(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列数ｎかつ並列数ｍ（ｎ≧２、ｍ≧１）の整流手段を構成する複数の整流素子と、
信号線と前記ｍ列の整流素子の電力入力側との間に直列に接続された第１の整流素子切替手段と、
前記信号線と前記ｍ列の直列接続された整流素子同士の接続点に並列接続された第２の整流素子切替手段と、
整流器に入力される高周波の電力を計測する入力電力計測部と、
前記入力電力計測部で計測した電力に応じて前記第１及び第２の整流素子切替手段のオンとオフを切り替えて前記整流素子の直列及び並列接続の組み合わせを制御する制御部とを備えた整流器。
【請求項２】
整流器の出力側に接続された直列数ｎかつ並列数ｍ（ｎ≧２、ｍ≧１）の複数の負荷抵抗と、
整流器の出力側の信号線と前記ｍ列の負荷抵抗の電力入力側に直列に接続された第１の負荷抵抗切替手段と、
整流器の出力側の前記信号線と前記ｍ列の直列接続された前記負荷抵抗同士の接続点に並列に接続された第２の負荷抵抗切替手段とを備え、
前記制御部は、前記入力電力計測部で計測した電力に応じて、直列ｉ番目並列ｊ番目の前記整流素子（１≦ｉ≦ｎ、１≦ｊ≦ｍ）の入力電力側に接続する前記第１または第２の整流素子切替手段と、直列ｉ番目並列ｊ番目の負荷抵抗の入力電力側に接続する前記第１または第２の負荷抵抗切替手段のオンとオフを同時に切り替え、前記複数の整流素子と前記複数の負荷抵抗の直列及び並列接続を同時に制御することを特徴とする請求項１記載の整流器。
【請求項３】
整流器の出力側に接続された直列数ｎかつ並列数ｍ（ｎ≧２、ｍ≧１）の複数のインダクタと、
整流器の出力側の信号線と前記ｍ列のインダクタの電力入力側に直列に接続された第１のインダクタ切替手段と、
整流器の出力側の前記信号線と前記ｍ列の直列接続された前記インダクタ同士の接続点に並列に接続された第２のインダクタ切替手段とを有するＤＣ−ＤＣコンバータを備え、
前記制御部は、入力電力に応じて直列ｉ番目並列ｊ番目の前記整流素子（１≦ｉ≦ｎ、１≦ｊ≦ｍ）の入力電力側に接続する前記第１または第２の整流素子切替手段と、直列ｉ番目並列ｊ番目の前記第１または第２のインダクタ切替手段のオンとオフを同時に切り替えて、前記複数の整流素子と前記複数のインダクタの直列及び並列接続を同時に制御することを特徴とする請求項１記載の整流器。
【請求項４】
直列数ｎかつ並列数ｍ（ｎ≧２、ｍ≧１）の整流手段を構成する複数の整流素子と、
信号線と前記ｍ列の整流素子の電力入力側との間に直列に接続された第１の整流素子切替手段と、
前記信号線と前記ｍ列の直列接続された整流素子同士の接続点に並列接続された第２の整流素子切替手段と、
整流器の出力電圧に応じて前記第１及び第２の整流素子切替手段のオンとオフを切り替えて前記整流素子の直列及び並列接続の組み合わせを制御する制御部とを備えた整流器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広範囲の入力電力で高いＲＦ−ＤＣ（高周波−直流）変換効率を実現する整流器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばレクテナに用いられる整流器の課題として、ＲＦ−ＤＣ変換効率が入力電力に依存することが挙げられる。従来の整流器として、高周波の高入力電力時に高いＲＦ−ＤＣ変換効率が得られる高入力電力整流手段と、高周波の低入力電力時に高いＲＦ−ＤＣ変換効率が得られる低入力電力整流手段とを備え、これらを入力電力の値に応じて切り替えたものがあった（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Wide Power Range Operable 3-stage S-Band Microwave Rectifier With Automatic Selector Based on Input Power Level，IMS2013 WE3G-4 Jun 2013
