KR101560514B1

KR101560514B1 - 전압 변환 회로, 및 전자 기기

Info

Publication number: KR101560514B1
Application number: KR1020147012373A
Authority: KR
Inventors: 히로시 사메시마; 미사토 나베토; 타츠아키라 마사키; 히로시 츠지
Original assignee: 오므론 가부시키가이샤
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2012-08-28
Publication date: 2015-10-14
Also published as: CN103931073A; JP5874350B2; KR20140073579A; CN103931073B; EP2787593B1; EP2787593A1; US20140328101A1; US9507370B2; EP2787593A4; WO2013080616A1; JP2013115913A

Abstract

전압 변환 회로에 있어서, 전원으로부터 충전되는 복수의 1차 콘덴서와, 상기 복수의 1차 콘덴서의 각각에 대해 병렬로 접속되고, 부하 회로에의 공급 전압으로 충전 가능한 2차 콘덴서와, 복수의 1차 콘덴서의 각각에 대응하여 마련되고, 그 1차 콘덴서와 2차 콘덴서와의 접속 상태를 전환하는 복수의 스위칭 회로를 구비한다. 또한, 전원으로부터 복수의 1차 콘덴서측에의 전력 공급 효율을 소정 효율로 유지하기 위해, 그 복수의 1차 콘덴서에 포함되는 적어도 일부의 1차 콘덴서가 전원에 대해 직렬접속 상태가 되도록, 그 전원과 그 복수의 1차 콘덴서와의 접속 상태가 조정된다. 이에 의해, 전원 회로의 출력 전압을 부하 회로에의 공급 전압으로 강압할 때의 전압 변환 효율이 가급적 알맞은 상태가 된다.

Description

전압 변환 회로, 및 전자 기기{VOLTAGE CONVERSION CIRCUIT AND ELECTRONIC APPARATUS}

본 발명은, 전원의 출력 전압을 부하 회로에의 공급 전압으로 강압하는 전압 변환 회로, 및 그것을 포함하는 전자 기기에 관한 것이다.

요즘의 에너지 절약의 흐름으로부터, 화석 연료 등에 의존하지 않는 일상적으로 존재하는 환경 에너지가 주목되고 있다. 환경 에너지로서 태양광이나 풍력 등에 의한 발전 에너지는 널리 알려져 있지만, 이들에 뒤떨어지지 않는 에너지 밀도를 갖는 환경 에너지로서, 일상 주위에 존재하는 진동 에너지를 들 수 있다. 그리고, 이 진동 에너지로부터 발전을 행하는 발전 장치로부터의 전력을 부하 회로에 공급하기 위해, 그 부하 회로에 적합한 공급 전압으로 전압 변환하는 회로에서는, 그 변환 효율의 향상이 종래부터 검토되고 있다.

예를 들면, 그 진동발전 장치가 갖는 출력 임피던스에 기인하여 소망하는 전압 강하가 곤란해지는 것을 근거로 하여, 전압 변환 효율의 저하를 억제하는 기술이 공개되어 있다(특허 문헌 1을 참조.). 당해 기술에서는, 복수의 콘덴서를 전원 회로와 부하 회로에 대해, 직렬 접속과 병렬 접속으로 접속 상태를 전환하는 스위칭 회로를 마련하고, 전원 회로로부터의 입력 전압이나 그 주파수에 의거하여 스위칭 회로에서의 콘덴서의 접속수가 제어된다. 또한, 진동 진폭이 작은 진동으로부터 효율적으로 발전을 행하기 위한 기술로서, 특허 문헌 2에 나타내는 기술이 개시되어 있다. 당해 기술에서는, 진동발전 장치로부터의 전력 출력을 제어하는 스위치의 ON, OFF 제어를, 진동의 주기에 의거하여 행함으로서, 전력의 출력 주기가 변동된다.

일본 특개2009-124807호 공보 일본 특개2005-130624호 공보 일본 특개2005-198453호 공보

교류 전원의 출력 전압을 직렬 접속된 복수의 콘덴서에 한 번 충전하고, 그 후 그러한 콘덴서에서의 충전 에너지를, 각 콘덴서에 대해 병렬 접속된 부하 회로에 동시에 공급하는 경우, 교류 전원으로부터 직접 전력 공급을 받는 복수의 콘덴서의 수는 고정되어 있다. 그러나, 교류 전원, 예를 들면, 진동발전 장치와 같이 외부로부터의 에너지를 전력으로 변환하는 장치에서는, 그 출력 전압은 항상 안정된 것이 아니고 다양한 요인으로 변동할 수 있다. 전력 공급을 받는 콘덴서 수를 고정적으로 하여 버리면, 교류 전원의 출력 전압이 상정하고 있던 전압으로부터 변동하면, 전력 공급 효율을 알맞게 유지하기가 곤란해진다.

본 발명은, 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 전원의 출력 전압을 부하 회로에의 공급 전압으로 강압할 때의 전압 변환 효율을 가급적 알맞은 상태로 하는 전압 변환 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는, 상기 과제를 해결하기 위해, 전원과 부하 회로와의 사이에 마련되는 전압 변환 회로에 있어서, 전원으로부터 충전되는 복수의 1차 콘덴서를 마련하고, 그리고, 2차 콘덴서의 충전 전압보다 높은 상태까지 충전된 1차 콘덴서의 각각을 개별적으로 2차 콘덴서에 접속함으로써, 양호한 효율로 2차 콘덴서에의 충전을 행하는 것으로 하였다. 또한, 이와 같은 2단계의 콘덴서 구성을 전제로 하여, 전원으로부터 전력 공급이 가능해지도록 전원에 대해 직렬로 접속되는 1차 콘덴서의 수를 조정하는 구성을 채용함으로써, 전압 변환 회로 전체의 효율 향상을 도모한다.

상세하게는, 본 발명은, 전압 변환 회로로서, 전원으로부터 충전되는 복수의 1차 콘덴서와, 상기 복수의 1차 콘덴서의 각각에 대해 병렬로 접속되고, 부하 회로에의 공급 전압으로 충전 가능한 2차 콘덴서와, 상기 복수의 1차 콘덴서의 각각에 대응하여 마련되고, 그 1차 콘덴서와 상기 2차 콘덴서와의 접속 상태를 전환하는 복수의 스위칭 회로와, 충전 전압이 상기 2차 콘덴서의 충전 전압보다 높은 소정 접속 전압에 도달한 상기 1차 콘덴서의 각각을 상기 2차 콘덴서에 대해 대응하는 상기 스위칭 회로를 통하여 순차적으로 접속하는 접속 제어 회로와, 상기 전원으로부터 상기 복수의 1차 콘덴서측에의 전력 공급 효율을 소정 효율로 유지하기 위해, 그 복수의 1차 콘덴서에 포함되는 적어도 일부의 1차 콘덴서가 상기 전원에 대해 직렬접속 상태가 되도록, 그 전원과 그 복수의 1차 콘덴서와의 접속 상태를 조정하는 조정 회로를 구비한다.

상기 전압 변환 회로에서는, 전원으로부터 복수의 1차 콘덴서에 충전이 행하여지고, 개개의 1차 콘덴서의 충전 전압은, 각 1차 콘덴서의 용량에 응하여 전원의 출력 전압이 분배, 분할된 것으로 된다. 또한, 복수의 1차 콘덴서의 각각의 용량은 전부 동일하여도 좋고, 또한 그 일부 또는 전부의 1차 콘덴서의 용량은 각각 달라도 좋다. 여기서 말하는 콘덴서 용량에서의 「동일」이란, 이른바 공칭(公稱)값이고, 콘덴서의 개체차에 의한 용량의 편차까지도 고려한 것이 아니다.

그리고, 복수의 1차 콘덴서의 각각과 2차 콘덴서는, 각 1차 콘덴서에 대응하는 스위칭 회로를 통하여 각각 접속되어 있다. 즉, 각 1차 콘덴서는, 2차 콘덴서에 대해 대응하는 스위칭 회로를 통하여 독립적으로 접속되고, 또는 차단된다. 또한, 본 발명에 관한 전압 변환 회로에서는, 2차 콘덴서는 하나의 콘덴서 또는 복수의 콘덴서를 포함하여 형성되어도 좋다. 중요한 것은, 2차 콘덴서는, 복수의 1차 콘덴서의 각각에 대해 스위칭 회로를 통하여 접속되거나, 차단되거나 하는 구성이면 좋고, 2차 콘덴서 자체를 형성하는 콘덴서의 수나 그 콘덴서끼리의 접속 형태는 적절히 채용하면 좋다.

여기서, 각 1차 콘덴서와 2차 콘덴서의 접속, 차단은, 접속 제어 회로에 의해 제어된다. 접속 제어 회로는, 복수의 1차 콘덴서의 전부를 동시에 2차 콘덴서에 접속하여 2차 콘덴서의 충전을 도모하는 것은 아니고, 2차 콘덴서의 충전 전압보다도 높은 소정 접속 전압에 그 충전 전압이 도달하고 있는 1차 콘덴서를, 그 2차 콘덴서에의 접속 대상으로 한다. 이와 같이 복수의 1차 콘덴서의 각각의 충전 전압과 2차 콘덴서의 충전 전압의 상관(相關)에 응하여, 접속 제어 회로가 1차 콘덴서와 2차 콘덴서와의 접속 상태를 제어하는 구성을 채용함으로써, 1차 콘덴서의 용량에 포함되는 편차가 비교적 커져도, 2차 콘덴서의 접속은, 각 1차 콘덴서의 충전 전압에 의거하여 제어되게 되고, 따라서 2차 콘덴서의 충전에 대한 1차 콘덴서의 용량의 편차의 영향을 가급적으로 배제할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 전압 변환 회로에서는, 전원과 복수의 1차 콘덴서 사이에서의 전력 공급에 관해서도, 조정 회로에 의한 1차 콘덴서와의 접속 상태에 관한 조정이 행하여진다. 당해 전력 공급에서의 효율은, 전원의 출력 전압과, 전원에 대해 직렬로 접속된 1차 콘덴서의 총 충전 전압과의 상관에 따라 변동하다. 또한, 본 명세서에서는, 전원에 대해 직렬로 접속된 1차 콘덴서의 상태를, 직렬접속 상태라고 칭한다. 그래서, 조정 회로는, 전원에 대해 복수의 1차 콘덴서 중 어느 1차 콘덴서가 직렬접속 상태가 되는지 조정함으로써, 상기 전력 공급의 효율을 소정 효율로 한다.

