JP2020202640A - Cut-off circuit - Google Patents

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Abstract

To provide a mechanism that enables stable operation of a load connected to a power storage circuit.SOLUTION: A cut-off circuit 70 includes: an input terminal 72; an output terminal 78; and a power supply detection terminal 74. The output terminal 78 of the cut-off circuit 70 is connected to a load 62 which operates with electric power supplied from a power storage circuit 30. The cut-off circuit 70 blocks the output terminal 78 from the input terminal 72 if a voltage applied to the power supply detection terminal 74 is equal to a prescribed voltage or less, whereas the output terminal 78 is conducted to the input terminal 72 when the voltage applied to the power supply detection terminal 74 is larger than the prescribed voltage.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、遮断回路に関する。 The present invention relates to a breaking circuit.

非特許文献1には、負荷に電力を供給する蓄電回路が開示されている。 Non-Patent Document 1 discloses a power storage circuit that supplies electric power to a load.

図13を参照すると、非特許文献1に開示された蓄電回路90は、電源92がエネルギーハーベスティングによって生成した微小な電力を蓄積して負荷98に供給する。蓄電回路90は、電源ライン93と、キャパシタ(図示せず)と、電圧検知回路94と、比較回路95と、抵抗R1からなるプルアップ抵抗96と、スイッチ回路97とを備えている。キャパシタは、電源ライン93に接続されている(図示せず)。電圧検知回路94、比較回路95、プルアップ抵抗96及びスイッチ回路97は、図13に示した回路構造を有している。例えば、電圧検知回路94は、ツェナー電圧VZを有するツェナーダイオードZ1を備えており、比較回路95は、オープンドレインのコンパレータ952を備えている。また、スイッチ回路97は、スイッチング素子S1とスイッチング素子S2とを備えている。 Referring to FIG. 13, in the power storage circuit 90 disclosed in Non-Patent Document 1, the power supply 92 stores a minute amount of electric power generated by energy harvesting and supplies it to the load 98. The power storage circuit 90 includes a power supply line 93, a capacitor (not shown), a voltage detection circuit 94, a comparison circuit 95, a pull-up resistor 96 including a resistor R1, and a switch circuit 97. The capacitor is connected to the power supply line 93 (not shown). The voltage detection circuit 94, the comparison circuit 95, the pull-up resistor 96, and the switch circuit 97 have the circuit structure shown in FIG. For example, the voltage detection circuit 94 includes a Zener diode Z1 having a Zener voltage VZ, and the comparison circuit 95 includes an open-drain comparator 952. Further, the switch circuit 97 includes a switching element S1 and a switching element S2.

キャパシタ(図示せず)は、電源92が生成した電力を蓄積し、これにより、電源ライン93に電圧Vinが生じる。電圧検知回路94は、電圧Vinとツェナー電圧VZとに基づいて電圧Vrを生成すると共に、電圧Vinを分圧した電圧Vdを生成する。コンパレータ952のポジティブ入力端には、電圧Vdに応じた電圧Vpが印加され、コンパレータ952のネガティブ入力端には、電圧Vrが印加される。比較回路95は、電圧Vpと電圧Vrとの比較結果に基づいて生成した電圧を、スイッチング素子S1のゲートに印加する。スイッチング素子S2は、スイッチング素子S1のゲートに印加された電圧に応じて、遮断状態(負荷98を電源92から遮断する状態)と、導通状態(負荷98を電源92に接続する状態)との間を遷移する。即ち、蓄電回路90は、遮断状態と導通状態との間を遷移可能である。 The capacitor (not shown) stores the power generated by the power supply 92, which produces a voltage Vin in the power supply line 93. The voltage detection circuit 94 generates a voltage Vr based on the voltage Vin and the Zener voltage VZ, and also generates a voltage Vd obtained by dividing the voltage Vin. A voltage Vp corresponding to the voltage Vd is applied to the positive input end of the comparator 952, and a voltage Vr is applied to the negative input end of the comparator 952. The comparison circuit 95 applies a voltage generated based on the comparison result between the voltage Vp and the voltage Vr to the gate of the switching element S1. The switching element S2 is between a cutoff state (a state in which the load 98 is cut off from the power supply 92) and a conduction state (a state in which the load 98 is connected to the power supply 92) according to the voltage applied to the gate of the switching element S1. To transition. That is, the power storage circuit 90 can transition between the cutoff state and the conduction state.

非特許文献1によれば、キャパシタ(図示せず)が空の状態において電源92が電力を生成すると、電力は、キャパシタに徐々に蓄積され、電圧Vin及び電圧Vpが徐々に高くなる。電圧Vpが電圧Vrに達するまで、蓄電回路90は遮断状態を維持し、電源92が生成した電力は、負荷98によって消費されることなく、キャパシタに蓄積される。キャパシタが十分に充電された後に、電圧Vpが電圧Vr以上になり、蓄電回路90は導通状態になる。このとき、十分に大きな電力が負荷98に供給される。 According to Non-Patent Document 1, when the power supply 92 generates electric power when the capacitor (not shown) is empty, the electric power is gradually accumulated in the capacitor, and the voltage Vin and the voltage Vp gradually increase. The power storage circuit 90 maintains the cutoff state until the voltage Vp reaches the voltage Vr, and the power generated by the power supply 92 is stored in the capacitor without being consumed by the load 98. After the capacitor is sufficiently charged, the voltage Vp becomes equal to or higher than the voltage Vr, and the power storage circuit 90 becomes conductive. At this time, a sufficiently large amount of electric power is supplied to the load 98.

小野仁,外3名,「スイッチング回路を応用した省エネルギー・エネルギーハーベスティング技術の開発」,平成27年度 宮城県産業技術総合センター研究報告,宮城県(産業技術総合センター),平成28年9月,No.13(2015),p.1−7Hitoshi Ono, 3 outsiders, "Development of energy saving and energy harvesting technology applying switching circuit", 2015 Miyagi Prefectural Industrial Technology Center Research Report, Miyagi Prefecture (Industrial Technology Center), September 2016, No. 13 (2015), p. 1-7

非特許文献1に開示された蓄電回路90は、理論的には上述したように動作する。しかしながら、実際に回路を構成して実験してみると、負荷98が安定的に動作しない場合がある。 The power storage circuit 90 disclosed in Non-Patent Document 1 theoretically operates as described above. However, when the circuit is actually configured and tested, the load 98 may not operate stably.

そこで、本発明は、蓄電回路に接続された負荷の安定的な動作を可能にする機構を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a mechanism that enables stable operation of a load connected to a power storage circuit.

本願発明者による研究の結果、蓄電回路の回路構造に起因して、キャパシタが十分に充電される前にスイッチ回路が導通状態になる場合があることが分かった。そこで、本願発明者は、スイッチ回路を遮断状態と導通状態との間で適切に遷移させることが可能な新たな蓄電回路を発明した。新たな蓄電回路は、特願2017−240693として国内出願済みである。 As a result of research by the inventor of the present application, it has been found that the switch circuit may become conductive before the capacitor is sufficiently charged due to the circuit structure of the power storage circuit. Therefore, the inventor of the present application has invented a new power storage circuit capable of appropriately transitioning the switch circuit between the cutoff state and the conduction state. The new power storage circuit has been filed in Japan as Japanese Patent Application No. 2017-248693.

しかしながら、本願発明者による更なる研究の結果、上述の新たな蓄電回路を使用しても、負荷が安定的に動作しない場合があることが分かった。特に、蓄電回路以外の外部回路から電圧が印加されるような負荷(例えば、外部回路の電圧を測定するセンサ)を蓄電回路に接続した場合、負荷が安定的に動作しない場合があることが分かった。これは、蓄電回路が遮断状態にあるとき(即ち、負荷が動作していないとき)に外部回路から負荷に電圧が印加されると、負荷が予期しない動作を行うためであると考えられる。そこで、本発明は、動作していない負荷を外部回路から遮断可能な遮断回路を提供する。具体的には、本発明は、下記の遮断回路を提供する。 However, as a result of further research by the inventor of the present application, it has been found that the load may not operate stably even if the above-mentioned new power storage circuit is used. In particular, it was found that when a load (for example, a sensor that measures the voltage of an external circuit) to which a voltage is applied from an external circuit other than the power storage circuit is connected to the power storage circuit, the load may not operate stably. It was. It is considered that this is because the load performs an unexpected operation when a voltage is applied to the load from the external circuit when the power storage circuit is in the cutoff state (that is, when the load is not operating). Therefore, the present invention provides a breaking circuit capable of breaking a non-operating load from an external circuit. Specifically, the present invention provides the following break circuit.

本発明は、第1の遮断回路として、
入力端と、出力端と、電源検知端とを有する遮断回路であって、
前記遮断回路の前記出力端は、蓄電回路から供給された電力によって動作する負荷に接続されており、
前記電源検知端に印加された電圧が所定電圧以下である場合、前記出力端を前記入力端から遮断する一方、前記電源検知端に印加された電圧が前記所定電圧よりも大きい場合、前記出力端を前記入力端と導通させる
遮断回路を提供する。
The present invention provides the first break circuit.
A breaking circuit having an input end, an output end, and a power supply detection end.
The output end of the break circuit is connected to a load operated by electric power supplied from the power storage circuit.
When the voltage applied to the power supply detection end is equal to or less than a predetermined voltage, the output end is cut off from the input end, while when the voltage applied to the power supply detection end is larger than the predetermined voltage, the output end is cut off. Is provided with a cutoff circuit for conducting with the input terminal.

また、本発明は、第2の遮断回路として、第1の遮断回路であって、
前記蓄電回路は、電源から供給される電力を蓄積して前記負荷に供給する回路であって、
前記蓄電回路は、電源ラインと、蓄電部と、制御部とを備えており、
前記電源ラインは、前記電源と前記負荷とを互いに接続しており、
前記蓄電部は、前記電源ラインに接続されており、前記電源から供給される前記電力を蓄積してゼロよりも大きな供給電圧を前記電源ラインに印加し、
前記制御部は、前記供給電圧がゼロからスタートして開始電圧に達するまで、前記負荷を前記蓄電部から遮断し、
前記制御部は、前記供給電圧が前記開始電圧に達した後、前記供給電圧が停止電圧に降下するまで、前記負荷を前記蓄電部と導通させ、前記供給電圧が前記停止電圧まで降下すると、前記供給電圧が再び前記開始電圧に達するまで、前記負荷を前記蓄電部から遮断し、
前記遮断回路の前記電源検知端は、前記電源ライン上の検知点に直接的又は間接的に接続されている
遮断回路を提供する。
Further, the present invention is a first breaking circuit as a second breaking circuit.
The power storage circuit is a circuit that stores electric power supplied from a power source and supplies it to the load.
The power storage circuit includes a power supply line, a power storage unit, and a control unit.
The power supply line connects the power supply and the load to each other.
The power storage unit is connected to the power supply line, accumulates the power supplied from the power supply, and applies a supply voltage larger than zero to the power supply line.
The control unit cuts off the load from the power storage unit until the supply voltage starts from zero and reaches the start voltage.
After the supply voltage reaches the start voltage, the control unit conducts the load with the power storage unit until the supply voltage drops to the stop voltage, and when the supply voltage drops to the stop voltage, the control unit causes the load. The load is cut off from the power storage unit until the supply voltage reaches the start voltage again.
The power detection end of the break circuit provides a break circuit that is directly or indirectly connected to a detection point on the power line.

また、本発明は、第3の遮断回路として、第2の遮断回路であって、
前記検知点における電圧は、前記負荷が前記蓄電部から遮断されているとき、グランド電圧であり、前記負荷が前記蓄電部と導通しているとき、グランド電圧よりも高い電圧である
遮断回路を提供する。
Further, the present invention is a second breaking circuit as a third breaking circuit.
Provided is a cutoff circuit in which the voltage at the detection point is the ground voltage when the load is cut off from the power storage unit, and is higher than the ground voltage when the load is conducting with the power storage unit. To do.

また、本発明は、第4の遮断回路として、第2又は第3の遮断回路であって、
前記蓄電回路は、スイッチ部を備えており、
前記スイッチ部は、前記電源ラインにおいて前記蓄電部と前記負荷との間に接続されており、
前記スイッチ部は、スイッチ端を有しており、
前記スイッチ部は、前記スイッチ端に印加された電圧が所定閾値よりも低い場合、前記負荷を前記蓄電部から遮断する遮断状態を取り、前記スイッチ端に印加された電圧が前記所定閾値よりも高い場合、前記負荷を前記蓄電部と導通させる導通状態を取り、
前記制御部は、前記電源ラインにおいて前記蓄電部と前記スイッチ部との間に接続されており、
前記制御部は、前記供給電圧がゼロからスタートして前記開始電圧に達するまで、前記スイッチ端に、前記所定閾値よりも低い電圧を印加し、
前記制御部は、前記供給電圧が前記開始電圧に達した後、前記供給電圧が前記停止電圧に降下するまで、前記スイッチ端に、前記所定閾値よりも高い電圧を印加し、前記供給電圧が前記停止電圧まで降下すると、前記供給電圧が再び前記開始電圧に達するまで、前記スイッチ端に、前記所定閾値よりも低い電圧を印加する
遮断回路を提供する。
Further, the present invention is a second or third breaking circuit as the fourth breaking circuit.
The power storage circuit includes a switch unit.
The switch unit is connected between the power storage unit and the load in the power supply line.
The switch portion has a switch end and has a switch end.
When the voltage applied to the switch end is lower than the predetermined threshold value, the switch unit takes a cutoff state in which the load is cut off from the power storage unit, and the voltage applied to the switch end is higher than the predetermined threshold value. In the case, a conductive state is taken in which the load is made conductive with the power storage unit.
The control unit is connected between the power storage unit and the switch unit in the power supply line.
The control unit applies a voltage lower than the predetermined threshold value to the switch end until the supply voltage starts from zero and reaches the start voltage.
After the supply voltage reaches the start voltage, the control unit applies a voltage higher than the predetermined threshold voltage to the switch end until the supply voltage drops to the stop voltage, and the supply voltage becomes the supply voltage. When the voltage drops to the stop voltage, a cutoff circuit is provided at the switch end for applying a voltage lower than the predetermined threshold until the supply voltage reaches the start voltage again.

