JP2020089126A - Inverter device, and power transmission device of non-contact power supply system - Google Patents

Inverter device, and power transmission device of non-contact power supply system Download PDF

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Abstract

To provide an inverter device which can suppress the occurrence of a switching loss even at an advanced phase.SOLUTION: The inverter device includes: an inverter circuit 3 having the parallel connection of two arm circuits each including the series connection of two switching elements with reflux diodes in antiparallel connection; a control circuit 4 which adjusts the phase of the switching element drive signal to control the output of the inverter circuit 3; an auxiliary capacitor C2 connected in parallel with the inverter circuit 3; and auxiliary switching elements TR5, TR6 to switch connection between a DC power supply circuit 2 which outputs DC power and the auxiliary capacitor C2 and the inverter circuit 3. When a predetermined delay time elapses after either of the switching element TR3 and the switching element TR4 provided in a following arm circuit is switched on, the control circuit 4 switches on either of the auxiliary switching elements TR5, TR6.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、インバータ装置及び非接触給電システムの送電装置に関する。 The present invention relates to an inverter device and a power transmission device of a contactless power feeding system.

フルブリッジ型のインバータ回路を制御する方式の一つに、インバータ回路を構成する各スイッチング素子に入力する駆動信号の位相を調整して制御する位相シフト制御がある。位相シフト制御では、電流の位相が電圧の位相よりも進む進み位相(容量性負荷)になると、スイッチング素子を切り替える際にエネルギー損失が発生するハードスイッチングとなり、スイッチング損失が増大する。下記特許文献1には、電流信号の位相が電圧信号の位相よりも遅れる遅れ位相(誘導性負荷)の状態を維持するように制御するフルブリッジ型のインバータ回路が開示されている。このインバータ回路は、フルブリッジを構成する先行アームと追従アームのうち、追従アームにおける電圧と電流との位相差が所定の位相差よりも小さくならないように、駆動信号の位相を制御している。 One of the methods for controlling a full-bridge type inverter circuit is phase shift control for adjusting and controlling the phase of a drive signal input to each switching element forming the inverter circuit. In the phase shift control, when the phase of the current becomes a lead phase (capacitive load) that leads the phase of the voltage, hard switching occurs in which energy loss occurs when switching the switching elements, and the switching loss increases. Patent Document 1 below discloses a full-bridge type inverter circuit that controls so as to maintain a state of a delayed phase (inductive load) in which the phase of a current signal lags the phase of a voltage signal. This inverter circuit controls the phase of the drive signal so that the phase difference between the voltage and the current in the follower arm of the leading arm and the follower arm forming the full bridge does not become smaller than a predetermined phase difference.

特開2016−158332号公報JP, 2016-158332, A

特許文献1に記載の位相シフト制御は、スイッチング周波数がコイルの共振周波数よりも高いことが前提となっている。したがって、例えばコイルの共振状態が変動した場合に、スイッチング周波数がコイルの共振周波数よりも低くなり、進み位相になることも起こり得る。進み位相になるとハードスイッチングとなり、スイッチング損失が発生してしまう。 The phase shift control described in Patent Document 1 is based on the premise that the switching frequency is higher than the resonance frequency of the coil. Therefore, for example, when the resonance state of the coil fluctuates, the switching frequency may become lower than the resonance frequency of the coil, and the lead phase may occur. When the lead phase is reached, hard switching occurs and switching loss occurs.

そこで、本発明は、進み位相になった場合でもスイッチング損失の発生を抑えることができるインバータ装置及び非接触給電システムの送電装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an inverter device and a power transmission device of a non-contact power feeding system that can suppress the occurrence of switching loss even when the lead phase is set.

本発明の一態様によるインバータ装置は、ダイオードが逆並列接続された2つの半導体スイッチング素子を直列接続した2つのアーム回路が並列に接続されたインバータ回路と、半導体スイッチング素子の駆動信号の位相を調整してインバータ回路の出力を制御する制御回路と、インバータ回路と並列に接続された補助コンデンサと、直流電力を出力する直流電源回路と補助コンデンサ及びインバータ回路との間の接続をオンオフする補助スイッチング素子と、を備え、制御回路は、何れかの半導体スイッチング素子をオンにしてから所定の遅れ時間が経過した時に、補助スイッチング素子をオンにする。 An inverter device according to an aspect of the present invention adjusts the phase of a drive signal of an inverter circuit in which two arm circuits in which two semiconductor switching elements in which diodes are connected in anti-parallel are connected in series are connected in parallel, and a drive signal of the semiconductor switching element. Circuit for controlling the output of the inverter circuit, an auxiliary capacitor connected in parallel with the inverter circuit, and an auxiliary switching element for turning on/off the connection between the DC power supply circuit for outputting DC power, the auxiliary capacitor, and the inverter circuit. And the control circuit turns on the auxiliary switching element when a predetermined delay time has elapsed after turning on any of the semiconductor switching elements.

この態様によれば、何れかの半導体スイッチング素子をオンにしてから所定の遅れ時間が経過するまでは、補助スイッチング素子をオフのまま維持することができるため、インバータ回路への電力供給元を、直流電源回路ではなく、補助コンデンサにすることができる。したがって、アーム回路にある2つの半導体スイッチング素子のうち何れか一方がオフからオンに切り替わるときに、他方のダイオードに流れている電流が転流しても、補助コンデンサが電力供給元であるため、アーム回路に流れる電流が過電流にならないように抑制することができる。それゆえ、進み位相になった場合でもスイッチング損失の発生を抑えることが可能となる。 According to this aspect, since the auxiliary switching element can be kept off until a predetermined delay time elapses after turning on one of the semiconductor switching elements, the power supply source to the inverter circuit is An auxiliary capacitor can be used instead of the DC power supply circuit. Therefore, when one of the two semiconductor switching elements in the arm circuit is switched from OFF to ON, even if the current flowing in the other diode is commutated, the auxiliary capacitor is the power supply source, The current flowing in the circuit can be suppressed so as not to become an overcurrent. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of switching loss even when the phase is advanced.

上記態様において、2つのアーム回路は、先行アーム回路及び追従アーム回路であり、制御回路は、追従アーム回路にある何れかの半導体スイッチング素子をオンにしてから、遅れ時間が経過した時に、補助スイッチング素子をオンにすることとしてもよい。 In the above aspect, the two arm circuits are the preceding arm circuit and the following arm circuit, and the control circuit turns on any of the semiconductor switching elements in the following arm circuit, and when the delay time elapses, the auxiliary switching circuit is activated. The element may be turned on.

この態様によれば、進み位相になり易い追従アーム回路にある2つの半導体スイッチング素子の何れか一方がオフからオンに切り替わるときに、補助コンデンサを電力供給元にすることができるため、追従アーム回路が進み位相になったとしても、追従アーム回路に流れる電流が過電流にならないように抑制することが可能となる。 According to this aspect, since the auxiliary capacitor can be used as the power supply source when either one of the two semiconductor switching elements in the follower arm circuit that tends to be in the lead phase is switched from off to on, the follower arm circuit can be used. Even if the phase shifts to the phase, the current flowing in the tracking arm circuit can be suppressed from becoming an overcurrent.

