JP2017139688A

JP2017139688A - スイッチ装置及び電力供給システム

Info

Publication number: JP2017139688A
Application number: JP2016020664A
Authority: JP
Inventors: 晃森田; Akira Morita; 卓也古市; Takuya Furuichi; 工藤　高裕; Takahiro Kudo; 高裕工藤
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2016-02-05
Filing date: 2016-02-05
Publication date: 2017-08-10
Anticipated expiration: 2036-02-05
Also published as: JP6720557B2

Abstract

【課題】ヒステリシスを持たせつつ、低電圧範囲でスイッチの誤作動を減らすこと。【解決手段】ヒステリシス特性を持ったスイッチ装置（２０）において、負荷回路に対する電力供給をＯＮ／ＯＦＦするスイッチ回路（２１）と、スイッチ回路への入力電圧が上限閾値を超えると出力をノンアクティブからアクティブにする第１のリセット回路（２５）と、スイッチ回路からの出力電圧が下限閾値を下回ると出力をアクティブからノンアクティブにする第２のリセット回路（２６）と、第１のリセット回路及び第２のリセット回路の回路出力の論理和を出力して、当該論理和出力でスイッチ回路のＯＮ／ＯＦＦを制御する論理回路（２７）とを備える構成にした。【選択図】図１

Description

本発明は、ヒステリシスを持たせたヒステリシス付きのスイッチ装置及び電力供給システムに関する。

一般にスイッチ装置のＯＮ／ＯＦＦ動作の実施にはコンパレータが使用され、コンパレータとしてはツェナー電圧をリファレンス電圧に利用したものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。非特許文献１に記載のコンパレータには、非反転入力端子に分圧抵抗等を介して入力電圧が印加され、反転入力端子に設定されたリファレンス電圧と比較される。リファレンス電圧は、反転入力端子のツェナーダイオードに接続された抵抗等によってヒステリシス幅が調整されている。このヒステリシス幅によって、入力電圧上昇時と入力電圧下降時のリファレンス電圧が異なるヒステリシス特性を持ったスイッチ動作が実現されている。

"ＬＴＣ１５４０リファレンス付きナノパワー・コンパレータ"、［Online］、リニアテクノロジー社、［平成２８年１月８日検索］、インターネット（URL：http://cds.linear.com/docs/jp/datasheet/j1540_9.pdf）

しかしながら、非特許文献１に記載のコンパレータは、リファレンス電圧にツェナー電圧を使用しているため、ツェナー電圧が確立しなければスイッチ動作を保障することができない。すなわち、ツェナーダイオードに十分な逆方向電圧が印加されなければ、ツェナーダイオードが安定したリファレンス電圧を提供できず、本来の設計とは逆のリファレンス電圧以下でスイッチ回路がＯＮになってしまう可能性があった。このため、ツェナー電圧以下の低電圧範囲ではスイッチ回路のＯＮ／ＯＦＦの制御ができず、スイッチ装置が誤動作してしまうという問題があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、ヒステリシスを持たせつつ、低電圧範囲でスイッチの誤作動を減らすことができるスイッチ装置及び電力供給システムを提供することを目的とする。

本発明のスイッチ装置は、ヒステリシス特性を持ったスイッチ装置において、負荷回路に対する電力供給をＯＮ／ＯＦＦするスイッチ回路と、前記スイッチ回路への入力電圧が上限閾値を超えると出力をノンアクティブからアクティブにする第１の検出回路と、前記スイッチ回路からの出力電圧が下限閾値を下回ると出力をアクティブからノンアクティブにする第２の検出回路と、前記第１の検出回路及び前記第２の検出回路の回路出力の論理和を出力して、当該論理和出力で前記スイッチ回路のＯＮ／ＯＦＦを制御する論理回路とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、入力電圧上昇時には上限閾値を基準にしてスイッチ回路がＯＦＦからＯＮに切り換えられ、出力電圧下降時には下限閾値を基準にしてスイッチ回路がＯＮからＯＦＦに切り換えられる。よって、スイッチ回路にヒステリシス特性を持たせたスイッチ動作を実現させることができる。また、ツェナー電圧をリファレンス電圧に使用する構成のようにツェナー電圧を確立させる必要がない。よって、ツェナー電圧以下の低電圧範囲でも第１の検出回路が適切に動作するため、入力電圧の低電圧範囲でのスイッチ回路の誤動作を低減することが可能になっている。

