JP2015233014A

JP2015233014A - 電源供給制御システム

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Publication number: JP2015233014A
Application number: JP2015154375A
Authority: JP
Inventors: 雄斗日高; Yuto Hidaka
Original assignee: Lapis Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Lapis Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2015-08-04
Filing date: 2015-08-04
Publication date: 2015-12-24
Anticipated expiration: 2031-08-03
Also published as: JP6062001B2

Abstract

【課題】負荷に接続された複数の電源供給源の各々への電流の逆流を防止できる電源供給制御システムを提供する。
【解決手段】負荷と、複数の電源供給源と、複数のスイッチ回路により複数の電源供給源の各々と負荷との接続を切り替えるスイッチ部と、を備えた電源供給制御システムにおいて、複数のスイッチ回路の各々が、接続される電源供給源の出力電圧をスイッチ回路毎に予め定めた第１の電圧レベル分降下させた第１の電圧と、負荷との接続点の電圧を予め定めた第２の電圧レベル分降下させた第２の電圧とを比較して、第２の電圧が第１の電圧以上の場合に、電源供給源と負荷との電気的な接続を遮断し、第２の電圧が第１の電圧よりも小さい場合に、電源供給源と負荷とを電気的に接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源供給制御システムに関するものである。

近年、地球の温暖化等による地球環境の悪化を防止するため、いわゆる自然エネルギーを電気エネルギーに変換して得た電力を、電子機器等の駆動源として効率的に利用する技術の開発が急がれている。例えば、太陽光を直接、電気エネルギーに変換できる太陽電池の積極的な利用が注目されている。太陽電池は、単体として電子機器等に接続して使用される場合と、既存の他の電池（例えば、リチウム一次電池）と組み合わせて使用される態様がある。

特許文献１は、太陽電池を供給源とする電源供給回路と、その他の電池（リチウム一次電池）を供給源とする電源供給回路とをダイオードＯＲ回路で切り替え、太陽電池とその他の電池とを併用して負荷に電力を供給するリモートコントローラを開示している。また、特許文献２では、太陽電池とバッテリ（二次電池）とを接続した太陽光発電システムにおいて、逆流防止用ダイオードの両端間電圧差が既定値を超えた場合、電源側から負荷側へ流れる順方向電流を、逆流防止用ダイオードよりも損失電力の小さいスイッチング手段を介して負荷側へ流すことで、電圧降下による電力損失を低減している。

特開２０１１−６１４６８号公報特開平９−２６１８６１号公報

特許文献１の図９に記載された回路では、太陽電池とリチウム一次電池各々への電流の流入を防止するために、一対のダイオードからなるダイオードＯＲ回路が設けられている。この場合、太陽電池、又はリチウム一次電池から負荷であるマイコンへ電力を供給する際に、ダイオードＯＲ回路の一方のダイオード、又は他方のダイオードを介することで、一般的なダイオードの電気抵抗に鑑み、少なくとも０．７Ｖ程度の電圧降下があり、負荷への供給電力に損失が生じるという問題がある。このような電力損失は、低電圧電源で駆動する小電力システムにおいて特に顕著な問題となる。

なお、特許文献２に記載された逆流防止装置は、二次電池から太陽電池への逆流を防止するための構成を有するので、このまま一次電池を接続しても、その一次電池へ電流が逆流することによる一次電池の破壊を防止することができない。

本発明は、上述した課題を解決するために提案されたものであり、負荷に接続された複数の電源供給源の各々への電流の逆流を防止できる電源供給制御システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の電源供給制御システムは、負荷と、複数の電源供給源と、一端が前記複数の電源供給源のいずれか１つに接続され且つ他端が前記負荷に接続された複数のスイッチ回路を有し、前記複数の電源供給源の各々と負荷との接続を切り替えるスイッチ部と、を備え、前記複数のスイッチ回路の各々が、接続される電源供給源の出力電圧をスイッチ回路毎に予め定めた第１の電圧レベル分降下させた第１の電圧と、前記負荷との接続点の電圧を予め定めた第２の電圧レベル分降下させた第２の電圧とを比較して、前記第２の電圧が前記第１の電圧以上の場合に、前記電源供給源と前記負荷との電気的な接続を遮断し、前記第２の電圧が前記第１の電圧よりも小さい場合に、前記電源供給源と前記負荷とを電気的に接続することを特徴とする。

