KR20130014060A

KR20130014060A - 전압 변환 회로, 및 전자 기기

Info

Publication number: KR20130014060A
Application number: KR1020127031010A
Authority: KR
Inventors: 미사토 나베토; 켄지 사쿠라이; 타츠아키라 마사키; 히로시 사메시마; 히로시 츠지
Original assignee: 오므론 가부시키가이샤
Priority date: 2010-07-02
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2013-02-06
Also published as: JP5310662B2; WO2012002007A1; JP2012016225A; CN102959842B; US9143050B2; US20130201742A1; KR101360667B1; EP2590305A1; EP2590305A4; CN102959842A; EP2590305B1; EP2590305B8

Abstract

전압 변환 회로에서, 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 회로를 구비한다. 충전 전압이 2차 콘덴서의 충전 전압보다 높은 소정 접속 전압에 도달한 1차 콘덴서의 각각을 2차 콘덴서에 대해, 1차 콘덴서끼리의 단락이 생기지 않도록 순차적으로 대응하는 스위칭 회로를 통하여 접속한다.

Description

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

본 발명은, 교류 전원의 출력 전압을 부하 회로에의 공급 전압으로 강압하는 전압 변환 회로, 및 그것을 하는 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, 일상의 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 종래로부터 검토되고 있다.

예를 들면, 그 진동 발전 장치가 갖는 출력 임피던스에 기인하여 소망하는 전압 강하가 곤란해지는 것에 입각하여, 전압 변환 효율의 저하를 억제하는 기술이 공개되어 있다(특허문헌1을 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, 특허문헌2에 도시하는 기술이 개시되어 있다. 당해 기술에서는, 진동 발전 장치로부터의 전력 출력을 제어하는 스위치의 ON, OFF 제어를, 진동의 주기에 의거하여 행함으로써, 전력의 출력 주기가 변동된다.

특허문헌1 : 일본국 공개특허공보 「특개2009-124807호 공보」 특허문헌2 : 일본국 공개특허공보 「특개2005-130624호 공보」 특허문헌3 : 일본국 공개특허공보 「특개2005-198453호 공보」

교류 전원의 출력 전압을 직렬 접속된 복수의 콘덴서에 한 번 충전하고, 그 후 그들의 콘덴서에서의 충전 에너지를, 각 콘덴서에 대해 병렬 접속된 부하 회로에 동시에 공급함으로써, 교류 전원의 출력 전압을 강압하는 경우, 각 콘덴서의 용량에 편차가 있으면, 그 영향에 의해 콘덴서로부터 부하 회로에의 전력 공급의 효율을 최적의 상태로 유지하는 것이 곤란해진다. 일반적으로 콘덴서 용량을 엄밀하게 정돈하는 것은 곤란하기 때문에, 종래 기술에서는, 전력 공급 효율을 알맞게 유지하기는 어렵다.

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

본 발명에서는, 상기 과제를 해결하기 위해, 교류 전원과 부하 회로와의 사이에 마련된 전압 변환 회로에서, 전원으로부터 충전되는 복수의 1차 콘덴서를 마련하고, 그리고, 2차 콘덴서의 충전 전압보다 높은 상태까지 충전된 1차 콘덴서의 각각을 개별적으로 또한 순차적으로 2차 콘덴서에 접속함으로써, 양호한 효율로 2차 콘덴서측에 충전하는 것으로 하였다.

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 회로로서, 그 2차 콘덴서에 대한 그 1차 콘덴서의 접속 상태를 그 1차 콘덴서끼리가 전기적으로 단락하지 않도록 제어하는 접속 제어 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 1개의 콘덴서 또는 복수의 콘덴서를 포함하고 형성되어도 좋다. 중요한 것은, 2차 콘덴서는, 복수의 1차 콘덴서의 각각에 대해 스위칭 회로를 통하여 접속되거나, 차단되거나 하는 구성이면 좋고, 2차 콘덴서 자체를 형성한 콘덴서의 수나 그 콘덴서끼리의 접속 형태는 적절히 채용하면 좋다.

여기서, 각 1차 콘덴서와 2차 콘덴서와의 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. 즉, 상기 접속 제어 회로는, 1차 콘덴서로부터 2차 콘덴서에의 충전에 있어서, 알맞은 충전 효율, 환언하면 알맞은 전압 변환 효율이 실현 가능한 1차 콘덴서와 2차 콘덴서와의 접속, 차단을 제어한다. 또한, 접속 제어 회로에 의한 접속에서는, 1차 콘덴서끼리가 전기적으로 단락 상태가 되지 않도록, 상기 조건을 충족시키는 1차 콘덴서와 2차 콘덴서와의 접속 상태가 제어된다. 1차 콘덴서 끼리에서 단락이 생기면, 2차 콘덴서에의 알맞은 충전이 곤란해지기 때문이다.

