特許 7297972 電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-16

(45)【発行日】2023-06-26

(54)【発明の名称】電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/00 20060101AFI20230619BHJP

   H02J 7/10 20060101ALI20230619BHJP

【ＦＩ】

H02M3/00 U

H02M3/00 B

H02J7/10 B

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022072470

(22)【出願日】2022-04-26

【審査請求日】2023-03-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000231073

【氏名又は名称】日本航空電子工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121706

【弁理士】

【氏名又は名称】中尾 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100128705

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 幸雄

(74)【代理人】

【識別番号】100147773

【弁理士】

【氏名又は名称】義村 宗洋

(72)【発明者】

【氏名】山根 康平

【審査官】柳下 勝幸

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－２０７７６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０７５３７１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特許第６５２３５９２（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ３／００

Ｈ０２Ｊ ７／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力された電荷を蓄積する入力キャパシタと、
前記入力キャパシタの一端の電位である入力電位を降圧させる降圧ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記入力電位があらかじめ定めた第１入力基準を満たすときに前記降圧ＤＣ／ＤＣコンバータに前記入力電位の降圧を開始させ、前記入力電位があらかじめ定めた第２入力基準を満たさないときに前記降圧ＤＣ／ＤＣコンバータに前記入力電位の降圧を停止させる降圧制御部と、
前記入力キャパシタよりも大容量であり、前記降圧ＤＣ／ＤＣコンバータが出力する電荷を蓄積する電力蓄積キャパシタと、
前記電力蓄積キャパシタの一端の電位である蓄積電位から、あらかじめ定めた出力電位まで昇圧して電力を出力する昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記蓄積電位があらかじめ定めた起動基準を満たすときに前記昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータに昇圧を開始させ、前記蓄積電位があらかじめ定めた維持基準を満たさないときに前記昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータに昇圧を停止させる昇圧制御部と、
を備え、
前記第１入力基準を満たすための入力電位は、前記第２入力基準を満たすための入力電位よりも高く、
前記起動基準を満たすための蓄積電位は、前記維持基準を満たすための蓄積電位よりも高い
ことを特徴とする電源装置。

【請求項2】

請求項１記載の電源装置であって、
前記昇圧制御部は、
前記蓄積電位である前記電力蓄積キャパシタの一端と、前記昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータとの間に配置された昇圧制御スイッチと、
前記蓄積電位があらかじめ定めた起動基準を満たすときに前記昇圧制御スイッチを接続状態にする起動制御部と、
前記蓄積電位があらかじめ定めた維持基準を満たさないときに前記昇圧制御スイッチを切断状態にする停止制御部と、
を有することを特徴とする電源装置。

【請求項3】

請求項２記載の電源装置であって、
前記起動制御部は、前記入力キャパシタに蓄積された電荷を用いて動作し、
前記停止制御部は、前記出力電位を用いて動作する
ことを特徴とする電源装置。

【請求項4】

請求項１記載の電源装置であって、
前記昇圧制御部は、昇圧制御スイッチと起動制御部と停止制御部を有し、
前記起動制御部は、前記入力キャパシタに蓄積された電荷を用いて動作し、
前記停止制御部は、前記出力電位を用いて動作し、
前記起動制御部は、前記入力電位が当該起動制御部を動作させることができる電位であり、かつ、前記蓄積電位があらかじめ定めた起動基準を満たすときに、所定状態の出力をし、
前記停止制御部は、前記昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータの出力が当該停止制御部を動作させることができる電位であり、かつ、前記蓄積電位があらかじめ定めた維持基準を満たすときに、前記所定状態と同じ状態の出力をし、
前記昇圧制御スイッチは、前記蓄積電位である前記電力蓄積キャパシタの一端と、前記昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータとの間に配置されており、前記起動制御部の出力または前記停止制御部の出力が前記所定状態のときに接続状態である
ことを特徴とする電源装置。

【請求項5】

請求項３または４記載の電源装置であって、
前記降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ、前記降圧制御部は、前記入力キャパシタに蓄積された電荷を用いて動作する
ことを特徴とする電源装置。

