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(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】P2024091565
(43)【公開日】2024-07-04
(54)【発明の名称】電源装置及び電源システム
(51)【国際特許分類】
H02J 7/00 20060101AFI20240627BHJP
H02J 7/35 20060101ALI20240627BHJP
H02J 7/02 20160101ALI20240627BHJP
H02M 3/155 20060101ALI20240627BHJP
H02M 3/07 20060101ALI20240627BHJP
【ＦＩ】
H02J7/00 303C
H02J7/00 302A
H02J7/35 A
H02J7/02 H
H02M3/155 H
H02M3/07
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023215157
(22)【出願日】2023-12-20
(31)【優先権主張番号】P 2022205777
(32)【優先日】2022-12-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 開催日 令和５年３月８日 集会名、開催場所 ２０２３年電気情報通信学会総合大会 芝浦工業大学（埼玉県さいたま市見沼区大字深作３０７番地） 発行日 令和５年２月２８日 刊行物 ２０２３年電気情報通信学会総合大会エレクトロニクス講演論文集２
(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
(71)【出願人】
【識別番号】000229117
【氏名又は名称】日本ゼオン株式会社
(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
【テーマコード（参考）】
5G503
5H730
【Ｆターム（参考）】
5G503AA04
5G503AA06
5G503BA03
5G503BB01
5G503BB03
5G503BB05
5G503CA10
5G503CA11
5G503CC01
5G503CC02
5G503DA04
5G503DA07
5G503DA13
5G503GB03
5G503GD04
5H730AS04
5H730AS05
5H730AS17
5H730BB02
5H730BB13
5H730BB14
5H730BB82
5H730BB88
5H730DD04
5H730EE13
(57)【要約】
【課題】負荷装置に対して安定した電力を供給する。
【解決手段】電源装置１は、負荷装置９を含む閉回路である負荷駆動回路Ｃ１に配置され、負荷装置９の求めに応じて負荷装置９に電力を与える二次電池３と、外部エネルギを受けて電力を発生する発電素子２と、発電素子２が発生した電力を二次電池３を充電するための電力に変換すると共に、二次電池３を充電するための電力を二次電池３に与えるコンバータ４と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】電源装置１は、負荷装置９を含む閉回路である負荷駆動回路Ｃ１に配置され、負荷装置９の求めに応じて負荷装置９に電力を与える二次電池３と、外部エネルギを受けて電力を発生する発電素子２と、発電素子２が発生した電力を二次電池３を充電するための電力に変換すると共に、二次電池３を充電するための電力を二次電池３に与えるコンバータ４と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
負荷装置に電力を与える電源装置であって、
前記負荷装置を含む閉回路に配置され、前記負荷装置の求めに応じて前記負荷装置に電力を与える二次電池と、
外部エネルギを受けて電力を発生する発電素子と、
前記発電素子が発生した電力を前記二次電池を充電するための電力に変換すると共に、前記二次電池を充電するための電力を前記二次電池に与えるコンバータと、を備える、電源装置。
前記負荷装置を含む閉回路に配置され、前記負荷装置の求めに応じて前記負荷装置に電力を与える二次電池と、
外部エネルギを受けて電力を発生する発電素子と、
前記発電素子が発生した電力を前記二次電池を充電するための電力に変換すると共に、前記二次電池を充電するための電力を前記二次電池に与えるコンバータと、を備える、電源装置。
【請求項2】
前記発電素子を含む閉回路であって、前記二次電池が前記発電素子に対して直列に接続された蓄積回路を構成し、前記発電素子から受けた電力を蓄えると共に、蓄えた電力を前記コンバータに与えるキャパシタをさらに備える、請求項１に記載の電源装置。
【請求項3】
前記コンバータは、前記二次電池、前記キャパシタ及び前記コンバータを含む閉回路である第１充電回路と、前記キャパシタを含まず、前記二次電池及び前記コンバータを含む第２充電回路と、を相互に切り替える、請求項２に記載の電源装置。
【請求項4】
前記第１充電回路とする第１制御指令及び前記第２充電回路とする第２制御指令を選択的に前記コンバータに与えるコントローラをさらに備える、請求項３に記載の電源装置。
【請求項5】
前記コンバータは、前記キャパシタから与えられた電力を蓄積するエネルギ蓄積素子を有し、
前記コントローラは、前記エネルギ蓄積素子の入力に発生する電圧を用いて、前記第１制御指令を出力するタイミングを制御する、請求項４に記載の電源装置。
前記コントローラは、前記エネルギ蓄積素子の入力に発生する電圧を用いて、前記第１制御指令を出力するタイミングを制御する、請求項４に記載の電源装置。
【請求項6】
前記コンバータである第１コンバータと、
前記発電素子が発生した電力を前記二次電池を充電するための電力に変換すると共に、前記二次電池を充電するための電力を前記二次電池に与える第２コンバータと、をさらに備え、
前記コントローラは、第１の期間であるときに前記第１コンバータに前記第１制御指令を出力すると共に前記第２コンバータに前記第２制御指令を出力する動作と、前記第１の期間とは別の第２の期間であるときに、前記第１コンバータに前記第２制御指令を出力すると共に前記第２コンバータに前記第１制御指令を出力する動作と、を交互に実行する、請求項４に記載の電源装置。
前記発電素子が発生した電力を前記二次電池を充電するための電力に変換すると共に、前記二次電池を充電するための電力を前記二次電池に与える第２コンバータと、をさらに備え、
前記コントローラは、第１の期間であるときに前記第１コンバータに前記第１制御指令を出力すると共に前記第２コンバータに前記第２制御指令を出力する動作と、前記第１の期間とは別の第２の期間であるときに、前記第１コンバータに前記第２制御指令を出力すると共に前記第２コンバータに前記第１制御指令を出力する動作と、を交互に実行する、請求項４に記載の電源装置。
【請求項7】
前記発電素子を含む閉回路である蓄積回路を構成し、前記発電素子から受けた電力を蓄えると共に、蓄えた電力を前記コンバータに与えるキャパシタをさらに備え、
前記コンバータは、前記二次電池を含まず、前記キャパシタ及び前記コンバータを含む閉回路である第１充電回路と、前記二次電池、前記キャパシタ及び前記コンバータを含む第２充電回路と、を相互に切り替える、請求項１に記載の電源装置。
前記コンバータは、前記二次電池を含まず、前記キャパシタ及び前記コンバータを含む閉回路である第１充電回路と、前記二次電池、前記キャパシタ及び前記コンバータを含む第２充電回路と、を相互に切り替える、請求項１に記載の電源装置。
【請求項8】
前記コンバータである第１コンバータと、
前記発電素子が発生した電力を前記二次電池を充電するための電力に変換すると共に、前記二次電池を充電するための電力を前記二次電池に与える第２コンバータと、
前記第１充電回路とする第１制御指令及び前記第２充電回路とする第２制御指令を選択的に前記コンバータに与えるコントローラをさらに備え、
前記コントローラは、第１の期間であるときに前記第１コンバータに前記第１制御指令を出力すると共に前記第２コンバータに前記第２制御指令を出力する動作と、前記第１の期間とは別の第２の期間であるときに、前記第１コンバータに前記第２制御指令を出力すると共に前記第２コンバータに前記第１制御指令を出力する動作と、を交互に実行する、請求項７に記載の電源装置。
前記発電素子が発生した電力を前記二次電池を充電するための電力に変換すると共に、前記二次電池を充電するための電力を前記二次電池に与える第２コンバータと、
前記第１充電回路とする第１制御指令及び前記第２充電回路とする第２制御指令を選択的に前記コンバータに与えるコントローラをさらに備え、
前記コントローラは、第１の期間であるときに前記第１コンバータに前記第１制御指令を出力すると共に前記第２コンバータに前記第２制御指令を出力する動作と、前記第１の期間とは別の第２の期間であるときに、前記第１コンバータに前記第２制御指令を出力すると共に前記第２コンバータに前記第１制御指令を出力する動作と、を交互に実行する、請求項７に記載の電源装置。
【請求項9】
前記第１充電回路とする第１制御指令及び前記第２充電回路とする第２制御指令を選択的に前記コンバータに与えるコントローラをさらに備え、
前記コンバータは、前記第１制御指令を受けて前記第１充電回路を構成すると共に、前記第２制御指令を受けて前記第２充電回路を構成するスイッチ素子をさらに有し、
前記コンバータが出力する電力が前記二次電池が前記コントローラに与える電力より大きいとき、前記二次電池は充電される、請求項７に記載の電源装置。
前記コンバータは、前記第１制御指令を受けて前記第１充電回路を構成すると共に、前記第２制御指令を受けて前記第２充電回路を構成するスイッチ素子をさらに有し、
前記コンバータが出力する電力が前記二次電池が前記コントローラに与える電力より大きいとき、前記二次電池は充電される、請求項７に記載の電源装置。
【請求項10】
請求項１～９の何れか一項に記載の電源装置と、
前記電源装置が出力する電圧を昇圧する昇圧装置と、を備える、電源システム。
前記電源装置が出力する電圧を昇圧する昇圧装置と、を備える、電源システム。
【請求項11】
前記コンバータは、
前記二次電池から受けた電力を利用して、前記二次電池の出力電圧に対応する振幅を有するクロック信号を発生する発振回路と、
前記クロック信号に従う動作によって、前記発電素子が発生した電力を前記二次電池を充電するための電力に変換するチャージポンプ回路と、を有する請求項１に記載の電源装置。
前記二次電池から受けた電力を利用して、前記二次電池の出力電圧に対応する振幅を有するクロック信号を発生する発振回路と、
前記クロック信号に従う動作によって、前記発電素子が発生した電力を前記二次電池を充電するための電力に変換するチャージポンプ回路と、を有する請求項１に記載の電源装置。
【請求項12】
負荷装置に電力を与える電源装置であって、
前記負荷装置を含む閉回路に配置され、前記負荷装置の求めに応じて前記負荷装置に電力を与える二次電池と、
外部エネルギを受けて電力を発生する発電素子と、
前記発電素子が発生した電力を前記二次電池を充電するための電力に変換すると共に、前記二次電池を充電するための電力を前記二次電池に与えるコンバータと、を備え、
前記コンバータは、
前記二次電池から受けた電力を利用して、前記二次電池の出力電圧に対応する振幅を有するクロック信号を発生する発振回路と、
前記クロック信号に従う動作によって、前記発電素子が発生した電力を前記二次電池を充電するための電力に変換するチャージポンプ回路と、を有する電源装置。
前記負荷装置を含む閉回路に配置され、前記負荷装置の求めに応じて前記負荷装置に電力を与える二次電池と、
外部エネルギを受けて電力を発生する発電素子と、
前記発電素子が発生した電力を前記二次電池を充電するための電力に変換すると共に、前記二次電池を充電するための電力を前記二次電池に与えるコンバータと、を備え、
前記コンバータは、
前記二次電池から受けた電力を利用して、前記二次電池の出力電圧に対応する振幅を有するクロック信号を発生する発振回路と、
前記クロック信号に従う動作によって、前記発電素子が発生した電力を前記二次電池を充電するための電力に変換するチャージポンプ回路と、を有する電源装置。
【請求項13】
前記チャージポンプ回路は、
受け入れた電圧に対応する電荷を蓄積するキャパシタと、
前記キャパシタに接続されて、前記キャパシタの充電動作の開始と前記キャパシタの充電動作の停止とを前記クロック信号に従って切り替える入力スイッチ素子と、
前記キャパシタに接続されて、前記キャパシタの放電動作の開始と前記キャパシタの放電動作の停止とを前記クロック信号に従って切り替える出力スイッチ素子と、を含む、請求項１２に記載の電源装置。
受け入れた電圧に対応する電荷を蓄積するキャパシタと、
前記キャパシタに接続されて、前記キャパシタの充電動作の開始と前記キャパシタの充電動作の停止とを前記クロック信号に従って切り替える入力スイッチ素子と、
前記キャパシタに接続されて、前記キャパシタの放電動作の開始と前記キャパシタの放電動作の停止とを前記クロック信号に従って切り替える出力スイッチ素子と、を含む、請求項１２に記載の電源装置。
【請求項14】
前記チャージポンプ回路は、
前記発電素子に接続された第１の昇圧モジュールを含むｎ個の前段昇圧モジュールと、
前記二次電池に接続された第Ｎの昇圧モジュールを含むＮ－ｎ個の後段昇圧モジュールと、を含み、
前記前段昇圧モジュールは、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴを含んで構成され、
前記後段昇圧モジュールは、ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴを含んで構成される、請求項１３に記載の電源装置。
前記発電素子に接続された第１の昇圧モジュールを含むｎ個の前段昇圧モジュールと、
前記二次電池に接続された第Ｎの昇圧モジュールを含むＮ－ｎ個の後段昇圧モジュールと、を含み、
前記前段昇圧モジュールは、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴを含んで構成され、
前記後段昇圧モジュールは、ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴを含んで構成される、請求項１３に記載の電源装置。
【請求項15】
前記チャージポンプ回路は、
前記クロック信号に従う動作によって、前記発電素子が発生した電力を前記二次電池を充電するための電力に変換する昇圧回路部と、
前記昇圧回路部が受けた入力電圧と前記クロック信号の振幅とに基づくブーストクロック信号を生成し、前記ブーストクロック信号を前記昇圧回路部に与えるブースト回路部と、を含む、請求項１２に記載の電源装置。
前記クロック信号に従う動作によって、前記発電素子が発生した電力を前記二次電池を充電するための電力に変換する昇圧回路部と、
前記昇圧回路部が受けた入力電圧と前記クロック信号の振幅とに基づくブーストクロック信号を生成し、前記ブーストクロック信号を前記昇圧回路部に与えるブースト回路部と、を含む、請求項１２に記載の電源装置。
【請求項16】
前記昇圧回路部は、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴを含んで構成される、請求項１５に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電源装置及び電源システムに関する。
【背景技術】
【0002】
将来の社会システムに利用される技術のひとつとしてモノのインターネット（ＩｏＴ：Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）がある。ＩｏＴ技術では、室内及び室外を問わず温度、圧力、振動、化学物質及び交通量などの情報を自立的にセンサで収集する。収集した情報は、インターネットを介してクラウドに転送される。転送されたデータは、ビッグデータとして解析がなされる。解析の目的はさまざまである。例えば、センサに異常が発生しているか否かの判断を目的とし、異常が発生していると判断された場合には、センサの動作を止めるといった対応がなされる。例えば、センサを所定の条件で動作させることを目的とし、外部環境の変化に応じて、適切なセンサの動作条件をフィードバックすることもある。つまり、ＩｏＴ技術は、モノ同士が基本的にはヒトを介さずに情報の収集、情報の伝達及び情報のフィードバックを行う。
【0003】
このうち、ＩｏＴ用集積回路システムは、環境変数を測定し、測定によって得た情報をインターネットに送る重要な装置である。このようなシステムは、Ｅｄｇｅ端末とも称される。Ｅｄｇｅ端末が用いられる環境によっては、Ｅｄｇｅ端末は、十分な電力の供給を受けることが難しい場合がある。また、Ｅｄｇｅ端末は、そもそも電力の供給を受けることができない場合もある。さらに、Ｅｄｇｅ端末がバッテリなどの電源を備えている場合であっても、その交換作業には制限が課される場合もある。
【0004】
制限された電力供給の条件のもとで、Ｅｄｇｅ端末を動作させ続けるための技術として、エネルギ・ハーベスティング技術が挙げられる。エネルギ・ハーベスティング技術は、発電素子が環境エネルギを収穫することによって、電力を得る。例えば、発電素子は、太陽光、熱、振動又は電波を電力に変換する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0005】
【非特許文献1】Imet al.,IEEE JSSC,vol.47,no.12,pp.3055,Dec.2012.
