特開 2024-124321 制御回路、ＤＣ－ＤＣコンバータおよびエナジーハーベスティングシステム

(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】P2024124321

(43)【公開日】2024-09-12

(54)【発明の名称】制御回路、ＤＣ－ＤＣコンバータおよびエナジーハーベスティングシステム

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20240905BHJP

【ＦＩ】

H02M3/155 H

H02M3/155 B

H02M3/155 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023192001

(22)【出願日】2023-11-10

(31)【優先権主張番号】P 2023032158

(32)【優先日】2023-03-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】303046277

【氏名又は名称】旭化成エレクトロニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】林 哲平

【テーマコード（参考）】

5H730

【Ｆターム（参考）】

5H730AS04

5H730AS17

5H730BB14

5H730BB57

5H730DD04

5H730FD11

5H730FD61

5H730FG00

5H730FG01

5H730XC01

(57)【要約】

【課題】入力源の出力電圧を昇圧する際に、ＭＰＰＴ動作の高速化と低電圧起動の両方を実現できることが好ましい。
【解決手段】入力源の出力電圧を昇圧して出力するＤＣ－ＤＣコンバータを制御する制御回路であって、ＤＣ－ＤＣコンバータは昇圧用コイルとコンデンサを有し、制御回路は、出力電圧が入力される入力端子と、入力端子と昇圧用コイルおよびコンデンサとの間に配置された第１トランジスタと、出力電圧を昇圧して、第１トランジスタの制御端子に印加するスイッチ起動部とを備える制御回路を提供する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力源の出力電圧を昇圧して出力するＤＣ－ＤＣコンバータを制御する制御回路であって、
前記ＤＣ－ＤＣコンバータは、
昇圧用コイルと、
コンデンサと
を有し、
前記制御回路は、
前記出力電圧が入力される入力端子と、
前記入力端子と前記昇圧用コイルおよび前記コンデンサとの間に配置された第１トランジスタと、
前記出力電圧を昇圧して、前記第１トランジスタの制御端子に印加するスイッチ起動部と
を備える制御回路。

【請求項2】

前記第１トランジスタの前記制御端子に印加する電圧を選択する高電圧セレクタ回路を更に備え、
前記高電圧セレクタ回路は、前記スイッチ起動部によって昇圧されたスイッチ起動用電圧と前記ＤＣ－ＤＣコンバータの昇圧動作によって昇圧された昇圧電圧のいずれか高い方を選択する
請求項１に記載の制御回路。

【請求項3】

前記スイッチ起動部は、前記昇圧電圧が予め定められた電圧まで上昇すると、オフ状態となる
請求項２に記載の制御回路。

【請求項4】

前記昇圧電圧を前記高電圧セレクタ回路に出力するＭＰＰＴ制御回路を更に備える
請求項３に記載の制御回路。

【請求項5】

前記第１トランジスタはＮチャネルＭＯＳＦＥＴであり、
前記制御回路は、前記第１トランジスタと並列に配置されたＰチャネルＭＯＳＦＥＴである第２トランジスタを有し、
前記第２トランジスタのソース端子には、前記出力電圧が印加され、
前記ＭＰＰＴ制御回路は、前記高電圧セレクタ回路に前記昇圧電圧を出力している期間は、前記第２トランジスタの制御端子に前記昇圧電圧よりも低い基準電圧を印加する
請求項４に記載の制御回路。

【請求項6】

前記ＭＰＰＴ制御回路は、前記入力源の開放電圧または出力インピーダンスを測定し、
前記ＭＰＰＴ制御回路における測定結果に基づいて前記ＤＣ－ＤＣコンバータの動作を制御するＤＣ－ＤＣ制御部を更に備える
請求項４または５に記載の制御回路。

【請求項7】

前記ＭＰＰＴ制御回路は、前記入力源の開放電圧または出力インピーダンスを測定し、
前記ＭＰＰＴ制御回路における測定結果に基づいて前記ＤＣ－ＤＣコンバータの動作を制御するＤＣ－ＤＣ制御部を更に備え、
前記ＭＰＰＴ制御回路は、
前記入力源の開放電圧または出力インピーダンスを測定している間、前記第１トランジスタをオフ状態に制御し、前記ＤＣ－ＤＣコンバータが昇圧動作を行っている間、前記第１トランジスタおよび前記第２トランジスタの少なくともどちらか一方をオン状態に制御する
請求項５に記載の制御回路。

