JP2001119930A - 給電装置 - Google Patents
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- load
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Abstract
(57)【要約】
【課題】簡単な構成により各種の負荷に対して定電流を
供給することが可能な給電装置を提供する。 【解決手段】高周波交流電圧を発生する電源部１と、電
源部１の出力側に接続されるインダクタンスＬｘ及びコ
ンデンサＣｘの直列共振回路２と、この直列共振回路２
に生じる共振電圧を整流する整流部３とを備え、整流部
３の出力側に電流平滑用のチョークコイル４を介して接
続された負荷である２次電池５に電流（充電電流）を供
給する。直列共振回路の共振周波数と電源部１から出力
される高周波交流電圧の周波数ｆを略一致させているの
で、負荷である２次電池５の電池電圧Ｅｄが変動しても
常に略一定の充電電流Ｉｄを供給することができる。
供給することが可能な給電装置を提供する。 【解決手段】高周波交流電圧を発生する電源部１と、電
源部１の出力側に接続されるインダクタンスＬｘ及びコ
ンデンサＣｘの直列共振回路２と、この直列共振回路２
に生じる共振電圧を整流する整流部３とを備え、整流部
３の出力側に電流平滑用のチョークコイル４を介して接
続された負荷である２次電池５に電流（充電電流）を供
給する。直列共振回路の共振周波数と電源部１から出力
される高周波交流電圧の周波数ｆを略一致させているの
で、負荷である２次電池５の電池電圧Ｅｄが変動しても
常に略一定の充電電流Ｉｄを供給することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、２次電池のような
負荷に定電流を供給する給電装置に関するものである。
負荷に定電流を供給する給電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に負荷へ供給する電流を定電流化す
ることは、負荷となる２次電池を充電する給電装置（充
電装置）において必要とされる。ここで、２次電池は充
電とともに電池電圧が上昇するものであり、また電圧の
異なる組電池を負荷とする場合もある。図２５は従来の
給電装置の一例を示しており、商用電源ＡＣを整流平滑
回路６にて整流平滑して負荷（この場合は２次電池５）
に電流（充電電流）Ｉｄを供給するものである。ここ
で、２次電池５のように負荷電圧が大きく変化する負荷
への供給電流Ｉｄを定電流化するために、上記従来の給
電装置においては負荷抵抗（２次電池５の内部抵抗）よ
りも十分に大きな抵抗Ｒを負荷（２次電池５）と直列に
接続している。これ以外にもインダクタンスを利用した
スイッチング周波数制御やＰＷＭ制御によるフィードバ
ック制御によって供給電流の定電流化を図った給電装置
も提供されている。
ることは、負荷となる２次電池を充電する給電装置（充
電装置）において必要とされる。ここで、２次電池は充
電とともに電池電圧が上昇するものであり、また電圧の
異なる組電池を負荷とする場合もある。図２５は従来の
給電装置の一例を示しており、商用電源ＡＣを整流平滑
回路６にて整流平滑して負荷（この場合は２次電池５）
に電流（充電電流）Ｉｄを供給するものである。ここ
で、２次電池５のように負荷電圧が大きく変化する負荷
への供給電流Ｉｄを定電流化するために、上記従来の給
電装置においては負荷抵抗（２次電池５の内部抵抗）よ
りも十分に大きな抵抗Ｒを負荷（２次電池５）と直列に
接続している。これ以外にもインダクタンスを利用した
スイッチング周波数制御やＰＷＭ制御によるフィードバ
ック制御によって供給電流の定電流化を図った給電装置
も提供されている。
【０００３】図２６に示す従来例では、整流平滑回路６
の出力端間にインダクタンスＬｓ、スイッチング素子Ｓ
Ｗ、整流用のダイオードＤ１、電流平滑用のチョークコ
イル４を介して２次電池５を接続するとともに、ダイオ
ードＤ１とチョークコイル４の接続点と２次電池５の負
極の間に環流用のダイオードＤ２を接続し、２次電池５
に供給される電流Ｉｄを電流検出部２０にて検出し、そ
の検出値が略一定となるように制御部２１にてスイッチ
ング素子ＳＷのスイッチング周波数をフィードバック制
御している。
の出力端間にインダクタンスＬｓ、スイッチング素子Ｓ
Ｗ、整流用のダイオードＤ１、電流平滑用のチョークコ
イル４を介して２次電池５を接続するとともに、ダイオ
ードＤ１とチョークコイル４の接続点と２次電池５の負
極の間に環流用のダイオードＤ２を接続し、２次電池５
に供給される電流Ｉｄを電流検出部２０にて検出し、そ
の検出値が略一定となるように制御部２１にてスイッチ
ング素子ＳＷのスイッチング周波数をフィードバック制
御している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記前者の従来例で
は、負荷に直列接続された抵抗Ｒでの損失が大きくなっ
て給電の効率が悪いという問題があり、また上記後者の
従来例では、回路構成が複雑となって部品点数が大幅に
増大するという問題があった。
は、負荷に直列接続された抵抗Ｒでの損失が大きくなっ
て給電の効率が悪いという問題があり、また上記後者の
従来例では、回路構成が複雑となって部品点数が大幅に
増大するという問題があった。
【０００５】本発明は上記問題点の解決を目的とするも
のであり、簡単な構成により各種の負荷に対して定電流
を供給することが可能な給電装置を提供しようとするも
のである。
のであり、簡単な構成により各種の負荷に対して定電流
を供給することが可能な給電装置を提供しようとするも
のである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
目的を達成するために、高周波交流電圧を発生する電源
部と、電源部の出力側に接続されるインダクタンス及び
