(57)【要約】【課題】ヒューズを飛ばすのに不十分な電流が存在する場合の過電圧状態に対する保護を行う電圧クランプ保護回路。【解決手段】電圧クランプ保護回路は、電圧クランプ及びサーマルカットオフを有する。電圧クランプは、過電圧をクランプ電圧にクランプする。過電圧状態が非常に長く持続する場合、電圧クランプは、回路の残りを保護する開回路を形成するサーマルカットオフを起動するために十分な量の熱を放散する。電圧クランプ保護回路を、保護を強化するために他の種々の保護回路と組み合わせて用いることができる。【選択図】図１
2011519261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
保護回路であって、
しきい値温度まで加熱されると前記保護回路に開回路を形成するサーマルカットオフと、
前記サーマルカットオフに電気的及び熱的に結合された電圧クランプであって、過電圧状態に応答して入力電圧を所望のレベルにクランプするように適合され、熱の形態でエネルギーを前記サーマルカットオフに放散する前記電圧クランプと、
を備えたことを特徴とする保護回路。
【請求項２】
前記過電圧状態が持続すると、前記電圧クランプは、前記しきい値温度に到達するのに十分な量の熱を放散する請求項１に記載の保護回路。
【請求項３】
前記過電圧状態が持続すると、前記電圧クランプは、前記電圧クランプが故障する前に前記しきい値温度に到達するのに十分な量の熱を放散する請求項１に記載の保護回路。
【請求項４】
前記サーマルカットオフは、電気ヒューズを飛ばすのに不十分な電力が存在するときに開回路を形成することができる請求項１に記載の保護回路。
【請求項５】
前記サーマルカットオフ及び前記電圧クランプは、マイクロプロセッサからの入力なしで使用可能である請求項１に記載の保護回路。
【請求項６】
前記サーマルカットオフ及び前記電圧クランプは、電源なしで使用可能である請求項１に記載の保護回路。
【請求項７】
前記電圧クランプは過渡電圧サプレッサである請求項１に記載の保護回路。
【請求項８】
前記電圧クランプから前記サーマルカットオフへの熱の伝達をアシストする熱接着部を更に備えた請求項１に記載の保護回路。
【請求項９】
入力電圧で誘導的な電力を受け取る２次コイルと、
前記２次コイルと電気的に接続した２次負荷と、
前記２次コイルと前記２次負荷との間で電気的に接続された保護回路と、
を備え、前記保護回路は、
しきい値温度まで加熱されると前記２次負荷を前記２次コイルから切り離すサーマルカットオフと、
前記サーマルカットオフに電気的及び熱的に結合された電圧クランプであって、過電圧状態に応答して前記入力電圧を所望のレベルにクランプするように適合され、熱の形態でエネルギーを前記サーマルカットオフに放散する前記電圧クランプと、
を有することを特徴とする誘導的に給電される２次回路。
【請求項１０】
前記過電圧状態が持続すると、前記電圧クランプは、前記しきい値温度に到達するのに十分な量の熱を放散する請求項９に記載の誘導的に給電される２次回路。
【請求項１１】
前記過電圧状態が持続すると、前記電圧クランプは、前記電圧クランプが故障する前に前記しきい値温度に到達するのに十分な量の熱を放散する請求項９に記載の誘導的に給電される２次回路。
【請求項１２】
前記サーマルカットオフは、電気ヒューズを飛ばすのに不十分な電力が存在するときに前記２次負荷を前記２次コイルから切り離すことができる請求項９に記載の誘導的に給電される２次回路。
【請求項１３】
前記サーマルカットオフ及び前記電圧クランプは、マイクロプロセッサからの入力なしで使用可能である請求項９に記載の誘導的に給電される２次回路。
【請求項１４】
前記サーマルカットオフ及び前記電圧クランプは、電源なしで使用可能である請求項９に記載の誘導的に給電される２次回路。
【請求項１５】
前記電圧クランプは過渡電圧サプレッサである請求項９に記載の誘導的に給電される２次回路。
【請求項１６】
前記電圧クランプから前記サーマルカットオフへの熱の伝達をアシストする熱接着部を更に備えた請求項９に記載の誘導的に給電される２次回路。
【請求項１７】
２次コイルと、
前記２次コイルと電気的に接続した２次負荷と、
前記２次コイルと前記２次負荷との間で電気的に接続され、大きい過渡電流に応答して前記２次負荷を前記２次コイルから切り離す電気ヒューズと、
前記２次コイルと前記２次負荷との間で電気的に接続され、不良状態の検出に応答して前記２次負荷を前記２次コイルから切り離す、マイクロプロセッサ制御される電界効果トランジスタと、
電圧クランプ保護回路と、
を備え、前記電圧クランプ保護回路は、
しきい値温度まで加熱されると前記２次負荷を前記２次コイルから切り離すサーマルカットオフと、
前記サーマルカットオフに電気的及び熱的に結合された電圧クランプであって、過電圧状態に応答して入力電圧を所望のレベルにクランプするように適合され、熱の形態でエネルギーを前記サーマルカットオフに放散する前記電圧クランプと、
を有することを特徴とする誘導的に給電される２次回路。
【請求項１８】
前記過電圧状態が持続すると、前記電圧クランプは、前記しきい値温度に到達するのに十分な量の熱を放散する請求項１７に記載の誘導的に給電される２次回路。
【請求項１９】
前記過電圧状態が持続すると、前記電圧クランプは、前記電圧クランプが故障する前に前記しきい値温度に到達するのに十分な量の熱を放散する請求項１７に記載の誘導的に給電される２次回路。
【請求項２０】
