特開 2022-126980 電源装置、昇圧回路の制御装置、及び昇圧回路の出力評価装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022126980

(43)【公開日】2022-08-31

(54)【発明の名称】電源装置、昇圧回路の制御装置、及び昇圧回路の出力評価装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20220824BHJP

【ＦＩ】

H02M3/155 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021024870

(22)【出願日】2021-02-19

(71)【出願人】

【識別番号】000229117

【氏名又は名称】日本ゼオン株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】304023318

【氏名又は名称】国立大学法人静岡大学

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100124800

【弁理士】

【氏名又は名称】諏澤 勇司

(74)【代理人】

【識別番号】100170818

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 秀輝

(72)【発明者】

【氏名】丹沢 徹

(72)【発明者】

【氏名】内田 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】濃野 公一

【テーマコード（参考）】

5H730

【Ｆターム（参考）】

5H730AS04

5H730BB02

5H730BB86

5H730BB88

5H730FD01

5H730FD11

5H730FD31

5H730FF01

5H730FF09

5H730VV01

(57)【要約】

【課題】出力電力を高める。
【解決手段】電源装置１は、発電素子２と、入力電力Ｐｉｎを受けて、入力電圧Ｖｉｎを入力電圧Ｖｉｎよりも高い出力電圧Ｖｏｕｔに昇圧した出力電力Ｐｏｕｔを出力する昇圧回路３と、昇圧回路３に制御信号φを出力するコントローラ５と、を備える。昇圧回路３は、第１容量部３１ａ及び第２容量部３１ｂを有する。コントローラ５は、第１容量部３１ａへの充電動作と第１充電動作の後に実行される第２容量部３１ｂへの充電動作とを含む第１制御信号φ１と、第１容量部３１ａ及び第２容量部３１ｂにより形成される第１合成容量部３１ｓへの充電動作を含む第２制御信号φ２と、を有する。コントローラ５は、入力電力Ｐｉｎの状態に応じて、第１制御信号φ１及び第２制御信号φ２のいずれか一方を昇圧回路３へ出力する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

負荷装置が要求する要求電圧に基づく電力を供給する電源装置であって、
外部エネルギを受けて電力を発生する発電部と、
前記発電部が発生する電力を入力電力として受けて、前記入力電力における入力電圧を前記入力電圧よりも高い出力電圧に昇圧した出力電力を出力する昇圧部と、
前記昇圧部に第１制御信号又は第２制御信号を出力する制御部と、を備え、
前記昇圧部は、第１容量部及び第２容量部を含む複数の容量部を有し、
前記制御部は、
前記第１容量部への第１充電動作と前記第１充電動作の後に実行される前記第２容量部への充電動作とを含んで、前記入力電力を前記出力電力に変換する前記第１制御信号と、
前記第１容量部及び前記第２容量部により形成される合成容量部への充電動作を含んで、前記入力電力を前記出力電力に変換する前記第２制御信号と、を有し、
前記制御部は、前記入力電力の状態に応じて、前記第１制御信号及び前記第２制御信号のいずれか一方を前記昇圧部へ出力する、電源装置。

【請求項2】

前記入力電力を前記出力電力に変換する動作において、前記充電動作の回数と１回あたりの前記充電動作における前記容量部の大きさとの積は、前記第１制御信号による動作と前記第２制御信号による動作とで一定である、請求項１に記載の電源装置。

【請求項3】

前記昇圧部の動作状態を示す動作状態データを取得すると共に、前記動作状態データに示される状態の前記昇圧部の動作状態を評価する動作評価データを得る出力評価部をさらに備え、
前記制御部は、前記動作評価データに応じて、前記第１制御信号及び前記第２制御信号のいずれか一方を前記昇圧部へ出力する、請求項１又は２に記載の電源装置。

【請求項4】

前記昇圧部は、前記第１容量部への充電動作、前記第２容量部への充電動作及び前記合成容量部への充電動作を制御する駆動信号を発生する駆動信号発生部をさらに有し、
前記駆動信号は、前記第１容量部への充電動作、前記第２容量部への充電動作及び前記合成容量部への充電動作を実行させる充電動作成分を含み、
前記出力評価部は、
前記動作状態データとして前記駆動信号を取得する駆動信号取得部と、
前記動作状態データである前記駆動信号が含む単位時間当たりの前記充電動作成分の数を数えて、前記充電動作成分の数を前記動作評価データとして取得する計数部と、を有する、請求項３に記載の電源装置。

【請求項5】

前記出力評価部は、
前記昇圧部に対する計測負荷電流を発生する計測負荷発生部と、
前記計測負荷電流を受けたときの前記出力電圧を前記動作状態データとして取得して、前記出力電圧を前記要求電圧と比較する電圧比較部と、
前記出力電圧が前記要求電圧より低くなる前記計測負荷電流を前記動作評価データとして取得する判定部と、を有する、請求項３に記載の電源装置。

【請求項6】

前記入力電力の状態に応じる入力電圧を取得する入力評価部をさらに備え、
前記制御部は、前記入力電圧に応じて、前記第１制御信号及び前記第２制御信号のいずれか一方を前記昇圧部へ出力する、請求項１又は２に記載の電源装置。

【請求項7】

外部エネルギを受けて電力を発生する発電部から前記電力を入力電力として受けて、前記入力電力における入力電圧を前記入力電圧よりも高い出力電圧に昇圧した出力電力を出力すると共に、第１容量部及び第２容量部を含む複数の容量部を有する昇圧回路の制御装置であって、
前記昇圧回路に第１制御信号又は第２制御信号を出力する制御部と、
前記昇圧回路の動作状態を示す動作状態データを取得すると共に、前記動作状態データに示される状態の前記昇圧回路の動作状態を評価する動作評価データを得る出力評価部と、を備え、
前記制御部は、
前記第１容量部への第１充電動作と、前記第１充電動作の後に実行される前記第２容量部への充電動作と、を含んで、前記入力電力を前記出力電力に変換する前記第１制御信号と、
前記第１容量部及び前記第２容量部により形成される合成容量部への充電動作を含んで、前記入力電力を前記出力電力に変換する前記第２制御信号と、を有し、
前記制御部は、前記入力電力の状態に応じて、前記第１制御信号及び前記第２制御信号のいずれか一方を前記昇圧回路へ出力する、昇圧回路の制御装置。

【請求項8】

外部エネルギを受けて電力を発生する発電部から前記電力を入力電力として受けて、前記入力電力における入力電圧を前記入力電圧よりも高い出力電圧に昇圧した出力電力を出力すると共に、第１容量部及び第２容量部を含む複数の容量部を有する昇圧回路の制御装置であって、
前記昇圧回路に第１制御信号又は第２制御信号を出力する制御部と、
前記入力電力の状態に応じる入力電圧を取得する入力評価部と、を備え、
前記制御部は、前記入力電圧に応じて、前記第１制御信号及び前記第２制御信号のいずれか一方を前記昇圧回路へ出力する、昇圧回路の制御装置。

【請求項9】

入力電力における入力電圧を前記入力電圧よりも高い出力電圧に昇圧した出力電力を出力する昇圧回路の出力を評価する昇圧回路の出力評価装置であって、
前記昇圧回路が有する複数の容量部に充電動作をさせる充電動作成分を含む駆動信号を前記昇圧回路から取得する駆動信号取得部と、
前記駆動信号が含む単位時間当たりの前記充電動作成分の数を数えて、前記充電動作成分の数を前記昇圧回路の出力を評価する動作評価データとして取得する計数部と、を備える、昇圧回路の出力評価装置。

【請求項10】

入力電力における入力電圧を前記入力電圧よりも高い出力電圧に昇圧した出力電力を出力する昇圧回路の出力を評価する昇圧回路の出力評価装置であって、
前記昇圧回路に対する計測負荷電流を発生する計測負荷発生部と、
前記計測負荷電流を受けたときの前記出力電圧を取得して、前記出力電圧と前記出力電圧を受ける負荷装置が要求する要求電圧とを比較する電圧比較部と、
前記出力電圧が前記要求電圧より低くなる前記計測負荷電流を前記昇圧回路の出力を評価する動作評価データとして取得する判定部と、を備える、昇圧回路の出力評価装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電源装置、昇圧回路の制御装置、及び昇圧回路の出力評価装置に関する。

【背景技術】

【0002】

今までに利用されることのなかった振動及び熱といった環境エネルギを活用する技術が注目されている。このような技術は、エナジー・ハーベストと呼ばれる。エナジー・ハーベストは、いわゆるＩｏＴ（物のインターネット：Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）のためのセンサに適用する電源技術として注目を集めている。例えば、エナジー・ハーベスト技術を適用したセンサは、装置が設置された環境に存在する振動及び熱から回収されたエネルギを利用して駆動する。エナジー・ハーベストに関する技術として、特許文献１～３が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１－１７２３７７号公報

【特許文献2】特許第５３４０５２号

【特許文献3】特許第５８８００８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば、エナジー・ハーベスト技術を支える装置として、熱エネルギを電力に変換する熱発電素子がある。周囲環境から与えられる熱を利用して熱発電素子が出力する電力は、微弱である。熱発電素子が出力する電力は、センサ又は通信ＩＣといった負荷装置が要求する電力よりも小さい。そこで、熱発電素子が出力する電力を負荷装置が要求する電力に変換する装置が必要である。電力変換装置としてチャージポンプ回路が挙げられる。チャージポンプ回路は、入力された電力をキャパシタに蓄積する動作を繰り返して、電圧を高める。エナジー・ハーベスト技術の分野では、チャージポンプ回路から出力される電力をさらに高めることが望まれている。

【0005】

本発明は、出力電力を高めることが可能な電源装置、昇圧回路の制御装置、及び昇圧回路の出力評価装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一形態は、負荷装置が要求する要求電圧に基づく電力を供給する電源装置である。電源装置は、外部エネルギを受けて電力を発生する発電部と、発電部が発生する電力を入力電力として受けて、入力電力における入力電圧を入力電圧よりも高い出力電圧に昇圧した出力電力を出力する昇圧部と、昇圧部に第１制御信号又は第２制御信号を出力する制御部と、を備える。昇圧部は、第１容量部及び第２容量部を含む複数の容量部を有する。制御部は、第１容量部への第１充電動作と第１充電動作の後に実行される第２容量部への充電動作とを含んで、入力電力を出力電力に変換する第１制御信号と、第１容量部及び第２容量部により形成される合成容量部への充電動作を含んで、入力電力を出力電力に変換する第２制御信号と、を有する。制御部は、入力電力の状態に応じて、第１制御信号及び第２制御信号のいずれか一方を昇圧部へ出力する。

