JP2021103939A - 電力供給回路および電源内蔵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】環境発電装置の発電電力は、効率よく消費することが好ましい。【解決手段】環境発電装置の発電電力を昇圧した電力を蓄積して、外部負荷に電力を供給する電力供給回路であって、環境発電装置の発電電圧を昇圧して昇圧電力を生成するＤＣＤＣ昇圧回路と、昇圧電力を蓄積して外部負荷に供給する蓄電素子と、蓄電素子の蓄電状態に応じて、モード設定信号を出力する監視回路と、モード設定信号に応じて、環境発電装置および外部負荷の少なくとも一方の動作モードを設定するモード設定回路と、を備える電力供給回路を提供する。監視回路は、蓄電状態に依存して変化するパラメータに応じてモード設定信号を出力してよい。【選択図】図１

Description

本発明は、電力供給回路および電源内蔵装置に関する。

従来、周囲環境における光、振動、熱、電波等に基づいて発電する環境発電装置から、負荷に電力を供給する電力供給回路が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１ 特開２０１９−１１５１８９号公報

環境発電装置の発電電力は、効率よく消費することが好ましい。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、環境発電装置の発電電力を昇圧した電力を蓄積して、外部負荷に電力を供給する電力供給回路であって、環境発電装置の発電電圧を昇圧して昇圧電力を生成するＤＣＤＣ昇圧回路と、昇圧電力を蓄積して外部負荷に供給する蓄電素子と、蓄電素子の蓄電状態に応じて、モード設定信号を出力する監視回路と、モード設定信号に応じて、環境発電装置および外部負荷の少なくとも一方の動作モードを設定するモード設定回路と、を備える電力供給回路を提供する。

本発明の第２の態様においては、第１の態様に係る電力供給回路と、環境発電装置と、負荷とを備える電源内蔵装置を提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本発明の一つの実施形態に係る電源内蔵装置１０の構成例を示す図である。 充電電流生成回路１３０の構成例を蓄電素子１１０と合わせて示す図である。 蓄電電圧ＶＯＵＴの時間変化の一例を説明する図である。 蓄電電圧ＶＯＵＴの時間変化の他の例を説明する図である。 充電電流生成回路１３０の構成例を示す図である。 電力供給回路１００の動作例を示すフローチャートである。 充電電流生成回路１３０の構成例を示す図である。 充電電流生成回路１３０の構成例を示す図である。 電力供給回路１００の動作例を示すフローチャートである。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本発明の一つの実施形態に係る電源内蔵装置１０の構成例を示す図である。電源内蔵装置１０は、環境発電装置２０、電力供給回路１００および負荷３０を備える。環境発電装置２０、電力供給回路１００および負荷３０は共通の基板内に設けられてよく、複数の基板に設けられてもよい。

環境発電装置２０は、負荷３０に供給する電力を生成する。環境発電装置２０は、ガルバニ電池等の化学エネルギーを電気エネルギーに変換する化学発電装置、周囲の環境エネルギーを用いて発電する。例えば環境発電装置２０は、太陽光、白熱灯、蛍光灯、ＬＥＤ光等の光エネルギーをエネルギー源とする光発電装置、機械の発する熱や環境温度等の熱エネルギーをエネルギー源とする熱発電装置、機械の発する振動や橋・道路等の振動をエネルギー源とする振動発電装置、電磁波、電波等をエネルギーとする電磁波発電装置、または、微生物燃料電池に代表される生物の活動をエネルギーに変換する生物発電装置等である。環境発電装置２０は、一つの種類の環境エネルギーにより発電してよく、複数の種類の環境エネルギーにより発電してもよい。

環境発電装置２０は、小規模の装置で、微小な電力を生成してよい。環境発電装置２０の最大出力電圧は、１．５Ｖ以下であってよく、０．５Ｖ以下であってもよい。環境発電装置２０の最大出力電圧は、任意の負荷３０の定格電圧より小さくてよく、０．５倍以下であってもよい。環境発電装置２０の最大出力電流は、５０μＡ以下であってよく、２０μＡ以下であってもよい。環境発電装置２０の最大出力電流は、任意の負荷３０の定格電流より小さくてよく、０．５倍以下であってもよい。

環境発電装置２０は、発電量が制御できることが好ましい。例えば環境発電装置２０は、稼働および停止の周期、稼働期間の長さ等を調整することで、発電量を制御する。環境発電装置２０は、複数の発電ユニットを有しており、稼働させるユニット数を調整することで、発電量を制御してもよい。