이와 같이, 본 발명에 관한 전압 변환 회로에서는, 접속 제어 회로에 의한 복수의 1차 콘덴서와 2차 콘덴서 사이에서의 전력 수수(授受)의 제어, 및 조정 회로에 의한 전원과 복수의 1차 콘덴서 사이에서의 전력 공급의 제어가 행하여짐으로써, 전체로서의 전압 변환의 효율의 최선화가 도모되게 된다. 또한, 양 제어는 각각이 완전하게 독립해서 행하여지는 것이 아니고, 양 제어에서 복수의 1차 콘덴서가 함께 개재하고 있기 때문에, 한쪽의 제어 내용이 다른쪽의 제어 내용에 어떠한 영향을 미치는 경우도 있을 수 있다. 그래서 조정 회로는, 이와 같은 접속 제어 회로에 의한 제어 내용을 고려하여, 전원과 1차 콘덴서 사이의 접속 상태를 조정하고, 전압 변환 회로로서의 효율 향상을 도모하도록 하여도 좋다.

예를 들면, 접속 제어 회로에 의한 제어에서는, 1차 콘덴서측부터 2차 콘덴서에 충전(전력의 수수)이 행하여지기 때문에, 당해 제어하에 있는 1차 콘덴서는, 그 밖의 1차 콘덴서에 비하여, 전원으로부터의 전력 공급이 다른 조건하에 놓여져 있게 된다. 그래서, 상기한 전압 변환 회로에서, 상기 조정 회로는, 상기 복수의 1차 콘덴서측부터 상기 2차 콘덴서에의 충전 상태에 의거하여, 상기 전원과 그 복수의 1차 콘덴서와의 접속 상태를 조정하여도 좋다. 이와 같이 함으로써, 1차 콘덴서와 2차 콘덴서 사이에서의 전력 수수에 있어서, 전압 변환 회로로서의 효율 향상의 관점에서 고려하여야 할 파라미터를 근거로 하여 조정 회로에 의한 제어를 실현하는 것이 가능해지고, 따라서 전압 변환 회로 전체의 효율 향상에 기여하는 것이 가능해진다.

복수의 1차 콘덴서측부터 2차 콘덴서에의 충전 상태에 의거한 조정 회로에 의한 제어의 제1의 예로서, 상기 조정 회로가, 상기 복수의 1차 콘덴서측부터 상기 2차 콘덴서에의 충전이 행하여지지 않는 상태에서 상기 전원으로부터 상기 복수의 1차 콘덴서측에의 전력 공급이 상기 소정 효율로 행하여지도록, 상기 전원에 대해 직렬접속 상태로 하여야 할 1차 콘덴서를 상기 복수의 1차 콘덴서의 중에서 선택하고, 그 직렬접속 상태를 형성하는 구성을 채용하여도 좋다. 이와 같이 전원에 대해 1차 콘덴서의 직렬접속 상태를 형성함으로써, 1차 콘덴서측부터 2차 콘덴서에의 충전이 행하여지지 않는 상태에서, 전원으로부터 직렬접속 상태가 된 1차 콘덴서에 대한 전력 공급을 효율적으로 행하는 것이 가능해진다. 따라서 이와 같은 구성은, 1차 콘덴서측부터 2차 콘덴서에의 충전이 행하여지지 않는 기간이, 당해 충전이 행하여지고 있는 기간보다도 비교적 긴 경우에는, 특히 유용한 것이라고 말할 수 있다.

다음에, 복수의 1차 콘덴서측부터 2차 콘덴서에의 충전 상태에 의거한 조정 회로에 의한 제어의 제2의 예로서, 상기 조정 회로가, 상기 복수의 1차 콘덴서측부터 상기 2차 콘덴서에의 충전이 행하여지고 있는 상태에서 상기 전원으로부터 상기 복수의 1차 콘덴서측에의 전력 공급이 상기 소정 효율로 행하여지도록, 상기 전원에 대해 직렬접속 상태로 하여야 할 1차 콘덴서를 상기 복수의 1차 콘덴서의 중에서 선택하고, 그 직렬접속 상태를 형성하는 구성을 채용하여도 좋다. 이와 같이 전원에 대해 1차 콘덴서의 직렬접속 상태를 형성함으로써, 1차 콘덴서측부터 2차 콘덴서에의 충전이 행하여지고 있는 상태에서, 전원으로부터 직렬접속 상태가 된 1차 콘덴서에 대한 전력 공급을 효율적으로 행하는 것이 가능해진다. 따라서, 이와 같은 구성은, 1차 콘덴서측부터 2차 콘덴서에의 충전이 행하여지고 있는 기간이, 당해 충전이 행하여지지 않는 기간보다도 비교적 긴 경우에는, 특히 유용한 것이라고 말할 수 있다.

다음에, 복수의 1차 콘덴서측부터 2차 콘덴서에의 충전 상태에 의거한 조정 회로에 의한 제어의 제3의 예로서, 상기 조정 회로가, 상기 접속 제어 회로에 의해 행하여지는 상기 2차 콘덴서에 충전을 행하는 1차 콘덴서의 전환에 의거하여, 상기 전원으로부터 상기 복수의 1차 콘덴서측에의 전력 공급이 상기 소정 효율로 행하여지도록, 상기 전원에 대해 직렬접속 상태로 하여야 할 1차 콘덴서를 상기 복수의 1차 콘덴서의 중에서 선택하고, 그 직렬접속 상태를 형성하는 구성을 채용하여도 좋다. 이와 같이 전원에 대해 1차 콘덴서의 직렬접속 상태를 형성함으로써, 2차 콘덴서에 대해 충전을 행하는 1차 콘덴서가 변환될 때마다, 효율적인 전력 공급이 가능해지도록, 전원에 대해 직렬접속 상태가 되는 1차 콘덴서가 선택되고, 그 접속 상태가 조정된다. 따라서 이와 같은 구성은, 2차 콘덴서에 대해 어느 1차 콘덴서측이 접속되어 있는지에 관계없이, 전원으로부터 1차 콘덴서에의 전력 공급을 알맞은 상태로 유지하는 것이 가능해진다.

여기서, 상기 조정 회로에 의한 제어를, 전원 회로에 대한 1차 콘덴서의 접속 상태의 측면으로부터 파악할 수도 있다. 즉, 상기 전압 변환 회로에서, 상기 조정 회로가, 상기 복수의 1차 콘덴서에 포함되고 또한 상기 전원에 대해 직렬접속 상태가 되도록 설정되어 있는 소정의 1차 콘덴서에 관한, 그 전원과의 접속 상태에 의거하여, 그 복수의 1차 콘덴서에 포함되고 또한 그 소정의 1차 콘덴서와는 다른 예비적 1차 콘덴서와, 그 전원과의 직렬접속 상태를 조정하도록 하여도 좋다. 이와 같이 예비적 1차 콘덴서를 적절히 이용함으로써, 전원으로부터 1차 콘덴서측에의 전력 공급의 효율 저하를 회피할 수 있다.

보다 구체적으로는, 상기 조정 회로가, 상기 소정의 1차 콘덴서가 상기 전원에 대해 직렬접속 상태가 되지 않은 경우에, 상기 예비적 1차 콘덴서를 그 전원에 대해 직렬접속 상태가 되도록 추가적으로 접속하도록 전원 변환 회로를 구성하여도 좋다. 이에 의해, 전력 공급 효율을 근거로 하여 미리 전원에 대해 직렬접속 상태가 되도록 설정되어 있는 소정의 1차 콘덴서가, 전원으로부터 전력 공급을 받지 않는 상태가 되어 있는 경우에는, 조정 회로에 의해 복수의 1차 콘덴서의 중에 미리 마련되어 있던 예비적 1차 콘덴서가, 전원으로부터의 전력 공급을 받는 1차 콘덴서로서 조립되게 되고, 따라서 전원으로부터의 전력 공급 자체의 효율이 저하되지 않도록 조정된다. 또한, 본 발명에 관한 예비적 1차 콘덴서란, 소정의 1차 콘덴서가 직렬접속 상태가 되지 않은 경우에만 예비적으로 1차 콘덴서로서 기능하는 콘덴서만이 아니라, 소정의 1차 콘덴서가 직렬접속 상태가 되지 않은 시점에서 전원에 대해 직렬접속 상태를 형성함으로써 전력 공급을 받을 수 있는 1차 콘덴서라면 상관없다. 즉, 본 명세서에서의 「예비적」이라는 표현은, 1차 콘덴서에 대해 항상적(恒常的)으로 예비적인 작동을 한정하는 것이 아니고, 소정의 1차 콘덴서의 보조를 행하는 의미에서의 예비적인 작동을 구하는 것이고, 예비적인 작동을 행하는 이외는 전혀 한정되는 것이 아니다.

여기서, 상술한 전압 변환 회로에서, 상기 복수의 1차 콘덴서의 각각에 대해, 그 단자 사이 전압이 소정 전압을 초과하지 않도록 제너 다이오드를 포함하는 과전압 방지 회로가 마련되고, 상기 조정 회로는, 상기 소정의 1차 콘덴서가 상기 전원으로부터 전력 공급을 받고 있는 상태에서 상기 과전압 방지 회로에 의해 그 단자 사이 전압이 상기 소정 전압으로 제한되어 있는 경우에, 단자 사이 전압을 그 소정 전압으로 제한되어 있는 그 소정의 1차 콘덴서에 대신하여 상기 예비적 1차 콘덴서를 그 전원에 대해 직렬접속 상태가 되도록 전환하도록 전원 변환 회로를 구성하여도 좋다. 1차 콘덴서의 단자 사이 전압이 소정 전압을 초과하려고 하면 그 초과분은 과전압 방지 회로에서 소비되게 되고, 따라서 1차 콘덴서의 과전압을 회피할 수 있다. 특히, 접속 제어 회로에 의한 제어에서는, 2차 콘덴서에의 충전에서의 효율을 근거로 한 스위칭 회로의 접속, 차단이 제어되기 때문에, 1차 콘덴서의 과전압 회피는 중요하다. 한편으로, 조정 회로에 의한 제어라도, 전원에 대해 직렬접속 상태에 놓여지는 1차 콘덴서의 단자 사이 전압은, 전원으로부터의 전력 공급 효율에 영향을 주기 때문에, 마찬가지로 1차 콘덴서의 과전압 회피는 중요하다. 이와 같이 제너 다이오드를 포함하는 과전압 방지 회로에 의해 전압 제한되어 있는 상태에서는, 실질적으로 전원으로부터 1차 콘덴서 전체에 대한 공급 전력량은 증가하지 않게 되기 때문에, 공급 전력은 필요없이 소비되고 있게 된다. 그래서, 상기한 바와 같이, 예비적 1차 콘덴서를 단자 사이 전압이 제한된 소정의 1차 콘덴서 대신에 접속함으로써, 전력의 이용 효율의 저하를 회피할 수 있다. 또한, 「예비적 1차 콘덴서」에 관해서는, 상기한 바와 같다. 또한, 과전압 방지 회로의 다른 방법으로서, 스위칭 회로에 의해 1차 콘덴서를 전원으로부터 분리하는 구성도 채용할 수 있다.

