(57)【要約】【課題】本願発明の目的は、インダクタンスを用いずに低電圧・大電流と、高電圧・小電流とを相互に変換しうる仕組みを実現することである。【解決手段】ＳＷ２を閉じてＳＷ１を開くと充電動作が行われ、ダイオードＤ１を介してキャパシタＣ１が基本電圧に接続される。この結果、Ｃ１には基本電圧が充電される。次に、ＳＷ２を開き、ＳＷ１を閉じれば放電動作が行われる。つまり、ダイオードＤ２を介して、キャパシタＣ１と基本電圧の直列回路の電位が外部に取り出される。キャパシタＣ１には基本電圧がチャージされているので、取り出される電圧は基本電圧の２倍となる。【選択図】図２
2008125269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のキャパシタと、
基本電圧と前記第１のキャパシタの第１端子とを結び、前記基本電圧から前記第１端子へ向かう方向が順方向である上流ダイオードと、
２倍圧出力と前記第１のキャパシタの第１端子とを結び、前記第１端子から前記２倍圧出力へ向かう方向が順方向である出力ダイオードと、
前記第１のキャパシタの第２端子と前記基本電圧とを結ぶＮｏｐｅｎスイッチと、
前記第１のキャパシタの第２端子と接地とを結ぶＮｃｌｏｓｅスイッチと、  
制御回路と、
を含み、
前記制御回路は、充電時に、前記Ｎｃｌｏｓｅスイッチを閉じ、前記Ｎｏｐｅｎスイッチを開き、放電時に、前記Ｎｃｌｏｓｅスイッチを開き、前記Ｎｏｐｅｎスイッチを閉じることを特徴とする昇圧回路。
【請求項２】
第１から第ｎまでのｎ個のキャパシタ群と、
基本電圧と前記第ｋ（１＝＜ｋ＝＜ｎ）のキャパシタの第１端子とをそれぞれ結び、前記基本電圧から前記第１端子へ向かう方向が順方向である第１から第ｎまでのｎ個の上流ダイオード群と、
接地と前記第ｊ（２＝＜ｊ＝＜ｎ）のキャパシタの第２端子とをそれぞれ結び、前記第２端子から接地へ向かう方向が順方向である第２から第ｎまでのｎ−１個の下流ダイオード群と、
ｎ倍圧出力と前記第１のキャパシタの第１端子とを結び、前記第１端子から前記ｎ倍圧出力へ向かう方向が順方向である出力ダイオードと、
前記第ｉ（１＝＜ｉ＝＜ｎ−１）のキャパシタの第２端子と前記第ｉ＋１のキャパシタの第１端子とを結ぶ第１から第ｎ−１までのｎ−１個のＮｏｐｅｎスイッチと、前記第ｎ−１のキャパシタの第２端子と前記基本電圧とを結ぶ第ｎのＮｏｐｅｎスイッチと、から成るＮｏｐｅｎスイッチ群と、
前記第１のキャパシタの第２端子と接地とを結ぶＮｃｌｏｓｅスイッチと、  
制御回路と、
を含み、
前記制御回路は、充電時に、前記Ｎｃｌｏｓｅスイッチを閉じ、前記Ｎｏｐｅｎスイッチを開き、放電時に、前記Ｎｃｌｏｓｅスイッチを開き、前記Ｎｏｐｅｎスイッチを閉じることを特徴とする昇圧回路。ここで、ｎは２以上の正の整数であり、ｉ、ｊ、ｋは正の整数である。
【請求項３】
請求項１又は２記載の昇圧回路を複数個備え、
前記複数の昇圧回路の中から、いずれかの昇圧回路を順番に放電状態にする多相制御回路と、
を含むことを特徴とする多相昇圧回路。
【請求項４】
第１のキャパシタと、
第１の端子が２分圧出力に接続し、第２の端子が接地に接続する第２のキャパシタと、
前記第１のキャパシタの第１端子と前記２分圧出力とを結ぶＮｃｌｏｓｅスイッチと、
前記第１のキャパシタの第２端子と前記第２のキャパシタの第１端子とを結ぶ第１のＮｏｐｅｎスイッチと、前記第１のキャパシタの第１端子と基本電圧とを結ぶ入力Ｎｏｐｅｎスイッチと、から成るＮｏｐｅｎスイッチ群と、
接地と前記第１のキャパシタの第２端子とを結び、前記接地から前記第２端子へ向かう方向が順方向であるダイオードと、
制御回路と、
を含み、
前記制御回路は、充電時に、前記Ｎｏｐｅｎスイッチ群を閉じ、前記Ｎｃｌｏｓｅスイッチを開き、放電時に、前記Ｎｏｐｅｎスイッチ群を開き、前記Ｎｃｌｏｓｅスイッチを閉じることを特徴とする降圧回路。
【請求項５】
第１から第ｎ−１までのｎ−１個のキャパシタ群と、
第１の端子がｎ分圧出力に接続し、第２の端子が接地に接続する第ｎのキャパシタと、
前記第１から第ｎ−１までのキャパシタ群の第１端子と前記ｎ分圧出力とを結ぶｎ−１個のＮｃｌｏｓｅスイッチ群と、
前記第ｋ（１＝＜ｋ＝＜ｎ−１）のキャパシタの第２端子と前記第ｋ＋１のキャパシタの第１端子とをそれぞれ結ぶｎ−１個のＮｏｐｅｎスイッチ群と、前記第１のキャパシタの第１端子と基本電圧とを結ぶ入力Ｎｏｐｅｎスイッチと、から成るＮｏｐｅｎスイッチ群と、
制御回路と、
を含み、
前記制御回路は、充電時に、前記Ｎｏｐｅｎスイッチ群を閉じ、前記Ｎｃｌｏｓｅスイッチを開き、放電時に、前記Ｎｏｐｅｎスイッチ群を開き、前記Ｎｃｌｏｓｅスイッチを閉じることを特徴とする降圧回路。ここで、ｎは２以上の正の整数であり、ｋは正の整数である。
【請求項６】
請求項４又は５記載の降圧回路を複数個備え、
前記複数の降圧回路の中から、いずれかの降圧回路を順番に放電状態にする多相制御回路と、
を含むことを特徴とする多相降圧回路。
【請求項７】
請求項３記載の多相昇圧回路において、
前記多相制御回路は、放電状態を切り換える際に、新しく放電状態に置く昇圧回路を放電状態に置いた後、所定のオーバーラップ時間経過後に、それまで放電状態であった昇圧回路を充電状態に置くことを特徴とする多相昇圧回路。
【請求項８】
請求項５記載の多相降圧回路において、
