JP6267052B2 - 電源回路、及び電源回路の制御方法 - Google Patents

電源回路、及び電源回路の制御方法 Download PDF

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Description

本発明は電源回路、及び電源回路の制御方法に関し、例えば複数の電圧源を備える電源回路、及び電源回路の制御方法に関する。
近年、光エネルギー、振動エネルギー、熱エネルギー、電波（電磁波）等の身の回りにあるエネルギーを電力に変換するエナジーハーベスト技術が注目を集めている。エナジーハーベスト技術を用いることで、電子機器に電池を搭載する必要がなくなり、電子機器の利便性を向上させることができる。
特許文献１には、複数の電池の状態を個別に確認することができる組電池に関する技術が開示されている。また、特許文献２には、複数の電池の使用の自由度を高めて電池の使用効率を向上させることが可能な電子機器に関する技術が開示されている。
特開平１１−２７３７４７号公報 特許第２９５９６５７号
エナジーハーベスト技術を用いた場合、一つの電圧源で得られる電圧は非常に小さい。このため、電圧源の電圧を電子機器を駆動できる電圧まで昇圧するために電圧制御回路（昇圧回路）を設ける必要がある。また、エナジーハーベスト技術を用いた電圧源では、一つの電圧源で得られる電力も小さい。このため、電子機器を駆動するために複数の電圧源を設け、これらの電圧源で得られた電力を集約する必要がある。
しかしながら、複数の電圧源毎に電圧制御回路を設けると電源回路の回路面積が大きくなる。一方、回路面積を小さくするために複数の電圧源で単一の電圧制御回路を共有すると、各々の電圧源の出力電圧が一定ではないため電力ロスが生じ、各々の電圧源から効率的に電力を取り出すことができないという問題がある。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態にかかる電源回路は、Ｎ個（Ｎ≧３）の電圧源と、入力された電圧を昇圧する第１及び第２の電圧制御回路と、Ｎ個の電圧源のうちの少なくとも一つを第１及び第２の電圧制御回路のうちのいずれか一つに接続する電圧源接続スイッチと、を備える。
また、一実施の形態にかかる電源回路では、第１及び第２の電圧制御回路、並びに電圧源接続スイッチは同一のチップ上に形成されている。そして、第１の電圧制御回路と電圧源接続スイッチは、チップの外に設けられた第１の配線を介して接続されており、第２の電圧制御回路と電圧源接続スイッチは、チップの外に設けられた第２の配線を介して接続されている。
一実施の形態にかかる電源回路の制御方法は、Ｎ個の電圧源の電圧をモニタし、Ｎ個の電圧源の電圧に応じて、Ｎ個の電圧源のうちの少なくとも一つを第１及び第２の電圧制御回路のうちのいずれか一つに接続する。
前記一実施の形態によれば、各々の電圧源から効率的に電力を取り出すことができる電源回路、及び電源回路の制御方法を提供することができる。
実施の形態１にかかる電源回路を示すブロック図である。 実施の形態１にかかる電源回路が備える電圧源接続スイッチの一例を示すブロック図である。 電圧源接続スイッチの具体例を示す回路図である。 実施の形態１にかかる電源回路が備える電圧制御回路の一例を示す回路図である。 実施の形態１にかかる電源回路が備える電圧源切替回路の一例を示すブロック図である。 電圧源切替回路の具体例を示す回路図である。 実施の形態１にかかる電源回路が備える電圧モニタ回路の一例を示す図である。 実施の形態１にかかる電源回路の動作を示すタイミングチャートである。 実施の形態１にかかる電源回路の動作の一例を示すブロック図である。 比較例にかかる電源回路の動作の一例を示すブロック図である。 実施の形態２にかかる電源回路を示すブロック図である。 実施の形態２にかかる電源回路の動作を示すタイミングチャートである。 実施の形態２にかかる電源回路の動作の一例を示すブロック図である。 実施の形態３にかかる電源回路の構成例を示す図である。 比較例にかかる電源回路を示す図である。 実施の形態３にかかる電源回路が備える各々のパッドの配置の一例を示す図である。 実施の形態３にかかる電源回路が備える各々のパッドの配置の一例を示す図である。 実施の形態３にかかる電源回路が備える各々のパッドの配置の一例を示す図である。 実施の形態４にかかる電源システムの一例を示すブロック図である。 ＲＦ−ＤＣ変換回路の出力電圧と出力電力との関係を示す図である。 実施の形態４にかかる電源システムの他の例を示すブロック図である。 実施の形態４にかかる電源システムの他の例を示すブロック図である。 実施の形態４にかかる電源システムの他の例を示すブロック図である。
＜実施の形態１＞
以下、図面を参照して実施の形態１について説明する。
図１は、実施の形態１にかかる電源回路１を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態にかかる電源回路１は、電圧源１１_１〜１１_５、電圧源接続スイッチ１３、電圧制御回路１４_１、１４_２、電圧源切替回路１６、電圧モニタ回路１７、制御回路１８、及びクロック生成回路２０を備える。電源回路１は負荷回路１５に電力を供給している。
各々の電圧源１１_１〜１１_５は電源電圧Ｖ１〜Ｖ５を生成し、生成した電源電圧Ｖ１〜Ｖ５を電圧源接続スイッチ１３及び電圧源切替回路１６に出力する。電圧源１１_１〜１１_５は、エナジーハーベスト技術を用いて電源電圧（電力）を生成する。例えば電圧源１１_１〜１１_５は、光、振動エネルギー、熱エネルギー、電波（電磁波）等の身の回りにあるエネルギーを電力に変換する。
例えば光エネルギーを電力に変換する場合は、光電変換素子（太陽電池）を用いることができる。振動エネルギーを電力に変換する場合は、圧電素子を用いることができる。熱エネルギーを電力に変換する場合は、熱電素子（ペルチェ素子）を用いることができる。電波を電力に変換する場合は、例えばアンテナと整流素子を備える回路（レクテナ）を用いることができる。エナジーハーベスト技術を用いた場合は、一つの電圧源で得られる電圧は非常に小さい。例えば、電波を電力に変換した際に得られる電源電圧は約０．１Ｖ〜０．２Ｖ程度である。
電波を電力に変換する場合は、複数の周波数帯域の電波を電力に変換するために、各々の周波数帯域に対応した電圧源１１_１〜１１_５（つまり、各々の周波数帯域の電波を受信する電圧源１１_１〜１１_５）を設けてもよい。ここで所定の周波数帯域とは、例えば携帯電話の周波数帯域、無線ＬＡＮの周波数帯域、地上デジタル放送の周波数帯域など、多くの電波が使用されている周波数帯域（つまりエネルギーの高い周波数帯域）である。このように、各々異なる周波数帯域の電波を用いた場合は、各々の電圧源１１_１〜１１_５で得られる電源電圧は周波数帯域毎に異なる場合もある。
電圧源接続スイッチ１３は、各々の電圧源１１_１〜１１_５と電圧制御回路１４_１、１４_２との接続状態を切り替える。つまり電圧源接続スイッチ１３は、電圧源１１_ｎ（１≦ｎ≦５）が電圧制御回路１４_１に接続されている状態、電圧源１１_ｎが電圧制御回路１４_２に接続されている状態、電圧源１１_ｎが電圧制御回路１４_１、１４_２のいずれにも接続されていない状態の３つの接続状態を切り替える。
図２は、本実施の形態にかかる電源回路１が備える電圧源接続スイッチ１３の一例を示すブロック図である。図２に示すように、電圧源接続スイッチ１３は複数のスイッチＳＷ１_１〜ＳＷ５_１、ＳＷ１_２〜ＳＷ５_２を備える。電圧源１１_１は、スイッチＳＷ１_１を介して電圧制御回路１４_１と接続されており、スイッチＳＷ１_２を介して電圧制御回路１４_２と接続されている。電圧源１１_２は、スイッチＳＷ２_１を介して電圧制御回路１４_１と接続されており、スイッチＳＷ２_２を介して電圧制御回路１４_２と接続されている。電圧源１１_３〜１１_５についても同様である。
例えば、電圧源接続スイッチ１３は、スイッチＳＷ１_１をオン状態、スイッチＳＷ１_２をオフ状態とすることで、電圧源１１_１が電圧制御回路１４_１に接続されている状態にすることができる。また、電圧源接続スイッチ１３は、スイッチＳＷ１_１をオフ状態、スイッチＳＷ１_２をオン状態とすることで、電圧源１１_１が電圧制御回路１４_２に接続されている状態にすることができる。また、電圧源接続スイッチ１３は、スイッチＳＷ１_１及びスイッチＳＷ１_２をオフ状態とすることで、電圧源１１_１が電圧制御回路１４_１、１４_２のいずれにも接続されていない状態にすることができる。電圧源１１_２〜１１_５についても同様である。複数のスイッチＳＷ１_１〜ＳＷ５_１、ＳＷ１_２〜ＳＷ５_２は、制御回路１８から出力される制御信号を用いて制御される。
図３は、電圧源接続スイッチ１３の具体例を示す回路図である。図３に示すように、例えばスイッチＳＷ１_１は、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１_１、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１_１、及びインバータＩＮＶ１_１を用いて構成することができる。電圧源１１_１は、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１_１のソース及びＮＭＯＳトランジスタＭＮ１_１のドレインに接続されており、電圧制御回路１４_１は、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１_１のドレイン及びＮＭＯＳトランジスタＭＮ１_１のソースに接続されている。ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１_１のゲートはインバータＩＮＶ１_１の入力側に接続されており、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１_１のゲートはインバータＩＮＶ１_１の出力側に接続されている。
