JP6403036B1 - エナジーハーベスト端末 - Google Patents

Abstract

【課題】電力変換効率に優れたエナジーハーベスト端末を提供する。【解決手段】エナジーハーベスト端末１００は、入力した入力高周波電力を少なくとも二つの分岐した経路に分配する分配回路２０と、分配回路２０により分配した入力高周波電力の一方を直流の出力電力に変換する主整流回路３１と、主整流回路３１の出力電力を入力として電圧変換を行うＤＣ−ＤＣコンバータ４と、分配回路２０により分配した入力高周波電力の他方を直流の出力電力に変換する副整流回路３２と、ＤＣ−ＤＣコンバータ４の出力に接続される蓄電素子５０とを備える。ＤＣ−ＤＣコンバータ４は、主整流回路３１の出力電圧と副整流回路３２の出力電圧とを等しくするフィードバック制御を行う。【選択図】図３

Description

本開示は、エナジーハーベスト端末に関する。

ワイヤレスセンサネットワークを構成するセンサ端末において、現在、ボタン電池等の一次電池、太陽電池、熱電変換素子等が電源として使用されている。しかしながら、一次電池に関しては電池交換が必要であり、太陽電池や熱電変換素子は材料コストが高い。このような電源に関する問題は、ワイヤレスセンサネットワークの普及への障壁となっている。

通信システムとしてＲＦＩＤ（Radio-Frequency Identification）を用いた場合、センサ端末から自発的に通信電波を送信することがなく、センサ端末は低消費電力であるため、電源としてエナジーハーベスト（energy harvest；環境発電）を利用することが可能である。エナジーハーベストは、周囲に存在するエネルギーから電力を採取する技術であり、ここでのセンサ端末の如き低消費電力のデバイスに好ましく適用される。エナジーハーベストには、光、熱電、振動、電磁波などを用いるものがあるが、電磁波を用いたＲＦエナジーハーベストは、電源の一部または全部として無線電力を利用するものである。これにより、ワイヤレスかつ電池交換不要のセンサ端末が実現可能である。

このような無線給電により電源供給されるエナジーハーベスト端末は、一般的に無線電波の高周波を直流に変換するＲＦ−ＤＣ変換回路を備えている。ＲＦ−ＤＣ変換回路の効率は出力電圧Ｖ_ｏｕｔに依存し、効率を最大にする出力電圧Ｖ_{ｏｕｔＰｍａｘ}は入力電力Ｐ_ｉｎに依存して変動する。したがって、入力電力が大きく変動し得る無線電力伝送においては、Ｖ_ｏｕｔ＝Ｖ_{ｏｕｔＰｍａｘ}をリアルタイムに維持することが重要となる。いわゆるＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking；最大電力点追従）手法はこのような変換効率の最適化を図る手法である。

特許文献１は、出力インピーダンスを有するエナジーハーベスタからＤＣ−ＤＣコンバータへエネルギーを伝送するためのエナジーハーベスティングシステムを提供する。最大電力点追従（ＭＰＰＴ）回路が、ハーベスタ出力インピーダンスの倍数であるレプリカ・インピーダンスを含む。ＭＰＰＴ回路は、ハーベスタの出力電圧に等しい電圧をレプリカ・インピーダンスに対して印加して、倍数で除算された、ハーベスタから受け取った入力電流に等しいフィードバック電流を生成し、ハーベスタ及びＤＣ−ＤＣコンバータ間の最大電力点追従を提供する。

特許文献２は、熱発電素子から簡単な回路で最大出力電力を取り出し可能な熱電発電装置を提供する。熱電発電装置は、熱電発電素子と、熱電発電素子に接続され、所定のタイミング毎の熱電発電素子の出力に基づいて動作点を設定するための動作点設定回路と、動作点設定回路に接続され、動作点設定回路にサンプルホールド信号を供給するシーケンス回路と、動作点設定回路に接続され、出力電圧を出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力に接続され、フィードバック信号をＤＣ／ＤＣコンバータにフィードバックするエラーアンプとを備える。

特許第５９２１４４７号公報 特開２０１４−２１７２５０号公報

しかしながら、上述した文献に開示の手法は、エナジーハーベスト端末に必ずしも適したものではない。例えば特許文献１は、レプリカ・インピーダンスに電流を流すことにより、入力インピーダンスを一定化するため、レプリカ・インピーダンスで消費される電力をゼロにできず、低消費電力化が困難である。また、オペアンプの入出力電圧が入力電源電圧に等しくなるため、レールトゥレールオペアンプが必要となり、トランジスタ数が増加する。また、レプリカ・インピーダンスは大きな抵抗の値となるため、集積回路に実装する場合大面積が必要となる。

