JP2013258878A

JP2013258878A - 整流器

Info

Publication number: JP2013258878A
Application number: JP2012134834A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Tanaka; 俊行田中; Masaomi Tsuru; 正臣津留; Eiji Taniguchi; 英司谷口
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-06-14
Filing date: 2012-06-14
Publication date: 2013-12-26

Abstract

【課題】構成が簡単な整流器を得ることを目的とする。
【解決手段】制御部９により、入力電力および負荷抵抗に応じてスイッチ４のデューティ比を制御するようにしたので、スイッチ４のデューティ比を、整流部１からみた負荷インピーダンスの時間平均値が、整流部１において、高い高周波−直流変換効率を得ることのできる値となるように制御すれば、広範囲の入力電力に応じて、高い高周波−直流変換効率を得ることができる。
したがって、整流部１の直並列接続状態を切り替える構成が複雑な接続切替回路を用いることなく、整流部１の出力をオンまたはオフに切り替える構成が簡単なスイッチ４を用いることにより、構成が簡単な整流器が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、広範囲の入力電力に応じて、高い高周波（ＲＦ）−直流（ＤＣ）変換効率を得る整流器に関する。

従来の整流器として、入力される高周波を直流に変換する整流部と、変換された直流を駆動電力とする負荷とを備えたものがある。
この従来の整流器では、入力電力に応じて、負荷抵抗の最適値は異なる。
そのため、高い高周波−直流変換効率を得るには、任意の入力電力に応じて、最適な負荷抵抗を接続する必要がある。
しかし、任意の入力電力に合わせて最適な負荷抵抗を決定すると、設計値と異なる入力電力では、高周波−直流変換効率は、大きく低下する。

広範囲の入力電力に応じて、高い高周波−直流変換効率を得る装置として、複数の整流器の出力側に、複数の整流器の直並列接続状態を切り替える接続切替回路を設けたものがある。
この装置では、入力電力に応じて、複数の整流器の直並列接続状態を切り替えることで、各整流器から負荷をみた見かけ上のインピーダンスは最適値となり、広範囲の入力電力に応じて、高い高周波−直流変換効率が得られる（例えば、下記特許文献１参照）。

特開２０１１−１１４９４９号公報

従来の整流器は、以上のように構成されているので、広範囲の入力電力に応じて、高い高周波−直流変換効率を得るために、整流部の直並列接続状態を切り替える、構成が複雑な接続切替回路を用いている。
したがって、接続切替回路を用いることにより、整流器の構成が複雑になる課題があった。

本発明は、構成が簡単な整流器を得ることを目的とする。

本発明の整流器は、入力される高周波を整流して直流に変換する整流部と、整流部に入力される高周波の電力を計測する入力電力計測部と、整流部の出力をオンまたはオフに切り替えるスイッチと、スイッチのオン側に接続された負荷と、負荷の抵抗を計測する負荷抵抗計測部と、入力電力計測部により計測される入力電力および負荷抵抗計測部により計測される負荷抵抗に応じてスイッチのデューティ比を制御する制御部とを備える。

本発明によれば、制御部により、入力電力および負荷抵抗に応じてスイッチのデューティ比を制御するようにしたので、スイッチのデューティ比を、整流部からみた負荷抵抗インピーダンスの時間平均値が、整流部において、高い高周波−直流変換効率が得られるように制御すれば、広範囲の入力電力に応じて、高い高周波−直流変換効率を得ることができる。
したがって、整流部の直並列接続状態を切り替える構成が複雑な接続切替回路を用いることなく、整流部の出力をオンまたはオフに切り替える構成が簡単なスイッチを用いることにより、構成が簡単な整流器が得られる効果がある。

本発明の実施の形態１による整流器を示す構成図である。入力電力計測部の詳細を示す構成図である。負荷抵抗計測部の詳細を示す構成図である。第１の情報の一例を示す特性図である。第２の情報の一例を示す特性図である。

実施の形態１．
以下、本発明の整流器の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
図１は、本発明の実施の形態１による整流器の構成図である。
図１において、整流部１は、入力される高周波を直流に変換する。
入力電力計測部２は、入力端子３から整流部１に入力される高周波の電力を計測する。

図２は、入力電力計測部２の詳細の構成図である。
入力電力計測部２は、入力端子２１、出力端子２２、入力端子２１と出力端子２２との間のラインに伝播する高周波の一部を分岐するカップラ２３、カップラ２３の分岐出力に接続され、高周波の電力を計測するパワーセンサ２４およびパワーメータ２５からなる。

図１において、スイッチ４は、入力端子４１、オン側出力端子４２およびオフ側出力端子４３からなり、整流部１の直流出力をオンまたはオフに切り替える。
充電池５は、スイッチ４のオフ側出力端子４３とグランドとの間に接続される。

負荷６は、スイッチ４のオン側出力端子４２のラインに接続される。
負荷抵抗計測部７は、スイッチ４のオン側出力端子４２と負荷６との間に接続され、負荷６の抵抗を計測する。

図３は、負荷抵抗計測部７の詳細の構成図である。
負荷抵抗計測部７は、入力端子７１、出力端子７２、入力端子７１と出力端子７２との間のラインに伝播する電流を計測する電流計７３、入力端子７１と出力端子７２との間のラインとグランドとの間に接続され、電圧を計測する電圧計７４からなる。

図１において、平滑コンデンサ８は、負荷抵抗計測部７と負荷６との間のラインとグランドとの間に接続され、負荷６に供給される直流電力を平滑化する。
制御部９は、入力電力計測部２により計測される入力電力および負荷抵抗計測部７により計測される負荷抵抗に応じてスイッチ４のデューティ比を制御する。

