(57)【要約】  ２ＭＨｚを超える高周波数でスイッチング動作を行うパワー素子を備えた共振型高周波電源装置であって、装置出力電圧の振幅調整を行う可変型のインダクタを備えた。
2015063920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２ＭＨｚを超える高周波数でスイッチング動作を行うパワー素子を備えた共振型高周波電源装置であって、
装置出力電圧の振幅調整を行う可変型のインダクタを備えた
ことを特徴とする共振型高周波電源装置。
【請求項２】
前記パワー素子は、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）用のＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）以外のＦＥＴである
ことを特徴とする請求項１記載の共振型高周波電源装置。
【請求項３】
前記パワー素子は、プッシュプル構成又はシングル構成である
ことを特徴とする請求項１記載の共振型高周波電源装置。
【請求項４】
磁界共鳴による電力伝送用送信アンテナとの間で共振条件を合わせるコンデンサ及びインダクタからなる共振回路素子を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の共振型高周波電源装置。
【請求項５】
電界共鳴による電力伝送用送信アンテナとの間で共振条件を合わせるコンデンサ及びインダクタからなる共振回路素子を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の共振型高周波電源装置。
【請求項６】
電磁誘導による電力伝送用送信アンテナとの間で共振条件を合わせるコンデンサ及びインダクタからなる共振回路素子を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の共振型高周波電源装置。
【請求項７】
前記共振回路素子は共振条件を可変とする
ことを特徴とする請求項４記載の共振型高周波電源装置。
【請求項８】
前記共振回路素子は共振条件を可変とする
ことを特徴とする請求項５記載の共振型高周波電源装置。
【請求項９】
前記共振回路素子は共振条件を可変とする
ことを特徴とする請求項６記載の共振型高周波電源装置。
【請求項１０】
前記共振回路素子の共振条件を可変とする共振条件可変回路を備えた
ことを特徴とする請求項４記載の共振型高周波電源装置。
【請求項１１】
前記共振回路素子の共振条件を可変とする共振条件可変回路を備えた
ことを特徴とする請求項５記載の共振型高周波電源装置。
【請求項１２】
前記共振回路素子の共振条件を可変とする共振条件可変回路を備えた
ことを特徴とする請求項６記載の共振型高周波電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高周波数で電力伝送を行う共振型高周波電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図８に示す従来の共振型高周波電源装置では、出力電圧Ｖｏｕｔの振幅調整は可変コンデンサＣ２の容量調整で行うように構成している（例えば非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】トランジスタ技術２００５年２月号１３章
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、非特許文献１に開示された従来技術では、出力電圧Ｖｏｕｔの振幅調整を行うために可変コンデンサＣ２を用いており、部品が大型化し、さらにはコスト増加の原因となるという課題がある。この可変コンデンサは、温度変化による容量値変動が大きく、また、機械的衝撃に弱いなど、安定した性能を維持することが難しいという課題もある。【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、可変コンデンサを用いずに出力電圧の振幅調整を行うことで、装置の小型化、低コスト化を図り、また、温度変化及び機械環境耐性に優れ、安定した性能を維持することができ、２ＭＨｚを超える高周波数の動作が可能な共振型高周波電源装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る共振型高周波電源装置は、２ＭＨｚを超える高周波数でスイッチング動作を行うパワー素子を備えた共振型高周波電源装置であって、装置出力電圧の振幅調整を行う可変型のインダクタを備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、上記のように構成したので、可変コンデンサを用いずに出力電圧の振幅調整を行うことで、装置の小型化、低コスト化を図り、また、温度変化及び機械環境耐性に優れ、安定した性能を維持することができ、２ＭＨｚを超える高周波数の動作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る共振型高周波電源装置の構成を示す図である（パワー素子がシングル構成の場合）。
