JP2012143092A - 充電ａｃアダプタ - Google Patents

Abstract

【課題】充電電池を内蔵する携帯電話端末・ノートパソコン等の携帯機器間で共用化され、電力伝送効率を維持し、漏洩磁束が充電器の実装部品に与える影響を抑制する充電ＡＣアダプタを提供する。
【解決手段】ＡＣ端子に接続された第１ダイオードブリッジ２と、第１ダイオードブリッジ２に接続されたチョッパー制御部４と、チョッパー制御部４に接続された絶縁空芯トランス１２と、絶縁空芯トランス１２の２次側に接続された第２ダイオードブリッジ６と、ＤＣ出力端子１６と、ＤＣ出力端子１６に接続される共通接続ケーブル８ｃとを備え、共通接続ケーブル８ｃを介して、携帯機器に接続される充電ＡＣアダプタ２４であり、充電ＡＣアダプタを携帯電話端末からノートパソコンまで電圧／電流を超えて共用化し、ケーブル／コネクタ／プロトコルを統一して、絶縁空芯トランス１２を導電性パターンで形成すること等によって製造原価を大幅に低減するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、充電ＡＣアダプタに関し、特に、プリント基板で形成された絶縁空芯変圧器を用い、携帯機器間で共用化される充電ＡＣアダプタに関する。

従来の鉄心絶縁変圧器（磁芯トランス）を用いた専用ケーブル接続充電ＡＣアダプタの模式的回路構成は、図１１に示すように表され、別の従来のフェライトコアによる高周波トランスを用いたチョッパー型充電器による充電ＡＣアダプタの模式的回路構成は、図１２に示すように表される。

従来の充電ＡＣアダプタ２４ａは、図１１に示すように、例えば、ＡＣ１００〜１１５Ｖ、或いはＡＣ２００〜２４０ＶのＡＣ端子に接続された磁芯トランス１３と、磁芯トランス１３の２次側に接続されたダイオードブリッジ２と、ダイオードブリッジ２に接続された安定化電圧回路３と、安定化電圧回路３に接続されたＤＣ出力端子１６とを備える。更に、充電ＡＣアダプタ２４ａは、専用ケーブル８ａを介して、例えば、充電プロファイルＩＣ（集積回路）１４を備えるノートパソコン２０などの携帯機器に接続されている。ＬＥＤインジケータ１９はＡＣ接続中のみ点灯するようにしている。

ＡＣアダプタ２４ｂは、図１２に示すように、例えば、ＡＣ１００〜１１５Ｖ、或いはＡＣ２００〜２４０ＶのＡＣ端子に接続されたダイオードブリッジ２と、ダイオードブリッジ２に接続され、チョッパー周波数ｆｃのチョッパー回路５と、チョッパー回路５に接続されたフェライトコア高周波トランス１１と、フェライトコア高周波トランス１１の２次側に接続されたダイオードブリッジ６と、ダイオードブリッジ６に接続され、バンドギャップ電圧基準に基づいて動作する電圧検出回路９と、電圧検出回路９に接続されたＤＣ出力端子１６と、電圧検出回路９とチョッパー回路５間に接続され、電圧検出回路９の電圧検出誤差信号をチョッパー回路５に帰還するフォトカプラ７とを備える。更に、充電ＡＣアダプタ２４ｂは、専用コネクタ８ｂを介して、例えば、充電プロファイルＩＣ１４を備えるノートパソコン２０などの携帯機器に接続されている。従来のチョッパー型の充電ＡＣアダプタ２４ｂは、携帯機器の付属品として通常は同梱して供給し、携帯機器の寿命と共に無用となるものである。

従来のチョッパー型の充電ＡＣアダプタ２４ｂにおいては、フェライトコア高周波トランス１１の大きさは、チョッパー周波数ｆｃが高くなるほど小型化可能であるが、一方でチョッパー回路５内に配置され、チョッパー周波数ｆｃでスイッチング動作をするトランジスタの損失は、チョッパー周波数ｆｃが高くなるほど大きくなる。このため、従来のチョッパー型の充電ＡＣアダプタ２４ｂにおいては、フェライトコア高周波トランス１１の小型化とチョッパー周波数ｆｃでスイッチング動作をするトランジスタの損失との間にトレードオフ関係があり、このトレードオフが最適になるように設計されていた。