【請求項6】

請求項３または４記載の電源装置であって、
前記昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ、前記昇圧制御スイッチは、前記電力蓄積キャパシタに蓄積された電荷を用いて動作する
ことを特徴とする電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、微小電力を供給する電力源からの電力を入力とし、負荷回路に電力を供給するための電源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

自然エネルギを利用した電力源からの電力を入力とし、負荷回路に電力を供給するための電源装置としては、二次電池に電力を蓄える方式とキャパシタに電力を蓄える方式がある。キャパシタに電力を蓄える方式は、二次電池に電力を蓄える方式よりも標高の高い地域または寒冷地での使用を想定した環境発電に適している。キャパシタに電力を蓄える方式では、特許文献１などが知られている。特許文献１の図１を、図１に示す。特許文献１の要約には、課題として『自然エネルギを利用して発電した微弱な電力で過大な負荷を駆動できる電源装置を提供する。』と示され、解決手段として『電源装置は、太陽電池等の自然エネルギを利用して発電する発電素子ＧＥを含む電源１０の出力端子Ｔ１と接続されて、端子Ｔ２に電源１０から供給される電力を充電する容量ＳＣと、充電電力の放電を制御する電力制御回路１２と、所定の電圧を出力するレギュレータ１３とを備え、容量に充電された電力で負荷１４を駆動する。』と示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００５－２５３１６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１では電力供給のヒステリシス機構を、コンパレータおよび基準電圧源を用いて制御し、実現している。二次電池やバックアップ電池に頼らずキャパシタのみから電力を供給する場合、負荷への放電が進むにつれてキャパシタの電圧が下がるため、電力供給停止を判断する制御回路の動作電圧を確保できなくなるため、停止閾値電圧を制御回路の最低動作電圧以下に下げることができなかった。したがって、ヒステリシスの幅（負荷に電力を供給できるキャパシタの電圧の幅）を大きくとることが困難であった。

【0005】

本発明は、キャパシタに電力を蓄える方式において、ヒステリシスの幅を広くすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の電源装置は、入力キャパシタ、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ、降圧制御部、電力蓄積キャパシタ、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ、昇圧制御部を備える。入力キャパシタは、入力された電荷を蓄積する。降圧ＤＣ／ＤＣコンバータは、入力キャパシタの一端の電位である入力電位を降圧させる。降圧制御部は、入力電位があらかじめ定めた第１入力基準を満たすときに降圧ＤＣ／ＤＣコンバータに入力電位の降圧を開始させ、入力電位があらかじめ定めた第２入力基準を満たさないときに降圧ＤＣ／ＤＣコンバータに入力電位の降圧を停止させる。第１入力基準を満たすための入力電位は、第２入力基準を満たすための入力電位よりも高い。電力蓄積キャパシタは、入力キャパシタよりも大容量であり、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータが出力する電荷を蓄積する。昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータは、電力蓄積キャパシタの一端の電位である蓄積電位から、あらかじめ定めた出力電位まで昇圧して電力を出力する。昇圧制御部は、蓄積電位があらかじめ定めた起動基準を満たすときに昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータに昇圧を開始させ、蓄積電位があらかじめ定めた維持基準を満たさないときに昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータに昇圧を停止させる。起動基準を満たすための蓄積電位は、維持基準を満たすための蓄積電位よりも高い。

【発明の効果】

【0007】

本発明の電源装置によれば、昇圧を開始させる起動基準を満たす蓄電電位と、昇圧を維持させる維持基準を満たす蓄電電位との幅を広く設定しやすい。したがって、キャパシタに電力を蓄える方式において、ヒステリシスの幅を広くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】特許文献１の図１を示す図。

【図2】本発明の電源装置に機能構成例を示す図。

【図3】本発明の電源装置の動作を説明するための図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。

【実施例1】

【0010】

図２に本発明の電源装置に機能構成例を示す。図３は、本発明の電源装置の動作を説明するための図である。本発明の電源装置２００は、入力キャパシタ２１０、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２３０、降圧制御部２２０、電力蓄積キャパシタ２４０、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２９０、昇圧制御部２８０を備える。