負荷３０は、環境発電装置２０の発電電力により動作する。負荷３０は、電力供給回路１００の外部に設けられた外部負荷である。負荷３０は、物理量を検出するセンサーを有してよく、無線通信を行うモジュールを有してよく、信号を処理する処理回路を有してよく、他の構成を有していてもよい。負荷３０は、周期的に稼働と停止を繰り返す間欠動作可能であってよい。

負荷３０は、消費電力が制御できることが好ましい。例えば負荷３０は、稼働および停止の周期、稼働期間の長さ等を調整することで、消費電力を制御する。負荷３０は、複数の動作ユニットを有しており、稼働させるユニット数を調整することで、消費電力を制御してもよい。

電力供給回路１００は、環境発電装置２０の発電電力を蓄積して、負荷３０に電力を供給する。環境発電装置２０の発電電力は周囲環境の状態により変動するが、発電電力を蓄積して供給することで、電力供給の安定性を向上できる。また、微小な発電力の環境発電装置２０を用いて、負荷３０を駆動できる。

本例の電力供給回路１００は、蓄電素子１１０、充電電流生成回路１３０、監視回路２０２およびモード設定回路２０４を備える。充電電流生成回路１３０は、環境発電装置２０の発電電力から、蓄電素子１１０を充電する充電電流Ｉｃを生成する。例えば充電電流生成回路１３０は、インダクタ等を用いて環境発電装置２０の発電電圧を昇圧して、蓄電素子１１０に印加する。

それぞれの蓄電素子１１０は、充電電流Ｉｃが供給されて、電力を蓄積する。それぞれの蓄電素子１１０は、蓄積した電力を負荷３０に供給する。それぞれの蓄電素子１１０は、単一のコンデンサであってよく、複数のコンデンサの集合であってもよい。本例においては、充電電流生成回路１３０が蓄電素子１１０の蓄電電力を取り込み、電力出力端子ＶＳＹＳから負荷３０に電力を供給する。

監視回路２０２は、蓄電素子１１０の蓄電状態に応じて、モード設定信号Ｓｍを出力する。蓄電素子１１０の蓄電状態は、蓄電素子１１０にどれだけの電力が蓄積されているかを示す物理量であってよく、蓄電素子１１０に電力が蓄積される速度を示す物理量であってもよい。例えば蓄電状態は、蓄電素子１１０の蓄電電圧ＶＯＵＴの電圧値、または、その時間変化である。また、蓄電状態は、蓄電素子１１０に蓄積されている電力量、または、その時間変化であってもよい。蓄電素子１１０の蓄電状態は、蓄電素子１１０自体を監視することで取得してよく、蓄電素子１１０の蓄電状態に依存して変化するパラメータを監視することで取得してもよい。当該パラメータは、電力供給回路１００における所定のノードの、電圧値、電流値、電圧周期、電流周期、または、その他の電気量であってよい。

モード設定信号Ｓｍは、負荷３０または環境発電装置２０の動作モードを設定するのに用いる情報を含む。モード設定信号Ｓｍは、蓄電素子１１０の蓄電状態を示す情報を含んでよく、負荷３０または環境発電装置２０の動作モードを指定する情報を含んでもよい。

モード設定回路２０４は、モード設定信号Ｓｍに応じて、環境発電装置２０および負荷３０の少なくとも一方の動作モードを設定する。モード設定回路２０４は、モード制御信号Ｓｃ１およびモード制御信号Ｓｃ２の少なくとも一方を出力する。モード制御信号Ｓｃ１は、環境発電装置２０の動作モードを制御する信号であり、モード制御信号Ｓｃ２は、負荷３０の動作モードを制御する信号である。

環境発電装置２０は、発電電力が変化する複数の動作モードを有する。上述したように環境発電装置２０は、動作モードが変更されると、稼働する発電ユニットの個数が変化してよい。負荷３０は、消費電力が変化する複数の動作モードを有する。上述したように負荷３０は、動作モードが変更されると、稼働する動作ユニットの個数が変化してよい。

モード設定回路２０４は、蓄電素子１１０の蓄電電圧または蓄電電力が所定の閾値より大きいか、または、蓄電速度が所定の閾値より大きい場合に、環境発電装置２０の発電電力を小さくするモード制御信号Ｓｃ１、および、負荷３０の消費電力を大きくするモード制御信号Ｓｃ２の少なくとも一方を出力してよい。モード設定回路２０４は、蓄電素子１１０の蓄電電圧または蓄電電力が所定の閾値より小さいか、または、蓄電速度が所定の閾値より小さい場合に、環境発電装置２０の発電電力を大きくするモード制御信号Ｓｃ１、および、負荷３０の消費電力を小さくするモード制御信号Ｓｃ２の少なくとも一方を出力してよい。このような動作により、蓄電素子１１０の蓄電状態に応じて環境発電装置２０および負荷３０の少なくとも一方を制御でき、環境発電装置２０の発電電力を効率よく消費できる。

