高頻電源用自動(dòng)匹配電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的高頻電源用自動(dòng)匹配電路包括：可變型電感器，該可變型電感器用于在高頻電源(10)的輸出阻抗與諧振型發(fā)送天線(11)的輸入阻抗之間進(jìn)行2MHz以上高頻的阻抗匹配，且利用以電氣方式進(jìn)行包含連續(xù)的觸點(diǎn)切換在內(nèi)的觸點(diǎn)切換的電子元器件，來使電感值可變；可變型電容器，該可變型電容器用于進(jìn)行阻抗匹配，且利用以電氣方式進(jìn)行包含連續(xù)的觸點(diǎn)切換在內(nèi)的觸點(diǎn)切換的電子元器件，來使電容值可變；以及可變控制電路(1)，該可變控制電路(1)對(duì)可變型電感器和可變型電容器的以電氣方式進(jìn)行包含連續(xù)的觸點(diǎn)切換在內(nèi)的觸點(diǎn)切換的電子元器件進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。
【專利說明】
高頻電源用自動(dòng)匹配電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及自動(dòng)地調(diào)整高頻電源的輸出阻抗與電力傳輸用發(fā)送天線的輸入阻抗之間的阻抗匹配的高頻電源用自動(dòng)匹配電路。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，為了調(diào)整輸入側(cè)的電源與輸出側(cè)的初級(jí)線圈(發(fā)送天線)之間的阻抗匹配，設(shè)置了匹配電路(例如參照專利文獻(xiàn)I)。該匹配電路使用可變電感器和可變電容器(variable condenser)，從而擴(kuò)大阻抗匹配的調(diào)整范圍，其中所述可變電感器通過使用了開關(guān)的觸點(diǎn)切換來使電感值可變，所述可變電容器使電容值可變。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)
[0003]專利文獻(xiàn)I
日本專利特開2013-5614號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0004]然而，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的可變電容器和可變電感器是以公知的元件為前提，因此其采用的是具有機(jī)械觸點(diǎn)的元件結(jié)構(gòu)。因此，由于機(jī)械觸點(diǎn)會(huì)損耗，元件的壽命較短，存在系統(tǒng)壽命有限的問題。另外，由于無法高速地進(jìn)行常數(shù)切換，因此存在系統(tǒng)的起動(dòng)速度慢的問題。另外，在通電狀態(tài)下進(jìn)行常數(shù)切換的情況下，元件內(nèi)部的機(jī)械觸點(diǎn)會(huì)發(fā)生放電，從而存在會(huì)因熔斷、熔接、碳化、高電壓噪聲等引發(fā)元器件故障的問題。
另外，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中，并沒有考慮到發(fā)送天線的輸入阻抗發(fā)生變化的情況。因此，對(duì)于無線電力傳輸系統(tǒng)中的發(fā)送天線與接收天線之間的距離會(huì)發(fā)生變動(dòng)的移動(dòng)體來說，存在無法實(shí)現(xiàn)有效的阻抗匹配的問題。
[0005]本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，其目的在于提供一種高頻電源用自動(dòng)匹配電路，其使用無機(jī)械觸點(diǎn)的元件，能夠自動(dòng)調(diào)整高頻電源的輸出阻抗與電力傳輸用發(fā)送天線的輸入阻抗之間的阻抗匹配。
解決技術(shù)問題的技術(shù)方案
[0006]本發(fā)明所涉及的高頻電源用自動(dòng)匹配電路包括:可變型電感器，該可變型電感器用于在高頻電源的輸出阻抗與電力傳輸用發(fā)送天線的輸入阻抗之間進(jìn)行2MHz以上高頻的阻抗匹配，且利用以電氣方式進(jìn)行包含連續(xù)的觸點(diǎn)切換在內(nèi)的觸點(diǎn)切換的電子元器件，來使電感值可變;可變型電容器，該可變型電容器用于進(jìn)行阻抗匹配，且利用以電氣方式進(jìn)行包含連續(xù)的觸點(diǎn)切換在內(nèi)的觸點(diǎn)切換的電子元器件，來使電容值可變；以及可變控制電路，該可變控制電路對(duì)可變型電感器和可變型電容器的以電氣方式進(jìn)行包含連續(xù)的觸點(diǎn)切換在內(nèi)的觸點(diǎn)切換的電子元器件進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。