【0011】

入力キャパシタ２１０は、電力源９１０から入力された電荷を蓄積する。電力源９１０とは、例えば、振動発電素子、圧電素子、太陽電池などの環境発電用の電源であり、微小電力を供給する。入力キャパシタの一端の電位は入力電位Ｖ_ｃｉｎであり、他端は直接もしくは抵抗などを介して接地すればよい。入力キャパシタ２１０は、少ない電荷でも入力電位Ｖ_ｃｉｎが高くなるように小さい容量のコンデンサを用いればよい。例えば、入力キャパシタ２１０には、容量が数１０μＦ程度のセラミックコンデンサを利用すればよい。例えば、入力電位Ｖ_ｃｉｎの最大値が１２Ｖとなるように容量を選択してもよいし、最大値が３５Ｖとなるように容量を選択してもよい。

【0012】

降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２３０は、入力電位Ｖ_ｃｉｎを降圧させる。例えば、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２３０は、電位を３．３Ｖ以下まで降圧し、電荷を電力蓄積キャパシタ２４０に蓄積する。降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２３０は、入力キャパシタ２１０に蓄積された電荷を用いて動作すればよい。なお、図２の構成では、電源レール３１０内の構成部は、入力キャパシタ２１０に蓄積された電荷を用いて動作する。「入力キャパシタ２１０に蓄積された電荷を用いて動作する」とは、入力電位Ｖ_ｃｉｎが降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２３０、降圧制御部２２０などを動作させるために必要な電位Ｖ_ｃｉｎＥよりも高いときに、入力キャパシタ２１０から供給される電力で動作することを意味している。

【0013】

降圧制御部２２０は、入力電位Ｖ_ｃｉｎがあらかじめ定めた第１入力基準を満たすときに降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２３０に入力電位の降圧を開始させ、入力電位があらかじめ定めた第２入力基準を満たさないときに降圧ＤＣ／ＤＣコンバータに入力電位の降圧を停止させる。第１入力基準を満たすための入力電位（第１基準電位Ｖ_ｉｎＨ）は、第２入力基準を満たすための入力電位（第２基準電位Ｖ_ｉｎＬ）よりも高い。降圧制御部２２０は、入力キャパシタに蓄積された電荷を用いて動作すればよい。入力キャパシタ２１０は容量が小さいため入力電位Ｖ_ｃｉｎを高くしやすい。よって、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２３０、降圧制御部２２０などを動作させるために必要な電位Ｖ_ｃｉｎＥは、第２入力基準を満たすための入力電位（第２基準電位Ｖ_ｉｎＬ）よりも十分低くできる。

【0014】

電力蓄積キャパシタ２４０は、入力キャパシタ２１０よりも大容量であり、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２３０が出力する電荷を蓄積する。言い換えると、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２３０は、電位を降圧させながら、電荷を入力キャパシタ２１０から電力蓄積キャパシタ２４０に移動させる。電力蓄積キャパシタ２４０の一端の電位は蓄積電位Ｖ_ｃであり、他端は直接もしくは抵抗などを介して接地すればよい。電力蓄積キャパシタ２４０の容量は、例えば、蓄積電位Ｖ_ｃの最大値が３．３Ｖもしくは５Ｖとなるように設定すればよい。電力蓄積キャパシタ２４０には、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ：Electrical Double Layer Capacitor）、リチウムイオンキャパシタなどの大容量を特徴とするコンデンサを用いればよい。電気二重層キャパシタなどの大容量を特徴とするキャパシタは、二次電池と比べると充放電の繰り返しや低温環境に対して強いため、標高の高い地域、寒冷地などでの使用に適している。

