СХЕМА БЕСКОНТАКТНОЙ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ
NON-CONTACT ENERGY TRANSFER DIAGRAM

Область, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к схеме бесконтактной передачи энергии для передачи энергии бесконтактным способом к устройству приема энергии, размещенному в части размещения.
Описание уровня техники
В последние годы стала известна схема бесконтактной передачи энергии, снабженная резонансным контуром, включающим в себя катушку передачи энергии для передачи энергии к устройству приема энергии и резонансную катушку, которая резонирует с этой катушкой передачи энергии, коммутирующие элементы для резонирования этого резонансного контура и управляющую схему для управления этим коммутирующим элементом, и адаптированная для передачи энергии бесконтактным способом к устройству приема энергии, размещенному в части для размещения, и зарядки устройства приема энергии (см., например, патентная литература 1 (публикация JP №3416863), патентная литература 2 (публикация JP №3363341)).
В такой схеме бесконтактной передачи энергии индуктивность катушки передачи энергии меньше, когда устройство приема энергии не размещено в части для размещения, чем когда оно размещено в ней. Таким образом, ток, текущий в катушку передачи энергии, увеличивается, приводя к проблеме увеличения запасенной энергии.
Однако патентная литература 1 имеет целью стабильную работу резонансного контура, и патентная литература 2 имеет целью миниатюризировать схему. Ни один из этих документов не стремится уменьшить запасенную энергию.
Соответственно, патентная литература 3 (JP-A №2008-236916) раскрывает схему бесконтактной передачи энергии, снабженную устройством передачи энергии, включающую в себя первичную обмотку, и устройство приема энергии, включающее в себя вторичную обмотку, в котором изменение в самоиндукции первичной обмотки обнаруживается немедленно после того, как силовой фидер начинает подавать энергию к первичной обмотке, и подача энергии силового фидера останавливается, если обнаруженное значение этого изменения ниже заданного значения, в то же время продолжая работу, если обнаруженное значение равно или выше заданного значения.
Далее, патентная литература 4 (JP-A №2000-166129) раскрывает способ, позволяющий снизить запасенную энергию посредством обнаружения тока, подаваемого на вход электромагнитного трансформатора от коммерческого источника питания через выпрямительную схему, и вынуждения коммутирующего элемента посредством контроллера периодически работать, когда этот ток на входе равен или ниже установленного значения, чтобы запретить потребление энергии зарядного устройства во время периодов отсутствия зарядки.
Однако последовательный резонансный контур создан посредством первичной обмотки и конденсатора, согласно патентной литературе 3. Так как этот последовательный резонансный контур не резонирует посредством включения и выключения коммутирующего элемента, принцип колебаний полностью отличается от настоящего изобретения согласно настоящей заявке.
Далее, согласно патентной литературе 4 коммутирующий элемент соединен с первичной катушкой подачи вторичного питания. Так как этот коммутирующий элемент не вызывает колебаний в первичной катушке подачи вторичного питания, принцип колебаний полностью отличается от настоящего изобретения согласно настоящей заявке. Далее, в патентной литературе 4, зарядка и отсутствие зарядки обнаруживаются посредством обнаружения входного тока на входе электромагнитного трансформатора от коммерческого источника питания через выпрямительную схему. Так как ток на входе является нестабильным, будучи под влиянием коммерческого источника питания, есть проблема неспособности точно обнаружить зарядку и отсутствие зарядки.
Сущность изобретения
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить схему бесконтактной передачи энергии, способную снизить запасенную энергию.
Один аспект настоящего изобретения относится к схеме бесконтактной передачи энергии для передачи энергии в бесконтактном состоянии к устройству приема энергии, размещенному в части для размещения, содержащей резонансный контур, включающий в себя катушку передачи энергии для передачи энергии к устройству приема энергии, и резонансный конденсатор, который резонирует с катушкой передачи энергии; коммутирующий элемент для переключения резонансного контура посредством повторяющихся включения и выключения; и управляющую схему для обнаружения, размещено ли устройство приема энергии в части для размещения, на основании напряжения катушки передачи энергии и возбуждения коммутирующего элемента таким образом, что период включения коммутирующего элемента является более коротким, когда обнаружено, что устройство приема энергии не помещено, чем когда устройство приема энергии помещено.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - принципиальная электрическая схема системы зарядки, к которой применяется схема бесконтактной передачи энергии согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения,
Фиг.2A - график напряжения в точке соединения катушки передачи энергии и резонансного конденсатора, когда устройство приема энергии размещено в части для размещения, и Фиг.2B - график напряжения в точке соединения катушки передачи энергии и резонансного конденсатора, когда устройство приема энергии не размещено в части для размещения,
Фиг.3A - график напряжения в точке соединения катушки передачи энергии и резонансного конденсатора, когда устройство приема энергии размещено в части для размещения, и Фиг.3B - график напряжения в точке соединения катушки передачи энергии и резонансного конденсатора, когда устройство приема энергии не размещено в части для размещения,
Фиг.4 - принципиальная электрическая схема системы зарядки, к которой применяется схема бесконтактной передачи энергии согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения,
Фиг.5A - диаграмма, показывающая сигнал PWM, выводимый из микрокомпьютера, когда устройство приема энергии размещено, и Фиг.5B - диаграмма, показывающая сигнал PWM, выводимый из микрокомпьютера, когда устройство приема энергии не размещено,
Фиг.6 - принципиальная электрическая схема системы зарядки, к которой применяется схема бесконтактной передачи энергии согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения, и
Фиг.7 - принципиальная электрическая схема системы зарядки, к которой применяется схема бесконтактной передачи энергии согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Изобретение описывается ниже посредством примеров со ссылками на сопроводительные чертежи.
