JP2000175379A

JP2000175379A - 非接触電源装置

Info

Publication number: JP2000175379A
Application number: JP10346338A
Authority: JP
Inventors: Hideki Okura; 秀樹大倉
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-12-07
Filing date: 1998-12-07
Publication date: 2000-06-23

Abstract

(57)【要約】【課題】スイッチング動作の最適化により出力の安定
化と低ノイズ化を可能とした小型で安価な非接触電源装
置を提供することを目的とする。【解決手段】電子機器の筐体内に配置された二次側コ
イルとしての二次巻線３４に電磁誘導により電力を供給
する非接触電源装置において、商用入力電源１０からの
交流電圧を任意で最適な直流電圧に降圧する降圧回路１
５と、上記直流電圧を上記交流電圧と異なる高周波の交
流電圧に変換し上記二次側コイルに電力を供給する一次
側コイルとしての一次巻線２２を有するＣ級発振による
電圧共振コンバータ２０とで構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は各種携帯用電子機器
に電磁誘導により電力を供給し充電する非接触電源装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、エネルギー、環境に対する世界的
な取組みがなされ、電子機器においても省エネルギー、
小電力機器の開発が盛んとなり、かつ使い捨ての電池か
ら充電可能な二次電池を用いたものが多く実用化されて
きている。

【０００３】このような状況の中で、急激に普及してき
ている携帯電話、コードレス電話、ＰＨＳ、ＰＤＡ等の
小電力機器においては、軽量化が加速され、ＰＨＳにお
いては６０ｇを切るものまで商品化されてきている。ま
た、シェーバー、ポータブルＣＤ、ＭＤプレーヤ等の電
子機器にも充電可能な二次電池を利用したものが多く発
売されてきている。

【０００４】上述のような電子機器においては、充電を
行う電源装置として接点式電源装置が用いられてきた
が、電子機器の軽量化に伴って接点圧が十分に得られず
所定の充電が行えなくなるといった問題が発生してきて
いる。

【０００５】この問題を解決するために、ロック機構を
有する接点式電源装置も考えられるが、電源装置側また
電子機器側のデザインにも制約がでることになり、商品
としての価値を低下させることになり多く利用されない
ものとなっていた。

【０００６】このようなことから、最適な電源装置とし
て非接触電源装置が注目されてきている。この非接触電
源装置として電圧共振型コンバータが用いられ、負荷変
動に対して周波数変動が少ないため共振状態が維持でき
るという特徴をもち、安定した動作が期待できることか
ら最近数多く商品化されてきている。

【０００７】従来の技術について図４、図５を用いて説
明する。まず、図４は電力を供給する側、すなわち一次
側の入力部の回路構成であり、１００Ｖあるいは２００
Ｖの商用入力電源１から供給された電圧をヒューズ２、
ノーマルモードチョーク５、平滑コンデンサ６と整流ダ
イオード７を直列に接続して商用入力電源１に戻す構成
としたもので、平滑コンデンサ６の両端には商用入力電
源電圧（実効値）のほぼ√２倍の直流電圧が与えられ、
この直流電圧を後段の電圧共振コンバータの入力電源と
した構成である。なお、図中３はサージアブソーバ、４
はラインコンデンサで平滑コンデンサ６と並列に接続さ
れている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の構成では、
電圧共振コンバータの特徴でもある共振電圧の波高値が
高くなるという原理的に避けられない課題がある。この
共振電圧の波高値が高いことに起因する問題点としてあ
げられるのが、特に最近規制が厳しくなっているノイズ
障害の問題である。

【０００９】特にコンダクションノイズ（伝導ノイズ）
については、ＥＵ地域を主体とした国際規格であるＣＩ
ＰＲ，２２（ＥＭＣ規制）や日本国内における情報機器
を対象としたＶＣＣＩ（情報処理装置等電波障害自主規
制協議会）などで設けられた規制値への対応が必要であ
り、共振電圧の波高値に比例してノイズレベルが高くな
ることから、これらの規制値を満足することが極めて困
難となる。

【００１０】また、電圧共振コンバータにおける共振周
波数は、図５に示すような正弦波波形時（Ａ級動作時）
において入力電圧やその共振電圧の振幅に関係なく一定
で、共振コイルと共振コンデンサにより決定される。

