JP2016178714A - Non-contact power supply apparatus and non-contact power reception apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線により送信された電力を受電コイル部により受電し負荷に供給する非接触給電装置及び非接触受電装置に関する。 The present invention relates to a non-contact power feeding device and a non-contact power receiving device that receive power transmitted by radio by a power receiving coil unit and supply the power to a load.
例えば磁界共鳴方式を用いた非接触給電システムでは、入力電圧や負荷電流、素子定数の変動により出力電圧が変化し、出力電圧が規定値から外れる虞がある。例えば負荷が軽くなった場合、出力電圧が必要以上に上昇してしまう。このため、特許文献１には、受電を行う共振回路のコンデンサと並列にスイッチを配置し、半波整流を行うための整流素子の入力端子に、印加される電圧の極性が負から正に変わる時にスイッチをオンし、所定時間が経過した後、オフすることで出力電圧を一定に制御する技術が開示されている。
For example, in a non-contact power feeding system using a magnetic field resonance method, there is a possibility that the output voltage changes due to fluctuations in the input voltage, load current, and element constant, and the output voltage deviates from a specified value. For example, when the load becomes lighter, the output voltage rises more than necessary. For this reason, in
前述した非接触給電システムでは、平滑コンデンサに電流を供給しない期間においても、電力を送信する交流電源は電力を消費しており、平滑コンデンサへ電流を供給していない期間での交流電源の消費電力は全て無駄となってしまう。このため、本願出願人は、受電側において受電コイル部が受電した交流電力を整流する整流器を設け、この整流器の交流入力端子間にスイッチを設け、平滑コンデンサへの電流の供給と停止を切替えることで出力電圧を制御すると共に、平滑コンデンサに電流供給を停止している期間の整流器の入力端子間の抵抗値を小さくし、無線電力の送信源となる交流電源から見た入力インピーダンスを増大させることで、電流供給をしていない期間における送信側の電力消費を低減するシステムを開発している（出願人、発明者らの先願）。 In the non-contact power supply system described above, the AC power source that transmits power consumes power even during the period when no current is supplied to the smoothing capacitor, and the power consumption of the AC power source during the period when no current is supplied to the smoothing capacitor. Are all useless. For this reason, the applicant of the present application provides a rectifier for rectifying the AC power received by the power receiving coil unit on the power receiving side, and a switch is provided between the AC input terminals of the rectifier to switch between supply and stop of the current to the smoothing capacitor. In addition to controlling the output voltage, the resistance value between the input terminals of the rectifier during the period when the current supply to the smoothing capacitor is stopped is reduced, and the input impedance viewed from the AC power source that is the wireless power transmission source is increased. Therefore, a system for reducing power consumption on the transmitting side during a period when no current is supplied has been developed (prior application by the applicant and the inventors).
本願出願人は、当該技術の改良を進めており、例えば、入力電圧が大きい場合、または、負荷電流が小さくなる場合には、スイッチ素子のオン時間が長くなることで、例えば図３７に示すように伝送効率が低下しやすくなる。この伝送効率の向上が望まれている。また、フィードバックするための構成を別途設けると小型化に適さない。 The applicant of the present application has been improving the technology. For example, when the input voltage is large or the load current is small, the on-time of the switch element is increased, for example, as shown in FIG. However, the transmission efficiency tends to decrease. Improvement of this transmission efficiency is desired. Further, if a separate configuration for feedback is provided, it is not suitable for downsizing.
本発明の目的は、伝送効率を向上できるようにしつつ小型化可能にした非接触給電装置及び非接触受電装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a contactless power feeding device and a contactless power receiving device that can be reduced in size while improving transmission efficiency.
請求項１記載の発明によれば、電源動作制御部は、二次側のインピーダンス変更部で変更された入力インピーダンスの変化を一次側給電部の第１コイルを通じて検出することで駆動信号生成部による駆動信号の出力を停止制御する。この結果、電力供給停止時には駆動信号の出力を停止制御することで一次側の給電動作を停止させることができ、消費電力を低減でき、伝送効率を向上できる。また、一次側給電部を通じてインピーダンスの変化を検出しているため、二次側から一次側にフィードバックする構成を別途設けることなく構成でき、小型化可能にできる。 According to the first aspect of the present invention, the power supply operation control unit detects the change of the input impedance changed by the impedance change unit on the secondary side through the first coil of the primary side power supply unit, thereby causing the drive signal generation unit to Stops output of drive signal. As a result, when the power supply is stopped, the power supply operation on the primary side can be stopped by stopping the output of the drive signal, power consumption can be reduced, and transmission efficiency can be improved. In addition, since the change in impedance is detected through the primary side power feeding unit, a configuration for feeding back from the secondary side to the primary side can be provided without being separately provided, and the size can be reduced.
以下、非接触給電装置及び非接触給電システムの幾つかの実施例について図面を参照しながら説明する。なお、第２実施形態以降においては第１実施形態と同一の機能又は類似の機能を備えた部分に同一符号又は類似符号を付して必要に応じて説明を省略し、その説明前の実施形態で説明した部分と異なる部分を中心に説明を行う。 Hereinafter, some embodiments of the non-contact power supply apparatus and the non-contact power supply system will be described with reference to the drawings. In the second and subsequent embodiments, parts having the same or similar functions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals or similar reference numerals, and description thereof is omitted as necessary. Embodiments before the description The description will focus on the parts that are different from the parts described in.
発明者は、従来課題となっている損失は、平滑コンデンサへの電流供給を停止したときに、一次側で電力を生成しているものの、この一次側の電力を二次側に送出していないことから、一次側の消費電力の影響が大きなものとなることを見出している。このような場合、電力供給停止時に一次側の電源動作を停止することが望ましい。 The inventor has generated a power on the primary side when the current supply to the smoothing capacitor is stopped, but the loss that has been a problem in the past does not send the power on the primary side to the secondary side. Therefore, it has been found that the influence of power consumption on the primary side becomes large. In such a case, it is desirable to stop the power supply operation on the primary side when the power supply is stopped.
以下の各実施形態は、二次側から一次側に、二次側の状態をフィードバックし、一次側の電源供給を極力停止させることを特徴としており、また望ましくは、このフィードバック処理にて絶縁素子（例えばトランス、フォトカプラ等）を別途設けることなく構成できるようにした形態について各種の例を説明する。 Each of the following embodiments is characterized in that the state of the secondary side is fed back from the secondary side to the primary side, and the power supply on the primary side is stopped as much as possible. Various examples will be described with respect to a configuration that can be configured without separately providing a transformer (eg, a transformer, a photocoupler, etc.).
（第１実施形態）
先ず、第１実施形態では本願に係る一技術思想に基づく基本的な動作原理について機能的に説明する。図１に示すように、一次側には、非接触給電装置１０１が構成されている。この非接触給電装置１０１は、駆動信号生成部２、ドライバ３、電源端子及びグランド間にパワースイッチ４ａ及び４ｂが接続されてなるスイッチ４、電源動作制御部５が構成されている。また、一次側と二次側との間には電力伝送部６が構成されている。この電力伝送部６は、一次側給電部７及び二次側受電部８を備えており、一次側給電部７から二次側受電部８に向けて非接触で電力伝送する。
(First embodiment)
First, in the first embodiment, a basic operation principle based on one technical idea according to the present application will be functionally described. As shown in FIG. 1, a non-contact
二次側には、非接触受電装置２０１が構成されている。この非接触受電装置２０１は、電力伝送部６を介して、整流部９、平滑コンデンサ（第２コンデンサ相当）１０、出力電圧検出部１１、入力インピーダンス変更部１２、及び、入力インピーダンス制御部１３を備える。平滑コンデンサ１０には、電流源のシンボルで示す負荷１５が並列接続されている。
A non-contact