【図２】この発明の実施の形態１に係る共振型高周波電源装置の可変型のインダクタの構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る共振型高周波電源装置の可変型のインダクタの別の構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る共振型高周波電源装置によるＶｏｕｔ波形を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る共振型高周波電源装置の別の構成を示す図である（パワー素子がプッシュプル構成）。
【図６】この発明の実施の形態１に係る共振型高周波電源装置の別の構成を示す図である（共振条件可変型ＬＣ回路を設けた場合）。
【図７】この発明の実施の形態１に係る共振型高周波電源装置の別の構成を示す図である（共振条件可変回路を設けた場合）。
【図８】従来の共振型高周波電源装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る共振型高周波電源装置の構成を示す図である。なお図１では、パワー素子Ｑ１がシングル構成の場合の回路を示している。
共振型高周波電源装置は、図１に示すように、パワー素子Ｑ１、共振回路素子（コンデンサＣ１，Ｃ２及びインダクタＬ２）、インダクタＬ１、高周波パルスドライブ回路１、可変型パルス信号発生回路２及びバイアス用電源回路３から構成されている。
なお、共振型送信アンテナ（電力伝送用送信アンテナ）１０は、ＬＣ共振特性を持つ電力伝送用の共振型アンテナである（非接触型のみに限定されない）。この共振型送信アンテナ１０は、磁界共鳴型、電界共鳴型、電磁誘導型のいずれであってもよい。
【００１０】
パワー素子Ｑ１は、入力の直流電圧Ｖｉｎを交流に変換するためにスイッチング動作を行うスイッチング素子である。このパワー素子Ｑ１としては、ＲＦ用のＦＥＴに限らず、例えばＳｉ−ＭＯＳＦＥＴやＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ、ＧａＮ−ＦＥＴなどの素子を用いることが可能である。
【００１１】
共振回路素子（コンデンサＣ１，Ｃ２及びインダクタＬ２）は、パワー素子Ｑ１のスイッチング動作を共振スイッチングさせるための素子である。このコンデンサＣ１，Ｃ２及びインダクタＬ２からなる共振回路素子により、共振型送信アンテナ１０との間で共振条件を合わせることができる。また、インダクタＬ２はインダクタンス値（Ｌ値）可変型の素子である。そして、インダクタＬ２のＬ値を可変することで、共振型高周波電源装置の出力電圧Ｖｏｕｔの電圧振幅を任意の値に設定することができる。
【００１２】
ここで、可変型のインダクタＬ２の構成としては、例えば図２，３に示すものが挙げられる。
図２はコイル２１の磁路長（Ｌ値）を手動又は自動で可変するタイプの可変型のインダクタＬ２を示している。なお図２において、コイル２１のターン数は同じである。図２（ａ），（ｂ）は、磁路長調整機構（手動、又はモータにより自動で可変させる機構）２２によりコイル２１の磁路長（Ｌ値）を可変する場合を示し、図２（ｃ）は、Ｌ値制御電源２３により電磁誘導でＬ値を可変する場合を示している。
【００１３】
また、図３はコイル２１の投影面に磁性体２４を設置するタイプの可変型のインダクタＬ２を示している。図３に示すコイル２１は、プリント基板のパターンによりスパイラル状に形成される。この可変型のインダクタＬ２では、コイル２１の投影面を覆う面積を変更することでＬ値を調整することができる。
【００１４】
インダクタＬ１は、入力の直流電圧Ｖｉｎのエネルギーを、パワー素子Ｑ１のスイッチング動作ごとに一時的に保持する働きをするものである。
【００１５】
高周波パルスドライブ回路１は、パワー素子Ｑ１のＧ端子に２ＭＨｚを超える高周波数のパルス状の電圧信号を送り、パワー素子Ｑ１を駆動させる回路である。この高周波パルスドライブ回路１は、出力部をＦＥＴ素子などでトーテンポール回路構成にして高速のＯＮ／ＯＦＦ出力ができるように構成した回路である。
【００１６】
可変型パルス信号発生回路２は、高周波パルスドライブ回路１にロジック信号などの２ＭＨｚを超える高周波数のパルス状の電圧信号を送り、高周波パルスドライブ回路１を駆動させる回路である。この可変型パルス信号発生回路２は、周波数設定用のオシレータとフリップフロップやインバータなどのロジックＩＣで構成され、パルス幅の変更や反転パルス出力などの機能を持つ。
