(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電位変換デバイス（１００）であって、前記デバイスは、
第１蓄積コンデンサ（Ｓ１）での第１電位過程を得るために、エネルギー源（５）からエネルギーを供給するために実装される前記第１蓄積コンデンサ（Ｓ１）と、
第２蓄積コンデンサ（Ｓ２）での第２電位過程を得るために、第１蓄積コンデンサ（Ｓ１）からエネルギーを供給するために実装される前記第２蓄積コンデンサ（Ｓ２）と、
前記第１蓄積コンデンサおよび前記第２蓄積コンデンサの間に電気的に接続され、そして、前記第１電位過程が第１電位閾値（Ｐ１）に到達し、前記第１電位過程が第２電位閾値（Ｐ２）に到達するまで、前記第１蓄積コンデンサ（Ｓ１）から前記第２蓄積コンデンサ（Ｓ２）へエネルギー伝送を実行するために実装される変換器（１０）であって、前記第１電位閾値（Ｐ１）が前記第２電位閾値（Ｐ２）よりその大きさに関して大きい、前記変換器（１０）と、
前記変換器（１０）を作動および停止することによって、前記第１蓄積コンデンサ（Ｓ１）から前記第２蓄積コンデンサ（Ｓ２）へ前記変換器（１０）の前記エネルギー伝送を時間的に制御するために実装される制御手段（１０ｂ）であって、その結果、前記変換器を停止させる間、前記第１蓄積コンデンサ（Ｓ１）は、前記第１電位過程において前記第２電位閾値（Ｐ２）に到達することによって与えられる開始時間（ｔ11）と前記第１電位閾値（Ｐ１）に到達することによって与えられる終了時間（ｔ12）を有する第１期間（Ｔ１）においてチャージされ、および、前記変換器は、前記変換器を作動させる間、前記第１電位過程において、前記第１電位閾値（Ｐ１）に到達することによって与えられる開始時間（ｔ21）と前記第２電位閾値（Ｐ２）に到達することによって与えられる終了時間（ｔ22）を有する第２期間（Ｔ２）においてのみエネルギー伝送を実行するために実装され、ここで、前記第１期間（Ｔ１）の前記第２期間（Ｔ２）に対する比が５よりも大きい、前記制御手段（１０ｂ）と、
を含む、電位変換デバイス。
【請求項２】
前記変換器（１０）は、前記第１蓄積コンデンサ（Ｓ１）から前記第２蓄積コンデンサ（Ｓ２）への前記エネルギー伝送において、前記第２蓄積コンデンサ（Ｓ２）での前記第２電位過程は、前記エネルギー源から供給されるエネルギーに基づく前記第１蓄積コンデンサ（Ｓ１）での前記第１電位過程の最大電位値（Ｐ1max）よりその大きさに関して大きい最大電位値（Ｐ2max）に到達する、請求項１に記載の電位変換デバイス（１００）。
【請求項３】
前記変換器（１０）は、前記第２電位過程が第３電位閾値（Ｐ３）に到達するまで、前記第１蓄積コンデンサ（Ｓ１）から前記第２蓄積コンデンサ（Ｓ２）へエネルギー伝送を実行するために実装される、請求項１または請求項２に記載の電位変換デバイス。
【請求項４】
基準電位に対する前記第３電位閾値（Ｐ３）は、前記第２蓄積コンデンサ（Ｓ２）に接続される負荷に出力される出力電圧（ＵA）に対応する、請求項３に記載の電位変換デバイス。
【請求項５】
前記第１電位閾値（Ｐ１）は、１．０Ｖの第１電圧閾値（Ｕ１）に対応し、そして、第２電位閾値（Ｐ２）は、０．３Ｖの第２電圧閾値（Ｕ２）に対応する、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の電位変換デバイス。
【請求項６】
前記第１期間（Ｔ１）の前記第２期間（Ｔ２）に対する比が、１０より大きい、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の電位変換デバイス。
【請求項７】
前記第１期間（Ｔ１）の前記第２期間（Ｔ２）に対する比が、１０以上５００以下である、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の電位変換デバイス。
【請求項８】
前記第１期間（Ｔ１）の前記第２期間（Ｔ２）に対する比が、１００以上４００以下である請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の電位変換デバイス。
【請求項９】
前記変換器（１０）は、アップコンバータとして実装され、ここで、誘導器（Ｌ）は、第１端子点を介して前記第１蓄積コンデンサ（Ｓ１）と接続され、さらに、誘導器（Ｌ）の第２端子点と基準電位との間にスイッチ（Ｓ）が接続され、誘導器（Ｌ）の第２端子とスイッチ（Ｓ）との接続点にダイオード（Ｄ）のアノードが接続され、前記ダイオード（Ｄ）のカソードと基準電位との間に第２蓄電コンデンサ（Ｓ２）が接続される、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の電位変換デバイス（１００）。
【請求項１０】
さらに、制御手段（１０ｂ）は、前記第１蓄積コンデンサ（Ｓ１）から前記第２蓄積コンデンサ（Ｓ２）への前記エネルギー伝送において、前記エネルギー源からのエネルギーの前記供給に基づく前記第１蓄積コンデンサ（Ｓ１）での前記第１電位過程の最大電位値（Ｐ1max）よりもその大きさに関して大きい最大電位値（Ｐ2max）を有する前記第２蓄積コンデンサ（Ｓ２）での第２電位過程を形成するために実装される、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の電位変換デバイス（１００）。
【請求項１１】
前記変換器（１０）は、前記第１電位閾値（Ｐ１）に到達した場合に、前記制御手段（１０ｂ）によってスイッチが入れられ、前記第２電位閾値（Ｐ２）に到達した場合に、前記第２期間の間にクロック形式において１ｋＨｚ以上５ＭＨｚ以下の周波数で前記制御手段によってスイッチのオン／オフが切り替えられるスイッチ（Ｓ）を含む、請求項１０に記載の電位変換デバイス（１００）。
【請求項１２】
前記変換器は、チャージポンプ、線形電圧レギュレータ、スイッチングレギュレータ、スイッチング電源または直流・直流変換器として実装される、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の電位変換デバイス（１００）。
【請求項１３】
負荷は、前記第１期間（Ｔ１）において、前記第１蓄積コンデンサ（Ｓ１）から前記第２蓄積コンデンサへのエネルギー伝送が前記変換器（１０）によって実行されない場合、連続的にエネルギーを供給されるように実装される、請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の電位変換デバイス（１００）。
【請求項１４】
前記エネルギー源は、０．０１ｍＷ以上１Ｗ以下で電気的な電力を供給するために実装される、請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載の電位変換デバイス（１００）。
【請求項１５】
前記エネルギー源は、ピエゾコンバータまたは熱発電機である、請求項１ないし請求項１４のいずれかに記載の電位変換デバイス（１００）。
【請求項１６】
前記エネルギー源は、連続的な電気的電力出力であるエネルギー源として実装される、請求項１ないし請求項１５のいずれかに記載の電位変換デバイス（１００）。
【請求項１７】
電位変換の方法であって、前記方法は、
第１蓄積コンデンサ（Ｓ１）での第１電位過程を得るために、前記第１電位過程において、第２電位閾値（Ｐ２）に到達することによって与えられる開始時間（ｔ11）と第１電位閾値（Ｐ１）に到達することによって与えられる終了時間（ｔ12）を有する第１期間（Ｔ１）においてエネルギー源から前記第１蓄積コンデンサ（Ｓ１）へエネルギーを供給するステップ（６０）と、
