(57)【要約】  スイッチング素子にとって望ましくないスイッチング状態をより的確に検出し、適切に電力を供給することのできる送電装置を提供する。送電装置は、電源と、スイッチング素子と、リンギング検出回路と、制御回路部とを備えている。リンギング検出回路は、スイッチング素子において発生するリンギングを検出する。制御回路部は、リンギング検出回路の検出結果に基づき、電源およびスイッチング素子の少なくとも何れかを制御する。リンギング検出回路は、ダイオードと抵抗とを有している。ダイオードは、スイッチング素子に負極性の電圧が生じた場合に導通する。抵抗は、ダイオードと直列に接続される。
2019124034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と、
前記電源と接続された半導体スイッチング素子と、
前記半導体スイッチング素子において発生するリンギングを検出するリンギング検出回路と、
前記リンギング検出回路の検出結果に基づき、前記電源および前記半導体スイッチング素子の少なくとも何れかを制御する制御回路と
を備え、
前記リンギング検出回路は、
前記半導体スイッチング素子と並列に接続され、前記半導体スイッチング素子に負極性の電圧が生じた場合に導通するダイオードと、
前記半導体スイッチング素子と並列に接続され、前記ダイオードと直列に接続された抵抗と
を有している、送電装置。
【請求項２】
前記リンギング検出回路は、所定の期間内に極性が負の電圧を２回以上検出した場合に、リンギング発生の有無を検出結果として前記制御回路に送信する、請求項１に記載の送電装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記リンギング検出回路の検出結果に基づき、前記半導体スイッチング素子の駆動デューティを変更する、請求項１または２に記載の送電装置。
【請求項４】
前記制御回路は、前記リンギング検出回路の検出結果に基づき、前記半導体スイッチング素子の駆動デューティを変更し、前記スイッチング素子のオン期間よりもオフ期間を長くする、請求項３に記載の送電装置。
【請求項５】
前記制御回路は、前記リンギング検出回路の検出結果に基づき、前記半導体スイッチング素子のスイッチング動作を停止させる、請求項１または２に記載の送電装置。
【請求項６】
前記制御回路は、前記リンギング検出回路の検出結果に基づき、前記電源の電源電圧を低下させる、請求項１から５の何れか１項に記載の送電装置。
【請求項７】
電源と、
前記電源と接続された半導体スイッチング素子と、
前記電源と接続され、前記半導体スイッチング素子と並列に接続されたコイルと、
前記電源と前記コイルの間で前記コイルと直列に接続され、前記半導体スイッチング素子と並列に接続されたキャパシタと、
前記半導体スイッチング素子において発生するリンギングを検出するリンギング検出回路と、
前記リンギング検出回路の検出結果に基づき、前記電源および前記半導体スイッチング素子の少なくとも何れかを制御する制御回路と
を備え、
前記リンギング検出回路は、
前記半導体スイッチング素子と並列に接続され、前記半導体スイッチング素子に負極性の電圧が生じた場合に導通するダイオードと、
前記半導体スイッチング素子と並列に接続され、前記ダイオードと直列に接続された抵抗と、
を有している、非接触送電装置。
【請求項８】
前記リンギング検出回路は、所定の期間内に極性が負の電圧を２回以上検出した場合に、リンギング発生の有無を検出結果として前記制御回路に送信する、請求項７に記載の非接触送電装置。
【請求項９】
前記制御回路は、前記リンギング検出回路の検出結果に基づき、前記半導体スイッチング素子の駆動デューティを変更する、請求項７または８に記載の送電装置。
【請求項１０】
前記制御回路は、前記リンギング検出回路の検出結果に基づき、前記半導体スイッチング素子の駆動デューティを変更し、前記スイッチング素子のオン期間よりもオフ期間を長くする、請求項９に記載の送電装置。
【請求項１１】
前記制御回路は、前記リンギング検出回路の検出結果に基づき、前記半導体スイッチング素子のスイッチング動作を停止させる、請求項７または８に記載の送電装置。
【請求項１２】
前記制御回路は、前記リンギング検出回路の検出結果に基づき、前記電源の電源電圧を低下させる、請求項７から１１の何れか１項に記載の送電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電気機器に電力を供給するための技術に関する。
