JP2019041504A - 電源制御回路、無線モジュールおよび信号発信器 - Google Patents

電源制御回路、無線モジュールおよび信号発信器 Download PDF

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Abstract

【課題】環境発電によって発電された電力で回路を動作させると共に、回路の過電圧保護を実現する。【解決手段】電源制御回路２０は、第１スイッチ２１と、電圧監視部２２と、制御部２３とを有する。第１スイッチ２１は、環境発電により発電された電力を蓄積する蓄電部１２に蓄積された電力を、電力を消費する無線部１３へ供給するか否かを切り換える。電圧監視部２２は、蓄電部１２に蓄積された電力に応じた電圧を監視し、蓄電部１２の電圧が所定の電圧以上である場合に、蓄電部１２に蓄えられた電力を無線部１３に供給するように第１スイッチ２１を制御する。制御部２３は、蓄電部１２の電圧に基づいて、第１スイッチ２１の切り換えによって蓄電部１２から無線部１３に供給され無線部１３において消費される電力を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、電源制御回路、無線モジュールおよび信号発信器に関する。
屋外に多数設置されるセンサなどの装置は、配線による電力供給が難しい場合がある。そのため、そのような場所に設置される装置では、太陽光などの環境エネルギーから動作に必要な電力を作り出すエネルギーハーベスティングと呼ばれる環境発電技術の適用が検討されている。環境発電技術を用いることにより、電力を必要とする装置の設置場所の自由度が増すと共に、ＣＯ２削減などの利点も得られる。
特開２０１２−２５３６２１号公報
ところで、環境発電によるエネルギーは非常に微弱である。また、環境発電によって発電されてバッテリに蓄積される電力量は環境の状態に応じて変動するため、安定したエネルギーの供給が難しい。プロセッサやセンサ等の回路は安定して供給された電力を用いて動作するため、環境発電により生成された電力を用いてプロセッサ等を動作させる場合、ＤＣ−ＤＣコンバータやＬＤＯ（Low Drop Out）等のレギュレータにより供給電力を安定化させている。
しかし、レギュレータには、過電圧保護用にダイオードが使われており、ダイオードにはリーク電流が流れる。そのため、環境発電によって発電されてバッテリに蓄積された微小な電力が、プロセッサ等の回路を動作させるのに十分な電圧に達する前に、レギュレータのリーク電流によって消費されてしまう。そのため、環境発電によって発電された微小な電力によってプロセッサ等の回路を動作させることが難しい。
また、レギュレータを介さずに環境発電によって発電されてバッテリに蓄積された電力によってプロセッサ等の回路を動作させることも考えられるが、環境発電によって発電される電力量は環境の状態に応じて変動する。そのため、発電量が大きくなった場合には、バッテリに過大な電力が蓄積され、プロセッサ等の回路に供給される電圧が回路の耐圧を超えてしまう場合がある。そのため、プロセッサ等の回路が故障してしまうという問題がある。
本願に開示の技術は、環境発電によって発電された電力で回路を動作させることができると共に、回路の過電圧保護を実現することができる電源制御回路、無線モジュールおよび信号発信器を提供することを目的とする。
１つの側面では、電源制御回路は、切換部と、供給制御部と、電力消費制御部とを有する。切換部は、環境発電により発電された電力を蓄積する蓄電部に蓄積された電力を、特定の機能を動作させることにより電力を消費する機能回路へ供給するか否かを切り換える。供給制御部は、蓄電部に蓄積された電力に応じた電圧を監視し、蓄電部の電圧が所定の電圧以上である場合に、蓄電部に蓄えられた電力を機能回路に供給するように切換部を制御する。電力消費制御部は、蓄電部の電圧に基づいて、切換部の切り換えによって蓄電部から機能回路に供給され機能回路において消費される電力を制御する。
１実施形態によれば、環境発電によって発電された電力で回路を動作させることができると共に、回路の過電圧保護を実現することができる。
図１は、実施例１における信号発信器の一例を示すブロック図である。 図２は、起動時の制御部の動作の一例を説明する図である。 図３は、実施例１において蓄電部の電圧が高い場合の制御部の動作の一例を説明する図である。 図４は、実施例１において蓄電部の電圧が低い場合の制御部の動作の一例を説明する図である。 図５は、実施例１における信号発信器の動作の一例を示すフローチャートである。 図６は、実施例１における信号発信器の他の例を示すブロック図である。 図７は、実施例２において蓄電部の電圧が高い場合の制御部の動作の一例を説明する図である。 図８は、実施例２において蓄電部の電圧が低い場合の制御部の動作の一例を説明する図である。 図９は、実施例２における信号発信器の動作の一例を示すフローチャートである。 図１０は、実施例３における信号発信器の一例を示すブロック図である。 図１１は、実施例３において蓄電部の電圧が高い場合の制御部の動作の一例を説明する図である。 図１２は、実施例３における信号発信器の動作の一例を示すフローチャートである。 図１３は、実施例３における信号発信器の他の例を示すブロック図である。 図１４は、電力消費回路の他の例を示す図である。
以下に、本願が開示する電源制御回路、無線モジュールおよび信号発信器の実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に示す各実施例は開示の技術を限定するものではない。
［信号発信器１０の構成］
