JP2013233008A - Power supply apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電源装置に関するものである。 The present invention relates to a power supply device.
従来、太陽電池などの発電素子が発電した電力を蓄電しておき、その蓄電された電力を負荷に供給する電源装置が知られている。この種の電源装置として、低照度の環境下で小型の発電素子を用いて得られる微弱な発電電力を蓄電する小規模な電源装置がある。例えば特許第４１１１２１５号明細書（特許文献１）には、発電素子によって発電された０．５Ｖ程度の低い電圧を所望の電圧に昇圧してコンデンサを充電する電源装置が開示されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a power supply device that stores electric power generated by a power generation element such as a solar battery and supplies the stored electric power to a load. As this type of power supply device, there is a small-scale power supply device that stores weak generated power obtained by using a small power generation element in a low illuminance environment. For example, Japanese Patent No. 4111215 (Patent Document 1) discloses a power supply device that charges a capacitor by boosting a low voltage of about 0.5 V generated by a power generation element to a desired voltage.
しかしながら、上述の特許第４１１１２１５号明細書に開示された従来技術によれば、発電電圧を所望の電圧に昇圧するための昇圧回路等を備え、この昇圧回路等の動作に必要な照度が得られない環境下では、発電素子の発電電力を蓄電することができないという問題がある。仮に昇圧回路等の動作に必要な照度が得られたとしても、低照度の環境下では、発電電力に対して昇圧回路等の消費電力の比率が高くなり、発電電力を効率的に蓄電することが困難である。 However, according to the prior art disclosed in the above-mentioned Japanese Patent No. 4111215, a booster circuit for boosting the generated voltage to a desired voltage is provided, and the illuminance necessary for the operation of this booster circuit and the like can be obtained. Under such circumstances, there is a problem that the power generated by the power generation element cannot be stored. Even if the illuminance required for the operation of the booster circuit, etc. is obtained, the ratio of the power consumption of the booster circuit, etc. to the generated power becomes high in a low illuminance environment, and the generated power is efficiently stored. Is difficult.
本発明は、発電素子の発電電力を効率的に蓄電することができる電源装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the power supply device which can store efficiently the electric power generated by the power generation element.
本発明による電源装置の一態様は、発電部と、前記発電部の発電出力が入力され、前記発電出力が所定値を下回るか否かに応じて前記発電出力の供給先を切り替える切替部と、前記発電素子の発電出力が前記所定値を下回る場合に前記発電出力が前記切替部から供給され、前記発電出力の低下を抑制しながら前記発電出力による電力を蓄電する第１蓄電部と、前記発電部の発電出力が前記所定値以上である場合に前記発電出力が前記切替部から供給され、前記発電出力による電力を蓄電する第２蓄電部と、前記第１蓄電部および前記第２蓄電部のそれぞれに蓄電された電力を負荷回路に供給する電力供給制御部とを備えた電源装置の構成を有する。 One aspect of the power supply device according to the present invention is a power generation unit, a switching unit that receives a power generation output of the power generation unit, and switches a supply destination of the power generation output depending on whether the power generation output is lower than a predetermined value, A first power storage unit configured to store power generated by the power generation output while the power generation output of the power generation element is supplied from the switching unit when the power generation output of the power generation element is lower than the predetermined value, while suppressing a decrease in the power generation output; A second power storage unit that stores power generated by the power generation output when the power generation output of the unit is greater than or equal to the predetermined value, and stores the power generated by the power generation output, and the first power storage unit and the second power storage unit The power supply device includes a power supply control unit that supplies power stored in each to a load circuit.
また、本発明による電源装置の他の態様は、発電部の出力電力を蓄電し、前記蓄電された電力を放電して負荷回路に供給する電源装置であって、前記発電部の発電出力が所定値を下回る場合に、前記発電部の出力電圧の低下を抑制しながら前記発電部の出力電力を蓄電する蓄電回路を備えた電源装置の構成を有する。 Another aspect of the power supply device according to the present invention is a power supply device that stores output power of a power generation unit, discharges the stored power, and supplies the power to a load circuit, wherein the power generation output of the power generation unit is predetermined. When the value is lower than the value, the power supply device includes a power storage circuit that stores the output power of the power generation unit while suppressing a decrease in the output voltage of the power generation unit.
本発明によれば、発電素子の発電電力を効率的に蓄電することができる。 According to the present invention, the power generated by the power generation element can be efficiently stored.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第１実施形態]
図１に、本発明の第１実施形態による電源装置１００の構成を示す。同図に示すように、電源装置１００は、発電素子１０（発電部）、切替回路２０（切替部）、第１蓄電部３０、第２蓄電部４０、電力供給制御回路５０（電力供給制御部）を備える。電力供給制御回路５０の出力部には、本電源装置１００から給電される負荷回路６０が接続されている。本実施形態では、負荷回路６０として、所定の時間周期ＴＣで間欠動作するものを想定するが、この例に限定されない。
[First embodiment]
FIG. 1 shows a configuration of a