コンデンサの直列共振回路と、この直列共振回路に生じ
る共振電圧を整流する整流部とを備え、整流部の出力側
に接続される負荷に給電する給電装置であって、電源部
で発生する高周波交流電圧の周波数と直列共振回路の共
振周波数を略一致させたことを特徴とし、簡単な回路構
成により電圧が変動する負荷や、電圧の異なる複数種の
負荷に対して常に略一定の電流を負荷に供給することが
できる。
目的を達成するために、高周波交流電圧を発生する電源
部と、電源部の出力側に接続されるインダクタンス及び
コンデンサの直列共振回路と、この直列共振回路に生じ
る共振電圧を整流する整流部とを備え、整流部の出力側
に接続される負荷に給電する給電装置であって、電源部
で発生する高周波交流電圧の周波数と直列共振回路の共
振周波数を略一致させたことを特徴とし、簡単な回路構
成により電圧が変動する負荷や、電圧の異なる複数種の
負荷に対して常に略一定の電流を負荷に供給することが
できる。
【０００７】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、負荷を２次電池としたことを特徴とし、充電電流を
定電流化することができ、本発明の給電装置を２次電池
の充電装置に用いることができる。
て、負荷を２次電池としたことを特徴とし、充電電流を
定電流化することができ、本発明の給電装置を２次電池
の充電装置に用いることができる。
【０００８】請求項３の発明は、請求項１又は２の発明
において、整流部と負荷の間に電流平滑用のチョークコ
イルを接続したことを特徴とし、請求項１又は２の発明
と同様の作用を奏する。
において、整流部と負荷の間に電流平滑用のチョークコ
イルを接続したことを特徴とし、請求項１又は２の発明
と同様の作用を奏する。
【０００９】請求項４の発明は、請求項１又は２又は３
の発明において、整流部が半波整流回路からなることを
特徴とし、請求項１又は２又は３の発明と同様の作用を
奏する。
の発明において、整流部が半波整流回路からなることを
特徴とし、請求項１又は２又は３の発明と同様の作用を
奏する。
【００１０】請求項５の発明は、請求項１又は２又は３
の発明において、整流部はセンタタップ付のトランスを
具備することを特徴とし、請求項１又は２又は３の発明
と同様の作用を奏する。
の発明において、整流部はセンタタップ付のトランスを
具備することを特徴とし、請求項１又は２又は３の発明
と同様の作用を奏する。
【００１１】請求項６の発明は、請求項１〜５の何れか
の発明において、電源部は出力トランスを介して高周波
交流を出力して成ることを特徴とし、請求項１〜５の何
れかの発明と同様の作用を奏する。
の発明において、電源部は出力トランスを介して高周波
交流を出力して成ることを特徴とし、請求項１〜５の何
れかの発明と同様の作用を奏する。
【００１２】請求項７の発明は、請求項６の発明におい
て、出力トランスにリーケージトランスを用い、このリ
ーケージトランスの２次側換算された漏れインダクタン
スを直列共振回路のインダクタンスとしたことを特徴と
し、回路構成をさらに簡単にすることができる。
て、出力トランスにリーケージトランスを用い、このリ
ーケージトランスの２次側換算された漏れインダクタン
スを直列共振回路のインダクタンスとしたことを特徴と
し、回路構成をさらに簡単にすることができる。
【００１３】請求項８の発明は、請求項６の発明におい
て、出力トランスが、電源部に設けられる１次巻線と、
負荷側に設けられる２次巻線とが分離自在に磁気結合さ
れて成ることを特徴とし、請求項６の発明と同様の作用
を奏する。
て、出力トランスが、電源部に設けられる１次巻線と、
負荷側に設けられる２次巻線とが分離自在に磁気結合さ
れて成ることを特徴とし、請求項６の発明と同様の作用
を奏する。
【００１４】請求項９の発明は、請求項１の発明におい
て、負荷を２次電池とし整流部を半波整流回路とすると
ともに、２次電池の電池電圧の最大値において電源部の
交流出力の極性反転時期がコンデンサの両端電圧が極値
となる時期に略一致するような第１の値と、電源部で発
生する高周波交流電圧の周波数と直列共振回路の共振周
波数が略一致するような第２の値との間にコンデンサの
容量値を設定して成ることを特徴とし、請求項１の発明
の作用に加えて、２次電池の電池電圧が最大値となると
きの充電電流で定電流化することにより回路効率の向上
が図れる。
て、負荷を２次電池とし整流部を半波整流回路とすると
ともに、２次電池の電池電圧の最大値において電源部の
交流出力の極性反転時期がコンデンサの両端電圧が極値
となる時期に略一致するような第１の値と、電源部で発
生する高周波交流電圧の周波数と直列共振回路の共振周
波数が略一致するような第２の値との間にコンデンサの
容量値を設定して成ることを特徴とし、請求項１の発明
の作用に加えて、２次電池の電池電圧が最大値となると
きの充電電流で定電流化することにより回路効率の向上
が図れる。
【００１５】請求項１０の発明は、請求項９の発明にお
いて、負荷と並列に平滑コンデンサを接続したことを特
徴とし、請求項９の発明と同様の作用を奏する。
いて、負荷と並列に平滑コンデンサを接続したことを特
徴とし、請求項９の発明と同様の作用を奏する。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施形態により詳
細に説明する。
細に説明する。
【００１７】（実施形態１）図１に示すように本実施形
態は、高周波交流電圧を発生する電源部１と、電源部１
の出力側に接続されるインダクタンスＬｘ及びコンデン
サＣｘの直列共振回路２と、この直列共振回路２に生じ
る共振電圧を整流する整流部３とを備え、整流部３の出
力側に電流平滑用のチョークコイル４を介して接続され
た負荷である２次電池５に電流（充電電流）を供給する
ものである。
態は、高周波交流電圧を発生する電源部１と、電源部１
の出力側に接続されるインダクタンスＬｘ及びコンデン
サＣｘの直列共振回路２と、この直列共振回路２に生じ