上記態様において、制御回路は、電流信号の位相が電圧信号の位相よりも遅れる遅れ位相の状態である場合に、補助スイッチング素子をオンのまま保持させることとしてもよい。 In the above aspect, the control circuit may hold the auxiliary switching element in the ON state when the phase of the current signal is in the delayed phase state in which the phase of the current signal is delayed.

この態様によれば、遅れ位相の状態である場合には、アーム回路にある2つの半導体スイッチング素子の何れか一方がオフからオンに切り替わるときに、直流電源回路を電力供給元にすることができるため、補助コンデンサを電力供給元にする場合に比べ、安定かつ十分な電力をインバータ回路に供給することが可能となる。 According to this aspect, in the case of the delay phase state, when either one of the two semiconductor switching elements in the arm circuit is switched from OFF to ON, the DC power supply circuit can be the power supply source. Therefore, as compared with the case where the auxiliary capacitor is used as the power supply source, stable and sufficient power can be supplied to the inverter circuit.

上記態様において、補助コンデンサのキャパシタンスは、オンにした半導体スイッチング素子を含むインバータ回路に対し、少なくとも遅れ時間が経過するまでは電力を供給できる容量とすることとしてもよい。 In the above aspect, the capacitance of the auxiliary capacitor may be a capacitance that can supply power to the inverter circuit including the turned-on semiconductor switching element at least until the delay time elapses.

この態様によれば、遅れ時間が経過するまでの間に、インバータ回路への供給に必要となる電力を補助コンデンサに蓄えることが可能となる。 According to this aspect, it becomes possible to store the electric power required for supplying to the inverter circuit in the auxiliary capacitor before the delay time elapses.

上記態様において、補助コンデンサのキャパシタンスは、当該キャパシタンスをCとし、直流電源回路からの入力電力をVinとし、半導体スイッチング素子に流れる電流をidとし、遅れ時間をdtとした場合に、下記式

Figure 2020089126
により算出することとしてもよい。 In the above aspect, when the capacitance of the auxiliary capacitor is C, the input power from the DC power supply circuit is V in , the current flowing in the semiconductor switching element is i d , and the delay time is dt,
Figure 2020089126
It may be calculated by

この態様によれば、式(1)を用いることで、遅れ時間の間に流れる電流に基づいてキャパシタンスを算出し、そのキャパシタンスに対応する電力を補助コンデンサに蓄えることが可能となる。 According to this aspect, by using the equation (1), it is possible to calculate the capacitance based on the current flowing during the delay time and store the power corresponding to the capacitance in the auxiliary capacitor.

上記態様において、遅れ時間は、ダイオードの逆回復時間を2倍乃至5倍した時間であることとしてもよい。 In the above aspect, the delay time may be a time that is two to five times the reverse recovery time of the diode.

この態様によれば、電流や電圧の変動に応じて生ずる逆回復時間の変動分を含めた遅れ時間を設定することができる。 According to this aspect, it is possible to set the delay time including the fluctuation amount of the reverse recovery time that occurs according to the fluctuation of the current or the voltage.

本発明の他の態様による非接触給電システムの送電装置は、上記インバータ装置を備える。 A power transmission device of a contactless power feeding system according to another aspect of the present invention includes the inverter device.

この態様によれば、非接触給電システムの送電装置が、上記インバータ装置の作用効果を奏することができる。例えば磁界共鳴方式の非接触給電システムでは、送電装置の送電コイルと受電装置の受電コイルとの間の距離を短くしていくと、進み位相となり、効率が低下することとなるが、上記インバータ装置を備えることで、進み位相でもスイッチング損失の発生を抑えることが可能となる。したがって、非接触給電システムの送電装置の送電コイルと受電装置の受電コイルとの間の距離をさらに縮めることが可能となる。 According to this aspect, the power transmission device of the contactless power feeding system can achieve the operational effects of the inverter device. For example, in the non-contact power feeding system of the magnetic field resonance method, if the distance between the power transmitting coil of the power transmitting device and the power receiving coil of the power receiving device is shortened, the phase shifts and the efficiency is reduced. With the provision of, it becomes possible to suppress the occurrence of switching loss even in the lead phase. Therefore, it is possible to further reduce the distance between the power transmission coil of the power transmission device and the power reception coil of the power reception device of the contactless power feeding system.

本発明によれば、進み位相になった場合でもスイッチング損失の発生を抑えることができるインバータ装置及び非接触給電システムの送電装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an inverter device and a power transmission device of a non-contact power supply system that can suppress the occurrence of switching loss even when the phase is advanced.

実施形態における非接触給電システムの送電装置の回路構成を例示する図である。It is a figure which illustrates the circuit structure of the power transmission device of the non-contact electric power feeding system in embodiment. 図1に示す制御回路が各スイッチング素子に対して出力する駆動信号のタイミングを例示するチャートである。3 is a chart illustrating the timing of drive signals output by the control circuit shown in FIG. 1 to each switching element. 図1に示す送電装置における電子回路のシミュレーション結果を例示するグラフである。5 is a graph illustrating a simulation result of an electronic circuit in the power transmission device illustrated in FIG. 1. 図3に示す波線で囲まれた部分IVの波形を拡大表示したグラフである。4 is a graph in which a waveform of a portion IV surrounded by a broken line shown in FIG. 3 is enlarged and displayed.

添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。実施形態におけるインバータ装置を含む非接触給電システムは、磁界共鳴方式により、送電装置から受電装置に数kHz〜数百kHzの高周波電力を非接触で伝送するシステムである。 A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. A contactless power feeding system including an inverter device according to the embodiment is a system that wirelessly transmits high-frequency power of several kHz to several hundred kHz from a power transmitting device to a power receiving device by a magnetic field resonance method.

図1は、実施形態における非接触給電システムの送電装置の回路構成を例示する図である。同図に示すように、送電装置1は、例えば、直流電源回路2と、インバータ回路3と、補助コンデンサC2と、補助スイッチング素子TR5、TR6と、制御回路4と、送電コイル部5とを含む。これらの構成要素のうち、インバータ回路3、補助コンデンサC2、補助スイッチング素子TR5、TR6、及び制御回路4が、インバータ装置を構成する。 FIG. 1 is a diagram illustrating a circuit configuration of a power transmission device of a contactless power supply system according to an embodiment. As shown in the figure, the power transmission device 1 includes, for example, a DC power supply circuit 2, an inverter circuit 3, an auxiliary capacitor C2, auxiliary switching elements TR5 and TR6, a control circuit 4, and a power transmission coil unit 5. .. Among these components, the inverter circuit 3, the auxiliary capacitor C2, the auxiliary switching elements TR5 and TR6, and the control circuit 4 form an inverter device.

直流電源回路2は、直流電力を出力する回路であり、例えば、商用電源から供給される三相の交流電力を整流する整流回路DR及び出力を滑らかにする平滑コンデンサC1を備える。なお、直流電源回路2は、交流電力を直流電力に変換して出力するものに限られず、例えば、燃料電池、蓄電池、太陽電池などの直流電力を出力するものであってもよい。 The DC power supply circuit 2 is a circuit that outputs DC power, and includes, for example, a rectifier circuit DR that rectifies three-phase AC power supplied from a commercial power supply and a smoothing capacitor C1 that smoothes the output. The DC power supply circuit 2 is not limited to one that converts AC power into DC power and outputs the DC power, and may be one that outputs DC power such as a fuel cell, a storage battery, or a solar cell.