また、本発明は、第5の遮断回路として、第2又は第3の遮断回路であって、
前記蓄電回路は、前記蓄電部として機能するキャパシタと、スイッチ回路とを備えており、
前記蓄電回路の前記制御部は、電圧検知回路と、比較回路と、付加的回路とを含んでおり、
前記電圧検知回路は、前記電源ラインに接続された検知入力端と、参照電圧を出力する参照出力端と、検知電圧を出力する検知出力端とを有しており、
前記参照電圧は、前記供給電圧が基準電圧よりも低い場合、前記供給電圧であり、前記供給電圧が前記基準電圧以上の場合、前記基準電圧であり、
前記検知電圧は、前記供給電圧に応じて変化し、且つ、前記供給電圧よりも低く、
前記比較回路は、前記電源ラインに接続されており、且つ、前記参照出力端に接続されたポジティブ入力端と、前記検知出力端に接続されたネガティブ入力端と、付加的制御電圧を出力する出力端とを有しており、
前記付加的制御電圧は、前記ポジティブ入力端に印加された電圧が前記ネガティブ入力端に印加された電圧よりも高い場合、前記供給電圧に応じた高電圧であり、前記ポジティブ入力端に印加された前記電圧が前記ネガティブ入力端に印加された前記電圧よりも低い場合、グランド電圧に応じた低電圧であり、
前記付加的回路は、前記電源ラインに接続された電源端と、グランドされたグランド端とを有しており、前記電源端と前記グランド端との間を遮断する非グランド状態と、前記電源端を前記グランド端と導通させるグランド状態との間を遷移可能であり、
前記スイッチ回路は、前記電源ラインにおいて前記キャパシタと前記負荷との間に接続されており、前記負荷を前記キャパシタから遮断する遮断状態と、前記負荷を前記キャパシタと導通させる導通状態との間を遷移可能であり、
前記付加的回路は、前記比較回路の前記出力端に接続された付加的入力端と、制御電圧を出力するスイッチ制御端とを有しており、
前記制御電圧は、前記付加的回路が前記非グランド状態にある場合、前記供給電圧に応じた高電圧であり、前記付加的回路が前記グランド状態にある場合、前記グランド電圧に応じた低電圧であり、
前記付加的回路は、前記供給電圧がゼロから上昇して、前記付加的制御電圧に応じて前記付加的入力端に印加された付加的印加電圧が付加的閾値に達するまでは、前記非グランド状態を取り、前記付加的印加電圧が前記付加的閾値に達した以降は、前記付加的印加電圧が前記付加的閾値よりも高い場合、前記グランド状態を取り、前記付加的印加電圧が前記付加的閾値よりも低い場合、前記非グランド状態を取り、
前記スイッチ回路は、前記スイッチ制御端に接続されたスイッチ端を有しており、
前記スイッチ回路は、前記供給電圧がゼロから上昇して、前記制御電圧に応じて前記スイッチ端に印加された印加電圧が所定閾値に達するまでは、前記遮断状態を取り、前記印加電圧が前記所定閾値に達した以降は、前記印加電圧が前記所定閾値よりも高い場合、前記導通状態を取り、前記印加電圧が前記所定閾値よりも低い場合、前記遮断状態を取り、
前記供給電圧がゼロから上昇して前記付加的印加電圧が前記付加的閾値に達するまで、前記印加電圧は、前記所定閾値よりも低い
蓄電回路を提供する。
Further, the present invention is a second or third breaking circuit as the fifth breaking circuit.
The power storage circuit includes a capacitor that functions as the power storage unit and a switch circuit.
The control unit of the power storage circuit includes a voltage detection circuit, a comparison circuit, and an additional circuit.
The voltage detection circuit has a detection input end connected to the power supply line, a reference output end that outputs a reference voltage, and a detection output end that outputs a detection voltage.
The reference voltage is the supply voltage when the supply voltage is lower than the reference voltage, and is the reference voltage when the supply voltage is equal to or higher than the reference voltage.
The detection voltage changes according to the supply voltage and is lower than the supply voltage.
The comparison circuit has a positive input end connected to the power supply line and connected to the reference output end, a negative input end connected to the detection output end, and an output that outputs an additional control voltage. Has an edge and
The additional control voltage is a high voltage corresponding to the supply voltage when the voltage applied to the positive input end is higher than the voltage applied to the negative input end, and is applied to the positive input end. When the voltage is lower than the voltage applied to the negative input end, it is a low voltage corresponding to the ground voltage.
The additional circuit has a power supply end connected to the power supply line and a grounded ground end, and has a non-ground state that cuts off between the power supply end and the ground end, and the power supply end. Can be transitioned between the ground end and the ground state that conducts
The switch circuit is connected between the capacitor and the load in the power supply line, and transitions between a cutoff state in which the load is cut off from the capacitor and a conduction state in which the load is conducted with the capacitor. It is possible and
The additional circuit has an additional input end connected to the output end of the comparison circuit and a switch control end that outputs a control voltage.
The control voltage is a high voltage corresponding to the supply voltage when the additional circuit is in the non-ground state, and is a low voltage corresponding to the ground voltage when the additional circuit is in the ground state. Yes,
The additional circuit is in the non-ground state until the supply voltage rises from zero and the additional applied voltage applied to the additional input end in response to the additional control voltage reaches an additional threshold. After the additional applied voltage reaches the additional threshold value, if the additional applied voltage is higher than the additional threshold value, the ground state is taken and the additional applied voltage is the additional threshold value. If it is lower than, take the non-ground state and
The switch circuit has a switch end connected to the switch control end.
The switch circuit takes the cutoff state until the supply voltage rises from zero and the applied voltage applied to the switch end reaches a predetermined threshold value according to the control voltage, and the applied voltage is the predetermined voltage. After reaching the threshold value, when the applied voltage is higher than the predetermined threshold value, the conduction state is taken, and when the applied voltage is lower than the predetermined threshold value, the cutoff state is taken.
The applied voltage provides a power storage circuit that is lower than the predetermined threshold until the supply voltage rises from zero and the additional applied voltage reaches the additional threshold.

また、本発明は、第6の遮断回路として、第5の遮断回路であって、
前記付加的回路の前記電源端は、前記電源ラインに接続されると共に、前記電圧検知回路の前記検知出力端に接続されており、
前記制御電圧は、前記付加的回路が前記非グランド状態にある場合、前記検知電圧に応じた高電圧である
蓄電回路を提供する。
Further, the present invention is a fifth breaking circuit as a sixth breaking circuit.
The power supply end of the additional circuit is connected to the power supply line and is also connected to the detection output end of the voltage detection circuit.
The control voltage provides a power storage circuit that is a high voltage corresponding to the detection voltage when the additional circuit is in the non-ground state.

また、本発明は、第7の遮断回路として、第6の遮断回路であって、
前記付加的回路は、N型MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)からなる付加的スイッチング素子を備えており、
前記付加的スイッチング素子において、ゲートは、前記付加的入力端として機能し、ソースは、前記グランド端として機能し、ドレインは、前記電源端として機能し、且つ、前記電圧検知回路の前記検知出力端と前記スイッチ回路の前記スイッチ端との間に接続されており、
前記付加的閾値は、前記付加的スイッチング素子において前記ソースと前記ドレインとの間を導通させるための前記ゲートと前記ソースとの間の電位差の閾値であり、
前記スイッチ回路は、P型MOSFETからなる主スイッチング素子と、N型MOSFETからなる副スイッチング素子とを備えており、
前記主スイッチング素子において、ソースは、前記電源ラインの前記電源側に接続されており、ドレインは、前記電源ラインの前記負荷側に接続されており、
前記副スイッチング素子において、ゲートは、前記スイッチ端として機能し、ソースは、グランドされており、ドレインは、2つの抵抗を介して前記主スイッチング素子の前記ソースに接続されており、
前記主スイッチング素子のゲートは、前記2つの抵抗の間に接続されており、
前記所定閾値は、前記副スイッチング素子において前記ソースと前記ドレインとの間を導通させるための前記ゲートと前記ソースとの間の電位差の閾値である
蓄電回路を提供する。
Further, the present invention is a sixth breaking circuit as a seventh breaking circuit.
The additional circuit includes an additional switching element composed of an N-type MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor).
In the additional switching element, the gate functions as the additional input end, the source functions as the ground end, the drain functions as the power supply end, and the detection output end of the voltage detection circuit. Is connected to the switch end of the switch circuit.
The additional threshold is a threshold of the potential difference between the gate and the source for conducting the conduction between the source and the drain in the additional switching element.
The switch circuit includes a main switching element made of a P-type MOSFET and a sub-switching element made of an N-type MOSFET.
In the main switching element, the source is connected to the power supply side of the power supply line, and the drain is connected to the load side of the power supply line.
In the sub-switching element, the gate functions as the switch end, the source is grounded, and the drain is connected to the source of the main switching element via two resistors.
The gate of the main switching element is connected between the two resistors.
The predetermined threshold value provides a storage circuit which is a threshold value of a potential difference between the gate and the source for conducting between the source and the drain in the sub-switching element.

また、本発明は、第8の遮断回路として、第5から第7までの遮断回路のいずれかであって、
前記所定閾値は、前記付加的閾値以上である
蓄電回路を提供する。
Further, the present invention is any of the fifth to seventh breaking circuits as the eighth breaking circuit.
The predetermined threshold value provides a power storage circuit that is equal to or higher than the additional threshold value.

本発明の遮断回路によれば、電源検知端に印加された電圧が所定電圧以下である場合、入力端と出力端との間が遮断される。また、本発明の遮断回路の出力端は、蓄電回路から供給された電力によって動作する負荷に接続されている。例えば、負荷は、外部回路によって負荷の測定端に印加された電圧を測定するセンサである。この場合、遮断回路の入力端を外部回路に接続し、遮断回路の出力端をセンサの測定端に接続すればよい。この構成によれば、センサが蓄電回路から受ける電圧を遮断回路の電源検知端に印加することで、蓄電回路が遮断状態にあるとき(即ち、センサが動作していないとき)、センサは、外部回路から遮断される。即ち、本発明によれば、動作していない負荷を外部回路から遮断可能な遮断回路を提供でき、これにより、蓄電回路に接続された負荷の安定的な動作を可能にする機構を提供できる。 According to the cutoff circuit of the present invention, when the voltage applied to the power supply detection end is equal to or less than a predetermined voltage, the cutoff is performed between the input end and the output end. Further, the output end of the cutoff circuit of the present invention is connected to a load operated by the electric power supplied from the power storage circuit. For example, the load is a sensor that measures the voltage applied to the measurement end of the load by an external circuit. In this case, the input end of the cutoff circuit may be connected to the external circuit, and the output end of the cutoff circuit may be connected to the measurement end of the sensor. According to this configuration, by applying the voltage received by the sensor from the power storage circuit to the power supply detection end of the cutoff circuit, when the power storage circuit is in the cutoff state (that is, when the sensor is not operating), the sensor is external. It is cut off from the circuit. That is, according to the present invention, it is possible to provide a cutoff circuit capable of cutting off a load that is not operating from an external circuit, thereby providing a mechanism that enables stable operation of the load connected to the power storage circuit.

本発明の実施の形態による蓄電型システムを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electricity storage type system by embodiment of this invention. 図1の蓄電型システムの蓄電回路の動作を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the operation of the power storage circuit of the power storage type system of FIG. 図1の蓄電回路のスイッチ部が導通状態にあるときの負荷(センサ)の回路構造を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the circuit structure of the load (sensor) when the switch part of the power storage circuit of FIG. 1 is in a conductive state. 図1の蓄電回路のスイッチ部が遮断状態にあるときの負荷(センサ)の回路構造を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the circuit structure of the load (sensor) when the switch part of the power storage circuit of FIG. 1 is in a cutoff state. 図1の蓄電型システムを遮断回路を設けた状態で示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electricity storage type system of FIG. 1 in the state which provided the cutoff circuit. 図5の遮断回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the cutoff circuit of FIG. 図5の蓄電型システムの変形例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the modification of the storage type system of FIG. 図6の遮断回路の変形例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the modification of the cutoff circuit of FIG. 図1の蓄電回路の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the power storage circuit of FIG. 図9の蓄電回路の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the power storage circuit of FIG. 図9及び図10の蓄電回路の動作を模式的に示す図である。9 is a diagram schematically showing the operation of the power storage circuit of FIGS. 9 and 10. 本発明の実施例の蓄電回路の動作を示す図である。It is a figure which shows the operation of the power storage circuit of the Example of this invention. 非特許文献1の蓄電回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the power storage circuit of Non-Patent Document 1.

図1を参照すると、本発明の実施の形態による蓄電型システム10は、電源20と、蓄電回路30と、負荷60とを備えている。 Referring to FIG. 1, the power storage type system 10 according to the embodiment of the present invention includes a power supply 20, a power storage circuit 30, and a load 60.

本実施の形態の電源20は、周囲の環境から微小なエネルギーを収穫することで(即ち、エネルギーハーベスティングによって)10μW〜1mW程度の微小な電力を生成し、且つ、微小な電圧を生成する。電源20は、例えば、光電池、熱電素子、整流後の振動発電体等の発電体である。電源20は、上述した発電体のうちの1つであってもよいし、上述した発電体を2以上含んでいてもよい。 The power source 20 of the present embodiment generates a minute electric power of about 10 μW to 1 mW by harvesting a minute energy from the surrounding environment (that is, by energy harvesting), and also generates a minute voltage. The power source 20 is, for example, a power generator such as a photovoltaic cell, a thermoelectric element, or a vibration power generator after rectification. The power source 20 may be one of the above-mentioned generators, or may include two or more of the above-mentioned generators.

本実施の形態の負荷60は、例えば、昇圧型DC−DCコンバータ、降圧型DC−DCコンバータ、昇降圧型DC−DCコンバータ(以下、「DC−DCコンバータ」と総称する。)、センサ、マイクロコンピュータ、無線デバイス等の半導体素子を含む電子機器や、小型モーター等の動作開始時に一定以上の電圧を必要とする電子機器である。負荷60は、上述した電子機器のうちの1つであってもよいし、上述した電子機器を2以上含んでいてもよい。 The load 60 of the present embodiment is, for example, a step-up DC-DC converter, a step-down DC-DC converter, a buck-boost DC-DC converter (hereinafter collectively referred to as “DC-DC converter”), a sensor, and a microcomputer. , Electronic devices including semiconductor elements such as wireless devices, and electronic devices such as small motors that require a certain voltage or higher at the start of operation. The load 60 may be one of the above-mentioned electronic devices, or may include two or more of the above-mentioned electronic devices.

本実施の形態の蓄電回路30は、蓄電装置(図示せず)に組み込まれた回路である。本実施の形態の蓄電装置は、電源20及び負荷60と別体の電子機器である。但し、本発明は、これに限られない。例えば、蓄電装置は、電源20、蓄電回路30及び負荷60を備えた1つの電子機器であってもよい。また、蓄電回路30は、負荷60に組み込まれた回路であってもよい。 The power storage circuit 30 of the present embodiment is a circuit incorporated in a power storage device (not shown). The power storage device of the present embodiment is an electronic device separate from the power supply 20 and the load 60. However, the present invention is not limited to this. For example, the power storage device may be one electronic device including a power supply 20, a power storage circuit 30, and a load 60. Further, the power storage circuit 30 may be a circuit incorporated in the load 60.