特許文献２は、所定のタイミングにより、不連続にサンプルホールドを行う為、リアルタイムに変動する入力への追従にタイムラグが生じ、電力ロスが発生する。また、サンプルホールドを行っている時、電力を供給することができない為、サンプリング間隔を短くすると電力効率が劣化する。また、一定時間ごとに開放電圧のサンプリングを実施する為、入力とＤＣ／ＤＣコンバータの間にパストランジスタを設ける必要があり、電力損失が生じ得る。

本開示は、電力変換効率に優れたエナジーハーベスト端末を提供することを目的とする。

本開示のエナジーハーベスト端末は、入力した入力高周波電力を少なくとも二つの分岐した経路に分配する分配回路と、前記分配回路により分配した入力高周波電力の一方を直流の出力電力に変換する主整流回路と、前記主整流回路の出力電力を入力として電圧変換
を行うＤＣ−ＤＣコンバータと、前記分配回路により分配した入力高周波電力の他方を直流の出力電力に変換する副整流回路と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力に接続される蓄電素子と、を備え、前記分配回路は、前記副整流回路の出力の開放電圧が、前記主整流回路の電圧−電力変換効率特性のピーク値における電圧に等しくような分配比をもって、前記入力高周波電力を前記二つの経路に分配し、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記主整流回路の出力電圧と前記副整流回路の出力電圧とを等しくするフィードバック制御を行う。

本開示によれば、主整流回路の出力電圧と副整流回路の出力電圧とを等しくするフィードバック制御を行うことにより、入力電力にかかわらず電力変換効率を最大化することが可能となる。

図１は、本開示のエナジーハーベスト端末の一実施形態に係るブロック図である。 図２は、ＲＦ−ＤＣ変換回路の電力変換効率を可視化した３次元グラフを示す。 図３は、実施形態のエナジーハーベスト端末の一部分のブロック図である。 図４は、図３の主整流回路及び副整流回路が示す電圧−電力変換効率特性のグラフを示し、（ａ）は入力電力が−４ｄＢｍのときのグラフ、（ｂ）は入力電力が−９ｄＢｍのときのグラフ、（ｃ）は入力電力が−１３ｄＢｍのときのグラフをそれぞれ示す。 図５は、他の実施形態のエナジーハーベスト端末の一部分のブロック図である。 図６は、図５の主整流回路及び副整流回路が示す電圧−電力変換効率特性のグラフを示し、（ａ）は入力電力が−１０ｄＢｍのときのグラフ、（ｂ）は入力電力が−５ｄＢｍのときのグラフ、（ｃ）は入力電力が−３ｄＢｍのときのグラフをそれぞれ示す。 図７は、分配回路２０の例を示し、（ａ）及び（ｂ）は集中定数回路を用いた例であり、（ｃ）は分布定数回路を用いた例である。

以下、適宜図面を参照しながら、本開示に係るエナジーハーベスト端末を具体的に開示した実施形態（以下、「本実施形態」という）を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

以下、本開示を実施するための好適な本実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本開示のエナジーハーベスト端末の一実施形態のブロック図である。エナジーハーベスト端末１００は、アンテナ１と、高周波スイッチ２と、ＲＦ−ＤＣ（Radio Frequency-Direct Current）変換回路３と、ＤＣ−ＤＣコンバータ４と、電源制御回路５と、マイクロプロセッサ６と、センサ７と、出力装置８と、ＲＦＩＤ送受信機９と、蓄電デバイス１０と、分配回路２０と、を備える。

エナジーハーベスト端末１００は、ＲＦＩＤリーダライタの如き外部のＲＦＩＤ通信ノードから、無線通信の無線電波を受信することにより電力を受信し（給電技術）、起動する電磁波エナジーハーベストを利用する。エナジーハーベスト端末１００の適用分野は特に限定されないが、例えば、各種電子デバイス、チップなどの態様をなし、あらゆるモノをインターネットなどの通信網に接続し、情報交換を促すことによりモノを相互に制御する「モノのインターネット」、いわゆるＩｏＴ（Internet of Things）を実現するための端末としての利用が期待される。エナジーハーベスト端末１００は、工場、住宅、介護施設、道路の等の各種のインフラ、人体等、あらゆる場所に設置することが想定される。そして、この実施態様でのエナジーハーベスト端末１００は、外部からの給電によって駆動することができ、独立した電源が不要であるため、あらゆる場所に、大量に設置することも比較的容易である。

アンテナ１は、外部のＲＦＩＤ通信ノードから、所定周波数（例えば９２０ＭＨｚの如きマイクロ波）の無線電波（無線電力）を受信し、電力の供給を受ける電力供給用アンテナとしての役割を果たす。更にアンテナ１は、無線送受信機であるＲＦＩＤ送受信機９と協働して、後述するセンサ７が取得した値、すなわち情報データを外部のＲＦＩＤ通信ノードに送信するとともに、このＲＦＩＤ通信ノードから情報データを受信することもでき、情報通信用アンテナとしての役割をも果たす。アンテナ１はパッチアンテナ、スロットアンテナなど種々の構成のアンテナを利用することが可能であり、特にその種類は限定されない。