一次側の駆動信号生成部２は、例えば交流矩形波生成回路によるもので周波数が数ＭＨｚ（例えば２ＭＨｚ）程度の信号を発振し出力／停止可能になっている。ドライバ３及びスイッチ４は、駆動信号生成部２の出力／停止に応じて、電力伝送部６への電力出力／停止を切替える。例えば駆動信号生成部２が駆動信号（矩形波信号）を出力するときには電源ＶIN（例えば１０Ｖ）を用いて電力伝送部６へ電力を伝送する。駆動信号生成部２が駆動信号（矩形波信号）を停止した（例えば「Ｌ」レベル保持）ときには、ドライバ３の駆動も停止することで電力伝送部６への電力伝送も停止できる。
The
電力伝送部６の構成例を図２に示す。例えば一次側給電部７は、コンデンサ１６、抵抗１７及びコイル（第１コイル相当）１８による直列共振回路を備えており、二次側受電部８は、コイル（第２コイル相当）１９、抵抗２０及びコンデンサ（第１コンデンサ相当）２１による直列共振回路を備えている。抵抗１７は、抵抗素子によるものと配線に含まれる抵抗分との和を示している。抵抗２０もまた抵抗素子によるものと配線に含まれる抵抗分との和を示している。なお、これらの抵抗分は加えても良いし、なくても良い。このとき、一次側から二次側への電力伝送処理は磁界共鳴方式で行われ、一次側ではコンデンサ１６とコイル１８が直列接続され、二次側おいても、コンデンサ２１がコイル１９と直列接続されているため、所謂Ｓ／Ｓ（シリアル／シリアル）方式で電力が伝送される。
A configuration example of the
図１に参照図面を戻すと、整流部９は、電力伝送部６による伝送信号を例えば半波又は全波整流するように構成される。また、整流部９の後段には平滑コンデンサ１０が設けられ、平滑コンデンサ１０は整流部の信号を平滑化する。整流部９の周辺（例えば前段又は後段、整流部９内でも良い）には入力インピーダンス変更部１２が構成される。この入力インピーダンス変更部１２は、図３（ａ）〜図３（ｅ）に一例を示すように、スイッチ２２を用いて構成され、一次側から見た入力インピーダンスＺinを変更するために設けられる。入力インピーダンス制御部１３は、出力電圧検出部１１の出力電圧の検出結果に応じて、入力インピーダンス変更部１２を構成するスイッチ２２をオンオフ制御する。
Returning to the reference drawing in FIG. 1, the
図３（ａ）に示す構成を説明すると、スイッチ２２は、二次側のコイル１９の両端子間に接続されており、コイル１９の一端子とコンデンサ２１の共通接続ノードとコイル１９の他端子との間に接続されている。入力インピーダンス変更部１２の構成は図３（ａ）に示す構成に限られず、図３（ｂ）〜図３（ｅ）に示すように構成しても良い。すなわち、図３（ｂ）に示すように、コンデンサ２１の後段で且つ整流部９の前段に位置してスイッチ２２を並列接続しても良い。また、図３（ｃ）に示すように、整流部９の後段に並列に電源側ノード及びグランド側ノード間にスイッチ２２を接続しても良い。なお、図３（ｃ）の構成では、平滑コンデンサ１０の充電電荷の放出を防止するため、平滑コンデンサ１０とスイッチ２２との間にダイオードＤ１を設けることが望ましい。また、図３（ｄ）に示すように、整流部９の前段に位置してコイル１９及びコンデンサ２１に直列にスイッチ２２を接続しても良いし、図３（ｅ）に示すように、整流部９の後段に平滑コンデンサ１０と直列にスイッチ２２を接続しても良い。
The configuration shown in FIG. 3A will be described. The
次に、本実施形態の作用について説明する。図４に全体の動作をフローチャートにより示し、図５及び図６にタイミングチャートを示す。なお、図５及び図６に示す出力電圧Ｖoutは、例えば数ｋＨｚ程度の周期で最大電圧Ｖmaxと最小電圧Ｖminとの間を変動するものであり、この周期は、駆動信号生成部２の駆動信号（矩形波信号）の周期（例えば数ＭＨｚ程度）よりも大幅に大きい周期に設定されている。なお、初期状態において、入力インピーダンス変更部１２は、一次側から見た入力インピーダンスＺinを所定のインピーダンスＺ１に保持しているとして説明する。
Next, the operation of this embodiment will be described. FIG. 4 is a flowchart showing the overall operation, and FIGS. 5 and 6 are timing charts. Note that the output voltage Vout shown in FIGS. 5 and 6 fluctuates between the maximum voltage Vmax and the minimum voltage Vmin with a period of, for example, several kHz, and this period is the drive signal of the
駆動信号生成部２が、矩形波の駆動信号を生成しドライバ３に出力すると、電力伝送部６はこの駆動信号に応じた伝送信号を二次側に伝送する。整流部９は、電力伝送部６に流れる電流を整流して平滑コンデンサ１０を充電し、平滑コンデンサ１０の両端子電圧を出力電圧Ｖoutとして出力する。この出力電圧Ｖoutは負荷１５に供給される。
When the drive
整流部９から平滑コンデンサ１０に充電される電流が負荷電流より大きい場合、出力電圧Ｖoutが上昇する（図４のＳ１：図５及び図６のＴ１）。この出力電圧Ｖoutが予め定められた最大電圧Ｖmaxに達すると、出力電圧検出部１１は最大電圧Ｖmax（第１所定電圧相当）に達したことを検出する（図５及び図６のｔ２）。この検出信号は、入力インピーダンス制御部１３に入力されている。入力インピーダンス制御部１３は、最大電圧Ｖmaxに達したことが検出されたことを条件として、インピーダンス変更制御を行い（図４のＳ２）、入力インピーダンス変更部１２により入力インピーダンスＺinを変化させる（図４のＳ３）。この入力インピーダンス変更部１２が入力インピーダンスＺinを変化する期間は、最大電圧Ｖmaxから所定電圧ΔＶon（＜最大電圧Ｖmax−最小電圧Ｖmin）だけ低下するまでの期間である（図５のｔ２→ｔ３）。
When the current charged from the
他方、一次側では、電源動作制御部５は、インピーダンス変更部１２が入力インピーダンスＺinを変化させたことについて電力伝送部６を通じて検出し（Ｚin情報）、駆動信号生成部２の駆動信号（矩形波信号）の出力を停止制御する（図４のＳ４）。電源動作制御部５は、駆動信号を停止制御したタイミングから電源動作停止期間として時間を計測する（図４のＳ５）。この時間計測結果は、一定期間ＴREの経過後に給電（電源動作）を再開するために用いられる。
On the other hand, on the primary side, the power supply operation control unit 5 detects that the
電源動作制御部５が、駆動信号生成部２の駆動信号の出力を停止制御するため、駆動信号生成部２が駆動信号（矩形波信号）を出力しなくなる。このため、二次側受電部８のコイル１９による誘起電圧が低下する。コイル１９の誘起電圧が低下すれば、出力電圧Ｖoutも低下する。このときの出力電圧Ｖoutの低下勾配は、平滑コンデンサ１０の容量をＣLとし、負荷１５の消費電流をＩLとすればＩL／ＣLとなる。電源動作制御部５は、ステップＳ５の時点から計測し始めてから一定期間ＴREが経過すると、電源動作再開信号を生成する（図４のＳ６：図５のｔ４）。
Since the power supply operation control unit 5 stops the output of the drive signal from the drive
ここで負荷１５の消費電流は、二次側の消費電力に応じて大小変化する。図５に示すように、例えば負荷１５の消費電流ＩLが比較的大きいときには、このステップＳ５の処理期間中に出力電圧Ｖoutが大きく低下し、出力電圧Ｖoutは最大電圧Ｖmax−所定電圧ΔＶ０未満となる（図５のｔ４）。このとき、入力インピーダンス制御部１３は、入力インピーダンス変更部１２のスイッチ２２を元に戻している（ＯＮ→ＯＦＦ）ため、入力インピーダンスＺinは元の状態に戻される。このため、電源動作制御部５が電源動作再開信号を生成して（図４のＳ６）、駆動信号生成部２に出力すると、駆動信号生成部２が駆動信号（矩形波信号）の出力を再開することで給電（電源動作）を再開する（図４のＳ７でＮＯ→図４のＳ８）。
Here, the current consumption of the
しかし、図６に示すように、例えば負荷１５の消費電流ＩLが比較的低く、このステップＳ６の時点において、出力電圧Ｖoutが最大電圧Ｖmax−所定電圧ΔＶ０より高いまま維持されていることで、インピーダンス変更部１２のスイッチ２２が未だ切換えされたままであり（図６のｔ５でＯＮ）、入力インピーダンス変更部１２により入力インピーダンスＺinが変化され続けていれば（図４のＳ７：ＹＥＳ）、たとえ電源動作制御部５が電源動作再開信号を生成出力し、駆動信号生成部２が駆動信号の出力を再開したとしても、電源動作停止信号が即時出力され即停止する（図６のｔ５参照）。したがって、図４中では、ステップＳ４に処理が戻される。この場合、電源動作制御部５は、再度、電源動作停止期間（一定期間ＴRE）の時間を計測し、ステップＳ４〜Ｓ７の処理を繰り返す。そして、出力電圧Ｖoutが低下し最大電圧Ｖmax−所定電圧ΔＶ０未満となったことを条件として、インピーダンス変更部１２のスイッチ２２が元に戻される（図６のｔ６：ＯＮ→ＯＦＦ）ため、電源動作制御部５が、再度、一定時間ＴREを計測した後に、電源動作再開信号を生成出力し給電（電源動作）を再開させると、駆動信号生成部２が駆動信号の出力を再開させる。この場合には、電源動作停止信号が出力されることはなく、給電（電源動作）が維持される（図６のｔ７→ｔ８）。
However, as shown in FIG. 6, for example, the current consumption IL of the
ここで、一定期間ＴREの最適な設定方法の一例について図７を参照して説明する。最大電圧Ｖmaxと最小電圧Ｖminの変動電圧幅ΔＶは、一定期間ＴRE、スイッチ２２のオン期間の電圧変動幅ΔＶON、負荷１５の消費電流ＩL、平滑コンデンサ１０の容量ＣLに応じて決定される。このとき、出力電圧変動幅ΔＶ（＝Ｖmax−Ｖmin）が目標範囲内に収まる必要十分条件を考慮する。出力電圧Ｖoutの最小電圧Ｖmin、最大電圧Ｖmaxを目標値とすれば、出力電圧変動幅の最大値ΔＶmaxを下記の（１）式を満たす条件で設定することが望ましい。ここで、ＩLmaxは、一定期間ＴREの平均電流の最大値を示す。図７に示したように、Ｖ＝Ｖmax−ΔＶONで動作を再開し即停止した後、負荷１５の消費電流ＩLが最大となり、出力電圧Ｖoutの低下勾配が最大となった場合に、出力電圧変動幅は最も大きくなる。
Here, an example of an optimal setting method of the fixed period TRE will be described with reference to FIG. The fluctuation voltage width ΔV between the maximum voltage Vmax and the minimum voltage Vmin is determined according to the constant period TRE, the voltage fluctuation width ΔVON during the ON period of the
（第２実施形態）
第２実施形態〜第７実施形態においては具体例を挙げて説明を行う。以下の各実施形態では、「一次側」と称したときには非接触給電装置を意味するものであり、「二次側」と称したときには非接触受電装置を意味するものである。
(Second Embodiment)
The second embodiment to the seventh embodiment will be described with specific examples. In each of the following embodiments, the “primary side” means a non-contact power feeding device, and the “secondary side” means a non-contact power receiving device.
図８〜図１４は第２実施形態の追加説明図を示す。第２実施形態では、一次側電流検出部２０５ａと電源動作制御部２０５の構成に主な特徴を備える。この説明に先立ち、一次側ではドライバ３の駆動周波数を一次側から見た回路の共鳴周波数に調整しているため、先にこの説明を行う。ただし、共鳴周波数とは、入力インピーダンスＺinの虚部が０となる周波数のことである。
8 to 14 are additional explanatory views of the second embodiment. In the second embodiment, the primary side
駆動信号生成部２０２は、遅延部２３、ＮＯＴゲート２４、ＡＮＤゲート２５〜２７、ＯＲゲート２８などの各種ゲート、及び、コンパレータ２９を備え、制御信号ＣＮＴはＡＮＤゲート２５に入力される。遅延部２３は、ＡＮＤゲート２５の出力信号を遅延してＮＯＴゲート２４に出力する。ＮＯＴゲート２４は遅延部２３の出力を反転しＡＮＤゲート２６に出力する。ＡＮＤゲート２６は、ＡＮＤゲート２５の出力とＮＯＴゲート２４の出力の論理積を演算してトリガ出力TRIGとし、ＯＲゲート２８に出力する。ＯＲゲート２８にはコンパレータ２９の出力も入力されている。ＯＲゲート２８の出力はＡＮＤゲート２７に入力される。ＡＮＤゲート２７にはさらにＡＮＤゲート２５の出力が入力されており、ＡＮＤゲート２７はＡＮＤゲート２５の出力とＯＲゲート２８の出力の論理積を演算しドライバ３の入力端子DRV_INに出力する。
The drive
ドライバ３は、駆動信号生成部２０２が出力する駆動信号が「Ｈ」のときにはパワースイッチ４ａをオンすると共にパワースイッチ４ｂをオフし、駆動信号生成部２が出力する駆動信号が「Ｌ」のときにはパワースイッチ４ａをオフすると共にパワースイッチ４ｂをオンする。電力伝送部６及びインピーダンス変更部１２は、概ね図３（ａ）に示したような構成とされている。
The
二次側では、整流部９はダイオード３７〜４０を４つ組み合わせてなる全波整流回路により構成される。また、出力電圧検出部２１１及びインピーダンス制御部２１３はコンパレータ（ヒステリシスコンパレータ相当）４１を用いて兼用して構成され、出力電圧ＶOUTが出力参照電圧REF_OUT1（REF_OUT＋M/2：Mはヒステリシス電圧）以上になると、インピーダンス変更部１２のスイッチ２２をオンするように構成され、出力電圧ＶOUTが出力参照電圧REF_OUT2（REF_OUT−M/2）以下になると、インピーダンス変更部１２のスイッチ２２をオフするように構成される。
On the secondary side, the
電力伝送部６の一次側には一次側電流検出部２０５ａが接続されている。この一次側電流検出部２０５ａは例えばセンス抵抗３０を用いている。このセンス抵抗３０は例えば０．１Ω程度の抵抗値のものが用いられる。センス抵抗３０に代えてインダクタを用いてもコンデンサを用いても良いし、これらを組み合わせても良い。
A primary side
センス抵抗３０の検出電圧は、駆動信号生成部２内のコンパレータ２９にフィードバック入力されており、ＯＲゲート２８はこのコンパレータ２９の出力をトリガTRIGの信号と論理和しＡＮＤゲート２７に出力する。二次側においては、入力インピーダンス変更部１２が電力伝送部６の内部（コンデンサ２１の前段）に構成されている。
The detection voltage of the