る共振電圧を整流する整流部３とを備え、整流部３の出
力側に電流平滑用のチョークコイル４を介して接続され
た負荷である２次電池５に電流（充電電流）を供給する
ものである。
【００１８】電源部１は、商用電源ＡＣと、商用電源Ａ
Ｃを整流平滑する整流平滑回路６と、整流平滑回路６の
出力端間に接続されたインバータ回路とを備えている。
このインバータ回路は、一対のスイッチ要素Ｓａ，Ｓｂ
の直列回路並びに一対のコンデンサＣａ，Ｃｂの直列回
路が整流平滑回路６の出力端間に互いに並列に接続され
るとともに、スイッチ要素Ｓａ，Ｓｂ及びコンデンサＣ
ａ，Ｃｂの接続点間にトランスＴ１の１次巻線ｎ１が接
続されて成り、図示しない制御回路によりスイッチ要素
Ｓａ，Ｓｂが交互にオンオフされることでトランスＴ１
の２次巻線ｎ２に矩形波の高周波交流電圧を発生するも
のである。トランスＴ１は、図２に示すように断面形状
が略日字状のコア８の中心部８ａに１次巻線ｎ１が巻回
されるとともに、１次巻線ｎ１の外側に２次巻線ｎ２が
巻回されて構成され、１次巻線ｎ１に生じる磁束が２次
巻線ｎ２に略全部交鎖するような密結合のトランスであ
る。
Ｃを整流平滑する整流平滑回路６と、整流平滑回路６の
出力端間に接続されたインバータ回路とを備えている。
このインバータ回路は、一対のスイッチ要素Ｓａ，Ｓｂ
の直列回路並びに一対のコンデンサＣａ，Ｃｂの直列回
路が整流平滑回路６の出力端間に互いに並列に接続され
るとともに、スイッチ要素Ｓａ，Ｓｂ及びコンデンサＣ
ａ，Ｃｂの接続点間にトランスＴ１の１次巻線ｎ１が接
続されて成り、図示しない制御回路によりスイッチ要素
Ｓａ，Ｓｂが交互にオンオフされることでトランスＴ１
の２次巻線ｎ２に矩形波の高周波交流電圧を発生するも
のである。トランスＴ１は、図２に示すように断面形状
が略日字状のコア８の中心部８ａに１次巻線ｎ１が巻回
されるとともに、１次巻線ｎ１の外側に２次巻線ｎ２が
巻回されて構成され、１次巻線ｎ１に生じる磁束が２次
巻線ｎ２に略全部交鎖するような密結合のトランスであ
る。
【００１９】トランスＴ１の２次巻線ｎ２にはインダク
タンスＬｘ及びコンデンサＣｘの直列共振回路２が接続
されており、インダクタンスＬｘとコンデンサＣｘの接
続点にダイオードＤ１のアノードが接続されるととも
に、ダイオードＤ１のカソードにダイオードＤ２のカソ
ードが接続され、ダイオードＤ２のアノードがコンデン
サＣｘと２次巻線ｎ２の接続点に接続される。そして、
ダイオードＤ２のカソード−アノード間にチョークコイ
ル４を介して２次電池５が接続されている。なお、ダイ
オードＤ２は環流用のダイオードである。
タンスＬｘ及びコンデンサＣｘの直列共振回路２が接続
されており、インダクタンスＬｘとコンデンサＣｘの接
続点にダイオードＤ１のアノードが接続されるととも
に、ダイオードＤ１のカソードにダイオードＤ２のカソ
ードが接続され、ダイオードＤ２のアノードがコンデン
サＣｘと２次巻線ｎ２の接続点に接続される。そして、
ダイオードＤ２のカソード−アノード間にチョークコイ
ル４を介して２次電池５が接続されている。なお、ダイ
オードＤ２は環流用のダイオードである。
【００２０】ここで、トランスＴ１の１次巻線ｎ１の自
己インダクタンスをＬ１、２次巻線ｎ２の自己インダク
タンスをＬ２、１次巻線ｎ１及び２次巻線ｎ２の相互イ
ンダクタンスをＭ、結合係数をｋ、１次側電圧をＥ１、
２次側電圧をＥ２とすると、Ｅ２＝Ｅ１×Ｍ／Ｌ１の関
係が成立するが、トランスＴ１が密結合であることから
結合係数ｋが１とみなせるので、上記式は１次巻線ｎ１
の巻数Ｎ１及び２次巻線ｎ２の巻数Ｎ２を用いて、Ｅ２
＝Ｅ１×Ｎ２／Ｎ１と表せる。ここで、ｋ＝Ｍ／（Ｌ１
×Ｌ２）1/2である。従って、図１に示した本実施形態
は、電源部１を簡略化して図３に示すような等価回路で
表すことができる。
己インダクタンスをＬ１、２次巻線ｎ２の自己インダク
タンスをＬ２、１次巻線ｎ１及び２次巻線ｎ２の相互イ
ンダクタンスをＭ、結合係数をｋ、１次側電圧をＥ１、
２次側電圧をＥ２とすると、Ｅ２＝Ｅ１×Ｍ／Ｌ１の関
係が成立するが、トランスＴ１が密結合であることから
結合係数ｋが１とみなせるので、上記式は１次巻線ｎ１
の巻数Ｎ１及び２次巻線ｎ２の巻数Ｎ２を用いて、Ｅ２
＝Ｅ１×Ｎ２／Ｎ１と表せる。ここで、ｋ＝Ｍ／（Ｌ１
×Ｌ２）1/2である。従って、図１に示した本実施形態
は、電源部１を簡略化して図３に示すような等価回路で
表すことができる。
【００２１】また、図４に示すようにコア８の中心部８
ａに１次巻線ｎ１と２次巻線ｎ２を分割巻きしてトラン
スＴ１をリーケージトランスとして構成し、意図的に漏
れ磁束を作れば、トランスＴ２の２次側換算におけるイ
ンダクタンスＬｘ’（＝（１−ｋ2）×Ｌ２、但し０＜
ｋ＜１）とコンデンサＣｘとで直列共振回路２を構成す
ることができ、インダクタンスＬｘが不要となって部品
点数の削減を図ることができる。このようにトランスＴ
１をリーケージトランスとした場合の回路図を図５に示
し、その等価回路を図６に示す。なお、実際の漏れイン
ダクタンスＬｘ’は、１次側を短絡した状態で２次巻線
ｎ２の両端間をＬＣＲメータ等で計測して求めることが
できる。
ａに１次巻線ｎ１と２次巻線ｎ２を分割巻きしてトラン
スＴ１をリーケージトランスとして構成し、意図的に漏
れ磁束を作れば、トランスＴ２の２次側換算におけるイ
ンダクタンスＬｘ’（＝（１−ｋ2）×Ｌ２、但し０＜
ｋ＜１）とコンデンサＣｘとで直列共振回路２を構成す
ることができ、インダクタンスＬｘが不要となって部品
点数の削減を図ることができる。このようにトランスＴ
１をリーケージトランスとした場合の回路図を図５に示
し、その等価回路を図６に示す。なお、実際の漏れイン
ダクタンスＬｘ’は、１次側を短絡した状態で２次巻線
ｎ２の両端間をＬＣＲメータ等で計測して求めることが
できる。
【００２２】ここで、２次電池５の直列接続本数を種々
変更することで電池電圧Ｅｄを大きく変化させた場合
