特表 2024-538343 インダクタレス電力変換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-10-18

(54)【発明の名称】インダクタレス電力変換器

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/18 20060101AFI20241010BHJP

【ＦＩ】

H02M3/18

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024526701

(86)(22)【出願日】2022-11-08

(85)【翻訳文提出日】2024-06-17

(86)【国際出願番号】 NL2022050630

(87)【国際公開番号】W WO2023085924

(87)【国際公開日】2023-05-19

(31)【優先権主張番号】2029699

(32)【優先日】2021-11-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】NL

(31)【優先権主張番号】2031652

(32)【優先日】2022-04-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】NL

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】517438583

【氏名又は名称】ネクスペリア ベー．フェー．

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(74)【代理人】

【識別番号】100145713

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 竜太

(74)【代理人】

【識別番号】100205659

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 拓也

(74)【代理人】

【識別番号】100126000

【弁理士】

【氏名又は名称】岩池 満

(74)【代理人】

【識別番号】100185269

【弁理士】

【氏名又は名称】小菅 一弘

(72)【発明者】

【氏名】ファン デル フェルデン ヨラム ピーテル

【テーマコード（参考）】

5H730

【Ｆターム（参考）】

5H730AA14

5H730AS04

5H730AS05

5H730AS08

5H730BB02

5H730BB03

5H730BB06

(57)【要約】

第一の態様に係る、入力電圧を変換比で出力電圧に変換するためのインダクタレス電力変換器は、複数のステージを含み、各ステージは、スイッチトキャパシタとして構成されたキャパシタと、前記ステージをスイッチングし、前記キャパシタに接続するように配置されたスイッチング手段と、入力電圧、出力電圧又は接地のうちの１つに接続するように配置されたノードと、を含み、前記インダクタレス電力変換器は、少なくとも４つのステージを含む再構成可能電力変換器であり、各前記ステージは、入力電圧ノード、出力電圧ノード及び接地ノードを含み、前記スイッチング手段は、複数の異なる構成を得るためにそれぞれの前記ステージを前記入力電圧ノード、前記出力電圧ノード及び前記接地ノードのうちの１つに接続し、前記入力電圧を前記出力電圧に変換するための複数の異なる変換比を提供するように配置される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力電圧を変換比で出力電圧に変換するためのインダクタレス電力変換器であって、複数のステージを含み、各ステージは、スイッチトキャパシタとして構成されたキャパシタと、前記ステージをスイッチングし、前記キャパシタに接続するように配置されたスイッチング手段と、入力電圧、出力電圧又は接地のうちの１つに接続するように配置されたノードと、を含み、前記インダクタレス電力変換器は、少なくとも４つのステージを含む再構成可能電力変換器であり、各前記ステージは、入力電圧ノード、出力電圧ノード及び接地ノードを含み、前記スイッチング手段は、複数の異なる構成を得るためにそれぞれの前記ステージを前記入力電圧ノード、前記出力電圧ノード及び前記接地ノードのうちの１つに接続し、前記入力電圧を前記出力電圧に変換するための複数の異なる変換比を提供するように配置される、インダクタレス電力変換器。

【請求項2】

前記ステージのそれぞれの前記スイッチング手段は、それぞれの前記ステージを前記入力電圧ノード、前記出力電圧ノード及び前記接地ノードのうちの１つに接続するための単極単投スイッチを含む、請求項１に記載のインダクタレス電力変換器。

【請求項3】

前ステージ及び後ステージを更に含み、前記前ステージ及び後ステージのそれぞれは、好ましくは、入力電圧ノード、出力電圧ノード及び接地ノードのうちの１つに接続するためのスイッチング手段を含む、請求項１又は２に記載のインダクタレス電力変換器。

【請求項4】

前記ステージのそれぞれの前記スイッチング手段を制御するためのコントローラを更に含み、前記コントローラは、少なくとも（ｋ－１）相分配置される、請求項１～３のいずれか一項に記載のインダクタレス電力変換器。

【請求項5】

双方向電力変換用に配置される、請求項１～４のいずれか一項に記載のインダクタレス電力変換器。

【請求項6】

直流（ＤＣ）入力電圧用に配置される、請求項１～５のいずれか一項に記載のインダクタレス電力変換器。

【請求項7】

複数の異なる構成用に配置され、前記入力電圧を前記出力電圧に変換するための３^ｋ個の変換比を提供し、ｋは、前記ステージのそれぞれの前記スイッチング手段と、入力電圧、出力電圧及び接地とを含むスイッチング手段のセットの数である、請求項１～６のいずれか一項に記載のインダクタレス電力変換器。

