JP4165306B2 - 充電システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、トランスを介して電磁的に接続された送電装置および受電装置を備え、受電装置の出力電力を利用して2次電池の充電ができるようにした充電システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の充電システムとしては、例えば図5に示すように、送電装置1と、トランス2と、受電装置3と、充電制御装置4とを備え、2次電池9の充電ができるものが知られている。
送電装置1は、所定の周波数のパルスを発生する発振回路11と、その発振回路11の出力を反転するインバータ回路12と、発振回路11の出力とインバータ回路12の各出力を駆動するドライバ回路13、14と、ドライバ回路13、14とトランス2の1次コイル21の両端との交流結合を行う1次側コンデンサC1、C2と、を備えている。
【0003】
トランス2は、平面状の1次コイル21と、この1次コイル21と電磁的に結合する平面状の2次コイル22とを有し、両コイル21、22は物理的に容易に分離できるようになっている。
受電装置3は、2次コイル22の出力から直流電圧を生成する出力整流回路31と、出力整流回路31の出力端子に接続されるコンデンサC3と、出力整流回路31の出力電圧の定電圧化を図る定電圧回路32とを備え、受電装置3の出力電力により、リチウムイオン電池のような2次電池9を充電するようになっている。
【0004】
充電制御装置4は、充電電流を検出するための電流検出用抵抗RSと、スイッチング素子としてのトランジスタQ1と、2次電池9の充電時に充電制御を行う充電制御回路41とを備えている。
このような構成からなる従来の充電システムでは、送電装置1が、発振回路11の発振するパルスに基づいて、所定の周波数からなる交流電力が生成する。この交流電力は、トランス2を経て受電装置3に伝送されると、受電装置3はその交流電力を直流電力に変換する。
【0005】
そして、その受電装置3からの直流電力で2次電池9の充電を行う場合には、充電制御回路41が、トランジスタQ1をオンにするので、これにより充電が開始される。2次電池9の充電が開始されると、充電制御回路41は、電流検出用抵抗RSの両端に発生する電圧に基づいて電流検出器(図示せず)が検出する2次電池9の充電電流と、電圧検出器(図示せず)が検出するその充電電圧を監視する。ここで、充電期間中は、定電圧回路32は充電制御回路41に対して一定電圧(例えば5V)を供給している。
【0006】
その後、電流検出器の検出する充電電流と電圧検出器の検出する検出電圧とがそれぞれ所定値になると、充電制御回路41は、充電が終了したものと判断してトランジスタQ1をオフにする。これにより、充電制御回路41は、図示しない発光ダイオードを点灯するので、使用者は、2次電池9の充電が終了したことを認識できる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の充電システムでは、受電装置3が出力整流回路31の他に定電圧回路32を必要とするので、受電装置3の部品点数が多くなるという不具合がある。また、定電圧回路32は、例えば入力電圧が6.5Vで、出力電圧が5V、出力電流が500mA程度の能力が必要とされるので、電力消費の無駄があり、その無駄に伴う電力損失(ロス)が無視できないという不具合がある。
【0008】
このため、受電装置における定電圧回路を省略することにより、その定電圧回路の部品の削減とその無駄な電力損失を低減すること望まれる。
そこで、本発明の目的は、受電装置(2次側装置)の定電圧回路を省略できるようにし、これにより受電装置の構成部品の削減とその無駄な電力損失を低減化できるようにした充電システムを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決し本発明の目的を達成するために、各発明は、以下のように構成した。
