特許 6623189 電源回路および電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6623189

(24)【登録日】2019年11月29日

(45)【発行日】2019年12月18日

(54)【発明の名称】電源回路および電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20191209BHJP

   H02M 3/28 20060101ALI20191209BHJP

【ＦＩ】

   H02M3/155 B

   H02M3/155 H

   H02M3/28 B

【請求項の数】17

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-53531(P2017-53531)

(22)【出願日】2017年3月17日

(65)【公開番号】特開2018-157704(P2018-157704A)

(43)【公開日】2018年10月4日

【審査請求日】2018年9月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100082991

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 泰和

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100118876

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 順生

(72)【発明者】

【氏名】上野 武司

【審査官】 柳下 勝幸

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１４／０６４７６２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−２０７７６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ３／１５５

Ｈ０２Ｍ ３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発電素子により生成された入力電圧を異なる出力電圧に変換するＤＣ−ＤＣ変換器と、
前記入力電圧を第１の分圧比で分圧した電圧が、前記発電素子における開放電圧の２分の１を前記第１の分圧比で分圧した電圧よりも小さい第１電圧以上になった場合、前記ＤＣ−ＤＣ変換器の変換を開始させる第１信号を送出し、前記分圧された入力電圧が前記発電素子における開放電圧の２分の１を前記第１の分圧比で分圧した電圧よりも大きい第２電圧以上になった場合、前記ＤＣ−ＤＣ変換器に接続される第１負荷の動作を開始させる第２信号を送出する制御回路と、
を備えた電源回路。

【請求項2】

前記ＤＣ−ＤＣ変換器は、さらに接続される前記第１負荷とは異なる第２負荷の動作を開始させる前記出力電圧を出力する、
請求項１に記載の電源回路。

【請求項3】

前記ＤＣ−ＤＣ変換器は、降圧型のＤＣ−ＤＣ変換器である
請求項１または２に記載の電源回路。

【請求項4】

前記発電素子により生成された交流電圧を直流に変換する整流回路をさらに備え、
前記直流に変換された電圧は、前記入力電圧である、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電源回路。

【請求項5】

前記分圧された電圧を、前記第１電圧と比較し、前記第１信号を出力する第１コンパレータと、
前記分圧された電圧を、前記第２電圧と比較し、前記第２信号を出力する第２コンパレータと
を備えた請求項１〜４のいずれか一項に記載の電源回路。

【請求項6】

前記第１コンパレータおよび前記第２コンパレータのそれぞれは、ヒステリシスコンパレータである
請求項５に記載の電源回路。

【請求項7】

前記ＤＣ−ＤＣ変換器と、基準端子との間に接続されたキャパシタ
をさらに備えた請求項１〜６のいずれか一項に記載の電源回路。

【請求項8】

請求項１〜７のいずれか一項に記載の電源回路と、
前記発電素子を含み、交流電圧または直流電圧を生成する発電装置とを備え、
前記入力電圧は、前記直流電圧、または前記交流電圧を直流に変換した電圧である
電源装置。

【請求項9】

前記第１負荷をさらに備えた
請求項８に記載の電源装置。

【請求項10】

入力電圧を異なる出力電圧に変換するＤＣ−ＤＣ変換器と、
前記ＤＣ−ＤＣ変換器に第１端子が接続されたキャパシタと、
前記キャパシタの第２端子および基準端子との間に接続されたスイッチと、
前記ＤＣ−ＤＣ変換器の動作開始前の前記入力電圧に基づき閾値電圧を生成し、前記閾値電圧の生成後、前記スイッチをオンにする第１信号を送出し、前記入力電圧が分圧された電圧が前記閾値電圧以上になったとき、前記ＤＣ−ＤＣ変換器の動作を開始させる第２信号を送出する、起動制御回路と、
を備えた電源回路。

【請求項11】

前記入力電圧は、発電素子を含む発電装置により発電された電圧であり、
前記閾値電圧は、前記発電素子の開放電圧の２分の１よりも大きい
請求項１０に記載の電源回路。

【請求項12】

前記ＤＣ−ＤＣ変換器は、降圧型のＤＣ−ＤＣ変換器である
請求項１０または１１に記載の電源回路。

【請求項13】

発電装置により生成された交流電圧を直流に変換する整流回路をさらに備え、
前記直流に変換された電圧は、前記入力電圧である、
請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の電源回路。

