JP2008236815A - 非接触電力伝送装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】非接触で電力伝送する装置において、受電ユニットの負荷電流が小さくなっても整流平滑回路の出力電圧を抑制させて充電制御回路の電子部品の破損を防止することを目的とする。
【解決手段】受電ユニット２０は整流平滑回路２と充電制御回路３との間に出力電圧制御回路５ａを具え、出力電圧制御回路５ａはオンオフタイマーを具えた制御ＩＣ６と、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、定電圧素子Ｖｚを具え、軽負荷時における基準電圧を超えた出力電圧に対し、制御ＩＣ６で第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を制御し、定電圧素子Ｖｚをオンオフする間欠型定電圧回路を具える。
【選択図】 図１
【解決手段】受電ユニット２０は整流平滑回路２と充電制御回路３との間に出力電圧制御回路５ａを具え、出力電圧制御回路５ａはオンオフタイマーを具えた制御ＩＣ６と、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、定電圧素子Ｖｚを具え、軽負荷時における基準電圧を超えた出力電圧に対し、制御ＩＣ６で第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を制御し、定電圧素子Ｖｚをオンオフする間欠型定電圧回路を具える。
【選択図】 図１
Description
本発明は、入力電源に接続される電力伝送回路と送電コイルと１次共振コンデンサとを有する送電ユニットと蓄電池が接続される受電コイルと２次共振コンデンサとを有する受電ユニットに、非接触で電力伝送し、受電ユニットに充電電流を生成し、蓄電池を充電する非接触電力伝送装置に関する。
一般に、非接触電力伝送装置はフィードバック制御をかけないため整流平滑回路の出力電圧は負荷電流が小さくなるほど上昇する傾向がある。図６に、その出力電圧Ｖｏ―出力電流Ｉｏ特性を示す。また、図５にその非接触電力伝送装置のブロック図を示す。
図５に示すように、非接触電力伝送装置は、送電ユニット１０に電力伝送回路１と送電コイルＬ１と１次共振コンデンサＣ１の並列回路が接続されている。携帯機器側となる受電ユニット２０は受電コイルＬ２と２次共振コンデンサＣ２の並列回路に整流平滑回路２、充電制御回路３、蓄電池である充電用バッテリー４が接続されている。このように受電ユニット２０は携帯機器側に用いられ充電用バッテリー４を備えている。この充電用バッテリー４は充電制御回路３により充電制御される。
図５に示すように、非接触電力伝送装置は、送電ユニット１０に電力伝送回路１と送電コイルＬ１と１次共振コンデンサＣ１の並列回路が接続されている。携帯機器側となる受電ユニット２０は受電コイルＬ２と２次共振コンデンサＣ２の並列回路に整流平滑回路２、充電制御回路３、蓄電池である充電用バッテリー４が接続されている。このように受電ユニット２０は携帯機器側に用いられ充電用バッテリー４を備えている。この充電用バッテリー４は充電制御回路３により充電制御される。
この充電制御回路３に使用している能動素子あるいは制御ＩＣの耐圧は一般に６Ｖ（絶対最大定格電圧で７Ｖ）のものが多く用いられているため、受電ユニット２０の整流平滑回路２の出力電圧Ｖｏは前記素子の定格電圧である６Ｖ以下に設定する必要がある。しかし、前記のように、非接触電力伝送装置はフィードバック制御をかけないため整流平滑回路の出力電圧Ｖｏは図６に示すように負荷電流Ｉｏが小さくなるほど上昇する傾向がある。そのために、充電制御回路３に使用している能動素子あるいは制御ＩＣの最大定格電圧を超えてしまい、破損する恐れがある。
その防止方法として考えられるのが、整流平滑回路２の出力側にシリーズレギュレータや降圧チョッパー回路を使用する方法がある。しかし、シリーズレギュレータは入出力電圧差と出力電流の積が全て損失となり発熱も大きく携帯機器本体へのストレスが大きい。また、降圧チョッパー回路を用いることはシリーズレギュレータのような発熱は抑えられるがチョークコイル等の大きな部品を必要とするため非接触電力伝送装置における携帯機器に用いることは寸法上の制約から実装できないという問題がある。