【0007】

昇圧部の出力特性は、発電部から入力される入力電力の影響を受ける。電源装置は、入力電力の状態に応じて、昇圧部における昇圧動作の態様を切り替える。その結果、昇圧部は、入力電力に応じた回路構成とすることができるので、出力電力を高めることができる。

【0008】

一形態の電源装置は、入力電力を出力電力に変換する動作において、充電動作の回数と１回あたりの充電動作における容量部の大きさとの積は、第１制御信号による動作と第２制御信号による動作とで一定であってもよい。この構成によれば、出力電力を確実に向上させることができる。

【0009】

一形態の電源装置は、昇圧部の動作状態を示す動作状態データを取得すると共に、動作状態データに示される状態の昇圧部の動作状態を評価する動作評価データを得る出力評価部をさらに備えてもよい。制御部は、動作評価データに応じて、第１制御信号及び第２制御信号のいずれか一方を昇圧部へ出力してもよい。この構成によれば、出力電力の評価を行うことができる。従って、昇圧部の回路構成を切り替えながら、動作評価データを取得すると共に、取得した動作評価データを用いて昇圧部の出力特性を評価できる。従って、出力電力を最大化できる昇圧部の回路構成を決定することができる。

【0010】

一形態の電源装置の昇圧部は、第１容量部への充電動作、第２容量部への充電動作及び合成容量部への充電動作を制御する駆動信号を発生する駆動信号発生部をさらに有してもよい。駆動信号は、第１容量部への充電動作、第２容量部への充電動作及び合成容量部への充電動作を実行させる充電動作成分を含んでもよい。出力評価部は、動作状態データとして駆動信号を取得する駆動信号取得部と、動作状態データである駆動信号が含む単位時間当たりの充電動作成分の数を数えて、充電動作成分の数を動作評価データとして取得する計数部と、を有してもよい。この構成によれば、動作評価データを得ることができる。

【0011】

一形態の電源装置の出力評価部は、昇圧部に対する計測負荷電流を発生する計測負荷発生部と、計測負荷電流を受けたときの出力電圧を動作状態データとして取得して、出力電圧を要求電圧と比較する電圧比較部と、出力電圧が要求電圧より低くなる計測負荷電流を動作評価データとして取得する判定部と、を有してもよい。この構成によっても、動作評価データを得ることができる。

【0012】

一形態の電源装置は、入力電力の状態に応じる入力電圧を取得する入力評価部をさらに備えてもよい。制御部は、入力電圧に応じて、第１制御信号及び第２制御信号のいずれか一方を昇圧部へ出力してもよい。この構成によれば、繰り返し動作を要することなく、入力電圧から直接に第１制御信号及び第２制御信号のいずれか一方を昇圧部へ出力することができる。

【0013】

本発明の別の形態は、外部エネルギを受けて電力を発生する発電部から電力を入力電力として受けて、入力電力における入力電圧を入力電圧よりも高い出力電圧に昇圧した出力電力を出力すると共に、第１容量部及び第２容量部を含む複数の容量部を有する昇圧回路の制御装置である。昇圧回路の制御装置は、昇圧回路に第１制御信号又は第２制御信号を出力する制御部と、昇圧回路の動作状態を示す動作状態データを取得すると共に、動作状態データに示される状態の昇圧回路の動作状態を評価する動作評価データを得る出力評価部と、を備える。制御部は、第１容量部への第１充電動作と、第１充電動作の後に実行される第２容量部への充電動作と、を含んで、入力電力を出力電力に変換する第１制御信号と、第１容量部及び第２容量部により形成される合成容量部への充電動作を含んで、入力電力を出力電力に変換する第２制御信号と、を有する。制御部は、入力電力の状態に応じて、第１制御信号及び第２制御信号のいずれか一方を昇圧回路へ出力する。

【0014】

この昇圧回路の制御装置によれば、昇圧回路の出力電力を高めることができる。

【0015】

本発明のさらに別の形態は、外部エネルギを受けて電力を発生する発電部から電力を入力電力として受けて、入力電力における入力電圧を入力電圧よりも高い出力電圧に昇圧した出力電力を出力すると共に、第１容量部及び第２容量部を含む複数の容量部を有する昇圧回路の制御装置である。昇圧回路の制御装置は、昇圧回路に第１制御信号又は第２制御信号を出力する制御部と、入力電力の状態に応じる入力電圧を取得する入力評価部と、を備える。制御部は、入力電圧に応じて、第１制御信号及び第２制御信号のいずれか一方を昇圧回路へ出力する。

【0016】

この昇圧回路の制御装置によっても、昇圧回路の出力電力を高めることができる。

【0017】

本発明のさらに別の形態は、入力電力における入力電圧を入力電圧よりも高い出力電圧に昇圧した出力電力を出力する昇圧回路の出力を評価する昇圧回路の出力評価装置である。昇圧回路の出力評価装置は、昇圧回路が有する複数の容量部に充電動作をさせる充電動作成分を含む駆動信号を昇圧回路から取得する駆動信号取得部と、駆動信号が含む単位時間当たりの充電動作成分の数を数えて、充電動作成分の数を昇圧回路の出力を評価する動作評価データとして取得する計数部と、を備える。

【0018】

この昇圧回路の出力評価装置によれば、入力電力に対する昇圧回路の適否を評価することができる。

【0019】

本発明のさらに別の形態は、入力電力における入力電圧を入力電圧よりも高い出力電圧に昇圧した出力電力を出力する昇圧回路の出力を評価する昇圧回路の出力評価装置である。昇圧回路の出力評価装置は、昇圧回路に対する計測負荷電流を発生する計測負荷発生部と、計測負荷電流を受けたときの出力電圧を取得して、出力電圧と出力電圧を受ける負荷装置が要求する要求電圧とを比較する電圧比較部と、出力電圧が要求電圧より低くなる計測負荷電流を昇圧回路の出力を評価する動作評価データとして取得する判定部と、を備える。

【0020】

この昇圧回路の出力評価装置によっても、入力電力に対する昇圧回路の適否を評価することができる。

【発明の効果】

【0021】

本発明の電源装置、昇圧回路の制御装置、及び昇圧回路の出力評価装置によれば、出力電力を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】図１は、第１実施形態に係る電源装置の構成を示す機能ブロック図である。

【図2】図２（ａ）は、容量部の第１の接続構成を例示する図である。図２（ｂ）は、容量部の第２の接続構成を例示する図である。

【図3】図３は、電源装置の動作を示すフローチャートである。

【図4】図４は、第２実施形態に係る電源装置の構成を示す機能ブロック図である。

【図5】図５は、出力電力モニタ装置の回路構成を例示する図である。

【図6】図６は、出力電力モニタ装置において最大負荷電流を得る処理を説明するための図である。

【図7】図７は、第３実施形態に係る電源装置の構成を示す機能ブロック図である。

【図8】図８は、実施例の電源装置の回路構成を例示する図である。

【図9】図９（ａ）は、接続構成の一例を示す図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）の等価回路を示す図である。

【図10】図１０（ａ）は、接続構成の別の一例を示す図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の等価回路を示す図である。

【図11】図１１（ａ）は検討例１において開放電圧が０．５Ｖであるときの段数と単位容量との関係を示すコンター図である。図１１（ｂ）は検討例１において開放電圧が０．７Ｖであるときの段数と単位容量との関係を示すコンター図である。

【図12】図１２（ａ）は検討例１において開放電圧が１．０Ｖであるときの段数と単位容量との関係を示すコンター図である。図１２（ｂ）は検討例１において開放電圧が１．５Ｖであるときの段数と単位容量との関係を示すコンター図である。

【図13】図１３は、検討例２において開放電圧と段数との関係及び開放電圧と単位容量との関係を併記したグラフである。

【図14】図１４は、検討例３において、回路構成を制御する昇圧回路と、昇圧回路の構成が不変である比較例の電源装置と、の出力特性を比較したグラフである。

【図15】図１５は、出力電力モニタ装置及びコントローラを構成するコンピュータを説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、添付図面を参照しながら電源装置、昇圧回路の制御装置、及び昇圧回路の出力評価装置の例示を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付す。図面の説明において重複する説明は省略する。

【0024】

図１に示すように、電源装置１は、外部エネルギを利用して発電する。電源装置１は、負荷装置２００に電力を供給する。例えば、電源装置１が熱エネルギを利用して発電するものであり、負荷装置２００が通信装置であるとする。この構成によれば、電源装置１及び負荷装置２００は、火災報知器として機能する。火災によって電源装置１の温度が上昇すると、電源装置１が発電を開始する。電源装置１から出力された電力が、負荷装置２００である通信装置の動作に十分な量に達すると、通信装置は、外部に火災が発生した信号を出力する。つまり、電源装置１と負荷装置２００とにより構成される火災報知器は、外部から電力の提供を受けることなしに、火災の発生を報知できる。また、火災報知器は、自らバッテリを備える必要もない。

【0025】

なお、電源装置１及び負荷装置２００が火災報知器を構成する説明は、一例に過ぎない。電源装置１が利用する外部エネルギは、熱エネルギに限定されない。電源装置１が利用する外部エネルギは、振動などの力学的なエネルギであってもよい。また、負荷装置２００は、通信装置に限定されない。負荷装置２００は、周囲環境の状態を計測するような測定装置であってもよい。

【0026】

電源装置１は、発電素子２（発電部）と、昇圧回路３（昇圧部）と、出力電力モニタ装置４（出力評価部）と、コントローラ５（制御部）と、を有する。負荷装置２００は、電源装置１の構成要素に含まれない。出力電力モニタ装置４及びコントローラ５は、昇圧回路３の制御装置６を構成する。また、出力電力モニタ装置４は、昇圧回路３の出力評価装置である。

