电源电路及电源系统的制作方法

专利名称：电源电路及电源系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自激振荡式的电源电路及电源系统。
背景技术：
近年来，伴随着海外旅行的活跃化，期望开发出一种不仅可以在本国、而且也可以在 商用电源的电压大小与本国不同的海外使用，即能够对应宽电压的电源装置，用于作为对 剃须刀、电动牙刷等装置进行充电的电源装置。
图17是表示日本专利公开公报特开平8-80042号(以下称作"专利文献l")公开的以往 的电源装置的电路图。图17所示的电源装置是自激振荡式的电源装置，其动作如下。首 先，当连接电源部EO时，电源部E0通过偏压电阻R80向电容C20供电，从而电容C20 被充电，FET1的栅极电压VG上升。并且，当电压VG超过FET1的阈值电压时，FET1 导通，电流ID流动。当电流ID增大、R40xID超过晶体管TrlO的阈值(threshold)电压 时，晶体管TrlO导通，将FTE1的栅极电容放电。由此，电压VG减小，FET1开始截 止，线圈电流IL1也开始停止。由此，基于在反馈绕组L30感应的电压，电压VG急剧降 低，FET1完全截止。
当FET1截止时，由电容CIO、 一次绕组L10构成的谐振电路自由振动，电压VG基 于线圈电流IL1再次超过FET1的阈值电压，FET1再次导通。这样反复进行FET1的导 通、截止，向负载E20供电。
并且，FET1由电阻R40两端电压IDxR40决定，也就是由电流ID决定，因此即使 在过渡时也不会有过大的电流ID流动，电压VG也不会过度降低，因而能够使谐振电路 中的振荡稳定。
作为其他与本发明申请相关的技术，有在日本专利公开公报特开平10-98880号(以下 称作"专利文献2")中公开的RCC(Ringing Choke Converter)型的电源装置。
然而，专利文献1的电源装置无法对应世界各地的电压，在电源部EO的电压较大的 地域、国家使用时，由于FET1的漏极-源极间电压过大，存在必须采用漏极-源极间的耐 压较大的元件作为FET1的问题。另一方面，专利文献2的开关电源装置，因为是RCC式，所以开关元件是硬性开闭， 其结果是存在产生噪声较多并且功率损耗变大的问题。并且，专利文献2的开关电源装置， 因为是RCC式，所以即使在电源电压较大的国家、地域使用，由于开关元件的漏极-源极 间电压也不会像谐振式那样变大，因此不需要降低开关元件的漏极-源极间电压。因此，不 存在自激振荡式的电源装置产生的上述问题。
本发明的目的在于提供一种电源电路及电源系统，即使不使用耐压较大的开关元件也 能够对应世界各地的电压、并且能够向负载装置提供稳定的电力。

发明内容
本发明所涉及的电源电路，利用由电源部提供的电力进行自激振荡的电源电路，包括 谐振部，具有谐振电容和谐振线圈、且向负载装置供电；振荡部，具有与上述谐振部串联 连接的第一开关元件和与上述谐振线圈磁耦合的反馈线圈，接通/断开上述第一开关元件， 从而使上述谐振部自激振荡；断开部，具有第二开关元件和连接于上述第二开关元件的控 制端子与电源部的负极间的断开电容，在上述第一开关元件接通时流过的导通电流达到规 定值时，接通上述第二开关元件，断开上述第一开关元件；以及第一充电部，具有正极连 接于上述反馈线圈一侧的二极管，和负极连接于上述二极管的负极、正极连接于上述断开 电容一侧的稳压二极管。
根据该结构，由于在在反馈线圈和断开电容之间具有包含阻止电流从断开电容向反馈 线圈的方向流动的二极管和在反馈线圈的电压超过一定值时进行动作的稳压二极管的第 一充电部，因此，当从电源部输出较大的电压时，反馈线圈的电压超过一定值，第一充电 部进行动作，向断开电容供电。由此，在第一开关元件的接通期间，利用第一开关元件的 导通电流和由第一充电部提供的电流，断开电容被充电，能够使第二开关元件快速接通， 第一开关元件快速断开。其结果，第一开关元件的接通时间缩短，谐振部蓄积的能量减少， 能够抑制流至负载装置的输出电流的增大。由此，以从电源部输出的电压为横轴、以流至 负载装置的输出电流为纵轴时，表示两者的关系的输出特性变得平坦，能够提供可对应世 界各地电压的电源电路。
另外，在从电源部输出的电压较高的情况下，通过第一充电部的动作，断开电容被快 速充电，因此第一开关元件的接通期间缩短，能够防止第一开关元件被施加过大的电压。
并且，第一充电部具有阻止电流从断开电容向反馈线圈的方向流动的二极管，因此能 够使第一开关元件接通时的断开电容所蓄积的电荷量一定，断开电容的充电时间一定，第一开关元件的接通期间一定，能够对负载装置提供稳定的电力。


图l表示本发明的实施例l所涉及的电源系统的电路图。
图2表示图l所示的电源系统的时序图，其中，(a)表示晶体管Ql的漏极-源极间电压， (b)表示漏极电流，(c)表示反馈线圈的电压，(d)表示断开晶体管Tr的基极-发射极间电压， (e)表示断开晶体管Tr的集电极电流。
图3是表示本电源系统的输出特性的坐标图，纵轴表示输出电流，横轴表示输入电压。
图4表示本发明的实施例2所涉及的电源系统的电路图。
图5表示本发明的实施例3所涉及的电源系统的电路图。
图6是表示本电源系统的输出特性的坐标图，纵轴表示输出电流，横轴表示输入电压。
图7表示本发明的实施例4所涉及的电源系统的电路图。
图8表示本发明的实施例5所涉及的电源系统的电路图。
图9表示本发明的实施例6所涉及的电源系统的电路图。
图IO表示本发明的实施例7所涉及的电源系统的电路图。
图11表示本发明的实施例8所涉及的电源系统的电路图。
图12表示充电信号与充电电流的波形图，其中，(a)表示通常充电时的充电信号与充 电电流的波形图，(b)表示充电电流的平均值小于通常充电时的充电电流时(减小输出时)的 充电信号与充电电流的波形图。
图13表示本发明的实施例9所涉及的电源系统的电路图。
图14表示本发明的实施例IO所涉及的电源系统的电路图。
图15表示本发明的实施例ll所涉及的电源系统的电路图。
图16表示本发明的实施例ll所涉及的电源系统的电路图。
图17是表示专利文献1公开的以往的电源装置的电路图。
具体实施方式
下面，对本发明的实施例所涉及的电源系统进行说明。 (实施例1) .
