JP2016040980A - Power control device and electronic equipment - Google Patents
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Abstract
Description
開示の技術は、電源から負荷への電力供給を制御する電源制御装置および電子装置に関する。 The disclosed technology relates to a power supply control device and an electronic device that control power supply from a power supply to a load.
複数の二次電池と複数のキャパシタとを併用して蓄電する二次電池併用キャパシタ蓄電装置が知られている。この装置は、複数の二次電池を直列接続した二次電池ブロックと、それぞれに満充電電圧で充電電流をバイパスする並列モニタを備えた複数のキャパシタを直列接続したキャパシタブロックを備える。また、この装置は、二次電池ブロックの一端とキャパシタブロックの一端との間に接続された抵抗と、抵抗のバイパスを制御するバイパス制御手段とを備える。二次電池ブロックの他端とキャパシタブロックの他端とが接続され共通端子とされ、二次電池ブロックの一端と抵抗との接続点が充電装置に接続される充電端子とされる。キャパシタブロックの一端と抵抗との接続点が負荷に接続される負荷端子として取り出されている。 2. Description of the Related Art Secondary battery combined capacitor power storage devices that store power by using a plurality of secondary batteries and a plurality of capacitors in combination are known. This apparatus includes a secondary battery block in which a plurality of secondary batteries are connected in series, and a capacitor block in which a plurality of capacitors each including a parallel monitor that bypasses a charging current at a full charge voltage are connected in series. In addition, this device includes a resistor connected between one end of the secondary battery block and one end of the capacitor block, and a bypass control means for controlling the bypass of the resistor. The other end of the secondary battery block and the other end of the capacitor block are connected to serve as a common terminal, and a connection point between one end of the secondary battery block and the resistor serves as a charging terminal connected to the charging device. A connection point between one end of the capacitor block and the resistor is taken out as a load terminal connected to a load.
また、発電機と、発電機に接続された負荷および第1蓄電手段と、発電機にDC/DCコンバータを介して接続された第2蓄電手段と、DC/DCコンバータに接続された制御手段とを備えた車両用電源装置が知られている。この装置において、制御手段は、外部から発せられた回生信号を受信すると、その時のDC/DCコンバータの入出力端子の電圧(Vb)よりも第1既定値だけ低い第1目標電圧(Vb1)に入出力端子の電圧(Vb)がなるようにDC/DCコンバータを制御して、第2蓄電手段を充電する。また、制御手段は、回生信号の受信が終了すると、その時の入出力端子の電圧(Vb)よりも第2既定値だけ高い第2目標電圧(Vb2)に入出力端子の電圧(Vb)がなるようにDC/DCコンバータを制御して、第2蓄電手段を放電する。 A generator; a load connected to the generator; and a first power storage means; a second power storage means connected to the generator via a DC / DC converter; and a control means connected to the DC / DC converter; There is known a vehicle power supply device including In this apparatus, when receiving a regenerative signal emitted from the outside, the control means sets the first target voltage (Vb1) lower by a first predetermined value than the voltage (Vb) of the input / output terminal of the DC / DC converter at that time. The second power storage means is charged by controlling the DC / DC converter so that the voltage (Vb) of the input / output terminal becomes equal. When the reception of the regenerative signal is completed, the control means sets the input / output terminal voltage (Vb) to the second target voltage (Vb2) that is higher than the input / output terminal voltage (Vb) by a second predetermined value. In this manner, the second power storage means is discharged by controlling the DC / DC converter.
また、放電特性が傾斜している蓄電池と、この蓄電池の出力電圧を一定の直流電圧に変換して出力する電圧コンバータと、蓄電池への充電端子と、電圧コンバータの出力端子とを一体化した充電式電池モジュールが知られている。 In addition, a storage battery having a sloped discharge characteristic, a voltage converter that converts the output voltage of the storage battery into a constant DC voltage and outputs the power, a charging terminal for the storage battery, and an output terminal of the voltage converter are integrated. A battery module is known.
図1は、二次電池として知られているリチウムイオン電池の放電レート特性の一例を示すグラフである。図1において横軸は放電容量であり、縦軸はセル電圧である。図1に示すように、リチウムイオン電池は、放電電流が大きい程電池の使用効率が低くなる。また、リチウムイオン電池は出力抵抗が比較的高く、放電電流が大きくなるとセル電圧が低下し、損失が大きくなる。以上の理由から、リチウムイオン電池から負荷に電力を供給する際の放電電流は小さい方が好ましいといえる。 FIG. 1 is a graph showing an example of discharge rate characteristics of a lithium ion battery known as a secondary battery. In FIG. 1, the horizontal axis is the discharge capacity, and the vertical axis is the cell voltage. As shown in FIG. 1, in the lithium ion battery, the use efficiency of the battery decreases as the discharge current increases. Further, the lithium ion battery has a relatively high output resistance, and when the discharge current increases, the cell voltage decreases and the loss increases. For the above reasons, it can be said that it is preferable that the discharge current when power is supplied from the lithium ion battery to the load is small.
図2は、電池から供給される電力によって稼働する負荷が要求する電流の時間変化の一例を示すグラフである。図2に例示すように、負荷は、例えば、その動作状態に応じて、要求する電流の量を変化させる。図2に示す例では、負荷は所定の動作を行う稼働期間t1において100mA程度の電流を要求し、上記所定の動作を行わないスリープ期間t2において100μA程度の電流を要求している。 FIG. 2 is a graph showing an example of a temporal change in current required by a load operated by power supplied from a battery. As illustrated in FIG. 2, for example, the load changes the amount of requested current in accordance with its operating state. In the example shown in FIG. 2, the load requests a current of about 100 mA during the operation period t 1 during which a predetermined operation is performed, and requests a current of about 100 μA during the sleep period t 2 during which the predetermined operation is not performed.
例えば、図3Aに示すように、負荷Rに電池Bを直接接続した場合には、電池Bは負荷Rが要求する電流を出力することが必要となる。すなわち、負荷Rが図2に示すような稼働状態とスリープ状態とを交互に繰り返す間欠動作を行うものである場合、稼働期間t1において電池Bからは比較的大きな電流(図2に示す例では100mA)が取り出されることになる。このように、電池Bから負荷Rに直接電力を供給する方式では、電池Bから出力される電流が過大となり、電池Bの使用効率を低下させるおそれがある。
For example, as shown in FIG. 3A, when the battery B is directly connected to the load R, the battery B needs to output a current required by the load R. That is, when the load R is to perform an intermittent operation which repeats alternately a working state and the sleep state as shown in FIG. 2, in the example shown in relatively large current (Fig. 2 from the battery B in the
そこで、図3Bに示すように、電池Bと負荷Rとの間にキャパシタCを挿入し、電池Bから負荷Rへの電力供給をキャパシタCを介して行う方式が考えられる。キャパシタCは電池Bによって充電され、キャパシタCに充電された電荷によって負荷Rへの電力供給が行われる。この方式によれば、電池Bから負荷Rが要求する電流がそのまま出力されることがなくなるので、電池Bの使用効率を改善することが可能となる。また、キャパシタCとして、電界コンデンサ等の出力抵抗が比較的小さいものを使用すれば、放電電流による電圧降下および損失を低減することが可能となる。 Therefore, as shown in FIG. 3B, a method in which a capacitor C is inserted between the battery B and the load R and power is supplied from the battery B to the load R through the capacitor C can be considered. The capacitor C is charged by the battery B, and power is supplied to the load R by the electric charge charged in the capacitor C. According to this method, the current required by the load R from the battery B is not output as it is, so that the usage efficiency of the battery B can be improved. Further, if a capacitor having a relatively low output resistance such as an electric capacitor is used as the capacitor C, it is possible to reduce the voltage drop and loss due to the discharge current.
しかしながら、電解コンデンサ等によって構成され得るキャパシタCは、自己放電による電流が電池Bと比較して著しく大きい。例えば、リチウムイオン電池の自己放電による放電電流は、数ナノアンペア程度であるのに対して、10mFのアルミニウム電解コンデンサの自己放電による放電電流は数十マイクロアンペア程度である。図3Bに示す構成では、負荷Rが動作を停止しているスリープ期間においても、自己放電によってキャパシタCから電荷が放出され、電池Bは、キャパシタCから流出した電荷を補うようにキャパシタCの充電を行う。従って、負荷Rのスリープ期間が長くなる程、電池から流出する電荷の量が増大し、電池Bの使用効率が低下する。 However, the capacitor C that can be constituted by an electrolytic capacitor or the like has a significantly larger current due to self-discharge than the battery B. For example, the discharge current due to self-discharge of a lithium ion battery is about several nanoamperes, whereas the discharge current due to self-discharge of a 10 mF aluminum electrolytic capacitor is about several tens of microamperes. In the configuration shown in FIG. 3B, even during the sleep period in which the load R stops operating, charges are released from the capacitor C by self-discharge, and the battery B charges the capacitor C so as to compensate for the charge flowing out from the capacitor C. I do. Therefore, as the sleep period of the load R becomes longer, the amount of charge flowing out from the battery increases, and the usage efficiency of the battery B decreases.
