JP4048723B2 - 太陽電池の充電回路とそれを搭載した半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池の充電回路に関するものであり、特に、その回路内の容量を安定して充電することのできる太陽電池の充電回路とそれを搭載した半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、太陽電池の充電回路では、例えば、特開平7−163063号公報にあるように、太陽電池から、抵抗を介して、容量(二次電池)に充電を行うようにすることで、特に制御器を用いることなく、容量を十分に充電することができる技術が提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の充電回路では、太陽光線が弱い場合、容量を安定して充電することができなかった。また、充電電圧が不安定のため、容量の耐圧ギリギリまで充電できなかった。このために、耐圧が高い高価なコンデンサを用いる必要があった。
【0004】
本発明の目的は、上述の課題を解決するために、太陽電池の充電回路内の容量を安定して充電することのできる太陽電池の充電回路とそれを搭載した半導体装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
(1)上記目的を達成するために、本発明に係る太陽電池の充電回路は、太陽電池と、一端が太陽電池の第1の電位ラインに、他端が太陽電池の第2の電位ラインに接続された第1の容量と、第1の電位ライン上に接続され、太陽電池からの供給電圧を昇圧し、第1の容量を安定して充電するための安定化電源回路と、第1の電位ライン上において、太陽電池と安定化電源回路との間に接続され、太陽電池の供給電圧に基づいて開閉が制御される第1のスイッチング手段と、一端が太陽電池と第1のスイッチング手段との間の第1の電位ラインに、他端が第2の電位ラインに接続された電圧制御手段と、第1の容量に対して並列に接続された負荷回路に供給される、第1の電位ラインからの電位を制御する第2のスイッチング手段と、第1の電位ラインと電圧制御手段とを接続するライン上に、入力側を第1の電位ラインに、出力側を電圧制御手段に接続したダイオードと、一端がダイオードの出力側に、他端が第2の電位ラインに接続されたライン上に接続された第2の容量を有し、第1のスイッチング手段は、太陽電池から第1の所定電圧を超える電圧が供給されたときに電圧制御手段によりオンされ、第2のスイッチング手段は、第1のスイッチング手段がオンされたときまたはそれ以降に電圧制御手段によりオンされることを特徴とする。このように、安定化電源回路を設けることで、第1の容量を安定して充電することができるようになった。これと同時に、第1のスイッチング手段により安定化電源回路への電圧供給を、所定の電圧に達するまでの間、制限することで、太陽電池の電源立上り状態の未だに生成電圧が低い場合に、この安定化電源回路に電流が流れて太陽電池の出力電圧を昇圧できないといった不都合を解消することができるようになる。また、第1のスイッチング手段に対して電圧制御を行う電圧制御手段を設けることで、太陽電池の充電回路を動作させてもよい。また、電圧制御手段により、第2のスイッチング手段をオンさせることで、第1の容量の充電が完了する前に、負荷回路を駆動させることができるようになる。また、第2の容量、およびダイオードを設けたことで、この太陽電池の充電回路を早くに、より安定した状態で用いることができるようになると共に、太陽電池の出力電圧が低下した際にも、確実にスイッチの開閉制御を行うことができるようになる。
【0009】
また、上記(1)に記載の本発明に係る太陽電池の充電回路は半導体装置に搭載されていてもよい。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を、以下の図面を用いて詳細に説明する。
図1は、第1の実施形態の太陽電池の充電回路2の回路構成例を示す図である。図2は、図1に示す電圧制御回路24の回路構成例を示す図である。図3は、図1に示す第1のスイッチの動作タイミングを説明するための図である。図4は、図3の太陽電池の充電回路の動作と比較するための図である。図5は、第2の実施形態の太陽電池の充電回路102の回路構成例を示す図である。
【0011】
(第1の実施形態)
図1の太陽電池の充電回路2は、太陽電池10、第1のコンデンサ12、抵抗14、負荷回路16、第1のスイッチ20、安定化電源回路22、および電圧制御回路24を有して構成されている。
【0012】
一端が太陽電池10の電源電位ライン200に、他端が接地電位ライン202に接続された第1のコンデンサ12を有する。この太陽電池10と第1のコンデンサ12との間の電源電位ライン200上には、第1のスイッチ20、安定化電源回路22、および抵抗14が直列に接続されている。また、一端が太陽電池10と第1のスイッチ20との間に、他端が接地電位ライン202に接続され、第1のスイッチの開閉を制御する電圧制御回路24が設けられている。第1のコンデンサ12に対して、並列に負荷回路16が接続されている。
