(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２のコンデンサを直列もしくは並列に切り換える第１のスイッチを備えた直並列コンデンサと、複数のコンデンサと、
前記直並列コンデンサと前記複数のコンデンサとをそれぞれ第１の電圧と第２の電圧の間に並列に接続して充電するための第２のスイッチと、
前記直並列コンデンサと前記複数のコンデンサとを前記第１の電圧又は前記第２の電圧と出力端子との間に直列に接続して放電するための第３のスイッチとを備え、
充電時には前記直並列コンデンサの前記第１及び第２のコンデンサを前記第１及び第２の電圧の間に直列に接続し、放電時には前記第１及び第２のコンデンサを並列に接続することを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項２】
前記第１及び第２のコンデンサは同じ容量値を有することを特徴とする請求項１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項３】
前記第１のスイッチ、第２のスイッチ及び第３のスイッチはＭＯＳトランジスタで構成されていることを特徴とする請求項１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項４】
第１及び第２のコンデンサを直列もしくは並列に切り換える第１のスイッチを備えた直並列コンデンサと、複数のコンデンサと、
前記直並列コンデンサと前記複数のコンデンサとをそれぞれ高電圧と低電圧の間に並列に接続して充電するための第２のスイッチと、
前記直並列コンデンサと前記複数のコンデンサとを前記高電圧と出力端子との間に直列に接続して放電するための第３のスイッチと、を備え、
充電時には前記直並列コンデンサの前記第１及び第２のコンデンサを前記高電圧と低電圧の間に直列に接続し、放電時には前記第１及び第２のコンデンサを並列に接続し、前記出力端子からプラスの昇圧電圧を発生することを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項５】
前記第１及び第２のコンデンサは同じ容量値を有することを特徴とする請求項４に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項６】
前記第１のスイッチ、第２のスイッチ及び第３のスイッチはＭＯＳトランジスタで構成されていることを特徴とする請求項４に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項７】
第１及び第２のコンデンサを直列もしくは並列に切り換える第１のスイッチを備えた直並列コンデンサと、複数のコンデンサと、
前記直並列コンデンサと前記複数のコンデンサとをそれぞれ高電圧と低電圧の間に並列に接続して充電するための第２のスイッチと、
前記直並列コンデンサと前記複数のコンデンサとを前記低電圧と出力端子との間に直列に接続して放電するための第３のスイッチと、を備え、
充電時には前記直並列コンデンサの前記第１及び第２のコンデンサを前記第１及び第２の電圧の間に直列に接続し、放電時には前記第１及び第２のコンデンサを並列に接続し、前記前記出力端子からマイナスの昇圧電圧を発生することを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項８】
前記第１及び第２のコンデンサは同じ容量値を有することを特徴とする請求項７に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項９】
