JP2011217561A - Switched capacitor device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a switched capacitor device for transmitting an electrical energy to a load in a stable state while suppressing a loss in a process of transmitting the electrical energy to the load.SOLUTION: The switched capacitor device includes: a control part 1 for alternately executing charge control for charging a capacitor C by turning on a switch Q1 for charge and turning off a switch Q2 for discharge; and discharge control for discharging the capacitor by turning off the switch Q2 for charge and turning on the switch Q2 for discharge. A charge circuit for charging the capacitor C is formed by connecting the switch Q1 for charge, the capacitor C, and the load 2 between positive and negative electrodes of a DC power source E. The switch Q2 for discharge and the load 2 are connected in series between one end and the other end of the capacitor C, thus forming a discharge circuit for discharging the capacitor C. The control part 1 controls a time ratio of the switch Q1 for charge to the switch Q2 for discharge, and controls a value of current flowing in the load 2 by discharge of the capacitor C.

Description

本発明は、スイッチトキャパシタ装置に関するものである。   The present invention relates to a switched capacitor device.

携帯電話機などのサイズが小さな機器において、LEDなどの素子を駆動させるため、バッテリーなどの直流電力源から出力される直流電力の電圧値を降圧させるスイッチトキャパシタが利用されている。この種のスイッチトキャパシタが特許文献1に例示されている。   In a small-sized device such as a cellular phone, a switched capacitor that lowers the voltage value of DC power output from a DC power source such as a battery is used to drive an element such as an LED. This type of switched capacitor is exemplified in Patent Document 1.

図20は、この種のスイッチトキャパシタの回路構成を示している。このスイッチトキャパシタ100では、キャパシタC101〜C104が放電して端子間電圧が減少すると、スイッチング素子Q201〜Q204が同時にオフとなるとともに、スイッチング素子Q100及びQ101が同時にオンとなる。   FIG. 20 shows a circuit configuration of this type of switched capacitor. In the switched capacitor 100, when the capacitors C101 to C104 are discharged and the inter-terminal voltage decreases, the switching elements Q201 to Q204 are simultaneously turned off, and the switching elements Q100 and Q101 are simultaneously turned on.

すると、直流電力源Eの正極から、キャパシタC101、充電用ダイオードD101、キャパシタC102、充電用ダイオードD102、キャパシタC103、充電用ダイオードD103、及びキャパシタC104を経て、負極へ至る充電経路が形成される。これにより、キャパシタC101〜C104の充電が開始される。   Then, a charging path is formed from the positive electrode of the DC power source E to the negative electrode through the capacitor C101, the charging diode D101, the capacitor C102, the charging diode D102, the capacitor C103, the charging diode D103, and the capacitor C104. Thereby, charging of the capacitors C101 to C104 is started.

キャパシタC101〜C104の充電により、各キャパシタの端子間電圧が上昇すると、スイッチング素子Q100及びQ101が同時にオフとなるとともに、スイッチング素子Q201〜Q204が同時にオンとなる。   When the voltage between terminals of each capacitor rises due to charging of the capacitors C101 to C104, the switching elements Q100 and Q101 are simultaneously turned off and the switching elements Q201 to Q204 are simultaneously turned on.

すると、キャパシタC101の一端から平滑用キャパシタCo及び放電用ダイオードD201を経てキャパシタC101の他端に至る放電経路が形成されて、キャパシタC101の放電が開始される。また、キャパシタC102の一端から平滑用キャパシタCo及び放電用ダイオードD202を経てキャパシタC102の他端に至る放電経路が形成されて、キャパシタC102の放電が開始される。   Then, a discharge path is formed from one end of the capacitor C101 to the other end of the capacitor C101 through the smoothing capacitor Co and the discharge diode D201, and the discharge of the capacitor C101 is started. Further, a discharge path is formed from one end of the capacitor C102 to the other end of the capacitor C102 through the smoothing capacitor Co and the discharge diode D202, and the discharge of the capacitor C102 is started.

さらに、キャパシタC103の一端から平滑用キャパシタCo及び放電用ダイオードD203を経てキャパシタC103の他端に至る放電経路が形成されて、キャパシタC103の放電が開始される。また、キャパシタC104の一端から平滑用キャパシタCo及び放電用ダイオードD204を経てキャパシタC104の他端に至る放電経路が形成されて、キャパシタC104の放電が開始される。   Further, a discharge path is formed from one end of the capacitor C103 to the other end of the capacitor C103 through the smoothing capacitor Co and the discharge diode D203, and the discharge of the capacitor C103 is started. In addition, a discharge path is formed from one end of the capacitor C104 to the other end of the capacitor C104 through the smoothing capacitor Co and the discharge diode D204, and the discharge of the capacitor C104 is started.

これにより、平滑用キャパシタCoが充電され、その際生じる平滑用キャパシタCoの端子間電圧に応じた大きさの電力がLED200に与えられる。   As a result, the smoothing capacitor Co is charged, and power having a magnitude corresponding to the inter-terminal voltage of the smoothing capacitor Co generated at that time is applied to the LED 200.

以上の動作が繰り返されることにより、LED200では、直流電力源Eから出力された直流電力の電圧値よりも小さな電圧値に降圧された直流電力が得られる。   By repeating the above operation, the LED 200 can obtain DC power that is stepped down to a voltage value smaller than the voltage value of the DC power output from the DC power source E.

特開2003−33009号公報JP 2003-33009 A

一般に、スイッチトキャパシタは、抵抗器による電圧の降下と同じ機能を電気エネルギーのロスがない形で実現できるとされている。   In general, a switched capacitor is said to be able to realize the same function as a voltage drop by a resistor without loss of electrical energy.

しかしながら、実際には、スイッチトキャパシタでは、電気エネルギーのロスが存在している。これについて、以下に説明する。   In practice, however, there is a loss of electrical energy in the switched capacitor. This will be described below.

本発明者は、図21に示す充放電回路を組んで、2つのキャパシタ間における電気エネルギーの損失について調べた。尚、各キャパシタのキャパシタンスは同じである。   The inventor investigated the loss of electrical energy between the two capacitors by assembling the charge / discharge circuit shown in FIG. The capacitance of each capacitor is the same.

図21に示す回路において、スイッチング素子SW100をオンする一方でスイッチング素子SW200をオフすると、キャパシタC200が充電される。その後、スイッチング素子SW100をオフにしてスイッチング素子SW200をオンすると、キャパシタC200が放電するとともにキャパシタC300が充電される。   In the circuit shown in FIG. 21, when the switching element SW100 is turned on while the switching element SW100 is turned on, the capacitor C200 is charged. Thereafter, when switching element SW100 is turned off and switching element SW200 is turned on, capacitor C200 is discharged and capacitor C300 is charged.

図22は、図21の充放電回路において充電及び放電が行われる際における各キャパシタの端子間電圧及び各キャパシタ相互間を流れる電流のシミュレーション結果を表す図である。尚、以下の説明について、配線のインピーダンスなど、回路全体のインピーダンスは小さいものとする。   FIG. 22 is a diagram illustrating a simulation result of a voltage between terminals of each capacitor and a current flowing between the capacitors when charging and discharging are performed in the charging / discharging circuit of FIG. In the following description, it is assumed that the impedance of the entire circuit, such as the impedance of wiring, is small.

時刻t1は、スイッチング素子SW100をオンする一方でスイッチング素子SW200をオフにした時刻である。このとき、キャパシタC200が充電されてキャパシタC200の端子間電圧V200が、直流電力源Eの電位差Vo(ここでは10V)にまで上昇する。尚、キャパシタC200とキャパシタC300との間を流れる電流I200の電流値は、スイッチング素子SW200がオフなので0である。   Time t1 is the time when the switching element SW200 is turned off while the switching element SW100 is turned on. At this time, the capacitor C200 is charged and the inter-terminal voltage V200 of the capacitor C200 rises to the potential difference Vo (here, 10V) of the DC power source E. Note that the current value of the current I200 flowing between the capacitor C200 and the capacitor C300 is 0 because the switching element SW200 is off.

時刻t2は、スイッチング素子SW100をオフする一方で、スイッチング素子SW200をオンにした時刻である。このとき、キャパシタC200の放電が開始されるとともにキャパシタC300の充電が開始され、最終的に、各キャパシタの端子間電圧V200及びV300が、直流電力源Eから出力される直流電力の電圧値Voの半分である1/2Vo(ここでは5V)となる。   Time t2 is the time when switching element SW200 is turned on while switching element SW100 is turned off. At this time, discharging of the capacitor C200 is started and charging of the capacitor C300 is started. Finally, the inter-terminal voltages V200 and V300 of each capacitor are equal to the voltage value Vo of the DC power output from the DC power source E. It becomes 1 / 2Vo (here 5V) which is half.

尚、時刻t2において、スイッチング素子SW100をオフする一方で、スイッチング素子SW200をオンにした瞬間には、配線のインピーダンスなど、回路全体のインピーダンスが小さくされているため、キャパシタC200とキャパシタC300との間に、無限大に近い電流値の電流が瞬間的に流れる。   At time t2, the switching element SW100 is turned off, while the switching element SW200 is turned on. At the instant when the switching element SW200 is turned on, the impedance of the entire circuit, such as the wiring impedance, is reduced. In addition, a current having a current value close to infinity flows instantaneously.

ここにおいて、時刻t1以降における充放電回路が有する静電エネルギーの変化量に着目する。各キャパシタのキャパシタンスをCとすると、時刻t1<時刻t<時刻t2では、キャパシタC100の静電エネルギーP1=(1/2)×C×Voという式Aが成立する。 Here, attention is focused on the amount of change in electrostatic energy of the charge / discharge circuit after time t1. Assuming that the capacitance of each capacitor is C, at time t1 <time t <time t2, the formula A of electrostatic energy P1 of the capacitor C100 = (1/2) × C × Vo 2 is established.

一方で、時刻t2<時刻tでは、キャパシタC100の静電エネルギーP2=(1/2)×C×(Vo/2)=(1/8)×C×Voという式Bが成立する。また、キャパシタC200の静電エネルギーP3=(1/2)×C×(Vo/2)=(1/8)×C×Voという式Cが成立する。これにより、各キャパシタの静電エネルギーの合計P2+P3=(1/4)×C×Vという式Dが成立する。 On the other hand, at time t <b> 2 <time t, the formula B of electrostatic energy P <b> 2 of the capacitor C <b> 100 = (1/2) × C × (Vo / 2) 2 = (1/8) × C × Vo 2 is established. Further, the electrostatic energy P3 of the capacitor C200 = (1/2) × C × (Vo / 2) 2 = (1/8) × C × Vo 2 is established. Thereby, the formula D of the total electrostatic energy P2 + P3 = (1/4) × C × V 2 of each capacitor is established.

これらの式A〜式Dを参照すると、キャパシタC100の静電エネルギーP1の半分が、静電エネルギーP1が各キャパシタに分散される過程においてロスとなっていることが判る。   Referring to these equations A to D, it can be seen that half of the electrostatic energy P1 of the capacitor C100 is lost in the process in which the electrostatic energy P1 is distributed to each capacitor.

このようなエネルギー損失は、時刻t2の時点で、キャパシタC200とC300との間に、無限大に近い電流値の電流が瞬間的に流れていることに起因している。   Such energy loss is caused by the fact that a current having a current value close to infinity is instantaneously flowing between the capacitors C200 and C300 at time t2.

このように、時刻t2の時点で、キャパシタC200とC300との間に無限大に近い電流値の電流が瞬間的に流れることを防止するためには、キャパシタC200とキャパシタC300との間に抵抗器を介在させることが考えられる。   Thus, in order to prevent a current having a current value close to infinity from flowing instantaneously between the capacitors C200 and C300 at the time t2, a resistor is provided between the capacitors C200 and C300. It is possible to intervene.

しかしながら、抵抗器を介在させると、キャパシタC200からキャパシタC300に静電エネルギーが伝達される過程において、当該静電エネルギーの一部が、抵抗器においてジュール熱に変わる。そのため、抵抗器を介在させることは電力のロスを抑制する有効な手立てではない。   However, when a resistor is interposed, part of the electrostatic energy is changed to Joule heat in the resistor in the process of transferring the electrostatic energy from the capacitor C200 to the capacitor C300. Therefore, interposing a resistor is not an effective means of suppressing power loss.

また、キャパシタC200に流れ込む電流の観点から、直流電力源Eにより、キャパシタC200を充電する場合にも、キャパシタC200を放電してキャパシタC300を充電する場合と同様に、電力のロスが生じていることが類推できる。   Further, from the viewpoint of the current flowing into the capacitor C200, when the capacitor C200 is charged by the DC power source E, a power loss occurs as in the case where the capacitor C200 is discharged and the capacitor C300 is charged. Can be analogized.

すなわち、直流電力源Eにおける電位差をV、配線等の抵抗成分をr、キャパシタC200のキャパシタンスをC、キャパシタC200の電位をVc1とすれば、キャパシタC200の充電電流ic1=(V−Vc1)×e−t/c1×r/rからなる式Eが成立する。 That is, assuming that the potential difference in the DC power source E is V, the resistance component such as wiring is r, the capacitance of the capacitor C200 is C, and the potential of the capacitor C200 is Vc1, the charging current ic1 of the capacitor C200 = (V−Vc1) × e. Formula E consisting of −t / c1 × r / r is established.

この式Eを参照すると、配線等の抵抗成分rがゼロであれば、キャパシタC200の充電開始時に無限大のピーク値を有する電流が瞬間的に流れる一方で、抵抗成分rが存在すれば、直流電力源Eによる電気エネルギーの一部が、抵抗成分rにおけるジュール熱として外部に放出される。   Referring to Equation E, if the resistance component r of the wiring or the like is zero, a current having an infinite peak value flows instantaneously at the start of charging of the capacitor C200, while if the resistance component r exists, the direct current Part of the electrical energy from the power source E is released to the outside as Joule heat in the resistance component r.

したがって、直流電力源Eにより、キャパシタC200を充電する場合にも、キャパシタC200の放電によりキャパシタC300を充電する場合と同様のロスが生じていることが判る。   Therefore, it can be seen that when the capacitor C200 is charged by the DC power source E, a loss similar to that in the case of charging the capacitor C300 by discharging the capacitor C200 occurs.

このことを、図20のスイッチトキャパシタに当てはめると、直流電力源Eから出力される直流電力をキャパシタC101〜C104が充電した時点で、エネルギーの損失が生じていることが判る。これにより、直流電力源Eによる電気エネルギーがLED200に伝達される過程において、電力の損失が生じていることが判る。   When this is applied to the switched capacitor in FIG. 20, it can be seen that energy loss occurs when the capacitors C101 to C104 are charged with the DC power output from the DC power source E. Thus, it can be seen that power loss occurs in the process in which the electrical energy from the DC power source E is transmitted to the LED 200.

したがって、直流電力源Eによる電気エネルギーがLED200に伝達される過程において生じるロスを抑制することが望まれる。   Therefore, it is desired to suppress a loss that occurs in the process in which the electric energy from the DC power source E is transmitted to the LED 200.

また、図20のスイッチトキャパシタ装置では、直流電力源Eからの直流電力の電圧値が外乱により変動すると、LED2を流れる電流の電流値が変動する。LED2などの固体発光素子を駆動させるには、固体発光素子を流れる電流の電流値が安定していることが望ましい。   In the switched capacitor device of FIG. 20, when the voltage value of the DC power from the DC power source E varies due to disturbance, the current value of the current flowing through the LED 2 varies. In order to drive a solid state light emitting device such as the LED 2, it is desirable that the current value of the current flowing through the solid state light emitting device is stable.

そのため、直流電力源Eからの直流電力の電圧値の変動によりLED2を流れる電流の電流値が変動することを抑制して、直流電力源Eによる電気エネルギーを安定した状態で負荷に伝達することも望まれる。   Therefore, it is possible to suppress the current value of the current flowing through the LED 2 from fluctuating due to the fluctuation of the voltage value of the DC power from the DC power source E, and to transmit the electric energy from the DC power source E to the load in a stable state. desired.

本発明は、上記事情に鑑みて為されたものであって、電気エネルギーが負荷に伝達される過程において生じるロスを抑制させつつ、当該電気エネルギーを負荷に安定した状態で伝達することができるスイッチトキャパシタ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and is capable of transmitting the electrical energy to the load in a stable state while suppressing loss that occurs in the process of the electrical energy being transmitted to the load. It is an object to provide a data device.

本発明の一局面に係るスイッチトキャパシタ装置は、負荷を駆動させるためのスイッチトキャパシタ装置であって、直流電力を出力する直流電力源と、前記直流電力を受け付けて充電及び放電を行うキャパシタと、オンオフ動作して前記キャパシタにおける充電を制御するための充電用スイッチと、オンオフ動作して前記キャパシタにおける放電を制御するための放電用スイッチと、前記充電用スイッチをオンさせるとともに前記放電用スイッチをオフさせて前記キャパシタを充電する充電制御と、前記充電用スイッチをオフさせるとともに前記放電用スイッチをオンさせて前記キャパシタを放電する放電制御とを交互に実行する制御部と、を備えており、前記直流電力源の正極と負極との間には、前記充電用スイッチ、前記キャパシタ、及び前記負荷が直列に接続されることにより、前記キャパシタを充電するための充電回路が形成されており、前記キャパシタの一端と他端との間には、前記放電用スイッチと前記負荷とが直列に接続されることにより、前記キャパシタを放電させるための放電回路が形成されており、前記制御部は、前記充電用スイッチ及び前記放電用スイッチの時比率を制御して、前記キャパシタの放電により前記負荷を流れる電流の電流値を制御することを特徴とする(請求項1)。   A switched capacitor device according to one aspect of the present invention is a switched capacitor device for driving a load, and includes a DC power source that outputs DC power, a capacitor that receives the DC power and performs charging and discharging, and ON / OFF A charging switch for controlling charging in the capacitor by operating; a discharging switch for controlling discharging in the capacitor by turning on and off; turning on the charging switch and turning off the discharging switch; A charging unit that charges the capacitor, and a controller that alternately turns off the charging switch and discharges the capacitor by turning on the discharging switch and discharging the capacitor. Between the positive electrode and the negative electrode of the power source, the charging switch, the capacitor, and A charging circuit for charging the capacitor is formed by connecting the load in series, and the discharging switch and the load are connected in series between one end and the other end of the capacitor. A discharge circuit for discharging the capacitor is formed by being connected, and the control unit controls a time ratio between the charge switch and the discharge switch, and the load is discharged by discharging the capacitor. The current value of the current flowing through the control circuit is controlled (claim 1).