第１の実施の形態の電力供給システムのシステム構成図である。第１の実施の形態のスイッチ装置の動作波形の一例を示す図である。第２の実施の形態の電力供給システムのシステム構成図である。第２の実施の形態のスイッチ装置の動作波形の一例を示す図である。一般的なコンパレータの一例を示す模式図である。一般的なスイッチ装置のヒステリシス波形を示す図である。一般的なスイッチ装置の動作波形の一例を示す図である。一般的なスイッチ装置の動作波形の一例を示す図である。

先ず、一般的なコンパレータを用いたスイッチ装置のスイッチ動作について簡単に説明する。図５は、一般的なコンパレータの一例を示す模式図である。図６は、一般的なスイッチ装置のヒステリシス波形を示す図である。図７は、一般的なスイッチ装置の動作波形の一例を示す図である。なお、図５においては説明の便宜上、スイッチ回路を省略して記載している。

図５に示すように、コンパレータ５１はツェナーダイオード５２と共にパッケージ化されており、パッケージの外面に複数のピンが設けられている。コンパレータ５１の非反転入力端子５３には分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧された入力電圧がＩＮ^＋ピンを通じて印加され、コンパレータ５１の反転入力端子５４にはツェナーダイオード５２によってリファレンス電圧が設定されている。コンパレータ５１の出力端子５５からは、非反転入力端子５３の入力電圧と反転入力端子５４のリファレンス電圧との比較結果がＯＵＴピンを通じて出力され、スイッチ回路（不図示）のＯＮ／ＯＦＦが切り替えられている。

また、図５においては、ＲＥＦピンとＨＹＳＴピンを短絡させているが、ＲＥＦピンとＨＹＳＴピンの間、ＨＹＳＴピンとＶ⁻ピンの間にそれぞれ抵抗を設けてヒステリシス回路を形成することも可能である。これにより、図６に示すように、入力電圧上昇時にはＶａでスイッチ回路がＯＮに切り替えられ、入力電圧下降時にはＶａよりも低いＶｂでスイッチ回路がＯＦＦに切り替えられる。しかしながら、図７に示すように、このヒステリシス回路では、ツェナー電圧をリファレンス電圧に利用しているため、ツェナー電圧以下の低電圧範囲ではスイッチ回路のスイッチ動作が不安定である。

このため、環境発電のように低電圧範囲でも適切なスイッチ動作が求められる電力供給システムにはコンパレータ５１を適用することができない。電力供給システムでは、環境発電で得られた微弱な電力が充電コンデンサに保存され、動作保障電圧以上になった場合に負荷回路に電力が供給される。しかしながら、上記のヒステリシス回路でツェナー電圧以下の低電圧範囲でスイッチ回路がＯＮにされると、負荷回路の動作保障電圧以下で環境発電側の充電コンデンサから負荷回路に無駄に電力が供給される。このため、充電コンデンサに電荷を蓄電するのに時間がかかっていた。

そこで、本実施の形態のスイッチ装置では、ＣＰＵのリセット等に使用されている低電圧で動作可能なリセット回路を利用してスイッチ回路のスイッチ動作を制御するようにしている。以下、第１の実施の形態のスイッチ装置を適用した電力供給システムについて説明する。図１は、第１の実施の形態の電力供給システムのシステム構成図である。なお、以下の説明では、電力供給システムとして環境発電からの電力を負荷回路に供給する構成を例示するが、この構成に限定されない。

図１に示すように、電力供給システム１は、環境発電装置１０（発電装置）で発電された電力を充電コンデンサ１１に充電し、スイッチ装置２０を介して充電コンデンサ１１の電力を負荷回路３０に消費させるように構成されている。環境発電装置１０は、例えば、照明光、廃熱、振動、電波、体温等のエネルギーを回収して電気エネルギーに変換している。環境発電の電力は微弱であるため、負荷回路３０の動作保障電圧になるまで充電コンデンサ１１に充電されて、充電コンデンサ１１が動作保障電圧以上になった場合にスイッチ装置２０を通じて負荷回路３０に電力が供給される。