前記多相制御回路は、放電状態を切り換える際に、新しく放電状態に置く降圧回路を放電状態に置いた後、所定のオーバーラップ時間経過後に、それまで放電状態であった降圧回路を充電状態に置くことを特徴とする多相降圧回路。
【請求項９】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の昇圧回路において、
前記キャパシタに代えて、２次電池を用いたことを特徴とする昇圧回路。
【請求項１０】
請求項４から請求項６のいずれかに記載の降圧回路において、
前記キャパシタに代えて、２次電池を用いたことを特徴とする降圧回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、昇圧回路及び降圧回路に関する。特に変換効率が改善した昇圧回路・降圧回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、性能の向上した昇圧回路や降圧回路が求められている。
【０００３】
例えば、いわゆるハイブリッド・カーにおいては、バッテリーが用いられるがこれはセル当たり１．２Ｖ（ニッケル水素）−３．７Ｖ（リチウムイオン）程度である。一方、モーター効率を向上させるため、駆動モーターは数１００Ｖの電圧で駆動される。
【０００４】
したがって、ハイブリッド・カーにおいては、セルを数段直列接続し、数１０Ｖの電津を作り、これを昇圧回路で数１００Ｖまで昇圧することが一般的に行われている。したがって、そこに用いられる昇圧回路の性能は極めて重要である。
【０００５】
また例えば、近年パーソナルコンピュータに用いられるプロセッサは低電圧・大電流化が進んでいる。しかし、過度に低電圧・大電流の電源装置は電源コードが太くなる等、その取り扱いは煩雑である。そのため、従来の電源装置からの電力をプロセッサの近傍で降圧し、低電圧・大電流化する降圧回路が用いられる。したがって、この降圧回路の性能は極めて重要である。
【０００６】
先行技術文献
変換効率を向上する技術は種々のものが提案されている。
【０００７】
例えば、下記特許文献１には、昇圧回路・降圧回路の効率を改善する技術が開示されている。ショットキーダイオードに並列にＭＯＳＦＥＴを設け、ショットキーダイオードの順方向電圧降下の影響を排除する技術が開示されている。
【０００８】
また、例えば下記特許文献２には、サージ電圧を出力側に放出し、動作効率の向上を図ったＤＣ−ＤＣコンバータが開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−４５７４５号公報
【特許文献２】特開２００６−２０３９９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このように、従来からの昇圧回路、降圧回路は主としてインダクタンスを用いたものが多く、全ての稼働状態において良好な効率を実現することは困難であった。
【００１１】
本願発明の目的は、インダクタンスを用いずに低電圧・大電流と、高電圧・小電流とを相互に変換しうる仕組みを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）また、本発明は、上記課題を解決するために、第１のキャパシタと、基本電圧と前記第１のキャパシタの第１端子とを結び、前記基本電圧から前記第１端子へ向かう方向が順方向である上流ダイオードと、２倍圧出力と前記第１のキャパシタの第１端子とを結び、前記第１端子から前記２倍圧出力へ向かう方向が順方向である出力ダイオードと、前記第１のキャパシタの第２端子と前記基本電圧とを結ぶＮｏｐｅｎスイッチと、前記第１のキャパシタの第２端子と接地とを結ぶＮｃｌｏｓｅスイッチと、制御回路と、を含み、前記制御回路は、充電時に、前記Ｎｃｌｏｓｅスイッチを閉じ、前記Ｎｏｐｅｎスイッチを開き、放電時に、前記Ｎｃｌｏｓｅスイッチを開き、前記Ｎｏｐｅｎスイッチを閉じることを特徴とする昇圧回路である。
【００１３】
キャパシタに基本電圧を充電し、基本電圧と直列にして電圧を取り出したので、容易に基本電圧の２倍の電圧を得ることができる。
【００１４】
（２）また、本発明は、上記課題を解決するために、第１から第ｎまでのｎ個のキャパシタ群と、基本電圧と前記第ｋ（１＝＜ｋ＝＜ｎ）のキャパシタの第１端子とをそれぞれ結び、前記基本電圧から前記第１端子へ向かう方向が順方向である第１から第ｎまでのｎ個の上流ダイオード群と、接地と前記第ｊ（２＝＜ｊ＝＜ｎ）のキャパシタの第２端子とをそれぞれ結び、前記第２端子から接地へ向かう方向が順方向である第２から第ｎまでのｎ−１個の下流ダイオード群と、ｎ倍圧出力と前記第１のキャパシタの第１端子とを結び、前記第１端子から前記ｎ倍圧出力へ向かう方向が順方向である出力ダイオードと、前記第ｉ（１＝＜ｉ＝＜ｎ−１）のキャパシタの第２端子と前記第ｉ＋１のキャパシタの第１端子とを結ぶ第１から第ｎ−１までのｎ−１個のＮｏｐｅｎスイッチと、前記第ｎ−１のキャパシタの第２端子と前記基本電圧とを結ぶ第ｎのＮｏｐｅｎスイッチと、から成るＮｏｐｅｎスイッチ群と、前記第１のキャパシタの第２端子と接地とを結ぶＮｃｌｏｓｅスイッチと、制御回路と、を含み、前記制御回路は、充電時に、前記Ｎｃｌｏｓｅスイッチを閉じ、前記Ｎｏｐｅｎスイッチを開き、放電時に、前記Ｎｃｌｏｓｅスイッチを開き、前記Ｎｏｐｅｎスイッチを閉じることを特徴とする昇圧回路である。ここで、ｎは２以上の正の整数であり、ｉ、ｊ、ｋは正の整数である。