そこで本発明は、上記問題点に鑑み、非接触で電力伝送する装置において、受電ユニットの負荷電流が小さくなっても整流平滑回路の出力電圧を抑制させて充電制御回路の電子部品の破損を防止することを目的とする非接触電力伝送装置を提供する。
入力電源に接続された電力伝送回路と送電コイルと１次共振コンデンサとを有する送電ユニットと、充電制御回路と蓄電池が接続される受電コイルと２次共振コンデンサとを有する受電ユニットに、非接触で電力伝送し、蓄電池を充電する非接触電力伝送装置において、
前記受電ユニットは整流平滑回路と充電制御回路との間に出力電圧制御回路を具え、該出力電圧制御回路はオンオフタイマーを具えた制御ＩＣと、第１、第２のスイッチング素子と、定電圧素子を具え、軽負荷時における基準電圧を超えた出力電圧に対し、該制御ＩＣで該第１、第２のスイッチング素子を制御し、該定電圧素子をオンオフする間欠型定電圧回路を具えたことを特徴とする。
前記受電ユニットは整流平滑回路と充電制御回路との間に出力電圧制御回路を具え、該出力電圧制御回路はオンオフタイマーを具えた制御ＩＣと、第１、第２のスイッチング素子と、定電圧素子を具え、軽負荷時における基準電圧を超えた出力電圧に対し、該制御ＩＣで該第１、第２のスイッチング素子を制御し、該定電圧素子をオンオフする間欠型定電圧回路を具えたことを特徴とする。
本発明の非接触電力伝送装置は、出力電圧制御回路にオンオフタイマーを具えた制御ＩＣで第１、第２のスイッチング素子を制御し、定電圧素子をオンオフする間欠型定電圧回路を設けることにより、受電ユニットの負荷電流が小さくなっても整流平滑回路の出力電圧を抑制させて充電制御回路の電子部品の破損を防止することができる。
図１に本発明の一実施例である非接触電力伝送装置の回路図を示す。
図1に示すように、送電ユニット１０は電力伝送回路１と送電コイルＬ１と１次共振コンデンサＣ１の並列回路が接続されている。携帯機器側である受電ユニット２０は、受電コイルＬ２と２次共振コンデンサＣ２の並列回路に整流平滑回路２が接続され、その出力側と充電制御回路３の間に出力電圧制御回路５ａが接続され、蓄電池である充電用バッテリー４が接続されている。
図1に示すように、送電ユニット１０は電力伝送回路１と送電コイルＬ１と１次共振コンデンサＣ１の並列回路が接続されている。携帯機器側である受電ユニット２０は、受電コイルＬ２と２次共振コンデンサＣ２の並列回路に整流平滑回路２が接続され、その出力側と充電制御回路３の間に出力電圧制御回路５ａが接続され、蓄電池である充電用バッテリー４が接続されている。
この出力電圧制御回路５ａは、整流平滑回路２の出力側に第１のスイッチング素子Ｑ１が接続され、その出力側とＧＮＤ間に定電圧素子となるツェナーダイオードＶｚと第２のスイッチング素子Ｑ２の直列回路が接続されており、第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２のオンオフを制御する制御ＩＣ６が接続され、その出力側に出力コンデンサＣ４が接続された間欠型定電圧回路を具え、その出力側にバッテリー４が接続された回路構成である。
この制御ＩＣ６において、ａは電源供給端子、ｂは第１のスイッチング素子Ｑ１をオンオフするドライブ信号端子、ｃは出力電圧検出端子、ｄは第２のスイッチング素子Ｑ２をオンオフするドライブ信号端子、ｅはグランド端子（ＧＮＤ）である。
図２に上記制御ＩＣ６の概略回路図を示す。
図２に示すように、出力電圧検出端子ｃは抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の直列回路が接続され、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接続点から抵抗分割された電圧を差動増幅器ＡＭＰの一方の入力端子（−）に接続され、他方の入力端子（+）は基準電圧源Ｅが接続されている。差動増幅器ＡＭＰの出力は、オンタイマーＴ１に接続され、その出力は第２のスイッチング素子Ｑ２のドライブ信号端子ｄに接続される。また、オンタイマーＴ１の出力はオフタイマーＴ２に接続され、その出力は第１のスイッチング素子Ｑ１のドライブ信号端子ｂに接続される。なお、ａは電源供給端子、ｅはグランド端子（ＧＮＤ）である。