図１は、実施例１における信号発信器１０の一例を示すブロック図である。本実施例における信号発信器１０は、所定の信号を定期的に発信する例えばビーコンである。なお、信号発信器１０は、センサ等によって定期的に測定された信号を電波により送信する無線通信機能付きのセンサ機器であってもよい。
信号発信器１０は、例えば図１に示すように、発電部１１、蓄電部１２、無線部１３、信号供給部１４、および電源制御回路２０を有する。蓄電部１２、無線部１３、および電源制御回路２０は、無線モジュールの一例である。
発電部１１は、環境発電を行う。本実施例において、発電部１１は、複数の光電変換素子を有し、各光電変換素子により、環境エネルギーである光のエネルギーを電気エネルギーに変換することで発電を行う。なお、発電部１１は、環境エネルギーに基づいて発電する装置であれば、光以外に、熱、振動、または電磁波等を用いて発電する装置であってもよい。
蓄電部１２は、発電部１１によって発電された電力を蓄積する。本実施例において、蓄電部１２は、キャパシタである。なお、蓄電部１２は、蓄積される電力に応じて出力電圧が変化するものであれば、キャパシタに限られず、化学電池等であってもよい。
無線部１３は、信号供給部１４から供給された信号を、例えばＢＬＥ（Bluetooth Low Energy）等の無線通信方式に従って無線送信する。なお、Bluetoothは登録商標である。無線部１３は、機能回路の一例である。無線部１３が無線送信するタイミングおよび無線送信される電波の電力等は、電源制御回路２０によって制御される。なお、Bluetoothは、登録商標である。
信号供給部１４は、無線部１３によって無線送信される信号を無線部１３に供給する。本実施例において、信号供給部１４はＩＤを保持するメモリである。無線部１３は、信号供給部１４から供給されたＩＤを無線送信する。なお、信号供給部１４は、センサであってもよい。例えば、センサは、定期的に測定値を収集し、収集した測定値を含む信号を無線部１３に供給する。無線部１３は、センサから供給された信号を、制御部２３から指示されたタイミングで所定の宛先に無線送信する。
電源制御回路２０は、第１スイッチ２１、電圧監視部２２、制御部２３を有する。第１スイッチ２１は、発電部１１によって蓄電部１２に蓄積された電力を、無線部１３および制御部２３へ供給するか否かを切り換える。第１スイッチ２１による切り換えは、電圧監視部２２によって制御される。以下では、蓄電部１２に蓄積された電力を無線部１３へ供給するように制御された第１スイッチ２１の状態をオン状態、蓄電部１２に蓄積された電力の無線部１３への供給を遮断するように制御された第１スイッチ２１の状態をオフ状態と記載する。第１スイッチ２１は、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）スイッチ等のように、オフ状態におけるリーク電流が少ない素子により実現される。第１スイッチ２１は、切換部および第１の切換部の一例である。
電圧監視部２２は、蓄電部１２に蓄積された電力に応じた蓄電部１２の電圧を監視する。そして、電圧監視部２２は、蓄電部１２の電圧が起動電圧ＶA以上である場合に、蓄電部１２に蓄えられた電力を制御部２３および無線部１３に供給するように第１スイッチ２１を制御する。一方、蓄電部１２の電圧が起動電圧ＶAより低い停止電圧ＶS未満である場合、電圧監視部２２は、蓄電部１２に蓄えられた電力の制御部２３および無線部１３への供給を遮断するように第１スイッチ２１を制御する。電圧監視部２２は、例えばコンパレータ等により実現される。電圧監視部２２は供給制御部の一例であり、起動電圧ＶAは第１の電圧の一例である。
制御部２３は、蓄電部１２に蓄積された電力に応じた電圧に基づいて、第１スイッチ２１の切り換えによって蓄電部１２から無線部１３に供給され無線部１３において消費される電力を制御する。制御部２３は、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）、プロセッサ、およびメモリを有する。ＡＤＣは、第１スイッチ２１によって無線部１３に印加された電圧の値をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号に変換された電圧の値をプロセッサに提供する。以下では、ＡＤＣから提供された電圧の値を蓄電部１２の電圧と記載する。プロセッサは、メモリに格納されたプログラムを読出し、読み出されたプログラムを実行することにより、以下に説明する制御部２３の機能を実現する。制御部２３は、電力消費制御部の一例である。
まず、制御部２３は、第１スイッチ２１によって蓄電部１２に蓄えられた電力が供給された場合に起動し、ＡＤＣの初期化等の初期化処理を実行する。図２は、起動時の制御部２３の動作の一例を説明する図である。図２（ａ）は、蓄電部１２の出力電圧を示し、図２（ｂ）は、無線部１３または制御部２３の消費電流を示す。
例えば図２（ａ）に示すように、蓄電部１２の電圧が起動電圧ＶA以上となった時刻ｔ0において、電圧監視部２２は、第１スイッチ２１がオン状態になるように第１スイッチ２１を制御する。これにより、時刻ｔ0において、制御部２３への電力供給が開示される。制御部２３は、電力の供給により起動し、初期化処理を実行する。これにより、例えば図２（ｂ）に示すように、時刻ｔ0から所定期間、制御部２３の初期化処理によって制御部２３において電流が消費される。
次に、制御部２３は、蓄電部１２の電圧の値に基づいて、無線部１３で消費される電力を制御する。例えば、制御部２３は、蓄電部１２の電圧の値が大きいほど、無線部１３で消費される電力が大きくなるように、無線部１３を制御する。本実施例において、制御部２３は、蓄電部１２の電圧の値が大きいほど、無線部１３の動作頻度が多くなるように無線部１３の動作を制御する。具体的には、制御部２３は、蓄電部１２の電圧の値が大きいほど、無線部１３の起動周期が短くなるように無線部１３の動作を制御する。起動周期の逆数は、動作頻度に対応する。