開示の技術は、一つの側面として、電池から負荷への電力供給を、キャパシタを介して行う方式において、電池の使用効率の低下を抑制することを目的とする。 An object of the disclosed technology is to suppress a decrease in battery use efficiency in a system in which power is supplied from a battery to a load via a capacitor.
開示の技術に係る電源制御装置は、電池から流出する電流の大きさを規制する電流規制部を含む。電源制御装置は、前記電池とキャパシタとを前記電流規制部を介して接続する接続状態と、前記電池と前記キャパシタとの接続を解除する非接続状態と、に切り替え制御される第1の切り替え部を含む。電源制御装置は、負荷と前記キャパシタとを接続する接続状態と、前記負荷と前記キャパシタとの接続を解除する非接続状態と、に切り替え制御される第2の切り替え部を含む。前記負荷は、稼働状態と稼働状態よりも消費電力が小さい若しくは電力を消費しないスリープ状態とに状態が切り替わる。電源制御装置は、前記第1の切り替え部および前記第2の切り替え部の切り替え制御を行う制御部を有する。前記制御部は、前記負荷が稼働状態にある稼働期間内において、前記第1の切り替え部を非接続状態に切り替え制御するとともに前記第2の切り替え部を接続状態に切り替え制御する。前記制御部は、前記負荷がスリープ状態にあるスリープ期間内において、前記第1の切り替え部および前記第2の切り替え部を非接続状態に切り替え制御する。前記制御部は、前記電池によって前記キャパシタを充電する場合に、前記第1の切り替え部を接続状態に切り替え制御するとともに前記第2の切り替え部を非接続状態に切り替え制御する。 The power supply control device according to the disclosed technique includes a current regulating unit that regulates the magnitude of the current flowing out from the battery. The power supply control device includes a first switching unit that is controlled to switch between a connection state in which the battery and the capacitor are connected via the current regulation unit and a non-connection state in which the connection between the battery and the capacitor is released. including. The power supply control device includes a second switching unit that is controlled to switch between a connection state in which a load and the capacitor are connected and a non-connection state in which the connection between the load and the capacitor is released. The load is switched between an operating state and a sleep state in which power consumption is smaller than that in the operating state or power is not consumed. The power supply control device includes a control unit that performs switching control of the first switching unit and the second switching unit. The control unit controls to switch the first switching unit to a disconnected state and controls to switch the second switching unit to a connected state within an operating period in which the load is in an operating state. The control unit switches and controls the first switching unit and the second switching unit to a non-connected state during a sleep period in which the load is in a sleep state. When the capacitor is charged by the battery, the control unit controls to switch the first switching unit to a connected state and controls to switch the second switching unit to a non-connected state.
開示の技術は、一つの側面として、電池から負荷への電力供給をキャパシタを介して行う方式において、電池の使用効率の低下を抑制するという効果を奏する。 As one aspect, the disclosed technology has an effect of suppressing a decrease in battery use efficiency in a system in which power is supplied from a battery to a load via a capacitor.
以下、開示の技術の実施形態の一例を図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一または等価な構成要素および部分には同一の参照符号を付与している。 Hereinafter, an exemplary embodiment of the disclosed technology will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or equivalent components and parts are denoted by the same reference numerals.
[第1の実施形態]
図4は、開示の技術の実施形態に係る電源制御装置10の構成を示すブロック図である。電源制御装置10は、電池と、電荷を一時的に蓄積しておくためのバッファ用のキャパシタとの間の充放電およびキャパシタから負荷への電力供給を制御する装置である。電源制御装置10は、例えば、半導体チップに形成された集積回路によって構成され得る。
[First embodiment]
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of the power
電源制御装置10は、充電部11、第1の切り替え部12、第2の切り替え部13、制御部14および電流規制部15を有する。また、電源制御装置10は、外部接続端子21、22、23および24を有する。
The power
外部接続端子21には電池の正極が接続され、外部接続端子22にはキャパシタが接続され、外部接続端子23には、負荷が接続される(図6参照)。外部接続端子24は、必要に応じて外部から制御部14に指令等を与えるための通信ポートとしての機能を有する端子である。
A positive electrode of the battery is connected to the
充電部11の入力端INは、外部接続端子22に接続され、充電部11の出力端は外部接続端子21に接続される。第1の切り替え部12の入力端INは外部接続端子21に接続され、第1の切り替え部12の出力端OUTは電流規制部15に接続される。電流規制部15の入力端INは、第1の切り替え部12の出力端に接続され、電流規制部15の出力端OUTは、外部接続端子22に接続される。第2の切り替え部13の入力端INは外部接続端子22に接続され、第2の切り替え部13の出力端OUTは外部接続端子23に接続される。制御部14は外部接続端子24に接続されるとともに、信号配線を介して充電部11、第1の切り替え部12および第2の切り替え部13の制御端Gに接続される。充電部11、第1の切り替え部12および第2の切り替え部13は、制御部14から供給される制御信号C1、C2およびC3によって制御される。
The input end IN of the charging
図5は、電源制御装置10を含む、開示の技術の実施形態に係る電子装置100の構成を示すブロック図である。図5において、矢印は電気の流れを示している。図6は、電子装置100の回路構成の一例を示す図である。電子装置100は、熱、光、振動および電波等の周囲環境に存在するエネルギーを収穫して電力に変換し、その電力によって負荷を駆動する電力自給型の装置である。
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of the
環境発電部30は、熱、光、振動および電波等の周囲環境に存在するエネルギーを収穫して電力に変換する発電装置である。環境発電部30は、一例として、光起電力効果を利用し、光エネルギーを直接電力に変換するソーラーセルを含んで構成されていてもよい。環境発電部30は、電池32に接続されており、環境発電部30によって生成された電力によって電池32が充電される。
The environmental
本実施形態において、電池32は、充電を行うことにより繰り返し使用することができるリチウムイオン電池等の二次電池である。図6に示すように、電池32の正極は電源制御装置10の外部接続端子21を介して、充電部11および第1の切り替え部12に接続され、電池32の負極はグランドに接続される。
In the present embodiment, the
キャパシタ34は、電池32から供給される電荷を一時的に蓄えるために使用される。キャパシタ34に蓄えられた電荷は、負荷36を駆動するための電力として使用される。すなわち、キャパシタ34は、電池32から負荷36への電力供給を中継するバッファとして機能する。図6に示すように、キャパシタ34の一方の端子は電源制御装置10の外部接続端子22に接続され、キャパシタ34の他方の端子はグランドに接続される。キャパシタ34の出力抵抗は電池32の出力抵抗よりも小さいことが好ましい。キャパシタ34として、例えば、アルミニウム電解コンデンサを好適に用いることが可能である。