前記第１のスイッチ、第２のスイッチ及び第３のスイッチはＭＯＳトランジスタで構成されていることを特徴とする請求項７に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源回路等に用いて好適なＤＣ−ＤＣコンバータに関し、特に高効率化を図ったＤＣ−ＤＣコンバータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のビデオカメラ、デジタルスチールカメラ（ＤＳＣ）、ＤＳＣフォーン等の映像機器は、その映像を取り込むためにＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）を使用している。ＣＣＤを駆動するためのＣＣＤ駆動回路は、プラス、マイナスの高電圧（十数Ｖ）で且つ大電流（数ｍＡ）の電源回路を必要とする。現在、この高電圧はスイッチングレギュレータを用いて生成している。
【０００３】
スイッチングレギュレータは高性能、即ち高い電力効率（出力電力／入力電力）にて、高電圧を生成することができる。しかし、この回路は電流のスイッチング時に高調波ノイズを発生する欠点があり、電源回路をシールドして用いなければならない。更に外部部品としてコイルを必要とするので小型化が難しいという欠点もある。
【０００４】
そこで、そのような欠点を克服するためにスイッチトキャパシタ型のＤＣ−ＤＣコンバータが提案されている。この種のＤＣ−ＤＣコンバータは、例えば電子情報通信学会誌（Ｃ−２  Ｖｏｌ．Ｊ８１−Ｃ−２  Ｎｏ．７  ｐｐ．６００−６１２  １９９８年７月）に記載されている。
【０００５】
図９、図１０は、従来例に係るスイッチトキャパシタ型のＤＣ−ＤＣコンバータの回路図である。１０は電源電圧Ｖｄｄを提供する電圧源、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は各段を構成するコンデンサ、１１，１２，１３は電源電圧Ｖｄｄと各コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３の一端との間に設けられたスイッチ、２１，２２，２３は接地電圧（０Ｖ）と各コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３の他端との間に設けられたスイッチである。
【０００６】
また、３０は電源電圧Ｖｄｄと１段目のコンデンサＣ１の接地電圧（０Ｖ）の一端の間に設けられたスイッチ、３１はコンデンサＣ１のＶｄｄ側の一端と２段目のコンデンサＣ２の接地電圧（０Ｖ）の一端の間に設けられたスイッチ、３２はコンデンサＣ２のＶｄｄ側の一端と３段目のコンデンサＣ３の接地電圧（０Ｖ）の一端の間に設けられたスイッチ、３３はコンデンサＣ３のＶｄｄ側の一端と出力端子４０との間に設けられたスイッチである。Ｃｏｕｔは出力容量、５０は出力端子４０に接続された電流負荷である。このように、このスイッチトキャパシタ型のＤＣ−ＤＣコンバータは３段構成であり、その動作は次の通りである。
【０００７】
図８に示すように、スイッチ１１〜１３及びスイッチ２１〜２３をオンさせ、スイッチ３０〜３３をオフする。すると、コンデンサＣ１〜Ｃ３は電源電圧Ｖｄｄと接地電圧（０Ｖ）の間に並列に接続され、充電が行われる。これにより、各コンデンサＣ１〜Ｃ３の電圧Ｖ１〜Ｖ３はＶｄｄとなる。出力端子４０における出力電流をＩｏｕｔとすると、各コンデンサＣ１〜Ｃ３の充電電流は２Ｉｏｕｔである。
【０００８】
次に、図９に示すように、スイッチ１１〜１３及びスイッチ２１〜２３をオフさせ、スイッチ３０〜３３をオンする。すると、コンデンサＣ１〜Ｃ３は電源電圧Ｖｄｄと接地電圧（０Ｖ）から切り離されると共に、相互に直列に接続され、放電が行われる。そして、コンデンサ結合効果により、電圧Ｖ１は２Ｖｄｄに、電圧Ｖ２は３Ｖｄｄに、電圧Ｖ３（＝Ｖｏｕｔ）は４Ｖｄｄにそれぞれ昇圧される。出力端子４０における出力電流をＩｏｕｔとすると、電源ＶｄｄからコンデンサＣ１に流れる電流は２Ｉｏｕｔである。