制御信号ＣＴＲ１_１がハイレベルの場合、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１_１のゲートにはハイレベルの信号が供給され、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１_１のゲートにはロウレベルの信号が供給される。よってこの場合は、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１_１及びＰＭＯＳトランジスタＭＰ１_１がオン状態となり、電圧源１１_１と電圧制御回路１４_１とが接続される。換言すると、電圧制御回路１４_１に電源電圧Ｖ１が供給される。スイッチＳＷ１_２についてもスイッチＳＷ１_１の場合と同様である。
なお、図３に示したスイッチＳＷ１_１、ＳＷ１_２の構成例は一例であり、スイッチＳＷ１_１、ＳＷ１_２はこれ以外の構成であってもよい。例えばスイッチＳＷ１_１をＰＭＯＳトランジスタのみを用いて構成してもよく、またＮＭＯＳトランジスタのみを用いて構成してもよい。なお、電圧源１１_１から供給される電源電圧Ｖ１が低いことを考慮すると、一つのＭＯＳトランジスタを用いてスイッチＳＷ１_１を構成する場合は、ＮＭＯＳトランジスタを用いることが好ましい。
例えば、電圧源接続スイッチ１３は、電圧源１１_１〜１１_５のうち電圧が所定の基準電圧よりも低い電圧源を電圧制御回路１４_１に接続し、電圧源１１_１〜１１_５のうち電圧が所定の基準電圧以上の電圧源を電圧制御回路１４_２に接続してもよい。このようにすることで、同程度の電源電圧を備える電圧源を各々の電圧制御回路１４_１、１４_２に接続することができる。
図１に示す電圧制御回路１４_１、１４_２は、各々の入力電圧Ｖｉｎ_１、Ｖｉｎ_２を昇圧し、昇圧後の出力電圧Ｖｏｕｔを負荷回路１５に出力する。電圧制御回路１４_１から出力される出力電圧、及び電圧制御回路１４_２から出力される出力電圧は略同一（Ｖｏｕｔ）である。電圧制御回路１４_１は、クロック生成回路２０から供給されたクロック信号ＣＬＫ_１に応じて入力電圧を昇圧する。電圧制御回路１４_２は、クロック生成回路２０から供給されたクロック信号ＣＬＫ_２に応じて入力電圧を昇圧する。クロック生成回路２０は、制御回路１８から供給された制御信号に応じて、クロック信号ＣＬＫ_１、ＣＬＫ_２を生成する。電圧制御回路１４_１、１４_２の各々にはクロック信号ＣＬＫ_１、ＣＬＫ_２として、電圧制御回路１４_１の出力電圧と電圧制御回路１４_２の出力電圧とが略同一となるようなクロック信号ＣＬＫ_１、ＣＬＫ_２がそれぞれ供給される。
例えば、電圧制御回路１４_１は、電圧制御回路１４_１に供給されたクロック信号ＣＬＫ_１のデューティー比に応じて入力電圧を昇圧する。同様に、電圧制御回路１４_２は、電圧制御回路１４_２に供給されたクロック信号ＣＬＫ_２のデューティー比に応じて入力電圧を昇圧する。
図４は電圧制御回路１４_１の一例を示す回路図である（電圧制御回路１４_２についても同様の構成である）。図４に示すように、電圧制御回路１４_１は、インダクタＬ１、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１０、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１０、及びキャパシタＣ１を備えるスイッチングレギュレータを用いて構成することができる。
インダクタＬ１の一端には電圧源から供給された入力電圧Ｖｉｎ_１が供給される。ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１０のドレインはインダクタＬ１の他端及びＰＭＯＳトランジスタＭＰ１０のソースに接続されており、ソースは接地されており、ゲートにはクロック信号ＣＬＫ_１が供給される。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１０のソースはインダクタＬ１の他端及びＮＭＯＳトランジスタＭＮ１０のドレインに接続されており、ドレインはキャパシタＣ１の一端に接続されており、ゲートにはクロック信号ＣＬＫ_１が供給される。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１０のドレインからは出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。
クロック信号ＣＬＫ_１がハイレベルの場合、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１０はオン状態、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１０はオフ状態となる。このとき、インダクタＬ１の一端には入力電圧Ｖｉｎ_１が供給され、他端は接地されるので、インダクタＬ１には電流が流れる。これによりインダクタＬ１にはエネルギーが蓄えられる。その後、クロック信号ＣＬＫ_１がロウレベルになると、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１０はオフ状態、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１０はオン状態となる。これにより、インダクタＬ１に蓄えられたエネルギーが、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１０のドレインから放出されて出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。出力電圧Ｖｏｕｔは、クロック信号ＣＬＫ_１のデューティー比に応じて決定される。ここでクロック信号ＣＬＫ_１のデューティー比は、ハイレベルの時間／（ハイレベルの時間＋ロウレベルの時間）を計算することで求めることができる。
電圧制御回路１４_１の出力電圧Ｖｏｕｔは、クロック信号ＣＬＫ_１のデューティー比が大きいほど高くなる。本実施の形態にかかる電源回路では、電圧制御回路１４_１の出力電圧Ｖｏｕｔ及び電圧制御回路１４_２の出力電圧Ｖｏｕｔは同一である。よって、例えば電圧制御回路１４_１に供給される入力電圧Ｖｉｎ_１が電圧制御回路１４_２に供給される入力電圧Ｖｉｎ_２よりも低い場合、クロック信号ＣＬＫ_１のデューティー比はクロック信号ＣＬＫ_２のデューティー比よりも大きくなる。
図１に示す電圧源切替回路１６は、電圧源１１_１〜１１_５の各々と電圧モニタ回路１７との接続を順次切り替える。換言すると、電圧源切替回路１６は、電圧源１１_１〜１１_５のうちのいずれか一つの電源電圧を電圧モニタ回路１７に出力する。
図５は、電圧源切替回路１６の一例を示すブロック図である。図５に示すように、電圧源切替回路１６は複数のスイッチＳＷ_Ｍ１〜ＳＷ_Ｍ５を備える。電圧源１１_１はスイッチＳＷ_Ｍ１を介して電圧モニタ回路１７と接続されており、電圧源１１_２はスイッチＳＷ_Ｍ２を介して電圧モニタ回路１７と接続されており、電圧源１１_３はスイッチＳＷ_Ｍ３を介して電圧モニタ回路１７と接続されており、電圧源１１_４はスイッチＳＷ_Ｍ４を介して電圧モニタ回路１７と接続されており、電圧源１１_５はスイッチＳＷ_Ｍ５を介して電圧モニタ回路１７と接続されている。
そして、スイッチＳＷ_Ｍ１〜ＳＷ_Ｍ５のうちのいずれか一つをオン状態とすることで、電圧源１１_１〜１１_５のうちのいずれか一つの電源電圧を電圧モニタ回路１７に出力することができる。スイッチＳＷ_Ｍ１〜ＳＷ_Ｍ５は、制御回路から出力された制御信号ＣＴＲ_Ｍ１〜ＣＴＲ_Ｍ５を用いて制御される。なお、電圧源１１_１〜１１_５の電源電圧をモニタしない場合は、スイッチＳＷ_Ｍ１〜ＳＷ_Ｍ５の全てがオフ状態となっている。
図６は、電圧源切替回路１６が備えるスイッチＳＷ_Ｍ１〜ＳＷ_Ｍ５の具体例を示す回路図である。なお、図６ではスイッチＳＷ_Ｍ１のみを示しているが、他のスイッチＳＷ_Ｍ２〜ＳＷ_Ｍ５についても同様である。図６に示すように、例えばスイッチＳＷ_Ｍ１は、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ_Ｍ１、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ_Ｍ１、及びインバータＩＮＶ１_Ｍ１を用いて構成することができる。電圧源１１_１は、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ_Ｍ１のソース及びＮＭＯＳトランジスタＭＮ_Ｍ１のドレインに接続されており、電圧モニタ回路１７は、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ_Ｍ１のドレイン及びＮＭＯＳトランジスタＭＮ_Ｍ１のソースに接続されている。ＮＭＯＳトランジスタＭＮ_Ｍ１のゲートはインバータＩＮＶ１_Ｍ１の入力側に接続されており、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ_Ｍ１のゲートはインバータＩＮＶ１_Ｍ１の出力側に接続されている。
制御信号ＣＴＲ_Ｍ１がハイレベルの場合、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ_Ｍ１のゲートにはハイレベルの信号が供給され、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ_Ｍ１のゲートにはロウレベルの信号が供給される。よってこの場合は、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ_Ｍ１及びＰＭＯＳトランジスタＭＰ_Ｍ１がオン状態となり、電圧源１１_１と電圧モニタ回路１７とが接続される。換言すると、電圧モニタ回路１７に電源電圧Ｖ１が供給される。
電圧モニタ回路１７は、電圧源１１_１〜１１_５の電源電圧Ｖ１〜Ｖ５をモニタする。つまり電圧モニタ回路１７は、電圧源切替回路１６において選択された、電圧源１１_１〜１１_５のうちのいずれか一つの電源電圧をモニタする。