本発明の第２の電源供給制御システムは、負荷と、複数の電源供給源と、一端が前記複数の電源供給源のいずれか１つに接続され且つ他端が前記負荷に接続された複数のスイッチ回路を有し、前記複数の電源供給源の各々と負荷との接続を切り替えるスイッチ部と、を備え、前記複数のスイッチ回路の各々が、接続される電源供給源の出力電圧をスイッチ回路毎に予め定めた電圧レベル分降下させた降下後の電圧と、前記負荷との接続点の電圧とを比較して、前記負荷との接続点の電圧が前記降下後の電圧以上の場合に、前記電源供給源と前記負荷との電気的な接続を遮断し、前記負荷との接続点の電圧が前記降下後の電圧よりも小さい場合に、前記電源供給源と前記負荷とを電気的に接続することを特徴とする。

本発明によれば、負荷に接続された複数の電源供給源の各々への電流の逆流を防止できる、という効果を奏する。

本発明の実施の形態に係る電源供給制御システムの構成を示すブロック図である。第１のスイッチ回路の詳細構成を示す回路図である。第２のスイッチ回路の詳細構成を示す回路図である。太陽電池の等価回路を示す図である。実施の形態に係る電源供給制御システムの第１のスイッチ回路、及び第２のスイッチ回路の変形例を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る電源供給制御システムの構成を示すブロック図である。図１に示す電源供給制御システム１は、２つのスイッチ回路、すなわち、第１のダイレクトスイッチ回路（以降、単に第１のスイッチ回路、あるいはＳＷ１ともいう）１５、及び第２のダイレクトスイッチ回路（適宜、第２のスイッチ回路、あるいはＳＷ２ともいう）１７を有するスイッチ部５と、スイッチ部５に設けた端子７に接続された、例えば、リチウム電池等からなる一次電池１０と、スイッチ部５の端子９に接続された太陽電池１３とを備える。そして、スイッチ部５の端子１１には、電源の供給を受けて作動する、比較的消費電力の少ない小型の電子機器（例えば、電卓、時計）等の負荷１９を接続することで、スイッチ部５を介して、負荷１９に一次電池１０及び太陽電池１３より必要な電力が供給される。

図１の電源供給制御システム１におけるスイッチ部５は、第１のスイッチ回路１５、及び第２のスイッチ回路１７それぞれが後述する回路構成を有するとともに、外部から電池等の接続が可能な端子７，９，１１を備えた半導体集積回路（半導体チップ）である。

第１のスイッチ回路１５は、一次電池１０が接続された端子７と負荷１９が接続された端子１１とを接続する経路に配され、一次電池１０から負荷１９へ供給される電流のＯＮ／ＯＦＦを制御する。また、第２のスイッチ回路１７は、太陽電池１３が接続された端子９と負荷１９が接続された端子１１とを接続する経路に配され、太陽電池１３から負荷１９へ供給される電流のＯＮ／ＯＦＦを制御する。太陽電池１３は、いわゆるソーラーパネルであり、太陽光等の照射を受けることで、その照度に応じて所定電圧の電力を出力する。

図２は、図１の第１のスイッチ回路１５の詳細構成を示す回路図であり、図３は、第２のスイッチ回路１７の詳細構成を示す回路図である。なお、図２及び図３において、同一の構成要素には同一の符号を付してある。上述したように、第１のスイッチ回路１５では、端子７に一次電池１０が接続され、端子１１には負荷１９が接続される。また、第２のスイッチ回路１７では、端子９に太陽電池１３に接続され、端子１１に負荷１９が接続される。図２に示すように、第１のスイッチ回路１５の端子７と接地端子（ＧＮＤ端子）間には、抵抗Ｒ１と、ゲート電極Ｇとドレイン電極Ｄとを短絡してダイオード接続されたＰチャンネルＭＯＳトランジスタＭＰ１と、電流源２１とが直列に接続された電圧検出回路が配されている。さらに、端子１１と接地端子（ＧＮＤ端子）間には、抵抗Ｒ２と、ゲート電極Ｇとドレイン電極Ｄとを短絡してダイオード接続されたＰチャンネルＭＯＳトランジスタＭＰ２と、電流源２３とが直列に接続された電圧検出回路が配されている。

