具体实施方式
以下,参照附图,说明本发明的一实施方式的供电系统。
[第1实施方式]
图1是示出一例本发明所涉及的第1实施方式的供电系统100的简要框图。
在该图中,供电系统100具备供电装置1和受电装置2。
供电系统100是通过无线(非接触)方式从供电装置1向受电装置2供给电力的系统,例如,从供电装置1向受电装置2供给用于对受电装置2所具备的电池24进行充电的电力。受电装置2是例如便携电话终端、PDA等的电子设备,供电装置1例如为与受电装置2对应的充电器。
供电装置1具备供电线圈11、谐振电容器12、及电子部件30。
供电线圈11的第1端子与电源VCC连接,第2端子与节点N1连接。供电线圈11是例如通过电磁感应或电磁耦合,向受电装置2所具备的受电线圈21供给电力的线圈。供电线圈11与受电线圈21对置配置,在对电池24进行充电时,通过电磁感应向受电线圈21供电。
谐振电容器12与供电线圈11并联连接,是与供电线圈11谐振的电容器。在此,供电线圈11和谐振电容器12构成谐振电路10。谐振电路10以由供电线圈11的阻抗值和谐振电容器12的电容值确定的既定的谐振频率(例如,100kHz(千赫兹))谐振。
电子部件30是例如IC(Integrated Circuit:集成电路)等部件。再者,电子部件30也可为具备IC等的多个部件的模块等。电子部件30具备驱动晶体管31和驱动控制部40。
驱动晶体管31(开关元件)例如为FET晶体管(场效应晶体管),与谐振电路10串联连接。在本实施方式中,作为一例,就驱动晶体管31为N型沟道MOS(Metal Oxide Semiconductor:金属氧化物半导体)FET的情况进行说明。再者,在以下说明中,有时将MOSFET称为MOS晶体管,将N型沟道MOS晶体管称为NMOS晶体管。
具体而言,驱动晶体管31的源极端子与电源GND连接,栅极端子与驱动控制部40的输出信号线(节点N5)连接,漏极端子与节点N1连接。通过驱动控制部40的控制,驱动晶体管31周期性反复ON状态(导通状态)和OFF状态(非导通状态)。即,通过驱动晶体管31的开关动作,反复进行对谐振电路10的电力供给和谐振电路10的电力释放。由此,在供电线圈11产生周期性的信号,通过电磁感应从供电线圈11向受电线圈21供电。
驱动控制部40例如周期性控制驱动晶体管31的ON状态/OFF状态的。驱动控制部40具备电阻41、电阻42、及ON信号生成部50。
电阻41及电阻42在供电线圈11的第2端子即节点N1与电源GND之间串联连接。即,电阻41连接在节点N1与节点N2之间,电阻42连接在节点N2与电源GND之间。电阻41及电阻42作为将节点N1的电压降低到后级上连接的电路元件的耐压范围的电阻分压而起作用。电阻41及电阻42的电阻值根据后级上连接的电路元件的耐压而确定。
ON信号生成部50(第1信号生成部)具备反相器51、二极管52、电阻53、电容器54、集电极开路输出反相器55、电阻56、及控制晶体管57。
反相器51例如为将输入信号的逻辑反相后的信号输出的反相输出电路,输入端子与节点N2连接,输出端子与节点N3连接。
二极管52与电阻53并联连接在反相器51与集电极开路输出反相器55之间,阳极端子与节点N4连接,阴极端子与节点N3连接。在由于反相器51的输入的逻辑状态成为H状态(高电平状态)从而其输出成为L状态(低电平状态)的情况下,二极管52将蓄积在节点N4的电荷(被充电至电容器54的电荷)放电,使节点N4立即成为L状态。
电阻53与二极管52并联连接在节点N3与节点N4之间。此外,电容器54连接在节点N4与电源GND之间。该电阻53及电容器54构成RC电路,根据电阻53及电容器54的时间常数,确定后述的导通期间(ton期间)。
集电极开路输出反相器55是进行将输入信号反相后的集电极开路输出的反相输出电路,输入端子与节点N4连接,输出端子与节点N5连接。集电极开路输出反相器55例如在输入端子(节点N4)处于H状态的情况下,作为输出信号(信号Q1)向输出端子(节点N5)输出L状态。此外,集电极开路输出反相器55例如在输入端子(节点N4)处于L状态的情况下,作为输出信号(信号Q1)向输出端子(节点N5)输出开路(Open)状态(高阻抗状态)。
电阻56连接在电源VCC与节点N5之间,在与节点N5连接的集电极开路输出反相器55的输出端子、及控制晶体管57的漏极端子处于开路状态的情况下,作为将节点N5保持在H状态的上拉电阻起作用。
控制晶体管57例如为NMOS晶体管,源极端子(S)与电源GND连接,漏极端子(D)与节点N5连接。此外,控制晶体管57的栅极端子(G)与节点N2连接。
控制晶体管57例如在用电阻41及电阻42将供电线圈11端(节点N1)的电压分压后的节点N2的电压为控制晶体管57的阈值电压以上的情况下,成为ON状态,向漏极端子输出L状态。此外,控制晶体管57在节点N2的电压小于控制晶体管57的阈值电压的情况下,成为OFF状态,向漏极端子输出开路状态。
ON信号生成部50检测出供电线圈11端(节点N1)的电压的下降沿,从而控制晶体管57成为OFF状态,并且集电极开路输出反相器55输出ton期间(第1期间)的开路状态。然后,集电极开路输出反相器55在因RC电路而电容器54被充电从而节点N4成为H状态的情况下(相当于经过ton期间后),输出L状态。由此,ON信号生成部50从供电线圈11端(节点N1)的电压的下降沿开始向驱动晶体管31的栅极端子输出ton期间(第1期间)的H状态。