図７は、電圧モニタ回路１７の一例を示すブロック図である。図７に示すように、電圧モニタ回路１７は、基準電圧生成回路１９と比較回路ＣＭＰ１とを備える。基準電圧生成回路１９は、基準電圧Ｖｒｅｆを生成する。基準電圧生成回路１９は、例えばバンドギャップリファレンス回路を用いて構成することができる。比較回路ＣＭＰ１は、電圧源１１_１〜１１_５の各々の電源電圧Ｖ１〜Ｖ５と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、比較結果ＯＵＴ_Ｍ１〜ＯＵＴ_Ｍ５を出力する。
例えば比較回路ＣＭＰ１は、電圧源１１_１の電源電圧Ｖ１が基準電圧Ｖｒｅｆよりも低い場合、比較結果ＯＵＴ_Ｍ１としてロウレベルの信号を出力する。一方、電圧源１１_１の電源電圧Ｖ１が基準電圧Ｖｒｅｆ以上の場合、比較結果ＯＵＴ_Ｍ１としてハイレベルの信号を出力する。
電圧モニタ回路１７の比較結果ＯＵＴ_Ｍ１〜ＯＵＴ_Ｍ５（つまり、電圧源１１_１〜１１_５の各々の電源電圧Ｖ１〜Ｖ５と基準電圧Ｖｒｅｆとの比較結果）は、制御回路１８に保存される。例えば制御回路１８は各々の電圧源１１_１〜１１_５と対応するように設けられたフリップフロップＦＦ１〜ＦＦ５（不図示）を備えており、各々の電圧源１１_１〜１１_５の電源電圧Ｖ１〜Ｖ５と基準電圧Ｖｒｅｆとの比較結果ＯＵＴ_Ｍ１〜ＯＵＴ_Ｍ５は、対応するフリップフロップＦＦ１〜ＦＦ５にそれぞれ格納される。
基準電圧Ｖｒｅｆは、電圧制御回路１４_１の入力電圧Ｖｉｎ_１及び電圧制御回路１４_２の入力電圧Ｖｉｎ_２に基づいて決定してもよい。例えば、Ｖｉｎ_１＜Ｖｉｎ_２の場合、基準電圧Ｖｒｅｆは、Ｖｉｎ_１×２＜Ｖｒｅｆ＜Ｖｉｎ_２×２を満たすように決定してもよい。
また、基準電圧Ｖｒｅｆは、各々の電圧源１１_１〜１１_５の電源電圧Ｖ１〜Ｖ５に基づいて決定してもよい。例えば、電源電圧Ｖ１〜Ｖ５の最大値をＶ_ｍａｘ、電源電圧Ｖ１〜Ｖ５の最小値をＶ_ｍｉｎとした場合、基準電圧ＶｒｅｆがＶ_ｍｉｎ＜Ｖｒｅｆ＜Ｖ_ｍａｘを満たすように決定してもよい。また、電源電圧Ｖ１〜Ｖ５の平均値（又は平均値近傍の値）を用いて、基準電圧Ｖｒｅｆを決定してもよい。
制御回路１８は電源回路１を制御する。具体的には、制御回路１８は電圧源切替回路１６が備えるスイッチＳＷ_Ｍ１〜ＳＷ_Ｍ５を制御する。制御回路１８は、電圧モニタ回路１７の比較結果ＯＵＴ_Ｍ１〜ＯＵＴ_Ｍ５に応じて、電圧源接続スイッチ１３が備える複数のスイッチＳＷ１_１〜ＳＷ５_１、ＳＷ１_２〜ＳＷ５_２を制御する。例えば、制御回路１８は、電圧源１１_１〜１１_５のうち電圧が所定の基準電圧Ｖｒｅｆよりも低い電圧源を電圧制御回路１４_１に接続し、電圧源１１_１〜１１_５のうち電圧が所定の基準電圧Ｖｒｅｆ以上の電圧源を電圧制御回路１４_２に接続する。このようにすることで、同程度の電源電圧を備える電圧源を各々の電圧制御回路１４_１、１４_２に接続することができる。更に、制御回路１８はクロック生成回路２０を制御する。例えば、制御回路１８は、クロック生成回路２０で生成されるクロック信号ＣＬＫ_１、ＣＬＫ_２のデューティー比を制御することで、電圧制御回路１４_１、１４_２の出力電圧をそれぞれ調整することができる。
次に本実施の形態にかかる電源回路の動作について、図８に示すタイミングチャートを用いて説明する。本実施の形態にかかる電源回路１は、動作モードとしてモニタモードと通常モードとを備える。通常モードは、電圧源接続スイッチ１３が電圧源１１_１〜１１_５のうちの少なくとも一つを電圧制御回路１４_１及び電圧制御回路１４_２のうちのいずれか一つに接続して、負荷回路１５に電力を供給するモードである。モニタモードは、電圧モニタ回路１７を用いて各々の電圧源１１_１〜１１_５の電源電圧Ｖ１〜Ｖ５をモニタするモードである。モニタモードでは、電圧源１１_１〜１１_５のうち、電圧モニタ回路１７を用いて電源電圧をモニタしている電圧源以外の電圧源は、通常モードの場合と同様に、電圧制御回路１４_１及び電圧制御回路１４_２のうちのいずれか一つに接続されている。よって、モニタモードにおいても負荷回路１５に電力が供給される。なお、電圧制御回路１４_１には所定のデューティー比のクロック信号ＣＬＫ_１が供給され、電圧制御回路１４_２には所定のデューティー比のクロック信号ＣＬＫ_２が供給されている。
図８に示すように、タイミングｔ１において電圧源接続スイッチ１３は通常モードからモニタモードに遷移する。次に、タイミングｔ２において、電圧源切替回路１６が備えるスイッチＳＷ_Ｍ１（図５参照）の制御信号ＣＴＲ_Ｍ１がハイレベルになると、スイッチＳＷ_Ｍ１がオン状態となり、電圧源１１_１の電源電圧Ｖ１が電圧モニタ回路１７に出力される。このとき、電圧源接続スイッチ１３は、電圧源１１_１が電圧制御回路１４_１、１４_２のいずれにも接続されていない状態に切り替える。
電圧モニタ回路１７は、電圧源１１_１の電源電圧Ｖ１と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、比較結果ＯＵＴ_Ｍ１を出力する。例えば電圧モニタ回路１７は、電圧源１１_１の電源電圧Ｖ１が基準電圧Ｖｒｅｆよりも低い場合、比較結果ＯＵＴ_Ｍ１としてロウレベルの信号を出力する。一方、電圧モニタ回路１７は、電圧源１１_１の電源電圧Ｖ１が基準電圧Ｖｒｅｆ以上の場合、比較結果ＯＵＴ_Ｍ１としてハイレベルの信号を出力する。
そしてタイミングｔ３において、比較結果ＯＵＴ_Ｍ１を格納するフリップフロップＦＦ１の駆動クロックがハイレベルになると、フリップフロップＦＦ１に比較結果ＯＵＴ_Ｍ１（電圧源１１_１の電圧に関する情報）が格納される。以降、制御信号ＣＴＲ_Ｍ２〜ＣＴＲ_Ｍ５が順次ハイレベルになり、電圧源１１_１の場合と同様に、電圧源１１_２〜１１_５の電源電圧Ｖ２〜Ｖ５が基準電圧Ｖｒｅｆと比較され、これらの比較結果ＯＵＴ_Ｍ２〜ＯＵＴ_Ｍ５がフリップフロップＦＦ２〜ＦＦ５にそれぞれ格納される。
その後、タイミングｔ４において電圧源接続スイッチ１３はモニタモードから通常モードに遷移する。このとき、電圧源接続スイッチ１３は、各々のフリップフロップＦＦ１〜ＦＦ５に格納されている比較結果ＯＵＴ_Ｍ１〜ＯＵＴ_Ｍ５（つまり、電圧源１１_１〜１１_５の電圧に関する情報）に応じて、電圧源１１_１〜１１_５のうちの少なくとも一つを電圧制御回路１４_１、１４_２のうちのいずれか一つに接続する。これにより、モニタモードにおいてモニタした電圧源１１_１〜１１_５の電源電圧の状態が、電圧源接続スイッチ１３の接続状態に反映される。
例えば、電圧源接続スイッチ１３は、電圧源１１_１〜１１_５のうち電圧が所定の基準電圧Ｖｒｅｆよりも低い電圧源を電圧制御回路１４_１に接続し、電圧源１１_１〜１１_５のうち電圧が所定の基準電圧Ｖｒｅｆ以上の電圧源を電圧制御回路１４_２に接続する。このようにすることで、同程度の電源電圧を備える電圧源同士を同一の電圧制御回路に接続することができる。
このとき、更に下限の基準電圧Ｖｒｅｆ_Ｌを設け、電源電圧が下限の基準電圧Ｖｒｅｆ_Ｌよりも小さい電圧源については、いずれの電圧制御回路１４_１、１４_２にも接続しないようにしてもよい。また、更に上限の基準電圧Ｖｒｅｆ_Ｈを設け、電源電圧が上限の基準電圧Ｖｒｅｆ_Ｈよりも大きい電圧源については、いずれの電圧制御回路１４_１、１４_２にも接続しないようにしてもよい。
その後、タイミングｔ５において再び電圧源接続スイッチ１３は通常モードからモニタモードに遷移する。以降、上記で説明した動作を繰り返す。
背景技術で説明したように、エナジーハーベスト技術を用いた場合は、一つの電圧源で得られる電圧は非常に小さい。例えば、空間に漂っている電波（環境電波）を用いて得られる電圧は約０．１〜０．４Ｖ程度と非常に小さい。このため、電圧源の電圧を電子機器を駆動できる電圧まで昇圧するために電圧制御回路を設ける必要がある。例えばマイコンなどを駆動するには電圧制御回路を用いて１Ｖ程度まで電圧を昇圧する必要がある。
また、エナジーハーベスト技術を用いた電圧源では、一つの電圧源で得られる電力も小さい。このため、電子機器を駆動するために複数の電圧源を設け、これらの電圧源で得られた電力を集約する必要がある。例えばマイコンを駆動するためには、数百μＷ〜数ｍＷ程度の電力が必要となる。
しかしながら、複数の電圧源毎に電圧制御回路を設けると電源回路の回路面積が大きくなる。一方、回路面積を小さくするために複数の電圧源で単一の電圧制御回路を共有すると、各々の電圧源の出力電圧が一定ではないため電力ロスが生じ、各々の電圧源から効率的に電力を取り出すことができないという問題がある。特に電波を用いて電力を生成する電圧源の場合は整流回路を用いるため、生成された電圧が低い場合は電圧源から電力を取り出せなくなる場合もある。
そこで本実施の形態にかかる電源回路１では、複数の電圧源１１_１〜１１_５に対して複数の電圧制御回路１４_１、１４_２を設けている。そして、電圧源接続スイッチ１３を用いて、電圧源１１_１〜１１_５のうちの少なくとも一つを複数の電圧制御回路１４_１、１４_２のうちのいずれか一つに接続している。例えば、電圧源の電源電圧が基準電圧よりも低い電圧源を電圧制御回路１４_１に接続し、電圧源の電源電圧が基準電圧以上の電圧源を電圧制御回路１４_２に接続している。よって、各々の電圧源から効率的に電力を取り出すことができる電源回路、及び電源回路の制御方法を提供することができる。また、複数の電圧源で電圧制御回路を共有しているので、電源回路の回路面積を低減することができる。
図９は、本実施の形態にかかる電源回路１の動作の一例を示すブロック図である。図９に示す電源回路１では、電圧源１１_１の電源電圧（開放電圧）を０．２Ｖ、電圧源１１_２の電源電圧を０．２Ｖ、電圧源１１_３の電源電圧を０．３Ｖ、電圧源１１_４の電源電圧を０．４Ｖ、電圧源１１_５の電源電圧を０．５Ｖとしている。また各々の電圧源１１_１〜１１_５の出力インピーダンスを１ｋΩとしている。
そして、基準電圧Ｖｒｅｆを０．２５Ｖに設定し、電圧源の電源電圧が基準電圧よりも低い電圧源を電圧制御回路１４_１に接続し、電圧源の電源電圧が基準電圧以上の電圧源を電圧制御回路１４_２に接続するものとする。この場合、電圧源１１_１、１１_２の電源電圧は０．２Ｖであり、基準電圧０．２５Ｖよりも低いので、電圧源接続スイッチ１３は電圧源１１_１、１１_２を電圧制御回路１４_１に接続する。一方、電圧源１１_３、１１_４、１１_５の電源電圧はそれぞれ０．３Ｖ、０．４Ｖ、０．５Ｖであり、基準電圧０．２５Ｖよりも高いので、電圧源接続スイッチ１３は電圧源１１_３、１１_４、１１_５を電圧制御回路１４_２に接続する。