この構成によれば、直流電力源の正極と負極との間には、充電用スイッチ、キャパシタ、及び負荷が直列に接続されることにより、キャパシタを充電するための充電回路が形成されている。   According to this configuration, a charging switch, a capacitor, and a load are connected in series between the positive electrode and the negative electrode of the DC power source, thereby forming a charging circuit for charging the capacitor.

これにより、キャパシタの充電開始時点で充電回路を瞬間的に流れる電流が、負荷を流れる。そのため、キャパシタの充電開始時点で充電回路を瞬間的に流れる電流の電流値が、負荷のインピーダンスにより抑制される。また、負荷が存在しなければロスとなって消失する電気エネルギーの一部を負荷の有効電力とすることができる。   As a result, a current that instantaneously flows through the charging circuit at the start of charging of the capacitor flows through the load. Therefore, the current value of the current that instantaneously flows through the charging circuit at the start of charging of the capacitor is suppressed by the impedance of the load. Further, if there is no load, a part of the electric energy that is lost as a loss can be used as the effective power of the load.

また、この構成によれば、制御部は、充電用スイッチ及び放電用スイッチの時比率を制御して、キャパシタの放電により負荷を流れる電流の電流値を制御する。   Further, according to this configuration, the control unit controls the current ratio of the current flowing through the load by discharging the capacitor by controlling the time ratio of the charging switch and the discharging switch.

これにより、負荷に流れ込む電流量を制御するためのスイッチング素子や、負荷を流れる電流量を一定にする定電流回路などの専用の構成要素を付加することなく、キャパシタの放電により負荷を流れる電流の電流値を一定の値に保持することができる。   As a result, the current flowing through the load by discharging the capacitor can be eliminated without adding a dedicated component such as a switching element for controlling the amount of current flowing into the load or a constant current circuit for making the amount of current flowing through the load constant. The current value can be held at a constant value.

その結果、専用の構成要素を付加したときのように、直流電力源による電気エネルギーが当該専用の構成要素によりロスすることなく、低コストで、負荷を流れる電流の電流値を一定の値に保持することができる。   As a result, the electric energy from the DC power source is not lost by the dedicated component as when a dedicated component is added, and the current value of the current flowing through the load is kept constant at a low cost. can do.

以上により、この構成によれば、専用の構成要素を負荷することなく、電気エネルギーが負荷に伝達される過程において生じるロスを抑制させつつ、当該電気エネルギーを負荷に安定した状態で伝達することができる。   As described above, according to this configuration, it is possible to transmit the electric energy in a stable state to the load while suppressing a loss that occurs in the process in which the electric energy is transmitted to the load without loading a dedicated component. it can.

上記構成において、複数の前記放電用スイッチが配置されており、前記直流電力源の正極と負極との間には、さらに、複数の前記キャパシタが直列に接続されており、前記各キャパシタの一端と他端との間で、前記各放電用スイッチと前記負荷とが直列に接続されることにより、前記放電回路が複数形成されていることが好ましい(請求項2)。   In the above configuration, a plurality of the discharge switches are arranged, and a plurality of the capacitors are further connected in series between the positive electrode and the negative electrode of the DC power source, and one end of each capacitor It is preferable that a plurality of the discharge circuits are formed by connecting each of the discharge switches and the load in series with the other end.

この構成によれば、直流電力源の正極と負極との間で形成された充電回路では、複数のキャパシタが直列に接続されており、各キャパシタの一端と他端との間で、各放電用スイッチと負荷とが直列に接続されることにより、各キャパシタを放電させるための放電回路が複数形成されている。   According to this configuration, in the charging circuit formed between the positive electrode and the negative electrode of the DC power source, a plurality of capacitors are connected in series, and each discharging capacitor is connected between one end and the other end of each capacitor. A plurality of discharge circuits for discharging each capacitor are formed by connecting the switch and the load in series.

これにより、各キャパシタの充電により、各キャパシタで生じる端子間電圧が、キャパシタの数に応じて分圧された、直流電力源による直流電力の電圧値となる。また、各キャパシタの放電時には、各キャパシタの端子間電圧と同じ電位差が、負荷の両端で生じる。   As a result, by charging each capacitor, the voltage between terminals generated in each capacitor becomes the voltage value of the DC power by the DC power source divided according to the number of capacitors. Further, at the time of discharging each capacitor, the same potential difference as the voltage between terminals of each capacitor is generated at both ends of the load.

そのため、各キャパシタの放電時には、キャパシタの数に応じて分圧された、直流電力源による電圧値と同じ端子間電圧が、負荷にかかることとなる。したがって、キャパシタの数に応じて、降圧比を適宜変更することができる。   Therefore, at the time of discharging each capacitor, a voltage across the terminals that is divided according to the number of capacitors and is the same as the voltage value by the DC power source is applied to the load. Therefore, the step-down ratio can be changed as appropriate according to the number of capacitors.

上記構成において、前記各キャパシタにおける前記負荷側に隣接して直列に介設されるとともに当該各キャパシタの充電電流が順方向となるように接続された複数の充電用ダイオードが配置されており、前記各キャパシタと当該各キャパシタの負荷側に隣接する充電用ダイオードとに並列に、前記各放電用スイッチがそれぞれ接続されており、前記負荷における前記充電用ダイオードとは反対側の端子と、前記各キャパシタと前記各充電用ダイオードとの接続点との間に、当該各キャパシタの放電方向に順方向となる向きの放電用ダイオードがそれぞれ接続され、前記放電制御が実行されたときには、前記各キャパシタが、前記複数の放電用スイッチのうち1又は複数と前記負荷と前記各放電用ダイオードとからなる複数の放電回路を介して放電することが好ましい(請求項3)。   In the above configuration, a plurality of charging diodes arranged in series adjacent to the load side in each capacitor and connected so that the charging current of each capacitor is in the forward direction are arranged, Each discharging switch is connected in parallel to each capacitor and a charging diode adjacent to the load side of each capacitor, a terminal of the load opposite to the charging diode, and each capacitor And a connection point between each charging diode and a discharging diode in a forward direction in the discharging direction of each capacitor, and when the discharge control is executed, each capacitor is Via a plurality of discharge circuits comprising one or more of the plurality of discharge switches, the load, and each discharge diode. It is preferred to electricity (claim 3).

この構成によれば、各放電用スイッチは、各キャパシタと当該各キャパシタの負荷側に隣接するとともに各キャパシタの充電電流が順方向となる向きの充電用ダイオードとに並列に接続されている。   According to this configuration, each discharging switch is connected in parallel to each capacitor and a charging diode that is adjacent to the load side of each capacitor and in which the charging current of each capacitor is in the forward direction.

これにより、各キャパシタが充電されたときに、各キャパシタの端子間電圧が、直流電力源からの直流電力の電圧値がキャパシタの数に応じて分圧された値となる。   Thereby, when each capacitor is charged, the voltage between the terminals of each capacitor becomes a value obtained by dividing the voltage value of the DC power from the DC power source according to the number of capacitors.

これにより、各キャパシタの充電時に当該キャパシタに対応する放電用スイッチにかかる電圧が、キャパシタの数に応じて分圧された、直流電力源による直流電力の電圧値となるため、放電用スイッチとして、耐圧の小さなスイッチング素子を用いることができる。   Thereby, since the voltage applied to the discharge switch corresponding to the capacitor at the time of charging each capacitor becomes the voltage value of the DC power by the DC power source divided according to the number of capacitors, A switching element with a low breakdown voltage can be used.

上記構成において、前記各キャパシタにおける前記負荷側に隣接して直列に介設されるとともに当該各キャパシタの充電電流が順方向となるように接続された複数の充電用ダイオードが配置されており、前記各キャパシタと当該各キャパシタの負荷側に隣接する充電用ダイオードとからなる組み合わせの数をn(但し、nは正の整数)とした場合に、最も負荷側の組み合わせと、当該最も負荷側の組み合わせから数えてi番目(但し、iは2〜nの整数)の組み合わせまでのn−1個の組み合わせとに、それぞれ、前記各放電用スイッチが並列に接続されており、前記負荷における前記充電用ダイオードとは反対側の端子と、前記各キャパシタと前記各充電用ダイオードとの接続点との間には、当該各キャパシタの放電方向に順方向となる向きの放電用ダイオードがそれぞれ接続され、前記放電制御が実行されたときには、前記各キャパシタが、前記各放電用スイッチと前記負荷と前記各放電用ダイオードとからなる複数の放電回路を介して放電することが好ましい(請求項4)。   In the above configuration, a plurality of charging diodes arranged in series adjacent to the load side in each capacitor and connected so that the charging current of each capacitor is in the forward direction are arranged, When the number of combinations of each capacitor and the charging diode adjacent to the load side of each capacitor is n (where n is a positive integer), the most load side combination and the most load side combination The discharge switches are connected in parallel to each of the n-1 combinations up to the i-th combination (where i is an integer of 2 to n), and for the charging in the load Between the terminal opposite to the diode and the connection point between each capacitor and each charging diode, the direction of the forward direction in the discharging direction of each capacitor When each of the discharge diodes is connected and the discharge control is executed, each capacitor discharges via a plurality of discharge circuits including the discharge switches, the load, and the discharge diodes. (Claim 4).

この構成によれば、最も負荷側に位置する、キャパシタと充電用ダイオードとの組み合わせと、当該最も負荷側の組み合わせから数えてi番目(但し、iは2〜nの整数)に位置する、キャパシタと充電用ダイオードとの組み合わせまでのn−1個の組み合わせとに、それぞれ、各放電用スイッチが並列に接続されている。   According to this configuration, the capacitor located at the most load side and the capacitor and the charging diode, and the capacitor located at the i th (where i is an integer from 2 to n) counted from the most load side combination. Each of the discharging switches is connected in parallel to each of n-1 combinations up to the combination of the charging diode and the charging diode.

そして、放電制御が実行されたときには、各キャパシタが、複数の放電用スイッチのうち1又は複数と負荷と各放電用ダイオードとが直列に接続された各放電回路を介して放電する。   When the discharge control is executed, each capacitor discharges through each discharge circuit in which one or more of the plurality of discharge switches, a load, and each discharge diode are connected in series.

そのため、放電制御時に各放電用スイッチにかかる電圧の大きさは、各キャパシタに応じた大きさではないが、各放電用スイッチを流れる電流は、1つのキャパシタの放電による電流となる。そのため、各放電用スイッチを流れる電流の電流値を、1つのキャパシタの放電による電流の電流値に均一化することができる。   For this reason, the magnitude of the voltage applied to each discharge switch during discharge control is not a magnitude corresponding to each capacitor, but the current flowing through each discharge switch is a current due to the discharge of one capacitor. Therefore, the current value of the current flowing through each discharge switch can be equalized to the current value of the current due to the discharge of one capacitor.

上記構成において、前記充電回路及び前記各放電回路に共通して配置されたインダクタをさらに備えており、前記制御部は、前記充電用スイッチの時比率を、100/(1+n)(%)以上100%未満の範囲内で制御する一方で、前記放電用スイッチの時比率を、0%を超え100n/(1+n)(%)以下の範囲内で制御することが好ましい(請求項5)。   The above configuration further includes an inductor arranged in common to the charging circuit and the discharging circuits, and the control unit sets a time ratio of the charging switch to 100 / (1 + n) (%) or more. While controlling within the range of less than%, it is preferable to control the duty ratio of the discharge switch within the range of more than 0% and not more than 100 n / (1 + n) (%).

この構成によれば、制御部は、充電用スイッチ及び放電用スイッチを上記範囲内で制御するため、負荷を流れる電流の電流値を制御するための別段の手段を用いることなく、充電用スイッチ及び放電用スイッチにおけるスイッチング損失が生じることを抑制しながら、負荷を流れる電流の電流値として最大の電流値が得られるように、負荷の電流値を制御することができる。   According to this configuration, since the control unit controls the charging switch and the discharging switch within the above range, the charging switch and the charging switch and the discharging switch are not used without using a separate unit for controlling the current value of the current flowing through the load. The load current value can be controlled so that the maximum current value of the current flowing through the load can be obtained while suppressing the occurrence of switching loss in the discharge switch.

また、本発明の他の局面におけるスイッチトキャパシタ装置は、負荷を駆動させるためのスイッチトキャパシタ装置であって、直流電力を出力する直流電力源と、前記直流電力を受け付けて充電及び放電を行う複数のキャパシタと、オンオフ動作して前記各キャパシタにおける充電を制御するための充電用スイッチと、オンオフ動作して前記各キャパシタにおける放電を制御するための複数の放電用スイッチと、前記充電用スイッチをオンさせるとともに前記各放電用スイッチをオフさせて前記各キャパシタを充電する充電制御と、前記充電用スイッチをオフさせるとともに前記各放電用スイッチをオンさせて前記各キャパシタを放電する放電制御とを交互に実行する制御部と、を備えており、前記直流電力源の正極と負極との間には、前記充電用スイッチ、前記各キャパシタ、及び前記負荷が直列に接続されることにより、前記キャパシタを充電するための充電回路が形成されており、前記各キャパシタについて、当該キャパシタの一端と他端との間で前記各放電用スイッチ及び前記負荷が直列に接続されることにより、当該キャパシタを放電させるための放電回路が形成されており、前記充電回路及び前記各放電回路に共通してインダクタが配置されており、前記制御部は、前記充電用スイッチ及び前記各放電用スイッチの駆動周波数を制御して、前記キャパシタの放電により前記負荷を流れる電流の電流値を制御することを特徴とする(請求項6)。   A switched capacitor device according to another aspect of the present invention is a switched capacitor device for driving a load, and includes a DC power source that outputs DC power, and a plurality of charging and discharging devices that receive the DC power and perform charging and discharging. A capacitor, a charging switch for controlling charging in each capacitor by on / off operation, a plurality of discharging switches for controlling discharge in each capacitor by on-off operation, and turning on the charging switch And charging control for turning off each discharging switch to charge each capacitor, and discharging control for turning off each charging switch and turning on each discharging switch to discharge each capacitor alternately. A control unit, and between the positive electrode and the negative electrode of the DC power source, A charging circuit for charging the capacitor is formed by connecting the power switch, the capacitors, and the load in series, and for each capacitor, between one end and the other end of the capacitor. The discharge switch and the load are connected in series to form a discharge circuit for discharging the capacitor, and an inductor is disposed in common with the charge circuit and the discharge circuit. The control unit controls the drive frequency of the charging switch and each discharging switch to control the current value of the current flowing through the load by discharging the capacitor. ).

この構成によれば、充電用スイッチ及び各放電用スイッチの駆動周波数を制御して、キャパシタの放電により負荷を流れる電流の電流値を制御するため、負荷を流れる電流の電流値を制御するための別段の手段を用いることなく、当該電流の電流値を制御することができる。   According to this configuration, the driving frequency of the charging switch and each discharging switch is controlled to control the current value of the current flowing through the load by discharging the capacitor. The current value of the current can be controlled without using any other means.

上記構成において、前記制御部には、前記直流電力源による前記直流電力の電圧値が変化する場合に、当該電圧値が、当該電圧値の変化の過程において得られる複数の電圧値の各々である条件で、前記充電用スイッチ及び前記各放電用スイッチの駆動周波数を変化させた場合における、前記各キャパシタの放電時に前記負荷を流れる電流の電流値が、予め設定されており、前記制御部は、前記直流電力源の前記直流電力の電圧値が変化することにより、前記各キャパシタの放電時に前記負荷を流れる電流の電流値が変化したときには、前記直流電力の電圧値が変化した後の変化後の電圧値である条件で、前記負荷を流れる電流の電流値として変化前の電流値が得られる、前記充電用スイッチ及び前記各放電用スイッチの駆動周波数を取得し、当該駆動周波数で前記充電用スイッチ及び前記各放電用スイッチを駆動させることが好ましい(請求項7)。   In the above configuration, when the voltage value of the DC power by the DC power source changes, the voltage value is each of a plurality of voltage values obtained in the process of changing the voltage value. When the drive frequency of the charging switch and each discharging switch is changed under the conditions, the current value of the current flowing through the load at the time of discharging each capacitor is preset, and the control unit When the voltage value of the DC power of the DC power source changes, and the current value of the current flowing through the load changes when the capacitors are discharged, the voltage value of the DC power changes after the change. Under the condition that the voltage value, the current value before the change is obtained as the current value of the current flowing through the load, obtain the driving frequency of the charging switch and each discharging switch, It is preferable to drive the charge switch and the switch each discharged at the driving frequency (Claim 7).

この構成によれば、直流電力源の直流電力の電圧値が変化して、各キャパシタの放電時に負荷を流れる電流の電流値が変化したときには、直流電力の電圧値が変化した後の変化後の電圧値である条件で、負荷を流れる電流の電流値として変化前の電流値が得られる、充電用スイッチ及び前記各放電用スイッチの駆動周波数で充電用スイッチ及び各放電用スイッチを駆動させる。   According to this configuration, when the voltage value of the DC power of the DC power source changes and the current value of the current flowing through the load changes when each capacitor is discharged, the voltage value after the change after the voltage value of the DC power changes is changed. The charging switch and each discharging switch are driven at the driving frequency of the charging switch and each discharging switch that can obtain the current value before the change as the current value of the current flowing through the load under the condition of the voltage value.

これにより、直流電力源の電源変動により、各キャパシタの放電時に負荷を流れる電流の電流値が変化しても、変化前の電流値が得られる駆動周波数で充電用スイッチ及び各放電用スイッチが駆動されて、負荷を流れる電流値が変化前の電流値に戻る。   As a result, even if the current value of the current flowing through the load changes when each capacitor is discharged due to fluctuations in the power source of the DC power source, the charging switch and each discharging switch are driven at a driving frequency that can obtain the current value before the change Thus, the current value flowing through the load returns to the current value before the change.

そのため、負荷を流れる電流値を制御する別段の構成を付加することなく、直流電力源の電源変動に対応して、各キャパシタの放電時に負荷を流れる電流の電流値を適切に制御することができる。   Therefore, it is possible to appropriately control the current value of the current flowing through the load when each capacitor is discharged, without adding a separate configuration for controlling the current value flowing through the load, in response to the power supply fluctuation of the DC power source .

