滑キャパシタC2 855を通して接地に接続される。整流器800への負荷はR2 857で表され、R2 857はVrectにおいて接続され得る(図8において接続されずに示されている)。マルチレベル整流器トポロジーは、2つの異なる出力電圧を選択するために使用され得るフリーチャージポンプを与え、ここでVrectは、R2 857で表される負荷に接続され得るフル出力電圧であり、VMIDは、R1 853で表される負荷に接続され得る出力電圧の半分である。チャージポンプ上に負荷をかけることで、ほんのわずかではあるが、整流器の高調波が増大する可能性がある。VMIDまたはVrectの選択を有することで、所望のレベルにより近い方の出力を選択することが可能になる。代替出力または2次出力をVMIDにおいて取ることができ、VMIDは、本明細書では平滑キャパシタC3 851と負荷抵抗R1 851とを通して接地に接続されて示されるが、R2 857における負荷は、この表現では接続されていない。スイッチは、2つの出力電圧のいずれかを選択するために使用され得る。
図9は、0、1、2および3でラベル付けられた複数の異なる状態を有する3レベル波形の一サイクルを示す。図8内の異なるドライバの入力に状態を関連付ける表が、この図9の上部にある。前部セクションの場合、状態0、1に対してIHは高でILは低であり、状態2、3に対してILは高でIHは低である。後部セクションにおいて、状態0、3に対してHHおよびLMは低でHMおよびLLは高であり、状態1、2に対してHHおよびLMは高でHMおよびLLは低である。
例示的な実施形態では、3レベル整流器は、ゲートドライブ、論理回路およびアナログ回路における遅延が1MHz未満のように無視できるとき、波形を整流するために低周波数信号上にタイミングを生成するために位相ロックループ(PLL)を使用するが、6.78MHzなどのより高い周波数において、位相ロックループは、EMIに関する性能利得がないポイントまでマルチレベル整流器の性能を低下させる可能性がある。図11に示すマルチレベル整流器制御回路1140は、任意の不完全性を補償するようにエッジのタイミングを調整するために使用され得る、図11のフィードバックパラメータブロック1111およびタイミング生成器1115によって与えられるような制御ループを提供し得る。制御ループは、周期的入力電圧波形のEMI成分に対するタイミングの効果に基づいて生成される。
第3の高調波のレベルを制御することは、次のように実施され得る。第3の高調波は、3レベル波形のパルス幅の関数である。パルス幅が60度である限り、パルスがある場所にかかわらず、第3の高調波はない。幅をそのように調整することは、第3の高調波を制御するために使用され得、第3高調波復調器は、第3の高調波を低減するためにタイミングをどのように調整するかを決定するために使用され得る。実際の整流器では、パルスは完全に矩形ではなく、それゆえ理想的なパルス幅は60度からわずかに逸脱することになる。
第5の高調波を制御することも有益である場合がある。図5の波形の場合、第5の高調波は存在するが、偶数高調波は存在しない。正および負のパルスを(60度の幅を維持しながら)シフトすることで、第5の高調波レベルが変化するが、第3の高調波に影響を及ぼさない。図6に示す48、168、192および312度におけるエッジの場合、第3の高調波および第5の高調波は削除される。偶数高調波が立ち上がりを開始するが、6.78MHzのISM周波数帯域用途に対して、低次偶数高調波はISM帯域に入る。第5の高調波復調器は、第5の高調波の位相および振幅を検出するため、および第5の高調波を低減するためにタイミングをどの方向に調整するかを決定するために使用され得る。
制御下の第3の高調波および第5の高調波の場合、偶数高調波は、必要な場合、3レベル整流器の図8のハーフブリッジのフルブリッジバージョンを使用することによって排除され得、図7に示す波形がもたらされる。第2の高調波を(図12の要素1203および1205と同様に)復調することは、偶数高調波を除去するために2つのハーフブリッジによって必要とされる180度位相シフトを微調整するために使用され得る。これは、第5の高調波の低減に対してかなりの改善をもたらすことができる。
共振電流と整流器ゼロ電圧スイッチングへの電圧入力との間の意図的な位相シフトの追加は、本明細書で説明する波形のいずれかに対して達成され得る。ゼロ電圧スイッチング(ZVS)は高次EMIを低減して効率を改善することができる。図10は、整流器1000が図9に関して示されるような波形によって動作しているときの、図10のVinなどの整流器の入力におけるゼロ電圧スイッチング波形の一例を示す。
図11の例では、ワイヤレス充電システム1100は、整流器1102を含む。整流器1102は、アクティブまたは同期であり得る。整流器1102は、カップリング受電インダクタ1131およびフィルタ1133を含む受電カプラからその入力(たとえば、周期的入力電圧波形)を受信し得る。フィルタ1133は、様々な濾波要素を含み得る。したがって、整流器1102の入力における周期的入力電圧波形Vresは、受電カプラからの濾波された信号であり、整流器1102は、その濾波された信号から出力Vrectを生成する。制御信号IH、IL、HH、HM、LMおよびLLは、整流器1102に供給される。マルチレベル整流器制御回路1140は、以下でより詳細に説明するように、制御信号を生成するように構成される。それらの制御信号は、マルチレベルスイッチング波形またはスイッチング制御回路1103によるその状態を表すために整流器1102内のゲートドライバに適用される。