本願は、２０１７年１２月２２日に、日本に出願された特願２０１７−２４５８３２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、無線で（非接触で）電気機器に電力を供給するための無線電力伝送システムに関する技術が知られている。この無線電力伝送システムにおいて、装置を小型化するために電圧波形を高周波化することが行われている。この高周波化の際に起こり得る損失の増加を抑制するために、Ｅ級インバータ回路が用いられる。【０００３】
Ｅ級インバータ回路は、回路定数を適切な値に定めることによって、スイッチング素子の電圧波形と電流波形とが時間的に重なり合わないようにすることで、スイッチング損失を低減させることができる。しかし、Ｅ級インバータ回路では、スイッチング素子のハードスイッチング状態が継続すると、望ましいスイッチング動作から逸脱し、スイッチング損失が増大してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−２０６７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、Ｅ級インバータ回路において、望ましくないスイッチング状態を検出できる手法が求められている。【０００６】
例えば、特許文献１には、半導体素子がオン状態とオフ状態との間で切り替わるときの電流又は電圧の波形に含まれるリンギング振幅を算出する第１の算出手段と、リンギング振幅に基づいて、半導体素子の温度を算出する第２の算出手段とを含む、半導体素子の温度算出装置が開示されている。具体的には、スイッチング回路１において、スイッチング素子Ｑ１がターンオフ時に、スイッチング素子Ｑ１のドレンインソース間電圧波形に生じるリンギングの振幅を算出し、帰還ダイオードＤ１の温度上昇を推定する。これにより、温度検出素子を配置することなく、帰還ダイオードＤ１などの半導体素子の温度を推定することができる。【０００７】
このように、特許文献１に開示された温度検出装置は、スイッチング素子がターンオフ時であって、ドレンイン電圧が高電圧状態のときのリンギングを検出するための回路構成を有している。そのため、この回路構成では、スイッチング素子がターンオン時に、スイッチング素子のドレインソース間電圧波形にリンギングが生じていることを検出することができない。つまり、特許文献１に開示された回路構成では、Ｅ級インバータ回路などの高周波電圧を用いる回路において、望ましくないスイッチング状態を検出するには適していない。【０００８】
本開示の目的は、スイッチング素子にとって望ましくないスイッチング状態をより的確に検出し、適切に電力を供給することのできる電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一局面にかかる送電装置は、電源と、前記電源と接続された半導体スイッチング素子と、前記半導体スイッチング素子において発生するリンギングを検出するリンギング検出回路と、前記リンギング検出回路の検出結果に基づき、前記電源および前記半導体スイッチング素子の少なくとも何れかを制御する制御回路とを備えている。前記リンギング検出回路は、前記半導体スイッチング素子と並列に接続され、前記半導体スイッチング素子に負極性の電圧が生じた場合に導通するダイオードと、前記半導体スイッチング素子と並列に接続され、前記ダイオードと直列に接続された抵抗とを有している。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本開示の一局面にかかる送電装置によれば、ハードスイッチング状態などのスイッチング素子にとって望ましくないスイッチング状態をより的確に検出し、適切に電力を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態にかかる無線電力伝送システムの全体構成を示す模式図である。
【図２】本実施形態にかかる無線電力伝送システムの送電部と受電部とを示す回路図である。
【図３】本実施形態にかかる無線電力伝送装置を構成するＥ級インバータ回路の回路構成を示す模式図である。