すなわち、第1の発明は、交流信号を生成する送電装置と、前記交流信号が印加される1次コイルと、前記1次コイルに電磁的に結合する2次コイルと、前記2次コイルの出力電圧から直流電圧を生成する受電装置と、前記直流電圧に基づいて充電される2次電池と、前記2次電池の充電の進行状況を監視し、前記充電の進行状況に応じて前記交流信号の周波数を所定値に制御する充電制御装置と、を含み、前記送電装置は前記1次コイルを駆動する第1ドライバ回路および第2ドライバ回路を含み、前記第1ドライバ回路は、出力端子が前記1次コイルの一端側と接続される第1CMOSインバータ回路と、前記第1CMOSインバータ回路の動作を制御する第1制御回路と、を含み、前記第2ドライバ回路は、出力端子が前記1次コイルの他端側と接続される第2CMOSインバータ回路と、前記第2CMOSインバータ回路の動作を制御する第2制御回路と、を含み、前記第1CMOSインバータ回路および前記第2CMOSインバータ回路の各々は、P型MOSトランジスタおよびN型MOSトランジスタからなり、前記第1制御回路は、前記第1CMOSインバータ回路の前記P型MOSトランジスタと前記N型MOSトランジスタとを交互にオン動作させ、
前記第2制御回路は、前記第2CMOSインバータ回路の前記P型MOSトランジスタと前記N型MOSトランジスタとを交互にオン動作させ、かつ、前記第1CMOSインバータ回路のオン動作中のMOSトランジスタ、前記1次コイル、および前記第2CMOSインバータ回路のオン動作中のMOSトランジスタによって回路を構成し、その回路によって前記1次コイルに電流が流れるようになっている。
第2の発明は、交流信号を生成する送電装置と、前記交流信号が印加される1次コイルと、前記1次コイルに電磁的に結合する2次コイルと、前記2次コイルの出力電圧から直流電圧を生成する受電装置と、前記直流電圧に基づいて充電される2次電池と、前記2次電池の充電電流および充電電圧を検出し、前記検出充電電流および前記検出充電電圧に応じて前記交流信号の周波数を所定値に制御する充電制御装置と、を含み、前記送電装置は、前記1次コイルを駆動する第1ドライバ回路および第2ドライバ回路を含み、前記第1ドライバ回路は、出力端子が前記1次コイルの一端側と接続される第1CMOSインバータ回路と、前記第1CMOSインバータ回路の動作を制御する第1制御回路と、を含み、前記第2ドライバ回路は、出力端子が前記1次コイルの他端側と接続される第2CMOSインバータ回路と、前記第2CMOSインバータ回路の動作を制御する第2制御回路と、を含み、前記第1CMOSインバータ回路および前記第2CMOSインバータ回路の各々は、P型MOSトランジスタおよびN型MOSトランジスタからなり、前記第1制御回路は、前記第1CMOSインバータ回路の前記P型MOSトランジスタと前記N型MOSトランジスタとを交互にオン動作させ、前記第2制御回路は、前記第2CMOSインバータ回路の前記P型MOSトランジスタと前記N型MOSトランジスタとを交互にオン動作させ、かつ、前記第1CMOSインバータ回路のオン動作中のMOSトランジスタ、前記1次コイル、および前記第2CMOSインバータ回路のオン動作中のMOSトランジスタによって回路を構成し、その回路によって前記1次コイルに電流が流れるようになっている。
第3の発明は、第1または第2の発明において、前記第1制御回路および前記第2制御回路はノアゲートを含む。
第4の発明は、第1〜第3の発明において、前記第1制御回路および前記第2制御回路はナンドゲートを含む。
第5の発明は、第1〜第4の発明において、前記第1制御回路および前記第2制御回路は、第1の出力信号と第2の出力信号とを生成し、前記第1の出力信号は前記P型MOSトランジスタのゲートを制御し、前記第2の出力信号は前記N型MOSトランジスタのゲートを制御する。
第6の発明は、第1〜第5の発明において、前記第1制御回路および前記第2制御回路は、前記第1CMOSインバータ回路および第2CMOSインバータ回路の動作時に流れる貫通電流を防止する。
【0010】
第7の発明は、1次コイルに交流信号を印加することにより、2次コイルおよび前記2次コイルに電気的に接続された受電装置に電力を送電し、前記受電装置に電気的に接続された2次電池を充電するための送電装置において、前記交流信号の周波数は前記2次電池の充電電流および充電電圧に応じて所定値に制御され、前記1次コイルを駆動する第1ドライバ回路および第2ドライバ回路を含み、前記第1ドライバ回路は、出力端子が前記1次コイルの一端側と接続される第1CMOSインバータ回路と、前記第1CMOSインバータ回路の動作を制御する第1制御回路と、を含み、前記第2ドライバ回路は、出力端子が前記1次コイルの他端側と接続される第2CMOSインバータ回路と、前記第2CMOSインバータ回路の動作を制御する第2制御回路と、を含み、前記第1CMOSインバータ回路および前記第2CMOSインバータ回路の各々は、P型MOSトランジスタおよびN型MOSトランジスタからなり、前記第1制御回路は、前記第1CMOSインバータ回路の前記P型MOSトランジスタと前記N型MOSトランジスタとを交互にオン動作させ、前記第2制御回路は、前記第2CMOSインバータ回路の前記P型MOSトランジスタと前記N型MOSトランジスタとを交互にオン動作させ、かつ、前記第1CMOSインバータ回路のオン動作中のMOSトランジスタ、前記1次コイル、および前記第2CMOSインバータ回路のオン動作中のMOSトランジスタによって回路を構成し、その回路によって前記1次コイルに電流が流れるようになっている。