スイッチング波形は、整流器に供給される電流および電圧の波形に基づいて整流器のスイッチを制御するスイッチング波形の生成に使用される制御信号を生成するマルチレベル整流器制御回路1140のフィードバックパラメータブロック1111から供給されるパラメータに基づいて、マルチレベル整流器制御回路1140の一部としてタイミング生成器1115によって供給される。この例では、パラメータは、クロック、間隔調整パラメータ、および幅調整パラメータである。それらのパラメータは、それぞれ、位相、第2の高調波、および第3の高調波を修正するために使用され得る。フィードバックパラメータブロック1111は位相ロックループ(PLL)1113を含み、整流器1102に進むその電圧および電流を感知するために整流器1102の入力Vresに接続される。電流は、電流感知ループ1117によって感知され得る。電圧を感知することに関して、本明細書で説明する例示的な実施形態は、フィードバックパラメータブロック1111への入力としてVinを使用するが、他の配置では、入力電圧は、フィードバックパラメータブロック1111に進む前に電圧分割器によってスケールダウンされ得る。
図12は、マルチレベル整流器制御回路1140のフィードバックパラメータブロック1111の一例をより詳細に示す。Vresからの電圧感知は、低域フィルタLPF1201に接続され、次いで、PLL1213に接続される。この例における入力信号の基本周波数は6.78MHzとして取られるが、他の周波数が可能である。LPF1201からのフィルタ電圧はまた、電流、電圧の同期を決定するため、および位相シフトブロック1215に対する制御信号を生成するために、電流感知結果と同様に、位相検出器1209に供給される。位相検出器1209の出力は、ループフィルタとして働くように、キャパシタ1221を通して接地に接続され得る。位相シフトブロック1215はまた、PLL1213から6xクロックを受信し、CLK信号を生成する。
クロック信号を生成する位相フィードバック修正ループは、整流器入力における電圧および電流の波形を整合させる。電流と電圧との間の意図的な位相オフセットは、整流器のソフトスイッチングを可能にするために、この制御ループ内に意図的にもたらされ得る。実装形態は、この例におけるように、電流センサおよび電圧センサの形態を取り得る。実装形態はまた、マルチレベル波形内のステップにもかかわらずシーケンスに進む前に、通信の待機による無駄時間の間の同期の形態を取り得る。
間隔調整を生成するために、LPF1201の出力は、位相シフトブロック1203に進み、位相シフトブロック1203の出力は混合器1205に送られる。混合器1205はまた、PLL1213からの基本波(本明細書では13.56MHz)の高調波に対応する周波数を有する2xクロック信号を受信し、低域フィルタ1207を通して間隔調整信号を供給する。間隔調整は、状態0を犠牲にして状態2の幅を制御する(たとえば、状態のそのようなタイミングは、入力信号内にこの高調波の存在を示す信号に基づいて調整される)。
電圧ダブラ整流器またはフルブリッジ整流器などの平衡型整流器は、通常は偶数高調波を生成しない。しかしながら、同期整流器のタイミングにおける不完全性は、何らかの第2の高調波を生じる可能性がある。例示的な用途における場合のように、用途の第2の高調波がISM帯域に入るとき、ワイヤレス電力システム内の第2の高調波を修正する必要性は、決定的に重要なものではない。しかしながら、第2高調波を修正することは、より高次の高調波を排除するために有用である可能性がある。
第2の高調波は、その第2の高調波成分を抽出するために入力電圧波形を復調することによって修正され得る。混合器1205は、整流器を制御するクロックに同期されたPLL1213から基本波の2倍の周波数(本例では13.56MHz)を有する基準クロックを1つの入力上で受信し、入力電圧の位相シフトバージョンを(位相シフトブロック1203から)受信する。1205においてこれらを加算して重ね合わせることで、第2の高調波を削除するために、正および負のハーフサイクルをどの方向に移動させる必要があるかを示す信号がもたらされる。所要の位相シフトは、必要とされる所要の調整に比例する混合器の間隔調整出力を生成する。間隔調整は、主に第2の高調波および第5の高調波に影響を及ぼし、第2の高調波を修正することは第5の高調波の犠牲を伴い、第5の高調波を修正することは第2の高調波の犠牲を伴う。
LPF1201の出力はまた、位相シフトブロック1215において受信され、その出力は、次いで混合器1217に進む。混合器1217はまた、PLL1213からの基本波(本例では20.3MHz)の高調波における周波数を有する3xクロック信号を受信し、低域フィルタ1219を通して幅調整信号を供給する。幅調整は、正および負に進むパルスの幅を制御する、すなわち(たとえば、状態のタイミングが、入力内のこの高調波を示す信号に基づいて調整されるように)状態0および状態2の幅の犠牲を伴って状態1および状態3の幅を制御する。幅調整は、主に第3の高調波に影響を及ぼす。
第3の高調波は、正パルスおよび負パルスが60度の幅であり、立上りおよび立下りの時間が補償されている限り、削除されることになる。第3の高調波の復調によって、回路内の無駄時間および遅延にかかわらず、第3の高調波が削除されるまでパルスの幅が調整されることが可能になる。第3の高調波修正ループは、パルス(状態1および状態3)の幅が調整されることを除いて、第2の高調波修正ループと同じように働く。