本実施の形態の負荷60は、使用時に、動作状態と待機状態との間を繰り返し遷移する。負荷60の待機状態における消費電力は、動作状態における消費電力と比較して著しく低い。一方、負荷60の動作状態における消費電力(動作電力)は、数mW〜数W程度であり、電源20が直接的に供給可能な電力よりも大きい。このため、負荷60を電源20に直接接続すると、電源20は電圧降下を起こし、電源20の電圧は、負荷60を適切に動作させるための電圧(動作開始電圧VS)に到達しない。 The load 60 of the present embodiment repeatedly transitions between the operating state and the standby state at the time of use. The power consumption of the load 60 in the standby state is significantly lower than the power consumption in the operating state. On the other hand, the power consumption (operating power) in the operating state of the load 60 is about several mW to several W, which is larger than the power that can be directly supplied by the power source 20. Therefore, when the load 60 is directly connected to the power supply 20, the power supply 20 causes a voltage drop, and the voltage of the power supply 20 does not reach the voltage for properly operating the load 60 (operation start voltage VS).

一方、以下に説明するように、本実施の形態の蓄電回路30は、電源20が生成する微小な電力(静電エネルギー)を蓄積し、電力が十分に蓄積された段階で、必要な高電圧によって、負荷60に電力を供給する。但し、本発明は、これに限られない。例えば、蓄電回路30は、負荷60に直接供給可能な高い電力及び電圧を生成する電源20に接続してもよい。 On the other hand, as described below, the power storage circuit 30 of the present embodiment stores a minute amount of electric power (electrostatic energy) generated by the power source 20, and when the electric power is sufficiently accumulated, a required high voltage is obtained. Powers the load 60. However, the present invention is not limited to this. For example, the power storage circuit 30 may be connected to a power source 20 that produces high power and voltage that can be directly supplied to the load 60.

本実施の形態の蓄電回路30は、上述したように、電源20から供給される電力を蓄積して負荷60に供給する回路であり、電源ライン12と、蓄電部(キャパシタ)32と、制御部40と、スイッチ部(スイッチ回路)50とを備えている。以下、蓄電回路30の各部位の構造及び機能について説明する。 As described above, the power storage circuit 30 of the present embodiment is a circuit that stores the power supplied from the power supply 20 and supplies it to the load 60, and is a power supply line 12, a power storage unit (capacitor) 32, and a control unit. It includes 40 and a switch unit (switch circuit) 50. Hereinafter, the structure and function of each part of the power storage circuit 30 will be described.

蓄電回路30の電源ライン12は、電源20と負荷60とを互いに接続している。詳しくは、電源ライン12は、入力側電源ライン(電源ライン)122と、出力側電源ライン(電源ライン)126とを含んでいる。電源ライン122は、電源20とスイッチ部50の一端とを互いに接続しており、電源ライン126は、スイッチ部50の他端と負荷60とを互いに接続している。換言すれば、スイッチ部50は、電源ライン122と電源ライン126との間に設けられている。即ち、電源20及び負荷60は、電源ライン12によってスイッチ部50を介して互いに接続されている。 The power supply line 12 of the power storage circuit 30 connects the power supply 20 and the load 60 to each other. Specifically, the power supply line 12 includes an input side power supply line (power supply line) 122 and an output side power supply line (power supply line) 126. The power supply line 122 connects the power supply 20 and one end of the switch unit 50 to each other, and the power supply line 126 connects the other end of the switch unit 50 and the load 60 to each other. In other words, the switch unit 50 is provided between the power supply line 122 and the power supply line 126. That is, the power supply 20 and the load 60 are connected to each other by the power supply line 12 via the switch unit 50.

蓄電回路30のスイッチ部50は、上述したように、電源ライン12において蓄電部32と負荷60との間に接続されている。また、スイッチ部50は、スイッチ端56を有している。スイッチ部50は、スイッチ端56に印加された印加電圧Vxが所定の電圧値(所定閾値TP)よりも低い場合、負荷60を電源20から遮断する遮断状態を取り、スイッチ端56に印加された印加電圧Vxが所定閾値TPよりも高い場合、負荷60を電源20に導通させる導通状態を取る。即ち、スイッチ部50は、印加電圧Vxに応じて、遮断状態と、導通状態との間を遷移可能である。スイッチ部50は、電源20が蓄電回路30に電力を供給し始めた時点において遮断状態にある。 As described above, the switch unit 50 of the power storage circuit 30 is connected between the power storage unit 32 and the load 60 in the power supply line 12. Further, the switch unit 50 has a switch end 56. When the applied voltage Vx applied to the switch end 56 is lower than a predetermined voltage value (predetermined threshold value TP), the switch unit 50 takes a cutoff state in which the load 60 is cut off from the power supply 20 and is applied to the switch end 56. When the applied voltage Vx is higher than the predetermined threshold value TP, a conductive state is taken in which the load 60 is conducted to the power supply 20. That is, the switch unit 50 can transition between the cutoff state and the conductive state according to the applied voltage Vx. The switch unit 50 is in a cutoff state when the power supply 20 starts supplying electric power to the power storage circuit 30.

上述のように遮断状態と導通状態との間を遷移するスイッチ部50は、P型MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)、N型MOSFET等の電子部品を使用して構成できる。所定閾値TPは、例えば、MOSFETにおいてソースとドレインとの間を導通又は遮断させるためのゲートとソースとの間の電位差の閾値(以下、単に「ゲート閾値」という。)である。 As described above, the switch unit 50 that transitions between the cutoff state and the conduction state can be configured by using electronic components such as a P-type MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) and an N-type MOSFET. The predetermined threshold value TP is, for example, a threshold value of the potential difference between the gate and the source for conducting or blocking the conduction or cutoff between the source and the drain in the MOSFET (hereinafter, simply referred to as “gate threshold value”).

蓄電回路30の蓄電部32は、電源ライン122(電源ライン12)に接続されている。従って、スイッチ部50が遮断状態にあるとき、蓄電部32は、負荷60から遮断されている。一方、スイッチ部50が導通状態にあるとき、蓄電部32は、負荷60と導通している。 The power storage unit 32 of the power storage circuit 30 is connected to the power supply line 122 (power supply line 12). Therefore, when the switch unit 50 is in the cutoff state, the power storage unit 32 is cut off from the load 60. On the other hand, when the switch unit 50 is in the conductive state, the power storage unit 32 is conductive with the load 60.

蓄電部32は、電源20から供給される微小な電力を蓄積してゼロよりも大きな供給電圧Vinを電源ライン122(電源ライン12)に印加する。スイッチ部50が遮断状態にあるとき、供給電圧Vinは、蓄電部32に電力が蓄積されるにつれて、負荷60の動作開始電圧VSを超えて上昇する。蓄電回路30は、スイッチ部50を所定時間だけ遮断状態にすることで、負荷60を動作させるための十分な静電エネルギーを蓄電部32に蓄積できる。加えて、蓄電回路30は、蓄電部32に十分な静電エネルギーが蓄積されたとき、スイッチ部50を導通状態にする。スイッチ部50が導通状態になると、負荷60の動作開始電圧VSよりも高い出力電圧Voutによって負荷60に電力が供給される。供給電圧Vinは、負荷60に電力が供給されるにつれて、徐々に降下する。 The power storage unit 32 stores a minute amount of electric power supplied from the power source 20 and applies a supply voltage Vin larger than zero to the power supply line 122 (power supply line 12). When the switch unit 50 is in the cutoff state, the supply voltage Vin rises above the operation start voltage VS of the load 60 as the electric power is stored in the power storage unit 32. The power storage circuit 30 can store sufficient electrostatic energy in the power storage unit 32 for operating the load 60 by shutting off the switch unit 50 for a predetermined time. In addition, the power storage circuit 30 puts the switch unit 50 into a conductive state when sufficient electrostatic energy is stored in the power storage unit 32. When the switch unit 50 becomes conductive, power is supplied to the load 60 by an output voltage Vout higher than the operation start voltage VS of the load 60. The supply voltage Vin gradually drops as power is supplied to the load 60.

上述のように電力を蓄積する蓄電部32は、例えば、1つのコンデンサから構成できる。但し、本発明は、これに限られない。例えば、蓄電部32は、2以上のコンデンサから構成されていてもよいし、コンデンサ以外の電子部品を含んでいてもよい。蓄電部32が2以上のコンデンサを含んでいる場合、コンデンサ間の接続方法は特に限定されない。また、蓄電部32は、電解コンデンサ、セラミックコンデンサ、電気二重層コンデンサ等の様々なコンデンサから構成可能である。 As described above, the power storage unit 32 that stores electric power can be composed of, for example, one capacitor. However, the present invention is not limited to this. For example, the power storage unit 32 may be composed of two or more capacitors, or may include electronic components other than the capacitors. When the power storage unit 32 includes two or more capacitors, the connection method between the capacitors is not particularly limited. Further, the power storage unit 32 can be composed of various capacitors such as an electrolytic capacitor, a ceramic capacitor, and an electric double layer capacitor.

蓄電回路30の制御部40は、電源ライン122(電源ライン12)に接続されている。詳しくは、制御部40は、電源ライン122において蓄電部32とスイッチ部50との間に接続されており、これにより供給電圧Vinを検知可能である。加えて、制御部40は、スイッチ部50のスイッチ端56に接続されており、スイッチ端56に印加電圧Vxを印加する。 The control unit 40 of the power storage circuit 30 is connected to the power supply line 122 (power supply line 12). Specifically, the control unit 40 is connected between the power storage unit 32 and the switch unit 50 in the power supply line 122, whereby the supply voltage Vin can be detected. In addition, the control unit 40 is connected to the switch end 56 of the switch unit 50, and applies the applied voltage Vx to the switch end 56.

図2を図1と併せて参照すると、制御部40は、印加電圧Vxによってスイッチ部50を制御して、遮断状態と導通状態との間で遷移させる。 Referring to FIG. 2 together with FIG. 1, the control unit 40 controls the switch unit 50 by the applied voltage Vx to make a transition between the cutoff state and the conduction state.

本実施の形態において、制御部40は、供給電圧Vinがゼロからスタートして動作開始電圧VSよりも十分に大きな開始電圧VHに達するまで、スイッチ端56に、所定閾値TPよりも低い電圧を印加電圧Vxとして印加する。即ち、制御部40は、供給電圧Vinがゼロからスタートして開始電圧VHに達するまで、スイッチ部50を遮断状態に維持し、これにより負荷60を蓄電部32から遮断する。 In the present embodiment, the control unit 40 applies a voltage lower than the predetermined threshold value TP to the switch end 56 until the supply voltage Vin starts from zero and reaches a start voltage VH sufficiently larger than the operation start voltage VS. It is applied as a voltage Vx. That is, the control unit 40 keeps the switch unit 50 in the cutoff state until the supply voltage Vin starts from zero and reaches the start voltage VH, thereby shutting off the load 60 from the power storage unit 32.

制御部40は、供給電圧Vinが開始電圧VHに達した後、供給電圧Vinが開始電圧VHよりも小さく且つ動作開始電圧VSよりも大きな停止電圧VLに降下するまで、スイッチ端56に、所定閾値TPよりも高い電圧を印加電圧Vxとして印加する。即ち、制御部40は、供給電圧Vinが開始電圧VHに達すると、スイッチ部50を遮断状態から導通状態に遷移させる。制御部40は、供給電圧Vinが開始電圧VHに達した後、供給電圧Vinが停止電圧VLに降下するまで、スイッチ部50を導通状態に維持し、これにより負荷60を蓄電部32と導通させる。 After the supply voltage Vin reaches the start voltage VH, the control unit 40 sets a predetermined threshold value at the switch end 56 until the supply voltage Vin drops to a stop voltage VL that is smaller than the start voltage VH and larger than the operation start voltage VS. A voltage higher than TP is applied as the applied voltage Vx. That is, when the supply voltage Vin reaches the start voltage VH, the control unit 40 shifts the switch unit 50 from the cutoff state to the conduction state. After the supply voltage Vin reaches the start voltage VH, the control unit 40 keeps the switch unit 50 in a conductive state until the supply voltage Vin drops to the stop voltage VL, whereby the load 60 is made conductive with the power storage unit 32. ..

制御部40は、供給電圧Vinが停止電圧VLまで降下すると、供給電圧Vinが再び開始電圧VHに達するまで、スイッチ端56に、所定閾値TPよりも低い電圧を印加電圧Vxとして印加する。即ち、制御部40は、供給電圧Vinが停止電圧VLまで降下すると、スイッチ部50を導通状態から遮断状態に遷移させる。制御部40は、供給電圧Vinが停止電圧VLまで降下すると、供給電圧Vinが再び開始電圧VHに達するまで、スイッチ部50を遮断状態に維持し、これにより負荷60を蓄電部32から遮断する。 When the supply voltage Vin drops to the stop voltage VL, the control unit 40 applies a voltage lower than the predetermined threshold voltage TP to the switch end 56 as the applied voltage Vx until the supply voltage Vin reaches the start voltage VH again. That is, when the supply voltage Vin drops to the stop voltage VL, the control unit 40 shifts the switch unit 50 from the conduction state to the cutoff state. When the supply voltage Vin drops to the stop voltage VL, the control unit 40 keeps the switch unit 50 in the cutoff state until the supply voltage Vin reaches the start voltage VH again, thereby shutting off the load 60 from the power storage unit 32.

上述のように動作する制御部40は、オープンドレインのコンパレータ、P型MOSFET、N型MOSFET等の電子部品を使用して構成できる。 The control unit 40 that operates as described above can be configured by using electronic components such as an open drain comparator, a P-type MOSFET, and an N-type MOSFET.

上述のように構成された蓄電回路30は、供給電圧Vinがゼロからスタートして最初に開始電圧VHに達するまで、初期状態にある。蓄電回路30が初期状態にあるとき、制御部40は、スイッチ部50を、遮断状態に維持する。蓄電回路30は、スイッチ部50が最初に導通状態に遷移したときに定常状態になり、以降、電源20から電力が供給され続けている限り、定常状態を維持する。蓄電回路30が定常状態にあるとき、制御部40は、スイッチ部50を、導通状態と遮断状態との間で繰り返し遷移させる。 The power storage circuit 30 configured as described above is in the initial state from the supply voltage Vin starting from zero until the starting voltage VH is first reached. When the power storage circuit 30 is in the initial state, the control unit 40 maintains the switch unit 50 in the cutoff state. The power storage circuit 30 enters a steady state when the switch unit 50 first transitions to the conductive state, and thereafter maintains the steady state as long as power is continuously supplied from the power source 20. When the power storage circuit 30 is in the steady state, the control unit 40 repeatedly transitions the switch unit 50 between the conduction state and the cutoff state.

