本發(fā)明涉及無(wú)線供電裝置，其經(jīng)由具備送電線圈和受電線圈的電磁場(chǎng)耦合電路，利用電磁場(chǎng)共振現(xiàn)象以無(wú)線方式提供電力。

背景技術(shù)：

在專利文獻(xiàn)1示出利用電磁場(chǎng)共振現(xiàn)象的開關(guān)電源裝置。專利文獻(xiàn)1的開關(guān)電源裝置具備開關(guān)控制電路，其使開關(guān)元件夾著死區(qū)時(shí)間交替接通/斷開來(lái)使交流電壓產(chǎn)生。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：JP專利第5321758號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

近年來(lái)，隨著電子設(shè)備的小型輕量化，開關(guān)電源電路的高效率化的市場(chǎng)需求愈發(fā)提高。一般，為了實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源電路的高效率化，開關(guān)控制的高精度化是重要的。但在使用動(dòng)作頻率成為MHz頻帶那樣稱作高頻電力電子的技術(shù)領(lǐng)域中的開關(guān)控制技術(shù)的情況下，或者在使用新的電力用半導(dǎo)體、具體為化合物(GaN：氮化鎵、GaAs：砷化鎵、SiC：碳化硅)半導(dǎo)體、特殊的電力用半導(dǎo)體元件等的情況下，關(guān)于用于得到高的電力變換效率的高度的開關(guān)控制技術(shù)，幾乎沒(méi)有披露。例如在無(wú)線供電裝置中使用電力用GaN半導(dǎo)體的情況下，要如何調(diào)整死區(qū)時(shí)間才能減低開關(guān)元件中的導(dǎo)通損耗或開關(guān)損耗從而抑制開關(guān)元件的發(fā)熱、提高裝置中的電力變換效率，關(guān)于這樣的技術(shù)，到目前為止幾乎并不清楚。特別在將化合物半導(dǎo)體用作開關(guān)元件的情況下，怎樣活用不同于一般的硅(Si：硅)半導(dǎo)體的電流/電壓特性才能得到高的電力變換效率，關(guān)于這樣的技術(shù)，幾乎并不清楚。關(guān)于從送電裝置向受電裝置超越空間提供電力的無(wú)線供電技術(shù)，高效率化、小型輕量化的需求高，開發(fā)用于得到高的電力變換效率的開關(guān)元件的控制技術(shù)，成為有助于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展的重要的技術(shù)。

本發(fā)明的目的在于，提供積極活用電力用半導(dǎo)體元件所具有的固有的電氣上的電流/電壓特性來(lái)更加提高電力變換效率的無(wú)線供電裝置。

用于解決課題的手段

本發(fā)明的無(wú)線供電裝置如下那樣構(gòu)成。

(1)本發(fā)明的無(wú)線供電裝置從送電裝置向受電裝置無(wú)線提供電力，其特征在于，具備：電磁場(chǎng)耦合電路，其具備所述送電裝置側(cè)的送電線圈以及所述受電裝置側(cè)的受電線圈(構(gòu)成電磁場(chǎng)共振電路，其在所述送電線圈與所述受電線圈之間混合了經(jīng)由互電感的磁場(chǎng)耦合或經(jīng)由互電容的電場(chǎng)耦合)；送電側(cè)交流電壓產(chǎn)生電路，其具備由開關(guān)元件、等效的二極管以及電容器的并聯(lián)連接電路構(gòu)成且與所述送電線圈電連接的開關(guān)電路，通過(guò)該開關(guān)電路的開關(guān)，使送電線圈從輸入的直流電壓產(chǎn)生交流電壓；開關(guān)控制電路，其通過(guò)夾著死區(qū)時(shí)間交替接通/斷開所述送電側(cè)交流電壓產(chǎn)生電路的開關(guān)元件，來(lái)使得從所述送電側(cè)交流電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生方形波狀或梯形波狀的交流電壓；受電側(cè)整流電路，其將在所述受電線圈產(chǎn)生的交流電壓整流成直流電壓；送電側(cè)諧振機(jī)構(gòu)，其在送電側(cè)構(gòu)成，包含第1諧振電容器；和受電側(cè)諧振機(jī)構(gòu)，其在受電側(cè)構(gòu)成，包含第2諧振電容器，電磁場(chǎng)耦合電路在所述送電側(cè)諧振機(jī)構(gòu)與所述受電側(cè)諧振機(jī)構(gòu)之間相互交換電場(chǎng)能量或磁場(chǎng)能量，所述電磁場(chǎng)耦合電路、所述送電側(cè)諧振機(jī)構(gòu)以及所述受電側(cè)諧振機(jī)構(gòu)合起來(lái)構(gòu)成多諧振電路，所述開關(guān)控制電路執(zhí)行：以所述多諧振電路的阻抗成為電感性的開關(guān)頻率(流入所述多諧振電路的電流成為比從所述送電側(cè)交流電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生的交流電壓滯后的正弦波狀的諧振電流波形，在所述開關(guān)元件的接通期間以及斷開期間這兩期間經(jīng)由所述電磁場(chǎng)耦合電路從送電側(cè)向受電側(cè)傳送電力)對(duì)所述送電側(cè)交流電壓產(chǎn)生電路的開關(guān)元件進(jìn)行開關(guān)，在所述開關(guān)元件的電流電壓特性的第3象限中的動(dòng)作中，對(duì)所述開關(guān)元件的控制端子給予控制信號(hào)來(lái)使所述開關(guān)元件導(dǎo)通，若分別將所述開關(guān)電路的兩端電壓發(fā)生變化的換流期間用tc表征，將成為所述第3象限中的動(dòng)作的期間用ta表征，將所述死區(qū)時(shí)間用td表征，則確定所述死區(qū)時(shí)間以滿足tc≤td＜tc+ta，將所述開關(guān)元件中的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗一起減低。

(2)優(yōu)選地，所述開關(guān)元件是化合物半導(dǎo)體晶體管，其具有通過(guò)對(duì)控制端子給予控制信號(hào)從而在所述第3象限中的動(dòng)作下反向電壓的大小變小的電氣特性。由此起到如下那樣效果。

·能大幅減低化合物半導(dǎo)體晶體管的電流電壓特性中的第3象限動(dòng)作下的電力損耗。

·能在活用化合物半導(dǎo)體所具有的高速動(dòng)作的特性的同時(shí)減低化合物半導(dǎo)體晶體管中的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗雙方。

·不再需要連接正向電壓降小的逆并聯(lián)二極管，能削減部件數(shù)。由此能實(shí)現(xiàn)無(wú)線供電裝置的小型化。

·一般，由于在化合物半導(dǎo)體晶體管中柵極充電電荷量較小，因此能減低驅(qū)動(dòng)化合物半導(dǎo)體晶體管的開關(guān)控制電路的電力損耗。

(3)優(yōu)選地，所述送電側(cè)諧振機(jī)構(gòu)或所述受電側(cè)諧振機(jī)構(gòu)在結(jié)構(gòu)上構(gòu)成。由此能起到如下那樣的效果。