【0015】

図２では、降圧制御部２２０は、ヒステリシスコンパレータ２２１、直流電源２２２、降圧制御スイッチ２２３を有する。直流電源２２２が供給する電位Ｖ_ｉｎも、入力キャパシタ２１０に蓄積された電荷を用いて生成すればよい（入力電位Ｖ_ｃｉｎを用いて生成すればよい）。ヒステリシスコンパレータ２２１は電位Ｖ_ｉｎに基づいて第１基準電位Ｖ_ｉｎＨと第２基準電位Ｖ_ｉｎＬを設定する。そして、ヒステリシスコンパレータ２２１は、入力電位Ｖ_ｃｉｎが第１基準電位Ｖ_ｉｎＨ以上になったときに降圧制御スイッチ２２３が接続状態（降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２３０が入力電位Ｖ_ｃｉｎを降圧させる状態）となるよう制御し、その後、入力電位Ｖ_ｃｉｎが第２基準電位Ｖ_ｉｎＬ未満になったときに降圧制御スイッチ２２３が切断状態（降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２３０が入力電位Ｖ_ｃｉｎの降圧を停止する状態）となるよう制御する。例えば、ヒステリシスコンパレータ２２１の出力がＨｉｇｈ状態のときに降圧制御スイッチ２２３が接続状態、ヒステリシスコンパレータ２２１の出力がＬｏｗ状態のときに降圧制御スイッチ２２３が切断状態となるように設定すればよい。

【0016】

昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２９０は、電力蓄積キャパシタ２４０の一端の電位である蓄積電位Ｖ_ｃから、あらかじめ定めた出力電位Ｖ_ｏｕｔまで昇圧して電力を出力する。例えば、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２９０は、蓄積電位Ｖ_ｃが１．０～３．３Ｖのときに３．３Ｖを出力するような機能、もしくは、２．０～５．０Ｖのときに５．０Ｖを出力するような機能を有する。このように、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２９０は、あらかじめ定めた電位（電位の範囲）で電力を負荷９２０に供給する。昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２９０は、電力蓄積キャパシタ２４０に蓄積された電荷を用いて動作する。なお、図２の構成では、電源レール３２０内の構成部は、電力蓄積キャパシタ２４０に蓄積された電荷を用いて動作する。なお、電源レール３２０内の構成部は、後述する停止基準電位Ｖ_Ｌよりも低い電位Ｖ_ｃＥで動作できるようにしておく。「電力蓄積キャパシタ２４０に蓄積された電荷を用いて動作する」とは、蓄積電位Ｖ_ｃが構成部を動作させるために必要な電位Ｖ_ｃＥよりも高いときに、電力蓄積キャパシタ２４０ら供給される電力で動作することを意味している。

【0017】

昇圧制御部２８０は、蓄積電位Ｖ_ｃがあらかじめ定めた起動基準を満たすときに昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２９０に昇圧を開始させ、蓄積電位があらかじめ定めた維持基準を満たさないときに昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２９０に昇圧を停止させる。起動基準を満たすための蓄積電位（起動基準電位Ｖ_Ｈ）は、維持基準を満たすための蓄積電位（言い換えると、維持基準を満たさないときに停止させる基準電位である停止基準電位Ｖ_Ｌ）よりも高い。例えば、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２９０が、蓄積電位Ｖ_ｃが１．０～３．３Ｖのときに３．３Ｖを出力する機能を有する場合、起動基準電位Ｖ_Ｈを３．３Ｖとし、停止基準電位Ｖ_Ｌを１．０Ｖのように設定すればよい。

【0018】

昇圧制御部２８０は、昇圧制御スイッチ２８３、起動制御部２５０、停止制御部２６０、ＯＲ回路２７０を有する。昇圧制御スイッチ２８３は、蓄積電位Ｖ_ｃである電力蓄積キャパシタ２４０の一端と、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２９０との間に配置される。起動制御部２５０は、蓄積電位Ｖ_ｃがあらかじめ定めた起動基準を満たすときに昇圧制御スイッチ２８３を接続状態にする。停止制御部２６０は、蓄積電位Ｖ_ｃがあらかじめ定めた維持基準を満たさないときに昇圧制御スイッチ２８３を切断状態にする。昇圧制御スイッチ２８３は、電力蓄積キャパシタ２４０に蓄積された電荷を用いて動作する。起動制御部２５０は、入力キャパシタ２１０に蓄積された電荷を用いて動作し、停止制御部２６０は、出力電位Ｖ_ｏｕｔを用いて動作すればよい。図２の構成では、電源レール３３０内の構成部である停止制御部２６０は、出力電位Ｖ_ｏｕｔを用いて動作する（昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２９０から供給される電力で動作する）。