【0027】

発電素子２は、外部エネルギを受けて、当該外部エネルギを電気エネルギに変換する。発電素子２は、外部エネルギを受けて電気エネルギを発生可能な種々の素子を用いてよい。

【0028】

直流電圧の発電素子としては、太陽光エネルギを利用した太陽電池や、温度差による電荷の偏りを利用した熱電変換素子などが挙げられ、交流電圧の発電素子としては、振動による双極子モーメントの乱れを利用した圧電素子や、電磁誘導電圧を利用した振動素子、焦電効果を利用した焦電素子、電波の受信によって発電するＲＦ素子などが挙げられる。なお、発電素子２が交流電圧を出力する場合には、発電素子２と昇圧回路３との間に、交流電圧を直流電圧に変換する装置（コンバータ）を備えてもよい。

【0029】

特に熱電変換素子は、もっともありふれたエネルギである熱エネルギを使用するという点で、今後、応用可能な範囲が拡大することが期待されている。熱電変換素子に用いられる材料は、無機半導体または有機導電性高分子などがある。カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を使った素子は、柔軟性（フレキシビリティ）を有するとともに軽量である。さらに、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を使った素子は、薄膜を使った素子である。従って、発電素子２としてカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を利用した素子を採用することにより、同一の環境でも他の材料よりも温度差を拡大できる構造を実現することができる。その結果、発電素子２を取り付けることが可能な使用環境が大きく広がる。従って、応用範囲を広げることができる。

【0030】

カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）としては、単層カーボンナノチューブ（単層ＣＮＴ）、及び、多層カーボンナノチューブ（多層ＣＮＴ）を用いることができる。カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）として、単層ＣＮＴを用いることが好ましい。ＣＮＴは、単層ＣＮＴまたは多層ＣＮＴをそれぞれ単独で用いてもよい。ＣＮＴは、混合して用いてもよい。混合して用いる場合、単層ＣＮＴの含有割合は、５０質量％以上であることが好ましい。さらに、単層ＣＮＴの含有割合は、７０質量％以上であることがより好ましい。さらに、単層ＣＮＴの含有割合は、９０質量％以上であることが好ましい。単層ＣＮＴの平均直径は、０．７ｎｍ以上１５ｎｍ以下である。単層ＣＮＴは、ラマンスペクトルにおけるＤバンドピーク強度に対するＧバンドピーク強度の比（Ｇ／Ｄ比）が１以上２０以下であることが好ましい。単層ＣＮＴは、合成時における繊維状の炭素ナノ構造体の平均長さが１００μｍ以上であることが好ましい。単層ＣＮＴのＢＥＴ比表面積は、６００ｍ^２／ｇ以上であることが好ましい。ＢＥＴ比表面積は、８００ｍ^２／ｇ以上であることが更に好ましい。ＢＥＴ比表面積は、２５００ｍ^２／ｇ以下であることが好ましい。ＢＥＴ比表面積は、１２００ｍ^２／ｇ以下であることが更に好ましい。

【0031】

単層ＣＮＴの製造には、例えば、スーパーグロース法（国際公開第２００６／０１１６５５号参照）を採用してよい。スーパーグロース法は、触媒層の触媒活性を飛躍的に向上させるものである。例えば、カーボンナノチューブ製造用の触媒層を表面に有する基材上に、原料化合物及びキャリアガスを供給する。つまり、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）によりＣＮＴを合成する際に、系内に微量の酸化剤（触媒賦活物質）を存在させる。この方法によれば、基材表面への触媒層の形成をウェットプロセスにより行うために、効率的に製造することができる。なお、以下では、スーパーグロース法により得られるカーボンナノチューブを「ＳＧＣＮＴ」と称することがある。ＳＧＣＮＴ（Super Growth Carbon nanotube）は、他のＣＮＴに比べて、純度が高い。さらに、ＳＧＣＮＴは、ドーピングの効果が高いため発電能力（ゼーベック係数）が大きい。従って、ＳＧＣＮＴは、熱電変換素子としての適性が高い。ＳＧＣＮＴは、低コストおよび材料純度が高いという特徴を有する。さらにＳＧＣＮＴは、ドーピングがしやすいという特徴も有する。

【0032】

昇圧回路３は、発電素子２が発生する電力を入力電力Ｐｉｎとして受ける。昇圧回路３は、入力電力Ｐｉｎにおける入力電圧Ｖｉｎを、入力電圧Ｖｉｎよりも高い出力電圧Ｖｏｕｔに昇圧する。そして、昇圧回路３は、出力電圧Ｖｏｕｔに基づく出力電力Ｐｏｕｔを出力する。

【0033】

昇圧回路３は、いわゆるチャージポンプである。昇圧回路３は、第１容量部３１ａと、第２容量部３１ｂと、第３容量部３１ｃと、第４容量部３１ｄと、を有する。第１容量部３１ａ、第２容量部３１ｂ、第３容量部３１ｃ及び第４容量部３１ｄは、スイッチ回路３２によって接続構成が切り替え可能である。例えば、昇圧回路３が第１容量部３１ａ、第２容量部３１ｂ、第３容量部３１ｃ及び第４容量部３１ｄを有する場合、昇圧回路３は、図２（ａ）に示す第１の接続構成と、図２（ｂ）に示す第２の接続構成と、取り得る。第１の接続構成と第２の接続構成とは、スイッチ回路３２の動作によって、相互に切り替え可能である。スイッチ回路３２は、コントローラ５が出力する制御信号φに応じて接続構成を切り替える。

【0034】

図２（ａ）に示す第１の接続構成は、第１容量部３１ａ、第２容量部３１ｂ、第３容量部３１ｃ及び第４容量部３１ｄを直列に接続したものである。まず、第１容量部３１ａに入力電圧Ｖｉｎが充電される。次に、入力電圧Ｖｉｎと第１容量部３１ａに充電された電圧とが加算された第１昇圧電圧が、第２容量部３１ｂに充電される。次に、入力電圧Ｖｉｎと第１昇圧電圧が加算された第２昇圧電圧が、第３容量部３１ｃに充電される。このような充電動作を繰り返すごとに、電圧が上昇する。そして、昇圧回路３が入力電圧Ｖｉｎを出力電圧Ｖｏｕｔに昇圧する間の昇圧動作において行われた充電動作の数を「段数」として標記する。換言すると、第１の接続構成における「段数」は、昇圧回路３が入力電圧Ｖｉｎを出力電圧Ｖｏｕｔに昇圧する間の昇圧動作において利用された容量部の数である。つまり、第１の接続構成では、第１容量部３１ａへの充電動作と、第２容量部３１ｂへの充電動作と、第３容量部３１ｃへの充電動作と、第４容量部３１ｄへの充電動作と、がこの順に行われる。したがって、第１の接続構成の段数Ｎは、４である。

【0035】

第２の接続構成は、第１合成容量部３１ｓと、第２合成容量部３１ｋと、を直列に接続したものである。第１合成容量部３１ｓは、第１容量部３１ａと第２容量部３１ｂとを並列に接続したものである。第２合成容量部３１ｋは、第３容量部３１ｃと第４容量部３１ｄとを並列に接続したものである。第２の接続構成では、まず、第１合成容量部３１ｓに入力電圧Ｖｉｎが充電される。次に、入力電圧Ｖｉｎと第１合成容量部３１ｓにｓされた電圧とが加算された第１昇圧電圧が、第２合成容量部３１ｋに充電される。つまり、第２の接続構成において、入力電圧Ｖｉｎを出力電圧Ｖｏｕｔに昇圧する間の昇圧動作において行われた充電動作の数は、２回である。換言すると、第２の接続構成では、入力電圧Ｖｉｎを出力電圧Ｖｏｕｔに昇圧する間には、第１合成容量部３１ｓと、第２合成容量部３１ｋと、を用いる。つまり、容量部の数は、実質的に２個である。したがって、第２の接続構成の段数Ｎは、２である。

【0036】

上述のとおり、「段数」を構成する容量部の数は、昇圧回路３が有する第１容量部３１ａ、第２容量部３１ｂ、第３容量部３１ｃ及び第４容量部３１ｄの数を必ずしも意味しない。接続構成によっては、１個の容量部が１段を構成する場合もあるし、複数個（例えば２個）の容量部が１段を構成する場合もあり得る。

【0037】

ここで、第１容量部３１ａ、第２容量部３１ｂ、第３容量部３１ｃ及び第４容量部３１ｄの静電容量が互いに同じであるとする。そして、上述した「段数」をＮとして示す。さらに、１段あたりの静電容量を「Ｃ」として示す。そうすると、段数Ｎと単位容量Ｃとの積は、第１の接続構成と第２の接続構成との間で保存される。換言すると、昇圧回路３において、複数の容量部の接続構成が切り替わったとしても、段数Ｎと単位容量Ｃの積は、一定である。例えば、第１の接続構成では、４段（Ｎ＝４）であり、１段あたりの静電容量である単位容量Ｃは１（Ｃ＝１）であるとする。この場合、積は４である。そして、第２の接続構成では、２段（Ｎ＝２）であり、１段あたりの静電容量である単位容量Ｃは２（Ｃ＝２）であるとする。静電容量が１である第１容量部３１ａと、静電容量が１である第２容量部３１ｂと、が並列に接続された場合には、第１合成容量部３１ｓの静電容量は２である。したがって、第２の接続構成においても積は４である。

【0038】

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す第１容量部３１ａ、第２容量部３１ｂ、第３容量部３１ｃ及び第４容量部３１ｄを示す矩形の面積は、それぞれの容量部の静電容量に対応するとみなすこともできる。そして、静電容量は、回路上の面積と相関する。そうすると、第１容量部３１ａ、第２容量部３１ｂ、第３容量部３１ｃ及び第４容量部３１ｄを示す矩形の面積は、回路基板に示す容量部の面積に相当するともみなせる。図２（ａ）に示す接続構成としても、図２（ｂ）に示す接続構成としても、回路基板上に占める容量部の面積は変わらない。つまり、入力電力Ｐｉｎに対応するように回路構成を変えても、回路基板上に占める容量部の面積は不変である。

