JP7139857B2 - WIRELESS POWER RECEIVING DEVICE AND WIRELESS POWER TRANSMISSION SYSTEM USING THE SAME - Google Patents

WIRELESS POWER RECEIVING DEVICE AND WIRELESS POWER TRANSMISSION SYSTEM USING THE SAME Download PDF

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Description

本発明は、送電側からワイヤレス伝送された電力を受電するワイヤレス受電装置及びこれを用いたワイヤレス電力伝送システムに関する。 The present invention relates to a wireless power receiving device that receives power wirelessly transmitted from a power transmission side, and a wireless power transmission system using the same.

近年、電気自動車の充電池を充電するための技術としてワイヤレス電力伝送技術が注目されている。このワイヤレス電力伝送技術では、負荷の状態に応じて生じるインピーダンスの変化に伴い、電力伝送効率が低下してしまうことが問題視されている。この問題を解決するため、例えば、特許文献1では、充電部のインピーダンスを検出し、検出されたインピーダンスが比較的低い場合はブリッジ整流回路を選択し、検出されたインピーダンスが比較的高い値に達した場合には倍電圧整流回路を選択することにより電力伝送効率の低下を抑制することが提案されている。 In recent years, wireless power transmission technology has attracted attention as a technology for charging rechargeable batteries of electric vehicles. In this wireless power transmission technology, there is a problem that the power transmission efficiency decreases due to changes in impedance that occur according to the state of the load. In order to solve this problem, for example, Patent Document 1 detects the impedance of the charging section, selects the bridge rectifier circuit when the detected impedance is relatively low, and selects a bridge rectifier circuit when the detected impedance reaches a relatively high value. In such a case, it has been proposed to suppress the decrease in power transmission efficiency by selecting a voltage doubler rectifier circuit.

しかしながら、特許文献1に開示された技術では、ブリッジ整流回路と倍電圧整流回路を切り替えるスイッチ、充電部に係るインピーダンスを検出する検出部、スイッチのオン/オフを制御する制御回路などのハードウェアが必要となる。特に、取り扱う電力が大きい場合には大型のスイッチが必要となるため、高コスト化や設置スペースの確保の問題が生じる。また、ソフトウェア的には、負荷のインピーダンスを検出してスイッチのオン/オフのタイミングを制御する能動的な制御アルゴリズムが必要となり、システムが複雑化するという問題もある。 However, in the technology disclosed in Patent Document 1, hardware such as a switch that switches between the bridge rectifier circuit and the voltage doubler rectifier circuit, a detection unit that detects impedance related to the charging unit, and a control circuit that controls on/off of the switch is required. necessary. In particular, when a large amount of power is handled, a large-sized switch is required, which raises the problem of high cost and securing installation space. In terms of software, an active control algorithm is required to detect the impedance of the load and control the on/off timing of the switch, which complicates the system.

ところで、ワイヤレス電力伝送システムにおいては、送電中に受電側で過電圧等の異常が生じることがあり、このような異常から回路素子を保護するために保護回路を搭載することが知られている。例えば、特許文献2では整流回路を過電圧から保護するスイッチング素子を用いた保護回路が提案されている。特許文献2に開示されている保護回路は、受電側共振回路の出力部と整流回路の出力部との間に接続されるスイッチング素子と整流素子とを有し、受電側電圧検知部が検知した出力電圧の値が予め設定された基準電圧値を超えたとき、スイッチング素子を動作させて回路を短絡し、過電圧から回路素子を保護する。 By the way, in a wireless power transmission system, an abnormality such as an overvoltage may occur on the power receiving side during power transmission, and it is known to mount a protection circuit to protect circuit elements from such an abnormality. For example, Patent Document 2 proposes a protection circuit using a switching element that protects a rectifier circuit from overvoltage. The protection circuit disclosed in Patent Document 2 has a switching element and a rectifying element connected between the output section of the power receiving side resonant circuit and the output section of the rectifying circuit. When the value of the output voltage exceeds a preset reference voltage value, the switching element is operated to short-circuit the circuit and protect the circuit element from overvoltage.

国際公開第2013/136409号WO2013/136409 国際公開第2016/159093号WO2016/159093

上記特許文献1のワイヤレス電力伝送システムに特許文献2の保護回路を適用した場合、インピーダンスの変化に伴う電力伝送効率の低下を防止すると共に、整流回路等を構成する回路素子を過電圧から保護することが可能である。 When the protection circuit of Patent Document 2 is applied to the wireless power transmission system of Patent Document 1, it is possible to prevent a decrease in power transmission efficiency due to a change in impedance and to protect circuit elements constituting a rectifier circuit and the like from overvoltage. is possible.

しかしながら、ブリッジ整流回路と倍電圧整流回路とを組み合わせてなるワイヤレス受電装置において、単純に保護回路を組み込んだだけでは、保護回路の動作タイミングによっては、保護回路を構成するスイッチング素子などに過大な電流が流れるという問題が生じる場合がある。過大な電流に耐え得る素子を選択する方法も考えられるが、その場合には装置の大型化、高コスト化に繋がるおそれがある。そのため、装置の大型化、高コスト化を伴うことなく保護回路を構成する素子への過大な電流を抑制する技術が望まれている。 However, simply incorporating a protection circuit in a wireless power receiving device that combines a bridge rectifier circuit and a voltage doubler rectifier circuit may cause excessive current to flow through the switching elements that make up the protection circuit, depending on the operation timing of the protection circuit. can cause problems with flow. A method of selecting an element that can withstand an excessively large current is also conceivable, but in that case, there is a possibility that it will lead to an increase in the size and cost of the device. Therefore, there is a demand for a technique for suppressing excessive current flow to the elements forming the protection circuit without increasing the size and cost of the device.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、過電圧が生じた場合に装置を構成する回路素子の保護を図りつつ、保護回路を構成する回路素子自体の保護が可能なワイヤレス受電装置及びワイヤレス電力伝送システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances. An object of the present invention is to provide a power transmission system.

上記課題を解決するため、本発明によるワイヤレス受電装置は、受電コイルを含む受電ユニットと、前記受電ユニットの一方の出力端にアノードが接続される第1のダイオードと、前記一方の出力端にカソードが接続される第2のダイオードと、前記受電ユニットの他方の出力端にアノードが接続される第3のダイオードと、前記他方の出力端にカソードが接続される第4のダイオードと、前記第3及び第4のダイオードにそれぞれ並列接続される第1及び第2のコンデンサとを有し、前記受電コイルが受電した交流電力を直流電力に変換する整流回路と、前記受電ユニットの前記他方の出力端と前記整流回路の出力端との間に接続される第1のスイッチング素子を含む保護回路と、前記整流回路の出力電圧及び前記第1又は第2のコンデンサの端子間電圧に基づいて前記第1のスイッチング素子のオンオフ動作を制御する制御回路とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the wireless power receiving device according to the present invention includes a power receiving unit including a power receiving coil, a first diode having an anode connected to one output terminal of the power receiving unit, and a cathode connected to the one output terminal. a third diode having an anode connected to the other output terminal of the power receiving unit; a fourth diode having a cathode connected to the other output terminal; and a fourth diode connected in parallel, respectively, a rectifier circuit for converting AC power received by the power receiving coil into DC power, and the other output terminal of the power receiving unit. and a protection circuit including a first switching element connected between the rectifier circuit and the output terminal of the rectifier circuit; and the first and a control circuit for controlling the on/off operation of the switching element.

本発明によれば、過電圧が生じた場合に整流回路等を構成する回路素子の保護を図りつつ、保護回路を構成する第1のスイッチング素子等に過大な電流が流れることを抑制することができ、保護回路を構成する回路素子自体を保護することができる。 According to the present invention, it is possible to prevent excessive current from flowing through the first switching element or the like that forms the protection circuit while protecting the circuit elements that form the rectifier circuit or the like when an overvoltage occurs. , the circuit elements themselves constituting the protection circuit can be protected.

本発明において、前記保護回路は、前記受電ユニットの前記一方の出力端と前記整流回路の出力端との間に接続される第2のスイッチング素子をさらに含み、前記制御回路は、前記整流回路の出力電圧及び前記第1又は第2のコンデンサの端子間電圧に基づいて前記第1及び第2のスイッチング素子のオンオフ動作を制御することが好ましい。この構成によれば、保護回路を構成する回路素子を素早く保護することができる。 In the present invention, the protection circuit further includes a second switching element connected between the one output terminal of the power receiving unit and the output terminal of the rectifier circuit, and the control circuit controls the output terminal of the rectifier circuit. It is preferable to control on/off operations of the first and second switching elements based on the output voltage and the voltage across the terminals of the first or second capacitor. According to this configuration, it is possible to quickly protect the circuit elements forming the protection circuit.

本発明において、前記保護回路は、前記受電ユニットの前記他方の出力端と前記第1のスイッチング素子との間、又は、前記第1のスイッチング素子と前記整流回路の出力端との間に接続される第1の整流素子をさらに含むことが好ましい。この構成によれば、保護回路が動作していない通常動作時において保護回路の第1のスイッチング素子の寄生容量の影響によりワイヤレス受電装置の動作が不安定になることを防止することができる。 In the present invention, the protection circuit is connected between the other output terminal of the power receiving unit and the first switching element, or between the first switching element and the output terminal of the rectifier circuit. It is preferable to further include a first rectifying element. According to this configuration, it is possible to prevent the operation of the wireless power receiving device from becoming unstable due to the influence of the parasitic capacitance of the first switching element of the protection circuit during normal operation when the protection circuit is not operating.

本発明において、前記保護回路は、前記受電ユニットの前記他方の出力端と前記第1のスイッチング素子との間、又は、前記第1のスイッチング素子と前記整流回路の出力端との間に接続される第1の整流素子と、前記受電ユニットの前記一方の出力端と前記第2のスイッチング素子との間、又は、前記第2のスイッチング素子と前記整流回路の出力端との間に接続される第2の整流素子とをさらに含むことが好ましい。この構成によれば、保護回路が動作していない通常動作時において保護回路の第1及び第2のスイッチング素子の寄生容量の影響によりワイヤレス受電装置の動作が不安定になることを防止することができる。 In the present invention, the protection circuit is connected between the other output terminal of the power receiving unit and the first switching element, or between the first switching element and the output terminal of the rectifier circuit. and the one output terminal of the power receiving unit and the second switching element, or between the second switching element and the output terminal of the rectifier circuit It is preferable to further include a second rectifying element. According to this configuration, it is possible to prevent the operation of the wireless power receiving device from becoming unstable due to the influence of the parasitic capacitance of the first and second switching elements of the protection circuit during normal operation when the protection circuit is not operating. can.

本発明において、前記保護回路は、前記受電ユニットの前記他方の出力端と前記第1のスイッチング素子との間に接続される第1の整流素子と、前記受電ユニットの前記一方の出力端と前記第1のスイッチング素子との間に接続される第2の整流素子とをさらに含み、前記第1のスイッチング素子は、前記第1の整流素子を介して前記他方の出力端に接続されると共に、前記第2の整流素子を介して前記一方の出力端に接続されることが好ましい。この構成によれば、保護回路が動作していない通常動作時において保護回路の第1のスイッチング素子の寄生容量の影響によりワイヤレス受電装置の動作が不安定になることを防止することができる。また保護回路が単一のスイッチング素子を用いて構成されているので低コスト化と制御の安定化を図ることができる。 In the present invention, the protection circuit includes: a first rectifying element connected between the other output terminal of the power receiving unit and the first switching element; a second rectifying element connected between the first switching element, the first switching element being connected to the other output terminal via the first rectifying element, It is preferable to connect to said one output terminal through said 2nd rectifying element. According to this configuration, it is possible to prevent the operation of the wireless power receiving device from becoming unstable due to the influence of the parasitic capacitance of the first switching element of the protection circuit during normal operation when the protection circuit is not operating. In addition, since the protection circuit is constructed using a single switching element, it is possible to reduce costs and stabilize control.

本発明において、前記第1のスイッチング素子は、第1の電界効果トランジスタであり、前記第2のスイッチング素子は、第2の電界効果トランジスタであり、前記第4のダイオードは、前記第1の電界効果トランジスタの寄生ダイオードであり、前記第2のダイオードは、前記第2の電界効果トランジスタの寄生ダイオードである、ことが好ましい。この構成によれば、整流回路の一部の素子を保護回路と共有化することができ、独立の保護回路を省略して小型化及び低コスト化を図ることができる。 In the present invention, the first switching element is a first field effect transistor, the second switching element is a second field effect transistor, and the fourth diode is the first electric field transistor. Preferably, it is a parasitic diode of an effect transistor and said second diode is a parasitic diode of said second field effect transistor. According to this configuration, some elements of the rectifier circuit can be shared with the protection circuit, and an independent protection circuit can be omitted to achieve size reduction and cost reduction.

本発明において、前記整流回路の出力電圧を検出する第1の電圧検出回路と、前記第1のコンデンサ又は前記第2のコンデンサの端子間電圧を検出する第2の電圧検出回路と、をさらに備え、前記制御回路は、前記第1の電圧検出回路及び前記第2の電圧検出回路の検出結果に基づいて前記第1のスイッチング素子のオンオフ動作を制御することが好ましい。この構成によれば、整流回路の出力電圧及び第1又は第2のコンデンサの端子間電圧に基づいて第1のスイッチング素子のオンオフ動作を制御することができる。 The present invention further comprises a first voltage detection circuit that detects the output voltage of the rectifier circuit, and a second voltage detection circuit that detects the voltage across the terminals of the first capacitor or the second capacitor. , The control circuit preferably controls the ON/OFF operation of the first switching element based on detection results of the first voltage detection circuit and the second voltage detection circuit. According to this configuration, the on/off operation of the first switching element can be controlled based on the output voltage of the rectifier circuit and the voltage across the terminals of the first or second capacitor.

本発明において、前記第2の電圧検出回路は、前記第2のコンデンサの端子間電圧を検出するように構成され、前記制御回路は、前記第1の電圧検出回路が検出した電圧が第1の閾値電圧を超え、かつ、前記第2の電圧検出回路が検出した電圧が第2の閾値電圧を下回ったとき、前記第1のスイッチング素子をオンにすることが好ましい。この構成によれば、保護回路を構成する素子への過大な電流を一層抑制することができる。 In the present invention, the second voltage detection circuit is configured to detect a voltage between terminals of the second capacitor, and the control circuit detects the voltage detected by the first voltage detection circuit as a first voltage. Preferably, the first switching element is turned on when the threshold voltage is exceeded and the voltage detected by the second voltage detection circuit is below the second threshold voltage. According to this configuration, it is possible to further suppress an excessive current flowing to the elements forming the protection circuit.

本発明において、前記第2の閾値電圧は、前記第1のスイッチング素子の定格電流に基づいて設定されることが好ましい。この構成により、保護回路を構成する素子への過大な電流を一層抑制することができる。 In the present invention, it is preferable that the second threshold voltage is set based on the rated current of the first switching element. With this configuration, it is possible to further suppress an excessive current flowing to the elements forming the protection circuit.

本発明において、前記第2の電圧検出回路は、前記第1のコンデンサの端子間電圧を検出するように構成され、前記制御回路は、前記第1の電圧検出回路が検出した電圧が第1の閾値電圧を超え、かつ、前記第2の電圧検出回路が検出した電圧が第3の閾値電圧を超えたとき、前記第1のスイッチング素子をオンにすることが好ましい。この構成によれば、保護回路を構成する素子への過大な電流を一層抑制することができる。 In the present invention, the second voltage detection circuit is configured to detect a voltage across terminals of the first capacitor, and the control circuit detects the voltage detected by the first voltage detection circuit as a first voltage. Preferably, the first switching element is turned on when the threshold voltage is exceeded and the voltage detected by the second voltage detection circuit exceeds a third threshold voltage. According to this configuration, it is possible to further suppress an excessive current flowing to the elements forming the protection circuit.

本発明において、前記第3の閾値電圧は、前記第1のスイッチング素子の定格電流に基づいて設定されることが好ましい。この構成により、保護回路を構成する素子への過大な電流を一層抑制することができる。 In the present invention, it is preferable that the third threshold voltage is set based on the rated current of the first switching element. With this configuration, it is possible to further suppress an excessive current flowing to the elements forming the protection circuit.