本実施形態において、発電素子１０は例えば太陽電池である。発電素子１０の発電出力ＶＧは切替回路２０に入力される。本実施形態において、説明の便宜上、発電素子１０の「発電出力」は、発電素子１０の「出力電圧」を意味するものとし、発電素子１０の出力電流および出力電力と区別する。ただし、発電素子１０の発電出力は発電素子１０から取り出される電流に応じて変動することを考慮すれば、発電素子１０の発電出力は、発電素子１０の出力電流または出力電力を意味するものとしてもよい。
In the present embodiment, the power generating
発電素子１０の出力部には、発電素子１０の発電出力ＶＧの供給先を切り替えるための切替回路２０の入力部が接続されている。切替回路２０は、発電素子１０の発電出力ＶＧが所定電圧ＶＴ（所定値）を下回るか否かに応じて、発電素子１０の発電出力ＶＧの供給先を第１蓄電部３０および第２蓄電部４０の何れかに切り替える。本実施形態では、切替回路２０は、発電素子１０の発電出力ＶＧが所定電圧ＶＴを下回った場合、発電出力ＶＧの供給先を第１蓄電部３０とし、また、発電出力ＶＧが所定電圧ＶＴ以上である場合、発電出力ＶＧの供給先を第２蓄電部４０とする。
The output unit of the
本実施形態において、上記の所定電圧ＶＴは、第２蓄電部４０の動作電圧の下限値に設定される。従って、切替回路２０は、発電素子１０の発電出力ＶＧが第２蓄電部４０の動作電圧以上である場合のみ、発電出力ＶＧの供給先を第２蓄電部４０とし、その他の場合には、発電出力ＶＧの供給先を第１蓄電部３０とする。換言すれば、切替回路２０は、発電素子１０の発電出力ＶＧが第２蓄電部４０の動作電圧を下回る場合のみ、発電出力ＶＧの供給先を第１蓄電部３０とし、その他の場合には、発電出力ＶＧの供給先を第２蓄電部４０とする。
In the present embodiment, the predetermined voltage VT is set to the lower limit value of the operating voltage of the second
なお、本実施形態では、発電出力ＶＧが第２蓄電部４０の動作電圧の下限値（所定電圧ＶＴ）以上である場合として、高照度の環境である日中の屋外に発電素子１０が置かれた場合を想定する。また、発電出力ＶＧが第２蓄電部４０の動作電圧の下限値（所定電圧ＶＴ）を下回る場合として、低照度の環境である室内に発電素子１０が置かれた場合を想定する。ただし、本発明はこのような例に限定されない。
In the present embodiment, when the power generation output VG is equal to or higher than the lower limit value (predetermined voltage VT) of the operating voltage of the second
第１蓄電部３０は、切替回路２０から供給される所定電圧ＶＴを下回る発電出力ＶＧによる電力を、発電素子１０の発電出力ＶＧ（出力電圧）の低下を抑制しながら蓄電するものである。図１に示すように、第１蓄電部３０は、第１蓄電回路３１、転送回路３２、第２蓄電回路３３から構成される。
The first
第１蓄電回路３１は、直列接続された複数個の電気二重層コンデンサＣＤから構成される。これら複数の電気二重層コンデンサＣＤは、切替回路２０から発電出力ＶＧが供給される第１蓄電部３０の入力ノードＮ３１と、接地ノード（所定電位ノード）との間に直列接続されている。一般に、電気二重層コンデンサは、容量成分に加え、この容量成分と直列に比較的大きな等価直列抵抗を有している。また、電気二重層コンデンサは、リーク電流または自己放電が極めて小さいという電気的特性を有している。
The first
本実施形態では、発電素子１０の発電出力ＶＧが低下する低照度の環境下において、電気二重層コンデンサＣＤが有する等価直列抵抗を利用することにより発電出力ＶＧの低下を抑制する。これにより、第１蓄電回路３１に発電出力ＶＧによる微弱な電力を効率的に蓄電することを可能にしている。このように発電素子１０の発電出力ＶＧの低下を抑制する観点から、第１蓄電回路３１を構成する電気二重層コンデンサＣＤの個数は、各電気二重層コンデンサの等価直列抵抗の総和が適切な値になるように設定されるが、その詳細については後述する。
In the present embodiment, the decrease in the power generation output VG is suppressed by using the equivalent series resistance of the electric double layer capacitor CD in a low illumination environment where the power generation output VG of the
なお、上述のように、電気二重層コンデンサＣＤの等価直列抵抗が大きいことは、微弱な電力の蓄電の観点からすれば、本実施形態において好ましい電気的特性ではあるが、放電の際に電力損失の原因になる。そこで、本実施形態では、第１蓄電回路３１に蓄電された電力を後述の転送回路３２を介して第２蓄電回路３３に移し、この第２蓄電回路３３から負荷回路６０に電力を放電する。
As described above, a large equivalent series resistance of the electric double layer capacitor CD is a preferable electrical characteristic in the present embodiment from the viewpoint of storage of weak power, but a power loss during discharge. Cause. Therefore, in the present embodiment, the power stored in the first
第２蓄電回路３３は、第１蓄電部３０の出力ノードＮ３３と接地ノード（所定電位ノード）との間に接続されたセラミックコンデンサＣＣから構成される。本実施形態において、第２蓄電回路３３を構成するセラミックコンデンサＣＣの容量値は、例えば、上述の第１蓄電回路３２を構成する直列接続された複数の電気二重層コンデンサＣＤの合成容量値と概ね等しく設定される。
Second
一般に、セラミックコンデンサは、その等価直列抵抗が極めて小さいため、充放電時の電力損失を抑制することができるという電気的特性を有している。従って、セラミックコンデンサは、負荷回路６０に電力を放電するデバイスとしては好ましい電気的特性を有するが、リーク電流または自己放電が比較的大きいという特性も併せ持っている。そこで、本実施形態では、第２蓄電回路３３を構成するセラミックコンデンサＣＣのリーク電流等による電力損失を抑制するため、セラミックコンデンサＣＣによる電力の蓄電期間がなるべく短くなるように、第１蓄電回路３１から第２蓄電回路３３へ電力を転送するタイミングを制御するが、その詳細については後述する。
In general, a ceramic capacitor has an electrical characteristic that power loss during charging and discharging can be suppressed because its equivalent series resistance is extremely small. Therefore, the ceramic capacitor has electrical characteristics preferable as a device for discharging power to the
転送回路３２は、第１蓄電部３０の入力ノードＮ３１と出力ノードＮ３３との間に接続され、上述の第１蓄電回路３１に蓄電された電力を第２蓄電回路３３に転送するためのものである。この転送回路３２は、所定の時間周期ＴＣで間欠動作する負荷回路６０が次のサイクルの動作を開始する前に、第１蓄電回路３１に蓄電された電力を第２蓄電回路３３に転送し終えるが、その詳細については後述する。
The
第２蓄電部４０は、切替回路２０から供給される所定電圧ＶＴ以上の発電素子１０の発電出力による電力を蓄電するためのものである。図１に示すように、第２蓄電部４０は、昇圧回路４１、充電制御回路４２、リチウム電池等の二次電池４３から構成される。昇圧回路４１は、切替回路２０から供給される発電出力ＶＧを、二次電池４３の充電に適した所望の電圧に昇圧するためのものである。充電制御回路４２は、過充電による二次電池４３の損傷等を防止することを目的として、昇圧回路４１により昇圧された電圧による二次電池４３の充電を制御するためのものである。
The second
電力供給制御回路５０は、第１蓄電部３０および第２蓄電部４０のそれぞれに蓄電された電力を外部の負荷回路６０に供給するための制御を実施するものである。本実施形態では、電力供給制御回路５０は、第１蓄電部３０に蓄電された電力と第２蓄電部４０に蓄電された電力を選択的に負荷回路６０に供給するが、その詳細については後述する。
The power
図２に、上述の切替回路２０の構成の一例を示す。同図に示すように、切替回路２０は、抵抗素子２１，２２、ダイオード２３、およびスイッチ素子２４から構成される。ここで、抵抗素子２１，２２は、発電素子１０の出力部に繋がる切替回路２０の入力ノードＮ２１と接地ノード（所定電位ノード）との間に直列接続されている。ダイオード２３は逆流を防止するためのものであり、そのアノードは入力ノードＮ２１に接続され、そのカソードは、上述の第１蓄電部３０の入力ノードＮ３１に接続されている。
FIG. 2 shows an example of the configuration of the switching
スイッチ素子２４は、発電出力ＶＧが所定電圧ＶＴを下回った場合に発電素子１０と第２蓄電部４０との間の経路を遮断するためのものであり、その一端は入力ノードＮ２１に接続され、その他端は、上述の第２蓄電部４０を構成する昇圧回路４１の入力部に接続されている。スイッチ素子２４の開閉は、抵抗素子２１と抵抗素子２２との間の接続ノードＮ２２の電圧により制御され、接続ノードＮ２２の電圧は、発電素子１０の発電出力ＶＧを抵抗素子２１および抵抗素子２２により分圧した電圧となる。
The
本実施形態において、抵抗素子２１，２２の各抵抗値とスイッチ素子２４の開閉動作の閾値は、発電出力ＶＧが所定電圧ＶＴ以上の場合にスイッチ素子２４が閉状態になり、発電出力ＶＧが所定電圧ＶＴを下回った場合にスイッチ素子２４が開状態になるように設定されている。換言すれば、切替回路２０は、発電出力ＶＧが所定電圧ＶＴ以上の場合にスイッチ素子２４を介して発電出力ＶＧを第２蓄電部４０に供給し、発電出力ＶＧが所定電圧ＶＴを下回った場合には第２蓄電部４０への発電出力ＶＧの供給を停止するように構成されている。これに対し、第１蓄電部３０には、切替回路２０を構成するダイオード２３を介して、定常的に発電素子１０の発電出力ＶＧが供給される。
