(57)【要約】電荷平衡回路を設定し、直列接続した電荷蓄積装置のバンクに対し電荷平衡を提供する。本電荷平衡回路の１実施形態は、各２つのキャパシタ間に接続した分圧器、増幅器、および負帰還抵抗器から成る。本回路は各キャパシタにおける電圧を監視するように設定され、キャパシタの１つにおける電圧が他キャパシタより高い場合に、本回路はキャパシタ間が平衡になるまで高電荷キャパシタから低電荷キャパシタにエネルギーを転送するものである。増幅器の出力電流を安全値に制限するため、およびキャパシタの状態に関する帰還情報を提供するために限流抵抗器を含むことができる。大型電荷蓄積装置のバンクに対し増幅器の出力電流を増加するためにさらにゲインステージを含むこともできる。本回路は双極性装置において使用しうる。
2006524980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの直列接続した２重層キャパシタセルに電荷平衡を提供する双極電荷平衡装置であり、該少なくとも２つの２重層キャパシタセルは電源電圧から充電可能であり、前記電荷平衡装置は、
該少なくとも２つの２重層キャパシタセルにわたって電源電圧を均等に分圧する分圧器と、
複数の入力と１つの出力を備えた回路であって、該出力は少なくとも２つの２重層キャパシタセルの夫々の間を接続し、該分圧器が該回路の１つの入力に電圧を提供するように該分圧器に接続されている回路と、
該少なくとも２つの２重層キャパシタセルの夫々の蓄積電圧に関する帰還を、該回路の１つの入力に提供する帰還接続と、
を有し、
前記回路は、該少なくとも２つの２重層キャパシタセルの第１のセルの蓄積電圧が、該少なくとも２つの２重層キャパシタセルの第２のセルの蓄積電圧より高い場合に、出力電流を生成するように構成され、前記出力電流は該少なくとも２つのセルが平衡になるまで該第１のセルに蓄積されたエネルギーを該第２のセルに移動させることを特徴とする、双極電荷平衡装置。
【請求項２】
該電源電圧が、直列接続したセルの数に約４ボルトを乗じた電圧より少ないことを特徴とする、請求項１記載の電荷平衡装置。
【請求項３】
少なくとも２つの直列接続した電荷蓄積装置の電荷平衡を提供する電荷平衡装置であり、該少なくとも２つの電荷蓄積装置は、電源電圧から充電可能であり、該電荷平衡装置は、
該少なくとも２つの電荷蓄積装置にわたって電源電圧を均等に分圧する分圧器と、
複数の入力と１つの出力を備えた回路であって、出力は少なくとも２つの電荷蓄積装置の夫々の間を接続し、該分圧器が該回路の１つの入力に電圧を提供するように該分圧器に接続されている回路と、
該少なくとも２つの電荷蓄積装置の夫々の蓄積電圧に関する帰還を、該回路の１つの入力に提供する帰還接続と、
を有し、
前記回路は、該少なくとも２つの電荷蓄積装置の第１の電荷蓄積装置の蓄積電圧が、該少なくとも２つの電荷蓄積装置の第２の電荷蓄積装置の蓄積電圧より高い場合に、出力電流を生成するように構成され、前記出力電流は該少なくとも２つの電荷蓄積装置が平衡になるまで該第１の電荷蓄積装置に蓄積されたエネルギーを該第２の電荷蓄積装置に移動させることを特徴とする、電荷平衡装置。
【請求項４】
前記装置は、さらに、前記回路と前記少なくとも２つの電荷蓄積装置間に接続された限流器を含み、該限流器は回路の出力電流を安全値に制限するように構成されている、請求項３記載の電荷平衡装置。
【請求項５】
前記装置は、さらに、回路の出力電流を高めるためのゲインステージを含む、請求項３記載の電荷平衡装置。
【請求項６】
前記分圧器は、前記回路に接続されたおよそ同値の２つの分圧抵抗器を含む、請求項３記載の電荷平衡装置。
【請求項７】
前記２つの分圧抵抗器は、装置の零入力電流引き込みを最小限に抑えるような十分高い値を有する、請求項６記載の電荷平衡装置。
【請求項８】
前記帰還接続は、分圧器により回路に供給されるいかなる入力バイアス電流をも取り消すように構成されている、請求項３記載の電荷平衡装置。
【請求項９】
該帰還接続が、前記回路に供給されるいかなる入力バイアス電流をも効果的に取り消すように、該帰還接続が、２つの各分圧抵抗器の値のほぼ半分の値を提供する、請求項７記載の電荷平衡装置。
【請求項１０】
前記限流器が電源電圧を回路の最大出力電流で割った値と等しい値を有する、請求項４記載の電荷平衡装置。
【請求項１１】
前記少なくとも２つの電荷蓄積装置の状態に関する情報を提供するために、限流器両端の電圧降下を使用しうる、請求項４記載の電荷平衡装置。
【請求項１２】
各ゲインステージが、該回路出力と該少なくとも２つの電荷蓄積装置との間に接続された増幅回路を含む、請求項５記載の電荷平衡装置。
【請求項１３】
該増幅回路がベース、エミッタおよびコレクタを含む２つのトランジスタから成り、２つの各トランジスタのベースおよびエミッタが共に接続されている、請求項１２記載の電荷平衡装置。
【請求項１４】
前記増幅回路が２つのトランジスタを含み、前記２つのトランジスタが相補対称エミッタフォロワトランジスタ対を形成する、請求項１２記載の電荷平衡装置。
【請求項１５】
前記装置は、さらに、該ゲインステージと該少なくとも２つの電荷蓄積装置間に接続された限流器を含み、前記限流器がゲインステージの出力電流を安全値に制限するように構成される、請求項１２記載の電荷平衡装置。
【請求項１６】
前記限流器が、電源電圧、増幅回路の飽和電流、および増幅回路の最大電流定格に基づく値を備えている、請求項１５記載の電荷平衡装置。
【請求項１７】
電荷蓄積装置が２重層キャパシタである、請求項３記載の電荷平衡装置。
【請求項１８】
ｎ個の直列接続した電荷蓄積装置の電荷平衡を提供する電荷平衡回路であって、ｎは２以上であり、ｎ個の電荷蓄積装置は電源電圧によって充電可能であり、該電荷平衡装置は、
ｎ個の電荷蓄積装置にわたって電源電圧を均等に分圧するｎ−１個の分圧器と、
複数の入力および１つの出力を備えるｎ−1個の増幅器であって、各増幅器は２つの電荷蓄積装置間にその出力が接続し、各増幅器は、各分圧器が１つの増幅器の１つの入力に電圧を提供するようにｎ−１個の分圧器に接続されている、ｎ−1個の増幅器と、
ｎ−１個の帰還接続であって、各帰還接続はｎ−１個の増幅器の１つに接続し、ｎ個の電荷蓄積装置の蓄積電圧に関する帰還を、ｎ−１個の増幅器の１つの入力に提供するｎ−１個の帰還接続と、
を有し、
各増幅器は、増幅器が接続する該２つの電荷蓄積装置の第１の電荷蓄積装置の蓄積電圧が、増幅器が接続する該２つの電荷蓄積装置の第２の電荷蓄積装置の蓄積電圧より高い場合に、出力電流を生成するように構成され、前記出力電流は該２つの電荷蓄積装置が平衡になるまで該第１の電荷蓄積装置に蓄積されたエネルギーを該第２の電荷蓄積装置に移動させることを特徴とする、電荷平衡回路。
