JP4101212B2 - 電源回路 - Google Patents

Description

本発明は、電池やコンデンサ等の蓄電素子に充電等を行う電源回路に関し、特に太陽電池等の発電素子から生じた発電電力によって前記蓄電素子の充電等を行う電源回路に関する。

近年、太陽電池を用いた太陽光発電、熱電素子を用いた熱発電、圧電素子を用いた圧力を利用した発電など、光等の外的エネルギーを受けて電気エネルギーを自ら創り出す発電素子を用いた電源装置や、その応用商品の実用化が進んできている。

しかしながら、一般的な発電素子１セルの発電電圧は０．５Ｖ以下と低いため、そのままの発電電圧でデジタルカメラ等の電気機器（電子機器）を動作させたり、ニッカド電池、ニッケル水素電池及びリチウム電池等の二次電池（蓄電池）を充電したりすることはできない。このため、発電素子を直列化して電圧を上げることが一般的に行われている。

図１２は、太陽電池セルの直列化を利用した電源回路の従来例である。図１２における電源回路は、直列に接続された太陽電池セル１０１、１０２及び１０３から成る太陽電池モジュールと、その直列接続された太陽電池セルからの出力電圧にて充電されるコンデンサ１０４と、コンデンサ１０４の出力電圧を自身の電源電圧としつつ、そのコンデンサ１０４の出力電圧を昇圧する昇圧回路１０５と、昇圧回路１０５の出力する昇圧電圧にて充電されるコンデンサ１０６と、から構成されている。

このように構成された電源回路においては、太陽電池セル１つ当たりの発電電圧が０．５Ｖであったとすると、直列接続された太陽電池セル１０１、１０２及び１０３の合計の発電電圧は１．５Ｖとなる。この１．５Ｖの電圧を電源電圧として昇圧回路１０５は動作し、コンデンサ１０６は１．５Ｖを昇圧した電圧（例えば５Ｖ）にて充電される。

しかし、図１２のように太陽電池セルを直列化すると、電気的な問題が生じる。ある太陽電池セルの何割かが影になると、太陽電池モジュール全体の何割かが影になったと同等の効果が生じ、出力が大幅に低下してしまうのである。たとえば、太陽電池セル１０１、１０２及び１０３のうち、１つの太陽電池セル１０２の一割が影に覆われたとすると、太陽電池セル１０１、１０２及び１０３から構成される太陽電池モジュール全体の一割が影に覆われたと同じ効果が生じるのである。この問題は、直列接続する太陽電池セルの数が増加すればするほど顕著になる。このように、直列接続された太陽電池は影に弱い。この現象を避けるためには、太陽電池と並列にバイパスダイオードを挿入しなければならない。

上記のような直列化の抱える問題を解決する手段として、太陽電池セルを全て並列接続する方法が考えられる。この場合、発電電力は各太陽電池セルの発電量の合計値に略等しくなり、直列接続の「影に弱い」という問題を解決することはできるが、出力電圧が０．５Ｖ程度と低くなるため、電気機器の電源や二次電子の充電源としては電圧が低過ぎて利用できない。また、昇圧回路１０５等の公知の昇圧回路は、動作開始に０．７Ｖ以上の電源電圧が必要なため、太陽電池セルを並列接続した太陽電池モジュールの出力電圧では、昇圧回路を動作させることができず、昇圧を行うことができない。

このような、直列接続を用いないことによる問題を解決する手法として、図１３に示す電源回路が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。図１３に示す電源回路は、直列に接続された太陽電池セル１０１、１０２及び１０３から成る太陽電池モジュールと、その直列接続された太陽電池セルからの出力電圧にて充電されるコンデンサ１０４と、直列接続されておらず、出力電圧が０．５Ｖ程度の太陽電池セル１０７と、太陽電池セル１０７にて充電されるコンデンサ１０８と、コンデンサ１０４の出力電圧を自身の電源電圧としつつ、コンデンサ１０８の出力電圧を昇圧する昇圧回路１０５と、昇圧回路１０５の出力する昇圧電圧にて充電されるコンデンサ１０６と、から構成されている。

昇圧対象である直列接続されていない太陽電池セル１０７や、直列接続された太陽電池セル１０１等に光が照射すると、夫々に起電力が生じる。これら太陽電池セルの１つあたりの出力電圧は、最大で０．５Ｖ強である。昇圧回路１０５は、直列接続された太陽電池セル１０１、１０２及び１０３からの出力電圧を電源電圧としているため、起動及び昇圧動作が可能である。

特開２００３−２０４０７２号公報

上述したように、太陽電池を直列接続する手法は、比較的大きな出力電圧を得ることができ、その出力電圧にて昇圧回路を駆動したり、電気機器の電源や二次電子の充電源として利用したりすることができるというメリットがあるが、影による影響が大きく、影によって大幅に出力が低下するため、蓄電の高効率化が困難というデメリットがある。

他方、太陽電池を並列接続にする手法は、直列接続に比べて影による影響が少なく、高効率の蓄電が可能となるというメリットがあるが、出力電圧が０．５Ｖ程度と低くなるため、電気機器の電源や二次電子の充電源としては電圧が低過ぎて利用できず、また、昇圧回路を起動・動作させることができないというデメリットがある。

また、上記図１３に示す電源回路においては、太陽電池セル１０７からの出力電圧は０．５Ｖ程度と低いため、昇圧回路がないと、電気機器の電源や二次電子の充電源としては利用できない。図１３のように昇圧回路を設けて昇圧するためには、別途電源電圧用に直列接続された太陽電池セル１０１、１０２及び１０３が必要となり、コストアップを招いてしまう。

太陽電池セル１０１、１０２及び１０３は、昇圧回路１０５の消費電力を賄うだけで足りるので、１〜３．３平方センチメートル程度の小さな素子を用いることができるが、それらの太陽電池セルと太陽電池セル１０７の種類や大きさを変えると、かえってコストアップを招きうるし、そのような小さな素子を太陽電池セル１０１、１０２及び１０３に用いた場合、小さな影ができただけで太陽電池セル１０１、１０２及び１０３の大部分が影に覆われることがあり、これによって昇圧回路１０５が停止してしまうという問題がある。

本発明は、上記の点に鑑み、発電素子から必要に応じて高い出力電圧を得ることができるとともに、高効率の蓄電が可能となる電源回路を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る電源回路は、ｎ個（ｎは２以上の整数）の発電素子から成り、ユニット出力電圧を出力する発電ユニットと、少なくとも２つの発電素子の接続方法を直列接続と並列接続との何れかに切換え可能な切換手段と、前記切換手段による前記接続方法の切換えを制御する制御手段と、前記ユニット出力電圧を昇圧して昇圧電圧を第１蓄電手段に出力する昇圧手段と、を備え、前記昇圧手段の電源電圧は、前記第１蓄電手段から供給され、前記昇圧手段に供給される電源電圧の大きさが前記昇圧手段の最低動作電圧の大きさより小さく前記昇圧手段が動作していないとき、前記接続方法は直列接続となっているとともに、前記ユニット出力電圧が前記第１蓄電手段に一時的に供給されることを特徴とする。

これにより、例えば発電素子の発電電圧が低く並列接続では必要な出力電圧を負荷側に供給できない時だけ発電素子を直列接続し、発電素子の発電電圧が高くなったら並列接続に切換えるといった、使用状況に応じた最適な発電素子の利用が可能となる。

