JP6884201B2 - Contactless power supply system - Google Patents
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Description
本発明は、非接触給電によって光源へ電力を供給する非接触給電システムに関する。 The present invention relates to a contactless power supply system that supplies power to a light source by contactless power supply.
従来の非接触給電システムにおいては、例えば、受電装置へ非接触で電力を給電する給電装置にインバータ回路を備え、インバータ回路の駆動周波数及び導通比（デューティ比）を制御することで、受電装置に供給する電力を可変するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。 In the conventional non-contact power feeding system, for example, the power receiving device is provided with an inverter circuit to supply power to the power receiving device in a non-contact manner, and the drive frequency and the conduction ratio (duty ratio) of the inverter circuit are controlled. A variable power supply has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）又は有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）などの光源を点灯する照明器具においては、光源の明るさを可変する調光機能が求められる。このため、交流電源から光源へ非接触で電力を給電する場合には、広い範囲で給電電力を可変することが必要となる。 In a lighting fixture that lights a light source such as an LED (Light Emitting Diode) or an organic EL (Electroluminescence), a dimming function that changes the brightness of the light source is required. Therefore, when power is supplied from an AC power source to a light source in a non-contact manner, it is necessary to change the power supply in a wide range.
しかしながら、特許文献１に記載の技術を、光源へ電力を供給する給電装置に適用すると、広い範囲で給電電力を可変するためにインバータ回路の駆動周波数及びデューティ比を大きく変化させる必要があり、スイッチング損失が大きくなる課題がある。また、スイッチング損失によって調光時の伝送効率が低下し、また、熱が発生するという課題がある。
However, when the technique described in
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、非接触給電によって光源へ電力を供給する非接触給電システムにおいて、給電装置から光源へ出力させる電力を可変する際のスイッチング損失を低減することができる非接触給電システムを得るものである。 The present invention has been made to solve the above problems, and in a non-contact power supply system that supplies power to a light source by non-contact power supply, switching loss when the power output from the power supply device to the light source is variable. This is to obtain a non-contact power supply system capable of reducing the number of power sources.
本発明に係る非接触給電システムは、交流電源から入力される交流電力を整流する第１整流回路と、前記第１整流回路の出力を任意の直流電圧に変換する直流変換回路と、前記直流変換回路が出力した前記直流電圧を高周波電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路が出力した前記高周波電力が供給される第１コイルと、前記直流変換回路を制御する制御部と、を有する給電装置と、前記第１コイルから前記高周波電力を受電する第２コイルと、前記第２コイルが受電した前記高周波電力を整流する第２整流回路と、前記第２整流回路の出力を任意の直流電流に変換し、光源に出力する電流制御回路と、を有する受電装置と、を備え、前記インバータ回路は、スイッチング素子と共振回路とを有し、予め設定された周波数及びデューティ比で前記スイッチング素子が駆動される共振型インバータにより構成され、前記制御部は、前記光源の点灯時の電圧に関する情報を予め記憶し、前記受電装置から前記光源へ供給させる電流の情報が入力され、前記電圧に関する情報および前記電流の情報に基づき、前記受電装置から前記光源へ出力させる電力の目標値に関する情報として、前記光源の出力電力を演算し、前記電力の目標値に関する情報に応じて前記直流変換回路の前記直流電圧を可変させて、前記受電装置から前記光源へ出力させる電力を変化させるものである。 The non-contact power supply system according to the present invention includes a first rectifying circuit that rectifies AC power input from an AC power supply, a DC conversion circuit that converts the output of the first rectifying circuit into an arbitrary DC voltage, and the DC conversion. A power feeding device including an inverter circuit that converts the DC voltage output by the circuit into high-frequency power, a first coil to which the high-frequency power output by the inverter circuit is supplied, and a control unit that controls the DC conversion circuit. A second coil that receives the high-frequency power from the first coil, a second rectifying circuit that rectifies the high-frequency power received by the second coil, and an output of the second rectifying circuit to an arbitrary direct current. The inverter circuit includes a switching element and a resonance circuit, and the switching element is driven by a preset frequency and duty ratio. is constituted by a resonant inverters, wherein the control unit previously stores information about the voltage at the time of lighting of the light source, the information from the power receiving device current to be supplied to the light source is input, information and said about the voltage Based on the current information, the output power of the light source is calculated as information on the target value of the power output from the power receiving device to the light source, and the DC voltage of the DC conversion circuit is calculated according to the information on the target value of the power. Is variable to change the power output from the power receiving device to the light source.
本発明は、インバータ回路が共振型インバータにより構成され、直流変換回路の直流電圧を可変させて、受電装置から光源へ出力させる電力を変化させる。
このため、給電装置から光源へ出力させる電力を可変する際のスイッチング損失を低減することができる。In the present invention, the inverter circuit is composed of a resonance type inverter, and the DC voltage of the DC conversion circuit is changed to change the power output from the power receiving device to the light source.
Therefore, it is possible to reduce the switching loss when changing the power output from the power supply device to the light source.
以下に、本発明の実施の形態に係る非接触給電システムを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, the non-contact power feeding system according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to this embodiment.
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る非接触給電システムを示すブロック図である。
図１に示すように、非接触給電システムは、給電装置１と受電装置２とを備える。給電装置１は、交流電源３から入力される交流電力を高周波の交流電力に変換し、給電コイル１１に供給することで非接触により電力を伝送する。受電装置２は、受電コイル２１によって、給電装置１から非接触により電力を受電し、負荷であるＬＥＤ２２へ電力を出力する。また、受電装置２は、ＬＥＤ２２へ供給する電流を調整することでＬＥＤ２２の明るさを可変する調光制御を行う。
FIG. 1 is a block diagram showing a non-contact power feeding system according to a first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the non-contact power feeding system includes a
（給電装置１の構成）
図２は、本発明の実施の形態１に係る非接触給電システムの給電装置を示す回路図である。
図２に示すように、給電装置１は、給電コイル１１と、直流変換回路１２と、共振インバータ１３と、給電側制御部１４と、給電側通信部１５と、給電側整流回路１６と、入力フィルタ１７と、コンデンサ１８とを備えている。(Configuration of power supply device 1)
FIG. 2 is a circuit diagram showing a power feeding device of the non-contact power feeding system according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 2, the