【請求項１９】
電源電圧は、電荷蓄積装置の数×４を超えない、請求項１８記載の電荷平衡回路。
【請求項２０】
２つの直列接続したキャパシタ間の電圧を平衡するための電荷平衡回路は、
１つの出力を備えた１つの増幅器を含み、前記出力は該２つのキャパシタ間を接続し、前記増幅器は、該２つの直列接続したキャパシタの第１のキャパシタの蓄積電圧が、該少なくとも２つの直列接続したキャパシタの第２のキャパシタの蓄積電圧より高い場合に、出力電流を生成するように構成され、前記出力電流は該２つのキャパシタが平衡になるまで該第１のキャパシタに蓄積されたエネルギーを該第２のキャパシタに移動させることを特徴とする、平衡電荷回路。
【請求項２１】
前記増幅器は、複数の入力と帰還接続とを有し、前記回路は、２つの直列接続したキャパシタの蓄積電圧に関する帰還を増幅器の１つの入力に提供するように構成されている、請求項２０記載の回路。
【請求項２２】
前記回路が２つの直列接続したキャパシタにわたって回路電源電圧を均等に分圧するための分圧器を有する、請求項２１記載の回路。
【請求項２３】
前記キャパシタが２重層キャパシタである、請求項２０記載の回路。
【請求項２４】
前記増幅器が演算増幅器として構成されている、請求項２０記載の回路。
【請求項２５】
前記回路は、２つの直列接続したキャパシタにわたって交流電源電圧を均等に分圧するための分圧器を有する、請求項２０記載の回路。
【請求項２６】
前記回路がコンバータ回路を含み、前記回路が双極回路である、請求項２５記載の回路。
【請求項２７】
前記回路は、２つの直列接続したキャパシタの２組以上の間で、互換的におよび修正なく使用しうる、請求項２５記載の回路。
【請求項２８】
電荷平衡装置は、２つの直列接続したキャパシタ間の電圧を平衡する平衡手段を有し、前記平衡手段は、該２つの直列接続したキャパシタの第１のキャパシタの蓄積電圧が、該２つの直列接続したキャパシタの第２のキャパシタの蓄積電圧より高い場合に、出力電流を生成するように構成され、前記出力電流は該２つのキャパシタが平衡になるまで該第１のキャパシタに蓄積されたエネルギーを該第２のキャパシタに移動させることを特徴とする平衡手段から成る、電荷平衡装置。
【請求項２９】
該キャパシタが２重層キャパシタである、請求項２８記載の電荷平衡装置。
【請求項３０】
直列接続したキャパシタの組を提供するステップと、
第１の電圧を提供するステップと、
回路を提供するステップと、
該直列接続したキャパシタにわたって及び該回路にわたって第１の電圧を提供するステップと、
該直列接続したキャパシタの組の接続に第２の電圧の帰還を提供するステップと、
該帰還に基づき前記回路を使用して該第２の電圧を平衡するステップと、
を含む、電圧を平衡する方法。
【請求項３１】
前記直列接続したキャパシタ組が２重層キャパシタである、請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
前記第１の電圧は、４ボルトに直列接続したキャパシタの数を乗じたものを超えない、請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
２組以上の直列接続したキャパシタ間で互換的に修正なく使用しうる回路を提供するステップを有する、請求項３０記載の方法。
【請求項３４】
ハウジングと、
該ハウジング内に収納された２つの直列接続したキャパシタセルと、
該キャパシタセルに作動的に結合された電荷平衡回路と、
から成る、キャパシタ製品。
【請求項３５】
前記ハウジングが密閉ハウジングから成り、キャパシタセルおよび電荷平衡回路が該密閉ハウジング内に配置される、請求項３４記載のキャパシタ製品。
【請求項３６】
該キャパシタセルが２重層キャパシタセルから成る、請求項３４記載のキャパシタ製品。
【請求項３７】
該電荷平衡回路および該キャパシタセルに結合した１つまたはそれより多い選択的許可／不許可回路を含む、請求項３５記載のキャパシタ製品。
【請求項３８】
製品が、約４．０ボルトから９．０ボルト間の電圧で安全に動作できるように定格される、請求項３６記載のキャパシタ製品。
【請求項３９】
電荷平衡回路がハイインピーダンスを持つ増幅器を含み、出力は該２つのキャパシタセル間に接続し、前記増幅器は、該２つのキャパシタセルの第１のキャパシタの蓄積電圧が該２つのキャパシタセルの第２のキャパシタの蓄積電圧より高い場合に、出力電流を生成するように構成され、前記出力電流は該２つのキャパシタが平衡になるまで該第１のキャパシタセルに蓄積されたエネルギーを該第２のキャパシタセルに移動させることを特徴とする、請求項３４記載のキャパシタ製品。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の表示】
【０００１】
本出願は、本発明の譲受人に譲渡された２００３年１１月７日出願の米国特許出願番号６０／５１８，０５２、代理人番号M１０４Pに関連し、かつ、優先権を主張し、本出願に引用して援用する。
【０００２】
本出願は、本発明の譲受人に譲渡された２００３年１１月７日出願の米国特許出願番号６０／５１８，４２１、代理人番号M１０７Pに関連し、かつ、優先権を主張し、本出願に引用して援用する。
【０００３】
本出願は、本発明の譲受人に譲渡された２００３年８月２６日出願の米国特許出願番号６０／４９８，１９７、代理人番号０２６４７１−０５９１に関連し、かつ、優先権を主張し、本出願に引用して援用する。
【０００４】
本出願は、本発明の譲受人に譲渡された２００３年４月２５日出願の米国特許出願番号１０／４２３，７０８、代理人番号０２６４７１−０５０１から優先権を主張した一部継続出願であり、本出願に引用して援用する。
【技術分野】
【０００５】
本発明は電荷平衡電子回路に関する。より具体的には、本発明は、直列接続した２またはそれより多い充電蓄積装置間の電圧を自動的に平衡する、低価格で直線的な電荷平衡回路に関する。
【背景技術】
【０００６】
直列接続した電荷蓄積装置が、個々の装置の定格よりも高い電源電圧で使用されるとき、かかる装置は異なる割合で電荷を受け取り始める。電荷蓄積装置の１種はキャパシタセルである。直列接続したキャパシタセルを使用するとき、セルの充電率が異なると１またはそれより多いセルにわたって現れる過電圧非均衡を引き起こしかねず、結果として、前記セル内で壊滅的な故障を起こしうる。高電圧で動作するように定格された直列接続したキャパシタセルを使用するとき、一般的に、過電圧だけではなく電荷平衡も考慮せずにセルを使用することができる。高圧キャパシタセルは、多くのアプリケーションで使用する電源電圧を上回る定格を備えているであろうという事実から前記の結果が生じる。例えば、何百ボルトまたは何千ボルトで動作するように定格された直列接続した電解キャパシタ間の電圧不均衡に関する心配は、より低い電源電圧をかかるキャパシタに使用したときには、低減あるいは排除することができる。