如此,ON信号生成部50在驱动晶体管31的两端间的电位差(节点N1的电压)成为既定的阈值范围内(例如,小于控制晶体管57的阈值电压的范围)的情况下,生成在预先确定的ton期间使驱动晶体管31为ON状态后,使驱动晶体管31为OFF状态的控制信号。
受电装置2具备受电线圈21、谐振电容器22、二极管23、及电池24。
受电线圈21是例如通过电磁感应或电磁耦合而由供电装置1所具备的供电线圈11供给电力的线圈。受电线圈21与供电线圈11对置配置,在进行电池24的充电时,通过电磁感应而从供电线圈11供电。
谐振电容器22与受电线圈21并联连接,是与受电线圈21谐振的电容器。在此,受电线圈21和谐振电容器22构成谐振电路,以由受电线圈21的阻抗值和谐振电容器22的电容值确定的既定的谐振频率(例如,100kHz)谐振。再者,在本实施方式中,受电装置2的谐振频率与供电装置1的谐振频率相等,例如为100kHz。
二极管23例如为整流用二极管,将在受电线圈21两端产生的交流电力(交流电压)变换为直流电力(直流电压),向电池24供给用于充电的电力。
电池24例如为蓄电池、二次电池,通过经二极管23整流后的直流电压而被充电。
下面,对本实施方式中的供电系统100的动作进行说明。
首先,参照图2,对供电系统100所具备的供电装置1的动作进行说明。
图2是示出一例本实施方式中的供电装置1的动作的时序图。
该图中,波形W1~W5从上至下依次分别表示(a)供电线圈11的端电压(节点N1的电压);(b)驱动晶体管31的栅极电压;(c)ON信号生成部50的信号Q1;(d)控制晶体管57的状态;以及(e)控制晶体管57的漏极电压的波形。此外,各波形的纵轴中(a)表示电压,(d)表示导通(ON)/非导通(OFF)的状态,(b)、(c)及(e)表示逻辑状态。此外,横轴表示时间。此外,电压Vth是用于使ON信号生成部50动作的阈值电压。
此外,该图中,从时刻T1到时刻T3的期间、以及从时刻T5到时刻T6的期间对应于ton期间。此外,从时刻T3到时刻T5的期间对应于断开期间(toff期间)。ton期间及toff期间例如被规定为ton期间和toff期间的合计期间收在谐振频率即100kHz的周期10μs(微秒)间。即,ton期间及toff期间是根据谐振电路10的谐振频率而确定的。
首先,在时刻T1,若供电线圈11的端电压下降至小于阈值电压Vth,则ON信号生成部50在信号Q1输出开路状态(Open状态)。即,在供电线圈11的端电压下降至小于阈值电压Vth的情况下,反相器51输出H状态,经由电阻53对电容器54开始充电。由此,节点N4的电压开始上升,但在时刻T1,节点N4尚处于L状态。因此,集电极开路输出反相器55在输出信号Q1输出开路状态(参照波形W3)。此外,在本说明书中,所谓供电线圈11的端电压表示节点N1的电压。
此外,另一方面,若供电线圈11的端电压下降至小于阈值电压Vth,则如波形W4所示,控制晶体管57成为OFF状态,其结果,如波形W5所示,控制晶体管57的漏极电压(漏极端子(D)的电压)成为开路状态。由此,经由电阻56而向节点N5供给电源VCC,如波形W2所示,驱动晶体管31的栅极电压成为H状态,因此驱动晶体管31成为ON状态。
接着,进行电容器54的充电,在时刻T2,若节点N4成为H状态,则集电极开路输出反相器55在输出信号Q1输出L状态(参照波形W3)。
其结果,在时刻T3,节点N5从H状态转变为L状态,驱动晶体管31成为OFF状态。由此,蓄积在谐振电路10的供电线圈11的电力被释放,谐振电路10使供电线圈11的端电压上升。
如此,ON信号生成部50在供电线圈11的端电压下降而成为小于阈值电压Vth的情况下,使驱动晶体管31的栅极电压输出ton期间(第1期间)的H状态。由此,驱动晶体管31成为ON状态,供电线圈11的端电压维持ton期间的0V。然后,经过ton期间后,ON信号生成部50使驱动晶体管31的栅极电压输出L状态,因此驱动晶体管31成为OFF状态。其结果,因为供电线圈11和谐振电容器12的谐振电路10而在供电线圈11的第2端子(节点N1)产生描绘周期性的弧的高电压。
接着,在时刻T4,若供电线圈11的端电压成为阈值电压Vth以上,则ON信号生成部50使信号Q1再次输出开路状态(Open状态)。即,在供电线圈11的端电压上升至阈值电压Vth以上的情况下,反相器51输出L状态,经由二极管52放电已充电至电容器54的电荷。由此,节点N4的电压再次成为L状态,因此集电极开路输出反相器55在输出信号Q1输出开路状态(参照波形W3)。
此外,另一方面,若供电线圈11的端电压上升至阈值电压Vth以上,则如波形W4所示,控制晶体管57成为ON状态,其结果,如波形W5所示,控制晶体管57输出L状态作为漏极电压,驱动晶体管31的栅极电压成为L状态,因此驱动晶体管31维持OFF状态。
接着,在时刻T5,若供电线圈11的端电压下降至小于阈值电压Vth,则与上述的时刻T1同样,ON信号生成部50在信号Q1输出开路状态,控制晶体管57成为OFF状态。其结果,驱动晶体管31的栅极电压成为H状态,因此驱动晶体管31再次成为ON状态。
在此,从时刻T3到时刻T5的toff期间,是供电线圈11的端电压因谐振电路10而从变化到既定的阈值范围外(0V~阈值电压Vth的范围外)后再回到既定的阈值范围内的期间。