이와 같이 복수의 1차 콘덴서의 각각의 충전 전압과 2차 콘덴서의 충전 전압과의 상관에 응하여, 접속 제어 회로가 1차 콘덴서와 2차 콘덴서와의 접속 상태를 제어하는 구성을 채용함으로써, 1차 콘덴서의 용량에 포함되는 편차가 비교적 크게 되어도, 2차 콘덴서와의 접속은, 각 1차 콘덴서의 충전 전압에 의거하여 제어되게 되고, 이로써 2차 콘덴서의 충전에 대한 1차 콘덴서의 용량의 편차의 영향을 가급적 배제할 수 있다. 또한, 1차 콘덴서끼리의 단락을 회피하기 위해, 1차 콘덴서의 접속 상태가 제어됨으로써, 1차 콘덴서를 통한 전원으로부터 2차 콘덴서에의 충전, 전압 변환은, 알맞은 효율하에서 실현 가능하다.

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 2a는 전원 회로의 출력 전압에 대한 1차 콘덴서군의 총 충전 전압의 비율과, 그 충전 효율과의 상관을 도시하는 제 1의 도면.
도 2b는 전원 회로의 출력 전압에 대한 1차 콘덴서군의 총 충전 전압의 비율과, 그 충전 효율과의 상관을 도시하는 제 2의 도면.
도 2c는 전원 회로의 출력 전압에 대한 1차 콘덴서군의 총 충전 전압의 비율과, 그 충전 효율과의 상관을 도시하는 제 3의 도면.
도 3은 도 1에 도시하는 전압 변환 회로에서 발휘되는 기능을 이미지화한 기능 블록도.
도 4는 1차 콘덴서의 충전 전압과 2차 콘덴서의 충전 전압에 대한, 양 콘덴서 사이의 전하 이동률의 상관을 도시하는 도면.
도 5는 전원 회로로부터 2차 콘덴서에의 충전이 행하여질 때의, 1차 콘덴서와 2차 콘덴서의 접속시 및 차단시의 시정수에 관한 도면.
도 6은 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 7은 본 발명에 관한 전압 변환 회로의 충전 효율과 2차 콘덴서의 충전 전압과의 상관을 도시하는 도면.
도 8은 본 발명에 관한 전압 변환 회로의 개략 구성을 도시하는 제 2의 도면.

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

실시예 1

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

또한, 전압 변환 회로(1)와 부하 회로(15)와의 사이에는, 그 전압 변환 회로(1) 안의 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(群)(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, 본 실시예에서는, 1차 콘덴서(2)에는 3개의 1차 콘덴서가 포함되어 있지만, 그 개수는 후술하는 바와 같이 전압 변환 효율(충전 효율) 등에 입각하여 적절히 조정된다. 또한, 지금, 1차 콘덴서(21 내지 23)의 용량은 같다고 한다.

그리고, 1차 콘덴서군(2)에 포함되는 3개의 1차 콘덴서(21 내지 23)의 각각에 대해, 2차 콘덴서(6)가 병렬로 접속 가능하게 되도록 배선되고, 또한 각 1차 콘덴서와 2차 콘덴서(6)와의 배선에 있어서, 양 콘덴서의 접속 상태, 차단 상태를 전환하는 스위칭 회로가, 각 1차 콘덴서에 대응하여 마련되어 있다. 구체적으로는, 1차 콘덴서(21)와 2차 콘덴서(6)와의 사이에는, 스위칭 회로(71a, 71b)가 마련되고, 1차 콘덴서(22)와 2차 콘덴서(6)와의 사이에는, 스위칭 회로(72a, 72b)가 마련되고, 1차 콘덴서(23)와 2차 콘덴서(6)와의 사이에는, 스위칭 회로(73a, 73b)가 마련되어 있다. 이들의 스위칭 회로는, 후술하는 바와 같이 대응하는 1차 콘덴서의 충전 전압 등에 응하여, 각각 독립하여 그 스위치 동작이 제어되고, 그 제어를 위해 대응하는 1차 콘덴서마다 스위칭 조정 회로(41 내지 43)가 설치되어 있다.

또한, 1차 콘덴서군(2)에 포함되는 3개의 1차 콘덴서(21 내지 23)의 각각에 대해, 그 충전 전압을 감시하기 위한 전압 감시 회로(31 내지 33)가 마련되어 있다. 이 전압 감시 회로(31 내지 33)에 의해 검출된 각 1차 콘덴서의 충전 전압은 전환 제어 회로(5)에 건네진다. 전환 제어 회로(5)는, 건네받은 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 제어 회로(41 내지 43)가, 본 발명에 관한 접속 제어 회로에 상당한다. 또한, 2차 콘덴서(6)에 관해서는, 도시되어 있지 않은 상한(上限) 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 실시예에서는, 2차 콘덴서(6)는, 대강 상한 전압으로 축전된 상태로 유지되기 위해, 전원 회로(10)로부터의 충전이 행하여진다.

전압 변환 회로(1)의 동작시에 있어서는, 1차 콘덴서군(2)은, 도 1에 도시하는 바와 같이 전원 회로(10)에 대해 항상 접속된 상태이다. 그 때문에, 전원 회로(10)에 포함되는 진동 발전 장치(11)로부터의 전력 공급(진동 발전)에 응하여, 각 1차 콘덴서에 전원 회로(10)로부터 항상 충전이 되고 있다. 이 때, 진동 발전 장치(11)와 1차 콘덴서군 사이의 충전 효율은, 진동 발전 장치(11)의 개방단 전압과 1차 콘덴서군(2)의 총 충전 전압과의 비율(1차 전압비)에 의거하여 변동한다.

