KR20160077195A - 공진형 고주파 전원 장치 및 공진형 고주파 전원 장치용 스위칭 회로 - Google Patents

공진형 고주파 전원 장치 및 공진형 고주파 전원 장치용 스위칭 회로 Download PDF

Info

Publication number
KR20160077195A
KR20160077195A KR1020167014459A KR20167014459A KR20160077195A KR 20160077195 A KR20160077195 A KR 20160077195A KR 1020167014459 A KR1020167014459 A KR 1020167014459A KR 20167014459 A KR20167014459 A KR 20167014459A KR 20160077195 A KR20160077195 A KR 20160077195A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
resonance
power
high frequency
power supply
circuit
Prior art date
Application number
KR1020167014459A
Other languages
English (en)
Inventor
요시유키 아쿠자와
기요히데 사카이
도시히로 에조에
유키 이토
Original Assignee
미쓰비시 덴끼 엔지니어링 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 미쓰비시 덴끼 엔지니어링 가부시키가이샤 filed Critical 미쓰비시 덴끼 엔지니어링 가부시키가이샤
Publication of KR20160077195A publication Critical patent/KR20160077195A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5383—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a self-oscillating arrangement
    • H02M7/53832—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a self-oscillating arrangement in a push-pull arrangement
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/533—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using discharge tubes only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054—Transistor switching losses
    • H02M1/0058—Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/4815—Resonant converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/4815—Resonant converters
    • H02M7/4818—Resonant converters with means for adaptation of resonance frequency, e.g. by modification of capacitance or inductance of resonance circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/38—Impedance-matching networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
    • H02M2001/0058—
    • H02M2007/4815—
    • H02M2007/4818—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B40/00—Technologies aiming at improving the efficiency of home appliances, e.g. induction cooking or efficient technologies for refrigerators, freezers or dish washers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
    • Y02B70/1441—
    • Y02B70/1491—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Abstract

스위칭 동작을 행하는 파워 소자를 구비한 공진형 고주파 전원 장치로서, 파워 소자에 2㎒를 넘는 고주파수의 펄스 형상의 전압 신호를 보내서, 해당 파워 소자를 구동시키는 고주파 펄스 드라이브 회로(1)를 구비하고, 고주파 펄스 드라이브 회로(1)로부터의 전압 신호를, 해당 전압 신호의 신호선의 임피던스 및 파워 소자의 기생 용량으로 부분 공진시킨다.

