JP4876949B2

JP4876949B2 - 電源回路

Info

Publication number: JP4876949B2
Application number: JP2007031019A
Authority: JP
Inventors: 卓福井; 光輝畑谷
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-02-09
Filing date: 2007-02-09
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2027-02-09
Also published as: JP2008199745A

Description

本発明は、発電素子により得られる電力から負荷の電源を発生させる電源回路に関するものである。

負荷の電源を発生させる従来の電源回路として、単セルのような太陽電池（発電素子）に対応する電源回路がある。この従来の電源回路は、太陽電池からの微小電力を昇圧回路部で昇圧し、レギュレータ回路部からなる電力供給回路部で定電圧出力し、負荷回路へ電力を供給するものである。

このような従来の電源回路は、レギュレータ回路部の出力側に一次電池又は二次電池を備えることで、太陽電池に光が十分に得られない状況下でも負荷を駆動することができる。具体的には、太陽電池に対する光照射が常に得られる状況下において、太陽電池の発電量がある一定値を超えると、昇圧回路部及び電力供給回路部が動作し負荷回路に電力を供給する。一方、太陽電池に光が十分に得られず、太陽電池に発電量が一定値を下回る場合は、昇圧動作を停止し、無駄な電流消費を抑え、負荷回路は一次電池又は二次電池の電力で駆動される。

また、上記電源回路とは別の従来の電源回路の例として、特許文献１には、昇圧回路を駆動するためのクロック信号を生成する発振回路に、給電電力と蓄電電力のいずれかを選択して供給する電子機器が開示されている。
特開平１１−１９６５４０号公報（段落００４７〜００７０及び図１）

さて、今後予想されるユビキタス社会において、電源回路を内蔵したセンサ装置として、小型で長寿命の電池レス／ワイヤレスセンサ装置が必要となってくる。

しかしながら、装置全体の小型化を考えた場合、従来の電源回路では、太陽電池の受光面積が小さくなり、発電量が減少する。特に光量が少ない低照度下では、太陽電池の電流能力が小さいため、昇圧回路部が動作し、負荷回路に負荷電流が流れるとすぐに電圧が下がってしまい、昇圧回路部は動作を停止する。つまり、従来の電源回路には、発電素子（太陽電池）の発電量が十分に多くない場合、発電素子から負荷回路へ電力をほとんど供給することができず、蓄電素子（二次電池）からの電力が補われているという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、発電素子の発電量が十分に多くない場合でも、発電素子の発電を効率よく利用することができる電源回路を提供することにある。

請求項１の発明は、発電素子と、前記発電素子から得られる電圧を安定化する平滑化容量素子と、前記平滑化容量素子で安定化された電圧をスイッチ素子のスイッチング動作によって昇圧する昇圧回路部と、前記昇圧回路部の出力電圧から定電圧を生成し当該定電圧を負荷回路へ供給する電力供給回路部と、前記電力供給回路部の出力側に接続される蓄電素子と、前記スイッチ素子に前記スイッチング動作をさせる発振回路部と、予め設定された複数のしきい値を用いて前記発振回路部への電源供給を制御する制御回路部とを備え、前記平滑化容量素子が、前記スイッチ素子のスイッチング周期ごとに当該平滑化容量素子に蓄えられる電荷が当該スイッチング周期において前記スイッチング動作によって消費される電流と当該スイッチング周期との積より大きくなるような容量値を有することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記昇圧回路部がスイッチトキャパシタ方式の回路により構成され、前記平滑化容量素子で安定化された電圧を昇圧する前段の昇圧部と、前記前段の昇圧部の出力電圧を昇圧する後段の昇圧部とに分けており、前記制御回路部が、前記複数のしきい値のうち少なくとも一のしきい値を用いて前記発振回路部への電源供給の有無を切り替え、前記複数のしきい値のうち少なくとも他の１つを用いて前記発振回路部の電源を前記蓄電素子とするか又は前記前段の昇圧部とするかを切り替えることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記前段の昇圧部の出力電圧が当該前段の昇圧部の入力電圧の２倍であるとともに、前記一のしきい値が前記発振回路部の動作限界電圧の２分の１であり、前記制御回路部が、前記前段の昇圧部の入力電圧が前記一のしきい値以下になると、前記発振回路部への電源供給を停止に切り替えることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項の発明において、前記発振回路部が、第１のインバータと、前記第１のインバータの出力端に入力端が接続されるとともに容量素子を介して前記第１のインバータの入力端に出力端が接続される第２のインバータと、前記第２のインバータの出力端に入力端が接続されるとともに抵抗を介して前記第１のインバータの入力端に出力端が接続される第３のインバータと、前記３つのインバータへの電源供給の有無を切り替える電源スイッチとを備えることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項の発明において、前記発振回路部が、当該発振回路部への電源供給の停止から実行に切り替わったときに、前記発電素子の発電量が予め設定された設定値に達するまでの間、前記発電素子の発電量が前記設定値より多い場合より前記スイッチ素子のスイッチング周波数を低くすることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、発電素子の発電量が十分に多くない場合でも、そのわずかの発電量に基づく電荷を平滑化容量素子に蓄えて負荷回路へ電力を供給することができるので、発電素子の発電を効率よく利用することができる。