또한, 상술한 전압 변환 회로에서, 상기 접속 제어 회로는, 상기 2차 콘덴서에 대한 상기 1차 콘덴서와의 접속 상태를, 그 1차 콘덴서끼리가 전기적으로 단락하지 않도록 제어하여도 좋다. 이것은, 1차 콘덴서끼리에서 단락이 생기면, 2차 콘덴서에의 알맞은 충전이 곤란해지는 것에 의한 것이고, 전압 변환 회로의 효율 향상에 이바지하는 것이라고 생각된다.

또한, 상기 접속 제어 회로에 의한 제어에서의 상기 소정 접속 전압에 관해, 당해 소정 접속 전압은, 상기 1차 콘덴서의 충전 전압과 상기 2차 콘덴서의 충전 전압과의 전압차가, 그 1차 콘덴서로부터 그 2차 콘덴서에의 전하 이동 효율을 소정 효율 이상으로 하는 전압차가 되는, 그 2차 콘덴서의 충전 전압보다 높은 전압치라도 좋다. 즉, 1차 콘덴서의 충전 전압과 2차 콘덴서의 충전 전압과의 전압차가, 1차 콘덴서로부터 2차 콘덴서에의 전하 이동의 효율에 영향을 주는 것을 근거로 하여, 소정 접속 전압이 결정된다. 2차 콘덴서의 충전 전압에 대해 1차 콘덴서의 충전 전압이 높아지면, 환언하면 상기 전압차가 커지면, 전하 이동 효율이 저하되어 가는 경향이 발견되었다. 이 경향 자체는, 1차 콘덴서의 용량과 2차 콘덴서의 용량에 차이가 있어도 기본적으로는 변화는 없다. 그래서, 접속 제어 회로에 의해 2차 콘덴서에 접속된다고 판단되기 위한 소정 접속 전압은, 이 전하 이동 효율의 경향을 근거로 하여 결정되는 것이 바람직하다. 실험적으로는, 소정 접속 전압은, 상기 소정 효율이 85% 이상이 될 수 있는, 2차 콘덴서의 충전 전압의 1.1 내지 1.2배 정도의 전압이 바람직하다.

또한, 상술한 전압 변환 회로에서, 상기 전원은, 외부로부터의 진동 에너지를 전력 변환하는 진동발전 장치를 포함하는 것이라도 좋고, 그 이외의 전력을 공급 가능한 전원 장치라도 좋다. 또한, 본 발명의 상술한 전압 변환 회로를 포함하는 전자 기기의 측면으로부터 파악하는 것도 가능하다. 즉, 본 발명은, 상술한 전압 변환 회로 및 상기 부하 회로를 갖는 전자 기기로서, 그것에서는, 상기 전원의 출력 전압이 상기 전압 변환 회로에 의해 상기 부하 회로에의 공급 전압으로 강압된다.

교류 전원의 출력 전압을 부하 회로에의 공급 전압으로 강압할 때의 전압 변환 효율을 가급적 알맞은 상태로 하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명에 관한 전압 변환 회로의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 2는 도 1에 도시하는 전압 변환 회로에서 발휘되는 기능을 이미지화한 기능 블록도.
도 3은 1차 콘덴서의 충전 전압과 2차 콘덴서의 충전 전압에 대한, 양 콘덴서 사이의 전하 이동률의 상관을 도시하는 도면.
도 4는 전원 회로로부터 2차 콘덴서에의 충전이 행하여질 때의, 1차 콘덴서와 2차 콘덴서의 접속시 및 차단시의 시정수에 관한 도면.
도 5는 본 발명에 관한 전압 변환 회로에서의 1차 콘덴서의 충전 전압, 스위칭 회로의 ON 신호, 1차 콘덴서로부터 2차 콘덴서에의 방전 전류의 추이를 도시하는 타임 차트.
도 6a는 전원 회로의 출력 전압에 대한 1차 콘덴서군의 총 충전 전압의 비율과, 그 충전 효율과의 상관을 도시하는 제1의 도면.
도 6b는 전원 회로의 출력 전압에 대한 1차 콘덴서군의 총 충전 전압의 비율과, 그 충전 효율과의 상관을 도시하는 제2의 도면.
도 6c는 전원 회로의 출력 전압에 대한 1차 콘덴서군의 총 충전 전압의 비율과, 그 충전 효율과의 상관을 도시하는 제3의 도면.
도 7은 도 1에 도시하는 전압 변환 회로에서 실행되는 직렬수 조정 처리의 제1의 플로 차트.
도 8은 도 1에 도시하는 전압 변환 회로에서 실행되는 직렬수 조정 처리의 제2의 플로 차트.
도 9는 도 1에 도시하는 전압 변환 회로에서 실행되는 직렬수 조정 처리의 제3의 플로 차트.
도 10은 도 1에 도시하는 전압 변환 회로에서 실행되는 직렬수 조정 처리의 제4의 플로 차트.
도 11은 본 발명에 관한 전압 변환 회로의 개략 구성을 도시하는 제2의 도면.
도 12는 도 11에 도시하는 전압 변환 회로에서 실행되는 직렬수 조정 처리의 플로 차트.

이하에, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 관한 전압 변환 회로(1)에 관해 설명한다. 또한, 이하의 실시 형태의 구성은 예시이고, 본 발명은 이 실시의 형태의 구성으로 한정되는 것이 아니다.

실시례 1

도 1은, 본 발명에서의 교류 전원에 상당하고, 외부 진동을 소스로 하여 발전을 행하는 진동발전 장치(11)와 부하 회로(15)와의 사이에 마련되고, 진동발전 장치(11)의 출력 전압을 강압하여, 부하 회로(15)의 구동 전압으로서 축전하는 2차 콘덴서(6)를 갖는 전압 변환 회로(1)의 개략 구성을 도시한다. 여기서는, 진동발전 장치(11)와, 그 발전 전류의 정류를 행하는 정류 회로(12)로 전원 회로(10)가 형성되고, 전원 회로(10)의 출력은 전압 변환 회로(1)측에 입력된다. 진동발전 장치(11)의 한 예로서 일렉트릿 재료를 이용한 발전 장치를 들 수 있다. 진동발전 장치는 공지의 기술이기 때문에, 본 명세서에서의 그 상세한 설명은 할애한다. 또한, 진동발전 장치 이외의 발전 장치도 전원 회로(10) 내에 포함하여도 상관없다. 또한, 본 실시례에서는, 발전량이 20 내지 100㎼, 출력 전압이 30 내지 80Vp-p 규모의 일렉트릿 재료를 이용한 진동발전 장치를 채용하지만, 본 발명의 적용은 당해 장치로 한정되지 않는다.

또한, 전압 변환 회로(1)와 부하 회로(15)의 사이에는, 그 전압 변환 회로(1) 내의 2차 콘덴서(6)에 축전된 에너지를 부하 회로(15)측에 공급하기 위한 스위칭 회로(16)가 마련되어 있다.

전압 변환 회로(1)에서는, 복수의 1차 콘덴서가 직렬로 접속됨으로써 형성된 1차 콘덴서군(2)에 대해, 전원 회로(10)의 출력 단자가 접속되고, 그 출력이 1차 콘덴서군(2)에 포함되는 1차 콘덴서(21 내지 23)에 입력된다. 또한, 도 1에 도시하는 구성에서는, 1차 콘덴서군(2)에는 3개의 1차 콘덴서가 포함되어 있지만, 이들 모든 1차 콘덴서가 전원 회로(10)로부터 전력 공급되는 것은 아니고, 그 전력 공급시의 공급 효율을 근거로 하여 이용되는 1차 콘덴서의 수(이하, 「직렬수」라고도 한다.)가, 1차 콘덴서군(2) 내에 포함되는 스위칭 회로(21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b)에 의해 조정된다(당해 조정의 상세에 관해서는 후술한다). 또한, 전원 회로(10)에 대해 전력 공급이 가능해지도록 1차 콘덴서가 직렬로 접속된 상태를, 「직렬접속 상태」라고도 한다.

스위칭 회로(21a, 22a, 23a)는, 1차 콘덴서와 함께 전원 회로(10)에 대해 직렬로 배치되고, 스위칭 회로(21a)가 1차 콘덴서(21)에 대응하고, 스위칭 회로(22a)가 1차 콘덴서(22)에 대응하고, 스위칭 회로(23a)가 1차 콘덴서(23)에 대응한다. 그래서, 스위칭 회로(21a, 22a, 23a)를, 이후 「직렬 스위칭 회로」라고도 한다. 또한, 스위칭 회로(21b, 22b, 23b)는, 각각, 1차 콘덴서(21)와 그것에 대응하는 스위칭 회로(21a)를 바이패스하는 바이패스선의 온·오프를 행하여, 1차 콘덴서(22)와 그에 대응하는 스위칭 회로(22a)를 바이패스하는 바이패스선의 온·오프를 행하고, 1차 콘덴서(23)와 그것에 대응하는 스위칭 회로(23a)를 바이패스하는 바이패스선의 온·오프를 행한다. 그래서, 스위칭 회로(21b, 22b, 23b)를, 이후 「바이패스 스위칭 회로」라고도 한다. 또한, 이들의 스위칭 회로를 이용한 1차 콘덴서의 직렬수의 조정은, 직렬수 조정 회로(7)에 의해 실행되는데, 그 내용에 관해서는 후술한다. 또한, 지금, 1차 콘덴서(21 내지 23)의 용량은 같다고 한다.

그리고, 1차 콘덴서군(2)에 포함되는 1차 콘덴서(21 내지 23)의 각각에 대해, 2차 콘덴서(6)가 병렬로 접속 가능해지도록 배선되고, 또한 각 1차 콘덴서와 2차 콘덴서(6)와의 배선에 있어서, 양 콘덴서와의 접속 상태, 차단 상태를 전환하는 스위칭 회로가, 각 1차 콘덴서에 대응하여 마련되어 있다. 구체적으로는, 1차 콘덴서(21)와 2차 콘덴서(6)의 사이에는, 스위칭 회로(71a, 71b)가 마련되고, 1차 콘덴서(22)와 2차 콘덴서(6)의 사이에는, 스위칭 회로(72a, 72b)가 마련되고, 1차 콘덴서(23)와 2차 콘덴서(6)의 사이에는, 스위칭 회로(73a, 73b)가 마련되어 있다. 이들의 스위칭 회로는, 후술하는 바와 같이 대응하는 1차 콘덴서의 충전 전압 등에 응하여, 각각 독립해서 그 스위치 동작이 제어되고, 그 제어를 위해 대응하는 1차 콘덴서마다 스위칭 조정 회로(41 내지 43)가 마련되어 있다.