図13は、制御ループが第3の高調波を削除するように調整するときの第3の高調波の排除を示す。図13は、第2および第3の高調波と制御ループ出力とを有するシミュレーション結果を示す。図13は、第2および第3の高調波と制御ループ出力とに対して、図11および図12の回路に基づく回路に対するシミュレーション結果を示す。下部のトレース1301は、急昇して約13Vに整定する整流器の出力を示す。上部におけるトレースは、位相エラー1303、間隔調整1305、および幅調整1307である。トレースの中央のセットは、復調された第2の高調波および第3の高調波を示す。トレース1311および1313はそれぞれ、第2の高調波に対する同相および直角位相のトレースを示す。トレース1315および1317はそれぞれ、第3の高調波の同相および直角位相のトレースを示す。図示のように、約60μs後、これらのレベルはほぼ0mVに収束する。図12の位相シフトブロック1203および1211は、第2の高調波および第3の高調波それぞれに対する混合器1205および1217におけるエラーの指示を復調するために使用される。
図11および図12に関して説明した実施形態の態様の一例をさらに示すために、整流回路1100は、周期的入力電圧波形を受信するために入力1117に結合された3レベル整流器1102などの同期整流器を含む。同期整流器1102は複数のスイッチを含み、周期的入力電圧波形から生成された第1の整流器出力電圧を出力するように構成される。整流回路1100は、複数のスイッチに結合され、複数のスイッチを異なる作動構成おいて選択的に作動させるように構成された制御信号(たとえば、スイッチング制御回路1103からの出力)を生成するように構成されたマルチレベル整流器制御回路1140をさらに含む。マルチレベル整流器制御回路1140は、周期的入力電圧波形の一周期(たとえば、サイクル)内で複数の異なる状態を巡回するように構成され、ここで複数の異なる状態の各状態は、複数のスイッチの作動構成を調整する制御信号の(たとえば、スイッチング回路1103を介する)調整に対応する。複数の異なる状態の各状態は、周期的入力電圧波形の電圧レベルを少なくとも3つの異なる電圧レベル(たとえば、上記で説明した複数のレベル)のうちの1つにならしめる。マルチレベル整流器制御回路1140は入力Vin1117に電気的に結合され、入力における電流または電圧レベルの1つまたは複数の特性に基づいて複数の異なる状態の間でスイッチングのタイミングを調整するようにさらに構成される。
一例として、1つまたは複数の特性は、周期的入力電圧波形の基本周波数の1つまたは複数の高調波の指示か、または位相情報と高調波成分の量に関する情報との組合せに対応し得る。マルチレベル整流器制御回路1140は、1つまたは複数の高調波を低減するために複数の異なる状態の間でスイッチングのタイミングを調整するように構成され得る。
より詳細には、図12に関して、マルチレベル整流器制御回路1140は、基本周波数の一高調波において第1の周波数を有する第1の信号と、基本周波数において周期的入力電圧波形に基づく第2の信号とを受信するように構成された混合器1205を含み得る。マルチレベル整流器制御回路1140は、混合器1205の出力に基づいて複数の異なる状態のうちの状態の1つのタイミングを調整するように構成される。言い換えれば、マルチレベル整流器制御回路1140は、周期的入力電圧波形の1つまたは複数の高調波を復調し、復調に基づいて複数の異なる状態のうちの状態の1つのタイミングを調整するように構成される。
一態様では、複数の異なる状態は、少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つに対応する第1の中間状態と、少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つに対応する高状態と、少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つに対応する第2の中間状態と、少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つに対応する低状態とを含み得る。マルチレベル整流器制御回路1140は、たとえば、周期的入力電圧波形の第3の高調波を低減するために、高状態の幅と低状態の幅とを調整する。加えて、マルチレベル整流器制御回路は、入力波形の第2の高調波を低減するために、高状態および低状態の間隔を調整し得る。
整流回路1100は、ワイヤレス電力伝達のための受電回路の一部であり得、周期的入力電圧波形は、送電器によって生成された磁場に応答して周期的入力電圧波形を生成するように構成された受電回路の受電カプラ1131によって出力される。
図8に示す整流器トポロジーを使用する場合、3レベル整流器1102は、第1の中間ノードと入力との間に接続された第1のスイッチ801と、入力と第2の中間ノードとの間に接続された第2のスイッチ803とを含む前部セクション802を含んでもよく、ここでキャパシタンス841は第1の中間ノードと第2の中間ノードとの間に接続される。3レベル整流器1102は、第1の出力ノードと第1の中間ノードとの間に接続された第3のスイッチ821と、第1の中間ノードと第3の中間ノードとの間に接続された第4のスイッチ823と、第3の中間ノードと第2の中間ノードとの間に接続された第5のスイッチ825と、第2の中間ノードと接地との間に接続された第6のスイッチ827とを含む後部セクション804をさらに含んでもよい。整流器出力電圧は、第1の出力ノードVrectから取られる。
