KR101050327B1 - 전원 회로 및 전원 시스템 - Google Patents

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미키히로 야마시타
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Abstract

내전압이 큰 스위칭 소자를 이용하지 않아도, 월드 와이드에 대응시키는 것이 가능하고, 또한, 부하 장치에 안정된 전력을 공급한다. 턴오프 콘덴서(C4)와 부하 코일(L2) 사이에 충전부(14)를 설치한다. 충전부(14)는, 애노드가 귀환 코일(L3)의 정단자에 접속되고, 캐소드가 정전압 다이오드(Z1)의 캐소드에 접속되어 있다. 이에 의해, 상용 전원(E)의 전압이 클 경우, 충전부(14)가 동작하고, 턴오프 콘덴서(C4)가 급속히 충전되고, 트랜지스터(Q1)의 온 기간이 짧아지고, 트랜지스터(Q1)의 드레인 소스간에 과대한 전압이 더해지는 것을 방지함과 더불어, 상용 전원(E)의 전압과 부하 장치에 흐르는 전류의 관계를 나타내는 출력 특성을 플랫으로 한다.

Description

전원 회로 및 전원 시스템 {POWER SUPPLY CIRCUIT AND POWER SUPPLY SYSTEM}
본 발명은 자려 발진형의 전원 회로 및 전원 시스템에 관한 것이다.
근년, 해외 여행의 활발화에 수반하여, 쉐이버나 전동 칫솔 등의 장치를 충전하는 전원 장치로서 국내뿐만 아니라, 국내와 상용 전원의 전압 크기가 다른 해외에서도 사용 가능, 즉, 월드 와이드에 대응할 수 있는 전원 장치의 개발이 요망되고 있다.
도 17은, 특허 문헌 1에 나타내어지는 종래의 전원 장치를 나타내는 회로도이다. 도 17에 나타내는 전원 장치는, 자려 발진형의 전원 장치이고, 이하와 같이 동작한다. 우선, 전원부(EO)가 접속되면 콘덴서(C20)에 바이어스 저항(R80)을 통해 전력이 공급되고, 콘덴서(C20)가 충전되어 FET1의 게이트의 전압(VG)이 상승한다. 그리고, 전압(VG)이, FET1의 스레스홀드 전압을 초과하면, FET1은 온 하고, 전류(ID)가 흐른다. 전류(ID)가 증대하고, R40·ID가 트랜지스터(Tr10)의 스레스홀드(threshold) 전압을 초과하면, 트랜지스터(Tr10)가 온 하고, FET1의 게이트 용량을 방전한다. 이에 의해 전압(VG)이 감소하고, FET1이 오프하기 시작해 코일 전류(IL1)도 오프하기 시작한다. 이에 의해, 귀환 권선(L30)에 유기(誘起)되는 전압에 의해, 전압(VG)은 급격히 저하하고, FET1은 완전히 오프 한다.
FET1이 오프 하면, 콘덴서(C10), 1차 권선(L10)으로 이루어지는 공진 회로가 자유 진동이 되고, 전압(VG)은, 코일 전류(IL1)에 의해 다시 FET1의 스레스홀드 전압을 초과하고 FET1이 다시 온 한다. 이와 같이 하여, FET1의 온, 오프가 반복되고 부하(E20)에 전력이 공급된다.
그리고, FET1은, 저항(R40)의 양단 전압(ID·R40), 즉, 전류(ID)로 결정되기 때문에, 과도시에서도 과대한 전류(ID)가 흐르는 일이 없어지고, 전압(VG)도 과도하게 저하하는 일없이, 공진 회로에서의 발진을 안정화시킬 수 있다.
그 외, 본원 발명에 관련되는 기술로서 RCC(Ringing Choke Converter)형의 전원 장치가 특허 문헌 2에 개시되어 있다.
그러나, 특허 문헌 1의 전원 장치에서는, 월드 와이드에 대응되지 않고, 전원부(EO)가 큰 지역이나 나라에서 사용했을 경우, FET1의 드레인 소스간 전압이 과대가 되므로, FET1로서 드레인 소스간 내압이 큰 것을 채용해야 한다는 문제가 있다.
한편, 인용 문헌 2의 스위칭 전원 장치는, RCC형이기 때문에, 스위칭 소자가 하드 스위칭하는 결과, 노이즈가 많이 발생함과 더불어, 전력 손실이 커진다는 문제가 있다. 또한, 인용 문헌 2의 스위칭 전원 장치는, RCC형이기 때문에, 전원이 큰 나라나 지역에서 사용했다고 해도, 스위칭 소자의 드레인 소스간 전압이 공진형처럼 커지지 않으므로, 스위칭 소자의 드레인 소스간 전압을 저하시킬 필요는 없다. 그 때문에, 자려 발진형의 전원 장치에 생기는 상기 문제는 존재하지 않는다.
본 발명의 목적은, 내전압이 큰 스위칭 소자를 이용하지 않아도, 월드 와이 드에 대응시키는 것이 가능하고, 또한, 부하 장치에 안정된 전력을 공급할 수 있는 전원 회로 및 전원 시스템을 제공하는 것이다.
[특허 문헌 1：일본국 특허 공개 평8－80042호 공보]
[특허 문헌 2：일본국 특허 공개 평10－98880호 공보]
본 발명에 의한 전원 회로는, 전원부로부터 공급되는 전력에 의해 자려 발진하는 전원 회로이며, 공진 콘덴서와 공진 코일을 포함하고, 상기 부하 장치에 전력을 공급하는 공진부와, 상기 공진부에 직렬 접속된 제1 스위칭 소자와, 상기 공진 코일에 자기(磁氣) 결합된 귀환 코일을 포함하고, 상기 제1 스위칭 소자를 온 오프 하여 상기 공진부를 자려 발진시키는 발진부와, 제2 스위칭 소자와, 상기 제2 스위칭 소자의 제어 단자 및 전원부의 부극(負極) 사이에 접속된 턴오프 콘덴서를 포함하고, 상기 제1 스위칭 소자가 온 했을 때에 흐르는 온 전류가 소정 레벨에 이르렀을 때에, 상기 제2 스위칭 소자가 온 하고 상기 제1 스위칭 소자를 턴오프시키는 턴오프부와, 애노드가 상기 귀환 코일측에 접속된 다이오드와, 캐소드가 상기 다이오드의 캐소드에 접속되고 애노드가 상기 턴오프 콘덴서측으로 접속된 정전압 다이오드를 포함하는 제1 충전부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의하면, 귀환 코일과 턴오프 콘덴서 사이에, 턴오프 콘덴서로부터 귀환 코일의 방향으로의 전류의 흐름을 저지하는 다이오드와, 귀환 코일의 전압이 일정한 값을 초과했을 때에 동작하는 정전압 다이오드를 포함하는 제1 충전부를 구비한다. 그 때문에, 전원부로부터 큰 전압이 출력되면, 귀환 코일의 전압이 일정한 값을 초과하여 제1 충전부가 동작해, 턴오프 콘덴서에 전류를 공급한다. 이에 의해, 턴오프 콘덴서는, 제1 스위칭 소자의 온 기간에서, 제1 스위칭 소자의 온 전류와 제1 충전부로부터 공급되는 전류에 의해 충전되고, 제2 스위칭 소자를 신속히 온 하고, 제1 스위칭 소자를 신속히 턴오프시키는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 제1 스위칭 소자의 온 기간이 짧아지고, 공진부에서 저장할 수 있는 에너지가 작아지고, 부하 장치에 흐르는 출력 전류의 증대를 억제할 수 있다. 이에 의해, 전원부로부터 출력되는 전압을 가로축으로 하고, 부하 장치에 흐르는 출력 전류를 세로축으로 했을 때의 양자의 관계를 나타내는 출력 특성이 플랫이 되어, 월드 와이드에 대응 가능한 전원 회로를 제공할 수 있다.
또, 전원부로부터 출력되는 전압이 높을 경우는, 제1 충전부의 동작에 의해 턴오프 콘덴서가 신속히 충전되기 때문에, 제1 스위칭 소자의 온 기간이 짧아지고, 제1 스위칭 소자에 과대한 전압이 더해지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제1 충전부는 턴오프 콘덴서로부터 귀환 코일의 방향으로 흐르는 전류를 저지하는 다이오드를 구비하기 때문에, 제1 스위칭 소자가 온 할 때의 턴오프 콘덴서가 저장하는 전하량이 일정하게 되고 턴오프 콘덴서의 충전 시간이 일정하게 되고, 제1 스위칭 소자의 온 기간을 일정하게 하는 것이 가능하게 되고, 부하 장치에 안정된 전력을 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 전원 시스템의 회로도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 나타내는 전원 시스템의 타이밍 차트를 나타내고, (a)는 트랜 지스터(Q1)의 드레인 소스간 전압을 나타내고, (b)는 드레인 전류를 나타내고, (c)는 귀환 코일의 전압을 나타내고, (d)는 턴오프 트랜지스터(Tr)의 베이스 이미터간 전압을 나타내고, (e)는 턴오프 트랜지스터(Tr)의 컬렉터 전류를 나타낸다.