以上の説明から理解されるように、スイッチ部50が導通状態にあるとき、負荷60には、動作開始電圧VSよりも高い出力電圧Voutによって電力が供給される。この結果、負荷60は、動作状態又は待機状態をとり、適切に動作する。一方、スイッチ部50が遮断状態にあるとき、負荷60には、電力が供給されない。この結果、負荷60は、停止状態をとり、動作しない。負荷60は、理論的には、上述したように安定的に動作するはずである。 As can be understood from the above description, when the switch unit 50 is in the conductive state, power is supplied to the load 60 by an output voltage Vout higher than the operation start voltage VS. As a result, the load 60 takes an operating state or a standby state and operates appropriately. On the other hand, when the switch unit 50 is in the cutoff state, power is not supplied to the load 60. As a result, the load 60 takes a stopped state and does not operate. The load 60 should theoretically operate stably as described above.

しかしながら、図13を参照すると、実際に蓄電型システムを構成して実験すると、負荷98が安定的に動作しない場合がある。この現象について研究を進めた結果、従来の蓄電回路90の回路構造に起因して、蓄電部(図13に図示しないキャパシタ)が十分に充電される前にスイッチ回路97(スイッチ部)が導通状態になる場合があることが分かった。図1、図9及び図10を参照すると、本実施の形態の蓄電回路30は、以上の考察に基づいて発明されたものであり、スイッチ部50を遮断状態と導通状態との間で適切に遷移させることができる。この蓄電回路30の回路構造に係る発明は、特願2017−240693として国内出願済みである。 However, referring to FIG. 13, when the storage type system is actually configured and tested, the load 98 may not operate stably. As a result of research on this phenomenon, due to the circuit structure of the conventional power storage circuit 90, the switch circuit 97 (switch part) is in a conductive state before the power storage unit (capacitor not shown in FIG. 13) is sufficiently charged. It turns out that it may become. With reference to FIGS. 1, 9 and 10, the power storage circuit 30 of the present embodiment was invented based on the above considerations, and appropriately switches the switch unit 50 between the cutoff state and the conduction state. It can be transitioned. The invention relating to the circuit structure of the power storage circuit 30 has been filed in Japan as Japanese Patent Application No. 2017-248693.

しかしながら、実際に蓄電回路30を構成して実験すると、蓄電回路30を使用しても、負荷60が安定的に動作しない場合があることが分かった。図3を参照すると、特に、蓄電回路30以外の外部回路(図示せず)から電圧が印加されるような負荷62(例えば、外部回路の電圧を測定するセンサ62)を蓄電回路30に接続した場合、負荷62が安定的に動作しない場合があることが分かった。この原因は、スイッチ部50が遮断状態にあるとき(即ち、負荷62が動作していないとき)に外部回路から負荷62に電圧が印加されると、負荷62が予期しない動作を行うためであると考えられる。 However, when an experiment was carried out by actually configuring the power storage circuit 30, it was found that the load 60 may not operate stably even if the power storage circuit 30 is used. Referring to FIG. 3, in particular, a load 62 (for example, a sensor 62 for measuring the voltage of the external circuit) to which a voltage is applied from an external circuit (not shown) other than the power storage circuit 30 is connected to the power storage circuit 30. In that case, it was found that the load 62 may not operate stably. The reason for this is that when a voltage is applied to the load 62 from the external circuit when the switch unit 50 is in the cutoff state (that is, when the load 62 is not operating), the load 62 performs an unexpected operation. it is conceivable that.

以下、図3及び図4を参照しつつ、蓄電回路30に負荷62及び負荷64を接続した場合について、負荷62が安定的に動作しない原因を説明する。本実施の形態の負荷62は、外部回路(図示せず)の電圧を測定するセンサ62であり、設計に応じて形成される抵抗R61と、外部回路に接続される測定端622とを有している。測定端622は、負荷62が動作状態や待機状態にあるとき、ハイインピーダンス状態にあるか、又は、ハイインピーダンス状態に近い状態にある。換言すれば、本実施の形態の負荷62は、動作状態及び待機状態においてハイインピーダンス状態又はハイインピーダンス状態に近い状態をとる測定端622を有するセンサである。一方、本実施の形態の負荷64は、DC−DCコンバータ64であり、設計に応じて形成される抵抗R64を有している。但し、負荷64は、マイクロコンピュータ等のDC−DCコンバータ以外の電子機器であってもよい。 Hereinafter, the cause of the load 62 not operating stably will be described with reference to FIGS. 3 and 4 when the load 62 and the load 64 are connected to the power storage circuit 30. The load 62 of the present embodiment is a sensor 62 that measures the voltage of an external circuit (not shown), and has a resistor R61 formed according to the design and a measurement end 622 connected to the external circuit. ing. The measurement end 622 is in a high impedance state or in a state close to a high impedance state when the load 62 is in the operating state or the standby state. In other words, the load 62 of the present embodiment is a sensor having a measurement end 622 that is in a high impedance state or a state close to a high impedance state in the operating state and the standby state. On the other hand, the load 64 of the present embodiment is a DC-DC converter 64, and has a resistor R64 formed according to the design. However, the load 64 may be an electronic device other than a DC-DC converter such as a microcomputer.

図3を参照すると、負荷62の測定端622には、外部回路の測定電圧Vxinが印加される。蓄電回路30のスイッチ部50が導通状態にあるとき、負荷62及び負荷64の夫々は、動作状態又は待機状態にある。このとき、測定端622は、ハイインピーダンス状態又はハイインピーダンス状態に近い状態にあるため、電源ライン126(電源ライン12)から実質的に遮断されている。詳しくは、外部回路から測定端622に流れる電流は、例えば、負荷62のA/D変換のためだけに使用される。従って、外部回路から測定端622に流れる電流は、負荷62及び負荷64の夫々の動作を阻害しない。 Referring to FIG. 3, the measurement voltage Vxin of the external circuit is applied to the measurement end 622 of the load 62. When the switch unit 50 of the power storage circuit 30 is in the conductive state, the load 62 and the load 64 are in the operating state or the standby state, respectively. At this time, since the measurement end 622 is in a high impedance state or a state close to a high impedance state, it is substantially cut off from the power supply line 126 (power supply line 12). Specifically, the current flowing from the external circuit to the measurement end 622 is used, for example, only for A / D conversion of the load 62. Therefore, the current flowing from the external circuit to the measurement end 622 does not interfere with the operation of the load 62 and the load 64, respectively.

一方、図4を参照すると、蓄電回路30のスイッチ部50が遮断状態にあるとき、負荷62及び負荷64の夫々は、停止状態にある。このとき、負荷62の測定端622が、ハイインピーダンス状態にない場合がある。より具体的には、負荷62の回路構造に起因して、測定端622と電源ライン126(電源ライン12)との間に、予期しない抵抗R62が形成される場合がある。即ち、測定端622が、抵抗R62を介して、電源ライン126と導通する場合がある。この場合、外部回路(図示せず)から測定端622に流れる電流は、負荷62の回路を流れ、これにより負荷62の動作を阻害するおそれがある。また、外部回路から測定端622に流れる電流は、電源ライン126を経由して負荷64に流入するおそれがある。 On the other hand, referring to FIG. 4, when the switch unit 50 of the power storage circuit 30 is in the cutoff state, the load 62 and the load 64 are in the stopped state, respectively. At this time, the measurement end 622 of the load 62 may not be in the high impedance state. More specifically, due to the circuit structure of the load 62, an unexpected resistor R62 may be formed between the measurement end 622 and the power supply line 126 (power supply line 12). That is, the measurement end 622 may conduct with the power supply line 126 via the resistor R62. In this case, the current flowing from the external circuit (not shown) to the measurement end 622 flows through the circuit of the load 62, which may hinder the operation of the load 62. Further, the current flowing from the external circuit to the measurement end 622 may flow into the load 64 via the power supply line 126.

一般的に、負荷62及び負荷64を含む負荷60(図1参照)が停止状態にあるとき、電源ライン126を経由しない電流が負荷60に流入すると、負荷60が、誤動作したり故障したりするおそれがある。加えて、負荷62の測定端622に接続された外部回路(外部機器:図示せず)の電流が奪われる。この結果、外部機器の消費電流が増加したり外部機器が故障したりするおそれがある。 Generally, when the load 60 including the load 62 and the load 64 (see FIG. 1) is in the stopped state, if a current that does not pass through the power supply line 126 flows into the load 60, the load 60 malfunctions or fails. There is a risk. In addition, the current of the external circuit (external device: not shown) connected to the measurement end 622 of the load 62 is deprived. As a result, the current consumption of the external device may increase or the external device may break down.

一方、図5を参照すると、本実施の形態の蓄電型システム10は、電源20、蓄電回路30及び負荷60に加えて、遮断回路70を備えている。負荷60は、1以上の負荷(センサ)62を含んでいる。即ち、図5に示した蓄電型システム10は、負荷60の一つとしてセンサ62を備えたセンサシステムである。負荷62の夫々は、遮断回路70を介して外部回路(図示せず)に接続されている。外部回路のグランド電圧は、蓄電型システム10のグランド電圧と一致している。以下に説明するように、このような蓄電型システム10(センサシステム)において、遮断回路70を設けることで、負荷62を含む負荷60の夫々を安定的に動作させることができる。 On the other hand, referring to FIG. 5, the power storage type system 10 of the present embodiment includes a cutoff circuit 70 in addition to the power supply 20, the power storage circuit 30, and the load 60. The load 60 includes one or more loads (sensors) 62. That is, the power storage type system 10 shown in FIG. 5 is a sensor system including a sensor 62 as one of the loads 60. Each of the loads 62 is connected to an external circuit (not shown) via a break circuit 70. The ground voltage of the external circuit coincides with the ground voltage of the storage type system 10. As will be described below, in such a power storage type system 10 (sensor system), by providing the cutoff circuit 70, each of the loads 60 including the load 62 can be stably operated.

図6を参照すると、遮断回路70は、入力端72と、出力端78と、電源検知端74とを有している。遮断回路70の入力端72は、外部回路(図示せず)に接続されている。このように接続された入力端72には、外部回路の測定電圧Vxinが印加される。遮断回路70の出力端78は、蓄電回路30から供給された電力によって動作する負荷62に接続されている。詳しくは、出力端78は、負荷62の測定端622に接続されている。このように接続された出力端78は、測定端622に、測定電圧Vxinと実質的に同電圧の測定電圧Vxoutを印加する。 Referring to FIG. 6, the cutoff circuit 70 has an input end 72, an output end 78, and a power supply detection end 74. The input terminal 72 of the cutoff circuit 70 is connected to an external circuit (not shown). The measurement voltage Vxin of the external circuit is applied to the input terminal 72 connected in this way. The output terminal 78 of the cutoff circuit 70 is connected to a load 62 operated by the electric power supplied from the power storage circuit 30. Specifically, the output end 78 is connected to the measurement end 622 of the load 62. The output terminal 78 connected in this way applies a measurement voltage Vxout having substantially the same voltage as the measurement voltage Vxin to the measurement end 622.

図5を参照すると、遮断回路70の電源検知端74は、電源ライン126(電源ライン12)の検知点162に接続されている。このように接続された電源検知端74には、出力電圧Voutに応じた検出電圧Vxdが印加される。本実施の形態によれば、蓄電回路30のスイッチ部50が導通状態にあるとき、負荷62の動作開始電圧VSよりも高い出力電圧Voutが電源検知端74に印加される。一方、図3及び図4から理解されるように、スイッチ部50が遮断状態になると、電源ライン126は、速やかにグランドされ、これにより、グランド電圧である出力電圧Voutが電源検知端74に印加される。 Referring to FIG. 5, the power supply detection end 74 of the cutoff circuit 70 is connected to the detection point 162 of the power supply line 126 (power supply line 12). A detection voltage Vxd corresponding to the output voltage Vout is applied to the power supply detection terminal 74 connected in this way. According to this embodiment, when the switch unit 50 of the power storage circuit 30 is in a conductive state, an output voltage Vout higher than the operation start voltage VS of the load 62 is applied to the power supply detection terminal 74. On the other hand, as can be understood from FIGS. 3 and 4, when the switch unit 50 is in the cutoff state, the power supply line 126 is quickly grounded, whereby the output voltage Vout, which is the ground voltage, is applied to the power supply detection terminal 74. Will be done.

図6を参照すると、本実施の形態の遮断回路70は、P型MOSFETからなる第1素子702と、N型MOSFETからなる第2素子704と、3つの抵抗R71,R72,R73とを備えている。第1素子702、第2素子704及び抵抗R71,R72,R73は、図6に示したように接続されている。 Referring to FIG. 6, the cutoff circuit 70 of the present embodiment includes a first element 702 made of a P-type MOSFET, a second element 704 made of an N-type MOSFET, and three resistors R71, R72, R73. There is. The first element 702, the second element 704, and the resistors R71, R72, and R73 are connected as shown in FIG.

本実施の形態によれば、第2素子704のゲートに検出電圧Vxdが印加される。検出電圧Vxdが第2素子704のゲート閾値よりも低い場合、第2素子704のソースとドレインとの間が遮断され、第1素子702のゲートに、第1素子702のソースと同じ電位の電圧が印加される。この結果、第1素子702のソースとドレインとの間が遮断される。即ち、遮断回路70の入力端72と出力端78との間が遮断される。 According to this embodiment, the detection voltage Vxd is applied to the gate of the second element 704. When the detection voltage Vxd is lower than the gate threshold value of the second element 704, the source and the drain of the second element 704 are cut off, and the gate of the first element 702 has a voltage having the same potential as the source of the first element 702. Is applied. As a result, the source and drain of the first element 702 are cut off. That is, the connection between the input end 72 and the output end 78 of the cutoff circuit 70 is cut off.

一方、検出電圧Vxdが第2素子704のゲート閾値よりも高い場合、第2素子704のソースとドレインとの間が導通し、第1素子702のゲートは、抵抗R72を介してグランドされる。この結果、第1素子702のゲートに印加される電圧が、第1素子702のソースに印加される電圧よりも低くなる。従って、抵抗R71及び抵抗R72の抵抗値を、第1素子702のゲート閾値を考慮して適切に設定することで、第1素子702のソースとドレインとの間が導通する。即ち、遮断回路70の入力端72と出力端78との間が導通する。 On the other hand, when the detection voltage Vxd is higher than the gate threshold value of the second element 704, the source and drain of the second element 704 conduct with each other, and the gate of the first element 702 is grounded via the resistor R72. As a result, the voltage applied to the gate of the first element 702 becomes lower than the voltage applied to the source of the first element 702. Therefore, by appropriately setting the resistance values of the resistor R71 and the resistor R72 in consideration of the gate threshold value of the first element 702, the source and the drain of the first element 702 become conductive. That is, there is conduction between the input end 72 and the output end 78 of the cutoff circuit 70.