【非特許文献2】Caoet al.,IEEE JSSC,vol.54,no.12,pp.3362,Dec.2019.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
発電素子が発生する電力は極めて小さいので、そのままではＥｄｇｅ端末のような負荷装置が要求する電力を満たすことができない。そこで、発電素子が発生する電力を利用して、負荷装置が要求する電力を出力する電源技術が検討されている。非特許文献１、２は、環境エネルギである温度差を利用して発電する素子を利用した電源技術を開示する。非特許文献１、２は、素子から効率よく電力を取り出すための電源回路と、その動作条件とを提案する。
【0007】
負荷装置を駆動するためには、発電素子が発生した電力の態様を負荷装置が要求する電力の態様に適合させるだけでなく、負荷装置が要求する電力を安定して負荷装置に供給することが望まれる。非特許文献１、２に開示された技術は、発電素子が発生した電力の態様を負荷装置が要求する電力の態様に適合させることは可能である。しかし、非特許文献１、２に開示された技術は、負荷装置が要求する電力を安定して供給するという問題について解決するに至らない。
【0008】
本発明は、負荷装置に対して安定した電力を供給することができる電源装置及び電源システム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】
【0009】
本発明の一形態は、負荷装置に電力を与える電源装置であって、負荷装置を含む閉回路に配置され、負荷装置の求めに応じて負荷装置に電力を与える二次電池と、外部エネルギを受けて電力を発生する発電素子と、発電素子が発生した電力を二次電池を充電するための電力に変換すると共に、二次電池を充電するための電力を二次電池に与えるコンバータと、を備える。
【0010】
この電源装置は、負荷装置を含む閉回路に配置された二次電池を有する。従って、安定した電力を出力可能な二次電池から、負荷装置に対して電力を供給できる。そして、この二次電池は、発電素子が発生した電力によって充電することもできる。その結果、電源装置は、負荷装置に対して安定した電力を供給することができる。
【0011】
上記の電源装置は、発電素子を含む閉回路であって、二次電池が発電素子に対して直列に接続された蓄積回路を構成し、発電素子から受けた電力を蓄えると共に、蓄えた電力をコンバータに与えるキャパシタをさらに備えてもよい。この構成によれば、コンバータによる電力変換効率を高めることができる。
【0012】
上記の電源装置のコンバータは、二次電池、キャパシタ及びコンバータを含む閉回路である第１充電回路と、キャパシタを含まず、二次電池及びコンバータを含む第２充電回路と、を相互に切り替えてもよい。この構成によっても、コンバータによる電力変換効率を高めることができる。
【0013】
上記の電源装置は、第１充電回路とする第１制御指令及び第２充電回路とする第２制御指令を選択的にコンバータに与えるコントローラをさらに備えてもよい。この構成によれば、コンバータによる電力変換効率を高めることができる動作を実現することができる。
【0014】
上記の電源装置のコンバータは、キャパシタから与えられた電力を蓄積するエネルギ蓄積素子を有し、コントローラは、エネルギ蓄積素子の入力に発生する電圧を用いて、第１制御指令を出力するタイミングを制御してもよい。この構成によれば、コンバータによる電力変換効率を高めることができる動作を容易に実現することができる。
【0015】
上記の電源装置は、上述のコンバータである第１コンバータと、発電素子が発生した電力を二次電池を充電するための電力に変換すると共に、二次電池を充電するための電力を二次電池に与える第２コンバータと、をさらに備え、コントローラは、第１の期間であるときに第１コンバータに第１制御指令を出力すると共に第２コンバータに第２制御指令を出力する動作と、第１の期間とは別の第２の期間であるときに、第１コンバータに第２制御指令を出力すると共に第２コンバータに第１制御指令を出力する動作と、を交互に実行してもよい。この構成によれば、二次電池を充電するための電力に変換する動作と、二次電池を充電するための電力を二次電池に与える動作と、を並行して実行することができる。
【0016】
上記の電源装置は、発電素子を含む閉回路である蓄積回路を構成し、発電素子から受けた電力を蓄えると共に、蓄えた電力をコンバータに与えるキャパシタをさらに備え、コンバータは、二次電池を含まず、キャパシタ及びコンバータを含む閉回路である第１充電回路と、二次電池、キャパシタ及びコンバータを含む第２充電回路と、を相互に切り替えてもよい。この構成によっても、負荷装置に対して安定した電力を供給することができる。
【0017】
上記の電源装置は、コンバータである第１コンバータと、発電素子が発生した電力を二次電池を充電するための電力に変換すると共に、二次電池を充電するための電力を二次電池に与える第２コンバータと、第１充電回路とする第１制御指令及び第２充電回路とする第２制御指令を選択的にコンバータに与えるコントローラをさらに備え、コントローラは、第１の期間であるときに第１コンバータに第１制御指令を出力すると共に第２コンバータに第２制御指令を出力する動作と、第１の期間とは別の第２の期間であるときに、第１コンバータに第２制御指令を出力すると共に第２コンバータに第１制御指令を出力する動作と、を交互に実行してもよい。この構成によれば、二次電池を充電するための電力に変換する動作と、二次電池を充電するための電力を二次電池に与える動作と、を並行して実行することができる。
【0018】
上記の電源装置は、第１充電回路とする第１制御指令及び第２充電回路とする第２制御指令を選択的にコンバータに与えるコントローラをさらに備え、コンバータは、第１制御指令を受けて第１充電回路を構成すると共に、第２制御指令を受けて第２充電回路を構成するスイッチ素子をさらに有し、コンバータが出力する電力が二次電池がコントローラに与える電力より大きいとき、二次電池は充電されてもよい。この構成によれば、二次電池を充電しながらコンバータを駆動することができる。
【0019】
本発明の別の形態である電源システムは、上記の電源装置と、電源装置が出力する電圧を昇圧する昇圧装置と、を備える。この電源システムによっても、負荷装置に対して安定した電力を供給することができる。
【0020】
上記の電源装置のコンバータは、二次電池から受けた電力を利用して、二次電池の出力電圧に対応する振幅を有するクロック信号を発生する発振回路と、クロック信号に従う動作によって、発電素子が発生した電力を二次電池を充電するための電力に変換するチャージポンプ回路と、を有してもよい。この構成によれば、チャージポンプ回路を駆動するためのクロック信号は、二次電池から受けた電力を利用して発振回路が発生する。その結果、チャージポンプ回路の昇圧動作には、発電素子が発生した電力の態様に左右されることがなくなる。その結果、チャージポンプ回路を動作させるための条件が緩和することができる。
【0021】
本発明の別の形態は、負荷装置に電力を与える電源装置であって、負荷装置を含む閉回路に配置され、負荷装置の求めに応じて負荷装置に電力を与える二次電池と、外部エネルギを受けて電力を発生する発電素子と、発電素子が発生した電力を二次電池を充電するための電力に変換すると共に、二次電池を充電するための電力を二次電池に与えるコンバータと、を備え、コンバータは、二次電池から受けた電力を利用して、二次電池の出力電圧に対応する振幅を有するクロック信号を発生する発振回路と、クロック信号に従う動作によって、発電素子が発生した電力を二次電池を充電するための電力に変換するチャージポンプ回路と、を有する。
【0022】
この電源装置において、チャージポンプ回路を駆動するためのクロック信号は、二次電池から受けた電力を利用して発振回路が発生する。その結果、チャージポンプ回路の昇圧動作には、発電素子が発生した電力の態様に左右されることがなくなる。その結果、チャージポンプ回路を動作させるための条件が緩和することができる。
【0023】
別の形態の電源装置におけるチャージポンプ回路は、受け入れた電圧に対応する電荷を蓄積するキャパシタと、キャパシタに接続されて、キャパシタの充電動作の開始とキャパシタの充電動作の停止とをクロック信号に従って切り替える入力スイッチ素子と、キャパシタに接続されて、キャパシタの放電動作の開始とキャパシタの放電動作の停止とをクロック信号に従って切り替える出力スイッチ素子と、を含んでもよい。この構成によれば、入力スイッチ素子及び出力スイッチ素子は、二次電池の出力電圧に対応する振幅を有するクロック信号によってそれぞれの状態が切り替えられる。その結果、発電素子が発生する電力が小さい場合であっても、入力スイッチ素子及び出力スイッチ素子の状態を確実に切り替えることができる。
【0024】
別の形態の電源装置におけるチャージポンプ回路は、発電素子に接続された第１の昇圧モジュールを含むｎ個の前段昇圧モジュールと、二次電池に接続された第Ｎの昇圧モジュールを含むＮ－ｎ個の後段昇圧モジュールと、を含み、前段昇圧モジュールは、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴを含んで構成され、後段昇圧モジュールは、ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴを含んで構成されてもよい。この構成によると、相対的に昇圧の対象である入力電圧が相対的に高くなる後段において、ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴを含んで構成された後段昇圧モジュールによって昇圧が行われる。従って、ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴを含んで構成された後段昇圧モジュールによれば、相対的に入力電圧が高い場合であっても良好に昇圧を行うことができる。
【0025】
別の形態の電源装置におけるチャージポンプ回路は、クロック信号に従う動作によって、発電素子が発生した電力を二次電池を充電するための電力に変換する昇圧回路部と、昇圧回路部が受けた入力電圧とクロック信号の振幅とに基づくブーストクロック信号を生成し、ブーストクロック信号を昇圧回路部に与えるブースト回路部と、を含んでもよい。この構成によれば、昇圧回路部が受けた入力電圧とクロック信号の振幅とに基づくブーストクロック信号が昇圧回路部に与えられるので、昇圧回路部を確実に動作させることができる。
【0026】
別の形態の電源装置における昇圧回路部は、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴを含んで構成されてもよい。この構成によれば、昇圧回路部が１種類のＭＯＳＦＥＴによって形成されるので、昇圧回路部の構成を簡易にすることができる。
【発明の効果】
【0027】
本発明によれば、負荷装置に対して安定した電力を供給することができる電源装置及び電源システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【発明を実施するための形態】
【0029】
以下、添付図面を参照して、実施形態の電源装置及び電源システムを詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【0030】
【0031】
負荷装置９は、ＩｏＴを構成する装置であってよい。負荷装置９は、複数の電気素子を含む。負荷装置９は、電力（ＰＬＯＡＤ）を消費する。電力（ＰＬＯＡＤ）は、電圧（ＶＬＯＡＤ）と、電流（ＩＬＯＡＤ）との積によって定義できる。
【0032】
ＩｏＴを構成する装置として、例えば、周囲環境の計測を行うセンサモジュールが挙げられる。センサモジュールは、温度、湿度、照度など所望の計測パラメータに関する計測値を得る。このような負荷装置９は、数ワット程度の電力（ＰＬＯＡＤ）を要求する。例えば、負荷装置９が要求する電圧（ＶＬＯＡＤ）は、３Ｖ程度である。電源装置１は、負荷装置９が要求するタイミングで、負荷装置９に所定の電力（ＰＯＵＴ）を供給する。つまり、負荷装置９は、継続的に電源装置１に電力（ＰＯＵＴ）を要求するものでなくてもよい。例えば、負荷装置９は、あらかじめ定められた時間間隔で周囲の温度を計測し、無線ＩＣなどを通じて送信する動作を行う。このような動作では、負荷装置９は、温度計測及び通信が行われるタイミングで、電源装置１から電力（ＰＯＵＴ）の供給を受ける。
【0033】
電源装置１は、負荷装置９に与えるための電力（ＰＯＵＴ）を出力する。
【0034】
なお、電源装置１が出力する電力（ＰＢＡＴ２）が負荷装置９の要求電力（ＰＬＯＡＤ）を満たさない場合には、電源装置１に昇圧コンバータ１１（昇圧装置）を接続してもよい。電源装置１及び昇圧コンバータ１１を備える構成は、電源システム１００である（図２参照）。昇圧コンバータ１１は、電源装置１から受けた電力（ＰＢＡＴ２）を、負荷装置９が要求する電力（ＰＯＵＴ）に変換する。電源システム１００は、昇圧コンバータ１１から電力（ＰＯＵＴ）を負荷装置９に与える。
【0035】
電源装置１は、発電素子２と、二次電池３と、コントローラ７と、コンバータ４と、を有する。
【0036】
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。
【0037】
発電素子２は、電力（ＰＥＨ）を出力する。電力（ＰＥＨ）は、電圧（ＶＥＨ）及び電流（ＩＥＨ）によって定義できる。発電素子２の電圧（ＶＥＨ）は、直流電圧であってもよいし、交流電圧であってもよい。例えば、発電素子２が振動エネルギを電気エネルギに変換するものであるとき、発電素子２は、入力された振動の周波数に応じた周波数を有する交流電圧を出力する。
【0038】
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る。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、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。
【0039】
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、今後応用範囲が広がっていく期待がある。熱電変換素子に用いられる材料は、無機半導体材料、有機導電性高分子などがある。中でもカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を使った素子はフレキシビリティで軽量であり、さらに薄膜を使った素子である。このような性質によれば、同一の環境でも他の材料よりも温度差をより大きく取れる構造を作ることができる。その結果、取り付けられる環境が大きく広がり、応用範囲を広げることができる。
【0040】
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。なお、単層ＣＮＴを用いることが好ましい。ＣＮＴは、単層ＣＮＴ又は多層ＣＮＴをそれぞれ単独で用いてもよいし、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。さらには、７０質量％以上であることがより好ましい。さらには、９０質量％以上であることがさらに好ましい。単層ＣＮＴは、その平均直径が好適には０．７～１５ｎｍである。また、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。また、単層ＣＮＴは、合成ときにおける繊維状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。さらに、単層ＣＮＴのＢＥＴ比表面積は、６００ｍ２／ｇ以上であることが好ましい。さらには、単層ＣＮＴのＢＥＴ比表面積は、８００ｍ２／ｇ以上であることがさらに好ましい。さらには、単層ＣＮＴのＢＥＴ比表面積は、２５００ｍ２／ｇ以下であることが好ましい。そして、単層ＣＮＴのＢＥＴ比表面積は、１２００ｍ２／ｇ以下であることがさらに好ましい。
【0041】
単層ＣＮＴは、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して、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）を存在させることで、触媒層の触媒活性を飛躍的に向上させるという方法（スーパーグロース法；国際公開第２００６／０１１６５５号参照）において、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ことで、効率的に製造することができる。
【0042】
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、純度が高く、ドーピングの効果が高いため発電能力（ゼーベック係数）が大きいという特徴を有する。このような特徴によれば、ＳＧＣＮＴは、熱電変換素子としての適性が高い材料であるといえる。また、ＳＧＣＮＴは、低コスト、材料純度が高い、ドーピングがしやすいという特徴を有する。
【0043】
二次電池３は、充電動作及び放電動作を行う。二次電池３は、電力（ＰＢＡＴ１）、電力（ＰＢＡＴ２）、電力（ＰＢＡＴ３）を出力することができる。電力（ＰＢＡＴ１）は、発電素子２に与えられる。電力（ＰＢＡＴ２）は、電源装置１の出力端子１ｂに与えられる。電力（ＰＢＡＴ３）は、コントローラ７に与えられる。電力（ＰＢＡＴ１）は、電圧（ＶＢＡＴ）と電流（ＩＢＡＴ１）とによって定義できる。二次電池３は、例えば、３Ｖ又は５Ｖといった直流の電圧（ＶＢＡＴ）を出力する。二次電池３が出力する電圧（ＶＢＡＴ）は、負荷装置９が要求する電圧（ＶＬＯＡＤ）に対応してよい。例えば、負荷装置９が直流である３Ｖの電圧（ＶＬＯＡＤ）を要求する場合には、二次電池３が出力する電圧（ＶＢＡＴ）は、少なくとも３Ｖ以上であるとしてよい。
【0044】
コンバータ４は、電力（ＰＩＮ）を受ける。コンバータ４は、発電素子２から出力された電力（ＰＥＨ）を電気素子（キャパシタ５１）を介して受ける。
【0045】
コンバータ４は、受けた電力（ＰＩＮ）を二次電池３を充電するためのフィードバック電力（ＰＢＡＣＫ）の態様に変換する。コンバータ４は、フィードバック電力（ＰＢＡＣＫ）を二次電池３に与える。フィードバック電力（ＰＢＡＣＫ）の態様とは、例えば、フィードバック電流（ＩＢＡＣＫ）によって定義してもよい。例えば、コンバータ４は、例えば、電圧（ＶＩＮ）を下げることによって電流（ＩＩＮ）を、フィードバック電流（ＩＢＡＣＫ）と同じであるかそれよりも大きい電流まで増加させる。つまり、コンバータ４は、降圧型の電力変換器であってもよい。コンバータ４の具体的な回路構成は、後述する。
【0046】
コントローラ７は、コンバータ４のための制御信号φ４１、φ４２を出力する。コンバータ４は、いくつかのスイッチ素子を備えている。制御信号φ４１、φ４２は、スイッチ素子をオン又はオフとするためのものである。
【0047】
次に、図３を参照しながら発電素子２、二次電池３、コンバータ４及びキャパシタ５１の主要な接続構成について説明する。二次電池３の正極３ａは、発電素子２の負極２ｂに接続されている。発電素子２の正極２ａは、キャパシタ５１及びコンバータ４の入力端子４ａに接続されている。コンバータ４の出力端子４ｂは、二次電池３の正極３ａ及び負荷装置９に接続されている。二次電池３の負極３ｂ、キャパシタ５１、コンバータ４の出力端子４ｃは、基準電圧源ＧＮＤに接続されている。
【0048】
次に、図４を参照しながら電源装置１の動作原理について説明する。
【0049】
図４（ａ）は、コンバータ４に入力される電力（ＰＩＮ）を示す。電力（ＰＩＮ）は、二次電池３に起因する電力（ＰＢＡＴ）と、発電素子２に起因する電力（ＰＥ＿ＮＥＴ）と、の和である。
【0050】
二次電池３に起因する電力（ＰＢＡＴ）は、電流（ＩＩＮ）と二次電池３の出力電圧（ＶＢＡＴ）との積である。図４（ａ）では、電力（ＰＢＡＴ）を矩形の領域の面積として示す。矩形の領域の横辺は、電流（ＩＩＮ）を示す。矩形の領域の縦辺は、電圧（ＶＢＡＴ）を示す。
【0051】
発電素子２に起因する電力（ＰＥ＿ＮＥＴ）は、電流（ＩＩＮ）と発電素子２の出力電圧との積である。発電素子２が出力する電圧（ＶＥＨ）は、発電体２２が出力する電圧（ＶＥ）から出力抵抗２１に起因する電圧降下（ＲＥ×ＩＩＮ）を減じたもの（ＶＥ－ＲＥ×ＩＩＮ）である。図４（ａ）では、電力（ＰＥ＿ＮＥＴ）を矩形の領域の面積として示す。矩形の領域の横辺は、電流（ＩＩＮ）を示す。矩形の領域の縦辺は、電圧（ＶＥ－ＲＥ×ＩＩＮ）を示す。
【0052】
