JP2008104295A - Non-contact power supply unit - Google Patents

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Kazuhiko Okuaki
和彦 奥秋
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株式会社ボルテックス
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a non-contact power supply unit that can obtain a stable DC output of high electric power which is of low noise and highly-efficient and that can reduce the cost and size of an entire system by miniaturizing a transformer with the reduction of the number of circuit elements and the use of high frequency. <P>SOLUTION: A power transmission side circuit is made up of a half-bridge switching circuit 2, a series resonance capacitor C2, and a power-transmission transformer T1. The capacitor C2 performs current resonance between the transformer T1 and inductances L1, L2. A receiving side circuit is structured with a receiving transformer T2 and a voltage-doubler rectifier circuit 3. A capacitor C3 works for rectification and the current resonance. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、医療機器などの産業用装置,測定装置,家電,パーソナル携帯装置などに電力を非接触で供給する電源装置、さらに詳しくいえば、電動歯ブラシの充電電源用などに好適に用いることができる非接触電源装置に関する。 The present invention, industrial devices such as medical equipment, measurement devices, consumer electronics, personal portable device power supply for supplying a non-contact power and the like, more particularly, be suitably used for a like for charging power supply of the electric toothbrush it relates to a non-contact power supply.

非接触タイプの電力を供給する電源装置は非接触という特徴を活用して種々の装置に用いられてきた。 A power supply device that supplies electric power of the non-contact type have been used in various devices by utilizing the feature that a non-contact manner.
特定の軌道上を動く移動体に対し常に電力を供給する移動体電源回路(特許文献1)や過酷な環境に対し防水などを施すことが必要な通信機器などの電源装置として非接触給電装置(特許文献2)はその特徴を利用したものである。 Non-contact power feeding device as a power supply device, such as a specific always mobile power supply circuit for supplying power to the mobile body moves on a track (Patent Document 1) or harsh necessary communication equipment be subjected to such waterproof on the environment ( Patent Document 2) is obtained by utilizing its features.

しかしながら、特許文献1は受電部の位置に係わらず、移動体側に必要な電圧を出力できるとともに各受電部を流れる電流の定常的なアンバランスを防止する回路構成であるが、ノイズを抑制して高い効率で直流出力を得る点については言及していない。 However, Patent Document 1 regardless of the position of the power receiving unit, although it is possible to output a voltage necessary for the movable body side is a circuit configuration for preventing a steady imbalance of currents flowing through each power receiving portion, to suppress noise It does not refer to the point of obtaining a DC output with high efficiency.
また特許文献2は回路構成が簡単で高効率な高周波電力を取り出す回路であるが、AC100Vの入力に対し高周波出力を得るものであり、直流入力の電圧値を変換して高効率の直流出力を得るものではない。 Although Patent Document 2 is a circuit for taking out a high-efficiency RF power is simple circuit structure, is intended to obtain a high frequency output to the input of AC100V, the DC output of the high efficiency by converting the voltage value of the DC input not get those.
特開2002−58179 JP 2002-58179 特開平7−337035 JP-A-7-337035

非接触電源装置についてはノイズを抑え、高効率で負荷変動に対し安定した高出力のDC出力を得ることが要請されている。 Suppressing noise for non-contact power supply to obtain a DC output of stable high output is requested to load fluctuation at a high efficiency. また、従来の非接触電源装置に比較し回路素子数などを少なくして回路の簡易化を図り上記要請に応えながら小型化を可能にすることにより、小型の装置に対する電源装置としても対処できることも重要である。 Further, by allowing miniaturization while meeting the above requirements achieving simplification of the circuit by reducing the like number of circuit elements as compared to conventional non-contact power supply, also be able to cope as a power supply device for small devices is important.
しかしながら、従来の非接触電源装置は非接触給電時、送受電トランスのギャップにより送受電トランスのリーケージインダクタンスが非常に大きく送受電トランス部のインピーダンスが高周波において高いため、電力伝送が制限され大きな電力伝送ができなかった。 However, when the non-contact power supply is a conventional non-contact power supply, since the impedance of the power transmitting and receiving transformer leakage inductance is very large transmitting and receiving transformer section by a gap of transmitting and receiving transformers is high in a high frequency, high power transmission is restricted power transmission It could not be. また、大きな電力伝送を行うには送受電トランスの大型化が避けられず、加えてリーケージインダクタンスの影響により高周波化による小型化ができなかった。 Further, a large electric power to perform transmission inevitably increase in size of the power transmitting and receiving transformers, could not be miniaturized due to the high frequency by the influence of the leakage inductance added. さらに送受電トランスのリーケージインダクタンスの影響により出力電圧変動が非常に大きい。 Furthermore a very large output voltage variation due to the influence of the leakage inductance of the power transmitting and receiving transformers.