に、直列共振回路２を構成するコンデンサＣｘの容量値
に対して２次電池５に供給される充電電流Ｉｄの平均値
Ｉavを求めた実験結果を図７に示す。図７から明らかな
ように、２次電池５の電池電圧Ｅｄを１．６５Ｖから１
０Ｖまで段階的に変化させた場合であっても図７中の点
Ａでは充電電流Ｉｄの平均値Ｉavがほぼ一定になってい
る。ここで、インダクタンスＬｘ’の値が６μＨ、電源
部１から出力される高周波交流電圧の周波数ｆが１１０
ｋＨｚであり、図７から読み取った点Ａに対応するコン
デンサＣｘの容量値が約０．３５μＦであることから、
ｆ＝１／｛２π×（Ｌｘ’×Ｃｘ）1/2｝の関係が成立
する。すなわち、直列共振回路の共振周波数と電源部１
から出力される高周波交流電圧の周波数ｆを略一致させ
れば、負荷である２次電池５の電池電圧Ｅｄが変化して
も常に略一定の充電電流Ｉｄを供給することができる。
逆に言うと、上記式を変形してＣｘ＝１／｛Ｌｘ’×
（２πｆ）2｝から求まる容量値（今の場合は０．３４
８μＦ）に設定すればよい。いずれにしても、上記式を
満足するようにインダクタンスＬｘ’及びコンデンサＣ
ｘの値と周波数ｆを設定すれば、充電電流Ｉｄの定電流
化が可能となる。ここで、図８には図６の等価回路にお
ける各部の電圧及び電流波形を示しており、２次電池５
に対して矩形波の充電電流Ｉｄが流れてその平均値Ｉav
が略一定となっている。
変更することで電池電圧Ｅｄを大きく変化させた場合
に、直列共振回路２を構成するコンデンサＣｘの容量値
に対して２次電池５に供給される充電電流Ｉｄの平均値
Ｉavを求めた実験結果を図７に示す。図７から明らかな
ように、２次電池５の電池電圧Ｅｄを１．６５Ｖから１
０Ｖまで段階的に変化させた場合であっても図７中の点
Ａでは充電電流Ｉｄの平均値Ｉavがほぼ一定になってい
る。ここで、インダクタンスＬｘ’の値が６μＨ、電源
部１から出力される高周波交流電圧の周波数ｆが１１０
ｋＨｚであり、図７から読み取った点Ａに対応するコン
デンサＣｘの容量値が約０．３５μＦであることから、
ｆ＝１／｛２π×（Ｌｘ’×Ｃｘ）1/2｝の関係が成立
する。すなわち、直列共振回路の共振周波数と電源部１
から出力される高周波交流電圧の周波数ｆを略一致させ
れば、負荷である２次電池５の電池電圧Ｅｄが変化して
も常に略一定の充電電流Ｉｄを供給することができる。
逆に言うと、上記式を変形してＣｘ＝１／｛Ｌｘ’×
（２πｆ）2｝から求まる容量値（今の場合は０．３４
８μＦ）に設定すればよい。いずれにしても、上記式を
満足するようにインダクタンスＬｘ’及びコンデンサＣ
ｘの値と周波数ｆを設定すれば、充電電流Ｉｄの定電流
化が可能となる。ここで、図８には図６の等価回路にお
ける各部の電圧及び電流波形を示しており、２次電池５
に対して矩形波の充電電流Ｉｄが流れてその平均値Ｉav
が略一定となっている。
【００２３】上述のように、電源部１から出力される高
周波交流電圧の周波数ｆを直列共振回路２の共振周波数
に略一致させることによって、部品点数の追加を最小限
に抑えながら、負荷（２次電池５）の電圧が変化しても
常に略一定の電流を負荷に供給することが可能な給電装
置が実現できる。
周波交流電圧の周波数ｆを直列共振回路２の共振周波数
に略一致させることによって、部品点数の追加を最小限
に抑えながら、負荷（２次電池５）の電圧が変化しても
常に略一定の電流を負荷に供給することが可能な給電装
置が実現できる。
【００２４】なお、負荷は２次電池５に限定されるもの
ではなく、例えば図９及び図10の等価回路に示すように
抵抗ＲLと平滑コンデンサＣ０の並列回路で構成される
ものであっても良い。但し、チョークコイル４を有して
負荷に供給される電流が平滑化される場合には、必ずし
も平滑コンデンサＣ０を必要とせず、抵抗ＲLのみの負
荷であっても良い。従って、本実施形態の給電装置を不
特定本数の２次電池を充電するための汎用充電器に用い
たり、専用充電での充電に伴う電池電圧が上昇しても充
電電流を略一定に保つことができる。さらに、負荷が２
次電池以外、例えば蛍光灯負荷であっても負荷に供給す
る電流を定電流化することが可能である。
ではなく、例えば図９及び図10の等価回路に示すように
抵抗ＲLと平滑コンデンサＣ０の並列回路で構成される
ものであっても良い。但し、チョークコイル４を有して
負荷に供給される電流が平滑化される場合には、必ずし
も平滑コンデンサＣ０を必要とせず、抵抗ＲLのみの負
荷であっても良い。従って、本実施形態の給電装置を不
特定本数の２次電池を充電するための汎用充電器に用い
たり、専用充電での充電に伴う電池電圧が上昇しても充
電電流を略一定に保つことができる。さらに、負荷が２
次電池以外、例えば蛍光灯負荷であっても負荷に供給す
る電流を定電流化することが可能である。
【００２５】また、電源部１の出力電圧は矩形波に限定
されるものではなく、台形波や正弦波あるいは三角波で
あっても同様の効果を奏する。特に図１１及び図１２に
示すように、トランスＴ１の１次巻線ｎ１にコンデンサ
Ｃ１を並列に接続するか、あるいはスイッチ要素Ｓａ，
Ｓｂとして寄生容量を有する半導体スイッチング素子を
用いれば、トランスＴ１の漏れインダクタンスとの間で
部分共振が生じてトランスＴ１の１次側及び２次側の電
圧が台形波となる。さらに、図１３及び図１４に示すよ
うに直列共振回路２の出力端にダイオードＤ１を介して
２次電池５を接続して半端整流するような回路構成とし
ても良い。
されるものではなく、台形波や正弦波あるいは三角波で
あっても同様の効果を奏する。特に図１１及び図１２に
示すように、トランスＴ１の１次巻線ｎ１にコンデンサ
Ｃ１を並列に接続するか、あるいはスイッチ要素Ｓａ，
Ｓｂとして寄生容量を有する半導体スイッチング素子を
用いれば、トランスＴ１の漏れインダクタンスとの間で
部分共振が生じてトランスＴ１の１次側及び２次側の電
圧が台形波となる。さらに、図１３及び図１４に示すよ
うに直列共振回路２の出力端にダイオードＤ１を介して