図２（ａ）の例では、蓄電部１２の電圧の値は、上側閾値ＶHと下側閾値ＶLとの間の値であるため、制御部２３は、無線部１３の起動周期を第１の周期ΔＴ1と決定する。そして、制御部２３は、初期化終了後の時刻ｔ1以降、第１の周期ΔＴ1毎に無線部１３を起動する。無線部１３は、制御部２３によって起動された場合に、信号供給部１４から供給された信号を所定の電力で無線送信する。これにより、無線部１３では、例えば図２（ｂ）に示すように、第１の周期ΔＴ1毎に所定の電力が消費される。第１の周期ΔＴ1の逆数は、第１の頻度の一例である。また、上側閾値ＶHとは、第２の電圧の値の一例である。なお、図２（ａ）において、上側閾値ＶHは起動電圧ＶAより高い電圧の値となっているが、上側閾値ＶHは起動電圧ＶAより低い電圧の値であってもよい。
また、発電部１１による発電量が多い場合、第１の周期ΔＴ1毎に起動された無線部１３では、発電部１１によって発電された電力を消費しきれない場合がある。そのため、制御部２３は、蓄電部１２の電圧の値が上側閾値ＶH以上である場合に、無線部１３の起動周期を、第１の周期ΔＴ1より短い第２の周期ΔＴ2に変更する。無線部１３の起動周期が第１の周期ΔＴ1から第２の周期ΔＴ2に変更されることにより、無線部１３の起動頻度が増加する。第２の周期ΔＴ2の逆数は、第２の頻度の一例である。
図３は、実施例１において蓄電部１２の電圧が高い場合の制御部２３の動作の一例を説明する図である。例えば図３（ａ）に示すように、蓄電部１２の電圧の値が上側閾値ＶHを超えた時刻ｔ2において、制御部２３は、無線部１３の起動周期を第２の周期ΔＴ2に変更し、変更後の起動周期で無線部１３を起動する。これにより、無線部１３では、例えば図３（ｂ）に示すように、第２の周期ΔＴ2毎に所定の電力が消費され、単位時間あたりに無線部１３で消費される電力が増加する。そのため、蓄電部１２の電圧の値が上側閾値ＶHより高い場合において、蓄電部１２に蓄積される電力の増加が抑制される。これにより、蓄電部１２の電圧の上昇が抑えられ、無線部１３および制御部２３の耐電圧を超える電圧が無線部１３および制御部２３に印加されることを抑制することができる。
また、発電部１１による発電量が少ない場合、発電部１１による発電量では、第１の周期ΔＴ1毎に起動された無線部１３により消費される電力を賄いきれない場合がある。そのため、制御部２３は、蓄電部１２の電圧の値が下側閾値ＶL未満である場合に、無線部１３の起動周期を、第１の周期ΔＴ1より長い第３の周期ΔＴ3に変更する。無線部１３の起動周期が第１の周期ΔＴ1から第３の周期ΔＴ3に変更されることにより、無線部１３の起動頻度が減少する。
図４は、実施例１において蓄電部１２の電圧が低い場合の制御部２３の動作の一例を説明する図である。例えば図４（ａ）に示すように、蓄電部１２の電圧の値が下側閾値ＶLを下回っている場合、無線部１３の起動周期を第３の周期ΔＴ3に変更し、変更後の起動周期で無線部１３を起動する。これにより、例えば図４（ｂ）に示すように、時刻ｔ3以降、第３の周期ΔＴ3毎に無線部１３によって所定の電力が消費され、単位時間あたりに無線部１３で消費される電力が減少する。そのため、蓄電部１２の電圧の値が下側閾値ＶLより低い場合において、蓄電部１２に蓄積される電力の減少が抑制される。そのため、蓄電部１２の電圧の減少が抑えられ、無線部１３による信号の無線送信をより長く継続することができる。
ここで、電源制御回路２０に代えてＤＣＤＣコンバータ等のレギュレータを用いて蓄電部１２の電力を無線部１３に供給するとすれば、レギュレータ内に設けられた過電圧保護用のダイオードのリーク電流によって、蓄電部１２に蓄積された電力が消費されてしまう。環境発電によって発電される電力は微小であるため、レギュレータ内のダイオードのリーク電流によって電力が消費されてしまうと、無線部１３を動作させるのに十分な電力が蓄電部１２に蓄積しにくくなる。そのため、環境発電によって発電された微小な電力によって無線部１３を動作させることが難しい。
これに対し、本実施例の信号発信器１０では、蓄電部１２と並列に接続されるダイオード等の素子が存在しない。これにより、環境発電によって発電部１１が発電した微小な電力が効率よく蓄電部１２に蓄積される。そのため、蓄電部１２には、無線部１３を動作させるのに十分な電力が蓄積しやすくなる。従って、環境発電によって発電された電力で無線部１３を動作させることが可能となる。
また、蓄電部１２の電圧が起動電圧ＶAに達した後は、制御部２３が起動する。そして、制御部２３は、蓄電部１２の電圧に応じて、蓄電部１２の電圧が高いほど、第１スイッチ２１によって蓄電部１２から無線部１３に供給される電力の消費量が多くなるように、無線部１３を制御する。これにより、蓄電部１２の電圧が高くなり過ぎることにより、制御部２３および無線部１３に過電圧が印加され、制御部２３および無線部１３が故障することを防止することができる。
［信号発信器１０の動作］
図５は、実施例１における信号発信器１０の動作の一例を示すフローチャートである。信号発信器１０は、所定のタイミングで本フローチャートに示す動作を開始する。
まず、電圧監視部２２は、蓄電部１２の電圧Ｖを監視し、蓄電部１２の電圧Ｖが起動電圧ＶA以上であるか否かを判定する（Ｓ１００）。蓄電部１２の電圧Ｖが起動電圧ＶA未満である場合（Ｓ１００：Ｎｏ）、電圧監視部２２は、再びステップＳ１００に示した処理を実行する。