モード設定回路２０４は、蓄電素子１１０の蓄電状態を示す上述した各パラメータと、所定の閾値を比較することで、モード制御信号Ｓｃを生成してよい。モード設定回路２０４は、モード制御信号Ｓｃ１を生成する場合と、モード制御信号Ｓｃ２を生成する場合とで、異なる閾値を用いてよい。

モード設定回路２０４は、負荷３０の状態、および、環境発電装置２０の状態の少なくとも一方に更に基づいて、モード制御信号Ｓｃを生成してもよい。例えば、負荷３０における消費電力に下限および上限のいずれかが設定されている場合、モード設定回路２０４は、負荷３０の消費電力が当該範囲内となるように、モード制御信号Ｓｃ２を生成する。同様に、環境発電装置２０における発電電力に下限および上限のいずれかが設定されている場合、モード設定回路２０４は、環境発電装置２０の発電電力が当該範囲内となるように、モード制御信号Ｓｃ１を生成する。モード設定回路２０４は、負荷３０および環境発電装置２０の現在の状態に基づいて、いずれの動作モードを変更するかを選択してもよい。

図２は、充電電流生成回路１３０の構成例を蓄電素子１１０と合わせて示す図である。充電電流生成回路１３０は、インダクタ１３２、ダイオード１３４および制御チップ１４０を有する。制御チップ１４０は例えば半導体チップである。インダクタ１３２は、環境発電装置２０と、蓄電素子１１０との間に設けられる。ダイオード１３４は、インダクタ１３２と、蓄電素子１１０との間において、インダクタ１３２から蓄電素子１１０に順方向電流を流すように設けられる。

制御チップ１４０は、入力端子ＶＩＮ、接続端子ＳＷ、検知端子ＶＤＤ、出力端子ＯＵＴ、電力出力端子ＶＳＹＳ、出力通知端子ＰＧＯＯＤ、昇圧制御端子ＰＤを有する。また、制御チップ１４０は、昇圧回路１４２、ＭＯＳトランジスタ１４４、昇圧制御回路１４６、出力制御回路１４８、および、出力スイッチ１５２を有する。

インダクタ１３２とダイオード１３４との接続点１３３は、制御チップ１４０の接続端子ＳＷに接続されている。制御チップ１４０は、接続点１３３を、接地電位等の基準電位に接続するか否かを周期的に切り替えることで、接続点１３３における電圧を昇圧する。ＭＯＳトランジスタ１４４は、接続点１３３を基準電位に接続するか否かを切り替える。接続点１３３が基準電位に接続された場合、インダクタ１３２に流れる電流は増加する。接続点１３３が基準電位から切り離された場合、インダクタ１３２に流れていた電流はダイオード１３４を介して蓄電素子１１０に供給される。

昇圧回路１４２は、入力電圧ＶＩＮを昇圧して昇圧電力を生成する。一例として昇圧回路１４２は、入力された直流電圧を昇圧して、直流電圧を出力するＤＣＤＣ昇圧回路である。昇圧回路１４２は、接続点１３３と基準電位との間に設けられたＭＯＳトランジスタ１４４を、入力電圧ＶＩＮを昇圧した電圧で制御してよい。本例の昇圧回路１４２は、昇圧電圧に応じた振幅を有するクロック信号を生成する。昇圧回路１４２は、クロック信号をＭＯＳトランジスタ１４４のゲート端子に印加する。これにより、入力電圧ＶＩＮが小さい場合でも、ＭＯＳトランジスタ１４４を制御できる。

ＭＯＳトランジスタ１４４は、昇圧回路１４２から供給されるクロック信号に応じて、接続点１３３を基準電位に接続するか否かを切り替える。ＭＯＳトランジスタ１４４がオンオフを繰り返すことで、接続点１３３における電圧が上昇する。これにより昇圧回路１４２は、環境発電装置２０の発電電圧を昇圧して蓄電素子１１０に印加できる。本例の蓄電素子１１０は、昇圧回路１４２により生成された昇圧電力を蓄積する。また、昇圧回路１４２が昇圧電圧を生成することで、接続点１３３の電圧が上昇しても、ＭＯＳトランジスタ１４４のオンオフを制御できる。本例のＭＯＳトランジスタ１４４は、ｎチャネルＭＯＳトランジスタとして説明したが、ｐチャネルＭＯＳトランジスタ、バイポーラトランジスタなどで構成してもよい。すなわち、昇圧回路１４２−１から供給されるクロック信号に応じて、接続点１３３−１を基準電位に接続するか否かを切り替えられる素子を用いることができる。