【０００７】
高容量キャパシタの一種として知られるものに２重層キャパシタがある（スーパーキャパシタおよび２重層キャパシタとしても知られている。）しかしながら、個々の２重層キャパシタセルは、比較的低電圧、例えばおよそ４ボルト及びそれより小さいオーダーでしか動作できない。１実施形態では、２重層キャパシタセルの公称動作電圧は約２.５ボルトから３ボルトの範囲内である。２重層キャパシタは、直列に接続されることで、より高電圧での動作を提供することができる。２重層キャパシタは比較的低電圧で動作されねばならないため、同一またはそれより高い定格電源電圧からかかるキャパシタに対して過電圧となるアプリケーションの可能性は大幅に増加し、したがって考慮される必要がある。
【０００８】
キャパシタ過充電および過電圧を防ぐために数多くの複雑な解決法が提唱されてきた。例えば、かかる１解決法として、ツェナーダイオード等のダイオード型装置を使用する解決法があり、個々のキャパシタが規定の閾値電圧に達したときに、バンク内の直列接続したキャパシタを短絡する。各ダイオード型装置の値は特定のアプリケーションごとに、規定の閾値が前記アプリケーションに適合するように具体的に選択されねばならない。かかる柔軟性の欠如により、新しいアプリケーションごとに異なるダイオード値が必要になり、設計および製造上の問題が生じる。すなわち、各ダイオード−ベースのシステムは特定のアプリケーションに対してカスタマイズされることになる。キャパシタが所定の閾値まで充電されると、ダイオード型装置は、連続する充電電流をキャパシタを迂回して短絡させ、キャパシタの過充電を防ぐ。
【０００９】
ダイオード型装置の解決法は過充電の防御には役立つが、不完全である。例えば、使用可能なダイオード型装置は一般的にはキャパシタを迂回する完全な短絡を提供しない。したがって、かかる装置は、典型的には熱の形でエネルギーを散逸する。かかる散逸エネルギーは、キャパシタを充電するために使用されないという意味でエネルギーの浪費である。エネルギー散逸時に発生した熱はあるアプリケーションにおいてはオーバーヒーティングの問題の原因となりうる。ダイオード型装置の他の欠点は、バンク内の全キャパシタが充電された後においても電流を引き込み続けることである。かかる継続した引き込み電流はさらなるエネルギーの浪費につながる。したがって、直列接続したキャパシタの様々な組み合わせと共に使用することができる標準的ダイオード−ベースの電荷平衡回路を構築することは難しく、実際に多くの事例では不可能である。
【００１０】
他に提唱された解決法には、予め決定された構成に配置された受動抵抗ブリッジを含む。上記のダイオード型装置と同様に、抵抗ブリッジも実装時に様々な欠点を持つ。例えば、抵抗ブリッジは一般的に大量のエネルギーを漏らし、ダイオード型装置と同様にバンク内のキャパシタが完全に充電した後でもエネルギーを漏らし続ける。さらに、抵抗ブリッジはキャパシタバンクを充電するために必要な時間を大幅に長くする。
【００１１】
最近になって、電荷平衡解決法は、バンク全体の全充電のみならず、バンク内の個々の各キャパシタの充電率および／または充電／放電率等を監視する、複雑なマイクロプロッセッサ駆動回路を使用している。前記回路は一般的に、スイッチ論理、誘導子、および／または、マイクロプロセッサによって制御されうる他の構成部分を含み、個々の各キャパシタが過充電しないように防いでいる。かかるマイクロプロセッサ駆動回路の大きな欠点の１つは、複雑で高価な装置であるということである。マイクロプロセッサ駆動回路は、上記の他解決法には一般的に見当たらない、監視、記録および追跡機能を提供するものの、かかる追加機能はキャパシタが適用されるエンドユーザアプリケーションにおいてすでに利用可能である機能の重複であることが多い。したがって、マイクロプロッセッサ駆動電荷平衡回路に関連する追加費用および複雑さは不必要な浪費である。マイクロプロセッサ駆動の解決法の別の欠点は、一般的に高零入力電流を伴うことである。高零入力電流によって生じるエネルギー浪費を最小限に抑えるために、必要でないときにはマイクロプロセッサをターンオフできなければならない。適切な時間にマイクロプロセッサのスイッチをオン、オフするために必要な制御論理は、マイクロプロセッサ駆動回路の経費と複雑性をさらに増大する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、個々の低電圧定格の直列接続されたキャパシタセルを過電圧から防御するものでありながら、エネルギー浪費を最小限に抑える、簡便、安価、および柔軟な電荷平衡装置の必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明による電荷平衡回路は上記および他の必要性を満たす。１実施形態では、電荷平衡回路は、増幅器、分圧器、および帰還接続から成る。１実施形態では、本発明による電荷平衡回路は、直列接続した２つの電荷蓄積装置、例えばキャパシタまたはキャパシタセルを平衡するように構成されうる。１実施形態では、キャパシタセルは２重層技術から成る。本明細書記載の１つあるいはそれより多い電荷平衡回路は、いかなる長さの直列キャパシタ列のバンクであれ、電荷平衡および過電圧防御を提供するために「積み重ねる」ことが可能である。１実施形態では、分圧器はバンク内の充電器全体に均等に充電電圧を分圧し、増幅器に１つのインプットを提供するように構成される。１実施形態では、増幅器は演算増幅器として構成される。負帰還抵抗器は、演算増幅器のもう１つのインプットに、キャパシタの電圧に関する帰還情報を含む帰還情報を提供するように構成される。このようにすることで、１つのキャパシタの電圧が他キャパシタの電圧より高くなった場合には、演算増幅器へのインプットは不均衡になるであろう。演算増幅器は、分圧器入力と帰還入力が適合しない場合に出力電流を提供し、そして、したがって、より高電圧のキャパシタからより低電圧のキャパシタにエネルギーを移動させるように構成される。
【００１４】
１実施形態では、分圧器は演算増幅器の１つの入力に接続した２つの分圧抵抗器から成る。分圧抵抗器はおよそ同値であり、抵抗器の値は回路の零入力電流を最小限に抑えるために十分高い値である。また、負帰還抵抗器が演算増幅器に供給されるいかなる入力バイアス電流をも取り消せるように、負帰還抵抗器の値は分圧抵抗器の値のおよそ半分である。
