JP2019030072A - Ac/dc converter circuit - Google Patents

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Abstract

To prevent increase in a ripple component of the output voltage of a constant voltage output circuit such that an element can be protected against high-pressure stress.SOLUTION: An AC/DC converter circuit includes: a piezo element 1 that generates an AC voltage by applying mechanical vibration thereto, a rectifying and smoothing circuit 2 that rectifies and smooths the AC voltage generated at the piezo element 1; a step-up chopper circuit 3 that steps up, as input voltage, the voltage output from the rectifying and smoothing circuit 2; a step-down chopper circuit 4 that receives and controls the voltage output from the step-up chopper circuit 3 such that an output voltage to be applied to a load becomes equal to a target voltage; and a first control circuit 10 that controls the step-up chopper circuit 3 to take power at the maximum from the piezo element 1. When the input voltage at the step-down chopper circuit 4 exceeds a predetermined value, the first control circuit 10 stops the step-up operation of the step-up chopper circuit 3.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明はピエゾ素子で発生された交流電力を高い効率で直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ回路に関する。   The present invention relates to an AC / DC converter circuit that converts AC power generated by a piezo element into DC power with high efficiency.

機械的振動を与えることにより交流電圧を発生するピエゾ素子は、発電量が少ないことから最大限に電力を取り出すこと及び取り出す回路の消費電力を下げることが求められている。このピエゾ素子から電力を取り出す手法として、定電圧出力制御やＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking：最大電力点追従）制御が採用されている。   Piezo elements that generate an alternating voltage by applying mechanical vibrations are required to extract power to the maximum and to reduce the power consumption of the circuit to be extracted because the amount of power generation is small. Constant voltage output control and MPPT (Maximum Power Point Tracking) control are adopted as a method for extracting power from the piezo element.

定電圧出力制御は、ピエゾ素子で発生した交流電圧を整流平滑回路で整流平滑した後に、定電圧出力回路に入力して一定の直流電圧に調整して出力する手法である。ピエゾ素子から最大の電力を取り出すには、負荷側の入力インピーダンスをピエゾ素子の出力インピーダンスとマッチングさせる必要があるが、この定電圧出力制御では、定電圧出力回路の入力インピーダンスがその定電圧出力回路の負荷インピーダンスによって決まるので、定電圧出力回路の入力インピーダンスをピエゾ素子側の出力インピーダンスとマッチングさせることができず、ピエゾ素子の発電電力を最大化することはで困難であった。   Constant voltage output control is a technique in which an AC voltage generated by a piezo element is rectified and smoothed by a rectifying and smoothing circuit, then input to a constant voltage output circuit, adjusted to a constant DC voltage, and output. In order to extract the maximum power from the piezo element, it is necessary to match the input impedance on the load side with the output impedance of the piezo element. In this constant voltage output control, the input impedance of the constant voltage output circuit is the constant voltage output circuit. Therefore, the input impedance of the constant voltage output circuit cannot be matched with the output impedance on the piezo element side, and it is difficult to maximize the generated power of the piezo element.

ＭＰＰＴ制御は、ピエゾ素子側の整流平滑回路と定電圧出力回路との間に昇圧回路を挿入して、その昇圧回路の入力側の電力が最大電力となるように制御するものである。   In MPPT control, a booster circuit is inserted between the rectifying and smoothing circuit on the piezoelectric element side and the constant voltage output circuit, and control is performed so that the power on the input side of the booster circuit becomes the maximum power.