【0039】

昇圧回路３は、複数の容量部の接続構成を切り替える構成を採用し、そして、いずれの接続構成においても段数Ｎと単位容量Ｃとの積は、一定である。このような構成によれば、昇圧回路３の出力電力Ｐｏｕｔの低下を抑制できることに、発明者らは相当するに至った。

【0040】

なお、段数Ｎと単位容量Ｃとの積が一定とは、厳密に数値が等しいことに限定されない。つまり、段数Ｎと単位容量Ｃとの積は、一定とみなせる幅を含む。この幅は、昇圧回路３の出力電力Ｐｏｕｔの低下を抑制できる効果が得られる範囲を基準として決定してもよい。また、第１容量部３１ａ、第２容量部３１ｂ、第３容量部３１ｃ及び第４容量部３１ｄがそれぞれ含む静電容量のばらつきに基づいて決定してもよい。

【0041】

第１容量部３１ａ、第２容量部３１ｂ、第３容量部３１ｃ及び第４容量部３１ｄの充電動作は、駆動信号θによって制御される。昇圧回路３は、駆動信号θを発生する駆動信号発生部３３を有する。駆動信号θが出力されるとき、昇圧回路３は、負荷装置２００に出力電力Ｐｏｕｔを提供する。駆動信号θが停止されるとき、昇圧回路３は、負荷装置２００に出力電力Ｐｏｕｔを提供しない。駆動信号θは、所定の周期をもって出力される駆動パルス（充電動作成分）を含むクロック信号である。駆動信号発生部３３は、出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて駆動信号θを出力するか否かを決定する。駆動信号発生部３３は、負荷装置２００が要求する要求電圧Ｖｄより出力電圧Ｖｏｕｔが低いとき、駆動パルスを含む駆動信号θを出力する。駆動信号発生部３３は、負荷装置２００が要求する要求電圧Ｖｄより出力電圧Ｖｏｕｔが高いとき、駆動パルスを含む駆動信号θを出力しない。

【0042】

出力電力モニタ装置４は、動作状態データに基づいて動作評価データを得る。動作状態データは、昇圧回路３の動作状態を示す。本実施形態において動作状態データは、駆動信号θである。動作評価データは、動作状態データに示される状態の昇圧回路３の動作状態を評価する。本実施形態において動作評価データは、単位時間あたりの駆動パルス数ＥＰである。昇圧回路３の動作が良好であるとき、１つの駆動パルスあたりの出力電力は大きい。したがって、要求電力Ｐｄを満たすための駆動パルス数ＥＰは少なくなる。逆に、昇圧回路３の動作が良好でないとき、１つの駆動パルスあたりの出力電力は小さい。したがって、要求電力Ｐｄを満たすための駆動パルス数ＥＰは多くなる。その結果、駆動パルス数ＥＰに基づけば、昇圧回路３の動作状態が良好であるか否かを知ることができる。したがって、単位時間当たりの駆動パルス数ＥＰは、昇圧回路３の動作状態の評価に利用できる。

【0043】

出力電力モニタ装置４は、物理的な電気回路として構成されてもよい。また、出力電力モニタ装置４はコンピュータであり、上述した各動作がプログラムの実行によって実現されてもよい。この場合には、出力電力モニタ装置４は、機能構成要素として、駆動信号取得部４１ａと、駆動パルス計数部４１ｂと、を有する。駆動信号取得部４１ａは、昇圧回路３の駆動信号発生部３３から駆動信号θを受ける。駆動信号取得部４１ａは、駆動パルス計数部４１ｂに駆動信号θを出力する。駆動パルス計数部４１ｂは、駆動信号θにおいて単位時間あたりの駆動パルス数ＥＰを数える。駆動パルス計数部４１ｂは、駆動パルス数ＥＰをコントローラ５に出力する。

【0044】

コントローラ５は、スイッチ回路３２のための制御信号φを出力する。コントローラ５が行う出力動作は、２個の動作を含む。第１の動作は、探索動作である。コントローラ５は、探索動作において、良好な動作状態となる昇圧回路３の回路構成を探索する。具体的には、出力電力Ｐｏｕｔが最大となる、第１容量部３１ａ、第２容量部３１ｂ、第３容量部３１ｃ、第４容量部３１ｄの接続構成を探す。換言すると、出力電力Ｐｏｕｔが最大となる、段数Ｎと１段当たりの単位容量Ｃとを探す。第２の動作は、定常動作である。コントローラ５は、定常動作において、探索動作によって得られた良好な動作状態となる段数Ｎと１段当たりの単位容量Ｃとなるような制御信号φｓを昇圧回路３に出力する。例えば、コントローラ５は、所定の期間の冒頭において探索動作を行う。そして、所定の期間の残り期間において定常動作を行う。そして、コントローラ５は、探索動作と定常動作とを繰り返す。

【0045】

コントローラ５は、物理的な電気回路として構成されてもよい。また、コントローラ５はコンピュータであり、上述した各動作がプログラムの実行によって実現されてもよい。この場合には、コントローラ５は、機能構成要素として、動作評価データ取得部５１と、判定部５２と、カウンタ５３と、制御信号出力部５４と、記憶部５５と、を有する。

【0046】

ここで、出力電力モニタ装置４及びコントローラ５を構成するコンピュータについて説明する。図１５は、コンピュータ３００のハードウェア構成を示す。図１５に示すように、コンピュータ３００は、物理的には、演算装置であるＣＰＵ３０１（Central Processing Unit）と、記録媒体であるＲＡＭ３０２（Random Access Memory）と、ＲＯＭ３０３（Read Only Memory）と、通信モジュール３０４と、入出力モジュール３０６と、を含む。コンピュータ３００は、必要に応じて、これらの構成要素とは別の装置を含んでもよい。これらの構成要素は、互いに電気的に接続されている。コンピュータ３００は、入出力モジュール３０６として、ディスプレイ、キーボード、マウス、タッチパネルディスプレイ等を含んでもよい。コンピュータ３００は、入出力モジュール３０６として、ハードディスクドライブ及び半導体メモリ等のデータ記録装置を含んでもよい。また、コンピュータ３００は、複数のコンピュータによって構成されてもよい。

【0047】

図１に示す出力電力モニタ装置４及びコントローラ５の機能構成要素は、以下のような動作によって実現される。まず、コンピュータ３００は、ＣＰＵ３０１及びＲＡＭ３０２等のハードウェア上にプログラムを読み込ませる。次に、コンピュータ３００は、ＣＰＵ３０１の制御のもとで、通信モジュール３０４、及び入出力モジュール３０６等を動作させる。さらに、コンピュータ３００は、ＲＡＭ３０２におけるデータの読み出し及び書き込みを行う。コンピュータ３００のＣＰＵ３０１は、昇圧回路の制御処理が記述されたコンピュータプログラムを実行することによって、コンピュータ３００を図１の機能構成要素として機能させる。そして、昇圧回路の制御に関する処理を順次実行する。コンピュータプログラムの実行に必要な各種データ、及び、コンピュータプログラムの実行によって生成された各種データは、全て、ＲＯＭ３０３及びＲＡＭ３０２等の内蔵メモリ、又は、ハードディスクドライブなどの記憶媒体に格納される。

【0048】

まず、探索動作であるときの各構成要素の働きについて説明する。探索動作では、コントローラ５は、制御信号φを昇圧回路３に出力する信号出力動作と、制御信号φによる回路構成によって得られる駆動パルス数ＥＰを得るパルス数取得動作と、を繰り返す。そして、最も高い出力電力Ｐｏｕｔとなる回路構成とした制御信号φｓを決定する。信号出力動作とパルス数取得動作との繰り返しは、カウンタ変数ｋによって制御される。

【0049】

動作評価データ取得部５１は、出力電力モニタ装置４から駆動パルス数ＥＰを受ける。動作評価データ取得部５１は、駆動パルス数ＥＰを判定部５２に出力する。

【0050】

判定部５２は、ｋ回目の信号出力動作及びパルス数取得動作によって得た駆動パルス数ＥＰ（ｋ）が、ｋ－１回目の信号出力動作及びパルス数取得動作によって得た駆動パルス数ＥＰ（ｋ－１）より大きいか否かを比較する。判定部５２は、駆動パルス数ＥＰ（ｋ）が駆動パルス数ＥＰ（ｋ－１）よりも大きいとき、駆動パルス数ＥＰを得た制御信号φを定常動作に用いる制御信号φｓとして決定する。判定部５２は、駆動パルス数ＥＰ（ｋ）が駆動パルス数ＥＰ（ｋ－１）よりも少ないとき、カウンタ変数ｋに１を加える。

【0051】

記憶部５５は、段数Ｎと単位容量Ｃとの組み合わせをあらかじめ保存する。この組み合わせは、カウンタ変数ｋによって指定できる。記憶部５５は、カウンタ変数ｋに基づいて複数の組み合わせから所定の段数Ｎと単位容量Ｃとの組み合わせを指定する。段数Ｎと単位容量Ｃとの組み合わせの情報は、制御信号出力部５４に出力される。

【0052】

制御信号出力部５４は、段数Ｎと単位容量Ｃとの組み合わせの情報に基づいて制御信号φを生成する。そして、制御信号出力部５４は、制御信号φを昇圧回路３に出力する。制御信号φは、スイッチ回路３２が含む複数のスイッチのそれぞれに与えられる複数のＯＮ／ＯＦＦ信号を含む。制御信号出力部５４は、段数Ｎと単位容量Ｃとの組み合わせ情報に基づいて、ＯＮするスイッチとＯＦＦするスイッチを決定する。

【0053】

なお、記憶部５５は、所定の段数Ｎと単位容量Ｃとの組み合わせを実現するスイッチのＯＮ／ＯＦＦの情報を保存していてもよい。この場合には、コントローラ５は、制御信号出力部５４を介することなく、記憶部５５が直接に制御信号φを出力する。

【0054】

次に、定常動作であるときの各構成要素の働きについて説明する。定常動作では、探索動作において決定された制御信号φｓを出力する。定常動作であるとき、コントローラ５は、記憶部５５に記憶されている選択された段数Ｎと単位容量Ｃとの組み合わせの情報を制御信号出力部５４に出力する。制御信号出力部５４は、選択された段数Ｎと単位容量Ｃとの組み合わせの情報に基づいて制御信号φｓを生成し、出力する。

