JP4223041B2

JP4223041B2 - 昇圧装置

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Publication number: JP4223041B2
Application number: JP2005511444A
Authority: JP
Inventors: 康通金井; 正人三野; 松本　　聡; 一也秋山; 浩輔桂; 純一大脇; 諭中山
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Description

本発明は、昇圧装置に関するものであり、特に、燃料電池出力のエネルギーや、太陽電池出力のエネルギーを利用した昇圧装置に関するものである。

近時、燃料電池や太陽電池を、携帯機器用電源として利用するための研究が進展している。その理由は、単位重量あたりのエネルギー密度が大である燃料電池の大容量性や、太陽電池が有する軽量、薄型構造による携帯性などの利点に目が向けられているからである。

燃料電池は、水素と酸素の化学反応を利用した発電システムであり、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの排気ガスや騒音を出さないグリーンなエネルギー源である。また、燃料電池は、電池の性能を計る指標の一つである重量エネルギー密度が、リチウムイオン電池の１０倍にもなると言われている。つまり、５時間駆動のノートパソコンが５０時間使用できることを意味しており、携帯機器の利便性を飛躍的に高めるものとして期待されている。

また、太陽電池は、排気ガスや騒音を出さないクリーンなエネルギー源であり、リチウムイオン電池や、ニッカド電池のような二次電池と比較してエネルギーを補充する必要がないという利点を有しているため、太陽電池のみ、あるいは、燃料電池と組み合わせた構成による携帯機器への適用が期待されている。

ところで、携帯機器用電池として用いられるようなサイズの太陽電池において、その単セルの出力電圧は、０．５Ｖ程度と低い。また、携帯機器用電池として用いられることが期待されている固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ：ＰｏｌｙｍｅｒＥｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅＦｕｅｌＣｅｌｌ）や、ダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：ＤｉｒｅｃｔＭｅｔｈａｎｏｌＦｕｅｌＣｅｌｌ）において、その単セルの出力電圧は、それぞれ、無負荷で０．６Ｖ〜０．７Ｖであり、定格出力時では０．３Ｖ前後と低い。これらの出力電圧は、燃料電池や太陽電池の発電原理に基づいて決定される要素であり、単セルの電池のみで、この値以上の出力電圧を得ることは困難である。

したがって、単セルの電池を単独で用いて、電気・電子機器を直接動作させたり、ニッカド電池やリチウム電池などの二次電池を充電することはできない。このため、電気・電子機器の動作、あるいは二次電池の充電動作に必要な電圧を得るためには、これらの電池を直列に接続した電池モジュールを構成するなどの手法を用いなければならない。

しかしながら、上記の手法においては、燃料電池および太陽電池には、以下に示すような問題点があった。

まず、燃料電池における問題点とは、燃料や酸素（空気）をすべてのセルに均等分配するための構造に起因する製造上のコスト上昇である。上述の直列接続構成をとるとき、この構成から得られる出力電流は、燃料や酸素の供給が最も少ないセルか、あるいは混合比が不適切となることにより発電電流が最も少ないセルの電流値に制限される。このため、燃料電池の燃料と酸素の流路に溝を掘るなど燃料等が均一に分配されるような対策を行ってはいるが、この流路溝には腐食に耐えうる材料を用いなければならないなど、コスト上昇の原因となっていた。

また、太陽電池においては、つぎの２つの問題点が存在する。１つ目は、電気的な問題点であり、太陽電池モジュールを構成する単セルの何割かが影になると、出力電圧が大幅に低下してしまうことにある。特に、携帯機器に搭載した場合、太陽電池モジュール全体が常に光を受光するのは難しく、また、太陽電池モジュール全体が光を受光するように強いることは、利用者に利用に際しての不満を残すことになる。

２つ目は、コストの問題である。太陽電池単セルを直列接続して太陽電池モジュールを構成するには、バイパスダイオードの付加に加え、直列接続するための太陽電池表面に隣接する太陽電池裏面を繋ぐ配線やセル間の絶縁対策が必要不可欠である。また、モジール効率を高めるために、太陽電池セル間の配線や、セル間絶縁のための隙間を小さくする必要があり、高精度なセル配置技術が必要とされる。これらのセル間絶縁対策や、高精度なセル配置技術の適用がコスト上昇の一因となっている。

上述の問題点を解決する従来技術として、出力電圧が比較的高い２Ｖ弱の電圧を出力するタンデム型太陽電池を使用することで、直列接続を回避し、昇圧回路を用いて二次電池を充電する太陽電池機器が開示されている（例えば、特許文献１など）。

特許第３０２５１０６号明細書（第３頁、第１図など）

この特許文献１に示された太陽電池機器では、太陽電池を多層化するとともに、セル内で各層を直接接続することで出力電圧を昇圧したタンデム型太陽電池が用いられている。また、このタンデム型太陽電池では２Ｖ弱の出力電圧が得られるため、最低起動電圧が１．４Ｖ程度であるＣＭＯＳ型の発振回路を用いた昇圧回路を起動させることができる。

しかしながら、このタンデム型太陽電池は、単セルを直列接続した太陽電池と比較した場合に限って言えば製造コストを低減したことになるが、通常の単セルの太陽電池との比較では、依然として製造工程の複雑さは残っており、製造コストを大幅に低下させるには至らず、太陽電池利用にかかるコストを低減したことにはならなかった。

また、上記の特許文献１に示された太陽電池機器には昇圧回路が備えられており、太陽電池機器を作動させるためには昇圧回路を最初に起動させる必要があり、電力供給手段からの所定の起動エネルギーを当該昇圧回路に付与する必要があった。したがって、電力供給手段のエネルギーがなくなった場合、あるいは不足している場合には、昇圧回路を起動できないといった課題があった。

このような状況に鑑み、本発明は、特殊な電池を用いることに起因する製造コストの増加を抑制し、汎用的な電池の利用によるコスト低減を可能とした昇圧装置を提供することを第１の目的とするものである。

また、本発明は、電力供給手段からの起動エネルギーの有無に依存せずに昇圧回路を起動することができる昇圧装置を提供することを第２の目的とするものである。

本発明にかかる昇圧装置にあっては、自己の起動に必要な起動エネルギーおよび自己の動作の継続に必要な動作エネルギーが供給され、昇圧対象の入力電圧を昇圧した昇圧出力を生成する昇圧回路と、前記起動エネルギーおよび前記動作エネルギーを前記昇圧回路に供給する電力供給手段と、を備えたことを特徴とする。

つぎの発明にかかる昇圧装置にあっては、自己の起動に必要な起動エネルギーまたは自己の動作の継続に必要な動作エネルギーのいずれか一方が供給され、昇圧対象の入力電圧を昇圧した昇圧出力を生成する昇圧回路と、前記起動エネルギーを供給する電力供給手段と、前記起動エネルギーまたは前記動作エネルギーのいずれか一方を前記昇圧回路に出力する選択回路と、を備え、記昇圧回路は、前記昇圧出力の全部または一部を前記動作エネルギーとして前記選択回路に出力することを特徴とする。

つぎの発明にかかる昇圧装置にあっては、上記の発明において、前記選択回路は、前記電力供給手段と前記昇圧回路との間に順接続された整流素子と、前記昇圧出力の全部または一部が該昇圧回路自身にフィードバックされる方向に順接続された整流素子と、を有することを特徴とする。

つぎの発明にかかる昇圧装置にあっては、上記の発明において、前記昇圧回路の後段に設けられ、該昇圧回路により得られた昇圧出力に対して出力制御を行う出力制御回路をさらに備えたことを特徴とする。

つぎの発明にかかる昇圧装置にあっては、上記の発明において、前記昇圧回路は、前記出力制御回路の制御出力に基づいて昇圧能力を制御する手段を有することを特徴とする。

上記のように、これらの発明では、昇圧回路を本電源である第１の電池とは異なる電力供給手段で駆動する構成とすることにより、本電源の出力電圧が低電圧電力であっても高効率に昇圧した電圧を得ることができ、本電源として直列接続した複数の電池を用いる必要がないため、出力電圧の不安定を解消でき、また、コスト的にも低減を図ることが可能となる。

また、これらの発明では、電力供給手段からの発電電圧と昇圧対象である第１の電池から得られた昇圧出力の一部とを整流素子による選択出力または、同等の整流特性を有する整流素子（パイポーラトランジスタのベース−エミッタ間等）を用いた選択出力から昇圧回路の起動および動作に必要な電力を供給することで、昇圧回路の昇圧能力を向上させることが可能となる。また、出力制御回路を用いることにより、昇圧回路の起動時には、昇圧回路の動作が当該出力制御回路の制御出力の影響を受けず、安定した起動特性を得ることが可能となる。

つぎの発明にかかる昇圧装置にあっては、自己の起動に必要な起動エネルギーおよび自己の動作の継続に必要な動作エネルギーが供給され、昇圧対象の入力電圧を昇圧した昇圧出力を生成する昇圧回路と、前記起動エネルギーを前記昇圧回路に供給する電力供給手段と、を備え、前記昇圧回路は、前記昇圧出力の全部または一部を前記動作エネルギーとして自己にフィードバックすることを特徴とする。

この発明によれば、昇圧回路には、昇圧対象の低電圧出力が供給されるとともに、電力供給手段から起動エネルギーが入力され、その一方で、昇圧回路自身にも自己の動作の継続に必要な動作エネルギーが自身によってフィードバックされることで、低電圧出力のエネルギーを利用して携帯機器などを動作させるための昇圧出力を得ることができる。

つぎの発明にかかる昇圧装置にあっては、自己の起動に必要な起動エネルギーまたは自己の動作の継続に必要な動作エネルギーのいずれか一方が供給され、昇圧対象の入力電圧を昇圧した昇圧出力を生成する昇圧回路と、前記起動エネルギーを供給する電力供給手段と、前記起動エネルギーまたは前記動作エネルギーのいずれか一方を前記昇圧回路に出力する選択回路と、を備え、前記昇圧回路は、前記昇圧出力の全部または一部を前記選択回路および前記電力供給手段に出力することを特徴とする。

この発明によれば、昇圧回路には、昇圧対象の低電圧出力が供給され、起動エネルギーおよび動作エネルギーの双方が入力された選択回路が、起動エネルギーまたは動作エネルギーのいずれか一方を昇圧回路に出力するようにしているので、低電圧電力のエネルギーを利用して携帯機器などを動作させるための昇圧出力を得ることができ、昇圧出力エネルギーの効率的な利用を実現することができる。

つぎの発明にかかる昇圧装置にあっては、自己の起動に必要な起動エネルギーおよび自己の動作の継続に必要な動作エネルギーが供給され、昇圧対象の入力電圧を昇圧した昇圧出力を生成して出力する昇圧回路と、前記昇圧出力を蓄電して定電圧出力を生成するとともに、該定電圧出力を前記起動エネルギーおよび前記動作エネルギーとして前記昇圧回路にフィードバックする蓄電素子と、を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、昇圧回路には、昇圧対象の低電圧出力が供給され、自己の起動に必要な起動エネルギーと自己の動作の継続に必要な動作エネルギーとが、昇圧出力が入力された蓄電素子から出力されるようにしているので、低電圧電力のエネルギーを利用して携帯機器などを動作させるための昇圧出力を得ることができ、昇圧出力エネルギーの効率的な利用を実現することができる。

つぎの発明にかかる昇圧装置にあっては、自己の起動に必要な起動エネルギーまたは自己の動作の継続に必要な動作エネルギーのいずれか一方が供給され、昇圧対象の入力電圧を昇圧した昇圧出力を生成する昇圧回路と、前記昇圧回路と自己との間に順接続された整流素子を介して入力された前記昇圧出力を蓄電して定電圧出力を生成するとともに、前記起動エネルギーを出力する蓄電素子と、前記起動エネルギーおよび前記動作エネルギーのいずれか一方を前記昇圧回路に出力する選択回路と、を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、昇圧回路には、昇圧対象の低電圧出力が供給され、蓄電素子の出力である起動エネルギーと昇圧回路の出力である動作エネルギーとの双方が入力された選択回路が、起動エネルギーまたは動作エネルギーのいずれか一方を昇圧回路に出力するようにしているので、低電圧電力のエネルギーを利用して携帯機器などを動作させるための昇圧出力を得ることができ、また、蓄電素子にかかる負担を軽減するとともに、昇圧出力エネルギーの効率的な利用を実現することができる。

つぎの発明にかかる昇圧装置にあっては、自己の起動に必要な起動エネルギーおよび自己の動作の継続に必要な動作エネルギーが供給され、昇圧対象の入力電圧を昇圧した昇圧出力を生成する昇圧回路と、前記起動エネルギーを供給する電力供給手段と、前記起動エネルギーの出力制御を行うスイッチング手段と、を備え、前記昇圧回路は、前記昇圧出力の全部または一部を前記動作エネルギーとして自己にフィードバックするとともに、該昇圧出力を前記起動エネルギーの供給停止信号として前記スイッチング手段に出力し、前記スイッチング手段は、前記昇圧対象として入力される低電圧出力の発電制御に基づく起動信号および前記供給停止信号に基づいて前記起動エネルギーを前記昇圧回路に出力させるか否かの制御を行うことを特徴とする。

この発明によれば、昇圧回路には、昇圧対象の低電圧出力が供給され、選択回路には、検出手段から出力される起動信号に基づいて動作するスイッチング手段を介した起動エネルギーと昇圧回路の出力である動作エネルギーとの双方が入力され、これらの起動エネルギーまたは動作エネルギーのいずれか一方を昇圧回路に出力するようにしているので、低電圧電力のエネルギーを利用して携帯機器などを動作させるための昇圧出力を得ることができ、また、昇圧回路を起動させる必要があるときのみ起動エネルギーを出力することができ、起動エネルギーの効率的な使用が可能となる。