·能簡(jiǎn)單地構(gòu)成諧振機(jī)構(gòu)，能削減部件數(shù)。

·能謀求無(wú)線供電系統(tǒng)的小型化。

(4)優(yōu)選地，在所述送電側(cè)交流電壓產(chǎn)生電路與所述送電側(cè)諧振機(jī)構(gòu)之間具備包含電感器要素(Lfp)以及電容器要素(Cfp)的第1濾波器、，或者在所述受電側(cè)諧振機(jī)構(gòu)與所述整流電路之間具備包含電感器要素(Lfs)以及電容器要素(Cfs)的第2濾波器。由此能起到如下那樣的效果。

·通過(guò)具備濾波器，能減低流向諧振機(jī)構(gòu)的電流波形的諧波分量。

·通過(guò)減低EMI(電磁干擾)噪聲而提高了與其他電子設(shè)備的EMC(電磁兼容性)。

·能抑制與無(wú)線通信設(shè)備等的串?dāng)_。

·通過(guò)調(diào)整濾波器的特性阻抗來(lái)對(duì)阻抗進(jìn)行變換，能提供適于負(fù)載的電流和電壓。

(5)優(yōu)選地，所述送電線圈以及所述受電線圈是空芯的線圈(電感器)。由此形成利用電磁共振現(xiàn)象的電磁場(chǎng)耦合，能高效率進(jìn)行無(wú)線供電。另外，變得不需要鐵芯，能拉長(zhǎng)電力供電距離。

(6)優(yōu)選地，所述電磁場(chǎng)耦合電路通過(guò)所述第1諧振電容器與所述第2諧振電容器的電場(chǎng)耦合從送電側(cè)向受電側(cè)傳送電力。根據(jù)該構(gòu)成，在所述第1諧振電容器與所述第2諧振電容器之間形成利用靜電感應(yīng)現(xiàn)象的電場(chǎng)耦合，從而能高效率進(jìn)行無(wú)線供電。通過(guò)在無(wú)線部分積極活用電場(chǎng)耦合而能抑制磁場(chǎng)向空間的擴(kuò)散，能減小或消除磁場(chǎng)耦合中利用的磁性體、或者送電裝置或受電裝置中進(jìn)行不要輻射對(duì)策、電磁噪聲對(duì)策、波動(dòng)減低對(duì)策所需的磁性體。由此能使送電裝置或受電裝置小型化。另外，通過(guò)使用有大的面積的電極，能在大的面積進(jìn)行供電等，能實(shí)現(xiàn)無(wú)線供電裝置的薄型化。

(7)優(yōu)選地，所述受電裝置具備：輸出信息發(fā)送電路，其檢測(cè)與所述受電裝置側(cè)整流電路的輸出相關(guān)的輸出信息，并向所述送電裝置側(cè)傳輸所述輸出信息，所述送電裝置具備：輸出信息接收電路，其接收所述輸出信息；和供電電力控制電路，其按照所述輸出信息來(lái)控制所述送電側(cè)交流電壓產(chǎn)生電路，從而控制供電電力。由此，能通過(guò)控制供電電力來(lái)提供適于負(fù)載的電壓、電流。

(8)優(yōu)選地，所述輸出信息發(fā)送電路是以無(wú)線通信發(fā)送所述輸出信息的電路，所述輸出信息接收電路是以無(wú)線通信接收所述輸出信息的電路。由此能在電絕緣狀態(tài)下在發(fā)送側(cè)調(diào)整輸出電力。

(9)優(yōu)選地，所述輸出信息發(fā)送電路是將電信號(hào)變換成光信號(hào)來(lái)發(fā)送所述輸出信息的電路，所述輸出信息接收電路是將光信號(hào)變換成電信號(hào)來(lái)接收所述輸出信息的電路。由此能在電絕緣狀態(tài)在發(fā)送側(cè)調(diào)整輸出電力。

(10)例如所述開關(guān)電路具備高側(cè)開關(guān)電路和低側(cè)開關(guān)電路，開關(guān)控制電路使用例如頻率調(diào)制PFM(Pulse Frequency Modulation，脈沖頻率調(diào)制)控制，其使交替接通/斷開所述高側(cè)開關(guān)電路和所述低側(cè)開關(guān)電路的開關(guān)頻率變化。

通過(guò)上述構(gòu)成，能控制供電電力，能調(diào)整輸出電力。

(11)例如所述開關(guān)電路具備高側(cè)開關(guān)電路和低側(cè)開關(guān)電路，開關(guān)控制電路使用例如接通期間比調(diào)制ORM(On-periods Ratio Modulation)控制，其以固定的開關(guān)頻率交替接通/斷開所述高側(cè)開關(guān)電路和所述低側(cè)開關(guān)電路，控制所述高側(cè)開關(guān)電路與所述低側(cè)開關(guān)電路的導(dǎo)通期間的比率。

通過(guò)上述構(gòu)成，能控制供電電力，能調(diào)整輸出電力。另外，通過(guò)使用固定的開關(guān)頻率能限定利用頻率帶，EMC對(duì)策也變得容易。另外，還能改善控制輸出的控制性。

(12)優(yōu)選地，所述受電側(cè)整流電路是具備開關(guān)元件的同步整流電路。由此能減低受電側(cè)的整流損耗，能實(shí)現(xiàn)無(wú)線供電裝置的小型化。

(13)優(yōu)選地，所述受電裝置具備：動(dòng)作頻率控制電路，其控制所述同步整流電路的動(dòng)作頻率(開關(guān)頻率)。由此能不是在送電側(cè)而是在受電側(cè)進(jìn)行供電電力的調(diào)整。

(14)優(yōu)選地，所述受電裝置具備受電裝置側(cè)控制電路，其控制該受電裝置側(cè)的電路，該受電裝置側(cè)控制電路通過(guò)所述受電裝置所接受到的電力而動(dòng)作。由此不需要在受電側(cè)具備電源，能謀求無(wú)線供電裝置的小型輕量化。

(15)優(yōu)選地，所述受電側(cè)整流電路從所述受電側(cè)整流電路的輸出部接受電力，并作為所述送電側(cè)交流電壓產(chǎn)生電路發(fā)揮作用，所述送電側(cè)交流電壓產(chǎn)生電路從輸出部接受電力，并作為所述受電側(cè)整流電路發(fā)揮作用，即雙方向供電。由此能實(shí)現(xiàn)雙方向的供電，能從受電裝置側(cè)向送電裝置側(cè)提供電力，或者還能以受電裝置側(cè)為中繼點(diǎn)，將接受到的電力進(jìn)一步向別處送電。另外，通過(guò)還能作為中繼系統(tǒng)利用，準(zhǔn)備多個(gè)本裝置來(lái)進(jìn)行中繼，能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的電力供電。

(16)優(yōu)選地，所述互電感是形成于所述送電線圈與所述受電線圈之間的通過(guò)磁場(chǎng)耦合而產(chǎn)生的等效的勵(lì)磁電感。由此能不需要或減小互電感器的部件，能謀求電力傳輸系統(tǒng)裝置的小型輕量化。