本発明において、前記制御回路は、前記第1の電圧検出回路が検出した電圧が第1の閾値電圧を超えた場合、送電動作の停止を指示する送電停止信号を出力することが好ましい。この構成によれば、保護回路を構成する素子を素早く保護することができる。 In the present invention, it is preferable that the control circuit outputs a power transmission stop signal instructing to stop the power transmission operation when the voltage detected by the first voltage detection circuit exceeds a first threshold voltage. According to this configuration, the elements forming the protection circuit can be quickly protected.

本発明によるワイヤレス受電装置は、前記整流回路の出力電圧を検出する第1の電圧検出回路と、前記第2のコンデンサの端子間電圧を検出する第2の電圧検出回路と、をさらに備え、前記制御回路は、前記第1の電圧検出回路が検出した電圧が第1の閾値電圧を超えたとき、前記第2のスイッチング素子をオンにするとともに、前記第1の電圧検出回路が検出した電圧が前記第1の閾値電圧を超え、かつ、前記第2の電圧検出回路が検出した電圧が第2の閾値電圧を下回ったとき、前記第1のスイッチング素子をオンにすることが好ましい。出力電圧の過電圧を検知した後すぐに第2のスイッチング素子をオンにすることにより、第1及び第2のコンデンサが倍電圧回路として動作している状態であっても出力電圧の上昇を緩和することができるとともに、電流負荷開放時に第2のコンデンサの電荷を放電する経路を確保して放電しやすくすることができる。したがって、第2のコンデンサの端子間電圧を即時に低下させることができる。 The wireless power receiving device according to the present invention further includes a first voltage detection circuit that detects an output voltage of the rectifier circuit, and a second voltage detection circuit that detects a voltage across terminals of the second capacitor, When the voltage detected by the first voltage detection circuit exceeds a first threshold voltage, the control circuit turns on the second switching element and detects the voltage detected by the first voltage detection circuit. Preferably, the first switching element is turned on when the first threshold voltage is exceeded and the voltage detected by the second voltage detection circuit is below the second threshold voltage. By turning on the second switching element immediately after detecting the overvoltage of the output voltage, the rise of the output voltage is mitigated even when the first and second capacitors are operating as a voltage doubler circuit. In addition, when the current load is released, a path for discharging the charge of the second capacitor can be secured to facilitate discharge. Therefore, the voltage across the terminals of the second capacitor can be immediately lowered.

本発明によるワイヤレス受電装置は、前記整流回路の出力電圧を検出する第1の電圧検出回路と、前記第1のコンデンサの端子間電圧を検出する第2の電圧検出回路と、をさらに備え、前記制御回路は、前記第1の電圧検出回路が検出した電圧が第1の閾値電圧を超えたとき、前記第2のスイッチング素子をオンにするとともに、前記第1の電圧検出回路が検出した電圧が前記第1の閾値電圧を超え、かつ、前記第2の電圧検出回路が検出した電圧が第3の閾値電圧を超えたとき、前記第1のスイッチング素子をオンにすることもまた好ましい。出力電圧の過電圧を検知した後すぐに第2のスイッチング素子をオンにすることにより、第1及び第2のコンデンサが倍電圧回路として動作している状態であっても出力電圧の上昇を緩和することができるとともに、電流負荷開放時に第2のコンデンサの電荷を放電する経路を確保して放電しやすくすることができる。したがって、第2のコンデンサの端子間電圧を即時に低下させることができる。 The wireless power receiving device according to the present invention further includes: a first voltage detection circuit that detects an output voltage of the rectifier circuit; and a second voltage detection circuit that detects a voltage between terminals of the first capacitor, When the voltage detected by the first voltage detection circuit exceeds a first threshold voltage, the control circuit turns on the second switching element and detects the voltage detected by the first voltage detection circuit. It is also preferable to turn on the first switching element when the first threshold voltage is exceeded and the voltage detected by the second voltage detection circuit exceeds a third threshold voltage. By turning on the second switching element immediately after detecting the overvoltage of the output voltage, the rise of the output voltage is mitigated even when the first and second capacitors are operating as a voltage doubler circuit. In addition, when the current load is released, a path for discharging the charge of the second capacitor can be secured to facilitate discharge. Therefore, the voltage across the terminals of the second capacitor can be immediately lowered.

前記交流電力の周波数をf、前記負荷の最大抵抗値をRLmaxとするとき、前記第1のコンデンサの静電容量C及び前記第2のコンデンサの静電容量Cは、C、C<1/(2fRLmax)を満たすことが好ましい。これによれば、整流回路をブリッジ整流回路又は倍電圧整流回路として動作させることができ、整流回路の出力に接続される負荷のインピーダンスの変化に応じて、整流回路がフリッジ整流回路として動作するブリッジ整流モードと倍電圧整流回路として動作する倍電圧整流モードとの時比率を受動的に変化させることができる。すなわち、負荷のインピーダンスが低いときにはブリッジ整流モードの動作時間を長くし、負荷のインピーダンスが高いときには倍電圧整流モードの動作時間を長くすることができる。したがって、能動的な制御を要するインピーダンス変換器を別途設けることなく、整流器の入力側から見た負荷のインピーダンスの変動を抑制することができる。 When the frequency of the AC power is f and the maximum resistance value of the load is RLmax , the capacitance C1 of the first capacitor and the capacitance C2 of the second capacitor are C1, C 2 <1/(2fR Lmax ) is preferably satisfied. According to this, the rectifier circuit can be operated as a bridge rectifier circuit or a voltage doubler rectifier circuit, and the rectifier circuit operates as a bridge rectifier circuit in accordance with a change in the impedance of the load connected to the output of the rectifier circuit. It is possible to passively change the duty ratio between the rectification mode and the voltage doubler rectification mode operating as a voltage doubler rectifier circuit. That is, the operation time in the bridge rectification mode can be lengthened when the load impedance is low, and the operation time in the voltage doubler rectification mode can be lengthened when the load impedance is high. Therefore, it is possible to suppress variations in the impedance of the load viewed from the input side of the rectifier without separately providing an impedance converter that requires active control.

前記第1のコンデンサの静電容量C及び前記第2のコンデンサの静電容量Cは、1/(80×2fRLmax)<C、Cを満たすことが好ましい。この構成によれば、整流回路に入力される交流電力の半周期に対する倍電圧整流モードの時比率の上限値を10%よりも大きくすることができる。したがって、負荷のインピーダンスの変動範囲内で2つのモードを適切な時比率で動作させることができ、負荷インピーダンスの変動を抑制する効果をより一層高めることができる。 It is preferable that the capacitance C 1 of the first capacitor and the capacitance C 2 of the second capacitor satisfy 1/(80×2fR Lmax )<C 1 , C 2 . According to this configuration, the upper limit value of the duty ratio of the voltage doubler rectification mode to the half cycle of the AC power input to the rectifier circuit can be made larger than 10%. Therefore, the two modes can be operated at an appropriate duty ratio within the load impedance variation range, and the effect of suppressing load impedance variation can be further enhanced.

本発明によるワイヤレス受電装置は、前記整流回路の出力端に並列接続された平滑コンデンサと、前記整流回路の出力端と前記平滑コンデンサとの間に設けられたチョークコイルと、をさらに備えることが好ましい。この構成によれば、保護回路を構成する回路素子への過大な電流を抑制することができる。 The wireless power receiving device according to the present invention preferably further includes a smoothing capacitor connected in parallel to the output terminal of the rectifier circuit, and a choke coil provided between the output terminal of the rectifier circuit and the smoothing capacitor. . According to this configuration, it is possible to suppress excessive current flow to the circuit elements that constitute the protection circuit.

本発明によるワイヤレス受電装置は、前記第3のダイオードのアノードと前記第4のダイオードのカソードとの接続点と、前記第1のスイッチング素子と前記整流回路の出力端との接続点との間に設けられたインダクタ素子をさらに備えることが好ましい。この構成によれば、第1のスイッチング素子がオンしたときの過電流を緩和することができ、スイッチング素子の破損を防止することができる。 In the wireless power receiving device according to the present invention, between a connection point between the anode of the third diode and the cathode of the fourth diode and a connection point between the first switching element and the output terminal of the rectifier circuit, Preferably, it further comprises an inductor element provided. According to this configuration, overcurrent when the first switching element is turned on can be mitigated, and damage to the switching element can be prevented.

また、本発明によるワイヤレス電力伝送システムは、ワイヤレス送電装置と、上述した本発明によるワイヤレス受電装置とを備え、前記ワイヤレス送電装置は、直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記交流電力を受けて交流磁界を発生させる送電コイルを含む送電ユニットと、前記インバータから出力される電流を検出する電流検出回路と、前記インバータの動作を制御する送電制御回路と、を備え、前記送電制御回路は、前記電流検出回路が検出した電流が閾値電流を超えたとき、前記インバータの動作を停止させることを特徴とする。 Further, a wireless power transmission system according to the present invention includes a wireless power transmission device and the above-described wireless power reception device according to the present invention, wherein the wireless power transmission device includes an inverter that converts DC power into AC power, and an inverter that receives the AC power. a power transmission unit that includes a power transmission coil that generates an alternating magnetic field with a power transmission unit; a current detection circuit that detects a current output from the inverter; and a power transmission control circuit that controls the operation of the inverter, wherein the power transmission control circuit The operation of the inverter is stopped when the current detected by the current detection circuit exceeds a threshold current.

本発明によれば、過電圧が生じた場合に整流回路等を構成する回路素子の保護を図りつつ、保護回路を構成する第1のスイッチング素子等に過大な電流が流れることを抑制することができ、保護回路を構成する回路素子自体を保護することができる。また、ワイヤレス送電装置側で異常を検出して送電動作を停止するため、ワイヤレス受電装置側において保護回路を構成する素子をより素早く保護することができる。 According to the present invention, it is possible to prevent excessive current from flowing through the first switching element or the like that forms the protection circuit while protecting the circuit elements that form the rectifier circuit or the like when an overvoltage occurs. , the circuit elements themselves constituting the protection circuit can be protected. In addition, since the wireless power transmission device detects an abnormality and stops the power transmission operation, it is possible to more quickly protect the elements forming the protection circuit on the wireless power reception device side.

本発明によれば、過電圧が生じた場合に装置を構成する回路素子の保護を図りつつ、保護回路を構成する回路素子自体の保護が可能なワイヤレス受電装置及びワイヤレス電力伝送システムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a wireless power receiving device and a wireless power transmission system that are capable of protecting the circuit elements that make up the device and also protecting the circuit elements themselves that make up the protection circuit when an overvoltage occurs. can.

図1は、本発明の第1の実施の形態によるワイヤレス電力伝送システムの全体回路図である。FIG. 1 is an overall circuit diagram of a wireless power transmission system according to a first embodiment of the invention. 図2(a)及び(b)は、保護回路25の動作を説明するための図である。2A and 2B are diagrams for explaining the operation of the protection circuit 25. FIG. 図3(a)及び(b)は、ダイオードD5,D6の作用を説明するための図である。FIGS. 3A and 3B are diagrams for explaining the actions of the diodes D5 and D6. 図4は、整流回路23の出力電圧Vo、第2のコンデンサCd2の端子間電圧vC2及び制御回路28から出力される制御信号SG1を示す信号波形図である。FIG. 4 is a signal waveform diagram showing the output voltage Vo of the rectifier circuit 23, the voltage vC2 across the terminals of the second capacitor Cd2, and the control signal SG1 output from the control circuit . 図5(a)及び(b)は、整流回路23のブリッジ整流モードの説明図である。5A and 5B are explanatory diagrams of the bridge rectification mode of the rectifier circuit 23. FIG. 図6(a)及び(b)は、整流回路23の倍電圧整流モードの説明図である。6A and 6B are explanatory diagrams of the voltage doubler rectification mode of the rectifier circuit 23. FIG. 図7は、ブリッジ整流回路及び倍電圧整流回路の電力伝送効率の時間変化の一例を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing an example of temporal changes in the power transmission efficiency of the bridge rectifier circuit and the voltage doubler rectifier circuit. 図8は、整流回路23の等価回路図である。FIG. 8 is an equivalent circuit diagram of the rectifier circuit 23. As shown in FIG. 図9は、整流回路23の入出力電流を示す波形図である。FIG. 9 is a waveform diagram showing input and output currents of the rectifier circuit 23. As shown in FIG. 図10(a)及び(b)は、等価回路図であって、(a)はブリッジ整流動作モードでの等価回路、(b)は倍電圧整流動作モードでの等価回路をそれぞれ示している。10A and 10B are equivalent circuit diagrams, where (a) shows an equivalent circuit in the bridge rectification operation mode and (b) shows an equivalent circuit in the voltage doubler rectification operation mode. 図11は、整流回路23の入力電圧vrectを示す波形図である。FIG. 11 is a waveform diagram showing the input voltage v rect of the rectifier circuit 23. As shown in FIG. 図12(a)及び(b)は、モードの切り替わり点の位置による入力電圧vrectを示す波形図であって、(a)は切り替わりタイミングが遅い(Dが大きい)場合、(b)は切り替わりタイミングが速い(Dが小さい)場合をそれぞれ示している。FIGS. 12A and 12B are waveform diagrams showing the input voltage v rect depending on the position of the mode switching point. Each shows the case where the timing is fast (D is small). 図13は、整流回路23の入力側から見た負荷インピーダンス|Zac|と実際の負荷インピーダンスRとの関係を示すグラフである。FIG. 13 is a graph showing the relationship between the load impedance |Z ac | viewed from the input side of the rectifier circuit 23 and the actual load impedance R L . 図14は、第2の実施の形態によるワイヤレス受電装置の構成を示す回路図である。FIG. 14 is a circuit diagram showing the configuration of the wireless power receiving device according to the second embodiment. 図15は、整流回路23の出力電圧Vo、第1のコンデンサCd1の端子間電圧vC1及び制御回路28から出力される制御信号SG1を示す信号波形図である。FIG. 15 is a signal waveform diagram showing the output voltage Vo of the rectifier circuit 23, the voltage vC1 across the terminals of the first capacitor Cd1, and the control signal SG1 output from the control circuit . 図16は、第3の実施の形態によるワイヤレス受電装置の構成を示す回路図である。FIG. 16 is a circuit diagram showing the configuration of the wireless power receiving device according to the third embodiment. 図17は、第4の実施の形態によるワイヤレス受電装置の構成を示す回路図である。FIG. 17 is a circuit diagram showing the configuration of the wireless power receiving device according to the fourth embodiment. 図18は、第5の実施の形態によるワイヤレス受電装置の構成を示す回路図である。FIG. 18 is a circuit diagram showing the configuration of the wireless power receiving device according to the fifth embodiment. 図19は、本発明の第6の実施の形態によるワイヤレス受電装置の構成を示す回路図である。FIG. 19 is a circuit diagram showing the configuration of a wireless power receiving device according to the sixth embodiment of the invention. 図20は、整流回路23の出力電圧Vo、第2のコンデンサCd2の端子間電圧vC2及び制御回路28から出力される制御信号SG11、S12を示す信号波形図である。FIG. 20 is a signal waveform diagram showing the output voltage Vo of the rectifier circuit 23, the voltage vC2 across the terminals of the second capacitor Cd2, and the control signals SG11 and S12 output from the control circuit . 図21は、本発明の第7の実施の形態によるワイヤレス受電装置の構成を示す回路図である。FIG. 21 is a circuit diagram showing the configuration of a wireless power receiving device according to the seventh embodiment of the invention. 図22は、整流回路23の出力電圧Vo、第1のコンデンサCd1の端子間電圧vC1及び制御回路28から出力される制御信号SG11、S12を示す信号波形図である。FIG. 22 is a signal waveform diagram showing the output voltage Vo of the rectifier circuit 23, the voltage vC1 across the terminals of the first capacitor Cd1, and the control signals SG11 and S12 output from the control circuit . 図23は、本発明の第8の実施の形態によるワイヤレス受電装置の構成を示す回路図である。FIG. 23 is a circuit diagram showing the configuration of the wireless power receiving device according to the eighth embodiment of the invention.

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。 Preferred embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の第1の実施の形態によるワイヤレス電力伝送システムの全体回路図である。 FIG. 1 is an overall circuit diagram of a wireless power transmission system according to a first embodiment of the invention.

