JP5780879B2

JP5780879B2 - 電力増幅器及び送電装置

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Description

実施形態は、Ｅ級電力増幅器に関する。

従来、様々な種別の電力増幅器が提案されている。Ｅ級電力増幅器は、例えば無線電力伝送システムの送電装置に組み込まれ、伝送のための電力を増幅する。一般に、Ｅ級電力増幅器は、ゼロクロススイッチングと呼ばれる動作を通じて高い増幅効率を得る。ゼロクロススイッチング動作は、Ｅ級電力増幅器に設けられたスイッチ素子を適切なスイッチング周波数に則ってオンオフすることによって実現される。

Ｅ級電力増幅器を送電装置に組み込む場合に、電力の伝送条件は必ずしも安定しない。例えば、送電装置と受電装置との間の距離が変動するかもしれないし、両者の周辺に障害物が存在するかもしれないし、受電装置の負荷インピーダンスが変動するかもしれない。伝送条件の変動に伴って、ゼロクロススイッチング動作のためのスイッチング周波数が変動する。即ち、ゼロクロススイッチング動作が破綻してスイッチ素子の導通損失が大きくなり、増幅効率が低下するおそれがある。

増幅効率の低下を抑制するために、伝送条件の変動に応じてスイッチング周波数を補正する技法が想定される。しかしながら、係る技法を適用するためには送電周波数が可変である必要がある。故に、法的制約などによって送電周波数の変更が許されない状況において係る技法は適用できないので、増幅効率の低下を回避することは困難である。

ＰｈｉｌｉｐＲ．Ｔｒｏｙｋ，ａｎｄＭａｒｔｉｎＡ．Ｋ．Ｓｃｈｗａｎ， "Ｃｌｏｓｅｄ−ＬｏｏｐＣｌａｓｓＥＴｒａｎｓｃｕｔａｎｅｏｕｓＰｏｗｅｒａｎｄＤａｔａＬｉｎｋｆｏｒＭｉｃｒｏＩｍｐｌａｎｔｓ，" ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｖｏｌ．３９，Ｎｏ．６，Ｊｕｎ．１９９２ＳｔｅｖｅＣ．Ｃｒｉｐｐｓ， "ＲＦＰｏｗｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒｓｆｏｒＷｉｒｅｌｅｓｓＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，ＳｅｃｏｎｄＥｄｉｔｉｏｎ，" ＡｒｔｅｃｈＨｏｕｓｅＭｉｃｒｏｗａｖｅＬｉｂｒａｒｙ

実施形態は、スイッチング周波数の補正を伴わずに増幅効率の低下を抑制することを目的とする。

実施形態によれば、電力増幅器は、スイッチ素子と、可変受動素子と、サンプラと、比較器とを含む。スイッチ素子は、第１の端子、第２の端子及び制御端子を持ち、制御端子に供給される入力ドライブパルスの第１のエッジに応じて第１の端子と第２の端子との間を短絡し、入力ドライブパルスにおいて第１のエッジと交互に出現する第２のエッジに応じて第１の端子と第２の端子との間を開放する。可変受動素子は、第１の端子に直接的または間接的に接続され、電力増幅器の共振周波数の増減に影響する。サンプラは、第１のエッジに応じて、第１の端子と第２の端子との間の第１の電圧及び電力増幅器の出力電流を電流−電圧変換した第２の電圧のうち少なくとも一方に基づく注目電圧をサンプルする。比較器は、注目電圧と基準電圧とを比較し、注目電圧と基準電圧との間の差分に基づいて可変受動素子の制御電圧を出力する。

第１の実施形態に係る電力増幅器を含む無線電力伝送システムを例示するブロック図。図１の電力増幅器の効果を説明するグラフ。第２の実施形態に係る電力増幅器を例示する図。第３の実施形態に係る電力増幅器を例示する図。第４の実施形態に係る電力増幅器を例示する図。第５の実施形態に係る電力増幅器を例示する図。第６の実施形態に係る電力増幅器を例示する図。第７の実施形態に係る電力増幅器を例示する図。