3レベル整流器1102は、第3の中間ノード(たとえば、Vmidにおける)から第2の整流器出力電圧を供給するように接続される。
マルチレベル整流器制御回路1140は、周期的入力電圧波形に対する制御信号の位相を維持するように構成された位相ロックループ1213(図12)を含む。
さらに、周期的入力電圧波形内の高調波を低減しながら周期的入力電圧波形から出力電圧を供給する方法は、例示的な実施形態に従って提供される。方法は、出力電圧を生成するために周期的入力電圧波形を、複数のスイッチを備える同期整流器回路を介して整流するステップを含む。方法は、周期的入力電圧波形の一周期内に複数の異なる状態を巡回するために、複数のスイッチを異なるスイッチング構成で選択的に作動させるように結合された制御信号を生成するステップをさらに含む。複数の異なる状態の各状態は、周期的入力電圧波形の電圧レベルを少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つにならしめる。方法は、周期的入力電圧波形の電流または電圧レベルの1つまたは複数の特性に基づいて、複数の異なる状態の間でスイッチングのタイミングを調整するステップをさらに含む。
別の態様では、出力電圧を生成するために周期的入力電圧波形を整流するための手段を含む整流装置が提供される。たとえば、整流するための手段は、図11に示す3レベル整流器1102に対応し得る。整流装置は、周期的入力電圧波形の一周期内で複数の異なる状態を巡回するための手段をさらに含む。複数の異なる状態を巡回するための手段は、図11のマルチレベル整流器制御回路1140に対応し得る。複数の異なる状態の各状態は、周期的入力電圧波形の電圧レベルを少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つにならしめる。整流装置は、周期的入力電圧波形の電流または電圧レベルの1つまたは複数の特性に基づいて、複数の異なる状態の間でスイッチングのタイミングを調整するための手段をさらに含む。タイミングを調整するための手段はまた、図11のマルチレベル整流器制御回路1140に対応し得る。
本明細書で説明する実施形態の態様によれば、送電器によって生成された外部磁場に応答して周期的入力電圧波形を生成するように構成されたコイル(たとえば、図11の受電インダクタ1131)を備える受電回路を含む、ワイヤレス電力伝達のための装置が提供される。装置は、入力において受電回路から周期的入力電圧波形を受信するために受電回路に結合され、負荷に電力を供給するかまたは負荷を充電するための電圧を出力する、図11の3レベル整流回路1102などのマルチレベル整流回路をさらに含む。マルチレベル整流回路は、マルチレベル整流回路の入力において少なくとも3つの電圧レベルを生じるように制御された複数のスイッチを含み、ここで少なくとも3つの電圧レベルの各々は、複数のスイッチの複数の異なる状態のうちの1つに対応する。装置は、受電回路に結合され、周期的入力電圧波形の1つまたは複数の高調波を示す1つまたは複数の信号を出力するように構成された、図11のマルチレベル制御回路1140のフィードバックブロック1111などのフィードバック回路を含む。装置は、高調波を示す1つまたは複数の信号に基づいて複数の異なる状態の間でスイッチングのタイミングを調整するように構成されたマルチレベル整流器制御回路1140をさらに含む。
上記で説明した装置またはシステムによって実行される方法の様々な動作は、様々なハードウェアおよび/またはソフトウェア構成要素、回路、および/またはモジュールなどの、動作を実行できる任意の好適な手段によって実行され得る。概して、図に示すいかなる動作または構成要素も、図示した構成要素の動作を実行できる対応する機能的手段によって実行されてよく、または取り替えられてよい。
情報および信号は、様々な異なる技術および技法のうちのいずれかを使用して表されてもよい。たとえば、上記の説明全体にわたって参照される場合があるデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場または磁気粒子、光場または光粒子、あるいはそれらの任意の組合せによって表されてもよい。
本明細書で開示した実施形態に関して説明した様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組合せとして実装されてもよい。ハードウェアとソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、概してそれらの機能性に関して上記で説明された。そのような機能が、ハードウェアとして実装されるか、ソフトウェアとして実装されるかは、特定の適用例および全体的なシステムに課される設計制約によって決まる。説明した機能は、特定の適用例ごとに様々な方法で実装できるが、そのような実施形態上の決定は、本明細書で提示する実施形態の範囲からの逸脱を生じさせると解釈されない。