In the present embodiment, the resistance values of the
図３に、転送回路３２の構成の一例を示す。同図に示すように、転送回路３２は、ダイオード３２１、電界効果トランジスタ３２２（スイッチ回路）、計時回路３２３、電圧検出回路３２４、ゲート回路３２５から構成される。ここで、ダイオード３２１は、転送された電力の逆流を防止するためのものである。電界効果トランジスタは、入力ノードＮ３１から出力ノードＮ３３に電力を伝送するためのスイッチ回路として機能するものである。これらダイオード３２１と電界効果トランジスタ３２２は、入力ノードＮ３１と出力ノードＮ３３との間に直列接続されている。具体的には、ダイオード３２１のアノードは、入力ノードＮ３１に接続され、そのカソードは、電界効果トランジスタ３２２のソースおよびドレインの一方に接続され、この電界効果トランジスタ３２２のソースおよびドレインの他方は出力ノードＮ３３に接続されている。
FIG. 3 shows an example of the configuration of the
また、入力ノードＮ３１には、計時回路３２３の入力部が接続されている。計時回路３２３は、上述の切替回路２０から入力ノードＮ３１に供給される発電出力ＶＧが所定の第１電圧ＶＴＡに到達した時点から所定時間ＴＷを計時して信号ＳＴを出力するものである。本実施形態において、計時回路３２３は、上記の所定時間ＴＷが経過したときに、信号ＳＴとしてハイレベルの信号を出力する。
The input node N31 is connected to the input section of the
また、入力ノードＮ３１には、電圧検出回路３２４の入力部が接続されている。電圧検出回路３２４は、切替回路２０から入力ノードＮ３１に供給される発電出力ＶＧが所定の第２電圧ＶＴＢに到達したことを検出して信号ＳＲを出力するするものである。本実施形態において、電圧検出回路３２４は、発電出力ＶＧが第２電圧ＶＴＢに到達したときに、信号ＳＲとしてハイレベルの信号を出力する。
The input node N31 is connected to the input section of the
本実施形態において、第１電圧ＶＴＡは、第１蓄電回路３１を構成する電気二重層コンデンサＣＤが発電出力ＶＧにより充電されることにより、この電気二重層コンデンサＣＤの端子電圧が上昇を開始したことを認識することが可能な任意の電圧であり、例えば１．８Ｖである。また、第２電圧ＶＴＢは、負荷回路６０に供給すべき電圧を得ることができる電気二重層コンデンサＣＤの端子電圧であり、例えば３．３Ｖに設定される。前述の第２蓄電部４０の動作電圧の下限値に相当する所定電圧ＶＴと上述の第１電圧ＶＴＡおよび第２電圧ＶＴＢは、ＶＴＡ＜ＶＴＢ＜ＶＴなる大小関係を満たす。
In the present embodiment, the first voltage VTA is such that the terminal voltage of the electric double layer capacitor CD has started to rise when the electric double layer capacitor CD constituting the first
計時回路３２３および電圧検出回路３２４の各出力部は、ゲート回路３２５の入力部に接続されている。このゲート回路３２５の出力部は上述の電界効果トランジスタ３２２のゲートに接続されている。ゲート回路３２５は、計時回路３２３から出力される信号ＳＴと電圧検出回路３２４から出力される信号ＳＲが共にハイレベルの場合にハイレベルの信号ＳＧを出力するＡＮＤ回路として機能する。ゲート回路３２５から出力される信号ＳＧのハイレベルは、電界効果トランジスタ３２２を導通状態に制御することが可能な適切な電圧レベルである。また、この信号ＳＧのロウレベルは、電界効果トランジスタ３２２を非導通状態に制御することが可能な適切な電圧レベルである。
Each output part of the
なお、本実施形態において、ゲート回路３２５は、発電出力ＶＧが所定電圧ＶＴ以上であれば、上述の信号ＳＴ，ＳＲとは無関係に、電界効果トランジスタ３２２を閉状態に制御するように構成されている。
In the present embodiment, the
次に、図４および図５に示すタイミングチャートを参照しながら、電源装置１００の動作を説明する
上述の発電素子１０は、この発電素子１０に照射される光の照度に応じて発電する。例えば、発電素子１０に太陽光が照射され、発電素子１０に照射される光の照度が十分に高い環境下では、図４のタイミングチャートにおいて、時刻ｔ０以前の発電出力ＶＧの波形に示すように、発電素子１０の発電出力ＶＧが所定電圧ＶＴ以上になる。
Next, the operation of the
この場合、図２に示す切替回路２０において、ノードＮ２１に、所定電圧ＶＴ以上の発電出力ＶＧが印加される。この発電出力ＶＧは抵抗素子２１，２２により分圧されてノードＮ２２から信号ＳＳＷとしてスイッチ素子２４の制御端子に供給される。発電出力ＶＧが所定電圧ＶＴ以上の場合、信号ＳＳＷによりスイッチ素子２４が閉状態に制御される。これにより、切替回路２０は、発電素子１０から供給される発電出力ＶＧを第２蓄電部４０に供給する。
In this case, in the switching
切替回路２０から所定電圧ＶＴ以上の発電出力ＶＧが供給される第２蓄電部４０では、昇圧回路４１が、発電出力ＶＧを所望の電圧に昇圧する。そして、充電制御回路４２が、昇圧回路４１により昇圧された電圧で二次電池４３を充電する。
このように、発電素子１０に照射される光の照度が高い場合、その発電素子１０の発電出力ＶＧは第２蓄電部４０を構成する二次電池４３に蓄電される。
In the second
As described above, when the illuminance of the light applied to the
本実施形態では、発電素子１０に照射される光の照度が高い場合、上述の第２蓄電部４０による蓄電に加えて、第１蓄電部３０による蓄電が並行して行われる。即ち、切替回路２０は、前述の図２に示すダイオード２３を介して発電出力ＶＧを第１蓄電部３０に定常的に供給する。また、第１蓄電部３０において、図３に示す転送回路３２を構成するゲート回路３２５は、前述のように、発電出力ＶＧが所定電圧ＶＴ以上であれば、信号ＳＴ，ＳＲとは無関係に、電界効果トランジスタ３２２を閉状態に制御するように構成されている。従って、発電素子１０に照射される光の照度が高い場合、発電出力ＶＧは、第１蓄電部３０の第１蓄電回路３１および第２蓄電回路３３と、第２蓄電部４０の二次電池４３に蓄電される。
In the present embodiment, when the illuminance of the light applied to the
このように、発電素子１０に照射される光の照度が高い状態で負荷回路６０が休止状態から動作を開始する場合、電力供給制御回路５０は、第１蓄電部３０に蓄電された電力を先に負荷回路６０に供給する。そして、第１蓄電部３０から供給される電力が消費されると、電力供給制御回路５０は、必要に応じて、第２蓄電部４０に蓄電された電力を負荷回路６０に供給する。このように電源装置１００から給電されて、負荷回路６０が所定の時間周期ＴＣで間欠動作を繰り返す。
As described above, when the
次に、例えば、電源装置１００および負荷回路６０が室内に持ち込まれるものとする。この場合、発電素子１０に照射される光の照度が低下し、図４に示すタイミングチャートの時刻ｔ０において、発電素子１０の発電出力ＶＧが所定電圧ＶＴを下回るようになる。
Next, for example, it is assumed that the
発電出力ＶＧが所定電圧ＶＴを下回ると、切替回路２０において、この所定電圧ＶＴを下回る発電出力ＶＧを抵抗素子２１，２２により分圧して得られるノードＮ２２の電圧が信号ＳＳＷとしてスイッチ素子２４に供給される。この場合、上述とは逆に、切替回路２０を構成するスイッチ素子２４が信号ＳＳＷにより開状態に制御される。これにより、第２蓄電部４０に対する発電出力ＶＧの供給が停止し、発電素子１０の発電出力ＶＧは切替回路２０を構成するダイオード２３を介して第１蓄電部３０にのみ継続して供給される。
When the power generation output VG falls below the predetermined voltage VT, the voltage at the node N22 obtained by dividing the power generation output VG below the predetermined voltage VT by the
ここで、発電素子１０に照射される光の照度が高い状態から低い状態に移行した当初は、第１蓄電部３０と第２蓄電部４０の両方に十分に電力が蓄電されている。このため、電力供給制御回路５０は、負荷回路６０の動作に合わせて、第１蓄電部３０に蓄電されている電力を先に負荷回路６０に供給し、その後に、必要に応じて、第２蓄電部４０に蓄電された電力を負荷回路６０に供給する。このため、低照度の状態が長時間にわたって継続すると、やがて、第１蓄電部３０に蓄電された電力は消費され、第１蓄電回路３１を構成する電気二重層コンデンサＣＤの端子電圧、即ち入力ノードＮ３１の電圧が第１電圧ＶＴＡおよび第２電圧ＶＴＢを下回るようになる。
Here, when the illuminance of the light applied to the
以下では、図５のタイミングチャートを参照して、低照度の状態が継続した場合の動作を説明する。
図５のタイミングチャートに示す時刻ｔ１において、低照度の環境下で、負荷回路６０が現在のサイクルの動作を開始し、時刻ｔ２で現在のサイクルの動作を終了したものとする。また、この現在のサイクルの動作により、第１蓄電部３０に蓄電された電力は負荷回路６０により消費され、時刻ｔ２では、入力ノードＮ３１の電圧Ｖ３１は第１電圧ＶＴＡおよび第２電圧ＶＴＢを下回ったものとする。
Below, with reference to the timing chart of FIG. 5, operation | movement when the state of a low illumination intensity continues is demonstrated.