入力フィルタ１７は、交流電源３から入力される電流に重畳する高周波成分を低減する。入力フィルタ１７は、コイル１７１、およびコンデンサ１７２を有する。コイル１７１は、交流電源３に直列接続される。コイル１７１の一端は交流電源３の一端に接続され、コイル１７１の他端はコンデンサ１７２、並びに給電側整流回路１６に接続される。
The
給電側整流回路１６は、入力フィルタ１７と直流変換回路１２との間に配置される。給電側整流回路１６は、交流電源３から供給される交流電圧を直流電圧に変換する機能を有する。
給電側整流回路１６は、例えば、４つのダイオードを組み合わせたダイオードブリッジで構成されている。なお、給電側整流回路１６の構成はこれに限定されるものではなく、単方向導通素子であるＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を組み合わせて構成してもよい。The power feeding
The power feeding
コンデンサ１８は、給電側整流回路１６の出力電圧を平滑する。
The
直流変換回路１２は、コンデンサ１８と共振インバータ１３との間に配置される。直流変換回路１２は、コンデンサ１８によって平滑された給電側整流回路１６の出力電圧を、任意の直流電圧に変換する。
The
直流変換回路１２は、例えば、昇圧チョッパ回路によって構成される。昇圧チョッパ回路である直流変換回路１２は、スイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴ１２１と、コイル１２２と、ダイオード１２３とを有する。
なお、直流変換回路１２の構成としては、昇圧チョッパ回路の他、昇降圧チョッパ回路、フライバック回路、フライフォワード回路、ＳＥＰＩＣ、Ｚｅｔａコンバータ、Ｃｕｋコンバータなどの回路により構成することができる。The
The
ＭＯＳＦＥＴ１２１のドレインは、直流母線の正極側において、コイル１２２とダイオード１２３とに接続される。
ＭＯＳＦＥＴ１２１のソースは、直流母線の負極側において、コンデンサ１８と平滑コンデンサ１２４とに接続される。
ＭＯＳＦＥＴ１２１のゲートは、給電側制御部１４に接続される。ＭＯＳＦＥＴ１２１のゲートには、給電側制御部１４から出力される制御信号が入力され、オン、オフ制御が行われる。The drain of the
The source of the
The gate of the
コイル１２２は、直流母線の正極側において、コンデンサ１８とＭＯＳＦＥＴ１２１との間に配置される。
コイル１２２の一端はコンデンサ１８の一端に接続され、コイル１２２の他端はＭＯＳＦＥＴ１２１とダイオード１２３とに接続される。The
One end of the
ダイオード１２３は、直流母線の正極側において、ＭＯＳＦＥＴ１２１と平滑コンデンサ１２４との間に配置される。
ダイオード１２３のアノードは、コイル１２２とＭＯＳＦＥＴ１２１に接続される。ダイオード１２３のカソードは、平滑コンデンサ１２４に接続される。The
The anode of the
直流変換回路１２は、ＭＯＳＦＥＴ１２１がオン、オフ制御されることにより、給電側整流回路１６の出力電圧を昇圧し、平滑コンデンサ１２４に出力する。また、後述する制御を行うことで、入力電流の高調波を低減し、力率を改善する機能をもたせることができる。
The
平滑コンデンサ１２４は、直流母線において、直流変換回路１２の出力と共振インバータ１３との間に配置される。平滑コンデンサ１２４の一端は直流母線の正極側に接続され、平滑コンデンサ１２４の他端は直流母線の負極側に接続される。平滑コンデンサ１２４は、直流変換回路１２の出力電圧を平滑にする。
The smoothing
共振インバータ１３は、直流変換回路１２と給電コイル１１との間に配置される。共振インバータ１３は、直流変換回路１２が出力した直流電圧を数ＭＨｚの高周波電力に変換する。
The
共振インバータ１３は、例えば、電流共振型のＥ級インバータによって構成される。共振インバータ１３は、スイッチング素子１３１と、コンデンサ１３２と、コンデンサ１３３と、コイル１３４とを有している。
なお、共振インバータ１３の構成はこれに限るものではなく、公知の他の回路構成を適用することもできる。The
The configuration of the
コンデンサ１３２の一端は直流母線の正極側に接続され、コンデンサ１３２の他端は直流母線の負極側に接続される。
One end of the
スイッチング素子１３１の一端は、直流母線の正極側において、コンデンサ１３２とコンデンサ１３３とに接続される。
スイッチング素子１３１の他端は、直流母線の負極側において、コンデンサ１３２と給電コイル１１とに接続される。One end of the switching element 131 is connected to the
The other end of the switching element 131 is connected to the
コンデンサ１３３は、直流母線の正極側において、スイッチング素子１３１とコイル１３４との間に配置される。
The
コイル１３４は、直流母線の正極側において、コンデンサ１３３と給電コイル１１との間に接続される。
The
共振インバータ１３は、スイッチング素子１３１をオン、オフ制御することにより、直流変換回路１２の出力電圧を高周波の交流電力に変換する。また、共振インバータ１３は、給電コイル１１に出力する場合において、コイル１３４、コンデンサ１３２、１３３の共振を利用して、数ＭＨｚを超える高周波の交流電流を、スイッチング損失の増加を抑制しつつ出力することができる。
The
即ち、給電コイル１１と、コイル１３４と、コンデンサ１３２と、コンデンサ１３３とが共振回路を構成する。共振インバータ１３は、予め設定された周波数及びデューティ比でスイッチング素子１３１が駆動される。これにより、共振回路の共振現象により生じた、電流がゼロとなるタイミングで、スイッチング素子１３１のスイッチングが行われる。このようなスイッチングをソフトスイッチングと称する。
なお、共振インバータ１３を電圧共振型のインバータで構成した場合には、電圧がゼロとなるタイミングでスイッチングが行われる。That is, the feeding
When the
なお、スイッチング素子１３１としては、シリコンを材料としたＭＯＳＦＥＴを使用することができる。また、ＭＯＳＦＥＴの代わりに窒化ガリウムを材料としたＧａＮ−ＨＥＭＴを用いることができる。ＧａＮ−ＨＥＭＴを使用する場合、ＭＯＳＦＥＴに比べて高速にオン、オフ動作が可能である。このため、ＧａＮ−ＨＥＭＴを使用すると、スイッチング損失が少なく、共振インバータにおいて１ＭＨｚを超えるような周波数で動作する場合において、回路の損失を抑制でき、また温度上昇も抑制することができる。 As the switching element 131, a MOSFET made of silicon can be used. Further, GaN-HEMT made of gallium nitride as a material can be used instead of MOSFET. When GaN-HEMT is used, it can be turned on and off at a higher speed than MOSFET. Therefore, when GaN-HEMT is used, the switching loss is small, and when the resonant inverter operates at a frequency exceeding 1 MHz, the circuit loss can be suppressed and the temperature rise can also be suppressed.
給電コイル１１は、共振インバータ１３の出力に接続される。給電コイル１１は、導線を同一平面上に巻線した構成である。給電コイル１１には、共振インバータ１３が出力した高周波電力が供給される。
The
給電コイル１１は、受電コイル２１と磁気的に結合されている。給電コイル１１は、受電コイル２１と磁気的に結合していることで、共振インバータ１３が出力した高周波電力を受電装置２に対して非接触により伝送する。
なお、非接触による電力伝送の方式は磁界共鳴方式、電界共鳴方式の他、電磁誘導方式のいずれかの方式を用いることができる。The
As the non-contact power transmission method, any of the magnetic field resonance method, the electric field resonance method, and the electromagnetic induction method can be used.
給電側制御部１４は、制御回路１４１と、電圧検出回路１４２と、演算部１４３とを備える。
The power supply side control unit 14 includes a
電圧検出回路１４２は、平滑コンデンサ１２４の電圧を検出する。即ち、電圧検出回路１４２は、直流変換回路１２の出力電圧を検出する。
電圧検出回路１４２としては、例えば、抵抗による分圧回路で構成される。分圧回路は、抵抗を直列接続した直列抵抗体の一端が正極側直流母線に接続されると共に、当該直列抵抗体の他端が負極側直流母線に接続されることで、平滑コンデンサ１２４に印加される電圧を分圧する回路である。
なお、電圧検出回路１４２は、平滑コンデンサ１２４の電圧を検出する構成であれば良く、任意のセンサを用いることができる。The
The
The
演算部１４３は、受電装置２から光源であるＬＥＤ２２へ出力させる電力の目標値に関する情報が入力される。演算部１４３は、電力の目標値に関する情報に応じて、直流変換回路１２の出力電圧の目標値を定める。
The
制御回路１４１は、予め設定された周波数及びデューティ比で、共振インバータ１３のスイッチング素子１３１のオン、オフを制御する。
The
制御回路１４１は、直流変換回路１２の出力電圧が、演算部１４３が定めた出力電圧の目標値となるように、ＭＯＳＦＥＴ１２１のオン、オフを制御する。
The
なお、給電側制御部１４は、回路デバイスなどのハードウェアで実現することもできるし、マイコンやＣＰＵなどの演算装置上で実行されるソフトウェアとして実現することもできる。 The power supply side control unit 14 can be realized by hardware such as a circuit device, or can be realized as software executed on an arithmetic unit such as a microcomputer or a CPU.
給電側通信部１５は、受電装置２から送信された、電力の目標値に関する情報を受信する。受信した情報を給電側制御部１４へ入力する。
給電側通信部１５は、例えば、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、赤外線通信、ＮＦＣ（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ：近距離無線通信）など、任意の通信規格に適合した無線通信インターフェースによって構成される。The power feeding
The power supply
なお、給電側整流回路１６は、本発明における「第１整流回路」に相当する。
また、共振インバータ１３は、本発明における「インバータ回路」に相当する。
また、給電コイル１１は、本発明における「第１コイル」に相当する。
また、給電側通信部１５は、本発明における「第１通信部」に相当する。
また、給電側制御部１４は、本発明における「制御部」に相当する。The power feeding
Further, the
Further, the feeding
Further, the power feeding
Further, the power feeding side control unit 14 corresponds to the "control unit" in the present invention.
（直流変換回路１２の動作）
直流変換回路１２に力率改善機能をもたせる場合の制御の例を詳細に説明する。(Operation of DC conversion circuit 12)
An example of control when the
図３は、本発明の実施の形態１に係る非接触給電システムの直流変換回路の動作を示す波形である。
図３の縦軸は、上段から順に、交流電源３の入力電流、コイル１２２に流れる電流、ＭＯＳＦＥＴ１２１のドレイン電圧、ＭＯＳＦＥＴ１２１のゲート電圧を示し、横軸は時間を示す。
ただし、図３では説明のため、ＭＯＳＦＥＴ１２１のゲート電圧をオン、オフする周期を実際よりも長く記載している。FIG. 3 is a waveform showing the operation of the DC conversion circuit of the non-contact power supply system according to the first embodiment of the present invention.