前記サーマルカットオフは、電気ヒューズを飛ばすのに不十分な電力が存在するときに前記２次負荷を前記２次コイルから切り離すことができる請求項１７に記載の誘導的に給電される２次回路。
【請求項２１】
前記サーマルカットオフ及び前記電圧クランプは、マイクロプロセッサからの入力なしで使用可能である請求項１７に記載の誘導的に給電される２次回路。
【請求項２２】
前記サーマルカットオフ及び前記電圧クランプは、電源なしで使用可能である請求項１７に記載の誘導的に給電される２次回路。
【請求項２３】
前記電圧クランプは過渡電圧サプレッサである請求項１７に記載の誘導的に給電される２次回路。
【請求項２４】
前記電圧クランプから前記サーマルカットオフへの熱の伝達をアシストする熱接着部を更に備えた請求項１７に記載の誘導的に給電される２次回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、２００８年４月２５日に出願された米国仮特許出願第６１／０４８，０３６号の利益を主張する。
【０００２】
本発明は、誘導結合回路又は基本的にはその他のタイプの電気回路での使用に適した入力保護回路に関する。
【背景技術】
【０００３】
誘導結合には多数の利点がある。利点の一つは、装置を相互に用いることができる場合に簡単かつ有効な相互運用の更なる機会を許容することである。しかしながら、「依存関係を絶つ」とともにこの相互運用を可能にする回路設計は、第三者のシステムに対して回路が攻撃を受けやすくなる可能性がある。すなわち、第三者のシステムによって生成される磁界は、遠隔装置の２次コイルに対して誘導的にエネルギーを与え、不適切な量の電力を供給する。一部の状況において、これら第三者のソースからの電力は有害になる可能性がある。無線電力が広がるに従って第三者の磁界の量及び変化も増大する。
【０００４】
様々な保護回路が有線のアプリケーションにおいて周知である。例えば、ヒューズ、回路遮断器、温度センサ及び電流制限器は、一部の危険を制御するために一般的に用いられる保護機構である。これらの構成要素の一部は、他の多数の保護回路のように動作の際に適切な電源に依存する。時々、誘導結合環境における場合のように適切な電源が利用できないことがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一部の保護回路は、動作の際に適切な電源に依存しない。例えば、過渡電圧サプレッサ（ＴＶＳ）は、そのような保護回路の一つである。ＴＶＳは、点灯又はモータアーク放電によって生じるような突然又は瞬時の過電圧状態に応答するように設計されている。ＴＶＳは、電圧がアバランシェ降伏電位を超えるときに過度の電流を分路することによって動作する。ＴＶＳは、降伏電圧より上のほとんど全ての過電圧を抑制するクランプ装置である。大抵のクランプ装置のように、ＴＶＳは、過電圧がなくなったときに自動的にリセットするが、過渡エネルギーの大部分を内部に吸収する。過渡エネルギーは、典型的にはヒートシンクを用いることによって放散される。しかしながら、過電圧状態が非常に長い間持続する場合、ＴＶＳが破壊されるおそれがあり、その結果、回路が損傷され又は破壊されるおそれがある。
【０００６】
したがって、保護回路に対して適切な電源が利用できないときでも、特に、持続する過電圧状態から回路を保護することができる保護回路を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、サーマルカットオフに熱的に結合された電圧クランプを有する保護回路を提供する。電圧クランプは、過電圧状態からの保護を行う。過電圧状態が非常に長い時間持続する場合、電圧クランプは、回路の残りを保護する開回路を形成するサーマルカットオフを起動するために十分な量の熱を放散する。
【０００８】
一実施の形態において、保護回路は、誘導的に給電される２次回路のサブ回路である。本実施の形態において、第三者の磁界は、２次回路の２次コイルに好ましくない電圧を誘導するおそれがある。電圧クランプは、電圧を所望のレベルにクランプする。電圧クランプのエネルギーをヒートシンクに放散する代わりに、エネルギーを熱の形態でサーマルカットオフに放散する。選択的には、電圧クランプからサーマルカットオフへの熱の伝達をアシストするために熱接着部を用いることができる。電圧クランプが動作している状態が長くなるに従ってサーマルカットオフに放散される熱が多くなる。一旦サーマルカットオフにおいてしきい値温度に到達すると、開回路が形成される。
【０００９】
保護回路の本実施の形態の利点の一つは、電気ヒューズのような他の保護要素を起動するのに不十分な電力であるときに開回路を形成できることである。誘導的に給電される遠隔装置のような一部の状況において、利用できる電流の量が少ないにもかかわらず過電圧状態となることがある。電圧クランプが電源又はマイクロプロセッサからの入力を必要としないので、電圧クランプは機能を維持することができる。しかしながら、典型的な電圧クランプは、無制限に過電圧状態にさらすことができない。最終的には、電圧クランプによって生成された熱によって電圧クランプが故障するおそれがある。本実施の形態において、故障が生じる前に、サーマルカットオフを起動するとともに回路の残りを保護する開回路を形成するのに十分な熱を生成する。これによって、他の保護要素を起動するのに十分な電流がない場合でも過電圧状態からの保護を行うことができる。この実現は、誘導的に給電される遠隔装置に対して特に適しているが、基本的にはあらゆる電気回路での使用にも適している。電圧クランプ保護回路の他の利点は、１）比較的低いインピーダンス及び２）マイクロプロセッサ制御が不要であることを含む。
