JP3470685B2 - 電圧コンバータ - Google Patents

電圧コンバータ

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JP3470685B2 JP2000225946A JP2000225946A JP3470685B2 JP 3470685 B2 JP3470685 B2 JP 3470685B2 JP 2000225946 A JP2000225946 A JP 2000225946A JP 2000225946 A JP2000225946 A JP 2000225946A JP 3470685 B2 JP3470685 B2 JP 3470685B2
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電圧コンバータに
関し、詳しくはチャージポンプ型電圧コンバータの改良
に関する。
【０００２】
【従来の技術】電圧コンバータには、チョッパ型スイッ
チング式，フライバックコンバータ，フォワードコンバ
ータ或いはチャージポンプ型等があり、用途に応じて使
い分けられている。このうちチャージポンプ型の１段昇
圧型コンバータを図１３に示す。図示するように、電源
３と出力端子との間に連動する２組のリレースイッチＳ
１３，Ｓ１４及びＳ１５，Ｓ１６と２個のコンデンサＣ
１１，Ｃ１２が設けられ、Ｃ１１はポンプコンデンサ、
Ｃ１２はリザーバコンデンサと称されている。そして、
２組のリレースイッチは交互にオン・オフすることでポ
ンプコンデンサＣ１１とリザーバコンデンサＣ１２とを
交互に充電し、昇圧動作するようになっている。例えば
電源３をＤＣ１２Ｖ，負荷４を１００Ω抵抗とし、リレ
ーにＳＳＲ（ソリッドステートリレー）又はＭＯＳリレ
ーを使用して動作速度を０．１ｍｓとすると、出力電圧
特性は図１４に示すようになる。但し、図１４ではポン
プコンデンサ＝１００μＦ、リザーバコンデンサ＝１０
００μＦとしてある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記各電圧コンバータ
を比較すると、チョッパ型スイッチング式のものはコイ
ルが必要であるし、フライバックコンバータ或いはフォ
ワードコンバータはトランスが必要であるため、小型化
が要求される場合都合が悪いし、高価なものとなってい
た。また回路構成も複雑であり、調整作業も面倒であっ
た。
【０００４】また、チャージポンプ型のものは、図１３
に示すようにコイルやトランスは必要なく安価に回路を
構成することができるが、高負荷対応（高出力電流）が
難しく、図１４に示すように、１２Ｖ電源を１段昇圧し
て４ワット程度の負荷を駆動しようとした場合、出力電
圧は満足する昇圧値が得られず不安定なものとなり、対
応することができない。これは、ＳＳＲやＭＯＳリレー
はスイッチングスピードやオン抵抗が共に満足するもの
ではないからで、これを他の、例えばＭＯＳアナログス
イッチに変えたとしても高速スイッチングは可能となる
もののオン抵抗が大く上記問題点を解決することができ
ない。また、メカニカルリレーはオン抵抗は小さいが高
速スイッチングができないため、同様に解決することは
できない。
【０００５】そこで、本発明者は上記問題点に鑑み、チ
ャージポンプ型電圧コンバータに使用するリレーが、オ
ン抵抗が小さく且つ高速動作が可能であれば、上記問題
点は解消し、小型で高出力、更に高電圧・高効率な電圧
コンバータを安価に実現できる事に着目したもので、本
発明の課題は、チャージポンプ型で構成されるにも拘わ
らず小型，高出力で更に高電圧，高効率な電圧コンバー
タを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の発明は、ポンプコンデンサとリザーバコ
ンデンサと多数のスイッチ素子とを具備するチャージポ
ンプ型電圧コンバータであって、前記スイッチ素子が圧
電リレーから成り、該圧電リレーのアクチュエータ部
が、形状保持層と、該形状保持層に形成された少なくと
も一対の電極を有する作動部と、該作動部を支持する振
動部と、該振動部を振動可能に支持する固定部とを有
し、前記振動部と固定部とがセラミックにて一体形成さ
れると共に、前記形状保持層は圧電及び／又は電歪層及
び／又は反強誘電体層で構成されており、前記圧電リレ
ーの接点部は、少なくとも一方の端子が、中央部が突出