請求項２の発明によれば、発電素子の発電量が一定値以下である場合に発振回路部への電源供給を停止することによって、発振回路部が無駄に動作することを防止することができる。

請求項３の発明によれば、発振回路部の電源電圧が発振回路部の動作限界電圧になるまで、発振回路部への電源供給を行うことができるので、スイッチング動作時の消費電流を極限まで小さくすることができるとともに、平滑化容量素子に蓄えられる電荷を増加することができ、増加した分に応じて負荷回路へ多くの電力を供給することができる。

請求項４の発明によれば、発振回路部の構成要素を従来のものに比べて簡素化することができるので、発振回路部をより低電圧で駆動することができる。これにより、さらなる低消費電力の発振回路部を実現することができ、平滑化容量素子に蓄えられた電荷をより多く負荷回路へ供給することができる。

請求項５の発明によれば、発電素子の発電量が少ない場合に、スイッチ素子のスイッチング周波数を低くすることによって、スイッチング動作時の消費電流を小さくすることができるので、平滑化容量素子に蓄えられた電荷をより多く負荷回路へ供給することができる。

（実施形態１）
まず、本発明の実施形態１に係る電源回路１の構成について図１〜５を用いて説明する。この電源回路１は、例えばセンサ装置などに内蔵されてセンサの負荷回路２を駆動する電源を発生させるものであり、図１に示すように、発電素子として用いられる太陽電池３と、太陽電池３から得られる電圧を安定化する平滑化容量素子４と、平滑化容量素子４で安定化された電圧を後述のスイッチ素子５０１，５０２，５１１，５１２（図３参照）のスイッチング動作によって昇圧する昇圧回路部５と、昇圧回路部５の出力電圧から定電圧を生成し上記定電圧を負荷回路２へ供給する電力供給回路部６と、電力供給回路部６の出力側に接続される二次電池（蓄電素子）７と、スイッチ素子５０１，５０２，５１１，５１２にスイッチング動作をさせる発振回路部８と、予め設定された複数のしきい値ＶＨ１Ｈ，ＶＨ２Ｈを用いて発振回路部８への電源供給を制御する制御回路部９とを備えている。

太陽電池３は例えばアモルファス太陽電池や色素増感太陽電池などであり、屋内使用の場合、例えば屋内照明などの明かりで発電し、屋外使用の場合、太陽光で発電する。この太陽電池３は、図２の電流−電圧特性に示すように、照度が低いほど、得られる電流値が減っていく傾向にある。これにより、負荷回路２（図１参照）に流れる負荷電流に対する動作電圧は小さくなる（図２のＡ→Ｂ）。この動作電圧が小さいと、後述するように昇圧回路部５は昇圧動作した後、負荷回路２に負荷電流が流れると瞬時に停止してしまう。