上記構成において、駆動信号生成部２０２の動作を説明するが、特に、その動作周波数が自動的に共鳴周波数に調整される作用説明を行う。なお、説明の便宜上、図８の構成において、初期状態ではリスタート信号RE_STARTが「Ｈ」に保持されていると仮定して説明を行う。ステップ状の制御信号ＣＮＴ（「Ｌ」→「Ｈ」）が有効入力されると、駆動信号生成部２０２の動作が有効化される。これに応じて、ＡＮＤゲート２５が「Ｈ」を出力すると、トリガ出力TRIGが「Ｈ」パルスを出力し、ドライバ３には入力端子DRV_INに「Ｈ」パルスが入力される。駆動信号生成部２０２が、この「Ｈ」パルスの駆動信号を出力すると、この駆動信号に応じてスイッチ４ａをオン切換えする。これにより一次側の電流が上昇する。一次側の電流が上昇すると、コンパレータ２９の出力が「Ｈ」となり、入力端子DRV_INには「Ｈ」が入力され続ける。すると、ドライバ３は電力伝送部６の一次側に電流を正方向に流し続ける。電力伝送部６の一次側にはコンデンサ１６とコイル１８が直列接続されているため、電流がある程度上昇すると電流は上昇停止しその後下降する。電流が下降し、概ね０Ａ付近になるとコンパレータ２９の出力が「Ｌ」となる。
In the above configuration, the operation of the drive
すると、ドライバ３の入力端子DRV_INには「Ｌ」が入力されることになり、ドライバ３は電力伝送部６の一次側の電流を引く（負方向に流す）。また、電流が負方向にある程度流れると電流は下降停止しその後上昇する。電流が上昇し概ね０Ａ付近になるとコンパレータ２９の出力が「Ｈ」となる。すると、ドライバ４の入力端子DRV_INには「Ｈ」が入力されることになり、ドライバ３は電力伝送部６の一次側に電流を正方向に流す。過渡的にはこれらの動作を繰り返す発振動作が行われることになる。これらの動作が繰り返されることで、コンパレータ２９はＰＷＭ信号（矩形波信号）を出力する。この結果、ドライバ３は、コンパレータ２９が出力するＰＷＭ信号（矩形波信号）の周波数（周期）に応じてパワースイッチ４ａ及び４ｂをオンオフ切換えする。この時、駆動信号生成部２０２は一次側電流≒０を検出して矩形波信号を切替えている為、一次側電圧(スイッチ４ａと４ｂの共通接続点)と一次側電流の位相が一致し、動作周波数が自動で共鳴周波数に調整される。
Then, “L” is input to the input terminal DRV_IN of the
図９に示すように、入力インピーダンス変更部１２のスイッチ２２がオフの時、共鳴周波数(一次側から見た入力インピーダンスＺinの虚部＝０となる周波数)は、電力伝送部６の共振回路の共振周波数に等しくなる。したがって、前述の動作が繰り返されると、この周波数に対応した周期で、パワースイッチ４ａ及び４ｂが順次オンオフ切替えされることになる。入力インピーダンス制御部２１３が、入力インピーダンス変更部１２のスイッチ２２をオンオフ切換えすることで、一次側から見た入力インピーダンスＺinを変更し、共鳴周波数と共鳴周波数でのインピーダンスを変化させることができる。この結果、駆動信号生成部２０２が生成する駆動信号のＰＷＭ信号の周期と、一次側電流の振幅をこれに応じて変更できる。
As shown in FIG. 9, when the
図１０及び図１１は、入力インピーダンスＺinの変化に応じたドライバ３の入力端子DRV_INの入力信号波形と一次側電流波形の例を示している。図９の左図及び図１０に示すように、入力インピーダンス変更部１２のスイッチ２２がオフされていると、共鳴周波数≒２．０ＭＨｚで入力インピーダンスＺin＝５．４３Ωとなり、この場合、図１０にシミュレーション値を示すように２．００ＭＨｚ程度の周波数でドライバの入力端子DRV_INの入力信号が切換わる。この場合、共鳴周波数における抵抗値（≒５．４３Ω）が比較的高いため、電流振幅が比較的小さくなる。
10 and 11 show examples of the input signal waveform and the primary side current waveform of the input terminal DRV_IN of the
また、図９の右図及び図１１に示すように、入力インピーダンス変更部１２のスイッチ２２がオンされていると、共鳴周波数≒４．４MHｚで入力インピーダンスＺin＝１．１１Ωとなり、この場合、図１１にシミュレーション値を示すように、４．４０ＭＨｚ程度の周波数でドライバ３の入力端子DRV_INの入力信号が切換わる。この場合、共鳴周波数における抵抗値（≒１．１１Ω）が比較的低いため、電流振幅も比較的大きくなる。
Further, as shown in the right diagram of FIG. 9 and FIG. 11, when the
二次側において、入力インピーダンス制御部２１３が入力インピーダンス変更部１２のスイッチ２２をオンオフ切換えすると、定常状態において駆動信号生成部２により生成される駆動信号の周波数（動作周波数、電流周波数）及び電流振幅が大きく変化する。このため、一次側では入力インピーダンスＺinの変化を検出できる。
On the secondary side, when the input impedance control unit 213 switches the
以上のように、駆動信号生成部２０２が生成する駆動信号の周波数は回路の共鳴周波数に自動的に調整される為、入力インピーダンス変更部１２が入力インピーダンスＺinを変更する前後において、駆動信号の周波数（動作周波数、電流周波数）及び電流振幅が大きく変化し、入力インピーダンスＺinの変化を検出できる。
As described above, since the frequency of the drive signal generated by the drive
図８に参照図面を戻して回路構成説明を行う。一次側には一次側電流検出部２０５ａ及び電源動作制御部２０５を備える。一次側電流検出部２０５ａは、前述のセンス抵抗３０の他、センス抵抗３０のセンス電圧をストップ参照電圧REF_STOPと比較した結果を出力するコンパレータ３１を備える。また、電源動作制御部２０５は、ＳＲフリップフロップ３２と、電流源３３及びコンデンサ３４と、コンデンサ３４の充電電荷を放電するためのスイッチ３５と、コンデンサ３４の充電電圧をリスタート参照電圧REF_RESTARTと比較するコンパレータ３６と、を備える。ここで、電流源３３及びコンデンサ３４、スイッチ３５、及びコンパレータ３６は、一定時間ＴREを計測するために設けられており、一定時間計測手段３３〜３６として機能するものである。
Returning to the reference drawing in FIG. 8, the circuit configuration will be described. A primary side
一次側電流検出部２０５ａのコンパレータ３１の比較結果は、電源動作制御部２０５のＳＲフリップフロップ３２のセット端子に入力されている。また、ＳＲフリップフロップ３２のＱＢ出力はリスタート信号RE-STARTとして駆動信号生成部２のＡＮＤゲート２５に入力されている。
The comparison result of the
他方、電源動作制御部２０５の電流源３３及びコンデンサ３４は、電源動作停止期間を計測し、コンデンサ３４の端子電圧TIMERは停止期間に比例して上昇する構成となっている。一次側電流検出部２０５ａのコンパレータ３１の出力が「Ｈ」になると、ＳＲフリップフロップ３２がＱＢ出力を「Ｌ」とするためスイッチ３５がオフされる。このため、コンパレータ３１の出力が「Ｈ」になるタイミングから電源動作停止期間を計測し始め、電源動作停止期間が一定期間ＴREを上回ると、コンデンサ３４の充電電圧TIMERがリスタート参照電圧REF_RESTARTを上回り、コンパレータ３６が「Ｈ」出力する。このとき、ＳＲフリップフロップ３２はリセットされＱＢ端子から「Ｈ」を出力する。駆動信号生成部２０２のＡＮＤゲート２５は、制御信号ＣＮＴと電源動作制御部２０５が出力するリスタート信号RE_STARTとを入力して論理積演算し、遅延部２３及びＡＮＤゲート２６に出力する。
On the other hand, the
図１２に一次側の動作をタイミングチャートで概略的に示す。まず、制御信号ＣＮＴは「Ｈ」出力され、リスタート信号RE_STARTが「Ｈ」に保持され、且つ、インピーダンス変更部１２のスイッチ２２がオフされていることを前提として作用説明を行う。制御信号ＣＮＴが有効化されていると、コンパレータ２９が矩形波信号（ＰＷＭ信号）をドライバ３の入力端子DRV_INに出力する。すると、ドライバ３は矩形波信号に応じてパワースイッチ４ａ及び４ｂを切替えることに応じて電力伝送部６に信号出力する。電力伝送部６は、この信号を二次側に伝送し整流部９に出力する。整流部９はこの信号電圧を全波整流し平滑コンデンサ１０が平滑して出力電圧Ｖoutを出力する。この出力電圧Ｖoutが最大電圧Ｖmax（出力参照電圧REF_OUT+M/2：Mはヒステリシス電圧）にまで上昇すると、入力インピーダンス制御部２１３のコンパレータ４１は入力インピーダンス変更部１２のスイッチ２２をオン制御する（図１２のｔ１１：ＳＷ→ＯＮ）。
FIG. 12 schematically shows the primary side operation in a timing chart. First, the operation will be described on the assumption that the control signal CNT is output “H”, the restart signal RE_START is held at “H”, and the
インピーダンス変更部１２のスイッチ２２がオンされると、コンパレータ２９が出力する矩形波信号の周波数（動作周波数、電流周波数）が変化することで、一次側に流れる電流が増加する。一次側電流検出部５ａは、この一次側電流の増加を検出することで、コンパレータ３１の出力Comp_CURを「Ｈ」とする（図１２のｔ１１：Comp_CUR→「Ｈ」）。ＳＲフリップフロップ３２は、コンパレータ３１の出力Comp_CURが「Ｈ」になると、ＱＢ出力を「Ｌ」とする（図１２のｔ１１：RE-START→「Ｌ」）。この結果、ＡＮＤゲート２５、２７が「Ｌ」を出力することで駆動信号生成部２０２が駆動信号の出力を停止する。
When the
ＳＲフリップフロップ３２のＱＢ出力が「Ｌ」になると、スイッチ３５がオフする。これにより、電源動作制御部２０５は電源動作停止期間の計測を開始する。コンデンサ３４の充電電圧TIMERがリスタート参照電圧REF_RESTARTまで上昇し、電源動作停止期間が一定時間ＴREに達すると、コンパレータ３６が「Ｈ」を出力する（図１２のｔ１２：Comp_TIMER→「Ｈ」）。すると、ＳＲフリップフロップ３２はＱＢ出力を「Ｈ」とし、電源動作制御部２０５がリスタート信号「Ｌ」→「Ｈ」を駆動信号生成部２０２に出力する。これにより、制御信号ＣＮＴが有効化される。すると、前述説明した作用により、駆動信号生成部２０２は再度、駆動信号を出力開始する。なお、ＳＲフリップフロップ３２のＱＢ出力が「Ｈ」になるとスイッチ３５がオンするため、コンデンサ３４の充電電荷は放電され、コンデンサ３４の充電電圧TIMERが初期化される。
When the QB output of the SR flip-
スイッチ２２のオフ制御タイミングは、図５及び図６に示したように負荷１５の通電電流の大小に応じて異なり、図６に示すように負荷１５の通電電流が比較的小さい場合には、入力インピーダンス変更部１２のスイッチ２２がオンしている期間に、再開信号が生成されることがある。この場合、図６に示すように、再開信号が生成された後に即座に電源動作停止信号が生成される。電源動作制御部２０５は、電源動作停止信号が生成される度に電源動作停止期間を計測する。このようなとき、一定期間ＴREが複数回経過されるが、出力電圧ＯＵＴが最大値から閾値電圧ΔＶONを超える電圧だけ低下し、入力インピーダンス変更部１２のスイッチ２２がオフされるまでこの処理が繰り返される。そして、入力インピーダンス変更部１２のスイッチ２２がオフされて再開信号が生成されたときには、電力伝送部６の二次側に電圧が再出力されることになる。整流部９は、この二次側の電圧を全波整流するが、これにより出力電圧Ｖoutが再上昇する（図１２のｔ１２→ｔ１３期間参照）。このような動作が繰り返されることになる。
The off control timing of the
図１３に入力電圧を１０〜２０Ｖ、負荷電流を２０〜１００ｍＡとしたときの出力電圧の変化特性のシミュレーション結果を示しており、図１４に伝送効率の変化特性のシミュレーション結果を示す。ただし、最大電圧Ｖmax＝２６．０Ｖ、最小電圧Ｖmin＝２４．０Ｖ、一定時間ＴRE＝２０μｓ、負荷容量ＣL＝２．２μＦ、負荷電流の最大値ＩLmax＝１００ｍＡ、最大値からの低下閾値電圧ΔＶON＝０．９Ｖ、とし、一次側電流検出部５ａは電流振幅を検出する構成とした。図１３に示すように、入力電圧変化及び負荷電流変化に応じて出力電圧Ｖoutを一定（２５Ｖ±１．０Ｖ）に制御できることを確認した。また、図１４に示すように、入力電圧変化及び負荷電流変化に応じて伝送効率を６５％以上（望ましくは７０％以上）と制御できることを確認した。これは比較例の技術（図３７）に比較して伝送効率を向上できるものである。 FIG. 13 shows the simulation result of the change characteristic of the output voltage when the input voltage is 10 to 20 V and the load current is 20 to 100 mA, and FIG. 14 shows the simulation result of the change characteristic of the transmission efficiency. However, the maximum voltage Vmax = 26.0V, the minimum voltage Vmin = 24.0V, the fixed time TRE = 20 μs, the load capacity CL = 2.2 μF, the maximum load current value ILmax = 100 mA, and the threshold voltage drop ΔVON from the maximum value = 0.9V, and the primary current detection unit 5a is configured to detect the current amplitude. As shown in FIG. 13, it was confirmed that the output voltage Vout can be controlled to be constant (25 V ± 1.0 V) in accordance with changes in the input voltage and load current. Further, as shown in FIG. 14, it was confirmed that the transmission efficiency can be controlled to 65% or more (preferably 70% or more) in accordance with the input voltage change and the load current change. This can improve the transmission efficiency as compared with the technique of the comparative example (FIG. 37).