本明細書で開示する実施形態に関して説明する様々な例示的なブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)もしくは他のプログラマブル論理デバイス、ディスクリートゲートもしくはトランジスタロジック、ディスクリートハードウェア構成要素、または本明細書で説明する機能を実施するために設計されるそれらの任意の組合せで実装または実施されてもよい。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサであってもよいが、代替として、このプロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、またはステートマシンであってもよい。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組合せ、たとえば、DSPとマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと連携した1つもしくは複数のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成として実装してもよい。
本明細書で開示する実施形態に関して説明する方法またはアルゴリズムおよび機能のステップは、ハードウェアで直接的に、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールで、またはこの2つの組合せで具体化されてもよい。ソフトウェアで実装される場合、機能は、1つまたは複数の命令またはコードとして有形の非一時的コンピュータ可読媒体上に記憶され、または送信されてもよい。ソフトウェアモジュールは、ランダムアクセスメモリ(RAM)、フラッシュメモリ、読取り専用メモリ(ROM)、電気的プログラマブルROM(EPROM)、電気的消去可能プログラマブルROM(EEPROM)、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、CD-ROM、または当技術分野で知られている任意の他の形態の記憶媒体内に存在する場合がある。記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、かつ記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合される。代替として、記憶媒体はプロセッサに一体化され得る。本明細書で使用するディスク(disk)およびディスク(disc)は、コンパクトディスク(disc)(CD)、レーザーディスク(登録商標)(disc)、光ディスク(disc)、デジタル多用途ディスク(disc)(DVD)、フロッピー(登録商標)ディスク(disk)、およびブルーレイディスク(disc)を含み、ディスク(disk)は、通常、データを磁気的に再生し、ディスク(disc)は、レーザーを用いてデータを光学的に再生する。上記の組合せもコンピュータ可読媒体の範囲内に含まれてよい。プロセッサおよび記憶媒体は、ASICの中に存在する場合がある。
本開示を要約する目的で、本明細書では、特定の態様、利点、および新規な特徴について説明した。任意の特定の実施形態に従って、そのような利点の必ずしもすべてを実現できない場合があることを理解されたい。したがって、本明細書で説明する様々な態様は、本明細書で教示または示唆され得るような他の利点を必ずしも達成することなく、本明細書で教示される1つの利点または一群の利点を達成または最適化するようにして、具現または実行される場合がある。
互いに電気的に接続され、電気的に結合され、もしくは通信するものとして図に示されかつ/または本明細書で論じられる構成要素、機能、またはその他は、通信可能に結合される。すなわち、それらは、それらの間の通信または他の信号伝達を可能にするために、直接的または間接的に接続され得る。
実施形態などの項目が例示的である記述は、論じられている項目が例であるということを示す。「例示的」という用語の使用は、必ずしも、論じられている項目が他の項目、たとえば他の実施形態よりも良いまたは好ましいことを示すとは限らない。
上記で説明した実施形態の様々な修正が直ちに明らかとなり、本明細書で定義する一般原理は、本開示の趣旨または範囲から逸脱することなく他の実施形態に適用される場合がある。したがって、本開示は、本明細書に示す実装形態に限定されるものではなく、本明細書で開示する原理および新規の特徴と一致する最も広い範囲を与えられるべきである。
100 ワイヤレス電力伝達システム
102 入力電力
104 送電器
105 ワイヤレス場
108 受電器
110 出力電力
112 距離
114 送電カプラ
118 受電カプラ
250 送電または受電回路機構
252 カプラ
254 キャパシタ
256 キャパシタ
258 信号
300 送電器
302 送電回路
304 送電カプラ
312 発振器
314 ドライバ回路
315 コントローラ
316 低域フィルタ
318 固定インピーダンス整合回路
320 メモリ
400 受電器
402 受電回路
404 受電カプラ
406 電力変換回路
408 AC-DCコンバータ
410 DC-DC変換器
412 整合回路
416 プロセッサシグナリングコントローラ
420 メモリ
450 負荷
800 整流器
801 トランジスタ
802 前部セクション
803 トランジスタ
804 後部セクション
811 ゲートドライバ
813 ゲートドライバ
821 トランジスタ
823 トランジスタ
825 トランジスタ
827 トランジスタ
831 ゲートドライバ
833 ゲートドライバ
835 ゲートドライバ
837 ゲートドライバ
841 キャパシタ
851 平滑キャパシタC3
853 負荷R1
855 平滑キャパシタC2
857 負荷R2
1100 ワイヤレス充電システム
1102 整流器
1103 スイッチング制御回路
1111 フィードバックパラメータブロック