图l表示本发明的实施例l所涉及的电源系统的电路图。本电源系统具有电源电路10 和负载装置20。电源电路10具有谐振部(resonance section)ll、振荡部(oscillationsection)12、断开部(turrroffsection)13、充电部14(第一充电咅l0以及电源部15。 谐振部11具有并联连接的谐振线圈Ll和谐振电容C3，向负载装置20供电。 振荡部12具有反馈线圈L3、电容C2、电阻R2、晶体管Q1(第一开关元件)以及电阻
R4，使谐振部11自激振荡。反馈线圈L3与谐振线圈Ll磁耦合以使晶体管Ql的栅极(gate)
侧端子为正极性。以下称反馈线圈L3的晶体管Ql的栅极侧端子为正端子，称与正端子
相反侧的端子为负端子。反馈线圈L3的负端子与电源部15的负极Tl连接。谐振线圈Ll
的一端连接于晶体管Ql的漏极(dmin)。
晶体管Ql为n沟道场效应晶体管，漏极连接于谐振部ll，源极连接于断开部13，
栅极(控制端子)通过电阻R2和电容C2与反馈线圈L3的正端子连接。另外，在晶体管Ql
的栅极-源极间连接有用于防止向栅极输出过大电压的电阻R4。
电容C2的一端通过反馈线圈L3连接于电源部15的负极Tl，另一端通过电阻R2连
接于晶体管Ql的栅极。并且，电容C2和电阻R2阻止电流从起动电阻Rl向反馈线圈
L3侧流动。
断开部13具有断开晶体管Tr(第二开关元件)、断开电容C4、电阻R5、 R6，利用晶 体管Ql导通时流动的漏极电流(导通电流)对断开电容C4进行充电，当断开电容C4的电 压超过断开晶体管Tr的阈值电压时，将断开晶体管Tr导通，并使断开晶体管Q1断开。
断开电容C4的一端连接于负极Tl，另一端连接于断开晶体管Tr的基极(控制端子)。
断开晶体管Tr是npn双极晶体管(bipolar transistor),发射极连接于电源部15的负 极T1，基极-发射极间并联连接有断开电容C4，集电极通过起动电阻R1与电源部15的 正极T2连接。并且，当断开电容C4的电压超过阈值电压时，断开晶体管Tr导通，将晶 体管Ql的栅极电容放电，并使晶体管Ql断开。由此，能够阻止过大的漏极电流流至晶 体管Q1，保护晶体管Q1。
电阻R6的一端连接于负极Tl，另一端通过电阻R5连接于断开晶体管Tr的基极， 通过电阻R5向断开电容C4输出与晶体管Ql导通时流动的漏极电流相应的电压，对断开 电容C4进行充电。
充电部14具有二极管D1、稳压二极管Z1以及电阻R3，在从电源部15输出大于一 定值的电压时进行动作，对断开电容C4进行充电。二极管Dl的正极(anode)连接于反馈 线圈L3的正端子。稳压二极管Z1的负极连接于二极管D1的负极，正极通过电阻R3连 接于断开电容C4。
电源部15具有整流电路151和电容Cl，将来自商用电源E的交流电压转换为直流电压。商用电源E输出振幅为80V 246V的交流电压。整流电路151例如是二极管电桥 电路，对从商用电源E输出的交流电压进行全波整流。电容C1例如是电解电容，对被整 流电路151全波整流过的电压进行滤波，从而生成直流电压。
负载装置20具有负载线圈L2、与负载线圈L2并联连接的电容C5、正极连接于电容 C5的二极管D2以及正极连接于二极管D2的负极且负极连接于电容C5的二次电池21。
负载线圈L2与谐振线圈L1磁耦合以使二次电池21的负极侧具有正极性。在此，谐 振线圈Ll与负载线圈L2通过未图示的绝缘体非接触地连接。此外，由谐振线圈Ll与负 载线圈L2构成变压器，谐振线圈L1为一次绕组，负载线圈L2为二次绕组。
电容C5对从负载线圈L2输出的电压进行滤波，二极管D2对从负载线圈L2输出的 电压进行整流。由此， 一定的充电电流流至二次电池21。 二次电池21采用锂离子二次电 池、镍镉二次电池等。
接下来，对图l所示的电源系统的动作进行说明。图2表示图l所示的电源系统的时 序图，其中，(a)表示晶体管Ql的漏极-源极间电压，(b)表示漏极电流，(c)表示反馈线圈 L3的电压，(d)表示断开晶体管Tr的基极-发射极间电压，(e)表示断开晶体管Tr的集电极 电流。下面，参照图l的电路图和图2的时序图，对本电源系统的动作进行说明。
从商用电源E输出的AC80 AC264V的电压被整流电路151整流、被电容Cl滤波， 成为DC113 DC374V的直流电压。如果反馈线圈L3和电容Cl的电压上升，在起动电 阻Rl就有电流流过，晶体管Ql的栅极开始被施加电压。当晶体管Ql的栅极电压超过晶 体管Q1的阈值电压时，晶体管Q1就导通(时刻TM1)，在谐振电容C3和谐振线圈L1开 始有电流流过。
此时，如图2(b)所示，在晶体管Ql开始有漏极电流流过，在谐振线圈Ll开始有电 流流过。如果谐振线圈Ll开始有电流流过，在与谐振线圈L1磁耦合的反馈线圈L3上也 产生电压，基于谐振线圈Ll的方向性而维持晶体管Ql导通。另外，如果晶体管Ql导通， 基于漏极电流，在电阻R6上开始产生电压，断开电容C4被充电。