Assume that the
上述のように負荷回路６０が現在のサイクルの動作を終えた時刻ｔ２において、前述のように切替回路２０から所定電圧ＶＴを下回る出力電圧ＶＧが継続的に供給される第１蓄電部３０では、第１蓄電回路３１が発電出力ＶＧによる電力を蓄電する。このとき、第１蓄電回路３１を構成する電気二重層コンデンサＣＤの等価直列抵抗が、切替回路２０を介して発電素子１０から電気二重層コンデンサＣＤに流れ込む電流を一定以下に抑制する。このため、発電素子１０の発電出力ＶＧによる電力を電気二重層コンデンサＣＤが蓄電する際に発電出力ＶＧの低下が抑制される。これにより、低照度の環境下においても、発電素子１０の発電出力ＶＧが一定以上に保たれる。従って、発電素子１０の発電出力ＶＧによる電力を効率的に第１蓄電回路３０に蓄電することができる。
As described above, at time t2 when the
仮に、電気二重層コンデンサＣＤの等価直列抵抗が極めて小さいものとすれば、発電素子１０から過大な電流が取り出され、発電素子１０の発電出力ＶＧが低下する。このため、発電素子１０の発電出力ＶＧによる電力（電圧と電流の積）が低下し、電気二重層コンデンサＣＤに電力を効率的に蓄電することが困難になる。しかしながら、本実施形態によれば、電気二重層コンデンサＣＤの比較的大きな等価直列抵抗により、発電素子１０から取り出される電流が抑制または制限されるので、発電素子１０の発電出力ＶＧの低下が抑制され、その結果、発電素子１０から電力を効率的に取り出して蓄電することができる。
If the equivalent series resistance of the electric double layer capacitor CD is extremely small, an excessive current is taken out from the
続いて、発電素子１０の発電出力ＶＧによる電力が第１蓄電回路３１に蓄電されるにつれ、この第１蓄電回路３０を構成する電気二重層コンデンサＣＤの端子電圧、即ち入力ノードＮ３１の電圧Ｖ３１が徐々に上昇する。そして、時刻ｔ３において、電圧Ｖ３１が第１電圧ＶＴＡに到達すると、図３に示す転送回路３２を構成する計時回路３２３が計時を開始する。
Subsequently, as the electric power generated by the power generation output VG of the
そして、電圧Ｖ３１がさらに上昇を続け、時刻ｔ４において、負荷回路６０に供給すべき電圧を得ることができる第２電圧ＶＴＢに到達すると、電圧検出回路３２４は、ハイレベルの信号ＳＲを出力する。そして、時刻ｔ５において、計時回路３２３が所定時間ＴＷを計時すると、この計時回路３２３はハイレベルの信号ＳＴを出力する。
When the voltage V31 continues to rise and reaches the second voltage VTB at which the voltage to be supplied to the
ゲート回路３２５は、時刻ｔ５において、計時回路３２３からの信号ＳＴと電圧検出回路３２４からの信号ＳＲが共にハイレベルになると、信号ＳＧとしてハイレベルの信号を電界効果トランジスタ３２２のゲートに出力する。これにより、電界効果トランジスタ３２２が導通状態に制御される。この結果、第１蓄電回路３１に蓄電された電力が、転送回路３２を構成するダイオード３２１および電界効果トランジスタ３２２を介して第２蓄電回路３３に転送される。
When the signal ST from the
このように、転送回路３２は、発電素子１０の発電出力ＶＧが、負荷回路６０に供給すべき電圧を得ることができる第２電圧ＶＴ２に到達し、且つ、負荷回路６０が現在のサイクルの動作を終了した後に所定時間ＴＷが経過した場合、第１蓄電回路３１に蓄電された電力を第２蓄電回路３３に転送する。この転送回路３２による電力の転送は、時刻ｔ６において、負荷回路６０が次のサイクルの動作を開始する前に完了する。従って、転送回路３２による電力の転送は、負荷回路６０が次のサイクルの動作を開始する時刻ｔ６の直前の時刻ｔ５から時刻ｔ６までの時間ＴＴの期間において実施される。
Thus, the
ここで、本実施形態によれば、所定時間ＴＷが計時される時刻５以前の期間では転送回路３２による電力の転送は行われず、時刻ｔ５から、負荷回路６０の動作が開始する時刻ｔ６までの期間に電力の転送が実施される。このように負荷回路６０の動作直前の期間に電力の転送を行うことにより、転送による電力損失を抑制している。
Here, according to the present embodiment, power transfer by the
このように電力損失が抑制される理由について説明すると、一般に、セラミックコンデンサは、放電時の等価直列抵抗が極めて小さいため、負荷回路６０の動作に応じて瞬時的に大きな電力を放電することができる点で優れた電気的特性を有する。その反面、セラミックコンデンサは、リーク電流または自己放電が比較的大きい特性も併せ持っている。従って、負荷回路６０が動作を開始する時期に対して早期に電力を第２蓄電回路３３に転送すると、転送された電力が第２蓄電回路３３を構成するセラミックコンデンサＣＣのリーク電流等として消費され、電力損失が増大する。そこで、本実施形態では、計時回路３２３で所定時間ＴＷを計時することにより、負荷回路６０が動作を開始する直前まで電力の転送を行わず、電力がセラミックコンデンサＣＣに蓄積されている状態をなるべく少なくする。
The reason why the power loss is suppressed in this way will be described. Generally, the ceramic capacitor has an extremely small equivalent series resistance at the time of discharging, and thus can discharge a large amount of power instantaneously according to the operation of the
上述のようにして転送回路３２による電力の転送が完了した後の時刻ｔ６において、負荷回路６０が次のサイクルの動作を開始する。このとき、電力供給制御回路５０は、第１蓄電部３０に蓄電された電力と、第２蓄電部４０に蓄電された電力のうち、第１蓄電部３０に蓄電された電力を負荷回路６０に先に供給する。負荷回路６０は、時刻ｔ６において、電力供給制御回路５０を介して第１蓄電部３０から電力の供給を受け、時刻ｔ６から所定期間にわたって所定動作を実施する。例えば、負荷回路６０は、温度監視回路であり、時刻ｔ６から所定期間にわたって監視対象の温度を測定して記録する。
At time t6 after the transfer of power by the
負荷回路６０の動作の初期において、第１蓄電部３０の第２蓄電回路３３を構成するセラミックコンデンサＣＣに蓄積された電力が放電されて負荷回路６０に電力が供給される。このとき、前述のように、セラミックコンデンサＣＣの等価直列抵抗は極めて小さいため、負荷回路６０が起動時に瞬時的に大きな電力を必要としても、負荷回路６０が必要とする電力を、第１蓄電部３０から安定的に供給することができる。
In the initial stage of the operation of the
