(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を保持するための直列に接続されたｎ個（ｎは２以上の自然数とする）の保持コンデンサーＣ１（Ｃ１１，Ｃ１２・・・Ｃ１ｎ）と、
前記保持コンデンサーＣ１の各両端に対応して設けられたｎ＋１個の入出力用の端子ＴＰ（ＴＰ１，ＴＰ２，・・・ＴＰｎ，ＴＰｎ＋１）と、
電力を移動するためのｎ−１個の伝達コンデンサーＣ２（Ｃ２１，Ｃ２２，・・・Ｃ２ｎ−１）と、
前記各伝達コンデンサーＣ２の各々のマイナス端子と、前記保持コンデンサーＣ１の前記端子ＴＰのうちのマイナス側の一つの共通の基準端子ＴＰ１との間に各々接続されたｎ−１個のスイッチＳＡ（ＳＡ１，ＳＡ２，・・・ＳＡｎ−１）と、
前記各伝達コンデンサーＣ２の各々のマイナス端子と、前記各保持コンデンサーＣ１間の対応する各々一つの端子ＴＰ間に、それぞれ接続されたｎ−１個のスイッチＳＢ（ＳＢ１，ＳＢ２，・・・ＳＢｎ−１）と、
前記各伝達コンデンサーＣ２の各々のプラス端子と、前記各保持コンデンサーＣ１間の対応する各々一つの端子ＴＰ間に、前記各スイッチＳＢの各端子とともにそれぞれ接続されたｎ−１個のスイッチＳＣ（ＳＣ１，ＳＣ２，・・・ＳＣｎ−１）と、
前記各伝達コンデンサーＣ２の各プラス端子に一端が接続され、他端は、前記各伝達コンデンサーＣ２の各マイナス端子対して前記各スイッチＳＣを介して前記各保持コンデンサーＣ１のマイナス端子に接続された該保持コンデンサーＣ１の、各々のプラス側の端子に各々接続されたｎ−１個のスイッチＳＤ（ＳＤ１，ＳＤ２，・・・ＳＤｎ−１）と、
前記各端子ＴＰの任意の２個の間に電力の供給源として接続された直流電源と、
前記各端子ＴＰの少なくとも２個の間に接続された少なくとも１個の負荷と、
ＯＮとなる時間がＯＦＦとなる時間よりも短く設定された方形波によって構成されるコントロール信号φ１、および前記コントロール信号φ１と相補的にＯＮするとともにＯＮ時間がＯＦＦ時間よりも短く設定されたコントロール信号φ２を生成するゲートコントロール回路を備え、前記コントロール信号φ１により前記各スイッチＳＡと各スイッチＳＣの開閉を行い、前記コントロール信号φ２により前記各スイッチＳＢと各スイッチＳＤの開閉を行うことを特徴とする電圧変換回路
【請求項２】
前記各スイッチＳＡが接続された一つの共通の基準端子ＴＰ１は、前記直流電源のマイナス端子に接続されていることを特徴とする請求項１記載の電圧変換回路。
【請求項３】
前記各スイッチは、ＭＯＳＦＥＴにより構成したことを特徴とする請求項１または２記載の電圧変換回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電圧の昇圧、降圧および極性の変換を自由に行うことのできる電圧変換回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、直流電圧の昇圧、降圧および極性の変換をする方法として、いわゆるスイッチング電源が用いられていた。スイッチング電源は、入力された直流電圧をパワートランジスター等のスイッチング素子により高速スイッチングすることにより一旦交流電圧に変換し、これを高周波トランスに入力し所望の交流電圧に変換した後、整流することにより再び直流電圧に戻す構成となっている。前記高周波トランスの１次巻き線と２次巻き線の巻き数比を適切に選ぶことにより、入力された直流電圧の昇圧、降圧および極性の変換を自由に行うことができる。
【特許文献１】特開平５−６４４４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来技術による電圧変換回路では次に示すような問題があった。