發(fā)明效果
[0007]根據(jù)本發(fā)明，采用上述結(jié)構(gòu)，因此能夠使用無機(jī)械觸點(diǎn)的元件，來自動(dòng)調(diào)整高頻電源的輸出阻抗與電力傳輸用發(fā)送天線的輸入阻抗之間的阻抗匹配。
【附圖說明】
圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的高頻電源用自動(dòng)匹配電路的結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I中的可變型電感器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I中的可變型電感器的另一結(jié)構(gòu)的圖。
圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I中的可變型電感器的另一結(jié)構(gòu)的圖。
圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I中的可變型電容器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的高頻電源用自動(dòng)匹配電路的另一結(jié)構(gòu)的圖(設(shè)有諧振條件可變型自動(dòng)匹配電路的情況)。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。
實(shí)施方式I
圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的高頻電源用自動(dòng)匹配電路的結(jié)構(gòu)的圖。
高頻電源用自動(dòng)匹配電路自動(dòng)地調(diào)整高頻電源10的輸出阻抗與諧振型發(fā)送天線(電力傳輸用發(fā)送天線)11的輸入阻抗(負(fù)載阻抗)之間的2MHz以上高頻的阻抗匹配。該高頻電源用自動(dòng)匹配電路如圖1所示，由可變型電感器L1、可變型電容器Cl、C2、可變控制電路I構(gòu)成。
[0010]高頻電源10提供2MHz以上高頻的交流電壓。諧振型發(fā)送天線11是具有LC諧振特性的電力傳輸用諧振型天線(不僅限于非接觸型)。該諧振型發(fā)送天線11可以是磁場(chǎng)諧振型、電場(chǎng)諧振型、電磁感應(yīng)型中的任意一種。
[0011]可變型電感器LI是用于在高頻電源10的輸出阻抗與諧振型發(fā)送天線11的輸入阻抗之間進(jìn)行2MHz以上高頻的阻抗匹配的元件。該可變型電感器LI在可變控制電路I的控制下，利用以電氣方式進(jìn)行包含連續(xù)的觸點(diǎn)切換在內(nèi)的觸點(diǎn)切換的電子元器件來使電感值(L值)可變。即，可變型電感器LI是構(gòu)成為電感值可變的無機(jī)械觸點(diǎn)的元件。對(duì)于該可變型電感器LI的詳細(xì)情況，將在后面闡述。
[0012]可變型電容器C1、C2是用于在高頻電源10的輸出阻抗與諧振型發(fā)送天線11的輸入阻抗之間進(jìn)行2MHz以上高頻的阻抗匹配的元件。該可變型電容器Cl、C2在可變控制電路I的控制下，利用以電氣方式進(jìn)行包含連續(xù)的觸點(diǎn)切換在內(nèi)的觸點(diǎn)切換的電子元器件來使電容值可變。即，可變電容器Cl、C2是構(gòu)成為電容值可變的無機(jī)械觸點(diǎn)的元件。對(duì)于該可變型電容器C1、C2的詳細(xì)情況，將在后面闡述。
[0013]可變控制電路I對(duì)可變型電感器LI和可變型電容器Cl、C2的以電氣方式進(jìn)行包含連續(xù)的觸點(diǎn)切換在內(nèi)的觸點(diǎn)切換的電子元器件進(jìn)行控制，以在高頻電源10的輸出阻抗與諧振型發(fā)送天線11的輸入阻抗之間進(jìn)行2MHz以上高頻的阻抗匹配。即，通過該可變控制電路I，使可變型電感器LI的電感值和可變型電容器C1、C2的電容值可變，從而進(jìn)行阻抗匹配的自動(dòng)調(diào)整。該可變控制電路I采用由CPU基于軟件通過程序處理來執(zhí)行的結(jié)構(gòu)，或者通過使用在諧振型發(fā)送天線11上疊加電壓和電流而得到的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行反饋控制來執(zhí)行。