また、図３に示すように、第２のスイッチ回路１７の端子９と接地端子（ＧＮＤ端子）間には、抵抗Ｒ１’と、ゲート電極Ｇとドレイン電極Ｄとを短絡してダイオード接続されたＰチャンネルＭＯＳトランジスタＭＰ１と、電流源２１とが直列に接続された電圧検出回路が配されている。さらに、端子１１と接地端子（ＧＮＤ端子）間には、抵抗Ｒ２’と、ゲート電極Ｇとドレイン電極Ｄとを短絡してダイオード接続されたＰチャンネルＭＯＳトランジスタＭＰ２と、電流源２３とが直列に接続された電圧検出回路が配されている。

第１のスイッチ回路１５及び第２のスイッチ回路１７において、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタＭＰ１と電流源２１との接続点は、コンパレータ（比較器）２５の非反転入力端（＋）に接続され、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタＭＰ２と電流源２３との接続点は、コンパレータ２５の反転入力端（−）に接続されている。また、第１のスイッチ回路１５の端子７と端子１１との間には、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタＭＰ３が介在し、同様に、第２のスイッチ回路１７の端子９と端子１１との間には、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタＭＰ３が配されている。

第１のスイッチ回路１５及び第２のスイッチ回路１７において、トランジスタＭＰ３のドレイン電極Ｄと接地端子との間には、抵抗Ｒ３とＮチャンネルＭＯＳトランジスタＭＮ１とを直列に接続した回路が接続されている。抵抗Ｒ３は、その一端がＭＰ３のドレイン電極Ｄに接続され、他端がＮチャンネルＭＯＳトランジスタＭＮ１のドレイン電極Ｄに接続されている。また、トランジスタＭＮ１のソース電極Ｓは接地され、コンパレータ２５の出力端がトランジスタＭＮ１のゲート電極Ｇに接続されている。そして、抵抗Ｒ３とＮチャンネルＭＯＳトランジスタＭＮ１のドレイン電極Ｄとの接続点が、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタＭＰ３のゲート電極Ｇに接続されている。よって、第１のスイッチ回路１５において、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタＭＰ３のソース電極Ｓが端子７に接続され、第２のスイッチ回路１７では、ＭＰ３のソース電極Ｓが端子９に接続され、第１のスイッチ回路１５及び第２のスイッチ回路１７双方において、ＭＰ３のドレイン電極Ｄが端子１１に接続されている。

なお、コンパレータ２５の出力を直接、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタＭＰ３のゲート電極Ｇに入力する構成も考えられる。しかし、トランジスタＭＰ３はＰＭＯＳであるため、そのゲート電極Ｇが論理“Ｈ”レベルの時に電気的にＯＦＦとなる。一方、コンパレータ２５は、その動作電源が一次電池１０又は太陽電池１３より供給されている場合には、電源供給が絶たれたとき、トランジスタＭＰ３のゲート電極Ｇが論理“Ｌ”となる。したがって、コンパレータ２５の出力を直接、トランジスタＭＰ３のゲート電極Ｇに入力する構成とした場合、コンパレータ２５に電源が供給されない状態ではトランジスタＭＰ３がＯＦＦとならず、ＭＰ３を介して電流が逆流するという問題がある。

そこで、本実施形態に係る電源供給制御システムの第１のスイッチ回路１５及び第２のスイッチ回路１７では、図２及び図３に示すように、トランジスタＭＰ３のドレイン電極Ｄと接地端子間に、抵抗Ｒ３とＮチャンネルＭＯＳトランジスタＭＮ１とを直列に接続した回路を接続することで、コンパレータ２５へ電源が供給されなくなり、トランジスタＭＮ１のゲート電極Ｇが論理“Ｌ”になった場合でも、抵抗Ｒ３によって、トランジスタＭＰ３のゲート電極Ｇが論理“Ｈ”レベルまで引き上げられるので、トランジスタＭＰ３をＯＦＦにすることができる。