して作動部と略同一形状の板バネからなる可動端子であ
ることを特徴とする。
【０００７】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、スイッチ素子とポンプコンデンサ及び／又はリザー
バコンデンサとを同一基体上に一体形成したことを特徴
とする。
【０００８】請求項３の発明は、請求項１又は２の発明
において、圧電リレーの接点が、作動部の変形により上
下移動する可動端子と、可動端子の上面に対向して設け
た対向端子板とから成る。
【０００９】請求項４の発明は、請求項１，２又は３の
発明において、１つのスイッチ素子が複数の圧電リレー
で構成され、該圧電リレーの同時オン／オフ動作により
スイッチ素子の開閉を行うよう構成される。
【００１０】請求項５の発明は、請求項１乃至４の発明
において、入力電圧により駆動可能な圧電リレーを具備
することを特徴とする。
【００１１】請求項６の発明は、請求項５の発明におい
て、隣接する作動部間の基体上に溝を設けたことを特徴
とする。
【００１２】請求項７の発明は、請求項５又は６の発明
において、出力側直流電圧が入力電圧より大きい昇圧型
であるよう構成される。
【００１３】請求項８の発明は、請求項１乃至７の発明
において、入力電圧により駆動可能な圧電リレーを具備
した副電源部と、出力電圧により駆動可能な圧電リレー
を具備した主電源部とを有することを特徴とする。
【００１４】請求項９の発明は、請求項８の発明におい
て、始めに副電源部が動作して昇圧した出力電圧を発生
させた後に、主電源部が動作を開始するよう構成され
る。
【００１５】請求項１０の発明は、請求項９の発明にお
いて、副電源部に、主電源部の動作開始を検知する検知
手段を設け、副電源部は該検知手段からの検知信号を受
けて駆動を停止する停止手段を具備することを特徴とす
る。
【００１６】請求項１１の発明は、請求項１０の発明に
おいて、停止手段が、主電源部の出力昇圧電圧により駆
動する圧電リレーから成ることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施の
形態を、図面を基に詳細に説明する。図１は本発明に係
る電圧コンバータの第１の実施の形態を示す回路図であ
り、１００μＦのポンプコンデンサＣ１と１０００μＦ
のリザーバコンデンサＣ２との組を１組有し、電源３の
電圧を１段昇圧するチャージポンプ型の昇圧回路を形成
している。そして、２組４個のリレースイッチ（Ｓ１，
Ｓ２とＳ３，Ｓ４）はそれぞれ図２に示す複数の圧電リ
レー５により形成されたスイッチ素子２により構成され
ている。
【００１８】図２は圧電リレー５から成るスイッチ素子
２の１例を示す断面説明図であり、図示するように、上
部接点部５ａと下部アクチュエータ部５ｂとから形成さ
れている。接点部５ａは、一方の端子を成す対向端子板
８が図面上部に一様に設けられ、他方の端子板は対向端
子板８の下面に対向して、金属板１２に支持連結された
板ばね７から成る可動端子であって、隣接して複数設け
られている。金属板１２は対向端子板８の下部に一様に
配置された基板１１の裏面に薄く貼り合わされ又は金属
膜パターンとして形成されて成り、基板と連続して形成
された多数の開口部１１ａを有し、その開口部１１ａに
板バネ７が設けられている。板バネ７は、例えば、中央
部分が図示上方に突出した断面形状を有した極薄のベリ
リウム銅板で形成され、作動部１５と略同一形状で、例
えば円形或いは楕円に形成され、開口部１１ａを閉塞し
且つ金属板１２と密着させて設けられている。尚、対向
端子板８は金属板でも良いが、透明なガラス板等の下面
に金属膜を蒸着等でパターン形成しても良い。また、１
９はセラミック部材から成る側壁である。
【００１９】アクチュエータ部５ｂは接点部５ａをオン
／オフ動作させる作動部１５が各板ばね７の下部に絶縁
シート１０を介して設けられ、その作動部１５は、セラ
ミックにて形成された固定部としての基体９の上面に形
成されている。基体９は、各スイッチ素子に対応した位
置にそれぞれ空所１３を有し、基体９のうち、空所１３
の形成されている上部は薄肉に形成され、それ以外の部
分は厚肉とされている。薄肉部分は、外部応力に対して
振動を受けやすい構造となって、振動部１７として機能
し、空所以外の部分は厚肉とされて前記振動部を支持す
る固定部として機能するようになっている。