【請求項14】

前記分圧された電圧を、前記閾値電圧と比較し、前記第２信号を出力するコンパレータを備えた
請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の電源回路。

【請求項15】

前記コンパレータは、ヒステリシスコンパレータである
請求項１４に記載の電源回路。

【請求項16】

請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の電源回路と、
発電により交流電圧または直流電圧を生成する発電装置とを備え、
前記入力電圧は、前記直流電圧、または前記交流電圧を直流に変換した電圧である
電源装置。

【請求項17】

前記ＤＣ−ＤＣ変換器に接続される負荷
をさらに備えた請求項１６に記載の電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明の実施形態は、電源回路および電源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

環境中の微弱なエネルギーを、太陽電池、熱電発電素子、圧電素子等の発電素子により電気エネルギーに変換するエネルギーハーベスティングにおいては、発電素子が出力する電力が環境条件によって大きく変動する。そこで一般には、環境条件による電力変動を緩衝するために、発電素子が発電した電力を一旦キャパシタに蓄電することが行われる。また、発電素子が出力する電圧も環境条件により変動するため、ＤＣ−ＤＣ変換器を用いることで、負荷に供給する電圧を安定化させることが行われる。

【0003】

ＤＣ−ＤＣ変換器の関連技術として、入力電圧が所定のＵＶＬＯ （Ｕｎｄｅｒ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｌｏｃｋ Ｏｕｔ）電圧を超えた場合に、ＤＣ−ＤＣ変換器を起動し、ＤＣ−ＤＣ変換器を介して、負荷に電力を供給するものがある。しかしながら、発電素子が発生する電力は発電素子出力電圧に依存するため、ＤＣ−ＤＣ変換器を起動するときの発電素子出力電圧が適切でない場合、負荷への供給電力が不足し、負荷の起動に失敗する可能性がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開2015-36864号公報

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】リニアテクノロジ社LTC3588データシート

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の実施形態は、負荷を確実に起動させることを可能にする電源回路および電源装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の実施形態としての電源回路は、入力電圧を、これとは異なる電圧に変換するＤＣ−ＤＣ変換器と、前記入力電圧に応じた電圧が第１閾値電圧以上になったとき、前記ＤＣ−ＤＣ変換器の動作を開始するための第１イネーブル信号を送出し、前記入力電圧に応じた電圧が前記第１閾値電圧よりも大きい第２閾値電圧以上になったときに、前記ＤＣ−ＤＣ変換器の出力側に接続される負荷の動作を開始させるための第２イネーブル信号を送出する起動制御回路と、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１の実施形態に係る電源装置の構成例を示す回路図。

【図2】図１の電源装置における各種電圧および信号の波形を示す図。

【図3】入力電圧と、各種電力との関係を示す図。

【図4】第２の実施形態に係る電源装置の構成例を示す回路図。

【図5】発電電圧と、入力電圧と、リファレンス電圧と、各種信号との動作波形を示す図。

【図6】第３の実施形態に係る電源装置の構成例を示す回路図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

【0010】

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電源装置の構成例を示す回路図である。図１に示すように、電源装置は、発電装置１１と、電源回路１２と、負荷１と、負荷２とを備える。本装置は、環境中の微弱なエネルギーを太陽電池、熱電発電素子、圧電素子等の発電素子により電気エネルギーに変換するエネルギーハーベスティングに関する。

【0011】

発電装置１１は、太陽電池、熱電発電素子、または圧電素子等の発電素子を少なくとも１つ含む。発電素子は、環境中の微弱なエネルギーを、電気エネルギーに変換する。発電素子は、変換後の電気エネルギーを出力する。変換後の電気エネルギーの電圧は、交流電圧または直流電圧である。圧電素子等の場合は交流電圧、太陽電池や熱電発電素子等の場合は直流電圧である。本実施形態では、発電素子が圧電素子である場合を想定する。したがって、発電装置は、交流電力を出力する。図では、発電素子を、起電力Ｖｏｐｅｎと、出力抵抗Ｒｈａｒｖによりモデル化して示している。

