JP4835697B2 - 非接触電力伝送回路 - Google Patents

Description

本発明は、載置部に載置された受電装置に非接触で電力を伝送する非接触電力伝送回路に関するものである。

近年、受電装置に電力を伝送する電力伝送用コイル及びこの電力伝送用コイルと共振する共振コイルを含む共振回路と、この共振回路を共振させるスイッチング素子と、このスイッチング素子を駆動する駆動回路とを備え、載置部に載置された受電装置に非接触で電力を伝送し、受電装置を充電する非接触電力伝送回路が知られている（例えば特許文献１、２）。

このような、非接触電力伝送回路においては、受電装置が載置部に載置されていない場合、載置されている場合に比べて電力伝送用コイルのインダクタンスが小さくなるため、電力伝送用コイルに流れる電流が増大する結果、待機電力が増大するという課題がある。

しかしながら、引用文献１は、共振回路を安定発振させることを目的とするものであり、また、引用文献２は、回路の小型化を目的とするものであり、いずれの引用文献も待機電力を低減することを目的とはしていない。

そこで、特許文献３では、１次コイルを含む送電装置と、２次コイルを含む受電装置とを備える非接触電力伝送装置であって、給電手段が一次コイルに給電を開始する直後に、１次コイルの自己インダクタンスの変化を検出し、この変化の検出値が所定値以下の場合に、給電手段の給電を停止し、検出値が所定値以上の場合に給電手段の給電を継続する非接触電力伝送装置が開示されている。

また、特許文献４では、商用電源から整流回路を介して電磁トランスに入力される入力電流を検出し、この入力電流が設定値以下の時は制御手段によりスイッチング手段を間欠的に動作させて非充電時における充電器側の電力消費を抑制することにより待機電力の低減を可能とする技術が開示されている。

特許第３４１６８６３号公報 特許第３３６３３４１号公報 特開２００８−２３６９１６号公報 特開２０００−１６６１２９号公報

しかしながら、特許文献３では、１次コイルとキャパシタとにより直列共振回路が構成されているが、この直列共振回路はスイッチング素子のオン・オフ動作により共振されるものではないため、本願発明とは発振の原理が全く異なっている。

また、引用文献４では、一次側給電用コイルにスイッチング素子が接続されているが、このスイッチング素子は、一次側給電用コイルを発振させていないため、本願発明とは発振の原理が全く異なっている。また、引用文献４では、商用電源から整流回路を介して電磁トランスに入力される入力電流を検出することで、充電・非充電の検出が行われているが、入力電流は商用電源の影響を受け不安定であるため、充電・非充電の検出を精度良く行うことができないという問題がある。

本発明の目的は、待機電力を低減することができる非接触電力伝送回路を提供することである。

（１）本発明の一局面による非接触電力伝送回路は、載置部に載置された受電装置に非接触で電力を伝送する非接触電力伝送回路であって、前記受電装置に電力を伝送する電力伝送用コイル及び前記電力伝送用コイルと共振する共振コンデンサを含む共振回路と、オン・オフを繰り返すことで前記共振回路を共振させるスイッチング素子と、前記電力伝送用コイルの電圧に基づいて、前記受電装置が前記載置部に載置しているか否かを検出し、前記受電装置が載置されていないことを検出した場合、前記受電装置が載置されている場合に比べて、前記スイッチング素子のオンする期間が短くなるように、前記スイッチング素子を駆動する駆動回路とを備え、前記駆動回路は、前記電力伝送用コイルの電圧に基づいて、前記スイッチング素子を繰り返しオン・オフし、前記共振回路を自励発振させる自励発振回路と、前記受電装置が載置されていないことを検出した場合、前記自励発振回路を間欠駆動させる間欠駆動回路とを備え、前記間欠駆動回路は、前記スイッチング素子の制御端子に接続され、前記スイッチング素子をターンオフさせる第１のトランジスタと、前記電力伝送用コイルの電圧を分圧し、前記第１のトランジスタの制御端子に出力する分圧抵抗と、前記共振回路及び前記分圧抵抗間に接続されたダイオードと、前記第１のトランジスタの制御端子に接続され、前記分圧抵抗により分圧された電圧で充電される第１のコンデンサととを備えることを特徴とする。

この構成によれば、電力伝送用コイルは、スイッチング素子のオン・オフにより共振コンデンサと共振し、受電装置に非接触で電力を伝送する。駆動回路は、電力伝送用コイルの電圧を基に、受電装置が載置されているか否かを検出する。そして、駆動回路は、受電装置が載置されていないことを検出した場合、受電装置が載置されている場合に比べ、スイッチング素子のオンする期間が短くなるように、スイッチング素子を駆動させる。