仮に、第１蓄電回路３１を構成する電気二重層コンデンサＣＤに蓄電された電力を放電させて負荷回路６０に電力を直接的に供給すれば、この電気二重層コンデンサＣＤの大きな等価直列抵抗のため、負荷回路６０に供給される電流が抑制され、この負荷回路６０に十分に電力を供給することができなくなる。しかしながら、本実施形態によれば、等価直列抵抗の小さい第２蓄電回路３３を構成するセラミックコンデンサＣＣに電力を転送し、このセラミックコンデンサＣＣに蓄電された電力を放電して負荷回路６０に供給する。これにより、電気二重層コンデンサＣＤの等価直列抵抗の影響を受けることなく、負荷回路６０に電力を効率的に供給することができる。
If the electric power stored in the electric double layer capacitor CD constituting the first
上述のように負荷回路６０が所定動作を実施することにより、第１蓄電部３０に蓄電された電力の消費が進むと、第１蓄電部３０から負荷回路６０に供給される電圧が徐々に低下する。そこで、電力供給制御回路５０は、負荷回路６０の動作に必要な電圧を確保するために、第２蓄電部４０に蓄電された電力を負荷回路６０に供給する。このようにして負荷回路６０は電源装置１００から給電されて所定動作を完了し、時刻ｔ７において休止状態に移行する。負荷回路６０が休止状態に移行すると、電源装置１００は、転送回路３２および電力供給制御回路５０の動作を初期化して、さらに次のサイクルの動作に備える。以上で、電源装置１００の動作を説明した。
As the
次に、第１蓄電回路３１を構成する電気二重層コンデンサＣＤの個数の設定手法の一例を説明する。前述のように、第１蓄電回路３１を構成する電気二重層コンデンサＣＤの個数は、発電素子１０の発電出力ＶＧの低下を抑制して電力の蓄積を効率化する観点から、各電気二重層コンデンサＣＤの等価直列抵抗の総和が適切な値になるように選択される。
Next, an example of a method for setting the number of electric double layer capacitors CD constituting the first
図６を参照して具体的に説明する。同図は、発電素子１０のＩＶ特性を模式的に示している。同図に示す特性図の横軸は、発電素子１０の出力電圧Ｖ（即ち発電出力ＶＧ）を表し、その縦軸は、発電素子１０の出力電流（即ち発電素子１０から引き出される電流）を表している。また、同図において、曲線ＬＬは、照度が低い場合の発電素子１０のＩＶ特性を示し、曲線ＬＨは照度が高い場合の発電素子１０のＩＶ特性を示している。
This will be specifically described with reference to FIG. The figure schematically shows the IV characteristics of the
また、図６において、曲線ＬＭＰＰＴは、ＭＰＰＴ(Maximum Power Point Tracking)技術を用いて得られる発電素子１０の発電電力が最大となるときの出力電圧と出力電流の組み合わせの軌跡を表している。従って、曲線ＬＭＰＰＴと各照度でのＩＶ特性との交点で示される電圧と電流の値が、発電素子１０の発電電力が最大となるときの出力電圧と出力電流の組み合わせを表す。直線ＬＲは、本実施形態における第１蓄電回路３０を構成する電気二重層コンデンサＣＤの等価直列抵抗を傾きとした直線を表している。
In FIG. 6, a curved line LMPPT represents a locus of a combination of the output voltage and the output current when the generated power of the
さらに、図６において、電圧ＶＡは、負荷回路６０の動作電圧の下限を得るために必要な電気二重層コンデンサＣＤの端子電圧である。また、電圧ＶＢは、負荷回路６０の動作電圧の上限を得るために必要な電気二重層コンデンサＣＤの端子電圧である。電圧ＶＡから電圧ＶＢの電圧範囲は、負荷回路６０の動作電圧を確保するために必要とされる電気二重層コンデンサＣＤの端子電圧の電圧範囲を表す。
Further, in FIG. 6, the voltage VA is a terminal voltage of the electric double layer capacitor CD necessary for obtaining the lower limit of the operating voltage of the
本実施形態では、図６に示す直線ＬＲが、ＭＰＰＴにより得られる曲線ＬＭＰＰＴに最も近似するように、直線ＬＲの傾きを設定する。この直線ＬＲの傾きは、直列接続された複数の電気二重層コンデンサＣＤの各等価直列抵抗の総和に相当する。従って、複数の電気二重層コンデンサＣＤの個数は、図６に示す直線ＬＲが曲線ＬＭＰＰＴに最も近似するように設定される。 In the present embodiment, the slope of the straight line LR is set so that the straight line LR shown in FIG. 6 is most approximate to the curve LMPPT obtained by MPPT. The slope of the straight line LR corresponds to the sum of the equivalent series resistances of the plurality of electric double layer capacitors CD connected in series. Therefore, the number of the plurality of electric double layer capacitors CD is set so that the straight line LR shown in FIG. 6 is most approximate to the curved line LMPPT.
例えば、図６において、斜線で示される面積Ｓ１と面積Ｓ２の合計が最小になるように、電気二重層コンデンサＣＤの等価直列抵抗の総和を設定し、そのような等価直列抵抗の総和が得られるように電気二重層コンデンサＣＤの個数を選択する。面積Ｓ１と面積Ｓ２の合計が最小となるときの直線ＬＲの傾きは、電圧ＶＡと電圧ＶＢの間の電圧範囲において、曲線ＬＭＰＰＴと直線ＬＨとの差分の二乗和を最小とするときの直線ＬＲの傾きとして求めることができる。 For example, in FIG. 6, the sum of the equivalent series resistances of the electric double layer capacitor CD is set so that the sum of the areas S1 and S2 indicated by diagonal lines is minimized, and such a sum of equivalent series resistances is obtained. Thus, the number of electric double layer capacitors CD is selected. The slope of the straight line LR when the sum of the area S1 and the area S2 is minimum is the straight line LR when the sum of squares of the difference between the curve LMPPT and the straight line LH is minimized in the voltage range between the voltage VA and the voltage VB. It can be calculated as the slope of.