또한, 1차 콘덴서(21 내지 23)의 각각에 대해, 그 충전 전압을 감시하기 위한 전압 감시 회로(31 내지 33)가 설치되어 있다. 이 전압 감시 회로(31 내지 33)에 의해 검출된 각 1차 콘덴서의 충전 전압은 전환 제어 회로(5)나 직렬수 조정 회로(7)에 건네진다. 전환 제어 회로(5)는, 건네진 각 1차 콘덴서의 충전 전압과, 2차 콘덴서(6)의 충전 전압에 의거하여, 스위칭 조정 회로(41 내지 43)를 통하여, 스위칭 회로(71a 내지 73b)의 스위칭 동작의 제어를 행한다. 따라서 이 전환 제어 회로(5) 및 스위칭 조정 회로(41 내지 43)가, 본 발명에 관한 접속 제어 회로에 상당한다. 또한, 직렬수 조정 회로(7)는, 직렬 스위칭 회로(21a) 등 및 바이패스 스위칭 회로(21b) 등의 스위칭 동작의 제어를 행하고, 전원 회로(10)에 대한 1차 콘덴서의 직렬접속 상태를 조정한다. 따라서 이 직렬수 조정 회로(7) 및 직렬 스위칭 회로(21a) 등, 바이패스 스위칭 회로(21b) 등이, 본 발명에 관한 조정 회로에 상당한다. 또한, 2차 콘덴서(6)에 관해서는, 도시되지 않은 상한 전압 제어 회로가 병설되어 있다. 이 상한 전압 제어 회로는, 축전된 에너지를 부하 회로(15)측에 공급할 때에, 부하 회로(15)에 과도한 전압이 인가되지 않도록 2차 콘덴서(6)의 상한 전압(예를 들면, 3 내지 3.15V)을 제한하는 회로이다. 따라서 본 실시례에서는, 2차 콘덴서(6)는, 대강 상한 전압으로 축전된 상태로 유지되기 위해, 전원 회로(10)로부터의 충전이 행하여진다.

이와 같이 구성되는 전압 변환 회로(1)에서는, 직렬수 조정 회로(7)에 의해 전원 회로(10)에 대해 직렬로 조립되는 1차 콘덴서에 대해서는, 그 전원 회로(10)로부터 전력 공급이 행하여진다. 예를 들면, 직렬 스위칭 회로(21a, 22a, 23a)가 모두 온 상태가 되면, 전원 회로(10)로부터의 공급 전력에 의해 각 1차 콘덴서가 충전된다. 또한, 직렬 스위칭 회로가 온 상태가 되는 대신에, 바이패스 스위칭 회로가 온 상태가 되면, 그에 대응하는 1차 콘덴서에의 충전이 회피되게 된다. 그리고, 충전된 1차 콘덴서의 전력이, 스위칭 회로(71a)와의 동작을 통하여 순차적으로 2차 콘덴서(6)에 대해 인도됨으로써, 2차 콘덴서(6)에의 충전이 행하여지게 된다.

여기서, 진동발전 장치(11)로부터 2차 콘덴서(6)에의 충전 동작에 관해, 도 2에 의거하여 설명한다. 당해 충전 동작은, 상기 전환 제어 회로(5), 직렬수 조정 회로(7), 전압 감시 회로(31 내지 33), 스위칭 조정 회로(41 내지 43)가 협동해서 실행되고, 이에 의해 전원 회로(10)의 출력 전압이, 부하 회로(15)의 구동 전압에 상당하는 2차 콘덴서(6)의 충전 전압까지 강압되게 된다. 도 2는, 전압 감시 회로(31 내지 33), 스위칭 조정 회로(41 내지 43), 전환 제어 회로(5), 직렬수 조정 회로(7)에서 발휘되는 기능을 이미지화하여 도시한 기능 블록도이다. 각 회로는, 도 2에 도시하는 기능부 이외의 기능부를 갖고 있어도 물론 상관없다.

전압 감시 회로(31 내지 33)에는, 충전 전압 감시부(101), 스위칭 전환 요구부(102), 방전 종료 통지부(103)가 형성된다. 충전 전압 감시부(101)는, 전압 감시 회로(31 내지 33)가 각각 대응하여 있는 1차 콘덴서(21 내지 23)의 충전 전압을 항상 감시하고 있다. 이 감시에 의해 취득된 각 1차 콘덴서의 충전 전압치는, 적절한 타이밍에서 전환 제어 회로(5)에 건네진다. 스위칭 전환 요구부(102)는, 1차 콘덴서에 저장된 에너지를 2차 콘덴서(6)에 옮기기 위해, 대응하는 스위칭 회로(71a 내지 73b)를 전환하여, 당해 1차 콘덴서와 2차 콘덴서(6)를 접속 상태로 하기 위해 전환 제어 회로(5)에 대해 전환 요구를 낸다. 또한, 이 전환 요구를 내는 조건은, 1차 콘덴서(21 내지 23)의 충전 전압과 2차 콘덴서(6)의 충전 전압의 상관이 충족되어야 할, 전하의 이동 효율에 관한 소정의 조건이다(그 상세에 관해서는 후술한다). 다음에, 방전 종료 통지부(103)는, 상기한 1차 콘덴서로부터 2차 콘덴서(6)에의 전력 공급에 의해, 1차 콘덴서의 충전 전압이 소정의 임계치까지 저하되어 온 때에, 전환 제어 회로(5)에 대해 방전 종료를 통지한다.

다음에, 전환 제어 회로(5)에는, 전환 우선 순위 결정부(201), 접속 상태 확인부(202), 접속 허가부(203), 차단 지시부(204)가 형성된다. 전환 우선 순위 결정부(201)는, 스위칭 회로(71a 내지 73b)에 의해 2차 콘덴서(6)에 대해 복수의 1차 콘덴서(21 내지 23)가 동시에 접속되지 않도록, 즉 1차 콘덴서 사이에서의 단락이 회피되도록, 그 접속을 위한 우선 순위를 결정한다. 또한, 전환 우선 순위 결정부(201)의 대상이 되는 1차 콘덴서는, 상기 스위칭 전환 요구부(102)에 의해 전환 요구가 나오게 된 1차 콘덴서가 된다. 접속 상태 확인부(202)는, 2차 콘덴서(6)에 대해 어느 하나의 1차 콘덴서가 접속 상태가 되어 있는지의 여부에 관해 확인을 행한다. 접속 허가부(203)는, 접속 상태 확인부(202)에 의해 확인된 상황에 의거하여, 2차 콘덴서(6)에 대한 1차 콘덴서의 접속을 허가한다. 차단 지시부(204)는, 상기한 방전 종료 통지부(103)로부터의 통지에 의거하여, 대상이 되는 1차 콘덴서와 2차 콘덴서(6)와의 접속 상태를 해소하기 위해 차단 지시를 스위칭 조정 회로(41 내지 43)에 낸다.

다음에, 각 스위칭 조정 회로에는, 스위칭 실행부(301)가 형성된다. 스위칭 실행부(301)는, 상기한 접속 허가부(203)로부터의 허가 신호, 또는 상기한 차단 지시부(204)로부터의 차단 지시에 따라, 대응하는 스위칭 회로(71a 내지 73b)의 스위칭 동작을 제어한다.

또한, 직렬수 조정 회로(7)에는, 콘덴서 상태 감시부(401), 직렬수 결정부(402), 직렬상태 전환부(403)가 형성된다. 콘덴서 상태 감시부(401)는, 전원 회로(10)에 대해 직렬 접속된 1차 콘덴서의 직렬수 전환에 관해, 1차 콘덴서(21 내지 23) 및 2차 콘덴서(6)에 관한 소정의 상태를 감시한다. 예를 들면, 각 1차 콘덴서와 2차 콘덴서(6)와의 사이에서 행하여지는 전력의 수수 상태는, 후술하는 바와 같이 당해 직렬수에 관여하는 것이기 때문에, 콘덴서 상태 감시부(401)의 감시 대상이 된다. 직렬수 결정부(402)는, 콘덴서 상태 감시부(401)에 의한 감시 결과에 의거하여, 전원 회로(10)에 대해 직렬 접속되는 1차 콘덴서의 직렬수를 결정한다. 또한, 직렬상태 전환부(403)는, 직렬수 결정부(402)가 결정한 직렬수에 따라, 실제로 전원 회로(10)에 대한 1차 콘덴서와의 접속 상태를 전환하여 간다.

이와 같이 형성된, 전압 감시 회로(31 내지 33), 전환 제어 회로(5), 스위칭 조정 회로(41 내지 43), 직렬수 조정 회로(7)에 의해, 전압 변환 회로(1)에서는, 대별하여, 각 1차 콘덴서로부터 2차 콘덴서(6)에의 충전과, 전원 회로(10)로부터 각 1차 콘덴서에의 전력 공급이 행하여진다. 그래서, 우선, 전자(前者)의 상세에 관해 설명한다.

<각 1차 콘덴서로부터 2차 콘덴서(6)에의 충전 처리>

또한, 이하의 처리항목(1) 내지 (5)의 순서는 한정적인 것이 아니라, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 처리항목의 순서는 적절히 조정되어도 상관없다.

(1) 전원 회로(10)로부터의 출력 전류는, 전원 회로(10)에 대해 직렬접속 상태가 되어 있는 각 1차 콘덴서에 축적되고, 각 1차 콘덴서의 충전 전압이 상승한다. 이 1차 콘덴서의 충전 전압의 변동은, 대응하는 전압 감시 회로의 충전 전압 감시부(101)에 의해 감시된다.

(2) 충전 전압 감시부(101)에 의해 감시되고 있는 각 1차 콘덴서의 충전 전압이 기준이 되는 소정 접속 전압에 도달하면, 스위칭 전환 요구부(102)가 전환 요구를 전환 제어 회로(5)에 대해 보낸다.