そのため、電力伝送用コイルに流れる電流が減少し、電源側からの入力電流が低下し、受電装置が載置されていない場合の消費電力である待機電力を低減することができる。また、電力伝送用コイルの電圧に基づいて、受電装置が載置されているか否かの検出が行われているため、別巻線を設けなくても、簡便な回路構成により当該検出を行うことができる。更に、受電装置が載置されている場合とされていない場合とでは、電力伝送用コイルの電圧が顕著に相違するため、受電装置が載置されているか否かの検出を精度良く行うことができる。

また、この構成によれば、受電装置が載置されていない場合、自励発振回路が間欠駆動される。したがって、自励発振回路が駆動していない期間はスイッチング素子がオフされることになり、これにより、待機電力を低減することができる。
また、この構成によれば、間欠駆動回路は、第１のトランジスタ、分圧抵抗、ダイオード、及び第１のコンデンサというように、簡便な回路で構成されているため、回路規模をほとんど増やすことなく、待機電力を低減させることができる。

（２）前記間欠駆動回路は、ダイオード及び前記分圧抵抗間に接続された定電圧ダイオードを備えることが好ましい。

この構成によれば、電力伝送用コイルの電圧が低いときは、定電電圧ダイオードが、第１のトランジスタに電流を流さないため、受電装置が載置されている場合に、間欠駆動回路が動作することを防止することができる。

本発明によれば、駆動回路は、受電装置が載置されていないことを検出した場合、スイッチング素子のオンする期間が短くなるように、スイッチング素子を駆動させるため、電力伝送用コイルに流れる電流が減少し、電源側からの入力電流が低下し、受電装置が載置されていない場合の消費電力である待機電力を低減することができる。

本発明の実施の形態１による非接触電力伝送回路が適用される充電システムの回路図を示している。 （ａ）は載置部に受電装置が載置されている場合の電力伝送用コイル及び共振コンデンサの接続点の電圧の波形図を示し、（ｂ）は載置部に受電装置が載置されていない場合の電力伝送用コイル及び共振コンデンサの接続点の電圧の波形図を示している。 （ａ）は載置部に受電装置が載置されている場合の電力伝送用コイル及び共振コンデンサの接続点の電圧の波形図を示し、（ｂ）は載置部に受電装置が載置されていない場合の電力伝送用コイル及び共振コンデンサの接続点の電圧の波形図を示している。 本発明の実施の形態２による非接触電力伝送回路が適用される充電システムの回路図を示している。 （ａ）は受電装置が載置されている場合にマイコン部から出力されるＰＷＭ信号を示し、（ｂ）は受電装置が載置されていない場合にマイコン部から出力されるＰＷＭ信号を示している。 実施の形態３による非接触電力伝送回路が適用された充電システムの回路図を示している。 実施の形態４による非接触電力伝送回路が適用された充電システムの回路図を示している。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による非接触電力伝送回路が適用される充電システムの回路図を示している。この充電システムは、非接触電力伝送回路１と受電装置２とを備えている。非接触電力伝送回路１は、受電装置２を載置するための載置部（図略）が筐体に設けられ、この載置部に載置される受電装置２に非接触で電力を伝送することで、受電装置２を充電する充電回路である。受電装置２としては、例えば、電動歯ブラシ、携帯電話、ノートブックパソコン、電気カミソリ、電動工具等の充電可能な電気機器が採用される。

非接触電力伝送回路１は、共振回路１１、スイッチング素子ＦＥＴ、駆動回路１２、バイアス回路１３、コンデンサＣ１、及び電源部１４を備えている。

共振回路１１は、受電装置２に電力を伝送する電力伝送用コイルＴ１と、電力伝送用コイルＴ１と共振する共振コンデンサＣ４とを含む。電力伝送用コイルＴ１及び共振コンデンサＣ４は並列接続されている。電力伝送用コイルＴ１は、載置部に受電装置２が載置されると、受電コイルＴ２と磁気結合し、受電コイルＴ２を介して受電装置２に電力を伝送する。

ここで、電力伝送用コイルＴ１は、スイッチング素子ＦＥＴがオフすると共振コンデンサＣ４との共振を開始し、磁気結合された帰還コイルＴ３に位相が１８０度ずれた共振電圧を伝達し、再びスイッチング素子ＦＥＴをオンさせる。