【0055】

図３は、コントローラ５が行う探索動作の一例を示すフローチャートである。

【0056】

コントローラ５は、カウンタ変数ｋを初期値（１）に設定する（ステップＳ０１）。次に、コントローラ５は、制御信号φを昇圧回路３に出力する（ステップＳ０２）。具体的には、コントローラ５は、カウンタ変数ｋに基づいて、記憶部５５から組み合わせ情報を読み出す。そして、コントローラ５は、組み合わせ情報を制御信号出力部５４に入力する。制御信号出力部５４は、組み合わせ情報に基づいてスイッチ回路３２のオン／オフを決める信号を生成し、出力する。

【0057】

次に、コントローラ５は、動作評価データを得る（ステップＳ０３）。動作評価データは、本質的には出力電流Ｉｏｕｔの最大値である。第１実施形態の処理では、動作評価データは、駆動信号θが含む単位時間あたりの駆動パルス数ＥＰである。コントローラ５は、動作評価データを出力電力モニタ装置４から得る。コントローラ５は、取得した動作評価データをカウンタ変数ｋと紐づけする（ステップＳ０４）。次に、コントローラ５は、動作評価データの比較を行う（ステップＳ０５）。コントローラ５は、記憶部５５から判定部５２へ動作評価データを読み出す。読み出される動作評価データは、前回のループで得た値である。

【0058】

ところで、この説明では、動作評価データとして駆動パルス数ＥＰを選択している。そして、要求電力Ｐｄを満たす出力電力Ｐｏｕｔを発生するとき、１個の駆動パルスに対応する出力電力Ｐｏｕｔが大きい場合には、要求電力Ｐｄを満たす出力電力Ｐｏｕｔを発生させるために要する駆動パルスの数は少なくてよい。この場合には、昇圧回路３の構成は、入力電力Ｐｉｎに対応していると言える。１個の駆動パルスに対応する出力電力Ｐｏｕｔが小さい場合には、要求電力Ｐｄを満たす出力電力Ｐｏｕｔを発生させるために、多くの駆動パルスを要する。この場合には、昇圧回路３の構成は、入力電力Ｐｉｎに対応していると言えない。探索動作において、初期状態の回路構成が対応する入力電力Ｐｉｎは、最小設定値である。そして、ループを繰り返すごとに、回路構成が対応する入力電力Ｐｉｎは、大きくなる。

【0059】

多くの場合、入力電力Ｐｉｎは、最小設定値と最大設定値との間である。そうすると、初期状態の回路構成は、入力電力Ｐｉｎに対応していない。そして、ループを繰り返すごとに、回路構成は、入力電力Ｐｉｎに対応するように近づく。つまり、１個の駆動パルスに対応する出力電力Ｐｏｕｔが大きくなるから、要求電力Ｐｄを満たす出力電力Ｐｏｕｔを発生させるために要する駆動パルスの数は次第に減少する。したがって、比較の結果、今回のループで得た動作評価データが前回のループで得た動作評価データより小さい場合には、回路構成が最適な回路構成に近づいている状態であると言える。したがって、入力電力Ｐｉｎに適した回路構成に至っている状態ではないので、回路構成を変更したのちに、再び駆動パルス数ＥＰを得る。回路構成を変更は、カウンタ変数ｋのカウントアップによって表現される（ステップＳ０５）。

【0060】

そして、回路構成が対応する入力電力Ｐｉｎが、実際に受けている入力電圧Ｖｉｎより大きくなると、１個の駆動パルスに対応する出力電力Ｐｏｕｔが減少する。つまり、要求電力Ｐｄを満たす出力電力Ｐｏｕｔを発生させるために要する駆動パルスの数は減少から増加に転じる。したがって、駆動パルスの数が減少から増加に転じた動作の１つ前の動作で設定した回路構成が、実際に受けている入力電力Ｐｉｎに最も適していることがわかる。つまり、比較の結果、今回のループで得た動作評価データが前回のループで得た動作評価データより大きい場合には、ステップＳ０６に移行する。そして、コントローラ５は、カウンタ変数（ｋ－１）で示される段数と静電容量との組み合わせが、その時点での最適な構成であるとして、記憶部５５に保存する。

【0061】

昇圧回路３の出力特性は、発電素子２から入力される入力電力Ｐｉｎの影響を受ける。電源装置１は、入力電力Ｐｉｎの状態を反映する動作状態データとして駆動信号θを取得する。そして、駆動信号θから動作評価データとして駆動パルス数を得る。当該駆動パルス数を用いて、入力電力Ｐｉｎに対する昇圧回路３の構成の適否を判断する。従って、昇圧回路３における昇圧動作の態様を切り替えることが可能になる。その結果、昇圧回路３は、入力電力Ｐｉｎに応じた回路構成とすることができるので、出力電力Ｐｏｕｔを高めることができる。

【0062】

＜第２実施形態＞
図４に示す第２実施形態の電源装置１Ａについて説明する。第１実施形態の電源装置１では、動作状態データは駆動信号θであり、動作評価データは駆動パルス数であった。第２実施形態の電源装置１Ａでは、動作状態データは計測負荷電流Ｉｔｅｓｔを与えたときの出力電圧Ｖｏｕｔであり、動作評価データは計測負荷電流Ｉｔｅｓｔの最大値である。

【0063】

電源装置１Ａは、発電素子２と、昇圧回路３と、出力電力モニタ装置４Ａと、コントローラ５Ａと、を有する。発電素子２及び昇圧回路３の構成は、第１実施形態と同様であるから、詳細な説明は省略する。

【0064】

出力電力モニタ装置４Ａは、計測用の負荷電流を与える。計測負荷電流Ｉｔｅｓｔが小さいときに昇圧回路３の出力電力Ｐｏｕｔは、要求電圧Ｖｄを維持できる。計測負荷電流Ｉｔｅｓｔが大きくなると昇圧回路３の出力電力Ｐｏｕｔは、要求電圧Ｖｄを維持できなくなる。要求電圧Ｖｄを維持できる計測負荷電流Ｉｔｅｓｔによれば、昇圧回路３の出力電力Ｐｏｕｔの動作状態を評価できる。例えば、要求電圧Ｖｄを維持できる計測負荷電流Ｉｔｅｓｔが大きいとき、昇圧回路３の出力電力Ｐｏｕｔは大きいといえる。要求電圧Ｖｄを維持できる計測負荷電流Ｉｔｅｓｔが小さいとき、昇圧回路３の出力電力Ｐｏｕｔは小さいといえる。そこで、電源装置１Ａは、上述のとおり、動作状態データとして計測負荷電流Ｉｔｅｓｔを与えたときの出力電圧Ｖｏｕｔを利用し、動作評価データとして計測負荷電流の最大値を利用する。

【0065】

図４及び図５を参照しながら電源装置１Ａについて説明する。出力電力モニタ装置４Ａは、計測負荷発生部４２ａと、電圧比較部４２ｂと、最大負荷電流判定部４２ｃと、を有する。計測負荷発生部４２ａは、計測負荷電流Ｉｔｅｓｔを昇圧回路３に提供する。計測負荷発生部４２ａは、複数の計測負荷電流Ｉｔｅｓｔを生じさせることが可能な構成を採用できる。例えば、計測負荷発生部４２ａは、複数の負荷抵抗を備え、それらの接続構成を相互に切り替え可能なものであってもよい。計測負荷発生部４２ａは、昇圧回路３の出力に接続されている。

【0066】

電圧比較部４２ｂは、基準電圧Ｖｒｅｆと出力電圧Ｖｏｕｔとを比較する。電圧比較部４２ｂは、いわゆるコンパレータである。電圧比較部４２ｂの反転入力には、抵抗Ｒ１を介して昇圧回路３の出力が接続されている。つまり、電圧比較部４２ｂの反転入力は、出力電圧Ｖｏｕｔを受ける。電圧比較部４２ｂの非反転入力は、抵抗Ｒ２を介して基準電圧Ｖｒｅｆを受ける。基準電圧Ｖｒｅｆとは、例えば、負荷装置２００の要求電圧Ｖｄとしてもよい。電圧比較部４２ｂは、出力電圧Ｖｏｕｔが基準電圧Ｖｒｅｆよりも大きいとき、「０」を出力する。電圧比較部４２ｂは、出力電圧Ｖｏｕｔが基準電圧Ｖｒｅｆよりも低いとき、「１」を出力する。電圧比較部４２ｂの出力Ｖｄｅｔは、最大負荷電流判定部４２ｃに出力される。

【0067】

最大負荷電流判定部４２ｃは、計測負荷発生部４２ａが出力する計測負荷電流Ｉｔｅｓｔが最大値であるか否かを判定する。図６は、計測負荷電流Ｉｔｅｓｔが最大値であるか否かを判定する動作を説明する図である。横軸は、計測負荷電流Ｉｔｅｓｔである。縦軸は電圧比較部４２ｂの出力Ｖｄｅｔである。計測負荷電流Ｉｔｅｓｔが小さいとき、出力電圧Ｖｏｕｔは基準電圧Ｖｒｅｆよりも高いので、電圧比較部４２ｂの出力Ｖｄｅｔは「０」である。最大負荷電流判定部４２ｃは、電圧比較部４２ｂの出力Ｖｄｅｔが「０」であるとき、計測負荷発生部４２ａに計測負荷電流Ｉｔｅｓｔを高めるための制御信号を出力する。電圧比較部４２ｂの出力Ｖｄｅｔが「０」であるとは、目標の電圧（基準電圧Ｖｒｅｆ）を出力できていることを意味する。計測負荷電流Ｉｔｅｓｔを段階的に高めると、出力電圧Ｖｏｕｔが基準電圧Ｖｒｅｆより低くなる状態が生じる。出力電圧Ｖｏｕｔが基準電圧Ｖｒｅｆより低くなると、電圧比較部４２ｂは、出力Ｖｄｅｔとして「１」を出力する。図６の例示では、最大負荷電流判定部４２ｃは、電圧比較部４２ｂの出力Ｖｄｅｔが「０」となるいくつかの計測負荷電流Ｉｔｅｓｔのうち、最も大きい計測負荷電流Ｉｔｅｓｔを、計測負荷電流Ｉｔｅｓｔの最大値としてコントローラ５Ａに出力する。以下の説明では、計測負荷電流Ｉｔｅｓｔの最大値を最大負荷電流Ｉｔｅｓｔ、ｍａｘとも称する。