【００２０】そのため、基体９は、最下層９ａと中間層
であるスペーサ層９ｂと最上層である薄板層９ｃの３層
の積層体として形成すると良く、材料のセラミックは、
特に酸化ジルコニウムを主成分とする材料、酸化アルミ
ニウムを主成分とする材料、又はこれらの混合物を主成
分とする材料が好適である。また、スペーサ層９ｂはス
クリーン印刷法のような手法によって形成することがで
きる。そして、基体９全体は、一体同時焼成であって
も、ガラスや樹脂により各層を接合一体化したもので
も、後付けであっても良い。尚、基体９は４層或いはそ
れ以上の構造体としても良い。
【００２１】作動部１５は、例えば圧電膜１４ａから成
る形状保持層１４の上下両面に一対の駆動電極１６を設
けて形成されている。そして、形状保持層１４は、圧電
／電歪層、反強誘電体層或いはこれらの混合物で形成す
ることができ、圧電／電歪層を用いる場合、例えば、ジ
ルコン酸鉛（ＰＭＮ系）を主成分とする材料、ニッケル
ニオブ酸鉛（ＰＮＮ系）を主成分とする材料、亜鉛ニオ
ブ酸鉛を主成分とする材料、マンガンニオブ酸鉛を主成
分とする材料、マグネシウムタンタル酸鉛を主成分とす
る材料、ニッケルタンタル酸鉛を主成分とする材料、ア
ンチモンスズ酸鉛を主成分とする材料、チタン酸鉛を主
成分とする材料、マグネシウムタングステン酸鉛を主成
分とする材料、コバルトニオブ酸鉛を主成分とする材料
等、又はこれらの何れかの組み合わせを含有する複合材
料が用いることができる。但し、これらのセラミックス
のうちジルコン酸鉛を含有するセラミックスが、圧電／
電歪層の構成材料として最も使用頻度が高い。
【００２２】また、形状保持層１４を反強誘電体膜１８
で形成した場合のスイッチ素子２は図１５の断面説明図
に示すように形成され、基本構成は上記図２と同様とす
ることができる。反強誘電体膜１８を使用する場合、ジ
ルコン酸鉛を主成分とするもの、ジルコン酸鉛とスズ酸
鉛とからなる成分を主成分とするもの、更にはジルコン
酸鉛に酸化ランタンを添加したもの、ジルコン酸鉛とス
ズ酸鉛とから成る成分に対してジルコン酸鉛やニオブ酸
鉛を添加したものが望ましい。特に、低電圧で駆動させ
る場合は、ジルコン酸鉛とスズ酸鉛とから成る成分を含
む反強誘電体膜を適用することが好ましい。そして、形
状保持層１４の形成にあたっては、上記材料をペースト
或いはスラリー化して、スクリーン印刷、スプレー、コ
ーティング、ディッピング、塗布、電気泳動法等による
各種厚膜形成手法が好適に採用される。特に、微細な印
刷が安価に形成できるという点で、スクリーン印刷法が
好ましく用いられる。
【００２３】形状保持層１４の駆動電極１６は、高温酸
化雰囲気に耐えられる導体であれば良く、例えば金属単
体や合金でよいが、白金、パラジウム、ロジウム等の高
融点貴金属類、銀−パラジウム、銀−白金、白金−パラ
ジウム等の合金を主成分とするもの、或いは白金と基体
材料や例えば圧電／電歪材料とのサーメット材料が好適
である。そして、一対の駆動電極１６は、それぞれ前記
電極材料を用いて、上述した厚膜形成手法、若しくはス
パッタリング、イオンビーム、真空蒸着、イオンプレー
ティング、ＣＶＤ、めっき等の薄膜形成手法による通常
の膜形成手法に従って形成できるが、下部電極はスクリ
ーン印刷、スプレー、ディッピング、塗布、電気泳動法
等が好ましいし、上部電極は、同様な厚膜形成手法の
他、上述した薄膜形成手法も好適に採用される。尚、駆
動電極は、形状保持層に対して上下に一対形成した構造
が好ましいが、形状保持層の上面或いは下面だけに一対
の電極をくし歯状に対峙した形状に設けることもでき
る。
【００２４】この圧電リレー５の動作を説明する。圧電
膜１４ａの上下両側に形成した駆動電極１６間に圧電膜
１４ａの分極処理時の印加電圧と同様の電圧を印加する
と、電解誘起歪が発生し、その横効果によって圧電膜１
４ａが下方へ屈曲変移する。この変移した状態を示した
のが図３であり、圧電膜１４ａが下方へ変移することで
板ばね７を引き下げ、電圧印加されないときに対向端子
板８に接触していた板バネ７を離隔してスイッチング動
作する。そして、１個の圧電膜１４ａの直径は例えば１
００μｍ程度で形成した場合、板ばね７と対向端子板８
との接触面積は極小さいものとなるが、接触部を多数、
例えば１０個の圧電リレー１４ａを１組としてスイッチ
素子２を形成することで、大きな電流を通電することが
可能となる。且つ、個々の圧電リレー１４ａは小型で高