高周波スイッチ２は、アンテナ１の機能を切り替えるための装置であり、上述した様にアンテナ１が電力供給用アンテナとして機能する場合、分配回路２０を経由しＲＦ−ＤＣ変換回路３に接続して受信した無線電力をＲＦ−ＤＣ変換回路３に供給する。一方、アンテナ１は情報通信用アンテナとして機能する場合、ＲＦＩＤ送受信機５０に接続し、外部のＲＦＩＤ通信ノードとの情報データの送受信を可能とする。

ＲＦ−ＤＣ変換回路３は、アンテナ１が受信した高周波の無線電力に対応した交流電流を直流電流に変換して出力する。ＤＣ−ＤＣコンバータ４は、そのインピーダンスを変動させ、ＲＦ−ＤＣ変換回路３の出力を後段の種々の負荷（電源制御回路５、蓄電デバイス１０等）に適した所定の電圧に変換する。電源制御回路５は、マイクロプロセッサ６、センサ７、出力装置８、蓄電デバイス１０に供給する電力を制御する。ＲＦ−ＤＣ変換回路３、ＤＣ−ＤＣコンバータ４、分配回路２０の詳細は後述する。

マイクロプロセッサ６は、エナジーハーベスト端末１００全体の動作を司るマイクロコントローラ（マイコン）である。マイクロプロセッサ６は、起動トリガ信号に基づき起動し、消費電力抑制のために電源制御信号を送りつつ、高周波スイッチ２、ＲＦＩＤ送受信機９を制御する。マイクロプロセッサ６は通信信号により、センサ７から検出データを取得し、所定の演算を行い、ＲＦＩＤ送受信機９に演算データを書き込む。

センサ７は、エナジーハーベスト端末１００による検出対象となる、外部環境の特定の値に応じて設けられるものであり、起動するために電力を供給する必要がある負荷である。センサ７は、例えば外部環境の特定の値が温度である場合は温度センサであり、圧力である場合は圧力センサであるが、その種類は特に限定されない。一台のエナジーハーベスト端末１００に複数のセンサ７を設けることが可能である。センサ７は外部から値を検出し、マイクロプロセッサ６へ供給する。

出力装置８は小型のディスプレイ等により構成され、電源制御回路５による制御の下、エナジーハーベスト端末１００の蓄電状態等の種々の情報を出力表示するものであり、その種類は特限定されず、エナジーハーベスト端末１００において必須の装置ではない。蓄電デバイス１０はキャパシタ等により構成され、エナジーハーベスト端末１００の電力源（電池）として機能する。

従来より、無線電波の高周波を直流に変換するＲＦ−ＤＣ変換回路３の電力変換効率は、出力電圧Ｖ_ｏｕｔに依存し、効率を最大にする出力電圧Ｖ_{ｏｕｔＰｍａｘ}は入力電力Ｐ_ｉｎに依存して変動することが知られている。したがって、入力電力が大きく変動し得る無線電力伝送においては、Ｖ_ｏｕｔ＝Ｖ_{ｏｕｔＰｍａｘ}をリアルタイムに維持することが重要となる。いわゆるＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking；最大電力点追従）手法はこのような変換効率の最適化を図る手法である。

このようなＭＰＰＴ手法は、一般的にＡ／Ｄコンバータと演算装置を用いて、ＲＦ−ＤＣ変換回路３の出力電力Ｐ_ｏｕｔをモニタしながら出力電流Ｉ_ｏｕｔまたは出力電圧Ｖ_ｏｕｔを変動させ（Ｐ_ｏｕｔ＝Ｉ_ｏｕｔ×Ｖ_ｏｕｔ）、出力電力Ｐ_ｏｕｔを最大化する方式である。しかしながら、このような方式においては、Ａ／Ｄコンバータおよび演算装置をリアルタイムで動作させる必要があり、消費電力が大きく、回路規模が大きいという欠点がある。

図２は、無線電波の高周波を直流に変換するＲＦ−ＤＣ変換回路３の電力変換効率（エネルギー変換効率）を可視化した３次元グラフを示す。横軸（ｘ軸）は、アンテナ１が受信した高周波の無線電力である入力電力（ｄＢｍ）に相当し、縦軸（ｙ軸）は、ＲＦ−ＤＣ変換回路３が出力する出力電圧（Ｖ）に相当する。この横軸、縦軸の値に対応するＲＦ−ＤＣ変換回路３の電力変換効率が、等高線（紙面に垂直なｚ軸）で示されている。ここで等高線の稜線に相当する曲線１が、ある入力電力において電力変換効率が最大になる点の集まり、すなわち最適な入力電力と出力電圧の組み合わせの集合体である最大変換効率曲線である。ＲＦ−ＤＣ変換回路３がこの曲線上で駆動することにより、最もよい電力変換効率が得られる。一方、最も左側の曲線２は、電圧が高いながらも得られる出力電流は０、すなわちＲＦ−ＤＣ変換回路３の出力電圧が開放電圧となり、効率が理論上ゼロになる点の集まりである開放電圧曲線である。