更に、電圧制御回路１４_１、１４_２の出力電圧Ｖｏｕｔを１．５Ｖ、電圧制御回路１４_１に供給されるクロック信号ＣＬＫ_１のデューティー比を０．９３、電圧制御回路１４_２に供給されるクロック信号ＣＬＫ_２のデューティー比を０．８７にそれぞれ設定すると、電圧制御回路１４_１の入力電圧Ｖｉｎ_１は０．１Ｖになり、電圧制御回路１４_２の入力電圧Ｖｉｎ_２は０．２Ｖになる。
このとき、電圧源１１_１から電圧制御回路１４_１に供給される電力は、電圧源１１_１の電源電圧Ｖ１（０．２Ｖ）と電圧制御回路１４_１の入力電圧Ｖｉｎ_１（０．１Ｖ）との電位差が０．１Ｖであり、電圧制御回路１４_１に供給される電流が１００μＡ（＝０．１Ｖ／１ｋΩ）であるので、１０μＷ（＝０．１Ｖ×１００μＡ）となる。同様に、電圧源１１_２から電圧制御回路１４_１に供給される電力は１０μＷ、電圧源１１_３から電圧制御回路１４_２に供給される電力は２０μＷ、電圧源１１_４から電圧制御回路１４_２に供給される電力は４０μＷ、電圧源１１_５から電圧制御回路１４_２に供給される電力は６０μＷとなる。よって、電圧源１１_１〜１１_５から電圧制御回路１４_１、１４_２に供給される総電力は１４０μＷとなる。
図１０は、比較例にかかる電源回路の動作の一例を示すブロック図である。図１０に示す電源回路では、一つの電圧制御回路１１４に全ての電圧源１１１_１〜１１１_５を接続している。なお、電圧源１１１_１〜１１１_５の電源電圧及び出力インピーダンスについては、図９に示した電源回路と同様である。電圧制御回路１１４の出力電圧を１．５Ｖ、電圧制御回路に供給されるクロック信号のデューティー比を０．９１に設定すると、電圧制御回路１１４の入力電圧は０．１６Ｖになる。
このとき、電圧源１１１_１から電圧制御回路１１４に供給される電力は６．５μＷ、電圧源１１１_２から電圧制御回路１１４に供給される電力は６．５μＷ、電圧源１１１_３から電圧制御回路１１４に供給される電力は２２μＷ、電圧源１１１_４から電圧制御回路１１４に供給される電力は３８μＷ、電圧源１１１_５から電圧制御回路１１４に供給される電力は５５μＷとなる。よって、電圧源１１１_１〜１１１_５から電圧制御回路１１４に供給される総電力は１２８μＷとなる。
したがって、図９に示した本実施の形態にかかる電源回路１と、図１０に示した比較例にかかる電源回路とを比べると、本実施の形態にかかる電源回路１では、比較例にかかる電源回路と比べて約１０％程度、入力電力が向上した。この理由について以下で説明する。
電圧制御回路１４_１、１４_２に入力される電力は、各々の電圧制御回路１４_１、１４_２の入力電圧Ｖｉｎ_１およびＶｉｎ_２が電圧源１１_１〜１１_５の電源電圧（開放電圧）の１／２の時に最大となる。換言すると、電圧制御回路１４_１、１４_２の入力電圧Ｖｉｎ_１、Ｖｉｎ_２が、各々の電圧制御回路１４_１、１４_２に接続される電圧源１１_１〜１１_５の電源電圧（開放電圧）の１／２倍から乖離するにつれて、電圧制御回路１４_１、１４_２に入力される電力が低下する。
図１０に示した比較例にかかる電源回路では、一つの電圧制御回路１１４に全ての電圧源１１１_１〜１１１_５を接続している。このため、電圧源１１１_１〜１１１_５のうち、電源電圧の１／２倍の電圧と電圧制御回路１１４の入力電圧（０．１６Ｖ）とが乖離している電圧源が多くなる。
これに対して図９に示した本実施の形態にかかる電源回路１では、複数の電圧制御回路１４_１、１４_２を設け、電圧制御回路１４_１の入力電圧Ｖｉｎ_１を０．１Ｖに、電圧制御回路１４_２の入力電圧Ｖｉｎ_２を０．２Ｖにそれぞれ設定している。そして、基準電圧を０．２５Ｖに設定し、電圧源の電源電圧が基準電圧よりも低い電圧源１１_１、１１_２を電圧制御回路１４_１に接続し、電圧源の電源電圧が基準電圧以上の電圧源１１_３〜１１_５を電圧制御回路１４_２に接続している。よって、電圧源１１_１〜１１_５のうち、電源電圧の１／２倍の電圧と電圧制御回路１４_１、１４_２の入力電圧とが乖離している電圧源を減少させることができ、電圧制御回路１４_１、１４_２に入力される電力を向上させることができる。
例えば、本実施の形態にかかる電源回路では、電圧制御回路１４_１、１４_２に供給されるクロック信号ＣＬＫ_１、ＣＬＫ_２の各々のデューティー比を所定の値に固定してもよい。
また、本実施の形態にかかる電源回路では、電圧制御回路１４_１、１４_２に供給されるクロック信号ＣＬＫ_１、ＣＬＫ_２を、各々の電圧源１１_１〜１１_５の電源電圧に応じて調整してもよい。この場合は、制御回路１８は、電圧モニタ回路１７から取得したモニタ結果（つまり、各々の電圧源１１_１〜１１_５の電源電圧）に応じて、電圧制御回路１４_１、１４_２に供給するクロック信号ＣＬＫ_１、ＣＬＫ_２の各々のデューティー比を調整することができる。
例えば制御回路１８は、電圧源１１_１、１１_２の電源電圧が低下した場合、電圧制御回路１４_１に供給するクロック信号ＣＬＫ_１のデューティー比を大きくしてもよい。これにより、電圧制御回路１４_１の出力電圧Ｖｏｕｔが低下することを抑制することができる。逆に、制御回路１８は、電圧源１１_１、１１_２の電源電圧が上昇した場合、電圧制御回路１４_１に供給するクロック信号ＣＬＫ_１のデューティー比を小さくしてもよい。これにより、電圧制御回路１４_１の出力電圧Ｖｏｕｔが上昇することを抑制することができる。
なお、上記では電源回路１が５つの電圧源を備える場合について説明したが、電圧源の数は３つ以上であればいくつであってもよい（つまり電圧源の数をＮとするとＮ≧３となる）。また、上記では電源回路１が２つの電圧制御回路を備える場合について説明したが、電圧制御回路の数は２つ以上であればいくつであってもよい（つまり電圧制御回路の数をＫとするとＫ≧２となる。ただし、Ｎ≧Ｋ）。
＜実施の形態２＞
次に実施の形態２について説明する。図１１は、実施の形態２にかかる電源回路２を示すブロック図である。本実施の形態にかかる電源回路２では、電圧源間スイッチ２２を設けている点が実施の形態１で説明した電源回路１と異なる。
図１１に示すように、本実施の形態にかかる電源回路２は、電圧源２１_１〜２１_５、電圧源間スイッチ２２、電圧源接続スイッチ２３、電圧制御回路１４_１、１４_２、電圧源切替回路１６、電圧モニタ回路１７、クロック生成回路２０、及び制御回路２８を備える。電源回路２は負荷回路１５に電力を供給している。なお、電圧制御回路１４_１、１４_２、電圧源切替回路１６、電圧モニタ回路１７、クロック生成回路２０については、実施の形態１で説明した電源回路１の場合と同一であるので、同一の構成要素には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
各々の電圧源２１_１〜２１_５は電源電圧Ｖ１〜Ｖ５を生成する。本実施の形態にかかる電源回路２では、電圧源２１_１〜２１_５は、配線３１、３２を介して電圧源接続スイッチ２３に直接接続される電圧源２１_２、２１_４と、電圧源接続スイッチ２３に電圧源間スイッチ２２を介して接続される電圧源２１_１、２１_３、２１_５の２つに分類することができる。
電圧源２１_２、２１_４はそれぞれ、電源電圧Ｖ２、Ｖ４を生成し、生成した電源電圧Ｖ２、Ｖ４を電圧源接続スイッチ２３及び電圧源切替回路１６に出力する。電圧源２１_１、２１_３、２１_５は、電源電圧Ｖ１、Ｖ３、Ｖ５を生成し、生成した電源電圧Ｖ１、Ｖ３、Ｖ５を電圧源切替回路１６に出力する。なお、電圧源２１_１〜２１_５のこれ以外の構成及び動作については、実施の形態１で説明した電圧源１１_１〜１１_５と同様であるので、重複した説明は省略する。
電圧源間スイッチ２２は電圧源間スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を備える。電圧源２１_１と電圧源２１_２は電圧源間スイッチＳＷ１を介して接続可能に構成されており、電圧源２１_２と電圧源２１_３は電圧源間スイッチＳＷ２を介して接続可能に構成されており、電圧源２１_３と電圧源２１_４は電圧源間スイッチＳＷ３を介して接続可能に構成されており、電圧源２１_４と電圧源２１_５は電圧源間スイッチＳＷ４を介して接続可能に構成されている。
換言すると、電圧源間スイッチ２２は、Ｎ個の電圧源のｉ番目（１≦ｉ≦Ｎ−１）の電圧源とｉ＋１番目の電圧源とを接続可能に構成されている（図１１に示す例ではＮ＝５である）。このとき、Ｎ個の電圧源のうちのｍ個の電圧源は電圧源接続スイッチ２３に直接接続されている（図１１に示す例ではｍ＝２である）。また、Ｎ個の電圧源のうちのＮ−ｍ個の電圧源は電圧源間スイッチ２２を介して電圧源接続スイッチ２３に接続されている。
そして電圧源間スイッチ２２は、ｉ番目の電圧源の電圧とｉ＋１番目の電圧源の電圧とが所定の範囲内である場合に、ｉ番目の電圧源とｉ＋１番目の電圧源とを接続する。例えば、電圧源間スイッチ２２は、Ｎ個の電圧源のうち電圧が所定の基準電圧Ｖｒｅｆよりも低い電圧源を互いに接続して第１の電圧源群を形成し、Ｎ個の電圧源のうち電圧が所定の基準電圧Ｖｒｅｆ以上の電圧源を互いに接続して第２の電圧源群を形成する。
例えば、図１１に示す電源回路２において、電圧源間スイッチ２２は、電圧源２１_１の電源電圧Ｖ１と電圧源２１_２の電源電圧Ｖ２のそれぞれが基準電圧Ｖｒｅｆよりも低い場合、電圧源間スイッチＳＷ１をオン状態にして電圧源２１_１と電圧源２１_２とを接続して第１の電圧源群を形成する（図１３参照）。このとき、第１の電圧源群（電圧源２１_１及び電圧源２１_２）は配線３１を介して電圧源接続スイッチ２３に接続される。
また、電圧源間スイッチ２２は、電圧源２１_３〜２１_５の電源電圧Ｖ３〜Ｖ５のそれぞれが基準電圧Ｖｒｅｆ以上の場合、電圧源間スイッチＳＷ３、ＳＷ４をオン状態にして電圧源２１_３〜２１_５を互いに接続して第２の電圧源群を形成する（図１３参照）。このとき、第２の電圧源群（電圧源２１_３〜２１_５）は配線３２を介して電圧源接続スイッチ２３に接続される。
なお、電圧源間スイッチＳＷ１〜ＳＷ５は、例えば図３に示した電圧源接続スイッチ２３のスイッチＳＷ１_１と同様に、ＮＭＯＳトランジスタ、ＰＭＯＳトランジスタ、及びインバータを用いて構成することができる。