次に、本実施の形態に係る電源供給制御システムのスイッチ回路５（第１のスイッチ回路１５、第２のスイッチ回路１７）の動作について説明する。図２の第１のスイッチ回路において、抵抗Ｒ１とＲ２は、Ｒ１＞Ｒ２の関係にあり、トランジスタＭＰ１とＭＰ２が同サイズのＰチャンネルＭＯＳトランジスタであり、電流源２１に流れる電流Ｉ１と電流源２３に流れる電流Ｉ２とが等しくなるように設定されている。第１のスイッチ回路１５において、端子７に接続された一次電池１０の出力電圧をＶ１、一次電池１０からＲ１，ＭＰ１、電流源２１へ流れる電流をＩ１とした場合、Ｒ１とＭＰ１で降下する電圧（ＭＰ１での降下電圧をＶ_ＭＰ１とする）Ｒ１・Ｉ１＋Ｖ_ＭＰ１をＶ１より減じた電圧が、コンパレータ２５の非反転端子に入力される。また、負荷１９への供給電圧（端子１１の電圧）をＶＤＤとし、この端子１１からＲ２，ＭＰ２、電流源２３へ流れる電流をＩ２とした場合、Ｒ２とＭＰ２とで降下する電圧（ＭＰ２での降下電圧をＶ_ＭＰ２とする）Ｒ２・Ｉ２＋Ｖ_ＭＰ２をＶＤＤより減じた電圧が、コンパレータ２５の反転端子に入力される。

上述したように、ＭＰ１とＭＰ２は同サイズのトランジスタであり、電流Ｉ１と電流Ｉ２とが等しいので、ＭＰ１とＭＰ２における降下電圧は等しくなる（Ｖ_ＭＰ１＝Ｖ_ＭＰ２）。ただし、Ｒ１＞Ｒ２であるため、コンパレータ２５の反転端子への入力電圧が、コンパレータ２５の非反転端子への入力電圧よりも、Ｒ１とＲ２の抵抗値の差分だけ大きくなる。よって、コンパレータ２５の出力が反転するのは、Ｖ１−Ｒ１・Ｉ１＝ＶＤＤ−Ｒ２・Ｉ２のときである。ここでは、Ｉ１＝Ｉ２であるため、Ｉ１とＩ２をＩとすると、Ｖ１−Ｒ１・Ｉ＝ＶＤＤ−Ｒ２・Ｉがコンパレータ２５の出力反転条件となり、Ｖ１−Ｒ１・Ｉ≧ＶＤＤ−Ｒ２・Ｉ、すなわち、Ｖ１≧ＶＤＤ＋（Ｒ１−Ｒ２）・Ｉのとき、コンパレータ２５より“Ｈ”レベルの電圧が出力され、Ｖ１−Ｒ１・Ｉ＜ＶＤＤ−Ｒ２・Ｉ、すなわち、Ｖ１＜ＶＤＤ＋（Ｒ１−Ｒ２）・Ｉのとき、コンパレータ２５の出力電圧が“Ｌ”レベルになる。

コンパレータ２５の出力電圧が“Ｈ”レベルになると、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタＭＮ１が導通状態（ＯＮ）となる。このとき、トランジスタＭＮ１のソース電極Ｓが接地されているので、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタＭＰ３のゲート電極Ｇが“Ｌ”レベルとなり、トランジスタＭＰ３がＯＮとなる。その結果、端子７と端子１１とが電気的に導通し、一次電池１０の出力電圧Ｖ１が、ＶＤＤとして負荷１９に供給される。これとは逆に、コンパレータ２５の出力電圧が“Ｌ”レベルになると、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタＭＮ１が非導通状態（ＯＦＦ）となり、Ｒ３によって、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタＭＰ３のゲート電圧がＶＤＤまで引き上げられて、ＭＰ３がＯＦＦとなる。

図３に示す第２のスイッチ回路１７も、上述した第１のスイッチ回路１５と同様の動作をする。第２のスイッチ回路１７の場合、太陽電池１３の出力電圧をＶＳＰとすると、ＶＳＰ−Ｒ１’・Ｉ＝ＶＤＤ−Ｒ２’・Ｉがコンパレータ２５の出力反転条件となり、ＶＳＰ−Ｒ１’・Ｉ≧ＶＤＤ−Ｒ２’・Ｉ（すなわち、ＶＳＰ≧ＶＤＤ＋（Ｒ１’−Ｒ２’）・Ｉ）のとき、コンパレータ２５の出力電圧が“Ｈ”レベルとなり、ＶＳＰ−Ｒ１’・Ｉ＜ＶＤＤ−Ｒ２’・Ｉ、（すなわち、ＶＳＰ＜ＶＤＤ＋（Ｒ１’−Ｒ２’）・Ｉ）のとき、コンパレータ２５の出力電圧が“Ｌ”レベルになる。

