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公開番号2021145505
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210924
出願番号2020043688
出願日20200313
発明の名称電源制御回路及び低電力デバイス
出願人新日本無線株式会社
代理人誠真IP特許業務法人
主分類H02J 7/35 20060101AFI20210827BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】発電部の発電量が微弱であっても負荷回路に所要の動作電圧を長時間安定して供給できるようにする。
【解決手段】電源制御回路10は、充電中にコンデンサ16の端子間電圧VCが給電開始用しきい値以上になってから、スイッチ制御回路24が2つのスイッチ18、20をオンにして、コンデンサ16の放電(負荷回路14への給電)を開始する。そして、給電中に端子間電圧が給電停止用しきい値以下になると、スイッチ制御回路が2つのスイッチをオフにして、コンデンサの放電(給電)を停止して充電に切り替える。非線形バイパス回路22は、中間のノードN22、1個または複数(n)個のダイオードD1‥‥Dnおよび抵抗R22を有し、ノードをスイッチ制御回路の電圧入力端子24INに接続している。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
直流の発電部に並列に接続されるコンデンサから負荷回路への間欠的な給電を制御する電源制御回路であって、
前記コンデンサの第1の端子と前記負荷回路の対応する入力端子との間に接続される第1のスイッチと、
前記コンデンサの前記第1の端子と第2の端子間に接続され、中間にノードを有するとともに、前記第1の端子と前記ノードとの間に1個または複数個のダイオードを有し、前記コンデンサの端子間電圧が第1のしきい値以上になると前記ダイオードが順方向で導通して前記ノードの電圧が前記第1のしきい値より低い第2のしきい値以上になる非線形バイパス回路と、
前記非線形バイパス回路の前記ノードに接続されるとともに、前記第1のスイッチの入力側の端子または出力側の端子に第2のスイッチを介して接続される電圧入力端子と、前記第1および第2のスイッチのオン・オフを制御するための制御信号を出力する制御出力端子とを有し、前記コンデンサの端子間電圧を動作電圧とするスイッチ制御回路と、
を具備し、
前記スイッチ制御回路は、前記第1および第2のスイッチがオフ状態の下で前記コンデンサの端子間電圧が前記第1のしきい値以上になってから前記第1および第2のスイッチをオンにし、前記第1および第2のスイッチがオン状態の下で前記コンデンサの端子間電圧が前記第1のしきい値より低い第3のしきい値以下になってから前記第1および第2のスイッチをオフにする、
電源制御回路。
続きを表示(約 2,200 文字)【請求項2】
前記非線形バイパス回路は、前記ノードと前記コンデンサの前記第2の端子との間に第1の抵抗を有する、請求項1に記載の電源制御回路。
【請求項3】
前記スイッチ制御回路は、前記コンデンサの端子間電圧を動作電圧とし、その入力端子が前記電圧入力端子を構成し、その出力端子が前記制御出力端子を構成し、その反転しきい値が前記第2のしきい値と同じ値である第1のインバータを有する、請求項1または請求項2に記載の電源制御回路。
【請求項4】
前記第1のインバータは、前記コンデンサの前記第1および第2の端子間で直列に接続される第1導電型の第1のMOSトランジスタおよび第2導電型の第2のMOSトランジスタを有し、
前記第1のMOSトランジスタは、そのソースが前記コンデンサの前記第1の端子に接続され、そのドレインが前記制御出力端子に接続され、そのゲートが前記電圧入力端子に接続され、
