JP6133775B2 - 非接触給電ピックアップ回路 - Google Patents
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Description
とともにピーク共振インダクタを処理するように定格されなければならない。一方、図2に示される回路のようなAC処理ピックアップ回路の直列同調バージョンでのスイッチは、ピーク負荷電流
とともにピーク共振インダクタ電圧を処理するように定格されなければならない。
となるように回路が動作するように設計されていると仮定すると、
つまりスイッチが定格されなければならないVA積は
・
,となり、
をわずかに超えている。しかしながら、ACスイッチの目的は、回路Qを制御することである。
以上が、AC負荷と並列でスイッチを通って流れることができる場合、回路Qは低下する。
未満が、AC負荷と並列でスイッチを通って流れることができる場合、回路Qは上昇する。したがって、スイッチの最小VA定格は、ピックアップの最大出力電圧
で乗算される、少なくとも短絡電流でなければならない。したがって、両方のスイッチのVA定格は、電力制御に必要とされる最小スイッチ定格の
倍である。
ピックアップコイルおよび補償コンデンサと、
動作可能な状態と動作不可能な状態との間で制御可能なスイッチ手段と、
複数の追加のリアクタンス素子であって、スイッチ手段が動作可能な状態または動作不可能な状態の内の一方であるときに、追加のリアクタンス素子が、選択された動作周波数で共鳴し、ピックアップ回路の出力に供給されている電力を実質的に削減するまたは妨げる、追加のリアクタンス素子と、
を有する。
ピックアップコイルと、
ピックアップコイルと直列で接続される同調コンデンサと、
動作可能な状態と動作不可能な状態との間で制御可能であり、ピックアップ回路への電力の移動を制御するスイッチ手段と、
ピークスイッチ電圧を削減するためにピックアップコイルと並列で接続される補償コンデンサと、
を有する。
改良されたAC制御並列同調共振コントローラ
に比例しているとして示されているインダクタの体積と、スイッチに必要とされるブロック電圧定格とのトレードオフである。回路が完全出力を届けているケースを考える。ACスイッチのため、C3は完全に短絡し、したがって同等な回路は並列でL2、L3、C2およびR2 から成り立つ。したがって、
である。このようにして、
であり、所与のVo は負荷依存である。一方、ωは通常、IPT設計の要求事項に応じて固定され(両方に設計者の制御を大きく超えさせ)、
は、
を増加させることによって削減できる。ただし、L3が増加するにつれて、シミュレーションは、
(したがってスイッチ電圧
)も増加する。最大
の最大
に対する比率は、以下の比率を使用して設計によって選ぶことができる。
として与えられるのに対し、Q=3である図9から、定常状態スイッチ電流
が示される。したがって、KLは、スイッチ電圧および電流が、所与の用途について適切に使用可能なスイッチに適合できることを保証するために有用である。図11は、KL=3 ~ Q2maxであり、それが1.2 kWライトに制御されている出力を提供しているときに、図3のこの新しい回路の制御された動作を示す。予想されるように、スイッチ電流はIscに類似したままである。
、Po =2 kWを満たすために設計され、次いで既知の実際的なピックアップがL2=157μH、Voc=88.9VおよびIsc=4.5Aを有すると仮定する場合、これらの仕様から、必要とされるQ2=5であることが計算できる。L3がL2に等しいと設定される場合、L3の