インバータ回路3は、フルブリッジ型のインバータ回路であり、4つのスイッチング素子TR1〜TR4を備える。本実施形態では、スイッチング素子TR1〜TR4として、例えば、SiC−MOSFETやSi−MOSFETなどのMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を用いて説明するが、スイッチング素子はこれに限定されない。例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等、他の半導体スイッチング素子を用いることとしてもよい。 The inverter circuit 3 is a full-bridge type inverter circuit and includes four switching elements TR1 to TR4. In the present embodiment, as the switching elements TR1 to TR4, for example, MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) such as SiC-MOSFETs and Si-MOSFETs are used, but the switching elements are not limited thereto. For example, another semiconductor switching element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) may be used.

各スイッチング素子TR1〜TR4には、それぞれ還流ダイオードD1〜D4が、スイッチング素子とは逆向きに並列接続(逆並列接続)されている。還流ダイオードD1〜D4は、各スイッチング素子TR1〜TR4に逆方向の電流が流れ込まないように、迂回させるために設けられる。還流ダイオードD1〜D4に電流が流れることで、スイッチング素子TR1〜TR4は短絡状態となる。 The freewheeling diodes D1 to D4 are respectively connected in parallel to the switching elements TR1 to TR4 in the opposite direction to the switching elements (inverse parallel connection). The free wheeling diodes D1 to D4 are provided to bypass the switching elements TR1 to TR4 so that the reverse current does not flow into the switching elements TR1 to TR4. The current flows through the freewheeling diodes D1 to D4, so that the switching elements TR1 to TR4 are short-circuited.

スイッチング素子TR1とスイッチング素子TR2とは、スイッチング素子TR1のソース端子とスイッチング素子TR2のドレイン端子とが接続され、直列接続される。スイッチング素子TR1のドレイン端子は直流電源回路2の正極側に接続され、スイッチング素子TR2のソース端子は直流電源回路2の負極側に接続され、ブリッジ構造を形成する。 The switching element TR1 and the switching element TR2 are connected in series by connecting the source terminal of the switching element TR1 and the drain terminal of the switching element TR2. The drain terminal of the switching element TR1 is connected to the positive electrode side of the DC power supply circuit 2, and the source terminal of the switching element TR2 is connected to the negative electrode side of the DC power supply circuit 2 to form a bridge structure.

同様に、スイッチング素子TR3とスイッチング素子TR4とが直列接続され、ブリッジ構造を形成する。以下において、スイッチング素子TR1とスイッチング素子TR2とで形成されるブリッジ構造を先行アーム(先行アーム回路)と称し、スイッチング素子TR3とスイッチング素子TR4とで形成されるブリッジ構造を追従アーム(追従アーム回路)と称する。 Similarly, the switching element TR3 and the switching element TR4 are connected in series to form a bridge structure. Hereinafter, the bridge structure formed by the switching elements TR1 and TR2 is referred to as a leading arm (leading arm circuit), and the bridge structure formed by the switching elements TR3 and TR4 is a follower arm (following arm circuit). Called.

先行アームにあるスイッチング素子TR1とスイッチング素子TR2との接続点aと、追従アームにあるスイッチング素子TR3とスイッチング素子TR4との接続点bとの間に、出力ラインが接続され、その出力ラインに送電コイル部5が接続される。各スイッチング素子TR1〜TR4のゲート端子には、制御回路4から出力される駆動信号(ゲート信号)が入力される。 An output line is connected between a connection point a between the switching element TR1 and the switching element TR2 on the leading arm and a connection point b between the switching element TR3 and the switching element TR4 on the tracking arm, and power is transmitted to the output line. The coil unit 5 is connected. A drive signal (gate signal) output from the control circuit 4 is input to the gate terminals of the switching elements TR1 to TR4.

補助コンデンサC2は、直流電源回路2に対し、インバータ回路3と並列に接続される。補助コンデンサC2のキャパシタンス(静電容量)は、直流電源回路2からインバータ回路3に電力が供給されないときに、少なくとも後述する所定の遅れ時間の間、インバータ回路3に電力を供給できる容量にすることが好ましい。また、補助コンデンサC2から放電される電力が、短絡状態のスイッチング素子TR1〜TR4を含むインバータ回路3に供給された場合であっても、スイッチング素子TR1〜TR4に過電流が流れることがない範囲で、キャパシタンスを設定することが好ましい。補助コンデンサC2のキャパシタンスの具体例については、後述する。 The auxiliary capacitor C2 is connected to the DC power supply circuit 2 in parallel with the inverter circuit 3. The capacitance (electrostatic capacity) of the auxiliary capacitor C2 should be a capacity that can supply power to the inverter circuit 3 for at least a predetermined delay time described later when power is not supplied from the DC power supply circuit 2 to the inverter circuit 3. Is preferred. In addition, even if the electric power discharged from the auxiliary capacitor C2 is supplied to the inverter circuit 3 including the switching elements TR1 to TR4 in the short-circuited state, an overcurrent does not flow to the switching elements TR1 to TR4. It is preferable to set the capacitance. A specific example of the capacitance of the auxiliary capacitor C2 will be described later.

2つの補助スイッチング素子TR5、TR6は、並列回路を構成し、直流電源回路2と補助コンデンサC2及びインバータ回路3との間に接続される。補助スイッチング素子TR5、TR6は、直流電源回路2と補助コンデンサC2及びインバータ回路3との間の接続をオンオフする。補助スイッチング素子TR5、TR6のオンオフにより、直流電源回路2からの電力供給は、以下のように制御される。 The two auxiliary switching elements TR5 and TR6 form a parallel circuit and are connected between the DC power supply circuit 2 and the auxiliary capacitor C2 and the inverter circuit 3. The auxiliary switching elements TR5 and TR6 turn on/off the connection between the DC power supply circuit 2 and the auxiliary capacitor C2 and the inverter circuit 3. The power supply from the DC power supply circuit 2 is controlled as follows by turning on and off the auxiliary switching elements TR5 and TR6.

補助スイッチング素子TR5、TR6の双方がオフのとき、直流電源回路2からの電力は、補助コンデンサC2及びインバータ回路3に供給されない。このとき、補助コンデンサC2から放電される電力がインバータ回路3に供給される。 When both the auxiliary switching elements TR5 and TR6 are off, the power from the DC power supply circuit 2 is not supplied to the auxiliary capacitor C2 and the inverter circuit 3. At this time, the electric power discharged from the auxiliary capacitor C2 is supplied to the inverter circuit 3.

他方、補助スイッチング素子TR5、TR6の少なくともいずれか一方がオンのとき、直流電源回路2からの電力は、補助コンデンサC2及びインバータ回路3に供給される。 On the other hand, when at least one of the auxiliary switching elements TR5 and TR6 is on, the power from the DC power supply circuit 2 is supplied to the auxiliary capacitor C2 and the inverter circuit 3.

