JP2022086784A - 高周波インバータ、整流回路および無線電力伝送システム - Google Patents
高周波インバータ、整流回路および無線電力伝送システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022086784A JP2022086784A JP2020198984A JP2020198984A JP2022086784A JP 2022086784 A JP2022086784 A JP 2022086784A JP 2020198984 A JP2020198984 A JP 2020198984A JP 2020198984 A JP2020198984 A JP 2020198984A JP 2022086784 A JP2022086784 A JP 2022086784A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit
- voltage
- output
- switching
- impedance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000012546 transfer Methods 0.000 title description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 27
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 31
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 9
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 27
- 238000013461 design Methods 0.000 description 15
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 4
- 241000209094 Oryza Species 0.000 description 2
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
【解決手段】 インバータ回路100は、スイッチング素子13を有するスイッチング回路10と、スイッチング回路の出力インピーダンスを変換する受動回路30とを備える。受動回路は、スイッチング回路および実負荷21を含む出力側回路に設けられる各素子の構成および設定値に基づき決定されるスイッチング電圧が、ZVSおよびZVDSを達成するときの出力インピーダンスを基準インピーダンスとし、実負荷における出力インピーダンスを基準インピーダンスに変換し、かつ、変動する前記負荷の範囲内において、スイッチング電圧がZVSを達成する範囲内となるように出力インピーダンスを変換する。整流回路は、インバータ回路を反転させた構成とする。無線電力伝送システムは、インバータ回路と整流回路を結合器で結合して構成する。
【選択図】 図1
Description
<高周波インバータ回路の構成>
図1は、高周波インバータ回路に係る本発明の実施形態の概略を示すものである。この図1に示す高周波インバータ回路100は、スイッチング回路10と、負荷側回路20との間に受動回路(回路網)30を構成したものである。
受動回路30の回路網を設計するための手法を以下に説明する。
まず、図2(a)に示すような一般的なE級インバータにおいて、出力電流(i1(t))と出力コンデンサ(シャントコンデンサ)の電圧(v1(t))は、下式で表すことができる。
次に、上記の設計法を参照しつつ、定電圧出力(以下、CV出力と略称する場合がある)とする受動回路30の設計方法を説明する。上記のとおり、ZVS測地線を表す式は、上式(7)に示すとおりであった。この式(7)において、R0=0のとき、X0は下式(18)となり、Z0aおよびZ0bを表す下式(19)および下式(20)となる。なお、ZVS測地線とZVDS測地線の交点(Z00)は、前記の式(9)である。
さらに、上式(22)~(24)を上式(11)に代入すると、下式を得ることができる。
次に、定電流出力(以下、CC出力と略称する場合がある)とする受動回路30の設計方法を説明する。定電流出力のための設計方法も定電圧出力におけると場合と同様であり、X0は前記式(18)であり、Z0aおよびZ0bは前記式(19)および(20)であり、ZVS測地線とZVDS測地線の交点(Z00)は、前記式(9)である。
以上のとおり、最適負荷におけるZVSおよびZVDSを達成するE級のスイッチング回路10を構成するとともに、当該最適負荷に対する出力インピーダンスを基本とし、変動する実負荷に対する出力インピーダンスを基本のインピーダンスに変換することにより、実負荷の負荷抵抗RLが種々変更された場合であっても定電圧出力または定電流出力を達成することができる。このとき、上記のような設計法により、定電圧出力の場合、または定電流出力の場合のそれぞれについて、所望のインピーダンスパラメータを有する受動回路30を設けることができる。
図6は、整流回路に係る本発明の実施形態の概略を示すものである。この図6に示す整流回路200は、前述した高周波インバータ回路(図1)を反転させた構成としている。すなわち、入力側回路(電源回路)40と、整流用のスイッチング回路50との間に受動回路(回路網)30を設けた構成としている。