Первый вариант осуществления
Фиг.1 - принципиальная электрическая схема системы зарядки, к которой применяется схема бесконтактной передачи энергии согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Эта система зарядки снабжена схемой 1 бесконтактной передачи энергии и устройством 2 приема энергии. Схема 1 бесконтактной передачи энергии является схемой зарядки, включающей в себя часть размещения (не показана), на которой устройство 2 приема энергии должно быть помещено, в корпусе и приспособлено для зарядки устройства 2 приема энергии посредством передачи энергии бесконтактным способом к устройству 2 приема энергии, помещенному в эту часть размещения. Перезаряжаемое электрическое устройство, такое как электрическая зубная щетка, мобильный телефон, персональный портативный компьютер, электрическая бритва или электрический инструмент может быть, например, принято в качестве устройства 2 приема энергии.
Схема 1 бесконтактной передачи энергии включает в себя резонансный контур 11, коммутирующий элемент FET, управляющую схему 12, цепь смещения 13, конденсатор С1 и источник питания 14.
Резонансный контур 11 включает в себя катушку T1 передачи энергии для передачи энергии к устройству 2 приема энергии и резонансный конденсатор C4, который резонирует с катушкой T1 передачи энергии. Катушка T1 передачи энергии и резонансный конденсатор C4 соединены параллельно. Катушка T1 передачи энергии магнитным образом подсоединяется к катушке T2 приема энергии и передает энергию к устройству 2 приема энергии через катушку T2 приема энергии, когда устройство 2 приема энергии размещено в части для размещения.
Здесь, катушка T1 передачи энергии начинает резонировать с резонансным конденсатором C4 и передает резонансное напряжение, фаза которого сдвинута на 180°, к магнитным способом подключенной катушке T3 обратной связи, когда коммутирующий элемент FET выключен, посредством чего коммутирующий элемент FET включается снова.
Резонансный контур 11 соединен с коммутирующим элементом FET через диод D2 и резистор R5, соединенные параллельно. Диод D2 имеет анод, соединенный с резонансным конденсатором C4 и катушкой T1 передачи энергии, и катод, соединенный со стоком коммутирующего элемента FET.
Коммутирующий элемент FET резонирует (возбуждает) резонансный контур 11 посредством включения и выключения. Например, n-канальный полевой транзистор принимается в качестве коммутирующего элемента FET. Затвор коммутирующего элемента FET в качестве управляющего вывода соединен с катушкой T3 обратной связи через резистор R3.
Сток коммутирующего элемента FET соединен с катушкой T1 передачи энергии через резистор R5 и с резонансным конденсатором C4 через диод D2. Далее, исток коммутирующего элемента FET заземлен через резистор R7. P-канальный полевой транзистор, например, также может быть принят в качестве коммутирующего элемента FET.
Управляющая схема 12 обнаруживает, размещено ли устройство 2 приема энергии в части для размещения, на основании напряжения катушки T1 передачи энергии, и управляет коммутирующим элементом FET таким образом, что период (продолжительность) включения коммутирующего элемента FET короче, когда обнаружено, что устройство 2 приема энергии не было помещено, чем когда устройство 2 приема энергии было помещено.
Здесь, управляющая схема 12 включает в себя автоколебательную схему 121 и схему 122 прерывистого возбуждения. Автоколебательная схема 121 прерывистым образом включает и выключает коммутирующий элемент FET на основании напряжения катушки T1 передачи энергии, чтобы вызвать автоколебания резонансного контура 11. Схема 122 прерывистого возбуждения периодически возбуждает автоколебательную схему 121, когда обнаружено, что устройство 2 приема энергии не было помещено.
Автоколебательная схема 121 включает в себя транзистор TR2, конденсатор C5, резисторы R6, R7, катушку T3 обратной связи и резистор R3.