以上のように、本実施形態においては、発電素子１０の発電出力ＶＧを、等価直列抵抗の大きな電気二重層コンデンサＣＤに蓄電し、この電気二重層コンデンサＣＤに蓄電された電力を等価直列抵抗の小さいセラミックコンデンサＣＣに転送し、このセラミックコンデンサＣＣを放電させることにより、負荷回路６０に電力を供給している。従って、本実施形態によれば、発電素子１０の発電出力ＶＧを効率的に蓄電すると共に、負荷回路６０に対して必要な電力を有効に供給することが可能となる。
As described above, in the present embodiment, the power generation output VG of the
上述の第１実施形態では、電力供給制御回路５０は、第１蓄電部３０に蓄電された電力と、第２蓄電部４０に蓄電された電力のうち、第１蓄電部３０に蓄電された電力を先に負荷回路６０に供給するものとしたが、この例に限定されず、負荷回路６０の動作状態に合わせて適切なタイミングで第１蓄電部３０および第２蓄電部４０を切り替えて電力を負荷回路６０に供給してもよい。例えば、負荷回路６０が、大電流を必要とするモーターを備える場合、このモーターを駆動するタイミングに合わせて、大電流の供給が可能な電気的特性を有するセラミックコンデンサＣＣを備えた第１蓄電部３０の電力を負荷回路６０に供給し、モーターの駆動が終了すれば、第２蓄電部４０に蓄積された電力を供給してもよい。また、負荷回路６０が比較的小さな一定量の電流で足りる動作状態にあるときには、継続的な電力の供給性能に優れる点で、負荷回路６０に供給される電力として、第２蓄電部４０の二次電池４３に蓄電された電力が好ましい。
In the first embodiment described above, the power
上述の第１実施形態では、第２蓄電部４０に対する発電出力ＶＧの供給を停止する閾値である所定電圧ＶＴが、第２蓄電部４０の動作電圧の下限であるものとしたが、この例に限定されない。例えば、所定電圧ＶＴは、第２蓄電部４０の蓄電効率（発電電力に対して蓄電される電力の比率）に基づいて設定してもよい。即ち、発電電力ＶＧが第２蓄電部４０の動作電圧の下限以上であったとしても、照度が低下して発電素子１０の発電出力ＶＧが低下すると、蓄電される電力に対し第２蓄電部４０の消費電力の割合が増加する。加えて、発電素子１０としての太陽電池自体の等価直列抵抗が極めて大きいため、発電素子１０の発電出力ＶＧが低下した状態で昇圧回路４１が動作すると、昇圧回路４１に流入する電流が過多となり、発電素子１０の発電出力（出力電圧）ＶＧ）が低下する。この結果、第２蓄電部４０による蓄電効率が低下する。そこで、所望の蓄電効率が得られるときの発電素子１０の発電出力ＶＧの値を所定電圧ＶＴとして設定し、この所定電圧ＶＴを発電出力ＶＧが下回ったときに、第２蓄電部４０に対する発電出力ＶＧの供給を停止するようにしてもよい。
In the first embodiment described above, the predetermined voltage VT that is a threshold for stopping the supply of the power generation output VG to the second
従来、蓄電効率を改善するために、ＭＰＰＴ回路が用いられてきたが、このＭＰＰＴ回路自体が電力を消費するため、低照度の環境下においては、必ずしも蓄電効率を改善することができない。また、発電素子１０の発電出力ＶＧがＭＰＰＴ回路の動作電圧を下回った場合には、ＭＰＰＴ回路は機能しなくなる。
Conventionally, an MPPT circuit has been used to improve power storage efficiency. However, since the MPPT circuit itself consumes power, the power storage efficiency cannot always be improved in a low-light environment. Further, when the power generation output VG of the
これに対し、本実施形態によれば、電気二重層コンデンサＣＤの等価直列抵抗が、この電気二重層コンデンサＣＤに流れ込む電流を制限する作用を有するため、照度が低下した状態において、電力消費を抑制しながら効率的に発電出力ＶＧによる電力を蓄電することができる。また、本実施形態によれば、照度が高い状態では、第２蓄電部４０の昇圧回路４１等の消費電力が発生する。しかしながら、照度が高ければ、発電素子１０の発電出力ＶＧも高いため、発電素子１０の発電電力に対する昇圧回路４１等の消費電力の比率は小さくなる。従って、照度が高い状態では昇圧回路４１等の消費電力は顕在化せず、蓄電効率が高くなる。
On the other hand, according to this embodiment, the equivalent series resistance of the electric double layer capacitor CD has a function of limiting the current flowing into the electric double layer capacitor CD, so that power consumption is suppressed in a state where the illuminance is lowered. While being able to store the electric power by the power generation output VG efficiently. Further, according to the present embodiment, when the illuminance is high, power consumption of the
第１実施形態を要約すると、本実施形態では、発電素子１０の発電出力ＶＧによって、異なる電気的特性を有する第１蓄電回路３１と第２蓄電回路３３を切り替え、第１蓄電回路３１の電気二重層コンデンサＣＤの電気的特性と第２蓄電回路３３のセラミックコンデンサＣＣの電気的特性を使い分けることにより、高照度の環境下において発電出力ＶＧによる電力を効率的に蓄電しつつ、低照度の環境下においても発電素子１０の微弱な発電出力ＶＧを効率的に蓄電することを可能とした。
To summarize the first embodiment, in the present embodiment, the first
また、本実施形態では、電気的特性の異なる第１蓄電回路３１と第２蓄電回路３３にそれぞれ蓄電された電力を蓄電状況に応じて転送することにより、電力を消費する負荷回路６０の状況に応じて電力を供給することを可能とした。
更に、本実施形態では、発電出力ＶＧが大きい場合には、昇圧回路４１を起動し、二次電池４３を充電することにより発電出力ＶＧを蓄電する。これにより、発電電力に対する充電電力の比率を高く維持しながら、大容量の充電を可能とした。
従って、上述の第１実施形態によれば、発電素子１０の発電出力ＶＧに応じて効率的に電力を蓄電して負荷回路６０に供給することが可能となる。
Further, in the present embodiment, the power stored in the first
Further, in the present embodiment, when the power generation output VG is large, the
Therefore, according to the first embodiment described above, it is possible to efficiently store electric power according to the power generation output VG of the
なお、上述の第１実施形態では、発電素子１０として太陽電池を用いたが、この例に限定されることなく、発電素子１０として、例えばペルチエ素子等の温度差を利用した発電素子や圧電セラミック等を用いた振動素子など、発電素子内に等価直列抵抗を有する発電素子であれば、どのような素子であってもよい。
In the first embodiment described above, a solar cell is used as the
[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
図７に、第２実施形態による電源装置２００の構成の一例を示す。図７において、前述の第１実施形態による図１に示す電源装置１００と共通する要素には、同一符号を付している。本実施形態による電源装置２００は、上述の第１実施形態による電源装置１００が備える太陽電池からなる発電素子１０に代え、発電素子１１として、温度差を利用して発電するペルチエ素子を備えている。このペルチエ素子には、放熱器１１Ａが取り付けられている。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 7 shows an example of the configuration of the
本実施形態では、切替回路２０には、発電出力ＶＧ以外に、周囲環境温度を測定するための温度センサ（不図示）の測定値が入力されている。切替回路２０は、発電出力ＶＧと温度センサの測定値との両方に基づいて発電出力ＶＧの供給先を切り替える。例えば、切替回路２０は、周囲環境温度との温度差が所定値以上であり、且つ、発電出力ＶＧが所定電圧ＶＴ以上であれば、発電素子１１の発電出力ＶＧを第２蓄電部４０に供給する。また、切替回路２０は、周囲環境温度との温度差が所定値を下回るか、または、発電出力ＶＧが所定電圧ＶＴを下回る場合、発電素子１１の発電出力ＶＧを第１蓄電部３０に供給する。ただし、この例に限定されず、切替回路２０が発電出力ＶＧの供給先を切り替えるための条件は、蓄電効率を改善する限度においてどのように設定してもよい。
In the present embodiment, in addition to the power generation output VG, the switching
転送回路３２には、セラミックコンデンサＣＣから構成された第２蓄電回路３３が接続されている。前述のように、セラミックコンデンサＣＣの等価直列抵抗は極めて小さい。更に、電源装置２００では、電源装置１００に備えられた転送回路３２と電力供給制御回路５０が電力調整回路７０として一体化されている。
The
電力供給制御回路５０は、電力出力Ｐ１と電力出力Ｐ２の２系統の出力を備えるが、説明の便宜上、転送回路３２を介して第２蓄電回路３３から供給される電力を電力出力Ｐ１とし、第２蓄電部４０の二次電池４３から供給される電力を電力出力Ｐ２としている。その他の構成について、本実施形態による電源装置１００は、前述の第１実施形態による電源装置１００と同様である。
The power