【００１０】
他の実施の形態において、本発明の保護回路は、広範囲の保護を行うために他の保護回路と組み合わせて用いられる。一実施の形態において、保護回路の組合せは、回路に対する動作の手段を規定し、種々の保護回路は、予測される種々の不良状態又は予測されない種々の不良状態の両方に対してトリガをかける。例えば、ある保護回路を、負荷を保護するために設計し、他の保護回路を、２次回路を全体として保護するために設計することができる。ある保護回路を、過電圧状態に対する保護を行うために設計し、他の保護回路を、過電流状態に対する保護を行うために設計することができる。さらに、ある保護回路を、過渡的又は持続的な不良状態に対する保護を行うために設計することができる。一実施の形態において、三つの異なる段階の保護を行う。１）電気ヒューズが一般的に大きな過渡電流に対する回路の保護を強化する。２）マイクロプロセッサによって制御される電界効果トランジスタは、周波数、温度、入力電圧又は入力電流を含む一つ以上の検知された特性に応答して負荷を保護する。３）サーマルカットオフを有する電圧クランプ保護回路は、電流が低い場合でも過渡的な過電圧状態と持続的な過電圧状態の両方に対する一般的な回路の保護を強化する。
【００１１】
本発明のこれら及び他の目的、利点及び形態は、本実施の形態の説明及び図面を参照することによって十分に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】電圧クランプ保護回路を有する誘導結合システムの一実施の形態の回路図である。
【図２】電圧クランプ保護回路を有する２次回路の一実施の形態の機能ブロック図である。
【図３】図２の２次回路の一実施の形態の回路図である。
【図４】電圧クランプ保護回路を有する２次回路の他の実施の形態の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１を参照すると、本発明の一実施の形態による電圧クランプ保護回路３８を有する誘導結合システムの図を示す。図示した誘導結合システムは、誘導電源１０及び遠隔装置２０を有する。誘導電源１０は、電源回路１２と、コンデンサ１４と、１次コイル１６と、を有する。遠隔装置２０は、２次コイル２２と、サーマルカットオフ２４と、電圧クランプ２６と、任意の熱接着部２５と、任意の整流回路３２と、負荷３４と、を有する。電圧クランプ保護回路３８は、一般的に少なくとも二つの構成要素、電圧クランプ２６及びサーマルカットオフ２４を有する。図示した実施の形態において、電圧クランプ２６及びサーマルカットオフ２４は、任意の熱接着部２５によって互いに熱的に結合される。サーマルカットオフ２４は、２次回路２２と回路の残りとの間で電気的に接続される。電圧クランプ２６は、過電圧状態に応答して入力電圧をクランプする。フルブリッジ整流回路３２及び負荷３４を有する本実施の形態において、過電圧状態が非常に長く持続する場合、電圧クランプは、サーマルカットオフ２４を起動するとともに回路の残りを保護する開回路を形成するために十分な量の熱を放散する。
【００１４】
電圧クランプ保護回路３８は、誘導結合システムが直面する一部の課題及び制約のために誘導結合システム内で使用するのに特に適している。電圧クランプ保護回路３８を誘導結合システムに関連して主に説明するが、電圧クランプ保護回路３８は、基本的にはあらゆる電気回路の保護を行うのに適している。
【００１５】
図１に示す実施の形態を共振１次装置(resonant primary)に関連して説明するが、本発明は、非共振１次装置(non-resonant primary)の使用にも適している。さらに、図１に示す実施の形態において、電圧クランプ保護回路３８は、単独の保護機構である。図２〜４に示すような他の実施の形態において、電圧クランプ保護回路３８を、種々の予測される不良状態及び予測されない不良状態からの回路の保護に関連して用いられる複数の異なる保護回路の一つとすることができる。
【００１６】
本発明は、あらゆる誘導結合システムの基本的にはあらゆる遠隔装置での使用に適している。したがって、誘導電源１０及び遠隔装置２０を詳細に説明しない。電源１０が電源回路１２及び１次コイル１６を有し、遠隔装置２０が２次コイル２２及びバッテリー又は基本的には他のあらゆる負荷とすることができる２次負荷３４を有すると言えば十分である。電源回路１２は、交流電流を生成し、交流電流を１次コイル１６に供給する。電源回路１２による交流電流の供給の結果、１次コイル１６は電磁界を生成する。電源回路１２を、基本的には交流電流を１次コイル１６に供給することができるあらゆる回路とすることができる。