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の整流器では、整流素子だけでなく高調波処理回路や整合回路も含めて切り替えを行うため、回路構成が複雑でサイズが大きくなるという問題があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、簡易な回路構成で、広い電力範囲で高いＲＦ−ＤＣ変換効率を実現することのできる整流器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る整流器は、直列数ｎかつ並列数ｍ（ｎ≧２、ｍ≧１）の整流手段を構成する複数の整流素子と、信号線とｍ列の整流素子の電力入力側との間に直列に接続された第１の整流素子切替手段と、信号線とｍ列の直列接続された整流素子同士の接続点に並列接続された第２の整流素子切替手段と、整流器に入力される高周波の電力を計測する入力電力計測部と、入力電力計測部で計測した電力に応じて第１及び第２の整流素子切替手段のオンとオフを切り替えて整流素子の直列及び並列接続の組み合わせを制御する制御部とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の整流器は、整流器に入力される高周波の電力を計測し、この計測した電力に応じて第１及び第２の整流素子切替手段のオンとオフを切り替えて整流素子の直列及び並列接続の組み合わせを制御するようにし、高調波処理回路や整合回路の切り替えを行わないため、小さい回路面積で広範囲の入力電力に対応することができ、かつ高いＲＦ−ＤＣ変換効率を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１による整流器を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による整流器の整流素子の組み合わせを示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１による整流器のＲＦ−ＤＣ変換効率の入力電力依存性の計算例を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１による整流器の整流手段の組み換えを示す対応表の説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１による整流器の制御部の動作を示すフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態２による整流器を示す構成図である。
【図７】この発明の実施の形態３による整流器を示す構成図である。
【図８】この発明の実施の形態４による整流器を示す構成図である。
【図９】この発明の実施の形態４による整流器の整流素子の組み合わせを示す説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態４による整流器のＲＦ−ＤＣ変換効率の入力電力依存性の計算例を示す説明図である。
【図１１】この発明の実施の形態４による整流器の整流手段の組み換えを示す対応表の説明図である。
【図１２】この発明の実施の形態４による整流器の制御部の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による整流器を示す構成図である。
図１に示す整流器は、整流回路部１の内部に、整流素子２１，２２，２３，２４、切替手段３１，３２，４１，４２、入力フィルタ５、出力フィルタ６、入力電力計測部７、制御部８を備え、整流回路部１の外部に平滑コンデンサ９と負荷抵抗１０とを備える。整流素子２１，２２，２３，２４は、直列数ｎかつ並列数ｍ（ｎ≧２、ｍ≧１）の整流手段を構成する複数の整流素子であり、例えばダイオードで構成されている。また、図示の構成では直列数２かつ並列数２の整流手段を構成している。切替手段３１，３２は、それぞれ、入力フィルタ５から出力フィルタ６への信号線と、整流素子２１，２２の電力入力側との間に直列に接続された第１の整流素子切替手段であり、例えばＦＥＴスイッチを用いて構成されている。また、切替手段４１，４２は、それぞれ、直列接続された整流素子２１，２３同士の接続点及び整流素子２２，２４同士の接続点に並列接続された第２の整流素子切替手段であり、例えばＦＥＴスイッチまたはダイオードやＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等を用いて構成されている。
