KR20160140434A - 급전 시스템 - Google Patents

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노리히로 오카자키
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에스아이아이 세미컨덕터 가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 급전 시스템에 있어서의 수전 회로에 있어서, 부하에 과전압이 걸리는 것을 방지한다.
[해결 수단] 급전 코일을 구비한 급전 장치와 수전 코일을 구비한 수전 장치를 구비하고, 공진 회로가 공진 상태일 때, 수전 코일에 발생하는 전압의 피크 전압값이 소정의 전압값보다 높게 설정되고, 공진 회로가 비공진 상태일 때, 수전 코일에 발생하는 전압의 피크 전압값이 소정의 전압값보다 낮게 설정된다.

Description

급전 시스템{POWER FEEDING SYSTEM}
본 발명은, 급전 시스템에 관한 것이다.
근년, 급전 코일과 수전 코일의 전자 유도, 혹은 전자 결합에 의해, 전력을 무선으로 공급하는 급전 시스템이 알려져 있다(예를 들어, 특허 문헌 1을 참조). 이러한 급전 시스템은, 예를 들어, 휴대 전화나 PDA(Personal Digital Assistant) 등의 전자기기가 구비하는 전지를 충전하기 위해 이용되고 있다.
급전 시스템에서는, 급전 장치가 구비하는 급전 코일과 수전 장치가 구비하는 수전 코일이 대향하여 배치되고, 급전 코일에 전류를 흐르게 함으로써, 수전 코일에 유도 전류를 발생시키며, 이것에 의해 수전 장치에 전력을 공급할 수 있다.
일본국 특허 공개 2014-131440호 공보
그러나, 특허 문헌 1에서 보여지는 전자 유도에 의해 급전 코일로부터 수전 코일에 전력을 급전하는 급전 시스템에 의해, 예를 들어 충전지로의 충전을 행하는 경우, 충전이 완료될 무렵, 즉 부하가 가벼워진 상태에 있어서, 충전지에 과전압이 걸린다고 하는 문제가 발생하는 경우가 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 의한 급전 시스템은, 급전 장치와 수전 장치를 구비하고, 상기 급전 장치로부터 상기 수전 장치에 전력을 급전하는 급전 시스템으로서, 상기 급전 장치는 급전 코일을 구비하고, 상기 수전 장치는, 상기 급전 코일로부터 급전되는 수전 코일과, 상기 수전 코일과 공진하는 공진 콘덴서와, 상기 공진 콘덴서의 전기적인 접속 상태를 변경하여, 공진 상태를 제어하는 스위칭 소자를 가지는 공진 회로와, 상기 공진 회로에 발생하는 교류 출력 전압을 정류하고, 평활하여, 직류 전력을 얻는 정류 회로와, 상기 정류 회로에 의해 얻어진 직류 전력이 공급되는 부하를 구비하며, 상기 공진 회로가 공진 상태일 때, 상기 수전 코일에 발생하는 전압의 피크 전압값이 소정의 전압값보다 높게 설정되고, 상기 공진 회로가 비공진 상태일 때, 상기 수전 코일에 발생하는 전압의 피크 전압값이 상기 소정의 전압값보다 낮게 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 비공진 상태일 때, 수전 코일에 발생하는 전압의 피크값이 소정의 전압값보다 낮게 설정되기 때문에, 부하에 과전류가 걸리는 것을 방지하는 것이 가능해진다.
도 1은 급전 코일에 전압을 인가했을 때에 수전 코일에 발생하는 전압의 극성을 설명하는 도이다.
도 2는 참고예에 의한 급전 시스템을 도시하는 블럭도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 있어서의 급전 장치의 급전 코일에 발생하는 전압 파형을 설명하는 도이다.
도 4는 도 2에 있어서의 급전 장치의 급전 코일과 정류 다이오드를 제거했을 때의 수전 코일에 발생하는 전압 파형을 설명하는 도이다.
도 5는 도 2에 있어서의 급전 장치의 수전 코일에 발생하는 전압 파형을 설명하는 도이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 의한 급전 시스템의 일례를 도시하는 블럭도이다.
도 7은 도 6에 있어서의 급전 장치의 급전 코일과 정류 다이오드를 제거했을 때의 수전 코일에 발생하는 전압 파형을 설명하는 도이다.
도 8은 도 6에 있어서의 급전 장치의 수전 코일에 발생하는 전압 파형을 설명하는 도이다.