一方、蓄電部１２の電圧Ｖが起動電圧ＶA以上である場合（Ｓ１００：Ｙｅｓ）、電圧監視部２２は、第１スイッチ２１がオン状態になるように第１スイッチ２１を制御する。第１スイッチ２１は、電圧監視部２２からの指示に応じてオン状態となり、発電部１１によって蓄電部１２に蓄積された電力の、無線部１３および制御部２３への供給を開始する（Ｓ１０１）。
次に、制御部２３は、第１スイッチ２１によって供給が開始された電力によって起動し、ＡＤＣの初期化等の初期化処理を実行する（Ｓ１０２）。そして、制御部２３は、無線部１３の起動周期を計測するためのタイマをリセットスタートする（Ｓ１０３）。
次に、制御部２３は、蓄電部１２の電圧Ｖの値が上側閾値ＶH以上であるか否かを判定する（Ｓ１０４）。蓄電部１２の電圧Ｖの値が上側閾値ＶH以上である場合（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、制御部２３は、無線部１３の起動周期ΔＴを第２の周期ΔＴ2に設定する（Ｓ１０５）。
次に、制御部２３は、タイマによって計測された時間Ｔが起動周期ΔＴ以上であるか否かを判定する（Ｓ１０６）。タイマによって計測された時間Ｔが起動周期ΔＴ未満である場合（Ｓ１０６：Ｎｏ）、制御部２３は、再びステップＳ１０４に示した処理を実行する。
一方、タイマによって計測された時間Ｔが起動周期ΔＴ以上である場合（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、制御部２３は、無線部１３を起動する。無線部１３は、信号供給部１４から供給された信号を所定の電力で無線送信する（Ｓ１０７）。そして、制御部２３は、再びステップＳ１０３に示した処理を実行する。
また、蓄電部１２の電圧Ｖの値が上側閾値ＶH未満である場合（Ｓ１０４：Ｎｏ）、制御部２３は、蓄電部１２の電圧Ｖの値が下側閾値ＶL未満であるか否かを判定する（Ｓ１０８）。蓄電部１２の電圧Ｖの値が下側閾値ＶL以上である場合（Ｓ１０８：Ｎｏ）、即ち、蓄電部１２の電圧Ｖの値が上側閾値ＶHと下側閾値ＶLの間の値である場合、制御部２３は、無線部１３の起動周期ΔＴを第１の周期ΔＴ1に設定する（Ｓ１０９）。そして、制御部２３は、ステップＳ１０６に示した処理を実行する。
一方、蓄電部１２の電圧Ｖの値が下側閾値ＶL未満である場合（Ｓ１０８：Ｙｅｓ）、電圧監視部２２は、蓄電部１２の電圧Ｖが停止電圧ＶS未満であるか否かを判定する（Ｓ１１０）。蓄電部１２の電圧Ｖが停止電圧ＶS以上である場合（Ｓ１１０：Ｎｏ）、即ち、蓄電部１２の電圧Ｖが下側閾値ＶLと停止電圧ＶSの間の値である場合、制御部２３は、無線部１３の起動周期ΔＴを第３の周期ΔＴ3に設定する（Ｓ１１１）。そして、制御部２３は、ステップＳ１０６に示した処理を実行する。
一方、蓄電部１２の電圧Ｖが停止電圧ＶS未満である場合（Ｓ１１０：Ｙｅｓ）、電圧監視部２２は、第１スイッチ２１がオフ状態になるように第１スイッチ２１を制御する。第１スイッチ２１は、電圧監視部２２からの指示に応じてオフ状態となり、蓄電部１２に蓄積された電力の、無線部１３および制御部２３への供給を停止する（Ｓ１１２）。そして、電圧監視部２２は、再びステップＳ１００に示した処理を実行する。
［実施例１の効果］
上記説明から明らかなように、本実施例の信号発信器１０は、信号供給部１４と、無線部１３と、発電部１１と、蓄電部１２と、第１スイッチ２１と、電圧監視部２２と、制御部２３とを有する。信号供給部１４は、無線部１３に信号を供給する。無線部１３は、信号供給部１４から供給された信号を無線送信する。発電部１１は、環境発電により発電を行う。蓄電部１２は、発電部１１により発電された電力を蓄積する。第１スイッチ２１は、蓄電部１２に蓄積された電力の無線部１３への供給および遮断を切り換える。電圧監視部２２は、蓄電部１２の電圧を監視し、蓄電部１２の電圧が起動電圧ＶA以上である場合に、蓄電部１２に蓄えられた電力を無線部１３に供給するように第１スイッチ２１を制御する。これにより、本実施例の信号発信器１０は、環境発電によって発電された電力で無線部１３を動作させることができる。また、本実施例の信号発信器１０は、無線部１３の過電圧保護を実現することができる。
また、上記した実施例において、制御部２３は、蓄電部１２に蓄積された電力に応じた電圧の値が上側閾値ＶH未満である場合に、第１の頻度で動作するように無線部１３を制御する。また、制御部２３は、蓄電部１２に蓄積された電力に応じた電圧の値が上側閾値ＶH以上である場合に、第１の頻度よりも多い第２の頻度で動作するように無線部１３を制御する。これにより、制御部２３は、１回の動作で無線部１３によって消費される電力が同一であっても、単位時間当たりの信号発信器１０の平均消費電力を増加させることができる。
なお、上記した実施例１では、例えば図１に示したように、第１スイッチ２１は、蓄電部１２と、制御部２３および無線部１３との間に設けられる。しかし、開示の技術はこれに限られない。第１スイッチ２１は、蓄電部１２に蓄積された電力を、制御部２３および無線部１３へ供給するか否かを切り換えるスイッチであれば、例えば図６に示すように、制御部２３および無線部１３と、グランドとの間に設けられてもよい。図６は、実施例１における信号発信器１０の他の例を示すブロック図である。
実施例１の制御部２３は、蓄電部１２の電圧が上側閾値ＶH以上である場合に、無線部１３の起動頻度を増加させることにより、無線部１３によって単位時間あたりに消費される平均電力を増加させる。これに対し、本実施例の制御部２３は、蓄電部１２の電圧が上側閾値ＶH以上である場合に、無線部１３の送信電力を増加させることにより、無線部１３によって単位時間あたりに消費される平均電力を増加させる。なお、本実施例における信号発信器１０の構成は、以下に説明する点を除き図１で説明した実施例１の信号発信器１０と同様であるため、詳細な説明を省略する。