Транзистор TR2 является, например, биполярным транзистором n-p-n-структуры, и его эмиттер заземлен, а коллектор соединен с затвором коммутирующего элемента FET. Далее, транзистор TR2 имеет конденсатор C5, включенный параллельно между его базой и эмиттером, и имеет базу, подсоединенную с резистором R7 через резистор R6. Транзистор TR2 не ограничивается биполярным транзистором n-p-n-структуры и p-n-p биполярным транзистором, или может быть принят также полевой транзистор.
Конденсатор C5 заряжается током Id стока коммутирующего элемента FET и включает транзистор TR2, когда напряжение заряда превышает пороговое напряжение (например, 0,6 В) транзистора TR2. Таким образом, напряжение затвора коммутирующего элемента FET уменьшается до уровня земли и транзистор TR2 выключает коммутирующий элемент FET.
С другой стороны, конденсатор C5 разряжает электрические заряды на резисторы R6, R7, когда транзистор TR2 включен, и выключает транзистор TR2, когда напряжение заряда падает ниже порогового напряжения транзистора TR2. Другими словами, конденсатор C5 переключает транзистор TR2 на основании постоянной времени, определенной конденсатором C5 и резисторами R6, R7.
Катушка T3 обратной связи так подсоединена магнитным способом к катушке T1 передачи энергии, чтобы иметь противоположную полярность, и включает коммутирующий элемент FET посредством вывода резонансного напряжения, переданного от катушки T1 передачи энергии к затвору коммутирующего элемента FET через резистор R3.
Схема смещения 13 включает в себя резистор R1 и конденсатор C2, генерирует напряжение смещения коммутирующего элемента FET на основании выходного напряжения от конденсатора C1 и подает сгенерированное напряжение смещения на затвор коммутирующего элемента FET через катушку T3 обратной связи и резистор R3.
Источник питания 14 является, например, схемой источника питания и преобразовывает коммерческое напряжение, например 100 B, в напряжение постоянного тока 5В. Конденсатором С1 является, например, электролитический конденсатор и сглаживает выходное напряжение от источника питания 14.
Схема 122 прерывистого возбуждения включает в себя транзистор TR1 (первый транзистор), соединенный с затвором коммутирующего элемента FET и адаптированный для выключения коммутирующего элемента FET, резисторы R2, R4 (резистор деления напряжения) для деления напряжения резонансного контура 11 и вывода деленного напряжения на базу транзистора TR1 как управляющего вывода, диод D1, включенный между резонансным контуром 11 и резистором R2, и конденсатор C3 (первый конденсатор), соединенный с базой транзистора TR1 и заряжаемый напряжением Vb, разделенным резисторами R2, R4.
Транзистором TR1 является, например, биполярный транзистор n-p-n-структуры. База транзистора TR1 соединена с катушкой T1 передачи энергии через резистор R2 и диод D1. Втекающий ток от схемы 122 прерывистого возбуждения к резонансному контуру 11 прерывается диодом D1, таким образом защищая резонансный контур 11 от нестабильного режима резонанса.
Транзистор TR1 имеет резистор R4, включенный между его базой и эмиттером, и его эмиттер заземлен. Транзистор TR1 не ограничивается биполярным транзистором n-p-n-структуры и p-n-p биполярным транзистором, или также может быть принят полевой транзистор.
Конденсатор C3 включен между базой и эмиттером транзистора TR1 и заряжается напряжением Vb и включает транзистор TR1, когда напряжение заряда превышает пороговое напряжение (например, 0,6 В) транзистора TR1. Таким образом, коммутирующий элемент FET выключается, и автоколебательная схема 121 больше не может подавать ток Id стока к конденсатору C5 и останавливает автоколебания.
С другой стороны, конденсатор C3 разряжает электрические заряды на резистор R4, при включении транзистора TR1 и выключении коммутирующего элемента FET, и выключает транзистор TR1, когда напряжение заряда падает ниже порогового напряжения транзистора TR1.
Другими словами, транзистор TR1 повторяющимся образом включается и выключается на основании постоянной времени, определенной резистором R4 и конденсатором C3. Эта постоянная времени значительно больше, чем постоянная времени конденсатора C5 и резисторов R6, R7 для включения и выключения транзистора TR2.
Фиг.2A и 3A - графики напряжения Vd, когда устройство 2 приема энергии размещено в части для размещения, и Фиг.2B и 3B - графики напряжения Vd, когда устройство 2 приема энергии не размещено в части для размещения. На Фиг.2A и 2B вертикальная ось представляет напряжение, и горизонтальная ось представляет время. Фиг.2A и 2B показывают увеличенные графики сигналов согласно Фиг.3A, 3B. Другими словами, сигналы на Фиг.2A и 2B - в увеличенном виде показывают сигналы двух периодов на Фиг.3A и 3B. На Фиг.3A, 3B верхний сигнал указывает напряжение Vd, а нижний сигнал указывает напряжение Vc между базой и эмиттером транзистора TR2.