【０００９】
このように、スイッチトキャパシタ型のＤＣ−ＤＣコンバータは、電源電圧Ｖｄｄを供給することにより、出力端子４０から４Ｖｄｄという高電圧が得られる。
【００１０】
ここで、ＤＣ−ＤＣコンバータの理論効率ηは出力電力／入力電力で定義される。図８及び図９に対応するスイッチの切り換え期間が同じであり、スイッチ等により全ての電圧ロスを無視すると、
入力電力＝４×２Ｉｏｕｔ／２×Ｖｄｄ＝Ｉｏｕｔ×４Ｖｄｄ
出力電力＝Ｉｏｕｔ×４Ｖｄｄ
故に、理論効率η＝１００％である。
【００１１】
一般には、ｎ段のスイッチトキャパシタ型ＤＣ−ＤＣコンバータによれば、（ｎ＋１）Ｖｄｄの出力電圧が得られる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のスイッチトキャパシタ型ＤＣ−ＤＣコンバータでは、Ｖｄｄステップの昇圧電圧が得られるのみである。スイッチトキャパシタ型ＤＣ−ＤＣコンバータを電源回路として利用する場合、所望の出力電圧に設定するために、レギュレータによって降圧による電圧調整が行われる。ところが、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧（ｎ＋１）Ｖｄｄと所望の出力電圧との開きが大きいと電源回路の効率が悪化してしまうという欠点があった。
【００１３】
そこで、本発明は、Ｖｄｄより小さなステップの出力電圧、例えば、１．５Ｖｄｄ，２．５Ｖｄｄ、３．５Ｖｄｄ・・・を発生することが可能なＤＣ−ＤＣコンバータを提供することにより、電源回路の効率を向上させることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明のＤＣ−ＤＣコンバータは、第１及び第２のコンデンサを直列もしくは並列に切り換える第１のスイッチを備えた直並列コンデンサと、複数のコンデンサと、  前記直並列コンデンサと前記複数のコンデンサとをそれぞれ第１の電圧と第２の電圧の間に並列に接続して充電するための第２のスイッチと、前記直並列コンデンサと前記複数のコンデンサとを前記第１の電圧又は前記第２の電圧と出力端子との間に直列に接続して放電するための第３のスイッチとを備え、充電時には前記直並列コンデンサの前記第１及び第２のコンデンサを前記第１及び第２の電圧の間に直列に接続して充電し、放電時には前記第１及び第２のコンデンサを並列に接続することを特徴とするものである。
【００１５】
充電時にはコンデンサが直列接続された状態で充電されるので各コンデンサには分圧された電圧（例えば、２個のコンデンサの場合には、０．５Ｖｄｄ）が充電される。そして、放電時にはコンデンサは並列に接続されるので、分圧された電圧がコンデンサ結合により次段のコンデンサへ伝達される。これにより、Ｖｄｄより小さなステップの出力電圧、例えば、１．５Ｖｄｄ，２．５Ｖｄｄ、３．５Ｖｄｄ・・・を発生することが可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１及び図２は、第１の実施形態に係る３段構成のスイッチトキャパシタ型ＤＣ−ＤＣコンバータを示す回路図である。
【００１７】
１０は電源電圧Ｖｄｄを提供する電圧源である。Ｃ１１，Ｃ１２は直並列切り換えスイッチ６１，６２，６３によって直列又は並列に切り換え可能なコンデンサである。スイッチ６１がオン、スイッチ６２，６３がオフすると、コンデンサＣ１１，Ｃ１２は互いに直列に接続される。反対にスイッチ６１がオフ、スイッチ６２，６３がオンすると、コンデンサＣ１１，Ｃ１２は互いに並列に接続される。以下、このような構成のコンデンサＣ１１，Ｃ１２を直並列コンデンサと呼ぶことにする。
【００１８】
