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特開2024-69118共振を用いた整流回路

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024069118

(43)【公開日】2024-05-21

(54)【発明の名称】共振を用いた整流回路

(51)【国際特許分類】

H02M 7/06 20060101AFI20240514BHJP

【ＦＩ】

H02M7/06 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】書面

(21)【出願番号】P 2022190791

(22)【出願日】2022-11-09

(71)【出願人】

【識別番号】301079316

【氏名又は名称】辻正敏

(72)【発明者】

【氏名】辻正敏

(72)【発明者】

【氏名】井上伊吹

【テーマコード（参考）】

5H006

【Ｆターム（参考）】

5H006CA07

5H006CA13

5H006CB03

5H006CC04

(57)【要約】

【課題】現在，無線通信における受信回路や電力伝送システムに用いるレクテナ等，あらゆる場面で整流回路が利用されている．特に微小電力入力時，整流回路においては電力変換効率が重要視される．しかし整流回路内に用いられるダイオードは，高周波帯における接合容量や端子間容量の影響で電力ロスを引き起こす．本発明は，ダイオードの持つ容量の影響を低減して，整流効率を高めるものである．
【解決手段】検波ダイオードと並列にコイルと直流阻止コンデンサを接続する．ダイオードの容量とコイルで並列共振をさせて，高周波信号を接合容量に流れないようにする．また，直流阻止コンデンサの代わりにダイオードを使うこともできる．
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ダイオードやその周辺に含まれるコンデンサを共振により取り除いた整流回路

【請求項2】

上記の回路において共振素子をローパスフィルタとして活用して出力を取り出した整流回路

【請求項3】

上記の回路において共振素子の直流阻止コンデンサをダイオードに置き換えた整流回路

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、整流回路の高周波領域における変換効率低下の対策に関するものである．

【背景技術】

【0002】

現在，無線通信における受信回路や電力伝送システムに用いるレクテナ等，あらゆる場面で整流回路が利用されている．特に微小電力入力時，整流回路においては電力変換効率が重要視される．整流回路内に用いられるダイオードは，高周波帯における接合容量の影響で電力ロスを引き起こす問題がこれまで指摘されていた［１］，［２］．

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【非特許文献1】［１］南正孝，伊藤健，茂木進一，道平雅一，“無負荷Ｃｏｃｋｃｒｏｆｔ－Ｗａｌｔｏｎ回路における昇圧比減少の理論的解明”，電気学会論文誌Ｄ，ｐｐ．２４６―２４７，２０１６．

【非特許文献2】［２］南正孝，伊藤健，茂木進一，道平雅一，“ダイオードの接合容量を考慮したＣｏｃｋｃｒｏｆｔ－Ｗａｌｔｏｎ回路における昇圧比および力率改善”，電気学会論文誌Ｄ，ｐｐ．９９１―９９６，２０１６．

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

図１は，ダイオードの等価回路である．ダイオードには接合容量Ｃｊや端子間の浮遊容量Ｃｐが素子間に含まれる．高い周波数になるとそれらの影響により，信号は整流されにくくなる．

【課題を解決するための手段】

【0005】

図２は，共振によりダイオードの寄生容量の影響を取り除いた回路である．検波ダイオードと並列にコイルＬ３と直流阻止コンデンサＣ５を接続する．
ダイオードの容量と接続したコイルで並列共振をさせて，高周波信号をダイオードの持つ容量に流れないようにする．直流阻止コンデンサは，整流された直流電圧がコイルを通って放電しないようにする働きがある．

【発明の効果】

【0006】

■測定条件
図３は，ダイオード評価回路である．ダイオードは，１Ｎ３６１１のモデルを用いる．Ｌ１は共振用のコイル，Ｒ１は信号源の出力インピーダンスである．Ｖ１は信号源（１０ＭＨｚ，振幅１Ｖ），ＸＳＣ１は，オシロスコープである．入出力の波形を測定する．

【0007】

■測定結果
図４は，Ｌ１がないときのシミュレーション結果である．垂直メモリは１Ｖ／ｄｉｖである．Ｌ１がないときは，ダイオードの持つ容量のために出力信号は入力波形より小さくなる．
図５は，図３のダイオードに並列にＬ１を追加した回路である．Ｌ１は，接合容量と１０ＭＨｚで共振させた値（２．５ｕＨ）に設定する．図５のＬ１の出力信号は，入力電圧と同程度まで大きくなる．

【0008】

■共振させた整流回路の実用例シャント型
図６は，ダイオードシャント型の共振させた整合回路である．Ｒ１は信号源の出力インピーダンス，Ｃ１とＣ２は直流阻止コンデンサ，Ｌ１（２．５ｕＨ）は共振用のコイル，Ｌ２とＣ３はローパスフィルタ，Ｒ２は負荷である．
出力電圧のシミュレーション結果は，共振なしで直流０．３２Ｖ，共振ありで直流０．６４Ｖとなり，共振させた場合の方が，整流効率が良くなった．
■簡略された整流回路
図７は，図６の回路を簡略した回路である．
図７のＬ１とＣ１を図６のＬ２とＣ３として利用している．Ｌ１は，Ｄ１の容量を打ち消すための共振素子として利用するとともに，Ｃ１と組み合わせてＬＰＦとして利用することで部品の削減をしている．
出力はＣ１とＬ１の中間より取り出す．
■共振させた整流回路の実用例シリーズ型
図８はダイオードシリーズ型の共振させた整合回路である．
結果は，図４，図５と同様である．
■直流阻止コンデンサをダイオードに置き換えた回路
図９は，図２の直流阻止コンデンサＣ６をダイオードＤ１に置き換えた回路である．図１０は，図９の等価回路である．Ｌ１は，Ｃｊ２とＣｊ１で共振する値に設定する．
コンデンサをダイオードに置き換えることにより，整流時にダイオードの電圧降下を小さくすることができるといったメリットがある．

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】ダイオードの等価回路

【図2】共振回路を追加したダイオード

【図3】ダイオード評価回路

【図4】シミュレーション結果Ｌ１なし

【図5】シミュレーション結果Ｌ１あり

【図6】共振回路を用いた整流回路（シャント型）

【図7】簡略された整流回路

【図8】共振回路を用いた整流回路（シリーズ型）

【図9】直流阻止コンデンサをダイオードに置き換えた回路

【図10】直流阻止コンデンサをダイオードに置き換えた回路の等価回路