また、携帯電話やノートパソコン、デジタルカメラ、電子玩具などのモバイル可能な電子機器に電力を供給する電力供給システムとして、１つの送電装置で異なる種類の電子機器に電力を供給可能な電力供給システムが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１の電力供給システムは、１次側コイルと、商用電源を整流して得た直流電圧をスイッチングしたパルス電圧を１次側コイルに与える１次側回路とを有する送信装置と、１次側コイルと磁気結合される２次側コイルと、２次側コイルに誘起される誘起電圧を整流平滑する２次側回路とを有する携帯電話機とからなる。

一方、非接触給電システムについても既に開示されている（例えば、特許文献２〜９参照。）。

特開２００５−１１０４０９号公報 特開２００６−２１１８０３号公報 特開２００７−１５１２６４号公報 特開２００２−１１８９８８号公報 特開２００７−３１２５８５号公報 特開２００３−１９３７１７号公報 特開２００１−０１９１２０号公報 特開２００６−３１４１５１号公報 特開２００５−００６４５９号公報

本発明の目的は、充電電池を内蔵する携帯電話端末・ノートパソコン等の携帯機器間で共用化され、電力伝送効率を維持し、漏洩磁束が充電器の実装部品に与える影響を抑制する充電ＡＣアダプタを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、ＡＣ端子に接続された第１ダイオードブリッジと、前記第１ダイオードブリッジに接続されたチョッパー制御部と、前記チョッパー制御部に接続された絶縁空芯トランスと、前記絶縁空芯トランスの２次側に接続された第２ダイオードブリッジと、前記第２ダイオードブリッジに接続されたＤＣ出力端子と、前記ＤＣ出力端子に接続される共通接続ケーブルとを備え、前記共通接続ケーブルを介して、携帯機器に接続される充電ＡＣアダプタが提供される。

本発明によれば、充電電池を内蔵する携帯電話端末・ノートパソコン等の携帯機器間で共用化され、電力伝送効率を維持し、漏洩磁束が充電器の実装部品に与える影響を抑制する充電ＡＣアダプタを提供することができる。

本発明の実施の形態に係る充電ＡＣアダプタであって、基板上の導電性パターンによって形成された絶縁空芯トランスを適用する充電ＡＣアダプタの模式的回路構成図。 （ａ）本発明の実施の形態に係る充電ＡＣアダプタに適用する絶縁空芯トランスの模式的鳥瞰図、（ｂ）並列共振容量を付加した図２（ａ）の等価回路構成例、（ｃ）並列共振容量を付加した図２（ａ）の別の等価回路構成例。 （ａ）基板上にフェライトコアを使った閉磁路のフェライトコア高周波トランスを配置した比較例の模式的平面構成図、（ｂ）図３（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う模式的断面構造図、（ｃ）本発明の実施の形態に係る充電ＡＣアダプタに適用する絶縁空芯トランスであって、基板上に導電性パターンによって形成された絶縁空芯トランスを配置した模式的平面構成図、（ｄ）図３（ｃ）のＩＩ−ＩＩ線に沿う模式的断面構造図。 （ａ）本発明の実施の形態に係る充電ＡＣアダプタに適用する絶縁空芯トランスの基本等価回路、（ｂ）図４（ａ）のＴ型等価回路、（ｃ）図４（ｂ）のデルタ・スター変換等価回路、（ｄ）並列共振容量を付加した並列共振等価回路、（ｅ）直列共振容量を付加した直列共振等価回路、（ｆ）図４（ａ）に損失分を加えた等価回路、（ｇ）図４（ｂ）に損失分を加えた等価回路、（ｈ）図４（ｃ）に損失分を加えた等価回路、（ｉ）図４（ｄ）に損失分を加えた等価回路、（ｊ）図４（ｅ）に損失分を加えた等価回路。 本発明の実施の形態に係る充電ＡＣアダプタに適用する絶縁空芯トランスにおいて、（ａ）巻線のリアクタンスＸ、１次側のコイルと２次側のコイルの磁気結合係数ｋ、巻線の抵抗ｒとした時の図４（ｆ）に対応する等価回路、（ｂ）負荷抵抗Ｒを接続した時の等価回路。 本発明の実施の形態に係る充電ＡＣアダプタに適用する絶縁空芯トランスにおいて、（ａ）負荷変動が２Ｗ〜１０Ｗであるとき電力伝送効率、（ｂ）磁気結合係数が０．８〜２．０に変化したとき電力伝送効率、（ｃ）巻数ｎが４〜６に変化したとき電力伝送効率。 本発明の実施の形態に係る充電ＡＣアダプタに適用する絶縁空芯トランスの具体的回路構成例。 本発明の実施の形態に係る充電ＡＣアダプタと、充電される携帯電話、およびノートパソコンの寸法形態例。 本発明の実施の形態に係る充電ＡＣアダプタと携帯機器間の双方向通信の態様を説明するブロック構成図。 携帯機器充電共用技術であって、（ａ）半径Ｒｏの球面内で全方向で携帯電話、ノートパソコンを無線駆動・充電可能な比較例の模式的説明図、（ｂ）近接で携帯電話、ノートパソコンを無線駆動・充電可能な比較例の模式的説明図、（ｃ）実施の形態に係る充電ＡＣアダプタを適用し、共通接続ケーブルで携帯電話、ノートパソコンをコード接続駆動・充電可能な充電ＡＣアダプタの模式的説明図。 従来の充電ＡＣアダプタであって、鉄心絶縁変圧器（磁芯トランス）を用いた専用ケーブル接続充電ＡＣアダプタの模式的回路構成図。 従来の充電ＡＣアダプタであって、フェライトコアによる高周波トランスを用いたチョッパー型充電器による充電ＡＣアダプタの模式的回路構成図。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、各構成部品の配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