【００１１】高効率化に有効とされる自励方式の回生制
御コンバータにおいては、スイッチングパルスのＯＮ期
間を十分に設けたＣ級発振により動作させる必要があ
り、共振コイルに十分な励磁電流、エネルギーを与える
ことにより安定なスイッチング動作をさせることが必要
不可欠である。

【００１２】上記のようにコンバータ動作の安定化およ
び出力の安定化を図るためには、スイッチングパルスの
ＯＮ期間を制御する動作となるため、高い入力電圧、例
えば１００Ｖ以上の電圧をスイッチングするときにスイ
ッチングパルスのＯＮ期間が狭くなったり、また、最悪
時にはパルスが絞りきれなくなるという図５に示すよう
なＡ級動作が起こり、制御不能になる領域がある。

【００１３】このときには、スイッチング動作が極めて
不安定になるとともに、さらに出力リップルの増大や異
常、またコンダクションノイズに見られるノイズレベル
の増大が起こり、最悪時にはスイッチング素子やその周
辺部品が破壊に至るという課題を有しており、その設計
や回路定数等の選定には慎重を極めるものであった。

【００１４】本発明は以上のような従来の課題を解決
し、高入力電圧時におけるスイッチング動作の最適化と
安定化を図り、出力の安定化とともに共振電圧の波高値
を抑えてノイズレベルの低減化を図ることのできる非接
触電源装置を提供することを目的とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の非接触電源装置は、電子機器の筐体内に配置
された二次側コイルに電磁誘導により電力を供給する非
接触電源装置において、商用入力電源からの交流電圧を
任意で最適な直流電圧に降圧変換する降圧回路と、上記
直流電圧を上記交流電圧とは異なる高周波の交流電圧に
変換し上記二次側コイルに電力を供給する一次側コイル
を有するＣ級発振による電圧共振コンバータとから構成
したものである。

【００１６】この構成とすることにより、スイッチング
動作時の最適化と安定化を図り、出力の安定化と波高値
を抑えてノイズレベルの低減化が図れることになる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、電子機器の筐体内に配置された二次側コイルに電磁
誘導により電力を供給する非接触電源装置において、商
用入力電源からの交流電圧を任意で最適な直流電圧に降
圧変換する降圧回路と、上記直流電圧を上記交流電圧と
は異なる高周波の交流電圧に変換し上記二次側コイルに
電力を供給する一次側コイルを有するＣ級発振による電
圧共振コンバータとで構成したものであり、スイッチン
グ動作時の最適化と安定化を図り、出力の安定化と波高
値を抑えてノイズレベルの低減化を図ることができる。

【００１８】請求項２に記載の発明は、請求項１におけ
る構成に加えて、商用入力電源の一端に降圧回路として
の定電圧ダイオードのカソードを接続し、この定電圧ダ
イオードのアノードと平滑コンデンサのプラス端を接続
するとともに平滑コンデンサのマイナス端に整流ダイオ
ードを接続し、さらに整流ダイオードのカソードを上記
商用入力電源の他端に接続した構成としたものであり、
この構成とすることにより低い電圧で電圧共振コンバー
タを動作させ、電圧共振コンバータのスイッチング電圧
を抑え、スイッチング動作の安定化とノイズ特性の向上
が図れることになる。

【００１９】請求項３に記載の発明は、請求項１におけ
る電圧共振コンバータとして、直流電圧を入力電源と
し、この入力電源に一次側コイルとしてのスイッチング
トランスの一次巻線とスイッチング素子の直列回路を接
続し、上記入力電源間に第一の抵抗とコンデンサの直列
回路を接続し、このコンデンサと並列に第二の抵抗を接
続し、上記第一の抵抗とコンデンサの接続点をスイッチ
ングトランスの制御巻線の一端に接続し、上記コンデン
サを放電する手段としてスイッチングトランスの制御巻
線の他端を上記スイッチング素子の制御端子に接続し、
このスイッチング素子のドレインから抵抗分圧しピーク
電圧を検出する電圧検出部と抵抗分圧された接続点に定
電圧ダイオードを介しトランジスタと抵抗を接続して構
成された制御部とからなるピーク電圧制御回路を備え、
上記トランジスタの出力をコンデンサあるいはスイッチ
ング素子のゲートに接続して自励発振の回生制御回路を
構成した電圧共振コンバータを用いたものであり、スイ
ッチングパルスに十分なＯＮ期間を設けることでスイッ
チング動作の最適化と安定化を図るものである。