(17)優(yōu)選地，所述送電側(cè)諧振機(jī)構(gòu)或所述受電側(cè)諧振機(jī)構(gòu)包含電感器，該電感器是所述送電線圈或所述受電線圈的電感分量當(dāng)中不參與耦合的漏電感分量。由此不再需要諧振電感器的部件，能謀求無(wú)線供電裝置的小型輕量化。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明，起到如下那樣的效果。

(a)由于能減低開關(guān)元件中的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗雙方，因此能大幅抑制開關(guān)元件中的發(fā)熱。

(b)由于能減低開關(guān)元件中的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗雙方，因此能提高無(wú)線供電系統(tǒng)的電力傳輸效率。

(c)通過(guò)調(diào)整死區(qū)時(shí)間，能防止開關(guān)元件中的橋接短路，能構(gòu)建可靠性高的無(wú)線供電裝置。

附圖說(shuō)明

圖1(A)是第1實(shí)施方式的無(wú)線供電裝置101的電路圖。圖1(B)是圖1(A)的一部分的等效電路圖。

圖2(A)是對(duì)圖1所示的無(wú)線供電裝置101的能量變換動(dòng)作進(jìn)行表現(xiàn)的各部的電壓電流波形圖。圖2(B)是表示現(xiàn)有的無(wú)線供電裝置的開關(guān)定時(shí)的示例的圖，是對(duì)應(yīng)于圖2(A)來(lái)表征的圖。

圖3是表示用作開關(guān)元件Q1、Q2、Q3、Q4的化合物半導(dǎo)體的構(gòu)成的截面圖。

圖4(A)、(B)是按每個(gè)柵極電壓Vgs表示化合物半導(dǎo)體晶體管的漏極電流id與漏極電壓Vds的電流電壓特性的圖。

圖5(A)、(B)是表示無(wú)線供電裝置101的DC-DC電力變換效率的圖。

圖6(A)、(B)是比較在開關(guān)元件中使用GaN FET的情況和使用Si MOSFET的情況下的電力變換效率的圖。

圖7是第2實(shí)施方式的無(wú)線供電裝置102的電路圖。

圖8是第3實(shí)施方式的無(wú)線供電裝置103的電路圖。

圖9是第4實(shí)施方式的無(wú)線供電裝置104的電路圖。

圖10是第5實(shí)施方式的無(wú)線供電裝置105的電路圖。

具體實(shí)施方式

以下，參考附圖來(lái)舉出幾個(gè)具體的示例，從而示出用于實(shí)施本發(fā)明的多個(gè)形態(tài)。在各圖中對(duì)相同部位標(biāo)注相同標(biāo)號(hào)。在第2實(shí)施方式以后中省略對(duì)與第1實(shí)施方式共通的內(nèi)容的記述，對(duì)不同的點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。特別對(duì)同樣的構(gòu)成的同樣的作用效果，不再對(duì)每個(gè)實(shí)施方式逐次提及。

《第1實(shí)施方式》

圖1(A)是第1實(shí)施方式的無(wú)線供電裝置101的電路圖。圖1(B)是圖1(A)的一部分的等效電路圖。

無(wú)線供電裝置101由具備送電線圈np的送電裝置PSU和具備受電線圈ns的受電裝置PRU構(gòu)成。該無(wú)線供電裝置101是在送電裝置PSU的輸入具備輸入電源Vi、向受電裝置PRU的負(fù)載Ro提供穩(wěn)定的直流的能量的系統(tǒng)。

送電裝置PSU具備送電側(cè)諧振機(jī)構(gòu)，其包含送電線圈np、諧振電容器Cr和開關(guān)電路S1、S2。

開關(guān)電路S1由開關(guān)元件Q1、逆并聯(lián)二極管Dds1以及寄生電容Cds1的并聯(lián)連接電路構(gòu)成。同樣地，開關(guān)電路S2由開關(guān)元件Q2、逆并聯(lián)二極管Dds2以及寄生電容Cds2的并聯(lián)連接電路構(gòu)成。以下將逆并聯(lián)二極管(寄生二極管)僅稱作「二極管」。

另外，送電裝置PSU具備控制開關(guān)元件Q1、Q2的開關(guān)控制電路10。

開關(guān)控制電路10使開關(guān)電路S1、S2以給定的開關(guān)頻率交替接通斷開，將直流電壓斷續(xù)地給予送電側(cè)諧振機(jī)構(gòu)，從而使送電側(cè)諧振機(jī)構(gòu)產(chǎn)生諧振電流。例如以國(guó)際上的ISM(Industrial、Scientific and Medical，工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué))頻段的6.78MHz進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作。

在該示例中，送電側(cè)交流電壓產(chǎn)生電路構(gòu)成具備2個(gè)開關(guān)電路S1、S2的半橋接電路。

受電裝置PRU具備受電側(cè)諧振機(jī)構(gòu)和電容器Co，該受電側(cè)諧振機(jī)構(gòu)包含受電線圈ns、諧振電容器Crs和開關(guān)電路S3、S4。

開關(guān)電路S3由開關(guān)元件Q3、二極管Dds3以及電容器Cds3的并聯(lián)連接電路構(gòu)成。同樣地，開關(guān)電路S4由開關(guān)元件Q4、二極管Dds4以及電容器Cds4的并聯(lián)連接電路構(gòu)成。

另外，受電裝置PRU具備控制開關(guān)元件Q3、Q4的開關(guān)控制電路20。

開關(guān)控制電路20檢測(cè)流向受電線圈ns的電流，同步于其極性反轉(zhuǎn)來(lái)使開關(guān)元件Q3、Q4交替接通斷開。由此，流向受電側(cè)諧振機(jī)構(gòu)的諧振電流同步于電流所流動(dòng)的方向的變化而被整流，電流被提供給負(fù)載。由這些開關(guān)電路S3、S4以及開關(guān)控制電路20構(gòu)成受電側(cè)諧振機(jī)構(gòu)。

送電側(cè)的開關(guān)控制電路10以輸入電壓Vi為電壓源進(jìn)行動(dòng)作。受電側(cè)的開關(guān)控制電路20以在受電側(cè)諧振機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的電壓、給負(fù)載的輸出電壓、或另外設(shè)置的電力提供源等為電源進(jìn)行動(dòng)作。

圖1(B)是由送電線圈np以及受電線圈ns構(gòu)成的電路的等效電路圖。送電線圈np以及受電線圈ns均以理想變壓器、互電感以及漏電感所形成的等效電路表征。即，送電線圈np以互電感Lm以及漏電感Lr表征。同樣地，受電線圈ns以互電感Lms以及漏電感Lrs表征。另外，圖1(B)中雖未明示，但在送電線圈np與受電線圈ns之間還產(chǎn)生等效的互電容Cml、Cm2。