制御チップ１４０の検知端子ＶＤＤは、蓄電素子１１０に接続される。制御チップ１４０の電力出力端子ＶＳＹＳは負荷３０に接続され、負荷３０に電力を供給する。本例の制御チップ１４０は、検知端子ＶＤＤから蓄電素子１１０の蓄電電力を取り込み、電力出力端子ＶＳＹＳから電力を出力する。制御チップ１４０は、蓄電素子１１０の蓄電電圧ＶＯＵＴの大きさに応じて、電力出力端子ＶＳＹＳから電力を出力するか否かを切り替えてよい。この場合、制御チップ１４０の出力通知端子ＰＧＯＯＤからは、電力出力端子ＶＳＹＳから電力を出力しているか否かを示す通知信号が出力されてよい。

出力制御回路１４８は、検知端子ＶＤＤに印加される蓄電電圧ＶＯＵＴが上昇して第１の閾値電圧Ｖｔｈ１に達した場合に、蓄電素子１１０から負荷３０に電力を供給させる。本例においては、検知端子ＶＤＤと電力出力端子ＶＳＹＳとの間に、出力スイッチ１５２が設けられている。出力制御回路１４８は、出力スイッチ１５２をオン状態に制御することで、蓄電素子１１０の蓄電電力を、検知端子ＶＤＤ、出力スイッチ１５２および電力出力端子ＶＳＹＳを介して、負荷３０に供給させる。また、出力制御回路１４８は、蓄電電圧ＶＯＵＴが下降して第２の閾値電圧Ｖｔｈ２を下回った場合に、出力スイッチ１５２をオフ状態に制御して、蓄電素子１１０から負荷３０への電力供給を停止する。第２の閾値電圧Ｖｔｈ２は、第１の閾値電圧Ｖｔｈ１よりも小さい。

このような制御により、蓄電素子１１０に十分な電力が蓄積されてから、負荷３０への電力供給を開始できる。また、出力制御回路１４８がヒステリシス動作するように閾値電圧を設定することで、出力スイッチ１５２のスイッチング頻度が高くなりすぎることを防ぎ、ノイズ等の発生を抑制できる。出力制御回路１４８は、電力を出力しているか否かを示す通知信号ＰＧＯＯＤを、外部に出力してよい。本例の出力制御回路１４８は、通知信号ＰＧＯＯＤを負荷３０に出力している。

昇圧制御回路１４６は、蓄電電圧ＶＯＵＴが上昇して第３の閾値電圧Ｖｔｈ３に達した場合に、昇圧回路１４２における昇圧動作を停止する。本例において昇圧動作とは、ＭＯＳトランジスタ１４４へクロック信号を供給する動作を指す。第３の閾値電圧Ｖｔｈ３は、第１の閾値電圧Ｖｔｈ１よりも大きい。

昇圧制御回路１４６は、蓄電電圧ＶＯＵＴが下降して第４の閾値電圧Ｖｔｈ４を下回った場合に、昇圧回路１４２における昇圧動作を開始させる。第４の閾値電圧Ｖｔｈ４は、第３の閾値電圧Ｖｔｈ３よりも小さい。第４の閾値電圧Ｖｔｈ４は、第１の閾値電圧Ｖｔｈ１より大きくてよい。

昇圧制御回路１４６は、昇圧回路１４２における昇圧動作を開始させ、また、停止させる昇圧制御信号ＯＵＴを出力してよい。昇圧回路１４２は、昇圧制御端子ＰＤを介して昇圧制御信号ＯＵＴを受け取り、昇圧制御信号ＯＵＴに応じて昇圧動作を行う。このような制御により、蓄電素子１１０の蓄電電圧ＶＯＵＴが高くなりすぎるのを防ぐことができる。また、蓄電電圧ＶＯＵＴを一定の範囲に維持できる。

本例の監視回路２０２は、蓄電素子１１０の蓄電電圧ＶＯＵＴを監視している。監視回路２０２は、蓄電電圧ＶＯＵＴの絶対値、時間変化の傾き、変化の周期等を監視してよい。

図３は、蓄電電圧ＶＯＵＴの時間変化の一例を説明する図である。本例の環境発電装置２０は、継続してほぼ一定の電力を発電している。図３では、制御チップ１４０が昇圧動作を開始したタイミングを時刻０としている。