The
負荷36は、稼働状態とスリープ状態とに状態を交互に切り替える間欠動作を行う電子機器である。負荷36は、稼働状態において所定の動作を行い、スリープ状態において動作を停止する。本実施形態において、負荷36はスリープ状態で電力を消費しないものとする。負荷36は、一例として、センサネットワークを形成するセンサノードであってもよい。この場合、負荷36は、温度、湿度または照度などを検出するセンサと、検出値を無線通信によって基地局に相当するシンクノードに送信する無線通信部などを含み得る。負荷36がセンサノードである場合、負荷36は、稼働状態においてセンシングおよびデータ送信を行い、スリープ状態において機能を停止する。センシングおよびデータ送信は、所定のタイミング(例えば1時間毎)で行われる。図6に示すように、負荷36は、自身の電源入力端子が電源制御装置10の外部接続端子23に接続される。
The
電流規制部15は、電池32から流出する電流の大きさを規制する回路である。第1の切り替え部12は、制御部14から供給される制御信号C1によって、電池32とキャパシタ34とを電流規制部15を介して接続する接続状態と、電池32とキャパシタ34との接続を解除する非接続状態と、に切り替え制御がなされる回路である。第1の切り替え部12が、接続状態に切り替えられると、電池32とキャパシタ34との間が導通し、電池32からキャパシタ34に電荷が伝送され、キャパシタ34が充電される。電流規制部15は、電池32からキャパシタ34に向けて流れる充電電流の大きさが所定値以下となるように充電電流を規制する。
The
図6に示すように、第1の切り替え部12は、一例として、スイッチング素子120を含んでいる。また、電流規制部15は、一例として、定電流素子151を含んでいる。スイッチング素子120の入力端は外部接続端子21を介して電池32に接続され、スイッチング素子120の出力端は、定電流素子151の入力端に接続される。スイッチング素子120の制御端は、制御部14に接続される。スイッチング素子120は、制御部14から供給される制御信号C1に基づいてオンオフする。定電流素子151の出力端は、外部接続端子22を介してキャパシタ34に接続される。定電流素子151は、一例として、定電流ダイオードを含んで構成されていてもよい。スイッチング素子120がオン状態となることによって電池32とキャパシタ34と間が導通し、キャパシタ34の充電が行われる。電池32からキャパシタ34に向けて流れる充電電流の大きさは、定電流素子151によって制限される。
As illustrated in FIG. 6, the
第2の切り替え部13は、制御部14から供給される制御信号C2によって、負荷36とキャパシタ34とを接続する接続状態と、負荷36とキャパシタ34との接続を解除する非接続状態と、に切り替え制御がなされる回路である。第2の切り替え部13が、接続状態に切り替えられると、キャパシタ34と負荷36との間が導通し、キャパシタ34に蓄えられた電荷によって負荷36に電力が供給される。図6に示すように、第2の切り替え部13は、一例として、スイッチング素子130を含んでいる。スイッチング素子130の入力端は外部接続端子22を介してキャパシタ34に接続され、スイッチング素子130の出力端は外部接続端子23を介して負荷36に接続される。スイッチング素子130の制御端は制御部14に接続される。スイッチング素子130は、制御部14から供給される制御信号C2に基づいてオンオフする。スイッチング素子130がオン状態となることによってキャパシタ34と負荷36と間が導通し、負荷36に電力が供給される。
The
充電部11は、キャパシタ34に残留する電荷によって電池32を充電する回路である。充電部11は、制御部14から供給される制御信号C3に基づくタイミングで起動され、電池32の充電を行う。図6に示すように、充電部11は、一例として、スイッチング素子110と昇圧型のDC−DCコンバータ111とを含んでいる。スイッチング素子110の入力端は外部接続端子22を介してキャパシタ34に接続され、スイッチング素子110の出力端はDC−DCコンバータ111の入力端に接続される。スイッチング素子110の制御端は制御部14に接続される。スイッチング素子110は、制御部14から供給される制御信号C3に基づいてオンオフする。スイッチング素子110がオン状態となることによってDC−DCコンバータ111の入力端にキャパシタ34の端子電圧が入力され、DC−DCコンバータ111が起動する。DC−DCコンバータ111の出力端は、外部接続端子21を介して電池32に接続される。
The charging
図7は、DC−DCコンバータ111の構成の一例を示す回路図である。DC−DCコンバータ111は、入力端112に一方の端子が接続されたインダクタ114と、インダクタ114の他方の端子にアノードが接続され且つ出力端113にカソードが接続されたダイオード115と、を有する。また、DC−DCコンバータ111は、ダイオード115とインダクタ114との接続点に一方の端子が接続され且つ他方の端子がグランドに接続されたスイッチング素子116と、スイッチング素子116の制御端に接続されたパルス発生回路117とを有する。スイッチング素子116は、パルス発生回路から供給されるパルス信号に従ってオンオフする。また、DC−DCコンバータ111は、出力端113に一方の端子が接続され且つ他方の端子がグランドに接続されたキャパシタ118を有する。
FIG. 7 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the DC-
DC−DCコンバータ111は、入力端112にスイッチング素子110を介して入力されるキャパシタ34の端子電圧を昇圧して出力端113(外部接続端子21)に出力する。これにより、外部接続端子21に接続された電池32に電圧が印加され、電池32が充電される。DC−DCコンバータ111は、入力端112に接続されたスイッチング素子110がオン状態となって入力電圧が与えられると起動し、電池32の充電を行う。
The DC-
制御部14は、所定のタイミングで第1の切り替え部12、第2の切り替え部13および充電部11にそれぞれ、制御信号C1、C2およびC3を供給することにより、これらを制御し、キャパシタ34の充電、負荷36への電力供給および電池32の充電を行う。
The
制御部14は、タイマ(図示せず)を内蔵し、タイマのカウント値に基づいて負荷36のスリープ期間の終了を認識する。制御部14は、負荷36のスリープ期間が終了したときに、電池32とキャパシタ34とが接続するように第1の切り替え部12の切り替え制御を行い、キャパシタ34を充電する。制御部14は、キャパシタ34の充電中、キャパシタ34と負荷36とが非接続となるように第2の切り替え部13の切り替え制御を行う。また、制御部14は、キャパシタ34の充電完了後に電池32とキャパシタ34とが非接続となるように第1の切り替え部12の切り替え制御を行うとともに、キャパシタ34と負荷36とが接続するように第2の切り替え部13の切り替え制御を行い、負荷36に電力を供給する。負荷36は、キャパシタ34から電力が供給されることによりスリープ状態から稼働状態に移行する。制御部14は、稼働状態の負荷36が所定の動作を終了すると、キャパシタ34と負荷36とが非接続となるように第2の切り替え部13の切り替え制御を行う。その後、制御部14は、充電部11を起動させる。これにより、キャパシタ34に残留している電荷によって電池32が充電される。また、制御部14は、電池32の電圧VBおよびキャパシタ34の電圧VCをモニタし、電池32およびキャパシタ34の充電状態を認識する。図6に示すように、制御部14は、外部接続端子24を介して外部からタイマの設定を変更することが可能となっている。これにより、負荷36のスリープ期間が調整可能となっている。
The
なお、電源制御装置10は、開示の技術の電源制御装置に対応する。電子装置100は、開示の技術の電子装置に対応する。充電部11は、開示の技術の充電部に対応する。第1の切り替え部12は、開示の技術の第1の切り替え部に対応する。第2の切り替え部13は、開示の技術の第2の切り替え部に対応する。環境発電部30は開示の技術の発電部に対応する。電池32は、開示の技術の電池に対応する。キャパシタ34は、開示の技術のキャパシタに対応する。負荷36は、開示の技術の負荷に対応する。
The power
図8は、制御部14の動作を示すフローチャートである。ステップS1において制御部14は、ステップS12において起動したタイマのカウント値に基づいて負荷36のスリープ期間が終了したか否かを判定する。制御部14は、負荷36のスリープ期間が終了したと判定した場合に処理をステップS2に移行する。
FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the
ステップS2において制御部14は、電池32の電圧VBが所定値以上であるか否かを判定する。すなわち、制御部14は、電池32の充電量が十分であるか否かを判定する。制御部14は、電池32の電圧VBが所定値以上ではないと判定した場合には、環境発電部30において生成された電力よる充電によって電池32の電圧が所定値に達するまで待機する。なお、制御部14は、電池32の電圧VBが所定値以上ではないと判定した場合に警告を発し、本ルーチンを終了させてもよい。制御部14は、電池32の電圧VBが所定値以上であると判定した場合に処理をステップS3に移行する。
In step S2, the
ステップS3において制御部14は、制御信号C1を第1の切り替え部12のスイッチング素子120に供給することにより、スイッチング素子120をオン状態とする。これにより、電池32とキャパシタ34とが接続され、キャパシタ34が充電される。電池32からキャパシタ34に向けて流れる放電電流は、定電流素子151を通過することによって一定量に規制される。このように、電池32から取り出す電流の大きさを規制することで、電池32の使用効率の低下を抑制することが可能となる。なお、キャパシタ34の充電が行われている間、第2の切り替え部13のスイッチング素子130はオフ状態とされ、キャパシタ34と負荷36とは非接続とされている。
In step S <b> 3, the
ステップS4において制御部14は、キャパシタ34の電圧VCをモニタし、キャパシタ34の電圧が所定値以上であるか否かを判定する。すなわち、制御部14は、キャパシタ34の充電が完了したか否かを判定する。制御部14は、キャパシタ34の電圧VCが所定値以上であると判定した場合に処理をステップS5に移行する。