【請求項8】

最大１：２＾（ｋ－２）の昇圧変換比と最小２＾（ｋ－２）：１の降圧変換比を提供する複数の異なる構成用に配置される、請求項７に記載のインダクタレス電力変換器。

【請求項9】

出力キャパシタを含む後ステージを更に含み、前記出力キャパシタは、前記後ステージのノードに並列に接続される、請求項１～８のいずれか一項に記載のインダクタレス電力変換器。

【請求項10】

入力キャパシタを含む前ステージを更に含み、前記入力キャパシタは、前記前ステージのノードに並列に接続される、請求項１～９のいずれか一項に記載のインダクタレス電力変換器。

【請求項11】

１０μＷ～１００ｍＷ、より好ましくは、５０μＷ～５０ｍＷの電力範囲で入力電圧を出力電圧に変換するように配置される、請求項１～１０のいずれか一項に記載のインダクタレス電力変換器。

【請求項12】

センサモジュール、ＩｏＴデバイス、ＵＳＢデバイス又はブルートゥース（登録商標）モジュールのうちの１つ以上に電力を供給するように配置される、請求項１～１１のいずれか一項に記載のインダクタレス電力変換器。

【請求項13】

エネルギーハーベスタ配置であって、
入射エネルギー、好ましくは、太陽エネルギー、運動エネルギー又は無線周波エネルギーのうちの１種を収集し、収集した前記エネルギーを入力電圧として前記エネルギーハーベスタ配置に提供するためのエネルギーハーベスティングモジュールと、
請求項１～１２のいずれか一項に記載のインダクタレス電力変換器と、
を含む、エネルギーハーベスタ配置。

【請求項14】

最大電力点追従モジュール
を更に含む、請求項１１に記載のエネルギーハーベスタ配置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般に、電力変換器に関する。より具体的には、本発明は、入力電圧を変換比で出力電圧に変換するために、複数のステージのスイッチトキャパシタを有するインダクタレス電力変換器に関する。

【背景技術】

【0002】

電力変換器は、入力電圧を出力電圧に変換するための電気デバイスである。これらの電圧は、変換比に応じて異なる場合があり、入力電流は、形態及び／又は周波数が出力電流と異なる場合があり、例えば、変換器は、交流（ＡＣ）の入力電圧を直流（ＤＣ）の出力電圧に、好ましくは異なる電圧差で変換するように配置される場合がある。

【0003】

このような電力変換器は、電気エネルギーをある電圧レベルから別の電圧レベルに、又はある周波数から別の周波数に、又はあるタイプから別のタイプに変換するために、通常、携帯電話、ラップトップコンピュータ、ポータブルコンピュータなどのポータブル電子デバイスに使用されているが、モノのインターネット（ＩｏＴ）、デバイス又は無線センサノード、ＷＳＮにも広く使用されている。このような用途では、主電源は、多くの場合（主に）電池から供給されるが、これらのデバイスは、電池充電及び／又は、負荷への電力供給のためにエネルギーを収集するエネルギーハーベスティングモジュールを更に有することが多い。

【0004】

一連のスイッチ及びキャパシタを中心に設計された電力変換器は、よく知られており、広く使用されている。最近では、複数のステージを有するスイッチトキャパシタの設計は、ますます一般的になってきている。このような設計は、既知のインダクタベースの電力変換器に比べて、磁気部品又は大きなフォームファクタの部品がないため、小型の統合設計又は完全統合実装に適しているという利点を有する。

【0005】

また、このような設計は、疑似負荷を必要とせず、より広い範囲の負荷に使用可能である。また、これらの電力変換器の変換効率は、通常、インダクタベースの代替品の変換効率より高い。全体として、このようなインダクタレス設計は、通常、電池駆動適用に理想的である。

【0006】

しかしながら、インダクタレス設計は、インダクタベースの代替品に比べて欠点もあり、その理由は、インダクタベースの電力変換器は、大きな変換比から連続した変換比を有するのに対し、インダクタレス設計は、変換比の離散数が限られており、最大変換比及び／又は最小変換比が小さいことである。