【請求項8】

前記第１トランジスタは、
前記昇圧用コイルの一端と前記コンデンサの一端の間のノードと、前記制御回路の前記入力端子と前記スイッチ起動部の入力端子との間のノードと、の間に接続される
請求項１に記載の制御回路。

【請求項9】

請求項１から５または８のいずれか一項に記載の制御回路を備える
ＤＣ－ＤＣコンバータ。

【請求項10】

請求項９に記載のＤＣ－ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ－ＤＣコンバータに前記出力電圧を出力する前記入力源を備える
エナジーハーベスティングシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、制御回路、ＤＣ－ＤＣコンバータおよびエナジーハーベスティングシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ＲＦ－ＤＣ変換回路とＤＣ－ＤＣコンバータとの間に直列的に配置された第１のスイッチを有するＭＰＰＴ制御回路が知られている。（例えば、特許文献１参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特許第６１５２９１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

入力源の出力電圧を昇圧する際に、ＭＰＰＴ動作の高速化と低電圧起動の両方を実現できることが好ましい。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明の第１の態様においては、入力源の出力電圧を昇圧して出力するＤＣ－ＤＣコンバータを制御する制御回路を提供する。上記制御回路において、上記ＤＣ－ＤＣコンバータは昇圧用コイルを有してよい。上記いずれかの制御回路は、コンデンサを有してよい。
上記いずれかの制御回路は、上記出力電圧が入力される入力端子を備えてよい。上記いずれかの制御回路は、上記入力端子と上記昇圧用コイルおよび上記コンデンサとの間に配置された第１トランジスタを備えてよい。上記いずれかの制御回路は、上記出力電圧を昇圧して、上記第１トランジスタの制御端子に印加するスイッチ起動部を備えてよい。

【0005】

上記いずれかの制御回路は、上記第１トランジスタの上記制御端子に印加する電圧を選択する高電圧セレクタ回路を更に備え、上記高電圧セレクタ回路は、上記スイッチ起動部によって昇圧されたスイッチ起動用電圧と上記ＤＣ－ＤＣコンバータの昇圧動作によって昇圧された昇圧電圧のいずれか高い方を選択してよい。

【0006】

上記いずれかの制御回路において、上記スイッチ起動部は、上記昇圧電圧が予め定められた電圧まで上昇すると、オフ状態となってよい。

【0007】

上記いずれかの制御回路は、上記昇圧電圧を上記高電圧セレクタ回路に出力するＭＰＰＴ制御回路を更に備えてよい。

【0008】

上記いずれかの制御回路において、上記第１トランジスタはＮチャネルＭＯＳＦＥＴであってよい。上記いずれかの制御回路は、上記第１トランジスタと並列に配置されたＰチャネルＭＯＳＦＥＴである第２トランジスタを有してよい。上記いずれかの制御回路において、上記第２トランジスタのソース端子には、上記出力電圧が印加されてよい。上記いずれかの制御回路において、ＭＰＰＴ制御回路は、上記高電圧セレクタ回路に上記昇圧電圧を出力している期間は、上記第２トランジスタの制御端子に上記昇圧電圧よりも低い基準電圧を印加してよい。

【0009】

上記いずれかの制御回路において、上記ＭＰＰＴ制御回路は、上記入力源の測定を行ってよい。上記いずれかの制御回路は、上記測定の結果に基づいて上記ＤＣ－ＤＣコンバータの動作を制御するＤＣ－ＤＣ制御部を更に備えてよい。

【0010】

上記いずれかの制御回路において、前記ＭＰＰＴ制御回路は、前記入力源の開放電圧または出力インピーダンスを測定している間、前記第１トランジスタをオフ状態に制御してよい。上記いずれかの制御回路において、前記ＭＰＰＴ制御回路は、前記ＤＣ－ＤＣコンバータが昇圧動作を行っている間、前記第１トランジスタおよび第２トランジスタの少なくともどちらか一方をオン状態に制御してよい。

【0011】

上記いずれかの制御回路において、前記第１トランジスタは、前記昇圧用コイルの一端と前記コンデンサの一端の間のノードと、前記制御回路の前記入力端子と前記スイッチ起動部の入力端子との間のノードと、の間に接続されてよい。

【0012】

本発明の第２の態様においては、上記いずれかの制御回路を備えるＤＣ－ＤＣコンバータを提供する。

【0013】

本発明の第３の態様においては、上記ＤＣ－ＤＣコンバータと上記ＤＣ－ＤＣコンバータに出力電圧を出力する入力源を備えるエナジーハーベスティングシステムを提供する。

【0014】

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴のすべてを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第１の実施例に係るエナジーハーベスティングシステム１００を示す図である。