下一时刻T6的供电装置1的动作与上述的时刻T3的供电装置1的动作相同。
即,驱动控制部40与供电线圈11的端电压的下降沿同步地,对驱动晶体管31进行开关,从而继续如波形W1所示的振荡。
如此,通过在供电线圈11产生如波形W1所示的电压波形,供电装置1以非接触方式向受电装置2的受电线圈21供给交流电力。
受电装置2中,二极管23将从供电装置1的供电线圈11供给至受电线圈21的交流电力整流(变换)为直流电力后向电池24供给,其结果,电池24被充电。
如以上说明地,本实施方式中的电子部件30具备与谐振电路10串联连接的驱动晶体管31、和控制驱动晶体管31的驱动控制部40。此外,谐振电路10具有向受电线圈21供电的供电线圈11以及与供电线圈11谐振的谐振电容器12。而且,驱动控制部40具备ON信号生成部50。ON信号生成部50在驱动晶体管31的两端间的电位差(例如,节点N1的电压)成为既定的阈值范围内(例如,0V~阈值电压Vth的范围内)的情况下,生成使驱动晶体管31在预先确定的ton期间(第1期间)为ON状态(导通状态)后,使驱动晶体管31为OFF状态(非导通状态)的控制信号。
由此,本实施方式中的电子部件30可对供电装置1的供电线圈11产生如波形W1所示的振荡。因此,本实施方式中的电子部件30不需要反馈线圈而能够进行无线供电。此外,去掉反馈线圈,可以仅用供电线圈11进行振荡,因此本实施方式中的电子部件30能够简化供电装置1的构成,能够省空间化(紧凑化)及轻量化。此外,本实施方式中的电子部件30无需进行调整供电线圈11和反馈线圈的线圈间的接合程度以使得稳定振荡等。因而,本实施方式中的电子部件30能够减少供电装置1的制造成本。
此外,在供电线圈11的端电压(节点N1的电压)为0V附近,ON信号生成部50进行驱动晶体管31的开关。即,在驱动晶体管31的两端间(源极端子-漏极端子间)的电位差为0V附近的情况下,进行驱动晶体管31的开关。由此,由于开关时驱动晶体管31的两端间(源极端子-漏极端子间)的电位变化较小,所以本实施方式中的电子部件30能够减少供电线圈11及驱动晶体管31的发热。
此外,本实施方式中的供电装置1具备电子部件30和具有供电线圈11及谐振电容器11的谐振电路10。此外,本实施方式中的供电系统100具备供电装置1和受电装置2,该受电装置2具备与供电线圈11对置配置的受电线圈21。
由此,本实施方式中的供电装置1及供电系统100与上述的电子部件30同样,不需要反馈线圈而能够进行无线供电。而且,本实施方式中的供电装置1及供电系统100能够减少供电装置1的制造成本。
接着,参照附图,说明本发明所涉及的第2实施方式。
[第2实施方式]
图3是示出一例本发明所涉及的第2实施方式的供电系统100a的简要框图。此外,该图中,对于与图1相同的构成标注相同的符号,省略其说明。
图3中,供电系统100a具备供电装置1a和受电装置2。
供电系统100a是从供电装置1a向受电装置2以无线(非接触)方式供给电力的系统,例如,从供电装置1a向受电装置2供给用于对受电装置2所具备的电池24进行充电的电力。
供电装置1a具备供电线圈11、谐振电容器12及电子部件30a,电子部件30a具备驱动晶体管31和驱动控制部40a。此外,驱动控制部40a具备电阻41、电阻42、ON信号生成部50及OFF信号生成部60。
此外,本实施方式中,具备OFF信号生成部60这一点与第1实施方式不同,以下,对OFF信号生成部60的构成进行说明。
OFF信号生成部60(第2信号生成部)在驱动晶体管31的两端间的电位差(节点N1的电压)脱离既定的阈值范围内(例如,0V~阈值电压Vth的范围内)的情况下,生成在经过预先确定的toffMAX期间(第2期间)之后,使驱动晶体管31为ON状态的控制信号。
在此,toffMAX期间表示上述的toff期间的上限值,例如,被规定为比驱动晶体管31的端电压(节点N1的电压)因谐振电路10而从0V上升后再回到0V的toff期间(第3期间)长。即,toffMAX期间被规定为比驱动晶体管31的两端间的电位差因谐振电路10而从变化为既定的阈值范围(例如,0V~阈值电压Vth的范围)外起再回到既定的阈值范围内的期间长。
此外,toff期间根据受电装置2的负载变动(与受电线圈21连接的负载变动)或由供电线圈11和受电线圈21的耦合造成的阻抗的变动而发生变动。toffMAX期间考虑了与受电装置2的负载变动、或由供电线圈11和受电线圈21的耦合造成的阻抗的变动对应的toff期间的变动量,被规定为比toff期间长。
例如,toffMAX期间通过下述的式(1)算出。
toffMAX期间=标准的toff期间+ΔTL+ΔTk+α ...(1)。
在此,标准的toff期间基于谐振电路10的谐振频率算出。此外,变动量ΔTL表示受电装置2的负载变动量,变动量ΔTk表示阻抗的变动量。变量α表示既定的余量。
此外,OFF信号生成部60具备缓冲器61、二极管62、电阻63、电容器64、及集电极开路输出缓冲器65。
缓冲器61例如为输出与输入信号相等的逻辑信号的输出电路,输入端子与节点N2连接,输出端子与节点N6连接。
二极管62与电阻63并联连接在缓冲器61与集电极开路输出缓冲器65之间,阳极端子与节点N7连接,阴极端子与节点N6连接。二极管62在缓冲器61的输出成为L状态的情况下,放电已蓄积在节点N7的电荷(被充电至电容器64的电荷),使节点N7立即成为L状态。