여기서, 진동 발전 장치(11)와 1차 콘덴서군 사이의 충전 효율(Ec1)은, 이하의 식에서 표시된다.

Ec1=(단위 시간에 1차 콘덴서군에 축적된 에너지량)

/(정합 저항시의 진동 발전 장치(11)의 공급(발전) 전력량)

이와 같이 정의되는 충전 효율(Ec1)과 1차 전압비와의 이론적인 상관(相關)을 플롯하면, 도 2a에 선(L1)으로 도시하는 바와 같이, 1차 전압비가 50%일 때에 극치(極値)가 되는 포물선을 묘사할 수 있다. 따라서 1차 콘덴서군(2)의 총 충전 전압이, 진동 발전 장치(11)의 개방단 전압의 반분이 되도록, 1차 콘덴서군(2)에 포함되는 1차 콘덴서의 수를 결정하면 좋다. 또한, 1차 콘덴서의 충전 전압은, 후술하는 스위칭 회로(71a) 등의 스위칭 동작으로 방전이 행하여짐으로써 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, 양전압의 평균치(V1ave)(=(V1+V1')/2)를 이용하여, 이하와 같이 편의적으로 산출하여도 좋다.

1차 콘덴서군(2)의 총 충전 전압=n × V1ave

(n은 1차 콘덴서군(2)에 포함되는 1차 콘덴서의 수. 본 실시예는 n=3이 된다)

일반적으로, 시장에서 입수할 수 있는 콘덴서는, 그 용량은 기정(旣定)값이기 때문에, 1차 콘덴서군(2)의 총 충전 전압이, 정확하게 진동 발전 장치(11)의 개방단 전압의 반분(50%)이 되도록, 그곳에 포함되는 1차 콘덴서의 수를 결정하는 것은 어려운 경우가 있다. 그와 같은 경우에는, 가급적으로 1차 콘덴서군(2)의 총 충전 전압이 진동 발전 장치(11)의 개방단 전압의 반분에 근접하도록, 그곳에 포함되는 1차 콘덴서의 수를 결정하면 좋다.

한편으로, 1차 콘덴서군(2)에 대해 부하 저항이 접속되어 있는 경우에는, 도 2b에서 선(L2)으로 도시하는 바와 같이, 또는 도 2c에서 선(L3)으로 도시하는 바와 같이, 충전 효율이 극치가 될 때의 1차 전압비가 50%보다 낮아진다. 도 2b는, 내부 저항이 10㏁ 내지 20㏁의 진동 발전 장치(11)를 이용한 경우의, 1차 콘덴서에 대해 10㏁ 정도의 부하 저항이 접속된 상태의 충전 효율의 추이를 도시하는 도면이고, 도 2c는, 마찬가지의 진동 발전 장치(11)를 이용한 경우의, 1차 콘덴서에 대해 100㏁ 정도의 부하 저항이 접속된 상태의 충전 효율의 추이를 도시하는 도면이다. 또한, 참고로 도 2b에서의 선(L4) 및 도 2c에서의 선(L5)은, 부하 저항으로의 전력 소비 효율을 도시한다. 이와 같이 충전 효율의 극치가 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 포함되는 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 저항에 입각하여, 1차 콘덴서군(2)에 포함되는 1차 콘덴서의 수를 결정하면 좋다.

이와 같이 구성된 전압 변환 회로(1)에서 행하여지는 진동 발전 장치(11)로부터 2차 콘덴서(6)에의 충전 동작에 관해, 도 3에 의거하여 설명한다. 당해 충전 동작은, 상기 전환 제어 회로(5)를 중심으로 하여 전압 감시 회로(31 내지 33), 스위칭 조정 회로(41 내지 43)가 협동하여 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 3은, 전압 감시 회로(31 내지 33), 스위칭 조정 회로(41 내지 43), 전환 제어 회로(5)에서 발휘되는 기능을 이미지화하여 도시한 기능 블록도이다. 각 회로는, 도 3에 도시하는 기능부 이외의 기능부를 갖고 있어도 물론 상관없다.

1차 콘덴서군(2)에 포함되는 각 1차 콘덴서에는, 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 대응하고 있는 1차 콘덴서(21 내지 23)의 충전 전압을 항상 감시하고 있다. 이 감시에 의해 취득된 각 1차 콘덴서의 충전 전압치는, 알맞은 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 소정의 조건을 충족시키는 경우이고, 그 소정의 조건에 관해서는 상세를 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 상태로 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 위한 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.

이와 같이 형성된, 전압 감시 회로(31 내지 33), 전환 제어 회로(5), 스위칭 조정 회로(41 내지 43)에 의해, 전압 변환 회로(1)에서는, 이하에 나타내는 처리가 행하여짐으로써, 진동 발전 장치(11)의 출력 전압에 의한 2차 콘덴서(6)의 충전이 행하여진다. 또한, 이하의 처리항목 (1) 내지 (5)의 순서는 한정적인 것이 아니라, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 처리 항목의 순서는 적절히 조정되어도 상관없다.

