交流电源装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种交流电源装置，通过使用了开关元件的开关动作将直流电压转换为交流电压并输出。
【背景技术】
[0002]在以非接触方式对移动体进行供电的应用、以非接触方式对便携式电气设备进行充电的应用中，使用非接触供电装置。作为非接触供电装置的方式，以往多利用使用了线圈的电磁感应方式，但最近也逐渐开始使用一种由隔离相向的电极构成电容器的静电耦合方式，此外还研究了磁场共振方式等。在非接触供电装置中，通常是由比一般的工业频率高的高频交流电压进行供电。特别是在静电耦合方式中，由于电容器的阻抗与频率成反比，因此，优选提高用于非接触供电的频率来降低阻抗。
[0003]另一方面，产生高频交流电压的交流电源装置通常由直流电源部和桥接有开关元件的直交转换部构成。由于开关元件的开关损失大致与频率成比例增加，而且，频率越高则泄露到外部的损失也越多，因此，优选降低用于非接触供电的频率来减少损失。考虑两个矛盾的频率条件，在静电耦合方式的非接触供电装置中，使用10kHz?MHz级的高频交流电压。另外，为了降低由开关损失引起的温度上升，根据需要，在交流电源装置中设置散热片等。这种高频交流电源装置的技术例公开在专利文献I中。
[0004]专利文献I的高频电源装置是一种使用了通过开关元件对直流电压进行通断控制的高频逆变器的电源装置，其具备分压直流电压的中间电位生成电路和数量与输出端子相同的电感器，该电感器分别连接在输出端子和中间电位之间。在该装置中，线圈中始终流过偏置电流，能够使输出电流相对于输出电压形成滞后相位，由于能够始终保持软开关功能，因此十分有助于装置的小型化和低损失化。
[0005]专利文献1:日本特开2004 - 64907号公报
【发明内容】
[0006]但是，虽然在专利文献I中记述有若使输出电流相对于输出电压形成滞后相位则能够通过软开关使开关损失为零，但在实际的电路中，开关损失不会成为零。在现实的开关动作中，需要一定程度的开关动作时间，在这期间，会产生由开关元件的内阻、施加的电压和流过的电流引起的开关损失。因此，专利文献I的技术不一定能够实现装置的小型化和低损失化。
[0007]本发明鉴于上述【背景技术】的问题点而完成，其应解决的课题是提供一种交流电源装置，通过简单的电路结构减少开关动作时产生的开关损失，并通过简化散热片等来实现装置的小型和轻量化。
[0008]用于解决上述课题的本发明第一方面的交流电源装置具备:直流电源部，输出直流电压；直交转换部，构成为具有进行桥接的至少四个开关元件、与上述直流电源部连接的输入端子对及与外部负载连接的输出端子组，将从上述直流电源部输入到上述输入端子对的上述直流电压转换为单相或三相的交流电压，并从上述输出端子组输出到上述外部负载；及开关控制部，对上述开关元件进行开闭控制，该交流电源装置还具备用于改善效率的线圈，该用于改善效率的线圈连接在上述输出端子组的端子之间且与上述外部负载并联连接。
[0009]发明效果
[0010]在本发明第一方面的交流电源装置的发明中，与外部负载并联连接用于改善效率的线圈，在负载电流上重叠滞后相位的线圈电流，形成总电流，直交转换部的开关元件对总电流进行开闭。在此，在开关元件从切断状态变化为导通状态的导通动作时，由于线圈电流为负值，因此总电流减小。因此，每一次导通动作的开关损失显著减少。另一方面，在开关元件从导通状态变化为切断状态的切断动作时，可使总电流增大。但是，由于通常情况下切断动作时间比导通动作时间短，因此，每一次切断动作的开关损失几乎不会显著增加。因此，仅通过追加以往电路中没有的用于改善效率的线圈的简单的电路结构，即可减少反复进行导通动作和切断动作时的单位时间的开关损失。另外，由于减少了开关元件的发热量，因此，可实现散热片的简化等，并能够使装置小型和轻量化。
【附图说明】
[0011]图1是表示本发明的第一实施方式的交流电源装置的结构的结构图。
[0012]图2是示意性地表示与开关控制部的一个开关元件对应的电路结构的电路图。
[0013]图3是大致表示第一实施方式的交流电源装置的动作的时间波形。
[0014]图4是示意性地说明第一实施方式的交流电源装置的开关元件的导通动作的时间波形。