図４（ｂ）は、コンバータ４が出力する電力（ＰＢＡＣＫ）を示す。
【0053】
仮に、コンバータ４の電力取出効率（η）が１００％であるとする。この場合には、電力（ＰＩＮ）の大きさと電力（ＰＢＡＣＫ）の大きさとは互いに同じである。そして、コンバータ４が出力する電力（ＰＢＡＣＫ）から二次電池３に起因する電力（ＰＢＡＴ）と同じ大きさの電力を二次電池３に戻すことによって、実質的に二次電池３の電力消費をゼロとすることができる。
【0054】
【0055】
＜二次電池＞
二次電池３は、発電素子２が発生した電力を蓄えることができる。さらに、二次電池３は、蓄えた電力を負荷装置９に与えることができる。上述したように、二次電池３の正極３ａは、発電素子２の負極２ｂに接続されている。発電素子２の正極２ａは、ノードＮ２を介してキャパシタ５１及びコンバータ４の入力端子４ａに接続されている。
二次電池３は、発電素子２が発生した電力を蓄えることができる。さらに、二次電池３は、蓄えた電力を負荷装置９に与えることができる。上述したように、二次電池３の正極３ａは、発電素子２の負極２ｂに接続されている。発電素子２の正極２ａは、ノードＮ２を介してキャパシタ５１及びコンバータ４の入力端子４ａに接続されている。
【0056】
＜発電素子＞
発電素子２は、出力抵抗２１と、発電体２２と、を含む。発電体２２は、外部エネルギを受けて直流の電力を発生する。発電体２２の負極は、二次電池３に接続されている。発電体２２の正極は、出力抵抗２１を介して、コンバータ４に接続されている。
発電素子２は、出力抵抗２１と、発電体２２と、を含む。発電体２２は、外部エネルギを受けて直流の電力を発生する。発電体２２の負極は、二次電池３に接続されている。発電体２２の正極は、出力抵抗２１を介して、コンバータ４に接続されている。
【0057】
＜コントローラ＞
コントローラ７は、二次電池３から受けた電力（ＰＢＡＴ３）によって動作する。コントローラ７は、コンバータ４が有する第１スイッチ素子４１及び第２スイッチ素子４２のための制御信号φ４１、φ４２を出力する。コントローラ７は、ノードＮ４に設けられた電圧計４７が出力する電圧（Ｖｄ）を用いる。コントローラ７の具体的な説明は、後述する。
コントローラ７は、二次電池３から受けた電力（ＰＢＡＴ３）によって動作する。コントローラ７は、コンバータ４が有する第１スイッチ素子４１及び第２スイッチ素子４２のための制御信号φ４１、φ４２を出力する。コントローラ７は、ノードＮ４に設けられた電圧計４７が出力する電圧（Ｖｄ）を用いる。コントローラ７の具体的な説明は、後述する。
【0058】
＜コンバータ＞
コンバータ４は、入力端子４ａと、出力端子４ｂ、４ｃと、を有する。入力端子４ａは、ノードＮ２を介してキャパシタ５１に接続されている。コンバータ４の出力端子４ｂは、ノードＮ５を介して電源装置１の出力端子１ｂに接続されている。また、コンバータ４の出力端子４ｂは、ノードＮ５、Ｎ１を介して二次電池３にも接続されている。出力端子４ｃは、ノードＮ３を介して基準電圧源ＧＮＤに接続されている。
コンバータ４は、入力端子４ａと、出力端子４ｂ、４ｃと、を有する。入力端子４ａは、ノードＮ２を介してキャパシタ５１に接続されている。コンバータ４の出力端子４ｂは、ノードＮ５を介して電源装置１の出力端子１ｂに接続されている。また、コンバータ４の出力端子４ｂは、ノードＮ５、Ｎ１を介して二次電池３にも接続されている。出力端子４ｃは、ノードＮ３を介して基準電圧源ＧＮＤに接続されている。
【0059】
さらに、コンバータ４は、第１スイッチ素子４１と、第２スイッチ素子４２と、第１ダイオード４４と、第２ダイオード４５と、インダクタ４６（エネルギ蓄積素子）と、を有する。
【0060】
第１スイッチ素子４１は、コンバータ４の入力端子４ａをインダクタ４６に接続する動作と、コンバータ４の入力端子４ａをインダクタ４６から切り離す動作と、を相互に切り替える。第１スイッチ素子４１のドレインは、コンバータ４の入力端子４ａに接続されている。第１スイッチ素子４１のソースは、第２スイッチ素子４２に接続されている。第１スイッチ素子４１のゲートは、制御信号φ４１を受ける。
【0061】
第１スイッチ素子４１は、ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴである。第１スイッチ素子４１は、制御信号φ４１（Ｌ）を受けたとき、コンバータ４の入力端子４ａをインダクタ４６に接続する。第１スイッチ素子４１は、制御信号φ４１（Ｈ）を受けたとき、コンバータ４の入力端子４ａをインダクタ４６から切り離す。
【0062】
第２スイッチ素子４２は、インダクタ４６を基準電圧源ＧＮＤに接続する動作と、インダクタ４６を基準電圧源ＧＮＤから切り離す動作と、を相互に切り替える。第２スイッチ素子４２のドレインは、ノードＮ４を介して第１スイッチ素子４１のソースに接続されている。第２スイッチ素子４２のソースは、出力端子４ｃ及びノードＮ３を介して基準電圧源ＧＮＤに接続されている。第２スイッチ素子４２のゲートは、制御信号φ４２を受ける。
【0063】
第２スイッチ素子４２は、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴである。第２スイッチ素子４２は、制御信号φ４２（Ｈ）を受けたとき、インダクタ４６を基準電圧源ＧＮＤに接続する。第２スイッチ素子４２は、制御信号φ４２（Ｌ）を受けたとき、インダクタ４６を基準電圧源ＧＮＤから切り離す。
【0064】
インダクタ４６は、第１スイッチ素子４１を第２スイッチ素子４２に接続する配線に設けられたノードＮ４に接続されている。インダクタ４６は、コンバータ４の出力端子４ｂにも接続されている。
【0065】
インダクタ４６は、エネルギ蓄積素子の例示である。しかし、エネルギ蓄積素子はインダクタ４６に限定されない。エネルギ蓄積素子は、例えば、複数のキャパシタとそれぞれのキャパシタの接続構成を切り替えるスイッチとを含むスイッチトキャパシタ回路を採用してもよい。
【0066】
第１ダイオード４４は、第１スイッチ素子４１に対して並列に接続されている。具体的には、第１ダイオード４４の入力は、第１スイッチ素子４１のソースに接続されている。第１ダイオード４４の出力は、第１スイッチ素子４１のドレインに接続されている。
【0067】
第２ダイオード４５は、第２スイッチ素子４２に対して並列に接続されている。具体的には、第２ダイオード４５の入力は、第２スイッチ素子４２のソースに接続されている。第２ダイオード４５の出力は、出力端子４ｃを介して基準電圧源ＧＮＤに接続されている。また、第２ダイオード４５の出力は、第１ダイオード４４の入力に接続されている。つまり、第２ダイオード４５は、第１ダイオード４４に対して直列に接続されている。
【0068】
第１スイッチ素子４１及び第２スイッチ素子４２と、インダクタ４６と、の間でリンギングが発生する可能性がある。このリンギングによれば、電圧の増減が繰り返される。この電圧の増減は、第１スイッチ素子４１及び第２スイッチ素子４２にダメージを与える可能性がある。第１ダイオード４４及び第２ダイオード４５は、リンギングに起因する電圧の増減から、第１スイッチ素子４１及び第２スイッチ素子４２を保護する。
【0069】
なお、第１ダイオード４４及び第２ダイオード４５は、コンバータ４にとって付加的な構成要素である。従って、コンバータ４は、第１ダイオード４４及び第２ダイオード４５を省略することもできる。
【0070】
＜キャパシタ＞
キャパシタ５１はコンバータ４の入力端子４ａと基準電圧源ＧＮＤとの間に配置されている。キャパシタ５１は、発電素子２が発生した電力を一時的に蓄える。キャパシタ５１は、蓄えた電力をコンバータ４に渡す。
キャパシタ５１はコンバータ４の入力端子４ａと基準電圧源ＧＮＤとの間に配置されている。キャパシタ５１は、発電素子２が発生した電力を一時的に蓄える。キャパシタ５１は、蓄えた電力をコンバータ４に渡す。
【0071】
＜電源装置の動作＞
電源装置１は、負荷装置９に電力を与える動作（負荷駆動動作Ｓ１）と、二次電池３を充電する動作（電池充電動作Ｓ２）と、を行う。負荷駆動動作Ｓ１及び電池充電動作Ｓ２は、並行して実行することができる。つまり、電源装置１は、負荷装置９に電力を与えながら、二次電池３を充電することができる。
電源装置１は、負荷装置９に電力を与える動作（負荷駆動動作Ｓ１）と、二次電池３を充電する動作（電池充電動作Ｓ２）と、を行う。負荷駆動動作Ｓ１及び電池充電動作Ｓ２は、並行して実行することができる。つまり、電源装置１は、負荷装置９に電力を与えながら、二次電池３を充電することができる。
【0072】
＜負荷駆動動作と負荷駆動回路＞
図６（ａ）は、負荷駆動動作Ｓ１のための閉回路を示す。図６（ａ）において、太い実線は、負荷駆動動作Ｓ１に関係する負荷駆動回路Ｃ１を示す。図６（ａ）において、細い破線は、負荷駆動動作Ｓ１に関係しない回路を示す。太い実線と細い破線による区別は、理解を容易にするためのものである。
図６（ａ）は、負荷駆動動作Ｓ１のための閉回路を示す。図６（ａ）において、太い実線は、負荷駆動動作Ｓ１に関係する負荷駆動回路Ｃ１を示す。図６（ａ）において、細い破線は、負荷駆動動作Ｓ１に関係しない回路を示す。太い実線と細い破線による区別は、理解を容易にするためのものである。
【0073】
負荷駆動回路Ｃ１は、二次電池３と、負荷装置９と、を含む。二次電池３の正極３ａは、ノードＮ１、Ｎ５を介して負荷装置９の端子９ａに接続されている。二次電池３の負極３ｂ及び負荷装置９の端子９ｂは、ノードＮ３を介して基準電圧源ＧＮＤに接続されている。なお、二次電池３の負極３ｂ及び負荷装置９の端子９ｂは、基準電圧源ＧＮＤに接続されていればよく、基準電圧源ＧＮＤへの接続構成は所望の構成を選択してよい。負荷駆動回路Ｃ１は、スイッチ機能を有する要素を含まない。従って、負荷装置９が電力を要求したときには、二次電池３から電力が与えられる。負荷装置９が電力を要求しないときには、二次電池３から電力は与えられない。つまり、二次電池３から負荷装置９に電力を与えるための特段の制御を要しない。
【0074】
＜電池充電動作と蓄積回路、第１充電回路及び第２充電回路＞
図６（ｂ）、図７（ａ）及び図７（ｂ）は、電池充電動作Ｓ２のための閉回路を示す。図６（ｂ）、図７（ａ）及び図７（ｂ）において、太い実線と細い破線の意味するところは、図６（ａ）で説明したとおりである。電池充電動作Ｓ２は、３つの動作を含む。電池充電動作Ｓ２は、蓄積動作Ｓ２１と、第１充電動作Ｓ２２と、第２充電動作Ｓ２３と、を含む。
図６（ｂ）、図７（ａ）及び図７（ｂ）は、電池充電動作Ｓ２のための閉回路を示す。図６（ｂ）、図７（ａ）及び図７（ｂ）において、太い実線と細い破線の意味するところは、図６（ａ）で説明したとおりである。電池充電動作Ｓ２は、３つの動作を含む。電池充電動作Ｓ２は、蓄積動作Ｓ２１と、第１充電動作Ｓ２２と、第２充電動作Ｓ２３と、を含む。
【0075】
＜蓄積動作＞
図６（ｂ）は、蓄積動作Ｓ２１のための閉回路を示す。図６（ｂ）において、太い実線は、蓄積動作Ｓ２１に関係する蓄積回路Ｃ２１を示す。蓄積回路Ｃ２１は、二次電池３と、発電素子２と、キャパシタ５１と、を含む。二次電池３の正極３ａは、ノードＮ１を介して発電素子２の負極２ｂに接続されている。発電素子２の正極２ａは、ノードＮ２を介してキャパシタ５１の端子５１ａに接続されている。キャパシタ５１の端子５１ｂは、ノードＮ３を介して二次電池３の負極３ｂ及び基準電圧源ＧＮＤに接続されている。負荷駆動回路Ｃ１と同様に、蓄積回路Ｃ２１も、スイッチ機能を有する要素を含まない。従って、発電素子２が電力を出力したときには、キャパシタ５１に電力が蓄えられる。発電素子２が電力を出力しないときには、キャパシタ５１に電力が蓄えられない。つまり、発電素子２からキャパシタ５１に電力を蓄えるための特段の制御を要しない。
図６（ｂ）は、蓄積動作Ｓ２１のための閉回路を示す。図６（ｂ）において、太い実線は、蓄積動作Ｓ２１に関係する蓄積回路Ｃ２１を示す。蓄積回路Ｃ２１は、二次電池３と、発電素子２と、キャパシタ５１と、を含む。二次電池３の正極３ａは、ノードＮ１を介して発電素子２の負極２ｂに接続されている。発電素子２の正極２ａは、ノードＮ２を介してキャパシタ５１の端子５１ａに接続されている。キャパシタ５１の端子５１ｂは、ノードＮ３を介して二次電池３の負極３ｂ及び基準電圧源ＧＮＤに接続されている。負荷駆動回路Ｃ１と同様に、蓄積回路Ｃ２１も、スイッチ機能を有する要素を含まない。従って、発電素子２が電力を出力したときには、キャパシタ５１に電力が蓄えられる。発電素子２が電力を出力しないときには、キャパシタ５１に電力が蓄えられない。つまり、発電素子２からキャパシタ５１に電力を蓄えるための特段の制御を要しない。
【0076】
従って、負荷駆動回路Ｃ１（図６（ａ））及び蓄積回路Ｃ２１（図６（ｂ））のそれぞれは、電流が常時流れることができる状態であるといえる。一方、第１充電動作Ｓ２２及び第２充電動作Ｓ２３は、交互に実行される。
【0077】
＜第１充電動作＞
図７（ａ）は、第１充電動作Ｓ２２のための閉回路を示す。図７（ａ）において、太い実線は、第１充電動作Ｓ２２に関係する第１充電回路Ｃ２２を示す。第１充電回路Ｃ２２は、二次電池３と、キャパシタ５１と、第１スイッチ素子４１と、インダクタ４６と、を含む。二次電池３の負極３ｂは、ノードＮ３を介してキャパシタ５１の端子５１ｂに接続されている。キャパシタ５１の端子５１ａは、ノードＮ２を介して第１スイッチ素子４１のドレインに接続されている。第１スイッチ素子４１のソースは、ノードＮ４を介してインダクタ４６の端子４６ａに接続されている。インダクタ４６の端子４６ｂは、ノードＮ５、Ｎ１を介して二次電池３の正極３ａに接続されている。
図７（ａ）は、第１充電動作Ｓ２２のための閉回路を示す。図７（ａ）において、太い実線は、第１充電動作Ｓ２２に関係する第１充電回路Ｃ２２を示す。第１充電回路Ｃ２２は、二次電池３と、キャパシタ５１と、第１スイッチ素子４１と、インダクタ４６と、を含む。二次電池３の負極３ｂは、ノードＮ３を介してキャパシタ５１の端子５１ｂに接続されている。キャパシタ５１の端子５１ａは、ノードＮ２を介して第１スイッチ素子４１のドレインに接続されている。第１スイッチ素子４１のソースは、ノードＮ４を介してインダクタ４６の端子４６ａに接続されている。インダクタ４６の端子４６ｂは、ノードＮ５、Ｎ１を介して二次電池３の正極３ａに接続されている。
【0078】
第１充電回路Ｃ２２は、第１スイッチ素子４１を含む。従って、第１スイッチ素子４１が導通であるときに第１充電回路Ｃ２２が形成される。第１スイッチ素子４１は、キャパシタ５１とインダクタ４６とを接続する経路に配置されている。従って、第１スイッチ素子４１が導通であるとき、キャパシタ５１はインダクタ４６に接続された状態である。第１スイッチ素子４１が非導通であるとき、キャパシタ５１はインダクタ４６から切断された状態である。第１スイッチ素子４１は、ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴである。第１スイッチ素子４１は、制御信号φ４１（Ｌ）を受けたとき、キャパシタ５１をインダクタ４６に接続する。
【0079】
＜第２充電動作＞
図７（ｂ）は、第２充電動作Ｓ２３のための閉回路を示す。図７（ｂ）において、太い実線は、第２充電動作Ｓ２３に関係する第２充電回路Ｃ２３を示す。第２充電回路Ｃ２３は、二次電池３と、第２スイッチ素子４２と、インダクタ４６と、を含む。二次電池３の負極３ｂは、ノードＮ３を介して第２スイッチ素子４２のソースに接続されている。第２スイッチ素子４２のドレインは、ノードＮ４を介してインダクタ４６の端子４６ａに接続されている。インダクタ４６の端子４６ｂは、ノードＮ５、Ｎ１を介して二次電池３の正極３ａに接続されている。
図７（ｂ）は、第２充電動作Ｓ２３のための閉回路を示す。図７（ｂ）において、太い実線は、第２充電動作Ｓ２３に関係する第２充電回路Ｃ２３を示す。第２充電回路Ｃ２３は、二次電池３と、第２スイッチ素子４２と、インダクタ４６と、を含む。二次電池３の負極３ｂは、ノードＮ３を介して第２スイッチ素子４２のソースに接続されている。第２スイッチ素子４２のドレインは、ノードＮ４を介してインダクタ４６の端子４６ａに接続されている。インダクタ４６の端子４６ｂは、ノードＮ５、Ｎ１を介して二次電池３の正極３ａに接続されている。
【0080】
第２充電回路Ｃ２３は、第２スイッチ素子４２を含む。従って、第２スイッチ素子４２が導通であるときに第２充電回路Ｃ２３が形成される。第２スイッチ素子４２は、インダクタ４６の端子４６ａを二次電池３の負極３ｂに接続する経路に配置されている。従って、第２スイッチ素子４２が導通であるとき、インダクタ４６の端子４６ａは二次電池３の負極３ｂに接続された状態である。第２スイッチ素子４２が非導通であるとき、インダクタ４６の端子４６ａは二次電池３の負極３ｂから切断された状態である。第２スイッチ素子４２は、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴである。第２スイッチ素子４２は、制御信号φ４２（Ｈ）を受けたとき、インダクタ４６の端子４６ａを二次電池３の負極３ｂに接続する。
【0081】
＜コントローラによる第１充電回路と第２充電回路の切り替え＞
図８（ａ）に示すように、コントローラ７は、第１充電回路Ｃ２２とするための第１充電指令Ｄ２２（第１制御指令）と、第２充電回路Ｃ２３とするための第２充電指令Ｄ２３（第２制御指令）と、を交互に出力する。コントローラ７は、予め定めた時間が経過したことを条件として、第２充電指令Ｄ２３を出力する。コントローラ７は、所定の電圧条件が満たされたことを条件として、第１充電指令Ｄ２２を出力する。
図８（ａ）に示すように、コントローラ７は、第１充電回路Ｃ２２とするための第１充電指令Ｄ２２（第１制御指令）と、第２充電回路Ｃ２３とするための第２充電指令Ｄ２３（第２制御指令）と、を交互に出力する。コントローラ７は、予め定めた時間が経過したことを条件として、第２充電指令Ｄ２３を出力する。コントローラ７は、所定の電圧条件が満たされたことを条件として、第１充電指令Ｄ２２を出力する。
【0082】
さらに、コントローラ７は、第２充電回路Ｃ２３から第１充電回路Ｃ２２に切り替えるための第１余裕指令Ｄ２ａと、第１充電回路Ｃ２２から第２充電回路Ｃ２３に切り替えるための第２余裕指令Ｄ２ｂと、を出力する。第１余裕指令Ｄ２ａ及び第２余裕指令Ｄ２ｂは、第１スイッチ素子４１が導通である期間と、第２スイッチ素子４２が導通である期間と、を重複させないためのものである。第１余裕指令Ｄ２ａ及び第２余裕指令Ｄ２ｂは、コンバータ４の入力端子４ａから基準電圧源ＧＮＤに至る回路が形成されることに起因する貫通電流の発生を防止する。
【0083】
つまり、コントローラ７は、第１余裕指令Ｄ２ａ、第１充電指令Ｄ２２、第２余裕指令Ｄ２ｂ、第２充電指令Ｄ２３の順に出力する。
【0084】
図８（ａ）は、第１余裕指令Ｄ２ａ、第１充電指令Ｄ２２、第２余裕指令Ｄ２ｂ、第２充電指令Ｄ２３の具体的な内容を示す。第１余裕指令Ｄ２ａ、第１充電指令Ｄ２２、第２余裕指令Ｄ２ｂ、第２充電指令Ｄ２３は、制御信号φ４１、φ４２を含む。具体的には、以下のとおりである。
第１余裕指令Ｄ２ａ：φ４１（Ｈ）、φ４２（Ｌ）。
第１充電指令Ｄ２２：φ４１（Ｌ）、φ４２（Ｌ）。
第２余裕指令Ｄ２ｂ：φ４１（Ｈ）、φ４２（Ｌ）。
第２充電指令Ｄ２３：φ４１（Ｈ）、φ４２（Ｈ）。
第１余裕指令Ｄ２ａ：φ４１（Ｈ）、φ４２（Ｌ）。
第１充電指令Ｄ２２：φ４１（Ｌ）、φ４２（Ｌ）。
第２余裕指令Ｄ２ｂ：φ４１（Ｈ）、φ４２（Ｌ）。
第２充電指令Ｄ２３：φ４１（Ｈ）、φ４２（Ｈ）。
【0085】
上述の指令であるときの第１スイッチ素子４１の状態及び第２スイッチ素子４２の状態は、以下のとおりである。
第１余裕指令Ｄ２ａ：第１スイッチ素子４１（ＯＦＦ）、第２スイッチ素子４２（ＯＦＦ）。
第１充電指令Ｄ２２：第１スイッチ素子４１（ＯＮ）、第２スイッチ素子４２（ＯＦＦ）。
第２余裕指令Ｄ２ｂ：第１スイッチ素子４１（ＯＦＦ）、第２スイッチ素子４２（ＯＦＦ）。
第２充電指令Ｄ２３：第１スイッチ素子４１（ＯＦＦ）、第２スイッチ素子４２（ＯＮ）。
第１余裕指令Ｄ２ａ：第１スイッチ素子４１（ＯＦＦ）、第２スイッチ素子４２（ＯＦＦ）。
第１充電指令Ｄ２２：第１スイッチ素子４１（ＯＮ）、第２スイッチ素子４２（ＯＦＦ）。
第２余裕指令Ｄ２ｂ：第１スイッチ素子４１（ＯＦＦ）、第２スイッチ素子４２（ＯＦＦ）。
第２充電指令Ｄ２３：第１スイッチ素子４１（ＯＦＦ）、第２スイッチ素子４２（ＯＮ）。
【0086】
第１余裕指令Ｄ２ａを出力する期間Ｔ２ａは、予め設定されている。従って、コントローラ７は、第１余裕指令Ｄ２ａの出力を開始する時間ｔ１から所定時間が経過した後に、第１余裕指令Ｄ２ａの出力を停止すると共に第１充電指令Ｄ２２の出力を開始する。