<충전 처리>

(1) 전원 회로(10)로부터의 출력 전류는, 1차 콘덴서군(2)에 포함되는 각 1차 콘덴서에 축적된다. 이에 의해, 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 4에 의거하여 설명한다. 도 4는, 1차 콘덴서와 2차 콘덴서가 접속된 때에, 1차 콘덴서로부터 2차 콘덴서에의 전하의 이동 효율을, 각 콘덴서의 충전 전압마다 나타내고 있다. 그리고, 이 전하의 이동 효율은 이론적으로 하기 식에 따라 산출된 것이다.

전하의 이동 효율=(접속에 의한 2차 콘덴서의 에너지 증가분)

/(1차 콘덴서의 에너지 감소분)

도 4의 상단 (a)는, 1차 콘덴서와 2차 콘덴서의 용량이 모두 10㎌인 경우이고, 하단 (b)는, 1차 콘덴서의 용량이 1㎌, 2차 콘덴서의 용량이 10000000㎌인 경우이다. 또한, 각 콘덴서의 충전 전압의 초기란, 접속을 시작한 타이밍에서의 충전 전압이고, 종지란, 접속을 마치고 차단한 타이밍에서의 충전 전압이다. 도 4로부터도 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 실시예에서는, 전하의 이동 효율을 대강 85% 이상으로 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, 상기 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 실시예에서의 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 접속한 1차 콘덴서(21 내지 23)의 접속 순위를 결정한다. 원칙으로서, 전환 요구가 도달한 순서로 접속 순위를 부여하지만, 접속 상태가 유지된 기간에 있어서 복수의 1차 콘덴서가 동시에 접속 상태가 될 가능성이 있는 경우에는, 1차 콘덴서(21), 1차 콘덴서(22), 1차 콘덴서(23)의 순서로 우선적으로 접속 순위를 부여한 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, 접속하고 있다고 판정되면, 현재 2차 콘덴서(6)에 접속되어 있는 1차 콘덴서에 대응하는, 전압 감시 회로의 방전 종료 통지부(103)로부터 방전 종료의 통지가 도착할 때까지, 접속 허가부(203)에 의한 접속을 허가하는 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 콘덴서 사이에 있어서의 접속에 관한 상태 추이를 도 5의 상단 (a)에 도시한다. 본 실시예에서는, 스위칭 실행부(301)가 스위칭 회로를 접속 상태(ON 상태)로 할 때의 접속 시정수(△t1)는, 스위칭 회로를 차단 상태(OFF 상태)로 할 때의 차단 시정수(△t2)에 비하여 비교적으로 길게 설정되어 있다. 예를 들면, △t1은 약 7msec이고, △t2는 가급적 0msec에 가까운 값이다. 이와 같이 접속 시정수를 비교적 길게 함으로써 전하의 이동이 부드럽게 행하여지기 때문에, 가령 어느 스위칭 회로에서 차단 처리를 행하고 있는 한창중에 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 5의 하단 (b)에 도시하는 바와 같이 접속 시정수(△t1)와 차단 시정수(△t2)를 모두 가급적으로 0msec에 가까운 값으로 하면, 어느 스위칭 회로에서의 차단 처리와 다른 스위칭 회로에서의 접속 처리가 동시에 행하여지면, 또는 양 처리의 간격이 극히 근접해서 행하여지면, 1차 콘덴서 끼리에서 단락이 생길 가능성이 높아진다. 특히, 본 발명에 관한 전압 변환 회로(1)에서는, 2차 콘덴서(6)에 대해 실질적으로 1개의 1차 콘덴서만을 접속시키는 것이 긴요하다는 것을 고려하면, 1차 콘덴서끼리의 단락을 회피할 수 있는 접속 시정수(△t1)와 접속 시정수(△t2)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 콘덴서 사이에서 전하의 이동 효율을 85% 이상으로 유지한 상태로, 2차 콘덴서의 충전이 행하여지게 된다. 또한, 상술한 바와 같이 진동 발전 장치(11)로부터 1차 콘덴서군(2)에의 충전 효율도 양호하게 유지되기 때문에, 전압 변환 회로(1) 전체로서, 진동 발전 장치(11)로부터 2차 콘덴서에의 전압 강하 및 충전의 효율은 극히 양호한 것이 된다. 또한, 각 1차 콘덴서의 충전 전압을 감시한 다음, 2차 콘덴서에의 전하 이동이 행하여지기 때문에, 1차 콘덴서의 용량에 다소의 편차가 존재하여도, 적절한 2차 콘덴서의 충전이 실현된다.

