JP6526507B2 - 降圧回路及びこれを用いた降圧充電回路 - Google Patents
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Description
すなわち、外部電源からの入力側に接続される第1の降圧段と、該第1の降圧段の出力に接続される第2の降圧段と、を有する降圧回路であって、前記第1の降圧段は、1つのキャパシタを備える第1のキャパシタ組を2個備え、前記第2の降圧段は、複数のキャパシタを備える第2のキャパシタ組を1個備え、第1の期間と第2の期間を設け、前記第1の期間において、前記第1のキャパシタ組のうちの一方のキャパシタ組を入力側、他方のキャパシタ組を接地電位側として、2個の前記第1のキャパシタ組を直列に接続し、前記第2の期間において、前記他方のキャパシタ組を入力側、前記一方のキャパシタ組を接地電位側として、2個の前記第1のキャパシタ組を直列に接続し、前記第1の期間と前記第2の期間は、等しい時間幅で互いに切り替わり、前記第1の期間と前記第2の期間のそれぞれのなかに、第3の期間と第4の期間を設け、前記第3の期間において、前記第2のキャパシタ組に含まれるキャパシタの少なくとも1つが、前記第1の降圧段の出力と前記第2の降圧段の出力の間に直列接続され、前記第4の期間において、前記第2のキャパシタ組に含まれるキャパシタのすべてが、前記第1の降圧段の出力と切り離され、かつ、前記第2のキャパシタ組に含まれるキャパシタの少なくとも1つが、前記第2の降圧段の出力と接地電位との間で直列接続され、前記第3の期間と前記第4の期間は、互いに切り替わることを特徴とする。
図1を用いて第1の実施形態について説明する。
第1の実施形態の構成について説明する。
図2を使って降圧回路10の構成について説明する。ここでは、降圧回路10は6倍降圧動作するような構成としている。なお、降圧回路10の動作に必要なタイミングはタイミング生成回路13から得ている。
なお、第1の降圧段11では、整流手段50の側が入力側であり、続く第2の降圧段12の側が出力側に相当する。
キャパシタ組201のキャパシタ全てを直列状態か並列状態にすることが可能な構成としている。この切り替え動作が可能なように、スイッチ203〜208をキャパシタ201A、201Bの両端および接地電位に接続している。
なお、第2の降圧段12は、第1の降圧段11の側が入力側であり、続く蓄電手段20側が出力側に相当する。
図3および図4は、降圧回路10が上述の6倍降圧動作をするときの状態を示したものである。
第1の降圧段11では、キャパシタ101が高い電位側、キャパシタ102が接地電位側の順で直列に接続した状態となる。キャパシタ101の負極とキャパシタ102の正極とが接続した点が第1の降圧段11の出力となり、第2の降圧段12に電荷を送り出す。
すなわちこの状態aでは、第1の降圧段11の入力側に接続される(充電される)のはキャパシタ101であり、出力側に接続される(放電される)のは102である。また第2の降圧段12では、入力側に接続される(充電される)のは直列化したキャパシタ201Aと201B(キャパシタ組201)である。
第1の降圧段11では、キャパシタ101が高い電位側、キャパシタ102が接地電位側の順で直列に接続した状態のままとなる。キャパシタ101の負極とキャパシタ102の正極とが接続した点が第1の降圧段11の出力となり、第2の降圧段12に電荷を送り出す。
すなわちこの状態bでは、第1の降圧段11の入力側に接続される(充電される)のはキャパシタ101であり、出力側に接続される(放電される)のは102である。また第2の降圧段12は出力側に接続される(放電される)のは並列化したキャパシタ201Aと201B(キャパシタ組201)である。
状態a〜状態dの切り替えのための動作クロックは、タイミング生成回路13が発生する、図5に示すような4つのクロック信号である。
図3および図4における第1の降圧段11の接続状態が、第1のタイミング信号S31と第2のタイミング信号S32に従って交互に切り替わる。また、
図3および図4における第2の降圧段12の接続状態が、第3のタイミング信号S33と第4のタイミング信号S34に従って交互に切り替わる。
bおよび図4に示した状態dとなるように切り替え制御を行う。期間Pと期間Qとは約25ミリ秒としているが、この時間比は任意でよい。
つぎに、図1に示した降圧充電回路の降圧充電動作について説明する。
さらに、図4(1)に示した状態cのときは、キャパシタ102とキャパシタ201Aとキャパシタ201Bと蓄電手段20が発電手段10から得られる電荷を充電する状態にあり、キャパシタ101が直前までの状態(状態a,b)で蓄えた電荷を蓄電手段20側へ放電する状態になる。
次に、第2の実施形態について説明する。これは、上述の実施形態よりも発電電圧が50Vと高い発電手段40に対して降圧回路10を10倍降圧とした例である。この例は特に、第1の実施形態と比較して、より少ない数のキャパシタを用いて任意の降圧倍率を実現する例である。