【0012】

電源回路１２は、整流回路２１と、キャパシタＣｉｎと、起動制御回路２２と、ＤＣ−ＤＣ変換器２３とを備える。ＤＣ−ＤＣ変換器はここでは、降圧型ＤＣ−ＤＣ変換器であるとするが、昇圧型ＤＣ−ＤＣ変換器でもよい。ＤＣ−ＤＣ変換器２３の出力端子は、負荷１と負荷２とに接続されている。

【0013】

整流回路２１は、発電装置１１から出力された交流電圧を、直流電圧Ｖｉｎへと変換する。発電素子が直流電圧を生成する構成の場合には、整流回路２１は不要である。整流回路２１は、ダイオードブリッジなど任意の構成でよい。本実施形態ではダイオードブリッジを想定する。

【0014】

整流回路２１から出力された電流は、キャパシタＣｉｎに蓄えられる。エネルギーハーベスティングにおいては発電電力が不安定なため、大容量のキャパシタを用いてエネルギーを蓄えることにより、発電電力の変動に備えているのが一般的である。本実施形態でも、キャパシタＣｉｎを用いて、発電装置１１により発電されたエネルギーを蓄える。

【0015】

キャパシタＣｉｎの電圧（入力電圧Ｖｉｎ）は、ＤＣ−ＤＣ変換器２３に入力される。ＤＣ−ＤＣ変換器２３は、入力電圧Ｖｉｎを、負荷１および負荷２に適したより低い電圧Ｖｏｕｔに変換し、出力する。ＤＣ−ＤＣ変換器２３から出力された電圧Ｖｏｕｔは、負荷１と、負荷２とに供給される。

【0016】

ＤＣ−ＤＣ変換器２３には、起動制御回路２２からイネーブル信号ＥＮ１が入力される。イネーブル信号ＥＮ１がハイレベル（以下、Ｈｉｇｈ）になったときに変換動作を開始し、イネーブル信号ＥＮ１がローレベル（以下、Ｌｏｗ）になったときは変換動作を停止する。換言すれば、イネーブル信号ＥＮ１がＨｉｇｈの間は、変換動作を行い、Ｌｏｗの間は、変換動作を行わない。ＤＣ−ＤＣ変換器２３が変換動作を停止した場合、負荷１および２に対して電力は出力されない。

【0017】

負荷１は、ＤＣ−ＤＣ変換器２３から入力される電圧Ｖｏｕｔに基づき動作する。負荷１は、センサ４３とメモリ４４とを備えている。センサ４３は、ＤＣ−ＤＣ変換器２３から出力電圧Ｖｏｕｔが供給されると動作する。メモリ４４は、センサ４３で測定されたデータを内部に記憶および保持する。

【0018】

負荷２には、起動制御回路２２からイネーブル信号ＥＮ２が入力される。負荷２は、イネーブル信号ＥＮ２がＨｉｇｈとなったときに、入力される電圧Ｖｏｕｔに基づき動作を行い、イネーブル信号ＥＮ２がＬｏｗとなったときに、動作を停止する。換言すれば、イネーブル信号ＥＮ２がＨｉｇｈの間は、動作を行い、Ｌｏｗの間は、動作を行わない。動作を停止した場合には、負荷２で電力は消費されない。負荷２は、無線送信機４５と、少なくとも１本のアンテナ４６とを備えている。無線送信機４５は、メモリ４４に保持されているデータを読み出して、データを無線送信する。

【0019】

起動制御回路２２は、直列に接続された抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ１と、２つのコンパレータ（それぞれコンパレータＣＭＰ１およびコンパレータＣＭＰ２と記述する）と、リニアレギュレータ３１とを備える。抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ１とは分圧回路を構成する。この分圧回路は、ＤＣ−ＤＣ変換器２３への入力電圧を分圧して、これより低い電圧Ｖｄｉｖ（すなわち入力電圧に応じた電圧）を生成する。Ｖｄｉｖ＝Ｖｉｎ×Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）である。リニアレギュレータ３１は、入力電圧Ｖｉｎを降圧して、コンパレータＣＭＰ１およびＣＭＰ２に、各々の電源として供給する。リニアレギュレータ３１は、ＤＣ／ＤＣコンバータの一種である。