第２蓄積コンデンサ（Ｓ２）での第２電位過程を得るために、前記第１蓄積コンデンサ（Ｓ１）から前記第２蓄積コンデンサ（Ｓ２）へエネルギーを供給するステップ（６２）と、
第１電位過程が第１電位閾値（Ｐ１）に到達し、そして、前記第１電位過程が第２電位閾値（Ｐ２）に到達するまで、前記第１蓄積コンデンサと前記第２蓄積コンデンサとの間に電気的に接続される変換器でエネルギーを前記第１蓄積コンデンサ（Ｓ１）から前記第２蓄積コンデンサ（Ｓ２）へ伝送するステップ（６４）であって、ここで、前記第１電位閾値（Ｐ１）は前記第２電位閾値（Ｐ２）よりもその大きさが大きく、伝送（６４）が、前記第１電位閾値（Ｐ１）に到達することによって与えられる開始時間（ｔ21）と前記第２電位閾値（Ｐ２）に到達することによって与えられる終了時間（ｔ22）とを有する第２期間（Ｔ２）で実行され、ここで、前記変換器は、前記第１期間（Ｔ１）の間に停止され、前記第２期間（Ｔ２）の間に作動し、そして、前記第１期間（Ｔ１）の前記第２期間（Ｔ２）に対する比が５よりも大きい、電位変換の方法。
【請求項１８】
前記変換器による前記エネルギーの前記伝送は、前記エネルギー源からのエネルギーの供給に基づく前記第１蓄積コンデンサ（Ｓ１）での最大電位値（Ｐ1max）よりもその大きさに関して大きい前記第２蓄積コンデンサ（Ｓ２）での最大電位値（Ｐ2max）を形成する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記変換器による前記エネルギーの前記伝送（６４）は、さらに、前記第２電位過程が第３電位閾値（Ｐ３）に到達するまでさらに実行される、請求項１７または請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１電位閾値（Ｐ１）は、１．０Ｖの第１電圧閾値（Ｕ１）に対応し、および前記第２電位閾値（Ｐ２）は０．３Ｖの第２電圧閾値（Ｕ２）も対応する、請求項１７ないし請求項１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
前記エネルギーの前記伝送（６４）は、チャージポンプ、線形電圧レギュレータ、スイッチングレギュレータ、スイッチング電源または直流・直流変換器として実装される変換器によるチャージの伝送である、請求項１７ないし請求項２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
前記エネルギー源は、０．０１ｍＷ以上１Ｗ以下の電力で出力する、請求項１７ないし請求項２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
前記第１蓄積コンデンサは、ピエゾコンバータまたは熱発電機からエネルギーを供給される、請求項１７ないし請求項２２のいずれかに記載の方法。
【請求項２４】
前記エネルギー源は、連続的な電気的電力出力であるエネルギー源として実装される、請求項１７ないし請求項２３のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、スイッチングレギュレータまたは電圧レギュレータに存在する電位変換デバイスおよび電位を変換するための方法に関する。特に、電位変換デバイスおよび電位を変換するための方法は、例えば、０．５ワットの低出力を含む熱発電機またはピエゾコンバータにおけるような低連続電力出力のための消費電力の管理アプリケーションにおいて使用される。
【背景技術】
【０００２】
ここに記載されている本発明の技術的応用分野は、好ましくは、不変のままの電力入力である電位変換デバイスであり、そのエネルギー消費は、従来の電位変換デバイスと比較して減少しうる。
【０００３】
非常に低いエネルギー効率のエネルギー源については、エネルギー源によって出力されているように、使用された場合、スイッチングレギュレータは、ほとんど電力の同一量を利用することができる。従来の消費電力管理の概念において、例えば、個々の機能ブロックは、通常別々の電圧レギュレータによってオン／オフに切り替えられる。エネルギー源が少なくとも制御およびモニタリングのために必要な制御装置並びに電圧レギュレータにエネルギーを提供するために、常に充分な電流量を提供することが必要である。定期的な動作において、エネルギー源の中で分かれるこの手段は、消費電力の管理によって常に使い果たされる。
【０００４】
従来の電位変換デバイスおよび／またはスイッチングレギュレータは、それ自身、それらが変換することになっているエネルギーの一部を消費する。エネルギー源は、スイッチングレギュレータとして消費するのとおよそ同じエネルギー量を提供する場合に、不十分なエネルギー量が実際の負荷のための出力で利用できる。
【０００５】
ノートパソコン、携帯電話または写真のフラッシュ装置における場合の代表例として、高い電圧を必要とするアプリケーションの電子機器がバッテリ電圧と比較される場合において、電位変換デバイスは、バッテリ駆動装置において使用されうる。このような電位変換手段の使用法の更なる実施例は、例えば、温度値および／または圧力値を送信するためのセンサ（例えば、オーブンの温度センサ）の測定値を送信している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、電気負荷に対して電力効率の良い供給を可能にする装置および方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、請求項１に記載の装置および請求項１１に記載の方法によって達成される。
【０００８】
本発明は、電位変換デバイスを提供し、この電位変換デバイスは、第１蓄積コンデンサＳ１での第１電位過程を得るために、エネルギー源からエネルギーを供給されるために実装される第１蓄積コンデンサＳ１と、第２蓄積コンデンサＳ２での第２電位過程を得るための第１蓄積コンデンサＳ１からのエネルギーを供給されるために実装される第２蓄積コンデンサＳ２とを含む。加えて、電位変換デバイスは、第１および第２蓄積コンデンサの間に電気的に接続され、第１電位過程が第１電位閾値Ｐ１に到達し、第１電位過程が第２電位閾値Ｐ２に到達するまでの場合に備えて、第１蓄積コンデンサＳ１から第２蓄積コンデンサＳ２へのエネルギー伝送を実行するために実装される変換器を含む。ここで、第１電位閾値Ｐ１は、第２電位閾値よりもその大きさに関して大きい。
【０００９】
加えて、本発明は、電位を変換するための方法を提供する。その方法は、第１蓄積コンデンサＳ１での第１電位過程を得るために、エネルギー源から第１蓄積コンデンサＳ１へエネルギーを供給するステップを含む。加えて、その方法は、第２蓄積コンデンサＳ２での第２電位過程を得るために、第１蓄積コンデンサＳ１から第２蓄積コンデンサＳ２へエネルギーを供給するステップを含む。加えて、電位を変換する方法は、第１電位過程が、第１電位閾値Ｐ１に到達した場合に備えて、第１蓄積コンデンサＳ１から第２蓄積コンデンサＳ２へ、第１および第２蓄積コンデンサの間に電気的に接続される変換器によりエネルギーを伝送し、第１電位過程が第２電位閾値に到達した場合に備えて、エネルギーの伝送を止める手段を含む。第１電位閾値Ｐ１は、第２電位閾値Ｐ２よりも大きい大きさである。
【００１０】