また、本発明のさらに他の局面におけるスイッチトキャパシタ装置は、負荷を駆動させるためのスイッチトキャパシタ装置であって、直流電力を出力する直流電力源と、前記直流電力を受け付けて充電及び放電を行う複数のキャパシタと、オンオフ動作して前記キャパシタにおける充電を制御するための充電用スイッチと、オンオフ動作して前記キャパシタにおける放電を制御するための複数の放電用スイッチと、前記充電用スイッチをオンさせるとともに前記各放電用スイッチをオフさせて前記各キャパシタを充電する充電制御と、前記充電用スイッチをオフさせるとともに前記各放電用スイッチをオンさせて前記各キャパシタを放電する放電制御とを交互に実行する制御部と、を備えており、前記各キャパシタが直列に前記充電用スイッチ及び前記負荷と接続された第1直列回路が、前記各キャパシタを充電するための充電回路として前記直流電力源の正極と負極との間に接続されており、前記各キャパシタの一端と他端との間に、前記各放電用スイッチと前記負荷との直列回路がそれぞれ接続されるように、前記各キャパシタを放電させるための複数の放電回路が形成されており、前記各放電回路において、前記各放電用スイッチは、前記各キャパシタの一端と他端とに並列に接続されており、前記制御部は、前記充電用スイッチをオンさせている間に、前記各放電用スイッチのうち1又は複数の放電用スイッチをオンさせて、前記キャパシタの放電により前記負荷を流れる電流の電流値を制御することを特徴とする(請求項8)。   A switched capacitor device according to still another aspect of the present invention is a switched capacitor device for driving a load, and includes a plurality of DC power sources that output DC power, and a plurality of charging and discharging devices that receive the DC power. A capacitor, a charging switch for controlling charging in the capacitor by on / off operation, a plurality of discharging switches for controlling discharging in the capacitor by on / off operation, and turning on the charging switch Charging control for charging each capacitor by turning off each discharging switch and discharging control for discharging each capacitor by turning off each charging switch and turning on each discharging switch are alternately executed. A control unit, wherein the capacitors are connected in series with the charging switch. And a first series circuit connected to the load is connected between a positive electrode and a negative electrode of the DC power source as a charging circuit for charging each capacitor, and one end and the other end of each capacitor A plurality of discharge circuits for discharging the capacitors are formed so that a series circuit of the discharge switches and the load is connected to each other. In each of the discharge circuits, The discharging switch is connected in parallel to one end and the other end of each capacitor, and the control unit is configured to turn one or more of the discharging switches while the charging switch is turned on. The discharge switch is turned on, and the current value of the current flowing through the load is controlled by discharging the capacitor (Claim 8).

この構成によれば、直流電力源の正極と負極との間には、充電用スイッチ、各キャパシタ、及び負荷からなる直列回路が、キャパシタを充電するための充電回路として接続されている。   According to this configuration, a series circuit including a charging switch, each capacitor, and a load is connected as a charging circuit for charging the capacitor between the positive electrode and the negative electrode of the DC power source.

これにより、各キャパシタの充電開始時点で充電回路を瞬間的に流れる電流が、負荷を流れる。そのため、各キャパシタの充電開始時点で充電回路を瞬間的に流れる電流の電流値が、負荷のインピーダンスにより抑制される。また、負荷が存在しなければロスとなって消失する電気エネルギーの一部を負荷の有効電力とすることができる。   As a result, a current that instantaneously flows through the charging circuit at the start of charging of each capacitor flows through the load. Therefore, the current value of the current that instantaneously flows through the charging circuit at the start of charging of each capacitor is suppressed by the impedance of the load. Further, if there is no load, a part of the electric energy that is lost as a loss can be used as the effective power of the load.

さらに、この構成によれば、各放電用スイッチは各キャパシタの一端と他端とに並列に接続されている。また、充電用スイッチをオンさせている間に、各放電用スイッチのうち1又は複数の放電用スイッチをオンさせる。   Furthermore, according to this configuration, each discharging switch is connected in parallel to one end and the other end of each capacitor. Further, one or more discharge switches among the discharge switches are turned on while the charge switches are turned on.

これにより、充電用スイッチがオンとなっているときに、1又は複数の放電用スイッチがオンとされて、当該1又は複数の放電用スイッチに対応するキャパシタの両端が短絡する。その結果、オンとなっている放電用スイッチに対応するキャパシタの分だけ、充電可能なキャパシタの数が減少する。   Thus, when the charging switch is on, one or more discharging switches are turned on, and both ends of the capacitors corresponding to the one or more discharging switches are short-circuited. As a result, the number of capacitors that can be charged is reduced by the number of capacitors corresponding to the discharging switch that is turned on.

これにより、充電可能なキャパシタが充電されたときの端子間電圧は、充電可能なキャパシタが減少した分だけ増加するため、結果的には、負荷を流れる電流の電流値が増加する。   As a result, the voltage between the terminals when the chargeable capacitor is charged increases as the chargeable capacitor decreases, and as a result, the current value of the current flowing through the load increases.

そのため、充電用スイッチがオンさせている間に、各放電用スイッチのうち1又は複数の放電用スイッチをオンとして、負荷を流れる電流の電流値を制御して、直流電力源による電気エネルギーが負荷に伝達される量を制御することができる。   Therefore, while the charging switch is turned on, one or more of the discharging switches are turned on to control the current value of the current flowing through the load, so that the electric energy from the DC power source is loaded. The amount transmitted to can be controlled.

その結果、負荷に流れ込む電流量を制御するためのスイッチング素子や、負荷を流れる電流量を一定にする定電流回路などの専用の構成要素を付加することなく、キャパシタの放電により負荷を流れる電流の電流値を一定の値に保持することができる。   As a result, the current flowing through the load by discharging the capacitor can be eliminated without adding a dedicated component such as a switching element for controlling the amount of current flowing into the load or a constant current circuit for making the amount of current flowing through the load constant. The current value can be held at a constant value.

その結果、専用の構成要素を付加したときのように、直流電力源による電気エネルギーが当該専用の構成要素によりロスすることなく、低コストで、負荷を流れる電流の電流値を一定の値に保持することができる。   As a result, the electric energy from the DC power source is not lost by the dedicated component as when a dedicated component is added, and the current value of the current flowing through the load is kept constant at a low cost. can do.

以上により、この構成によれば、専用の構成要素を負荷することなく、電気エネルギーが負荷に伝達される過程において生じるロスを抑制させつつ、当該電気エネルギーを負荷に安定した状態で伝達することができる。   As described above, according to this configuration, it is possible to transmit the electric energy in a stable state to the load while suppressing a loss that occurs in the process in which the electric energy is transmitted to the load without loading a dedicated component. it can.

上記構成において、前記制御部は、前記充電用スイッチ及び前記各放電用スイッチの時比率をさらに制御して、前記各キャパシタの放電により前記負荷を流れる電流の電流値を制御することが好ましい(請求項9)。   In the above configuration, it is preferable that the control unit further controls a time ratio of the charging switch and each discharging switch to control a current value of a current flowing through the load by discharging each capacitor. Item 9).

この構成によれば、制御部は、充電用スイッチ及び各放電用スイッチの時比率をさらに制御して、負荷を流れる電流の電流値を適切に制御することができる。そのため、直流電力源による電気エネルギーをさらに安定した状態で負荷に伝達することができる。   According to this configuration, the control unit can further control the current ratio of the current flowing through the load by further controlling the time ratio of the charging switch and each discharging switch. Therefore, the electric energy from the DC power source can be transmitted to the load in a more stable state.

上記構成において、前記負荷は、固体発光素子であることが好ましい(請求項10)。   In the above configuration, the load is preferably a solid light emitting element.

固体発光素子を安定して発光させるには、固体発光素子を流れる電流の電流値が一定の値に保持されることが重要とされている。   In order to cause the solid light emitting element to emit light stably, it is important to maintain the current value of the current flowing through the solid light emitting element at a constant value.

この構成によれば、負荷は固体発光素子であるため、キャパシタの放電により固体発光素子を流れる電流の電流値が一定の値に保持される。これにより、固体発光素子を安定して発光させることができる。   According to this configuration, since the load is a solid state light emitting device, the current value of the current flowing through the solid state light emitting device is held at a constant value by discharging the capacitor. Thereby, a solid light emitting element can be light-emitted stably.

本発明によれば、専用の構成要素を負荷することなく、電気エネルギーが負荷に伝達される過程において生じるロスを抑制させつつ、当該電気エネルギーを負荷に安定した状態で伝達することができる。   According to the present invention, the electrical energy can be transmitted to the load in a stable state while suppressing a loss that occurs in the process in which the electrical energy is transmitted to the load without loading a dedicated component.

スイッチトキャパシタ装置の参考例を示した図である。It is the figure which showed the reference example of the switched capacitor apparatus. 第1実施形態に係るスイッチトキャパシタ装置の回路構成の一例を示した図であり、キャパシタの数が1つの場合の図である。It is the figure which showed an example of the circuit structure of the switched capacitor apparatus which concerns on 1st Embodiment, and is a figure in case the number of capacitors is one. 図2に示すスイッチトキャパシタ装置に平滑用コンデンサ及びインダクタを追加した場合の回路構成図である。FIG. 3 is a circuit configuration diagram when a smoothing capacitor and an inductor are added to the switched capacitor device shown in FIG. 2. 第1実施形態に係るスイッチトキャパシタ装置の回路構成の一例を示した図であり、キャパシタの数が2以上の場合の図である。It is a figure showing an example of circuit composition of a switched capacitor device concerning a 1st embodiment, and is a figure in case the number of capacitors is two or more. 第1実施形態に係るスイッチトキャパシタ装置の回路構成の一例を示した図であり、キャパシタの数が2以上の場合の図である。It is a figure showing an example of circuit composition of a switched capacitor device concerning a 1st embodiment, and is a figure in case the number of capacitors is two or more. 直流電力源による電気エネルギーが好適にLEDに伝達されるための、直流電力源の電圧値、キャパシタの数、及び、LEDの最大直列数の間の関係を示した表である。It is the table | surface which showed the relationship between the voltage value of a direct-current power source, the number of capacitors, and the largest series number of LED for the electrical energy by a direct-current power source to be suitably transmitted to LED. 第1実施形態における制御部の具体的な構成の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the specific structure of the control part in 1st Embodiment. 図7に示す制御部と組み合わせて使用される電流値検知部の具体的な構成の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the specific structure of the electric current value detection part used in combination with the control part shown in FIG. 図7に示す制御部において用いられる各種信号の波形を示した図である。It is the figure which showed the waveform of the various signals used in the control part shown in FIG. 充電用スイッチ及び放電用スイッチの時比率について説明するためのタイミングチャートである。It is a timing chart for demonstrating the time ratio of the switch for charge, and the switch for discharge. スイッチトキャパシタの数が1つの場合のスイッチトキャパシタ装置の出力特性の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the output characteristic of a switched capacitor apparatus in case the number of switched capacitors is one. スイッチトキャパシタの数が2つ以上の場合のスイッチトキャパシタ装置の出力特性の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the output characteristic of a switched capacitor apparatus in case the number of switched capacitors is two or more. スイッチトキャパシタの数が2つ以上の場合のスイッチトキャパシタ装置の出力特性の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the output characteristic of a switched capacitor apparatus in case the number of switched capacitors is two or more. 直流電力源の電圧値が各々異なる条件において、充電用スイッチ及び放電用スイッチの駆動周波数を変えた場合の出力特性の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the output characteristic at the time of changing the drive frequency of the switch for charge and the switch for discharge on the conditions from which the voltage value of a DC power source differs, respectively. 本発明の第2実施形態に係るスイッチトキャパシタ装置の回路構成の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the circuit structure of the switched capacitor apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係るスイッチトキャパシタ装置の回路構成の他の例を示した図である。It is the figure which showed the other example of the circuit structure of the switched capacitor apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 第2実施形態において制御部より出力されるパルス信号の波形の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the waveform of the pulse signal output from a control part in 2nd Embodiment. 第2実施形態における制御部の構成の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the structure of the control part in 2nd Embodiment. 第2実施形態における制御部の構成の他の例を示した図である。It is the figure which showed the other example of the structure of the control part in 2nd Embodiment. 従来のスイッチトキャパシタ装置を示した図である。It is the figure which showed the conventional switched capacitor apparatus. 従来のスイッチトキャパシタ装置におけるエネルギー損失を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the energy loss in the conventional switched capacitor apparatus. 従来のスイッチトキャパシタ装置におけるエネルギー損失を表す図である。It is a figure showing the energy loss in the conventional switched capacitor apparatus.

直流電力源による電気エネルギーが負荷に伝達される過程において生じるロスを抑制させつつ、当該電気エネルギーを負荷に安定した状態で伝達することができるスイッチトキャパシタ装置として、例えば、図1に示されるスイッチトキャパシタ装置が挙げられる。   For example, a switched capacitor shown in FIG. 1 can be used as a switched capacitor device capable of suppressing loss generated in the process of transmitting electric energy from a DC power source to a load and transmitting the electric energy to the load in a stable state. Apparatus.

図1(a)に示すスイッチトキャパシタ装置B1は、直流電力源Eから出力される直流電圧を降圧してLED(負荷)2に伝達するためのスイッチトキャパシタSCを備える。スイッチトキャパシタSCは、充電用スイッチQ102、キャパシタC、充電用ダイオードD1、放電用スイッチQ103、及び、放電用ダイオードD2を備えて構成されている。   A switched capacitor device B1 shown in FIG. 1A includes a switched capacitor SC for stepping down a DC voltage output from a DC power source E and transmitting the voltage to an LED (load) 2. The switched capacitor SC includes a charging switch Q102, a capacitor C, a charging diode D1, a discharging switch Q103, and a discharging diode D2.

スイッチトキャパシタ装置B1では、充電用スイッチQ102、キャパシタC、充電用ダイオードD1、LED2、及び、スイッチング素子Qからなる直列回路が、キャパシタCを充電するための充電回路として、直流電力源Eの正極と負極との間に接続されている。   In the switched capacitor device B1, a series circuit composed of a charging switch Q102, a capacitor C, a charging diode D1, an LED2, and a switching element Q is used as a charging circuit for charging the capacitor C. It is connected between the negative electrode.

また、スイッチトキャパシタ装置B1では、MOSFETからなる放電用スイッチQ103が、キャパシタCと充電用ダイオードD1とからなる直列回路と並列となるように接続されている。   In the switched capacitor device B1, a discharging switch Q103 made of a MOSFET is connected in parallel with a series circuit made up of a capacitor C and a charging diode D1.

そして、放電用ダイオードD2が、当該放電用ダイオードD2のカソード端子がキャパシタCと充電用ダイオードD1との接続点の方向を向いた状態で、当該キャパシタCと充電用ダイオードD1との接続点と、直流電力源Eの負極との間に接続されている。   Then, the discharge diode D2 has a connection point between the capacitor C and the charging diode D1 in a state where the cathode terminal of the discharge diode D2 faces the connection point between the capacitor C and the charging diode D1. It is connected between the negative electrode of the DC power source E.

これにより、キャパシタCの一端から、放電用スイッチQ103、LED2、スイッチング素子Q、及び、放電用ダイオードD2を経て、キャパシタCの他端に至る放電回路が形成されている。   Thus, a discharge circuit is formed from one end of the capacitor C to the other end of the capacitor C via the discharge switch Q103, LED2, switching element Q, and discharge diode D2.

スイッチトキャパシタ装置B1によれば、LED2が充電経路に配置されている。そのため、キャパシタCの充電開始時に充電経路を瞬間的に流れる電流が、LED2のインピーダンスにより抑制される。また、LED2で消費される電力が、LED2の発光に利用されるため、電力が有効に利用される。   According to the switched capacitor device B1, the LED 2 is arranged in the charging path. Therefore, the current that instantaneously flows through the charging path at the start of charging of the capacitor C is suppressed by the impedance of the LED 2. Moreover, since the electric power consumed by LED2 is utilized for light emission of LED2, electric power is used effectively.

これにより、直流電力源Eにより生じた電気エネルギーをキャパシタCに伝達する際におけるエネルギー損失を抑制することができる。結果として、直流電力源Eにより生じた電気エネルギーをLED2に伝達する過程におけるエネルギー損失を抑制することができる。   Thereby, the energy loss at the time of transmitting the electrical energy generated by the DC power source E to the capacitor C can be suppressed. As a result, energy loss in the process of transmitting electrical energy generated by the DC power source E to the LED 2 can be suppressed.

スイッチング素子Qは、オンオフ動作することにより、LED2の電流路を形成及び切断する。スイッチング素子Qは、PWM(Pulse Width Modulation)信号で駆動し、当該PWM信号のデューティ比により、オンオフタイミングが定まる。そのため、LED2の電流路は、PWM信号のデューティ比に応じたタイミングで形成及び切断される。これにより、LED2を流れる電流の電流値が、スイッチング素子Qのオンオフ動作により制御される。   The switching element Q forms and cuts off the current path of the LED 2 by performing an on / off operation. The switching element Q is driven by a PWM (Pulse Width Modulation) signal, and the on / off timing is determined by the duty ratio of the PWM signal. Therefore, the current path of the LED 2 is formed and cut at a timing according to the duty ratio of the PWM signal. Thereby, the current value of the current flowing through the LED 2 is controlled by the on / off operation of the switching element Q.

その結果として、スイッチング素子Qのオンオフ動作により、LED2に伝達される直流電力の大きさを制御することができる。したがって、スイッチトキャパシタ装置B1では、直流電力源Eによる電気エネルギーをLED2に安定した状態で伝達することができる。   As a result, the magnitude of the DC power transmitted to the LED 2 can be controlled by the on / off operation of the switching element Q. Therefore, in the switched capacitor device B1, the electric energy from the DC power source E can be transmitted to the LED 2 in a stable state.

また、図1(b)に示すスイッチトキャパシタ装置B2は、図1(a)に示すスイッチトキャパシタ装置B1において、スイッチング素子Qに代えて当該スイッチング素子Qと同じ機能のスイッチング素子Q1が配置されているとともに、スイッチング素子Q2、コンパレータ3、基準電圧源Vref、及び、抵抗器rからなる定電流回路6が配置されている。   Further, in the switched capacitor device B2 shown in FIG. 1B, a switching element Q1 having the same function as the switching element Q is arranged in place of the switching element Q in the switched capacitor device B1 shown in FIG. In addition, a constant current circuit 6 including a switching element Q2, a comparator 3, a reference voltage source Vref, and a resistor r is disposed.

これにより、スイッチトキャパシタ装置B2では、直流電力源Eによる電気エネルギーがLED2に伝達される過程において生じるロスを抑制させることができる他、定電流回路6により、直流電力源Eによる電気エネルギーをLED2により安定した状態で伝達することができる。   Thereby, in the switched capacitor device B2, the loss caused in the process in which the electric energy from the DC power source E is transmitted to the LED 2 can be suppressed, and the electric energy from the DC power source E is supplied to the LED 2 by the constant current circuit 6. It can be transmitted in a stable state.