与此同时，在反馈线圈L3的正端子上产生正的电压，当商用电源E的电压大于一定 值时，充电部14动作，电流通过二极管D1、稳压二极管Z1、电阻R3流至断开电容C4， 断开电容C4被充电。即，利用充电部14和在电阻R6上产生的电压对断开电容C4进行 充电，因此能够使断开晶体管Tr快速导通。
如果断开电容C4的电压上升到断开晶体管Tr的阈值电压时(时刻TM2)，断开晶体管 Tr就导通，将晶体管Q1的栅极电容放电，从而晶体管Q1截止(时刻TM3)。此时，由于存在断开电容C4，因此断开晶体管Tr暂时维持导通直到经过时刻TM4, 在反馈线圈L3的正端子上产生负的电压，晶体管Q1维持截止。此时，流至谐振线圈L1 的电流流至谐振电容C3，谐振线圈Ll的漏电感(leakage inductance)与谐振电容C3开 始谐振，如图2(a)所示，晶体管Ql的漏极-源极间电压呈向上凸出的曲线状变化。另夕卜， 反馈线圈L3的电压随之呈向下凸出的曲线状变化。
此外，在本实施例中，谐振线圈Ll与负载线圈L2疏耦合(loose coupling)，在谐振 线圈Ll产生励磁电感(excitinginductance)和漏电感(leakageinductance)。如果谐振开始后经 过一段时间，在反馈线圈L3的正端子上产生正的电压，晶体管Q1再次导通(时刻TM5)。 此外，决定断开电容C4的静电电容与电阻R5、 R6的电阻值，以使在晶体管Q1导通时 蓄积在断开电容C4中的全部或一定量的电荷在晶体管Ql的导通期间内通过电阻R5和 R6被放电。
图3是表示本电源系统的输出特性的曲线图，纵轴表示输出电流，横轴表示输入电压。 实线曲线表示采用充电部14时的输出特性，虚线曲线表示没有采用充电部14时的输出特 性。输出电流表示在负载装置20的二次电池21流过的充电电流，输入电压表示商用电源 E输出的电压。并且，E1表示在对反馈线圈L3的正端子施加充电部14开始动作的阈值 电压时的商用电源E的电压。
设谐振线圈L1的圈数为N1、反馈线圈L3的圈数为N3、商用电源E输出的电压为 E，当谐振线圈Ll与反馈线圈L3完全耦合时，在反馈线圈L3上产生ExN3/Nl的电压。 并且，当在反馈线圈L3上产生的电压(ExN3/Nl)高于稳压二极管Zl的击穿电压 (breakdown voltage)VZl时，充电部14就动作。
由此，将图3的虚线所示的应该增加的充电电流控制为如实线所示，在大于El的高 电压区域大幅度地抑制充电电流的增大。即，虽然在充电部14流过的电流随着商用电源E 的电压升高而更变大，但是，据此晶体管Q1的导通期间縮短，在导通期间谐振部ll蓄积 的能量减少，其结果抑制输出电流的增大。此外，通过调整电阻R3的电阻值能够调整图 3所示的高电压区域的输出电流的倾斜，因此通过调整R3的电阻值能够使输出电流大致 一定，或者如图6所示，可以使输出电流缓慢减小。
接下来，考虑充电部14不具有二极管D1的情况。在这种情况下，如图2(c)所示，在 晶体管Q1截止期间，由于在反馈线圈L3上产生负的电压，因此断开电容C4的电荷也被 放电至反馈线圈L3侧。并且，在反馈线圈L3上产生的负的电压随着时间变化而不稳定， 因此被放电的电荷量也不稳定，可能使晶体管Ql导通时的断开电容C4的剩余电容无法保持一定。因此，难以每次都从断开电容C4放出一定的电荷，这会导致晶体管Q1的导 通期间不稳定。
另一方面，在本电源系统中，充电部14具有正极连接于反馈线圈L3的正端子的二极 管D1。因此，在晶体管Q1截止的期间，蓄积在断开电容C4中的电荷仅从电阻R5、 R6 被放电y从而阻止通过充电部14将电荷放电。其结果，当晶体管Q1导通时，断开电容 C4所蓄积的电荷成为0或者一定值，能够使晶体管Ql的导通期间一定。
如上所述，若采用实施例l的电源系统，由于具有充电部14，因此能够与商用电源E 的电压大小无关地将输出电流控制在某种程度的范围内，能够提供可对应世界各地电压的 电源电路IO。并且，由于具有充电部14，晶体管Q1的导通期间随着商用电源E的电压 增大而縮短，因此能够防止对晶体管Q1施加过大的电压。并且，充电部14具有正极连接 于反馈线圈L3的正端子的二极管Dl，因此能够阻止断开电容C4通过充电部14放电， 使晶体管Ql的导通期间稳定，使提供给负载装置20的电力稳定。
(实施例2)
接下来，对本发明的实施例2所涉及的电源系统进行说明。图4表示实施例2所涉及 的电源系统的电路图。此外，在图4中，对与实施例l相同的结构标注相同的附图标记， 省略说明。实施例2所涉及的电源系统以在正极T2与断开晶体管Tr的基极之间连接有电 阻R7。
如果从商用电源E输入电压，电流通过电阻R7流至断开电容C4，因此始终向断开 电容C4输出电阻R7与电阻R5、 R6的合成电阻之间的分压电压。因而，对断开电容C4 输出的电压随着商用电源E电压的增大而增大，因此能够与商用电源E的电压相应地控制 晶体管Q1的导通期间，控制对负载装置20的输出。
另外，不仅通过充电部14，还通过电阻R7向断开电容C4供电，因此断开电容C4 能够快速使断开晶体管Tr导通，晶体管Q1的导通期间縮短，从而可以采用耐压较低的晶 体管作为晶体管Q1。