上述送電線圈np和受電線圈ns，混合在其間等效形成的經(jīng)由互電感的磁場(chǎng)耦合以及經(jīng)由互電容Cml、Cm2的電場(chǎng)耦合，來(lái)構(gòu)成電磁場(chǎng)共振電路。通過(guò)該電磁場(chǎng)共振現(xiàn)象，從送電裝置PSU向受電裝置PRU進(jìn)行無(wú)線供電。該「電磁場(chǎng)共振電路」，是本發(fā)明所涉及的「電磁場(chǎng)耦合電路」的示例。

另一方面，未從送電裝置送電而反射的能量(無(wú)功功率)在送電側(cè)諧振機(jī)構(gòu)作為諧振能量而保存。另外，受電裝置所受電的能量當(dāng)中未提供給輸出而反射的能量(無(wú)功功率)也在受電側(cè)諧振機(jī)構(gòu)作為諧振能量而保存。如此能使相對(duì)于入射電力不會(huì)成為穿透電力的反射電力不作為能量損耗而作為諧振能量保存。

另外，通過(guò)使用形成于送電線圈np與受電線圈ns之間的、磁場(chǎng)耦合所引起的成為等效的電感的勵(lì)磁電感，能不需要或減小互電感器Lm、Lms的部件，能謀求電力傳輸系統(tǒng)裝置的小型輕量化。

另外，通過(guò)將送電線圈np或受電線圈ns的電感分量當(dāng)中不參與耦合的漏電感Lr、Lrs用作構(gòu)成送電側(cè)諧振機(jī)構(gòu)或受電側(cè)諧振機(jī)構(gòu)的電感器，能不需要或減小諧振電感器的部件，能謀求電力傳輸系統(tǒng)裝置的小型輕量化。

圖2(A)是對(duì)圖1所示的無(wú)線供電裝置101的能量變換動(dòng)作進(jìn)行表現(xiàn)的各部的電壓電流波形圖。該示例是開關(guān)元件進(jìn)行最佳零電壓開關(guān)(optimum ZVS)動(dòng)作的情況下的開關(guān)動(dòng)作波形。圖2(B)是表示現(xiàn)有的無(wú)線供電裝置的開關(guān)定時(shí)的示例的圖，是對(duì)應(yīng)于圖2(A)來(lái)表征的圖。

無(wú)線供電裝置101的各定時(shí)下的動(dòng)作如下那樣。

在本動(dòng)作中，送電裝置PSU的動(dòng)作狀態(tài)能按每個(gè)等效電路區(qū)分為接通期間、斷開期間、2個(gè)換流期間這4個(gè)狀態(tài)。將開關(guān)元件Q1、Q2的柵極-源極間電壓以電壓Vgsl、Vgs2表征，將漏極-源極間電壓以電壓Vds1、Vds2表征。包含電磁場(chǎng)耦合的多諧振電路的諧振頻率fr設(shè)定得稍低于6.78MHz，電抗設(shè)為充分小的電感性。開關(guān)元件Q1、Q2夾著兩方都成為斷開的短的死區(qū)時(shí)間td交替進(jìn)行接通/斷開動(dòng)作。在2個(gè)開關(guān)元件Q1、Q2都成為斷開的死區(qū)時(shí)間td，使用諧振電流ir的滯后電流對(duì)2個(gè)開關(guān)元件Q1、Q2的寄生電容Cds進(jìn)行充放電，從而進(jìn)行換流。在換流期間tc之后，在寄生二極管的導(dǎo)通期間ta接通開關(guān)元件Q1、Q2，來(lái)實(shí)現(xiàn)ZVS動(dòng)作。1開關(guān)周期中的各狀態(tài)下的能量變換動(dòng)作如下所示。

(1)狀態(tài)1時(shí)刻t1～t2

在送電側(cè)，在狀態(tài)1下，開關(guān)元件Q1表面上導(dǎo)通。例如在開關(guān)元件Q1是GaN FET的情況下，對(duì)開關(guān)元件Q1的兩端給予反向的電壓-Vdsl，從而對(duì)柵極-漏極間給予電壓(Vgd1)。開關(guān)元件Q1成為將閾值電壓作為偏置電壓的逆導(dǎo)通模式，如逆并聯(lián)二極管那樣動(dòng)作。開關(guān)元件Q1的兩端的等效的二極管Ddsl導(dǎo)通，在該期間將開關(guān)元件Q1接通來(lái)進(jìn)行ZVS動(dòng)作。在送電線圈np流過(guò)諧振電流ir，電容器Cr被充電。

在圖2(A)中，期間TQ1是開關(guān)元件Q1的漏極-源極間電壓(Vds1)稍微成為負(fù)電壓的期間，且是被施加?xùn)艠O-源極間電壓(Vgs1)而導(dǎo)通的期間。即，是開關(guān)元件Q1的第3象限中的動(dòng)作期間。如此，通過(guò)在開關(guān)元件Q1的接通時(shí)，在第3象限施加?xùn)艠O-源極間電壓(Vgs1)，該期間中的施加在開關(guān)元件Q1的漏極-源極間的反向的電壓變低，減低了導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗。

在受電側(cè)，二極管D3或D4導(dǎo)通，在受電線圈ns流過(guò)諧振電流irs。在二極管D3導(dǎo)通時(shí)，電容器Crs放電，將在受電線圈ns感應(yīng)的電壓和電容器Crs的兩端電壓相加來(lái)對(duì)負(fù)載Ro提供電壓(電力)。在二極管D4導(dǎo)通時(shí)，電容器Crs被充電。對(duì)負(fù)載Ro施加電容器Co的電壓來(lái)提供電力。若開關(guān)元件Q1切斷，則成為狀態(tài)2。

(2)狀態(tài)2時(shí)刻t2～t3

通過(guò)流向送電線圈np的諧振電流ir使得開關(guān)元件Q1的兩端電容器Cds1被充電，開關(guān)元件Q2的兩端電容器Cds2被放電。若電壓Vds1成為電壓Vi，電壓Vds2成為0V，則成為狀態(tài)3。

(3)狀態(tài)3時(shí)刻t3～t4

在送電側(cè)，在狀態(tài)3下開關(guān)元件Q2導(dǎo)通。例如在開關(guān)元件Q2是GaN FET的情況下，對(duì)開關(guān)元件Q2的兩端給予反向的電壓-Vds2，從而對(duì)柵極-漏極間給予電壓(Vgd2)。開關(guān)元件Q2成為將閾值電壓作為偏置電壓的逆導(dǎo)通模式，如逆并聯(lián)二極管那樣動(dòng)作。開關(guān)元件Q2的兩端的等效的二極管Dds2導(dǎo)通，通過(guò)在該期間將開關(guān)元件Q2接通來(lái)進(jìn)行ZVS動(dòng)作。在送電線圈np流過(guò)諧振電流ir，電容器Cr被放電。

