JP2016146156A - 電源制御回路、環境発電装置および環境発電装置の制御方法 - Google Patents
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Description
(付記1)
第1電源電圧が印加された第1電源線と、
前記第1電源電圧とは異なる第2電源電圧が印加された第2電源線と、
前記第1および第2電源線の間に接続されたキャパシタと、
前記第1および第2電源線の間に設けられ、負荷と直列接続された第1スイッチ素子と、
前記第1電源電圧と前記第2電源電圧の差電圧を監視して、前記第1スイッチ素子をオン/オフ制御する差電圧監視回路と、を有し、
前記差電圧監視回路は、
前記差電圧が上昇するとき、
前記差電圧が第1基準電圧よりも低ければ、前記第1スイッチ素子をオフし、
前記差電圧が前記第1基準電圧以上になれば、前記第1スイッチ素子をオンし、
前記差電圧が下降するとき、
前記差電圧が第2基準電圧よりも高ければ、前記第1スイッチ素子をオンし、
前記差電圧が前記第2基準電圧以下になれば、前記第1スイッチ素子をオフする、ように制御する、
ことを特徴とする電源制御回路。
前記第1基準電圧は、前記第2基準電圧よりも高く、
前記第1基準電圧は、前記負荷の動作可能な上限電圧以下の電圧であり、
前記第2基準電圧は、前記負荷の動作可能な下限電圧以上の電圧である、
ことを特徴とする付記1に記載の電源制御回路。
前記第1基準電圧は、前記負荷の動作可能な上限電圧であり、
前記第2基準電圧は、前記負荷の動作可能な下限電圧である、
ことを特徴とする付記2に記載の電源制御回路。
前記差電圧監視回路は、
前記第1および第2電源線の間に設けられ、直列接続された第1比較器および第2スイッチ素子を含み、
前記第1および第2スイッチ素子は、前記第1比較器の出力により制御される、
ことを特徴とする付記2または付記3に記載の電源制御回路。
前記差電圧監視回路は、さらに、
前記第1比較器の出力と、前記第1および第2スイッチ素子の少なくとも一方の間に設けられた制御部を含む、
ことを特徴とする付記4に記載の電源制御回路。
前記制御部は、
前記第1および第2電源線の間に直列に設けられた、
第3スイッチ素子および第1プルアップ素子、
第3スイッチ素子および第1プルダウン素子、並びに、
インバータを形成する第3スイッチ素子および相補スイッチ素子のいずれかを含む、
ことを特徴とする付記5に記載の電源制御回路。
前記制御部は、
前記第1および第2電源線の間に直列に設けられた前記第3スイッチ素子および前記第1プルアップ素子を含み、
前記差電圧監視回路は、さらに、
前記第1比較器の出力と、前記第1および第2電源線における高電位側電源線の間に設けられた第2プルアップ素子を含む、
ことを特徴とする付記6に記載の電源制御回路。
前記差電圧監視回路は、さらに、
前記第1比較器の出力と前記第2電源線の間に接続された閾値設定用抵抗を有し、
前記第1および第2プルアップ素子は、抵抗であり、
前記第1,第2および第3スイッチ素子は、同じサイズのnチャネル型MOSの第1,第2および第3トランジスタであり、
前記閾値設定用抵抗により、前記第2トランジスタの第2閾値電圧を、等価的に、前記第1トランジスタの第1閾値電圧および前記第3トランジスタの第3閾値電圧よりも低い電圧に設定する、
ことを特徴とする付記7に記載の電源制御回路。
前記制御部は、
前記第1および第2電源線の間に直列に設けられた前記第3スイッチ素子および前記第1プルダウン素子を含み、
前記差電圧監視回路は、さらに、
前記第1比較器の出力と、前記第1および第2電源線における低電位側電源線の間に設けられた第2プルダウン素子を含む、
ことを特徴とする付記6に記載の電源制御回路。
前記第1〜第3スイッチ素子は、nチャネル型MOSトランジスタであり、
前記第1および第2プルアップ素子は、抵抗である、
ことを特徴とする付記7に記載の電源制御回路。
前記第1および第3スイッチ素子は、前記第1比較器の出力に基づいてオン/オフ制御され、