【0019】

起動制御部２５０は、コンパレータ２５１と直流電源２５２を有する。直流電源２５２が供給する電位Ｖ_Ｈも、入力キャパシタ２１０に蓄積された電荷を用いて生成すればよい（入力電位Ｖ_ｃｉｎを用いて生成すればよい）。コンパレータ２５１は、蓄積電位Ｖ_ｃが起動基準電位Ｖ_Ｈ以上になったときに昇圧制御スイッチ２８３が接続状態（昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２９０が蓄積電位Ｖ_ｃを昇圧させる状態）となるよう制御する。例えば、コンパレータ２５１の出力がＨｉｇｈ状態のときに昇圧制御スイッチ２８３が接続状態となるようにすればよい。言い換えると、起動制御部２５０は、入力電位Ｖ_ｃｉｎが起動制御部２５０を動作させることができる電位であり、かつ、蓄積電位Ｖ_ｃがあらかじめ定めた起動基準を満たすときに、所定状態（例えば、Ｈｉｇｈ状態）を出力すればよい。

【0020】

停止制御部２６０は、コンパレータ２６１と直流電源２６２を有する。直流電源２６２が供給する電位Ｖ_Ｌは、出力電位Ｖ_ｏｕｔを用いて生成すればよい。コンパレータ２６１は、蓄積電位Ｖ_ｃが停止基準電位Ｖ_Ｌ未満になったときに昇圧制御スイッチ２８３が切断状態（昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２９０が蓄積電位Ｖ_ｃの昇圧を停止する状態）となるよう制御する。例えば、コンパレータ２６１の出力がＬｏｗ状態のとき（維持基準を満たさないとき）に昇圧制御スイッチ２８３が切断状態となるようにすればよい。言い換えると、停止制御部２６０は、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電位Ｖ_ｏｕｔが停止制御部２６０を動作させることができる電位であり、かつ、蓄積電位Ｖ_ｃがあらかじめ定めた維持基準を満たすときに、上述の所定状態（例えば、Ｈｉｇｈ状態）と同じ状態を出力すればよい。

【0021】

昇圧制御スイッチ２８３は、蓄積電位Ｖ_ｃである電力蓄積キャパシタ２４０の一端と、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２９０との間に配置されている。ＯＲ回路２７０は、２つのダイオード２７１，２７２を有し、起動制御部２５０の出力または停止制御部２６０の出力が上述の所定状態（例えば、Ｈｉｇｈ状態）のときに、昇圧制御スイッチ２８３を接続状態にする。

【0022】

本発明の昇圧制御部２８０によれば、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２９０に昇圧を開始させる起動基準電位Ｖ_Ｈと昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２９０の昇圧を停止させる停止基準電位Ｖ_Ｌとの差を大きくできる。したがって、キャパシタに電力を蓄える方式において、ヒステリシスの幅を広くすることができる。

【0023】

次に、図３を用いて、電源装置の動作を説明する。（Ａ）の縦軸は入力電位Ｖ_ｃｉｎを、（Ｂ）の縦軸は蓄積電位Ｖ_ｃを、（Ｃ）の縦軸は出力電位Ｖ_Ｏを示している。いずれの図も横軸は時間である。初期状態として入力キャパシタ２１０にも電力蓄積キャパシタ２４０にも電荷は蓄えられていないとする。つまり、入力電位Ｖ_ｃｉｎ＝０、蓄積電位Ｖ_ｃ＝０、出力電位Ｖ_Ｏ＝０である。時刻Ｔ_{ｉｎ－ｏｎ１}から電力源９１０が電荷を供給し始めたとする。入力電位Ｖ_ｃｉｎは次第に上昇し、電源レール３１０内の構成部を動作させることができる電位Ｖ_ｃｉｎＥを超えると、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２３０、降圧制御部２２０、起動制御部２５０が動作できる状態になる。