以下、図面を参照しながら実施形態の説明が述べられる。尚、以降、説明済みの要素と同一または類似の要素には同一または類似の符号が付され、重複する説明は基本的に省略される。
（第１の実施形態）
図１に示されるように、第１の実施形態に係る電力増幅器１００は、無線電力伝送システムに組み込まれる。この無線電力伝送システムは、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０と、電力増幅器１００と、送電共振器３０と、受電共振器４０と、負荷５０とを含む。ＤＣ−ＤＣコンバータ２０と、電力増幅器１００と、送電共振器３０とが送電装置に組み込まれる。受電共振器４０及び負荷５０が受電装置に組み込まれる。

ＤＣ−ＤＣコンバータ２０は、電力増幅器１００の電源電圧を所望の値に変換する。この電源電圧の変換を通じて後述される伝送電力が制御される。電力増幅器１００は、外部から入力ドライブパルス（送信パルスと呼ぶこともできる）を受け、当該入力ドライブパルスと周波数において等しい伝送電力を生成する。送電共振器３０は、受電共振器４０と所与の結合係数（＝ｋ）を伴う磁界結合によって結合し、電力を伝送する。尚、送電共振器３０は、電力増幅器１００に含まれる共振回路によって実装されてもよい。

受電共振器４０は、送電共振器３０から電力を受け、負荷５０に供給する。負荷５０は、電力を主に消費したり一時的に蓄えたりする回路（例えば、受信装置の負荷回路、バッテリなど）に加えて整流器、電圧変換器なども包含する。

例えば、負荷５０のインピーダンス成分（＝Ｒ_Ｌ）が変動したり、結合係数ｋが変化したり、送電共振器３０と受電共振器４０との間に障害物が挿入されると、電力増幅器１００の共振周波数が変動し、ゼロクロススイッチング動作が妨げられる。

電力増幅器１００は、より詳細には、スイッチ素子１０１と、インダクタ１０２と、キャパシタ１０３と、チョークコイル１０４と、サンプラ１１１と、電圧比較器１１２とを含む。

尚、電力増幅器１００は、典型的にはＥ級電力増幅器であるが、これに限定されない。例えば、電力増幅器１００は、ゼロクロススイッチング動作可能な他の種別の電力増幅器であってもよい。また、図１に示される素子間の接続関係は例示であり、図示されない他の素子が存在してもよい。即ち、素子間の接続とは、直接的な接続を意味することもあれば、間接的な接続を意味することもある。

スイッチ素子１０１は、第１の端子、第２の端子及び制御端子を持つ。スイッチ素子１０１は、例えばＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ−ＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタ、バイポーラトランジスタなどによって実装可能である。スイッチ素子１０１の第１の端子は、インダクタ１０２の第１の端子と、キャパシタ１０３の第１の端子と、チョークコイル１０４の第１の端子とに接続される。スイッチ素子１０１の第２の端子は接地される。

スイッチ素子１０１の制御端子は、前述の入力ドライブパルスを受ける。入力ドライブパルスにおいて、立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジ（第１のエッジ）と、立ち下りエッジまたは立ち上がりエッジ（第２のエッジ）とが交互に出現する。スイッチ素子１０１は、第１のエッジに応じて第１の端子及び第２の端子の間を短絡し（即ち、スイッチ素子１０１がオンになる）、第２のエッジに応じて第１の端子及び第２の端子の間を開放する（即ち、スイッチ素子１０１がオンになる）。第１のエッジの出現時に、スイッチ素子１０１の第１の端子と第２の端子との間の電圧がゼロに等しければ、ゼロクロススイッチング動作は正常である。

インダクタ１０２には電力増幅器１００の出力電流が流れる。インダクタ１０２の第１の端子は、スイッチ素子１０１の第１の端子と、キャパシタ１０３の第１の端子と、チョークコイル１０４の第１の端子とに接続される。また、インダクタ１０２の第２の端子は、電力増幅器１００の出力端子（図示されない）に接続される。インダクタ１０２のインダクタンスは、電力増幅器１００の共振周波数の増減に影響する。

キャパシタ１０３は、スイッチ素子１０１に並列接続される。即ち、キャパシタ１０３の第１の端子は、スイッチ素子１０１の第１の端子と、インダクタ１０２の第１の端子と、チョークコイル１０４の第１の端子とに接続される。また、キャパシタ１０３の第２の端子は、接地される。キャパシタ１０３のキャパシタンスは、電力増幅器１００の共振周波数の増減に影響する。