【図４】（ａ）は、図１に示す送電装置内のスイッチング素子のソースドレイン間電圧の波形の一例を示す波形図である。（ｂ）は、図１に示す送電装置内のスイッチング素子のゲートソース間電圧の波形の一例を示す波形図である。
【図５】（ａ）は、図１に示す送電装置内のスイッチング素子のソースドレイン間電圧の波形の一例を示す波形図である。この図は、図４（ａ）に示す波形のリンギング発生期間を拡大して示す図である。（ｂ）は、図１に示す送電装置のリンギング検出回路における検出電圧の波形の一例を示す波形図である。
【図６】（ａ）は、図１に示す送電装置内のスイッチング素子のソースドレイン間電圧の波形の一例を示す波形図である。（ｂ）は、スイッチング素子の駆動デューティ変更後のソースドレイン間電圧の波形の一例を示す波形図である。
【図７】は、本実施形態に係る送電装置およびその送電装置により電力が供給される負荷を含む全体構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ、本開示の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【００１３】
〔第１の実施形態〕
（無線電力伝送システムの全体構成）
本実施形態にかかる無線電力伝送システム１の全体構成について説明する。図１には、無線電力伝送システム１の回路構成を示す。無線電力伝送システム１は、主な構成部材として、送電装置（電源装置）１０と受電装置２０とを備えている。非接触送電装置１０には、電源回路に、リンギング検出回路２、制御回路部（制御回路）５、および送電回路部（送電部）７などが接続されて構成されている。
【００１４】
リンギング検出回路２は、スイッチング素子Ｑ１に生じるリンギング波形（高周波振動波形）を検出するための検出手段として機能する。制御回路部５は、リンギング検出回路２の検出結果に基づいて、電源回路（例えば、スイッチング素子Ｑ１の動作、出力電圧など）を制御する。送電回路部７は、受電装置２０の受電回路部１１に対して非接触で電力を供給する。非接触送電装置１０の電源回路は、Ｅ級インバータ回路と同様の構成が適用できる。非接触送電装置１０のより具体的な構成については後述する。
【００１５】
受電装置２０は、主な構成部材として、受電回路部（受電部）１１、負荷１２、およびＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）などを備えている。受電回路部１１は、非接触で電力を受電するための共振回路（図２参照）を備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータは、受電回路部１１と負荷１２との間に配置され、負荷１２への出力電圧が所定値になるように電圧変換する。
【００１６】
図２には、送電部（非接触送電装置１０の送電回路部７）と、受電部（受電装置２０の受電回路部１１）との回路構成を示す。図２に示すように、送電回路部７は、送電用のコイル１４２とキャパシタ１４１とを備え、直列共振回路を形成している。受電回路部１１は、受電用のコイル２１２とキャパシタ２１１とを備え、直列共振回路を形成している。
【００１７】
ここで、無線電力伝送システム１が磁気結合（磁気共鳴方式）を用いている場合、コイル１４２およびコイル２１２は磁界発生用のコイルであり、キャパシタ１４１およびキャパシタ２１１は共振用のコンデンサである。
【００１８】
また、無線電力伝送システム１が電界結合を用いている場合、コイル１４２およびコイル２１２は共振用のコイルであり、キャパシタ１４１およびキャパシタ２１１は電界発生用のコンデンサである。
【００１９】
また、磁気共鳴方式を採用した無線電力伝送システム１は、送電側アンテナの共振周波数と、受電側アンテナの共振周波数とを同一とすることで、送電側アンテナから受電側アンテナに対し無線で電力伝送を行う。これにより、電力伝送距離を数十ｃｍ〜数ｍとすることが可能である。
【００２０】
（送電装置の具体的な構成）
上述したように、非接触送電装置１０は、Ｅ級インバータ回路と同様の構成を有している。非接触送電装置１０の具体的な構成を説明するにあたって、先ず、基本となるＥ級インバータ回路１０Ａの回路構成について説明する。図３には、Ｅ級インバータ回路１０Ａの回路構成を示す。
【００２１】