本発明は、上記要請に応えるもので、その目的は低ノイズで、かつ高効率で安定した大電力の直流出力を得ることができるとともに回路素子数の低減化および高周波化によるトランスの小型化を図ることにより装置全体の低価格化,小型化を実現することができる非接触電源装置を提供することにある。 The present invention, which meet the above requirements, for that purpose are low noise, and a transformer miniaturization due to reduction and frequency of number of circuit elements with high efficiency can be obtained DC output stable high power low cost of the entire apparatus by promoting to provide a non-contact power supply device can be downsized.

前記目的を達成するために本発明の請求項1は直列接続された2個1組または直列接続された2個2組のスイッチング素子のゲートに対し、ドライブ回路により交互にパルス信号を入力することにより直流入力をスイッチングするハーフブリッジ形またはフルブリッジ形スイッチング回路および該ハーフブリッジ形または該フルブリッジ形スイッチング回路の出力に接続された送電用トランスとからなる送電側回路と、前記送電用トランスに対し電磁結合する受電用トランスおよび該受電用トランスに接続され、受電用トランス出力を倍電圧で整流し出力する倍電圧整流回路とからなる受電側回路とから構成されたことを特徴とする。 To the gate of the two two pairs of switching elements according to claim 1, which is two pair or series connection which are connected in series to the present invention in order to achieve the object, by inputting a pulse signal alternately by the drive circuit a transmission side circuit consisting of a half-bridge type or full-bridge type switching circuit and the half-bridge or the full-bridge-connected power transformer on the output of the switching circuit for switching a DC input by, with respect to the power transformer is connected to the power receiving transformer and power receiving transformer for electromagnetic coupling, characterized in that it consists of a power receiving side circuit for rectifying the power receiving transformer output voltage doubler comprising a voltage doubler rectifier circuit for outputting.
本発明の請求項2は請求項1記載の発明において前記ハーフブリッジ形または前記フルブリッジ形スイッチング回路と前記送電用トランスの間にコンデンサを挿入し、コンデンサの容量を調整することにより送電側回路を電流共振させることを特徴とする。 Claim 2 of the present invention inserts a capacitor between the half-bridge or the full-bridge type switching circuit and the power transformer in the invention according to the first aspect, the power transmission side circuit by adjusting the capacitance of the capacitor characterized in that to the current resonance.
本発明の請求項3は、中間端子を有する送電用トランスおよび該送電用トランスの両端にそれぞれ出力端が接続され、他端側がアース接続された2つのスイッチング素子を有し、該2つのスイッチング素子のゲートに対し、ドライブ回路により交互にパルス信号を入力することにより直流入力をスイッチングするプッシュプル形スイッチング回路からなる送電側回路と、前記送電用トランスに対し電磁結合する受電用トランスおよび該受電用トランスに接続され、受電用トランス出力を倍電圧で整流し出力する倍電圧整流回路とからなる受電側回路とから構成されたことを特徴とする。 Claim 3 of the present invention, each output terminal is connected to both ends of the power transmission transformer and the sending transformer having an intermediate terminal, the other end has two switching elements connected to ground, the two switching elements to the gate, and the power transmission side circuit consisting of the push-pull type switching circuit for switching a DC input by inputting a pulse signal alternately by the drive circuit, for receiving transformer and power receiving electromagnetically coupled to said power transmission transformer is connected to the transformer, characterized in that it consists of a power receiving side circuit for rectifying the power receiving transformer output voltage doubler comprising a voltage doubler rectifier circuit for outputting.
本発明の請求項4は、請求項1,2または3記載の発明において前記ドライブ回路から前記2個のスイッチング素子のゲートにそれぞれ入力される信号は、デューティ比が25%以上50%未満であって、各信号間にデッドタイムを有することを特徴とする。 Claim 4 of the present invention, the signal input to the gates of the two switching elements from the drive circuit in the invention of claim 1, wherein the duty ratio is a less than 50% or more 25% Te, and having a dead time between signals.
本発明の請求項5は、請求項1,2,3または4記載の発明において前記倍電圧整流回路の前段のコンデンサに整流機能を有するとともに受電側回路を電流共振させるように調整したことを特徴とする。 Claim 5 of the present invention, characterized in that to adjust the power receiving side circuit and has a rectifying function in front of the capacitor of the voltage doubler rectifier circuit in the invention of claim 1, 2, 3 or 4, wherein to cause current resonance to.