【0087】
第１充電指令Ｄ２２を出力する期間Ｔ２２も、予め設定されている。従って、コントローラ７は、第１充電指令Ｄ２２の出力を開始する時間ｔ２から所定時間が経過した後に、第１充電指令Ｄ２２の出力を停止すると共に第２余裕指令Ｄ２ｂの出力を開始する。
【0088】
第２余裕指令Ｄ２ｂを出力する期間Ｔ２ｂも、予め設定されている。従って、コントローラ７は、第２余裕指令Ｄ２ｂの出力を開始する時間ｔ３から所定時間が経過した後に、第２余裕指令Ｄ２ｂの出力を停止すると共に第２充電指令Ｄ２３の出力を開始する。
【0089】
第２充電指令Ｄ２３を出力する期間Ｔ２３は、ノードＮ４の電圧（Ｖｄ）によって制御される。具体的には、コントローラ７は、ノードＮ４の電圧（Ｖｄ）が閾値電圧に達したことを条件として、第２充電指令Ｄ２３の出力を終了させると共に第１余裕指令Ｄ２ａの出力を開始する。閾値電圧は、０Ｖとしてもよい。
【0090】
図８（ｂ）のグラフＧ８ｂは、ノードＮ４の電圧（Ｖｄ）を示す。図８（ｃ）のグラフＧ８ｃ１、Ｇ８ｃ２、Ｇ８ｃ３は、電源装置１に流れる電流（Ｉｄ、Ｉａ、Ｉｃ）を示す。図８（ｃ）のグラフＧ８ｃ１は、第１充電回路Ｃ２２及び第２充電回路Ｃ２３に流れる電流（Ｉｄ）を示す。換言すると、グラフＧ８ｃ１は、インダクタ４６に流れる電流であるともいえる。グラフＧ８ｃ１は、二次電池３の充電のための電流であるともいえる。さらに、グラフＧ８ｃ１に示す電流（Ｉｄ）において、期間Ｔ２２は、第１充電回路Ｃ２２（図７（ａ）参照）に流れる電流を示す。期間Ｔ２３は、第２充電回路Ｃ２３（図７（ｂ）参照）に流れる電流を示す。例えば、一例として、第１充電回路Ｃ２２及び第２充電回路Ｃ２３に流れる電流のピーク値は、１ミリアンペアである。
【0091】
グラフＧ８ｃ２は、負荷駆動回路Ｃ１に流れる電流（Ｉａ）を示す。グラフＧ８ｃ３は、蓄積回路Ｃ２１に流れる電流（Ｉｃ）を示す。本実施形態では、負荷駆動回路Ｃ１及び蓄積回路Ｃ２１には、常に一定の電流が流れると仮定する。一例として、負荷駆動回路Ｃ１に流れる電流の大きさは、２００マイクロアンペアである。蓄積回路Ｃ２１に流れる電流の大きさは、１００マイクロアンペアである。
【0092】
つまり、蓄積回路Ｃ２１に流れる電流（Ｉｃ）は、負荷駆動回路Ｃ１に流れる電流（Ｉａ）よりも小さい。また、蓄積回路Ｃ２１に流れる電流（Ｉｃ）は、第１充電回路Ｃ２２及び第２充電回路Ｃ２３に流れる電流（Ｉｄ）のピーク値よりも小さい。負荷駆動回路Ｃ１に流れる電流（Ｉａ）は、蓄積回路Ｃ２１に流れる電流（Ｉｃ）よりも大きい。負荷駆動回路Ｃ１に流れる電流（Ｉａ）は、第１充電回路Ｃ２２及び第２充電回路Ｃ２３に流れる電流（Ｉｄ）のピーク値よりも小さい。
【0093】
第１充電動作Ｓ２２の期間（フェーズ１：Ｔ２２）であるとき、第１スイッチ素子４１を流れる電流が増加する（図８（ｃ）の期間Ｔ２２）ので、ノードＮ４の電圧（Ｖｄ）は次第に降下する（図８（ｂ）の期間Ｔ２２）。次に、第２充電動作Ｓ２３の期間（フェーズ２：Ｔ２３）が開始されたとき、電流（Ｉｄ）の流れる方向が逆転する。つまり、ノードＮ４の電位は、マイナスとなる。そして、第２充電動作Ｓ２３の期間中は、インダクタ４６に流れる電流が次第に減少する（図８（ｃ）の期間Ｔ２３）。つまり、第２スイッチ素子４２のソース・ドレイン間の電位差は次第に減少する（図８（ｂ）の期間Ｔ２３）。第２スイッチ素子４２のソース・ドレイン間の電位差は最終的にゼロに至る（図８（ｂ）の参照番号Ｐ８ｂ）。
【0094】
コントローラ７は、第２スイッチ素子４２のソース・ドレイン間の電位差がゼロになったことを条件として、第２充電指令Ｄ２３の出力を停止する。換言すると、コントローラ７は、第２スイッチ素子４２のソースに接続されているノードＮ４の電圧（Ｖｄ）がゼロになったことを条件（Ｖｄ＝０Ｖ）として、第２充電指令Ｄ２３の出力を停止する。
【0095】
＜作用効果＞
電源装置１は、負荷装置９を含む閉回路である負荷駆動回路Ｃ１に配置され、負荷装置９の求めに応じて負荷装置９に電力を与える二次電池３と、外部エネルギを受けて電力を発生する発電素子２と、発電素子２が発生した電力を二次電池３を充電するための電力に変換すると共に、二次電池３を充電するための電力を二次電池３に与えるコンバータ４と、を備える。
電源装置１は、負荷装置９を含む閉回路である負荷駆動回路Ｃ１に配置され、負荷装置９の求めに応じて負荷装置９に電力を与える二次電池３と、外部エネルギを受けて電力を発生する発電素子２と、発電素子２が発生した電力を二次電池３を充電するための電力に変換すると共に、二次電池３を充電するための電力を二次電池３に与えるコンバータ４と、を備える。
【0096】
電源装置１は、負荷装置９を含む閉回路である負荷駆動回路Ｃ１に配置された二次電池３を有する。従って、安定した電力を出力可能な二次電池３から、負荷装置９に対して電力を供給できる。そして、この二次電池３は、発電素子２によって発生した電力によって充電することもできる。その結果、電源装置１は、負荷装置９に対して安定した電力を長期間に渡って供給することができる。
【0097】
電源装置１は、発電素子２を含む閉回路である蓄積回路Ｃ２１を構成し、発電素子２から受けた電力を蓄えると共に、蓄えた電力をコンバータ４に与えるキャパシタ５１をさらに備える。この構成によれば、コンバータ４による電力変換効率を高めることができる。
【0098】
電源装置１のコンバータ４は、二次電池３、キャパシタ５１及びコンバータ４を含む閉回路である第１充電回路Ｃ２２と、キャパシタ５１を含まず、二次電池３及びコンバータ４を含む第２充電回路Ｃ２３と、を相互に切り替える。この構成によっても、コンバータ４による電力変換効率を高めることができる。
【0099】
電源装置１は、第１充電回路Ｃ２２とする第１充電指令Ｄ２２及び第２充電回路Ｃ２３とする第２充電指令Ｄ２３を選択的にコンバータ４に与えるコントローラ７をさらに備える。この構成によれば、コンバータ４による電力変換効率を高めることができる動作を実現することができる。
【0100】
電源装置１のコンバータ４は、キャパシタ５１から与えられた電力を蓄積するインダクタ４６を有し、コントローラ７は、インダクタ４６の入力に発生する電圧（Ｖｄ）を用いて、第１充電指令Ｄ２２を出力するタイミングを制御する。この構成によれば、コンバータ４による電力変換効率を高めることができる動作を容易に実現することができる。
【0101】
＜第２実施形態＞
第１実施形態の電源装置１は、降圧型のコンバータ４を備えていた。第２実施形態では、昇圧型のコンバータ４Ｂを備えた電源装置１Ｂを説明する。図９は、第２実施形態の電源装置１Ｂの機能ブロック図である。図９に示すように、電源装置１Ｂも、負荷装置９に対して電力を与える。
第１実施形態の電源装置１は、降圧型のコンバータ４を備えていた。第２実施形態では、昇圧型のコンバータ４Ｂを備えた電源装置１Ｂを説明する。図９は、第２実施形態の電源装置１Ｂの機能ブロック図である。図９に示すように、電源装置１Ｂも、負荷装置９に対して電力を与える。
【0102】
電源装置１Ｂは、負荷装置９に与えるための電力を出力する。電源装置１Ｂは、発電素子２Ｂと、二次電池３Ｂと、コンバータ４Ｂと、コントローラ７Ｂと、キャパシタ５１Ｂと、を有する。
【0103】
発電素子２Ｂの正極２ａは、キャパシタ５１Ｂの端子５１ａに接続されている。発電素子２Ｂの正極２ａは、コンバータ４Ｂの入力端子４ａにも接続されている。発電素子２Ｂの負極２ｂは、キャパシタ５１Ｂの端子５１ｂに接続されている。発電素子２Ｂの負極２ｂは、基準電圧源ＧＮＤにも接続されている。
【0104】
コンバータ４Ｂの入力端子４ａは、キャパシタ５１Ｂの端子５１ａに接続されている。コンバータ４Ｂの出力端子４ｂは、二次電池３Ｂの正極３ａに接続されている。コンバータ４Ｂの出力端子４ｃは、基準電圧源ＧＮＤに接続されている。
【0105】
二次電池３Ｂの正極３ａは、コンバータ４Ｂの出力端子４ｂに接続されている。二次電池３Ｂの正極３ａは、負荷装置９の端子９ａにも接続されている。二次電池３Ｂの負極３ｂは、基準電圧源ＧＮＤに接続されている。
【0106】
【0107】
コンバータ４Ｂは、インダクタ４６Ｂと、第１スイッチ素子４１Ｂと、第２スイッチ素子４２Ｂと、を有する。電源装置１Ｂは、コントローラ７Ｂを備えており、コンバータ４Ｂは、コントローラ７Ｂが出力する制御信号φ４１Ｂに従って動作する。
【0108】
インダクタ４６Ｂの端子４６ａは、コンバータ４Ｂの入力端子４ａに接続されている。インダクタ４６Ｂの端子４６ｂは、ノードＮ３Ｂを介して第１スイッチ素子４１Ｂのドレインに接続されている。インダクタ４６Ｂの端子４６ｂは、ノードＮ３Ｂを介して第２スイッチ素子４２Ｂのドレインにも接続されている。
【0109】
第１スイッチ素子４１Ｂは、インダクタ４６Ｂの端子４６ｂをキャパシタ５１Ｂの端子５１ｂに接続する動作と、インダクタ４６Ｂの端子４６ｂをキャパシタ５１Ｂの端子５１ｂから切り離す動作と、を相互に切り替える。第１スイッチ素子４１Ｂのドレインは、インダクタ４６Ｂに接続されている。第１スイッチ素子４１Ｂのソースは、ノードＮ４Ｂ、Ｎ１Ｂを介してキャパシタ５１Ｂの端子５１ｂに接続されている。第１スイッチ素子４１Ｂのゲートは、制御信号φ４１Ｂを受ける。
【0110】
第１スイッチ素子４１Ｂは、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴである。第１スイッチ素子４１Ｂは、制御信号φ４１Ｂ（Ｈ）を受けたとき、インダクタ４６Ｂの端子４６ｂをキャパシタ５１Ｂの端子５１ｂに接続する。第１スイッチ素子４１Ｂは、制御信号φ４１Ｂ（Ｌ）を受けたとき、インダクタ４６Ｂの端子４６ｂをキャパシタ５１Ｂの端子５１ｂから切り離す。
【0111】
第２スイッチ素子４２Ｂは、インダクタ４６Ｂと二次電池３Ｂとの間に配置されている。第２スイッチ素子４２Ｂは、インダクタ４６Ｂの端子４６ｂを二次電池３Ｂの正極３ａに接続する動作と、インダクタ４６Ｂの端子４６ｂを二次電池３Ｂの正極３ａから切り離す動作と、を相互に切り替える。第２スイッチ素子４２Ｂのドレインは、ノードＮ３Ｂを介してインダクタ４６Ｂの端子４６ｂに接続されている。第２スイッチ素子４２Ｂのソースは、ノードＮ５Ｂ、Ｎ６Ｂを介して二次電池３Ｂの正極３ａに接続されている。第２スイッチ素子４２Ｂのゲートは、第２スイッチ素子４２Ｂのドレインに接続されている。第１スイッチ素子４１Ｂがオンする間はノードＮ３Ｂは接地されている。このとき、第２スイッチ素子４２Ｂはオフである（第１充電動作Ｓ２２Ｂ：図１２（ａ）参照）。第１スイッチ素子４１Ｂがオフに切り替えられたとき、切替後からしばらくの期間、インダクタ４６Ｂを流れていた電流は、第２スイッチ素子４２Ｂを介して二次電池３Ｂの正極３ａに流れる（第２充電動作Ｓ２３Ｂ：図１２（ｂ）参照）。そして、二次電池３Ｂの正極３ａへ流れる電流が閾値よりも小さくなると、コントローラ７Ｂは、第１スイッチ素子４１Ｂをオンにする制御信号φ４１Ｂを出力する。その結果、第１スイッチ素子４１Ｂがオンとなると共に、第２スイッチ素子４２Ｂとオフとなる（第１充電動作Ｓ２２Ｂ：図１２（ａ）参照）。
【0112】
なお、第２スイッチ素子４２Ｂは、ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴとしてもよい（図１０（ｂ）参照）。この場合には、第２スイッチ素子４２Ｂのゲートに制御信号φ４２Ｂを入力する。第２スイッチ素子４２Ｂは、制御信号φ４２Ｂ（Ｌ）を受けたとき、インダクタ４６Ｂの端子４６ｂを二次電池３Ｂの正極３ａに接続する。第２スイッチ素子４２Ｂは、制御信号φ４２Ｂ（Ｈ）を受けたとき、インダクタ４６Ｂの端子４６ｂを二次電池３Ｂの正極３ａから切り離す。
【0113】
＜電源装置の動作＞
電源装置１Ｂも、負荷装置９に電力を与える動作（負荷駆動動作Ｓ１Ｂ）と、二次電池３Ｂを充電する動作（電池充電動作Ｓ２Ｂ）と、を行う。
電源装置１Ｂも、負荷装置９に電力を与える動作（負荷駆動動作Ｓ１Ｂ）と、二次電池３Ｂを充電する動作（電池充電動作Ｓ２Ｂ）と、を行う。
【0114】
【0115】
負荷駆動回路Ｃ１Ｂは、二次電池３Ｂと、負荷装置９と、を含む。二次電池３Ｂの正極３ａは、ノードＮ６Ｂを介して負荷装置９の端子９ａに接続されている。二次電池３Ｂの負極３ｂ及び負荷装置９の端子９ｂは、ノードＮ７Ｂ、Ｎ４Ｂ、Ｎ１Ｂを介して基準電圧源ＧＮＤに接続されている。電源装置１Ｂの負荷駆動回路Ｃ１Ｂも、スイッチ機能を有する要素を含まない。従って、負荷装置９が電力を要求したときには、二次電池３Ｂから電力が与えられる。負荷装置９が電力を要求しないときには、二次電池３Ｂから電力は与えられない。つまり、二次電池３Ｂから負荷装置９に電力を与えるための特段の制御を要しない。
【0116】
＜電池充電動作と蓄積回路、第１充電回路及び第２充電回路＞
図１１（ｂ）、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、電池充電動作Ｓ２Ｂのための閉回路を示す。電池充電動作Ｓ２Ｂは、３つの動作を含む。電池充電動作Ｓ２Ｂは、蓄積動作Ｓ２１Ｂと、第１充電動作Ｓ２２Ｂと、第２充電動作Ｓ２３Ｂと、を含む。
図１１（ｂ）、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、電池充電動作Ｓ２Ｂのための閉回路を示す。電池充電動作Ｓ２Ｂは、３つの動作を含む。電池充電動作Ｓ２Ｂは、蓄積動作Ｓ２１Ｂと、第１充電動作Ｓ２２Ｂと、第２充電動作Ｓ２３Ｂと、を含む。
【0117】
＜蓄積動作＞
図１１（ｂ）は、蓄積動作Ｓ２１Ｂのための閉回路を示す。図１１（ｂ）において、太い実線は、蓄積動作Ｓ２１Ｂに関係する蓄積回路Ｃ２１Ｂを示す。蓄積回路Ｃ２１Ｂは、発電素子２Ｂと、キャパシタ５１Ｂと、を含む。発電素子２Ｂの正極２ａは、ノードＮ２Ｂを介してキャパシタ５１Ｂの端子５１ａに接続されている。キャパシタ５１Ｂの端子５１ｂは、ノードＮ１Ｂを介して発電素子２Ｂの負極２ｂ及び基準電圧源ＧＮＤに接続されている。負荷駆動回路Ｃ１Ｂと同様に、蓄積回路Ｃ２１Ｂも、スイッチ機能を有する要素を含まない。従って、発電素子２Ｂが電力を出力したときには、キャパシタ５１Ｂに電力が蓄えられる。発電素子２Ｂが電力を出力しないときには、キャパシタ５１Ｂに電力が蓄えられない。つまり、発電素子２Ｂからキャパシタ５１Ｂに電力を蓄えるための特段の制御を要しない。
図１１（ｂ）は、蓄積動作Ｓ２１Ｂのための閉回路を示す。図１１（ｂ）において、太い実線は、蓄積動作Ｓ２１Ｂに関係する蓄積回路Ｃ２１Ｂを示す。蓄積回路Ｃ２１Ｂは、発電素子２Ｂと、キャパシタ５１Ｂと、を含む。発電素子２Ｂの正極２ａは、ノードＮ２Ｂを介してキャパシタ５１Ｂの端子５１ａに接続されている。キャパシタ５１Ｂの端子５１ｂは、ノードＮ１Ｂを介して発電素子２Ｂの負極２ｂ及び基準電圧源ＧＮＤに接続されている。負荷駆動回路Ｃ１Ｂと同様に、蓄積回路Ｃ２１Ｂも、スイッチ機能を有する要素を含まない。従って、発電素子２Ｂが電力を出力したときには、キャパシタ５１Ｂに電力が蓄えられる。発電素子２Ｂが電力を出力しないときには、キャパシタ５１Ｂに電力が蓄えられない。つまり、発電素子２Ｂからキャパシタ５１Ｂに電力を蓄えるための特段の制御を要しない。
【0118】
従って、負荷駆動回路Ｃ１Ｂ（図１１（ａ））及び蓄積回路Ｃ２１Ｂ（図１１（ｂ））のそれぞれは、電流が常時流れることができる状態であるといえる。一方、第１充電動作Ｓ２２Ｂ及び第２充電動作Ｓ２３Ｂは、交互に実行される。
【0119】
＜第１充電動作＞
図１２（ａ）は、第１充電動作Ｓ２２Ｂのための閉回路を示す。図１２（ａ）において、太い実線は、第１充電動作Ｓ２２Ｂに関係する第１充電回路Ｃ２２Ｂを示す。第１充電回路Ｃ２２Ｂは、キャパシタ５１Ｂと、インダクタ４６Ｂと、第１スイッチ素子４１Ｂと、を含む。キャパシタ５１Ｂの端子５１ａは、インダクタ４６Ｂの端子４６ａに接続されている。インダクタ４６Ｂの端子４６ｂは、ノードＮ３Ｂを介して第１スイッチ素子４１Ｂのドレインに接続されている。第１スイッチ素子４１Ｂのソースは、ノードＮ４Ｂ、Ｎ１Ｂを介して基準電圧源ＧＮＤに接続されている。
図１２（ａ）は、第１充電動作Ｓ２２Ｂのための閉回路を示す。図１２（ａ）において、太い実線は、第１充電動作Ｓ２２Ｂに関係する第１充電回路Ｃ２２Ｂを示す。第１充電回路Ｃ２２Ｂは、キャパシタ５１Ｂと、インダクタ４６Ｂと、第１スイッチ素子４１Ｂと、を含む。キャパシタ５１Ｂの端子５１ａは、インダクタ４６Ｂの端子４６ａに接続されている。インダクタ４６Ｂの端子４６ｂは、ノードＮ３Ｂを介して第１スイッチ素子４１Ｂのドレインに接続されている。第１スイッチ素子４１Ｂのソースは、ノードＮ４Ｂ、Ｎ１Ｂを介して基準電圧源ＧＮＤに接続されている。
【0120】
第１充電回路Ｃ２２Ｂは、第１スイッチ素子４１Ｂを含む。従って、第１スイッチ素子４１Ｂが導通であるときに第１充電回路Ｃ２２Ｂが形成される。第１スイッチ素子４１Ｂは、インダクタ４６Ｂの端子４６ｂをキャパシタ５１Ｂの端子５１ｂに接続する経路に配置されている。従って、第１スイッチ素子４１Ｂが導通であるとき、インダクタ４６Ｂの端子４６ｂはキャパシタ５１Ｂの端子５１ｂに接続された状態である。第１スイッチ素子４１Ｂが非導通であるとき、インダクタ４６Ｂの端子４６ｂはキャパシタ５１Ｂの端子５１ｂから切断された状態である。第１スイッチ素子４１Ｂは、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴである。第１スイッチ素子４１Ｂは、制御信号φ４１（Ｈ）を受けたとき、インダクタ４６Ｂの端子４６ｂをキャパシタ５１Ｂの端子５１ｂに接続する。
【0121】
＜第２充電動作＞
図１２（ｂ）は、第２充電動作Ｓ２３Ｂのための閉回路を示す。図１２（ｂ）において、太い実線は、第２充電動作Ｓ２３Ｂに関係する第２充電回路Ｃ２３Ｂを示す。第２充電回路Ｃ２３Ｂは、二次電池３Ｂと、第２スイッチ素子４２Ｂと、インダクタ４６Ｂと、を含む。キャパシタ５１Ｂの端子５１ａは、インダクタ４６Ｂに接続されている。インダクタ４６Ｂは、ノードＮ３Ｂを介して第２スイッチ素子４２Ｂのソースに接続されている。第１スイッチ素子４１Ｂのドレインは、ノードＮ５Ｂ、Ｎ６Ｂを介して二次電池３Ｂの正極３ａに接続されている。二次電池３Ｂの負極３ｂは、基準電圧源ＧＮＤに接続されている。
図１２（ｂ）は、第２充電動作Ｓ２３Ｂのための閉回路を示す。図１２（ｂ）において、太い実線は、第２充電動作Ｓ２３Ｂに関係する第２充電回路Ｃ２３Ｂを示す。第２充電回路Ｃ２３Ｂは、二次電池３Ｂと、第２スイッチ素子４２Ｂと、インダクタ４６Ｂと、を含む。キャパシタ５１Ｂの端子５１ａは、インダクタ４６Ｂに接続されている。インダクタ４６Ｂは、ノードＮ３Ｂを介して第２スイッチ素子４２Ｂのソースに接続されている。第１スイッチ素子４１Ｂのドレインは、ノードＮ５Ｂ、Ｎ６Ｂを介して二次電池３Ｂの正極３ａに接続されている。二次電池３Ｂの負極３ｂは、基準電圧源ＧＮＤに接続されている。
【0122】
第２充電回路Ｃ２３Ｂは、第２スイッチ素子４２Ｂを含む。従って、第２スイッチ素子４２Ｂが導通であるときに第２充電回路Ｃ２３Ｂが形成される。第２スイッチ素子４２Ｂは、インダクタ４６Ｂの端子４６ｂを二次電池３Ｂの正極３ａに接続する経路に配置されている。従って、第２スイッチ素子４２Ｂが導通であるとき、インダクタ４６Ｂの端子４６ｂは二次電池３Ｂの正極３ａに接続された状態である。第２スイッチ素子４２Ｂが非導通であるとき、インダクタ４６Ｂの端子４６ｂは二次電池３Ｂの正極３ａから切断された状態である。第２スイッチ素子４２Ｂは、ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴである。第２スイッチ素子４２Ｂは、制御信号φ４１Ｂ（Ｌ）を受けたとき、インダクタ４６Ｂの端子４６ｂを二次電池３Ｂの正極３ａに接続する。
【0123】
＜コントローラによる第１充電回路と第２充電回路の切り替え＞
コントローラ７Ｂは、第１充電回路Ｃ２２Ｂとするための第１充電指令Ｄ２２Ｂと、第２充電回路Ｃ２３Ｂとするための第２充電指令Ｄ２３Ｂと、を交互に出力する。コントローラ７Ｂは、予め定めた時間が経過したことを条件として、第１充電指令Ｄ２２Ｂ及び第２充電指令Ｄ２３Ｂを出力する。
コントローラ７Ｂは、第１充電回路Ｃ２２Ｂとするための第１充電指令Ｄ２２Ｂと、第２充電回路Ｃ２３Ｂとするための第２充電指令Ｄ２３Ｂと、を交互に出力する。コントローラ７Ｂは、予め定めた時間が経過したことを条件として、第１充電指令Ｄ２２Ｂ及び第２充電指令Ｄ２３Ｂを出力する。
【0124】