The vertical axis of FIG. 3 shows the input current of the
However, in FIG. 3, for the sake of explanation, the period for turning on and off the gate voltage of the
ＭＯＳＦＥＴ１２１がオンされたとき、交流電源３、給電側整流回路１６、コイル１２２、およびＭＯＳＦＥＴ１２１により閉回路が形成され、交流電源３がコイル１２２を介して短絡される。そのため閉回路に交流電源３からの電流が流れ、コイル１２２の電流が増加し、コイル１２２にエネルギーが蓄積される。
When the
制御回路１４１により設定されたオン時間が経過すると、ＭＯＳＦＥＴ１２１がオフされ、コイル１２２、ダイオード１２３、平滑コンデンサ１２４により閉回路が形成される。これにより、コイル１２２の電流が減少し、コイル１２２に蓄積されたエネルギーが放出され、平滑コンデンサ１２４に充電される。
When the on-time set by the
コイル１２２の電流がゼロになると、制御回路１４１によりＭＯＳＦＥＴ１２１が再びオンされる。このように、コイル１２２の電流がゼロとなるタイミングでスイッチングを行う制御は、電流臨界モード制御と呼ばれる。
When the current in the
一連のＭＯＳＦＥＴ１２１のオン、オフ動作により、コイル１２２に流れる電流は、三角波状の波形となり、その頂点は点線で示すような正弦波の包絡線になる。
このとき、交流電源３から入力される電流は、入力フィルタ１７により平滑化され、コイル１２２に流れる電流の平均値が入力され、正弦波状の電流波形となる。したがって、力率が改善される。Due to the on / off operation of the series of
At this time, the current input from the
さらに、制御回路１４１は、電圧検出回路１４２が検出する直流変換回路１２の出力電圧が、演算部１４３が定めた出力電圧の目標値に追従するよう、フィードバック制御を行う。
Further, the
フィードバック制御する際、ＭＯＳＦＥＴ１２１のオン時間が大きく変化してしまうと、コイル１２２に流れる電流の頂点の包絡線が正弦波にならず、入力電流を正弦波状にすることができない。
このため、フィードバック制御の応答時間を、フィードバック制御のループゲインが交流電源３の１周期の１／２周期以上で１倍（０ｄＢ）以下となるように設定する。言い換えると、交流電源３の周波数の２倍以下の周波数で１倍（０ｄＢ）以下となるように設定する。If the on-time of the
Therefore, the response time of the feedback control is set so that the loop gain of the feedback control is 1 times (0 dB) or less in 1/2 cycle or more of one cycle of the
例えば電源周波数が５０Ｈｚの場合、その半周期（半波）にあたる１００Ｈｚ以下、すなわち周期１０ｍｓｅｃ以上で定電圧フィードバック制御のループゲインを１倍（０ｄＢ）以下とする。そして、定電圧フィードバック制御を電源周期の１／２より短い周期で応答しないように設定する。これにより、電源周期の１／２周期以内においては、ＭＯＳＦＥＴ１２１のオン時間の変動が抑制され、コイル１２２に流れる電流の頂点の包絡線が正弦波状の波形となる。
For example, when the power supply frequency is 50 Hz, the loop gain of the constant voltage feedback control is set to 1 time (0 dB) or less in 100 Hz or less, which corresponds to the half cycle (half wave), that is, in the cycle of 10 msec or more. Then, the constant voltage feedback control is set so as not to respond in a cycle shorter than 1/2 of the power supply cycle. As a result, within 1/2 of the power supply cycle, fluctuations in the ON time of the
また、フィードバック制御において、ＭＯＳＦＥＴ１２１のオン時間の更新周期を交流電源３の周期の半分、あるいは半分より長い周期とすることによっても、同様の効果を得ることができる。
Further, in the feedback control, the same effect can be obtained by setting the update cycle of the ON time of the
（受電装置２の構成）
図４は、本発明の実施の形態１に係る非接触給電システムの受電装置を示す回路図である。
図４に示すように、受電装置２は、受電コイル２１と、受電側整流回路２３と、電流制御回路２４と、受電側制御部２５と、受電側通信部２６と、電流センサ２７とを備える。(Configuration of power receiving device 2)
FIG. 4 is a circuit diagram showing a power receiving device of the non-contact power supply system according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 4, the
受電コイル２１は、導線を同一平面上に巻線した構成である。受電コイル２１は、給電コイル１１と磁気的に結合されている。
受電コイル２１は、給電装置１の給電コイル１１から送信された高周波電力を受電する。受電コイル２１は、給電コイル１１から送信された高周波電力を受電側整流回路２３に出力する。The
The
受電側整流回路２３は、受電コイル２１と電流制御回路２４の間に配置される。受電側整流回路２３は、受電コイル２１が受電した高周波電力を整流し、電流制御回路２４に出力する。
The power receiving
受電側整流回路２３は、コイル２３１と、ダイオード２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄと、コンデンサ２３３ａ、２３３ｂ、２３３ｃ、２３３ｄとを有する。受電側整流回路２３は、共振型整流回路により構成されている。受電側整流回路２３は、数ＭＨｚを超える高周波の交流電力においても、コンデンサ、コイルの共振周波数を適切に設定することで、少ないスイッチング損失で、受信した高周波電力を整流することができる。
The power receiving
電流制御回路２４は、負荷であるＬＥＤ２２に流す電流を制御する。電流制御回路２４は、受電側整流回路２３が出力した直流電圧を、ＬＥＤ２２に入力可能な直流電流に変換する。
The current control circuit 24 controls the current flowing through the
電流制御回路２４は、例えば、降圧チョッパ回路によって構成される。電流制御回路２４は、ＭＯＳＦＥＴ２４１と、コイル２４４と、ダイオード２４３と、コンデンサ２４２と、平滑コンデンサ２４５とを有する。
なお、電流制御回路２４の構成としては、降圧チョッパ回路の他、昇降圧チョッパ回路、フライバック回路、フライフォワード回路、ＳＥＰＩＣ、Ｚｅｔａコンバータ、Ｃｕｋコンバータなどの回路により構成することができる。The current control circuit 24 is composed of, for example, a step-down chopper circuit. The current control circuit 24 includes a
The current control circuit 24 can be configured by a step-down chopper circuit, a buck-boost chopper circuit, a flyback circuit, a flyforward circuit, a SEPIC, a Zeta converter, a Cuk converter, and the like.
コンデンサ２４２の一端は直流母線の正極側に接続され、コンデンサ２４２の他端は直流母線の負極側に接続される。
One end of the
ＭＯＳＦＥＴ２４１は、直流母線の正極側に配置される。
ＭＯＳＦＥＴ２４１のドレインは、コンデンサ２４２に接続される。
ＭＯＳＦＥＴ２４１のソースは、ダイオード２４３とコイル２４４とに接続される。
ＭＯＳＦＥＴ２４１のゲートには、受電側制御部２５から出力される制御信号が入力され、オン、オフ制御が行われる。The
The drain of the
The source of the
A control signal output from the power receiving
ダイオード２４３のカソードは、ＭＯＳＦＥＴ２４１とコイル２４４とに接続される。ダイオード２４３のアノードは、平滑コンデンサ２４５とコンデンサ２４２とに接続される。
The cathode of the
平滑コンデンサ２４５の一端は直流母線の正極側に接続され、平滑コンデンサ２４５の他端は直流母線の負極側に接続される。平滑コンデンサ２４５は、ＬＥＤ２２に出力する電流を平滑にする。
One end of the smoothing
電流センサ２７は、ＬＥＤ２２に流れる電流を検出し、検出結果に関する信号を受電側制御部２５に送信する。
電流センサ２７としては、例えば、シャント抵抗を用いる構成の他、ホールセンサを用いる構成がある。The
The
受電装置２の負荷であるＬＥＤ２２は、例えば、複数のＬＥＤを直接に接続したＬＥＤ群で構成される。ＬＥＤ群の一端は直流母線の正極側に接続され、ＬＥＤ群の他端は直流母線の負極側に接続される。
The
受電側制御部２５は、制御回路２５１と、電圧検出回路２５２と、電流検出回路２５３と、電力演算部２５４とを備える。
The power receiving
電圧検出回路２５２は、ＬＥＤ２２へ印加される電圧を検出する。
電流検出回路２５３は、ＬＥＤ２２に流れる電流を検出する。
電力演算部２５４は、電圧検出回路２５２及び電流検出回路２５３の検出結果に基づき、ＬＥＤ２２の出力電力を演算する。The
The
The
制御回路２５１は、電流検出回路２５３の検出結果に基づいて、電流制御回路２４のＭＯＳＦＥＴ２４１をオン、オフ制御するための信号を出力する。
The
受電側通信部２６は、給電側通信部１５との間で無線通信を行う。受電側通信部２６は、受電装置２から光源であるＬＥＤ２２へ出力させる電力の目標値に関する情報を送信する。受電側通信部２６は、例えば、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、赤外線通信、ＮＦＣ（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ：近距離無線通信）など、任意の通信規格に適合した無線通信インターフェースによって構成される。
The power receiving
なお、受電コイル２１は、本発明における「第２コイル」に相当する。
また、受電側整流回路２３は、本発明における「第２整流回路」に相当する。
また、受電側通信部２６は、本発明における「第２通信部」に相当する。
また、電圧検出回路２５２は、本発明における「電圧センサ」に相当する。The
Further, the power receiving
Further, the power receiving
Further, the
（電流制御回路２４の動作）
図５は、本発明の実施の形態１に係る非接触給電システムの電流制御回路の動作を示す波形である。
図５の縦軸は、上段から順に、ＬＥＤ２２に流れる電流、コイル２４４に流れる電流、ＭＯＳＦＥＴ２４１の制御信号（ゲート電圧）を示し、横軸は時間を示す。(Operation of current control circuit 24)
FIG. 5 is a waveform showing the operation of the current control circuit of the non-contact power supply system according to the first embodiment of the present invention.