また、共振回路１１は、並列接続されたダイオードＤ２及び抵抗Ｒ５を介してスイッチング素子ＦＥＴに接続されている。ダイオードＤ２はアノードが共振コンデンサＣ４及び電力伝送用コイルＴ１に接続され、カソードがスイッチング素子ＦＥＴのドレインに接続されている。

スイッチング素子ＦＥＴは、オン・オフを繰り返すことで共振回路１１を共振させる。スイッチング素子ＦＥＴとしては、例えば、ｎチャネル型の電界効果型のトランジスタが採用されている。スイッチング素子ＦＥＴは、制御端子であるゲートが抵抗Ｒ３を介して帰還コイルＴ３に接続されている。

また、スイッチング素子ＦＥＴは、ドレインが抵抗Ｒ５を介して電力伝送用コイルＴ１に接続されると共に、ダイオードＤ２を介して共振コンデンサＣ４に接続されている。更に、スイッチング素子ＦＥＴは、ソースが抵抗Ｒ７を介して接地されている。なお、スイッチング素子ＦＥＴとしては、例えばｐチャネル型の電界効果型のトランジスタを採用してもよい。

駆動回路１２は、電力伝送用コイルＴ１の電圧に基づいて、受電装置２が載置部に載置しているか否かを検出し、受電装置２が載置されていないことを検出した場合、受電装置２が載置されている場合に比べて、スイッチング素子ＦＥＴのオンする期間が短くなるように、スイッチング素子ＦＥＴを駆動する。

ここで、駆動回路１２は、自励発振回路１２１及び間欠駆動回路１２２を備えている。自励発振回路１２１は、電力伝送用コイルＴ１の電圧に基づいて、スイッチング素子ＦＥＴを繰り返しオン・オフし、共振回路１１を自励発振させる。間欠駆動回路１２２は、受電装置２が載置されていないことを検出した場合、自励発振回路１２１を間欠駆動させる。

自励発振回路１２１は、トランジスタＴＲ２、コンデンサＣ５、抵抗Ｒ６，Ｒ７、帰還コイルＴ３、及び抵抗Ｒ３を備えている。

トランジスタＴＲ２は、例えばｎｐｎのバイポーラトランジスタにより構成され、エミッタが接地され、コレクタがスイッチング素子ＦＥＴのゲートに接続されている。また、トランジスタＴＲ２は、ベース・エミッタ間にコンデンサＣ５が並列接続され、ベースが抵抗Ｒ６を介して抵抗Ｒ７に接続されている。なお、トランジスタＴＲ２としては、ｎｐｎのバイポーラトランジスタに限定されず、ｐｎｐのバイポーラトランジスタを採用してもよいし、電界効果型のトランジスタを採用してもよい。

コンデンサＣ５は、スイッチング素子ＦＥＴのドレイン電流Ｉｄによって充電され、充電電圧がトランジスタＴＲ２のスレショルド電圧（例えば０．６Ｖ）を超えると、トランジスタＴＲ２をオンする。これにより、スイッチング素子ＦＥＴのゲート電圧がグラウンドレベルに低下し、トランジスタＴＲ２はスイッチング素子ＦＥＴをターンオフさせる。

一方、コンデンサＣ５は、トランジスタＴＲ２がオンすると、抵抗Ｒ６，Ｒ７に電荷を放電し、充電電圧がトランジスタＴＲ２のスレショルド電圧を下回ると、トランジスタＴＲ２をオフする。すなわち、コンデンサＣ５は、トランジスタＴＲ２を、コンデンサＣ５、抵抗Ｒ６，Ｒ７で定まる時定数にしたがって、オン・オフさせる。

帰還コイルＴ３は、電力伝送用コイルＴ１と極性が逆となるように磁気結合され、電力伝送用コイルＴ１から伝達される共振電圧を、抵抗Ｒ３を介してスイッチング素子ＦＥＴのゲートに出力し、スイッチング素子ＦＥＴをターンオンさせる。

バイアス回路１３は、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ２を備え、コンデンサＣ１から出力される電圧に基づいて、スイッチング素子ＦＥＴのバイアス電圧を生成し、帰還コイルＴ３及び抵抗Ｒ３を介してスイッチング素子ＦＥＴのゲートに出力する。

電源部１４は、例えば電源回路により構成され、例えば１００Ｖの商用電圧を５Ｖの直流の電圧に変換する。コンデンサＣ１は、例えば電解コンデンサから構成され、電源部１４から出力された電圧を平滑化する。