Как показано на Фиг.2B, следует понимать, что амплитуда напряжения катушки T1 передачи энергии больше и амплитуда напряжения Vd больше, когда устройство 2 приема энергии не размещено в части для размещения, чем когда устройство 2 приема энергии размещено, как показано на Фиг.2A. Это имеет место потому, что самоиндукция катушки T1 передачи энергии меньше, когда устройство 2 приема энергии не размещено в части для размещения, чем когда устройство 2 приема энергии размещено.
Таким образом, когда устройство 2 приема энергии не размещено в части для размещения, напряжение Vb также увеличивается и может превысить пороговое напряжение транзистора TR1, и транзистор TR1 может повторяющимся образом включаться и выключаться на основании постоянной времени, определенной резистором R4 и конденсатором C3. В результате автоколебательная схема 121 может вызвать автоколебания резонансного контура 11, как показано периодами TM1 на Фиг.3B в течение периода времени, во время которого схема 122 прерывистого возбуждения сохраняет коммутирующий элемент FET включенным, но не может вызвать автоколебания резонансного контура 11, как показано периодами TM2 на Фиг.3B, в течение периода времени, во время которого схема 122 прерывистого возбуждения сохраняет коммутирующий элемент FET выключенным.
С другой стороны, напряжение Vb ниже, когда устройство 2 приема энергии размещено в части для размещения, чем когда устройство 2 приема энергии не размещено. Таким образом, напряжение Vb больше не может превысить пороговое напряжение транзистора TR1, и транзистор TR1 больше не может выключить коммутирующий элемент FET. Таким образом, автоколебательная схема 121 может вызвать автоколебания резонансного контура 11, не будучи под влиянием схемы 122 прерывистого возбуждения, как показано на Фиг.3A.
Постоянные схемы соответствующих элементов схемы, образующих схему 122 прерывистого возбуждения, устанавливаются в такие значения, что напряжение Vb не может превысить пороговое напряжение транзистора TR1, когда устройство 2 приема энергии размещено в части для размещения, и может превысить пороговое значение транзистора TR1, когда устройство 2 приема энергии не размещено в части для размещения.
Снова со ссылками на Фиг.1, устройство 2 приема энергии включает в себя катушку T2 приема энергии, диод D3, конденсаторы C6, C7 и вторичную батарею BA. Катушка T2 приема энергии магнитным способом подсоединяется к катушке T1 передачи энергии и принимает энергию, переданную от катушки T1 передачи энергии. Конденсатор C6 является выпрямительным конденсатором, обеспеченным, чтобы принять больше энергии. Конденсатор C7 сглаживает напряжение, сгенерированное в катушку T2 приема энергии. Диод D3 выпрямляет напряжение, сгенерированное в катушке T2 приема энергии. Таким образом, напряжение постоянного тока подается на вторичную батарею BA, которая заряжается при этом напряжении постоянного тока. Например, одна из различных вторичных батарей, таких как литий-ионная вторичная батарея, никель-водородная вторичная батарея и свинцовая аккумуляторная батарея, может быть принята как вторичная батарея BA.
Ниже описывается работа схемы 1 бесконтактной передачи энергии, показанной на Фиг.1. Когда напряжение постоянного тока подается от источника питания 14, это напряжение постоянного тока заряжает емкость затвора коммутирующего элемента FET через резистор R1, катушку T3 обратной связи и резистор R3, таким образом включая коммутирующий элемент FET.
Когда коммутирующий элемент FET включается, ток вытекает из резонансного конденсатора C4 на диод D2 к коммутирующему элементу FET, и на резистор R7 и ток также протекает между катушкой T1 передачи энергии, диодом D2, коммутирующим элементом FET и резистором R7, посредством чего течет ток Id стока.
Когда ток Id стока течет, напряжение резистора R7 увеличивается для заряда конденсатора C5 через резистор R6, посредством чего транзистор TR2 включается.
Когда транзистор TR2 включается, коммутирующий элемент FET выключается, и ток, втекавший в катушку T1 передачи энергии, течет в резонансный конденсатор C4, посредством чего резонанс начинается в резонансном контуре 11.