본 발명의 실시 형태를 설명하기 전에, 우선, 본 발명자가 본 발명을 상도 하기에 이른 경위에 대해 설명한다.
도 1은, 같은 방향으로 감겨진 급전 코일(11)과 수전 코일(21)의 중심축을 포개고, 급전 코일(11)에 직류를 건 경우의 수전 코일(21)에 나타나는 유도 전류의 방향을 도시하고 있다.
급전 코일(11)에는, 직류 전원(3)과 스위치(4)가 직렬로 접속되어 있다. 수전 코일(21)에는, 부하(5)가 접속되어 있다.
스위치(4)를 접속하면, 급전 코일(11)의 단자(a1, b1)에 직류가 걸려, 급전 코일(11)의 단자(a1)로부터 (b1)로, 즉 i1의 방향으로 전류가 흐른다. 그때, 발생한 자계를 수전 코일(21)이 받아, 수전 코일(21)에는, i2의 방향으로 전류가 흐른다. a2, b2에는 부하 저항을 접속하고 있는데, 이 경우는, a2에 양극, b2에 음극 전압이 발생한다.
도 2는, 참고예에 의한 급전 시스템(200)을 도시하는 블럭도이며, 본 발명자가 고안한 급전 시스템(200)의 회로 구성을 도시하고 있다.
급전 시스템(200)은, 급전 장치(1)와, 수전 장치(2)를 구비하고 있다.
급전 시스템(200)은, 급전 장치(1)로부터 수전 장치(2)에 무선(비접촉)으로 전력을 공급하는 시스템이며, 급전 장치(1)로부터 수전 장치(2)에 공급된 전력을 수전 장치(2)가 구비하는 부하(26)에 공급한다. 수전 장치(2)는, 예를 들어, 휴대 전화 단말이나 PDA 등의 전자기기이며, 급전 장치(1)는, 예를 들어, 수전 장치(2)에 대응하는 충전기이다.
급전 장치(1)는, 급전 코일(11)과, 공진 콘덴서(12)와, 구동 트랜지스터(13)와, 발진 회로(14)를 구비하고 있다.
급전 코일(11)은, 단자(a1)가 전원(VCC)에 접속되고, 단자(b1)가 노드(N1)에 접속되어 있다. 급전 코일(11)은, 예를 들어, 전자 유도, 또는 전자 결합에 의해, 수전 장치가 구비하는 수전 코일(21)에 전력을 공급하는 코일이다.
공진 콘덴서(12)는, 급전 코일(11)과 병렬로 접속되어 있고, 급전 코일(11)과 공진하는 콘덴서이다. 여기서, 급전 코일(11)과 공진 콘덴서(12)는, 공진 회로(10)를 구성하고 있다. 공진 회로(10)는, 급전 코일(11)의 인덕턴스값과 공진 콘덴서(12)의 용량값에 의해 정해지는 소정의 공진 주파수(예를 들어, 100kHz)에 의해 공진한다.
구동 트랜지스터(13)는, 공진 회로(10)에 직렬로 접속되어 있다. 본 실시 형태에서는, 일례로서, 구동 트랜지스터(13)가 NMOS 트랜지스터인 경우에 대해 설명한다.
구동 트랜지스터(13)는, 소스 단자가 전원(GND)에 접지되고, 게이트 단자가 발진 회로(14)의 출력 신호선(노드(N2))에 접속되며, 드레인 단자가 노드(N1)에 접속되어 있다. 발진 회로(14)는, 소정의 주기에 의해, H 상태와 L 상태를 반복하는 제어 신호를 출력한다. 구동 트랜지스터(13)는, 발진 회로(14)의 출력에 의해 온 상태(도통 상태)와 오프 상태(비도통 상태)를 주기적으로 반복한다. 이것에 의해, 급전 코일(11)에 주기적인 신호가 발생하여, 급전 코일(11)로부터 전자 유도에 의해 수전 코일(21)에 급전한다.
수전 장치(2)는, 수전 코일(21), 공진 콘덴서(22), 공진 제어 트랜지스터(23), 정류 다이오드(정류 회로)(24), 평활 콘덴서(25), 부하(26), 및 공진 제어부(60)를 구비하고 있다.