[実施の形態]
本発明の実施の形態に係る充電ＡＣアダプタであって、基板上に導電性パターンによって形成された絶縁空芯トランスを適用する充電ＡＣアダプタの模式的回路構成は、図１に示すように表される。実施の形態に係る充電ＡＣアダプタ２４は、図１に示すように、例えば、ＡＣ１００〜１１５Ｖ、或いはＡＣ２００〜２４０ＶのＡＣ端子に接続された第１ダイオードブリッジ２と、第１ダイオードブリッジ２に接続されたチョッパー制御部４と、チョッパー制御部４に接続された絶縁空芯トランス１２と、絶縁空芯トランス１２の２次側に接続された第２ダイオードブリッジ６と、第２ダイオードブリッジ６に接続されたＤＣ出力端子１６と、ＤＣ出力端子１６に接続される共通接続ケーブル８ｃとを備える。更に、充電ＡＣアダプタ２４は、共通接続ケーブル８ｃを介して、例えば、充電プロファイルＩＣ１４を備えるノートパソコン２０などの携帯機器に接続される。

また、実施の形態に係る充電ＡＣアダプタ２４においては、ＡＣ端子のＡＣ電圧を第１ダイオードブリッジ２によってブリッジ整流された電圧は、チョッパー制御部４において低電圧に変換される。このため、実施の形態に係る充電ＡＣアダプタ２４は、ＡＣ電圧のＡＣ入力に対応する自動電圧調整機能（オートボルト）を有する。

また、実施の形態に係る充電ＡＣアダプタ２４においては、充電ＡＣアダプタ２４が、携帯機器の入力ＤＣ電圧を判定して、入力ＤＣ電圧に合わせた供給電圧を携帯機器に供給することにより、電圧に依存しないコネクタを適用することができ、コネクタの形状を統一化することができる。このため、実施の形態に係る充電ＡＣアダプタ２４は、複数種類の携帯機器間で共用化することができる。

また、実施の形態に係る充電ＡＣアダプタ２４においては、携帯機器が充電ＡＣアダプタ２４に接続されていないときの漏洩インダクタンスの空駆動による電力損失を低減し、接続された携帯機器のポーリングによる検出以外には電力を消費せず、ＬＥＤインジケータ１７は充電中のみ点灯するようにして、平均的な待機電力を１ｍＷ以下にすることができる。

また、実施の形態に係る充電ＡＣアダプタ２４においては、携帯機器は充電ＡＣアダプタ２４を接続されたときに、共通接続ケーブル８ｃを通して入力電圧の検出情報を含む帰還情報を充電ＡＣアダプタ２４に伝送し、充電ＡＣアダプタ２４内部ではＤＣ出力端子１６を介してこの帰還情報を受け取り、絶縁空芯トランス１２を介してチョッパー制御部４に伝送することができる。すなわち、図１の矢印Ａで示すように、チョッパー制御部４と充電プロファイルＩＣ１４間は、双方向通信が可能である。