以上説明したように、本実施形態によっても前述実施形態と同様の作用効果を奏する。また、駆動信号生成部２０２は、駆動信号の周波数を入力インピーダンス変更部１２により入力インピーダンスを変更する前後において一次側から見た回路の共鳴周波数に一致させるように調整している。このため、入力インピーダンスＺinの変更前後の電流振幅が大きく変化し、二次側のインピーダンス変化を一次側で容易に検出できる。第２実施形態では振幅を検出することで二次側のインピーダンス変化を検出したが、周波数を検出することで二次側のインピーダンス変化を検出しても良い。
As described above, the present embodiment has the same operational effects as the above-described embodiment. Further, the drive
（第３実施形態）
図１５〜図２２は第３実施形態の追加説明図を示す。第３実施形態においては、駆動信号生成部３０２が発振器５０を備えた構成に主な特徴を備える。第２実施形態では、駆動信号生成部２０２が、コンパレータ２９により一次側電流の検出結果をフィードバックすることで駆動信号としてＰＷＭ信号を出力しているが、発明者らは、この駆動信号生成部２０２に代えて、一定周波数（例えば２．０ＭＨｚ）を駆動信号として出力する駆動信号生成部を備えた構成を検討した。
(Third embodiment)
15 to 22 show additional explanatory views of the third embodiment. In the third embodiment, the configuration in which the drive
図１５はこのシミュレーション実験系を概略的に示している。図１５に示すように駆動信号生成部３０２には発振器５０が用いられている。発振器５０は、入力インピーダンス変更部１２のスイッチ２２がオフとされているとき、一次側から見た入力インピーダンスＺinが極小値となる所定周波数（例えば２．０ＭＨｚ）に調整されている。
FIG. 15 schematically shows this simulation experimental system. As shown in FIG. 15, an
発明者らは、入力インピーダンス変更部１２のスイッチ２２を、電力伝送部６の二次側を短絡／開放するよう配置し、入力インピーダンス変更部１２のスイッチ２２のオンオフの変化に応じた一次側電流の周波数変化を確認した。図１６は、入力インピーダンス変更部１２のスイッチ２２をオンオフ変化させたときの入力インピーダンスＺinの周波数特性を示している。
The inventors arrange the
入力インピーダンス変更部１２のスイッチ２２がオフされていると、周波数２．０ＭＨｚ付近の入力インピーダンスＺinが極小値となるが、入力インピーダンス変更部１２のスイッチ２２がオンされていると、周波数２．０ＭＨｚ付近の入力インピーダンスＺinは上昇し、３次高調波成分となる周波数６．０ＭＨｚ付近の入力インピーダンスＺinが減少することが確認されている。
When the
図１７に入力インピーダンス変更部１２のスイッチ２２をオフした場合の発振器５０の出力波形及び一次側電流波形のシミュレーション結果を示し、図１８に入力インピーダンス変更部１２のスイッチ２２がオンされている場合の発振器５０の出力波形及び一次側電流波形のシミュレーション結果を示す。図１７に示すように、入力インピーダンス変更部１２のスイッチ２２がオフされていると、電流の周波数は概ね基本周波数２．０ＭＨｚとなるが、図１８に示すように、入力インピーダンス変更部１２のスイッチ２２がオンされているときには、電流の周波数は３次高調波の６．０ＭＨｚとなる成分が主に出力されることが確認された。
FIG. 17 shows a simulation result of the output waveform of the
入力インピーダンス変更部１２のスイッチ２２をオンオフすると一次側電流の周波数成分が変化するため、一次側電流の周波数を検出することにより、入力インピーダンスＺinの変化を検出することが可能であり、ひいては入力インピーダンス変更部１２のスイッチ２２のオンオフ状態を検出可能となる。
When the
発明者は、この回路設計値による現象を利用して回路構成した。この内容を図１９に示している。図１９に示すように、一次側電流検出部（入力インピーダンス検出部）３０５ａは、センス抵抗３０、コンパレータ３１に加えて、ＡＮＤゲート５１，５４、ＮＯＴゲート５２，５５、遅延部５３、及びＤフリップフロップ５６，５７を組み合わせて構成されている。電力伝送部６の一次側にはセンス抵抗３０が接続されており、コンパレータ３１はこのセンス抵抗３０の電圧をグランド電圧と比較し、この比較結果をＡＮＤゲート５１に出力する。ＡＮＤゲート５１には発振器５０の出力が入力されている。ＡＮＤゲート５１の出力は、Ｄフリップフロップ５６及び５７のクロック端子に入力されている。また、発振器５０の出力は、図１９に示されるように、ＮＯＴゲート５２、遅延部５３、ＮＯＴゲート５５、ＡＮＤゲート５４を通じて、Ｄフリップフロップ５６，５７のリセット端子にリセットパルス入力されるようになっている。また、その他の構成（例えば電源動作制御部２０５、ドライバ３、スイッチ４（４ａ、４ｂ）、電力伝送部６、入力インピーダンス変更部１２、整流部９、出力電圧検出部２１１、インピーダンス制御部２１３等）の構成は、第２実施形態の構成と同様であるため第２実施形態の参照図面に付した符号を付して説明を省略する。
The inventor constructed the circuit by utilizing the phenomenon caused by the circuit design value. This content is shown in FIG. As shown in FIG. 19, in addition to the
上記構成の作用を説明する。ドライバ３の入力端子DRV_INには発振器５０の出力が入力される。発振器５０の出力が「Ｈ」になると、一次側電流Ｉ１が流れることでコンパレータ３１の出力が「Ｈ」となる。発振器５０の出力が「Ｈ」となる間に、コンパレータ３１の出力が「Ｈ」となると、ＡＮＤゲート５１の出力が「Ｈ」となる。コンパレータ３１の出力が「Ｈ」となる度に、前段のＤフリップフロップ５６はそのＤ端子に予め入力されている「Ｈ」をＱ出力する。
The operation of the above configuration will be described. The output of the
図２０にタイミングチャートを模式的に示すように、入力インピーダンス変更部１２のスイッチ２２がオンしている期間中の一次側電流Ｉ１は駆動信号の３次高調波の周波数で正弦波状に発振出力されることになる（図２０のＩ１参照）。この一次側電流Ｉ１が負極性から正極性となる度に、コンパレータ３１は出力Comp_IMPを「Ｈ」とし、この度に、前段のＤフリップフロップ５６はそのＱ出力IMP_INT＝「Ｈ」とする（図２０のｔ３１、ｔ３３）。この前段のＤフリップフロップ５６のＱ出力「Ｈ」は、後段のＤフリップフロップ５７が遅延し出力IMP_OUTを「Ｈ」として出力する（図２０のｔ３３）。
As schematically shown in the timing chart of FIG. 20, the primary current I1 during the period when the
すなわち、ドライバ３の入力端子DRV_INが「Ｈ」となっている間に、コンパレータ３１の出力Comp_IMPとして２回以上パルスを出力した場合、Ｄフリップフロップ５７はそのＱ出力IMP_OUT＝「Ｈ」を出力する（図２０のｔ３３）。クロック信号ＣＫの１回目の立上りにおいてIMP_INT＝「Ｈ」となり、クロック信号ＣＫの２回目の立上りでIMP_OUT＝「Ｈ」となる。そして、ドライバ３の入力端子DRV_INの立下りでリセットパルスRESETが発生し、Ｄフリップフロップ５６及び５７のＱ出力IMP_INT，IMP_OUT＝「Ｌ」となる（図２０のｔ３４）。
That is, when a pulse is output twice or more as the output Comp_IMP of the
図２１に入力電圧を１０〜２０Ｖ、負荷電流を２０〜１００ｍＡとしたときの出力電圧の変化特性のシミュレーション結果を示しており、図２２に伝送効率の変化特性のシミュレーション結果を示す。図２１に示すように、入力電圧変化及び負荷電流変化に応じて出力電圧ＯＵＴを一定（２５Ｖ±１．０Ｖ）に制御できることを確認した。また、図２２に示すように、入力電圧変化及び負荷電流変化に応じて伝送効率を６５％以上（望ましくは７０％以上）に制御できることを確認した。 FIG. 21 shows the simulation result of the change characteristic of the output voltage when the input voltage is 10 to 20 V and the load current is 20 to 100 mA, and FIG. 22 shows the simulation result of the change characteristic of the transmission efficiency. As shown in FIG. 21, it was confirmed that the output voltage OUT can be controlled to be constant (25 V ± 1.0 V) according to the input voltage change and the load current change. Further, as shown in FIG. 22, it was confirmed that the transmission efficiency can be controlled to 65% or more (preferably 70% or more) according to the input voltage change and the load current change.
