JP5659628B2

JP5659628B2 - 電圧制御回路および電気機器

Info

Publication number: JP5659628B2
Application number: JP2010189356A
Authority: JP
Inventors: 廣瀬　和宏; 和宏廣瀬
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2010-08-26
Filing date: 2010-08-26
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2030-08-26
Also published as: JP2012050227A; WO2012026492A1

Description

本発明は、電圧制御回路および電気機器に関する。

環境発電の分野においては、発電された微量の電力を有効に利用して、アプリケーションを動作させる必要がある。また、発電部の動作時の周辺温度や動作条件により、発電される電力に大きな変動が生じる。特に、発電のタイミングと電力の消費のタイミングとの間に、時間差があるような場合、発電した電力を効率よく蓄電し、利用するタイミングで安定的に供給する必要がある。

かかる問題を解決する方法として、アプリケーション（メイン回路）に、例えば、大容量のコンデンサを設けることが考えられる。しかし、この場合、発電により生じた電力が少量であると、十分な電圧の上昇を得ることができない。

これに対して、最適な容量のコンデンサを設けた場合、発電により生じた電力が大きいと、アプリケーション側の電圧が必要以上に上昇し、アプリケーション内に設けられたＩＣ等の絶対定格を超過してしまうことがある。

これを回避すべく、発電部とアプリケーションとの間に、電圧制御部を挿入した場合、その構成に応じて、次のような問題が生じる。

（１）発電部とアプリケーションとに、直列に電圧制御部を接続した場合、発電部からアプリケーションまでの間に電圧の降下が生じる。

（２）超過した電力を電圧制御部において、熱等に変換する構成とした場合、電力のロスが生じ無駄が多い。かかる構成を採用したものとして、例えば、特許文献１に開示されたシステムがある。

（３）超過した電力を電圧制御部において、グランドに放電する構成とした場合も、電力のロスが生じ無駄が多い。

特開２００９−７６２５９号公報

本発明は、上記従来の問題点を鑑みたものであり、その目的は、電力のロスを抑制しつつ、電力を安定的に供給する電圧制御回路を提供すること、また、該電圧制御回路を用いた電気機器を提供することにある。

このような目的は以下の（１）〜（８）の本発明により達成される。
（１）自己発電により電力を発生させる発電部と、
該発電部に接続され、第１の蓄電部を有するメイン回路部と、
前記発電部と前記メイン回路部とに接続された第２の蓄電部と、
該第２の蓄電部と、前記発電部および前記メイン回路部との間に接続され、前記メイン回路部の電圧の設定値を規定する電圧リミッタ部とを備え、
前記メイン回路部の電圧が前記設定値を超えたとき、前記発電部が発生した電力のうち、超過した電圧に相当する電力を、前記電圧リミッタ部を介して前記第２の蓄電部に供給して蓄電し、前記メイン回路部の電圧が前記設定値を下回ったとき、前記第２の蓄電部に蓄電された電力を、前記電圧リミッタ部を介して前記メイン回路部に供給するよう構成され、
前記第２の蓄電部に蓄電され、前記電圧リミッタ部を介して前記メイン回路部に供給される前記電力は、前記第１の蓄電部に一旦蓄電されるよう構成されていることを特徴とする電圧制御回路。

（２）前記発電部は、外部から力が付与された際に電力を発生する発電素子を含む上記（１）に記載の電圧制御回路。

（３）前記第２の蓄電部は、コンデンサで構成されている上記（１）または（２）に記載の電圧制御回路。

（４）前記電圧リミッタ部は、前記メイン回路部の電圧の前記設定値を規定するツェナーダイオードを含む上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の電圧制御回路。

（５）前記電圧リミッタ部は、前記メイン回路部の電圧が前記設定値を超えたときオンとなり、前記設定値を下回ったときオフとなるトランジスタと、ダイオードとを含み、
前記メイン回路部の電圧が前記設定値を超えたとき、前記超過した電圧に相当する電力が前記トランジスタを介して前記第２の蓄電部に供給され、前記メイン回路部の電圧が前記設定値を下回ったとき、前記第２の蓄電部に蓄電された電力が前記ダイオードを介して前記メイン回路部に供給される上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の電圧制御回路。

（６）前記ダイオードは、前記トランジスタの寄生ダイオードである上記（５）に記載の電圧制御回路。

（７）前記トランジスタは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である上記（５）または（６）に記載の電圧制御回路。

（８）上記（１）ないし（７）のいずれかに記載の電圧制御回路を有することを特徴とする電気機器。

本発明の電圧制御回路によれば、超過の電力をロスすることなく、電力を安定的に供給することができる。したがって、かかる電圧制御回路を有する電気機器は、安定して動作することができる。