【0007】

したがって、改善されたインダクタレス電力変換器が求められている。本開示は、前述の欠点の少なくとも一部を解決する、改善されたインダクタレス電力変換器を提供することを目的とする。

【0008】

本開示は、変換比の数が多く、最大変換比及び最小変換比がより大きく、設計の完全統合実装に適する、改善されたインダクタレス電力変換器を提供することを更なる目的とする。

【発明の概要】

【0009】

第一の態様に係る、入力電圧を変換比で出力電圧に変換するためのインダクタレス電力変換器は、複数のステージを含み、各ステージは、スイッチトキャパシタとして構成されたキャパシタと、前記ステージをスイッチングし、前記キャパシタに接続するように配置されたスイッチング手段と、入力電圧、出力電圧又は接地のうちの１つに接続するように配置されたノードと、を含み、前記インダクタレス電力変換器は、少なくとも４つのステージを含む再構成可能電力変換器であり、各前記ステージは、入力電圧ノード、出力電圧ノード及び接地ノードを含み、前記スイッチング手段は、複数の異なる構成を得るためにそれぞれの前記ステージを前記入力電圧ノード、前記出力電圧ノード及び前記接地ノードのうちの１つに接続し、前記入力電圧を前記出力電圧に変換するための複数の異なる変換比を提供するように配置される。

【0010】

提案された（ｋ－１）相電力変換器は、既知の電力変換器に比べて、１６というより大きい最大変換比、１／１６というよりよい最小変換比、より一般的に２＾（ｋ－２）という最大変換比又は最小変換比を提供するといういくつかの利点を有する。したがって、入力電圧は、出力電圧より２＾（ｋ－２）倍、又は上記特定の例では１６倍大きくても小さくてもよい。

【0011】

制御の設計がより複雑であるが、提案された設計は、容易に実現できるより多くの離散的な変換比を提供し、その結果、入力電圧と出力電圧をよりよくマッチングすることができる。この設計により、完全に統合された実装も可能である。

【0012】

好ましくは、４つのフライングキャパシタを用いた５相バイナリスイッチトキャパシタ（ＳＣ）変換器が提案される。既知の設計に比べて、１６というより大きい最大変換比を達成するために、フライングキャパシタと相の数は、増加する。６セットのスイッチを制御し、ＳＣ変換器の６つのノードを接地ノード、入力ノード又は出力ノードのいずれかに接続することにより、多くの異なる電圧変換比をかなり容易に実現することができる。６セットのスイッチの構成では、これらの接続により７２９（３＾６）個の異なる構成を得ることができ、そのうち１７８個の固有電圧変換比が得られ、１１９個の電圧変換比が正である。

【0013】

昇圧変換と降圧変換の両方が可能であり、達成可能な最大正電圧変換比と最小正電圧変換比は、それぞれＭ＝１６とＭ＝１／１６である。

【0014】

また、この設計は、通常のＳＰＴＴスイッチを使用する代わりに、ＳＰＳＴ（単極単投）スイッチのみが提案されるため、ＣＭＯＳ技術の設計に適することを特徴とする。

【0015】

理論的に任意の変換比を達成できるインダクタベースの電力変換器とは異なり、インダクタレス電力変換器は、常に限られた数の電圧変換比で動作する。

【0016】

提案されたインダクタレスＳＣ変換器は、広い範囲及び多くの変換比により、変換範囲内の任意の入力電圧と出力電圧をよりよくマッチングさせることができる。一般に、これは、変換効率を向上させ、入力又は出力の電圧リップルをより小さくすることができる。エネルギーハーベスティングの分野では、（適用する場合）これは、電力変換器の入力電圧をハーベスタの最大電力点（ＭＰＰ）電圧にマッチングさせる能力を向上させることができる。

【0017】

一例において、前記ステージのそれぞれの前記スイッチング手段は、それぞれの前記ステージを前記入力電圧ノード、前記出力電圧ノード及び前記接地ノードのうちの１つに接続するための単極単投スイッチを含む。

【0018】

一例において、前記変換器は、前ステージ及び後ステージを更に含み、前記前ステージ及び後ステージのそれぞれは、好ましくは、入力電圧ノード、出力電圧ノード及び接地ノードのうちの１つに接続するためのスイッチング手段を含む。