Description

공진형 고주파 전원 장치 및 공진형 고주파 전원 장치용 스위칭 회로{RESONANT TYPE HIGH FREQUENCY POWER SUPPLY DEVICE AND SWITCHING CIRCUIT FOR RESONANT TYPE HIGH FREQUENCY POWER SUPPLY DEVICE}
본 발명은, 고주파수로 전력 전송을 행하는 공진형 고주파 전원 장치 및 공진형 고주파 전원 장치용 스위칭 회로에 관한 것이다.
도 15에 나타내는 종래의 공진형 고주파 전원 장치에서는, 파워 소자 Q1로서, RF(Radio Frequency)용 고주파 FET(Field Effect Transistor)를 이용하고 있다. 그리고, 이 고주파 FET를 구동하기 위해 트랜스형 드라이브 회로(101) 및 RF 파워 앰프 회로(102)를 이용하고, 또한, RF 파워 앰프 회로(102)를 구동하기 위해 다출력형 전원 회로(103)를 이용하고 있다(예컨대 비 특허 문헌 1 참조).
(선행 기술 문헌)
(비 특허 문헌)
(비 특허 문헌 1) 트랜지스터 기술 2005년 2월호 13장
그렇지만, 비 특허 문헌 1에 개시된 종래 구성에서는, 파워 소자 Q1을 구동하기 위해, 트랜스형 드라이브 회로(101)를 사용하여, 파워 소자 Q1의 Vgs 드라이브 신호로서 교류의 정현파 전압을 인가하고 있다. 그 때문에, 파워 소자 Q1을 OFF 시키고 있는 기간은, Vgs에 부전압이 인가되고 있기 때문에, 파워 소자 Q1의 기생 용량인 Cgs 및 Cgd에는 해당 부전압에 상당하는 전하(Q=CV)가 축적된다. 그리고, 다음의 기간에 파워 소자 Q1을 ON 시키기 위해서는, 그 축적된 전하를 1번 디스차지하고 나서 정전압으로 차지하지 않으면 안 된다. 그리고, 이와 같은 동작의 반복에 의해 파워 소자 Q1을 스위칭시키고 있기 때문에, 파워 소자 Q1을 드라이브시키기 위한 큰 전력을 필요로 한다고 하는 과제가 있다.
또한, 상기 드라이브 동작은 파워 소자 Q1의 스위칭 스피드를 느리게 하는 요인도 된다. 그 때문에, 파워 소자 Q1의 스위칭 손실의 증가로 이어지고 있다. 따라서, 고주파 전원 장치로서의 소비 전력이 커지고, 전력 변환 효율의 저하의 원인이 되고 있다고 하는 과제가 있다.
본 발명은, 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 트랜스형 드라이브 회로를 이용하지 않고서 파워 소자를 구동하는 것에 의해, 낮은 소비 전력으로 고효율화를 도모하고, 2㎒를 넘는 고주파수의 동작이 가능한 공진형 고주파 전원 장치 및 공진형 고주파 전원 장치용 스위칭 회로를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명과 관련되는 공진형 고주파 전원 장치는, 스위칭 동작을 행하는 파워 소자를 구비한 공진형 고주파 전원 장치로서, 파워 소자에 2㎒를 넘는 고주파수의 펄스 형상의 전압 신호를 보내서, 해당 파워 소자를 구동시키는 고주파 펄스 드라이브 회로를 구비하고, 고주파 펄스 드라이브 회로로부터의 전압 신호를, 해당 전압 신호의 신호선의 임피던스 및 파워 소자의 기생 용량으로 부분 공진시키는 것이다.
본 발명에 의하면, 상기와 같이 구성했으므로, 트랜스형 드라이브 회로를 이용하지 않고서 파워 소자를 구동하는 것에 의해, 낮은 소비 전력으로 고효율화를 도모하고, 2㎒를 넘는 고주파수의 동작이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1과 관련되는 공진형 고주파 전원 장치의 구성을 나타내는 도면이다(파워 소자가 싱글 구성인 경우).