電位変換デバイスの電力入力が不変のままであるという点で、本発明の実施例は有利である。しかしながら、電位変換デバイスが、蓄積コンデンサＳ１がエネルギー源からエネルギーを供給される他のより長い期間の間より短い期間の間に蓄積コンデンサＳ１から蓄積コンデンサＳ２へエネルギーを伝送するので、エネルギー消費は、著しく減少する。電位を変換するための方法および／または電位変換デバイスの実施例において、かなり高い効率は、しばしば低い蓄積コンデンサＳ１へのエネルギー源の電源の連続的なエネルギー伝達と比較して第１蓄積コンデンサＳ１から第２蓄積コンデンサＳ２への短い伝送の間のより高い電源によって達成される。
【００１１】
本発明の実施例において、電位変換デバイスの第１エネルギー蓄積素子は、エネルギー源からエネルギーが供給される。変換器を用いて、エネルギーは、電位変換デバイスの第２エネルギー蓄積素子に伝送され、第１エネルギー閾値に到達した場合に、第１エネルギー蓄積素子におけるエネルギーは減少する。第１エネルギー蓄積素子において、第２エネルギー閾値に到達した場合に、第１エネルギー閾値は、エネルギーをエネルギー源から第１エネルギー蓄積素子へ供給することによって超えるか、または到達するまで、変換器は、エネルギーがもはや伝送されないように使用不能になる。
【００１２】
本発明の実施例は、添付の図面を参照してその後詳述される、
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施例に基づく電位変換デバイスの概略ブロック図を示す。
【図２】図２は、本発明の実施例に基づく電位変換デバイスの機能のモードを例示するための模式的なタイムチャートを示す。
【図３】図３は、本発明の他の実施例に基づく制御手段およびフィードバック装置を含む電位変換デバイスの他の基本的なブロック回路図を示す。
【図４】図４は、本発明の実施例に基づく電位変換デバイスの変換手段の回路を示す。
【図５ａ】図５ａは、本発明の実施例に基づく電位変換デバイスの制御手段のためのコンパレータ・ヒステリシス回路を示す。
【図５ｂ】図５ｂは、電位変換デバイスの制御手段の他の実施例を示す。
【図６】図６は、本発明の実施例に基づく電位を変換するための方法のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施例の以下の説明に関して、事項を単純化するために、同一参照番号が説明の全体にわたって、異なる図において、機能的に同一の要素、並びに同一の効果および同一の機能を有する同等の要素に対して使用されることに留意すべきである。
【００１５】
図１は、図２を参照してその後述べられる本発明に基づく電位変換デバイス１００の実施例の基本的なブロック回路図を示す。図１における電位変換デバイス１００は、第１蓄積コンデンサＳ１での第１電位過程を得るために、エネルギー源５からエネルギーを供給するために実装される（代表的には、第１蓄積コンデンサＳ１）第１蓄積素子を含む。加えて、図１における電位変換デバイス１００は、第２蓄積コンデンサＳ２での第２電位過程を得るために、蓄積コンデンサＳ１からエネルギーを供給するために実装される（代表的には、第２蓄積コンデンサＳ２）第２蓄積素子を含む。加えて、図１における電位変換デバイス１００は、第１および第２蓄積コンデンサＳ１およびＳ２の間に電気的に接続される（代表的には、直流・直流変換器）変換器を含み、そして、第１電位過程が第１電位閾値Ｐ１に到達し、第１電位過程が第２電位閾値Ｐ２に到達するまでの場合に備えて、第１蓄積コンデンサＳ１から第２蓄積コンデンサＳ２へエネルギーを伝送するために実装される。第１電位閾値Ｐ１は、第２電位閾値Ｐ２より大きさは大きい。第２蓄積コンデンサＳ２がその容量が十分である場合、負荷８の連続的な供給が可能である。
【００１６】
変換器１０またはスイッチングレギュレータは、変換器の出力において、第１蓄積コンデンサＳ１から第２蓄積コンデンサＳ２へエネルギーを伝送するために（入力において、定義された上側の電圧閾値−基準電位に関連する第１電位閾値Ｐ１−で開始する）開始するよう定義される。代表的な第２蓄積コンデンサＳ２は、より高い電位へ、または、基準電位に関連して、昇圧型コンバータまたはアップコンバータの原理についてのより高い電圧へチャージされる。その後、このより高い電圧は、負荷８によってタップされるか、または負荷８へ適用される。
【００１７】
第２電位閾値Ｐ２または第２低閾電圧値に到達した場合、スイッチングレギュレータ１０は、動作を中止する。これは、エネルギーがもはや蓄積コンデンサＳ１から蓄積コンデンサＳ２へ能動的に伝送されないことを意味する。電位過程、または基準電位に関して、第１蓄積コンデンサＳ１での電圧タップは、変換器を用いて、第１蓄積コンデンサＳ１から第２蓄積コンデンサＳ２へエネルギー伝送またはエネルギー転送によって減少する。変換器１０によって、エネルギーが蓄積コンデンサＳ１から蓄積コンデンサＳ２へ伝送されない期間の間、変換器またはスイッチングレギュレータは、いかなる電力も取得されない。その期間の間、エネルギー源５によって提供される全てのエネルギーは、第１蓄積コンデンサＳ１へ流れる。上側の閾値−第１電位閾値Ｐ１−に到達した場合、変換器１０によって第１蓄積コンデンサから第２蓄積コンデンサへエネルギー伝送が再び開始される。第１電位閾値および第２電位閾値、または上側および下側の閾電圧値を実装する結果は、変換器１０において、ヒステリシス挙動となる。
【００１８】
本発明の実施例によれば、変換器１０は、第１蓄積コンデンサＳ１から第２蓄積コンデンサＳ２へのエネルギー伝送またはエネルギー転送によって、エネルギー源５からエネルギーを供給されることによって形成される第１蓄積コンデンサＳ１での最大電位Ｐ1maxより大きい第２蓄積コンデンサＳ２での最大電位Ｐ2maxを形成するように構成される。従って、第２蓄積コンデンサＳ２での最大タップ出力電圧ＵAmaxは、一般の基準電位と関連して、変換器の第１蓄積コンデンサＳ１において提供される最大タップ入力電圧ＵEmaxより大きい。換言すれば、アップコンバージョン（ｕｐ−ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）のため、提供されるエネルギー源５よりも大きい電圧は、負荷８へ提供されうる。
【００１９】
これは、変換器１０を用いて、電位変化デバイス１００が、エネルギー源５の電源電圧をより高い出力電圧への変換を可能であることを意味する。この種類の変換器は、異なる方法で実現されうる。アップコンバータは、例えば、エネルギー源としてのバッテリの振る舞いによって提供されるよりも高い電圧を必要とするアプリケーションの電子機器において、多くのバッテリ駆動装置において使用される。
【００２０】
変換器１０は、例えば、昇圧型コンバータのような、代表的には、直流電圧コンバータでありうる。ここで、変換器は、クロック動作において、エネルギーが、入力側（すなわち、第１蓄積コンデンサＳ１）から出力側（すなわち、第２蓄積コンデンサＳ２）へ部分において転送されるように構成されうる。変換器１０は、スイッチまたは電源スイッチ、蓄積エネルギーおよび平滑コンデンサを含む。タップ電圧または第２蓄積コンデンサＳ２での第２電位過程は、それらの過程およびサイズにおいて異なっており、負荷８並びに負荷およびそれぞれのＲＣ時間定数によって抽出されるエネルギーに依存する。これは、エネルギー源５とともに第１蓄積コンデンサＳ１のＲＣ定数が第１電位時間形態のために決定的である出力側および入力側の両方に適用される。変換器１０は、第１蓄積コンデンサＳ１から第２蓄積コンデンサＳ２へ伝送されるエネルギーを一時的に格納するために誘導器を使用する誘導変換器でもよい。ここで、誘導器は、コイルとして、または、例えば、変換トランス（ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）として実装されうる。しかしながら、変換器１０は、一時的に格納されるエネルギーが容量的に格納される容量変換器として実装されることも考えられる。この種類の容量変換器は、電荷ポンプとも呼ばれる。変換器１０は、トランスを含み、そして、変換器１０の入力側および変換器１０の出力側の間における電位の分離を示している直流・直流変換器として代表的に実装されうる。ガルバニック分離が、入力および出力側の間に、並びに第１蓄積コンデンサＳ１での入力電圧および第２蓄積コンデンサＳ２での負荷によるタップ出力電圧の間に存在しうる。変換器１０としての役目をしているスイッチモード電源を使用することも考えられる。