[0015]图5是示意性地说明现有电路的开关元件的导通动作的时间波形。
[0016]图6是示意性地说明第一实施方式的交流电源装置的开关元件的切断动作的时间波形。
[0017]图7是示意性地说明现有电路的开关元件的切断动作的时间波形。
[0018]图8是表示第二实施方式的交流电源装置和作为外部负载的非接触供电装置的结构的结构图。
【具体实施方式】
[0019]参照图1?图7，对用于实施本发明的第一实施方式进行说明。图1是表示本发明的第一实施方式的交流电源装置I的结构的结构图。交流电源装置I是将单相交流电压输出到外部负载9的装置。交流电源装置I由直流电源部2、直交转换部4、开关控制部5和用于改善效率的线圈6等构成。对于用于改善效率的线圈6以外的结构要件2?5，可以适当应用现有电路的技术。
[0020]直流电源部2从正极端子21和负极端子22输出电源电压Ns的直流电压。正极端子21与直交转换部4的输入端子41连接。负极端子22与装置I共用的地线E连接接地。直流电源部2可以使用例如对工业频率的交流电压进行整流而输出直流电压的整流电路、蓄电池等。
[0021]直交转换部4具有与直流电源部2的正极端子21连接的输入端子41和与地线E连接接地的接地端子42作为输入端子对。直交转换部4具有第一输出端子43和第二输出端子44作为输出端子对。在第一输出端子43和第二输出端子44之间连接有外部负载9。直交转换部4与4个开关元件31?34进行桥接而构成。在本实施方式中，开关元件31?34使用三端子型的场效应晶体管(FET)，也可以使用其他种类的半导体元件。
[0022]对桥接进行详述，在直交转换部4的输入端子41和接地端子42之间串联连接有第一开关元件31和第三开关元件33。第一开关元件31的漏极端子D与输入端子41连接。第一开关元件31的源极端子S与第三开关元件33的漏极端子D和第一输出端子43连接。第三开关元件33的源极端子S与接地端子42连接。此外，图1中示例有第一开关元件31的端子附图标记，省略了第二?第四开关元件32?34的端子附图标记。
[0023]同样，在直交转换部4的输入端子V41和接地端子42之间串联连接有第二开关元件32和第四开关元件34。第二开关元件32的漏极端子D与输入端子V41连接。第二开关元件32的源极端子S与第四开关元件34的漏极端子D和第二输出端子44连接。第四开关元件34的源极端子S与接地端子42连接。
[0024]在各开关元件31?34中附设有允许从源极端子S向漏极端子D通电而阻止反方向通电的二极管d1d。各开关元件31?34的栅极端子G分别与开关控制部5连接。通过输入到栅极端子G的栅极控制信号、即栅极电压VG (栅极端子G相对于源极端子S的电压)对各开关元件31?34进行开闭控制。在栅极电压VG成为预定的高电平以上时，各开关元件31?34形成漏极端子D和源极端子S之间的内阻大致为零的导通状态。另外，在栅极电压VG成为预定的低电平以下时，各开关元件31?34成为内阻大致无限大的切断状态。进而，当栅极电压VG过渡性地成为高电平和低电平之间的中间电平时，各开关元件31?34的内阻以有限值变化。
[0025]上述的预定的高电平相当于本发明的第一电平，预定的低电平相当于本发明的第二电平。不限于此，第一电平和第二电平的大小关系也可以相互替换。即，也可以使用当栅极控制信号高时成为切断状态而当栅极控制信号低时成为导通状态的类型的半导体元件。
[0026]在直交转换部4中，在某时刻，将第一开关元件31和第四开关元件34同步地控制成导通状态，同时将第二开关元件32和第三开关元件33控制成切断状态。另外，在下一时亥IJ，将第一开关元件31和第四开关元件34同步地控制成切断状态，同时将第二开关元件32和第三开关元件33控制成导通状态。由此，在第一输出端子43和第二输出端子44之间产生矩形波的交流输出电压Vout。另外，在外部负载9中流动的负载电流IL也成为交流电流。
[0027]开关控制部5由相同结构的四个电路构成，能够对各开关元件31?34独立地进行开闭控制。不限于此，也可以是由第一开关元件31和第四开关元件34共用的电路以及第二开关元件32和第三开关元件33共用的电路共两个电路构成的开关控制部。图2是示意性地表示与开关控制部5的一个开