図1に示すように、ワイヤレス電力伝送システム1は、ワイヤレス送電装置10とワイヤレス受電装置20との組み合わせからなり、ワイヤレス送電装置10からワイヤレス受電装置20へ電力をワイヤレス伝送するものである。 As shown in FIG. 1 , the wireless power transmission system 1 includes a combination of a wireless power transmission device 10 and a wireless power reception device 20 and wirelessly transmits power from the wireless power transmission device 10 to the wireless power reception device 20 .

ワイヤレス送電装置10は、直流電源11から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータ12と、交流電圧を受けて磁束を発生させる送電ユニット13とを備えている。インバータ12は、4つのスイッチング素子SW11~SW14がブリッジ接続されたフルブリッジ型のスイッチング回路である。スイッチング素子SW11~SW14には例えばMOSFETを用いることができる。スイッチング素子SW11~SW14のオンオフ動作は送電制御回路15から供給されるスイッチング制御信号により制御され、スイッチング素子SW11~SW14をオンオフ制御することにより、直流電力が例えば100KHzの交流電力に変換される。 The wireless power transmission device 10 includes an inverter 12 that converts DC power supplied from a DC power supply 11 into AC power, and a power transmission unit 13 that receives AC voltage and generates magnetic flux. The inverter 12 is a full-bridge switching circuit in which four switching elements SW11 to SW14 are bridge-connected. For example, MOSFETs can be used for the switching elements SW11 to SW14. The on/off operations of the switching elements SW11 to SW14 are controlled by switching control signals supplied from the power transmission control circuit 15, and by controlling the on/off of the switching elements SW11 to SW14, DC power is converted into AC power of 100 KHz, for example.

送電ユニット13は、送電コイルL1及びコンデンサC11,C12を有している。送電コイルL1は、例えば、複数の細い導線を撚り合わせたリッツ線や単線を用いて構成された平面コイルやソレノイドコイルである。送電コイルL1は、コンデンサC11,C12と共にLC共振回路を構成している。コンデンサC11,C12は例えばセラミックコンデンサであり、LC共振回路の共振周波数を調整する機能を有している。本実施形態において、コンデンサC11,C12は送電コイルL1の一端及び他端にそれぞれ直列接続されているが、コンデンサC11,C12の少なくとも一方を送電コイルL1と並列に接続してもよく、或いはコンデンサC11,C12の一方又は両方を省略してもよい。このように構成される送電ユニット13の送電コイルL1は、インバータ12から供給される交流電力を受けて交流磁界を発生させる。 The power transmission unit 13 has a power transmission coil L1 and capacitors C11 and C12. The power transmission coil L1 is, for example, a planar coil or a solenoid coil configured using a litz wire or a single wire obtained by twisting a plurality of thin conductor wires. The power transmission coil L1 constitutes an LC resonance circuit together with the capacitors C11 and C12. The capacitors C11 and C12 are ceramic capacitors, for example, and have the function of adjusting the resonance frequency of the LC resonance circuit. In this embodiment, the capacitors C11 and C12 are connected in series to one end and the other end of the power transmission coil L1, respectively, but at least one of the capacitors C11 and C12 may be connected in parallel with the power transmission coil L1, or the capacitor C11 may be connected in parallel. , C12 may be omitted. The power transmission coil L1 of the power transmission unit 13 configured in this manner receives AC power supplied from the inverter 12 and generates an AC magnetic field.

また本実施形態によるワイヤレス送電装置10は、インバータ12から出力される電流を検出する電流検出回路14を備えている。電流検出回路14は閾値を超える過電流を検出したときに異常検出信号を出力し、異常検出信号は送電制御回路15に供給される。そして異常検出信号を入力した送電制御回路15はインバータを構成する4つのスイッチング素子SW11~SW14のスイッチング動作を停止させるので、ワイヤレス送電装置10の異常動作を防止してシステムの安全性を高めることができる。また、ワイヤレス送電装置10側で異常を検出して送電動作を停止するため、後述するワイヤレス受電装置20において保護回路を構成する素子をより素早く保護することができる。 The wireless power transmission device 10 according to this embodiment also includes a current detection circuit 14 that detects the current output from the inverter 12 . The current detection circuit 14 outputs an abnormality detection signal when an overcurrent exceeding a threshold is detected, and the abnormality detection signal is supplied to the power transmission control circuit 15 . When the abnormality detection signal is input, the power transmission control circuit 15 stops the switching operations of the four switching elements SW11 to SW14 that constitute the inverter. can. In addition, since the wireless power transmission device 10 detects an abnormality and stops the power transmission operation, it is possible to more quickly protect the elements constituting the protection circuit in the wireless power reception device 20, which will be described later.

次にワイヤレス受電装置20について説明する。ワイヤレス受電装置20は、送電コイルL1が発生させる磁界を介して交流電力を取り込む受電ユニット21と、受電ユニット21が受電した交流電力を直流電力に変換する整流回路23と、整流回路23を過電圧から保護する保護回路25と、整流回路23の出力電圧を監視する第1の電圧検出回路26と、整流回路23に含まれる第2のコンデンサCd2の端子間電圧(つまり、受電ユニット21に接続された整流回路23の他方の入力端P2の電圧)を監視する第2の電圧検出回路27と、第1及び第2の電圧検出回路26,27の検出結果に基づいて保護回路25の動作を制御する制御回路28とを備えている。 Next, the wireless power receiving device 20 will be described. The wireless power receiving device 20 includes a power receiving unit 21 that takes in AC power via a magnetic field generated by a power transmission coil L1, a rectifier circuit 23 that converts the AC power received by the power receiving unit 21 into DC power, and the rectifier circuit 23 from overvoltage. a protection circuit 25 for protection; a first voltage detection circuit 26 for monitoring the output voltage of the rectifier circuit 23; A second voltage detection circuit 27 monitors the voltage at the other input terminal P2 of the rectifier circuit 23, and the operation of the protection circuit 25 is controlled based on the detection results of the first and second voltage detection circuits 26 and 27. and a control circuit 28 .

受電ユニット21は、受電コイルL2及びコンデンサC21,C22を有している。受電ユニット21は、送電ユニット13と同様に構成することができ、送電ユニット13と同一の構成であってもよく、送電ユニット13と異なる構成であってもよい。受電コイルL2は、送電ユニット13の送電コイルL1と磁気結合することにより交流電力を発生させる。 The power receiving unit 21 has a power receiving coil L2 and capacitors C21 and C22. The power receiving unit 21 can be configured similarly to the power transmitting unit 13 , and may have the same configuration as the power transmitting unit 13 or a different configuration from the power transmitting unit 13 . The power receiving coil L2 generates AC power by magnetically coupling with the power transmitting coil L1 of the power transmitting unit 13 .

整流回路23は、ブリッジ接続された4つのダイオードD1~D4と、ダイオードD3、D4にそれぞれ並列接続されたコンデンサCd1、Cd2とを含み、ダイオードD1~D4はフルブリッジ整流回路を構成している。また詳細は後述するが、コンデンサCd1、Cd2はダイオードD1、D2と共に倍電圧整流回路を構成するものである。 The rectifier circuit 23 includes four bridge-connected diodes D1 to D4 and capacitors Cd1 and Cd2 connected in parallel to the diodes D3 and D4, respectively. The diodes D1 to D4 form a full bridge rectifier circuit. Although the details will be described later, the capacitors Cd1 and Cd2 constitute a voltage doubler rectifier circuit together with the diodes D1 and D2.

ダイオードD1のアノード及びダイオードD2のカソードは、整流回路23の一方の入力端P1を構成しており、受電ユニット21の一方の出力端に接続されている。ダイオードD3のアノード及びダイオードD4のカソードは、整流回路23の他方の入力端P2を構成しており、受電ユニット21の他方の出力端に接続されている。また、ダイオードD1及びD3の各カソードは整流回路23の一方の出力端P3を構成しており、ダイオードD2及びD4の各アノードは整流回路23の他方の出力端P4を構成している。整流回路23の他方の出力端P4が接地されている場合、一方の出力端P3はプラス側の出力端となり、他方の出力端P4はマイナス側の出力端となる。整流回路23の一対の出力端P3,P4間には、平滑コンデンサCsが並列接続される。また整流回路23の一対の出力端P3,P4間には負荷30として例えばバッテリーが接続され、ワイヤレス受電装置20が受電した電力によって充電される。 The anode of the diode D1 and the cathode of the diode D2 form one input terminal P1 of the rectifier circuit 23 and are connected to one output terminal of the power receiving unit 21 . The anode of the diode D3 and the cathode of the diode D4 constitute the other input terminal P2 of the rectifier circuit 23 and are connected to the other output terminal of the power receiving unit 21 . The cathodes of the diodes D1 and D3 form one output terminal P3 of the rectifier circuit 23, and the anodes of the diodes D2 and D4 form the other output terminal P4 of the rectifier circuit 23. FIG. When the other output end P4 of the rectifier circuit 23 is grounded, the one output end P3 becomes the plus side output end, and the other output end P4 becomes the minus side output end. A smoothing capacitor Cs is connected in parallel between the pair of output terminals P3 and P4 of the rectifier circuit 23 . A battery, for example, is connected as a load 30 between the pair of output terminals P3 and P4 of the rectifier circuit 23, and is charged with power received by the wireless power receiving device 20. FIG.

保護回路25は、2つのスイッチング素子SW21、SW22と、2つのダイオードD5,D6とを有している。スイッチング素子SW21(第1のスイッチング素子)は整流回路23の他方の入力端P2(受電ユニット21の他方の出力端)と整流回路23の他方の出力端P4との間に設けられており、スイッチング素子SW22(第2のスイッチング素子)は整流回路23の一方の入力端P1(受電ユニット21の一方の出力端)と整流回路23の他方の出力端P4との間に設けられている。スイッチング素子SW21,SW22のオンオフ動作は制御回路28からの制御信号SG1によって制御される。 The protection circuit 25 has two switching elements SW21, SW22 and two diodes D5, D6. The switching element SW21 (first switching element) is provided between the other input terminal P2 of the rectifier circuit 23 (the other output terminal of the power receiving unit 21) and the other output terminal P4 of the rectifier circuit 23, and performs switching. The element SW22 (second switching element) is provided between one input terminal P1 of the rectifier circuit 23 (one output terminal of the power receiving unit 21) and the other output terminal P4 of the rectifier circuit 23. FIG. On/off operations of the switching elements SW21 and SW22 are controlled by a control signal SG1 from the control circuit .

ダイオードD5(第1の整流素子)は、スイッチング素子SW21に直列接続されており、ダイオードD5のアノードが整流回路23の他方の入力端P2(受電ユニット21の他方の出力端)側、カソードが整流回路23の他方の出力端P4側を向くように接続されている。すなわち、ダイオードD5は整流回路23の他方の出力端P4に向かって順方向接続されている。本実施形態において、ダイオードD5はスイッチング素子SW21よりも整流回路23の入力端側に設けられているが、整流回路23の出力端側に設けられていてもよい。 The diode D5 (first rectifying element) is connected in series with the switching element SW21. The anode of the diode D5 is the other input terminal P2 of the rectifying circuit 23 (the other output terminal of the power receiving unit 21), and the cathode is the rectifying element. It is connected so as to face the other output terminal P4 side of the circuit 23 . That is, the diode D5 is forward-connected toward the other output terminal P4 of the rectifier circuit 23 . In this embodiment, the diode D5 is provided closer to the input end of the rectifier circuit 23 than the switching element SW21 is, but it may be provided closer to the output end of the rectifier circuit 23 .

ダイオードD6(第2の整流素子)は、スイッチング素子SW22に直列接続されており、ダイオードD6のアノードが整流回路23の一方の入力端P1(受電ユニット21の一方の出力端)側、カソードが整流回路23の他方の出力端P4側を向くように接続されている。すなわち、ダイオードD6は整流回路23の他方の出力端P4に向かって順方向接続されている。本実施形態において、ダイオードD6はスイッチング素子SW22よりも整流回路23の入力端側に設けられているが、整流回路23の出力端側に設けられていてもよい。 The diode D6 (second rectifying element) is connected in series with the switching element SW22, the anode of the diode D6 is one input terminal P1 (one output terminal of the power receiving unit 21) of the rectifying circuit 23, and the cathode is rectifying. It is connected so as to face the other output terminal P4 side of the circuit 23 . That is, the diode D6 is forward-connected toward the other output terminal P4 of the rectifier circuit 23. As shown in FIG. In this embodiment, the diode D6 is provided closer to the input end of the rectifier circuit 23 than the switching element SW22 is, but it may be provided closer to the output end of the rectifier circuit 23 .

第1の電圧検出回路26は、整流回路23の出力電圧を監視する回路であり、整流回路23の出力電圧が所定の閾値電圧(第1の閾値電圧)を超えた場合に第1検出信号SGaを出力する。第1の閾値電圧は、整流回路23を構成する回路素子の定格電圧に基づいて設定される。第2の電圧検出回路27は第2のコンデンサCd2の端子間電圧を監視する回路であり、コンデンサCd2の端子間電圧が所定の閾値電圧(第2の閾値電圧)を下回る場合に第2検出信号SGbを出力する。第2の閾値電圧は第1のスイッチング素子SW21の定格電流に基づいて設定される。 The first voltage detection circuit 26 is a circuit that monitors the output voltage of the rectifier circuit 23. When the output voltage of the rectifier circuit 23 exceeds a predetermined threshold voltage (first threshold voltage), the first detection signal SGa is detected. to output The first threshold voltage is set based on the rated voltage of the circuit elements forming the rectifier circuit 23 . The second voltage detection circuit 27 is a circuit for monitoring the voltage across the terminals of the second capacitor Cd2, and detects a second detection signal when the voltage across the terminals of the capacitor Cd2 falls below a predetermined threshold voltage (second threshold voltage). Output SGb. The second threshold voltage is set based on the rated current of the first switching element SW21.

制御回路28は、第1検出信号及び第2検出信号の両方がアクティブのときに制御信号SG1を出力する。これにより、スイッチング素子SW21,SW22の両方がオンになり、整流回路23の入力端P1,P2と出力端P4が短絡される。したがって、整流回路23を構成するダイオードD1~D4等の回路素子を過電圧から保護することができる。また制御回路28は、少なくとも第1検出信号がアクティブのときに送電停止信号SG2を出力する。送電停止信号SG2は無線でワイヤレス送電装置10側に送信され、送電停止信号SG2を受信したワイヤレス送電装置10の送電制御回路15は、スイッチング素子SW11~SW14の動作を停止させるので、ワイヤレス送電装置10の動作を防止してシステムの安全性を高めることができる。 The control circuit 28 outputs the control signal SG1 when both the first detection signal and the second detection signal are active. As a result, both the switching elements SW21 and SW22 are turned on, and the input terminals P1 and P2 and the output terminal P4 of the rectifier circuit 23 are short-circuited. Therefore, circuit elements such as the diodes D1 to D4 that constitute the rectifier circuit 23 can be protected from overvoltage. Further, the control circuit 28 outputs the power transmission stop signal SG2 at least when the first detection signal is active. The power transmission stop signal SG2 is wirelessly transmitted to the wireless power transmission device 10 side, and the power transmission control circuit 15 of the wireless power transmission device 10 that receives the power transmission stop signal SG2 stops the operation of the switching elements SW11 to SW14. can prevent the operation of the system and enhance the safety of the system.

図2(a)及び(b)は、保護回路25の動作を説明するための図である。また図3(a)及び(b)は、ダイオードD5,D6の作用を説明するための図である。 2A and 2B are diagrams for explaining the operation of the protection circuit 25. FIG. 3(a) and 3(b) are diagrams for explaining the action of the diodes D5 and D6.

図2(a)に示すように、保護回路25のスイッチング素子SW21,SW22がオフのときには保護回路25を無視して考えることができる。したがって、整流回路23が後述するブリッジ整流モードで動作するとき、整流回路23の一方の入力端P1から他方の入力端P2に向かう一方の電流経路は、ダイオードD1、負荷30、ダイオードD4を順に経由する帰還経路となる。また、整流回路23の他方の入力端P2から一方の入力端P1に向かう他方の電流経路は、ダイオードD3、負荷30、ダイオードD2を順に経由する帰還経路となる。このときダイオードD5、D6の作用により、保護回路25のスイッチング素子SW21,SW22に電流は流れない。 As shown in FIG. 2A, when the switching elements SW21 and SW22 of the protection circuit 25 are off, the protection circuit 25 can be ignored. Therefore, when the rectifier circuit 23 operates in a bridge rectification mode, which will be described later, one current path from one input terminal P1 of the rectifier circuit 23 to the other input terminal P2 passes through the diode D1, the load 30, and the diode D4 in this order. It becomes a return path to The other current path from the other input terminal P2 of the rectifier circuit 23 to the one input terminal P1 is a feedback path that passes through the diode D3, the load 30, and the diode D2 in this order. At this time, no current flows through the switching elements SW21 and SW22 of the protection circuit 25 due to the action of the diodes D5 and D6.