実施の形態に係る充電ＡＣアダプタ２４において、チョッパー制御部４は、絶縁空芯トランス１２の１次側の共振周波数と、２次側の共振周波数とをそれぞれ検出することによって同調を制御している。

また、実施の形態に係る充電ＡＣアダプタ２４の寸法は、従来の携帯電話用の充電ＡＣアダプタより少し大きいが、重量は、同じ程度の軽さであり、また従来のノートパソコン用の充電ＡＣアダプタよりも寸法は小さい。実施の形態に係る充電ＡＣアダプタ２４は、家庭／学校／オフィスに定置され、携帯機器と一緒に持ち運ぶことはせず、通常の携帯情報機器はどれも共用化充電・駆動することができるという利点がある。

（基板上導電性パターンによる絶縁空芯トランス）
実施の形態に係る充電ＡＣアダプタに適用する絶縁空芯トランスの模式的鳥瞰構造は、図２（ａ）に示すように表され、並列共振容量を付加した等価回路構成例は、図２（ｂ）に示すように表される。また、並列共振容量を付加した別の等価回路構成例は、図２（ｂ）に示すように表される。図２（ａ）では、基板１０は図示を省略している。

図２（ａ）には、プリント基板の両面に形成された絶縁空芯トランス１２が示されている。プリント基板の厚さが約０．８ｍｍのときの磁気結合係数ｋは０．８５程度である。この磁気結合係数ｋを維持するために、図２（ａ）に示すように、ダブルスパイラル構造の導電性パターンをプリント基板の両面に形成している。インピーダンス整合は、１：１の接続と２：１の接続があり、このトポロジーではジャンパーを必要としない。また、この基板パターントランスは共振させて使用するので、必ずしも１に近い磁気結合係数ｋを必要としていない。

実施の形態に係る充電ＡＣアダプタに適用する絶縁空芯トランス１２は、図２（ａ）に示すように、基板１０（図３（ｃ）参照）と、基板１０の表面に配置され、複数の巻数のスパイラル形状の導電層パターンからなる１次側コイルＬ１１および２次側コイルＬ２１と、基板１０の表面に対向する裏面に配置され、複数の巻数のスパイラル形状の導電層パターンからなる１次側コイルＬ１２および２次側コイルＬ２２とを有する。

図２（ａ）に示す例では、基板１０の表面側および裏面側に配置されるスパイラル形状の導電性パターンの巻数ｎ＝２の例が示されているが、巻数ｎは、２に限定されず、ｎ＝３以上であっても良い。

図示は省略されているが、基板１０の表面と裏面に形成された１次側コイルＬ１１、Ｌ１２は、基板１０に形成されたスルーホールを介して互いに接続され、同様に、基板１０の表面と裏面に形成された２次側コイルＬ２１、Ｌ２２は、基板１０に形成されたスルーホールを介して互いに接続されている。

また、図２（ｂ）若しくは図２（ｃ）に示すように、絶縁空芯トランス１２は、１次側コイルＬ１１、Ｌ１２と２次側コイルＬ２１およびＬ２２のそれぞれに共振容量Ｃ１、Ｃ２を接続して、複同調回路を構成している。図２（ｂ）は、２次側コイルＬ２１およびＬ２２が並列接続された構成例を示し、図２（ｃ）は、２次側コイルＬ２１およびＬ２２が直列接続された構成例を示す。

（充電器に実装された部品への開磁路の影響）
基板１０上にフェライトコア高周波トランス１１を配置した比較例の模式的平面構成は、図３（ａ）に示すように表され、図３（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う模式的断面構造は、図３（ｂ）に示すように表される。一方、実施の形態に係る充電ＡＣアダプタに適用する絶縁空芯トランス１２であって、基板１０上に導電性パターンによって形成された絶縁空芯トランス１２を配置した模式的平面構成は、図３（ｃ）に示すように表され、図３（ｃ）のＩＩ−ＩＩ線に沿う模式的断面構造は、図３（ｄ）に示すように表される。