이상에 입각하여, 도 6에 전압 변환 회로(1)의 동작의 타임 차트를 도시한다. 또한, 그 타임 차트에서는, 설명을 간편하게 하기 위해 1차 콘덴서의 수를 2개로 하고 있다. 도면중 상(上) 2단은, 2개의 1차 콘덴서의 충전 전압의 추이를 도시하고, 다음 2단은, 각 1차 콘덴서에 대응하는 스위칭 회로의 접속 상태의 변동을 도시하고, 다음 2단은, 각 1차 콘덴서로부터 2차 콘덴서에의 방전 전류의 추이를 도시하고, 최하단은, 2차 콘덴서의 충전 전압의 추이를 도시하고 있다. 여기서, 도면중에 나타내는 중복 타이밍에서는, 2개의 1차 콘덴서에 대응하는 전압 감시 회로로부터 나오게 된 전환 요구가 같은 시기에 나와 있다(도면 중, 점선으로 둘러싸여 있는 부분을 참조할 것). 그 때문에, 한쪽(하단측)의 1차 콘덴서의 접속 시작 타이밍은, 전환 요구가 나오게 된 시기로부터 의도적으로 비켜 놓여져 있다. 이에 의해, 1차 콘덴서끼리의 단락을 회피할 수 있다. 또한, 이 중복 타이밍에서는, 접속 시작 타이밍이 비켜 놓여진 1차 콘덴서측에서는, 그곳에 충전되는 에너지가 방전되지 않고, 또한 전원 회로(10)에 대해서는 접속된 상태로 되어 있기 때문에, 그 충전 전압의 피크 값은, 중복 타이밍 이외에서의 충전 전압의 피크 값보다도 약간 높아져 있는 것을 알 수 있다.

또한, 도 7에서는, 상단 (a)에, 본 발명에 관한 전압 변환 회로(1) 전체의 충전 효율과, 종래 방식의 전압 변환 회로의 충전 효율을 비교하여 도시하고, 하단 (b)에 종래 방식의 전압 변환 회로의 개략 구성을 도시하였다. 종래 방식의 것은, 전원 회로의 출력 전압을, 콘덴서에 직접 인가하는 구성이다. 도 7의 상단 (a)로부터도 분명한 바와 같이, 본 발명에 관한 전압 변환 회로(1)의 충전 효율은 50%를 초과하여 극히 높고, 실용성에 우수하다고 생각한다.

<변형례 1>

상기한 실시예에서는, 1차 콘덴서군(2)에 포함되는 1차 콘덴서의 용량은 전부 동일하게 되었다. 일반적으로 시판의 콘덴서에서는, 그 용량의 선택은 기정의 것으로 한정되어 버리기 때문에, 1차 콘덴서의 용량을 전부 동일하다 하는 조건하에서는, 도 2a 내지 도 2c에서 도시한 바와 같이 진동 발전 장치(11)로부터 1차 콘덴서군(2)에의 충전 효율을 최적으로 하기 위해 1차 전압비를 소정치에 맞추는 것은 반드시 용이하지는 않다. 그래서, 1차 콘덴서군(2)에 포함되는 복수의 1차 콘덴서 중 일부의 1차 콘덴서, 바람직하게는 1개의 1차 콘덴서(이하, 「조정용 일차 콘덴서」라고 한다)에 관해서는, 다른 1차 콘덴서(이하, 「표준 1차 콘덴서」라고 한다)와 비교하여 용량을 다르게 함으로써, 1차 전압비를 소정치에 보다 근접시킬 수 있고, 진동 발전 장치(11)로부터 1차 콘덴서군(2)에의 충전 효율의 최적화를 도모하는 것이 가능해진다.

단, 이 경우, 스위칭 회로에 의한 전하 이동시의 조정용 일차 콘덴서의 충전 전압은, 2차 콘덴서(6)의 충전 전압보다 고전압이여야 한다. 또한, 표준 1차 콘덴서와의 사이에서의 전하의 이동 효율을 양호한 것으로 하기 위해, 표준 1차 콘덴서의 충전 전압과 2차 콘덴서(6)의 충전 전압과의 사이에는 상술한 상관(표준 1차 콘덴서의 충전 전압=2차 콘덴서(6)의 충전 전압×1.1 내지 1.2)이 유지되기 때문에, 조정용 일차 콘덴서의 충전 전압과 2차 콘덴서(6)의 충전 전압과의 사이에서는, 그 상관이 무너지고 버릴 가능성이 있다. 그러나, 조정용 일차 콘덴서를 이용하는 것으로, 진동 발전 장치(11)로부터 1차 콘덴서군(2)에의 충전 효율의 최적화가 도모되기 때문에, 전압 변환 회로(1) 전체로서는, 결과적으로 2차 콘덴서(6)의 충전을 보다 효율적으로 행할 수 있는 경우가 있다.

<변형례 2>

상기한 실시예에서는, 2차 콘덴서(6)는 1개의 콘덴서에 의해 구성되었지만, 이것을 복수의 콘덴서로 구성하여도 상관없다. 또한, 콘덴서끼리의 접속 형태는 직렬, 병렬의 어느 쪽이라도 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 구성된 2차 콘덴서 전체와, 1차 콘덴서 사이에서 성립하면, 1차 콘덴서로부터 2차 콘덴서 전체에의 효율적인 전하 이동이 가능하다. 또한, 부하 회로(15)와, 2차 콘덴서를 구성하는 복수의 콘덴서와의 접속 양태를 적절히 조정함으로써, 전압 변환 회로(1)가, 부하 회로(15)에 대한 복수의 출력 전압을 갖는 것이 된다.