い剛性を有するアクチュエータを利用できることから、
スイッチングの高周波化と高集積化を確保しつつ、大電
流のオン／オフが可能な高速スイッチが得られる。
【００２５】このように、１個のスイッチ素子２を多数
の圧電リレーにより形成して、そのスイッチ素子２をチ
ャージポンプ型電圧コンバータの各リレースイッチに利
用することで、入力電圧は昇圧されて出力される。尚、
リレースイッチのスイッチング操作はマイクロコンピュ
ータを用いて実施すればよい。また、作動部１５を圧電
膜でなく電歪層膜や反強誘電体膜とした場合は、印加電
圧の極性はどちらでも良いが、反強誘電体膜の場合、電
圧を印加した際の作用が逆となり、電圧を印加しない状
態では図１５（ｂ）に示すように板バネ７と対向端子板
８が離隔状態となり、印加した状態で図１６に示す状
態、即ち接触状態となる。但し、反強誘電体膜は一旦変
移すると印加電圧をゼロにしてもその変移を維持するた
め変移後は印加を停止することもできる。
【００２６】そして、このような小型化及び高速動作が
可能な圧電リレーを用いて、スイッチ素子を構成するこ
とで、例えば１μｓの高速スイッチング動作及び低オン
抵抗を容易に実現することができる。また、１つのスイ
ッチ素子を複数の圧電リレーで構成することで、例えば
０．１オームのオン抵抗を実現でき、コイルやトランス
等の高価な素子を用いる事無く高出力電流，高出力電圧
の昇圧型コンバータを容易に実現することができる。更
に、一部の圧電リレーが故障しても他の圧電リレーによ
りスイッチ素子はスイッチング動作を続けることがで
き、高信頼性を実現できる。
【００２７】図４は図１の回路において、電源電圧１２
Ｖ、負荷を１００Ωとした場合の出力電圧立ち上がり特
性を示し、入力１２Ｖを昇圧して速やかに安定した電圧
（ほぼ２２Ｖ）を出力し、負荷４に印加している。この
場合、出力が約４Ｗの電圧コンバータを実現している。
尚、圧電リレーは１μｓでスイッチング動作させてい
る。このように、コイルやトランス等の高価な部品を用
いることなく、高出力電流，高出力電圧で而も小型で信
頼性の高い電圧コンバータを実現することができる。
【００２８】図５は電圧コンバータの平面説明図であ
り、図１の回路全体を同一基板上に形成した様子を示
し、対向端子板８はガラス板を使用し裏面に電極をパタ
ーン形成している。図において、３３はガラス板下面に
形成されたその導体パターンであり、電源のプラス側に
接続されている。また、３４は基板１１上の配線パター
ンを示し、スイッチ素子２は夫々図２の断面を有する１
５個の圧電リレー５から構成され、３５は導体パターン
３３と配線パターン３４とを接続している導電性スペー
サを示している。そして、コンデンサＣ１，Ｃ２を図６
に示す形状とすることで、圧電リレー５と同一基板上に
形成することができる。図６は圧電リレーと一体形成さ
れたコンデンサ断面の説明図であり、圧電膜２１の上面
にコンデンサの一方の電極面２２ａを形成し、下面に他
方の電極面２２ｂを形成している。上面電極面２２ａは
絶縁シート１０に形成されたスルーホール２３を介して
金属板１２に接続されたり、更に基板１１に形成された
スルーホール２４を介してガラス板等に形成した導体パ
ターン３３に接続されたりしている。
【００２９】このように、スイッチ素子２を圧電リレー
で構成することで、ポンプコンデンサＣ１及びリザーバ
コンデンサＣ２を圧電リレーと一体形成することが可能
となり、電圧コンバータ全体を小型化することができ
る。更に、組み付け素子にコンデンサが必要なくなり、
安価なものとなるし、製造工程も簡略化できる。
【００３０】図７，８は圧電リレーの他の構造を示し、
図９はスイッチ素子の他の構造を示している。図７は、
上記図２とは接点部の他方の端子、即ち可動端子形状が
異なり、この実施の形態では、圧電膜１４ａの変形によ
り上下動する板体２６として形成され、図示左側はオン
状態、右側はオフ状態を示している。また、２７はスル
ーホールであり、必要に応じて基体９から内部導線を引
き出している。このように可動端子を、全体が移動して
対向端子板に面接触するように形成すれば、オン抵抗を
確実に下げることができるし、電流容量も大きくするこ
とができ、高信頼性を図ることができる。尚、絶縁基板
は省略してある。
【００３１】図８では、対向端子板も板バネ７で形成
し、可動端子としている。圧電リレーのみ形成する場合