例えば、電源回路１２を、２００４年１１月３０日に発行されたクーネン(Kuennen)等による「誘導結合バラスト回路」(Inductively Coupled Ballast Circuit)の名称の米国特許第６，８２５，６２０号に開示された誘導電源装置の共振探索回路(resonant seeking circuit)、２００７年５月１日に発行されたバーマン(Baarman)による「適合誘導電源」(Adaptive Inductive Power Supply)の名称の米国特許第７，２１２，４１４号に開示された適合誘導電源、２００３年１０月２０日に出願されたバーマンによる「通信用適合誘導電源」(Adaptive Inductive Power Supply with Communication)の名称の米国特許出願第１０／６８９，１４８号の通信用誘導電源、２００７年９月１４日に出願されたバーマンによる「バッテリー充電装置及び方法」(System and Method for Charging a battery)の名称の米国特許出願第１１／８５５，７１０号のリチウムイオンバッテリー無線充電用誘導電源、２００７年１２月２７日に出願されたバーマン等による「装置識別用誘導電源」(Inductive Power Supply with Device Identification)の名称の米国特許出願第１１／９６５，０８５号の装置識別用誘導電源、又は２００８年１月７日に出願されたバーマンによる「デューティサイクル制御用誘導電源」(Inductive Power Supply with Duty Cycle Control)の名称の米国特許出願第６１／０１９，４１１号のデューティサイクル制御用誘導電源とすることができ、これらの全ては、全体を参照することによってここに組み込まれる。
【００１７】
図示した実施の形態の１次コイル１６は、電磁界を生成するのに適したワイヤの円形コイルである。一部のアプリケーションにおいて、１次コイル１６を、リッツ線のコイルとすることができる。コイルの特性をアプリケーションごとに変更することができる。例えば、コイルの巻数、サイズ、形状及び配置を変更することができる。さらに、ワイヤの長さ、内径及びタイプのようなワイヤの特性を変更することができる。ワイヤのコイルに関連して説明したが、１次コイル１６を、基本的には適切な電磁界を生成することができる任意の構造とすることもできる。一実施の形態において、１次コイル１６（又は２次コイル２２）を、２００７年９月２８日に出願されるとともに全体を参照することによってここに組み込まれたバーマン等による「プリント回路基板コイル」(Printed Circuit Board Coil)の名称の米国特許出願第６０／９７５，９５３号の発明の原理を具体化するプリント回路基板コイルのようなプリント回路基板コイルに置換することができる。
【００１８】
既に説明したように、遠隔装置２０は、一般に、２次コイル２２と、電圧クランプ保護回路３８と、任意の整流回路３２と、負荷３４と、を有する。遠隔装置２０を、図面中で典型的に示すが、基本的には電磁界で動作し又は電磁界に応答する任意の装置又は構成要素とすることができる。例えば、一実施の形態において、遠隔装置２０を、携帯電話や、携帯端末や、デジタルメディアプレーヤーや、内部バッテリーを再充電するために誘導電力を用いることができる他の電子装置のような誘導電源１０から誘導的に受信した電力で動作する負荷３４を有する能動装置とすることができる。図１に示す実施の形態において、任意の整流回路３２は、負荷に供給される電力を整流する。他の実施の形態において、整流回路３２を置換し又は削除することができる。
【００１９】
図示した実施の形態の２次コイル２２は、電磁界が変動したときに電気を生成するのに適したワイヤの円形コイルである。一部のアプリケーションにおいて、２次コイル２２を、リッツ線のコイルとすることができる。１次コイル１６と同様に、２次コイル２２の特性をアプリケーションごとに変更することができる。例えば、２次コイル２２のコイルの巻数、サイズ、形状及び配置を変更することができる。さらに、ワイヤの長さ、内径及びタイプのようなワイヤの特性を変更することができる。ワイヤのコイルに関連して説明したが、２次コイル２２を、基本的には電磁界に応答して十分な電力を生成することができる任意の構造とすることもできる。
【００２０】
電圧クランプ保護回路３８を更に詳しく説明する。既に説明したように、電圧クランプ保護回路３８は、二つの主要構成要素、電圧クランプ２６及びサーマルカットオフ２４を有する。電圧クランプ保護回路３８の素子を、市販の素子又は特定のアプリケーションに対する特定セットの特性を有する特別に設計された素子とすることができる。電圧クランプ２６及びサーマルカットオフ２４を熱的に結合するために熱接着部２５を任意に用いることができる。十分な熱伝導を促進するために電圧クランプ２６及びサーマルカットオフ２４を互いに近接して配置することもできる。一部の実施の形態において、熱接着部２５を使用することによって、サーマルカットオフ２４を作動させるために電圧クランプ２６が生成するのに必要な熱量を減少させることができる。電圧クランプ保護回路３８の抵抗は、比較的低い。例えば、図１に示す実施の形態において、電圧クランプ保護回路３８は、約１０ｍΩの抵抗を有する。さらに、電圧クランプ保護回路３８の動作のためにマイクロプロセッサの制御を必要としない。
【００２１】
電圧クランプ２６は、電圧を所望のレベルにクランプし、エネルギーを熱の形態で放散する。一般的には、電圧クランプ回路は、他の回路が予め決定された所定の電圧レベルを超えないようにするために用いられる任意の電気回路を有する。本実施の形態において、電圧クランプ２６は、電圧クランプを損傷することなくサーマルカットオフを作動するのに十分な熱を放散することができる。典型的には、電圧クランプは、モニタされた回路の電圧を検知することによって動作し、電圧が制限値を超えるおそれがある場合、電圧が予め決定された電圧レベルを超えるのを防止するために出力部から電流を規則的に取り出す電気的な負荷を適用する。正確なクランプは、電圧クランプ保護回路３８の動作に重要でない。すなわち、多くの実施の形態において、クランプの精度は、保護回路の動作を制限する要因ではない。例えば、正確に設計された場合、電圧クランプは、電圧クランプ保護回路３８の動作に影響を及ぼすことなく大きな許容範囲で定格より上又は下で動作することができる。さらに、一部の実施の形態において、クランプ回路は、電圧クランプ保護回路３８の動作にほとんど影響を及ぼすことなくクランプ電圧が変動し又は設計された特性から瞬時的に逸脱する場合の移行期間を有することができる。例えば、クランプ回路が一度起動するが電圧をクランプする前の電圧クランプに対する短い移行期間は、許容範囲になり、保護回路の動作にほとんど影響を及ぼさない。