【図2】昇圧動作開始時の各電圧の経時変化を示す図である。

【図3】スイッチ起動部１８の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。本明細書では、各図における同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。また、説明の便宜上一部の構成を図示しない場合がある。

【0017】

本明細書において「同一」または「等しい」のように称した場合、製造ばらつき等に起因する誤差を有する場合も含んでよい。当該誤差は、例えば１０％以内である。また図中の各端子および構成要素は、配線等を用いて接続されてよい。図中の各グランド端子は共通の端子であってよく、異なる端子であってもよい。

【0018】

環境発電源等によって得られる電力は一般的には小さい電力であり、取り出せる電圧および電流は小さく、またその環境の変化により電力の時間的変化も大きいものである。このような微小な電力を収集し、センサーやマイコン、ＢＬＥ等が動作可能な電圧まで昇圧するのにＤＣ－ＤＣコンバータが用いられる。

【0019】

図１は、本発明の第１の実施例に係るエナジーハーベスティングシステム１００を示す図である。エナジーハーベスティングシステム１００は、外部装置に電力を供給する。エナジーハーベスティングシステム１００は、入力源８０とＤＣ－ＤＣコンバータ９０を備える。入力源８０は出力電圧ＶｉｎをＤＣ－ＤＣコンバータ９０に出力する。ＤＣ－ＤＣコンバータ９０は入力源８０の出力電圧Ｖｉｎを昇圧して出力する。ＤＣ－ＤＣコンバータ９０は、例えば、昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータである。

【0020】

入力源８０は環境発電源であってよく、ワイヤレス給電であってもよい。環境発電源は、例えば、太陽光、白熱灯、蛍光灯、ＬＥＤ等の光エネルギーをエネルギー源とする光発電、機械の発する熱や環境温度等の熱エネルギーをエネルギー源とする熱電発電、機械の発する振動や橋・道路等の振動をエネルギー源とする振動発電、電磁波、電波等をエネルギーとする電磁波発電、または、微生物燃料電池に代表される生物の活動量をエネルギーに変換する生物発電等である。入力源８０は、周囲の環境等に依存して時変的に発電量が変わるものであってよい。

【0021】

ＤＣ－ＤＣコンバータ９０は、制御回路１０、昇圧用コイル４０、第１コンデンサ４１、および第２コンデンサ４２を有する。制御回路１０はＤＣ－ＤＣコンバータ９０を制御する。制御回路１０はＤＣ－ＤＣコンバータ９０に含まれていてよい。後述するＤＣ－ＤＣコンバータ９０の昇圧動作によって第２コンデンサ４２が充電される。それによって、ＤＣ－ＤＣコンバータ９０の昇圧電圧Ｖｂｏｏｓｔが上昇する。第１コンデンサ４１は昇圧動作を効率的に行うために、昇圧用コイル４０の一端に接続されている。

【0022】

本例のＤＣ－ＤＣコンバータ９０は、ＢＡＴＴ端子およびＶＳＹＳ端子を有する。ＢＡＴＴ端子には、外部装置に含まれるバッテリー（図１における第３コンデンサ４３）が接続されてよい。ＶＳＹＳ端子は、外部装置の回路が接続され、当該回路に電源電力を供給する。図１においては、ＶＳＹＳ端子に接続された容量を第４コンデンサ４４で示している。

【0023】

ＢＡＴＴ端子は、制御回路１０の第３スイッチＭ３を介して第２コンデンサ４２に接続される。ＶＳＹＳ端子は、制御回路１０の第４スイッチＭ４を介して第２コンデンサ４２に接続される。第３スイッチＭ３および第４スイッチＭ４を制御することで、第２コンデンサ４２の電力を、ＢＡＴＴ端子およびＶＳＹＳ端子のいずれに供給するかを切り替える。また、第３スイッチＭ３および第４スイッチＭ４を同時にオン状態にすることで、第３コンデンサ４３からＶＳＹＳ端子に電力を供給してもよい。

【0024】

昇圧電圧Ｖｂｏｏｓｔは、第４スイッチＭ４および端子ＶＳＹＳを介して外部装置に出力される。第４コンデンサ４４の容量Ｃ_ＶＳＹＳは、第２コンデンサ４２の容量Ｃ_{ＢＯＯＳＴ}と第３コンデンサ４３の容量Ｃ_ＢＡＴＴの合計値未満であってよい。