比較例のフェライトコアを使った閉磁路のフェライトコア高周波トランス１１と、絶縁空芯トランス１２の基本的な差異は、前者は広帯域のトランスであり、そのために磁束量が多いがフェライトコアに磁束が集中しているのに対して、後者は狭帯域のトランスであり、磁束量は少ないが開磁路である点である。結果的に周辺の実装部品Ｐ１〜Ｐ３に対する漏洩磁束が及ぶ影響を抑制することができる、すなわち、絶縁空芯トランス１２を用いることによって、実施の形態に係る充電ＡＣアダプタは、漏洩磁束が充電器の実装部品に与える影響を抑制することができる。

また、周辺の実装部品Ｐ１〜Ｐ３の存在によって、トランスの動作点が変動する程度は比較例のフェライトコア高周波トランス１１は広帯域であるために少ないが、実施の形態に係る充電ＡＣアダプタに適用する絶縁空芯トランス１２では共振周波数がシフトするなどの影響がある。しかし、これらの影響は、自動調整で吸収されるので問題にはならない。

実施の形態に係る充電ＡＣアダプタ２４においては、できるだけ閉磁路として漏洩磁束を減らすことを志向した従来の非接触充電器の考えを１８０度転換し、基本的に開磁路として漏洩磁束が充電器の実装部品に与える影響を抑制することができる。すなわち、実施の形態に係る充電ＡＣアダプタ２４においては、絶縁空芯トランス１２の１次側のコイルＬ１１、Ｌ１２と２次側のコイルＬ２１、Ｌ２２のそれぞれに共振容量Ｃ１、Ｃ２を付加して同調することにより、空芯でも励磁インダクタンスが小さくなるのを等価的にＱ倍とし、また１次側のコイルＬ１１、Ｌ１２と２次側のコイルＬ２１、Ｌ２２が極く低インピーダンスで結合するようにしている。このため、周りの異物のショートリングとしてのインピーダンスの影響を受けないようにしている。

実施の形態に係る充電ＡＣアダプタ２４において、絶縁空芯トランス１２は、磁気結合係数が０．８以上であり、５０以上の無負荷Ｑ値を有する。結果として、総合電力伝送効率８０％以上を維持することができる。

基板１０は、例えばプリント基板で構成可能である。

通常のプリント基板は、導電層の厚みを、例えば、３５μｍ程度としているため、導電層パターンからなる絶縁空芯トランスを形成した場合に直列抵抗が大きくなる。したがって、高周波絶縁トランスの挿入損失の増大を軽減するために、２層以上のプリント基板のスルーホール形成工程において、電気メッキで銅を付着させる工程を利用して、プリント基板表面および裏面の両面の導電層の厚みを厚く形成することによって、高周波絶縁トランスの挿入損失を低減化しても良い。

（電力伝送の等価回路）
実施の形態に係る充電ＡＣアダプタに適用する絶縁空芯トランス１２の基本等価回路は、図４（ａ）に示すように表される。また、図４（ａ）のＴ型等価回路は、図４（ｂ）に示すように表され、図４（ｂ）のデルタ・スター変換等価回路は、図４（ｃ）に示すように表される。また、並列共振容量Ｃ１、Ｃ２を付加した並列共振等価回路は、図４（ｄ）に示すように表され、直列共振容量Ｃ３を付加した直列共振等価回路は、図４（ｅ）に示すように表される。図４（ｄ）に示すように１次側と２次側に並列共振容量Ｃ１、Ｃ２を付加すると、励磁インダクタンスはＱ倍に大きくなる。最終的に残った漏洩インダクタンスを直列共振容量Ｃ３で図４（ｅ）に示すように打ち消すと、トランスのリアクタンス成分を全て打ち消し、励磁インダクタンスが小さい問題は解消し、高励磁インピーダンス化することができる。

従来の変圧器の概念は、理想トランスが広帯域で動作することを追及していたが、実施の形態に係る充電ＡＣアダプタに適用する絶縁空芯トランス１２ではその観念を完全に排除し、単一周波数の極く狭い帯域で動作することができる。

また、図４（ａ）に損失分を加えた等価回路は、図４（ｆ）に示すように表され、図４（ｂ）に損失分を加えた等価回路は、図４（ｇ）に示すように表され、図４（ｃ）に損失分を加えた等価回路例は、図４（ｈ）に示すように表され、図４（ｄ）に損失分を加えた等価回路は、図４（ｉ）に示すように表され、図４（ｅ）に損失分を加えた等価回路は、図４（ｊ）に示すように表される。通常のプリント基板上の導電層パターンの厚みは、前述の通り、例えば、約３５μｍであり、銅の導電率は５８Ｅ６Ｓ／ｍである。

