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公開番号2025125066
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-27
出願番号2024020910
出願日2024-02-15
発明の名称絶縁型電力変換システム及び制御プログラム
出願人新電元工業株式会社
代理人個人,個人
主分類H02J 50/12 20160101AFI20250820BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】1次側の電力やインピーダンスの変動の影響に関係なく2次側だけのインピーダンスを可変して出力電力が最大化するように制御する絶縁型電力変換システムを提供する。
【解決手段】本発明は、1次側コイルから2次側コイル21へ電力を絶縁状態で伝送する絶縁型電力変換システムにおいて、2次側コイル21に電気的に接続された2次側共振補償回路のキャパシタと、このキャパシタと並列接続されたスイッチと、前記キャパシタに直列接続されたインダクタと、2次側コイル21へ電力が伝送され、前記キャパシタを通って2次側から出力される電力を計測する2次側電力計測部と、2次側電力計測部により計測された電力値に基づいて、電力が大きくなるようにスイッチを駆動してDutyを可変することで、キャパシタ23のインピーダンスZtmnを制御するインピーダンス制御部を有する絶縁型電力変換システム20である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
１次側コイルから２次側コイルへ電力を絶縁状態で伝送する絶縁型電力変換システムにおいて、
前記２次側コイルと、
前記２次側コイルに電気的に接続されたキャパシタと、
前記キャパシタと並列接続されたスイッチと、
前記キャパシタに直列接続されたインダクタと、
前記２次側コイルへ電力が伝送され、前記キャパシタを通って２次側から出力される電力を計測する２次側電力計測部と、
前記２次側電力計測部により計測された電力値に基づいて、前記電力が大きくなるように前記スイッチを駆動してDutyを可変することで、前記キャパシタのインピーダンスを制御するインピーダンス制御部と、
を有することを特徴とする絶縁型電力変換システム。
続きを表示（約 2,100 文字）【請求項２】
請求項１において、
前記インピーダンス制御部は、前記２次側電力計測部によりｎ回目（ｎは２以上の整数）に計測された電力値と（ｎ－１）回目に計測された電力値を比較し、電力値が大きくなる方向に前記スイッチを駆動してDutyを増加又は減少させるように制御し、この制御を繰り返すことで２次側から出力される電力を最大値に近づけるように制御することを特徴とする絶縁型電力変換システム。
【請求項３】
請求項1または２において、
前記１次側コイルは１次側インバータに電気的に接続されていることを特徴とする絶縁型電力変換システム。
【請求項４】
請求項1または２において、
前記２次側コイルに電気的に接続された整流回路を有し、前記整流回路を通して前記２次側から電力が出力されることを特徴とする絶縁型電力変換システム。
【請求項５】
請求項1または２において、
前記１次側コイルに電気的に接続された１次側キャパシタと、
前記１次側キャパシタと並列接続された１次側スイッチと、
前記１次側キャパシタに直列接続された１次側インダクタと、
前記１次側から出力される電力が所定の電力値となるように、前記１次側スイッチを駆動してDutyを可変することで、前記１次側キャパシタのインピーダンスを制御する１次側インピーダンス制御部と、
を有することを特徴とする絶縁型電力変換システム。
【請求項６】
請求項1または２において、
前記１次側コイルと前記２次側コイルの間の距離は所定距離であることを特徴とする絶縁型電力変換システム。
【請求項７】
請求項1または２において、
前記絶縁型電力変換システムはスマートフォン、蓄電器又は電気自動車に給電するものであること、もしくは、前記絶縁型電力変換システムは半導体製造装置に用いられる高周波電源の部品として用いられることを特徴とする絶縁型電力変換システム。
【請求項８】
請求項１に記載の絶縁型電力変換システムは、複数の機能を実現する制御プログラムを有しており、
前記複数の機能は、
１次側インバータを通して前記１次側コイルから絶縁状態の前記２次側コイルへ伝送され、２次側から出力された電力を前記２次側電力計測部により（ｎ－１）回目の電力値を計測する機能（ａ）と、
前記１次側インバータを通して前記１次側コイルから絶縁状態の前記２次側コイルへ伝送され、２次側から出力された電力を前記２次側電力計測部によりｎ回目の電力値を計測する機能（ｂ）と、
前記（ｎ－１）回目の電力値と前記ｎ回目の電力値を比較し、どちらの電力値が大きいかを判定する機能（ｃ）と、
前記機能（ｃ）において前記（ｎ－１）回目の電力値より前記ｎ回目の電力値の方が大きいと判定された場合は、前記スイッチを駆動してDutyを増加させるように制御する機能（ｄ）と、
前記機能（ｃ）において前記（ｎ－１）回目の電力値より前記ｎ回目の電力値の方が小さいと判定された場合は、前記スイッチを駆動してDutyを減少させるように制御する機能（ｅ）と、
を有することを特徴とする絶縁型電力変換システム。
【請求項９】
１次側インバータを通して１次側コイルから電力を絶縁状態で伝送される２次側コイルと、
