JP2929697B2 - Power supply circuit device - Google Patents

Power supply circuit device

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Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 この発明は、例えばICカード、IDデータ記憶ユニット
等に使用される電源回路装置、特に電磁誘導を利用し、
非接触で電力供給を受ける電源回路装置に関する。
The present invention relates to a power supply circuit device used for, for example, an IC card, an ID data storage unit, and the like, in particular, utilizing electromagnetic induction.
The present invention relates to a power supply circuit device that receives power supply in a non-contact manner.

(ロ)従来の技術 従来の、電磁誘導を利用し、非接触で電力供給を受け
る電源回路装置には、第7図及び第8図に示すものがあ
る。第7図の電源回路装置は、交流電源1から励磁コイ
ル(送信コイル)L1に流れる電流によって生じる磁束φ
が受信コイルL2に鎖交し、磁束φの変化で電磁誘導によ
って受信コイルL2に交流電圧が発生する。この交流電圧
がダイオードDで半波整流され、コンデンサCで平滑さ
れて、負荷2に供給される。第8図の電源回路装置は、
第7図のものが半波整流であるのに対し、ダイオード
D1、D2、D3、D4からなる全波整流回路を使用している。
他は、第7図と同様である。
(B) Conventional technology Conventional power supply circuit devices that utilize electromagnetic induction and receive power in a contactless manner include those shown in FIGS. 7 and 8. FIG. 7 view of the circuit device includes an exciting coil (transmission coil) from the AC power source 1 magnetic flux generated by the current flowing in L 1 phi
There interlinked to the receiving coil L 2, the AC voltage to the receiving coil L 2 by the electromagnetic induction due to a change in the magnetic flux phi. This AC voltage is half-wave rectified by the diode D, smoothed by the capacitor C, and supplied to the load 2. The power supply circuit device of FIG.
While the one in Fig. 7 is half-wave rectification, a diode
Using full-wave rectifier circuit consisting of D 1, D 2, D 3 , D 4.
Others are the same as FIG.

(ハ)発明が解決しようとする課題 上記した従来の電源回路装置は、受信コイルの自己イ
ンダクタンスのために、常に電圧降下が発生する構造と
なっているため、受信コイルの開放電圧のピーク値以上
の電圧が得られない。負荷電流の増加にともない、出力
電圧が低下し、安定度が悪い、伝送効率が悪い、という
問題がある。
(C) Problems to be Solved by the Invention The above-described conventional power supply circuit device has a structure in which a voltage drop always occurs due to the self-inductance of the receiving coil. Voltage cannot be obtained. As the load current increases, there is a problem that the output voltage decreases, the stability is poor, and the transmission efficiency is poor.

この発明は、上記問題点に着目してなされたものであ
って、受信コイルの開放電圧のピーク値以上の出力電圧
が得られ、しかも安定化された出力電圧(または電流)
が得られ、また、伝送効率の良い電源回路装置を提供す
ることを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and provides an output voltage equal to or higher than the peak value of the open-circuit voltage of a receiving coil, and furthermore, a stabilized output voltage (or current).
And to provide a power supply circuit device with good transmission efficiency.

(ニ)課題を解決するための手段及び作用 この発明の電源回路装置は、励磁コイルによって発生
する磁束φに鎖交し、起電力を発生する受信コイルと、
この受信コイルの両端に接続され、オンされると、受信
コイルを短絡し、受信コイルに還流する電流を発生させ
ることによって前記起電力により発生する電気エネルギ
ーを前記受信コイルに蓄えさせる第1のスイッチング手
段と、前記受信コイルに蓄えられた電気エネルギーを負
荷へ供給するための第2のスイッチング手段と、前記磁
束φの位相を検出して前記第1及び第2のスイッチング
手段のオン/オフタイミングを制御するスイッチング制
御手段とから構成されている。
(D) Means and Action for Solving the Problems A power supply circuit device according to the present invention includes a receiving coil that generates an electromotive force by linking a magnetic flux φ generated by an excitation coil;
A first switching device that is connected to both ends of the receiving coil and, when turned on, short-circuits the receiving coil and generates a current flowing back to the receiving coil, thereby storing electric energy generated by the electromotive force in the receiving coil; Means, a second switching means for supplying the electric energy stored in the receiving coil to a load, and an on / off timing of the first and second switching means by detecting a phase of the magnetic flux φ. And switching control means for controlling.