【0020】

コンパレータＣＭＰ１は、リファレンス電圧（閾値電圧）Ｖｒｅｆ１と、分圧電圧Ｖｄｉｖ（＝Ｖｉｎ×Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２））との比較を行い、比較結果に基づきイネーブル信号ＥＮ１を生成して、ＤＣ−ＤＣ変換器２３に与える。具体的には、ＶｄｉｖがＶｒｅｆ１以上の場合、すなわち、入力電圧Ｖｉｎが、Ｖｒｅｆ１×（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１以上になると、Ｈｉｇｈのイネーブル信号ＥＮ１を出力し、ＶｄｉｖがＶｒｅｆ１より小さくなると場合、Ｌｏｗのイネーブル信号ＥＮ１を出力する。

【0021】

コンパレータＣＭＰ２は、リファレンス電圧Ｖｒｅｆ１よりも高いリファレンス電圧（閾値電圧）Ｖｒｅｆ２と、分圧電圧Ｖｄｉｖとの比較を行い、比較結果に基づきイネーブル信号ＥＮ２を生成して、負荷２に与える。具体的には、ＶｄｉｖがＶｒｅｆ２以上の場合、すなわち、入力電圧ＶｉｎがＶｒｅｆ２×（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１以上になると、Ｈｉｇｈのイネーブル信号ＥＮ２を出力し、ＶｄｉｖがＶｒｅｆ２より小さくなると、Ｌｏｗのイネーブル信号ＥＮ２を出力する。

【0022】

コンパレータＣＭＰ１およびコンパレータＣＭＰ２として、ヒステリシスコンパレータを用いてもよい。これにより、発電装置１１の発電量の変動により、入力電圧Ｖｉｎが微小変化したときに、イネーブル信号ＥＮ１およびイネーブル信号ＥＮ２が細いパルスとして出力されることを防ぐことができる。図では、ヒステリシスコンパレータが用いられている例が示されている。

【0023】

図２に、図１の電源装置における発電電圧Ｖｏｐｅｎ、入力電圧Ｖｉｎ、イネーブル信号ＥＮ１、イネーブル信号ＥＮ２の電圧波形を示す。

【0024】

発電装置１１が発電を開始し、発電電圧Ｖｏｐｅｎが発生すると、ＤＣ−ＤＣ変換器２３の入力電圧Ｖｉｎは徐々に増加する。入力電圧Ｖｉｎが、Ｖｒｅｆ１×（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１になると、イネーブル信号ＥＮ１がＨｉｇｈとなる。このときＤＣ−ＤＣ変換器２３が動作を開始して、ＤＣ−ＤＣ変換器２３の出力電圧に応じた電力が、負荷１に対し供給される。この後、入力電圧Ｖｉｎが上昇し、入力電圧Ｖｉｎが、Ｖｒｅｆ２×（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１になると、イネーブル信号ＥＮ２がＨｉｇｈとなる。このとき、負荷２も動作を開始する。この後、入力電圧Ｖｉｎが上昇し、最終的に入力電圧Ｖｉｎは、電圧Ｖｆｉｎａｌになる。

【0025】

ここで図３を用いて、入力電圧Ｖｉｎと、発電装置出力電力（発電素子出力電力）Ｐｈａｒｖと、電力Ｐｌｏａｄ１（ＤＣ−ＤＣ変換器２３と負荷１が消費する電力の合計）と、電力Ｐｌｏａｄ１＋Ｐｌｏａｄ２（ＤＣ−ＤＣ変換器２３と負荷１と負荷２とが消費する電力の合計）と、の関係について説明する。Ｐｌｏａｄ２は、負荷２が消費する電力である。

【0026】

簡単のため、整流回路２１を構成するダイオードの順方向電圧は無視する。発電素子として、圧電素子などを用いる場合には、発電素子起電力Ｖｏｐｅｎはダイオード順方向電圧よりも十分高いため、このような仮定を行っても問題はない。