定格はL2の定格に等しくなる。シミュレーションに従って、ピークスイッチ電圧は次いで~166Vとなり、ピークスイッチ電流は32.5Aとなり、スイッチの総VA定格は少なくとも5.4 kVAである。実際的な高出力スイッチは、通常、電流定格よりも優れた電圧ブロック機能を有し、したがって低電圧であるが、高電流のスイッチを必要とする設計は望ましくない。スイッチブロック電圧(VDS)およびピックアップコイル(VC2)全体での共振電圧は、さまざまな出力レベルで図4に示されるとおりである。ピークスイッチ電流は、IL3を通って流れるピーク電流と同じである。 L3=L2 Q2となるように設計を変更することによって、ピークスイッチ電圧は、それが図1の従来のAC処理ピックアップ回路においてなるものであるほぼピークAC負荷電圧に変化する。しかしながら、ピークスイッチ電圧が648Vに上昇する一方で、ピークスイッチ電流は8.6Aに降下し、L3の体積はL2の体積の2.5倍少なく降下する。スイッチのVA定格は、最後の例に類似して現在5.6VAである。 従来の並列同調を使用する同じパラメータを満たすために、図1のAC処理回路は、少なくとも
、つまり628Vのスイッチ電圧定格を必要とする。ピークスイッチ電流定格は、
、つまり32.4Aとなる必要があるだろう。したがって、スイッチの総VA定格は、少なくとも20.3 kVA、つまり図の共振コントローラ使用時よりも約3.8倍高くならなければならない。その結果、新規に提案されている回路のスイッチのVA定格は、大幅に下がり、所望されるスイッチ電圧はここで、インダクタ率
の適切な選択によって出力電圧と無関係に設定できる。
改良されたAC制御直列同調共振コントローラ
であるため、図2の標準直列同調AC処理トポロジは高出力電圧が必要とされる用途には特に適していない。ただし、図12の改良された回路は、この問題を克服する。
定格は、ピックアップインダクタコイルL2の3.6倍小さくなる。その結果、L3はL2よりも~3.6倍少ない体積を有する。結果が図14に示されるシミュレーションに従って、ピーク電圧は386Vとなり、ピークスイッチ電流は9.5Aとなる。したがって、スイッチの総VA定格は、少なくとも3.7 kVAでなければならない。実際、率Kc=C2/C3は、スイッチ電圧(図15(b))に影響を及ぼさずに図15(a)に示されるように定常状態動作の下で必要とされる最大スイッチ電流を調整するために選ぶことができる。ただし、RMS項Isw=(Kc+1)Iscでは、ピークスイッチ電流は
である。
となるだろう。スイッチ電流定格は、>Q2Isc=5.45Aとなる必要があるだろう。したがって、スイッチの総VA定格は、少なくとも8.7 kVA、つまり図12の直列同調共振コントローラが使用される場合よりも2.4倍高くならなければならない。IPT用途に必要とされるVLF周波数で動作する一方、1.59kVをブロックできるスイッチは、図2のかかる標準直列同調AC処理回路が提案されている仕様を満たすために適していないように、通常は実際的ではない。しかしながら、並列同調のケースでのように、図12の直列同調コントローラは適切である場合がある。図12は、スイッチがオフであるときに完全電力で動作するのに対し、スイッチがオンであるとき、スイッチ電流は相対的に小さい。その結果、提案されているピックアップの効率は、図2の標準直列同調AC処理ピックアップよりも高くならなくてはならない。
直列共振回路で過渡電流を最小限に抑える
Claims (24)
- 選択された動作周波数で一次導体から電力を受け取るための非接触給電(IPT)ピックアップ回路であって、
ピックアップコイルおよび補償コンデンサと、
動作可能な状態と動作不可能な状態との間で制御可能なスイッチ手段と、
前記スイッチ手段が前記動作可能な状態または動作不可能な状態の内の一方であるときに、前記選択された動作周波数で前記回路を共鳴させ、前記ピックアップ回路の出力に供給される電力を実質的に削減するまたは妨げる、複数の追加のリアクタンス素子と、
を有するIPTピックアップ回路。 - 前記スイッチ手段が前記動作可能な状態または動作不可能な状態の他方であるときに、電力が負荷に供給される、請求項1に記載のIPTピックアップ回路。
- 前記スイッチ手段が、前記動作可能な状態または前記動作不可能な状態の内の他方であるときに、前記ピックアップコイルおよび補償コンデンサが共鳴するようになる、請求項1または2に記載のIPTピックアップ回路。