前記第2のMOSトランジスタは、そのソースが前記コンデンサの前記第2の端子に接続され、そのドレインが前記制御出力端子に接続され、そのゲートが前記電圧入力端子に接続される、
請求項3に記載の電源制御回路。
【請求項5】
前記第1のスイッチは、そのソースが前記コンデンサの前記第1の端子に接続され、そのドレインが前記負荷回路の前記入力端子に接続され、そのゲートが前記スイッチ制御回路の前記制御出力端子に接続される第1導電型の第3のMOSトランジスタを有する、請求項4に記載の電源制御回路。
【請求項6】
前記スイッチ制御回路は、そのソースが前記コンデンサの前記第2の端子に接続され、そのドレインが前記負荷回路の前記入力端子に接続され、そのゲートが前記スイッチ制御回路の前記制御出力端子に接続される第2導電型の第4のMOSトランジスタを有する、請求項5に記載の電源制御回路。
【請求項7】
前記第2のスイッチは、そのソースが前記コンデンサの前記第1の端子に接続され、そのドレインが前記スイッチ制御回路の前記電圧入力端子に接続され、そのゲートが前記スイッチ制御回路の前記制御出力端子に接続される第1導電型の第5のMOSトランジスタを有する、請求項4〜6のいずれか一項に記載の電源制御回路。
【請求項8】
前記第2のスイッチは、そのソースが前記コンデンサの前記第1の端子に接続され、そのドレインが前記スイッチ制御回路の前記電圧入力端子に接続される第1導電型の第5のMOSトランジスタを有し、
前記スイッチ制御回路は、その入力端子が前記第1のスイッチの出力側の端子に接続され、その出力端子が前記第5のMOSトランジスタのゲートに接続され、前記コンデンサの端子間電圧を動作電圧とする第2のインバータを有する、
請求項5または請求項6に記載の電源制御回路。
【請求項9】
前記第2のインバータは、前記コンデンサの前記第1および第2の端子間で直列に接続される第1導電型の第6のMOSトランジスタおよび第2導電型の第7のMOSトランジスタを有し、
前記第6のMOSトランジスタは、そのソースが前記コンデンサの前記第1の端子に接続され、そのドレインが前記第5のMOSトランジスタのゲートに接続され、そのゲートが前記第1のスイッチの出力側の端子に接続され、
前記第7のMOSトランジスタは、そのソースが前記コンデンサの前記第2の端子に接続され、そのドレインが前記第5のMOSトランジスタのゲートに接続され、そのゲートが前記第1のスイッチの出力側の端子に接続される、
請求項8に記載の電源制御回路。
【請求項10】
直流の発電部に並列に接続される主コンデンサから負荷回路への間欠的な給電を制御する電源制御回路であって、
前記主コンデンサの第1の端子と前記負荷回路の対応する入力端子との間に接続される第1のスイッチと、
中間のノードと、前記主コンデンサの前記第1の端子と前記ノードとの間に接続される1個または複数個のダイオードと、前記ノードと前記第1のスイッチの出力側の端子との間に接続されるバイパスコンデンサとを有し、前記主コンデンサの端子間電圧が前記第1のしきい値以上になると前記ダイオードが順方向で導通して前記ノードの電圧が前記第1のしきい値より低い第2のしきい値以上になる非線形バイパス回路と、
前記非線形バイパス回路の前記ノードに接続されるとともに、前記第1のスイッチの入力側の端子または出力側の端子に第2のスイッチを介して接続される電圧入力端子と、前記第1および第2のスイッチのオン・オフを制御するための制御信号を出力する制御出力端子とを有し、前記第1のコンデンサの端子間電圧を動作電圧とするスイッチ制御回路と、
を具備し、
前記スイッチ制御回路は、前記第1および第2のスイッチがオフ状態の下で前記主コンデンサの端子間電圧が前記第1のしきい値以上になってから前記第1および第2のスイッチをオンにし、前記第1および第2のスイッチがオン状態の下で前記主コンデンサの端子間電圧が前記第1のしきい値より低い第3のしきい値以下になってから前記第1および第2のスイッチをオフにする、
電源制御回路。
(【請求項11】以降は省略されています)