チョークコイル１０４の第１の端子は、スイッチ素子１０１の第１の端子と、インダクタ１０２の第１の端子と、キャパシタ１０３の第１の端子とに接続される。また、チョークコイル１０４の第２の端子は、電源側（即ち、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力端子）に接続される。

サンプラ１１１は、入力ドライブパルスの第１のエッジに応じて、スイッチ素子１０１の第１の端子と第２の端子との間の第１の電圧及び電力増幅器１００の出力電流（即ち、インダクタ１０２を通過する電流）を電流−電圧変換した第２の電圧のうち一方に基づく注目電圧をサンプルする。第１の電圧及び第２の電圧の値は、例えば図示されない検出回路によって検出される。サンプラ１１１は、サンプルホールド回路であってもよい。

電圧比較器１１２は、上記注目電圧と基準電圧（＝Ｖｒｅｆ）とを比較し、両者の差分に応じた制御電圧を出力する。基準電圧は、典型的にはゼロに等しい。
この制御電圧は、可変受動素子に与えられ、当該可変受動素子のインダクタンスまたはキャパシタンスを制御する。可変受動素子は、インダクタ１０２であってもよいし、キャパシタ１０３であってもよいし、図示されない受動素子であってもよいし、これらの組み合わせであってもよい。可変受動素子のインダクタンスまたはキャパシタンスは、注目電圧と基準電圧との差分がゼロに近づくようにフィードバック制御される。この差分がゼロに近づくほど、電力増幅器１００の動作がゼロクロススイッチングに近づく。即ち、電力増幅器１００の増幅効率が向上する。また、負荷５０のインピーダンス成分（＝Ｒ_Ｌ）が変動したり、結合係数ｋが変化したり、送電共振器３０と受電共振器４０との間に障害物が挿入された結果、電力増幅器１００の共振周波数が変動したとしても、フィードバック制御を通じて電力増幅器１００の動作は段階的に正常化される。

電力増幅器１００の動作のシミュレーション結果が図２に示されている。尚、電力増幅器１００の動作との対比のために、上記フィードバック制御を行わない場合の電力増幅器１００の動作もシミュレートされた。図２において、縦軸はスイッチ素子１０１の第１の端子と第２の端子との間の電圧を表し、横軸は時間を表す。即ち、図２は、スイッチ素子１０１の第１の端子と第２の端子との間の電圧の時間変化を表す。

電力増幅器１００は、負荷５０のインピーダンス成分（＝Ｒ_Ｌ）及び結合係数（＝ｋ）の増減に関わらず、同様の波形が得られた。図２において、係る波形は、「フィードバック制御時」とラベル付けされている。係る波形によれば、第１のエッジ（本例において、立ち上がりエッジ）の出現時において、スイッチ素子１０１の第１の端子と第２の端子との間の電圧は略ゼロに等しい。故に、電力増幅器１００はゼロクロススイッチング動作を正常に行っており、高い増幅効率が達成されていることが理解できる。

フィードバック制御を行わない場合には、負荷５０のインピーダンス成分（＝Ｒ_Ｌ）または結合係数（＝ｋ）の変動に伴って波形も変動した。負荷５０のインピーダンス成分（＝Ｒ_Ｌ）の実部が高い場合または結合係数（＝ｋ）が高い場合には、「フィードバック無し、軽負荷時」とラベル付された波形が得られた。他方、負荷５０のインピーダンス成分（＝Ｒ_Ｌ）の実部が低い場合または結合係数（＝ｋ）が低い場合には、「フィードバック無し、重負荷時」とラベル付された波形が得られた。いずれの場合にも、第１のエッジ（本例において、立ち上がりエッジ）の出現時において、スイッチ素子１０１の第１の端子と第２の端子との間の電圧は正値または負値であり、スイッチ素子１０１がオンとなると第１の端子と第２の端子との間に電圧が印加される。従って、インダクタ１０２に蓄えられていた磁界エネルギー及びキャパシタに蓄えられていた電荷エネルギーの一方または両方が、スイッチ素子１０１によって消費され、電力増幅器１００の増幅効率が低下する。