如上所述，根据实施例2所涉及的电源系统，能够调整商用电源E的电压来控制对负 载装置20的输出，并且能够防止对晶体管Ql施加过大的电压。
(实施例3)
接下来，对本发明的实施例3所涉及的电源系统进行说明。图5表示实施例3所涉及的电源系统的电路图。此外，在图5中，对与实施例1、 2相同的结构标注相同的附图标 记，省略说明。实施例3所涉及的电源系统以在实施例1的电源系统中在充电部14上并 联连接滤波部16为特征。滤波部16具有二极管D3、电容C7以及电阻R8。 二极管D3 的正极连接于反馈线圈L3的正端子，负极通过电阻R8连接于断开晶体管Tr的基极，并 且通过电容C7连接于负极Tl。滤波部16对反馈线圈L3的电压进行滤波，生成相当于电源电压的电压。由此，从充 电部14和滤波部16这两条路径对断开电容C4充电。因此，对断开电容C4输出降低了 产生在电容Cl上的电压包含的纹波(ripple)的电压，断开晶体管Tr直到导通的时间稳定， 晶体管Ql的导通期间稳定，能够使谐振部11进行稳定的振荡。图6是表示实施例3所涉及的电源系统的输出特性的曲线图，纵轴表示输出电流，横 轴表示输入电压。此外，实线表示实施例3的输出特性，虚线表示实施例4的输出特性。 输出电流表示在负载装置20的流到二次电池21的充电电流，输入电压表示商用电源E的 电压。如图6所示，可知当设置滤波部16时，电压到达E1为止的低电压区域的倾斜与图 3所示的曲线图相比更平缓。因此，不管商用电源E输出的电压大小如何，能够将输出电 流控制在一定的范围内。如上所述，根据实施例3所涉及的充电系统，由于具有滤波部16，因此对断开电容 C4输出稳定的电压，输出特性更平坦，其结果，能够提供更适于世界各地电压的电源系 统。(实施例4)接下来，对本发明的实施例4所涉及的电源系统进行说明。图7表示实施例4所涉及 的电源系统的电路图。此外，在图7中，对与实施例1 3相同的结构标注相同的附图标 记，省略说明。实施例4所涉及的的电源系统以具有充电部17，代替实施例3所涉及的电 源系统的滤波部16，即、使用两个充电部14、 17对断开电容C4进行充电为特征。充电部17与充电部14的结构相同，具有二极管D5、稳压二极管Z2以及电阻R9。 二极管D5的正极连接于反馈线圈L3的正端子，负极连接于稳压二极管Z2的负极。稳压 二极管Z2的正极通过电阻R9连接于断开晶体管Tr的基极。在此，设稳压二极管Z2的击穿电压VZ2大于稳压二极管Z1的击穿电压VZ1。由此， 在反馈线圈L3的正端子的电压低于VZ1时，充电部14、 17不动作，在反馈线圈L3的 正端子的电压在VZ1以上、且未达到VZ2时，只有充电部14动作，在反馈线圈L3的正端子的电压在VZ2以上时，充电部14、充电部17—起动作。由此，如图6的虚线的坐标图所示，在输出特性上出现两个拐点Pl、 P2。 BP，在商 用电源E的电压低于E2、反馈线圈L3的正端子的电压未达到击穿电压VZ1时，充电部 14、 17不动作。另外，在商用电源E的电压在E2以上，未达到E3，反馈线圈L3的正 端子的电压在击穿电压VZ1以上，且未达到击穿电压VZ2时，只有充电部14动作。由此， 由充电部14对断开电容C4充电，结果是导通期间縮短，输出电流降低。因此，在E2 E3的中电压区域，输出特性的倾斜比低电压区域平缓。并且，在商用电源E的电压在E3以上、反馈线圈L3的正端子的电压高于击穿电压 VZ2时，除充电部14动作外，充电部17也动作。由此，从充电部14和充电部17两条 路径对断开电容C4充电，结果是导通期间进一步縮短，输出电流进一步降低。因此，高 电压区域的输出特性的倾斜比中电压区域更平缓。如上所述，根据实施例4所涉及的电源系统，除充电部14外还设置有充电部17，因 此输出特性呈两阶段变化，将输出电流的变动幅度抑制得更小，得到更平坦的输出特性， 能够提供更适于世界各地电压的电源系统。此外，在实施例4所涉及的电源系统中，虽然设置了两个充电部14、 17，但也可以 设置三个以上的充电部。在这种情况下，只要将各充电部具有的稳压二极管的击穿电压设 为不同的值，就能够得到具有与充电部的个数相对应的拐点的输出特性，能够得到更平坦 的输出特性。并且，通过调整充电部的个数和稳压二极管的击穿电压的值，能够调整输出 特性，以便在目标(target)商用电源E的电压区域内得到所期望的输出电流。(实施例5)接下来，对本发明的实施例5所涉及的电源系统进行说明。图8表示实施例5所涉及 的电源系统的电路图。此外，在图8中，对与实施例1 4相同的结构标注相同的附图标 记，省略说明。实施例5所涉及的电源系统以具有在实施例4的电源系统中，省去了充电 部17的稳压二极管Z2的充电部18为特征。由于充电部18不包含稳压二极管Z2，因此即使在商用电源E的电压较低、充电部 14不动作的情况下充电部18也会动作，对断开电容C4进行充电。因此，电源系统的输 出特性在低电压区域的倾斜变得平缓，能够使输出特性更加平坦。