【００１０】
入力フィルタ５及び出力フィルタ６は、整流回路部１における高周波処理を行うためのフィルタである。入力電力計測部７は、整流回路部１に入力されるＲＦの入力電力を計測する処理部であり、整流回路部１に入力される高周波の一部を分岐するカップラの分岐出力に接続され、高周波の電力を計測するパワーセンサ及びパワーメータ、またはダイオード検波回路などからなる。また、入力電力計測部７は、計測した電力値の時系列データを出力する。制御部８は、入力電力計測部７で計測された入力電力に応じて切替手段３１，３２及び切替手段４１，４２のオンとオフの切替を制御し、整流素子２１，２２，２３，２４の直列及び並列接続の組み合わせを制御する制御部である。制御部８は、ハードウェアの制御を行うマイコンからなり、入力電力に応じて最高効率を得られる整流素子２１，２２，２３，２４の組み換え情報を予め設定しておき、計測された入力電力に基づいて、切替手段３１，３２，４１，４２のオンとオフを切り替える。例えば、これら切替手段３１，３２，４１，４２にＦＥＴスイッチを用いた場合、各切替手段のゲート電圧を制御してオンとオフを設定する。なお、組み替え情報の具体的な例については後述する。
【００１１】
また、整流回路部１の出力側から平滑コンデンサ９と負荷抵抗１０とを用いて出力電力を取り出すよう構成されている。
【００１２】
なお、図示例では、整流素子を、整流素子２１，２２，２３，２４の４つとしたが、２つ以上の直列及び並列接続が可能な構成であればどのような数であってもよい。また、整流素子としてダイオードを用いたが、ＦＥＴやＨＥＭＴ等であってもよい。さらに、整流素子２１，２２，２３，２４は同じ品種である必要はなく、耐圧や内部抵抗、接合容量等の異なる品種であってもよい。また、切替手段３１，３２，４１，４２についても、ＦＥＴスイッチ以外のスイッチであってもよい。
【００１３】
次に、実施の形態１に係る整流器の動作について説明する。
整流回路部１に入力された高周波（ＲＦ）は、入力フィルタ５を介して整流手段に入力され、整流手段の非線形性により直流（ＤＣ）に変換される。具体的には、整流回路部１に入力されるＲＦにより、非線形素子である整流手段がオンとオフを繰り返し、ＤＣ成分と高調波が生成され、平滑コンデンサ９により平滑化されてＤＣ成分が出力される。この時、入力電力計測部７において、整流回路部１に入力されるＲＦの電力が計測され、計測した電力を制御部８に伝送する。制御部８は、計測された入力電力に基づいて、整流回路部１のＲＦ−ＤＣ変換効率が最も高く得られるように、第１の整流素子切替手段及び第２の整流素子切替手段のオンとオフを切り替え、整流手段の組み合わせを制御する。
【００１４】
図２に、実施の形態１に係る整流器における整流素子の組み合わせの一例として、状態１、状態２、状態３、状態４、状態５を示す。なお、図２中入力電力と整流素子のインピーダンスは、矢印の方向に値が増加することを示している。ここで、整流素子のインピーダンスは、状態３で最も大きくなり、左右に行くにつれてその値が減少する。また、図３に実施の形態１の整流器のＲＦ−ＤＣ変換効率の入力電力依存性の計算例を示す。図３において、横軸は入力電力Ｐｉｎ（ｄＢｍ）を、縦軸はＲＦ−ＤＣ変換効率η（％）を示している。図３に示す例は、状態３においてＲＦ−ＤＣ変換効率が最も高く得られるように入力フィルタ５と出力フィルタ６及び負荷抵抗１０を設計している。ＲＦ−ＤＣ変換効率のピーク点は、立ち上がり電圧が低くなると高効率となり、ブレークダウン電圧が高くなるほど高入力電力側にシフトする。また、整流素子の並列接続により、立ち上がり電圧及びブレークダウン電圧に変化はないが、整流素子に流れる電流量が半減し、整流素子の直列接続により、全体の立ち上がり電圧は増大するが、整流素子に印加される電圧が半減するためブレークダウン電圧が増加する。
【００１５】