図２に示すように、出力電圧検出端子ｃは抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の直列回路が接続され、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接続点から抵抗分割された電圧を差動増幅器ＡＭＰの一方の入力端子（−）に接続され、他方の入力端子（+）は基準電圧源Ｅが接続されている。差動増幅器ＡＭＰの出力は、オンタイマーＴ１に接続され、その出力は第２のスイッチング素子Ｑ２のドライブ信号端子ｄに接続される。また、オンタイマーＴ１の出力はオフタイマーＴ２に接続され、その出力は第１のスイッチング素子Ｑ１のドライブ信号端子ｂに接続される。なお、ａは電源供給端子、ｅはグランド端子（ＧＮＤ）である。
この出力電圧制御回路５ａの動作例を以下に説明する。
基準電圧源ＥをＶｏ＝６Ｖに相当する電圧とすると、例えば、整流平滑回路２に入力電圧が印加されると第１のスイッチング素子Ｑ１はオンし、その出力電圧Ｖｏが検出端子ｃに印加される。出力電圧Ｖｏが６Ｖ以下の時は、そのまま第１のスイッチング素子Ｑ１がオン状態を維持し、第２のスイッチング素子Ｑ２はオフ状態を維持する。そして、出力電圧Ｖｏが６Ｖ以上になった時、オンタイマーＴ１が作動して第２のスイッチング素子Ｑ２を動作させ、定電圧素子Ｖｚをオンさせる。この時、オンタイマーＴ１が設定された一定時間後タイムアップして第２のスイッチング素子Ｑ２をオフにして定電圧素子Ｖｚをオフする。と、同時にオフタイマーＴ２がオンし第１のスイッチング素子Ｑ１もオフになる。さらに、オフタイマーＴ２が設定された一定時間後タイムアップし、再び第１のスイッチング素子Ｑ１がオンする。この動作を繰り返し行うことによって、出力電圧Ｖｏは間欠動作出力となる。この状態の出力電圧―出力電流特性を図４に示す。
基準電圧源ＥをＶｏ＝６Ｖに相当する電圧とすると、例えば、整流平滑回路２に入力電圧が印加されると第１のスイッチング素子Ｑ１はオンし、その出力電圧Ｖｏが検出端子ｃに印加される。出力電圧Ｖｏが６Ｖ以下の時は、そのまま第１のスイッチング素子Ｑ１がオン状態を維持し、第２のスイッチング素子Ｑ２はオフ状態を維持する。そして、出力電圧Ｖｏが６Ｖ以上になった時、オンタイマーＴ１が作動して第２のスイッチング素子Ｑ２を動作させ、定電圧素子Ｖｚをオンさせる。この時、オンタイマーＴ１が設定された一定時間後タイムアップして第２のスイッチング素子Ｑ２をオフにして定電圧素子Ｖｚをオフする。と、同時にオフタイマーＴ２がオンし第１のスイッチング素子Ｑ１もオフになる。さらに、オフタイマーＴ２が設定された一定時間後タイムアップし、再び第１のスイッチング素子Ｑ１がオンする。この動作を繰り返し行うことによって、出力電圧Ｖｏは間欠動作出力となる。この状態の出力電圧―出力電流特性を図４に示す。
図４において、縦軸を出力電圧Ｖｏ、横軸を出力電流Ｉｏを示す。
図４に示すように、軽負荷（低電流）の範囲（斜線部）においては定電圧素子が間欠的に作動するため、Ｖｍａｘより超えることはない。
このように、本発明の非接触電力伝送装置は充電制御回路の中に間欠型定電圧回路を設けることにより、出力電圧と基準電圧を比較して、基準電圧より高い場合は間欠信号により定電圧素子をオンオフ動作させ、間欠型定電圧回路により基準電圧内に抑える。なお、間欠動作におけるオフ期間は出力電圧は出力されない。出力電圧が基準電圧より低い場合は間欠動作を停止すると同時に入力電圧をそのまま出力する。
図４に示すように、軽負荷（低電流）の範囲（斜線部）においては定電圧素子が間欠的に作動するため、Ｖｍａｘより超えることはない。
このように、本発明の非接触電力伝送装置は充電制御回路の中に間欠型定電圧回路を設けることにより、出力電圧と基準電圧を比較して、基準電圧より高い場合は間欠信号により定電圧素子をオンオフ動作させ、間欠型定電圧回路により基準電圧内に抑える。なお、間欠動作におけるオフ期間は出力電圧は出力されない。出力電圧が基準電圧より低い場合は間欠動作を停止すると同時に入力電圧をそのまま出力する。
図３に他の実施例として定電圧素子にシリーズレギュッレータＵ１を付加した出力電圧制御回路５ｂを示す。
