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電源制御装置 新技術説明会

国内特許コード P200017139
整理番号 (FU-292)
掲載日 2020年8月11日
出願番号 特願2019-512413
出願日 平成30年3月27日(2018.3.27)
国際出願番号 JP2018012352
国際公開番号 WO2018190117
国際出願日 平成30年3月27日(2018.3.27)
国際公開日 平成30年10月18日(2018.10.18)
優先権データ
  • 特願2017-077372 (2017.4.10) JP
発明者
  • 末次 正
出願人
  • 学校法人福岡大学
発明の名称 電源制御装置 新技術説明会
発明の概要 電圧値のピーク近傍をできるだけ平らにすると共に、接触及び非接触による給電を可能とする超小型のスイッチング回路を用いた電源制御装置を提供する。
交流電力を直流電力に変換する整流ダイオード3と、前記直流電力に対して高周波数下で動作するインバータ回路4と、前記インバータ回路4に接続される一次側トランス5と、前記一次側トランス5と磁気結合する二次側高周波トランス6と、前記二次側高周波トランス6で電圧変換された交流電力を直流電力に変換する整流器8とを備え、インバータ回路4が複数のスイッチング素子を有し、当該複数のスイッチング素子が直列接続して入力電圧を分割し、各スイッチング素子が高調波共振回路を有し、当該各スイッチング素子おけるそれぞれの電圧ピーク値を制御する制御手段を有する。
【選択図】図4
従来技術、競合技術の概要

近年における情報処理端末等の小型化に伴い、直流電力を供給するACアダプタの小型が望まれているが、ACアダプタの小型化が追い付かず比較的大型のものがほとんどである。また、電力供給のためにはケーブルやコネクタ等が必須であり、これらは機械的に脆く、劣化するのが早いといった問題があることから、非接触で給電する技術の開発が進んでいる。しかし、非接触給電における周波数は高周波数であるため、スイッチング周波数が高い共振型電源を用いる必要があり、トランジスタに耐圧が高いデバイスを用いる必要
がある。

高周波のスイッチングを高効率に実現する技術として、図14に示すようなE級インバータが知られている。図14(A)はE級インバータの回路図、図14(B)は電圧波形を示す。E級インバータは、ソフトスイッチングによりスイッチングの瞬間にトランジスタに掛かる電圧及び電流をなくすことで、スイッチング損失を低減し、高効率を実現するものである。しかしながら、図14(B)に示すように、この回路では電圧値のピークが高くなるため、耐圧性が高いトランジスタを用いる必要がある。

そこで、高調波成分をスイッチ電流に注入することで、電圧値のピークを下げる技術が開示されている(図15を参照)。図15(A)に示す回路は、Φ級インバータ(VHFコンバータ)として知られており、VHF帯(30MHz-300MHz)のスイッチング周波数で動作する。この回路は、図15(B)に示すように、電圧波形を凹んだ形にしてピーク電圧を下げることで、耐圧が低いトランジスタを用いることを可能とし、このスイッチング回路を用いてACアダプタの小型化を実現するものである。しかしながら、この図15に示す技術は、共振を利用しているため、ピーク電圧の調整が難しく、ピーク値を最適化するのに困難性を有する場合がある。また、少しでもピークがずれてしまうと、電圧値が高く不安定な状態となり、素子に大きな負荷が掛かってしまう。

上記のような高周波で動作するスイッチング回路の技術を踏まえて、非特許文献1に示す技術が発明者により開示されている。非特許文献1に示す技術は、複数のスイッチを直列接続することで電圧を分割し、1つのトランジスタあたりにかかる電圧を下げることで、耐圧性が極めて低いトランジスタを用いたスイッチング回路の実現を可能にする技術であり、上記図15のスイッチング回路を用いたACアダプタよりもさらに小型化すること
を可能とするものである。

産業上の利用分野

本発明は、高周波数でスイッチング動作して電力変換を行う電源制御装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
交流電力を直流電力に変換する第1変換手段と、
前記直流電力に対して高周波数下で動作するインバータ回路と、
前記インバータ回路に接続される一次側トランスと、
前記一次側トランスと磁気結合する二次側トランスと、
前記二次側トランスで電圧変換された交流電力を直流電力に変換する第2変換手段とを備え、
前記インバータ回路が複数のスイッチング素子を有し、当該複数のスイッチング素子が直列接続して入力電圧を分割し、各スイッチング素子が高調波共振回路を有し、当該各スイッチング素子おけるそれぞれの電圧ピーク値を制御する制御手段を有することを特徴とする電源制御装置。

【請求項2】
請求項1に記載の電源制御装置において、
外部から非接触で給電する非接触電源と磁気結合する二次側コイルを備え、
前記第2変換手段が、前記二次側高周波トランスで電圧変換された交流電力、及び/又は前記二次側コイルで誘導された交流電力を直流電力に変換することを特徴とする電源制御装置。

【請求項3】
請求項2に記載の電源制御装置において、
前記一次側トランス、前記二次側高周波トランス及び前記二次側コイルのそれぞれが、各層の面内に渦状に巻回されて形成され、前記一次側トランスと前記二次側高周波トランスとが隣接して積層され、前記二次側高周波トランスと前記二次側コイルとが磁気シールドを介して積層されていることを特徴とする電源制御装置。

【請求項4】
交流電力を直流電力に変換する第1変換手段と、
前記直流電力に対して高周波数下で動作するインバータ回路と、
前記インバータ回路に接続される一次側トランスと、
前記一次側トランスと磁気結合する二次側高周波トランスと、
外部から非接触で給電する非接触電源と磁気結合する二次側コイルと、
前記二次側高周波トランスで電圧変換された交流電力、及び/又は前記二次側コイルで誘導された交流電力を直流電力に変換する第2変換手段とを備えることを特徴とする電源制御装置。

【請求項5】
請求項4に記載の電源制御装置において、
前記一次側トランス、前記二次側高周波トランス及び前記二次側コイルのそれぞれが、各層の面内に渦状に巻回されて形成され、前記一次側トランスと前記二次側高周波トランスとが隣接して積層され、前記二次側高周波トランスと前記二次側コイルとが磁気シールドを介して積層されていることを特徴とする電源制御装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2019512413thum.jpg
出願権利状態 公開
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