CN104682570A - 非接触电力传输电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种非接触电力传输电路，其能够使从受电线圈经由整流电路输出的输出电压的变动幅度变窄。一种非接触电力传输电路，其基于第一指令值和第二指令值中任一小的一方控制驱动电路输出的交流电压的周期。在此，第一指令值为基于从整流电路输出的输出电压的检测值和其目标值之差的指令值，第二指令值为基于在送电线圈中流过的送电电流的检测值和其目标值之差所计算的指令值。

Description

非接触电力传输电路
技术领域
本发明涉及以非接触传输电力的非接触电力传输电路。
背景技术
近年来，从送电侧向受电侧以非接触传输电力的非接触电力传输技术受到关注。例如，在专利文献1中，公示了一种使用该非接触电力传输技术的电力传输系统。在该电力传输系统中，在送电侧和受电侧的位置关系变化的情况下，即，在送电侧线圈(送电侧天线)和受电侧线圈(受电侧天线)的耦合系数变化时，通过控制经由整流部与受电侧线圈(受电侧天线)连接的DCDC转换器(升降压部)的动作，使电池的充电效率提高。这样，只要控制DCDC转换器(升降压部)的动作，即使从整流部输出的电压变动，也能够向电池供给最合适的充电电压。
专利文献1：日本特开2013－183497号公报
但是，在由于送电侧线圈(送电侧天线)和受电侧线圈(受电侧天线)的位置偏移等而从整流部输出的电压的变动幅度变大时，需要扩大DCDC转换器(升降压部)的输入电压的范围，其结果，存在DCDC转换器(升降压部)的效率降低之类的问题。另外，在由于位置偏移等而从整流部输出的电压降低时，必须使在送电侧线圈中流过的送电电流增加，但若这时送电电流超过规定的最大电流值，则存在对于电路元件的负担增加，或者线圈等的部件成为高温之类的问题。
发明内容
于是，本发明的目的在于，提供一种非接触电力传输电路，其能够使通过对受电线圈中产生的交流电压进行整流所得到的直流电压的变动幅度变窄。另外，其目的在于，提供一种非接触电力传输电路，在由于位置偏移等而从整流部输出的电压降低时，能够将送电线圈中流过的送电电流维持在规定的最大电流值。
为了解决上述的课题，本发明所涉及的非接触电力传输电路，其特征在于，是从送电线圈向受电线圈经由磁场传输电力的非接触电力传输电路，具备：驱动电路，其向所述送电线圈供给交流电压；整流电路，其对利用所述送电线圈产生的磁场而在所述受电线圈产生的电压进行整流；送电电流检测电路，其检测在所述送电线圈中流过的送电电流；输出电压检测电路，其检测所述整流电路的输出电压；控制电路，其控制驱动电路输出的所述交流电压的周期，所述控制电路设定为，计算所述交流电压的周期的指令值即第一指令值和第二指令值，将所述第一指令值和所述第二指令值中的任一小的一方作为所述交流电压的周期指令值来使用，所述第一指令值为基于所述输出电压检测电路所检测的所述输出电压的检测值和该输出电压的目标值之差的指令值，所述第二指令值为基于所述送电电流检测电路所检测的所述送电电流的检测值和该送电电流的目标值之差所计算的指令值。
在该非接触电力传输电路中，可以将整流电路的输出电压限制在其目标值以下的电压值。另外，在不能够使整流电路的输出电压上升到其输出电压的目标值时，进行将在送电线圈中流过的送电电流维持在其送电电流的目标值的送电电流的控制。还有，例如，考虑电路元件的最大额定等来设定该送电电流的目标值。
优选，将所述送电电流的目标值设定为送电线圈的最大容许电流值。
这样，在送电线圈Lt和受电线圈Lr的耦合系数变小时，在送电线圈Lt中流过的送电电流被维持在送电线圈Lt的最大容许电流值。
优选，还具备检测所述整流电路的输出电流的输出电流检测电路，所述控制电路基于所述输出电流检测电路所检测的所述输出电流的检测值，设定所述输出电压的目标值，并使用该目标值来计算所述第一指令值。
这样，能够基于整流电路的输出电流而调整输出电压的目标值。
优选，在所述整流电路的输出电流超过规定的电流值的情况下，以所述整流电路的输出功率为一定值的方式，或以所述整流电路的输出电流为一定值的方式设定所述输出电压的目标值。
这样，整流电路的输出特性被设定为更优选的特性。