【0025】

制御回路１０は、昇圧用スイッチ４６および第２スイッチＭ２を有する。昇圧用スイッチ４６の一端は昇圧用コイル４０に接続され、他端はグランド端子に接続されている。第２スイッチＭ２の一端は昇圧用コイル４０に接続され、他端は第２コンデンサ４２に接続されている。昇圧用スイッチ４６および第２スイッチＭ２は、一方がオン状態の時に他方がオフ状態となるように、相補的に制御される。あるいは、昇圧用スイッチ４６および第２スイッチＭ２の両方がオフ状態、あるいは両方がオン状態となるように制御される。昇圧用スイッチ４６および第２スイッチＭ２は、例えば駆動信号によりオン・オフを制御するＮチャネルＭＯＳＦＥＴおよびＰチャネルＭＯＳＦＥＴである。駆動信号により昇圧用スイッチ４６がオンし、第２スイッチＭ２がオフすると、入力端子１２から昇圧用コイル４０および昇圧用スイッチ４６を介してグランド端子に電流が流れ、昇圧用コイル４０にエネルギーが蓄えられる。
昇圧用スイッチ４６がオフし、第２スイッチＭ２がオンすると、昇圧用コイル４０に蓄えられたエネルギーは第２スイッチＭ２を介して第２コンデンサ４２に充電され、昇圧電圧Ｖｂｏｏｓｔが上昇する。

【0026】

制御回路１０は、ＤＣ－ＤＣ制御部４８を有する。ＤＣ－ＤＣ制御部４８は、昇圧用スイッチ４６、第２スイッチＭ２、第３スイッチＭ３、第４スイッチＭ４の各々の制御端子に接続され、各々のスイッチのオン・オフを制御する。ＤＣ－ＤＣ制御部４８は、昇圧用スイッチ４６のオン・オフを制御することによって昇圧動作を制御する。ＤＣ－ＤＣ制御部４８は、第３スイッチＭ３および第４スイッチＭ４のオン・オフを制御することによって、上述したように昇圧電圧Ｖｂｏｏｓｔを第３コンデンサ４３（ＢＡＴＴ端子）へ出力するか、外部装置（ＶＳＹＳ端子）へ出力するか、またはその両方を行うかを制御する。
昇圧動作による出力が足りない場合は、第３コンデンサ４３に蓄えられている電荷を、外部装置へ出力してよい。

【0027】

各スイッチは、ＭＯＳＦＥＴであってよく、ボディダイオードを有してよい。各スイッチは、ボディダイオードの向きが互いに逆向きとなるように接続された、２つのＭＯＳＦＥＴを有してよい。その場合、２つのＭＯＳＦＥＴのソース端子どうしが接続されていてよく、ドレイン端子どうしが接続されていてもよい。

【0028】

ここでＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）という技術について説明する。ＭＰＰＴは、太陽電池に代表されるような環境発電源等の電力を最大で取り出すために、最適な動作点で動作させる技術の総称である。環境発電源等のエネルギーを効率的に抽出できる動作点を算出し、この動作点でＤＣ－ＤＣコンバータ９０を駆動させることで、効率のよいエネルギー変換が可能となる。本例の制御回路１０は、ＭＰＰＴ機能を有する。本例のＤＣ－ＤＣコンバータ９０はＭＰＰＴ動作を行う。

【0029】

最適な動作点を探す際は、ＤＣ－ＤＣコンバータ９０のエネルギー変換回路を一時的にパワーオフして入力源８０の開放電圧Ｖｓｏｕｒｃｅを測定する。または任意の負荷を接続することで入力源８０の出力インピーダンスＲｓｏｕｒｃｅを測定する。得られた測定値に応じて、入力源８０のエネルギーを効率的に取り出すための動作点を算出し、算出した動作点に応じてＤＣ－ＤＣコンバータ９０を動作させることで、入力源８０の出力インピーダンスとＤＣ－ＤＣコンバータ９０の入力インピーダンスをマッチさせ、効率のよいエネルギー変換を行うことができる。

【0030】

測定用の負荷を接続することで入力源８０の出力インピーダンスＲｓｏｕｒｃｅを測定する場合、測定用の負荷のみが接続された状態とするため、ＤＣ－ＤＣコンバータ９０の第１コンデンサ４１等は、入力源８０から遮断されることが好ましい。例えば測定用の負荷と第１コンデンサ４１が並列に接続された状態となると、第１コンデンサ４１が充電されるまで開放電圧Ｖｓｏｕｒｃｅが安定せず、出力インピーダンスＲｓｏｕｒｃｅの測定に時間がかかってしまう。入力源８０の出力インピーダンスＲｓｏｕｒｃｅが高抵抗（ｋΩ以上）で駆動力が小さい場合、この影響は顕著に現れる。