前記第2スイッチ素子は、前記第3スイッチ素子がオフからオンに変化することにより、オンからオフに切り替わる、
ことを特徴とする付記6乃至付記10のいずれか1項に記載の電源制御回路。
前記第2スイッチ素子がオン/オフ動作する第2閾値の絶対値は、前記第1スイッチ素子がオン/オフ動作する第1閾値の絶対値および前記第3スイッチ素子がオン/オフ動作する第3閾値の絶対値よりも小さい、
ことを特徴とする付記6乃至付記11のいずれか1項に記載の電源制御回路。
前記第3閾値の絶対値は、前記第1閾値の絶対値よりも小さい、
ことを特徴とする付記12に記載の電源制御回路。
前記第1比較器は、
前記負荷に印加される電源電圧が所定の閾値電圧を超えたら、前記第1および第3スイッチ素子をオンし、
前記第2スイッチ素子がオフしたら、前記第1および第3スイッチ素子をオフする、
ことを特徴とする付記6乃至付記13のいずれか1項に記載の電源制御回路。
前記制御部は、
前記第1および第2電源線の間に直列に設けられた前記第3スイッチ素子および前記相補スイッチ素子を有するインバータを含み、
前記第2スイッチ素子は、前記インバータの出力により制御される、
ことを特徴とする付記6に記載の電源制御回路。
前記差電圧監視回路は、さらに、
前記第1比較器の出力と、前記第1または第2電源線の間に設けられリセット回路を含み、
前記リセット回路は、
前記差電圧が下降するとき、
前記差電圧が第3基準電圧以下になれば、前記第1比較器の出力をリセットする、
ことを特徴とする付記4乃至付記15のいずれか1項に記載の電源制御回路。
前記第3基準電圧は、前記負荷の動作可能な下限電圧の近傍に設定される、
ことを特徴とする付記16に記載の電源制御回路。
前記リセット回路は、
前記第1比較器の出力と、前記第1または第2電源線の間に設けられた第4スイッチ素子を含み、
前記第4スイッチ素子は、手動で制御される、
ことを特徴とする付記16または付記17に記載の電源制御回路。
前記リセット回路は、
前記第1比較器の出力と、前記第1または第2電源線の間に設けられた第4スイッチ素子を含み、
前記差電圧監視回路は、さらに、
前記差電圧が下降するとき、
前記差電圧が第3基準電圧以下になればオンして、前記第1比較器の出力をリセットするリセット動作制御回路を含む、
ことを特徴とする付記16または付記17に記載の電源制御回路。
前記リセット動作制御回路は、
前記第1および第2電源線の間に設けられた第2比較器を含み、
前記第4スイッチ素子は、前記第2比較器の出力によりオン/オフ制御される、
ことを特徴とする付記19に記載の電源制御回路。
前記リセット動作制御回路は、さらに、
前記第2比較器の出力と前記第1電源線の間に設けられた第3プルアップ素子、または、前記第2比較器の出力と前記第2電源線の間に設けられた第3プルダウン素子を含む、
ことを特徴とする付記20に記載の電源制御回路。
前記第2比較器は、
前記差電圧が所定の閾値電圧を超えたら、前記第4スイッチ素子をオンしてリセット状態に戻す、
ことを特徴とする付記20または付記21に記載の電源制御回路。
前記第4スイッチ素子は,pチャネル型MOSトランジスタである、
ことを特徴とする付記22に記載の電源制御回路。
前記差電圧監視回路は、さらに、
前記第1およびは第2電源線の間に、前記第2比較器と直列接続された第5スイッチ素子を含み、
前記第5スイッチ素子は、前記第1比較器の出力によりオン/オフ制御される、
ことを特徴とする付記20乃至付記23のいずれか1項に記載の電源制御回路。
前記第4スイッチ素子は、pチャネル型MOSの第4トランジスタであり、
前記第5スイッチ素子は、nチャネル型MOSの第5トランジスタであり、
前記第5トランジスタの第5閾値電圧を、前記第1トランジスタの閾値電圧および前記第3トランジスタの閾値電圧よりも低い電圧に設定する、
ことを特徴とする付記24に記載の電源制御回路。
前記第1スイッチ素子または前記負荷の両端電圧を検出して前記負荷の動作状態を検知し、