第8の発明は、1次コイルに交流信号を印加することにより、2次コイルおよび前記2次コイルに電気的に接続された受電装置に電力を送電し、前記受電装置に電気的に接続された2次電池を充電するための送電装置において、前記1次コイルを駆動する第1ドライバ回路および第2ドライバ回路を含み、前記第1ドライバ回路は、出力端子が前記1次コイルの一端側と接続される第1CMOSインバータ回路と、前記第1CMOSインバータ回路の動作を制御する第1制御回路と、を含み、前記第2ドライバ回路は、出力端子が前記1次コイルの他端側と接続される第2CMOSインバータ回路と、前記第2CMOSインバータ回路の動作を制御する第2制御回路と、を含み、前記第1CMOSインバータ回路および前記第2CMOSインバータ回路の各々は、P型MOSトランジスタおよびN型MOSトランジスタからなり、前記第1制御回路は、前記第1CMOSインバータ回路の前記P型MOSトランジスタと前記N型MOSトランジスタとを交互にオン動作させ、前記第2制御回路は、前記第2CMOSインバータ回路の前記P型MOSトランジスタと前記N型MOSトランジスタとを交互にオン動作させ、かつ、前記第1CMOSインバータ回路のオン動作中のMOSトランジスタ、前記1次コイル、および前記第2CMOSインバータ回路のオン動作中のMOSトランジスタによって回路を構成し、その回路によって前記1次コイルに電流が流れるようになっている。
第9の発明は、第7または第8の発明において、前記第1制御回路および前記第2制御回路はノアゲートを含む。
第10の発明は、第7〜第9の発明において、前記第1制御回路および前記第2制御回路はナンドゲートを含む。
第11の発明は、第7〜第10の発明において、前記第1制御回路および前記第2制御回路は、第1の出力信号と第2の出力信号とを生成し、前記第1の出力信号は前記P型MOSトランジスタのゲートを制御し、前記第2の出力信号は前記N型MOSトランジスタのゲートを制御する。
第12の発明は、第7〜第11の発明において、前記第1制御回路および前記第2制御回路は、前記第1CMOSインバータ回路および前記第2CMOSインバータ回路の動作時に流れる貫通電流を防止する。
【0011】
このような構成からなる本発明によれば、受電装置の定電圧回路を省略することができ、これにより受電装置の構成部品の削減とその無駄な電力損失の低減化を図ることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
本発明の充電システムの実施形態の構成について、図1を参照しながら説明する。
この実施形態に係る充電システムは、図1に示すように、送電装置5と、トランス(変圧器)6と、受電装置7と、充電制御装置8とを備え、リチウムイオン電池などの2次電池(バッテリ)9の充電ができるようになっている。
【0013】
送電装置5は、受電装置7に伝送すべき交流信号(交流電力)を生成するとともに、その交流信号の周波数を可変自在な装置である。
このために、送電装置5は、図1に示すように、発振回路51と、インバータ回路52と、ドライバ回路53、54と、1次側コンデンサC1、C2とから構成される。
【0014】
発振回路51は、高周波のパルス(矩形波)を発生する回路であり、発振周波数は例えば100〔kHz〕〜500〔kHz〕の範囲である。発振回路51は、その発振周波数が例えば上記の範囲内で連続的または間欠的に可変できるようになっており、かつ、その発振周波数は後述の周波数制御回路86からの周波数制御信号により所定値に制御(変更)されるようになっている。
【0015】
インバータ回路52は、発振回路51の発生するパルスを反転する回路である。ドライバ回路53は、発振回路51の出力を増幅する回路である。ドライバ回路54は、インバータ回路52の出力を増幅する回路である。