1113 位相ロックループ(PLL)
1115 タイミング生成器
1117 電流感知ループ
1131 カップリング受電インダクタ
1133 フィルタ
1140 マルチレベル整流器制御回路
1201 低域フィルタLPF
1203 位相シフトブロック
1205 混合器
1207 低域フィルタ
1209 位相検出器
1211 位相シフトブロック
1213 PLL
1215 位相シフトブロック
1217 混合器
1219 低域フィルタ
1221 キャパシタ

Claims (29)

  1. 周期的入力電圧波形を受信するために入力に電気的に結合され、複数のスイッチを備え、前記周期的入力電圧波形から第1の整流器出力電圧を生成して前記第1の整流器出力電圧を出力するように構成された、同期整流器と、
    前記同期整流器に電気的に結合され、前記複数のスイッチを異なる作動構成において選択的に作動させるために制御信号を生成して前記同期整流器に与えるように構成されたマルチレベル整流器制御回路とを備え、前記マルチレベル整流器制御回路が、前記周期的入力電圧波形の一周期内に複数の異なる状態を巡回するように構成され、前記複数の異なる状態の各状態が、前記複数のスイッチの前記作動構成を設定する前記制御信号のそれぞれの設定に対応し、前記複数の異なる状態の各状態が、前記周期的入力電圧波形の電圧レベルを、少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つにならしめ、
    前記マルチレベル整流器制御回路が、前記入力に電気的に結合され、1つまたは複数の特性に基づいて前記複数の異なる状態の間でスイッチングのタイミングを調整するようにさらに構成され、前記1つまたは複数の特性が、前記入力における電流もしくは前記入力における電圧レベル、またはそれらの組合せに関するものである、整流回路。
  2. 前記周期的入力電圧波形が基本周波数を有し、前記1つまたは複数の特性が、前記周期的入力電圧波形の前記基本周波数の1つまたは複数の高調波の指示に対応する、請求項1に記載の整流回路。
  3. 前記マルチレベル整流器制御回路が、前記基本周波数の高調波における第1の周波数を有する第1の信号と前記基本周波数における前記周期的入力電圧波形に基づく第2の信号とを受信するように構成された混合器を備え、前記マルチレベル整流器制御回路が、前記混合器の出力に基づいて前記複数の異なる状態のうちの前記状態の1つの前記タイミングを調整するように構成される、請求項2に記載の整流回路。
  4. 前記マルチレベル整流器制御回路が、前記1つまたは複数の高調波を低減するために前記複数の異なる状態の間で前記スイッチングの前記タイミングを調整するように構成される、請求項2に記載の整流回路。
  5. 前記マルチレベル整流器制御回路が、前記周期的入力電圧波形の前記1つまたは複数の高調波の復調を実行するように構成され、前記マルチレベル整流器制御回路が、前記復調に基づいて前記複数の異なる状態のうちの前記状態の1つの前記タイミングを調整するように構成される、請求項2に記載の整流回路。
  6. 前記複数の異なる状態が、
    前記少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つに対応する第1の中間状態と、
    前記少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つに対応する高状態と、
    前記少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つに対応する第2の中間状態と、
    前記少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つに対応する低状態とを含み、
    前記マルチレベル整流器制御回路が、前記周期的入力電圧波形の第3の高調波を低減するために、前記高状態の幅と前記低状態の幅とを調整するように構成される、請求項1に記載の整流回路。
  7. 前記複数の異なる状態が、
    前記少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つに対応する第1の中間状態と、
    前記少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つに対応する高状態と、
    前記少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つに対応する第2の中間状態と、
    前記少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つに対応する低状態とを含み、
    前記マルチレベル整流器制御回路が、入力波形の第2の高調波を低減するために、前記高状態および前記低状態の間隔を調整するように構成される、請求項1に記載の整流回路。
  8. 前記整流回路がワイヤレス電力伝達のための受電回路の一部であり、前記同期整流器が、送電器によって生成された磁場に応答して前記周期的入力電圧波形を生成するように構成された前記受電回路の受電カプラから前記周期的入力電圧波形を受信するように構成される、請求項1に記載の整流回路。
  9. 前記同期整流器が、
    a)第1の中間ノードと前記入力との間に接続された第1のスイッチ、および
    b)前記入力と第2の中間ノードとの間に接続された第2のスイッチを含む前部セクションと、
    前記第1の中間ノードと第2の中間ノードとの間に接続されたキャパシタンスと、