도 3은 본 전원 시스템의 출력 특성을 나타내는 그래프이며, 세로축은 출력 전류를 나타내고, 가로축은 입력 전압을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 형태 2에 의한 전원 시스템의 회로도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 형태 3에 의한 전원 시스템의 회로도를 나타낸다.
도 6은 본 전원 시스템의 출력 특성을 나타내는 그래프이고, 세로축은 출력 전류를 나타내고, 가로축은 입력 전압을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시 형태 4에 의한 전원 시스템의 회로도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시 형태 5에 의한 전원 시스템의 회로도를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시 형태 6에 의한 전원 시스템의 회로도를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 실시 형태 7에 의한 전원 시스템의 회로도를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 실시 형태 8에 의한 전원 시스템의 회로도를 나타낸다.
도 12는 충전 신호와 충전 전류의 파형도를 나타내고, (a)는, 통상 충전시에서의 충전 신호와 충전 전류의 파형도를 나타내고, (b)는 통상 충전시보다 충전 전류의 평균값을 작게 했을 때(출력을 줄었을 때)의 충전 신호와 충전 전류의 파형도를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 실시 형태 9에 의한 전원 시스템의 회로도를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 실시 형태 10에 의한 전원 시스템의 회로도를 나타낸다.
도 15는 본 발명의 실시 형태 11에 의한 전원 시스템의 회로도를 나타낸다.
도 16은 본 발명의 실시 형태 11에 의한 전원 시스템의 회로도를 나타낸다.
도 17은 특허 문헌 1에 나타내어지는 종래의 전원 장치를 나타내는 회로도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 의한 전원 시스템에 대해 설명한다.
<실시 형태 1>
도 1은, 본 발명의 실시 형태 1에 의한 전원 시스템의 회로도를 나타낸다. 본 전원 시스템은 전원 회로(10) 및 부하 장치(20)를 구비한다. 전원 회로(10)는, 공진부(11), 발진부(12), 턴오프부(13), 충전부(14)(제1 충전부), 및 전원부(15)를 구비한다.
공진부(11)는, 병렬 접속된 공진 코일(L1) 및 공진 콘덴서(C3)를 구비하여 부하 장치(20)에 전력을 공급한다.
발진부(12)는, 귀환 코일(L3), 콘덴서(C2), 저항(R2), 및 트랜지스터(Q1)(제1 스위칭 소자), 및 저항(R4)을 구비하여 공진부(11)를 자려 발진시킨다. 귀환 코일(L3)은, 트랜지스터(Q1)의 게이트측의 단자가 정극성(正極性)이 되도록 공진 코일(L1)과 자기 결합되어 있다. 이하, 귀환 코일(L3)의 트랜지스터 (Q1)의 게이트측의 단자를 정단자(正端子)라고 부르고, 정단자와 반대측의 단자를 부단자라고 부른다. 귀환 코일(L3)의 부단자(負端子)는, 전원부(15)의 부극(T1)과 접속되어 있다. 공진 코일(L1)의 일단은 트랜지스터(Q1)의 드레인으로 접속되어 있다.
트랜지스터(Q1)는, n채널 전계 효과형 트랜지스터로 구성되고 드레인이 공진부(11)에 접속되고, 소스가 턴오프부(13)에 접속되고, 게이트(제어 단자)가 저항(R2) 및 콘덴서(C2)를 통해 귀환 코일(L3)의 정단자와 접속되어 있다. 또, 트랜지스터(Q1)의 게이트·소스간에는, 게이트에 과대한 전압이 출력되는 것을 방지하기 위한 저항(R4)이 접속되어 있다.
콘덴서(C2)는 일단이 귀환 코일(L3)를 통해 전원부(15)의 부극(T1)에 접속되고, 타단이 저항(R2)을 통해 트랜지스터(Q1)의 게이트에 접속되어 있다. 그리고, 콘덴서(C2)와 저항(R2)으로, 기동 저항(R1)으로부터 귀환 코일(L3)측으로의 전류의 흐름이 저지된다.
턴오프부(13)는, 턴오프 트랜지스터(Tr)(제2 스위칭 소자), 턴오프 콘덴서(C4), 저항(R5, R6)을 구비하여 트랜지스터(Q1)가 온 했을 때에 흐르는 드레인 전류(온 전류)에 의해 턴오프 콘덴서(C4)를 충전하고, 턴오프 콘덴서(C4)의 전압이 턴오프 트랜지스터(Tr)의 스레스홀드 전압을 초과했을 때 턴오프 트랜지스터(Tr)가 온 하여, 트랜지스터(Q1)를 턴오프시킨다.
턴오프 콘덴서(C4)는, 일단이 부극(T1)에 접속되어 타단이 턴오프 트랜지스터(Tr)의 베이스(제어 단자)에 접속되어 있다.
턴오프 트랜지스터(Tr)는, npn 바이폴러 트랜지스터로 구성되고, 이미터가 전원부(15)의 부극(T1)에 접속되고, 베이스 이미터 사이에 턴오프 콘덴서(C4)가 병렬 접속되고, 컬렉터가 기동 저항(R1)을 통해 전원부(15)의 정극(T2)과 접속되어 있다. 그리고, 턴오프 트랜지스터(Tr)는, 턴오프 콘덴서(C4)의 전압이 스레스홀드 전압을 초과했을 때 온 하여, 트랜지스터(Q1)의 게이트 용량을 방전하고, 트랜지스터(Q1)를 턴오프시킨다. 이에 의해, 과대한 드레인 전류가 트랜지스터(Q1)에 흐르는 것을 방지하고, 트랜지스터(Q1)를 보호할 수 있다.
저항(R6)은, 일단이 부극(T1)에 접속되어 타단이 저항(R5)을 통해, 턴오프 트랜지스터(Tr)의 베이스에 접속되어 트랜지스터(Q1)가 온 했을 때에 흐르는 드레인 전류에 따른 전압을, 저항(R5)을 통해 턴오프 콘덴서(C4)로 출력하고, 턴오프 콘덴서(C4)를 충전한다.
충전부(14)는, 다이오드(D1), 정전압 다이오드(Z1), 및 저항(R3)을 구비하여 전원부(15)로부터 일정한 값보다 큰 전압이 출력되었을 때에 동작하고, 턴오프 콘덴서(C4)를 충전한다. 다이오드(D1)는, 애노드가 귀환 코일(L3)의 정단자에 접속되어 있다. 정전압 다이오드(Z1)는 캐소드가 다이오드(D1)의 캐소드에 접속되어 애노드가 저항(R3)을 통해 턴오프 콘덴서(C4)에 접속되어 있다.
전원부(15)는, 정류 회로 (151) 및 콘덴서(C1)로부터 구성되고 상용 전원(E)로부터의 교류 전압을 직류 전압으로 변환한다. 상용 전원(E)는, 진폭이 80V~246V의 교류 전압을 출력한다. 정류 회로(151)는, 예를 들면 다이오드 브리지 회로로 구성되고 상용 전원(E)으로부터 출력되는 교류 전압을 전파(全波) 정류(整流)한다. 콘덴서(C1)는, 예를 들면 전해 콘덴서로 구성되고, 정류 회로(151)에 의해 전파 정류된 전압을 평활화(平滑化)하고, 직류 전압을 생성한다.
부하 장치(20)는, 부하 코일(L2), 부하 코일(L2)에 병렬 접속된 콘덴서(C5), 애노드가 콘덴서(C5)에 접속된 다이오드(D2), 및 정극이 다이오드(D2)의 캐소드에 접속되고 부극이 콘덴서(C5)에 접속된 2차 전지(21)를 구비한다.
부하 코일(L2)은, 2차 전지(21)의 부극측이 정극성을 가지도록, 공진 코일(L1)과 자기 결합되어 있다. 여기에서, 공진 코일(L1)과 부하 코일(L2)은, 도시 생략한 절연체를 통해 비접촉으로 접속되어 있다. 또한, 공진 코일(L1)과 부하 코일(L2)은 트랜스가 구성되어 공진 코일(L1)이 1차 권선, 부하 코일(L2)이 2차 권선이 된다.