図７は、実施例２において蓄電部１２の電圧が高い場合の制御部２３の動作の一例を説明する図である。蓄電部１２の電圧の値が上側閾値ＶHと下側閾値ＶLとの間の値である場合、制御部２３は、無線部１３の送信電力を第１の電力Ｐ1に設定する。そして、制御部２３は、第１の周期ΔＴ1毎に、無線部１３を起動すると共に、設定された送信電力を無線部１３に指示する。無線部１３は、設定された送信電力で信号供給部１４から供給された信号を無線送信する。これにより、例えば図７（ｂ）に示すように、蓄電部１２の電圧の値が上側閾値ＶHと下側閾値ＶLとの間の値である場合、無線部１３は、第１の電力Ｐ1で無線送信を行うことによって第１の電流Ｉ1を消費する。蓄電部１２の電圧の値が上側閾値ＶHと下側閾値ＶLとの間の値である場合において、第１の周期ΔＴ1毎に無線部１３が無線送信を行うことにより、単位時間あたりに無線部１３で消費される平均電力を第１の消費量と定義する。
一方、例えば図７（ａ）に示すように、蓄電部１２の電圧の値が上側閾値ＶH以上となった場合、制御部２３は、無線部１３の送信電力を第１の電力Ｐ1よりも大きい第２の電力Ｐ2に設定する。そして、制御部２３は、第１の周期ΔＴ1毎のタイミングである時刻ｔ2において、無線部１３を起動すると共に、設定された送信電力を無線部１３に指示する。無線部１３は、設定された送信電力で信号供給部１４から供給された信号を無線送信する。れにより、例えば図７（ｂ）に示すように、蓄電部１２の電圧の値が上側閾値ＶH以上である場合、無線部１３は、第２の電力Ｐ2で無線送信を行うことによって第１の電流Ｉ1よりも多い第２の電流Ｉ2を消費する。蓄電部１２の電圧の値が上側閾値ＶH以上である場合において、第１の周期ΔＴ1毎に無線部１３が無線送信を行うことにより、単位時間あたりに無線部１３で消費される平均電力を第２の消費量と定義すると、第２の消費量は、前述の第１の消費量よりも大きい。
このように、蓄電部１２の電圧の値が上側閾値ＶHより高い場合において、制御部２３は、無線部１３の送信電力を増加させることにより、蓄電部１２の電圧の上昇を抑えることができる。これにより、無線部１３および制御部２３の耐電圧を超える電圧が無線部１３および制御部２３に印加されることを抑制することができる。
図８は、実施例２において蓄電部１２の電圧が低い場合の制御部２３の動作の一例を説明する図である。例えば図８（ａ）に示すように、蓄電部１２の電圧の値が下側閾値ＶL未満となった場合、制御部２３は、無線部１３の送信電力を第１の電力Ｐ1よりも小さい第３の電力Ｐ3に設定する。そして、制御部２３は、第１の周期ΔＴ1毎のタイミングである時刻ｔ3において、無線部１３を起動すると共に、設定された送信電力を無線部１３に指示する。無線部１３は、設定された送信電力で信号供給部１４から供給された信号を無線送信する。これにより、例えば図８（ｂ）に示すように、蓄電部１２の電圧の値が下側閾値ＶL未満である場合、無線部１３は、第３の電力Ｐ3で無線送信を行うことによって第１の電流Ｉ1よりも少ない第３の電流Ｉ3を消費する。
このように、蓄電部１２の電圧の値が下側閾値ＶLより低い場合において、制御部２３は、無線部１３の送信電力を減少させることにより、蓄電部１２に蓄積された電力の消費量を抑えることができる。これにより、制御部２３は、無線部１３による信号の無線送信を、第１の周期ΔＴ1で、より長く継続させることができる。
また、制御部２３は、無線部１３の送信電力を変更することにより、無線部１３による信号の送信間隔を変更しなくても、無線部１３の消費電力を変更することができる。これにより、信号の送信間隔が仕様で規定されている場合など、信号の送信間隔の変更が難しい場合であっても、制御部２３は、無線部１３によって単位時間あたりに消費される平均電力を制御することができる。
［信号発信器１０の動作］
図９は、実施例２における信号発信器１０の動作の一例を示すフローチャートである。信号発信器１０は、所定のタイミングで本フローチャートに示す動作を開始する。なお、図９に示した処理のうち、図５に示した処理と同一の符号が付された処理は、以下に説明する点を除き、図５を用いて説明した処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。
蓄電部１２の電圧Ｖの値が上側閾値ＶH以上である場合（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、制御部２３は、無線部１３の送信電力を示す変数Ｐに、第２の電力Ｐ2の値を設定する（Ｓ２００）。そして、制御部２３は、タイマによって計測された時間Ｔが第１の周期ΔＴ1の時間以上であるか否かを判定する（Ｓ２０１）。タイマによって計測された時間Ｔが第１の周期ΔＴ1の時間未満である場合（Ｓ２０１：Ｎｏ）、制御部２３は、再びステップＳ１０４に示した処理を実行する。
一方、タイマによって計測された時間Ｔが第１の周期ΔＴ1の時間以上である場合（Ｓ２０１：Ｙｅｓ）、制御部２３は、無線部１３を起動し、無線部１３に変数Ｐに対応する送信電力を指示する。無線部１３は、信号供給部１４から供給された信号を、変数Ｐに対応する送信電力で無線送信する（Ｓ２０２）。そして、制御部２３は、再びステップＳ１０３に示した処理を実行する。
また、蓄電部１２の電圧Ｖの値が下側閾値ＶL以上である場合（Ｓ１０８：Ｎｏ）、即ち、蓄電部１２の電圧Ｖの値が上側閾値ＶHと下側閾値ＶLの間の値である場合、制御部２３は、変数Ｐに第１の電力Ｐ1の値を設定する（Ｓ２０３）。そして、制御部２３は、ステップＳ２０１に示した処理を実行する。