[0014]接下來，參照?qǐng)D2?4，對(duì)可變型電感器LI的結(jié)構(gòu)例進(jìn)行說明。 圖2是使用電動(dòng)機(jī)控制電路22作為以電氣方式進(jìn)行包含連續(xù)的觸點(diǎn)切換在內(nèi)的觸點(diǎn)切換的電子元器件、并利用該電動(dòng)機(jī)控制電路22使線圈21的磁路長度自動(dòng)可變的可變型電感器LI。在該結(jié)構(gòu)中，利用可變控制電路I驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)控制電路22，使線圈21的磁路長度在物理上可變，從而使電感值可變。圖2(a)、圖2(b)中的線圈21的匝數(shù)相同。
[0015]圖3是使用場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET:Field effect transistor)23作為以電氣方式進(jìn)行包含連續(xù)的觸點(diǎn)切換在內(nèi)的觸點(diǎn)切換的電子元器件、并利用該FET23使線圈21的卷繞匝數(shù)自動(dòng)調(diào)整的可變型電感器LI。在該結(jié)構(gòu)中，F(xiàn)ET23連接在線圈21的各卷繞點(diǎn)上，利用可變控制電路I對(duì)各FET23進(jìn)行導(dǎo)通/截止的切換，或者切換脈寬調(diào)制(PWM)等，使線圈21的卷繞匝數(shù)可變，從而使電感值可變。FET23采用S1-MOSFET、SiC-MOSFET、GaN-FET、RF(無線電頻率)用FET等元件、或者將這些元件串聯(lián)連接形成截止型體二極管。
[0016]圖4是使用FET23作為以電氣方式進(jìn)行包含連續(xù)的觸點(diǎn)切換在內(nèi)的觸點(diǎn)切換的電子元器件、并利用該FET23使線圈21的并聯(lián)連接數(shù)自動(dòng)可變的可變型電感器LI。在該結(jié)構(gòu)中，F(xiàn)ET23與并聯(lián)連接的各線圈21相連接，利用可變控制電路I對(duì)各FET23進(jìn)行導(dǎo)通/截止的切換，或者切換脈寬調(diào)制(PWM)等，使線圈21的并聯(lián)連接數(shù)可變，從而使電感值可變。FET23采用S1-MOSFET、SiC-MOSFET、GaN-FET、RF用FET等元件、或者將這些元件串聯(lián)連接形成截止型體二極管。
[0017]接下來，參照?qǐng)D5，對(duì)可變型電容器C1、C2的結(jié)構(gòu)例進(jìn)行說明。
圖5是使用FET32作為以電氣方式進(jìn)行包含連續(xù)的觸點(diǎn)切換在內(nèi)的觸點(diǎn)切換的電子元器件、并利用該FET32使電容器31的并聯(lián)連接數(shù)自動(dòng)可變的可變型電容器Cl、C2。在該結(jié)構(gòu)中，F(xiàn)ET23與并聯(lián)連接的各電容器31相連接，利用可變控制電路I對(duì)各FET32進(jìn)行導(dǎo)通/截止的切換，或者切換脈寬調(diào)制(PWM)等，使電容器31的并聯(lián)連接數(shù)可變，從而使電容值可變。FET32采用S1-MOSFET、SiC-MOSFET、GaN-FET、RF用FET等元件、或者將這些元件串聯(lián)連接形成截止型體二極管。
[0018]如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式I，包括:可變型電感器LI，該可變型電感器LI利用以電氣方式進(jìn)行包含連續(xù)的觸點(diǎn)切換在內(nèi)的觸點(diǎn)切換的電子元器件，來使電感值可變;可變型電容器Cl、C2，該可變型電容器Cl、C2利用以電氣方式進(jìn)行包含連續(xù)的觸點(diǎn)切換在內(nèi)的觸點(diǎn)切換的電子元器件，來使電容值可變；以及可變控制電路I，該可變控制電路I對(duì)可變型電感器LI和可變型電容器Cl、C2的以電氣方式進(jìn)行包含連續(xù)的觸點(diǎn)切換在內(nèi)的觸點(diǎn)切換的電子元器件進(jìn)行控制，以在高頻電源10的輸出阻抗與諧振型發(fā)送天線11的輸入阻抗之間進(jìn)行2MHz以上高頻的阻抗匹配，因此，使用無機(jī)械觸點(diǎn)的元件，能夠自動(dòng)調(diào)整上述阻抗匹配，并能低成本且小型地實(shí)現(xiàn)高可靠性的動(dòng)作。其結(jié)果是，對(duì)于無線電力傳輸系統(tǒng)中的發(fā)送側(cè)裝置的發(fā)送線圈(發(fā)送天線)與接收側(cè)裝置的接收線圈(接收天線)之間的距離會(huì)發(fā)生變動(dòng)的移動(dòng)體來說，也能夠自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)有效的阻抗匹配。