昇圧動作を開始すると、蓄電素子１１０に電力が蓄積され、蓄電電圧ＶＯＵＴは徐々に上昇する。蓄電電圧ＶＯＵＴが第１の閾値電圧Ｖｔｈ１に達すると、蓄電素子１１０から負荷３０に電力を供給し始める。このとき、負荷３０に供給する出力電流が、蓄電素子１１０に供給される充電電流Ｉｃよりも大きいと、蓄電素子１１０の蓄電量は徐々に低下し、蓄電電圧ＶＯＵＴは徐々に低下する。

蓄電電圧ＶＯＵＴが第２の閾値電圧Ｖｔｈ２を下回ると、負荷３０への電力供給が停止する。この場合、蓄電素子１１０は充電電流Ｉｃにより充電されるので、充電電圧ＶＯＵＴは再度上昇する。このような制御により、蓄電素子１１０における充電量を一定以上に維持しつつ、負荷３０に電力を供給できる。

図４は、蓄電電圧ＶＯＵＴの時間変化の他の例を説明する図である。図３の例と同様に、蓄電電圧ＶＯＵＴが第１の閾値電圧Ｖｔｈ１に達すると、蓄電素子１１０から負荷３０に電力を供給し始める。このとき、負荷３０に供給する出力電流が、蓄電素子１１０に供給される充電電流Ｉｃよりも小さいと、蓄電素子１１０の蓄電量は徐々に上昇し、蓄電電圧ＶＯＵＴは徐々に上昇する。

蓄電電圧ＶＯＵＴが第３の閾値電圧Ｖｔｈ３に達すると、制御チップ１４０における昇圧動作が停止する。この場合、蓄電素子１１０へ充電電流Ｉｃが供給されなくなるので、蓄電素子１１０の蓄電電圧ＶＯＵＴは徐々に低下する。蓄電電圧ＶＯＵＴが第４の閾値電圧Ｖｔｈ４を下回ると、制御チップ１４０における昇圧動作が再開される。これにより蓄電電圧ＶＯＵＴは再度上昇する。このような制御により、蓄電電圧ＶＯＵＴが大きくなりすぎるのを防ぎつつ、蓄電電圧ＶＯＵＴを一定の範囲に維持できる。

モード設定回路２０４は、蓄電電圧ＶＯＵＴが、第１の閾値電圧Ｖｔｈ１以上の場合に、環境発電装置２０の発電電力を小さくするモード制御信号Ｓｃ１、および、負荷３０の消費電力を大きくするモード制御信号Ｓｃ２の少なくとも一方を出力してよい。モード設定回路２０４は、蓄電電圧ＶＯＵＴが、第１の閾値電圧Ｖｔｈ１より小さい場合に、環境発電装置２０の発電電力を大きくするモード制御信号Ｓｃ１、および、負荷３０の消費電力を小さくするモード制御信号Ｓｃ２の少なくとも一方を出力してよい。モード設定回路２０４は、上述した第１の閾値電圧Ｖｔｈ１に代えて、第２の閾値電圧Ｖｔｈ２、第３の閾値電圧Ｖｔｈ３および第４の閾値電圧Ｖｔｈ４のいずれかを用いてよい。モード設定回路２０４は、他の閾値電圧を用いてもよい。

モード設定回路２０４は、図３または図４に示した蓄電電圧ＶＯＵＴの時間変化の傾きを、所定の閾値と比較してもよい。蓄電電圧ＶＯＵＴの立ち上がり波形の傾きが閾値以上の場合、環境発電装置２０の発電電力に余裕があると判定できる。モード設定回路２０４は、当該傾きが閾値以上の場合、環境発電装置２０の発電電力を小さくするモード制御信号Ｓｃ１、および、負荷３０の消費電力を大きくするモード制御信号Ｓｃ２の少なくとも一方を出力してよい。モード設定回路２０４は、当該傾きが閾値より小さい場合、環境発電装置２０の発電電力を大きくするモード制御信号Ｓｃ１、および、負荷３０の消費電力を小さくするモード制御信号Ｓｃ２の少なくとも一方を出力してよい。立ち上がり波形の傾きは、図３に示した時刻Ｔ２から時刻Ｔ３（つまり、蓄電電圧ＶＯＵＴが第１の閾値電圧Ｖｔｈ１以下、第２の閾値電圧Ｖｔｈ２の範囲）の傾きを用いてよく、図４に示した時刻Ｔ５からＴ６（つまり、蓄電電圧ＶＯＵＴが第３の閾値電圧Ｖｔｈ３以下、第４の閾値電圧Ｖｔｈ４以上の範囲）の傾きを用いてもよい。