콘덴서(C5)는, 부하 코일(L2)로부터 출력되는 전압을 평활화하고, 다이오드(D2)는 부하 코일(L2)로부터 출력되는 전압을 정류한다. 이에 의해, 2차 전지(21)에는, 일정한 충전 전류가 흐른다. 2차 전지(21)는, 리튬이온 2차 전지, 니켈카드뮴 2차 전지 등으로 구성되어 있다.
다음에, 도 1에 나타내는 전원 시스템의 동작에 대해 설명한다. 도 2는, 도 1에 나타내는 전원 시스템의 타이밍 차트를 나타내고, (a)는 트랜지스터(Ql)의 드레인 소스간 전압을 나타내고, (b)는 드레인 전류를 나타내고, (c)는 귀환 코일(L3)의 전압을 나타내고, (d)는 턴오프 트랜지스터(Tr)의 베이스 이미터간 전압을 나타내고, (e)는 턴오프 트랜지스터(Tr)의 컬렉터 전류를 나타낸다. 이하, 도 1의 회로도 및 도 2의 타이밍 차트를 참조하면서 본 전원 시스템의 동작에 대해 설명한다.
상용 전원(E)으로부터 출력되는 AC80~AC264V의 전압은, 정류 회로(151)에서 정류되고 콘덴서(Cl)로 평활화되어, DC113~DC374V의 직류 전압이 된다. 귀환 코일(L3) 및 콘덴서(C1)의 전압이 상승하면, 기동 저항(R1)에 전류가 흐르고 트랜지 스터(Q1)의 게이트에 전압이 걸리기 시작한다. 트랜지스터(Q1)의 게이트 전압이 트랜지스터(Q1)의 스레스홀드 전압을 초과하면, 트랜지스터(Ql)가 온 하고(시각 TM1), 공진 콘덴서(C3) 및 공진 코일(L1)에 전류가 흐르기 시작한다.
이 때, 도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 트랜지스터(Q1)에 드레인 전류가 흐르기 시작하고 공진 코일(L1)에 전류가 흐르기 시작한다. 공진 코일(L1)에 전류가 흐르기 시작하면, 공진 코일(L1)과 자기 결합되어 있는 귀환 코일(L3)에도 전압이 생기고, 공진 코일(L1)의 방향성에 의해 트랜지스터(Q1)가 온을 유지한다. 또, 트랜지스터(Q1)가 온 하면, 드레인 전류에 의해 저항(R6)에 전압이 생기기 시작하고 턴오프 콘덴서(C4)가 충전된다.
이와 동시에 귀환 코일(L3)의 정단자에 플러스의 전압이 생기고, 상용 전원(E)의 전압이 일정한 값보다 클 경우, 충전부(14)가 동작하고, 다이오드(D1), 정전압 다이오드(Z1), 저항(R3)을 통해 턴오프 콘덴서(C4)에 전류가 흐르고 턴오프 콘덴서(C4)는 충전된다. 즉, 턴오프 콘덴서(C4)는, 충전부(14)와 저항(R6)에 생기는 전압에 의해 충전되기 때문에, 신속히 턴오프 트랜지스터(Tr)를 온 할 수 있다.
턴오프 콘덴서(C4)의 전압이 턴오프 트랜지스터(Tr)의 스레스홀드 전압까지 상승하면(시각 TM2), 턴오프 트랜지스터(Tr)가 온 하고, 트랜지스터(Q1)의 게이트 용량을 방전시켜, 트랜지스터(Q1)가 오프 한다(시각 TM3).
이 때, 턴오프 트랜지스터(Tr)는, 턴오프 콘덴서(C4)가 존재하기 때문에, 시각 TM4가 경과할 때까지, 당분간 온을 유지하고, 귀환 코일(L3)의 정단자에 마이너스의 전압이 생기고 트랜지스터(Q1)가 오프를 유지한다. 이 때, 공진 코일(L1)에 흐르고 있던 전류는 공진 콘덴서(C3)로 흐르고 공진 코일(L1)의 누설 인덕턴스와 공진 콘덴서(C3)에서 공진이 시작되고, 도 2(a)에 나타낸 바와 같이 트랜지스터(Q1)의 드레인 소스간의 전압이 위로 볼록 곡선을 그리며 변화한다. 또, 이에 수반하여, 귀환 코일(L3)의 전압은 아래로 볼록 곡선을 그리며 변화한다.
또한, 본 실시 형태에서는 공진 코일(L1)과 부하 코일(L2)은 소결합(疎結合)이고, 공진 코일(L1)에 여자 인덕턴스와 누설 인덕턴스를 만든다. 공진이 시작되고 잠시 후에, 귀환 코일(L3)의 정단자에 플러스의 전압이 생기고 다시 트랜지스터(Q1)가 온 한다(시각 TM5). 또한, 트랜지스터(Q1)가 온 할 때에 턴오프 콘덴서(C4)에 저장된 전하의 모두 또는 일정량이, 트랜지스터(Q1)의 온 기간에서, 저항(R5) 및 저항(R6)을 통해 방전되도록, 턴오프 콘덴서(C4)의 정전 용량 및 저항(R5, R6)의 저항값이 정해져 있다.
도 3은, 본 전원 시스템의 출력 특성을 나타내는 그래프이고, 세로축은 출력 전류를 나타내고, 가로축은 입력 전압을 나타낸다. 실선의 그래프는, 충전부(14)를 채용했을 경우의 출력 특성을 나타내고, 점선의 그래프는 충전부(14)를 채용하지 않았을 경우의 출력 특성을 나타낸다. 출력 전류는, 부하 장치(20)의 2차 전지(21)에 흐르는 충전 전류를 나타내고, 입력 전압은, 상용 전원(E)이 출력하는 전압을 나타낸다. 또한, E1은, 충전부(14)가 동작을 개시하는 임계값이 되는 전압이 귀환 코일(L3)의 정단자에 인가될 때의 상용 전원(E)의 전압을 나타낸다.
공진 코일(L1)의 권수를 N1, 귀환 코일(L3)의 권수를 N3, 상용 전원(E)이 출력하는 전압을 E로 하고, 공진 코일(L1)과 귀환 코일(L3)이 완전히 결합되어 있다 고 하면, 귀환 코일(L3)에는, E×N3/N1의 전압이 생긴다. 그리고, 귀환 코일(L3)에 생기는 전압(E×N3/N1)이 정전압 다이오드(Z1)의 항복 전압(VZ1)보다 높아지면 충전부(14)는 동작한다.
이에 의해, 도 3의 점선으로 나타내는 증가해야 할 충전 전류가 실선처럼 억제되고 E1보다 큰 고전압 영역에서 충전 전류의 증대가 대폭 억제된다. 즉, 상용 전원(E)의 전압이 높아짐에 따라, 충전부(14)에 흐르는 전류는 더 많아지지만, 이에 의해 트랜지스터(Q1)의 온 기간이 짧아지고, 온 기간에 공진부(11)에서 저장된 에너지가 작아지는 결과, 출력 전류의 증대가 억제되게 된다. 또한, 도 3에 나타내는 고전압 역에서의 출력 전류의 기울기는, 저항(R3)의 저항값을 조정함으로써 조정할 수 있기 때문에, 저항(R3)의 저항값을 조정함으로써 출력 전류를 거의 일정하게 하거나 도 6에 나타낸 바와 같이 완만하게 감소시키거나 할 수 있다.
다음에, 충전부(14)가 다이오드(D1)를 구비하지 않은 경우를 생각한다. 이 경우, 트랜지스터(Q1)의 오프 기간에서, 도 2(c)에 나타낸 바와 같이, 귀환 코일(L3)에는, 마이너스의 전압이 생기기 때문에, 턴오프 콘덴서(C4)의 전하가 귀환 코일(L3)측에도 방전된다. 그리고, 귀환 코일(L3)에 생기는 마이너스의 전압은 경시적으로 변화하고 있어, 불안정하기 때문에, 방전되는 전하의 양도 불안정하게 되고, 트랜지스터(Q1)가 온 할 때의 턴오프 콘덴서(C4)의 남은 용량이 일정하게 되지 않을 우려가 있다. 그 때문에, 턴오프 콘덴서(C4)로부터 매번 일정한 전하를 방전시키는 것이 곤란해지고, 트랜지스터(Q1)의 온 기간이 불안정하게 된다.