【0031】

例えば、第１コンデンサ４１の容量を１０μＦとし、入力源８０の出力インピーダンスＲｓｏｕｒｃｅを１０ｋΩとすると、開放電圧Ｖｓｏｕｒｃｅの安定までに数百ｍ秒かかり、開放電圧Ｖｓｏｕｒｃｅの測定に時間を要する場合がある。入力源８０の開放電圧Ｖｓｏｕｒｃｅまたは出力インピーダンスＲｓｏｕｒｃｅを測定する周期をＭＰＰＴの動作周期（ｐｅｒｉｏｄ）とし、１回の当該測定に係る時間を動作時間（ｄｕｒａｔｉｏｎ）とする。ＭＰＰＴの動作周期のうち、ＭＰＰＴの動作時間以外の時間が、ＤＣ－ＤＣコンバータ９０が昇圧動作する時間に相当する。ＤＣ－ＤＣコンバータ９０の動作時間を確保すべく、ＭＰＰＴの動作時間に対して、ＭＰＰＴの動作周期は所定の比率を有する。ＭＰＰＴの動作時間に対する動作周期の比率を５０倍とすると、１０秒単位（数百ｍ秒×５０）の周期でしかＭＰＰＴ動作ができず、入力源８０の発電変化に高速に追従できないという課題が生じる。これは特に入力源８０が環境変化に敏感な環境発電源の場合に適していない。

【0032】

一方で第１コンデンサ４１は昇圧の高効率化のためには大きな容量であることが好ましい。例えば、数μＦから数十μＦオーダーの容量があることが望ましい。このため、昇圧の高効率化とＭＰＰＴの高速応答を実現するためには、ＭＰＰＴ時には入力端子１２と第１コンデンサ４１や昇圧用コイル４０等を遮断することが好ましい。具体的には、入力端子１２とＳＷＩＮ端子の間にスイッチを設けてＭＰＰＴ時にパスを遮断する。その結果、入力端子１２からは、ＳＷＩＮ端子に接続されている第１コンデンサ４１の容量が遮断されるため、出力インピーダンスＲｓｏｕｒｃｅが高い場合でも瞬時に動作点が収束する。
つまり、短時間での出力インピーダンスＲｓｏｕｒｃｅの測定が可能となり、動作時間を短くできる。ＭＰＰＴの動作時間が短いので、ＭＰＰＴの動作周期を短くすることができる。

【0033】

制御回路１０は、出力電圧Ｖｉｎが入力される入力端子１２と、入力端子１２と昇圧用コイル４０との間に配置された第１トランジスタ１４を備える。この第１トランジスタ１４は、入力端子１２と第１コンデンサ４１との間に配置されている。ＭＰＰＴ動作時には、第１トランジスタ１４が、入力端子１２と、第１コンデンサ４１および昇圧用コイル４０とを遮断する。これにより、ＭＰＰＴの動作周期と動作時間の比率を十分に保ちながらも高頻度にＭＰＰＴ動作をすることが可能となり、発電能力が常に変化する入力源８０のエネルギーでも、より効率よく変換することができる。第１トランジスタ１４は、昇圧用コイル４０の一端と第１コンデンサ４１の一端の間のノード５２と、制御回路１０の入力端子１２と後述するスイッチ起動部の入力端子との間のノード５４と、の間に接続されていてよい。

【0034】

第１トランジスタ１４は、入力端子１２に対して、ＤＣ－ＤＣコンバータ９０に含まれるすべてのコンデンサを遮断可能であってよい。ＭＰＰＴ動作時には、第１トランジスタ１４が、入力端子１２とすべてのコンデンサとを遮断してよい。

【0035】

しかしながら、ＭＰＰＴ動作に至る前の初期の昇圧動作の段階は、第２コンデンサ４２、第３コンデンサ４３および第４コンデンサ４４に電荷が充電されていない。昇圧電圧Ｖｂｏｏｓｔも低い状態または電圧がゼロの状態から開始する。このため、入力源８０の出力電圧Ｖｉｎが第１トランジスタ１４の閾値電圧よりも低いときに第１トランジスタ１４をオンすることができない。このためＤＣ－ＤＣコンバータ９０は昇圧動作ができない。また仮に第１トランジスタ１４がオンしたとしても、第１トランジスタ１４の制御端子１６に印加される電圧値が十分高くないため、第１トランジスタ１４のオン抵抗が高く、電力変換効率が悪い。