検知された前記負荷の動作状態に基づいて、前記第2スイッチ素子のオン/オフ制御を行う、
ことを特徴とする付記4乃至付記25のいずれか1項に記載の電源制御回路。
さらに、
前記負荷と前記第1スイッチ素子の間に設けられ、前記負荷を流れる電流を検知する電流検知回路を有し、
前記負荷に流れる電流が所定の電流値以上のときは、前記第2スイッチ素子をオフし、
前記負荷に流れる電流が前記所定の電流値より小さいときは、前記第2スイッチ素子をオンする、
ことを特徴とする付記4乃至付記25のいずれか1項に記載の電源制御回路。
さらに、
前記負荷と並列に設けられた第6スイッチ素子を有し、
前記負荷が動作を行わないとき、前記第6スイッチ素子を瞬間的にオンして、前記第2スイッチ素子の制御信号をリセットする、
ことを特徴とする付記4乃至付記27のいずれか1項に記載の電源制御回路。
前記電流検知回路は、
前記負荷と前記第1スイッチ素子の間に設けられた電流検出用抵抗と、
前記電流検出用抵抗の両端の電圧を比較する第3比較器と、を含む、
ことを特徴とする付記28に記載の電源制御回路。
前記第1基準電圧および前記第2基準電圧を、ヒステリシス比較器の内部で生成および設定する、
ことを特徴とする付記1乃至付記3のいずれか1項に記載の電源制御回路。
前記負荷は、無線センサーノードであり、
前記無線センサーノードに対して電力を供給する、
ことを特徴とする付記1乃至付記30のいずれか1項に記載の電源制御回路。
半導体基板上に、付記1乃至付記31のいずれか1項に記載の電源制御回路が形成される、
ことを特徴とする半導体集積回路。
環境発電器と、
付記1乃至付記31のいずれか1項に記載の電源制御回路と、を有し、
前記電源制御回路は、前記環境発電器からの発電エネルギーを受け取る、
ことを特徴とする環境発電装置。
前記環境発電器は、光エネルギーを利用した光発電器、振動を利用した振動発電器、熱エネルギーを利用した熱発電器、および、電磁波エネルギーを利用した電磁波発電器を含む、
ことを特徴とする付記33に記載の環境発電装置。
環境発電器と、前記環境発電器からの発電エネルギーを受け取って、第1電源電圧および前記第1電源電圧とは異なる第2電源電圧を負荷に印加する電源制御回路と、を有する環境発電装置の制御方法であって、
前記電源制御回路は、
第1電源電圧が印加された第1電源線と、
前記第1電源電圧とは異なる第2電源電圧が印加された第2電源線と、
前記第1および第2電源線の間に接続されたキャパシタと、
前記第1および第2電源線の間に設けられ、負荷と直列接続された第1スイッチ素子と、
前記第1電源電圧と前記第2電源電圧の差電圧を監視して、前記第1スイッチ素子をオン/オフ制御する差電圧監視回路と、を有し、
前記差電圧監視回路は、
前記差電圧が上昇するとき、
前記差電圧が第1基準電圧よりも低ければ、前記第1スイッチ素子をオフし、
前記差電圧が前記第1基準電圧以上になれば、前記第1スイッチ素子をオンし、
前記差電圧が下降するとき、
前記差電圧が第2基準電圧よりも高ければ、前記第1スイッチ素子をオンし、
前記差電圧が前記第2基準電圧以下になれば、前記第1スイッチ素子をオフする、ように制御する、
ことを特徴とする環境発電装置の制御方法。
前記第1および第3スイッチ素子は、一端が前記第1電源線に接続された第2抵抗の他端に接続された前記第1比較器の出力ノードの信号によりオン/オフ制御され、
前記第2スイッチ素子は、一端が前記第1電源線に接続された第1抵抗の他端と前記第3スイッチ素子の接続ノードの信号によりオン/オフ制御され、
前記環境発電器からの発電エネルギーによる前記第1電源電圧の変化に基づく、前記第1抵抗と前記第3スイッチ素子の接続ノードの信号により前記第2スイッチ素子がオンして、前記第1比較器が動作を開始し、
動作を開始した前記第1比較器の出力ノードの信号により前記第1および第3スイッチ素子をオフして、前記環境発電器からの発電エネルギーを前記キャパシタに蓄積し、