도 2는 본 발명의 실시의 형태 1과 관련되는 공진형 고주파 전원 장치에 의한 V1 파형과 Vg 파형의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시의 형태 1과 관련되는 공진형 고주파 전원 장치의 다른 구성을 나타내는 도면이다(하이브리드화한 소자를 이용한 경우).
도 4는 본 발명의 실시의 형태 1과 관련되는 공진형 고주파 전원 장치의 다른 구성을 나타내는 도면이다(하이브리드화한 소자를 이용한 경우).
도 5는 본 발명의 실시의 형태 1과 관련되는 공진형 고주파 전원 장치의 다른 구성을 나타내는 도면이다(하이브리드화한 소자를 이용한 경우).
도 6은 본 발명의 실시의 형태 1과 관련되는 공진형 고주파 전원 장치의 다른 구성을 나타내는 도면이다(하이브리드화한 소자를 이용한 경우).
도 7은 본 발명의 실시의 형태 1과 관련되는 공진형 고주파 전원 장치의 다른 구성을 나타내는 도면이다(하이브리드화한 소자를 이용한 경우).
도 8은 본 발명의 실시의 형태 1과 관련되는 공진형 고주파 전원 장치의 다른 구성을 나타내는 도면이다(하이브리드화한 소자를 이용한 경우).
도 9는 본 발명의 실시의 형태 1과 관련되는 공진형 고주파 전원 장치의 다른 구성을 나타내는 도면이다(하이브리드화한 소자를 이용한 경우).
도 10은 본 발명의 실시의 형태 1과 관련되는 공진형 고주파 전원 장치의 다른 구성을 나타내는 도면이다(하이브리드화한 소자를 이용한 경우).
도 11은 본 발명의 실시의 형태 1과 관련되는 공진형 고주파 전원 장치의 다른 구성을 나타내는 도면이다(하이브리드화한 소자를 이용한 경우).
도 12는 본 발명의 실시의 형태 1과 관련되는 공진형 고주파 전원 장치의 다른 구성을 나타내는 도면이다(파워 소자가 푸시풀 구성).
도 13은 본 발명의 실시의 형태 1과 관련되는 공진형 고주파 전원 장치의 다른 구성을 나타내는 도면이다(공진 조건 가변형 LC 회로를 마련한 경우).
도 14는 본 발명의 실시의 형태 1과 관련되는 공진형 고주파 전원 장치의 다른 구성을 나타내는 도면이다(공진 조건 가변 회로를 마련한 경우).
도 15는 종래의 공진형 고주파 전원 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시의 형태에 대하여 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
실시의 형태 1.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1과 관련되는 공진형 고주파 전원 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 또 도 1에서는, 파워 소자 Q1이 싱글 구성인 경우의 회로를 나타내고 있다.
공진형 고주파 전원 장치는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 파워 소자 Q1, 공진 회로 소자(콘덴서 C1, C2 및 인덕터 L2), 인덕터 L1, 고주파 펄스 드라이브 회로(1), 가변형 펄스 신호 발생 회로(2) 및 바이어스용 전원 회로(3)로 구성되어 있다. 또한, Cgs 및 Cgd는 파워 소자 Q1의 기생 용량이고, Z1은 고주파 펄스 드라이브 회로(1)와 파워 소자 Q1의 G 단자 사이의 신호선(와이어, 기판상 패턴 등)의 임피던스이다.
또, 공진형 송신 안테나(전력 전송용 송신 안테나)(10)는, LC 공진 특성을 갖는 전력 전송용 공진형 안테나이다(비접촉형으로만 한정되지 않는다). 이 공진형 송신 안테나(10)는, 자계 공명형, 전계 공명형, 전자기 유도형 중 어느 것이더라도 좋다.
파워 소자 Q1은, 입력의 직류 전압 Vin을 교류로 변환하기 위해 스위칭 동작을 행하는 스위칭 소자이다. 이 파워 소자 Q1로서는, RF용 FET에 한하지 않고, 예컨대 Si-MOSFET나 SiC-MOSFET, GaN-FET 등의 소자를 이용하는 것이 가능하다.