このため、整流手段の組み換えは、低入力電力において、状態１のような１並列１直列の状態とし、入力電力の増加に伴い電流量が増えるため状態３のような１直列２並列の状態とし、さらに高入力電力となる場合、高電圧が整流素子に印加されるため状態５のような２直列１並列の状態としている。また、図３は、状態３においてＲＦ−ＤＣ変換効率が最も高く得られるように入力フィルタ５と出力フィルタ６及び負荷抵抗１０を設計しているため、状態２は状態１と状態３、状態４は状態３と状態５の間のインピーダンス特性となる状態に設定している。
【００１６】
図４は、このような整流手段の組み換えを示す対応表の一例であり、この対応表が図示しないメモリ等に格納され、制御部８で参照可能に構成されている。この対応表は、入力電力に対する状態と切替手段３１，３２，４１，４２オン、オフ状態とを示すものである。なお、切替手段４１，４２における「−」は制御無しを示している。
【００１７】
次に、制御部８による切替手段３１，３２，４１，４２の切替制御について図５のフローチャートを用いて説明する。
図３に示す計算例の場合、０＜Ｐｉｎ＜９ｄＢｍの入力電力範囲（ステップＳＴ１：ＹＥＳ）において、整流手段を状態１となるよう組み換えるため、切替手段３１をオン、切替手段３２をオフ、切替手段４１をオンとする（ステップＳＴ２）。ステップＳＴ１で０＜Ｐｉｎ＜９ｄＢｍの入力電力範囲ではない場合はステップＳＴ３に移行する。また、９≦Ｐｉｎ＜１７ｄＢｍの入力電力範囲（ステップＳＴ３：ＹＥＳ）において、整流手段を状態２となるよう組み換えるため、切替手段３１をオン、切替手段３２をオン、切替手段４１をオン、切替手段４２をオフとする（ステップＳＴ４）。ステップＳＴ３で９≦Ｐｉｎ＜１７ｄＢｍの入力電力範囲ではない場合はステップＳＴ５に移行する。また、１７≦Ｐｉｎ＜３１ｄＢｍの入力電力範囲（ステップＳＴ５：ＹＥＳ）において、整流手段を状態３となるよう組み換えるため、切替手段３１をオン、切替手段３２をオン、切替手段４１をオン、切替手段４２をオンとする（ステップＳＴ６）。ステップＳＴ５で１７≦Ｐｉｎ＜３１ｄＢｍの入力電力範囲でない場合はステップＳＴ７に移行する。また、３１≦Ｐｉｎ＜３８ｄＢｍの入力電力範囲（ステップＳＴ７：ＹＥＳ）において、整流手段を状態４となるよう組み換えるため、切替手段３１をオン、切替手段３２をオン、切替手段４１をオフ、切替手段４２をオフとする（ステップＳＴ８）。ステップＳＴ７で３１≦Ｐｉｎ＜３８ｄＢｍの入力電力範囲でない場合はステップＳＴ９に移行する。また、３８≦Ｐｉｎ＜４０ｄＢｍの入力電力範囲（ステップＳＴ９：ＹＥＳ）において、整流手段を状態５となるよう組み換えるため、切替手段３１をオフ、切替手段３２をオン、切替手段４２をオフとして（ステップＳＴ１０）、切替制御を終了する。また、ステップＳＴ９で３８≦Ｐｉｎ＜４０ｄＢｍの入力電力範囲でない場合は、そのまま終了する。
制御部８は、このような切替制御を一定周期または任意のタイミングで実行する。
【００１８】
以上説明したように、実施の形態１の整流器によれば、直列数ｎかつ並列数ｍ（ｎ≧２、ｍ≧１）の整流手段を構成する複数の整流素子と、信号線とｍ列の整流素子の電力入力側との間に直列に接続された第１の整流素子切替手段と、信号線とｍ列の直列接続された整流素子同士の接続点に並列接続された第２の整流素子切替手段と、整流器に入力される高周波の電力を計測する入力電力計測部と、入力電力計測部で計測した電力に応じて第１及び第２の整流素子切替手段のオンとオフを切り替えて整流素子の直列及び並列接続の組み合わせを制御する制御部とを備えたので、小さい回路面積で広範囲の入力電力に対応することができ、かつ高いＲＦ−ＤＣ変換効率を実現することができる。
【００１９】
実施の形態２．
実施の形態２は、実施の形態１における負荷抵抗１０を、整流素子２１，２２，２３，２４と同様の接続として設け、かつ、第１の整流素子切替手段及び第２の整流素子切替手段と対になるよう第１の負荷抵抗切替手段及び第２の負荷抵抗切替手段を設けたものである。
図６は、実施の形態２の整流器を示す構成図であり、整流回路部１、切替手段１１１，１１２，１２１，１２２、負荷抵抗１０１，１０２，１０３，１０４、平滑コンデンサ９を備える。ここで、整流回路部１の構成については、図１で示した実施の形態１の構成と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