【００１５】
限流抵抗器が演算増幅器出力とキャパシタ間に含まれうる。限流抵抗器は演算増幅器の出力電流を安全値に制限するように構成される。限流抵抗器両端の電圧降下は、電荷平衡回路によって平衡されているキャパシタの状態に関する情報も提供することができる。例えば、各限流抵抗器両端の電圧降下を全限流抵抗器の平均電圧降下と比較することができる。いずれかの限流抵抗器の電圧降下が著しく平均よりも高い場合は、かかる限流抵抗器が接続しているキャパシタのいずれかに問題が存在する可能性がある。
【００１６】
１実施形態では、直列接続した少なくとも２つの２重層キャパシタセルの電荷平衡を提供する電荷平衡装置において、該少なくともセルは、電源電圧により充電可能であり、前記電荷平衡装置は下記の構成要素を含む。該少なくとも２つの２重層キャパシタセルにわたって電源電圧を均等に分圧する分圧器；複数の入力と１つの出力を備えた回路であって、該出力は該少なくとも２つの各２重層キャパシタセル間を接続し、該回路は、該分圧器が該回路の１つの入力に電圧を提供するように該分圧器に接続されている；該少なくとも２つの各２重層キャパシタセルにおける蓄積電圧に関する帰還を、該回路の１つの入力に提供するための帰還接続；前記回路は、該少なくとも２つの２重層キャパシタセルの第１のセルの蓄積電圧が、該少なくとも２つの２重層キャパシタセルの第２のセルの蓄積電圧より高くなった場合に、出力電流を生成するように構成され、前記出力電流は該少なくとも２つのセルが平衡になるまで該第１のセルに蓄積されたエネルギーを該第２のセルに移動させることを特徴とする。１実施形態では、電源電圧は直列接続したセルの数×約４ボルトより小さい。
【００１７】
１実施形態では、電荷平衡装置は電源電圧によって充電可能である少なくとも２つの電荷蓄積装置の電荷平衡を提供し、かかる電荷平衡装置は下記から成る。少なくとも２つの電荷蓄積装置にわたって電源電圧を均等に分圧する分圧器；複数の入力と１つの出力を備えた回路であって、該出力は少なくとも２つの各電荷蓄積装置を接続し、該回路は、該分圧器が該回路の１つの入力に電圧を提供するに該分圧器に接続されている；該少なくとも２つの各電荷蓄積装置における蓄積電圧に関する帰還を該回路の１つの入力に提供するための帰還接続；前記回路は、該少なくとも２つの電荷蓄積装置の第１の電荷蓄積装置の蓄積電圧が、該少なくとも２つの電荷蓄積装置の第２の電荷蓄積装置の蓄積電圧より高くなった場合に、出力電流を生成するように構成され、前記出力電流は該少なくとも２つの電荷蓄積装置が平衡になるまで該第１の電荷蓄積装置に蓄積されたエネルギーを該第２の電荷蓄積装置に移動させる。１実施形態では、電荷平衡装置は、該回路と該少なくとも２つの電荷蓄積装置間に接続する限流器を含み、該限流器は回路の出力電流を安全値に制限するように構成される。１実施形態では、電荷平衡装置は回路の出力電流を増加するゲインステージを含む。１実施形態では、分圧器はさらにおよそ同値で回路に接続した２つの分圧抵抗器から成る。１実施形態では、２つの分圧抵抗器はかかる装置の零入力電流引き込みを最小限に抑えるために十分高い値を持つ。１実施形態では、帰還接続は、分圧器によって回路に供給されるいかなる入力バイアス電流をも取り消すように構成される。１実施形態では、帰還接続が回路に供給されるいかなる入力バイアス電流をも効果的に取り消せるように、帰還接続は２つの各分圧抵抗器の値のおよそ半分の値を提供する。１実施形態では、限流器は電源電圧を回路の最大出力電流によって割った値と同等な値を持つ。１実施形態では、限流器全体の電圧降下を使用して、少なくとも２つの電荷蓄積装置の状態に関する情報を提供することができる。１実施形態では、各ゲインステージは、回路出力と少なくとも２つの電荷蓄積装置間に接続する増幅回路から成る。１実施形態では、増幅回路はベース、エミッタ、およびコレクタを有する２つのトランジスタから成り、２つの各トランジスタのベースおよびエミッタは共に接続される。１実施形態では、増幅回路は２つのトランジスタから成り、２つのトランジスタは相補対称エミッタフォロワトランジスタ対を形成する。１実施形態では、限流器がゲインステージと少なくとも２つの電荷蓄積装置間に接続され、限流器はゲインステージの出力電流を安全値に制限するように構成される。１実施形態では、限流器は電源電圧、増幅回路の飽和電流、および増幅回路の最大電流定格に基づく値を持つ。１実施形態では、電荷蓄積装置は２重層キャパシタである。
【００１８】
１実施形態では、２つの直列接続したキャパシタ間の電圧を平衡する電荷平衡回路は、２つのキャパシタ間を接続する１つの出力を備えた増幅器を含み、該増幅器は、該２つの直列接続したキャパシタの第１のキャパシタの蓄積電圧が、該少なくとも２つの直列接続したキャパシタの第２のキャパシタの蓄積電圧より高くなった場合に、出力電流を生成するように構成され、前記出力電流が該２つのキャパシタが平衡になるまで該第１のキャパシタに保存されたエネルギーを該第２のキャパシタに移動させる。１実施形態では、該増幅器は複数の入力および帰還接続から成り、該回路は該２つの直列接続したキャパシタの蓄積電圧に関する帰還を該増幅器の１つの入力に提供するように構成される。１実施形態では、該回路は該２つの直列接続したキャパシタにわたって回路電源電圧を均等に分圧するための分圧器から成る。１実施形態では、該キャパシタは２重層キャパシタである。１実施形態では、該増幅器は演算増幅器として構成される。１実施形態では、該回路は該２つの直列接続したキャパシタにわたって交流電源電圧を均等に分圧するための分圧器から成る。１実施形態では、電荷平衡回路は双極性である。１実施形態では、回路は２つの直列接続したキャパシタの２以上の組の間で互換的および修正せずに使用可能である。
【００１９】
１実施形態では、電荷平衡装置は、２つの直列接続したキャパシタ間の電圧を平衡する平衡手段であって、前記平衡手段は、該２つの直列接続したキャパシタの第１のキャパシタの蓄積電圧が、該２つの直列接続したキャパシタの第２のキャパシタの蓄積電圧より高くなった場合に、出力電流を生成するように構成され、前記出力電流は該２つのキャパシタが平衡になるまで該第１のキャパシタに蓄積されたエネルギーを該第２のキャパシタに移動させる。１実施形態では、該キャパシタは２重層キャパシタである。
【００２０】