【0036】

ＲＦエナジーハーベスタ等の高出力インピーダンス、すなわち発電能力の小さい入力源８０では、第１トランジスタ１４のリーク電流によって最適動作点がずれてしまう問題もある。このため、リーク電流の少ない、すなわちオフ抵抗が大きいトランジスタを第１トランジスタ１４として用いることが好ましい。閾値電圧の低いトランジスタを用いると、低い制御電圧でスイッチング動作することができるが、リーク電流は大きくなる。

【0037】

本例の制御回路１０は、入力源８０の出力電圧Ｖｉｎを昇圧して、第１トランジスタ１４の制御端子１６に印加するスイッチ起動部１８を備える。スイッチ起動部１８は、昇圧した電圧であるスイッチ起動用電圧Ｖｃｐを制御端子１６に印加する。スイッチ起動部１８は、一例としてチャージポンプを有する。スイッチ起動用電圧Ｖｃｐは、第１トランジスタ１４の閾値電圧より高くてよく、閾値電圧の１．２倍以上であってよく、１．５倍以上であってよい。スイッチ起動用電圧Ｖｃｐは、出力電圧Ｖｉｎの２倍以上であってよく、３倍以上であってよく、５倍以上であってよい。これにより、低電圧からの昇圧動作が可能となる。

【0038】

第１トランジスタ１４はＮチャネルＭＯＳＦＥＴであってよい。第１トランジスタ１４はボディダイオードを有してよい。第１トランジスタ１４は、２つのＮチャネルＭＯＳＦＥＴが、ボディダイオードの向きが互いに逆向きとなるように縦続接続されていてよい。その場合、２つのＭＯＳＦＥＴのソース端子どうしが接続されていてよく、ドレイン端子どうしが接続されていてもよい。

【0039】

制御回路１０は、第１トランジスタ１４の制御端子１６に印加する電圧を選択する高電圧セレクタ回路２０を有してよい。高電圧セレクタ回路２０は、スイッチ起動部１８によって昇圧されたスイッチ起動用電圧ＶｃｐとＤＣ－ＤＣコンバータ９０の昇圧動作によって昇圧された昇圧電圧Ｖｂｏｏｓｔのいずれか高い方を選択する。昇圧電圧Ｖｂｏｏｓｔは、後述するＭＰＰＴ制御回路２２から供給される。これによって、ＭＰＰＴ動作に至る前の初期の昇圧動作の段階においては、スイッチ起動用電圧Ｖｃｐにより昇圧動作を開始することができ、昇圧電圧Ｖｂｏｏｓｔが十分上昇したときは、ＭＰＰＴ動作に切り替えて、昇圧電圧Ｖｂｏｏｓｔで第１トランジスタ１４を制御することができる。

【0040】

昇圧電圧Ｖｂｏｏｓｔが予め定められた電圧まで上昇すると、スイッチ起動部１８はオフ状態となってよい。予め定められた電圧は、ＭＰＰＴ動作が可能な電圧であってよく、スイッチ起動用電圧Ｖｃｐ以上であってよい。

【0041】

制御回路１０は、昇圧電圧Ｖｂｏｏｓｔを高電圧セレクタ回路２０に出力するＭＰＰＴ制御回路２２を更に備えてよい。ＭＰＰＴ制御回路２２は、昇圧電圧Ｖｂｏｏｓｔまたは昇圧電圧Ｖｂｏｏｓｔよりも低い基準電圧を高電圧セレクタ回路２０に出力する。基準電圧は０Ｖであってよい。

【0042】

制御回路１０は、第１トランジスタ１４と並列に配置されたＰチャネルＭＯＳＦＥＴである第２トランジスタ２４を有してよい。第２トランジスタ２４は、ＳＷＩＮ端子と、ＩＮ端子との間に配置されている。第２トランジスタ２４のソース端子２８もしくはドレイン端子には、入力源８０の出力電圧Ｖｉｎが印加されてよい。第２トランジスタ２４は、ボディダイオードを有してよい。第２トランジスタ２４は、２つのＰチャネルＭＯＳＦＥＴが、ボディダイオードの向きが互いに逆向きとなるように縦続接続されていてよい。その場合、２つのＭＯＳＦＥＴのソース端子どうしが接続されていてよく、ドレイン端子どうしが接続されていてもよい。

【0043】

本例の第２トランジスタ２４のソース端子２８には、出力電圧Ｖｉｎが印加される。ＭＰＰＴ制御回路２２は、昇圧電圧Ｖｂｏｏｓｔまたは昇圧電圧Ｖｂｏｏｓｔよりも低い基準電圧を第２トランジスタ２４の制御端子２６に出力する。ＭＰＰＴ制御回路２２は、第１トランジスタ１４および第２トランジスタ２４を、同期してオン状態に遷移させ、同期してオフ状態に遷移させる制御信号を出力してよい。