制御回路4は、例えば、ROM、RAM、CPUなどを備えるマイクロコンピュータやFPGA(field-programmable gate array)などで構成される。制御回路4は、位相シフト制御によりインバータ回路3を制御する。具体的に、制御回路4は、各スイッチング素子TR1〜TR4のオンオフを制御するための駆動信号の位相を調整することで、インバータ回路3から出力される高周波電力を制御する。 The control circuit 4 is configured by, for example, a microcomputer including a ROM, a RAM, a CPU, an FPGA (field-programmable gate array), or the like. The control circuit 4 controls the inverter circuit 3 by phase shift control. Specifically, the control circuit 4 controls the high frequency power output from the inverter circuit 3 by adjusting the phase of the drive signal for controlling the on/off of each of the switching elements TR1 to TR4.

制御回路4は、追従アームにあるスイッチング素子TR3及びスイッチング素子TR4の何れかをオンにしてから経過した時間を計測し、その計測した時間が所定の遅れ時間に達したときに、補助スイッチング素子TR5及び補助スイッチング素子TR6の何れかをオンにする。遅れ時間は、スイッチング周波数が高くなるほど、及び/又は補助コンデンサC2のキャパシタンスが小さくなるほど、短い時間となるように設定することが好ましい。遅れ時間の詳細については、後述する。 The control circuit 4 measures the time elapsed after turning on either the switching element TR3 or the switching element TR4 in the tracking arm, and when the measured time reaches a predetermined delay time, the auxiliary switching element TR5. And any of the auxiliary switching elements TR6 is turned on. The delay time is preferably set to be shorter as the switching frequency becomes higher and/or the capacitance of the auxiliary capacitor C2 becomes smaller. Details of the delay time will be described later.

送電コイル部5は、インバータ回路3から出力される高周波電力を、非接触給電システムの受電装置に非接触で伝送する。送電コイル部5は、例えば、複数ターンのソレノイドコイルからなる送電コイルL1と、その送電コイルL1に直列に接続された共振コンデンサC3との直列共振回路により構成される。 The power transmission coil unit 5 transmits the high frequency power output from the inverter circuit 3 to the power receiving device of the contactless power feeding system in a contactless manner. The power transmission coil unit 5 is configured by, for example, a series resonance circuit including a power transmission coil L1 including a plurality of turns of a solenoid coil and a resonance capacitor C3 connected in series to the power transmission coil L1.

送電コイル部5における直列共振回路の共振周波数は、インバータ回路3のスイッチング周波数以下となるように設定する。その共振周波数fは、送電コイルL1の自己インダクタンスLと、共振コンデンサC3のキャパシタンスCとを用いて以下の式(2)により算出することができる。
f=1/{2π・√(L・C)} … (2)
The resonance frequency of the series resonance circuit in the power transmission coil unit 5 is set to be equal to or lower than the switching frequency of the inverter circuit 3. The resonance frequency f can be calculated by the following equation (2) using the self-inductance L of the power transmission coil L1 and the capacitance C of the resonance capacitor C3.
f=1/{2π·√(L·C)} (2)

次に、図2を参照し、前述した遅れ時間について説明する。図2は、制御回路4が、各スイッチング素子TR1〜TR6に出力する駆動信号のタイミングを例示するチャートである。図2(A)は、スイッチング素子TR1への駆動信号であり、図2(B)は、スイッチング素子TR2への駆動信号であり、図2(C)は、スイッチング素子TR3への駆動信号であり、図2(D)は、スイッチング素子TR4への駆動信号である。図2(E)は、スイッチング素子TR5への駆動信号であり、図2(F)は、スイッチング素子TR6への駆動信号である。タイミングチャートの横軸は、時間tである。 Next, the above-mentioned delay time will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a chart exemplifying the timing of the drive signal output by the control circuit 4 to each of the switching elements TR1 to TR6. 2A is a drive signal to the switching element TR1, FIG. 2B is a drive signal to the switching element TR2, and FIG. 2C is a drive signal to the switching element TR3. 2D is a drive signal to the switching element TR4. 2(E) shows a drive signal to the switching element TR5, and FIG. 2(F) shows a drive signal to the switching element TR6. The horizontal axis of the timing chart is time t.

先行アームを形成するスイッチング素子TR1とスイッチング素子TR2とが交互にオン状態となり、追従アームを形成するスイッチング素子TR3とスイッチング素子TR4とが交互にオン状態となる。制御回路4は、先行アーム側の駆動信号の位相と追従アーム側の駆動信号の位相とを調整しながら、インバータ回路3から出力される高周波電力を制御する。 Switching element TR1 and switching element TR2 forming the leading arm are alternately turned on, and switching element TR3 and switching element TR4 forming the following arm are alternately turned on. The control circuit 4 controls the high frequency power output from the inverter circuit 3 while adjusting the phase of the drive signal on the side of the leading arm and the phase of the drive signal on the side of the following arm.

時刻t1において、スイッチング素子TR4の駆動信号がオフ状態からオン状態に切り替わる(図2(D))。このとき、スイッチング素子TR3の還流ダイオードD3に電流が流れていると、追従アームが短絡状態となり、還流ダイオードD3に流れている電流がスイッチング素子TR4に転流し、追従アームに過電流が流れるおそれがある。追従アームに過電流が流れると、スイッチング損失が増大してしまう。 At time t1, the drive signal of the switching element TR4 switches from the off state to the on state (FIG. 2(D)). At this time, if current flows through the freewheeling diode D3 of the switching element TR3, the follower arm is short-circuited, and the current flowing through the freewheeling diode D3 is diverted to the switching element TR4, which may cause an overcurrent to flow through the follower arm. is there. If an overcurrent flows through the follower arm, switching loss will increase.

本実施形態における送電装置1では、時刻t1において、補助スイッチング素子TR5、TR6の双方をオフにしている(図2(E)、(F))。したがって、インバータ回路3には、直流電源回路2からの電力は供給されず、補助コンデンサC2からの電力が供給されることになる。前述したように、補助コンデンサC2のキャパシタンスは、補助コンデンサC2から放電される電力によって、スイッチング素子TR1〜TR4に過電流が流れることがない範囲で設定されている。それゆえ、追従アームに過電流が流れることを回避することができ、スイッチング損失の発生を抑えることが可能となる。 In the power transmission device 1 according to the present embodiment, both the auxiliary switching elements TR5 and TR6 are turned off at time t1 (FIGS. 2E and 2F). Therefore, the power from the DC power supply circuit 2 is not supplied to the inverter circuit 3, but the power from the auxiliary capacitor C2 is supplied. As described above, the capacitance of the auxiliary capacitor C2 is set within the range in which the overcurrent does not flow through the switching elements TR1 to TR4 due to the electric power discharged from the auxiliary capacitor C2. Therefore, it is possible to prevent the overcurrent from flowing to the follower arm, and it is possible to suppress the occurrence of switching loss.

時刻t2において、補助スイッチング素子TR5の駆動信号がオフ状態からオン状態に切り替わる(図2(E))。これにより、直流電源回路2からの電力がインバータ回路3に供給されるようになる。 At time t2, the drive signal of the auxiliary switching element TR5 switches from the off state to the on state (FIG. 2(E)). As a result, the electric power from the DC power supply circuit 2 is supplied to the inverter circuit 3.