电阻63与二极管62并联连接在节点N6与节点N7之间。此外,电容器64连接在节点N7与电源GND之间。该电阻63及电容器64构成RC电路,根据电阻63及电容器64的时间常数,确定toffMAX期间。
集电极开路输出缓冲器65是将输入信号集电极开路输出的输出电路,输入端子与节点N7连接,输出端子与控制晶体管57的源极端子(S)连接。集电极开路输出缓冲器65例如在输入端子(节点N7)为H状态的情况下,作为输出信号(信号Q2)向输出端子输出开路状态(高阻抗状态)。此外,集电极开路输出缓冲器65例如在输入端子(节点N7)为L状态的情况下,作为输出信号(信号Q2)向输出端子输出L状态。
接着,对本实施方式中的供电系统100a的动作进行说明。
首先,参照图4及图5,对供电系统100a所具备的供电装置1a的动作进行说明。
图4是示出一例本实施方式中的供电装置1a的动作的时序图。此外,图4所示的时序图示出一例在受电装置2中不发生急剧的负载变动时的供电装置1a的动作。
该图中,波形W11~W16从上至下依次分别表示(a)供电线圈11的端电压(节点N1的电压);(b)驱动晶体管31的栅极电压;(c)ON信号生成部50的信号Q1;(d)OFF信号生成部60的输出Q2;(e)控制晶体管57的状态;以及(f)控制晶体管57的漏极电压的波形。此外,各波形的纵轴中,(a)表示电压,(e)表示导通(ON)/非导通(OFF)的状态,(b)~(d)、及(f)表示逻辑状态。此外,横轴表示时间。此外,电压Vth是用于使ON信号生成部50及OFF信号生成部60动作的阈值电压。
再者,该图中,从时刻T11到时刻T13的期间以及从时刻T15到时刻T16的期间,对应于ton期间。此外,从时刻T13到时刻T15的期间对应于toff期间。
该图中,时刻T11到时刻T16对应于图2中的时刻T1到时刻T6。此外,波形W11~W13、波形W15、及波形W16对应于图2中的波形W1~W5,由于是与第1实施方式同样的动作,故在此省略说明。再者,本实施方式中,追加了OFF信号生成部60的动作,但是因为是受电装置2中不发生急剧的负载变动时的动作,所以在toff期间达到toffMAX期间之前转移到ton期间。因此,OFF信号生成部60将输出Q2维持在L状态,不会输出H状态。因而,在受电装置2中不发生急剧的负载变动的情况下,供电装置1a进行与第1实施方式同样的操作。
在图4所示的情况下,OFF信号生成部60中,根据时刻T14的供电线圈11的端电压(波形W11)的上升沿,缓冲器61输出H状态,经由电阻63开始对电容器64的充电。由此,节点N7的电压逐渐上升。接着,根据时刻T15的供电线圈11的端电压的下降沿,缓冲器61再次输出L状态,经由二极管62使电容器64放电从而使节点N7回到0V的状态。如此,在该情况下,供电线圈11的端电压不会维持toffMAX期间以上的期间的阈值电压Vth以上的状态,因此OFF信号生成部60将输出Q2维持在L状态。
另一方面,在供电线圈11的端电压超过阈值电压Vth的期间,控制晶体管57维持ON状态。因此,驱动晶体管31的栅极电压维持toff期间(例如,从时刻T13到时刻T15的期间)的L状态。
图5是示出另一例本实施方式中的供电装置1a的动作的时序图。此外,图5所示的时序图示出一例受电装置2中发生急剧的负载变动时的供电装置1a的动作。
该图中,波形W21~W26从上至下依次分别表示(a)供电线圈11的端电压(节点N1的电压);(b)驱动晶体管31的栅极电压;(c)ON信号生成部50的信号Q1;(d)OFF信号生成部60的输出Q2;(e)控制晶体管57的状态;以及(f)控制晶体管57的漏极电压的波形。此外,波形W20为了进行比较而示出不具备OFF信号生成部60时的供电线圈11的端电压(节点N1的电压)的波形。
此外,各波形的纵轴中,(a)表示电压,(e)表示导通(ON)/非导通(OFF)的状态,(b)~(d)、及(f)表示逻辑状态。此外,横轴表示时间。此外,电压Vth是用于使ON信号生成部50及OFF信号生成部60动作的阈值电压。
此外,该图中,从时刻T21到时刻T23的期间以及从时刻T26到时刻T28的期间,对应于ton期间。此外,从时刻T28到时刻T29的期间对应于toff期间。
如图5所示,首先,在时刻T21,若供电线圈11的端电压下降至小于阈值电压Vth,则ON信号生成部50在信号Q1输出开路状态。即,在供电线圈11的端电压下降至阈值电压Vth的情况下,反相器51输出H状态,经由电阻53开始对电容器54的充电。由此,节点N4的电压开始上升,但是在时刻T21,节点N4尚处于L状态。因此,集电极开路输出反相器55在输出信号Q1输出开路状态(参照波形W23)。
此外,另一方面,若供电线圈11的端电压下降至小于阈值电压Vth,则如波形W25所示,控制晶体管57成为OFF状态,其结果,如波形W26所示,控制晶体管57的漏极电压(漏极端子(D)的电压)成为开路状态。由此,电源VCC经由电阻56供给至节点N5,如波形W22所示,驱动晶体管31的栅极电压成为H状态,因此驱动晶体管31成为ON状态。
接着,进行电容器54的充电,在时刻T22,若节点N4成为H状态,则集电极开路输出反相器55在输出信号Q1输出L状态(参照波形W23)。