モード設定回路２０４は、図３または図４に示した蓄電電圧ＶＯＵＴの時間変化の周期を、所定の閾値と比較してもよい。蓄電電圧ＶＯＵＴの周期が閾値以下の場合、環境発電装置２０の発電電力に余裕があると判定できる。モード設定回路２０４は、当該周期が閾値以下の場合、環境発電装置２０の発電電力を小さくするモード制御信号Ｓｃ１、および、負荷３０の消費電力を大きくするモード制御信号Ｓｃ２の少なくとも一方を出力してよい。モード設定回路２０４は、当該周期が閾値より大きい場合、環境発電装置２０の発電電力を大きくするモード制御信号Ｓｃ１、および、負荷３０の消費電力を小さくするモード制御信号Ｓｃ２の少なくとも一方を出力してよい。蓄電電圧ＶＯＵＴの周期は、図３に示した時刻Ｔ１から時刻Ｔ３（つまり、蓄電電圧ＶＯＵＴが第１の閾値電圧Ｖｔｈ１以下、第２の閾値電圧Ｖｔｈ２の範囲）の周期を用いてよく、図４に示した時刻Ｔ４からＴ６（つまり、蓄電電圧ＶＯＵＴが第３の閾値電圧Ｖｔｈ３以下、第４の閾値電圧Ｖｔｈ４以上の範囲）の周期を用いてもよい。

図５は、充電電流生成回路１３０の構成例を示す図である。本例においては、監視回路２０２が、出力制御回路１４８が出力する出力制御信号Ｓｏを監視する点で、図２の例と相違する。充電電流生成回路１３０の構造は、図２の例と同一である。

出力制御回路１４８は、蓄電素子１１０から負荷３０に電力を供給するか否かを制御する出力制御信号Ｓｏを出力する。出力制御信号Ｓｏは、蓄電電圧ＶＯＵＴに応じて値が変化する。本例において出力制御信号Ｓｏは、出力スイッチ１５２を制御する信号である。なお、通知信号ＰＧＯＯＤは、出力制御信号Ｓｏと同期して変化する信号である。監視回路２０２は、通知信号ＰＧＯＯＤを、出力制御信号として監視してもよい。

監視回路２０２は、負荷３０への電力供給が停止してから、負荷３０への電力供給が再開するまでの期間を監視してよい。当該期間は、出力制御信号Ｓｏまたは通知信号ＰＧＯＯＤの論理値が遷移する間隔から検出できる。

図６は、電力供給回路１００の動作例を示すフローチャートである。本例の電力供給回路１００は、図５において説明したように、通知信号ＰＧＯＯＤに応じて、負荷３０または環境発電装置２０の少なくとも一方を制御する。図６では、環境発電装置２０が発電を開始し、入力電圧ＶＩＮが電力供給回路１００に供給された後の動作を説明する。

出力制御回路１４８は、蓄電素子１１０の蓄電電圧ＶＯＵＴが第１の閾値電圧Ｖｔｈ１に達したか否かを判定する（Ｓ６０１）。出力制御回路１４８は、蓄電電圧ＶＯＵＴが第１の閾値電圧Ｖｔｈ１以下の場合（Ｎ）、Ｓ６０１の処理を繰り返す。蓄電電圧ＶＯＵＴが第１の閾値電圧Ｖｔｈ１より大きい場合（Ｙ）、出力制御回路１４８は、負荷３０に出力電力ＶＳＹＳを供給するとともに、通知信号ＰＧＯＯＤの論理値をＨ論理に遷移させる（Ｓ６０２）。

次に出力制御回路１４８は、蓄電素子１１０の蓄電電圧ＶＯＵＴが第２の閾値電圧Ｖｔｈ２を下回ったか否かを判定する（Ｓ６０３）。出力制御回路１４８は、蓄電電圧ＶＯＵＴが第２の閾値電圧Ｖｔｈ２以上の場合（Ｎ）、Ｓ６０３の処理を繰り返す。蓄電電圧ＶＯＵＴが第２の閾値電圧Ｖｔｈ２より小さい場合（Ｙ）、出力制御回路１４８は、負荷３０への電力供給を停止するとともに、通知信号ＰＧＯＯＤの論理値をＬ論理に遷移させる（Ｓ６０４）。監視回路２０２は、通知信号ＰＧＯＯＤの論理値がＬ論理に遷移したタイミングで、時間計測を開始する。本例の監視回路２０２は、所定周期のパルスをカウントすることで、時間を計数する。