請求項1,4および5によれば、低ノイズで効率が良く、小型化を実現できる大電力直流出力を得ることができる。 According to claim 1, 4 and 5, it is possible to efficiently with low noise well, to obtain a large power DC output that can realize miniaturization. 請求項2によれば、さらなる受電側に大電力を供給することができる。 According to claim 2, it is possible to supply a large electric power to the additional power receiving side.
請求項3,4および5によれば、送電側回路のドライブ回路のハイサイド回路が不要で、スイッチング素子のドライブがグランド基準の簡易な構成となるため、請求項1に対し低価格化を実現しつつ低ノイズ,高効率,小型化を実現できる大電力直流出力を得ることができる。 According to claim 3, 4 and 5, the high side circuit drive circuit of the power transmission circuit is not necessary, because the drive of the switching element is a simple construction of the ground reference, realizing cost reduction to claim 1 low noise, high efficiency, can be obtained a high power DC output that can realize miniaturization while. 勿論、請求項1〜5は負荷変動に対し安定した出力を得ることができる。 Of course, according to claim 1 to 5 can obtain a stable output to the load fluctuation.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳しく説明する。 Hereinafter, with reference to the drawings illustrating the embodiments of the present invention in detail.
図1は、本発明による非接触電源装置の第1の実施の形態を示す回路図、図4は図1の各回路部の電圧・電流のタイミングチャートである。 Figure 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the non-contact power supply device according to the present invention, FIG. 4 is a timing chart of the voltage and current of each circuit portion of Figure 1.
送電側回路はDC入力端を有するハーフブリッジ形スイッチング回路2,リーケージインダクタンスL1および相互インダクタンスL2を有する送電用トランスT1並びに直列共振用コンデンサC2より構成されている。 Power-transmission-side circuit is configured from the DC half-bridge type switching circuit 2 having an input end, the leakage inductance L1 and the power transmission transformer having a mutual inductance L2 T1 and the series resonance capacitor C2.
ハーフブリッジ形スイッチング回路2はDC入力VC1に混入される高周波成分をバイパスさせるコンデンサC1の端子間に2つのMOSFETのスイッチング素子Q1およびQ2が直列接続され、MOSFETQ1とQ2のゲートにはスイッチング制御回路1が接続されている。 A half-bridge type switching circuit 2 is two MOSFET switching elements Q1 and Q2 between the terminals of the capacitor C1 to bypass the high frequency components to be mixed to the DC input VC1 is connected in series to the gate of MOSFETQ1 and Q2 switching control circuit 1 There has been connected.

MOSFETQ1のソースとMOSFETQ2のドレーンの接続点に直列共振用コンデンサC2の一端が接続され、その他端が送電用トランスT1の一端に接続されている。 One end of the series resonance capacitor C2 is connected to the connection point of the drain of the source and MOSFETQ2 of MOSFETs Q1, the other end is connected to one end of the power transmission transformer T1. 送電用トランスT1の他端側はアースレベルであり、MOSFETQ2のソースに接続されている。 The other end of the power transmission transformer T1 is grounded level, is connected to the source of the MOSFET Q2. 直列共振用コンデンサC2は電流共振する容量値のコンデンサが選択される。 Series resonant capacitor C2 is a capacitor of capacitance value for current resonance is selected.
スイッチング制御回路1は、ブートストラップ回路を利用したハイサイド駆動回路およびローサイド駆動回路により構成され、図4のVgQ1およびVgQ2に示すような制御パルスを出力する。 The switching control circuit 1 is constituted by a high-side drive circuit and a low-side driver that uses a bootstrap circuit, and outputs a control pulse as shown in VgQ1 and VgQ2 in FIG.

制御パルスVgQ1は1周期Tに対し前半の周期(1/2)Tに発生し、25%以上〜50%未満のデューティ比のパルスである。 Control pulse VgQ1 generates the cycle (1/2) T of the first half to 1 period T, a pulse duty ratio of less than 50% more than 25%. 制御パルスVgQ2は後半の周期(1/2)Tに発生し、25%以上〜50%未満のデューティ比のパルスである。 Control pulse VgQ2 is the pulse of the second half of the cycle (1/2) occurred T, the duty ratio of less than 50% more than 25%. 制御パルスVgQ1およびVgQ2の間には相互に時系列的に重ならないようにデッドタイムtdが作られMOSFETQ1およびMOSFETQ2を制御する。 Dead time td so as not to overlap in time series with each other between the control pulses VgQ1 and VgQ2 controls the MOSFETQ1 and MOSFETQ2 made.
このようにデューティ比25%以上〜50%未満で固定でMOSFETを制御することによりトランスの励磁電流が連続し正負対称波形となることによりMOSFETのオン時は、電流がマイナス状態となっているためゼロ電流,ゼロ電圧スイッチングとなる。 When the MOSFET is turned on by the transformer magnetizing current is a continuous positive-negative symmetrical waveform by controlling the MOSFET thus fixed at less than 50% duty ratio of 25% or more, since the current is in the negative state zero current and zero voltage switching. MOSFETのオフ時は、MOSFETの寄生容量によりゼロ電圧スイッチングとなり、スイッチング損失が極めて少なく高効率化,低ノイズ化,小型化(高周波化)が実現できる(後述のプッシュプル,フルブリッジ形も同様)。 When the MOSFET is turned off, becomes zero voltage switching by the parasitic capacitance of the MOSFET, very little high efficiency switching loss, low noise, smaller size (high frequency) can be achieved (described later in push-pull, a full-bridge type similar) . MOSFETQ1およびMOSFETQ2のスイッチングは、例えば100KHzでオンオフする。 Switching MOSFETQ1 and MOSFETQ2 is off, for example, 100 KHz.