【００２０】
切替手段１１１，１１２，１２１，１２２は、切替手段３１，３２，４１，４２と対になるよう接続され、また、負荷抵抗１０１，１０２，１０３，１０４は、整流素子２１，２２，２３，２４と同様に接続されている。すなわち、負荷抵抗１０１，１０３，１０２，１０４は、直列数２かつ並列数２の回路であり、電力入力側が整流回路部１の出力に接続されている。また、切替手段１１１，１１２は、整流回路部１の出力と、負荷抵抗１０１，１０２の電力入力側との間に直列に接続された第１の負荷抵抗切替手段であり、例えばＦＥＴスイッチを用いて構成されている。これら切替手段１１１，１１２は制御部８により、切替手段３１，３２と同時に制御されるよう構成されている。例えば、切替手段３１，３２と切替手段１１１，１１２が共にＦＥＴスイッチであった場合、制御部８は、切替手段３１と切替手段１１１のゲート電圧、切替手段３２と切替手段１１２のゲート電圧をそれぞれ同時に制御してオンとオフを設定する。
【００２１】
また、切替手段１２１，１２２は、直列接続された負荷抵抗１０１，１０３同士の接続点及び負荷抵抗１０２，１０４同士の接続点とにそれぞれ並列接続された第２の負荷抵抗切替手段であり、例えばＦＥＴスイッチを用いて構成されている。これら切替手段１２１，１２２は、制御部８により切替手段４１，４２と同時に制御されるよう構成されている。例えば、切替手段４１，４２と切替手段１２１，１２２が共にＦＥＴスイッチであった場合、制御部８は、切替手段４１と切替手段１２１のゲート電圧、切替手段４２と切替手段１２２のゲート電圧をそれぞれ同時に制御してオンとオフを設定する。
【００２２】
次に、実施の形態２に係る整流器の動作について説明する。
整流回路部１に入力された高周波（ＲＦ）は、入力フィルタ５を介して整流手段に入力され、整流手段の非線形性により直流（ＤＣ）に変換される。このとき、入力電力計測部７において、整流回路部１に入力されるＲＦの電力が計測され、計測した電力を制御部８に伝送する。制御部８は、計測された入力電力に基づいて、整流回路部１のＲＦ−ＤＣ変換効率が最も高く得られるように、切替手段３１，３２，４１，４２と切替手段１１１，１１２，１２１，１２２のオンとオフを同時に切り替え、整流素子２１，２２，２３，２４及び負荷抵抗１０１，１０２，１０３，１０４の組み合わせを制御する。ここで、制御部８が参照する対応表は、実施の形態１で説明した図４における対応表の「切替手段３１」が「切替手段３１，１１１」に、「切替手段３２」が「切替手段３２，１１２」に、「切替手段４１」が「切替手段４１，１２１」に、「切替手段４２」が「切替手段４２，１２１」に、それぞれ設定されたものである。また、実施の形態２における制御部８の切替制御については、実施の形態１の図５のフローチャートにおいて、ステップＳＴ２、ステップＳＴ４、ステップＳＴ６、ステップＳＴ８、ステップＳＴ１０における切替手段として、切替手段３１，３２，４１，４２と切替手段１１１，１１２，１２１，１２２のオンとオフを同時に制御する点が異なるのみであるため、フローチャートの図示及び各ステップの詳細については省略する。
【００２３】
そして、切替手段３１，３２，４１，４２と対になる切替手段１１１，１１２，１２１，１２２と、整流素子２１，２２，２３，２４と同様に接続された負荷抵抗１０１，１０２，１０３，１０４とを用いて出力電力を取り出す。
【００２４】
負荷抵抗１０１，１０２，１０３，１０４全体のインピーダンスは、整流素子２１，２２，２３，２４全体のインピーダンスと比例関係にある。実施の形態２では、負荷抵抗１０１，１０２，１０３，１０４の直列及び並列接続が整流素子２１，２２，２３，２４の組み合わせと同様に組み合わせられているため、各状態において整流手段に最適な負荷インピーダンスを得られ、実施の形態１に比べより高いＲＦ−ＤＣ変換効率が得られる。すなわち、整流素子全体のインピーダンスと負荷抵抗全体のインピーダンスは比例関係にあり、また、整流素子全体のインピーダンスが変わると、最適な負荷インピーダンスも変わるため、整流素子の組み合わせと負荷抵抗の組み合わせが同時に切り替えられることにより、最適な負荷インピーダンスを得ることができる。