【0019】

一例において、前記変換器は、前記ステージのそれぞれの前記スイッチング手段を制御するためのコントローラを更に含み、前記コントローラは、少なくとも（ｋ－１）相分配置される。

【0020】

一例において、前記電力変換器は、双方向電力変換用に配置される。

【0021】

一例において、前記変換器は、直流（ＤＣ）入力電圧用に配置される。

【0022】

一例において、前記変換器は、複数の異なる構成用に配置され、前記入力電圧を前記出力電圧に変換するための３^ｋ個の変換比を提供し、ｋは、前記ステージのそれぞれの前記スイッチング手段と、入力電圧、出力電圧及び接地とを含むスイッチング手段のセットの数である。

【0023】

一例において、前記変換器は、最大１：２＾（ｋ－２）の昇圧変換比と最小２＾（ｋ－２）：１の降圧変換比を提供する複数の異なる構成用に配置される。

【0024】

一例において、前記変換器は、出力キャパシタを含む後ステージを更に含み、前記出力キャパシタは、前記後ステージのノードに並列に接続される。

【0025】

一例において、前記変換器は、入力キャパシタを含む前ステージを更に含み、前記入力キャパシタは、前記前ステージのノードに並列に接続される。

【0026】

一例において、前記変換器は、１０μＷ～１００ｍＷ、より好ましくは、５０μＷ～５０ｍＷの電力範囲で入力電圧を出力電圧に変換するように配置される。

【0027】

一例において、前記変換器は、センサモジュール、ＩｏＴデバイス、ＵＳＢデバイス又はブルートゥース（登録商標）モジュールのうちの１つ以上に電力を供給するように配置される。

【0028】

第二の態様に係るエネルギーハーベスタ配置（ｅｎｅｒｇｙ ｈａｒｖｅｓｔｅｒ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ ）は、
入射エネルギー、好ましくは、太陽エネルギー、運動エネルギー又は無線周波エネルギーのうちの１種を収集し、収集した前記エネルギーを入力電圧として提供するためのエネルギーハーベスティングモジュールと、
前述の説明のいずれか一項に記載のインダクタレス電力変換器と、
を含む。

【0029】

一例において、前記エネルギーハーベスタ配置は、
最大電力点追従モジュールを更に含む。

【0030】

当業者であれば、第一の態様の例、特徴、効果及び利点が第二の態様及びこの第二の態様に関連する例に同様に適用できることを理解する。

【0031】

６セットのスイッチと４つのステージのスイッチトキャパシタの一例において、以下の変換比が達成可能である。
（実施例１）
達成可能な電圧変換比のリスト：

【表1】

【0032】

添付の図面を参照しながら、特定の実施形態により本発明をより詳細に説明し、同一又は類似の部分及び／又は構成要素は、同じ参照番号で示される。本発明は、開示された実施形態に決して限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【0033】

以下の図面を参照しながら、第一の態様に係るインダクタレス電力変換器及び第二の態様に係るエネルギーハーベスタ配置の実施形態の説明により本開示を説明する。

【0034】

【図1】本開示の第一の態様に係る５相インダクタレス電力変換器（５－ｐｈａｓｅ ａｎ ｉｎｄｕｃｔｏｒ－ｌｅｓｓ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）の一実施形態を示す。

【図2】図１の５相インダクタレス電力変換器をより詳細に示す。

【図3A】本開示の第一の態様に係る電力変換器を含む効率的なインダクタレスＰＭＩＣの一実施形態を示す。

【図3B】図３Ａの効率的なインダクタレスＰＭＩＣを含む、本開示の第二の態様に係るエネルギーハーベスタ配置の一実施形態を示す。

【図3C】図３Ｂのエネルギーハーベスタ配置の時間に対する電池エネルギーの純変化を示す。

【図4A】本開示の第一の態様に係る電力変換器を含む効率的なインダクタレスＰＭＩＣの別の実施形態を示す。

【図4B】図４Ａの効率的なインダクタレスＰＭＩＣを含む電力変換配置の一実施形態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0035】