以上の説明から理解されるように、遮断回路70は、電源検知端74に印加された電圧が所定電圧VP以下である場合、出力端78を入力端72から遮断する一方、電源検知端74に印加された電圧が所定電圧VPよりも大きい場合、出力端78を入力端72と導通させる。本実施の形態において、所定電圧VPは、第2素子704のゲート閾値である。但し、本発明は、これに限られず、所定電圧VPは、遮断回路70の回路構造に応じて決まる。 As can be understood from the above description, when the voltage applied to the power supply detection end 74 is equal to or lower than the predetermined voltage VP, the cutoff circuit 70 cuts off the output end 78 from the input end 72 while cutting off the power supply detection end 74 to the power supply detection end 74. When the applied voltage is larger than the predetermined voltage VP, the output end 78 is made conductive with the input end 72. In the present embodiment, the predetermined voltage VP is the gate threshold value of the second element 704. However, the present invention is not limited to this, and the predetermined voltage VP is determined according to the circuit structure of the breaking circuit 70.

図5を参照すると、遮断回路70によれば、電源検知端74に印加された検出電圧Vxdが所定電圧VP以下である場合、入力端72と出力端78との間が遮断される。また、前述したように、遮断回路70の出力端78は、負荷62に接続されている。負荷62は、外部回路(図示せず)によって負荷62の測定端622に印加された電圧を測定するセンサ62である。 Referring to FIG. 5, according to the cutoff circuit 70, when the detection voltage Vxd applied to the power supply detection end 74 is equal to or lower than the predetermined voltage VP, the cutoff is performed between the input end 72 and the output end 78. Further, as described above, the output terminal 78 of the cutoff circuit 70 is connected to the load 62. The load 62 is a sensor 62 that measures the voltage applied to the measurement end 622 of the load 62 by an external circuit (not shown).

本実施の形態によれば、負荷62が蓄電回路30から受ける電圧を遮断回路70の電源検知端74に印加することで、蓄電回路30のスイッチ部50が遮断状態にあるとき(即ち、負荷62が停止状態にあり動作していないとき)、負荷62は、外部回路(図示せず)から遮断される。即ち、本発明によれば、動作していない負荷62を外部回路から遮断可能な遮断回路70を提供でき、これにより、蓄電回路30に接続された負荷62の安定的な動作を可能にする機構を提供できる。 According to the present embodiment, when the switch portion 50 of the power storage circuit 30 is in the cutoff state by applying the voltage received by the load 62 from the power storage circuit 30 to the power supply detection terminal 74 of the cutoff circuit 70 (that is, the load 62). Is in a stopped state and is not operating), the load 62 is cut off from an external circuit (not shown). That is, according to the present invention, it is possible to provide a cutoff circuit 70 capable of cutting off a non-operating load 62 from an external circuit, whereby a mechanism that enables stable operation of the load 62 connected to the power storage circuit 30. Can be provided.

詳しくは、負荷62が停止状態にあるとき、外部回路(図示せず)から遮断回路70に流れる電流は、負荷62まで流れないため、負荷62や負荷64(図4参照)等の負荷60の動作を阻害しない。また、外部回路からの電流に起因する負荷60の誤動作や故障が防止される。加えて、外部回路(外部機器)の消費電流の増加や外部機器の故障が防止される。 Specifically, when the load 62 is in the stopped state, the current flowing from the external circuit (not shown) to the cutoff circuit 70 does not flow to the load 62, so that the load 60 such as the load 62 and the load 64 (see FIG. 4) Does not interfere with movement. In addition, malfunctions and failures of the load 60 due to the current from the external circuit are prevented. In addition, the increase in current consumption of the external circuit (external device) and the failure of the external device are prevented.

本実施の形態の電源20は、周囲の環境に依存して電力を生成するため、長時間にわたって蓄電部32に電力が供給されない場合がある。この場合、蓄電部32が生成する供給電圧Vinは、比較的0Vになり易い。このような蓄電型システム10において、遮断回路70は特に必要である。但し、本発明は、これに限られず、遮断回路70は、様々な蓄電型システムに適用可能である。例えば、遮断回路70は、従来の蓄電型システムに適用してもよい。 Since the power supply 20 of the present embodiment generates electric power depending on the surrounding environment, the electric power storage unit 32 may not be supplied with electric power for a long time. In this case, the supply voltage Vin generated by the power storage unit 32 tends to be relatively 0V. In such a power storage type system 10, the cutoff circuit 70 is particularly necessary. However, the present invention is not limited to this, and the cutoff circuit 70 can be applied to various power storage type systems. For example, the cutoff circuit 70 may be applied to a conventional power storage type system.

本実施の形態によれば、遮断回路70の電源検知端74は、電源ライン126上の検知点162に直接的に接続されている。検知点162における電圧は、負荷60が蓄電部32から遮断されているとき、グランド電圧であり、負荷60が蓄電部32と導通しているとき、グランド電圧よりも高い出力電圧Voutである。この構造によれば、遮断回路70の回路構造を簡易にできる。但し、本発明は、これに限られず、電源検知端74の接続方法は、様々に変形可能である。 According to this embodiment, the power supply detection end 74 of the cutoff circuit 70 is directly connected to the detection point 162 on the power supply line 126. The voltage at the detection point 162 is a ground voltage when the load 60 is cut off from the power storage unit 32, and is an output voltage Vout higher than the ground voltage when the load 60 is conducting with the power storage unit 32. According to this structure, the circuit structure of the cutoff circuit 70 can be simplified. However, the present invention is not limited to this, and the connection method of the power supply detection terminal 74 can be variously modified.

例えば、電源検知端74が接続される検知点162は、電源ライン122上に位置していてもよい。但し、この接続方法によれば、遮断回路70は、検知点162における電圧が降下中である場合にのみ、入力端72と出力端78との間が導通するような回路構造を有する必要がある。この結果、遮断回路70の回路構造は複雑になる。従って、特に必要性がない限り、この接続方法に比べて本実施の形態の接続方法が好ましい。 For example, the detection point 162 to which the power supply detection end 74 is connected may be located on the power supply line 122. However, according to this connection method, the cutoff circuit 70 needs to have a circuit structure such that the input end 72 and the output end 78 are electrically connected only when the voltage at the detection point 162 is falling. .. As a result, the circuit structure of the break circuit 70 becomes complicated. Therefore, unless there is a particular need, the connection method of the present embodiment is preferable to this connection method.

図7を参照すると、図示した負荷60は、負荷(センサ)62に加えて、負荷(マイクロコンピュータ)66を含んでいる。負荷66は、制御端668を有している。負荷66の制御端668は、電源ライン126上の検知点162Aの電圧がグランド電圧よりも高い場合、遮断回路70の所定電圧VPよりも高い電圧(High)を出力し、検知点162Aの電圧がグランド電圧である場合、遮断回路70の所定電圧VPよりも低い電圧(Low)を出力する。即ち、負荷66は、検知点162Aの電圧に応じて、High及びLowのうちのいずれか一方を制御端668に出力する。遮断回路70の電源検知端74は、負荷66の制御端668に接続されている。遮断回路70の入力端72は、外部回路(図示せず)に接続されており、遮断回路70の出力端78は、負荷62の測定端622に接続されている。 Referring to FIG. 7, the illustrated load 60 includes a load (microcomputer) 66 in addition to the load (sensor) 62. The load 66 has a control end 668. When the voltage at the detection point 162A on the power supply line 126 is higher than the ground voltage, the control terminal 668 of the load 66 outputs a voltage (High) higher than the predetermined voltage VP of the cutoff circuit 70, and the voltage at the detection point 162A becomes When it is the ground voltage, it outputs a voltage (Low) lower than the predetermined voltage VP of the cutoff circuit 70. That is, the load 66 outputs either High or Low to the control terminal 668 according to the voltage at the detection point 162A. The power supply detection end 74 of the cutoff circuit 70 is connected to the control end 668 of the load 66. The input end 72 of the cutoff circuit 70 is connected to an external circuit (not shown), and the output end 78 of the cutoff circuit 70 is connected to the measurement end 622 of the load 62.

図7の遮断回路70の電源検知端74は、負荷66の制御端668に接続されている。従って、電源検知端74は、負荷66を介して電源ライン126上の検知点162Aに間接的に接続されている。この接続構造によっても、負荷62が蓄電部32から遮断されているとき、負荷62の測定端622を外部回路(図示せず)から確実に遮断できる。また、この接続構造によれば、負荷62による測定が実際に行われる場合にのみ制御端668にHighが出力されるように、負荷66を設定できる。図6を参照すると、この設定によれば、遮断回路70の抵抗R73による電力消費を削減できる。 The power supply detection end 74 of the cutoff circuit 70 of FIG. 7 is connected to the control end 668 of the load 66. Therefore, the power supply detection end 74 is indirectly connected to the detection point 162A on the power supply line 126 via the load 66. Even with this connection structure, when the load 62 is cut off from the power storage unit 32, the measurement end 622 of the load 62 can be reliably cut off from an external circuit (not shown). Further, according to this connection structure, the load 66 can be set so that High is output to the control end 668 only when the measurement by the load 62 is actually performed. Referring to FIG. 6, according to this setting, the power consumption due to the resistor R73 of the break circuit 70 can be reduced.

遮断回路70の回路構造は、様々に変形可能である。例えば、図8を参照すると、変形例による遮断回路70Aは、遮断回路70(図6参照)の部品に加えて、2つの抵抗R74,R75を備えている。遮断回路70Aは、遮断回路70と同様に、電源検知端74に印加された電圧が所定電圧VP以下である場合、出力端78を入力端72から遮断する一方、電源検知端74に印加された電圧が所定電圧VPよりも大きい場合、出力端78を入力端72と導通させる。 The circuit structure of the break circuit 70 is variously deformable. For example, referring to FIG. 8, the breaking circuit 70A according to the modified example includes two resistors R74 and R75 in addition to the parts of the breaking circuit 70 (see FIG. 6). Similar to the cutoff circuit 70, the cutoff circuit 70A cuts off the output end 78 from the input end 72 when the voltage applied to the power supply detection end 74 is equal to or lower than the predetermined voltage VP, while the cutoff circuit 70A is applied to the power supply detection end 74. When the voltage is larger than the predetermined voltage VP, the output end 78 is made conductive with the input end 72.

但し、遮断回路70Aは、遮断回路70と異なり、外部回路(図示せず)が入力端72に印加した測定電圧Vxinを、抵抗R74,R75によって分圧して負荷62の測定端622に印加する。この分圧機構によれば、負荷62が測定可能な電圧よりも測定電圧Vxinが高い場合、測定電圧Vxoutを負荷62が測定可能な電圧まで下げて測定できる。 However, unlike the cutoff circuit 70, the cutoff circuit 70A divides the measurement voltage Vxin applied to the input end 72 by the external circuit (not shown) by the resistors R74 and R75 and applies it to the measurement end 622 of the load 62. According to this voltage dividing mechanism, when the measured voltage Vxin is higher than the voltage that the load 62 can measure, the measured voltage Vxout can be lowered to the voltage that the load 62 can measure.

遮断回路70Aによれば、出力端78が入力端72と導通しているとき、入力端72に流入した電流は、抵抗R74及び抵抗R75を経由して流れ続け消費される。このような電流の消費を抑制するという観点から、遮断回路70Aの電源検知端74は、負荷66(図7参照)の制御端668に接続し、これにより、抵抗R74及び抵抗R75を流れる電流を負荷66によって制御することが好ましい。 According to the cutoff circuit 70A, when the output end 78 is conducting with the input end 72, the current flowing into the input end 72 continues to flow through the resistor R74 and the resistor R75 and is consumed. From the viewpoint of suppressing such current consumption, the power supply detection end 74 of the cutoff circuit 70A is connected to the control end 668 of the load 66 (see FIG. 7), thereby causing the current flowing through the resistors R74 and R75 to flow. It is preferably controlled by the load 66.

図5から図8までを参照すると、図示した遮断回路70及び遮断回路70Aの夫々は、センサ62である負荷62に接続される。但し、本発明は、これに限られない。例えば、負荷62は、外部回路(図示せず)から受ける制御信号に応じて動作する電子機器であってもよい。この場合も、遮断回路70や遮断回路70Aを、外部回路と負荷62との間に接続すればよい。 Referring to FIGS. 5 to 8, each of the illustrated breaking circuit 70 and breaking circuit 70A is connected to a load 62 which is a sensor 62. However, the present invention is not limited to this. For example, the load 62 may be an electronic device that operates in response to a control signal received from an external circuit (not shown). In this case as well, the cutoff circuit 70 or the cutoff circuit 70A may be connected between the external circuit and the load 62.

以下、本実施の形態における蓄電回路30の構造及び機能について更に詳しく説明する。 Hereinafter, the structure and function of the power storage circuit 30 according to the present embodiment will be described in more detail.

図9を図1と併せて参照すると、蓄電回路30は、蓄電部32として機能するキャパシタ32と、スイッチ部50として機能するスイッチ回路50とを備えている。蓄電回路30の制御部40は、電圧検知回路44と、比較回路46と、付加的回路48とを含んでいる。 Referring to FIG. 9 together with FIG. 1, the power storage circuit 30 includes a capacitor 32 that functions as a power storage unit 32 and a switch circuit 50 that functions as a switch unit 50. The control unit 40 of the power storage circuit 30 includes a voltage detection circuit 44, a comparison circuit 46, and an additional circuit 48.

図9を図10と併せて参照すると、電源ライン122(電源ライン12)は、第1接続点(接続点)142、第2接続点(接続点)144、第3接続点(接続点)146、及び、第4接続点(接続点)148を有している。4つの接続点142、144、146、148は、電源20に最も近い接続点142からスイッチ回路50に最も近い接続点148まで、この順に並んでいる。 Referring to FIG. 9 together with FIG. 10, the power supply line 122 (power supply line 12) has a first connection point (connection point) 142, a second connection point (connection point) 144, and a third connection point (connection point) 146. , And a fourth connection point (connection point) 148. The four connection points 142, 144, 146, and 148 are arranged in this order from the connection point 142 closest to the power supply 20 to the connection point 148 closest to the switch circuit 50.

キャパシタ32は、接続点142において電源ライン12に接続されている。詳しくは、キャパシタ32の一端は、接続点142に接続されており、キャパシタ32の他端は、グランドされている。 The capacitor 32 is connected to the power supply line 12 at the connection point 142. Specifically, one end of the capacitor 32 is connected to the connection point 142, and the other end of the capacitor 32 is grounded.

電圧検知回路44は、接続点144において電源ライン12に接続されている。詳しくは、電圧検知回路44は、検知入力端442と、参照出力端446と、検知出力端448とを有している。検知入力端442は、接続点144において電源ライン12に接続されており、これにより、検知入力端442に供給電圧Vinが印加される。参照出力端446は、印加された供給電圧Vinに応じて参照電圧Vrを出力する。検知出力端448は、印加された供給電圧Vinに応じて検知電圧Vdを出力する。 The voltage detection circuit 44 is connected to the power supply line 12 at the connection point 144. Specifically, the voltage detection circuit 44 has a detection input end 442, a reference output end 446, and a detection output end 448. The detection input end 442 is connected to the power supply line 12 at the connection point 144, whereby the supply voltage Vin is applied to the detection input end 442. The reference output end 446 outputs the reference voltage Vr according to the applied supply voltage Vin. The detection output terminal 448 outputs the detection voltage Vd according to the applied supply voltage Vin.