実施の形態に係る充電ＡＣアダプタに適用する絶縁空芯トランス１２においては、図４（ｆ）および図４（ｊ）に示すように、共振容量を付加することによって、高励磁インピーダンス化を図ることができる。

実施の形態に係る充電ＡＣアダプタに適用する絶縁空芯トランス１２において、巻線のリアクタンスＸ、１次側のコイルと２次側のコイルの磁気結合係数ｋ、巻線の抵抗ｒとした時の図４（ｆ）に対応する等価回路は、図５（ａ）に示すように表され、負荷抵抗Ｒを接続した時の図４（ｉ）若しくは図４（ｊ）に対応する等価回路は、図５（ｂ）に示すように表される。実施の形態に係る充電ＡＣアダプタに適用する絶縁空芯トランス１２においては、トランス周りの動作定数は、図５（ｂ）に示すように表され、共振点ではリアクタンスＸは容量Ｃ１、Ｃ２によって打ち消される。このため、絶縁空芯トランス１２は、共振によって磁芯を持ったトランスと同様に使用することが可能となる。

従来のトランス設計の概念からすれば、空芯であることの第１の欠点は、励磁インダクタンスが小さくなり、これに電流が流れ込んで２次側に電力が伝わらなくなることである。しかし、これは共振によって同調周波数での励磁インピーダンスをＱ倍にすることで容易に解決することができる。

空芯であることの第２の欠点は、開磁路であるために磁気結合係数が有芯トランスと比べて小さくなることである。しかしこれも共振することによって解決することができる。

空芯であることの第３の欠点は、開磁路であるために磁束が漏洩し、充電器の１枚基板上の他の実装部品に影響を与えることである。しかしこれは１次側と２次側を低インピーダンスとするため、相対的に問題が解消される。空芯であることのそれ以外の欠点はない。（電力伝送効率）
実施の形態に係る充電ＡＣアダプタに適用する共振型絶縁空芯トランス１２のトランス部分の電力伝送効率ηは概算的に数式１で表される。

ここで、Ｘは巻線のリアクタンスＸ、ｋは１次側と２次側のコイルの磁気結合係数、ｒは巻線の抵抗、Ｒは負荷抵抗を示す。＊は乗算記号を表示している。

実施の形態に係る充電ＡＣアダプタに適用する絶縁空芯トランス１２において、負荷変動が２Ｗ〜１０Ｗであるときの電力伝送効率は、図６（ａ）に示すように表され、磁気結合係数が０．８〜２．０に変化したときの電力伝送効率は、図６（ｂ）に示すように表され、トランス径を保ったときの巻数ｎが４〜６に変化したときの電力伝送効率は、図６（ｃ）に示すように表される。図６（ａ）〜図６（ｃ）から明らかなように、通常の基板パターンで得られる絶縁空芯トランスの磁気結合係数ｋと銅損に基づく抵抗ｒを考慮することによって、挿入損は無視できることがわかる。

実施の形態に係る充電ＡＣアダプタにおいては、絶縁空芯トランス１２をプリント基板上の導電性パターンで形成することによって、コスト低減を図ることができる。また、絶縁空芯トランス１２の２次側から１次側への帰還をフォトカプラから絶縁空芯トランス１２を通してのキャリア変調とすることによって、部品点数を削減し、コスト低減を図ることができる。また、充電ＡＣアダプタ２４を共通化することにより、携帯情報機器に同梱する必要がなくなるため、コスト低減を図ることができる。

実施の形態によって共通化される充電ＡＣアダプタは、安価で市販可能であり、例えば、３Ｗ〜１０Ｗ程度の携帯機器を充電・駆動し、充電ＡＣアダプタは携行せず、家庭／学校／オフィスなどにそれぞれ置いておき、また人々の間で共有して譲り合って使うことができる。