한편, 본 전원 시스템에서, 충전부(14)는, 애노드가 귀환 코일(L3)의 정단자 에 접속된 다이오드(D1)를 구비한다. 그 때문에, 트랜지스터(Q1)의 오프 기간에서, 턴오프 콘덴서(C4)에 저장된 전하는, 저항(R5, R6)만으로부터 방전되고, 충전부(14)를 통한 방전이 저지되게 된다. 그 결과, 트랜지스터(Q1)가 온 할 때, 턴오프 콘덴서(C4)가 저장하는 전하는 0, 또 일정한 값이 되고, 트랜지스터(Q1)의 온 기간을 일정하게 하는 것이 가능하게 된다.
이상 설명한 바와 같이 실시 형태 1의 전원 시스템에 의하면, 충전부(14)를 구비하기 때문에, 상용 전원(E)의 전압의 크기에 상관없이, 출력 전류를 어느 정도의 범위 내에 넣는 것이 가능하게 되고, 월드 와이드에 대응 가능한 전원 회로(10)를 제공할 수 있다. 또한, 충전부(14)를 구비하고 상용 전원(E)의 전압이 커짐에 따라, 트랜지스터(Q1)의 온 기간이 짧아지기 때문에, 트랜지스터(Q1)에 과대한 전압이 걸리는 것을 방지할 수 있다. 또한, 충전부(14)는, 애노드가 귀환 코일(L3)의 정단자에 접속된 다이오드(D1)를 구비하기 때문에, 턴오프 콘덴서(C4)의 충전부(14)를 통한 방전이 저지되어 트랜지스터(Q1)의 온 기간을 안정시켜, 부하 장치(20)에 공급되는 전력을 안정시킬 수 있다.
<실시 형태 2>
다음에, 본 발명의 실시 형태 2에 의한 전원 시스템에 대해 설명한다. 도 4는, 실시 형태 2에 의한 전원 시스템의 회로도를 나타낸다. 또한, 도 4에서, 실시 형태 1과 동일한 것은 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략한다. 실시 형태 2에 의한 전원 시스템은, 정극(T2)과 턴오프 트랜지스터(Tr)의 베이스 사이에 저항(R7)을 접속한 것을 특징으로 한다.
상용 전원(E)으로부터 전압이 입력되면 저항(R7)을 통해 턴오프 콘덴서(C4)에 전류가 흐르기 때문에, 저항(R7)과 저항(R5, R6)의 합성 저항의 분압의 전압이 항상 턴오프 콘덴서(C4)에 출력된다. 따라서, 상용 전원(E)의 전압이 커짐에 따라, 턴오프 콘덴서(C4)에 출력되는 전압은 커지게 되므로, 상용 전원(E)의 전압에 따라 트랜지스터(Q1)의 온 기간을 제어하고, 부하 장치(20)로의 출력을 제어할 수 있다.
또, 턴오프 콘덴서(C4)는, 충전부(14)뿐만 아니라, 저항(R7)을 통해 전류가 공급되기 때문에, 턴오프 콘덴서(C4)는 턴오프 트랜지스터(Tr)를 신속히 온 할 수 있고 트랜지스터(Q1)의 온 기간이 짧아지고, 트랜지스터(Q1)로서 내전압이 낮은 것을 채용하는 것이 가능하게 된다.
이상, 설명한 바와 같이, 실시 형태 2에 의한 전원 시스템에 의하면, 상용 전원(E)의 전압을 조정하고 부하 장치(20)로의 출력을 제어할 수 있음과 더불어, 트랜지스터(Q1)에 과대한 전압이 걸리는 것을 방지할 수 있다.
<실시 형태 3>
다음에, 본 발명의 실시 형태 3에 의한 전원 시스템에 대해 설명한다. 도 5는, 실시 형태 3에 의한 전원 시스템의 회로도를 나타낸다. 또한, 도 5에서, 실시 형태 1, 2와 동일한 것은 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략한다. 실시 형태 3에 의한 전원 시스템은, 실시 형태 1의 전원 시스템에서, 충전부(14)에 평활부(16)를 병렬 접속시킨 것을 특징으로 한다. 평활부(16)는, 다이오드(D3), 콘덴서(C7), 및 저항(R8)을 구비한다. 다이오드(D3)는 애노드가 귀환 코일(L3)의 정단자에 접속되어 캐소드가 저항(R8)을 통해, 턴오프 트랜지스터(Tr)의 베이스에 접속됨과 더불 어, 콘덴서(C7)를 통해 부극(T1)에 접속되어 있다.
평활부(16)는, 귀환 코일(L3)의 전압을 평활화하고, 전원 전압에 상당하는 전압을 생성한다. 이에 의해, 턴오프 콘덴서(C4)는, 충전부(14)와 평활부(16)의 2가지의 경로로부터 충전된다. 그 때문에, 콘덴서(C1)에 생기는 전압에 포함되는 리플이 저감된 전압이 턴오프 콘덴서(C4)로 출력되고 턴오프 트랜지스터(Tr)가 온 할 때까지의 시간이 안정되고, 트랜지스터(Q1)의 온 기간이 안정되고, 공진부(11)에 안정된 발진을 실시되게 할 수 있다.
도 6은, 실시 형태 3에서의 전원 시스템의 출력 특성을 나타낸 그래프이고, 세로축은 출력 전류를 나타내고, 가로축은 입력 전압을 나타낸다. 또한, 실선이 실시 형태 3의 출력 특성을 나타내고 점선은 실시 형태 4의 출력 특성을 나타낸다. 출력 전류는, 부하 장치(20)의 2차 전지(21)에 흐르는 충전 전류를 나타내고, 입력 전압은, 상용 전원(E)의 전압을 나타낸다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 평활부(16)를 설치하면 도 3에 나타내는 그래프에 비해 전압이 E1에 이를 때까지의 저전압 영역에서의 기울기가 완만하게 되어 있는 것을 알 수 있다. 그 때문에, 상용 전원(E)이 출력하는 전압의 크기에 상관없이, 출력 전류를 일정한 범위 내로 넣을 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 실시 형태 3에 의한 충전 시스템에 의하면, 평활부(16)를 구비하기 때문에, 턴오프 콘덴서(C4)에 안정된 전압이 출력되고, 출력 특성이 더 플랫이 되는 결과, 보다 월드 와이드에 적합한 전원 시스템을 제공할 수 있다.
<실시 형태 4>
다음에, 본 발명의 실시 형태 4에 의한 전원 시스템에 대해 설명한다. 도 7은, 실시 형태 4에 의한 전원 시스템의 회로도를 나타낸다. 또한, 도 7에서, 실시 형태 1~3과 동일한 것은 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략한다. 실시 형태 4에 의한 전원 시스템은, 실시 형태 3에 의한 전원 시스템에서, 평활부(16)를 대신해, 충전부(17)를 구비하는 것, 즉, 턴오프 콘덴서(C4)를 2개의 충전부(14, 17)를 이용하여 충전하는 것을 특징으로 한다.
충전부(17)는, 충전부(14)와 같은 구성이고 다이오드(D5), 정전압 다이오드(Z2), 및 저항(R9)을 구비한다. 다이오드(D5)는 애노드가 귀환 코일(L3)의 정단자에 접속되고 캐소드가 정전압 다이오드(Z2)의 캐소드에 접속되어 있다. 정전압 다이오드(Z2)는, 애노드가 저항(R9)을 통해 턴오프 트랜지스터(Tr)의 베이스에 접속되어 있다.
여기에서, 정전압 다이오드(Z2)의 항복 전압(VZ2)은, 정전압 다이오드(Z1)의 항복 전압(VZ1)보다 크다고 한다. 이에 의해, 귀환 코일(L3)의 정단자의 전압이 VZ1보다 낮을 경우, 충전부(14, 17)는 동작하지 않고, 귀환 코일(L3)의 정단자의 전압이 VZ1 이상, VZ2 미만일 경우, 충전부(14)만 동작하고, 귀환 코일(L3)의 정단자의 전압이 VZ2 이상일 경우, 충전부(14), 충전부(17)가 모두 동작한다.
이에 의해, 도 6의 점선의 그래프에 나타낸 바와 같이 출력 특성에는, 2개의 변곡점(Pl, P2)이 나타나게 된다. 즉, 상용 전원(E)의 전압이 E2보다 낮고, 귀환 코일(L3)의 정단자의 전압이 항복 전압(VZ1) 미만일 경우, 충전부(14, 17)는 동작하지 않는다. 또, 상용 전원(E)의 전압이 E2 이상, E3 미만이고, 귀환 코일(L3)의 정단자의 전압이 항복 전압(VZ1) 이상, 항복 전압(VZ2) 미만일 경우, 충전부(14)만 동작한다. 이에 의해, 턴오프 콘덴서(C4)는, 충전부(14)에 의해 충전되는 결과, 그 만큼, 온 기간이 짧아지고, 출력 전류가 낮아진다. 그 때문에, 출력 특성은, E2~E3의 중(中)전압 영역에서, 저전압 영역보다 기울기가 완만하게 된다.