時刻t1から時刻t2までの時間が、前述した遅れ時間Tdとなる。遅れ時間Tdは、例えば、スイッチング素子TR4をオンにしてから、還流ダイオードD3に電流が流れている時間(逆回復時間)よりも長くなるように設定し、かつ、スイッチング素子TR4をオンにしてから、補助コンデンサC2の電力が不足状態になるまでの時間よりも短くなるように設定することが好ましい。遅れ時間Td及び補助コンデンサC2のキャパシタンスの具体例について、以下に説明する。 The time from time t1 to time t2 is the delay time Td described above. The delay time Td is set to be longer than the time (reverse recovery time) during which the current flows through the freewheeling diode D3 after the switching element TR4 is turned on, and after the switching element TR4 is turned on, for example. It is preferable that the time is set to be shorter than the time until the power of the auxiliary capacitor C2 becomes insufficient. Specific examples of the delay time Td and the capacitance of the auxiliary capacitor C2 will be described below.

遅れ時間Tdは、例えば、還流ダイオードの逆回復時間を用いて算定することができる。逆回復時間は、還流ダイオードの規格として予め定められており、例えばスイッチング素子のデータシートに記載されている。還流ダイオードの逆回復時間は、回路の電流や電圧に応じて変動する。したがって、このような変動により生ずるマージン分を考慮して、逆回復時間の2倍〜5倍程度の時間を遅れ時間Tdとして設定することが好ましい。 The delay time Td can be calculated using, for example, the reverse recovery time of the free wheeling diode. The reverse recovery time is predetermined as the standard of the free wheeling diode, and is described in, for example, the data sheet of the switching element. The reverse recovery time of the free wheeling diode varies depending on the current and voltage of the circuit. Therefore, it is preferable to set the delay time Td to a time that is about 2 to 5 times the reverse recovery time, in consideration of the margin generated by such a variation.

遅れ時間Tdを算定する際に、遅れ時間Tdとスイッチング素子のデッドタイムとを加算した時間が、スイッチング周波数の周期の1/2の10%〜15%の範囲に収まるように、遅れ時間Tdを算定することが好ましい。デッドタイムは、同じアームにある2つのスイッチング素子を両方ともオフにする期間であり、ターンオフ遅れ時間とターンオフ後の下降時間とを加算することで算出することができる。ターンオフ遅れ時間及びターンオフ後の下降時間は、スイッチング素子の規格として予め定められており、例えばスイッチング素子のデータシートに記載されている。 When calculating the delay time Td, the delay time Td is set so that the time obtained by adding the delay time Td and the dead time of the switching element falls within the range of 10% to 15% of 1/2 of the switching frequency period. It is preferable to calculate. The dead time is a period in which both two switching elements in the same arm are turned off, and can be calculated by adding the turn-off delay time and the fall time after turn-off. The turn-off delay time and the fall time after turn-off are predetermined as the standard of the switching element, and are described in, for example, the data sheet of the switching element.

また、補助コンデンサC2のキャパシタンスCは、上記遅れ時間Tdを用いて以下の式(3)により算出することができる。式(3)のVinは直流電源回路2からの入力電圧であり、idはスイッチング素子(還流ダイオードを含む)に流れる電流であり、dtは上記遅れ時間Tdである。

Figure 2020089126
The capacitance C of the auxiliary capacitor C2 can be calculated by the following equation (3) using the delay time Td. V in of the equation (3) is an input voltage from the DC power supply circuit 2, i d is a current flowing through the switching element (including the freewheeling diode), and dt is the delay time Td.
Figure 2020089126

例示的に、入力電圧Vinが282[V]であり、電流idが50[A]であり、遅れ時間dtが(45[ns]×5)である場合における補助コンデンサC2のキャパシタンスCを、式(3)を用いて算出すると、以下のように、約40[nF]となる。
C={50×(45×10-9×5}}/282=39.9×10-9≒40[nF]
Illustratively, the input voltage V in is the 282 [V], a current i d is 50 [A], the capacitance C of the auxiliary capacitor C2 when the delay time dt is (45 [ns] × 5) When calculated using the equation (3), it becomes about 40 [nF] as follows.
C={50×(45×10 −9 ×5}}/282=39.9×10 −9 ≈40 [nF]

ここで、遅れ時間dtに設定した(45[ns]×5)は、還流ダイオードの逆回復時間が45[ns]であり、その逆回復時間を5倍にしたことを表しており、遅れ時間dtに逆回復時間の変動マージン分を含ませた場合の一例となる。 Here, (45 [ns]×5) set to the delay time dt indicates that the reverse recovery time of the free wheeling diode is 45 [ns], and that the reverse recovery time is quintupled. This is an example of the case where dt includes a variation margin of the reverse recovery time.

この例示では、スイッチング素子のデッドタイムを0.5[μs]とし、スイッチング周波数を85[kHz]としている。この場合、遅れ時間Tdとスイッチング素子のデッドタイムとを加算した時間は、(0.045[μs]×5)+0.5[μs]=0.725[μs]となる。また、スイッチング周波数の周期の1/2は、11.76[μs]/2=5.88[μs]となる。 In this example, the dead time of the switching element is 0.5 [μs] and the switching frequency is 85 [kHz]. In this case, the time obtained by adding the delay time Td and the dead time of the switching element is (0.045 [μs]×5)+0.5 [μs]=0.725 [μs]. Moreover, 1/2 of the cycle of the switching frequency is 11.76 [μs]/2=5.88 [μs].

したがって、遅れ時間Tdとスイッチング素子のデッドタイムとを加算した時間が、スイッチング周波数の周期の1/2に対して占める割合は、0.725[μs]/5.88[μs]×100=12.3%となる。換言すると、遅れ時間Tdとスイッチング素子のデッドタイムとを加算した時間は、スイッチング周波数の周期の1/2の12.3%となる。 Therefore, the ratio of the time obtained by adding the delay time Td and the dead time of the switching element to 1/2 of the cycle of the switching frequency is 0.725 [μs]/5.88 [μs]×100=12. It becomes 0.3%. In other words, the time obtained by adding the delay time Td and the dead time of the switching element is 12.3%, which is 1/2 the cycle of the switching frequency.

この場合、遅れ時間Tdとスイッチング素子のデッドタイムとを加算した時間は、スイッチング周波数の周期の1/2の10%〜15%の範囲に収まることになる。したがって、この例示において遅れ時間dtを(45[ns]×5)に設定したことは、許容条件の範囲内にあると判定することできる。 In this case, the time obtained by adding the delay time Td and the dead time of the switching element falls within the range of 10% to 15% of 1/2 of the cycle of the switching frequency. Therefore, in this example, setting the delay time dt to (45 [ns]×5) can be determined to be within the range of the allowable condition.

図2の説明に戻る。前述した時刻t1から時刻t2までと同様に、時刻t3から時刻t4までの時間も、前述した遅れ時間Tdとなる。時刻t3から時刻t4までの動作を以下に説明する。 Returning to the explanation of FIG. Similar to the time t1 to the time t2 described above, the time from the time t3 to the time t4 is the delay time Td described above. The operation from time t3 to time t4 will be described below.