この電源回路装置では、受信コイルに鎖交する磁束φ
の位相検出により、スイッチング制御手段の制御の下
に、先ず第1のスイッチング手段が所定時間オンされ
る。このオンにより受信コイルが短絡され、この間発生
する電気エネルギーを受信コイルの自己インダクタンス
に蓄える。次にスイッチング制御手段は、第1のスイッ
チング手段をオフにし、第2のスイッチング手段をオン
にする。これにより受信コイルは開放され、蓄えられて
いた電気エネルギーを受信コイルの誘導起電力に重畳し
た形で負荷に電力が供給される。
In this power supply circuit device, the magnetic flux φ linked to the receiving coil
, The first switching means is first turned on for a predetermined time under the control of the switching control means. This turning on causes the receiving coil to be short-circuited, and the electric energy generated during this period is stored in the self-inductance of the receiving coil. Next, the switching control means turns off the first switching means and turns on the second switching means. As a result, the receiving coil is opened, and power is supplied to the load in a form in which the stored electric energy is superimposed on the induced electromotive force of the receiving coil.

(ホ)実施例 以下、実施例により、この発明をさらに詳細に説明す
る。
(E) Examples Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

第1図は、この発明の一実施例を示す電源回路装置の
回路図である。同図において、交流電源1には、励磁コ
イル(送信コイル)L1が接続されている。交流電源1よ
りの電圧V1が加えられることにより、励磁コイルL1に電
流I1が流れ、この電流I1によって磁束φが発生する。こ
の磁束φが受信コイルL2に鎖交するようになっており、
また、この受信コイルL2に並列にスイッチング素子SW1
が接続されており、受信コイルL2の一端と負荷2の一端
間にスイッチング素子SW2が接続されている。スイッチ
ング素子SW2の出力側と、受信コイルL2の他方端間に、
平滑コンデンサC及び負荷2が並列に接続されている。
また、受信コイルL2の出力電圧の位相を検出する位相検
出回路3が設けられ、この出力に応答してスイッチング
制御部4が、スイッチング素子SW1、SW2のオン/オフを
制御するようになっている。
FIG. 1 is a circuit diagram of a power supply circuit device showing one embodiment of the present invention. In the figure, the AC power supply 1, the exciting coil (transmission coil) L 1 is connected. By voltages V 1 than the AC power source 1 is applied, the current I 1 flows through the exciting coil L 1, a magnetic flux φ is generated by the current I 1. The magnetic flux φ are so interlinked with the receiving coil L 2,
The switching element SW 1 is connected in parallel with the receiving coil L 2.
There are connected, the switching element SW 2 is connected between one end of the reception coil L 2 of the load 2 end. An output side of the switching element SW 2, between the other end of the receiver coil L 2,
The smoothing capacitor C and the load 2 are connected in parallel.
Further, the output voltage phase detection circuit 3 for detecting the phase of provided receiving coil L 2, so that the switching control unit 4 in response to this output controls the on / off switching elements SW 1, SW 2 Has become.

この実施例電源装置において、交流電源1より、第2
図に示す交流電圧V1が励磁コイルL1に加えられると、電
流I1が流れ、応じて磁束φが発生し、受信コイルL2に、
この磁束φが鎖交し、電磁誘導により、起電力が発生す
る。位相検出回路3では、交流電圧の零クロス点を検出
し、スイッチング制御部4が、零クロスの検出出力に応
答して、スイッチング素子SW1をオンする。このスイッ
チング素子SW1がオンしている間、受信コイルL2が短絡
され、環電流I2が流れる。この環電流I2が、流れること
により、受信コイルL2の自己インダクタンスに、電気エ
ネルギーが蓄えられる。スイッチング制御部4は、所定
時間経過後に、スイッチング素子SW1をオフしてスイッ
チング素子SW2をオンする。これにより、受信コイルL2
は開放され、自己インダクタンスに蓄えられていたエネ
ルギーと、電磁誘導によって発生した起電力が重畳して
スイッチング素子SW2を経てコンデンサCで平滑され、
負荷2に供給される。スイッチング素子SW1、SW2のオン
/オフを繰り返すことにより、単に受信コイルL2を開放
した時のピーク値以上に昇圧された電圧を負荷に与える
ことができる。
In the power supply device of this embodiment, the second
When AC voltages V 1 shown in FIG. Is applied to the exciting coil L 1, a current I 1 flows, magnetic flux φ is generated in response to the receiving coil L 2,
The magnetic flux φ is linked, and an electromotive force is generated by electromagnetic induction. In the phase detection circuit 3 detects the zero cross point of the AC voltage, the switching control unit 4, in response to the detection output of the zero cross, to turn on the switching elements SW 1. While the switching element SW 1 is turned on, the short circuit receiving coil L 2, the ring current I 2 flows. The ring current I 2, by flowing, the self-inductance of the receiving coil L 2, electrical energy is stored. The switching control unit 4, after a predetermined time has elapsed, turns on the switching element SW 2 turns off the switching element SW 1. Thereby, the receiving coil L 2
Is opened, the energy accumulated in the self-inductance, is smoothed by the capacitor C via the switching element SW 2 superimposed electromotive force generated by electromagnetic induction,
The load 2 is supplied. By repeatedly turning on / off the switching elements SW 1 and SW 2 , it is possible to simply apply a voltage boosted to a value equal to or higher than the peak value when the receiving coil L 2 is opened.

