JP7031779B1 - 可変コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】静電容量の変更に係る操作性に貢献可能な技術を提供する。【解決手段】互いに所定距離を隔てて位置する第１電極１および第２電極２と、前記第１電極１および第２電極２の両者間をそれぞれ電気的接続している複数個の直列回路ＳＣ１～ＳＣ６と、を備えたものである。また、前記各直列回路ＳＣ１～ＳＣ６においては、誘電体３と、その誘電体３に対向して設けられる半導体チップを１個以上備えている半導体スイッチＳＷ１～ＳＷ６と、がそれぞれ直列接続されているものとする。そして、前記各半導体スイッチＳＷ１～ＳＷ６の半導体チップ４において、当該各半導体スイッチＳＷ１～ＳＷ６それぞれに割り当てて接続されたドライブ回路により、前記各直列回路ＳＣ１～ＳＣ６の電流が、それぞれオン状態またはオフ状態となるように切り替え制御される。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば高電圧・高周波数用のコンデンサとして適用可能な可変コンデンサに係るものである。

高電圧・高周波数用のコンデンサとして適用可能な可変コンデンサの一例としては、特許文献１に示すような可変型の真空コンデンサ（以下、単に従来コンデンサと適宜称する）が知られている。

この特許文献１の従来コンデンサは、真空容器（特許文献１中では符号１０）内に、同心円状で径の異なる複数の円筒状電極板を固定電極取付導体に同心状に取り付けて形成した固定電極（特許文献１中では符号１５）と、この固定電極の各円筒状電極板間に非接触状態で挿出入できるように径の異なる複数の円筒状電極板を可動電極取付導体に同心状に取り付けて形成した可動電極（特許文献１中では符号１６）と、該可動電極を前記真空容器の外部から円筒状電極板の軸線方向に移動させる可動リード（特許文献１中では符号１０）と、を備えている。

このような従来コンデンサによれば、可動リードを介して可動電極を適宜移動操作（特許文献１中では符号２３の操作部を手動またはモータで回転して移動）することにより、固定電極と可動電極との両者の対向面積が変化する。すなわち、当該両者間に生ずる静電容量（コンデンサ容量）を多様な値に変更することが可能となる。

特開平８－００８１４２号公報

従来コンデンサの静電容量を変更する場合、可動電極等を機械的（物理的）に移動させるため、当該変更に係る操作において、慣性による影響を受けることが考えられる。また、前記静電容量の変更時には、真空部分（真空容器）の体積が変化するため、当該変更に係る操作において、大気圧の影響も受けることが考えられる。

すなわち、従来コンデンサは、静電容量を機械的に変更する構成であり、当該変更に係る操作において所定のトルクおよび時間を要することとなる。これにより、例えば前記変更に係る操作において、高速化や高応答化等を図ることは、困難となることが考えられる。

本発明は、かかる技術的課題を鑑みてなされたものであって、静電容量の変更に係る操作性に貢献可能な技術を提供することにある。

この発明に係る可変型コンデンサは、前記の課題の解決に貢献できるものであり、その一態様は、互いに所定距離を隔てて位置する第１電極および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極の両者間をそれぞれ電気的接続し、当該両者間において並列接続されている複数個の直列回路と、を備え、前記各直列回路は、誘電体と、前記誘電体に対向して設けられる半導体チップを１個以上備えている半導体スイッチと、が直列接続されており、前記各半導体スイッチの半導体チップは、当該各半導体スイッチそれぞれに接続されたドライブ回路により、前記直列回路の電流がそれぞれオン状態またはオフ状態となるように切り替え制御されることを特徴とする。