したがって、図１のスイッチ回路５において、Ｖ１がＶＤＤ＋（Ｒ１−Ｒ２）・Ｉ以上となった場合、第１のスイッチ回路１５がＯＮとなり、一次電池１０より負荷１９に対して電流が供給される。また、Ｖ１がＶＤＤ＋（Ｒ１−Ｒ２）・Ｉよりも小さくなった場合には、第１のスイッチ回路１５がＯＦＦとなる。その結果、負荷１９側から一次電池１０へ電流が逆流するのを防止できる。同様に、第２のスイッチ回路１７についても、ＶＳＰがＶＤＤ＋（Ｒ１’−Ｒ２’）・Ｉ以上となった場合、第２のスイッチ回路１５がＯＮとなり、太陽電池１３から負荷１９に電流が供給される。一方、ＶＳＰがＶＤＤ＋（Ｒ１’−Ｒ２’）・Ｉよりも小さくなった場合には、第２のスイッチ回路１７がＯＦＦとなり、負荷１９側から太陽電池１３への電流の逆流を防止できる。よって、負荷１９には、一次電池１０の出力電圧Ｖ１から（Ｒ１−Ｒ２）・Ｉだけ降下した電圧と、太陽電池１３の出力電圧ＶＳＰから（Ｒ１’−Ｒ２’）・Ｉだけ降下した電圧のうち、いずれか高い方の電圧が出力される。

図２及び図３では図示を省略しているが、第１のスイッチ回路１５において、コンパレータ２５は、一次電池１０を駆動電源として動作しており、第２のスイッチ回路１７のコンパレータ２５は、太陽電池１３を駆動電源としている。このとき、コンパレータ２５への入力信号レベルが、コンパレータ２５の飽和領域付近のレベルであれば、電圧比較の動作特性に影響を与えることが考えられる。そのため、本実施の形態に係る電源供給制御システムのスイッチ回路（第１のスイッチ回路１５、第２のスイッチ回路１７）では、抵抗Ｒ１によって一次電池１０の電圧を、抵抗Ｒ１’によって太陽電池１３の電圧をそれぞれ降下させ、電圧レベルを調整してからコンパレータ２５の非反転端子へ入力するとともに、抵抗Ｒ２，Ｒ２’によって負荷側への供給電圧を降下させ、降下後の電圧をコンパレータ２５の反転端子へ入力している。抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ１’，Ｒ２’については、これらに加えて、一次電池１０及び太陽電池１３からの出力電流を、損失なく効率的に負荷１９側へ供給するため、例えば、数１０ｋΩの高抵抗値の抵抗を使用する。

なお、太陽電池１３全体を遮光等することで、その発電機能が発揮されない状況に至った場合、太陽電池１３の出力電圧ＶＳＰが０Ｖになる可能性がある。この場合、太陽電池１３を駆動電源としている図３のコンパレータ２５が動作しなくなるが、コンパレータ２５の出力も０Ｖとなり、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタＭＮ１がＯＦＦとなる。よって、この場合も、抵抗Ｒ３によって、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタＭＰ３のゲート電極Ｇが論理“Ｈ”レベルまで引き上げられてトランジスタＭＰ３がＯＦＦとなり、負荷１９側から太陽電池１３へ電流が逆流するのを防止できる。

上述したように、図２の第１のスイッチ回路１５では、一次電池１０の出力電圧Ｖ１が、負荷１９側の電圧ＶＤＤに（Ｒ１−Ｒ２）・Ｉを加えた電圧よりも小さくなったとき、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタＭＰ３をＯＦＦにして、負荷１９側から一次電池１０への電流の逆流を防止している。この第１のスイッチ回路１５では、コンパレータ２５の動作速度（応答速度）を考慮し、Ｒ１＞Ｒ２とすることで、Ｒ１を介した一次電池１０の電圧降下レベルを、Ｒ２を介した負荷側への供給電圧ＶＤＤの降下レベルよりも大きくしている。このようすることで、負荷１９側の電圧と一次電池１０の出力電圧とが等しくなる前に、ＭＰ３のＯＮからＯＦＦへの動作を開始できる。その結果、負荷１９側から一次電池１０への電流の逆流を確実に防止して、一次電池１０の破壊を防ぐことができる。

