JPH07337035A - 高周波電力の非接触給電装置 - Google Patents
高周波電力の非接触給電装置Info
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- JPH07337035A JPH07337035A JP6147053A JP14705394A JPH07337035A JP H07337035 A JPH07337035 A JP H07337035A JP 6147053 A JP6147053 A JP 6147053A JP 14705394 A JP14705394 A JP 14705394A JP H07337035 A JPH07337035 A JP H07337035A
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- 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
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- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
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Abstract
触給電装置を実現する。 【構成】 ダイオード11と12、コンデンサ13,1
4,15,16および抵抗17より成る倍電圧全波整流
回路、抵抗とダイオードより成る並列回路を介して可飽
和変圧器の2次巻線3と4をゲート巻線とするFET6
と7より成るロイヤー発振回路、抵抗8とコンデンサ1
0、ダイオード18と20より成る起動用ゲートバイア
ス安定回路、主変圧器の1次巻線1の両端に抵抗9を介
して並列接続した1次巻線2と2つの2次巻線3と4を
備えた発振用可飽和変圧器、この可飽和変圧器の巻線を
介してロイヤー発振回路の発振する高周波電力を出力す
る1次巻線を備えた主変圧器とによって構成した。
Description
成した高周波電力を非接触で給電するものであって、電
気自動車用の非接触充電器、心臓のペースメーカー用充
電器、誘導加熱調理器等に使用される高周波電力の非接
触給電装置に関する。
の蓄電池が使用されており、高出力化、小型軽量化、長
寿命化等について鋭意研究開発が進められている。電気
自動車を広く普及させるためには1回の充電による走行
可能距離、充電所要時間の短縮化、充電装置の設置場所
の確保等について解決すべき問題点も多く、目下のとこ
ろは特定目的をもって特定地域において限定的に使用さ
れている。また、心臓のペースメーカー用の電池も小型
で長寿命のものが実現しているが、1次電池であるので
寿命がつきる前に取り換えなくてはならない。
距離走行させるためには多数の蓄電池が必要であり、こ
れらの蓄電池群を充電させるためには適当容量の充電装
置を設置しておく必要がある。ガソリン車に比べて走行
距離の短い電気自動車を普及させるためには、高効率で
経済性に優れ、取扱い操作が簡単な充電装置の開発が望
まれていた。また、ペースメーカー用の電池交換のため
には手術を必要とするので入院治療しなくてはならず、
苦痛を与えるばかりでなく日常生活にも制限を与えるこ
とになる。本発明は上述した問題点を解決するためにな
されたものであって、発生した高周波電力を非接触で給
電することのできる高効率の高周波電力の非接触給電装
置を提供することを目的とするものである。
ための、本発明による高周波出力の非接触給電装置は、
2つのダイオードと4つのコンデンサおよび挿入抵抗に
よって構成した倍電圧全波整流回路と、主変圧器の1次
巻線1に抵抗を介して並列接続した1次巻線2、2組の
2次巻線3と4によって構成した発振用可飽和変圧器
と、抵抗とダイオードより成る並列回路を介して前記可
飽和変圧器の2次巻線と接続したゲート回路をそれぞれ
備えたFET6とFET7におけるそれぞれのソース端
子とドレイン端子を直列接続して構成したロイヤー発振
回路と、抵抗とコンデンサの直列回路および2つのダイ
オードより成る前記ロイヤー発振回路用の起動ゲートバ
イアス安定回路と、前記倍電圧全波整流回路の平滑回路