前記第1電源電圧が所定の閾値電圧を超えたら、前記第1比較器の出力ノードの信号により前記第1および第3スイッチ素子をオンして、前記負荷に対して前記第1電源電圧および前記第2電源電圧を印加すると共に、前記第2スイッチ素子をオフし、前記第1比較器の動作を停止する、
ことを特徴とする付記35に記載の環境発電装置の制御方法。
前記第1電源電圧が前記所定の閾値電圧を超えたとき、前記第3スイッチ素子は、前記第1スイッチ素子がオフするのと同時に、或いは、前記第1スイッチ素子がオフする前に、オフする、
ことを特徴とする付記36に記載の環境発電装置の制御方法。
前記環境発電器からの発電エネルギーが低減して、前記第1電源電圧および前記第2電源電圧が前記負荷の動作電圧よりも低くなったら、前記第1,第2および第3スイッチ素子をリセットする、
ことを特徴とする付記36または付記37に記載の環境発電装置の制御方法。
さらに、前記第1および第2電源線の間に設けられた第2比較器、並びに、前記第1比較器の出力と、前記第1または第2電源線の間に設けられた第4スイッチ素子を含み、
前記第4スイッチ素子は、第2比較器により制御され、
前記第2比較器は、前記差電圧が下降するとき、前記差電圧が第3基準電圧以下になれば、前記第4スイッチ素子をオンして、前記第1比較器の出力をリセットする、
ことを特徴とする付記38に記載の環境発電装置の制御方法。
2,102 電源制御回路
3,103 負荷(無線センサーノード)
11,111 高電位側電源線(第1電源線)
12,112 低電位側電源線(第2電源線)
20 差電圧監視回路
21,121 キャパシタ
22 電流検知回路
23 比較器(第1比較器)
24 制御部
25 プルアップ素子(第2プルアップ素子,第2抵抗)
25' プルダウン素子(第2プルダウン素子,抵抗)
26 プルアップ素子(第1プルアップ素子,第1抵抗)
27 リセット回路
28 閾値設定用抵抗
29 リセット動作制御回路
123,200 ヒステリシス比較器
221 比較器(第3比較器)
222 電流検出用抵抗
291 比較器(第2比較器)
292 プルアップ素子(第3プルアップ素子,抵抗)
293 プルダウン素子(第3プルダウン素子,抵抗)
Claims (24)
- 第1電源電圧が印加された第1電源線と、
前記第1電源電圧とは異なる第2電源電圧が印加された第2電源線と、
前記第1および第2電源線の間に接続されたキャパシタと、
前記第1および第2電源線の間に設けられ、負荷と直列接続された第1スイッチ素子と、
前記第1電源電圧と前記第2電源電圧の差電圧を監視して、前記第1スイッチ素子をオン/オフ制御する差電圧監視回路と、を有し、
前記差電圧監視回路は、
前記差電圧が上昇するとき、
前記差電圧が第1基準電圧よりも低ければ、前記第1スイッチ素子をオフし、
前記差電圧が前記第1基準電圧以上になれば、前記第1スイッチ素子をオンし、
前記差電圧が下降するとき、
前記差電圧が第2基準電圧よりも高ければ、前記第1スイッチ素子をオンし、
前記差電圧が前記第2基準電圧以下になれば、前記第1スイッチ素子をオフする、ように制御する、
ことを特徴とする電源制御回路。 - 前記第1基準電圧は、前記第2基準電圧よりも高く、
前記第1基準電圧は、前記負荷の動作可能な上限電圧以下の電圧であり、
前記第2基準電圧は、前記負荷の動作可能な下限電圧以上の電圧である、
ことを特徴とする請求項1に記載の電源制御回路。 - 前記第1基準電圧は、前記負荷の動作可能な上限電圧であり、
前記第2基準電圧は、前記負荷の動作可能な下限電圧である、
ことを特徴とする請求項2に記載の電源制御回路。 - 前記差電圧監視回路は、
前記第1および第2電源線の間に設けられ、直列接続された第1比較器および第2スイッチ素子を含み、
前記第1および第2スイッチ素子は、前記第1比較器の出力により制御される、
ことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の電源制御回路。 - 前記差電圧監視回路は、さらに、
前記第1比較器の出力と、前記第1および第2スイッチ素子の少なくとも一方の間に設けられた制御部を含む、