つぎの発明にかかる昇圧装置にあっては、自己の起動に必要な起動エネルギーまたは自己の動作の継続に必要な動作エネルギーのいずれか一方が供給され、昇圧対象の入力電圧を昇圧した昇圧出力を生成する昇圧回路と、前記起動エネルギーを供給する電力供給手段と、前記起動エネルギーの出力制御を行うスイッチング手段と、前記起動エネルギーおよび前記動作エネルギーのいずれか一方を前記昇圧回路に出力する選択回路と、を備え、前記昇圧回路は、前記昇圧出力の全部または一部を前記選択回路および前記電力供給手段に出力し、前記スイッチング手段は、前記昇圧対象として入力される低電圧出力の発電制御に基づく起動信号に基づいて前記起動エネルギーを前記選択回路に出力させるか否かの制御を行うことを特徴とする。

この発明によれば、昇圧回路には、昇圧対象の低電圧出力が供給され、選択回路には、起動信号に基づいて動作するスイッチング手段を介した起動エネルギーと昇圧回路の出力である動作エネルギーとの双方が入力され、これらの起動エネルギーまたは動作エネルギーのいずれか一方を昇圧回路に出力するようにしているので、低電圧電力のエネルギーを利用して携帯機器などを動作させるための昇圧出力を得ることができる。また、昇圧回路を起動させる必要があるときのみ起動エネルギーを出力することができ、起動エネルギーの効率的な使用が可能となる。さらに、昇圧出力の全部または一部を電力供給手段に出力して蓄積するようにしているので、消費した起動エネルギーを効果的に補充することができる。

つぎの発明にかかる昇圧装置にあっては、自己の起動に必要な起動エネルギーまたは自己の動作の継続に必要な動作エネルギーのいずれか一方が供給され、昇圧対象の入力電圧を昇圧した昇圧出力を生成する昇圧回路と、前記起動エネルギーを供給する電力供給手段と、前記起動エネルギーの出力制御を行うスイッチング手段と、前記起動エネルギーおよび前記動作エネルギーのいずれか一方を前記昇圧回路に出力する選択回路と、前記昇圧対象として入力される低電圧出力の発電制御のために送出される発電要求信号を所定時間だけ遅延させた遅延信号を生成して出力する信号遅延回路と、を備え、前記昇圧回路は、前記昇圧出力の全部または一部を前記選択回路および前記電力供給手段に出力し、前記スイッチング手段は、前記遅延信号に基づいて前記起動エネルギーを前記選択回路に出力させるか否かの制御を行うことを特徴とする。

この発明によれば、昇圧回路には、昇圧対象の低電圧出力が供給され、選択回路には、発電要求信号の遅延出力に基づいて動作するスイッチング手段を介した起動エネルギーと昇圧回路の出力である動作エネルギーとの双方が入力され、これらの起動エネルギーまたは動作エネルギーのいずれか一方を昇圧回路に出力するようにしているので、低電圧電力のエネルギーを利用して携帯機器などを動作させるための昇圧出力を得ることができる。また、昇圧回路を起動させる必要があるときのみ起動エネルギーを出力することができ、起動エネルギーの効率的な使用が可能となる。さらに、昇圧出力の全部または一部を電力供給手段に出力して蓄積するようにしているので、消費した起動エネルギーを効果的に補充することができる。

また、つぎの発明にかかる昇圧装置にあっては、自己の起動に必要な起動エネルギーまたは自己の動作の継続に必要な動作エネルギーのいずれか一方が供給され、昇圧対象の入力電圧を昇圧した昇圧出力を生成する昇圧回路と、前記低電圧出力に基づいて生成した前記起動エネルギーを前記昇圧回路に出力する補助昇圧回路と、を備え、前記昇圧回路は、前記昇圧出力の一部を前記動作エネルギーとして自己にフィードバックすることを特徴とする。

この発明によれば、低電圧出力に基づいて生成した起動エネルギーを昇圧回路に出力する補助昇圧回路によって起動された昇圧回路は、自身が出力した昇圧出力の一部を動作エネルギーとして自己にフィードバックするようにしているので、低電圧出力を出力する発電素子以外の電力供給手段に依存することなく、自己を起動し、あるいは自己の昇圧動作を継続させることができるので、発電素子から出力された発電エネルギーの昇圧を確実に行うことができる。

このように、上述した発明によれば、特殊な電池を用いることに起因する製造コストの増加を抑制し、汎用的な電池の利用によるコスト低減を可能とした昇圧装置を提供するという第１の目的を達成することができる。

また、上述した発明によれば、電力供給手段からの起動エネルギーの有無に依存せずに昇圧回路の起動が可能な昇圧装置を提供するという第２の目的を達成することができる。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる昇圧装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

［実施の形態１］
第１図は、本発明の実施の形態１にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。

第１図に示す太陽電池出力の昇圧装置は、本装置の構成要件ではない太陽電池１１の出力を昇圧対象とし、電力供給手段としての太陽電池１４と、昇圧回路１２とを備え、負荷としての負荷（二次電池）１９に電力を供給する。

昇圧対象である直列接続されていない太陽電池１１に光が入射すると起電力が生じる。太陽電池１１としては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、化合物半導体を用いたものなど、一般に広く普及しているものが使用できる。これらの太陽電池の単一セルの出力電圧は、最大で０．５Ｖ強である。太陽電池１１で発電された電力は、昇圧回路１２により昇圧されて負荷（二次電池）１９に供給される。負荷（二次電池）１９としては、電気・電子回路や二次電池が接続される。昇圧回路１２は、０．６Ｖ未満の電圧では動作することはできないので、太陽電池１１にて駆動することができないが、アモルファス太陽電池もしくは、同等のコストで作成可能な直列接続された太陽電池１４から電力の供給を受ける構成にする。太陽電池１４の面積は、昇圧回路１２の消費電力を賄うだけでよく、１〜３．３平方センチメートル程度の小さな素子を用いることができる。

昇圧回路１２の電源としては、直列接続したアモルファス太陽電池１４を用いることが有効である。アモルファス太陽電池は、半導体プロセスにおいて、直列接続できる特徴があり、上記の従来の技術で課題となっていた種々の課題を解決することができる。

昇圧回路１２は、ブースト型の昇圧回路構成が有効で、スイッチ素子には駆動電力が極めて小さい特徴を有するＭＯＳＦＥＴを用いる。このＭＯＳＦＥＴの駆動部には、ＣＭＯＳロジックＩＣによるマルチバイブレータ発振回路を用いる。マルチバイブレータの発振周波数は、発振回路の消費電力とブーストコンバータのコイルのインダクタンスや定格電流から決定する。マルチバイブレータの発振周波数とブーストコンバータのコイルのインダクタンス値とコイルの定格電流値は昇圧対象である太陽電池１１の発電能力によって決まる設計上の項目であり、公知の技術であるので説明は省略する。

必要最小限で構成されたこの昇圧回路１２の消費電力は極めて少なく１０ｋＨｚ動作時に１０μＷ以下の電力で動作できる。ＣＭＯＳロジックＩＣ７４ＨＣ１４をマルチバイブレータ回路に用いた昇圧回路の起動および動作電圧の最低電圧は１．２Ｖであった。大きさ３３ｍｍ×１０ｍｍ、５セルが内部で直列接続されたアモルファス太陽電池を太陽電池１４に用いた場合、１１００ルクス程度の明るさ以上で昇圧動作が確認できた。

この基本構成では、昇圧能力を向上する目的でスイッチ素子として大型のＭＯＳＦＥＴを用いたり、複数のＭＯＳＦＥＴを並列接続すると、昇圧回路１２の消費電力が増加して昇圧回路１２の起動する最低照度を上昇させる原因となる。

なお、この実施の形態において、第１の電池である太陽電池１１は、低電圧出力型であり直列接続構成などの複雑な製造工程を経ずに製造できる単セルの太陽電池としているが、同じく低電圧出力型であり、直列接続せずに構成できる単セルの燃料電池を用いてもよい。また、昇圧回路１２への出力を増加させたい場合には、複雑な製造工程を経ずに実現できる並列接続の燃料電池または太陽電池を用いてもよい。

一方、第２の電池である太陽電池１４は、起動エネルギー（動作エネルギー）を与えるエネルギー源としての役割を有しているが、エネルギーを供給できるものであればよく、例えば、リチウム蓄電池などを用いることができる。また、充電ができない乾電池のような一次電池でもよく、通常のコンデンサや電気２重層コンデンサなどの蓄電素子であってもよい。

［実施の形態２］
第２図は、本発明の実施の形態２にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。

第２図に示す昇圧装置は、昇圧回路の昇圧能力の向上を実現するとともに、昇圧回路を起動する最低照度の上昇を招かない構成である。同図の構成では、前述の実施の形態１における第１図の構成に整流素子３２，３３を有する選択回路１５を付加している。

同図に示す昇圧回路１２は、起動時は、電力供給手段である太陽電池１４の電力を用い、昇圧動作が開始された後は、昇圧された電力の一部を昇圧回路１２に供給することで昇圧能力を飛躍的に向上させている。太陽電池１４の電力と昇圧出力の一部との選択出力を昇圧回路１２に供給しているので、太陽電池１４の電力は昇圧回路１２のみに供給され、負荷（二次電池）１９に供給されることはないので、起動照度の低下を防ぐことができる。昇圧回路１２は太陽電池１４から電力の供給を受けると起動し、昇圧動作が始まると、昇圧出力から整流素子３３を通じて、昇圧回路１２に電力を供給する。この結果、昇圧回路１２の昇圧能力が増加する。太陽電池１１による発電電力が大きくなればなるほど、昇圧される電力が増加し、整流素子３３を通じて昇圧回路１２に供給される電力も増えるので、昇圧回路１２の昇圧能力が増強されることとなり、好循環が生まれる。なお、整流素子３２，３３に替えて同等の整流特性を有する整流素子（パイポーラトランジスタのベース・エミッタ間等）を用いてもよい。なお、昇圧回路の回路構成の詳細については、実施例において後述する。

つぎに、図面とともに本発明の実施例を説明する。

まず、実施例１では、ブーストコンバータ構成の昇圧回路について説明する。

第３図は、この発明の実施例１にかかるブーストコンバータ構成の太陽電池出力の昇圧回路の構成を示す図である。

昇圧回路２０２の昇圧対象は、直列接続されていない太陽電池２０１であり、また、昇圧回路２０２の出力端子２１７には、負荷２０３として定電流・定電圧制御が可能な電子負荷（富士通伝送ＥＵＬαＸＬ１５０）を接続した。太陽電池２０１は、３６平方センチメートルのシリコン多結晶でＡＭ１．５の状況下にて開放端出力電圧が０．５６Ｖ発生するものを用いた。昇圧回路２０２には、コイル２０６として、直流抵抗２０ミリオーム、定格電流２Ａ、インダクタンス値２２マイクロヘンリーのものを用いた。スイッチ素子２０８には、ＭＯＳＦＥＴとしてシリコニクス製Ｓｉ９９４８ＤＹを用いた。ダイオード２０７には、ショトキーバリアダイオード東芝製ＣＭＳ０６を用いた。コンデンサ２０９には、三洋製電解コンデンサでＥＳＲが２０ミリオーム、キャパシタンス２２０マイクロファラドのものを用いた。発振回路２２４は、汎用ＣＭＯＳロジックゲートであるシュミットトリガ型インバータ７４ＨＣ１４によるマルチバイブレータ発振回路と出力電流強化のためのドライブ回路から構成した。

マルチバイブレータ回路は、発振時定数を決定するコンデンサ２１０と抵抗２１１とシュミットトリガ型インバータ２１３から構成したが、ここには、一般的な低消費電力型の矩形波発振回路を用いることができる。

ドライバ回路は、シュミットトリガ型インバータ２１２，２１４を並列にして用いた。ここでは、一般的な低消費電力型のインバータやバッファタイプのロジックゲートを用いることができる。並列数は、電流駆動能力と負荷の重さから決定すればよい。昇圧回路２０２の電源として、前述の発振回路２２４のシュミットトリガ型インバータ７４ＨＣ１４の電源端子２１５への電力供給が必要であるので、ここに直列接続された太陽電池２０４とコンデンサ２１６を接続した。太陽電池２０４には、三洋製アモルファス太陽電池で５セル構成の定格出力３．０Ｖ、３．２ｍＡ、型番ＡＭ１１５６を用いた。コンデンサ２１６には三洋製ＯＳ電解コンデンサ２２０マイクロファラドのものを用いた。太陽電池２０１と太陽電池２０４は近接し、かつ、平面上に配置した。

照度の測定は、照度計横河電機製５１０−０２を用い、光源から太陽電池表面までの距離と光源から照度計の受光球までの距離が等しくなるようにして行った。

実験の結果、照度が１１００ルクスから昇圧動作が始まることが確認された。発振回路２２４の発振周波数を調整することで昇圧開始電圧が変化し、発振周波数が１〜３０ｋＨｚ程度で昇圧開始電圧が最も高感度であった。昇圧回路の駆動源に用いた太陽電池２０４の出力電圧が１．１Ｖを超えると発振回路２２４は、発振を始めるが、スイッチ素子２０８の駆動には至らない。太陽電池２０４の出力電圧が１．４Ｖを超えると昇圧動作が始まることがわかった。照度が１１００ルクスのときに太陽電池２０４の出力電圧が１．４Ｖに達していた。窓際または、太陽光下では、十分な昇圧動作が得られ、出力端子２１７には、２０Ｖ以上の電圧が得られるが太陽電池２０４の出力電圧は１．９Ｖ程度であり、定格の３．０Ｖには到達しないため、つぎに、昇圧回路起動後の昇圧回路へのエネルギー供給の補強を行った。

なお、上記の７４ＨＣ１４は、インバータロジック６個と当該ロジックへの電源供給端子をひとまとめにした標準パッケージである。また、発振回路２２４は、７４ＨＣ１４の３個のインバータロジック２１２，２１３，２１４と抵抗２１１とコンデンサ２１０を使用して構成されている。