参照出力端446は、検知入力端442に印加された供給電圧Vinが基準電圧VZよりも低い場合、供給電圧Vinを出力し、供給電圧Vinが基準電圧VZ以上の場合、基準電圧VZを出力する。また、検知出力端448は、供給電圧Vinを分圧した電圧を検知電圧Vdとして出力する。即ち、検知電圧Vdは、供給電圧Vinに応じて変化し、且つ、供給電圧Vinよりも低い。 The reference output terminal 446 outputs the supply voltage Vin when the supply voltage Vin applied to the detection input terminal 442 is lower than the reference voltage VZ, and outputs the reference voltage VZ when the supply voltage Vin is equal to or higher than the reference voltage VZ. .. Further, the detection output terminal 448 outputs a voltage obtained by dividing the supply voltage Vin as the detection voltage Vd. That is, the detection voltage Vd changes according to the supply voltage Vin and is lower than the supply voltage Vin.

比較回路46は、コンパレータ46Cと、抵抗R5,R6からなるヒステリシス回路46Hとを備えている。比較回路46(コンパレータ46C)は、接続点146において電源ライン12に接続されており、これにより、比較回路46(コンパレータ46C)に供給電圧Vinが印加される。比較回路46(コンパレータ46C)は、ポジティブ入力端462と、ネガティブ入力端464と、出力端468とを有している。ポジティブ入力端462は、電圧検知回路44の参照出力端446に接続されており、参照電圧Vrに応じた非反転電圧Vpが印加される。ネガティブ入力端464は、電圧検知回路44の検知出力端448に接続されており、検知電圧Vdに応じた反転電圧Vnが印加される。 The comparison circuit 46 includes a comparator 46C and a hysteresis circuit 46H including resistors R5 and R6. The comparison circuit 46 (comparator 46C) is connected to the power supply line 12 at the connection point 146, whereby the supply voltage Vin is applied to the comparison circuit 46 (comparator 46C). The comparison circuit 46 (comparator 46C) has a positive input end 462, a negative input end 464, and an output end 468. The positive input end 462 is connected to the reference output end 446 of the voltage detection circuit 44, and a non-inverting voltage Vp corresponding to the reference voltage Vr is applied. The negative input end 464 is connected to the detection output end 448 of the voltage detection circuit 44, and an inverting voltage Vn corresponding to the detection voltage Vd is applied.

比較回路46(コンパレータ46C)は、非反転電圧Vpと反転電圧Vnとを比較し、比較結果に基づいた付加的制御電圧Vcaを出力端468から出力する。付加的制御電圧Vcaは、非反転電圧Vpが反転電圧Vnよりも高い場合、供給電圧Vinに応じた高電圧であり、非反転電圧Vpが反転電圧Vnよりも低い場合、グランド電圧に応じた低電圧である。 The comparison circuit 46 (comparator 46C) compares the non-inverting voltage Vp with the inverting voltage Vn, and outputs an additional control voltage Vca based on the comparison result from the output terminal 468. The additional control voltage Vca is a high voltage corresponding to the supply voltage Vin when the non-inverting voltage Vp is higher than the inverting voltage Vn, and is a low voltage corresponding to the ground voltage when the non-inverting voltage Vp is lower than the inverting voltage Vn. It is a voltage.

付加的回路48は、電源端482と、グランド端484と、付加的入力端486と、スイッチ制御端488と、抵抗R4とを有している。電源端482は、接続点148において電源ライン12に接続されており、これにより、電源端482に供給電圧Vinに応じた電圧が印加される。詳しくは、供給電圧Vinを抵抗R4と(R5+R6+R9)とで分圧した電圧が電源端482に印加される。グランド端484は、グランドされている。付加的入力端486は、比較回路46の出力端468に接続されており、付加的制御電圧Vcaに応じた付加的印加電圧Vxaが印加される。スイッチ制御端488は、電源端482と接続点148との間に接続されている。付加的回路48は、付加的印加電圧Vxaによって動作し、スイッチ制御端488から制御電圧Vcを出力する。 The additional circuit 48 has a power supply end 482, a ground end 484, an additional input end 486, a switch control end 488, and a resistor R4. The power supply end 482 is connected to the power supply line 12 at the connection point 148, whereby a voltage corresponding to the supply voltage Vin is applied to the power supply end 482. Specifically, a voltage obtained by dividing the supply voltage Vin by the resistors R4 and (R5 + R6 + R9) is applied to the power supply end 482. The ground end 484 is grounded. The additional input terminal 486 is connected to the output terminal 468 of the comparison circuit 46, and an additional applied voltage Vxa corresponding to the additional control voltage Vca is applied. The switch control end 488 is connected between the power supply end 482 and the connection point 148. The additional circuit 48 operates by the additional applied voltage Vxa and outputs the control voltage Vc from the switch control terminal 488.

付加的回路48は、付加的制御電圧Vcaに応じて付加的入力端486に印加された付加的印加電圧Vxaによって、電源端482とグランド端484との間を遮断する非グランド状態と、電源端482をグランド端484と導通させてグランドするグランド状態との間を遷移可能である。付加的回路48が非グランド状態にある場合、スイッチ制御端488は、供給電圧Vinに応じた高電圧を出力する。一方、付加的回路48がグランド状態にある場合、スイッチ制御端488はグランドされ、グランド電圧(低電圧)を出力する。即ち、制御電圧Vcは、付加的回路48が非グランド状態にある場合、供給電圧Vinに応じた高電圧であり、付加的回路48がグランド状態にある場合、グランド電圧に応じた低電圧である。 The additional circuit 48 is in a non-ground state in which the power supply end 482 and the ground end 484 are cut off by the additional applied voltage Vxa applied to the additional input end 486 according to the additional control voltage Vca, and the power supply end. It is possible to make a transition between the ground state in which the 482 is conducted to conduct the ground end 484 and is grounded. When the additional circuit 48 is in the non-ground state, the switch control end 488 outputs a high voltage corresponding to the supply voltage Vin. On the other hand, when the additional circuit 48 is in the ground state, the switch control end 488 is grounded and outputs a ground voltage (low voltage). That is, the control voltage Vc is a high voltage corresponding to the supply voltage Vin when the additional circuit 48 is in the non-ground state, and is a low voltage corresponding to the ground voltage when the additional circuit 48 is in the ground state. ..

以上のように構成された付加的回路48は、付加的印加電圧Vxaと所定の電圧値(付加的閾値TA)との大小関係によって状態遷移するように設定可能である。本実施の形態において、付加的閾値TAは、基準電圧VZよりも低くなるように設定されている。付加的回路48は、供給電圧Vinがゼロから上昇して付加的印加電圧Vxaが付加的閾値TAに達するまでは、非グランド状態を取る。付加的回路48は、供給電圧Vinがゼロから上昇して付加的印加電圧Vxaが最初に付加的閾値TAに達した以降は、付加的印加電圧Vxaと付加的閾値TAとの間の大小関係に応じて状態を遷移させる。より具体的には、付加的回路48は、付加的印加電圧Vxaが付加的閾値TAよりも高い場合、グランド状態を取り、付加的印加電圧Vxaが付加的閾値TAよりも低い場合、非グランド状態を取る。 The additional circuit 48 configured as described above can be set so as to make a state transition depending on the magnitude relationship between the additional applied voltage Vxa and a predetermined voltage value (additional threshold value TA). In the present embodiment, the additional threshold TA is set to be lower than the reference voltage VZ. The additional circuit 48 takes a non-ground state until the supply voltage Vin rises from zero and the additional applied voltage Vxa reaches the additional threshold TA. The additional circuit 48 has a magnitude relationship between the additional applied voltage Vxa and the additional threshold TA after the supply voltage Vin rises from zero and the additional applied voltage Vxa first reaches the additional threshold TA. The state is changed accordingly. More specifically, the additional circuit 48 takes a ground state when the additional applied voltage Vxa is higher than the additional threshold TA, and a non-ground state when the additional applied voltage Vxa is lower than the additional threshold TA. I take the.

本実施の形態において、電源端482は、電圧検知回路44の検知出力端448とスイッチ回路50のスイッチ端56との間に接続されている。即ち、電源端482は、電源ライン12に接続されると共に、検知出力端448に接続されており、この構成により、電源端482には、検知電圧Vdに応じた電圧が印加される。本実施の形態によれば、付加的回路48が非グランド状態にある場合、スイッチ制御端488は、検知電圧Vdに応じた高電圧(供給電圧Vinよりも低く且つ検知電圧Vdよりも高い電圧)を出力する。本実施の形態における制御電圧Vcは、付加的回路48が非グランド状態にある場合、検知電圧Vdに応じた高電圧であり、付加的回路48がグランド状態にある場合、グランド電圧に応じた低電圧である。但し、本発明は、これに限られず、電源端482は、必要に応じて検知出力端448に接続すればよい。 In the present embodiment, the power supply end 482 is connected between the detection output end 448 of the voltage detection circuit 44 and the switch end 56 of the switch circuit 50. That is, the power supply end 482 is connected to the power supply line 12 and the detection output terminal 448, and according to this configuration, a voltage corresponding to the detection voltage Vd is applied to the power supply end 482. According to the present embodiment, when the additional circuit 48 is in the non-ground state, the switch control terminal 488 has a high voltage corresponding to the detection voltage Vd (a voltage lower than the supply voltage Vin and higher than the detection voltage Vd). Is output. The control voltage Vc in the present embodiment is a high voltage corresponding to the detection voltage Vd when the additional circuit 48 is in the non-ground state, and is a low voltage corresponding to the ground voltage when the additional circuit 48 is in the ground state. It is a voltage. However, the present invention is not limited to this, and the power supply end 482 may be connected to the detection output end 448 if necessary.

スイッチ回路50のスイッチ端56は、付加的回路48のスイッチ制御端488に接続されており、制御電圧Vcに応じた印加電圧Vxが印加される。スイッチ回路50は、制御電圧Vcに応じてスイッチ端56に印加された印加電圧Vxによって、遮断状態と導通状態との間を遷移可能である。詳しくは、スイッチ回路50は、供給電圧Vinがゼロから上昇して、印加電圧Vxが所定閾値TPに達するまでは、遮断状態を取る。スイッチ回路50は、供給電圧Vinがゼロから上昇して印加電圧Vxが最初に所定閾値TPに達した以降は、印加電圧Vxと所定閾値TPとの間の大小関係に応じて状態を遷移させる。より具体的には、スイッチ回路50は、印加電圧Vxが所定閾値TPよりも高い場合、導通状態を取り、印加電圧Vxが所定閾値TPよりも低い場合、遮断状態を取る。 The switch end 56 of the switch circuit 50 is connected to the switch control end 488 of the additional circuit 48, and an applied voltage Vx corresponding to the control voltage Vc is applied. The switch circuit 50 can transition between the cutoff state and the conduction state by the applied voltage Vx applied to the switch end 56 according to the control voltage Vc. Specifically, the switch circuit 50 takes a cutoff state until the supply voltage Vin rises from zero and the applied voltage Vx reaches a predetermined threshold value TP. After the supply voltage Vin rises from zero and the applied voltage Vx first reaches the predetermined threshold value TP, the switch circuit 50 changes the state according to the magnitude relationship between the applied voltage Vx and the predetermined threshold value TP. More specifically, the switch circuit 50 takes a conductive state when the applied voltage Vx is higher than the predetermined threshold TP, and takes a cutoff state when the applied voltage Vx is lower than the predetermined threshold TP.

図9及び図10から理解されるように、所定閾値TP、付加的閾値TA、付加的印加電圧Vxa及び印加電圧Vxは、蓄電回路30の回路構造に応じて調整可能である。本実施の形態によれば、供給電圧Vinがゼロから上昇して付加的印加電圧Vxaが付加的閾値TAに達するまで、印加電圧Vxは、所定閾値TPよりも低い。即ち、付加的回路48は、印加電圧Vxが所定閾値TPに達する前に非グランド状態からグランド状態に遷移し、これにより、スイッチ回路50にグランド電圧に応じた低電圧が印加される。この結果、付加的回路48がグランド状態に遷移した後も、スイッチ回路50は、遮断状態を維持する。特に、本実施の形態によれば、所定閾値TPは、付加的閾値TA以上であり、スイッチ回路50の遮断状態を維持し易い。但し本発明は、これに限られず、所定閾値TPは、付加的閾値TAより小さくてもよい。 As can be understood from FIGS. 9 and 10, the predetermined threshold value TP, the additional threshold value TA, the additional applied voltage Vxa, and the applied voltage Vx can be adjusted according to the circuit structure of the power storage circuit 30. According to the present embodiment, the applied voltage Vx is lower than the predetermined threshold TP until the supply voltage Vin rises from zero and the additional applied voltage Vxa reaches the additional threshold TA. That is, the additional circuit 48 transitions from the non-ground state to the ground state before the applied voltage Vx reaches the predetermined threshold value TP, whereby a low voltage corresponding to the ground voltage is applied to the switch circuit 50. As a result, the switch circuit 50 maintains the cutoff state even after the additional circuit 48 transitions to the ground state. In particular, according to the present embodiment, the predetermined threshold value TP is equal to or higher than the additional threshold value TA, and it is easy to maintain the cutoff state of the switch circuit 50. However, the present invention is not limited to this, and the predetermined threshold value TP may be smaller than the additional threshold value TA.

以下、以上のように構成された蓄電回路30の動作について詳細に説明する。 Hereinafter, the operation of the power storage circuit 30 configured as described above will be described in detail.

図9及び図11を参照すると、蓄電回路30が動作開始した時点(図11の時間軸の値が0であるゼロ時間)において、キャパシタ32は空である。従って、供給電圧Vin、付加的制御電圧Vca(=付加的印加電圧Vxa)及び制御電圧Vc(=印加電圧Vx)の夫々は、0Vである。この結果、付加的回路48は、非グランド状態にあり、電源端482とグランド端484との間を遮断している。同様に、スイッチ回路50は遮断状態にあり、キャパシタ32と負荷60との間を遮断している。また、蓄電回路30は、初期状態にある。 With reference to FIGS. 9 and 11, the capacitor 32 is empty at the time when the power storage circuit 30 starts operating (zero time when the value on the time axis of FIG. 11 is 0). Therefore, each of the supply voltage Vin, the additional control voltage Vca (= additional applied voltage Vxa), and the control voltage Vc (= applied voltage Vx) is 0V. As a result, the additional circuit 48 is in a non-grounded state, blocking between the power supply end 482 and the ground end 484. Similarly, the switch circuit 50 is in a cutoff state, cutting off between the capacitor 32 and the load 60. Further, the power storage circuit 30 is in the initial state.