수전 코일(21)은, 단자(a2)가 노드(N5)에 접속되고, 단자(b2)가 전원(GND1)에 접속되어 있다. 수전 코일(21)은, 예를 들어, 전자 유도, 또는 전자 결합에 의해, 급전 장치(1)가 구비하는 급전 코일(11)로부터 전력이 공급되는 코일이다. 수전 코일(21)은, 수전 장치의 부하(26)에 전력을 공급할 때에, 도 1에 도시하는 급전 코일(11)과 수전 코일(21)과 마찬가지로, 감기 방향이 급전 코일(11)과 같아지도록 대향하여 배치된다.
공진 콘덴서(22)는, 수전 코일(21)과 병렬로 접속되어 있고, 수전 코일(21)과 공진하는 콘덴서이다. 공진 콘덴서(22)는, 노드(N5)와 노드(N6)의 사이에 접속되어 있다. 여기서, 수전 코일(21)과 공진 콘덴서(22)는, 공진 회로(20)를 구성하고 있다. 공진 회로(20)는, 수전 코일(21)의 인덕턴스값과 공진 콘덴서(22)의 용량값에 의해 정해지는 소정의 공진 주파수(예를 들어, 100kHz)에 의해 공진한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 수전 장치(2)의 공진 주파수와 급전 장치(1)의 공진 주파수는 동일하고, 예를 들어, 100kHz이다.
공진 회로(20)는, 공진 콘덴서(22)와 더불어 수전 코일(21)과 병렬로 접속되고, 또한, 공진 콘덴서(22)와 직렬로 접속되는 공진 제어 트랜지스터(23)(스위칭 소자)를 더 구비한다. 공진 제어 트랜지스터(23)는, 예를 들어, NMOS 트랜지스터이며, 소스 단자가 전원(GND1)에 접속되고, 드레인 단자가 노드(N6)에 접속되어 있다. 또, 공진 제어 트랜지스터(23)는, 게이트 단자가 후술하는 공진 제어부(60)로부터의 출력 신호선에 접속되어 있다. 공진 제어 트랜지스터(23)는, 공진 제어부(60)에 의해, 온 상태가 됨으로써 공진 콘덴서(22)가 기능하고, 공진 회로(20)에 공진을 발생시킨다. 또, 공진 제어 트랜지스터(23)는, 공진 제어부(60)에 의해, 오프 상태가 됨으로써 공진 콘덴서(22)가 전기적으로 멀어져, 공진 회로(20)의 공진을 정지시킨다.
정류 다이오드(24)(정류 회로)는, 애노드 단자가 수전 코일(21)의 일단인 노드(N5)에 접속되고, 캐소드 단자가 평활 콘덴서(25)의 일단인 노드(N7)에 접속되어 있다. 정류 다이오드(24)는, 수전 코일(21)이 수전한 전력을 정류하여, 직류 전력으로 변환한다. 즉, 정류 다이오드(24)는, 수전 코일(21)에 발생하는 교류 전력(교류 전압)을 직류 전력(직류 전압)으로 변환한다.
평활 콘덴서(25)는, 정류 다이오드(24)가 변환한 직류 전력을 평활화한다.
또, 평활 콘덴서(25)와 병렬로 부하(26)가 접속되어 있다.
공진 제어부(60)는, 공진 제어 트랜지스터(23)를 제어함으로써, 공진 회로(20)의 공진 상태를 제어하는 공진 제어부(60)로서, 수전 코일(21)이 수전한 전력을 정류한 직류 전압에 따라, 공진 제어 트랜지스터(23)를 제어한다. 공진 제어부(60)는, 저항(27, 28), 콤퍼레이터(64) 및 기준 전원(65)을 구비하고 있다. 콤퍼레이터(64)는, ＋입력 단자가 기준 전원(65)에 접속되고, －입력 단자가 노드(N8)에 접속되어 있다.
저항(27)의 일단은 노드(N7)에 접속되고, 콤퍼레이터(64)는, 저항(27) 및 저항(28)에 의해 노드(N7) 전압이 노드(N8)로 분압된 전압과, 기준 전원(65)의 출력 전압을 비교하여, 변환된 전압이, 기준 전원(65)의 출력 전압 이상인 경우에, 공진 제어 트랜지스터(23)를 오프 상태로 한다.
