交流電源裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種交流電源裝置，通過使用了開關(guān)元件的開關(guān)動作將直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓并輸出。
【背景技術(shù)】
[0002]在以非接觸方式對移動體進(jìn)行供電的應(yīng)用、以非接觸方式對便攜式電氣設(shè)備進(jìn)行充電的應(yīng)用中，使用非接觸供電裝置。作為非接觸供電裝置的方式，以往多利用使用了線圈的電磁感應(yīng)方式，但最近也逐漸開始使用一種由隔離相向的電極構(gòu)成電容器的靜電耦合方式，此外還研究了磁場共振方式等。在非接觸供電裝置中，通常是由比一般的工業(yè)頻率高的高頻交流電壓進(jìn)行供電。特別是在靜電耦合方式中，由于電容器的阻抗與頻率成反比，因此，優(yōu)選提高用于非接觸供電的頻率來降低阻抗。
[0003]另一方面，產(chǎn)生高頻交流電壓的交流電源裝置通常由直流電源部和橋接有開關(guān)元件的直交轉(zhuǎn)換部構(gòu)成。由于開關(guān)元件的開關(guān)損失大致與頻率成比例增加，而且，頻率越高則泄露到外部的損失也越多，因此，優(yōu)選降低用于非接觸供電的頻率來減少損失?？紤]兩個矛盾的頻率條件，在靜電耦合方式的非接觸供電裝置中，使用10kHz?MHz級的高頻交流電壓。另外，為了降低由開關(guān)損失引起的溫度上升，根據(jù)需要，在交流電源裝置中設(shè)置散熱片等。這種高頻交流電源裝置的技術(shù)例公開在專利文獻(xiàn)I中。
[0004]專利文獻(xiàn)I的高頻電源裝置是一種使用了通過開關(guān)元件對直流電壓進(jìn)行通斷控制的高頻逆變器的電源裝置，其具備分壓直流電壓的中間電位生成電路和數(shù)量與輸出端子相同的電感器，該電感器分別連接在輸出端子和中間電位之間。在該裝置中，線圈中始終流過偏置電流，能夠使輸出電流相對于輸出電壓形成滯后相位，由于能夠始終保持軟開關(guān)功能，因此十分有助于裝置的小型化和低損失化。
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本特開2004 - 64907號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]但是，雖然在專利文獻(xiàn)I中記述有若使輸出電流相對于輸出電壓形成滯后相位則能夠通過軟開關(guān)使開關(guān)損失為零，但在實際的電路中，開關(guān)損失不會成為零。在現(xiàn)實的開關(guān)動作中，需要一定程度的開關(guān)動作時間，在這期間，會產(chǎn)生由開關(guān)元件的內(nèi)阻、施加的電壓和流過的電流引起的開關(guān)損失。因此，專利文獻(xiàn)I的技術(shù)不一定能夠?qū)崿F(xiàn)裝置的小型化和低損失化。
[0007]本發(fā)明鑒于上述【背景技術(shù)】的問題點而完成，其應(yīng)解決的課題是提供一種交流電源裝置，通過簡單的電路結(jié)構(gòu)減少開關(guān)動作時產(chǎn)生的開關(guān)損失，并通過簡化散熱片等來實現(xiàn)裝置的小型和輕量化。
[0008]用于解決上述課題的本發(fā)明第一方面的交流電源裝置具備:直流電源部，輸出直流電壓；直交轉(zhuǎn)換部，構(gòu)成為具有進(jìn)行橋接的至少四個開關(guān)元件、與上述直流電源部連接的輸入端子對及與外部負(fù)載連接的輸出端子組，將從上述直流電源部輸入到上述輸入端子對的上述直流電壓轉(zhuǎn)換為單相或三相的交流電壓，并從上述輸出端子組輸出到上述外部負(fù)載；及開關(guān)控制部，對上述開關(guān)元件進(jìn)行開閉控制，該交流電源裝置還具備用于改善效率的線圈，該用于改善效率的線圈連接在上述輸出端子組的端子之間且與上述外部負(fù)載并聯(lián)連接。