在圖2(A)中，期間TQ2是開關(guān)元件Q2的漏極-源極間電壓(Vds2)稍微成為負(fù)電壓的期間，且是被施加?xùn)艠O-源極間電壓(Vgs2)而導(dǎo)通的期間。即，是開關(guān)元件Q2的第3象限中的動(dòng)作期間。如此，通過(guò)在開關(guān)元件Q2的接通時(shí)在第3象限施加?xùn)艠O-源極間電壓(Vgs2)，該期間中對(duì)開關(guān)元件Q2的漏極-源極間施加的反向的電壓變低，減低了導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗。

在受電側(cè)，二極管D3或D4導(dǎo)通，在受電線圈ns流過(guò)諧振電流irs。在二極管D3導(dǎo)通時(shí)，電容器Crs放電，在線圈ns感應(yīng)的電壓和電容器Crs的兩端電壓被相加，來(lái)對(duì)負(fù)載Ro提供電力。在二極管D4導(dǎo)通時(shí)，電容器Crs被充電。對(duì)負(fù)載Ro施加電容器Co的電壓來(lái)提供電力。若開關(guān)元件Q2切斷，則成為狀態(tài)4。

(4)狀態(tài)4時(shí)刻t4～t1

通過(guò)流向送電線圈np的諧振電流ir使得開關(guān)元件Q1的兩端電容器Cds1被放電，開關(guān)元件Q2的兩端電容器Cds2被充電。若電壓Vds1成為0V，電壓Vds2成為電壓Vi，則再度成為狀態(tài)1。以后周期性重復(fù)狀態(tài)1～4。

在受電電路中，二極管D3或D4導(dǎo)通而正向流過(guò)電流。在周期性的穩(wěn)態(tài)動(dòng)作中，電流ir、irs的波形因共振現(xiàn)象而大致成為正弦波。

另一方面，在現(xiàn)有的無(wú)線供電裝置中，如圖2(B)所示那樣，在不是第3象限動(dòng)作的定時(shí)(期間ta以外的定時(shí))接通。為此在開關(guān)元件Q1、Q2的接通時(shí)，在第3象限中不施加?xùn)艠O-源極間電壓(Vgs1、Vgs2)，該期間中對(duì)開關(guān)元件Q1、Q2的漏極-源極間施加的反向的電壓較高，產(chǎn)生導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗。關(guān)于第3象限動(dòng)作以及其期間的損耗，之后敘述。

作為基于開關(guān)控制的供電電力的控制，能采用幾種形態(tài)。其一是頻率控制PFM(Pulse Frequency Modulation，脈沖頻率調(diào)制)。利用多諧振電路的合成阻抗根據(jù)頻率而變化這點(diǎn)，通過(guò)使開關(guān)頻率變化，能使共振電流的振幅變化來(lái)控制供電電力，能提供與電子設(shè)備的要求相應(yīng)的電力來(lái)合適地進(jìn)行動(dòng)作。

另外，另外的開關(guān)控制是接通期間比控制ORM(On-periods Ratio Modulation，接通期間比調(diào)制)，使開關(guān)元件Q2(高側(cè)開關(guān)電路)和開關(guān)元件Q1(低側(cè)開關(guān)電路)以固定的開關(guān)頻率交替接通/斷開，從而控制高側(cè)開關(guān)電路與低側(cè)開關(guān)電路的導(dǎo)通期間的比率。根據(jù)ORM，在使開關(guān)頻率固定來(lái)進(jìn)行動(dòng)作的情況下，對(duì)成為2個(gè)開關(guān)電路S1、S2的導(dǎo)通期間的比率的接通期間比Da進(jìn)行控制。在接通期間比控制中，相對(duì)于開關(guān)周期的第1開關(guān)電路S1的導(dǎo)通期間的比率、即接通時(shí)比率D越接近于D＝0.5，則輸出電力越增加。根據(jù)接通期間比控制，由于能通過(guò)使用固定的開關(guān)頻率來(lái)限定利用頻率帶，因而EMC對(duì)策也變得容易。另外，還能改善控制輸出的控制性。

另外，通過(guò)對(duì)受電裝置PRU側(cè)的同步整流電路的動(dòng)作頻率進(jìn)行控制，從而能夠不是在送電裝置PSU側(cè)而是在受電裝置PRU側(cè)調(diào)整受電電力。通過(guò)相對(duì)于送電裝置PSU側(cè)的動(dòng)作頻率同步地使同步整流電路動(dòng)作，能得到更大的電力。另一方面，通過(guò)相對(duì)于送電裝置PSU側(cè)的動(dòng)作頻率錯(cuò)開同步來(lái)使同步整流電路動(dòng)作，能抑制受電電力來(lái)處置小的電力。

本實(shí)施方式的無(wú)線供電裝置101中，送電裝置PSU和受電裝置PRU是同樣構(gòu)成的電路，有對(duì)稱性，因此能用作雙方向電力傳輸系統(tǒng)裝置。即，受電側(cè)整流電路(S3、S4)從輸出部接受電力，并通過(guò)開關(guān)而作為送電側(cè)交流電壓產(chǎn)生電路發(fā)揮作用，送電側(cè)交流電壓產(chǎn)生電路(S1、S2)從輸出部接受電力，并通過(guò)開關(guān)而作為受電側(cè)整流電路發(fā)揮作用。

由此能進(jìn)行雙方向的供電，能從受電裝置PRU側(cè)向送電裝置PSU側(cè)提供電力，或者以受電裝置PRU側(cè)為中繼點(diǎn)將受電的電力進(jìn)一步向別處送電。另外，通過(guò)還能作為中繼系統(tǒng)利用，準(zhǔn)備多個(gè)本裝置來(lái)進(jìn)行中繼，能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的電力供電。

本實(shí)施方式的特征性構(gòu)成、作用如以下的(A)、(B)、(C)那樣。

(A)圖1所示的開關(guān)控制電路，以相對(duì)于多諧振電路讓阻抗成為電感性的開關(guān)頻率，對(duì)送電側(cè)交流電壓產(chǎn)生電路的開關(guān)元件進(jìn)行開關(guān)。即，流向多諧振電路(電磁場(chǎng)耦合電路、送電側(cè)諧振機(jī)構(gòu)以及受電側(cè)諧振機(jī)構(gòu)所形成的電路)的電流ir，成為比從送電側(cè)交流電壓產(chǎn)生電路(S1、S2)產(chǎn)生的交流電壓滯后的正弦波狀的諧振電流波形，在開關(guān)元件Q1、Q2的接通期間以及斷開期間這兩期間，經(jīng)由電磁場(chǎng)耦合電路從送電側(cè)向受電側(cè)傳送電力。如此，從送電側(cè)交流電壓產(chǎn)生電路觀察負(fù)載側(cè)看到的阻抗為電感性的電抗。由此在開關(guān)期間使「滯后諧振電流」產(chǎn)生，能進(jìn)行換流(commutation)，進(jìn)行開關(guān)電路S1、S2的并聯(lián)電容器Cds1、Cds2的充電或放電。

(B)開關(guān)控制電路10在開關(guān)元件Q1、Q2的電流電壓特性的第3象限中的動(dòng)作中，給予控制信號(hào)來(lái)使開關(guān)元件導(dǎo)通。在此電流電壓特性的4個(gè)象限如下那樣。