１１は電源電圧ＶｄｄとコンデンサＣ１１の一端との間に設けられたスイッチ、２１は接地電圧（０Ｖ）と各コンデンサＣ１２の一端との間に設けられたスイッチである。
【００１９】
Ｃ２、Ｃ３はそれぞれ２段目、３段目を構成するコンデンサである。１２，１３は電源電圧Ｖｄｄと各コンデンサＣ２，Ｃ３の一端との間に設けられたスイッチ、２２，２３は接地電圧（０Ｖ）と各コンデンサＣ２，Ｃ３の他端との間に設けられたスイッチである。
【００２０】
上述のスイッチ１１〜１３、２１〜２３はコンデンサＣ１１，Ｃ１２，Ｃ２，Ｃ３を電源電圧Ｖｄｄに接続するための充電スイッチ群を構成している。
【００２１】
また、３０は電源電圧Ｖｄｄと１段目のコンデンサＣ１２の接地電圧（０Ｖ）側の一端の間に設けられたスイッチ、３１はコンデンサＣ１１のＶｄｄ側の一端と２段目のコンデンサＣ２の接地電圧（０Ｖ）の一端の間に設けられたスイッチ、３２はコンデンサＣ２のＶｄｄ側の一端と３段目のコンデンサＣ３の接地電圧（０Ｖ）の一端の間に設けられたスイッチ、３３はコンデンサＣ３のＶｄｄ側の一端と出力端子４０との間に設けられたスイッチである。Ｃｏｕｔは出力容量、５０は出力端子４０に接続された電流負荷である。
【００２２】
上述したスイッチ３０〜３３は、コンデンサＣ１１，Ｃ１２，Ｃ２，Ｃ３を直列に接続して放電を行うための、放電スイッチ群を構成している。
【００２３】
なお、上記のスイッチ１１〜１３，２１〜２３，３０〜３３，６１〜６３は、いずれもＭＯＳトランジスタで構成することにより、ＤＣ−ＤＣコンバータをＩＣの中に集積化することができる。
【００２４】
次に、図１、図２及び図３を参照しながら、上述した構成のスイッチトキャパシタ型のＤＣ−ＤＣコンバータの第１の動作例を説明する。図３は、スイッチトキャパシタ型のＤＣ−ＤＣコンバータの第１の動作例を説明するタイミング図である。
【００２５】
図１に示すように、スイッチ１１〜１３及びスイッチ２１〜２３をオンさせ、スイッチ３０〜３３をオフする。同時に、スイッチ６１をオンさせ、スイッチ６２，６３をオフさせる。
【００２６】
すると、コンデンサＣ１１，Ｃ１２は直列に接続された状態で、電源電圧Ｖｄｄと接地電圧（０Ｖ）の間に接続され、充電がなされる。コンデンサＣ２，Ｃ３は電源電圧Ｖｄｄと接地電圧（０Ｖ）の間に並列に接続され、充電が行われる。
【００２７】
これにより、コンデンサＣ１１とＣ１２の接続点の電圧Ｖ０は０．５Ｖｄｄとなり、コンデンサＣ１１の高電圧側の電圧Ｖ１はＶｄｄとなる。すなわち、各コンデンサＣ１１，Ｃ１２は０．５Ｖｄｄに充電される。ただし、各コンデンサＣ１１，Ｃ１２が有する容量値は等しいとする。もし、各コンデンサＣ１１，Ｃ１２が有する容量値が異なれば、コンデンサＣ１１とＣ１２の接続点の電圧Ｖ０は０．５Ｖｄｄにはならず、容量比で定まる電圧となる。
【００２８】
コンデンサＣ２，Ｃ３の電圧Ｖ２，Ｖ３はいずれもＶｄｄとなる。出力端子４０における出力電流をＩｏｕｔとすると、コンデンサＣ１１，Ｃ１２の充電電流はＩｏｕｔ、コンデンサＣ２，Ｃ３の充電電流は２Ｉｏｕｔである。
【００２９】
次に、図２に示すように、スイッチ１１〜１３及びスイッチ２１〜２３をオフさせ、スイッチ３０〜３３をオンする。同時に、スイッチ６１をオフさせ、スイッチ６２，６３をオンさせる。
【００３０】
すると、コンデンサＣ１１，Ｃ１２及びＣ２，Ｃ３は電源電圧Ｖｄｄと接地電圧（０Ｖ）から切り離される。同時に、コンデンサＣ１１，Ｃ１２は並列接続された状態で、コンデンサＣ２と相互に直列に接続され、コンデンサＣ２はさらに３段目のコンデンサＣ３と相互に直列に接続され、放電が行われる。
【００３１】