間欠駆動回路１２２は、スイッチング素子ＦＥＴのゲートに接続され、スイッチング素子ＦＥＴをターンオフさせるトランジスタＴＲ１（第１のトランジスタ）と、共振回路１１の電圧を分圧し、トランジスタＴＲ１の制御端子であるベースに出力する抵抗Ｒ２，Ｒ４（分圧抵抗）と、共振回路１１及び抵抗Ｒ２間に接続されたダイオードＤ１と、トランジスタＴＲ１のベースに接続され、抵抗Ｒ２，Ｒ４により分圧された電圧Ｖｂで充電されるコンデンサＣ３（第１のコンデンサ）とを備えている。

トランジスタＴＲ１は、例えばｎｐｎのバイポーラトランジスタにより構成されている。そして、トランジスタＴＲ１は、ベースが抵抗Ｒ２及びダイオードＤ１を介して、電力伝送用コイルＴ１に接続されている。なお、ダイオードＤ１により、間欠駆動回路１２２から共振回路１１への電流の流入が防止され、共振回路１１による共振が不安定になることの防止が図られている。

また、トランジスタＴＲ１は、ベース・エミッタ間に抵抗Ｒ４が接続され、エミッタが接地されている。なお、トランジスタＴＲ１としては、ｎｐｎのバイポーラトランジスタに限定されず、ｐｎｐのバイポーラトランジスタを採用してもよいし、電界効果型のトランジスタを採用してもよい。

コンデンサＣ３は、トランジスタＴＲ１のベース・エミッタ間に接続され、電圧Ｖｂによって充電され、充電電圧がトランジスタＴＲ１のスレショルド電圧（例えば０．６Ｖ）を超えると、トランジスタＴＲ１をオンさせる。これにより、スイッチング素子ＦＥＴがターンオフし、自励発振回路１２１は、コンデンサＣ５にドレイン電流Ｉｄが供給されなくなり、自励発振を停止する。

一方、コンデンサＣ３は、トランジスタＴＲ１をオンし、スイッチング素子ＦＥＴをターンオフさせると、電荷を抵抗Ｒ４に放電し、充電電圧がトランジスタＴＲ１のスレショルド電圧を下回ると、トランジスタＴＲ１をオフする。

すなわち、トランジスタＴＲ１は、抵抗Ｒ４とコンデンサＣ３で定まる時定数に従って、オン・オフを繰り返すことになる。なお、この時定数は、トランジスタＴＲ２をオン・オフさせるコンデンサＣ５及び抵抗Ｒ６，Ｒ７の時定数よりも遙かに大きい。

図２（ａ）、図３（ａ）は載置部に受電装置２が載置されている場合の電圧Ｖｄの波形図を示し、図２（ｂ）、図３（ｂ）は、載置部に受電装置２が載置されていない場合の電圧Ｖｄの波形図を示している。図２（ａ）、（ｂ）において、縦軸は電圧を示し、横軸は時間を示している。なお、図２（ａ）、（ｂ）は、図３（ａ）、（ｂ）の波形を拡大して示している。つまり、図２（ａ）、（ｂ）の波形は、図３（ａ）、（ｂ）の２周期分の波形を拡大して示した波形である。また、図３（ａ）、（ｂ）において、上側に示す波形は電圧Ｖｄを示し、下側に示す波形はトランジスタＴＲ２のベース・エミッタ間の電圧Ｖｃを示している。

図２（ｂ）に示すように、載置部に受電装置２が載置されていない場合、図２（ａ）に示す受電装置２が載置されている場合に比べて、電力伝送用コイルＴ１の電圧の振幅が大きくなり、電圧Ｖｄの振幅が大きくなっていることが分かる。これは、載置部に受電装置２が載置されていない場合、載置されている場合に比べて、電力伝送用コイルＴ１の自己インダクタンスが小さくなるからである。

そのため、載置部に受電装置２が載置されていない場合は、電圧Ｖｂも増大し、電圧ＶｂがトランジスタＴＲ１のスレショルド電圧を超えることが可能となり、トランジスタＴＲ１は、抵抗Ｒ４、コンデンサＣ３により定まる時定数にしたがって、オン・オフを繰り返すことができる。その結果、自励発振回路１２１は、間欠駆動回路１２２がスイッチング素子ＦＥＴをオンさせている期間は、図３（ｂ）の期間ＴＭ１に示すように、共振回路１１を自励発振させることができるが、間欠駆動回路１２２がスイッチング素子ＦＥＴをオフさせている期間は、図３（ｂ）の期間ＴＭ２に示すように共振回路１１を自励発振させることができなくなる。