10=2×5 であり、2と5という2つの要素に分解される。これに対応するように、2倍の降圧倍率を有する降圧段111と5倍の降圧倍率112とを有する降圧段とで降圧回路10を構成する。
は5倍降圧の機能を備えるが、第1の実施形態と特に異なるのはこの5倍降圧段である。この降圧段の内部の接続状態について次に説明する。
第1の降圧段111では、キャパシタ101が高い電位側、キャパシタ102が接地電位側の順で直列に接続した状態となる。キャパシタ101の負極とキャパシタ102の正極とが接続した点が第1の降圧段111の出力となり、第2の降圧段12に電荷を送り出す。
第1の降圧段111では、キャパシタ101が高い電位側、キャパシタ102が接地電位側の順で直列に接続したままの状態である。第2の降圧段112では、キャパシタ211Bとキャパシタ211Cと蓄電手段とを直列に接続した回路に対して、キャパシタ211Aが並列に接続した状態となる。第2の降圧段112は第1の降圧段111の出力からは切断される。
第1の降圧段111では、キャパシタ101が高い電位側、キャパシタ102が接地電位側の順で直列に接続したままの状態である。第2の降圧段112では、キャパシタ211Cと蓄電手段とを直列に接続した回路に対して、キャパシタ211Bが並列に接続した状態となる。第2の降圧段112は第1の降圧段111の出力からは切断されたままである。また、キャパシタ211Aはこれらの回路から切り離される。
第1の降圧段111では、キャパシタ101が高い電位側、キャパシタ102が接地電位側の順で直列に接続したままの状態である。第2の降圧段112では、キャパシタ211Cと蓄電手段とを並列に接続する。第2の降圧段112は第1の降圧段111の出力からは切断されたままである。また、キャパシタ211Aとキャパシタ211Bとはこれらの回路から切り離される。
分かる。さらにこの3つのキャパシタを用いると、5倍,6倍,7倍,8倍といった降圧倍率を得ることができる。
第2の実施形態の動作について簡単に説明する。
11、111 第1の降圧段
12、112 第2の降圧段
13 タイミング生成回路
20 蓄電手段
40 発電手段
50 整流手段
100 降圧手段
101、102、201 211 キャパシタ組
Claims (6)
- 外部電源からの入力側に接続される第1の降圧段と、該第1の降圧段の出力に接続される第2の降圧段と、を有する降圧回路であって、
前記第1の降圧段は、1つのキャパシタを備える第1のキャパシタ組を2個備え、
前記第2の降圧段は、複数のキャパシタを備える第2のキャパシタ組を1個備え、
第1の期間と第2の期間を設け、
前記第1の期間において、前記第1のキャパシタ組のうちの一方のキャパシタ組を入力側、他方のキャパシタ組を接地電位側として、2個の前記第1のキャパシタ組を直列に接続し、
前記第2の期間において、前記他方のキャパシタ組を入力側、前記一方のキャパシタ組を接地電位側として、2個の前記第1のキャパシタ組を直列に接続し、
前記第1の期間と前記第2の期間は、等しい時間幅で互いに切り替わり、
前記第1の期間と前記第2の期間のそれぞれのなかに、第3の期間と第4の期間を設け、前記第3の期間において、前記第2のキャパシタ組に含まれるキャパシタの少なくとも1つが、前記第1の降圧段の出力と前記第2の降圧段の出力の間に直列接続され、
前記第4の期間において、前記第2のキャパシタ組に含まれるキャパシタのすべてが、前記第1の降圧段の出力と切り離され、かつ、前記第2のキャパシタ組に含まれるキャパシタの少なくとも1つが、前記第2の降圧段の出力と接地電位との間で直列接続され、
前記第3の期間と前記第4の期間は、互いに切り替わる
ことを特徴とする降圧回路。 - 前記降圧回路全体の降圧倍率を表す全体降圧倍率は、非素数の整数であって、
前記第1の降圧段の降圧倍率を表す第1の降圧倍率は、2であって、
前記第2の降圧段の降圧倍率を表す第2の降圧倍率は、前記全体降圧倍率を前記第1の降圧倍率で除した値である
ことを特徴とする請求項1に記載の降圧回路。 - 前記第2のキャパシタ組のキャパシタの個数nは、前記第2の降圧倍率をmとした場合に、(log2(m)+1)を超えない最大の整数である
ことを特徴とする請求項2に記載の降圧回路。 - 前記全体降圧倍率及び前記第2の降圧倍率は、それぞれ6及び3である
ことを特徴とする請求項2に記載の降圧回路。 - 前記全体降圧倍率及び前記第2の降圧倍率は、それぞれ10及び5である
ことを特徴とする請求項3に記載の降圧回路。 - 請求項1から5のいずれか1つに記載の降圧回路と、
該降圧回路に発電電圧を入力する発電手段と、
前記降圧回路からの降圧電圧を入力し充電する蓄電手段と、を有する
ことを特徴とする降圧充電回路。
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