【００２１】
他の実施形態では、電位変換デバイス１００は、第２蓄積コンデンサＳ２での第２電位過程が、第３電位閾値Ｐ３に到達した場合に、第１蓄積コンデンサＳ１から第２蓄積コンデンサＳ２へのエネルギーの伝送を止めるように構成される変換器１０を含む。換言すれば、変換器１０は、既定の出力電圧が第２蓄積コンデンサＳ２でのタップである場合に備えて、第１蓄積コンデンサＳ１から第２蓄積コンデンサＳ２へのさらなるエネルギーの伝送を止めるように構成されうる。このように、電位変換デバイスは、負荷によって第２蓄積コンデンサＳ２からエネルギーが取り出せない間、開回路の動作において破壊されることを防止しうる。従って、出力電圧ＵAは、管理されない状態において増加する。
【００２２】
本発明の実施例において、電位変換デバイス１００の変換器１０は、基準電位に関連して既定の出力電圧ＵAが第２蓄積コンデンサＳ２でタップした場合、第１蓄積コンデンサＳ１から第２蓄積コンデンサＳ２へのエネルギーの伝送が止められるように変換器に連結されるフィードバックループまたはフィードバック手段を含む。
【００２３】
図２の模式的なタイムチャートは、電位変換デバイスおよび図式的に電位を変換するための方法の機能するモードを概略的に例示する。一方、第１蓄積コンデンサＳ１の第１電位過程２０ａが、図２のチャートＡにおいて概略的に例示され、第２蓄積コンデンサＳ２の第２電位過程２０ｂは、図２のチャートＢにおいて概略的に例示される。いくつかのユニットにおける第１および第２電位過程２０ａおよび２０ｂの時間過程は、両方のチャートのｘ軸にプロットされる。それぞれの電位−または、例えば、グランドのような基準電位に関連する−第１蓄積コンデンサＳ１および第２蓄積コンデンサＳ２での電圧値が２つのチャートＡおよびＢのｙ軸にプロットされる。電位変換デバイスは、循環的にまたは周期的に動作され、充電または放電の時間部分に分けられうる。代表的には、第１蓄積コンデンサＳ１が、エネルギー源によって決定され、そして第１電位値Ｐ１より高いかまたは同一である最大電位値Ｐ1maxにエネルギー源によってチャージされる状況から始まり、第２蓄積コンデンサＳ２（チャートＢ）が、最大電位値Ｐ2maxにチャージされる。最大電位値Ｐ2maxが最大電位値Ｐ1maxより大きいように、これは、アップコンバータとして実装される変換器によって実行されうる。変換器の伝送によって生じ、第１蓄積コンデンサＳ１（チャートＡ）での電位または電圧は、第１電位過程グラフ２０ａが時間ｔ11で第２電位閾値Ｐ２に到達するまで、減少する。下側の電位閾値Ｐ２に到達している場合、変換器１０は動作するのを止めて、そして、その結果、第１蓄積コンデンサＳ１から第２蓄積コンデンサＳ２へもはやエネルギーを伝送しない。ｔ11で開始し、全てのエネルギー（すなわち、エネルギー源５のチャージ（図１を参照））は、第１蓄積コンデンサＳ１に再び流れる。とりわけ、第１蓄積コンデンサＳ１は、そのＲＣ定数に依存する方法でチャージされる。第１電位過程２０ａが、時間ｔ12で第１電位閾値Ｐ１に到達するとすぐに、エネルギーは、変換器によって第１蓄積コンデンサＳ１から第２蓄積コンデンサＳ２へ伝送される。このように、第１蓄積コンデンサＳ１は、第１電位過程２０ａにおける第２電位閾値Ｐ２に到達することによって決定される開始時間ｔ11および第１電位閾値Ｐ１に到達することによって決定される終了時間ｔ12である第１期間Ｔ１においてエネルギー源によってチャージされる。その期間の間、エネルギーは、接続される負荷８に対して依存し、第２電位過程グラフ２０ｂから推測されうるように、第２蓄積コンデンサＳ２から取得されうる。図２の実施例は、負荷は、リニア電源の消費を示す。時間ｔ12に対応する時間ｔ21での第２電位過程グラフ２０ｂ（チャートＢ）から推測されうるように、エネルギーは、第１蓄積コンデンサＳ１から第２蓄積コンデンサＳ２へ伝送される。この時、第２蓄積コンデンサＳ２は、電位Ｐ1*を有する。第２蓄積コンデンサＳ２において電位Ｐ2*以下に低下した場合、第２蓄積コンデンサに接続している負荷は、もはや機能しない。エネルギーの伝送により、第２電位過程グラフ２０ｂは、変換器の機能する正確なモードに応じて、第１期間Ｔ１において第２電位過程グラフ２０ａより急速に増加しうる。エネルギーの転送により、第１蓄積コンデン��Ｓ１での第１電位過程グラフ２０ａは、第２期間Ｔ２の間に再び減少する。第２期間Ｔ２の終了時間ｔ22は、第２電位過程グラフ２０ａにおける第２電位閾値に到達することによって再び決定される。これは、それぞれの第１期間Ｔ１およびそれぞれの第２期間Ｔ２が互いと比較して異なる長さでも良いことを意味する。第２蓄積コンデンサＳ２で電位Ｐ2*以下に低下した場合、負荷は、運用を中止しており、第１蓄積コンデンサから第２蓄積コンデンサへエネルギーを伝送した後、代表的に、第２蓄積コンデンサＳ２での電位値Ｐ1*から始まって、再び作動するか、またはエネルギーを消費し始めてもよい。エネルギー源が限られたエネルギー量を第１蓄積コンデンサＳ１に提供することが可能な場合のみに備えて、電位Ｐ2*以下に低下し、そしてその後エネルギーを伝送した場合、２次側（出力側）が特定の負荷の代表的な開始電圧を再び超える場合に備えて、負荷は再び作動するか、またはエネルギーを消費し始める。第２蓄積コンデンサＳ２での電位Ｐ2*以下に低下する場合に、負荷のスイッチを切る方法、および第２蓄積コンデンサＳ２での負荷の開始電圧を上回るときに再開することは、代表的には、循環的に、または非同調期間において繰り返されうる。
【００２４】
電位過程グラフ２０ｃは、代表的には、負荷が第２蓄積コンデンサＳ２からエネルギーを取得しない状況、そして、変換器が第１蓄積コンデンサＳ１から第２蓄積コンデンサＳ２へエネルギーを伝送し続ける状況を例示する。電位変換デバイスは、代表的には、第３電位閾値Ｐ３に到達する場合に備えて、第１蓄積コンデンサＳ１から第２蓄積コンデンサＳ２へエネルギーが伝送することを止めるために構成される制御手段またはフィードバック手段を含む。最大電位値Ｐ2maxとＰ３との差ΔＰは、ゼロと等しくなりうる。すなわち、それらは、同一であるか、またはゼロとは異なる。
【００２５】