この出力電圧制御回路５ｂは、整流平滑回路２の出力側に第１のスイッチング素子Ｑ１が接続され、その出力側に第２のスイッチング素子Ｑ２と定電圧素子となるシリーズレギュッレータＵ１が接続されており、第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２のオンオフを制御する制御ＩＣ６が接続され、その出力側に出力コンデンサＣ４が接続された間欠型定電圧回路を具え、その出力側にバッテリー４が接続された回路構成である。
この出力電圧制御回路５ｂの動作は上記図１の出力電圧制御回路５ａの動作と同じとなるため説明を省略する。
この出力電圧制御回路５ｂは、整流平滑回路２の出力側に第１のスイッチング素子Ｑ１が接続され、その出力側に第２のスイッチング素子Ｑ２と定電圧素子となるシリーズレギュッレータＵ１が接続されており、第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２のオンオフを制御する制御ＩＣ６が接続され、その出力側に出力コンデンサＣ４が接続された間欠型定電圧回路を具え、その出力側にバッテリー４が接続された回路構成である。
この出力電圧制御回路５ｂの動作は上記図１の出力電圧制御回路５ａの動作と同じとなるため説明を省略する。
以上、説明したように、本発明の非接触電力伝送装置は出力電圧制御回路の中に間欠型定電圧回路を設けることにより、出力電圧と基準電圧を比較して、基準電圧より高い場合は間欠信号により定電圧素子をオンオフ動作させ、間欠型定電圧回路により基準電圧内に抑えることにより、充電制御回路に用いた電子部品の破損を防止することができる。また、間欠動作において、間欠動作のオフ期間は出力電圧がゼロとなるため、定電圧素子Ｖｚの負担を軽減できる。さらに、軽負荷時の損失も間欠動作により軽減できる。間欠動作時以外の領域では第１のスイッチング素子Ｑ１の損失のみのため電圧降下も小さく、総合効率の低下を軽減することができる。
１０ 送電ユニット
２０ 受電ユニット
１ 電力伝送回路
２ 整流平滑回路
３、充電制御回路
４ 蓄電池
５ａ、５ｂ 出力電圧制御回路
６ 制御ＩＣ
Ｌ１ 送電コイル
Ｌ２ 受電コイル
Ｃ１ 一次共振コンデンサ
Ｃ２ 二次共振コンデンサ
Ｑ１ 第１のスイッチング素子
Ｑ２ 第２のスイッチング素子
Ｖｚ 定電圧素子
２０ 受電ユニット
１ 電力伝送回路
２ 整流平滑回路
３、充電制御回路
４ 蓄電池
５ａ、５ｂ 出力電圧制御回路
６ 制御ＩＣ
Ｌ１ 送電コイル
Ｌ２ 受電コイル
Ｃ１ 一次共振コンデンサ
Ｃ２ 二次共振コンデンサ
Ｑ１ 第１のスイッチング素子
Ｑ２ 第２のスイッチング素子
Ｖｚ 定電圧素子
Claims (3)
- 入力電源に接続された電力伝送回路と送電コイルと１次共振コンデンサとを有する送電ユニットと、充電制御回路と蓄電池が接続される受電コイルと２次共振コンデンサとを有する受電ユニットに、非接触で電力伝送し、蓄電池を充電する非接触電力伝送装置において、
前記受電ユニットは整流平滑回路と充電制御回路との間に出力電圧制御回路を具え、該出力電圧制御回路はオンオフタイマーを具えた制御ＩＣと、第１、第２のスイッチング素子と、定電圧素子を具え、軽負荷時における基準電圧を超えた出力電圧に対し、該制御ＩＣで該第１、第２のスイッチング素子を制御し、該定電圧素子をオンオフする間欠型定電圧回路を具えたことを特徴とする非接触電力伝送装置。 - 前記定電圧素子にツェナーダイオードを用いたことを特徴とする請求項１記載の非接触電力伝送装置。
- 前記定電圧素子にシリーズレギュレータを用いたことを特徴とする請求項１記載の非接触電力伝送装置。
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| Publication Number | Publication Date |
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2007
- 2007-03-16 JP JP2007068009A patent/JP2008236815A/ja active Pending
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