次に動作について説明する。
初期状態として、スイッチ４は、負荷６側に接続されている。
入力端子３より高周波が入力され、整流部１において、高周波から直流に変換される。
このとき、入力電力計測部２において、整流部１に入力される高周波の電力が計測され、負荷抵抗計測部７において、負荷６の抵抗が計測される。

図２において、高周波の電力を計測したパワーメータ２５は、計測した電力を制御部９に伝送する。
また、図３において、負荷抵抗計測部７は、負荷６に供給される電流および電圧に応じて負荷６の抵抗を演算し、演算した負荷６の抵抗を制御部９に伝送する。

制御部９は、計測された入力電力および負荷抵抗に基づいて、整流部１からみた負荷インピーダンスの時間平均値が、整流部１において高い高周波−直流変換効率を得ることのできる値となるように、スイッチ４のデューティ比を制御する。

より具体的には、制御部９は、入力電力と、最高効率を得る整流部１からみた負荷インピーダンスとを関連付ける第１の情報を有し、また、負荷６の抵抗と、最高効率を得る整流部１からみた負荷インピーダンスと、デューティ比とを関連付ける第２の情報を有している。
ただし、ユーザーが、制御部９に第１の情報および第２の情報を予め設定しておく必要がある。

図４に、第１の情報の一例を示す。
横軸は、入力電力Ｐ_ｉｎ［ｄＢｍ］、縦軸は、最高効率を得る整流器１からみた負荷インピーダンスＺ_ｍａｘ［Ω］である。
制御部９は、図４に示したデータを参照することで、計測した入力電力に基づいて、最高効率を得る整流部１からみた負荷インピーダンスの情報を取得する。

図５に第２の情報の一例を示す。
横軸は、負荷６の抵抗Ｒ_Ｌ［Ω］、縦軸は、デューティ比である。
制御部９は、図５に示したデータを参照することで、計測した負荷抵抗と、図４から取得した最高効率を得る整流部１からみた負荷インピーダンスに基づいて、最高効率を得るデューティ比を取得し、スイッチ４の接続状態を制御する。

これにより、整流部１からみた負荷インピーダンスの時間平均値が、整流部１において、高い高周波−直流変換効率を得ることのできる値となる。
したがって、広範囲の入力電力に応じて、高い高周波−直流変換効率を得ることができる。

なお、スイッチ４のオフ側出力端子４３に充電池５を接続したので、整流部１により整流した電力は、スイッチ４のオフ時に負荷６側に供給されないものの、一旦、充電池５に充電される。
充電池５に充電された電力は、スイッチ４のオン時に負荷６側に供給され、整流部１により整流された電力を無駄無く、負荷６側に供給することができる。

以上のように、本実施の形態１によれば、制御部９により、入力電力および負荷抵抗に応じてスイッチ４のデューティ比を制御するようにしたので、スイッチ４のデューティ比を、整流部１からみた負荷インピーダンスの時間平均値が、整流部１において、高い高周波−直流変換効率を得ることのできる値となるように制御すれば、広範囲の入力電力に応じて、高い高周波−直流変換効率を得ることができる。
したがって、整流部１の直並列接続状態を切り替える構成が複雑な接続切替回路を用いることなく、整流部１の出力をオンまたはオフに切り替える構成が簡単なスイッチ４を用いることにより、構成が簡単な整流器が得られる。

また、制御部９において、入力電力に応じて、整流器１からみた負荷インピーダンスの最適値が関連付けられた第１の情報と、負荷抵抗および整流器１からみた負荷インピーダンスの最適値に応じて、スイッチ４のデューティ比が関連付けられた第２の情報とを有し、入力電力および負荷抵抗に応じたスイッチ４のデューティ比を、第１の情報および第２の情報に基づいて導き出すようにしたので、入力電力が変動しても、スイッチ４のデューティ比を、整流部１からみた負荷インピーダンスの時間平均値が、整流部１において、高い高周波−直流変換効率を得ることのできる値となるように制御することができ、広範囲の入力電力に応じて、高い高周波−直流変換効率を得ることができる。

さらに、スイッチ４のオフ側に充電池５を接続したので、整流部１により整流した電力は、スイッチ４のオフ時に負荷６側に供給されないものの、一旦、充電池５に充電される。
充電池５に充電された電力は、スイッチ４のオン時に負荷６側に供給され、整流部１により整流された電力を無駄無く、負荷６側に供給することができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１整流部、２入力電力計測部、３，２１，４１，７１入力端子、４スイッチ、５充電池、６負荷、７負荷抵抗計測部、８平滑コンデンサ、９制御部、２２，７２出力端子、２３カップラ、２４パワーセンサ、２５パワーメータ、４２オン側出力端子、４３オフ側出力端子、７３電流計、７４電圧計。

Claims

入力される高周波を整流して直流に変換する整流部と、
前記整流部に入力される高周波の電力を計測する入力電力計測部と、
前記整流部の出力をオンまたはオフに切り替えるスイッチと、
前記スイッチのオン側に接続された負荷と、
前記負荷の抵抗を計測する負荷抵抗計測部と、
前記入力電力計測部により計測される入力電力および前記負荷抵抗計測部により計測される負荷抵抗に応じて前記スイッチのデューティ比を制御する制御部とを備えた整流器。
制御部は、
入力電力に応じて、整流器からみた負荷インピーダンスの最適値が関連付けられた第１の情報と、
負荷抵抗および前記整流器からみた負荷インピーダンスの最適値に応じて、スイッチのデューティ比が関連付けられた第２の情報とを有し、
入力電力および負荷抵抗に応じた前記スイッチのデューティ比を、前記第１の情報および前記第２の情報に基づいて導き出すことを特徴とする請求項１記載の整流器。
スイッチのオフ側に接続された充電池を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の整流器。