本実施例では、前述の実施例１とは異なるブーストコンバータ構成の昇圧回路について説明する。

第４図は、この発明の実施例２にかかるブーストコンバータ構成の太陽電池出力の昇圧回路の構成を示す図である。

同図に示す構成は、前述の実施例１の回路構成における、シュミットトリガ型インタバータ７４ＨＣ１４の電源端子２１５に、太陽電池２０４と昇圧回路の昇圧出力とをショットキーダイオード２１８とショットキーダイオード２１９によるオア回路を介して印加する構成とした。

太陽電池２０４の出力は、昇圧回路２０２にのみ供給され、ダイオード２１９により負荷２０３に供給されることはないので、前述の実施例１に比べ、起動照度が劣化することはない。

実験では、１２００ルクス以上の光照射により昇圧回路が起動し、太陽電池２０１からの昇圧出力が得られた。昇圧出力は、負荷２０３に供給されると同時に出力の一部を電流制限抵抗２２０とダイオード２１９を介して昇圧回路２０２に供給する。すなわち、発振回路を構成するシュミットトリガ型インバータ７４ＨＣ１４の電源端子２１５に供給した。昇圧出力からのエネルギー供給が昇圧回路２０２に開始されると、７４ＨＣ１４の電源端子２１５の電圧が上昇し、発振回路２２４の動作が安定すると同時に、昇圧回路２０２のスイッチ素子２０８，２２１を十分な駆動能力で駆動し始めるため、スイッチ素子２０８，２２１のオン抵抗を低くすることができる。この実験では、スイッチ素子２０８，２２１としてＳｉ９９４８ＤＹを用いたが、オン抵抗の合成値は１０ミリオームを得た。

これは、コイル２０６の直流抵抗が２０ミリオームの場合、昇圧回路の直流的な抵抗値は３０ミリオーム程度となり、太陽電池２０１の発電電圧が０．３Ｖのときに最大１０Ａまでの発電電流を太陽電池２０１から昇圧回路２０２に取り込めることを意味している。

本実施例の昇圧回路では、一旦、昇圧回路２０２が起動すると、昇圧出力の一部を昇圧回路２０２に供給するため、起動に用いた太陽電池２０４は不要となる。

５０００ルクス程度の光照射において、昇圧出力は７Ｖを超えるため、負荷２０３に富士通電装電子負荷ＥＵＬαＸＬ１５０を接続し、定電圧動作に設定した。

以下に示す表１は、照度を変えて、昇圧対象である直列接続されていない太陽電池２０１の出力電圧Ｖｉｎを変化させたときの実験結果の一例である。

この実験では、負荷２０３として用いた電子負荷は、定電圧動作の５．００Ｖに設定した。昇圧回路の出力端子２１７における出力電圧と出力電流から昇圧出力を測定した。この結果から、太陽電池２０１の出力電圧が０．１Ｖでも昇圧出力が得られ、また、８割台の高い変換効率が得られることがわかる。実験に用いたマルチバイブレータによる矩形発振回路は、ディユーティ比を変化させる構成としなかったので、例えば、太陽電池２０１の出力電圧Ｖｉｎが０．５Ｖのときの太陽電池２０１からの供給電流Ｉｉｎが３３０ミリアンペアとなっている。しかし、ディユーティ比を調節できる。別な矩形波発振回路による実験において、ディユーティ比を増加させることで、太陽電池２０１からの出力電流Ｉｉｎが１５００ミリアンペアを超えても昇圧回路２０２が取り込めることを確認した。なお、上記の７４ＨＣ１４は、インバータロジック６個と当該ロジックへの電源供給端子をひとまとめにした標準パッケージである。また、発振回路２２４は、７４ＨＣ１４の３個のインバータロジック２１２，２１３，２１４と抵抗２１１とコンデンサ２１０を使用して構成されている。

［実施の形態３］
第５図は、本発明の実施の形態３にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。

第５図では、出力制御回路を設けた太陽電池出力の昇圧装置の構成を示しており、前述の実施の形態２における第２図の昇圧装置に出力制御回路１６を付加した構成である。

昇圧対象である太陽電池１１にて発電した電力は、昇圧回路１２により昇圧され、出力制御回路１６により定電圧や定電流や充電のための出力制御を受けた後に整流素子３４を通じて電気・電子回路あるいは、二次電池である負荷（二次電池）１９に供給される。昇圧された電力の一部は出力制御回路１６と昇圧回路１２に供給される。昇圧回路１２を起動するための太陽電池１４の電力は、整流素子３３の働きにより昇圧回路１２にのみ供給されるため、起動照度の低下を防ぐことができる。整流素子３４により負荷（二次電池）１９から出力制御回路１６の方向に電流が逆流することはないので、負荷（二次電池）１９に二次電池を用いた場合は、二次電池の不要な放電を防ぐことができる。負荷１９が二次電池でない場合は、整流素子３４を省略してもよい。また、出力制御回路１６は、３端子シリーズレギュレータを用いてもよいし、定電圧ダイオードを用いた簡単な構成でもよい。なお、昇圧回路の回路構成の詳細については、実施例において後述する。

［実施の形態４］
第６図は、本発明の実施の形態４にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。同図に示す昇圧装置は、昇圧能力を可変にするための太陽電池出力の昇圧装置の構成を示すものであり、また、前述の実施の形態３における第５図の昇圧回路において、出力制御回路１６から昇圧回路１２に制御信号を送り、昇圧能力を可変とすることで、制御目標を達成する構成について説明するための図である。

同図に示す太陽電池出力の昇圧装置は、昇圧回路１２の起動時に太陽電池１４から電力を受けて起動する。この時点では、昇圧出力が発生していないか、出力制御回路１６の最低動作電圧に達していないため、出力制御回路１６からの制御信号は存在しなかったり、不定な動作をする。このため、不本意な制御信号状態により起動し始めた昇圧回路が停止して、正常な動作が行われないおそれがある。この問題を解決するには、以下の特徴を有する回路構成にする必要がある。
（１）起動時に出力制御回路１６から昇圧回路１２に不定な制御出力を与えないこと。
（２）起動時に出力制御回路１６の制御信号出力端子はハイインピーダンスであること。

出力制御回路１６が不定な制御信号を出力しないようにするためには、制御信号出力段にバイポーラトランジスタなどの電流駆動素子を用いることが有効である。当該素子では、オンするのに電流が必要であり、昇圧回路起動時は、出力制御回路１６は、電流駆動素子を駆動するだけの能力を持っていない。また、出力端子をハイインピーダンスにすることで、昇圧回路１２から出力制御回路１６に電流が流れ、昇圧回路の起動特性が劣化するのを防止することができる。したがって、出力制御回路１６の制御信号出力段には、オープンコレクタやゲート・ソース問に抵抗を並列接続して電流駆動型にしたオープンドレイン構成をとるのが有効である。なお、昇圧回路の回路構成の詳細については、実施例において後述する。

本実施例では、出力制御機能を有するブーストコンバータ構成の昇圧回路について説明する。

第７図は、本発明の実施例３にかかる太陽電池出力の昇圧回路の構成を示す図である。

昇圧回路２４４内の短形波発振回路は、汎用ＣＭＯＳロジックゲートであるシュミットトリガ型２入力ＮＡＮＤ（７４ＨＣ１３２）によるマルチバイブレータ発振回路と出力電流強化のためのドライブ回路から構成した。マルチバイブレータ発振回路は、発振時定数を決定するコンデンサ２３３と抵抗２３２とシュミットトリガ型２入力ＮＡＮＤ２３４から構成したが、この他にも、発振回路外部から発振状態の制御が可能な低消費電力型の矩形波発振回路を用いることができる。ドライブ回路は、シュミットトリガ型２入力ＮＡＮＤゲート２３５，２３６，２３７を並列にして用いた。ここには、電流駆動能力の優れた低消費電力型のインバータタイプのロジックゲートを用いるとよい。並列数は負荷の重さに応じて決定すればよい。昇圧回路２４４の電源としてシュミットトリガ型２入力ＮＡＮＤ７４ＨＣ１３２の電源端子２３０への電力供給が必要であるので、ここに直列接続された太陽電池２０４をダイオード２１８を介して接続した。太陽電池２０４には、三洋製アモルファス太陽電池で大きさが３．３平方センチメートル、５セル構成の定格出力３．０Ｖ、３．２ｍＡ、型番ＡＭ１１５６を用いた。コンデンサ２１６には、三洋製低ＥＳＲ型電解コンデンサ２２０マイクロファラドのものを用いた。前述の電源端子２３０には、前述の実施例２と同様に太陽電池２０４の発電出力と昇圧回路２４４の昇圧出力とをダイオード２１８および２１９によるオア構成として接続した。

本構成により、太陽電池２０４の発電出力は電源端子２３０にのみ供給でき、また、昇圧出力から太陽電池２０４に逆流することなく電源端子２３０に昇圧出力の一部を供給することができる。昇圧出力から電源端子２３０に昇圧出力の一部を供給する際に、電流制限抵抗２２０を挿入することで電源端子２３０に過大な電力が供給されるのを防ぎ、昇圧回路の変換効率を向上することができる。

ダイオード２１８，２１９，２０７，２３８には、順方向降下電圧が小さい特徴を持つショットキーバリアダイオードを用いるとよい。本実施例では、東芝製ＣＭＳＯ６を用いた。

つぎに、出力制御回路について説明する。

本実施例は、直列接続していない太陽電池出力を昇圧回路２４４により昇圧する際に昇圧出力を定電圧化するための回路溝成例である。昇圧出力を一定電圧に制御するか、あるいは、一定電流に制御するかは、この昇圧回路の本質ではなく、公知の出力制御技術が利用可能である。ここで、必要なのは、これら出力制御回路が必要とする電力をどこから得ているかということと制御信号のインタフエース方法である。昇圧対象である太陽電池２０１の出力電圧は、０．４Ｖ程度、最大でも０．５Ｖ強である。このような低電圧で一般的な出力制御回路を構成するコンパレータや基準電圧源を駆動することは不可能である。もう一つのエネルギー源である太陽電池２０４は、昇圧回路２４４の起動動作に必要なエネルギーを供給するためのものであり、ごく小面積の太陽電池の利用を前提にしている。

仮に、太陽電池２０４からエネルギーを流用すると、太陽電池２０４の出力電圧低下を招き、本昇圧回路の低照度動作の特性を著しく低下させるか、昇圧回路２４４の起動ができない事態を招くこととなる。出力制御回路は、昇圧回路２４４から昇圧出力が発生しているときのみ機能すれば良い。したがって、第７図のように、直列接続されていない太陽電池２０１の昇圧出力から電圧を得るように接続することで、本昇圧回路の低照度動作の特性を全く劣化させることなく、公知の出力制御手段を利用することができる。

つぎに、制御信号のインタフエース方法について説明する。定電圧制御や定電流制御などの出力制御は、昇圧回路２４４の昇圧動作に働きかけて昇圧能力を調節することで実現する。ここで、出力制御手段が昇圧回路２４４の昇圧出力から電力を得て動作している場合、昇圧回路２４４から昇圧出力が得られるまでは、出力制御手段は動作することができない。昇圧回路内の発振回路がこの出力制御手段からゼロボルトでない発振許可信号を受けて発振し、昇圧動作を制御する場合、以下の問題が発生する。

昇圧回路２４４は、発振制御端子２６０をロジックのハイレベルに相当する発振許可信号を受信することで、発振を開始し昇圧動作が行われる。昇圧回路２４４が起動する際には、昇圧出力はまだ発生していないため、出力制御手段から発振許可信号を得ることができないので、発振回路は発振することができない。したがって、昇圧動作ができず昇圧出力が得られない。そこで、第７図のように、発振制御端子２６０を電源端子２３０に抵抗２３１とコンデンサ２４５による積分回路を介して接続する。また、発振許可信号出力時以外の出力制御回路の出力端子のインピーダンスを高くするため、制御信号の出力端子の回路構成をオープンドレイン構成かオープンコレクタ構成になるようにする。この回路構成では、起動時の発振制御端子２６０の電圧は、電源端子２３０の電源電圧とほぼ等しいため、ロジックハイレベルを安定して得られる特徴を持つ。

また、本昇圧回路の低照度特性を劣化させる電力消費要因は存在しない。上記の問題を克服する直列接続されていない太陽電池出力の昇圧装置のための出力制御方法として、定電圧出力制御の例を本実施例において示し、定電圧制御動作について説明する。

定電圧制御回路は、オープンドレイン出力構成のコンパレータ２４１と基準電圧源２４２とバイアス抵抗２３９および出力電圧値設定のための出力電圧抵抗２４０および２４３から溝成され、第７図のように結線した。コンパレータ２４１は、オープンドレイン出力もしくは、オープンコレクタ構成以外の場合でもコンパレータ出力端子にＮ型ＭＯＳＦＥＴかＮＰＮ型パイポーラトランジスタを介して発振制御端子２６０に接続することも可能である。

つぎに、動作について説明する。

大陽光照射による起動時は、昇圧出力が得られていないため、コンパレータ２４１の出力段のＮ型ＭＯＳＦＥＴあるいは、ＮＰＮトランジスタはオフ状態にあり、発振制御端子２６０の電圧が上昇して、昇圧回路内のマルチバイブレータが発振を開始し、昇圧出力が得られる。０分割抵抗２４０と２４３による昇圧電圧の分割電圧が基準電圧源２４２の電圧より高くなると、コンパレータの出力は電流を引き込むので発振制御端子２６０は、ロジックローレベルになり、発振を停止し、昇圧動作が停止する。出力電圧が前述の分割抵抗２４０と２４３による設定値以下になるとコンパレータのオープンドレイン出力回路はオフし、発振制御端子２６０の電圧が積分回路を介して電圧を上昇し、ロジックハイレベルになると、昇圧回路２４４が発振を再開して昇圧動作を行い、出力電圧が一定になるように制御される。