【0013】
安定化電源回路22は、本実施形態では、DC−DCコンバータであり、太陽電池10からの供給電圧を昇圧し、第1のコンデンサ12に安定して電圧を供給するための回路である。
第1のスイッチ20は、太陽電池10の電源電位から第1のコンデンサ12への電圧供給を制御するためのスイッチである。本実施形態では、この第1のスイッチ20は、例えば、Pチャネル型MOSトランジスタで構成されており、そのドレインが太陽電池10側に、ソースが安定化電源回路22側に、ゲートが電圧制御回路24に接続されている。
電圧制御回路24は、太陽電池10から供給される電源電位VCCに基づいて、この第1のスイッチ20を開閉制御するための回路である。本実施形態では、この電圧制御回路24は、例えば、図2に示すような、構成を有している。図2において、電圧制御回路24は、抵抗30およびダイオード32を有して構成されている。この電圧制御回路24において、抵抗30により電源電位VCCを調整し、ダイオード32により順方向電圧を印加させる機能を有している。
負荷回路16は、太陽電池10により生成された電源を基に駆動される、例えば時刻計測のために用いられる発振回路などのような、一般の回路または装置である。
【0014】
以下に、本発明に係る太陽電池の充電回路2の動作を、図1〜図4を用いて説明する。
【0015】
なお、図3での本実施形態における太陽電池の充電回路の動作を説明する前に、図4を用いて第1のスイッチ20、および電圧制御回路24が設けられておらず、安定化電源回路22のみが特に設けられている場合の回路の動作について説明する。
【0016】
図4は、太陽電池10、安定化電源回路22、および第1のコンデンサ12の電圧または容量値の経時的変化を示している。
太陽電池10は、時間tと共に、徐々にその出力電圧VCCを増している。しかし、時点t0〜t3の間では、安定化電源回路22内の動作電流に起因して、第1のコンデンサ12への充電が急速には行われない。そして、時点t3になると、安定化電源回路22により、太陽電池10からの供給電圧が昇圧し始められ、この時点t3以後、第1のコンデンサ12を急速に充電することができるようになる。
このような不具合を解決するために、本発明では、さらに第1のスイッチ20と、そのスイッチを制御する電圧制御回路24を設けることとした。これにより、以下に示すように、第1のコンデンサ12を急速に充電できるようになった。
【0017】
次に、本発明に係る太陽電池の充電回路2の動作を図3を用いて説明する。図3において、太陽電池10の電源電圧VCCは日射が強まるに従って、時間と共に高くなる。
時点t0〜t1において、第1のスイッチ20(Pチャネル型MOSトランジスタ)には、閾値電圧レベルに達するまでの電圧がゲートに印加されておらず、オフ状態にある。この状態では、安定化電源回路22には、太陽電池10からの電圧は供給されない。
【0018】
時点t1の電圧制御回路24内のノードAにおいて、電圧V1に達すると、ダイオード32による順方向電圧により、電圧V1にクランプされる。
【0019】
この後、さらに電源電位VCCが上昇し、時点t2において、ノードAにおける電圧が電圧V2に達すると、ノードAとノードBとの電位差は第1のスイッチ20(Pチャネル型MOSトランジスタ)の閾値電圧Vtpに達する。そして、第1のスイッチ20(Pチャネル型MOSトランジスタ)はオンし、安定化電源回路22により昇圧された電圧が第1のコンデンサ12に供給され、以後、昇圧された太陽電池10の電源電位VCCが、第1のコンデンサ12に継続的に供給されるようになる。
【0020】
このように、安定化電源回路22を設けることで、第1のコンデンサ12を安定して充電することができるようになる。これと同時に、第1のスイッチ20により安定化電源回路22への電圧供給を、所定の電圧に達するまでの間、制限することで、太陽電池10の電源立上り状態の未だに生成電圧が低い場合に、この安定化電源回路22に電流が流れて太陽電池10の出力電圧を昇圧できないといった不都合を解消することができるようになる。
【0021】
(第2の実施形態)
図5の太陽電池の充電回路102は、上述の図1の太陽電池の充電回路2に加えて、第2のスイッチ40、第2のコンデンサ42、およびダイオード44を有して構成されている。
【0022】
第2のスイッチ40は、負荷回路16に供給される、太陽電池10の電源電位を制御するためのスイッチである。本第2の実施形態では、この第2のスイッチ40は、例えば、Pチャネル型MOSトランジスタで構成されており、そのドレインが太陽電池10側に、ソースが負荷回路16側に、ゲートが電圧制御回路24に接続されている。