【００２２】
基本的にはあらゆる電圧クランプ２６が電圧クランプ保護回路３８の使用に適している。特定タイプの電圧クランプ及びその特別な特性を、アプリケーションごとに変更することができる。図１に示す実施の形態において、電圧クランプ２６は、単一の過渡電圧サプレッサ（ＴＶＳ）ダイオードである。ＴＶＳダイオードは、電圧スパイクから電子機器を保護するのに用いられる電気部品である。ＴＶＳダイオードは、誘導電圧がアバランシェ降伏電位を超えるときに過度の電流を分路することによって動作する。ＴＶＳダイオードは、降伏電圧より上の過電圧を抑制するクランプ装置である。大抵のクランプ装置のように、ＴＶＳダイオードは、過電流がなくなったときに自動的にリセットするが、過渡エネルギーの一部を内部に吸収する。
【００２３】
典型的には、市販のＴＶＳダイオードは、吸収された過渡エネルギーを放散するためにヒートシンクに熱的に結合される。図１に示す実施の形態において、サーマルカットオフ２４は、ヒートシンクの代わりにＴＶＳダイオードに熱的に結合される。他の実施の形態において、ＴＶＳダイオードを、ヒートシンクとサーマルカットオフ２４の両方に熱的に結合することができる。更に別の実施の形態において、電圧クランプ保護回路を、製造中にＴＶＳダイオードをサーマルカットオフに熱的に結合する単一の構成要素として製造する。更に別の実施の形態において、ヒートシンクを市販の電圧クランプから取り除き、熱接着部を使用してサーマルカットオフに熱的に結合することができる。一部のアプリケーションにおいて、熱結合を必要としなくてもよく、十分な熱を電圧クランプからサーマルカットオフに確実に伝達させるために電圧クランプとサーマルカットオフとの間で物理的に近接させるだけで十分である。
【００２４】
図１に示す電圧クランプ保護回路のＴＶＳダイオードを双方向とする。双方向ＴＶＳダイオードは、保護すべき回路に並列接続され、本実施の形態において、整流回路３２は、負荷３４への電力を整流する。双方向ＴＶＳダイオードを、単一の構成要素又は二つの対向するアバランシェダイオードとして実現することができる。アバランシェダイオードは、特定の逆バイアス電圧でアバランシェ降伏となるように設計されたダイオードである。一部のアプリケーションにおいて、ツェナーダイオードがアバランシェダイオードに取って代わることができる。
【００２５】
双方向ＴＶＳダイオードは、本発明で使用するのに適した電圧クランプの一例に過ぎない。他の実施の形態において、金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）のような他の電圧クランプも適切である。バリスタは、著しくオームの法則に従わない電流−電圧特性を有する電子部品である。バリスタは、典型的には、回路に組み込むことによって過度の過渡電圧に対する保護を行い、トリガがかけられたときには、高電圧により生成された電流を精密な素子から離すように分路する。一実施の形態において、バリスタが機能しなくなる前にサーマルカットオフを起動するために十分な量の熱がバリスタによって放散される。
【００２６】
サーマルカットオフは、特定の温度まで過熱されたときに電流を遮断する。サーマルカットオフは、ヘアドライヤーやコーヒーメーカーのような発熱する電化製品において見つけることができる。サーマルカットオフの二つの主要カテゴリー、サーマルヒューズ及びサーマルスイッチがある。サーマルヒューズは、１回限りの可溶性リンク(one-time fusible link)を使用するカットオフである。しばしばサーマルリセットと称されるサーマルスイッチは、通常は高温で開き、温度が降下すると再び閉じる装置である。
【００２７】
サーマルカットオフは、典型的にはトリップポイント温度によって特徴付けられる。図１に示す実施の形態において、サーマルカットオフ２４は、１０２℃のトリップポイントを有する１回限りの可溶性リンクとして実現される。一実施の形態において、一旦電圧クランプが約１１３℃に到達すると、トリップポイントに到達するのに十分な熱がサーマルカットオフに伝達される。サーマルカットオフにトリガをかけるのに必要な電圧クランプ温度は、種々の要因に依存することができ、これらの要因は、電圧クランプとサーマルカットオフとの間の熱結合の表面積を含み、場合によっては、電圧クランプとサーマルカットオフとの間の近接性、サーマルカットオフのトリップポイント、電圧クランプの温度、電圧クランプが熱を放散する時間の長さ及び複数の他の種々の要因を含む。一旦サーマルヒューズが飛ばされると、そのサーマルヒューズを、電圧クランプ保護回路を再び使用可能にする新しい切れてないヒューズに置換することができる。一実施の形態において、電圧クランプ保護回路は、単一の取外し可能な構成要素として製造される。
【００２８】