【0027】

発電素子の出力抵抗Ｒｈａｒｖがゼロではない値であれば、発電装置出力電力Ｐｈａｒｖは、入力電圧Ｖｉｎに依存して変化する。すなわち、Ｖｉｎ＝０であれば、発電装置出力電圧（発電素子出力電圧）Ｖｈａｒｖ＝０であるから、Ｐｈａｒｖ＝０である。また、Ｖｉｎが、発電素子の開放電圧Ｖｏｐｅｎｐｋに一致する場合、すなわち、Ｖｉｎ＝Ｖｏｐｅｎｐｋの場合、Ｖｈａｒｖ＝Ｖｏｐｅｎｐｋである。よって、発電素子から電流が出力されず、Ｐｈａｒｖはやはり０である。最大電力供給定理より、Ｐｈａｒｖが最大となるのは、Ｖｉｎ＝０．５＊Ｖｏｐｅｎｐｋの場合である。なお、発電素子の開放電圧Ｖｏｐｅｎｐｋは、発電装置１１の出力側に何も負荷（整流回路、起動制御回路、ＤＣ−ＤＣ変換器、負荷１、負荷２等）を接続しないとした場合の電圧に相当する。

【0028】

図３から理解されるように、Ｖｉｎ＝Ｖｒｅｆ１（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１の時点では、発電装置出力電力Ｐｈａｒｖは Ｐｌｏａｄ１＋Ｐｌｏａｄ２より小さい（すなわちＰｈａｒｖ＜Ｐｌｏａｄ１＋Ｐｌｏａｄ２）。したがって、もしＶｉｎ＝Ｖｒｅｆ１（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１となった時点で、負荷１と負荷２を同時に駆動すると、発電電力が足りないこととなる。この結果、入力電圧ＶｉｎおよびＰｈａｒｖが低下して、負荷１と負荷２の起動に失敗する。

【0029】

本実施形態では、Ｖｉｎ＝Ｖｒｅｆ１（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１となった時点で、このときの発電装置出力電力Ｐｈａｒｖよりも低い電力Ｐｌｏａｄ１を要求するＤＣ−ＤＣ変換器２３および負荷１のみを起動する。入力電圧ＶｉｎおよびＰｈａｒｖが十分大きくなった後に、電力Ｐｌｏａｄ２を要求する負荷２を追加で起動する。具体的に、Ｖｉｎ＝Ｖｒｅｆ２（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１となる時点で、負荷２を起動する。この時点で、Ｐｈａｒｖは Ｐｌｏａｄ１＋Ｐｌｏａｄ２より大きい（すなわちＰｈａｒｖ＞Ｐｌｏａｄ１＋Ｐｌｏａｄ２）。よって、ＤＣ−ＤＣ変換器２３、負荷１および負荷２のすべてを同時に駆動しても問題ない。特に、Ｖｒｅｆ２（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１を、発電素子の開放電圧Ｖｏｐｅｎｐｋの１／２（＝０．５）よりもやや大きい値に設定すれば、Ｐｈａｒｖの最大値付近で、負荷２を確実に起動することができる。負荷２の起動後、入力電圧Ｖｉｎは最終的に、ＰｈａｒｖがＰｌｏａｄ１＋Ｐｌｏａｄ２に一致する（すなわちＰｈａｒｖ＝Ｐｌｏａｄ１＋Ｐｌｏａｄ２が成立する）電圧Ｖｆｉｎａｌまで、上昇する。なお、動作上、発電装置出力電力が、発電素子の開放電圧Ｖｏｐｅｎｐｋの１／２（＝０．５）またはこれより若干小さいときに負荷２を起動しても、Ｐｈａｒｖ＞Ｐｌｏａｄ１＋Ｐｌｏａｄ２であれば、問題ない。ただし、上述のように、開放電圧Ｖｏｐｅｎｐｋの１／２（最大値）よりもやや大きいときに負荷２を起動することで、一時的にＶｉｎが低下しても、Ｐｈａｒｖ＞Ｐｌｏａｄ１＋Ｐｌｏａｄ２が維持される。これにより、発電電力が増す方向に行くため、より確実に負荷２を起動できる。例えば、仮にＤＣ−ＤＣ変換器２３の出力端子と、グランド端子との間に、キャパシタが接続された構成を用いる場合、このキャパシタの充電が終了するまでは、一時的にＤＣ−ＤＣ変換器２３の出力電流が増え、Ｖｉｎが一時的に低下する可能性があるが、このような場合も、確実に負荷２を起動できる。