時刻t3において、スイッチング素子TR3の駆動信号がオフ状態からオン状態に切り替わる(図2(C))。このとき、スイッチング素子TR4の還流ダイオードD4に電流が流れていると、追従アームが短絡状態となり、還流ダイオードD4に流れている電流がスイッチング素子TR3に転流し、追従アームに過電流が流れるおそれがある。追従アームに過電流が流れると、スイッチング損失が増大してしまう。 At time t3, the drive signal of the switching element TR3 switches from the off state to the on state (FIG. 2(C)). At this time, if a current is flowing through the freewheeling diode D4 of the switching element TR4, the follower arm is short-circuited, and the current flowing through the freewheeling diode D4 is commutated to the switching element TR3, and an overcurrent may flow through the follower arm. is there. If an overcurrent flows through the follower arm, switching loss will increase.

本実施形態における送電装置1では、時刻t3おいて、補助スイッチング素子TR5、TR6の双方をオフにしている(図2(E)、(F))。したがって、インバータ回路3には、直流電源回路2からの電力は供給されず、補助コンデンサC2からの電力が供給されることになる。それゆえ、追従アームに過電流が流れることを回避することができ、スイッチング損失の発生を抑えることが可能となる。 In the power transmission device 1 according to this embodiment, both the auxiliary switching elements TR5 and TR6 are turned off at time t3 (FIGS. 2E and 2F). Therefore, the power from the DC power supply circuit 2 is not supplied to the inverter circuit 3, but the power from the auxiliary capacitor C2 is supplied. Therefore, it is possible to prevent the overcurrent from flowing to the follower arm, and it is possible to suppress the occurrence of switching loss.

時刻t4において、補助スイッチング素子TR6の駆動信号がオフ状態からオン状態に切り替わる(図2(F))。これにより、直流電源回路2からの電力がインバータ回路3に供給されるようになる。 At time t4, the drive signal of the auxiliary switching element TR6 switches from the off state to the on state (FIG. 2(F)). As a result, the electric power from the DC power supply circuit 2 is supplied to the inverter circuit 3.

図3及び図4を参照し、本実施形態における送電装置1において進み位相になった場合でもスイッチング損失の発生を抑止できることについて説明する。 With reference to FIG. 3 and FIG. 4, it will be described that in the power transmission device 1 according to the present embodiment, the occurrence of switching loss can be suppressed even when the lead phase is set.

図3は、図1に示す送電装置1における電子回路のシミュレーション結果を例示するグラフであり、図4は、図3に示す波線で囲まれた部分IVの波形を拡大表示したグラフである。 FIG. 3 is a graph illustrating a simulation result of an electronic circuit in the power transmission device 1 illustrated in FIG. 1, and FIG. 4 is a graph in which a waveform of a portion IV surrounded by a wavy line illustrated in FIG. 3 is enlarged and displayed.

図3(A)及び図4(A)は、スイッチング素子TR1、TR2への駆動信号であり、図3(B)及び図4(B)は、スイッチング素子TR3、TR4への駆動信号である。図3(C)及び図4(C)は、スイッチング素子TR5、TR6への駆動信号(一つの駆動信号としてまとめて表示している)である。図3(D)及び図4(D)は、スイッチング素子TR1における電圧信号VTR1及び電流信号ITR1であり、図3(E)及び図4(E)は、スイッチング素子TR2における電圧信号VTR2及び電流信号ITR2である。図3(F)及び図4(F)は、スイッチング素子TR3における電圧信号VTR3及び電流信号ITR3であり、図3(G)及び図4(G)は、スイッチング素子TR4における電圧信号VTR4及び電流信号ITR4である。 3A and 4A are drive signals to the switching elements TR1 and TR2, and FIG. 3B and FIG. 4B are drive signals to the switching elements TR3 and TR4. FIG. 3C and FIG. 4C show drive signals to the switching elements TR5 and TR6 (collectively displayed as one drive signal). 3D and 4D are the voltage signal V TR1 and the current signal I TR1 in the switching element TR1, and FIGS. 3E and 4E are the voltage signal V TR2 in the switching element TR2. And the current signal I TR2 . 3F and 4F are the voltage signal V TR3 and the current signal I TR3 in the switching element TR3, and FIGS. 3G and 4G are the voltage signal V TR4 in the switching element TR4. And the current signal I TR4 .

図3(H)及び図4(H)は、送電コイル部5における電圧信号Vout及び電流信号Ioutであり、図3(I)及び図4(I)は、補助スイッチング素子TR5、TR6における電圧信号VTR5及び電流信号ITR5(一つの電圧信号及び電流信号としてまとめて表示している)である。図3(J)及び図4(J)は、インバータ回路3に入力される電流信号IDR、及び補助コンデンサC2に流れる電流信号IC2である。 3(H) and 4(H) are the voltage signal V out and the current signal I out in the power transmission coil unit 5, and FIGS. 3(I) and 4(I) show the auxiliary switching elements TR5 and TR6. The voltage signal V TR5 and the current signal I TR5 (collectively displayed as one voltage signal and current signal). 3(J) and 4(J) show the current signal I DR input to the inverter circuit 3 and the current signal I C2 flowing through the auxiliary capacitor C2.

グラフの横軸は時間であり、縦軸は電圧値又は電流値である。縦軸の電圧値は1/10の値で表している。また、直流電源回路2の電圧を240[V]に設定し、補助コンデンサC2のキャパシタンスを30[nF]に設定してシミュレーションを行っている。さらに、進み位相を再現しやすくするために、送電コイル部5における直列共振回路の共振周波数とインバータ回路3のスイッチング周波数とを同値に設定している。 The horizontal axis of the graph represents time, and the vertical axis represents voltage value or current value. The voltage value on the vertical axis is represented by a value of 1/10. In addition, the simulation is performed by setting the voltage of the DC power supply circuit 2 to 240 [V] and the capacitance of the auxiliary capacitor C2 to 30 [nF]. Further, in order to easily reproduce the lead phase, the resonance frequency of the series resonance circuit in the power transmission coil unit 5 and the switching frequency of the inverter circuit 3 are set to the same value.

図3に示すように、先行アームを形成するスイッチング素子TR1及びスイッチング素子TR2では、電流信号の位相が電圧信号の位相よりも遅れる遅れ位相になっている(図3(A)、(D)、(E))。他方、追従アームを形成するスイッチング素子TR3及びスイッチング素子TR4では、電流信号の位相が電圧信号の位相よりも進む進み位相になっている(図3(B)、(F)、(G))。 As shown in FIG. 3, in the switching element TR1 and the switching element TR2 that form the leading arm, the phase of the current signal is a lag phase that lags the phase of the voltage signal (FIGS. 3A and 3D). (E)). On the other hand, in the switching element TR3 and the switching element TR4 that form the follow-up arm, the phase of the current signal is a lead phase that leads the phase of the voltage signal (FIGS. 3B, 3F, 3G).

進み位相の場合、補助コンデンサC2及び補助スイッチング素子TR5、TR6を備えていないと、スイッチング素子TR3及びスイッチング素子TR4の何れか一方がオフからオンに切り替わるときに、他方の還流ダイオードに流れている電流が転流し、追従アームに過電流が流れ、スイッチング損失が発生することになる。 In the case of the lead phase, if the auxiliary capacitor C2 and the auxiliary switching elements TR5 and TR6 are not provided, when one of the switching element TR3 and the switching element TR4 is switched from off to on, the current flowing through the other return diode. Are commutated, an overcurrent flows in the following arm, and a switching loss occurs.