ステップS5において制御部14は、第1の切り替え部12への制御信号C1の供給を停止することにより、第1の切り替え部12のスイッチング素子120をオフ状態とする。これにより、電池32とキャパシタ34とが非接続となり、キャパシタ34の充電が停止される。
In step S5, the
ステップS6において制御部14は、制御信号C2を第2の切り替え部13のスイッチング素子130に供給することによりスイッチング素子130をオン状態とする。これにより、キャパシタ34と負荷36とが接続され、キャパシタ34に蓄積された電荷が負荷36に伝送され、負荷36に電力が供給される。このとき、第1の切り替え部12は、非接続状態を維持しており、電池32から負荷36への直接的な電力供給はなされない。負荷36は、キャパシタ34から電力を受給することによりスリープ状態から稼働状態に移行する。
In step S <b> 6, the
ステップS7において制御部14は、キャパシタ34の電圧VCをモニタし、放電によってキャパシタ34の電圧が所定値以下にまで低下したか否かを判定する。これにより、制御部14は、負荷36への電力供給の終了可否を判定する。制御部14は、キャパシタ34の電圧VCが所定値以下になったと判定した場合には、処理をステップS8に移行する。なお、ステップS7において制御部14は、負荷36の稼働の終了を示す稼働終了信号を負荷36から受信したか否かを判定することにより、負荷36への電力供給の終了可否を判定してもよい。また、ステップS7において制御部14は、負荷36への電力供給を開始してから所定期間が経過したか否かを判定することにより、負荷36への電力供給の終了可否を判定してもよい。また、制御部14は、上記複数の判定処理のいずれかにおいて肯定判定を行った場合に処理をステップS8に移行してもよい。
In step S <b> 7, the
ステップS8において制御部14は、第2の切り替え部13への制御信号C2の供給を停止することにより第2の切り替え部13のスイッチング素子130をオフ状態とする。これにより、キャパシタ34と負荷36とが非接続となり、負荷36への電力供給が停止され、負荷36は、稼働状態からスリープ状態に移行する。
In step S8, the
ステップS9において制御部14は、制御信号C3を充電部11のスイッチング素子110に供給することによりスイッチング素子110をオン状態としてDC−DCコンバータ111を起動させる。DC−DCコンバータ111は、キャパシタ34の端子電圧を昇圧して外部接続端子21に出力する。これにより、キャパシタ34に残留する電荷によって電池32の充電が行われる。
In step S <b> 9, the
ステップS10において制御部14は、キャパシタ34の電圧VCをモニタし、キャパシタ34の電圧VCが所定値以下にまで低下したか否かを判定する。これにより、制御部14は、キャパシタ34に残留する電荷の回収が完了したか否かを判定する。制御部14は、キャパシタ34の電圧VCが所定値以下になったと判定した場合には、処理をステップS11に移行する。
In step S10, the
ステップS11において制御部14は、充電部11への制御信号C3の供給を停止することにより充電部11のスイッチング素子130をオフ状態とし、充電部11を停止させる。この段階で全てのスイッチング素子110、120および130がオフ状態となる。
In step S <b> 11, the
ステップS12において制御部14は、自身が備えるタイマを起動させ、スリープ期間のカウントを開始する。その後、制御部14は、処理をステップS1に移行し、上記の各ステップにおける処理を繰り返し実行する。すなわち、負荷36の動作サイクルに合わせて、電池32からキャパシタ34への充電、キャパシタ34から負荷36への電力供給、キャパシタ34に残留する電荷による電池32の充電が繰り返し実行される。
In step S <b> 12, the
以上のように、開示の技術の実施形態に係る電源制御装置10および電子装置100によれば、電池32は、常に負荷36から切り離される。すなわち、電池32から負荷36への直接的な電力供給は行われないので、稼働状態において負荷36が比較的大きい電流を必要とする場合でも、使用効率を著しく低下させるような過大な電流が電池32から流出することが防止される。
As described above, according to the power
また、電池32によってキャパシタ34を充電する場合においても、電池32から流出する電流の大きさは、電流規制部15によって一定の大きさに制限されるので、電池32の使用効率の低下を抑制することができる。
Further, even when the
また、負荷36への電力供給をキャパシタ34を介して行うことで、出力抵抗を低減することが可能となり、出力抵抗による電圧降下および損失を抑制することが可能となる。
Further, by supplying power to the
また、電池32は、キャパシタ34の充電を行う期間のみ第1の切り替え部12が接続状態となることによってキャパシタ34に接続され、他の期間においては第1の切り替え部12が非接続状態となることによってキャパシタ34から切り離される。これにより、電池32とキャパシタ34とを常時接続する場合と比較して、キャパシタ34の自然放電による電池32からの電荷の流出を抑制され、電池32の使用効率の低下を抑制することが可能となる。
In addition, the
また、負荷36の稼働終了後にキャパシタ34に残留する電荷は、直ちに充電部11によって電池32に回収される。これにより、自然放電によってキャパシタ34から流出する電荷の量が低減され、電池32から流出する正味の電荷量を抑制することができる。
In addition, the charge remaining in the
図9Aおよび図9Bは、スリープ期間および稼働期間を含む負荷の1サイクル動作あたりの電池の電荷消費量(電荷流出量)と、負荷のスリープ期間の長さとの関係をシミュレーションによって求めた結果を示すグラフである。図9Aおよび図9Bにおいて、実線は、本実施形態に係る電子装置100に対応し、破線は図3Bに示す構成の比較回路に対応する。なお、本実施形態に係る電子装置100において、充電部11によってキャパシタ34から電池32に回収された分の電荷量は、電池32における消費電荷量には含まれていない。
FIG. 9A and FIG. 9B show the results obtained by simulation of the relationship between the charge consumption (charge outflow amount) of the battery per cycle operation of the load including the sleep period and the operation period, and the length of the load sleep period. It is a graph. 9A and 9B, a solid line corresponds to the
図9Aは、電子装置100のキャパシタ34および比較回路のキャパシタCの静電容量を200mFとし、キャパシタの自然放電を模擬するためにキャパシタ34およびキャパシタCに並列接続された抵抗素子の抵抗値を50kΩとした場合の結果である。図9Bは、電子装置100のキャパシタ34および比較回路のキャパシタCの静電容量を1mFとし、キャパシタの自然放電を模擬するためにキャパシタ34およびキャパシタCに並列接続された抵抗素子の抵抗値を1kΩとした場合の結果である。すなわち、図9Bは、キャパシタの自然放電による影響をより大きくした場合の結果である。
FIG. 9A shows that the capacitance of the
図9Aおよび図9Bに示すように、比較回路においては、負荷のスリープ期間が長くなる程、電池から流出する電荷の量が大きくなった。これは、比較回路では、キャパシタCの自然放電により負荷の稼働期間のみならず、スリープ期間中においも電池から電荷が流出するためである。一方、本実施形態に係る電子装置100においては、電池から流出する電荷の量は、スリープ期間の長さによらず略一定となった。これは、本実施形態に係る電子装置100によれば、キャパシタ34の充電期間以外の期間において電池32はキャパシタ34から切り離され、キャパシタ34の自然放電による影響を殆ど受けないためである。また、負荷36の稼働終了後にキャパシタ34に残留する電荷は直ちに電池32に回収されるため、電池32から流出する正味の電荷量は抑制される。
As shown in FIGS. 9A and 9B, in the comparison circuit, the longer the sleep period of the load, the greater the amount of charge flowing out of the battery. This is because in the comparison circuit, electric charge flows out of the battery not only during the load operation period but also during the sleep period due to the natural discharge of the capacitor C. On the other hand, in the
電池の消費電荷量における本実施形態に係る電子装置100と比較回路との間の差は、負荷のスリープ期間が長くなる程顕著となる。例えば、図9Bに示された結果によれば、スリープ期間が10分とされた場合の電池の消費電荷量は、比較回路においては690μAhであるのに対して、本実施形態に係る電子装置100においては0.9μAhであり、比較回路の1/760である。
The difference between the
以上のように、開示の技術の実施形態に係る電源制御装置10および電子装置100によれば、電池から負荷への電力供給をキャパシタを介して行う方式において、電池の使用効率の低下を抑制することが可能となる。
As described above, according to the power
なお、上記の実施形態では、スリープ期間の終了後にキャパシタ34の充電を行う場合を例示したが、この態様に限定されるものではない。例えば、図10に示すように、スリープ期間中にキャパシタ34の充電を開始し、スリープ期間の終了時点とキャパシタ34の充電の終了時点および負荷36への電力供給の開始時点(すなわち、稼働期間の開始時点)を揃えるようにしてもよい。これにより、負荷36は、スリープ期間の終了後に直ちに稼働状態に移行することが可能となり、常に一定のサイクルで動作することが可能となる。キャパシタ34の充電に要する時間は、キャパシタ34の静電容量と充電電流によって決まるので、制御部14にこれらの値を事前に若しくは動的に認識させることにより、制御部14は、キャパシタの充電の開始時点を決定することが可能である。