여기서, 소정 접속 전압은, 각 1차 콘덴서와 2차 콘덴서(6)가 접속된 때에, 1차 콘덴서로부터 2차 콘덴서(6)에의 전하의 이동 효율이 양호한 값이 되도록 결정된다. 그래서, 소정 접속 전압의 결정에 관해, 도 3에 의거하여 설명한다. 도 3은, 1차 콘덴서와 2차 콘덴서가 접속된 때에, 1차 콘덴서로부터 2차 콘덴서에의 전하의 이동 효율을, 각 콘덴서의 충전 전압마다 나타내고 있다. 또한, 이 전하의 이동 효율은 이론적으로 하기 식에 따라 산출된 것이다.

전하의 이동 효율 = (접속에 의한 2차 콘덴서의 에너지 증가분)

/(1차 콘덴서의 에너지 감소분)

도 3의 상단(a)은, 1차 콘덴서와 2차 콘덴서의 용량이 함께 10㎌인 경우이고, 하단(b)은, 1차 콘덴서의 용량이 1㎌, 2차 콘덴서의 용량이 10000000㎌인 경우이다. 또한, 각 콘덴서의 충전 전압의 초기(初期)란, 접속을 시작한 타이밍에서의 충전 전압이고, 종지(終止)란, 접속을 마치고 차단한 타이밍에서의 충전 전압이다. 도 3으로부터도 분명한 바와 같이, 1차 콘덴서와 2차 콘덴서의 용량에 관계없이, 초기에서 1차 콘덴서의 충전 전압과 2차 콘덴서의 충전 전압과의 전압차가 작아질수록, 전하의 이동 효율이 상승하는 경향이 있다.

그래서, 본 실시례에서는, 전하의 이동 효율을 대강 85% 이상에 도달시키기 위해, 1차 콘덴서와 2차 콘덴서의 전압차가, 초기의 1차 콘덴서의 충전 전압이, 초기의 2차 콘덴서의 충전 전압의 1.1 내지 1.2배 정도가 되는 전압이 되는 전압차일 때, 1차 콘덴서로부터 2차 콘덴서에의 전하의 이동을 행하는, 즉, 스위칭 전환 요구부(102)로부터 전환 요구를 전환 제어 회로(5)에 대해 보내는 것으로 한다. 구체적으로는 상술한 바와 같이, 2차 콘덴서(6)에는 상한 전압 제어 회로가 병설됨으로써, 그 충전 전압이 대강 3 내지 3.15V로 유지되어 있기 때문에, 본 실시례에서의 소정 접속 전압은, 3.3V 정도로 한다.

(3) 전환 우선 순위 결정부(201)가, 각 전압 감시 회로의 스위칭 전환 요구부(102)로부터의 전환 요구에 따라, 2차 콘덴서(6)에 대해 접속하는 1차 콘덴서의 접속 순위를 결정한다. 원칙으로서, 전환 요구가 도달한 순서로 접속 순위를 부여하지만, 접속 상태가 유지되는 기간에서 복수의 1차 콘덴서가 동시에 접속 상태가 될 가능성이 있는 경우에는, 1차 콘덴서(21), 1차 콘덴서(22), 1차 콘덴서(23)의 순서로 우선적으로 접속 순위를 부여하는 것으로 한다. 또한, 접속 순위의 부여에 관해서는, 상기 이외의 양태라도 상관없지만, 중요한 것은, 2개 이상의 1차 콘덴서가 2차 콘덴서(6)에 대해 동시에 접속된 상태가 되지 않도록, 접속 순위가 부여되는 것이다.

(4) 접속 상태 확인부(202)에 의해 2차 콘덴서(6)에 대해 어느 하나의 1차 콘덴서가 접속되어 있는지의 여부가 판정된다. 그래서, 접속되어 있지 않다고 판정되면, 최우선의 접속 순위가 부여된 1차 콘덴서와 2차 콘덴서(6)와의 접속을 허가하는 지시가, 접속 허가부(203)에 의해, 그 1차 콘덴서에 대응하는 스위칭 회로에 대해 나오게 된다. 이에 의해, 스위칭 회로의 스위칭 실행부(301)가 양 콘덴서를 접속하고, 따라서 2차 콘덴서(6)가 충전된다. 한편으로, 접속하여 있다고 판정되면, 현재 2차 콘덴서(6)에 접속되어 있는 1차 콘덴서에 대응하는, 전압 감시 회로의 방전 종료 통지부(103)로부터 방전 종료의 통지가 도달할 때까지, 접속 허가부(203)에 의한 접속을 허가한 지시의 발령은 대기 상태가 된다.

또한, 방전 종료 통지부(103)로부터의 방전 종료의 통지는, 1차 콘덴서의 충전 전압이, 2차 콘덴서(6)의 충전 전압에 가까운 값이 되었을 때에 나오게 된다. 방전 종료 통지부(103)로부터 방전 종료의 통지가 나오게 되면, 차단 지시부(204)가, 접속되어 있는 1차 콘덴서와 2차 콘덴서(6)를 차단하기 위한 차단 지시를, 그 접속되어 있는 1차 콘덴서에 대응하는 스위칭 회로에 대해 낸다. 이것을 받은 스위칭 회로의 스위칭 실행부(301)는, 1차 콘덴서와 2차 콘덴서의 접속을 차단한다. 이 차단과 동시에, 상술한 다음에 2차 콘덴서(6)에 접속되는 1차 콘덴서에 대응하는 스위칭 회로에 의한 양 콘덴서의 접속이 실행되게 된다.

여기서, 스위칭 회로에 의한 접속 및 차단시의, 1차 콘덴서와 2차 콘덴서와의 사이에서의 접속에 관한 상태 추이를 도 4의 상단(a)에 도시한다. 본 실시례에서는, 스위칭 실행부(301)가 스위칭 회로를 접속 상태(온 상태)로 할 때의 접속 시정수(Δt1)는, 스위칭 회로를 차단 상태(오프 상태)로 할 때의 차단 시정수(Δt2)와 비교하고 비교적으로 길게 설정되어 있다. 예를 들면, Δt1은 약 7msec이고, Δt2는 가급적으로 0msec에 가까운 값이다. 이와 같이 접속 시정수를 비교적 길게 함으로써 전하의 이동이 완만하게 행하여지기 때문에, 가령 어느 스위칭 회로에서 차단 처리를 행하고 있는 도중에 다른 스위칭 회로에서 접속 처리를 행하여도, 각각의 스위칭 회로에 대응하는 1차 콘덴서끼리가 단락하는 것을 회피하는 것이 가능해진다. 이 결과, 상기한 바와 같이, 어느 스위칭 회로에서의 차단 처리와 다른 스위칭 회로에서의 접속 처리가 동시에 행하여져도, 1차 콘덴서끼리의 단락은 실질적으로 회피할 수 있다.

한편으로, 도 4의 하단(b)에 도시하는 바와 같이 접속 시정수(Δt1)와 차단 시정수(Δt2)를 모두 가급적으로 0msec에 가까운 값으로 하면, 어느 스위칭 회로에서의 차단 처리와 다른 스위칭 회로에서의 접속 처리가 동시에 행하여지면, 또는 양 처리의 간격이 극히 근접하여 행하여지면, 1차 콘덴서끼리에서 단락이 생길 가능성이 높아진다. 특히, 본 발명에 관한 전압 변환 회로(1)에서는, 2차 콘덴서(6)에 대해 실질적으로 1개의 1차 콘덴서만을 접속시키는 것이 긴요한 것을 근거로 하면, 1차 콘덴서끼리의 단락을 회피할 수 있는 접속 시정수(Δt1)와 접속 시정수(Δt2)의 설정은 중요하다.

(5) 상기 (1) 내지 (4)를 적절히 반복하여, 2차 콘덴서에 대해, 1차 콘덴서끼리가 단락 상태가 되지 않도록, 충전 전압이 소정 접속 전압에 도달한 1차 콘덴서를 순차적으로 접속하여 간다. 이 결과, 1차 콘덴서와 2차 콘덴서와의 사이에서 전하의 이동 효율을 85% 이상으로 유지한 상태에서, 2차 콘덴서의 충전이 행하여지게 된다.

이상을 근거로 하여, 도 5에 전압 변환 회로(1)의 동작의 타임 차트를 도시한다. 또한, 그 타임 차트에서는, 설명을 간편하게 하기 위해 1차 콘덴서의 수를 2개로 하고 있다. 도면 중 상2단은, 2개의 1차 콘덴서의 충전 전압의 추이를 나타내고, 다음의 2단은, 각 1차 콘덴서에 대응하는 스위칭 회로의 접속 상태의 변동을 나타내고, 다음의 2단은, 각 1차 콘덴서로부터 2차 콘덴서에의 방전 전류의 추이를 나타내고, 최하단은, 2차 콘덴서의 충전 전압의 추이를 나타내고 있다. 여기서, 도 중에 나타내는 중복 타이밍에서는, 2개의 1차 콘덴서에 대응하는 전압 감시 회로로부터 나와지는 전환 요구가 같은 시기에 나와져 있다(도면 중, 점선으로 둘러싸여 있는 부분을 참조할 것). 그 때문에, 일방(하단측)의 1차 콘덴서의 접속 시작 타이밍은, 전환 요구가 나와진 시기로부터 의도적으로 비켜 놓여져 있다. 이에 의해, 1차 콘덴서 사이의 단락을 회피할 수 있다.

<전원 회로(10)로부터 1차 콘덴서에의 전력 공급 처리>

다음에, 전원 회로(10)로부터 1차 콘덴서에의 전력 공급에 관해 설명한다. 본 발명에 관한 전압 변환 회로(1)에서는, 진동발전 장치(11)로부터의 효율적인 전력 공급을 도모하기 위해, 직렬수 조정 회로(7)에 의해, 전원 회로(10)에 대해 직렬 접속되는 1차 콘덴서의 수가 조정된다. 이것은, 진동발전 장치(11)와 1차 콘덴서 사이의 충전 효율은, 진동발전 장치(11)의 개방단 전압과 1차 콘덴서의 총 충전 전압과의 비율(1차 전압비)에 의거하고 변동하는 것에 의하는데, 나아가서는, 전원 회로(10)에 대해 직렬 접속할 수 있는 1차 콘덴서는, 2차 콘덴서(6)와의 사이에서 행하여지는 상기 전력 수수를 근거로 하여 결정되는 것이다. 그래서, 직렬수 조정 회로(7)는, 1차 콘덴서(21 내지 23) 및 2차 콘덴서(6)의 소정의 상태에 의거하여, 전원 회로(10)에 대해 직렬 접속된 1차 콘덴서의 수(직렬수)를 조정한다.