このとき、MOSFETQ1とMOSFETQ2の接続点には図4のVdQ2の波形が現れ、MOSFETQ1およびMOSFETQ2に流れる電流は、IdQ1およびIdQ2の波形となる。 In this case, the connection point MOSFETQ1 and MOSFETQ2 appear VdQ2 of the waveform of FIG. 4, the current flowing through the MOSFETQ1 and MOSFETQ2, a waveform of IdQ1 and IdQ2.
コンデンサC2は送電用トランスT1のリーケージインダクタンスL1およびトランスT1,T2の相互インダクタンスL2の間で電流共振し、送電用トランスT1には図4に示す高周波電圧VT1が出力される。 Capacitor C2 is current resonance between the mutual inductance L2 of the leakage inductance L1 and transformers T1, T2 of the power transmission transformer T1, the power transmission transformer T1 frequency voltage VT1 shown in FIG. 4 is output.
受電用トランスT2は送電用トランスT1とは非接触であり、電磁波によって結合されている。 Power receiving transformer T2 to the power transformer T1 is non-contact, which is coupled by electromagnetic waves. 受電用トランスT2に発生した高周波電圧VT2は倍電圧整流回路3に印加され、コンデンサC3によって受電側回路は電流共振し、コンデンサC3にはIC3に示す共振電流が流れる。 Frequency voltage VT2 generated in the power receiving transformer T2 is applied to the voltage doubler rectifier circuit 3, the power receiving side circuit by the capacitor C3 is current resonance, the capacitor C3 flows resonance current shown in IC3. コンデンサC3に印加された電圧は倍電圧整流用ダイオードCR1,CR2および倍電圧整流用コンデンサC4で倍電圧に整流されて出力される。 Voltage applied to the capacitor C3 is output is rectified in the voltage doubler voltage doubler rectifying diode CR1, CR2 and voltage doubler rectifier capacitors C4. コンデンサC3は倍電圧整流回路3の整流機能とともに上述したように受電用トランスT2のリーケージインダクタンスL3との間で電流共振する。 Capacitor C3 is current resonance between leakage inductance L3 of the power receiving transformer T2 as described above with rectifying function of the voltage doubler rectifier circuit 3. 電流共振させることにより、負荷変動に対し安定した直流出力VC4を得ることができる。 By current resonance, it is possible to obtain a DC output VC4 a stable against load variation. さらにスイッチング周波数をフィードバック制御により可変することで、さらなる電圧変動の少ない直流出力を得ることができる。 By further varying the feedback control of the switching frequency, it is possible to obtain a low direct current output of the further voltage fluctuations. スイッチング周波数を変えることによりリーケージインダクタンスのインピーダンスを可変することができるからである。 By varying the switching frequency is because it is possible to vary the impedance of the leakage inductance.
また、送電側回路はハーフブリッジ回路構成であるため、送電トランスの巻線を1巻線にでき、トランスの小型化を図ることができる(後述のフルブリッジ形も同じである)。 Further, the power transmission side circuit for a half-bridge circuit configuration, the winding of the transmission transformer can be 1 winding, it is possible to reduce the size of the transformer (full-bridge described later is the same).

具体値として送電側回路に例えばDC40Vを印加すると、送電用トランスT1には略120Vの高周波電流が発生し、電磁波結合によって受電用トランスT2には略40Vの高周波電圧が発生し、倍電圧整流回路によって出力には80VのDC出力を得ることができる。 When applied to the power transmission side circuit, for example a DC40V specific value, high-frequency current of about 120V is generated at the power transmission transformer T1, the high-frequency voltage of approximately 40V is generated in the power receiving transformer T2 by electromagnetic coupling, the voltage doubler it is possible to obtain a DC output of 80V is output by.
この実施の形態は大きい電力を出力でき、低いノイズと高効率の電源装置を得ることができる。 This embodiment can output a large power, it is possible to obtain a power supply with low noise and high efficiency.