구체적으로는, 콤퍼레이터(64)는, 저항(27) 및 저항(28)에 의해 분압된 노드(N8) 전압이 소정의 역치 전압보다 낮은 경우에, H 상태를 출력 단자에 출력한다. 또, 콤퍼레이터(64)는, 저항(27) 및 저항(28)에 의해 분압된 노드(N8) 전압이 소정의 역치 전압 이상인 경우에, L 상태를 출력 단자에 출력한다.
이와 같이, 공진 제어부(60)는, 노드(N7)의 정류 후의 전압에 따라, 공진 제어 트랜지스터(23)를 제어하여, 공진 회로(20)의 공진 상태를 변화시킨다.
이와 같이 하여, 노드(N7)에, 정전압화된 출력이 얻어지는 수전 회로를 구성한다.
기준 전원(65)은, 소정의 역치 전압에 대응하는 소정의 역치 전압을 출력하는 정전압원이며, 기준 전원(65) 및 저항(27, 28)의 구성에 의해, 노드(N7)의 정전압값이 결정된다.
도 3은, 도 2의 급전 장치(1)에 있어서의 급전 코일(11)의 단자(b1) 전압의 거동을 도시하고 있다.
앞서 설명한 바와 같이 발진 회로(14)는, 소정의 주기에 의해, 구동 트랜지스터(13)를 온 상태(도통 상태)와 오프 상태(비도통 상태)로 하는 제어 신호를 출력하므로, 급전 코일(11)과 공진 콘덴서(12)로 구성되는 공진 회로(10)에 있어서, 구동 트랜지스터(13)가 온 상태일 때, 급전 코일(11)에는 전원 전류가 흐르고, 공진 콘덴서(12)에는 전원 전압이 걸린다. 이때 급전 코일(11)의 단자(b1)는, 거의 GND 전위가 된다.
구동 트랜지스터(13)가 오프 상태일 때, 급전 코일(11)과 공진 콘덴서(12)로 구성되는 공진 회로(10)는, 발진 상태가 되고, 급전 코일(11)의 단자(b1)에는, 호를 그리도록 양극에 전압이 발생한다.
발진 회로(14)는, 소정의 주기에 의해, 출력을 반복하므로, 급전 코일(11)과 공진 콘덴서(12)로 구성되는 공진 회로(10)는, 전원으로부터의 전력의 공급과, 발진 상태의 반복을 행하므로, 급전 코일(11)의 단자(b1)에는 도 3에 도시하는 반복 파형이 관측된다.
발진 회로(14)의 온과 오프의 주기는, 미리 설정된 시간에 따르는 것이어도 되고, 급전 코일(11)의 단자(b1) 전압이 양극에 호를 그려 다시 0V로 되돌아오는 타이밍으로 온이 되는 타이머 동작이나 0V 스위칭 등에 따르는 것이어도 된다.
도 4는, 도 2의 급전 시스템(200)에 있어서, 급전 코일(11)과 수전 코일(21)에 나타나는 전압을 도시하고 있다. 단, 도 4는, 설명을 알기 쉽게 하기 위해, 도 2의 수전 장치(2)의 정류 다이오드(24)를 제거하고, 수전 코일(21)의 단자(a2) 전압(노드(N5) 전압)을 수전 코일(21)의 전압으로서 관측한 결과를 도시하고 있다.
급전 코일(11)에는, 도 3과 같은 주기 파형이 발생하고 있는 것으로 한다. 이때 수전 코일(21)에는, 양음의 전압이 나타난다.
도 2의 수전 장치(2)의 공진 회로(20)에 있어서, 공진 제어 트랜지스터(23)가 오프가 되고 수전 코일로부터 공진 콘덴서(22)가 제거되어 있는 「비공진 상태」에서는, 수전 코일(21)의 전압 파형은, 급전 코일(11)의 전압 파형과 상사인 형태를 가진, 양음의 피크 전압이 81a－82a의 작은 진폭이 된다. 양측에는 호를 그리는 파형이 나타나고, 음측에는 피크 부분에 평탄한 부분을 가진 파형이 나타난다.
수전 장치(2)의 공진 회로(20)에 있어서, 공진 제어 트랜지스터(23)가 온이 되고, 공진 콘덴서(22)가 수전 코일(21)에 접속되어 있는 「공진 상태」에서는, 수전 코일(21)의 전압 파형은, 수전 코일의 단자(a2)의 양음의 피크 전압이 83a－84a의 큰 진폭이 된다. 공진 상태에서는, 수전 코일(21)의 전압 파형은 양음에 호를 그리게 된다.