また、前記各直列回路のうち少なくとも２個において、前記各半導体スイッチがオン状態の場合の静電容量は、それぞれ異なる値であることを特徴としても良い。

また、前記各直列回路のうち少なくとも２個において、半導体スイッチは、それぞれ異なる個数の半導体チップが備えられていることを特徴としても良い。

また、前記各直列回路のうち少なくとも２個において、半導体スイッチは、半導体チップにおける誘電体に対向している面による面積がそれぞれ異なることを特徴としても良い。

また、前記各直列回路のうち少なくとも２個において、それぞれ異なる誘電率の誘電体を有していることを特徴としても良い。

また、前記各直列回路のうち少なくとも２個において、誘電体は、当該誘電体における半導体チップに対向している方向の距離がそれぞれ異なることを特徴としても良い。

また、前記第１電極を２個備え、当該各第１電極が互いに所定距離を隔てて位置しており、前記各第１電極の間に前記第２電極が介在していることを特徴としても良い。

また、前記第１電極は、複数個の電極部に分離された構造であり、前記各半導体スイッチは、前記各電極部の何れかに接続されていることを特徴としても良い。

以上示したように本発明によれば、静電容量の変更に係る操作性に貢献することが可能となる。

実施例１による可変コンデンサ１０Ａを説明する概略構成図（（Ａ）は分離斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の側方から第１電極１および第２電極２の両者間を臨んだ概略図）。 半導体スイッチＳＷに備えられる半導体チップ４の一例を説明するための概略構成図（（Ａ）は半導体スイッチＳＷの回路図、（Ｂ）は逆阻止ＩＧＢＴからなる素子４ａ，４ｂの並列接続の一例を説明する回路図）。 素子４ａ，４ｂの並列接続の一例を説明する概略構成図。 直列回路ＳＣの一例を説明する概略構成図（（Ａ）は図１（Ａ）の側方から第１電極１および第２電極２の両者間を臨んだ概略図に相当、（Ｂ）は（Ａ）の等価回路図）。 可変コンデンサ１０Ａの一部の直列回路ＳＣ（４つの直列回路ＳＣ１～ＳＣ４）の等価回路図。 実施例２による可変コンデンサ１０Ｂを説明する概略構成図（図１（Ａ）の側方から第１電極１および第２電極２の両者間を臨んだ概略図に相当）。 実施例２による可変コンデンサ１０Ｂの他例を説明する概略構成図（図１（Ａ）の側方から第１電極１および第２電極２の両者間を臨んだ概略図に相当）。 素子４ａ，４ｂの並列接続の一例を説明する概略構成図。 実施例３による可変コンデンサ１０Ｃを説明する概略構成図（図１（Ａ）の側方から第１電極１および第２電極２の両者間を臨んだ概略図に相当）。 実施例４による可変コンデンサ１０Ｄを説明する概略構成図（図１（Ａ）の側方から第１電極１および第２電極２の両者間を臨んだ概略図に相当）。 実施例５による可変コンデンサ１０Ｅを説明する概略構成図（図１（Ａ）の側方から第１電極１および第２電極２の両者間を臨んだ概略図に相当）。 実施例６による可変コンデンサ１０Ｆを説明する概略構成図（図１（Ａ）の側方から第１電極１および第２電極２の両者間を臨んだ概略図に相当）。 実施例６による可変コンデンサ１０Ｇを説明する概略構成図（図１（Ａ）の側方から第１電極１および第２電極２の両者間を臨んだ概略図に相当）。

本発明の実施形態による可変コンデンサは、従来コンデンサのように可動電極等を機械的に移動させて静電容量を変更する構成とは、全く異なるものである。

すなわち、本実施形態の可変コンデンサは、互いに所定距離を隔てて位置する第１電極および第２電極と、前記第１電極および第２電極の両者間をそれぞれ電気的接続している複数個の直列回路と、を備えたものである。また、前記各直列回路においては、誘電体と、その誘電体に対し電気的対向して設けられる半導体チップを１個以上備えている半導体スイッチと、が直列接続されているものとする。そして、前記各半導体スイッチの半導体チップにおいて、当該各半導体スイッチそれぞれに接続されたドライブ回路により、前記各直列回路の電流がそれぞれオン状態またはオフ状態となるように切り替え制御（以下、単にオンオフ制御と適宜称する）される構成である。

このような構成によれば、当該各半導体スイッチそれぞれに接続されたドライブ回路により、当該各半導体スイッチの半導体チップをオンオフ制御して、静電容量（コンデンサ容量）を多様な値に変更することが可能となる。すなわち、本実施形態の可変コンデンサは、静電容量を電気的（デジタル的）に変更できる構成であり、従来コンデンサのような所定のトルクや時間を要することは無い。したがって、従来コンデンサと比較して、静電容量の変更に係る操作性（例えば静電容量の変更操作の高速化や高応答化等）に貢献できる可能性がある。

本実施形態の可変コンデンサは、前述のように静電容量を電気的に変更できる構成であれば良く、種々の分野（例えば、可変コンデンサ分野，半導体スイッチ分野，誘電体分野，ドライブ回路分野等）の技術常識を適宜適用し、必要に応じて先行技術文献等を適宜参照して設計変形することが可能であり、その一例として以下の実施例１～６が挙げられる。なお、以下の実施例１～６では、例えば重複する内容について同一符号を適用する等により、詳細な説明を適宜省略しているものとする。また、図中の誘電体においては、便宜上、濃淡による彩色を付している。