スイッチ装置２０には第１、第２のリセット回路２５、２６（第１、第２の検出回路）及び論理回路２７（制御回路）によってヒステリシス回路２２が形成されており、ヒステリシス回路２２によってスイッチ回路２１のスイッチ動作が制御されている。スイッチ回路２１の入力端子には充電コンデンサ１１が接続され、スイッチ回路２１の出力端子には負荷回路３０が接続されている。また、スイッチ回路２１の制御端子にはヒステリシス回路２２が接続され、ヒステリシス回路２２による制御によって充電コンデンサ１１と負荷回路３０との間の導通及び遮断が切り替えられている。

充電コンデンサ１１にはヒステリシス回路２２の第１のリセット回路２５が接続されており、第１のリセット回路２５によって充電コンデンサ１１からスイッチ回路２１への入力電圧が監視されている。第１のリセット回路２５は、スイッチ回路２１への入力電圧が上限閾値Ｖ_ＨＩ（図２参照）を超えたか否かを検出しており、入力電圧が上限閾値Ｖ_ＨＩを超えるとリセット信号の出力レベルがＬｏｗ（ノンアクティブ）からＨｉｇｈ（アクティブ）に変化する。第１のリセット回路２５からのリセット信号は論理回路２７に出力され、論理回路２７でスイッチ回路２１のスイッチ動作の制御に使用される。

スイッチ回路２１の出力端子にはヒステリシス回路２２の第２のリセット回路２６が接続されており、第２のリセット回路２６によってスイッチ回路２１から負荷回路３０への出力電圧が監視されている。第２のリセット回路２６は、スイッチ回路２１からの出力電圧が下限閾値Ｖ_ＬＯＷ（図２参照）を下回るか否かを検出しており、出力電圧が下限閾値Ｖ_ＬＯＷを下回るとリセット信号の出力レベルがＨｉｇｈ（アクティブ）からＬｏｗ（ノンアクティブ）に変化する。第２のリセット回路２６からのリセット信号は論理回路２７に出力され、論理回路２７でスイッチ回路２１のスイッチ動作の制御に使用される。

この場合、第１、第２のリセット回路２５、２６として、低電圧に適合した動作仕様のものを使用しているので、環境発電の初期充電や放電後の再充電等の低電圧時（例えば、０．６［Ｖ］以下）であっても回路が正常に動作する。例えば、第１、第２のリセット回路２５、２６は低電圧時に動作可能なように０．３［Ｖ］から０．６［Ｖ］の範囲の最低保障電圧に設定されている。このため、図５に示すような一般的なコンパレータ５１とは異なり、ツェナー電圧（例えば、１．１８［Ｖ］）以下の低電圧時のスイッチ回路２１の誤動作を抑えることが可能になっている。なお、第１、第２のリセット回路２５、２６としては、例えば、Ｓ−１００９シリーズ（セイコーエプソン株式会社製）が使用されている。

論理回路２７は、いわゆるＯＲ回路であり、第１、第２のリセット回路２５、２６の回路出力の論理和を出力して、論理和出力でスイッチ回路２１のＯＮ／ＯＦＦを制御している。第１、第２のリセット回路２５、２６の少なくとも一方のリセット信号の出力レベルがＨｉｇｈの間は論理回路２７からＨｉｇｈが出力され、第１、第２のリセット回路２５、２６の両方のリセット信号の出力レベルがＬｏｗの間は論理回路２７からＬｏｗが出力される。論理回路２７からＨｉｇｈが出力されるとスイッチ回路２１がＯＮにされ、論理回路２７からＬｏｗが出力されるとスイッチ回路２１がＯＦＦにされる。

この論理回路２７によって、入力電圧が上限閾値Ｖ_ＨＩを超えてから出力電圧が下限閾値Ｖ_ＬＯＷを下回るまではスイッチ回路２１がＯＮにされ、出力電圧が下限閾値Ｖ_ＬＯＷを下回ってから入力電圧が上限閾値Ｖ_ＨＩを超えるまではスイッチ回路２１がＯＦＦにされる（図２参照）。このように、スイッチ回路２１に対してヒステリシス特性を持たせたスイッチ動作を実現させることが可能になっている。なお、スイッチ回路２１としては、負荷回路３０に対する電力供給をＯＮ／ＯＦＦ可能であればよく、例えばＴＣＫ１０７（Texas Instruments社製）が使用される。

続いて、図２を参照して、スイッチ装置のスイッチ動作について説明する。図２は、第１の実施の形態のスイッチ装置の動作波形の一例を示す図である。なお、図２においては、図１の符号を適宜使用して説明する。