整流回路の設計手法は、前述の高周波インバータ回路における場合と同様である。すなわち、図6に示したように、整流回路200を構成する各素子の構成は、インバータ回路を反転させた逆構成とする。このような逆構成により、各要素(素子等)における電圧はインバータ回路の場合と同様と考えることができる。その際の各インピーダンスまたはリアクタンス等は、同様に計算することができる。測地線の各点の移動についても同様である。従って、同様の設計手法により、インピーダンスパラメータを得ることができる。
次に、無線電力伝送システムについて説明する。上述の高周波インバータ回路および整流回路を用いることにより、個々の回路において、それぞれZVSを達成しつつCV出力またはCC出力させ得る無線電力伝送システムを構築することができる。
高周波インバータにおいてCV出力のための回路として、図8(a)に示すような構成を設計した。この場合のスイッチング回路の諸元は下表のとおりであり、受動回路は、T型のLLC回路とし、下表に示すように設定した。なお、負荷抵抗は50Ωとしているが、これは受動回路を設けないE級のインバータ回路においてZVSおよびZVDSを達成する最適負荷に該当するものである。
整流回路においてCV出力のための回路として、図11(a)に示すような構成を設計した。この図に示される回路は、前述のインピーダンスパラメータX21の極性が正の場合であり、インピーダンスパラメータX21の極性が正の場合における諸元は下表のとおりである。下表のとおり、入力高周波電圧振幅を51.6V(6.78MHz)とし、出力電圧を48Vにて設計し、最適負荷は86.6Ωとして設計した。この場合の受動回路は、T型のCLL回路とし、各素子は下表に示すように設定した。なお、入力電圧は、周波数6.78MHzの高周波(RF)電圧であるため、スイッチング素子によるスイッチング周波数を6.78MHzとし、位相差180°に固定した。
無線電力伝送システムを構築するための回路として、図15に示すような構成を設計した。基本的には、インバータ回路、結合回路、整流回路によって構成され、インバータ回路の諸元は次の表9のとおりであり、整流回路は次の表10のとおりである。また、結合器については、図15に示すような構成とし、諸元を次の表11に示す。なお、入力電圧は、定電圧源による100Vとし、これをインバータ回路により定電圧出力とした。結合器は、ジャイレータ方式を採用し、定電圧による入力を定電流で出力するものとした。さらに整流回路は、定電流による入力を定電圧で出力するものとした。このとき、想定する出力電圧を100Vによる定電圧として設計したものであり、その結果を図16に示す。
以上のとおり、高周波インバータ回路および整流回路のいずれについても、受動回路の構成を適宜なものとすることにより、負荷が変動した場合であっても、CV出力またはCC出力させることが可能である。さらに、これらを使用しつつ結合器で結合させることにより無線電力伝送システムを構築することができ、この無線電力伝送システムにあっては、高周波インバータ回路においてCV出力またはCC出力を実現したうえ、ワイヤレス結合器により無線伝送し、さらに整流器によって最終的には、いかなる負荷であっても、直流によるCV出力またはCC出力を可能とするものとなる。
11 直流電圧源
12 入力インダクタ
13,53 スイッチング素子
14,54 出力コンデンサ(シャントコンデンサ)
15,55 直列LC共振フィルタ
20 負荷回路(出力側回路)
21,60 負荷
30 受動回路
40 電源回路(入力側回路)
52 出力インダクタ
100 高周波インバータ回路
200 整流回路
Claims (8)
- 負荷抵抗の変動する負荷に対して定電圧または定電流により電力供給する高周波インバータ回路であって、
所定のデューティ比によってスイッチングされるスイッチング素子と、このスイッチング素子に並列に接続される出力コンデンサとを備えるスイッチング回路と、
前記スイッチング回路の出力インピーダンスを変換する受動回路を備え、
前記受動回路は、前記スイッチング回路および実負荷を含む出力側回路に設けられる各素子の構成および設定値に基づき決定されるスイッチング電圧が、ZVSおよびZVDSを達成するときの出力インピーダンスを基準インピーダンスとし、実負荷における出力インピーダンスを前記基準インピーダンスに変換し、かつ、変動する前記負荷の範囲内において、スイッチング電圧がZVSを達成する範囲内となるように出力インピーダンスを変換するものである
ことを特徴とする高周波インバータ回路。 - 前記受動回路は、スミスチャート上に描かれる負荷の実軸変動測地線から該スミスチャート上に描かれるZVSを達成するZVS測地線へインピーダンス変換することができるインピーダンスパラメータを求め、該インピーダンスパラメータを満たす回路として構築されたものである請求項1に記載の高周波インバータ回路。
- 定電圧または定電流により供給される交流電力を整流するとともに、負荷抵抗の変動する負荷に対して定電圧または定電流として直流出力する整流回路であって、
交流電圧源から入力される交流電圧との位相を調整しつつ所定のデューティ比によってスイッチングされるスイッチング素子と、このスイッチング素子に並列に接続される出力コンデンサとを備えるスイッチング回路と、
前記スイッチング回路に対する入力インピーダンスを変換する受動回路を備え、