図2は、本発明による非接触電源装置の第2の実施の形態を示す回路図、図5は図2の各回路部の電圧・電流のタイミングチャートである。 Figure 2 is a circuit diagram showing a second embodiment of the non-contact power supply device according to the present invention, FIG 5 is a timing chart of the voltage and current of each circuit portion of Figure 2.
この実施の形態は送電側回路にプッシュプル形スイッチング回路5を用いたもので、受電側回路は第1の実施の形態と同じである。 This embodiment is one using a push-pull type switching circuit 5 to the power transmission side circuit, the power receiving side circuit is the same as the first embodiment. 送電側回路のスイッチング制御回路4はハーフブリッジ形スイッチング回路に用いたスイッチング制御回路1より簡略化できるという特徴を有する。 The switching control circuit 4 of the power transmission circuit has a feature that can be simplified than the switching control circuit 1 using the half-bridge type switching circuit. MOSFETQ1およびMOSFETQ2をグランド基準でオンオフ制御するため複雑な回路にする必要がないからである。 The MOSFETQ1 and MOSFETQ2 at ground reference there is no need to complicate circuit for on-off control.

送電側回路のプッシュプル形スイッチング回路5はDC入力端子間に高周波成分をバイパスさせるバイパス用コンデンサC1が接続され、バイパス用コンデンサC1の一端は送電用トランスT1の中間タップに接続されている。 Push-pull type switching circuit 5 of the power transmission circuit is a bypass capacitor C1 to bypass high-frequency components is connected between DC input terminals, one end of the bypass capacitor C1 is connected to the center tap of the power transformer T1. 送電用トランスT1の一端は、MOSFETQ1のドレーンに、他端はMOSFETQ2のドレーンにそれぞれ接続されている。 One end of the power transmission transformer T1, the drain of the MOSFETs Q1, the other end is connected to the drain of MOSFET Q2. 送電用トランスT1の中間タップに対しリーケージインダクタンスL1を有し、中間タップとMOSFETQ1およびMOSFETQ2のドレーンの間に相互インダクタンスL2を有する。 Has a leakage inductance L1 to the center tap of the power transformer T1, it has a mutual inductance L2 between the drain intermediate tap and MOSFETQ1 and MOSFET Q2. ハーフブリッジ形スイッチング回路とは異なり、送電側回路では電流共振はさせていない。 Unlike half-bridge type switching circuit, no current resonance is a transmission side circuit.
MOSFETQ1およびMOSFETQ2のソース側はバイパス用コンデンサC1の他端に接続されている。 The source side of MOSFETQ1 and MOSFETQ2 is connected to the other end of the bypass capacitor C1. MOSFETQ1およびMOSFETQ2に制御パルスを供給するスイッチング制御回路4は図5に示すような制御パルスVgQ1およびVgQ2を出力する。 MOSFETQ1 and the switching control circuit 4 supplies a control pulse to MOSFETQ2 outputs a control pulse VgQ1 and VgQ2 as shown in FIG.

制御パルスVgQ1およびVgQ2は第1の実施の形態と同様であり、制御パルスVgQ1は1周期Tに対し前半の周期(1/2)Tに発生し、25%以上〜50%未満のデューティ比のパルスである。 Control pulses VgQ1 and VgQ2 is the same as the first embodiment, the control pulse VgQ1 generates the cycle (1/2) T of the first half to 1 period T, the duty ratio of less than 50% more than 25% it is a pulse. 制御パルスVgQ2は後半の周期(1/2)Tに発生し、25%以上〜50%未満のデューティ比のパルスであり、制御パルスVgQ1およびVgQ2が相互に時系列的に重ならないようにデッドタイムtdが作られMOSFETQ1およびMOSFETQ2を制御する。 Control pulse VgQ2 generates the second half of the period (1/2) T, a pulse duty ratio of less than 50% more than 25%, the dead time as the control pulse VgQ1 and VgQ2 do not overlap in time series to each other td is made to control the MOSFETQ1 and MOSFET Q2. MOSFETのオン時はゼロ電流,ゼロ電圧スイッチング,MOSFETのオフ時は、ゼロ電圧スイッチングとなり、スイッチング損失が極めて少なく高効率化,低ノイズ化,小型化(高周波化)が実現できる。 MOSFET on at zero current, zero-voltage switching, when the MOSFET is turned off, becomes zero voltage switching, very small high efficiency switching loss, low noise, smaller size (high frequency) can be realized. 図5で示す制御パルスVgQ1およびVgQ2の波形より下段に記載した各波形は基本的には図4の波形図と同じであるのでその特性の説明は省略する。 Description of the characteristics Since each waveform described lower than the waveform of the control pulse VgQ1 and VgQ2 shown in FIG. 5 is basically the same as the waveform diagram of FIG. 4 will be omitted.