図１及び図２は、ＤＣ入力電圧Ｖ_Ｉを変換比ＭでＤＣ出力電圧Ｖ_Ｏに変換する（ｋ－１）相再構成可能インダクタレス電力変換器１０を示し、（ｋ－１）が５に等しい。５相再構成可能電力変換器１０は、センサモジュール、ＩｏＴデバイス、ＵＳＢデバイス又はブルートゥース（登録商標）モジュールに電力を供給するように配置される。本開示に係る変換器１０は、特に極低電力条件に対して設計され、１０μＷ～１００ｍＷ、より好ましくは、５０μＷ～５０ｍＷの電力範囲で入力電圧Ｖ_ＩをＤＣ出力電圧Ｖ_Ｏに変換するように配置される。

【0036】

５相再構成可能電力変換器１０は、４つのステージ１、２、３、４を含む。各ステージｎは、キャパシタＣ_ｎ、スイッチング手段Ｓ_ｎ１、Ｓ_ｎ２、Ｓ_ｎ３及びノードｎ_ｎを含む。各キャパシタは、スイッチトキャパシタとして構成され、スイッチング手段Ｓ_ｎ１、Ｓ_ｎ２、Ｓ_ｎ３は、ステージｎをスイッチングし、キャパシタＣ_ｎに接続するように配置される。ノードｎ_ｎは、入力電圧Ｖ_Ｉ、出力電圧Ｖ_Ｏ又はノードｎ_ｎに対する接地のうちの１つに接続するように配置される。

【0037】

５相電力変換器１０は、前ステージ６及び後ステージ５を更に含む。ステージｎ、前ステージ６及び後ステージ５のそれぞれは、入力電圧ノードＶ_Ｉ、出力電圧ノードＶ_Ｏ及び接地ノードを含む。スイッチング手段Ｓ_ｎ１、Ｓ_ｎ２、Ｓ_ｎ３は、それぞれのステージ１、２、３、４、５、６を入力電圧Ｖ_Ｉ、出力電圧Ｖ_Ｏ又は接地のいずれかに接続するように配置される。これを図２により詳細に示し、スイッチＳ_１１及びＳ_１２は、個別のスイッチＳ_１１Ａ、Ｓ_１１Ｂ、Ｓ_１１Ｃで置き換えられ、スイッチＳ_ｎ３は、個別のスイッチＳ_ｎ３Ａ、Ｓ_ｎ３Ｂ、Ｓ_ｎ３Ｃで置き換えられ、ｎ＝１～４であり、スイッチＳ_５は、個別のスイッチＳ_５Ａ、Ｓ_５Ｂ、Ｓ_５Ｃで置き換えられる。各スイッチは、ステージｎをスイッチングし、キャパシタＣ_ｎに接続し、それぞれのステージｎ、前ステージ６及び／又は後ステージ５を入力電圧Ｖ_Ｉノード、出力電圧Ｖ_Ｏノード及び接地ノードのうちの１つに接続するための単極単投スイッチとして実装される。

【0038】

５相電力変換器１０は、双方向電力変換用に配置され、ｎ個のステージ、前ステージ６及び後ステージ５のそれぞれのスイッチング手段Ｓ_ｎ１、Ｓ_ｎ２、Ｓ_ｎ３を制御するためのコントローラ２０を含み、コントローラは、少なくとも（ｋ－１）相分配置され、この実施形態では、（ｋ－１）が５に等しい。図１を参照して、以下の表は、相ごとのスイッチング手段及びＳ５の位置を示す。

【表2】

【0039】

５相電力変換器１０は、複数の異なる構成を得るように配置され、ＤＣ入力電圧Ｖ_ＩをＤＣ出力電圧Ｖ_Ｏに変換するための３^ｋ（この実施形態では７２９に等しい）個の異なる構成を提供し、ｋは、前ステージ６、ステージｎ（ｎ＝１～４）及び後ステージ５のそれぞれのスイッチング手段｛Ｓ_１１Ａ、Ｓ_１１Ｂ、Ｓ_１１Ｃ｝、｛Ｓ_ｎ３Ａ、Ｓ_ｎ３Ｂ、Ｓ_ｎ３Ｃ｝及び｛Ｓ_５Ａ、Ｓ_５Ｂ、Ｓ_５Ｃ｝のセットの数である。スイッチング手段のセットのそれぞれのセットは、それぞれのステージｎ、前ステージ６及び／又は後ステージ５を入力電圧Ｖ_Ｉノード、出力電圧Ｖ_Ｏノード又は接地ノードに接続して、上記入力電圧Ｖ_Ｉを上記出力電圧Ｖｏに変換するように配置される。