【００１５】
このような構成によって、ｎ＋１倍圧昇圧回路を容易に構成することができる。
【００１６】
（３）また、本発明は、上記（１）又は（２）記載の昇圧回路を複数個備え、前記複数の昇圧回路の中から、いずれかの昇圧回路を順番に放電状態にする多相制御回路と、を含むことを特徴とする多相昇圧回路である。
【００１７】
複数の昇圧回路を備え、順番に放電させたので、より滑らかな出力を得ることができる。
【００１８】
（４）また、本発明は、上記課題を解決するために、第１のキャパシタと、第１の端子が２分圧出力に接続し、第２の端子が接地に接続する第２のキャパシタと、前記第１のキャパシタの第１端子と前記２分圧出力とを結ぶＮｃｌｏｓｅスイッチと、前記第１のキャパシタの第２端子と前記第２のキャパシタの第１端子とを結ぶ第１のＮｏｐｅｎスイッチと、前記第１のキャパシタの第１端子と基本電圧とを結ぶ入力Ｎｏｐｅｎスイッチと、から成るＮｏｐｅｎスイッチ群と、接地と前記第１のキャパシタの第２端子とを結び、前記接地から前記第２端子へ向かう方向が順方向であるダイオードと、制御回路と、を含み、前記制御回路は、充電時に、前記Ｎｏｐｅｎスイッチ群を閉じ、前記Ｎｃｌｏｓｅスイッチを開き、放電時に、前記Ｎｏｐｅｎスイッチ群を開き、前記Ｎｃｌｏｓｅスイッチを閉じることを特徴とする降圧回路である。
【００１９】
キャパシタに基本電圧を充電し、基本電圧と直列にして電圧を取り出したので、容易に基本電圧の２倍の電圧を得ることができる。
【００２０】
（５）また、本発明は、上記課題を解決するために、第１から第ｎ−１までのｎ−１個のキャパシタ群と、第１の端子がｎ分圧出力に接続し、第２の端子が接地に接続する第ｎのキャパシタと、前記第１から第ｎ−１までのキャパシタ群の第１端子と前記ｎ分圧出力とを結ぶｎ−１個のＮｃｌｏｓｅスイッチ群と、前記第ｋ（１＝＜ｋ＝＜ｎ−１）のキャパシタの第２端子と前記第ｋ＋１のキャパシタの第１端子とをそれぞれ結ぶｎ−１個のＮｏｐｅｎスイッチ群と、前記第１のキャパシタの第１端子と基本電圧とを結ぶ入力Ｎｏｐｅｎスイッチと、から成るＮｏｐｅｎスイッチ群と、制御回路と、を含み、前記制御回路は、充電時に、前記Ｎｏｐｅｎスイッチ群を閉じ、前記Ｎｃｌｏｓｅスイッチを開き、放電時に、前記Ｎｏｐｅｎスイッチ群を開き、前記Ｎｃｌｏｓｅスイッチを閉じることを特徴とする降圧回路である。ここで、ｎは２以上の正の整数であり、ｋは正の整数である。
【００２１】
このような構成によって、ｎ分圧降圧回路を容易に構成することができる。
【００２２】
（６）また、本発明は、上記（４）又は（５）記載の降圧回路を複数個備え、前記複数の降圧回路の中から、いずれかの降圧回路を順番に放電状態にする多相制御回路と、を含むことを特徴とする多相降圧回路である。
【００２３】
複数の降圧回路を備え、順番に放電させたので、より滑らかな出力を得ることができる。
【００２４】
（７）また、本発明は、上記（３）記載の多相昇圧回路において、前記多相制御回路は、放電状態を切り換える際に、新しく放電状態に置く昇圧回路を放電状態に置いた後、所定のオーバーラップ時間経過後に、それまで放電状態であった昇圧回路を充電状態に置くことを特徴とする多相昇圧回路である。
【００２５】
オーバーラップさせて放電を行わせているので、より滑らかな出力を得ることができる。
【００２６】
（８）また、本発明は、上記（５）記載の多相降圧回路において、前記多相制御回路は、放電状態を切り換える際に、新しく放電状態に置く降圧回路を放電状態に置いた後、所定のオーバーラップ時間経過後に、それまで放電状態であった降圧回路を充電状態に置くことを特徴とする多相降圧回路である。
【００２７】
オーバーラップさせて放電を行わせているので、より滑らかな出力を得ることができる。
【００２８】
（９）また、本発明は、上記（１）から（３）までのいずれかに記載の昇圧回路において、前記キャパシタに代えて、２次電池を用いたことを特徴とする昇圧回路である。
【００２９】
（１０）また、本発明は、上記（４）から（６）までのいずれかに記載の降圧回路において、前記キャパシタに代えて、２次電池を用いたことを特徴とする降圧回路である。
【発明の効果】
【００３０】
以上述べたように、本発明によれば、蓄電器や蓄電池（２次電池）を用いて効率的な昇圧・降圧が可能な回路を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の好ましい形態を図面に基づいて説明する。
【００３２】
第１  利用形態
図１には、本実施の形態にかかる電圧マルチ・デバイド回路１０の利用形態を示す説明図が示されている。この電圧マルチ・デバイド回路１０は、電源１２から電力を供給され昇圧又は降圧した電圧を外部に出力する。また、電圧マルチ・デバイド回路１０の動作を制御するためのＳＷタイミング発生コントロール回路１４が、所定のクロック信号を電圧マルチ・デバイド回路１０に供給している。なお、電圧マルチ・デバイド回路１０及びＳＷタイミング発生コントロール回路１４は、請求の範囲の昇圧回路、降圧回路の好適な一例に相当する。特に、ＳＷタイミング発生コントロール回路１４は、請求の範囲の制御回路（又は多相制御回路）の好適な一例に相当する。
【００３３】
第２  原理