1次側コンデンサC1は、ドライバ回路53の出力側とトランス6の1次コイル61の一端側とを交流結合するためのコンデンサである。2次側コンデンサC2は、ドライバ回路54の出力側とトランス6の1次コイル61の他端側とを交流結合するためのコンデンサである。
【0016】
トランス6は、送電装置5で発生する電力を受電装置7側に効率的に伝達するものである。このため、このトランス6は、送電装置5の出力が印加される1次コイル61と、この1次コイル61に電磁的に結合する2次コイル62とを有している。
1次コイル61と2次コイル62とは、図2に示すように、例えば絶縁された単線63を同一平面内で渦巻き状に巻いた平面コイルからなる。この巻き数は多いほど良く、例えば10巻き程度である。また、1次コイル61と2次コイル62は、渦巻き状態が適宜手段により維持できるようなっており、全体として例えば円盤状に形成されている。
【0017】
さらに、1次コイル61と2次コイル62は、2次電池9の充電が必要なときには、その両者の平面同士が重なるようして電磁的に結合でき、その充電が不要なときなどにはその両者を物理的に分離できる分離自在な構造になっている。
受電装置7は、送電装置5からの交流電力を受け取って直流電力に変換する装置である。
【0018】
このために、受電装置7は、図1に示すように、トランス6の2次コイル62の出力電圧から直流電圧を生成出力する出力整流回路71と、この出力整流回路71の出力端子間に接続されるコンデンサC3とを備えている。また、受電装置7は、その出力電圧(出力電力)により2次電池9の充電を行うようになっている。
【0019】
充電制御装置8は、2次電池9の充電時にその充電の進行状況を監視し、その充電の進行状況に応じて2次電池9に供給する電力量が適正となるように、送電装置5の発振回路51の発振周波数を変更させる装置である。
このために、この充電制御装置8は、図1に示すように、電流検出用抵抗RSと、トランジスタQ1と、電流検出器81と、電圧検出器82と、充電制御回路83と、共振回路84と、補助トランス85と、周波数制御回路86とを備えている。
【0020】
電流検出用抵抗RSは、2次電池9の充電時に、充電電流を流してその充電電流を検出するための抵抗である。トランジスタQ1は、充電時にオンし、充電終了後にオフとなるものであり、その制御は充電制御回路83により行われるようになっている。
電流検出器81は、2次電池9の充電時に、電流検出用抵抗RSの両端に発生する電圧に基づいて2次電池9の充電電流を検出するものである。電圧検出器82は、2次電池9の充電時に、その充電電圧を検出するものである。
【0021】
充電制御回路83は、検出電流器81が検出する充電電流と、検出電圧器82が検出する充電電圧をそれぞれ監視し、その検出される充電電流と充電電圧に基づいて送電装置5の発振回路51の発振周波数を所定値に制御するための発振制御信号を出力する回路である。
共振回路84は、充電制御回路83が出力する発振制御信号に基づいて所定の交流信号を生成する回路である。
【0022】
補助トランス85は、共振回路84の出力が印加される1次コイルと、この1次コイルに電磁的に結合する2次コイルとを有している。また、この補助トランス85の1次コイルと2次コイルは、例えば、トランス6の1次コイル61と2次コイル62と同様に平面コイルからなるが、信号を伝送することを目的とするのでその規模は小規模のものである。さらに、この補助トランス85の1次コイルと2次コイルは、トランス6の1次コイル61と2次コイル62との接続と分離に連動して、その接続と分離ができるようになっている。
【0023】
周波数制御回路86は、充電制御回路83からの発振制御信号を補助トランス85の2次コイルから受け取ると、その発振制御信号に基づいて発振回路51の発振周波数を所定値に制御(変更)するための周波数制御信号を生成する回路である。
次に、図1に示す送電装置5におけるドライバ回路53、54の具体的な回路構成について、図3を参照して説明する。
【0024】
ドライバ回路53は、図3に示すように、P型とN型のMOSトランジスタQ1,Q2からなるCMOSインバータ回路531で構成されるとともに、CMOSインバータ回路531の動作時に流れる貫通電流を防止する制御回路532を含んでいる。制御回路532は、図示のようにノアゲート5321、アンドゲート5322、インバータIV1〜IV6、コンデンサC11,C12から構成される。
【0025】