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、発電部から負荷回路への給電を制御する電源制御回路に係り、特に低電力デバイス用の電源制御回路および低電力デバイスに関する。
続きを表示(約 2,400 文字)【背景技術】
【0002】
近年、光や熱、振動、電波等の身の回りにあるエネルギーを電力に変換する環境発電(エネルギーハーベスト)が注目されている。環境発電を利用するデバイスは、概して発電部(ハーベスタ)の起電力が微弱で不安定であるため、発電部と並列にコンデンサを接続して、発電部より出力される電力をいったんコンデンサに蓄えてから所要の電圧で負荷回路に供給するようにしている。
【0003】
このような低電力のデバイスに用いられる電源制御回路は、基本的には、コンデンサの端子間電圧V

について2つのしきい値V
TH
,V
TL
を設定し、端子間電圧V

が高い方のしきい値V
TH
以上になるとコンデンサの放電(負荷回路への給電)を開始し、端子間電圧V

が低い方のしきい値V
TL
以下になるとコンデンサの放電を停止して充電に切り替えるようになっている。
【0004】
そのような充放電を繰り返し行うには、コンデンサの端子間電圧V

が高い方のしきい値V
TH
以上になるタイミングおよび低い方のしきい値V
TL
以下になるタイミングを監視する必要がある。このために、従来の電源制御回路はヒステリシス・コンパレータを用いている(たとえば特許文献1)。
【0005】
この場合、ヒステリシス・コンパレータは、一方の入力端子(たとえば正極側入力端子)にはコンデンサと並列に接続される抵抗分圧回路より分圧電圧が入力され、他方の入力端子(負極側入力端子)には基準電圧生成回路より比較基準電圧V
REF
が入力される。かかるヒステリシス・コンパレータには、ヒステリシス幅を2αとすると、それぞれV
REF
+α,V
REF
−αと表される2つのしきい値が設定される。そこで、コンデンサの端子間電圧V

がV
TH
,V
TL
のときに抵抗分圧回路より上記しきい値V
REF
+α,V
REF
−αに等しい分圧電圧がそれぞれ得られるようにする。そうすると、ヒステリシス・コンパレータは、コンデンサ端子間電圧V

がV
TH
以上になるとHighレベルの二値信号を出力し、コンデンサ端子間電圧V

がV
TL
以下になるとLowレベルの二値信号を出力する。この二値信号を用いて、コンデンサと負荷回路との間に直列に接続されているスイッチをオン・オフ制御することにより、コンデンサの放電および充電を適確に切り替えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
特開2010−207062号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
上記のように環境発電が近年頓に注目されているのは、それがIoT(Internet of Things)の中核技術であるからである。IoTの分野では、消費電力を環境発電によって自ら賄うことができる電池不要の低電力デバイスが希求されている。
【0008】
そのような電池不要の低電力デバイスのパワーマネジメント回路として用いられる電源制御回路は、発電部の発電量が微弱であってもそれを効率よく長時間安定に負荷回路に供給できるものでなければならない。しかるに、上記のような従来の電源制御回路は、ヒステリシス・コンパレータ内の利得回路や周辺の基準電圧生成回路および抵抗分圧回路等で自ら多量の電力を消費するため、環境エネルギーから生成される微弱な電力を所要の動作電圧で負荷回路へ長時間安定に供給することは不可能であり、電池不使用の低電力デバイスには適合できない。
【0009】
本発明は、上記従来技術の課題を解決するものであり、発電部の発電量が微弱であっても負荷回路に所要の動作電圧を長時間安定して供給することができる電源制御回路およびこれを有する低電力デバイスを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の第1の観点における電源制御回路は、直流の発電部に並列に接続されるコンデンサから負荷回路への間欠的な給電を制御する電源制御回路であって、前記コンデンサの第1の端子と前記負荷回路の対応する入力端子との間に接続される第1のスイッチと、前記コンデンサの前記第1の端子と第2の端子間に接続され、中間にノードを有するとともに、前記第1の端子と前記ノードとの間に1個または複数個のダイオードを有し、前記コンデンサの端子間電圧が第1のしきい値以上になると前記ダイオードが順方向で導通して前記ノードの電圧が前記第1のしきい値より低い第2のしきい値以上になる非線形バイパス回路と、前記非線形バイパス回路の前記ノードに接続されるとともに、前記第1のスイッチの入力側の端子または出力側の端子に第2のスイッチを介して接続される電圧入力端子と、前記第1および第2のスイッチのオン・オフを制御するための制御信号を出力する制御出力端子とを有し、前記コンデンサの端子間電圧を動作電圧とするスイッチ制御回路とを具備し、前記スイッチ制御回路は、前記第1および第2のスイッチがオフ状態の下で前記コンデンサの端子間電圧が前記第1のしきい値以上になってから前記第1および第2のスイッチをオンにし、前記第1および第2のスイッチがオン状態の下で前記コンデンサの端子間電圧が前記第1のしきい値より低い第3のしきい値以下になってから前記第1および第2のスイッチをオフにする。
(【0011】以降は省略されています)

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