另一方面，在商用电源E输出使充电部14动作的高电压时，与实施例l相同，抑制 输出电流在高电压区域增大，能够得到平坦的输出特性。如上所述，根据实施例5所涉及的电源系统，由于具有充电部18，因此能够使在低电 压区域的输出特性平坦，能够提供更适于世界各地电压的电源系统。(实施例6)接下来，对本发明的实施例6所涉及的电源系统进行说明。图9表示实施例6所涉及 的电源系统的电路图。此外，在图9中，对与实施例1 5相同的结构标注相同的附图标 记，省略说明。实施例6所涉及的电源系统以在实施例1的电源系统中，将电源电路IO 和负载装置20通过壳体30连接为特征。壳体30使谐振线圈Ll与负载线圈L2绝缘，并使在谐振线圈Ll中产生的磁通在负 载线圈L2中交链(iiiterliiik)，通过电磁感应传输电力。由此，电源电路10非接触地对二 次电池21进行充电。作为壳体30，可以采用电源电路10的壳体和负载装置20的壳体。 并且，在电源电路10的壳体上设置用于载放负载装置20的载放部，当在该载放部上载放 负载装置20时，只要设置谐振线圈Ll和负载线圈L2使谐振线圈Ll与负载线圈L2磁耦 合即可。在从电源电路IO上卸下负载装置20的情况下，谐振线圈Ll中励磁电感也变为漏电 感，与安装有负载装置20的情况相比，漏电感增大，谐振电压随之增大，导致晶体管Q1 的漏极电压也增大。然而，实施例6所涉及的电源系统由于具有充电部14，因此即使谐振 电压增大，由于充电部14动作而使晶体管Q1的导通期间縮短，因此也可以不使用耐压较 大的晶体管作为晶体管Q1，并且使输出特性平坦。如上所述，根据实施例6所涉及的电源系统，由于设置壳体30，因此能够非接触地对 二次电池21进行充电。并且，即使卸下负载装置20，谐振电压增大，由于充电部14动 作而使晶体管Ql的导通期间縮短，因此不会对晶体管Q1长时间施加较大的电压，能够 保护晶体管Q1。其结果，不需要使用耐压较大的晶体管作为晶体管Q1，能够实现电路的 小型化和低成本化。(实施例7)接下来，对本发明的实施例7所涉及的电源系统进行说明。图10表示实施例7所涉 及的电源系统的电路图。此外，在图10中，对与实施例1 6相同的结构标注相同的附图 标记，省略说明。实施例7所涉及的电源系统以使用剃须刀作为负载装置20，电源电路对 剃须刀供电来加热刀面22。剃须刀具有刀面22和主体部23。刀面22由金属形成，在人剃须时与皮肤接触，剃 掉长在皮肤上的毛。主体部23具有控制剃须刀的各种电路等。壳体30由电源电路10的壳体构成，使谐振线圈L1与刀面22绝缘。电源电路10是 与实施例1的电源电路10相同的电源电路，使在谐振线圈Ll中产生的磁通与刀面22交 链，使刀面22中流过涡电流从而加热刀面22。刀面22的厚度为100nm左右，较薄，与 金属锅一样，耦合较低。因此，谐振线圈Ll的电感(inductance)大致成为漏电感，谐振电 压变高，导致晶体管Q1的漏极电压增大。然而，实施例7所涉及的电源系统由于具有充 电部14，因此即使谐振电压增大，由于充电部14动作而使晶体管Q1的导通期间縮短， 因此也可以不使用耐压较大的晶体管作为晶体管Ql，并且输出特性平坦。如上所述，根据实施例7所涉及的电源系统，电源电路10能够非接触地加热电动剃 须刀的刀面22。另外，由于谐振线圈L1的二次一侧为由金属形成的刀面22,因此谐振电 压增大，但是由于充电部14动作而使晶体管Q1的导通期间縮短，因此不会对晶体管Q1 长时间施加较大的电压，能够保护晶体管Ql。其结果，不需要使用耐压较大的晶体管作 为晶体管Q1，能够实现电路的小型化和低成本化。(实施例8)接下来，对本发明的实施例8所涉及的电源系统进行说明。图11表示实施例8所涉 及的电源系统的电路图。此外，在图11中，对与实施例1 7相同的结构标注相同的附图 标记，省略说明。实施例8所涉及的电源系统以利用负载装置20a进行电流控制为特征。负载装置20a相对于实施例1的负载装置20还具有晶体管Q2、四个电阻R21、R22、 R23、 R24以及微型计算机24。晶体管Q2是n沟道场效应晶体管，漏极连接于二极管 D2的负极，源极连接于二次电池21的正极。串联连接的电阻R21和R22与二次电池21 并联连接。电阻R21与电阻R22的连接点与微型计算机24连接。晶体管Q2的栅极通过 电阻R23与微型计算机24连接。电阻R24连接于负载线圈L2的正端子与二次电池21 的负极之间。微型计算机24的接地端子与二次电池21的负极连接。微型计算机24检测流过电阻R24的充电电流，向晶体管Q2的栅极输出脉冲信号(充 电信号)，对晶体管Q2进行PWM(pulse width modulation,脉宽调制)控制，以使充电 电流的平均值保持一定的值。由此，被调整为充电电流的平均值保持一定的值，使从电源 电路10输出的不稳定的电流成为稳定的电流，能够高精度地对二次电池进行充电。此外，在实施例8中，二次电池21相当于负载主体部，负载线圈L2、 二极管D2、电容C5、晶体管Q2以及电阻R24相当于提供部，微型计算机24相当于电流检测部及控 制部。