The vertical axis of FIG. 5 shows the current flowing through the
ＭＯＳＦＥＴ２４１のゲートにオン信号が入力されると、コンデンサ２４２、ＭＯＳＦＥＴ２４１、コイル２４４、平滑コンデンサ２４５を通る電流経路が形成され、コイル２４４の電流が増加する。
When an on signal is input to the gate of the
このとき、コイル２４４に流れる電流は三角波状の波形となるが、ＬＥＤ２２に出力される電流は、平滑コンデンサ２４５により平滑化され、コイル２４４に流れる電流の平均値が出力される。
At this time, the current flowing through the
ＬＥＤ２２を調光するため、ＬＥＤ２２の電流を制御する際は、ＭＯＳＦＥＴ２４１をターンオンするスイッチング周期Ｔｓｗを一定とし、オン時間Ｔｏｎを出力電流の目標値によって可変する制御を行う。このように、オン期間を調整することにより所望の出力を得る制御方法であり、スイッチング周期Ｔｓｗに対するオン時間Ｔｏｎの割合をデューティと呼ぶことから、本方式はデューティ制御と呼ばれる。
In order to dimm the
受電側制御部２５は、調光率に応じて、電流制御回路２４がＬＥＤ２２に出力する出力電流の目標値を予め記憶している。受電側制御部２５は、例えば、内部に記録部を備え、複数の調光率について出力電流の目標値が記憶される。
The power receiving
受電側制御部２５は、例えば、調光スイッチ（図示せず）から入力された調光率の情報を取得する。そして、受電側制御部２５は、取得した調光率に応じて、ＬＥＤ２２の出力電流の目標値を設定する。
The power receiving
なお、出力電流の目標値の設定はこれに限定されない。例えば、受電側制御部２５は、受電側通信部２６を介して、外部の機器から調光率の情報を取得し、出力電流の目標値を設定しても良い。
また、調光率の情報としては、例えば、ＬＥＤ２２の定格出力を１００％とし消灯を０％として、０〜１００％の範囲の数値情報であっても良いし、暗い、普通、明るいなど、明るさに応じた複数の識別情報などでも良い。The setting of the target value of the output current is not limited to this. For example, the power receiving
Further, the dimming rate information may be numerical information in the range of 0 to 100%, for example, when the rated output of the
受電側制御部２５は、電流センサ２７が検出したＬＥＤ２２の電流に基づいて、電流制御回路２４のＭＯＳＦＥＴ２４１をオン、オフ制御するための信号を出力する。
The power receiving
ここで、受電装置２がＬＥＤ２２へ供給する電力は、給電装置１から伝送されるため、ＬＥＤ２２を調光する場合には、給電装置１から受電装置２へ給電する電力を変化させる必要がある。
上述したように、給電装置１の共振インバータ１３は、固定周波数、固定デューティでソフトスイッチング動作を行う。このため、ＬＥＤ２２の調光に応じて受電装置２の出力電力を可変するために、直流変換回路１２の出力電圧を可変する制御を行う。
調光時の直流変換回路１２の動作の詳細を、図６、図７により説明する。Here, since the electric power supplied by the
As described above, the
Details of the operation of the
（調光時の直流変換回路１２の動作）
図６は、本発明の実施の形態１に係る非接触給電システムの動作を示すフローチャートである。
図７は、本発明の実施の形態１に係る非接触給電システムの動作波形の例である。
図７の縦軸は、上段から順に、直流変換回路１２の出力電圧、共振インバータ１３の出力電流、ＬＥＤ２２の出力電力を示し、横軸は時間を示す。
以下、図６の各ステップに基づき、図７を参照しつつ説明する。(Operation of
FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the non-contact power supply system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an example of the operation waveform of the non-contact power feeding system according to the first embodiment of the present invention.
The vertical axis of FIG. 7 shows the output voltage of the
Hereinafter, description will be made with reference to FIG. 7 based on each step of FIG.
受電装置２の受電側制御部２５は、調光率の変更の有無を判定する（Ｓ００１）。
The power receiving
調光スイッチ（図示せず）又は受電側通信部２６から調光率を変更する入力があると（Ｓ００１：ＹＥＳ）、受電側制御部２５は、調光率に応じたＬＥＤ２２の出力電流の目標値を設定する。また、受電側制御部２５の電力演算部２５４は、ＬＥＤ２２の出力電流の目標値から、ＬＥＤ２２へ出力する電力の目標値を求める。
この電力の目標値は、電圧検出回路２５２の検出結果と電流の目標値とから求めても良いし、電流検出回路２５３及び電圧検出回路２５２の検出結果に基づく現在の電力の実測値と、現在の調光率と変更後の調光率との比率から求めてもよい。
受電側通信部２６は、ＬＥＤ２２へ出力する電力の目標値に関する情報を、給電装置１へ送信する（Ｓ００２）。When there is an input for changing the dimming rate from the dimming switch (not shown) or the power receiving side communication unit 26 (S001: YES), the power receiving
The target value of this power may be obtained from the detection result of the
The power receiving
ここで、ＬＥＤ２２へ出力する電力の目標値に関する情報としては、例えば、電力の目標値そのものでも良いし、ＬＥＤ２２を定電圧負荷とみなして、電流の目標値を用いても良い。また例えば、調光率の情報を、ＬＥＤ２２へ出力する電力の目標値に関する情報とみなしても良い。
Here, as the information regarding the target value of the electric power output to the
給電装置１の給電側通信部１５は、受電側通信部２６から送信された、ＬＥＤ２２の電力の目標値に関する情報を受信する。
給電側制御部１４の演算部１４３は、ＬＥＤ２２の電力の目標値に関する情報に応じて、直流変換回路１２の出力電圧の目標値を設定する（Ｓ００３）。The power supply
The
演算部１４３は、ＬＥＤ２２の電力の目標値に対応して、直流変換回路１２の出力電圧の目標値を、予め記憶している。演算部１４３は、例えば、内部に記録部を備え、複数の電力の目標値について、直流変換回路１２の出力電圧の目標値が記憶される。
ここで、直流変換回路１２の出力電圧の目標値は、ＬＥＤ２２の電力の目標値が大きいほど高く設定されている。The
Here, the target value of the output voltage of the
制御回路１４１は、直流変換回路１２の出力電圧が、演算部１４３が定めた出力電圧の目標値となるように、ＭＯＳＦＥＴ１２１のオン、オフを制御する。
以降、ステップＳ００１へ戻り、上述の動作を繰り返す。The
After that, the process returns to step S001 and the above operation is repeated.