ドライバ回路54は、図3に示すように、P型とN型のMOSトランジスタQ3,Q4からなるCMOSインバータ回路541で構成されるとともに、CMOSインバータ回路541の動作時に流れる貫通電流を防止する制御回路542を含んでいる。制御回路542は、図示のようにノアゲート5421、アンドゲート5422、インバータIV11〜IV16、コンデンサC21,C22から構成される。
【0026】
このような構成からなるこの実施形態では、送電装置5の発振回路51の発振周波数を変えると、これに応じて受電装置7の出力電圧、出力電力、および効率がそれぞれ変化するという特性を持っているので、以下にその各特性の試験例について図6を参照して説明する。
図6の各特性は、受電装置7の負荷抵抗が12.5〔Ω〕、送電装置5の出力電圧(1次側電圧)が5.4〔V〕、1次側コンデンサC1,C2はその容量値が同一のものを使用した場合の試験結果である。また、図6において、曲線aはC1,C2の容量値が大きな場合,曲線bはC1,C2の容量値が中程度の場合、曲線cはC1、C2の容量値が小さな場合である。
【0027】
そして、図6(A)は、送電装置5の入力周波数と効率の関係を示し、図6(B)はその周波数と受電装置7の出力電圧の関係を示し、図6(C)はその周波数と出力電力の関係を示している。
なお、この試験例では、試験時に、充電制御装置8はその動作を停止させ、発振回路51の出力側に周波数が可変できる可変発振装置の出力を印加し、その可変発振装置の発振周波数を可変することにより特性試験を行うようにした。
【0028】
図6(A)によれば、1次側コンデンサC1,C2の容量値が大きな場合には、周波数が410〔kHz〕のときに最大効率となり、その最大効率は64.6〔%〕である。このときには、入力電力が5.4〔V〕×1.38〔A〕=7.45〔W〕で、出力電力が7.80〔V〕×0.62〔A〕=4.83〔W〕である(図6(B)(C)参照)。また、図6(C)によれば、C1,C2の容量値が大きな場合には、周波数が410〔kHz〕のときに最大出力となり、その最大出力は7.80〔V〕×0.62〔A〕=4.83〔W〕となり、このときの入力電力は5.4〔V〕×1.38〔A〕=7.45〔W〕である。
【0029】
次に、図6(A)によれば、1次側コンデンサC1,C2の容量値が中程度の場合には、周波数が620〔kHz〕のときに最大効率となり、その最大効率は64.4〔%〕となる。このときには、入力電力が5.4〔V〕×0.90〔A〕=4.86〔W〕で、出力電力は6.29〔V〕×0.50〔A〕=3.14〔W〕ある。また、図6(C)によれば、C1,C2の容量値が中程度の場合には、周波数が580〔kHz〕のときに最大出力となり、その最大出力は6.42〔V〕×0.50〔A〕=3.23〔W〕となり、このときの入力電力は5.4〔V〕×0.94〔A〕=5.07〔W〕である。
【0030】
さらに、図6(A)によれば、1次側コンデンサC1,C2の容量値が小さな場合には、周波数が810〔kHz〕のときに最大効率となり、その最大効率は62.5〔%〕となる。このときには、入力電力が5.4〔V〕×0.82〔A〕=4.43〔W〕で、出力電力は5.94〔V〕×0.47〔A〕=2.79〔W〕である。また、図6(C)によれば、C1,C2の容量値が小さな場合には、周波数が810〔kHz〕のときに最大出力となり、その最大出力は、5.94Vで×0.47〔V〕=2.78〔W〕であり、このときの入力電力は5.4〔V〕×0.82〔A〕=4.43〔W〕である。
【0031】
以上の結果から明らかなように、1次側コンデンサC1,C2の容量値が大きなほど最大出力電力が大きく、その容量値が大きなほど共振周波数(極値の周波数)が低いことがわかる。また、発振周波数の制御により出力電圧、出力電力が制御でき(図6(B)(C)参照)、最大出力電力は4.83〔W〕で、最大効率が64〔%〕となる。
【0032】
次に、このような構成からなる実施形態の動作について、図1および図4を参照して説明する。
この実施形態では、2次電池9の充電時には、充電制御回路83がトランジスタQ1をオンにする。この充電時には、電流検出器81が電流検出用抵抗RSの両端に発生する電圧に基づいて2次電池9の充電電流を検出し、電圧検出器82がその充電電圧を検出する。
【0033】
このように、2次電池9の充電期間に検出する充電電圧(電池電圧)及びそれに対応する充電電流の経時的な変化の一例を示すと、図4に示すようになる。