即ち、スイッチング電源は、前記高周波トランスの伝達効率を向上させるためにスイッチング周波数をできるだけ高くする必要があり、入力された直流電圧を１００ｋＨｚ以上に及ぶ高い周波数によりスイッチングしているため大きな高周波ノイズを回路のライン上に発生する。前記高周波ノイズは電力の出力方向だけでなく入力方向にも放出されるため、これを遮断するために入出力両方にラインフィルターを挿入することが不可欠である。さらに、前記高周波トランスは磁気誘導現象を利用して電力を伝えているが、磁気は空中に漏れ易いという欠点を有し、このため前記高周波トランスは電磁波ノイズを空中に向けて発生する。前記電磁波ノイズは、他の隣接する回路に誤動作を引き起こしたり、人体に有害であることが知られており、これを防止するために従来技術ではトランスを磁性筐体で完全にシールドする必要がある。これらのことは電圧変換回路の小型、軽量化およびコストダウンに大きな障害となる。
【０００４】
本発明は上記の問題を解決し、小型軽量で、有害な電磁波ノイズを発生しない安価な電圧変換回路を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明は、電力を保持するための直列に接続されたｎ個（ｎは２以上の自然数とする）の保持コンデンサーＣ１（１）（Ｃ１１，Ｃ１２・・・Ｃ１ｎ）と、前記保持コンデンサーＣ１（１）の各両端に対応して設けられたｎ＋１個の端子ＴＰ（２）（ＴＰ１，ＴＰ２，・・・ＴＰｎ，ＴＰｎ＋１）と、電力を移動するためのｎ−１個の伝達コンデンサーＣ２（３）（Ｃ２１，Ｃ２２，・・・Ｃ２ｎ−１）と、前記伝達コンデンサーＣ２（３）のそれぞれに対応するマイナス端子と前記端子ＴＰ（２）のＴＰ１の間に接続されたｎ−１個のスイッチＳＡ（４）（ＳＡ１，ＳＡ２，・・・ＳＡｎ−１）と、前記伝達コンデンサーＣ２（３）のｎ番のマイナス端子のそれぞれと前記端子ＴＰ（２）のｎ＋１番の間にそれぞれ接続されたｎ−１個のスイッチＳＢ（５）（ＳＢ１，ＳＢ２，・・・ＳＢｎ−１）と、前記伝達コンデンサーＣ２（３）のｎ番のプラス端子のそれぞれと前記端子ＴＰ（２）のｎ＋１番の間にそれぞれ接続されたｎ−１個のスイッチＳＣ（６）（ＳＣ１，ＳＣ２，・・・ＳＣｎ−１）と、前記伝達コンデンサーＣ２（３）のｎ番のプラス端子のそれぞれと前記端子ＴＰ（２）のｎ＋２番の間にそれぞれ接続されたｎ−１個のスイッチＳＤ（７）（ＳＤ１，ＳＤ２，・・・ＳＤｎ−１）と、前記端子ＴＰ（２）の任意の２個の間に電力の供給源として接続された直流電源（８）と、前記端子ＴＰ（２）の少なくとも２個の間に接続された少なくとも１個の負荷（９）と、ＯＮとなる時間がＯＦＦとなる時間よりも短く設定された方形波によって構成されるコントロール信号φ１および前記コントロール信号φ１と１８０度の相進関係を成すコントロール信号φ２を生成する制御回路であるゲートコントロール回路（１１）を備え、前記コントロール信号φ１に対応して前記スイッチＳＡ（４）とスイッチＳＣ（６）の開閉を行い、前記コントロール信号φ２に対応して前記スイッチＳＢ（５）とＳＤ（７）の開閉を行うことを特徴とする電圧変換回路である。
【０００６】
また請求項２は、前記スイッチＳＡ（４）、ＳＢ（５）、ＳＣ（６）、ＳＤ（７）をそれぞれＭＯＳＦＥＴ（１０）により構成したことを特徴とする電圧変換回路である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、高周波トランスを使用していないため、大きな高周波ノイズを回路のライン上に発生することがなくラインフィルターを挿入する必要がない。また、磁気誘導現象を全く利用しないで電力を伝えているため電磁波ノイズの発生がなく、従って他の隣接する回路に誤動作を引き起こすことがなく、人体にも無害で安全である。さらに、本発明による電圧変換回路は、磁性筐体で完全にシールドする必要がないので、小型、軽量化およびコストダウンに大きな効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【０００９】