また、蓄電部１２の電圧Ｖが停止電圧ＶS以上である場合（Ｓ１１０：Ｎｏ）、即ち、蓄電部１２の電圧Ｖが下側閾値ＶLと停止電圧ＶSの間の値である場合、制御部２３は、変数Ｐに第３の電力Ｐ3の値を設定する（Ｓ２０４）。そして、制御部２３は、ステップＳ２０１に示した処理を実行する。
［実施例２の効果］
上記説明から明らかなように、実施例の制御部２３は、蓄電部１２に蓄積された電力に応じた電圧の値が上側閾値ＶH未満である場合に、第１の消費量の電力が無線部１３で消費されるように無線部１３を制御する。また、制御部２３は、蓄電部１２に蓄積された電力に応じた電圧の値が上側閾値ＶH以上である場合に、第１の消費量よりも多い消費量である第２の消費量の電力が無線部１３で消費されるように無線部１３を制御する。これにより、本実施例の信号発信器１０は、環境発電によって発電された電力で無線部１３を動作させることができると共に、無線部１３の過電圧保護を実現することができる。また、信号の送信間隔の変更が難しい場合であっても、制御部２３は、蓄電部１２の電圧に応じて、無線部１３によって単位時間あたりに消費される平均電力を制御することができる。
上記した実施例１および２では、蓄電部１２の電圧が上側閾値ＶH以上である場合に、無線部１３の動作を制御することにより、蓄電部１２の電圧の上昇を抑制した。しかし、発電部１１による発電量が多い場合には、無線部１３の消費電力では、蓄電部１２の電圧の上昇を抑えることが難しい場合がある。そのため、本実施例では、蓄電部１２の電圧が上側閾値ＶHよりも高い上限電圧ＶH’に達した場合、蓄電部１２の電力を消費するための回路をさらに動作させ、蓄電部１２の電力をさらに消費させる。これにより、蓄電部１２の電圧の上昇に伴う過電圧による信号発信器１０の故障を防止することができる。
図１０は、実施例３における信号発信器１０の一例を示すブロック図である。本実施例における信号発信器１０は、例えば図１０に示すように、発電部１１、蓄電部１２、無線部１３、信号供給部１４、電源制御回路２０、第２スイッチ２４、および電力消費回路２５を有する。なお、図１０に示したブロックのうち、図１に示したブロックと同一の符号が付されたブロックは、以下に説明する点を除き、図１を用いて説明したブロックと同様の機能を有するため、詳細な説明を省略する。
第２スイッチ２４は、発電部１１によって蓄電部１２に蓄積された電力を、電力消費回路２５へ供給するか否かを切り換える。第２スイッチ２４による切り換えは、制御部２３によって制御される。第２スイッチ２４は、例えばＭＥＭＳスイッチ等のように、オフ状態におけるリーク電流が少ない素子により実現されることが好ましい。第２スイッチ２４は、第２の切換部の一例である。
電力消費回路２５は、第２スイッチ２４を介して蓄電部１２から供給された電力を消費する。本実施例において、電力消費回路２５は抵抗素子である。なお、電力消費回路２５は、ダイオード等の過電圧保護回路であってもよい。本実施例における無線部１３、第２スイッチ２４、および電力消費回路２５は、機能回路の一例である。
図１１は、実施例３において蓄電部１２の電圧が高い場合の制御部２３の動作の一例を説明する図である。図１１（ｂ）の縦軸は、無線部１３で消費される電流を示し、図１１（ｃ）の縦軸は、電力消費回路２５で消費される電流を示す。制御部２３は、例えば図１１（ａ）に示すように、蓄電部１２の電圧の値が上側閾値ＶHを超えた時刻ｔ4において、無線部１３の起動周期を第２の周期ΔＴ2に変更し、変更後の起動周期で無線部１３を起動する。これにより、無線部１３では、例えば図１１（ｂ）に示すように、第２の周期ΔＴ2毎に所定の電流が消費される。
しかし、図１１（ａ）の例では、発電部１１による発電量が多いため、第２の周期ΔＴ2毎の無線部１３の起動により蓄電部１２の電力が消費されても、蓄電部１２の電圧が上昇し続ける。そして、制御部２３は、時刻ｔ5において蓄電部１２の電圧が上限電圧ＶH’に達したことを検出し、蓄電部１２に蓄えられた電力を電力消費回路２５に供給するように第２スイッチ２４を制御する。上限電圧ＶH’は、信号発信器１０に設けられた各部品のいずれの耐電圧よりも低く、かつ、上側閾値ＶHよりも高い電圧の値に設定される。また、本実施例において、上限電圧ＶH’は、起動電圧ＶAよりも高い電圧である。上限電圧ＶH’は、第３の電圧の一例である。
第２スイッチ２４は、制御部２３からの指示に応じてオフ状態からオン状態に変化し、蓄電部１２に蓄えられた電力を電力消費回路２５に供給する。これにより、例えば図１１（ｃ）に示すように、蓄電部１２から供給された電流が電力消費回路２５で消費される。そして、蓄電部１２の電圧が上限電圧ＶH’未満に低下すると、制御部２３は、蓄電部１２に蓄えられた電力の電力消費回路２５への供給を遮断するように第２スイッチ２４を制御する。しかし、第２の周期ΔＴ2のタイミングまでは、無線部１３が起動しないため、蓄電部１２の電圧が再び上昇し上限電圧ＶH’以上となる。
このように、蓄電部１２の電圧が上限電圧ＶH’に達した場合、無線部１３が次に起動するタイミングまでは、第２スイッチ２４のオンおよびオフが繰り返されることにより、例えば図１１（ａ）に示すように、蓄電部１２の電圧がほぼ上限電圧ＶH’に維持される。これにより、制御部２３は、蓄電部１２の電圧が信号発信器１０の各部品の耐電圧に達することを防止することができる。これにより、制御部２３は、蓄電部１２の電圧の上昇に伴う過電圧による信号発信器１０の故障を防止することができる。
［信号発信器１０の動作］