図１３（ａ）は、第１充電指令Ｄ２２Ｂ及び第２充電指令Ｄ２３Ｂの具体的な内容を示す。第１充電指令Ｄ２２Ｂ及び第２充電指令Ｄ２３Ｂは、制御信号φ４１Ｂを含む。具体的には、以下のとおりである。
第１充電指令Ｄ２２Ｂ：φ４１Ｂ（Ｈ）。
第２充電指令Ｄ２３Ｂ：φ４１Ｂ（Ｌ）。
第１充電指令Ｄ２２Ｂ：φ４１Ｂ（Ｈ）。
第２充電指令Ｄ２３Ｂ：φ４１Ｂ（Ｌ）。
【0125】
上述の指令であるときの第１スイッチ素子４１Ｂの状態及び第２スイッチ素子４２Ｂの状態は、以下のとおりである。
第１充電指令Ｄ２２Ｂ：第１スイッチ素子４１Ｂ（ＯＮ）、第２スイッチ素子４２Ｂ（ＯＦＦ）。
第２充電指令Ｄ２３Ｂ：第１スイッチ素子４１Ｂ（ＯＦＦ）、第２スイッチ素子４２Ｂ（ＯＮ）。
第１充電指令Ｄ２２Ｂ：第１スイッチ素子４１Ｂ（ＯＮ）、第２スイッチ素子４２Ｂ（ＯＦＦ）。
第２充電指令Ｄ２３Ｂ：第１スイッチ素子４１Ｂ（ＯＦＦ）、第２スイッチ素子４２Ｂ（ＯＮ）。
【0126】
第１充電指令Ｄ２２Ｂを出力する期間Ｔ２２Ｂは、予め設定されている。従って、コントローラ７Ｂは、第１充電指令Ｄ２２Ｂの出力を開始する時間ｔ１から所定時間が経過した後に、第１充電指令Ｄ２２Ｂの出力を停止すると共に第２充電指令Ｄ２３Ｂの出力を開始する。
【0127】
第２充電指令Ｄ２３Ｂを出力する期間Ｔ２３Ｂも、予め設定されている。従って、コントローラ７Ｂは、第２充電指令Ｄ２３Ｂの出力を開始する時間ｔ２から所定時間が経過した後に、第２充電指令Ｄ２３Ｂの出力を停止すると共に第１充電指令Ｄ２２Ｂの出力を開始する。
【0128】
図１３（ｂ）のグラフＧ１３ｂは、ノードＮ３Ｂの電圧（Ｖｄ）を示す。図１３（ｃ）のグラフＧ１３ｃは、電源装置１Ｂに流れる電流（Ｉｄ）を示す。換言すると、グラフＧ１３ｃは、第１充電回路Ｃ２２Ｂ及び第２充電回路Ｃ２３Ｂに流れる電流を示す。さらに換言すると、グラフＧ１３ｃは、インダクタ４６Ｂに流れる電流であるともいえる。グラフＧ１３ｃは、二次電池３Ｂの充電のための電流であるともいえる。さらに、グラフＧ１３ｃに示す電流（Ｉｄ）において、期間Ｔ２２Ｂは、第１充電回路Ｃ２２Ｂ（図１２（ａ）参照）に流れる電流を示す。期間Ｔ２３Ｂは、第２充電回路Ｃ２３Ｂ（図１２（ｂ）参照）に流れる電流を示す。
【0129】
第１充電動作Ｓ２２Ｂの期間（フェーズ１）であるとき、ノードＮ３Ｂの電圧（Ｖｄ）も次第に上昇する（図１３（ｂ）の期間Ｔ２２Ｂ）。この電圧（Ｖｄ）の上昇に伴って、ノードＮ３Ｂを流れる電流も増加する（図１３（ｃ）の期間Ｔ２２Ｂ）。
【0130】
次に、第２充電動作Ｓ２３Ｂの期間（フェーズ２）であるとき、ノードＮ３Ｂの電圧（Ｖｄ）は次第に低下する（図１３（ｂ）の期間Ｔ２３Ｂ）。ノードＮ３Ｂの電圧（Ｖｄ）は、最終的にゼロに至る（図１３（ｂ）の参照番号Ｐ１３ｂ）。この電圧（Ｖｄ）の低下に伴って、ノードＮ３Ｂを流れる電流（Ｉｄ）も低下する（図１３（ｃ）の期間Ｔ２３Ｂ）。ノードＮ３Ｂを流れる電流（Ｉｄ）も、最終的にゼロに至る（図１３（ｂ）の参照番号Ｐ１３ｂ）。
【0131】
コントローラ７Ｂは、ノードＮ３Ｂの電圧（Ｖｄ）がゼロに至った時点から所定期間経過だけ第２充電動作Ｓ２３Ｂの期間を維持する。つまり、第２充電動作Ｓ２３Ｂの期間Ｔ２３Ｂは、ノードＮ３Ｂの電圧（Ｖｄ）が低下する期間Ｔ２３ｄと、ノードＮ３Ｂの電圧（Ｖｄ）がゼロである期間Ｔ２３ｚと、を含む。換言すると、コントローラ７Ｂは、ノードＮ３Ｂを流れる電流（Ｉｄ）がゼロに至った時点から所定期間経過だけ第２充電動作Ｓ２３Ｂの期間を維持する。つまり、第２充電動作Ｓ２３Ｂの期間Ｔ２３Ｂは、ノードＮ３Ｂを流れる電流（Ｉｄ）が低下する期間Ｔ２３ｄと、ノードＮ３Ｂを流れる電流（Ｉｄ）がゼロである期間Ｔ２３ｚと、を含む。
【0132】
＜作用効果＞
【0133】
第２実施形態の電源装置１Ｂも、第１実施形態の電源装置１と同様の作用効果を得ることができる。
【0134】
さらに、二次電池３Ｂがコントローラ７Ｂに与える電力（Ｐｌｏｓｓ）よりコンバータ４Ｂが出力する電力（Ｐｅｈ）が大きいとき、二次電池３Ｂを充電することができる。つまり、電力の差分（Ｐｅｈ－Ｐｌｏｓｓ）が正であるとき、二次電池３Ｂを充電することができる。この構成によれば、二次電池３Ｂを充電しながらコンバータ４Ｂを駆動することができる。
【0135】
請求項に記載された電源装置及び電源システムは、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１Ｂの構成や動作には、限定されない。
【0136】
＜変形例１＞
第２実施形態の電源装置１Ｃの変形例を説明する。変形例の電源装置１Ｃは、昇圧型のコンバータ４Ｃを備える。変形例のコンバータ４Ｃは、昇圧回路として、いわゆるチャージポンプ回路を採用する。
第２実施形態の電源装置１Ｃの変形例を説明する。変形例の電源装置１Ｃは、昇圧型のコンバータ４Ｃを備える。変形例のコンバータ４Ｃは、昇圧回路として、いわゆるチャージポンプ回路を採用する。
【0137】
図１４は、変形例の電源装置１Ｃの機能ブロック図である。コンバータ４Ｃは、入力端子４ａと、出力端子４ｂと、を有する。入力端子４ａは、キャパシタ５１Ｃに接続されている。出力端子４ｂは、二次電池３Ｃに接続されている。コンバータ４Ｃは、チャージポンプ回路４８と、発振回路４９と、を有する。
【0138】
チャージポンプ回路４８は、チャージポンプ動作によって受け入れた電圧を所望の電圧まで昇圧する。チャージポンプ回路４８は、入力端子４８ａ、４８ｂと、出力端子４８ｃと、を有する。チャージポンプ回路４８の入力端子４８ａは、コンバータ４Ｃの入力端子４ａに接続されている。チャージポンプ回路４８の入力端子４８ｂは、発振回路４９に接続されている。つまり、入力端子４８ｂは、チャージポンプ動作のためのクロック信号ＣＬＫ１、ＣＬＫ２、ＣＬＫ＿Ｈ４、ＣＬＫ＿Ｈ３などを受ける。チャージポンプ回路４８の出力端子４ｃは、コンバータ４Ｃの出力端子４ｂに接続されている。また、チャージポンプ回路４８の出力端子４８ｃは、発振回路４９に接続されている。
【0139】
発振回路４９は、チャージポンプ動作のためのクロック信号ＣＬＫ１、ＣＬＫ２、ＣＬＫ＿Ｈ４、ＣＬＫ＿Ｈ３などを出力する。発振回路４９は、入力端子４９ａと、出力端子４９ｂと、を有する。発振回路４９の入力端子４９ａは、チャージポンプ回路４８の出力端子４８ｃに接続されている。発振回路４９の出力端子４９ｂは、チャージポンプ回路４８の入力端子４８ｂに接続されている。
【0140】
図１５は、変形例の電源装置１Ｃが備えるチャージポンプ回路４８の例示である。チャージポンプ回路４８は、複数の昇圧回路４８Ｃを有する。複数の昇圧回路４８Ｃのそれぞれは、直列に接続されている。昇圧回路４８Ｃのそれぞれは、第１昇圧モジュール４８Ｃ１と第２昇圧モジュール４８Ｃ２とを有する。
【0141】
第１昇圧モジュール４８Ｃ１は、メインキャパシタ４８１、サブキャパシタ４８２と、を有する。メインキャパシタ４８１は、入力端子４８ａから受け入れた電圧（Ｖｔｅｇ）によって駆動する。サブキャパシタ４８２は、入力端子４８ｂから受け入れた二次電池３Ｃに起因する電圧（Ｖｂａｔ）によって駆動する。
【0142】
第１昇圧モジュール４８Ｃ１は、さらに、第１スイッチ素子４８３と、第２スイッチ素子４８４と、を有する。
【0143】
第１スイッチ素子４８３は、メインキャパシタ４８１への電力を与える動作と、電力を与えない動作と、を切り替える。第１スイッチ素子４８３のソースは、前段の昇圧モジュールの出力に接続されている。なお、昇圧回路４８Ｃがチャージポンプ回路４８の入力端子４８ａに接続されている場合には、第１スイッチ素子４８３のソースは、チャージポンプ回路４８の入力端子４８ａに接続されていてもよい。第１スイッチ素子４８３のドレインは、メインキャパシタ４８１及び第２昇圧モジュール４８Ｃ２の入力に接続されている。第１スイッチ素子４８３のゲートは、第２スイッチ素子４８４及びサブキャパシタ４８２に接続されている。
【0144】
第２スイッチ素子４８４は、第１スイッチ素子４８３を導通させる動作と、第１スイッチ素子４８３を導通させない動作と、を切り替える。第２スイッチ素子４８４のソースは、前段の昇圧モジュールの出力に接続されている。第２スイッチ素子４８４のドレインは、第１スイッチ素子４８３のゲート及びサブキャパシタ４８２に接続されている。第２スイッチ素子４８４のゲートは、メインキャパシタ４８１に接続されている。
【0145】
第２昇圧モジュール４８Ｃ２の回路構成は、第１昇圧モジュール４８Ｃ１と同じであるから詳細な説明は省略する。
【0146】
昇圧回路４８Ｃは、４つのクロック信号ＣＬＫ１、ＣＬＫ２、ＣＬＫ＿Ｈ４、ＣＬＫ＿Ｈ３を受け入れる。第１クロック信号ＣＬＫ１は、第１昇圧モジュール４８Ｃ１のメインキャパシタ４８１に与えられる。第２クロック信号ＣＬＫ２は、第２昇圧モジュール４８Ｃ２のメインキャパシタ４８１に与えられる。第３のクロック信号ＣＬＫ＿Ｈ３は、第２昇圧モジュール４８Ｃ２のサブキャパシタ４８２に与えられる。第４のクロック信号ＣＬＫ＿Ｈ４は、第１昇圧モジュール４８Ｃ１のサブキャパシタ４８２に与えられる。
【0147】
図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、第１クロック信号ＣＬＫ１及び第２クロック信号ＣＬＫ２を発生する回路の例示である。図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示す回路は、チャージポンプ回路４８に含まれてもよいし、発振回路４９に含まれてもよい。
【0148】
図１６（ａ）に示すように、第１クロック発生回路４８Ｄ１は、電圧（Ｖｔｅｇ）と、クロック信号ＣＬＫ＿Ｈ１、ＣＬＫ＿Ｈ１Ｂを受ける。第１クロック発生回路４８Ｄ１は、第１クロック信号ＣＬＫ１を出力する。第１クロック発生回路４８Ｄ１は、第３スイッチ素子４８５と第４スイッチ素子４８６と、を含む。第３スイッチ素子４８５のソースは、電圧（Ｖｔｅｇ）を受ける。第３スイッチ素子４８５のドレインは、第４スイッチ素子４８６のソースに接続されている。また、第３スイッチ素子４８５のドレインは、第１クロック信号ＣＬＫ１を出力する端子にも接続されている。第３スイッチ素子４８５のゲートは、クロック信号ＣＬＫ＿Ｈ１Ｂを受ける。第４スイッチ素子４８６のソースは、第３スイッチ素子４８５のドレインに接続されている。第４スイッチ素子４８６のドレインは、基準電圧源ＧＮＤに接続されている。第４スイッチ素子４８６のゲートは、クロック信号ＣＬＫ＿Ｈ１を受ける。
【0149】
図１６（ｂ）に示すように、第２クロック発生回路４８Ｄ２は、電圧（Ｖｔｅｇ）と、クロック信号ＣＬＫ＿Ｈ２、ＣＬＫ＿Ｈ２Ｂを受ける。第２クロック発生回路４８Ｄ２の回路構成は、第１クロック発生回路４８Ｄ１と同じであるから詳細な説明は省略する。第２クロック発生回路４８Ｄ２の第３スイッチ素子４８５は、クロック信号ＣＬＫ＿Ｈ２Ｂを受ける。第２クロック発生回路４８Ｄ２の第４スイッチ素子４８６は、クロック信号ＣＬＫ＿Ｈ２を受ける。第２クロック発生回路４８Ｄ２の出力端子は、第２クロック信号ＣＬＫ２を出力する。
【0150】
図１６（ｃ）は、発振回路４９を示す。発振回路４９は、二次電池３から電力（Ｖｂａｔ）を受けて、クロック信号ＣＬＫ＿Ｈ１、ＣＬＫ＿Ｈ２、ＣＬＫ＿Ｈ３、ＣＬＫ＿Ｈ４を出力する。クロック信号ＣＬＫ＿Ｈ１、ＣＬＫ＿Ｈ２、ＣＬＫ＿Ｈ３、ＣＬＫ＿Ｈ４は、第１クロック発生回路４８Ｄ１、第２クロック発生回路４８Ｄ２及び昇圧回路４８Ｃに与えられる。
【0151】
このような昇圧型のコンバータ４Ｃを備える変形例１の電源装置１Ｃも、第２実施形態の電源装置１Ｂと同様の作用効果を得ることができる。
【0152】
＜変形例２＞
変形例２では、外部環境の変化が生じた場合であっても、電力取出効率（η）を所望の状態に保つことが可能な電源装置１Ｄ（図１８参照）を説明する。電力取出効率（η）を所望の状態に保つとは、式（１）の条件を満たすように、電源装置１Ｄを動作させることである。
ＶＩＮ＝ＶＢＡＴ＋ＶＥ／２…（１）
変形例２では、外部環境の変化が生じた場合であっても、電力取出効率（η）を所望の状態に保つことが可能な電源装置１Ｄ（図１８参照）を説明する。電力取出効率（η）を所望の状態に保つとは、式（１）の条件を満たすように、電源装置１Ｄを動作させることである。
ＶＩＮ＝ＶＢＡＴ＋ＶＥ／２…（１）
【0153】
なお、式（１）に示す条件は、電源装置１Ｄが寄生抵抗や寄生容量などの成分を含まない理想的な電気回路に基づく。現実の電源装置１Ｄは、インダクタやトランジスタが有する寄生抵抗や寄生容量といった成分を含む。さらに、現実の電源装置１Ｄは、コントローラ７Ｄの電力消費といった電力の損失も含む。これらの要因を考慮すると、最大電力を取り出すための最適条件は、式（１）に示す条件からずれることもあり得る。そこで、電源装置１Ｄは、式（１）に示す条件に代えて、式（２）に示す条件を採用してもよい。
ＶＩＮ＝ＶＢＡＴ＋ｂ×ＶＥ…（２）
ＶＩＮ＝ＶＢＡＴ＋ｂ×ＶＥ…（２）
【0154】
式（２）は、変数ｂを含む。電源装置１Ｄの動作条件として式（２）を採用する場合には、変数ｂは、０．５とは異なる数値に設定される。
【0155】
変形例２の電源装置１Ｄは、その回路構成は、第１実施形態と同じである。変形例２の電源装置１Ｄは、コンバータ４の動作に特徴を有する。外部環境の変化が生じた場合であっても、電力取出効率（η）を所望の状態に保ち続けるための動作を、ＭＰＰＴ動作Ｒ１と称する。以下、ＭＰＰＴ動作Ｒ１を実行する電源装置１Ｄについて詳細に説明する。
【0156】
＜ＭＰＰＴ動作Ｒ１＞
まず、ＭＰＰＴ動作Ｒ１について説明する。電力取出効率（η）は、コンバータ４が受ける電流（ＩＩＮ）の影響を受けることをすでに述べた。つまり、コントローラ７Ｄは、コンバータ４へ与えられる電流（ＩＩＮ）を所望の値に維持する制御を実行する。具体的には、コントローラ７Ｄは、コンバータ４へ与えられる電流（ＩＩＮ）を所望の値に維持されるように、コンバータ４が受ける電圧（ＶＩＮ）を所定の範囲に収める動作を実行する。電圧（ＶＩＮ）を所定の範囲に収める動作を、「電力取出動作Ｒ１１」と称する。
まず、ＭＰＰＴ動作Ｒ１について説明する。電力取出効率（η）は、コンバータ４が受ける電流（ＩＩＮ）の影響を受けることをすでに述べた。つまり、コントローラ７Ｄは、コンバータ４へ与えられる電流（ＩＩＮ）を所望の値に維持する制御を実行する。具体的には、コントローラ７Ｄは、コンバータ４へ与えられる電流（ＩＩＮ）を所望の値に維持されるように、コンバータ４が受ける電圧（ＶＩＮ）を所定の範囲に収める動作を実行する。電圧（ＶＩＮ）を所定の範囲に収める動作を、「電力取出動作Ｒ１１」と称する。
【0157】
上述したように、電力取出効率（η）は外部環境の変化の影響を受ける。そこで、コントローラ７Ｄは、コンバータ４が受ける電圧（ＶＩＮ）を収めるべき範囲を更新する動作を実行する。コンバータ４が受ける電圧（ＶＩＮ）を収めるべき範囲を更新する動作を、「リフレッシュ動作Ｒ１２」と称する。
【0158】
図１７（ａ）は、ＭＰＰＴ動作Ｒ１を実行しているときの、コンバータ４が受ける電圧（ＶＩＮ）を示す。ＭＰＰＴ動作Ｒ１は、電力取出動作Ｒ１１と、リフレッシュ動作Ｒ１２と、を含む。換言すると、コントローラ７Ｄは、電力取出動作Ｒ１１と、リフレッシュ動作Ｒ１２と、を繰り返し実行する。
【0159】
ＭＰＰＴ動作Ｒ１の最小単位（ＴＣＹＣ）は、１回の電力取出動作Ｒ１１と１回のリフレッシュ動作Ｒ１２とによって定義される。図１７（ａ）では、電力取出動作Ｒ１１を先に実行し、リフレッシュ動作Ｒ１２をあとに実行したものを最小単位（ＴＣＹＣ）として示している。しかし、リフレッシュ動作Ｒ１２を先に実行し、電力取出動作Ｒ１１をあとに実行したものを最小単位（ＴＣＹＣ）として定義してもよい。
【0160】
電力取出動作Ｒ１１は、負荷装置９に電力（ＰＯＵＴ）を与える。電力取出動作Ｒ１１の期間では、電圧（ＶＩＮ）が所定の範囲に収まっている。所定の範囲は、上基準電圧（ＶＲＥＦＰ）（第１閾値電圧）と、下基準電圧（ＶＲＥＦＮ）（第２閾値電圧）と、によって定義される。コントローラ７Ｄは、電圧（ＶＩＮ）が下基準電圧（ＶＲＥＦＮ）から上基準電圧（ＶＲＥＦＰ）に向かって高まるようにコンバータ４を制御する。このような動作を、サスペンド動作Ｒ１１１と称する（図１７（ｂ）参照）。コントローラ７Ｄは、電圧（ＶＩＮ）が上基準電圧（ＶＲＥＦＰ）から下基準電圧（ＶＲＥＦＮ）に向かって低下するようにコンバータ４を制御する。このような動作を、レジューム動作Ｒ１１２と称する。電力取出動作Ｒ１１の最小単位（ＴＯＰ）は、１回のサスペンド動作Ｒ１１１と１回のレジューム動作Ｒ１１２とによって定義される。
【0161】
リフレッシュ動作Ｒ１２は、コンバータ４が受けている電圧（ＶＩＮ）の大きさを得る。リフレッシュ動作Ｒ１２は、待機動作Ｒ１２１と、サンプル動作Ｒ１２２と、を含む。待機動作Ｒ１２１では、コンバータ４の動作を停止させることによって、キャパシタ５１（図３参照）に電荷を蓄積する。キャパシタ５１の容量が十分に大きいとき、電圧（ＶＩＮ）の値に収束する。その結果、電圧（ＶＩＮ）の大きさを得ることができる。サンプル動作Ｒ１２２では、待機動作Ｒ１２１で得た電圧（ＶＩＮ）を利用して、上基準電圧（ＶＲＥＦＰ）と、下基準電圧（ＶＲＥＦＮ）と、を得る。
【0162】
＜コントローラ：構成＞
図１８に示すように、コントローラ７Ｄは、基準電圧発生部７５と、電圧判定部７４と、制御信号出力部７３と、を有する。
図１８に示すように、コントローラ７Ｄは、基準電圧発生部７５と、電圧判定部７４と、制御信号出力部７３と、を有する。
【0163】
＜基準電圧発生部＞
基準電圧発生部７５は、電圧（ＶＢＡＴ）と電圧（ＶＩＮ）とを受ける。基準電圧発生部７５は、電圧（ＶＢＡＴ）と電圧（ＶＩＮ）とを利用して、上基準電圧（ＶＲＥＦＰ）と下基準電圧（ＶＲＥＦＮ）とを得る。基準電圧発生部７５は、上基準電圧（ＶＲＥＦＰ）と下基準電圧（ＶＲＥＦＮ）とを電圧判定部７４に与える。
基準電圧発生部７５は、電圧（ＶＢＡＴ）と電圧（ＶＩＮ）とを受ける。基準電圧発生部７５は、電圧（ＶＢＡＴ）と電圧（ＶＩＮ）とを利用して、上基準電圧（ＶＲＥＦＰ）と下基準電圧（ＶＲＥＦＮ）とを得る。基準電圧発生部７５は、上基準電圧（ＶＲＥＦＰ）と下基準電圧（ＶＲＥＦＮ）とを電圧判定部７４に与える。
【0164】
基準電圧発生部７５は、アナログ回路を利用して上基準電圧（ＶＲＥＦＰ）と下基準電圧（ＶＲＥＦＮ）とを得てもよい。また、基準電圧発生部７５は、デジタル回路を利用して上基準電圧（ＶＲＥＦＰ）と下基準電圧（ＶＲＥＦＮ）とを得てもよい。この場合には、基準電圧発生部７５は、ＡＤコンバータによって電圧（ＶＩＮ）をデジタル値に変換する。そして、コンピュータの演算によって上基準電圧（ＶＲＥＦＰ）と下基準電圧（ＶＲＥＦＮ）とを得る。例えば、電圧（ＶＩＮ）に所定の値を加算することによって、上基準電圧（ＶＲＥＦＰ）を得る。同様に、電圧（ＶＩＮ）から所定の値を減算することによって、下基準電圧（ＶＲＥＦＮ）を得る。
【0165】
＜電圧判定部＞
電圧判定部７４は、上基準電圧（ＶＲＥＦＰ）と下基準電圧（ＶＲＥＦＮ）とを受ける。さらに、電圧判定部７４は、電圧（ＶＩＮ）を受ける。
電圧判定部７４は、上基準電圧（ＶＲＥＦＰ）と下基準電圧（ＶＲＥＦＮ）とを受ける。さらに、電圧判定部７４は、電圧（ＶＩＮ）を受ける。
【0166】
電圧判定部７４は、電力取出動作Ｒ１１であるとき、以下の動作を実行する。電圧判定部７４は、電圧（ＶＩＮ）が上基準電圧（ＶＲＥＦＰ）に達したか否かを判定する。また、電圧判定部７４は、電圧（ＶＩＮ）が下基準電圧（ＶＲＥＦＮ）に達したか否かを判定する。電圧判定部７４は、判定の結果として、制御信号φ７３（ＳＵＳＰＥＮＤ）と、制御信号φ７４（ＲＥＳＵＭＥ）と、を得る。そして、電圧判定部７４は、制御信号φ７３（ＳＵＳＰＥＮＤ）と、制御信号φ７４（ＲＥＳＵＭＥ）と、を制御信号出力部７３に与える。
【0167】
＜変形例３＞
図１９は、第１実施形態の電源装置１Ａの変形例としての電源装置１Ｅの回路図である。電源装置１Ｅは、コンバータモジュール４Ｅと、コントローラ７Ｅを有する。電源装置１Ｅを構成するそのほかの要素は、第１実施形態の電源装置１Ａの要素と同じである。従って、これらの要素の説明は省略する。
図１９は、第１実施形態の電源装置１Ａの変形例としての電源装置１Ｅの回路図である。電源装置１Ｅは、コンバータモジュール４Ｅと、コントローラ７Ｅを有する。電源装置１Ｅを構成するそのほかの要素は、第１実施形態の電源装置１Ａの要素と同じである。従って、これらの要素の説明は省略する。
【0168】
コンバータモジュール４Ｅは、入力端子４Ｅａと、出力端子４Ｅｂと、出力端子４Ｅｃと、を有する。入力端子４Ｅａは、キャパシタ５１から電力を受ける。出力端子４Ｅｂは、負荷装置９に電力を渡す。出力端子４Ｅｃは、基準電圧源ＧＮＤに接続されている。
【0169】