このような動作により、例えば図７に示すように、時間ｔ１までにおいて、ＬＥＤ２２の出力電力がＰ１に対して、直流変換回路１２の出力電圧がＶ１に設定される。このとき、共振インバータ１３の出力電流がＩ１となる。
次に、時間ｔ１からｔ２において、ＬＥＤ２２の電力の目標値がＰ１からＰ２に増加されると、直流変換回路１２の出力電圧がＶ１からＶ２に増加する。このとき、共振インバータ１３の出力電流がＩ１からＩ２に増加する。
更に、時間ｔ２以降において、ＬＥＤ２２の電力の目標値がＰ２からＰ１に減少されると、直流変換回路１２の出力電圧がＶ２からＶ１に減少する。このとき、共振インバータ１３の出力電流がＩ２からＩ１に減少する。By such an operation, for example, as shown in FIG. 7, the output power of the
Next, when the target value of the electric power of the
Further, after the time t2, when the target value of the electric power of the
このように、給電側制御部１４は、ＬＥＤ２２の電力が大きいほど直流変換回路１２の出力電圧の目標値を高く設定する。このため、直流変換回路１２の出力電圧が高いほど、共振インバータ１３の出力電流が大きくなるため、給電装置１が出力する電力を大きくすることができる。
また、給電側制御部１４は、ＬＥＤ２２の電力が小さいほど直流変換回路１２の出力電圧の目標値を低く設定する。このため、直流変換回路１２の出力電圧が低いほど、共振インバータ１３の出力電流が小さくなるため、給電装置１が出力する電力を小さくすることができる。In this way, the power supply side control unit 14 sets the target value of the output voltage of the
Further, the power feeding side control unit 14 sets the target value of the output voltage of the
以上のように本実施の形態１においては、共振インバータ１３は、スイッチング素子と共振回路とを有し、予め設定された周波数及びデューティ比でスイッチング素子が駆動される共振型インバータにより構成されている。また、給電側制御部１４は、直流変換回路１２の直流電圧を可変させて、受電装置２から光源へ出力させる電力を変化させる。
このため、受電装置２からＬＥＤ２２へ出力させる電力を可変する際のスイッチング損失を低減することができる。よって、調光時の伝送効率の低下を抑制することができ、スイッチング素子の発熱を抑制することができる。As described above, in the first embodiment, the
Therefore, it is possible to reduce the switching loss when the power output from the
また、本実施の形態１においては、給電側制御部１４は、共振回路の共振現象により生じた、電流がゼロとなるタイミング又は電圧がゼロとなるタイミングで、スイッチング素子のスイッチングを行う。
このようなソフトスイッチングにより、受電装置２からＬＥＤ２２へ出力させる電力を可変する際のスイッチング損失を低減することができる。Further, in the first embodiment, the power supply side control unit 14 switches the switching element at the timing when the current becomes zero or the timing when the voltage becomes zero, which is generated by the resonance phenomenon of the resonance circuit.
By such soft switching, it is possible to reduce the switching loss when the power output from the
また、本実施の形態１においては、給電側制御部１４は、受電装置２からＬＥＤ２２へ出力させる電力の目標値に関する情報が入力され、電力の目標値に関する情報に応じて、直流変換回路１２の直流電圧を可変する。
このため、ＬＥＤ２２の電力に応じて、給電装置１が出力する電力を設定することができる。Further, in the first embodiment, the power supply side control unit 14 is input with information regarding the target value of the electric power to be output from the
Therefore, the power output by the
また、本実施の形態１においては、給電側制御部１４は、ＬＥＤ２２の電力の目標値が大きいほど、直流変換回路１２の直流電圧を高くする。
このため、ＬＥＤ２２の電力に応じて、給電装置１が出力する電力を設定することができる。Further, in the first embodiment, the power supply side control unit 14 increases the DC voltage of the
Therefore, the power output by the
なお、上記の説明においては、受電装置２から給電装置１に送信する情報として、ＬＥＤ２２の電圧、電流から得た電力の情報を送信する場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ＬＥＤ２２へ出力させる電力の目標値に関する情報としては、ＬＥＤ２２で消費する電力ではなく、ＬＥＤ２２の電流値を送信してもよい。
In the above description, the case where the information of the electric power obtained from the voltage and the current of the
受電装置２の負荷としてＬＥＤ２２を接続する場合、ＬＥＤ２２は定電圧負荷であるとみなすことができる。そのため、予め、給電装置１の給電側制御部１４にＬＥＤ２２の点灯時の電圧に関する情報を記憶しておくことで、受電装置２から送信されたＬＥＤ２２の電流の情報を用いて、給電装置１の給電側制御部１４において、ＬＥＤ２２の出力電力を推定することができる。
この場合、受電装置２における受電側制御部２５は、ＬＥＤ２２の電流と電圧から電力を演算する電力演算部２５４が不要となり、より簡易な構成にすることができ、受電装置２を小型化、低コスト化することができる。When the
In this case, the power receiving
また、上記の説明では、受電装置２の負荷がＬＥＤの場合について説明したが、有機ＥＬを負荷とした場合においても同様の制御を行うことができる。
Further, in the above description, the case where the load of the
実施の形態２．
本実施の形態２においては、１つの給電装置１に対して受電装置２を複数備えた構成について説明する。
なお、以下の説明では、上記実施の形態１と同一部分には同一の符号を付し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
In the second embodiment, a configuration in which a plurality of
In the following description, the same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the differences from the first embodiment will be mainly described.
図８は、本発明の実施の形態２に係る非接触給電システムを示すブロック図である。
図８に示すように、非接触給電システムは、給電装置１と、受電装置２Ａと、受電装置２Ｂとを備える。
給電装置１は、上記実施の形態１と同様に、交流電源３から入力される交流電力を高周波の交流電力に変換し、給電コイル１１に供給することで非接触により電力を伝送する。
受電装置２Ａは、受電コイル２１Ａによって、給電装置１から非接触により電力を受電し、負荷であるＬＥＤ２２Ａへ電力を出力する。また、受電装置２Ａは、ＬＥＤ２２Ａへ供給する電流を調整することでＬＥＤ２２Ａの明るさを可変する調光制御を行う。
受電装置２Ｂは、受電コイル２１Ｂによって、給電装置１から非接触により電力を受電し、負荷であるＬＥＤ２２Ｂへ電力を出力する。また、受電装置２Ｂは、ＬＥＤ２２Ｂへ供給する電流を調整することでＬＥＤ２２Ｂの明るさを可変する調光制御を行う。
受電装置２Ａ、２Ｂの構成は、上記実施の形態１で説明した受電装置２と同様である。FIG. 8 is a block diagram showing a non-contact power feeding system according to the second embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 8, the non-contact power feeding system includes a
Similar to the first embodiment, the
The
The
The configurations of the
なお、本実施の形態２では、受電装置２が２つの例を示しているが３つ以上であっても良い。
In the second embodiment, the
（調光時の直流変換回路１２の動作）
図９は、本発明の実施の形態２に係る非接触給電システムの動作を示すフローチャートである。
図１０は、本発明の実施の形態２に係る非接触給電システムの動作波形の例である。
図１０の縦軸は、上段から順に、直流変換回路１２の出力電圧、共振インバータ１３の出力電流、ＬＥＤ２２Ａの出力電力Ｐａ、ＬＥＤ２２Ｂの出力電力Ｐｂ、出力電力Ｐａと出力電力Ｐｂとを合計した合計電力Ｐｓｕｍを示し、横軸は時間を示す。
以下、図９の各ステップに基づき、図１０を参照しつつ説明する。(Operation of
FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the non-contact power supply system according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an example of the operation waveform of the non-contact power feeding system according to the second embodiment of the present invention.
The vertical axis of FIG. 10 is the total of the output voltage of the
Hereinafter, description will be made with reference to FIG. 10 based on each step of FIG.
上記実施の形態１と同様に、受電装置２Ａ、２Ｂの受電側制御部２５は、調光率の変更の有無を判定する（Ｓ０１１）。
調光率の変更があると（Ｓ００１：ＹＥＳ）、受電装置２Ａの受電側通信部２６は、ＬＥＤ２２Ａへ出力する電力の目標値に関する情報を、給電装置１へ送信する。また、受電装置２Ｂの受電側通信部２６は、ＬＥＤ２２Ｂへ出力する電力の目標値に関する情報を、給電装置１へ送信する（Ｓ０１２）。Similar to the first embodiment, the power receiving
When the dimming rate is changed (S001: YES), the power receiving
給電装置１の給電側通信部１５は、受電装置２Ａ及び受電装置２Ｂのそれぞれから送信された、ＬＥＤ２２Ａ、２２Ｂの電力の目標値に関する情報を受信する。
給電側制御部１４の演算部１４３は、受電装置２Ａ、２Ｂから送信されたＬＥＤ２２Ａ、２２Ｂへの電力の目標値を合計して、合計電力Ｐｓｕｍを演算する（Ｓ０１３）。
給電側制御部１４の演算部１４３は、合計電力Ｐｓｕｍに応じて、直流変換回路１２の出力電圧の目標値を設定する（Ｓ０１４）。The power supply
The
The
演算部１４３は、合計電力Ｐｓｕｍに対応して、直流変換回路１２の出力電圧の目標値を、予め記憶している。演算部１４３は、例えば、内部に記録部を備え、複数の合計電力Ｐｓｕｍの値について、直流変換回路１２の出力電圧の目標値が記憶される。
ここで、直流変換回路１２の出力電圧の目標値は、合計電力Ｐｓｕｍの値が大きいほど高く設定されている。The
Here, the target value of the output voltage of the
制御回路１４１は、直流変換回路１２の出力電圧が、演算部１４３が定めた出力電圧の目標値となるように、ＭＯＳＦＥＴ１２１のオン、オフを制御する。
以降、ステップＳ０１１へ戻り、上述の動作を繰り返す。The
After that, the process returns to step S011 and the above operation is repeated.