실시예 2

본 발명에 관한 전압 변환 회로(1)의 제 2의 실시예에 관해, 도 8에 의거하여 설명한다. 본 실시예에 관한 전압 변환 회로(1)는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 1차 콘덴서군(2)과 2차 콘덴서(6)와의 사이에, 강압 컨버터(8)가 마련되어 있다. 따라서 1차 콘덴서군(2)에 의해 강압된 전압은 강압 컨버터(8)에 입력되고, 다시 그 전압이 강압 컨버터(8)에 의해 강압되어 2차 콘덴서(6)에 입력되게 된다. 일반적으로 강압 컨버터(8)의 소비 전력은 비교적 높지만, 강압 컨버터(8)가 설치됨으로써 1차 콘덴서군(2)이 담당하는 전압의 강하분이 적어진다. 그 때문에, 1차 콘덴서군(2)에 포함되는 1차 콘덴서의 수를 적게 할 수 있고, 따라서 회로의 소형화를 도모할 수 있다.

또한, 본 실시예에 있어서 1차 콘덴서의 수는, 전원 회로(10)의 출력 전압이 강압 컨버터(8)의 입력 전압에 대응하여 결정된다. 여기서, 1차 콘덴서군(2)을 통하여 강압된 전압이 강압 컨버터(8)의 입력 전압의 값이 되거나, 또는 강압 컨버터의 동작에 지장이 없는 한 그 입력 전압의 부근의 값으로 된 것이 바람직하다. 또한, 도 8에 도시하는 구성에서는, 강압 컨버터(8)를 마련함으로써, 1차 콘덴서군(2)에 포함되는 1차 콘덴서의 수를 상기 실시예의 3개로부터 2개로 감소시키고 있다.

실시예 3

본 발명에 관한 전압 변환 회로(1)의 제 3의 실시예에서는, 진동 발전 장치(11)로부터 1차 콘덴서군(2)에의 충전 효율의 최적화보다 전압 변환 회로(1)의 소형화를 우선하여, 1차 콘덴서군(2)에 포함되는 1차 콘덴서의 수를 전압 변환 회로(1)의 사이즈에 응한 수로 하여도 좋다. 이 경우에도, 바람직하게는 , 1차 콘덴서와 2차 콘덴서 사이에서의 전하의 이동 효율을 양호한 것으로 하기 위해, 1차 콘덴서의 충전 전압과 2차 콘덴서(6)의 충전 전압과의 사이에는 상술한 상관(1차 콘덴서의 충전 전압 = 2차 콘덴서(6)의 충전 전압×1.1 내지 1.2)이 유지된다.

이상과 같이, 본 발명에서는, 교류 전원과 부하 회로와의 사이에 마련되는 전압 변환 회로에서, 전원으로부터 충전되는 복수의 1차 콘덴서를 마련하고, 그리고, 2차 콘덴서의 충전 전압보다 높은 상태까지 충전된 1차 콘덴서의 각각을 개별적으로 또한 순차적으로 2차 콘덴서에 접속함으로써, 양호한 효율로 2차 콘덴서측에 충전하는 것으로 하였다.

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.

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 콘덴서와의 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. 즉, 상기 접속 제어 회로는, 1차 콘덴서로부터 2차 콘덴서에의 충전에 있어서, 알맞은 충전 효율, 환언하면 알맞은 전압 변환 효율이 실현 가능한 1차 콘덴서와 2차 콘덴서와의 접속, 차단을 제어한다. 또한, 접속 제어 회로에 의한 접속에서는, 1차 콘덴서끼리가 전기적으로 단락 상태가 되지 않도록, 상기 조건을 충족시키는 1차 콘덴서와 2차 콘덴서와의 접속 상태가 제어된다. 1차 콘덴서끼리에서 단락이 생기면, 2차 콘덴서에의 알맞은 충전이 곤란해지기 때문이다.

이와 같이 복수의 1차 콘덴서의 각각의 충전 전압과 2차 콘덴서의 충전 전압과의 상관에 응하여, 접속 제어 회로가 1차 콘덴서와 2차 콘덴서와의 접속 상태를 제어하는 구성을 채용함으로써, 1차 콘덴서의 용량에 포함되는 편차가 비교적 크게 되어도, 2차 콘덴서와의 접속은, 각 1차 콘덴서의 충전 전압에 의거하여 제어되게 되어, 이와 2차 콘덴서의 충전에 대한 1차 콘덴서의 용량의 편차의 영향을 가급적으로 배제할 수 있다. 또한, 1차 콘덴서끼리의 단락을 회피하기 위해, 1차 콘덴서의 접속 상태가 제어됨으로써, 1차 콘덴서를 통한 전원으로부터 2차 콘덴서에의 충전, 전압 변환은, 알맞은 효율하에서 실현 가능하다.

상기한 전압 변환 회로에서, 상기 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 것에 입각하여, 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 경향에 입각하여 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.