本実施の形態では、複数の蓄電器（キャパシタ）に並列に充電し、直列に放電することによって昇圧を実現している。逆に、複数の蓄電器（キャパシタ）に直列に充電し、並列に放電することによって降圧を実現している。
【００３４】
このような充電・放電動作を行うために、本実施の形態ではスイッチとダイオードから成る回路構成を採用している。
【００３５】
第３  コンポーネンツ
本実施の形態で用いる主要なコンポーネンツの説明を行う。主要コンポーネンツは、Ｃ、ＳＷ、ダイオード、ドライブ回路、の３種である。
【００３６】
・Ｃはキャパシタ（蓄電器）又は２次電池（充電池）ある。目的や容量等に応じて種々のキャパシタや２次電池を用いる。小容量・低電圧の電源の場合は電気二重層キャパシタを用いることも好ましい。近年では極めて大容量の電気二重層キャパシタが得られている。また、用途によってはニッケル水素充電池（２次電池）やリチウムイオン充電池（２次電池）等を利用することも好適である。（鉛）蓄電池でもかまわない。後述する全ての実施の形態においては、便宜上、全てキャパシタであるとして説明しているが、２次電池でもかまわない。
【００３７】
・ＳＷは高速動作が可能なスイッチである。機械的スイッチでも利用可能であるが、一般には高集積化が容易な半導体スイッチ、例えばフォトＭＯＳリレーなどが好適である。
【００３８】
・ＳＷを駆動するドライブ回路は従来から知られている種々のドライブ回路を利用可能である。例えばフォトＭＯＳリレーを駆動するための知られているドライブ回路を適宜利用することが好適である。
【００３９】
・ダイオードは、敷居値（飽和電圧）の低いショットキーダイオード等が好ましいと考えられる。
【００４０】
第４  基本コンポーネンツ動作の呼び名について
本実施の形態では、複数のキャパシタに並列に充電し、キャパシタを直列にして取り出して昇圧を行っている。後述する各回路例では、２倍圧、３倍圧、４倍圧、等の例を示しているが、このような電圧を逓倍化する動作は、昇圧の好適な一例である。
【００４１】
また、本実施の形態では、複数のキャパシタに直列に充電し、キャパシタを並列にして取り出して降圧を行っている。後述する各回路例では、１／２倍圧、１／３倍圧、１／４４倍圧、等の例を示しているが、このような電圧を１／ｎ倍化する動作は、降圧の好適な一例である。
【００４２】
なお、後述する回路例においては、駆動信号を生成する制御回路は必ずしも図示されていないが、ＯＮ／ＯＦＦ交互に繰り返す信号を出力する回路は、従来から種々の電源回路等で広く知られているのでそのような回路を適宜利用すれば良い。
【００４３】
第５  ２倍圧昇圧回路
以下、電圧マルチ・デバイド回路の具体的な例を、種々説明していく。なお、マルチとはｎ倍圧昇圧回路を意味し、昇圧回路の好適な一例である。また、デバイドは１／ｎ倍圧降圧回路を意味し、降圧回路の好適な一例である。
【００４４】
まず、図２には、Ｃを１個用いて２倍の電圧に昇圧する例（２倍圧昇圧回路と呼ぶ）が示されている。この図に示すように、２倍圧昇圧回路は、１個のＣ（図２中ではＣ１と記す）を備えている。
【００４５】
また、２倍圧昇圧回路は、ＮｃｌｏｓｅグループのスイッチＳＷ２を備えており、このスイッチＳＷ２によってキャパシタＣ１には基本電圧が印加され充電される。また、２倍圧昇圧回路は、ＮｏｐｅｎグループのスイッチＳＷ１を備えており、このスイッチＳＷ１によって基準電圧とキャパシタＣ１が直列に接続されて昇圧が行われる（図２参照）。
【００４６】
さらに、キャパシタＣ１の電位が基本電圧より高くなった場合でも基本電圧に逆流しないようにするためのダイオードＤ１が備えられている。また、キャパシタＣ１を充電している際に、２倍圧出力電圧がキャパシタＣ１に逆流しないようにするためのダイオードＤ２が備えられている。
ダイオードＤ１は請求の範囲の上流ダイオードの好適な一例に相当する。また、ダイオードＤ２は、請求の範囲の出力ダイオードの好適な一例に相当する。
【００４７】
なお、全ての本実施の形態において、Ｎｃｌｏｓｅグループは、請求の範囲のＮｃｌｏｓｅスイッチ群の好適な一例に相当する。そして、Ｎｃｌｏｓｅグループに属するスイッチは、請求の範囲のＮｃｌｏｓｅスイッチの好適な一例に相当する。
【００４８】
また、全ての本実施の形態において、Ｎｏｐｅｎグループは、請求の範囲のＮｏｐｅｎスイッチ群の好適な一例に相当する。そして、Ｎｏｐｅｎグループに属するスイッチは、請求の範囲のＮｏｐｅｎスイッチの好適な一例に相当する。
【００４９】
動作
まず、ＮｃｌｏｓｅグループのスイッチＳＷ２を「閉」状態とし、ＮｏｐｅｎグループのスイッチＳＷ１を「開」状態とする。この状態で、Ｃ１には基本電圧が印加され充電される。この基本電圧入力は、蓄電器や２次電池等を用いるのが好適であるが、その他の各種電源を利用することができる。この状態を充電状態と呼ぶ。
【００５０】
次に、ＮｃｌｏｓｅグループのスイッチＳＷ２を「開」状態とし、ＮｏｐｅｎグループのスイッチＳＷ１を「閉」状態とする。この状態で、Ｃ１は基本電圧の電源と直列に接続される。したがって、キャパシタＣ１のダイオードＤ２が接続されている端子は、接地から見て、基本電圧の２倍の電位となる。この２倍の電位（電圧）が、ダイオードＤ２を介して外部に取り出される。この状態を放電状態と呼ぶ。
【００５１】