Когда резонанс начинается в резонансном контуре 11, напряжение Vb изменяется по спадающей выпуклой кривой, как показано в момент времени TA2 на Фиг.2A, 2B после изменения по нарастающей выпуклой кривой, как показано в момент времени TA1. Здесь, так как напряжение, фаза которого сдвинута на 180° от напряжения Vd, прикладывается к катушке T3 обратной связи, коммутирующий элемент FET поддерживается выключенным в промежуток времени периода между временем TA1 и временем TA2. Когда резонанс начинается в резонансном контуре 11, конденсатор C5 начинает разряжать электрические заряды на резисторы R6, R7, так как зарядка в токе Id стока останавливается.
Во время промежутка времени с TA2 до TA3 положительное напряжение генерируется в катушке T3 обратной связи, посредством чего коммутирующий элемент FET включается снова. Вышеупомянутым способом автоколебательная схема 121 повторяющимся образом включает и выключает коммутирующий элемент FET, чтобы резонировать резонансный контур 11 и передавать энергию к устройству 2 приема энергии.
Так как амплитуда напряжения Vd выше, когда устройство 2 приема энергии не размещено в части для размещения, чем когда оно размещено, как показано на Фиг.2B, схема 122 прерывистого возбуждения может включить транзистор TR1, чтобы выключить коммутирующий элемент FET.
Когда коммутирующий элемент FET выключается, резонанс резонансного контура 11 в конечном счете прекращается и автоколебательная схема 121 больше не может резонировать резонансный контур 11, как показано периодами TM2 на Фиг.3B.
Когда коммутирующий элемент FET выключается, конденсатор C3 начинает разряжаться на резистор R4 и в конечном счете выключает транзистор TR1, чтобы включить коммутирующий элемент FET снова, и автоколебательная схема 121 резонирует резонансный контур 11 снова, как показано периодами TM1 на Фиг.3B. Соответственно, периоды TM2, показанные на Фиг.3B, могут быть определены постоянной времени, задаваемой конденсатором C3 и резистором R4, и колебания резонансного контура 11 могут быть остановлены во время периодов TM2.
Как описано выше, согласно схеме 1 бесконтактной передачи энергии по этому варианту осуществления, катушка T1 передачи энергии резонирует с резонансным конденсатором C4, чтобы передать энергию к устройству 2 приема энергии бесконтактным способом, так как коммутирующий элемент FET включается и выключается. Здесь, когда устройство 2 приема энергии не размещено, схема 122 прерывистого возбуждения периодически возбуждает автоколебательную схему 121. Соответственно, коммутирующий элемент FET поддерживается выключенным в течение периода, во время которого не возбуждается автоколебательная схема 121, посредством чего ток, текущий в катушке T1 передачи энергии, уменьшается, и входной ток от источника питания 14 уменьшается, чтобы уменьшить запасенную энергию.
Далее, так как обнаружение относительно того, размещено ли устройство 2 приема энергии, делается на основании напряжения катушки T1 передачи энергии, это обнаружение может быть сделано простой конструкцией схемы, даже не обеспечивая отдельную катушку. Кроме того, так как напряжение катушки T1 передачи энергии значительно отличается между тем, когда устройство 2 приема энергии размещено и когда устройство 2 приема энергии не размещено, обнаружение относительно того, размещено ли устройство приема энергии 2, может быть сделано точно.
Второй вариант осуществления
Фиг.4 - принципиальная электрическая схема системы зарядки, к которой применяется схема бесконтактной передачи энергии согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. Схема бесконтактной передачи энергии согласно этому варианту осуществления характеризуется порождением отдельно возбужденных колебаний резонансного контура 11. В этом варианте осуществления те же самые элементы, что и в первом варианте осуществления, не описываются.
Как показано на Фиг.4, управляющая схема 12 включает в себя микрокомпьютер 100, диод D1, резисторы R2, R4 и конденсатор C3.
Микрокомпьютер 100 включает в себя центральный процессор, ПЗУ, ОЗУ, специализированную аппаратную схему и т.п. и выводит сигнал PWM на затвор коммутирующего элемента FET из выходного порта PWM P3, чтобы включать и выключать коммутирующий элемент FET посредством выполнения управляющей программы, сохраненной в ПЗУ. Напряжение возбуждения VCC 5В, выдаваемое от источника питания 14, вводится в VCC порт P2.
Здесь, микрокомпьютер 100 имеет конденсатор C3, включенный между AD входным портом Р1 и выводом заземления P4, A/D (аналого-цифровым образом) преобразует напряжение Vd, введенное в AD входной порт Р1, и обнаруживает, что устройство 2 приема энергии не размещено в части для размещения, если значение A/D-преобразованное напряжение Vb больше, чем заранее определенное заданное значение. Микрокомпьютер 100 устанавливает меньший коэффициент заполнения PWM-сигнала, когда обнаружено, что устройство 2 приема энергии не помещено, чем когда устройство приема энергии размещено, таким образом сокращая период (продолжительность) включения коммутирующего элемента FET. Здесь, значение напряжения Vb, которое предполагается подаваемым на AD входной порт P1, когда устройство 2 приема энергии размещено, может быть принято как заданное значение.