또한, 「공진 상태」에서는, 급전 코일(11)의 전압과 수전 코일(21)의 전압의 위상이 어긋나 있다. 이것은, 수전 코일(21)에 공진 콘덴서(22)가 접속된 것에 의한 위상 회전이 일어나 있기 때문이다.
도 5는, 수전 장치(2)의 정류 다이오드(24)를 도 2와 같이 접속한 상태로, 급전 시스템(200)을 동작시켰을 때에, 수전 코일(21)의 단자(a2)에 나타나는 전압을 측정한 결과를 도시하는 것이며, 수전 장치(2)의 공진 회로(20)가 「공진 상태」로부터 「비공진 상태」로 이행하고 있는 모습을 포착한 것이다.
도 5의 A 및 B의 부분은, 수전 장치(2)의 부하(26)의 전압이 강하하고, 공진 제어부(60)가 노드(N7) 전압이 ＋5V보다 저하되어 있는 것을 감지하여, 공진 제어 트랜지스터(23)를 온으로 하고 있는 기간의 수전 코일(21)의 피크 전압 부분이며, 공진 회로(20)는 「공진 상태」에 있다.
「공진 상태」에 있어서, 호를 그려야할 수전 코일(21)의 피크 부분이 찌그러져 있는 것은, 평활 콘덴서(25)는, 거의 ＋5V로 전압이 유지되어 있으므로, 정류 다이오드(24)의 순방향 전압분을 초과하려고 하는 전류는, 평활 콘덴서(25)에 흘러들기 때문에, 수전 코일(21)의 피크 전압이 출력 전압(＋5V)과 정류 다이오드의 순방향 전압의 합에 제한되어 있기 때문이다.
도 5의 C, D 및 E의 부분은, 수전 장치(2)의 부하(26)의 전압이 상승하고, 공진 제어부(60)가 노드(N7) 전압이 ＋5V보다 높아져 있는 것을 감지하여, 공진 제어 트랜지스터(23)를 오프로 하고 있는 기간의 수전 코일(21)의 피크 전압 부분이며, 공진 회로(20)는 「비공진 상태」에 있다.
「비공진 상태」에 있어서는, 수전 코일(21)의 피크 전압은, 도 5의 D에 도시하는 바와 같이 ＋5V보다 낮아져야만 하는 것인데, 도 5의 C 및 E에 도시되는 바와 같이, ＋5V보다 높아져 버리는 경우가 발생하는 것이 판명되었다.
이와 같이 되면, 비공진 상태여도, 부하(26)에 전력이 계속 공급되어 버리게 되기 때문에, 부하가 가벼워진 상태에 있어서, 부하의 양단 전압이 목표값보다 높아져 버린다고 하는 문제가 발생한다.
또한, 「비공진 상태」에 있어서도, 「공진 상태」와 마찬가지로 수전 코일(21)의 피크 전압은 평활 콘덴서(25)와 정류 다이오드(24) 전압의 합에 제한되기 때문에, 도 5의 C 및 도 5의 E는, 피크 전압 부분이 찌그러진 것처럼 된다. 그러나, 찌그러진 피크 부분은 ＋5V를 초과하고 있어, 실질적으로 공진 상태에 있어서의 도 5의 A 및 B에 도시되는 파형과 거의 같은 파형이 되고, 공진 상태와 비공진 상태의 판별이 되지 않게 되어 버린다.
따라서, 예를 들어, 부하(26)에 충전지를 이용하여, 이것을 급전 시스템에 의해 충전하는 용도에서는, 충전지의 충전이 끝날 무렵의 부하가 가벼워진 상태에 있어서, 충전지에 과전압이 걸린다고 하는 문제를 일으키게 된다.
또, 이러한 상태는, 특히, 코일 사이의 거리가 작을 때, 혹은 수전측에 큰 전력으로부터 작은 전력까지 취하려고 했을 때에 부하 전류가 적어질 때에 일어나기 쉽다.
따라서, 본 발명은, 이러한 문제를 해결하는 것이 가능한 급전 시스템을 제공한다.
도 6은, 본 발명의 실시 형태에 의한 급전 시스템의 일례를 도시하는 블럭도이다.
도 6에 있어서, 도 2에 도시하는 참고예에 의한 같은 구성에 대해서는, 동일한 참조 부호를 붙임으로써 설명을 생략한다.