１実施形態では、電圧を平衡する方法は下記のステップから成る。第１の電圧を提供する直列接続したキャパシタの組を提供するステップ；回路を提供するステップ；該直列接続したキャパシタにわたって及び該回路にわたって第１の電圧を提供するステップ；直列接続したキャパシタの組の接続に第２の電圧の帰還を提供するステップ；および帰還に基づき回路を使用して第２の電圧を平衡するステップ。１実施形態では、直列接続したキャパシタの組は２重層キャパシタである。１実施形態では、第１の電圧は直列接続したキャパシタの数に約４ボルトを乗じた値を超えない。１実施形態では、前記方法は、さらに、直列接続した２組またはそれより多いキャパシタ組の間で互換的に修正をせずに使用可能な回路を提供するステップを有する。
【００２１】
１実施形態では、キャパシタ製品は、ハウジング、該ハウジング内に納められた２つの直列接続したキャパシタセル、および作動的にキャパシタセルに結合された電荷平衡回路から成る。１実施形態では、該ハウジングは密閉ハウジングから成り、該キャパシタセルおよび該電荷平衡回路は密閉ハウジング内に配置される。１実施形態では、該キャパシタセルは２重層キャパシタセルから成る。１実施形態では、１またはそれより多い選択的許可／不許可回路が電荷平衡回路およびキャパシタセルに結合される。１実施形態では、製品は４.０ボルトから９.０ボルトの電圧間で安全に作動できるよう定格される。１実施形態では、電荷平衡回路は高出力インピーダンスを持つ増幅器から成り、出力は２つのキャパシタセル間を接続し、該増幅器は、該２つのキャパシタセルの第１のセルの蓄積電圧が、該２つのキャパシタセルの第２のセルのキャパシタの蓄積電圧より高くなった場合に、出力電流を生成するように構成され、前記出力電流は該２つのキャパシタが平衡になるまで該第１のキャパシタセルに蓄積されたエネルギーを該第２のキャパシタセルに移動させる。
【００２２】
本明細書記載の電荷平衡回路は、個々の構成部分の値が個々の構成部分が接続しているキャパシタの特定値に縛られる必要がないと言う点で柔軟である。したがって、本発明による電荷平衡回路は、回路を再設計する必要がなく、異なる値のキャパシタバンクを使用する異なるアプリケーションにおいて互換的に適用可能である。さらに、安価な既製部品を使用する設計の標準化によって、本発明による電荷平衡回路を低コストで大量生産することが可能となる。さらに、本明細書記載の電荷平衡回路の接続は、回路の極性や接続電圧を考慮する必要無く行うことができる。
【００２３】
本発明の他の実施形態および他の利点と利益は以下に続く図面、説明、および請求項から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明において、電荷平衡回路装置は先行技術の利点と比較して際立った利点を提供するように記載される。本発明は添付する図面や図を参照すると最も理解しやすいであろう。
【００２５】
まず図１を参照すると、４つの２重層キャパシタ（ウルトラキャパシタおよびスーパーキャパシタとしても知られている）１２、１４、１６、および１８が相互接続されたバンク１０が示されている。２重層キャパシタは当業者には周知であり、本発明の様態と利点を記述する必要以上にさらに具体的には記述しない。直流（ＤＣ）充電装置２０は、バンク１０の両端に接続され、２重層キャパシタ１２、１４、１６、および１８を充電するように構成される。各２重層キャパシタ１２、１４、１６、および１８は正端子２２および負端子２４を示すようにラベルされてもよい。充電装置２０も正端子２６および負端子２８を有する。
【００２６】
２重層キャパシタ１２、１４、１６、および１８は母線３０によって共に直列接続する。各母線３０は１つの２重層キャパシタ（例えば１２）の負極２４を隣り合った２重層キャパシタ（例えば１４）の正極２２に接続する。本発明による電荷平衡回路３２、３３、および３５は、１つの２重層キャパシタ（例えば１２）の正極２２、隣り合った２重層キャパシタ（例えば１４）の負極２４、および、２つの２重層キャパシタ（例えばコンダクタ３１を通じて、キャパシタ１２および１４）を接続する反対側の母線３０との間に接続される。
【００２７】
充電装置２０は２重層キャパシタバンク１０全体に電圧（Ｖｃｈａｒｇｅ）を提供するように構成される。かかる電圧（Ｖｃｈａｒｇｅ）は２重層キャパシタ１２、１４、１６、および１８にエネルギーを提供するために用いられ、２重層キャパシタ１２、１４、１６、および１８が完全に充電されるまで各２重層キャパシタ１２、１４、１６、および１８に蓄積される。充電装置２０の正端子２６はバンク１０の第１の２重層キャパシタ１２の正端子２２と接続し、充電装置２０の負端子２８はバンク１０の最後の２重層キャパシタ１８の負端子２４と接続する。
【００２８】
上記のように、２重層キャパシタ等の電荷蓄積装置バンクを充電する際の１つの懸念は、１またはそれより多い電荷蓄積装置が、装置の保持されている電流または充電率の不均衡により、過充電する可能性があるということである。かかる過充電は装置の破滅的な故障を引き起こしうる。本発明による電荷平衡回路３２、３３、および３５はバンク１０の各キャパシタ１２、１４、１６、および１８にわたって均等にエネルギーを分配する。本発明による電荷平衡回路はキャパシタ１２、１４、１６、および１８間のエネルギーの不均衡による不注意な過充電を防ぐ。つまり、各２重層キャパシタのエネルギーの比例配分部分がバンク内のキャパシタの定格電圧を越えない限りは、本発明による電荷平衡回路は、キャパシタ間のエネルギーバランスを保つことによって過充電を防ぐ。
【００２９】
図２は、本発明による単一の電荷平衡回路３２の１実施形態の電子回路図であり、２個のキャパシタ１２および１４から成るバンク１０に電荷平衡を提供するように構成される。充電装置２０はバンク１０の両端に接続し、バンク１０内のキャパシタ１２および１４を充電するためのエネルギーを提供するように構成される。電荷平衡回路３２は各キャパシタ１２および１４の電圧を等しくするように構成される。下記図３および図４に関してより詳細に述べるが、図２に示すような電荷平衡回路は２以上のキャパシタを持つキャパシタバンクに電荷平衡を提供するために「積み重ねる」ことができる。本発明の１実施形態では、ｎ個の直列接続したキャパシタに電荷平衡を提供するために、ｎ−１個の電荷平衡回路を共に「積み重ねる」ことができる。
【００３０】
電荷平衡回路３２自体は、回路３４、１実施形態では、当業者には周知である型の高インピーダンス演算増幅器；分圧器３６；限流抵抗器のような限流器３８；負帰還抵抗器のような帰還接続４０からなる。１実施形態では、分圧器３６は、充電装置２０の電源電圧（Ｖｃｈａｒｇｅ）を半分に分圧するように構成された抵抗器４２および４４の２つの抵抗器から成り、電源電圧（Ｖｃｈａｒｇｅ）の半分が回路３４の非反転入力４６に適用されるようになっている。下記により詳細に述べるが、電源電圧（Ｖｃｈａｒｇｅ）の半分を適用することによって、本発明による電荷平衡回路３４は、キャパシタ１２、１４のどちらも過充電しないように電源電圧（Ｖｃｈａｒｇｅ）が各キャパシタ１２，１４全体に均等に配分されることを確保しうる。