そして、コンデンサ結合効果により、コンデンサＣ１１の電源電圧Ｖｄｄ側の一端の電圧Ｖ１は１．５Ｖｄｄとなる。これは、コンデンサＣ１１，Ｃ１２の接続点の０．５Ｖｄｄに電圧源１０のＶｄｄが加算されるからである。そして、同様にコンデンサ結合効果により、電圧Ｖ２は２．５Ｖｄｄに、電圧Ｖ３（＝Ｖｏｕｔ）は３．５Ｖｄｄにそれぞれ昇圧される。
【００３２】
出力端子４０における出力電流をＩｏｕｔとすると、電源ＶｄｄからコンデンサＣ１１，Ｃ１２に流れる電流はそれぞれＩｏｕｔである。
【００３３】
次に、スイッチトキャパシタ型のＤＣ−ＤＣコンバータの効率について考察する。この図１及び図２に対応するスイッチの切り換え期間が同じであり、スイッチ等により全ての電圧ロスを無視する。すなわち、図３において、時間ｔ１，ｔ２，ｔ３・・・は等しいものとする。
入力電力＝（３×２Ｉｏｕｔ＋Ｉｏｕｔ）／２×Ｖｄｄ＝Ｉｏｕｔ×３．５Ｖｄｄ
出力電力＝Ｉｏｕｔ×３．５Ｖｄｄ
故に、理論効率η＝１００％である。
【００３４】
ｎ段のスイッチトキャパシタ型ＤＣ−ＤＣコンバータに拡張すれば、（ｎ＋０．５）Ｖｄｄの出力電圧が得られる。また、１段目のコンデンサＣ１２，Ｃ１３を常に直列に接続しておけば、（ｎ＋１）Ｖｄｄの出力電圧が得られる。すなわち、１．５Ｖｄｄ、２Ｖｄｄ、２．５Ｖｄｄ、３Ｖｄｄ、３．５Ｖｄｄ、・・・というように、０．５Ｖｄｄステップの出力電圧を発生することが可能であり、しかも理論効率η＝１００％である。
【００３５】
次に、図１、図２及び図４を参照しながら、上述した構成のスイッチトキャパシタ型のＤＣ−ＤＣコンバータの第２の動作例を説明する。図４は、スイッチトキャパシタ型のＤＣ−ＤＣコンバータの第２の動作例を説明するタイミング図である。
【００３６】
上述した第１の実施形態では、各スイッチの切り換えを同時に行っているが、スイッチの切り換えのタイミングがずれると電流が逆流して流れてしまう。例えば、コンデンサＣ１１，Ｃ１２，Ｃ２，Ｃ３を直列に接続して放電を行うためのスイッチ３０〜３１をオン状態にしたまま、充電用のスイッチ１１〜１３，２１〜２３をオンすると、スイッチ３０〜３１を通して電流が電源電圧Ｖｄｄに逆流し、昇圧された電圧が降下してしまう。
【００３７】
これは、ＤＣ−ＤＣコンバータの効率を悪化させる。同様に、充電用のスイッチ１１〜１３，２１〜２３をオフさせるより前に、スイッチ３０〜３１がオンしてしまうと同様に逆流が生じる。また、スイッチ６１とスイッチ６２，６３との関係でも、同時にこれらのスイッチがオンすると、接地電圧（０Ｖ）へ電流の逆流が起こり、同様に、昇圧された電圧が降下してしまい、ＤＣ−ＤＣコンバータの効率を悪化させる。
【００３８】
そこで、このような電流の逆流を防止するために、スイッチ１１〜１３，２１〜２３がスイッチングする時には、他のスイッチ３０〜３３，スイッチ６１〜６３は全てオフにしておくことが必要である。
【００３９】
以下、図１、図２、図４を参照しながらスイッチの制御ステップについて説明する。まず、全てのスイッチをオフした状態で、充電スイッチ１１〜１３，２１〜２３をオンする（図４中の▲１▼）。次に、スイッチ６１をオンしてコンデンサＣ１１，Ｃ１２を直列接続する（図４中の▲２▼）。これにより、コンデンサＣ１１，Ｃ１２，Ｃ２，Ｃ３は電源電圧Ｖｄｄからの電流により充電される。コンデンサＣ１１，Ｃ１２は直列接続された状態で充電される（図１の状態）。
【００４０】
次に、スイッチ６１オフする（図４中の▲３▼）。これにより、コンデンサＣ１１，Ｃ１２は非接続状態となる。その後、充電スイッチ１１〜１３，２１〜２３をオフする（図４中の▲４▼）。
【００４１】