電圧源接続スイッチ２３は、第１の電圧源群（配線３１）及び第２の電圧源群（配線３２）と電圧制御回路１４_１、１４_２との接続状態を切り替える。つまり電圧源接続スイッチ２３は、第１の電圧源群（配線３１）が電圧制御回路１４_１に接続されている状態、第１の電圧源群（配線３１）が電圧制御回路１４_２に接続されている状態、第１の電圧源群（配線３１）が電圧制御回路１４_１、１４_２のいずれにも接続されていない状態の３つの接続状態を切り替える。同様に、電圧源接続スイッチ２３は、第２の電圧源群（配線３２）が電圧制御回路１４_１に接続されている状態、第２の電圧源群（配線３２）が電圧制御回路１４_２に接続されている状態、第２の電圧源群（配線３２）が電圧制御回路１４_１、１４_２のいずれにも接続されていない状態の３つの接続状態を切り替える。なお、電圧源接続スイッチ２３の構成については、実施の形態１で説明した電圧源接続スイッチ１３の場合（図２、図３参照）と同様であるので、重複した説明は省略する。
また、本実施の形態にかかる電源回路２において、制御回路２８は更に電圧源間スイッチ２２を制御可能に構成されている。なお、制御回路２８のこれ以外の構成及び動作については、実施の形態１で説明した制御回路１８と同様であるので、重複した説明は省略する。
次に本実施の形態にかかる電源回路２の動作について、図１２に示すタイミングチャートを用いて説明する。本実施の形態にかかる電源回路２は、動作モードとしてモニタモードと通常モードとを備える。通常モードは、電圧源間スイッチ２２及び電圧源接続スイッチ２３を用いて、電圧源２１_１〜２１_５のうちの少なくとも一つを電圧制御回路１４_１及び電圧制御回路１４_２のうちのいずれか一つに接続して、負荷回路１５に電力を供給するモードである。モニタモードは、電圧モニタ回路１７を用いて各々の電圧源２１_１〜２１_５の電源電圧Ｖ１〜Ｖ５をモニタするモードである。
モニタモードにおいて、電圧モニタ回路１７を用いて電圧源２１_１の電源電圧Ｖ１をモニタする際は、電圧源間スイッチＳＷ１をオフ状態として電圧源２１_１と電圧源接続スイッチ２３とが電気的に接続されていない状態とする。このとき、他の電圧源２１_２〜２１_５については、通常モードの場合と同様に、電圧制御回路１４_１及び電圧制御回路１４_２のうちのいずれか一つに接続されている。よって、モニタモードにおいても負荷回路１５に電力が供給される。電圧源２１_３及び電圧源２１_５についても同様である。
またモニタモードにおいて、電圧モニタ回路１７を用いて電圧源２１_２の電源電圧Ｖ２をモニタする際は、電圧源間スイッチＳＷ１、ＳＷ２及び電圧源接続スイッチをオフ状態として、電圧源２１_２が電圧モニタ回路１７のみと接続されるようにする。このとき、配線３１を介した電圧制御回路１４_１又は電圧制御回路１４_２への電力供給は中断される。一方、配線３２を介した電圧制御回路１４_１又は電圧制御回路１４_２への電力供給は継続される。電圧源２１_４についても同様である。
なお、電圧制御回路１４_１には所定のデューティー比のクロック信号ＣＬＫ_１が供給され、電圧制御回路１４_２には所定のデューティー比のクロック信号ＣＬＫ_２が供給されている。
図１２に示すように、タイミングｔ１１において電圧源間スイッチ２２及び電圧源接続スイッチ２３は通常モードからモニタモードに遷移する。次に、タイミングｔ１２において、電圧源切替回路１６が備えるスイッチＳＷ_Ｍ１（図５参照）の制御信号ＣＴＲ_Ｍ１がハイレベルになると、スイッチＳＷ_Ｍ１がオン状態となり、電圧源２１_１の電源電圧Ｖ１が電圧モニタ回路１７に出力される。このとき、電圧源間スイッチＳＷ１をオフ状態として電圧源２１_１と電圧源接続スイッチ２３とが接続されていない状態とする。
電圧モニタ回路１７は、電圧源２１_１の電源電圧Ｖ１と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、比較結果ＯＵＴ_Ｍ１を出力する。例えば電圧モニタ回路１７は、電圧源２１_１の電源電圧Ｖ１が基準電圧Ｖｒｅｆよりも低い場合、比較結果ＯＵＴ_Ｍ１としてロウレベルの信号を出力する。一方、電圧モニタ回路１７は、電圧源１１_１の電源電圧Ｖ１が基準電圧Ｖｒｅｆ以上の場合、比較結果ＯＵＴ_Ｍ１としてハイレベルの信号を出力する。
そしてタイミングｔ１３において、比較結果ＯＵＴ_Ｍ１を格納するフリップフロップＦＦ１の駆動クロックがハイレベルになると、フリップフロップＦＦ１に比較結果ＯＵＴ_Ｍ１（電圧源２１_１の電圧に関する情報）が格納される。以降、制御信号ＣＴＲ_Ｍ２〜ＣＴＲ_Ｍ５が順次ハイレベルになり、電圧源２１_１の場合と同様に、電圧源２１_２〜２１_５の電源電圧Ｖ２〜Ｖ５が基準電圧Ｖｒｅｆと比較され、これらの比較結果ＯＵＴ_Ｍ２〜ＯＵＴ_Ｍ５がフリップフロップＦＦ２〜ＦＦ５にそれぞれ格納される。
その後、タイミングｔ１４において電圧源間スイッチ２２及び電圧源接続スイッチ２３はモニタモードから通常モードに遷移する。通常モードにおいて、電圧源間スイッチ２２及び電圧源接続スイッチ２３は、各々のフリップフロップＦＦ１〜ＦＦ５に格納されている比較結果ＯＵＴ_Ｍ１〜ＯＵＴ_Ｍ５（つまり、電圧源２１_１〜２１_５の電圧に関する情報）に応じて、電圧源２１_１〜２１_５のうちの少なくとも一つを電圧制御回路１４_１、１４_２のうちのいずれか一つに接続する。これにより、モニタモードにおいてモニタした電圧源２１_１〜２１_５の電源電圧の状態が、電圧源間スイッチ２２及び電圧源接続スイッチ２３の接続状態に反映される。
具体的には、電圧源間スイッチ２２は、電圧モニタ回路において測定された、隣接する電圧源同士の比較結果（つまり、各々のフリップフロップＦＦ１〜ＦＦ５に格納されている比較結果ＯＵＴ_Ｍ１〜ＯＵＴ_Ｍ５であり、“０”又は“１”の値）が同一の場合、これらの電圧源間スイッチ２２をオン状態にする。例えば、電圧源２１_１、２１_２の比較結果ＯＵＴ_Ｍ１、ＯＵＴ_Ｍ２が同一である場合、これらの電圧源間スイッチＳＷ１をオン状態にする。また、例えば、電圧源２１_３〜２１_５の比較結果ＯＵＴ_Ｍ３〜ＯＵＴ_Ｍ５が同一である場合、これらの電圧源間スイッチＳＷ３、ＳＷ４をオン状態にする。
電圧源接続スイッチ２３は、第１の電圧源群（配線３１）及び第２の電圧源群（配線３２）と電圧制御回路１４_１、１４_２との接続状態を切り替える。例えば電圧源接続スイッチ２３は、比較結果ＯＵＴ_Ｍ１、ＯＵＴ_Ｍ２が“０”である第１の電圧源群（配線３１）を電圧制御回路１４_１に接続する。また、例えば電圧源接続スイッチ２３は、比較結果ＯＵＴ_Ｍ３〜ＯＵＴ_Ｍ５が“１”である第２の電圧源群（配線３２）を電圧制御回路１４_２に接続する。これにより、電圧源２１_１〜２１_５のうち電圧が所定の基準電圧Ｖｒｅｆよりも低い電圧源を電圧制御回路１４_１に接続し、電圧源２１_１〜２１_５のうち電圧が所定の基準電圧Ｖｒｅｆ以上の電圧源を電圧制御回路１４_２に接続することができる。よって、同程度の電源電圧を備える電圧源同士を同一の電圧制御回路に接続することができる。
その後、タイミングｔ１５において再び電圧源間スイッチ２２及び電圧源接続スイッチ２３は通常モードからモニタモードに遷移する。以降、上記で説明した動作を繰り返す。
なお、電圧源間スイッチ２２を用いて形成された電圧源群の中に、電圧源接続スイッチ２３に直接接続されている電圧源が含まれていない場合は、隣の電圧源群の中に含まれている電圧源（つまり、電圧源接続スイッチ２３に直接接続されている電圧源）との間の電圧源間スイッチをオン状態としてもよい。
換言すると、Ｎ個の電圧源のうちのａ番目からｂ番目まで（１≦ａ＜ｂ≦Ｎ）の電圧源間の電圧源間スイッチが全てオン状態となっており、且つ当該ａ番目からｂ番目までの電圧源の中に電圧源接続スイッチ２３に直接接続されている電圧源が含まれていない場合、ａ−１番目の電圧源とａ番目の電圧源との間の電圧源間スイッチまたはｂ番目の電圧源とｂ＋１番目の電圧源との間の電圧源間スイッチをオン状態にしてもよい。
図１３は、本実施の形態にかかる電源回路２の動作の一例を示すブロック図である。図１３に示す電源回路２では、電圧源２１_１の電源電圧（開放電圧）を０．２Ｖ、電圧源２１_２の電源電圧を０．２Ｖ、電圧源２１_３の電源電圧を０．３Ｖ、電圧源２１_４の電源電圧を０．４Ｖ、電圧源２１_５の電源電圧を０．５Ｖとしている。また各々の電圧源２１_１〜２１_５の出力インピーダンスを１ｋΩとしている。
そして、基準電圧Ｖｒｅｆを０．２５Ｖに設定し、電圧源の電源電圧が基準電圧よりも低い電圧源を電圧制御回路１４_１に接続し、電圧源の電源電圧が基準電圧以上の電圧源を電圧制御回路１４_２に接続するものとする。この場合、電圧源２１_１、２１_２の電源電圧は０．２Ｖであり、基準電圧０．２５Ｖよりも低いので、電圧源間スイッチＳＷ１はオン状態となり、また電圧源接続スイッチ２３は配線３１を電圧制御回路１４_１に接続する。これにより、電圧源２１_１、２１_２が電圧制御回路１４_１に電気的に接続される。
一方、電圧源１１_３、１１_４、１１_５の電源電圧はそれぞれ０．３Ｖ、０．４Ｖ、０．５Ｖであり、基準電圧０．２５Ｖよりも高いので、電圧源間スイッチＳＷ３、ＳＷ４はオン状態となり、また電圧源接続スイッチ２３は配線３２を電圧制御回路１４_２に接続する。これにより、電圧源２１_３〜２１_５が電圧制御回路１４_２に電気的に接続される。
更に、電圧制御回路１４_１、１４_２の出力電圧Ｖｏｕｔを１．５Ｖ、電圧制御回路１４_１に供給されるクロック信号ＣＬＫ_１のデューティー比を０．９３、電圧制御回路１４_２に供給されるクロック信号ＣＬＫ_２のデューティー比を０．８７にそれぞれ設定すると、電圧制御回路１４_１の入力電圧Ｖｉｎ_１は０．１Ｖになり、電圧制御回路１４_２の入力電圧Ｖｉｎ_２は０．２Ｖになる。