공진 회로 소자(콘덴서 C1, C2 및 인덕터 L2)는, 파워 소자 Q1의 스위칭 동작을 공진 스위칭시키기 위한 소자이다. 이 콘덴서 C1, C2 및 인덕터 L2로 이루어지는 공진 회로 소자에 의해, 공진형 송신 안테나(10)와의 사이에서 공진 조건을 맞출 수 있다.
인덕터 L1은, 입력의 직류 전압 Vin의 에너지를, 파워 소자 Q1의 스위칭 동작마다 일시적으로 유지하는 기능을 하는 것이다.
고주파 펄스 드라이브 회로(1)는, 파워 소자 Q1의 G 단자에 2㎒를 넘는 고주파수의 펄스 형상의 전압 신호를 보내서, 파워 소자 Q1을 구동시키는 회로이다. 이때, 고주파 펄스 드라이브 회로(1)로부터의 전압 신호를, 해당 전압 신호의 신호선의 임피던스 Z1 및 파워 소자 Q1의 기생 용량(Cgs+Cgd)으로 부분 공진시킨 후, 파워 소자 Q1의 G 단자에 입력한다. 이 고주파 펄스 드라이브 회로(1)는, 출력부를 FET 소자 등으로 토템폴 회로 구성으로 하여 고속의 ON/OFF 출력을 할 수 있도록 구성한 회로이다.
가변형 펄스 신호 발생 회로(2)는, 고주파 펄스 드라이브 회로(1)에 로직 신호 등의 2㎒를 넘는 고주파수의 펄스 형상의 전압 신호를 보내서, 고주파 펄스 드라이브 회로(1)를 구동시키는 회로이다. 이 가변형 펄스 신호 발생 회로(2)는, 주파수 설정용 오실레이터와 플립플롭이나 인버터 등의 로직 IC로 구성되고, 펄스 폭의 변경이나 반전 펄스 출력 등의 기능을 갖는다.
바이어스용 전원 회로(3)는, 가변형 펄스 신호 발생 회로(2) 및 고주파 펄스 드라이브 회로(1)로의 구동 전력의 공급을 행하는 것이다.
다음으로, 상기와 같이 구성된 공진형 고주파 전원 장치의 동작에 대하여 설명한다.
우선, 입력의 직류 전압 Vin은 인덕터 L1을 통해서 파워 소자 Q1의 D 단자에 인가된다. 그리고, 파워 소자 Q1은, 그 전압을 ON/OFF의 스위칭 동작에 의해 정전압의 교류 형상 전압으로 변환한다. 이 변환 동작시에, 인덕터 L1은 일시적으로 에너지를 유지하는 기능을 하여, 직류를 교류로 전력 변환하는 것을 돕는다.
여기서, 파워 소자 Q1의 스위칭 동작은, Ids 전류와 Vds 전압의 곱에 의한 스위칭 손실이 가장 작아지도록, ZVS(제로 볼티지 스위칭)가 성립하도록 콘덴서 C1, C2 및 인덕터 L2로 이루어지는 공진 회로 소자로 공진 스위칭 조건이 설정되어 있다. 이 공진 스위칭 동작에 의해, 출력 전압 Vout에는 RTN 전압을 축으로 한 교류 전압이 출력된다.
파워 소자 Q1의 구동은, 가변형 펄스 신호 발생 회로(2)로부터의 임의의 펄스 형상의 전압 신호를 받은 고주파 펄스 드라이브 회로(1)가 출력하는, 펄스 형상의 전압 신호를 파워 소자 Q1의 G 단자에 입력하는 것에 의해 행하고 있다.
이때, 파워 소자 Q1의 G 단자의 전압 Vg는 임피던스 Z1과 기생 용량(Cgs+Cgd)에 의한 과도 응답으로 도 2에 나타내는 바와 같은 부분 공진 파형이 되고, 그 피크 전압은 V1 전압보다 높은 전압이 되고, 파워 소자 Q1의 G 단자에 인가된다. 이것에 의해, 파워 소자 Q1을 고속으로 또한 낮은 ON 저항으로 구동하는 것을 가능하게 하고 있다.
또한, 파워 소자 Q1의 구동 주파수는 공진형 고주파 전원 장치의 동작 주파수가 되고, 가변형 펄스 신호 발생 회로(2) 내부의 오실레이터 회로의 설정에 의해 정해진다.