他の実施の形態において、サーマルカットオフは自動的にリセットする。自動的にリセットする実施の形態において、サーマルスイッチは、１回限りの使用のサーマルヒューズの代わりに実現される。一実施の形態において、サーマルスイッチは、熱電対に電気的に結合された電界効果トランジスタを有する。熱電対は、温度を測定するセンサである。二つの異なる金属が一端で互いに接合され、二つの金属の接合部が加熱又は冷却されたとき、元の温度に相関させることができる電圧を生成する。基本的には、これによって熱ポテンシャル差を電位差に変換することができる。電位差を、スイッチを制御するのに用いることができる。
【００２９】
一実施の形態において、熱電対は、電圧クランプに熱的に結合される。電圧クランプがしきい値温度を超えて熱電対を加熱する場合、熱電対は、開回路にするために電界効果トランジスタに対する制御信号を生成及び送信し、不良状態を除去し、これによって、電圧クランプを冷却する。一旦電圧クランプがしきい値温度を超えて熱電対を冷却する場合、熱電対は、閉回路にするために電界効果トランジスタに対する制御信号を生成及び送信する。
【００３０】
上記電圧クランプ保護回路を、予測され及び予測されない多数の不良状態に対する広範囲の回路保護を行うために種々の他の保護回路と組み合わせて用いることができる。
【００３１】
図２及び図３に示す実施の形態において、三つの異なる段階の回路保護、１）電気ヒューズ、２）一つ以上の検知された特性に応答してマイクロプロセッサにより制御される電界効果トランジスタ、及び、３）電圧クランプ保護回路を設ける。他の実施の形態において、更に多くの又は更に少ない保護回路機構を設けることができる。
【００３２】
２次回路の一実施の形態を、図２の機能ブロック図及び図３の線形図に示す。２次回路は、２次コイル４２と、電気ヒューズ４０と、電圧クランプ保護回路４４と、電源整流ダイオード５０と、負荷整流ダイオード５２と、電源５６と、温度センサ６０と、入力電圧センサ６２と、コイル周波数センサ８４と、負荷電圧センサ６４と、ゲート電圧昇圧回路６８と、ＦＥＴ制御部７０と、負荷８２と、負荷切離しＦＥＴ７４と、マイクロプロセッサ８０と、を有する。他の実施の形態において、更に多くの又は更に少ない構成要素を含むことができる。例えば、他の実施の形態は、誘導１次装置又は他の遠隔装置と通信を行う通信回路を有することができる。
【００３３】
図２及び図３に示す２次コイル４２は、中心タップ形態である。中心タップ形態は、インダクタの巻線に沿ったポイントに対する接続を行う場合をいう。本実施の形態において、中心タップは接地される。他の実施の形態は、中心タップ形態を用いなくてもよい。
【００３４】
電気ヒューズ４０は、大きいサージ電流から回路を保護する。一部の実施の形態において、電気ヒューズは、過電流状態に対する保護を強化することができる。しかしながら、一部の状況において、過電圧状態であるが電気ヒューズ４０を飛ばすのに不十分な電流が生じることがある。これらの状況において、電圧クランプ保護回路４４は、回路保護を強化することができる。
【００３５】
図２及び図３の電圧クランプ保護回路４４を、図１の電圧クランプ保護回路３８に関連して説明する。図３に最もよく示すように、中心タップ形態において、電圧クランプ保護回路は、複数のサーマルカットオフ１０２，１０４及び電圧クランプ１０６，１０８を有する。四つの装置を一つの保護装置として熱的に接続することができる。電圧クランプ保護回路４４の特定の特性は、アプリケーションごとに変更することができる。一実施の形態において、電圧クランプ１０６，１０８は、一つの電圧クランプを有する同様に形成された中心タップでない設計の定格クランプ電圧の約半分の定格クランプ電圧を有する双方向ＴＶＳダイオードである。
【００３６】
他の実施の形態において、電圧クランプ保護回路４４は、抵抗加熱オプションを有することができる。本実施の形態において、抵抗は、電圧クランプの他にサーマルカットオフに熱的に結合される。マイクロプロセッサが問題を検出する場合、抵抗がサーマルカットオフを加熱し及び作動させるよう抵抗をコイルに接続することができる。
【００３７】
整流ダイオード５０は、電源５６及び入力電圧センサ６２に対する２次コイル４２からの電力を整流する。負荷整流ダイオード５２は、ゲート電圧昇圧部６８、負荷８２及び負荷電圧センサ６４に対する電力を整流する。市販のダイオード又は特別に設計されたダイオードを実現することができる。
【００３８】
図２及び図３に示す実施の形態の電源５６を、比較的大きい電圧を許容するとともにマイクロプロセッサ８０及び温度センサ６０に給電する適切な電源を形成することができる電源とする。他の実施の形態は、このような電源を含む必要がない。基本的には、マイクロプロセッサに対する安定した電源を提供することができるあらゆる電源を実現することができる。
【００３９】
温度センサ６０、入力電圧センサ６２、コイル周波数センサ８４、電流センサ７４及び負荷電圧センサ６４は全て、２次回路についての特性を検知し、マイクロプロセッサに測定結果を供給する。本発明は、基本的にはこれらのセンサのあらゆる実現の使用に適している。したがって、これらのセンサを詳細に説明しない。
【００４０】
温度センサ６０は、遠隔装置の作用、保護回路の作用又はその両方に対して用いることができる温度の読出しを行う。電源５６が使用可能であるとともに十分な電力を温度センサ６０及びマイクロプロセッサ８０に供給する限り、温度センサを、負荷８２を切り離すための条件として用いることができる。一実施の形態において、簡単なしきい値温度がマイクロプロセッサ８０に設定され、検知された温度がしきい値を超える場合、負荷８２を切り離すために制御信号が送信される。他の実施の形態において、どのような条件で負荷８２を切り離すかを決定するために種々の形態を実現することができる。例えば、一連の上記しきい値温度の読出しは、切り離しのために負荷にトリガをかけることができる。