本発明による電圧変換回路の第１の実施例を、図１に示す。図１において、保持コンデンサーＣ１（１）は電力の保持と多値の電圧を作り出すためにｎ個（ｎは２以上の自然数とする）直列に接続されており、順にＣ１１，Ｃ１２・・・Ｃ１ｎと名称を付す。前記保持コンデンサーＣ１（１）の各両端には、電力を投入するあるいは電力を取り出すためにｎ＋１個の端子ＴＰ（２）が設けられており、順にＴＰ１，ＴＰ２，・・・ＴＰｎ，ＴＰｎ＋１と名称を付す。また前記保持コンデンサーＣ１（１）に電力を順次伝えるために、ｎ−１個の伝達コンデンサーＣ２（３）が設けられており、Ｃ２１，Ｃ２２，・・・Ｃ２ｎ−１と名称を付す。
【００１０】
ここで、前記保持コンデンサーＣ１（１）と伝達コンデンサーＣ２（３）の材質は、例えばアルミ電解コンデンサーなどを使用すればよく、その容量値は大きいほど負荷（６）に流れる電流変動が少なくなるので好ましいが、実用的には数百μＦから数千μＦの間に選ぶとよい。
【００１１】
前記伝達コンデンサーＣ２（３）から前記保持コンデンサー（１）に電力を順次伝えるために、前記伝達コンデンサーＣ２（３）１個当たり４個のスイッチが設けられている。まず第１のスイッチとして、前記保持コンデンサー（１）の最も下端にある端子ＴＰ１と前記伝達コンデンサーＣ２（３）のそれぞれのマイナス端子の間を開閉するｎ−１個のスイッチＳＡ（４）が設けられており、順にＳＡ１，ＳＡ２，・・・ＳＡｎ−１と名称を付す。
【００１２】
また第２のスイッチとして、前記伝達コンデンサーＣ２（３）のｎ番のマイナス端子のそれぞれと、前記端子ＴＰ（２）のｎ＋１番の間に、それぞれｎ−１個のスイッチＳＢ（５）が設けられており、順にＳＢ１，ＳＢ２，・・・ＳＢｎ−１と名称を付す。
【００１３】
また第３のスイッチとして、前記伝達コンデンサーＣ２（３）のｎ番のプラス端子のそれぞれと、前記端子ＴＰ（２）のｎ＋１番の間に、ｎ−１個のスイッチＳＣ（６）が設けられており、順にＳＣ１，ＳＣ２，・・・ＳＣｎ−１と名称を付す。
【００１４】
また第４のスイッチとして前記伝達コンデンサーＣ２（３）のｎ番のプラス端子のそれぞれと、前記端子ＴＰ（２）のｎ＋２番の間に、ｎ−１個のスイッチＳＤ（７）が設けられており、順にＳＤ１，ＳＤ２，・・・ＳＤｎ−１と名称を付す。
【００１５】
前記第１のスイッチＳＡ（４）と第３のスイッチＳＣ（６）はゲートコントロール回路（１１）によって生成されたＯＮとなる時間がＯＦＦとなる時間よりも短く設定された方形波によって構成されるコントロール信号φ１に対応して同時に開閉され、前記第２のスイッチＳＢ（５）と第４のスイッチＳＤ（７）は前記コントロール信号φ１と１８０度の相進関係を成すコントロール信号φ２に対応して同時に開閉される。
【００１６】
ここで前記スイッチＳＡ（４）、ＳＢ（５）、ＳＣ（６）、ＳＤ（７）はそれぞれＭＯＳＦＥＴ（１０）によって構成されており、前記各ＭＯＳＦＥＴ（１０）のゲート端子に前記コントロール信号φ１またはφ２を入力することにより、これに対応して前記各ＭＯＳＦＥＴ（１０）のソース端子とドレイン端子間を流れる電流を高速でＯＮ、ＯＦＦすることができる。
【００１７】
前記ＭＯＳＦＥＴ（１０）の性能として、ＯＮ抵抗が小さく、ソース・ドレイン端子間電気耐圧が大きく、スイッチング速度が速いパワーＭＯＳＦＥＴを選択することにより電力の通過効率を向上させることができる。
【００１８】