このとき、電圧源２１_１から電圧制御回路１４_１に供給される電力は、電圧源２１_１の電源電圧Ｖ１（０．２Ｖ）と電圧制御回路１４_１の入力電圧Ｖｉｎ_１（０．１Ｖ）との電位差が０．１Ｖであり、電圧制御回路１４_１に供給される電流が１００μＡ（＝０．１Ｖ／１ｋΩ）であるので、１０μＷ（＝０．１Ｖ×１００μＡ）となる。同様に、電圧源２１_２から電圧制御回路１４_１に供給される電力は１０μＷ、電圧源２１_３から電圧制御回路１４_２に供給される電力は２０μＷ、電圧源２１_４から電圧制御回路１４_２に供給される電力は４０μＷ、電圧源２１_５から電圧制御回路１４_２に供給される電力は６０μＷとなる。よって、電圧源２１_１〜２１_５から電圧制御回路１４_１、１４_２に供給される総電力は１４０μＷとなり、実施の形態１の場合と同様の理由から、各々の電圧源２１_１〜２１_５から効率的に電力を取り出すことができる。
特に本実施の形態にかかる電源回路２では、隣接する電圧源同士の電源電圧が所定の範囲内である場合に、電圧源間スイッチ２２を用いて電圧源群を形成している（換言すると、複数の電圧源をグルーピングしている）。このため、電圧源接続スイッチ２３の入力側の配線（配線３１、３２に対応）を少なくすることができ、電圧源接続スイッチ２３の構成を簡素化することができる。
また、電圧源接続スイッチ２３に直接接続される電圧源は、複数の電圧源の中において均等に配置することが好ましい。
なお、上記では電源回路２が５つの電圧源を備える場合について説明したが、電圧源の数は３つ以上であればいくつであってもよい（つまり電圧源の数をＮとするとＮ≧３となる）。また、上記では電源回路２が２つの電圧制御回路を備える場合について説明したが、電圧制御回路の数は２つ以上であればいくつであってもよい（つまり電圧制御回路の数をＫとするとＫ≧２となる。ただし、Ｎ≧Ｋ）。
ここで、Ｎ個の電圧源のうちｍ個（ｍはＮより小さい自然数）の電圧源を電圧源接続スイッチ２３に直接接続される電圧源とすると、電圧源接続スイッチ２３を構成するスイッチの数を少なくするために、Ｎ、Ｋ、ｍについて、（Ｎ−１）＋（ｍ×Ｋ）＜Ｎ×Ｋ、を満たすようにすることが好ましい。
なお、隣接する電圧源同士の電源電圧のばらつきが大きい場合は、実施の形態１で説明した電源回路１を用いることができる。
＜実施の形態３＞
次に実施の形態３について説明する。実施の形態３では、実施の形態１で説明した電源回路１を半導体チップ（以下、チップと記載する）に搭載した構成例について説明する。図１４は、実施の形態３にかかる電源回路の構成例を示す図である。図１４に示すように、本実施の形態にかかる電源回路３では、チップ５０上に、電圧源接続スイッチ１３を構成するスイッチＳＷ１_１〜ＳＷ５_１、ＳＷ１_２〜ＳＷ５_２（図２参照）、電圧源切替回路１６を構成するスイッチＳＷ_Ｍ１〜ＳＷ_Ｍ５（図５参照）、電圧制御回路１４_１、１４_２、電圧モニタ回路１７、及びパッド５３〜５８を配置している。また、チップ５０の外側には、電圧源１１_１〜１１_５、第１の配線５１、第２の配線５２、パッド５９、及び負荷回路１５が配置されている。
電圧源１１_１はボンディングワイヤ６１を用いて電圧源用パッド（第３のパッド）５３と接続されている。電圧源用パッド５３はスイッチＳＷ１_１を介して第１のパッド５４と接続されている。ここで、スイッチＳＷ１_１の一端と電圧源用パッド５３及びスイッチＳＷ１_１の他端と第１のパッド５４は、チップ内配線で接続されている。第１のパッド５４は、ボンディングワイヤ６２を用いて第１の配線５１と接続されている。他の電圧源１１_２〜１１_５、及び他のスイッチＳＷ２_１〜ＳＷ５_１についても同様である。第１の配線５１はボンディングワイヤ６４を用いてパッド５６と接続されている。パッド５６はチップ内配線を用いて電圧制御回路１４_１と接続されている。電圧制御回路１４_１はチップ内配線を用いてパッド５８と接続されている。ここで、第１のパッド５４は電圧制御回路１４_１と電気的に接続されているパッドである。
同様に、電圧源用パッド５３はスイッチＳＷ１_２を介して第２のパッド５５と接続されている。ここで、スイッチＳＷ１_２の一端と電圧源用パッド５３及びスイッチＳＷ１_２の他端と第２のパッド５５は、チップ内配線で接続されている。第２のパッド５５は、ボンディングワイヤ６３を用いて第２の配線５２と接続されている。他のスイッチＳＷ２_２〜ＳＷ５_２についても同様である。第２の配線５２はボンディングワイヤ６５を用いてパッド５７と接続されている。パッド５７はチップ内配線を用いて電圧制御回路１４_２と接続されている。電圧制御回路１４_２はチップ内配線を用いてパッド５８と接続されている。ここで、第２のパッド５５は電圧制御回路１４_２と電気的に接続されているパッドである。
電圧源用パッド５３は電圧源切替回路１６を構成するスイッチＳＷ_Ｍ１を介して電圧モニタ回路１７と接続されている。他のスイッチＳＷ_Ｍ２〜ＳＷ_Ｍ５についても同様である。また、パッド５８はボンディングワイヤ６６を用いてパッド５９と接続されている。パッド５９は負荷回路１５と接続されている。また、電圧源用パッド５３、第１のパッド５４、第２のパッド５５及びパッド５６、５７は、チップ５０の第１及び第２の配線５１、５２側の端部に設けられている。
このように本実施の形態にかかる電源回路３では、電圧制御回路１４_１、電圧制御回路１４_２、及び電圧源接続スイッチＳＷ１_１〜ＳＷ５_１、ＳＷ１_２〜ＳＷ５_２を同一のチップ上に形成している。また、電圧制御回路１４_１と電圧源接続スイッチＳＷ１_１〜ＳＷ５_１は、チップ５０の外に設けられた第１の配線５１を介して接続されている。電圧制御回路１４_２と電圧源接続スイッチＳＷ１_２〜ＳＷ５_２は、チップ５０の外に設けられた第２の配線５２を介して接続されている。ここで、電圧源接続スイッチＳＷ１_１〜ＳＷ５_１（第１のスイッチ）は、電圧源１１_１〜１１_５と電圧制御回路１４_１との接続を切り替えるスイッチである。電圧源接続スイッチＳＷ１_２〜ＳＷ５_２（第２のスイッチ）は、電圧源１１_１〜１１_５と電圧制御回路１４_２との接続を切り替えるスイッチである。
第１の配線５１及び第２の配線５２は、チップ５０の外側に配置された配線であり、チップ５０の内部の配線（チップ内配線）と比べて抵抗が小さい。よって、本実施の形態にかかる電源回路３では、電圧制御回路１４_１と電圧源接続スイッチＳＷ１_１〜ＳＷ５_１とを接続する配線、及び電圧制御回路１４_２と電圧源接続スイッチＳＷ１_２〜ＳＷ５_２とを接続する配線の配線抵抗を低減することができる。
図１５は、比較例にかかる電源回路１０３を示す図である。図１５に示す比較例では、図１４に示した第１の配線５１及び第２の配線５２（以下、チップ外配線５１、５２とも記載する）を、チップ内配線１５１、１５２を用いて構成した場合を示している。なお、図１５に示す電源回路１０３において、図１４に示す電源回路３と同一の構成要素には同一の符号を付している。
図１５に示すように、比較例にかかる電源回路１０３では、チップ１５０の内部にチップ内配線１５１、１５２が形成されている。電圧源１１_１はボンディングワイヤを用いて電圧源用パッド１５３と接続されている。電圧源用パッド１５３はスイッチＳＷ１_１の一端、スイッチＳＷ１_２の一端、及びスイッチＳＷ_Ｍ１の一端と配線１６１を用いて接続されている。スイッチＳＷ１_１の他端は、配線１６２を用いてチップ内配線１５１と接続されている。スイッチＳＷ１_２の他端は、配線１６３を用いてチップ内配線１５２と接続されている。スイッチＳＷ_Ｍ１の他端は電圧モニタ回路１７に接続されている。他の電圧源１１_２〜１１_５、他のスイッチＳＷ２_１〜ＳＷ５_１、ＳＷ_Ｍ２〜ＳＷ_Ｍ５についても同様である。電圧制御回路１４_１は配線１６４を用いてチップ内配線１５１と接続されている。電圧制御回路１４_２は配線１６５を用いてチップ内配線１５２と接続されている。
図１５に示す比較例では、チップ内配線１５１、１５２の配線抵抗を低減させるために（図１４に示したチップ外配線５１、５２と同程度の配線抵抗とするために）、チップ内配線１５１、１５２の幅を太く（例えば、１ｍｍ以上）する必要がある。このため、チップ１５０の内部にチップ内配線１５１、１５２を設けると、チップ面積が大きくなる。よって、本実施の形態では、図１４に示したように、チップ外配線５１、５２を用いることが好ましく、これにより、チップ面積を大幅に低減することができる。
なお本実施の形態にかかる電源回路３では、電圧源用パッド５３、第１のパッド５４、及び第２のパッド５５は、図１６に示すように配置にしてもよい。すなわち、各々のパッドを２列に配置し、１つの第１のパッド５４に２つの電圧源用パッド５３が接続されるように、また１つの第２のパッド５５に２つの電圧源用パッド５３が接続されるようにしてもよい。このとき、電圧源接続スイッチＳＷ１_１〜ＳＷ５_１、ＳＷ１_２〜ＳＷ５_２は、各々のパッドの間に設けられる。また各々のパッドはチップ内配線を用いて接続される。
このように、各々のパッドの配置を図１６に示すような配置とすることで、２つの電圧源用パッド５３が１つの第１のパッド５４及び１つの第２のパッド５５を共有することができるので、パッドの数を減らすことができる。
また、本実施の形態にかかる電源回路３では、電圧源用パッド５３、第１のパッド５４、及び第２のパッド５５は、図１７に示すように配置にしてもよい。すなわち、各々のパッドを２列に配置し、更に千鳥状に配置してもよい。このとき、各々の電圧源用パッド５３を一列目に配置し、第１及び第２のパッド５４、５５を２列目に配置する。図１７に示す各々のパッドの接続状態は、図１４に示した場合と同様である。この場合も、電圧源接続スイッチＳＷ１_１〜ＳＷ５_１、ＳＷ１_２〜ＳＷ５_２は、各々のパッドの間に設けられる。また各々のパッドはチップ内配線を用いて接続される。
図１７に示すようにパッドを配置することで、各々のパッドが占める横方向の長さを短くすることができる。また、各々のパッドを千鳥状に配置することで、各々のパッドと接続されるボンディングワイヤが互いに干渉することを抑制することができる。
また、例えば電圧源の数が多い場合（例えば８個）は、図１８に示すように各々のパッドを配置してもよい。すなわち、各々のパッドを２列に配置し、更に１つの第１のパッド５４に４つの電圧源用パッド５３が接続されるように、また１つの第２のパッド５５に４つの電圧源用パッド５３が接続されるようにしてもよい。この場合も、電圧源接続スイッチは、各々のパッドの間に設けられている。また各々のパッドはチップ内配線を用いて接続されている。