図2(b)に示すように、保護回路25のスイッチング素子SW21,SW22がオンのときには保護回路25の電流経路が優先される。したがって、整流回路23の一方の入力端P1から他方の入力端P2に向かう一方の電流経路は、ダイオードD6、スイッチング素子SW22、ダイオードD4を順に経由する帰還経路となる。また整流回路23の他方の入力端P2から一方の入力端P1に向かう他方の電流経路は、ダイオードD5、スイッチング素子SW21、ダイオードD2を順に経由する帰還経路となる。すなわち、負荷30には電流が流れないので、整流回路23及びそれよりも後段の回路を構成する回路素子を過電圧から保護することができる。 As shown in FIG. 2B, when the switching elements SW21 and SW22 of the protection circuit 25 are on, the current path of the protection circuit 25 is prioritized. Therefore, one current path from one input terminal P1 of the rectifier circuit 23 to the other input terminal P2 is a feedback path that sequentially passes through the diode D6, the switching element SW22, and the diode D4. The other current path from the other input terminal P2 of the rectifier circuit 23 to the one input terminal P1 is a feedback path that passes through the diode D5, the switching element SW21, and the diode D2 in this order. In other words, since no current flows through the load 30, the rectifier circuit 23 and the circuit elements forming the subsequent circuits can be protected from overvoltage.

ここで、図3(a)に示すように、保護回路25にダイオードD5、D6が設けられておらず、スイッチング素子SW21、SW22に寄生容量が存在する場合には、たとえスイッチング素子SW21,SW22がオフ状態であってもスイッチング素子SW21、SW22の寄生容量に電流が流れる。すなわち、受電ユニット21から供給される電流は、整流回路23のみならず、スイッチング素子SW21、SW22を経由して再び受電ユニット21に帰還する経路にも流れるため、無効電力が生じて力率が悪化する。 Here, as shown in FIG. 3A, when the protection circuit 25 is not provided with the diodes D5 and D6 and the switching elements SW21 and SW22 have parasitic capacitance, even if the switching elements SW21 and SW22 are A current flows through the parasitic capacitance of the switching elements SW21 and SW22 even in the OFF state. That is, the current supplied from the power receiving unit 21 flows not only through the rectifier circuit 23 but also through the path that returns to the power receiving unit 21 via the switching elements SW21 and SW22, thereby generating reactive power and degrading the power factor. do.

しかし、図3(b)に示すように、ダイオードD5,D6が設けられている場合には、スイッチング素子SW21、SW22に寄生容量が存在していたとしてもスイッチング素子SW21、SW22を経由する電流経路が完全に遮断され、回路的には開放と等価になり、寄生容量の放電も行われなくなる。したがって、スイッチング素子SW21,SW22の寄生容量による無効電力の発生を抑えることができる。 However, as shown in FIG. 3B, when the diodes D5 and D6 are provided, even if the switching elements SW21 and SW22 have parasitic capacitance, the current path through the switching elements SW21 and SW22 is completely cut off, which is equivalent to an open circuit, and parasitic capacitance is no longer discharged. Therefore, it is possible to suppress the generation of reactive power due to the parasitic capacitance of the switching elements SW21 and SW22.

保護回路25は、整流回路23の出力電圧が非常に高いときに整流回路23の入力端とマイナス側の出力端とを短絡して整流回路23等を構成する回路素子の破損を防止する回路であり、整流回路23の出力電圧を監視し、過電圧が検出した場合にスイッチング素子SW21,SW22をオンにして過電圧を防止する。ここで、スイッチング素子SW21と並列に接続されたコンデンサCd2の端子間電圧は交流電圧であり、過電圧のときにはコンデンサCd2の端子間電圧のピークレベルが非常に高くなる。そのようなピークレベルが高いタイミングでスイッチング素子SW21をオンにすると、スイッチング素子SW21に過大な電流が流れて破損するおそれがある。そこで本実施形態では、整流回路23の出力電圧Vo及びコンデンサCd2の端子間電圧vC2の両方に基づいて保護回路25のスイッチング素子SW21、SW22のオンオフ制御を行う。 The protection circuit 25 is a circuit that short-circuits the input terminal of the rectifier circuit 23 and the negative output terminal of the rectifier circuit 23 when the output voltage of the rectifier circuit 23 is extremely high, thereby preventing damage to circuit elements constituting the rectifier circuit 23 and the like. The output voltage of the rectifier circuit 23 is monitored, and when overvoltage is detected, the switching elements SW21 and SW22 are turned on to prevent overvoltage. Here, the voltage across the terminals of the capacitor Cd2 connected in parallel with the switching element SW21 is an AC voltage, and the peak level of the voltage across the terminals of the capacitor Cd2 becomes very high when the voltage is overvoltage. If the switching element SW21 is turned on at such a timing when the peak level is high, an excessive current may flow through the switching element SW21 and damage it. Therefore, in the present embodiment, on/off control of the switching elements SW21 and SW22 of the protection circuit 25 is performed based on both the output voltage Vo of the rectifier circuit 23 and the voltage vC2 across the terminals of the capacitor Cd2.

図4は、整流回路23の出力電圧Vo、第2のコンデンサCd2の端子間電圧vC2及び制御回路28から出力される制御信号SG1を示す信号波形図である。 FIG. 4 is a signal waveform diagram showing the output voltage Vo of the rectifier circuit 23, the voltage vC2 across the terminals of the second capacitor Cd2, and the control signal SG1 output from the control circuit .

図4に示すように、整流回路23の出力電圧Voは実質的に直流電圧であり、ここでは時間の経過と共に徐々に上昇して過電圧状態が進行しているものとする。一方、コンデンサCd2の端子間電圧vC2は正弦波に近い交流電圧であり、その振幅も整流回路23の出力電圧Voと同様に徐々に上昇している。 As shown in FIG. 4, the output voltage Vo of the rectifier circuit 23 is substantially a DC voltage, and here, it is assumed that the overvoltage state is progressing with the gradual increase over time. On the other hand, the voltage v C2 across the terminals of the capacitor Cd2 is an AC voltage close to a sine wave, and its amplitude gradually increases like the output voltage Vo of the rectifier circuit 23 .

第1の電圧検出回路26は、整流回路23の出力電圧Voを監視しており、出力電圧Voが第1の閾値電圧Vth1を超えた時刻tのときに第1検出信号SGaを出力する。また第2の電圧検出回路27は、コンデンサCd2の端子間電圧vC2を監視しており、端子間電圧vC2が閾値電圧Vth2を下回ったときに第2検出信号SGbを出力する。 The first voltage detection circuit 26 monitors the output voltage Vo of the rectifier circuit 23, and outputs the first detection signal SGa when the output voltage Vo exceeds the first threshold voltage Vth1 at time ta. . The second voltage detection circuit 27 monitors the voltage vC2 across the terminals of the capacitor Cd2, and outputs the second detection signal SGb when the voltage vC2 across the terminals falls below the threshold voltage Vth2.

整流回路23の出力電圧Voが第1の閾値電圧Vth1を上回る時刻t以降では、保護回路25を動作させて過電圧の供給を停止する必要がある。しかし、図示のように時刻tの時点ではコンデンサCd2の端子間電圧vC2が第2の閾値電圧Vth2を上回っているため、制御信号SG1はローレベルのままであり、保護回路25の動作は開始されない。したがって、保護回路25のスイッチング素子SW22に過大な電流が流れることを抑制することができる。 After time t a when the output voltage Vo of the rectifier circuit 23 exceeds the first threshold voltage V th1 , it is necessary to operate the protection circuit 25 to stop the supply of the overvoltage. However, as shown in the figure, the voltage v C2 across the terminals of the capacitor Cd2 exceeds the second threshold voltage V th2 at time ta , so the control signal SG1 remains at the low level, and the protection circuit 25 operates. is not started. Therefore, it is possible to prevent excessive current from flowing through the switching element SW22 of the protection circuit 25 .

その後、コンデンサCd2の端子間電圧vC2が変化して第2の閾値電圧Vth2を下回った時刻tで第2の電圧検出回路27の第2検出信号SGbがハイレベルとなり、制御信号SG1もハイレベルとなる。これにより、第1及び第2のスイッチング素子SW21,SW22の両方がオンになるので、整流回路23から過電圧が出力されることを防止することができる。 After that, at time tb when the terminal voltage v C2 of the capacitor Cd2 changes and falls below the second threshold voltage V th2 , the second detection signal SGb of the second voltage detection circuit 27 becomes high level, and the control signal SG1 also becomes become high level. As a result, since both the first and second switching elements SW21 and SW22 are turned on, it is possible to prevent the rectifier circuit 23 from outputting an overvoltage.

本実施形態において、スイッチング素子SW22はスイッチング素子SW21と同じタイミングでオンからオフに切り替えられるが、スイッチング素子SW21と異なるタイミングで切り替えることも可能である。整流回路23の出力電圧Voが第1の閾値電圧Vth1を上回った時刻tのタイミングでスイッチング素子SW22をオンにしてもスイッチング素子SW22やダイオードD6には過大な電流が流れないことから、スイッチング素子SW21よりも先にスイッチング素子SW22をオフにすることで整流回路23の早期保護を図ることができる。 In this embodiment, the switching element SW22 is switched from on to off at the same timing as the switching element SW21, but it is also possible to switch at a timing different from that of the switching element SW21. Even if the switching element SW22 is turned on at the timing ta when the output voltage Vo of the rectifier circuit 23 exceeds the first threshold voltage Vth1 , an excessive current does not flow through the switching element SW22 and the diode D6. Early protection of the rectifier circuit 23 can be achieved by turning off the switching element SW22 before the element SW21.

次に整流回路23による通常の整流動作について説明する。出力電圧が過電圧でない通常動作時において、整流回路23は以下に詳述するブリッジ整流モード又は倍電圧整流モードで動作する。 Next, normal rectification operation by the rectification circuit 23 will be described. During normal operation when the output voltage is not overvoltage, the rectifier circuit 23 operates in a bridge rectification mode or a voltage doubler rectification mode, which will be detailed below.

図5及び図6は、整流回路23の動作モードの説明図であって、図5(a)及び(b)はブリッジ整流モード、図6(a)及び(b)は倍電圧整流モードをそれぞれ示している。 5 and 6 are explanatory diagrams of the operation modes of the rectifier circuit 23. FIGS. 5(a) and 6(b) represent the bridge rectification mode, and FIGS. 6(a) and 6(b) represent the voltage doubler rectification mode, respectively. showing.

図5(a)に示すように、整流回路23の一方の入力端P1をプラス、他方の入力端P2をマイナスとする電圧が印加されているとき、ブリッジ整流回路を構成している4つのダイオードD1~D4のうち、第4のダイオードD1、D4がオンとなり、第2及び第3のダイオードD2、D3がオフとなる電流が流れる。逆に、図5(b)に示すように、整流回路23の入力端P1をマイナス、入力端P2をプラスとする電圧が発生したとき、第2及び第3のダイオードD2、D3がオンとなり、第1及び第4のダイオードD1、D4がオフとなる電流が流れる。したがって、整流回路23の一方の出力端P3はプラス端子、他方の出力端P4はマイナス端子となり、一対の出力端P3、P4間の整流後の電圧は、整流回路23の入力交流電圧の最大値Vmaxの直流電圧となる。 As shown in FIG. 5(a), when a voltage is applied in which one input terminal P1 of the rectifier circuit 23 is positive and the other input terminal P2 is negative, the four diodes forming the bridge rectifier circuit A current flows to turn on the fourth diodes D1 and D4 among D1 to D4 and turn off the second and third diodes D2 and D3. Conversely, as shown in FIG. 5B, when a voltage is generated in which the input terminal P1 of the rectifier circuit 23 is negative and the input terminal P2 is positive, the second and third diodes D2 and D3 are turned on, A current flows to turn off the first and fourth diodes D1 and D4. Therefore, one output terminal P3 of the rectifier circuit 23 is a positive terminal, and the other output terminal P4 is a negative terminal. A DC voltage of V max is obtained.

第1及び第2のコンデンサCd1,Cd2は、ダイオードD1,D2と共に倍電圧整流回路を構成している。また、ダイオードD1,D2がダイオードD3,D4と共にブリッジ整流回路として動作しているとき、第1及び第2のコンデンサCd1,Cd2はブリッジ整流回路に対する高調波フィルタ素子として作用する。負荷30への入力電流のリプルを低減するため、第1及び第2のコンデンサCd1,Cd2の静電容量は同一であることが好ましいが、必ずしも同一でなくてもよい。 The first and second capacitors Cd1 and Cd2 constitute a voltage doubler rectifier circuit together with the diodes D1 and D2. Also, when diodes D1 and D2 are operating as a bridge rectifier circuit with diodes D3 and D4, the first and second capacitors Cd1 and Cd2 act as harmonic filter elements for the bridge rectifier circuit. In order to reduce the ripple of the input current to the load 30, the capacitances of the first and second capacitors Cd1 and Cd2 are preferably the same, but they do not necessarily have to be the same.

図6(a)に示すように、整流回路23の一方の入力端P1をプラス、他方の入力端P2をマイナスとする電圧が印加されているとき、第1のダイオードD1及び第1のコンデンサCd1を通過する電流が流れ、第1のコンデンサCd1の両端には整流回路23の入力交流電圧の最大値Vmax相当の直流電圧が発生する。逆に、図6(b)に示すように、整流回路23の入力端P1をマイナス、入力端P2をプラスとする電圧が印加されているとき、第2のダイオードD2及び第2のコンデンサCd2を通過する電流が流れ、第2のコンデンサCd2の両端には整流回路23の入力交流電圧の最大値Vmax相当の直流電圧が発生する。 As shown in FIG. 6(a), when a voltage is applied in which one input terminal P1 of the rectifier circuit 23 is positive and the other input terminal P2 is negative, the first diode D1 and the first capacitor Cd1 A current flows through the first capacitor Cd1, and a DC voltage corresponding to the maximum value Vmax of the input AC voltage of the rectifier circuit 23 is generated across the first capacitor Cd1. Conversely, as shown in FIG. 6(b), when a voltage is applied such that the input end P1 of the rectifier circuit 23 is negative and the input end P2 is positive, the second diode D2 and the second capacitor Cd2 are A current flows through the second capacitor Cd2, and a DC voltage corresponding to the maximum value Vmax of the input AC voltage of the rectifier circuit 23 is generated across the second capacitor Cd2.

したがって、整流回路23の一対の出力端P3、P4間の整流後の電圧は、整流回路23の入力交流電圧の最大値Vmaxの約2倍の直流電圧となる。このように、倍電圧整流回路は、入力交流電圧が同じでも、ブリッジ整流回路に比べて約2倍の直流出力電圧が得られる回路であり、入力インピーダンスも約半分となる。 Therefore, the rectified voltage between the pair of output terminals P3 and P4 of the rectifier circuit 23 is a DC voltage approximately twice the maximum value Vmax of the input AC voltage of the rectifier circuit 23. FIG. Thus, even if the input AC voltage is the same, the voltage doubler rectifier circuit is a circuit that can obtain a DC output voltage about twice that of the bridge rectifier circuit, and the input impedance is also about half.

ここで、ブリッジ整流回路のみが使用された場合と倍電圧整流回路のみが使用された場合との各々の、バッテリーが充電される際の電力伝送効率について図7を参照しながら説明する。 Here, the power transmission efficiency when the battery is charged when only the bridge rectifier circuit is used and when only the voltage doubler rectifier circuit is used will be described with reference to FIG.

図7は、ブリッジ整流回路及び倍電圧整流回路の電力伝送効率の時間変化の一例を示すグラフである。 FIG. 7 is a graph showing an example of temporal changes in the power transmission efficiency of the bridge rectifier circuit and the voltage doubler rectifier circuit.