在圖2中，在時(shí)刻t3在開關(guān)元件Q2的柵極-源極間使控制電壓Vgs2成為正電壓，從而使開關(guān)元件Q2接通。從該時(shí)刻t3開始的期間ta相當(dāng)于開關(guān)元件Q2的第3象限中的動(dòng)作。另外，在時(shí)刻t1在開關(guān)元件Q1的柵極-源極間使控制電壓Vgs1成為正電壓，從而使開關(guān)元件Q1接通。從該時(shí)刻t1開始的期間ta相當(dāng)于開關(guān)元件Q1的第3象限中的動(dòng)作。

如此，開關(guān)控制電路10在開關(guān)元件Q1、Q2的第3象限動(dòng)作中，給予控制信號(hào)來(lái)使開關(guān)元件導(dǎo)通，由此減低開關(guān)元件Q1、Q2中的導(dǎo)通損耗。

(C)死區(qū)時(shí)間td小于將開關(guān)元件Q1、Q2的兩端電壓發(fā)生變化的換流期間tc和電流電壓特性的第3象限中的動(dòng)作期間ta合起來(lái)的時(shí)間(tc+ta)。進(jìn)而，確定死區(qū)時(shí)間td，使得在滿足tc≤td＜(tc+ta)的同時(shí)成為充分接近于換流期間tc的值。由此減低了開關(guān)元件Q1、Q2中的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗雙方。

圖3是表示用作開關(guān)元件Q1、Q2、Q3、Q4的化合物半導(dǎo)體的構(gòu)成的截面圖。該元件是GaN FET。特別是以增強(qiáng)型的氮化鎵(GaN)為基體的電力用晶體管。該晶體管是具有小的柵極電極16的區(qū)域和裸片區(qū)域的橫型結(jié)構(gòu)。在Si基板9上形成氮化鋁絕緣層11，在其上部形成GaN層12。在該GaN層的表面形成A1GaN電子生成層14，在該AlGaN電子生成層14的下表面形成2DEG(二維電子氣層)13。在AlGaN電子生成層14與源極電極17之間形成電介質(zhì)層15。源極電極17和漏極電極18穿透AlGaN層14的上部，與2DEG(二維電子氣層)13相伴接觸。由此在源極與漏極之問(wèn)，在直到2DEG中的電子聚集消失為止的期間形成短路電路。柵極電極16形成于AlGaN層的上部，在柵極結(jié)構(gòu)之下形成無(wú)載流子層，在此不存在電子。其結(jié)果，成為常斷、即增強(qiáng)型的器件。

GaN FET的電氣特性非常接近于Si MOSFET。GaN FET沒(méi)有Si MOSFET那樣的寄生二極管，通過(guò)不同的機(jī)制實(shí)現(xiàn)反向的導(dǎo)通。若在GaN FET的漏極-源極間給予反向的電壓-Vds，則柵極-漏極間被給予電壓Vgd。GaN FET成為將閾值電壓作為偏置電壓的逆導(dǎo)通，如逆并聯(lián)二極管那樣動(dòng)作。在GaN FET的兩端設(shè)想等效的二極管。僅多數(shù)載流子與GaN半導(dǎo)體的導(dǎo)通有關(guān)系，沒(méi)有一般的二極管那樣的「反向恢復(fù)」的現(xiàn)象。等效的內(nèi)部二極管的正向電壓高于Si MOSFET所具有的二極管的正向電壓降，如具有稍高于Si的正向電壓降的肖特基二極管那樣動(dòng)作。沒(méi)有少數(shù)載流子，反向恢復(fù)電荷量的值成為0。由此不會(huì)出現(xiàn)反向恢復(fù)特性導(dǎo)致的大的電力損耗。另外，柵極電容或輸出電容小，能進(jìn)行高速開關(guān)動(dòng)作。通過(guò)使用小型的封裝，還能減小寄生電容或寄生電感。

圖4(A)是按每個(gè)柵極電壓Vgs表示作為化合物半導(dǎo)體晶體管的GaN FET的漏極電流id與漏極電壓Vds的電流電壓特性的代表性的圖。在圖4(A)中，橫軸是漏極電壓Vds，縱軸是漏極電流id，表征4個(gè)象限。在第3象限的動(dòng)作中未給予柵極電壓的Vgs＝0V的狀態(tài)下，小的漏極電流id下也會(huì)產(chǎn)生大的反向漏極電壓(-Vds)。為此電力損耗(id×Vds)變得非常大。

在本實(shí)施方式中，通過(guò)在第3象限動(dòng)作中給予柵極電壓(例如Vgs＝5V)，能減小反向漏極電壓Vds的大小。由此能大幅減低電力損耗(id×Vds)。

另外，圖4(B)是按每個(gè)柵極電壓Vgs表示其他化合物半導(dǎo)體晶體管的漏極電流id與漏極電壓Vds的電流電壓特性的代表性的圖?？芍趫D4(B)所示的第3象限的動(dòng)作中，若相對(duì)于未給予柵極電壓的Vgs＝0V的狀態(tài)讓柵極電壓成為負(fù)電位，就會(huì)產(chǎn)生進(jìn)一步大的反向漏極電壓(-Vds)。為此，若柵極電壓Vgs成為小于0V的負(fù)電位，則電力損耗(id×Vds)變得非常大。

在本實(shí)施方式中，通過(guò)在第3象限動(dòng)作中將柵極電壓控制得不成為負(fù)電壓，能減低第3象限動(dòng)作中的電力損耗(id×Vds)，通過(guò)給予柵極電壓(例如Vgs＝+6V)，能減小反向漏極電壓Vds的大小從而減低電力損耗(id×Vds)。

另外，根據(jù)本實(shí)施方式，通過(guò)使用化合物半導(dǎo)體晶體管，進(jìn)一步起到如下那樣的效果。

·能在活用化合物半導(dǎo)體晶體管所具有的高速動(dòng)作的特性的同時(shí)減低化合物半導(dǎo)體晶體管中的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗雙方。

·不再需要連接正向電壓降小的逆并聯(lián)二極管，能削減部件數(shù)。由此能實(shí)現(xiàn)無(wú)線供電裝置的小型化。

·一般在化合物半導(dǎo)體晶體管中，由于柵極充電電荷量小，因此能減低驅(qū)動(dòng)化合物半導(dǎo)體的開關(guān)控制電路的電力損耗。

圖3所示的結(jié)構(gòu)的晶體管沒(méi)有Si MOSFET那樣的寄生二極管，通過(guò)不同的機(jī)制實(shí)現(xiàn)反向的導(dǎo)通。若在漏極-源極間給予逆電壓，則柵極-漏極間也被給予電壓Vgd。結(jié)果能設(shè)想等效的二極管，其成為將閾值電壓作為偏置電壓的逆導(dǎo)通，如逆并聯(lián)連接的二極管那樣動(dòng)作。但第3象限動(dòng)作中的反向的電壓降-Vds成為大于Si MOSFET的寄生二極管的電壓降的值。在Vgs＝0V的情況下，小的電流下也能具有偏置電壓，因而大到-1.8V程度。在除了最佳ZVS動(dòng)作以外的ZVS動(dòng)作中，等效的寄生二極管導(dǎo)通而產(chǎn)生導(dǎo)通損耗。如已經(jīng)敘述那樣，為了減低該導(dǎo)通損耗，在確保換流期間的范圍內(nèi)使死區(qū)時(shí)間最小來(lái)施加電壓Vgs，如同步整流動(dòng)作那樣接通，減小接通電阻Ron。