実験では、太陽電池２０１と太陽電池２０４は近接し、かつ、平面上に配置した。照度の測定は、照度計に横河電機製５１０−０２を用い、光源から太陽電池表面までの距離と光源から照度計の受光球までの距離が等しくなるようにして行った。実験の結果、照度が８００ルクスから発振動作が始まることが確認された。発振回路の発振周波数を調整することで昇圧開始電圧が変化し、発振周波数が１〜３０ｋＨｚ程度で昇圧開始電圧が最も高感度であった。昇圧回路の駆動源に用いた太陽電池２０４の出力電圧が０．９５Ｖを超えると発振回路は発振を始めるが、スイッチ素子２０８の駆動には至らない。照度が１１００ルクスのときに太陽電池２０４の出力電圧が１．２Ｖに達し、昇圧動作が始まることがわかった。窓際や太陽光下では十分な昇圧動作が得られ、分割抵抗２４０と２４３で設定した出力電圧が出力端子２１７から得られた。

第８図は、本発明の実施例４にかかる出力制御機能を有するブーストコンバータ構成を用いた直列接続されていない太陽電池出力の昇圧回路の構成を示す図である。

本実施例では、第７図に示す実施例３の回路構成同様に、出力制御回路の制御出力により、昇圧回路２４４の発振制御端子２６０を介して昇圧能力を調節して定電圧出力動作を実現するものである。前述の実施例３との差異は、昇圧回路２４４の発振制御端子２６０がロジックローレベルのときに発振回路が動作し、昇圧回路を動作させることで、実施例３では必要であった電源端子２３０からのバイアス回路を不要とするものである。

また、発振制御端子２６０がロジックハイレベルのときに発振回路の動作が停止するので、コンパレータ出力の後にＰＮＰトランジスタ２７２あるいは、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴによるレベルシフト回路を付加する。抵抗２７３と２７４は、ＰＮＰトランジスタ２７２のバイアス抵杭である。

抵抗２７０は、発振制御端子２６０のプルダウン抵抗、抵抗２７１は、ＰＮＰトランジスタ２７２からの過電流防止と発振回路制御端子への過電圧印加によるラッチアップを防止するものである。コンデンサ２７５は、発振回路制御端子の耐ノイズ特性を向上するためのものである。

つぎに、上記の構成における動作を説明する。

太陽電池に光が照射され、太陽電池２０４から出力電圧が発生すると、電源端子２３０の電圧が上昇し、シュミットトリガ型２入力ＮＡＮＤロジックゲート７４ＨＣ１３２が動作可能な状態となる。昇圧出力はないので、発振制御端子２６０は、プルダウン抵抗２７０によりロジックローレベルにあり、発振回路は発振を開始し、昇圧回路が起動し昇圧出力が発生する。昇圧出力電圧が分割抵抗２４０と２４３により分割された電圧と基準電圧源２４２の電圧とをコンパレータ２４１にて比較し、昇圧出力電圧の方が高圧電圧であるときは、コンパレータ２４１は、後段のＰＮＰトランジスタ２７２をオンするように正入力端子と負入力端子を接続する。トランジスタ２７２が、オンすると昇圧出力からプルダウン抵抗２７０に電流が流れ、発振回路制御端子がロジックハイレベルとなり、発振動作が停止して昇圧動作が停止する。

また、出力電圧が設定電圧以下になると、コンパレータ出力はオフとなり、ＰＮＰトランジスタ２７２は、オフするので発振制御端子２６０は、ロジックローレベルとなる。このため、発振回路が動作して昇圧動作が再開されるので出力電圧は一定電圧に制御される。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されることなく、特許請求の範囲内において種々の変更または応用が可能である。

以上説明したように、本発明の昇圧装置によれば、太陽電池の出力電圧が０．１５Ｖ下であっても何等問題なく、高効率に昇圧した電圧を得ることができる。したがって、太陽電池を多数直列接続する必要がないため、従来の直列接続した太陽電池で問題であった、構成する太陽電池の何割かが影になると、太陽電池モジュール全体の何割かが影になったのと同じ効果となり、出力が大幅に低下してしまうという問題を解決することができる。

また、従来、直列接続された太陽電池モジュールを作成するには、バイパスダイオードの付加に加え、太陽電池表面と隣接する太陽電池裏面を繋ぐ配線やセル間の絶縁対策が必要であり、モジュール効率を高めるためには、各太陽電池セルにおいて、配線のための隙間やセル間絶縁のための隙間を小さくし、かつ、精度よくセルを配置する技術が要求されるため、コスト高の太陽電池モジュールとなっていた。これに対し、本発明を適用することで、直列接続する必要がないので、太陽電池モジュールのコストを低減できる。

さらに、従来はモジュール効率を高めるため、セル形状は四角形となり、意匠的な工夫を凝らすことが困難であったが、発電対象である太陽電池を直列接続する必要がないので、本発明により、様々な形状の太陽電池を並列接続して用いることができ、太陽電池モジュールの形状の制約から解放される。

［実施の形態５］
第９図は、本発明の実施の形態５にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。同図に示す昇圧装置は、０．６Ｖ〜０．７Ｖ（無負荷）程度の低電圧を出力する単セルの燃料電池２１（第１の電池）から出力された低電圧出力を昇圧対象として所定の電圧（例えば、負荷が動作可能な電圧）程度に昇圧する昇圧回路１２と、昇圧回路１２に起動エネルギーを与えるための電力供給手段であるリチウム蓄電池２３（第２の電池）とを備えている。なお、燃料電池２１は、単に昇圧対象となる低電圧出力を昇圧回路１２に供給しているものであり、本昇圧装置の構成要件ではない。

ここで、燃料電池２１は、低電圧出力型であり直列接続構成などの複雑な製造工程を経ずに製造できる単セルの燃料電池である。リチウム蓄電池２３は、充電可能な二次電池であり、起動エネルギーを与えるエネルギー源としての役割を有している。昇圧回路１２は、例えば、回路構成の容易なブーストコンバート型の回路で構成され、この昇圧回路内に備えられるスイッチング素子のオン／オフ制御を行うことで、コンデンサなどの蓄電素子に蓄えられる電圧の昇圧を行うことができる。なお、スイッチング素子のオン／オフ制御を行うための発振回路としては、ＣＭＯＳ型の回路を用いるのが好適である。

つぎに、第９図を用いて、この昇圧装置の動作について説明する。同図において、燃料電池２１では、送出された燃料や酸素（空気）によって化学反応が行われ、この化学反応によって電気エネルギーが生成される。このとき生成される出力は、一般的に低電圧であり、例えば、無負荷（負荷が接続されていない）ときでは０．６Ｖ〜０．７Ｖであり、定格出力時では、せいぜい０．３Ｖ前後の出力電圧である。したがって、燃料電池２１からの出力では、ノートパソコンや携帯電話などの携帯機器を直接動作させることはできない。

燃料電池２１からの低電圧出力は昇圧回路１２に入力される。昇圧回路１２では、図示を省略したコンデンサなどの蓄電素子に昇圧された電気エネルギーが蓄積される。昇圧回路１２を動作させるためには、所定の起動エネルギーが必要とされる。リチウム蓄電池２３は、昇圧回路１２に起動エネルギーを供給する。昇圧回路１２は、起動時にはある程度のエネルギーを必要とするが、起動後は起動時に与えられるエネルギーよりも小さなエネルギーにて動作を継続させることができる。

例えば、ブーストコンバート型の昇圧回路であれば、起動時に１．４Ｖ程度の入力電圧が必要であるが、起動後は、０．１Ｖ程度の小さな入力電圧であっても昇圧回路１２自身の動作を継続させるこができる。したがって、この実施の形態の昇圧装置では、昇圧回路１２に対して、起動時のみ、リチウム蓄電池２３から起動エネルギーを出力し、起動後は昇圧回路１２自身の出力を動作エネルギーとしてフィードバックさせることで、昇圧回路１２自身の動作を継続させ、所定の昇圧出力を得ている。

また、昇圧回路１２の出力、すなわち昇圧出力は、接続される携帯機器などの動作電圧に応じて任意の所定電圧に設定することができるので、低電圧出力しか得られない燃料電池２１のエネルギーを利用して携帯機器などを動作させるための昇圧出力を得ることが可能となる。

以上説明したように、この実施の形態の昇圧装置によれば、昇圧回路には、第１の電池から昇圧対象の低電圧出力が入力されるとともに、第２の電池から起動エネルギーが入力され、その一方で、昇圧回路自身にも自己の動作の継続に必要な動作エネルギーが自身によってフィードバックされることで、所定の昇圧出力を得るようにしているので、低電圧出力しか得られない第１の電池のエネルギーを利用して携帯機器などを動作させるための昇圧出力を得ることができ、また、特殊な電池を用いることに起因する製造コストの増加を抑制し、汎用的な電池の利用によるコスト低減を可能とした昇圧装置を提供することができる。

なお、この実施の形態において、第１の電池である燃料電池２１は、低電圧出力型であり直列接続構成などの複雑な製造工程を経ずに製造できる単セルの燃料電池としているが、同じく低電圧出力型であり、直列接続せずに構成できる単セルの太陽電池を用いてもよい。また、昇圧回路１２への出力を増加させたい場合には、複雑な製造工程を経ずに実現できる並列接続の燃料電池または太陽電池を用いてもよい。

一方、第２の電池であるリチウム蓄電池２３は、充電可能な二次電池であり、起動エネルギーを与えるエネルギー源としての役割を有しているが、エネルギーを供給できるものであればよく、例えば、充電ができない乾電池のような一次電池でもよい。また、通常のコンデンサや電気２重層コンデンサなどの蓄電素子であってもよい。

また、この昇圧回路内のスイッチング素子のオン／オフ制御を行うための発振回路としてＣＭＯＳ型の発振回路を用いることを好適としているが、他の回路、例えば、バイポーラ型の発振回路を用いてもよい。このバイポーラ型の発振回路は、消費電力が大きいという欠点はあるものの、最低動作電圧が低いという利点も有しており、この利点を生かした回路構成とすることもできる。

［実施の形態６］
第１０図は、本発明の実施の形態６にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。同図に示す昇圧装置は、第９図に示す実施の形態５の構成に加え、昇圧回路１２の出力の一部を次回以降の起動の際に利用されるエネルギーとしてリチウム蓄電池２３に出力するための整流素子３５を備えている。なお、その他の構成は、第９図に示す構成と同一あるいは同等であり、それらの部分には、同一符号を付して示している。

つぎに、第１０図を用いて、この昇圧装置の動作について説明する。ただし、昇圧回路１２が、単セルの燃料電池２１からの低電圧出力と、リチウム蓄電池２３から起動エネルギーと、自身の出力の一部をフィードバックした動作エネルギーとを用いて昇圧動作を行う点は、実施の形態５と同一であり、ここでの説明は省略する。

この実施の形態では、昇圧回路１２の昇圧出力の全部または一部を整流素子３５を介してリチウム蓄電池２３に出力する。このとき出力されるエネルギーは、自己の動作を再開させるためのエネルギーであり、リチウム蓄電池２３に蓄電される。例えば、昇圧回路１２に燃料電池２１から低電圧出力が供給されない場合には、無駄な電力消費を抑制するために昇圧回路１２の動作を停止させたい場合がある。この場合、昇圧回路１２を再起動させるためには、新たな起動エネルギーが必要となる。このとき、昇圧回路１２の出力の全部または一部をリチウム蓄電池２３に蓄電しておき、昇圧回路１２を再起動させる場合に、このエネルギーを昇圧回路１２に出力するようにしている。

また、整流素子３５は、リチウム蓄電池２３の蓄電電圧が昇圧出力に比べて高い場合に、リチウム蓄電池２３から出力（昇圧回路１２）側に電流が流れ込むのを防止するために備えられている。

以上説明したように、この実施の形態の昇圧装置によれば、昇圧回路には、第１の電池から昇圧対象の低電圧出力が入力され、第２の電池から起動エネルギーが入力され、その一方で、昇圧回路自身にも自己の動作の継続に必要な動作エネルギーが自身によってフィードバックされることで、所定の昇圧出力を得るようにしているので、低電圧出力しか得られない第１の電池のエネルギーを利用して携帯機器などを動作させるための昇圧出力を得ることができ、また、特殊な電池を用いることに起因する製造コストの増加を抑制し、汎用的な電池の利用によるコスト低減を可能とした昇圧装置を提供することができる。

また、この実施の形態の昇圧装置によれば、昇圧回路は、自己の動作を再開させるための起動エネルギーとして昇圧出力を第２の電池に出力して蓄電するようにしているので、無駄な電力消費を抑制することができる。また、過負荷によって昇圧出力が低下して、自己の昇圧動作を継続することができないような状態に陥っても、第２の電池に蓄電されたエネルギーによって、再起動が可能となるので、継続動作が容易な構成を簡易に実現することができる。

なお、実施の形態５では、リチウム蓄電池２３は、充電ができない乾電池のような一次電池でもよいとしているが、この実施の形態では、昇圧回路を再起動させるためのエネルギーを蓄電する必要がある。したがって、充電可能な二次電池のほかに、通常のコンデンサや電気２重層コンデンサなどの蓄電素子を用いるようにすればよい。

［実施の形態７］
第１１図は、本発明の実施の形態７にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。同図に示す昇圧装置は、第１０図に示す実施の形態６の構成に加え、起動エネルギーおよび動作エネルギーのいずれか一つのエネルギーを昇圧回路１２に出力するか否かを選択する整流素子３６，３７を具備する選択回路２５を備えている。なお、その他の構成は、第１０図に示す構成と同一あるいは同等であり、それらの部分には、同一符号を付して示している。

つぎに、第１１図を用いて、この昇圧装置の動作について説明する。同図において、昇圧回路１２には、燃料電池２１からの低電圧出力が入力される。ここで、第５，実施の形態６では、起動エネルギーおよび動作エネルギーの両者を昇圧回路に入力させるようにしていたが、この実施の形態の昇圧回路１２では、選択回路２５を介して起動エネルギーと動作エネルギーのいずれかを入力させる構成としている。その理由は、つぎのとおりである。