このように、各々のパッドの配置を図１８に示すような配置とすることで、４つの電圧源用パッド５３が１つの第１のパッド５４及び１つの第２のパッド５５を共有することができるので、パッドの数の増加を抑制することができる。
＜実施の形態４＞
次に、実施の形態４について説明する。実施の形態４では、実施の形態１乃至３で説明した電源回路１〜３を用いた電源システム、具体的には、実施の形態１乃至３で説明した電源回路１〜３を半導体チップに搭載したエネルギーハーベストシステムの構成例について説明する。
図１９は、本実施の形態にかかる電源システムの一例を示すブロック図である。図１９に示すように、本実施の形態にかかる電源システムは、アンテナ７１_１〜７１_５、ＲＦ−ＤＣ変換回路７２_１〜７２_５、電源回路７３、及び負荷回路１５を備える。アンテナ７１_１〜７１_５およびＲＦ−ＤＣ変換回路７２_１〜７２_５は、実施の形態１乃至３で説明した電圧源１１_１〜１１_５に対応している。電源回路７３は、実施の形態１乃至３で説明した電源回路１〜３に対応している（ただし、電圧源１１_１〜１１_５を除く）。
アンテナ７１_１〜７１_５は、所定の周波数帯域の電波を受信し、受信した交流信号をＲＦ−ＤＣ変換回路７２_１〜７２_５に出力する。アンテナ７１_１〜７１_５は、電源システムが置かれている環境において多く用いられている周波数帯域（つまりエネルギーの高い周波数帯域）の電波を受信することができるように構成されている。アンテナ７１_１〜７１_５は、単一の周波数帯域の電波を受信するように構成してもよく、また複数の周波数帯域の電波を受信するように構成してもよい。
ＲＦ−ＤＣ変換回路７２_１〜７２_５は、アンテナ７１_１〜７１_５と対応するように設けられており、アンテナ７１_１〜７１_５で受信した交流信号を直流信号に変換し、変換後の直流信号を電源回路７３に出力する。
電源回路７３は、ＲＦ−ＤＣ変換回路７２_１〜７２_５から供給された電力を用いて電源電圧を生成し、負荷回路１５に供給する。電源回路７３は、半導体チップ７４を用いて構成することができる。なお、電源回路７３の構成および動作については、実施の形態１乃至３で説明した電源回路１〜３の場合と同様であるので詳細な説明は省略する。
エネルギーハーベスト技術では、一般的に、アンテナ７１_１〜７１_５に向けて送電された電波エネルギーではなく、電波塔や携帯電話基地局から不特定多数に向けて放射された電波エネルギーを回収する。よって、より多くのエネルギーを回収するために、携帯電話の周波数帯域の電波、無線ＬＡＮの周波数帯域の電波、地上デジタル放送の周波数帯域の電波など、一般的に使用されている周波数帯域の電波を受信することができるアンテナを用いることが好ましい。
図２０は、アンテナ７１_１〜７１_５で回収した電力の一例を示す図であり、ＲＦ−ＤＣ変換回路の出力電圧と出力電力との関係を示している。図２０に示す例では、アンテナ７１_１に２００ＭＨｚ帯用のアンテナ、アンテナ７１_２、７１_３に５００ＭＨｚ帯用のアンテナ、アンテナ７１_４、７１_５に８００ＭＨｚ帯用のアンテナを用いた場合を示している。
各周波数帯域の電波エネルギーの強度は場所や時間によって変動する。このため、各周波数帯域の電波エネルギーの強度が全て同程度となる状況はまれであり、例えば２００ＭＨｚ帯、５００ＭＨｚ帯、８００ＭＨｚ帯用のアンテナの出力がそれぞれ、−１４ｄＢｍ、−２０ｄＢｍ、−２６ｄＢｍのようにばらばらになり、ＲＦ−ＤＣ変換回路の出力電圧と出力電力との関係は図２０に示すようになる。
例えば、電圧制御回路の入力が１つである場合（図１０参照）、１つの電圧制御回路にすべてのＲＦ−ＤＣ変換回路７２_１〜７２_５の出力を供給し、ＲＦ−ＤＣ変換回路７２_１〜７２_５の出力を全て０．２Ｖとすると、図２０に示すように、５００ＭＨｚ帯のＲＦ−ＤＣ変換回路７２_２、７２_３から回収できる電力は最大になる。しかし、２００ＭＨｚ帯のＲＦ−ＤＣ変換回路７２_１の出力電力は最大とはならない（符号７８で示す）。また、８００ＭＨｚ帯のＲＦ−ＤＣ変換回路７２_４、７２_５では、リーク電流の影響で出力電力が減少する（符号７９で示す）。よって、この場合は、ＲＦ−ＤＣ変換回路７２_１〜７２_５から１つの電圧制御回路に供給される電力は、１４μＷ程度にとどまる。
一方、実施の形態１乃至３で説明した電源回路１〜３を用いた場合は、例えば、２００ＭＨｚ帯のＲＦ−ＤＣ変換回路７２_１を電圧制御回路１４_２（図１参照）に接続して０．３Ｖで動作させ、５００ＭＨｚ帯のＲＦ−ＤＣ変換回路７２_２、７２_３を電圧制御回路１４_１に接続して０．２Ｖで動作させ、８００ＭＨｚ帯のＲＦ−ＤＣ変換回路７２_４、７２_５を電圧制御回路１４_１、１４_２のいずれにも接続しないようにすることで、２０μＷ程度の電力を回収することができる。
なお、図１９に示した電源システムでは、電圧源としてアンテナ７１_１〜７１_５およびＲＦ−ＤＣ変換回路７２_１〜７２_５を備える場合について説明したが、本実施の形態では、これらの代わりに熱電素子や太陽電池を備える構成としてもよい。熱電素子を用いることで熱エネルギーを回収することができる。また、太陽電池を用いることで光エネルギーを回収することができる。
また、図２１に示すように、電圧源として複数種類の電圧源を組み合わせて用いてもよい。図２１では、電圧源として、アンテナ７１_１〜７１_３、熱電素子７５、太陽電池７６を組み合わせて用いている場合を例として示している。このように、複数種類の電圧源を組み合わせて用いることで、例えば、暗い場所など特定のエネルギー（光エネルギー）が回収できないような場合でも、他の入力からエネルギー（電波エネルギーや熱エネルギー）を回収することができる。
また、複数種類の電圧源を組み合わせて用いた場合は、例えば電波エネルギー、熱エネルギー、光エネルギーの強さに応じて出力電圧が異なる。しかし、本実施の形態では、複数の電圧制御回路１４_１、１４_２（図１参照）を設け、各々のエネルギー源で得られた出力電圧に応じて、接続する電圧制御回路１４_１、１４_２を切り替えている。よって、各々のエネルギー源からエネルギーを効率的に回収することができる。
また、本実施の形態では、図２２に示すように、電源回路７３で駆動するＭＣＵ（Micro Controller Unit）８２を半導体チップ８１に搭載し、ＭＣＵ８２から出力される制御信号８３を用いて負荷回路１５を制御するようにしてもよい。このような構成とすることで、電源回路７３の出力電圧が低い場合には負荷回路１５の動作を停止させるなど、負荷回路１５に対してより細かい制御をすることができる。
また、本実施の形態では、図２３に示すように、負荷回路１５への電力供給を制御する電源スイッチ回路９２、及び電源スイッチ回路９２を制御するスイッチ制御回路９３を半導体チップ９１に搭載してもよい。スイッチ制御回路９３は、電源回路７３の出力電圧が一定以上(負荷回路１５の動作電圧以上)である場合、電源スイッチ回路９２に制御信号９４を出力する。電源スイッチ回路９２は、制御信号９４が供給された場合、電源回路７３と負荷回路１５とを接続して、負荷回路１５に電源が供給されるようにする。
このような構成とすることで、電源回路７３の出力電圧が一定以上(負荷回路１５の動作電圧以上)になってから負荷回路１５への電源供給を開始することができる。よって、動作保証電圧以下で負荷回路１５の消費電流が大きい場合でも負荷回路１５を安定して起動させることができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
１、２、３ 電源回路
１１_１〜１１_５ 電圧源
１３ 電圧源接続スイッチ
１４_１、１４_２ 電圧制御回路
１５ 負荷回路
１６ 電圧源切替回路
１７ 電圧モニタ回路
１８ 制御回路
１９ 基準電圧生成回路
２０ クロック生成回路
２１_１〜２１_５ 電圧源
２２ 電圧源間スイッチ
２３ 電圧源接続スイッチ
２８ 制御回路
３１、３２ 配線
５０ チップ
５１ 第１の配線
５２ 第２の配線
５３ 電圧源用パッド
５４ 第１のパッド
５５ 第２のパッド
５６、５７、５８、５９ パッド
６１、６２、６３、６４、６５、６６ ボンディングワイヤ
７１_１〜７１_５ アンテナ
７２_１〜７２_５ ＲＦ−ＤＣ変換回路
７３ 電源回路
７４ 半導体チップ
７５ 熱電素子
７６ 太陽電池
８１ 半導体チップ
８２ ＭＣＵ
８３ 制御信号
９１ 半導体チップ
９２ 電源スイッチ回路
９３ スイッチ制御回路
９４ 制御信号

Claims (18)

  1. Ｎ個（Ｎ≧３）の電圧源と、
    入力された電圧を昇圧する第１及び第２の電圧制御回路と、
    前記Ｎ個の電圧源のうちの少なくとも一つを前記第１及び第２の電圧制御回路のうちのいずれか一つに接続する電圧源接続スイッチと、を備え、
    前記電圧源接続スイッチは、
    前記Ｎ個の電圧源のうち電圧が所定の基準電圧よりも低い電圧源を前記第１の電圧制御回路に接続し、
    前記Ｎ個の電圧源のうち電圧が所定の基準電圧以上の電圧源を前記第２の電圧制御回路に接続する、
    電源回路。
  2. 前記Ｎ個の電圧源の電圧をモニタする電圧モニタ回路を更に備え、
    前記電圧モニタ回路は、
    前記所定の基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
    前記Ｎ個の電圧源の各々の電圧と前記基準電圧とを比較する比較回路と、を有する、
    請求項１に記載の電源回路。
  3. 前記Ｎ個の電圧源の各々と前記電圧モニタ回路との接続を順次切り替える電圧源切替回路を更に備える、請求項２に記載の電源回路。
  4. 前記電源回路は動作モードとしてモニタモードと通常モードとを備え、
    前記モニタモードにおいて、前記電圧モニタ回路が前記Ｎ個の電圧源の電圧をモニタし、
    前記通常モードにおいて、前記電圧源接続スイッチが、前記電圧源の電圧のモニタ結果に応じて、前記Ｎ個の電圧源のうちの少なくとも一つを前記第１及び第２の電圧制御回路のうちのいずれか一つに接続する、
    請求項２に記載の電源回路。
  5. 前記第１の電圧制御回路は、当該第１の電圧制御回路に供給された第１のクロック信号のデューティー比に応じて入力電圧を昇圧し、
    前記第２の電圧制御回路は、当該第２の電圧制御回路に供給された第２のクロック信号のデューティー比に応じて入力電圧を昇圧する、