以上のような、このような２個の状態を繰り返すことによって、基本電圧の２倍の電圧が得られる。２個の状態を繰り返すためには、所定期間毎にスイッチＳＷ１、ＳＷ２の開閉状態を反転していけば良いが、そのような制御信号・駆動信号は外部（図示されていない）の制御回路によって行う。スイッチを所定周期毎に開閉する信号を生成する回路は従来から種々の電源回路で用いられているので、そのような回路を構成することは当業者にとって容易である。
【００５２】
第６  ３倍圧昇圧回路
図３には、Ｃを２個用いて３倍の電圧に昇圧する例（３倍圧昇圧回路と呼ぶ）が示されている。この図に示すように、３倍圧昇圧回路は、２個のＣ（図２中ではＣ１、Ｃ２と記す）を備えている。
【００５３】
また、３倍圧昇圧回路は、ＮｃｌｏｓｅグループのスイッチＳＷ２を備えており、このスイッチＳＷ２によってキャパシタＣ１、Ｃ２には基本電圧が並列に印加され充電される。また、３倍圧昇圧回路は、ＮｏｐｅｎグループのスイッチＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂを備えており、このスイッチＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂによって基準電圧とキャパシタＣ１、Ｃ２が直列に接続されて昇圧が行われる（図３参照）。
【００５４】
さらに、キャパシタＣ１やＣ２の電位が基本電圧より高くなった場合でも基本電圧に逆流しないようにするためのダイオードＤ１ａ、Ｄ１ｂがキャパシタＣ１、Ｃ２に対して備えられている。また、キャパシタＣ１、Ｃ２を充電している際に、３倍圧出力電圧がキャパシタＣ１に逆流しないようにするためのダイオードＤ２が備えられている。さらに、スイッチＳＷ１ａが閉じた場合でもキャパシタＣ２がショートしてしまわないようにダイオードＤ３が設けられている。
ダイオードＤ１ａ、Ｄ１ｂは上流ダイオード群の好適な一例に相当する。ダイオードＤ３は、下流ダイオード群の好適な一例に相当する。
【００５５】
動作
まず、ＮｃｌｏｓｅグループのスイッチＳＷ２を「閉」状態とし、ＮｏｐｅｎグループのスイッチＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂを「開」状態とする。この状態で、Ｃ１及びＣ２には基本電圧が印加され充電される。この基本電圧入力は、各種電源を利用することができる。また、この状態を充電状態と呼ぶ。
【００５６】
次に、ＮｃｌｏｓｅグループのスイッチＳＷ２を「開」状態とし、ＮｏｐｅｎグループのスイッチＳＷ１ａ及びＳＷ１ｂを「閉」状態とする。この状態で、２個のキャパシタＣ１及びＣ２は基本電圧の電源と全て直列に接続される。したがって、キャパシタＣ１のダイオードＤ２が接続されている端子は、接地から見て、基本電圧の３倍の電位となる。この３倍の電位（電圧）が、ダイオードＤ２を介して外部に取り出される。この状態を放電状態と呼ぶ。
【００５７】
以上述べたような２個の状態を繰り返すことによって、基本電圧の３倍の電圧が得られる。２個の状態を繰り返すためには、所定期間毎にスイッチＳＷ１、ＳＷ２の開閉状態を反転していけば良いが、そのような制御信号・駆動信号は外部（図示されていない）の制御回路によって行う。この制御回路は図２の回路に用いられる制御回路と同様のものを用いることができる。
【００５８】
第７  ４倍圧昇圧回路
図４には、Ｃを３個用いて４倍の電圧に昇圧する例（４倍圧昇圧回路と呼ぶ）が示されている。この図に示すように、４倍圧昇圧回路は、３個のＣ（図２中ではＣ１、Ｃ２、Ｃ３と記す）を備えている。
【００５９】
また、４倍圧昇圧回路は、ＮｃｌｏｓｅグループのスイッチＳＷ２を備えており、このスイッチＳＷ２によってキャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３には基本電圧が並列に印加され充電される。また、４倍圧昇圧回路は、ＮｏｐｅｎグループのスイッチＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂ、ＳＷ１ｃを備えており、このスイッチＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂ、ＳＷ１ｃによって基準電圧とキャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３が直列に接続されて昇圧が行われる（図４参照）。
【００６０】
さらに、キャパシタＣ１やＣ２、Ｃ３の電位が基本電圧より高くなった場合でも基本電圧に逆流しないようにするためのダイオードＤ１ａ、Ｄ１ｂ、Ｄ１ｃがキャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３に対して備えられている。また、キャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３を充電している際に、４倍圧出力電圧がキャパシタＣ１に逆流しないようにするためのダイオードＤ２が備えられている。さらに、スイッチＳＷ１ａが閉じた場合でもキャパシタＣ２及びＣ３がショートしてしまわないようにダイオードＤ３ａ及びＤ３ｂが設けられている。
ダイオードＤ１ａ、Ｄ１ｂ、Ｄ１ｃは、請求の範囲の上流ダイオード群の好適な一例に相当する。ダイオードＤ３ａ及びＤ３ｂは、請求の範囲の下流ダイオード群の好適な一例に相当する。