次に、スイッチ６２，６３をオンする。これにより、コンデンサＣ１１，Ｃ１２は並列接続される（図４中の▲５▼）。次に、放電スイッチ３０〜３３をオンする（図４中の▲６▼）。これにより、コンデンサの結合効果により、コンデンサ結合効果により、コンデンサＣ１１の電源電圧Ｖｄｄ側の一端の電圧Ｖ１は１．５Ｖｄｄとなる。これは、コンデンサＣ１１，Ｃ１２の接続点の０．５Ｖｄｄに電圧源１０のＶｄｄが加算されるからである。そして、同様にコンデンサ結合効果により、電圧Ｖ２は２．５Ｖｄｄに、電圧Ｖ３（＝Ｖｏｕｔ）は３．５Ｖｄｄにそれぞれ昇圧される（図２の状態）。  次に、放電スイッチ３０〜３３をオフする（図４中の▲７▼）。次に、スイッチ６２，６３をオフする（図４中の▲８▼）。以上のステップを繰り返すことにより、電流の逆流を招くことなく、昇圧動作を行うことができる。
【００４２】
次に、図５及び図６は、第２の実施形態に係る３段構成のスイッチトキャパシタ型ＤＣ−ＤＣコンバータを示す回路図である。このスイッチトキャパシタ型ＤＣ−ＤＣコンバータは、２段目に直並列コンデンサＣ２１，Ｃ２２を有している。スイッチ７１，７２，７３はコンデンサＣ２１，Ｃ２２を直列又は並列に切り換えるスイッチである。他の構成については、第１の実施形態と同様である。
【００４３】
このスイッチトキャパシタ型ＤＣ−ＤＣコンバータの動作についても第１の実施形態のものと同様に理解することができる。図４に示すように、スイッチ１１〜１３及びスイッチ２１〜２３をオンさせ、スイッチ３０〜３３をオフする。同時に、スイッチ７１をオンさせ、スイッチ７２，７３をオフさせる。
【００４４】
すると、コンデンサＣ２１，Ｃ２２は直列に接続された状態で、電源電圧Ｖｄｄと接地電圧（０Ｖ）の間に接続され、充電がなされる。１段目のコンデンサＣ１，３段目のコンデンサＣ３は電源電圧Ｖｄｄと接地電圧（０Ｖ）の間に並列に接続され、充電がなされる。
【００４５】
これにより、コンデンサＣ２１とＣ２２の接続点の電圧Ｖ０は０．５Ｖｄｄとなり、コンデンサＣ２１の高電圧側の電圧Ｖ２はＶｄｄとなる。すなわち、各コンデンサＣ２１，Ｃ２２は０．５Ｖｄｄに充電される。ただし、各コンデンサＣ２１，Ｃ２２が有する容量値は等しいとする。
【００４６】
コンデンサＣ１，Ｃ３の電圧Ｖ１，Ｖ３はいずれもＶｄｄとなる。出力端子４０における出力電流をＩｏｕｔとすると、コンデンサＣ２１，Ｃ２２の充電電流はＩｏｕｔ、コンデンサＣ２，Ｃ３の充電電流は２Ｉｏｕｔである。
【００４７】
次に、図６に示すように、スイッチ１１〜１３及びスイッチ２１〜２３をオフさせ、スイッチ３０〜３３をオンする。同時に、スイッチ７１をオフさせ、スイッチ７２，７３をオンさせる。
【００４８】
すると、コンデンサＣ２１，Ｃ２２及びＣ２，Ｃ３は電源電圧Ｖｄｄと接地電圧（０Ｖ）から切り離される。同時に、コンデンサＣ２１，Ｃ２２は並列接続された状態で、コンデンサＣ１，Ｃ３と相互に直列に接続され、放電が行われる。
【００４９】
そして、コンデンサ結合効果により、コンデンサＣ１の電源電圧Ｖｄｄ側の一端の電圧Ｖ１は２Ｖｄｄとなる。２段目の電圧Ｖ２は２．５Ｖｄｄとなる。これは、コンデンサＣ２１，Ｃ２２の接続点の０．５Ｖｄｄに電圧Ｖ１が加算されるからである。そして、同様にコンデンサ結合効果により、電圧Ｖ３（＝Ｖｏｕｔ）は３．５Ｖｄｄにそれぞれ昇圧される。
【００５０】
出力端子４０における出力電流をＩｏｕｔとすると、電源ＶｄｄからコンデンサＣ１に流れる電流は２Ｉｏｕｔである。これが効率を決める電流である。したがって、本実施形態についても第１の実施形態と同様の条件の下に、
入力電力＝（３×２Ｉｏｕｔ＋Ｉｏｕｔ）／２×Ｖｄｄ＝Ｉｏｕｔ×３．５Ｖｄｄ
出力電力＝Ｉｏｕｔ×３．５Ｖｄｄ
が成立する。故に、理論効率η＝１００％である。
【００５１】
また以上の説明から、直並列コンデンサは何段目に挿入しても同じ結果を得ることができることがわかる。なお、電流の逆流を防止するための動作タイミングについては第１の実施形態で説明したもの（図４参照）と同様である。
【００５２】