    請求項１に記載の電源回路。
  6. 前記第１及び第２の電圧制御回路の各々には、前記第１及び第２のクロック信号として前記第１の電圧制御回路の出力電圧と前記第２の電圧制御回路の出力電圧とが略同一となるようなクロック信号がそれぞれ供給される、請求項５に記載の電源回路。
  7. 前記第１のクロック信号のデューティー比は前記第２のクロック信号のデューティー比よりも大きい、請求項６に記載の電源回路。
  8. 前記第１及び第２の電圧制御回路に供給される前記第１及び第２のクロック信号は、前記Ｎ個の電圧源の各々の電圧に応じて制御される、請求項５に記載の電源回路。
  9. Ｎ個（Ｎ≧３）の電圧源と、
    入力された電圧を昇圧する第１及び第２の電圧制御回路と、
    前記Ｎ個の電圧源のうちの少なくとも一つを前記第１及び第２の電圧制御回路のうちのいずれか一つに接続する電圧源接続スイッチと、
    前記Ｎ個の電圧源のｉ番目（１≦ｉ≦Ｎ−１）の電圧源とｉ＋１番目の電圧源とを接続可能な電圧源間スイッチと、を備え、
    前記Ｎ個の電圧源のうちのｍ個の電圧源は前記電圧源接続スイッチに直接接続されており、
    前記Ｎ個の電圧源のうちのＮ−ｍ個の電圧源は前記電圧源間スイッチを介して前記電圧源接続スイッチに接続されている、
    電源回路。
  10. 前記電圧源間スイッチは、前記ｉ番目の電圧源の電圧とｉ＋１番目の電圧源の電圧とが所定の範囲内である場合に、前記ｉ番目の電圧源とｉ＋１番目の電圧源とを接続する、請求項９に記載の電源回路。
  11. 前記電圧源間スイッチは、
    前記Ｎ個の電圧源のうち電圧が所定の基準電圧よりも低い電圧源を互いに接続して第１の電圧源群を形成し、
    前記Ｎ個の電圧源のうち電圧が所定の基準電圧以上の電圧源を互いに接続して第２の電圧源群を形成する、
    請求項９に記載の電源回路。
  12. 前記第１の電圧源群は前記第１の電圧制御回路に接続され、前記第２の電圧源群は前記第２の電圧制御回路に接続される、請求項１１に記載の電源回路。
  13. 前記Ｎ個の電圧源のうちのａ番目からｂ番目まで（１≦ａ＜ｂ≦Ｎ）の電圧源間の電圧源間スイッチが全てオン状態となっており、且つ当該ａ番目からｂ番目までの電圧源の中に前記電圧源接続スイッチに直接接続されている電圧源が含まれていない場合、ａ−１番目の電圧源とａ番目の電圧源との間の電圧源間スイッチまたはｂ番目の電圧源とｂ＋１番目の電圧源との間の電圧源間スイッチをオン状態にする、請求項９に記載の電源回路。
  14. Ｎ個（Ｎ≧３）の電圧源と、
    入力された電圧を昇圧する第１及び第２の電圧制御回路と、
    前記Ｎ個の電圧源のうちの少なくとも一つを前記第１及び第２の電圧制御回路のうちのいずれか一つに接続する電圧源接続スイッチと、を備え、
    前記第１及び第２の電圧制御回路、並びに前記電圧源接続スイッチは同一のチップ上に形成されており、
    前記第１の電圧制御回路と前記電圧源接続スイッチは、前記チップの外に設けられた第１の配線を介して接続されており、
    前記第２の電圧制御回路と前記電圧源接続スイッチは、前記チップの外に設けられた第２の配線を介して接続されている、
    電源回路。
  15. 前記電圧源接続スイッチは、前記電圧源と前記第１の電圧制御回路との接続を切り替える第１のスイッチと、前記電圧源と前記第２の電圧制御回路との接続を切り替える第２のスイッチと、を含み、
    前記第１のスイッチの一端と前記第１の配線とを接続する第１のパッド、前記第２のスイッチの一端と前記第２の配線とを接続する第２のパッド、及び前記第１のスイッチの他端及び前記第２のスイッチの他端と前記電圧源とを接続する第３のパッドは、前記チップの前記第１及び第２の配線側の端部に設けられている、
    請求項１４に記載の電源回路。
  16. 前記第１のスイッチの一端と前記第１のパッドはチップ内配線で接続されており、前記第１の配線と前記第１のパッドはボンディングワイヤで接続されており、
    前記第２のスイッチの一端と前記第２のパッドはチップ内配線で接続されており、前記第２の配線と前記第２のパッドはボンディングワイヤで接続されており、
    前記第１のスイッチの他端及び前記第２のスイッチの他端と前記第３のパッドはチップ内配線で接続されており、前記電圧源と前記第３のパッドはボンディングワイヤで接続されている、
    請求項１５に記載の電源回路。
  17. Ｎ個（Ｎ≧３）の電圧源と、入力された電圧を昇圧する第１及び第２の電圧制御回路と、を備える電源回路の制御方法であって、
    前記Ｎ個の電圧源の電圧をモニタする第１のステップと、
    前記Ｎ個の電圧源の電圧に応じて、前記Ｎ個の電圧源のうちの少なくとも一つを前記第１及び第２の電圧制御回路のうちのいずれか一つに接続する第２のステップと、を備え、
    前記第２のステップにおいて、
    前記Ｎ個の電圧源のうち電圧が所定の基準電圧よりも低い電圧源を前記第１の電圧制御回路に接続し、
    前記Ｎ個の電圧源のうち電圧が所定の基準電圧以上の電圧源を前記第２の電圧制御回路に接続する、
    電源回路の制御方法。
  18. 前記Ｎ個の電圧源の各々の電圧と前記所定の基準電圧とを比較することで前記Ｎ個の電圧源の電圧をモニタする、請求項１７に記載の電源回路の制御方法。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6189786B2 (ja) * 2014-04-25 2017-08-30 ルネサスエレクトロニクス株式会社 電源装置、及び電源装置の制御方法
EP3254904B1 (en) * 2015-02-05 2020-07-22 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Vehicle control device
US9964986B2 (en) * 2015-12-29 2018-05-08 Silicon Laboratories Inc. Apparatus for power regulator with multiple inputs and associated methods
US10627839B2 (en) * 2016-03-02 2020-04-21 Qualcomm Incorporated Multiple input multiple output regulator controller system
JP6774312B2 (ja) * 2016-11-21 2020-10-21 株式会社東芝 電源装置、電源システム、センサシステムおよび方法
WO2018128216A1 (ko) * 2017-01-09 2018-07-12 주식회사 실리콘마이터스 다중 채널 스위칭 컨버터
CN108566093B (zh) * 2018-06-08 2023-10-27 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 一种多输入单输出直流变换器
US11474547B2 (en) * 2020-02-14 2022-10-18 Intel Corporation Apparatus and method of balancing input power from multiple sources
CN115412132B (zh) * 2022-07-19 2023-08-18 四川化工职业技术学院 基于环境能量供能的硬件安全型Zigbee终端

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2959657B2 (ja) 1993-05-13 1999-10-06 キヤノン株式会社 電子機器
JP3580123B2 (ja) 1998-03-20 2004-10-20 富士通株式会社 バッテリ装置
JP4220851B2 (ja) * 2003-07-31 2009-02-04 トヨタ自動車株式会社 電圧変換装置および電圧変換装置における電圧変換の制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体
KR100526344B1 (ko) * 2003-08-12 2005-11-08 삼성전자주식회사 승압 전압 제어장치 및 방법
JP2005176408A (ja) * 2003-11-19 2005-06-30 Toyota Motor Corp 熱電発電システム
JP2005269713A (ja) * 2004-03-16 2005-09-29 Toyota Motor Corp 熱発電装置
JP5300404B2 (ja) * 2008-10-14 2013-09-25 株式会社Ｎｔｔファシリティーズ 電力変換システム、電力変換制御装置、電力変換制御方法及びプログラム
JP5302096B2 (ja) * 2009-05-15 2013-10-02 株式会社Ｎｔｔファシリティーズ 太陽光発電システム及び制御方法
KR101097260B1 (ko) * 2009-12-15 2011-12-22 삼성에스디아이 주식회사 계통 연계형 전력 저장 시스템 및 전력 저장 시스템 제어 방법
US8669674B2 (en) * 2010-12-17 2014-03-11 Nxp B.V. Power supply circuit with shared functionality and method for operating the power supply circuit
JP5653542B2 (ja) * 2012-02-09 2015-01-14 三菱電機株式会社 並列蓄電システムおよびその制御方法
US9608438B2 (en) * 2012-07-17 2017-03-28 Electronics And Telecommunications Research Institute Inverter system for photovoltaic power generation

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