電圧制御回路24は、太陽電池10から供給される電源電位VCCに基づいて、この第1のスイッチ20を開閉制御するための回路であり、第2のスイッチ40のゲートに印加される電圧を制御している。
第2のコンデンサ42は、電圧制御回路24にかかる電圧を安定化させるために設けられている。
ダイオード44は、電圧制御回路24に順方向電圧を印加させる機能を有している。
【0023】
このような図5の太陽電池の充電回路102において、上述の図3の時点t2のタイミングで、電圧制御回路24により、第2のスイッチ40をオンさせることで、第1のコンデンサ12の充電が完了する前に、負荷回路16を駆動させることができるようになる。また、第2のコンデンサ42、およびダイオード44を設けたことで、この太陽電池の充電回路102を早くに、より安定した状態で用いることができるようになったと共に、太陽電池10の出力電圧が低下した際にも、確実にスイッチの開閉制御を行うことができるようになる。
【0024】
なお、本発明は、図1〜図5を用いて説明した例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、上述の第2の実施形態において、第1のスイッチ20と第2のスイッチ40との開閉制御されるタイミングは、図3の時点t2で同時としたが、特に同時である必要はなく、第2のスイッチ40をオンするタイミングを意図的に遅らせるようにしてもよい。このように、各スイッチの開閉タイミングをずらした場合においても、当然に、本発明の効果を十分に奏することができる。
【0025】
また、上述の太陽電池の充電回路を、他の種々の回路と同チップあるいは同基盤内に搭載することで、種々の半導体装置に用いることができる。この半導体装置あるいは、この半導体装置を搭載した電子機器を用いることで、より安定した駆動が行われるようになる。
【0026】
【発明の効果】
本願発明では、安定化電源回路22を設けることで、第1のコンデンサ12を安定して充電することができるようになり、同時に、第1のスイッチ20により安定化電源回路22への電圧供給を、所定の電圧に達するまでの間、制限することで、太陽電池10の電源立上り状態の未だに生成電圧が低い場合に、この安定化電源回路22に電流が流れて太陽電池10の出力電圧を昇圧できないといった不都合を解消することができるようになった。また、これに伴い、特に、耐圧が高い高価なコンデンサを用いなくとも、容量の耐圧ギリギリまで充電できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態の太陽電池の充電回路2の回路構成例を示す図である。
【図2】図1に示す電圧制御回路24の回路構成例を示す図である。
【図3】図1に示す第1のスイッチの動作タイミングを説明するための図である。
【図4】特に第1のスイッチ20を設けていない回路において、図3に示す動作タイミングと比較するための図である。
【図5】第2の実施形態の太陽電池の充電回路102の回路構成例を示す図である。
【符号の説明】
2,102:太陽電池の充電回路
10:太陽電池
12:第1のコンデンサ
14,30:抵抗
16:負荷回路
20:第1のスイッチ
22:安定化電源回路
24:電圧制御回路
32,44:ダイオード
40:第2のスイッチ
42:第2のコンデンサ
200:電源電位ライン
202:接地電位ライン
A,B:ノード
Claims (2)
- 太陽電池と、
一端が前記太陽電池の第1の電位ラインに、他端が前記太陽電池の第2の電位ラインに接続された第1の容量と、
前記第1の電位ライン上に接続され、前記太陽電池からの供給電圧を昇圧し、前記第1の容量を安定して充電するための安定化電源回路と、
前記第1の電位ライン上において、前記太陽電池と前記安定化電源回路との間に接続され、前記太陽電池の供給電圧に基づいて開閉が制御される第1のスイッチング手段と、
一端が前記太陽電池と前記第1のスイッチング手段との間の前記第1の電位ラインに、他端が前記第2の電位ラインに接続された電圧制御手段と、
前記第1の容量に対して並列に接続された負荷回路に供給される、前記第1の電位ラインからの電位を制御する第2のスイッチング手段と、
前記第1の電位ラインと前記電圧制御手段とを接続するライン上に、入力側を前記第1の電位ラインに、出力側を前記電圧制御手段に接続したダイオードと、一端が前記ダイオードの出力側に、他端が前記第2の電位ラインに接続されたライン上に接続された第2の容量を有し、
前記第1のスイッチング手段は、前記太陽電池から第1の所定電圧を超える電圧が供給されたときに前記電圧制御手段によりオンされ、
前記第2のスイッチング手段は、前記第1のスイッチング手段がオンされたときまたはそれ以降に前記電圧制御手段によりオンされることを特徴とする太陽電池の充電回路。 - 請求項1に記載の太陽電池の充電回路が搭載されたことを特徴とする半導体装置。
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