(57)【要約】  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、パワー素子に２ＭＨｚを超える高周波数のパルス状の電圧信号を送り、当該パワー素子を駆動させる高周波パルスドライブ回路１と、高周波パルスドライブ回路１に２ＭＨｚを超える高周波数のパルス状の電圧信号を送り、当該高周波パルスドライブ回路１を駆動させる可変型パルス信号発生回路２と、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に駆動電力を供給するバイアス用電源回路３とを備えた。
2015063915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記パワー素子に２ＭＨｚを超える高周波数のパルス状の電圧信号を送り、当該パワー素子を駆動させる高周波パルスドライブ回路と、
前記高周波パルスドライブ回路に２ＭＨｚを超える高周波数のパルス状の電圧信号を送り、当該高周波パルスドライブ回路を駆動させる可変型パルス信号発生回路と、
前記可変型パルス信号発生回路及び前記高周波パルスドライブ回路に駆動電力を供給するバイアス用電源回路とを備えた
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。
【請求項１３】
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に用いられる共振型高周波電源装置用スイッチング回路であって、
前記パワー素子と、
前記パワー素子に２ＭＨｚを超える高周波数のパルス状の電圧信号を送り、当該パワー素子を駆動させる高周波パルスドライブ回路とを備えた
ことを特徴とする共振型高周波電源装置用スイッチング回路。
【請求項１４】
電力伝送用送信アンテナとの間で共振条件を合わせるためのコンデンサを備えた
ことを特徴とする請求項１３記載の共振型高周波電源装置用スイッチング回路。
【請求項１５】
前記高周波パルスドライブ回路に２ＭＨｚを超える高周波数のパルス状の電圧信号を送り、当該高周波パルスドライブ回路を駆動させる可変型パルス信号発生回路を備えた
ことを特徴とする請求項１４記載の共振型高周波電源装置用スイッチング回路。
【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及び共振型高周波電源装置用スイッチング回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１４に示す従来の共振型高周波電源装置では、パワー素子Ｑ１として、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）用の高周波ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いている。そして、この高周波ＦＥＴを駆動するためにトランス型ドライブ回路１０１及びＲＦパワーアンプ回路１０２を用い、さらに、ＲＦパワーアンプ回路１０２を駆動するために多出力型電源回路１０３を用いている（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に開示された従来構成では、パワー素子Ｑ１を駆動するため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を用いているため、回路構成が複雑で部品点数も多くなり、装置が大型化し、コストも増大するという課題があった。また、上記各回路１０１〜１０３における消費電力が大きいため、共振型高周波電源装置全体での消費電力も大きくなり、電力変換効率の低下の原因となるという課題があった。【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、トランス型ドライブ回路、ＲＦパワーアンプ回路及び多出力型電源回路を用いずにパワー素子を駆動することで、装置の簡易化、小型化、低コスト化を図り、また、低消費電力で高効率化を図り、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及び共振型高周波電源装置用スイッチング回路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、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、パワー素子に２ＭＨｚを超える高周波数のパルス状の電圧信号を送り、当該パワー素子を駆動させる高周波パルスドライブ回路と、高周波パルスドライブ回路に２ＭＨｚを超える高周波数のパルス状の電圧信号を送り、当該高周波パルスドライブ回路を駆動させる可変型パルス信号発生回路と、可変型パルス信号発生回路及び高周波パルスドライブ回路に駆動電力を供給するバイアス用電源回路と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、トランス型ドライブ回路、ＲＦパワーアンプ回路及び多出力型電源回路を用いずにパワー素子を駆動することで、装置の簡易化、小型化、低コスト化を図り、また、低消費電力で高効率化を図り、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別の構成を示す図である（ハイブリッド化した素子を用いた場合）。
【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別の構成を示す図である（ハイブリッド化した素子を用いた場合）。
【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の別の構成を示す図である（ハイブリッド化した素子を用いた場合）。
【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（ハイブリッド化した素子を用いた場合）。
【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（ハイブリッド化した素子を用いた場合）。
【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（ハイブリッド化した素子を用いた場合）。
【図８】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（ハイブリッド化した素子を用いた場合）。
【図９】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（ハイブリッド化した素子を用いた場合）。
【図１０】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（ハイブリッド化した素子を用いた場合）。
【図１１】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１２】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１３】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１４】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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
以上のように、この実施の形態１では、パワー素子Ｑ１を駆動するために、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を用いてパルス状の電圧信号を出力するように構成したので、従来技術の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を用いずに、２ＭＨｚを超える高周波数動作を行う共振型高周波電源装置において、装置の簡易化、小型化、低コスト化を図ることができ、また、低消費電力で９０％以上の高い電力変換効率特性を得ることができる。
【００２０】
なお図１において、各部をハイブリッド化した素子（共振型高周波電源装置用スイッチング回路）４を用いてもよい。図２はパワー素子Ｑ１及び高周波パルスドライブ回路１をハイブリッド化した素子４を示し、図３はパワー素子Ｑ１及びコンデンサＣ１をハイブリッド化した素子４を示し、図４はパワー素子Ｑ１、コンデンサＣ１及び高周波パルスドライブ回路１をハイブリッド化した素子４を示し、図５はパワー素子Ｑ１、コンデンサＣ１、高周波パルスドライブ回路１及び可変型パルス信号発生回路２をハイブリッド化した素子４を示し、図６はパワー素子Ｑ１及びコンデンサＣ２をハイブリッド化した素子４を示し、図７はパワー素子Ｑ１、コンデンサＣ２及び高周波パルスドライブ回路１をハイブリッド化した素子４を示し、図８はパワー素子Ｑ１及びコンデンサＣ１，Ｃ２をハイブリッド化した素子４を示し、図９はパワー素子Ｑ１、コンデンサＣ１，Ｃ２及び高周波パルスドライブ回路１をハイブリッド化した素子４を示し、図１０はパワー素子Ｑ１、コンデンサＣ１，Ｃ２、高周波パルスドライブ回路１及び可変型パルス信号発生回路２をハイブリッド化した素子４を示している。
【００２１】
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１１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。
【００２２】
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１２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５を用いてもよい。また、例えば図１３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６を別途設けるようにしてもよい。
【００２３】
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】
【００２４】
この発明に係る共振型高周波電源装置及び共振型高周波電源装置用スイッチング回路は、トランス型ドライブ回路、ＲＦパワーアンプ回路及び多出力型電源回路を用いずにパワー素子を駆動することで、装置の簡易化、小型化、低コスト化を図り、また、低消費電力で高効率化を図り、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及び共振型高周波電源装置用スイッチング回路等に用いるのに適している。
【符号の説明】
【００２５】
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  ハイブリッド化素子（共振型高周波電源装置用スイッチング回路）、５  共振条件可変型ＬＣ回路、６  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）。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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2015063915.tif 000018
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