【００３１】
限流抵抗器３８は電荷平衡回路３２の任意の構成要素であり、回路３４の出力電流を安全レベルに制限するように構成される。回路３４の出力電流を制限することにより、回路の寿命を短縮しかねない、回路の過熱や回路に損傷を与える可能性のある他の影響を防ぐことができる。さらに、限流抵抗器３８は下記により詳細に述べるように、診断および監視機能として使用しうる。
【００３２】
負帰還抵抗器４０はキャパシタ１２と１４の中間点での電圧を監視するように構成され、回路３４の反転入力４８に帰還電圧を提供する。かかる中間電圧を使用してキャパシタ１２および１４に蓄積されたエネルギーが均等か不均衡かを判断できる。キャパシタの１つ（例えば１２）が他のキャパシタ（例えば１４）よりも荷電された場合には、回路３４はシンク電流またはソース電流を引き起こし高電荷キャパシタ（例えば１２）から低電荷キャパシタ（例えば１４）にエネルギーを移送させる。キャパシタ１２および１４はほぼ同一の電荷値になると、負帰還抵抗器４０から回路３４の反転入力４８に提供される帰還電圧は、分圧器３６から回路３４の非反転入力４６に供給される電圧に近づき始めることになる。回路３４の非反転入力４６および反転入力４８両方の入力電圧が等しくなると、演算増幅器３４の出力電流はほぼゼロになる。
【００３３】
分圧器３６を含む抵抗器４２および４４は電流引き込みを最小限に抑えるために比較的高抵抗となるように事前に設定されている。例えば、図２に示す１実施形態では電源電圧（Ｖｃｈａｒｇｅ）は５ボルトであり、抵抗器４２および４４は１メガオームの抵抗器でありうる。抵抗器４２および４４の値を事前に設定し、キャパシタ１２および１４が完全に充電されるときの各抵抗器４２および４４全体の引き込み電流がキャパシタ１２および１４の漏れ電流よりも低くなるようにする。こうすることで、キャパシタ１２および１４が完全に充電されると、抵抗器４２および４４が引き込む電流は回路３４の零入力電流にほとんどあるいは全く影響を与えない。電源電圧（Ｖｃｈａｒｇｅ）を半分に分圧するために、抵抗器４２および４４はほぼ等しい値である。
【００３４】
理想的には、負帰還抵抗器４０が抵抗器４２および４４の値のおよそ半分の値を持ち、負帰還抵抗器４０は回路３４に供給されるいかなる入力バイアス電流をも差別的に取り消すことができるように働く。本明細書で論じた例では、負帰還抵抗器４０の値はおよそ５００キロオームである。限流抵抗器３８の値を、キャパシタ１２および１４の１つが短絡を起こした場合に回路３４の損傷を防ぐように選択する。そうするために、回路３４の最大駆動電流が安全範囲に収まるように、限流抵抗器３８の値を選択する。本明細書で論じた例を使って説明すると、１０ミリアンペアの演算増幅器３４および５ボルトの電源電圧を使用すると、限流抵抗器３８の値はおよそ５００オーム（５ボルト／１０ミリアンペア）となる。図２のキャパシタ１２および１４として使用されうる典型的なキャパシタは１０ファラッドキャパシタである。当業者には、２重層物理学と化学を用いる個々のキャパシタセルを使用することは、かかる個々のセルの安全電圧適用を約４ボルトを越えないように制限することがわかるであろう。したがって、１実施形態では、２つの直列接続した２重層キャパシタ間の電圧を平衡するとき、２つのキャパシタ全体に適用される電圧は８ボルト（各キャパシタに４ボルト）を越えないものでなければならない。しかしながら、公称のアプリケーションでは、２重層キャパシタセル全体に適用される電圧は５ボルトから６ボルト（各キャパシタに２.５ボルトから３ボルト）を越えないものであるべきである。他の実施形態では、多数の２重層キャパシタがｎ個のキャパシタの直列に接続するが、かかる列全体の電圧は（４ｘｎ）ボルトを超えないように適切に制限するべきである。したがって、図２を参照する１実施形態では、充電装置２０は約８ボルト以下に出力電圧を提供するように制限される。１実施形態では、充電装置２０は約５から６ボルト以下の出力電圧を提供するように制限される。当業者は、回路３４が他の構成部分と同様に、特定の充電装置２０の出力電流にあわせ最適な動作ができるように設計され容量が決定されうることがわかるであろう。
【００３５】
電荷平衡回路３２の上記実施例は個々の構成部分の値が接続するキャパシタの特有の値に縛られる必要がないという点で柔軟であることに注目すべきである。したがって、本発明の背景において論じた他の解決法と異なり、本発明による電荷平衡回路は、回路を再設計する必要がなく、異なる値を持つ直列接続したキャパシタを使用した様々なアプリケーションで互換的に使用可能である。さらに、安価な既製部品を使用する設計の標準化によって、本発明による電荷平衡回路を低コストで大量生産することができる。
【００３６】
図３は、図１で示したキャパシタ１２、１４、１６、および１８から成るバンク１０の電子回路図の図解である。図１および図３から分かるように、本発明による３つの電荷平衡回路３２、３３、および３５は４つのキャパシタ１２、１４、１６、および１８を電荷均衡するために使用することができる。平衡回路３２はキャパシタ１２および１４を平衡するように構成され、平衡回路３３はキャパシタ１４および１６を平衡するように構成され、平衡回路３５はキャパシタ１６および１８を平衡するように構成される。
【００３７】
各平衡回路３２、３３、および３５は、回路３４、分圧器３６、限流抵抗器３８、および負帰還抵抗器４０から成る。各分圧器３６は、平衡回路により保守されている複数のキャパシタにわたって電圧を均等に分圧するように設定された２つの抵抗器４０および４２から成りうる。各平衡回路３２、３３および３５は図２で述べた機能を果たしうる。図３はまた平衡回路３２、３３および３５を一体に「積み重ね」うる方法を示している。１実施形態では、電源装置２０はおよそ１０ボルトの電源電圧を提供するように構成され、蓄積器１２、１４、１６、および１８を充電する。
【００３８】
１実施形態では、限流抵抗器３８は監視および診断機能をも提供する。例えば、各限流抵抗器３８の電圧降下により、各特定の電荷平衡回路が接続するキャパシタの状態または動作特性に関する情報を提供しうる。各限流抵抗器３８の電圧降下と限流抵抗器全体の平均電圧降下を比較することによって、バンクが適切に機能しているように見える場合でも問題のあるキャパシタを探査することが可能である。