【0030】

このように、入力電圧Ｖｉｎが上昇する過程で、最初に、ＤＣ−ＤＣ変換器２３および負荷１を起動し、次に負荷２を起動していくことで、発電装置１１の発電量に見合った段階的な立ち上げが可能となる。これによって、全ての負荷を確実に起動することが可能となる。またＤＣ−ＤＣ変換器２３も入力電圧Ｖｉｎの上昇過程で負荷１とともに起動することで、ＤＣ−ＤＣ変換器２３のみを一番先に（負荷１より先に）起動しておくといったような動作を行う必要もなく、消費電力を抑制できる。

【0031】

また、負荷１を早期に起動できるという利点も有する。例えば発電装置１１が発電を開始後早期にセンシングして、センサデータをメモリ４４に格納しておく。負荷２が起動したら、メモリ４４に格納されているセンサデータを無線で送信する。発電装置出力電力Ｐｈａｒｖが十分に大きくなってから負荷１と負荷２との両方を同時に起動するよりも、早期にセンサデータの取得が可能となる。

【0032】

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る電源装置の構成例を示す回路図である。本装置は、無負荷時の入力電圧Ｖｉｎを抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ３により分圧することにより、コンパレータＣＭＰに入力するリファレンス電圧（閾値電圧）Ｖｒｅｆを自動生成することを特徴の１つとする。図１と同じ名称の要素には同一の符号を付し、拡張または変更された処理を除き、詳細な説明は省略する。

【0033】

本実施形態の負荷は、センサ４３と、メモリ４４と、無線送信機４５と、アンテナ４６とを備える。負荷は、ＤＣ−ＤＣ変換器２３の出力端子に接続されている。負荷には、起動制御回路２２からイネーブル信号は入力されず、イネーブル信号による動作の制御はなされない。

【0034】

キャパシタＣｉｎの一端（第１端子）は、ＤＣ−ＤＣ変換器２３の入力側に接続されている。キャパシタＣｉｎの他端（第２端子）は、スイッチＳＷｉｎを介して、基準端子であるグランド端子に接続されている。スイッチＳＷｉｎは、起動制御回路２２のタイミング信号生成回路３２からのイネーブル信号ＥＮ０により、オンおよびオフが制御される。

【0035】

起動制御回路２２は、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４と、スイッチＳＷｓｈと、スイッチＳＷｉｎと、リニアレギュレータ３１と、タイミング信号生成回路３２、コンパレータＣＭＰとを備える。

【0036】

抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ３とは直列に接続され、これらにより分圧回路を構成する。抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ３間の接続点は、スイッチＳＷｓｈを介して、キャパシタＣｈと、コンパレータＣＭＰのマイナス端子とに接続されている。スイッチＳＷｓｈは、タイミング信号生成回路３２からのサンプル信号ＳＨにより、オンおよびオフが制御される。

【0037】

リニアレギュレータ３１からの出力電圧は、コンパレータＣＭＰにその動作電圧として供給されるとともに、タイミング信号生成回路３２に入力される。

【0038】

タイミング信号生成回路３２は、リニアレギュレータ３１からの電圧供給に応じて、その動作を開始する。動作を開始すると、サンプル信号ＳＨを所定期間、ハイレベルにする（所定期間幅のパルスを出力する）。これにより、スイッチＳＷｓｈを所定期間、オンする。スイッチＳＷｓｈをオンにすることで、キャパシタＣｈには、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ３とにより入力電圧Ｖｉｎを分圧して得られる電圧が保持される。この電圧は、リファレンス電圧Ｖｒｅｆとなる。このとき分圧される入力電圧Ｖｉｎは、無負荷時（キャパシタＣｉｎがグランド端子に接続されていない時）、すなわち、発電装置１１から見て何ら負荷回路が接続されていないように見えるときの入力電圧であり、発電素子の開放電圧Ｖｏｐｅｎｐｋに相当する。