このような構成を有する電源装置２００の動作は、基本的には、前述の第１実施形態による電源装置１００と同じであるが、本実施形態においては、後述するように、電力供給制御回路５０が、負荷回路６００の動作特性に応じて、電気二重層コンデンサＣＤに蓄電された電力と二次電池４３に蓄電された電力を、負荷回路６００の各構成要素に適応的に供給する点で、第１実施形態と異なっている。
The operation of the
図８に、上述の電源装置２００から電力が供給される負荷回路６００の構成の一例を示す。本実施形態において、負荷回路６００は時計である。同図に示すように、負荷回路６００は、駆動部６１０と時間測定部６２０を備えて構成される。このうち、駆動部６１０は、時針を備えた機構部６１１と、この機構部６１１の時針を駆動する時針駆動回路６１２から構成される。機構部６１１には、時針を駆動するためのステップモーターが備えられている。
FIG. 8 shows an example of a configuration of a
時間測定部６２０は、上述の時針駆動回路６１２の動作を制御するためのものである。発振回路６２２は、水晶振動子等を利用して一定周期で発振することにより、例えば３２．７６８Ｈｚの基本信号を生成するためのものである。時間測定部６２０は、発振回路６２２の基本信号を用いて、時針の進み及び遅れを調整する機能を有する。本実施形態では、時針駆動回路６１２には電源装置２００の電力出力Ｐ１が供給され、制御回路６２１と発振回路６２２には電源装置２００の電力出力Ｐ２が供給される。
The
このような構成を有する負荷回路６００によれば、制御部６２１は、発振部６２２から供給される基本信号を分周することにより、時針を駆動するタイミングを指令するための信号を生成して時針駆動回路６１２に供給する。時針駆動回路６１２は、制御部６２１から供給される指令信号に従って機構部６１１の時針を駆動する。この例では、１分ごとに機構部６１１が備えるステップモーターを駆動し、時針を１分に見合った角度だけ回転させる。
According to the
ここで、負荷回路６００において、最も大きな電力を消費する時針の駆動は、１分に１回だけ実施される。その駆動時期に合わせて、制御回路６２１からの指令信号に従って時針駆動回路６１２が時針を駆動する前（理想的には直前）に電気二重層コンデンサＣＤからセラミックコンデンサＣＣへの電力の転送が終了するように、転送回路３２による電力の転送が実施される。これにより、セラミックコンデンサＣＣの内部で発生する自己放電やリーク電流による電力損失を最小限に抑制することができる。
Here, in the
このような時針の駆動制御は、前述の第１実施形態による図３に示す転送回路３２の構成において、計時回路３２３が所定時間ＴＷを計時することにより生成される信号ＳＴに基づいて電界効果トランジスタ３２２の導通を制御することで実現することができる。この所定時間ＴＷと、計時回路３２３が計時動作を開始する第１電圧ＶＴＡを適切に設定すれば、時針駆動回路６１２が時針を駆動する直前に電気二重層コンデンサＣＤからセラミックコンデンサＣＣへの電力の転送を終了させることができる。
Such driving control of the hour hand is based on the field effect transistor based on the signal ST generated by the
また、駆動部６１０の時針駆動回路６１２には、セラミックコンデンサＣＣに蓄電された電力が電力出力Ｐ１として供給される。ここで、前述のように、機構部６１１は、大電流を必要とするステップモーターを備え、このステップモーターは、大きな電力を消費する。しかしながら、ステップモーターには、大電力の供給が可能なセラミックコンデンサＣＣに蓄電された電力が時針駆動回路６１２を介して供給される。従って、ステップモーターは安定して動作することができる。
Further, the power stored in the ceramic capacitor CC is supplied to the hour
また、一定電流を定常的に消費する制御部６２１と発振回路６２２には、二次電池４３に蓄電された電力が供給される。従って、制御部６２１と発振回路６２２は、その定常的な動作を安定的に維持することができる。
このように、第２実施形態では、負荷回路６００の各構成要素の動作特性に応じて、セラミックコンデンサＣＣに蓄電された電力と二次電池４３に蓄電された電力が使い分けられる。従って、負荷回路６００の特性に応じて電力を効率的に供給することができる。
また、第２実施形態によれば、周囲環境温度との温度差が小さく、発電出力ＶＧが小さい場合であっても、この発電出力ＶＧによる電力を効率的に蓄電することができる。
Further, the power stored in the
As described above, in the second embodiment, the electric power stored in the ceramic capacitor CC and the electric power stored in the
Further, according to the second embodiment, even when the temperature difference from the ambient environment temperature is small and the power generation output VG is small, the power generated by the power generation output VG can be efficiently stored.
なお、上述の第２実施形態では、発電素子１１としてペルチエ素子を用いたが、この例に限定されることなく、発電素子１１として、例えば太陽電池等の発電素子や圧電セラミック等を用いた振動素子など、発電素子内に等価直列抵抗を有する発電素子であれば、どのような素子であってもよい。 In the second embodiment described above, a Peltier element is used as the power generation element 11. However, the power generation element 11 is not limited to this example. As the power generation element 11, for example, a vibration using a power generation element such as a solar cell or a piezoelectric ceramic is used. Any element may be used as long as it is a power generation element having an equivalent series resistance in the power generation element.
[第３実施形態]
次に、本発明の第３実施形態を説明する。
上述の第１実施形態および第２実施形態では、発電出力ＶＧが所定電圧ＶＴ以上の場合に発電出力ＶＧによる電力を第２蓄電部４０に蓄電するものとしたが、第３実施形態による電源装置は、低照度の環境下での使用に特化した構成を有する。即ち、本実施形態による電源装置は、前述の第１実施形態による図１に示す電源装置１００の構成において、発電素子１０と第１蓄電部３０のみから構成され、切替回路２０、第２蓄電部４０、電力供給制御回路５０が省略された構成を有する。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
In the first embodiment and the second embodiment described above, when the power generation output VG is equal to or higher than the predetermined voltage VT, the power from the power generation output VG is stored in the second
また、第１実施形態による第１蓄電部３０に関する前述の説明は、第３実施形態による電源装置にそのまま適用される。即ち、本実施形態による電源装置は、発電素子１０の発電出力ＶＧによる電力を蓄電し、前記蓄電された電力を放電して負荷回路６０に供給する電源装置であって、発電出力ＶＧが所定電圧ＶＴ（所定値）を下回る場合に、発電出力ＶＧの低下を抑制しながら前記発電出力ＶＧによる電力を蓄電する蓄電回路（図１に示す第１蓄電部３０に相当する蓄電回路）を備える。この蓄電回路は、発電素子１０の発電出力ＶＧによる電力を蓄電するための蓄電経路と、負荷回路６０へ電力を放電するための放電経路とを備え、蓄電経路の抵抗値が放電経路の抵抗値より大きく設定されている。
Moreover, the above-mentioned description regarding the 1st
本実施形態では、発電出力ＶＧによる電力を蓄電するための蓄電経路は、発電素子１０の出力部から電気二重層コンデンサＣＤに至る経路を意味する。この蓄電経路の抵抗値は、電気二重層コンデンサＣＤの等価直列抵抗を意味する。また、負荷回路６０へ電力を放電するための放電経路は、セラミックコンデンサＣＣから負荷回路６０に至る経路を意味する。この放電経路の抵抗値は、セラミックコンデンサＣＣの等価直列抵抗を意味する。
In the present embodiment, the power storage path for storing power generated by the power generation output VG means a path from the output portion of the
本実施形態による電源装置によれば、前述の第１実施形態による第１蓄電部３０と同じ作用効果を得ることができる。加えて、切替回路２０、第２蓄電部４０、電力供給制御回路５０を備えないため、第１実施形態に比較して構成を簡略化することができ、装置を小型化することができる。
According to the power supply device by this embodiment, the same effect as the 1st
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
例えば、上述の第１実施形態では、１つの発電素子１０を備えるものとしたが、複数の発電素子を備えてもよい。また、例えば同一種類の小容量の発電素子を並列接続することにより、等価直列抵抗を低く抑えた蓄電要素群を形成してもよい。また、このような蓄電要素群を異なる蓄電要素と同様に用いてもよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, A various deformation | transformation is possible in the range which does not deviate from the summary of this invention.