前記２次側コイルに電気的に接続されたキャパシタと、
前記キャパシタと並列接続されたスイッチと、
前記キャパシタに直列接続されたインダクタと、
前記２次側コイルへ電力が伝送され、前記キャパシタを通って２次側から出力される電力を計測する２次側電力計測部と、を有する２次側の絶縁型電力変換システムを制御するプログラムであって、
前記１次側インバータを通して前記１次側コイルから前記２次側コイルへ電力が伝送され、２次側から出力された電力を前記２次側電力計測部により（ｎ－１）回目（ｎは２以上の整数）の電力値を計測するステップ（ａ）と、
前記１次側インバータを通して前記１次側コイルから前記２次側コイルへ電力が伝送され、２次側から出力された電力を前記２次側電力計測部によりｎ回目の電力値を計測するステップ（ｂ）と、
前記（ｎ－１）回目の電力値と前記ｎ回目の電力値を比較し、どちらの電力値が大きいかを判定するステップ（ｃ）と、
前記ステップ（ｃ）において、前記（ｎ－１）回目の電力値より前記ｎ回目の電力値の方が大きいと判定された場合は、前記スイッチを駆動してDutyを増加させるように制御するステップ（ｄ）と、
前記（ｎ－１）回目の電力値より前記ｎ回目の電力値の方が小さいと判定された場合は、前記スイッチを駆動してDutyを減少させるように制御するステップ（ｅ）と、をコンピュータに実行させるための制御プログラム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁型電力変換システム及び制御プログラムに関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
従来の絶縁型電力変換システムでは、１次側コイルから２次側コイルに絶縁状態で電力を供給し、２次側から電力を出力する際に、１次側の電力量、１次側のインピーダンスの変動、１次側コイルと２次側コイルとの間隔等が２次側のインピーダンスに影響を及ぼす。そのため、そのような影響を及ぼす１次側の情報が２次側の回路に送られ、その情報のやり取りをすることで、２次側からの出力電力値の最大化（電力損失の最小化）を実施していた。これに関連する技術が特許文献１に記載されている。
【０００３】
しかし、上記のような１次－２次間の通信によるデータ送受信をすることで、２次側からの出力電力値の最大化を図るには煩雑な制御が必要となる。
【０００４】
そこで、１次側の電力やインピーダンスの変動等の影響に関係なく、２次側だけのインピーダンスを可変して出力電力が最大化するように制御できる絶縁型電力変換システムが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
ＷＯ２０１８／０２０６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の種々の態様は、１次側の電力やインピーダンスの変動の影響に関係なく、２次側だけのインピーダンスを可変して出力電力が最大化するように制御する絶縁型電力変換システム及び制御プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下に本発明の種々の態様について説明する。
【０００８】
［１］１次側コイルから２次側コイルへ電力を絶縁状態で伝送する絶縁型電力変換システムにおいて、
前記２次側コイルと、
前記２次側コイルに電気的に接続されたキャパシタと、
前記キャパシタと並列接続されたスイッチと、
前記キャパシタに直列接続されたインダクタと、
前記２次側コイルへ電力が伝送され、前記キャパシタを通って２次側から出力される電力を計測する２次側電力計測部と、
前記２次側電力計測部により計測された電力値に基づいて、前記電力が大きくなるように前記スイッチを駆動してDutyを可変することで、前記キャパシタのインピーダンスを制御するインピーダンス制御部と、
を有することを特徴とする絶縁型電力変換システム。
【０００９】
本発明の一態様に係る上記［１］の絶縁型電力変換システムによれば、２次側コイルにキャパシタが電気的に接続され、このキャパシタとスイッチが並列接続され、２次側コイルへ電力が伝送され、キャパシタを通って２次側から出力される電力を２次側電力計測部により計測する。その計測された電力値に基づいて、出力される電力が大きくなるようにスイッチを駆動してDutyを可変することで、インピーダンス制御部によりキャパシタのインピーダンスを制御する。これにより、１次側の電力量やインピーダンスの変動、電力伝送コイル間隔等の動作環境変化に関係なく（例えば１次側のインピーダンス等の変動に応じて２次側のインピーダンスも変動することが考えられるが、それを１－２次間の特別なフィードバック無しに）、２次側だけのインピーダンスを可変して出力の電力が最大化するように制御できる。このため、電力損失を最小化する制御を簡素な構成で安定的かつ高速に行うことができる。
【００１０】
［２］上記［１］において、
前記インピーダンス制御部は、前記２次側電力計測部によりｎ回目（ｎは２以上の整数）に計測された電力値と（ｎ－１）回目に計測された電力値を比較し、電力値が大きくなる方向に前記スイッチを駆動してDutyを増加又は減少させるように制御し、この制御を繰り返すことで２次側から出力される電力を最大値に近づけるように制御することを特徴とする絶縁型電力変換システム。
（【００１１】以降は省略されています）

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