図１２は、実施例３における信号発信器１０の動作の一例を示すフローチャートである。信号発信器１０は、所定のタイミングで本フローチャートに示す動作を開始する。なお、図１２に示した処理のうち、図５に示した処理と同一の符号が付された処理は、以下に説明する点を除き、図５を用いて説明した処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。
制御部２３は、ステップＳ１０３において無線部１３の起動周期を計測するためのタイマをリセットスタートさせた後、蓄電部１２の電圧Ｖの値が上限電圧ＶH’以上であるか否かを判定する（Ｓ３００）。蓄電部１２の電圧Ｖの値が上限電圧ＶH’以上である場合（Ｓ３００：Ｙｅｓ）、制御部２３は、蓄電部１２に蓄えられた電力を電力消費回路２５に供給するように第２スイッチ２４を制御する。第２スイッチ２４は、オフ状態からオン状態になり、蓄電部１２に蓄えられた電力を電力消費回路２５に供給する（Ｓ３０１）。そして、制御部２３は、再びステップＳ３００に示した処理を実行する。
蓄電部１２の電圧Ｖの値が上限電圧ＶH’未満である場合（Ｓ３００：Ｎｏ）、制御部２３は、蓄電部１２に蓄えられた電力の電力消費回路２５への供給を遮断するように第２スイッチ２４を制御する。第２スイッチ２４は、オン状態からオフ状態になり、蓄電部１２に蓄えられた電力の電力消費回路２５への供給を遮断する（Ｓ３０２）。そして、制御部２３は、ステップＳ１０４に示した処理を実行する。
［実施例３の効果］
上記説明から明らかなように、本実施例の信号発信器１０は、蓄電部１２の電圧が上側閾値ＶHよりも高い上限電圧ＶH’に達した場合、蓄電部１２の電力を電力消費回路２５に供給し、蓄電部１２に蓄積された電力を消費させる。これにより、信号発信器１０は、蓄電部１２の電圧の上昇に伴う過電圧による信号発信器１０の故障を防止することができる。
なお、上記した実施例３では、例えば図１０に示したように、第１スイッチ２１は、蓄電部１２と、無線部１３、制御部２３、および第２スイッチ２４との間に設けられる。しかし、第１スイッチ２１は、蓄電部１２に蓄積された電力を、無線部１３、制御部２３、および第２スイッチ２４へ供給するか否かを切り換えることができれば、図１０に示した位置に設けられていなくてもよい。例えば、第１スイッチ２１は、図１３に示すように、無線部１３、制御部２３、および電力消費回路２５と、グランドとの間に設けられてもよい。図１３は、実施例３における信号発信器１０の他の例を示すブロック図である。
上記した実施例３では、蓄電部１２の電圧が上側閾値ＶH以上である場合に、無線部１３の起動頻度を増加させ、さらに、蓄電部１２の電圧が上限電圧ＶH’に達した場合に、電力消費回路２５を動作させることにより、蓄電部１２の電力をさらに消費させる。これに対し、実施例４では、蓄電部１２の電圧が上側閾値ＶH以上である場合に、無線部１３の送信電力を増加させることにより、無線部１３によって単位時間あたりに消費される平均電力を増加させる。これにより、信号の送信間隔の変更が難しい場合であっても、蓄電部１２の電圧の上昇に伴う過電圧による信号発信器１０の故障を防止することができる。
＜その他＞
なお、開示の技術は、上記した各実施例に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
例えば、上記した実施例３において、電力消費回路２５は、例えば抵抗値が固定の抵抗素子であるが、開示の技術はこれに限られず、異なる抵抗値に切り換え可能な可変抵抗であってもよい。この場合、制御部２３は、上限電圧ＶH’と上側閾値ＶHとの間の蓄電部１２の電圧に対して、蓄電部１２の電圧が高いほど、電力消費回路２５が低い抵抗値となるように第２スイッチ２４を制御してもよい。
具体的には、電力消費回路２５は、例えば図１４に示すような構成であってもよい。図１４は、電力消費回路２５の他の例を示す図である。電力消費回路２５は、例えば図１４（ａ）に示すように、抵抗値の異なる複数の抵抗素子を有する。この場合、制御部２３は、上限電圧ＶH’と上側閾値ＶHとの間の蓄電部１２の電圧に対して、蓄電部１２の電圧が高いほど、低い抵抗値の抵抗素子が接続されるように、第２スイッチ２４を制御する。
また、例えば図１４（ｂ）に示すように、電力消費回路２５は、複数の抵抗素子を有し、第２スイッチ２４は、それぞれの抵抗素子に対して、１つずつ設けられてもよい。この場合、制御部２３は、蓄電部１２の電圧が高いほど、より多くの抵抗素子が接続されるように、第２スイッチ２４を制御する。
また、上記した各実施例では、蓄電部１２の電圧が所定の電圧以上か否かに応じて、第１スイッチ２１を介して蓄電部１２から無線部１３に供給される電力の消費量を制御するが、開示の技術はこれに限られない。例えば、制御部２３は、蓄電部１２に蓄積された電力に応じた電圧と蓄電部１２の容量とに基づいて蓄電部１２に蓄積された電荷量を算出する。そして、制御部２３は、算出された電荷量が多いほど、第１スイッチ２１の切り換えによって蓄電部１２から無線部１３に供給され無線部１３において消費される電力が多くなるように無線部１３の動作を制御するようにしてもよい。これにより、信号発信器１０は、環境発電によって発電された電力で無線部１３を動作させることができると共に、無線部１３の過電圧保護を実現することができる。また、蓄電部１２の電圧の変動を抑制することができ、信号発信器１０の動作をより安定化することができる。
また、上記した各実施例は、組み合わせることも可能である。例えば、制御部２３は、蓄電部１２の電圧の値が上側閾値ＶH以上である場合、無線部１３の起動周期の短縮と送信電力の増大とを実施し、蓄電部１２の電圧の値が上側閾値ＶHに達した場合、蓄電部１２の電力を電力消費回路２５で消費させるようにしてもよい。また、蓄電部１２の電圧が低い場合についても、同様に、蓄電部１２の電圧の値が下側閾値ＶL未満である場合、無線部１３の起動周期の延長と送信電力の減少とを実施してもよい。