图12表示充电信号与充电电流的波形图，其中，(a)表示通常充电时的充电信号与充 电电流的波形图，(b)表示充电电流的平均值小于通常充电时的充电电流时(减小输出时)的 充电信号与充电电流的波形图。由图12(a)、 (b)可知当充电信号为高电平时，晶体管Q2导通，流有一定大小的充电 电流；当充电信号为低电平时，晶体管Q2截止，充电电流为0。 g卩，在增大充电电流的 平均值时，微型计算机24增大充电信号的脉宽；当减小充电电流的平均值时，微型计算 机24减小充电信号的脉宽，由此能够调整充电电流的平均值。如上所述，根据实施例8的电源系统，负载装置20a中设置了晶体管Q2、电阻R21 R24以及微型计算机24,因此能够被调整为充电电流的平均值保持一定的值，使从电源电 路10输出的不稳定的电流成为稳定的电流，高精度地对二次电池21充电，并且能够进行 增大或者减小充电电流的平均值的调整。此外，在实施例8中，微型计算机24控制晶体管Q2以使充电电流的平均值保持一定 的值，但是也可以控制晶体管Q2使二次电池21的充电电压保持一定的值。在这种情况下，微型计算机24根据施加在电阻R21、 R22上的电压检测二次电池21 的充电电压，只要调整充电信号的脉宽来控制晶体管Q2以使检测出的充电电压保持一定 的值即可。使二次电池21的电压保持一定的值的控制，在采用锂离子电池那样需要进行 稳压充电的二次电池作为二次电池21的情况下有效。并且，根据本电源系统，微型计算 机24也能够使晶体管Q2始终截止从而停止充电。(实施例9)接下来，对本发明的实施例9所涉及的电源系统进行说明。图13是表示实施例9所 涉及的电源系统的电路图。此外，在图13中，对与实施例1 8相同的结构标注相同的附 图标记，省略说明。实施例9所涉及的电源系统以在构成二次电池21的电池数变化时， 通过改变电容C5的静电容量的大小来调整充电电流为特征。在负载装置20中，以流至二极管D2的充电电流为纵轴、以电容C5的静电容量为横 轴表示充电电流与静电容量之间的关系时，充电电流以负载线圈L2与电容C5谐振时的静 电容量为峰值，呈山状变化。因此，通过调整电容C5的静电容量能够使充电电流成为目标值。因而，在采用电池数为两个的二次电池21的负载装置20b来代替电池数为一个的二 次电池21的负载装置20时，通过设定负载装置20b的电容C5的静电容量以使充电电流 高于负载装置20的充电电流，由此可以在不改变电源电路10的结构的情况下，使所希望 的大小的充电电流流至负载装置20b。此外，在实施例9中，负载装置20b具有的二次电池21的电池数为两个，但是不限 于此，也可以将二次电池21的电池数设为三个以上。在这种情况下，通过设定电容C5的 静电容量，与二次电池21的电池数相对应，使所希望的充电电流流过，由此可以在不改 变电源电路10的结构的情况下，使所希望的大小的充电电流流至负载装置20b。另外， 也可以设定电容C5的静电容量，不仅与电池数，还与镍镉电池、锂离子电池那样的二次 电池21的种类相对应，使所希望的充电电流流过。如上所述，根据实施例9所涉及的电源系统，即使二次电池21的电池数变化，也能 够通过设定电容C5的静电容量使所希望的大小的充电电流流过，从而在不改变电源电路 10的结构的情况下，使所希望的充电电流流至负载装置20b。(实施例10)接下来，对本发明的实施例10所涉及的电源系统进行说明。图14表示实施例10所 涉及的电源系统的电路图。此外，在图14中，对与实施例1 9相同的结构标注相同的附 图标记，省略说明。实施例10所涉及的电源系统以在构成二次电池21的电池数变化时， 通过改变负载线圈L2的圈数来调整充电电流为特征。在负载装置20中，以流至二极管D2的充电电流为纵轴、以负载线圈L2的圈数为横 轴，表示充电电流与圈数之间的关系时，充电电流以负载线圈L2与电容C5谐振时的圈数 为峰值，呈山状变化。因此，通过调整负载线圈L2的圈数能够使充电电流成为目标值。因而，在采用电池数为两个的二次电池21的负载装置20c来代替电池数为一个的二 次电池21的负载装置20时，通过设定负载装置20c的负载线圈L2的圈数以使充电电流 高于负载装置20的充电电流，由此可以在不改变电源电路10的结构的情况下，使所希望 的大小的充电电流流至负载装置20c。此外，在实施例10中，负载装置20c具有的二次电池21的电池数为两个，但是不限 于此，也可以将二次电池21的电池数设为三个以上。在这种情况下，通过设定负载线圈 L2的圈数，与二次电池21的电池数相对应，使所希望的充电电流流过，由此可以在不改变电源电路10的结构的情况下，使所希望的大小的充电电流流至负载装置20b(应为20c)。 另外，也可以设定负载线圈L2的圈数，不仅与电池数，还与镍镉电池、锂离子电池那样 的二次电池21的种类相对应，使所希望的充电电流流过。
如上所述，根据实施例IO所涉及的电源系统，即使二次电池21的电池数变化，也能 够通过设定反馈线圈L3(应为负载线圈L2)的圈数以使所希望的大小的充电电流流过，从 而可以在不改变电源电路10的结构的情况下，使所希望的大小的充电电流流至负载装置 20c。