前記受動回路は、前記スイッチング回路および実負荷を含む出力側回路に設けられる各素子の構成および設定値に基づき決定されるスイッチング電圧の立ち上がり電圧が、ZVSおよびZVDSを達成するときの入力インピーダンスを基準インピーダンスとし、実負荷における入力インピーダンスを前記基準インピーダンスに変換し、かつ、変動する前記負荷の範囲内において、スイッチング電圧の立ち下がり電圧がZVSを達成する範囲内となるように入力インピーダンスを変換するものである
ことを特徴とする整流回路。 - 前記受動回路は、スミスチャート上に描かれる負荷の実軸変動測地線から該スミスチャート上に描かれるZVSを達成するZVS測地線へインピーダンス変換することができるインピーダンスパラメータを求め、該インピーダンスパラメータを満たす回路として構築されたものである請求項3に記載の整流回路。
- さらに、前記スイッチング素子のスイッチング作動を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記受動回路によって入力インピーダンスが変換されるとき入力電圧または入力電流の周期との間で生じる位相差を是正しつつスイッチング作動を制御するものである請求項3または4に記載の整流回路。 - 請求項1または2に記載の高周波インバータ回路を給電側とし、結合器を介して整流回路に結合させてなることを特徴とする無線電力伝送システム。
- 請求項3~5のいずれかに記載の整流回路を受電側とし、結合器を介して高周波インバータ回路に結合してなることを特徴とする無線電力伝送システム。
- 請求項1または2に記載の高周波インバータ回路を給電側とし、請求項3~5のいずれかに記載の整流回路を受電側として、前記両回路の間に設けられた結合器を備えることを特徴とする無線電力伝送システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020198984A JP7568269B2 (ja) | 2020-11-30 | 2020-11-30 | 高周波インバータ、整流回路および無線電力伝送システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020198984A JP7568269B2 (ja) | 2020-11-30 | 2020-11-30 | 高周波インバータ、整流回路および無線電力伝送システム |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022086784A true JP2022086784A (ja) | 2022-06-09 |
JP7568269B2 JP7568269B2 (ja) | 2024-10-16 |
Family
ID=81894400
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020198984A Active JP7568269B2 (ja) | 2020-11-30 | 2020-11-30 | 高周波インバータ、整流回路および無線電力伝送システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7568269B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN118074346A (zh) * | 2024-04-17 | 2024-05-24 | 昆明理工大学 | 用于环境变化下的电场耦合无线电能和信号同步传输系统 |
WO2024157037A1 (ja) * | 2023-01-25 | 2024-08-02 | 日産自動車株式会社 | 電力変換装置 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10381874B2 (en) | 2011-03-25 | 2019-08-13 | Qualcomm Incorporated | Filter for improved driver circuit efficiency and method of operation |
JP5718170B2 (ja) | 2011-06-14 | 2015-05-13 | 株式会社ヨコオ | 非接触で充電される電子装置及び高周波整流器 |
JP2013013288A (ja) | 2011-06-30 | 2013-01-17 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | 定電流電源装置 |
JP5958431B2 (ja) | 2013-07-19 | 2016-08-02 | 株式会社村田製作所 | スイッチング電源装置 |
WO2017126111A1 (ja) | 2016-01-22 | 2017-07-27 | 三菱電機エンジニアリング株式会社 | 電力伝送装置、高周波電源及び高周波整流回路 |
US10170996B2 (en) | 2016-06-30 | 2019-01-01 | Witricity Corporation | Diode conduction sensor |
JP7102265B2 (ja) | 2018-07-02 | 2022-07-19 | 新電元工業株式会社 | スイッチング電源およびスイッチング電源制御回路 |
JP7270212B2 (ja) | 2019-05-07 | 2023-05-10 | 株式会社デンソー | 無線給電装置 |
-
2020