In the above embodiment, the case where the
また、キャパシタ34に残留する電荷を電池32に回収する際に、スイッチング素子110をPWM(pulse width modulation)駆動することにより、DC−DCコンバータ111を間欠的に動作させ、DC−DCコンバータ111の平均出力電流が一定となるように制御してもよい。図11は、間欠動作によって平均出力電流が一定となるように制御されたDC−DCコンバータ111の出力電流波形の一例を示す図である。図11において破線は、出力電流の平均値を示す。DC−DCコンバータ111の出力電流の平均値を電池32に適した大きさとすることで、過剰な充電電流による電池32の劣化を防止することができ、電池32の長寿命化を図ることができる。
Further, when the electric charge remaining in the
図12は、開示の技術の他の実施形態に係る電子装置100の構成を示す図である。第1の切り替え部12は、図12に示すように、DC−DCコンバータ122を含んでいてもよい。DC−DCコンバータ122を昇圧型とした場合には、充電後におけるキャパシタ34の電圧を電池32の電圧よりも高くすることが可能となる。一方、DC−DCコンバータ122を降圧型とした場合には、充電後におけるキャパシタ34の電圧を電池32の電圧よりも低くすることが可能となる。また、出力電流が一定となるようにDC−DCコンバータ122を駆動することにより、電池32から流出する電流の大きさが制限されるので、定電流素子151(図6参照)を削減することが可能である。
FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of an
同様に、第2の切り替え部13は、DC−DCコンバータ131を含んでいてもよい。DC−DCコンバータ131を昇圧型とした場合には、負荷36に供給される電圧をキャパシタ34の電圧よりも高くすることが可能となる。一方、DC−DCコンバータ131を降圧型とした場合には、負荷36に供給される電圧をキャパシタ34の電圧よりも低くすることが可能となる。
Similarly, the
また、本実施形態では、制御部14は、キャパシタ34に残留する電荷によって電池32の充電を行う場合には、制御信号C3をスイッチング素子110に供給してスイッチング素子110をオン状態とすることで、DC−DCコンバータ111を起動している。しかしながら、DC−DCコンバータ111が起動制御するための制御端子を有する場合には、この制御端子に制御信号C3を供給することで、DC−DCコンバータ111を起動させてもよい。この場合、スイッチング素子110は不要となる。
In the present embodiment, when the
[第2の実施形態]
図13は、開示の技術の第2の実施形態に係る電源制御装置10Aを含む、電子装置100Aの構成を示すブロック図である。図13において、矢印は電気の流れを示している。図14は、電子装置100Aの回路構成の一例を示す図である。図13および図14において、第1の実施形態に係る電源制御装置10および電子装置100と同一または対応する構成要素については同一の参照符号を付与し、重複する説明は省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration of an
電源制御装置10Aは、第3の切り替え部16を更に含む点が、第1の実施形態に係る電源制御装置10と異なる。第3の切り替え部16は、制御部14から供給される制御信号C4によって、電池32と負荷36とを接続する接続状態と、電池32と負荷34との接続を解除する非接続状態と、に切り替え制御がなされる回路である。第3の切り替え部16が接続状態に切り替えられると、電池32と負荷36との間が導通し、電池32から負荷36に電力が供給される。図14に示すように、第3の切り替え部16は、一例として、スイッチング素子160を含んでいる。スイッチング素子160の入力端は外部接続端子21を介して電池32に接続され、スイッチング素子160の出力端は外部接続端子23を介して負荷36に接続される。スイッチング素子160の制御端は制御部14に接続される。スイッチング素子160は、制御部14から供給される制御信号C4に基づいてオンオフする。スイッチング素子160がオン状態となることによって電池32と負荷36と間が導通し、負荷36に電力が供給される。なお、第3の切り替え部16は、開示の技術の第3の切り替え部に対応する。
The
制御部14は、負荷36がスリープ状態にあるときに電池32と負荷36とが接続するように第3の切り替え部16を制御して負荷36への電力供給を行う。すなわち、第2の実施形態に係る電子装置100Aにおいて、負荷36は、スリープ状態にあるときにおいても電力を消費し、その電力は電池32から供給される。ただし、スリープ状態における負荷36の消費電力は、稼働状態における負荷36の消費電力よりも小さいものとする。例えば、負荷36が、スリープ期間中にも温度等のセンシングを行い、ある一定以上の温度を検出した場合に警報を発する動作を行うことが要求されるセンサノードである場合は、スリープ期間中に負荷36への電力供給が必要となる。本実施形態に係る電源制御装置10Aおよび電子装置100Aによれば、電池32から負荷36への直接的な電力供給は、消費電力が小さいスリープ期間に限られるので、電池32の使用効率を著しく低下させるような過大な電流が電池32から流出することはない。
The
図15は、第2の実施形態に係る制御部14の動作を示すフローチャートである。第2の実施形態に係るフローチャートは、第1の実施形態に係るフローチャート(図8参照)のステップS1とステップS2との間にステップS101の処理を追加し、ステップS11とステップS12との間にステップS102の処理を追加したものに相当する。
FIG. 15 is a flowchart illustrating the operation of the
以下において、追加されたステップS101およびS102について説明する。制御部14は、負荷36がスリープ状態に移行され、ステップS11においてキャパシタ34に残留する電荷による電池32の充電を停止させた後、ステップS102に移行する。ステップS102において制御部14は、制御信号C4を第3の切り替え部16のスイッチング素子160に供給することによりスイッチング素子160をオン状態とする。これにより、電池32と負荷36とが接続され、負荷36に電力が供給される。負荷36は、電池32から電力を受給することによりスリープ期間中でも所定の動作を行うことが可能となる。
The added steps S101 and S102 will be described below. The
その後、制御部14は、ステップS1においてスリープ期間をカウントするタイマのカウント値に基づいてスリープ期間の終了を判定すると、ステップS101において、第3の切り替え部16への制御信号C4の供給を停止する。これにより、第3の切り替え部16のスイッチング素子160がオフ状態となり、電池32と負荷36とが非接続となり、負荷36への電力供給が停止される。このように、電池32から負荷36への直接的な電力供給は、スリープ期間においてのみ行われる。
Thereafter, when the
開示の技術の第2の実施形態に係る電源制御装置10Aおよび電子装置100Aによれば、第1の実施形態と同様、電池32の使用効率の低下を抑制することができる。また、電源制御装置10Aおよび電子装置100Aによれば、負荷36のスリープ期間中にも電池32から負荷36への電力供給が可能であり、スリープ期間中に電力供給を必要とする負荷にも対応することが可能である。
According to the power
電池32から負荷36への直接的な電力供給はスリープ期間中においてのみ行われ、負荷36のスリープ期間中における消費電力は、負荷36の稼働期間中における消費電力よりも小さい。従って、スリープ期間中に電池32と負荷36とを接続したとしても、電池32の使用効率を著しく低下させるような過大な電流が電池32から流出することはない。また、制御部14は、第3の切り替え部16の切り替え制御タイミングを、スリープ期間をカウントするタイマのカウント値に基づいて決定するので、制御部14における処理が煩雑化することもない。
Direct power supply from the
[第3の実施形態]
図16は、開示の技術の第3の実施形態に係る電源制御装置10Bを含む、電子装置100Bの構成を示すブロック図である。図16において、矢印は電気の流れを示している。図17は、電子装置100Bの回路構成の一例を示す図である。図16および図17において、第1の実施形態に係る電源制御装置10および電子装置100と同一または対応する構成要素については同一の参照符号を付与し、重複する説明は省略する。
[Third Embodiment]
FIG. 16 is a block diagram illustrating a configuration of an
第3の実施形態に係る電子装置100Bは、電池32として一次電池を使用する場合に適用し得る構成を有する。電子装置100Bは、充電部11および環境発電部30を含まない点が、第1の実施形態に係る電子装置100と異なる。第1の切り替え部12および第2の切り替え部13における動作およびこれらの動作タイミングは、第1の実施形態に係る電子装置100と同様である。
The
第3の実施形態に係る電子装置100Bによれば、電池32は、常に負荷36から切り離され、電池32から負荷36への直接的な電力供給は行われない。従って、稼働状態において負荷36が比較的大きい電流を必要とする場合でも、使用効率を著しく低下させるような過大な電流が電池32から流出することが防止される。
According to the
また、電池32によってキャパシタ34を充電する場合においても、電池32から出力される充電電流は、電流規制部15によって一定の大きさに制限されるので、電池32の使用効率の低下を抑制することができる。
Even when the
また、負荷36への電力供給を、キャパシタ34を介して行うことで、出力抵抗を低減することが可能となり、出力抵抗による電圧降下および損失を抑制することが可能となる。
Further, by supplying power to the
また、電池32は、第1の切り替え部12によってキャパシタ34の充電を行う期間のみキャパシタ34に接続され、他の期間においてはキャパシタ34から切り離される。これにより、電池32とキャパシタ34とを常時接続する場合と比較して、キャパシタ34の自然放電による電池32からの電荷の流出を抑制することが可能となる。