図５にこのＭＰＰＴ制御を適用したＡＣ／ＤＣコンバータ回路を示す。１はピエゾ素子であり、等価キャパシタＣｐ、等価抵抗Ｒｐを備え、外部から機械的振動が加わることにより、交流電圧Ｖｐを発生し交流電圧Ｖrectとして出力する。２は整流平滑回路であり、ブリッジ接続のダイオードＤ３〜Ｄ６と平滑用のキャパシタＣrectからなり、ピエゾ素子１から出力する交流電圧Ｖrectを整流平滑して、キャパシタＣrectに整流された電圧Ｖ１inを蓄積する。３は最大電力を取り出すよう制御される昇圧回路としての昇圧チョッパ回路であり、インダクタＬ１、ＮＭＯＳのスイッチングトランジスタＭ１、整流用ダイオードＤ１、及び平滑用キャパシタＣ１を備え、トランジスタＭ１が例えば山登り法によりＰＷＭ制御され、入力した電圧Ｖ１inを電圧Ｖ２inに昇圧して出力する。４は負荷ＲＬに定電圧Ｖoutを供給するための定電圧出力回路としての降圧チョッパ回路であり、ＮＭＯＳスイッチングトランジスタＭ２、整流用ダイオードＤ２、インダクタＬ２、及び出力用キャパシタＣ２を備える。   FIG. 5 shows an AC / DC converter circuit to which this MPPT control is applied. Reference numeral 1 denotes a piezo element, which includes an equivalent capacitor Cp and an equivalent resistance Rp. When mechanical vibration is applied from the outside, an AC voltage Vp is generated and output as an AC voltage Vrect. A rectifying / smoothing circuit 2 includes bridge-connected diodes D3 to D6 and a smoothing capacitor Crect. The AC voltage Vrect output from the piezo element 1 is rectified and smoothed, and the rectified voltage V1in is stored in the capacitor Crect. . Reference numeral 3 denotes a boost chopper circuit as a boost circuit controlled so as to extract maximum power, and includes an inductor L1, an NMOS switching transistor M1, a rectifying diode D1, and a smoothing capacitor C1, and the transistor M1 is PWMed by, for example, a hill-climbing method. Controlled, the input voltage V1in is boosted to a voltage V2in and output. Reference numeral 4 denotes a step-down chopper circuit as a constant voltage output circuit for supplying a constant voltage Vout to the load RL, and includes an NMOS switching transistor M2, a rectifying diode D2, an inductor L2, and an output capacitor C2.

３０は第１制御回路であり、昇圧チョッパ回路３の入力電流ｉＬを電流センサＣＳで検出して取り込み、また入力電圧Ｖ１inも取り込んで、ＭＰＰＴ制御を行うことにより、ピエゾ素子１から最大電力を取り出すようトランジスタＭ１をＰＷＭ制御する電圧Ｖpwm１を生成する。２０は第２制御回路であり、降圧チョッパ回路４の出力電圧Ｖoutを取り込み、出力電圧Ｖoutが目的電圧となるようトランジスタＭ２をＰＷＭ制御する電圧Ｖpwm２を生成する。ＭＰＰＴ制御については例えば特許文献１に記載がある。   Reference numeral 30 denotes a first control circuit, which detects and captures the input current iL of the step-up chopper circuit 3 with the current sensor CS, and also captures the input voltage V1in and performs MPPT control to extract maximum power from the piezo element 1. A voltage Vpwm1 for PWM control of the transistor M1 is generated. Reference numeral 20 denotes a second control circuit which takes in the output voltage Vout of the step-down chopper circuit 4 and generates a voltage Vpwm2 for PWM-controlling the transistor M2 so that the output voltage Vout becomes the target voltage. For example, Patent Document 1 describes the MPPT control.

国際公開２００８／０２９７１１号公報International Publication No. 2008/029711

ところが、上記した図５のＡＣ／ＤＣコンバータ回路では、昇圧チョッパ回路３によって昇圧されて降圧チョッパ回路４に供給される入力電圧Ｖ２inが異常に高くなるとき、図６に示すように出力電圧Ｖoutの目標値Ｖ０に含まれるリップル成分が増大し、降圧チョッパ回路４や負荷の素子の高圧ストレスが増大するという問題がある。   However, in the AC / DC converter circuit of FIG. 5 described above, when the input voltage V2in boosted by the step-up chopper circuit 3 and supplied to the step-down chopper circuit 4 becomes abnormally high, as shown in FIG. There is a problem that the ripple component included in the target value V0 increases, and the high voltage stress of the step-down chopper circuit 4 and the load element increases.

本発明の目的は、定電圧出力回路の入力電圧が所定値を超えると昇圧回路の昇圧動作を停止させて、定電圧出力回路の出力電圧のリップル成分の増大を防ぎ、素子を高圧ストレスから保護できるようにしたＡＣ／ＤＣコンバータ回路を提供することである。   The purpose of the present invention is to stop the boosting operation of the booster circuit when the input voltage of the constant voltage output circuit exceeds a predetermined value, thereby preventing an increase in the ripple component of the output voltage of the constant voltage output circuit and protecting the element from high voltage stress. It is an object to provide an AC / DC converter circuit that can be used.