同様に、図３の第２のスイッチ回路１７においても、Ｒ１’＞Ｒ２’とすることで、Ｒ１’を介した太陽電池１３の電圧降下レベルを、Ｒ２’を介した負荷側への供給電圧ＶＤＤの降下レベルよりも大きくして、負荷１９側の電圧と太陽電池１３の出力電圧とが等しくなる前にＭＰ３のＯＦＦ動作を開始させて、負荷１９側から太陽電池１３への電流の入力を防止している。

このように、本実施の形態に係る電源供給制御システムの第１のスイッチ回路１５と第２のスイッチ回路１７は、その基本的な動作は同じであるが、ＭＰ３のＯＮからＯＦＦへの動作タイミングについては、相違点を設けている。以下、その相違点について説明する。太陽電池１３は、例えば、図４に示すように、抵抗Ｒ３２とダイオードＤ１が並列に接続され、それらに対して抵抗Ｒ３１が直列に接続された等価回路で表すことができる。そのため、仮に負荷側から太陽電池１３へ電流が逆流しても、一次電池に電流が逆流した場合のように、電池が破壊される危険性は極めて低いといえる。よって、第２のスイッチ回路１７のＭＰ３については、第１のスイッチ回路１５におけるＭＰ３のＯＮからＯＦＦへの動作タイミングよりも遅いタイミングでＯＦＦにしても、電池の破壊といった問題は生じない。

そこで、本実施の形態に係る電源供給制御システムでは、図３の第２のスイッチ回路１７における抵抗Ｒ１’，Ｒ２’による電圧降下レベルの差を、図２の第１のスイッチ回路１５における抵抗Ｒ１，Ｒ２による電圧降下レベルの差よりも小さくなるように設定する。このように設定した場合、第１のスイッチ回路１５における一次電池１０の出力電圧Ｖ１と負荷１９側の供給電圧ＶＤＤとの差（Ｒ１−Ｒ２）・Ｉをドロップ電圧Ｖｄ１とし、第２のスイッチ回路１７における太陽電池１３の出力電圧ＶＳＰと負荷１９側の供給電圧ＶＤＤとの差（Ｒ１’−Ｒ２’）・Ｉをドロップ電圧Ｖｄ２とすると、Ｖｄ１がＶｄ２よりも大きい。そのため、第１のスイッチ回路１５と第２のスイッチ回路１７が同時にＯＮとなる場合、Ｖ１−Ｖｄ１＝ＶＳＰ−Ｖｄ２となり、これを変形すると、Ｖ１＝ＶＳＰ＋（Ｖｄ１−Ｖｄ２）となる。ここでは、Ｖｄ１＞Ｖｄ２であるから、Ｖｄ１−Ｖｄ２＞０であり、第１のスイッチ回路１５と第２のスイッチ回路１７が同時にＯＮとなった場合、Ｖ１＞ＶＳＰとなる。

このように、第１のスイッチ回路１５のドロップ電圧Ｖｄ１を、第２のスイッチ回路１７のドロップ電圧Ｖｄ２よりも大きくすることで、第１のスイッチ回路１５と第２のスイッチ回路１７が同時にＯＮとなっても、太陽電池１３から一次電池１０へ電流が流れることはないので、一次電池１０の破壊を防ぐことができる。さらに、Ｖｄ１をＶｄ２よりも大きくすることによって、第１のスイッチ回路１５におけるＭＰ３のＯＦＦ動作に比べて、第２のスイッチ回路１７でのＭＰ３のＯＦＦ動作タイミングが遅くなる分、太陽電池１３から負荷１９への電流供給を、より長い時間、持続できる。その結果、一次電池の破壊防止を十分に図りつつ、太陽電池１３から負荷１９への電流供給をも十分に確保することが可能となる。

以上説明したように本実施の形態によれば、一次電池と、その一次電池から電力供給を受ける負荷との間、及び太陽電池と、その太陽電池から電力供給を受ける負荷との間に、負荷側から一次電池、及び負荷側から太陽電池への電流の逆流防止のためのスイッチ回路を設けることで、ダイオードを使用した従来の逆流防止回路に比べて、負荷への電力供給時の電圧損失を大幅に低減することができる。