ところで、図２より、太陽電池３には、それぞれの照度ごとに最大電力となる動作点ＰＭＡＸが存在する。この動作点ＰＭＡＸで太陽電池３を発電させて負荷回路２（図１参照）を駆動すれば、太陽電池３による発電をより効果的に利用することができる。

図１に示す平滑化容量素子４は太陽電池３の出力側に接続され、太陽電池３の発電で発生した電圧を安定化する。この平滑化容量素子４の容量値は、後述のスイッチ素子５０１，５０２，５１１，５１２（図３参照）のスイッチング周期（クロック周期）ごとに平滑化容量素子４に蓄えられる電荷が、上記スイッチング周期においてスイッチ素子５０１，５０２，５１１，５１２のスイッチング動作によって消費される消費電流Ｉと上記スイッチング周期Ｔとの積Ｉ×Ｔより大きくなるように設定される。ここで、上記スイッチング動作によって消費される消費電流Ｉとは、後述の発振回路部８、レベルシフト回路部８６及び昇圧回路部５のスイッチング動作の昇圧に関する回路の消費電力をいう。また、平滑化容量素子４の容量値を設定するにあたって、平滑化容量素子４の両端電圧は、後述する発振回路部８の動作限界電圧の２分の１（しきい値ＶＨ１Ｌと同じ値）としている。

昇圧回路部５は、図３に示すようにスイッチトキャパシタ方式の回路により構成されたものであり、平滑化容量素子４（図１参照）で安定化された電圧である入力電圧ＶＩＮを昇圧する前段の昇圧部５０と、前段の昇圧部５０の出力電圧ＶＯ１を昇圧する後段の昇圧部５１とを備えている。

前段の昇圧部５０は、容量素子５００と、容量素子５００の両端に直列に接続される２つのスイッチ素子５０１，５０１と、上記スイッチ素子５０１，５０１とは別に容量素子５００の両端に直列に接続される２つのスイッチ素子５０２，５０２と、出力側に設けられた容量素子５０３とを備えている。このような構成の前段の昇圧部５０は、スイッチ素子５０１，５０１がオン状態、スイッチ素子５０２，５０２がオフ状態であるときに、入力電圧ＶＩＮによって容量素子５００を充電する。その後、スイッチ素子５０１，５０１がオフ状態、スイッチ素子５０２，５０２がオン状態になると、スイッチ素子５０２を介して平滑化容量素子４（図１参照）と容量素子５００が直列接続になり、容量素子５０３を充電して、入力電圧ＶＩＮを２倍に昇圧した出力電圧ＶＯ１を生成する。なお、入力電圧ＶＩＮの波形図は図４に示している。

一方、図３の後段の昇圧部５１は、容量素子５１０及び２つのスイッチ素子５１１，５１１の直列回路が４組、容量素子５０３と並列に接続され、容量素子５０３，５１０間、それぞれの容量素子５１０，５１０間及び出力側にスイッチ素子５１２・・・が設けられた構成である。このような構成の後段の昇圧部５１は、スイッチ素子５１１・・・がオン状態、スイッチ素子５１２・・・がオフ状態であるときに、出力電圧ＶＯ１によって４つの容量素子５１０・・・を充電する。その後、スイッチ素子５１１・・・がオフ状態、スイッチ素子５１２・・・がオン状態になると、容量素子５０３と４つの容量素子５１０・・・が直列接続になり、出力電圧ＶＯ１を５倍に昇圧した出力電圧ＶＡを生成する。上記より、昇圧回路部５は、出力電圧ＶＡとして入力電圧ＶＩＮの１０倍昇圧電圧を生成することができる。

図１の電力供給回路部６はレギュレータ回路部６０を備えている。レギュレータ回路部６０は、昇圧回路部５の出力電圧ＶＡを安定化し、安定化した電圧を負荷回路２及び二次電池７へ供給する。

二次電池７は電力供給回路部６から電圧が供給されて充電されるものであり、太陽電池３に光が十分得られない場合に、負荷回路２に電力を供給したり、発振回路部８やレベルシフト回路部８６に電力を供給したりする。