図５にゲートコントロール回路（１１）によって生成されたコントロール信号φ１とφ２のタイムチャートを示す。コントロール信号φ１とφ２はそれぞれ連続しており、繰り返し周期Ｔの間にそれぞれ１回ずつＯＮするが、φ１とφ２は１８０度の相進関係を成しておりφ１がＯＮの間はφ２がＯＦＦ、φ１がＯＦＦの間はφ２がＯＮとなる。なお、ここで１８０度の相進関係を成しているとは、互いに相補的にＯＮ／ＯＦＦすることで、φφ１とφ２の立ち上がり波形部がタイムチャート上でＴ／２ずれているという意味である。
【００１９】
また、コントロール信号φ１とφ２はどちらも、ＯＮとなる時間がＯＦＦとなる時間よりも短く設定されている。つまり図５に示すようにφ１がＯＦＦとなった瞬間からφ２がＯＮとなるまでの時間と、φ２がＯＦＦとなった瞬間からφ１がＯＮとなるまでの時間はパルス幅伸縮回路によってΔＴの間隔が開くように設定されており、φ１とφ２が同時にＯＮとなることが決してないように配慮されている。この理由は、もしφ１とφ２が一瞬でも同時にＯＮすることがあった場合、前記各スイッチの全てが閉じた状態となるため、前記各コンデンサーの両端を短絡することになり大きな電力損失を生じてしまうからである。
【００２０】
ここで、ＴとΔＴの値は小さいほど負荷（９）に流れる電流変動が少なくなるが、あまりＴとΔＴの値を小さくするといわゆるスイッチングロスが増大し、電力の通過効率を悪化させるので、駆動されるスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の応答速度に合わせて実用的な範囲内で選択すると良い。具体的には、Ｔの値は０．００１秒（１ｋＨｚ）前後に選べば良く、またΔＴはＴの１／１０程度に選べば良い。
【００２１】
コントロール信号φ１およびφ２は、例えば次のようにして生成される。即ち、図１に示すようにゲートコントロール回路（１１）の内部にある発振回路（１２）により生成された基本方形波を２つに分け、一方をそのまま第１のパルス幅伸縮回路（１４）に通すことにより前記ΔＴを付加し、コントロール信号φ１として生成される。また、他方をインバーター（１３）により反転させた後、第２のパルス幅伸縮回路（１５）に通すことにより前記ΔＴを付加し、コントロール信号φ２として生成される。無論、前記コントロール信号φ１とφ２を生成する方法はこれに限らず、他の従来技術による回路を組み合わせて用いても良い。
【００２２】
さて、前記端子ＴＰ（２）のうち任意の２個に電力の供給源として直流電源（８）が接続されており、また前記端子ＴＰ（２）のうち任意の２個の端子間に負荷（９）接続されているが、負荷（９）は必要に対応して複数個接続することが可能である。前記直流電源（８）と前記負荷（９）の接続される位置によって、直流電源（８）の直流電圧を昇圧、降圧および極性の変換を選択する構成となっている。
【００２３】
ここで、前記直流電源（８）として、例えば交流電圧を整流して得てもよく、あるいは蓄電池等を使用しても良い。また負荷（９）は、例えばテレビやラジオなどの家庭用電気製品をはじめとして、パソコン、電話、ファクシミリなどの情報機器、あるいはモーター、電磁弁、リレーなどの動力機器の直流電源として幅広く供用される。
【００２４】
以上は本発明による電圧変換回路の構成であるが、次にその動作原理について、回路を簡素化した図２を基にして説明する。
【００２５】
ここでは、説明を簡潔にするためにｎ＝３の場合について述べる。図２では、入力された直流電源（８）の電圧よりも高い電圧を２個の負荷に同時に供給する昇圧回路について説明する。なお、スイッチＳＡ１，ＳＢ１，ＳＣ１，ＳＤ１，ＳＡ２，ＳＢ２，ＳＣ２，ＳＤ２はそれぞれ前記ＭＯＳＦＥＴ（１０）によって構成されているが、説明を簡潔にするためにスイッチ記号で表してあり、またゲートコントロール回路（１１）は省略してある。
【００２６】