図３に示すように、Ｅ級インバータ回路１０Ａは、直流電圧源Ｖｉなどを含む直列共振回路、スイッチング素子（半導体スイッチング素子）Ｑ１、キャパシタＣｏ、負荷６、および制御回路部５などによって構成されている。Ｅ級インバータ回路１０Ａには、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング状態を検出するためのリンギング検出回路２が接続されている。
【００２２】
直列共振回路は、直流電圧源Ｖｉ、インダクタＬｒｆｃｋ、インダクタＬｒ、およびキャパシタＣｒが直列に接続されて構成されている。これにより、直列共振回路は、直流電流とみなせる電流源を生成する。
【００２３】
スイッチング素子Ｑ１は、直流電圧源ＶｉおよびインダクタＬｒｆｃｋと直列に接続されている。スイッチング素子Ｑ１は、バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）などの半導体スイッチング素子である。
【００２４】
キャパシタＣｏは、スイッチング素子Ｑ１と並列に接続され、スイッチング素子Ｑ１の寄生容量を含む。
【００２５】
制御回路部５は、所定の周波数、デューティでスイッチング素子Ｑ１を駆動する。また、制御回路はリンギング検出回路２と接続されている。
【００２６】
また、リンギング検出回路２は、ダイオード３と抵抗４との直列回路で構成されている。ダイオード３は、アノード端子がスイッチング素子Ｑ１のドレイン端子に接続されている。スイッチング素子Ｑ１に生じるリンギング波形（高周波振動波形）は、負極性成分を有する（図５（ａ）参照）。そのため、上記のようなダイオード３と抵抗４との直列回路で構成されたリンギング検出回路２によって、リンギング波形の負電圧成分を検出する。リンギング検出回路２は、抵抗４に印加される電圧を測定する電圧計やダイオード３と抵抗４の間に直列で設けられた電流計等を備えてもよい。リンギング検出回路２によるリンギング波形の検出結果は、制御回路部５へ送信される。
【００２７】
そして、制御回路部５は、リンギング検出回路２から送信されたリンギング波形の負電圧成分の情報に基づいて、Ｅ級インバータ回路１０Ａの制御仕様を変更する。制御回路部５における制御仕様の変更には、例えば、比較器、ＡＤ変換器などを用いることができる。
【００２８】
続いて、Ｅ級インバータ回路１０Ａを無線電力伝送システム１の非接触送電装置１０に適用する方法について説明する。無線電力伝送システムの小型化を図るための手段として、電圧波形の高周波化が挙げられる。電圧波形の高周波化において損失増加を抑制するためには、Ｅ級インバータ回路を使用することが望ましい。
【００２９】
Ｅ級インバータ回路は、回路定数を適切な値に定めることによってスイッチング素子の電圧波形と電流波形とが時間的に重なり合わないようにすることで、スイッチング損失を低減することができる。例えば、Ｅ級インバータ回路は、負荷状態などの回路定数が変化する状況下に置かれると、スイッチング素子が望ましいスイッチング動作から逸脱する。
【００３０】
望ましいスイッチング動作からの逸脱のパターンには、ターンオン時にゼロ電圧であるが、ゼロカレントでないモ―ドと、ターンオン時にゼロ電圧でないモードと含まれる。高周波動作においては、後者のスイッチング動作時の損失増加が顕著となり、故障の危険性が高まる。
【００３１】
そのため、負荷状態を始めとした回路定数が変化する状況下においても、安全に動作する技術が求められている。スイッチング素子が望ましいスイッチング動作から逸脱し、損失が増加すると、発熱量が増加する。スイッチング素子の温度上昇を検出することで、故障の危険性を回避することができる。しかしながら、故障に至らないまでも、望ましくないスイッチング状態を検出することはできない。
【００３２】
そこで、無線電力伝送システム１は、上述したＥ級インバータ回路１０Ａを応用した非接触送電装置１０を有している。つまり、非接触送電装置１０は、リンギング検出回路２を備えている。これにより、スイッチング素子のターンオン時にゼロ電圧でないモードにおいて、スイッチング波形に生じるリンギング波形（高周波振動波形）を検出することができる。そして、制御回路部５は、リンギング検出回路２の検出結果（信号出力結果）に基づいて、非接触送電装置１０をより安全な制御仕様に変更することができ、受電装置２０に対してより適切に電力を供給することができる。
【００３３】
本実施形態にかかる無線電力伝送システム１における非接触送電装置１０の構成は、図３に示すＥ級インバータ回路１０Ａにおいて、負荷６を送電回路部７に置き換えたものである。そして、受電装置２０内の受電回路部１１に接続されている負荷１２が、負荷６と同様の機能を有する。