上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明は、機械的振動を与えることにより交流電圧を発生するピエゾ素子と、該ピエゾ素子で発生した交流電圧を整流平滑する整流平滑回路と、該整流平滑回路から出力する電圧を入力電圧として昇圧する昇圧回路と、該昇圧回路から出力する電圧を入力して負荷に印加する出力電圧が目的電圧になるように制御する定電圧出力回路と、前記昇圧回路を前記ピエゾ素子から最大電力を取り出すよう制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記定電圧出力回路の入力電圧が所定値を超えると前記昇圧回路の昇圧動作を停止させることを特徴とする。
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載のＡＣ／ＤＣコンバータ回路において、前記制御回路は、前記定電圧出力回路の入力電圧を検出するヒステリシス比較器を備え、該ヒステリシス比較器は、前記入力電圧が第２の電圧に上昇すると前記昇圧回路の昇圧動作を停止させ、前記入力電圧が前記第２の電圧より低い第１の電圧に低下すると前記昇圧回路の昇圧動作を再開させることを特徴とする。
請求項３にかかる発明は、請求項１又は２に記載のＡＣ／ＤＣコンバータ回路において、前記制御回路は、前記ピエゾ素子の出力インピーダンスに対応したインピーダンスで前記昇圧回路の前記入力電圧を除算することで基準電流を生成し、前記昇圧回路の前記入力電流が前記基準電流と一致するように前記昇圧回路の昇圧動作を制御することを特徴とする。
請求項４にかかる発明は、請求項３に記載のＡＣ／ＤＣコンバータ回路において、前記昇圧回路はＰＷＭ制御されるスイッチングトランジスタを備えた昇圧チョッパ回路で構成され、前記制御回路は前記基準電流と前記入力電流の差分に応じた電圧と鋸歯状波電圧とを比較することにより前記スイッチングトランジスタを制御するＰＷＭ信号を生成することを特徴とする。 In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 includes a piezoelectric element that generates an AC voltage by applying mechanical vibration, a rectifying and smoothing circuit that rectifies and smoothes the AC voltage generated by the piezoelectric element, and A booster circuit that boosts the voltage output from the rectifying / smoothing circuit as an input voltage; a constant voltage output circuit that controls the output voltage applied to the load by inputting the voltage output from the booster circuit; A control circuit for controlling the booster circuit to extract maximum power from the piezo element, wherein the control circuit stops the boosting operation of the booster circuit when an input voltage of the constant voltage output circuit exceeds a predetermined value. Features.
According to a second aspect of the present invention, in the AC / DC converter circuit according to the first aspect, the control circuit includes a hysteresis comparator that detects an input voltage of the constant voltage output circuit, and the hysteresis comparator includes: The boosting operation of the booster circuit is stopped when the input voltage rises to the second voltage, and the boosting operation of the booster circuit is restarted when the input voltage falls to the first voltage lower than the second voltage. And
The invention according to claim 3 is the AC / DC converter circuit according to claim 1 or 2, wherein the control circuit divides the input voltage of the booster circuit by an impedance corresponding to an output impedance of the piezo element. And generating a reference current, and controlling the boosting operation of the booster circuit so that the input current of the booster circuit matches the reference current.
According to a fourth aspect of the present invention, in the AC / DC converter circuit according to the third aspect, the step-up circuit includes a step-up chopper circuit including a PWM-controlled switching transistor, and the control circuit includes the reference current and the A PWM signal for controlling the switching transistor is generated by comparing a voltage corresponding to a difference in input current and a sawtooth voltage.

本発明によれば、定電圧出力回路の入力電圧が第２の電圧を超えると昇圧回路の昇圧動作を停止させるので、定電圧出力回路の出力電圧のリップル成分の増大を防ぎ、素子を高圧ストレスから保護することができる。   According to the present invention, when the input voltage of the constant voltage output circuit exceeds the second voltage, the boosting operation of the booster circuit is stopped. Therefore, an increase in the ripple component of the output voltage of the constant voltage output circuit is prevented, and the device is subjected to high voltage stress. Can be protected from.