以上説明したように、第１の実施形態に係る電力増幅器は、スイッチ素子の第１の端子と第２の端子との間の第１の電圧及び出力電流を電流−電圧変換した第２の電圧のうち一方に基づく注目電圧を第１のエッジの出現時にサンプルし、当該注目電圧と基準電圧との差分に応じて可変受動素子をフィードバック制御する。従って、この電力増幅器は、伝送条件が変動した場合にもゼロクロススイッチング動作に段階的に近づくので、スイッチング周波数の補正を伴わずに増幅効率の低下を抑制できる。

（第２の実施形態）
図３に示されるように、第２の実施形態に係る電力増幅器は、スイッチ素子１０１と、インダクタ１０２と、可変キャパシタ２０３と、チョークコイル１０４と、制御回路２１０とを含む。

制御回路２１０は、例えば、前述のサンプラ１１１及び電圧比較器１１２の組み合わせに相当する。制御回路２１０は、前述の第１のエッジの出現時における第１の電圧及び第２の電圧の少なくとも一方に基づく注目電圧と基準電圧との間の差分がゼロに近づくように可変キャパシタ２０３のための制御電圧を生成する。

可変キャパシタ２０３は、そのキャパシタンスが制御回路２１０からの制御電圧に応じて変化する。可変キャパシタ２０３のキャパシタンスは、図３の電力増幅器の共振周波数の増減に影響する。即ち、可変キャパシタ２０３のキャパシタンスは、第１のエッジの出現時における注目電圧と基準電圧との差分がゼロに近づくように制御電圧によってフィードバック制御される。具体的には、可変キャパシタ２０３のキャパシタンスは、上記差分が正である場合の制御電圧に従って減少し、上記差分が負である場合の制御電圧に従って増加する。

可変キャパシタ２０３は、スイッチ素子１０１に並列接続される。即ち、可変キャパシタ２０３の第１の端子は、スイッチ素子１０１の第１の端子と、インダクタ１０２の第１の端子と、チョークコイル１０４の第１の端子とに接続される。また、可変キャパシタ２０３の第２の端子は、接地される。

以上説明したように、第２の実施形態に係る電力増幅器は、スイッチ素子の第１の端子と第２の端子との間の第１の電圧及び出力電流を電流−電圧変換した第２の電圧のうち一方に基づく注目電圧を第１のエッジの出現時にサンプルし、当該注目電圧と基準電圧との差分に応じて可変キャパシタをフィードバック制御する。従って、この電力増幅器は、伝送条件が変動した場合にもゼロクロススイッチング動作に段階的に近づくので、スイッチング周波数の補正を伴わずに増幅効率の低下を抑制できる。また、この電力増幅器によれば、制御対象が可変キャパシタに絞られるので制御対象が複数の素子に亘る場合に比べて制御を簡易化できる。

（第３の実施形態）
図４に示されるように、第３の実施形態に係る電力増幅器は、スイッチ素子１０１と、可変インダクタ３０２と、キャパシタ１０３と、チョークコイル１０４と、制御回路３１０とを含む。

制御回路３１０は、例えば、前述のサンプラ１１１及び電圧比較器１１２の組み合わせに相当する。制御回路３１０は、前述の第１のエッジの出現時における第１の電圧及び第２の電圧の少なくとも一方に基づく注目電圧と基準電圧との間の差分がゼロに近づくように可変インダクタ３０２のための制御電圧を生成する。

可変インダクタ３０２は、そのインダクタンスが制御回路３１０からの制御電圧に応じて変化する。可変インダクタ３０２のインダクタンスは、図４の電力増幅器の共振周波数の増減に影響する。即ち、可変インダクタ３０２のインダクタンスは、第１のエッジの出現時における注目電圧と基準電圧との差分がゼロに近づくように制御電圧によってフィードバック制御される。具体的には、可変インダクタ３０２のインダクタンスは、上記差分が正である場合の制御電圧に従って減少し、上記差分が負である場合の制御電圧に従って増加する。

可変インダクタ３０２には図４の電力増幅器の出力電流が流れる。可変インダクタ１０２の第１の端子は、スイッチ素子１０１の第１の端子と、キャパシタ１０３の第１の端子と、チョークコイル１０４の第１の端子とに接続される。また、可変インダクタ３０２の第２の端子は、図４の電力増幅器の出力端子（図示されない）に接続される。

