JP6147434B1 - 共振型電源装置及び共振型電力伝送システム - Google Patents
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Abstract
Description
また、従来構成を大電力が必要な用途として用いる場合には、整合回路が有する電流容量を大容量化する必要があり、回路が大型化するという課題がある。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る共振型電源装置1の構成例を示す図である。
共振型電源装置1は、図1に示すように、複数並列接続されたインバータ回路101、入力検出部102、電源パラメータ検出部103、出力検出部104、複数のスイッチ105、及び制御部106を備えている。なお図1では、各系統のインバータ回路101及びスイッチ105に対し、接尾記号(−1,−2,・・・)を付している。
また、パラメータ検出部により検出されたパラメータの検出精度によって、制御部106におけるインピーダンス整合の精度が変化する。そのため、パラメータ検出部により複数のパラメータを検出することで、制御部106におけるインピーダンス整合の精度が向上する。
図2Aでは、インバータ回路101に対して単一のスイッチ105を接続した場合を示している。この場合、スイッチ105は、ドレイン端子が、インバータ回路101における一対の出力端子のうちのホットライン上の端子(出力HOT)に接続される。
また、図2Bでは、インバータ回路101に対して2つのスイッチ105を接続した場合を示している。この場合、一方のスイッチ105は、ドレイン端子が、インバータ回路101における一対の出力端子のうちのホットライン上の端子(出力HOT)に接続される。また、他方のスイッチ105は、ドレイン端子が、上記一対の出力端子のうちのリターンライン上の端子(出力RTN)に接続される。
制御部106の動作例では、図3に示すように、まず、パラメータ取得部1061は、パラメータ検出部により検出されたパラメータを取得する(ステップST301)。
ρ=(ZL−ZS)/(ZL+ZS) (1)
一方、電源11の出力インピーダンスZSが50Ωであり、負荷10のインピーダンスZLが50Ωであり、インピーダンスが整合状態であるとする。この場合には、式(1)から反射係数はρ=0となり、電力の反射は0%であるため、負荷10が消費できる電力は100%となる。
Z=R+X=√(R2+(ωL−(1/ωC))2) (2)
そして、実施の形態1に係る共振型電源装置1では、共振型電源装置1の出力インピーダンスを負荷インピーダンスに合わせるために、インピーダンスZのうちの虚部の成分Xを増減させる。これにより、純抵抗を増やさずにインピーダンス整合動作を行うことができ、損失の少ない整合動作が可能となる。
図5では、インバータ回路101の出力をオンした数に対する共振型電源装置1の出力インピーダンスの変化を示している。なお図5では、共振型電源装置1に対し、出力インピーダンスが100Ωに設定されたインバータ回路101を6台設けた場合を想定している。
更に、共振型電源装置1では、大電力の伝送状態においてもインピーダンス整合動作が可能である。
それに対し、例えば図6に示すように、図1に示す制御部106に対し、位相差制御部1063を追加してもよい。位相差制御部1063は、パラメータ取得部1061により取得されたパラメータに基づいて、共振型電源装置1の出力インピーダンスを負荷インピーダンスに整合させるように、インバータ回路101間におけるスイッチング動作の位相差を制御する。具体的には、位相差制御部1063は、遅延回路等を用いて、インバータ回路101におけるスイッチング動作のタイミングを遅らせることで、位相差を制御する。これによっても、出力インピーダンスのうちの虚部の成分を調整できるため、負荷10に対するインピーダンス整合範囲を更に広げることができる。
図7はこの発明の実施の形態2に係る共振型電源装置1の構成例を示す図である。この図7に示す実施の形態2に係る共振型電源装置1では、図1に示す実施の形態1に係る共振型電源装置1にコンバータ107を追加し、制御部106にコンバータ制御部1064を追加している。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。
ここで、共振型電源装置1の出力端に純抵抗等の負荷10が接続されている場合には、コンバータ107によるインピーダンス整合動作は機能せず、電力が変化するだけである。一方、負荷10の前段にDC/DCコンバータ又は送受信アンテナ等のように負荷10の入力インピーダンスを変動させる機器が接続されている場合には、コンバータ107によってインピーダンス整合動作が可能となる。その結果、インピーダンス整合動作の精度が向上するとともに、インピーダンス整合範囲を更に広げることができる。
図8はこの発明の実施の形態3に係る共振型電源装置1の構成例を示す図である。この図8に示す実施の形態3に係る共振型電源装置1では、図1に示す実施の形態1に係る共振型電源装置1に対し、入力検出部102を複数設けている。なお図8では、各系統の入力検出部102に対し、接尾記号(−1,−2,・・・)を付している。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。また図8では制御部106の内部構成の図示を省略している。