本発明の１つの実施例のＡＣ／ＤＣコンバータ回路の回路図である。It is a circuit diagram of the AC / DC converter circuit of one Example of this invention. 図１のＡＣ／ＤＣコンバータ回路の第１制御回路の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the 1st control circuit of the AC / DC converter circuit of FIG. 昇圧回路の入力電圧と入力電流と入力インピーダンスの関係を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the relationship between the input voltage of a booster circuit, input current, and input impedance. 過電圧保護動作の波形図である。It is a wave form diagram of overvoltage protection operation. 一般的なＡＣ／ＤＣコンバータ回路の回路図である。It is a circuit diagram of a general AC / DC converter circuit. 図５のＡＣ／ＤＣコンバータ回路の過電圧出力時の動作波形図である。FIG. 6 is an operation waveform diagram at the time of overvoltage output of the AC / DC converter circuit of FIG. 5.

図１に本発明の１つの実施例のＡＣ／ＤＣコンバータ回路を示す。本実施例のＡＣ／ＤＣコンバータ回路は、昇圧チョッパ回路３のスイッチングトランジスタＭ１を制御する第１制御回路１０を除く回路は、図５で説明したＡＣ／ＤＣコンバータ回路と同じであるので、ここでは、第１制御回路１０について説明する。図２にその第１制御回路１０を示す。この第１制御回路１０は、昇圧チョッパ回路３の入力電流ｉＬを電流センサＣＳで検出して取り込み、また昇圧チョッパ回路３の入力電圧Ｖ１inと降圧チョッパ回路４の入力電圧Ｖ２inも取り込んで、スイッチングトランジスタＭ１をＰＷＭ制御する電圧Ｖpwm１を生成する。なお、本実施例では、請求項の昇圧回路を昇圧チョッパ回路３で実現し、請求項の定電圧出力回路を降圧チョッパ回路４で実現し、請求項の制御回路を第１制御回路１０で実現している。   FIG. 1 shows an AC / DC converter circuit according to one embodiment of the present invention. The AC / DC converter circuit of the present embodiment is the same as the AC / DC converter circuit described in FIG. 5 except for the first control circuit 10 that controls the switching transistor M1 of the step-up chopper circuit 3. The first control circuit 10 will be described. FIG. 2 shows the first control circuit 10. The first control circuit 10 detects and captures the input current iL of the step-up chopper circuit 3 with the current sensor CS, and also captures the input voltage V1in of the step-up chopper circuit 3 and the input voltage V2in of the step-down chopper circuit 4, and thereby switches the switching transistor. A voltage Vpwm1 for PWM control of M1 is generated. In this embodiment, the booster circuit of the claims is realized by the boost chopper circuit 3, the constant voltage output circuit of the claims is realized by the step-down chopper circuit 4, and the control circuit of the claims is realized by the first control circuit 10. doing.

図２において、１１は基準電流ｉrefを生成するための除算回路であり、入力電圧Ｖ１inを取り込んで、Ｖ１in／Ｒmaxの除算を行う。Ｒmaxはインピーダンスであり、ピエゾ素子１の出力インピーダンスをＺｐとすると、Ｒmax＝Ｚｐに設定される。ここで、ピエゾ素子１の出力インピーダンスＺｐはキャパシタＣｐと抵抗Ｒｐの並列回路のインピーダンスであり、予め計算することができる。１２、１３は脈流成分を除去するローパスフィルタである。１４は減算器であり、ローパスフィルタ１２から出力する基準電流ｉrefからローパスフィルタ１３から出力する入力電流ｉＬを減算する。１５は比例制御器であり、減算器１４の出力値を入力して比例制御の演算結果である出力電圧Ｖａを生成する。１６は鋸歯状波電圧Ｖｂを発生する鋸歯状波発生回路である。１７はオペアンプであり、比例制御器１７の出力電圧Ｖａから鋸歯状波発生回路１６で発生された鋸歯状波電圧Ｖｂを減算して、ＰＷＭ電圧Ｖｃを出力する。１８はヒステリシス比較器であり、降圧チョッパ回路４の入力電圧Ｖ２inが電圧Ｖ２に上昇すると出力電圧Ｖｄを“Ｈ”にし、電圧Ｖ１（Ｖ１＜Ｖ２）に低下すると出力電圧Ｖｄを“Ｌ”にする。１９はアンドゲートであり、ヒステリシス比較器１８の出力電圧Ｖｄが“Ｈ”のときはゲートを閉じ、“Ｌ”のときはゲートを開く。   In FIG. 2, reference numeral 11 denotes a dividing circuit for generating a reference current iref, which takes in an input voltage V1in and divides V1in / Rmax. Rmax is an impedance. If the output impedance of the piezo element 1 is Zp, Rmax = Zp is set. Here, the output impedance Zp of the piezo element 1 is the impedance of the parallel circuit of the capacitor Cp and the resistor Rp, and can be calculated in advance. Reference numerals 12 and 13 denote low-pass filters for removing pulsating flow components. A subtractor 14 subtracts the input current iL output from the low-pass filter 13 from the reference current iref output from the low-pass filter 12. A proportional controller 15 receives the output value of the subtractor 14 and generates an output voltage Va that is a calculation result of the proportional control. Reference numeral 16 denotes a sawtooth wave generating circuit for generating a sawtooth wave voltage Vb. An operational amplifier 17 subtracts the sawtooth wave voltage Vb generated by the sawtooth wave generation circuit 16 from the output voltage Va of the proportional controller 17 and outputs a PWM voltage Vc. A hysteresis comparator 18 sets the output voltage Vd to “H” when the input voltage V2in of the step-down chopper circuit 4 increases to the voltage V2, and sets the output voltage Vd to “L” when the input voltage V2 decreases to the voltage V1 (V1 <V2). . An AND gate 19 closes the gate when the output voltage Vd of the hysteresis comparator 18 is “H”, and opens the gate when the output voltage Vd is “L”.