における2つのコンデンサの中点とFET6と7の接続
点間に挿入した1次巻線1を備え、可飽和変圧器の1次
巻線2を介してロイヤー発振回路により生成された高周
波電力を1次巻線1から出力させる主変圧器とによって
構成した。また、主変圧器に3次巻線5を設け、この巻
線の両端に抵抗を介して可飽和変圧器の1次巻線2と並
列接続し、主変圧器の電圧を可飽和変圧器に加えた高周
波電力の非接触給電装置も本発明に含まれる。
発振周波数fは次式によって表わせる。 f=Ei /4NΦ ……… (1) (1)式において、Ei は入力電源電圧、Nは可飽和変
圧器の1次巻線のターン数、Φは可飽和変圧器を構成す
る磁心の飽和磁束を表わす。FETを使用したロイヤー
発振回路において生成された(1)式によってきまる高
周波電力は可飽和変圧器の2つの2次巻線3と4を介し
て1次巻線2に伝達され、さらに、この1次巻線2から
主変圧器の1次巻線1を介して高周波電力が非接触で出
力される。
説明する。図1は本発明による高周波電力の非接触給電
装置の1実施例の回路構成を示すブロック図である。図
1において、ダイオード11と12、コンデンサ13と
14とによって構成した通常の倍電圧全波整流回路の平
滑回路に2つのコンデンサ15と16より成る直列回路
が並列接続してあり、コンデンサ13と14の中点とコ
ンデンサ15と16の中点抵抗17が挿入されている。
入力電源は商用周波数の交流100Vであって、この倍
電圧全波整流回路の出力端子には±140Vの直流電圧
が現れる。整流した正負それぞれの電圧のピーク値は、
商用電源の周波数の半周期ごとにピークの時期がずれる
ので、2つのダイオードと2つのコンデンサによってハ
ーフブリッジ回路を構成すると、出力変圧器の高周波交
流電圧に商用周波数の半周期おきに正負の電圧の差(直
流成分)が発生して変圧器が飽和することがある。これ
を防止するために、一旦2つのダイオードと2つのコン
デンサによって倍電圧を得た後で、さらに2つのコンデ
ンサを並列接続して半分の電圧に分圧している。また、
ロイヤー発振回路のような自励発振回路の場合には、起
動時、重負荷時、動作条件急変時などにハーフブリッジ
回路を構成する2つのコンデンサの中点の電圧が一方に
偏って発振が停止することがある。これを防ぐための抵
抗17が最初の倍電圧全波整流回路用の2つのコンデン
サ13と14の中点と後のハーフブリッジ回路を構成す
る2つのコンデンサ15と16の中点に接続されてい
る。平常時は、2点間の電圧はほぼ等しいので抵抗17
には殆ど電流は流れないが、ハーフブリッジ用の2つの
コンデンサの中点の電圧が何らかの原因でどちらかに偏
るとこの抵抗17に電流が流れ、2つのコンデンサの電
圧が均等になるように動作する。正常な動作に戻った後
は抵抗17には再び殆ど電流は流れなくなる。
つのコンデンサ15と16の中点と、ロイヤー発振回路
を構成するFET6のソース端子とFET7のドレイン
端子との接続点との間に主変圧器の1次巻線1が接続し
てある。この1次巻線1の両端には抵抗9を介して可飽
和変圧器の1次巻線2が並列接続してあり、また可飽和
変圧器の2次巻線3と4はロイヤー発振回路を構成する
FET6と7のゲート巻線を構成している。ロイヤー発
振回路において生成された高周波電力は主変圧器の1次
巻線から出力される。主変圧器の2次側は必要電圧に応
じて出力巻線を用いるが、電磁調理器として利用する場
合は鉄または鉄合金製の鍋を用いる。可飽和変圧器はロ
イヤー発振回路の発振用に使用されるものであるから、
FET6と7のゲート巻線となる2つの2次巻線3と4
を備えており、FETのドライブが正帰還となるように
それぞれの巻線の極性をきめている。
6と7はそれぞれのソース端子とドレイン端子を接続し
てあり、FET6のドレイン端子とFET7のソース端
子は倍電圧全波整流回路の出力端子に並列接続されてい
る。また、FET6のゲート端子は抵抗21とダイオー
ド22より成る並列回路を介して可飽和変圧器の2次巻
線3の一端に接続してあり、FET7のゲート端子は抵
抗23とダイオード24より成る並列回路を介して可飽
和変圧器の2次巻線4の一端に接続してある。
FETのゲートスレッシュホールド電圧が数Vあるため
に起動回路が必要となる。このために抵抗8とコンデン
サ10より成る直列回路がFET6のドレイン端子とF