여기서, 상기 전압 변환 회로에서, 상기 복수의 1차 콘덴서의 각각에 대해 마련되고, 그 1차 콘덴서의 충전 전압을 감시하는 전압 감시 회로를 또한 구비하여도 좋고, 이 경우, 상기 접속 제어 회로는, 상기 전압 감시 회로에 의해 얻어진 상기 1차 콘덴서의 충전 전압에 의거하여, 상기 스위칭 회로를 통한 접속 제어를 행한다. 이에 의해, 1차 콘덴서로부터 2차 콘덴서에의 충전 효율을 양호하게 유지할 수 있다.

상술까지의 전압 변환 회로에서, 상기 접속 제어 회로는, 상기 스위칭 회로를 통하여 상기 1차 콘덴서와 상기 2차 콘덴서를 접속할 때의 접속 시정수를, 그 스위칭 회로를 통한 접속을 차단할 때의 차단 시정수보다 길게 설정하는 것이 바람직하다. 접속 시정수를 차단 시정수보다 길게 함으로써, 1차 콘덴서로부터는 서서히 전하가 이동하게 되기 때문에, 접속 제어 회로가 1차 콘덴서를 2차 콘덴서에 순차적으로 접속하여 갈 때에 1차 콘덴서끼리의 단락을 회피하기 쉬워진다. 또한, 접속 시정수를 차단 시정수에 대해 어느 정도 길게 하는지에 관해서는, 1차 콘덴서끼리의 단락 회피의 관점에서 적절히 결정하면 좋다. 또한, 차단 시정수는, 효율적으로 1차 콘덴서를 2차 콘덴서에 순차적으로 접속하기 위해서도, 가급적 신속하게 차단하는 값인 것이 바람직하다.

이와 같이 접속 시정수를 비교적 길게 설정함으로써, 상기 접속 제어 회로는, 상기 2차 콘덴서에 대해 접속된 상기 1차 콘덴서에 대응하는 상기 스위칭 회로의 차단 타이밍을, 충전 전압이 상기 소정 접속 전압에 도달하고 있는 다른 1차 콘덴서에 대응하는 상기 스위칭 회로의 접속 타이밍과 동시로 하여도 좋다. 상기한 바와 같이 접속 시정수가 설정됨으로써, 하나의 1차 콘덴서의 차단 타이밍과 다른 1차 콘덴서의 접속 타이밍을 동시로 하여도, 1차 콘덴서끼리의 단락이 억제될 수 있다.

여기서, 상술까지의 전압 변환 회로에서, 상기 복수의 1차 콘덴서의 수는, 그 복수의 1차 콘덴서에 의한 총 충전 전압이, 상기 전원으로부터의 충전 효율을 소정 충전 효율 이상으로 하는, 그 전원의 개방단 전압의 소정 비율에 상당하는 전압 범위에 속하는 것을 가능하게 하는 수가 되어도 좋다. 복수의 1차 콘덴서에 의한 총 충전 전압은, 그 1차 콘덴서의 수에 응하여 증가한다. 그리고, 전원으로부터 각 1차 콘덴서에의 충전에 관해서는, 이론적으로는, 전원의 개방단 전압에 대한 그 복수의 1차 콘덴서에 의한 총 충전 전압의 비율(이하, 「1차 전압비」라고 한다)이 50% 부근이 될 때, 그 충전 효율이 대강 양호한 값(상기 소정 충전 효율)이 되는 것이 알려져 있다. 그러나, 충전 효율을 소정 충전 효율로 하는 상기 1차 전압비는, 전원이나 복수의 1차 콘덴서에 포함되는 내부 저항 등의 영향에 의해 변동하기 때문에, 이 변동에 입각하여 1차 전압비가 채택하여야 할 상기 소정 비율이 결정되는 것이 바람직하다. 또한, 복수의 1차 콘덴서의 수는, 전원의 개방단 전압 등에 응하여 미리 고정적으로 설정되어도 좋고, 또한 당해 개방단 전압 등의 변화에 응하여 변동적으로 조정할 수 있도록 하여도 좋다.

여기서, 상술한 바와 같이 전압 변환 회로에 전압 감시 회로가 구비되는 경우, 이 전압 감시 회로 자체는 내부 저항을 갖기 때문에, 상기 소정 비율의 결정에 대해 어떠한 영향을 미치는 구성이기 때문에, 상기 충전 효율을 소정 충전 효율로 하기 위한 1차 전압비의 결정에 관해서는, 전압 감시 회로의 내부 저항을 고려하는 것이 바람직하다.

여기서, 상술까지의 전압 변환 회로에서, 상기 복수의 1차 콘덴서의 수는, 그 복수의 1차 콘덴서에 의한 총 충전 전압이, 상기 전원의 개방단 전압의 반분 이하가 되는 수로서, 2개 이상의 수라도 좋다. 즉, 전원으로부터 각 1차 콘덴서에의 충전 효율의 저하를 감수한 다음 1차 콘덴서의 수를 줄임으로써, 전압 변환 회로의 소형화를 도모할 수 있다.