以上のように、図1に示すスイッチトキャパシタ装置B1、B2によれば、直流電力源Eによる電気エネルギーがLED2に伝達される過程において生じるロスを抑制させつつ、当該電気エネルギーをLED2に安定した状態で伝達することができる。   As described above, according to the switched capacitor devices B1 and B2 shown in FIG. 1, a state in which the electric energy is stabilized in the LED 2 while suppressing loss that occurs in the process in which the electric energy from the DC power source E is transmitted to the LED 2 is suppressed. Can be transmitted.

しかしながら、スイッチトキャパシタ装置B1、B2では、電気エネルギーをLED2に安定した状態で伝達するため、スイッチング素子や定電流回路を必要としている。このように、スイッチング素子や定電流回路などの構成要素を新たに付加することは、直流電力源Eによる電気エネルギーが新たに付加した構成要素によりロスするおそれがあり、コストが嵩む要因となるおそれもある。   However, the switched capacitor devices B1 and B2 require a switching element and a constant current circuit in order to transmit electric energy to the LED 2 in a stable state. Thus, adding a new component such as a switching element or a constant current circuit may cause electric energy from the DC power source E to be lost due to the newly added component, which may increase costs. There is also.

本発明者は、このような点に着目し、以下に説明するようなスイッチトキャパシタ装置を想到した。   The present inventor has focused on such a point and has come up with a switched capacitor device as described below.

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符合を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
(第1実施形態)
図2は、第1実施形態に係るスイッチトキャパシタ装置の回路構成の一例を示した図であり、キャパシタの数が1つの場合の図である。スイッチトキャパシタ装置Dでは、直流電力源Eの正極と負極との間に、LED2を流れる電流を検出するための抵抗器r、LED2、MOSFETからなる充電用スイッチQ1、キャパシタC1、及び、カソード端子がキャパシタC1の方向を向いた充電用ダイオードD1が直列に接続されることにより、LED2を介してキャパシタC1を充電するための充電回路が形成されている。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the structure which attached | subjected the same code | symbol in each figure shows that it is the same structure, The description is abbreviate | omitted.
(First embodiment)
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the switched capacitor device according to the first embodiment, and is a diagram in the case where the number of capacitors is one. In the switched capacitor device D, a charging switch Q1, a capacitor C1, and a cathode terminal including a resistor r, LED2, and a MOSFET for detecting a current flowing through the LED2 are provided between the positive electrode and the negative electrode of the DC power source E. A charging circuit for charging the capacitor C1 through the LED 2 is formed by connecting the charging diode D1 facing the direction of the capacitor C1 in series.

さらに、キャパシタCと充電用ダイオードD1とからなる直列回路の両端の間に、当該直列回路と並列となるように、MOSFETからなる放電用スイッチQ2が接続されている。   Further, a discharging switch Q2 made of a MOSFET is connected between both ends of the series circuit made up of the capacitor C and the charging diode D1 so as to be in parallel with the series circuit.

そして、放電用ダイオードD2が、当該放電用ダイオードD2のアノード端子がキャパシタC1と充電用ダイオードD1との接続点の方向を向いた状態で、当該キャパシタC1と充電用ダイオードD1との接続点と、直流電力源Eの正極との間に接続されている。   Then, the discharge diode D2 has a connection point between the capacitor C1 and the charging diode D1 in a state where the anode terminal of the discharge diode D2 faces the connection point between the capacitor C1 and the charging diode D1. It is connected between the positive electrode of the DC power source E.

これにより、キャパシタC1の一端から、放電用ダイオードD2、抵抗器r、LED2、及び、放電用スイッチQ2を経て、キャパシタC1の他端に至る放電回路が形成されている。   Thus, a discharge circuit is formed from one end of the capacitor C1 to the other end of the capacitor C1 via the discharge diode D2, the resistor r, the LED2, and the discharge switch Q2.

このような構成のスイッチトキャパシタ装置Dでは、充電用スイッチQ1及び放電用スイッチQ2は、制御部1により制御される。   In the switched capacitor device D having such a configuration, the charging switch Q1 and the discharging switch Q2 are controlled by the control unit 1.

制御部1は、充電用スイッチQ1がオンの間は放電用スイッチQ2がオフとなり、充電用スイッチQ1がオフの間は放電用スイッチQ2がオンとなるように、充電用スイッチQ1と放電用スイッチQ2とに対して交互にパルスを出力する。   The control unit 1 includes a charging switch Q1 and a discharging switch so that the discharging switch Q2 is off while the charging switch Q1 is on and the discharging switch Q2 is on while the charging switch Q1 is off. Pulses are alternately output to Q2.

充電用スイッチQ1がオンとなるとともに放電用スイッチQ2がオフとなったときには、直流電力源Eの正極から、LED2、充電用ダイオードD1、キャパシタC1、及び、充電用スイッチQ1を経て、直流電力源Eの負極に至る充電経路が形成される。これにより、キャパシタC1の充電が開始される。   When the charging switch Q1 is turned on and the discharging switch Q2 is turned off, the DC power source passes from the positive electrode of the DC power source E through the LED 2, the charging diode D1, the capacitor C1, and the charging switch Q1. A charging path to the negative electrode of E is formed. Thereby, charging of the capacitor C1 is started.

一方で、充電用スイッチQ1がオフとなるとともに放電用スイッチQ2がオンとなったときには、キャパシタC1の一端から、放電用ダイオードD2、LED2、及び、放電用スイッチQ2を経て、キャパシタC1の他端に至る放電経路が形成される。これにより、キャパシタC1の放電が開始される。   On the other hand, when the charging switch Q1 is turned off and the discharging switch Q2 is turned on, the other end of the capacitor C1 is passed from one end of the capacitor C1 through the discharging diode D2, LED2, and the discharging switch Q2. A discharge path leading to is formed. Thereby, the discharge of the capacitor C1 is started.

このスイッチトキャパシタ装置Dによれば、LED2が充電経路に配置されている。そのため、キャパシタC1の充電開始時に充電経路を瞬間的に流れる電流が、LED2のインピーダンスにより抑制される。また、LED2で消費される電力が、LED2の発光に利用されるため、電力が有効に利用される。   According to the switched capacitor device D, the LED 2 is arranged in the charging path. Therefore, the current that instantaneously flows through the charging path at the start of charging of the capacitor C1 is suppressed by the impedance of the LED2. Moreover, since the electric power consumed by LED2 is utilized for light emission of LED2, electric power is used effectively.

これにより、直流電力源Eにより生じた電気エネルギーをキャパシタC1に伝達する際におけるエネルギー損失を抑制することができる。結果として、直流電力源Eにより生じた電気エネルギーをLED2に伝達する過程におけるエネルギー損失を抑制することができる。   Thereby, the energy loss at the time of transmitting the electrical energy generated by the DC power source E to the capacitor C1 can be suppressed. As a result, energy loss in the process of transmitting electrical energy generated by the DC power source E to the LED 2 can be suppressed.

図3は、図2に示すスイッチトキャパシタ装置に平滑用コンデンサ及びインダクタを追加した場合の回路構成図である。   FIG. 3 is a circuit configuration diagram when a smoothing capacitor and an inductor are added to the switched capacitor device shown in FIG.

このスイッチトキャパシタ装置D1では、図2に示すスイッチトキャパシタ装置Dにおいて、LED2を流れる電流を平滑するため、平滑用キャパシタCoとインダクタLとが配置されている。尚、このスイッチトキャパシタ装置D1の機能は、図2に示すスイッチトキャパシタ装置Dと同じであるため、機能の説明を省略する。   In the switched capacitor device D1, in the switched capacitor device D shown in FIG. 2, a smoothing capacitor Co and an inductor L are arranged to smooth the current flowing through the LED2. The function of the switched capacitor device D1 is the same as that of the switched capacitor device D shown in FIG.

図2に示すスイッチトキャパシタ装置D、及び、図3に示すスイッチトキャパシタ装置D1によれば、充電用スイッチQ1及び放電用スイッチQ2に出力されるパルス信号の時比率を制御して、キャパシタC1の放電によりLED2を流れる電流の電流値を一定の値に保持する。   According to the switched capacitor device D shown in FIG. 2 and the switched capacitor device D1 shown in FIG. 3, the time ratio of the pulse signals output to the charging switch Q1 and the discharging switch Q2 is controlled to discharge the capacitor C1. Thus, the current value of the current flowing through the LED 2 is held at a constant value.

スイッチトキャパシタ装置D及びD1では、充電用スイッチQ1及び放電用スイッチQ2へのパルス信号の時比率を制御するために、LED2を流れる電流の電流値を検知する電流値検知部4、及び、LEDの端子間電圧を検知する電圧検知部5が配置されている。   In the switched capacitor devices D and D1, in order to control the time ratio of the pulse signal to the charging switch Q1 and the discharging switch Q2, the current value detection unit 4 that detects the current value of the current flowing through the LED 2, and the LED A voltage detector 5 for detecting the voltage between the terminals is arranged.

尚、図2及び図3において、電流値検知部4により、LED2を流れる電流の電流値を検出するため、直流電力源Eの正極と、LED2のアノード端子との間には、抵抗器rが配置されている。LED2を流れる電流は抵抗器rを通過するため、抵抗器rでは通過した電流により電圧降下が生じる。電流値検知部4は、抵抗器rを電流が流れることにより生じる電圧降下の大きさを、LED2を流れる電流の電流値として検知する。   2 and 3, the current value detector 4 detects the current value of the current flowing through the LED 2, so that a resistor r is provided between the positive electrode of the DC power source E and the anode terminal of the LED 2. Has been placed. Since the current flowing through the LED 2 passes through the resistor r, the resistor r causes a voltage drop due to the passed current. The current value detection unit 4 detects the magnitude of the voltage drop caused by the current flowing through the resistor r as the current value of the current flowing through the LED 2.

図4及び図5は、第1実施形態に係るスイッチトキャパシタ装置の回路構成の一例を示した図であり、キャパシタの数が2以上の場合の図である。ここにおいて、図4(a)は、キャパシタの数が2つである場合の例を示している。図4(b)は、キャパシタの数が3つである場合の例を示している。図5(a)及び図5(b)は、キャパシタの数が4つである場合の例を示している。   4 and 5 are diagrams illustrating an example of a circuit configuration of the switched capacitor device according to the first embodiment, and are diagrams in a case where the number of capacitors is two or more. Here, FIG. 4A shows an example in which the number of capacitors is two. FIG. 4B shows an example in which the number of capacitors is three. FIG. 5A and FIG. 5B show an example in which the number of capacitors is four.

図4(a)に示すスイッチトキャパシタ装置D2は、キャパシタC1、放電用スイッチQ21、充電用ダイオードD11、及び、放電用ダイオードD21からなる回路と、キャパシタC2、放電用スイッチQ22、充電用ダイオードD12、及び、放電用ダイオードD22からなる回路と、を2つ縦続接続することにより構成されている。   A switched capacitor device D2 shown in FIG. 4A includes a circuit comprising a capacitor C1, a discharging switch Q21, a charging diode D11, and a discharging diode D21, a capacitor C2, a discharging switch Q22, a charging diode D12, And, it is configured by cascading two circuits composed of the discharge diode D22.

このスイッチトキャパシタ装置D2では、放電用スイッチQ21及びQ22がオフの状態で充電用スイッチQ1がオンすると、直流電力源Eから、抵抗器r、LED2、インダクタL、充電用ダイオードD12、キャパシタC2、充電用ダイオードD11、キャパシタC1、及び、充電用スイッチQ1を介して、キャパシタC1及びC2の充電電流が流れる。これにより、キャパシタC1及びC2が充電される。   In the switched capacitor device D2, when the charging switch Q1 is turned on while the discharging switches Q21 and Q22 are off, the resistor r, LED2, inductor L, charging diode D12, capacitor C2, The charging currents of the capacitors C1 and C2 flow through the diode D11, the capacitor C1, and the charging switch Q1. Thereby, the capacitors C1 and C2 are charged.

次に、充電用スイッチQ1がオフして放電用スイッチQ21及びQ22がオンすると、キャパシタC1の電荷が、放電用ダイオードD21、抵抗器r、LED2、インダクタL、及び、放電用スイッチQ22及びQ21を介して放電される。   Next, when the charging switch Q1 is turned off and the discharging switches Q21 and Q22 are turned on, the charge of the capacitor C1 is changed to the discharging diode D21, the resistor r, the LED2, the inductor L, and the discharging switches Q22 and Q21. It is discharged through.

また、同時に、キャパシタC2の電荷が、放電用ダイオードD22、抵抗器r、LED2、インダクタL、及び、放電用スイッチQ22を介して放電される。   At the same time, the charge of the capacitor C2 is discharged through the discharge diode D22, the resistor r, the LED2, the inductor L, and the discharge switch Q22.

以降、スイッチトキャパシタ装置D2は、上記動作を繰り返しながらLED2に継続した電力供給を行う。   Thereafter, the switched capacitor device D2 continuously supplies power to the LED 2 while repeating the above operation.

図4(b)に示すスイッチトキャパシタ装置D3は、キャパシタC1、放電用スイッチQ2、充電用ダイオードD1、及び、放電用ダイオードD2からなる回路と、キャパシタC2、放電用スイッチQ22、充電用ダイオードD12、及び、放電用ダイオードD22からなる回路と、キャパシタC3、放電用スイッチQ23、充電用ダイオードD13、及び、放電用ダイオードD23からなる回路と、を3つ縦属接続することにより構成されている。   A switched capacitor device D3 shown in FIG. 4B includes a circuit comprising a capacitor C1, a discharging switch Q2, a charging diode D1, and a discharging diode D2, a capacitor C2, a discharging switch Q22, a charging diode D12, In addition, a circuit composed of a discharge diode D22 and a circuit composed of a capacitor C3, a discharge switch Q23, a charge diode D13, and a discharge diode D23 are connected in cascade.

このスイッチトキャパシタ装置D3では、放電用スイッチQ21〜Q23がオフの状態で充電用スイッチQ1がオンすると、直流電力源Eから、抵抗器r、LED2、インダクタL、充電用ダイオードD13、キャパシタC3、充電用ダイオードD12、キャパシタC2、充電用ダイオードD11、キャパシタC1、及び、充電用スイッチQ1を介して、キャパシタC1〜C3の充電電流が流れる。これにより、キャパシタC1〜C3が充電される。   In the switched capacitor device D3, when the charging switch Q1 is turned on while the discharging switches Q21 to Q23 are off, the resistor r, LED2, inductor L, charging diode D13, capacitor C3, charging are performed from the DC power source E. The charging currents of the capacitors C1 to C3 flow through the diode D12, the capacitor C2, the charging diode D11, the capacitor C1, and the charging switch Q1. Thereby, the capacitors C1 to C3 are charged.

次に、充電用スイッチQ1がオフして放電用スイッチQ21〜Q23がオンすると、キャパシタC1の電荷が、放電用ダイオードD21、抵抗器r、LED2、インダクタL、及び、放電用スイッチQ23、Q22、及びQ21を介して放電される。   Next, when the charging switch Q1 is turned off and the discharging switches Q21 to Q23 are turned on, the charge of the capacitor C1 is changed to the discharging diode D21, the resistor r, the LED2, the inductor L, and the discharging switches Q23, Q22, And Q21.

また、同時に、キャパシタC2の電荷が、放電用ダイオードD22、抵抗器r、LED2、インダクタL、及び、放電用スイッチQ23及びQ22を介して放電される。   At the same time, the electric charge of the capacitor C2 is discharged through the discharge diode D22, the resistor r, the LED2, the inductor L, and the discharge switches Q23 and Q22.

さらに、同時に、キャパシタC3の電荷が、放電用ダイオードD23、抵抗器r、LED2、インダクタL、及び、放電用スイッチQ23を介して放電される。   Furthermore, at the same time, the electric charge of the capacitor C3 is discharged through the discharging diode D23, the resistor r, the LED2, the inductor L, and the discharging switch Q23.

以降、スイッチトキャパシタ装置D3は、上記動作を繰り返しながらLED2に継続した電力供給を行う。   Thereafter, the switched capacitor device D3 continuously supplies power to the LED 2 while repeating the above operation.

図5(a)に示すスイッチトキャパシタ装置D4は、キャパシタC1、放電用スイッチQ21、充電用ダイオードD11、及び、放電用ダイオードD21からなる回路と、キャパシタC2、放電用スイッチQ22、充電用ダイオードD12、及び、放電用ダイオードD22からなる回路と、キャパシタC3、放電用スイッチQ23、充電用ダイオードD13、及び、放電用ダイオードD23からなる回路と、キャパシタC4、放電用スイッチQ24、充電用ダイオードD14、及び、放電用ダイオードD24からなる回路と、を4つ縦属接続することにより構成されている。   A switched capacitor device D4 shown in FIG. 5A includes a circuit comprising a capacitor C1, a discharge switch Q21, a charging diode D11, and a discharging diode D21, a capacitor C2, a discharging switch Q22, a charging diode D12, A circuit composed of a discharge diode D22, a capacitor C3, a discharge switch Q23, a charge diode D13, and a circuit composed of a discharge diode D23, a capacitor C4, a discharge switch Q24, a charge diode D14, and It is configured by cascade-connecting four circuits each including a discharge diode D24.

このスイッチトキャパシタ装置D4では、放電用スイッチQ21〜Q24がオフの状態で充電用スイッチQ1がオンすると、直流電力源Eから、抵抗器r、LED2、インダクタL、充電用ダイオードD14、キャパシタC4、充電用ダイオードD13、キャパシタC3、充電用ダイオードD12、キャパシタC2、充電用ダイオードD11、キャパシタC1、及び、充電用スイッチQ1を介して、キャパシタC1〜C4の充電電流が流れる。これにより、キャパシタC1〜C4が充電される。   In this switched capacitor device D4, when the charging switch Q1 is turned on while the discharging switches Q21 to Q24 are off, the resistor r, LED2, inductor L, charging diode D14, capacitor C4, charging are performed from the DC power source E. The charging currents of the capacitors C1 to C4 flow through the diode D13, the capacitor C3, the charging diode D12, the capacitor C2, the charging diode D11, the capacitor C1, and the charging switch Q1. Thereby, the capacitors C1 to C4 are charged.

次に、充電用スイッチQ1がオフして放電用スイッチQ21〜Q24がオンすると、キャパシタC1の電荷が、放電用ダイオードD21、抵抗器r、LED2、インダクタL、及び、放電用スイッチQ24、Q23、Q22、及びQ21を介して放電される。   Next, when the charging switch Q1 is turned off and the discharging switches Q21 to Q24 are turned on, the charge of the capacitor C1 is changed to the discharging diode D21, the resistor r, the LED2, the inductor L, and the discharging switches Q24, Q23, Discharged via Q22 and Q21.