本実施形態によれば、一定周波数の矩形波信号を出力する発振器５０を備え、一次側電流検出部３０５ａは、二次側の入力インピーダンス変更部１２によりインピーダンス変更されたときの電流周波数の変化（例えば３次高調波）を検出することで、駆動信号生成部３０２が発振器５０の発振出力を停止している。このような形態によっても前述実施形態と同様の作用効果を奏する。
According to the present embodiment, the
（第４実施形態）
図２３〜図２７は第４実施形態の追加説明図を示す。第４実施形態では、出力電圧Ｖoutが低下したときに二次側のコイル１９に電流を流すことで一次側のコイル１８に電流を発生させ、給電（電源動作）の再開信号の生成と検出を行う構成を説明する。
(Fourth embodiment)
23 to 27 show additional explanatory views of the fourth embodiment. In the fourth embodiment, when the output voltage Vout decreases, a current is caused to flow in the
一次側電流検出部２０５ａは、センス抵抗３０、及び、センス抵抗３０の電圧とストップ参照電圧REF_STOPとを比較するコンパレータ３１により構成され、この一次側電流検出部２０５ａは、入力インピーダンス検出部としての機能も備えている。電源動作制御部４０５は、一次側電流検出部２０５ａの後段に接続され、ＳＲフリップフロップ３２により構成されている。一次側電流検出部２０５ａは、センス抵抗３０の端子間電圧がストップ参照電圧REF_STOPよりも高くなると、電源動作制御部４０５のＳＲフリップフロップ３２のセット端子に「Ｈ」を出力する。すると、ＳＲフリップフロップ３２はＱＢ出力を「Ｌ」とし、駆動信号生成部２０２による駆動信号の出力を停止させる。
The primary-side
また、一次側には再開信号検出部４５８を備えている。この再開信号検出部４５８は二次側の再開信号生成部４５９に対応して設けられる。再開信号検出部４５８は、例えばＮＯＴゲート６０〜６２、遅延部６３，６４、ＡＮＤゲート６５，６６，６７、ＳＲフリップフロップ６８を図示形態に備え、電源動作制御部４０５のＳＲフリップフロップ３２が出力する信号RE-STARTを検出すると共に、コンパレータ６９を用いて一次側のコイル１８に発生する電圧を検出する。
In addition, a resumption
再開信号検出部４５８は、信号RE-STARTが「Ｌ」となることで駆動信号生成部２０２が駆動信号の出力を停止しているとき、且つ、一次側のコイル１８の電圧がスタート参照電圧REF_STARTに達したときに、電源動作制御部４０５のＳＲフリップフロップ３２をリセットし、ＳＲフリップフロップ３２のＱＢ端子から「Ｈ」を出力させることで、駆動信号生成部２０２から駆動信号の生成を再開させる。
The restart
二次側には再開信号生成部４５９を備える。再開信号生成部４５９は、例えばＮＯＴゲート７０，７１、遅延部７２、ＡＮＤゲート７３、及び、スイッチ７４〜７６を図示形態に備え、出力電圧検出部２１１のコンパレータ４１の出力Comp_OUTの「Ｈ」「Ｌ」出力に応じてスイッチ７４〜７６をオンオフ切換えし、回路接続ノードを変化させて通電状態を変化させる。スイッチ７５及び７６は、整流部９の入出力を短絡可能に構成され、コンパレータ４１の出力が「Ｌ」であるときにはオフし、コンパレータ４１の出力が「Ｈ」であるときにはオンするように構成される。
A resumption
上記構成の作用について説明する。図２４（ａ）〜図２４（ｃ）は一連のスイッチ２２，７４〜７６の切換状態の変化を示しており、図２５は信号変化をタイミングチャートで示している。図２５のｔ４１→ｔ４２に示すように、出力電圧Ｖoutが最大電圧Ｖmax（第１所定電圧相当）に上昇する過程では、出力電圧検出部２１１のコンパレータ４１はその出力Comp_OUTとして「Ｌ」とする。このときには図２４（ａ）に示すように、スイッチ２２，７４〜７６がオフ状態に切替えられている。スイッチ２２，７４〜７６はオフしているため、整流部９は全波整流し、平滑コンデンサ１０は整流電圧を平滑化して出力電圧Ｖoutを出力する。最大電圧Ｖmaxに達すると、出力電圧Ｖoutが出力参照電圧REF_OUT1（=REF_OUT+M/2）より高くなるため、コンパレータ４１は「Ｈ」を出力する（図２５のｔ４２参照）。このとき、図２４（ｂ）に示すように、スイッチ２２、 ７５及び７６がオンに切換えられる。スイッチ２２がオンすることで入力インピーダンスＺinが変化する。スイッチ７５及び７６がオンされると、平滑コンデンサ１０に充電された電荷を用いてコンデンサ２１が充電される。この充電電流は図２４（ｂ）に示す矢印方向に流れる。このとき、二次側への電力供給は停止されている為、容量ＣLと電流ＩLとで定まる傾きで出力電圧Ｖoutが低下する（図２５のｔ４２→ｔ４３）。
The operation of the above configuration will be described. 24A to 24C show changes in the switching state of the series of
その後、出力電圧Ｖoutが最小電圧Ｖmin（第２所定電圧相当）まで低下すると、出力電圧Ｖoutが出力参照電圧REF_OUT2（=REF_OUT-M/2）より低くなるため、コンパレータ４１は「Ｌ」を出力する（図２５のｔ４３）。ＮＯＴゲート７０及び７１、遅延部７２及びＡＮＤゲート７３はコンパレータ４１の出力の立下りエッジを検出してパルスを発生させる構成となっており、コンパレータ４１の出力が「Ｈ」から「Ｌ」になると、遅延部７２の遅延時間だけ「Ｈ」を信号TRIG_RESとして出力する。このため、このコンパレータ４１の出力が立下がってから、遅延部７２の遅延期間においては、図２４（ｃ）に示すように、スイッチ７４がオンし、スイッチ２２及び７５、７６がオフに切換えされる。
Thereafter, when the output voltage Vout decreases to the minimum voltage Vmin (corresponding to the second predetermined voltage), the output voltage Vout becomes lower than the output reference voltage REF_OUT2 (= REF_OUT-M / 2), and therefore the
すなわち、入力インピーダンス変更部１２のスイッチ２２、及び、スイッチ７５、７６がオフされ、再開信号生成部４５９のスイッチ７４がオンされるため、コンデンサ２１の容量に蓄積された電荷に応じて電流を二次側のコイル１９に流すことになる。コイル１９、コンデンサ２１、スイッチ７４は直列接続されているため、スイッチ７４をオンすることで減衰振動が発生し、この電流に応じた誘起電圧を一次側に伝達できる。遅延部７２の遅延時間経過後には、スイッチ７４がオフされ、図２４（ａ）に示す状態に戻る。
That is, since the
他方、一次側において、出力電圧Ｖoutが最大電圧Ｖmaxまで上昇したタイミングでは、図２４（ｂ）に示すように入力インピーダンス変更部１２のスイッチ２２がオンするため、入力インピーダンスＺinが変化することで一次側では電流振幅の増加が検出され、コンパレータ３１の出力が「Ｈ」になり、電源動作制御部４０５のＳＲフリップフロップ３２がＱＢ出力を「Ｌ」にする。ＳＲフリップフロップ３２がＱＢ出力を「Ｌ」にすると、ＳＲフリップフロップ６８のセット端子にセット信号が入力されることになり、ＳＲフリップフロップ６８のＱ出力を「Ｈ」とする。
On the other hand, at the timing when the output voltage Vout rises to the maximum voltage Vmax on the primary side, the
図２４（ｃ）に示すように、コイル１９に減衰振動電流が流れると、一次側のコイル１８がこの電流に応じた電圧を検出する。コイル１８の電圧振幅がスタート参照電圧REF_STARTより大きくなると、コンパレータ６９は「Ｈ」を出力し、ＡＮＤゲート６７は「Ｈ」を出力する。ＳＲフリップフロップ３２のリセット端子にはリセット信号が入力されることになり、ＳＲフリップフロップ３２のＱＢ出力を「Ｈ」とする。この結果、駆動信号生成部２０２は、駆動信号の出力を再開する。なお、ＳＲフリップフロップ６８のＱ出力は、遅延部６４、ＮＯＴゲート６２及びＡＮＤゲート６６により信号RE_STARTの立上りを検出することでリセットされ初期状態に戻すことができる。
As shown in FIG. 24C, when a damped oscillation current flows through the
再開信号検出部４５８は、再開信号生成部４５９により生成された再開信号を入力し、駆動信号生成部２０２による駆動信号の出力を再開させている。これにより、駆動信号生成部２０２が駆動信号の出力を再開し、二次側の出力電圧Ｖoutを再度上昇させることができる。このような動作が繰り返される。
The restart
図２６に入力電圧を１０〜２０Ｖ、負荷電流を２０〜１００ｍＡとした場合の出力電圧Ｖoutの変化特性のシミュレーション結果を示しており、図２７に伝送効率の変化特性のシミュレーション結果を示す。図２６に示すように、入力電圧変化及び負荷電流変化に応じて出力電圧ＯＵＴを一定（２５Ｖ±１．０Ｖ）に制御できることが確認された。また、図２７に示すように、入力電圧変化及び負荷電流変化に応じて伝送効率を７０％以上（望ましくは８０％以上）と制御できることが確認された。 FIG. 26 shows a simulation result of the change characteristic of the output voltage Vout when the input voltage is 10 to 20 V and the load current is 20 to 100 mA, and FIG. 27 shows the simulation result of the change characteristic of the transmission efficiency. As shown in FIG. 26, it was confirmed that the output voltage OUT can be controlled to be constant (25 V ± 1.0 V) in accordance with the input voltage change and the load current change. Further, as shown in FIG. 27, it was confirmed that the transmission efficiency can be controlled to 70% or more (preferably 80% or more) in accordance with the input voltage change and the load current change.
以上説明したように、本実施形態によれば、二次側では、再開信号生成部４５９は、出力電圧Ｖoutが、最大電圧Ｖmaxに達した後、最小電圧Ｖminに達したときに、二次側のコイル１９に電流を流すことでフィードバック通電させて再開信号として出力することができる。再開信号検出部４５８は、この電流を一次側のコイル１８を通じて検出することで再開信号を検出し、電源動作制御部４０５のＳＲフリップフロップ３２は、再開信号検出部４５８により再開信号が検出されると駆動信号生成部２０２による駆動信号の出力を再開させることで給電を再開する。このような実施形態においても前述の実施形態と同様の作用効果を奏する。
As described above, according to the present embodiment, on the secondary side, when the output voltage Vout reaches the minimum voltage Vmin after the output voltage Vout reaches the maximum voltage Vmax, By passing a current through the
（第５実施形態）
図２８から図３０は第５実施形態の追加説明図を示す。第５実施形態では、二次側において一次側で再開信号の検出に成功し、且つ、一次側の駆動信号の出力の再開により二次側への電力伝送が再開されたか否かを判定し、一次側で電力伝送の再開に失敗したと判定した場合には再開信号の再生成を指示する指示部、を備えた形態を示す。第４実施形態に類似しているため、第４実施形態と異なる部分を中心に説明する。
(Fifth embodiment)
FIG. 28 to FIG. 30 show additional explanatory views of the fifth embodiment. In the fifth embodiment, the secondary side succeeds in detecting the restart signal on the primary side, and determines whether or not the power transmission to the secondary side is restarted by restarting the output of the primary side drive signal, An embodiment is shown that includes an instruction unit for instructing regeneration of a restart signal when it is determined that power transmission restart has failed on the primary side. Since it is similar to the fourth embodiment, the description will focus on parts different from the fourth embodiment.