【００２５】
以上説明したように、実施の形態２の整流器によれば、整流器の出力側に接続された直列数ｎかつ並列数ｍ（ｎ≧２、ｍ≧１）の複数の負荷抵抗と、整流器の出力側の信号線とｍ列の負荷抵抗の電力入力側に直列に接続された第１の負荷抵抗切替手段と、整流器の出力側の信号線とｍ列の直列接続された整流素子同士の接続点に並列に接続された第２の負荷抵抗切替手段とを備え、制御部は、入力電力計測部で計測した電力に応じて、直列ｉ番目並列ｊ番目の整流素子（１≦ｉ≦ｎ、１≦ｊ≦ｍ）の入力電力側に接続する第１または第２の整流素子切替手段と、直列ｉ番目並列ｊ番目の負荷抵抗の入力電力側に接続する第１または第２の負荷抵抗切替手段のオンとオフを同時に切り替え、複数の整流素子と複数の負荷抵抗の直列及び並列接続を同時に制御するようにしたので、小さい回路面積で広範囲の入力電力において高いＲＦ−ＤＣ変換効率を実現することができる。
【００２６】
実施の形態３．
実施の形態３は、整流器の出力側にＤＣ−ＤＣコンバータ１３を備えたものである。
図７は、実施の形態３の整流器を示す構成図であり、整流回路部１とＤＣ−ＤＣコンバータ１３とを備えている。ここで、整流回路部１の構成については、図１で示した実施の形態１の構成と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
【００２７】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、インダクタ１４１，１４２，１４３，１４４、切替手段１５１，１５２，１６１，１６２、切替手段１７、整流素子１８、平滑コンデンサ９、負荷抵抗１０、高周波数発振器１９及び低周波数発振器２０を備えている。インダクタ１４１，１４２，１４３，１４４は、それぞれ整流素子２１，２２，２３，２４と同様に接続された直列数２かつ並列数２の入力インピーダンスを制御するためのインダクタである。切替手段１５１，１５２，１６１，１６２は、切替手段３１，３２，４１，４２と対になるよう接続された切替手段である。すなわち、切替手段１５１，１５２は、切替手段１７を介した整流回路部１の出力と、インダクタ１４１，１４２の入力側との間に直列に接続された第１のインダクタ切替手段であり、例えばＦＥＴスイッチを用いて構成されている。これら切替手段１５１，１５２は、制御部８により切替手段３１，３２と同時に制御されるよう構成されている。例えば、切替手段３１，３２と切替手段１５１，１５２が共にＦＥＴスイッチであった場合、制御部８は、切替手段３１と切替手段１５１のゲート電圧、切替手段３２と切替手段１５２のゲート電圧をそれぞれ同時に制御してオンとオフを設定する。
【００２８】
また、切替手段１６１，１６２は、直列接続されたインダクタ１４１，１４３の接続点及びインダクタ１４２，１４４の接続点とにそれぞれ並列接続された第２のインダクタ切替手段であり、例えばＦＥＴスイッチを用いて構成されている。これら切替手段１６１，１６２は、制御部８により、切替手段４１，４２と同時に制御されるよう構成されている。例えば、切替手段４１，４２と切替手段１６１，１６２が共にＦＥＴスイッチであった場合、制御部８は、切替手段４１と切替手段１６１のゲート電圧、切替手段４２と切替手段１６２のゲート電圧をそれぞれ同時に制御してオンとオフを設定する。
【００２９】
切替手段１７は、整流回路部１の出力側とインダクタ１４１，１４２，１４３，１４４の入力側との間に設けられた切替手段であり、例えばＦＥＴスイッチを用いて構成されている。整流素子１８は切替手段１７の出力側に接続された整流素子であり、例えばダイオードで構成されている。高周波数発振器１９及び低周波数発振器２０は制御部８の出力を入力として制御パルスを合成し、切替手段１７のオンとオフを制御するための回路である。
【００３０】
なお、図示例ではＤＣ−ＤＣコンバータ１３として、昇降圧チョッパ回路を用いた例を示したが、負荷インピーダンスを制御する回路であれば、昇圧型や降圧型等いずれのコンバータであってもよい。
【００３１】
次に、実施の形態３に係る整流器の動作について説明する。