【００３９】
限流抵抗器の１つの電圧降下が平均電圧降下よりも著しく大きい場合には、電荷平衡回路が接続するキャパシタの１つが故障する寸前であることを示しうる。キャパシタが適切に機能しているように見受けられる場合にも、充電のために過大な電流引き込みを必要とするという事実はキャパシタに問題があることを示しうる。したがって、各キャパシタ１２、１４、１６、および１８の状態に関する貴重な情報を、各限流抵抗器３８の電圧降下を監視することによって得ることができる。
【００４０】
診断および監視能力はエンドユーザアプリケーションにおいて監視回路を使用することによって、例えば、限流抵抗器の電圧降下データを受け取りおよび処理し、平均電圧降下を決めるように構成されたマイクロプロセッサおよびソフトウェアプログラムによって実装される。１実施形態では、問題を探知した場合には警告または警報を引き起こすようにかかる監視回路を構成することもできる。別の方法として、エンドユーザアプリケーションが上記の能力を持っていない場合、監視回路を本発明に追加しうる。
【００４１】
図４は本発明による電荷平衡回路の別の実施形態を例示する。５０ファラッドまたはそれより高い値を持つキャパシタ等の大型キャパシタを使用するバンクにおいては、図２および図３で示した電荷平衡回路に追加のゲインステージを提供することが望ましい。例えば、大型キャパシタは一般的により高い漏れ電流を持つので、より高い漏れ電流を補うためにゲインステージを使用することが望ましい。さらに、ゲインステージを使用することによって大型キャパシタの電圧を完全に平衡するために必要な時間を削減することができる。図４は大型キャパシタを用いるバンクに電荷平衡を提供するゲインステージを含む電荷平衡回路の１例を例示する。
【００４２】
図４は、バンク１１０を例示する。バンク１１０は４つの直列接続したキャパシタ１１２、１１４、１１６、および１１８から成り、キャパシタ１１２、１１４、１１６、および１１８に電荷平衡を提供するための３つの電荷平衡回路１３２、１３３、および１３５を備えている。充電装置２０はバンク１１０の両端に接続され、キャパシタ１１２、１１４、１１６、および１１８を充電するエネルギーを提供するように構成される。電荷平衡回路１３２、１３３および１３５は各キャパシタ１１２、１１４、１１６、および１１８にわたって電圧を等しくするように構成される。
【００４３】
各電荷平衡回路１３２、１３３、および１３５は回路１３４、分圧器１３６、限流抵抗器１３８、負帰還抵抗器１４０、およびゲインステージ１５０から成る。各分圧器１３６は、バンク１１０においてキャパシタ１１２、１１４、１１６、および１１８全体の電源電圧を均等に分圧するように構成された２つの抵抗器１４２および１４４から成る。各ゲインステージ１５０は、トランジスタ１５２および１５４等の増幅回路から成り、１実施形態ではトランジスタ１５２および１５４は１対の相補対称エミッタフォロワトランジスタを形成する。図４に示す実施形態では、トランジスタ１５２はｐ−ｎ−ｐエミッタフォロワトランジスタから成り、トランジスタ１５４はｎ−ｐ−ｎエミッタフォロワトランジスタから成る。トランジスタ１５２および１５４のベースとエミッタは一体に接続され、１つのトランジスタ１５２のコレクタは負レールに接続し、他のトランジスタ１５４のコレクタは正レールに接続する。
【００４４】
図４の回路１３４は上記図３の回路３４と似た働きをするが、図４では、回路１３４の出力はゲインステージ１５０を駆動するために用いられる。ゲインステージ１５０は回路１３４の最大出力電流を増加するために使用されうる。例えば、回路１３４が１０ミリアンペアで定格されるとき、ゲインステージ１５０は、３００ミリアンペアのトランジスタ１５２および１５４を使用して供給可能電流を増加するように構成されうる。好ましくは、トランジスタ１５２および１５４はキャパシタ１１２、１１４、１１６、および１１８の最悪の場合の漏れ電流を補えるように構成されうる。
【００４５】
図４に例示した実施形態の１例は、１０ミリアンペアの演算増幅器１３４、分圧器１３６内の１００キロオームの抵抗器１４２および１４４、５０キロオームの負帰還抵抗器１４０、および５．６オームの限流抵抗器１３８を含む。本実施形態では、キャパシタは２８００ファラッドのキャパシタであり、電圧供給装置２０は１０ボルトを提供するように構成される。本例で論じる大型キャパシタの漏れ電流は、図２に関する例について論じたキャパシタの漏れ電流よりはるかに高いので、１００キロオームの抵抗器を抵抗器１４２および１４４に使用しうる。１００キロオームの抵抗器は図２に示す実施形態で用いた実例値に関して論じた１メガオームの抵抗器よりも多くの電流を引き込むものの、この追加電流はキャパシタの高い漏れ電流によってマスクされ、したがって回路１３４の零入力電流にはほとんどあるいは全く影響を及ぼさない。
【００４６】
限流抵抗器１３８の値は、トランジスタ１５２および１５４の飽和電圧を考慮することで、トランジスタ１５２および１５４を保護するために設計されうる。好ましくは、限流器１３８の値は電源電圧（Ｖｃｈａｒｇｅ）、トランジスタ１５２および１５４の最大定格電流（Ｉｍａｘ）、およびトランジスタ１５２および１５４の飽和電圧（Ｖｂｅ＋Ｖｃｅｓａｔ）に基づき計算される。上記で論じた例において、限流抵抗器１３８の値は（Ｖｃｈａｒｇｅ／２）−（Ｖｂｅ＋Ｖｃｅｓａｔ）／Ｉｍａｘの式を用いて計算される。
【００４７】
図５は本発明による電荷平衡回路の別の実施形態を例示する。上記の１つあるいはそれより多い実施形態が単一極性のアプリケーションにおいて適用可能であることは確認されている。例えば、図２に例示されているように、固定された陽極および陰極を備えた直流（DC）充電装置２０は、２つの直列接続したキャパシタ１２および１４の両端に接続される。電荷平衡回路３２は２つの直列接続したキャパシタ１２および１４の両端及びその間に接続され、２つのキャパシタの直列接続における電圧平衡を維持する。当業者は、直流（DC）充電装置２０の陽極および陰極接続を逆転すると回路３４に永久的な損傷を与え、したがって回路３２は、充電装置の極性が単位時間で何度も変化する交流（AC）電圧応用例での使用に適さないことがわかるであろう。当業者はまた、充電装置２０の極性接続を逆転することよりもむしろ、例えば直流（DC）充電装置２０の出力電圧が回路３４を逆流するような、電荷平衡装置３２がキャパシタ１２および１４の両端に逆向きに接続された場合に、同種の損傷が起こりうることもわかるであろう。
【００４８】