次に、第３の実施形態について図７及び図８を参照しながら説明する。第１及び第２の実施形態はプラスの昇圧電圧を発生するＤＣ−ＤＣコンバータであるが、本実施形態のものは、マイナスの昇圧電圧を発生するＤＣ−ＤＣコンバータである。
【００５３】
１０は電源電圧Ｖｄｄを提供する電圧源である。Ｃ１１，Ｃ１２はスイッチ８１，８２，８３によって直列又は並列に切り換え可能なコンデンサである。スイッチ８１がオン、スイッチ８２，８３がオフすると、コンデンサＣ１１，Ｃ１２は互いに直列に接続される。反対にスイッチ８１がオフ、スイッチ８２，８３がオンすると、コンデンサＣ１１，Ｃ１２は互いに並列に接続される。１１は電源電圧ＶｄｄとコンデンサＣ１１の一端との間に設けられたスイッチ、２１は接地電圧（０Ｖ）と各コンデンサＣ１２の一端との間に設けられたスイッチである。
【００５４】
Ｃ２、Ｃ３はそれぞれ２段目、３段目を構成するコンデンサである。１２，１３は電源電圧Ｖｄｄと各コンデンサＣ２，Ｃ３の一端との間に設けられたスイッチ、２２，２３は接地電圧（０Ｖ）と各コンデンサＣ２，Ｃ３の他端との間に設けられたスイッチである。
【００５５】
ここまでは第１の実施形態と同様の構成であるが、以下の構成が異なる。３０は接地電圧（０Ｖ）と１段目のコンデンサＣ１２の電源電圧（Ｖｄｄ）側の一端の間に設けられたスイッチ、３１はコンデンサＣ１１の接地電圧（０Ｖ）側の一端と２段目のコンデンサＣ２の電源電圧（Ｖｄｄ）の一端の間に設けられたスイッチ、３２はコンデンサＣ２の接地電圧（０Ｖ）側の一端と３段目のコンデンサＣ３の電源電圧（Ｖｄｄ）側の一端の間に設けられたスイッチ、３３はコンデンサＣ３の接地電圧（０Ｖ）側の一端と出力端子４０との間に設けられたスイッチである。
【００５６】
なお、Ｃｏｕｔは出力容量、５０は出力端子４０に接続された電流負荷であり、第１の実施形態と同様である。
【００５７】
このスイッチトキャパシタ型ＤＣ−ＤＣコンバータの動作についても第１及び第２の実施形態のものと同様に理解することができる。図６に示すように、スイッチ１１〜１３及びスイッチ２１〜２３をオンさせ、スイッチ３０〜３３をオフする。同時に、スイッチ８１をオンさせ、スイッチ８２，８３をオフさせる。
【００５８】
すると、コンデンサＣ１１，Ｃ１２は直列に接続された状態で、電源電圧Ｖｄｄと接地電圧（０Ｖ）の間に接続され、充電がなされる。１段目のコンデンサＣ１，３段目のコンデンサＣ３は電源電圧Ｖｄｄと接地電圧（０Ｖ）の間に並列に接続され、充電がなされる。
【００５９】
これにより、コンデンサＣ２１とＣ２２の接続点の電圧Ｖ０は０．５Ｖｄｄとなり、コンデンサＣ２１の高電圧側の電圧Ｖ２はＶｄｄとなる。すなわち、各コンデンサＣ２１，Ｃ２２は０．５Ｖｄｄに充電される。ただし、各コンデンサＣ２１，Ｃ２２が有する容量値は等しいとする。ここで、出力端子４０における出力電流をＩｏｕｔとすると、コンデンサＣ１１，Ｃ１２の充電電流はＩｏｕｔ、コンデンサＣ２，Ｃ３の充電電流は２Ｉｏｕｔである。
【００６０】
次に、図７に示すように、スイッチ１１〜１３及びスイッチ２１〜２３をオフさせ、スイッチ３０〜３３をオンする。同時に、スイッチ８１をオフさせ、スイッチ８２，８３をオンさせる。
【００６１】
すると、コンデンサＣ１１，Ｃ１２及びＣ２，Ｃ３は電源電圧Ｖｄｄと接地電圧（０Ｖ）から切り離される。同時に、コンデンサＣ１１，Ｃ１２は並列接続された状態で、コンデンサＣ２，Ｃ３と相互に直列に接続され、放電が行われる。
【００６２】
そして、コンデンサ結合効果により、コンデンサＣ１２の接地電圧（０Ｖ）側の端子の電圧Ｖ１は−０．５Ｖｄｄとなる。これはコンデンサＣ１１の電源電圧Ｖｄｄ側の電圧がＶｄｄから０Ｖに変化したことに伴うものである。すると、２段目の電圧Ｖ２は−１．５Ｖｄｄとなる。これは、コンデンサＣ２の電源電圧Ｖｄｄ側の電圧がＶｄｄから−０．５Ｖに変化したことに伴うコンデンサ結合効果によるものである。続いて、３段目の電圧Ｖ３は−２．５Ｖｄｄとなる。これは、コンデンサＣ３の電源電圧Ｖｄｄ側の電圧がＶｄｄから−１．５Ｖｄｄに変化したことに伴うコンデンサ結合効果によるものである。