    a)第1の出力ノードと前記第1の中間ノードとの間に接続された第3のスイッチ、
    b)前記第1の中間ノードと第3の中間ノードとの間に接続された第4のスイッチ、
    c)前記第3の中間ノードと前記第2の中間ノードとの間に接続された第5のスイッチ、および
    d)前記第2の中間ノードと接地との間に接続された第6のスイッチを含む後部セクションとを含み、
    前記整流器出力電圧が前記第1の出力ノードから取られる、請求項1に記載の整流回路。
  10. 前記同期整流器が、前記第3の中間ノードから第2の整流器出力電圧を供給するように接続される、請求項9に記載の整流回路。
  11. 前記マルチレベル整流器制御回路が、前記周期的入力電圧波形に対する制御信号の位相を維持するように構成された位相ロックループを備える、請求項1に記載の整流回路。
  12. 周期的入力電圧波形内の高調波を低減しながら前記周期的入力電圧波形から出力電圧を供給する方法であって、
    前記出力電圧を生成するために前記周期的入力電圧波形を、複数のスイッチを備える同期整流器回路を介して整流するステップと、
    前記周期的入力電圧波形の一周期内で複数の異なる状態を巡回するために異なるスイッチング構成において前記複数のスイッチを選択的に作動させるように結合された制御信号を生成するステップであって、前記複数の異なる状態の各状態が、前記周期的入力電圧波形の電圧レベルを、少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つにならしめる、ステップと、
    1つまたは複数の特性に基づいて前記複数の異なる状態の間でスイッチングのタイミングを調整するステップとを含み、前記1つまたは複数の特性が、前記周期的入力電圧波形の電流もしくは前記周期的入力電圧波形の電圧レベル、またはそれらの組合せに関するものである、方法。
  13. 前記周期的入力電圧波形が基本周波数を有し、前記1つまたは複数の特性が、前記周期的入力電圧波形の前記基本周波数の1つまたは複数の高調波のレベルの指示に対応する、請求項12に記載の方法。
  14. 前記基本周波数の高調波における第1の周波数を有する第1の信号と前記基本周波数における前記周期的入力電圧波形に基づく第2の信号とを混合するステップをさらに含み、前記1つまたは複数の特性が前記混合するステップの出力に対応し、前記複数の異なる状態の間でスイッチングの前記タイミングを調整するステップが、前記混合するステップの前記出力に基づく、請求項13に記載の方法。
  15. 前記タイミングを調整するステップが、前記1つまたは複数の高調波を低減するために前記複数の異なる状態の間で前記スイッチングの前記タイミングを調整するステップを含む、請求項13に記載の方法。
  16. 前記周期的入力電圧波形の前記1つまたは複数の高調波を復調するステップをさらに含み、前記1つまたは複数の特性が前記復調するステップの出力に対応する、請求項13に記載の方法。
  17. 前記複数の異なる状態が、
    前記少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つに対応する第1の中間状態と、
    前記少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つに対応する高状態と、
    前記少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つに対応する第2の中間状態と、
    前記少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つに対応する低状態とを含み、
    前記タイミングを調整するステップが、前記周期的入力電圧波形の第3の高調波を低減するために、前記高状態の幅と前記低状態の幅とを調整するステップを含む、請求項12に記載の方法。
  18. 前記複数の異なる状態が、
    前記少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つに対応する第1の中間状態と、
    前記少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つに対応する高状態と、
    前記少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つに対応する第2の中間状態と、
    前記少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つに対応する低状態とを含み、
    前記タイミングを調整するステップが、入力波形の第2の高調波を低減するために、前記高状態および前記低状態の間隔を調整するステップを含む、請求項12に記載の方法。
  19. 磁場を介して電力を結合するワイヤレス電力伝達のための受電回路を介して前記周期的入力電圧波形を生成するステップをさらに含む、請求項12に記載の方法。
  20. 前記周期的入力電圧波形に対する前記制御信号の位相を維持するステップをさらに含む、請求項12に記載の方法。
  21. 出力電圧を生成するために周期的入力電圧波形を整流するための手段と、
    前記周期的入力電圧波形の一周期内で複数の異なる状態を巡回するための手段であって、前記複数の異なる状態の各状態が、前記周期的入力電圧波形の電圧レベルを、少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つにならしめる、手段と、