一方、載置部に受電装置２が載置されている場合、受電装置２が載置されていない場合に比べて電圧Ｖｂは低くなるため、電圧ＶｂはトランジスタＴＲ１のスレショルド電圧を超えることができなくなり、トランジスタＴＲ１はスイッチング素子ＦＥＴをターンオフさせることができなくなる。これにより、自励発振回路１２１は、図３（ａ）に示すように、間欠駆動回路１２２の影響を受けることなく、共振回路１１を自励発振させることができる。

なお、間欠駆動回路１２２を構成する各回路素子の回路定数は、載置部に受電装置２が載置されている場合は、電圧ＶｂがトランジスタＴＲ１のスレショルド電圧を超えることができず、載置部に受電装置２が載置されていない場合は、電圧ＶｂがトランジスタＴＲ１のスレショルド電圧を超えることができるような値に設定されている。

図１に戻り、受電装置２は、受電コイルＴ２、ダイオードＤ３、コンデンサＣ６，Ｃ７、及び二次電池ＢＡを備えている。受電コイルＴ２は、電力伝送用コイルＴ１と磁気結合され、電力伝送用コイルＴ１から伝送される電力を受ける。コンデンサＣ６は、パワーをより多く受電するために設けられた整合用のコンデンサである。コンデンサＣ７は、受電コイルＴ２で発生した電圧を平滑化する。ダイオードＤ３は、受電コイルＴ２に発生した電圧を整流する。これにより、二次電池ＢＡには直流電圧が印加され、二次電池ＢＡはこの直流電圧により充電される。二次電池ＢＡとしては、例えばリチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、又は鉛蓄電池等の種々の二次電池を採用することができる。

次に、図１に示す非接触電力伝送回路１の動作について説明する。電源部１４により直流電圧の入力が開始されると、この直流電圧が抵抗Ｒ１、帰還コイルＴ３、及び抵抗Ｒ３を介してスイッチング素子ＦＥＴのゲート容量を充電し、スイッチング素子ＦＥＴをオンする。

スイッチング素子ＦＥＴがオンすると、共振コンデンサＣ４−ダイオードＤ２−スイッチング素子ＦＥＴ−抵抗Ｒ７に向けて電流が流れると共に、電力伝送用コイルＴ１−ダイオードＤ２−スイッチング素子ＦＥＴ−抵抗Ｒ７間に向けて電流が流れて、ドレイン電流Ｉｄが流れる。

ドレイン電流Ｉｄが流れると、抵抗Ｒ７の電圧が上昇し、抵抗Ｒ６を介してコンデンサＣ５が充電され、トランジスタＴＲ２がオンする。

トランジスタＴＲ２がオンすると、スイッチング素子ＦＥＴがターンオフし、電力伝送用コイルＴ１に流れていた電流が共振コンデンサＣ４に流れ、共振回路１１で共振が開始される。

共振回路１１で共振が開始されると、図２（ａ）、（ｂ）の時刻ＴＡ１に示すように、電圧Ｖｄが上に凸のカーブを描いて変化した後、時刻ＴＡ２に示すように下に凸のカーブを描いて変化する。ここで、帰還コイルＴ３には、電圧Ｖｄと位相が１８０度ずれた電圧が印加されるため、時刻ＴＡ１から時刻ＴＡ２までの期間では、スイッチング素子ＦＥＴはオフを維持する。また、共振回路１１で共振が開始されると、コンデンサＣ５は、ドレイン電流Ｉｄによる充電が停止されるため、抵抗Ｒ６，Ｒ７への電荷の放電を開始する。

そして、時刻ＴＡ２から時刻ＴＡ３までの期間において、帰還コイルＴ３にはプラスの電圧が生じ、これにより、スイッチング素子ＦＥＴは再びオンされる。以上のようにして、自励発振回路１２１は、スイッチング素子ＦＥＴを繰り返しオン・オフさせることで、共振回路１１を共振させ、受電装置２に電力を伝達する。

載置部に受電装置２が載置されていない場合は載置されている場合に比べて、図２（ｂ）に示すように、電圧Ｖｄの振幅が増大するため、間欠駆動回路１２２は、トランジスタＴＲ１をオンさせ、スイッチング素子ＦＥＴをターンオフさせることが可能となる。

スイッチング素子ＦＥＴがターンオフすると、共振回路１１の共振はやがて停止し、図３（ｂ）の期間ＴＭ２に示すように、自励発振回路１２１は共振回路１１を共振させることができなくなる。