第2の実施の形態も、第1の実施の形態とほぼ同様に低ノイズ,高効率で負荷変動に影響を受けることが少ないDC出力を得るが、送電側回路をプッシュプル形構成にすることにより送電用トランスの巻数は2巻線となり電流共振もできないため大電力には不向きである。 The second embodiment also, substantially the same low noise in the first embodiment, to obtain a DC output that is less affected by load variations with high efficiency, to the power transmission side circuit in a push-pull configuration is not suitable for high power for number of turns of the power transmission transformer may not be current resonance becomes 2 winding by. しかしながら、MOSFETのドライブがグランド基準でできるためドライブが簡素化(ハイサイド駆動以外のスイッチング制御回路を用いることができる)でき、小電力,低コストの非接触給電に有利である。 However, the drive is simplified because the MOSFET drive can be at ground reference can (can be used switching control circuits other than the high-side driver), it is advantageous low power, the contactless power supply of low cost.
また、受電用トランスの巻線を1巻線にでき、トランスの小型化に寄与する。 Also, the windings of the power receiving transformer can be a primary winding, which contributes to miniaturization of the transformer.

図3は、本発明による非接触電源装置の第3の実施の形態を示す回路図、図6は図3の各回路部の電圧・電流のタイミングチャートである。 Figure 3 is a third circuit diagram showing an embodiment of the contactless power supply apparatus according to the present invention, FIG. 6 is a timing chart of the voltage and current of each circuit portion of FIG.
この実施の形態は送電側回路のスイッチング回路にフルブリッジ形を用いたもので、他の構成は図1の電源装置と同じである。 This embodiment is one using a full-bridge type switching circuit of the power transmission circuit, the other structure is the same as the power supply device of FIG. フルブリッジ形スイッチング回路8を用いることによりハーフブリッジ形より高いパワーを出力させることができる。 Can output higher power than the half-bridge by using a full-bridge type switching circuit 8. ハーフブリッジに対しMOSFETの耐圧が半分で良いとオン抵抗の低いFETを使用できるからである。 To the half-bridge it is because it uses the lower FET and the breakdown voltage of the MOSFET may be half of the on-resistance.
フルブリッジ形スイッチング回路8はDC入力VC1に重畳される高周波成分をバイパスさせるコンデンサC1の間に、2つのMOSFETのスイッチング素子Q1およびQ2の直列回路と2つのMOSFETのスイッチング素子Q3およびQ4の直列回路が接続され、MOSFETQ1,Q2,Q3およびQ4のゲートにスイッチング制御回路7が接続されている。 Between the capacitor C1 full-bridge type switching circuit 8 for bypassing the high frequency component superimposed on the DC input VC1, two series circuits of MOSFET switching element Q1 and Q2 and two MOSFET series circuit of switching elements Q3 and Q4 There are connected, MOSFETQ1, Q2, Q3 and the switching control circuit 7 to the gate of Q4 is connected.

MOSFETQ1のソースとMOSFETQ2のドレーンの接続点に直列共振用コンデンサC2の一端が接続され、その他端が送電用トランスT1の一端に接続されている。 One end of the series resonance capacitor C2 is connected to the connection point of the drain of the source and MOSFETQ2 of MOSFETs Q1, the other end is connected to one end of the power transmission transformer T1. 一方、MOSFETQ3のソースとMOSFETQ4のドレーンの接続点に送電用トランスT1の他端が接続されている。 The other end of the power transmission transformer T1 is connected to the connection point of the drain of the source and MOSFETQ4 the MOSFET Q3. 直列共振用コンデンサC2は電流共振する容量値が選択される。 Series resonant capacitor C2 is the capacitance value of the current resonance is selected.
スイッチング制御回路7はMOSFETQ1とQ4のゲートおよびMOSFETQ2とQ3のゲートにはそれぞれ同じ制御パルスを入力する。 Each of the gates of the switching control circuit 7 MOSFETQ1 gate and MOSFETQ2 of Q4 and Q3 for inputting the same control pulse. 以下の下段に示す電圧・電流の波形図は図4と同じである。 Waveform diagram of voltage and current shown in the lower of the following is the same as FIG.
第3の実施の形態も図1と同様に低ノイズ,高効率で負荷変動に影響の受けない大電力DC出力を得ることができる。 Low noise as well as FIG. 1 the third embodiment, it is possible to obtain a large power DC output free from influence of the load fluctuation at a high efficiency.