ET7のソース端子に並列接続されており、また抵抗8
とコンデンサ10の接続点にアノード端子を接続し、カ
ソード端子をFET6と7の接続点に接続したダイオー
ド18が設けられている。電源が投入されると抵抗8を
介してコンデンサ10が充電され、FET7のゲート電
圧が増加してゆきその電圧がスレッシュホールド電圧に
達するとFET7がオンとなり、可飽和変圧器の巻線に
よる正帰還により発振が始まる。コンデンサ10の電圧
が増加し続けるとFET7の耐圧を越えるおそれがある
ので、これを防止するためにコンデンサ10と抵抗8の
接続点とFET6と7の接続点間にダイオード18が挿
入してある。上述した起動用ゲートバイアス安定回路に
おいては、FET7がオンの時にそのドレイン・ソース
間の電圧はほぼ零に近い値となるので、コンデンサ10
の電荷はダイオード18を介して放電され、その電圧も
零V近くまで減少するが、可飽和変圧器の巻線による正
帰還により発振は十分持続される。FET7がオンの時
に、FETのミラー効果またはダイオード18の寄生容
量によってコンデンサ10に負の電荷が蓄積されて大き
な負の電圧が発生することがあるので、コンデンサ10
と並列にダイオード20を接続して防いでいる。
めには、急速にFETをターンオフするための高速ゲー
ト駆動回路と、転流時に然るべき大きさのリアクティブ
電流およびデッドタイムが必要である。本発明における
高周波電力の非接触給電装置においては、ソフトスイッ
チングに必要なリアクティブ電流は主変圧器の漏インダ
クタンスとして必然的に存在している。ソフトスイッチ
ングのための駆動条件は、主変圧器と可飽和変圧器の両
巻線間に接続された抵抗9と、各FET6と7のゲート
端子に接続された抵抗21と23およびダイオード22
と24と、ゲート巻線を構成する可飽和変圧器の2つの
2次巻線の飽和インダクタンスにより実現される。
可飽和変圧器の巻線の正帰還によってFETのゲートに
は約18〜20Vの電圧が加わり、FETのドレイン・
ソース間は完全なオン状態が保持されている。可飽和変
圧器が飽和するとゲート巻線のインピーダンスが急激に
減少し、FETのゲート・ソース間容量との間に共振が
発生し、ゲート内の電荷がゲート端子に接続されたダイ
オードを介して急速に放電される。引き続き共振により
他方のFETのゲートが充電されようとするが、ゲート
に接続された抵抗によりゲート・ソース間容量の急激な
充電は阻止され、2つのFETは同時にオフとなる。こ
の間、スイッチング素子の寄生容量等によってFET電
圧の急変が抑えられるので低損失でFETはターンオフ
し、続いて、主変圧器の漏インダクタンスのエネルギー
により2つのFETの並列容量が充放電され、両スイッ
チング素子がオフの状態で転流が完成するのでスイッチ
ング損失を極めて小さくできる。ゲート巻線にはソフト
スイッチングにより反転した電圧が加わり、他方のFE
Tのゲート電圧はゲートに接続された抵抗とゲート・ソ
ース間容量の影響で穏やかに上昇し、FETはオンとな
る。可飽和変圧器の磁心飽和期間およびFET転流期間
においては、主変圧器の巻線と可飽和変圧器の巻線には
異なった電圧が発生する(可飽和磁心の電圧は飽和によ
り変化し、主変圧器の電圧は転流後に変化する)ので、
この2つの巻線を直接接続すると過大な電流が流れ、大
きな損失が発生する。この問題を解決するために抵抗9
が直列に接続してある。
電装置における出力電圧、伝達最大電力と漏インダクタ
ンス、周波数の関係について説明する。図3は簡略化し
た等価回路図であって、Ei はハーフブリッジにより作
り出される矩形波の振幅、fは周波数、Lは漏インダク
タンス、I0 は負荷電流、E0 は出力電圧を表わす。こ
の等価回路より、Ei ,f,L,I0 ,E0 の関係を求
めると(2)式を得る。 E0 =〔Ei 2 −4fEi LI0 〕1/2 ……(2) 出力電圧P0 はP0 =E0 I0 の関係より容易に求める
ことができ、E0 ,I0,P0 の関係は図4に示すよう
になる。E0 の制御は、2次側に磁気増幅器等を接続す
ることによって行うことができるが、(2)式からE0
はfにより変化するので、発振用磁心を工夫してfを制
御すれば、E0 は簡単に制御できる。
って、主変圧器に3次巻線5を設け、この3次巻線5の