は、このように双方の端子を可動端子として形成するこ
とも可能であり、こうすることで接点間距離を大きくす
ることができ、高耐圧な接点を形成することができる。
【００３２】図９では、図２と基本構造が同一である
が、各圧電リレー間の基体上に断面Ｖ字状の溝２８を形
成し、各圧電膜１４ａを分離している。こうすること
で、作動部同士の干渉や基体剛性の大きさに起因した素
子特性を改善することができ、圧電リレーのオン／オフ
接点距離を拡大できるし、高耐圧化、大電流負荷のスイ
ッチングに対して対応させることが可能となる。また、
図１７〜図１９は形状保持層に反強誘電体膜１８を使用
した場合の圧電リレー、又はスイッチ素子の他の構造を
示している。これらは、上記図７〜図９の構造におい
て、上記圧電層を反強誘電体膜１８とすることで、同様
に形成することができる。
【００３３】図１０は図１の電圧コンバータの昇圧比を
変えた形態を示す回路図であり、上記回路に更にポンプ
コンデンサＣ３とリザーバコンデンサＣ４とリレースイ
ッチの組（Ｓ５〜Ｓ８）とから成る昇圧回路を直列に追
加して設け、２段に昇圧するチャージポンプ型電圧コン
バータを形成している。図１１はその出力電圧立ち上が
り特性を示し、図示するように圧電リレー５により１２
Ｖの電源電圧を２段昇圧して、出力電圧を４０Ｖ以上と
しても、１００Ω負荷に対して安定した出力電圧を得る
ことができ、約２０ワット出力を安定して実現すること
ができる。
【００３４】図１２は本発明の第２の実施の形態を示す
電圧コンバータの回路図であり、リレースイッチの組
（Ｓ１〜Ｓ４）とポンプコンデンサＣ１とから成る主電
源部２９と、リレースイッチの組（Ｓ９〜Ｓ１２）とポ
ンプコンデンサＣ５とから成る副電源部３０との２部構
成で１段の昇圧回路を形成し、副電源部３０には停止手
段として切り換えスイッチ３１が設けられ、また、主電
源部２９の動作を検知する検知手段（図示せず）が設け
られている。尚、副電源部３０で使用されているリレー
スイッチの圧電リレーは電源電圧（例えば１２Ｖ）で動
作し、主電源部２９で使用される圧電リレーは昇圧され
た出力電圧（例えば２２Ｖ）で良好に動作するものが使
用されている。このような２部構成にすることで、主電
源部の圧電リレーは、入力電圧よりも大きい出力電圧で
駆動できるため、接点のオン／オフに必要な変位量を得
るのに必要なアクチュエータを小型化でき、結果として
電圧コンバータ全体の小型化に寄与する。
【００３５】この回路の動作を説明すると、先ず切り換
えスイッチ３１がオンの状態で動作を開始し、副電源部
３０が作動する。副電源部３０は電源電圧によりリレー
スイッチＳ９〜Ｓ１２の圧電リレーが動作し、ポンプコ
ンデンサＣ５及びリザーバコンデンサＣ２を充電動作さ
せて出力電圧を昇圧させる。そして、出力電圧が所定の
電圧まで昇圧したら、その電圧を受けて、主電源部２９
が動作を開始する。すると、検知手段がそれを検知し
て、切り換えスイッチ３１をオフし、副電源部３０を停
止させる。尚、この検知手段としては、例えば主電源部
の昇圧された出力電圧をトリガとすればよいし、副電源
部の圧電リレーは、入力電圧（電源電圧）という低電圧
で駆動することが目的であるから、図９記載の断面Ｖ字
状の溝２８をリレー間の基体に設けた圧電リレーが好ま
しく用いられる。
【００３６】このように動作させることで、電圧コンバ
ータをスムーズに立ち上げることができるし、主電源部
２９のポンプコンデンサＣ１を動作させる圧電リレー
は、昇圧した電圧により駆動されるので、別途駆動用電
源を設けることなく、簡単な回路構成で高速なスイッチ
ング動作が可能となる。その結果、コンデンサ部を小さ
くでき、コンバータ全体を更に小型化することも可能と
なる。また、副電源部はスタータ回路として動作するだ
けであり、動作時間が短いので、コンバータ効率を下げ
ずに動作させることができるし、主電源部の圧電リレー
に較べてリレー構造を簡略化できる。更に、動作時間が
短いため高信頼性とすることができる。
【００３７】また、切り換えスイッチ３１は電圧を印加
することでオフ動作する圧電リレーを使用すると良く、
そうすることで他の圧電リレーと共に基体に一体形成す
ることができ小型化に寄与するし、副電源部を設けても
製造工程が複雑になることもない。また、副電源部は市
販されている従来の構成の小容量チャージポンプＩＣを
使用しても良い。そして、このような副電源部／主電源