すなわち、図4によれば、充電電圧は、充電開始時には例えば3.3Vであり、充電の進行に伴って3.6V、4.0V、・・・・4.2Vと増加していく。一方、充電電流は、充電開始時には例えば0.5Aであり、充電の進行に伴って0.5A、0.3A、・・・・0.1Aと減少していく。その充電電圧とそれに対応する充電電流とに基づいて2次電池9に供給される電力を求めると、図4に示すようになる。
【0034】
図4からわかるように、充電期間中に2次電池9に供給すべき電力は、その充電期間の全期間にわたって一定ではないので、その充電の進行状況に応じて2次電池9に供給する電力量が適正となるようにするのが望ましい。
一方、この実施形態では、上記のように送電装置5の発振回路51の発振周波数を変化させると、受電装置7から出力される出力電圧および出力電流、すなわち出力電力を増減(変化)できるという性質がある(図6(C)参照)。
【0035】
そこで、この実施形態では、2次電池9の充電時に、充電制御装置8がその充電の進行状況を監視し、その充電の進行状況に応じて2次電池9に対する供給電力量が適正となるように、送電装置5の発振回路51の発振周波数を変更させる制御を行うようにした。
すなわち、2次電池9の充電時には、充電制御回路83は、電流検出器81が検出する充電電流と電圧検出器82が検出する充電電圧をそれぞれ監視する。
【0036】
そして、充電の開始時には、図4によれば、2次電池9の充電電圧が3.3V、その充電電流が0.5Aである。この場合には、送電装置5の発振回路51の発振周波数をf1に設定すると、受電装置7が2次電池9に対してその充電電圧と充電電流を供給できることが予めわかっている。そこで、充電制御回路83は、発振回路51の発振周波数がf1になるような充電制御信号を出力する。
【0037】
充電制御回路83から充電制御信号が出力されと、共振回路84ではその充電制御信号に基づいて所定の交流信号が生成される。その交流信号は、補助トランス85を介して周波数制御回路86に伝送される。
周波数制御回路86は、その交流信号を受け取ると、それに基づいて発振回路51の発振周波数をf1に制御する周波数制御信号を生成する。この結果、発振回路51は、発振周波数がf1に変更される。この発振回路51の発振周波数の変更により、受電装置7の出力が変更されて、2次電池9には無駄のない適正な充電電力が供給される。
【0038】
このように、電流検出器81が検出する充電電流および電圧検出器82が検出する充電電圧と、これに対応する送電装置5の発振回路51の発振周波数は、f2、f3・・・・fnと予めわかっている。そこで、充電制御回路83は、発振回路51の発振周波数が、f2、f3・・・・fnになるような充電制御信号をその検出のタイミング毎に出力する。
【0039】
周波数制御回路86は、その充電制御信号を受け取ると、そのたびに発振回路51の発振周波数をf2、f3・・・・fnに制御する周波数制御信号をそれぞれ生成する。この結果、発振回路51は、発振周波数がf2、f3・・・・fnと順次変更(順次可変)される。この発振回路51の発振周波数の変更により、受電装置7の出力が順次変更されて、2次電池9には充電の進行状況に応じた適正な充電電力が供給される。
【0040】
その後、電流検出器81の検出する充電電流と電圧検出器82の検出する検出電圧とがそれぞれ所定値になると、充電制御回路83は、充電が終了したものと判断してトランジスタQ1をオフにする。これにより、2次電池9の充電が終了する。
以上説明したように、この実施形態によれば、2次電池の充電動作の際に、充電の進行状況に応じて2次電池に適正な充電電力を供給するようにした。このため、受電装置の定電圧回路を省略することができ、これにより受電装置の構成部品の削減とその無駄な電力損失の低減化を図ることができる。
【0041】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、受電装置(2次側装置)の定電圧回路を省略することができ、これにより受電装置の構成部品の削減とその無駄な電力損失の低減化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図2】図1のトランスの1次および2次コイルの構成例を説明する平面図である。
【図3】図1のドライバ回路の具体的な回路図であり、その制御回路を含んでいる。
【図4】図1の2次電池における充電電圧とそれに対応する充電電流の関係などの一例を示す図である。
【図5】従来装置の構成を示すブロック図である。
【図6】実施形態において、1次側の発振周波数と、効率、出力電圧、および出力電力の関係を示す試験結果の一例である。