이상과 같이, 본 실시의 형태 1에 의하면, 파워 소자 Q1에 2㎒를 넘는 고주파수의 펄스 형상의 전압 신호를 보내서, 해당 파워 소자를 구동시키는 고주파 펄스 드라이브 회로(1)를 구비하고, 고주파 펄스 드라이브 회로(1)로부터의 전압 신호를, 해당 전압 신호의 신호선의 임피던스 Z1 및 파워 소자 Q1의 기생 용량(Cgs+Cgd)으로 부분 공진시키도록 구성했으므로, 부분 공진에 의해 파워 소자 Q1의 G 단자의 전압 Vg를 전압 V1보다 높게 할 수 있고, 또한 해당 전압 Vg를 반파 정현파 형상으로 성형할 수 있기 때문에, 종래 기술의 트랜스형 드라이브 회로(101)를 이용하지 않고서, 2㎒를 넘는 고주파수 동작을 행하는 공진형 고주파 전원 장치에 있어서, 낮은 소비 전력으로 90% 이상의 높은 전력 변환 효율 특성을 얻을 수 있다. 또한, 장치의 간이화, 소형화, 저비용화를 도모할 수 있다.
또 도 1에 있어서, 각 부를 하이브리드화한 소자(공진형 고주파 전원 장치용 스위칭 회로)(4)를 이용하더라도 좋다. 도 3은 파워 소자 Q1, 임피던스 Z1 및 고주파 펄스 드라이브 회로(1)를 하이브리드화한 소자(4)를 나타내고, 도 4는 파워 소자 Q1, 임피던스 Z1 및 콘덴서 C1을 하이브리드화한 소자(4)를 나타내고, 도 5는 파워 소자 Q1, 임피던스 Z1, 콘덴서 C1 및 고주파 펄스 드라이브 회로(1)를 하이브리드화한 소자(4)를 나타내고, 도 6은 파워 소자 Q1, 임피던스 Z1, 콘덴서 C1, 고주파 펄스 드라이브 회로(1) 및 가변형 펄스 신호 발생 회로(2)를 하이브리드화한 소자(4)를 나타내고, 도 7은 파워 소자 Q1, 임피던스 Z1 및 콘덴서 C2를 하이브리드화한 소자(4)를 나타내고, 도 8은 파워 소자 Q1, 임피던스 Z1, 콘덴서 C2 및 고주파 펄스 드라이브 회로(1)를 하이브리드화한 소자(4)를 나타내고, 도 9는 파워 소자 Q1, 임피던스 Z1 및 콘덴서 C1, C2를 하이브리드화한 소자(4)를 나타내고, 도 10은 파워 소자 Q1, 임피던스 Z1, 콘덴서 C1, C2 및 고주파 펄스 드라이브 회로(1)를 하이브리드화한 소자(4)를 나타내고, 도 11은 파워 소자 Q1, 임피던스 Z1, 콘덴서 C1, C2, 고주파 펄스 드라이브 회로(1) 및 가변형 펄스 신호 발생 회로(2)를 하이브리드화한 소자(4)를 나타내고 있다.
또한 도 1에서는, 파워 소자 Q1이 싱글 구성인 경우의 회로에 대하여 나타냈지만, 이것에 한하는 것이 아니고, 예컨대 도 12에 나타내는 바와 같이, 파워 소자 Q1이 푸시풀 구성인 경우에도 마찬가지로 본 발명을 적용 가능하다.
또한 도 1에서는, 공진 회로 소자(콘덴서 C1, C2 및 인덕터 L2)의 정수가 고정이고, 공진 조건이 고정인 것으로 하여 설명을 행했지만, 이것에 한하는 것이 아니고, 예컨대 도 13에 나타내는 바와 같이, 공진 조건을 가변으로 하는 공진 조건 가변형 LC 회로(5)를 이용하더라도 좋다. 또한, 예컨대 도 14에 나타내는 바와 같이, 상기 공진 회로 소자(콘덴서 C1, C2 및 인덕터 L2)에 의한 공진 조건을 가변시키는 공진 조건 가변 회로(6)를 별도로 마련하도록 하더라도 좋다.
또한, 본원 발명은 그 발명의 범위 내에 있어서, 실시의 형태의 임의의 구성 요소의 변형, 또는 실시의 형태의 임의의 구성 요소의 생략이 가능하다.
(산업상이용가능성)
본 발명과 관련되는 공진형 고주파 전원 장치 및 공진형 고주파 전원 장치용 스위칭 회로는, 트랜스형 드라이브 회로를 이용하지 않고서 파워 소자를 구동하는 것에 의해, 낮은 소비 전력으로 고효율화를 도모하고, 2㎒를 넘는 고주파수의 동작이 가능하게 되고, 고주파수로 전력 전송을 행하는 공진형 고주파 전원 장치 및 공진형 고주파 전원 장치용 스위칭 회로 등에 이용하는데 적합하다.
1 : 고주파 펄스 드라이브 회로
2 : 가변형 펄스 신호 발생 회로
3 : 바이어스용 전원 회로
4 : 하이브리드화 소자(공진형 고주파 전원 장치용 스위칭 회로)
5 : 공진 조건 가변형 LC 회로
6 : 공진 조건 가변 회로
10 : 공진형 송신 안테나(전력 전송용 송신 안테나)