発振回路部８は、図５に示すようにマルチバイブレータ発振回路を基に構成されたものであり、第１のインバータ８０と、第１のインバータ８０の出力端に入力端が接続されるとともに容量素子８３を介して第１のインバータ８０の入力端に出力端が接続される第２のインバータ８１と、第２のインバータ８１の出力端に入力端が接続されるとともに抵抗８４を介して第１のインバータ８０の入力端に出力端が接続される第３のインバータ８２と、３つのインバータ８０〜８２への電源供給の有無を切り替えるトランジスタスイッチ（電源スイッチ）８５とを備えている。３つのインバータ８０〜８２の電源電力は、トランジスタスイッチ８５を介して昇圧回路部５の前段の昇圧部５０又は二次電池７（図１参照）から供給される。上記のような回路構成は比較的回路規模が小さい上に低消費電力で実現することができる。

上記の発振回路部８は、発振周期が２ＲＣｌｎ３（Ｃ：容量素子８３の容量値、Ｒ：抵抗８４の抵抗値）のクロック信号ＣＬＫＡ，ＣＬＫＢを生成し、これらのクロック信号ＣＬＫＡ，ＣＬＫＢをレベルシフト回路部８６（図１参照）に出力する。ここで、クロック信号ＣＬＫＡ，ＣＬＫＢはレベルシフト回路部８６に入力して、遅延されるとともに、各スイッチ素子５０１，５０２，５１１，５１２（図３参照）のゲート信号として出力される。このゲート信号の周期は発振回路部８の発振周期により決まる。このため、発振周期は負荷への供給電流に影響し、より短い（発振周波数がより高い）ほうがよい。したがって、容量素子８３と抵抗８４はより小さい値にすることが好ましい。そこで、抵抗８４として比較的ばらつきの小さい拡散抵抗を用い、容量素子８３として寄生容量素子のない二層ポリシリコン容量を用いて寄生容量による影響を抑えている。ただし、抵抗８４の抵抗値が小さすぎると発振回路部８自体の消費電流が大きくなってしまうので、容量素子８３の容量値及び抵抗８４の抵抗値は、発振周期が３．５μｓとなるように、それぞれ１ｐＦ、１．５ＭΩとしている。

ところで、従来の発振回路部（図示せず）は、クロック信号の出力を停止する場合、一般的に３つのトランジスタを含むＮＡＮＤ回路と切替信号の組み合わせで制御している。このような従来の発振回路部は、電源電圧が常に与えられているので、切替信号に対して応答がよい。しかし、正常動作させるには、少なくとも３つのトランジスタしきい値分の電源電圧が必要であった。

これに対して、実施形態１の発振回路部８は、クロック信号ＣＬＫＡ，ＣＬＫＢの出力を停止する場合、少しでも低電圧駆動して自己の消費電力を抑えるために、トランジスタスイッチ８５によって電源供給を遮断する。このような構成によって、発振回路部８は、ＮＡＮＤ回路の不要な構成を実現でき、２つのトランジスタしきい値分の電源電圧で動作することを可能とする。なお、発振回路部８には電源が常に供給されていないため、発振回路部８の応答は従来の発振回路部より若干悪化するが、電源回路１として用いるには問題ないレベルである。

また、発振回路部８は、図１に示すように、二次電池７の電圧を電源電圧ＶＯＳＣとして供給を受ける給電路と、昇圧回路部５の前段の昇圧部５０における出力電圧ＶＯ１を電源電圧ＶＯＳＣとして供給を受ける給電路とがあり、後述するように制御回路部９の制御によって２つの給電路が切り替えられる。