Further, the
開示の技術の第3の実施形態に係る電源制御装置および電子装置によれば、キャパシタに残留する電荷を回収する機構を有しないものの、電池32の使用効率の低下を抑制することが可能である。
According to the power supply control device and the electronic device according to the third embodiment of the disclosed technology, it is possible to suppress a decrease in the usage efficiency of the
[第4の実施形態]
図18は、開示の技術の第4の実施形態に係る電子装置100Cの構成を示すブロック図である。図18において、矢印は電気の流れを示している。図19は、電子装置100Cの回路構成の一例を示す図である。図18および図19において、第1の実施形態に係る電子装置100と同一または対応する構成要素については同一の参照符号を付与し、重複する説明は省略する。
[Fourth Embodiment]
FIG. 18 is a block diagram illustrating a configuration of an electronic device 100C according to the fourth embodiment of the disclosed technique. In FIG. 18, arrows indicate the flow of electricity. FIG. 19 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the electronic device 100C. In FIG. 18 and FIG. 19, the same or corresponding components as those of the
第4の実施形態に係る電子装置100Cは、環境発電部30がキャパシタ34に接続される点が第1の実施形態に係る電子装置100と異なる。すなわち、環境発電部30によって生成された電力によってキャパシタ34が充電される。なお、電源制御装置10の構成は、第1の実施形態と同様である。
The electronic device 100C according to the fourth embodiment is different from the
電子装置100Cにおいて、負荷36を駆動するための電力は、主に環境発電部30によって生成された電力によって賄われる。電池32は、負荷36が稼働状態に移行される直前にキャパシタ34に充電されている電荷の量が負荷36を駆動するのに十分ではない場合に補助的に使用される。
In the
図20は、第4の実施形態に係る制御部14の動作を示すフローチャートである。ステップS21において制御部14は、ステップS34にて起動したタイマのカウント値が所定値に達したか否かを判定する。すなわち、制御部14は、負荷36がスリープ状態に移行されてから所定期間が経過したか否かを判定する。ステップS21は、負荷36を稼働状態に移行するための準備を開始するか否かを判定するための処理であり、ステップS21において肯定判定がなされると負荷36を稼働状態に移行するための準備が開始される。
FIG. 20 is a flowchart showing the operation of the
ステップS22において制御部14は、キャパシタ34の電圧VCをモニタし、キャパシタ34の電圧VCが所定値以下であるか否かを判定する。すなわち、制御部14は、負荷36の稼働状態への移行直前におけるキャパシタ34の充電量が、負荷36を駆動するのに十分であるか否かを判定する。環境発電部30による発電量は、時間帯や天候などによって変動し、一定ではないことが想定され、負荷36を稼働状態に移行する際に負荷36を駆動するのに十分な電荷がキャパシタ34に蓄積されていない状況が想定される。制御部14は、キャパシタ34の電圧VCが所定値以下であると判定した場合、すなわち、キャパシタ34の充電量が負荷36を駆動するのに十分ではないと判定した場合には、処理をステップS23に移行する。一方、制御部14は、キャパシタ34の電圧VCが所定値よりも大であると判定した場合、すなわち、キャパシタ34の充電量が負荷36を駆動するのに十分であると判定した場合には、処理をステップS28に移行する。
In step S22, the
ステップS23において制御部14は、電池32の電圧VBが所定値以上であるか否かを判定する。制御部14は、電池32の電圧VBが所定値以上であると判定した場合には、処理をステップS25に移行する。一方、制御部14は、電池32の電圧VBが所定値以上ではないと判定した場合には、処理をステップS24に移行して警告を発し、本ルーチンを終了させる。
ステップS25において制御部14は、電池32からキャパシタ34に供給すべき電荷の量を算出する。制御部14は、例えば、キャパシタ34の容量、キャパシタ34の現在の電圧、環境発電部30の現在の発電量、スリープ期間の終了までの時間に基づいて、電池32からキャパシタ34に供給すべき電荷の量を算出する。
In step S <b> 25, the
ステップS26において制御部14は、制御信号C1を第1の切り替え部12のスイッチング素子120に供給することにより、スイッチング素子120をオン状態とする。これにより、電池32とキャパシタ34とが接続され、キャパシタ34が充電される。制御部14は、ステップS25において算出した量の電荷がキャパシタ34に供給されるまで、スイッチング素子120のオン状態を維持させる。電池32からキャパシタ34に向けて流れる放電電流は、定電流素子151を通過することによって一定量に規制される。このように、電池32から取り出す電流の大きさを規制することで、電池32の使用効率を向上させることが可能となる。
In step S <b> 26, the
ステップS27において制御部14は、第1の切り替え部12への制御信号C1の供給を停止することにより、第1の切り替え部12のスイッチング素子120をオフ状態とする。これにより、電池32とキャパシタ34とが非接続となり、キャパシタ34の充電が停止される。なお、ステップS22において、キャパシタ34の充電量が負荷36を駆動するのに十分であると判定された場合には、ステップS23からS27までの処理は実行されない。すなわち、電池32によるキャパシタ34の充電は実施されない。
In step S27, the
ステップS28において制御部14は、スリープ期間の終了と同時に制御信号C2を第2の切り替え部13のスイッチング素子130に供給することによりスイッチング素子130をオン状態とする。これにより、図10に示すように、スリープ期間の終了と同時にキャパシタ34と負荷36とが接続され、キャパシタ34に蓄積された電荷が負荷36に伝送され、負荷36に電力が供給される。このとき、第1の切り替え部12は、非接続状態を維持しており、電池32から負荷36への電力供給はなされない。負荷36は、スリープ期間の終了と同時にキャパシタ34から電力を受給することにより、スリープ期間の終了直後から稼働状態に移行することができる。
In step S28, the
以降のステップS29からステップS34までの処理は、第1の実施形態に係るフローチャート(図8参照)のステップS7からステップS12までの処理と同様であるので、重複する説明は省略する。 The subsequent processing from step S29 to step S34 is the same as the processing from step S7 to step S12 in the flowchart according to the first embodiment (see FIG. 8), and thus a duplicate description is omitted.
以上のように、開示の技術の第4の実施形態に係る電子装置100Cによれば、負荷36への電力供給は主に環境発電部30からキャパシタ34を介して行われ、電池32は必要に応じて補助的に使用される。これにより、電池32の放電回数を低減させることが可能となり、電池32の長寿命化を図ることができる。
As described above, according to the electronic device 100C according to the fourth embodiment of the disclosed technology, the power supply to the
また、電子装置100Cによれば、負荷36を稼働状態に移行する際に、キャパシタ34の充電量が負荷36を駆動するのに十分ではない場合には、電池32からキャパシタ34を介して負荷36に電力が供給される。環境発電部30による発電量は安定しないことが想定されるところ、環境発電部30による発電量の不足分は電池32によって補助される。従って、環境発電部30による発電量が少ない場合でも、常に一定の時間間隔で負荷36を稼働させることが可能となる。
Also, according to the electronic device 100C, when the
また、電池32とキャパシタ34との接続は、負荷36への補助的な電力供給を行う場合にのみ行われるので、キャパシタの自然放電に起因して電池から流出してしまう電荷の量を抑制することが可能である。以上のように、開示の技術の第4の実施形態に係る電子装置100Cによれば、電池32の使用効率の低下を抑制することが可能である。
Further, since the connection between the
なお、第1乃至第4の実施形態に係る電源制御装置10、10A、10Bおよび電子装置100、100A、100B、100Cの構成および動作は、適宜組み合わせることが可能である。例えば、第2の実施形態に係る第3の切り替え部13を、第3の実施形態に係る電源制御装置10Bおよび電子装置100Bに適用することが可能である。電池32を補助的に用いる第4の実施形態に係る制御態様を、第2の実施形態に係る電子装置100Aおよび第3の実施形態に係る電子装置100Bに適用することも可能である。
Note that the configurations and operations of the power
以上の第1乃至第4の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。 Regarding the above first to fourth embodiments, the following additional notes are disclosed.