【0068】

コントローラ５Ａは、計測負荷電流Ｉｔｅｓｔの最大値を用いて、コントローラ５Ａが設定した昇圧回路３の回路構成について判定する。つまり、第２実施形態のコントローラ５Ａは、昇圧回路３の回路構成を制御する動作と、当該回路構成によって得られる動作評価データを取得及び判定する動作と、を繰り返す点では、第１実施形態のコントローラ５と共通である。従って、コントローラ５Ａは、構成要素として、動作評価データ取得部５１、判定部５２Ａ、カウンタ５３、制御信号出力部５４及び記憶部５５を有する。このうち、動作評価データ取得部５１、カウンタ５３、制御信号出力部５４及び記憶部５５の構成及び動作は、第１実施形態のコントローラ５と概ね共通する。第２実施形態の電源装置１Ａでは、動作状態データと動作評価データとが第１実施形態と異なる。従って、第２実施形態の判定部５２Ａの動作は、第１実施形態の判定部５２の動作と異なる。

【0069】

判定部５２Ａは、ｋ回目の信号出力動作及び最大負荷電流の取得動作によって得た最大負荷電流Ｉｔｅｓｔ、ｍａｘ（ｋ）が、ｋ－１回目の信号出力動作及び最大負荷電流の取得動作によって得た最大負荷電流Ｉｔｅｓｔ、ｍａｘ（ｋ－１）より大きいか否かを比較する。判定部５２Ａは、最大負荷電流Ｉｔｅｓｔ、ｍａｘ（ｋ）が最大負荷電流Ｉｔｅｓｔ、ｍａｘ（ｋ－１）よりも小さいとき、最大負荷電流Ｉｔｅｓｔ、ｍａｘ（ｋ－１）を得た制御信号φ（ｋ）を定常動作に用いる制御信号φｓとして決定する。

【0070】

電源装置１Ａの動作について説明する。第２実施形態では、探索動作における信号出力動作及び最大負荷電流Ｉｔｅｓｔ、ｍａｘの取得動作の繰り返しの中に、さらに、最大負荷電流Ｉｔｅｓｔ、ｍａｘを得る繰り返し動作を含む。

【0071】

コントローラ５Ａは、カウンタ変数ｋを初期値（１）に設定する。次に、コントローラ５Ａは、制御信号φを昇圧回路３に出力する。次に、コントローラ５Ａは、出力電力モニタ装置４Ａから動作評価データを得る。出力電力モニタ装置４Ａは、計測負荷電流Ｉｔｅｓｔの出力動作と、出力電圧Ｖｏｕｔ及び基準電圧Ｖｒｅｆの比較動作と、を繰り返す。そして、出力電圧Ｖｏｕｔが基準電圧Ｖｒｅｆを下回ったときの計測負荷電流Ｉｔｅｓｔを最大値（動作評価データ、最大負荷電流Ｉｔｅｓｔ、ｍａｘ）として判定する。

【0072】

次に、コントローラ５Ａは、最大負荷電流Ｉｔｅｓｔ、ｍａｘに基づいて昇圧回路３の動作を評価する。第１実施形態で述べたように、コントローラ５Ａは、入力電力Ｐｉｎが小さい場合に対応する回路構成から探索動作を開始する。そうすると、昇圧回路３の構成は、入力電力Ｐｉｎに最適となる構成に次第に近づく。つまり、出力電力Ｐｏｕｔが増加する。その結果、最大負荷電流Ｉｔｅｓｔ、ｍａｘも次第に増加する。そして、回路構成が対応する入力電力Ｐｉｎが、実際に受けている入力電力Ｐｉｎより大きくなると、出力電力Ｐｏｕｔが減少する。そこで、コントローラ５Ａは、ｋ回目の最大負荷電流Ｉｔｅｓｔ、ｍａｘ（ｋ）とｋ－１回目の最大負荷電流Ｉｔｅｓｔ、ｍａｘ（ｋ－１）とを比較して、最大負荷電流Ｉｔｅｓｔ、ｍａｘ（ｋ）が最大負荷電流Ｉｔｅｓｔ、ｍａｘ（ｋ－１）よりも小さいとき、最大負荷電流Ｉｔｅｓｔ、ｍａｘ（ｋ）を得た制御信号φ（ｋ）を定常動作に用いる制御信号φｓとして決定する。そして、コントローラ５Ａは、カウンタ変数（ｋ－１）で示される段数Ｎと単位容量Ｃとの組み合わせが、その時点での最適な構成であるとして、記憶部５５に保存する。一方、最大負荷電流Ｉｔｅｓｔ、ｍａｘ（ｋ）が最大負荷電流Ｉｔｅｓｔ、ｍａｘ（ｋ－１）よりも大きい場合は、入力電力Ｐｉｎに適した回路構成に至っている状態ではない。従って、回路構成を変更したのちに、再び最大負荷電流Ｉｔｅｓｔ、ｍａｘを得る。

【0073】

第２実施形態の電源装置１Ａによっても、入力電力Ｐｉｎの状態に応じて昇圧回路３の構成を決めることができる。従って、発電素子２の開放電圧Ｖｏｃが変動した場合であっても、十分な出力電力Ｐｏｕｔを出力することができる。

【0074】

＜第３実施形態＞
図７に示す第３実施形態の電源装置１Ｂについて説明する。昇圧回路３の構成は、本質的には入力電力Ｐｉｎの態様によって決まる。そこで、昇圧回路３の構成を決めるために、昇圧回路３に入力される入力電圧Ｖｉｎに基づいて、昇圧回路３を制御してもよい。第３実施形態の電源装置１Ｂは、入力電圧Ｖｉｎに基づいて昇圧回路３を制御する。

【0075】

電源装置１Ｂは、発電素子２と、昇圧回路３と、コントローラ５Ｂと、入力電圧モニタ装置７（入力評価部）と、を有する。また、電源装置１Ｂは、必要に応じて補助電源８を有してもよい。発電素子２及び昇圧回路３の構成は、第１実施形態と同様であるから、詳細な説明は省略する。

【0076】

入力電圧モニタ装置７は、入力電圧Ｖｉｎを得る。つまり、入力電圧モニタ装置７は、発電素子２の開放電圧Ｖｏｃを得る。入力電圧モニタ装置７は、発電素子２の出力に接続されている。入力電圧モニタ装置７は、例えば、電圧計であってもよい。入力電圧モニタ装置７は、入力電圧Ｖｉｎをコントローラ５Ｂに出力する。

【0077】

コントローラ５Ｂは、入力電圧Ｖｉｎに基づいて制御信号φを出力する。後述する検討例２によれば、入力電圧Ｖｉｎ（開放電圧Ｖｏｃ）には、出力電力Ｐｏｕｔを最大化する段数Ｎが存在する。同様に、入力電圧Ｖｉｎ（開放電圧Ｖｏｃ）には、出力電力Ｐｏｕｔを最大化する単位容量Ｃが存在する。つまり、入力電圧Ｖｉｎが決まれば、段数Ｎ及び単位容量Ｃが決まる。つまり、第３実施形態の電源装置１Ｂは、第１実施形態の電源装置１Ｂのように、制御信号φの出力と当該制御信号φに起因して出力される動作状態評価データの取得と、を繰り返して、出力電力Ｐｏｕｔが最も大きくなる段数Ｎ及び単位容量Ｃの組み合わせを探索する必要がない。

【0078】

コントローラ５Ｂは、入力電圧取得部５１Ｂと、制御信号出力部５４と、記憶部５５と、駆動制御部５６と、を有する。つまり、コントローラ５Ｂは、探索動作のための判定部５２及びカウンタ５３といった要素を備える必要がない。入力電圧取得部５１Ｂは、入力電圧モニタ装置７から入力電圧Ｖｉｎを受ける。入力電圧取得部５１Ｂは、受け取った入力電圧Ｖｉｎを制御信号出力部５４に提供する。制御信号出力部５４は、入力電圧Ｖｉｎに基づいて、制御信号φを発生する。制御信号出力部５４は、入力電圧Ｖｉｎを利用して記憶部５５から対応する段数Ｎ及び単位容量Ｃの情報を読み出す。

【0079】

記憶部５５には、あらかじめ入力電圧Ｖｉｎに紐づけられた段数Ｎ及び単位容量Ｃの情報が保存されている。当該情報は、例えば、入力電圧Ｖｉｎが１Ｖ±０．２５Ｖである場合には、段数Ｎが７であり単位容量Ｃが５０ｐＦであるというものであってもよい。つまり、段数Ｎ及び単位容量Ｃに紐づけられる入力電圧Ｖｉｎは、所定の幅を含んでもよい。

【0080】

入力電圧Ｖｉｎ（開放電圧Ｖｏｃ）を得るためには、昇圧回路３の動作を停止する必要がある。そこで、コントローラ５Ｂは、駆動制御部５６を有する。駆動制御部５６は、昇圧回路３の動作を停止するための停止信号を出力する。当該停止信号は、昇圧回路３の駆動信号発生部３３に入力される。駆動信号発生部３３は、停止信号に応じて駆動信号θの出力を停止する。

【0081】

コントローラ５Ｂ及び入力電圧モニタ装置７は、昇圧回路３の出力電力Ｐｏｕｔの一部を受けて動作する。昇圧回路３の動作が停止するということは、コントローラ５Ｂに電力が供給されないことを意味する。しかし、入力電圧モニタ装置７による入力電圧Ｖｉｎの取得動作と、コントローラ５Ｂによる制御信号φの出力動作は、きわめて短時間に実行することができる。例えば、第４容量部３１ｄへ充電された電力が出力されることによってコントローラ５Ｂ及び入力電圧モニタ装置７が動作し、その間、第１容量部３１ａへの充電動作を停止するといった動作によって昇圧回路３の制御動作を実行することが可能である。つまり、第１容量部３１ａへの充電が停止される状態を、昇圧回路３の停止とみなしてよい。