本发明所涉及的非接触电力传输电路，其特征在于，是从送电线圈向受电线圈经由磁场传输电力的非接触电力传输电路，具备：驱动电路，其向所述送电线圈供给交流电压；整流电路，其对利用所述送电线圈产生的磁场而在所述受电线圈中产生的电压进行整流；送电电流检测电路，其检测在所述送电线圈中流过的送电电流；输出电压检测电路，其检测所述整流电路的输出电压；控制电路，其控制驱动电路输出的所述交流电压的周期，所述控制电路具有：目标电压设定器，其输出所述输出电压的目标值；目标电流设定器，其输出所述送电电流的目标值；第一减法器，其从所述目标电压设定器的输出减去所述输出电压检测电路的输出；第二减法器，其从所述目标电流设定器的输出减去所述送电电流检测电路的输出；第一PFM控制器，其与所述第一减法器的输出连接，输出所述交流电压的周期的指令值即第一指令值；第二PFM控制器，其与所述第二减法器的输出连接，输出所述交流电压的周期的指令值即第二指令值；比较器，其使所述第一PFM控制器的输出与反转输入连接，使所述第二PFM控制器的输出与非反转输入连接；多路转换器，使所述第一PFM控制器的输出和所述第二PFM控制器的输出与输入连接，所述比较器的输出与选择控制输入连接，所述多路转换器设定为，在所述比较器的输出为高电平时，选择所述第一PFM控制器的输出，在所述比较器的输出为低电平时，选择所述第二PFM控制器的输出。
在该非接触电力传输电路中，可以将整流电路的输出电压限制在其目标值以下的电压值。另外，在不能够使整流电路的输出电压上升到其输出电压的目标值时，进行将在送电线圈中流过的送电电流维持在其送电电流的目标值的送电电流的控制。还有，例如，考虑电路元件的最大定格等来设定该送电电流的目标值。
优选，所述目标电流设定器输出送电线圈的最大容许电流值来作为所述送电电流的目标值。这样，在送电线圈Lt和受电线圈Lr的耦合系数变小时，在送电线圈Lt中流过的送电电流被维持在送电线圈Lt的最大容许电流值。
优选，还具备检测所述整流电路的输出电流的输出电流检测电路，所述目标电压设定器基于所述输出电流检测电路所检测的输出电流的检测值，输出所述输出电压的目标值。这样，能够基于整流电路的输出电流而调整输出电压的目标值。
优选，所述目标电压设定器在所述整流电路的输出电流超过规定的电流值的情况下，以所述整流电路的输出功率为一定值或以所述整流电路的输出电流为一定值的方式，调整并输出所述输出电压的目标值。这样，整流电路的输出特性被设定为更优选的特性。
发明的效果
根据本发明的非接触电力传输电路，能够使输出通过对受电线圈中产生的交流电压进行整流而得到的直流电压的整流电路的输出电压的变动幅度变窄。即，在该非接触电力传输电路中，能够将整流电路的输出电压限制在其目标值以下的电压值。另外，在不能够使整流电路的输出电压上升到其输出电压的目标值时，在送电线圈中流过的送电电流被维持在规定的最大电流值，因此，输出电压降低时的变动幅度也被抑制。
附图说明
图1是表示非接触电力传输电路的构成的方块图。
图2是表示非接触电力传输电路的控制电路的构成的方块线图。
图3是表示非接触电力传输电路的整流电路的输出电压和输出电流的变动范围的图表。
图4是表示非接触电力传输电路的整流电路的输出电压和输出电流的变动范围的图表。
符号的说明
1…驱动电路(变压器)、2…控制电路、3…送电电流检测电路、4…输出电压检测电路、5…输出电流检测电路、10…目标电压设定器、11…减法器、12…第一PFM控制器、13…减法器、14…第二PFM控制器、15…多路转换器(multiplexer)、16…比较器、17…目标电流设定器。
具体实施方式
参照附图，说明用于实施发明的方式。还有，本发明不被以下的实施方式中说明的内容所限定。另外，在以下的说明中，同一要素或具有同一功能的要素使用同一符号，省略重复的说明。
图1是表示本发明所涉及的非接触电力传输电路的实施方式的一个例子的方块图。还有，在该方块图中，仅表示为了说明本发明的特征所需要的非接触电力传输电路的主要部分。
在该非接触电力传输电路中，从送电线圈Lt向受电线圈Lr，经由送电线圈Lt产生的磁场来传输电力。在送电线圈Lt，连接有共振用电容器Ct，它们构成共振电路。同样，在受电线圈Lr，连接有共振用电容器Cr，它们构成共振电路。还有，共振用电容器Ct及共振用电容器Cr不是本发明中的必须的构成要素。