また、スイッチング素子ＦＥＴがターンオフすると、コンデンサＣ３は、抵抗Ｒ４への放電を開始し、やがて、トランジスタＴＲ１をオフさせ、スイッチング素子ＦＥＴが、再度ターンオンし、自励発振回路１２１は、図３（ｂ）の期間ＴＭ１に示すように、再度、共振回路１１を共振させる。したがって、コンデンサＣ３及び抵抗Ｒ４の時定数によって、図３（ｂ）に示す期間ＴＭ２を定めることが可能となり、期間ＴＭ２において共振回路１１の発振を停止させることができる。

このように、本実施の形態による非接触電力伝送回路１によれば、電力伝送用コイルＴ１は、スイッチング素子ＦＥＴのオン・オフにより共振コンデンサＣ４と共振し、受電装置２に非接触で電力を伝送する。ここで、受電装置２が載置されていない場合、間欠駆動回路１２２は、自励発振回路１２１を間欠駆動させる。したがって、自励発振回路１２１が駆動していない期間はスイッチング素子ＦＥＴがオフされることになり、これにより、電力伝送用コイルＴ１に流れる電流が減少し、電源部１４からの入力電流が減少し、待機電力を低減することができる。

また、電力伝送用コイルＴ１の電圧に基づいて、受電装置２が載置されているか否かの検出が行われているため、別巻線を設けなくても、簡便な回路構成により当該検出を行うことができる。更に、受電装置２が載置されている場合とされていない場合とでは、電力伝送用コイルＴ１の電圧が顕著に相違するため、受電装置２が載置されているか否かの検出を精度良く行うことができる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２による非接触電力伝送回路が適用される充電システムの回路図を示している。本実施の形態における非接触電力伝送回路は、共振回路１１を他励発振させることを特徴とする。なお、本実施の形態において、実施の形態１と同一のものは説明を省略する。

図４に示すように、駆動回路１２は、マイコン部１００、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ２，Ｒ４、及びコンデンサＣ３を備えている。

マイコン部１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び専用のハードウエア回路等を備え、ＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することで、ＰＷＭ出力ポートＰ３からスイッチング素子ＦＥＴのゲートにＰＷＭ信号を出力し、スイッチング素子ＦＥＴをオン・オフさせる。なお、ＶＣＣポートＰ２には、電源部１４から出力される電圧である５Ｖの駆動電圧ＶＣＣが入力される。

ここで、マイコン部１００は、ＡＤ入力ポートＰ１とグラウンドポートＰ４との間にコンデンサＣ３が接続され、ＡＤ入力ポートＰ１に入力される電圧ＶｂをＡＤ変換し、ＡＤ変換した電圧Ｖｂの値が予め定められた規定値よりも大きい場合、載置部に受電装置２が載置されていないことを検出する。そして、マイコン部１００は、受電装置２が載置されていないことを検出した場合、ＰＷＭ信号のデューティー比を受電装置２が載置されている場合のデューティー比よりも小さくし、スイッチング素子ＦＥＴがオンする期間を短くする。ここで、規定値としては、受電装置２が載置された場合に、ＡＤ入力ポートＰ１に入力されることが想定される電圧Ｖｂの値を採用すればよい。

一方、マイコン部１００は、電圧Ｖｂが規定値以下の場合、載置部に受電装置２が載置されていることを検出し、ＰＷＭ信号のデューティー比を受電装置２が載置されていない場合のデューティー比よりも大きくする。

図５（ａ）は受電装置２が載置されている場合にマイコン部１００から出力されるＰＷＭ信号を示し、図５（ｂ）は受電装置２が載置されていない場合にマイコン部１００から出力されるＰＷＭ信号を示している。図５（ａ）、（ｂ）に示すように、マイコン部１００は、受電装置２が載置されていない場合、受電装置２が載置されている場合に比べてデューティー比の小さなＰＷＭ信号を出力していることが分かる。

ここで、受電装置２が載置されている場合のＰＷＭ信号のデューティー比としては、受電装置２を充電するうえで好ましい電力を得ることが予め定められた値を採用することができる。また、受電装置２が載置されていない場合のＰＷＭ信号のデューティー比としては、受電装置２が載置されているか否かの検出を行うことが可能な値であって、スイッチング素子ＦＥＴのオフ期間をできるだけ増大させることが可能な予め定められた値を採用することができる。