また、実施例１と実施例２とが組み合される場合、例えば、異なる値の２つの上側閾値ＶHが設定されてもよい。この場合、制御部２３は、蓄電部１２の電圧の値が低い値の方の上側閾値ＶH以上である場合、無線部１３の起動周期の短縮および送信電力の増大のうち、いずれか一方を実施する。そして、蓄電部１２の電圧の値が高い値の方の上側閾値ＶH以上である場合、制御部２３は、無線部１３の起動周期の短縮および送信電力の増大のうち、いずれか他方をさらに実施する。
また、蓄電部１２の電圧が低い場合についても、同様に、異なる値の２つの下側閾値ＶLが設定されてもよい。この場合、制御部２３は、蓄電部１２の電圧の値が高い値の方の下側閾値ＶL未満である場合、制御部２３は、無線部１３の起動周期の延長および送信電力の減少のうち、いずれか一方を実施する。そして、蓄電部１２の電圧の値が低い値の方の下側閾値ＶL未満である場合、制御部２３は、無線部１３の起動周期の延長および送信電力の減少のうち、いずれか他方をさらに実施する。
１０ 信号発信器
１１ 発電部
１２ 蓄電部
１３ 無線部
１４ 信号供給部
２０ 電源制御回路
２１ 第１スイッチ
２２ 電圧監視部
２３ 制御部
２４ 第２スイッチ
２５ 電力消費回路

Claims (7)

  1. 環境発電により発電された電力を蓄積する蓄電部に蓄積された電力を、特定の機能を動作させることにより電力を消費する機能回路へ供給するか否かを切り換える第１の切換部と、
    前記蓄電部に蓄積された電力に応じた電圧を監視し、前記蓄電部の電圧が第１の電圧以上である場合に、前記蓄電部に蓄えられた電力を前記機能回路に供給するように前記第１の切換部を制御する供給制御部と、
    前記蓄電部の電圧に基づいて、前記第１の切換部の切り換えによって前記蓄電部から前記機能回路に供給され前記機能回路において消費される電力を制御する電力消費制御部と
    を有することを特徴とする電源制御回路。
  2. 前記機能回路には、
    前記第１の切換部の切り換えによって前記蓄電部から前記機能回路に供給される電力を消費する電力消費回路と、
    前記蓄電部に蓄積された電力の前記電力消費回路への供給および遮断を切り換える第２の切換部と
    が含まれ、
    前記電力消費制御部は、
    前記蓄電部の電圧が前記第１の電圧より大きい第３の電圧以上である場合に、前記蓄電部に蓄積された電力を前記電力消費回路に供給するように前記第２の切換部を制御することを特徴とする請求項１に記載の電源制御回路。
  3. 前記電力消費制御部は、
    前記蓄電部の電圧が第２の電圧未満である場合に、第１の頻度で動作するように前記機能回路を制御し、前記蓄電部の電圧が前記第２の電圧以上である場合に、前記第１の頻度よりも多い頻度である第２の頻度で動作するように前記機能回路を制御することにより、前記機能回路において消費される電力を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の電源制御回路。
  4. 前記電力消費制御部は、
    前記蓄電部の電圧が第２の電圧未満である場合に、電力の消費量が第１の消費量で動作するように前記機能回路を制御し、前記蓄電部の電圧が前記第２の電圧以上である場合に、前記第１の消費量よりも多い電力の消費量である第２の消費量で動作するように前記機能回路を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の電源制御回路。
  5. 前記蓄電部は、キャパシタであり、
    前記電力消費制御部は、
    前記蓄電部の電圧と前記蓄電部の容量とに基づいて前記蓄電部に蓄積された電荷量を算出し、算出された電荷量が多いほど、前記第１の切換部の切り換えによって前記蓄電部から前記機能回路に供給され前記機能回路において消費される電力が多くなるように前記機能回路を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の電源制御回路。
  6. 所定の信号を無線送信する無線部と、
    環境発電により発電された電力を蓄積する蓄電部と、
    前記蓄電部に蓄積された電力の前記無線部への供給および遮断を切り換える切換部と、
    前記蓄電部に蓄積された電力に応じた電圧を監視し、前記蓄電部の電圧が所定の電圧以上である場合に、前記蓄電部に蓄えられた電力を前記無線部に供給するように前記切換部を制御する供給制御部と、
    前記蓄電部の電圧に基づいて、前記切換部の切り換えによって前記蓄電部から前記無線部に供給され前記無線部において消費される電力を制御する電力消費制御部と
    を有することを特徴とする無線モジュール。
  7. 信号を供給する信号供給部と、
    前記信号供給部から供給された信号を無線送信する無線部と、
    環境発電により発電を行う発電部と
    前記発電部により発電された電力を蓄積する蓄電部と、
    前記蓄電部に蓄積された電力の前記無線部への供給および遮断を切り換える切換部と、
    前記蓄電部に蓄積された電力に応じた電圧を監視し、前記蓄電部の電圧が所定の電圧以上である場合に、前記蓄電部に蓄えられた電力を前記無線部に供給するように前記切換部を制御する供給制御部と、
    前記蓄電部の電圧に基づいて、前記切換部の切り換えによって前記蓄電部から前記無線部に供給され前記無線部において消費される電力を制御する電力消費制御部と
    を有することを特徴とする信号発信器。
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