通常、本実施例における電位を変換するための方法および電位変換デバイスは、ある期間、代表的には、第１期間Ｔ１において、何度も何度もより早くそして、より高い電力での変換器を用いて、エネルギーが第１蓄積コンデンサＳ１において制御され、そしてその後、変換器の出力側（すなわち、第２蓄積コンデンサＳ２に）に伝送されるという事実に基づく。エネルギーが伝送される場合、同時に電圧はアップコンバートされる。エネルギー源５によって決定され、そしてＰ１と同一である最大電位Ｐ1maxが、入力側（すなわち、第１蓄積コンデンサＳ１）に到達する間に、負荷に利用されるより大きい電位Ｐ2maxおよびこのようにより高い出力電圧ＵAmaxは、変換器により出力側で形成される。この時間、すなわち第１期間Ｔ１の間において、変換器はスイッチが切れているので、変換器によってエネルギーは、第１蓄積コンデンサＳ１から第２蓄積コンデンサＳ２に伝送されず、第２蓄積コンデンサＳ２が適切な方法で必要な大きさとなった場合に、負荷は、連続的な方法でエネルギーを供給しうる。第２電位過程グラフ２０ｂから推測しうるように、第２蓄積コンデンサＳ２の電位は、消費に対する依存により減少する。負荷抵抗Ｒと比較して負荷を仮定することは、エネルギーが負荷によって取得されるが、第２蓄積コンデンサＳ２のＲＣ時間定数は、第１期間Ｔ１において、出力電圧ＵAが第２電位Ｐ２に低下しないように構成される。
【００２６】
図２から更に推測されるように、期間Ｔ１およびＴ２は、循環的にまたは周期的に同じことを繰り返し、変換器は、期間Ｔ２の間、第１蓄積コンデンサＳ１から第２蓄積コンデンサＳ２へエネルギーを伝送し、そして、期間Ｔ１の間はそれをしない。これは、エネルギーを伝送した後、すなわち、エネルギー伝送の終了時間ｔ22で、変換器が機能しないように、時間の中断が結果として得られ、従って、それ自身を取得しないか、または電力を消費しないことを意味する。これは、電位変換デバイスの全体のエネルギー消費における変換器の負荷部分を減少させる。これは、エネルギーを転送する間、短い時間のみ作動中であるので、いかにそのエネルギー消費が著しく減少しても、変換器の電力入力は、不変のままであることを意味する。従って、ここで示される電位変換デバイスは、従来の電位変換デバイスよりも少ないエネルギー消費を可能とする。
【００２７】
本発明の実施例は、電位変換デバイスを含み、その電位変換デバイスは、第１電位過程において、第２電位閾値Ｐ２に到達することによって決定される開始時間ｔ11および第１電位閾値Ｐ１に到達することによって決定される終了時間ｔ12である第１期間Ｔ１においてチャージされる第１蓄積コンデンサＳ１、並びに、第１電位過程において、第１電位閾値Ｐ１に到達することによって決定される開始時間ｔ21および第２電位閾値Ｐ２に到達することによって決定される終了時間ｔ22である第２期間Ｔ２においてエネルギーを伝送するのみのために構成される変換器を有する。第２期間Ｔ２は、第１期間Ｔ１よりも短くてもよく、従って、変換器は、第２期間より短い間、そして、第１期間よりもそんなに長くない間、電力を能動的に取得する。これは、従来の電位変換デバイスと比較して、効率η＝Ｐoutput／Ｐinputを改善することを可能にする。電位変換デバイスの効率ηは、いくつかの実施例において、代表的には、７０％から８０％または８０％より大きい。
【００２８】
本発明の実施例において、第１期間Ｔ１および第２期間Ｔ２の比は、代表的には、１０と５００の間、１００と４００の間、または５より大きいか若しくは１０より大きい。第１期間Ｔ１は、代表的には、実施例において、１００ｍｓであり、第２期間Ｔ２は２ｍｓである。
【００２９】
図３は、概略的に電位変換デバイスの本発明の他の実施例を例示する。電位変換デバイス１００は、図１と関連して記載されるように、それぞれエネルギー源５および負荷８に電気的に接続される第１蓄積コンデンサＳ１および第２蓄積コンデンサＳ２を含み、変換器１０が、第１蓄積コンデンサＳ１および第２蓄積コンデンサＳ２の間に連結される。加えて、変換器１０は、基準電位と関連して、既定の出力電圧ＵAが第２蓄積コンデンサＳ２で負荷８によってタップされた場合に、第１蓄積コンデンサＳ１から第２蓄積コンデンサＳ２へのエネルギーの伝送が止められるように、変換器に接続されるフィードバック手段またはフィードバックループ１０ａを含む。加えて、電位変換デバイス１００は、制御手段１０ｂを含む。ここで、基準電位に関連して第１電位過程の現在の電位値によって決定される電圧値が基準電位と比較される第１電位閾値Ｐ１によって決定される第１閾電圧値Ｕ１よりも大きい場合に備えて、制御手段は、代表的には、変換器１０のスイッチ切り替えによって第１蓄積コンデンサＳ１から第２蓄積コンデンサＳ２にエネルギーを伝送するように構成されるコンパレータ・ヒステリシス回路またはシュミットトリガ回路でもよい。加えて、基準電位に関連して第１電位過程グラフの現在の電位値によって決定される電圧値が、基準電位に関連して第２電位閾値Ｐ２によって決定される第２閾電圧値Ｕ２よりも小さい場合に備えて、制御手段１０ｂは、第１蓄積コンデンサＳ１から第２蓄積コンデンサＳ２へのエネルギーの伝送を止めるために変換器１０のスイッチを切るように構成される。制御手段１０ｂは、それぞれの閾電圧値に到達した場合に、電圧Ｕenableを用いて、直流・直流変換器１０のオン／オフを切り替えることができる。本実施例によれば、第１閾電圧値Ｕ１は、代表的には、１．０Ｖであり、第２閾電圧値Ｕ２は０．３Ｖであり、出力電圧ＵAは、３Ｖである。
【００３０】
電位値は、正電位値および負電位値であり、または正もしくは負の電圧が供給され、電位値または電位閾値の大きさが基礎として常に使用されるべきであることを指摘しておく。
【００３１】
図４の実施例によれば、電位変換デバイス１００は、変換器１０としてアップコンバータ回路を含む。電圧源５は、開回路電圧Ｕ0および高い内部抵抗を示す。その結果、電圧源の出力電圧は、開回路電圧Ｕ0に対応し、接続した第１蓄積コンデンサＳ１は、それに応じてチャージされる。加えて、第１蓄積コンデンサＳ１は、誘導器（代表的には、コイルＬ）に接続される。誘導器Ｌは、消費または負荷によって第２蓄積コンデンサＳ２から取得される出力電圧ＵAを合計した第２蓄積コンデンサＳ２のダイオードＤの下流に直列に接続されうる。誘導器Ｌは、トランジスタとして実装されるスイッチＳを介してグランドに接続される。スイッチＳまたはトランジスタは、制御手段１０ｂ（図４に図示されない）および／またはフィードバック手段１０ａを介して制御されうる。
【００３２】
スイッチが開いている、または、トランジスタが阻止している場合、電流は、第１蓄積コンデンサＳ１からコイルＬを通り、順バイアスされるダイオードを通って流れ、第２蓄積コンデンサＳ２にチャージされる。従って、第２蓄積コンデンサＳ２は、第１蓄積コンデンサＳ１からタップ可能な入力電圧ＵEの値へチャージされる。第１蓄積コンデンサＳ１から第２蓄積コンデンサＳ２へのエネルギー伝送により、第１蓄積コンデンサＳ１の電圧は減少する。スイッチＳが閉じられるか、またはトランジスタが接続された場合、電流は、グランドの方へスイッチＳを介して第１蓄積コンデンサＳ１から流れる。結果として得られる電流の流れは、誘導器Ｌ並びにコイルおよびトランジスタのオーム抵抗によって決定される。ダイオードＤは、この状態で阻止しており、従って、第２蓄積コンデンサＳ２は放電されない。これは、第２蓄積コンデンサＳ２での出力電圧ＵAが保たれることを意味する。再びスイッチが開くか、またはトランジスタが阻止するのに備えて、誘導器におけるコイル電流は瞬間的に変化することができない。しかし、最初は、その量および流れの向きは同じままである。スイッチが阻止されるので、電流はダイオードの中を流れて、このように、第２蓄積コンデンサＳ２にチャージし続ける。第２蓄積コンデンサＳ２は、すでに、第１蓄積コンデンサＳ１の電位値であるので、第２蓄積コンデンサＳ２にさらにチャージをすることによって、その電位値は、第１蓄積コンデンサＳ１の電位値を超えるように形成される。