直流電源（８）と負荷１（１２）および負荷２（１３）のそれぞれのマイナス端子が端子ＴＰ１に接続されており、前記端子ＴＰ１は本回路の各部電圧の基準となるアース端子として使用している。端子ＴＰ２には前記直流電源（８）のプラス端子が接続されており電圧Ｅを供給している。また端子ＴＰ３と端子ＴＰ４にはそれぞれ負荷１（１２）および負荷２（１３）のプラス端子が接続されており電力の取り出し口としている。
【００２７】
いま、コントロール信号φ１がＯＮ、φ２がＯＦＦの時、スイッチＳＡ１、ＳＣ１、ＳＡ２、ＳＣ２が閉じた状態になり、スイッチＳＢ１、ＳＤ１、ＳＢ２、ＳＤ２が開いた状態になる。この時、前記直流電源（８）と伝達コンデンサーＣ２１の間に第１の閉回路（１６）が形成され、前記直流電源（８）から伝達コンデンサーＣ２１に充電電流ｉ１が流れる。これにより前記伝達コンデンサーＣ２１の両端電圧は前記直流電源（８）の電圧Ｅと同じ値にまで上昇する。
【００２８】
次に、コントロール信号φ１がＯＦＦ、φ２がＯＮの時、スイッチＳＡ１、ＳＣ１、ＳＡ２、ＳＣ２が開いた状態になり、スイッチＳＢ１、ＳＤ１、ＳＢ２、ＳＤ２が閉じた状態になる。この時、伝達コンデンサーＣ２１と保持コンデンサーＣ１２の間に第２の閉回路（１７）が形成され、前記伝達コンデンサーＣ２１から保持コンデンサーＣ１２に充電電流ｉ２が流れる。これにより前記保持コンデンサーＣ１２の両端電圧は前記前記伝達コンデンサーＣ２１の両端電圧Ｅと同じ値にまで上昇し、従って端子ＴＰ３の電圧はアースに対して２Ｅとなる。
【００２９】
さらに、再びコントロール信号φ１がＯＮ、φ２がＯＦＦとなり、スイッチＳＡ１、ＳＣ１、ＳＡ２、ＳＣ２が閉じた状態になり、スイッチＳＢ１、ＳＤ１、ＳＢ２、ＳＤ２が開いた状態になる。この時、端子ＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ３および伝達コンデンサーＣ２２の間に第３の閉回路（１８）が形成され、前記ＴＰ３から前記伝達コンデンサーＣ２２に充電電流ｉ３が流れる。これにより前記伝達コンデンサーＣ２２の両端電圧は前記ＴＰ１とＴＰ３の端子間電圧２Ｅと同じ値にまで上昇する。
【００３０】
さらに、再びコントロール信号φ１がＯＦＦ、φ２がＯＮの時、スイッチＳＡ１、ＳＣ１、ＳＡ２、ＳＣ２が開いた状態になり、スイッチＳＢ１、ＳＤ１、ＳＢ２、ＳＤ２が閉じた状態になる。この時、伝達コンデンサーＣ２２と保持コンデンサーＣ１３の間に第４の閉回路（１９）が形成され、前記伝達コンデンサーＣ２２から保持コンデンサーＣ１３に充電電流ｉ４が流れる。これにより前記保持コンデンサーＣ１３の両端電圧は前記前記伝達コンデンサーＣ２２の両端電圧２Ｅと同じ値にまで上昇し、従って端子ＴＰ４の電圧はアースに対して４Ｅとなる。
【００３１】
コントロール信号φ１およびφ２は連続しているので、以上の動作を繰り返すことになり、前記端子ＴＰ３の電圧は常に２Ｅとなり、前記端子ＴＰ４の電圧は常に４Ｅとなる。ところで、前記端子ＴＰ３と端子ＴＰ４にはそれぞれ負荷１（１２）および負荷２（１３）が接続されているため、前記負荷１（１２）には２Ｅの電圧が供給され、前記負荷２（１３）には４Ｅの電圧が供給されることになり、それぞれの負荷は供給される電圧に対応して仕事をすることができる。
【００３２】
なお、本実施例において前記直流電源（８）の電力供給能力が十分に高い場合には、これと並列接続されている保持コンデンサーＣ１１を省略してもよい。
【００３３】
以上のように、本発明による電圧変換回路の第２の実施例は入力された直流電圧よりも高い電圧を作り出すこと、即ち昇圧が可能である。また、以上の説明から明らかなように、前記保持コンデンサーＣ１の数をｎ個とすると、入力された直流電圧を最大で２の（ｎ−１）乗倍に昇圧することができる。これは少ないｎ数で大きな昇圧比が得られることを意味しており、本発明による電圧変換回路の大きな特徴の１つである。
【００３４】
次に、図３に本発明による電圧変換回路の第２の実施例を示す。本実施例では、入力された直流電源（８）の電圧よりも高い電圧と低い電圧を２個の負荷に同時に供給する昇圧および降圧回路について説明する。なお、スイッチＳＡ１，ＳＢ１，ＳＣ１，ＳＤ１，ＳＡ２，ＳＢ２，ＳＣ２，ＳＤ２はそれぞれ前記ＭＯＳＦＥＴ（１０）によって構成されているが、説明を簡潔にするためにスイッチ記号で表してあり、またゲートコントロール回路（１１）は省略してある。
【００３５】
直流電源（８）と負荷１（１２）および負荷２（１３）のそれぞれのマイナス端子が端子ＴＰ１に接続されており、前記端子ＴＰ１は本回路の各部電圧の基準となるアース端子として使用している。端子ＴＰ３には前記直流電源（８）のプラス端子が接続されており電圧Ｅを供給している。また端子ＴＰ２と端子ＴＰ４にはそれぞれ負荷１（１２）および負荷２（１３）のプラス端子が接続されており電力の取り出し口としている。
【００３６】
いま、コントロール信号φ１がＯＮ、φ２がＯＦＦの時、スイッチＳＡ１、ＳＣ１、ＳＡ２、ＳＣ２が閉じた状態になり、スイッチＳＢ１、ＳＤ１、ＳＢ２、ＳＤ２が開いた状態になる。この時、前記直流電源（８）と伝達コンデンサーＣ２２の間に第５の閉回路（２０）が形成され、前記直流電源（８）から前記伝達コンデンサーＣ２２に充電電流ｉ５が流れる。これにより前記伝達コンデンサーＣ２２の両端電圧は前記直流電源（８）の電圧Ｅと同じ値にまで上昇する。
【００３７】
次に、コントロール信号φ１がＯＦＦ、φ２がＯＮの時、スイッチＳＡ１、ＳＣ１、ＳＡ２、ＳＣ２が開いた状態になり、スイッチＳＢ１、ＳＤ１、ＳＢ２、ＳＤ２が閉じた状態になる。この時、伝達コンデンサーＣ２２と保持コンデンサーＣ１３の間に第６の閉回路（２１）が形成され、前記伝達コンデンサーＣ２２から保持コンデンサーＣ１３に充電電流ｉ６が流れる。これにより前記保持コンデンサーＣ１３の両端電圧は前記前記伝達コンデンサーＣ２２の両端電圧Ｅと同じ値にまで上昇し、従って端子ＴＰ４の電圧はアースに対して２Ｅとなる。
【００３８】
またこの時、保持コンデンサーＣ１２と伝達コンデンサーＣ２１の間にも第７の閉回路（２２）が形成され、前記保持コンデンサーＣ１２から前記伝達コンデンサーＣ２１に充電電流ｉ７が流れる。ところでＴＰ１とＴＰ３の間には保持コンデンサーＣ１１と前記保持コンデンサーＣ１２が直列に接続され且つ前記直流電源（８）が並列に接続されているため、前記保持コンデンサーＣ１２の両端電圧は前記２個の保持コンデンサーによって分圧された電圧、即ちＥ／２となっている。従って、前記伝達コンデンサーＣ２１の両端電圧はＥ／２となる。
【００３９】
さらに、再びコントロール信号φ１がＯＮ、φ２がＯＦＦの時、スイッチＳＡ１、ＳＣ１、ＳＡ２、ＳＣ２が閉じた状態になり、スイッチＳＢ１、ＳＤ１、ＳＢ２、ＳＤ２が開いた状態になる。この時、伝達コンデンサーＣ２１と保持コンデンサーＣ１１の間に第８の閉回路（２３）が形成され、前記伝達コンデンサーＣ２１から保持コンデンサーＣ１１に充電電流ｉ８が流れる。これにより前記保持コンデンサーＣ１１の両端電圧は前記前記伝達コンデンサーＣ２１の両端電圧であるＥ／２と同じ値となり、従って端子ＴＰ２の電圧はアースに対してＥ／２となる。
【００４０】
コントロール信号φ１およびφ２は連続しているので、以上の動作を繰り返すことになり、前記端子ＴＰ２の電圧は常にＥ／２となり、前記端子ＴＰ４の電圧は常に２Ｅとなる。ところで、前記端子ＴＰ２と端子ＴＰ４にはそれぞれ負荷１（１２）および負荷２（１３）が接続されているため、前記負荷１（１２）にはＥ／２の電圧が供給され、前記負荷２（１３）には２Ｅの電圧が供給されることになり、それぞれの負荷は供給される電圧に対応して仕事をすることができる。
【００４１】
以上のように、本発明による電圧変換回路の第２の実施例は入力された直流電圧よりも高い電圧と低い電圧を作り出すこと、即ち昇圧と降圧が同時に可能である。また、以上の説明から明らかなように、前記保持コンデンサーＣ１の数をｎ個とすると、入力された直流電圧を最小で２の（ｎ−１）乗分の１に降圧することができる。これは少ないｎ数で大きな降圧比が得られることを意味しており、本発明による電圧変換回路の大きな特徴の１つである。
【００４２】
次に、図４に本発明による電圧変換回路の第３の実施例を示す。本実施例では、入力された直流電源（８）の電圧よりも高い電圧と逆極性の電圧を２個の負荷に同時に供給する昇圧および極性変換回路について説明する。なお、スイッチＳＡ１，ＳＢ１，ＳＣ１，ＳＤ１，ＳＡ２，ＳＢ２，ＳＣ２，ＳＤ２はそれぞれ前記ＭＯＳＦＥＴ（１０）によって構成されているが、説明を簡潔にするためにスイッチ記号で表してあり、またゲートコントロール回路（１１）は省略してある。
【００４３】
直流電源（８）と負荷１（１２）のそれぞれのマイナス端子と負荷２（１３）のプラス端子がＴＰ２に接続されており、前記端子ＴＰ２は本回路の各部電圧の基準となるアース端子として使用している。端子ＴＰ３には前記直流電源（８）のプラス端子が接続されており電圧Ｅを供給している。端子ＴＰ１には負荷２（１３）のマイナス端子が、また、端子ＴＰ４には負荷１（１２）のプラス端子が接続されており、それぞれ電力の取り出し口としている。
【００４４】
いま、コントロール信号φ１がＯＦＦ、φ２がＯＮの時、スイッチＳＡ１、ＳＣ１、ＳＡ２、ＳＣ２が開いた状態になり、スイッチＳＢ１、ＳＤ１、ＳＢ２、ＳＤ２が閉じた状態になる。この時、前記直流電源（８）と伝達コンデンサーＣ２１の間に第９の閉回路（２４）が形成され、前記直流電源（８）から前記伝達コンデンサーＣ２1に充電電流ｉ９が流れる。これにより前記伝達コンデンサーＣ２１の両端電圧は前記直流電源（８）の電圧Ｅと同じ値にまで上昇する。
【００４５】
次に、コントロール信号φ１がＯＮ、φ２がＯＦＦの時、スイッチＳＡ１、ＳＣ１、ＳＡ２、ＳＣ２が閉じた状態になり、スイッチＳＢ１、ＳＤ１、ＳＢ２、ＳＤ２が開いた状態になる。この時、前記伝達コンデンサーＣ２１と保持コンデンサーＣ１１の間に第１０の閉回路（２５）が形成され、前記伝達コンデンサーＣ２１から前記保持コンデンサーＣ１３に充電電流ｉ１０が流れる。これにより前記保持コンデンサーＣ１１の両端電圧は前記伝達コンデンサーＣ２１の両端電圧Ｅと同じ値にまで上昇するが、前記保持コンデンサーＣ１１のプラス端子はアース端子であるＴＰ２に接続されているのでＴＰ１の電圧はアースに対して−Ｅとなる。
【００４６】
またこの時、保持コンデンサーＣ１１およびＣ１２と伝達コンデンサーＣ２２の間にも第１１の閉回路（２６）が形成され、前記保持コンデンサーＣ１１およびＣ１２から前記伝達コンデンサーＣ２２に充電電流ｉ１１が流れる。ところで、前述のように前記保持コンデンサーＣ１１の両端電圧は既にＥとなっており、また前記保持コンデンサーＣ１２には前記直流電源（８）が並列に接続されているため両端電圧はＥとなっている。従って、これらを直列にした電圧２Ｅが前記伝達コンデンサーＣ２２の両端電圧となる。
【００４７】
さらに、再びコントロール信号φ１がＯＦＦ、φ２がＯＮの時、スイッチＳＡ１、ＳＣ１、ＳＡ２、ＳＣ２が開いた状態になり、スイッチＳＢ１、ＳＤ１、ＳＢ２、ＳＤ２が閉じた状態になる。この時、伝達コンデンサーＣ２２と保持コンデンサーＣ１３の間に第１２の閉回路（２７）が形成され、前記伝達コンデンサーＣ２２から保持コンデンサーＣ１３に充電電流ｉ１２が流れる。これにより前記保持コンデンサーＣ１３の両端電圧は前記前記伝達コンデンサーＣ２２の両端電圧２Ｅと同じ値となり、従って端子ＴＰ４の電圧はアースに対して３Ｅとなる。