指示部としての機能を備える論理回路５９４は、ＡＮＤゲート７３の出力信号TRIG_RESと、整流器９の入力電圧RECT_INを入力することに基づいて、一次側で電力伝送が再開されたか否かを判定し一次側の再開信号検出部４５８により再開信号の検出に失敗したと判定した場合には、コンパレータ４１の代わりに再開信号を再度生成指示する（RE_TRIG）ものである。この論理回路５９４は、例えば、ＮＯＴゲート７７，７８、遅延部７９及びＡＮＤゲート８０により信号TRIG_RESの立下りエッジを検出し、一定期間を計測するタイマと、ＮＯＴゲート８１，８２、遅延部８３及びＡＮＤゲート８４による信号TIMER_TRIGの立下り検出部と、コンパレータ８５、ＡＮＤゲート８６〜８８、ＮＯＴゲート８９，９０、ＳＲフリップフロップ９１、遅延部９２、などの各種論理ゲートなどの回路を図示形態に組み合わせて構成されている。
The
＜正常動作＞
まず、一次側において再開信号を正常に受信し、駆動信号生成部２０２が駆動信号の出力を正常に再開した場合の動作について図２９を参照して説明する。図２８に示す回路において、ＮＯＴゲート７１、遅延部７２、ＡＮＤゲート７３は、ＯＲゲート９３の立下りエッジを検出して遅延部７２の遅延時間だけ信号TRIG_RES（＝「Ｈ」）を出力し、ＮＯＴゲート７７，７８、遅延部７９及びＡＮＤゲート８０はTRIG_RESの立下りエッジを検出してTIMER_TRIGに「Ｈ」を出力し、駆動信号生成部２０２が正常に駆動信号の出力を再開したかを判定するための判定期間Ｔ５１の計測を開始する（図２９のｔ５０→ｔ５１）。ＮＯＴゲート８１，８２、遅延部８３及びＡＮＤゲート８４による信号TIMER_TRIGの立下り検出部は、この信号TIMER_TRIGの出力終了「Ｌ」の立下りを受けて判定期間の終了を検出し、一次側で再開信号の検出に失敗した場合に備えて再開信号の再生成の為の短パルスをAND_TRIGに出力する(図２９のｔ５２→ｔ５３、パルス幅Ｔ５２)。
<Normal operation>
First, the operation when the primary side normally receives the restart signal and the drive
一方、一次側において、正常に再開信号を受信し、駆動信号生成部２０２が駆動信号の出力を再開していれば、平滑コンデンサ１０に電流供給が再開される為、信号RECT_INの電圧が出力電圧Ｖout＋ダイオード３７の順方向電圧ＶFを超える期間が発生する(図２９のRECT_IN波形を参照)。二次側において、コンパレータ８５は、整流部９の入力電圧RECT_INと再生成参照電圧REF_RECTと比較し、この比較結果をＡＮＤゲート８６に出力する。ＡＮＤゲート８６は、コンパレータ８５の出力信号と、ＡＮＤゲート８０の出力信号TIMER_TRIGとの論理積演算結果を信号SET_RECTとし、ＳＲフリップフロップ９１のセット端子に出力する。
On the other hand, if the primary side receives the restart signal normally and the drive
コンパレータ８５は、整流部９の入力電圧RECT_INと再生成参照電圧REF_RECTとを比較した結果を出力するため、一次側から駆動信号を正常に受電できれば、コンパレータ８５は参照電圧REF_RECTよりも高い期間だけ定期的に「Ｈ」を出力する。このため、判定期間Ｔ５１の間、ＳＲフリップフロップ９１のセット端子SET_RECTには、定期的に「Ｈ」が入力され(図２９のｔ５１→ｔ５２)、ＳＲフリップフロップ９１は、最初の信号SET_RECTの立上りエッジ発生から遅延部９２の遅延時間だけＱ端子から「Ｈ」を出力し、ＮＯＴゲート９０が、この出力「Ｈ」を反転し信号AND_RECTを「Ｌ」とする（図２９のｔ５１→ｔ５４）。また、遅延部９２の遅延時間（＝Ｔ５１＋Ｔ５３）は、遅延部７９と遅延部８３の遅延時間の和（＝Ｔ５１＋Ｔ５２）より長く設定されているため、ＳＲフリップフロップ９１のRESET端子に立上りエッジが入力され、信号AND_RECTが「Ｈ」となるのは、信号AND_TRIGに立上りエッジが発生した後になる(図２９のｔ５４)。
The
このため、ＡＮＤゲート８４がAND_TRIG端子に再開信号再生成の指示信号を生成するが、この指示信号はＡＮＤゲート８８にて遮断され、RE_TRIG端子に再開信号再生成の指示信号は発生しない。
Therefore, the AND
＜失敗動作＞
次に、一次側において再開信号の受信に失敗し、駆動信号生成部２０２が駆動信号の出力を正常に出力していない場合の動作について図２８及び図３０を参照して説明する。
<Failure action>
Next, an operation in the case where the primary side fails to receive the restart signal and the drive
図２８に示す回路において、ＮＯＴゲート７１、遅延部７２、ＡＮＤゲート７３は、遅延部７２の遅延時間だけ信号TRIG_RES（＝「Ｈ」）を出力し、ＮＯＴゲート７７，７８、遅延部７９及びＡＮＤゲート８０は信号TRIG_RESの立下りエッジを検出し、駆動信号生成部２０２が正常に駆動信号の出力を再開したかを判定するための判定期間Ｔ６１の計測を開始する（図３０のｔ６１→ｔ５０：期間Ｔ６１）。ＮＯＴゲート８１，８２、遅延部８３及びＡＮＤゲート８４による信号TIMER_TRIGの立下り検出部は、この信号TIMER_TRIGの出力終了「Ｌ」の立下りを受けて判定期間Ｔ６１の終了を検出し、一次側で再開信号の検出に失敗した場合に備えて、再開信号の再生成の為の短パルスをAND_TRIGに出力する(図３０のｔ５０→ｔ５１：パルス幅Ｔ６２)。
In the circuit shown in FIG. 28, the
しかし、図３０に示すように、一次側で再開信号の受信に失敗するなどの場合には、駆動信号生成部２０２は駆動信号の出力を再開しない。すると、二次側では、整流部９の入力電圧RECT_INが、再生成参照電圧REF_RECTよりも低くなるため、コンパレータ８５は出力を「Ｌ」とする。ＡＮＤゲート８６は信号SET_RECTを「Ｈ」出力しないため、ＳＲフリップフロップ９１も「Ｌ」をＱ出力し、このため、ＮＯＴゲート９０はＡＮＤゲート８８に信号AND_RECTを「Ｈ」とする。
However, as shown in FIG. 30, when the primary side fails to receive the restart signal, the drive
このとき、ＡＮＤゲート８４がAND_TRIG端子に再開信号再生成の指示信号を生成するが、この指示信号はＡＮＤゲート８８を通過し、RE_TRIG端子に再開信号再生成の指示信号が発生する。これにより、二次側において、一次側で再開信号の検出に失敗したと判定した場合に、再開信号の再生成指示をすることができる。この後、一次側において電力伝送を再開するまで、これらの処理は繰り返されるが、駆動信号生成部２０２が正常に駆動信号の出力を再開すれば、前述の動作と同様に処理が行われることになる（図３０のｔ５０〜ｔ５４）。この処理は前述と同様であるため説明を省略する。
At this time, the AND
本実施形態においては、一次側で再開信号の検出に失敗又は一次側の駆動信号生成部の出力が停止したままであり、一次側で電力伝送の再開に失敗した場合であっても、論理回路５９４が再開信号の再生成を指示するため、二次側から再開信号を一次側に再送信することができ、一次側に電力伝送の再開を促すことができる。
（第６実施形態）
図３１は第６実施形態の追加説明図を示す。この図３１は二次側の回路構成を示している。再開信号生成部６５９は、Ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタ（第１ＮＭＯＳトランジスタ相当：以下、トランジスタと略す）６９３をハイサイドに備える。このトランジスタ６９３には寄生ダイオード（第１寄生ダイオード相当）６３７が付加されている。また、このトランジスタ６９３には、寄生ダイオード（第２寄生ダイオード相当）６３８付きのＮチャネル型のＭＯＳトランジスタ（第２ＮＭＯＳトランジスタ相当：以下、トランジスタと略す）６９４がローサイドに接続されている。当該ハイサイド及びローサイドのトランジスタ６９３及び６９４は、これらのドレインソース間を出力電圧Ｖoutの出力端子間に接続して構成されている。
In the present embodiment, even when the detection of the restart signal on the primary side fails or the output of the drive signal generation unit on the primary side remains stopped and the restart of power transmission fails on the primary side, the logic circuit Since 594 instructs the regeneration of the restart signal, the restart signal can be retransmitted from the secondary side to the primary side, and the primary side can be prompted to resume power transmission.
(Sixth embodiment)
FIG. 31 shows an additional explanatory diagram of the sixth embodiment. FIG. 31 shows a circuit configuration on the secondary side. The
コイル１９、抵抗２０、コンデンサ２１は直列接続されているが、この直列回路に並列にトランジスタ６９４のドレインソース間が接続されており、寄生ダイオード６３８はこのトランジスタ６９４のドレインソース間に逆並列接続されている。また、コイル１９、抵抗２０及びコンデンサ２１と、平滑コンデンサ１０の＋側端子との間にトランジスタ６９３のソースドレイン間が接続されている。寄生ダイオード６３７は、このトランジスタ６９３のドレインソース間に逆並列接続されている。また、再開信号生成部６５９は、トランジスタ６９３のゲートをオンオフ制御するスイッチ切替部６９５を備える。
The
ここで、トランジスタ６９３及び６９４の寄生ダイオード６３７及び６３８は整流部６０９として用いられる。スイッチ切替部６９５は、入力インピーダンス制御部として用いられ、トランジスタ６９４は、一次側から見た入力インピーダンスを変更可能な入力インピーダンス変更部６９６として用いられる。
Here, the
スイッチ切替部６９５は、出力電圧検出部１１の出力電圧Ｖoutの検出結果に応じてトランジスタ６９３及び６９４をオンオフ切替えすることで、一次側から見た入力インピーダンスＺinを変更すると共に、再開信号を生成する。
The
二次側では、コイル１９を通じて受電したときに、スイッチ切替部６９５がトランジスタ６９３及び６９４を共にオフ制御している。すると、寄生ダイオード６３８及び６３７が整流部として働き、平滑コンデンサ１０により平滑化された電圧が負荷１５に供給される。
On the secondary side, when receiving power through the
出力電圧検出部１１が出力電圧Ｖoutの最大電圧Ｖmaxを検出すると、スイッチ切替部６９５は、トランジスタ６９４をオン制御する。この結果、一次側から見たインピーダンスＺinを変化させることができる。一次側では、電源動作制御部（例えば４０５）が入力インピーダンスＺinの変化を検出し給電（電源動作）を停止する。
When the output
その後、出力電圧検出部１１が出力電圧Ｖoutの最小電圧Ｖminを検出すると、スイッチ切替部６９５は、トランジスタ６９４をオフ制御した後にトランジスタ６９３を一定期間だけオンした後に、オフに制御する。これにより、トランジスタ６９３のオン期間中には、平滑コンデンサ１０と二次側コイル１９とが通電され、二次側コイル１９に電流を生じさせて再開信号とし、一次側コイル１８に再開信号を出力できる。これにより、一次側の給電（電源動作）が再開すると共にトランジスタ６９３及び６９４がオフした状態に戻るため、寄生ダイオード６３７及び６３８が整流部として機能する動作が再開されることになる。その他の動作は前述実施形態と同様であるため、その説明を省略する。このような構成においても、前述実施形態と同様の作用効果を奏することになる。
After that, when the output
（第７実施形態）
図３２は第７実施形態の追加説明図を示す。再開信号生成部７５９は、例えば寄生ダイオード（第１寄生ダイオード相当）６３７付きのＮチャネル型のＭＯＳトランジスタ（第１ＮＭＯＳトランジスタ相当：以下、トランジスタと略す）６９３をハイサイドに備えると共に、寄生ダイオード（第２寄生ダイオード相当）６３８付きのＮチャネル型のＭＯＳトランジスタ（第２ＮＭＯＳトランジスタ相当：以下、トランジスタと略す）６９４をローサイドに備え、当該ハイサイド及びローサイドのトランジスタ６９３及び６９４のドレインソース間を出力電圧Ｖoutの出力端子間に接続して構成されている。
(Seventh embodiment)
FIG. 32 is an additional explanatory diagram of the seventh embodiment. The restart
二次側では、コイル１９を通じて受電したときに、スイッチ切替部６９５がトランジスタ６９３及び６９４を共にオフ制御している。すると、寄生ダイオード６３８及び６３７が整流器として働き、平滑コンデンサ１０により平滑化された電圧が負荷１５に供給される。
On the secondary side, when receiving power through the
出力電圧検出部１１が出力電圧Ｖoutの最大電圧Ｖmaxを検出すると、スイッチ切替部６９５は、トランジスタ６９４をオン制御する。この結果、一次側から見たインピーダンスを変化させることができ、一次側電流検出部（例えば２０５ａ）がこれを検出して電源動作制御部（例えば４０５）が給電（電源動作）を停止する。
When the output
その後、出力電圧検出部１１が出力電圧Ｖoutの最小電圧Ｖminを検出すると、スイッチ切替部６９５は、トランジスタ６９４及び６９３を相補的にオンオフ制御することで、平滑コンデンサ１０から二次側コイル１９に電流を発生させて再開信号を生成した後に、トランジスタ６９４及び６９３を共にオフに制御する。このような回路形態においても前述実施形態と同様の作用効果を奏する。
Thereafter, when the output
（その他の実施形態）
前述実施形態に説明した内容に関わらず、例えば、以下に示す変形又は拡張が可能である。
(Other embodiments)
Regardless of the contents described in the above embodiment, for example, the following modifications or expansions are possible.