其结果,在时刻T23,节点N5从H状态转变为L状态,驱动晶体管31成为OFF状态。由此,释放蓄积在谐振电路10的供电线圈11的电力,谐振电路10使供电线圈11的端电压上升。即,根据供电线圈11和谐振电容器12的谐振电路10,在供电线圈11的第2端子(节点N1)产生描绘周期性的弧的高电压。
接着,在供电线圈11的端电压超过阈值电压Vth的时刻T24,控制晶体管57从OFF状态转变为ON状态。此外,OFF信号生成部60的缓冲器61输出H状态,经由电阻63开始对电容器64的充电。
在此,如果是在受电装置2中不发生急剧的负载变动的通常情况,在供电线圈11的第2端子(节点N1)如描绘弧地再下降到0V附近,但是在受电装置2中发生急剧的负载变动的情况下,供电线圈11的端电压成为如波形W20所示的电压波形。这是因为,在受电装置2中发生急剧的负载变动,故供电线圈11的磁能消耗发生变动,其结果,供电线圈11的端电压不能下降到0V,会接近电源VCC的电压Vcc。
但是,由于本实施方式中的供电装置1a具备OFF信号生成部60,故在经过toffMAX期间的时刻T25,OFF信号生成部60的节点N7的电压因电容器64的充电而成为H状态,其结果,集电极开路输出缓冲器65在输出Q2输出开路状态。即,OFF信号生成部60在输出Q2输出开路状态。在此,ON信号生成部50的信号Q1也为开路状态,因此节点N5根据经由电阻56从电源VCC供给的电压而成为H状态。
由此,驱动晶体管31的栅极电压成为H状态,因此在时刻T26,驱动晶体管31成为ON状态。
然后,由于供电线圈11的端电压下降至小于阈值电压Vth,在时刻T27,ON信号生成部50再开始ton期间。即,在从时刻T27到时刻T28的期间,ON信号生成部50向驱动晶体管31的栅极端子输出使驱动晶体管31为ON状态的控制信号。
如以上说明地,本实施方式中的驱动控制部40a具备OFF信号生成部60,其在驱动晶体管31的两端间的电位差脱离既定的阈值范围内的情况下,生成经过预先确定的toffMAX期间(第2期间)之后,使驱动晶体管31为ON状态的控制信号。
由此,本实施方式中的电子部件30a不仅发挥与第1实施方式同样的效果,而且例如在受电装置2中发生急剧的负载变动的情况下也能稳定地进行振荡。
此外,在本实施方式中,toffMAX期间被规定为比驱动晶体管31的两端间的电位差因谐振电路10而从变化到既定的阈值范围外(例如,0V~阈值电压Vth的范围外)起再回到既定的阈值范围内的toff期间长。
由此,本实施方式中的电子部件30a能够在受电装置2中未发生急剧的负载变动等的通常动作中,防止OFF信号生成部60在供电线圈11的端电压成为0V附近之前动作。在通常动作中,本实施方式中的电子部件30a在供电线圈11的端电压为0V附近时能够进行驱动晶体管31的开关,因此能够效率良好地向受电装置2供电,并且能够减少供电线圈11及驱动晶体管31的发热。
此外,在本实施方式中,toffMAX期间是考虑与连接在受电线圈21的负载变动对应的toff期间的变动量后确定的。
由此,本实施方式中的电子部件30a在受电装置2的负载发生变动的情况下,也能效率良好地向受电装置2供电,并且能够减少供电线圈11及驱动晶体管31的发热。
此外,在本实施方式中,toffMAX期间是考虑与由供电线圈11和受电线圈21的耦合造成的阻抗的变动对应的toff期间的变动量后规定的。
由此,本实施方式中的电子部件30a在供电线圈11和受电线圈21的位置关系发生变动的情况下,也能效率良好地向受电装置2供电,并且能够减少供电线圈11及驱动晶体管31的发热。
此外,在本实施方式中,ton期间及toffMAX期间是基于谐振电路10的谐振频率确定的。本实施方式中的电子部件30a基于谐振电路10的谐振频率,适当地设定ton期间及toffMAX期间,从而能够使振荡的频率接近谐振频率。因此,本实施方式中的电子部件30a能够通过简易的手段提高从供电装置1a到受电装置2的供电效率。
此外,在本实施方式中,ON信号生成部50及OFF信号生成部60分别具备电阻(53、63)及电容器(54、64)。基于ON信号生成部50及OFF信号生成部60各自所具备的电阻(53、63)及电容器(54、64)所决定的时间常数,生成ton期间及toffMAX期间。
由此,本实施方式中的电子部件30a能够通过简易的构成稳定地进行振荡。
此外,本实施方式中的供电装置1a及供电系统100a与电子部件30a同样地,例如在受电装置2中发生急剧的负载变动的情况下,也能稳定地进行振荡。
接着,参照附图,对本发明所涉及的第3实施方式进行说明。
[第3实施方式]
图6是示出一例本发明所涉及的第3实施方式的供电系统100b的简要框图。此外,该图中,对于与图1及图3相同的构成标注相同的符号,并省略其说明。
图6中,供电系统100b具备供电装置1b和受电装置2。
供电系统100b是以无线(非接触)方式从供电装置1b向受电装置2供给电力的系统,例如,从供电装置1b向受电装置2供给用于对受电装置2所具备的电池24进行充电的电力。
供电装置1b具备供电线圈11、谐振电容器12、及电子部件30b,电子部件30b具备驱动晶体管31和驱动控制部40b。此外,驱动控制部40b具备电阻41、电阻42、AND电路43、ON信号生成部50、OFF信号生成部60、及发热防止部70。
再者,本实施方式中,具备发热防止部70和AND电路43这一点,与第2实施方式不同,以下,对发热防止部70及AND电路43的构成进行说明。