本発明の電気機器を用いて構成した送信器のブロック図である。図１に示す送信器の電圧リミッタ部および蓄電部の構成を示す回路図である。

以下、本発明の電圧制御回路および電気機器を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて説明する。以下では、本発明の電気機器を用いて送信器を構成した場合について説明する。

図１は、本発明の電気機器を用いて構成した送信器のブロック図、図２は、図１に示す送信器の電圧リミッタ部および蓄電部の構成を示す回路図である。

図１に示す送信器１は、外部機器に対して、所定の信号を無線送信する装置である。この送信器１は、主に、発電部２と、この発電部２に接続されたメイン回路部３と、メイン回路部３に接続されたアンテナ４と、発電部２とメイン回路部３とに接続された蓄電部５と、蓄電部５と発電部２およびメイン回路部３との間に接続された電圧リミッタ部６とを有している。

発電部２は、自己発電により電力を発生させることが可能であり、例えば、外部から力（物理的な力、磁力等）が付与された際に電力を発生する発電素子（図示せず）を備えている。したがって、この発電部２は、連続してではなく、一過性（一時的）に電力を発生させる。かかる発電素子を用いることにより、送信器１の小型化を図ることができるとともに、環境に優しい発電が可能である。

このような発電素子は、例えば、ステッピングモータ、ＤＣモーター、圧電素子、磁歪素子等で構成することができる。本実施形態では、発電素子がステッピングモータで構成されており、発電部２は、さらに、押圧操作により、ステッピングモータ（送信器１）を駆動させるスイッチを備えている。

なお、発電素子の１回の発電量は、５００〜１５００μＪ／５〜２０ｍｓｅｃ程度であるのが好ましい。

また、発電部２には、発電部２により発生した電力を整流する整流回路部７が接続されており、整流された電力がメイン回路部３側に供給される。

メイン回路部３は、蓄電部３１と、電源部３２と、制御マイコン３３と、ＲＦコントローラ３４とを備え、これらが互いに接続されている。

蓄電部３１は、例えば、コンデンサ等で構成されており、所定の容量の電力を蓄電する。蓄電部３１の容量は、特に限定されないが、５０〜８０μＦ程度とすることができる。

電源部３２は、発電部２で発生した電力および／または蓄電部３１に蓄電された電力を制御マイコン３３およびＲＦコントローラ３４に供給する。この電源部３２は、例えば、ステップアップ電源で構成されており、制御マイコン３３およびＲＦコントローラ３４に供給する電力を所定の電圧値に調整する。調整すべき電圧値は、特に限定されないが、２〜３Ｖ程度とされる。

電源部３２によって所定の電圧値に調整された電力は、制御マイコン３３およびＲＦコントローラ３４に供給され、ＲＦコントローラ３４は、制御マイコン３３の制御により所定の周波数の信号を発振する。

ＲＦコントローラ３４には、アンテナ４が接続されており、アンテナ４は、ＲＦコントローラ３４が発振した信号を、外部機器に対して無線送信する。

さて、本発明では、送信器１において、蓄電部５および電圧リミッタ部６を設けたことに特徴を有する。かかる構成により、メイン回路部３の電圧が設定値を超えたとき、発電部２が発生した電力のうち、超過した電圧に相当する電力を、電圧リミッタ部６を介して蓄電部５に供給して蓄電し、メイン回路部３の電圧が前記設定値を下回ったとき、蓄電部５に蓄電された電力を、電圧リミッタ部６を介してメイン回路部３に供給する。

このメイン回路部３に供給された電力は、制御マイコン３３およびＲＦコントローラ３４で直接利用されるか、あるいは、蓄電部３１に一旦蓄電される。

かかる構成により、メイン回路部３、特に、制御マイコン３３およびＲＦコントローラ３４を構成するＩＣ等に、絶対定格を超過する電圧の電力が供給されるのを防止することができ、ＩＣ等が劣化、破損するのを好適に防止することができる。また、電力のロスを抑制しつつ、電力を安定的にメイン回路部３に供給することができ、送信器１の安定した動作を実現することができる。

なお、メイン回路部３の電圧の設定値は、メイン回路部３を構成する素子の絶対定格に応じて適宜設定されるものであり、特に限定されないが、３〜４．５Ｖ程度とされる。

蓄電部５は、例えば、コンデンサ等で構成されており、所定の容量の電力を蓄電する。蓄電部５の容量は、特に限定されないが、３３〜１２０μＦ程度とすることができる。

電圧リミッタ部６は、図２に示すように、ツェナーダイオード６１と、寄生ダイオードとしてダイオードＤを備えるＦＥＴ（トランジスタ）６２と、抵抗６３とで構成されている。