次に出力制御回路１４８は、蓄電素子１１０の蓄電電圧ＶＯＵＴが第１の閾値電圧Ｖｔｈ１に達したか否かを判定する（Ｓ６０５）。出力制御回路１４８は、蓄電電圧ＶＯＵＴが第１の閾値電圧Ｖｔｈ１以下の場合（Ｎ）、Ｓ６０５の処理を繰り返す。蓄電電圧ＶＯＵＴが第１の閾値電圧Ｖｔｈ１より大きい場合（Ｙ）、出力制御回路１４８は、負荷３０に出力電力ＶＳＹＳを供給するとともに、通知信号ＰＧＯＯＤの論理値をＨ論理に遷移させる（Ｓ６０６）。監視回路２０２は、通知信号ＰＧＯＯＤの論理値がＨ論理に遷移したタイミングで時間計測を停止して、時間計測開始から停止までの期間を算出する。当該期間は、昇圧制御信号ＯＵＴに基づいて昇圧回路１４２が昇圧動作を停止してから、昇圧制御信号ＯＵＴに基づいて昇圧動作を再開するまでの期間である。監視回路２０２は、当該期間の長さを示す期間情報を、モード設定信号Ｓｍとして出力してよい。本例の監視回路２０２は、パルスのカウント値（Ｔ）を算出することで当該期間を算出する。監視回路２０２は、カウント値（Ｔ）を含むモード設定信号Ｓｍをモード設定回路２０４に通知してよい。

モード設定回路２０４は、カウント値（Ｔ）が所定の閾値より大きいか否かを判定する（Ｓ６０７）。カウント値（Ｔ）が閾値より大きい場合（Ｙ）、モード設定回路２０４は、負荷３０の消費電流を低減させるモード制御信号Ｓｃ２、および、環境発電装置２０の発電電力を増加させるモード制御信号Ｓｃ１の少なくとも一方を生成する（Ｓ６０８）。カウント値Ｔが閾値より小さい場合（Ｎ）、モード設定回路２０４は、負荷３０の消費電流を増大させるモード制御信号Ｓｃ２、および、環境発電装置２０の発電電力を減少させるモード制御信号Ｓｃ１の少なくとも一方を生成する（Ｓ６０９）。

図７は、充電電流生成回路１３０の構成例を示す図である。本例においては、監視回路２０２が、昇圧制御信号ＯＵＴを監視する点で、図２の例と相違する。充電電流生成回路１３０の構造は、図２の例と同一である。

昇圧制御回路１４６は、昇圧回路１４２における昇圧動作を制御する昇圧制御信号ＯＵＴを出力する。昇圧制御信号ＯＵＴは、蓄電電圧ＶＯＵＴに応じて値が変化する。監視回路２０２は、昇圧回路１４２における昇圧を停止してから、昇圧回路１４２における昇圧を再開するまでの期間を監視してよい。本例における監視回路２０２およびモード設定回路２０４の動作は、図６の例と同様である。ただし、図６の例において、通知信号ＰＧＯＯＤに代えて、昇圧制御信号ＯＵＴを用いて動作する。

図８は、充電電流生成回路１３０の構成例を示す図である。本例においては、監視回路２０２が、インダクタ１３２の電圧または電流を監視する点で、図２の例と相違する。充電電流生成回路１３０の構造は、図２の例と同一である。

本例の監視回路２０２は、インダクタ１３２の電圧または電流の周波数を監視する。インダクタ１３２の電圧または電流から、蓄電素子１１０への充電速度（すなわち充電状態）を監視できる。例えばインダクタ１３２の電圧または周波数が大きいほど、環境発電装置２０の発電電力に余裕があると判定できる。監視回路２０２は、インダクタ１３２のダイオード１３４とは逆側のノードにおける電圧または電流を測定してよく、ダイオード１３４側のノードにおける電圧または電流を測定してもよい。

図９は、電力供給回路１００の動作例を示すフローチャートである。本例の電力供給回路１００は、図８において説明したように、インダクタ１３２の電圧または電流の周波数に応じて、負荷３０または環境発電装置２０の少なくとも一方を制御する。