본 실시 형태에 의한 급전 시스템(100)에서는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 급전 코일(11)의 접속은 도 2에 도시하는 급전 시스템(200)과 마찬가지로 하고, 수전 장치(2)의 수전 코일(21)의 극성을 급전 시스템(200)과 역방향으로 하고 있다.
즉, 수전 코일(21)의 단자(a2)를 GND에 접속하고, 단자(b2)를 노드(N5)에 접속하고 있다.
급전 장치(1)의 동작은, 도 2의 급전 시스템(200)과 같으며, 급전 코일(11)에 발생하는 전압의 파형은 도 3에 도시하는 것과 같기 때문에, 이들 설명은 생략한다.
도 7은, 도 6의 급전 시스템(100)에 있어서, 급전 코일(11)과 수전 코일(21)에 나타나는 전압을 도시하고 있다. 단, 설명을 알기 쉽게 하기 위해, 도 6의 수전 장치(2)의 정류 다이오드(24)를 제거하고, 수전 코일(21)의 단자(b2) 전압, 즉 노드(N5) 전압을 수전 코일(21)의 단자 전압으로서 관측한 결과를 도시하고 있다.
수전 코일(21)의 단자(b2) 전압의 양음의 진폭이 도 4와 역방향으로 되어 있는 것을 확인할 수 있다.
도 6의 수전 장치(2)의 공진 제어 트랜지스터(23)가 오프가 되고 수전 코일(21)로부터 공진 콘덴서(22)가 제거되어 있는 「비공진 상태」에서는, 수전 코일(21)의 전압 파형은, 수전 코일(21)의 양음의 피크 전압이 91a－92a의 작은 진폭이 된다. 도 7에 있어서, 도 4와 상이한 점은, 양측에는 피크 부분에 평탄한 부분을 가진 파형, 음측에는 호를 그리는 파형이 나타나는 것이다.
즉, 양측에서는 피크값이 평탄해지고, 음측에서는 호를 그리는 진폭 파형이 나타난다.
공진 제어 트랜지스터(23)가 온이 되어, 수전 코일(21)에 공진 콘덴서(22)가 접속되어 있는 「공진 상태」에서는, 수전 코일(21)의 전압 파형은, 수전 코일(21)의 양음의 피크 전압이 93a－94a의 큰 진폭이 된다. 「공진 상태」에서는, 수전 코일(21)은 양음에 호를 그리게 된다.
도 8은, 수전 장치(2)의 정류 다이오드(24)를 도 6과 같이 접속한 상태로, 급전 시스템(100)을 동작시켰을 때에, 수전 코일(21)의 단자(b2)에 나타나는 전압을 측정한 결과를 도시하는 것이며, 수전 장치(2)의 공진 회로(20)가 「공진 상태」로부터 「비공진 상태」로 이행하고 있는 모습을 포착한 것이다.
도 8의 A 및 B의 부분은, 수전 장치(2)의 부하(26)의 전압이 강하하고, 공진 제어부(60)가 노드(N7) 전압이 ＋5V보다 저하되어 있는 것을 감지하여, 공진 제어 트랜지스터(23)를 온으로 하고 있는 기간의 수전 코일(21)의 피크 전압 부분이다. 이들 피크 전압은 ＋5V(소정의 전압값)를 초과하고 있으며, 공진 회로(20)는 「공진 상태」에 있다.
「공진 상태」에 있어서, 호를 그려야할 수전 코일(21)의 전압 파형의 피크 부분이 찌그러져 평탄부를 가지고 있는 것은, 도 2에 도시하는 급전 시스템과 마찬가지로, 수전 코일(21)의 피크 전압이 출력 전압(＋5V)과 정류 다이오드(24)의 순 방향 전압의 합에 상한값이 제한되어 있기 때문이다.
도 8의 C, D 및 E의 부분은, 수전 장치(2)의 부하(26)의 전압이 상승하고, 공진 제어부(60)가 노드(N7) 전압이 ＋5V보다 높아져 있는 것을 감지하여, 공진 제어 트랜지스터(23)를 오프로 하고 있는 기간의 수전 코일(21)의 피크 전압 부분이며, 공진 회로(20)는 「비공진 상태」에 있다.