また、同時に、キャパシタC2の電荷が、放電用ダイオードD22、抵抗器r、LED2、インダクタL、及び、放電用スイッチQ24、Q23及びQ22を介して放電される。   At the same time, the charge of the capacitor C2 is discharged through the discharge diode D22, the resistor r, the LED2, the inductor L, and the discharge switches Q24, Q23, and Q22.

さらに、同時に、キャパシタC3の電荷が、放電用ダイオードD23、抵抗器r、LED2、インダクタL、及び、放電用スイッチQ24及びQ23を介して放電される。   Furthermore, at the same time, the electric charge of the capacitor C3 is discharged through the discharge diode D23, the resistor r, the LED2, the inductor L, and the discharge switches Q24 and Q23.

さらに、同時に、キャパシタC4の電荷が、放電用ダイオードD24、抵抗器r、LED2、インダクタL、及び、放電用スイッチQ24を介して放電される。   Furthermore, at the same time, the electric charge of the capacitor C4 is discharged through the discharging diode D24, the resistor r, the LED2, the inductor L, and the discharging switch Q24.

以降、スイッチトキャパシタ装置D4は、上記動作を繰り返しながらLED2に継続した電力供給を行う。   Thereafter, the switched capacitor device D4 continuously supplies power to the LED 2 while repeating the above operation.

以上に示すスイッチトキャパシタ装置D2〜D5によれば、各キャパシタが充電されたときに、各キャパシタの端子間電圧が、直流電力源Eからの直流電力の電圧値がキャパシタの数に応じて分圧された値となる。   According to the switched capacitor devices D2 to D5 described above, when each capacitor is charged, the voltage between terminals of each capacitor is divided according to the voltage value of the DC power from the DC power source E according to the number of capacitors. Value.

これにより、各キャパシタの充電時に当該キャパシタに対応して配置されている放電用スイッチにかかる電圧が、キャパシタの数に応じて分圧された、直流電力源Eによる電圧値となるため、放電用スイッチとして、耐圧の小さなスイッチング素子を用いることができる。   As a result, the voltage applied to the discharge switch arranged corresponding to the capacitor when charging each capacitor becomes a voltage value by the DC power source E divided according to the number of capacitors. As the switch, a switching element with a low breakdown voltage can be used.

また、以上に示すスイッチトキャパシタ装置D2〜D5によれば、各放電回路では、各キャパシタがLED2に対して並列に接続されている。これにより、各キャパシタの放電時には、各キャパシタの端子間電圧と同じ電位差が、LED2の両端で生じる。   Moreover, according to the switched capacitor apparatus D2-D5 shown above, in each discharge circuit, each capacitor is connected with LED2 in parallel. Thereby, at the time of discharge of each capacitor, the same potential difference as the voltage between terminals of each capacitor is generated at both ends of the LED 2.

そして、スイッチトキャパシタ装置D2〜D5では、先述したように、充電により各キャパシタで生じる端子間電圧は、キャパシタの数に応じて分圧された、直流電力源Eによる電圧値となっている。   In the switched capacitor devices D2 to D5, as described above, the terminal voltage generated in each capacitor by charging is a voltage value by the DC power source E divided according to the number of capacitors.

これにより、各キャパシタの放電時に、キャパシタの数に応じて分圧された、直流電力源Eによる電圧値と同じ端子間電圧が、LED2の両端にかかるため、図2及び図3に示すように、キャパシタの数が1つである場合よりも降圧された出力を得ることができる。   Thereby, when each capacitor is discharged, the voltage across the terminals, which is divided according to the number of capacitors and is the same as the voltage value by the DC power source E, is applied to both ends of the LED 2, as shown in FIGS. 2 and 3. As a result, a step-down output can be obtained as compared with the case where the number of capacitors is one.

図5(b)は、キャパシタの数が4つの場合の例において、各キャパシタに、当該キャパシタに対応する放電用スイッチを1つ配置することにより、各キャパシタの放電経路を形成したものである。   FIG. 5B shows an example in which the number of capacitors is four, in which one discharge switch corresponding to the capacitor is arranged in each capacitor to form a discharge path for each capacitor.

すなわち、図5(b)に示すスイッチトキャパシタ装置D5では、放電用スイッチQ21が、キャパシタC1、充電用ダイオードD11、キャパシタC2、充電用ダイオードD12、キャパシタC3、充電用ダイオードD13、キャパシタC4、及び、充電用ダイオードD14からなる直列回路に並列に接続されている。   That is, in the switched capacitor device D5 shown in FIG. 5B, the discharging switch Q21 includes the capacitor C1, the charging diode D11, the capacitor C2, the charging diode D12, the capacitor C3, the charging diode D13, the capacitor C4, and It is connected in parallel to a series circuit composed of a charging diode D14.

これにより、キャパシタC1の一端から、放電用ダイオードD21、抵抗器r、LED2、インダクタL、及び、放電用スイッチQ21を経て、キャパシタC1の他端に至る放電経路が形成される。   Thus, a discharge path is formed from one end of the capacitor C1 to the other end of the capacitor C1 through the discharge diode D21, the resistor r, the LED2, the inductor L, and the discharge switch Q21.

また、スイッチトキャパシタ装置D5では、放電用スイッチQ22が、キャパシタC2、充電用ダイオードD12、キャパシタC3、充電用ダイオードD13、キャパシタC4、及び、充電用ダイオードD14からなる直列回路に並列に接続されている。   In the switched capacitor device D5, the discharging switch Q22 is connected in parallel to a series circuit including the capacitor C2, the charging diode D12, the capacitor C3, the charging diode D13, the capacitor C4, and the charging diode D14. .

これにより、キャパシタC2の一端から、放電用ダイオードD22、抵抗器r、LED2、インダクタL、及び、放電用スイッチQ22を経て、キャパシタC2の他端に至る放電経路が形成される。   Thus, a discharge path is formed from one end of the capacitor C2 to the other end of the capacitor C2 via the discharge diode D22, the resistor r, the LED2, the inductor L, and the discharge switch Q22.

さらに、スイッチトキャパシタ装置D5では、放電用スイッチQ23が、キャパシタC3、充電用ダイオードD13、キャパシタC4、及び、充電用ダイオードD14からなる直列回路に並列に接続されている。   Further, in the switched capacitor device D5, the discharge switch Q23 is connected in parallel to a series circuit including the capacitor C3, the charging diode D13, the capacitor C4, and the charging diode D14.

これにより、キャパシタC3の一端から、放電用ダイオードD23、抵抗器r、LED2、インダクタL、及び、放電用スイッチQ23を経て、キャパシタC3の他端に至る放電経路が形成される。   This forms a discharge path from one end of the capacitor C3 to the other end of the capacitor C3 via the discharge diode D23, the resistor r, the LED2, the inductor L, and the discharge switch Q23.

さらに、スイッチトキャパシタ装置D5では、放電用スイッチQ24が、キャパシタC4、及び、充電用ダイオードD14からなる直列回路に並列に接続されている。   Further, in the switched capacitor device D5, the discharging switch Q24 is connected in parallel to a series circuit including the capacitor C4 and the charging diode D14.

これにより、キャパシタC4の一端から、放電用ダイオードD24、抵抗器r、LED2、インダクタL、及び、放電用スイッチQ24を経て、キャパシタC4の他端に至る放電経路が形成される。   As a result, a discharge path is formed from one end of the capacitor C4 to the other end of the capacitor C4 through the discharge diode D24, the resistor r, the LED2, the inductor L, and the discharge switch Q24.

以上のように、図5(b)に示すスイッチトキャパシタ装置D5によれば、各キャパシタの放電時には、各キャパシタの電荷が、当該キャパシタに対応する放電用スイッチを介して放電されるため、各放電用スイッチを流れる電流が均一化される。   As described above, according to the switched capacitor device D5 shown in FIG. 5B, when each capacitor is discharged, the charge of each capacitor is discharged through the discharge switch corresponding to the capacitor. The current flowing through the switch is made uniform.

図6は、本発明者が、第1実施形態に係るスイッチトキャパシタ装置D、D1〜D5において、1つのLED2のオン電圧が3.3Vである条件下で、直流電圧源Eからの直流電力の電圧値Vin、キャパシタの数、及び、LED2の数の各々を変動させる実験を行って得られたものである。   FIG. 6 shows that the inventor of the switched-capacitor devices D and D1 to D5 according to the first embodiment shows the DC power from the DC voltage source E under the condition that the ON voltage of one LED 2 is 3.3V. This is obtained by conducting an experiment in which each of the voltage value Vin, the number of capacitors, and the number of LEDs 2 is varied.

本発明者は、このような実験において、直流電力源Eによる電気エネルギーが好適にLED2に伝達されたときにおける、電圧値Vin、キャパシタの数、及びLED2の数を得て、図6に示される表にまとめた。尚、図6の表において、「DC−Vin」は、入力直流電力の平均電圧値を示しており、「AC−Vin」は、入力直流電力の平均電圧値の各々に対応する入力交流電力の実効電圧値を示している。例えば、AC100Vrms(root mean square)の交流電力を整流及び平滑して得られる直流電力の電圧値は140Vである。そのため、平均電圧値が140Vである入力直流電力は、実効電圧値が100Vである入力交流電力に対応する。   In this experiment, the inventor obtained the voltage value Vin, the number of capacitors, and the number of LEDs 2 when the electric energy from the DC power source E is suitably transmitted to the LEDs 2, and is shown in FIG. It is summarized in a table. In the table of FIG. 6, “DC-Vin” indicates the average voltage value of the input DC power, and “AC-Vin” indicates the input AC power corresponding to each of the average voltage values of the input DC power. The effective voltage value is shown. For example, the voltage value of DC power obtained by rectifying and smoothing AC power of AC 100 Vrms (root mean square) is 140V. Therefore, the input DC power having an average voltage value of 140V corresponds to the input AC power having an effective voltage value of 100V.

図6の表は、入力として与えられる直流電力の平均電圧値(図6では、「DC−Vin」と記載されている)とキャパシタCの数(1〜8個)とに対応する、好適に電力が供給されるLED2の最大直列数を示している。   The table of FIG. 6 preferably corresponds to the average voltage value of DC power given as input (indicated as “DC-Vin” in FIG. 6) and the number of capacitors C (1 to 8). The maximum series number of LEDs 2 to which power is supplied is shown.

図6の表においては、行方向に、直流電力の電圧値「DC−Vin」と交流電力の実効値「AC−Vin」との組み合わせの各々について、LED2が好適に発光することが可能となるLED2の個数が示されている。また、列方向に、キャパシタの数に応じて、LED2が好適に発光することが可能となるLED2の個数が示されている。   In the table of FIG. 6, the LED 2 can appropriately emit light for each combination of the DC power voltage value “DC-Vin” and the AC power effective value “AC-Vin” in the row direction. The number of LEDs 2 is shown. In the column direction, the number of LEDs 2 that allow the LEDs 2 to emit light appropriately is shown according to the number of capacitors.

このような表からは、例えば、直流電力源Eによる直流電力の電圧値「DC−Vin」が140Vである場合には、6個の直列接続されたLED2を好適に発光させるには、キャパシタの数が6であることが最適であることが判る。   From such a table, for example, when the voltage value “DC-Vin” of the DC power from the DC power source E is 140 V, in order to make the six LEDs 2 connected in series suitably emit light, It can be seen that the number 6 is optimal.

また、図6の表のうち、斜線で示す行Lからは、直流電力の電圧値「DC−Vin」が140Vである状態で、キャパシタの数を5に減らすと、LED2が好適に発光することが可能となるLED2の個数が7であることが判る。一方、図6の表のうち、斜線で示す行Lからは、直流電力の電圧値「DC−Vin」が140Vである状態で、キャパシタの数を7に増やすと、LED2が好適に発光することが可能となるLED2の個数が5であることが判る。   Further, from the row L indicated by hatching in the table of FIG. 6, when the voltage value “DC-Vin” of the DC power is 140 V and the number of capacitors is reduced to 5, the LED 2 emits light suitably. It can be seen that the number of LEDs 2 that can be used is seven. On the other hand, from the row L indicated by hatching in the table of FIG. 6, when the voltage value “DC-Vin” of the DC power is 140 V and the number of capacitors is increased to 7, the LED 2 emits light suitably. It can be seen that the number of LEDs 2 that can be used is five.

図7は、第1実施形態における制御部1の具体的な構成の一例を示した図である。図8は、図7に示す制御部1と組み合わせて使用される電流値検知部4の具体的な構成の一例を示した図である。図9は、図7に示す制御部1において用いられる各種信号の波形を示した図である。   FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a specific configuration of the control unit 1 in the first embodiment. FIG. 8 is a diagram showing an example of a specific configuration of the current value detection unit 4 used in combination with the control unit 1 shown in FIG. FIG. 9 is a diagram showing waveforms of various signals used in the control unit 1 shown in FIG.

図7に示す制御部1では、発振器IC1、抵抗器R1及びR2、及び、キャパシタC1により、無安定マルチバイブレータが構成されている。この無安定マルチバイブレータは、所定の周波数(例えば1MHz)の矩形波基準信号(図9の(ア)参照)を生成する。   In the control unit 1 illustrated in FIG. 7, an oscillator IC1, resistors R1 and R2, and a capacitor C1 constitute an astable multivibrator. This astable multivibrator generates a rectangular wave reference signal (see FIG. 9A) having a predetermined frequency (for example, 1 MHz).

無安定マルチバイブレータにより生成された矩形波基準信号は、バッファIC2を介して、ペアトランジスタQ1及び抵抗器R3で構成されたカレントミラーによって、キャパシタC2を充電する。   The rectangular wave reference signal generated by the astable multivibrator charges the capacitor C2 through the buffer IC2 by a current mirror composed of the pair transistor Q1 and the resistor R3.

また、無安定マルチバイブレータにより生成された矩形波基準信号は、NOT回路IC3により位相が反転されて反転基準信号(図9の(イ)参照)とされ、スイッチング素子Q2に出力される。これにより、スイッチング素子Q2は、反転基準信号と同期して、オンオフ動作を行って、キャパシタC2の端子間を短絡させてキャパシタC2を放電させる。   Further, the rectangular wave reference signal generated by the astable multivibrator is inverted in phase by the NOT circuit IC3 to be an inverted reference signal (see (A) of FIG. 9), and is output to the switching element Q2. As a result, the switching element Q2 performs an on / off operation in synchronization with the inverted reference signal, short-circuits between the terminals of the capacitor C2, and discharges the capacitor C2.

反転基準信号は、矩形波基準信号の位相が反転したものであるため、矩形波基準信号の1周期に対して位相が180度遅れている。   Since the inverted reference signal is obtained by inverting the phase of the rectangular wave reference signal, the phase is delayed by 180 degrees with respect to one period of the rectangular wave reference signal.

これにより、キャパシタC2は、矩形波基準信号のパルスを受け付けている間には、端子間が短絡せずに充電を行うとともに、矩形波基準信号のパルスを受け付けていない間には、端子間が短絡して放電する。これにより、周期的に三角波(図9(ウ)参照)が生成される。   As a result, the capacitor C2 is charged without short-circuiting between the terminals while receiving the pulse of the rectangular wave reference signal, and between the terminals is not receiving the pulse of the rectangular wave reference signal. Short circuit and discharge. As a result, a triangular wave (see FIG. 9C) is periodically generated.

コンパレータIC4の反転入力端子には、キャパシタC2で生成された三角波が入力されるとともに、コンパレータIC4の非反転入力端子には、電流値検知部4により計測される、LED2を流れる電流の電流値が、フォトカプラPCを通じて、電圧値の形で入力される。   The triangular wave generated by the capacitor C2 is input to the inverting input terminal of the comparator IC4, and the current value of the current flowing through the LED 2 measured by the current value detection unit 4 is input to the non-inverting input terminal of the comparator IC4. The voltage value is input through the photocoupler PC.

ここにおいて、コンパレータIC4の非反転入力端子に入力される電圧値は、コンパレータIC4により閾値Vthとして用いられる。   Here, the voltage value input to the non-inverting input terminal of the comparator IC4 is used as the threshold value Vth by the comparator IC4.

コンパレータIC4では、反転入力端子に入力された三角波の電圧値と、非反転入力端子に入力された,LED2を流れる電流の電流値を表す電圧値(Vth)とを比較して、反転入力端子に入力された三角波の電圧値が、非反転入力端子に入力された電圧値(Vth)よりも小さな場合に、パルスを出力する。これにより、コンパレータIC4は、図9(エ)に示すパルス信号を、AND回路IC5の一端に出力する。   In the comparator IC4, the voltage value of the triangular wave input to the inverting input terminal is compared with the voltage value (Vth) representing the current value of the current flowing through the LED 2 input to the non-inverting input terminal, and the voltage is applied to the inverting input terminal. When the voltage value of the input triangular wave is smaller than the voltage value (Vth) input to the non-inverting input terminal, a pulse is output. Thereby, the comparator IC4 outputs the pulse signal shown in FIG. 9D to one end of the AND circuit IC5.

AND回路IC5は、コンパレータIC4から一端に向けて出力されたパルス信号と、マルチバイブレータからバッファIC2を通じて他端に向けて出力されたパルス信号とを受け付けて、両端の電圧値の論理積を演算して、充電用スイッチQ1が接続されたバッファIC6と、放電用スイッチQ2が接続されたNOT回路IC7とに向けて出力する。   The AND circuit IC5 receives the pulse signal output from the comparator IC4 toward one end and the pulse signal output from the multivibrator toward the other end through the buffer IC2, and calculates the logical product of the voltage values at both ends. And output to the buffer IC 6 to which the charging switch Q1 is connected and the NOT circuit IC 7 to which the discharging switch Q2 is connected.

これにより、充電用スイッチQ1には、図9(オ)に示すパルス信号が出力され、放電用スイッチQ2には、図9(カ)に示すパルス信号が出力される。その結果、図10(c)に示すように、時比率が25%のパルス信号が充電用スイッチQ1に出力された後、時比率が75%のパルス信号が放電用スイッチQ2に出力されることが繰り返される。   As a result, the pulse signal shown in FIG. 9 (e) is output to the charging switch Q1, and the pulse signal shown in FIG. 9 (f) is output to the discharging switch Q2. As a result, as shown in FIG. 10C, after a pulse signal with a 25% duty ratio is output to the charging switch Q1, a pulse signal with a 75% duty ratio is output to the discharging switch Q2. Is repeated.

