JP6266400B2

JP6266400B2 - 昇圧装置

Info

Publication number: JP6266400B2
Application number: JP2014064020A
Authority: JP
Inventors: 桜井　敦司; 敦司桜井; 啓齋藤
Original assignee: Ablic Inc
Current assignee: Ablic Inc
Priority date: 2014-03-26
Filing date: 2014-03-26
Publication date: 2018-01-24
Anticipated expiration: 2034-03-26
Also published as: TWI654820B; US9882469B2; US20150280551A1; KR20150111870A; CN104953818A; JP2015186434A; CN104953818B; TW201607224A

Description

本発明は複数の電圧発生器を使用することなく、簡単な手段で二次電池等の電圧発生器の電圧を所定の電圧まで昇圧するようにした昇圧装置に関する。

二次電池等の電圧発生器を使用して、高電圧を得ようとするバッテリ装置の場合、二次電池を直列接続するなどして、バッテリ装置に必要な所定の電圧を得ている。
図４は、従来の高電圧を出力するバッテリ装置の回路図である。従来の高電圧を出力するバッテリ装置は、複数の二次電池を直列に接続した電圧発生器１と、複数の電圧監視装置２でその充放電を制御している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１９５１００号公報

しかしながら、従来の高電圧を出力するバッテリ装置では、所定の電圧を得るのに必要な数量の二次電池を直列接続することとなり、必要な電圧が高いほど二次電池の数量が増加し、高価になってしまう。また、二次電池の数量分の電圧監視装置２が必要になる。また、複数の二次電池を使用すると、各二次電池に電圧差が生じることにより、バッテリ装置の充電時間と放電時間が短くなり、バッテリ装置の寿命を縮めてしまうという課題があった。

従来の課題を解決する為に、本発明の昇圧装置は以下のような構成とした。
電圧発生器と、電圧発生器に直列に接続された複数の昇圧用コンデンサと、仲介用コンデンサと、電圧発生器及び複数の昇圧用コンデンサと仲介用のコンデンサとの接続を切替え制御するスイッチ回路とを備えた昇圧装置。

本発明によれば、コンデンサとスイッチ回路との構成により、一つまたは必要最低限の二次電池等の電圧発生器のみでバッテリ装置として必要な所定の電圧に昇圧する昇圧装置を提供することができる。また、電圧発生器の監視装置も電圧発生器の数量分のみ接続すればいいので、安価な昇圧装置を実現することができる。電圧発生器の数量は一つまたは必要最低限でいいので、電圧発生器を直列接続するときに生じる電圧差を考慮する必要がなく、電圧発生器に等倍の昇圧電圧を得ることができる昇圧装置を提供できる。

第一の実施形態の昇圧装置の回路図である。スイッチ回路の回路図である。第二の実施形態の昇圧装置の回路図である。従来のバッテリ装置の回路図である。

＜第一の実施形態＞
図１は、第一の実施形態の昇圧装置の回路図である。第一の実施形態の昇圧装置は、二次電池等の電圧発生器１０１と、コンデンサ１０２＿１から１０２＿３と、コンデンサ１０３＿１、１０３＿２と、スイッチ回路１０４＿１から１０４＿３を備える。

コンデンサ１０２＿１から１０２＿３は、バッテリ装置に所定の電圧を発生させるために昇圧用コンデンサである。コンデンサ１０３＿１、１０３＿２は、昇圧用コンデンサ１０２＿１から１０２＿３に電圧発生器１０１の電圧を充電するための仲介用コンデンサである。スイッチ回路１０４＿１から１０４＿３は、コンデンサ１０２＿１から１０２＿３と、コンデンサ１０３＿１、１０３＿２の接続を切り替えて、電圧発生器１０１の電圧を昇圧する制御回路である。

スイッチ回路１０４の回路図を、図２に示す。スイッチ回路１０４は、接続端子１０５から１０７と、スイッチ１１１から１１３と、接続端子１０８と、スイッチ制御入力端子１０９と、スイッチ制御出力端子１１０を備える。