또한, 상용 전원(E)의 전압이 E3 이상이고, 귀환 코일(L3)의 정단자의 전압이 항복 전압(VZ2)보다 높아질 경우, 충전부(14)에 더해 충전부(17)도 더 동작한다. 이에 의해, 턴오프 콘덴서(C4)는, 충전부(14)와 충전부(17)의 2 경로로부터 충전되는 결과, 그 만큼, 온 기간이 더 짧아지고, 출력 전류가 낮아진다. 그 때문에, 출력 특성은, 고전압 영역에서, 중전압 영역보다 기울기가 완만하게 된다.
이상 설명한 바와 같이 실시 형태 4에 의한 전원 시스템에 의하면, 충전부(14)에 더해 충전부(17)를 설치했기 때문에, 출력 특성이 2단계로 변화하고, 출력 전류의 변동폭이 더 작게 억제되고, 더 플랫한 출력 특성을 얻을 수 있어 월드 와이드에 보다 적합한 전원 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 실시 형태 4에 의한 전원 시스템에서는, 2개의 충전부(14, 17)를 설치했지만 이로 한정되지 않고, 3개 이상의 충전부를 설치해도 된다. 이 경우, 각 충전부가 구비하는 정전압 다이오드의 항복 전압을 다른 값으로 설정하면, 충전부의 개수에 따른 변곡점을 가지는 출력 특성을 얻을 수 있고, 더 플랫한 출력 특성을 얻을 수 있다. 또한, 충전부의 개수 및 정전압 다이오드의 항복 전압의 값을 조정함으로써, 목표가 되는 상용 전원(E)의 전압 영역에서, 소망하는 출력 전류를 얻을 수 있도록, 출력 특성을 조정하는 것이 가능하게 된다.
<실시 형태 5>
다음에, 본 발명의 실시 형태 5에 의한 전원 시스템에 대해 설명한다. 도 8은, 실시 형태 5에 의한 전원 시스템의 회로도를 나타낸다. 또한, 도 8에서, 실시 형태 1~4와 동일한 것은 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략한다. 실시 형태 5에 의한 전원 시스템은, 실시 형태 4에 의한 전원 시스템에서, 충전부(17)의 정전압 다이오드(Z2)가 생략된 충전부(18)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
충전부(18)는, 정전압 다이오드(Z2)를 포함하지 않기 때문에, 상용 전원(E)의 전압이 낮고, 충전부(14)가 동작하지 않는 경우에도 동작하고, 턴오프 콘덴서(C4)를 충전시킨다. 그 때문에, 전원 시스템의 출력 특성의 저전압 영역에서의 기울기가 완만하게 되고, 출력 특성을 보다 플랫으로 할 수 있다.
한편, 상용 전원(E)이, 충전부(14)를 동작시키는 높은 전압을 출력할 경우, 실시 형태 1과 마찬가지로, 고전압 영역에서의 출력 전류의 증대가 억제되고 플랫한 출력 특성을 얻을 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 실시 형태 5에 의한 전원 시스템에 의하면, 충전부(18)를 구비하기 때문에, 저전압 영역에서의 출력 특성을 플랫으로 할 수 있어 보다 월드 와이드에 적합한 전원 시스템을 제공할 수 있다.
<실시 형태 6>
다음에, 본 발명의 실시 형태 6에 의한 전원 시스템에 대해 설명한다. 도 9는, 실시 형태 6에 의한 전원 시스템의 회로도를 나타낸다. 또한, 도 9에서, 실시 형태 1~5와 동일한 것은 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략한다. 실시 형태 6에 의한 전원 시스템은, 실시 형태 1에 의한 전원 시스템에서, 전원 회로(10)와 부하 장치(20)를 하우징(30)을 통해 접속한 것을 특징으로 한다.
하우징(30)은, 공진 코일(L1)과 부하 코일(L2)을 절연시켜, 공진 코일(L1)에서 발생한 자속을 부하 코일(L2)로 쇄교(鎖交)시켜 전자 유도에 의해 전력을 전송한다. 이에 의해 전원 회로(10)는, 2차 전지(21)를 비접촉 충전한다. 하우징(30)으로서는, 전원 회로(10)의 케이스와 부하 장치(20)의 케이스를 채용할 수 있다. 그리고, 전원 회로(10)의 케이스에 부하 장치(20)를 재치(載置)하기 위한 재치부를 설치하고, 이 재치부에 부하 장치(20)를 재치하면, 공진 코일(L1)과 부하 코일(L2)이 자기 결합되도록, 공진 코일(L1)과 부하 코일(L2)을 설치하면 된다.
부하 장치(20)가 전원 회로(10)로부터 떼어 내어진 경우, 공진 코일(L1)에서 여자 인덕턴스도 누설 인덕턴스가 되고, 부하 장치(20)가 장착되어 있는 경우에 비해 누설 인덕턴스가 커지게 되고, 그에 따라 공진 전압이 커지게 되고, 트랜지스터(Ql)의 드레인 전압도 커지게 된다. 그러나, 실시 형태 6에 의한 전원 시스템은, 충전부(14)를 구비하기 때문에, 공진 전압이 커지게 되도, 충전부(14)가 동작하고 트랜지스터(Q1)의 온 기간이 짧아지기 때문에, 트랜지스터(Q1)로서 내전압이 큰 것을 사용하지 않아도 됨과 더불어, 출력 특성이 플랫이 된다.
이상 설명한 바와 같이 실시 형태 6에 의한 전원 시스템에 의하면, 하우징(30)을 설치했기 때문에, 2차 전지(21)를 비접촉 충전할 수 있다. 그리고, 부하 장치(20)가 떼어 내어지고 공진 전압이 커져도, 충전부(14)가 동작하고 트랜지스터(Q1)의 온 기간이 짧아지기 때문에, 트랜지스터(Q1)에 큰 전압이 장기간 인가되 지 않고, 트랜지스터(Q1)를 보호할 수 있다. 그 결과, 트랜지스터(Q1)로서 내전압이 큰 것을 사용할 필요가 없어지고, 회로의 소형화 및 저비용화를 도모할 수 있다.
<실시 형태 7>
다음에, 본 발명의 실시 형태 7에 의한 전원 시스템에 대해 설명한다. 도 10은, 실시 형태 7에 의한 전원 시스템의 회로도를 나타낸다. 또한, 도 l0에서, 실시 형태 1~6과 동일한 것은 동일 부호를 부여하고, 설명을 생략한다. 실시 형태 7에 의한 전원 시스템은, 부하 장치(20)로서 쉐이버를 채용하고, 전원 회로(10)가 쉐이버로 전력을 공급하여 날면(22)을 가열하는 것을 특징으로 한다.
쉐이버는, 날면(22)과 본체부(23)를 구비한다. 날면(22)은, 금속으로 구성되고 사람이 면도를 할 때에, 피부와 접촉하고, 피부에 발생되어 있는 털을 깎는다. 본체부(23)는, 쉐이버를 제어하는 여러 가지 회로 등을 구비한다.
하우징(30)은, 전원 회로(10)의 케이스로 구성되고 공진 코일(L1)과 날면(22)을 절연시킨다. 전원 회로(10)는, 실시 형태 1의 전원 회로(10)와 같은 전원 회로이고, 공진 코일(L1)에서 생긴 자속을 날면(22)과 쇄교시켜 날면(22)에 와전류를 흐르게 하고 날면(22)을 가열한다. 날면(22)은 두께가 100nm정도로 얇고, 금속 냄비와 마찬가지로, 결합이 낮다. 그 때문에, 공진 코일(L1)은, 인덕턴스의 대부분이 누설 인덕턴스가 되고, 공진 전압도 높아져, 트랜지스터(Q1)의 드레인 전압도 커지게 된다. 그렇지만, 실시 형태 7에 의한 전원 시스템은, 충전부(14)를 구비하기 때문에, 공진 전압이 커지게 되도, 충전부(14)가 동작하고 트랜지스터(Q1)의 온 기간이 짧아지고, 트랜지스터(Q1)로서 내전압이 큰 것을 사용하지 않아도 됨과 더불어, 출력 특성이 플랫이 된다.