抵抗Ｒ２，Ｒ４は、実施の形態１と同様、電圧Ｖｄを分圧する分圧抵抗であり、分圧した電圧ＶｂをＡＤ入力ポートＰ１に入力する。ＰＷＭ出力ポートＰ３とスイッチング素子ＦＥＴのゲートとの間には抵抗Ｒ８が接続されている。

次に、図４に示す非接触電力伝送回路１の動作について説明する。受電装置２が載置部に載置されていない場合、電圧Ｖｂが規定値より大きくなるため、マイコン部１００は、受電装置２が載置されていないことを検出し、図５（ｂ）に示すデューティー比の低いＰＷＭ信号を出力する。このＰＷＭ信号によって、スイッチング素子ＦＥＴがオン・オフし、共振回路１１はスイッチング素子ＦＥＴのオン期間にエネルギーを蓄え、スイッチング素子ＦＥＴのオフ期間に蓄えたエネルギーで共振し、受電装置２に電力を伝送する。よって、スイッチング素子ＦＥＴは、受電装置２が載置部に載置されていない場合は載置されている場合に比べて、オン時間が短くなり、待機電力を低減することが可能となる。

一方、受電装置２が載置部に載置されると、電圧Ｖｂは規定値以下となるため、マイコン部１００は、受電装置２が載置部に載置されていることを検出し、図５（ａ）に示すデューティー比の高いＰＷＭ信号を出力する。よって、スイッチング素子ＦＥＴは、受電装置２が載置部に載置されている場合は、載置されていない場合に比べて、オン時間が長くなり、受電装置２を充電するうえで十分な電力を受電装置２に伝送することが可能となる。

なお、上記説明では、受電装置２が載置部に載置されていない場合、ＰＷＭ信号のデューティー比を低くして待機電力の低減を図ったが、受電装置２が載置部に載置されていない場合、ＰＷＭ信号の出力を停止させてもよい。これにより、待機電力の更なる低減を図ることができる。

但し、ＰＷＭ信号の出力を完全に停止すると、共振回路１１が共振しなくなり、マイコン部１００は、受電装置２が載置されたか否かの検出を行うことができなくなってしまう。

そこで、マイコン部１００は、ＰＷＭ信号を間欠的に出力することで、受電装置２が載置されたか否かの検出を行うようにしてもよい。ここで、マイコン部１００は、例えば、１秒あたり、０．２秒だけ、ＰＷＭ信号を出力するようにして、ＰＷＭ信号を間欠的に出力する等すればよい。

このように、本実施の形態による非接触電力伝送回路１によれば、受電装置２が載置されていない場合は、ＰＷＭ信号のデューティー比が低くされているため、待機電力を低減することができる。

（実施の形態３）
実施の形態３による非接触電力伝送回路１は、実施の形態１の非接触電力伝送回路１において、更に定電圧ダイオードを設けたことを特徴とする。図６は、実施の形態３による非接触電力伝送回路１が適用された充電システムの回路図を示している。なお、本実施の形態において、実施の形態１、２と同一のものは説明を省略する。

図６に示すように、抵抗Ｒ２とダイオードＤ１との間に定電圧ダイオードＺ１が設けられている。この定電圧ダイオードＺ１は、例えばツェナーダイオードにより構成され、アノードが抵抗Ｒ２に接続され、カソードがダイオードＤ１に接続されている。

そして、定電圧ダイオードＺ１は、アノードに対してカソードの電圧が所定の値より大きくなると、共振回路１１から抵抗Ｒ４に電流を流し、所定の値以下の場合は、電流を流さない。これにより、定電圧ダイオードＺ１において、アノードに対してカソードの電圧が所定の値より高い場合に、間欠駆動回路１２２を動作させることが可能となり、受電装置２が載置されているか否かの誤検出を低下させることが可能となる。なお、所定の値としては、非接触電力伝送回路１が取り扱う電圧の大きさから誤検出を防止することが可能な値を採用することが好ましく、例えば６．２Ｖ程度の値を採用することができる。

（実施の形態４）
図７は、実施の形態４による非接触電力伝送回路１が適用された充電システムの回路図を示している。なお、本実施の形態において、実施の形態１〜３と同一のものは説明を省略する。実施の形態４による非接触電力伝送回路１は、実施の形態１による非接触電力伝送回路１において、自励発振回路１２１と間欠駆動回路１２２とを共用したことを特徴とする。