部の二部構成とすることで、主電源部には高電圧を駆動
に必要とするものの、高速スイッチングが可能な圧電リ
レーが使用でき、高効率化に寄与する。
【００３８】
【発明の効果】以上詳述したように、請求項１の発明に
よれば、スイッチ素子に圧電リレーを用いることでスイ
ッチング速度を高速に而もオン抵抗を小さくでき、従来
のチャージポンプ型コンバータの欠点であった高電流出
力と高電圧出力の両立が可能となり、コンデンサの小容
量化を図ることもできる。また、圧電リレーも小型化を
図ることができるため、電圧コンバータ全体を小型に形
成することが可能となる。
【００３９】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
の効果に加えて、組み付け素子を削減でき、製造工程を
簡略化することが可能となる。また、電圧コンバータ全
体の小型化を進めることができる。請求項３の発明によ
れば、請求項１又は２の発明の効果に加えて、圧電リレ
ーの接点を面接触させることが可能であり、オン抵抗を
確実に下げ、且つ高信頼性を図ることができる。
【００４０】請求項４の発明によれば、請求項１，２又
は３の発明の効果に加えて、大電流の通電が可能とな
り、高出力電流に対応することができる。従って、コイ
ルやトランス等の高価な部品を用いることなく、高出力
電流，高出力電圧で而も小型で信頼性の高い電圧コンバ
ータを得ることができる。また、コンデンサ容量を更に
小さくすることができるため、一体焼成による小型化を
更に進める事ができる。請求項５の発明によれば、請求
項１乃至４の発明の効果に加えて、入力電圧で圧電リレ
ーが駆動されるので、別途駆動用電源を必要とせず、簡
単な回路構成とすることができる。
【００４１】請求項６の発明によれば、請求項５の発明
の効果に加えて、作動部間に溝を設けて各作動部を分離
するので、作動部同士の干渉や基体剛性の大きさに起因
した素子特性を改善することができ、圧電リレーのオン
／オフ接点距離を拡大できるし、高耐圧化、大電流負荷
のスイッチングに対して対応させることが可能となる。
請求項７の発明によれば、請求項５又は６の発明の効果
に加えて、圧電リレーをチャージポンプ型のスイッチ素
子に用いて容易に実現することができる。
【００４２】請求項８，９の発明によれば、請求項１乃
至７の発明の効果に加えて、入力電圧で駆動する圧電リ
レーと、出力電圧で駆動する圧電リレーとを具備するこ
とで、圧電リレーを更に高速スイッチング動作させるこ
とが可能となり、高出力電圧を効果的に実現することが
できる。また、主電源部の圧電リレーとコンデンサを更
に小さくすることが可能となる。
【００４３】請求項１０の発明によれば、請求項９の発
明の効果に加えて、副電源部はスタータ回路として動作
するだけでであるので、動作時間が短く、効率を下げず
に動作させることができる。また、副電源部は主電源部
の圧電リレーに較べてリレー構造を簡略化できるし、動
作時間を短くすることで高信頼性とすることができる。
請求項１１の発明によれば、請求項１０の効果に加え
て、停止手段を圧電リレーで形成することで、他の圧電
リレーと同一の基体に一括して形成することができ、副
電源部を設けても製造工程が複雑になることがないし、
小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すチャージポン
プ型電圧コンバータの回路図である。
【図２】図１の圧電リレーで構成されるスイッチ素子の
説明図で、（ａ）は断面図、（ｂ）はその一部拡大図で
ある。
【図３】図２の作動時の断面説明図である。
【図４】図１の出力電圧立ち上がり特性を示す図であ
る。
【図５】図１の回路を同一基板上に形成した様子し示す
チャージポンプ型圧電コンバータの平面説明図である。
【図６】図５のコンデンサの概略断面図である。
【図７】圧電リレーの他の構造を示す断面説明図であ
る。
【図８】圧電リレーの他の構造を示す断面説明図であ
る。
【図９】スイッチ素子の他の構造を示す断面説明図であ
る。
【図１０】図１の電圧コンバータの昇圧比を変えた形態
を示し、チャージポンプが２段の場合の回路図である。
【図１１】図１０の出力電圧立ち上がり特性を示す図で
ある。
【図１２】本発明の第２の実施の形態を示すチャージポ
ンプ型電圧コンバータの回路図である。
【図１３】従来のチャージポンプ型電圧コンバータの回
路図である。