在toff期间(在此,相当于第4期间)为预先确定的toffMIN期间以下的情况下,发热防止部70使驱动晶体管31处于预先确定的振荡停止期间(第5期间)的OFF状态。发热防止部70具备OFF期间判定部71和长周期定时器部72。
OFF期间判定部71(判定部)判定供电线圈11的端电压从0V上升并再回到0V的期间是否在预先确定的既定的阈值期间(例如,toffMIN期间)以下。即,OFF期间判定部71检测供电线圈11的端电压从0V上升并再回到0V的期间(第4期间),并判定所检测的该期间例如是否在toffMIN期间以下。再者,供电线圈11的端电压从0V上升并再回到0V的期间与使驱动晶体管31为OFF状态的toff期间对应。OFF期间判定部71在判定结果toff期间为toffMIN期间以下的情况下,作为输出信号,例如输出L状态。此外,OFF期间判定部71在判定结果为toff期间比toffMIN期间长的情况下,作为输出信号例如输出H状态。
长周期定时器部72(第3信号生成部)在通过OFF期间判定部71判定toff期间为toffMIN期间以下的情况下,生成使驱动晶体管31在预先确定的振荡停止期间为OFF状态的控制信号。长周期定时器部72输出振荡停止期间的成为L状态的控制信号作为输出Q3。此外,长周期定时器部72例如与上述的ON信号生成部50及OFF信号生成部60同样,具备电阻(未图示)及电容器(未图示)。该电阻及电容器构成RC电路,根据电阻及电容器的时间常数,确定振荡停止期间。
AND电路43是对2个输入信号进行AND逻辑运算(逻辑与运算)的运算电路。AND电路43的第1输入端子与节点N5连接,第2输入端子与长周期定时器部72的输出Q3的信号线连接。此外,AND电路43的输出端子与驱动晶体管31的栅极端子连接。AND电路43在上述的振荡停止期间其输出Q3成为L状态,因此向驱动晶体管31的栅极端子输出L状态。结果,驱动晶体管31以使toff期间延长预先确定的振荡停止期间的方式成为OFF状态。
接着,对本实施方式中的供电系统100b的动作进行说明。
首先,参照图7,说明供电系统100b所具备的供电装置1b的动作。
图7是示出一例本实施方式中的供电装置1b的动作的时序图。此外,受电装置2中发生急剧的负载变动时的供电装置1b的动作,与图5所示的第2实施方式相同,因此在这里省略说明。
图7中,波形W31~W37从上至下依次分别表示(a)供电线圈11的端电压(节点N1的电压);(b)驱动晶体管31的栅极电压;(c)ON信号生成部50的信号Q1;(d)OFF信号生成部60的输出Q2;(e)控制晶体管57的状态;(f)控制晶体管57的漏极电压;以及(g)长周期定时器部72的输出Q3的波形。此外,各波形的纵轴中,(a)表示电压,(e)表示导通(ON)/非导通(OFF)的状态,(b)~(d)、(f)、及(g)表示逻辑状态。此外,横轴表示时间。此外,电压Vth是用于使ON信号生成部50及OFF信号生成部60动作的阈值电压。
再者,该图中,从时刻T31到时刻T33的期间、从时刻T33到时刻T34的期间、以及从时刻T38到时刻T39的期间,对应于ton期间。此外,从时刻T32到时刻T34的期间、时刻T37以后的期间,对应于toff期间。
首先,在时刻T31,ON信号生成部50使驱动晶体管31的栅极电压成为H状态,在时刻T32使驱动晶体管31的栅极电压成为L状态。即,在从时刻T31到时刻T32的期间(ton期间),ON信号生成部50如波形W32所示,使驱动晶体管31的栅极电压成为H状态后,成为L状态。由此,驱动晶体管31在从时刻T31到时刻T32的期间,成为ON状态后再成为OFF状态。
接着,在时刻T33,如波形W33所示,因供电线圈11的端电压的下降沿而ON信号生成部50再动作,使驱动晶体管31的栅极电压成为H状态,驱动晶体管31成为ON状态。然后,与从时刻T31到时刻T32的期间同样地,ON信号生成部50在从时刻T33到时刻T34的期间,使驱动晶体管31成为ON状态后,成为OFF状态。
在此,例如,在供电系统100b的使用者因失误而向供电线圈11上放置了硬币等金属异物的情况下,有在金属异物产生涡流并发热的情况。在这种情况下,如从时刻T34到时刻T35的期间那样,供电线圈11的端电压在短时间内下降。
在本实施方式中,在时刻T35,发热防止部70的OFF期间判定部71判定驱动晶体管31成为OFF状态的toff期间例如是否在toffMIN期间以下。在此,OFF期间判定部71的判定结果为toff期间为toffMIN期间以下,因此作为输出信号例如输出L状态。然后,发热防止部70的长周期定时器部72基于OFF期间判定部71输出的输出信号(H状态),使输出Q3在振荡停止期间成为L状态。由此,AND电路43向驱动晶体管31的栅极端子输出L状态,并停止振荡。
接着,在时刻T37,成为从供电线圈11的端电压的上升沿开始toffMAX期间以上,OFF信号生成部60在输出Q2输出H状态,但是长周期定时器部72输出L状态,因此驱动晶体管31的栅极电压维持L状态。结果,驱动晶体管31以使toff期间延长预先确定的振荡停止期间的方式成为OFF状态。再者,在停止振荡的期间,供电线圈11的端电压收敛到电源VCC的电压Vcc。