具体的には、図１に示すトランジスタＴＲ１が、トランジスタＴＲ２と共用され、コンデンサＣ３がコンデンサＣ５と共用され、抵抗Ｒ４が省かれている。

図７に示すように、駆動回路１２は、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ２，Ｒ３、帰還コイルＴ３、トランジスタＴＲ２、及びコンデンサＣ５を備えている。ダイオードＤ１はアノードが共振回路１１に接続され、カソードが抵抗Ｒ２を介してトランジスタＴＲ２のベースに接続されている。

これにより、受電装置２が載置されていない場合は、受電装置２が載置されている場合に比べて電圧Ｖｄが高くなって電圧Ｖｃが高くなり、トランジスタＴＲ２のベースにバイアス電圧がかかることになる。そのため、受電装置２が載置されていない場合、トランジスタＴＲ２は、スイッチング素子ＦＥＴがオンしてからターンオフするまでの時間を短くすることができる。これにより、受電装置２が載置されていない場合、スイッチング素子ＦＥＴがオンする時間を短くすることができ、待機電力を低減させることができる。

具体的には、受電装置２が載置されている場合は、電圧Ｖｃが例えば０．２Ｖとなり、受電装置２が載置されていない場合は、電圧Ｖｃが例えば０．４Ｖとなるように、抵抗Ｒ２，Ｒ６，Ｒ７、コンデンサＣ５等の非接触電力伝送回路１を構成する各回路素子の回路定数が定められている。

また、受電装置２が載置されていない場合に、電圧Ｖｃが、トランジスタＴＲ２のスレショルド電圧（例えば０．６Ｖ）以上となるように、非接触電力伝送回路１を構成する各回路素子の回路定数を定めても良い。これにより、共振回路１１を間欠発振させて、待機電力を低減することが可能となる。

このように、本実施の形態による非接触電力伝送回路１によれば、トランジスタＴＲ１及びトランジスタＴＲ２と、コンデンサＣ３及びコンデンサＣ５とが共用されているため、部品点数を削減して低コスト化、回路規模の縮小化を図ることができると同時に、待機電力を低減させることができる。

１ 非接触電力伝送回路
２ 受電装置
１１ 共振回路
１２ 駆動回路
１３ バイアス回路
１４ 電源部
１００ マイコン部
１２１ 自励発振回路
１２２ 間欠駆動回路
Ｃ４ 共振コンデンサ
ＦＥＴ スイッチング素子
Ｔ１ 電力伝送用コイル
Ｔ２ 受電コイル
Ｔ３ 帰還コイル
Ｒ２，Ｒ４ 抵抗（分圧抵抗）
Ｚ１ 定電圧ダイオード
ＴＲ１ トランジスタ（第１のトランジスタ）
ＴＲ２ トランジスタ（第２のトランジスタ）
Ｃ３ コンデンサ（第１のコンデンサ）
Ｃ５ コンデンサ（第２のコンデンサ）

Claims (2)

1. 載置部に載置された受電装置に非接触で電力を伝送する非接触電力伝送回路であって、
   前記受電装置に電力を伝送する電力伝送用コイル及び前記電力伝送用コイルと共振する共振コンデンサを含む共振回路と、
   オン・オフを繰り返すことで前記共振回路を共振させるスイッチング素子と、
   前記電力伝送用コイルの電圧に基づいて、前記受電装置が前記載置部に載置しているか否かを検出し、前記受電装置が載置されていないことを検出した場合、前記受電装置が載置されている場合に比べて、前記スイッチング素子のオンする期間が短くなるように、前記スイッチング素子を駆動する駆動回路とを備え、
   前記駆動回路は、
   前記電力伝送用コイルの電圧に基づいて、前記スイッチング素子を繰り返しオン・オフし、前記共振回路を自励発振させる自励発振回路と、
   前記受電装置が載置されていないことを検出した場合、前記自励発振回路を間欠駆動させる間欠駆動回路とを備え、
   前記間欠駆動回路は、
   前記スイッチング素子の制御端子に接続され、前記スイッチング素子をターンオフさせる第１のトランジスタと、
   前記電力伝送用コイルの電圧を分圧し、前記第１のトランジスタの制御端子に出力する分圧抵抗と、
   前記共振回路及び前記分圧抵抗間に接続されたダイオードと、
   前記第１のトランジスタの制御端子に接続され、前記分圧抵抗により分圧された電圧で充電される第１のコンデンサととを備えることを特徴とする非接触電力伝送回路。
2. 前記間欠駆動回路は、ダイオード及び前記分圧抵抗間に接続された定電圧ダイオードを備えることを特徴とする請求項１記載の非接触電力伝送回路。
   

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