また、一次電池と負荷との間に設けた第１のスイッチ回路において、一次電池の出力電圧を第１の電圧レベル分降下させた第１の電圧と、負荷側の電圧を第２の電圧レベル分降下させた第２の電圧とを比較して、第２の電圧が第１の電圧よりも高い場合に、一次電池と負荷間の電気的な接続を遮断するように構成することで、負荷側の電圧が一次電池の出力電圧を超える前に第１のスイッチ回路をＯＦＦにすることができ、電流の逆流による一次電池の故障・破損を確実に防止することができる。

さらには、太陽電池と負荷との間に設けた第２のスイッチ回路において、太陽電池の出力電圧を上記の第１の電圧レベルよりも低い第３の電圧レベル分降下させた第３の電圧と、負荷側の電圧を第２の電圧レベル分降下させた第２の電圧とを比較して、第２の電圧が第３の電圧よりも高い場合、太陽電池と負荷との電気的な接続を遮断するように構成したことで、第２の電圧の上昇によって第２のスイッチ回路をＯＦＦするタイミングを、第１のスイッチ回路よりも遅くすることができ、より長い時間、太陽電池から負荷へ電力を供給できる、という効果がある。

なお、本発明に係る電源供給制御システムは、上述した実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、第１のスイッチ回路１５の端子７と接地端子間に接続された電圧検出回路、及び第２のスイッチ回路１７の端子９と接地端子間に接続された電圧検出回路において、ゲート電極Ｇとドレイン電極Ｄとを短絡してダイオード接続されたＰチャンネルＭＯＳトランジスタＭＰ１を、図５（ａ）に示すように、ダイオード接続され、かつ基板端子を接地したＮチャンネルＭＯＳトランジスタＭＮ２で置き換えてもよい。これにより、電圧検出回路を構成するＰチャンネルＭＯＳトランジスタを、適宜、Ｎチャンネルのトランジスタで代用可能となる。第１のスイッチ回路１５、及び第２のスイッチ回路１７の端子１１と接地端子間に接続された電圧検出回路についても、同様の変形が可能である。

また、第１のスイッチ回路１５の電圧検出回路を構成する抵抗Ｒ１、及び第２のスイッチ回路１７の電圧検出回路を構成する抵抗Ｒ１’を、図５（ｂ）に示すように可変抵抗にしてもよい。こうすることで、コンパレータ２５の飽和領域レベルに合わせた検出電圧の調整が可能となる。さらには、第１のスイッチ回路１５の電圧検出回路、及び第２のスイッチ回路１７の電圧検出回路を構成するＰチャンネルＭＯＳトランジスタＭＰ１を、図５（ｃ）に示すようにダイオードＤＩ１で代用する構成としてもよい。第１のスイッチ回路１５、及び第２のスイッチ回路１７の端子１１と接地端子間に接続された電圧検出回路についても、これらと同様の変形が可能である。

さらなる変形例として、第１のスイッチ回路１５の電圧検出回路、及び第２のスイッチ回路１７の電圧検出回路において、トランジスタＭＰ１を取り除いた構成としてもよい。これにより、電圧検出回路においてＰチャンネルＭＯＳトランジスタの閾値電圧Ｖｔ分の電圧降下がなくなるので、トランジスタＭＰ１を設けた場合に比べて、低電圧でトランジスタＭＰ３をＯＮにすることができる、つまり、最低動作電圧を低下させることができる。ただし、トランジスタＭＰ１における電圧低下がなくなる分、コンパレータ２５の入力電圧範囲の最大電圧を高く取る必要がある。第１のスイッチ回路１５、及び第２のスイッチ回路１７のトランジスタＭＰ２についても、同様の変形が可能である。

上記の最低動作電圧を低下させるという目的を達成するための他の方法として、例えば、電圧検出回路においてＲ１を取り除くことで、抵抗Ｒ１による電圧降下がなくなる分、低電圧でトランジスタＭＰ３をＯＮとすることができる。また、抵抗を除いた分、同じ電流で、サイズが小さく、かつ大きな電圧降下を実現でき、レイアウトサイズを小さくすることができる。ただし、この場合も、抵抗Ｒ１の電圧低下がなくなるので、その分、コンパレータ２５の入力電圧範囲の最大電圧を高く取る必要がある。第１のスイッチ回路１５の抵抗Ｒ２、及び第２のスイッチ回路１７の抵抗Ｒ１’，Ｒ２’についても、同様の変形が可能である。