С другой стороны, микрокомпьютер 100 обнаруживает, что устройство 2 приема энергии размещено в части для размещения, когда напряжение Vb равно или ниже заданного значения, и устанавливает больший коэффициент заполнения сигнала PWM, чем когда устройство 2 приема энергии не размещено.
Фиг.5A показывает выходной сигнал PWM из микрокомпьютера 100, когда устройство 2 приема энергии размещено, и Фиг.5B показывает выходной сигнал PWM из микрокомпьютера 100, когда устройство 2 приема энергии не размещено. Как показано на Фиг.5A и 5B, микрокомпьютер 100, как понимают, выводит сигнал PWM, имеющий меньший коэффициент заполнения, когда устройство 2 приема энергии не размещено, чем когда устройство 2 приема энергии размещено.
Здесь, значение, заранее определенное так, чтобы разрешить предпочтительно получить энергию при зарядке устройства 2 приема энергии, может быть принято как коэффициент заполнения сигнала PWM, когда устройство 2 приема энергии размещено. Далее, заранее определенное значение, способное обнаружить, размещено ли устройство 2 приема энергии, и максимально увеличивающее продолжительность отключения коммутирующего элемента FET, может быть принято как коэффициент заполнения сигнала PWM, когда устройство 2 приема энергии не размещено.
Резисторы R2, R4 являются резисторами деления напряжения, чтобы делить напряжение Vb, аналогично первому варианту осуществления, и поделенное напряжение Vb подается на AD входной порт P1. Резистор R8 включен между PWM выходом P3 и затвором коммутирующего элемента FET.
Ниже описывается работа схемы 1 бесконтактной передачи энергии, показанной на Фиг.4. Так как напряжение Vb выше, чем указанное значение, когда устройство 2 приема энергии не размещено в части для размещения, микрокомпьютер 100 обнаруживает, что устройство 2 приема энергии не размещено, и выводит сигнал PWM, имеющий более низкий коэффициент заполнения, как показано на Фиг.5B. Этим сигналом PWM коммутирующий элемент FET включается и выключается, и резонансный контур 11 накапливает энергию во время продолжительности включения коммутирующего элемента FET и резонирует с накопленной энергией во время отключения коммутирующего элемента FET, чтобы передать энергию к устройству приема энергии 2. Таким образом, продолжительность включения коммутирующего элемента FET становится короче, когда устройство 2 приема энергии не размещено в части для размещения, чем когда оно размещено, почему запасенная энергия может быть уменьшена.
5A.
С другой стороны, так как напряжение Vb равно или ниже заданного значения, когда устройство 2 приема энергии размещено в части для размещения, микрокомпьютер 100 обнаруживает, что устройство 2 приема энергии размещено в части для размещения, и выводит сигнал PWM, имеющий более высокий коэффициент заполнения, как показано на Фиг.Таким образом, продолжительность включения коммутирующего элемента FET становится более длинной, когда устройство 2 приема энергии размещено в части для размещения, чем когда оно не размещено, почему энергия, достаточная при зарядке устройства 2 приема энергии, может быть передана к устройству приема энергии 2.
В вышеупомянутом описании запасенная энергия уменьшается посредством уменьшения коэффициента заполнения сигнала PWM, когда устройство 2 приема энергии не размещено в части для размещения. Однако вывод сигнала PWM может быть остановлен, когда устройство 2 приема энергии не размещено в части для размещения. Таким образом, запасенная энергия может быть дополнительно уменьшена.
Однако, когда вывод сигнала PWM полностью останавливается, резонансный контур 11 больше не резонирует, и микрокомпьютер 100 больше не может обнаружить, размещено ли устройство приема энергии 2.
Соответственно, микрокомпьютер 100 может обнаружить, размещено ли устройство 2 приема энергии, прерывистым образом выводя сигнал PWM. Здесь, микрокомпьютер 100 может прерывистым образом выводить сигнал PWM, например, посредством вывода сигнала PWM только в течение 0,2 секунд в 1 секунду.
Как описано выше, согласно схеме 1 бесконтактной передачи энергии этого варианта осуществления, запасенная энергия может быть уменьшена, так как коэффициент заполнения сигнала PWM уменьшается, когда устройство 2 приема энергии не размещено.
Третий вариант осуществления
Схема 1 бесконтактной передачи энергии согласно третьему варианту осуществления характеризуется дополнительным включением стабилитрона в схему 1 бесконтактной передачи энергии из первого варианта осуществления. Фиг.6 - принципиальная электрическая схема системы зарядки, к которой применяется схема 1 бесконтактной передачи энергии согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения. В этом варианте осуществления те же самые элементы, аналогичные таковым из первого и второго вариантов осуществления, не описываются.