制御回路部９は昇圧回路部５の入力電圧ＶＩＮをモニタ（検知）し、太陽電池３に光が十分に得られていないとき、つまり入力電圧ＶＩＮが予め設定されたしきい値ＶＨ１Ｈより低いとき（ＶＩＮ＜ＶＨ１Ｈ）、発振回路部８の給電路のそれぞれに設けられたスイッチ９０，９１を両方ともオフ状態にする。これにより、発振回路部８は動作せず、無駄に電力を消費することがなくなる。その後、入力電圧ＶＩＮがしきい値ＶＨ１Ｈ以上（ＶＩＮ≧ＶＨ１Ｈ）になると、制御回路部９はスイッチ９０をオフ状態にしたまま、スイッチ９１をオン状態にして、発振回路部８の電源を二次電池７にして電源供給を行う。その後、入力電圧ＶＩＮが予め設定されたしきい値ＶＨ１Ｌ（ＶＨ１Ｌ＜ＶＨ１Ｈ）以下（ＶＩＮ≦ＶＨ１Ｌ）になると、制御回路部９はスイッチ９０，９１の両方をオフ状態にして、発振回路部８への電源供給を停止する。しきい値ＶＨ１Ｌは、発振回路部８の動作限界電圧の２分の１の値に設定されている。

一方、入力電圧ＶＩＮがしきい値ＶＨ１Ｈ以上である状態において、制御回路部９は昇圧回路部５の出力電圧ＶＯ１をモニタ（検知）し、昇圧回路部５での昇圧動作が進んで前段の昇圧部５０の出力電圧ＶＯ１が予め設定されたしきい値ＶＨ２Ｈ以上（ＶＯ１≧ＶＨ２Ｈ）になると、スイッチ９１をオフ状態にし、スイッチ９０をオン状態にして、発振回路部８の電源を二次電池７から前段の昇圧部５０に切り替える。つまり、発振回路部８の電源電圧は出力電圧ＶＯ１となる。しきい値ＶＨ２Ｈは、二次電池７の電圧値の５分の１に設定されている。例えば二次電池７の電圧値を３Ｖとすると、しきい値ＶＨ２Ｈは０．６０Ｖとなる。その後、出力電圧ＶＯ１が予め設定されたしきい値ＶＨ２Ｌ（ＶＨ２Ｌ＜ＶＨ２Ｈ）以下（ＶＯ１≦ＶＨ２Ｌ）になると、制御回路部９はスイッチ９０をオフ状態にし、スイッチ９１をオン状態にして、発振回路部８の電源を前段の昇圧部５０から二次電池７に切り替える。これとは別に、入力電圧ＶＩＮがしきい値ＶＨ１Ｌ以下（ＶＩＮ≦ＶＨ１Ｌ）になると、スイッチ９０，９１の両方をオフ状態にして、発振回路部８への電源供給を停止する。

上記のように、実施形態１では、入力電圧ＶＩＮの２倍昇圧電圧である出力電圧ＶＯ１を発振回路部８の電源電圧となるように設定し、発振回路部８の動作限界電圧の２分の１の値を電源回路１が停止するためのしきい値ＶＨ１Ｌとしている。これにより、しきい値ＶＨ１Ｈとしきい値ＶＨ１Ｌの差であるヒステリシス電圧を大きくすることができるので、より平滑化容量素子４の両端電圧つまり入力電圧ＶＩＮを大きくすることができる。

これに対して、実施形態１とは異なり、前段の昇圧部５０における入力電圧ＶＩＮに対する出力電圧ＶＯ１の比である昇圧比を３倍、４倍・・・と大きくすると、上記ヒステリシス電圧をさらに大きくすることができるものの、ある程度照度のある正常昇圧状態では発振回路部８の電源電圧がその分大きくなることから、発振回路部８の消費電力量が増大し、この結果、負荷回路２への供給電力量を増やすことができない。上記とは別に、前段の昇圧部５０の昇圧比を１．５倍など整数倍でない値とすると、昇圧回路部５の昇圧方式が複雑になることから、昇圧回路部５の消費電力量が増大し、この結果、負荷回路２への供給電力量が少なくなってしまう。

上記の点から、実施形態１では、低照度下でも効率よく負荷回路２へ電力を供給することができるようにするには、入力電圧ＶＩＮに対する出力電圧ＶＯ１の昇圧比は２倍であることが最適となる。