【0082】

なお、さらに確実な昇圧回路３の制御動作を行うために、電源装置１Ｂは、補助電源８を有してもよい。補助電源８は、昇圧回路３の動作を停止させている間に、コントローラ５Ｂ及び入力電圧モニタ装置７に電力を供給する。補助電源８は、当初から電力を蓄えている電池であってもよいし、昇圧回路３の出力電力によって充電される電池であってもよい。

【0083】

電源装置１Ｂの動作について説明する。まず、コントローラ５Ｂは、昇圧回路３の動作を停止させる。次に、入力電圧モニタ装置７は入力電圧Ｖｉｎ（開放電圧Ｖｏｃ）を得た後に、入力電圧Ｖｉｎをコントローラ５Ｂに出力する。次に、コントローラ５Ｂは、入力電圧Ｖｉｎを利用して記憶部５５に保存された段数Ｎと単位容量Ｃとを読み出す。次に、コントローラ５Ｂは、読み出した段数Ｎと単位容量Ｃを実現する制御信号φを昇圧回路３に出力する。そして、コントローラ５Ｂは、昇圧回路３の動作を開始させる。

【0084】

第３実施形態の電源装置１Ｂによっても、入力電力Ｐｉｎの状態に応じて昇圧回路３の構成を決めることができる。従って、発電素子２の開放電圧Ｖｏｃが変動した場合であっても、十分な出力電力Ｐｏｕｔを出力することができる。

【0085】

第３実施形態の電源装置１Ｂは、探索動作を要することなく、入力電力Ｐｉｎの状態に応じて昇圧回路３の構成を決めることができる。したがって、コントローラ５Ｂの構成を単純化することができる。さらに、昇圧回路３の構成を決める処理の数が少なくなるので、昇圧回路３の構成を決定するための時間を短縮することができる。その結果、発電素子２の開放電圧Ｖｏｃが短時間で変動する場合であっても、昇圧回路３の構成を決定する動作と、昇圧回路３の構成を切り替える動作と、を開放電圧Ｖｏｃの変動に追従させることができる。

【0086】

＜実施例＞
以下、図８、図９及び図１０を参照しながら、電源装置１００の具体的な電気回路の構成について例示する。

【0087】

電源装置１００は、出力端子１０１ａと、接地端子１０１ｂと、を有する。出力端子１０１ａは、負荷装置２００に接続されている。出力端子１０１ａは、負荷装置２００に出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。接地端子１０１ｂは、接地電位ＧＮＤから基準となる電位を受ける。電源装置１００は、発電素子１０２と、昇圧回路１０３と、出力電力モニタ装置１０４と、コントローラ１０５と、を有する。

【0088】

発電素子１０２は、入力端子１０２ａと、出力端子１０２ｂと、を有する。入力端子１０２ａ及び出力端子１０２ｂは、昇圧回路１０３に接続されている。発電素子１０２は、発電体１２１と、出力抵抗１２２と、を有する。出力抵抗１２２は、出力端子１０２ｂを介して昇圧回路１０３に接続されている。発電素子１０２は、外部エネルギを電気エネルギに変換する。発電素子１０２は、開放電圧Ｖｏｃを出力する。発電素子１０２には、外部エネルギによって電気エネルギを発生可能な種々の素子を用いることができる。発電素子１０２は、一例として、ＴＥＧ（Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｗｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）である。発電素子１０２は、熱エネルギを利用して発電を行う。開放電圧Ｖｏｃは、直流電圧である。

【0089】

昇圧回路１０３は、発電素子１０２に接続されている。昇圧回路１０３は、発電素子１０２から開放電圧Ｖｏｃを受ける。昇圧回路１０３は、開放電圧Ｖｏｃを昇圧する。昇圧された開放電圧Ｖｏｃは、出力電圧Ｖｏｕｔである。昇圧回路１０３は、負荷装置２００に出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。昇圧回路１０３は、駆動信号θを出力する駆動信号発生部１３１と、電圧加算回路１３２Ａと、電圧加算回路１３２Ｂと、を含む。

【0090】

駆動信号発生部１３１は、発電素子１０２に並列に接続されている。駆動信号発生部１３１は、電圧加算回路１３２Ａに駆動信号θを出力する。駆動信号発生部１３１は、電圧加算回路１３２Ｂにも駆動信号θを出力する。電圧加算回路１３２Ａは、入力端子１０３ａを介して発電素子１０２に接続されている。電圧加算回路１３２Ｂは、電圧加算回路１３２Ａに直列に接続されている。電圧加算回路１３２Ｂは、出力端子１０３ｂを介して負荷装置２００に接続されている。

【0091】

電圧加算回路１３２Ａは、キャパシタ１３３Ａと、キャパシタ１３４Ａと、ダイオード１３５Ａと、スイッチ１３６Ａと、スイッチ１３７Ａと、スイッチ１３８Ａと、を有する。キャパシタ１３３Ａの一端は、駆動信号発生部１３１に接続されている。キャパシタ１３４Ａの他端は、ダイオード１３５Ａのカソード側に接続されている。キャパシタ１３３Ａの他端と、キャパシタ１３４Ａの一端との間には、スイッチ１３７Ａが配置されている。キャパシタ１３３Ａの一端と、キャパシタ１３４Ａの一端との間には、スイッチ１３６Ａが配置されている。キャパシタ１３３Ａの他端と、キャパシタ１３４Ａの他端との間には、スイッチ１３８Ａが配置されている。また、ダイオード１３５Ａのアノードは、昇圧回路１０３の入力端子１０３ａを介して発電素子１０２に接続されている。

【0092】

スイッチ１３６Ａ、スイッチ１３７Ａ及びスイッチ１３８Ａを切り替えることで、キャパシタ１３３Ａ及びキャパシタ１３４Ａの接続状態を切り替えることが可能である。例えば、スイッチ１３７ＡをＯＮ状態とし、スイッチ１３６Ａ及びスイッチ１３８ＡをＯＦＦ状態とした場合、キャパシタ１３３Ａ及びキャパシタ１３４Ａは、互いに直列に接続される。また、スイッチ１３７ＡをＯＦＦ状態とし、スイッチ１３６Ａ及びスイッチ１３８ＡをＯＮ状態とした場合、キャパシタ１３３Ａ及びキャパシタ１３４Ａは、互いに並列に接続される。すなわち、スイッチ１３６Ａ、スイッチ１３７Ａ及びスイッチ１３８Ａの切り替えを行うことにより、キャパシタ１３３Ａ及びキャパシタ１３４Ａによって構成される合成キャパシタの静電容量を制御することができる。なお、スイッチ１３６ＡをＯＮ状態とし、スイッチ１３７Ａ及びスイッチ１３８ＡをＯＦＦ状態とするとキャパシタ１３４Ａのみを動作に使うこともできる。

【0093】

電圧加算回路１３２Ｂは、キャパシタ１３３Ｂと、キャパシタ１３４Ｂと、ダイオード１３５Ｂと、スイッチ１３６Ｂと、スイッチ１３７Ｂと、スイッチ１３８Ｂと、を有する。電圧加算回路１３２Ｂの接続構成は、電圧加算回路１３２Ａの接続構成と同一である。したがって、電圧加算回路１３２Ｂの接続構成に関する説明は省略する。電圧加算回路１３２Ｂと、出力端子１０３ｂとの間には、ダイオード１４０が配置されている。すなわち、ダイオード１４０のカソード側には、出力端子１０３ｂが位置している。

【0094】

電圧加算回路１３２Ａにおけるダイオード１３５Ａのカソード側と、電圧加算回路１３２Ｂにおけるダイオード１３５Ｂのアノードとの間には、スイッチ１３９Ａが配置されている。スイッチ１３９Ａは、電圧加算回路１３２Ａを電圧加算回路１３２Ｂに直列に接続する状態と、電圧加算回路１３２Ａをダイオード１４０のアノードに直列に接続する状態とを切り替える。

【0095】

さらに、昇圧回路１０３は、スイッチ１３９Ｂを含む。スイッチ１３９Ｂは、入力端子１０３ａとダイオード１３５Ｂのアノードとを接続する線路に配置されている。スイッチ１３９Ｂは、電圧加算回路１３２Ａを経由することなく、入力端子１０３ａをダイオード１３５Ｂのアノードに接続する。スイッチ１３９Ｂは、制御信号φ５に応じてＯＮ状態とＯＦＦ状態とを相互に切り替える。

【0096】

例えば、スイッチ１３９ＡをＯＦＦ状態にすると共にスイッチ１３９Ｂをオン状態にする。その結果、電圧加算回路１３２Ａ及び電圧加算回路１３２Ｂは入力端子１０３ａと出力端子１０１ａに対して並列接続となる。一方、スイッチ１３９ＡをＯＮ状態にすると共にスイッチ１３９ＢをＯＦＦ状態にすると電圧加算回路１３２Ａ及び電圧加算回路１３２Ｂは入力端子１０３ａと出力端子１０１ａに対して直列接続となる。

【0097】

図８に示す昇圧回路１０３は、２個の電圧加算回路１３２Ａ及び電圧加算回路１３２Ｂを含む。しかし、昇圧回路１０３は、３個以上の電圧加算回路を含んでもよい。すなわち、昇圧回路１０３は、電圧加算回路１３２Ａ及び電圧加算回路１３２Ｂと、電圧加算回路１３２Ｂに直列に接続された追加の電圧加算回路と、を含んでもよい。例えば、電圧加算回路１３２Ａは、２個のキャパシタと、３個のスイッチとを含む。電圧加算回路１３２Ａが含むキャパシタの数、スイッチの数及びこれらの接続構成は、適宜変更してよい。

【0098】

図９（ａ）に示す例では、コントローラ１０５は、第１制御信号φ１と、第２制御信号φ２と、制御信号φ３と、を昇圧回路１０３に出力する。第１制御信号φ１は、スイッチ１３６Ａ及びスイッチ１３６Ｂを切断にする。第２制御信号φ２は、スイッチ１３７Ａ及びスイッチ１３７Ｂを導通にする。制御信号φ３は、スイッチ１３８Ａ及びスイッチ１３８Ｂを切断にする。また、コントローラ１０５は、スイッチ１３９Ａを切り替えることにより、電圧加算回路１３２Ａを電圧加算回路１３２Ｂに直列に接続するように、制御信号φ４を昇圧回路３に出力する。さらに、コントローラ１０５は、スイッチ１３９Ｂを切断にする制御信号φ５をスイッチ１３９Ｂに出力する。このとき、図９（ａ）に示す回路は、図９（ｂ）に示す回路と等価である。