[0009]發(fā)明效果
[0010]在本發(fā)明第一方面的交流電源裝置的發(fā)明中，與外部負(fù)載并聯(lián)連接用于改善效率的線圈，在負(fù)載電流上重疊滯后相位的線圈電流，形成總電流，直交轉(zhuǎn)換部的開關(guān)元件對總電流進(jìn)行開閉。在此，在開關(guān)元件從切斷狀態(tài)變化為導(dǎo)通狀態(tài)的導(dǎo)通動作時，由于線圈電流為負(fù)值，因此總電流減小。因此，每一次導(dǎo)通動作的開關(guān)損失顯著減少。另一方面，在開關(guān)元件從導(dǎo)通狀態(tài)變化為切斷狀態(tài)的切斷動作時，可使總電流增大。但是，由于通常情況下切斷動作時間比導(dǎo)通動作時間短，因此，每一次切斷動作的開關(guān)損失幾乎不會顯著增加。因此，僅通過追加以往電路中沒有的用于改善效率的線圈的簡單的電路結(jié)構(gòu)，即可減少反復(fù)進(jìn)行導(dǎo)通動作和切斷動作時的單位時間的開關(guān)損失。另外，由于減少了開關(guān)元件的發(fā)熱量，因此，可實現(xiàn)散熱片的簡化等，并能夠使裝置小型和輕量化。
【附圖說明】
[0011]圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的交流電源裝置的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
[0012]圖2是示意性地表示與開關(guān)控制部的一個開關(guān)元件對應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)的電路圖。
[0013]圖3是大致表示第一實施方式的交流電源裝置的動作的時間波形。
[0014]圖4是示意性地說明第一實施方式的交流電源裝置的開關(guān)元件的導(dǎo)通動作的時間波形。
[0015]圖5是示意性地說明現(xiàn)有電路的開關(guān)元件的導(dǎo)通動作的時間波形。
[0016]圖6是示意性地說明第一實施方式的交流電源裝置的開關(guān)元件的切斷動作的時間波形。
[0017]圖7是示意性地說明現(xiàn)有電路的開關(guān)元件的切斷動作的時間波形。
[0018]圖8是表示第二實施方式的交流電源裝置和作為外部負(fù)載的非接觸供電裝置的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0019]參照圖1?圖7，對用于實施本發(fā)明的第一實施方式進(jìn)行說明。圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的交流電源裝置I的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。交流電源裝置I是將單相交流電壓輸出到外部負(fù)載9的裝置。交流電源裝置I由直流電源部2、直交轉(zhuǎn)換部4、開關(guān)控制部5和用于改善效率的線圈6等構(gòu)成。對于用于改善效率的線圈6以外的結(jié)構(gòu)要件2?5，可以適當(dāng)應(yīng)用現(xiàn)有電路的技術(shù)。
[0020]直流電源部2從正極端子21和負(fù)極端子22輸出電源電壓Ns的直流電壓。正極端子21與直交轉(zhuǎn)換部4的輸入端子41連接。負(fù)極端子22與裝置I共用的地線E連接接地。直流電源部2可以使用例如對工業(yè)頻率的交流電壓進(jìn)行整流而輸出直流電壓的整流電路、蓄電池等。