이상 설명한 바와 같이 실시 형태 7에 의한 전원 시스템에 의하면, 전원 회로(10)를 쉐이버의 날면(22)을 비접촉으로 가열시킬 수 있다. 또, 공진 코일(L1)의 2차측이 금속으로 이루어지는 날면(22)이기 때문에 공진 전압이 커지지만, 충전부(14)가 동작하고 트랜지스터(Q1)의 온 기간이 짧아지기 때문에, 트랜지스터(Ql)에 큰 전압이 장기간 인가되지 않고, 트랜지스터(Q1)를 보호할 수 있다. 그 결과, 트랜지스터(Q1)로서 내전압이 큰 것을 사용할 필요가 없어지고, 회로의 소형화 및 저비용화를 도모할 수 있다.
<실시 형태 8>
다음에, 본 발명의 실시 형태 8에 의한 전원 시스템에 대해 설명한다. 도 11은, 실시 형태 8에 의한 전원 시스템의 회로도를 나타낸다. 또한, 도 11에서, 실시 형태 1~7과 동일한 것은 동일한 부호를 부여하고 설명을 생략한다. 실시 형태 8에 의한 전원 시스템은, 부하 장치(20a)로 전류 제어를 행하는 것을 특징으로 한다.
부하 장치(20a)는, 실시 형태 1의 부하 장치(20)에 대해 트랜지스터(Q2), 4개의 저항(R21, R22, R23, R24), 및 마이크로컴퓨터(24)를 더 구비한다. 트랜지스터(Q2)는, n채널 전계 효과형 트랜지스터로 구성되고 드레인이 다이오드(D2)의 캐소드에 접속되고, 소스가 2차 전지(21)의 정극에 접속되어 있다. 직렬 접속된 저항(R21) 및 저항(R22)은 2차 전지(21)와 병렬 접속되어 있다. 저항(R21)과 저항(R22)의 접속점은 마이크로 컴퓨터(24)와 접속되어 있다. 트랜지스터(Q2)의 게이 트는 저항(R23)을 통해 마이크로 컴퓨터(24)와 접속되어 있다. 저항(R24)은 부하 코일(L2)의 정단자 및 2차 전지(21)의 부극 사이에 접속되어 있다. 마이크로 컴퓨터(24)의 그라운드 단자는, 2차 전지(21)의 부극과 접속되어 있다.
마이크로 컴퓨터(24)는, 저항(R24)을 흐르는 충전 전류를 검출하고, 충전 전류의 평균값이 일정한 값을 유지하도록 트랜지스터(Q2)의 게이트에 펄스 신호(충전 신호)를 출력하고, 트랜지스터(Q2)를 PWM 제어한다. 이에 의해 충전 전류의 평균값이 일정한 값을 유지하도록 조정되고 전원 회로(10)로부터 출력된 불안정한 전류가 안정된 전류가 되고 2차 전지(21)를 좋은 정밀도로 충전할 수 있다.
또한, 실시 형태 8에서, 2차 전지(21)가 부하 본체부에 상당하고, 부하 코일(L2), 다이오드(D2), 콘덴서(C5), 트랜지스터(Q2), 저항(R24)이 공급부에 상당하고, 마이크로 컴퓨터(24)가 전류 검출부 및 제어부에 상당한다.
도 12는, 충전 신호와 충전 전류의 파형도를 나타내고, (a)는, 통상 충전시에서의 충전 신호와 충전 전류의 파형도를 나타내고, (b)는 통상 충전시보다 충전 전류의 평균값을 작게 했을 때(출력을 줄였을 때)의 충전 신호와 충전 전류의 파형도를 나타낸다.
도 12의 (a, b) 모두, 충전 신호가 하이 레벨이 되면, 트랜지스터(Q2)가 온 되고 일정한 크기의 충전 전류가 흐르고 충전 신호가 로우 레벨이 되면, 트랜지스터(Q2)가 오프 되고 충전 전류가 0이 되어 있는 것을 알 수 있다. 즉, 마이크로 컴퓨터(24)는, 충전 전류의 평균값을 크게 할 때는, 충전 신호의 펄스폭을 크게 하고, 충전 전류의 평균값을 작게 할 때는, 충전 신호의 펄스폭을 작게 함으로써 충 전 전류의 평균값을 조정할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 실시 형태 8의 전원 시스템에 의하면, 부하 장치(20a)에 트랜지스터(Q2), 저항(R21~R24), 및 마이크로 컴퓨터(24)를 설치했기 때문에, 충전 전류의 평균값이 일정한 값을 유지하도록 조정되고 전원 회로(10)로부터 출력된 불안정한 전류가 안정된 전류가 되고, 2차 전지(21)를 좋은 정밀도로 충전할 수 있음과 더불어, 충전 전류의 평균값을 크게 하거나 작게 하는 조정도 행할 수 있다.
또한, 실시 형태 8에서는, 마이크로 컴퓨터(24)는, 충전 전류의 평균값이 일정한 값을 유지하도록 트랜지스터(Q2)를 제어했지만, 2차 전지(21)의 충전 전압이 일정한 값을 유지하도록 트랜지스터(Q2)를 제어해도 된다.
이 경우, 마이크로 컴퓨터(24)는, 저항(R21, R22)에 더해지는 전압으로부터 2차 전지(21)의 충전 전압을 검출하고, 검출한 충전 전압이 일정한 값을 유지하도록, 충전 신호의 펄스폭을 조정하고, 트랜지스터(Q2)를 제어하면 된다. 2차 전지(21)의 전압이 일정한 값을 유지하는 제어는, 2차 전지(21)로서 리튬 이온 전지와 같이 정전압 충전을 행할 필요가 있는 2차 전지를 채용했을 경우에 유효해진다. 또한, 본 전원 시스템에 의하면, 마이크로 컴퓨터(24)가 트랜지스터(Q2)를 항상 오프시켜, 충전을 정지시키는 것도 가능하다.
<실시 형태 9>
다음에, 본 발명의 실시 형태 9에 의한 전원 시스템에 대해 설명한다. 도 13은, 실시 형태 9에 의한 전원 시스템의 회로도를 나타낸다. 또한, 도 13에서, 실시 형태 1~8과 동일한 것은 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략한다. 실시 형태 9에 의한 전원 시스템은, 2차 전지(21)를 구성하는 셀수가 바뀌었을 때에 콘덴서(C5)의 정전 용량의 크기를 바꿈으로써 충전 전류를 조정하는 것을 특징으로 한다.
부하 장치(20)에서, 다이오드(D2)로 흐르는 충전 전류를 세로축으로 하고, 콘덴서(C5)의 정전 용량을 가로축으로 하고, 충전 전류와 정전 용량의 관계를 나타내면, 충전 전류는, 부하 코일(L2)과 콘덴서(C5)가 공진할 때의 정전 용량을 피크로 해서 산 형상으로 변화한다.
그 때문에, 콘덴서(C5)의 정전 용량을 조정함으로써 충전 전류를 목표의 값으로 할 수 있다.
따라서, 셀수가 1개인 2차 전지(21)를 구비하는 부하 장치(20)를 대신하여, 셀수가 2개인 2차 전지(21)를 구비하는 부하 장치(20b)를 채용할 경우, 부하 장치(20)보다 충전 전류가 높아지도록 부하장치(20b)의 콘덴서(C5)의 정전용량을 설정함으로써, 전원 회로(10)의 구성을 변경하는 일없이, 부하 장치(20b)에 바람직한 크기의 충전 전류를 흐르게 할 수 있다.
또한, 실시 형태 9에서는, 부하 장치(20b)가 구비하는 2차 전지(21)의 셀수를 2개로 했지만, 이로 한정되지 않고, 유럽 전지(21)의 셀수를 3개 이상으로 해도 된다. 이 경우도, 2차 전지(21)의 셀수에 따라 바람직한 충전 전류가 흐르도록 콘덴서(C5)의 정전 용량을 설정함으로써, 전원 회로(10)의 구성을 변경하는 일없이, 부하 장치(20b)에 바람직한 크기의 충전 전류를 흐르게 할 수 있다. 또, 셀수뿐만 아니라, 니켈 카드뮴 전지, 리튬 이온 전지와 같이 2차 전지(21)의 종류에 따라 바 람직한 충전 전류가 흐르도록, 콘덴서(C5)의 정전 용량을 설정해도 된다.
이상 설명한 바와 같이, 실시 형태 9에 의한 전원 시스템에 의하면, 2차 전지(21)의 셀수가 변화해도, 바람직한 크기의 충전 전류가 흐르도록 콘덴서(C5)의 정전 용량을 설정함으로써, 전원 회로(10)의 구성을 변경하는 일없이, 부하 장치(20b)에 원하는 충전 전류를 흐르게 할 수 있다.