図8に示す電流値検知部4は、非反転入力端子が抵抗器rの一端と接続され、反転入力端子が基準電圧源Vrefと接続された誤差増幅器IC8を備える。誤差増幅器IC8は、非反転入力端子の電圧値と、反転入力端子の電圧値との間の差分を増幅して、トランジスタからなるスイッチング素子Q3のベースに向けて出力する。   8 includes an error amplifier IC8 having a non-inverting input terminal connected to one end of a resistor r and an inverting input terminal connected to a reference voltage source Vref. The error amplifier IC8 amplifies the difference between the voltage value of the non-inverting input terminal and the voltage value of the inverting input terminal, and outputs the amplified difference toward the base of the switching element Q3 made of a transistor.

スイッチング素子Q3のコレクタ端子には、フォトカプラPCが接続されており、LED2を流れる電流の電流値と基準電圧源Vrefの電圧値との差分が制御部1にフィードバックされる。   A photocoupler PC is connected to the collector terminal of the switching element Q3, and the difference between the current value of the current flowing through the LED 2 and the voltage value of the reference voltage source Vref is fed back to the control unit 1.

尚、図8に示す電流値検知部4において、抵抗器rに代えて、LED2を配置すれば、LED2の端子間電圧を検知する電圧検知部を構成することができる。   In the current value detection unit 4 shown in FIG. 8, if the LED 2 is arranged instead of the resistor r, a voltage detection unit that detects the voltage between the terminals of the LED 2 can be configured.

図10は、充電用スイッチQ1及び放電用スイッチQ2の時比率について説明するためのタイミングチャートである。   FIG. 10 is a timing chart for explaining the duty ratio of the charging switch Q1 and the discharging switch Q2.

制御部1は、充電用スイッチQ1と放電用スイッチQ2、Q21〜Q24とに対して交互にパルスが出力されるように、図10に示すようなオンオフ周期が周期Tであるパルス信号を、充電用スイッチQ1と放電用スイッチQ2とに対して出力する。   The control unit 1 charges a pulse signal having an on / off period of period T as shown in FIG. 10 so that pulses are alternately output to the charging switch Q1 and the discharging switches Q2, Q21 to Q24. Output to the switch Q1 and the discharge switch Q2.

図10(a)は、充電用スイッチQ1に出力される、時比率が50%であるパルス信号の波形と、放電用スイッチQ2に出力される、時比率が50%であるパルス信号の波形とを示している。   FIG. 10A shows a waveform of a pulse signal with a time ratio of 50% output to the charging switch Q1, and a waveform of a pulse signal with a time ratio of 50% output to the discharge switch Q2. Is shown.

充電用スイッチQ1に出力されるパルス信号の時比率と、放電用スイッチQ2に出力されるパルス信号の時比率とがともに50%であるとき、充電用スイッチQ1にパルスが出力される期間T1は、放電用スイッチQ2にパルスが出力される期間T2と同じである。   When the time ratio of the pulse signal output to the charging switch Q1 and the time ratio of the pulse signal output to the discharging switch Q2 are both 50%, the period T1 during which the pulse is output to the charging switch Q1 is This is the same as the period T2 during which a pulse is output to the discharge switch Q2.

図10(b)は、充電用スイッチQ1に出力される、時比率が75%であるパルス信号の波形と、放電用スイッチQ2に出力される、時比率が25%であるパルス信号の波形とを示している。   FIG. 10B shows a waveform of a pulse signal with a time ratio of 75% output to the charging switch Q1, and a waveform of a pulse signal with a time ratio of 25% output to the discharge switch Q2. Is shown.

充電用スイッチQ1に出力されるパルス信号の時比率が75%であり、放電用スイッチQ2に出力されるパルス信号の時比率が25%であるとき、充電用スイッチQ1にパルスが出力される期間T1は、放電用スイッチQ2にパルスが出力される期間T2の3倍である。   When the time ratio of the pulse signal output to the charging switch Q1 is 75% and the time ratio of the pulse signal output to the discharging switch Q2 is 25%, the period during which the pulse is output to the charging switch Q1 T1 is three times the period T2 during which a pulse is output to the discharge switch Q2.

図10(c)は、充電用スイッチQ1に出力される、時比率が25%であるパルス信号の波形と、放電用スイッチQ2に出力される、時比率が75%であるパルス信号の波形とを示している。   FIG. 10C shows a waveform of a pulse signal with a time ratio of 25% output to the charging switch Q1, and a waveform of a pulse signal with a time ratio of 75% output to the discharge switch Q2. Is shown.

充電用スイッチQ1に出力されるパルス信号の時比率が25%であり、放電用スイッチQ2に出力されるパルス信号の時比率が75%であるとき、充電用スイッチQ1にパルスが出力される期間T1は、放電用スイッチQ2にパルスが出力される期間T2の1/3倍である。   When the time ratio of the pulse signal output to the charging switch Q1 is 25% and the time ratio of the pulse signal output to the discharging switch Q2 is 75%, the period during which the pulse is output to the charging switch Q1 T1 is 1/3 times the period T2 during which a pulse is output to the discharge switch Q2.

以下に、制御部1により、充電用スイッチQ1に出力されるパルス信号、及び、放電用スイッチQ2に出力されるパルス信号の時比率を制御する処理について、説明する。   Below, the process which controls the time ratio of the pulse signal output to the switch Q1 for charging by the control part 1 and the pulse signal output to the switch Q2 for discharge is demonstrated.

図11は、スイッチトキャパシタ装置D1(図3参照)の出力特性を示した図である。図11に示す出力特性は、本発明者による実験により取得されたものである。   FIG. 11 is a diagram showing the output characteristics of the switched capacitor device D1 (see FIG. 3). The output characteristics shown in FIG. 11 are obtained by experiments by the present inventors.

つまり、本発明者は、スイッチトキャパシタ装置D1において、直流電力源Eの電圧値が140V、キャパシタの数が1つでLED2の数が21個、平滑キャパシタCoのキャパシタンスが500nF、インダクタLのインダクタンスが2μH、充電用スイッチ及び放電用スイッチの駆動周波数が1MHzである条件で、充電用スイッチQ1に出力されるパルス信号の時比率と、放電用スイッチQ2とに出力されるパルス信号の時比率と、を変化させながら、LED2を流れる電流の電流値を計測する実験を行った。   That is, the inventor of the present invention, in the switched capacitor device D1, the voltage value of the DC power source E is 140V, the number of capacitors is one, the number of LEDs 2 is 21, the capacitance of the smoothing capacitor Co is 500 nF, and the inductance of the inductor L is On the condition that the drive frequency of the charge switch and the discharge switch is 1 MHz, the time ratio of the pulse signal output to the charge switch Q1, and the time ratio of the pulse signal output to the discharge switch Q2, An experiment was conducted to measure the current value of the current flowing through the LED 2 while changing.

図11に示す表からは、充電用スイッチQ1に出力されるパルス信号の時比率が概ね30%以下(放電用スイッチQ2に出力されるパルス信号の時比率が概ね70%以上の範囲)では、充電用スイッチQ1及び放電用スイッチQ2の時比率の変化に対して、LED2を流れる電流の電流値の変化が大きいことが判る。   From the table shown in FIG. 11, when the time ratio of the pulse signal output to the charging switch Q1 is approximately 30% or less (the time ratio of the pulse signal output to the discharging switch Q2 is approximately 70% or more), It can be seen that the change in the current value of the current flowing through the LED 2 is large with respect to the change in the time ratio of the charging switch Q1 and the discharging switch Q2.

また、充電用スイッチQ1に出力されるパルス信号の時比率が概ね70%以上(放電用スイッチQ2に出力されるパルス信号の時比率が概ね30%以下の範囲)でも、充電用スイッチQ1及び放電用スイッチQ2の時比率の時比率の変化に対して、LED2を流れる電流の電流値の変化が大きいことが判る。   Further, even when the time ratio of the pulse signal output to the charging switch Q1 is approximately 70% or more (the time ratio of the pulse signal output to the discharging switch Q2 is approximately 30% or less), the charging switch Q1 and the discharging switch It can be seen that the change of the current value of the current flowing through the LED 2 is large with respect to the change of the duty ratio of the switch Q2.

これにより、スイッチトキャパシタ装置D1では、LED2を通電させるため、充電用スイッチQ1及び放電用スイッチQ2に対して、0%から30%の範囲、或いは、70%から100%の範囲の時比率のパルス信号を出力する。   As a result, in the switched capacitor device D1, in order to energize the LED 2, a pulse with a time ratio in the range of 0% to 30% or in the range of 70% to 100% with respect to the charging switch Q1 and the discharging switch Q2. Output a signal.

そして、上記範囲内で、充電用スイッチQ1及び放電用スイッチQ2に出力されるパルス信号の時比率を制御する。   And the time ratio of the pulse signal output to the switch Q1 for charge and the switch Q2 for discharge is controlled within the said range.

制御部1は、電流値検知部4により検知される、LED2を流れる電流の電流値が変動したときには、0%から30%の範囲、或いは、70%から100%の範囲の時比率であり、LED2を流れる電流の電流値が変動前の電流値となるような時比率のパルス信号を、充電用スイッチQ1と放電用スイッチQ2とに対して出力する。   When the current value of the current flowing through the LED 2 that is detected by the current value detection unit 4 fluctuates, the control unit 1 has a time ratio in the range of 0% to 30%, or in the range of 70% to 100%, A pulse signal with a time ratio is outputted to the charging switch Q1 and the discharging switch Q2 so that the current value of the current flowing through the LED 2 becomes the current value before the fluctuation.

或いは、制御部1は、電圧検知部5により検知される、LED2の端子間電圧を監視する。   Or the control part 1 monitors the voltage between the terminals of LED2 detected by the voltage detection part 5. FIG.

制御部1は、電圧検知部5により検知される、LED2の端子間電圧が変動したときには、0%から30%の範囲、或いは、70%から100%の範囲の時比率であり、LED2の端子間電圧が変動前の端子間電圧となるような時比率のパルス信号を、充電用スイッチQ1と放電用スイッチQ2とに対して出力する。   When the voltage between the terminals of the LED 2 detected by the voltage detection unit 5 fluctuates, the control unit 1 has a time ratio in the range of 0% to 30%, or in the range of 70% to 100%. A pulse signal having a time ratio such that the inter-voltage becomes the inter-terminal voltage before fluctuation is output to the charging switch Q1 and the discharging switch Q2.

これにより、LED2を流れる電流の電流値が変動したときに、当該電流値を適切に制御して、変動前の電流値に戻すことができる。その結果、LED2に対して直流電力を安定した状態で伝達することができる。   Thereby, when the current value of the current flowing through the LED 2 fluctuates, the current value can be appropriately controlled to return to the current value before the fluctuation. As a result, DC power can be transmitted to LED 2 in a stable state.

尚、スイッチトキャパシタ装置D1では、電流値検知部4や電圧検知部5とは別に、直流電力源Eの電源変動に応じて当該スイッチトキャパシタ装置の出力を補正するために、直流電力源Eによる直流電力の電圧値を計測する電圧計が、直流電力源Eの正極と負極との間に配置されていてもよい。   In the switched capacitor device D1, in addition to the current value detection unit 4 and the voltage detection unit 5, in order to correct the output of the switched capacitor device according to the power supply fluctuation of the DC power source E, the DC A voltmeter that measures the voltage value of power may be arranged between the positive electrode and the negative electrode of the DC power source E.

この場合、制御部1は、電圧計により計測される電圧値が変動したときには、当該電圧値の変動の影響による、LED2を流れる電流の電流値の変動を予測して、当該電流値の変動を抑制するように、直流電力源Eによる直流電力を制御する。この制御は、いわゆるフィードフォワード制御である。   In this case, when the voltage value measured by the voltmeter fluctuates, the control unit 1 predicts the fluctuation of the current value of the current flowing through the LED 2 due to the influence of the fluctuation of the voltage value, and changes the fluctuation of the current value. The DC power from the DC power source E is controlled so as to be suppressed. This control is so-called feedforward control.

このようなフィードフォワード制御によっても、LED2に直流電力を安定した状態で伝達することができる。   Such feedforward control can also transmit DC power to LED 2 in a stable state.

以上のように、充電用スイッチQ1及び放電用スイッチQ2の時比率を変えることによってLED2を流れる電流の値を変えることができるため、スイッチトキャパシタ装置の参考例(図1(a)及び図1(b)参照)に示すスイッチング素子Qや定電流回路6のような、別段の電流制御手段を省略することができる。   As described above, since the value of the current flowing through the LED 2 can be changed by changing the time ratio between the charging switch Q1 and the discharging switch Q2, reference examples of the switched capacitor device (FIG. 1A and FIG. A separate current control means such as the switching element Q and the constant current circuit 6 shown in b) can be omitted.

図12及び図13は、キャパシタが複数個の場合におけるスイッチトキャパシタ装置の出力特性を示した図である。ここにおいて、図12(a)は、図4(a)に示すスイッチトキャパシタ装置D2の出力特性の一例を示している。図12(b)は、図4(b)に示すスイッチトキャパシタ装置D3の出力特性の一例を示している。図13(a)は、図5(a)に示すスイッチトキャパシタ装置D4の出力特性の一例を示している。   12 and 13 are diagrams showing the output characteristics of the switched capacitor device when there are a plurality of capacitors. Here, FIG. 12 (a) shows an example of the output characteristics of the switched capacitor device D2 shown in FIG. 4 (a). FIG. 12B shows an example of output characteristics of the switched capacitor device D3 shown in FIG. FIG. 13A shows an example of output characteristics of the switched capacitor device D4 shown in FIG.

そして、図13(b)は、図5(a)のスイッチトキャパシタ装置D4において、キャパシタ、充電用ダイオード、放電用ダイオード、及び、放電用スイッチからなる回路を、キャパシタC4、充電用ダイオードD14、放電用ダイオードD24、及び、放電用スイッチQ24からなる回路にさらに縦続接続したものの出力特性の一例を示している。   FIG. 13B shows a circuit composed of a capacitor, a charging diode, a discharging diode, and a discharging switch in the switched capacitor device D4 of FIG. 5A. The circuit includes a capacitor C4, a charging diode D14, and a discharging switch. An example of the output characteristics of the circuit further connected in cascade to the circuit composed of the diode D24 and the discharge switch Q24 is shown.

ここにおいて、図11のように、キャパシタが1つである場合には、充電用スイッチQ1の時比率が、LED電流の電流値が低下し始める80%から95%まで変化する際において、充電用スイッチQ1の時比率が1%増加したときのLED電流の電流値の降下度合いは、(500−125)(mA)/(95−80)(%)=25mA/%である。   Here, as shown in FIG. 11, when the number of capacitors is one, when the duty ratio of the charging switch Q1 changes from 80% to 95% at which the current value of the LED current starts to decrease, The degree of decrease in the current value of the LED current when the duty ratio of the switch Q1 increases by 1% is (500-125) (mA) / (95-80) (%) = 25 mA /%.

その一方で、図12(a)の場合には、充電用スイッチQ1の時比率が、LED電流の電流値が低下し始める75%から95%まで変化する際において、充電用スイッチQ1の時比率が1%増加したときのLED電流の電流値の降下度合いは、(450−90)(mA)/(95−75)(%)=18mA/%である。   On the other hand, in the case of FIG. 12A, when the duty ratio of the charging switch Q1 changes from 75% to 95% where the current value of the LED current starts to decrease, the duty ratio of the charging switch Q1. When the current value increases by 1%, the degree of decrease in the current value of the LED current is (450-90) (mA) / (95-75) (%) = 18 mA /%.

また、図12(b)の場合には、充電用スイッチQ1の時比率が、LED電流の電流値が低下し始める65%から95%まで変化する際において、充電用スイッチQ1の時比率が1%増加したときのLED電流の電流値の降下度合いは、(500−50)(mA)/(95−65)(%)=15mA/%である。   In the case of FIG. 12B, when the duty ratio of the charging switch Q1 changes from 65% to 95% where the current value of the LED current starts to decrease, the duty ratio of the charging switch Q1 is 1. The degree of decrease in the current value of the LED current when% is increased is (500-50) (mA) / (95-65) (%) = 15 mA /%.

さらに、図13(a)の場合には、充電用スイッチQ1の時比率が、LED電流の電流値が低下し始める60%から90%まで変化する際において、充電用スイッチQ1の時比率が1%増加したときのLED電流の電流値の降下度合いは、(480−120)(mA)/(90−60)(%)=12mA/%である。   Further, in the case of FIG. 13A, when the duty ratio of the charging switch Q1 changes from 60% to 90% when the current value of the LED current starts to decrease, the duty ratio of the charging switch Q1 is 1. The degree of decrease in the current value of the LED current when% increases is (480−120) (mA) / (90-60) (%) = 12 mA /%.

さらに、図13(b)の場合には、充電用スイッチQ1の時比率が、LED電流の電流値が低下し始める55%から90%まで変化する際において、充電用スイッチQ1の時比率が1%増加したときのLED電流の電流値の降下度合いは、(430−75)(mA)/(90−55)(%)≒10mA/%である。   Further, in the case of FIG. 13B, when the duty ratio of the charging switch Q1 changes from 55% to 90% when the current value of the LED current starts to decrease, the duty ratio of the charging switch Q1 is 1. The degree of decrease in the current value of the LED current when% increases is (430-75) (mA) / (90-55) (%) ≈10 mA /%.

これらの結果を、図11のようにキャパシタが1つの場合と比較すると、キャパシタの数が複数の場合には、充電用スイッチの時比率が大きい領域、換言すれば放電用スイッチの時比率が小さい領域で、時比率の変化に対するLED2の電流値の傾斜が緩やかで、かつLED2の電流を十分小さい値にまで制御できることが判る。   Comparing these results with the case of one capacitor as shown in FIG. 11, when there are a plurality of capacitors, the charging switch has a large time ratio, that is, the discharging switch has a small time ratio. In the region, it can be seen that the slope of the current value of the LED 2 with respect to the change in the duty ratio is gentle, and the current of the LED 2 can be controlled to a sufficiently small value.

この傾向は、キャパシタの数が多いほど顕著となっている。これにより、キャパシタの数が多いほど、LED2の電流値を制御できる時比率の制御範囲が広くなるため、制御が容易となる。   This tendency becomes more prominent as the number of capacitors increases. As a result, the larger the number of capacitors, the wider the control range of the time ratio at which the current value of the LED 2 can be controlled, and thus the control becomes easier.