【0039】

タイミング信号生成回路３２は、サンプル信号ＳＨがＬｏｗになった後（すなわちサンプル信号ＳＨをＨｉｇｈにしてから所定期間の経過後）、イネーブル信号ＥＮ０をＨｉｇｈにすることで、スイッチＳＷｉｎをオンにする。スイッチＳＷｉｎがオンにされることで、キャパシタＣｉｎの充電が開始される。

【0040】

第１の実施形態と同様に、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ１とにより、入力電圧Ｖｉｎを分圧することにより、分圧電圧Ｖｄｉｖ（＝Ｖｉｎ×Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２））が生成される。Ｖｄｉｖは、コンパレータＣＭＰのプラス端子に入力される。コンパレータＣＭＰは、分圧電圧Ｖｄｉｖが、キャパシタＣｈに保持されているリファレンス電圧Ｖｒｅｆ以上になると、イネーブル信号ＥＮ１をＨｉｇｈにする。

【0041】

図５に、発電電圧Ｖｏｐｅｎと、入力電圧Ｖｉｎと、スイッチ信号ＳＨと、リファレンス電圧Ｖｒｅｆと、イネーブル信号ＥＮ０と、イネーブル信号ＥＮ１の動作波形を示す。

【0042】

発電装置１１が発電を開始する前は、タイミング信号生成回路３２から出力されるイネーブル信号ＥＮ０およびサンプル信号ＳＨと、コンパレータＣＭＰから出力されるイネーブル信号ＥＮ１とは、全てＬｏｗである。イネーブル信号ＥＮ０およびサンプル信号ＳＨがＬｏｗであるため、スイッチＳＷｉｎ、ＳＷｓｈは共にオフである。また、イネーブル信号ＥＮ１がＬｏｗであるため、ＤＣ−ＤＣ変換器２３は動作を停止している。

【0043】

スイッチＳＷｉｎおよびＤＣ−ＤＣ変換器２３がともにオフであることから、発電装置１１が発電を開始すると、ＤＣ−ＤＣ変換器２３への入力電圧Ｖｉｎは急速に上昇する。入力電圧Ｖｉｎが上昇すると、リニアレギュレータ３１により電力を供給されたタイミング信号生成回路３２およびコンパレータＣＭＰがそれぞれ動作を開始する。

【0044】

動作を開始したタイミング信号生成回路３２は、サンプル信号ＳＨを所定期間ハイレベルにし（所定期間幅のパルスを出力し）、スイッチＳＷｓｈを所定期間、オンにする。これにより、キャパシタＣｈには、無負荷時（ＤＣ−ＤＣ変換器２３がオフで、スイッチＳＷｉｎがオフのため、発電装置１１から見て、何も負荷回路が接続されていないように見える）の入力電圧を、抵抗Ｒ３および抵抗Ｒ４により分圧して得られるリファレンス電圧Ｖｒｅｆが保持される。

【0045】

整流回路２１を構成するダイオードの順方向電圧を無視し、発電素子の開放電圧ＶｏｐｅｎをＶｏｐｅｎｐｋとすれば、
Ｖｒｅｆ＝｛Ｒ３／（Ｒ３＋Ｒ４）｝×Ｖｏｐｅｎｐｋ
となる。

【0046】

タイミング信号生成回路３２は、所定期間が経過して、サンプル信号ＳＨがＬｏｗになった後、イネーブル信号ＥＮ０をＨｉｇｈにすることで、スイッチＳＷｉｎをオンにする。スイッチＳＷｉｎがオンにされることで、キャパシタＣｉｎの充電が開始される。

【0047】

このとき、ＤＣ−ＤＣ変換器２３の入力電圧Ｖｉｎは、いったん０付近まで低下したのち、徐々に上昇する。入力Ｖｉｎを、抵抗Ｒ２および抵抗Ｒ１で分圧した電圧Ｖｄｉｖ（＝Ｖｉｎ×Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２））が、キャパシタＣｈに保持されているリファレンス電圧Ｖｒｅｆと等しくなったとき、すなわち