一次側の「インピーダンス検出部」が、一次側から見た入力インピーダンスＺinの変化を検出するときには、駆動信号生成部２，２０２，３０２の駆動信号の周波数、一次側給電部７に流れる一次側電流の振幅又は周波数、一次側給電部に印加される一次側入力電圧と一次側給電部７に流れる一次側電流との位相差、のうちいずれか一つ又は２つ以上の情報に応じて検出すると良い。
When the “impedance detection unit” on the primary side detects a change in the input impedance Zin viewed from the primary side, the frequency of the drive signals of the drive
出力電圧検出部２１１、インピーダンス制御部２１３を、ヒステリシス型のコンパレータ４１により構成した形態を示したが、これらの出力電圧検出部２１１、インピーダンス制御部２１３の機能を分離して構成することもできることは言うまでもない。
Although the output voltage detection unit 211 and the impedance control unit 213 are configured by the
前述した各実施形態は、矛盾を生じない限り適宜組み合わせて適用することができる。特に、第４実施形態の一次側の構成と、第６実施形態又は第７実施形態の二次側の構成とを組み合わせることができる。 The above-described embodiments can be applied in appropriate combination as long as no contradiction occurs. In particular, the configuration on the primary side of the fourth embodiment and the configuration on the secondary side of the sixth embodiment or the seventh embodiment can be combined.
前述した各実施形態は、図３３〜図３６に一例を示すように機能的に説明できる。例えば、図３３に給電停止機能、給電動作再開機能の構成例を概略的に示す。この一形態は例えば前述した第４実施形態で説明されている。図３３に示す出力電圧検出部１１が出力電圧Ｖoutの上昇を検出すると、入力インピーダンス制御部１３は入力インピーダンス変更部１２により一次側から見た入力インピーダンスＺinを変化させる。そして、一次側では、一次側電流検出部（入力インピーダンス検出部）２０５ａが入力インピーダンスＺinの変化を検出し、電源動作制御部４０５が、駆動信号生成部２０２の出力を停止させる。二次側の再開信号生成部４５９は、二次側受電部８に再開信号（例えば減衰振動）を生じさせ、再開信号検出部４５８が一次側給電部７を通じて検出する。電源動作制御部４０５は、再開信号検出部４５８により再開信号が検出されると、駆動信号生成部２０２による駆動信号の出力を再開させている。このように機能的に説明を行うことができる。なお、給電停止機能及び給電動作再開機能は合わせ持っても良いが、給電停止機能だけ備えていても良い。
Each of the above-described embodiments can be functionally described as an example shown in FIGS. For example, FIG. 33 schematically shows a configuration example of the power supply stop function and the power supply operation restart function. One form of this is described in the fourth embodiment described above, for example. When the output
また、図３４には、周波数調整機能付きの給電停止機能の構成例を概略的に示す。この一形態は例えば前述した第２実施形態で説明されている。駆動信号生成部２０２は駆動信号を生成しドライバ３に出力し、ドライバ３はスイッチ４をオンオフする。このとき、駆動信号生成部２０２は、一次側給電部７に流れる一次側電流情報により、ドライバ３の動作周波数と回路（例えば一次側＋二次側回路）の共鳴周波数を一致させるように周波数を調整する。このように機能的に説明を行うことができる。
FIG. 34 schematically shows a configuration example of a power supply stopping function with a frequency adjustment function. One form of this is described in the second embodiment described above, for example. The drive
また、図３５には、駆動信号生成部３０２が発振器５０により構成される例を概略的に示している。この給電停止機能は、その一形態が例えば第３実施形態に説明されている。駆動信号生成部３０２が駆動信号を生成し、ドライバ３に出力することで、ドライバ３はスイッチ４をオンオフして二次側に給電する。出力電圧検出部１１が出力電圧の上昇（最大電圧Ｖmaxに達する）を検出すると、入力インピーダンス制御部１３は入力インピーダンス変更部１２により一次側から見た入力インピーダンスＺinを変化させる。そして、一次側では、一次側電流検出部（入力インピーダンス検出部）３０５ａが入力インピーダンスＺinの変化について例えば周波数変化に応じて検出し、電源動作制御部２０５は、入力インピーダンスＺinの変化を検出すると、駆動信号生成部３０２の発振器５０の出力を停止させる。このように機能的に説明を行うことができる。
FIG. 35 schematically illustrates an example in which the drive
また、図３６には、電源動作制御部２０５が、駆動信号生成部２０２による電源供給動作を停止させたタイミングから一定時間を計測し、給電再開させるための電気的構成を模式的に示す。この給電再開機能は、その一形態が例えば第２実施形態などに説明されている。すなわち、図３６に示すように、電源動作制御部２０５は、一定時間計測部（一定時間計測手段相当）３３〜３６を備えており、電源動作を停止したタイミングから一定時間計測部３３〜３６により計測し給電を再開させる。また、この図３６の機能に、前述した図３４に示す周波数調整機能を追加することも可能である。
FIG. 36 schematically shows an electrical configuration for causing the power supply
図面中、１０１は非接触給電装置、２０１は非接触受電装置、２，２０２，３０２は駆動信号生成部、５，２０５，４０５は電源動作制御部、７は一次側給電部、９は整流部、１０は平滑コンデンサ（第２コンデンサ）、１２，６９６は入力インピーダンス変更部、１３は入力インピーダンス制御部、１８は一次側のコイル（第１コイル）、１９は二次側のコイル（第２コイル）、２１はコンデンサ（第１コンデンサ）、２２はスイッチ、４１はコンパレータ（ヒステリシスコンパレータ）、５０は発振器、３３〜３６は一定時間計測手段、４５８は再開信号検出部、４５９、６５９、７５９は再開信号生成部、５９４は論理回路（指示部）、６９３はＭＯＳトランジスタ（第１ＮＭＯＳトランジスタ）、６９４はＭＯＳトランジスタ（第２ＮＭＯＳトランジスタ）、６９５はスイッチ切替部、を示す。 In the drawing, 101 is a non-contact power supply device, 201 is a non-contact power reception device, 2, 202 and 302 are drive signal generation units, 5, 205 and 405 are power supply operation control units, 7 is a primary side power supply unit, and 9 is a rectification unit. 10 is a smoothing capacitor (second capacitor), 12 and 696 are input impedance changing units, 13 is an input impedance control unit, 18 is a primary side coil (first coil), and 19 is a secondary side coil (second coil). ), 21 is a capacitor (first capacitor), 22 is a switch, 41 is a comparator (hysteresis comparator), 50 is an oscillator, 33 to 36 are measuring means for a certain period of time, 458 is a restart signal detector, and 459, 659 and 759 are restarts A signal generation unit, 594 is a logic circuit (instruction unit), 693 is a MOS transistor (first NMOS transistor), and 694 is a MOS transistor (second NMOS). MOS transistor), 695 denotes a switch switching unit,.
Claims (17)
前記駆動信号生成部により出力される駆動信号により二次側に非接触で電力を伝送する第１コイルを備える一次側給電部（７）と、
前記駆動信号生成部による駆動信号の出力／停止を制御する電源動作制御部（５，２０５，４０５）と、を備え、
前記電源動作制御部は、
前記二次側に電力供給するときには前記駆動信号生成部により駆動信号を出力させることで前記一次側給電部を通じて前記二次側に非接触で電力を伝送させ、
前記二次側において前記一次側から伝送された電力を受電する電力に応じた電圧が第１所定電圧に上昇したときに前記二次側に備えられた入力インピーダンス変更部（１２，６９６）により前記一次側から見た入力インピーダンスが変更されると、当該変更された入力インピーダンスの変化を、前記電源動作制御部が前記一次側給電部を通じて検出することに応じて、前記駆動信号生成部による駆動信号の出力を停止制御することを特徴とする非接触給電装置。 A drive signal generator (2, 202, 302) that enables output or stop of the drive signal;
A primary-side power feeding unit (7) including a first coil that transmits power to the secondary side in a non-contact manner by a drive signal output by the drive signal generation unit;
A power supply operation control unit (5, 205, 405) for controlling output / stop of the drive signal by the drive signal generation unit,
The power supply operation control unit
When power is supplied to the secondary side, power is transmitted to the secondary side in a non-contact manner through the primary side power feeding unit by outputting a driving signal by the driving signal generation unit,
The input impedance changing unit (12,696) provided on the secondary side when the voltage corresponding to the power received from the primary side on the secondary side rises to a first predetermined voltage. When the input impedance viewed from the primary side is changed, the drive signal generated by the drive signal generation unit is detected in response to the change of the changed input impedance detected by the power supply operation control unit through the primary side power supply unit. The non-contact electric power feeder characterized by carrying out stop control of output.
前記駆動信号生成部（２０２）は、その駆動信号の周波数を前記入力インピーダンス変更部により入力インピーダンスを変更する前後において前記一次側から見た回路の共鳴周波数に一致させるように調整することを特徴とする非接触給電装置。 In the non-contact electric power feeder of Claim 1,
The drive signal generator (202) adjusts the frequency of the drive signal so as to match the resonant frequency of the circuit viewed from the primary side before and after the input impedance is changed by the input impedance changer. A non-contact power feeding device.
前記駆動信号生成部（３０２）は、前記駆動信号を出力又は停止を可能とする発振器（５０）を備え、
前記電源動作制御部（２０５）は、前記二次側に給電するときには前記発振器を発振出力させることで電力を伝送させ、前記入力インピーダンス変更部（１２）により変更された入力インピーダンスの変化を検出することに応じて前記発振器の発振出力を停止制御することを特徴とする非接触給電装置。 In the non-contact electric power feeder of Claim 1,
The drive signal generation unit (302) includes an oscillator (50) that can output or stop the drive signal,
The power supply operation control unit (205) detects the change in the input impedance changed by the input impedance changing unit (12) by transmitting power by oscillating and outputting the oscillator when supplying power to the secondary side. A non-contact power feeding device characterized in that the oscillation output of the oscillator is stopped and controlled accordingly.
前記電源動作制御部（２０５）は、前記駆動信号生成部の出力を停止させたタイミングから一定時間（ＴRE）を計測する一定時間計測手段（３３〜３６）を備え、前記一定時間計測手段により一定時間が計測されたタイミングで前記駆動信号生成部による駆動信号の出力を再開させることで給電を再開することを特徴とする非接触給電装置。 In the non-contact electric power feeder as described in any one of Claims 1-3,
The power supply operation control unit (205) includes a fixed time measurement unit (33 to 36) that measures a fixed time (TRE) from the timing when the output of the drive signal generation unit is stopped, and is fixed by the fixed time measurement unit. A non-contact power feeding apparatus, wherein power feeding is resumed by restarting output of a drive signal by the drive signal generation unit at a timing when time is measured.
前記電源動作制御部は、前記二次側の前記入力インピーダンス変更部によるインピーダンス変化を、前記駆動信号生成部の駆動信号の周波数、前記一次側給電部に流れる一次側電流の振幅又は周波数、前記一次側給電部に印加される一次側入力電圧と当該一次側給電部に流れる一次側電流との位相差、の何れか少なくとも一つの情報に応じて検出することを特徴とする非接触給電装置。 In the non-contact electric power feeder as described in any one of Claims 1-4,
The power supply operation control unit is configured to change the impedance change by the input impedance change unit on the secondary side, the frequency of the drive signal of the drive signal generation unit, the amplitude or frequency of the primary current flowing in the primary side power supply unit, the primary A non-contact power feeding apparatus that detects at least one of information on a phase difference between a primary side input voltage applied to a side power feeding unit and a primary side current flowing in the primary side power feeding unit.
前記二次側には前記一次側給電部から受電する第２コイル（１９）を備え、前記一次側から伝送された電力を受電する電力に応じた電圧が前記第１所定電圧よりも低い第２所定電圧に達したときに前記二次側の第２コイルに電流を流すことで前記一次側給電部の第１コイル（１８）に電流をフィードバック通電させることで再開信号を出力する再開信号生成部（４５９）を備えることを特徴とする非接触受電装置。 In the non-contact power receiving device fed from the non-contact power feeding device according to any one of claims 1 to 5,
The secondary side includes a second coil (19) that receives power from the primary side power feeding unit, and a voltage corresponding to the power that receives power transmitted from the primary side is lower than the first predetermined voltage. When a predetermined voltage is reached, a resumption signal generation unit that outputs a resumption signal by causing a current to flow through the first coil (18) of the primary side power supply unit by passing a current through the second coil on the secondary side. (459) It is provided with the non-contact power receiving apparatus characterized by the above-mentioned.