これは、より高い出力電圧が、第１蓄積コンデンサＳ１からタップであるよりも第２蓄積コンデンサＳ２で利用されうることを意味する。変換器によってエネルギーを伝送することによって第２期間Ｔ２の間にクロック形式において、スイッチＳをオン／オフを切り替えることは、代表的には、インパルス幅変調器を使用して実行されうる。第２蓄積コンデンサでのタップである出力電圧ＵAは、負荷サイクル、すなわち、トランジスタが第２期間Ｔ２の間にスイッチが入れられる時間とトランジスタが第２期間Ｔ２の間にスイッチを切る時間の比率に依存しうる。第２期間Ｔ２の間にクロック形式においてトランジスタまたはスイッチＳをオン／オフの切り替えをすることは、代表的には、１ｋＨｚから５ＭＨｚで、すなわち、代表的には、１００ｋＨｚの周波数で行われる。本発明の実施例によれば、第１期間Ｔ１の間、スイッチＳは、使用不能でありうる。他の実施例によれば、負荷が、第２蓄積コンデンサＳ２からいかなるエネルギーを取り出さない場合に備えて、変換器は、エネルギーの伝送または負荷または変換を止めることによって第２蓄積コンデンサＳ２から得られるエネルギーに同様に合わせるために、負荷サイクルを低下させることによって出力電圧ＵAを一定に保つように、構成される。
【００３３】
クロック動作の間、エネルギーは、一部において、第１蓄積コンデンサＳ１から第２蓄積コンデンサＳ２へ伝送される。これは、電圧をアップコンバートするため、および伝送エネルギーのためのクロック動作が、実施例において、第２期間Ｔ２の間にのみ実行されることを意味する。第２期間Ｔ２においてのみ、変換器１０は、代表的には、図４に記載されているようなアップコンバータが、エネルギーを能動的に消費する。この間（第２の期間Ｔ２）において、電位変換デバイスの全体のエネルギーバランス、または電位変換デバイスの効率を低下させる電力損失のみがある。連続的に動作する変換器とは対照的に、電力損失は、変換器を動作することによって減少している。アップコンバージョンのためのスイッチを計測している高周波のための回路は、フィードバック手段１０ａ（図３）の一部でもよい。フィードバック手段１０ａにおいて、変換器１０のための高周波クロック信号は、第２期間Ｔ２の間に発生しうる。対応する電位または電圧閾値に到達した場合、対照的に、制御手段１０ｂは、変換器１０のオン／オフを切り替えることができる。
【００３４】
本発明の一実施例では、変換器は、アップコンバータとして実装されうる。ここで、基準電位と比較して第１蓄積コンデンサＳ１からの第１電位過程の現在の電位値によって与えられる誘導器Ｌは、第１接続ポイントを介して入力電圧ＵEに接続される。一方、誘導器Ｌの第２接続ポイントは、基準電位に接続されるスイッチＳに並列に接続され、他方、順バイアスされるダイオードＤに接続され、そして、第２蓄積コンデンサＳ２に接続される。
【００３５】
本発明の実施例において、変換器は、トランジスタとして実装されるスイッチＳを含む。このトランジスタは、第１閾電圧値Ｕ１に到達した場合に、ヒステリシスを含むコンパレータ回路またはシュミットトリガ回路によってスイッチが入れられ、第２閾電圧値Ｕ２に到達した場合に、シュミットトリガ回路またはヒステリシスを含むコンパレータ回路によってスイッチが切られる。
【００３６】
電位変換デバイスの他の実施例に基づいて、変換器１０は、第１蓄積コンデンサＳ１から第２蓄積コンデンサＳ２へエネルギーが伝送された場合、第２蓄積コンデンサＳ２での第２電位過程は、エネルギー源からのエネルギーの供給に基づく第１蓄積コンデンサＳ１での第１電位過程の最大電位値Ｐ1maxよりも大きさの大きい最大電位値Ｐ2maxに到達するように構成される。
【００３７】
本発明の実施例において、変換器は、代表的には、チャージポンプ、線形電圧レギュレータ、スイッチングレギュレータ、スイッチモード電源、または直流・直流変換器として実装されうる。
【００３８】
図５ａにおいて、更なる実施例として、電位変換デバイスの変換器のための制御手段で使われることができるような、シュミットトリガ回路またはコンパレータ・ヒステリシス回路が例示される。制御手段１０ｂは、電位変換デバイスにおいてもしくは変換器デバイスにおいても内部的に集積されることができるか、または電位変換デバイスの外側から、その制御信号を提供することができる。基準電位と比較して第１電位過程の現在の電位値によって与えられる電圧値が、基準電位と比較して第１電位閾値Ｐ１によって与えられる第１閾電圧値Ｕ１よりもその大きさに関して高い場合、図５ａにおけるシュミットトリガ回路は、第１蓄積コンデンサＳ１から第２蓄積コンデンサＳ２へエネルギー伝送を実行するために、電位変換デバイスの変換器のスイッチを入れるように構成されうる。基準電位と比較して第１電位過程の現在の電位値によって与えられる電圧値が、基準電位と比較して第２電位閾値Ｐ２によって与えられる第２閾電圧値Ｕ２よりもその大きさに関して小さい場合、図５におけるシュミットトリガ回路は、第１蓄積コンデンサＳ１から第２蓄積コンデンサＳ２へエネルギー伝送を終了するために変換器のスイッチを切るように構成される。図５ａのシュミットトリガ回路は、オペアンプ５２を含む。ここで、オペアンプの出力５２ａは、オペアンプの非反転入力に接続される抵抗Ｒ２を介して後方に連結されている。さらに抵抗Ｒ１は、非反転入力５２ｂから上流に接続される。逆相入力５２ｃは、基準電位Ｕref上にセットされる。抵抗Ｒ２およびＲ１に応じて、正フィードバックについては、異なるスイッチング閾値は、入力信号の上昇および低下を結果として得る。シュミットトリガ回路は、単純なトランジスタが１つスイッチング閾値を含むだけでなく、立ち下りおよび立ち上がりの各１つずつ、２つの定義されたスイッチング閾値を含むスイッチとみなされる。それぞれの電圧閾値のために、抵抗Ｒ２およびＲ１は重要である。入力電圧ＵEと出力電圧Ｕenableとの比が抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ１の比に対応するように図５ａにおけるヒステリシスを伴うコンパレータ回路のためにここでは適用される。このように、ヒステリシスおよび／または結合度並びに上側の閾電圧値Ｕ１と下側の閾電圧値Ｕ２との間の間隔は、抵抗値Ｒ１およびＲ２、またはそれらの比、並びにＵEおよびＵenableに基づいている。
【００３９】
このように、コンパレータ／ヒステリシス回路は、第２期間の開始でスイッチを入れられ、第２期間の終了でスイッチを切られる変換器１０（図３）を使用して、出力電圧Ｕenableを提供されうる。
【００４０】
シュミットトリガ回路またはコンパレータ・ヒステリシス回路は、さらに、コンパレータ出力５２ａと対応する回路の基準電位との間に配置される容量値Ｃ’’２を有する容量素子５９を含む。すなわち、変換器１０のスイッチングプロセスの時間的遅延のために、容量素子５９は、遅延要素として役に立ち、それは、コンパレータ・ヒステリシス回路によって制御される。下側の閾電圧値よりも低下した場合、コンパレータ・ヒステリシス回路によってスイッチをオン／オフに切り替えられる、例えば、変換器１０が、直接、スイッチを切らなくて、作動中のまま、コンデンサＣ’’２のバッファリング効果のためしばらくの間スイッチを入れる。
【００４１】
好ましくは、基準電圧Ｕrefは、入力電圧ＵEの上側の閾電圧値Ｕ１と入力電圧ＵEの下側の閾電圧値Ｕ２との間に存在している電圧値を含む。上側の閾電圧値Ｕ１は、例えば１．５Ｖであり、そして下側の閾電圧値Ｕ２は、例えば０．５Ｖであり、基準電圧Ｕrefは、例えば１．０Ｖである。出力電圧Ｕenableに対して、例えば、下側の閾電圧値Ｕ２より低下した場合、電圧値は、０Ｖであり、上側の閾電圧値Ｕ１を超えた場合は、２Ｖの電圧値が結果として得られる。