昇圧回路１２は、上記で説明したように、起動時にはある程度の入力電圧を供給する必要があるが、一旦起動してしまえば、僅かな入力電圧で動作を継続することができる。つまり、この実施の形態の構成のように、起動エネルギーと動作エネルギーの出力のうちの優位な出力を選択回路２５を介して昇圧回路１２に入力するようにすれば、エネルギーの効率的な利用が実現できるからである。

また、過負荷による昇圧出力の低下や、リチウム蓄電池２３に蓄電されたエネルギーの低下の両者が同時に起こらない限り、昇圧回路１２の再起動が可能となるので、稼働性の高いシステム構成を容易に実現することもできる。

なお、整流素子３５は、リチウム蓄電池２３の蓄電電圧が昇圧出力に比べて高い場合に、リチウム蓄電池２３から出力側に電流が流れ込むのを防止するために備えられているものである。

また、整流素子３６，３７は、起動エネルギーおよび動作エネルギーの出力のうち優位な出力（出力電圧の高い出力）を昇圧回路１２へ供給するための手段として選択回路２５に備えられているものである。

以上説明したように、この実施の形態の昇圧装置によれば、昇圧回路には、第１の電池から昇圧対象の低電圧出力が入力され、起動エネルギーおよび動作エネルギーの双方が入力された選択回路が、起動エネルギーまたは動作エネルギーのいずれか一方を昇圧回路に出力するようにしているので、低電圧出力しか得られない第１の電池のエネルギーを利用して携帯機器などを動作させるための昇圧出力を得ることができるとともに、特殊な電池を用いることに起因する製造コストの増加を抑制し、汎用的な電池の利用によるコスト低減を可能とした昇圧装置を提供することができる。また、昇圧出力エネルギーの効率的な利用を実現するとともに、稼働性の高いシステム構成を容易に実現することができる。

なお、第１の電池である燃料電池２１は、他の実施の形態と同様に、単セルの燃料電池のほかに、単セルの太陽電池を用いることができる。また、並列接続の燃料電池または太陽電池を用いてもよい。

さらに、第２の電池であるリチウム蓄電池２３は、実施の形態６と同様に、上述の再起動のためのエネルギーを蓄電できればよく、充電可能な二次電池のほかに、通常のコンデンサや電気２重層コンデンサなどの蓄電素子を用いることができる。

［実施の形態８］
第１２図は、本発明の実施の形態８にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。同図に示す昇圧装置は、第９図に示す実施の形態５の構成において、昇圧回路１２の出力を蓄電するための蓄電素子２４を備える一方で、リチウム蓄電池２３を備えない構成としている。なお、その他の構成は、第９図に示す構成と同一あるいは同等であり、それらの部分には、同一符号を付して示している。

つぎに、第１２図を用いて、この昇圧装置の動作について説明する。同図において、昇圧回路１２には、単セルの燃料電池２１からの低電圧出力が入力される。ここで、第５，実施の形態６では、起動エネルギーをリチウム蓄電池２３から出力させ、動作エネルギーを自身から出力させるようにしていたが、この実施の形態の昇圧回路１２では、起動時に供給する起動エネルギーや、動作中に供給し続ける動作エネルギーの両者ともに蓄電素子２４から出力する構成としている。

ところで、負荷変動の大きい負荷にこの昇圧出力を直接的に供給するような場合、負荷電流が大きく変化し、昇圧出力が大きく変動してしまう。このような場合、第１２図に示すように昇圧回路１２内に定電圧回路を組み込むか、昇圧回路１２と負荷（図示省略）との間に蓄電素子２４のような定電圧装置を設けることがよく行われる。

このような定電圧を供給する蓄電素子２４を備えることで、昇圧回路１２に出力していた起動エネルギーと動作エネルギーとを、蓄電素子２４から出力させることで、昇圧回路１２を起動させるとともに、起動後の昇圧回路１２の動作を継続させることができ、実際のシステム構成に近い形の構成とすることができ、また、昇圧回路１２をコンパクトにすることができる。さらに、蓄電素子２４を用いることで、電源容量の比較的大きな昇圧装置を実現することができる。

以上説明したように、この実施の形態の昇圧装置によれば、昇圧回路には、第１の電池から昇圧対象の低電圧出力が入力され、自己の起動に必要な起動エネルギーと自己の動作の継続に必要な動作エネルギーとが、昇圧出力が入力された蓄電素子から出力されるようにしているので、低電圧出力しか得られない第１の電池のエネルギーを利用して携帯機器などを動作させる定電圧出力を得ることができる。また、電源容量の比較的大きな昇圧装置を実現することができる。

また、蓄電素子２４は、通常のコンデンサや電気２重層コンデンサなどの蓄電素子を用いることができる。

また、この実施の形態では、昇圧回路１２と蓄電素子２４とを異なる構成としているが、蓄電素子２４を昇圧回路１２内に組み込んだ形態で構成することも可能である。

［実施の形態９］
第１３図は、本発明の実施の形態９にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。同図に示す昇圧装置は、第１２図に示す実施の形態８の構成に加え、起動エネルギーおよび動作エネルギーのいずれか一つのエネルギーを昇圧回路１２に出力するか否かを選択する整流素子４５，４６を具備する選択回路２６と、蓄電素子２４から昇圧回路１２への逆流を防止する整流素子４４とを備えた構成としている。なお、その他の構成は、第１２図に示す構成と同一あるいは同等であり、それらの部分には、同一符号を付して示している。

つぎに、第１３図を用いて、この昇圧装置の動作について説明する。同図において、昇圧回路１２には、単セルの燃料電池２１からの低電圧出力が入力される。ここで、実施の形態８では、起動時に供給する起動エネルギーや、動作中に供給し続ける動作エネルギーの両者ともに蓄電素子２４から出力するようにしていたが、この実施の形態では、動作エネルギーだけは昇圧回路１２から供給するようにしている。

第１３図に示す選択回路２６において、起動エネルギーと動作エネルギーのうちの優位な出力が選択回路２６を介して昇圧回路１２に供給される。すなわち、起動時においては、通常、昇圧回路１２は動作を停止しているので、蓄電素子２４の出力電圧（起動エネルギー）の方が昇圧回路１２の出力電圧（動作エネルギー）よりも高いので、この起動エネルギーが整流素子４６を介して昇圧回路１２に供給される。

一方、動作時においては、蓄電素子２４の出力電圧（起動エネルギー）よりも昇圧回路１２の出力電圧（動作エネルギー）の方が高いので、この動作エネルギーが整流素子４５を介して昇圧回路１２自身に供給される。

これらの構成において、例えば、蓄電素子２４に負荷変動の大きな負荷が接続されている場合、蓄電素子２４にかかる負担が増大する。このような場合であっても、この実施の形態の選択回路２６のように、昇圧回路１２の動作を継続させるための動作エネルギーを昇圧回路１２自身から供給するように構成しているので、蓄電素子２４にかかる負担を軽減することができる。

以上説明したように、この実施の形態の昇圧装置によれば、昇圧回路には、第１の電池から昇圧対象の低電圧出力が入力され、蓄電素子の出力である起動エネルギーと昇圧回路の出力である動作エネルギーとの双方が入力された選択回路が、起動エネルギーまたは動作エネルギーのいずれか一方を昇圧回路に出力するようにしているので、低電圧出力しか得られない第１の電池のエネルギーを利用して携帯機器などを動作させるための昇圧出力を得ることができるとともに、特殊な電池を用いることに起因する製造コストの増加を抑制し、汎用的な電池の利用によるコスト低減を可能とした昇圧装置を提供することができる。また、蓄電素子にかかる負担を軽減するとともに、昇圧出力エネルギーの効率的な利用を実現することができる。

また、この実施の形態では、昇圧回路１２と蓄電素子２４とを異なる構成としているが、蓄電素子２４と整流素子４４とを昇圧回路１２内に組み込んだ形態で構成することも可能である。

［実施の形態１０］
第１４図は、本発明の実施の形態１０にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。同図に示す昇圧装置は、第９図に示す実施の形態５の構成に加え、燃料や酸素（空気）が燃料電池２１に供給されたことを検出する燃料等供給検出手段２９と、リチウム蓄電池２３と昇圧回路１２との間に接続されて燃料等供給検出手段２９からの起動信号および昇圧回路１２からの供給停止信号が入力されるスイッチング素子５１を備えたスイッチング手段２７とを備えている。なお、その他の構成は、第９図に示す構成と同一あるいは同等であり、それらの部分には、同一符号を付して示している。

つぎに、第１４図を用いて、この昇圧装置の動作について説明する。同図において、燃料等供給検出手段２９は、燃料電池２１に燃料や酸素（空気）（以下「燃料等」と称する）が供給されたことを検出し、起動信号を出力する。昇圧回路１２は、燃料電池２１からの低電圧出力を昇圧した昇圧出力を生成する。スイッチング手段２７は、燃料等供給検出手段２９から出力される起動信号と昇圧回路１２から出力される供給停止信号とに基づいて、リチウム蓄電池２３から供給される起動エネルギーを昇圧回路１２に出力するか否かの制御を行う。その一方で、昇圧回路１２の出力を昇圧回路１２自身にフィードバックさせることで、自己の昇圧動作を継続させることができる。

燃料等供給検出手段２９は、燃料等が燃料電池２１に供給されている間、起動信号を出力する。この起動信号は、燃料等が供給されている間に出力され（起動信号「オン」）、スイッチング手段２７のスイッチング素子５１を導通させるように作用する。一方、供給停止信号は、昇圧回路１２の昇圧出力自身であり、昇圧出力電圧が所定の電圧以上（供給停止信号「オン」）のときに、スイッチング手段２７のスイッチング素子５１を遮断するように作用し、逆に、所定の電圧以下（供給停止信号「オフ」）のときにスイッチング素子５１を導通させるように作用する。

また、これらの起動信号および供給停止信号とスイッチング手段２７との関係は、つぎのとおりである。すなわち、起動信号がオンの状態であり、かつ、供給停止信号がオフの状態のときには、スイッチング素子５１は導通し、リチウム蓄電池２３から起動エネルギーが昇圧回路１２に供給される。

一方、起動信号がオフの状態であるか、あるいは、供給停止信号がオンの状態であるかのいずれかのときには、スイッチング素子５１は遮断され、昇圧回路１２への起動エネルギーの供給はない。

このように、この実施の形態の昇圧装置では、燃料等が燃料電池に供給される状態にあり、かつ、昇圧回路１２が起動していないときに、リチウム蓄電池２３から昇圧回路１２に対して起動エネルギーを出力するようにしている。つまり、昇圧回路１２を起動させる必要があるときのみ、起動エネルギーを出力するように制御することで、起動エネルギーの効率的な使用を可能としている。

第１５図は、第１４図のスイッチング手段２７を、直列接続のスイッチング素子５１ａ，５１ｂで構成した場合のブロック図である。同図に示すように、起動信号をスイッチング素子５１ａに接続し、供給停止信号をスイッチング素子５１ｂに接続するように構成することで、第１４図のスイッチング手段２７の機能を簡易に実現することができる。

以上説明したように、この実施の形態の昇圧装置によれば、第１の電池からの低電圧出力が入力された昇圧回路に接続されたスイッチング手段が、燃料等供給検出手段から出力される起動信号および昇圧出力自身である供給停止信号に基づいて、第２の電池から供給される起動エネルギーを昇圧回路に出力させるか否かの制御を行うようにしているので、低電圧出力しか得られない第１の電池のエネルギーを利用して携帯機器などを動作させるための昇圧出力を得ることができるとともに、特殊な電池を用いることに起因する製造コストの増加を抑制し、汎用的な電池の利用によるコスト低減を可能とした昇圧装置を提供することができる。また、昇圧回路を起動させる必要があるときのみ起動エネルギーを出力することができ、起動エネルギーの効率的な使用が可能となる。

なお、この実施の形態の特徴である、燃料等供給検出手段から出力される起動信号および昇圧出力自身である供給停止信号に基づいて、起動エネルギーを昇圧回路に出力させるか否かの制御を行う構成を、第８，実施の形態９に適用することもでき、この実施の形態と同様な効果を得ることができる。

また、第２の電池であるリチウム蓄電池２３は、充電可能な二次電池であり、起動エネルギーを与えるエネルギー源としての役割を有しているが、エネルギーを供給できるものであればよく、例えば、充電ができない乾電池のような一次電池でもよい。また、通常のコンデンサや電気２重層コンデンサなどの蓄電素子であってもよい。

［実施の形態１１］
第１６図は、本発明の実施の形態１１にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。同図に示す昇圧装置は、第１４図に示す実施の形態１０の構成に加え、起動エネルギーおよび動作エネルギーのいずれか一つのエネルギーを昇圧回路１２に出力するか否かを選択する整流素子３６，３７を具備する選択回路２５と、昇圧回路１２の出力の全部または一部をリチウム蓄電池２３に出力するための整流素子３５とを備えている。なお、その他の構成は、第１４図に示す構成と同一あるいは同等であり、それらの部分には、同一符号を付して示している。

つぎに、第１６図を用いて、この昇圧装置の動作について説明する。ただし、燃料等供給検出手段２９が起動信号を出力する動作や、燃料電池２１が昇圧回路１２に対して低電圧出力を供給する動作については、実施の形態１０と同一であり、ここでの説明は省略する。

この実施の形態では、昇圧回路１２の昇圧出力の全部または一部を整流素子３５を介してリチウム蓄電池２３に出力する。整流素子３５は、実施の形態６と同様に、リチウム蓄電池２３から昇圧回路１２側への電流の逆流を防止するために備えられている。

スイッチング手段２７は、燃料等供給検出手段２９から出力される起動信号に基づいて、リチウム蓄電池２３から供給される起動エネルギーを昇圧回路１２に出力するか否かの制御を行う。この起動信号は、燃料等が供給されている間にスイッチング手段２７を導通させるための起動信号（「オン」信号）を出力する。このとき、リチウム蓄電池２３からのエネルギーが選択回路２５に出力される。