蓄電回路30が動作開始すると、キャパシタ32が徐々に充電され、これにより、供給電圧Vinが徐々に高くなる。蓄電回路30が動作開始して所定のT0時間になるまで、付加的回路48は、非グランド状態を維持し、スイッチ回路50は、遮断状態を維持する。一方、制御電圧Vcがスイッチ回路50の所定閾値TPに達するよりも前のT0時間において、付加的制御電圧Vcaが付加的回路48の付加的閾値TAに達する。 When the power storage circuit 30 starts operating, the capacitor 32 is gradually charged, whereby the supply voltage Vin is gradually increased. The additional circuit 48 maintains the non-ground state and the switch circuit 50 maintains the cutoff state until the power storage circuit 30 starts operation and reaches a predetermined T0 time. On the other hand, the additional control voltage Vca reaches the additional threshold TA of the additional circuit 48 at T0 time before the control voltage Vc reaches the predetermined threshold TP of the switch circuit 50.

付加的制御電圧VcaがT0時間において付加的閾値TAに達した後、供給電圧Vinは、上昇し続ける。この結果、付加的制御電圧Vcaは、付加的回路48の付加的閾値TAを超えて上昇し続け、付加的回路48は、T0時間の直後にグランド状態になる。付加的回路48がグランド状態になると、制御電圧Vcは、グランド電圧(0V)になる。この結果、スイッチ回路50は遮断状態を維持し、キャパシタ32は、充電され続ける。 After the additional control voltage Vca reaches the additional threshold TA at T0 time, the supply voltage Vin continues to rise. As a result, the additional control voltage Vca continues to rise beyond the additional threshold TA of the additional circuit 48, and the additional circuit 48 goes into the ground state immediately after T0 hours. When the additional circuit 48 is in the ground state, the control voltage Vc becomes the ground voltage (0V). As a result, the switch circuit 50 maintains the cutoff state, and the capacitor 32 continues to be charged.

供給電圧Vinは、T0時間以降も上昇し続ける。前述したように、基準電圧VZは、付加的閾値TAよりも高い。この設定により、供給電圧Vinは、T0時間よりも後のT1時間に基準電圧VZに達し、このとき、参照電圧Vr(非反転電圧Vp)は、基準電圧VZになる。 The supply voltage Vin continues to rise even after T0 hours. As mentioned above, the reference voltage VZ is higher than the additional threshold TA. With this setting, the supply voltage Vin reaches the reference voltage VZ in T1 time after T0 time, and at this time, the reference voltage Vr (non-inverting voltage Vp) becomes the reference voltage VZ.

供給電圧Vinは、T1時間以降も上昇し続け、これにより検知電圧Vd及び反転電圧Vnは、上昇し続ける。一方、非反転電圧Vpは、基準電圧VZに維持される。この結果、反転電圧Vnは、所定のT2時間において、非反転電圧Vpと等しくなり、その後、非反転電圧Vpを超える。T2時間において、供給電圧Vinは、開始電圧VHに達する。T0時間からT2時間の間、キャパシタ32に電力が蓄積され続ける。 The supply voltage Vin continues to rise even after T1 hour, whereby the detection voltage Vd and the inverting voltage Vn continue to rise. On the other hand, the non-inverting voltage Vp is maintained at the reference voltage VZ. As a result, the inverting voltage Vn becomes equal to the non-inverting voltage Vp in a predetermined T2 time, and then exceeds the non-inverting voltage Vp. At T2 hours, the supply voltage Vin reaches the starting voltage VH. Power continues to be stored in the capacitor 32 from T0 hours to T2 hours.

T2時間以降、非反転電圧Vpは、反転電圧Vnよりも低くなり、これにより、比較回路46の付加的制御電圧Vcaは、グランド電圧(0V)になる。この結果、付加的回路48は、非グランド状態になり、スイッチ回路50は導通状態になる。導通状態において、電源20が生成した電力は、キャパシタ32に蓄積された電力と共に負荷60に供給される。 After T2 hours, the non-inverting voltage Vp becomes lower than the inverting voltage Vn, whereby the additional control voltage Vca of the comparison circuit 46 becomes the ground voltage (0V). As a result, the additional circuit 48 is in the non-ground state, and the switch circuit 50 is in the conductive state. In the conductive state, the electric power generated by the power source 20 is supplied to the load 60 together with the electric power stored in the capacitor 32.

以上に説明したように、本実施の形態の蓄電回路30は、供給電圧Vinが負荷60の動作開始電圧VSよりも高い開始電圧VHに達するまで電力を蓄積し続け、供給電圧Vinが開始電圧VHに達すると、負荷60に電力を供給する。即ち、本実施の形態の蓄電回路30は、負荷60に安定的に電力を供給できる。 As described above, the power storage circuit 30 of the present embodiment continues to accumulate power until the supply voltage Vin reaches a start voltage VH higher than the operation start voltage VS of the load 60, and the supply voltage Vin becomes the start voltage VH. When it reaches, power is supplied to the load 60. That is, the power storage circuit 30 of the present embodiment can stably supply electric power to the load 60.

本実施の形態の蓄電回路30は、例えば、図10に示したように構成できる。 The power storage circuit 30 of the present embodiment can be configured as shown in FIG. 10, for example.

図10を参照すると、電圧検知回路44は、3つの抵抗R7、R8、R9と、1つの定電圧素子(ツェナーダイオード)Z1とを備えている。この電圧検知回路44によれば、基準電圧VZは、ツェナーダイオードZ1のツェナー電圧である。 Referring to FIG. 10, the voltage detection circuit 44 includes three resistors R7, R8, R9 and one constant voltage element (Zener diode) Z1. According to the voltage detection circuit 44, the reference voltage VZ is the Zener voltage of the Zener diode Z1.

比較回路46のコンパレータ46Cは、3つのスイッチング素子(第1スイッチング素子46F、第2スイッチング素子46S及び第3スイッチング素子46T)と、3つの抵抗R1、R2、R3とを備えている。第1スイッチング素子46F及び第2スイッチング素子46Sの夫々は、P型MOSFETからなり、第3スイッチング素子46Tは、N型MOSFETからなる。スイッチング素子の夫々は、ゲートに印加される電圧に応じて、ソースとドレインとの間が導通したON状態と、ソースとドレインとの間が遮断されたOFF状態との間を遷移可能である。 The comparator 46C of the comparison circuit 46 includes three switching elements (first switching element 46F, second switching element 46S, and third switching element 46T) and three resistors R1, R2, and R3. Each of the first switching element 46F and the second switching element 46S is composed of a P-type MOSFET, and the third switching element 46T is composed of an N-type MOSFET. Each switching element is capable of transitioning between an ON state in which the source and the drain are conductive and an OFF state in which the source and the drain are cut off, depending on the voltage applied to the gate.

蓄電回路30が定常状態にあるとき、反転電圧Vnが非反転電圧Vpよりも低い場合、第1スイッチング素子46Fは、ON状態になり、第2スイッチング素子46Sは、OFF状態になる。この結果、第3スイッチング素子46Tのゲートにグランド電圧が印加され、第3スイッチング素子46Tは、OFF状態になる。即ち、第3スイッチング素子46Tのドレイン(出力端468)がグランドから遮断され、出力端468は、高電圧(供給電圧Vin)を出力する。 When the power storage circuit 30 is in the steady state, if the inverting voltage Vn is lower than the non-inverting voltage Vp, the first switching element 46F is turned on and the second switching element 46S is turned off. As a result, a ground voltage is applied to the gate of the third switching element 46T, and the third switching element 46T is turned off. That is, the drain (output end 468) of the third switching element 46T is cut off from the ground, and the output end 468 outputs a high voltage (supply voltage Vin).

一方、蓄電回路30が定常状態にあるとき、反転電圧Vnが非反転電圧Vpを超えると、第1スイッチング素子46Fは、OFF状態になり、第2スイッチング素子46Sは、ON状態になる。この結果、第3スイッチング素子46Tのゲートに、供給電圧Vinを抵抗R2と抵抗R1とによって分圧した電圧が印加され、第3スイッチング素子46Tは、ON状態になる。即ち、第3スイッチング素子46Tのドレイン(出力端468)がグランドと導通し、出力端468は、低電圧(グランド電圧)を出力する。 On the other hand, when the power storage circuit 30 is in the steady state and the inverting voltage Vn exceeds the non-inverting voltage Vp, the first switching element 46F is turned off and the second switching element 46S is turned on. As a result, a voltage obtained by dividing the supply voltage Vin by the resistor R2 and the resistor R1 is applied to the gate of the third switching element 46T, and the third switching element 46T is turned on. That is, the drain (output end 468) of the third switching element 46T conducts with the ground, and the output end 468 outputs a low voltage (ground voltage).

付加的回路48は、抵抗R4に加えて、N型MOSFETからなる付加的スイッチング素子48Aを備えている。付加的スイッチング素子48Aにおいて、ゲートは、付加的入力端486として機能し、ソースは、グランド端484として機能し、ドレインは、電源端482として機能する。付加的スイッチング素子48Aは、N型MOSFETからなり、ゲートに印加される電圧に応じて、ソースとドレインとの間が導通したON状態と、ソースとドレインとの間が遮断されたOFF状態との間を遷移可能である。以上のように構成された付加的回路48は、供給電圧Vinがゼロから上昇して付加的印加電圧Vxaが付加的閾値TAに達するまでは、非グランド状態を取る。本実施の形態において、付加的閾値TAは、付加的スイッチング素子48Aのゲート閾値である。本実施の形態における定電圧素子Z1の基準電圧VZは、付加的閾値TAに比べて十分に高い。 The additional circuit 48 includes an additional switching element 48A made of an N-type MOSFET in addition to the resistor R4. In the additional switching element 48A, the gate functions as an additional input end 486, the source functions as a ground end 484, and the drain functions as a power supply end 482. The additional switching element 48A is composed of an N-type MOSFET, and has an ON state in which the source and the drain are conductive and an OFF state in which the source and the drain are cut off, depending on the voltage applied to the gate. It is possible to transition between. The additional circuit 48 configured as described above takes a non-ground state until the supply voltage Vin rises from zero and the additional applied voltage Vxa reaches the additional threshold TA. In the present embodiment, the additional threshold TA is the gate threshold of the additional switching element 48A. The reference voltage VZ of the constant voltage element Z1 in the present embodiment is sufficiently higher than the additional threshold value TA.

スイッチ回路50は、2つのスイッチング素子(主スイッチング素子50M及び副スイッチング素子50S)と、3つの抵抗R11、R12、R13とを備えている。主スイッチング素子50Mは、P型MOSFETからなり、副スイッチング素子50Sは、N型MOSFETからなる。スイッチング素子の夫々は、ゲートに印加される電圧に応じて、ソースとドレインとの間が導通したON状態と、ソースとドレインとの間が遮断されたOFF状態との間を遷移可能である。 The switch circuit 50 includes two switching elements (main switching element 50M and sub-switching element 50S) and three resistors R11, R12, and R13. The main switching element 50M is composed of a P-type MOSFET, and the sub-switching element 50S is composed of an N-type MOSFET. Each switching element is capable of transitioning between an ON state in which the source and the drain are conductive and an OFF state in which the source and the drain are cut off, depending on the voltage applied to the gate.

主スイッチング素子50Mにおいて、ソースは、電源ライン12の電源20側(電源ライン122)に接続されており、ドレインは、電源ライン12の負荷60側(電源ライン126)に接続されている。副スイッチング素子50Sのゲートは、抵抗R11を介して付加的回路48のスイッチ制御端488に接続されており、スイッチ端56として機能する。副スイッチング素子50Sにおいて、ソースは、グランドされており、ドレインは、2つの抵抗R12、R13を介して主スイッチング素子50Mのソースに接続されている。主スイッチング素子50Mのゲートは、2つの抵抗R12、R13の間に接続されている。 In the main switching element 50M, the source is connected to the power supply 20 side (power supply line 122) of the power supply line 12, and the drain is connected to the load 60 side (power supply line 126) of the power supply line 12. The gate of the sub-switching element 50S is connected to the switch control end 488 of the additional circuit 48 via the resistor R11 and functions as the switch end 56. In the sub-switching element 50S, the source is grounded and the drain is connected to the source of the main switching element 50M via two resistors R12 and R13. The gate of the main switching element 50M is connected between the two resistors R12 and R13.

以上のように構成されたスイッチ回路50は、供給電圧Vinがゼロから上昇して、印加電圧Vxが所定閾値TPに達するまでは、遮断状態を取る。本実施の形態において、所定閾値TPは、副スイッチング素子50Sのゲート閾値である。本実施の形態における定電圧素子Z1の基準電圧VZは、所定閾値TPに比べて十分に高い。 The switch circuit 50 configured as described above takes a cutoff state until the supply voltage Vin rises from zero and the applied voltage Vx reaches a predetermined threshold value TP. In the present embodiment, the predetermined threshold value TP is the gate threshold value of the sub-switching element 50S. The reference voltage VZ of the constant voltage element Z1 in the present embodiment is sufficiently higher than the predetermined threshold value TP.

シミュレータにおいて、実施例の回路として図10の蓄電回路30を構築して動作を検証した。実施例の回路における各要素の容量値、抵抗値等は表1の通りだった。 In the simulator, the power storage circuit 30 shown in FIG. 10 was constructed as the circuit of the embodiment, and the operation was verified. Table 1 shows the capacitance value, resistance value, etc. of each element in the circuit of the embodiment.

Figure 2020202640
Figure 2020202640

表1に記載した抵抗値に基づき、開始電圧VH、停止電圧VL、及び、蓄電回路30の合成抵抗Rを計算した。この計算において、スイッチング素子による影響は考慮しなかった。計算の結果、開始電圧VHは、4.5Vであり、停止電圧VLは、1.3Vだった。スイッチング素子の夫々のゲート閾値VGS(th)は、計算による停止電圧VLよりも低かった。また、合成抵抗Rは、供給電圧Viが開始電圧VHから停止電圧VLまで下降するまでの間は、33kΩであり、供給電圧Viが停止電圧VLから開始電圧VHまで上昇するまでの間は、33kΩだった。 Based on the resistance values shown in Table 1, the start voltage VH, the stop voltage VL, and the combined resistance R of the power storage circuit 30 were calculated. In this calculation, the influence of switching elements was not considered. As a result of the calculation, the starting voltage VH was 4.5V and the stopping voltage VL was 1.3V. The gate threshold VGS (th) of each switching element was lower than the calculated stop voltage VL. The combined resistance R is 33 kΩ until the supply voltage Vi drops from the start voltage VH to the stop voltage VL, and 33 kΩ until the supply voltage Vi rises from the stop voltage VL to the start voltage VH. was.