送電側回路にハーフブリッジ形,フルブリッジ形を用いた場合、電流共振用コンデンサを付加し電流共振させることにより、送電用および受電トランスのリーケージインダクタンスの影響が相殺され、低インピーダンスとなるため受電側に大電力を供給できる。 Power-transmission-side circuit to a half-bridge type, when using a full-bridge type, by current resonance adding capacitor current resonance, electric power transmission and effects of the power receiving transformer leakage inductance is canceled, the power receiving side to become a low impedance It can supply a large amount of electric power to.
また、受電側回路の倍電圧整流回路の初段のコンデンサを電流共振用に流用し倍電圧整流回路も電流共振させることによりさらなる大電力化が可能となる。 Also, further increase power becomes possible by diverting to the voltage doubler also be current resonance the first stage capacitor voltage doubler rectifier circuit of the power receiving side circuit for current resonance.

ハーフブリッジ形,プッシュプル形およびフルブリッジ形について受電側は同じ回路構成であり、送電側回路に対応した受電側回路の回路構成により以下のような特性・利点を有する。 Half-bridge type, the power receiving side for a push-pull type and full-bridge is the same circuit configuration, has the characteristics and advantages: the circuit configuration of the power receiving side circuit corresponding to the power transmission side circuit.
受電側回路を倍電圧整流回路で構成しているため整流ダイオードの耐圧は出力電圧と略同等になり、低耐圧のダイオードを使用でき高効率化できる。 The breakdown voltage of the rectifier diode for constituting the power receiving side circuit in the voltage doubler rectifier circuit is the output voltage substantially equal, be higher efficiency allows the use of low breakdown voltage of the diode. また、倍電圧整流回路の初段のコンデンサを電流共振用に流用できるため低コストにできる。 Further, cost can be reduced since it is possible to divert the first stage capacitor voltage doubler rectifier circuit for current resonance. さらに倍電圧整流回路の初段のコンデンサを電流共振用に流用し電流共振させるため送電用および受電用トランスのリーケージインダクタンスの影響が相殺され、低インピーダンスとなるため受電側に大電力を供給できる。 Further voltage doubler diverted influence of power transmission and power reception transformer leakage inductance in order to current resonance the first stage capacitor for current resonance of the rectifier circuit is canceled, can supply a large electric power to the power receiving side to become a low impedance.
また、送電側回路がハーフブリッジ形,プッシュプル形,フルブリッジ形で受電側回路の倍電圧整流回路のみを電流共振させた場合、フィードバック制御なしでも出力電圧変動が少なく、無負荷時の電圧上昇も少ないため低コスト化が可能である Further, the power transmission side circuit half-bridge type, push-pull type, if only the voltage doubler of the power receiving circuit was current resonance at full bridge type, less the output voltage variation even without feedback control, the voltage rise at no load it is possible even less for cost reduction

上記実施の形態で用いる高周波数は100KHz程度であるが、コアレスタイプで1MHz,2MHzで電磁結合して給電することも可能である。 High frequency used in the above embodiment is about 100KHz, but it is also possible to 1MHz coreless type, electromagnetically coupled with 2MHz feed. また、電力値として例えば10W〜200W電源装置を実現できる。 Further, it is possible to realize a power value, for example 10W~200W power supply. 送電用トランスと受電用トランスの電磁結合のための距離は、例えば、送電側回路筐体の送電用トランスに対し、受電用トランスが例えば2.5mmで向き合うように受電側回路筐体を設置することととなる。 Distance for receiving transformer of the electromagnetic coupling between the power transmission transformer, for example, to power transformer of the power transmission circuit housing, installing the power receiving side circuit housing as the power receiving transformer facing each other in 2.5mm e.g. It becomes a thing.

給電対象となる装置に接触することなく電磁波で給電を行うもので、産業用装置,測定装置,家電などにDC出力を供給する電源装置である。 And it performs feeding electromagnetic waves without contacting the power supply target device, industrial equipment, measuring equipment, consumer electronics is a power supply for supplying DC output such.

本発明による非接触電源装置の第1の実施の形態を示す回路図である。 The first embodiment of the non-contact power supply device according to the present invention is a circuit diagram showing. 本発明による非接触電源装置の第2の実施の形態を示す回路図である。 A second embodiment of the non-contact power supply device according to the present invention is a circuit diagram showing. 本発明による非接触電源装置の第3の実施の形態を示す回路図である。 A third embodiment of the non-contact power supply device according to the present invention is a circuit diagram showing. 図1の入出力の関係を説明するためのタイミングチャートである。 Is a timing chart for explaining the input-output relations shown in FIG. 図2の入出力の関係を説明するためのタイミングチャートである。 It is a timing chart for explaining the input-output relationship FIG. 図3の入出力の関係を説明するためのタイミングチャートである。 It is a timing chart for explaining the input-output relationship of Figure 3.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1,4,7 スイッチング制御回路 1, 4, 7, switching control circuit
2 プッシュプル形スイッチング回路 3,6,9 倍電圧整流回路 5 ハーフブリッジ形スイッチング回路 8 フルブリッジ形スイッチング回路 C1 バイパス用コンデンサ C2 直列共振用コンデンサ C3 倍電圧整流及び直列共振用コンデンサ C4 倍電圧整流用コンデンサ CR1,CR2 倍電圧整流用ダイオード T1 送電用トランス T2 受電用トランス L1 トランスT1のリーケージインダクタンス L2 トランスT1,T2の相互インダクタンス L3 トランスT2のリーケージインダクスンス Q1,Q2 MOSFET(スイッチング素子) 2 push-pull switching circuit 3,6,9 voltage doubler rectifier circuit 5 a half-bridge type switching circuit 8 full-bridge type switching circuit C1 C3 fold bypass capacitor C2 series resonant capacitor voltage rectifier and series resonant capacitor C4 voltage doubler rectifier capacitors CR1, CR2 fold leakage inductor dull scan Q1 of mutual inductance L3 transformer T2 leakage inductance L2 transformers T1, T2 of the voltage rectifying diodes T1 power transformer T2 power receiving transformer L1 transformer T1, Q2 MOSFET (switching element)