選択回路２５は、実施の形態７と同様に、スイッチング手段２７から出力される起動エネルギーと昇圧回路１２の昇圧出力である動作エネルギーのうちの優位な出力を昇圧回路１２に出力する。これらの起動エネルギーまたは動作エネルギーが供給された昇圧回路１２は、所定の昇圧出力を生成して出力する。

以上説明したように、この実施の形態の昇圧装置によれば、昇圧回路には、第１の電池から昇圧対象の低電圧出力が入力され、選択回路には、燃料等供給検出手段から出力される起動信号に基づいて動作するスイッチング手段を介した起動エネルギーと昇圧回路の出力である動作エネルギーとの双方が入力され、これらの起動エネルギーまたは動作エネルギーのいずれか一方を昇圧回路に出力するようにしているので、低電圧出力しか得られない第１の電池のエネルギーを利用して携帯機器などを動作させるための昇圧出力を得ることができるとともに、特殊な電池を用いることに起因する製造コストの増加を抑制し、汎用的な電池の利用によるコスト低減を可能とした昇圧装置を提供することができる。また、昇圧回路を起動させる必要があるときのみ起動エネルギーを出力することができ、起動エネルギーの効率的な使用が可能となる。

なお、この実施の形態の特徴である、燃料等供給検出手段から出力される起動信号基づいて起動エネルギーを出力させ、この起動エネルギーまたは動作エネルギーのいずれかを昇圧回路に出力させるか否かの制御を行う構成を、実施の形態８，９に適用することもでき、この実施の形態と同様な効果を得ることができる。

［実施の形態１２］
第１７図は、本発明の実施の形態１２にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。同図に示す昇圧装置は、第１７図に示す実施の形態１１の構成において、スイッチング手段２７に出力する起動信号を燃料電池２１に供給する燃料および酸素（空気）の制御をそれぞれ行うための制御バルブ４２，４３に付与する発電要求信号を信号遅延回路２８を介して出力するように構成している。なお、その他の構成は、第１６図に示す構成と同一あるいは同等であり、それらの部分には、同一符号を付して示している。

つぎに、第１７図を用いて、この昇圧装置の動作について説明する。発電要求信号が制御バルブ４２，４３に入力されると、これらの制御バルブ４２，４３が開かれ、燃料および酸素が燃料電池２１に供給される。また、この発電要求信号は信号遅延回路２８に入力される。信号遅延回路２８は、入力された発電要求信号に対して所定時間だけ遅延させた信号を起動信号としてスイッチング手段２７に出力する。

ところで、燃料や酸素が燃料電池に行き渡るには、多少の時間が必要となる。したがって、スイッチング手段２７をオンさせるタイミングを、燃料や酸素が燃料電池２１に送出されるタイミングよりも所定時間だけ遅延させることで、燃料電池２１による出力が昇圧回路１２に出力されるタイミングと、起動エネルギーが昇圧回路１２に出力されるタイミングとが、同期し、起動エネルギーの効率的な使用が可能となる。

また、信号遅延回路２８が遅延させる遅延時間は、発電要求信号が入力されてから燃料等が燃料電池２１の内部に行き渡るまでの時間に設定すればよく、燃料電池のシステムに応じた任意の時間に設定することができる。なお、その後の動作は、実施の形態１１と同様であり、昇圧回路１２によって所定の昇圧出力を得ることができる。

以上説明したように、この実施の形態の昇圧装置によれば、昇圧回路には、第１の電池から昇圧対象の低電圧出力が入力され、選択回路には、発電要求信号の遅延出力に基づいて動作するスイッチング手段を介した起動エネルギーと昇圧回路の出力である動作エネルギーとの双方が入力され、これらの起動エネルギーまたは動作エネルギーのいずれか一方を昇圧回路に出力するようにしているので、低電圧出力しか得られない第１の電池のエネルギーを利用して携帯機器などを動作させるための昇圧出力を得ることができるとともに、特殊な電池を用いることに起因する製造コストの増加を抑制し、汎用的な電池の利用によるコスト低減を可能とした昇圧装置を提供することができる。また、昇圧回路を起動させる必要があるときのみ起動エネルギーを出力することができ、起動エネルギーの効率的な使用が可能となる。

なお、この実施の形態の特徴である、発電要求信号の遅延出力を基づいて起動エネルギーを出力させ、この起動エネルギーまたは動作エネルギーのいずれかを昇圧回路に出力させるか否かの制御を行う構成を、実施の形態８，９に適用することもでき、この実施の形態と同様な効果を得ることができる。

［実施の形態１３］
第１８図は、本発明の実施の形態１３にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。同図に示す昇圧装置は、発電素子２０から出力された低電圧出力を昇圧対象として所定の電圧（例えば、接続される負荷が動作可能な電圧）程度に昇圧する昇圧回路１２と、昇圧回路１２に起動エネルギーを与えるために設けられた補助昇圧回路１３とを備えている。なお、発電素子２０は、単に昇圧対象となる低電圧出力を昇圧回路１２に供給するものであり、本昇圧装置の構成要件ではない。

第１８図において、発電素子２０としては、例えば、無負荷時に０．６Ｖ〜０．７Ｖ程度の低電圧を出力する単セルの燃料電池や、最大で０．５Ｖ強の低電圧を出力する単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、化合物半導体などの組成を有する単セルの太陽電池などが用いられる。

昇圧回路１２は、例えば、回路構成の容易なスイッチングレギュレート型の回路で構成され、自身に備えられるスイッチング素子のオン／オフ制御によってコイルに発生させた逆起電力のエネルギーを自身の内部のコンデンサなどの蓄電素子に電荷として蓄えることで昇圧出力を得ることができる。

一方、補助昇圧回路１３は、例えば、スイッチドキャパシタ型の回路や、チャージポンプ型の回路で構成される。補助昇圧回路１３の特徴は、０．２Ｖ〜０．３Ｖ程度の低電圧で起動することができ、蓄電素子の接続段数にもよるが、１．２Ｖ〜３Ｖの出力電圧を供給することにある。したがって、補助昇圧回路１３が供給する起動エネルギーに基づいて昇圧回路１２を起動することができる。なお、補助昇圧回路１３の具体例である、スイッチドキャパシタ型の回路と、チャージポンプ型の回路の詳細については、後述する。

つぎに、第１８図を用いて、この昇圧装置の動作について説明する。同図において、発電素子２０では、電気エネルギーが生成される。この生成された電気エネルギーに基づく出力は、一般的に低電圧である。例えば、燃料電池では、無負荷時（負荷が接続されていないとき）では０．６Ｖ〜０．７Ｖ程度であり、定格出力時では、たかだか０．３Ｖ前後である。また、太陽電池では、晴天時でも最大０．５Ｖ強であり、曇天時ではたかだか０．３Ｖ前後である。つまり、発電素子２０からの出力では、ノートパソコンや携帯電話などの携帯機器を直接動作させることはできない。

発電素子２０からの低電圧出力は昇圧回路１２に入力される。昇圧回路１２では、図示を省略したコンデンサなどの蓄電素子に昇圧された電気エネルギーが蓄積される。一方、昇圧回路１２を動作させるためには、所定の起動エネルギーが必要とされる。補助昇圧回路１３は、昇圧回路１２に起動電圧を供給する。昇圧回路１２は、起動時には１Ｖ程度の起動電圧を必要とするが、起動電流は少なくてもよいという特徴を有している。したがって、この実施の形態の昇圧装置では、起動時には補助昇圧回路１３からの起動電圧にて昇圧回路１２を起動し、起動後は、昇圧回路１２の動作を継続させるための動作エネルギーとして自身の出力をフィードバックさせつつ、昇圧出力を得るようにしている。このような構成にすれば、昇圧回路を起動するための電力供給手段が不要になるという利点を有する。

昇圧回路の具体的な例を挙げると、例えば、一般的なスイッチングレギュレート型の昇圧回路であれば、起動時では、０．９Ｖ〜１．２Ｖ程度の入力電圧を必要とするが、起動後は、０．１Ｖ程度の小さな入力電圧であっても昇圧回路１２自身の動作を継続させることができる。

なお、昇圧回路１２の出力、すなわち昇圧出力は、接続される携帯機器などの動作電圧に応じて任意の所定電圧に設定することができる。したがって、低電圧出力しか得られない発電素子２０のエネルギーを利用して携帯機器などを動作させるための所定の昇圧出力を得ることが可能となる。

つぎに、補助昇圧回路１３の具体例として、スイッチドキャパシタ型の回路や、チャージポンプ型の回路の動作原理などについて説明する。

第１９図は、スイッチドキャパシタ型の動作原理を説明するための原理図である。同図において、Ｖ_ｄｄは直流電圧であり、第１８図に示す発電素子２０が出力する低電圧出力に相当する。また、ＳＷ_１１〜ＳＷ_１５や、ＳＷ_２１〜ＳＷ_２８は、ＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子であり、図示しない制御回路などによってオンの状態、あるいはオフの状態のいずれかに制御される。コンデンサＣ_１１〜Ｃ_１５は電荷を蓄積するための蓄電素子であり、特に、コンデンサＣ_１５は昇圧回路１２を起動するための起動エネルギー（補助昇圧回路出力）を蓄積する蓄電素子である。

つぎに、第１９図を用いて、このスイッチドキャパシタ型回路の動作について説明する。まず、同図の上段に示す状態では、ＳＷ_２１〜ＳＷ_２８のすべてがオン（閉）の状態にあり、ＳＷ_１１〜ＳＷ_１５のすべてがオフ（開）の状態にある。このとき、直流電圧Ｖ_ｄｄから見るとコンデンサＣ_１１〜Ｃ_１５が並列に接続された状態にあり、コンデンサＣ_１１〜Ｃ_１５は、略Ｖ_ｄｄの電圧まで充電（電荷が蓄積）される。

この状態から、同図の下段に示すように、ＳＷ_２１〜ＳＷ_２８のすべてをオフの状態にし、ＳＷ_１１〜ＳＷ_１５のすべてをオンの状態に設定すれば、直流電圧Ｖ_ｄｄから見てコンデンサＣ_１１〜Ｃ_１４が直列に接続された状態となる。このとき、コンデンサＣ_１４の上端の電位は５Ｖ_ｄｄとなっているので、コンデンサＣ_１５の両端に５Ｖ_ｄｄの電圧（補助昇圧回路出力）を発生させることができる。なお、接続段数を増やせば、出力電圧をさらに増加させることもできる。一方、これらの一往復のスイッチング動作では、昇圧回路１２を動作させるための電流容量を確保することができないので、これらのスイッチング動作を繰り返し行うことで、所定の電流容量を確保することができる。

また、第２０図は、チャージポンプ型の回路構成および動作原理を説明するための図である。同図において、Ｖ_ｄｄは直流電圧であり、第１８図に示す発電素子２０が出力する低電圧出力に相当する。また、ＳＷ_３１〜ＳＷ_３５や、ＳＷ_４１〜ＳＷ_４８は、ＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子であり、図示しない制御回路などによってオンの状態、あるいはオフの状態のいずれかに制御される。コンデンサＣ_１１〜Ｃ_１５は電荷を蓄積するための蓄電素子であり、特に、コンデンサＣ_１５は昇圧回路１２を起動するための起動エネルギー（補助昇圧回路出力）を蓄積する蓄電素子である。このように、チャージポンプ型の回路も、スイッチドキャパシタ型の回路と同様に、コンデンサとスイッチング素子だけで構成することができる。

つぎに、第２０図を用いて、このチャージポンプ型の回路の動作について説明する。まず、同図の上段に示す状態では、ＳＷ_３１，ＳＷ_３３，ＳＷ_３５がオンの状態にあり、ＳＷ_３２，ＳＷ_３４がオフの状態にある。また、ＳＷ_４１，ＳＷ_４４，ＳＷ_４５，ＳＷ_４８がオンの状態にあり、ＳＷ_４２，ＳＷ_４３，ＳＷ_４６，ＳＷ_４７がオフの状態にある。このとき、コンデンサＣ_３１は略Ｖ_ｄｄの電圧まで充電（電荷が蓄積）され、コンデンサＣ_３１の上端の電位Ｖ_１は略Ｖ_ｄｄとなる。また、これ以後の動作で明らかになるが、コンデンサＣ_３２，Ｃ_３３，Ｃ_３４は、それぞれが、略２Ｖ_ｄｄ，３Ｖ_ｄｄ，４Ｖ_ｄｄの電圧まで充電されているので、コンデンサＣ_３２，Ｃ_３３，Ｃ_３４の各上端の電位Ｖ_２，Ｖ_３，Ｖ_４，Ｖ_５は、図示のように、それぞれ、略３Ｖ_ｄｄ，３Ｖ_ｄｄ，５Ｖ_ｄｄ，５Ｖ_ｄｄとなる。

この状態から、上記のスイッチング素子のすべての状態を反転すれば、同図の中段に示すような状態になる。このとき、コンデンサＣ_３１の上端の電位Ｖ_１は、ＳＷ_４２がオンの状態にあるとともに、ＳＷ_３２，ＳＷ_４３もオンの状態なので、コンデンサＣ_３２は略２Ｖ_ｄｄの電圧まで充電され、コンデンサＣ_３２の上端の電位Ｖ_２は略２Ｖ_ｄｄとなる。すなわち、第２０図に示す上段の状態から中段の状態への遷移によって、１段目（コンデンサＣ_３１）から２段目（コンデンサＣ_３２）へと電荷が転送されたことになる。この関係は、３段目（コンデンサＣ_３３）と４段目（コンデンサＣ_３４）との間でも同様である。

この状態から、上記のスイッチング素子のすべての状態を反転（つまり、上段の状態と同じスイッチ状態）すると、同図の下段に示すような状態になる。この状態では、発電素子（Ｖ_ｄｄ）から１段目、２段目（コンデンサＣ_３２）と３段目（コンデンサＣ_３３）との間、および４段目（コンデンサＣ_３４）と５段目（コンデンサＣ_３５）との間で電荷が転送される。第２０図に示すチャージポンプ型の回路は、このようなバケツリレー式の電荷転送を交互に繰り返すことで、スイッチドキャパシタ型の回路と同様に、所定の電圧、および所定の電流容量を確保するようにしている。