- 2020-11-30 JP JP2020198984A patent/JP7568269B2/ja active Active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024157037A1 (ja) * | 2023-01-25 | 2024-08-02 | 日産自動車株式会社 | 電力変換装置 |
CN118074346A (zh) * | 2024-04-17 | 2024-05-24 | 昆明理工大学 | 用于环境变化下的电场耦合无线电能和信号同步传输系统 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7568269B2 (ja) | 2024-10-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104753152B (zh) | 恒流‑恒压复合拓扑的感应式充电系统 | |
CN107769573B (zh) | 双边lcc网络的wpt系统恒流恒压输出可调的参数设置方法 | |
KR101773403B1 (ko) | 무선 충전기용 양면 lcc 컨버터 및 그 구현방법 | |
KR101405878B1 (ko) | 전력 전송 시스템 | |
WO2018126617A1 (zh) | 一种恒流恒压复合拓扑的无线充电电路 | |
CN109302070A (zh) | 电力变换器电路拓扑结构及其控制方法 | |
CN105191097B (zh) | 用于谐振转换器的设备和方法 | |
TWI611647B (zh) | 諧振型非接觸供電裝置、電能發射端和控制方法 | |
CN109474082B (zh) | 一种基于变补偿网络结构的双向无线电能传输系统及方法 | |
Nagashima et al. | Analytical design procedure for resonant inductively coupled wireless power transfer system with class-E 2 DC-DC converter | |
Nagashima et al. | Analytical design procedure for resonant inductively coupled wireless power transfer system with class-DE inverter and class-E rectifier | |
JP2022086784A (ja) | 高周波インバータ、整流回路および無線電力伝送システム | |
US11894776B2 (en) | Constant current to constant voltage dual active bridge LCL-transformer resonant DC-DC converter | |
CN114598163A (zh) | 一种三相lcl-dab直流变换器拓扑及其控制方法 | |
CN112366964B (zh) | 一种无线输电两级ac-dc变换电路及其阻抗调节方法 | |
Colak et al. | A novel common mode multi-phase half-wave semi-synchronous rectifier for inductive power transfer applications | |
KR102236576B1 (ko) | 무선 전력 전달 시스템 | |
CN114785156B (zh) | 一种低电压应力的单管谐振变换器 | |
CN214045457U (zh) | 一种双向dc-dc变换器 | |
CN113794288A (zh) | 一种双并联电感的无线电能传输补偿拓扑结构 | |
JP7486788B2 (ja) | インバータ回路、整流回路およびこれらを使用する無線電力伝送システム | |
Luo et al. | A primary shunt inductor compensated inductive power transfer system with natural ZVS for battery charging application | |
TWI863918B (zh) | 用於傳輸電力至具轉換器之電力負載之裝置 | |
KR20170032643A (ko) | 양방향 전력 변환 장치 | |
CN119448589A (zh) | 一种宽范围解耦的频率自治无线电能传输系统 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20231114 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240628 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240709 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240828 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240904 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240926 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7568269 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |