(57)【要約】【課題】コンデンサによるトランス（変圧回路）を実現する。【解決手段】ダイオードとコンデンサを組み合わせることにより、コッククロフト・ウォルトン回路のように変圧する回路を考えることができる。この回路は、充電時にはコンデンサを直列接続に、放電時には並列接続に、自動的に接続を切り替える性質を持つ。  この回路を電源と出力にスイッチングによって交互に切り替えて接続することにより、トランジスタの数を減らし、なおかつ不要な電力が流れない、きわめて熱損失の少ない低コストの変圧回路を実現することができる。【選択図】図５
2011015600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｋ；
１≦ｋ≦ｎ（ｎは２以上の自然数）を満たす自然数。
ｄ１｛ｋ｝；
ｎ個のダイオードのうち、一番目をｄ１｛１｝、二番目をｄ１｛２｝、・・・、ｎ番目をｄ１｛ｎ｝とするとき、１以上ｎ以下のｋによるｋ番目のダイオード。
ｄ２｛ｋ｝；
ｎ個のダイオードのうち、一番目をｄ２｛１｝、二番目をｄ２｛２｝、・・・、ｎ番目をｄ２｛ｎ｝とするとき、１以上ｎ以下のｋによるｋ番目のダイオード。
ｄ３｛ｋ｝；
ｎ−１個のダイオードのうち、一番目をｄ３｛１｝、二番目をｄ３｛２｝、・・・、ｎ−１番目をｄ３｛ｎ−１｝とするとき、１以上ｎ−１以下のｋによるｋ番目のダイオード。
Ｃ｛ｋ｝；
ｎ個のコンデンサのうち、一番目をＣ｛１｝、二番目をＣ｛２｝、・・・、ｎ番目をＣ｛ｎ｝とするとき、１以上ｎ以下のｋによるｋ番目のコンデンサ。
Ｄ１；
ｄ１｛ｋ｝のカソードとｄ１｛ｋ＋１｝のカソードを、１以上ｎ−１以下の全てのｋについて接続した部分回路。
Ｄ２；
ｄ２｛ｋ｝のアノードとｄ２｛ｋ＋１｝のアノードを、１以上ｎ−１以下の全てのｋについて接続した部分回路。
Ｕ；
Ｃ｛ｋ｝のマイナスに充電される極とｄ３｛ｋ｝のアノード、Ｃ｛ｋ＋１｝のプラスに充電される極とｄ３｛ｋ｝のカソードを、１以上ｎ−１以下の全てのｋについて接続した部分回路。
以上のように定義されたｋ、ｄ１｛ｋ｝、ｄ２｛ｋ｝、ｄ３｛ｋ｝、Ｃ｛ｋ｝、Ｄ１、Ｄ２、Ｕについて、ＵのＣ｛ｋ｝のプラスに充電される極とＤ１のｄ１｛ｋ｝のアノード、ＵのＣ｛ｋ｝のマイナスに充電される極とＤ２のｄ２｛ｋ｝のカソードを、１以上ｎ以下の全てのｋについて接続した部分回路（※図１参照）。
【請求項２】
ｋ；
１≦ｋ≦ｎ（ｎは２以上の自然数）を満たす自然数。
ｄ１｛ｋ｝；
ｎ−１個のダイオードのうち、一番目をｄ１｛１｝、二番目をｄ１｛２｝、・・・、ｎ−１番目をｄ１｛ｎ−１｝とするとき、１以上ｎ−１以下のｋによるｋ番目のダイオード。
ｄ２｛ｋ｝；
ｎ−１個のダイオードのうち、一番目をｄ２｛１｝、二番目をｄ２｛２｝、・・・、ｎ−１番目をｄ２｛ｎ−１｝とするとき、１以上ｎ−１以下のｋによるｋ番目のダイオード。
ｄ３｛ｋ｝；
ｎ−１個のダイオードのうち、一番目をｄ３｛１｝、二番目をｄ３｛２｝、・・・、ｎ−１番目をｄ３｛ｎ−１｝とするとき、１以上ｎ−１以下のｋによるｋ番目のダイオード。
Ｃ｛ｋ｝；
ｎ個のコンデンサのうち、一番目をＣ｛１｝、二番目をＣ｛２｝、・・・、ｎ番目をＣ｛ｎ｝とするとき、１以上ｎ以下のｋによるｋ番目のコンデンサ。
以上のように定義されたｋ、ｄ１｛ｋ｝、ｄ２｛ｋ｝、ｄ３｛ｋ｝、Ｃ｛ｋ｝について、Ｃ｛ｋ｝のプラスに充電される極とｄ１｛ｋ｝のカソード、Ｃ｛ｋ｝のマイナスに充電される極とｄ２｛ｋ｝のカソード、Ｃ｛ｋ｝のマイナスに充電される極とｄ３｛ｋ｝のアノード、Ｃ｛ｋ＋１｝のプラスに充電される極とｄ１｛ｋ｝のアノード、Ｃ｛ｋ＋１｝のプラスに充電される極とｄ３｛ｋ｝のカソード、Ｃ｛ｋ＋１｝のマイナスに充電される極とｄ２｛ｋ｝のアノードを、１以上ｎ−１以下の全てのｋについて接続した部分回路（※図２参照）。
【請求項３】
ｋ；
１≦ｋ≦ｎ（ｎは２以上の自然数）を満たす自然数。
ｄ１｛ｋ｝；
ｎ個のダイオードのうち、一番目をｄ１｛１｝、二番目をｄ１｛２｝、・・・、ｎ番目をｄ１｛ｎ｝とするとき、１以上ｎ以下のｋによるｋ番目のダイオード。
ｄ２｛ｋ｝；
ｎ個のダイオードのうち、一番目をｄ２｛１｝、二番目をｄ２｛２｝、・・・、ｎ番目をｄ２｛ｎ｝とするとき、１以上ｎ以下のｋによるｋ番目のダイオード。
ｄ３｛ｋ｝；
ｎ個の整流用ブリッジダイオードのうち、一番目をｄ３｛１｝、二番目をｄ３｛２｝、・・・、ｎ番目をｄ３｛ｎ｝とするとき、１以上ｎ以下のｋによるｋ番目の整流用ブリッジダイオード。
Ｃ｛ｋ｝；
ｎ個のコンデンサのうち、一番目をＣ｛１｝、二番目をＣ｛２｝、・・・、ｎ番目をＣ｛ｎ｝とするとき、１以上ｎ以下のｋによるｋ番目のコンデンサ。
Ｄ１；
ｄ１｛ｋ｝のカソードとｄ１｛ｋ＋１｝のカソードを、１以上ｎ−１以下の全てのｋについて接続した部分回路。
Ｄ２；
ｄ２｛ｋ｝のアノードとｄ２｛ｋ＋１｝のアノードを、１以上ｎ−１以下の全てのｋについて接続した部分回路。
Ｕ；
ｄ３｛ｋ｝のＡＣ入力とｄ３｛ｋ＋１｝のＡＣ入力を１以上ｎ−１以下の全てのｋについて接続し、更に、Ｃ｛ｋ｝のプラスに充電される極をｄ３｛ｋ｝のプラス出力に、またＣ｛ｋ｝のマイナスに充電される極をｄ３｛ｋ｝のマイナス出力に、１以上ｎ以下の全てのｋについて接続した部分回路。
以上のように定義されたｋ、ｄ１｛ｋ｝、ｄ２｛ｋ｝、ｄ３｛ｋ｝、Ｃ｛ｋ｝、Ｄ１、Ｄ２、Ｕについて、ＵのＣ｛ｋ｝のプラスに充電される極とＤ１のｄ１｛ｋ｝のアノード、ＵのＣ｛ｋ｝のマイナスに充電される極とＤ２のｄ２｛ｋ｝のカソードを、１以上ｎ以下の全てのｋについて接続した部分回路（※図３参照）。
【請求項４】
ｋ；
１≦ｋ≦ｎ（ｎは２以上の自然数）を満たす自然数。
ｄ１｛ｋ｝；
ｎ個のダイオードのうち、一番目をｄ１｛１｝、二番目をｄ１｛２｝、・・・、ｎ番目をｄ１｛ｎ｝とするとき、１以上ｎ以下のｋによるｋ番目のダイオード。
ｄ２｛ｋ｝；
ｎ個のダイオードのうち、一番目をｄ２｛１｝、二番目をｄ２｛２｝、・・・、ｎ番目をｄ２｛ｎ｝とするとき、１以上ｎ以下のｋによるｋ番目のダイオード。
ｄ３｛ｋ｝；
ｎ−１個のダイオードのうち、一番目をｄ３｛１｝、二番目をｄ３｛２｝、・・・、ｎ−１番目をｄ３｛ｎ−１｝とするとき、１以上ｎ−１以下のｋによるｋ番目のダイオード。
ｄ４｛ｋ｝；
ｎ−１個のダイオードのうち、一番目をｄ４｛１｝、二番目をｄ４｛２｝、・・・、ｎ−１番目をｄ４｛ｎ−１｝とするとき、１以上ｎ−１以下のｋによるｋ番目のダイオード。
Ｃ｛ｋ｝；
ｎ個のコンデンサのうち、一番目をＣ｛１｝、二番目をＣ｛２｝、・・・、ｎ番目をＣ｛ｎ｝とするとき、１以上ｎ以下のｋによるｋ番目のコンデンサ。
Ｄ１；
ｄ１｛ｋ｝のカソードとｄ１｛ｋ＋１｝のカソードを、１以上ｎ−１以下の全てのｋについて接続した部分回路。
Ｄ２；
ｄ２｛ｋ｝のアノードとｄ２｛ｋ＋１｝のアノードを、１以上ｎ−１以下の全てのｋについて接続した部分回路。
Ｕ；
Ｃ｛ｋ｝のマイナスに充電される極とｄ３｛ｋ｝のアノード、Ｃ｛ｋ｝のプラスに充電される極とｄ４｛ｋ｝のカソード、Ｃ｛ｋ＋１｝のマイナスに充電される極とｄ４｛ｋ｝のアノード、Ｃ｛ｋ＋１｝のプラスに充電される極とｄ３｛ｋ｝のカソードを、１以上ｎ−１以下の全てのｋについて接続し、更に、新たに四個のダイオードを、それぞれＤＩ１、ＤＩ２、ＤＩ３、ＤＩ４として、ＤＩ１のカソードをＣ｛１｝のプラスに充電される極に、ＤＩ１のアノードをＤＩ２のカソードに、ＤＩ２のアノードをＣ｛１｝のマイナスに充電される極に、ＤＩ３のカソードをＣ｛ｎ｝のプラスに充電される極に、ＤＩ３のアノードをＤＩ４のカソードに、ＤＩ４のアノードをＣ｛ｎ｝のマイナスに充電される極に、それぞれ接続した部分回路。
以上のように定義されたｋ、ｄ１｛ｋ｝、ｄ２｛ｋ｝、ｄ３｛ｋ｝、ｄ４｛ｋ｝、Ｃ｛ｋ｝、Ｄ１、Ｄ２、Ｕについて、ＵのＣ｛ｋ｝のプラスに充電される極とＤ１のｄ１｛ｋ｝のアノード、ＵのＣ｛ｋ｝のマイナスに充電される極とＤ２のｄ２｛ｋ｝のカソードを、１以上ｎ以下の全てのｋについて接続した部分回路（※図４参照）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、いわゆる平滑回路（フィルタ回路、交流→直流変換回路）に属する。
【背景技術】
【０００２】  交流から直流高電圧を得るための、コンデンサとダイオードのみから成る回路として、コッククロフト・ウォルトン回路が挙げられる。この回路は、コンデンサとダイオードを梯子状に多段階につなげた回路で、スイッチングなしで交流電源から直流高電圧出力が得られる。
可能な限りコンデンサとダイオードのみで自動的にスイッチング（直列→並列接続切り替え）されるように動作することが、本発明の目的とするところである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  現在、交流電圧の平滑には、４個のダイオードを組み合わせたブリッジ・ダイオードが使用されているが、これには降圧の効果がないため、事前にトランスを用いて出力電圧付近まで電圧を下げてから平滑するのが一般的である。
ところが、このトランスによる降圧は、トランスそのものが鉄などの磁性体と大量の銅線からできており、実用化されているＡＣアダプタにおいては様々に工夫がなされているが、依然として、電気抵抗と磁気ヒステリシスによる熱損失が大きく、エネルギーの無駄を生じているのが現状である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  コンデンサは、ダイオード側から流れてくる電流によって充電される場合、ダイオードの降伏方向には放電できないため、放電しないままフル充電されると、それ以上ダイオード側から電力が流れ込まなくなる（通電が止まる）という性質を持つ。
この性質は、言い換えるなら、トランスが出力からの電力要求の無い状態でも通電して熱損失を出すことを考えれば、出力側が要求した電力を補充するのみの電力しか要求しないことを意味するので、エネルギー効率上非常に効率が良いことを意味する。
また、トランスは、伝導経路が細く長いという最悪の熱損失のコンディションであるのに対し、コンデンサは、伝導経路が太く短いという、電気抵抗による熱損失上理想的な構造的性質を持つ。【０００５】  そこで、コイルによるトランスのように、定電力で電圧と電流を交換する形で降圧が実現すれば、理想的な変圧器となる。
この目的のためには、コンデンサを直列接続の状態で充電し、その後並列接続に接続を切り替えて放電することが考えられる。
しかしながら、トランジスタを用いて、強引にスイッチングによる切り替えを行うのでは、大きな電流をスイッチングし得る高価なトランジスタが何十石も必要になり、実用的でない。
そこで、トランジスタよりも安価なダイオードによって、自動的にコンデンサが直列から並列に接続を切り替えられるのが望ましい。【０００６】  この動作を実現するには、コンデンサとダイオードを直列に数珠つなぎにし、更に個々のコンデンサにダイオードを両極につないで放電経路を充電経路とは別に確保する方法が考えられる。