驱动电路(变压器(inverter)电路)1为对送电线圈Lt赋予交流电压的电路，将输入电压Vin变换为交流电压。利用基于该交流电压而流过送电线圈Lt的电流(送电电流)，送电线圈Lt产生磁场。作为该驱动电路(变压器电路)1，可以使用全桥式电路、半桥式电路或推挽电路等。另外，在送电线圈Lt中流过的送电电流的电流值被送电电流检测电路3检测。送电电流检测电路3检测的检测值(电流值)可以是送电电流的峰值，也可以是有效值。
利用送电线圈Lt产生的磁场而在受电线圈Lr中产生的交流电压通过二极管电桥(diode bridge)Dr而被全波整流，在平滑用电容器Co中被平滑化。即，在该例子中，由二极管电桥Dr和平滑用电容器Co构成整流电路。该整流电路的输出电压，即平滑用电容器Co的两端子间的电压，被输出电压检测电路4检测。另外，该整流电路的输出电流，即从该整流电路向负荷侧供给的电流，被输出电流检测电路5检测。
控制电路2控制驱动电路(变压器电路)1的动作。该控制为所谓脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation)控制，控制驱动电路(变压器电路)1输出的交流电压的周期。该交流电压的周期基于送电电流检测电路3、输出电压检测电路4及输出电流检测电路5的检测值来控制。再有，以在送电线圈Lt中流过的送电电流与其目标值接近的方式，或以整流电路的输出电压与其目标值接近的方式控制该交流电压的周期。还有，驱动电路(变压器电路)1输出的交流电压的周期被控制在比与由送电线圈Lt和共振用电容器Ct构成的共振电路的共振频率对应的周期更小的范围内。即，该交流电压的频率被控制在比由送电线圈Lt和共振用电容器Ct构成的共振电路的共振频率更高的范围(感应性区域)内。在该范围内，若使频率变小，即，若增大周期，则随之输出电压检测电路4和输出电流检测电路5的检测值增加。
下面，参照图2所示的方块线图，说明控制电路2的动作。目标电压设定器10输出由二极管电桥Dr和平滑用电容器Co构成的整流电路的输出电压的目标值Vtgt。第一减法器11输出从输出电压的目标值Vtgt减去输出电压的检测值Vo所得到的值。换言之，第一减法器11从目标电压设定器10的输出减去输出电压检测电路4的输出。第一PFM控制器12与第一减法器11的输出连接，基于第一减法器11输出的值(目标值Vtgt和检测值Vo的差)，计算与驱动电路(变压器电路)1输出的交流电压的周期相关的指令值即第一指令值。即，该第一指令值为指示脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation)控制中的控制对象即周期的值。在计算该第一指令值时，一般使用比例控制、积分控制及微分控制等。即，第一指令值为根据比例要素、积分要素及微分要素中的1个要素或多个要素来计算并基于操作量所得到的值。还有，与比例要素、积分要素及微分要素的各个要素相乘的增益的值可以适当设定。
目标电流设定器17输出送电电流的目标值Imax。第二减法器13输出从送电电流的目标值Imax减去送电电流的检测值It所得到的值。换言之，第二减法器13从目标电流设定器17的输出减去输出电流检测电路5的输出。第二PFM控制器14与第二减法器13的输出连接，基于第二减法器13输出的值(目标值Imax和检测值It的差)，计算与驱动电路(变压器电路)1输出的交流电压的周期相关的指令值即第二指令值。即，该第二指令值与第一指令值同样，是指示脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation)控制中的控制对象即周期的值。在计算该第二指令值时，与第一指令值的计算同样，一般使用比例控制、积分控制及微分控制等，还有，送电电流的目标值Imax，例如，送电电流的目标值Imax设定为送电线圈Lt的最大容许电流值。