実施の形態によって共通化された充電ＡＣアダプタは、携帯電話の現状の充電器より少し大きく、またノートパソコンの充電ＡＣアダプタより小さく軽量である。

実施の形態に係る充電ＡＣアダプタに適用する絶縁空芯トランスの具体的回路構成例は、図７に示すように表される。図７において、１次側コイルおよび２次側コイルの平均的な半径は約２ｃｍ、コイルの巻数ｎ＝１０、１次側コイルのインダクタンスＬ＝２μＨ、並列共振容量Ｃ１＝１２ｎＦ、抵抗ｒ＝０．３Ω、２次側コイルのインダクタンスＬ＝２μＨ、並列共振容量Ｃ２＝１２ｎＦ、抵抗ｒ＝０．３Ω、磁気結合係数ｋ＝０．８５、直列共振容量Ｃ３＝１５０ｎＦ、および負荷抵抗Ｒ＝６Ωである。

実施の形態に係る充電ＡＣアダプタ２４と、充電される携帯電話２２、およびノートパソコン２０の寸法形態例は、図８に示すように表される。充電ＡＣアダプタ２４の寸法は、約６ＬＡ×７ＬＢであるのに対して、携帯電話２２の寸法は、約５ＬＡ×５ＬＢであり、ノートパソコン２０の寸法は、約５．５ＬＡ×１２．５ＬＢである。

実施の形態に係る充電ＡＣアダプタ２４と携帯機器３０間の双方向通信の態様を説明するブロック構成は、図９に示すように表される。実施の形態に係る充電ＡＣアダプタ２４から携帯機器３０には、矢印Ｂ１に示すように、ＡＣ１００〜１１５Ｖ／ＡＣ２００〜２４０Ｖから、製品カテゴリー・定格電圧・定格電流に整合して自動電圧調整された直流電圧が供給される。一方、携帯機器３０から実施の形態に係る充電ＡＣアダプタ２４には、矢印Ｂ２に示すように、充電プロファイルＩＣ・制御信号・ステータスの各情報が伝達される。

携帯機器充電共用技術であって、半径Ｒｏの球面内で全方向で携帯電話、ノートパソコンを無線駆動・充電可能な比較例は、図１０（ａ）に示すように表される。図１０（ａ）の比較例では、約半径Ｒｏ＝３ｍの球面内で全方向で携帯電話、ノートパソコンを無線駆動・充電可能であるが、効率は、５０％程度である。

携帯機器充電共用技術であって、近接で携帯電話、ノートパソコンを無線駆動・充電可能な比較例は、図１０（ｂ）に示すように表される。図１０（ｂ）の比較例では、近接で携帯電話、ノートパソコンを無線駆動・充電可能であるが、効率は、７０％と改善される。

一方、実施の形態に係る充電ＡＣアダプタを適用し、共通接続ケーブル８ｃで携帯電話２２、ノートパソコン２０をコード接続駆動・充電可能な充電ＡＣアダプタ２４の模式図は、図１０（ｃ）に示すように表される。実施の形態に係る充電ＡＣアダプタにおいては、共通接続ケーブル８ｃで携帯電話２２、ノートパソコン２０をコード接続駆動・充電可能であり、しかも効率は８０％以上が得られている。

実施の形態に係る充電ＡＣアダプタによれば、フェライトコア高周波トランスの代わりに絶縁空芯トランスを適用して、高周波トランスの小型化とチョッパー周波数でスイッチング動作をするトランジスタの損失との間のトレードオフの関係を改善することができる。

また、実施の形態に係る充電ＡＣアダプタによれば、携帯機器と充電ＡＣアダプタを結ぶ接続コネクタを統一し、プロトコルを標準化することによって、充電ＡＣアダプタを携帯機器に依らず、携帯電話からノートパソコンまで、共用化した充電ＡＣアダプタを提供することができる。

また、実施の形態に係る充電ＡＣアダプタによれば、携帯機器の充電プロファイルＩＣと充電ＡＣアダプタのチョッパー制御部の間で、統一ケーブルと絶縁空芯トランスを介して、双方向通信する充電ＡＣアダプタを提供することができる。

実施の形態に係る充電ＡＣアダプタによれば、携帯機器の充電・駆動法を統一化すると共に、基板上に導電性パターンによって形成された絶縁空芯トランスによって電力伝送効率を維持し、漏洩磁束が充電器の実装部品に与える影響を抑制することができる。