【００６３】
こうして、出力端子４０から出力電圧Ｖｏｕｔ＝−２．５Ｖｄｄが得られる。
【００６４】
本実施形態については、第１の実施形態と同様の条件の下に、
入力電力＝（２×２Ｉｏｕｔ＋Ｉｏｕｔ）／２×Ｖｄｄ＝Ｉｏｕｔ×２．５Ｖｄｄ
出力電力＝Ｉｏｕｔ×２．５Ｖｄｄ
が成立する。故に、理論効率η＝１００％である。なお、電流の逆流を防止するための動作タイミングについては第１の実施形態で説明したもの（図４参照）と同様である。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、供給される電源電圧Ｖｄｄより小さなステップの出力電圧、例えば、１．５Ｖｄｄ，２．５Ｖｄｄ、３．５Ｖｄｄ・・・を発生することが可能なＤＣ−ＤＣコンバータを提供することができる。
特に、ＤＣ−ＤＣコンバータを電源回路に適用した場合、電源回路の効率を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータを示す回路図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータを示す回路図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータの第１の動作例を説明するタイミング図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータの第２の動作例を説明するタイミング図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータを示す回路図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータを示す回路図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータを示す回路図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータを示す回路図である。
【図９】従来例に係るＤＣ−ＤＣコンバータを示す回路図である。
【図１０】従来例に係るＤＣ−ＤＣコンバータを示す回路図である。
【符号の説明】
１０            電圧源
１１〜１３      スイッチ
２１〜２３      スイッチ
３０〜３３      スイッチ
４０            出力端子
５０            電流負荷
６１〜６３      スイッチ
７１〜７３      スイッチ
８１〜８３      スイッチ
Ｃ１〜Ｃ３      コンデンサ
Ｃ１１，Ｃ１２  コンデンサ
Ｃ２１，Ｃ２２  コンデンサ
Ｃｏｕｔ        出力容量
【図１】
0003557186.tif 000002
【図２】
0003557186.tif 000003
【図３】
0003557186.tif 000004
【図４】
0003557186.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003557186.tif 000007
【図７】
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【図８】
0003557186.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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