【0024】

時刻Ｔ_{２２１－ｈｉｇｈ}に、入力電位Ｖ_ｃｉｎが第１基準電位Ｖ_ｉｎＨに達すると、降圧制御部２２０が降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２３０に入力電位の降圧を開始させ、電荷が入力キャパシタ２１０から電力蓄積キャパシタ２４０に移動する。よって、入力電位Ｖ_ｃｉｎは低下し、蓄積電位Ｖ_ｃは上昇する。時刻Ｔ_{２２１－ｌｏｗ}に、入力電位Ｖ_ｃｉｎが第２基準電位Ｖ_ｉｎＬに達すると、降圧制御部２２０が降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２３０に入力電位の降圧を停止させる。したがって、入力キャパシタ２１０から電力蓄積キャパシタ２４０への電荷の移動は止まる。よって、入力電位Ｖ_ｃｉｎは上昇し、蓄積電位Ｖ_ｃは一定となる。この処理を繰り返しながら、電力蓄積キャパシタ２４０には次第に電荷が蓄積される。

【0025】

時刻Ｔ_{３２０－ｏｎ}に、蓄積電位Ｖ_ｃが電位Ｖ_ｃＥに達すると、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２９０と昇圧制御スイッチ２８３が動作できる状態になる。その後も、電力源９１０が電荷を供給し続ければ、電力蓄積キャパシタ２４０には次第に電荷が蓄積される。

【0026】

時刻Ｔ_{２５０－ｈｉｇｈ}に、蓄積電位Ｖ_ｃが起動基準電位Ｖ_Ｈに達すると、起動制御部２５０からの出力がＨｉｇｈ状態となる。図２の例では、ダイオード２７１側がＨｉｇｈ状態なので、ＯＲ回路２７０からの出力もＨｉｇｈ状態となる。そして、昇圧制御スイッチ２８３が接続状態となるので、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２９０が、蓄積電位Ｖ_ｃをあらかじめ定めた出力電位Ｖ_ｏｕｔまで昇圧して電力を出力する（Ｖ_Ｏ＝Ｖ_ｏｕｔ）。蓄積電位Ｖ_ｃが起動基準電位Ｖ_Ｈに達してから出力電位Ｖ_ｏｕｔが提供されるまでには、一般的には、少しだが時間の差がある。よって、時刻Ｔ_{２５０－ｈｉｇｈ}から少し遅れて、停止制御部２６０が動作可能になり（時刻Ｔ_{３３０－ｏｎ}）、停止制御部２６０からの出力がＨｉｇｈ状態となる（時刻Ｔ_{２６０－ｈｉｇｈ}）。このときは、ダイオード２７１側もダイオード２７２側もＨｉｇｈ状態であり、ＯＲ回路２７０からの出力もＨｉｇｈ状態である。

【0027】

電力蓄積キャパシタ２４０の電荷を用いて負荷９２０に電力を供給するので、電力源９１０からの電荷の供給よりも、出力する電荷が多いと蓄積電位Ｖ_ｃは下がる。蓄積電位Ｖ_ｃが起動基準電位Ｖ_Ｈよりも低くなると、起動制御部２５０からの出力がＬｏｗ状態となる（時刻Ｔ_{２５０－ｌｏｗ}）。このときは、ダイオード２７１側はＬｏｗ状態になるが、ダイオード２７２側がＨｉｇｈ状態なので、ＯＲ回路２７０からの出力はＨｉｇｈ状態を維持する。したがって、出力電位Ｖ_ＯはＶ_ｏｕｔを維持する。その後は、電力源９１０からの電荷の供給と出力する電荷の程度によって、蓄積電位Ｖ_ｃは変動する。