以上説明したように、第３の実施形態に係る電力増幅器は、スイッチ素子の第１の端子と第２の端子との間の第１の電圧及び出力電流を電流−電圧変換した第２の電圧のうち一方に基づく注目電圧を第１のエッジの出現時にサンプルし、当該注目電圧と基準電圧との差分に応じて可変インダクタをフィードバック制御する。従って、この電力増幅器は、伝送条件が変動した場合にもゼロクロススイッチング動作に段階的に近づくので、スイッチング周波数の補正を伴わずに増幅効率の低下を抑制できる。また、この電力増幅器によれば、制御対象が可変インダクタに絞られるので制御対象が複数の素子に亘る場合に比べて制御を簡易化できる。

（第４の実施形態）
図５に示されるように、第４の実施形態に係る電力増幅器は、スイッチ素子１０１と、可変インダクタ４０２と、可変キャパシタ４０３と、チョークコイル１０４と、制御回路４１０とを含む。

可変インダクタ４０２は、そのインダクタンスが制御回路４１０からの制御電圧に応じて変化する。可変インダクタ４０２のインダクタンスは、図５の電力増幅器の共振周波数の増減に影響する。即ち、可変インダクタ４０２のインダクタンスは、制御電圧によってフィードバック制御される。係る制御の詳細は後述される。

可変インダクタ４０２には図５の電力増幅器の出力電流が流れる。可変インダクタ４０２の第１の端子は、スイッチ素子１０１の第１の端子と、可変キャパシタ４０３の第１の端子と、チョークコイル１０４の第１の端子とに接続される。また、可変インダクタ４０２の第２の端子は、図５の電力増幅器の出力端子（図示されない）に接続される。

可変キャパシタ４０３は、そのキャパシタンスが制御回路４１０からの制御電圧に応じて変化する。可変キャパシタ４０３のキャパシタンスは、図５の電力増幅器の共振周波数の増減に影響する。即ち、可変キャパシタ４０３のキャパシタンスは、制御電圧によってフィードバック制御される。係る制御の詳細は後述される。

可変キャパシタ４０３は、スイッチ素子１０１に並列接続される。即ち、可変キャパシタ４０３の第１の端子は、スイッチ素子１０１の第１の端子と、可変インダクタ４０２の第１の端子と、チョークコイル１０４の第１の端子とに接続される。また、可変キャパシタ４０３の第２の端子は、接地される。

制御回路４１０は、例えば、前述のサンプラ１１１及び電圧比較器１１２の組み合わせに相当する。制御回路４１０は、可変インダクタ４０２及び可変キャパシタ４０３のための制御電圧を生成する。具体的には、制御回路４１０からの制御電圧によって可変インダクタ４０２及び可変キャパシタ４０３は、下記の数式（１）を満たすように制御される。

数式（１）において、Ｌは、図５の電力増幅器の共振に関するインダクタンスを表す。Ｌには可変インダクタ４０２のインダクタンスが少なくとも反映される。Ｃは、図５の電力増幅器の共振に関するキャパシタンスを表す。Ｃには可変キャパシタ４０３のキャパシタンスが少なくとも反映される。ωは、スイッチ素子１０１に供給される入力ドライブパルスの角周波数を表す。θは、２πＤに等しい。Ｄは、上記入力ドライブパルスのデューティー比を表す。ｆ（θ）は、下記数式で与えられる。

尚、上記数式の導出過程は、非特許文献２を参酌することにより理解可能であるので、その詳細は省略される。

以上説明したように、第４の実施形態に係る電力増幅器は、スイッチ素子の第１の端子と第２の端子との間の第１の電圧及び出力電流を電流−電圧変換した第２の電圧のうち一方に基づく注目電圧を第１のエッジの出現時にサンプルし、当該注目電圧と基準電圧との差分に応じて可変インダクタ及び可変キャパシタをフィードバック制御する。この制御を通じて数式（１）が安定的に満たされる。従って、この電力増幅器は、伝送条件が変動した場合にもゼロクロススイッチング動作に段階的に近づくので、スイッチング周波数の補正を伴わずに増幅効率の低下を抑制できる。

尚、本実施形態において、可変キャパシタ及び可変インダクタが採用されたが、可変インダクタ及び可変キャパシタのうち一方が通常のインダクタまたはキャパシタに置き換えられてもよい。係る場合には、上記数式（１）を満たすように可変キャパシタ或いは可変インダクタが制御される。