【００６１】
動作
まず、ＮｃｌｏｓｅグループのスイッチＳＷ２を「閉」状態とし、ＮｏｐｅｎグループのスイッチＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂ、ＳＷ１ｃを「開」状態とする。この状態で、Ｃ１及びＣ２、Ｃ３には基本電圧が印加され充電される。この基本電圧入力は、各種電源を利用することができる。また、この状態を充電状態と呼ぶ。
【００６２】
次に、ＮｃｌｏｓｅグループのスイッチＳＷ２を「開」状態とし、ＮｏｐｅｎグループのスイッチＳＷ１ａ及びＳＷ１ｂ、ＳＷ１ｃを「閉」状態とする。この状態で、３個のキャパシタＣ１及びＣ２、Ｃ３は基本電圧の電源と全て直列に接続される。したがって、キャパシタＣ１のダイオードＤ２が接続されている端子は、接地から見て、基本電圧の４倍の電位となる。この４倍の電位（電圧）が、ダイオードＤ２を介して外部に取り出される。この状態を放電状態と呼ぶ。
【００６３】
以上述べたような２個の状態（充電状態と放電状態）を繰り返すことによって、基本電圧の４倍の電圧が得られる。２個の状態を繰り返すためには、上記図２や図３で説明した所定期間毎にスイッチＳＷ１、ＳＷ２の開閉状態を反転する制御回路を用いて、制御信号・駆動信号を生成すれば良い。
【００６４】
第８  ２相（多相）構成
上述した図２、図３、図４においては、いずれも充電と放電を繰り返すことによって昇圧を行っている。その結果、出力信号は脈流となる。
【００６５】
そこで、出力をより滑らかにするために、複数の昇圧回路を組み合わせて順番に放電状態を取らせることによって、より滑らかな出力を得ることが考えられる。
【００６６】
複数の昇圧回路の個数は何個でもかまわないが、２個の場合の原理を示す説明図が図５に示されている。この図に示すように、ｎ倍圧昇圧回路（ｎは２、３、４のいずれか）を２個並列に接続し、交互に放電状態とすることによって、得られる出力を脈流ではなく、ＤＣ（直流）とすることができる。図５においては、ｎ倍圧昇圧回路Ａと、ｎ倍圧昇圧回路Ｂとを出力逆位相で同期させることによって、出力をＤＣとすることが示されている。いわば、２個のｎ倍圧昇圧回路について共通の制御回路を設けたものである。
【００６７】
図５では、２相の例を示したが、３相以上でももちろん好適である。
【００６８】
なお、同期させるために、２相（３相以上の多相）の信号を出力する制御回路が必要であるが、そのような回路は従来からスイッチング電源等の各種の回路で利用されており、既存のそのような回路を利用すれば良い。
【００６９】
第９  ２分圧降圧回路
図６には、Ｃを２個用いて１／２倍の電圧に降圧する例（２分圧降圧回路と呼ぶ）が示されている。この図に示すように、２分圧降圧回路は、２個のＣ（図６中ではＣ１、Ｃ２と記す）を備えている。
【００７０】
また、２分圧降圧回路は、ＮｏｐｅｎグループのスイッチＳＷ２、ＳＷ３を備えており、このスイッチＳＷ２、ＳＷ３によってキャパシタＣ１及びＣ２の直列回路に基本電圧が印加され充電される。また、２分圧降圧回路は、ＮｃｌｏｓｅグループのスイッチＳＷ１を備えており、このスイッチＳＷ１によって基準電圧とキャパシタＣ１がキャパシタＣ２と並列に接続されて降圧が行われる（図６参照）。
【００７１】
また、キャパシタＣ２を充電している際に、キャパシタＣ２が放電しないようにするためのダイオードＤ１が備えられている。
【００７２】
動作
まず、ＮｏｐｅｎグループのスイッチＳＷ２、ＳＷ３を「閉」状態とし、ＮｃｌｏｓｅグループのスイッチＳＷ１を「開」状態とする。この状態で、Ｃ１及びＣ２の直列回路には基本電圧が印加され充電される。この基本電圧入力は、蓄電器や２次電池等を用いるのが好適であるが、その他の各種電源を利用することができる。この状態を充電状態と呼ぶ。
【００７３】
次に、ＮｃｌｏｓｅグループのスイッチＳＷ１を「開」状態とし、ＮｏｐｅｎグループのスイッチＳＷ２、ＳＷ３を「閉」状態とする。この状態では、キャパシタＣ１とＣ２との並列回路が２分圧出力に接続される。したがって、基本電圧の１／２の電圧が２分圧出力に表れる。この状態を放電状態と呼ぶ。
【００７４】
以上述べたような２個の状態を繰り返すことによって、基本電圧の１／２倍の電圧が得られる。２個の状態を繰り返すためには、所定期間毎にＮｃｌｏｓｅグループのスイッチＳＷ１と、ＮｏｐｅｎグループのＳＷ２及びＳＷ３の開閉状態を反転していけば良いが、そのような制御信号・駆動信号は外部（図示されていない）の制御回路によって行う。この制御回路は、既に図２等でこれまで述べたような制御回路を利用可能である。
【００７５】
第１０  ３分圧降圧回路
図７には、Ｃを３個用いて１／３倍の電圧に降圧する例（３分圧降圧回路と呼ぶ）が示されている。この図に示すように、３分圧降圧回路は、３個のＣ（図７中ではＣ１、Ｃ２、Ｃ３と記す）を備えている。これら３個のキャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３は全て同容量である。
【００７６】
また、３分圧降圧回路は、ＮｏｐｅｎグループのスイッチＳＷ３を備えており、このスイッチＳＷ３によってキャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３の直列回路に基本電圧が印加され充電される。また、ＮｏｐｅｎグループのスイッチＳＷ２ａがキャパシタＣ１とキャパシタＣ２との間に、同じくのＮｏｐｅｎグループのスイッチＳＷ２ｂがキャパシタＣ２とキャパシタＣ３との間に設けられており、これらのキャパシタを直列に接続する役割を果たしている（図７参照）。