여기서, 진동발전 장치(11)와, 전원 회로(10)에 대해 직렬접속 상태가 되어 있는 1차 콘덴서 사이의 충전 효율(Ec1)은, 이하의 식으로 표시된다.

Ec1 = (단위 시간에 1차 콘덴서에 축적된 에너지량)

/(정합저항시(整合抵抗時)의 진동발전 장치(11)의 공급(발전) 전력량)

이와 같이 정의되는 충전 효율(Ec1)과 1차 전압비와의 이론적인 상관을 플롯하면, 도 6a에 선(L1)으로 도시하는 바와 같이, 1차 전압비가 50%일 때에 극치(極値)를 맞이하는 포물선을 묘사할 수 있다. 따라서 전원 회로(10)에 대해 직렬접속 상태가 되어 있는 1차 콘덴서의 총 충전 전압이, 진동발전 장치(11)의 개방단 전압의 반분이 되도록, 1차 콘덴서의 직렬수를 결정하면 좋다. 구체적으로는, 1차 콘덴서로부터 2차 콘덴서(6)에의 충전시에 있어서의 전압 변화가, 상기한 바와 같이, 전하의 이동 효율을 고려하여 작아지도록 설정되는 것을 근거로 하여, 당해 충전시의 1차 콘덴서의 충전 전압을, 2차 콘덴서로부터 부하 회로(16)에의 출력 전압과 같다고 간주하여, 이하의 식에 따라, 직렬수가 결정된다.

직렬수 = 진동발전 장치(11)의 개방단 전압/2/2차 콘덴서의 출력 전압 … (식 1)

예를 들면, 개방단 전압이 60V이고, 2차 콘덴서(6)의 출력 전압이 1.5V일 때는, 1차 콘덴서의 직렬수는 20이 된다. 또한, 본 명세서에서의 개방단 전압은, 진동발전 장치(11)에 의한 기전력과 동의(同義)이다.

또한, 1차 콘덴서의 충전 전압은, 엄밀하게는 스위칭 회로(71a) 등의 스위칭 동작에서 방전이 행하여짐으로서 변동한다. 그래서, 하나의 1차 콘덴서(예를 들면, 1차 콘덴서(21))에서의 스위칭 동작에 의한 1차 콘덴서로부터 2차 콘덴서(6)에의 충전 초기(충전 시작 타이밍)의 충전 전압을 V1로 하고, 동 충전의 종지 시기(충전 종료 타이밍)의 충전 전압을 V1'로 하였을 때의, 양 전압의 평균치(V1ave)(=(V1+V1')/2)를 이용하여, 이하와 같이 직렬수를 산출하여도 좋다.

직렬수 = 진동발전 장치(11)의 개방단 전압/2/V1ave … (식 1')

일반적으로, 시장에서 입수할 수 있는 콘덴서는, 그 용량은 기정치(旣定値)이기 때문에, 전원 회로(10)에 대해 직렬접속 상태가 되어 있는 1차 콘덴서의 총 충전 전압이, 정확하게 진동발전 장치(11)의 개방단 전압의 반분(50%)이 되도록, 1차 콘덴서의 직렬수를 결정하는 것은 어려운 경우가 있다. 그와 같은 경우에는, 가급적으로 전원 회로(10)에 대해 직렬접속 상태가 되어 있는 1차 콘덴서의 총 충전 전압이 진동발전 장치(11)의 개방단 전압의 반분에 근접하도록, 그것에 포함되는 1차 콘덴서의 수를 결정하면 좋다.

또한, 1차 콘덴서군(2)에 대해 부하 저항이 접속되어 있는 경우에는, 도 6b에서 선(L2)으로 도시하는 바와 같이, 또는 도 6c에서 선(L3)으로 도시하는 바와 같이, 충전 효율이 극값을 맞이할 때의 1차 전압비가 50%보다 낮아진다. 도 6b는, 내부 저항이 10MΩ 내지 20MΩ의 진동발전 장치(11)를 이용한 경우의, 1차 콘덴서에 대해 10MΩ 정도의 부하 저항이 접속된 상태의 충전 효율의 추이를 도시하는 도면이고, 도 6c는, 마찬가지의 진동발전 장치(11)를 이용한 경우의, 1차 콘덴서에 대해 100MΩ 정도의 부하 저항이 접속된 상태의 충전 효율의 추이를 도시하는 도면이다. 또한, 참고로 도 6b에서의 선(L4) 및 도 6c에서의 선(L5)은, 부하 저항에서의 전력 소비 효율을 나타낸다. 이와 같이 충전 효율의 극값이 변동하는 요인으로서는, 1차 콘덴서가, 자신에게 에너지를 축적하면서 접속되어 있는 부하 저항에 에너지를 공급하고 있는 점을 들 수 있다. 그리고, 도 1에 도시하는 전압 변환 회로(1)에서는, 1차 콘덴서군(2)에 포함된 각 1차 콘덴서에 대해 전압 감시 회로(31 내지 33)가 접속되어 있고, 이들의 회로가 부하 저항에 상당한다. 따라서 전압 변환 회로(1)에서는, 전압 감시 회로(31 내지 33)의 내부 저항을 근거로 하여, 1차 콘덴서의 직렬수를 결정하도록 하여도 좋다.

또한, 전원 회로(10)로부터 공급된 전력에 관해서는, 항상 일정하다고는 한할 수 없다. 예를 들면, 제조상의 편차에 의해 진동발전 장치(11)의 발전 능력에 편차가 생기는 경우도 있다. 또한, 진동발전 장치(11)에 관한 경년적인 변화의 측면으로부터는, 이른바 수명에 의한 발전 능력의 경년 변화나, 진동원의 변화(진동원의 강도나 진동원의 진동 주파수와 진동발전 장치(11)의 공진 주파수의 어긋남, 진동발전 장치(11)를 둘러싸는 환경 변화에 의한 발전 능력의 변동 등)에 의해, 전원 회로(11)로부터 1차 콘덴서군(2)에 대해 인가되는 전압이 변동할 수 있다. 이와 같은 공급 전압의 변화에 대해서도, 효율적인 전력 공급을 행하기 위해서는, 상기한 바와 같이, 이론적으로는 진동발전 장치(11)의 개방단 전압의 반분(50%)이 되도록, 1차 콘덴서의 직렬수를 조정하는 것이 바람직하다.

여기서, 도 7 내지 도 10에 의거하여 1차 콘덴서의 직렬수의 조정에 관해 구체적으로 설명한다. 또한, 도 7 내지 도 10에 도시하는 직렬수 조정 처리는, 직렬수 조정 회로(7)에 의해 적시(適時) 실행되는 것이다.

<직렬수 조정 처리 1>

우선, 도 7에 기재된 제1의 직렬수 조정 처리에 관해 설명한다. 당해 처리는, 1차 콘덴서로부터 2차 콘덴서(6)에의 충전 상태에 의거한 것이다. 당해 직렬수 결정 처리에서는, 우선, S101에서 콘덴서 상태 감시부(401)에 의해 2차 콘덴서(6)가 충전중인지의 여부, 즉 1차 콘덴서(21 내지 23) 중 어느 하나의 콘덴서가, 대응하는 스위칭 회로를 통하여 2차 콘덴서(6)와 접속된 상태에 있는지의 여부가 판정된다. S101에서 긍정 판정되면 본 제어를 종료하고, 부정 판정되면 S102로 진행한다. 다음에 S102에서는, 직렬수 결정부(402)가, S101에서 부정 판정된 것을 근거로 하여 2차 콘덴서(6)가 비(非)충전의 상태에서, 상기 식 1 또는 식 1'에 따라 1차 콘덴서의 직렬수를 결정한다. S102의 처리가 종료되면, S103으로 진행한다.

S103에서는, S102에서 결정된 직렬수를, 2차 콘덴서(6)가 비충전의 상태에서 실현하기 때문에, 전원 회로(10)에 대해 직렬상태를 이루는 1차 콘덴서를 결정하고, 당해 직렬상태 형성을 위해 직렬 스위칭 회로(21a 내지 23a) 및 바이패스 스위칭 회로(21b 내지 23b)의 온·오프 상태를 조정한다. 예를 들면, S102에서 결정된 직렬수가 「2」인 경우에는, 2차 콘덴서(6)가 비충전의 상태에서 전원 회로(10)에 대해 직렬 접속된 1차 콘덴서를 21, 22로 하고, 접속되지 않는 1차 콘덴서를 23으로 한다. 따라서 이 경우에는, 1차 콘덴서(21) 또는 1차 콘덴서(22)의 한쪽이 만(滿)충전 상태가 되어 2차 콘덴서(6)에 충전을 행하고 있을 때에는, 전원 회로(10)에 접속되어 있는 1차 콘덴서는, 2차 콘덴서(6)에의 충전을 행하지 않는 1개의 1차 콘덴서만으로 된다. 또한, 상기 S103의 처리는, 직렬상태 전환부(403)에 의한 것이다.

이상을 정리하면, 도 7에 도시하는 직렬수 조정 처리에 따르면, 전원 회로(10)로부터 1차 콘덴서에의 전력 공급은, 1차 콘덴서로부터 2차 콘덴서에의 전력 공급이 행하여지지 않는 기간, 즉 스위칭 회로(71a) 등이 모두 오프 상태에 있는 기간에서, 효율적으로 행할 수 있는 상태가 형성된다. 따라서 도 7에 도시하는 직렬수 조정 처리에 의하면, 전압 변환 회로(1)에서, 2차 콘덴서(6)에 충전하지 않는 기간이, 충전하고 있는 기간보다도 비교적 긴 경우에, 유용한 1차 콘덴서의 직렬수 조정이 행하여지게 된다.

<직렬수 조정 처리 2>

다음에, 도 8에 기재된 제2의 직렬수 조정 처리에 관해 설명한다. 당해 처리도, 제1의 직렬수 조정 처리와 마찬가지로, 1차 콘덴서로부터 2차 콘덴서(6)에의 충전 상태에 의거한 것이다. 당해 직렬수 결정 처리에서는, 우선, S101과 마찬가지로, S201에서 콘덴서 상태 감시부(401)에 의해 2차 콘덴서(6)가 충전중인지의 여부가 판정된다. S201에서 긍정 판정되면 S202로 진행하고, 부정 판정되면 본 제어를 종료한다. 다음에 S202에서는, 직렬수 결정부(402)가, S201에서 긍정 판정된 것을 근거로 하여 2차 콘덴서(6)가 충전되고 있는 상태에서, 상기 식 1 또는 식 1'에 따라 1차 콘덴서의 직렬수를 결정한다. S202의 처리가 종료되면, S203으로 진행한다.