第一指令值和第二指令值被输入到多路转换器15，并且也被输入到比较器16。多路转换器15基于比较器16的输出信号来选择性地输出第一指令值和第二指令值的任一方。在本实施方式中，在比较器16的反转输入上连接有第一PFM控制器12的输出，第二PFM控制器14的输出与比较器16的非反转输入连接。另外，在本实施方式中，第一PFM控制器12的输出和第二PFM控制器14的输出与多路转换器15的输入连接，比较器16的输出与多路转换器15的选择控制输入连接。比较器16设定为，在第一指令值比第二指令值小时输出高电平的信号，在第一指令值比第二指令值大时输出低电平的信号。另外，多路转换器15设定为，在比较器16的输出信号为高电平时输出第一指令值，在比较器16的输出信号为低电平时输出第二指令值。换言之，多路转换器15设定为，在比较器16的输出为高电平时，选择第一PFM控制器12的输出，在比较器16的输出为低电平时，选择第二PFM控制器14。因此，多路转换器15在第一指令值比第二指令值小时，输出第一指令值，在第二指令值比第一指令值小时输出第二指令值。
控制电路2按照从多路转换器15输出的指令值(第一指令值或第二指令值)来控制驱动电路(变压器电路)1输出的交流电压的周期。因此，从多路转换器15输出第一指令值时，控制电路2以使整流电路的输出电压与其目标值Vtgt一致的方式控制交流电压的周期。另外，从多路转换器15输出第二指令值时，控制电路2以使送电电流与其目标值Imax一致的方式控制交流电压的周期。这时，只要送电电流的目标值Imax设定为送电线圈Lt的最大容许电流值，则送电电流维持该最大容许电流值。
下面，参照图3及图4，说明由二极管电桥Dr和平滑用电容器Co构成的整流电路的输出电压和输出电流的变动范围。还有，送电电流的目标值Imax设定为送电线圈Lt的最大容许电流值。即，目标电流设定器17作为送电电流的目标值Imax，输出送电线圈Lt的最大容许电流值。
首先，参照图3的例子，说明整流电路的输出电压和输出电流的变动范围。在送电线圈Lt和受电线圈Lr的位置偏移小、送电线圈Lt和受电线圈Lr的耦合系数比较大时，整流电路的输出电压被维持在其目标值Vtgt即Vref。因此，由整流电路的输出电压和输出电流决定的点P在从点P1到点P2的直线上变化。这时，控制电路2根据第一指令值来控制驱动电路(变压器电路)1输出的交流电压的周期。即，根据第一指令值控制交流电压的周期，由此，整流电路的输出电压的最大值成为Vref，整流电路的输出电压不超过Vref。
送电线圈Lt和受电线圈Lr的位置偏移大、送电线圈Lt和受电线圈Lr的耦合系数比较小时，整流电路的输出电压比其目标值Vtgt即Vref更低。因此，由整流电路的输出电压和输出电流决定的点P在由从点P1到点P2的直线和从点P2到点P3的直线包围的范围S1(斜线部)内变化。这时，控制电路2根据第二指令值来控制驱动电路(变压器电路)1输出的交流电压的周期。这时，在送电线圈Lt中流过的送电电流被维持在目标值Imax，因此，整流电路的输出电压的降低被抑制在最小限度。
整流电路的输出电流达到电流值Iref时，以整流电路的输出电压在从点P2到点P3的直线上变化的方式调整输出电压的目标值Vtgt。即，目标电压设定器以由整流电路的输出电压和输出电流决定的点P成为在该直线上存在的点的方式，设定目标值Vtgt。再有，控制电路2按照基于该目标值Vtgt的设定值的第一指令值来控制驱动电路(变压器电路)1输出的交流电压的周期。
下面，参照图4的例子，说明整流电路的输出电压和输出电流的变动范围。在送电线圈Lt和受电线圈Lr的位置偏移小、送电线圈Lt和受电线圈Lr的耦合系数比较大时，整流电路的输出电压维持在其目标值Vtgt即Vref。因此，由整流电路的输出电压和输出电流决定的点P在从点P4到点P5的直线上变化。这时，控制电路2按照第一指令值控制驱动电路(变压器电路)1输出的交流电压的周期。
在整流电路的输出电流达到电流值Iref时，以整流电路的输出电压在从点P5到点P6的曲线上变化的方式设定输出电压的目标值Vtgt。在从点P5到点P6的曲线上变化时，以从整流电路输出的功率维持在一定值的方式调整输出电压的目标值Vtgt。另外，在整流电路的输出电流达到电流值Imax时，以整流电路的输出电压在从点P6到点P7的直线上变化的方式设定输出电压的目标值Vtgt。在从点P6到点P7的直线上变化时，以整流电路的输出电流维持在电流值Imax的方式调整输出电压的目标值Vtgt。再有，控制电路2按照基于该目标值Vtgt的设定值的第一指令值来控制驱动电路(变压器电路)1输出的交流电压的周期。