【００７７】
また、３分圧降圧回路は、ＮｃｌｏｓｅグループのスイッチＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂを備えており、このスイッチＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂによって３分圧出力とキャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３の並列回路が接続されて降圧が行われる（図７参照）。
【００７８】
さらに、ＮｏｐｅｎグループのスイッチＳＷ２ａ、ＳＷ２ｂが閉じた場合に、キャパシタＣ２やＣ３がショートして放電してしまうのを防止するために、ダイオードＤ１、Ｄ２が備えられている（図７参照）。
【００７９】
動作
まず、ＮｏｐｅｎグループのスイッチＳＷ３を「閉」状態とし、同じくＮｏｐｅｎグループのスイッチＳＷ２ａ、ＳＷ２ｂを「閉」状態とする。一方、ＮｃｌｏｓｅグループのスイッチＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂを「開」状態とする。この状態では、キャパシタＣ１及びＣ２、Ｃ３が直列に接続され、この直列回路には基本電圧が印加され充電される。この基本電圧入力は、各種電源を利用することができる。また、この状態を充電状態と呼ぶ。
【００８０】
次に、ＮｏｐｅｎグループのスイッチＳＷ３を「開」状態とし、同じくＮｏｐｅｎグループのスイッチＳＷ１ａ及びＳＷ１ｂを「開」状態とする。一方、ＮｃｌｏｓｅグループのスイッチＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂを「閉」状態にする。
【００８１】
このような状態では、３個のキャパシタＣ１及びＣ２、Ｃ３は並列に３分圧出力に接続される。キャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３の容量は全て同一であるので、各キャパシタの両端電圧は基本電圧の１／３となる。３個のキャパシタを並列に接続することによって、３分圧出力には、基本電圧の１／３の電圧が表れる。このようにして降圧（３分圧）が行われる。また、この状態を放電状態と呼ぶ。
【００８２】
以上述べたような２個の状態（充電状態、放電状態）を繰り返すことによって、基本電圧の１／３倍の電圧が得られる。２個の状態を繰り返すためには、所定期間毎に各スイッチの開閉状態を反転していけば良いが、そのような制御回路は、これまで述べたのと同様の制御回路を用いることが可能である。
【００８３】
第１１  ４分圧降圧回路
図８には、Ｃを４個用いて１／４倍の電圧に降圧する例（４分圧降圧回路と呼ぶ）が示されている。この図に示すように、４分圧降圧回路は、４個のＣ（図８中ではＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４と記す）を備えている。そして、これら４個のキャパシタは全て同一容量である。
【００８４】
また、４分圧降圧回路は、ＮｏｐｅｎグループのスイッチＳＷ３を備えており、このスイッチＳＷ３によってキャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３の直列回路に基本電圧が印加され充電される。また、ＮｏｐｅｎグループのスイッチＳＷ２ａがキャパシタＣ１とキャパシタＣ２との間に、同じくのＮｏｐｅｎグループのスイッチＳＷ２ｂがキャパシタＣ２とキャパシタＣ３との間に、同じくのＮｏｐｅｎグループのスイッチＳＷ２ｃがキャパシタＣ３とキャパシタＣ４との間に、それぞれ設けられており、これらのキャパシタを直列に接続する役割を果たしている（図８参照）。
【００８５】
また、４分圧降圧回路は、ＮｃｌｏｓｅグループのスイッチＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂ、ＳＷ１ｃを備えており、このスイッチＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂ、ＳＷ１ｃによって４分圧出力とキャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の並列回路が接続されて降圧が行われる（図８参照）。
【００８６】
さらに、ＮｏｐｅｎグループのスイッチＳＷ２ａ、ＳＷ２ｂ、ＳＷ２ｃが閉じた場合に、キャパシタＣ２やＣ３、Ｃ４がショートして放電してしまうのを防止するために、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３が備えられている（図８参照）。
【００８７】
動作
まず、ＮｏｐｅｎグループのスイッチＳＷ３を「閉」状態とし、同じくＮｏｐｅｎグループのスイッチＳＷ２ａ、ＳＷ２ｂ、ＳＷ２ｃを全て「閉」状態とする。一方、ＮｃｌｏｓｅグループのスイッチＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂ、ＳＷ１ｃを「開」状態とする。この状態では、キャパシタＣ１及びＣ２、Ｃ３、Ｃ４が直列に接続され、この直列回路には基本電圧が印加され充電される。この基本電圧入力は、各種電源を利用することができる。また、この状態を充電状態と呼ぶ。