図２に示すように、環境発電によって徐々に充電コンデンサ１１に電荷が蓄電されると、充電コンデンサ１１の入力電圧が上昇していく。この初期状態では、第１のリセット回路のリセット信号の出力レベルがＬｏｗのままであり、比較例のコンパレータ５１（図５参照）とは異なり、ツェナー電圧以下であっても出力レベルが反転しない。なお、一般にリセット回路であっても０［Ｖ］付近では出力レベルが反転してスイッチ回路２１が誤動作する可能性があるが、ツェナー電圧をリファレンス電圧に使用した構成と比較して、スイッチ回路２１の動作不定の範囲が大幅に狭くなっている。

低電圧時の第１のリセット回路２５の出力レベルの反転が抑えられるため、スイッチ回路２１の誤動作によるＯＮへの切り替えが抑えられる。よって、充電コンデンサ１１から負荷回路３０に電力が無駄に供給されることがなく、充電コンデンサ１１に電荷を効率的に蓄電させることが可能になっている。そして、充電コンデンサ１１に十分に電荷が蓄電されて入力電圧が上限閾値Ｖ_ＨＩを超えると、第１のリセット回路２５のリセット信号の出力レベルがＬｏｗからＨｉｇｈに変化する。これにより、論理回路２７のロジック出力がＬｏｗからＨｉｇｈになってスイッチ回路２１がＯＦＦからＯＮに切り替わる。

また、スイッチ回路２１がＯＮに切り替わると、スイッチ回路２１の出力電圧が下限閾値Ｖ_ＬＯＷを超えるため、第２のリセット回路２６のリセット信号の出力レベルがＬｏｗからＨｉｇｈに変化する。第１、第２のリセット回路２５、２６のリセット信号の出力レベルがＨｉｇｈになるため、論理回路２７のロジック出力がＨｉｇｈから変化することがなく、スイッチ回路２１がＯＮのままで維持される。このように、入力電圧が上限閾値Ｖ_ＨＩを超えた時点で出力電圧も下限閾値Ｖ_ＬＯＷを超えて、充電コンデンサ１１からスイッチ回路２１を介して負荷回路３０に電力が供給され始める。

さらに、負荷回路３０に電力が消費されて充電コンデンサ１１の電荷が減少すると、充電コンデンサ１１の入力電圧が下降していく。そして、入力電圧が上限閾値Ｖ_ＨＩを下回ると、第１のリセット回路２５のリセット信号の出力レベルがＨｉｇｈからＬｏｗに変化する。しかしながら、出力電圧が上限閾値Ｖ_ＨＩと下限閾値Ｖ_ＬＯＷの間にある場合には、第２のリセット回路２６のリセット信号の出力レベルがＨｉｇｈから変化しない。このため、論理回路２７のロジック出力がＨｉｇｈのままで、スイッチ回路２１がＯＮの状態に維持される。

さらに出力電圧が下限閾値Ｖ_ＬＯＷを下回ると、第２のリセット回路２６のリセット信号の出力レベルがＨｉｇｈからＬｏｗに変化する。第１、第２のリセット回路２５、２６のリセット信号の両方の出力レベルがＬｏｗになるため、論理回路２７のロジック出力もＨｉｇｈからＬｏｗになってスイッチ回路２１がＯＮからＯＦＦに切り替わる。このように、入力電圧が上限閾値Ｖ_ＨＩを下回った時点ではなく、出力電圧が下限閾値Ｖ_ＬＯＷを下回った時点で、スイッチ回路２１によって充電コンデンサ１１から負荷回路３０への電力の供給が停止される。

電圧上昇時に上限閾値Ｖ_ＨＩを基準にスイッチ回路２１がＯＦＦからＯＮに切り替わり、電圧下降時に下限閾値Ｖ_ＬＯＷを基準にスイッチ回路２１がＯＮからＯＦＦに切り替わるヒステリシススイッチ動作が実現される。また、環境発電の初期充電時のスイッチ回路２１の誤動作が抑えられ、環境発電で発電された電力を効率よく負荷回路３０に供給して、入力電圧を負荷回路３０の動作保障電圧まで早期に上昇させることができる。また、上記の説明では初期充電時のスイッチ動作について説明したが、放電後の再充電時においても同様な効果が得られる。