≪実施例１≫
図１～図５は、実施例１による可変コンデンサ１０Ａを説明するものである。この可変コンデンサ１０Ａは、それぞれ平板状で互いに所定距離を隔てて位置する第１電極１および第２電極２と、第１電極１および第２電極２の両者間に位置し当該第２電極２の一端面２ａに積層して設けられている平板状の誘電体３と、第１電極１および誘電体３の両者間において互いに距離を隔てて当該誘電体３の表面３ａに設置されている複数個の半導体スイッチＳＷ（図１（Ａ）では６個の半導体スイッチＳＷ１～ＳＷ６）と、を備えている。

＜半導体スイッチＳＷの構成例＞
各半導体スイッチＳＷにおいては、例えば逆阻止ＩＧＢＴやダイオード等の半導体素子を有してなる半導体チップ４を備え、この半導体チップ４により、半導体スイッチＳＷに流れる電流がオン状態またはオフ状態となるように切り替わる構成となっている。

この半導体チップ４は、種々の態様を適用することが可能であり、特に限定されるものではない。例えば、可変コンデンサ１０Ａが交流用途とする場合、半導体チップ４には双方向に電流（第１電極１側方向に流れる電流、および第２電極２側方向に流れる電流）が流れ得る。この場合には、図２に示す半導体チップ４のように、例えば逆阻止ＩＧＢＴからなる素子４ａ，４ｂを並列接続し、前記双方向の電流がオン状態またはオフ状態に切り替わるような構成とすることが挙げられる。

素子４ａ，４ｂの並列接続構成は、種々の態様を適用することが可能であり、その一例としては図３のように半導体チップ４を構成することが挙げられる。この図３の半導体チップ４においては、素子４ａ，４ｂと誘電体３との間に、第１接続線および第２接続線を内蔵（図示省略）する接続用基板４１が介在している。そして、素子ａのエミッタと素子ｂのコレクタが第１接続線により接続され、素子ａのコレクタと素子ｂのエミッタとが第２接続線により接続されている。さらに、第２接続線においては、第１電極１と同電位となるように、第１電極１と接続用基板４１との間で延在している接続配線（ワイヤ等）Ｗによって、接続されている。

半導体チップ４は、誘電体３との間に後述のコンデンサｃを形成できるように、当該誘電体３に対して対向するように設ける。例えば、図３のような半導体チップ４において、接続用基板４１の底面４０が端子等として機能し、誘電体３との間に後述のコンデンサｃを形成し得る場合には、その底面４０を誘電体３の表面３ａに接触させて設けることが挙げられる。この場合、底面４０は、誘電体３に対して対向している面（以下、単に対向面と適宜称する）となる。

このように半導体チップ４を設けることにより、各半導体スイッチＳＷにおいては、誘電体３に対して直列接続されて、図４（Ｂ）に示す等価回路のように第２電極２との間にコンデンサｃを形成（図５では各半導体スイッチＳＷ１～ＳＷ４においてコンデンサｃ１～ｃ４を形成）し、それぞれ直列回路ＳＣを構成（図１では半導体スイッチＳＷ１～ＳＷ６において直列回路ＳＣ１～ＳＣ６を構成）することとなる。すなわち、第１電極１および第２電極２の両者間において、複数個の直列回路ＳＣが並列接続された構成となる。

各直列回路ＳＣの半導体スイッチＳＷには、当該各直列回路ＳＣ毎に割り当てられたドライブ回路Ｄが、それぞれ接続（図１（Ｂ）では半導体スイッチＳＷ１～ＳＷ３それぞれにドライブ回路Ｄ１～Ｄ３が接続）されている。これにより、当該各半導体スイッチＳＷの半導体チップ４に対し、オンオフ制御するための制御信号をそれぞれ送信できるように構成されている。

このような構成によれば、各直列回路ＳＣのドライブ回路Ｄをそれぞれ適宜駆動することにより、当該各直列回路ＳＣの電流（図２の交流用途の場合は双方向の電流）を、それぞれオンオフ制御することが可能となる。

＜誘電体３の構成例＞
第１電極１および第２電極２の両者間（後述の実施例５では、更に第２電極２および第３電極５の両者間）の誘電体３においては、当該両者間を絶縁し、図４，図５に示すようなコンデンサｃを形成し得るものであれば、種々の態様を適用することが可能であり、その一例としてはセラミックス等の誘電体材料等を用いてなる誘電体３が挙げられる。

また、例えば図１に示す可変コンデンサ１０Ａの場合、各直列回路ＳＣにおいて１個の誘電体３を共有（後述の実施例３，４では共通誘電体３０を共有）した構成となっているが、当該各直列回路ＳＣ毎に個別の誘電体３を設けた構成にしても良い。