次に、本発明の実施形態１に係る電源回路１において、３つの状態Ａ，Ｂ，Ｃを遷移する動作について図１，６を用いて説明する。状態Ａは、太陽電池３に光が得られずクロック信号ＣＬＫＡ，ＣＬＫＢ（図５参照）が停止して負荷へ電流が供給されない状態である。状態Ａにおいて太陽電池３に光が得られ始めると、太陽電池３が発電し、平滑化容量素子４が充電することで、負荷回路２が開放しているとき、つまり無負荷時（昇圧回路部５が停止している状態）では、太陽電池３の開放電圧としてある程度（例えば０．６０Ｖ）の入力電圧ＶＩＮが得られる。ここで、入力電圧ＶＩＮがしきい値ＶＨ１Ｈ（例えば０．５０Ｖ）以上になるので、制御回路部９がスイッチ９１をオン状態にし、発振回路部８及びレベルシフト回路部８６が二次電池７で駆動され、昇圧回路部５が昇圧動作を開始する。これにより、負荷回路２に負荷電流が流れ、状態Ａから状態Ｂに遷移する。しかし、太陽電池３の発電量が小さいため、負荷回路２に負荷電流が流れると入力電圧ＶＩＮが低くなり、入力電圧ＶＩＮがしきい値ＶＨ１Ｌ（例えば０．３０Ｖ）より低くなると、制御回路部９がスイッチ９１をオフ状態にし、発振回路部８の動作は停止し、再び状態Ａに戻る。上記動作により、状態Ａと状態Ｂの繰り返し現象、つまりＶＩＮ発振現象（以下「ＶＩＮ発振モード」という）が発生することになる。ここで、入力電圧ＶＩＮを判定するしきい値ＶＨ１Ｈ，ＶＨ１Ｌにヒステリシスを持たせているので、低照度におけるＶＩＮ発振モードにおいて、最初は状態Ａと状態Ｂを繰り返すことによって、容量素子５０３を充電しながら出力電圧ＶＯ１が少しずつ上昇していく。

その後、昇圧回路部５の昇圧動作が進み、出力電圧ＶＯ１がしきい値ＶＨ２Ｈ（例えば０．６０Ｖ）以上になると、制御回路部９がスイッチ９０をオン状態、スイッチ９１をオフ状態にすることで、発振回路部８の電源が二次電池７から前段の昇圧部５０に切り替わり、昇圧安定動作状態（状態Ｃ）となる。このとき、レベルシフト回路部８６の電源電圧は出力電圧ＶＡとなる。太陽電池３に光が常にある程度得られる状況であれば、電源回路１は状態Ｃで落ち着き、太陽電池３で発電した電力を負荷回路２へ供給することができる。光があまり得られない場合、状態Ｃに移っても、容量素子５０３は、ある程度充電されており十分な出力電圧ＶＯ１を保つので、最終的には、状態Ｂをとばし、その後は状態Ｃと状態Ａを繰り返すことになる。また、状態Ｃのように太陽電池３に光がある程度得られる状況下であれば、二次電池７の使用頻度が少なくなることから、二次電池７の交換が不要となり、メンテナンスフリー化を図ることができる。

以上、実施形態１によれば、図１に示す平滑化容量素子４の容量値が、スイッチ素子５０１，５０２，５１１，５１２（図３参照）のスイッチング周期ごとに蓄えられる電荷が、スイッチング動作による消費電流Ｉとスイッチング周期Ｔとの積Ｉ×Ｔより大きくなるように設定されることによって、太陽電池３の発電量が十分に多くない場合でも、そのわずかの発電量に基づく電荷を平滑化容量素子４に蓄えて負荷回路２へ電力を供給することができるので、太陽電池３の発電を効率よく利用することができる。低照度におけるＶＩＮ発振モードにより太陽電池３のわずかな発電を有効利用し、電源回路１の長寿命化を図ることができる。