ここにおいて、インダクタLは、キャパシタの充電回路及び放電回路に共通して配置されている。このようなインダクタLのインダクタンスLと、各キャパシタのキャパシタンスCとを、充電用スイッチ及び放電用スイッチの駆動周波数に対して直列共振条件を満たすよう設定すれば、充電電流及び放電電流を共振波形にすることができ、充電用スイッチ及び放電用スイッチのスイッチング損失が低減できる効果が生まれる。   Here, the inductor L is disposed in common with the capacitor charging circuit and discharging circuit. If the inductance L of the inductor L and the capacitance C of each capacitor are set so as to satisfy the series resonance condition with respect to the driving frequency of the charging switch and the discharging switch, the charging current and the discharging current are changed to a resonance waveform. As a result, the switching loss of the charging switch and the discharging switch can be reduced.

すなわち共振によって、充電及び放電電流が正弦波状となって振動し、充電電流がゼロレベルにまで低下したタイミングで充電用スイッチをオフするとともに、放電電流がゼロレベルにまで低下したタイミングで放電用スイッチをオフすると、充電用スイッチ及び放電用スイッチにおけるスイッチング損失は回避される(ゼロカレントスイッチング条件)。   That is, due to resonance, the charging and discharging currents vibrate in a sine wave shape, and the charging switch is turned off at the timing when the charging current is reduced to the zero level, and at the timing when the discharging current is reduced to the zero level. When is turned off, switching loss in the charging switch and discharging switch is avoided (zero current switching condition).

尚、図12(a)及び(b)、図13(a)及び(b)の結果は、各キャパシタの静電容量が7nF、インダクタLのインダクタンスが800nH、充電用スイッチ及び放電用スイッチの駆動周波数が1MHzとして測定している。   The results shown in FIGS. 12A and 12B and FIGS. 13A and 13B show that the capacitance of each capacitor is 7 nF, the inductance of the inductor L is 800 nH, the charging switch and the discharging switch are driven. The frequency is measured as 1 MHz.

ここにおいて、充電用スイッチの時比率を、100/(1+n)(%)以上100%未満の範囲内で制御する一方で、放電用スイッチの時比率を、0%を超え100n/(1+n)(%)以下の範囲内で制御すると、LED2に流れる電流値が最も多い条件で、ゼロカレントスイッチングを実現することができる。   Here, the duty ratio of the charging switch is controlled within a range of 100 / (1 + n) (%) or more and less than 100%, while the duty ratio of the discharging switch exceeds 0% and is 100 n / (1 + n) ( %) When controlled within the following range, zero current switching can be realized under the condition that the current value flowing through the LED 2 is the largest.

以下に上記範囲が取得される理由を説明する。まず、共振によって、充電或いは放電電流が正弦波状となって振動しているときの充電期間T1及び放電期間T2は、式(1)及び(2)のように表すことができる。   The reason why the above range is acquired will be described below. First, the charging period T1 and the discharging period T2 when the charging or discharging current vibrates in a sinusoidal shape due to resonance can be expressed as in the equations (1) and (2).

但し、LはインダクタLのインダクタンス、nはキャパシタの数、Cはキャパシタ個々の静電容量をそれぞれ示す。   Here, L represents the inductance of the inductor L, n represents the number of capacitors, and C represents the capacitance of each capacitor.

そして、充電期間T1が終了した時点で放電期間T2が開始するため、充電用スイッチ及び放電用スイッチがゼロカレントスイッチング条件を満たすのは、充電期間T1が開始したときに充電用スイッチをオンし、充電期間T1が終了して放電期間T2が開始したときに充電用スイッチをオフし、放電期間T2が終了するまで充電用スイッチのオフ状態を保持すればよいから、充電用スイッチQ1の時比率が、式(3)を満たすときである。   And since the discharge period T2 starts when the charge period T1 ends, the charge switch and the discharge switch satisfy the zero current switching condition by turning on the charge switch when the charge period T1 starts, Since the charging switch is turned off when the charging period T1 ends and the discharging period T2 starts, and the charging switch is kept off until the discharging period T2 ends, the time ratio of the charging switch Q1 is When the expression (3) is satisfied.

充電用スイッチQ1の時比率=100×T1/(T1+T2)=100/(1+n)(%)・・・(3)
一方、充電用スイッチQ1の時比率が式(3)を満たすときの放電用スイッチQ2の時比率は、100−充電用スイッチQ1の時比率から、100−100/(1+n)(%)・・・(4)となる。
Ratio of charging switch Q1 = 100 × T1 / (T1 + T2) = 100 / (1 + n) (%) (3)
On the other hand, the duty ratio of the discharge switch Q2 when the duty ratio of the charge switch Q1 satisfies the formula (3) is 100-100 / (1 + n) (%) from the duty ratio of the 100-charge switch Q1.・ (4)

以上により、充電用スイッチの時比率を、100/(1+n)(%)以上100%未満の範囲内で制御する一方で、放電用スイッチの時比率を、0%を超え100n/(1+n)(%)以下の範囲内で制御すると、LED2に流れる電流値が最も多い条件で、ゼロカレントスイッチングを実現することができる。   Thus, while the duty ratio of the charging switch is controlled within a range of 100 / (1 + n) (%) or more and less than 100%, the duty ratio of the discharging switch exceeds 0% and exceeds 100 n / (1 + n) ( %) When controlled within the following range, zero current switching can be realized under the condition that the current value flowing through the LED 2 is the largest.

これにより、充電用スイッチ及び放電用スイッチを、上記時比率の範囲内で制御すると、充電用スイッチ及び放電用スイッチにおけるスイッチング損失を抑制しながら、LED2を流れる電流値を大きく保持することができる。   As a result, when the charging switch and the discharging switch are controlled within the above range of the time ratio, the value of the current flowing through the LED 2 can be kept large while suppressing the switching loss in the charging switch and the discharging switch.

図14は、図5(a)に示したキャパシタが4つであるスイッチトキャパシタ装置D4において、直流電力源Eの電圧値が各々異なる条件において、充電用スイッチ及び放電用スイッチの駆動周波数を変えた場合の出力特性の一例を示した図である。   FIG. 14 shows a switched capacitor device D4 having four capacitors as shown in FIG. 5A, in which the driving frequency of the charging switch and the discharging switch is changed under different conditions of the voltage value of the DC power source E. It is the figure which showed an example of the output characteristic in a case.

図14によれば、直流電力源Eの電圧値が160Vの場合の、充電用スイッチ及び放電用スイッチの駆動周波数と、LED電流との相関関係が、丸印で表されている。また、直流電力源Eの電圧値が150Vの場合の、充電用スイッチ及び放電用スイッチの駆動周波数と、LED電流との相関関係が、三角で表されている。   According to FIG. 14, when the voltage value of the DC power source E is 160V, the correlation between the driving frequency of the charging switch and the discharging switch and the LED current is indicated by a circle. Further, when the voltage value of the DC power source E is 150 V, the correlation between the driving frequency of the charging switch and the discharging switch and the LED current is represented by a triangle.

さらに、直流電力源Eの電圧値が140Vの場合の、充電用スイッチ及び放電用スイッチの駆動周波数と、LED電流との相関関係が、菱形で表されている。さらに、直流電力源Eの電圧値が130Vの場合の、充電用スイッチ及び放電用スイッチの駆動周波数と、LED電流との相関関係が、×で表されている。   Furthermore, the correlation between the driving frequency of the charging switch and the discharging switch and the LED current when the voltage value of the DC power source E is 140 V is represented by rhombuses. Furthermore, when the voltage value of the DC power source E is 130 V, the correlation between the drive frequency of the charging switch and the discharging switch and the LED current is represented by x.

図14から、充電用スイッチ及び放電用スイッチの駆動周波数にかかわらず、直流電力源Eによる直流電力の電圧値が大きいほど、LED電流の値が大きくなることが判り、また、直流電力源Eによる直流電力の電圧値にかかわらず、充電用スイッチ及び放電用スイッチの駆動周波数が小さいほど、LED電流の値が小さくなることが判る。尚、図14の結果は、充電用スイッチ及び放電用スイッチの時比率を50%とした場合の結果を示している。   From FIG. 14, it can be seen that the value of the LED current increases as the voltage value of the DC power from the DC power source E increases regardless of the driving frequency of the charging switch and the discharging switch. It can be seen that the value of the LED current decreases as the driving frequency of the charging switch and discharging switch decreases, regardless of the DC power voltage value. Note that the result of FIG. 14 shows the result when the duty ratio of the charging switch and the discharging switch is 50%.

図14の結果から、直流電力源Eによる直流電力の電圧値が変化した場合、充電用スイッチ及び放電用スイッチの駆動周波数を変えることによって、LED電流の値を一定に保持できることが判る。   From the result of FIG. 14, it can be seen that when the voltage value of the DC power from the DC power source E changes, the LED current value can be kept constant by changing the drive frequency of the charging switch and the discharging switch.

例えば、制御部1は、LED2を流れる電流値を600mAに保持するよう制御するに際し、直流電力源Eの電圧値が160Vであるときには、充電用スイッチ及び放電用スイッチを、およそ380kHzの駆動周波数で駆動させる。   For example, when the control unit 1 controls the current value flowing through the LED 2 to be maintained at 600 mA, when the voltage value of the DC power source E is 160 V, the control unit 1 sets the charging switch and the discharging switch at a driving frequency of about 380 kHz. Drive.

そして、直流電力源Eの電圧値が160Vから130Vに変化したとする。直流電力源Eの電圧値が130Vである際に、LED2の電流値を600mAに保持するのに必要な、充電用スイッチ及び放電用スイッチの駆動周波数は、図14から判るように、およそ、730KhZである。   Then, it is assumed that the voltage value of the DC power source E has changed from 160V to 130V. When the voltage value of the DC power source E is 130 V, the driving frequency of the charging switch and the discharging switch necessary for maintaining the current value of the LED 2 at 600 mA is approximately 730 KhZ as can be seen from FIG. It is.

したがって、制御部1は、LED2を流れる電流値を600mAに保持するに際し、直流電力源Eの電圧値が160Vから130Vに変動したときには、充電用スイッチ及び放電用スイッチの駆動周波数を、Δfだけ変化させ、つまり、およそ380kHzからおよそ730kHzに変化させ、当該変化後の駆動周波数で、充電用スイッチ及び放電用スイッチを駆動させる。   Therefore, when the voltage value of the DC power source E fluctuates from 160 V to 130 V when the current value flowing through the LED 2 is maintained at 600 mA, the control unit 1 changes the drive frequency of the charging switch and the discharging switch by Δf. In other words, the charging switch and the discharging switch are driven at the driving frequency after the change from about 380 kHz to about 730 kHz.

これにより、図1(a)、(b)に示したような別段のLED2を制御するための電流制御手段を用いることなく、LED2を流れる電流値の制御が可能である。   Thereby, it is possible to control the value of the current flowing through the LED 2 without using the current control means for controlling the separate LED 2 as shown in FIGS.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係るスイッチトキャパシタ装置について、図6、及び図15〜図19を用いて説明する。尚、第2実施形態に係るスイッチトキャパシタ装置は、制御部1が、充電用スイッチがオンの間に一部の放電用スイッチもオンとする制御を行う点が、第1実施形態に係るスイッチトキャパシタ装置とは異なる。
(Second Embodiment)
Next, a switched capacitor device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 15 to 19. Note that the switched capacitor device according to the second embodiment is that the control unit 1 performs control to turn on a part of the discharge switches while the charging switch is on. Different from the device.

その他の構成は第1実施形態に係るスイッチトキャパシタ装置と同様であるため説明及び図示を省略しており、以下、本実施形態の特徴的な点について説明する。   Since other configurations are the same as those of the switched capacitor device according to the first embodiment, the description and illustration thereof are omitted. Hereinafter, characteristic points of the present embodiment will be described.

ここにおいて、既に図6において説明したように、直流電力源Eの電圧値Vin及びキャパシタの数によって、LED2が好適に発光することが可能な個数が存在し、図6では各条件でのLED2の最大直列数を示した。この第2実施形態に係るスイッチトキャパシタ装置は、このような点に着目したものである。   Here, as already described with reference to FIG. 6, there are a number of LEDs 2 that can suitably emit light depending on the voltage value Vin of the DC power source E and the number of capacitors. In FIG. The maximum number of series is shown. The switched capacitor device according to the second embodiment focuses on this point.

図15は、第2実施形態に係るスイッチトキャパシタ装置の回路構成の一例を示した図である。図16は、第2実施形態に係るスイッチトキャパシタ装置の回路構成の他の例を示した図である。図17は、第2実施形態において制御部1より出力されるパルス信号の波形を示した図である。   FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the switched capacitor device according to the second embodiment. FIG. 16 is a diagram illustrating another example of the circuit configuration of the switched capacitor device according to the second embodiment. FIG. 17 is a diagram illustrating a waveform of a pulse signal output from the control unit 1 in the second embodiment.

図15に示すスイッチトキャパシタ装置D6は、スイッチトキャパシタ装置D4(図5(a)参照)において、キャパシタC5、充電用ダイオードD15、放電用ダイオードD25、及び、放電用スイッチQ25からなる回路を、さらに付加したものである。   A switched capacitor device D6 shown in FIG. 15 further includes a circuit including a capacitor C5, a charging diode D15, a discharging diode D25, and a discharging switch Q25 in the switched capacitor device D4 (see FIG. 5A). It is a thing.

また、図16に示すスイッチトキャパシタ装置D7は、スイッチトキャパシタ装置D5(図5(b)参照)において、キャパシタC5、充電用ダイオードD15、放電用ダイオードD25、及び、放電用スイッチQ25からなる回路を、さらに付加したものである。   A switched capacitor device D7 shown in FIG. 16 includes a circuit composed of a capacitor C5, a charging diode D15, a discharging diode D25, and a discharging switch Q25 in the switched capacitor device D5 (see FIG. 5B). In addition.

図15及び図16に示すスイッチトキャパシタ装置D6及びD7では、制御部1は、充電用スイッチQ1と放電用スイッチQ21〜Q25とに対して、図17に示される波形のパルス信号を出力する。   In the switched capacitor devices D6 and D7 shown in FIGS. 15 and 16, the control unit 1 outputs a pulse signal having a waveform shown in FIG. 17 to the charging switch Q1 and the discharging switches Q21 to Q25.

制御部1は、原則的には、充電用スイッチQ1と放電用スイッチQ21〜Q25とに対して交互にパルスが到来するように、オンオフ周期Tのパルス信号を出力する(期間A)。   In principle, the control unit 1 outputs a pulse signal having an on / off cycle T so that pulses alternately arrive at the charging switch Q1 and the discharging switches Q21 to Q25 (period A).

ところが、制御部1は、LED2を流れる電流の電流値が変動したときには、当該電流値を変動前の電流値に戻すために、期間B乃至期間Dのいずれかに示すパルス信号を出力する。期間Bでは、制御部1は、充電用スイッチQ1にパルスが出力される2回に1回の割合で、放電用スイッチQ25に対してパルスが出力されるように、充電用スイッチQ1及び放電用スイッチQ21〜Q25に対してパルス信号を出力する。   However, when the current value of the current flowing through the LED 2 fluctuates, the control unit 1 outputs a pulse signal shown in one of the periods B to D in order to return the current value to the current value before the fluctuation. In the period B, the control unit 1 causes the charging switch Q1 and the discharging switch to output a pulse to the discharging switch Q25 at a rate of once every two times the pulse is output to the charging switch Q1. A pulse signal is output to switches Q21 to Q25.

期間Bでは、充電用スイッチQ1にパルスが出力される2回に1回の割合で、放電用スイッチQ25が配置された放電回路のキャパシタC5が短絡する。そのため、各キャパシタに充電が行われる2回の1回の割合で、充電可能なキャパシタの数が1つ減る。   In the period B, the capacitor C5 of the discharging circuit in which the discharging switch Q25 is arranged is short-circuited at a rate of once every two times when the pulse is output to the charging switch Q1. For this reason, the number of capacitors that can be charged is reduced by one at a rate of two times that each capacitor is charged.

これにより、各キャパシタに充電が行われる2回に1回の割合で、充電可能なキャパシタの端子間電圧を増加させることができる。その結果、各キャパシタの放電によりLED2を流れる電流の電流値を増加させて、LED2に伝達される電気エネルギー量を増加させることができる。   Thereby, the voltage between the terminals of the chargeable capacitor can be increased at a rate of once every two times when each capacitor is charged. As a result, the amount of electric energy transmitted to the LED 2 can be increased by increasing the current value of the current flowing through the LED 2 by discharging each capacitor.

期間Cでは、制御部1は、充電用スイッチQ1にパルスが出力される5回に4回の割合で、放電用スイッチQ25に対してパルスが出力されるように、充電用スイッチQ1及び放電用スイッチQ21〜Q25に対してパルス信号を出力する。   In the period C, the control unit 1 controls the charging switch Q1 and the discharging switch so that the pulse is output to the discharging switch Q25 at a rate of four times every five times the pulse is output to the charging switch Q1. A pulse signal is output to switches Q21 to Q25.

期間Cでは、各キャパシタに充電が行われる5回に4回の割合で、充電可能なキャパシタの端子間電圧を増加させることができる。その結果、各キャパシタの放電によりLED2を流れる電流の電流値を期間Bの増加分よりも多く増加させることができるため、LED2に伝達される電気エネルギー量を期間Bの増加分よりも多く増加させることができる。   In the period C, the terminal voltage of the chargeable capacitor can be increased at a rate of 4 times in 5 times each capacitor is charged. As a result, since the current value of the current flowing through the LED 2 can be increased more than the increase in the period B due to the discharge of each capacitor, the amount of electrical energy transmitted to the LED 2 is increased more than the increase in the period B. be able to.

期間Dでは、制御部1は、放電用スイッチQ25に対して継続してパルスが出力されるように放電用スイッチQ25に対してパルス信号を出力するとともに、充電用スイッチQ1にパルスが出力される2回に1回の割合で、放電用スイッチQ24に対してパルスが出力されるように、充電用スイッチQ1及び放電用スイッチQ21〜Q24に対してパルス信号を出力する。   In the period D, the control unit 1 outputs a pulse signal to the discharging switch Q25 so that a pulse is continuously output to the discharging switch Q25, and outputs a pulse to the charging switch Q1. Pulse signals are output to the charging switch Q1 and the discharging switches Q21 to Q24 so that a pulse is output to the discharging switch Q24 at a rate of once every two times.

期間Dでは、充電用スイッチQ1にパルスが出力されている間に、放電用スイッチQ25だけではなく、放電用スイッチQ24にもパルスが出力されるため、放電用スイッチQ24の分だけ、充電可能なキャパシタの数がさらに減る。   In the period D, while the pulse is output to the charging switch Q1, not only the discharging switch Q25 but also the discharging switch Q24 outputs a pulse. Therefore, charging can be performed by the amount of the discharging switch Q24. The number of capacitors is further reduced.