Как показано на Фиг.6, стабилитрон Z1 включается между резистором R2 и диодом D1. Этот стабилитрон Z1 является, например, диодом Зенера и его анод соединен с резистором R2, а катод соединен с диодом D1.
Z1,
Стабилитрон Z1 заставляет ток вытекать из резонансного контура 11 на резистор R4, когда напряжение катода становится большим, чем напряжение анода, на заданное значение, в то же время не вызывая протекание тока, когда эта разность напряжений равна или ниже заданного значения. Таким образом, когда напряжение катода больше, чем напряжение анода, больше, чем на заданное значение в стабилитроне схемой 122 прерывистого возбуждения можно управлять, посредством чего может быть уменьшена возможность ошибочного обнаружения относительно того, размещено ли устройство приема энергии 2. Значение, способное предотвратить ошибочное обнаружение, исходя из величины напряжения, обработанного схемой 1 бесконтактной передачи энергии, может быть предпочтительно принято в качестве заданного значения. Например, может быть принято значение приблизительно 6,2 В.
Четвертый вариант осуществления
Фиг.7 - принципиальная электрическая схема системы зарядки, к которой применяется схема 1 бесконтактной передачи энергии согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения. В этом варианте осуществления те же самые элементы, аналогичные таковым в с первого по третий вариантах осуществления, не описываются. Схема 1 бесконтактной передачи энергии согласно четвертому варианту осуществления характеризуется объединением автоколебательной схемы 121 и схемы 122 прерывистого возбуждения в схеме 1 бесконтактной передачи энергии согласно первому варианту осуществления.
В частности, транзистор TR2 обычно используется как транзистор TR1, показанный на Фиг.1, конденсатор C5 обычно используется как конденсатор C3 и резистор R4 удаляется.
Как показано на Фиг.7, управляющая схема 12 включает в себя диод D1, резисторы R2, R3, катушку T3 обратной связи, транзистор TR2 и конденсатор C5. Анод диода D1 соединен с резонансным контуром 11, а его катод соединен с базой транзистора TR2 через резистор R2.
Таким образом, напряжение Vd становится выше, чтобы увеличить напряжение Vc, когда устройство 2 приема энергии не размещено, чем когда устройство 2 приема энергии размещено, и напряжение смещения прикладывается к базе транзистора TR2. Соответственно, транзистор TR2 может сократить продолжительность времени от включения коммутирующего элемента FET до его выключения, когда устройство 2 приема энергии не размещено. Поэтому, когда устройство 2 приема энергии не размещено, возможно сократить продолжительность включения коммутирующего элемента FET и уменьшить запасенную энергию.
В частности, постоянные схемы соответствующих элементов схемы, составляющих схему 1 бесконтактной передачи энергии, такие как резисторы, R2, R6, R7 и конденсатор C5 задаются таким образом, что напряжение Vc становится, например, 0,2 В, когда устройство 2 приема энергии размещено, и напряжение Vc становятся, например, 0,4 В, когда устройство 2 приема энергии не размещено.
Альтернативно, постоянные схем соответствующих элементов схемы, составляющих схему 1 бесконтактной передачи энергии, могут быть заданы таким образом, что напряжение Vc становится равным или выше, чем пороговое напряжение (например, 0,6 В) транзистора TR2, когда устройство 2 приема энергии не размещено. Таким образом, запасенная энергия может быть уменьшена посредством прерывистого колебания резонансного контура 11.
Как описано выше, согласно схеме 1 бесконтактной передачи энергии этого варианта осуществления, один транзистор и один конденсатор обычно используются как транзисторы TR1, TR2 и как конденсаторы C3, C5. Таким образом, стоимость может быть уменьшена, и размер схемы может быть уменьшен посредством сокращения количества частей и, одновременно, запасенная энергия может быть уменьшена.
Технические признаки вышеупомянутых бесконтактных схем передачи энергии суммируются следующим образом.
(1) Схема бесконтактной передачи энергии согласно одному аспекту настоящего изобретения служит для передачи энергии в бесконтактном состоянии к устройству приема энергии, размещенному в части для размещения, и содержит резонансный контур, включающий в себя катушку передачи энергии для передачи энергии к устройству приема энергии, и резонансный конденсатор, который резонирует с катушкой передачи энергии; коммутирующий элемент для резонирования резонансного контура посредством повторяющимся образом включения и выключения; и управляющая схема для обнаружения, размещено ли устройство приема энергии в части для размещения, на основании напряжения катушки передачи энергии и возбуждения коммутирующего элемента таким образом, что продолжительность работы во включенном состоянии коммутирующего элемента является более короткой, когда обнаруживается, что устройство приема энергии не размещено, чем когда устройство приема энергии размещено.