【0028】

例えば、図３に示すように、時刻Ｔ_{ｉｎ－ｏｆｆ}に電力源９１０からの電荷の供給が止まった場合、次第に蓄積電位Ｖ_ｃは下がる。蓄積電位Ｖ_ｃが停止基準電位Ｖ_Ｌよりも低くなると、停止制御部２６０からの出力がＬｏｗ状態となり（時刻Ｔ_{２６０－ｌｏｗ}）、ダイオード２７１側もダイオード２７２側もＬｏｗ状態となるので、ＯＲ回路２７０からの出力もＬｏｗ状態となる。そして、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２９０からの出力電位Ｖ_Ｏは、０Ｖとなる（時刻Ｔ_{３３０－ｏｆｆ}）。なお、電力源９１０からの電荷の供給が止まらなくても、負荷９２０での電力消費が大きいことが原因で蓄積電位Ｖ_ｃが停止基準電位Ｖ_Ｌよりも低くなった場合も、同様に動作する。

【0029】

再び、時刻Ｔ_{ｉｎ－ｏｎ２}から、電力源９１０が電荷を供給し始めると、電力蓄積キャパシタ２４０への電荷の蓄積が始まり、蓄積電位Ｖ_ｃが上昇する。

【0030】

電源装置２００によれば、昇圧を開始させる起動基準を満たす蓄電電位（起動基準電位Ｖ_Ｈ）と、昇圧を維持させる維持基準を満たす蓄電電位（停止基準電位Ｖ_Ｌ）との幅を広く設定しやすい。したがって、キャパシタに電力を蓄える方式において、ヒステリシスの幅を広くすることができ、安定的に電力を供給しやすい。また、キャパシタに電力を蓄える方式なので、二次電池を用いる方式と比べると充放電の繰り返しや低温環境に対して強いため、標高の高い地域、寒冷地などでの使用に適している。

【0031】

起動制御部２５０を入力キャパシタ２１０に蓄積された電荷を用いて動作させ、停止制御部２６０を出力電位で動作させることで、図３を用いて説明したように動作させることができる。このときは、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２９０があらかじめ定めた電位を出力できる入力電位の範囲に蓄電電位Ｖ_ｃがあれば、出力電位Ｖ_ｏｕｔを出力できる。つまり、起動基準電位Ｖ_Ｈと停止基準電位Ｖ_Ｌを、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２９０への入力電位の許容範囲の最高値と最低値に設定することも可能である。よって、さらにヒステリシスの幅を広く設定しやすい。

【符号の説明】

【0032】

２００ 電源装置 ２１０ 入力キャパシタ
２２０ 降圧制御部 ２２１ ヒステリシスコンパレータ
２２２，２５２，２６２ 直流電源 ２２３ 降圧制御スイッチ
２３０ 降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ ２４０ 電力蓄積キャパシタ
２５０ 起動制御部 ２５１，２６１ コンパレータ
２６０ 停止制御部 ２７０ ＯＲ回路
２７１，２７２ ダイオード ２８０ 昇圧制御部
２８３ 昇圧制御スイッチ ２９０ 昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ
３１０，３２０，３３０ 電源レール ９１０ 電力源
９２０ 負荷

【要約】

【課題】キャパシタに電力を蓄える方式において、ヒステリシスの幅を広くする。
【解決手段】電源装置は、入力キャパシタ、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ、降圧制御部、電力蓄積キャパシタ、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ、昇圧制御部を備える。降圧ＤＣ／ＤＣコンバータは、入力キャパシタの入力電位を降圧させる。降圧制御部は、第１入力基準を満たすときに降圧を開始させ、第２入力基準を満たさないときに降圧を停止させる。電力蓄積キャパシタは、大容量であり、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータが出力する電荷を蓄積する。昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータは、蓄積電位から出力電位まで昇圧して電力を出力する。昇圧制御部は、起動基準を満たすときに昇圧を開始させ、維持基準を満たさないときに昇圧を停止させる。起動基準を満たす蓄積電位は、維持基準を満たす蓄積電位よりも高い。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】