Claims (14)

  1. 스위칭 동작을 행하는 파워 소자를 구비한 공진형 고주파 전원 장치로서,
    상기 파워 소자에 2㎒를 넘는 고주파수의 펄스 형상의 전압 신호를 보내서, 상기 파워 소자를 구동시키는 고주파 펄스 드라이브 회로를 구비하고,
    상기 고주파 펄스 드라이브 회로로부터의 전압 신호를, 상기 전압 신호의 신호선의 임피던스 및 상기 파워 소자의 기생 용량으로 부분 공진시키는
    것을 특징으로 하는 공진형 고주파 전원 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 파워 소자는, RF(Radio Frequency)용 FET(Field Effect Transistor) 이외의 FET인 것을 특징으로 하는 공진형 고주파 전원 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 파워 소자는, 푸시풀 구성 또는 싱글 구성인 것을 특징으로 하는 공진형 고주파 전원 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    자계 공명에 의한 전력 전송용 송신 안테나와의 사이에서 공진 조건을 맞추는 콘덴서 및 인덕터로 이루어지는 공진 회로 소자를 구비한 것을 특징으로 하는 공진형 고주파 전원 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    전계 공명에 의한 전력 전송용 송신 안테나와의 사이에서 공진 조건을 맞추는 콘덴서 및 인덕터로 이루어지는 공진 회로 소자를 구비한 것을 특징으로 하는 공진형 고주파 전원 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    전자기 유도에 의한 전력 전송용 송신 안테나와의 사이에서 공진 조건을 맞추는 콘덴서 및 인덕터로 이루어지는 공진 회로 소자를 구비한 것을 특징으로 하는 공진형 고주파 전원 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 공진 회로 소자는 공진 조건을 가변으로 하는 것을 특징으로 하는 공진형 고주파 전원 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 공진 회로 소자는 공진 조건을 가변으로 하는 것을 특징으로 하는 공진형 고주파 전원 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 공진 회로 소자는 공진 조건을 가변으로 하는 것을 특징으로 하는 공진형 고주파 전원 장치.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 공진 회로 소자의 공진 조건을 가변으로 하는 공진 조건 가변 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 공진형 고주파 전원 장치.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 공진 회로 소자의 공진 조건을 가변으로 하는 공진 조건 가변 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 공진형 고주파 전원 장치.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 공진 회로 소자의 공진 조건을 가변으로 하는 공진 조건 가변 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 공진형 고주파 전원 장치.
  13. 스위칭 동작을 행하는 파워 소자를 구비한 공진형 고주파 전원 장치에 이용되는 공진형 고주파 전원 장치용 스위칭 회로로서,
    상기 파워 소자와,
    상기 파워 소자에 2㎒를 넘는 고주파수의 펄스 형상의 전압 신호를 보내서, 상기 파워 소자를 구동시키는 고주파 펄스 드라이브 회로
    를 구비하고,
    상기 고주파 펄스 드라이브 회로로부터의 전압 신호를, 상기 전압 신호의 신호선의 임피던스 및 상기 파워 소자의 기생 용량으로 부분 공진시키는
    것을 특징으로 하는 공진형 고주파 전원 장치용 스위칭 회로.
  14. 제 13 항에 있어서,
    전력 전송용 송신 안테나와의 사이에서 공진 조건을 맞추기 위한 콘덴서를 구비한 것을 특징으로 하는 공진형 고주파 전원 장치용 스위칭 회로.
KR1020167014459A 2013-10-31 2013-10-31 공진형 고주파 전원 장치 및 공진형 고주파 전원 장치용 스위칭 회로 KR20160077195A (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2013/079544 WO2015063916A1 (ja) 2013-10-31 2013-10-31 共振型高周波電源装置及び共振型高周波電源装置用スイッチング回路