(实施例11)
接下来，对本发明的实施例ll所涉及的电源系统进行说明。图15和图16表示实施 例ll所涉及的电源系统的电路图。此外，在图15和图16中，对与实施例1 10相同的 结构标注相同的附图标记，省略说明。实施例11所涉及的电源系统以通过改变谐振线圈 Ll与负载线圈L2之间的距离来调整流至二极管D2的充电电流。
当增大谐振线圈Ll与负载线圈L2之间的距离时，漏磁通(flux leakage)增多，因此 传输到负载装置20的电力减小，其结果，充电电流减小。另一方面，当减小谐振线圈L1 与负载线圈L2之间的距离时，由于漏磁通减少，因此传输到负载装置20的电力增大，其 结果，充电电流增大。因此，通过调整壳体30的厚度能够调整充电电流的大小。
相对于图15所示的负载装置20的二次电池21的电池数是一个，图16所示的负载装 置20的二次电池21的电池数是两个。因此，流入图16所示的负载装置20的充电电流的 大小以大于流入图15所示的负载装置20的充电电流为宜。
因此，在图16所示的电源系统中，壳体30的厚度被设定为使谐振线圈Ll与负载线 圈L2之间的距离小于图15所示的电源系统中的两者间的距离的厚度。因此，图16所示 的电源系统与图15所示的电源系统相比，有更大的充电电流流至负载装置20。
如上所述，根据实施例ll所涉及的电源系统，即使二次电池21的电池数变化，也能 够通过设定壳体的厚度使所希望的大小的充电电流流过，从而可以在不改变电源电路10 的结构的情况下，使所希望的大小的充电电流流至负载装置20。
此外，图16所示的二次电池21的电池数是两个，但是电池数也可以设为三个以上。 在这种情况下，通过调整壳体的厚度，与电池数相对应，使所希望大小的充电电流，由此 可以在不改变电源电路10的结构的情况下，使所希望的大小的充电电流流至负载装置20。 另外，也可以设定壳体30的厚度，不仅与电池数，还与镍镉电池、锂离子电池那样的二次电池21的种类相对应，使所希望的充电电流流过。 (本发明的总结)
(1) 本发明所涉及的电源电路是利用由电源部提供的电力进行自激振荡的电源电路，具 有谐振部，具有谐振电容和谐振线圈、向上述负载装置供电；振荡部，具有与上述谐振 部串联连接的第一开关元件和与上述谐振线圈磁耦合的反馈线圈，接通/断开上述第一开关 元件，从而使上述谐振部自激振荡；断开部，具有第二开关元件和连接于上述第二开关元 件的控制端子与电源部的负极之间的断开电容，在上述第一开关元件接通时流过的导通电 流达到规定值时，接通上述第二开关元件，断开上述第一开关元件；以及第一充电部，具 有正极连接于上述反馈线圈侧的二极管，和负极连接于上述二极管的负极、正极连接于上 述断开电容侧的稳压二极管。
根据该结构，由于在反馈线圈和断开电容之间具有包含阻止电流从断开电容向反馈线 圈的方向流动的二极管和在反馈线圈的电压超过一定值时进行动作的稳压二极管的第一 充电部，因此，当从电源部输出较大的电压时，反馈线圈的电压超过一定值，第一充电部 进行动作，向断开电容供电。由此，在第一开关元件的接通期间，利用第一开关元件的导 通电流和由第一充电部提供的电流对断开电容进行充电，能够使第二开关元件快速接通、 使第一开关元件快速断开。其结果，是第一开关元件的接通时间縮短，谐振部蓄积的能量 减少，能够抑制流至负载装置的输出电流的增大。由此，以从电源部输出的电压为横轴、 以流至负载装置的输出电流为纵轴时，表示两者的关系的输出特性变得平坦，能够提供可 对应世界各地电压的电源电路。
另外，在从电源部输出的电压较高的情况下，通过第一充电部的动作，断开电容被快 速充电，因此第一开关元件的接通期间縮短，能够阻止第一开关元件被施加过大的电压。
并且，第一充电部具有阻止电流从断开电容向反馈线圈的方向流动的二极管，因此能 够使第一开关元件接通时的断开电容所蓄积的电荷量为一定，断开电容的充电时间一定， 第一开关元件的接通期间一定，能够对负载装置提供稳定的电力。
(2) 在上述电源电路中，较为理想的是，上述第一充电部具有一端连接于上述稳压二极 管的正极、另一端连接于上述断开电容的电阻。
根据该结构，能够通过调整电阻值来调整输出特性的倾斜。
(3) 在上述电源电路中，较为理想的是，还包括除上述第一充电部以外对上述断开电容 进行充电的第二充电部。根据该结构，除第一充电部外，还从第二充电部对断开电容进行充电，因此能够使第 二开关元件更快速地接通，縮短第一开关元件的接通期间。
(4) 在上述电源电路中，较为理想的是，上述第二充电部存在多个。 根据该结构，能够调整第二充电部的数量来调整流至负载装置的输出电流的值。
(5) 在上述电源电路中，较为理想的是，上述第二充电部为与上述第一充电部并联连接、 对上述反馈线圈的电压进行滤波的滤波部。
根据该结构，反馈线圈的电压被滤波部进一步滤波，因此能够去除从电源部输出的电 压的纹波影响引起的电压变动，能够稳定振荡部的振荡。
(6) 在上述电源电路中，较为理想的是，上述第二充电部为连接于上述电源部的正极与
上述第二开关元件的控制端子之间的电阻。