減算器１４において、ローパスフィルタ１２から出力する基準電流ｉrefから入力電流ｉＬを減算し、その減算結果を比例制御した電圧Ｖａをオペアンプ１７に入力することで、オペアンプ１７の出力電圧Ｖｃのデューティ比が決定され、アンドゲート１９をそのまま通過すれば、電圧Ｖpwm１となってトランジスタＭ１がＰＷＭ駆動される。このとき、入力電流ｉＬが大きく、ｉＬ＞ｉrefの場合は、電圧Ｖpwm１のデューティ比が小さくなって、入力電流ｉＬが減少するような制御が行われ、逆に入力電流ｉＬが小さく、ｉＬ＜ｉrefの場合は、電圧Ｖpwm１のデューティ比が大きくなって、入力電流ｉＬが増大するような制御が行われる。そして、ｉＬ＝ｉrefになったとき、その昇圧チョッパ回路３の入力インピーダンスがＲmaxに制御されることになり、ピエゾ素子１から昇圧チョッパ３に向けて取り出される電力が最大値を示すことになる。   In the subtractor 14, the input current iL is subtracted from the reference current iref output from the low-pass filter 12, and the voltage Va obtained by proportionally controlling the subtraction result is input to the operational amplifier 17, whereby the duty ratio of the output voltage Vc of the operational amplifier 17 is increased. If it is determined and passes through the AND gate 19 as it is, the voltage becomes Vpwm1 and the transistor M1 is PWM-driven. At this time, when the input current iL is large and iL> iref, control is performed such that the duty ratio of the voltage Vpwm1 is decreased and the input current iL is decreased. Conversely, the input current iL is small and iL <iref In this case, control is performed such that the duty ratio of the voltage Vpwm1 increases and the input current iL increases. When iL = iref, the input impedance of the boost chopper circuit 3 is controlled to Rmax, and the electric power extracted from the piezo element 1 toward the boost chopper 3 shows the maximum value.

このときの入力電流ｉＬは、ｉＬ＝Ｖ１in／Ｒmax となる。つまり、入力電流ｉＬがこの値になるようにＰＷＭ制御が行われることで、ピエゾ素子１から最大電力が取り出される。図３にこの場合の入力電圧Ｖ１in、入力電流ｉＬ、インピーダンスＲmaxの関係を示した。最大電力取り出し時は、入力電流ｉＬは入力電圧Ｖ１inと同相で、且つその大きさの比率が、ｉＬ：Ｖ１in ＝１：Ｒmax となる。   The input current iL at this time is iL = V1in / Rmax. That is, the maximum power is extracted from the piezo element 1 by performing PWM control so that the input current iL becomes this value. FIG. 3 shows the relationship among the input voltage V1in, the input current iL, and the impedance Rmax in this case. When the maximum power is extracted, the input current iL is in phase with the input voltage V1in, and the ratio of the magnitudes is iL: V1in = 1: Rmax.