【００３４】
（リンギング検出回路におけるリンギングの検出について）
続いて、リンギング検出回路２におけるリンギングの検出方法について、図４および図５を参照しながら説明する。
【００３５】
図４（ａ）には、非接触送電装置１０内のスイッチング素子Ｑ１のドレインソース間電圧Ｖｄｓの経時変化の一例を示す。図４（ａ）に示すグラフの横軸は時間であり、縦軸は電圧である。図４（ｂ）には、非接触送電装置１０内のスイッチング素子Ｑ１のゲートソース間電圧Ｖｇｓの経時変化の一例を示す。図４（ｂ）に示すグラフの横軸は時間であり、縦軸は電圧である。図４（ａ）および図４（ｂ）は、制御回路部５により制御が行われていない状態での各電圧の変化を示すものである。
【００３６】
これらの図に示すように、スイッチング素子Ｑ１のゲートソース間電圧がハイレベルになり、スイッチング素子Ｑ１がターンオンする際、ドレインソース間電圧がゼロボルトにまで低下していない。これにより、損失増加を招くスイッチング損失が発生しており、波形にリンギングが表れている（図４（ａ）のＡ参照）。
【００３７】
図５（ａ）は、図４（ａ）に示すスイッチング素子Ｑ１のドレインソース間電圧のリンギング発生期間の波形を拡大して示すグラフである。図５（ｂ）は、図５（ａ）に対応する期間中にリンギング検出回路２で検出される検出電圧の波形を示すグラフである。
【００３８】
図５（ｂ）に示すように、リンギング検出回路２では、スイッチング素子Ｑ１のドレインソース間電圧にリンギングが発生したときに、ダイオード３と抵抗４によって極性が負の電圧を検出することができる。例えば、所定の期間内（例えば、３００ｎｓｅｃ、発振周波数６．７８ＭＨｚの場合の２周期）に極性が負の電圧、例えば−２Ｖ以下を２回以上検出したことで、スイッチ素子Ｑ１のドレインソース間電圧にリンギングが発生したと判断し、検出結果としてリングギングの有無を制御回路に送る。すなわち、スイッチング素子Ｑ１が望ましくないハードスイッチング状態となり、スイッチング素子Ｑ１にリンギングが発生すると、リンギング検出回路２は、極性が負の期間のみ動作する。
【００３９】
なお、スイッチング素子Ｑ１のドレインソース間電圧に負電圧が生じていないときは、リンギング検出回路２には電流は流れない。そのため、非接触送電装置１０の主回路の動作に影響を与えない。
【００４０】
（制御回路部での制御方法）
続いて、リンギング検出回路２での検出結果に基づいて、制御回路部５がスイッチング素子Ｑ１の動作を制御する方法について説明する。
【００４１】
本実施形態にかかる非接触送電装置１０では、制御回路部５は、リンギング検出回路２の検出結果に基づき、スイッチング素子Ｑ１の駆動デューティを変更する。具体的には、制御回路部５は、スイッチング素子Ｑ１を駆動するオンデューティを小さくする。すなわち、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間をオン期間よりも長くする。
【００４２】
これにより、スイッチング素子Ｑ１のソースドレイン間電圧の波形は、例えば、図６（ａ）に示すような波形から、図６（ｂ）に示す波形のようになる。図６（ａ）に示す波形は、図４（ａ）に示す波形と同じであり、スイッチング素子Ｑ１のターンオン時にリンギング波形が見られる。一方、制御回路部５によってスイッチング素子Ｑ１の駆動デューティが変更されると、図６（ｂ）に示すように、適正な制御信号となりリンギングが解消する。
【００４３】
以上のように、本実施形態にかかる非接触送電装置１０では、駆動信号のデューティとスイッチング素子Ｑ１の動作におけるデューティとの間に顕著な差があり、ハードスイッチング状態に陥っている場合、スイッチング素子Ｑ１の駆動デューティを補正する。これにより、ソフトスイッチング状態に移行することができる。
【００４４】
（第１の実施形態のまとめ）
以上のように、本実施形態にかかる無線電力伝送システム１は、非接触送電装置１０と受電装置２０とを備えている。非接触送電装置１０は、直流電圧源Ｖｉと、スイッチング素子Ｑ１と、リンギング検出回路２と、制御回路部５とを備えている。リンギング検出回路２は、スイッチング素子Ｑ１において発生するリンギングを検出する。制御回路部５は、リンギング検出回路２の検出結果に基づき、スイッチング素子Ｑ１の駆動デューティを変更する。リンギング検出回路２は、ダイオード３と抵抗４とを有している。ダイオード３および抵抗４は、スイッチング素子Ｑ１と並列に接続されている。ダイオード３は、スイッチング素子Ｑ１に負極性の電圧が生じた場合に導通する。抵抗４は、ダイオード３と直列に接続される。