具体例としては、まず図１に示すような平板状の誘電体３を、各直列回路ＳＣの半導体スイッチＳＷに合わせた形状に加工（切断加工等）することにより、当該各直列回路ＳＣそれぞれの誘電体片（例えば図４（Ａ）に示すような形状の誘電体３）を形成する。そして、前記各誘電体片を第２電極２の一端面２ａに分散配置し、当該各誘電体片それぞれに半導体スイッチＳＷを設ける構成が挙げられる。

その他、例えば各直列回路ＳＣにおいて、半導体スイッチＳＷと第２電極２との両者間に真空状態の空隙部（図示省略）を形成し、この空隙部を誘電体３として代用、あるいは誘電体３と共に併用することも可能である。

＜可変コンデンサ１０Ａの静電容量＞
可変コンデンサ１０Ａの静電容量においては、下記式（１）を適用して算出することが可能である。なお、式（１）中のＣは可変コンデンサ１０Ａの静電容量（単位Ｆ）、εは誘電体３の誘電率（単位Ｆ／ｍ）、Ｓはオン状態になっている半導体スイッチＳＷにおける半導体チップ４の対向面による面積（電気的な面積；以下、単に電気的対向面積と適宜称する）の合計面積（単位ｍ²）、ｄは誘電体３における半導体チップ４に対向している方向（以下、単に対向方向と適宜称する）の距離（単位ｍ）とする。

Ｃ＝ε×Ｓ／ｄ ……（１）
例えば、各半導体スイッチＳＷにおける半導体チップ４の電気的対向面積がそれぞれＳｓｗ（単位ｍ）と仮定すると、３つの半導体スイッチＳＷ（例えば半導体スイッチＳＷ１～ＳＷ３）がオン状態の場合には、式（１）の合計面積Ｓは３Ｓｓｗとなる。

したがって、可変コンデンサ１０Ａにおいて、各直列回路ＳＣの半導体スイッチＳＷを選択的にオンオフ制御すれば、式（１）の合計面積Ｓを適宜変更することできる。すなわち、可変コンデンサ１０Ａの静電容量Ｃを多様な値に変更操作することが可能となる。

例えば、各直列回路ＳＣの半導体スイッチＳＷにおいて、電気的対向面積が同値（例えば、それぞれＳｓｗで同値）の場合には、各半導体スイッチＳＷのオンオフ制御による静電容量Ｃの変更幅（可変値）を、均等に配分することができる。

また、このような構成によれば、各半導体スイッチＳＷの全て（図１では半導体スイッチＳＷ１～ＳＷ６の全て）がオン状態の場合、誘電体３に対する電荷は、当該各半導体スイッチＳＷの全ての半導体チップ４の対向面を介して、均等に分配される。このように電荷を分配することにより、可変コンデンサ１０Ａの使用時において、誘電体３に起こり得る熱集中による温度上昇を、抑制し易くなる。

＜その他＞
各直列回路ＳＣにおいて、第１電極１および第２電極２（後述の実施例５では、更に第２電極２および第３電極５）に対する電気的接続は、種々の態様を適用することが可能であるが、浮遊容量を低減するように接続する必要がある。具体例としては、図１等に示すように、直列回路ＳＣの半導体スイッチＳＷ側と、第１電極１と、の両者を十分に離反させて配置（例えば間隙を設けるように配置）し、当該両者を接続配線Ｗにより接続することが挙げられる。

なお、半導体スイッチＳＷ等においても浮遊容量が存在し得るが、その浮遊容量が比較的小さいものであれば、適宜無視することが挙げられる。

以上、本実施例１の可変コンデンサ１０Ａのような構成によれば、当該可変コンデンサ１０Ａの静電容量を多様な値に電気的に変更できるため、従来コンデンサのような所定のトルクや時間を要することが無い。これにより、従来コンデンサと比較すると、静電容量の変更操作の高速化，高応答化等に貢献し易くなる。

≪実施例２≫
実施例１の可変コンデンサ１０Ａにおいて、各直列回路ＳＣにおける半導体スイッチＳＷに備えられた半導体チップ４の種類および個数が同等（電気的対向面積が同等）である場合、以下に示すことが言える。

すなわち、可変コンデンサ１０Ａにおいては、各直列回路ＳＣそれぞれの静電容量の変更幅が一定（各半導体スイッチＳＷによる静電容量の変更幅が一定）となる。

このため、可変コンデンサ１０Ａの変更可能な静電容量の種類は、直列回路ＳＣの個数に応じて決まる。例えば、図５に示す４つの直列回路ＳＣ１～ＳＣ４の各半導体スイッチＳＷ１～ＳＷ４の静電容量の変更幅を「１」と仮定すると、各々のドライブ回路Ｄにより当該各半導体スイッチＳＷ１～ＳＷ４をオンオフ制御する場合、変更可能な静電容量の種類は「０，１，２，３，４」の５種類である。図５の場合、半導体スイッチＳＷ３，ＳＷ４がオン制御されたように描写されており、静電容量は「２」となる。

これにより、可変コンデンサ１０Ａにおいて、例えば最大容量に対して約３％の精度で静電容量を設定する場合には、１００／３≒３２個の直列回路ＳＣ（半導体スイッチＳＷ）が必要となる。また、１個の半導体スイッチＳＷに１個のドライブ回路Ｄを割り当てると、３２個のドライブ回路Ｄが必要となる。

そこで、本実施例２では、各直列回路ＳＣの半導体スイッチＳＷにおいて、それぞれ異なる個数の半導体チップ４を備えたものを適用し、当該各直列回路ＳＣによる静電容量の変更幅を異なるものとした。そして、各直列回路ＳＣに割り当てられたドライブ回路Ｄにおいて、選択的にオンオフ制御することにより、変更可能な静電容量の種類を増加できるようにした。

図６～図８は、本実施例２による可変コンデンサ１０Ｂを説明するためのものである。この可変コンデンサ１０Ｂにおいて、各直列回路ＳＣの半導体スイッチＳＷは、それぞれ異なる個数の半導体チップ４を有した構成となっている。

各半導体スイッチＳＷが備える半導体チップ４の個数は、適宜設定することができ、その一例として図６，図７に示すように構成することが挙げられる。

図６の可変コンデンサ１０Ｂの場合、半導体スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３において、それぞれ１個，２個，４個の半導体チップ４が備えられている。すなわち、図６による可変コンデンサ１０Ｂにおいては、半導体スイッチＳＷがＮ個に対し、２^N－１個の半導体チップ４を有した構成となっている（Ｎは２以上の自然数。以下同様）。この場合、各半導体チップ４の種類および電気的対向面積が同等であると仮定すると、当該各半導体スイッチＳＷにおける電気的対向面積の大きさの比率は、１：２：４：……：（２^N-1－１）：（２^N－１）となる。

図７の可変コンデンサ１０Ｂの場合は、半導体スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３において、それぞれ１個，２個，３個の半導体チップ４が備えられている。この場合、各半導体チップ４の種類および電気的対向面積が同等であると仮定すると、当該半導体スイッチＳＷ１～ＳＷ３における電気的対向面積の大きさの比率は、１：２：３となる。

前記のように複数個の半導体チップ４を備えた半導体スイッチＳＷにおいて、各半導体チップ４の素子４ａ，４ｂの並列接続構成は、種々の態様を適用することが可能であり、その一例としては図８のように構成することが挙げられる。

図８の半導体スイッチＳＷの場合、各半導体チップ４の素子４ａ，４ｂと誘電体３との間において、図３と同様に第１接続線および第２接続線を内蔵（図示省略）した接続用基板４１が、介在している。そして、各半導体チップ４において、素子ａのエミッタと素子ｂのコレクタが第１接続線により接続され、素子ａのコレクタと素子ｂのエミッタとが第２接続線により接続されている。さらに、第２接続線においては、第１電極１と同電位となるように、第１電極１と接続用基板４１との間で延在している接続配線Ｗ（ワイヤ等）によって、接続されている。

ここで、図６の可変コンデンサ１０Ｂにおいて、各直列回路ＳＣ１～ＳＣ３に割り当てられたドライブ回路Ｄ１～Ｄ３は、表１に示すように選択的にオンオフ制御することが可能である。なお、可変コンデンサ１０Ｂの各半導体チップ４それぞれの静電容量の変更幅を「１」とする。

この表１によると、ドライブ回路Ｄ１～Ｄ３のオンオフ制御により変更可能な静電容量の種類は、「０，１，２，３，４，５，６，７」の８種類であることが読み取れる。すなわち、図６の可変コンデンサ１０Ｂは、直列回路ＳＣ（半導体スイッチＳＷ）がＮ個に対し、２^N種類の静電容量に変更できるものと言える。

例えば、最大容量に対して約３％の精度で静電容量を設定することを想定した場合、図６の可変コンデンサ１０Ｂによれば、５個の半導体スイッチＳＷを適宜選択的にオンオフ制御（５ビットで制御）することにより、３２種類の静電容量に変更できることとなる。すなわち、実施例１の可変コンデンサ１０Ａと比較して、ドライブ回路Ｄの個数を減少（３２個から５個に減少）できることが判る。

以上、本実施例２の可変コンデンサ１０Ｂのような構成によれば、実施例１と同様の作用効果を奏する他に、以下に示すことが言える。すなわち、実施例１と比較すると、少ないドライブ回路Ｄにて多種類の静電容量に変更することができ、可変コンデンサの小型化や高分解能化に貢献できる可能性がある。

なお、可変コンデンサ１０Ｂは、各直列回路ＳＣの全てにおいて、半導体スイッチＳＷにおける半導体チップ４の個数をそれぞれ異なるように設定する必要はなく、適宜設定しても良い。例えば、各直列回路ＳＣのうち少なくとも２個の半導体スイッチＳＷにおいて、それぞれ異なる個数の半導体チップ４が備えられていれば、ドライブ回路Ｄによって適宜選択的にオンオフ制御することにより、本実施例２と同様の作用効果を奏することが可能である。

≪実施例３≫
本実施例３では、各直列回路ＳＣの誘電体３において、それぞれ異なる誘電率となるように構成し、各直列回路ＳＣによる静電容量の変更幅を異なるものとした。そして、各直列回路ＳＣに割り当てられたドライブ回路Ｄにおいて、選択的にオンオフ制御することにより、変更可能な静電容量の種類を増加できるようにした。

図９は、本実施例３による可変コンデンサ１０Ｃを説明するためのものである。この可変コンデンサ１０Ｃの各直列回路ＳＣ（図９では３つの直列回路ＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３を描写）の誘電体３においては、当該各直列回路ＳＣが共有する共通誘電体３０と、それぞれ異なる誘電率の誘電体３１（図９中では、それぞれ異なる誘電率の誘電体３１ａ，３１ｂ，３１ｃ）と、を積層して構成されている。これにより、各直列回路ＳＣにおいては、それぞれ異なる誘電率の誘電体３を備えたような構成となっている。

この図９の可変コンデンサ１０Ｃの場合、例えば直列回路ＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３それぞれの静電容量の変更幅を「α」，「β」，「γ」とすると、ドライブ回路Ｄ１～Ｄ３のオンオフ制御により変更可能な静電容量の種類は、「０，α，β，γ，α＋β，α＋γ，β＋γ，α＋β＋γ」となり、図６の可変コンデンサ１０Ｂと同様に８種類となる。

以上、本実施例３の可変コンデンサ１０Ｃのような構成によれば、実施例２と同様の作用効果を奏する他に、以下に示すことが言える。すなわち、実施例２と比較すると、半導体スイッチＳＷの半導体チップ４の個数を抑制できるため、可変コンデンサの更なる小型化や低コスト化に貢献できる可能性がある。

なお、可変コンデンサ１０Ｃは、各直列回路ＳＣの全てにおいて、誘電体３の誘電率をそれぞれ異なるように設定する必要はなく、適宜設定しても良い。例えば、各直列回路ＳＣのうち少なくとも２個の直列回路ＳＣの誘電体３において、それぞれ異なる誘電率となるように設定すれば、ドライブ回路Ｄによって適宜選択的にオンオフ制御することにより、本実施例３と同様の作用効果を奏することが可能である。

≪実施例４≫
本実施例４では、各直列回路ＳＣの誘電体３において、実施例３と同様に、それぞれ異なる誘電率となるように構成し、各直列回路ＳＣによる静電容量の変更幅を異なるものとした。そして、各直列回路ＳＣに割り当てられたドライブ回路Ｄにおいて、選択的にオンオフ制御することにより、変更可能な静電容量の種類を増加できるようにした。

図１０は、本実施例４による可変コンデンサ１０Ｄを説明するためのものである。この可変コンデンサ１０Ｄの各直列回路ＳＣ（図１０では３つの直列回路ＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３を描写）の誘電体３においては、当該各直列回路ＳＣが共有する共通誘電体３０と、第２電極２の一端面２ａの面方向の大きさが異なる誘電体３２（図１０中では、それぞれ一端面２ａの面方向の大きさの異なる誘電体３２ａ，３２ｂ）と、を積層して階段状に構成されている。

各直列回路ＳＣの半導体スイッチＳＷにおいては、誘電体３の各階層の表面３ａ～３ｃの何れかに設けられている。これにより、各直列回路ＳＣにおいては、それぞれ誘電体３の対向方向の距離（第２電極２と半導体スイッチＳＷ（半導体チップ４）との間の距離）が異なっているような構成となっている。

この図１０の可変コンデンサ１０Ｄの場合においても、例えば直列回路ＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３それぞれの静電容量の変更幅を「α」，「β」，「γ」とすると、式（１）に従って、α≠β≠γとなる。さらに、ドライブ回路Ｄ１～Ｄ３のオンオフ制御により変更可能な静電容量の種類は、「０，α，β，γ，α＋β，α＋γ，β＋γ，α＋β＋γ」となり、図６の可変コンデンサ１０Ｂと同様に８種類となる。

以上、本実施例４の可変コンデンサ１０Ｄのような構成によれば、実施例３と同様の作用効果を奏する他に、以下に示すことが言える。すなわち、実施例３と比較すると、例えば誘電体３に適用する誘電体材料の種類を減少または統一することができ、更なる低コスト化に貢献できる可能性がある。

なお、可変コンデンサ１０Ｄは、各直列回路ＳＣの全ての誘電体３の対向方向の距離において、それぞれ異なるように設定する必要はなく、適宜設定しても良い。例えば、各直列回路ＳＣのうち少なくとも２個の直列回路ＳＣの誘電体３の対向方向の距離が、それぞれ異なるように設定された構成であれば、ドライブ回路Ｄによって適宜選択的にオンオフ制御することにより、本実施例４と同様の作用効果を奏することが可能である。

≪実施例５≫
図１１は、本実施例５による可変コンデンサ１０Ｅを示すものであって、互いに所定距離を隔てて位置する２個の第１電極１の間に第２電極２を介在させたことにより、より多くの直列回路ＳＣを構成できるようにしたものである。なお、以下の説明では、便宜上、２個の第１電極１のち一方を「第１電極１」とし、他方を「第３電極５」として適宜説明する。

この可変コンデンサ１０Ｅにおいては、第２電極２を挟んだ前記第１電極１の反対側において、当該第２電極２から所定距離を隔てた位置に、第３電極５が備えられている。

前記第２電極２および前記第３電極５の両者間においては、第１電極１および第２電極の両者間と同様に、当該第２電極２の他端面２ｂに平板状の誘電体３が積層して設けられ、この誘電体３に対し複数個の半導体スイッチＳＷ（図１１では３個の半導体スイッチＳＷ４～ＳＷ６が描写）が互いに距離を隔てて設置されている。

これにより、第２電極２および第３電極５の両者間においては、第１電極１および第２電極２の両者間と同様に、複数個の直列回路ＳＣ（図１１では直列回路ＳＣ４～ＳＣ６）が並列接続された構成となる。また、第１電極１および第３電極５の両者間においては、当該両者を電気的接続する導体５１が介在している。

以上、本実施例５の可変コンデンサ１０Ｅのような構成によれば、実施例１～４と同様の作用効果を奏する他に、以下に示すことが言える。すなわち、実施例１～４と比較すると、例えば第２電極２を有効に活用（図１１では、例えば第２電極２の一端面２ａおよび他端面２ｂを活用）して複数個の直列回路ＳＣを構成することができるため、更なる低コスト化や小型化に貢献できる可能性がある。

なお、図１１の可変コンデンサ１０Ｅでは、第１電極１および第２電極２の両者間と、第２電極２および第３電極５の両者間と、にそれぞれ同じ個数（図１１では、それぞれ３個）の直列回路ＳＣが構成されているが、当該個数はそれぞれ適宜設定することが可能であり、特に限定されるものではない。例えば、第１電極１および第２電極２の両者間と、第２電極２および第３電極５の両者間と、には、それぞれ１個以上の直列回路ＳＣが備えられていれば良い。

≪実施例６≫
実施例１～５の可変コンデンサ１０Ａ～１０Ｅの第１電極１（可変コンデンサ１０Ｅの場合は第１電極１および第３電極５）においては、各図に描写するような一体構造のものに限定されるものではなく、例えば図１２，図１３に示すように複数個の電極部１_SWに分離した分離構造を適用することも可能である。

図１２，図１３は、それぞれ本実施例６による可変コンデンサ１０Ｆ，１０Ｇを示すものであって、第１電極１において、複数個の電極部１_SW（図１２中では直列回路ＳＣ１～ＳＣ３に対応する電極部１_SW1～１_SW3を描写）を有した構成となっている。