在送电线圈Lt和受电线圈Lr的位置偏移大、送电线圈Lt和受电线圈Lr的耦合系数比较小时，由整流电路的输出电压和输出电流决定的点P在由从点P4到点P5的直线、从点P5到点P6的曲线和从点P6到点P7的直线包围的范围S2(斜线部)内变化。这时，控制电路2根据第二指令值来控制驱动电路(变压器电路)1输出的交流电压的周期。
以上，对本发明所涉及的非接触电力传输电路的实施方式进行了说明，但是，本发明不限定于上述说明的实施方式，可以在不脱离其宗旨的范围内施加各种各样的变更。

Claims (8)

1.一种非接触电力传输电路，其特征在于，
是经由磁场而从送电线圈向受电线圈传输电力的非接触电力传输电路，
具备：
驱动电路，其向所述送电线圈供给交流电压；
整流电路，其对利用所述送电线圈产生的磁场而在所述受电线圈中产生的电压进行整流；
送电电流检测电路，其检测在所述送电线圈中流过的送电电流；
输出电压检测电路，其检测所述整流电路的输出电压；以及
控制电路，其控制驱动电路输出的所述交流电压的周期，
所述控制电路设定为，计算作为所述交流电压的周期的指令值的第一指令值和第二指令值，将所述第一指令值和所述第二指令值中的任一小的一方作为所述交流电压的周期的指令值来使用，
所述第一指令值为基于所述输出电压检测电路所检测出的所述输出电压的检测值和该输出电压的目标值之差的指令值，所述第二指令值为基于所述送电电流检测电路所检测出的所述送电电流的检测值和该送电电流的目标值之差所计算的指令值。
2.如权利要求1所述的非接触电力传输电路，其特征在于，
将所述送电电流的目标值设定为送电线圈的最大容许电流值。
3.如权利要求1或2所述的非接触电力传输电路，其特征在于，
还具备检测所述整流电路的输出电流的输出电流检测电路，
所述控制电路基于所述输出电流检测电路所检测的所述输出电流的检测值，设定所述输出电压的目标值，并使用该目标值来计算所述第一指令值。
4.如权利要求3所述的非接触电力传输电路，其特征在于，
在所述整流电路的输出电流超过规定的电流值的情况下，以所述整流电路的输出功率为一定值的方式，或以所述整流电路的输出电流为一定值的方式，设定所述输出电压的目标值。
5.一种非接触电力传输电路，其特征在于，
是经由磁场而从送电线圈向受电线圈传输电力的非接触电力传输电路，
具备：
驱动电路，其向所述送电线圈供给交流电压；
整流电路，其对利用所述送电线圈产生的磁场而在所述受电线圈中产生的电压进行整流；
送电电流检测电路，其检测在所述送电线圈中流过的送电电流；
输出电压检测电路，其检测所述整流电路的输出电压；
控制电路，其控制驱动电路输出的所述交流电压的周期，
所述控制电路具有：
目标电压设定器，其输出所述输出电压的目标值；
目标电流设定器，其输出所述送电电流的目标值；
第一减法器，其从所述目标电压设定器的输出中减去所述输出电压检测电路的输出；
第二减法器，其从所述目标电流设定器的输出中减去所述送电电流检测电路的输出；
第一PFM控制器，其与所述第一减法器的输出连接，且输出作为所述交流电压的周期的指令值的第一指令值；
第二PFM控制器，其与所述第二减法器的输出连接，且输出作为所述交流电压的周期的指令值的第二指令值；
比较器，使所述第一PFM控制器的输出与反转输入连接，使所述第二PFM控制器的输出与非反转输入连接；以及
多路转换器，使所述第一PFM控制器的输出和所述第二PFM控制器的输出与输入连接，使所述比较器的输出与选择控制输入连接，
所述多路转换器设定为，所述比较器的输出为高电平时，选择所述第一PFM控制器的输出，所述比较器的输出为低电平时，选择所述第二PFM控制器的输出。
6.如权利要求5所述的非接触电力传输电路，其特征在于，
作为所述送电电流的目标值，所述目标电流设定器输出送电线圈的最大容许电流值。
7.如权利要求5或6所述的非接触电力传输电路，其特征在于，
还具备检测所述整流电路的输出电流的输出电流检测电路，
所述目标电压设定器基于所述输出电流检测电路所检测出的输出电流的检测值，输出所述输出电压的目标值。
8.如权利要求7所述的非接触电力传输电路，其特征在于，
所述目标电压设定器在所述整流电路的输出电流超过规定的电流值的情况下，以所述整流电路的输出功率为一定值的方式，或以所述整流电路的输出电流为一定值的方式，调整并输出所述输出电压的目标值。
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