【００２０】請求項４に記載の発明は、降圧回路の前段
にノーマルモードチョークまたはコモンモードチョーク
を接続したものであり、ノイズ特性の優れたものとする
ことができる。

【００２１】以下、本発明の一実施の形態について図１
〜図３を用いて説明する。図１は本発明の非接触電源装
置の一実施の形態の回路図であり、１０は１００Ｖある
いは２００Ｖの商用入力電源、１１は異常動作時の安全
保護用のヒューズ、１２は雷サージ等の保護用のサージ
アブソーバ、１３はラインコンデンサ、１４はノーマル
モードチョーク、１５は降圧回路で具体的には定電圧ダ
イオード１６で構成されている。１７は平滑用コンデン
サ、１８は電流制限抵抗、１９は整流ダイオード、２０
は電圧共振コンバータである。

【００２２】この電圧共振コンバータ２０は、平滑用コ
ンデンサ１７の両端の直流電圧を入力電源とし、この入
力電源に対してスイッチングトランス２１の一次側コイ
ルとしての一次巻線２２とスイッチング素子２３の直列
回路が接続され、また、この入力電源間に第一の抵抗２
４とコンデンサ２５の直列回路が接続され、このコンデ
ンサ２５に並列に第二の抵抗２６を接続し、上記第一の
抵抗２４とコンデンサ２５の接続点を上記スイッチング
トランス２１の制御巻線２７の一端に接続し、この制御
巻線２７の他端を上記スイッチング素子２３の制御端子
に接続し、上記スイッチング素子２３のドレインから抵
抗分圧したピーク電圧を除去する電圧検出部としての抵
抗２８，２９と、この抵抗２８，２９により抵抗分圧さ
れた接続点から定電圧ダイオード３０を介しトランジス
タ３１と抵抗３２により構成されるピーク電圧制御回路
３３とで構成されている。

【００２３】また、図中３４は電子機器の筐体内に組込
まれる二次側コイルとしてのスイッチングトランス２１
の二次巻線である。

【００２４】上記構成において、商用入力電源１０から
供給される１００Ｖあるいは２００Ｖの入力電圧を、ヒ
ューズ１１、ノーマルモードチョーク１４、整流ダイオ
ード１９、電流制限抵抗１８、降圧回路１５としての定
電圧ダイオード１６の直列回路に印加し、この定電圧ダ
イオード１６により任意の定電圧分電圧降下させて平滑
コンデンサ１７へ伝達する直流電圧を入力電圧よりも低
い電圧に設定する。

【００２５】ここでは、少なくとも整流ダイオード１９
と定電圧ダイオード１６および平滑コンデンサ１７を最
低限必要とし、その他の部品については必要に応じて付
加するものであり、異常動作時の安全保護用としてヒュ
ーズ１１、雷サージ等の保護用のサージアブソーバ１
２、ラインコンデンサ１３とノーマルモードチョーク１
４によるノイズフィルタや過渡電流を抑えるための電流
制限抵抗１８を用いる。

【００２６】動作の詳細を説明すると、例えばＡＣ１０
０Ｖの実効値電圧が入力されたとき、従来の回路では１
００Ｖ×√２の１４１Ｖの直流電圧であったが、本発明
の構成では１４１Ｖから定電圧ダイオード１６の電圧分
を差引いた電圧とするとともに、さらに電圧共振コンバ
ータ２０の入力電源電圧とする。これにより、従来より
低い直流電圧で発振動作させることができる。

【００２７】また、電圧共振コンバータ２０の共振電圧
の波高値は、平滑コンデンサ１７の両端の直流電圧のほ
ぼ２倍となるため、従来の構成に比べて共振電圧の波高
値が抑えられる。また、従来と同一の共振周波数を得よ
うとするときには、図２に示すようにスイッチングパル
スのＯＮ期間が大きくなる方向に調整されるため、十分
なＯＮ期間が確保されてスイッチング動作の最適化と安
定化を図ることができる。

【００２８】実際の動作を具体例を用いて説明すると、
従来の構成においてはＡ級動作時の共振電圧の振幅は電
源電圧（１４１Ｖ）のほぼ２倍の２８２Ｖである。この
状態は能動領域のため制御が不安定で出力においても極
めて不安定となる領域である。