ことを特徴とする請求項4に記載の電源制御回路。 - 前記制御部は、
前記第1および第2電源線の間に直列に設けられた、
第3スイッチ素子および第1プルアップ素子、
第3スイッチ素子および第1プルダウン素子、並びに、
インバータを形成する第3スイッチ素子および相補スイッチ素子のいずれかを含む、
ことを特徴とする請求項5に記載の電源制御回路。 - 前記制御部は、
前記第1および第2電源線の間に直列に設けられた前記第3スイッチ素子および前記第1プルアップ素子を含み、
前記差電圧監視回路は、さらに、
前記第1比較器の出力と、前記第1および第2電源線における高電位側電源線の間に設けられた第2プルアップ素子を含む、
ことを特徴とする請求項6に記載の電源制御回路。 - 前記差電圧監視回路は、さらに、
前記第1比較器の出力と前記第2電源線の間に接続された閾値設定用抵抗を有し、
前記第1および第2プルアップ素子は、抵抗であり、
前記第1,第2および第3スイッチ素子は、同じサイズのnチャネル型MOSの第1,第2および第3トランジスタであり、
前記閾値設定用抵抗により、前記第2トランジスタの第2閾値電圧を、等価的に、前記第1トランジスタの第1閾値電圧および前記第3トランジスタの第3閾値電圧よりも低い電圧に設定する、
ことを特徴とする請求項7に記載の電源制御回路。 - 前記第1および第3スイッチ素子は、前記第1比較器の出力に基づいてオン/オフ制御され、
前記第2スイッチ素子は、前記第3スイッチ素子がオフからオンに変化することにより、オンからオフに切り替わる、
ことを特徴とする請求項6乃至請求項8のいずれか1項に記載の電源制御回路。 - 前記第2スイッチ素子がオン/オフ動作する第2閾値の絶対値は、前記第1スイッチ素子がオン/オフ動作する第1閾値の絶対値および前記第3スイッチ素子がオン/オフ動作する第3閾値の絶対値よりも小さい、
ことを特徴とする請求項6乃至請求項9のいずれか1項に記載の電源制御回路。 - 前記差電圧監視回路は、さらに、
前記第1比較器の出力と、前記第1または第2電源線の間に設けられリセット回路を含み、
前記リセット回路は、
前記差電圧が下降するとき、
前記差電圧が第3基準電圧以下になれば、前記第1比較器の出力をリセットする、
ことを特徴とする請求項4乃至請求項10のいずれか1項に記載の電源制御回路。 - 前記第3基準電圧は、前記負荷の動作可能な下限電圧の近傍に設定される、
ことを特徴とする請求項11に記載の電源制御回路。 - 前記リセット回路は、
前記第1比較器の出力と、前記第1または第2電源線の間に設けられた第4スイッチ素子を含み、
前記差電圧監視回路は、さらに、
前記差電圧が下降するとき、
前記差電圧が第3基準電圧以下になればオンして、前記第1比較器の出力をリセットするリセット動作制御回路を含む、
ことを特徴とする請求項11または請求項12に記載の電源制御回路。 - 前記リセット動作制御回路は、
前記第1および第2電源線の間に設けられた第2比較器を含み、
前記第4スイッチ素子は、前記第2比較器の出力によりオン/オフ制御される、
ことを特徴とする請求項13に記載の電源制御回路。 - 前記リセット動作制御回路は、さらに、
前記第2比較器の出力と前記第1電源線の間に設けられた第3プルアップ素子、または、前記第2比較器の出力と前記第2電源線の間に設けられた第3プルダウン素子を含む、
ことを特徴とする請求項14に記載の電源制御回路。 - 前記差電圧監視回路は、さらに、
前記第1およびは第2電源線の間に、前記第2比較器と直列接続された第5スイッチ素子を含み、
前記第5スイッチ素子は、前記第1比較器の出力によりオン/オフ制御される、
ことを特徴とする請求項14または請求項15に記載の電源制御回路。 - 前記第1スイッチ素子または前記負荷の両端電圧を検出して前記負荷の動作状態を検知し、
検知された前記負荷の動作状態に基づいて、前記第2スイッチ素子のオン/オフ制御を行う、
ことを特徴とする請求項4乃至請求項16のいずれか1項に記載の電源制御回路。 - さらに、