在式1中，通過(guò)設(shè)為期間tc＝td，能實(shí)現(xiàn)遵照最佳ZVS動(dòng)作的低的導(dǎo)通損耗動(dòng)作。通過(guò)設(shè)為電壓Vgs＝2～3V以上，反向的電壓降-Vds能與第1象限動(dòng)作同樣地成為充分小的值。

圖5(A)是表示相對(duì)于負(fù)載的電力變換效率的關(guān)系的圖，圖5(B)是表示相對(duì)于輸入電壓的電力變換效率的關(guān)系的圖。圖5(A)是將死區(qū)時(shí)間td調(diào)整到0～16ns、設(shè)為輸入電壓Vi＝15V并使負(fù)載電阻Ro＝90～160Ω變化的情況的圖，圖5(B)是設(shè)為負(fù)載電阻Ro＝110Ω并使輸入電壓Vi＝5～17V變化的情況的圖。都是在距離dx＝3mm的直流共振系統(tǒng)中遵照最佳ZVS動(dòng)作的動(dòng)作。

成為最小的開關(guān)期間的換流期間tc成為10ns程度。如圖5(A)、(B)所表征的那樣，在設(shè)定為死區(qū)時(shí)間td＝10ns時(shí)電力效率最高。如此，在使換流期間tc和死區(qū)時(shí)間td大致相等時(shí)，能實(shí)現(xiàn)遵照最佳ZVS動(dòng)作的動(dòng)作。

另一方面，若死區(qū)時(shí)間不足td＝10ns，則FET成為有源區(qū)域動(dòng)作而發(fā)生電流與電壓的重疊，由于不能實(shí)現(xiàn)充分的ZVS動(dòng)作，因此開關(guān)損耗增加。另外，若td＝10ns以上，則在FET中，在電流電壓特性的第3象限中的動(dòng)作中，產(chǎn)生對(duì)FET的控制端子給予控制信號(hào)而不使FET導(dǎo)通的期間，從而導(dǎo)通損耗增加。另外，變得不再能確保充分的FET的接通期間、即導(dǎo)通期間，諧振電流變小，輸出電力變小，從而電力變換效率降低。

圖6(A)、(B)是比較在開關(guān)元件中使用GaN FET的情況和使用Si MOSFET的情況下的電力變換效率的圖。圖6(A)是設(shè)為輸入電壓Vi＝15V并使負(fù)載電阻Ro＝20～160Ω變化的情況的圖，圖6(B)是設(shè)為負(fù)載電阻Ro＝110Ω并使輸入電壓Vi＝5～17V變化的情況的圖。都是對(duì)于GaN FET和Si MOSFET在距離dx＝3mm的直流共振系統(tǒng)中遵循最佳ZVS動(dòng)作的動(dòng)作。

根據(jù)圖6(A)，在Si MOSFET中，在Vi＝15V、Ro＝40Ω下得到最高電力變換效率87.1％、輸出4.01W。與此相對(duì)，在GaN FET中，調(diào)整為td＝10ns的死區(qū)時(shí)間，在負(fù)載Ro＝110Ω下達(dá)成壓倒性高效率的電力變換效率89.5％、輸出11.1W。

根據(jù)圖6(B)，在Si MOSFET中，在Vi＝7V下是最高DC-DC電力效率85.1％、輸出2.01W，與此相對(duì)，GaN FET調(diào)整為td＝10ns的死區(qū)時(shí)間，在Vi＝17V下達(dá)成非常高的DC-DC電力效率89.4％、輸出14.3W。在Si FET中，由于開關(guān)速度慢而電力效率以及輸出電壓降低。另一方面，GaN FET能充分應(yīng)對(duì)6.78MHz的高速動(dòng)作，通過(guò)死區(qū)時(shí)間調(diào)整達(dá)成了到目前為止沒(méi)有過(guò)的壓倒性高的電力變換效率。

根據(jù)本實(shí)施方式，起到如下那樣的效果。

(1)由于能減低開關(guān)元件中的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗雙方，因此能大幅抑制開關(guān)元件中的發(fā)熱。

(2)由于能減低開關(guān)元件中的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗雙方，因此能提高無(wú)線供電系統(tǒng)的電力效率。

(3)通過(guò)調(diào)整死區(qū)時(shí)間來(lái)防止開關(guān)元件中的橋接短路，能構(gòu)建可靠性高的無(wú)線供電系統(tǒng)。

(4)通過(guò)送電線圈np和受電線圈ns分別是空芯的線圈(電感器)而沒(méi)有了高頻區(qū)域中的磁性體所引起的損耗。由此能得到MHz頻帶下的高的電力變換效率。

(5)通過(guò)構(gòu)成利用送電線圈np與受電線圈ns的諧振來(lái)融合磁場(chǎng)耦合和電場(chǎng)耦合的電磁場(chǎng)耦合電路(電磁場(chǎng)共振電路)，即，通過(guò)不僅通過(guò)磁場(chǎng)耦合還通過(guò)電場(chǎng)耦合進(jìn)行電力傳輸，電力傳輸效率變高，能實(shí)現(xiàn)高效率動(dòng)作。

《第2實(shí)施方式》

在第2實(shí)施方式中示出分別在結(jié)構(gòu)上構(gòu)成送電側(cè)諧振機(jī)構(gòu)和受電側(cè)諧振機(jī)構(gòu)的示例。

圖7是第2實(shí)施方式的無(wú)線供電裝置102的電路圖。在該示例中，在送電線圈np和受電線圈ns中使用螺旋狀的線圈，分別在中央進(jìn)行供電。由此，送電裝置側(cè)的螺旋線圈具有等效電感Lp以及等效電容Cr，構(gòu)成諧振電路。同樣地，受電裝置側(cè)的螺旋線圈具有電感Ls以及電容Crs，構(gòu)成諧振電路。并且這2個(gè)螺旋狀線圈通過(guò)使卷繞軸大致對(duì)齊(大致同軸)，從而在送電線圈np與受電線圈ns之間形成電磁場(chǎng)共振耦合電路。其他構(gòu)成與第1實(shí)施方式所示的相同。

如此，在送電側(cè)諧振機(jī)構(gòu)和受電側(cè)諧振機(jī)構(gòu)相互交換電場(chǎng)能量和磁場(chǎng)能量，超越空間來(lái)提供電力。