例えば、通常は並列接続として並列接続による「高効率の蓄電が可能」というメリットを享受し、比較的大きなユニット出力電圧が必要なときだけ直列接続として直列接続によるメリット（比較的高い出力電圧を得ることができる等）を享受するといった使用が可能となる。

また、前記ユニット出力電圧を昇圧して昇圧電圧を第１蓄電手段に出力する昇圧手段を設け、前記昇圧手段の電源電圧が前記第１蓄電手段から供給されるようにすることにより、発電素子による発電電圧の大きさが小さくても、任意に大きな電圧（発電電圧の大きさより大きい電圧）を得ることができる。また、昇圧電圧にて充電される第１蓄電手段の出力電圧を電源電圧として昇圧手段を駆動するようにしているため、昇圧手段を駆動するための電源を別途用意する必要がなく、ユニット出力電圧が昇圧手段を駆動できないほど低い場合でも、昇圧手段を動作させることができる。

また、前記昇圧手段に供給される電源電圧の大きさが前記昇圧手段の最低動作電圧の大きさより小さく前記昇圧手段が動作していないとき、前記接続方法を直列接続とするとともに、前記ユニット出力電圧を前記第１蓄電手段に一時的に供給することにより、昇圧手段の起動用の電源等は不要となる。また、昇圧手段の起動時等において、前記接続方法を直列接続とした前記ユニット出力電圧が第１蓄電手段に一時的に供給され、一時的に前記ユニット出力電圧により第１蓄電手段が充電されるため、昇圧手段のより確実なる起動が実現される。前記接続方法が直列接続である時のユニット出力電圧の大きさの方が、並列接続のそれよりも大きいため、昇圧手段の起動時においては前記接続方法を直列接続とした方が第１蓄電手段の出力電圧が大きくなり、昇圧手段の起動を実現しやすいからである。

また、例えば、前記制御手段に供給される電源電圧の大きさが前記制御手段の最低動作電圧の大きさより小さく前記制御手段が動作していないとき、前記接続方法は直列接続となるようにしてもよい。

これにより、電源回路の起動時等、制御手段が動作していないときは、発電素子は直列接続される。発電素子の個々の発電電圧の大きさは小さいことが多く、起動時等において発電素子が並列接続されていると、ユニット出力電圧により充電された第１蓄電手段の出力電圧を昇圧手段等に電源電圧として供給しても昇圧手段等を起動できない恐れがある。しかしながら、上記構成によれば電源回路の起動時において、発電素子は直列接続されているため、並列接続におけるものよりも大きなユニット出力電圧が得ることができる。従って、そのユニット出力電圧を昇圧手段や制御手段に電源電圧として供給することで昇圧手段や制御手段を確実に起動させることが可能となる。

また、例えば、前記第１蓄電手段の出力電圧の大きさが所定の閾値以上であるとき、前記接続方法は前記制御手段により並列接続とされるようにしてもよい。

昇圧手段が動作していない時は、昇圧電圧（昇圧電圧のみによって充電された第１蓄電手段の出力電圧）にて昇圧手段を駆動することができない。そこで、例えば昇圧手段の起動時には、比較的高い電圧を供給できる前記接続方法が直列接続のユニット出力電圧を電源電圧として昇圧手段に供給し、昇圧手段を起動させることが考えられる。しかしながら、高効率の蓄電実現の観点からは前記接続方法を並列接続とした方が好ましい。

そこで、第１蓄電手段の出力電圧の大きさが、例えば昇圧手段の最低動作電圧（昇圧手段がユニット出力電圧を昇圧して昇圧電圧を出力するという昇圧動作を行うために必要な電源電圧の大きさの下限）以上となって昇圧手段が起動した後は、前記接続方法を並列接続とする。これにより、前記接続方法が並列接続であることによるメリットを享受でき、高効率の蓄電が可能となる。

また、昇圧手段の起動時において、前記接続方法を直列接続としつつ、ユニット出力電圧が第１蓄電手段に一時的に供給される構成を採用した場合、ユニット出力電圧により充電される第１蓄電手段の出力電圧の大きさが昇圧手段の電源電圧端子に対する絶対最大定格電圧の大きさを超えると、昇圧手段の破損または劣化を招く。そこで、例えば、第１蓄電手段の出力電圧が前記絶対最大定格電圧の大きさに達したとき、前記接続方法を直列接続から並列接続に切換える。これにより、第１蓄電手段の出力電圧の更なる増大は抑えられ、昇圧手段の過電圧保護が図られることになる。

また、例えば、前記接続方法が直列接続である場合の前記ユニット出力電圧の大きさが所定の閾値以上となったとき、前記接続方法は前記制御手段により直列接続から並列接続に切換えられるようにしてもよい。

前記接続方法を直列接続とすることによって比較的大きなユニット出力電圧を得ることができ、そのユニット出力電圧をもって昇圧手段や制御手段を起動させる等、利用価値は高い。しかしながら、その起動等が完了した後は、高効率の蓄電実現の観点から、前記接続方法を並列接続に切換えることが望ましい。

そこで、例えば、前記接続方法が直列接続である場合の前記ユニット出力電圧の大きさが昇圧手段の最低動作電圧や制御手段の最低動作電圧（制御手段が正常に動作するために必要な電源電圧の大きさの下限）以上となったとき、前記接続方法を前記制御手段により直列接続から並列接続に切換える。これにより、昇圧手段や制御手段の確実なる起動を確保しつつ、高効率の蓄電が実現される。

また、昇圧手段や制御手段の起動時において、前記接続方法を直列接続としつつ、ユニット出力電圧を昇圧手段等の電源電圧として一時的に供給する構成を採用した場合、ユニット出力電圧の大きさが昇圧手段等の電源電圧端子に対する絶対最大定格電圧の大きさを超えると、昇圧手段等の破損または劣化を招く。そこで、例えば、ユニット出力電圧の大きさが前記絶対最大定格電圧の大きさに達したとき、前記接続方法を直列接続から並列接続に切換える。これにより、ユニット出力電圧が低下して昇圧手段等の過電圧保護が図られることになる。

また、例えば、前記切換手段は、前記ｎ個の発電素子のうちの、ｍ個（ｍ＜ｎ）の発電素子の接続方法を切換えるものであり、前記ｍ個の発電素子を除いた（ｎ−ｍ）個の各発電素子は、前記ｍ個の発電素子の夫々と互いに並列接続されているようにしてもよい。

ｎ個の発電素子の全てを対象として、接続方法を切換え可能なようにすると、必然的に切換えるためのスイッチ手段が増大し、スイッチ手段における電力損失の増大等を招く。しかし、上記のように構成すれば、電力損失の軽減され、スイッチ手段の削減に起因にて電源回路の小型化及び低コストが図れる。

また、例えば、前記昇圧手段の出力側に、スイッチ手段を介して第１蓄電手段より容量の大きい第２蓄電手段を第１蓄電手段と並列に接続し、第１蓄電手段への充電時において第１蓄電手段に充電された電圧の大きさが所定の閾値より小さいときは、前記スイッチ手段を遮断して前記第２蓄電手段への充電を禁止するようにしてもよい。

第１蓄電手段に充電された電圧の大きさが、例えば昇圧手段の最低動作電圧の大きさより小さいとき、大容量の第２蓄電手段への充電は禁止され、小容量の第１蓄電手段のみに充電が行われる。従って、第１蓄電手段の出力電圧を昇圧手段の電源電圧として供給する構成とすれば、発電素子の発電電力が僅かでも、短時間で昇圧手段が起動し、ひいては電源回路全体が起動する。

上述した通り、本発明に係る電源回路によれば、発電素子から必要に応じて高い出力電圧を得ることができるとともに、高効率の蓄電が可能となる。

＜＜第１実施形態＞＞
以下、本発明を電源回路に適用した第１実施形態につき、図面を参照して説明する。図１は、第１実施形態の電源回路の回路構成図である。

図１おける電源回路は、発電素子１及び２、スイッチ３及び４、ダイオード５及び６、蓄電素子（蓄電手段）としてのコンデンサ７、制御部８、並びに電源９から概略構成されている。

（図１；構成の説明）
まず、図１における電源回路の構成について説明する。発電素子１の高電圧側はダイオード５のアノードに接続され、低電圧側はスイッチ３の一端及びスイッチ４の一端に共通接続されている。発電素子２の高電圧側はダイオード６のアノード及びスイッチ４の他端に共通接続され、低電圧側はスイッチ３の他端及びコンデンサ７の陰極（低電圧側）に共通接続されている。ダイオード５のカソードとダイオード６のカソードは、共にコンデンサ７の陽極（高電圧側）に接続されており、コンデンサ７の両極（両端）間には負荷１０が接続されている。制御部８は、スイッチ３及び４の夫々に、夫々のスイッチを独立してオン／オフするための制御信号を与えている。電源９は、接地を基準として電源電圧Ｖｃｃ１を制御部８に供給している。

発電素子１及び２は、光等の外的エネルギーを受けて電気エネルギーを自ら創り出す発電素子である。具体的には、光を受けて電気エネルギーを発生する太陽電池、熱電効果により電気エネルギーを発生する熱電素子、圧電効果により電気エネルギーを発生する圧電素子（歪みを発生させると電圧を生じる素子）などであり、単位セルで構成されていてもいいし、単位セルを複数個直列接続したモジュールや単位セルを複数個並列接続したモジュールであっても構わない。以下の説明は、発電素子１及び２が、太陽電池から成るものとして更に具体的に説明する。

発電素子１及び２は夫々、出力電圧が０．５Ｖ程度の太陽電池単位セル、単位セルを複数個並列接続した太陽電池モジュール、または単位セルを複数個直列接続した太陽電池モジュールである。太陽電池としては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、化合物半導体を用いたものなど、一般に広く普及しているものが使用できる。尚、本実施例の電源回路は、２つの発電素子を備えているが、３つ以上にしても構わないし、異なる種類の発電素子や特性の異なる発電素子を組み合わせて電源回路を構成しても構わない。

スイッチ３及び４は、例えば、手動でオン／オフを切換えるスイッチや各種リレースイッチ、バイポーラトランジスタなどであり、制御部８からの制御信号を受けてスイッチ両端間を導通または遮断（オープン）するものである。スイッチ３及び４は、後述するように２つの発電素子１及び２の接続方法を直列接続か並列接続の何れかに切換え可能な切換手段として機能するものであり、本実施形態の電源回路においては発電素子（発電素子１及び２）の数が２つであることに対応して、スイッチの数は最低限の２つとしている。しかしながら、制御部８の切換え制御の方式等に応じて３つ以上のスイッチを設けるようにしてもよいし、発電素子の数が３以上である場合は、それに応じてスイッチの数を増やしてもよい。

ダイオード５及び６は、例えば、整流用シリコンダイオードや順方向電圧の低いショットキーバリアダイオードなどであり、コンデンサ７の陽極の電圧が蓄電手段１及び２の高電圧側の電圧の夫々より高い場合に、電流が逆流するのを防止するための逆流防止手段として機能する。尚、説明の簡略化のため、ダイオード５及び６での電圧降下は無視して以下の説明を行う。

コンデンサ７は、例えば、電解コンデンサ、電気二重層コンデンサなどであり、各種電池を採用しても構わない。また、種類や特性の異なるコンデンサを組み合わせてコンデンサ７を構成しても構わない。

（図１；動作の説明）
次に、上記のように構成される電源回路の動作について説明する。図１の電源回路は、発電素子１及び２の接続方法が直列接続となる直列モードと、発電素子１及び２の接続方法が並列接続となる並列モードとの２つのモードで動作可能となっており、制御部８がスイッチ３及び４のオン／オフを制御することにより、モードの選択がなされる。

直列モードで動作させる場合は、スイッチ３、４を、夫々オフ（遮断）、オン（導通）とする。コンデンサ７の両端には、発電素子１及び２の夫々が発電した電圧の和が印加され、コンデンサ７への充電が行われる。一方、並列モードで動作させる場合は、スイッチ３、４を、夫々オン（導通）、オフ（遮断）とする。コンデンサ７の両端には発電素子１及び２の夫々が発電した電圧がそのまま印加され、コンデンサ７への充電が行われる。

コンデンサ７の両端電圧をユニット出力電圧Ｖｕと定義した場合、２つの発電素子１及び２は、選択されたモードに応じてユニット出力電圧Ｖｕを出力する発電ユニットを構成する。

発電素子１及び２が１つ当たり３Ｖの電圧を出力する場合、負荷１０に６Ｖの電圧を供給すべき時は直列モードを選択すればよく、負荷１０の状態が変化して負荷１０に供給すべき電圧が３Ｖになった場合には並列モードを選択すればよい。

また、発電素子１及び２の発電電圧（出力電圧）は、発電源となるエネルギー（太陽電池の場合なら太陽エネルギー）量によって大きく変化するのが一般的である。従って、負荷１０へ供給すべき電圧が常に２Ｖ以上必要な場合、発電素子１つ当たりの発電電圧が２Ｖ未満の時には直列モードを選択して負荷１０への電圧を２Ｖ以上に維持し、発電素子１つ当たりの発電電圧が２Ｖ以上になったら並列モードを選択するといった事も可能である。この場合は、負荷１０の両端電圧を検出して検出結果を制御部８に与える電圧検出部（不図示）を設け、その結果結果に応じて制御部８がモードの選択を行えばよい。

このように、従来例では直列接続（図１２参照）または並列接続に固定されていた発電素子の接続方法を可変としたことで、使用状況に応じた最適な発電素子の利用が可能となる。

例えば、発電素子１及び２が太陽電池から成る場合、直列モードを選択すれば、比較的大きな出力電圧を得ることができ、その出力電圧にて昇圧回路を駆動したり、電気機器の電源や二次電子の充電源として利用したりすることができるというメリットがあるが、影による影響が大きく、影によって大幅に出力が低下するため、高効率の蓄電が困難であるというデメリットがある。

他方、並列モードを選択すれば、直列接続に比べて影による影響が少なく、高効率の蓄電が可能になるというメリットがあるが、出力電圧が０．５Ｖ程度（太陽電池単位セルの場合）と低くなるため、電気機器の電源や二次電子の充電源としては電圧が低過ぎて利用できず、また、昇圧回路を動作させることができないというデメリットがある。

図１における電源回路では、このような直列接続と並列接続のメリット、デメリットを考慮し、使用状況に応じた直列モードと並列モードを選択することが可能となる。例えば、通常は並列モードを選択して「高効率の蓄電が可能」というメリットを享受し、比較的大きなユニット出力電圧が必要なときだけ直列モードを選択して、「昇圧回路が駆動可能」等のメリットを享受するといった使用が有効である。

（図２；図１の変形）
また、図１における電源回路を図２のように変形してもよい。図２が図１と異なる点は、図１におけるスイッチ３、４が、夫々Ｎチャンネル（Ｎ形半導体）のＭＯＳトランジスタ（絶縁ゲート型の電界効果トランジスタ）３ａ、Ｐチャンネル（Ｐ形半導体）のＭＯＳトランジスタ４ａに置換されている点であり、他の点では一致しているため、一致している点の動作及び接続関係の説明を省略する。

即ち、発電素子１の低電圧側をＭＯＳトランジスタ３ａのドレインと、ＭＯＳトランジスタ４ａのドレインに共通接続し、発電素子２の高電圧側をＭＯＳトランジスタ４ａのソースとダイオード６のアノードに共通接続し、発電素子２の低電圧側をＭＯＳトランジスタ３ａのソースとコンデンサ７の陰極に共通接続する。そして、制御部８がＭＯＳトランジスタ３ａと４ａの夫々のゲートに制御信号を供給するのである。

このようにスイッチ３及び４としてＭＯＳトランジスタを用いれば、バイポーラトランジスタで必要なベース電流が不要であり、オン抵抗も小さくしやすいので効率の良い電源回路を構成することができる。また、ＭＯＳトランジスタ３ａ、４ａ及び制御部８は同一プロセスで作製することが可能であり、これらを全て１つのチップに収めることも可能であるため、機械式のスイッチ等を使用した場合と比べて、格段に小型化及び低コスト化を実現することができる。また、機械的な磨耗がないので長寿命も期待できる。

＜＜第２実施形態＞＞
次に、本発明を電源回路に適用した第２実施形態につき、図面を参照して説明する。図３は、第２実施形態の電源回路の回路構成図である。図３において、図１と同様の部分には同一の符号を付しており、その動作及び接続関係は図１のおけるものと同様であるため、それらの詳細な説明を省略する。

図３の電源回路においては、コンデンサ７の両端が昇圧回路１１に接続されており、昇圧回路は、ユニット出力電圧Ｖｕ（例えば、１Ｖ）を任意の昇圧電圧（例えば、５Ｖ）に昇圧して、蓄電素子（蓄電手段）としてのコンデンサ１２に出力する。昇圧回路１１は、コイルを使用した昇圧チョッパ型レギュレータであってもよいし、コンデンサを使用したチャージポンプ方式であってもよい。昇圧回路１１の回路構成や動作原理は周知の技術であるため、説明を省略する。また、電源１３は、昇圧回路１１に電源電圧Ｖｃｃ２を供給している。

コンデンサ１２は、例えば、電解コンデンサ、電気二重層コンデンサなどであり、各種電池を採用しても構わない。また、種類や特性の異なるコンデンサを組み合わせてコンデンサ１２を構成しても構わない。

例えば、発電素子１及び２として、夫々の発電電圧が光量により０．２〜０．５Ｖの範囲で変化する太陽電池単位セルを採用し、昇圧回路１１がユニット出力電圧Ｖｕを５Ｖに昇圧するものである場合を考える。制御部８が直列モードを選択した場合は、ユニット出力電圧Ｖｕは０．４〜１Ｖになり、昇圧回路１１はこのユニット出力電圧Ｖｕを昇圧対象として昇圧し、昇圧電圧５Ｖにてコンデンサ１２を充電する。これにより、コンデンサ１２の出力電圧Ｖｏ（この電圧Ｖｏは、本電源回路の出力電圧に等しい）は昇圧電圧の５Ｖと等しくなる。同様に、制御部８が並列モードを選択した場合は、ユニット出力電圧Ｖｕは０．２〜０．５Ｖになり、昇圧回路１１はこのユニット出力電圧を昇圧対象として昇圧し、昇圧電圧５Ｖにてコンデンサ１２を充電する。これにより、コンデンサ１２の出力電圧Ｖｏは昇圧電圧の５Ｖと等しくなる。

本実施形態における電源回路によれば、発電素子１及び２による発電電圧が低くても、任意の高い電圧（発電電圧より高い電圧）をコンデンサ１２に蓄電することが可能となる。発電素子１及び２の接続方法は並列接続、直列接続の何れか都合の良いほうを選択することができる。

＜＜第３実施形態＞＞
次に、本発明を電源回路に適用した第３実施形態につき、図面を参照して説明する。図４は、第３実施形態の電源回路の回路構成図である。図４において、図３と同様の部分には同一の符号を付しており、その動作及び接続関係は図３のおけるものと同様であるため、それらの詳細な説明を省略する。

図４における電源回路においては、昇圧回路１１の昇圧電圧（コンデンサ１２の出力電圧Ｖｏに等しい）が制御部８及び昇圧回路１１の夫々の電源電圧として供給されている。従って、電源９及び電源１３（図３参照）が不要となる。また、直接ユニット出力電圧Ｖｕを昇圧回路１１等に電源電圧として供給している訳ではないので、発電素子１及び２による発電電圧が制御部８や昇圧回路１１を駆動できないほど低い場合でも、制御部８や昇圧回路１１は動作可能となる。

また、アノード、カソードを夫々コンデンサ７の陽極、コンデンサ１２の陽極に接続したダイオード１４が設けられている。つまり、昇圧回路１１に供給される電源電圧が昇圧回路１１の最低動作電圧（昇圧回路１１が入力電圧を昇圧するという昇圧動作を行うために必要な電源電圧の下限）より低く昇圧回路１１が動作していない場合等において、ユニット出力電圧Ｖｕがダイオード１４を介して一時的にコンデンサ１２に供給され、制御部８及び昇圧回路１１の夫々の電源電圧として用いられる。これにより、昇圧回路１１の起動用の電源を別途用意する必要もない。

また、図５に示す如く、制御部８に供給されている電源電圧（即ち、コンデンサ１２の出力電圧Ｖｏ）が制御部８の最低動作電圧（制御部８が正常に動作するために必要な動作電圧の下限）より低く、制御部８が動作していない（正常に動作していない）とき、スイッチ３はオフ、スイッチ４はオンとなって発電素子１及び２は直列接続されるように構成されている。

これを実現するには、スイッチ３として制御信号がロウレベルでオフとなるスイッチ、スイッチ４として制御信号がロウレベルでオンとなるスイッチを採用すればよい。制御部８が動作していないとき、スイッチ３及び４に供給される制御信号は双方ロウレベルとなっているからである。また、スイッチ４としてＭＯＳトランジスタを採用する場合、ゲート電圧がロウレベルのときにドレイン−ソース間を導通させるため、ゲート−ソース間に電位がなくてもドレイン−ソース間が導通するデプレッション形のＭＯＳトランジスタを採用するようにするとよい。

発電素子１等の個々の発電電圧は低いことが多く、起動時等において発電素子１及び２が並列接続されていると、ユニット出力電圧Ｖｕを昇圧回路１１の電源電圧としてダイオード１４を介して供給しても昇圧回路１１等を起動できない場合も多い。例えば、発電素子１及び２の発電電圧が０．５Ｖの場合、最低動作電圧が０．７Ｖの昇圧回路１１を起動させることができない。

しかし、本実施形態においては、制御部８に供給される電源電圧が制御部８の最低動作電圧より小さく、制御部８が動作していないとき、発電素子１及び２の接続方法は直列接続となっているため、起動時等において、並列接続におけるものよりも大きなユニット出力電圧Ｖｕが得ることができ、昇圧回路１１や制御部８をより確実に起動させることができる。例えば、発電素子１及び２の発電電圧が０．５Ｖの場合、ユニット出力電圧Ｖｕ＝１．０Ｖを、ダイオード１４を介して最低動作電圧が０．７Ｖの昇圧回路１１に電源電圧として供給することで、昇圧回路１１を起動させることができる（但し、ダイオード１４における電圧降下を無視）。

また、制御部８の電源電圧が、制御部８の最低動作電圧以上となっている場合には、制御部８はスイッチ３及び４を制御する動作を行うことが可能となっているため、制御部８は必要に応じて発電素子１及び発電素子２の接続方法を切換える。

尚、ダイオード１４を設ける代わりに、コンデンサ１２と並列に電池等の電源（不図示）を接続し、制御部８及び昇圧回路１１の起動時にコンデンサ１２の出力電圧Ｖｏを制御部８及び昇圧回路１１の夫々の最低動作電圧以上に保持する手法を採用してもよい。

(図６；接続の切換え動作)
次に、制御部８による発電素子１及び２の接続方法の切換え制御について、図６を用いて更に詳細に説明する。図６において、曲線Ｌ１はユニット出力電圧Ｖｕの電圧波形を表わしており、曲線Ｌ２はコンデンサ１２の出力電圧Ｖｏの電圧波形を表わしている。また、以下の説明においては、制御部８及び昇圧回路１１の最低動作電圧は、双方０．７Ｖであるとし、説明の簡略化のためダイオード１４における電圧降下は無視する。

タイミングｔ０では、ユニット出力電圧Ｖｕ及び出力電圧Ｖｏが共に０Ｖであり、制御部８及び昇圧回路１１が共に動作していない状態である。タイミングｔ１において、太陽電池から成る発電素子１及び２の夫々に光が照射されて夫々の発電電圧が０Ｖから上昇し、タイミングｔ２において、ユニット出力電圧Ｖｕが制御部８及び昇圧回路１１の最低動作電圧である０．７Ｖに達したとする。

タイミングｔ０〜タイミングｔ２直前までの期間は、ユニット出力電圧Ｖｕが０．７Ｖ未満であるため、制御部８は動作しておらず、図５に示すように発電素子１及び２の接続方法は直列接続となっているとともに、ユニット出力電圧Ｖｕと出力電圧Ｖｏは一致している（ダイオード１４における電圧降下を無視しているため）。

タイミングｔ２において、出力電圧Ｖｏが０．７Ｖに達すると、昇圧回路１１は昇圧動作を開始し始めるため、出力電圧Ｖｏが上昇し始める。タイミングｔ３において出力電圧Ｖｏが閾値電圧Ｖｔｈ１（Ｖｔｈ１＞０．７Ｖ）に達すると、制御部８は発電素子１及び２の接続方法をこれまでの直列接続から並列接続に切換える。これにより、ユニット出力電圧Ｖｕは低下することになる（例えば、０．８Ｖから半分の０．４Ｖに低下）。タイミングｔ３の後、出力電圧Ｖｏは、昇圧回路１１にて設定された電圧で安定化（例えば５Ｖ）される。また、発電電圧１及び２が発電する電力量が、出力電圧Ｖｏの安定化を維持できないほど低下してくると、出力電圧Ｖｏも低下し、タイミングｔ４において出力電圧Ｖｏが閾値電圧Ｖｔｈ１を下回ると、発電素子１及び２の接続方法は制御部８によって並列接続から直列接続に切換えられる。

尚、図６の動作を実現するために、出力電圧Ｖｏの電圧値を検出して、その検出結果を制御部８に与える電圧検出部（不図示）を設けるようにするとよい。

背景技術においても述べたように、発電素子１及び２が並列接続で固定されていると、高効率の蓄電が可能となるというメリットがあるものの、ユニット出力電圧Ｖｕが低くなる（例えば０．５Ｖ程度）ため、その電圧をもって昇圧回路１１を起動させることができないというデメリットがある。一方、発電素子１及び２を直列接続で固定すると、ユニット出力電圧Ｖｕが高くなる（例えば１Ｖ程度）ため、その電圧をもって昇圧回路１１を起動させることができるというメリットがあるものの、蓄電の高効率化が困難というデメリットがある。

ところが、本実施形態に係る電源回路においては、起動時であるタイミングｔ０〜ｔ２の期間、即ち、昇圧回路１１に供給される電源電圧が昇圧回路１１の最低動作電圧より低く昇圧回路１１が動作していない期間は、発電素子１及び２の接続方法が直列接続となっているとともに、ユニット出力電圧Ｖｕがダイオード１４を介して制御部８及び昇圧回路１１の夫々の電源電圧として一時的に供給される。直列接続によるユニット出力電圧Ｖｕは、並列接続におけるそれより高いため、より確実に昇圧回路１１を起動させることができる。つまり、本実施形態に係る電源回路は、ユニット出力電圧が低くて昇圧回路を起動させることができないという並列接続によるデメリットが存在しないといえる（逆に言えば、直列接続のメリットを享受している）。

そして、制御部８及び昇圧回路１１を動作させるのに十分な電圧以上に出力電圧Ｖｏが到達すると（図６におけるタイミングｔ３以降）、換言すれば、昇圧回路１１の昇圧電圧が予め定めた閾値電圧Ｖｔｈ１以上になると、発電素子１及び２の接続方法は並列接続とされる。これにより、発電素子１及び２が並列接続であることのメリットを享受することができる。一度この並列接続の状態になると、発電素子１及び２の大部分が影に覆われて発電素子１及び２の夫々の発電電圧が低くなっても（例えば、０．２Ｖ）、昇圧回路１１は動作を継続することができる。つまり、光量によらず常に高効率の蓄電（コンデンサ１２への蓄電）が可能となる。

また、この閾値電圧Ｖｔｈ１を昇圧回路１１の最低動作電圧（０．７Ｖ）と同じとすると、発電素子１及び２が並列接続であることのメリットを最大限に享受することができ、より高効率の蓄電が実現される。

更にまた、制御部８及び昇圧回路１１に対する過電圧保護の観点から、閾値電圧Ｖｔｈ１を制御部８及び昇圧回路１１の夫々の電源電圧の絶対最大定格電圧以下に設定してもよい。発電素子１及び２の接続方法が直列接続であると、ユニット出力電圧Ｖｕは比較的高い電圧となり、その電圧が制御部８や昇圧回路１１の夫々の絶対最大定格電圧を超えると、制御部８や昇圧回路１１の破損または劣化を招く。しかし、閾値電圧Ｖｔｈ１を制御部８及び昇圧回路１１の夫々の電源電圧の絶対最大定格電圧以下に設定しておけば、発電素子１及び２の接続方法が直列接続である場合におけるユニット出力電圧Ｖｕが、上記絶対最大定格電圧を超えてしまう前に、直列接続が並列接続に切換えられるため、制御部８及び昇圧回路１１の過電圧保護が図られる。

（直列→並列の切換え変形例）
また、出力電圧Ｖｏが閾値電圧Ｖｔｈ１（Ｖｔｈ１＞０．７Ｖ）に達するという条件が成立した場合に、制御部８が発電素子１及び２の接続方法をこれまでの直列接続から並列接続に切換えると説明した（図６のタイミングｔ３参照）が、これに代えて、発電素子１及び２の接続方法が直列接続である場合のユニット出力電圧Ｖｕが閾値電圧Ｖｔｈ２（Ｖｔｈ２＞０．７Ｖ）に達するという条件が成立した場合に、制御部８が発電素子１及び２の接続方法をこれまでの直列接続から並列接続に切換えるというように変形してもよい（図６のタイミングｔ３参照）。

このように変形しても、変形しない実施形態と同様に、確実に昇圧回路１１を起動させつつ、発電素子１及び２が並列接続であることのメリットを享受することができるし、閾値電圧Ｖｔｈ２を制御部８及び昇圧回路１１の夫々の電源電圧の絶対最大定格電圧以下に設定すれば、制御部８及び昇圧回路１１の過電圧保護が図られる。

また、この閾値電圧Ｖｔｈ２を昇圧回路１１の最低動作電圧（０．７Ｖ）と同じとすると（但し、ダイオード１４の電圧降下が０Ｖであるという条件下）、発電素子１及び２が並列接続であることのメリットを最大限に享受することができ、より高効率の蓄電が実現される。

尚、上記変形例の動作を実現するために、ユニット出力電圧Ｖｕの電圧値を検出して、その検出結果を制御部８に与える電圧検出部（不図示）を設けるようにするとよい。

＜＜第４実施形態＞＞
次に、本発明を電源回路に適用した第４実施形態につき、図面を参照して説明する。図７は、第４実施形態の電源回路の回路構成図である。図７において、図４と同様の部分には同一の符号を付しており、その動作及び接続関係は図４のおけるものと同様であるため、それらの詳細な説明を省略する。

図７における電源回路が、図４における電源回路と相違する点のみを説明する。図７における電源回路では、発電素子２１及び２２、並びにダイオード２３及び２４が新たに設けられている。発電素子２１及び２２は、発電素子１及び２と同様のものであり、ダイオード２３及び２４は、ダイオード５及び６と同様のものである。

発電素子２１の高電圧側、発電素子２２の高電圧側は、夫々ダイオード２３のアノード、ダイオード２４のアノードに接続され、発電素子２１の低電圧側、発電素子２２の低電圧側は、コンデンサ７の陰極に共通接続されている。また、ダイオード２３及び２４のカソードはコンデンサ７の陽極に共通接続されている。

発電素子１及び２は、スイッチ３及び４を用いて接続方法を直列接続と並列接続とに切換え可能となっているが、発電素子２１及び２２は、発電素子１及び２の夫々と互いに並列接続となるように固定されている。

上記のように構成される電源回路の電力損失について考察する。例えば、スイッチ３及び４としてＭＯＳトランジスタを用い、そのＭＯＳトランジスタのドレイン−ソース間のオン抵抗を１Ω（オーム）、発電素子１つ当たりの発電電流を０．３Ａとすると、スイッチ１つにつき、１Ω×０．３Ａ×０．３Ａ＝０．０９Ｗの電力損失が発生する。従って、仮に発電素子１、２、２１及び２２の接続方法を直列接続と並列接続とに切換えるためのスイッチを設け（即ち、発電素子２の低電圧側とコンデンサ７の陰極の間、発電素子２１の低電圧側とコンデンサ７の陰極の間、発電素子２の低電圧側と発電素子２１の高電圧側の間、発電素子２１の低電圧側と発電素子２２の高電圧側の間、の夫々にスイッチを設け）、それらを並列接続とすると、スイッチ３つ分の電力損失０．０９Ｗ×３＝０．２７Ｗが発生することになる。

一方、図７の電源回路においては、４つの発電素子の内、２つの発電素子の接続方法を切換えるように構成しているので、スイッチにおける電力損失がスイッチ１つ分の０．０９Ｗに抑えられ、大幅な高効率化が図られる。また、スイッチの数を削減できるため、電源回路の小型化及び低コスト化にも寄与する。

尚、スイッチを用いて幾つの発電素子の接続方法を切換え可能とするかは、使用状況や用途に応じて適宜決定すればよい。例えば、切換え可能とする発電素子の個数を、直列接続した時のユニット出力電圧Ｖｕが昇圧回路１１の最低動作電圧を確保できる最低限の数（例えば２つ）にしてもいいし、その最低限の数より多い数（例えば３つ）にしてもよい。切換え可能とする発電素子の個数を前記最低限の数より多い数にした場合、スイッチでの電力損失が増大することになるが、直列接続とした時のユニット出力電圧Ｖｕがより高くなるため、個々の発電素子の発電電圧がより低くても昇圧回路１１を起動させることができる。

＜＜第５実施形態＞＞
次に、本発明を電源回路に適用した第５実施形態につき、図面を参照して説明する。図８は、第５実施形態の電源回路の回路構成図である。

図７において、図４と同様の部分には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。即ち、発電素子１及び２、スイッチ３及び４、制御部８並びにコンデンサ１２は、図４におけるものと同じであり、制御部８がスイッチ３及び４の夫々のオン／オフを制御して、発電素子１及び２の接続方法を直列接続または並列接続に切換える動作も、図４におけるものと同じである。

発電素子１の高電圧側から出力される発電電圧は、昇圧回路３１に昇圧対象として供給されており、昇圧回路３１は、その発電電圧を昇圧して昇圧電圧を出力する。昇圧回路３１の出力はダイオード３３のアノードに接続されている。発電素子２の高電圧側から出力される発電電圧は、昇圧回路３２に昇圧対象として供給されており、昇圧回路３２は、その発電電圧を昇圧して昇圧電圧を出力する。昇圧回路３２の出力はダイオード３４のアノードに接続されている。ダイオード３３及びダイオード３４のカソードは、コンデンサ１２の陽極に共通接続されており、コンデンサ１２の陰極は、発電素子２の低電圧側及びスイッチ３を介して発電素子１の低電圧側に夫々接続されている。また、コンデンサ１２の陽極は、昇圧回路３１、３２及び制御部８の夫々の電源電圧端子に接続されており、コンデンサ１２の出力電圧Ｖｏが昇圧回路３１、３２及び制御部８の夫々に、夫々の電源電圧として供給されている。

昇圧回路３１及び３２は、図４における昇圧回路１１と同様のものであり、ダイオード３３及び３４は、図４におけるダイオード５及び６と同様のものである。

本実施形態では、上記のように発電素子ごとに昇圧回路が設けられており、発電素子１の発電電圧を昇圧対象として昇圧回路３１が昇圧電圧を出力すると共に、発電素子２の発電電圧を昇圧対象として昇圧回路３２が昇圧電圧を出力し、夫々の昇圧電圧はダイオード３３、３４を夫々介してコンデンサ１２に与えられ、コンデンサ１２を充電する。尚、昇圧回路３１及び３２並びに制御部８の夫々の電源電圧は、出力電圧Ｖｏから供給されているが、発電素子１の高電圧側の電圧や外部の電源（不図示）から供給するようにしても構わない。

図４の電源回路との比較において、並列モードの図８の電源回路の効率について考察する。以下の考察において、発電素子１及び２は、夫々の発電電圧が光量に応じて０．２〜０．５Ｖで変動する太陽電池（単一セル）とし、昇圧回路３１及び３２並びに昇圧回路１１（図４）は、夫々の昇圧対象を昇圧して安定化された昇圧電圧５Ｖを出力するものとする。

今、発電素子１が受光する光量が多く発電素子１の発電電圧が０．５Ｖであり、発電素子２が受光する光量が少なく発電素子２の発電電圧が０．２Ｖであるとすると、発電素子２の発電電圧（０．２Ｖ）が発電素子１の発電電圧（０．５Ｖ）よりも低いため、図４の電源回路では、並列モードにおいて発電素子２の発電電圧にてコンデンサ７を充電できない。つまり、発電素子２の発電電力が無駄になってしまう。このため、コンデンサ１２への蓄電に寄与するのは、発電素子１だけになってしまう。

一方、図８の電源回路では、昇圧回路３１が発電素子１の発電電圧（０．５Ｖ）を５Ｖに昇圧し、その昇圧電圧によりコンデンサ１２を充電すると共に、昇圧回路３２が発電素子２の発電電圧（０．２Ｖ）を５Ｖに昇圧し、その昇圧電圧によりコンデンサ１２を充電する。つまり、発電素子１及び２の発電電圧の相違に拘らず、全ての発電素子がコンデンサ１２の蓄電に寄与するため、発電した電力が最大限に活用された高効率の蓄電が実現される。

＜＜第６実施形態＞＞
次に、本発明を電源回路に適用した第６実施形態につき、図面を参照して説明する。図９は、第６実施形態の電源回路の回路構成図である。

図９において、図８と同様の部分には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。即ち、発電素子１及び２、スイッチ３及び４、昇圧回路３１及び３２、並びにダイオード３３及び３４は、図８におけるものと同一であり、それらの接続関係も図８と同様であるため、説明を省略する。

ダイオード３３及び３４のカソードは共通接続されて、スイッチ４３の一端及びスイッチ４４の一端に夫々接続されている。コンデンサ４１の陽極はスイッチ４３の他端に接続され、陰極は発電素子２の低電圧側及びコンデンサ４２の陰極に共通接続されている。コンデンサ４２の陽極はスイッチ４４の他端に接続されている。また、コンデンサ４１の出力電圧Ｖｏ１（コンデンサ４１の陽極の電圧であり、コンデンサ４１に充電された電圧である）が、昇圧回路３１、３２及び制御部４５に、夫々の電源電圧として供給されている。また、発電素子１の出力側にダイオード４６のカソードが接続されると共に、ダイオード４６のアノードがコンデンサ４１の陽極に接続されており、昇圧回路３１等の起動時にはダイオード４６を介して発電素子１等から電源電圧が供給されるようになっている。

制御部４５は、スイッチ３及び４だけでなく、スイッチ４３及び４４の夫々にも、オン／オフを制御するための制御信号を供給するものであり、スイッチ３及び４の夫々のオン／オフを制御して、発電素子１及び２の接続方法を直列接続または並列接続に切換える制御については、図４及び図８における制御部８と同様である。また、コンデンサ４１の容量（静電容量）＜コンデンサ４２の容量（静電容量）が成立しており、コンデンサ４１の容量は比較的小さく、コンデンサ４２の容量は比較的大きい。

また、制御部４５に供給されている電源電圧が制御部４５の最低動作電圧（制御部４５が正常に動作するために必要な動作電圧の下限）より小さく、制御部４５が動作していない（正常に動作していない）とき、スイッチ４３はオン、スイッチ４４はオフとなっている。

これを実現するには、スイッチ４３として制御信号がロウレベルでオンとなるスイッチ、スイッチ４４として制御信号がロウレベルでオフとなるスイッチを採用すればよい。制御部４５が動作していないとき、スイッチ４３及び４４に供給される制御信号は双方ロウレベルとなっているからである。また、スイッチ４３としてＭＯＳトランジスタを採用する場合、ゲート電圧がロウレベルのときにドレイン−ソース間を導通させるため、ゲート−ソース間に電位がなくてもドレイン−ソース間が導通するデプレッション形のＭＯＳトランジスタを採用するようにするとよい。

尚、コンデンサ４１や４２は、例えば、電解コンデンサ、電気二重層コンデンサなどであり、各種電池を採用しても構わない。また、種類や特性の異なるコンデンサを組み合わせてコンデンサ４１や４２を構成しても構わない。

このように構成される電源回路の動作について、図１０を用いて説明する。タイミングｔ５においては、コンデンサ４１の出力電圧Ｖｏ１及びコンデンサ４２の出力電圧Ｖｏ２（コンデンサ４２の陽極の電圧であり、コンデンサ４２に充電された電圧である）が共に０Ｖであり、昇圧回路３１、３２及び制御部４５は何れも動作していない。従って、スイッチ４３がオン、スイッチ４４がオフとなっている。

タイミングｔ６において、太陽電池から成る発電素子１及び２の夫々に光が照射されて夫々の発電電圧が０Ｖから上昇し、コンデンサ１２がダイオード４６を介して充電されると共に、発電素子１及び２の直列接続による合計の発電電圧が昇圧回路３１、３２及び制御部４５の電源電圧端子に供給されるようになる。そして、合計の発電電圧がそれらの最低動作電圧に達すると昇圧回路３１、３２及び制御部４５が起動する。

その後、昇圧回路３１及び３２が夫々に出力する昇圧電圧により出力電圧Ｖｏ１が上昇し、タイミングｔ７において、小容量のコンデンサ４１の出力電圧Ｖｏ１が予め定めた閾値電圧Ｖｔｈ３（閾値電圧Ｖｔｈ３は、昇圧回路３１、３２及び制御部４５の夫々の最低動作電圧より高い）に達すると、制御部４５はスイッチ４３をオフ、スイッチ４４をオンに切換える。これにより、昇圧回路３１、３２及び制御部４５の夫々に電源電源の供給が維持されながらも、発電素子１及び２で発電された電力が大容量のコンデンサ４２に充電される。

昇圧回路３１等による電力消費により出力電圧Ｖｏ１が下降して、タイミングｔ８にて、出力電圧Ｖｏ１が予め定めた閾値電圧Ｖｔｈ４（閾値電圧Ｖｔｈ４は、昇圧回路３１、３２及び制御部４５の夫々の最低動作電圧より高い）に達すると、制御部４５はスイッチ４３をオン、スイッチ４４をオフに切換えて、小容量のコンデンサ４１が再び充電される状態にする。そして、タイミング９にて、出力電圧Ｖｏ１が閾値電圧Ｖｔｈ３に達すると、制御部４５はスイッチ４３をオフ、スイッチ４４をオンに切換える。以後は、タイミングｔ７〜ｔ９の動作が繰り返されることになる。