出力制御回路１４８は、蓄電素子１１０の蓄電電圧ＶＯＵＴが第１の閾値電圧Ｖｔｈ１に達したか否かを判定する（Ｓ９０１）。出力制御回路１４８は、蓄電電圧ＶＯＵＴが第１の閾値電圧Ｖｔｈ１以下の場合（Ｎ）、Ｓ６０１の処理を繰り返す。蓄電電圧ＶＯＵＴが第１の閾値電圧Ｖｔｈ１より大きい場合（Ｙ）、監視回路２０２を起動して、インダクタ１３２の電圧または電流の周波数（ｆ）を測定する（Ｓ９０２）。

モード設定回路２０４は、周波数（ｆ）が所定の閾値より小さいか否かを判定する（Ｓ９０３）。周波数（ｆ）が閾値より小さい場合（Ｙ）、モード設定回路２０４は、負荷３０の消費電流を低減させるモード制御信号Ｓｃ２、および、環境発電装置２０の発電電力を増加させるモード制御信号Ｓｃ１の少なくとも一方を生成する（Ｓ９０４）。周波数（ｆ）が閾値より大きい場合（Ｎ）、モード設定回路２０４は、負荷３０の消費電流を増大させるモード制御信号Ｓｃ２、および、環境発電装置２０の発電電力を減少させるモード制御信号Ｓｃ１の少なくとも一方を生成する（Ｓ９０５）。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０・・・電源内蔵装置、２０・・・環境発電装置、３０・・・負荷、１００・・・電力供給回路、１１０・・・蓄電素子、１３０・・・充電電流生成回路、１３２・・・インダクタ、１３３・・・接続点、１３４・・・ダイオード、１４０・・・制御チップ、１４２・・・昇圧回路、１４４・・・ＭＯＳトランジスタ、１４６・・・昇圧制御回路、１４８・・・出力制御回路、１５２・・・出力スイッチ、２０２・・・監視回路、２０４・・・モード設定回路

Claims (9)

1. 環境発電装置の発電電力を昇圧した電力を蓄積して、外部負荷に電力を供給する電力供給回路であって、
   前記環境発電装置の発電電圧を昇圧して昇圧電力を生成するＤＣＤＣ昇圧回路と、
   前記昇圧電力を蓄積して前記外部負荷に供給する蓄電素子と、
   前記蓄電素子の蓄電状態に応じて、モード設定信号を出力する監視回路と、
   前記モード設定信号に応じて、前記環境発電装置および前記外部負荷の少なくとも一方の動作モードを設定するモード設定回路と、
   を備える電力供給回路。
2. 前記監視回路は、前記蓄電状態に依存して変化するパラメータに応じて前記モード設定信号を出力する
   請求項１に記載の電力供給回路。
3. 前記監視回路は、前記蓄電状態に応じて前記モード設定信号を出力する
   請求項１に記載の電力供給回路。
4. 前記蓄電素子の蓄電電圧に応じて、前記蓄電素子から前記外部負荷に電力を供給するか否かを制御する出力制御信号を出力する出力制御回路を更に備え、
   前記監視回路は、前記出力制御信号に応じて前記モード設定信号を出力する
   請求項２に記載の電力供給回路。
5. 前記出力制御回路は、前記蓄電電圧が第１の閾値電圧に達した場合に、前記出力制御信号を第１論理値に遷移させて前記蓄電素子から前記外部負荷に電力を供給させ、前記蓄電電圧が前記第１の閾値電圧より小さい第２の閾値電圧を下回った場合に、前記出力制御信号を第２論理値に遷移させて前記蓄電素子から前記外部負荷への電力供給を停止し、
   前記監視回路は、前記出力制御信号において論理値が遷移する遷移間隔に応じて前記モード設定信号を出力する
   請求項４に記載の電力供給回路。
6. 前記蓄電素子の蓄電電圧に応じて、前記ＤＣＤＣ昇圧回路に昇圧動作をさせるか否かを制御する昇圧制御信号を出力する昇圧制御回路と
   を更に備え、
   前記監視回路は、前記昇圧制御信号に応じて前記モード設定信号を出力する
   請求項２に記載の電力供給回路。
7. 前記監視回路は、前記昇圧制御信号に基づいて前記ＤＣＤＣ昇圧回路が前記昇圧動作を停止してから、前記昇圧動作を再開するまでの期間の長さを示す期間情報を、前記モード設定信号として出力する
   請求項６に記載の電力供給回路。
8. 前記環境発電装置と、前記蓄電素子との間に配置されたインダクタを更に備え、
   前記監視回路は、前記インダクタにおける電圧または電流に応じて前記モード設定信号を出力する
   請求項６または７に記載の電力供給回路。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の電力供給回路と、
   前記環境発電装置と、
   前記外部負荷と
   を備える電源内蔵装置。

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