以上のように、第１の実施の形態のスイッチ装置２０では、入力電圧上昇時には上限閾値Ｖ_ＨＩを基準にしてスイッチ回路２１がＯＦＦからＯＮに切り換えられ、出力電圧下降時には下限閾値Ｖ_ＬＯＷを基準にしてスイッチ回路２１がＯＮからＯＦＦに切り換えられる。よって、スイッチ回路２１にヒステリシス特性を持たせたスイッチ動作を実現させることができる。また、ツェナー電圧以下の低電圧範囲でも第１のリセット回路２５が適切に動作するため、入力電圧の低電圧範囲でのスイッチ回路の誤動作が低減される。よって、低電圧時に負荷回路３０に対して無駄に電力が供給されることがなく、環境発電によって充電コンデンサ１１を効率的に充電させることができる。

ところで、環境発電を用いた電力供給システムでは、スイッチ回路がＯＮになった時点で負荷回路のＣＰＵやアンプ等が同時に動作して多くの電力が消費される。このとき、図８に示すように、線抵抗やスイッチ抵抗によって入出力電圧が下限閾値Ｖ_ＬＯＷを瞬間的に下回ってスイッチ回路がＯＮからＯＦＦに切り替わる場合がある。そして、環境発電によって入力出電圧が十分に上昇して上限閾値Ｖ_ＨＩを超えたところでスイッチ回路が再びＯＦＦからＯＮに切り替わる。このチャタリングと呼ばれるＯＮ／ＯＦＦ動作が繰り返されることでスイッチ回路がＯＮ状態に安定する。

この場合、スイッチ回路が負荷回路の電源スイッチとして機能するため、負荷回路に誤動作が発生するという問題がある。すなわち、負荷回路の最小起動時間Ｔ_２が経過する前に入出力電圧が大幅に降下してスイッチ回路がＯＦＦになると、負荷回路を１度で起動させることができず、次回の電圧上昇時まで起動が遅れてしまう。このとき、通常は下限閾値Ｖ_ＬＯＷが動作保障電圧Ｖ_Ｇ以上に設定されているが、入出力電圧が下限閾値Ｖ_ＬＯＷを下回ったら動作保障電圧Ｖ_Ｇ以上であるにも関わらず負荷回路の起動が中止される。

そこで、第２の実施の形態のスイッチ装置には、入力電圧の瞬間的な電圧降下でスイッチ回路が切り替わらないようにワンショットディレイが設定されている。以下、図３及び図４を参照して、第２の実施の形態のスイッチ装置について説明する。図３は、第２の実施の形態の電力供給システムのシステム構成図である。図４は、第２の実施の形態のスイッチ装置の動作波形の一例を示す図である。なお、第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同一の構成については説明を省略する。

図３に示すように、電力供給システム１では、第２の実施の形態のスイッチ装置２０が、第１のリセット回路２５と論理回路２７との間にワンショット回路２８を設けた点でのみ、第１の実施の形態と相違している。ワンショット回路２８は、第１のリセット回路２５の出力レベルがＨｉｇｈ（アクティブ）になるのに同期して、一定時間（ワンショット時間Ｔ_１）が経過するまで出力レベルをＨｉｇｈ（アクティブ）にしている。より詳細には、ワンショット回路２８は、リセット信号の出力レベルがＨｉｇｈになるのに同期して立ち上がる一定幅のパルス信号を論理回路２７に出力している。

このように、ワンショット回路２８を介して第１のリセット回路２５のリセット信号の出力時間が引き伸ばされて論理回路２７に出力される。このため、入力電圧が上昇して第１のリセット回路２５のリセット信号の出力レベルがＨｉｇｈになると、一定時間が経過するまでワンショット回路２８の出力レベルがＨｉｇｈのままで維持される。この一定時間の間に出力電圧が降下して第２のリセット回路２６の出力レベルがＬｏｗになっても、ワンショット回路２８の出力レベルがＨｉｇｈから変化しないため、論理回路２７のロジック出力がＨｉｇｈのままで維持される。

このため、ワンショット回路２８の出力レベルがＨｉｇｈに保持される一定時間の間は、スイッチ回路２１がＯＮからＯＦＦに切り替わることがない。スイッチ回路２１のＯＮになった直後に線抵抗やスイッチ抵抗によって瞬間的な電圧降下が生じても、スイッチ回路２１がＯＮの状態に維持される。よって、スイッチ回路２１のチャタリングの発生が抑えられて、スイッチ回路２１がＯＮ状態に安定すると共に、チャタリングに起因した負荷回路３０の起動時の誤動作が防止される。なお、ワンショット回路２８としては、例えば、標準ロジックＩＣ（７４シリーズ）の１２３（Ａ）が使用されている。