【００４１】
本実施の形態では、入力電圧センサ６２は、主に回路を保護するために用いられる電圧の読出しを行う。過電圧状態が検出された場合、マイクロプロセッサ８０は、負荷８２を切り離すために信号を送信することができる。本実施の形態において、これは、負荷を過電圧状態から保護するが、２次回路の残りを過電圧状態から保護するために何も行わない。負荷に対する過電圧状態を回路の残りに対する過電圧状態に対して考慮しても考慮しなくてもよい。これまで説明した電圧クランプ保護回路４４は、一般的に２次回路に影響を及ぼす過電圧状態を処理するのにより適している。
【００４２】
コイル周波数センサ８４は、例えば、バッテリー充電アルゴリズム及び保護に関連したアプリケーションを含む多数の異なるアプリケーションを有することができる周波数の読出しを行う。電圧センサ６２と同様に、本実施の形態のコイル周波数センサ８４から決定されるあらゆる不良状態は、負荷を切り離すためにトリガをかけ、２次回路の他の回路を保護する必要がない。
【００４３】
電流センサ７４は、マイクロプロセッサ８０に対する電流の読出しを行う。本実施の形態において、これらの読出しは、特に、保護作用と充電作用の両方に有用である。他のセンサと同様に、しきい値を超えることによって、負荷を切り離すために制御信号にトリガをかけることができる。電流センサ７４が負荷８２に直列であるので、図４の実施の形態に示すように負荷の前に配置するか図２及び図３に示すように負荷の後に配置するかは重要でない。
【００４４】
本実施の形態の負荷電圧センサ６４は、バッテリー充電アルゴリズムで使用するためにマイクロプロセッサ８０に情報を提供する。
【００４５】
ゲート電圧昇圧回路６８は、ＦＥＴ制御回路７０に対して十分な電力があることを保証する。高電圧を許容することができる電源を有する実施の形態において、この回路は、ＦＥＴが使用可能状態であることを保証する。他の電源を有する他の実施の形態において、ゲート電圧昇圧回路６８及びＦＥＴ制御回路７０を必要としなくてもよく、これらを取り除くことができる。例えば、図４に示す実施の形態において、マイクロプロセッサ８０は、負荷切離しＦＥＴ７２に直接接続し、この回路が取り除かれる。
【００４６】
図２〜４に示す実施の形態の負荷切離しＦＥＴ７２によって、マイクロプロセッサは、不良状態を検出すると負荷を切り離すことができる。これまで説明したように、不良状態は、電圧不良状態、電流不良状態、温度不良状態又は周波数不良状態を含むが、これらに限定されない。負荷切離しＦＥＴ７２は、負荷を保護する役割を果たすが、回路の保護の必要の全てを満足しない。
【００４７】
動作中、電気ヒューズ４０は、回路全体に対する大きな過渡電流からの比較的迅速な保護を行う。負荷切離しＦＥＴ７２と種々のセンサ及びマイクロプロセッサ８０との組合せは、負荷８２に対する種々の保護を行う。また、最終的には、電圧クランプ保護回路４４は、電気ヒューズ４０を飛ばすのに十分な電流がない場合でも回路全体に対する過電圧保護を行う。そのような過電圧状態は比較的珍しかったが、誘導結合システムが普及するに従って著しく増大しうる。
【００４８】
これまでの説明は、本発明の実施の形態の説明である。種々の変更及び変形が、本発明の精神及びより広い態様から逸脱することなく可能である。例えば、項目「一つ」(a, an)又は上記(the, said)を用いた単数の要素に対するあらゆる参照符号は、要素を単数に制限すると解釈すべきでない。
【図１】
2011519261.tif 000003
【図２】
2011519261.tif 000004
【図３】
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【図４】
2011519261.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成22年10月26日(2010.10.26)
【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】
保護回路であって、
しきい値温度まで加熱されると前記保護回路に開回路を形成するサーマルカットオフと、
前記サーマルカットオフに電気的及び熱的に結合された電圧クランプであって、前記電圧クランプは、電気的に接続した少なくとも二つのダイオードを有する双方向過渡電圧サプレッサであり、過電圧状態に応答して入力電圧を所望のレベルにクランプするように適合され、熱の形態でエネルギーを前記サーマルカットオフに放散する前記電圧クランプと、
を備えたことを特徴とする保護回路。
【請求項２】
前記過電圧状態が持続すると、前記電圧クランプは、前記しきい値温度に到達するのに十分な量の熱を放散する請求項１に記載の保護回路。
【請求項３】
前記過電圧状態が持続すると、前記電圧クランプは、前記電圧クランプが故障する前に前記しきい値温度に到達するのに十分な量の熱を放散する請求項１に記載の保護回路。
【請求項４】
前記サーマルカットオフは、電気ヒューズを飛ばすのに不十分な電力が存在するときに開回路を形成することができる請求項１に記載の保護回路。
【請求項５】
前記サーマルカットオフ及び前記電圧クランプは、マイクロプロセッサからの入力なしで使用可能である請求項１に記載の保護回路。
【請求項６】
前記サーマルカットオフ及び前記電圧クランプは、電源なしで使用可能である請求項１に記載の保護回路。