図9はこの発明の実施の形態4に係る共振型電源装置1の構成例を示す図である。この図9に示す実施の形態4に係る共振型電源装置1では、図1に示す実施の形態1に係る共振型電源装置1に対し、出力検出部104を複数設けている。なお図9では、各系統の出力検出部104に対し、接尾記号(−1,−2,・・・)を付している。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。また図9では制御部106の内部構成の図示を省略している。
図10はこの発明の実施の形態5に係る共振型電源装置1の構成例を示す図である。この図10に示す実施の形態5に係る共振型電源装置1では、図1に示す実施の形態1に係る共振型電源装置1に対し、スイッチ105の接続位置をインバータ回路101の後段から前段に変更している。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。また図10では制御部106の内部構成の図示を省略している。
図11Aでは、インバータ回路101に対して単一のスイッチ105を接続した場合を示している。この場合、スイッチ105は、ソース端子が、インバータ回路101における一対の入力端子のうちのホットライン上の端子(入力HOT)に接続される。
また、図11Bでは、インバータ回路101に対して2つのスイッチ105を接続した場合を示している。この場合、一方のスイッチ105は、ソース端子が、インバータ回路101における一対の入力端子のうちのホットライン上の端子(入力HOT)に接続される。また、他方のスイッチ105は、ドレイン端子が、上記一対の入力端子のうちのリターンライン上の端子(入力RTN)に接続される。
実施の形態6では、実施の形態1〜5に係る共振型電源装置1の適用例について示す。図12はこの発明の実施の形態6に係る共振型電力伝送システムの構成例を示す図である。
共振型電力伝送システムは、図12に示すように、一次電源2、共振型電源装置1、送信アンテナ3、受信アンテナ4及び受信回路5を備えている。なお図12では、受信回路5の後段に、受信回路5からの電力により機能する回路又は機器である負荷10が接続されている。
制御部106におけるパラメータ取得部1061及び切換え制御部1062の各機能は、処理回路51により実現される。処理回路51は、図13Aに示すように、専用のハードウェアであっても、図13Bに示すように、メモリ53に格納されるプログラムを実行するCPU(Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、DSP(Digital Signal Processor)ともいう)52であってもよい。
Claims (8)
- 複数並列接続され、入力電力を高周波電力に変換して出力するインバータ回路と、
前記インバータ回路毎に設けられ、対応する前記インバータ回路における入力又は出力のオンオフを切換えるスイッチと、
前記インバータ回路に関するパラメータであって自機の出力インピーダンスと負荷インピーダンスとの整合状態により変化するパラメータ、及び前記高周波電力に関するパラメータのうちの少なくとも一方を検出するパラメータ検出部と、
前記パラメータ検出部により検出されたパラメータを取得するパラメータ取得部と、
前記パラメータ取得部により取得されたパラメータに基づいて、自機の出力インピーダンスを負荷インピーダンスに整合させるように、前記スイッチを制御する切換え制御部と
を備えた共振型電源装置。 - 前記パラメータ検出部は、前記入力電力に関するパラメータも検出する
ことを特徴とする請求項1記載の共振型電源装置。 - 前記パラメータ取得部により取得されたパラメータに基づいて、自機の出力インピーダンスを負荷インピーダンスに整合させるように、前記インバータ回路間におけるスイッチング動作の位相差を制御する位相差制御部を備えた
ことを特徴とする請求項1記載の共振型電源装置。 - 入力電力を増減して前記インバータ回路に出力するコンバータと、
前記パラメータ取得部により取得されたパラメータに基づいて、自機の出力インピーダンスを負荷インピーダンスに整合させるように、前記コンバータを制御するコンバータ制御部とを備えた
ことを特徴とする請求項1記載の共振型電源装置。 - 前記パラメータ検出部は、前記インバータ回路毎に、当該インバータ回路から出力された高周波電力に関するパラメータを検出する
ことを特徴とする請求項1記載の共振型電源装置。 - 前記パラメータ検出部は、前記インバータ回路毎に、当該インバータ回路に入力される前記入力電力に関するパラメータを検出する
ことを特徴とする請求項2記載の共振型電源装置。 - 高周波電力を出力する共振型電源装置と、
前記共振型電源装置により出力された高周波電力を伝送する送信アンテナとを備え、
前記共振型電源装置は、
複数並列接続され、入力電力を高周波電力に変換して出力するインバータ回路と、
前記インバータ回路毎に設けられ、対応する前記インバータ回路の入力又は出力のオンオフを切換えるスイッチと、
前記インバータ回路に関するパラメータであって自機の出力インピーダンスと負荷インピーダンスとの整合状態により変化するパラメータ、及び前記高周波電力に関するパラメータのうちの少なくとも一方を検出するパラメータ検出部と、
前記パラメータ検出部により検出されたパラメータを取得するパラメータ取得部と、
前記パラメータ取得部により取得されたパラメータに基づいて、自機の出力インピーダンスを負荷インピーダンスに整合させるように、前記スイッチを制御する切換え制御部とを備えた
ことを特徴とする共振型電力伝送システム。 - 前記送信アンテナは、磁界共鳴、電界共鳴又は電磁誘導により電力伝送を行う
ことを特徴とする請求項7記載の共振型電力伝送システム。
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