【００４２】
このように、本発明の実施例において、制御手段は、正フィードバックの抵抗Ｒ２および第２抵抗Ｒ１を有するオペアンプを例えば含んでいるヒステリシス（コンパレータ・ヒステリシス回路）を含有するコンパレータ回路を含む。このように、コンパレータ回路は、第１閾電圧値Ｕ１に到達した場合に変換器（例えば、図３）のスイッチを入れ、第２閾電圧値Ｕ２に到達した場合に、変換器のスイッチを切るような閾電圧値を切り替えるために実装される。
【００４３】
図５ｂは、変換器を切り替えるための制御手段１０ｂの更なる実施例を示す。例えば、変換器が、図２に示す第１期間Ｔ１において運用を中止しており、第２期間Ｔ２において作動中であるように、対応する制御入力を有する変換器を切り替えうる。すなわち、第１電位閾値Ｐ１に到達した場合、または基準電位に関して、第１閾電圧値Ｕ１に到達した場合、変換器は、図５ｂの制御手段１０ｂによって起動する。例えば、第２期間Ｔ２において変換器（図４参照）のスイッチＳのクロック切り替えによって、直流・直流変換器である変換器は、第１蓄積コンデンサＳ１から第２蓄積コンデンサＳ２へエネルギー伝送が実行されうる。オン／オフのクロック切り替えは、１００ｋＨｚの周波数により例えば実行されてもよい。
【００４４】
第２電位閾値Ｐ２または第２閾電圧値Ｕ２に到達した場合、図５ｂにおける制御手段は、この第１期間Ｔ１において、Ｓ１からＳ２へのエネルギー伝送を動作が、および直流・直流変換器のスイッチＳのオン／オフのクロック切り替えが起こらないように、変換器を停止しうる。この第１の期間Ｔ１の間、第１蓄積コンデンサＳ１は、エネルギー源５からエネルギーを供給され、そして、第１蓄積コンデンサＳ１での電位過程が再び第１電位閾値Ｐ１に到達しうる。
【００４５】
以下に、制御手段回路およびその機能が、記載される。制御手段１０ｂ（図５ｂ）は、第１蓄積コンデンサＳ１でタップされうる電圧ＵE（ｔ）に対応しうる入力電圧ＵEに連結される。例えば、ショットキーダイオード５３であるダイオードがトランジスタ５４と接続される。結果として、ショットキーダイオード５３の陽極端子５３ａがトランジスタ５４の第１端子５４ａに連結される。一方、ショットキーダイオードの陰極端子５３ｂは、トランジスタ５４の制御端子５４ｂに連結され、他方、ＲＣ要素５６は、抵抗Ｒ’１を有する並列に接続される抵抗素子５６ａおよび容量値Ｃ’１を有する容量素子５６ｂを含む。ショットキーダイオード５３の陽極端子５３ａおよびＲＣ要素５６との間で、入力電圧ＵEが適用される。トランジスタ５４の導電性パスの第２端子５４ｃは、さらにＲＣ要素５７に連結される。さらにＲＣ要素５７は、容量値Ｃ’２を含む容量素子５７ｂに並列に接続される抵抗素子５７ａを含む。抵抗素子５７ａは、上述したように、第２期間Ｔ２において、対応するように接続された変換器（例えば、直流・直流変換器）のスイッチを入れ、第２期間Ｔ２において、変換器のスイッチを切るために用いられうる。変換器は、この目的のために、電圧Ｕenableが適用される対応する制御入力を含む。
【００４６】
ショットキーダイオードの閾電圧値を超える場合、入力電圧ＵEは、順方向のショットキーダイオード５３を通して切り替える。その結果、入力電圧ＵEとトランジスタ５４の制御端子５４ｂでの閾電圧値によって減少される入力電圧ＵEとの差が、トランジスタの閾電圧値よりも大きい場合、一方、コンデンサ５６ｂは、チャージされ、他方、トランジスタ５４は、導通するようになる。トランジスタが、例えば、第１閾電圧値Ｕ１に対応する閾電圧値から始まって開始する場合、コンデンサＣ２（５７ｂ）はチャージされ、電圧Ｕenableに対応する制御手段１０ｂの出力５８が適用される。第２閾電圧値Ｕ２に対応しうる第２閾電圧値に到達することが、再び、トランジスタのスイッチを切るようにし、そして、このように接続された変換器のスイッチを切るために、電圧Ｕenableの減少につながる場合、制御手段１０ｂによって変換器のスイッチを入れた後、第２蓄積コンデンサへのエネルギーの伝送が原因で、電圧ＵEの減少が生ずる。ＲＣ要素５６および５７は、すなわち、直流・直流変換器での切り替え過程の時間的遅延に対する遅延要素として役立つ。すなわち、例えば、回路１０ｂの下側の閾電圧値の下に低下した場合、変換器（直流・直流変換器）は、直接切り替えされず、ＲＣ要素５６，５７のバッファリング効果のためしばらくの間、作動中のままである。
【００４７】
図６において、フローチャートで、本発明による変位変換のための方法に関する実施例が例示される。方法は、第１蓄積コンデンサＳ１において、第１電位過程を得るために、エネルギー源からエネルギーを第１蓄積コンデンサＳ１に供給するステップ６０を含む。さらに、方法は、第２蓄積コンデンサＳ２において第２電位過程を得るために、第１蓄積コンデンサＳ１からエネルギーを第２蓄積コンデンサＳ２へ供給するステップ６２を含む。それとは別に、第１電位過程が第１電位閾値Ｐ１に到達し、そして、第１電位過程が第２電位閾値Ｐ２に到達するまで、方法は、第１および第２蓄積コンデンサの間に電気的に接続された変換器を使用して、第１蓄積コンデンサＳ１から第２蓄積コンデンサＳ２へエネルギーを伝送するステップ６４を含む。ここで、第１電位閾値Ｐ１は、第２電位閾値Ｐ２よりもその大きさに関してより大きい。
【００４８】
電位変換のための方法に加えて、実施例において変換器を使用するエネルギーの伝送６４は、エネルギー源からエネルギーを供給すること６０によって増加する第１蓄積コンデンサＳ１での最大電位Ｐ1maxよりその大きさに関して大きい第２蓄積コンデンサＳ２での最大電位Ｐ2maxを形成することを含む。このように、第２蓄積コンデンサＳ２でタップされる最大出力電圧ＵAmaxは、共通基準電位に関して、第１蓄積コンデンサＳ１でタップされる最大入力電圧ＵEmaxよりも大きくても良い。
【００４９】
第２蓄積コンデンサＳ２で第２電位過程が第３電位閾値Ｐ３に到達した場合、実施例における変換器を有するエネルギーの伝送６４の終了、またはエネルギー伝送もしくは変換のクロック比は、エネルギー消費を減少するか、または適用されうる。
【００５０】
変換器による第１蓄積コンデンサＳ１から第２蓄積コンデンサＳ２へのエネルギーの伝送は、制御手段を有する変換器を制御するステップを含む。
【００５１】
本発明の実施例において、電位変換のための方法は、第１期間Ｔ１における第１蓄積コンデンサＳ１のチャージによるエネルギー源からエネルギーの第１蓄積コンデンサＳ１の供給６０によって実行される。第１期間Ｔ１は、第１電位過程における、第２電位閾値Ｐ２に到達することにより与えられる開始時間ｔ11および第１閾電圧値Ｐ１に到達することによって与えられる終了時間ｔ12である。変換手段を使用するエネルギーの伝送６４は、第１電位過程において、第１電位閾値Ｐ１に到達することによって与えられる開始時間ｔ21、および第２電位閾値Ｐ２に到達することによって与えられる終了時間ｔ22である第２期間Ｔ２においてのみのエネルギーの伝送である。第２期間Ｔ２は、第１期間Ｔ１よりもここでは短く、変換手段は、より短い第２期間Ｔ２の間であり、第１期間Ｔ１よりもそんなに長くない間、能動的に電力パワーを消費する。
【００５２】