実施の形態に係る充電ＡＣアダプタによれば、携帯機器の充電ＡＣアダプタ／充電器を携帯電話端末からノートパソコンまで電圧／電流を超えて共用化し、ケーブル／コネクタ／プロトコルを統一し、また、絶縁空芯トランス１２をプリント基板上の導電性パターンで形成すること等によって製造原価を大幅に低減することができる。

本発明によれば、充電電池を内蔵する携帯電話端末・ノートパソコン等の携帯機器間で共用化され、電力伝送効率を維持し、漏洩磁束が充電器の実装部品に与える影響を抑制する充電ＡＣアダプタを提供することができる。

[その他の実施の形態]
上記のように、実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の充電ＡＣアダプタは、家庭／学校／オフィスに定置され、携帯機器と一緒に持ち運ぶことはせず、通常の携帯情報機器はどれも共用化充電・駆動することができることから、あらゆる携帯情報機器に適用することができる。

２、６…ダイオードブリッジ
３…安定化電圧回路
４…チョッパー制御部
５…チョッパー回路
７…フォトカプラ
８ａ…専用ケーブル
８ｂ…専用コネクタ
８ｃ…共通接続ケーブル（統一コネクタ）
９…電圧検出回路
１０…基板
１１…フェライトコア高周波トランス
１２…絶縁空芯トランス
１３…磁芯トランス
１４…充電プロファイルＩＣ（集積回路）
１５…磁芯トランス用コイル
２０…ノートパソコン
２２…携帯電話
２４、２４ａ、２４ｂ…充電ＡＣアダプタ
３０…携帯機器
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３…実装部品

Claims (8)

1. ＡＣ端子に接続された第１ダイオードブリッジと、
   前記第１ダイオードブリッジに接続されたチョッパー制御部と、
   前記チョッパー制御部に接続された絶縁空芯トランスと、
   前記絶縁空芯トランスの２次側に接続された第２ダイオードブリッジと、
   前記第２ダイオードブリッジに接続されたＤＣ出力端子と、
   前記ＤＣ出力端子に接続される共通接続ケーブルと
   を備え、前記共通接続ケーブルを介して、携帯機器に接続されることを特徴とする充電ＡＣアダプタ。
2. 前記絶縁空芯トランスは、基板と、前記基板の表面に配置され、複数の巻数のスパイラル形状の導電層パターンからなる１次側コイルおよび２次側コイルと、前記基板の表面に対向する裏面に配置され、複数の巻数のスパイラル形状の導電層パターンからなる１次側コイルおよび２次側コイルとを有することを特徴とする請求項１に記載の充電ＡＣアダプタ。
3. 前記絶縁空芯トランスは、前記１次側コイルと前記２次側コイルのそれぞれに共振容量を接続して、複同調回路を構成することを特徴とする請求項２に記載の充電ＡＣアダプタ。
4. 前記絶縁空芯トランスは、磁気結合係数が０．８以上であり、５０以上の無負荷Ｑ値を有することを特徴とする請求項３に記載の充電ＡＣアダプタ。
5. 前記チョッパー制御部は、前記絶縁空芯トランスの１次側の共振周波数と、２次側の共振周波数とをそれぞれ検出することによって同調を制御することを特徴とする請求項２に記載の充電ＡＣアダプタ。
6. 前記ＡＣ端子のＡＣ電圧を前記第１ダイオードブリッジによってブリッジ整流された電圧は、前記チョッパー制御部において低電圧に変換され、前記ＡＣ電圧のＡＣ入力に対応する自動電圧調整されることを特徴とする請求項１に記載の充電ＡＣアダプタ。
7. 前記充電ＡＣアダプタが、前記携帯機器の入力ＤＣ電圧を判定して、前記入力ＤＣ電圧に合わせた供給電圧を前記携帯機器に供給することにより、電圧に依存しないコネクタの形状を統一し、携帯機器間で共用化することを特徴とする請求項１に記載の充電ＡＣアダプタ。
8. 前記携帯機器は前記充電ＡＣアダプタを接続されたときに、前記共通接続ケーブルを通して入力電圧の検出情報を含む帰還情報を前記充電ＡＣアダプタに伝送し、前記充電ＡＣアダプタ内部では前記ＤＣ出力端子を介して前記帰還情報を受け取り、前記絶縁空芯トランスを介して前記チョッパー制御部に伝送することを特徴とする請求項１に記載の充電ＡＣアダプタ。