然后,在时刻T38,长周期定时器部72达到振荡停止期间,使输出Q3成为H状态。由此,AND电路43向驱动晶体管31的栅极端子输出H状态,再开始振荡(toff期间)。即,OFF信号生成部60在输出Q2输出H状态,因此AND电路43向驱动晶体管31的栅极端子输出H状态,开始从时刻T38到时刻T39的ton期间。
如此,本实施方式中的供电装置1b在向供电线圈11上放置了硬币等金属异物的情况下,发热防止部70停止振荡既定期间(振荡停止期间),进行间歇振荡。
如以上说明地,本实施方式中的电子部件30b具备驱动控制部40b,驱动控制部40b具备OFF期间判定部71和长周期定时器部72。OFF期间判定部71判定因ON信号生成部50而驱动晶体管31成为OFF状态的toff期间(第4期间)是否为预先确定的既定的阈值期间(toffMIN期间)以下。长周期定时器部72在通过OFF期间判定部71判定toff期间为toffMIN期间以下的情况下,生成在预先确定的振荡停止期间(第5期间)使驱动晶体管31为OFF状态的控制信号。
由此,本实施方式中的电子部件30b例如在供电线圈11上放置了硬币等金属异物的情况下,进行间歇振荡,因此能够减少发热。此外,本实施方式中的电子部件30b仅将振荡停止预先确定的振荡停止期间,在振荡停止期间后再开始振荡,因此在取出了金属异物时,能够立即进行向受电装置2的供电。
此外,本实施方式中的供电装置1b及供电系统100b与电子部件30b同样,例如在供电线圈11上放置了硬币等金属异物的情况下,进行间歇振荡,因此能够减少发热。
接着,参照附图,说明本发明所涉及的第4实施方式。
[第4实施方式]
图8是示出一例本发明所涉及的第4实施方式的供电系统100c的简要框图。此外,该图中,对于与图6相同的构成标注相同的符号,并省略其说明。
在图8中,供电系统100c具备供电装置1c和受电装置2。供电系统100c是以无线(非接触)方式从供电装置1c向受电装置2供给电力的系统,例如,从供电装置1c向受电装置2供给用于对受电装置2所具备的电池24进行充电的电力。
供电装置1c具备供电线圈11、谐振电容器12、及电子部件30c,电子部件30c具备驱动晶体管31和驱动控制部40c。此外,驱动控制部40c具备AND电路43、缓冲器44、ON信号生成部50a、OFF信号生成部60a、及发热防止部70a。
此外,在本实施方式中,ON信号生成部50a及OFF信号生成部60a代替集电极开路输出而采用H状态或L状态的逻辑状态的输出这一点;和使ON信号生成部50a、OFF信号生成部60a、及发热防止部70a包含第1实施方式中由电阻41及电阻42形成的电平移位功能这一点,与第3实施方式不同。以下,对与第2实施方式不同的构成进行说明。
ON信号生成部50a具备反相器51a、二极管52、电阻53、电容器54、反相器55a、及选择开关部58,除了反相器51a、反相器55a及选择开关部58不同这一点以外,与第3实施方式的ON信号生成部50同样。
反相器51a在内部具备用电阻分压进行的电平移位功能,是输出将输入信号逻辑反相后的信号的反相输出电路,输入端子与节点N1连接,输出端子与节点N3连接。
反相器55a是输出将输入信号逻辑反相后的信号的反相输出电路,输入端子与节点N4连接,输出端子与选择开关部58的A端子连接。
选择开关部58是例如根据控制信号选择A端子的输入和B端子的输入并加以输出的选择器电路。选择开关部58经由具备电平移位功能的缓冲器44而输入供电线圈11的端电压(节点N1的电压)作为控制信号,将A端子的输入或B端子的输入输出至AND电路43。在缓冲器44的输出为H状态的情况下,选择开关部58选择B端子的输入信号(信号Q2)并加以输出。此外,在缓冲器44的输出为L状态的情况下,选择开关部58选择A端子的输入信号(信号Q1)并加以输出。
OFF信号生成部60a具备缓冲器61a、二极管62、电阻63、电容器64、及缓冲器65a,除了缓冲器61a及缓冲器61a不同这一点以外与第3实施方式的OFF信号生成部60同样。
缓冲器61a在内部具备用电阻分压进行的电平移位功能,是输出与输入信号相等的逻辑信号的输出电路,输入端子与节点N1连接,输出端子与节点N6连接。
缓冲器65a是输出与输入信号相等的逻辑信号的输出电路,输入端子与节点N7连接,输出端子与选择开关部58的B端子连接。
发热防止部70a具备缓冲器73、OFF期间判定部71、长周期定时器部72,除了具备缓冲器73这一点以外与第3实施方式的发热防止部70同样。在此,缓冲器73是具备电平移位功能的缓冲器电路。
接着,说明本实施方式中的供电系统100c的动作。
首先,参照图9及图10,说明供电系统100c所具备的供电装置1c的动作。
图9是示出另一例本实施方式中的供电装置1c的动作的时序图。此外,图9所示的时序图,示出一例受电装置2中发生急剧的负载变动时的供电装置1c的动作。
该图中,波形W41~W45从上至下依次分别表示(a)供电线圈11的端电压(节点N1的电压);(b)驱动晶体管31的栅极电压;(c)ON信号生成部50a的信号Q1;(d)OFF信号生成部60a的输出Q2;以及(e)选择开关部58的状态的波形。此外,为了进行比较,波形W40示出不具备OFF信号生成部60a时的供电线圈11的端电压(节点N1的电压)的波形。
再者,各波形的纵轴中,(a)表示电压,(e)表示A端子侧(Q1)/B端子侧(Q2)的状态,(b)~(d)表示逻辑状态。此外,横轴表示时间。此外,电压Vth是用于使ON信号生成部50a及OFF信号生成部60a动作的阈值电压。