S203에서는, S202에서 결정된 직렬수를, 2차 콘덴서(6)가 충전되고 있는 상태에서 실현하기 위해, 전원 회로(10)에 대해 직렬상태를 이루는 1차 콘덴서를 결정하고, 당해 직렬상태 형성을 위해 직렬 스위칭 회로(21a 내지 23a) 및 바이패스 스위칭 회로(21b 내지 23b)의 온·오프 상태를 조정한다. 예를 들면, S102에서 결정된 직렬수가 「2」인 경우에는, 2차 콘덴서(6)가 비충전의 상태에서 전원 회로(10)에 대해 직렬 접속된 1차 콘덴서의 수는 「3」이 된다. 따라서 당해 비충전의 상태에서는, 1차 콘덴서(21 내지 23)가 접속 상태가 된다. 그리고, 1차 콘덴서(21 내지 23)의 어느 하나가 2차 콘덴서(6)에 대해 충전을 행하고 있을 때에는, 나머지 2개의 1차 콘덴서가 전원 회로(10)로부터 전력 공급을 받고, 그 때의 공급 효율의 최선화가 도모되게 된다. 또한, 상기 S203의 처리는, 직렬상태 전환부(403)에 의한 것이다.

이상을 정리하면, 도 8에 도시하는 직렬수 조정 처리에 따르면, 전원 회로(10)로부터 1차 콘덴서에의 전력 공급은, 1차 콘덴서로부터 2차 콘덴서에의 전력 공급이 행하여지고 있는 기간, 즉 어느 하나의 스위칭 회로(71a) 등의 쌍(對)이 온 상태에 있는 기간에서, 효율적으로 행할 수 있는 상태가 형성되고, 당해 전력 공급이 행하여지지 않는 기간에서는, 전원 회로(10)로부터의 전력 공급의 효율은 약간 저하되게 된다. 따라서 도 8에 도시하는 직렬수 조정 처리에 의하면, 전압 변환 회로(1)에서, 2차 콘덴서(6)에 충전하고 있는 기간이, 충전하지 않는 기간보다도 비교적 긴 경우에, 유용한 1차 콘덴서의 직렬수 조정이 행하여지게 된다.

<직렬수 조정 처리 3>

다음에, 도 9에 기재된 제3의 직렬수 조정 처리에 관해 설명한다. 또한, 당해 처리에서는, 1차 콘덴서의 직렬수는, 미리 소정수로 결정되어 있는 것을 전제로 한다. 우선, S301에서는, 콘덴서 상태 감시부(401)에 의해, 2차 콘덴서(6)에의 충전을 행하고 있는 1차 콘덴서가, 전환됐는지의 여부가 판정된다. 즉, 전환 제어 회로(5)에 의한 1차 콘덴서와 2차 콘덴서(6)와의 접속 상태에 변화가 있었는지 여부가 판정된다. S301에서 긍정 판정되면 S302로 진행하고, 부정 판정되면 본 처리를 종료한다. S302에서는, 직렬상태 전환부(403)에 의해, 미리 결정되어 있는 직렬수가 유지되도록, 전원 회로(10)에 대한 1차 콘덴서의 직렬상태가 적절히 변환된다. 이와 같이 본 처리는, 2차 콘덴서(6)의 충전 상태에 주목하고, 그 충전 상태가 전환된 것으로서, 1차 콘덴서(6)의 직렬접속 상태가 조정된다.

예를 들면, 상기 식 1에 따라 1차 콘덴서의 직렬수가 「2」로 결정되어 있는 경우, 1차 콘덴서(21, 22)가 직렬상태가 되도록 직렬 스위칭 회로(21a 내지 23a) 및 바이패스 스위칭 회로(21b 내지 23b)의 온·오프 상태가 조정된다. 여기서, 한쪽의 1차 콘덴서(21)로부터 2차 콘덴서(6)에의 충전이 행하여지면, 1차 콘덴서(21)가 전원 회로(10)로부터 분리된 상태가 되기 때문에, 직렬수의 수가 당초 설정한 값보다 적어져 버려, 전원 회로(10)로부터의 효율적인 전력 공급을 행할 수가 없게 된다. 그래서, 2차 콘덴서(6)에의 충전을 위해 1차 콘덴서(21)가 분리된 상태가 되면, 그때까지 전원 회로(10)에 직렬 접속되지 않았던 1차 콘덴서(23)를 직렬 접속하기 위해, 직렬 스위칭 회로(23a)가 온 상태가 되고, 바이패스 스위칭 회로(23b)가 오프 상태가 된다. 이와 같이, 본 처리에 따르면, 2차 콘덴서(6)에의 충전 상태에 관계없이, 1차 콘덴서의 직렬수를 소정수로 유지할 수 있고, 따라서 효율적인 전력 공급이 도모된다.

또한, 1차 콘덴서의 직렬수에 관해서는, 적절한 타이밍에서 다시 산출하여 고쳐도 좋다. 특히, 전원 회로(10)로부터의 공급 전력의 변동이 예상되는 타이밍에서 직렬수의 산출이 행하여짐으로써, 전원 회로(10)의 특성에 응한, 보다 효율적인 1차 콘덴서에의 전력 공급이 가능해진다. 또한, 상기 S402, S403의 처리는, 직렬상태 전환부(403)에 의한 것이다.

<직렬수 조정 처리 4>

다음에, 도 10에 기재된 제4의 직렬수 조정 처리에 관해 설명한다. 또한, 당해 처리에서는, 1차 콘덴서의 직렬수는, 미리 소정수로 결정되어 있는 것을 전제로 한다. 우선, S401에서는, 미리 결정된 소정수에 대응하는 소정의 1차 콘덴서가, 전원 회로(10)에 대해 직렬접속 상태에 있는지의 여부가 판정된다. S401에서 긍정 판정되면, 1차 콘덴서에 대해 전원 회로(10)로부터 효율적인 전력 공급이 행하여지고 있는 것을 의미하고, 따라서 본 제어를 종료한다. 한편으로, S401에서 부정 판정되면, 소정의 1차 콘덴서의 적어도 하나가, 2차 콘덴서에의 충전을 행하고 있든지, 또는 만충전 상태에 이르고 2차 콘덴서에의 충전을 대기하고 있는 상태(이후, 「대기 상태」라고도 한다)에 있는 것을 의미한다. 따라서 그 경우에는, 1차 콘덴서에 대해 전원 회로(10)로부터 효율적인 전력 공급이 행하여지지 않게 되기 때문에, S402의 처리가 행하여진다.

S402에서는, 전원 회로(10)에 대해 직렬접속 상태가 되도록 조립되는 예비적인 1차 콘덴서를 결정하고, S403에서는, 당해 예비적인 1차 콘덴서를 조립하기 위해, 당해 1차 콘덴서에 대응하는 직렬 스위칭 회로와 바이패스 스위칭 회로의 온·오프 상태가 제어된다. 이와 같이 본 처리는, 1차 콘덴서의 전원 회로(10)에 대한 직렬접속 상태에 주목하고, 그 직렬접속 상태가 전환된 것으로서, 예비적인 1차 콘덴서가 전원 회로(10)에 대해 조립되게 된다. 이 예비적인 1차 콘덴서는, 소정의 1차 콘덴서가 전원 회로(10)로부터 분리된 때에, 전원 회로(10)로부터 수시로 공급되어 오는 전력을 낭비 없이 회수하는 것을 목적으로 하여 전압 변환 회로(1)의 1차 콘덴서군(2)의 중에 여분으로 조립되어 있는 1차 콘덴서이다. 또한, 예비적인 1차 콘덴서의 다른 방법으로서, 소정의 1차 콘덴서가 직렬접속 상태가 되어 있지 않다고 판단된 시점에서, 전원에 대해 직렬접속 상태를 형성함으로써 전력 공급을 받을 수 있는 1차 콘덴서가 존재하고 있는 것이면, 당해 1차 콘덴서가 항상적인 예비의 1차 콘덴서가 아니라도, 본 실시례에서의 예비적인 1차 콘덴서로서 사용하여도 상관없다.

<직렬수 조정 처리 5>

다음에, 제5의 직렬수 조정 처리에 관해 도 11 및 도 12에 의거하여 설명한다. 도 11은, 전압 변환 회로(1)의 다른 실시례를 도시하는 도면이고, 도 1에 도시하는 전압 변환 회로(1)와 같은 구성 요소에 관해서는, 동일한 참조 번호를 붙이고 그 상세한 설명은 할애한다. 여기서, 도 11에 도시하는 전압 변환 회로(1)의 구성 요소 중, 도 1에 도시하는 전압 변환 회로(1)의 구성 요소와 상위한 것은, 1차 콘덴서의 각각에 관해, 대응하는 직렬 스위칭 회로가 1차 콘덴서의 단자 사이 전압의 상한치(이하, 단지 「상한 전압」이라고도 한다)를 제한한 기능에 대신하여, 제너 다이오드에 의한 1차 콘덴서의 상한 전압의 조정 기능이 조립되어 있는 점이다. 구체적으로는, 제1 콘덴서(21)에 대해서는, 제너 다이오드(21c)가 제1 콘덴서(21)와 병렬로 마련되고, 제1 콘덴서(22)에 대해서는, 제너 다이오드(22c)가 제1 콘덴서(22)와 병렬로 마련되고, 제1 콘덴서(23)에 대해서는, 제너 다이오드(23c)가 제1 콘덴서(23)와 병렬로 마련되어 있다. 이와 같이, 제너 다이오드(21c 내지 23c)가 마련됨으로써, 대응하는 제1 콘덴서(21 내지 23)의 각각의 상한 전압이 제너 다이오드에 응한 값으로 제한되게 된다. 즉, 제너 다이오드(21c 내지 23c)는, 각 1차 콘덴서에 공급하는 전력을, 각 제너 다이오드와 함께 마련되어 있는 도시하지 않은 저항부에서 소비함으로써, 1차 콘덴서의 상한 전압을 조정하는 것이다.