ところで、補助昇圧回路１３として用いられるスイッチドキャパシタ型の回路や、チャージポンプ型の回路は、昇圧回路１２として用いられるスイッチングレギュレート型の回路などに比べて、昇圧能力や、昇圧効率も低い。スイッチングレギュレート型の回路を高効率大電力型の昇圧回路とすれば、スイッチドキャパシタ型の回路や、チャージポンプ型の回路は、低効率小電力型の昇圧回路である。

しかしながら、スイッチドキャパシタ型の回路や、チャージポンプ型の回路は、コンデンサと、ＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子だけで構成することができる。また、ＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子は、０．２Ｖ〜０．３Ｖ程度の僅かな電圧でスイッチング動作させることができる。一方、スイッチングレギュレート型の回路は、起動時には０．９Ｖ以上の起動電圧が必要であるが、起動電流はあまり必要ではない。したがって、スイッチングレギュレート型の回路の起動にスイッチドキャパシタ型の回路や、チャージポンプ型の回路を用いるようにすれば、両者の特徴を効果的に活用することができる。

すなわち、低効率小電力型の昇圧回路は、発電電圧をあまり大きくできない発電素子と、起動電流は小さくてよいものの所定の起動電圧を必要とする高効率大電力型の昇圧回路との間に介在して、両者の欠点を相補う役目を果たすように動作させることができる。

以上説明したように、この実施の形態の昇圧装置によれば、昇圧回路１２には、自己の起動に必要な起動エネルギーである補助昇圧回路出力が入力され、あるいは自己の動作の継続に必要な動作エネルギーが自身からフィードバックされ、昇圧対象として供給された低電圧出力に基づいて昇圧出力を生成するようにしているので、発電素子以外の電力供給手段からの起動エネルギーに依存することなく昇圧回路を起動することができる。

［実施の形態１４］
第２１図は、本発明の実施の形態１４にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。同図に示す昇圧装置は、発電素子の発電エネルギーを効率的に利用するための構成である。同図の構成では、前述の実施の形態１３における第１８図の構成に補助昇圧回路１３の起動を停止するか否かを判断するための制御信号を昇圧回路１２から補助昇圧回路１３に対して出力するようにしている。

つぎに、第２１図を用いて、この昇圧装置の動作について説明する。ただし、昇圧回路１２が、補助昇圧回路１３からの起動エネルギー、または自身の出力の一部をフィードバックした動作エネルギーのいずれかを用いて昇圧動作を行う点は、第１の実施の形態と同一であり、ここでの説明は省略する。

この実施の形態の昇圧装置は、昇圧回路１２の起動後に補助昇圧回路１３から昇圧回路１２に出力されている動作エネルギーの供給を停止するため、昇圧回路１２から補助昇圧回路１３に対して制御信号を出力するようにしている。この制御信号としては、昇圧回路１２から出力される昇圧出力自身を用いることができる。このとき、動作エネルギーの供給を停止するか否かの判定は、昇圧出力のレベルに基づいて行えばよい。例えば、昇圧出力のレベルが所定値を超えていれば、動作エネルギーの供給を停止し、一方、昇圧出力のレベルが所定値未満であれば、動作エネルギーの供給を継続するように制御すればよい。また、補助昇圧回路１３の内部の動作／非動作の制御は、当該制御信号を受けて、スイッチドキャパシタ回路をスイッチングする発振回路を停止するようにすればよい。

以上説明したように、この実施の形態の昇圧装置によれば、昇圧回路は、昇圧出力に基づいて補助昇圧回路の起動を制御するようにしているので、昇圧回路の起動後は発電素子の発電エネルギーのすべてを発電に振り向けることができるので、発電エネルギーの効率的な利用を促進することができる。

［実施の形態１５］
第２２図は、本発明の実施の形態１５にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。同図に示す昇圧装置では、昇圧回路１２の出力段に直列に接続される出力制御回路１６ａを付加した昇圧装置の構成を示すものである。なお、その他の構成については、実施の形態１４の構成と同一、あるいは同等であり、これらの部分については、第２１図に示す各回路と、同一の符号を付して示している。

つぎに、第２２図を用いて、この昇圧装置の動作について説明する。ただし、昇圧回路１２が、補助昇圧回路１３からの起動エネルギー、または自身の出力の一部をフィードバックした動作エネルギーのいずれかを用いて昇圧動作を行う点は、実施の形態１，２と同一であり、ここでの説明は省略する。

第２２図において、昇圧回路１２で昇圧された昇圧出力は、出力制御回路１６ａによって、例えば、定電圧出力として出力され、図示しない負荷に安定した定電圧出力が供給される。また、実施の形態１４と同様に、所定の昇圧出力が出力されているときは、昇圧回路１２からの制御信号（起動停止制御信号）に基づいて補助昇圧回路１３からの起動エネルギーの出力が停止する。

なお、発電素子２０が太陽電池などのエネルギー源であれば、出力制御回路１６ａの出力を定電流出力とし、このエネルギーを蓄積するための二次電池を出力制御回路１６ａに直接接続してもよい。また、出力制御回路１６ａと二次電池との間に整流素子を介して接続してもよい。このような構成にすれば、二次電池から出力制御回路１６ａへの電流の逆流を防止することができるので、二次電池の不要な放電を防ぐことができる。

第２３図は、出力制御回路１６ａの一例として定電圧素子（ツェナーダイオード）を用いた場合の構成を示す図であり、第２４図は、出力制御回路１６の一例として定電圧素子６１（ツェナーダイオード）および定電流素子６２を用いた場合の構成を示す図である。これらの図に示すように、定電圧出力、あるいは定電流出力を簡易に構成することができるので、出力制御機能を有する昇圧装置をローコストで、かつコンパクトに実現することができる。また、出力制御回路１６の他の構成として、３端子シリーズレギュレータなども用いることができる。この場合には、出力電圧の安定度を高めることができる。

以上説明したように、この実施の形態の昇圧装置によれば、定電圧や定電流のための出力制御を行うようにしているので、実施の形態１，２の効果に加え、負荷に対して安定した出力を供給することができる。

［実施の形態１６］
第２５図は、本発明の実施の形態１６にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。同図に示す昇圧装置では、昇圧回路１２と並列に接続された出力制御回路１６ｂを付加した昇圧装置の構成を示すものである。なお、その他の構成については、実施の形態１４の構成と同一、あるいは同等であり、これらの部分については、第２１図に示す各回路と、同一の符号を付して示している。

つぎに、第２５図を用いて、この昇圧装置の動作について説明する。ただし、昇圧回路１２が、補助昇圧回路１３からの起動エネルギー、または自身の出力の一部をフィードバックした動作エネルギーのいずれかを用いて昇圧動作を行う点や、所定の昇圧出力が出力されているときに、昇圧回路１２からの制御信号に基づいて補助昇圧回路１３からの起動エネルギーの出力が停止する点については実施の形態１５と同一であり、ここでの説明は省略する。

第２５図において、昇圧回路１２で昇圧された昇圧出力は、出力制御回路１６ｂによってフィードバック制御され、定電圧可変出力として出力される。すなわち、この実施の形態の昇圧装置は、出力制御回路１６ｂの制御にて昇圧回路１２の出力を所定の定電圧に維持するとともに、その出力電圧を負荷容量に応じて可変する機能を有している。この定電圧可変出力機能は、例えば、昇圧回路１２をスイッチング型の回路で構成し、出力制御回路１６ｂから昇圧回路１２に対してＰＷＭ制御や、ＰＦＭ制御などの制御を行うことで実現することができる。

第２６図は、出力制御回路１６ｂの構成例の一例を示す図である。同図に示す出力制御回路１６ｂは、時比率変調回路６４、発振回路６５および比較回路６６を備えており、つぎのように動作する。出力制御回路１６ｂにおいて、比較回路６６では、昇圧回路１２の出力と所定の基準電圧値６７とが比較され、当該出力間の差分出力電圧が時比率変調回路６４に出力される。時比率変調回路６４では、例えば、発振回路６５から出力される三角波に対して比較回路６６から出力される差分出力電圧に基づいてＰＷＭ制御信号などが生成され、昇圧回路１２に出力される。なお、この実施の形態の回路構成では、上述したように、昇圧回路１２の昇圧出力が出力制御回路１６ｂによってフィードバック制御されるように構成されているので、出力電圧が安定化される。また、基準電圧値６７に基づいて出力電圧を可変する構成としているので、定電圧の可変出力を得ることができる。

以上説明したように、この実施の形態の昇圧装置によれば、昇圧回路１２の昇圧出力を出力制御回路１６ｂにてフィードバック制御するとともに、基準電圧に基づいて出力電圧を可変するようにしているので、実施の形態１〜３の効果に加え、負荷容量に応じ、可変の、かつ安定した出力を供給することができる。

［実施の形態１７］
第２７図は、本発明の実施の形態１７にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。同図に示す昇圧装置は、第２２図に示す実施の形態１５の昇圧回路において、出力制御回路１６から昇圧回路１２に制御信号を送信し、昇圧能力を可変とすることで、制御目標を達成する構成を示すものである。なお、その他の構成については、実施の形態１５の構成と同一、あるいは同等であり、これらの部分については、第２２図に示す各回路と、同一の符号を付して示している。

つぎに、第２７図を用いて、この昇圧装置の動作について説明する。同図において、昇圧回路１２は、前述のように起動時に補助昇圧回路１３から起動エネルギーを受けて起動する。この時点では、昇圧出力が発生していないか、出力制御回路１６の最低動作電圧に達していない。したがって、この時点では、出力制御回路１６からの制御信号は存在しないか、あるいは、不定な制御信号が存在する。このため、起動し始めた昇圧回路１２が不本意な制御信号状態により停止して、正常な動作が行われないおそれがある。この問題を解決するには、以下の特徴を有する回路構成にする必要がある。

（１）起動時に出力制御回路１６ａから昇圧回路１２に対して不定な制御出力を与えないこと。
（２）起動時に出力制御回路１６ａの制御信号出力端子はハイインピーダンスであること。

出力制御回路１６ａが不定な制御信号を出力しないようにするためには、制御信号出力段にバイポーラトランジスタなどの電流駆動素子を用いることが有効である。当該素子を用いれば、当該素子をオンするのに所定の電流が必要であり、昇圧回路１２の起動時、あるいは起動直後では、当該素子が誤って駆動されるのを防止することができる。また、出力端子をハイインピーダンスにすることで、昇圧回路１２から出力制御回路１６ａの制御出力端子に電流が流れ、昇圧回路の起動特性が劣化するのを防止することができる。したがって、出力制御回路１６ａの制御信号出力段には、オープンコレクタやゲート・ソース間に抵抗を並列接続して電流駆動型にしたオープンドレイン構成をとるのが有効である。

以上説明したように、この実施の形態の昇圧装置によれば、昇圧回路は、出力制御回路の制御出力に基づいて昇圧能力を制御するようにしているので、起動直後などの不安定な状態において、起動し始めた昇圧回路に対して出力制御回路から不本意な制御が行われるのを防止することができる。

［実施の形態１８］
第２８図は、本発明の実施の形態１８にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。同図に示す昇圧装置は、第１８図に示す実施の形態１３において、昇圧回路１２の出力の一部を次回以降の起動の際に利用されるエネルギーとして蓄積するための蓄電素子５８と、蓄電素子５８の出力が負荷側に流れないようにする逆流防止用の整流素子６８とを備え、起動エネルギーの出力元を補助昇圧回路１３または蓄電素子５８のいずれかを選択するための整流素子７２，７３を具備する選択回路７０を備えている。なお、その他の構成は、第１８図に示す構成と同一あるいは同等であり、それらの部分には、同一符号を付して示している。

つぎに、第２８図を用いて、この昇圧装置の動作について説明する。ただし、昇圧回路１２が、起動後に自身の出力の一部をフィードバックした動作エネルギーを用いて昇圧動作を行う点は、上述の他の実施の形態と同一であり、ここでの説明は省略する。

第２８図において、昇圧回路１２は、補助昇圧回路１３からの起動エネルギー、または蓄電素子５８からの起動エネルギーのいずれかを受けて起動する。整流素子７２，７３を具備する選択回路７０では、補助昇圧回路１３の出力電圧、または蓄電素子５８の出力電圧のいずれか高い方の出力が選択されて、昇圧回路１２に出力される。昇圧回路１２は、起動後、所定の昇圧出力を図示しない負荷などに供給する。また、蓄電素子５８には、昇圧出力の一部が整流素子２４を介して昇圧回路１２を再起動させるためのエネルギーとして蓄電される。

上述の他の実施の形態の昇圧装置では、昇圧回路１２に発電素子２０から所定の出力（発電エネルギー）が供給されない場合には、昇圧回路１２の動作が不安定になり、昇圧回路１２を停止させる必要がある。一方、昇圧回路１２の停止後、昇圧回路１２を再起動させるためには、新たな起動エネルギーが必要となる。このとき、昇圧回路１２の出力の全部または一部を自己を再起動させるためのエネルギーとして蓄電素子５８に蓄電しておけば、昇圧回路１２を再起動させる場合に、補助昇圧回路１３からの起動エネルギーではなく、蓄電素子５８からの起動エネルギーを用いることができる。蓄電素子５８からの起動エネルギーを用いて昇圧回路１２を再起動することができれば、補助昇圧回路１３を用いる場合に比べて、昇圧回路１２の起動時間を短縮させることができるのとともに、昇圧回路１２を確実に起動することができる。なお、昇圧回路１２から所定の昇圧出力が出力されているときは、実施の形態１４と同様に、昇圧回路１２の制御信号に基づいて補助昇圧回路１３および蓄電素子５８からの起動エネルギーの出力を停止すればよい。