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160077195A true KR20160077195A (ko) 2016-07-01

Family

ID=53003560

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020167014459A KR20160077195A (ko) 2013-10-31 2013-10-31 공진형 고주파 전원 장치 및 공진형 고주파 전원 장치용 스위칭 회로

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9882509B2 (ko)
JP (1) JP5791833B1 (ko)
KR (1) KR20160077195A (ko)
CN (1) CN105684291B (ko)
DE (1) DE112013007562T5 (ko)
WO (1) WO2015063916A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015063921A1 (ja) * 2013-10-31 2015-05-07 三菱電機エンジニアリング株式会社 共振型高周波電源装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6570777B1 (en) 2001-12-06 2003-05-27 Eni Technology, Inc. Half sine wave resonant drive circuit
EP3570374B1 (en) * 2004-06-23 2022-04-20 pSemi Corporation Integrated rf front end
BRPI0518049A (pt) * 2004-11-23 2008-10-28 Sensormatic Electronics Corp dispositivo integrado eas/rfid e dispositivos para desabilitar os mesmos
US7660094B2 (en) * 2004-12-14 2010-02-09 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Inverter circuit
JP2006353049A (ja) 2005-06-20 2006-12-28 Toshiba Corp 電源装置及び無電極放電ランプ装置
US8532724B2 (en) * 2008-09-17 2013-09-10 Qualcomm Incorporated Transmitters for wireless power transmission
JP5609317B2 (ja) 2009-09-03 2014-10-22 Tdk株式会社 ワイヤレス給電装置およびワイヤレス電力伝送システム
CN102013736B (zh) 2009-09-03 2013-10-16 Tdk株式会社 无线馈电装置和无线电力传输系统
US9787364B2 (en) * 2011-01-20 2017-10-10 Triune Ip, Llc Multi-use wireless power and data system
JP5826547B2 (ja) * 2011-07-20 2015-12-02 株式会社豊田自動織機 給電側設備及び共鳴型非接触給電システム
EP2787600B1 (en) 2011-11-28 2018-04-11 Fujitsu Limited Non-contact charging device and non-contact charging method
JP6074745B2 (ja) * 2012-01-25 2017-02-08 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 無線電力伝送システムおよび送電装置
JP5787027B2 (ja) 2012-03-06 2015-09-30 株式会社村田製作所 電力伝送システム
US9504842B2 (en) * 2013-07-23 2016-11-29 Ado Holding Sa Electronic medical system with implantable medical device, having wireless power supply transfer

Also Published As

Publication number Publication date
JP5791833B1 (ja) 2015-10-07
US9882509B2 (en) 2018-01-30
CN105684291B (zh) 2018-09-04
CN105684291A (zh) 2016-06-15
DE112013007562T5 (de) 2016-07-21
JPWO2015063916A1 (ja) 2017-03-09
WO2015063916A1 (ja) 2015-05-07
US20160241160A1 (en) 2016-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3001551B1 (en) Non-contact power supply device
JP5866506B2 (ja) ゲート駆動回路
ITRE20120021A1 (it) Metodo ed apparato per il trasferimento di potenza elettrica
US9871416B2 (en) Resonant type high frequency power supply device
CN108572276B (zh) 无线谐振功率发射器及其中的峰峰值电压检测的方法
KR102019064B1 (ko) 무선 전력 송신 장치 및 방법
JP2016158240A (ja) 駆動装置
KR20130050365A (ko) 수전 장치 및 그것을 이용한 비접촉 전력 전송 시스템
KR20160078392A (ko) 공진형 고주파 전원 장치 및 공진형 고주파 전원 장치용 스위칭 회로
KR20160077195A (ko) 공진형 고주파 전원 장치 및 공진형 고주파 전원 장치용 스위칭 회로
JP6091643B2 (ja) 共振型高周波電源装置及び共振型高周波電源装置用スイッチング回路
JP6545104B2 (ja) 共振型電力伝送装置
KR20160077196A (ko) 공진형 고주파 전원 장치
JP4555969B2 (ja) インダクティブリンク
JP2017158013A (ja) 半導体スイッチ素子の駆動回路
Sekiya et al. MOSFET parasitic capacitance effects to class-DE power amplifier
JP2016010169A (ja) 非接触給電装置および非接触給電システム
KR20150055971A (ko) 전력 생성 장치, 무선전력 송신장치 및 무선전력 전송 시스템
Zhang et al. Application of multi-switch in wireless power system

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid