JP6770412B2 - 電源装置 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、電源装置に関する。
従来、発電された電荷を蓄電し、蓄電された電荷を負荷に流すことによって、負荷を動作させる技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
図５は、従来の電源装置１００の機能構成の一例を示す図である。この電源装置１００は、発電素子１０と、コンデンサ２０と、ダイオード１１０と、電圧検出回路３０と、タイマー回路ＴＭと、論理積回路ＡＮＤと、スイッチＳＷと、電圧制御回路ＶＲとを備える。
電源装置１００は、発電素子１０が発電した電力を、負荷ＬＤの端子Ｔ８に供給する。発電素子１０が端子Ｔ１から出力する発電電力は、配線Ｌ１を流れる電流Ｉ１及び配線Ｌ２を流れる電流Ｉ２としてコンデンサ２０に供給される。コンデンサ２０は、発電素子１０によって発電された電荷を蓄積する。コンデンサ２０に蓄電された蓄電電力は、電流Ｉ１１として電圧制御回路ＶＲに供給される。コンデンサ２０は、配線Ｌ３を介して接地される。ダイオード１１０は、発電素子１０が発電しない時にコンデンサ２０からの電流の逆流を防止する。タイマー回路ＴＭは、負荷ＬＤに電力を供給する間欠動作を時間によって制御する。論理積回路ＡＮＤは、電圧検出回路３０の端子Ｔ３からの出力とタイマー回路ＴＭからの出力との論理積を出力する。スイッチＳＷは、論理積回路ＡＮＤの出力によってオンオフされる。電圧制御回路ＶＲは、負荷ＬＤに供給される電圧を制御する。
電源装置１００は、発電素子１０が発電した電力を、負荷ＬＤの端子Ｔ８に供給する。発電素子１０が端子Ｔ１から出力する発電電力は、配線Ｌ１を流れる電流Ｉ１及び配線Ｌ２を流れる電流Ｉ２としてコンデンサ２０に供給される。コンデンサ２０は、発電素子１０によって発電された電荷を蓄積する。コンデンサ２０に蓄電された蓄電電力は、電流Ｉ１１として電圧制御回路ＶＲに供給される。コンデンサ２０は、配線Ｌ３を介して接地される。ダイオード１１０は、発電素子１０が発電しない時にコンデンサ２０からの電流の逆流を防止する。タイマー回路ＴＭは、負荷ＬＤに電力を供給する間欠動作を時間によって制御する。論理積回路ＡＮＤは、電圧検出回路３０の端子Ｔ３からの出力とタイマー回路ＴＭからの出力との論理積を出力する。スイッチＳＷは、論理積回路ＡＮＤの出力によってオンオフされる。電圧制御回路ＶＲは、負荷ＬＤに供給される電圧を制御する。
図５に示す例では、電圧検出回路３０が、端子Ｔ２（電圧検出端子）において、コンデンサ２０の充電電圧を検出する。充電電圧が、負荷ＬＤを動作できる電圧以上であって、タイマー回路ＴＭからの出力がある時に、スイッチＳＷがオンされる。スイッチＳＷがオンされることによって、コンデンサ２０の蓄電電力は、電圧制御回路ＶＲを介して負荷ＬＤに電流Ｉ７として供給される。
ところで、図５に示す例では、コンデンサ２０の蓄電電力によって負荷ＬＤを動作させると、コンデンサ２０の充電電圧が低下する。コンデンサ２０の充電電圧が、負荷ＬＤの最低動作電圧より低くなると、負荷ＬＤは動作できなくなる。つまり、コンデンサ２０の充電電圧が、負荷ＬＤの最低動作電圧以上の場合にのみ、負荷ＬＤは動作することができる。
すなわち、図５に示す例では、コンデンサ２０の充電電圧が負荷ＬＤの最低動作電圧未満になった場合にコンデンサ２０に蓄電されている電力を、負荷ＬＤの動作に用いることができない。つまり、上述の場合にコンデンサ２０に蓄電されている電力は、無駄になってしまう。
そのため、図５に示す例では、無駄に蓄電される電力の分、コンデンサ２０が無駄に体積を占有することになり、電源装置１００の全体が大型化してしまう。また、コンデンサ２０を大きくした場合には、コンデンサ２０の放電後、負荷ＬＤを動作できるまでコンデンサ２０を充電する期間が長くなってしまう。
ところで、図５に示す例では、コンデンサ２０の蓄電電力によって負荷ＬＤを動作させると、コンデンサ２０の充電電圧が低下する。コンデンサ２０の充電電圧が、負荷ＬＤの最低動作電圧より低くなると、負荷ＬＤは動作できなくなる。つまり、コンデンサ２０の充電電圧が、負荷ＬＤの最低動作電圧以上の場合にのみ、負荷ＬＤは動作することができる。
すなわち、図５に示す例では、コンデンサ２０の充電電圧が負荷ＬＤの最低動作電圧未満になった場合にコンデンサ２０に蓄電されている電力を、負荷ＬＤの動作に用いることができない。つまり、上述の場合にコンデンサ２０に蓄電されている電力は、無駄になってしまう。
そのため、図５に示す例では、無駄に蓄電される電力の分、コンデンサ２０が無駄に体積を占有することになり、電源装置１００の全体が大型化してしまう。また、コンデンサ２０を大きくした場合には、コンデンサ２０の放電後、負荷ＬＤを動作できるまでコンデンサ２０を充電する期間が長くなってしまう。
上述のような従来技術では、蓄電電力の電圧が、負荷を動作させるために必要な電圧より低くなった場合に、蓄電電力を利用できなくなり、蓄電電力が無駄になってしまうという問題があった。
本発明は、蓄電電力をより多く利用可能な電源装置を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態は、発電素子の発電電力を蓄電する蓄電部と、前記蓄電部から供給される蓄電電力から、当該蓄電電力の電圧よりも電圧が高い昇圧電力を生成し、生成した前記昇圧電力を負荷に供給する昇圧部と、前記蓄電部の蓄電電圧が上昇して前記昇圧部の最低動作電圧以上の電圧になると、前記昇圧部の昇圧動作を許可する昇圧動作許可信号を前記昇圧部に出力する電圧検出部と、を備え、前記昇圧部は、前記電圧検出部から前記昇圧動作許可信号が出力されると、前記蓄電部から供給される前記蓄電電力によって昇圧動作を開始するとともに、当該昇圧動作によって生成される前記昇圧電力を動作電源として動作する電源装置である。
また、本発明の一実施形態の電源装置では、前記電圧検出部の消費電力は、前記昇圧部の消費電力よりも少ない。
また、本発明の一実施形態の電源装置は、前記蓄電部から供給される前記蓄電電力から、当該蓄電電力の電圧よりも電圧が高く、かつ前記昇圧部の最低動作電圧以上の電圧である第２昇圧電力を生成し、生成した前記第２昇圧電力を前記昇圧部の動作電源として供給する第２昇圧部をさらに備える。
本発明によれば、蓄電電力をより多く利用可能な電源装置を提供できる。
［第１実施形態］
以下、図を参照して電源装置１の実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態に係る電源装置１の機能構成の一例を示す図である。電源装置１は、蓄電部として機能するコンデンサ２０と、電圧検出部として機能する電圧検出回路３０と、昇圧部として機能する昇圧回路４０とを備える。電源装置１は、発電素子１０が発電した電力を、負荷ＬＤに供給する。発電素子１０とは、例えば、太陽電池、熱電気変換素子、電磁誘導による発電素子などである。発電素子１０は、発電電圧Ｖｇの起電力を有する。負荷ＬＤとは、例えば、無線通信モジュールである。この一例の場合、電源装置１は、無線通信が可能な可搬型の装置に備えられ、太陽電池によって発電された電力を無線通信モジュールに供給する。
以下、図を参照して電源装置１の実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態に係る電源装置１の機能構成の一例を示す図である。電源装置１は、蓄電部として機能するコンデンサ２０と、電圧検出部として機能する電圧検出回路３０と、昇圧部として機能する昇圧回路４０とを備える。電源装置１は、発電素子１０が発電した電力を、負荷ＬＤに供給する。発電素子１０とは、例えば、太陽電池、熱電気変換素子、電磁誘導による発電素子などである。発電素子１０は、発電電圧Ｖｇの起電力を有する。負荷ＬＤとは、例えば、無線通信モジュールである。この一例の場合、電源装置１は、無線通信が可能な可搬型の装置に備えられ、太陽電池によって発電された電力を無線通信モジュールに供給する。
コンデンサ２０は、発電素子１０が発電する電力を蓄電する。この発電素子１０が発電する電力を発電電力とも記載する。
この一例において、発電素子１０の発電電力は、負荷ＬＤの消費電力よりも小さい。この場合、発電素子１０の発電電力をそのまま負荷ＬＤに供給しても、負荷ＬＤは動作しない。電源装置１は、発電素子１０の発電電力をコンデンサ２０によって蓄電することにより、負荷ＬＤが動作可能な電力を負荷ＬＤに対して供給する。つまり、コンデンサ２０は、負荷ＬＤの電源として作用する。
この一例において、発電素子１０の発電電力は、負荷ＬＤの消費電力よりも小さい。この場合、発電素子１０の発電電力をそのまま負荷ＬＤに供給しても、負荷ＬＤは動作しない。電源装置１は、発電素子１０の発電電力をコンデンサ２０によって蓄電することにより、負荷ＬＤが動作可能な電力を負荷ＬＤに対して供給する。つまり、コンデンサ２０は、負荷ＬＤの電源として作用する。
より具体的には、発電素子１０は、発電電力を端子Ｔ１から出力する。発電素子１０が出力する発電電力は、配線Ｌ１を流れる電流Ｉ１及び配線Ｌ２を流れる電流Ｉ２としてコンデンサ２０に供給される。コンデンサ２０は、電流Ｉ２が供給されると、供給される電流Ｉ２を蓄電電力として蓄電する。コンデンサ２０に蓄電される蓄電電力の電圧は、コンデンサ２０の静電容量と、発電素子１０から供給される電流Ｉ２の電荷量とに応じて決まる。
ここで、コンデンサ２０に蓄電される蓄電電力の電圧を「蓄電電圧Ｖｃ」とも記載する。コンデンサ２０に電流Ｉ２が供給されることにより蓄電電圧Ｖｃは、発電素子１０の起電力の発電電圧Ｖｇを上限として上昇する。
コンデンサ２０に蓄電された蓄電電力は、配線Ｌ４を流れる電流Ｉ３及び配線Ｌ７を流れる電流Ｉ４として、昇圧回路４０に供給される。コンデンサ２０は、配線Ｌ３を介して接地される。
ここで、コンデンサ２０に蓄電される蓄電電力の電圧を「蓄電電圧Ｖｃ」とも記載する。コンデンサ２０に電流Ｉ２が供給されることにより蓄電電圧Ｖｃは、発電素子１０の起電力の発電電圧Ｖｇを上限として上昇する。
コンデンサ２０に蓄電された蓄電電力は、配線Ｌ４を流れる電流Ｉ３及び配線Ｌ７を流れる電流Ｉ４として、昇圧回路４０に供給される。コンデンサ２０は、配線Ｌ３を介して接地される。
電圧検出回路３０は、蓄電電圧Ｖｃを検出する。電圧検出回路３０は、検出した蓄電電圧Ｖｃが上昇して、昇圧回路４０の最低動作電圧以上になると、昇圧動作許可信号Ｉ５を昇圧回路４０に対して出力する。この昇圧動作許可信号Ｉ５とは、昇圧回路４０の昇圧動作を許可（又は不許可）する信号である。
具体的には、電圧検出回路３０は端子Ｔ２（電圧検出端子）と、端子Ｔ３（昇圧動作許可信号出力端子）とを備える。電圧検出回路３０は、端子Ｔ２に配線Ｌ５を介して接続される配線Ｌ４の電圧、すなわち蓄電電圧Ｖｃを検出する。電圧検出回路３０は、その内部に電圧比較器（不図示）を備えており、検出した蓄電電圧Ｖｃと、しきい値電圧とを比較する。このしきい値電圧は、昇圧回路４０の最低動作電圧以上に設定されている。例えば、昇圧回路４０の最低動作電圧が１．０[Ｖ（ボルト）]である場合、しきい値電圧は、１．１[Ｖ]に設定されている。
電圧検出回路３０は、検出した蓄電電圧Ｖｃがしきい値電圧以上になると、端子Ｔ３に昇圧動作許可信号Ｉ５を出力する。出力された昇圧動作許可信号Ｉ５は、配線Ｌ８を介して昇圧回路４０に供給される。電圧検出回路３０は、配線Ｌ６を介して接地される。
電圧検出回路３０は、検出した蓄電電圧Ｖｃがしきい値電圧以上になると、端子Ｔ３に昇圧動作許可信号Ｉ５を出力する。出力された昇圧動作許可信号Ｉ５は、配線Ｌ８を介して昇圧回路４０に供給される。電圧検出回路３０は、配線Ｌ６を介して接地される。
昇圧回路４０は、供給される電力の電圧よりも高い電圧の昇圧電力を生成する。つまり、昇圧回路４０は、供給電力を昇圧する。昇圧回路４０は、生成した昇圧電力を負荷ＬＤに供給する。
昇圧回路４０とは、この一例では、昇圧チョッパ型の電圧変換回路である。なお、昇圧回路４０とは、昇圧チョッパ型の電圧変換回路に限られず、例えば、チャージポンプ型の電圧変換回路であってもよい。
昇圧回路４０とは、この一例では、昇圧チョッパ型の電圧変換回路である。なお、昇圧回路４０とは、昇圧チョッパ型の電圧変換回路に限られず、例えば、チャージポンプ型の電圧変換回路であってもよい。
より具体的には、昇圧回路４０は、端子Ｔ４〜端子Ｔ７を備える。端子Ｔ４は、電力入力端子であり、コンデンサ２０が出力する電力が供給される。端子Ｔ５は、電源端子であり、昇圧回路４０が昇圧動作を行うための電力が供給される。端子Ｔ６は、昇圧動作許可信号検出端子であり、電圧検出回路３０が出力する昇圧動作許可信号Ｉ５が供給される。端子Ｔ７は、昇圧電力出力端子であり、昇圧回路４０が昇圧した昇圧電力が出力される。
昇圧回路４０は、端子Ｔ６に供給される昇圧動作許可信号Ｉ５の電圧に応じて昇圧動作を開始又は停止する。例えば、昇圧動作許可信号Ｉ５が高電位（Ｈｉｇｈ）である場合には「昇圧許可」を示す。昇圧動作許可信号Ｉ５が低電位（Ｌｏｗ）である場合には「昇圧不許可」を示す。
昇圧回路４０は、昇圧動作許可信号Ｉ５が「昇圧不許可」を示す場合、昇圧動作をしない。この場合、昇圧回路４０にコンデンサ２０から供給される蓄電電力は、昇圧されずに端子Ｔ７から出力される。ここで、昇圧回路４０によって昇圧されない電力を「非昇圧電力」とも記載する。
昇圧回路４０は、昇圧動作許可信号Ｉ５が「昇圧許可」を示す場合、昇圧動作をする。この場合、昇圧回路４０にコンデンサ２０から供給される蓄電電力は、昇圧されて端子Ｔ７から出力される。ここで、昇圧回路４０の昇圧動作によって昇圧された電力を「昇圧電力」とも記載する。
つまり、昇圧回路４０が出力する出力電力には、非昇圧電力と、昇圧電力とがある。
昇圧回路４０は、昇圧動作許可信号Ｉ５が「昇圧許可」を示す場合、昇圧動作をする。この場合、昇圧回路４０にコンデンサ２０から供給される蓄電電力は、昇圧されて端子Ｔ７から出力される。ここで、昇圧回路４０の昇圧動作によって昇圧された電力を「昇圧電力」とも記載する。
つまり、昇圧回路４０が出力する出力電力には、非昇圧電力と、昇圧電力とがある。
昇圧回路４０が出力する出力電力は、配線Ｌ１０を流れる電流Ｉ６及び配線Ｌ１１を流れる電流Ｉ７として負荷ＬＤの端子Ｔ８に供給される。また、昇圧回路４０が出力する出力電力は、配線Ｌ１２を流れる電流Ｉ８として端子Ｔ５（電源端子）に供給される。すなわち、昇圧回路４０が出力する出力電力は、負荷ＬＤと、昇圧回路４０の電源端子とに供給される。つまり、昇圧回路４０は、自らが出力する電力を電源として昇圧動作を行う。
昇圧回路４０は、配線Ｌ９を介して接地される。負荷ＬＤは、配線Ｌ１３を介して接地される。
昇圧回路４０は、配線Ｌ９を介して接地される。負荷ＬＤは、配線Ｌ１３を介して接地される。
［昇圧回路４０の動作の概要］
ここで、昇圧回路４０の動作の概要を説明する。蓄電電圧Ｖｃが低く、昇圧回路４０の最低動作電圧に達していない場合には、電圧検出回路３０は、「昇圧不許可」を示す昇圧動作許可信号Ｉ５を出力する。この場合、昇圧回路４０は、昇圧動作を行わない。昇圧回路４０の端子Ｔ５（電源端子）には、電圧が蓄電電圧Ｖｃ相当の電力、すなわち非昇圧電力が供給される。
発電素子１０の発電により蓄電電圧Ｖｃが上昇し、昇圧回路４０の最低動作電圧に達すると、昇圧回路４０は昇圧動作可能な状態になる。ただし、電圧検出回路３０が「昇圧不許可」を示す昇圧動作許可信号Ｉ５を出力している間は、昇圧回路４０は昇圧動作を行わない。
ここで、昇圧回路４０の動作の概要を説明する。蓄電電圧Ｖｃが低く、昇圧回路４０の最低動作電圧に達していない場合には、電圧検出回路３０は、「昇圧不許可」を示す昇圧動作許可信号Ｉ５を出力する。この場合、昇圧回路４０は、昇圧動作を行わない。昇圧回路４０の端子Ｔ５（電源端子）には、電圧が蓄電電圧Ｖｃ相当の電力、すなわち非昇圧電力が供給される。
発電素子１０の発電により蓄電電圧Ｖｃが上昇し、昇圧回路４０の最低動作電圧に達すると、昇圧回路４０は昇圧動作可能な状態になる。ただし、電圧検出回路３０が「昇圧不許可」を示す昇圧動作許可信号Ｉ５を出力している間は、昇圧回路４０は昇圧動作を行わない。
発電素子１０の発電により蓄電電圧Ｖｃがさらに上昇し、蓄電電圧Ｖｃが電圧検出回路３０のしきい値電圧以上になると、電圧検出回路３０は、「昇圧許可」を示す昇圧動作許可信号Ｉ５を出力する。この場合、昇圧回路４０は、昇圧動作を開始する。なお、上述したように、このしきい値電圧は昇圧回路４０の最低動作電圧以上の電圧に設定されている。
昇圧回路４０が昇圧動作を開始すると、昇圧電力が負荷ＬＤと昇圧回路４０の端子Ｔ５（電源端子）に供給される。昇圧回路４０が昇圧動作を開始すると、昇圧回路４０は、昇圧電力によって動作する。
昇圧電力が負荷ＬＤに供給されると、負荷ＬＤに供給された昇圧電力は消費される。上述したようにこの一例では、発電素子１０の発電電力は、負荷ＬＤの消費電力よりも小さい。このため、仮に発電素子１０が発電を継続していた場合であっても、負荷ＬＤによって昇圧電力が消費されると、コンデンサ２０に蓄電されている蓄電電力が減少する。なお、発電素子１０が発電していない場合には、負荷ＬＤによって昇圧電力が消費されると、コンデンサ２０に蓄電されている蓄電電力がより大きく減少する。
コンデンサ２０に蓄電されている蓄電電力が減少すると、蓄電電圧Ｖｃが低下する。
昇圧電力が負荷ＬＤに供給されると、負荷ＬＤに供給された昇圧電力は消費される。上述したようにこの一例では、発電素子１０の発電電力は、負荷ＬＤの消費電力よりも小さい。このため、仮に発電素子１０が発電を継続していた場合であっても、負荷ＬＤによって昇圧電力が消費されると、コンデンサ２０に蓄電されている蓄電電力が減少する。なお、発電素子１０が発電していない場合には、負荷ＬＤによって昇圧電力が消費されると、コンデンサ２０に蓄電されている蓄電電力がより大きく減少する。
コンデンサ２０に蓄電されている蓄電電力が減少すると、蓄電電圧Ｖｃが低下する。
昇圧回路４０は、供給される蓄電電圧Ｖｃの電圧にかかわらず、昇圧電力の電圧を一定電圧に保持する。この昇圧電力の電圧は、昇圧回路４０の最低動作電圧以上に設定されている。したがって、蓄電電圧Ｖｃが昇圧回路４０の最低動作電圧未満に低下した場合であっても、昇圧回路４０には、昇圧回路４０の最低動作電圧以上の電圧が動作電力として供給される。つまり、蓄電電圧Ｖｃの蓄電電力が消費され尽くさない限り、蓄電電圧Ｖｃが低下したとしても、昇圧回路４０は昇圧動作を継続することができる。
［昇圧回路４０の具体例］
次に、図２を参照して昇圧回路４０の具体例について説明する。
図２は、本実施形態の昇圧回路４０の回路構成の一例を示す図である。なお、図１と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。
昇圧回路４０は、昇圧チョッパ回路４１と、制御回路４２と、抵抗４３−１と抵抗４３−２とを有するブリーダ抵抗４３と、出力コンデンサ４４とを備える。
次に、図２を参照して昇圧回路４０の具体例について説明する。
図２は、本実施形態の昇圧回路４０の回路構成の一例を示す図である。なお、図１と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。
昇圧回路４０は、昇圧チョッパ回路４１と、制御回路４２と、抵抗４３−１と抵抗４３−２とを有するブリーダ抵抗４３と、出力コンデンサ４４とを備える。
昇圧チョッパ回路４１は、インダクタ４１１と、ダイオード４１２と、トランジスタスイッチ４１３とを備える。この昇圧チョッパ回路４１の回路構成は既知であるため、その説明を省略する。昇圧チョッパ回路４１から出力される電流Ｉ６は、出力電力として端子Ｔ７から昇圧回路４０の外部に供給される。この出力電力の一部は、端子Ｔ５を介して昇圧回路４０に供給される。
制御回路４２は、昇圧チョッパ回路４１を駆動することにより昇圧動作の制御を行う。制御回路４２は、端子Ｔ４２２を介して昇圧動作許可信号Ｉ５を取得する。制御回路４２は、取得した昇圧動作許可信号Ｉ５が「昇圧許可」を示す場合に昇圧動作を行う。具体的には、制御回路４２は、トランジスタスイッチ４１３をオンオフする信号を、端子Ｔ４２３を介してトランジスタスイッチ４１３に出力する。トランジスタスイッチ４１３がオン状態の場合には、インダクタ４１１を流れる電流Ｉ４１１は、電流Ｉ４１３としてトランジスタスイッチ４１３を流れる。そして、トランジスタスイッチ４１３がオフ状態になると、インダクタ４１１を流れる電流Ｉ４１１は、電流Ｉ４１２としてダイオード４１２を流れる。
制御回路４２は、ブリーダ抵抗４３及び端子Ｔ４２４を介して出力電力の電圧監視を行い、昇圧動作を行っている場合の出力電力（つまり昇圧電力）の電圧を一定値に制御する。
出力コンデンサ４４は、出力電力の電圧値を安定化する。
制御回路４２は、ブリーダ抵抗４３及び端子Ｔ４２４を介して出力電力の電圧監視を行い、昇圧動作を行っている場合の出力電力（つまり昇圧電力）の電圧を一定値に制御する。
出力コンデンサ４４は、出力電力の電圧値を安定化する。
なお、同図において、昇圧回路４０は、端子Ｔ７から出力した出力電力を、端子Ｔ５を介して制御回路４２に供給する回路構成を有するがこれに限られない。昇圧回路４０は、昇圧チョッパ回路４１が出力する出力電力を端子Ｔ７から出力する前に端子Ｔ４２１に供給する回路構成を有していてもよい。このように構成することにより、昇圧回路４０は、端子Ｔ５、つまり電源端子を省略することができる。
また、同図において昇圧回路４０が出力コンデンサ４４を備えているが、これに限られない。出力コンデンサ４４は、昇圧回路４０の外部（例えば、配線Ｌ１０）に接続される回路構成であってもよい。
［電源装置１の動作の具体例］
次に、図３を参照して電源装置１の動作の具体例について説明する。
図３は、本実施形態の電源装置１の動作波形の一例を示す図である。なお、同図において横軸は時刻ｔを示す。また同図（Ａ）の縦軸は発電素子１０の発電電圧Ｖｇを示す。同図（Ｂ）の縦軸はコンデンサ２０の蓄電電圧Ｖｃを示す。同図（Ｃ）の縦軸は昇圧動作許可信号Ｉ５の電位を示す。同図（Ｄ）の縦軸は昇圧回路４０の出力電力の電圧、つまり出力電圧Ｖｌを示す。
次に、図３を参照して電源装置１の動作の具体例について説明する。
図３は、本実施形態の電源装置１の動作波形の一例を示す図である。なお、同図において横軸は時刻ｔを示す。また同図（Ａ）の縦軸は発電素子１０の発電電圧Ｖｇを示す。同図（Ｂ）の縦軸はコンデンサ２０の蓄電電圧Ｖｃを示す。同図（Ｃ）の縦軸は昇圧動作許可信号Ｉ５の電位を示す。同図（Ｄ）の縦軸は昇圧回路４０の出力電力の電圧、つまり出力電圧Ｖｌを示す。
時刻ｔ０において、波形Ｗ１に示すように、発電素子１０の発電電圧Ｖｇが電圧Ｖ１になる。このとき、コンデンサ２０の蓄電電圧Ｖｃは０（ゼロ）である。また、このとき昇圧動作許可信号Ｉ５は低電位（Ｌｏ）、すなわち昇圧不許可を示す。また、このとき出力電圧Ｖｌは０（ゼロ）である。
時刻ｔ０から時刻ｔ１において、発電素子１０が発電を継続すると、コンデンサ２０には発電電力が蓄電され、蓄電電圧Ｖｃが上昇する。この蓄電電圧Ｖｃの上昇に伴い、出力電圧Ｖｌが上昇する。
この時刻ｔ０から時刻ｔ１においては、昇圧動作許可信号Ｉ５は低電位（Ｌｏ）、すなわち昇圧不許可であるから、昇圧回路４０は昇圧動作をしない。したがって、時刻ｔ０から時刻ｔ１において、出力電圧Ｖｌは、蓄電電圧Ｖｃに一致する。
この時刻ｔ０から時刻ｔ１においては、昇圧動作許可信号Ｉ５は低電位（Ｌｏ）、すなわち昇圧不許可であるから、昇圧回路４０は昇圧動作をしない。したがって、時刻ｔ０から時刻ｔ１において、出力電圧Ｖｌは、蓄電電圧Ｖｃに一致する。
時刻ｔ１において蓄電電圧Ｖｃが電圧Ｖ２に達すると、電圧検出回路３０は、昇圧動作許可信号Ｉ５を高電位（Ｈｉｇｈ）すなわち「昇圧許可」に変化させる。これにより、昇圧回路４０は、昇圧動作を開始する。昇圧動作の開始に伴い、出力電圧Ｖｌは電圧Ｖ５に上昇する。
ここで、電圧Ｖ２とは、昇圧動作の開始しきい値電圧である。電圧Ｖ３とは、昇圧回路４０の最低動作電圧である。電圧検出回路３０のしきい値電圧は、昇圧回路４０の最低動作電圧以上に設定されている。
以降、昇圧動作許可信号Ｉ５が「昇圧許可」を示す間、昇圧回路４０の昇圧動作によって出力電圧Ｖｌは一定値（電圧Ｖ５）に保たれる。この一例では、時刻ｔ１から時刻ｔ４まで、出力電圧Ｖｌは一定値（電圧Ｖ５）に保たれる。
ここで、電圧Ｖ２とは、昇圧動作の開始しきい値電圧である。電圧Ｖ３とは、昇圧回路４０の最低動作電圧である。電圧検出回路３０のしきい値電圧は、昇圧回路４０の最低動作電圧以上に設定されている。
以降、昇圧動作許可信号Ｉ５が「昇圧許可」を示す間、昇圧回路４０の昇圧動作によって出力電圧Ｖｌは一定値（電圧Ｖ５）に保たれる。この一例では、時刻ｔ１から時刻ｔ４まで、出力電圧Ｖｌは一定値（電圧Ｖ５）に保たれる。
時刻ｔ１から時刻ｔ４まで、コンデンサ２０の蓄電電力が負荷ＬＤによって消費され、蓄電電圧Ｖｃが低下する。
この一例では、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは発電素子１０が発電を継続している。時刻ｔ２以降、発電素子１０は発電をしない。したがって、この一例では、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは蓄電電圧Ｖｃが比較的緩やかに低下し、時刻ｔ２以降は蓄電電圧Ｖｃが比較的急激に低下する。
この一例では、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは発電素子１０が発電を継続している。時刻ｔ２以降、発電素子１０は発電をしない。したがって、この一例では、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは蓄電電圧Ｖｃが比較的緩やかに低下し、時刻ｔ２以降は蓄電電圧Ｖｃが比較的急激に低下する。
時刻ｔ４において、蓄電電圧Ｖｃが電圧Ｖ４に達する。この電圧Ｖ４とは、昇圧動作の停止しきい値電圧である。電圧検出回路３０は、蓄電電圧Ｖｃが電圧Ｖ４に達したことを検出すると、昇圧動作許可信号Ｉ５を低電位（Ｌｏ）、すなわち「昇圧不許可」に切り替える。これにより昇圧回路４０は、昇圧動作を停止する。昇圧動作の停止により出力電圧Ｖｌは、蓄電電圧Ｖｃに一致する。
ここで、負荷ＬＤの最低動作電圧は、電圧Ｖ６である。負荷ＬＤは、時刻ｔ１から時刻ｔ４の間、動作可能である。なお、この一例では、負荷ＬＤの最低動作電圧（電圧Ｖ６）は、昇圧回路４０の昇圧動作の最低動作電圧（Ｖ３）よりも高い。
ここで、時刻ｔ３に着目する。時刻ｔ３において、蓄電電圧Ｖｃが低下し、電圧Ｖ３すなわち昇圧回路４０の最低動作電圧に達する。仮に、昇圧回路４０が蓄電電圧Ｖｃを動作電源として昇圧動作をしている場合を考える。この場合、昇圧回路４０は、時刻ｔ３において昇圧回路４０が動作できなくなり、昇圧動作が停止する。
つまり、昇圧回路４０が蓄電電圧Ｖｃを動作電源として昇圧動作をしている場合には、負荷ＬＤの動作可能時間は、時刻ｔ１から時刻ｔ３までである。
つまり、昇圧回路４０が蓄電電圧Ｖｃを動作電源として昇圧動作をしている場合には、負荷ＬＤの動作可能時間は、時刻ｔ１から時刻ｔ３までである。
一方、本実施形態の昇圧回路４０は、出力電圧Ｖｌを動作電源として昇圧動作を行う。この場合、負荷ＬＤの動作可能時間は、時刻ｔ１から時刻ｔ４までである。つまり、昇圧回路４０の昇圧動作の動作電源を出力電圧Ｖｌにすることにより、負荷ＬＤの動作時間をより長くすることができる。
このことは、本実施形態の電源装置１によれば、昇圧回路４０が出力電圧Ｖｌを動作電源としない場合に比べて、コンデンサ２０に蓄電されている蓄電電力をより多く利用することができることを示している。
このことは、本実施形態の電源装置１によれば、昇圧回路４０が出力電圧Ｖｌを動作電源としない場合に比べて、コンデンサ２０に蓄電されている蓄電電力をより多く利用することができることを示している。
上述したように、第１実施形態の電源装置１では、電圧検出回路３０から「昇圧許可」を示す昇圧動作許可信号Ｉ５が出力されると、昇圧回路４０は、コンデンサ２０から供給される蓄電電力によって昇圧動作を開始するとともに、昇圧動作によって生成される昇圧電力を動作電源として動作する。このため、蓄電電力をより多く利用することができる。
また、第１実施形態の電源装置１では、常時動作している電圧検出回路３０の消費電力は、常時動作していない昇圧回路４０の消費電力よりも少ないため、電源装置１の全体の消費電力を削減することができる。
また、第１実施形態の電源装置１では、「昇圧許可」を示す昇圧動作許可信号Ｉ５が、電圧検出回路３０から昇圧回路４０に出力されなければ、昇圧回路４０が昇圧動作を開始しない。そのため、昇圧回路４０の昇圧動作が開始された後に昇圧回路４０が昇圧動作を継続できない不安定な状態になってしまうおそれを抑制することができる。
第１実施形態の電源装置１では、図３（Ｂ）に示すように、コンデンサ２０の蓄電電圧Ｖｃが電圧Ｖ４に低下するまで、コンデンサ２０の蓄電電力を負荷ＬＤの動作に利用できる。そのため、コンデンサ２０を小型化することができる。また、無駄な蓄電電力が殆ど無いため、コンデンサ２０の充電期間（図３（Ｂ）の期間ｔ０〜ｔ１）を短縮することができる。
［第２実施形態］
次に図４を参照して本発明の第２実施形態について説明する。なお、上述した第１実施形態の構成及び動作と同一のものについては同一の符号を付してその説明を省略する。第２実施形態の昇圧回路１４０は、副昇圧回路４５を備える点において、第１実施形態の昇圧回路４０と異なる。
次に図４を参照して本発明の第２実施形態について説明する。なお、上述した第１実施形態の構成及び動作と同一のものについては同一の符号を付してその説明を省略する。第２実施形態の昇圧回路１４０は、副昇圧回路４５を備える点において、第１実施形態の昇圧回路４０と異なる。
昇圧回路１４０は、副昇圧回路４５と、コンデンサ４６と、トランジスタスイッチ４７と、コンデンサ４８と、ダイオード４９とを備える。
副昇圧回路４５は、コンデンサ２０から端子Ｔ４に供給される蓄電電力の蓄電電圧Ｖｃを昇圧する。この副昇圧回路４５は、例えば、フライングキャパシタ方式の昇圧回路である。副昇圧回路４５は、端子Ｔ４５１（電力入力端子）に供給される蓄電電圧Ｖｃを、昇圧して、端子Ｔ４５３（電力出力端子）に出力する。
コンデンサ４６は、端子Ｔ４５３に接続されており、副昇圧回路４５が昇圧した電力を蓄電する。
副昇圧回路４５は、コンデンサ４６の蓄電電圧に基づいて、端子Ｔ４５４（スイッチ制御端子）の出力を切り替える。制御回路１４２を起動するのに必要な電力がコンデンサ４６に溜まっていない場合には、副昇圧回路４５は、トランジスタスイッチ４７をオフ状態にする。これにより、コンデンサ４６に蓄電されている電力は、制御回路１４２に出力されない。副昇圧回路４５の動作電圧は、昇圧回路１４０の動作電圧よりも低い。
コンデンサ４６は、端子Ｔ４５３に接続されており、副昇圧回路４５が昇圧した電力を蓄電する。
副昇圧回路４５は、コンデンサ４６の蓄電電圧に基づいて、端子Ｔ４５４（スイッチ制御端子）の出力を切り替える。制御回路１４２を起動するのに必要な電力がコンデンサ４６に溜まっていない場合には、副昇圧回路４５は、トランジスタスイッチ４７をオフ状態にする。これにより、コンデンサ４６に蓄電されている電力は、制御回路１４２に出力されない。副昇圧回路４５の動作電圧は、昇圧回路１４０の動作電圧よりも低い。
電圧検出回路３０は、副昇圧回路４５を起動できる蓄電電圧Ｖｃまでコンデンサ２０が充電されたことを検出すると、「昇圧許可」の昇圧動作許可信号Ｉ５を端子Ｔ４５２に供給する。端子Ｔ４５２に供給される昇圧動作許可信号Ｉ５が「昇圧許可」になると、副昇圧回路４５は、蓄電電力を昇圧電力に変換し、コンデンサ４６は、昇圧電力を蓄電する。
制御回路１４２を起動するのに必要な電力がコンデンサ４６に溜まった場合には、副昇圧回路４５は、電流Ｉ９によってトランジスタスイッチ４７をオン状態にする。これにより、コンデンサ４６に蓄電された電力は、電流Ｉ１０として制御回路１４２に出力される。トランジスタスイッチ４７がオン状態になることにより、制御回路１４２が昇圧動作を開始する。
ダイオード４９は、トランジスタスイッチ４７がオン状態になることによりコンデンサ４６から放電された電力が、負荷ＬＤ側に流れ込むことを阻止する。制御回路１４２が起動した後、出力端子Ｔ７に発生する昇圧電力の一部は、ダイオード４９を介して制御回路１４２の電源端子Ｔ４２１に供給される。
コンデンサ４８は、制御回路１４２の電源電圧を安定化する。
制御回路１４２を起動するのに必要な電力がコンデンサ４６に溜まった場合には、副昇圧回路４５は、電流Ｉ９によってトランジスタスイッチ４７をオン状態にする。これにより、コンデンサ４６に蓄電された電力は、電流Ｉ１０として制御回路１４２に出力される。トランジスタスイッチ４７がオン状態になることにより、制御回路１４２が昇圧動作を開始する。
ダイオード４９は、トランジスタスイッチ４７がオン状態になることによりコンデンサ４６から放電された電力が、負荷ＬＤ側に流れ込むことを阻止する。制御回路１４２が起動した後、出力端子Ｔ７に発生する昇圧電力の一部は、ダイオード４９を介して制御回路１４２の電源端子Ｔ４２１に供給される。
コンデンサ４８は、制御回路１４２の電源電圧を安定化する。
ここで、第１実施形態においては、制御回路４２が昇圧動作を開始する場合の電源電圧は、蓄電電圧Ｖｃである。したがって、第１実施形態においては、蓄電電圧Ｖｃは、制御回路４２の昇圧動作の最低動作電圧以上であることが求められる。
一方、本実施形態の昇圧回路１４０によると、昇圧回路１４０に供給される蓄電電圧Ｖｃが制御回路１４２の昇圧動作の最低動作電圧未満であっても、制御回路１４２が昇圧動作を開始することができる。つまり、昇圧回路１４０によると、蓄電電圧Ｖｃを制御回路１４２の昇圧動作の最低動作電圧未満に低減することができる。
一方、本実施形態の昇圧回路１４０によると、昇圧回路１４０に供給される蓄電電圧Ｖｃが制御回路１４２の昇圧動作の最低動作電圧未満であっても、制御回路１４２が昇圧動作を開始することができる。つまり、昇圧回路１４０によると、蓄電電圧Ｖｃを制御回路１４２の昇圧動作の最低動作電圧未満に低減することができる。
ここで、コンデンサ２０が、いわゆる電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）である場合、その蓄電電圧Ｖｃは、０．５〜０．６［Ｖ］程度であることが望ましい。これは、電気二重層キャパシタの蓄電電圧Ｖｃが、例えば０．８［Ｖ］を超えると、電気二重層キャパシタの寿命が短くなるためである。
昇圧回路１４０の昇圧動作の最低動作電圧を、０．５〜０．６［Ｖ］程度にすることは一般的に困難である。昇圧回路１４０の昇圧動作の最低動作電圧が、例えば、１．０［Ｖ］である場合、第１実施形態の回路構成であると、蓄電電圧Ｖｃが比較的低い電気二重層キャパシタをコンデンサ２０として選定することができない。
一方、本実施形態の回路構成であれば、副昇圧回路４５を備えているため、蓄電電圧Ｖｃが比較的低い電気二重層キャパシタをコンデンサ２０として選定したとしても、制御回路１４２の昇圧動作の最低動作電圧以上に、蓄電電圧Ｖｃを昇圧することができる。
つまり、本実施形態の昇圧回路１４０によれば、蓄電電圧Ｖｃが比較的低い電気二重層キャパシタなどをコンデンサ２０として選定することができる。電気二重層キャパシタは、他の種類のキャパシタに比べて容量が大きいため、より多くの電荷を蓄電することができる。すなわち、本実施形態の昇圧回路１４０によれば、負荷ＬＤの動作時間をより長くすることができる。
昇圧回路１４０の昇圧動作の最低動作電圧を、０．５〜０．６［Ｖ］程度にすることは一般的に困難である。昇圧回路１４０の昇圧動作の最低動作電圧が、例えば、１．０［Ｖ］である場合、第１実施形態の回路構成であると、蓄電電圧Ｖｃが比較的低い電気二重層キャパシタをコンデンサ２０として選定することができない。
一方、本実施形態の回路構成であれば、副昇圧回路４５を備えているため、蓄電電圧Ｖｃが比較的低い電気二重層キャパシタをコンデンサ２０として選定したとしても、制御回路１４２の昇圧動作の最低動作電圧以上に、蓄電電圧Ｖｃを昇圧することができる。
つまり、本実施形態の昇圧回路１４０によれば、蓄電電圧Ｖｃが比較的低い電気二重層キャパシタなどをコンデンサ２０として選定することができる。電気二重層キャパシタは、他の種類のキャパシタに比べて容量が大きいため、より多くの電荷を蓄電することができる。すなわち、本実施形態の昇圧回路１４０によれば、負荷ＬＤの動作時間をより長くすることができる。
上述したように、図４に示す例では、副昇圧回路４５としてフライングキャパシタ方式の昇圧回路が用いられるが、他の例では、副昇圧回路４５として、昇圧用コンデンサを内蔵したチャージポンプ方式の昇圧回路を用いることもできる。詳細には、この例では、主としてコンデンサ４６の電力により制御回路１４２を起動することによって、副昇圧回路４５の変換能力を小さい値に設定する。そのため、副昇圧回路４５として、昇圧用コンデンサを内蔵したチャージポンプ方式の昇圧回路を用いることが可能になる。その結果、副昇圧回路４５の小型化とコストダウンが可能になる。
上述したように、第２実施形態の電源装置１は、第１実施形態の電源装置１と同様に構成されているため、第１実施形態の電源装置１と同様の効果を奏することができる。また、第２実施形態の電源装置１では、蓄電部としてのコンデンサ２０から供給される蓄電電力から、その蓄電電力の電圧よりも電圧が高く、かつ昇圧部としての昇圧回路１４０の最低動作電圧以上の電圧である第２昇圧電力を生成し、生成した第２昇圧電力を昇圧回路１４０の制御回路１４２の動作電源として供給する第２昇圧部として機能する副昇圧回路４５が備えられている。このため、昇圧回路１４０の昇圧開始電圧を低減することができる。
また、第２実施形態の電源装置１では、コンデンサ２０の蓄電電圧Ｖｃの最大値が、副昇圧回路４５の起動電圧に抑えられる。そのため、コンデンサ２０として、充電電圧が高いと劣化する電気二重層キャパシタを用いることができる。電気二重層キャパシタは小型で容量が大きいため、電気二重層キャパシタを用いることによって、電源装置１の全体を小型化することができる。
以上、本発明の実施形態及びその変形を説明したが、これらの実施形態及びその変形は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態及びその変形は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態及びその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同時に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。また、上述した各実施形態及びその変形は、互いに適宜組み合わせることができる。
１…電源装置、１０…発電素子、２０…コンデンサ、３０…電圧検出回路、４０…昇圧回路、４１…昇圧チョッパ回路、４１１…インダクタ、４１２…ダイオード、４１３…トランジスタスイッチ、４２…制御回路、４３…ブリーダ抵抗、４３−１、４３−２…抵抗、４４…出力コンデンサ、４５…副昇圧回路、４６…コンデンサ、４７…トランジスタスイッチ、４８…コンデンサ、４９…ダイオード、１００…電源装置、１１０…ダイオード、１４０…昇圧回路、１４２…制御回路、Ｖｇ…発電電圧、Ｖｃ…蓄電電圧、Ｖｌ…出力電圧、ＬＤ…負荷、ＴＭ…タイマー回路、ＡＮＤ…論理積回路、ＳＷ…スイッチ、ＶＲ…電圧制御回路
Claims (3)
- 発電素子の発電電力を蓄電する蓄電部と、
前記蓄電部から供給される蓄電電力から、当該蓄電電力の電圧よりも電圧が高い昇圧電力を生成し、生成した前記昇圧電力を負荷に供給する昇圧部と、
前記蓄電部の蓄電電圧が上昇して前記昇圧部の最低動作電圧以上の電圧になると、前記昇圧部の昇圧動作を許可する昇圧動作許可信号を前記昇圧部に出力する電圧検出部と、
を備え、
前記昇圧部は、
前記電圧検出部から前記昇圧動作許可信号が出力されると、前記蓄電部から供給される前記蓄電電力によって昇圧動作を開始するとともに、当該昇圧動作によって生成される前記昇圧電力を動作電源として動作する
電源装置。 - 前記電圧検出部の消費電力は、前記昇圧部の消費電力よりも少ない
請求項１に記載の電源装置。 - 前記蓄電部から供給される前記蓄電電力から、当該蓄電電力の電圧よりも電圧が高く、かつ前記昇圧部の最低動作電圧以上の電圧である第２昇圧電力を生成し、生成した前記第２昇圧電力を前記昇圧部の動作電源として供給する第２昇圧部
をさらに備える請求項１又は請求項２に記載の電源装置。
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