또한, 상술까지의 전압 변환 회로에서, 상기 복수의 1차 콘덴서에 대해 병렬로 접속되고, 또한 그 복수의 1차 콘덴서와 상기 2차 콘덴서와의 사이에 접속되는 강압 컨버터를, 또한 구비하고, 그 경우, 상기 복수의 1차 콘덴서의 수는, 그 복수의 1차 콘덴서에 의한 총 충전 전압이, 상기 강압 컨버터의 입력 전압의 부근의 값이 되는 수가 되어도 좋다. 복수의 1차 콘덴서의 수를 강압 컨버터의 입력 전압에 맞추어서 조정함으로써, 강압 컨버터의 특성을 살리면서, 전압 변환 회로의 최적 설계, 특히 그 소형화를 도모할 수 있다.

또한, 상술까지의 전압 변환 회로에서, 상기 전원은, 외부로부터의 진동 에너지를 전력 변환하는 진동 발전 장치를 포함하는 것이라도 좋고, 그 이외의 전력을 공급 가능한 전원 장치라도 좋다.

또한, 본 발명의 상술까지의 전압 변환 회로를 포함하는 전자 기기의 측면으로부터 파악하는 것도 가능하다. 즉, 본 발명은, 상술까지의 전압 변환 회로 및 상기 부하 회로를 갖는 전자 기기로서, 그곳에서는, 상기 전원의 출력 전압이 상기 전압 변환 회로에 의해 상기 부하 회로에의 공급 전압으로 강압된다.

1 : 전압 변환 회로 2 : 1차 콘덴서군
5 : 전환 제어 회로 6 : 2차 콘덴서
8 : 강압 컨버터 10 : 전원 회로
11 : 진동 발전 장치 12 : 정류 회로
15 : 부하 회로 21 내지 23 : 1차 콘덴서
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 회로로서, 그 2차 콘덴서에 대한 그 1차 콘덴서의 접속 상태를 그 1차 콘덴서끼리가 전기적으로 단락하지 않도록 제어하는 접속 제어 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 전압 변환 회로.
제 1항에 있어서,
상기 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 전압치인 것을 특징으로 하는 전압 변환 회로.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 복수의 1차 콘덴서의 각각에 대해 마련되고, 그 1차 콘덴서의 충전 전압을 감시하는 전압 감시 회로를 더 구비하고,
상기 접속 제어 회로는, 상기 전압 감시 회로에 의해 얻어진 상기 1차 콘덴서의 충전 전압에 의거하여, 상기 스위칭 회로를 통한 접속 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 전압 변환 회로.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접속 제어 회로는, 상기 스위칭 회로를 통하여 상기 1차 콘덴서와 상기 2차 콘덴서를 접속할 때의 접속 시정수를, 그 스위칭 회로를 통한 접속을 차단할 때의 차단 시정수보다 길게 설정하는 것을 특징으로 하는 전압 변환 회로.
제 4항에 있어서,
상기 접속 제어 회로는, 상기 2차 콘덴서에 대해 접속된 상기 1차 콘덴서에 대응하는 상기 스위칭 회로의 차단 타이밍을, 충전 전압이 상기 소정 접속 전압에 도달하고 있는 다른 1차 콘덴서에 대응하는 상기 스위칭 회로의 접속 타이밍과 동시로 하는 전압 변환 회로.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 1차 콘덴서의 수는, 그 복수의 1차 콘덴서에 의한 총 충전 전압이, 상기 전원으로부터의 충전 효율을 소정 충전 효율 이상으로 하는, 그 전원의 개방단 전압의 소정 비율에 상당하는 전압 범위에 속하는 것을 가능하게 하는 수가 되는 것을 특징으로 하는 전압 변환 회로.
제 3항에 있어서,
상기 복수의 1차 콘덴서의 수는, 그 복수의 1차 콘덴서에 의한 총 충전 전압이, 상기 전원으로부터의 충전 효율을 소정 충전 효율 이상으로 하는, 그 전원의 개방단 전압의 소정 비율에 상당하는 전압 범위에 속하는 것을 가능하게 하는 수가 되고,
상기 소정 비율은, 상기 전압 감시 회로의 내부 저항에 의거하여 결정되는 것을 특징으로 하는 전압 변환 회로.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 1차 콘덴서의 수는, 그 복수의 1차 콘덴서에 의한 총 충전 전압이, 상기 전원의 개방단 전압의 반분 이하가 되는 수이고, 2개 이상의 수인 것을 특징으로 하는 전압 변환 회로.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 1차 콘덴서에 대해 병렬로 접속되고, 또한 그 복수의 1차 콘덴서와 상기 2차 콘덴서와의 사이에 접속된 강압 컨버터를 또한 구비하고,
상기 복수의 1차 콘덴서의 수는, 그 복수의 1차 콘덴서에 의한 총 충전 전압이, 상기 강압 컨버터의 입력 전압의 부근의 값이 되는 수가 되는 것을 특징으로 하는 전압 변환 회로.
제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전원은, 외부로부터의 진동 에너지를 전력 변환하는 진동 발전 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 변환 회로.
제 2항에 있어서,
상기 소정 효율은, 상기 1차 콘덴서로부터 상기 2차 콘덴서에의 전하 이동 효율이 85% 이상이 되는 값인 것을 특징으로 하는 전압 변환 회로.
제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 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.