    1つまたは複数の特性に基づいて前記複数の異なる状態の間でスイッチングのタイミングを調整するための手段とを含み、前記1つまたは複数の特性が、前記周期的入力電圧波形の電流もしくは前記周期的入力電圧波形の電圧レベル、またはそれらの組合せに関するものである、整流装置。
  22. 前記周期的入力電圧波形が基本周波数を有し、前記1つまたは複数の特性が、前記周期的入力電圧波形の前記基本周波数の1つまたは複数の高調波のレベルの指示に対応する、請求項21に記載の整流装置。
  23. 前記基本周波数の高調波における第1の周波数を有する第1の信号と前記基本周波数における前記周期的入力電圧波形に基づく第2の信号とを混合するための手段をさらに含み、前記1つまたは複数の特性が混合するための前記手段の出力に対応する、請求項22に記載の整流装置。
  24. 前記周期的入力電圧波形の前記1つまたは複数の高調波を復調するための手段をさらに含み、前記1つまたは複数の特性が復調するための前記手段の出力に対応する、請求項22に記載の整流装置。
  25. 前記複数の異なる状態が、
    前記少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つに対応する第1の中間状態と、
    前記少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つに対応する高状態と、
    前記少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つに対応する第2の中間状態と、
    前記少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つに対応する低状態とを含み、
    前記タイミングを調整するための前記手段が、前記周期的入力電圧波形の第3の高調波を低減するために前記高状態の幅および前記低状態の幅を調整するための手段と、入力波形の第2の高調波を低減するために前記高状態および前記低状態の間隔を調整するための手段とを含む、請求項21に記載の整流装置。
  26. 前記周期的入力電圧波形を生成するために磁場を介して電力をワイヤレスに受けるための手段をさらに含む、請求項21に記載の整流装置。
  27. ワイヤレス電力伝達のための装置であって、
    送電器によって生成された外部磁場に応答して周期的入力電圧波形を生成するように構成されたコイルを備える受電回路と、
    入力において前記受電回路から前記周期的入力電圧波形を受信するために前記受電回路に結合され、負荷に電力を供給するかまたは負荷を充電するための電圧を出力するように構成されたマルチレベル整流回路であって、前記マルチレベル整流回路が、前記マルチレベル整流回路の前記入力において少なくとも3つの電圧レベルを生じるように制御された複数のスイッチを含み、前記少なくとも3つの電圧レベルの各々が、前記複数のスイッチの複数の異なる状態のうちの1つに対応する、マルチレベル整流回路と、
    前記受電回路に結合され、前記周期的入力電圧波形の1つまたは複数の高調波を示す1つまたは複数の信号を出力するように構成されたフィードバック回路と、
    前記高調波を示す前記1つまたは複数の信号に基づいて前記複数の異なる状態の間でスイッチングのタイミングを調整するように構成されたマルチレベル整流器制御回路とを備える、装置。
  28. 前記複数の異なる状態が、
    前記少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つに対応する第1の中間状態と、
    前記少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つに対応する高状態と、
    前記少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つに対応する第2の中間状態と、
    前記少なくとも3つの異なる電圧レベルのうちの1つに対応する低状態とを含み、
    前記マルチレベル整流器制御回路が、前記周期的入力電圧波形の第3の高調波を低減するために前記高状態の幅および前記低状態の幅を調整するように構成され、前記マルチレベル整流器制御回路が、前記周期的入力電圧波形の第2の高調波を低減するために前記高状態および前記低状態の間隔を調整するようにさらに構成される、請求項27に記載の装置。
  29. 前記マルチレベル整流回路が、
    a)第1の中間ノードと前記入力との間に接続された第1のスイッチ、および
    b)前記入力と第2の中間ノードとの間に接続された第2のスイッチを含む前部セクションと、
    前記第1の中間ノードと第2の中間ノードとの間に接続されたキャパシタンスと、
    a)第1の出力ノードと前記第1の中間ノードとの間に接続された第3のスイッチ、
    b)前記第1の中間ノードと第3の中間ノードとの間に接続された第4のスイッチ、
    c)前記第3の中間ノードと前記第2の中間ノードとの間に接続された第5のスイッチ、および
    d)前記第2の中間ノードと接地との間に接続された第6のスイッチを含む後部セクションとを含み、
    前記整流器出力電圧が前記第1の出力ノードから取られる、請求項27に記載の装置。
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