また、太陽電池３の発電量が一定値以下である場合に発振回路部８への電源供給を停止することによって、発振回路部８が無駄に動作することを防止することができる。

さらに、発振回路部８の電源電圧が発振回路部８の動作限界電圧になるまで、発振回路部８への電源供給を行うことができるので、スイッチング動作時の消費電流を極限まで小さくすることができるとともに、平滑化容量素子４に蓄えられる電荷を増加することができ、増加した分に応じて負荷回路２へ多くの電力を供給することができる。

発振回路部８の構成要素を従来のものに比べて簡素化することができるので、発振回路部８をより低電圧で駆動することができる。これにより、さらなる低消費電力の発振回路部８を実現することができ、平滑化容量素子４に蓄えられた電荷をより多く負荷回路２へ供給することができる。

（実施形態２）
本発明の実施形態２に係る電源回路１ａの構成について図７を用いて説明する。この電源回路１ａは、実施形態１の電源回路１（図１参照）と同様に、太陽電池３と、平滑化容量素子４と、昇圧回路部５と、電力供給回路部６と、二次電池７と、制御回路部９とを備えているが、実施形態１の電源回路１にはない以下に記載の特徴部分を有する。

実施形態２の電源回路１ａは、実施形態１の発振回路部８（図５参照）に代えて図７に示すような発振回路部８ａを備えている。なお、図７のａは図１のａで２つのスイッチ９０，９１と接続する。

発振回路部８ａは、３つのインバータ８０〜８２と、容量素子８３と、抵抗８４とを実施形態１の発振回路部８（図５参照）と同様に備え、さらに第１のインバータ８０の入力端と第２のインバータ８１の出力端との間に設けられた容量素子８７及びスイッチ８８を備えている。この発振回路部８ａは、自己への電源供給が停止から実行に切り替えられたときに、太陽電池３の発電量が予め設定された設定値に達するまでの間、太陽電池３の発電量が上記設定値より多い場合より昇圧回路部５のスイッチ素子５０１，５０２，５１１，５１２（図３参照）のスイッチング周波数を低くする。つまり、低照度におけるＶＩＮ発振モードになっている間、スイッチ素子５０１，５０２，５１１，５１２のスイッチング周波数を低くすることである。

ここで、スイッチ素子５０１，５０２，５１１，５１２（図３参照）のスイッチング周波数は発振回路部８ａのクロック信号ＣＬＫＡ，ＣＬＫＢの周波数に依存するので、発振回路部８ａは、光があまり得られない低照度において、スイッチ８８をオン状態にしてクロック信号ＣＬＫＡ，ＣＬＫＢの周波数を低くするようにしている。

また、予め設定された設定値とは、ＶＩＮ発振モードが発生する範囲の上限値をいう。太陽電池３の発電量と入力電圧ＶＩＮとは相関があるので、ＶＩＮ発振モードが発生する範囲の上限となる入力電圧ＶＩＮが、しきい値ＶＨ３として設定される（ＶＨ１Ｈ＜ＶＨ３＜ＶＨ２Ｈ）。

実施形態２では、入力電圧ＶＩＮがしきい値ＶＨ１Ｌを下回った後、スイッチ８８はオン状態になる。入力電圧ＶＩＮがしきい値ＶＨ１Ｈ以上となったとき、しきい値ＶＨ３に達するまでの間（ＶＩＮ≦ＶＨ３）、スイッチ８８はオン状態のままであり、クロック信号ＣＬＫＡ，ＣＬＫＢの発振周期は、２ＲＣ１ｌｎ３（Ｃ１：容量素子８３及び容量素子８７の合成容量値、Ｒ：抵抗８４の抵抗値）となり、スイッチ８８がオフ状態である場合（２ＲＣｌｎ３）より長くなる。つまり、クロック信号ＣＬＫＡ，ＣＬＫＢの周波数は低くなる。これにより、スイッチ８８がオフ状態である場合に比べて、負荷回路２への供給電力量は少なくなるものの、スイッチング動作時における昇圧回路部５や発振回路部８の消費電力量を少なくすることができる。なお、発振回路部８ａは上記以外の点において発振回路部８（図５参照）と同様である。