上記のように、昇圧回路３１及び３２の夫々の出力側に、スイッチ４３を介して小容量のコンデンサ４１（第１蓄電手段）を接続するとともに、スイッチ４４（スイッチ手段）を介して大容量のコンデンサ４２（第２蓄電手段）をコンデンサ４１と並列に接続し、コンデンサ４１の充電時において、コンデンサ４１に充電された電圧が閾値電圧Ｖｔｈ３より低いときは（タイミングｔ６〜ｔ７の期間は）、スイッチ４４をオフとして大容量のコンデンサ４２への充電を禁止し、小容量のコンデンサ４１のみを充電する。コンデンサ４１は小容量であるため、発電素子１及び２による発電電力が僅かであっても、コンデンサ４１の出力電圧Ｖｏ１、即ち、昇圧回路３１、３２及び制御部４５の夫々の電源電圧が短時間で立ち上がり、電源回路全体の動作を速やかに開始するができる。

また、図９の電源回路が負荷（不図示）に出力する電圧はコンデンサ４２の出力電圧Ｖｏ２に相当しているが、コンデンサ４２は大容量であるため、一時的に発電電力が少なくなった場合でも負荷（不図示）には安定した電圧が供給可能である。

尚、タイミングｔ７において、スイッチ４３及び４４の両方を同時にオンすると、小容量のコンデンサ４１に蓄積された電荷が大容量のコンデンサ４２に一気に流出してしまって、コンデンサ４１の出力電圧Ｖｏ１が大きく低下し、電源回路全体の動作が停止してしまう恐れがある。これを避けるために、タイミングｔ７においては、スイッチ４３をオフとした上でスイッチ４４をオンしている。

また、本実施形態の動作を実現するために、出力電圧Ｖｏ１の電圧値を検出して、その検出結果を制御部８に与える電圧検出部（不図示）を設けるようにするとよい。また、本実施形態は、上述してきた他の実施形態と自由に組み合わせることができる。例えば、本実施形態を図４の回路構成に適用すれば、図１１のような回路構成となる。

図１１において、図４及び図９におけるものと同一のものは同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。図１１では、昇圧回路１１の昇圧電圧が出力される端子が、スイッチ４３の一端及びスイッチ４４の一端に共通接続されている。スイッチ４３の他端はコンデンサ４１の陽極に接続され、スイッチ４４の他端はコンデンサ４２の陽極に接続されている。コンデンサ４１及び４２の陰極は共通接続されて、昇圧回路１１の低電圧側の出力端子に接続されている。即ち、昇圧回路１１が出力する昇圧電圧は、スイッチ４３を介してコンデンサ４１に供給されると共に、スイッチ４４を介してコンデンサ４２に供給される。また、コンデンサ４１の出力電圧Ｖｏ１が昇圧回路１１及び制御部４５の夫々に電源電圧として供給されており、出力電圧Ｖｏ１がユニット出力電圧Ｖｕより低い場合は、ダイオード４６を介してユニット出力電圧Ｖｕによりコンデンサ４１が充電される。そして、制御部４５は、図９及び図１０に示すものと同様に、出力電圧Ｖｏ１に応じてスイッチ４３及び４４のオン／オフを制御する。

＜＜その他、変形等＞＞
また、上述した全ての実施形態は、矛盾の生じない限り相互に組み合わせてもよい。また、ユニット出力電圧Ｖｕが正である場合を例示したが、回路構成を変形して負となるようにしてもよい。また、出力電圧Ｖｏ、Ｖｏ１、Ｖｏ２が正である場合を例示したが、回路構成を変形して負となるようにしてもよい。

本発明は、電池やコンデンサに代表される蓄電素子を効率よく充電する電源回路として好適である。また、本発明は、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話、パーソナルコンピュータ、太陽光発電装置等、電源回路を備えた様々な電気機器（電子機器）に好適である

本発明の第１実施形態に係る電源回路の回路図である。 図１における電源回路の変形例である。 本発明の第２実施形態に係る電源回路の回路図である。 本発明の第３実施形態に係る電源回路の回路図である。 図４のスイッチの状態を説明するための図である。 図４のスイッチの状態を説明するための図である。 本発明の第４実施形態に係る電源回路の回路図である。 本発明の第５実施形態に係る電源回路の回路図である。 本発明の第６実施形態に係る電源回路の回路図である。 図１０のコンデンサの充電状態を説明するための図である。 第６実施形態と第３実施形態とを組み合わせた電源回路の回路図である。 従来の電源回路の回路図である。 従来の電源回路の回路図である。

符号の説明

１、２、２１、２２ 発電素子
３、４ スイッチ（切換手段）
３ａ、４ａ ＭＯＳトランジスタ
５、６、２３、２４、３３、３４ ダイオード
７ コンデンサ
８、４５ 制御部（制御手段）
９、１３ 電源
１０ 負荷
１１、３１、３２ 昇圧回路（昇圧手段）
１４ ダイオード
１２ コンデンサ（第１蓄電手段）
４１ コンデンサ（第１蓄電手段）
４２ コンデンサ（第２蓄電手段）
４３ スイッチ
４４ スイッチ（スイッチ手段）

Claims (7)

1. ｎ個（ｎは２以上の整数）の発電素子から成り、ユニット出力電圧を出力する発電ユニットと、
   少なくとも２つの発電素子の接続方法を直列接続と並列接続との何れかに切換え可能な切換手段と、
   前記切換手段による前記接続方法の切換えを制御する制御手段と、
   前記ユニット出力電圧を昇圧して昇圧電圧を第１蓄電手段に出力する昇圧手段と、を備え、
   前記昇圧手段の電源電圧は、前記第１蓄電手段から供給され、
   前記昇圧手段に供給される電源電圧の大きさが前記昇圧手段の最低動作電圧の大きさより小さく前記昇圧手段が動作していないとき、前記接続方法は直列接続となっているとともに、前記ユニット出力電圧が前記第１蓄電手段に一時的に供給される
   ことを特徴とする電源回路。
2. 前記制御手段に供給される電源電圧の大きさが前記制御手段の最低動作電圧の大きさより小さく前記制御手段が動作していないとき、前記接続方法は直列接続となる
   ことを特徴とする請求項１に記載の電源回路。
3. 前記第１蓄電手段の出力電圧の大きさが所定の閾値以上であるとき、前記接続方法は前記制御手段により並列接続とされる
   ことを特徴とする請求項１に記載の電源回路。
4. 前記接続方法が直列接続である場合の前記ユニット出力電圧の大きさが所定の閾値以上となったとき、前記接続方法は前記制御手段により直列接続から並列接続に切換えられる
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源回路。
5. 前記切換手段は、前記ｎ個の発電素子のうちの、ｍ個（ｍ＜ｎ）の発電素子の接続方法を切換えるものであり、前記ｍ個の発電素子を除いた（ｎ−ｍ）個の各発電素子は、前記ｍ個の発電素子の夫々と互いに並列接続されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電源回路。
6. 前記昇圧手段の出力側に、スイッチ手段を介して第１蓄電手段より容量の大きい第２蓄電手段を第１蓄電手段と並列に接続し、
   第１蓄電手段への充電時において第１蓄電手段に充電された電圧の大きさが所定の閾値より小さいときは、前記スイッチ手段を遮断して前記第２蓄電手段への充電を禁止する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電源回路。
7. 請求項１〜請求項６の何れかに記載の電源回路を備えた
   ことを特徴とする電気機器。

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