これにより、充電可能なキャパシタの端子間電圧が期間Cよりもさらに大きくなる。その結果、各キャパシタの放電によりLED2を流れる電流の電流値を期間Cの増加分よりも多く増加させることができるため、LED2に伝達される電気エネルギー量を期間Cの増加分よりも多く増加させることができる。   As a result, the voltage across the terminals of the chargeable capacitor is further greater than that of period C. As a result, since the current value of the current flowing through the LED 2 can be increased more than the increase in the period C due to the discharge of each capacitor, the amount of electrical energy transmitted to the LED 2 is increased more than the increase in the period C. be able to.

図18は、第2実施形態における制御部1の構成の一例を示した図である。図18に示す制御部1は、電流値検知部4や電圧検知部5からの信号を、誤差増幅器Ampにより増幅して、A/Dコンバータ11によりデジタル信号の形に変換してから、マイクロコンピュータ12に出力する。   FIG. 18 is a diagram illustrating an example of a configuration of the control unit 1 in the second embodiment. The control unit 1 shown in FIG. 18 amplifies the signals from the current value detection unit 4 and the voltage detection unit 5 by the error amplifier Amp, converts the signal into a digital signal form by the A / D converter 11, and then the microcomputer. 12 is output.

マイクロコンピュータ12は、発振器OSCにより生成されるクロック信号に基づいて駆動し、A/Dコンバータ11から入力された信号に応じて、充電用スイッチQ1、及び、放電用スイッチQ21〜Q25の各々から出力されるべきパルス信号を生成する。   The microcomputer 12 is driven based on the clock signal generated by the oscillator OSC, and is output from each of the charging switch Q1 and the discharging switches Q21 to Q25 according to the signal input from the A / D converter 11. A pulse signal to be generated is generated.

マイクロコンピュータ12は、各パルス信号を生成すると、生成した各パルス信号を、バッファIC13を通じて、充電用スイッチQ1、及び、放電用スイッチQ21〜Q25へ出力する。   When the microcomputer 12 generates each pulse signal, the microcomputer 12 outputs the generated pulse signal to the charging switch Q1 and the discharging switches Q21 to Q25 through the buffer IC 13.

図19は、第2実施形態における制御部1の構成の他の例を示した図である。図19に示す制御部1は、調光器などから交流信号の形で出力される制御信号を、交直変換器15により直流信号の形に変換し、A/Dコンバータ11によりデジタル信号の形に変換してから、マイクロコンピュータ12に出力する。   FIG. 19 is a diagram illustrating another example of the configuration of the control unit 1 in the second embodiment. The control unit 1 shown in FIG. 19 converts a control signal output in the form of an AC signal from a dimmer or the like into a DC signal form using the AC / DC converter 15 and converts it into a digital signal form using the A / D converter 11. After conversion, the data is output to the microcomputer 12.

マイクロコンピュータ12は、発振器OSCにより生成されるクロック信号に基づいて駆動し、A/Dコンバータ11から入力された信号に応じて、充電用スイッチQ1、及び、放電用スイッチQ21〜Q25の各々から出力されるべきパルス信号を生成する。   The microcomputer 12 is driven based on the clock signal generated by the oscillator OSC, and is output from each of the charging switch Q1 and the discharging switches Q21 to Q25 according to the signal input from the A / D converter 11. A pulse signal to be generated is generated.

マイクロコンピュータ12は、各パルス信号を生成すると、生成した各パルス信号を、バッファIC13を通じて、充電用スイッチQ1、及び、放電用スイッチQ21〜Q25へ出力する。   When the microcomputer 12 generates each pulse signal, the microcomputer 12 outputs the generated pulse signal to the charging switch Q1 and the discharging switches Q21 to Q25 through the buffer IC 13.

尚、第2実施形態でも、第1実施形態と同じように、充電用スイッチQ1及び放電用スイッチQ2に出力されるパルス信号の時比率を制御してもよい。こうすれば、LED2を流れる電流値をさらに適切に制御することができる。   In the second embodiment, the time ratio of the pulse signals output to the charging switch Q1 and the discharging switch Q2 may be controlled as in the first embodiment. In this way, the current value flowing through the LED 2 can be controlled more appropriately.

D、D1〜D7 スイッチトキャパシタ装置
1 制御部
2 LED
E 直流電力源
C、C1、C2、C3、C4、C5 キャパシタ
D1、D11、D12、D13、D14、D15 充電用ダイオード
D2、D21、D22、D23、D24、D25 放電用ダイオード
Q1 充電用スイッチ
Q2、Q21、Q22、Q23、Q24、Q25 放電用スイッチ
D, D1 to D7 Switched capacitor device 1 Control unit 2 LED
E DC power source C, C1, C2, C3, C4, C5 Capacitors D1, D11, D12, D13, D14, D15 Charging diode D2, D21, D22, D23, D24, D25 Discharging diode Q1 Charging switch Q2, Q21, Q22, Q23, Q24, Q25 Discharge switch

Claims (10)

負荷を駆動させるためのスイッチトキャパシタ装置であって、
直流電力を出力する直流電力源と、
前記直流電力を受け付けて充電及び放電を行うキャパシタと、
オンオフ動作して前記キャパシタにおける充電を制御するための充電用スイッチと、
オンオフ動作して前記キャパシタにおける放電を制御するための放電用スイッチと、
前記充電用スイッチをオンさせるとともに前記放電用スイッチをオフさせて前記キャパシタを充電する充電制御と、前記充電用スイッチをオフさせるとともに前記放電用スイッチをオンさせて前記キャパシタを放電する放電制御とを交互に実行する制御部と、
を備えており、
前記直流電力源の正極と負極との間には、前記充電用スイッチ、前記キャパシタ、及び前記負荷が直列に接続されることにより、前記キャパシタを充電するための充電回路が形成されており、
前記キャパシタの一端と他端との間には、前記放電用スイッチと前記負荷とが直列に接続されることにより、前記キャパシタを放電させるための放電回路が形成されており、
前記制御部は、
前記充電用スイッチ及び前記放電用スイッチの時比率を制御して、前記キャパシタの放電により前記負荷を流れる電流の電流値を制御する
ことを特徴とするスイッチトキャパシタ装置。
A switched capacitor device for driving a load,
A DC power source that outputs DC power;
A capacitor for receiving and charging and discharging the DC power;
A charging switch for controlling the charging of the capacitor by an on / off operation;
A discharge switch for controlling the discharge in the capacitor by an on / off operation;
Charging control for turning on the charging switch and turning off the discharging switch to charge the capacitor; and discharging control for turning off the charging switch and turning on the discharging switch to discharge the capacitor. A control unit that executes alternately;
With
Between the positive electrode and the negative electrode of the DC power source, the charging switch, the capacitor, and the load are connected in series to form a charging circuit for charging the capacitor,
A discharge circuit for discharging the capacitor is formed between the one end and the other end of the capacitor by connecting the discharge switch and the load in series.
The controller is
The switched capacitor device, wherein a current ratio of a current flowing through the load is controlled by discharging the capacitor by controlling a time ratio between the charging switch and the discharging switch.
複数の前記放電用スイッチが配置されており、
前記直流電力源の正極と負極との間には、さらに、複数の前記キャパシタが直列に接続されており、
前記各キャパシタの一端と他端との間で、前記各放電用スイッチと前記負荷とが直列に接続されることにより、前記放電回路が複数形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチトキャパシタ装置。
A plurality of the discharge switches are disposed;
Between the positive electrode and the negative electrode of the DC power source, a plurality of the capacitors are further connected in series,
The discharge circuit and the load are connected in series between one end and the other end of each capacitor to form a plurality of the discharge circuits. Switched capacitor device.
前記各キャパシタにおける前記負荷側に隣接して直列に介設されるとともに当該各キャパシタの充電電流が順方向となるように接続された複数の充電用ダイオードが配置されており、
前記各キャパシタと当該各キャパシタの負荷側に隣接する充電用ダイオードとに並列に、前記各放電用スイッチがそれぞれ接続されており、
前記負荷における前記充電用ダイオードとは反対側の端子と、前記各キャパシタと前記各充電用ダイオードとの接続点との間に、当該各キャパシタの放電方向に順方向となる向きの放電用ダイオードがそれぞれ接続され、
前記放電制御が実行されたときには、前記各キャパシタが、前記複数の放電用スイッチのうち1又は複数と前記負荷と前記各放電用ダイオードとからなる複数の放電回路を介して放電する
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチトキャパシタ装置。
A plurality of charging diodes arranged in series adjacent to the load side in each capacitor and connected so that the charging current of each capacitor is in the forward direction are arranged,
Each discharge switch is connected in parallel with each capacitor and a charging diode adjacent to the load side of each capacitor,
Between the terminal of the load opposite to the charging diode and a connection point between the capacitors and the charging diodes, there is a discharging diode oriented in the forward direction in the discharging direction of the capacitors. Each connected,
When the discharge control is executed, each capacitor discharges through a plurality of discharge circuits including one or more of the plurality of discharge switches, the load, and the discharge diodes. The switched capacitor device according to claim 1.
前記各キャパシタにおける前記負荷側に隣接して直列に介設されるとともに当該各キャパシタの充電電流が順方向となるように接続された複数の充電用ダイオードが配置されており、
前記各キャパシタと当該各キャパシタの負荷側に隣接する充電用ダイオードとからなる組み合わせの数をn(但し、nは正の整数)とした場合に、最も負荷側の組み合わせと、当該最も負荷側の組み合わせから数えてi番目(但し、iは2〜nの整数)の組み合わせまでのn−1個の組み合わせとに、それぞれ、前記各放電用スイッチが並列に接続されており、
前記負荷における前記充電用ダイオードとは反対側の端子と、前記各キャパシタと前記各充電用ダイオードとの接続点との間には、当該各キャパシタの放電方向に順方向となる向きの放電用ダイオードがそれぞれ接続され、
前記放電制御が実行されたときには、前記各キャパシタが、前記各放電用スイッチと前記負荷と前記各放電用ダイオードとからなる複数の放電回路を介して放電する
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチトキャパシタ装置。
A plurality of charging diodes arranged in series adjacent to the load side in each capacitor and connected so that the charging current of each capacitor is in the forward direction are arranged,
When the number of combinations of the capacitors and the charging diodes adjacent to the load side of the capacitors is n (where n is a positive integer), the most load-side combination and the most load-side combination Each of the discharge switches is connected in parallel to each of n-1 combinations from the combination to the i-th (where i is an integer of 2 to n) combination,
Between the terminal of the load opposite to the charging diode and the connection point between the capacitors and the charging diodes, the discharging diode is oriented in the forward direction in the discharging direction of the capacitors. Are connected to each other,
2. The capacitor according to claim 1, wherein when the discharge control is executed, the capacitors discharge through a plurality of discharge circuits including the discharge switches, the load, and the discharge diodes. Switched capacitor device.
前記充電回路及び前記各放電回路に共通して配置されたインダクタをさらに備えており、
前記制御部は、
前記充電用スイッチの時比率を、100/(1+n)(%)以上100%未満の範囲内で制御する一方で、前記放電用スイッチの時比率を、0%を超え100n/(1+n)(%)以下の範囲内で制御する
ことを特徴とする請求項3又は請求項4に記載のスイッチトキャパシタ装置。
An inductor disposed in common with the charging circuit and the discharging circuit;
The controller is
While the duty ratio of the charging switch is controlled within a range of 100 / (1 + n) (%) or more and less than 100%, the duty ratio of the discharging switch is more than 0% and 100 n / (1 + n) (% The switched capacitor device according to claim 3, wherein the switched capacitor device is controlled within the following range.
負荷を駆動させるためのスイッチトキャパシタ装置であって、
直流電力を出力する直流電力源と、
前記直流電力を受け付けて充電及び放電を行う複数のキャパシタと、
オンオフ動作して前記各キャパシタにおける充電を制御するための充電用スイッチと、
オンオフ動作して前記各キャパシタにおける放電を制御するための複数の放電用スイッチと、
前記充電用スイッチをオンさせるとともに前記各放電用スイッチをオフさせて前記各キャパシタを充電する充電制御と、前記充電用スイッチをオフさせるとともに前記各放電用スイッチをオンさせて前記各キャパシタを放電する放電制御とを交互に実行する制御部と、
を備えており、
前記直流電力源の正極と負極との間には、前記充電用スイッチ、前記各キャパシタ、及び前記負荷が直列に接続されることにより、前記キャパシタを充電するための充電回路が形成されており、
前記各キャパシタについて、当該キャパシタの一端と他端との間で前記各放電用スイッチ及び前記負荷が直列に接続されることにより、当該キャパシタを放電させるための放電回路が形成されており、
前記充電回路及び前記各放電回路に共通してインダクタが配置されており、
前記制御部は、
前記充電用スイッチ及び前記各放電用スイッチの駆動周波数を制御して、前記キャパシタの放電により前記負荷を流れる電流の電流値を制御する
ことを特徴とするスイッチトキャパシタ装置。
A switched capacitor device for driving a load,
A DC power source that outputs DC power;
A plurality of capacitors that receive and charge and discharge the DC power;
A charging switch for controlling on-off operation and charging in each capacitor;
A plurality of discharge switches for on-off operation to control discharge in each capacitor;
The charging control for turning on the charging switch and turning off the discharging switch to charge the capacitors, and turning off the charging switch and turning on the discharging switches to discharge the capacitors. A control unit that alternately performs discharge control;
With
Between the positive electrode and the negative electrode of the DC power source, the charging switch, the capacitors, and the load are connected in series, thereby forming a charging circuit for charging the capacitor.
For each capacitor, a discharge circuit for discharging the capacitor is formed by connecting each discharge switch and the load in series between one end and the other end of the capacitor,
An inductor is arranged in common for the charging circuit and each discharging circuit,
The controller is
The switched capacitor device, wherein a driving frequency of the charging switch and each discharging switch is controlled to control a current value of a current flowing through the load by discharging the capacitor.
前記制御部には、前記直流電力源による前記直流電力の電圧値が変化する場合に、当該電圧値が、当該電圧値の変化の過程において得られる複数の電圧値の各々である条件で、前記充電用スイッチ及び前記各放電用スイッチの駆動周波数を変化させた場合における、前記各キャパシタの放電時に前記負荷を流れる電流の電流値が、予め設定されており、
前記制御部は、
前記直流電力源の前記直流電力の電圧値が変化することにより、前記各キャパシタの放電時に前記負荷を流れる電流の電流値が変化したときには、前記直流電力の電圧値が変化した後の変化後の電圧値である条件で、前記負荷を流れる電流の電流値として変化前の電流値が得られる、前記充電用スイッチ及び前記各放電用スイッチの駆動周波数を取得し、当該駆動周波数で前記充電用スイッチ及び前記各放電用スイッチを駆動させる
ことを特徴とする請求項6に記載のスイッチトキャパシタ装置。
In the control unit, when the voltage value of the DC power by the DC power source changes, the voltage value is each of a plurality of voltage values obtained in the process of changing the voltage value, When changing the drive frequency of the charging switch and each discharging switch, the current value of the current flowing through the load at the time of discharging each capacitor is preset,
The controller is
When the voltage value of the DC power of the DC power source changes, and the current value of the current flowing through the load changes when the capacitors are discharged, the voltage value of the DC power changes after the change. A driving frequency of the charging switch and each discharging switch that obtains a current value before change as a current value of a current flowing through the load under a condition of a voltage value is obtained, and the charging switch at the driving frequency The switched capacitor device according to claim 6, wherein the discharge switches are driven.
負荷を駆動させるためのスイッチトキャパシタ装置であって、
直流電力を出力する直流電力源と、
前記直流電力を受け付けて充電及び放電を行う複数のキャパシタと、
オンオフ動作して前記キャパシタにおける充電を制御するための充電用スイッチと、
オンオフ動作して前記キャパシタにおける放電を制御するための複数の放電用スイッチと、
前記充電用スイッチをオンさせるとともに前記各放電用スイッチをオフさせて前記各キャパシタを充電する充電制御と、前記充電用スイッチをオフさせるとともに前記各放電用スイッチをオンさせて前記各キャパシタを放電する放電制御とを交互に実行する制御部と、
を備えており、
前記各キャパシタが直列に前記充電用スイッチ及び前記負荷と接続された第1直列回路が、前記各キャパシタを充電するための充電回路として前記直流電力源の正極と負極との間に接続されており、
前記各キャパシタの一端と他端との間に、前記各放電用スイッチと前記負荷との直列回路がそれぞれ接続されるように、前記各キャパシタを放電させるための複数の放電回路が形成されており、
前記各放電回路において、前記各放電用スイッチは、前記各キャパシタの一端と他端とに並列に接続されており、
前記制御部は、
前記充電用スイッチをオンさせている間に、前記各放電用スイッチのうち1又は複数の放電用スイッチをオンさせて、前記キャパシタの放電により前記負荷を流れる電流の電流値を制御する
ことを特徴とするスイッチトキャパシタ装置。
A switched capacitor device for driving a load,
A DC power source that outputs DC power;
A plurality of capacitors that receive and charge and discharge the DC power;
A charging switch for controlling the charging of the capacitor by an on / off operation;
A plurality of discharge switches for on-off operation to control discharge in the capacitor;
The charging control for turning on the charging switch and turning off the discharging switch to charge the capacitors, and turning off the charging switch and turning on the discharging switches to discharge the capacitors. A control unit that alternately performs discharge control;
With
A first series circuit in which the capacitors are connected in series with the charging switch and the load is connected between a positive electrode and a negative electrode of the DC power source as a charging circuit for charging the capacitors. ,
A plurality of discharge circuits for discharging each capacitor is formed between one end and the other end of each capacitor so that a series circuit of each discharge switch and the load is connected to each other. ,
In each discharge circuit, each discharge switch is connected in parallel to one end and the other end of each capacitor,
The controller is
While the charging switch is turned on, one or a plurality of discharging switches among the discharging switches are turned on to control the current value of the current flowing through the load by discharging the capacitor. A switched capacitor device.
前記制御部は、
前記充電用スイッチ及び前記各放電用スイッチの時比率をさらに制御して、前記各キャパシタの放電により前記負荷を流れる電流の電流値を制御する
ことを特徴とする請求項8に記載のスイッチトキャパシタ装置。
The controller is
9. The switched capacitor device according to claim 8, further controlling a time ratio between the charging switch and each discharging switch to control a current value of a current flowing through the load by discharging each capacitor. .
前記負荷は、固体発光素子であることを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれか一項に記載のスイッチトキャパシタ装置。   The switched capacitor device according to any one of claims 1 to 9, wherein the load is a solid-state light emitting element.
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