以上、実施形態２によれば、太陽電池３の発電量が少ない場合に、図７に示す発振回路部８ａのクロック信号ＣＬＫＡ，ＣＬＫＢの発振周期を長くし、スイッチ素子５０１，５０２，５１１，５１２のスイッチング周波数を低くすることによって、スイッチング動作時の消費電流を小さくすることができるので、平滑化容量素子４に蓄えられた電荷をより多く負荷回路２へ供給することができる。これにより、例えばセンサ装置全体の長寿命化を図ることができる。特に、負荷回路２の消費電流が小さい場合に有効となる。

本発明の実施形態１に係る電源回路の回路構成図である。同上に係る太陽電池の特性図である。同上に係る昇圧回路部の回路構成図である。同上に係る入力電圧の電圧波形図である。同上に係る発振回路部の回路構成図である。同上に係る電源回路の状態遷移図である。本発明の実施形態２に係る発振回路部の回路構成図である。

符号の説明

１，１ａ電源回路
２負荷回路
３太陽電池（発電素子）
４平滑化容量素子
５昇圧回路部
６電力供給回路部
７二次電池（蓄電素子）
８，８ａ発振回路部
９制御回路部
Ｉ消費電流
Ｔスイッチング周期
ＶＩＮ入力電圧
ＶＯ１，ＶＡ出力電圧
ＶＨ１Ｈ，ＶＨ１Ｌ，ＶＨ２Ｈ，ＶＨ２Ｌ，ＶＨ３しきい値

Claims

発電素子と、
前記発電素子から得られる電圧を安定化する平滑化容量素子と、
前記平滑化容量素子で安定化された電圧をスイッチ素子のスイッチング動作によって昇圧する昇圧回路部と、
前記昇圧回路部の出力電圧から定電圧を生成し当該定電圧を負荷回路へ供給する電力供給回路部と、
前記電力供給回路部の出力側に接続される蓄電素子と、
前記スイッチ素子に前記スイッチング動作をさせる発振回路部と、
予め設定された複数のしきい値を用いて前記発振回路部への電源供給を制御する制御回路部と
を備え、
前記平滑化容量素子が、前記スイッチ素子のスイッチング周期ごとに当該平滑化容量素子に蓄えられる電荷が当該スイッチング周期において前記スイッチング動作によって消費される電流と当該スイッチング周期との積より大きくなるような容量値を有する
ことを特徴とする電源回路。
前記昇圧回路部がスイッチトキャパシタ方式の回路により構成され、前記平滑化容量素子で安定化された電圧を昇圧する前段の昇圧部と、前記前段の昇圧部の出力電圧を昇圧する後段の昇圧部とに分けており、
前記制御回路部が、前記複数のしきい値のうち少なくとも一のしきい値を用いて前記発振回路部への電源供給の有無を切り替え、前記複数のしきい値のうち少なくとも他の１つを用いて前記発振回路部の電源を前記蓄電素子とするか又は前記前段の昇圧部とするかを切り替える
ことを特徴とする請求項１記載の電源回路。
前記前段の昇圧部の出力電圧が当該前段の昇圧部の入力電圧の２倍であるとともに、前記一のしきい値が前記発振回路部の動作限界電圧の２分の１であり、
前記制御回路部が、前記前段の昇圧部の入力電圧が前記一のしきい値以下になると、前記発振回路部への電源供給を停止に切り替える
ことを特徴とする請求項２記載の電源回路。
前記発振回路部が、第１のインバータと、前記第１のインバータの出力端に入力端が接続されるとともに容量素子を介して前記第１のインバータの入力端に出力端が接続される第２のインバータと、前記第２のインバータの出力端に入力端が接続されるとともに抵抗を介して前記第１のインバータの入力端に出力端が接続される第３のインバータと、前記３つのインバータへの電源供給の有無を切り替える電源スイッチとを備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電源回路。
前記発振回路部が、当該発振回路部への電源供給の停止から実行に切り替わったときに、前記発電素子の発電量が予め設定された設定値に達するまでの間、前記発電素子の発電量が前記設定値より多い場合より前記スイッチ素子のスイッチング周波数を低くすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電源回路。