このような動作により、例えば図１０に示すように、時間ｔ１までにおいて、ＬＥＤ２２Ａの出力電力Ｐａ１とＬＥＤ２２Ｂの出力電力Ｐｂ２の合計である合計電力Ｐｓｕｍ１に対して、直流変換回路１２の出力電圧がＶ１に設定される。このとき、共振インバータ１３の出力電流がＩ１となる。
次に、時間ｔ１からｔ２において、ＬＥＤ２２Ａの電力の目標値がＰａ１からＰａ２に増加されると合計電力がＰｓｕｍ１からＰｓｕｍ２に増加し、これに伴い、直流変換回路１２の出力電圧がＶ１からＶ２に増加する。このとき、共振インバータ１３の出力電流がＩ１からＩ２に増加する。
更に、時間ｔ２以降において、ＬＥＤ２２Ｂの電力の目標値がＰｂ２からＰｂ１に減少されると合計電力がＰｓｕｍ２からＰｓｕｍ１に減少し、これに伴い、直流変換回路１２の出力電圧がＶ２からＶ１に減少する。このとき、共振インバータ１３の出力電流がＩ２からＩ１に減少する。By such an operation, for example, as shown in FIG. 10, the output voltage of the
Next, when the target value of the power of the
Further, after the time t2, when the target value of the power of the
このように、給電側制御部１４は、合計電力Ｐｓｕｍが大きいほど直流変換回路１２の出力電圧の目標値を高く設定する。このため、直流変換回路１２の出力電圧が高いほど、共振インバータ１３の出力電流が大きくなるため、給電装置１が出力する電力を大きくすることができる。
また、給電側制御部１４は、合計電力Ｐｓｕｍが小さいほど直流変換回路１２の出力電圧の目標値を低く設定する。このため、直流変換回路１２の出力電圧が低いほど、共振インバータ１３の出力電流が小さくなるため、給電装置１が出力する電力を小さくすることができる。In this way, the power supply side control unit 14 sets the target value of the output voltage of the
Further, the power feeding side control unit 14 sets the target value of the output voltage of the
以上のように本実施の形態２においては、受電装置２を複数備える。給電側通信部１５は、複数の受電装置２のそれぞれから、電力の目標値に関する情報を受信し、給電側制御部１４は、複数の電力の目標値の合計に応じて、直流変換回路１２の直流電圧を可変する。
このため、複数の受電装置２は、それぞれの負荷であるＬＥＤ２２を個別に調光することができる。また、複数の受電装置２が個別に調光することにより、各受電装置２の出力する電力が変動する場合であっても、スイッチング損失の増加を抑制することができる。As described above, in the second embodiment, a plurality of
Therefore, the plurality of
また、本実施の形態２においては、給電側制御部１４は、電力の目標値の合計が大きいほど、直流変換回路１２の直流電圧を高くする。
このため、複数の受電装置２のそれぞれが出力する電力に応じて、給電装置１が出力する電力を設定することができる。Further, in the second embodiment, the power supply side control unit 14 increases the DC voltage of the
Therefore, the power output by the
実施の形態３．
本実施の形態３においては、直流変換回路１２の直流電圧が予め設定した下限値を下回る場合の動作について説明する。
なお、以下の説明では、上記実施の形態２と同一部分には同一の符号を付し、実施の形態２との相違点を中心に説明する。
In the third embodiment, the operation when the DC voltage of the
In the following description, the same parts as those in the second embodiment are designated by the same reference numerals, and the differences from the second embodiment will be mainly described.
給電装置１の出力電力に対し、ＬＥＤ２２Ａ、２２Ｂで消費する電力が少なくなると、共振インバータ１３の無効電力が増加し、損失増加及び発熱の原因となる。
このため、本実施の形態３の給電側制御部１４は、直流変換回路１２の直流電圧を可変する際、直流電圧が予め設定した下限値Ｖｌｉｍを下回る場合、共振インバータ１３の動作を停止させる。When the power consumed by the
Therefore, when the DC voltage of the
図１１は、本発明の実施の形態３に係る非接触給電システムの動作を示すフローチャートである。
図１２は、本発明の実施の形態３に係る非接触給電システムの動作波形の例である。
図１２の縦軸は、上段から順に、直流変換回路１２の出力電圧、共振インバータ１３の出力電流、ＬＥＤ２２Ａの出力電力Ｐａ、ＬＥＤ２２Ｂの出力電力Ｐｂ、出力電力Ｐａと出力電力Ｐｂとを合計した合計電力Ｐｓｕｍを示し、横軸は時間を示す。
以下、図１１の各ステップに基づき、図１２を参照しつつ説明する。FIG. 11 is a flowchart showing the operation of the non-contact power feeding system according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 12 is an example of the operation waveform of the non-contact power feeding system according to the third embodiment of the present invention.
The vertical axis of FIG. 12 is the sum of the output voltage of the
Hereinafter, description will be made with reference to FIG. 12 based on each step of FIG.
図１１において、ステップＳ０２１〜Ｓ０２４は、上記実施の形態２におけるステップＳ０１１〜Ｓ０１４と同じである。 In FIG. 11, steps S021 to S024 are the same as steps S011 to S014 in the second embodiment.
ステップＳ０２４のあと、給電側制御部１４の制御回路１４１は、電圧検出回路１４２が検出した直流変換回路１２の直流電圧と、予め設定した下限値Ｖｌｉｍとの比較を行う（Ｓ０２５）。
直流電圧が下限値Ｖｌｉｍ以上の場合（Ｓ０２５：ＹＥＳ）、制御回路１４１は、共振インバータ１３の動作を継続する（Ｓ０２６）。
以降、ステップＳ０２１へ戻り、上述の動作を繰り返す。After step S024, the
When the DC voltage is equal to or higher than the lower limit value Vlim (S025: YES), the
After that, the process returns to step S021 and the above operation is repeated.
一方、直流電圧が下限値Ｖｌｉｍ以上でない場合（Ｓ０２５：ＮＯ）、制御回路１４１は、共振インバータ１３の動作を停止させる（Ｓ０２７）。
これにより、給電装置１から受電装置２Ａ、２Ｂに対する非接触給電動作が停止される。
以降、ステップＳ０２１へ戻り、上述の動作を繰り返す。On the other hand, when the DC voltage is not equal to or higher than the lower limit value Vlim (S025: NO), the
As a result, the non-contact power feeding operation from the
After that, the process returns to step S021 and the above operation is repeated.
このような動作により、例えば図１２に示すように、時間ｔ１までにおいて、ＬＥＤ２２Ａの出力電力ＰａとＬＥＤ２２Ｂの出力電力Ｐｂの合計である合計電力Ｐｓｕｍに対して、直流変換回路１２の出力電圧がＶ１に設定される。
次に、時間ｔ１からｔ２において、ＬＥＤ２２Ａの出力電力Ｐａ及びＬＥＤ２２Ｂの出力電力Ｐｂ、並びに合計電力Ｐｓｕｍが徐々に低下すると、直流変換回路１２の出力電圧がＶ１も徐々に低下する。
時間ｔ２において、直流変換回路１２の出力電圧がＶｌｉｍを下回ると、制御回路１４１は、共振インバータ１３の動作を停止させる。これにより、時間ｔ２以降において、ＬＥＤ２２Ａの出力電力ＰａとＬＥＤ２２Ｂの出力電力Ｐｂはゼロとなる。Due to such an operation, for example, as shown in FIG. 12, the output voltage of the
Next, when the output power Pa of the
When the output voltage of the
以上のように本実施の形態３においては、給電側制御部１４は、直流変換回路１２の直流電圧を可変する際、直流電圧が予め設定した下限値Ｖｌｉｍを下回る場合、共振インバータ１３の動作を停止させる。
このため、共振インバータ１３の無効電力が増加する状態での動作を防止でき、共振インバータ１３の損失増加及び発熱を抑制することができる。As described above, in the third embodiment, when the DC voltage of the
Therefore, it is possible to prevent the
実施の形態４．
本実施の形態４においては、直流変換回路１２の出力電圧を補正する動作について説明する。
なお、以下の説明では、上記実施の形態１〜３と同一部分には同一の符号を付し、実施の形態１〜３との相違点を中心に説明する。Embodiment 4.