(付記1)
電池から流出する電流の大きさを規制する電流規制部と、
前記電池とキャパシタとを前記電流規制部を介して接続する接続状態と、前記電池と前記キャパシタとの接続を解除する非接続状態と、に切り替え制御される第1の切り替え部と、
稼働状態と稼働状態よりも消費電力が小さい若しくは電力を消費しないスリープ状態とに状態が切り替わる負荷と前記キャパシタとを接続する接続状態と、前記負荷と前記キャパシタとの接続を解除する非接続状態と、に切り替え制御される第2の切り替え部と、
前記負荷が稼働状態にある稼働期間内において、前記第1の切り替え部を非接続状態に切り替え制御するとともに前記第2の切り替え部を接続状態に切り替え制御し、前記負荷がスリープ状態にあるスリープ期間内において、前記第1の切り替え部および前記第2の切り替え部を非接続状態に切り替え制御し、前記電池によって前記キャパシタを充電する場合に、前記第1の切り替え部を接続状態に切り替え制御するとともに前記第2の切り替え部を非接続状態に切り替え制御する制御部と、
を含む電源制御装置。
(Appendix 1)
A current regulator that regulates the magnitude of the current flowing out of the battery;
A first switching unit that is controlled to switch between a connection state in which the battery and the capacitor are connected via the current regulation unit and a non-connection state in which the connection between the battery and the capacitor is released;
A connected state that connects the capacitor and the load that switches to a sleep state that consumes less power than the operating state or consumes no power, and a disconnected state that releases the connection between the load and the capacitor; A second switching unit that is controlled to be switched to
During an operation period in which the load is in an operating state, the first switching unit is controlled to be switched to a disconnected state and the second switching unit is switched to a connected state, so that the load is in a sleep state. The first switching unit and the second switching unit are controlled to be switched to a non-connected state, and when the capacitor is charged by the battery, the first switching unit is switched to a connected state. A control unit for switching the second switching unit to a disconnected state;
Including power supply control device.
(付記2)
前記キャパシタに蓄積された電荷によって前記電池を充電する充電部を更に含み、
前記制御部は、前記キャパシタから前記負荷への電力供給が終了した後に前記充電部に充電を行わせる
付記1に記載の電源制御装置。
(Appendix 2)
And further comprising a charging unit for charging the battery with the electric charge accumulated in the capacitor,
The power supply control device according to
(付記3)
前記電池と前記負荷とを接続する接続状態と、前記電池と前記負荷との接続を解除する非接続状態と、に切り替え制御される第3の切り替え部を更に含み、
前記制御部は、前記負荷のスリープ期間内に前記第3の切り替え部を接続状態に切り替え制御する
付記1または付記2に記載の電源制御装置。
(Appendix 3)
A third switching unit that is controlled to switch between a connection state that connects the battery and the load and a non-connection state that releases the connection between the battery and the load;
The power supply control device according to
(付記4)
前記制御部は、前記負荷がスリープ状態から稼働状態へ移行する直前における前記キャパシタの電圧が所定値以下である場合に前記第1の切り替え部を接続状態に切り替え制御する
付記1から付記3のいずれか1つに記載の電源制御装置。
(Appendix 4)
The control unit switches the first switching unit to a connected state when the voltage of the capacitor immediately before the load shifts from the sleep state to the operating state is equal to or lower than a predetermined value. The power supply control apparatus as described in any one.
(付記5)
前記電流規制部は、前記電池から流出する電流を一定にする定電流素子を含む
付記1から付記4のいずれか1つに記載の電源制御装置。
(Appendix 5)
The power supply control device according to any one of
(付記6)
前記制御部は、前記負荷のスリープ期間内に前記第1の切り替え部を接続状態に切り替え制御し、前記負荷のスリープ期間が一定となるように、前記第2の切り替え部を接続状態に切り替え制御するタイミングを定める
付記1から付記5のいずれか1つに記載の電源制御装置。
(Appendix 6)
The control unit controls to switch the first switching unit to a connected state within the sleep period of the load, and controls to switch the second switching unit to a connected state so that the sleep period of the load becomes constant The power supply control device according to any one of
(付記7)
前記充電部は、充電電流が一定となるように前記電池の充電を行う
付記2に記載の電源制御装置。
(Appendix 7)
The power supply control device according to
(付記8)
前記充電部は、昇圧型のDC−DCコンバータを含む
付記2または付記7に記載の電源制御装置。
(Appendix 8)
The power supply control device according to
(付記9)
前記第1の切り替え部は、DC−DCコンバータを含む
付記1から付記8のいずれか1つに記載の電源制御装置。
(Appendix 9)
The power control device according to any one of
(付記10)
前記第2の切り替え部は、DC−DCコンバータを含む
付記1から付記9のいずれか1つに記載の電源制御装置。
(Appendix 10)
The power supply control device according to any one of
(付記11)
電池と、キャパシタと、稼働状態と稼働状態よりも消費電力が小さい若しくは電力を消費しないスリープ状態とに状態が切り替わる負荷と、前記負荷への電力の供給を制御する電源制御装置と、を含み、
前記電源制御装置は、
前記電池から流出する電流の大きさを規制する電流規制部と、
前記電池と前記キャパシタとを前記電流規制部を介して接続する接続状態と、前記電池と前記キャパシタとの接続を解除する非接続状態と、に切り替え制御される第1の切り替え部と、
前記負荷と前記キャパシタとを接続する接続状態と、前記負荷と前記キャパシタとの接続を解除する非接続状態と、に切り替え制御される第2の切り替え部と、
前記負荷が稼働状態にある稼働期間内において、前記第1の切り替え部を非接続状態に切り替え制御するとともに前記第2の切り替え部を接続状態に切り替え制御し、前記負荷がスリープ状態にあるスリープ期間内において、前記第1の切り替え部および前記第2の切り替え部を非接続状態に切り替え、前記電池によって前記キャパシタを充電する場合に、前記第1の切り替え部を接続状態に切り替え制御するとともに前記第2の切り替え部を非接続状態に切り替え制御する制御部と、
を含む電子装置
(Appendix 11)
A battery, a capacitor, a load that switches to a sleep state that consumes less power or consumes less power than an operating state, and a power supply control device that controls the supply of power to the load, and
The power supply control device
A current regulating unit that regulates the magnitude of the current flowing out of the battery;
A first switching unit that is controlled to switch between a connection state in which the battery and the capacitor are connected via the current regulation unit and a non-connection state in which the connection between the battery and the capacitor is released;
A second switching unit that is controlled to switch between a connection state that connects the load and the capacitor and a non-connection state that releases the connection between the load and the capacitor;
During an operation period in which the load is in an operating state, the first switching unit is controlled to be switched to a disconnected state and the second switching unit is switched to a connected state, so that the load is in a sleep state. The first switching unit and the second switching unit are switched to a non-connected state, and when the capacitor is charged by the battery, the first switching unit is switched to a connected state and the first switching unit is controlled. A control unit that controls switching of the two switching units to a disconnected state;
Including electronic devices
(付記12)
前記電源制御装置は、前記キャパシタに蓄積された電荷によって前記電池を充電する充電部を更に含み、
前記制御部は、前記キャパシタから前記負荷への電力供給が終了した後に前記充電部に充電を行わせる
付記11に記載の電子装置。
(Appendix 12)
The power supply control device further includes a charging unit that charges the battery with the charge accumulated in the capacitor,
The electronic device according to
(付記13)
前記電源制御装置は、前記電池と前記負荷とを接続する接続状態と、前記電池と前記負荷との接続を解除する非接続状態と、に切り替え制御される第3の切り替え部を更に含み、
前記制御部は、前記負荷のスリープ期間内に前記第3の切り替え部を接続状態に切り替え制御する
付記11または付記12に記載の電子装置。
(Appendix 13)
The power supply control device further includes a third switching unit that is controlled to switch between a connection state in which the battery and the load are connected and a non-connection state in which the connection between the battery and the load is released,
The electronic device according to
(付記14)
電力を生成する発電部を更に含む
付記11から付記13のいずれか1つに記載の電子装置。
(Appendix 14)
The electronic device according to any one of
(付記15)
前記発電部は、前記電池に接続され、前記発電部が生成した電力によって前記電池が充電される
付記14に記載の電子装置。
(Appendix 15)
The electronic device according to
(付記16)
前記発電部は、前記キャパシタに接続され、前記発電部によって生成された電力によって前記キャパシタが充電され、
前記制御部は、前記負荷がスリープ状態から稼働状態に移行する直前における前記キャパシタの電圧が所定値以下である場合に、前記第1の切り替え部を接続状態に切り替え制御する
付記14に記載の電子装置。
(Appendix 16)
The power generation unit is connected to the capacitor, and the capacitor is charged by the power generated by the power generation unit,
The electronic control unit according to
(付記17)
前記電流規制部は、前記電池から流出する電流を一定にする定電流素子を含む
付記11から付記16のいずれか1つに記載の電子装置。
(Appendix 17)
The electronic device according to any one of
(付記18)
前記制御部は、前記負荷のスリープ期間内に前記第1の切り替え部を接続状態に切り替え制御し、前記負荷のスリープ期間が一定となるように、前記第2の切り替え部を接続状態に切り替え制御するタイミングを定める
付記11から付記17のいずれか1つに記載の電子装置。
(Appendix 18)