【図１４】図１３の出力電圧特性を示す図である。
【図１５】図１の圧電リレーで構成されるスイッチ素子
の他の例を示し、反強誘電体膜を使用した場合の説明図
で、（ａ）は断面図、（ｂ）はその一部拡大図である。
【図１６】図１５の動作時の断面説明図である。
【図１７】圧電リレーの他の構造を示す断面説明図であ
る。
【図１８】圧電リレーの他の構造を示す断面説明図であ
る。
【図１９】スイッチ素子の他の構造を示す断面説明図で
ある。
【符号の説明】
２・・スイッチ素子、３・・電源、４・・負荷、５・・
圧電リレー、５ａ・・接点部、５ｂ・・アクチュエータ
部、７・・板バネ、８・・対向端子板、９・・基体（固
定部）、１０・・絶縁シート、１１・・基板、１２・・
金属板、１４・・形状保持層、１４ａ・・圧電膜、１５
・・作動部、１６・・駆動電極、１７・・振動部、１８
・・強誘電体膜、１９・・側壁、２１・・圧電膜、２２
・・電極膜、２５・・可動端子、２６・・板体、２８・
・溝、２９・・主電源部、３０・・副電源部、Ｃ１，Ｃ
３，Ｃ５ポンプコンデンサ、Ｃ２，Ｃ４・・リザーバコ
ンデンサ、Ｓ１〜Ｓ１２リレースイッチ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−331839（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−133539（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−164476（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−282985（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−11516（ＪＰ，Ａ) 特表2000−502558（ＪＰ，Ａ) 国際公開98／054609（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02M 3/07 H01L 41/09

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ポンプコンデンサとリザーバコンデンサ
    と多数のスイッチ素子とを具備するチャージポンプ型電
    圧コンバータであって、 前記スイッチ素子が圧電リレーから成り、該圧電リレー
    のアクチュエータ部が、形状保持層と、該形状保持層に
    形成された少なくとも一対の電極を有する作動部と、該
    作動部を支持する振動部と、該振動部を振動可能に支持
    する固定部とを有し、 前記振動部と固定部とがセラミックにて一体形成される
    と共に、前記形状保持層は圧電及び／又は電歪層及び／
    又は反強誘電体層で構成されており、前記圧電リレーの
    接点部は、少なくとも一方の端子が、中央部が突出して
    作動部と略同一形状の板バネからなる可動端子であるこ
    とを特徴とする電圧コンバータ。
  2. 【請求項２】 スイッチ素子とポンプコンデンサ及び／
    又はリザーバコンデンサとを同一基体上に一体形成した
    請求項１記載の電圧コンバータ。
  3. 【請求項３】 圧電リレーの接点が、作動部の変形によ
    り上下移動する可動端子と、可動端子の上面に対向して
    設けた対向端子板とから成る請求項１又は２記載の電圧
    コンバータ。
  4. 【請求項４】 １つのスイッチ素子が複数の圧電リレー
    で構成され、該圧電リレーの同時オン／オフ動作により
    スイッチ素子の開閉を行う請求項１，２又は３記載の電
    圧コンバータ。
  5. 【請求項５】 入力電圧により駆動可能な圧電リレーを
    具備する請求項１乃至４に記載の電圧コンバータ。
  6. 【請求項６】 隣接する作動部間の基体上に溝を設けた
    請求項５記載の電圧コンバータ。
  7. 【請求項７】 出力側直流電圧が入力電圧より大きい昇
    圧型である請求項５又は６記載の電圧コンバータ。
  8. 【請求項８】 入力電圧により駆動可能な圧電リレーを
    具備した副電源部と、出力電圧により駆動可能な圧電リ
    レーを具備した主電源部とを有する請求項１乃至７記載
    の電圧コンバータ。
  9. 【請求項９】 始めに副電源部が動作して昇圧した出力
    電圧を発生させた後に、主電源部が動作を開始する請求