図４に示すように、充電コンデンサ１１に十分に電荷が蓄電されて入力電圧が上限閾値Ｖ_ＨＩを超えると、第１のリセット回路２５のリセット信号の出力レベルがＬｏｗからＨｉｇｈに変化する。このとき、第１のリセット回路２５に同期してワンショット回路２８の出力レベルがＬｏｗからＨｉｇｈになって、第１のリセット回路２５がＨｉｇｈになってからワンショット時間Ｔ_１が経過するまで、ワンショット回路２８の出力レベルがＨｉｇｈの状態に維持される。これにより、論理回路２７のロジック出力がＬｏｗからＨｉｇｈになってスイッチ回路２１がＯＦＦからＯＮに切り替わる。

スイッチ回路２１がＯＮに切り替わると、負荷回路３０の起動動作が開始される。このとき、線抵抗やスイッチ抵抗等によって瞬間的な電圧降下が生じる。出力電圧が下限閾値Ｖ_ＬＯＷを瞬間的に下回ると、第２のリセット回路２６の出力レベルがＨｉｇｈからＬｏｗになるが、ワンショット時間Ｔ_１内ではワンショット回路２８の出力レベルがＨｉｇｈのままであるため、論理回路２７のロジック出力はＨｉｇｈの状態に維持されている。ワンショット時間Ｔ_１は負荷回路３０の最小起動時間Ｔ_２よりも長く設定されているため、負荷回路３０の最小起動時間Ｔ_２の間はスイッチ回路２１がＯＮからＯＦＦに切り替わらない。

よって、負荷回路３０の起動が途中で中止されることなく最小起動時間Ｔ_２が経過して、負荷回路３０を一度で起動させることが可能になる。また、負荷回路３０の起動が繰り返されないため、無駄な初期化電力を省くことが可能になっている。なお、下限閾値Ｖ_ＬＯＷが負荷回路３０の動作保障電圧Ｖ_Ｇよりも高く設定されているため、電圧が多少低下しても負荷回路３０が正常に動作する。また、スイッチ回路２１がＯＮに切り替わった直後は負荷回路３０では、ＣＰＵがリセットをかけている程度の動作しかしていない。このため、スイッチ回路２１の切り替え直後に電圧降下が生じても、負荷回路３０に大きな影響が生じることがない。

以上のように、第２の実施の形態のスイッチ装置２０では、第１のリセット回路２５の出力レベルがＨｉｇｈになってから一定時間の間は、電圧降下が生じてもワンショット回路２８の出力レベルがＨｉｇｈに保持される。電圧降下によって第２のリセット回路２６からの出力レベルがＬｏｗになっても、スイッチ回路２１がＯＦＦに切り替わらないため、スイッチ回路２１のチャタリングの発生が防止される。また、スイッチ回路２１のチャタリングに起因した負荷回路３０の不具合を防止することができる。さらに、アクティブとスリープの動作時間を確保するだけの電圧を保持することができ、環境発電等による低電圧回路においてアクティブとスリープを繰り返して平均電力を下げることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、上記第１、第２の実施の形態では、論理回路２７はＯＲ回路で形成されることが好ましいが、他の論理回路を組み合わせて第１、第２のリセット回路２５、２６の回路出力の論理和を出力するように形成されてもよい。

また、上記第１、第２の実施の形態では、第１、第２の検出回路として第１、第２のリセット回路２５、２６を例示したが、この構成に限定されない。第１の検出回路は、スイッチ回路２１への入力電圧が上限閾値Ｖ_ＨＩを超えると出力をノンアクティブからアクティブにする構成であれば、どのような構成でもよい。第２の検出回路は、スイッチ回路２１からの出力電圧が下限閾値を下回ると出力をアクティブからノンアクティブにする構成であれば、どのような構成でもよい。

また、上記第１、第２の実施の形態では、スイッチ装置２０が環境発電等の低電圧システムに適用される構成にしたが、この構成に限定されない。スイッチ装置２０は、環境発電等の低電圧システム以外の他のシステムに適用されてもよい。このような構成であっても、スイッチ回路２１への入力電圧が十分に上昇した後に、スイッチ回路２１を介して充電コンデンサ１１から負荷回路３０に電力が供給される。よって、低電圧時に負荷回路３０に対して無駄に電力が供給されることがない。