実施例の回路を電源20及び負荷60の間に接続して、実施例の回路の動作を検証した。動作検証において、電源20として、直列に接続した8つの光電池を使用し、負荷60として、10Ωの抵抗器を使用した。光電池の夫々において、受光面積は57.8cmであり、直射日光による開放電圧Vocは1Vであり、直射日光による短絡電流Iscは500mAだった。光電池の垂直上方から太陽光相当のスペクトルを持つ光を10mW/cmの強度で与え、これにより、電源20から約50mAの電流を実施例の回路に供給した。ツェナーダイオードZ1のツェナー電圧VZ(公称値:1.8V)は、電源20から供給される電流値によって異なり、上述の条件では、0.9Vだった。以上の条件において、キャパシタ32が空の状態(即ち、キャパシタ32の電圧が0Vの状態)を開始点(0秒時点)として、供給電圧Vin、参照電圧Vr(非反転電圧Vp)、検知電圧Vd、反転電圧Vn、制御電圧Vc、及び、出力電圧Voutの夫々の変動を、シミュレータにより測定した。 The circuit of the example was connected between the power source 20 and the load 60, and the operation of the circuit of the example was verified. In the operation verification, eight photovoltaic cells connected in series were used as the power source 20, and a 10Ω resistor was used as the load 60. In each of the photovoltaic cells, the light receiving area was 57.8 cm 2 , the open circuit voltage Voc due to direct sunlight was 1 V, and the short-circuit current Isc due to direct sunlight was 500 mA. Light having a spectrum equivalent to sunlight was applied at an intensity of 10 mW / cm 2 from vertically above the photovoltaic cell, whereby a current of about 50 mA was supplied from the power source 20 to the circuit of the example. The Zener voltage VZ (nominal value: 1.8V) of the Zener diode Z1 depends on the current value supplied from the power supply 20, and was 0.9V under the above conditions. Under the above conditions, the supply voltage Vin, the reference voltage Vr (non-inverting voltage Vp), and the detection voltage Vd are set to the starting point (at 0 seconds) when the capacitor 32 is empty (that is, the voltage of the capacitor 32 is 0 V). , The inverting voltage Vn, the control voltage Vc, and the output voltage Vout were measured by a simulator.

図12に測定結果を示す。図12から理解されるように、実施例の回路は、負荷60に安定的に電力を供給できる。 FIG. 12 shows the measurement results. As can be seen from FIG. 12, the circuit of the embodiment can stably supply power to the load 60.

電源、蓄電回路及び様々な負荷を備えた蓄電型システムにおいて、負荷を動作させるための電源としてエネルギーハーベスティングを応用することで、電池が不要になり、これにより、蓄電型システムの軽量化、高耐環境化、メンテナンスフリー化等の様々な効果が期待できる。蓄電型システムの応用例として、負荷としてセンサを備えたセンサシステムが考えられる。様々なセンサシステム、特に無線センサシステムは、近年発展が著しいIoT分野及びM2M分野において、産業機器(電子機器)の状態を把握するために欠かせないものとなっている。 In a power storage system equipped with a power supply, a power storage circuit, and various loads, by applying energy harvesting as a power source for operating the load, a battery becomes unnecessary, which makes the power storage system lighter and more expensive. Various effects such as environment resistance and maintenance-free can be expected. As an application example of the power storage type system, a sensor system equipped with a sensor as a load can be considered. Various sensor systems, particularly wireless sensor systems, are indispensable for grasping the state of industrial equipment (electronic equipment) in the IoT field and the M2M field, which have been rapidly developing in recent years.

エネルギーハーベスティングを応用したセンサシステムによって産業機器の状態を把握する場合、産業機器から出力される何らかの信号線をセンサシステムに接続する必要がある。一方、このようなセンサシステムにおける蓄電回路は、エネルギーハーベスティングによって得られる微小な電力でセンサシステムを間欠的に動作させる。蓄電回路がセンサに電力を供給していないときに信号線を通じてセンサに電流が流れると様々な問題が生じうる。例えば、高価な産業機器が故障するおそれがある。このような問題は、エネルギーハーベスティングの実用化が進まない原因の1つになっていた。 When grasping the state of industrial equipment by a sensor system applying energy harvesting, it is necessary to connect some signal line output from the industrial equipment to the sensor system. On the other hand, the power storage circuit in such a sensor system intermittently operates the sensor system with a minute amount of electric power obtained by energy harvesting. Various problems can occur if a current flows through the signal line to the sensor when the power storage circuit is not supplying power to the sensor. For example, expensive industrial equipment may break down. Such a problem has been one of the reasons why energy harvesting has not been put into practical use.

一方、本発明によれば、センサの信号線を通じて電流が流れ込むことが無い。従って、エネルギーハーベスティングを応用したセンサシステムは、本来の効果を発揮できる。加えて、センサを高価な産業機器に安心して接続できる。本発明によれば、IoT分野及びM2M分野でのエネルギーハーベスティングの応用が促進されると考えられる。 On the other hand, according to the present invention, no current flows through the signal line of the sensor. Therefore, a sensor system to which energy harvesting is applied can exert its original effect. In addition, the sensor can be safely connected to expensive industrial equipment. According to the present invention, it is considered that the application of energy harvesting in the IoT field and the M2M field is promoted.

10 蓄電型システム
12 電源ライン
122 入力側電源ライン(電源ライン)
126 出力側電源ライン(電源ライン)
142 第1接続点(接続点)
144 第2接続点(接続点)
146 第3接続点(接続点)
148 第4接続点(接続点)
162,162A 検知点
20 電源
30 蓄電回路
32 キャパシタ(蓄電部)
40 制御部
44 電圧検知回路
442 検知入力端
446 参照出力端
448 検知出力端
46 比較回路
46C コンパレータ
46H ヒステリシス回路
46F 第1スイッチング素子
46S 第2スイッチング素子
46T 第3スイッチング素子
462 ポジティブ入力端
464 ネガティブ入力端
468 出力端
48 付加的回路
48A 付加的スイッチング素子
482 電源端
484 グランド端
486 付加的入力端
488 スイッチ制御端
50 スイッチ回路(スイッチ部)
50M 主スイッチング素子
50S 副スイッチング素子
56 スイッチ端
60 負荷
62 負荷(センサ)
622 測定端
64 負荷(DC−DCコンバータ)
66 負荷(マイクロコンピュータ)
668 制御端
70,70A 遮断回路
702 第1素子
704 第2素子
72 入力端
74 電源検知端
78 出力端
R7,R8,R9 抵抗(電圧検知回路の抵抗)
R1,R2,R3 抵抗(コンパレータの抵抗)
R5,R6 抵抗(ヒステリシス回路の抵抗)
R4 抵抗(付加的回路の抵抗)
R11,R12,R13 抵抗(スイッチ回路の抵抗)
R61,R62 抵抗(センサの抵抗)
R64 抵抗(DC/DCコンバータの抵抗)
R71,R72,R73 抵抗(遮断回路の抵抗)
R74,R75 抵抗(変形例の遮断回路の抵抗)
Z1 定電圧素子(ツェナーダイオード)
Vin 供給電圧
Vout 出力電圧
VZ 基準電圧
Vr 参照電圧
Vd 検知電圧
Vp 非反転電圧
Vn 反転電圧
Vca 付加的制御電圧
Vxa 付加的印加電圧
Vc 制御電圧
Vx 印加電圧
VS 動作開始電圧
VH 開始電圧
VL 停止電圧
Vxin 測定電圧
Vxout 測定電圧
Vxd 検出電圧
VP 所定電圧
10 Power storage system 12 Power supply line 122 Input side power supply line (power supply line)
126 Output side power supply line (power supply line)
142 First connection point (connection point)
144 Second connection point (connection point)
146 Third connection point (connection point)
148 4th connection point (connection point)
162, 162A Detection point 20 Power supply 30 Power storage circuit 32 Capacitor (power storage unit)
40 Control unit 44 Voltage detection circuit 442 Detection input end 446 Reference output end 448 Detection output end 46 Comparison circuit 46C Comparator 46H Hysteresis circuit 46F 1st switching element 46S 2nd switching element 46T 3rd switching element 462 Positive input end 464 Negative input end 468 Output end 48 Additional circuit 48A Additional switching element 482 Power supply end 484 Ground end 486 Additional input end 488 Switch control end 50 Switch circuit (switch section)
50M Main switching element 50S Sub switching element 56 Switch end 60 Load 62 Load (sensor)
622 Measuring end 64 Load (DC-DC converter)
66 Load (microcomputer)
668 Control end 70, 70A Breaking circuit 702 1st element 704 2nd element 72 Input end 74 Power supply detection end 78 Output end R7, R8, R9 Resistance (voltage detection circuit resistance)
R1, R2, R3 resistors (comparator resistors)
R5, R6 resistance (hysteresis circuit resistance)
R4 resistor (resistor of additional circuit)
R11, R12, R13 resistors (switch circuit resistors)
R61, R62 resistance (sensor resistance)
R64 resistor (DC / DC converter resistor)
R71, R72, R73 resistance (resistor of break circuit)
R74, R75 resistors (resistors of the break circuit in the modified example)
Z1 constant voltage element (Zener diode)
Vin supply voltage Vout output voltage VZ reference voltage Vr reference voltage Vd detection voltage Vp non-inverting voltage Vn inverting voltage Vca additional control voltage Vxa additional applied voltage Vc control voltage Vx applied voltage VS operation start voltage VH start voltage VL stop voltage Vxin measurement Voltage Vxout Measured voltage Vxd Detected voltage VP Predetermined voltage

Claims (4)

入力端と、出力端と、電源検知端とを有する遮断回路であって、
前記遮断回路の前記出力端は、蓄電回路から供給された電力によって動作する負荷に接続されており、
前記電源検知端に印加された電圧が所定電圧以下である場合、前記出力端を前記入力端から遮断する一方、前記電源検知端に印加された電圧が前記所定電圧よりも大きい場合、前記出力端を前記入力端と導通させる
遮断回路。
A breaking circuit having an input end, an output end, and a power supply detection end.
The output end of the break circuit is connected to a load operated by electric power supplied from the power storage circuit.
When the voltage applied to the power supply detection end is equal to or less than a predetermined voltage, the output end is cut off from the input end, while when the voltage applied to the power supply detection end is larger than the predetermined voltage, the output end is cut off. A cutoff circuit that conducts the input end.
請求項1記載の遮断回路であって、
前記蓄電回路は、電源から供給される電力を蓄積して前記負荷に供給する回路であって、
前記蓄電回路は、電源ラインと、蓄電部と、制御部とを備えており、
前記電源ラインは、前記電源と前記負荷とを互いに接続しており、
前記蓄電部は、前記電源ラインに接続されており、前記電源から供給される前記電力を蓄積してゼロよりも大きな供給電圧を前記電源ラインに印加し、
前記制御部は、前記供給電圧がゼロからスタートして開始電圧に達するまで、前記負荷を前記蓄電部から遮断し、
前記制御部は、前記供給電圧が前記開始電圧に達した後、前記供給電圧が停止電圧に降下するまで、前記負荷を前記蓄電部と導通させ、前記供給電圧が前記停止電圧まで降下すると、前記供給電圧が再び前記開始電圧に達するまで、前記負荷を前記蓄電部から遮断し、
前記遮断回路の前記電源検知端は、前記電源ライン上の検知点に直接的又は間接的に接続されている
遮断回路。
The break circuit according to claim 1.
The power storage circuit is a circuit that stores electric power supplied from a power source and supplies it to the load.
The power storage circuit includes a power supply line, a power storage unit, and a control unit.
The power supply line connects the power supply and the load to each other.
The power storage unit is connected to the power supply line, accumulates the power supplied from the power supply, and applies a supply voltage larger than zero to the power supply line.
The control unit cuts off the load from the power storage unit until the supply voltage starts from zero and reaches the start voltage.
After the supply voltage reaches the start voltage, the control unit conducts the load with the power storage unit until the supply voltage drops to the stop voltage, and when the supply voltage drops to the stop voltage, the control unit causes the load. The load is cut off from the power storage unit until the supply voltage reaches the start voltage again.
The power supply detection end of the cutoff circuit is a cutoff circuit that is directly or indirectly connected to a detection point on the power supply line.
請求項2記載の遮断回路であって、
前記検知点における電圧は、前記負荷が前記蓄電部から遮断されているとき、グランド電圧であり、前記負荷が前記蓄電部と導通しているとき、グランド電圧よりも高い電圧である
遮断回路。
The break circuit according to claim 2.
The voltage at the detection point is a ground voltage when the load is cut off from the power storage unit, and is a voltage higher than the ground voltage when the load is conducting with the power storage unit.
請求項2又は請求項3記載の遮断回路であって、
前記蓄電回路は、スイッチ部を備えており、
前記スイッチ部は、前記電源ラインにおいて前記蓄電部と前記負荷との間に接続されており、
前記スイッチ部は、スイッチ端を有しており、
前記スイッチ部は、前記スイッチ端に印加された電圧が所定閾値よりも低い場合、前記負荷を前記蓄電部から遮断する遮断状態を取り、前記スイッチ端に印加された電圧が前記所定閾値よりも高い場合、前記負荷を前記蓄電部と導通させる導通状態を取り、
前記制御部は、前記電源ラインにおいて前記蓄電部と前記スイッチ部との間に接続されており、
前記制御部は、前記供給電圧がゼロからスタートして前記開始電圧に達するまで、前記スイッチ端に、前記所定閾値よりも低い電圧を印加し、
前記制御部は、前記供給電圧が前記開始電圧に達した後、前記供給電圧が前記停止電圧に降下するまで、前記スイッチ端に、前記所定閾値よりも高い電圧を印加し、前記供給電圧が前記停止電圧まで降下すると、前記供給電圧が再び前記開始電圧に達するまで、前記スイッチ端に、前記所定閾値よりも低い電圧を印加する
遮断回路。
The break circuit according to claim 2 or 3.
The power storage circuit includes a switch unit.
The switch unit is connected between the power storage unit and the load in the power supply line.
The switch portion has a switch end and has a switch end.
When the voltage applied to the switch end is lower than the predetermined threshold value, the switch unit takes a cutoff state in which the load is cut off from the power storage unit, and the voltage applied to the switch end is higher than the predetermined threshold value. In the case, a conductive state is taken in which the load is made conductive with the power storage unit.
The control unit is connected between the power storage unit and the switch unit in the power supply line.
The control unit applies a voltage lower than the predetermined threshold value to the switch end until the supply voltage starts from zero and reaches the start voltage.
After the supply voltage reaches the start voltage, the control unit applies a voltage higher than the predetermined threshold voltage to the switch end until the supply voltage drops to the stop voltage, and the supply voltage becomes the supply voltage. A cutoff circuit that applies a voltage lower than the predetermined threshold voltage to the switch end until the supply voltage reaches the start voltage again when the voltage drops to the stop voltage.
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