【００２９】ここで、スイッチング電源の基本である安
定なＣ級のスイッチング動作をさせるためには、スイッ
チングパルスのＯＮ期間を十分大きくとることが必要で
あり、ＯＮ期間を増やすことにより共振電圧の波高値が
例えば３００Ｖ以上となったりすることによりノイズ特
性が悪化し、さらにスイッチングロスの増大にもなり、
効率低下につながる。したがって、この電圧波高値はで
きる限り低く設定したいという狙いがある。

【００３０】本発明の構成においては、例えば定電圧ダ
イオード１６の電圧を１１Ｖに選定したとすると、平滑
コンデンサ１７の両端の直流電圧は従来の１４１Ｖから
１１Ｖ差引いた１３０Ｖとなる。これにより電圧共振コ
ンバータ２０の電圧波高値はほぼ２倍の２６０Ｖとな
り、従来と同等レベルのＯＮ期間を設けても従来の電圧
波高値より低くなる。したがって、その結果ノイズレベ
ルの低減を可能とすることができる。

【００３１】また、図３は図１における入力回路部の構
成を一部変えたものであり、図１におけるノーマルモー
ドチョーク１４をコモンモードチョーク１４ａにしてノ
イズ特性を更に良好にし、また、整流ダイオード１９を
整流ブリッジ１９ａに変えて全波整流方式として整流性
を高める構成としたものであり、これは別々にして図１
に示す構成に組合せてもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明の非接触電源装置は
構成されるため、スイッチング動作の最適化と安定化を
図ることができ出力の高安定化とともに共振電圧の波高
値を抑えることでノイズレベルの低減が図れ、小型で高
効率、安価で信頼性に富んだものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の非接触電源装置の一実施の形態におけ
る回路図

【図２】同電圧共振コンバータの動作波形図

【図３】他の実施の形態の入力回路部の回路図

【図４】従来の非接触電源装置の入力回路部の回路図

【図５】同電圧共振コンバータの動作波形図

【符号の説明】

１０商用入力電源１１ヒューズ１２サージアブソーバ１３ラインコンデンサ１４ノーマルモードチョーク１４ａコモンモードチョーク１５降圧回路１６定電圧ダイオード１７平滑コンデンサ１８電流制限抵抗１９整流ダイオード１９ａ整流ブリッジ２０電圧共振コンバータ２１スイッチングトランス２２一次巻線２３スイッチング素子２４第一の抵抗２５コンデンサ２６第二の抵抗２７制御巻線２８，２９抵抗３０定電圧ダイオード３１トランジスタ３２抵抗３３ピーク電圧制御回路３４二次巻線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子機器の筐体内に配置された二次側コ
イルに電磁誘導により電力を供給する非接触電源装置に
おいて、商用入力電源からの交流電圧を任意で最適な直
流電圧に降圧変換する降圧回路と、上記直流電圧を上記
交流電圧とは異なる高周波の交流電圧に変換し上記二次
側コイルに電力を供給する一次側コイルを有するＣ級発
振による電圧発振コンバータとで構成した非接触電源装
置。
【請求項２】商用入力電源の一端に降圧回路としての
定電圧ダイオードのカソードを接続し、この定電圧ダイ
オードのアノードと平滑コンデンサのプラス端を接続す
るとともに平滑コンデンサのマイナス端に整流ダイオー
ドを接続し、さらに整流ダイオードのカソードを上記商
用入力電源の他端に接続した請求項１に記載の非接触電
源装置。
【請求項３】直流電圧を入力電源とし、この入力電源
に一次側コイルとしてのスイッチングトランスの一次巻
線とスイッチング素子の直列回路を接続し、上記入力電
源間に第一の抵抗とコンデンサの直列回路を接続し、こ
のコンデンサと並列に第二の抵抗を接続し、上記第一の
抵抗とコンデンサの接続点をスイッチングトランスの制
御巻線の一端に接続し、上記コンデンサを放電する手段
としてスイッチングトランスの制御巻線の他端を上記ス
イッチング素子の制御端子に接続し、このスイッチング
素子のドレインから抵抗分圧しピーク電圧を検出する電
圧検出部と抵抗分圧された接続点に定電圧ダイオードを
介しトランジスタと抵抗を接続して構成された制御部と
からなるピーク電圧制御回路を備え、上記トランジスタ
の出力をコンデンサあるいはスイッチング素子のゲート
に接続して自励発振の回生制御回路を構成した電圧共振
コンバータを用いた請求項１に記載の非接触電源装置。
【請求項４】降圧回路の前段にノーマルモードチョー
クまたはコモンモードチョークを接続した請求項２に記
載の非接触電源装置。