２次電池５を接続して半端整流するような回路構成とし
ても良い。
【００２６】ところで、電源部１にトランスＴ１を用い
ているのは、電源部１の出力電圧を昇降圧したり、電源
部１と負荷を絶縁したり、あるいは後述するように非接
触給電を行うためであり、電源部１の回路構成に関わら
ず図３に示した等価回路で表される全ての形態におい
て、本発明の技術思想を適用して広範囲の負荷電圧の変
動に対して負荷への供給電流を定電硫化することができ
る。
ているのは、電源部１の出力電圧を昇降圧したり、電源
部１と負荷を絶縁したり、あるいは後述するように非接
触給電を行うためであり、電源部１の回路構成に関わら
ず図３に示した等価回路で表される全ての形態におい
て、本発明の技術思想を適用して広範囲の負荷電圧の変
動に対して負荷への供給電流を定電硫化することができ
る。
【００２７】（実施形態２）本実施形態は、図１５に示
すように電源部１で発生させた高周波交流電圧を一次コ
イル９に加えることで発生させた磁界内に二次コイル１
０を位置させて、二次コイル１０に電磁誘導によって電
力を伝達するものであり、実施形態１におけるトランス
Ｔ１の代わりに一次コイル９と二次コイル１０を備えた
出力トランスＴ２が用いられている点以外は実施形態１
と共通の構成を有している。従って、共通する構成につ
いては同一の符号を付して説明を省略する。
すように電源部１で発生させた高周波交流電圧を一次コ
イル９に加えることで発生させた磁界内に二次コイル１
０を位置させて、二次コイル１０に電磁誘導によって電
力を伝達するものであり、実施形態１におけるトランス
Ｔ１の代わりに一次コイル９と二次コイル１０を備えた
出力トランスＴ２が用いられている点以外は実施形態１
と共通の構成を有している。従って、共通する構成につ
いては同一の符号を付して説明を省略する。
【００２８】出力トランスＴ２は、図１６に示すように
コア９ａに１次巻線ｎ１が巻回されて成る一次コイル９
と、同じくコア１０ａに２次巻線ｎ２が巻回されて成る
二次コイル１０とを備え、一次コイル９と二次コイル１
０とが所定のギャップｇをおいて対向配置される構造
（図示せず）を有している。而して、一次コイル９と二
次コイル１０が対向配置されて磁気結合している状態で
は実施形態１と全く共通の回路構成となり、出力トラン
スＴ２の漏れインダクタンスを直列共振回路２のインダ
クタンスＬｘとして用いることができるから、その等価
回路は図６と共通になる。
コア９ａに１次巻線ｎ１が巻回されて成る一次コイル９
と、同じくコア１０ａに２次巻線ｎ２が巻回されて成る
二次コイル１０とを備え、一次コイル９と二次コイル１
０とが所定のギャップｇをおいて対向配置される構造
（図示せず）を有している。而して、一次コイル９と二
次コイル１０が対向配置されて磁気結合している状態で
は実施形態１と全く共通の回路構成となり、出力トラン
スＴ２の漏れインダクタンスを直列共振回路２のインダ
クタンスＬｘとして用いることができるから、その等価
回路は図６と共通になる。
【００２９】このように本発明を従来周知の非接触式給
電装置に適用した場合においても、負荷の電圧変動に対
して定電流化が可能となる。
電装置に適用した場合においても、負荷の電圧変動に対
して定電流化が可能となる。
【００３０】（実施形態３）本実施形態は、図１７及び
図１８に示すように実施形態２における出力トランスＴ
２の二次コイル１０にセンタタップ１０ｂを設けるとと
もに、２次電池５の負極をセンタタップ１０ｂに接続し
た点に特徴があり、それ以外の構成及び動作は実施形態
２と共通する。よって、共通する構成及び動作について
は同一の符号を付して説明を省略する。
図１８に示すように実施形態２における出力トランスＴ
２の二次コイル１０にセンタタップ１０ｂを設けるとと
もに、２次電池５の負極をセンタタップ１０ｂに接続し
た点に特徴があり、それ以外の構成及び動作は実施形態
２と共通する。よって、共通する構成及び動作について
は同一の符号を付して説明を省略する。
【００３１】すなわち、本実施形態では出力トランスＴ
２にセンタタップ１０ｂを設けることで全波整流を行う
ようにしており、図１９に示すような等価回路で表すこ
とができる。ここで、図１９におけるインダクタンスＬ
ｘ”は、Ｌｘ”＝（１−ｋ2）×Ｌ２／２で表され、実
施形態１における直列共振回路２のインダクタンスＬｘ
に対してＬｘ＝２×Ｌｘ”の関係式が成立する。また、
電源部１は２つの電源１ａ，１ｂで表され、各電源１
ａ，１ｂの電源電圧Ｅ３と出力トランスＴ２の１次側電
圧Ｅ１並びに実施形態１における２次側電圧Ｅ２との間
には、Ｅ３＝Ｍ×Ｅ１／（２×Ｌ１）とＥ２＝２×Ｅ３
の各関係式が成立する。なお、図２０及び図２１に示す
ように電流平滑用のチョークコイル４を省略しても良
い。
２にセンタタップ１０ｂを設けることで全波整流を行う
ようにしており、図１９に示すような等価回路で表すこ
とができる。ここで、図１９におけるインダクタンスＬ
ｘ”は、Ｌｘ”＝（１−ｋ2）×Ｌ２／２で表され、実
施形態１における直列共振回路２のインダクタンスＬｘ
に対してＬｘ＝２×Ｌｘ”の関係式が成立する。また、
電源部１は２つの電源１ａ，１ｂで表され、各電源１
ａ，１ｂの電源電圧Ｅ３と出力トランスＴ２の１次側電
圧Ｅ１並びに実施形態１における２次側電圧Ｅ２との間
には、Ｅ３＝Ｍ×Ｅ１／（２×Ｌ１）とＥ２＝２×Ｅ３
の各関係式が成立する。なお、図２０及び図２１に示す
ように電流平滑用のチョークコイル４を省略しても良
い。
【００３２】なお、出力トランスＴ２の漏れインダクタ
ンスを直列共振回路２のインダクタンスに兼用しない場
合には、上記インダクタンスＬｘ”と同じ値を有するイ
ンダクタンスを２次側に各々直列に接続すればよい。
ンスを直列共振回路２のインダクタンスに兼用しない場
合には、上記インダクタンスＬｘ”と同じ値を有するイ
ンダクタンスを２次側に各々直列に接続すればよい。
【００３３】（実施形態４）本実施形態は、図２２に示
すように高周波出力電圧の波形が正弦波となる電源部