- 前記スイッチ手段が、前記動作可能な状態または動作不可能状態の他方であるときに、前記ピックアップコイルおよび前記補償コンデンサが前記複数のリアクタンス素子の少なくとも1つと共鳴する、請求項1から3のどれか1つに記載のIPTピックアップ回路。
- 前記スイッチ手段がACスイッチを備える、請求項1から4のどれか1つに記載のIPTピックアップ回路。
- 前記ピックアップコイルおよび補償コンデンサが並列で接続される、請求項1から5のどれか1つに記載のIPTピックアップ回路。
- 前記出力が、前記補償コンデンサと並列で提供される、請求項6に記載のIPTピックアップ回路。
- 前記複数の追加のリアクタンス素子が、直列で接続されるコンデンサおよびインダクタを備える、請求項6または7に記載のIPTピックアップ回路。
- 前記直列で接続されたコンデンサおよびインダクタが、前記ピックアップコイルおよび前記補償コンデンサと並列で接続される、請求項8に記載のIPTピックアップ回路。
- 前記スイッチ手段が前記コンデンサと並列で接続される、請求項8または請求項9に記載のIPTピックアップ回路。
- 前記出力が整流器を含み、DC電源を提供する、請求項7から10のどれか1つに記載のIPTピックアップ回路。
- 前記ピックアップコイルおよび前記補償コンデンサが直列で配置される、請求項1から5のどれか1つに記載のIPTピックアップ回路。
- 前記出力が、前記補償コンデンサと直列で設けられる、請求項12に記載のIPTピックアップ回路。
- 前記複数の追加のリアクタンス素子が、並列で接続されるコンデンサおよびインダクタを備える、請求項12または請求項13に記載のIPTピックアップ回路。
- 前記並列接続コンデンサおよびインダクタが、前記ピックアップコイルおよび前記補償コンデンサと直列で接続される、請求項14に記載のIPTピックアップ回路。
- 前記スイッチ手段が、前記インダクタと直列で接続される、請求項14または請求項15に記載のIPTピックアップ回路。
- 追加の補償コンデンサが、前記インダクタと並列で接続されて、ピークスイッチ電圧を削減する、請求項14から16のどれか1つに記載のIPTピックアップ回路。
- 前記出力が整流器を含み、DC電源を提供する、請求項13から17のどれか1つに記載のIPTピックアップ回路。
- 前記スイッチ手段が、2つのスイッチング素子を備え、それぞれのスイッチング素子が非並列ダイオードを有する、請求項1から18のどれか1つに記載のIPTピックアップ回路。
- 請求項1から19のどれか1つにかかるIPTピックアップ回路を含むIPTシステム。
- ピックアップコイル、補償コンデンサおよび複数の追加のリアクタンス素子を有する非接触給電(IPT)ピックアップ回路を制御する際の方法であって、スイッチ手段を動作させ、スイッチ手段が動作可能な状態または動作不可能な状態の内の一方であるときに、前記追加のリアクタンス素子が、選択された動作周波数で前記回路を共鳴させ、前記ピックアップ回路の出力に供給される電力を実質的に削減するまたは妨げることより、負荷に供給される電力を制御する、方法。
- 前記スイッチ手段を、前記動作可能な状態または動作不可能な状態の一方にして、前記リアクタンス素子によって前記回路を共鳴させ、前記ピックアップ回路の出力に供給される電力を実質的に妨げる、請求項21に記載の方法。
- 前記スイッチ手段を、前記動作可能な状態または動作不可能な状態の他方にして、負荷に対する電力を生じさせることを含む、請求項22に記載の方法。
- 前記スイッチ手段を、前記動作可能な状態または動作不可能な状態の他方にして、前記ピックアップコイルおよび前記補償コンデンサを、共鳴するようにさせ、負荷に電力を供給することを含む、請求項22また請求項23に記載の方法。
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