（第５の実施形態）
図６に示されるように、第５の実施形態に係る電力増幅器は、スイッチ素子１０１と、インダクタ１０２と、キャパシタ１０３と、チョークコイル１０４と、インピーダンス変換器５０５と、制御回路５１０とを含む。

制御回路５１０は、例えば、前述のサンプラ１１１及び電圧比較器１１２の組み合わせに相当する。制御回路５１０は、前述の第１のエッジの出現時における第１の電圧及び第２の電圧の少なくとも一方に基づく注目電圧と基準電圧との間の差分がゼロに近づくようにインピーダンス変換器５０５のための制御電圧を生成する。

インピーダンス変換器５０５は、その入力インピーダンスが制御回路５１０からの制御電圧に応じて離散的または連続的に変化する。インピーダンス変換器５０５は、インダクタ１０２の第２の端子に接続される。インピーダンス変換器５０５の入力インピーダンスは、図６の電力増幅器の共振周波数の増減に影響する。即ち、インピーダンス変換器５０５の入力インピーダンスは、第１のエッジの出現時における注目電圧と基準電圧との差分がゼロに近づくように制御電圧によってフィードバック制御される。具体的には、インピーダンス変換器５０５のインピーダンスの虚部は、上記差分が正である場合の制御電圧に従って減少し、上記差分が負である場合の制御電圧に従って増加する。

以上説明したように、第５の実施形態に係る電力増幅器は、スイッチ素子の第１の端子と第２の端子との間の第１の電圧及び出力電流を電流−電圧変換した第２の電圧のうち一方に基づく注目電圧を第１のエッジの出現時にサンプルし、当該注目電圧と基準電圧との差分に応じてインピーダンス変換器をフィードバック制御する。従って、この電力増幅器は、伝送条件が変動した場合にもゼロクロススイッチング動作に段階的に近づくので、スイッチング周波数の補正を伴わずに増幅効率の低下を抑制できる。また、この電力増幅器によれば、制御対象がインピーダンス変換器に絞られるので制御対象が複数の素子に亘る場合に比べて制御を簡易化できる。

（第６の実施形態）
図７に示されるように、第６の実施形態に係る電力増幅器は、スイッチ素子１０１と、インダクタ１０２と、キャパシタ１０３と、チョークコイル１０４と、サンプラ１１１と、電圧比較器１１２と、加算器６１３とを含む。

加算器６１３は、第１の電圧及び第２の電圧を加算し、第３の電圧を得る。加算器６１３は、第３の電圧をサンプラ１１１へと出力する。サンプラ１１１は、第１のエッジに応じて第３の電圧に基づく注目電圧をサンプルする。

以上説明したように、第６の実施形態に係る電力増幅器は、第１の電圧及び第２の電圧の和である第３の電圧に基づく注目電圧を第１のエッジの出現時にサンプルし、当該注目電圧と基準電圧との差分に応じて可変受動素子をフィードバック制御する。従って、この電力増幅器は、伝送条件が変動した場合にもゼロクロススイッチング動作に段階的に近づくので、スイッチング周波数の補正を伴わずに増幅効率の低下を抑制できる。また、この電力増幅器によれば、第１の電圧及び第２の電圧のうち一方の検出精度が外乱、検出回路の誤差などの影響により低下したとしても、もう一方の電圧が注目電圧に反映されるので適切なフィードバック制御が可能である。

（第７の実施形態）
図８に示されるように、第７の実施形態に係る電力増幅器は、スイッチ素子１０１と、インダクタ１０２と、キャパシタ１０３と、チョークコイル１０４と、サンプラ１１１と、電圧比較器１１２と、乗算器７１３とを含む。

乗算器７１３は、第１の電圧及び第２の電圧を乗算し、第４の電圧を得る。乗算器７１３は、第４の電圧をサンプラ１１１へと出力する。サンプラ１１１は、第１のエッジに応じて第４の電圧に基づく注目電圧をサンプルする。

以上説明したように、第７の実施形態に係る電力増幅器は、第１の電圧及び第２の電圧の積である第４の電圧に基づく注目電圧を第１のエッジの出現時にサンプルし、当該注目電圧と基準電圧との差分に応じて可変受動素子をフィードバック制御する。従って、この電力増幅器は、伝送条件が変動した場合にもゼロクロススイッチング動作に段階的に近づくので、スイッチング周波数の補正を伴わずに増幅効率の低下を抑制できる。また、この電力増幅器によれば、第１の電圧及び第２の電圧のうち一方の検出精度が外乱、検出回路の誤差などの影響により低下したとしても、もう一方の電圧が注目電圧に反映されるので適切なフィードバック制御が可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