【００１７】
バイアス用電源回路３は、可変型パルス信号発生回路２及び高周波パルスドライブ回路１への駆動電力の供給を行うものである。
【００１８】
次に、上記のように構成された共振型高周波電源装置の動作について説明する。
まず、入力の直流電圧ＶｉｎはインダクタＬ１を通してパワー素子Ｑ１のＤ端子に印加される。そして、パワー素子Ｑ１は、その電圧をＯＮ／ＯＦＦのスイッチング動作により正電圧の交流状電圧へ変換する。この変換動作のときに、インダクタＬ１は一時的にエネルギーを保持する働きをして、直流を交流へ電力変換する手助けを行う。
【００１９】
ここで、パワー素子Ｑ１のスイッチング動作は、Ｉｄｓ電流とＶｄｓ電圧積によるスイッチング損失が最も小さくなるように、ＺＶＳ（ゼロボルテージスイッチング）が成立するようコンデンサＣ１，Ｃ２及びインダクタＬ２からなる共振回路素子で共振スイッチング条件が設定されている。この共振スイッチング動作により、出力電圧ＶｏｕｔにはＲＴＮ電圧を軸にした交流電圧が出力される。
また、可変型のインダクタＬ２のＬ値を調整することで、図４に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔの電圧振幅を任意の値に設定することができる。
【００２０】
パワー素子Ｑ１の駆動は、可変型パルス信号発生回路２からの任意のパルス状の電圧信号を受けた高周波パルスドライブ回路１が出力する、パルス状の電圧信号をパワー素子Ｑ１のＧ端子へ入力することで行っている。このとき、パワー素子Ｑ１の駆動周波数は共振型高周波電源装置の動作周波数となり、可変型パルス信号発生回路２内部のオシレータ回路の設定により決まる。
【００２１】
以上のように、この実施の形態１によれば、Ｌ値を調整することで出力電圧Ｖｏｕｔの電圧振幅を任意の値に設定することができる可変型のインダクタＬ２を備えるよう構成したので、可変コンデンサが不要となり、２ＭＨｚを超える高周波数の動作において、装置の小型化、低コスト化を図ることができ、また、温度変化及び機械環境耐性に優れ、安定した性能を維持することができる。
【００２２】
また図１では、パワー素子Ｑ１を駆動させるため、高周波パルスドライブ回路１、可変型パルス信号発生回路２及びバイアス用電源回路３を用いた場合について示したが、これに限るものではなく、例えば従来技術のように、トランス型ドライブ回路１０１、ＲＦパワーアンプ回路１０２及び多出力型電源回路１０３を用いるようにしてもよい。
【００２３】
また図１では、パワー素子Ｑ１がシングル構成の場合の回路について示したが、これに限るものではなく、例えば図５に示すように、パワー素子Ｑ１がプッシュプル構成の場合にも同様に本発明を適用可能である。
【００２４】
また図１では、共振回路素子（コンデンサＣ１，Ｃ２及びインダクタＬ２）の定数が固定であり、共振条件が固定であるとして説明を行ったが、これに限るものではなく、例えば図６に示すように、共振条件を可変とする共振条件可変型ＬＣ回路４を用いてもよい。また、例えば図７に示すように、上記共振回路素子（コンデンサＣ１，Ｃ２及びインダクタＬ２）による共振条件を可変させる共振条件可変回路５を別途設けるようにしてもよい。
【００２５】
また、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
この発明に係る共振型高周波電源装置は、可変コンデンサを用いずに出力電圧の振幅調整を行うことで、装置の小型化、低コスト化を図り、また、温度変化及び機械環境耐性に優れ、安定した性能を維持することができ、２ＭＨｚを超える高周波数の動作が可能となり、高周波数で電力伝送を行う共振型高周波電源装置等に用いるのに適している。
【符号の説明】
【００２７】
１  高周波パルスドライブ回路、２  可変型パルス信号発生回路、３  バイアス用電源回路、４  共振条件可変型ＬＣ回路、５  共振条件可変回路、１０  共振型送信アンテナ（電力伝送用送信アンテナ）、２１  コイル、２２  磁路長調整機構、２３  Ｌ値制御電源、２４  磁性体。
【図１】
2015063920.tif 000003
【図２】
2015063920.tif 000004
【図３】
2015063920.tif 000005
【図４】
2015063920.tif 000006
【図５】
2015063920.tif 000007
【図６】
2015063920.tif 000008
【図７】
2015063920.tif 000009
【図８】
2015063920.tif 000010
【国際調査報告】
2015063920.tif 000011
2015063920.tif 000012
2015063920.tif 000013
2015063920.tif 000014