整流回路部１に入力された高周波（ＲＦ）は、入力フィルタ５を介して整流手段に入力され、整流手段の非線形性により直流（ＤＣ）に変換される。この時、入力電力計測部７において、整流回路部１に入力されるＲＦの電力が計測され、計測した電力を制御部８に伝送する。制御部８は、計測された入力電力に基づいて、整流回路部１のＲＦ−ＤＣ変換効率が最も高く得られるように、切替手段３１，３２，４１，４２のオンとオフを切り替え、整流素子２１，２２，２３，２４の組み合わせを制御する。ここで、制御部８が参照する対応表は、実施の形態１で説明した図４における対応表の「切替手段３１」が「切替手段３１，１５１」に、「切替手段３２」が「切替手段３２，１５２」に、「切替手段４１」が「切替手段４１，１６１」に、「切替手段４２」が「切替手段４２，１６１」に、それぞれ設定されたものである。また、実施の形態３における制御部８の切替制御については、実施の形態１の図５のフローチャートにおいて、ステップＳＴ２、ステップＳＴ４、ステップＳＴ６、ステップＳＴ８、ステップＳＴ１０における切替手段として、切替手段３１，３２，４１，４２と切替手段１５１，１５２，１６１，１６２のオンとオフを同時に制御する点が異なるのみであるため、フローチャートの図示及び各ステップの詳細については省略する。
【００３２】
整流回路部１からみた出力側のインピーダンスは、整流素子２１，２２，２３，２４全体のインピーダンスと比例関係にあり、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３により制御される。ＤＣ−ＤＣコンバータ１３において、整流回路部１からみた出力側のインピーダンスは、インダクタ１４１，１４２，１４３，１４４のインダクタンス、高周波数発振器１９の周波数に比例し、高周波数発振器１９と低周波数発振器２０のパルスデューティ比に反比例する。このため、整流手段と同様に配置されたＤＣ−ＤＣコンバータ１３内のインダクタ１４１，１４２，１４３，１４４の直列及び並列接続を、整流手段の組み合わせと同様に組み合わせることで、各状態において整流手段に最適なインピーダンスが得られ、実施の形態１に比べて、より高いＲＦ−ＤＣ変換効率が得られる。すなわち、整流素子全体のインピーダンスとインダクタ全体のインピーダンスは比例関係にあり、また、整流素子全体のインピーダンスが変わると、最適な負荷インピーダンスも変わるため、整流素子の組み合わせとインダクタの組み合わせが同時に切り替えられることにより、最適な負荷インピーダンスを得ることができる。
【００３３】
なお、整流回路部１からみた出力側のインピーダンスを制御する例として、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３内のインダクタ１４１，１４２，１４３，１４４の組み換えについて説明したが、高周波数発振器１９の周波数を決める抵抗を、整流素子と同様に組み合わせることも可能である。
【００３４】
以上説明したように、実施の形態３の整流器によれば、整流器の出力側に接続された直列数ｎかつ並列数ｍ（ｎ≧２、ｍ≧１）の複数のインダクタと、整流器の出力側の信号線とｍ列のインダクタの電力入力側に直列に接続された第１のインダクタ切替手段と、整流器の出力側の信号線とｍ列の直列接続されたインダクタ同士の接続点に並列に接続された第２のインダクタ切替手段とを有するＤＣ−ＤＣコンバータを備え、制御部は、入力電力に応じて直列ｉ番目並列ｊ番目の整流素子（１≦ｉ≦ｎ、１≦ｊ≦ｍ）の入力電力側に接続する第１または第２の整流素子切替手段と、直列ｉ番目並列ｊ番目の第１または第２のインダクタ切替手段のオンとオフを同時に切り替えて、複数の整流素子と複数のインダクタの直列及び並列接続を同時に制御するようにしたので、小さい回路面積で広範囲の入力電力において高いＲＦ−ＤＣ変換効率を実現することができる。
【００３５】
実施の形態４．
実施の形態４は、制御部８ａが整流回路部１ａの出力電圧に応じて第１及び第２の整流素子切替手段のオンとオフを切り替えるようにしたものである。
図８は、実施の形態４の整流器を示す構成図である。