第一の実施形態の昇圧装置の接続について説明する。電圧発生器１０１は負電源端子がスイッチ回路１０４＿１の接続端子１０５と接続され、正電源端子が昇圧用コンデンサ１０２＿１の負電源端子とスイッチ回路１０４＿１の接続端子１０６とスイッチ回路１０４＿２の接続端子１０５と接続され、昇圧用コンデンサ１０２＿１の正電源端子が昇圧用コンデンサ１０２＿２の負電源端子とスイッチ回路１０４＿１の接続端子１０７とスイッチ回路１０４＿２の接続端子１０６とスイッチ回路１０４＿３の接続端子１０５と接続され、昇圧用コンデンサ１０２＿２の正電源端子が昇圧用コンデンサ１０２＿３の負電源端子とスイッチ回路１０４＿２の接続端子１０７とスイッチ回路１０４＿３の接続端子１０６と接続され、昇圧用コンデンサ１０２＿３の正電源端子がスイッチ回路１０４＿３の接続端子１０７に接続される。仲介用コンデンサ１０３＿１の負電源端子はスイッチ回路１０４＿１の接続端子１０８に接続され、仲介用コンデンサ１０３＿１の正電源端子は仲介用コンデンサ１０３＿２の負電源端子とスイッチ回路１０４＿２の接続端子１０８に接続され、仲介用コンデンサ１０３＿２の正電源端子はスイッチ回路１０４＿３の接続端子１０８に接続される。スイッチ回路１０４＿１のスイッチ制御入力端子１０９はスイッチ制御器（ここでは図示しない）に接続され、スイッチ回路１０４＿１のスイッチ制御出力端子１１０はスイッチ回路１０４＿２のスイッチ制御入力端子１０９に接続され、スイッチ回路１０４＿２スイッチ制御出力端子１１０はスイッチ回路１０４＿３のスイッチ制御入力端子１０９に接続される。

次に、第一の実施形態の昇圧装置の動作について説明する。
スイッチ回路１０４＿１はスイッチ制御入力端子１０９にスイッチ制御器から制御信号を受信すると順次選択的にスイッチ１１１から１１３のオンとオフを切り替える。スイッチ回路１０４＿２は、スイッチ制御入力端子１０９に１０４＿１のスイッチ制御出力端子１１０からの信号を受信し、同様のスイッチが同期してオン、オフするよう動作する。

はじめに、スイッチ回路１０４＿１は、スイッチ制御入力端子１０９にスイッチ制御器より制御信号を受信すると、スイッチ１１１をオンし、接続端子１０５と接続端子１０８をショートする。このとき、スイッチ１１２、１１３はオフしている。そして、スイッチ回路１０４＿１から１０４＿３は、スイッチ制御入力端子１０９とスイッチ制御出力端子１１０が接続されているので、スイッチのオン／オフ制御は全て同じになる。従って、電圧発生器１０１は、スイッチ回路１０４＿１のスイッチ１１１とスイッチ回路１０４＿２のスイッチ１１１により仲介用コンデンサ１０３＿１と並列接続される。これにより、仲介用コンデンサ１０３＿１は、電圧発生器１０１と同じ電圧になる。また、昇圧用コンデンサ１０２＿１は、スイッチ回路１０４＿２のスイッチ１１１とスイッチ回路１０４＿３のスイッチ１１１により仲介用コンデンサ１０３＿２と並列接続される。これにより、昇圧用コンデンサ１０２＿１と仲介用コンデンサ１０３＿２は同じ電圧になる。

次に、スイッチ回路１０４＿１は、スイッチ制御入力端子１０９にスイッチ制御器より制御信号を受信すると、スイッチ１１２をオンし、接続端子１０６と接続端子１０８をショートする。このとき、スイッチ１１１、１１３はオフする。そして、他のスイッチ回路１０４＿２と１０４＿３同様である。これにより、昇圧用コンデンサ１０２＿１は、スイッチ回路１０４＿１のスイッチ１１２とスイッチ回路１０４＿２のスイッチ１１２により仲介用コンデンサ１０３＿１と並列接続される。これにより、昇圧用コンデンサ１０２＿１は、仲介用コンデンサ１０３＿１と同じ電圧になる。同様に、昇圧用コンデンサ１０２＿２は、仲介用コンデンサ１０３＿２と同じ電圧になる。

次に、スイッチ回路１０４＿１は、スイッチ制御入力端子１０９にスイッチ制御器より制御信号を受信すると、スイッチ１１３をオンし、接続端子１０７と接続端子１０８をショートする。このとき、スイッチ１１１、１１２はオフする。そして、他のスイッチ回路１０４＿２と１０４＿３同様である。これにより、昇圧用コンデンサ１０２＿２は、仲介用コンデンサ１０３＿１と同じ電圧になる。同様に、昇圧用コンデンサ１０２＿３は、仲介用コンデンサ１０３＿２と同じ電圧になる。

その後、スイッチ回路１０４＿１は、スイッチ制御入力端子１０９にスイッチ制御器より制御信号を受信すると、スイッチ１１１をオンし、接続端子１０５と接続端子１０８をショートする。このとき、スイッチ１１２，１１３がオフする。

そして、以上の動作繰り返すことにより、昇圧用コンデンサ１０２＿３の正電源端子と電圧発生器１０１の負電源端子間には電圧発生器１０１の４個分の電圧が発生する。すなわち、電圧発生器１０１と、コンデンサ１０１、１０３と、スイッチ回路１０４で昇圧装置を構成することが出来る。