また、電圧検出回路においてトランジスタＭＰ１を取り除き、負荷への供給電圧ＶＤＤをコンパレータ２５に直接、入力する構成としてもよい。すなわち、抵抗Ｒ１の抵抗値と電流源２１の電流値の積で、一次電池とＶＤＤの差（第１のスイッチ回路の場合）、太陽電池とＶＤＤの差（第２のスイッチ回路の場合）をつくる。そのため、トランジスタＭＰ１と、ＶＤＤ側の素子（抵抗Ｒ２、トランジスタＭＰ２、及び電流源２３）とを取り除いた構成となるため、サイズを小さくでき、電流源が１つとなるので消費電流を低減できる。電圧検出回路のトランジスタＭＰ２についても、同様の変形が可能である。

上述した実施の形態に係る第１のスイッチ回路１５（第２のスイッチ回路１７も同様）では、トランジスタＭＰ１とＭＰ２を同サイズのＰチャンネルＭＯＳトランジスタとし、電流源２１に流れる電流Ｉ１と電流源２３に流れる電流Ｉ２とが等しくなるように設定し、抵抗Ｒ１を抵抗Ｒ２よりも大きくすることで、一次電池１０の電圧降下レベルと、負荷側への供給電圧の電圧降下レベルとに差を設けているが、電圧降下レベル差を実現するための構成は、これに限定されない。例えば、抵抗Ｒ１とＲ２を等しくして、電流Ｉ１とＩ２に差を設けることで、電圧降下に差を設けることも可能である。具体的には、一次電池１０側の電流値を負荷側の２倍にすることで、抵抗Ｒ１とＲ２が等しくても、一次電池側の電圧降下を２倍にすることができる。この場合、トランジスタＭＰ１とＭＰ２の電圧降下にも差が生じるので、トランジスタＭＰ１の電流能力をＭＰ２の電流能力の２倍にする必要がある。

また、上述した実施の形態では、電源供給の制御を一次電池及び太陽電池に適用したが、制御対象とする電源の供給源は、これらに限定されない。例えば、ニッケル・カドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池、３端子レギュレータに代表されるレギュレータ出力等にも適用できる。また、制御対象とする電源供給源の数は、上述した実施の形態に係る電源供給制御システムでは、一次電池及び太陽電池の２電源としたが、さらにダイレクトスイッチ回路を追加することで、３あるいはそれ以上の数の電源に対しても適用できる。

１電源供給制御システム
５スイッチ部
７，９，１１端子
１０一次電池
１３太陽電池
１５第１のスイッチ回路
１７第２のスイッチ回路
１９負荷
２１，２３電流源
２５コンパレータ

Claims

負荷と、
複数の電源供給源と、
一端が前記複数の電源供給源のいずれか１つに接続され且つ他端が前記負荷に接続された複数のスイッチ回路を有し、前記複数の電源供給源の各々と負荷との接続を切り替えるスイッチ部と、
を備え、
前記複数のスイッチ回路の各々が、接続される電源供給源の出力電圧をスイッチ回路毎に予め定めた第１の電圧レベル分降下させた第１の電圧と、前記負荷との接続点の電圧を予め定めた第２の電圧レベル分降下させた第２の電圧とを比較して、前記第２の電圧が前記第１の電圧以上の場合に、前記電源供給源と前記負荷との電気的な接続を遮断し、前記第２の電圧が前記第１の電圧よりも小さい場合に、前記電源供給源と前記負荷とを電気的に接続する、
電源供給制御システム。
負荷と、
複数の電源供給源と、
一端が前記複数の電源供給源のいずれか１つに接続され且つ他端が前記負荷に接続された複数のスイッチ回路を有し、前記複数の電源供給源の各々と負荷との接続を切り替えるスイッチ部と、
を備え、
前記複数のスイッチ回路の各々が、接続される電源供給源の出力電圧をスイッチ回路毎に予め定めた電圧レベル分降下させた降下後の電圧と、前記負荷との接続点の電圧とを比較して、前記負荷との接続点の電圧が前記降下後の電圧以上の場合に、前記電源供給源と前記負荷との電気的な接続を遮断し、前記負荷との接続点の電圧が前記降下後の電圧よりも小さい場合に、前記電源供給源と前記負荷とを電気的に接続する、
電源供給制御システム。