両端を抵抗9を介して可飽和変圧器の1次巻線2と並列
接続してある。図1においては主変圧器と可飽和変圧器
とは独立した回路によって構成されているが、図2にお
いては主変圧器の電圧を飽和変圧器に加えるように構成
されている。
波電力の非接触給電装置は、倍電圧全波整流回路と、F
ETを使用したロイヤー発振回路と、FETのゲート巻
線を構成する可飽和変圧器と、可飽和変圧器の1次巻線
を介して1次巻線から高周波電力を出力する主変圧器と
によって構成したものであり、主変圧器と可飽和変圧器
は共に高周波変圧器であるので小型軽量であり、また装
置の回路構成も簡単であって回路において発生する電力
損も小さく、かつ、非接触で高周波電力を給電するもの
であるから伝達損失も無視しうる。即ち、高効率で小型
軽量な高周波電力の非接触給電装置を実現できるので、
電気自動車の非接触充電器、ペースメーカー用充電器お
よび誘導加熱形調理器等にも適用可能である。
性曲線。
Claims (2)
- 【請求項1】 2つのコンデンサより成る直列回路に並
列接続した同一構成の直列回路と、前記2組のコンデン
サより成る直列回路の中点間に挿入した抵抗とによって
構成した平滑回路と、さらに2つの整流ダイオードとに
よって構成した倍電圧全波整流回路と、 主変圧器の1次巻線(1)の両端に抵抗を介して並列接
続した1次巻線(2)と、2組の2次巻線(3)と
(4)を備えた発振用可飽和変圧器と、 抵抗とダイオードより成る並列回路を介して前記可飽和
変圧器の2次巻線(3)と(4)のそれぞれの一端に接
続したゲート回路を備えたFET(6)とFET(7)
のそれぞれのソース端子とドレイン端子を接続すると共
に、前記FET(6)のドレイン端子とFET(7)の
ソース端子を前記倍電圧全波整流回路の平滑回路の両端
に並列接続して構成したFETより成るロイヤー発振回
路と、 前記倍電圧全波整流回路の平滑回路の両端に並列接続し
た抵抗(8)とコンデンサ(10)より成る直列回路
と、この直列回路における抵抗(8)とコンデンサ(1
0)の接続点とFET(6)のソース端子とFET
(7)のドレイン端子の接続点間に挿入したダイオード
(18)と、前記直列回路におけるコンデンサ(10)
に並列接続すると共に可飽和変圧器の2次巻線(4)の
他端と接続したダイオード(20)と、によって構成し
た前記ロイヤー発振回路における起動用ゲートバイアス
安定回路と、 前記倍電圧全波整流回路の平滑回路における2つのコン
デンサの中点と前記FET(6)のソース端子とFET
(7)のドレイン端子との接続点間に挿入した1次巻線
(1)を備え、前記可飽和変圧器の1次巻線(2)を介
してロイヤー発振回路において生成された高周波電力を
前記1次巻線(1)から出力する主変圧器と、 によって構成したことを特徴とする高周波電力の非接触
給電装置。 - 【請求項2】 主変圧器に3次巻線(5)を設け、この
3次巻線(5)の両端を抵抗を介して可飽和変圧器の1
次巻線(2)と並列接続したことを特徴とする請求項1
に記載の高周波電力の非接触給電装置。
Priority Applications (2)
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Applications Claiming Priority (1)
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JP6147053A JP2833998B2 (ja) | 1994-06-06 | 1994-06-06 | 高周波電力の非接触給電装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH07337035A true JPH07337035A (ja) | 1995-12-22 |
JP2833998B2 JP2833998B2 (ja) | 1998-12-09 |
Family
ID=15421441
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (2)
Country | Link |
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