另外，由于采用由無機(jī)械觸點(diǎn)的元件構(gòu)成的電路結(jié)構(gòu)，因此，元件內(nèi)部不會(huì)發(fā)生機(jī)械損耗，不會(huì)像現(xiàn)有技術(shù)那樣使工作壽命受限。另外，能夠高速地進(jìn)行常數(shù)切換，能夠加快系統(tǒng)起動(dòng)速度。另外，能夠在通電狀態(tài)下進(jìn)行常數(shù)切換，此時(shí)元件內(nèi)部不會(huì)發(fā)生放電等，因此不會(huì)引發(fā)元器件故障。
[0019]相對(duì)于圖1所示的結(jié)構(gòu)，也可以如圖6所示地設(shè)置諧振條件可變型自動(dòng)匹配電路2，該諧振條件可變型自動(dòng)匹配電路2中追加有可變型電容器C3，利用可變控制電路I使可變型電感器LI的電感值及可變型電容器Cl、C2、C3的電容值可變，從而使諧振型發(fā)送天線11的諧振條件可變。可變型電容器C3的結(jié)構(gòu)與可變型電容器Cl、C2的相同。還可以在圖6的結(jié)構(gòu)中追加或省略元件。
[0020]此外，本發(fā)明可以在該發(fā)明的范圍內(nèi)對(duì)實(shí)施方式的任意構(gòu)成要素進(jìn)行變形，或?qū)?shí)施方式的任意構(gòu)成要素進(jìn)行省略。
工業(yè)上的實(shí)用性
[0021]本發(fā)明所涉及的高頻電源用自動(dòng)匹配電路使用無機(jī)械觸點(diǎn)的元件，并且能夠自動(dòng)調(diào)整高頻電源的輸出阻抗與電力傳輸用發(fā)送天線的輸入阻抗之間的阻抗匹配，適用于要調(diào)整阻抗匹配的高頻電源用自動(dòng)匹配電路等。
標(biāo)號(hào)說明
[0022]I可變控制電路、2諧振條件可變型自動(dòng)匹配電路、10高頻電源、11諧振型發(fā)送天線、21線圈、22電動(dòng)機(jī)控制電路、23FET、31電容器、32FET。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高頻電源用自動(dòng)匹配電路，其特征在于，包括: 可變型電感器，該可變型電感器用于在高頻電源的輸出阻抗與電力傳輸用發(fā)送天線的輸入阻抗之間進(jìn)行2MHz以上高頻的阻抗匹配，且利用以電氣方式進(jìn)行包含連續(xù)的觸點(diǎn)切換在內(nèi)的觸點(diǎn)切換的電子元器件，來使電感值可變； 可變型電容器，該可變型電容器用于進(jìn)行所述阻抗匹配，且利用以電氣方式進(jìn)行包含連續(xù)的觸點(diǎn)切換在內(nèi)的觸點(diǎn)切換的電子元器件，來使電容值可變;以及 可變控制電路，該可變控制電路對(duì)所述可變型電感器和所述可變型電容器的以電氣方式進(jìn)行包含連續(xù)的觸點(diǎn)切換在內(nèi)的觸點(diǎn)切換的電子元器件進(jìn)行控制，以進(jìn)行所述阻抗匹配。2.如權(quán)利要求1所述的高頻電源用自動(dòng)匹配電路，其特征在于， 所述可變控制電路使采用磁場(chǎng)諧振方式的所述電力傳輸用發(fā)送天線的諧振條件可變。3.如權(quán)利要求1所述的高頻電源用自動(dòng)匹配電路，其特征在于， 所述可變控制電路使采用電場(chǎng)諧振方式的所述電力傳輸用發(fā)送天線的諧振條件可變。4.如權(quán)利要求1所述的高頻電源用自動(dòng)匹配電路，其特征在于， 所述可變控制電路使采用電磁感應(yīng)方式的所述電力傳輸用發(fā)送天線的諧振條件可變。
【文檔編號(hào)】H02J50/20GK105850006SQ201380081866
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2013年12月26日
【發(fā)明人】阿久澤好幸, 酒井清秀, 江副俊裕, 伊藤有基
【申請(qǐng)人】三菱電機(jī)工程技術(shù)株式會(huì)社