これにより、接続された電源の電圧が高いときはコンデンサが直列接続で充電されるが、電源の電圧が下がる（又は電源との接続が遮断される）と、コンデンサに並列接続で放電させることが可能になる。
【発明の効果】
【０００７】  様々に回路を工夫してみたが、入力と出力がショートしない構造（すなわち、ノースイッチングで降圧する動作）は実現しなかった。電位と電圧の問題から、直列につながれたコンデンサを、電源につながったまま各極を等電位で接続し直すという動作が実現困難であった（おそらく不可能と思われる）ためである。【０００８】  しかしながら、定出力での降圧という点においては、ダイオードが自動的に放電経路と充電経路を切り替えるという動作は確保された。コッククロフト・ウォルトン回路の動作の高度さには及ばない（※とは言え、コッククロフト・ウォルトン回路の動作では、理論上、一度充電された電流が電源に還流して再度別のコンデンサを充電する、という動作を示すと考えられるため、本発明の回路が商用電源と接続されることを考えると、実用上電源への還流を防ぐため、スイッチングしか道が無い、とも言える）ものの、変圧回路としては十分実用的であると考えている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】請求項１に基づく本発明の部分回路の作例（ｎ＝４）である。
【図２】請求項２に基づく本発明の部分回路の作例（ｎ＝４）である。
【図３】請求項３に基づく本発明の部分回路の作例（ｎ＝４）である。
【図４】請求項４に基づく本発明の部分回路の作例（ｎ＝４）である。
【図５】請求項２に基づく本発明の部分回路（ｎ＝２）の実施例である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】  本発明を実施するには、交流電源（必要に応じてブリッジダイオードを介する）と平滑用コンデンサの間に、交互にスイッチングによって接続が切り替えられるように、本発明の回路を配置する。これにより、本発明の回路を充電するときは平滑用コンデンサから切り離されて充電され、また本発明の回路によって平滑用コンデンサを降圧充電するときは、本発明の回路を電源から切り離す。
この動作を交互に行うことにより、本発明の回路はトランスとしての機能を果たす。
【実施例】
【００１１】  図５に、本発明の実施例を示す。
この回路では、１と２が交互に接続されることにより、２が切断・１が接続されているときは請求項２の部分回路に直列接続により電荷が充電され、逆に１が切断・２が接続されているときは請求項２の部分回路が並列接続により電荷を放電し、出力用コンデンサにこの電荷が充電される構造になっている。
二個のコンデンサを直列・並列接続に切り替えるので、整流用ブリッジダイオードの作用により、電源電圧の振幅の二分の一の電圧に降圧できる。
【産業上の利用可能性】
【００１２】  主にＡＣアダプタへの利用が考えられるが、その動作上、特にパソコンの電源としての利用が期待される。
現在、パソコン用の電源はファンによって空冷されて動作しているが、この熱損失が本発明によって改善されれば、パソコンのエネルギー効率が飛躍的に向上すると期待される。
【符号の説明】
【００１３】  １は、接続のオン・オフを切り替えるスイッチである。
２は、接続のオン・オフを切り替えるスイッチである。
【図１】
2011015600.tif 000003
【図２】
2011015600.tif 000004
【図３】
2011015600.tif 000005
【図４】
2011015600.tif 000006
【図５】
2011015600.tif 000007