前記負荷と前記第1スイッチ素子の間に設けられ、前記負荷を流れる電流を検知する電流検知回路を有し、
前記負荷に流れる電流が所定の電流値以上のときは、前記第2スイッチ素子をオフし、
前記負荷に流れる電流が前記所定の電流値より小さいときは、前記第2スイッチ素子をオンする、
ことを特徴とする請求項4乃至請求項16のいずれか1項に記載の電源制御回路。 - さらに、
前記負荷と並列に設けられた第6スイッチ素子を有し、
前記負荷が動作を行わないとき、前記第6スイッチ素子を瞬間的にオンして、前記第2スイッチ素子の制御信号をリセットする、
ことを特徴とする請求項4乃至請求項18のいずれか1項に記載の電源制御回路。 - 前記第1基準電圧および前記第2基準電圧を、ヒステリシス比較器の内部で生成および設定する、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の電源制御回路。 - 環境発電器と、
請求項1乃至請求項20のいずれか1項に記載の電源制御回路と、を有し、
前記電源制御回路は、前記環境発電器からの発電エネルギーを受け取る、
ことを特徴とする環境発電装置。 - 環境発電器と、前記環境発電器からの発電エネルギーを受け取って、第1電源電圧および前記第1電源電圧とは異なる第2電源電圧を負荷に印加する電源制御回路と、を有する環境発電装置の制御方法であって、
前記電源制御回路は、
第1電源電圧が印加された第1電源線と、
前記第1電源電圧とは異なる第2電源電圧が印加された第2電源線と、
前記第1および第2電源線の間に接続されたキャパシタと、
前記第1および第2電源線の間に設けられ、負荷と直列接続された第1スイッチ素子と、
前記第1電源電圧と前記第2電源電圧の差電圧を監視して、前記第1スイッチ素子をオン/オフ制御する差電圧監視回路と、を有し、
前記差電圧監視回路は、
前記差電圧が上昇するとき、
前記差電圧が第1基準電圧よりも低ければ、前記第1スイッチ素子をオフし、
前記差電圧が前記第1基準電圧以上になれば、前記第1スイッチ素子をオンし、
前記差電圧が下降するとき、
前記差電圧が第2基準電圧よりも高ければ、前記第1スイッチ素子をオンし、
前記差電圧が前記第2基準電圧以下になれば、前記第1スイッチ素子をオフする、ように制御する、
ことを特徴とする環境発電装置の制御方法。 - 前記第1および第3スイッチ素子は、一端が前記第1電源線に接続された第2抵抗の他端に接続された前記第1比較器の出力ノードの信号によりオン/オフ制御され、
前記第2スイッチ素子は、一端が前記第1電源線に接続された第1抵抗の他端と前記第3スイッチ素子の接続ノードの信号によりオン/オフ制御され、
前記環境発電器からの発電エネルギーによる前記第1電源電圧の変化に基づく、前記第1抵抗と前記第3スイッチ素子の接続ノードの信号により前記第2スイッチ素子がオンして、前記第1比較器が動作を開始し、
動作を開始した前記第1比較器の出力ノードの信号により前記第1および第3スイッチ素子をオフして、前記環境発電器からの発電エネルギーを前記キャパシタに蓄積し、
前記第1電源電圧が所定の閾値電圧を超えたら、前記第1比較器の出力ノードの信号により前記第1および第3スイッチ素子をオンして、前記負荷に対して前記第1電源電圧および前記第2電源電圧を印加すると共に、前記第2スイッチ素子をオフし、前記第1比較器の動作を停止する、
ことを特徴とする請求項22に記載の環境発電装置の制御方法。 - さらに、前記第1および第2電源線の間に設けられた第2比較器、並びに、前記第1比較器の出力と、前記第1または第2電源線の間に設けられた第4スイッチ素子を含み、
前記第4スイッチ素子は、前記第2比較器により制御され、
前記第2比較器は、前記差電圧が下降するとき、前記差電圧が第3基準電圧以下になれば、前記第4スイッチ素子をオンして、前記第1比較器の出力をリセットする、
ことを特徴とする請求項23に記載の環境発電装置の制御方法。
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