【数1】

となると、コンパレータＣＭＰは、ＤＣ−ＤＣ変換器２３に対して出力するイネーブル信号ＥＮ１をＨｉｇｈにする。

【0048】

ここで、

【数2】

が、Ｖｏｐｅｎｐｋの１／２よりやや大きな値となるように抵抗Ｒ１〜抵抗Ｒ４の値を設定すれば、第１の実施形態で用いた図３に示したように、ＤＣ−ＤＣ変換器２３が動作開始したときに、発電装置出力電力Ｐｈａｒｖが、グラフの最大値付近となる。このため、無線送信機４５を含む大電力負荷を確実に起動することが可能である。すなわち、ＤＣ−ＤＣ変換器２３がオンになる時点では、発電電力が負荷消費電力（ＤＣ−ＤＣ変換器、センサ、メモリ、無線送信機の消費電力の合計）よりも大きくなっているため、ＤＣ−ＤＣ変換器２３がオンされても、起動に失敗することはない。

【0049】

発電装置１１に用いられる発電素子が異なると、発電電圧Ｖｏｐｅｎも変わり、発電量も変わることから、リファレンス電圧は、使用する発電素子に応じて適切に設定する必要がある。この点、本実施形態では、無負荷時の入力電圧Ｖｉｎを抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ３により分圧してリファレンス電圧を生成するため、使用する発電素子に適したリファレンス電圧を自動的に生成することができる。

【0050】

（第３の実施形態）
図６は、第３の実施形態に係る電源装置の構成例を示す回路図である。図１および図４と同じ名称の要素には同一の符号を付し、拡張または変更された処理を除き、詳細な説明は省略する。

【0051】

図６の電源装置は、第１の実施形態の電源装置と第２の実施形態の電源装置とを組み合わせたものである。具体的に、複数の負荷の順次起動と、リファレンス電圧の自動生成との両方を同時に実現する電源装置である。具体的に、図６のコンパレータＣＭＰ１の動作は第１の実施形態と同様であり、図６のコンパレータＣＭＰ２の動作およびコンパレータＣＭＰ２に与えるリファレンス電圧の自動生成は第２の実施形態と同様である。

【0052】

コンパレータＣＭＰ１に入力されるリファレンス電圧Ｖｒｅｆ１は、第１の実施形態と同様にあらかじめ定められた固定値である。分圧電圧Ｖｄｉｖが、リファレンス電圧Ｖｒｅｆ１以上になると、コンパレータＣＭＰ１は、Ｈｉｇｈのイネーブル信号ＥＮ１を出力する。ＤＣ−ＤＣ変換器２３は、このイネーブル信号ＥＮ１により起動して、ＤＣ−ＤＣ変換処理を開始する。負荷１は、ＤＣ−ＤＣ変換器２３から入力される電圧に基づき動作を開始し、センシングとセンサデータの記憶保持との動作を開始する。

【0053】

コンパレータＣＭＰ２に入力されるリファレンス電圧Ｖｒｅｆ２は、第２の実施形態と同様に、無負荷時の入力電圧Ｖｉｎを、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ３により分圧することにより生成する。生成したリファレンス電圧Ｖｒｅｆ２は、キャパシタＣｈに保持される。コンパレータＣＭＰ２は、上記の分圧電圧Ｖｄｉｖが、リファレンス電圧Ｖｒｅｆ２以上になると、Ｈｉｇｈのイネーブル信号ＥＮ２を出力する。

【0054】

本実施形態によれば、リファレンス電圧Ｖｒｅｆ１の値を、ＤＣ−ＤＣ変換器２３および負荷１を起動できるだけの最低限の値とすることで、負荷１を早期に起動することができる。また、発電電力が最大値付近にあるところで、消費電力の大きな負荷２を起動することで、換言すれば、ＤＣ−ＤＣ変換器２３と負荷１と負荷２との合計消費電力が、発電電力よりも大きいときに負荷２を起動することにより、確実に負荷２を起動できる。

【0055】

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0056】

１、２：負荷
１１：発電装置
１２：電源回路
２１：整流回路
２２：起動制御回路
２３：ＤＣ−ＤＣ変換器
３１：リニアレギュレータ
３２：タイミング信号生成回路
４３：センサ
４４：メモリ
４５：無線送信機
４６：アンテナ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４：抵抗
ＳＷｓｈ、ＳＷｉｎ：スイッチ
ＣＭＰ、ＣＭＰ１、ＣＭＰ２：コンパレータ
Ｃｉｎ、Ｃｈ：キャパシタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】