【００８８】
次に、ＮｏｐｅｎグループのスイッチＳＷ３を「開」状態とし、同じくＮｏｐｅｎグループのスイッチＳＷ１ａ及びＳＷ１ｂ、ＳＷ１ｃを「開」状態とする。一方、ＮｃｌｏｓｅグループのスイッチＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂ、ＳＷ１ｃを「閉」状態にする。
【００８９】
このような状態では、４個のキャパシタＣ１及びＣ２、Ｃ３、Ｃ４は並列に４分圧出力に接続される。キャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の容量は全て同一であるので、各キャパシタの両端電圧は基本電圧の１／４となる。４個のキャパシタを並列に接続することによって、４分圧出力には、基本電圧の１／４の電圧が表れる。このようにして降圧（４分圧）が行われる。また、この状態を放電状態と呼ぶ。
【００９０】
以上述べたような２個の状態（充電状態、放電状態）を繰り返すことによって、基本電圧の１／４倍の電圧が得られる。２個の状態を繰り返すためには、所定期間毎に各スイッチの開閉状態を反転していけば良いが、そのような制御回路は、これまで述べたのと同様の制御回路を用いることが可能である。
【００９１】
第１２  降圧回路の多相接続
上記図６、図７、図８では降圧回路の例を示したが、この降圧回路を複数個用いて図５のような多相構成を構成することも好適である。
【００９２】
例えば、２個の降圧回路を用いる場合は、ｎ分圧降圧回路Ａと、ｎ分圧降圧回路Ｂとを出力逆位相で同期させることによって、交互に出力をし、滑らかな直流を得ることが可能である。複数接続する個数を増やし、３相、４相・・・にすればより滑らかな直流が得られることは図５で述べた昇圧回路の場合と同様である。
【００９３】
第１３  多相接続の変形例
上述した図５の例では、２個の昇圧回路を並べて、順番に放電・充電を繰り返す構成を示した。また、同様の構成を降圧回路でも採用できることを上記第１２で説明した。
【００９４】
このような多相接続の場合に、繰り返しの切換の際に、出力を所定時間オーバーラップさせればより滑らかな出力を得ることができると考えられる。
【００９５】
例えば、図５で示すように、ｎ倍圧昇圧回路Ａと、ｎ倍圧昇圧回路Ｂとを交互に放電させる場合、以下のような動作となる。
【００９６】
まず、ｎ倍圧昇圧回路Ａを、出力状態、すなわち「放電」状態とし、ｎ倍圧昇圧回路Ｂを「充電」状態とする。
【００９７】
次に、ｎ倍圧昇圧回路Ａを放電状態に維持したまま、ｎ倍圧昇圧回路Ｂを「放電」状態とする。これがオーバーラップ状態であり、切換の際には、このように２個の相の出力が同時に出力される期間がある。
【００９８】
オーバーラップ状態から、ｎ倍圧昇圧回路Ａを「充電」状態とすることによって、ｎ倍圧昇圧回路Ｂのみが出力、すなわち「放電」状態となる。これがｎ倍圧昇圧回路Ｂの放電状態である。
【００９９】
次に、ｎ倍圧昇圧回路Ｂを放電状態に維持したまま、ｎ倍圧昇圧回路Ａを「放電」状態とする。これもオーバーラップ状態であり、２相の回路の出力が同時に出力される瞬間である。
【０１００】
このオーバーラップ状態から、ｎ倍圧昇圧回路Ｂを「充電」状態とすることによって、ｎ倍圧昇圧回路Ａのみが出力、すなわち「放電」状態となる。これがｎ倍圧昇圧回路Ａの放電状態である。
【０１０１】
以下、同様の動作を順次繰り返す。
【０１０２】
このような動作を行わせるには、図示していない制御回路が各制御信号に対して、切換時に重なりを設ける必要がある。この重なりがオーバーラップであり、重なりが多ければ、オーバーラップ時間が増え、より滑らかな出力が得られる。このように駆動信号にある程度のオーバーラップ時間を持たせることは各駆動信号の切換のタイミングを調整することによって容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本実施の形態にかかる電圧マルチ・デバイド回路の利用形態を示す説明図である。
【図２】２倍圧昇圧回路の回路図である。
【図３】３倍圧昇圧回路の回路図である。
【図４】４倍圧昇圧回路の回路図である。
【図５】複数の昇圧回路を備える多相回路の機能説明図である。
【図６】２分圧降圧回路の回路図である。
【図７】３分圧降圧回路の回路図である。
【図８】４分圧降圧回路の回路図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１０  電圧マルチ・デバイド回路
１２  電源
１４  ＳＷタイミング発生コントロール
Ｃ    キャパシタ  又は  ２次電池（充電池）
Ｄ    ダイオード
ＳＷ  スイッチ
【図１】
2008125269.tif 000003
【図２】
2008125269.tif 000004
【図３】
2008125269.tif 000005
【図４】
2008125269.tif 000006
【図５】
2008125269.tif 000007
【図６】
2008125269.tif 000008
【図７】
2008125269.tif 000009
【図８】
2008125269.tif 000010