The control unit controls to switch the first switching unit to a connected state within the sleep period of the load, and controls to switch the second switching unit to a connected state so that the sleep period of the load becomes constant The electronic device according to any one of
(付記19)
前記充電部は、充電電流が一定となるように前記電池の充電を行う
付記12に記載の電子装置。
(Appendix 19)
The electronic device according to
(付記20)
前記充電部は、昇圧型のDC−DCコンバータを含む
付記12または付記19に記載の電子装置。
(Appendix 20)
The electronic device according to
(付記21)
前記負荷は、センサと、前記センサの検出値を外部に送信する通信部と、を含む
付記11から付記20のいずれか1つに記載の電子装置。
(Appendix 21)
The electronic device according to any one of
(付記22)
前記発電部は、周囲環境に存在するエネルギーを収穫して電力に変換する
付記14から付記16のいずれか1つに記載の電子装置。
(Appendix 22)
The electronic device according to any one of
10、10A、10B 電源制御装置
11 充電部
12 第1の切り替え部
13 第2の切り替え部
14 制御部
19 第3の切り替え部
30 環境発電部
32 電池
36 負荷
100、100A、100B、100C 電子装置
111 DC−DCコンバータ
151 定電流素子
10, 10A, 10B
Claims (12)
前記電池とキャパシタとを前記電流規制部を介して接続する接続状態と、前記電池と前記キャパシタとの接続を解除する非接続状態と、に切り替え制御される第1の切り替え部と、
稼働状態と稼働状態よりも消費電力が小さい若しくは電力を消費しないスリープ状態とに状態が切り替わる負荷と前記キャパシタとを接続する接続状態と、前記負荷と前記キャパシタとの接続を解除する非接続状態と、に切り替え制御される第2の切り替え部と、
前記負荷が稼働状態にある稼働期間内において、前記第1の切り替え部を非接続状態に切り替え制御するとともに前記第2の切り替え部を接続状態に切り替え制御し、前記負荷がスリープ状態にあるスリープ期間内において、前記第1の切り替え部および前記第2の切り替え部を非接続状態に切り替え制御し、前記電池によって前記キャパシタを充電する場合に、前記第1の切り替え部を接続状態に切り替え制御するとともに前記第2の切り替え部を非接続状態に切り替え制御する制御部と、
を含む電源制御装置。 A current regulator that regulates the magnitude of the current flowing out of the battery;
A first switching unit that is controlled to switch between a connection state in which the battery and the capacitor are connected via the current regulation unit and a non-connection state in which the connection between the battery and the capacitor is released;
A connected state that connects the capacitor and the load that switches to a sleep state that consumes less power than the operating state or consumes no power, and a disconnected state that releases the connection between the load and the capacitor; A second switching unit that is controlled to be switched to
During an operation period in which the load is in an operating state, the first switching unit is controlled to be switched to a disconnected state and the second switching unit is switched to a connected state, so that the load is in a sleep state. The first switching unit and the second switching unit are controlled to be switched to a non-connected state, and when the capacitor is charged by the battery, the first switching unit is switched to a connected state. A control unit for switching the second switching unit to a disconnected state;
Including power supply control device.
前記制御部は、前記キャパシタから前記負荷への電力供給が終了した後に前記充電部に充電を行わせる
請求項1に記載の電源制御装置。 And further comprising a charging unit for charging the battery with the electric charge accumulated in the capacitor,
The power supply control device according to claim 1, wherein the control unit causes the charging unit to charge after power supply from the capacitor to the load is completed.
前記制御部は、前記負荷のスリープ期間内に前記第3の切り替え部を接続状態に切り替え制御する
請求項1または請求項2に記載の電源制御装置。 A third switching unit that is controlled to switch between a connection state that connects the battery and the load and a non-connection state that releases the connection between the battery and the load;
The power supply control device according to claim 1, wherein the control unit switches and controls the third switching unit to a connected state within a sleep period of the load.
請求項1から請求項3のいずれか1つに記載の電源制御装置。 The control unit switches the first switching unit to a connected state when the voltage of the capacitor immediately before the load shifts from a sleep state to an operating state is equal to or lower than a predetermined value. The power supply control device according to any one of the above.
請求項1から請求項4のいずれか1つに記載の電源制御装置。 The power supply control device according to any one of claims 1 to 4, wherein the current regulating unit includes a constant current element that makes a current flowing out of the battery constant.
請求項1から請求項5のいずれか1つに記載の電源制御装置。 The control unit controls to switch the first switching unit to a connected state within the sleep period of the load, and controls to switch the second switching unit to a connected state so that the sleep period of the load becomes constant The power supply control device according to any one of claims 1 to 5, wherein a timing for performing the operation is determined.
請求項2に記載の電源制御装置。 The power supply control device according to claim 2, wherein the charging unit charges the battery so that a charging current is constant.
前記電源制御装置は、
前記電池から流出する電流の大きさを規制する電流規制部と、
前記電池と前記キャパシタとを前記電流規制部を介して接続する接続状態と、前記電池と前記キャパシタとの接続を解除する非接続状態と、に切り替え制御される第1の切り替え部と、
前記負荷と前記キャパシタとを接続する接続状態と、前記負荷と前記キャパシタとの接続を解除する非接続状態と、に切り替え制御される第2の切り替え部と、
前記負荷が稼働状態にある稼働期間内において、前記第1の切り替え部を非接続状態に切り替え制御するとともに前記第2の切り替え部を接続状態に切り替え制御し、前記負荷がスリープ状態にあるスリープ期間内において、前記第1の切り替え部および前記第2の切り替え部を非接続状態に切り替え、前記電池によって前記キャパシタを充電する場合に、前記第1の切り替え部を接続状態に切り替え制御するとともに前記第2の切り替え部を非接続状態に切り替え制御する制御部と、
を含む電子装置。 A battery, a capacitor, a load that switches to a sleep state that consumes less power or consumes less power than an operating state, and a power supply control device that controls the supply of power to the load, and
The power supply control device
A current regulating unit that regulates the magnitude of the current flowing out of the battery;
A first switching unit that is controlled to switch between a connection state in which the battery and the capacitor are connected via the current regulation unit and a non-connection state in which the connection between the battery and the capacitor is released;
A second switching unit that is controlled to switch between a connection state that connects the load and the capacitor and a non-connection state that releases the connection between the load and the capacitor;
During an operation period in which the load is in an operating state, the first switching unit is controlled to be switched to a disconnected state and the second switching unit is switched to a connected state, so that the load is in a sleep state. The first switching unit and the second switching unit are switched to a non-connected state, and when the capacitor is charged by the battery, the first switching unit is switched to a connected state and the first switching unit is controlled. A control unit that controls switching of the two switching units to a disconnected state;
Including electronic devices.
前記制御部は、前記キャパシタから前記負荷への電力供給が終了した後に前記充電部に充電を行わせる
請求項8に記載の電子装置。 The power supply control device further includes a charging unit that charges the battery with the charge accumulated in the capacitor,
The electronic device according to claim 8, wherein the control unit causes the charging unit to charge after power supply from the capacitor to the load is completed.
請求項8または請求項9に記載の電子装置。 The electronic device according to claim 8, further comprising a power generation unit that generates electric power.
前記制御部は、前記負荷がスリープ状態から稼働状態に移行する直前における前記キャパシタの電圧が所定値以下である場合に、前記第1の切り替え部を接続状態に切り替え制御する
請求項10に記載の電子装置。 The power generation unit is connected to the capacitor, and the capacitor is charged by the power generated by the power generation unit,
The control unit according to claim 10, wherein the control unit switches the first switching unit to a connected state when the voltage of the capacitor immediately before the load shifts from a sleep state to an operating state is equal to or lower than a predetermined value. Electronic equipment.
請求項10または請求項11に記載の電子装置。 The electronic device according to claim 10, wherein the power generation unit harvests energy existing in an ambient environment and converts the energy into electric power.
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