以上説明したように、この実施の形態の昇圧装置によれば、蓄電素子（電力蓄積手段）には、自己の動作を再開させるための起動エネルギーとして昇圧出力の全部または一部が蓄積され、補助昇圧回路から出力される起動エネルギーである第１の起動エネルギーまたは蓄電素子から出力される起動エネルギーである第２の起動エネルギーのいずれか一方を昇圧回路に出力するようにしているので、昇圧回路の起動を確実に行うことができる。

なお、この実施の形態では、再起動のための起動エネルギーを蓄電するための素子として蓄電素子を用いているが、二次電池などを用いてもよい。二次電池を用いれば、昇圧回路の起動をさらに確実に行うことができる。

［実施の形態１９］
第２９図は、本発明の実施の形態１９にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。同図に示す昇圧装置では、昇圧回路１２に出力する補助昇圧回路出力の出力値（電圧）に基づいて昇圧回路１２に出力するタイミングを制御する電圧判定部８２ａおよびスイッチング部８３ａを付加した昇圧装置の構成を示すものである。なお、その他の構成については、実施の形態１３の構成と同一あるいは同等であり、これらの部分については同一の符号を付して示している。

つぎに、第２９図を用いて、この昇圧装置の動作について説明する。ただし、昇圧回路１２が、補助昇圧回路１３の補助昇圧回路出力である起動エネルギー、または自身の出力の一部がフィードバックした動作エネルギーのいずれかを用いて昇圧動作を行う点は、他の実施の形態と同一であり、ここでの説明は省略する。

第２９図において、補助昇圧回路１３からの出力（補助昇圧回路出力）は、電圧判定部８２ａのコンデンサ８６に蓄積され、当該蓄積された電圧が比較回路８４にてツェナーダイオードなどの定電圧素子８５が発生する基準電圧値（Ｖ_０）と比較される。このとき、コンデンサ８６の蓄積電圧が基準電圧値（Ｖ_０）を超えているときは、スイッチング部８３ａに具備されるＭＯＳＦＥＴ８７などのスイッチング素子が導通して補助昇圧回路出力（起動エネルギー）が昇圧回路１２に対して出力される。一方、コンデンサ８６の蓄積電圧が基準電圧値（Ｖ_０）を超えていないときは、スイッチング部８３ａのスイッチング素子が導通せず、昇圧回路１２に対する補助昇圧回路出力の供給が保留される。なお、コンデンサ８６と定電圧素子８５とによって決定される基準電圧値（Ｖ_０）は、例えば、第１９図に示したスイッチドキャパシタ型の回路や、第２０図に示したチャージポンプ型の回路の最終段のコンデンサに蓄積されたエネルギーが昇圧回路１２を起動させることができる所定のエネルギー量に達したときに、ＭＯＳＦＥＴ８７などのスイッチング素子がターンオンするような最適値に調整すればよい。

発電素子２０の発電量が少ない場合、補助昇圧回路１３から出力される出力電流が昇圧回路１２の起動に必要な電流値を下回ることがある。実施の形態１〜５までの昇圧装置による回路構成では、昇圧回路１２を起動するための電流（起動電流）が不足する場合には、起動をかけた直後の補助昇圧回路１３の出力電圧が瞬時に低下して、昇圧回路１２を起動できない場合が生じる可能性がある。

しかしながら、この実施の形態の昇圧装置では、コンデンサ８６（キャパシタンスＣ_Ｘ）に蓄積されるエネルギー量Ｅ＝（Ｃ_ＸＶ^２）／２が昇圧回路１２を起動可能にするエネルギー量に達したときに、補助昇圧回路１３の出力が昇圧回路１２に供給されるように基準電圧値（Ｖ_０）を設定するようにしている。したがって、発電素子２０の発電量が微弱な場合であっても、コンデンサへの蓄積時間は長くなるものの、時間の経過とともに充分な起動エネルギーが蓄積され、昇圧回路１２の起動を確実に行うことができる。

発電素子２０が太陽電池であれば、より低照度から昇圧出力を得ることができ、特に、屋外設置した太陽電池では、日の出から徐々に照度が増してくるので、昇圧装置が自動的に起動し、長時間にわたって昇圧出力を得ることができる。

以上説明したように、この実施の形態の昇圧装置によれば、電圧判定部には、補助昇圧回路出力を所定の基準電圧と比較するコンパレータが備えられ、コンパレータの比較結果に基づいてスイッチング部に具備されるスイッチング素子が制御されるように構成されているので、発電素子の発電状態に依存することなく昇圧装置の起動を確実に行うことができる。

また、この実施の形態の昇圧装置では、第１８図に示す実施の形態１３の昇圧装置において、補助昇圧回路と昇圧回路との間に電圧判定部８２ａと、スイッチング部８３ａとを備える構成としているが、これと同等の構成を実施の形態１４〜５の昇圧装置に対しても適用することができ、この実施の形態の昇圧装置と同様な効果が得られる。

［実施の形態２０］
第３０図は、本発明の実施の形態２０にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。同図に示す昇圧装置は、第２９図に示す電圧判定部８２ａおよびスイッチング部８３ａのそれぞれに替えて同等の機能を有する電圧判定部８２ｂおよびスイッチング部８３ｂを備えるように構成している。なお、その他の構成については、実施の形態１９の構成と同一あるいは同等であり、これらの部分については同一の符号を付して示している。

つぎに、第３０図を用いて、この昇圧装置の動作について説明する。なお、基本的な動作は、実施の形態１９と同一であり、それらの部分の詳細な説明は省略する。

第３０図において、電圧判定部８２ｂは、抵抗や、コンデンサ５０や、ダーリントン接続されたトランジスタ９１，９２などを備えており、補助昇圧回路１３内の最終段のコンデンサ９０に蓄積された蓄積電圧が、ダーリントン接続のトランジスタ９１，９２のＶ_ＢＥ（≒１．２Ｖ）を超えると、スイッチング部８３ｂのスイッチング素子９３が導通して昇圧回路１２に起動エネルギーが供給される。なお、電圧判定部８２ｂでは、ダーリントン接続されたトランジスタ９１，９２を用いているが、この接続に限定されるものではなく、抵抗と整流素子などを組み合わせ、整流素子に発生する電圧降下を利用するような構成としてもよい。

なお、この実施の形態の昇圧装置においても、電圧判定部８２ｂおよびスイッチング部８３ｂの抵抗値を所定の値に設定することで、実施の形態１９の昇圧装置と同様にコンデンサ９０（容量をＣ_０とする）に蓄積されるエネルギー量Ｅ＝（Ｃ_０Ｖ^２）／２が昇圧回路１２を起動可能にするエネルギー量に達したときに、補助昇圧回路１３の出力が昇圧回路１２に供給されるように動作させることができ、発電素子２０の発電量が微弱な場合であっても、昇圧回路１２の起動を確実に行うことができる。なお、この実施の形態の昇圧装置も、実施の形態１９の昇圧装置と同等の効果が得られるが、実施の形態１９の電圧判定部８２ａのようにコンパレータを必要としないので、消費電力が削減でき、蓄電素子へのエネルギー蓄積効率が改善されるとともに、コストが下げられるという利点が生じる。

以上説明したように、この実施の形態の昇圧装置によれば、電圧判定部には、補助昇圧回路出力が所定の電圧に達したときに導通するダーリントン接続されたトランジスタが備えられ、補助昇圧回路出力と、ダーリントン接続されたトランジスタのベースーエミッタ間に発生する降下電圧とに基づいて、スイッチング部に具備されるスイッチング素子が制御されるように構成されているので、発電素子の発電状態に依存することなく昇圧装置の起動を確実に行うことができる。

また、この実施の形態の昇圧装置では、第１８図に示す実施の形態１３の昇圧装置において、補助昇圧回路と昇圧回路との間に電圧判定部８２ｂと、スイッチング部８３ｂとを備える構成としているが、これと同等の構成を実施の形態１４〜１７の昇圧装置に対しても適用することができ、この実施の形態の昇圧装置と同様な効果が得られる。

以上のように、本発明にかかる昇圧装置は、携帯機器用電源に用いられる昇圧装置として有用であり、特に、エネルギー源として燃料電池出力や、太陽電池出力を利用する場合に適している。

本発明の実施の形態１にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態２にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施例１にかかるブーストコンバータ構成の太陽電池出力の昇圧回路の構成を示す図である。この発明の実施例２にかかるブーストコンバータ構成の太陽電池出力の昇圧回路の構成を示す図である。本発明の実施の形態３にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態４にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施例３にかかる太陽電池出力の昇圧回路の構成を示す図である。本発明の実施例４にかかる出力制御機能を有するブーストコンバータ構成の直列接続されていない太陽電池出力の昇圧回路の溝成を示す図である。本発明の実施の形態５にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態６にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態７にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態８にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態９にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態１０にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。第１４図のスイッチング手段２７を、直列接続のスイッチング素子５１ａ，５１ｂで構成した場合のブロック図である。本発明の実施の形態１１にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態１２にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態１３にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。スイッチドキャパシタ型の動作原理を説明するための原理図である。チャージポンプ型の回路構成および動作原理を説明するための図である。本発明の実施の形態１４にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態１５にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。出力制御回路１６ａの構成例の一例を示す図である。出力制御回路１６ａの構成例の他の例を示す図である。本発明の実施の形態１６にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。出力制御回路１６ｂの構成例の一例を示す図である。本発明の実施の形態１７にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態１８にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態１９にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態２０にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。

Claims

昇圧対象の入力電圧を昇圧した昇圧出力を生成する昇圧回路と、
前記昇圧回路の起動に必要な起動エネルギーを供給する電力供給手段と、
前記起動エネルギーの出力制御を行うスイッチング手段と、
前記起動エネルギーおよび前記昇圧回路の動作継続に必要な動作エネルギーのうちの出力電圧が高い方を前記昇圧回路に出力する選択回路と、
を備え、
前記昇圧回路は、前記昇圧出力の全部または一部を前記選択回路および前記電力供給手段に出力し、
前記スイッチング手段は、前記昇圧対象として入力される低電圧出力の発電制御に基づく起動信号に基づいて前記起動エネルギーを前記選択回路に出力させるか否かの制御を行うことを特徴とする昇圧装置。
前記昇圧回路と前記電力供給手段との間に整流素子が順接続されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の昇圧装置。
自己の起動に必要な起動エネルギーまたは自己の動作の継続に必要な動作エネルギーのいずれか一方が供給され、昇圧対象の入力電圧を昇圧した昇圧出力を生成する昇圧回路と、
前記起動エネルギーを供給する電力供給手段と、
前記起動エネルギーの出力制御を行うスイッチング手段と、
前記起動エネルギーおよび前記動作エネルギーのいずれか一方を前記昇圧回路に出力する選択回路と、
前記昇圧対象として入力される低電圧出力の発電制御のために送出される発電要求信号を所定時間だけ遅延させた遅延信号を生成して出力する信号遅延回路と、
を備え、
前記昇圧回路は、前記昇圧出力の全部または一部を前記選択回路および前記電力供給手段に出力し、
前記スイッチング手段は、前記遅延信号に基づいて前記起動エネルギーを前記選択回路に出力させるか否かの制御を行うことを特徴とする昇圧装置。
前記選択回路は、
前記蓄電素子と前記昇圧回路との間に順接続された整流素子と、
前記昇圧出力が前記昇圧回路自身にフィードバックされる方向に順接続された整流素子と、
を備えたことを特徴とする請求の範囲第３項に記載の昇圧装置。
昇圧対象の発電素子からの入力電圧を昇圧した昇圧出力を生成する昇圧回路と、
前記発電素子からの入力電圧によって起動され、前記昇圧回路の起動に要する電圧を供給する補助昇圧回路と、
前記昇圧出力の全部または一部を蓄電する電力蓄積手段と、
前記補助昇圧回路から出力される起動エネルギーまたは前記電力蓄積手段から出力される起動エネルギーのいずれか一方を前記昇圧回路に出力する選択回路と、
を備え、
前記昇圧回路は、前記昇圧出力の一部を前記動作エネルギーとして自己にフィードバックするとともに、該昇圧出力に基づいて前記補助昇圧回路および前記電力蓄積手段の起動をそれぞれ制御する
ことを特徴とする昇圧装置。
前記選択回路は、
前記補助昇圧回路と前記昇圧回路との間に順接続された整流素子と、
前記電力蓄積手段と前記昇圧回路との間に順接続された整流素子と、
を有することを特徴とする請求の範囲第５項に記載の昇圧装置。
前記昇圧回路と前記電力蓄積手段との間に整流素子が順接続されることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の昇圧装置。
昇圧対象の発電素子からの入力電圧を昇圧した昇圧出力を生成する昇圧回路と、
前記発電素子からの入力電圧によって起動され、前記昇圧回路の起動に要する電圧を供給する補助昇圧回路と、
前記補助昇圧回路と前記昇圧回路との間に、
前記補助昇圧回路の出力である補助昇圧回路出力の出力電圧を判定する電圧判定部と、
前記電圧判定部の判定結果に基づいて前記昇圧回路に前記補助昇圧回路出力の供給／停止を切り換えるスイッチング部と、
を備え、
前記昇圧回路は、起動後に前記昇圧回路の昇圧出力の一部を前記昇圧回路の動作継続に必要な動作エネルギーとして自己にフィードバックする
ことを特徴とする昇圧装置。
前記電圧判定部は、前記補助昇圧回路出力を所定の基準電圧と比較するコンパレータを備え、
前記コンパレータの比較結果に基づいて前記スイッチング部に具備されるスイッチング素子が制御されることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の昇圧装置。
前記電圧判定部は、前記補助昇圧回路出力が所定の電圧に達したときに導通するダーリントン接続されたトランジスタを備え、
前記補助昇圧回路出力と、該ダーリントン接続されたトランジスタのベースーエミッタ間に発生する降下電圧とに基づいて、前記スイッチング部に具備されるスイッチング素子が制御されることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の昇圧装置。