도 8의 C, D 및 E에 도시되는 바와 같이, 「비공진 상태」의 수전 코일(21)의 피크 전압은 ＋5V 미만으로 되어 있다. 이것은, 수전 코일(21)의 방향을 도 2와는 역방향으로 한 것에 의해, 수전 코일(21)에 발생하는 전압 파형은, 피크값에 평탄부를 가지게 되어, 그 피크 전압값을 확실히 ＋5V(소정의 전압값)보다 낮출 수 있기 때문이다.
도 5 상태에서는, 「비공진 상태」에 있어서도 부하(26)에 전력이 계속 공급되고 있었는데, 도 8 상태에서는 수전 코일(21)의 피크 전압은 ＋5V 미만이 되므로, 부하(26)로 공급되는 전력은 제로가 되어, 부하(26)에 과전압이 걸리는 것을 방지하는 것이 가능해진다.
따라서, 부하(26)가 가벼운 상태부터 무거운 상태의 넓은 범위에 걸쳐서, 부하(26)에 걸리는 전압이 정확하게 제어될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 급전 시스템에 의하면, 전지의 충전과 같은 부하 전류의 레인지가 넓게 요구되는 때여도, 충전 전류가 0에 이를 때까지의 제어가 가능해지므로, 충전 전류가 많이 필요해지는 충전 개시시부터, 충전 전류가 매우 적어지는 충전 완료 가까이 도달할 때까지, 정상적인 충전 동작이 가능해진다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했는데, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러 가지의 변경이 가능한 것은 말할 필요도 없다.
예를 들어, 상기 실시 형태에 있어서는, 급전 코일(11)과 수전 코일(21)의 방향을 역방향으로 한다고 하는 방법에 의해 비공진시에 수전 코일(21)의 피크 전압이 소정 전위를 초과하지 않도록 하고 있는데, 이것에 한정하지 않고, 코일 사이의 거리를 한정하거나, 부하 전류에 제한을 거는 등 방법을 이용하는 것도 가능하다.
또, 상기 실시 형태에 있어서의 부하(26)는, 저항 부하에서도 임피던스 변동을 가지는 부하여도 상관없다. 또, 부하(26)는, 마이크로컴퓨터를 사용한 시스템의 전원이나 오디오 앰프, 무선 회로, 센서 회로, 조명 구동 회로, 표시 회로 등이어도 되고, 혹은 전지를 충전하는 회로여도 된다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 정류 회로로서 다이오드를 사용하고 있는데, FET를 사용한 동기 정류 회로를 이용해도 된다. 동기 정류 회로를 사용하면, 열손실이 적은 수전 회로를 구성할 수 있다.
1 급전 장치
2 수전 장치
3 직류 전원
4 스위치
5, 26 부하
10, 20 공진 회로
11 급전 코일
12, 22 공진 콘덴서
13 구동 트랜지스터
14 발진 회로
21 수전 코일
23 공진 제어 트랜지스터
24 정류 다이오드
25 평활 콘덴서
27, 28 저항
60 공진 제어부
64 콤퍼레이터
65 기준 전원
100, 200 급전 시스템

Claims (2)

  1. 급전 장치와 수전 장치를 구비하고, 상기 급전 장치로부터 상기 수전 장치에 전력을 급전하는 급전 시스템으로서,
    상기 급전 장치는 급전 코일을 구비하고,
    상기 수전 장치는, 상기 급전 코일로부터 급전되는 수전 코일과, 상기 수전 코일과 공진하는 공진 콘덴서와, 상기 공진 콘덴서의 전기적인 접속 상태를 변경하여 공진 상태를 제어하는 스위칭 소자를 가지는 공진 회로와, 상기 공진 회로에 발생하는 교류 출력 전압을 정류하고, 평활하여, 직류 전력을 얻는 정류 회로와, 상기 정류 회로에 의해 얻어진 직류 전력이 공급되는 부하를 구비하며,
    상기 공진 회로가 공진 상태일 때, 상기 수전 코일에 발생하는 전압의 피크 전압값이 소정의 전압값보다 높게 설정되고,
    상기 공진 회로가 비공진 상태일 때, 상기 수전 코일에 발생하는 전압의 피크 전압값이 상기 소정의 전압값보다 낮게 설정되는 것을 특징으로 하는 급전 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 공진 회로가 비공진 상태일 때에 상기 수전 코일에 발생하는 상기 전압의 피크 부분이 평탄부를 가지는 전압 파형으로 구동되는 것을 특징으로 하는 급전 시스템.
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