【0040】

スイッチング手段のセットをスイッチングすることにより、７２９個の異なる構成を得ることができ、そのうち１７８個の固有電圧変換比Ｍが得られ、１１９個の電圧変換比Ｍが正であり、１：２＾（ｋ－２）の最大昇圧変換比Ｍと２＾（ｋ－２）：１の最小降圧変換比Ｍが提供される。変換比Ｍは、以下のように表される。

【数1】

ここで、

【数2】

であり、ノードｎ_ｎが入力電圧Ｖ_Ｉに接続される場合にａ_ｎ＝１であり、そうでなければ、ａ_ｎ＝０であり、

【数3】

であり、ノードｎ_ｎが出力電圧Ｖ_Ｏに接続される場合にｂ_ｎ＝１であり、そうでなければ、ｂ_ｎ＝０である。ａ_ｎ＝０及びｂ_ｎ＝０である場合、ノードｎ_ｎは、接地に接続される。

【0041】

変換比（Ｃｏｎｖｅｒｓａｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ）Ｍ＝１６は、例えば、

【数4】

により得られ、変換比Ｍ＝１３／５は、例えば、

【数5】

により得られ、変換比Ｍ＝１／５は、例えば、

【数6】

により得られる。

【0042】

５相再構成可能電力変換器１０は、効率的なインダクタレス電力管理集積回路（ＰＭＩＣ）モジュールに適用するために設計される。

【0043】

効率的なインダクタレスＰＭＩＣモジュール１００の第一の実施形態は、図３Ａに示される。効率的なインダクタレスＰＭＩＣモジュール１００は、コールドスタート機能を有し、その中に埋め込まれた、５相再構成可能電力変換器１０、最大電力点追従器（ＭＰＰＴ）１２、パワーオンリセット（ＰＯＲ）１４、ポストレギュレータ１６、バイパスレギュレータ１８、コントローラ２０及び基準発振器２２を含む。キャパシタＣ_ｎは、ＰＭＩＣモジュール１００の外部に接続される。インダクタレスＰＭＩＣモジュール１００は、太陽エネルギー、運動エネルギー又は無線周波エネルギーなどの入射エネルギーを収集する（ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ）ように配置される。

【0044】

電力変換器１０を含む効率的なインダクタレスＰＭＩＣモジュール１００は、図３Ｂに示すエネルギーハーベスティング配置２００に適用され、ＰＭＩＣモジュール１００は、無線周波エネルギー１１０などの入射エネルギーを収集するように配置される。収集されたエネルギーは、入力電圧としてエネルギーハーベスティング配置２００に供給される。エネルギーハーベスティング配置２００は、電池１２０、バッファキャパシタ１３０及びセンサモジュール１４０を更に含む。

【0045】

時間ｔに対する電池エネルギーＥ_ｂａｔｔの純変化を示す図３Ｃに示すように、収集されたエネルギーは、期間ｔ_１に、ＰＭＩＣモジュール１００を介して電池１２０に転送されて、電池１２０を充電する。期間ｔ_１に、センサモジュール１４０は、非アクティブである。期間ｔ_２に、センサモジュール１４０がアクティブである場合、電池１２０は、センサモジュール１４０に対して放電し、電池からのエネルギーは、ＰＭＩＣモジュール１００及びバッファキャパシタ１３０を介してセンサモジュール１４０に転送される。

【0046】

効率的なインダクタレスＰＭＩＣモジュール１００’の第二の実施形態は、図４Ａに示される。効率的なインダクタレスＰＭＩＣモジュール１００’は、コールドスタート機能を有し、その中に埋め込まれた、５相再構成可能電力変換器１０、パワーオンリセット（ＰＯＲ）１４、ポストレギュレータ１６、コントローラ２０及び基準発振器２２を含む。キャパシタＣ_ｎは、ＰＭＩＣモジュール１００’の外部に接続される。

【0047】

電力変換器１０を含む効率的なインダクタレスＰＭＩＣモジュール１００’は、図４Ｂに示すように電力変換配置３００に適用され、ＰＭＩＣモジュール１００’は、電池１２０からの入力電圧を変換し、ＰＭＩＣモジュール１００’及びバッファキャパシタ１３０を介してセンサモジュール１４０に転送するように配置される。