このように、インピーダンスＲmaxをピエゾ素子１の特性から求めて基準電流ｉrefを演算し、ｉＬ＝ｉrefになるようスイッチングトランジスタＭ１をＰＷＭ制御するので、昇圧チョッパ回路３の入力インピーダンス（Ｖ１in／ｉＬ）がＲmaxになるように制御される。このため、昇圧チョッパ回路３の入力インピーダンスをピエゾ素子１の出力インピーダンスにマッチングさせることができ、ピエゾ素子１から最大電力を取り出すことができる。また、そのための制御回路１０の構成が簡素化され制御回路１０での消費電力も小さくなる。   Thus, the impedance Rmax is obtained from the characteristics of the piezo element 1, the reference current iref is calculated, and the switching transistor M1 is PWM controlled so that iL = iref, so that the input impedance (V1in / iL) of the boost chopper circuit 3 is It is controlled to be Rmax. Therefore, the input impedance of the step-up chopper circuit 3 can be matched with the output impedance of the piezo element 1, and the maximum power can be extracted from the piezo element 1. Further, the configuration of the control circuit 10 for that purpose is simplified, and the power consumption in the control circuit 10 is also reduced.

一方、昇圧チョッパ回路３の昇圧動作によって降圧チョッパ回路４の入力電圧Ｖ２inが上昇して電圧Ｖ２になると、ヒステリシス比較器１８の出力電圧Ｖｄが“Ｈ”になり、アンドゲート１９がゲートを閉じるので、電圧Ｖpwm１は“Ｌ”レベルに固定され、トランジスタＭ１のスイッチングが停止される。このため、降圧チョッパ回路４の入力電圧Ｖ２inが低下する。この後、その電圧Ｖ２inが電圧Ｖ１にまで低下すると、今度はヒステリシス比較器１８の出力電圧Ｖｄが“Ｌ”に変化し、アンドゲート１９がゲートを開いて、ＰＷＭ電圧Ｖｃがそのまま電圧Ｖpwm１として出力し、昇圧チョッパ回路３のスイッチングトランジスタＭ１のスイッチングによる昇圧動作が再開される。   On the other hand, when the input voltage V2in of the step-down chopper circuit 4 rises to the voltage V2 by the step-up operation of the step-up chopper circuit 3, the output voltage Vd of the hysteresis comparator 18 becomes "H" and the AND gate 19 closes the gate. The voltage Vpwm1 is fixed to the “L” level, and the switching of the transistor M1 is stopped. For this reason, the input voltage V2in of the step-down chopper circuit 4 decreases. Thereafter, when the voltage V2in decreases to the voltage V1, the output voltage Vd of the hysteresis comparator 18 changes to "L", the AND gate 19 opens the gate, and the PWM voltage Vc is output as the voltage Vpwm1 as it is. Then, the boosting operation by the switching of the switching transistor M1 of the boosting chopper circuit 3 is resumed.

以上から、定電圧出力回路としての降圧チョッパ回路４の入力電圧Ｖ２inは、図４に示すように電圧Ｖ１とＶ２の間で変化し、出力電圧Ｖoutは安定した電圧となる。これにより、出力電圧Ｖoutに含まれるリップル成分が低減され、素子に加わる高圧ストレスが低減される。なお、例えば、ヒステリシス比較器１８のＶ２は７０[Ｖ] に、Ｖ１は５０[Ｖ] に設定される。Ｖoutの電圧Ｖ０は５[Ｖ] 程度である。   From the above, the input voltage V2in of the step-down chopper circuit 4 as a constant voltage output circuit changes between the voltages V1 and V2 as shown in FIG. 4, and the output voltage Vout becomes a stable voltage. Thereby, the ripple component contained in the output voltage Vout is reduced, and the high voltage stress applied to the element is reduced. For example, V2 of the hysteresis comparator 18 is set to 70 [V] and V1 is set to 50 [V]. The voltage V0 of Vout is about 5 [V].