【0044】

ＭＰＰＴ制御回路２２は、入力源８０の測定を行う。ＭＰＰＴ制御回路２２は、入力源８０の開放電圧Ｖｓｏｕｒｃｅまたは出力インピーダンスＲｓｏｕｒｃｅを測定してよい。ＤＣ－ＤＣ制御部４８は、ＭＰＰＴ制御回路２２における測定結果に基づいてＤＣ－ＤＣコンバータ９０の動作を制御する。ＤＣ－ＤＣ制御部４８は、測定された開放電圧Ｖｓｏｕｒｃｅの値に応じたＤＣ－ＤＣコンバータ９０の動作点（入力電圧）になるようにＤＣ－ＤＣコンバータ９０の動作を制御してよい。ＤＣ－ＤＣ制御部４８は、測定された出力インピーダンスＲｓｏｕｒｃｅの値とＤＣ－ＤＣコンバータ９０の入力インピーダンスがマッチするように、ＤＣ－ＤＣコンバータ９０の動作を制御してよい。ＤＣ－ＤＣコンバータ９０の動作を制御するとは、一例として昇圧用スイッチ４６のオン・オフのタイミングを調整することである。

【0045】

図２は、昇圧動作開始時の各電圧の経時変化を説明する図である。図２の各グラフの横軸は時間であり、縦軸は電圧である。グラフは上から出力電圧Ｖｉｎ、スイッチ起動用電圧Ｖｃｐ、昇圧電圧Ｖｂｏｏｓｔ、制御端子１６の印加電圧Ｎ１および制御端子２６の印加電圧Ｎ２を示している。

【0046】

あるタイミングで入力源８０が発電を開始し（ｔ１）、出力電圧Ｖｉｎを出力する。ここでは説明簡易化のため、出力電圧Ｖｉｎは一定としている。その後、スイッチ起動部１８が昇圧を開始し（ｔ２）、スイッチ起動用電圧Ｖｃｐが上昇する。その後、スイッチ起動用電圧Ｖｃｐが第１トランジスタ１４の制御端子１６に印加される（ｔ３）。それによって第１トランジスタ１４がオンし、ＤＣ－ＤＣコンバータ９０の昇圧動作が開始し（ｔ４）、昇圧電圧Ｖｂｏｏｓｔが上昇する。昇圧電圧ＶｂｏｏｓｔがＤＣＤＣ動作可能な電圧まで上昇すると（ｔ５）、スイッチ起動部１８がオフとなり、スイッチ起動用電圧Ｖｃｐは０Ｖとなる。ＤＣＤＣ動作とは、スイッチ起動部１８がオフになり、昇圧電圧ＶｂｏｏｓｔによってＭＰＰＴ制御回路２２およびＤＣ－ＤＣ制御部４８が動作することをいう。

【0047】

続いて、ＤＣ－ＤＣコンバータ９０はＤＣＤＣ動作に切り替わる。ＭＰＰＴ制御回路２２は、高電圧セレクタ回路２０に昇圧電圧Ｖｂｏｏｓｔを出力している期間は、第２トランジスタ２４の制御端子２６に昇圧電圧よりも低い基準電圧を印加する。これによってＭＰＰＴ制御回路２２は第１トランジスタ１４および第２トランジスタ２４の両方のオン・オフを制御する。基準電圧は０Ｖであってよい。すなわち、ＭＰＰＴ制御回路２２が高電圧セレクタ回路２０に昇圧電圧Ｖｂｏｏｓｔを出力している期間は、第１トランジスタ１４および第２トランジスタ２４の少なくともどちらか一方がオン状態になり、ＤＣ－ＤＣコンバータ９０は昇圧動作を行う。上記期間中、第１トランジスタ１４および第２トランジスタ２４の両方がオン状態となってもよい。
また、ＭＰＰＴ制御回路２２は、高電圧セレクタ回路２０に基準電圧を出力している期間は、第２トランジスタ２４の制御端子２６に昇圧電圧Ｖｂｏｏｓｔを印加する。図２において電圧Ｎ１が０Ｖ、電圧Ｎ２が昇圧電圧Ｖｂｏｏｓｔの期間に第１トランジスタ１４および第２トランジスタ２４の両方がオフとなる。この期間にＭＰＰＴ制御回路２２は、入力源８０の出力インピーダンスＲｓｏｕｒｃｅの測定を行い、ＤＣ－ＤＣ制御部４８は、ＤＣ－ＤＣコンバータ９０の入力インピーダンスを調整する。ＭＰＰＴ制御回路２２は、入力源８０の開放電圧Ｖｓｏｕｒｃｅも測定してよい。
すなわち、ＭＰＰＴ制御回路２２は、入力源８０の開放電圧Ｖｓｏｕｒｃｅまたは出力インピーダンスＲｓｏｕｒｅを測定している間、第１トランジスタ１４および第２トランジスタ２４をオフ状態に制御してよい。ＭＰＰＴ制御回路２２は、ＤＣ－ＤＣコンバータ９０が昇圧動作を行っている間、第１トランジスタ１４および第２トランジスタ２４の少なくともどちらか一方をオン状態に制御してよい。ただし、第２トランジスタ２４は設けられなくてもよい。その場合、ＭＰＰＴ制御回路２２は、第１トランジスタ１４のオン・オフを制御する。