本実施形態における送電装置1では、補助コンデンサC2及び補助スイッチング素子TR5、TR6を備えることで、追従アームに過電流が流れることを回避している。図4を参照して、具体的に説明する。 In the power transmission device 1 according to the present embodiment, the auxiliary capacitor C2 and the auxiliary switching elements TR5 and TR6 are provided to prevent an overcurrent from flowing to the tracking arm. This will be specifically described with reference to FIG.

時刻t1において、スイッチング素子TR4がオフからオンに切り替わる(図4(B))と、スイッチング素子TR3の還流ダイオードD3に流れている電流(図4(F))がスイッチング素子TR4に転流し(図4(G))、スイッチング素子TR3の電圧が上昇する(図4(F))。このとき、補助スイッチング素子TR5、TR6がオフになっている(図4(C))ため、直流電源回路2からの電力は供給されず、補助コンデンサC2から電力が供給されることになる。スイッチング素子TR3の還流ダイオードD3は、逆電圧が印加されることでオフになる(図4(F))。 At time t1, when the switching element TR4 is switched from OFF to ON (FIG. 4(B)), the current (FIG. 4(F)) flowing in the return diode D3 of the switching element TR3 is rectified to the switching element TR4 (FIG. 4B). 4(G)), the voltage of the switching element TR3 rises (FIG. 4(F)). At this time, since the auxiliary switching elements TR5 and TR6 are turned off (FIG. 4(C)), the power from the DC power supply circuit 2 is not supplied, but the power is supplied from the auxiliary capacitor C2. The free wheeling diode D3 of the switching element TR3 is turned off by applying a reverse voltage (FIG. 4(F)).

その後、補助コンデンサC2の放電に伴ない(図4(J))、スイッチング素子TR3の電圧は徐々に低下する(図4(F))。そして、時刻t1から遅れ時間Tdが経過した時刻t2に、補助スイッチング素子TR5をオフからオンに切り替える(図4(C))。 After that, with the discharge of the auxiliary capacitor C2 (FIG. 4(J)), the voltage of the switching element TR3 gradually decreases (FIG. 4(F)). Then, at time t2 when the delay time Td has elapsed from time t1, the auxiliary switching element TR5 is switched from off to on (FIG. 4(C)).

図4(F)、(G)に示されるように、時刻t1以降に、スイッチング素子TR3及びスイッチング素子TR4の電流は突出しておらず、スイッチング素子TR3及びスイッチング素子TR4に過電流が流れていないことを確認できる。 As shown in FIGS. 4F and 4G, after the time t1, the currents of the switching element TR3 and the switching element TR4 do not project, and the overcurrent does not flow through the switching element TR3 and the switching element TR4. Can be confirmed.

このように、実施形態における非接触給電システムの送電装置1によれば、追従アームにあるスイッチング素子TR3及びスイッチング素子TR4の何れかをオンにしてから遅れ時間Tdが経過するまでは、補助スイッチング素子TR5、TR6の双方をオフのまま維持することができる。したがって、インバータ回路3への電力供給元を、直流電源回路2ではなく、補助コンデンサC2にすることができる。 As described above, according to the power transmission device 1 of the contactless power feeding system in the embodiment, the auxiliary switching element is provided until the delay time Td elapses after the switching element TR3 or the switching element TR4 in the tracking arm is turned on. Both TR5 and TR6 can be kept off. Therefore, the power supply source to the inverter circuit 3 can be the auxiliary capacitor C2 instead of the DC power supply circuit 2.

これにより、追従アームにあるスイッチング素子TR3及びスイッチング素子TR4のうち何れか一方がオフからオンに切り替わるときに、他方のダイオードに流れている電流が転流しても、補助コンデンサC2が電力供給元であるため、追従アームに流れる電流が過電流にならないように抑制することができる。 As a result, when one of the switching element TR3 and the switching element TR4 in the tracking arm is switched from off to on, even if the current flowing in the other diode is commutated, the auxiliary capacitor C2 is the power supply source. Therefore, the current flowing through the follower arm can be suppressed from becoming an overcurrent.

それゆえ、実施形態における非接触給電システムの送電装置1によれば、進み位相になった場合でもスイッチング損失の発生を抑えることができる。 Therefore, according to the power transmission device 1 of the contactless power feeding system in the embodiment, it is possible to suppress the occurrence of switching loss even when the phase is advanced.

ここで、磁界共鳴方式の非接触給電システムでは、送電装置の送電コイルと受電装置の受電コイルとの間の距離を短くしていくと、インバータ回路の出力が絞られることとなり、その結果、進み位相となり、効率が低下するという問題がある。しかし、実施形態における非接触給電システムの送電装置1によれば、進み位相でもスイッチング損失の発生を抑えることができるため、非接触給電システムの送電装置の送電コイルと受電装置の受電コイルとの間の距離をさらに縮めることが可能となる。 Here, in the magnetic field resonance type non-contact power feeding system, when the distance between the power transmitting coil of the power transmitting device and the power receiving coil of the power receiving device is shortened, the output of the inverter circuit is narrowed, and as a result, There is a problem in that the efficiency becomes low due to the phase. However, according to the power transmitting device 1 of the contactless power feeding system in the embodiment, it is possible to suppress the occurrence of switching loss even in the lead phase, and therefore, between the power transmitting coil of the power transmitting device and the power receiving coil of the power receiving device of the contactless power feeding system. It becomes possible to further reduce the distance.

[変形例]
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
[Modification]
The embodiments described above are for facilitating the understanding of the present invention and are not for limiting the interpretation of the present invention. Each element included in the embodiment and its arrangement, material, condition, shape, size and the like are not limited to the exemplified ones and can be appropriately changed.

前述した実施形態では、制御回路4が、追従アームにあるスイッチング素子TR3及びスイッチング素子TR4の何れかをオンにしてから遅れ時間が経過するまで、補助スイッチング素子TR5及び補助スイッチング素子TR6の双方をオフのまま維持させているが、補助スイッチング素子TR5及び補助スイッチング素子TR6のオンオフ制御は、これに限定されない。例えば、遅れ位相である場合に、制御回路4は、補助スイッチング素子TR5及び補助スイッチング素子TR6のうち少なくとも何れか一方をオンのまま保持させることとしてもよい。 In the above-described embodiment, the control circuit 4 turns off both the auxiliary switching element TR5 and the auxiliary switching element TR6 until the delay time elapses after turning on either the switching element TR3 or the switching element TR4 in the tracking arm. However, the ON/OFF control of the auxiliary switching elements TR5 and TR6 is not limited to this. For example, when the phase is the delay phase, the control circuit 4 may hold at least one of the auxiliary switching element TR5 and the auxiliary switching element TR6 in the ON state.

この場合、制御回路4は、遅れ位相であることを検知している間は、補助スイッチング素子TR5及び補助スイッチング素子TR6をオフにせずに、オンのまま保持させることとすればよい。遅れ位相である場合には、スイッチング損失への影響が少ないことから、直流電源回路2を電力供給元として動作させた方が、安定かつ十分な電力をインバータ回路に供給することが可能となる。 In this case, the control circuit 4 may hold the ON state of the auxiliary switching elements TR5 and TR6 without turning them OFF while detecting the delay phase. In the case of the delay phase, the switching loss is less affected, so that it is possible to supply stable and sufficient power to the inverter circuit by operating the DC power supply circuit 2 as the power supply source.