【符号の説明】
5、5Aは送電装置、6はトランス、7は受電装置、8は充電制御装置、9は2次電池、51は発振回路、61は1次コイル、62は2次コイル、71は出力整流回路、81は電流検出器、82は電圧検出器、83は充電制御回路、84はは共振回路、85は補助トランス、86は周波数制御回路である。
Claims (12)
- 交流信号を生成する送電装置と、
前記交流信号が印加される1次コイルと、
前記1次コイルに電磁的に結合する2次コイルと、
前記2次コイルの出力電圧から直流電圧を生成する受電装置と、
前記直流電圧に基づいて充電される2次電池と、
前記2次電池の充電の進行状況を監視し、前記充電の進行状況に応じて前記交流信号の周波数を所定値に制御する充電制御装置と、
を含み、
前記送電装置は、前記1次コイルを駆動する第1ドライバ回路および第2ドライバ回路を含み、
前記第1ドライバ回路は、出力端子が前記1次コイルの一端側と接続される第1CMOSインバータ回路と、前記第1CMOSインバータ回路の動作を制御する第1制御回路と、を含み、
前記第2ドライバ回路は、出力端子が前記1次コイルの他端側と接続される第2CMOSインバータ回路と、前記第2CMOSインバータ回路の動作を制御する第2制御回路と、を含み、
前記第1CMOSインバータ回路および前記第2CMOSインバータ回路の各々は、P型MOSトランジスタおよびN型MOSトランジスタからなり、
前記第1制御回路は、前記第1CMOSインバータ回路の前記P型MOSトランジスタと前記N型MOSトランジスタとを交互にオン動作させ、
前記第2制御回路は、前記第2CMOSインバータ回路の前記P型MOSトランジスタと前記N型MOSトランジスタとを交互にオン動作させ、
かつ、前記第1CMOSインバータ回路のオン動作中のMOSトランジスタ、前記1次コイル、および前記第2CMOSインバータ回路のオン動作中のMOSトランジスタによって回路を構成し、その回路によって前記1次コイルに電流が流れるようになっていることを特徴とする充電システム。 - 交流信号を生成する送電装置と、
前記交流信号が印加される1次コイルと、
前記1次コイルに電磁的に結合する2次コイルと、
前記2次コイルの出力電圧から直流電圧を生成する受電装置と、
前記直流電圧に基づいて充電される2次電池と、
前記2次電池の充電電流および充電電圧を検出し、前記検出充電電流および前記検出充電電圧に応じて前記交流信号の周波数を所定値に制御する充電制御装置と、
を含み、
前記送電装置は、前記1次コイルを駆動する第1ドライバ回路および第2ドライバ回路を含み、
前記第1ドライバ回路は、出力端子が前記1次コイルの一端側と接続される第1CMOSインバータ回路と、前記第1CMOSインバータ回路の動作を制御する第1制御回路と、を含み、
前記第2ドライバ回路は、出力端子が前記1次コイルの他端側と接続される第2CMOSインバータ回路と、前記第2CMOSインバータ回路の動作を制御する第2制御回路と、を含み、
前記第1CMOSインバータ回路および前記第2CMOSインバータ回路の各々は、P型MOSトランジスタおよびN型MOSトランジスタからなり、
前記第1制御回路は、前記第1CMOSインバータ回路の前記P型MOSトランジスタと前記N型MOSトランジスタとを交互にオン動作させ、
前記第2制御回路は、前記第2CMOSインバータ回路の前記P型MOSトランジスタと前記N型MOSトランジスタとを交互にオン動作させ、
かつ、前記第1CMOSインバータ回路のオン動作中のMOSトランジスタ、前記1次 コイル、および前記第2CMOSインバータ回路のオン動作中のMOSトランジスタによって回路を構成し、その回路によって前記1次コイルに電流が流れるようになっていることを特徴とする充電システム。 - 前記第1制御回路および前記第2制御回路はノアゲートを含むことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の充電システム。
- 前記第1制御回路および前記第2制御回路はナンドゲートを含むことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の充電システム。
- 前記第1制御回路および前記第2制御回路は、第1の出力信号と第2の出力信号とを生成し、前記第1の出力信号は前記P型MOSトランジスタのゲートを制御し、前記第2の出力信号は前記N型MOSトランジスタのゲートを制御することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の充電システム。