For example, in the first embodiment described above, one
また、上述の実施形態では、第１蓄電回路３１を電気二重層コンデンサで構成し、第２蓄電回路３３をセラミックコンデンサで構成し、二次電池４３の例としてリチウム電池を挙げたが、この例に限定されることなく、要求される仕様やコストなどに応じて、第１蓄電回路３１および第２蓄電回路３３を構成する各蓄電素子として電界コンデンサやフィルムコンデンサを用いてもよく、二次電池としてニッケル水素電池等の他の任意の二次電池を用いてもよい。また、必要とされる仕様によっては、二次電池４３を備える第２蓄電部４０に代えて一次電池を用いることも可能である。
In the above-described embodiment, the first
更に、上述の実施形態では、切替回路２０は、定常的に発電素子１０の発電出力ＶＧを第１蓄電部３０に供給するものとしたが、発電出力ＶＧが所定電圧ＶＴ以上の場合に、第１蓄電部３０への発電出力ＶＧの供給を遮断するように切替回路２０を構成してもよい。この場合、第１蓄電部３０を構成する電気二重層コンデンサＣＤには、発電素子１０から大きな発電出力ＶＧが供給されなくなるので、電気二重層コンデンサＣＤが過剰な耐圧を有する必要がなくなり、コストを抑えることが可能になる。
また、上述の実施形態によれば、１日に数回のみ負荷回路６０を動作させるなど、負荷回路６０を現在のサイクルの動作終了後に所定時間が経過した場合に動作させるという条件下において発電素子の発電出力を効率的に蓄電することが可能になる。このような間欠動作において、ＲＴＣ(Real Time Clock)としての計時回路３２３の機能を定常的に確保するため、この計時回路３２３の動作電力を二次電池４３から供給するように構成してもよい。
Furthermore, in the above-described embodiment, the switching
Further, according to the above-described embodiment, the power generating element is operated under the condition that the
また、上述の実施形態では、電気二重層コンデンサＣＤを用いて第１蓄電回路３１を構成したが、電気二重層コンデンサＣＤに代えて、この電気二重層コンデンサＣＤの等価直列抵抗に相当する抵抗値を有する抵抗素子と、その電気二重層コンデンサＣＤの容量成分に相当する容量値を有するコンデンサとからなる直列回路を用いることも可能である。
Further, in the above-described embodiment, the first
１０，１１…発電素子、２０…切替部、３０…第１蓄電部、３１…第１蓄電回路、３２…転送回路、３３…第２蓄電回路、４０…第２蓄電部、４１…昇圧回路、４２…充電制御回路、４３…二次電池、５０電力供給制御回路、６０…負荷回路、７０…電力調整回路、１００，２００…電源装置、３２１ダイオード、３２２…電界効果トランジスタ（スイッチ回路）、３２３…計時回路、３２４…電圧検出回路、６００…負荷回路、６１０…駆動部、６２０…時間測定部、ＣＣ…セラミックコンデンサ、ＣＤ…電気二重層コンデンサ。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記発電部の発電出力が入力され、前記発電出力が所定値を下回るか否かに応じて前記発電出力の供給先を切り替える切替部と、
前記発電素子の発電出力が前記所定値を下回る場合に前記発電出力が前記切替部から供給され、前記発電出力の低下を抑制しながら前記発電出力による電力を蓄電する第１蓄電部と、
前記発電部の発電出力が前記所定値以上である場合に前記発電出力が前記切替部から供給され、前記発電出力による電力を蓄電する第２蓄電部と、
前記第１蓄電部および前記第２蓄電部のそれぞれに蓄電された電力を負荷回路に供給する電力供給制御部と
を備えたことを特徴とする電源装置。 A power generation unit;
A power generation output of the power generation unit is input, and a switching unit that switches a supply destination of the power generation output depending on whether the power generation output falls below a predetermined value,
A first power storage unit that stores power generated by the power generation output while the power generation output of the power generation element is supplied from the switching unit when the power generation output of the power generation element is lower than the predetermined value, and suppressing a decrease in the power generation output;
A second power storage unit that stores power generated by the power generation output when the power generation output of the power generation unit is greater than or equal to the predetermined value;
A power supply device comprising: a power supply control unit that supplies power stored in each of the first power storage unit and the second power storage unit to a load circuit.
前記切替部から前記発電部の発電出力が供給される当前記１蓄電部の入力ノードと所定電位ノードとの間に直列接続された抵抗成分と容量成分とを有し、前記容量成分で電力を蓄電する第１蓄電回路と、
当前記第１蓄電部の出力ノードと所定電位ノードとの間に接続された容量成分を有し、前記容量成分で電力を蓄電する第２蓄電回路と、
前記第１蓄電回路に蓄電された電力を前記第２蓄電回路に転送するための転送回路と
を備えたことを特徴とする請求項２に記載の電源装置。 The first power storage unit
A resistance component and a capacitance component connected in series between an input node of the power storage unit to which the power generation output of the power generation unit is supplied from the switching unit and a predetermined potential node; A first power storage circuit for storing power;
A second power storage circuit having a capacity component connected between an output node of the first power storage section and a predetermined potential node, and storing power with the capacity component;
The power supply device according to claim 2, further comprising: a transfer circuit configured to transfer the power stored in the first power storage circuit to the second power storage circuit.
前記転送回路は、前記負荷回路が次のサイクルの動作を開始する前に、前記第１蓄電回路に蓄電された電力を前記第２蓄電回路に転送することを特徴とする請求項２または３の何れか１項に記載の電源装置。 The load circuit intermittently operates at a predetermined time period,
4. The transfer circuit according to claim 2, wherein the transfer circuit transfers the power stored in the first power storage circuit to the second power storage circuit before the load circuit starts the operation of the next cycle. 5. The power supply device according to any one of the above.
前記発電素子の発電出力が、前記負荷回路に供給すべき電力を得ることができる電圧に到達し、且つ、前記負荷回路が現在のサイクルの動作を終了した後に所定時間が経過した場合に、前記第１蓄電回路に蓄電された電力を前記第２蓄電回路に転送することを特徴とする請求項４に記載の電源装置。 The transfer circuit includes:
When the power generation output of the power generation element reaches a voltage at which power to be supplied to the load circuit can be obtained, and when a predetermined time elapses after the load circuit finishes the operation of the current cycle, The power supply device according to claim 4, wherein the power stored in the first power storage circuit is transferred to the second power storage circuit.
前記第１蓄電部の入力ノードと出力ノードとの間に接続されたスイッチ回路と、
前記入力ノードの電圧が所定の第１電圧に到達した時点を起点として所定の時間を計時する計時回路と、
前記入力ノードの電圧が所定の第２電圧に到達したことを検出する検出回路と、
前記計時回路の計時結果が前記所定の時間の経過を示し、且つ、前記検出回路の検出結果が、前記入力ノードの電圧が前記第２電圧に到達したことを示す場合、前記スイッチ回路を閉成させるゲート回路と
を備えたことを特徴とする請求項５に記載の電源装置。 The transfer circuit includes:
A switch circuit connected between an input node and an output node of the first power storage unit;
A timing circuit that counts a predetermined time starting from a time when the voltage of the input node reaches a predetermined first voltage;
A detection circuit for detecting that the voltage of the input node has reached a predetermined second voltage;
When the timing result of the timing circuit indicates that the predetermined time has elapsed and the detection result of the detection circuit indicates that the voltage of the input node has reached the second voltage, the switch circuit is closed. The power supply device according to claim 5, further comprising: a gate circuit to be operated.
前記発電部の発電出力が所定値を下回る場合に、前記発電出力の低下を抑制しながら前記発電出力による電力を蓄電する蓄電回路を備えたことを特徴とする電源装置。 A power supply device that stores power generated by a power generation output of a power generation unit, discharges the stored power, and supplies the power to a load circuit,
A power supply apparatus comprising: a power storage circuit that stores electric power generated by the power generation output while suppressing a decrease in the power generation output when the power generation output of the power generation unit falls below a predetermined value.
前記蓄電経路の抵抗値が前記放電経路の抵抗値より大きいことを特徴とする請求項８に記載の電源装置。 The power storage circuit includes a power storage path for storing power generated by the power generation output of the power generation unit, and a discharge path for discharging power to the load circuit,
The power supply device according to claim 8, wherein a resistance value of the power storage path is larger than a resistance value of the discharge path.
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| JP2012102515A JP2013233008A (en) | 2012-04-27 | 2012-04-27 | Power supply apparatus |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016149876A (en) * | 2015-02-12 | 2016-08-18 | シャープ株式会社 | Charger |
| JP2018504764A (en) * | 2015-02-10 | 2018-02-15 | フィリップス ライティング ホールディング ビー ヴィ | Lighting device that derives the state of a storage circuit |
| JP2020010450A (en) * | 2018-07-04 | 2020-01-16 | 株式会社リコー | Control system, control method by the same, and program |
-
2012
- 2012-04-27 JP JP2012102515A patent/JP2013233008A/en active Pending
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