図7に示すように、充電開始当初のバッテリーのインピーダンスは低く、充電が進むにつれてインピーダンスは徐々に増加する。ブリッジ整流回路のみが使用された場合の電力伝送効率は、バッテリーの充電期間の後半で悪化する。一方、倍電圧整流回路のみが使用された場合の電力伝送効率は、バッテリーの充電開始当初はブリッジ整流回路が使用された場合よりも低いが、バッテリー充電期間の後半ではブリッジ整流回路が使用された場合よりも高くなる。 As shown in FIG. 7, the impedance of the battery at the beginning of charging is low, and the impedance gradually increases as charging progresses. The power transfer efficiency when only the bridge rectifier circuit is used deteriorates in the second half of the battery charging period. On the other hand, the power transfer efficiency when only the voltage doubler is used is lower than when the bridge rectifier is used at the beginning of battery charging, but the bridge rectifier is used later in the battery charging period. higher than the case.

そこで、本実施形態では、インピーダンスが低いバッテリーの充電開始当初はブリッジ整流回路による整流作用のほうが強く、充電量の増加に合わせてブリッジ整流回路よりも倍電圧整流回路による整流作用が徐々に強くなるように両者を動作させる。 Therefore, in this embodiment, the rectifying action by the bridge rectifier circuit is stronger at the beginning of charging of a battery with low impedance, and the rectifying action by the voltage doubler rectifier circuit gradually becomes stronger than that of the bridge rectifier circuit as the amount of charge increases. to operate both.

整流回路23は、入力交流電圧の半周期の開始時において倍電圧整流モードで動作するが、半周期の途中で倍電圧整流モードからブリッジ整流モードに切り替わる。そして次の半周期に移るタイミングでブリッジ整流モードから倍電圧整流モードに再び切り替わる。 The rectifier circuit 23 operates in the voltage doubler rectification mode at the start of the half cycle of the input AC voltage, but switches from the voltage doubler rectification mode to the bridge rectification mode in the middle of the half cycle. Then, the bridge rectification mode is switched again to the voltage doubler rectification mode at the timing of moving to the next half cycle.

図6(a)及び(b)に示したように、整流回路23が倍電圧整流モードで動作しているとき、ダイオードD3、D4はオフ状態である。倍電圧整流モードからブリッジ整流モードへ切り替わりは、ダイオードD3又はD4のオン動作によって行われる。例えば、入力交流電圧の正の半周期において、倍電圧整流モードで動作する整流回路23(図6(a)参照)の第2のコンデンサCd2の端子間電圧は、ダイオードD4に逆バイアスを与えているが、倍電圧整流動作に伴ってコンデンサCd2が徐々に放電されて端子間電圧が徐々に低下し、さらに完全に放電された後、コンデンサCd2の端子間電圧の極性が反転して充電が開始されて端子間電圧がダイオードD4に順バイアスを与えるようになると、ダイオードD4がオンとなり、これにより整流回路23は倍電圧整流モードからブリッジ整流モードに切り替わる。 As shown in FIGS. 6A and 6B, the diodes D3 and D4 are off when the rectifier circuit 23 operates in the voltage doubler rectification mode. Switching from the voltage doubler rectification mode to the bridge rectification mode is performed by turning on the diode D3 or D4. For example, in the positive half cycle of the input AC voltage, the voltage across the second capacitor Cd2 of the rectifier circuit 23 (see FIG. 6A) operating in the voltage doubler rectification mode gives a reverse bias to the diode D4. However, due to the voltage doubler rectification operation, the capacitor Cd2 is gradually discharged, the voltage between the terminals gradually decreases, and after being completely discharged, the polarity of the voltage between the terminals of the capacitor Cd2 is reversed and charging starts. When the voltage across the terminals gives a forward bias to the diode D4, the diode D4 is turned on, thereby switching the rectifier circuit 23 from the voltage doubler rectification mode to the bridge rectification mode.

ブリッジ整流モードから倍電圧整流モードへの切り替わりは、入力交流電圧の極性が反転したタイミングで行われる。このとき、コンデンサCd2(又はCd1)の端子間電圧は、ダイオードD4(又はD3)に逆バイアスを与えるようになるので、ダイオードD4(又はD3)はオフ状態となり、倍電圧整流モードに切り替わる。 Switching from the bridge rectification mode to the voltage doubler rectification mode is performed at the timing when the polarity of the input AC voltage is reversed. At this time, the voltage across the terminals of the capacitor Cd2 (or Cd1) gives a reverse bias to the diode D4 (or D3), so the diode D4 (or D3) is turned off and switched to the voltage doubler rectification mode.

倍電圧整流モードからブリッジ整流モードへの切り替わりは、コンデンサCd1、Cd2の静電容量の大きさの影響を受けている。容量が大きければ時定数が大きくなるので、入力交流電圧の半周期の期間内にコンデンサCd1、Cd2を完全に放電させることはできないが、容量を小さくすることにより、入力交流電圧の半周期の時間内にコンデンサCd1、Cd2を完全に放電させて、さらにダイオードD3、D4がオンとなる電圧にまで充電することができる。 Switching from the voltage doubler rectification mode to the bridge rectification mode is affected by the magnitudes of the capacitances of the capacitors Cd1 and Cd2. If the capacitance is large, the time constant will be large, so the capacitors Cd1 and Cd2 cannot be completely discharged within the period of the half cycle of the input AC voltage. Capacitors Cd1 and Cd2 can be completely discharged within a short period of time and then charged to a voltage at which diodes D3 and D4 are turned on.

このことは、第1及び第2のコンデンサCd1,Cd2の容量が大きいほど倍電圧整流モードからブリッジ整流モードへの切り替わりのタイミングが遅くなり、逆に容量が小さいほどタイミングが速くなることを意味する。すなわち、第1及び第2のコンデンサCd1,Cd2の容量が大きいときには倍電圧整流モードでの動作比率のほうが高くなり、容量が小さいときにはブリッジ整流モードでの動作比率のほうが高くなる。 This means that the larger the capacity of the first and second capacitors Cd1 and Cd2, the later the timing of switching from the voltage doubler rectification mode to the bridge rectification mode, and conversely, the smaller the capacity, the faster the timing. . That is, when the capacitance of the first and second capacitors Cd1 and Cd2 is large, the operation ratio in the voltage doubler rectification mode is higher, and when the capacitance is small, the operation ratio in the bridge rectification mode is higher.

入力交流電力の周波数をf、バッテリーの負荷インピーダンスの最大値をRLmaxとするとき、第1のコンデンサCd1の静電容量C及び第2のコンデンサCd2の静電容量Cの各々は、1/(2fRLmax)よりも小さい(すなわち、C、C<1/(2fRLmax)を満たす)ことが必要である。このような静電容量であれば、負荷インピーダンスが最大のときでもブリッジ整流モードに対する倍電圧整流モードの時比率を100%未満にすることができ、負荷インピーダンスの変動範囲内においてブリッジ整流回路による整流動作を常に行わせることができる。 When the frequency of the input AC power is f and the maximum value of the load impedance of the battery is RLmax , each of the capacitance C1 of the first capacitor Cd1 and the capacitance C2 of the second capacitor Cd2 is 1 /(2fR Lmax ) (ie C 1 , C 2 <1/(2fR Lmax )). With such a capacitance, the duty ratio of the voltage doubler rectification mode to the bridge rectification mode can be less than 100% even when the load impedance is maximum, and rectification by the bridge rectification circuit can be achieved within the load impedance fluctuation range. Actions can always be made.

また、第1のコンデンサCd1の静電容量C及び第2のコンデンサCd2の静電容量Cの各々は、1/(80×2fRLmax)よりも大きい(すなわち、C、C>1/(80×2fRLmax)を満たす)ことが好ましい。このような静電容量であれば、整流回路23のブリッジ整流モードに対する倍電圧整流モードの時比率の上限値を10%よりも大きくすることができる。したがって、負荷インピーダンスの変動範囲内で2つのモードを適切な時比率で動作させることができ、負荷インピーダンスの変動を抑制する効果をより一層高めることができる。 Also, each of the capacitance C 1 of the first capacitor Cd1 and the capacitance C 2 of the second capacitor Cd2 is greater than 1/(80×2fR Lmax ) (i.e., C 1 , C 2 >1 /(80×2fR Lmax ) is preferably satisfied). With such a capacitance, the upper limit of the duty ratio of the voltage doubler rectification mode to the bridge rectification mode of the rectifier circuit 23 can be made larger than 10%. Therefore, the two modes can be operated at an appropriate duty ratio within the load impedance fluctuation range, and the effect of suppressing the load impedance fluctuation can be further enhanced.

負荷30がバッテリーである場合、ブリッジ整流回路による整流動作の比率は充電開始時において最も高い。バッテリーの充電が進んで負荷インピーダンスが徐々に増加すると、ブリッジ整流回路による整流動作の比率は徐々に減少し、逆に倍電圧整流回路による整流動作の比率は徐々に増加する。そして負荷インピーダンスが最大となるバッテリーの充電完了時には、ブリッジ整流回路による整流動作の比率が最低となり、倍電圧整流回路による整流動作が支配的となる。したがって、能動的な制御を要するインピーダンス変換器を別途設けることなく、整流回路23の入力側から見た負荷のインピーダンスの変動を抑制することができる。 When the load 30 is a battery, the ratio of rectification operation by the bridge rectifier circuit is highest at the start of charging. As the charging of the battery progresses and the load impedance gradually increases, the ratio of rectification operation by the bridge rectifier circuit gradually decreases, and conversely, the ratio of rectification operation by the voltage doubler rectifier circuit gradually increases. When the battery is fully charged and the load impedance is maximized, the ratio of the rectification operation by the bridge rectifier circuit becomes the lowest, and the rectification operation by the voltage doubler rectifier circuit becomes dominant. Therefore, variations in the impedance of the load viewed from the input side of the rectifier circuit 23 can be suppressed without separately providing an impedance converter that requires active control.

図8は、整流回路23の等価回路図である。また図9は、整流回路23の入出力電流を示す波形図である。 FIG. 8 is an equivalent circuit diagram of the rectifier circuit 23. As shown in FIG. 9 is a waveform diagram showing input/output currents of the rectifier circuit 23. As shown in FIG.

図8及び図9に示すように、整流回路23の入力電流irectが正弦波である場合、整流回路23の出力電流iは、通常のブリッジ整流波形ではなく、不連続に変化する波形となる。 As shown in FIGS. 8 and 9, when the input current i rect of the rectifier circuit 23 is a sine wave, the output current i o of the rectifier circuit 23 is not a normal bridge rectified waveform but a discontinuously changing waveform. Become.

整流回路23の出力電流iを入力電流irect及び第2のコンデンサCd2に流れる電流-iC2と重ねてみると、出力電流iはこの2つの電流のどちらか一方と常に等しく、途中でモードが切り替わっていることが分かる。すなわち、出力電流iは、モード切り替わり点以前で電流-iC2と等しく、モード切り替わり点以降で入力電流irectと等しい。さらに、第1のコンデンサCd1に流れる電流iC1と第2のコンデンサCd2に流れる電流iC2は大きさが同じで逆符号の関係(iC1=-iC2)を有する。したがって、整流回路23は、モード切り替わり点を境界とする半周期の前半において倍電圧整流モードで動作し、半周期の後半においてブリッジ整流モードで動作していることが分かる。図8の矢印の向きで各電流を定義すると、倍電圧整流モードにおける電流irect、iC1及びiC2の関係は、irect=iC1-iC2=2iC1となる。 When the output current i o of the rectifier circuit 23 is superimposed on the input current i rect and the current −i C2 flowing through the second capacitor Cd2, the output current i o is always equal to either one of these two currents, and on the way You can see that the mode is switched. That is, the output current i o is equal to the current −i C2 before the mode switching point, and is equal to the input current i rect after the mode switching point. Furthermore, the current i C1 flowing through the first capacitor Cd1 and the current i C2 flowing through the second capacitor Cd2 have the same magnitude and opposite signs (i C1 =−i C2 ). Therefore, it can be seen that the rectifier circuit 23 operates in the voltage doubler rectification mode in the first half of the half cycle bordering on the mode switching point, and operates in the bridge rectification mode in the second half of the half cycle. When each current is defined by the direction of the arrow in FIG. 8, the relationship among the currents i rect , i C1 and i C2 in the voltage doubler rectification mode is i rect =i C1 -i C2 =2i C1 .

また2つのモードの切り替わりは、第2のコンデンサCd2と並列に接続されたダイオードD4のオン動作が原因である。すなわち、第4のダイオードD4がオフのときには倍電圧整流モードとなり、倍電圧整流回路の等価回路は図10(a)のようになる。また、ダイオードD4がオンのときにはブリッジ整流モードとなり、ブリッジ整流回路の等価回路は図10(b)のようになる。 Switching between the two modes is also due to the on action of diode D4 connected in parallel with second capacitor Cd2. That is, when the fourth diode D4 is off, the voltage doubler rectification mode is entered, and the equivalent circuit of the voltage doubler rectifier circuit is as shown in FIG. 10(a). When the diode D4 is on, the bridge rectification mode is set, and the equivalent circuit of the bridge rectification circuit is as shown in FIG. 10(b).

また、整流回路23の正弦波の入力電流irectに対する入力電圧vrectは、図11のような歪み波形となる。第1及び第2のコンデンサCd1、Cd2の端子間電圧をそれぞれvC1、vC2とするとき、入力電圧vrectは、正負それぞれの半波でvC1もしくはvC2であり、図10(a)の矢印の向きで各電圧を定義すると、出力電圧VとコンデンサCd1、Cd2それぞれの端子間電圧vC1、vC2との関係は、vC1+vC2=V(一定)となる。 The input voltage v rect with respect to the sinusoidal input current i rect of the rectifier circuit 23 has a distorted waveform as shown in FIG. When the voltages across the terminals of the first and second capacitors Cd1 and Cd2 are respectively v C1 and v C2 , the input voltage v rect is v C1 or v C2 in positive and negative half waves, respectively. , the relationship between the output voltage V o and the voltages v C1 and v C2 across the terminals of the capacitors Cd1 and Cd2 is v C1 +v C2 =V o (constant).

また、2つのモードの切り替わり点は、整流回路23をなす一方のコンデンサの端子間電圧がゼロになる点であり、このとき、他方のコンデンサの端子間電圧は出力電圧Vo(直流電圧)と等しくなる。つまり、vC1(t=0)=0、vC1(t=t)=Voとなる(t:切り替わり時間)。 The switching point between the two modes is the point at which the voltage across the terminals of one capacitor of the rectifier circuit 23 becomes zero. At this time, the voltage across the terminals of the other capacitor is equal to the output voltage Vo (DC voltage). Become. That is, v C1 (t=0)=0 and v C1 (t=t d )=Vo (t d : switching time).

図12は、モードの切り替わり点Dの違いを説明するための図である。 FIG. 12 is a diagram for explaining the difference in mode switching points D. FIG.

図12(a)に示すように、モードの切り替わりタイミングが遅い(Dが大きい)場合には、倍電圧整流動作の影響が大きくなるため、入力電圧vrectは大きくなる。一方、図12(b)に示すように、モードの切り替わりタイミングが速い(Dが小さい)場合には、ブリッジ整流動作の影響が大きくなるため、入力電流irectの大きさは同じでも入力電圧vrectは小さくなる。このことは、モードの切り替えタイミングが遅くなるほど、倍電圧整流モードの影響によって入力インピーダンスが小さくなることを意味する。逆に、モードの切り替えタイミングが速くなるほど、ブリッジ整流モードの影響によって入力インピーダンスが小さくならないことを意味する。 As shown in FIG. 12A, when the mode switching timing is late (D is large), the input voltage v rect increases because the influence of the voltage doubler rectification operation increases. On the other hand, as shown in FIG. 12(b), when the mode switching timing is fast (D is small), the effect of the bridge rectification operation becomes large. rect becomes smaller. This means that the later the mode switching timing, the smaller the input impedance due to the influence of the voltage doubler rectification mode. Conversely, it means that the faster the mode switching timing, the less the input impedance is reduced due to the influence of the bridge rectification mode.

次に、モードの切り替わり点Dの導出について説明する。 Next, the derivation of the mode switching point D will be described.

t=0からt=T/2までの半周期を考え、モードの切り替わり点をD:[0,1]と表すとき、切り替わり点の時間[μs]で書くとTD/2[μs]となる。 Considering a half cycle from t = 0 to t = T/2, when the mode switching point is expressed as D: [0, 1], the time [μs] at the switching point is TD/2 [μs]. .