Claims (5)

  1. 直列接続された2個1組または直列接続された2個2組のスイッチング素子のゲートに対し、ドライブ回路により交互にパルス信号を入力することにより直流入力をスイッチングするハーフブリッジ形またはフルブリッジ形スイッチング回路および該ハーフブリッジ形または該フルブリッジ形スイッチング回路の出力に接続された送電用トランスとからなる送電側回路と、 To the gate of the two two pairs of switching elements connected in series two pair or series connection, a half-bridge or full-bridge type switching for switching a DC input by inputting a pulse signal alternately by the drive circuit a transmission side circuit consisting of the connected power transformer on the output of the circuit and the half-bridge or the full-bridge type switching circuit,
    前記送電用トランスに対し電磁結合する受電用トランスおよび該受電用トランスに接続され、受電用トランス出力を倍電圧で整流し出力する倍電圧整流回路とからなる受電側回路とから構成されたことを特徴とする非接触電源装置。 The power transmission transformer to be connected to the power receiving transformer and power receiving transformer for electromagnetic coupling, that is composed of a power receiving side circuit for rectifying the power receiving transformer output voltage doubler comprising a voltage doubler rectifier circuit which outputs non-contact power supply device according to claim.
  2. 前記ハーフブリッジ形または前記フルブリッジ形スイッチング回路と前記送電用トランスの間にコンデンサを挿入し、コンデンサの容量を調整することにより送電側回路を電流共振させることを特徴とする請求項1記載の非接触電源装置。 The inserted capacitor half-bridge or the full-bridge type switching circuit between the power transmission transformer, non of claim 1, wherein the to the current resonance power transmission side circuit by adjusting the capacitance of the capacitor contact power supply.
  3. 中間端子を有する送電用トランスおよび該送電用トランスの両端にそれぞれ出力端が接続され、他端側がアース接続された2つのスイッチング素子を有し、該2つのスイッチング素子のゲートに対し、ドライブ回路により交互にパルス信号を入力することにより直流入力をスイッチングするプッシュプル形スイッチング回路からなる送電側回路と、 Each output terminal is connected to both ends of the power transmission transformer and the sending transformer having an intermediate terminal, the other end has two switching elements is grounded, to the gate of the two switching elements, the drive circuit a transmission side circuit consisting of the push-pull type switching circuit for switching a DC input by inputting a pulse signal alternately,
    前記送電用トランスに対し電磁結合する受電用トランスおよび該受電用トランスに接続され、受電用トランス出力を倍電圧で整流し出力する倍電圧整流回路とからなる受電側回路とから構成されたことを特徴とする非接触電源装置。 The power transmission transformer to be connected to the power receiving transformer and power receiving transformer for electromagnetic coupling, that is composed of a power receiving side circuit for rectifying the power receiving transformer output voltage doubler comprising a voltage doubler rectifier circuit which outputs non-contact power supply device according to claim.
  4. 前記ドライブ回路から前記2個のスイッチング素子のゲートにそれぞれ入力される信号は、デューティ比が25%以上50%未満であって、各信号間にデッドタイムを有することを特徴とする請求項1,2または3記載の非接触電源装置。 Claim 1 signals input to the gates of the two switching elements from the drive circuit, the duty ratio is characterized by having a dead time between a 50% or more and less than 25%, the signal, non-contact power supply 2 or 3 wherein.
  5. 前記倍電圧整流回路の前段のコンデンサに整流機能を有するとともに受電側回路を電流共振させるように調整したことを特徴とする請求項1,2,3または4記載の非接触電源装置。 The voltage doubler contactless power supply adjusted that claims 1, 2, 3 or 4, wherein as to the current resonance power receiving side circuit and has a rectifying function in front of the condenser of the rectifying circuit.
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