可変コンデンサ１０Ｆ，１０Ｇの各電極部１_SWは、それぞれ各直列回路ＳＣの配列方向に分離して配置（図１２，図１３中では半導体スイッチＳＷに対向するように配置）され、当該直列回路ＳＣの半導体スイッチＳＷ側が接続配線Ｗによって接続されている。

各電極部１_SWは、例えば可変コンデンサ１０Ｆ（または１０Ｇ）の外周側に配置されている導体（共通導体等；図示省略）を介して電気的接続した構成であっても良い。

また、各電極部１_SWに対する半導体スイッチＳＷの接続個数は、特に限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。例えば、図１２の可変コンデンサ１０Ｆの電極部１_SWそれぞれには、単に１個の半導体スイッチＳＷが接続されているが、図１３の可変コンデンサ１０Ｇの電極部１_SW23のように複数個の半導体スイッチＳＷが接続（図１３中では半導体スイッチＳＷ２，ＳＷ３が接続）されても良い。すなわち、各直列回路ＳＣの半導体スイッチＳＷ側は、各電極部１_SWのうち何れかに接続されていれば良い。

以上、本実施例６の可変コンデンサ１０Ｆ，１０Ｇのような構成によれば、実施例１～５と同様の作用効果を奏する他に、以下に示すことが言える。すなわち、実施例１～５と比較すると、例えば第１電極１の設計の自由度が広くなったり、可変コンデンサ１０Ｆ，１０Ｇそれぞれの構成要素の組み付けが容易になり、更なる低コスト化や小型化に貢献できる可能性がある。

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変更等が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変更等が特許請求の範囲に属することは当然のことである。例えば、実施例１～６は、適宜組み合わせても良い。

１０Ａ～１０Ｇ…可変コンデンサ
１，２，５…第１，第２，第３電極
１_SW…電極部
３，３０，３１，３２…誘電体
４…半導体チップ
４ａ，４ｂ…半導体素子
５１…導体
ＳＷ…半導体スイッチ
ＳＣ…直列回路
Ｗ…接続配線
ｃ…コンデンサ

Claims (4)

1. 互いに所定距離を隔てて位置する第１電極および第２電極と、
   前記第１電極および前記第２電極の両者間をそれぞれ電気的接続し、当該両者間において並列接続されている複数個の直列回路と、
   を備え、
   前記各直列回路は、
   誘電体と、
   前記誘電体に対向して設けられる半導体チップを１個以上備えている半導体スイッチと、
   が直列接続されており、
   前記各半導体スイッチの半導体チップは、当該各半導体スイッチそれぞれに接続されたドライブ回路により、前記直列回路の電流がそれぞれオン状態またはオフ状態となるように切り替え制御されるものであり、
   前記各直列回路のうち少なくとも２個において、
   前記各半導体スイッチがオン状態の場合の静電容量は、それぞれ異なる値であり、
   半導体スイッチは、それぞれ異なる個数の半導体チップが備えられており、
   前記各半導体スイッチの半導体チップは、それぞれ同じ種類であって電気的対向面積が同等であることを特徴とする可変コンデンサ。
2. 互いに所定距離を隔てて位置する第１電極および第２電極と、
   前記第１電極および前記第２電極の両者間をそれぞれ電気的接続し、当該両者間において並列接続されている複数個の直列回路と、
   を備え、
   前記各直列回路は、
   誘電体と、
   前記誘電体に対向して設けられる半導体チップを１個以上備えている半導体スイッチと、
   が直列接続されており、
   前記各半導体スイッチの半導体チップは、当該各半導体スイッチそれぞれに接続されたドライブ回路により、前記直列回路の電流がそれぞれオン状態またはオフ状態となるように切り替え制御されるものであり、
   前記各直列回路のうち少なくとも２個において、
   前記各半導体スイッチがオン状態の場合の静電容量は、それぞれ異なる値であり、
   前記誘電体は、当該誘電体における半導体チップに対向している方向の距離がそれぞれ異なり、
   前記誘電体は、それぞれ前記両者間方向に交差する交差方向の大きさが異なる複数個の平板状誘電体を、当該両者間方向に積層して階段状に構成されており、
   前記各平板状誘電体は、前記両者間方向の厚さが同等であることを特徴とする可変コンデンサ。
3. 前記第１電極を２個備え、当該各第１電極が互いに所定距離を隔てて位置しており、
   前記各第１電極の間に前記第２電極が介在していることを特徴とする請求項１または２記載の可変コンデンサ。
4. 前記第１電極は、複数個の電極部に分離された構造であり、
   前記各半導体スイッチは、前記各電極部の何れかに接続されていることを特徴とする請求項１～３の何れかに記載の可変コンデンサ。

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