また、上記第２の実施の形態では、ワンショット回路２８によるワンショット時間Ｔ_１が負荷回路３０の最小起動時間Ｔ_２よりも長く設定されたが、この構成に限定されない。ワンショット回路２８によるワンショット時間Ｔ_１が負荷回路３０の最小起動時間Ｔ_２よりも短く設定されてもよい。

また、上記第２の実施の形態では、第１のリセット回路２５とワンショット回路２８とが別体に形成されたが、一体に形成されてもよい。

下記に、上記の実施形態における特徴点を整理する。
上記実施形態に記載のスイッチ装置は、ヒステリシス特性を持ったスイッチ装置において、負荷回路に対する電力供給をＯＮ／ＯＦＦするスイッチ回路と、前記スイッチ回路への入力電圧が上限閾値を超えると出力をノンアクティブからアクティブにする第１の検出回路と、前記スイッチ回路からの出力電圧が下限閾値を下回ると出力をアクティブからノンアクティブにする第２の検出回路と、前記第１の検出回路及び前記第２の検出回路の回路出力の論理和を出力して、当該論理和出力で前記スイッチ回路のＯＮ／ＯＦＦを制御する論理回路とを備えたことを特徴とする。

この構成によれば、入力電圧上昇時には上限閾値を基準にしてスイッチ回路がＯＦＦからＯＮに切り換えられ、出力電圧下降時には下限閾値を基準にしてスイッチ回路がＯＮからＯＦＦに切り換えられる。よって、スイッチ回路にヒステリシス特性を持たせたスイッチ動作を実現させることができる。また、ツェナー電圧をリファレンス電圧に使用する構成のようにツェナー電圧を確立させる必要がない。よって、ツェナー電圧以下の低電圧範囲でも第１の検出回路が適切に動作するため、低電圧範囲でのスイッチ回路の誤動作を低減することが可能になっている。

また、上記実施形態に記載のスイッチ装置において、前記第１の検出回路が、入力電圧が上限閾値を超えるとＬｏｗからＨｉｇｈに出力レベルが変化する第１のリセット回路であり、前記第２の検出回路が、出力電圧が下限閾値を下回るとＨｉｇｈからＬｏｗに出力レベルが変化する第２のリセット回路であり、前記論理回路が、前記第１のリセット回路及び前記第２のリセット回路の少なくとも一方の出力レベルがＨｉｇｈの間は前記スイッチ回路をＯＮにし、前記第１のリセット回路及び前記第２のリセット回路の両方の出力レベルがＬｏｗの間は前記スイッチ回路をＯＦＦにする。この構成によれば、低電圧で動作可能な第１、第２のリセット回路の出力を論理回路で論理演算することでスイッチ回路のＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。よって、低電圧範囲でもスイッチ回路の誤動作を低減することができる。

また、上記実施形態に記載のスイッチ装置において、前記第１のリセット回路の出力レベルがＨｉｇｈになるのに同期して、一定時間が経過するまで出力レベルをＨｉｇｈにするワンショット回路を備え、前記論理回路が、前記ワンショット回路及び前記第２のリセット回路の少なくとも一方の出力レベルがＨｉｇｈの間は前記スイッチ回路をＯＮにし、前記ワンショット回路及び前記第２のリセット回路の両方の出力レベルがＬｏｗの間は前記スイッチ回路をＯＦＦにする。この構成によれば、第１のリセット回路の出力レベルがＨｉｇｈになってから一定時間の間は、電圧降下が生じてもワンショット回路の出力レベルがＨｉｇｈに保持される。電圧降下によって第２のリセット回路からの出力レベルがＬｏｗになっても、スイッチ回路がＯＦＦに切り替えらないため、スイッチ回路のチャタリングの発生を防止することができる。

また、上記実施形態に記載のスイッチ装置において、前記ワンショット回路は、前記負荷回路の最小起動時間よりも長い一定時間が経過するまで出力レベルをＨｉｇｈにする。この構成によれば、負荷回路が起動する前にスイッチ回路が切り替わることがなく、負荷回路を一度で起動させることができる。