２０・・・ＤＣ−ＤＣコンバータ
３０・・・送電共振器
４０・・・受電共振器
５０・・・負荷
１００・・・電力増幅器
１０１・・・スイッチ
１０２・・・インダクタ
１０３・・・キャパシタ
１０４・・・チョークコイル
１１１・・・サンプラ
１１２・・・電圧比較器
２０３，４０３・・・可変キャパシタ
２１０，３１０，４１０，５１０・・・制御回路
３０２，４０２・・・可変インダクタ
５０５・・・インピーダンス変換器
６１３・・・加算器
７１３・・・乗算器

Claims

ゼロクロススイッチング動作可能な電力増幅器において、
第１の端子、第２の端子及び制御端子を持ち、前記制御端子に供給される入力ドライブパルスの第１のエッジに応じて前記第１の端子と前記第２の端子との間を短絡し、前記入力ドライブパルスにおいて前記第１のエッジと交互に出現する第２のエッジに応じて前記第１の端子と前記第２の端子との間を開放するスイッチ素子と、
前記第１の端子に直接的または間接的に接続され、前記電力増幅器の共振周波数の増減に影響する可変受動素子と、
前記第１のエッジに応じて、前記第１の端子と前記第２の端子との間の第１の電圧及び前記電力増幅器の出力電流を電流−電圧変換した第２の電圧のうち少なくとも一方に基づく注目電圧をサンプルするサンプラと、
前記注目電圧と基準電圧とを比較し、前記注目電圧と前記基準電圧との間の差分に基づいて前記可変受動素子の制御電圧を出力する比較器と
を具備する、電力増幅器。
前記可変受動素子は、前記スイッチ素子に並列接続される可変キャパシタを含み、
前記可変キャパシタのキャパシタンスは、前記差分が正である場合の制御電圧に従って減少し、前記差分が負である場合の制御電圧に従って増加する、
請求項１の電力増幅器。
前記可変受動素子は、前記電力増幅器の出力電流が通過するように前記第１の端子に直接的または間接的に接続される可変インダクタを含み、
前記可変インダクタのインダクタンスは、前記差分が正である場合の制御電圧に従って減少し、前記差分が負である場合の制御電圧に従って増加する、請求項１の電力増幅器。
前記可変受動素子は、前記電力増幅器の出力電流が通過するように前記第１の端子に直接的または間接的に接続される可変インダクタ及び前記電力増幅器の出力電流が通過するように前記第１の端子に直接的または間接的に接続される可変インダクタの少なくとも一方を含み、
前記可変キャパシタのキャパシタンス及び前記可変インダクタのインダクタンスの少なくとも一方は、

を満たすように前記制御電圧によって制御され、
Ｌは、前記電力増幅器の共振に関するインダクタンスを表し、
Ｃは、前記電力増幅器の共振に関するキャパシタンスを表し、
ωは、前記入力ドライブパルスの角周波数を表し、
θは、前記入力ドライブパルスのデューティー比に２πを乗じて得られる値を表し、
ｆ（θ）は、

により与えられる、
請求項１の電力増幅器。
前記可変受動素子は、前記電力増幅器の出力電流が通過するように前記第１の端子に間接的に接続されるインピーダンス変換器を含み、
前記インピーダンス変換器の入力インピーダンスの虚部が、前記差分が正である場合の制御電圧に従って減少し、前記差分が負である場合の制御電圧に従って増加する、請求項１の電力増幅器。
前記第１の電圧及び前記第２の電圧を加算し、第３の電圧を得る加算器を更に具備し、
前記サンプラは、前記第３の電圧を前記注目電圧としてサンプルする、
請求項１の電力増幅器
前記第１の電圧及び前記第２の電圧を乗算し、第４の電圧を得る乗算器を更に具備し、
前記サンプラは、前記第４の電圧を前記注目電圧としてサンプルする、
請求項１の電力増幅器。
伝送電力を増幅する請求項１の電力増幅器を含む送電装置。