[0021]直交轉(zhuǎn)換部4具有與直流電源部2的正極端子21連接的輸入端子41和與地線E連接接地的接地端子42作為輸入端子對。直交轉(zhuǎn)換部4具有第一輸出端子43和第二輸出端子44作為輸出端子對。在第一輸出端子43和第二輸出端子44之間連接有外部負(fù)載9。直交轉(zhuǎn)換部4與4個開關(guān)元件31?34進(jìn)行橋接而構(gòu)成。在本實施方式中，開關(guān)元件31?34使用三端子型的場效應(yīng)晶體管(FET)，也可以使用其他種類的半導(dǎo)體元件。
[0022]對橋接進(jìn)行詳述，在直交轉(zhuǎn)換部4的輸入端子41和接地端子42之間串聯(lián)連接有第一開關(guān)元件31和第三開關(guān)元件33。第一開關(guān)元件31的漏極端子D與輸入端子41連接。第一開關(guān)元件31的源極端子S與第三開關(guān)元件33的漏極端子D和第一輸出端子43連接。第三開關(guān)元件33的源極端子S與接地端子42連接。此外，圖1中示例有第一開關(guān)元件31的端子附圖標(biāo)記，省略了第二?第四開關(guān)元件32?34的端子附圖標(biāo)記。
[0023]同樣，在直交轉(zhuǎn)換部4的輸入端子V41和接地端子42之間串聯(lián)連接有第二開關(guān)元件32和第四開關(guān)元件34。第二開關(guān)元件32的漏極端子D與輸入端子V41連接。第二開關(guān)元件32的源極端子S與第四開關(guān)元件34的漏極端子D和第二輸出端子44連接。第四開關(guān)元件34的源極端子S與接地端子42連接。
[0024]在各開關(guān)元件31?34中附設(shè)有允許從源極端子S向漏極端子D通電而阻止反方向通電的二極管d1d。各開關(guān)元件31?34的柵極端子G分別與開關(guān)控制部5連接。通過輸入到柵極端子G的柵極控制信號、即柵極電壓VG (柵極端子G相對于源極端子S的電壓)對各開關(guān)元件31?34進(jìn)行開閉控制。在柵極電壓VG成為預(yù)定的高電平以上時，各開關(guān)元件31?34形成漏極端子D和源極端子S之間的內(nèi)阻大致為零的導(dǎo)通狀態(tài)。另外，在柵極電壓VG成為預(yù)定的低電平以下時，各開關(guān)元件31?34成為內(nèi)阻大致無限大的切斷狀態(tài)。進(jìn)而，當(dāng)柵極電壓VG過渡性地成為高電平和低電平之間的中間電平時，各開關(guān)元件31?34的內(nèi)阻以有限值變化。
[0025]上述的預(yù)定的高電平相當(dāng)于本發(fā)明的第一電平，預(yù)定的低電平相當(dāng)于本發(fā)明的第二電平。不限于此，第一電平和第二電平的大小關(guān)系也可以相互替換。即，也可以使用當(dāng)柵極控制信號高時成為切斷狀態(tài)而當(dāng)柵極控制信號低時成為導(dǎo)通狀態(tài)的類型的半導(dǎo)體元件。
[0026]在直交轉(zhuǎn)換部4中，在某時刻，將第一開關(guān)元件31和第四開關(guān)元件34同步地控制成導(dǎo)通狀態(tài)，同時將第二開關(guān)元件32和第三開關(guān)元件33控制成切斷狀態(tài)。另外，在下一時亥IJ，將第一開關(guān)元件31和第四開關(guān)元件34同步地控制成切斷狀態(tài)，同時將第二開關(guān)元件32和第三開關(guān)元件33控制成導(dǎo)通狀態(tài)。由此，在第一輸出端子43和第二輸出端子44之間產(chǎn)生矩形波的交流輸出電壓Vout。另外，在外部負(fù)載9中流動的負(fù)載電流IL也成為交流電流。
[0027]開關(guān)控制部5由相同結(jié)構(gòu)的四個電路構(gòu)成，能夠?qū)Ω鏖_關(guān)元件31?34獨立地進(jìn)行開閉控制。不限于此，也可以是由第一開關(guān)元件31和第四開關(guān)元件34共用的電路以及第二開關(guān)元件32和第三開關(guān)元件33共用的電路共兩個電路構(gòu)成的開關(guān)控制部。圖2是示意性地表示與開關(guān)控制部5的一個開