また、前述した実施形態では、二つの補助スイッチング素子TR5、TR6を備える場合について説明しているが、補助スイッチング素子は二つであることに限定されず、一つであってもよいし、三つ以上であってもよい。複数の補助スイッチング素子を並列に接続することで、補助スイッチング素子のスイッチング回数を減らすことができるため、補助スイッチング素子の寿命を延ばすことが可能となる。 Further, in the above-described embodiment, the case where the two auxiliary switching elements TR5 and TR6 are provided has been described, but the number of auxiliary switching elements is not limited to two, and may be one or three. It may be more than one. By connecting a plurality of auxiliary switching elements in parallel, the number of times of switching of the auxiliary switching elements can be reduced, so that the life of the auxiliary switching elements can be extended.

また、前述した実施形態では、追従アームにあるスイッチング素子TR3及びスイッチング素子TR4の何れかがオンになった場合に、遅れ時間待機させてから、補助スイッチング素子TR5又は補助スイッチング素子TR6の何れかをオンにしているが、遅れ時間を設けるタイミングはこれに限定されない。実施形態では、追従アームが進み位相になり易いことを勘案し、追従アームにあるスイッチング素子がオンになった場合に、遅れ時間待機させてから、補助スイッチング素子をオンにする態様について説明している。しかしながら、先行アームが進み位相になることも想定され得る。したがって、先行アームが進み位相になる場合には、先行アームにあるスイッチング素子がオンになった場合に、遅れ時間待機させ、その後補助スイッチング素子をオンにすることとしてもよい。 Further, in the above-described embodiment, when any one of the switching element TR3 and the switching element TR4 in the tracking arm is turned on, a delay time is waited, and then either the auxiliary switching element TR5 or the auxiliary switching element TR6 is turned on. Although it is turned on, the timing for providing the delay time is not limited to this. In the embodiment, in consideration of the fact that the follow-up arm is likely to be in the lead phase, when the switching element in the follow-up arm is turned on, a mode in which the auxiliary switching element is turned on after the delay time is waited for is described. There is. However, it can also be envisaged that the leading arm will be in phase advance. Therefore, when the leading arm is in the lead phase, when the switching element in the leading arm is turned on, a delay time may be waited, and then the auxiliary switching element may be turned on.

さらに、前述した実施形態では、インバータ装置を、非接触給電システムの送電装置1に適用した場合について説明しているが、インバータ装置を適用するシステムはこれに限定されず、インバータ回路を有するあらゆるシステムに対して適用することができる。 Further, in the above-described embodiment, the case where the inverter device is applied to the power transmission device 1 of the contactless power feeding system has been described, but the system to which the inverter device is applied is not limited to this, and any system having an inverter circuit is described. Can be applied to.

1…送電装置、2…直流電源回路、3…インバータ回路、4…制御回路、C2…補助コンデンサ、D1、D2、D3、D4…還流ダイオード、TR1、TR2、TR3、TR4…スイッチング素子、TR5、TR6…補助スイッチング素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Power transmission device, 2... DC power supply circuit, 3... Inverter circuit, 4... Control circuit, C2... Auxiliary capacitor, D1, D2, D3, D4... Reflux diode, TR1, TR2, TR3, TR4... Switching element, TR5, TR6... Auxiliary switching element

Claims (7)

ダイオードが逆並列接続された2つの半導体スイッチング素子を直列接続した2つのアーム回路が並列に接続されたインバータ回路と、
前記半導体スイッチング素子の駆動信号の位相を調整して前記インバータ回路の出力を制御する制御回路と、
前記インバータ回路と並列に接続された補助コンデンサと、
直流電力を出力する直流電源回路と前記補助コンデンサ及び前記インバータ回路との間の接続をオンオフする補助スイッチング素子と、を備え、
前記制御回路は、何れかの前記半導体スイッチング素子をオンにしてから所定の遅れ時間が経過した時に、前記補助スイッチング素子をオンにする、
インバータ装置。
An inverter circuit in which two arm circuits in which two semiconductor switching elements in which diodes are connected in anti-parallel are connected in series are connected in parallel;
A control circuit that controls the output of the inverter circuit by adjusting the phase of the drive signal of the semiconductor switching element;
An auxiliary capacitor connected in parallel with the inverter circuit,
An auxiliary switching element that turns on and off the connection between the DC power supply circuit that outputs DC power and the auxiliary capacitor and the inverter circuit;
The control circuit turns on the auxiliary switching element when a predetermined delay time has elapsed after turning on any of the semiconductor switching elements,
Inverter device.
2つのアーム回路は、先行アーム回路及び追従アーム回路であり、
前記制御回路は、前記追従アーム回路にある何れかの前記半導体スイッチング素子をオンにしてから、前記遅れ時間が経過した時に、前記補助スイッチング素子をオンにする、
請求項1記載のインバータ装置。
The two arm circuits are the leading arm circuit and the following arm circuit,
The control circuit turns on the auxiliary switching element when the delay time elapses after turning on any one of the semiconductor switching elements in the tracking arm circuit,
The inverter device according to claim 1.
前記制御回路は、電流信号の位相が電圧信号の位相よりも遅れる遅れ位相の状態である場合に、前記補助スイッチング素子をオンのまま保持させる、
請求項1又は2記載のインバータ装置。
The control circuit holds the auxiliary switching element in an ON state when the phase of the current signal is in a delay phase state in which the phase of the current signal is delayed.
The inverter device according to claim 1.
前記補助コンデンサのキャパシタンスは、オンにした前記半導体スイッチング素子を含むインバータ回路に対し、少なくとも前記遅れ時間が経過するまでは電力を供給できる容量とする、
請求項1から3のいずれか一項に記載のインバータ装置。
The capacitance of the auxiliary capacitor is a capacitance capable of supplying electric power to the inverter circuit including the semiconductor switching element which is turned on, at least until the delay time elapses.
The inverter device according to any one of claims 1 to 3.
前記補助コンデンサのキャパシタンスは、当該キャパシタンスをCとし、前記直流電源回路からの入力電力をVinとし、前記半導体スイッチング素子に流れる電流をidとし、前記遅れ時間をdtとした場合に、下記式
Figure 2020089126
により算出することができる、
請求項1から4のいずれか一項に記載のインバータ装置。
When the capacitance of the auxiliary capacitor is C, the input power from the DC power supply circuit is V in , the current flowing through the semiconductor switching element is i d , and the delay time is dt,
Figure 2020089126
Can be calculated by
The inverter device according to any one of claims 1 to 4.
前記遅れ時間は、前記ダイオードの逆回復時間を2倍乃至5倍した時間である、
請求項1から5のいずれか一項に記載のインバータ装置。
The delay time is a time obtained by multiplying the reverse recovery time of the diode by 2 to 5 times.
The inverter device according to any one of claims 1 to 5.
請求項1から6のいずれか一項に記載のインバータ装置を備える非接触給電システムの送電装置。 A power transmission device of a contactless power feeding system, comprising the inverter device according to claim 1.
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