Согласно этой конструкции, катушка передачи энергии резонирует с резонансным конденсатором, когда коммутирующий элемент включается и выключается и передает энергию к устройству приема энергии бесконтактным способом. Управляющая схема обнаруживает, размещено ли устройство приема энергии, на основании напряжения катушки передачи энергии. Управляющая схема управляет коммутирующим элементом таким образом, что продолжительность включения коммутирующего элемента является более короткой, когда обнаруживается, что устройство приема энергии не размещено, чем когда устройство приема энергии размещено.
Таким образом, ток, текущий в катушку передачи энергии, уменьшается, входной ток от источника питания уменьшается, и запасенная энергия в качестве потребляемой энергии, когда устройство приема энергии не размещено, может быть уменьшена. Далее, так как обнаружение относительно того, размещено ли устройство приема энергии, делается на основании напряжения катушки передачи энергии, это обнаружение может быть сделано с помощью простой конструкции схемы, не обеспечивая отдельную катушку. Так как напряжение катушки передачи энергии значительно отличается между тем, когда устройство приема энергии размещено, и тем, когда оно не размещено, обнаружение относительно того, размещено ли устройство приема энергии, может быть сделано точно.
(2) Предпочтительно, управляющая схема включает в себя автоколебательную схему для того, чтобы повторяющимся образом включать и выключать коммутирующий элемент на основании напряжения катушки передачи энергии, и вызывать автоколебания резонансного контура, и схему прерывистого возбуждения, чтобы периодически управлять автоколебательной схемой, когда обнаруживается, что устройство приема энергии не размещено.
Согласно этой конструкции, автоколебательная схема возбуждается прерывистым образом, когда устройство приема энергии не размещено. Таким образом, коммутирующий элемент поддерживается выключенным в течение периода, во время которого автоколебательная схема не возбуждается, посредством чего запасенная энергия может быть уменьшена.
(3) Предпочтительно, управляющая схема вызывает отдельно возбуждаемые колебания резонансного контура посредством вывода сигнала PWM к коммутирующему элементу и устанавливает более низкий коэффициент заполнения сигнала PWM, когда обнаруживается, что устройство приема энергии не размещено, чем когда устройство приема энергии размещено.
Согласно этой конструкции, когда устройство приема энергии не размещено, может быть уменьшена запасенная энергия, так как устанавливается более низкий коэффициент заполнения сигнала PWM.
(4) Предпочтительно, схема прерывистого возбуждения включает в себя первый транзистор, соединенный с управляющим выводом коммутирующего элемента, чтобы выключать коммутирующий элемент; резистор деления напряжения для деления напряжения резонансного контура и выведения деленного напряжения на управляющий вывод первого транзистора; диод, включенный между резонансным контуром и резистором деления напряжения; и первый конденсатор, соединенный с управляющим выводом первого транзистора и заряжаемый напряжением, деленным посредством резистора деления напряжения.
Согласно этой конструкции, так как схема прерывистого возбуждения создается с помощью простой схемы, включающей в себя первый транзистор, резистор деления напряжения, диод и первый конденсатор, запасенная энергия может быть уменьшена, в то время как размер схемы увеличивается незначительно.
(5) Предпочтительно, схема прерывистого возбуждения включает в себя стабилитрон, включенный между диодом и резистором деления напряжения.
Согласно этой конструкции, так как стабилитрон запрещает току течь в первый транзистор, когда напряжение катушки передачи энергии низкое, работа схемы прерывистого возбуждения может быть предотвращена, когда устройство приема энергии размещено.
(6) Предпочтительно, чтобы автоколебательная схема включала в себя второй транзистор для выключения коммутирующего элемента и второй конденсатор, соединенный с управляющим выводом второго транзистора; чтобы второй транзистор обычно использовался в качестве первого транзистора и чтобы второй конденсатор обычно использовался как первый конденсатор.
Согласно этой конструкции, так как один транзистор обычно используется как первый и второй транзистор и один конденсатор обычно используется как первый и второй конденсатор, стоимость может быть уменьшена, и размер схемы может быть уменьшен посредством сокращения количества частей и, одновременно, запасенная энергия может быть уменьшена.
Настоящая заявка основана на заявке на патент Японии №2009-002823, поданной в Патентное ведомство Японии 8 января 2009, информационное содержание которой тем самым включается сюда по ссылке.
Хотя настоящее изобретение было полностью описано посредством примера со ссылками на сопроводительные чертежи, нужно подразумевать, что различные изменения и модификации будут очевидны для специалистов. Поэтому, если в ином случае такие изменения и модификации не отступают от объема настоящего изобретения, определенного ниже, они должны быть рассмотрены как включаемые в него.