１’と、インダクタンスＬｘ及びコンデンサＣｘの直列
共振回路２と、ダイオードＤ１から成る半端整流型の整
流部３’と、負荷である２次電池５とを備えている。な
お、正弦波の高周波交流電圧を出力する電源部１’の回
路構成については、従来周知の技術を用いて実現可能で
あるから図示並びに説明を省略する。また、電源部１’
にはリーケージトランスから成る出力トランス（図示せ
ず）が用いられており、この出力トランスの漏れインダ
クタンスを直列共振回路２のインダクタンスＬｘに用い
ている。
すように高周波出力電圧の波形が正弦波となる電源部
１’と、インダクタンスＬｘ及びコンデンサＣｘの直列
共振回路２と、ダイオードＤ１から成る半端整流型の整
流部３’と、負荷である２次電池５とを備えている。な
お、正弦波の高周波交流電圧を出力する電源部１’の回
路構成については、従来周知の技術を用いて実現可能で
あるから図示並びに説明を省略する。また、電源部１’
にはリーケージトランスから成る出力トランス（図示せ
ず）が用いられており、この出力トランスの漏れインダ
クタンスを直列共振回路２のインダクタンスＬｘに用い
ている。
【００３４】ここで、２次電池５の直列接続本数を種々
変更することで電池電圧Ｅｄを大きく変化させた場合
に、直列共振回路２を構成するコンデンサＣｘの容量値
に対して２次電池５に供給される充電電流Ｉｄの平均値
Ｉavを求めた実験結果を図２３に示す。図２３から明ら
かなように、２次電池５の電池電圧Ｅｄを１．３５Ｖか
ら３．９Ｖまで段階的に変化させた場合に、コンデンサ
Ｃｘの容量値が第１の値Ｃｘ１から第２の値Ｃｘ２の範
囲では充電電流の平均値Ｉav間の差が最も小さくなって
略一定とみなせる。ここで、インダクタンスＬｘの値は
６２．４μＨ、電源部１’から出力される高周波交流電
圧の周波数ｆは６７ｋＨｚとすると、周波数ｆを直列共
振回路２の共振周波数に略一致させるためにはコンデン
サＣｘの容量値を０．０９μＦ（第２の値Ｃｘ２）に設
定すれば、実施形態１と同様に２次電池５の充電電流Ｉ
ｄを略一定とすることが可能である。しかしながら、２
次電池５の電池電圧が変動する範囲が決まっている場合
（上述の例では１．３５Ｖ〜３．９Ｖ）には、その最大
値（３．９Ｖ）において充電電流Ｉｄが最大となる条
件、すなわちコンデンサＣｘの容量値を第１の値Ｃｘ１
（約０．０５μＦ）に設定して定電流化を図る方が回路
効率が向上できる。
変更することで電池電圧Ｅｄを大きく変化させた場合
に、直列共振回路２を構成するコンデンサＣｘの容量値
に対して２次電池５に供給される充電電流Ｉｄの平均値
Ｉavを求めた実験結果を図２３に示す。図２３から明ら
かなように、２次電池５の電池電圧Ｅｄを１．３５Ｖか
ら３．９Ｖまで段階的に変化させた場合に、コンデンサ
Ｃｘの容量値が第１の値Ｃｘ１から第２の値Ｃｘ２の範
囲では充電電流の平均値Ｉav間の差が最も小さくなって
略一定とみなせる。ここで、インダクタンスＬｘの値は
６２．４μＨ、電源部１’から出力される高周波交流電
圧の周波数ｆは６７ｋＨｚとすると、周波数ｆを直列共
振回路２の共振周波数に略一致させるためにはコンデン
サＣｘの容量値を０．０９μＦ（第２の値Ｃｘ２）に設
定すれば、実施形態１と同様に２次電池５の充電電流Ｉ
ｄを略一定とすることが可能である。しかしながら、２
次電池５の電池電圧が変動する範囲が決まっている場合
（上述の例では１．３５Ｖ〜３．９Ｖ）には、その最大
値（３．９Ｖ）において充電電流Ｉｄが最大となる条
件、すなわちコンデンサＣｘの容量値を第１の値Ｃｘ１
（約０．０５μＦ）に設定して定電流化を図る方が回路
効率が向上できる。
【００３５】而して、図２４はコンデンサＣｘの容量値
を第１の値Ｃｘ１に設定したときの各部の波形を示して
おり、２次電池５の電池電圧の最大値において電源部
１’の交流出力Ｅ２の極性反転時期（図２４における時
刻ｔａ）が、コンデンサＣｘの両端電圧Ｖcxが極値（極
小値）となる時期に略一致することになる。逆に言う
と、２次電池５の電池電圧の最大値において電源部１’
の交流出力Ｅ２の極性反転時期がコンデンサＣｘの両端
電圧Ｖcxが極値（極小値）となる時期に略一致するよう
なコンデンサＣｘの値が第１の値Ｃｘ１となるのであ
る。従って、整流部３’が半波整流型である場合には、
少なくとも直列共振回路２のコンデンサＣｘの容量値を
第１の値Ｃｘ１から第２の値Ｃｘ２の範囲内に設定する
ことによって、負荷の電圧変動に対して負荷に供給され
る電流を略一定とすることが可能となる。
を第１の値Ｃｘ１に設定したときの各部の波形を示して
おり、２次電池５の電池電圧の最大値において電源部
１’の交流出力Ｅ２の極性反転時期（図２４における時
刻ｔａ）が、コンデンサＣｘの両端電圧Ｖcxが極値（極
小値）となる時期に略一致することになる。逆に言う
と、２次電池５の電池電圧の最大値において電源部１’
の交流出力Ｅ２の極性反転時期がコンデンサＣｘの両端
電圧Ｖcxが極値（極小値）となる時期に略一致するよう
なコンデンサＣｘの値が第１の値Ｃｘ１となるのであ
る。従って、整流部３’が半波整流型である場合には、
少なくとも直列共振回路２のコンデンサＣｘの容量値を
第１の値Ｃｘ１から第２の値Ｃｘ２の範囲内に設定する
ことによって、負荷の電圧変動に対して負荷に供給され
る電流を略一定とすることが可能となる。
【００３６】
【発明の効果】請求項１の発明は、高周波交流電圧を発
生する電源部と、電源部の出力側に接続されるインダク
タンス及びコンデンサの直列共振回路と、この直列共振
回路に生じる共振電圧を整流する整流部とを備え、整流
部の出力側に接続される負荷に給電する給電装置であっ
て、電源部で発生する高周波交流電圧の周波数と直列共
振回路の共振周波数を略一致させたので、簡単な回路構
成により電圧が変動する負荷や、電圧の異なる複数種の
負荷に対して常に略一定の電流を負荷に供給することが
できるという効果がある。
生する電源部と、電源部の出力側に接続されるインダク