【0048】

以上の説明に基づいて、当業者は、開示された方法及び配置に修正及び追加を提供してもよいが、これらの修正及び追加は、全て添付の特許請求の範囲に含まれる。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【手続補正書】

【提出日】2024-07-03

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力電圧を変換比で出力電圧に変換するためのインダクタレス電力変換器であって、複数のステージを含み、各ステージは、スイッチトキャパシタとして構成されたキャパシタと、前記ステージをスイッチングし、前記キャパシタに接続するように配置されたスイッチング手段と、入力電圧、出力電圧又は接地のうちの１つに接続するように配置されたノードと、を含み、前記インダクタレス電力変換器は、少なくとも４つのステージを含む再構成可能電力変換器であり、各前記ステージは、入力電圧ノード、出力電圧ノード及び接地ノードを含み、前記スイッチング手段は、複数の異なる構成を得るためにそれぞれの前記ステージを前記入力電圧ノード、前記出力電圧ノード及び前記接地ノードのうちの１つに接続し、前記入力電圧を前記出力電圧に変換するための複数の異なる変換比を提供するように配置される、インダクタレス電力変換器。

【請求項2】

前記ステージのそれぞれの前記スイッチング手段は、それぞれの前記ステージを前記入力電圧ノード、前記出力電圧ノード及び前記接地ノードのうちの１つに接続するための単極単投スイッチを含む、請求項１に記載のインダクタレス電力変換器。

【請求項3】

前ステージ及び後ステージを更に含み、前記前ステージ及び後ステージのそれぞれは、好ましくは、入力電圧ノード、出力電圧ノード及び接地ノードのうちの１つに接続するためのスイッチング手段を含む、請求項１に記載のインダクタレス電力変換器。

【請求項4】

前記ステージのそれぞれの前記スイッチング手段を制御するためのコントローラを更に含み、前記コントローラは、少なくとも（ｋ－１）相分配置される、請求項１に記載のインダクタレス電力変換器。

【請求項5】

双方向電力変換用に配置される、請求項１に記載のインダクタレス電力変換器。

【請求項6】

直流（ＤＣ）入力電圧用に配置される、請求項１に記載のインダクタレス電力変換器。

【請求項7】

複数の異なる構成用に配置され、前記入力電圧を前記出力電圧に変換するための３^ｋ個の変換比を提供し、ｋは、前記ステージのそれぞれの前記スイッチング手段と、入力電圧、出力電圧及び接地とを含むスイッチング手段のセットの数である、請求項１に記載のインダクタレス電力変換器。

【請求項8】

最大１：２＾（ｋ－２）の昇圧変換比と最小２＾（ｋ－２）：１の降圧変換比を提供する複数の異なる構成用に配置される、請求項７に記載のインダクタレス電力変換器。

【請求項9】

出力キャパシタを含む後ステージを更に含み、前記出力キャパシタは、前記後ステージのノードに並列に接続される、請求項１～８のいずれか一項に記載のインダクタレス電力変換器。

【請求項10】

入力キャパシタを含む前ステージを更に含み、前記入力キャパシタは、前記前ステージのノードに並列に接続される、請求項１～８のいずれか一項に記載のインダクタレス電力変換器。

【請求項11】

１０μＷ～１００ｍＷ、より好ましくは、５０μＷ～５０ｍＷの電力範囲で入力電圧を出力電圧に変換するように配置される、請求項１～８のいずれか一項に記載のインダクタレス電力変換器。

【請求項12】

センサモジュール、ＩｏＴデバイス、ＵＳＢデバイス又はブルートゥース（登録商標）モジュールのうちの１つ以上に電力を供給するように配置される、請求項１～８のいずれか一項に記載のインダクタレス電力変換器。

【請求項13】

エネルギーハーベスタ配置であって、
入射エネルギー、好ましくは、太陽エネルギー、運動エネルギー又は無線周波エネルギーのうちの１種を収集し、収集した前記エネルギーを入力電圧として前記エネルギーハーベスタ配置に提供するためのエネルギーハーベスティングモジュールと、
請求項１～８のいずれか一項に記載のインダクタレス電力変換器と、
を含む、エネルギーハーベスタ配置。

【請求項14】

最大電力点追従モジュール
を更に含む、請求項１３に記載のエネルギーハーベスタ配置。

【国際調査報告】