なお、第一の実施形態として電圧発生器１０１の４個分の電圧を発生する昇圧装置を示したが、昇圧用コンデンサ１０２の直列数は制限されるものではなく、昇圧電圧も制限されるものではない。また、スイッチ回路として３個のスイッチを１ユニットとしたスイッチ回路１０４を示したが、スイッチ回路のスイッチの個数は制限されるものではない。

以上により、第一の実施形態の昇圧装置は、１個の電圧発生器と、それに直列接続する複数のコンデンサと、仲介用のコンデンサと、スイッチ回路による簡単な構成で、電圧発生器の数を増やすことなくバッテリ装置として必要な所定の電圧を発生する昇圧装置を構成することができる。

また、電圧発生器１０１が１個なので、電圧監視装置も１個でよい。
さらには、１個の電圧発生器１０１の電圧を仲介用コンデンサを介して昇圧用コンデンサに発生させるため、電圧発生器の電圧差を考慮することなく昇圧装置を構成できる。

＜第二の実施形態＞
図３は、第二の実施形態の昇圧装置の回路図である。第二の実施形態の昇圧装置の構成は、基本的には第一の実施形態の昇圧装置と同様である。第二の実施形態の昇圧装置は、第一の昇圧装置１１４＿１と第二の昇圧装置１１４＿２で構成される。

第一の昇圧装置１１４＿１は、電圧発生器１０１＿１と、昇圧用コンデンサ１０２＿１と１０２＿２と、仲介用コンデンサ１０３＿１と、スイッチ回路１０４＿１と１０４＿２で構成される。スイッチ回路１０４＿１と１０４＿２は、図２に示すスイッチ回路１０４である。また、第二の昇圧装置１１４＿２も同様の回路構成である。

第一の昇圧装置１１４＿１と第二の昇圧装置１１４＿２の接続は、第一の実施形態の昇圧装置と同様である。そして、第一の昇圧装置１１４＿１のスイッチ制御出力端子１１０と第二の昇圧装置１１４＿２のスイッチ制御入力端子１０９が接続され、第一の昇圧装置１１４＿１の昇圧用コンデンサ１０２＿２と第二の昇圧装置１１４＿２の電圧発生器１０１＿２とが接続される。
第二の実施形態の昇圧装置の動作は、基本的には第一実施形態の昇圧装置と同様である。

第二の実施形態の昇圧装置は、このように構成することによって、昇圧用コンデンサ１０２＿４の正電源端子と電圧発生器１０１＿１の負電源端子間に電圧発生器６個分の電圧を発生することが出来る。即ち、第二の実施形態の昇圧装置は、第一の実施形態の昇圧装置よりも少ない部品数にて電圧発生器６個分の昇圧電圧を得ることが可能である。

なお、第二の実施形態の昇圧装置は、電圧発生器６個分の昇圧電圧を得る昇圧装置について説明したが、昇圧装置１１４の縦積み数は制限されるものではなく、昇圧電圧も制限されるものではない。
また、スイッチ回路は、３個のスイッチを１ユニットとしたものを示したが、スイッチの個数は制限されるものではない。

以上により、第二の実施形態の昇圧装置は、最低限の電圧発生器と、それに直列接続する複数の昇圧用コンデンサと、仲介用のコンデンサと、スイッチ回路による簡単な構成という少ない部品数で昇圧装置を構成することができる。

以上説明したように、本発明の昇圧装置は、最低限の電圧発生器と、それに直列接続する複数の昇圧用コンデンサと、仲介用のコンデンサと、スイッチ回路による簡単な構成で、電圧発生器の数を増やすことなく昇圧装置を構成することができる。

１０１電圧発生器
１０２昇圧用コンデンサ
１０３仲介用コンデンサ
１０４スイッチ回路
１１４昇圧装置

Claims

電圧発生装置と、
前記電圧発生装置に直列に接続された複数の昇圧用コンデンサと、
仲介用コンデンサと、
前記電圧発生装置及び前記複数の昇圧用コンデンサと、前記仲介用コンデンサとの接続を切替え制御するスイッチ回路と、を備え
前記スイッチ回路は、
前記電圧発生装置及び前記昇圧用コンデンサが接続される複数の昇圧用端子と、
前記仲介用コンデンサが接続される仲介用端子と、
前記複数の昇圧用端子と前記仲介用端子との接続を切替える複数のスイッチと、
前記複数のスイッチの制御信号が入力されるスイッチ制御入力端子と、
前記制御信号が出力されるスイッチ制御出力端子と、を備え、
複数の前記スイッチ回路が、前記スイッチ制御出力端子と前記スイッチ制御入力端子で接続されて縦積されたことを特徴とする昇圧装置。
請求項１に記載の昇圧装置が、前記スイッチ制御出力端子と前記スイッチ制御入力端子で接続されて縦積されたことを特徴とする昇圧装置。