タンス及びコンデンサの直列共振回路と、この直列共振
回路に生じる共振電圧を整流する整流部とを備え、整流
部の出力側に接続される負荷に給電する給電装置であっ
て、電源部で発生する高周波交流電圧の周波数と直列共
振回路の共振周波数を略一致させたので、簡単な回路構
成により電圧が変動する負荷や、電圧の異なる複数種の
負荷に対して常に略一定の電流を負荷に供給することが
できるという効果がある。
【００３７】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、負荷を２次電池としたので、充電電流を定電流化す
ることができ、本発明の給電装置を２次電池の充電装置
に用いることができるという効果がある。
て、負荷を２次電池としたので、充電電流を定電流化す
ることができ、本発明の給電装置を２次電池の充電装置
に用いることができるという効果がある。
【００３８】請求項３の発明は、請求項１又は２の発明
において、整流部と負荷の間に電流平滑用のチョークコ
イルを接続したので、請求項１又は２の発明と同様の効
果を奏する。
において、整流部と負荷の間に電流平滑用のチョークコ
イルを接続したので、請求項１又は２の発明と同様の効
果を奏する。
【００３９】請求項４の発明は、請求項１又は２又は３
の発明において、整流部が半波整流回路からなるので、
請求項１又は２又は３の発明と同様の効果を奏する。
の発明において、整流部が半波整流回路からなるので、
請求項１又は２又は３の発明と同様の効果を奏する。
【００４０】請求項５の発明は、請求項１又は２又は３
の発明において、整流部はセンタタップ付のトランスを
具備するので、請求項１又は２又は３の発明と同様の効
果を奏する。
の発明において、整流部はセンタタップ付のトランスを
具備するので、請求項１又は２又は３の発明と同様の効
果を奏する。
【００４１】請求項６の発明は、請求項１〜５の何れか
の発明において、電源部は出力トランスを介して高周波
交流を出力して成るので、請求項１〜５の何れかの発明
と同様の効果を奏する。
の発明において、電源部は出力トランスを介して高周波
交流を出力して成るので、請求項１〜５の何れかの発明
と同様の効果を奏する。
【００４２】請求項７の発明は、請求項６の発明におい
て、出力トランスにリーケージトランスを用い、このリ
ーケージトランスの２次側換算された漏れインダクタン
スを直列共振回路のインダクタンスとしたので、回路構
成をさらに簡単にすることができるという効果がある。
て、出力トランスにリーケージトランスを用い、このリ
ーケージトランスの２次側換算された漏れインダクタン
スを直列共振回路のインダクタンスとしたので、回路構
成をさらに簡単にすることができるという効果がある。
【００４３】請求項８の発明は、請求項６の発明におい
て、出力トランスが、電源部に設けられる１次巻線と、
負荷側に設けられる２次巻線とが分離自在に磁気結合さ
れて成るので、請求項６の発明と同様の効果を奏する。
て、出力トランスが、電源部に設けられる１次巻線と、
負荷側に設けられる２次巻線とが分離自在に磁気結合さ
れて成るので、請求項６の発明と同様の効果を奏する。
【００４４】請求項９の発明は、請求項１の発明におい
て、負荷を２次電池とし整流部を半波整流回路とすると
ともに、２次電池の電池電圧の最大値において電源部の
交流出力の極性反転時期がコンデンサの両端電圧が極値
となる時期に略一致するような第１の値と、電源部で発
生する高周波交流電圧の周波数と直列共振回路の共振周
波数が略一致するような第２の値との間にコンデンサの
容量値を設定して成るので、請求項１の発明の効果に加
えて、２次電池の電池電圧が最大値となるときの充電電
流で定電流化することにより回路効率の向上が図れると
いう効果がある。
て、負荷を２次電池とし整流部を半波整流回路とすると
ともに、２次電池の電池電圧の最大値において電源部の
交流出力の極性反転時期がコンデンサの両端電圧が極値
となる時期に略一致するような第１の値と、電源部で発
生する高周波交流電圧の周波数と直列共振回路の共振周
波数が略一致するような第２の値との間にコンデンサの
容量値を設定して成るので、請求項１の発明の効果に加
えて、２次電池の電池電圧が最大値となるときの充電電
流で定電流化することにより回路効率の向上が図れると
いう効果がある。
【００４５】請求項１０の発明は、請求項９の発明にお
いて、負荷と並列に平滑コンデンサを接続したので、請
求項９の発明と同様の効果を奏する。
いて、負荷と並列に平滑コンデンサを接続したので、請
求項９の発明と同様の効果を奏する。
【図１】実施形態１を示す概略回路構成図である。
【図２】同上におけるトランスの断面図である。
【図３】同上の等価回路図である。
【図４】同上における他の構成のトランスを示す断面図
である。
である。
【図５】同上の他の形態を示す概略回路構成図である。
【図６】同上の等価回路図である。
【図７】同上の説明図である。
【図８】同上の動作説明図である。
【図９】同上のさらに他の形態を示す概略回路構成図で
ある。
ある。
【図１０】同上の等価回路図である。
【図１１】同上のさらにまた他の形態を示す概略回路構
成図である。
成図である。
【図１２】同上の等価回路図である。
【図１３】同上の別の形態を示す概略回路構成図であ
る。
る。
【図１４】同上の等価回路図である。
【図１５】実施形態２を示す概略回路構成図である。
【図１６】同上の等価回路図である。
【図１７】実施形態３を示す概略回路構成図である。
【図１８】同上における出力トランスの断面図である。
【図１９】同上の等価回路図である。
【図２０】同上の他の形態を示す概略回路構成図であ
る。
る。
【図２１】同上の等価回路図である。
【図２２】実施形態４を示す概略回路構成図である。
【図２３】同上の説明図である。
【図２４】同上の動作説明図である。
【図２５】従来例を示す概略回路構成図である。
【図２６】他の従来例を示す概略回路構成図である。