이와 같이 제너 다이오드를 이용함으로써, 전압 변환 회로(1)에서, 상술한 직렬 스위칭 회로(21a) 등에 관한 제어를 줄일 수 있고, 따라서 직렬수 조정 회로(7)에 의한 제어 내용도 간소화하는 것이 가능해진다. 그러나, 제너 다이오드에서는, 말하자면 공급 전력을 소비함으로써 1차 콘덴서의 단자 사이 전압을 유지하는 것이기 때문에, 가능한 한, 만충전 상태에 이르렀던 1차 콘덴서에 대해 전원 회로(10)로부터 전력 공급이 행하여지지 않는 쪽이 바람직하다. 그래서, 제1 콘덴서가 만충전 상태에 이르렀던 경우에는, 대응하는 바이패스 스위칭 회로를 온 상태로 함으로써, 공급 전력이 제너 다이오드에 유압되는 것을 회피하는 것이 바람직하다. 그러나, 이와 같이 바이패스 스위칭 회로를 온 상태로 하면, 전원 회로(10)에 대해 직렬상태가 된 1차 콘덴서의 수가 감소하게 되기 때문에, 전원 전압(10)과 1차 콘덴서 사이의 전력 공급이 효율적으로 행할 수 있는 상태로부터 빗나가 버릴 가능성이 있다.

이상을 근거로 하여, 도 12에 도시하는 직렬수 조정 처리가 직렬수 조정 회로(7)에 의해 실행된다. 또한, 당해 처리에서도, 제4의 직렬수 조정 처리와 마찬가지로, 1차 콘덴서의 직렬수는, 미리 소정수로 결정되어 있는 것을 전제로 한다. 우선, S501에서는, 미리 결정된 소정수에 대응하는 소정의 1차 콘덴서에서, 만충전 상태에 이르러 2차 콘덴서(6)에 대해 충전할 수 있도록 대기 상태에 있는 것이 존재하고 있는지의 여부가 판정된다. S501에서 긍정 판정되면, 제너 다이오드에서의 전력 소비를 회피하기 위해 전력 공급의 바이패스가 행하여지고, 그 결과, 효율적인 전력 공급이 행하여지지 않는 상태에 있는 것을 의미한다. 따라서 그 경우는, S502로 진행한다. 한편으로, S501에서 부정 판정되면, 전력 공급의 바이패스는 행하여지지 않기 때문에 본 제어를 종료한다.

S502에서는, 전원 회로(10)에 대해 직렬접속 상태가 되도록 조립되는 예비적인 1차 콘덴서를 결정하고, S503에서는, 당해 예비적인 1차 콘덴서를 조립하기 위해, 당해 1차 콘덴서에 대응하는 바이패스 스위칭 회로의 온·오프 상태가 제어된다. 이와 같이 본 처리는, 제너 다이오드를 이용하여 1차 콘덴서의 단자 사이 전압을 제한하고 있는 경우에도, 전원 회로(10)로부터 1차 콘덴서에의 효율적인 전력 공급을 실현하는 것이 가능해진다. 또한, 본 처리에 관한 예비적인 1차 콘덴서에 관해서는, 제4의 직렬수 조정 처리에 관한 예비적인 1차 콘덴서와 동의이다. 또한, 상기 S502, S503의 처리는, 직렬상태 전환부(403)에 의한 것이다.

이와 같이 제1의 직렬수 조정 처리로부터 제5의 직렬수 조정 처리가 행하여지는 전압 변환 회로(1)에서는, 진동발전 장치(11)를 포함하는 전원 회로(10)로부터 1차 콘덴서군(2)에의 충전 효율도 양호하게 유지되기 때문에, 전압 변환 회로(1) 전체로서, 진동발전 장치(11)로부터 2차 콘덴서에의 전압 강하 및 충전의 효율은 극히 양호한 것으로 된다. 또한, 1차 콘덴서로부터 2차 콘덴서(6)에의 충전에 관해서는, 각 1차 콘덴서의 충전 전압을 감시하고 나서 2차 콘덴서(6)에의 전하 이동이 행하여짐으로써, 1차 콘덴서의 용량에 다소의 편차가 존재하여도, 적절한 2차 콘덴서의 충전이 실현된다.

<변형례>

상기한 실시례에서는, 2차 콘덴서(6)는 1개의 콘덴서에 의해 구성되었지만, 이것을 복수의 콘덴서로 구성하여도 상관없다. 또한, 콘덴서끼리의 접속 형태는 직렬, 병렬의 어느 것이라도 좋고, 또한 직렬, 병렬의 조합이라도 좋다. 이 경우, 1차 콘덴서의 충전 전압과 2차 콘덴서(6)의 충전 전압 사이의 상술한 상관에 관해서는, 복수의 콘덴서에 의해 구성되는 2차 콘덴서 전체와, 1차 콘덴서와의 사이에서 성립하면, 1차 콘덴서로부터 2차 콘덴서 전체에의 효율적인 전하 이동이 가능하다. 또한, 부하 회로(15)와, 2차 콘덴서를 구성하는 복수의 콘덴서와의 접속 상태를 적절히 조정함으로써, 전압 변환 회로(1)가, 부하 회로(15)에 대한 복수의 출력 전압을 갖는 것이 된다.

1 : 전압 변환 회로
2 : 1차 콘덴서군
5 : 전환 제어 회로
6 : 2차 콘덴서
7 : 직렬수 조정 회로
10 : 전원 회로
11 : 진동발전 장치
12 : 정류 회로
15 : 부하 회로
21 내지 23 : 1차 콘덴서
21a 내지 23a : 직렬 스위칭 회로
21b 내지 23b : 바이패스 스위칭 회로
21c 내지 23c : 제너 다이오드
31 내지 33 : 전압 감시 회로
41 내지 43 : 스위칭 조정 회로
71a, 71b : 스위칭 회로
72a, 72b : 스위칭 회로
73a, 73b : 스위칭 회로

Claims

전원으로부터 충전되는 복수의 1차 콘덴서와,
상기 복수의 1차 콘덴서의 각각에 대해 병렬로 접속되고, 부하 회로에의 공급 전압으로 충전 가능한 2차 콘덴서와,
상기 복수의 1차 콘덴서의 각각에 대응하여 마련되고, 그 1차 콘덴서와 상기 2차 콘덴서와의 접속 상태를 전환하는 복수의 스위칭 회로와,
충전 전압이 상기 2차 콘덴서의 충전 전압보다 높은 소정 접속 전압에 도달한 상기 1차 콘덴서의 각각을 상기 2차 콘덴서에 대해 대응하는 상기 스위칭 회로를 통하여 순차적으로 접속하는 접속 제어 회로와,
상기 전원으로부터 상기 복수의 1차 콘덴서측에의 전력 공급 효율을 소정 효율로 유지하기 위해, 그 복수의 1차 콘덴서에 포함되는 적어도 일부의 1차 콘덴서가 상기 전원에 대해 직렬접속 상태가 되도록, 그 전원과 그 복수의 1차 콘덴서와의 접속 상태를 조정하는 조정 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 전압 변환 회로.
제1항에 있어서,
상기 조정 회로는, 상기 복수의 1차 콘덴서측부터 상기 2차 콘덴서에의 충전 상태에 의거하여, 상기 전원과 그 복수의 1차 콘덴서와의 접속 상태를 조정하는 것을 특징으로 하는 전압 변환 회로.
제2항에 있어서,
상기 조정 회로는, 상기 복수의 1차 콘덴서측부터 상기 2차 콘덴서에의 충전이 행하여지지 않는 상태에서 상기 전원으로부터 상기 복수의 1차 콘덴서측에의 전력 공급이 상기 소정 효율로 행하여지도록, 상기 전원에 대해 직렬접속 상태로 하여야 할 1차 콘덴서를 상기 복수의 1차 콘덴서의 중에서 선택하고, 그 직렬접속 상태를 형성하는 것을 특징으로 하는 전압 변환 회로.
제2항에 있어서,
상기 조정 회로는, 상기 복수의 1차 콘덴서측부터 상기 2차 콘덴서에의 충전이 행하여지고 있는 상태에서 상기 전원으로부터 상기 복수의 1차 콘덴서측에의 전력 공급이 상기 소정 효율로 행하여지도록, 상기 전원에 대해 직렬접속 상태로 하여야 할 1차 콘덴서를 상기 복수의 1차 콘덴서의 중에서 선택하고, 그 직렬접속 상태를 형성하는 것을 특징으로 하는 전압 변환 회로.
제2항에 있어서,
상기 조정 회로는, 상기 접속 제어 회로에 의해 행하여지는 상기 2차 콘덴서에 충전을 행하는 1차 콘덴서의 전환에 의거하여, 상기 전원으로부터 상기 복수의 1차 콘덴서측에의 전력 공급이 상기 소정 효율로 행하여지도록, 상기 전원에 대해 직렬접속 상태로 하여야 할 1차 콘덴서를 상기 복수의 1차 콘덴서의 중에서 선택하고, 그 직렬접속 상태를 형성하는 것을 특징으로 하는 전압 변환 회로.
제1항에 있어서,
상기 조정 회로는, 상기 복수의 1차 콘덴서에 포함되고 또한 상기 전원에 대해 직렬접속 상태가 되도록 설정되어 있는 소정의 1차 콘덴서에 관한, 그 전원과의 접속 상태에 의거하여, 그 복수의 1차 콘덴서에 포함되고 또한 그 소정의 1차 콘덴서와는 다른 예비적 1차 콘덴서와, 그 전원과의 직렬접속 상태를 조정하는 것을 특징으로 하는 전압 변환 회로.
제6항에 있어서,
상기 조정 회로는, 상기 소정의 1차 콘덴서가 상기 전원에 대해 직렬접속 상태가 되지 않는 경우에, 상기 예비적 1차 콘덴서를 그 전원에 대해 직렬접속 상태가 되도록 추가적으로 접속하는 것을 특징으로 하는 전압 변환 회로.
제6항에 있어서,
상기 복수의 1차 콘덴서의 각각에 대해, 그 단자 사이 전압이 소정 전압을 초과하지 않도록 제너 다이오드를 포함하는 과전압 방지 회로가 마련되고,
상기 조정 회로는, 상기 소정의 1차 콘덴서가 상기 전원으로부터 전력 공급을 받고 있는 상태에서 상기 과전압 방지 회로에 의해 그 단자 사이 전압이 상기 소정 전압으로 제한되어 있는 경우에, 단자 사이 전압을 그 소정 전압으로 제한되어 있는 그 소정의 1차 콘덴서에 대신하여 상기 예비적 1차 콘덴서를 그 전원에 대해 직렬접속 상태가 되도록 전환하는 것을 특징으로 하는 전압 변환 회로.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접속 제어 회로는, 상기 2차 콘덴서에 대한 상기 1차 콘덴서와의 접속 상태를, 그 1차 콘덴서끼리가 전기적으로 단락하지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전압 변환 회로.
제1항에 기재된 전압 변환 회로 및 상기 부하 회로를 갖는 전자 기기로서,
상기 전원의 출력 전압이 상기 전압 변환 회로에 의해 상기 부하 회로에의 공급 전압으로 강압되는 것을 특징으로 하는 전자 기기.