<실시 형태 10>
다음에, 본 발명의 실시 형태 10에 의한 전원 시스템에 대해 설명한다. 도 14는, 실시 형태 10에 의한 전원 시스템의 회로도를 나타낸다. 또한, 도 14에서, 실시 형태 1~9와 동일한 것은 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략한다. 실시 형태 10에 의한 전원 시스템은, 2차 전지(21)를 구성하는 셀수가 바뀌었을 때에 부하 코일(L2)의 권수를 바꿈으로써 충전 전류를 조정하는 것을 특징으로 한다.
부하 장치(20)에서, 다이오드(D2)에 흐르는 충전 전류를 세로축으로 하고, 부하 코일(L2)의 권수를 가로축으로 하여 충전 전류와 권수의 관계를 나타내면, 충전 전류는, 부하 코일(L2)과 콘덴서(C5)가 공진할 때의 권수를 피크로 해서 산 형상으로 변화한다.
그 때문에, 부하 코일(L2)의 권수를 조정함으로써 충전 전류를 목표의 값으로 할 수 있다.
따라서, 셀수가 1개인 2차 전지(21)를 구비하는 부하 장치(20)를 대신하여, 셀수가 2개인 2차 전지(21)를 구비하는 부하 장치(20c)를 채용할 경우, 부하 장치(20)보다 충전 전류가 높아지도록 부하 장치(20c)의 부하 코일(L2)의 권수를 설 정함으로써, 전원 회로(10)의 구성을 변경하는 일없이, 부하 장치(20c)에 바람직한 크기의 충전 전류를 흐르게 할 수 있다.
또한, 실시 형태 10에서는, 부하 장치(20c)가 구비하는 2차 전지(21)의 셀수를 2개로 했지만, 이로 한정되지 않고, 2차 전지(21)의 셀수를 3개 이상으로 해도 된다. 이 경우도, 2차 전지(21)의 셀수에 따라 바람직한 충전 전류가 흐르도록 부하 코일(L2)의 권수를 설정함으로써, 전원 회로(10)의 구성을 변경하는 일없이, 부하 장치(20b)에 바람직한 크기의 충전 전류를 흐르게 할 수 있다. 또, 셀수뿐만 아니라, 니켈 카드뮴 전지, 리튬 이온 전지와 같이 2차 전지(21)의 종류에 따라 바람직한 충전 전류가 흐르도록, 부하 코일(L2)의 권수를 조정해도 된다.
이상 설명한 바와 같이, 실시 형태 10에 의한 전원 시스템에 의하면, 2차 전지(21)의 셀수가 변화해도, 바람직한 크기의 충전 전류가 흐르도록 귀환 코일(L3)의 권수를 설정함으로써, 전원 회로(10)의 구성을 변경하는 일없이, 부하 장치(20c)에 바람직한 크기의 충전 전류를 흐르게 할 수 있다.
<실시 형태 11>
다음에, 본 발명의 실시 형태 11에 의한 전원 시스템에 대해 설명한다. 도 15 및 도 16은, 실시 형태 11에 의한 전원 시스템의 회로도를 나타낸다. 또한, 도 15 및 도 16에서, 실시 형태 1~10과 동일한 것은 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략한다. 실시 형태 11에 의한 전원 시스템은, 공진 코일(L1)과 부하 코일(L2)의 거리를 바꿈으로써, 다이오드(D2)에 흐르는 충전 전류를 조정하는 것을 특징으로 한다.
공진 코일(L1)과 부하 코일(L2)의 거리를 증대시키면, 누설 자속이 증대하기 때문에, 부하 장치(20)에 전송되는 전력이 감소하는 결과, 충전 전류는 작아진다. 한편, 공진 코일(L1)과 부하 코일(L2)의 거리가 감소하면, 누설 자속은 감소하기 때문에, 부하 장치(20)에 전송되는 전력이 증대하는 결과, 충전 전류는 커진다. 그 때문에, 하우징(30)의 두께를 조정함으로써 충전 전류의 크기를 조정할 수 있다.
도 15에 나타내는 부하 장치(20)의 2차 전지(21)의 셀수는 1개인데 대해, 도 16에 나타내는 부하 장치(20)의 2차 전지(21)의 셀수는 2개이다. 그 때문에, 도 16에 나타내는 부하 장치(20)에 흐르게 하는 충전 전류의 크기는, 도 15에 나타내는 부하 장치(20)에 흐르게 하는 충전 전류보다 크게 하는 것이 바람직하다.
그래서, 도 16에 나타내는 전원 시스템에서는, 도 15에 나타내는 전원 시스템보다 공진 코일(L1)과 부하 코일(L2)의 거리가 작아지도록, 하우징(30)의 두께가 설정되어 있다. 그 때문에, 도 16에 나타내는 전원 시스템이 도 15에 나타내는 전원 시스템보다 부하 장치(20)에 많은 충전 전류가 흐른다.
이상 설명한 바와 같이, 실시 형태 11에 의한 전원 시스템에 의하면, 2차 전지(21)의 셀수가 변화해도, 바람직한 크기의 충전 전류가 흐르도록 하우징의 두께를 설정함으로써, 전원 회로(10)의 구성을 변경하는 일없이, 부하 장치(20)에 바람직한 크기의 충전 전류를 흐르게 할 수 있다.
또한, 도 16에 나타내는 2차 전지(21)의 셀수는 2개이지만, 셀수를 3개 이상으로 해도 된다. 이 경우, 셀수에 따라 바람직한 크기의 충전 전류가 흐르도록 하우징의 두께를 조정함으로써, 전원 회로(10)의 구성을 변경하는 일없이, 부하 장 치(20)에 바람직한 크기의 충전 전류를 흐르게 할 수 있다. 또, 셀수뿐만 아니라, 니켈 카드뮴 전지, 리튬 이온 전지와 같이 2차 전지(21)의 종류에 따라 바람직한 충전 전류가 흐르도록, 하우징(30)의 두께를 조정해도 된다.
<본 발명의 정리>
(1) 본 발명에 의한 전원 회로는, 전원부로부터 공급되는 전력에 의해 자려 발진하는 전원 회로로서, 공진 콘덴서와 공진 코일을 포함하고, 상기 부하 장치에 전력을 공급하는 공진부와, 상기 공진부에 직렬 접속된 제1 스위칭 소자와, 상기 공진 코일에 자기 결합된 귀환 코일을 포함하고, 상기 제1 스위칭 소자를 온 오프 하고 상기 공진부를 자려 발진시키는 발진부와, 제2 스위칭 소자와, 상기 제2 스위칭 소자의 제어 단자 및 전원부의 부극 사이에 접속된 턴오프 콘덴서를 포함하고, 상기 제1 스위칭 소자가 온 했을 때에 흐르는 온 전류가 소정 레벨에 이르렀을 때에, 상기 제2 스위칭 소자가 온 하여 상기 제1 스위칭 소자를 턴오프시키는 턴오프부와, 애노드가 상기 귀환 코일측에 접속된 다이오드와, 캐소드가 상기 다이오드의 캐소드에 접속되어 애노드가 상기 턴오프 콘덴서측에 접속된 정전압 다이오드를 포함하는 제1 충전부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의하면, 귀환 코일과 턴오프 콘덴서 사이에, 턴오프 콘덴서로부터 귀환 코일의 방향으로의 전류의 흐름을 저지하는 다이오드와, 귀환 코일의 전압이 일정한 값을 초과했을 때에 동작하는 정전압 다이오드를 포함하는 제1 충전부를 구비한다. 그 때문에, 전원부로부터 큰 전압이 출력되면, 귀환 코일의 전압이 일정한 값을 초과하여 제1 충전부가 동작하여, 턴오프 콘덴서에 전류를 공급한다. 이에 의 해, 턴오프 콘덴서는, 제1 스위칭소자의 온 기간에서, 제1 스위칭 소자의 온 전류와 제1 충전부로부터 공급되는 전류에 의해 충전되고, 제2 스위칭 소자를 신속히 온 하고, 제1 스위칭 소자를 신속히 턴오프시키는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 제1 스위칭 소자의 온 기간이 짧아지고, 공진부에서 저장할 수 있는 에너지가 작아져, 부하 장치에 흐르는 출력 전류의 증대를 억제할 수 있다. 이에 의해, 전원부로부터 출력되는 전압을 가로축으로 하고, 부하 장치에 흐르는 출력 전류를 세로축으로 했을 때의 양자의 관계를 나타내는 출력 특성이 플랫이 되고, 월드 와이드에 대응 가능한 전원 회로를 제공할 수 있다.