以下の条件式から、モードの切り替わり点Dを求める。
C2=-iC1
rect=iC1-iC2=2iC1
C1+vC2=Vo(一定)
C1(t=0)=0, vC1(t=TD/2)=Vo
A mode switching point D is obtained from the following conditional expression.
i C2 =-i C1
i rect =i C1 -i C2 =2i C1
v C1 +v C2 =Vo (constant)
v C1 (t=0)=0, v C1 (t=TD/2)=Vo

次に、vC1を計算すると、次のようになる。 Next, calculating v C1 yields :

Figure 0007139857000001
Figure 0007139857000001

次に、I(iの平均値(DC値))を計算すると、次のようになる。 Next, the calculation of I o (average value (DC value) of i o ) is as follows.

Figure 0007139857000002
Figure 0007139857000002

次に、vC1とIとを連立させると次のようになる。 Next, simultaneous v C1 and I o are as follows.

Figure 0007139857000003
Figure 0007139857000003

ここで、(数3)式のカッコ内の定義域が[-1,1]であることから、π/(ωC)>1、及び、R<π/(ωC)を満たす必要があることが分かる。これは、本計算を適用可能な負荷インピーダンスRの範囲を規定するものである。 Here, since the domain in parentheses of Equation (3) is [−1, 1], π/(ωC d R L )>1 and R L <π/(ωC d ) are satisfied. i know i need it. This defines the range of load impedances RL to which this calculation is applicable.

そして上記のように負荷インピーダンスRが最大(R=RLmax)のときにD<1を満たすためには、RLmax<π/(ωC)であることが必要である。換言すると、RLmax<1/(2fC)を満たすことが必要であり、第1及び第2のコンデンサCd1,Cd2それぞれの静電容量C、Cは、1/(2fRLmax)よりも小さいことが必要である。以上の計算より、負荷インピーダンスRが最大(R=RLmax)のときにD<1を満たすためには、C、C<1/(2fRLmax)を満たせばよいことが分かる。 In order to satisfy D<1 when the load impedance R L is maximum (R L =R Lmax ) as described above, it is necessary that R Lmax <π/(ωC d ). In other words, it is necessary to satisfy R Lmax <1/(2fC d ), and the capacitances C 1 and C 2 of the first and second capacitors Cd1 and Cd2, respectively, are less than 1/(2fR Lmax ). Small is required. From the above calculation, it can be seen that C 1 , C 2 <1/(2fR Lmax ) should be satisfied in order to satisfy D<1 when the load impedance R L is maximum (R L =R Lmax ).

図13は、整流回路23の入力側から見た負荷インピーダンス|Zac|と実際の負荷インピーダンスRとの関係を示すグラフである。 FIG. 13 is a graph showing the relationship between the load impedance |Z ac | viewed from the input side of the rectifier circuit 23 and the actual load impedance R L .

図13に示すように、従来のブリッジ整流回路の場合、整流回路23の入力側から見た負荷インピーダンスは、実際の負荷インピーダンスRに比例して変化する。すなわち、実際の負荷インピーダンスRが例えば約0Ωから約60Ωまで増加する場合、整流回路23の入力側から見た負荷インピーダンス|Zac|は約0Ωから約50Ωまで増加する。 As shown in FIG. 13, in the case of the conventional bridge rectifier circuit, the load impedance viewed from the input side of the rectifier circuit 23 changes in proportion to the actual load impedance RL . That is, when the actual load impedance R L increases, for example, from approximately 0Ω to approximately 60Ω, the load impedance |Z ac | seen from the input side of the rectifier circuit 23 increases from approximately 0Ω to approximately 50Ω.

一方、本発明による整流回路23の場合、整流回路23の入力側から見た負荷インピーダンス|Zac|は、実際の負荷インピーダンスRよりも小さな変化となっている。すなわち、実際の負荷インピーダンスRが約0Ωから約60Ωまで増加する場合でも、整流回路23の入力側から見た負荷インピーダンス|Zac|は約0Ωから約15Ωまでしか増加しない。このことは、ワイヤレス電力伝送システムにおいて、ワイヤレス送電装置10側から見たワイヤレス受電装置20側の負荷インピーダンスの変動が整流回路23によって抑制されていることを意味する。したがって、ワイヤレス送電装置10側とワイヤレス受電装置20側とのインピーダンス不整合による電力伝送効率の低下を抑制することができる。 On the other hand, in the case of the rectifier circuit 23 according to the present invention, the load impedance |Z ac | seen from the input side of the rectifier circuit 23 changes less than the actual load impedance R L . That is, even if the actual load impedance R L increases from about 0Ω to about 60Ω, the load impedance |Z ac | seen from the input side of the rectifier circuit 23 increases only from about 0Ω to about 15Ω. This means that in the wireless power transmission system, the rectifier circuit 23 suppresses fluctuations in the load impedance on the wireless power receiving device 20 side as seen from the wireless power transmitting device 10 side. Therefore, it is possible to suppress a decrease in power transmission efficiency due to impedance mismatch between the wireless power transmitting device 10 side and the wireless power receiving device 20 side.

以上説明したように、本実施形態によるワイヤレス電力伝送システム1は、電力をワイヤレスで供給するワイヤレス送電装置10と、ワイヤレス送電装置10からワイヤレスで供給される電力を受電するワイヤレス受電装置20とを備え、ワイヤレス受電装置20は、ダイオードD1~D4及びコンデンサCd1,Cd2を含む整流回路23と、第1のスイッチング素子SW21を含む保護回路25とを有し、整流回路23の出力電圧のみならず整流回路23のコンデンサCd2の端子間電圧に基づいて第1のスイッチング素子SW21のオンオフ動作を制御するので、保護回路25を構成する第1のスイッチング素子SW21等に過大な電流が流れることを抑制することができる。また、受電ユニットの出力端に過電圧が生じた場合に受電ユニットの両端を短絡させるので、受電ユニットよりも後段の回路を過電圧から保護することができる。したがって、過電圧が生じた場合に装置を構成する回路素子の保護を図りつつ、保護回路を構成する回路素子自体を保護することができる。 As described above, the wireless power transmission system 1 according to the present embodiment includes the wireless power transmission device 10 that wirelessly supplies power, and the wireless power reception device 20 that receives the power wirelessly supplied from the wireless power transmission device 10. , the wireless power receiving device 20 includes a rectifier circuit 23 including diodes D1 to D4 and capacitors Cd1 and Cd2, and a protection circuit 25 including a first switching element SW21. Since the ON/OFF operation of the first switching element SW21 is controlled based on the voltage across the terminals of the capacitor Cd2 of 23, it is possible to suppress an excessive current from flowing through the first switching element SW21 and the like constituting the protection circuit 25. can. In addition, when an overvoltage occurs at the output end of the power receiving unit, both ends of the power receiving unit are short-circuited, so that circuits subsequent to the power receiving unit can be protected from overvoltage. Therefore, it is possible to protect the circuit elements forming the protection circuit while protecting the circuit elements forming the device when an overvoltage occurs.

また、本実施形態によるワイヤレス受電装置20は、受電コイルL2が受電した交流電力を直流電力に変換して負荷30に出力する整流回路23を備え、整流回路23は、ブリッジ接続されたダイオードD1~D4と、ダイオードD1~D4のうち整流回路23の他方の入力端P2にアノードが接続されたダイオードD3に並列接続される第1のコンデンサCd1と、整流回路23の他方の入力端P2にカソードが接続されたダイオードD4に並列接続される第2のコンデンサCd2とを有するので、整流回路23をブリッジ整流回路又は倍電圧整流回路として動作させることができ、また整流回路23の出力に接続される負荷30のインピーダンスの変化に応じて、整流回路23のブリッジ整流モードと倍電圧整流モードとの時比率を受動的に変化させることができる。したがって、能動的な制御を要するインピーダンス変換器を別途設けることなく、整流回路23の入力側から見た負荷30のインピーダンスの変動を抑制することができ、負荷インピーダンスの変動に伴う電力伝送効率の低下を抑制することができる。 Further, the wireless power receiving device 20 according to the present embodiment includes a rectifying circuit 23 that converts AC power received by the power receiving coil L2 into DC power and outputs the power to the load 30. The rectifying circuit 23 includes bridge-connected diodes D1 to D4, a first capacitor Cd1 connected in parallel with the diode D3 of the diodes D1 to D4 whose anode is connected to the other input terminal P2 of the rectifier circuit 23, and a cathode connected to the other input terminal P2 of the rectifier circuit 23. With the second capacitor Cd2 connected in parallel with the connected diode D4, the rectifier circuit 23 can be operated as a bridge rectifier circuit or a voltage doubler rectifier circuit, and the load connected to the output of the rectifier circuit 23 The duty ratio between the bridge rectification mode and the voltage doubler rectification mode of the rectifier circuit 23 can be passively changed according to the change of the impedance of 30 . Therefore, it is possible to suppress fluctuations in the impedance of the load 30 viewed from the input side of the rectifier circuit 23 without separately providing an impedance converter that requires active control. can be suppressed.

さらにワイヤレス受電装置20は、第1のコンデンサCd1の静電容量をC、第2のコンデンサCd2の静電容量をC、交流電力の周波数をf、負荷30の最大抵抗値をRLmaxとするとき、第1のコンデンサCd1の静電容量C及び第2のコンデンサCd2の静電容量Cが1/(2fRLmax)よりも小さいので、整流回路23に入力される交流電力の半周期の中で、整流回路23のブリッジ整流モードに対する倍電圧整流モードの時比率の上限値を100%未満に設定することができる。したがって、負荷30のインピーダンスの変動範囲内で2つのモードを適切な時比率で動作させることができ、これにより負荷インピーダンスの変動を抑制することができる。 Further, in the wireless power receiving device 20, the capacitance of the first capacitor Cd1 is C 1 , the capacitance of the second capacitor Cd2 is C 2 , the frequency of the AC power is f, and the maximum resistance value of the load 30 is R Lmax. Then, since the capacitance C1 of the first capacitor Cd1 and the capacitance C2 of the second capacitor Cd2 are smaller than 1/(2fR Lmax ), the half cycle of the AC power input to the rectifier circuit 23 is Among them, the upper limit value of the duty ratio of the voltage doubler rectification mode to the bridge rectification mode of the rectifier circuit 23 can be set to less than 100%. Therefore, the two modes can be operated at an appropriate duty ratio within the impedance variation range of the load 30, thereby suppressing load impedance variation.

図14は、第2の実施の形態によるワイヤレス受電装置の構成を示す回路図である。 FIG. 14 is a circuit diagram showing the configuration of the wireless power receiving device according to the second embodiment.

図14に示すように、本実施形態によるワイヤレス受電装置20の特徴は、第2の電圧検出回路27が第1のコンデンサCd1の端子間電圧を検出する点にある。すなわち、制御回路28は、整流回路23の出力電圧が第1の閾値電圧を超え、かつ、コンデンサCd1の端子間電圧が第3の閾値電圧を超えた場合に制御信号SG1を出力して保護回路25を動作させるように構成されている。第1のコンデンサCd1の端子間電圧vC1は、第2のコンデンサCd2の端子間電圧vC2と逆相の交流電圧であるため、第1のコンデンサCd1の端子間電圧vC1から第2のコンデンサCd2の端子間電圧vC1を間接的に検出することができる。なお、第3の閾値電圧は第1のスイッチング素子SW21の定格電流に基づいて設定される。 As shown in FIG. 14, the feature of the wireless power receiving device 20 according to this embodiment is that the second voltage detection circuit 27 detects the voltage across the terminals of the first capacitor Cd1. That is, when the output voltage of the rectifier circuit 23 exceeds the first threshold voltage and the voltage across the terminals of the capacitor Cd1 exceeds the third threshold voltage, the control circuit 28 outputs the control signal SG1 to protect the protection circuit. 25 is configured to operate. Since the voltage v C1 across the terminals of the first capacitor Cd1 is an AC voltage that is inverse in phase to the voltage v C2 across the terminals of the second capacitor Cd2, the voltage v C1 across the terminals of the first capacitor Cd1 changes from the voltage v C1 across the terminals of the first capacitor Cd1 to the second capacitor. The voltage v C1 across Cd2 can be indirectly detected. The third threshold voltage is set based on the rated current of the first switching element SW21.

図15は、整流回路23の出力電圧Vo、第1のコンデンサCd1の端子間電圧vC1及び制御回路28から出力される制御信号SG1を示す信号波形図である。 FIG. 15 is a signal waveform diagram showing the output voltage Vo of the rectifier circuit 23, the voltage vC1 across the terminals of the first capacitor Cd1, and the control signal SG1 output from the control circuit .

図15に示すように、整流回路23の出力電圧Voは実質的に直流電圧であり、ここでは時間の経過と共に徐々に上昇して過電圧状態が進行しているものとする。一方、コンデンサCd1の端子間電圧vC1は正弦波に近い交流電圧であり、その振幅も整流回路の出力電圧Voと同様に徐々に上昇する。 As shown in FIG. 15, the output voltage Vo of the rectifier circuit 23 is substantially a DC voltage, and here it is assumed that the overvoltage state is progressing with the gradual increase over time. On the other hand, the voltage v C1 between the terminals of the capacitor Cd1 is an AC voltage close to a sine wave, and its amplitude gradually rises like the output voltage Vo of the rectifier circuit.

第1の電圧検出回路26は、整流回路23の出力電圧Voを監視しており、出力電圧Voが第1の閾値電圧Vth1を超えた時刻tのときに第1検出信号SGaを出力する。また第2の電圧検出回路27は、コンデンサCd1の端子間電圧vC1を監視しており、端子間電圧vC1が閾値電圧Vth3を上回ったときに第2検出信号SGbを出力する。 The first voltage detection circuit 26 monitors the output voltage Vo of the rectifier circuit 23, and outputs the first detection signal SGa when the output voltage Vo exceeds the first threshold voltage Vth1 at time ta. . The second voltage detection circuit 27 monitors the terminal voltage v C1 of the capacitor Cd1, and outputs the second detection signal SGb when the terminal voltage v C1 exceeds the threshold voltage V th3 .

整流回路23の出力電圧Voが第1の閾値電圧Vth1を上回る時刻t以降では、保護回路25を動作させて過電圧の供給を停止する必要がある。しかし、図示のように時刻tの時点ではコンデンサCd1の端子間電圧vC1が第3の閾値電圧Vth3を下回っているため、制御信号SG1はローレベルのままであり、保護回路25の動作は開始されない。コンデンサCd1の端子間電圧vC1第3の閾値電圧Vth3を下回っている状態は、コンデンサCd2の端子間電圧vC1が高い状態であることを意味する。そのため、このタイミングでは保護回路25の動作は開始されない。 After time t a when the output voltage Vo of the rectifier circuit 23 exceeds the first threshold voltage V th1 , it is necessary to operate the protection circuit 25 to stop the supply of the overvoltage. However, as shown in the figure, the voltage v C1 between the terminals of the capacitor Cd1 is lower than the third threshold voltage V th3 at time ta , so the control signal SG1 remains at the low level, and the protection circuit 25 operates. is not started. A state in which the voltage v C1 across the capacitor Cd1 is lower than the third threshold voltage V th3 means that the voltage v C1 across the capacitor Cd2 is high. Therefore, the protection circuit 25 does not start operating at this timing.

その後、コンデンサCd1の端子間電圧vC1が変化して第3の閾値電圧Vth3を上回った時刻tの時点で第2の電圧検出回路27の検出信号SGbがハイレベルとなり、制御信号SG1もハイレベルとなる。これにより、第1及び第2のスイッチング素子SW21,SW22の両方がオンになるので、整流回路23から過電圧が出力されることを防止することができる。 After that, at time tb when the terminal voltage v C1 of the capacitor Cd1 changes and exceeds the third threshold voltage V th3 , the detection signal SGb of the second voltage detection circuit 27 becomes high level, and the control signal SG1 also becomes become high level. As a result, since both the first and second switching elements SW21 and SW22 are turned on, it is possible to prevent the rectifier circuit 23 from outputting an overvoltage.