【００４８】
コントロール信号φ１およびφ２は連続しているので、以上の動作を繰り返すことになり、前記端子ＴＰ１の電圧は常に−Ｅとなり、前記端子ＴＰ４の電圧は常に３Ｅとなる。ところで、前記端子ＴＰ１と端子ＴＰ４にはそれぞれ負荷２（１３）および負荷１（１２）が接続されているため、前記負荷２（１３）には−Ｅの電圧が供給され、前記負荷１（１２）には３Ｅの電圧が供給されることになり、それぞれの負荷は供給される電圧に対応して仕事をすることができる。
【００４９】
なお、本実施例において前記直流電源（８）の電力供給能力が十分に高い場合には、これと並列接続されている保持コンデンサーＣ１２を省略してもよい。
【００５０】
以上のように、本発明による電圧変換回路の第３の実施例は入力された直流電圧よりも入力された直流電源（８）の電圧よりも高い電圧と逆極性の電圧を２個の負荷に同時に供給すること、即ち昇圧と極性の変換が同時に可能である。
【００５１】
以上の説明により明らかなように、本発明による電圧変換回路は、以上に示した実施例に限らず、前記ｎ数と前記負荷（９）の数に応じて直流電圧の昇圧、降圧および極性の変換を自由に行うことのできる多様な電圧変換回路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明による電圧変換回路の第１の実施例を示す回路図である。
【図２】本発明による電圧変換回路の第１の実施例を示す簡略化した回路図である。
【図３】本発明による電圧変換回路の第２の実施例を示す簡略化した回路図である。
【図４】本発明による電圧変換回路の第３の実施例を示す簡略化した回路図である。
【図５】本発明による電圧変換回路に使用されるゲートコントロール信号のタイムチャートを示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１    保持コンデンサー
２    端子ＴＰ
３    伝達コンデンサー
４    スイッチＳＡ
５    スイッチＳＢ
６    スイッチＳＣ
７    スイッチＳＤ
８    直流電源
９    負荷の代表
１０  ＭＯＳＦＥＴ
１１  ゲートコントロール回路
１２  発振回路
１３  インバーター
１４  第１のパルス幅伸縮回路
１５  第２のパルス幅伸縮回路
１６  第１の閉回路
１７  第２の閉回路
１８  第３の閉回路
１９  第４の閉回路
２０  第５の閉回路
２１  第６の閉回路
２２  第７の閉回路
２３  第８の閉回路
２４  第９の閉回路
２５  第１０の閉回路
２６  第１１の閉回路
２７  第１２の閉回路
【要約】
【課題】小型軽量で、有害な電磁波ノイズを発生しない安価な電圧変換回路を提供する。
【解決手段】電力を保持するための直列に接続されたｎ個の保持コンデンサーＣ１（１）と、電力を移動するためのｎ−１個の伝達コンデンサーＣ２（３）の間に、４個で１組のスイッチをｎ−１組備え、保持コンデンサーＣ１（１）の端子ＴＰ（２）の任意の２個に直流電源（８）を接続して電力の供給源とし、前記端子ＴＰ（２）の任意の少なくとも２個の端子間に少なくとも１個の負荷（９）を接続し、ＯＮとなる時間がＯＦＦとなる時間よりも短く設定された方形波によって構成されるコントロール信号φ１により前記４個のスイッチのうちの２個を開閉し、φ１と１８０度の相進関係を成すコントロール信号φ２により前記４個のスイッチのうちの他の２個の開閉を行うことを特徴とする電圧変換回路であって、前記スイッチをそれぞれＭＯＳＦＥＴ（１０）により構成する。
【選択図】  図１【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５】
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