- 前記第1制御回路および前記第2制御回路は、前記第1CMOSインバータ回路および第2CMOSインバータ回路の動作時に流れる貫通電流を防止することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の充電システム。
- 1次コイルに交流信号を印加することにより、2次コイルおよび前記2次コイルに電気的に接続された受電装置に電力を送電し、前記受電装置に電気的に接続された2次電池を充電するための送電装置において、
前記交流信号の周波数は前記2次電池の充電電流および充電電圧に応じて所定値に制御され、
前記1次コイルを駆動する第1ドライバ回路および第2ドライバ回路を含み、
前記第1ドライバ回路は、出力端子が前記1次コイルの一端側と接続される第1CMOSインバータ回路と、前記第1CMOSインバータ回路の動作を制御する第1制御回路と、を含み、
前記第2ドライバ回路は、出力端子が前記1次コイルの他端側と接続される第2CMOSインバータ回路と、前記第2CMOSインバータ回路の動作を制御する第2制御回路と、を含み、
前記第1CMOSインバータ回路および前記第2CMOSインバータ回路の各々は、P型MOSトランジスタおよびN型MOSトランジスタからなり、
前記第1制御回路は、前記第1CMOSインバータ回路の前記P型MOSトランジスタと前記N型MOSトランジスタとを交互にオン動作させ、
前記第2制御回路は、前記第2CMOSインバータ回路の前記P型MOSトランジスタと前記N型MOSトランジスタとを交互にオン動作させ、
かつ、前記第1CMOSインバータ回路のオン動作中のMOSトランジスタ、前記1次コイル、および前記第2CMOSインバータ回路のオン動作中のMOSトランジスタによって回路を構成し、その回路によって前記1次コイルに電流が流れるようになっていることを特徴とする送電装置。 - 1次コイルに交流信号を印加することにより、2次コイルおよび前記2次コイルに電気的に接続された受電装置に電力を送電し、前記受電装置に電気的に接続された2次電池を充電するための送電装置において、
前記1次コイルを駆動する第1ドライバ回路および第2ドライバ回路を含み、
前記第1ドライバ回路は、出力端子が前記1次コイルの一端側と接続される第1CMOSインバータ回路と、前記第1CMOSインバータ回路の動作を制御する第1制御回路と、を含み、
前記第2ドライバ回路は、出力端子が前記1次コイルの他端側と接続される第2CMOSインバータ回路と、前記第2CMOSインバータ回路の動作を制御する第2制御回路と、を含み、
前記第1CMOSインバータ回路および前記第2CMOSインバータ回路の各々は、P型MOSトランジスタおよびN型MOSトランジスタからなり、
前記第1制御回路は、前記第1CMOSインバータ回路の前記P型MOSトランジスタと前記N型MOSトランジスタとを交互にオン動作させ、
前記第2制御回路は、前記第2CMOSインバータ回路の前記P型MOSトランジスタと前記N型MOSトランジスタとを交互にオン動作させ、
かつ、前記第1CMOSインバータ回路のオン動作中のMOSトランジスタ、前記1次コイル、および前記第2CMOSインバータ回路のオン動作中のMOSトランジスタによって回路を構成し、その回路によって前記1次コイルに電流が流れるようになっていることを特徴とする送電装置。 - 前記第1制御回路および前記第2制御回路はノアゲートを含むことを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の送電装置。
- 前記第1制御回路および前記第2制御回路はナンドゲートを含むことを特徴とする請求項7乃至請求項9のいずれかに記載の送電装置。
- 前記第1制御回路および前記第2制御回路は、第1の出力信号と第2の出力信号とを生成し、前記第1の出力信号は前記P型MOSトランジスタのゲートを制御し、前記第2の出力信号は前記N型MOSトランジスタのゲートを制御することを特徴とする請求項7乃至請求項10のいずれかに記載の送電装置。
- 前記第1制御回路および前記第2制御回路は、前記第1CMOSインバータ回路および前記第2CMOSインバータ回路の動作時に流れる貫通電流を防止することを特徴とする請求項7乃至請求項11のいずれかに記載の送電装置。
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