なお本実施形態では第2の電圧検出回路27が第1のコンデンサCd1の端子間電圧のみを検出し、制御回路は整流回路23の出力電圧及び第1のコンデンサCd1の端子間電圧に基づいてスイッチング素子SW21,SW22のオンオフ動作を制御しているが、第2の電圧検出回路27が第1のコンデンサCd1の端子間電圧と第2のコンデンサCd2の端子間電圧の両方を検出し、整流回路23の出力電圧と共に第1及び第2のコンデンサCd1,Cd2の端子間電圧の両方を用いてスイッチング素子SW21,SW22のオンオフ動作を制御することも可能である。 In this embodiment, the second voltage detection circuit 27 detects only the voltage across the terminals of the first capacitor Cd1, and the control circuit switches based on the output voltage of the rectifier circuit 23 and the voltage across the terminals of the first capacitor Cd1. Although the ON/OFF operations of the elements SW21 and SW22 are controlled, the second voltage detection circuit 27 detects both the terminal voltage of the first capacitor Cd1 and the terminal voltage of the second capacitor Cd2, It is also possible to control the on/off operations of the switching elements SW21 and SW22 using both the output voltage and the voltage across the terminals of the first and second capacitors Cd1 and Cd2.

図16は、第3の実施の形態によるワイヤレス受電装置の構成を示す回路図である。 FIG. 16 is a circuit diagram showing the configuration of the wireless power receiving device according to the third embodiment.

図16に示すように、本実施形態によるワイヤレス受電装置20の特徴は、保護回路25が単一のスイッチング素子SW21を用いて構成されている点にある。保護回路25は、スイッチング素子SW21と、2つのダイオードD5,D6とを有している。スイッチング素子SW21の一端は、ダイオードD5を介して整流回路23の他方の入力端P2に接続されると共に、ダイオードD6を介して整流回路23の一方の入力端P1に接続されている。スイッチング素子SW21の他端は、整流回路23の他方の出力端P4に接続されている。その他の構成は第1の実施の形態と同様である。 As shown in FIG. 16, the feature of the wireless power receiving device 20 according to this embodiment is that the protection circuit 25 is configured using a single switching element SW21. The protection circuit 25 has a switching element SW21 and two diodes D5 and D6. One end of the switching element SW21 is connected to the other input terminal P2 of the rectifier circuit 23 via a diode D5 and to one input terminal P1 of the rectifier circuit 23 via a diode D6. The other end of the switching element SW21 is connected to the other output end P4 of the rectifier circuit 23 . Other configurations are the same as those of the first embodiment.

本実施形態によるワイヤレス受電装置20は、第1の実施の形態と同様の効果を奏することができる。また、保護回路25が単一のスイッチング素子SW21を用いて構成されているので、低コスト化と制御の安定化を図ることができる。 The wireless power receiving device 20 according to this embodiment can achieve the same effects as those of the first embodiment. In addition, since the protection circuit 25 is configured using a single switching element SW21, it is possible to reduce costs and stabilize control.

図17は、第4の実施の形態によるワイヤレス受電装置の構成を示す回路図である。 FIG. 17 is a circuit diagram showing the configuration of the wireless power receiving device according to the fourth embodiment.

図17に示すように、本実施形態によるワイヤレス受電装置20の特徴は、第1の実施の形態における整流回路23のダイオードD2、D4を電界効果トランジスタからなるスイッチング素子SW22、SW21に置き換えて構成した点にある。これにより、整流回路23が保護回路25としての機能を兼ね備えており、スイッチング素子SW22,SW21を構成する電界効果トランジスタのボディダイオードが第1の実施の形態における整流回路23のダイオードD2、D4として機能する。スイッチング素子SW21,SW22にはMOSFETやIGBTを用いることができる。制御回路28からの制御信号SG1は、整流回路23を構成するスイッチング素子SW21,SW22の入力端に入力される。本実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を奏することができるだけでなく、また独立の保護回路を省略して小型化及び低コスト化を図ることができる。 As shown in FIG. 17, the feature of the wireless power receiving device 20 according to the present embodiment is that the diodes D2 and D4 of the rectifier circuit 23 in the first embodiment are replaced with switching elements SW22 and SW21 made of field effect transistors. at the point. As a result, the rectifier circuit 23 also functions as the protection circuit 25, and the body diodes of the field effect transistors forming the switching elements SW22 and SW21 function as the diodes D2 and D4 of the rectifier circuit 23 in the first embodiment. do. MOSFETs and IGBTs can be used for the switching elements SW21 and SW22. A control signal SG1 from the control circuit 28 is input to input terminals of the switching elements SW21 and SW22 forming the rectifier circuit 23 . According to this embodiment, not only can the same effects as in the first embodiment be obtained, but also the independent protection circuit can be omitted to achieve miniaturization and cost reduction.

図18は、第5の実施の形態によるワイヤレス受電装置の構成を示す回路図である。 FIG. 18 is a circuit diagram showing the configuration of the wireless power receiving device according to the fifth embodiment.

図18に示すように、本実施形態によるワイヤレス受電装置20の特徴は、整流回路23の一方の出力端P3にチョークコイルL3が直列挿入されている点にある。その他の構成は第1の実施の形態と同様である、このように、本実施形態においては整流回路23の後段に平滑コンデンサCs及びチョークコイルL3が設けられているので、保護回路25の動作時に、平滑コンデンサCsから保護回路25を構成する第1のスイッチング素子SW21等に過大な電流が流れることを抑制することができる。 As shown in FIG. 18, the wireless power receiving device 20 according to this embodiment is characterized in that a choke coil L3 is inserted in series with one output terminal P3 of the rectifier circuit 23. As shown in FIG. Other configurations are the same as those of the first embodiment. Thus, in this embodiment, since the smoothing capacitor Cs and the choke coil L3 are provided after the rectifier circuit 23, when the protection circuit 25 operates, , it is possible to suppress an excessive current from flowing from the smoothing capacitor Cs to the first switching element SW21 and the like constituting the protection circuit 25 .

図19は、本発明の第6の実施の形態によるワイヤレス受電装置の構成を示す回路図である。また、図20は、整流回路23の出力電圧Vo、第2のコンデンサCd2の端子間電圧vC2及び制御回路28から出力される制御信号SG11、S12を示す信号波形図である。 FIG. 19 is a circuit diagram showing the configuration of a wireless power receiving device according to the sixth embodiment of the invention. 20 is a signal waveform diagram showing the output voltage Vo of the rectifier circuit 23, the voltage vC2 across the terminals of the second capacitor Cd2, and the control signals SG11 and S12 output from the control circuit .

図19及び図20に示すように、本実施形態によるワイヤレス受電装置20の特徴は、制御回路28から出力される制御信号SG11,SG12によって第1及び第2のスイッチング素子SW21,SW22がそれぞれ別々に制御される点にある。制御回路28は、第1検知信号SGaのみがアクティブのときでも制御信号SG12を出力し、これによりスイッチング素子SW22はオンになる。一方、制御信号SG11は、第1検知信号SGaと第2検知信号SGbの両方がアクティブのときに出力され、これによりスイッチング素子SW21はオンになる。 As shown in FIGS. 19 and 20, the feature of the wireless power receiving device 20 according to this embodiment is that the first and second switching elements SW21 and SW22 are separately controlled by the control signals SG11 and SG12 output from the control circuit 28. at the point of being controlled. The control circuit 28 outputs the control signal SG12 even when only the first detection signal SGa is active, thereby turning on the switching element SW22. On the other hand, the control signal SG11 is output when both the first detection signal SGa and the second detection signal SGb are active, thereby turning on the switching element SW21.

図20に示すように、制御回路28は、第1の電圧検出回路26が検出した整流回路23の出力電圧Voが第1の閾値電圧Vth1を超えたとき、第2のスイッチング素子SW22をオンにする。また制御回路28は、第1の電圧検出回路26が検出した出力電圧Voが第1の閾値電圧Vth1を超え、かつ、第2の電圧検出回路27が検出した第2のコンデンサCd2の端子間電圧vC2が第2の閾値電圧Vth2を下回ったとき、第1のスイッチング素子SW21をオンにする。 As shown in FIG. 20, the control circuit 28 turns on the second switching element SW22 when the output voltage Vo of the rectifier circuit 23 detected by the first voltage detection circuit 26 exceeds the first threshold voltage Vth1 . to In addition, the control circuit 28 detects that the output voltage Vo detected by the first voltage detection circuit 26 exceeds the first threshold voltage Vth1 , and the voltage between the terminals of the second capacitor Cd2 detected by the second voltage detection circuit 27 is controlled. When the voltage v C2 falls below the second threshold voltage V th2 , the first switching element SW21 is turned on.

このように、出力電圧Voの過電圧を検知した後すぐに第2のスイッチング素子SW22をオンにすることにより、第1及び第2のコンデンサCd1,Cd2が倍電圧回路として動作している状態であっても出力電圧Voの上昇を緩和することができるとともに、電流負荷開放時に第2のコンデンサCd2の電荷を放電する経路を確保して放電しやすくすることができる。したがって、第2のコンデンサCd2の端子間電圧を即時に低下させることができる。 In this way, by turning on the second switching element SW22 immediately after detecting an overvoltage of the output voltage Vo, the first and second capacitors Cd1 and Cd2 are in a state of operating as a voltage doubler circuit. In addition, a path for discharging the second capacitor Cd2 when the current load is released can be secured to facilitate discharge. Therefore, the voltage across the terminals of the second capacitor Cd2 can be immediately lowered.

図21は、本発明の第7の実施の形態によるワイヤレス受電装置の構成を示す回路図である。また、図22は、整流回路23の出力電圧Vo、第1のコンデンサCd1の端子間電圧vC1及び制御回路28から出力される制御信号SG11、S12を示す信号波形図である。 FIG. 21 is a circuit diagram showing the configuration of a wireless power receiving device according to the seventh embodiment of the invention. 22 is a signal waveform diagram showing the output voltage Vo of the rectifier circuit 23, the voltage vC1 across the terminals of the first capacitor Cd1, and the control signals SG11 and S12 output from the control circuit .

図21及び図22に示すように、本実施形態によるワイヤレス受電装置20は第6の実施の形態(図19及び図20)の変形例であって、その特徴は、第2電圧検出回路27が第2のコンデンサCd2の端子間電圧vC2ではなく第1のコンデンサCd1の端子間電圧vC1を監視する点にある。制御回路28から出力される制御信号SG11,SG12によって第1及び第2のスイッチング素子SW21,SW22がそれぞれ別々に制御される点は第6の実施の形態と同様である。制御回路28は、第1検知信号SGaのみがアクティブのときでも制御信号SG12を出力し、これによりスイッチング素子SW22はオンになる。一方、制御信号SG11は、第1検知信号SGaと第2検知信号SGbの両方がアクティブのときに出力され、これによりスイッチング素子SW21はオンになる。 As shown in FIGS. 21 and 22, the wireless power receiving device 20 according to this embodiment is a modification of the sixth embodiment (FIGS. 19 and 20), and is characterized in that the second voltage detection circuit 27 is The point is that the voltage vC1 across the terminals of the first capacitor Cd1 is monitored instead of the voltage vC2 across the terminals of the second capacitor Cd2. As in the sixth embodiment, the control signals SG11 and SG12 output from the control circuit 28 separately control the first and second switching elements SW21 and SW22, respectively. The control circuit 28 outputs the control signal SG12 even when only the first detection signal SGa is active, thereby turning on the switching element SW22. On the other hand, the control signal SG11 is output when both the first detection signal SGa and the second detection signal SGb are active, thereby turning on the switching element SW21.

図22に示すように、制御回路28は、第1の電圧検出回路26が検出した整流回路23の出力電圧Voが第1の閾値電圧Vth1を超えたとき、第2のスイッチング素子SW22をオンにする。また制御回路28は、第1の電圧検出回路26が検出した出力電圧Voが第1の閾値電圧Vth1を超え、かつ、第2の電圧検出回路27が検出した第1のコンデンサCd1の端子間電圧vC1が第3の閾値電圧Vth3を超えたとき、第1のスイッチング素子SW21をオンにする。 As shown in FIG. 22, the control circuit 28 turns on the second switching element SW22 when the output voltage Vo of the rectifier circuit 23 detected by the first voltage detection circuit 26 exceeds the first threshold voltage Vth1 . to In addition, the control circuit 28 detects that the output voltage Vo detected by the first voltage detection circuit 26 exceeds the first threshold voltage Vth1 and that the voltage between the terminals of the first capacitor Cd1 detected by the second voltage detection circuit 27 is detected. When the voltage v C1 exceeds the third threshold voltage V th3 , the first switching element SW21 is turned on.

このように、出力電圧Voの過電圧を検知した後すぐに第2のスイッチング素子SW22をオンにすることにより、第1及び第2のコンデンサCd1,Cd2が倍電圧回路として動作している状態であっても出力電圧Voの上昇を緩和することができるとともに、電流負荷開放時に第2のコンデンサCd2の電荷を放電する経路を確保して放電しやすくすることができる。したがって、第2のコンデンサCd2の端子間電圧を即時に低下させることができる。 In this way, by turning on the second switching element SW22 immediately after detecting an overvoltage of the output voltage Vo, the first and second capacitors Cd1 and Cd2 are in a state of operating as a voltage doubler circuit. In addition, a path for discharging the second capacitor Cd2 when the current load is released can be secured to facilitate discharge. Therefore, the voltage across the terminals of the second capacitor Cd2 can be immediately lowered.

図23は、本発明の第8の実施の形態によるワイヤレス受電装置の構成を示す回路図である。 FIG. 23 is a circuit diagram showing the configuration of the wireless power receiving device according to the eighth embodiment of the invention.

図23に示すように、本実施形態によるワイヤレス受電装置20の特徴は、第3のダイオードD3のアノードと第4のダイオードD4のカソードとの接続点P5と、第1のスイッチング素子SW21と整流回路23の出力端との接続点P6との間に設けられたインダクタ素子L4を有する点にある。図示のインダクタ素子L4は接続点P5とダイオードD5との間に挿入されているが、ダイオードD5と第1のスイッチング素子SW21との間に挿入されてもよく、第1のスイッチング素子SW21と接続点P6との間に挿入されてもよい。この構成によれば、第1のスイッチング素子SW21がオンしたときの過電流を緩和することができ、スイッチング素子の破損を防止することができる。 As shown in FIG. 23, the wireless power receiving device 20 according to this embodiment is characterized by a connection point P5 between the anode of the third diode D3 and the cathode of the fourth diode D4, the first switching element SW21, and the rectifier circuit. 23 and the connection point P6 with the inductor element L4. Although the illustrated inductor element L4 is inserted between the connection point P5 and the diode D5, it may be inserted between the diode D5 and the first switching element SW21. It may be inserted between P6. According to this configuration, overcurrent when the first switching element SW21 is turned on can be alleviated, and damage to the switching element can be prevented.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. Needless to say, it is included within the scope.

例えば、上記実施形態においては、負荷30としてバッテリーを挙げたが、本発明はこのような場合に限定されず、インピーダンスが変動し得る様々な負荷を対象とすることができる。また、本発明はワイヤレス電力伝送装置の受電装置側で採用される整流回路を例に挙げたが、整流回路の用途はワイヤレス電力伝送技術に限定されるものではなく、種々の用途に使用することができる。 For example, in the above embodiment, a battery was used as the load 30, but the present invention is not limited to such a case, and can target various loads whose impedance can fluctuate. In addition, the present invention has exemplified the rectifier circuit employed on the power receiving device side of the wireless power transmission device, but the application of the rectifier circuit is not limited to wireless power transmission technology, and can be used for various purposes. can be done.

1 ワイヤレス電力伝送システム
10 ワイヤレス送電装置
11 直流電源
12 インバータ
13 送電ユニット
14 電流検出回路
15 送電制御回路
20 ワイヤレス受電装置
21 受電ユニット
23 整流回路
25 保護回路
26 第1の電圧検出回路
27 第2の電圧検出回路
28 制御回路
30 負荷
C11,C12 コンデンサ
C21,C22 コンデンサ
Cd1,Cd2 コンデンサ
Cs 平滑コンデンサ
D1 ダイオード
D2 ダイオード
D3 ダイオード
D4 ダイオード
D5 ダイオード(第1の整流素子)
D6 ダイオード(第2の整流素子)
L1 送電コイル
L2 受電コイル
L3 チョークコイル
L4 インダクタ素子
P1 整流回路23の一方の入力端
P2 整流回路23の他方の入力端
P3 整流回路23の一方の出力端
P4 整流回路23の他方の出力端
P5 第3のダイオードのアノードと第4のダイオードのカソードとの接続点
P6 第1のスイッチング素子と整流回路の出力端との接続点
SW11~SW14 スイッチング素子
SW21,SW22 スイッチング素子
1 wireless power transmission system 10 wireless power transmission device 11 DC power supply 12 inverter 13 power transmission unit 14 current detection circuit 15 power transmission control circuit 20 wireless power reception device 21 power reception unit 23 rectifier circuit 25 protection circuit 26 first voltage detection circuit 27 second voltage Detection circuit 28 Control circuit 30 Loads C11, C12 Capacitors C21, C22 Capacitors Cd1, Cd2 Capacitor Cs Smoothing capacitor D1 Diode D2 Diode D3 Diode D4 Diode D5 Diode (first rectifying element)
D6 diode (second rectifier)
L1 power transmitting coil L2 power receiving coil L3 choke coil L4 inductor element P1 one input terminal P2 of rectifier circuit 23 the other input terminal P3 of rectifier circuit 23 one output terminal P4 of rectifier circuit 23 the other output terminal P5 of rectifier circuit 23 Connection point P6 between the anode of the third diode and the cathode of the fourth diode Connection points SW11 to SW14 between the first switching element and the output terminal of the rectifier circuit Switching elements SW21 and SW22 Switching elements

Claims (21)

受電コイルを含む受電ユニットと、
前記受電ユニットの一方の出力端にアノードが接続される第1のダイオードと、前記一方の出力端にカソードが接続される第2のダイオードと、前記受電ユニットの他方の出力端にアノードが接続される第3のダイオードと、前記他方の出力端にカソードが接続される第4のダイオードと、前記第3及び第4のダイオードにそれぞれ並列接続される第1及び第2のコンデンサとを有し、前記受電コイルが受電した交流電力を直流電力に変換する整流回路と、
前記受電ユニットの前記他方の出力端と前記整流回路の出力端との間に接続される第1のスイッチング素子と、前記受電ユニットの前記一方の出力端と前記整流回路の出力端との間に接続される第2のスイッチング素子とを含む保護回路と、
前記整流回路の出力電圧及び前記第1又は第2のコンデンサの端子間電圧に基づいて前記第1及び第2のスイッチング素子のオンオフ動作を制御する制御回路と、を備えることを特徴とするワイヤレス受電装置。
a power receiving unit including a power receiving coil;
A first diode having an anode connected to one output terminal of the power receiving unit, a second diode having a cathode connected to the one output terminal, and an anode connected to the other output terminal of the power receiving unit. a third diode connected to the other output terminal, a fourth diode having a cathode connected to the other output terminal, and first and second capacitors connected in parallel to the third and fourth diodes, respectively, a rectifier circuit that converts AC power received by the power receiving coil into DC power;
a first switching element connected between the other output terminal of the power receiving unit and the output terminal of the rectifier circuit, and between the one output terminal of the power receiving unit and the output terminal of the rectifier circuit; a protection circuit including a connected second switching element ;
a control circuit that controls on/off operations of the first and second switching elements based on the output voltage of the rectifier circuit and the voltage across the terminals of the first or second capacitor. Device.
前記保護回路は、前記受電ユニットの前記他方の出力端と前記第1のスイッチング素子との間、又は、前記第1のスイッチング素子と前記整流回路の出力端との間に接続される第1の整流素子と、
前記受電ユニットの前記一方の出力端と前記第2のスイッチング素子との間、又は、前記第2のスイッチング素子と前記整流回路の出力端との間に接続される第2の整流素子とをさらに含む、請求項1に記載のワイヤレス受電装置。
The protection circuit is connected between the other output terminal of the power receiving unit and the first switching element, or between the first switching element and the output terminal of the rectifier circuit. a rectifying element;
a second rectifying element connected between the one output terminal of the power receiving unit and the second switching element, or between the second switching element and the output terminal of the rectifying circuit; The wireless power receiving device of claim 1 , comprising:
前記第1のスイッチング素子は、第1の電界効果トランジスタであり、
前記第2のスイッチング素子は、第2の電界効果トランジスタであり、
前記第4のダイオードは、前記第1の電界効果トランジスタの寄生ダイオードであり、
前記第2のダイオードは、前記第2の電界効果トランジスタの寄生ダイオードである、請求項1に記載のワイヤレス受電装置。
The first switching element is a first field effect transistor,
the second switching element is a second field effect transistor,
the fourth diode is a parasitic diode of the first field effect transistor;
The wireless power receiver according to claim 1 , wherein said second diode is a parasitic diode of said second field effect transistor.
前記整流回路の出力電圧を検出する第1の電圧検出回路と、
前記第2のコンデンサの端子間電圧を検出する第2の電圧検出回路と、をさらに備え、
前記制御回路は、
前記第1の電圧検出回路が検出した電圧が第1の閾値電圧を超えたとき、前記第2のスイッチング素子をオンにするとともに、前記第1の電圧検出回路が検出した電圧が前記第1の閾値電圧を超え、かつ、前記第2の電圧検出回路が検出した電圧が第2の閾値電圧を下回ったとき、前記第1のスイッチング素子をオンにする、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のワイヤレス受電装置。
a first voltage detection circuit that detects the output voltage of the rectifier circuit;
a second voltage detection circuit that detects the voltage across the terminals of the second capacitor,
The control circuit is
When the voltage detected by the first voltage detection circuit exceeds the first threshold voltage, the second switching element is turned on, and the voltage detected by the first voltage detection circuit exceeds the first threshold voltage. 4. The first switching element is turned on when the threshold voltage is exceeded and the voltage detected by the second voltage detection circuit is below the second threshold voltage. The wireless power receiving device as described in .
前記第2の閾値電圧は、前記第1のスイッチング素子の定格電流に基づいて設定される、請求項4に記載のワイヤレス受電装置。 The wireless power receiving device according to claim 4 , wherein said second threshold voltage is set based on a rated current of said first switching element. 前記整流回路の出力電圧を検出する第1の電圧検出回路と、
前記第1のコンデンサの端子間電圧を検出する第2の電圧検出回路と、をさらに備え、
前記制御回路は、
前記第1の電圧検出回路が検出した電圧が第1の閾値電圧を超えたとき、前記第2のスイッチング素子をオンにするとともに、前記第1の電圧検出回路が検出した電圧が前記第1の閾値電圧を超え、かつ、前記第2の電圧検出回路が検出した電圧が第3の閾値電圧を超えたとき、前記第1のスイッチング素子をオンにする、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のワイヤレス受電装置。
a first voltage detection circuit that detects the output voltage of the rectifier circuit;
a second voltage detection circuit that detects the voltage across the terminals of the first capacitor,
The control circuit is
When the voltage detected by the first voltage detection circuit exceeds the first threshold voltage, the second switching element is turned on, and the voltage detected by the first voltage detection circuit exceeds the first threshold voltage. 4. The first switching element is turned on when the threshold voltage is exceeded and the voltage detected by the second voltage detection circuit exceeds a third threshold voltage. The wireless power receiving device as described in .
前記第3の閾値電圧は、前記第1のスイッチング素子の定格電流に基づいて設定される、請求項6に記載のワイヤレス受電装置。 The wireless power receiving device according to claim 6 , wherein said third threshold voltage is set based on a rated current of said first switching element. 前記制御回路は、前記第1の電圧検出回路が検出した電圧が第1の閾値電圧を超えた場合、送電動作の停止を指示する送電停止信号を出力する、請求項4乃至7のいずれか一項に記載のワイヤレス受電装置。 8. The control circuit according to any one of claims 4 to 7 , wherein when the voltage detected by the first voltage detection circuit exceeds a first threshold voltage, the control circuit outputs a power transmission stop signal instructing to stop the power transmission operation. 11. The wireless power receiving device according to claim 1. 受電コイルを含む受電ユニットと、
前記受電ユニットの一方の出力端にアノードが接続される第1のダイオードと、前記一方の出力端にカソードが接続される第2のダイオードと、前記受電ユニットの他方の出力端にアノードが接続される第3のダイオードと、前記他方の出力端にカソードが接続される第4のダイオードと、前記第3及び第4のダイオードにそれぞれ並列接続される第1及び第2のコンデンサとを有し、前記受電コイルが受電した交流電力を直流電力に変換する整流回路と、
前記受電ユニットの前記他方の出力端と前記整流回路の出力端との間及び前記受電ユニットの前記一方の出力端と前記整流回路の出力端との間に接続される第1のスイッチング素子を含む保護回路と、
前記整流回路の出力電圧及び前記第1又は第2のコンデンサの端子間電圧に基づいて前記第1のスイッチング素子のオンオフ動作を制御する制御回路と、を備えることを特徴とするワイヤレス受電装置。
a power receiving unit including a power receiving coil;
A first diode having an anode connected to one output terminal of the power receiving unit, a second diode having a cathode connected to the one output terminal, and an anode connected to the other output terminal of the power receiving unit. a third diode connected to the other output terminal, a fourth diode having a cathode connected to the other output terminal, and first and second capacitors connected in parallel to the third and fourth diodes, respectively, a rectifier circuit that converts AC power received by the power receiving coil into DC power;
a first switching element connected between the other output terminal of the power receiving unit and the output terminal of the rectifier circuit and between the one output terminal of the power receiving unit and the output terminal of the rectifier circuit. a protection circuit;
and a control circuit for controlling the on/off operation of the first switching element based on the output voltage of the rectifier circuit and the inter-terminal voltage of the first or second capacitor.
前記保護回路は、前記受電ユニットの前記他方の出力端と前記第1のスイッチング素子との間に接続される第1の整流素子と、
前記受電ユニットの前記一方の出力端と前記第1のスイッチング素子との間に接続される第2の整流素子とをさらに含み、
前記第1のスイッチング素子は、前記第1の整流素子を介して前記他方の出力端に接続されると共に、前記第2の整流素子を介して前記一方の出力端に接続される、請求項9に記載のワイヤレス受電装置。
The protection circuit includes a first rectifying element connected between the other output terminal of the power receiving unit and the first switching element;
a second rectifying element connected between the one output end of the power receiving unit and the first switching element;
10. The first switching element is connected to the other output terminal via the first rectifying element and is connected to the one output terminal via the second rectifying element. The wireless power receiving device as described in .
前記整流回路の出力電圧を検出する第1の電圧検出回路と、
前記第1のコンデンサ又は前記第2のコンデンサの端子間電圧を検出する第2の電圧検出回路と、をさらに備え、
前記制御回路は、前記第1の電圧検出回路及び前記第2の電圧検出回路の検出結果に基づいて前記第1のスイッチング素子のオンオフ動作を制御する、請求項9又は10に記載のワイヤレス受電装置。
a first voltage detection circuit that detects the output voltage of the rectifier circuit;
a second voltage detection circuit that detects the voltage across the terminals of the first capacitor or the second capacitor,
11. The wireless power receiving device according to claim 9 , wherein said control circuit controls on/off operations of said first switching element based on detection results of said first voltage detection circuit and said second voltage detection circuit. .
前記第2の電圧検出回路は、前記第2のコンデンサの端子間電圧を検出するように構成され、
前記制御回路は、前記第1の電圧検出回路が検出した電圧が第1の閾値電圧を超え、かつ、前記第2の電圧検出回路が検出した電圧が第2の閾値電圧を下回ったとき、前記第1のスイッチング素子をオンにする、請求項11に記載のワイヤレス受電装置。
The second voltage detection circuit is configured to detect a voltage across the terminals of the second capacitor,
When the voltage detected by the first voltage detection circuit exceeds a first threshold voltage and the voltage detected by the second voltage detection circuit falls below a second threshold voltage, the control circuit controls the 12. The wireless power receiver of claim 11 , turning on the first switching element.
前記第2の閾値電圧は、前記第1のスイッチング素子の定格電流に基づいて設定される、請求項12に記載のワイヤレス受電装置。 The wireless power receiving device according to claim 12 , wherein said second threshold voltage is set based on a rated current of said first switching element. 前記第2の電圧検出回路は、前記第1のコンデンサの端子間電圧を検出するように構成され、
前記制御回路は、前記第1の電圧検出回路が検出した電圧が第1の閾値電圧を超え、かつ、前記第2の電圧検出回路が検出した電圧が第3の閾値電圧を超えたとき、前記第1のスイッチング素子をオンにする、請求項11乃至13のいずれか一項に記載のワイヤレス受電装置。
the second voltage detection circuit is configured to detect a voltage across the terminals of the first capacitor;
When the voltage detected by the first voltage detection circuit exceeds a first threshold voltage and the voltage detected by the second voltage detection circuit exceeds a third threshold voltage, the control circuit controls the The wireless power receiver according to any one of claims 11 to 13 , which turns on the first switching element.
前記第3の閾値電圧は、前記第1のスイッチング素子の定格電流に基づいて設定される、請求項14に記載のワイヤレス受電装置。 The wireless power receiving device according to claim 14 , wherein said third threshold voltage is set based on a rated current of said first switching element. 前記制御回路は、前記第1の電圧検出回路が検出した電圧が第1の閾値電圧を超えた場合、送電動作の停止を指示する送電停止信号を出力する、請求項11乃至15のいずれか一項に記載のワイヤレス受電装置。 16. The control circuit according to any one of claims 11 to 15 , wherein when the voltage detected by the first voltage detection circuit exceeds a first threshold voltage, the control circuit outputs a power transmission stop signal instructing to stop the power transmission operation. 11. The wireless power receiving device according to claim 1. 前記交流電力の周波数をf、負荷の最大抵抗値をRLmaxとするとき、前記第1のコンデンサの静電容量C及び前記第2のコンデンサの静電容量Cは、
、C<1/(2fRLmax
を満たす請求項1乃至16のいずれか一項に記載のワイヤレス受電装置。
When the frequency of the AC power is f and the maximum resistance value of the load is RLmax , the capacitance C1 of the first capacitor and the capacitance C2 of the second capacitor are:
C 1 , C 2 <1/(2fR Lmax )
The wireless power receiving device according to any one of claims 1 to 16 , wherein:
前記第1のコンデンサの静電容量C及び前記第2のコンデンサの静電容量Cは、
1/(80×2fRLmax)<C、C
を満たす請求項17に記載のワイヤレス受電装置。
The capacitance C1 of the first capacitor and the capacitance C2 of the second capacitor are
1/(80×2fR Lmax )<C 1 , C 2
The wireless power receiving device according to claim 17 , wherein:
前記整流回路の出力端に並列接続された平滑コンデンサと、前記整流回路の出力端と前記平滑コンデンサとの間に設けられたチョークコイルと、をさらに備える請求項1乃至18のいずれか一項に記載のワイヤレス受電装置。 19. The apparatus according to any one of claims 1 to 18 , further comprising a smoothing capacitor connected in parallel to the output end of said rectifier circuit, and a choke coil provided between the output end of said rectifier circuit and said smoothing capacitor. A wireless powered device as described. 前記第3のダイオードのアノードと前記第4のダイオードのカソードとの接続点と、前記第1のスイッチング素子と前記整流回路の出力端との接続点との間に設けられたインダクタ素子をさらに備える、請求項1乃至19のいずれか一項に記載のワイヤレス受電装置。 An inductor element provided between a connection point between the anode of the third diode and the cathode of the fourth diode and a connection point between the first switching element and the output terminal of the rectifier circuit. 20. The wireless power receiver according to any one of claims 1 to 19 . ワイヤレス送電装置と、
請求項1乃至20のいずれか一項に記載のワイヤレス受電装置と、を備え、
前記ワイヤレス送電装置は、
直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記交流電力を受けて交流磁界を発生させる送電コイルを含む送電ユニットと、
前記インバータから出力される電流を検出する電流検出回路と、
前記インバータの動作を制御する送電制御回路と、を備え、
前記送電制御回路は、前記電流検出回路が検出した電流が閾値電流を超えたとき、前記インバータの動作を停止させることを特徴とするワイヤレス電力伝送システム。
a wireless power transmission device;
A wireless power receiving device according to any one of claims 1 to 20 ,
The wireless power transmission device
an inverter that converts DC power to AC power;
a power transmission unit including a power transmission coil that receives the AC power and generates an AC magnetic field;
a current detection circuit that detects the current output from the inverter;
a power transmission control circuit that controls the operation of the inverter,
The wireless power transmission system, wherein the power transmission control circuit stops the operation of the inverter when the current detected by the current detection circuit exceeds a threshold current.
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