【００４５】
非接触送電装置１０が正常に動作しているときは、スイッチング素子Ｑ１のドレインソース間電圧Ｖｄｓは正の電圧波形になる。したがって、リンギング検出回路２では、電圧変化は検出されない。一方、スイッチング素子Ｑ１のターンオン時にリンギングが発生すると、負の極性を有する電圧が発生する。そのため、リンギング検出回路２では、負極性成分の波形の変化が検出される。このように、スイッチング素子Ｑ１のターンオン時に発生するリンギングは、負電圧側のリンギング成分を検出する方が、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング素子状態が正常であるか異常であるかの判定を容易に行うことができる。また、判定精度も向上する。
【００４６】
したがって、本実施形態にかかる無線電力伝送システム１によれば、ハードスイッチング状態などの非接触送電装置１０内のスイッチング素子Ｑ１にとって望ましくない状態を検出し、スイッチング素子Ｑ１により負荷のかからない状態で、適切に電力を供給することができる。
【００４７】
なお、本実施の形態にかかる無線電力伝送システム１において、制御回路部５は、非接触送電装置１０に内蔵されず、外部のＰＣ等に内蔵された回路によって実現されていてもよい。制御回路部５が非接触送電装置１０に内蔵されない場合は、制御回路部５および非接触送電装置１０は、有線または無線を介して、制御信号または出力信号を交換してもよい。
【００４８】
〔第２の実施形態〕
続いて、本開示の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態にかかる無線電力伝送システム１は、非接触送電装置１０の制御回路部５におけるスイッチング素子Ｑ１の制御方法が、第１の実施形態とは異なる。それ以外は、第１の実施形態と同様の構成を適用することができる。
【００４９】
図１には、第２の実施形態にかかる無線電力伝送システム１の全体構成を示す。システムの具体的な構成は、第１の実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００５０】
続いて、本実施形態にかかる無線電力伝送システム１において、リンギング検出回路２での検出結果に基づいて、制御回路部５がスイッチング素子Ｑ１の動作を制御する方法について説明する。
【００５１】
無線電力伝送システム１を構成する非接触送電装置１０では、制御回路部５は、リンギング検出回路２の検出結果に基づき、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を停止させる。具体的には、リンギング検出回路２において図５（ｂ）に示すような波形が検出されると、その出力信号が制御回路部５に送信される。このとき、制御回路部５は、スイッチング素子Ｑ１にリンギングが発生したと判定し、スイッチング素子Ｑ１の動作を停止させる。
【００５２】
以上のように、本実施形態にかかる無線電力伝送システム１の非接触送電装置１０では、スイッチング素子Ｑ１にリンギングの発生が確認されると、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作が停止する。これにより、スイッチング素子Ｑ１にとって望ましくないスイッチング状態が検出された場合に、スイッチング素子Ｑ１の動作を停止させて電源の供給を止めることで、より安全に電力を供給することができる。
【００５３】
〔第３の実施形態〕
続いて、本開示の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態にかかる無線電力伝送システム１は、制御回路部５における非接触送電装置１０の制御方法が、第１の実施形態とは異なる。それ以外は、第１の実施形態と同様の構成を適用することができる。
【００５４】
図１には、第３の実施形態にかかる無線電力伝送システム１の全体構成を示す。システムの具体的な構成は、第１の実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００５５】