In the fourth embodiment, the operation of correcting the output voltage of the
In the following description, the same parts as those in the first to third embodiments are designated by the same reference numerals, and the differences from the first to third embodiments will be mainly described.
図１３は、本発明の実施の形態４に係る非接触給電システムの受電装置を示す回路図である。
図１３に示すように、受電装置２の受電側制御部２５は、上記実施の形態１の構成に加え、ＬＥＤ電流判定部２５５を備える。FIG. 13 is a circuit diagram showing a power receiving device of the non-contact power supply system according to the fourth embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 13, the power receiving
ＬＥＤ電流判定部２５５は、電流センサ２７が検出したＬＥＤ２２に流れる電流の実測値の情報を取得する。ＬＥＤ電流判定部２５５は、ＬＥＤ２２に流れる電流の実測値が、目標値を超えているかを判断し、判定結果を受電側通信部２６から送信させる。
その他の構成は、上記実施の形態１と同様である。また、上記実施の形態２と同様に、受電装置２を複数備えても良い。以下の説明では、受電装置２Ａ、２Ｂを備える構成を説明する。The LED
Other configurations are the same as those in the first embodiment. Further, similarly to the second embodiment, a plurality of
図１４は、本発明の実施の形態４に係る非接触給電システムの動作を示すフローチャートである。
図１５は、本発明の実施の形態４に係る非接触給電システムの動作波形の例である。
図１５の縦軸は、上段から順に、直流変換回路１２の出力電圧、共振インバータ１３の出力電流、ＬＥＤ２２Ａの出力電流Ｉａ、ＬＥＤ２２Ａの出力電力Ｐａ、ＬＥＤ２２Ｂの出力電流Ｉｂ、ＬＥＤ２２Ｂの出力電力Ｐｂ、ＬＥＤ電流判定部２５５の判定結果（エラー信号）を示し、横軸は時間を示す。
以下、図１４の各ステップに基づき、図１５を参照しつつ説明する。FIG. 14 is a flowchart showing the operation of the non-contact power feeding system according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is an example of the operation waveform of the non-contact power feeding system according to the fourth embodiment of the present invention.
The vertical axis of FIG. 15 shows, in order from the top, the output voltage of the
Hereinafter, description will be made with reference to FIG. 15 based on each step of FIG.
図１４において、ステップＳ０３１〜Ｓ０３４は、上記実施の形態２におけるステップＳ０１１〜Ｓ０１４と同じである。 In FIG. 14, steps S031 to S034 are the same as steps S011 to S014 in the second embodiment.
ステップＳ０３４のあと、受電装置２ＡのＬＥＤ電流判定部２５５は、電流センサ２７の検出値と、予め設定されたＬＥＤ電流目標値Ｉａ＿ｒｅｆとの比較を行う。また、受電装置２ＢのＬＥＤ電流判定部２５５は、電流センサ２７の検出値と、予め設定されたＬＥＤ電流目標値Ｉｂ＿ｒｅｆとの比較を行う（Ｓ０３５）。
ここで、ＬＥＤ電流目標値は、ＬＥＤ２２へ供給する電力の目標値に応じて定まる値である。即ち、ＬＥＤ２２を定電圧負荷とみなして、ＬＥＤ電流目標値を供給した場合に電力が目標値となるように、ＬＥＤ電流目標値が設定される。After step S034, the LED
Here, the LED current target value is a value determined according to the target value of the electric power supplied to the
電流センサ２７の検出値がＬＥＤ電流目標値よりも低い場合（Ｓ０３５：ＹＥＳ）、ＬＥＤ電流判定部２５５は、所望の電流が得られていないことを示すエラー信号をオンとする判定結果を、受電側通信部２６に送信させる（Ｓ０３６）。
When the detected value of the
給電側通信部１５は、受電装置２から送信されたエラー信号を受信し、給電側制御部１４へ入力する。給電側制御部１４の演算部１４３は、エラー信号を受信し所定時間経過すると、予め記憶している直流変換回路１２の出力電圧の目標値よりも補正値ΔＶだけ高くなるよう、出力電圧の目標値を補正する（Ｓ０３７）。
以降、ステップＳ０３１へ戻り、上述の動作を繰り返す。The power feeding
After that, the process returns to step S031 and the above operation is repeated.
一方、電流センサ２７の検出値がＬＥＤ電流目標値よりも低くない場合（Ｓ０３５：ＮＯ）、ＬＥＤ電流判定部２５５は、エラー信号を送信させない。これにより、直流変換回路１２は、出力電圧の目標値を保持する（Ｓ０３８）。
以降、ステップＳ０３１へ戻り、上述の動作を繰り返す。On the other hand, when the detected value of the
After that, the process returns to step S031 and the above operation is repeated.
このような動作により、例えば図１５に示すように、時間ｔ１において、ＬＥＤ２２Ａの出力電力Ｐａの目標値が増加した場合、直流変換回路１２の出力電圧がＶｒｅｆに設定される。また、共振インバータ１３の出力電流がＩ１からＩ２に増加する。
このとき、ＬＥＤ２２ａの出力電流Ｉａが、ＬＥＤ電流目標値Ｉａ＿ｒｅｆよりも低いため、ＬＥＤ電流判定部２５５からエラー信号が送信される。By such an operation, for example, as shown in FIG. 15, when the target value of the output power Pa of the
At this time, since the output current Ia of the LED 22a is lower than the LED current target value Ia_ref, an error signal is transmitted from the LED
時間ｔ１から所定時間の間、エラー信号が継続すると、時間ｔ２において、直流変換回路１２の出力電圧が補正値ΔＶｐｆｃだけ加算される。また、共振インバータ１３の出力電流がＩ２からＩ３に増加する。
時間ｔ２以降において、ＬＥＤ２２ａの出力電流Ｉａが、ＬＥＤ電流目標値Ｉａ＿ｒｅｆとなり、ＬＥＤ電流判定部２５５からのエラー信号が停止される。If the error signal continues from the time t1 to the predetermined time, the output voltage of the
After the time t2, the output current Ia of the LED 22a becomes the LED current target value Ia_ref, and the error signal from the LED
なお、上記の説明では、電流センサ２７の検出値とＬＥＤ電流目標値とを比較する場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。電流センサ２７の検出値と電圧検出回路２５２の検出値とから、ＬＥＤ２２の電力の実測値を算出し、この電力の実測値と、ＬＥＤ２２の電力の目標値とを比較しても良い。
即ち、給電側制御部１４は、ＬＥＤ２２の電力の目標値に応じて直流変換回路１２の直流電圧を可変したあと、ＬＥＤ２２の電力の実測値が電力の目標値よりも低い場合、直流変換回路１２の直流電圧を増加させる構成でも良い。In the above description, the case where the detected value of the
That is, after the power supply side control unit 14 changes the DC voltage of the
以上のように本実施の形態４においては、ＬＥＤ２２の電力の実測値が電力の目標値よりも低い場合、直流変換回路１２の直流電圧を増加させる。
このため、受電装置２Ａ、２Ｂにおいて、ＬＥＤ２２へ所望の電流が出力できていない場合には、直流変換回路１２の出力電圧を高くするように補正することができ、所望のＬＥＤ２２Ａ、２２Ｂの電流を出力することができる。As described above, in the fourth embodiment, when the measured value of the electric power of the
Therefore, in the
例えば、給電コイル１１と、受電コイル２１Ａ、２１Ｂの位置関係によって、両コイルの位置が遠い場合などは、予め定めた直流変換回路１２の出力電圧では共振インバータ１３が出力する電力が十分でない場合がある。このような場合、受電装置２Ａ、２Ｂにおいて所望の電流を出力できない恐れがあるが、本実施の形態４の動作により、所望の電流をＬＥＤ２２へ出力することが可能となる。
For example, when the positions of both coils are far from each other due to the positional relationship between the
１ 給電装置、２ 受電装置、２Ａ 受電装置、２Ｂ 受電装置、３ 交流電源、１１ 給電コイル、１２ 直流変換回路、１３ 共振インバータ、１４ 給電側制御部、１５ 給電側通信部、１６ 給電側整流回路、１７ 入力フィルタ、１８ コンデンサ、２１ 受電コイル、２１Ａ 受電コイル、２１Ｂ 受電コイル、２２ ＬＥＤ、２２Ａ ＬＥＤ、２２Ｂ ＬＥＤ、２２ａ ＬＥＤ、２３ 受電側整流回路、２４ 電流制御回路、２５ 受電側制御部、２６ 受電側通信部、２７ 電流センサ、１２１ ＭＯＳＦＥＴ、１２２ コイル、１２３ ダイオード、１２４ 平滑コンデンサ、１３１ スイッチング素子、１３２ コンデンサ、１３３ コンデンサ、１３４ コイル、１４１ 制御回路、１４２ 電圧検出回路、１４３ 演算部、１７１ コイル、１７２ コンデンサ、２３１ コイル、２３２ａ ダイオード、２３２ｂ ダイオード、２３２ｃ ダイオード、２３２ｄ ダイオード、２３３ａ コンデンサ、２３３ｂ コンデンサ、２３３ｃ コンデンサ、２３３ｄ コンデンサ、２４１ ＭＯＳＦＥＴ、２４２ コンデンサ、２４３ ダイオード、２４４ コイル、２４５ 平滑コンデンサ、２５１ 制御回路、２５２ 電圧検出回路、２５３ 電流検出回路、２５４ 電力演算部、２５５ ＬＥＤ電流判定部。 1 power supply device, 2 power reception device, 2A power reception device, 2B power reception device, 3 AC power supply, 11 power supply coil, 12 DC conversion circuit, 13 resonance inverter, 14 power supply side control unit, 15 power supply side communication unit, 16 power supply side rectifier circuit , 17 input filter, 18 capacitor, 21 power receiving coil, 21A power receiving coil, 21B power receiving coil, 22 LED, 22A LED, 22B LED, 22a LED, 23 power receiving side rectifying circuit, 24 current control circuit, 25 power receiving side control unit, 26 Power receiving side communication unit, 27 current sensor, 121 MOSFET, 122 coil, 123 diode, 124 smoothing capacitor, 131 switching element, 132 capacitor, 133 capacitor, 134 coil, 141 control circuit, 142 voltage detection circuit, 143 arithmetic unit, 171 coil , 172 capacitors, 231 coils, 232a capacitors, 232b diodes, 232c diodes, 232d capacitors, 233a capacitors, 233b capacitors, 233c capacitors, 233d capacitors, 241 MOSFETs, 242 capacitors, 243 diodes, 244 coils, 245 smoothing capacitors, 251 control circuits. , 252 voltage detection circuit, 253 current detection circuit, 254 power calculation unit, 255 LED current determination unit.
Claims (10)
前記第１整流回路の出力を任意の直流電圧に変換する直流変換回路と、
前記直流変換回路が出力した前記直流電圧を高周波電力に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路が出力した前記高周波電力が供給される第１コイルと、
前記直流変換回路を制御する制御部と、
を有する給電装置と、
前記第１コイルから前記高周波電力を受電する第２コイルと、
前記第２コイルが受電した前記高周波電力を整流する第２整流回路と、
前記第２整流回路の出力を任意の直流電流に変換し、光源に出力する電流制御回路と、
を有する受電装置と、
を備え、
前記インバータ回路は、スイッチング素子と共振回路とを有し、予め設定された周波数及びデューティ比で前記スイッチング素子が駆動される共振型インバータにより構成され、
前記制御部は、
前記光源の点灯時の電圧に関する情報を予め記憶し、
前記受電装置から前記光源へ供給させる電流の情報が入力され、
前記電圧に関する情報および前記電流の情報に基づき、前記受電装置から前記光源へ出力させる電力の目標値に関する情報として、前記光源の出力電力を演算し、
前記電力の目標値に関する情報に応じて前記直流変換回路の前記直流電圧を可変させて、前記受電装置から前記光源へ出力させる電力を変化させる
非接触給電システム。 The first rectifier circuit that rectifies the AC power input from the AC power supply,
A DC conversion circuit that converts the output of the first rectifier circuit into an arbitrary DC voltage, and
An inverter circuit that converts the DC voltage output by the DC conversion circuit into high-frequency power, and
The first coil to which the high frequency power output by the inverter circuit is supplied, and
A control unit that controls the DC conversion circuit and
With a power supply device that has
The second coil that receives the high frequency power from the first coil and
A second rectifier circuit that rectifies the high-frequency power received by the second coil, and
A current control circuit that converts the output of the second rectifier circuit into an arbitrary direct current and outputs it to the light source.
With a power receiving device that has
With
The inverter circuit includes a switching element and a resonance circuit, and is composed of a resonance type inverter in which the switching element is driven at a preset frequency and duty ratio.
The control unit
Information on the voltage when the light source is lit is stored in advance.
Information on the current supplied from the power receiving device to the light source is input, and the information is input.
Based on the information on the voltage and the information on the current, the output power of the light source is calculated as information on the target value of the power to be output from the power receiving device to the light source.
A non-contact power supply system that changes the DC voltage of the DC conversion circuit according to information about a target value of the power to change the power output from the power receiving device to the light source.
請求項１に記載の非接触給電システム。 The non-contact power supply system according to claim 1, wherein the control unit increases the DC voltage as the target value of the electric power increases.
前記受電装置は、前記第１通信部へ前記電力の目標値に関する情報を送信する第２通信部を備えた
請求項１又は２に記載の非接触給電システム。 The power feeding device includes a first communication unit that receives information about a target value of the electric power.
The non-contact power supply system according to claim 1 or 2, wherein the power receiving device includes a second communication unit that transmits information about a target value of the electric power to the first communication unit.
前記第１通信部は、複数の前記受電装置のそれぞれから、前記電力の目標値に関する情報を受信し、
前記制御部は、複数の前記電力の目標値の合計に応じて、前記直流変換回路の前記直流電圧を可変する
請求項３に記載の非接触給電システム。 Equipped with a plurality of the power receiving devices
The first communication unit receives information about the target value of the electric power from each of the plurality of power receiving devices, and receives information about the target value of the electric power.
The non-contact power supply system according to claim 3, wherein the control unit changes the DC voltage of the DC conversion circuit according to the sum of a plurality of target values of the electric power.
請求項４に記載の非接触給電システム。 The non-contact power supply system according to claim 4, wherein the control unit raises the DC voltage of the DC conversion circuit as the total of the target values of the electric power increases.
前記制御部は、前記電力の目標値に応じて前記直流変換回路の前記直流電圧を可変したあと、前記電力の実測値が前記電力の目標値よりも低い場合、前記直流変換回路の前記直流電圧を増加させる
請求項３〜５の何れか一項に記載の非接触給電システム。 The second communication unit transmits information on the measured value of the electric power supplied to the light source, and transmits the information.
After varying the DC voltage of the DC conversion circuit according to the target value of the power, the control unit determines the DC voltage of the DC conversion circuit when the measured value of the power is lower than the target value of the power. The non-contact power supply system according to any one of claims 3 to 5.
前記第２通信部は、前記光源に流れる電流の情報を、前記電力の実測値に関する情報として送信する
請求項６に記載の非接触給電システム。 The power receiving device includes a current sensor that detects a current flowing through the light source.
The non-contact power supply system according to claim 6, wherein the second communication unit transmits information on a current flowing through the light source as information on an actually measured value of the electric power.
前記光源に流れる電流を検出する電流センサと、
前記光源に印加された電圧を検出する電圧センサと、
前記光源に流れる電流と前記光源に印加された電圧とから電力を求める電力演算部と、
を備え、
前記第２通信部は、前記電力演算部が求めた電力の情報を、前記電力の実測値に関する情報として送信する
請求項６に記載の非接触給電システム。 The power receiving device is
A current sensor that detects the current flowing through the light source, and
A voltage sensor that detects the voltage applied to the light source and
A power calculation unit that obtains power from the current flowing through the light source and the voltage applied to the light source.
With
The non-contact power supply system according to claim 6, wherein the second communication unit transmits information on the electric power obtained by the electric power calculation unit as information on an actually measured value of the electric power.
請求項１〜８の何れか一項に記載の非接触給電システム。 According to any one of claims 1 to 8, the control unit stops the operation of the inverter circuit when the DC voltage of the DC conversion circuit is variable and the DC voltage is lower than a preset lower limit value. The non-contact power supply system described.
請求項１〜９の何れか一項に記載の非接触給電システム。 The item according to any one of claims 1 to 9, wherein the control unit switches the switching element at the timing when the current becomes zero or the timing when the voltage becomes zero, which is generated by the resonance phenomenon of the resonance circuit. Contactless power supply system.
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