【0099】

図１０（ａ）に示す例では、コントローラ１０５は、第１制御信号φ１と、第２制御信号φ２と、制御信号φ３と、を昇圧回路１０３に出力する。第１制御信号φ１は、スイッチ１３６Ａ及びスイッチ１３６Ｂを導通にする。第２制御信号φ２は、スイッチ１３７Ａ及びスイッチ１３７Ｂを切断にする。制御信号φ３は、スイッチ１３８Ａ及びスイッチ１３８Ｂを導通にする。また、コントローラ１０５は、スイッチ１３９Ａを切り替えることにより、電圧加算回路１３２Ａをダイオード１４０のアノードに直列に接続するように、制御信号φ４を昇圧回路１０３に出力する。さらに、コントローラ１０５は、スイッチ１３９Ｂを導通にする制御信号φ５をスイッチ１３９Ｂに出力する。このとき、図１０（ａ）に示す回路は、図１０（ｂ）に示す回路と等価となる。

【0100】

＜検討例１＞
昇圧回路１０３の段数Ｎと単位容量Ｃとを変数としたとき、これらの変数と出力電力Ｐｏｕｔとの間には、相関がある。具体的には、段数Ｎと単位容量Ｃと積が保存されるとき、出力電力Ｐｏｕｔを最大にすることができる。

【0101】

図１１（ａ）、図１１（ｂ）、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、この関係を回路シミュレーションにより確認した結果を示す。図１１（ａ）、図１１（ｂ）、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すコンター図は、縦軸が単位容量Ｃを示し、横軸が段数Ｎを示す。また、ハッチングの濃淡は、出力電力Ｐｏｕｔの大きさに対応する。濃いハッチングは、出力電力Ｐｏｕｔが相対的に大きいことを示す。薄いハッチングは、出力電力Ｐｏｕｔが相対的に小さいことを示す。各コンター図と、開放電圧Ｖｏｃとの関係は、以下のとおりである。
図１１（ａ）：開放電圧Ｖｏｃ＝０．５Ｖ。
図１１（ｂ）：開放電圧Ｖｏｃ＝０．７Ｖ。
図１２（ａ）：開放電圧Ｖｏｃ＝１．０Ｖ。
図１２（ｂ）：開放電圧Ｖｏｃ＝１．５Ｖ。

【0102】

それぞれのコンター図において、出力電力Ｐｏｕｔが最大となる段数Ｎと単位容量Ｃとの組み合わせが存在することがわかる。この最大となる段数Ｎと単位容量Ｃとの組み合わせは、点Ｍによって示している。出力電力Ｐｏｕｔが最大となる段数Ｎと単位容量Ｃとの組み合わせは、開放電圧Ｖｏｃの大きさに応じて変化する。図１１（ａ）、図１１（ｂ）、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）を総合的に検討したとき、出力電力Ｐｏｕｔが最大となる段数Ｎと単位容量Ｃとの組み合わせは、ある曲線Ｇｐに存在することがわかった。この曲線Ｇｐは、段数Ｎと単位容量Ｃとの積によって示される関数である。曲線Ｇｐは、反比例の関係を示す。例えば、単位容量Ｃは、段数Ｎの逆数に比例するとも言える。

【0103】

この検討例１の結果によれば、段数Ｎと単位容量Ｃとが切り替え可能な回路があるとき、出力電力Ｐｏｕｔを最大にする段数Ｎと単位容量Ｃとの組み合わせは、有限であることがわかった。その結果、段数Ｎと単位容量Ｃと積がある値となる組み合わせをあらかじめ準備しておき、その中から段数Ｎと単位容量Ｃとの組み合わせを選択することによって出力電力Ｐｏｕｔを増大させることができることがわかった。出力電力Ｐｏｕｔが最大となる段数Ｎと単位容量Ｃとの組み合わせは、検討例１の結果によると開放電圧Ｖｏｃによって決まることがわかった。その結果、電源装置１の動作としては、以下の２個の動作モードがあり得る。

【0104】

第１に、開放電圧Ｖｏｃに基づいて出力電力Ｐｏｕｔを最大にする段数Ｎと単位容量Ｃとの組み合わせを選択する手法が採用できる。第３実施形態の電源装置１Ｂは、この手法を採用する。第２に、あらかじめ準備した段数Ｎと単位容量Ｃとの組み合わせについて、それぞれ出力電力Ｐｏｕｔを取得し、最大の出力電力Ｐｏｕｔを発生させた段数Ｎと単位容量Ｃとの組み合わせを選択する手法も採用できる。第１実施形態の電源装置１及び第２実施形態の電源装置１Ａは、この手法を採用する。これは、総当たりによる探索によっても出力電力Ｐｏｕｔを最大にする段数Ｎと単位容量Ｃとの組み合わせを特定できる程度に、出力電力Ｐｏｕｔを最大にする段数Ｎと単位容量Ｃとの組み合わせが有限であるからこそ、採用できる。

【0105】

そもそも、昇圧回路１０３の入力抵抗が発電素子１０２の出力抵抗と等しいとき、出力電力Ｐｏｕｔを最大化できる。すなわち、昇圧回路１０３の入力抵抗が発電素子１０２の出力抵抗と等しくなるように、昇圧回路１０３の回路構成を制御すれば、開放電圧Ｖｏｃによらず出力電力Ｐｏｕｔを最大化できる。開放電圧Ｖｏｃが高いとき、出力電力Ｐｏｕｔを最大化する段数Ｎは、減少する。段数Ｎが減少すると、昇圧回路３の入力抵抗も減少する。入力抵抗の減少は、１段あたりの静電容量（単位容量Ｃ）の増加によって補完できる。したがって、段数Ｎと単位容量Ｃとの積が保存される回路構成を選択することにより、出力電力Ｐｏｕｔの低下を抑制できる。

【0106】

＜検討例２＞
検討例２では、開放電圧Ｖｏｃと出力電力Ｐｏｕｔが最大となる段数Ｎとの関係を確認した。また、検討例２では、開放電圧Ｖｏｃと出力電力Ｐｏｕｔが最大となる単位容量Ｃとの関係を確認した。検討例２の結果は、図１３に示す。図１３において、グラフＧ１３ａは、開放電圧Ｖｏｃと段数Ｎとの関係を示す。また、グラフＧ１３ｂは、開放電圧Ｖｏｃと単位容量Ｃとの関係を示す。横軸は、開放電圧Ｖｏｃを示す。第１の縦軸は、段数Ｎを示す。第２の縦軸は、単位容量Ｃを示す。

【0107】

グラフＧ１３ａを参照すると、開放電圧Ｖｏｃの上昇に伴い、出力電力Ｐｏｕｔが最大となる段数Ｎが減少することがわかった。昇圧回路１０３の昇圧比は、段数Ｎに比例する。開放電圧Ｖｏｃが低い場合には、昇圧比を大きくする必要がある。したがって、出力電圧Ｖｏｕｔが最大となる段数Ｎは多い。開放電圧Ｖｏｃが高い場合には、昇圧比を大きくする必要がない。したがって、出力電力Ｐｏｕｔが最大となる段数Ｎは少ない。グラフＧ１３ｂを参照すると、開放電圧Ｖｏｃの上昇に伴い、出力電圧Ｖｏｕｔが最大となる単位容量Ｃが増加することがわかった。

【0108】

＜検討例３＞
検討例３では、実施形態の昇圧回路３の効果を比較例の昇圧回路との比較により確認した。実施形態の昇圧回路３は、開放電圧Ｖｏｃに応じて出力電力Ｐｏｕｔが最大となるように昇圧回路３の段数Ｎと静電容量とを可変にしたものである。比較例の昇圧回路３は、開放電圧Ｖｏｃによらず昇圧回路３の段数Ｎと静電容量とを固定にしたものである。検討例３の結果は、図１４に示す。図１４において、横軸は、開放電圧Ｖｏｃを示す。縦軸は出力電力Ｐｏｕｔを示す。グラフＧ１４ａは実施形態の昇圧回路３に対応する。グラフＧ１４ｂは比較例の昇圧回路に対応する。

【0109】

グラフＧ１４ａ及びグラフＧ１４ｂを参照すると、いずれも開放電圧Ｖｏｃの上昇に伴って、出力電力Ｐｏｕｔも増加することがわかった。しかし、開放電圧Ｖｏｃの上昇に伴う出力電力Ｐｏｕｔの増加の割合には、違いがあることがわかった。例えば、開放電圧Ｖｏｃが１Ｖから２Ｖに上昇したとき、つまり、開放電圧Ｖｏｃが２倍になった場合に、比較例の昇圧回路の出力電力Ｐｏｕｔは、１００μＷから２００μＷに増加した。つまり、比較例の昇圧回路３の出力電力Ｐｏｕｔは、２倍になった。一方、実施形態の昇圧回路３は、１２０μＷから７２０μＷに増加した。つまり、出力電力Ｐｏｕｔは、６倍になった。検討例３によれば、実施形態の昇圧回路３は、比較例の昇圧回路よりもより大きい出力電力Ｐｏｕｔを得ることできることがわかった。

【符号の説明】

【0110】

１，１Ａ，１Ｂ，１００…電源装置、２…発電素子（発電部）、３，１０３…昇圧回路（昇圧部）、４…出力電力モニタ装置（出力評価部）、５…コントローラ（制御部）、６…昇圧回路の制御装置、３１ａ…第１容量部、３１ｂ…第２容量部、３３，１３１…駆動信号発生部、４１ａ…駆動信号取得部、４１ｂ…駆動パルス計数部、４２ａ…計測負荷発生部、４２ｂ…電圧比較部、４２ｃ…最大負荷電流判定部、５２，５２Ａ…判定部、２００…負荷装置、φ１…第１制御信号、φ２…第２制御信号、θ…駆動信号（動作状態データ）、ＥＰ…駆動パルス数（動作評価データ）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】