続いて、本実施形態にかかる無線電力伝送システム１において、リンギング検出回路２での検出結果に基づいて、制御回路部５が非接触送電装置１０の電源電圧を制御する方法について説明する。
【００５６】
無線電力伝送システム１を構成する非接触送電装置１０では、制御回路部５は、リンギング検出回路２の検出結果に基づき、非接触送電装置１０の電源電圧を低下させる。具体的には、リンギング検出回路２において図５（ｂ）に示すような波形が検出されると、その出力信号が制御回路部５に送信される。このとき、制御回路部５は、スイッチング素子Ｑ１にリンギングが発生したと判定し、直流電圧源Ｖｉの電圧値を低下させる。具体的に直流電圧源Ｖｉは、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）の出力電圧として実現され、制御回路５はＤＣ／ＤＣコンバータの定電圧制御値を低下させる。
【００５７】
以上のように、本実施形態にかかる無線電力伝送システム１の非接触送電装置１０では、スイッチング素子Ｑ１にリンギングの発生が確認されると、非接触送電装置１０の電源電圧を低下させる。非接触送電装置１０の投入電力を低減させることで、スイッチング素子Ｑ１の損失エネルギーを低減させることができる。これにより、スイッチング素子Ｑ１にとって望ましくないスイッチング状態が検出された場合に、スイッチング損失を低下させることができる。これにより、スイッチング素子Ｑ１の破損の可能性を低減させることができる。
【００５８】
〔第４の実施形態〕
続いて、本開示の第４の実施形態について説明する。上述の第１から第３の実施形態では、リンギングの発生が検出されたときに、制御回路部５はそれぞれ異なる方法で、非接触送電装置１０のスイッチング素子Ｑ１または電源を制御している。
【００５９】
しかし、本開示の一態様では、制御回路部５は、第１から第３の各実施形態で説明した制御方法を組み合わせてスイッチング素子Ｑ１および電源を制御してもよい。これにより、スイッチング素子Ｑ１にとって望ましくないスイッチング状態を検出し、より適切に電力を供給することのできる非接触送電装置１０を提供することができる。例えば、第２の実施形態と第３の実施形態を組合せることでスイチング素子Ｑ１以外のデバイスの電力消費、負荷を低減し、故障の危険性を回避できる。
【００６０】
〔第５の実施形態〕
続いて、本開示の第５の実施形態について説明する。上述の第１から第４の実施形態では、無線電力伝送システム１に用いる非接触送電装置１００について説明した。
しかしながら、本開示の一態様では、送電装置１０Ｂは、図７に示すように、無線ではなく、有線で負荷６に接続されていてもよい。負荷６は、例えば、スマートフォンなどの電子機器であってよい。
【００６１】
〔まとめ〕
本開示の一局面にかかる送電装置（例えば、非接触送電装置１０）は、電源（例えば、直流電圧源Ｖｉ）と、前記電源と接続された半導体スイッチング素子（例えば、スイッチング素子Ｑ１）と、前記半導体スイッチング素子において発生するリンギングを検出するリンギング検出回路（例えば、リンギング検出回路２）と、前記リンギング検出回路の検出結果に基づき、前記電源および前記半導体スイッチング素子の少なくとも何れかを制御する制御回路（例えば、制御回路部５）とを備えている。前記リンギング検出回路は、前記半導体スイッチング素子と並列に接続され、前記半導体スイッチング素子に負極性の電圧が生じた場合に導通するダイオード（例えば、ダイオード３）と、前記半導体スイッチング素子と並列に接続され、前記ダイオードと直列に接続された抵抗（例えば、抵抗４）とを有している。
【００６２】
また、上述の本開示の一局面にかかる送電装置において、前記制御回路は、前記リンギング検出回路の検出結果に基づき、前記半導体スイッチング素子の駆動デューティを変更してもよい。
【００６３】
また、上述の本開示の一局面にかかる送電装置において、前記制御回路は、前記リンギング検出回路の検出結果に基づき、前記半導体スイッチング素子のスイッチング動作を停止させてもよい。
【００６４】
また、上述の本開示の一局面にかかる送電装置において、前記制御回路は、前記リンギング検出回路の検出結果に基づき、前記電源の電源電圧を低下させてもよい。