第3図は、この発明の他の実施例を示す電源回路装置
の回路図である。この実施例電源回路装置は、第1図に
示した実施例装置の出力電圧V0を電圧検出回路5で検出
し、スイッチング制御部4に加えている点で相違し、そ
の他の回路部は同様である。
FIG. 3 is a circuit diagram of a power supply circuit device showing another embodiment of the present invention. The power supply circuit device of this embodiment is different from that of the embodiment device shown in FIG. 1 in that an output voltage V 0 is detected by a voltage detection circuit 5 and added to a switching control unit 4, and other circuit units are the same. It is.

この実施例電源回路装置では、電圧検出回路5で出力
電圧V0を検出し、V0が大きい場合には、スイッチング制
御部4は、スイッチング素子SW1、SW2のオン/オフのデ
ューティ比を変えて、出力電圧V0が小さくなるように制
御し、逆に出力電圧V0が小さい場合には、逆のデューテ
ィとなるようにスイッチング制御部4が制御し、出力電
圧V0が一定となるように制御している。
In the power supply circuit device of this embodiment, the output voltage V 0 is detected by the voltage detection circuit 5, and when the output voltage V 0 is large, the switching control section 4 sets the ON / OFF duty ratio of the switching elements SW 1 and SW 2 to On the other hand, the output voltage V 0 is controlled to be small, and when the output voltage V 0 is small, the switching control unit 4 controls the output voltage V 0 to have the opposite duty, so that the output voltage V 0 is constant. Control.

第4図は、さらに他の実施例を示す電源回路装置の回
路図である。この実施例電源回路装置は、出力電圧V0
電圧検出回路5で検出する点で第3図のものと同じであ
るが、スイッチング制御部4に戻すのではなく、帰還コ
イルL3、L4を介して周波数/振幅制御回路6により、交
流電源1の周波数あるいは振幅を制御して、やはり出力
電圧が一定となるように制御している。これにより出力
電圧V0を安定化することができる。
FIG. 4 is a circuit diagram of a power supply circuit device showing still another embodiment. The power supply circuit device of this embodiment is the same as that of FIG. 3 in that the output voltage V 0 is detected by the voltage detection circuit 5, but instead of returning to the switching control unit 4, the feedback coils L 3 , L 4 The frequency / amplitude control circuit 6 controls the frequency or amplitude of the AC power supply 1 via the control circuit to control the output voltage to be constant. Thus it is possible to stabilize the output voltage V 0.

電圧検出回路5から周波数/振幅制御回路6に出力電
圧をフィードバックするのに、コイルL3、L4による電磁
結合に代えて、第5図に示す回路を用い、発光ダイオー
ドLにより、ホトトランジスタPTを介して交流電源1を
制御するようにしてもよい。
For feeding back the output voltage from the voltage detection circuit 5 to the frequency / amplitude control circuit 6, instead of the electromagnetic coupling by the coil L 3, L 4, using the circuit shown in FIG. 5, the light emitting diode L, phototransistor PT The AC power supply 1 may be controlled via the.

第6図は、第3図の実施例電源回路装置の具体的な回
路構成を示し、スイッチング素子SW1としてダイオードd
1と、電界効果トランジスタQが直列に接続され、電界
効果トランジスタQのゲートにスイッチング制御部を構
成する可変デューティ発振器4aが接続され、可変デュー
ティ発振器4aからのパルス幅変調(PWM)された信号に
より、電界効果トランジスタQがオン/オフするように
している。位相検出回路3としては、受信コイルL2の一
端と、アース点をコンパレータ3aに入力し、両入力が一
致した時に、可変デューティ発振器4aに零クロス点検出
信号を入力するようにしており、また、電圧検出回路5
としては、コンパレータ5aと基準電圧発生源5bを備え、
出力電圧V0が基準電圧に等しくなるように可変デューテ
ィ発振器4aに偏差電圧を入力するようにしている。
Figure 6 shows a specific circuit construction of the embodiment the power supply circuit device of FIG. 3, a diode d as a switching element SW 1
1 , a field effect transistor Q is connected in series, a variable duty oscillator 4a constituting a switching control unit is connected to the gate of the field effect transistor Q, and a pulse width modulated (PWM) signal from the variable duty oscillator 4a is used. , The field effect transistor Q is turned on / off. The phase detection circuit 3, one end of the receiving coil L 2, enter the ground point to the comparator 3a, when both inputs match, and so as to enter a zero cross point detection signal to the variable duty oscillator 4a, also , Voltage detection circuit 5
Includes a comparator 5a and a reference voltage source 5b,
So that to enter the deviation voltage to the variable duty oscillator 4a so that the output voltage V 0 becomes equal to the reference voltage.