１ 電源部 ２ 直列共振回路 ３ 整流部 ５ ２次電池 Ｌｘ インダクタンス Ｃｘ コンデンサ
Claims (10)
- 【請求項１】 高周波交流電圧を発生する電源部と、電
源部の出力側に接続されるインダクタンス及びコンデン
サの直列共振回路と、この直列共振回路に生じる共振電
圧を整流する整流部とを備え、整流部の出力側に接続さ
れる負荷に給電する給電装置であって、電源部で発生す
る高周波交流電圧の周波数と直列共振回路の共振周波数
を略一致させたことを特徴とする給電装置。 - 【請求項２】 負荷を２次電池としたことを特徴とする
請求項１記載の給電装置。 - 【請求項３】 整流部と負荷の間に電流平滑用のチョー
クコイルを接続したことを特徴とする請求項１又は２記
載の給電装置。 - 【請求項４】 整流部が半波整流回路からなることを特
徴とする請求項１又は２又は３記載の給電装置。 - 【請求項５】 整流部はセンタタップ付のトランスを具
備することを特徴とする請求項１又は２又は３記載の給
電装置。 - 【請求項６】 電源部は出力トランスを介して高周波交
流を出力して成ることを特徴とする請求項１〜５の何れ
かに記載の給電装置。 - 【請求項７】 出力トランスにリーケージトランスを用
い、このリーケージトランスの２次側換算された漏れイ
ンダクタンスを直列共振回路のインダクタンスとしたこ
とを特徴とする請求項６記載の給電装置。 - 【請求項８】 出力トランスは、電源部に設けられる１
次巻線と、負荷側に設けられる２次巻線とが分離自在に
磁気結合されて成ることを特徴とする請求項６記載の給
電装置。 - 【請求項９】 負荷を２次電池とし整流部を半波整流回
路とするとともに、２次電池の電池電圧の最大値におい
て電源部の交流出力の極性反転時期がコンデンサの両端
電圧が極値となる時期に略一致するような第１の値と、
電源部で発生する高周波交流電圧の周波数と直列共振回
路の共振周波数が略一致するような第２の値との間にコ
ンデンサの容量値を設定して成ることを特徴とする請求
項１記載の給電装置。 - 【請求項１０】 負荷と並列に平滑コンデンサを接続し
たことを特徴とする請求項９記載の給電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29404899A JP3610842B2 (ja) | 1999-10-15 | 1999-10-15 | 給電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29404899A JP3610842B2 (ja) | 1999-10-15 | 1999-10-15 | 給電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001119930A true JP2001119930A (ja) | 2001-04-27 |
| JP3610842B2 JP3610842B2 (ja) | 2005-01-19 |
Family
ID=17802614
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29404899A Expired - Fee Related JP3610842B2 (ja) | 1999-10-15 | 1999-10-15 | 給電装置 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3610842B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003018833A (ja) * | 2001-07-03 | 2003-01-17 | Denso Corp | フライバックｄｃ／ｄｃ変換回路 |
| JP2008515379A (ja) * | 2004-10-01 | 2008-05-08 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Ｌｅｄ広域光源ランプ用電力変換器 |
| US8901888B1 (en) | 2013-07-16 | 2014-12-02 | Christopher V. Beckman | Batteries for optimizing output and charge balance with adjustable, exportable and addressable characteristics |
-
1999
- 1999-10-15 JP JP29404899A patent/JP3610842B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003018833A (ja) * | 2001-07-03 | 2003-01-17 | Denso Corp | フライバックｄｃ／ｄｃ変換回路 |
| JP2008515379A (ja) * | 2004-10-01 | 2008-05-08 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Ｌｅｄ広域光源ランプ用電力変換器 |
| JP4903707B2 (ja) * | 2004-10-01 | 2012-03-28 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Ｌｅｄ広域光源ランプ用電力変換器 |
| US8901888B1 (en) | 2013-07-16 | 2014-12-02 | Christopher V. Beckman | Batteries for optimizing output and charge balance with adjustable, exportable and addressable characteristics |
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