【００６５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。また、本明細書で説明した異なる実施形態の構成を互いに組み合わせて得られる構成についても、本発明の範疇に含まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年6月3日(2020.6.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と、
前記電源と接続された半導体スイッチング素子と、
前記半導体スイッチング素子において発生するリンギングを検出するリンギング検出回路と、
前記リンギング検出回路の検出結果に基づき、前記電源および前記半導体スイッチング素子の少なくとも何れかを制御する制御回路とを備え、
前記リンギング検出回路は、
前記半導体スイッチング素子と並列に接続され、前記半導体スイッチング素子に負極性の電圧が生じた場合に導通するダイオードと、
前記半導体スイッチング素子と並列に接続され、前記ダイオードと直列に接続された抵抗とを有している、送電装置。
【請求項２】
前記リンギング検出回路は、所定の期間内に極性が負の電圧を２回以上検出した場合に、リンギング発生の有無を検出結果として前記制御回路に送信する、請求項１に記載の送電装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記リンギング検出回路の検出結果に基づき、前記半導体スイッチング素子の駆動デューティを変更する、請求項１または２に記載の送電装置。
【請求項４】
前記制御回路は、前記リンギング検出回路の検出結果に基づき、前記半導体スイッチング素子の駆動デューティを変更し、前記スイッチング素子のオン期間よりもオフ期間を長くする、請求項３に記載の送電装置。
【請求項５】
前記制御回路は、前記リンギング検出回路の検出結果に基づき、前記半導体スイッチング素子のスイッチング動作を停止させる、請求項１または２に記載の送電装置。
【請求項６】
前記制御回路は、前記リンギング検出回路の検出結果に基づき、前記電源の電源電圧を低下させる、請求項１から５の何れか１項に記載の送電装置。
【請求項７】
電源と、
前記電源と接続された半導体スイッチング素子と、
前記電源と接続され、前記半導体スイッチング素子と並列に接続された送電用コイルと、
前記電源と前記送電用コイルの間で前記送電用コイルと直列に接続され、前記半導体スイッチング素子と並列に接続されたキャパシタと、
前記半導体スイッチング素子において発生するリンギングを検出するリンギング検出回路と、
前記リンギング検出回路の検出結果に基づき、前記電源および前記半導体スイッチング素子の少なくとも何れかを制御する制御回路とを備え、
前記リンギング検出回路は、
前記半導体スイッチング素子と並列に接続され、前記半導体スイッチング素子に負極性の電圧が生じた場合に導通するダイオードと、
前記半導体スイッチング素子と並列に接続され、前記ダイオードと直列に接続された抵抗と、を有している、非接触送電装置。
【請求項８】
前記リンギング検出回路は、所定の期間内に極性が負の電圧を２回以上検出した場合に、リンギング発生の有無を検出結果として前記制御回路に送信する、請求項７に記載の非接触送電装置。
【請求項９】
前記制御回路は、前記リンギング検出回路の検出結果に基づき、前記半導体スイッチング素子の駆動デューティを変更する、請求項７または８に記載の非接触送電装置。
【請求項１０】
前記制御回路は、前記リンギング検出回路の検出結果に基づき、前記半導体スイッチング素子の駆動デューティを変更し、前記スイッチング素子のオン期間よりもオフ期間を長くする、請求項９に記載の非接触送電装置。
【請求項１１】
前記制御回路は、前記リンギング検出回路の検出結果に基づき、前記半導体スイッチング素子のスイッチング動作を停止させる、請求項７または８に記載の非接触送電装置。
【請求項１２】
前記制御回路は、前記リンギング検出回路の検出結果に基づき、前記電源の電源電圧を低下させる、請求項７から１１の何れか１項に記載の非接触送電装置。
【請求項１３】
請求項７から１２の何れか１項に記載の非接触送電装置と、
前記非接触送電装置から非接触で電力を供給され、受電用コイルを備える受電装置とを備えた無線電力伝送システム。
【国際調査報告】
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2019124034.tif 000011