(ヘ)発明の効果 この発明によれば、受信コイルの両端に接続され、オ
ンされると、受信コイルを短絡し、受信コイルに還流す
る電流を発生させることによって前記起電力により発生
する電気エネルギーを前記受信コイルに蓄えさせる第1
のスイッチング手段と、前記受信コイルに蓄えられた電
気エネルギーを負荷へ供給するための第2のスイッチン
グ手段と、磁束φの位相を検出して前記第1及び第2の
スイッチング手段のオン/オフタイミングを制御するス
イッチング制御手段とを備えているので、受信コイルの
開放電圧のピーク値以上の昇圧された出力電圧が得られ
る、スイッチング素子のオン/オフタイミングをパルス
幅変調(PWM)制御することにより安定化された出力電
圧を得ることができる。伝送効率が向上する等の利点が
ある。
(F) Effects of the Invention According to the present invention, when connected to both ends of the receiving coil and turned on, the receiving coil is short-circuited, and the electric current generated by the electromotive force is generated by generating a current flowing back to the receiving coil. The first is stored in the receiving coil.
Switching means, a second switching means for supplying the electric energy stored in the receiving coil to a load, and an on / off timing of the first and second switching means by detecting a phase of the magnetic flux φ. Switching control means for controlling the on / off timing of the switching element by pulse width modulation (PWM) control, whereby a boosted output voltage equal to or higher than the peak value of the open voltage of the receiving coil is obtained. A stabilized output voltage can be obtained. There are advantages such as improved transmission efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は、この発明の一実施例を示す電源回路装置を示
す回路図、第2図は、同電源回路装置の動作を説明する
ための波形図、第3図は、この発明の他の実施例を示す
電源回路装置の回路図、第4図は、この発明のさらに他
の実施例を示す電源回路装置の回路図、第5図は、前記
第4図の実施例電源回路装置の帰還用電磁コイルに代え
て接続する光学的帰還回路の回路図、第6図は、第3図
の実施例電源回路装置をさらに具体的に示した回路図、
第7図及び第8図は、従来の電源回路装置を示す回路図
である。 1:交流電源、2:負荷、 3:位相検出回路、4:スイッチング制御部、 5:電圧検出回路、L2:受信コイル、 SW1:第1のスイッチング素子、 SW2:第2のスイッチング素子。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a power supply circuit device showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a waveform diagram for explaining the operation of the power supply circuit device, and FIG. FIG. 4 is a circuit diagram of a power supply circuit device showing an embodiment, FIG. 4 is a circuit diagram of a power supply circuit device showing still another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a feedback diagram of the power supply circuit device of the embodiment shown in FIG. FIG. 6 is a circuit diagram of an optical feedback circuit connected in place of the electromagnetic coil for use, FIG. 6 is a circuit diagram showing the power supply circuit device of the embodiment of FIG. 3 more specifically,
7 and 8 are circuit diagrams showing a conventional power supply circuit device. 1: AC power supply, 2: load 3: phase detector circuit, 4: switching control unit, 5: Voltage detection circuit, L 2: the receiving coil, SW 1: first switching element, SW 2: the second switching element .

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】励磁コイルによって発生する磁束φに鎖交
し、起電力を発生する受信コイルと、 この受信コイルの両端に接続され、オンされると、受信
コイルを短絡し、受信コイルに還流する電流を発生させ
ることによって前記起電力により発生する電気エネルギ
ーを前記受信コイルに蓄えさせる第1のスイッチング手
段と、 前記受信コイルに蓄えられた電気エネルギーを負荷へ供
給するための第2のスイッチング手段と、 前記磁束φの位相を検出して前記第1及び第2のスイッ
チング手段のオン/オフタイミングを制御するスイッチ
ング制御手段と、 を備えたことを特徴とする電源回路装置。
1. A receiving coil which generates an electromotive force by linking with a magnetic flux φ generated by an exciting coil, and is connected to both ends of the receiving coil. When the receiving coil is turned on, the receiving coil is short-circuited and returned to the receiving coil. First switching means for storing electric energy generated by the electromotive force in the receiving coil by generating a current to generate electric current, and second switching means for supplying electric energy stored in the receiving coil to a load. And a switching control means for detecting the phase of the magnetic flux φ to control the on / off timing of the first and second switching means.
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