コンバータモジュール４Ｅは、２個のコンバータ４Ｅ１、４Ｅ２を有する。コンバータ４Ｅ１、４Ｅ２の構成は、第１実施形態の電源装置１Ａが有するコンバータ４の構成と同じである。コンバータ４Ｅ１の入力端子４ａは、コンバータモジュール４Ｅの入力端子４Ｅａに接続されている。コンバータ４Ｅ２の入力端子４ａも、コンバータモジュール４Ｅの入力端子４Ｅａに接続されている。コンバータ４Ｅ１の出力端子４ｂは、コンバータモジュール４Ｅの出力端子４Ｅｂに接続されている。コンバータ４Ｅ２の出力端子４ｂも、コンバータモジュール４Ｅの出力端子４Ｅｂに接続されている。
【0170】
コントローラ７Ｅは、コンバータ４Ｅ１の電圧計４７が出力する電圧（Ｖｄ１）を受ける。コントローラ７Ｅは、電圧（Ｖｄ１）を利用して、制御信号φ４１Ｅ１、φ４２Ｅ１、φ４１Ｅ２、φ４２Ｅ２を出力する。なお、コントローラ７Ｅは、コンバータ４Ｅ２の電圧計４７が出力する電圧（Ｖｄ２）を利用して、制御信号φ４１Ｅ１、φ４２Ｅ１、φ４１Ｅ２、φ４２Ｅ２を出力してもよい。また、コントローラ７Ｅは、電圧（Ｖｄ１）及び電圧（Ｖｄ２）の両方を利用して、制御信号φ４１Ｅ１、φ４２Ｅ１、φ４１Ｅ２、φ４２Ｅ２を出力してもよい。
【0171】
制御信号φ４１Ｅ１は、コンバータ４Ｅ１の第１スイッチ素子４１に与えられる。制御信号φ４２Ｅ１は、コンバータ４Ｅ１の第２スイッチ素子４２に与えられる。制御信号φ４１Ｅ２は、コンバータ４Ｅ２の第１スイッチ素子４１に与えられる。制御信号φ４２Ｅ２は、コンバータ４Ｅ２の第２スイッチ素子４２に与えられる。
【0172】
図２０は、制御信号のための波形を示す図である。図２０に示すように、制御信号φ４１Ｅ１は、第１実施形態の制御信号φ４１と同じである。制御信号φ４２Ｅ１も、第１実施形態の制御信号φ４２と同じである。これに対して、制御信号φ４１Ｅ２は、第１実施形態の制御信号φ４１の反転信号である。換言すると、制御信号φ４１Ｅ２は、制御信号φ４１Ｅ１の反転信号である。同様に、制御信号φ４２Ｅ２は、第１実施形態の制御信号φ４２の反転信号である。換言すると、制御信号φ４２Ｅ２は、制御信号φ４２Ｅ１の反転信号である。
【0173】
制御信号φ４１Ｅ１、φ４２Ｅ１、φ４１Ｅ２、φ４２Ｅ２を受けたコンバータモジュール４Ｅは、以下の動作を交互に繰り返す。
第１の期間Ｔ２２Ｅ：コンバータ４Ｅ１（充電動作）、コンバータ４Ｅ２（出力動作）。
第２の期間Ｔ２３Ｅ：コンバータ４Ｅ１（出力動作）、コンバータ４Ｅ２（充電動作）。
第１の期間Ｔ２２Ｅ：コンバータ４Ｅ１（充電動作）、コンバータ４Ｅ２（出力動作）。
第２の期間Ｔ２３Ｅ：コンバータ４Ｅ１（出力動作）、コンバータ４Ｅ２（充電動作）。
【0174】
換言すると、コントローラ７Ｅは、第１の期間Ｔ２２Ｅであるときにコンバータ４Ｅ１に制御指令（制御信号φ４１Ｅ１（Ｌ）、φ４２Ｅ１（Ｌ））を出力すると共にコンバータ４Ｅ２に制御指令（制御信号φ４１Ｅ２（Ｈ）、φ４２Ｅ２（Ｈ））を出力する動作と、第１の期間Ｔ２２Ｅとは別の第２の期間Ｔ２３Ｅであるときに、コンバータ４Ｅ１に制御指令（制御信号φ４１Ｅ１（Ｈ）、φ４２Ｅ１（Ｈ））を出力すると共にコンバータ４Ｅ２に制御指令（制御信号φ４１Ｅ２（Ｌ）、φ４２Ｅ２（Ｌ））を出力する動作と、を交互に実行する。
【0175】
このような動作によれば、コンバータモジュール４Ｅにおいて、入力端子４Ｅａからの電力の受け入れと、出力端子４Ｅｂからの電力の出力と、を並行して実行することができる。
【0176】
＜変形例４＞
２つのコンバータを用いて、充電動作と出力動作とを交互に実行する動作は、別の電源装置にも適用できる。図２１は、第２実施形態の電源装置１Ｂの変形例としての電源装置１Ｆの回路図である。電源装置１Ｆは、コンバータモジュール４Ｆを有する。電源装置１Ｆを構成するそのほかの要素は、第２実施形態の電源装置１Ｂの要素と同じである。従って、これらの要素の説明は省略する。
２つのコンバータを用いて、充電動作と出力動作とを交互に実行する動作は、別の電源装置にも適用できる。図２１は、第２実施形態の電源装置１Ｂの変形例としての電源装置１Ｆの回路図である。電源装置１Ｆは、コンバータモジュール４Ｆを有する。電源装置１Ｆを構成するそのほかの要素は、第２実施形態の電源装置１Ｂの要素と同じである。従って、これらの要素の説明は省略する。
【0177】
コンバータモジュール４Ｆは、入力端子４Ｆａと、出力端子４Ｆｂと、出力端子４Ｆｃと、を有する。入力端子４Ｆａは、キャパシタ５１から電力を受ける。出力端子４Ｆｂは、二次電池３Ｂ及び負荷装置９に電力を渡す。出力端子４Ｆｃは、基準電圧源ＧＮＤに接続されている。
【0178】
コンバータモジュール４Ｆは、２個のコンバータ４Ｆ１、４Ｆ２を有する。コンバータ４Ｆ１、４Ｆ２の構成は、第２実施形態の電源装置１Ｂが有するコンバータ４Ｂの構成と同じである。コンバータ４Ｆ１の入力端子４ａは、コンバータモジュール４Ｆの入力端子４Ｆａに接続されている。コンバータ４Ｆ２の入力端子４ａも、コンバータモジュール４Ｆの入力端子４Ｆａに接続されている。コンバータ４Ｆ１の出力端子４ｂは、コンバータモジュール４Ｆの出力端子４Ｆｂに接続されている。コンバータ４Ｆ２の出力端子４ｂも、コンバータモジュール４Ｆの出力端子４Ｆｂに接続されている。
【0179】
コンバータモジュール４Ｆは、以下の動作を行う。
第１の期間：コンバータ４Ｆ１（充電動作）、コンバータ４Ｆ２（出力動作）。
第２の期間：コンバータ４Ｆ１（出力動作）、コンバータ４Ｆ２（充電動作）。
第１の期間：コンバータ４Ｆ１（充電動作）、コンバータ４Ｆ２（出力動作）。
第２の期間：コンバータ４Ｆ１（出力動作）、コンバータ４Ｆ２（充電動作）。
【0180】
コンバータ４Ｆ１、４Ｆ２の動作は、スイッチ素子４１Ｂによって切り替えられる。第２実施形態で説明したように、出力動作（スイッチ素子４１Ｂ：オフ）は、スイッチ素子４１Ｂに制御信号φ４１Ｆ１（Ｌ）が与えられることにより実行される。制御信号φ４１Ｆ１（Ｌ）は、インダクタ４６Ｂが出力する電流の大きさが閾値より小さくなることを条件として出力される。
【0181】
コントローラ７Ｂは、第１の期間において、コンバータ４Ｆ２の出力電流が閾値を下回ったことを条件として、コンバータ４Ｆ２のスイッチ素子４１Ｂに制御信号φ４１Ｆ２（Ｈ）を出力する。その結果、コンバータ４Ｆ２の動作は、出力動作から充電動作に切り替わる。さらに、コントローラ７Ｂは、第１の期間において、コンバータ４Ｆ２の出力電流が閾値を下回ったことを条件として、コンバータ４Ｆ１のスイッチ素子４１Ｂに制御信号φ４１Ｆ１（Ｌ）を出力する。その結果、コンバータ４Ｆ１の動作は、充電動作から出力動作に切り替わる。
【0182】
コントローラ７Ｂは、第２の期間において、コンバータ４Ｆ１の出力電流が閾値を下回ったことを条件として、コンバータ４Ｆ１のスイッチ素子４１Ｂに制御信号φ４１Ｆ１（Ｈ）を出力する。その結果、コンバータ４Ｆ１の動作は、出力動作から充電動作に切り替わる。さらに、コントローラ７Ｂは、第２の期間において、コンバータ４Ｆ１の出力電流が閾値を下回ったことを条件として、コンバータ４Ｆ２のスイッチ素子４１Ｂに制御信号φ４１Ｆ２（Ｌ）を出力する。その結果、コンバータ４Ｆ２の動作は、充電動作から出力動作に切り替わる。
【0183】
つまり、コンバータ４Ｆ１、４Ｆ２のそれぞれのコントローラ７Ｂが、交互に制御信号φ４１Ｆ１、φ４１Ｆ２を出力する。
【0184】
このような動作によれば、コンバータモジュール４Ｆにおいて、入力端子４Ｆａからの電力の受け入れと、出力端子４Ｆｂからの電力の出力と、を並行して実行することができる。
【0185】
＜変形例５＞
図２２は、変形例１の電源装置１Ｃのさらなる変形例としての電源装置１Ｇの回路図である。電源装置１Ｇは、コンバータモジュール４Ｇを有する。電源装置１Ｇを構成するそのほかの要素は、変形例１の電源装置１Ｃの要素と同じである。従って、これらの要素の説明は省略する。
図２２は、変形例１の電源装置１Ｃのさらなる変形例としての電源装置１Ｇの回路図である。電源装置１Ｇは、コンバータモジュール４Ｇを有する。電源装置１Ｇを構成するそのほかの要素は、変形例１の電源装置１Ｃの要素と同じである。従って、これらの要素の説明は省略する。
【0186】
コンバータモジュール４Ｇは、入力端子４Ｇａと、出力端子４Ｇｂと、を有する。入力端子４Ｇａは、キャパシタ５１Ｃから電力を受ける。出力端子４Ｇｂは、二次電池３Ｃ及び負荷装置９に電力を渡す。
【0187】
コンバータモジュール４Ｇは、２個のコンバータ４Ｇ１、４Ｇ２を有する。コンバータ４Ｇ１、４Ｇ２の構成は、変形例１の電源装置１Ｃが有するコンバータ４Ｃの構成と同じである。コンバータ４Ｇ１の入力端子４ａは、コンバータモジュール４Ｇの入力端子４Ｇａに接続されている。コンバータ４Ｇ２の入力端子４ａも、コンバータモジュール４Ｇの入力端子４Ｇａに接続されている。コンバータ４Ｇ１の出力端子４ｂは、コンバータモジュール４Ｇの出力端子４Ｇｂに接続されている。コンバータ４Ｇ２の出力端子４ｂも、コンバータモジュール４Ｇの出力端子４Ｇｂに接続されている。
【0188】
コンバータモジュール４Ｇは、以下の動作を行う。
第１の期間：コンバータ４Ｇ１（充電動作）、コンバータ４Ｇ２（出力動作）。
第２の期間：コンバータ４Ｇ１（出力動作）、コンバータ４Ｇ２（充電動作）。
第１の期間：コンバータ４Ｇ１（充電動作）、コンバータ４Ｇ２（出力動作）。
第２の期間：コンバータ４Ｇ１（出力動作）、コンバータ４Ｇ２（充電動作）。
【0189】
このような動作によれば、コンバータモジュール４Ｇにおいて、入力端子４Ｇａからの電力の受け入れと、出力端子４Ｇｂからの電力の出力と、を並行して実行することができる。
【0190】
＜変形例６＞
図２３に示す変形例６の電源装置１Ｈは、図１４に示す変形例１の電源装置１Ｃをさらに具体化したものである。変形例６の電源装置１Ｈは、発振回路４９Ｈが出力するクロック信号θ１［ＣＬＫ１］、θ２［ＣＬＫ２］に従って動作する。これらのクロック信号θ１、θ２は、二次電池３Ｈから受けた電力を利用して生成される。従って、クロック信号θ１、θ２の振幅は、二次電池３Ｈの出力電圧Ｖｂａｔと同じであってもよい。つまり、クロック信号θ１、θ２の振幅は、Ｖｂａｔであってもよい。二次電池３Ｈの出力電圧Ｖｂａｔは、例えば１．５Ｖといった一定値である。振幅（Ｖｂａｔ）であるクロック信号θ１、θ２によれば、発電素子２Ｈが出力する電圧Ｖｔｅｇに左右されることなく、チャージポンプ回路４８Ｈを構成するスイッチ素子のＯＮ及びＯＦＦを確実に切り替えることができる。
図２３に示す変形例６の電源装置１Ｈは、図１４に示す変形例１の電源装置１Ｃをさらに具体化したものである。変形例６の電源装置１Ｈは、発振回路４９Ｈが出力するクロック信号θ１［ＣＬＫ１］、θ２［ＣＬＫ２］に従って動作する。これらのクロック信号θ１、θ２は、二次電池３Ｈから受けた電力を利用して生成される。従って、クロック信号θ１、θ２の振幅は、二次電池３Ｈの出力電圧Ｖｂａｔと同じであってもよい。つまり、クロック信号θ１、θ２の振幅は、Ｖｂａｔであってもよい。二次電池３Ｈの出力電圧Ｖｂａｔは、例えば１．５Ｖといった一定値である。振幅（Ｖｂａｔ）であるクロック信号θ１、θ２によれば、発電素子２Ｈが出力する電圧Ｖｔｅｇに左右されることなく、チャージポンプ回路４８Ｈを構成するスイッチ素子のＯＮ及びＯＦＦを確実に切り替えることができる。
【0191】
図２４は、図２３に示すチャージポンプ回路４８Ｈの具体的な構成の例示である。チャージポンプ回路４８Ｈは、Ｎ個の昇圧モジュール６１を含む。第１の昇圧モジュール６１１の入力６１ａは、発電素子２Ｈに接続されている。第Ｎの昇圧モジュール６１Ｎの出力６１ｂは、二次電池３Ｈに接続されている。昇圧モジュール６１は、互いに直列に接続されている。つまり、第ｎの昇圧モジュール６１の出力６１ｂは、第ｎ＋１の昇圧モジュール６１の入力６１ａに接続されている。
【0192】
昇圧モジュール６１は、入力スイッチ素子６１１と、出力スイッチ素子６１２と、キャパシタ６１３と、を有する。さらに、昇圧モジュール６１は、基準電圧スイッチ素子６１４と、バイアス電圧スイッチ素子６１５と、を有する。入力スイッチ素子６１１、出力スイッチ素子６１２、基準電圧スイッチ素子６１４及びバイアス電圧スイッチ素子６１５は、例えばｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴである。
【0193】
入力スイッチ素子６１１は、クロック信号θ２［ＣＬＫ２］に基づいてキャパシタ６１３の充電の開始と停止とを切り替える。入力スイッチ素子６１１のソースは、昇圧モジュール６１の入力６１ａに接続されている。入力スイッチ素子６１１のドレインは、出力スイッチ素子６１２のソースに接続されている。さらに、入力スイッチ素子６１１のドレインは、キャパシタ６１３にも接続されている。入力スイッチ素子６１１のゲートは、クロック信号θ２を受ける。
【0194】
出力スイッチ素子６１２は、クロック信号θ１［ＣＬＫ１］に基づいてキャパシタ６１３からの放電の開始と停止とを切り替える。出力スイッチ素子６１２のソースは、入力スイッチ素子６１１のドレインに接続されている。出力スイッチ素子６１２のソースは、キャパシタ６１３にも接続されている。出力スイッチ素子６１２のドレインは、昇圧モジュール６１の出力６１ｂに接続されている。出力スイッチ素子６１２のゲートは、クロック信号θ１を受ける。
【0195】
基準電圧スイッチ素子６１４及びバイアス電圧スイッチ素子６１５は、キャパシタ６１３に対して基準電圧ＶＧＮＤ及び電圧Ｖｔｅｇのいずれか一方を選択的に提供する。
【0196】
基準電圧スイッチ素子６１４は、クロック信号θ２に基づいてキャパシタ６１３に基準電圧源ＧＮＤを接続した状態と、キャパシタ６１３から基準電圧源ＧＮＤを切り離した状態と、を相互に切り替える。基準電圧スイッチ素子６１４のソースは、基準電圧源ＧＮＤに接続されている。基準電圧スイッチ素子６１４のドレインは、キャパシタ６１３に接続されている。基準電圧スイッチ素子６１４のゲートは、クロック信号θ２を受ける。
【0197】
バイアス電圧スイッチ素子６１５は、クロック信号θ１に基づいてキャパシタ６１３に発電素子２Ｈを接続した状態と、キャパシタ６１３から発電素子２Ｈを切り離した状態と、を相互に切り替える。バイアス電圧スイッチ素子６１５のソースは、発電素子２Ｈに接続されている。バイアス電圧スイッチ素子６１５のドレインは、キャパシタ６１３に接続されている。バイアス電圧スイッチ素子６１５のゲートは、クロック信号θ１を受ける。
【0198】
＜作用効果＞
電源装置１Ｈは、負荷装置９を含む閉回路に配置され、負荷装置９の求めに応じて負荷装置９に電力を与える二次電池３Ｈと、外部エネルギを受けて電力を発生する発電素子２Ｈと、発電素子２Ｈが発生した電力を二次電池３Ｈを充電するための電力に変換すると共に、二次電池３Ｈを充電するための電力を二次電池３Ｈに与えるコンバータ４Ｈと、を備える。コンバータ４Ｈは、二次電池３Ｈから受けた電力を利用して、二次電池３Ｈの出力電圧に対応する振幅を有するクロック信号θ１、θ２を発生する発振回路４９Ｈと、クロック信号θ１、θ２に従う動作によって、発電素子２Ｈが発生した電力を二次電池３Ｈを充電するための電力に変換するチャージポンプ回路４８Ｈと、を有する。
電源装置１Ｈは、負荷装置９を含む閉回路に配置され、負荷装置９の求めに応じて負荷装置９に電力を与える二次電池３Ｈと、外部エネルギを受けて電力を発生する発電素子２Ｈと、発電素子２Ｈが発生した電力を二次電池３Ｈを充電するための電力に変換すると共に、二次電池３Ｈを充電するための電力を二次電池３Ｈに与えるコンバータ４Ｈと、を備える。コンバータ４Ｈは、二次電池３Ｈから受けた電力を利用して、二次電池３Ｈの出力電圧に対応する振幅を有するクロック信号θ１、θ２を発生する発振回路４９Ｈと、クロック信号θ１、θ２に従う動作によって、発電素子２Ｈが発生した電力を二次電池３Ｈを充電するための電力に変換するチャージポンプ回路４８Ｈと、を有する。
【0199】
チャージポンプ回路４８Ｈを駆動するためのクロック信号θ１、θ２は、二次電池３Ｈから受けた電力を利用して発振回路４９Ｈが発生する。その結果、チャージポンプ回路４８Ｈの昇圧動作には、発電素子２Ｈが発生した電力の態様に左右されることがなくなる。その結果、チャージポンプ回路４８Ｈを動作させるための条件を緩和することができる。
【0200】
チャージポンプ回路４８Ｈは、受け入れた電圧に対応する電荷を蓄積するキャパシタ６１３と、キャパシタ６１３に接続されて、キャパシタ６１３の充電動作の開始とキャパシタ６１３の充電動作の停止とをクロック信号θ１、θ２に従って切り替える入力スイッチ素子６１１と、キャパシタ６１３に接続されて、キャパシタ６１３の放電動作の開始とキャパシタ６１３の放電動作の停止とをクロック信号θ１、θ２に従って切り替える出力スイッチ素子６１２と、を含む。
【0201】
この構成によれば、入力スイッチ素子６１１及び出力スイッチ素子６１２は、二次電池３Ｈの出力電圧に対応する振幅を有するクロック信号θ１、θ２によってそれぞれの状態が切り替えられる。その結果、発電素子２Ｈが発生する電力が小さい場合であっても、入力スイッチ素子６１１及び出力スイッチ素子６１２の状態を確実に切り替えることができる。
【0202】
＜変形例７＞
図２５及び図２６に示す変形例７の電源装置１Ｊのチャージポンプ回路４８Ｊは、前段昇圧部８１Ｍと、後段昇圧部８２Ｍと、を含む。前段昇圧部８１Ｍは、Ｎ／２個の前段昇圧モジュール８１を含む。後段昇圧部８２Ｍは、Ｎ／２個の後段昇圧モジュール８２を含む。前段昇圧モジュール８１は、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴを含む回路であり、後段昇圧モジュール８２は、ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴを含む回路である。
図２５及び図２６に示す変形例７の電源装置１Ｊのチャージポンプ回路４８Ｊは、前段昇圧部８１Ｍと、後段昇圧部８２Ｍと、を含む。前段昇圧部８１Ｍは、Ｎ／２個の前段昇圧モジュール８１を含む。後段昇圧部８２Ｍは、Ｎ／２個の後段昇圧モジュール８２を含む。前段昇圧モジュール８１は、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴを含む回路であり、後段昇圧モジュール８２は、ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴを含む回路である。
【0203】
図２７は、前段昇圧モジュール８１及び後段昇圧モジュール８２の具体的な構成の例示である。
【0204】
＜前段昇圧モジュール８１＞
前段昇圧モジュール８１は、入力スイッチ素子８１１と、出力スイッチ素子８１２と、第１キャパシタ８１３を有する。また、前段昇圧モジュール８１は、第１基準電圧スイッチ素子８１４と、第１バイアス電圧スイッチ素子８１５と、を有する。さらに、前段昇圧モジュール８１は、第２キャパシタ８１６と、第２基準電圧スイッチ素子８１７と、第２バイアス電圧スイッチ素子８１８と、を有する。
前段昇圧モジュール８１は、入力スイッチ素子８１１と、出力スイッチ素子８１２と、第１キャパシタ８１３を有する。また、前段昇圧モジュール８１は、第１基準電圧スイッチ素子８１４と、第１バイアス電圧スイッチ素子８１５と、を有する。さらに、前段昇圧モジュール８１は、第２キャパシタ８１６と、第２基準電圧スイッチ素子８１７と、第２バイアス電圧スイッチ素子８１８と、を有する。
【0205】
第２キャパシタ８１６は、出力スイッチ素子８１２のドレインと前段昇圧モジュール８１の出力８１ｃに接続されている。第２基準電圧スイッチ素子８１７及び第２バイアス電圧スイッチ素子８１８は、第２キャパシタ８１６に対して基準電圧ＶＧＮＤ及び電圧Ｖｔｅｇのいずれか一方を選択的に提供する。
【0206】
第２基準電圧スイッチ素子８１７は、クロック信号θ１［ＣＬＫ１］に基づいて第２キャパシタ８１６に基準電圧源ＧＮＤを接続した状態と、第２キャパシタ８１６から基準電圧源ＧＮＤを切り離した状態と、を相互に切り替える。第２基準電圧スイッチ素子８１７のソースは、基準電圧源ＧＮＤに接続されている。第２基準電圧スイッチ素子８１７のドレインは、第２キャパシタ８１６に接続されている。第２基準電圧スイッチ素子８１７のゲートは、クロック信号θ１［ＣＬＫ１］を受ける。
【0207】
第２バイアス電圧スイッチ素子８１８は、クロック信号θ２［ＣＬＫ２］に基づいて第２キャパシタ８１６に発電素子２Ｊを接続した状態と、第２キャパシタ８１６から発電素子２Ｊを切り離した状態と、を相互に切り替える。第２バイアス電圧スイッチ素子８１８のソースは、発電素子２Ｊに接続されている。第２バイアス電圧スイッチ素子８１８のドレインは、第２キャパシタ８１６に接続されている。第２バイアス電圧スイッチ素子８１８のゲートは、クロック信号θ２［ＣＬＫ２］を受ける。