【請求項７】
前記少なくとも二つのダイオードはツェナーダイオードであり、前記少なくとも二つのダイオードの少なくとも一方は、前記少なくとも二つのダイオードの少なくとも他方に対向して電気的に接続した請求項１に記載の保護回路。
【請求項８】
前記電圧クランプから前記サーマルカットオフへの熱の伝達をアシストする熱接着部を更に備えた請求項１に記載の保護回路。
【請求項９】
１次回路から電力を受け取るために誘導的に給電される２次回路であって、
入力電圧で誘導的な電力をワイヤレスで受け取り、前記２次回路と前記１次回路との間に物理的な接続が存在しなくした２次コイルと、
前記２次コイルと電気的に接続した２次負荷と、
前記２次コイルと前記２次負荷との間で電気的に接続された保護回路と、
を備え、前記保護回路は、
しきい値温度まで加熱されると前記２次負荷を前記２次コイルから切り離すサーマルカットオフと、
前記サーマルカットオフに電気的及び熱的に結合された電圧クランプであって、過電圧状態に応答して前記入力電圧を所望のレベルにクランプするように適合され、熱の形態でエネルギーを前記サーマルカットオフに放散する前記電圧クランプと、
を有することを特徴とする誘導的に給電される２次回路。
【請求項１０】
前記過電圧状態が持続すると、前記電圧クランプは、前記しきい値温度に到達するのに十分な量の熱を放散する請求項９に記載の誘導的に給電される２次回路。
【請求項１１】
前記過電圧状態が持続すると、前記電圧クランプは、前記電圧クランプが故障する前に前記しきい値温度に到達するのに十分な量の熱を放散する請求項９に記載の誘導的に給電される２次回路。
【請求項１２】
前記サーマルカットオフは、電気ヒューズを飛ばすのに不十分な電力が存在するときに前記２次負荷を前記２次コイルから切り離すことができる請求項９に記載の誘導的に給電される２次回路。
【請求項１３】
前記サーマルカットオフ及び前記電圧クランプは、マイクロプロセッサからの入力なしで使用可能である請求項９に記載の誘導的に給電される２次回路。
【請求項１４】
前記サーマルカットオフ及び前記電圧クランプは、電源なしで使用可能である請求項９に記載の誘導的に給電される２次回路。
【請求項１５】
前記電圧クランプは過渡電圧サプレッサであり、前記過渡電圧サプレッサは、電気的に接続した少なくとも二つのダイオードを有する双方向過渡電圧サプレッサであり、前記少なくとも二つのダイオードはツェナーダイオードであり、前記少なくとも二つのダイオードの少なくとも一方は、前記少なくとも二つのダイオードの少なくとも他方に対向して電気的に接続した請求項９に記載の誘導的に給電される２次回路。
【請求項１６】
前記電圧クランプから前記サーマルカットオフへの熱の伝達をアシストする熱接着部を更に備えた請求項９に記載の誘導的に給電される２次回路。
【請求項１７】
２次コイルと、
前記２次コイルと電気的に接続した２次負荷と、
前記２次コイルと前記２次負荷との間で電気的に接続され、故障状態の検出に応答して前記２次負荷を前記２次コイルから切り離す、マイクロプロセッサ制御された電界効果トランジスタと、
電圧クランプ保護回路と、
を備え、前記電圧クランプ保護回路は、
しきい値温度まで加熱されると前記２次負荷を前記２次コイルから切り離すサーマルカットオフと、
前記サーマルカットオフに電気的及び熱的に結合された電圧クランプであって、過電圧状態に応答して入力電圧を所望のレベルにクランプするように適合され、熱の形態でエネルギーを前記サーマルカットオフに放散する前記電圧クランプと、
を有することを特徴とする誘導的に給電される２次回路。
【請求項１８】
前記過電圧状態が持続すると、前記電圧クランプは、前記しきい値温度に到達するのに十分な量の熱を放散する請求項１７に記載の誘導的に給電される２次回路。
【請求項１９】
前記過電圧状態が持続すると、前記電圧クランプは、前記電圧クランプが故障する前に前記しきい値温度に到達するのに十分な量の熱を放散する請求項１７に記載の誘導的に給電される２次回路。
【請求項２０】
前記サーマルカットオフは、電気ヒューズを飛ばすのに不十分な電力が存在するときに前記２次負荷を前記２次コイルから切り離すことができる請求項１７に記載の誘導的に給電される２次回路。
【請求項２１】
前記サーマルカットオフ及び前記電圧クランプは、マイクロプロセッサからの入力なしで使用可能である請求項１７に記載の誘導的に給電される２次回路。
【請求項２２】
前記サーマルカットオフ及び前記電圧クランプは、電源なしで使用可能である請求項１７に記載の誘導的に給電される２次回路。
【請求項２３】
前記電圧クランプは過渡電圧サプレッサであり、前記過渡電圧サプレッサは、電気的に接続した少なくとも二つのダイオードを有する双方向過渡電圧サプレッサであり、前記少なくとも二つのダイオードはツェナーダイオードであり、前記少なくとも二つのダイオードの少なくとも一方は、前記少なくとも二つのダイオードの少なくとも他方に対向して電気的に接続した請求項１７に記載の誘導的に給電される２次回路。
【請求項２４】
前記電圧クランプから前記サーマルカットオフへの熱の伝達をアシストする熱接着部を更に備えた請求項１７に記載の誘導的に給電される２次回路。
【請求項２５】
前記２次コイルと前記２次負荷との間で電気的に接続され、大きい過渡電流に応答して前記２次負荷を前記２次コイルから切り離す電気ヒューズを有する請求項１７に記載の誘導的に給電される２次回路。
【国際調査報告】
2011519261.tif 000007
2011519261.tif 000008