図５では、当業者に既知のある型のコンバータ回路が提供され、電荷平衡回路が双極電荷平衡回路として前方態様または後方態様のどちらでも直列接続したキャパシタの両端およびその間に接続されうることが示されている。１実施形態では、コンバータ回路は、４つのダイオード５１、５２、５３、５４から成り、２つのダイオード５３および５４のアノード部分は回路Ｕ１の負のサプライピンに接続し、２つのダイオード５１および５２のカソード部分は回路U１の正のサプライピンに接続する。１実施形態では、ゲインステージ、例えば１対の相補エミッタフォロワトランジスタQ１、Q２から成るゲインステージが用いられ、コンバータ回路もまたゲインステージに接続されうる。コンバータ回路を提供することによって、回路U１および／またはゲインステージの両端の極性は一定値で維持され、結果として回路U１およびゲインステージへの恒久的な損傷を避けることができる。当業者は、上記のコンバータ回路が充電装置５０と回路U１および／または電源ゲインステージパワーピンの間で使用されるとき、充電装置５０が提供する交流（AC）または直流（DC）電源電圧は、従って、直列接続したキャパシタC１およびＣ２に電荷平衡回路３２が前方接続するか後方接続するかに関係なく、適切な極性を持つそれぞれのパワーピンに適用されうることがわかるであろう。従って、電荷平衡回路３２のエンドユーザ接続は回路U１および／またはゲインステージの極性を考慮する必要がないため、かかる電荷平衡回路の接続は、回路の接続がエンドユーザのエラーに影響を受けにくくなるため、はるかに容易かつ安全になる。
【００４９】
図６は２つのキャパシタセルと共に使用される電荷平衡回路の断面図を例示する。本明細書記載の電荷平衡回路は、非常に小さい波形率で非常に安価で製造可能であり、今まで実用的でなかったアプリケーションで使用可能となった。１実施形態では、本明細書記載の態様および利点に関し、電荷平衡回路７０は、中央の直列接続において２つの直列接続したキャパシタセル７４と接続し、かつ、それぞれのキャパシタ電極両端部７１において２つの直列接続したキャパシタセル７４の端部に接続しうる。１実施形態では、２つの直列接続したキャパシタセル７４および電荷平衡回路７０は、キャパシタハウジング７５に接続または収容され、キャパシタ電極端部分７１はキャパシタハウジングの電極端部分７３にそれぞれ接続されうる。キャパシタハウジング７５に結合、または組み込んだ電荷平衡回路７０を伴うことによって、電荷平衡回路の動作がエンドユーザには意識されにくいということがわかっている。キャパシタハウジング７５内に設けられた電荷平衡回路７０および２つの直列接続したキャパシタ７４を備えることによって、エンドユーザが２つのセル７４と電荷平衡回路７０を手動で接続する必要がなく、直列接続したキャパシタセルが使用されうる。実施形態において、電荷平衡回路７０を使用することが安全上の理由から必要な場合、例えば、直列接続したキャパシタセル７４を（すなわち、個々のキャパシタセルの定格電圧以上の）高電圧アプリケーションで使用する場合は、事前に直列接続したセル７４および電荷平衡回路７０を使用することによって、適切な接続と使用方法についてエンドユーザに指示する必要性を除去しうる。しかしながら、キャパシタ製品が電荷平衡回路７０および２またはそれより多いキャパシタセルをキャパシタハウジング７５内に含む、幾つかのアプリケーションでは、電荷平衡回路は必要ではないかもしれない。従って、１実施形態では、２つのキャパシタセル７４および電荷平衡回路７０は１またはそれより多い選択的許可／不許可回路７２を含みうる。１実施形態では、選択的許可／不許可回路７２は１またはそれより多いスイッチ（開状態で示す）を備え、電荷平衡回路７０およびキャパシタセル７４間の１またはそれより多いオン・オフ接続が可能となる。１実施形態では、ハウジング７５は密閉したハウジングから成り、それによりハウジングは１またはそれより多いキャパシタセル７４および電荷平衡回路７０を内蔵して密閉する。１実施形態では、回路７２は、密閉ハウジング内で使用され、回路の選択的オン・オフ許可がホール効果装置等によって実施されうる。
【００５０】
具体的な抵抗器、増幅器、キャパシタ、電源電圧、およびトランジスタ値および型を本明細書で論じてきたが、本発明は本明細書記載の値に制限されるべきではない。上記例は本発明よる可能な実装を例示するためだけに使用され、特定の構成部分値および型は本発明の精神と範囲から逸脱することなく上記例で使用した値および型と大きく異なることもありうる。さらに、本明細書に詳細に示し記載した特定のシステムおよび方法は上記の本発明の目的を完全に達成できるものの、本明細書に提示した説明と図面は本発明の実施形態の全てではなく一部を紹介したものであり、従って本発明によって広範に熟慮される主題の一部を代表しているにすぎない。例えば、本明細書記載の抵抗器は、表面実装、スルーホール、当業者に既知の他の構成要素を使用して実装されてよく、回路は、当業者によって、他の回路、演算増幅器、増幅器、トランジスタ、抵抗器および当業者に既知の他の構成要素を使用して実装されてよく、トランジスタは、増幅器、電解効果トランジスタ（ＦＥＴ）、ＮＰＮ，ＰＮＰおよび当業者に既知の他の構成要素を使って実装されても良い。本明細書に開示した１またはそれより多い構成要素は、プログラム可能論理回路（ＰＬＤ）、ファームウェアまたはソフトウエア実装等、アナログ形式またはデジタル形式で実装されても良いことが想定される。
【００５１】
従って、本発明の範囲は、当業者に自明となる他の実施形態も完全に包含し、本発明の範囲は従って添付請求項によってのみ制限されることがさらに理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１は、相互接続された、本発明による電荷平衡回路を有するキャパシタを含むキャパシタバンクの側面図である。
【図２】図２は本発明による電荷平衡回路の電子回路図である。
【図３】図３は図１のキャパシタバンクおよび電荷平衡回路の電子回路図である。
【図４】図４は図１のキャパシタバンクおよび電荷平衡回路の電子回路図である。
【図５】図５は双極電荷平衡回路の電子回路図を例示する。
【図６】図６は２つのキャパシタセルと共に使用される電荷平衡回路の断面図を例示する。
【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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【国際調査報告】
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