【0208】
＜後段昇圧モジュール８２＞
後段昇圧モジュール８２は、転送スイッチ素子８２１と、出力スイッチ素子８２２と、第３キャパシタ８２３と、第４キャパシタ８２６と、を有する。さらに、後段昇圧モジュール８２は、第３基準電圧スイッチ素子８２４と、第３バイアス電圧スイッチ素子８２５と、第４基準電圧スイッチ素子８２７と、第４バイアス電圧スイッチ素子８２８と、を有する。前段昇圧モジュール８１の入力スイッチ素子８１１及び出力スイッチ素子８１２がｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴであるのに対して、後段昇圧モジュール８２の転送スイッチ素子８２１及び出力スイッチ素子８２２は、ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴである。
後段昇圧モジュール８２は、転送スイッチ素子８２１と、出力スイッチ素子８２２と、第３キャパシタ８２３と、第４キャパシタ８２６と、を有する。さらに、後段昇圧モジュール８２は、第３基準電圧スイッチ素子８２４と、第３バイアス電圧スイッチ素子８２５と、第４基準電圧スイッチ素子８２７と、第４バイアス電圧スイッチ素子８２８と、を有する。前段昇圧モジュール８１の入力スイッチ素子８１１及び出力スイッチ素子８１２がｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴであるのに対して、後段昇圧モジュール８２の転送スイッチ素子８２１及び出力スイッチ素子８２２は、ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴである。
【0209】
第３キャパシタ８２３は、後段昇圧モジュール８２の入力８２ａに生じた電圧Ｖｂｔに応じて充電される。後段昇圧モジュール８２の入力８２ａと第３キャパシタ８２３との間には、スイッチ素子は設けられていない。従って、第３キャパシタ８２３は、スイッチ素子の制御に左右されることなく、後段昇圧モジュール８２の入力８２ａに電圧Ｖｂｔが生じたことをきっかけとして充電される。
【0210】
第３キャパシタ８２３には、第３基準電圧スイッチ素子８２４及び第３バイアス電圧スイッチ素子８２５が接続されている。第３基準電圧スイッチ素子８２４及び第３バイアス電圧スイッチ素子８２５は、第３キャパシタ８２３に対して基準電圧ＶＧＮＤ及び電圧Ｖｔｅｇのいずれか一方を選択的に提供する。第３基準電圧スイッチ素子８２４及び第３バイアス電圧スイッチ素子８２５の接続構成は、第１基準電圧スイッチ素子８１４及び第１バイアス電圧スイッチ素子８１５と同じであるから詳細な説明は省略する。
【0211】
転送スイッチ素子８２１は、反転クロック信号θ３に基づいて、第３キャパシタ８２３から第４キャパシタ８２６への電荷の転送を制御する。反転クロック信号θ３は、クロック信号θ１［ＣＬＫ１］の反転信号である。転送スイッチ素子８２１のソースは、第３キャパシタ８２３に接続されている。転送スイッチ素子８２１のドレインは、第４キャパシタ８２６に接続されている。転送スイッチ素子８２１のゲートは、反転クロック信号θ３を受ける。
【0212】
第４キャパシタ８２６は、転送スイッチ素子８２１を介して、第３キャパシタ８２３が蓄積した電荷の転送を受ける。第３キャパシタ８２３が蓄積した電荷は、後段昇圧モジュール８２の入力に生じた電圧Ｖｂｔと、第４バイアス電圧スイッチ素子８２８から与えられた電圧Ｖｔｅｇとに基づく。第４バイアス電圧スイッチ素子８２８から与えられた電圧Ｖｔｅｇに基づく電荷が加算されることにより、昇圧が生じる。
【0213】
第４キャパシタ８２６には、第４基準電圧スイッチ素子８２７及び第４バイアス電圧スイッチ素子８２８が接続されている。第４基準電圧スイッチ素子８２７及び第４バイアス電圧スイッチ素子８２８は、第４キャパシタ８２６に対して基準電圧ＶＧＮＤ及び電圧Ｖｔｅｇのいずれか一方を選択的に提供する。第４基準電圧スイッチ素子８２７及び第４バイアス電圧スイッチ素子８２８の接続構成も、第１基準電圧スイッチ素子８１４及び第１バイアス電圧スイッチ素子８１５と同じであるから詳細な説明は省略する。
【0214】
出力スイッチ素子８２２は、反転クロック信号θ４に基づいて、第４キャパシタ８２６に蓄積された電荷に起因する電圧を後段昇圧モジュール８２の出力８２ｃへ発生させる。反転クロック信号θ４は、クロック信号θ２［ＣＬＫ２］の反転信号である。出力スイッチ素子８２２のソースは、第４キャパシタ８２６に接続されている。出力スイッチ素子８２２のドレインは、後段昇圧モジュール８２の出力８２ｃに接続されている。出力スイッチ素子８２２のゲートは、反転クロック信号θ４を受ける。
【0215】
＜変形例７のチャージポンプ回路４８Ｊの動作＞
次に、図２８及び図２９を参照しながら、変形例７のチャージポンプ回路４８Ｊの動作について詳細に説明する。変形例７のチャージポンプ回路４８Ｊの動作は、第１フェーズＰ１と、第２フェーズＰ２と、を含む。
次に、図２８及び図２９を参照しながら、変形例７のチャージポンプ回路４８Ｊの動作について詳細に説明する。変形例７のチャージポンプ回路４８Ｊの動作は、第１フェーズＰ１と、第２フェーズＰ２と、を含む。
【0216】
＜第１フェーズＰ１＞
図２８（ａ）は、チャージポンプ回路４８Ｊの動作における第１フェーズＰ１を示す。図２８（ｂ）はクロック信号θ１［ＣＬＫ１］を示す。図２８（ｃ）はクロック信号θ２［ＣＬＫ２］を示す。第１フェーズＰ１であるとき、前段昇圧モジュール８１が含む各スイッチ素子の状態は、下記のとおりである。
入力スイッチ素子８１１：ＯＮ
出力スイッチ素子８１２：ＯＦＦ
第１基準電圧スイッチ素子８１４：ＯＮ
第１バイアス電圧スイッチ素子８１５：ＯＦＦ
第２基準電圧スイッチ素子８１７：ＯＦＦ
第２バイアス電圧スイッチ素子８１８：ＯＮ
図２８（ａ）は、チャージポンプ回路４８Ｊの動作における第１フェーズＰ１を示す。図２８（ｂ）はクロック信号θ１［ＣＬＫ１］を示す。図２８（ｃ）はクロック信号θ２［ＣＬＫ２］を示す。第１フェーズＰ１であるとき、前段昇圧モジュール８１が含む各スイッチ素子の状態は、下記のとおりである。
入力スイッチ素子８１１：ＯＮ
出力スイッチ素子８１２：ＯＦＦ
第１基準電圧スイッチ素子８１４：ＯＮ
第１バイアス電圧スイッチ素子８１５：ＯＦＦ
第２基準電圧スイッチ素子８１７：ＯＦＦ
第２バイアス電圧スイッチ素子８１８：ＯＮ
【0217】
前段昇圧モジュール８１の第１キャパシタ８１３は、基準電圧源ＧＮＤから基準電圧ＶＧＮＤを受けると共に前段昇圧モジュール８１の入力から電圧Ｖｂｔ（ｎ）を受ける。つまり、第１フェーズＰ１であるとき、第１キャパシタ８１３は充電状態である。
【0218】
前段昇圧モジュール８１の第２キャパシタ８１６は、第２バイアス電圧スイッチ素子８１８から電圧Ｖｂｔ（ｎ）を受けた状態で、蓄積した電荷に起因する電圧を前段昇圧モジュール８１の出力８１ｃに発生する。つまり、第１フェーズＰ１であるとき、第２キャパシタ８１６は放電状態である。
【0219】
さらに、第１フェーズＰ１であるとき、後段昇圧モジュール８２が含む各スイッチ素子の状態は、下記のとおりである。
転送スイッチ素子８２１：ＯＦＦ
出力スイッチ素子８２２：ＯＮ
第３基準電圧スイッチ素子８２４：ＯＮ
第３バイアス電圧スイッチ素子８２５：ＯＦＦ
第４基準電圧スイッチ素子８２７：ＯＦＦ
第４バイアス電圧スイッチ素子８２８：ＯＮ
転送スイッチ素子８２１：ＯＦＦ
出力スイッチ素子８２２：ＯＮ
第３基準電圧スイッチ素子８２４：ＯＮ
第３バイアス電圧スイッチ素子８２５：ＯＦＦ
第４基準電圧スイッチ素子８２７：ＯＦＦ
第４バイアス電圧スイッチ素子８２８：ＯＮ
【0220】
後段昇圧モジュール８２の第３キャパシタ８２３は、後段昇圧モジュール８２の入力及び基準電圧源ＧＮＤに接続されており、後段昇圧モジュール８２の入力に生じた電圧Ｖｂｔ（ｎ）を受ける。つまり、第１フェーズＰ１であるとき、第３キャパシタ８２３は充電状態である。
【0221】
後段昇圧モジュール８２の第４キャパシタ８２６は、第４バイアス電圧スイッチ素子８２８から電圧Ｖｂｔ（ｎ）を受けた状態で、蓄積した電荷に起因する電圧を後段昇圧モジュール８２の出力に発生する。つまり、第１フェーズＰ１であるとき、第４キャパシタ８２６は放電状態である。例えば、第Ｎの後段昇圧モジュール８２の出力に生じた電圧Ｖｂｔ（ｎ）は、二次電池３Ｊに与えられる。
【0222】
＜第２フェーズＰ２＞
図２９（ａ）は、チャージポンプ回路４８Ｊの動作における第２フェーズＰ２を示す。図２９（ｂ）はクロック信号θ１［ＣＬＫ１］を示す。図２９（ｃ）はクロック信号θ２［ＣＬＫ２］を示す。第２フェーズＰ２であるとき、前段昇圧モジュール８１が含む各スイッチ素子の状態は、下記のとおりである。
入力スイッチ素子８１１：ＯＦＦ
出力スイッチ素子８１２：ＯＮ
第１基準電圧スイッチ素子８１４：ＯＦＦ
第１バイアス電圧スイッチ素子８１５：ＯＮ
第２基準電圧スイッチ素子８１７：ＯＮ
第２バイアス電圧スイッチ素子８１８：ＯＦＦ
図２９（ａ）は、チャージポンプ回路４８Ｊの動作における第２フェーズＰ２を示す。図２９（ｂ）はクロック信号θ１［ＣＬＫ１］を示す。図２９（ｃ）はクロック信号θ２［ＣＬＫ２］を示す。第２フェーズＰ２であるとき、前段昇圧モジュール８１が含む各スイッチ素子の状態は、下記のとおりである。
入力スイッチ素子８１１：ＯＦＦ
出力スイッチ素子８１２：ＯＮ
第１基準電圧スイッチ素子８１４：ＯＦＦ
第１バイアス電圧スイッチ素子８１５：ＯＮ
第２基準電圧スイッチ素子８１７：ＯＮ
第２バイアス電圧スイッチ素子８１８：ＯＦＦ
【0223】
前段昇圧モジュール８１の第１キャパシタ８１３は、発電素子２Ｊから第２バイアス電圧スイッチ素子８１８を介して電圧Ｖｂｔ（ｎ）を受けた状態で、転送スイッチ素子８２１を介して蓄積した電荷を第２キャパシタ８１６に転送する。つまり、第２フェーズＰ２であるとき、第１キャパシタ８１３は、放電状態である。
【0224】
前段昇圧モジュール８１の第２キャパシタ８１６は、第２基準電圧スイッチ素子８１７を介して基準電圧源ＧＮＤに接続されている。そして、第２キャパシタ８１６は、転送スイッチ素子８２１を介して第１キャパシタ８１３から電荷の転送を受ける。つまり、第２フェーズＰ２であるとき、第２キャパシタ８１６は充電状態である。
【0225】
さらに、第２フェーズＰ２であるとき、後段昇圧モジュール８２が含む各スイッチ素子の状態は、下記のとおりである。
転送スイッチ素子８２１：ＯＮ
出力スイッチ素子８２２：ＯＦＦ
第３基準電圧スイッチ素子８２４：ＯＦＦ
第３バイアス電圧スイッチ素子８２５：ＯＮ
第４基準電圧スイッチ素子８２７：ＯＮ
第４バイアス電圧スイッチ素子８２８：ＯＦＦ
転送スイッチ素子８２１：ＯＮ
出力スイッチ素子８２２：ＯＦＦ
第３基準電圧スイッチ素子８２４：ＯＦＦ
第３バイアス電圧スイッチ素子８２５：ＯＮ
第４基準電圧スイッチ素子８２７：ＯＮ
第４バイアス電圧スイッチ素子８２８：ＯＦＦ
【0226】
後段昇圧モジュール８２の第３キャパシタ８２３は、発電素子２Ｊから第３バイアス電圧スイッチ素子８２５を介して電圧Ｖｂｔ（ｎ）を受けた状態で、転送スイッチ素子８２１を介して蓄積した電荷を第４キャパシタ８２６に転送する。つまり、第２フェーズであるとき、第３キャパシタ８２３は、放電状態である。
【0227】
後段昇圧モジュール８２の第４キャパシタ８２６は、第４基準電圧スイッチ素子８２７を介して基準電圧源ＧＮＤに接続されている。そして、第４キャパシタ８２６は、転送スイッチ素子８２１を介して第３キャパシタ８２３から電荷の転送を受ける。つまり、第２フェーズＰ２であるとき、第４キャパシタ８２６は充電状態である。
【0228】
＜作用効果＞
チャージポンプ回路４８Ｊは、発電素子２Ｊに接続された昇圧モジュールを含むｎ個の前段昇圧モジュール８１と、二次電池３Ｊに接続された昇圧モジュールを含むＮ－ｎ個の後段昇圧モジュール８２と、を含む。前段昇圧モジュール８１は、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴを含んで構成される。後段昇圧モジュール８２は、ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴを含んで構成される。この構成によると、昇圧の対象である入力電圧が相対的に高くなる後段において、ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴを含んで構成された後段昇圧モジュール８２によって昇圧が行われる。従って、ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴを含んで構成された後段昇圧モジュール８２によれば、相対的に入力電圧が高い場合であっても良好に昇圧を行うことができる。
チャージポンプ回路４８Ｊは、発電素子２Ｊに接続された昇圧モジュールを含むｎ個の前段昇圧モジュール８１と、二次電池３Ｊに接続された昇圧モジュールを含むＮ－ｎ個の後段昇圧モジュール８２と、を含む。前段昇圧モジュール８１は、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴを含んで構成される。後段昇圧モジュール８２は、ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴを含んで構成される。この構成によると、昇圧の対象である入力電圧が相対的に高くなる後段において、ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴを含んで構成された後段昇圧モジュール８２によって昇圧が行われる。従って、ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴを含んで構成された後段昇圧モジュール８２によれば、相対的に入力電圧が高い場合であっても良好に昇圧を行うことができる。
【0229】
＜変形例８＞
図３０に示す変形例８の電源装置１Ｊは、Ｎ個の昇圧モジュール９１Ｍを含む。昇圧モジュール９１Ｍを構成するスイッチ素子は、すべてｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴである。一方、昇圧モジュール９１Ｍは、ローカルブースト回路９１Ｂを含む。ローカルブースト回路９１Ｂは、入力スイッチ素子９１１（図３２参照）のゲートに対して、入力スイッチ素子９１１を確実にＯＮにできる電圧Ｖｇｓを与える。
図３０に示す変形例８の電源装置１Ｊは、Ｎ個の昇圧モジュール９１Ｍを含む。昇圧モジュール９１Ｍを構成するスイッチ素子は、すべてｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴである。一方、昇圧モジュール９１Ｍは、ローカルブースト回路９１Ｂを含む。ローカルブースト回路９１Ｂは、入力スイッチ素子９１１（図３２参照）のゲートに対して、入力スイッチ素子９１１を確実にＯＮにできる電圧Ｖｇｓを与える。
【0230】
入力スイッチ素子９１１をＯＮとするためにゲートに与えるべき電圧Ｖｇｓは、入力スイッチ素子９１１のソースに与えられる電圧Ｖｂｔ（ｎ）の影響を受ける。昇圧モジュール９１Ｍは、後段になるほど入力スイッチ素子９１１のソースが受ける電圧Ｖｂｔ（ｎ）が高くなる。これに対して、入力スイッチ素子９１１のゲートに与えられるゲート信号は、電圧Ｖｇｓである。入力スイッチ素子９１１をＯＮとするゲート電圧は、ソースが受ける電圧Ｖｂｔ（ｎ）とゲート信号の電圧Ｖｇｓとの差分によって決まる。つまり、後段になるほどソースが受ける電圧Ｖｂｔ（ｎ）が高くなるから、ソースが受ける電圧Ｖｂｔ（ｎ）とゲート信号の電圧Ｖｇｓとの差分は小さくなる。その結果、電圧の差分が小さくなると、入力スイッチ素子９１１をＯＮにできない場合が生じ得る。
【0231】
そこで、変形例８の電源装置１Ｊは、入力スイッチ素子９１１のゲートに与える電圧を高めるためのローカルブースト回路９１Ｂを有する。ローカルブースト回路９１Ｂによれば、昇圧モジュール９１Ｍの段数によらず、入力スイッチ素子９１１のゲートに対して、差分が制御信号の振幅（Ｖｂａｔ）と同じである電圧Ｖｂａｔであるゲート電圧を与えることができる。
【0232】
変形例８の昇圧モジュール９１Ｍは、２個の昇圧部９１Ｍ１、９１Ｍ２を含む。それぞれの昇圧部９１Ｍ１、９１Ｍ２は、昇圧動作に用いるキャパシタ９１２を１個含む。つまり、昇圧動作に用いるキャパシタ９１２を基準とする「段数」で定義すると、昇圧部９１Ｍ１、９１Ｍ２はそれぞれ１段の構成であり、２個の昇圧部９１Ｍ１、９１Ｍ２を含む昇圧モジュール９１Ｍは２段の構成である。
【0233】
昇圧モジュール９１Ｍは、図３１（ａ）、図３１（ｂ）、図３１（ｃ）、図３１（ｄ）に示す４個の制御信号φ１、φ２、φ３、φ４に従って動作する。さらに詳細には、前段の昇圧部９１Ｍ１は、制御信号φ１、φ２、φ３に従って動作する。後段の昇圧部９１Ｍ２は、制御信号φ１、φ２、φ４に従って動作する。
【0234】
図３２は、変形例８の昇圧モジュール９１Ｍの回路構成の例示である。後段の昇圧部９２Ｍ２の回路構成は、前段の昇圧部９１Ｍ１の回路構成と同じである。従って、前段の昇圧部９２Ｍ１の回路を説明し、後段の昇圧部９２Ｍ２の回路の説明は省略する。
【0235】
昇圧部９２Ｍ１は、昇圧回路９１Ｓと、ローカルブースト回路９１Ｂと、を有する。昇圧回路９１Ｓは、入力スイッチ素子９１１と、キャパシタ９１２と、基準電圧スイッチ素子９１３と、バイアス電圧スイッチ素子９１４と、を有する。これらの接続構成は、変形例６の昇圧モジュール６１と同じであるから、詳細な説明は省略する。
【0236】
ローカルブースト回路９１Ｂは、第１ブーストスイッチ素子９１５と、第２ブーストスイッチ素子９１６と、第１ブーストキャパシタ９１７と、第２ブーストキャパシタ９１８と、を有する。
【0237】
第１ブーストスイッチ素子９１５は、第１ブーストキャパシタ９１７へ電圧Ｖｂｔ（ｎ）を与える状態と、第１ブーストキャパシタ９１７へ電圧Ｖｂｔ（ｎ）を与えない状態と、を切り替える。第１ブーストスイッチ素子９１５のソースは、昇圧部９１Ｍ１の入力に接続されている。第１ブーストスイッチ素子９１５のドレインは、第１ブーストキャパシタ９１７に接続されている。なお、第１ブーストキャパシタ９１７は、制御信号φ１を受ける。第１ブーストスイッチ素子９１５のゲートは、第２ブーストキャパシタ９１８に接続されている。つまり、第１ブーストスイッチ素子９１５は、第２ブーストキャパシタ９１８に蓄積された電荷に起因する電圧を受けて駆動する。
【0238】
第２ブーストスイッチ素子９１６は、第２ブーストキャパシタ９１８へ電圧Ｖｂｔ（ｎ）を与える状態と、第２ブーストキャパシタ９１８へ電圧Ｖｂｔ（ｎ）を与えない状態と、を切り替える。第２ブーストスイッチ素子９１６のソースは、昇圧部９１Ｍ１の入力に接続されている。第２ブーストスイッチ素子９１６のドレインは、第２ブーストキャパシタ９１８に接続されている。なお、第２ブーストキャパシタ９１８は、制御信号φ３を受ける。第２ブーストスイッチ素子９１６のゲートは、第１ブーストキャパシタ９１７に接続されている。つまり、第２ブーストスイッチ素子９１６は、第１ブーストキャパシタ９１７に蓄積された電荷に起因する電圧を受けて駆動する。
【0239】
いま、昇圧部９１Ｍ１の入力に電圧Ｖｂｔ（ｎ）が生じたと仮定する。そうすると、ローカルブースト回路９１Ｂのノード９１ｎにも電圧Ｖｂｔ（ｎ）が生じる。そして、第２ブーストスイッチ素子９１６のドレインと第２ブーストキャパシタ９１８との間のノード９１ｍには、昇圧部９１Ｍ１が受けた電圧Ｖｂｔ（ｎ）と、制御信号φ３に起因する電圧Ｖｂａｔとが足し合わされた合計電圧Ｖｇｓが生じる。この合計電圧Ｖｇｓが、入力スイッチ素子９１１のゲートに与えられる。入力スイッチ素子９１１のソースには電圧Ｖｂｔ（ｎ）が与えられており、入力スイッチ素子９１１のゲートには合計電圧Ｖｇｓが与えられているから、入力スイッチ素子９１１をＯＮとするゲート電圧は、式（１）により示される。
Ｖｇｓ＝（Ｖｂｔ（ｎ）＋Ｖｂａｔ）－Ｖｂｔ（ｎ）＝Ｖｂａｔ…（１）
Ｖｇｓ＝（Ｖｂｔ（ｎ）＋Ｖｂａｔ）－Ｖｂｔ（ｎ）＝Ｖｂａｔ…（１）
【0240】
つまり、入力スイッチ素子９１１をＯＮとする動作に寄与する電圧は、二次電池３Ｋの出力電圧Ｖｂａｔである。ローカルブースト回路９１Ｂは、電圧Ｖｂａｔに対して入力スイッチ素子９１１のソースに与えられる電圧Ｖｂｔ（ｎ）を加算した合計電圧Ｖｇｓを入力スイッチ素子９１１に与える。その結果、入力スイッチ素子９１１のソースに与えられる電圧Ｖｂｔ（ｎ）が高まったとしても、入力スイッチ素子９１１をＯＮとする動作に寄与する電圧として、常に電圧Ｖｂａｔを確保することができる。