【0048】

電圧Ｎ２は、ＤＣＤＣ動作が始まるまでは、基準電圧に固定されている。そのため、出力電圧が十分高い場合は、第２トランジスタ２４が瞬時にオンし、ＤＣ－ＤＣコンバータ９０の昇圧動作が開始する。

【0049】

ＤＣＤＣ動作時に出力電圧Ｖｉｎと昇圧電圧Ｖｂｏｏｓｔの電位が等しくなるほど高くなった場合、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴである第１トランジスタ１４のオン抵抗は高くなってしまう。その場合、第２トランジスタ２４があれば、第２トランジスタ２４を第１トランジスタ１４よりも低いオン抵抗でオンすることができる。そのため、広い範囲の出力電圧Ｖｉｎに対してスイッチによるオン抵抗を低くできる。

【0050】

図３は、スイッチ起動部１８の一例を示す図である。本例のスイッチ起動部１８は、発振回路７２、チャージポンプ７４、変換部７６および駆動部７８を有する。

【0051】

発振回路７２は、例えばリングオシレータである。リングオシレータは出力電圧Ｖｉｎを制御電圧とする電圧制御発振器であり、出力電圧Ｖｉｎに応じた周波数を有する発振信号ＣＬＫ１を出力する。出力電圧Ｖｉｎの上昇に伴って、発振周波数も上昇してよい。発振信号ＣＬＫ１の振幅（波高値）は昇圧電圧Ｖｉｎである。

【0052】

チャージポンプ７４は、出力電圧Ｖｉｎをスイッチ起動用電圧Ｖｃｐに昇圧する。スイッチ起動用電圧Ｖｃｐは第１トランジスタ１４の制御端子１６に出力される。変換部７６は、入力された発振信号ＣＬＫ１の振幅Ｖｉｎをスイッチ起動用電圧Ｖｃｐに変換した信号ＣＬＫ２を出力する。

【0053】

駆動部７８は、信号ＣＬＫ２のパルス幅を調整する。信号ＣＬＫ２は、発振回路７２における発振動作において出力電圧Ｖｉｎに依存するパルス幅を有する。駆動部７８は、出力電圧Ｖｉｎに依存したパルス幅から固定のパルス幅へ変更した信号ＣＬＫ３を出力する。信号ＣＬＫ３が昇圧用スイッチ４６の制御端子に入力されてよい。この場合、信号ＣＬＫ３の周波数、振幅およびパルス幅によって昇圧用スイッチ４６のオン・オフが制御され、ＤＣ－ＤＣコンバータ９０の昇圧動作が行われる。

【0054】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【符号の説明】

【0055】

１０・・・制御回路、１２・・・入力端子、１４・・・第１トランジスタ、１６・・・制御端子、１８・・・スイッチ起動部、２０・・・高電圧セレクタ回路、２２・・・ＭＰＰＴ制御回路、２４・・・第２トランジスタ、２６・・・制御端子、２８・・・ソース端子、４０・・・昇圧用コイル、４１・・・第１コンデンサ、４２・・・第２コンデンサ、４３・・・第３コンデンサ、４４・・・第４コンデンサ、４６・・・昇圧用スイッチ、４８・・・ＤＣ－ＤＣ制御部、５２・・・ノード、５４・・・ノード、７２・・・発振回路、７４・・・チャージポンプ、７６・・・変換部、７８・・・駆動部、８０・・・入力源、９０・・・ＤＣ－ＤＣコンバータ、１００・・・エナジーハーベスティングシステム

【図1】

【図2】

【図3】