本発明の実施例において、方法は、ある期間において、より早くより高い電力を有する第２蓄積コンデンサＳ２におけるスイッチングレギュレータまたは電位変換デバイスの出力側に伝送される第１蓄積コンデンサＳ１においてエネルギーが集められるという事実に基づく。同時に、電圧のアップコンバージョンが起こる。エネルギー伝送のため、第１蓄積コンデンサＳ１での電圧が減少する。
【００５３】
第１蓄積コンデンサＳ１での下側の電位閾値に到達した場合、変換器は、エネルギー伝送のためのその動作を終了する。この時間の間、変換器は、電力を吸収することができない。エネルギー源の完全なエネルギーは、第１蓄積コンデンサＳ１を供給されるために使用されうる。上側の閾値または第１電位閾値Ｐ１に到達した場合、第１蓄積コンデンサから第２蓄積コンデンサへのエネルギー伝送６４は、再び開始されうる。エネルギーの伝送後、休止は、変換器またはスイッチングレギュレータが運用を中止しており、電力を消費しないことを結果として得る。これによって、電位変換のために必要なすべてのエネルギーに関する消費のその部分が減少しうる。
【００５４】
なお、状況に応じて、電位変換のための方法は、ソフトウェアで行うこともできる。実装は電子的に読み込み可能な制御信号を有するデジタル記憶媒体、特にフロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤまたはＤＶＤでもよい。そして、対応する方法が実行されるように、プログラム可能なコンピュータシステムと協働する。一般に、本発明は、コンピュータプログラム製品がコンピュータ上で動くとき、機械読み込み可能な媒体上に格納されたプログラムコードを有するコンピュータプログラム製品として実行することができる。プログラムコードは、本発明の方法を実行するために操作される。換言すれば、本発明の方法は、コンピュータプログラムがコンピュータ上で動くとき、少なくとも本発明の方法の１つを実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラムである。
【００５５】
本発明の実施例において、エネルギー源のパワーマネジメント機能は、低い連続出力値で例示される。エネルギー源の非常に低いエネルギー収量について、エネルギー源を放置するように、動作における同じ電力を実質的に取得するようにスイッチングレギュレータを使用する場合に生じる。本発明の方法は、これらの状況にもかかわらず、電圧レギュレータを介して電気負荷を供給することを可能にする。本発明の実施例において、例えば、第１蓄積コンデンサＳ１において、例えば、エネルギー源のチャージの第１蓄積コンデンサＳ１において初期的に格納される。この目的のために、蓄積コンデンサはチャージされる。スイッチングレギュレータまたは変換器は、入力での第１蓄積コンデンサＳ１から出力での第２蓄積コンデンサＳ２にエネルギーを伝送するために、定義される上側の閾電圧値から開始するように、入力で開始するために設計される。ステップアップコンバータによれば、第２蓄積コンデンサＳ２は、例えば、フィードバック循環または手段によってコンバータで設定されるより高い電圧にチャージされうる。エネルギー伝送のため、第１蓄積コンデンサＳ１での電圧が減少する。入力で下側の閾値に到達した場合、スイッチングレギュレータは、その動作を終了しうる。この時間の間、レギュレータは、電力を取得しない。完全なエネルギー源は、第１蓄積コンデンサに流入しうる。上側の閾値に到達する場合、第１蓄積コンデンサＳ１から第２蓄積コンデンサＳ２へのエネルギー伝送が再開する。上側および下側の閾値の実装により、スイッチングレギュレータにおいて、ヒステリシスが結果として得られる。電位変換のための方法に関して本実施例は、ある第１期間Ｔ１において、エネルギーがより短い第２期間により高い電力によって、急速にしばしば伝送される第１蓄積コンデンサＳ１において集められるという考えに基づく。同時に、電圧のアップコンバージョンが生じうる。伝送の後、休止がスイッチングレギュレータの運用を中止するか、またごくわずかな電力だけしか消費されないことを結果として得る。これによって、全体のエネルギーに関する消費のその部分が減少する。この運用を中止しているときにおいて、第１蓄積コンデンサＳ１は再びエネルギー源からエネルギーを集めうる。
【００５６】
実施例において、ヒステリシス・パフォーマンスによって、電位変換のための方法は、２つの段階に分けられうる。第１蓄積コンデンサＳ１におけるエネルギー源からエネルギーを集め、ここで、スイッチングレギュレータは、このとき運用を中止しており、この第１期間Ｔ１は、第２期間Ｔ２よりも長い時間を含む。第２蓄積コンデンサＳ２にエネルギーの伝送が実行される。この第２期間Ｔ２において、スイッチングレギュレータまたは変換器は、作動し、入力側、すなわち第１蓄積コンデンサＳ１より高いタップされた電圧を出力側、すなわち第２蓄積コンデンサＳ２で、生成する。このように、スイッチングレギュレータまたは変換器は、例えばアップコンバータでもよい。ここで、エネルギーの伝送は、エネルギーが第１蓄積コンデンサＳ１にエネルギー源から伝送されておよび／またはそこで集められる長い時間的位相と比較して、短い時間的位相において生じる。
【００５７】
ここで提案される方法は、消費エネルギーを少なくすることができて、すなわち、電位変換のための従来の方法より高い効率を含むことができる。対応するスイッチングレギュレータ（電位変換デバイス）の電力消費は、不変のままであり、しかし、エネルギーが伝送する間、すなわち、第２期間Ｔ２の間の短い時間のみ作動中であるように、エネルギー消費が明らかに減少することができる。第２蓄積コンデンサＳ２が最適な大きさが示されて、このように、エネルギー伝送が生じない時間の間に十分なエネルギーを供給する場合、消費するものに対する連続供給が可能である。
【００５８】
実施例に示される電位変換のための方法において、あたかも非常により少ないエネルギー源が連続的に伝送されるかのように、スイッチングレギュレータまたはコンバータ手段は短時間伝送の間、より高い電力により明らかにより高い効率を達成することができる。負荷は、主に、第２蓄積コンデンサＳ２によって供給される。ここで、もちろん、エネルギーとしてのみ、第２蓄積コンデンサＳ２において存在するように取得される。
【００５９】
本発明に関する実施例において、本発明の電位変換デバイスおよび電位を変換する方法が、低出力を有するエネルギー源において用いられることもできる。このエネルギー源の電力出力は、連続的でもよい。例えば、エネルギー源は、ピエゾコンバータまたは熱発電機でもよい。エネルギー源による電気的な電力出力は、例えば、０．０１ｍＷおよび１Ｗの間であり、好ましくは、例えば、０．１ｍＷと０．１Ｗの間である。低電力出力を有するエネルギー源のようなソース電圧の大きさは、例えば、１ｍＶと５Ｖの間であり、好ましくは、例えば、１０ｍＶと１．５Ｖの間である。これらの値に適合するように構成され、第１閾電圧値Ｕ１は、例えば、１ｍＶと５Ｖの間であり、好ましくは、１０ｍＶと１．５Ｖの間である。第２閾電圧値Ｕ２は、例えば、０．１ｍＶと５Ｖの間であり、好ましくは、１ｍＶと１．５Ｖの間である。いくつかの実施形態において、第２閾電圧値Ｕ２と第１閾電圧値Ｕ１との比は、１９／２０より小さいか若しくは等しいか、または極端でもよい。いかに適用されるように、Ｕ２／Ｕ１≦１９／２０である。変換された出力電圧ＵAは、例えば、１Ｖと５Ｖの間である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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