根據(jù)本實(shí)施方式，能簡(jiǎn)單地構(gòu)成諧振機(jī)構(gòu)，能謀求部件數(shù)的削減。另外，能謀求無(wú)線供電系統(tǒng)的小型化。

《第3實(shí)施方式》

在第3實(shí)施方式中示出具備濾波器的無(wú)線供電裝置。

圖8是第3實(shí)施方式的無(wú)線供電裝置103的電路圖。在該示例中，在送電側(cè)交流電壓產(chǎn)生電路與送電側(cè)諧振機(jī)構(gòu)之間，具備包含電感器要素Lfp以及電容器要素Cfp的第1濾波器。另外，在受電側(cè)諧振機(jī)構(gòu)與整流電路之間，具備包含電感器要素Lfs以及電容器要素Cfs的第2濾波器。其他構(gòu)成與第1實(shí)施方式以及第2實(shí)施方式所示的相同。

第1濾波器、第2濾波器都作為低通濾波器起作用。這些低通濾波器確定阻斷頻率，以減低流向諧振機(jī)構(gòu)的電流波形的諧波分量。如此，通過(guò)具備濾波器而能減低流向諧振機(jī)構(gòu)的電流波形的諧波分量，能減低EMI(電磁干擾)噪聲。由此能提高與其他電子設(shè)備的EMC(電磁兼容性)。例如能抑制與無(wú)線通信設(shè)備等的串?dāng)_。另外，能通過(guò)濾波器變換諧振機(jī)構(gòu)的阻抗。即能謀求阻抗匹配。由此能提供適于負(fù)載的電流和電壓。

《第4實(shí)施方式》

圖9是第4實(shí)施方式的無(wú)線供電裝置104的電路圖。

開關(guān)控制電路20檢測(cè)輸出信息(向負(fù)載Ro輸出的電壓、電流或電力等)，經(jīng)由受電側(cè)通信電路50將反饋信息傳遞到送電裝置PSU側(cè)。送電側(cè)通信電路40，基于經(jīng)由信號(hào)傳遞單元30從受電側(cè)通信電路50接收到的輸出信息來(lái)控制送電側(cè)交流電壓產(chǎn)生電路(開關(guān)電路S1、S2)，從而控制供電電力。

上述受電側(cè)通信電路50是本發(fā)明所涉及的「輸出信息發(fā)送電路」的示例。另外，送電側(cè)通信電路40是本發(fā)明所涉及的「輸出信息接收電路」的示例。

通過(guò)如此基于從受電裝置反饋的信息來(lái)控制供電電力，能提供適于負(fù)載的電壓、電流。

另外，送電側(cè)通信電路40將針對(duì)開關(guān)元件Q1、Q2的控制定時(shí)信號(hào)傳遞到受電側(cè)通信電路50。開關(guān)控制電路20通過(guò)同步于該定時(shí)信號(hào)對(duì)開關(guān)元件Q3、Q4進(jìn)行開關(guān)，來(lái)進(jìn)行同步整流控制。

上述信號(hào)傳遞單元30例如使用無(wú)線通信電路將輸出信息傳遞到送電裝置側(cè)。另外，上述信號(hào)傳遞單元30將輸出信號(hào)變換成光信號(hào)來(lái)傳遞，將光信號(hào)變換成電信號(hào)(接收信號(hào))。通過(guò)這些構(gòu)成，能電絕緣地在送電裝置側(cè)調(diào)整供電電力。

《第5實(shí)施方式》

圖10是第5實(shí)施方式的無(wú)線供電裝置105的電路圖。在該無(wú)線供電裝置105中，在送電裝置PSU具備送電側(cè)通信電路41，其以輸入電源Vi為電源而動(dòng)作，將送電線圈np作為通信用的線圈(近場(chǎng)天線)利用。另外，在受電裝置PRU具備受電側(cè)通信電路51，其以受電裝置的輸出電壓為電源而動(dòng)作，將受電線圈ns作為通信用的線圈(近場(chǎng)天線)而利用。即，送電線圈np以及受電線圈ns兼具電力傳輸和信號(hào)通信的職責(zé)。由此能達(dá)成送電裝置的小型輕量化。

通信信號(hào)將電力傳輸?shù)念l率設(shè)為載波頻率，通過(guò)對(duì)其調(diào)制而重疊其中。因此通信信號(hào)還經(jīng)由電磁場(chǎng)共振場(chǎng)而通信。通過(guò)該通信，能從送電裝置向合適的(目的的)受電裝置傳輸各種數(shù)據(jù)或定時(shí)信號(hào)。或者，能從受電裝置向合適的(目的的)送電裝置傳輸各種數(shù)據(jù)或定時(shí)信號(hào)。例如能相互交換送電裝置側(cè)的各種狀態(tài)或受電裝置側(cè)的各種狀態(tài)?；蛘撸茈娧b置還能同步于送電裝置的開關(guān)元件的開關(guān)來(lái)進(jìn)行同步整流。

信號(hào)傳輸不同于電力傳輸，由于即使電力傳輸效率差也無(wú)關(guān)于損耗增大，因此可以使上述通信信號(hào)與電力傳輸用的頻率獨(dú)立。

最后，上述的實(shí)施方式的說(shuō)明在全部點(diǎn)上都是例示而并非限制。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，能適宜進(jìn)行變形以及變更。例如能進(jìn)行不同的實(shí)施方式中示出的構(gòu)成的部分的置換或組合。本發(fā)明的范圍不是由上述的實(shí)施方式而是由權(quán)利要求書給出。進(jìn)而在本發(fā)明的范圍中，意圖包含與權(quán)利要求書等同的意義以及范圍內(nèi)的全部變更。

標(biāo)號(hào)的說(shuō)明

PRU 受電裝置

PSU 送電裝置

np 送電線圈

ns 受電線圈

(np、ns) 電磁場(chǎng)耦合電路

Cr 第1諧振電容器

Crs 第2諧振電容器

Q1、Q2、Q3、Q4 開關(guān)元件

Q1 低側(cè)開關(guān)電路

Q2 高側(cè)開關(guān)電路

Ro 負(fù)載

S1、S2、S3、S4 開關(guān)電路

(S1、S2) 送電側(cè)交流電壓產(chǎn)生電路

(S3、S4) 受電側(cè)整流電路

(Cr、Lp) 送電側(cè)諧振機(jī)構(gòu)

(Crs、Ls) 受電側(cè)諧振機(jī)構(gòu)

(np、ns、Cr、Lp、Crs、Ls) 多諧振電路

td 死區(qū)時(shí)間

10、20 開關(guān)控制電路

9 基板

11 氮化鋁絕緣層

12 GaN層

13 2DEG(維電子氣層)

14 A1GaN電子生成層層

15 電介質(zhì)層

16 柵極電極

17 源極電極

18 漏極電極

20 開關(guān)控制電路

30 信號(hào)傳遞單元

40、41 送電側(cè)通信電路

50、51 受電側(cè)通信電路

101～105 無(wú)線供電裝置