前記再開信号生成部（４５９）により前記二次側の第２コイルに流された電流を前記一次側給電部の第１コイルに流れる電流を検出することで再開信号を検出する再開信号検出部（４５８）を備え、
前記電源動作制御部（４０５）は、前記再開信号検出部により再開信号が検出されると前記駆動信号生成部（２０２）による駆動信号の出力を再開させることで給電を再開することを特徴とする非接触給電装置。 When transmitting electric power from the contactless power supply device according to any one of claims 1 to 5 to the contactless power reception device according to claim 6,
A resumption signal detection unit (459) that detects a resumption signal by detecting a current that has been caused to flow through the second coil on the secondary side by the resumption signal generation unit (459). 458),
The power supply operation control unit (405) restarts power supply by restarting output of the drive signal from the drive signal generation unit (202) when the restart signal is detected by the restart signal detection unit. Non-contact power feeding device.
前記二次側の前記再開信号生成部により再開信号が生成された場合、
前記二次側において、前記一次側で再開信号の検出に成功し、且つ、前記一次側の駆動信号生成部の出力の再開により前記二次側への電力伝送が再開されたか否かを判定し、前記一次側で電力伝送の再開に失敗したと判定した場合には、前記再開信号の再生成を指示する指示部（５９４）、を備えることを特徴とする非接触受電装置。 In the non-contact power receiving device fed from the non-contact power feeding device according to claim 7,
When a restart signal is generated by the restart signal generator on the secondary side,
On the secondary side, it is determined whether the primary side has succeeded in detecting the restart signal, and whether or not the power transmission to the secondary side has been resumed by restarting the output of the drive signal generation unit on the primary side. A contactless power receiving device comprising: an instruction unit (594) for instructing regeneration of the restart signal when it is determined that the resumption of power transmission has failed on the primary side.
前記一次側給電部（７）から受電する第２コイル（１９）を備え、
前記入力インピーダンス変更部（１２）は、前記二次側の前記第２コイルに直列又は並列に接続されたスイッチ（２２）により構成されることを特徴とする非接触受電装置。 In the non-contact power receiving device fed from the non-contact power feeding device according to any one of claims 1 to 5, and 7,
A second coil (19) for receiving power from the primary power supply section (7);
The non-contact power receiving apparatus, wherein the input impedance changing unit (12) includes a switch (22) connected in series or in parallel to the second coil on the secondary side.
前記一次側給電部（７）から受電する第２コイル（１９）と、
前記第２コイルと直列接続された第１コンデンサ（２１）と、を備え、
前記入力インピーダンス変更部（１２）は、前記二次側の前記第２コイル及び前記第１コンデンサと直列又は並列に接続されたスイッチ（２２）により構成されることを特徴とする非接触受電装置。 In the non-contact power receiving device fed from the non-contact power feeding device according to any one of claims 1 to 5, and 7,
A second coil (19) for receiving power from the primary power supply section (7);
A first capacitor (21) connected in series with the second coil,
The non-contact power receiving apparatus, wherein the input impedance changing unit (12) includes a switch (22) connected in series or in parallel with the second coil on the secondary side and the first capacitor.
前記一次側給電部（７）から受電する第２コイル（１９）と、
前記第２コイルにより受電された電圧を整流する整流部（９）と、
前記整流部の出力電圧を平滑化する第２コンデンサ（１０）と、を備え、
前記入力インピーダンス変更部（１２）は、前記二次側の前記整流部と前記第２コンデンサとの間に直列又は並列に接続されたスイッチ（２２）により構成されることを特徴とする非接触受電装置。 In the non-contact power receiving device fed from the non-contact power feeding device according to any one of claims 1 to 5, and 7,
A second coil (19) for receiving power from the primary power supply section (7);
A rectification unit (9) for rectifying the voltage received by the second coil;
A second capacitor (10) for smoothing the output voltage of the rectifying unit,
The input impedance changing unit (12) includes a switch (22) connected in series or in parallel between the rectifying unit on the secondary side and the second capacitor. apparatus.
前記第２コイル（１９）に直列接続された第１コンデンサ（２１）と、
前記第２コイルにより受電された電圧を整流する整流部（９）と、
前記整流部の出力電圧を平滑化する第２コンデンサ（１０）と、を備え、
前記再開信号生成部（４５９）は、
前記整流部を短絡可能なスイッチ（７５、７６）を備え、
前記整流部を短絡したスイッチを通じて前記第２コンデンサから前記第１コンデンサを充電し、前記第１コンデンサに充電された電荷を、前記第２コイルを通じて放電することで減衰振動を生じさせて再開信号を生成することを特徴とする非接触受電装置。 The contactless power receiving device according to claim 6 or 8,
A first capacitor (21) connected in series to the second coil (19);
A rectification unit (9) for rectifying the voltage received by the second coil;
A second capacitor (10) for smoothing the output voltage of the rectifying unit,
The restart signal generator (459)
A switch (75, 76) capable of short-circuiting the rectifying unit;
The first capacitor is charged from the second capacitor through a switch in which the rectifying unit is short-circuited, and the electric charge charged in the first capacitor is discharged through the second coil, thereby generating a damped oscillation and generating a restart signal. A non-contact power receiving device generated.
前記一次側給電部（７）から受電する第２コイル（１９）と、
前記第２コイルに直列接続された第１コンデンサ（２１）と、
前記第２コイル及び前記第１コンデンサを通じて受電された電圧を整流する整流部（６０９）と、
前記整流部の出力電圧を平滑化する第２コンデンサ（１０）と、
前記第２コイル、第１及び第２コンデンサにソースドレイン間が直列接続されると共に第１寄生ダイオード（６３７）が逆並列接続された第１ＮＭＯＳトランジスタ（６９３）と、を備え、
前記入力インピーダンス変更部（６９６）は、前記一次側から見た入力インピーダンスを変更可能であり、前記第２コイル及び前記第１コンデンサの直列回路にドレインソース間が並列接続されると共に第２寄生ダイオード（６３８）が逆並列接続された第２ＮＭＯＳトランジスタ（６９４）を用いて構成され、
前記整流部は、前記第２コイル（１９）により受電された電圧について前記第１及び第２寄生ダイオードを用いて整流することを特徴とする非接触受電装置。 In the non-contact power receiving device fed from the non-contact power feeding device according to any one of claims 1 to 5,
A second coil (19) for receiving power from the primary power supply section (7);
A first capacitor (21) connected in series to the second coil;
A rectifying unit (609) for rectifying a voltage received through the second coil and the first capacitor;
A second capacitor (10) for smoothing the output voltage of the rectifying unit;
A first NMOS transistor (693) having a source and drain connected in series to the second coil, the first and second capacitors, and a first parasitic diode (637) connected in reverse parallel;
The input impedance changing unit (696) can change the input impedance viewed from the primary side, and a drain circuit is connected in parallel to a series circuit of the second coil and the first capacitor, and a second parasitic diode (638) is configured using a second NMOS transistor (694) connected in antiparallel,
The non-contact power receiving apparatus, wherein the rectifying unit rectifies the voltage received by the second coil (19) using the first and second parasitic diodes.
前記第１及び第２ＮＭＯＳトランジスタのオンオフを切替えるスイッチ切替部（６９５）を備え、
前記スイッチ切替部は、
前記一次側から伝送された電力を受電するときには第１及び第２ＮＭＯＳトランジスタを共にオフ制御し、
前記一次側から伝送された電力を受電する電力に応じた電圧が前記第１所定電圧に上昇したときには、前記第２ＮＭＯＳトランジスタをオン制御し、
前記一次側から伝送された電力を受電する電力に応じた電圧が前記第１所定電圧よりも低い第２所定電圧に達したときに、前記第２ＮＭＯＳトランジスタをオフ制御した後に第１ＮＭＯＳトランジスタをオン制御することで再開信号を生成する再開信号生成部（６５９）を構成することを特徴とする非接触受電装置。 The contactless power receiving device according to claim 13,
A switch switching unit (695) for switching on and off of the first and second NMOS transistors;
The switch switching unit
When receiving the power transmitted from the primary side, both the first and second NMOS transistors are turned off,
When the voltage corresponding to the power receiving the power transmitted from the primary side rises to the first predetermined voltage, the second NMOS transistor is turned on,
When the voltage corresponding to the power received from the primary side reaches a second predetermined voltage lower than the first predetermined voltage, the second NMOS transistor is turned off and then the first NMOS transistor is turned on. A non-contact power receiving apparatus that constitutes a restart signal generation unit (659) that generates a restart signal.
前記第１及び第２ＮＭＯＳトランジスタのオンオフを切替えるスイッチ切替部（６９５）を備え、
前記スイッチ切替部は、
前記一次側から伝送された電力を受電するときには第１及び第２ＮＭＯＳトランジスタを共にオフ制御し、
前記一次側から伝送された電力を受電する電力に応じた電圧が前記第１所定電圧に上昇したときには、前記第２ＮＭＯＳトランジスタをオン制御し、
前記一次側から伝送された電力を受電する電力に応じた電圧が前記第１所定電圧よりも低い第２所定電圧に達したときに、前記第１及び第２ＮＭＯＳトランジスタを相補的にオンオフ制御することで再開信号を生成する再開信号生成部（７５９）を構成することを特徴とする非接触受電装置。 The contactless power receiving device according to claim 13,
A switch switching unit (695) for switching on and off of the first and second NMOS transistors;
The switch switching unit
When receiving the power transmitted from the primary side, both the first and second NMOS transistors are turned off,
When the voltage corresponding to the power receiving the power transmitted from the primary side rises to the first predetermined voltage, the second NMOS transistor is turned on,
Complementary on / off control of the first and second NMOS transistors is performed when a voltage corresponding to the power receiving power transmitted from the primary side reaches a second predetermined voltage lower than the first predetermined voltage. A non-contact power receiving apparatus comprising a restart signal generation unit (759) that generates a restart signal.
再開信号生成部（６５９、７５９）により前記二次側の第２コイルに流された電流を前記一次側給電部の第１コイルに流れる電流を検出することで再開信号を検出する再開信号検出部（４５８）を備え、
前記電源動作制御部（４０５）は、前記再開信号検出部により再開信号が検出されると前記駆動信号生成部（２０２）による駆動信号の出力を再開させることで給電を再開することを特徴とする非接触給電装置。 When transmitting electric power from the contactless power supply device according to any one of claims 1 to 5 to the contactless power reception device according to claim 14 or 15,
A restart signal detection unit for detecting a restart signal by detecting a current flowing in the second coil on the secondary side by the restart signal generation unit (659, 759) and flowing in the first coil of the primary power feeding unit. (458),
The power supply operation control unit (405) restarts power supply by restarting output of the drive signal from the drive signal generation unit (202) when the restart signal is detected by the restart signal detection unit. Non-contact power feeding device.
前記一次側から伝送された電力を受電する電力に応じた電圧を、ヒステリシス電圧を考慮した閾値電圧と比較するヒステリシスコンパレータ（４１）を備え、
前記入力インピーダンス変更部（１２）は、前記ヒステリシスコンパレータの比較結果に応じてインピーダンスを変更することを特徴とする非接触受電装置。 The contactless power receiving device according to any one of claims 6, 8 to 10,
A hysteresis comparator (41) for comparing a voltage corresponding to the power to receive the power transmitted from the primary side with a threshold voltage in consideration of the hysteresis voltage;
The non-contact power receiving device, wherein the input impedance changing unit (12) changes impedance according to a comparison result of the hysteresis comparator.
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