ツェナーダイオード６１は、メイン回路部３の電圧の設定値を規定する機能を有する。すなわち、所定の降伏電圧を有するツェナーダイオード６１を用いることにより、メイン回路部３の電圧の設定値を目的の値とすることができる。

かかる構成により、メイン回路部３の電圧が設定値を超えたとき、超過した電圧に相当する電力は、抵抗６３を介してツェナーダイオード６１に電流として流れるようになる。このとき、ＦＥＴ６２がオンとなり、超過した電圧の電力は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）６２を介して蓄電部５に供給され、蓄電される。

その後、メイン回路部３の電圧が設定値を下回ると、抵抗６３およびツェナーダイオード６１に電流が流れなくなる。その結果、ＦＥＴ６２がオフとなり、蓄電部５に蓄電された電力は、ダイオードＤを介してメイン回路部３に供給されることとなる。

なお、ダイオードＤは、ＦＥＴ６２の寄生ダイオードとして設けられる構成について説明したが、ＦＥＴ６２とは別個の素子として設けるようにしてもよい。ただし、ダイオードＤを寄生ダイオードとすることにより、回路構成の簡略化を図ることができるとともに、コストの削減ができるという効果も得られる。

以上説明した送信器１によれば、発電部２によって発電される電力が微量であっても、かかる電力をロスすることなく、メイン回路部３に安定的に供給することができる。したがって、かかる送信器１は、安定して動作することができる。

以上、本発明の電圧制御回路および電気機器を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各構成は、同様の機能を発揮し得る任意のものと置換することができ、あるいは、任意の構成のものを付加することができる。

また、本発明の電気機器を用いれば、送信器に限らず、例えば、各種データを計測・保存するデータロガー等を構成することができる。

１…送信器２…発電部３…メイン回路部３１…蓄電部３２…電源部３３…制御マイコン３４…ＲＦコントローラ４…アンテナ５…蓄電部６…電圧リミッタ部６１…ツェナーダイオード６２…ＦＥＴ６３…抵抗Ｄ…ダイオード７…整流回路部

Claims

自己発電により電力を発生させる発電部と、
該発電部に接続され、第１の蓄電部を有するメイン回路部と、
前記発電部と前記メイン回路部とに接続された第２の蓄電部と、
該第２の蓄電部と、前記発電部および前記メイン回路部との間に接続され、前記メイン回路部の電圧の設定値を規定する電圧リミッタ部とを備え、
前記メイン回路部の電圧が前記設定値を超えたとき、前記発電部が発生した電力のうち、超過した電圧に相当する電力を、前記電圧リミッタ部を介して前記第２の蓄電部に供給して蓄電し、前記メイン回路部の電圧が前記設定値を下回ったとき、前記第２の蓄電部に蓄電された電力を、前記電圧リミッタ部を介して前記メイン回路部に供給するよう構成され、
前記第２の蓄電部に蓄電され、前記電圧リミッタ部を介して前記メイン回路部に供給される前記電力は、前記第１の蓄電部に一旦蓄電されるよう構成されていることを特徴とする電圧制御回路。
前記発電部は、外部から力が付与された際に電力を発生する発電素子を含む請求項１に記載の電圧制御回路。
前記第２の蓄電部は、コンデンサで構成されている請求項１または２に記載の電圧制御回路。
前記電圧リミッタ部は、前記メイン回路部の電圧の前記設定値を規定するツェナーダイオードを含む請求項１ないし３のいずれかに記載の電圧制御回路。
前記電圧リミッタ部は、前記メイン回路部の電圧が前記設定値を超えたときオンとなり、前記設定値を下回ったときオフとなるトランジスタと、ダイオードとを含み、
前記メイン回路部の電圧が前記設定値を超えたとき、前記超過した電圧に相当する電力が前記トランジスタを介して前記第２の蓄電部に供給され、前記メイン回路部の電圧が前記設定値を下回ったとき、前記第２の蓄電部に蓄電された電力が前記ダイオードを介して前記メイン回路部に供給される請求項１ないし４のいずれかに記載の電圧制御回路。
前記ダイオードは、前記トランジスタの寄生ダイオードである請求項５に記載の電圧制御回路。
前記トランジスタは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である請求項５または６に記載の電圧制御回路。
請求項１ないし７のいずれかに記載の電圧制御回路を有することを特徴とする電気機器。