    項８記載の電圧コンバータ。
  10. 【請求項１０】 副電源部に、主電源部の動作開始を検
    知する検知手段を設け、副電源部は該検知手段からの検
    知信号を受けて駆動を停止する停止手段を具備する請求
    項９記載の電圧コンバータ。
  11. 【請求項１１】 停止手段が、主電源部の出力昇圧電圧
    により駆動する圧電リレーから成る請求項１０記載の電
    圧コンバータ。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10349557B4 (de) * 2003-10-22 2010-09-09 Infineon Technologies Ag Verwendung einer Kondensatoranordnung und Verfahren zur Ansteuerung
US7187612B2 (en) 2005-04-29 2007-03-06 Infineon Technologies Ag Memory having power-up circuit
US8081785B2 (en) * 2006-03-21 2011-12-20 Fairchild Semiconductor Corporation High efficiency converter providing switching amplifier bias
US8213197B1 (en) * 2006-09-05 2012-07-03 Marvell International Ltd. Switching capacitor power supply
US8421419B2 (en) * 2009-09-30 2013-04-16 General Electric Company Antiferroelectric capacitor-enabled power converter

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1989007345A1 (en) * 1988-02-08 1989-08-10 Pacific Bell Improved piezoelectric relay element and method for driving the same
JPH07101588B2 (ja) * 1989-06-09 1995-11-01 ジューキ株式会社 変位素子及びそれを用いたリレー装置
JP2855746B2 (ja) * 1990-02-01 1999-02-10 日本電気株式会社 Ｄｃ―ｄｃコンバータ
JPH05282985A (ja) * 1992-04-01 1993-10-29 Fujitsu Ltd 圧電リレー
JPH06133539A (ja) * 1992-10-16 1994-05-13 Fujitsu Ltd ステップアップｄｃ−ｄｃコンバータ
US5288053A (en) * 1993-06-01 1994-02-22 Young Andy Y Discharge controlling device for faucets
US5550728A (en) * 1994-04-18 1996-08-27 Analog Devices, Inc. Charge pump converter structure
JPH08331839A (ja) * 1995-05-30 1996-12-13 Toshiba Corp 電源回路
US5680300A (en) * 1995-12-22 1997-10-21 Analog Devices, Inc. Regulated charge pump DC/DC converter
US6281868B1 (en) * 1997-05-30 2001-08-28 Ngk Insulators, Ltd. Display
JPH11164476A (ja) * 1997-11-28 1999-06-18 Nec Home Electron Ltd 電源装置
JPH11339561A (ja) 1998-05-27 1999-12-10 Ngk Insulators Ltd セラミック素子、セラミック素子の製造方法、表示装置、リレー装置及びコンデンサ

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