图9所示的供电装置1c的动作,除了控制晶体管57的状态置换为选择开关部58的状态这一点以外,与图5所示的供电装置1a的动作同样,因此在这里省略说明。在此,时刻T41~T49与图5中的时刻T21~T29对应。
图10是示出另一例本实施方式中的供电装置1c的动作的时序图。在此,图10所示的时序图与图7同样,示出一例供电系统100c的使用者因失误而在供电线圈11上放置了硬币等金属异物时的供电装置1c的动作。
图10中,波形W51~W56从上至下依次分别表示(a)供电线圈11的端电压(节点N1的电压);(b)驱动晶体管31的栅极电压;(c)ON信号生成部50a的信号Q1;(d)OFF信号生成部60a的输出Q2;(e)选择开关部58的状态;以及(f)长周期定时器部72的输出Q3的波形。再者,各波形的纵轴中,(a)表示电压,(e)表示A端子侧(Q1)/B端子侧(Q2)的状态,(b)~(d)及(f)表示逻辑状态。此外,横轴表示时间。此外,电压Vth是用于使ON信号生成部50a及OFF信号生成部60a动作的阈值电压。
此外,该图中,从时刻T51到时刻T53的期间、从时刻T53到时刻T54的期间、及从时刻T58到时刻T59的期间,对应于ton期间。此外,从时刻T52到时刻T54的期间、时刻T57以后的期间,对应于toff期间。
图10所示的供电装置1c的动作除了控制晶体管57的状态置换为选择开关部58的状态这一点以外,与图7所示的供电装置1b的动作同样,因此在这里省略说明。在此,时刻T51~T59对应于图7中的时刻T31~T39。
如以上说明地,本实施方式中的电子部件30c、供电装置1c、及供电系统100c具备选择开关部58,通过取代第3实施方式中的利用集电极开路输出进行的连接而利用通常的逻辑输出进行的连接,进行驱动晶体管31的控制。由此,本实施方式中的电子部件30c、供电装置1c、及供电系统100c,能够进行与第3实施方式同样的动作,因此发挥与第3实施方式同样的效果。
再者,本发明并不限定于上述的各实施方式,在不超出本发明的宗旨的范围内可做变更。
例如,在上述的各实施方式中,说明了驱动晶体管31用NMOS晶体管的情况,但是也可以用PMOS晶体管(P型沟道MOS晶体管)。在该情况下,构成为PMOS晶体管串联连接在谐振电路10的电源VCC侧,驱动控制部40(40a~40c)进行逻辑反相的控制。
此外,在上述的第4实施方式中,说明了对第3实施方式取代利用集电极开路输出进行的连接而采用利用通常的逻辑输出进行的连接的情况,但是也可以对于第1及第2实施方式同样适用。
此外,在上述的第1~第3实施方式中,也可以取代利用集电极开路输出进行的连接而采用利用漏极开路输出进行的连接。
此外,在上述的各实施方式中,说明了对输入供电线圈11的端电压的各构成采用电平移位功能的情况,但是也可以是在电路元件的耐压高于供电线圈11的端电压的情况下,不具备电平移位功能的构成。
此外,在上述的各实施方式中,说明了ON信号生成部50(50a)、OFF信号生成部60(60a)、及发热防止部70(70a)利用电阻及电容器的时间常数,生成各控制的定时信号(Q1、Q2、Q3)的情况,但并不限定于此。例如,ON信号生成部50(50a)、OFF信号生成部60(60a)、及发热防止部70(70a)也可以利用采用既定的时钟信号的定时器电路,生成各控制的定时信号(Q1、Q2、Q3)。
此外,在上述的第1~第3实施方式中,说明了ON信号生成部50包含控制晶体管57的方式,但是也可为ON信号生成部50中不包含控制晶体管57的方式。
此外,在上述的各实施方式中,说明了电子部件30(30a~30c)不包含驱动晶体管31的方式,但是也可以使电子部件30(30a~30c)包含驱动晶体管31。
此外,在上述的各实施方式中,说明了供电系统100(100a~100c)作为一例,供给用于对受电装置2的电池24进行充电的电力的情况,但并不限定于此。例如,供电系统100(100a~100c)也可以供给用于使受电装置2或连接在受电装置2的装置动作的电力。
此外,电子部件30(30a~30c)或电子部件30(30a~30c)所具备的各构成,也可以用专门的硬件来实现。此外,电子部件30(30a~30c)或电子部件30(30a~30c)所具备的各构成,也可以由存储器及CPU构成,在存储器中加载用于实现电子部件30(30a~30c)或电子部件30(30a~30c)所具备的各构成的程序,并通过执行来实现其功能。
符号说明
1、1a、1b、1c 供电装置;2 受电装置;10 谐振电路;11 供电线圈;12、22 谐振电容器;21 受电线圈;23、52、62 二极管;24 电池;30、30a、30b、30c 电子部件;31 驱动晶体管;40、40a、40b、40c 驱动控制部;41、42、53、56、63 电阻;43 AND电路;50、50a ON信号生成部;51、51a 反相器;54、64 电容器;55 集电极开路输出反相器;55a 反相器;57 控制晶体管;58 选择开关部;60、60a OFF信号生成部;44、61、61a 缓冲器;65 集电极开路输出缓冲器;65a 缓冲器;70、70a 发热防止部;71 OFF期间判定部;72 长周期定时器部;73 缓冲器;100、100a、100b、100c 供电系统。