또, 전원부로부터 출력되는 전압이 높을 경우는, 제1 충전부의 동작에 의해 턴오프 콘덴서가 신속히 충전 되기 때문에, 제1 스위칭 소자의 온 기간이 짧아지고, 제1 스위칭 소자에 과대한 전압이 더해지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제1 충전부는 턴오프 콘덴서로부터 귀환 코일의 방향으로 흐르는 전류를 저지하는 다이오드를 구비하기 때문에, 제1 스위칭 소자가 온 할 때의 턴오프 콘덴서가 저장하는 전하량이 일정하게 되고, 턴오프 콘덴서의 충전 시간이 일정하게 되고, 제1 스위칭 소자의 온 기간을 일정하게 하는 것이 가능하게 되고, 부하 장치에 안정된 전력을 공급할 수 있다.
(2) 상기 제1 충전부는, 일단이 상기 정전압 다이오드의 애노드에 접속되고, 타단이 상기 턴오프 콘덴서에 접속된 저항을 포함하는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 저항의 값을 조정함으로써, 출력 특성의 기울기를 조정할 수 있다.
(3) 상기 제1 충전부와는 별도로 상기 턴오프 콘덴서를 충전하는 제2 충전부를 더 구비하는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 턴오프 콘덴서는, 제1 충전부에 더해 제2 충전부로부터도 충전되기 때문에, 보다 신속히 제2 스위칭 소자를 온시켜, 제1 스위칭 소자의 온 기간을 짧게 할 수 있다.
(4) 상기 제2 충전부는, 복수 존재하는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 제2 충전부의 수를 조정하여, 부하 장치에 흐르는 출력 전류의 값을 조정할 수 있다.
(5) 상기 제2 충전부는, 상기 제1 충전부와 병렬 접속되고 상기 귀환 코일의 전압을 평활화하는 평활부로 구성되어 있는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 귀환 코일의 전압이 평활부에 의해 평활화되기 때문에 전원부로부터 출력되는 전압의 리플의 영향에 의한 전압의 변동을 제거할 수 있고, 발진부에서의 발진을 안정화할 수 있다.
(6) 상기 제2 충전부는, 상기 전원부의 정극과 상기 제2 스위칭 소자의 제어 단자 사이에 접속된 저항으로 구성되어 있는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 저항만을 이용한다는 간편한 구성에 의해 제2 충전부를 구성할 수 있다.
(7) 상기 제1 충전부는, 복수 병렬 접속되고 각 제1 충전부가 구비하는 각 정전압 다이오드는, 각각 항복 전압이 다른 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 항복 전압이 각각 다른 정전압 다이오드를 이용했기 때문 에, 출력 특성을 보다 플랫으로 할 수 있다.
(8) 본 발명의 전원 시스템은, (1)로부터 (7)의 어느 쪽에 기재된 전원 회로와 부하 장치를 구비하는 전원 시스템으로서, 상기 부하 장치는, 상기 공진 코일과 절연 부재를 통해 자기 결합된 자기 결합체를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의하면, 부하 장치가 떼어 내졌을 때, 공진 코일은 모두가 누설 인덕턴스가 되고, 제1 스위칭 소자에 더해지는 전압은 높아지지만, 충전부의 동작에 의해 제1 스위칭 소자의 온 기간이 짧게 되기 때문에, 제1 스위칭 소자에 과대한 전압이 더해지는 것을 방지할 수 있는 것과 더불어, 전원 회로에 흐르는 무효 전류를 저감할 수 있고 대기 전력을 저감할 수 있다.
(9) 상기 자기 결합체는 금속이고, 상기 전원 회로는 상기 금속에 와전류를 발생시켜 가열하는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 부하 장치가 구비하는 금속에는, 공진 코일로부터의 자속이 쇄교하고, 와전류가 생겨 가열되기 때문에, 전원 회로를 가열 장치로서 사용할 수 있다. 또, 전원 회로로부터 부하 장치가 떼어 내어져 금속이 없어졌을 때는 부하가 오픈이 되고, 결과적으로 공진 코일은 모두가 누설 인덕턴스가 되고, 스위칭 소자에 더해지는 전압이 높아지지만, 제1 충전부의 동작에 의해 스위칭 소자의 온 기간이 짧게 되기 때문에, 스위칭 소자에 과대한 전압이 더해지는 것을 방지할 수 있음과 더불어, 전원 회로에 흐르는 무효 전류를 저감할 수 있어 대기 전력을 저감할 수 있다.
(10) 상기 부하 장치는, 부하 본체부와, 상기 공진 코일과 자기 결합된 부하 코일을 포함하고, 상기 부하 코일에서 발생한 전류를 상기 부하 본체부에 공급하는 공급부와, 상기 부하 본체부에 공급되는 전류를 검출하는 전류 검출부와, 상기 전류 검출부에 의해 검출된 전류가 일정한 값을 유지하도록 제어하는 제어부를 구비하는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 부하 본체부에 흐르는 전류가 검출되고 이 전류가 일정한 값을 유지하도록 공급부가 제어되기 때문에, 전원 회로의 구성을 변경하지 않아도 부하 본체부에 안정된 전류를 공급하는 것이 가능하게 되고, 전원 시스템 전체적으로 비용 절감, 및 소형화를 도모할 수 있다.

Claims (10)

  1. 전원부로부터 공급되는 전력에 의해 자려 발진하는 전원 회로로서,
    공진 콘덴서와 공진 코일을 포함하고, 부하 장치에 전력을 공급하는 공진부와,
    상기 공진부에 직렬 접속된 제1 스위칭 소자와, 상기 공진 코일에 자기(磁氣) 결합된 귀환 코일을 포함하고, 상기 제1 스위칭 소자를 온 오프 하여 상기 공진부를 자려 발진시키는 발진부와,
    제2 스위칭 소자와, 상기 제2 스위칭 소자의 제어 단자 및 전원부의 부극(負極) 사이에 접속된 턴오프 콘덴서를 포함하고, 상기 제1 스위칭 소자가 온 했을 때에 흐르는 온 전류가 소정 레벨에 이르렀을 때에, 상기 제2 스위칭 소자가 온 하여 상기 제1 스위칭 소자를 턴오프시키는 턴오프부와,
    애노드가 상기 귀환 코일측에 접속된 다이오드와, 캐소드가 상기 다이오드의 캐소드에 접속되고, 애노드가 상기 턴오프 콘덴서측에 접속된 정전압 다이오드를 포함하는 제1 충전부를 구비하고,
    상기 정전압 다이오드는, 상기 전원부로부터 일정한 값보다 큰 전압이 출력되었을 때에 동작하여, 상기 턴오프 콘덴서를 충전하는 것을 특징으로 하는 전원 회로.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 충전부는, 일단이 상기 정전압 다이오드의 애노드에 접속되고, 타단이 상기 턴오프 콘덴서에 접속된 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 회로.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 충전부와는 별도로 상기 턴오프 콘덴서를 충전하는 제2 충전부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전원 회로.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2 충전부는, 복수 존재하는 것을 특징으로 하는 전원 회로.
  5. 청구항 3 또는 4에 있어서,
    상기 제2 충전부는, 상기 제1 충전부와 병렬 접속되고, 상기 귀환 코일의 전압을 평활화하는 평활부로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전원 회로.
  6. 청구항 3 또는 4에 있어서,
    상기 제2 충전부는, 상기 전원부의 정극(正極)과 상기 제2 스위칭 소자의 제어 단자 사이에 접속된 저항으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전원 회로.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 충전부는, 복수 병렬 접속되고,
    각 제1 충전부가 구비하는 각 정전압 다이오드는, 각각 항복 전압이 다른 것을 특징으로 하는 전원 회로.
  8. 청구항 1에 기재된 전원 회로와 부하 장치를 구비하는 전원 시스템으로서,
    상기 부하 장치는, 상기 공진 코일과 절연 부재를 통해 자기 결합된 자기 결합체를 구비하는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 자기 결합체는 금속이고,
    상기 전원 회로는 상기 금속에 와전류를 발생시켜 가열하는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  10. 청구항 8 또는 9에 있어서,
    상기 부하 장치는,
    부하 본체부와,
    상기 공진 코일과 자기 결합된 부하 코일을 포함하고, 상기 부하 코일에서 발생하는 전류를 상기 부하 본체부에 공급하는 공급부와,
    상기 부하 본체부에 공급되는 전류를 검출하는 전류 검출부와,
    상기 전류 검출부에 의해 검출된 전류가 일정한 값을 유지하도록 상기 공급부를 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
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