また、上記実施形態に記載のスイッチ装置において、前記スイッチ回路が、充電コンデンサと前記負荷回路の間に設けられる。この構成によれば、スイッチ回路への入力電圧が十分に上昇した後に、スイッチ回路を介して充電コンデンサから負荷回路に電力が供給される。よって、低電圧時に負荷回路に対して無駄に電力が供給されることがない。

また、上記実施形態に記載の電力供給システムは、上記のスイッチ装置と、前記スイッチ装置を介して前記負荷回路に電力を供給する発電装置とを備え、前記発電装置は、照明光、廃熱、振動、電波、体温のいずれかのエネルギーを回収して電気エネルギーに変換して充電コンデンサに充電し、前記充電コンデンサから前記スイッチ装置を介して前記負荷回路に電力を供給する。この構成によれば、環境発電による微弱な電力を充電コンデンサに充電して、充電コンデンサが十分に充電された後にスイッチ装置を介して負荷回路に電力が供給される。よって、低電圧時に負荷回路に対して無駄に電力が供給されることがなく、環境発電によって充電コンデンサを効率的に充電させることができる。

以上説明したように、本発明は、ヒステリシスを持たせつつ、低電圧範囲でスイッチの誤作動を減らすことができるという効果を有し、特に、環境発電を利用した電力供給システムに使用されるスイッチ装置及び電力供給システムに有用である。

１０環境発電装置（発電装置）
１１充電コンデンサ
２０スイッチ装置
２１スイッチ回路
２２ヒステリシス回路
２５第１のリセット回路（第１の検出回路）
２６第２のリセット回路（第２の検出回路）
２７論理回路
２８ワンショット回路
３０負荷回路

Claims

ヒステリシス特性を持ったスイッチ装置において、
負荷回路に対する電力供給をＯＮ／ＯＦＦするスイッチ回路と、
前記スイッチ回路への入力電圧が上限閾値を超えると出力をノンアクティブからアクティブにする第１の検出回路と、
前記スイッチ回路からの出力電圧が下限閾値を下回ると出力をアクティブからノンアクティブにする第２の検出回路と、
前記第１の検出回路及び前記第２の検出回路の回路出力の論理和を出力して、当該論理和出力で前記スイッチ回路のＯＮ／ＯＦＦを制御する論理回路とを備えたことを特徴とするスイッチ装置。
前記第１の検出回路が、入力電圧が上限閾値を超えるとＬｏｗからＨｉｇｈに出力レベルが変化する第１のリセット回路であり、
前記第２の検出回路が、出力電圧が下限閾値を下回るとＨｉｇｈからＬｏｗに出力レベルが変化する第２のリセット回路であり、
前記論理回路が、前記第１のリセット回路及び前記第２のリセット回路の少なくとも一方の出力レベルがＨｉｇｈの間は前記スイッチ回路をＯＮにし、前記第１のリセット回路及び前記第２のリセット回路の両方の出力レベルがＬｏｗの間は前記スイッチ回路をＯＦＦにすることを特徴とする請求項１に記載のスイッチ装置。
前記第１のリセット回路の出力レベルがＨｉｇｈになるのに同期して、一定時間が経過するまで出力レベルをＨｉｇｈにするワンショット回路を備え、
前記論理回路が、前記ワンショット回路及び前記第２のリセット回路の少なくとも一方の出力レベルがＨｉｇｈの間は前記スイッチ回路をＯＮにし、前記ワンショット回路及び前記第２のリセット回路の両方の出力レベルがＬｏｗの間は前記スイッチ回路をＯＦＦにすることを特徴とする請求項２に記載のスイッチ装置。
前記ワンショット回路は、前記負荷回路の最小起動時間よりも長い一定時間が経過するまで出力レベルをＨｉｇｈにすることを特徴とする請求項３に記載のスイッチ装置。
前記スイッチ回路が、充電コンデンサと前記負荷回路の間に設けられたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のスイッチ装置。
請求項１から請求項５のいずれかに記載のスイッチ装置と、
前記スイッチ装置を介して前記負荷回路に電力を供給する発電装置とを備え、
前記発電装置は、照明光、廃熱、振動、電波、体温のいずれかのエネルギーを回収して電気エネルギーに変換して充電コンデンサに充電し、前記充電コンデンサから前記スイッチ装置を介して前記負荷回路に電力を供給することを特徴とする電力供給システム。