【0241】
＜作用効果＞
チャージポンプ回路４８Ｋは、制御信号φ１、φ２、φ３、φ４に従う動作によって、発電素子２Ｋが発生した電力を二次電池３Ｋを充電するための電力に変換する昇圧回路９１Ｓと、昇圧回路９１Ｓが受けた入力電圧Ｖｂｔ（ｎ）と制御信号φ１、φ２、φ３、φ４の振幅とに基づくブーストクロック信号を生成し、ブーストクロック信号を昇圧回路９１Ｓに与えるローカルブースト回路９１Ｂと、を含むこの構成によれば、昇圧回路９１Ｓが受けた入力電圧Ｖｂｔ（ｎ）と制御信号φ１、φ２、φ３、φ４の振幅とに基づくブーストクロック信号が昇圧回路９１Ｓに与えられるので、昇圧回路９１Ｓを確実に動作させることができる。
チャージポンプ回路４８Ｋは、制御信号φ１、φ２、φ３、φ４に従う動作によって、発電素子２Ｋが発生した電力を二次電池３Ｋを充電するための電力に変換する昇圧回路９１Ｓと、昇圧回路９１Ｓが受けた入力電圧Ｖｂｔ（ｎ）と制御信号φ１、φ２、φ３、φ４の振幅とに基づくブーストクロック信号を生成し、ブーストクロック信号を昇圧回路９１Ｓに与えるローカルブースト回路９１Ｂと、を含むこの構成によれば、昇圧回路９１Ｓが受けた入力電圧Ｖｂｔ（ｎ）と制御信号φ１、φ２、φ３、φ４の振幅とに基づくブーストクロック信号が昇圧回路９１Ｓに与えられるので、昇圧回路９１Ｓを確実に動作させることができる。
【0242】
昇圧回路９１Ｓは、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴを含んで構成される。この構成によれば、昇圧回路９１Ｓが１種類のＭＯＳＦＥＴによって形成されるので、昇圧回路９１Ｓの構成を簡易にすることができる。
【0243】
＜実施例１、比較例１＞
実施例１では、図２４に例示する回路構成を採用したチャージポンプ回路４８Ｈの効果を確認した。具体的には、チャージポンプ回路４８Ｈの昇圧動作に要する最低入力電圧を、回路シミューレータを用いた計算により確認した。また、比較例１として、図３４に例示するラッチ型の回路構成を採用したチャージポンプ回路４８Ｐの動作に要する最低入力電圧を確認した。実施例１及び比較例１では、キャパシタ等の回路要素に対して以下の数値を設定した。
段数（Ｎ）：１
周波数（ｆ）：１０ＭＨｚ
キャパシタの容量（Ｃ’）：１０ｐＦ…比較例２のみ
キャパシタの容量（Ｃ）：２０ｐＦ
スイッチ素子の閾値電圧（ＶＴＨ）：０．２６Ｖ
実施例１では、図２４に例示する回路構成を採用したチャージポンプ回路４８Ｈの効果を確認した。具体的には、チャージポンプ回路４８Ｈの昇圧動作に要する最低入力電圧を、回路シミューレータを用いた計算により確認した。また、比較例１として、図３４に例示するラッチ型の回路構成を採用したチャージポンプ回路４８Ｐの動作に要する最低入力電圧を確認した。実施例１及び比較例１では、キャパシタ等の回路要素に対して以下の数値を設定した。
段数（Ｎ）：１
周波数（ｆ）：１０ＭＨｚ
キャパシタの容量（Ｃ’）：１０ｐＦ…比較例２のみ
キャパシタの容量（Ｃ）：２０ｐＦ
スイッチ素子の閾値電圧（ＶＴＨ）：０．２６Ｖ
【0244】
図３３（ａ）は、実施例１及び比較例１のシミュレーション結果を示す。図３３（ａ）の横軸はチャージポンプ回路４８Ｈ、４８Ｐへの入力電圧（Ｖｔｅｇ）を示す。図３３（ａ）の縦軸はチャージポンプ回路４８Ｈ、４８Ｐの出力電流（ＩＯ）を示す。グラフＧ３３ａは、実施例１の結果である。グラフＧ３３ａに示されるように、実施例１のチャージポンプ回路４８Ｈの動作に要する最低入力電圧は、およそ０．０１Ｖであることがわかった。つまり、図２４に示す回路構成を採用することにより、入力電圧が０．０１Ｖである状態から昇圧動作を行うことができることが確認できた。一方、グラフＧ３３ｂは、比較例１の結果である。グラフＧ３３ｂに示されるように、比較例１のチャージポンプ回路４８Ｐの動作に要する最低入力電圧は、およそ０．１３Ｖであることがわかった。
【0245】
＜実施例２、比較例２、３＞
実施例２では、図２４に例示する回路構成において、二次電池３Ｈへの充電とチャージポンプ回路４８Ｈの昇圧とが両立可能な最低入力電圧を回路シミューレータを用いた計算により確認した。また、比較例２として比較例１と同様にラッチ型の回路構成を採用したチャージポンプ回路４８Ｐにおいて、二次電池３Ｈへの充電とチャージポンプ回路４８Ｐの昇圧とが両立可能な最低入力電圧を確認した。さらに、比較例３として、図２４に例示する回路構成における最低入力電圧の理論値を確認した。
実施例２では、図２４に例示する回路構成において、二次電池３Ｈへの充電とチャージポンプ回路４８Ｈの昇圧とが両立可能な最低入力電圧を回路シミューレータを用いた計算により確認した。また、比較例２として比較例１と同様にラッチ型の回路構成を採用したチャージポンプ回路４８Ｐにおいて、二次電池３Ｈへの充電とチャージポンプ回路４８Ｐの昇圧とが両立可能な最低入力電圧を確認した。さらに、比較例３として、図２４に例示する回路構成における最低入力電圧の理論値を確認した。
【0246】
二次電池３Ｈへの充電は、チャージポンプ回路４８Ｈ、４８Ｐの出力電流ＩＯの一部を二次電池３Ｈに与えることにより達成される。そこで、二次電池３Ｈへの充電に際して要求される電流を定義（グラフＧ３３ｆ、Ｇ３３ｇ）し、当該電流を出力可能な入力電圧Ｖｔｅｇを確認した。
【0247】
実施例２及び比較例２、３では、キャパシタ等の回路要素に対して以下の数値を設定した。
段数（Ｎ）：９０
周波数（ｆ）：１０ＭＨｚ
キャパシタの容量（Ｃ’）：４０ｐＦ…比較例２のみ
キャパシタの容量（Ｃ）：４０ｐＦ
スイッチ素子の閾値電圧（ＶＴＨ）：０．２６Ｖ
段数（Ｎ）：９０
周波数（ｆ）：１０ＭＨｚ
キャパシタの容量（Ｃ’）：４０ｐＦ…比較例２のみ
キャパシタの容量（Ｃ）：４０ｐＦ
スイッチ素子の閾値電圧（ＶＴＨ）：０．２６Ｖ
【0248】
図３３（ｂ）は、実施例２及び比較例２、３のシミュレーション結果を示す。図３３（ｂ）の横軸はチャージポンプ回路４８Ｈ、４８Ｐの入力電圧（Ｖｔｅｇ）を示す。図３３（ｂ）の縦軸はチャージポンプ回路４８Ｈ、４８Ｐの出力電流（ＩＯ）を示す。グラフＧ３３ｃは、実施例２の結果である。グラフＧ３３ｄは、比較例２の結果である。グラフＧ３３ｅは、比較例３の結果である。グラフＧ３３ｆ、Ｇ３３ｇは、二次電池３Ｈへの充電に際して要求される電流を示す。
【0249】
グラフＧ３３ｃに示されるように、実施例２によれば二次電池３Ｈへの充電とチャージポンプ回路４８Ｈの昇圧とが両立可能な最低入力電圧は、グラフＧ３３ｃとグラフＧ３３ｇの交点によって示される０．０６Ｖであることがわかった。グラフＧ３３ｄに示される比較例２によれば、最低入力電圧はグラフＧ３３ｄとグラフＧ３３ｆの交点によって示される０．１３Ｖであることがわかった。実施例２と比較例２とを比べると、実施例２はおよそ４２％程度の改善が確認できた。なお、グラフＧ３３ｅに示される比較例３の結果によると、最低入力電圧の理論値は、０．０４８Ｖであることもわかった。
【0250】
〔付記〕
本開示は、以下の構成を含む。
本開示は、以下の構成を含む。
【0251】
本開示は、［１］「負荷装置に電力を与える電源装置であって、
前記負荷装置を含む閉回路に配置され、前記負荷装置の求めに応じて前記負荷装置に電力を与える二次電池と、
外部エネルギを受けて電力を発生する発電素子と、
前記発電素子が発生した電力を前記二次電池を充電するための電力に変換すると共に、前記二次電池を充電するための電力を前記二次電池に与えるコンバータと、を備える、電源装置。」である。
前記負荷装置を含む閉回路に配置され、前記負荷装置の求めに応じて前記負荷装置に電力を与える二次電池と、
外部エネルギを受けて電力を発生する発電素子と、
前記発電素子が発生した電力を前記二次電池を充電するための電力に変換すると共に、前記二次電池を充電するための電力を前記二次電池に与えるコンバータと、を備える、電源装置。」である。
【0252】
本開示は、［２］「前記発電素子を含む閉回路であって、前記二次電池が前記発電素子に対して直列に接続された蓄積回路を構成し、前記発電素子から受けた電力を蓄えると共に、蓄えた電力を前記コンバータに与えるキャパシタをさらに備える、上記［１］に記載の電源装置。」である。
【0253】
本開示は、［３］「前記コンバータは、前記二次電池、前記キャパシタ及び前記コンバータを含む閉回路である第１充電回路と、前記キャパシタを含まず、前記二次電池及び前記コンバータを含む第２充電回路と、を相互に切り替える、上記［２］に記載の電源装置。」である。
【0254】
本開示は、［４］「前記第１充電回路とする第１制御指令及び前記第２充電回路とする第２制御指令を選択的に前記コンバータに与えるコントローラをさらに備える、上記［３］に記載の電源装置。」である。
【0255】
本開示は、［５］「前記コンバータは、前記キャパシタから与えられた電力を蓄積するエネルギ蓄積素子を有し、
前記コントローラは、前記エネルギ蓄積素子の入力に発生する電圧を用いて、前記第１制御指令を出力するタイミングを制御する、上記［４］に記載の電源装置。」である。
前記コントローラは、前記エネルギ蓄積素子の入力に発生する電圧を用いて、前記第１制御指令を出力するタイミングを制御する、上記［４］に記載の電源装置。」である。
【0256】
本開示は、［６］「前記コンバータである第１コンバータと、
前記発電素子が発生した電力を前記二次電池を充電するための電力に変換すると共に、前記二次電池を充電するための電力を前記二次電池に与える第２コンバータと、をさらに備え、
前記コントローラは、第１の期間であるときに前記第１コンバータに前記第１制御指令を出力すると共に前記第２コンバータに前記第２制御指令を出力する動作と、前記第１の期間とは別の第２の期間であるときに、前記第１コンバータに前記第２制御指令を出力すると共に前記第２コンバータに前記第１制御指令を出力する動作と、を交互に実行する、上記［４］又は［５］に記載の電源装置。」である。
前記発電素子が発生した電力を前記二次電池を充電するための電力に変換すると共に、前記二次電池を充電するための電力を前記二次電池に与える第２コンバータと、をさらに備え、
前記コントローラは、第１の期間であるときに前記第１コンバータに前記第１制御指令を出力すると共に前記第２コンバータに前記第２制御指令を出力する動作と、前記第１の期間とは別の第２の期間であるときに、前記第１コンバータに前記第２制御指令を出力すると共に前記第２コンバータに前記第１制御指令を出力する動作と、を交互に実行する、上記［４］又は［５］に記載の電源装置。」である。
【0257】
本開示は、［７］「前記発電素子を含む閉回路である蓄積回路を構成し、前記発電素子から受けた電力を蓄えると共に、蓄えた電力を前記コンバータに与えるキャパシタをさらに備え、
前記コンバータは、前記二次電池を含まず、前記キャパシタ及び前記コンバータを含む閉回路である第１充電回路と、前記二次電池、前記キャパシタ及び前記コンバータを含む第２充電回路と、を相互に切り替える、上記［１］に記載の電源装置。」である。
前記コンバータは、前記二次電池を含まず、前記キャパシタ及び前記コンバータを含む閉回路である第１充電回路と、前記二次電池、前記キャパシタ及び前記コンバータを含む第２充電回路と、を相互に切り替える、上記［１］に記載の電源装置。」である。
【0258】
本開示は、［８］「前記コンバータである第１コンバータと、
前記発電素子が発生した電力を前記二次電池を充電するための電力に変換すると共に、前記二次電池を充電するための電力を前記二次電池に与える第２コンバータと、
前記第１充電回路とする第１制御指令及び前記第２充電回路とする第２制御指令を選択的に前記コンバータに与えるコントローラをさらに備え、
前記コントローラは、第１の期間であるときに前記第１コンバータに前記第１制御指令を出力すると共に前記第２コンバータに前記第２制御指令を出力する動作と、前記第１の期間とは別の第２の期間であるときに、前記第１コンバータに前記第２制御指令を出力すると共に前記第２コンバータに前記第１制御指令を出力する動作と、を交互に実行する、上記［７］に記載の電源装置。」である。
前記発電素子が発生した電力を前記二次電池を充電するための電力に変換すると共に、前記二次電池を充電するための電力を前記二次電池に与える第２コンバータと、
前記第１充電回路とする第１制御指令及び前記第２充電回路とする第２制御指令を選択的に前記コンバータに与えるコントローラをさらに備え、
前記コントローラは、第１の期間であるときに前記第１コンバータに前記第１制御指令を出力すると共に前記第２コンバータに前記第２制御指令を出力する動作と、前記第１の期間とは別の第２の期間であるときに、前記第１コンバータに前記第２制御指令を出力すると共に前記第２コンバータに前記第１制御指令を出力する動作と、を交互に実行する、上記［７］に記載の電源装置。」である。
【0259】
本開示は、［９］「前記第１充電回路とする第１制御指令及び前記第２充電回路とする第２制御指令を選択的に前記コンバータに与えるコントローラをさらに備え、
前記コンバータは、前記第１制御指令を受けて前記第１充電回路を構成すると共に、前記第２制御指令を受けて前記第２充電回路を構成するスイッチ素子をさらに有し、
前記コンバータが出力する電力が前記二次電池が前記コントローラに与える電力より大きいとき、前記二次電池は充電される、上記［７］又は［８］に記載の電源装置。」である。
前記コンバータは、前記第１制御指令を受けて前記第１充電回路を構成すると共に、前記第２制御指令を受けて前記第２充電回路を構成するスイッチ素子をさらに有し、
前記コンバータが出力する電力が前記二次電池が前記コントローラに与える電力より大きいとき、前記二次電池は充電される、上記［７］又は［８］に記載の電源装置。」である。
【0260】
別の開示は、［１０］「上記［１］～［９］の何れか一項に記載の電源装置と、
前記電源装置が出力する電圧を昇圧する昇圧装置と、を備える、電源システム。」である。
前記電源装置が出力する電圧を昇圧する昇圧装置と、を備える、電源システム。」である。
【0261】
本開示は、［１１］「前記コンバータは、
前記二次電池から受けた電力を利用して、前記二次電池の出力電圧に対応する振幅を有するクロック信号を発生する発振回路と、
前記クロック信号に従う動作によって、前記発電素子が発生した電力を前記二次電池を充電するための電力に変換するチャージポンプ回路と、を有する請求項１に記載の電源装置。」である。
前記二次電池から受けた電力を利用して、前記二次電池の出力電圧に対応する振幅を有するクロック信号を発生する発振回路と、
前記クロック信号に従う動作によって、前記発電素子が発生した電力を前記二次電池を充電するための電力に変換するチャージポンプ回路と、を有する請求項１に記載の電源装置。」である。
【0262】
さらに別の開示は、［１２］「負ｓ荷装置に電力を与える電源装置であって、
前記負荷装置を含む閉回路に配置され、前記負荷装置の求めに応じて前記負荷装置に電力を与える二次電池と、
外部エネルギを受けて電力を発生する発電素子と、
前記発電素子が発生した電力を前記二次電池を充電するための電力に変換すると共に、前記二次電池を充電するための電力を前記二次電池に与えるコンバータと、を備え、
前記コンバータは、
前記二次電池から受けた電力を利用して、前記二次電池の出力電圧に対応する振幅を有するクロック信号を発生する発振回路と、
前記クロック信号に従う動作によって、前記発電素子が発生した電力を前記二次電池を充電するための電力に変換するチャージポンプ回路と、を有する電源装置。」である。
前記負荷装置を含む閉回路に配置され、前記負荷装置の求めに応じて前記負荷装置に電力を与える二次電池と、
外部エネルギを受けて電力を発生する発電素子と、
前記発電素子が発生した電力を前記二次電池を充電するための電力に変換すると共に、前記二次電池を充電するための電力を前記二次電池に与えるコンバータと、を備え、
前記コンバータは、
前記二次電池から受けた電力を利用して、前記二次電池の出力電圧に対応する振幅を有するクロック信号を発生する発振回路と、
前記クロック信号に従う動作によって、前記発電素子が発生した電力を前記二次電池を充電するための電力に変換するチャージポンプ回路と、を有する電源装置。」である。
【0263】
さらに別の開示は、［１３］「前記チャージポンプ回路は、
受け入れた電圧に対応する電荷を蓄積するキャパシタと、
前記キャパシタに接続されて、前記キャパシタの充電動作の開始と前記キャパシタの充電動作の停止とを前記クロック信号に従って切り替える入力スイッチ素子と、
前記キャパシタに接続されて、前記キャパシタの放電動作の開始と前記キャパシタの放電動作の停止とを前記クロック信号に従って切り替える出力スイッチ素子と、を含む、上記［１２］に記載の電源装置。」である。
受け入れた電圧に対応する電荷を蓄積するキャパシタと、
前記キャパシタに接続されて、前記キャパシタの充電動作の開始と前記キャパシタの充電動作の停止とを前記クロック信号に従って切り替える入力スイッチ素子と、
前記キャパシタに接続されて、前記キャパシタの放電動作の開始と前記キャパシタの放電動作の停止とを前記クロック信号に従って切り替える出力スイッチ素子と、を含む、上記［１２］に記載の電源装置。」である。
【0264】
さらに別の開示は、［１４］「前記チャージポンプ回路は、
前記発電素子に接続された第１の昇圧モジュールを含むｎ個の前段昇圧モジュールと、
前記二次電池に接続された第Ｎの昇圧モジュールを含むＮ－ｎ個の後段昇圧モジュールと、を含み、
前記前段昇圧モジュールは、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴを含んで構成され、
前記後段昇圧モジュールは、ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴを含んで構成される、上記［１３］に記載の電源装置。」である。
前記発電素子に接続された第１の昇圧モジュールを含むｎ個の前段昇圧モジュールと、
前記二次電池に接続された第Ｎの昇圧モジュールを含むＮ－ｎ個の後段昇圧モジュールと、を含み、
前記前段昇圧モジュールは、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴを含んで構成され、
前記後段昇圧モジュールは、ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴを含んで構成される、上記［１３］に記載の電源装置。」である。
【0265】
さらに別の開示は、［１５］「前記チャージポンプ回路は、
前記クロック信号に従う動作によって、前記発電素子が発生した電力を前記二次電池を充電するための電力に変換する昇圧回路部と、
前記昇圧回路部が受けた入力電圧と前記クロック信号の振幅とに基づくブーストクロック信号を生成し、前記ブーストクロック信号を前記昇圧回路部に与えるブースト回路部と、を含む、上記［１２］～［１４］の何れか一項に記載の電源装置。」である。
前記クロック信号に従う動作によって、前記発電素子が発生した電力を前記二次電池を充電するための電力に変換する昇圧回路部と、
前記昇圧回路部が受けた入力電圧と前記クロック信号の振幅とに基づくブーストクロック信号を生成し、前記ブーストクロック信号を前記昇圧回路部に与えるブースト回路部と、を含む、上記［１２］～［１４］の何れか一項に記載の電源装置。」である。
【0266】
さらに別の開示は、［１６］「前記昇圧回路部は、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴを含んで構成される、上記［１５］に記載の電源装置。」である。
【符号の説明】
【0267】
１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ…電源装置、２，２Ｂ…発電素子、３，３Ｂ，３Ｃ…二次電池、４，４Ｂ，４Ｃ…コンバータ、４Ｅ，４Ｆ，４Ｇ…コンバータモジュール、７，７Ｂ，７Ｄ，７Ｅ…コントローラ、９…負荷装置、４６…インダクタ（エネルギ蓄積素子）、５１，５１Ｂ，５１Ｃ…キャパシタ、Ｃ２１，Ｃ２１Ｂ…蓄積回路、Ｃ２２，Ｃ２２Ｂ…第１充電回路、Ｃ２３，Ｃ２３Ｂ…第２充電回路、Ｄ２２…第１充電指令（第１制御指令）、Ｄ２３…第２充電指令（第２制御指令）。
【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】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】