根据该结构，能够由仅使用电阻的简单结构来构成第二充电部。
(7) 在上述电源电路中，较为理想的是，上述第一充电部为多个并联连接，且每个第一 充电部所具备的各稳压二极管的击穿电压互不相同。
根据该结构，使用击穿电压互不相同的稳压二极管，因此能够使输出特性更加平坦。
(8) 本发明的电源系统是包括(1)到(7)的任一项所述的电源电路和负载装置的电源系 统，其中，上述负载装置包括通过绝缘部件与上述谐振线圈磁耦合的磁耦合体。
根据该结构，当卸下负载装置时，谐振线圈的所有电感都成为漏电感，施加在第一开 关元件的电压变高，但是由于充电部的动作第一开关元件的接通期间縮短，因此能够防止 第一开关元件被施加过大的电压，并且能够减小流至电源电路的无效电流，能够减小待机 功率。
(9) 在上述电源系统中，较为理想的是，上述磁耦合体是金属，上述电源电路让在上述 金属中产生涡电流来进行加热。
根据该结构，在负载装置具有的金属内，来自谐振线圈的磁通交链从而产生涡电流而 被加热，因此能够将电源电路作为加热装置使用。另外，从电源电路卸下负载装置而没有 金属时，负载变为开路，其结果，谐振线圈的所有电感成为漏电感，施加在开关元件的电 压变高，但是由于第一充电部的动作开关元件的接通期间縮短，因此能够防止开关元件被 施加过大的电压，并且能够减小流至电源电路的无效电流，能够减小待机功率。
(10) 在上述电源系统中，较为理想的是，上述负载装置包括负载主体部；提供部，具 有与上述谐振线圈磁耦合的负载线圈，并向上述负载主体部提供在上述负载线圈中产生的 电流；电流检测部，检测提供给上述负载主体部的电流；控制部，使由上述电流检测部检测出的电流保持一定的值地进行控制。
根据该结构，检测流至负载主体部的电流，控制提供部以使该电流保持一定的值，因 此可以在不改变电源电路的结构的情况下，也能够对负载主体部提供稳定的电流，电源系 统整体能够实现成本降低及小型化。
权利要求
1. 一种电源电路，利用由电源部提供的电力进行自激振荡，其特征在于包括谐振部，具有谐振电容和谐振线圈、向负载装置供电；振荡部，具有与所述谐振部串联连接的第一开关元件和与所述谐振线圈磁耦合的反馈线圈，接通/断开所述第一开关元件从而使所述谐振部自激振荡；断开部，具有第二开关元件和连接于所述第二开关元件的控制端子与电源部的负极之间的断开电容，在所述第一开关元件接通时流过的导通电流达到规定值时，接通所述第二开关元件，断开所述第一开关元件；以及第一充电部，具有正极连接于所述反馈线圈一侧的二极管，和负极连接于所述二极管的负极、正极连接于所述断开电容一侧的稳压二极管。
2. 根据权利要求l所述的电源电路，其特征在于所述第一充电部具有一端连接于所述稳压二极管的正极、另一端连接于所述断开电容 的电阻。
3. 根据权利要求l或2所述的电源电路，其特征在于还包括除所述第一充电部以 外对所述断开电容进行充电的第二充电部。
4. 根据权利要求3所述的电源电路，其特征在于所述第二充电部存在多个。
5. 根据权利要求3或4所述的电源电路，其特征在于所述第二充电部为与所述第 一充电部并联连接、对所述反馈线圈的电压进行滤波的滤波部。
6. 根据权利要求3或4所述的电源电路，其特征在于所述第二充电部为连接于所 述电源部的正极与所述第二开关元件的控制端子之间的电阻。
7. 根据权利要求1 6中任一项所述的电源电路，其特征在于 所述第一充电部为多个并联连接，每个第一充电部所具备的各稳压二极管的击穿电压互不相同。
8. —种电源系统，其特征在于包括 如权利要求1 7中任一项所述的电源电路；和 负载装置，其中，所述负载装置具有通过绝缘部件与所述谐振线圈磁耦合的磁耦合体。
9. 根据权利要求8所述的电源系统，其特征在于 所述磁耦合体是金属，所述电源电路让在所述金属中产生涡电流来进行加热。
10. 根据权利要求8或9所述的电源系统，其特征在于，所述负载装置包括 负载主体部；提供部，具有与所述谐振线圈磁耦合的负载线圈，向所述负载主体部提供在所述负载 线圈中产生的电流；电流检测部，检测提供给所述负载主体部的电流；以及控制部，控制所述提供部以使由所述电流检测部检测出的电流保持一定的值。
全文摘要
本发明提供一种电源电路及电源系统，即使不使用耐压较大的开关元件也能够对应世界各地电压，并且给负载装置提供稳定的电力。所述电源电路，在断开电容(C4)与反馈线圈(L3)之间设置充电部(14)。充电部(14)的正极连接于反馈线圈(L3)的正端子，负极连接于稳压二极管(Z1)的负极。由此，在商用电源(E)的电压较大的情况下，充电部(14)动作，断开电容(C4)被迅速充电，晶体管(Q1)的导通期间缩短，从而防止晶体管(Q1)的漏极-源极之间被施加过大的电压，并且使表示商用电压(E)的电压与流至负载装置的电流之间的关系的输出特性平坦。
文档编号H02M3/28GK101507091SQ200780030800
公开日2009年8月12日 申请日期2007年8月21日 优先权日2006年8月25日
发明者北村浩康, 山下干弘, 岩尾诚一 申请人:松下电工株式会社