図８に示す整流器は、整流回路部１ａの内部に、整流素子２１，２２，２３，２４、第１の整流素子切替手段である切替手段３１，３２、第２の整流素子切替手段である切替手段４１，４２、入力フィルタ５、出力フィルタ６、制御部８ａを備え、整流回路部１ａの外部に平滑コンデンサ９と負荷抵抗１０とを備える。すなわち、実施の形態４の整流器は、実施の形態１における入力電力計測部７を削除し、制御部８ａが整流回路部１ａの出力電圧に基づいて制御を行うようにしたものである。これ以外の構成は図１に示した実施の形態１と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
【００３６】
次に、実施の形態４に係る整流器の動作について説明する。
整流回路部１ａに入力された高周波（ＲＦ）は、入力フィルタ５を介して整流手段に入力され、整流手段の非線形性により直流（ＤＣ）に変換される。整流回路部１ａの出力電圧は、入力電力の増加に伴い増加する。このため、制御部８ａは、出力電圧に応じて切替手段３１，３２，４１，４２のオンとオフを切り替え、整流素子２１，２２，２３，２４の組み合わせを制御する。このとき、整流素子２１，２２，２３，２４の組み換えに、入力電力の計測が不要となるため、実施の形態１の構成に比べて、回路の縮小と電力計測にかかる電力ロスの削減が可能である。
【００３７】
図９に、実施の形態４に係る整流器の、整流素子の組み合わせの例として、状態１、状態２、状態３を示し、図１０に実施の形態４に係る整流器のＲＦ−ＤＣ変換効率の入力電力依存性の計算例を示す。図１０は、状態３においてＲＦ−ＤＣ変換効率が最も高く得られるように入力フィルタ５及び出力フィルタ６を設計している。入力電力の増加に対して出力電圧が常に増加するためには、入力電力に対する整流手段の全体インピーダンスに極大値または極小値がないように制御する必要がある。このため本実施の形態では図２に示した５状態より、状態１、状態２、状態３を選択している。
【００３８】
図１１は、このような整流手段の組み換えを示す対応表を示しており、この対応表が図示しないメモリ等に格納され、制御部８ａで参照可能に構成されている。すなわち、この対応表は実施の形態１の図４で示した対応表のうち、状態１から状態３までの組み換えを示すものである。
【００３９】
また、図１２は、制御部８ａによる切替手段３１，３２，４１，４２の切替制御を示すフローチャートである。図１０に示す計算例の場合、状態１から状態３までの組み換えであるため、図１２のフローチャートでは図５のフローチャートにおいてステップＳＴ６までの処理となっている。ここで、ステップＳＴ１〜ステップＳＴ６の処理は、図５のフローチャート中の処理と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００４０】
以上説明したように、実施の形態４の整流器によれば、直列数ｎかつ並列数ｍ（ｎ≧２、ｍ≧１）の整流手段を構成する複数の整流素子と、信号線とｍ列の整流素子の電力入力側との間に直列に接続された第１の整流素子切替手段と、信号線とｍ列の直列接続された整流素子同士の接続点に並列接続された第２の整流素子切替手段と、整流器の出力電圧に応じて第１及び第２の整流素子切替手段のオンとオフを切り替えて整流素子の直列及び並列接続の組み合わせを制御する制御部とを備えたので、小さい回路面積で広範囲の入力電力に対応することができ、かつ高いＲＦ−ＤＣ変換効率を実現することができる。
【００４１】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１，１ａ  整流回路部、５  入力フィルタ、６  出力フィルタ、７  入力電力計測部、８，８ａ  制御部、９  平滑コンデンサ、１０，１０１，１０２，１０３，１０４  負荷抵抗、１３  ＤＣ−ＤＣコンバータ、１８，２１，２２，２３，２４  整流素子、１７，３１，３２，４１，４２，１１１，１１２，１２１，１２２，１５１，１５２，１６１，１６２  切替手段、１４１，１４２，１４３，１４４  インダクタ、１９  高周波数発振器、２０  低周波数発振器。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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