１：ピエゾ素子、２：整流平滑回路、３：昇圧チョッパ回路（昇圧回路）、４：降圧チョッパ回路（定電圧出力回路）
１０：第１制御回路、１１：除算回路、１２，１３：ローパスフィルタ、１４：減算器、１５：比例制御器、１６：鋸歯状波発生回路、１７：オペアンプ、１８：ヒステリシス比較器、１９：アンドゲート、ＣＳ：電流センサ
２０：第２制御回路 1: Piezo element, 2: Rectification smoothing circuit, 3: Step-up chopper circuit (boost circuit), 4: Step-down chopper circuit (constant voltage output circuit)
10: first control circuit, 11: division circuit, 12, 13: low-pass filter, 14: subtractor, 15: proportional controller, 16: sawtooth wave generation circuit, 17: operational amplifier, 18: hysteresis comparator, 19: AND gate, CS: current sensor 20: second control circuit

Claims (4)

機械的振動を与えることにより交流電圧を発生するピエゾ素子と、該ピエゾ素子で発生した交流電圧を整流平滑する整流平滑回路と、該整流平滑回路から出力する電圧を入力電圧として昇圧する昇圧回路と、該昇圧回路から出力する電圧を入力して負荷に印加する出力電圧が目的電圧になるように制御する定電圧出力回路と、前記昇圧回路を前記ピエゾ素子から最大電力を取り出すよう制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記定電圧出力回路の入力電圧が所定値を超えると前記昇圧回路の昇圧動作を停止させることを特徴とするＡＣ／ＤＣコンバータ回路。 A piezo element that generates an alternating voltage by applying mechanical vibration; a rectifying and smoothing circuit that rectifies and smoothes the alternating voltage generated by the piezo element; and a booster circuit that boosts the voltage output from the rectifying and smoothing circuit as an input voltage A constant voltage output circuit that inputs a voltage output from the booster circuit and controls the output voltage applied to the load to be a target voltage; and a control circuit that controls the booster circuit to extract maximum power from the piezo element And
The AC / DC converter circuit, wherein the control circuit stops the boosting operation of the booster circuit when an input voltage of the constant voltage output circuit exceeds a predetermined value. 請求項１に記載のＡＣ／ＤＣコンバータ回路において、
前記制御回路は、前記定電圧出力回路の入力電圧を検出するヒステリシス比較器を備え、該ヒステリシス比較器は、前記入力電圧が第２の電圧に上昇すると前記昇圧回路の昇圧動作を停止させ、前記入力電圧が前記第２の電圧より低い第１の電圧に低下すると前記昇圧回路の昇圧動作を再開させることを特徴とするＡＣ／ＤＣコンバータ回路。 The AC / DC converter circuit according to claim 1.
The control circuit includes a hysteresis comparator that detects an input voltage of the constant voltage output circuit, and the hysteresis comparator stops the boost operation of the boost circuit when the input voltage rises to a second voltage, An AC / DC converter circuit, wherein when the input voltage drops to a first voltage lower than the second voltage, the boosting operation of the boosting circuit is resumed. 請求項１又は２に記載のＡＣ／ＤＣコンバータ回路において、
前記制御回路は、前記ピエゾ素子の出力インピーダンスに対応したインピーダンスで前記昇圧回路の前記入力電圧を除算することで基準電流を生成し、前記昇圧回路の前記入力電流が前記基準電流と一致するように前記昇圧回路の昇圧動作を制御することを特徴とするＡＣ／ＤＣコンバータ回路。 The AC / DC converter circuit according to claim 1 or 2,
The control circuit generates a reference current by dividing the input voltage of the booster circuit by an impedance corresponding to the output impedance of the piezo element so that the input current of the booster circuit matches the reference current. An AC / DC converter circuit for controlling a boosting operation of the boosting circuit. 請求項３に記載のＡＣ／ＤＣコンバータ回路において、
前記昇圧回路はＰＷＭ制御されるスイッチングトランジスタを備えた昇圧チョッパ回路で構成され、前記制御回路は前記基準電流と前記入力電流の差分に応じた電圧と鋸歯状波電圧とを比較することにより前記スイッチングトランジスタを制御するＰＷＭ信号を生成することを特徴とするＡＣ／ＤＣコンバータ回路。 The AC / DC converter circuit according to claim 3.
The step-up circuit is composed of a step-up chopper circuit having a PWM-controlled switching transistor, and the control circuit compares the voltage corresponding to the difference between the reference current and the input current with a sawtooth voltage to perform the switching. An AC / DC converter circuit characterized by generating a PWM signal for controlling a transistor.
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