発明者は、上記グラフを参照しながら、ＲＦ−ＤＣ変換回路３の特性、特に開放電圧と最大効率の電圧の関係について検討を重ねた。その結果、発明者は図２における開放電圧曲線の入力電力を所定の値ＸｄＢだけ変化させる、すなわち所定の倍率で変化させる（横軸が対数表記であるため）ことにより、開放電圧曲線が最大変換効率曲線に一致することを見出した。図２のグラフ上では、曲線２を右方向に平行移動させることにより、曲線１に一致しており、この所定の値Ｘは、横軸の入力電力の値に関わらず一定となることが理解できる。尚、所定の値Ｘは、用いる回路の構成、各デバイスの特性など、種々の要因によりさまざまな値をとり得るが、図２の例では６ｄＢ（−６ｄＢ）となっている。

このことは、たとえ入力電力が変動しても、入力電力を−６ｄＢ変化させたＲＦ−ＤＣ変換回路３の開放電圧を得ることができれば、この取得した開放電圧に基づき、ＲＦ−ＤＣ変換回路３を最大変換効率曲線の上で、動作させることができることを示唆している。以下、このような動作を実現するため、ＲＦ−ＤＣ変換回路３及びＤＣ−ＤＣコンバータ４の詳細を含む実施形態のエナジーハーベスト端末１００について詳述する。

図３は、実施形態のエナジーハーベスト端末１００の一部分のブロック図である。本実施形態においては、分配回路２０がアンテナ１とＲＦ−ＤＣ変換回路３の間に設けられている。また、ＲＦ−ＤＣ変換回路３は、主整流回路３１と副整流回路３２を有しており、ＤＣ−ＤＣコンバータ４は、昇圧回路４１とエラーアンプ４２とを有している。更に昇圧回路４１の出力先には蓄電素子（キャパシタ）３０が接続され、この蓄電素子３０はグランドに接続されている。

分配回路２０はアンテナ１が受信した無線電力に対応する入力した入力高周波電力Ｐ_ｉｎを少なくとも二つの分岐した経路である主経路２１及び副経路２２に分配する回路である。主経路２１にはエナジーハーベスト端末１００を駆動するメインの電力Ｐ_{ｉｎＭａｉｎ}が分配され、副経路２２には本開示の制御を実施するためのサブの電力Ｐ_{ｉｎＳｕｂ}が分配される。当然ながらメインの電力Ｐ_{ｉｎＭａｉｎ}は、サブの電力Ｐ_{ｉｎＳｕｂ}より大きい（Ｐ_{ｉｎＭａｉｎ}＞Ｐ_{ｉｎＳｕｂ}）。分配回路２０は、二つの経路に例えばＰ_{ｉｎＭａｉｎ}：Ｐ_{ｉｎＳｕｂ}＝８：２の如き割合により電力を分配するが、この比率はエナジーハーベスト端末１００の特性や環境に応じて適宜決定される。

ＲＦ−ＤＣ変換回路３は、分配回路２０の主経路２１に接続した主整流回路３１と副経路２２に接続した副整流回路３２を有している。主整流回路３１は、分配回路２０により分配した入力高周波電力の一方を直流の出力電力に変換する。副整流回路３２は、分配回路２０により分配した入力高周波電力の他方を直流の出力電力に変換する。上述した分配回路２０が、二つの経路に例えば（１−β）：βの割合で電力を分配する場合、主整流回路３１にはＰ_{ｉｎＭａｉｎ}＝（１−β）Ｐ_ｉｎの電力が供給され、副整流回路３２にはＰ_{ｉｎＳｕｂ}＝βＰ_ｉｎの電力が供給される。

ＤＣ−ＤＣコンバータ４は、主整流回路３１の出力電力を入力としてそのインピーダンスを変動させることにより電圧変換を行い、ＲＦ−ＤＣ変換回路３の出力を後段の種々の負荷（電源制御回路５、蓄電デバイス１０等）に適した所定の電圧に変換する。本実施形態において、ＤＣ−ＤＣコンバータ４は昇圧回路４１とエラーアンプ４２とを有している。昇圧回路４１はＤＣ−ＤＣコンバータ４の主たる役割を担い、主整流回路３１の出力電圧Ｖ_ｍａｉｎが入力されるとともに、エラーアンプ４２の出力が入力される。エラーアンプ４２の−端子には主整流回路３１の出力電圧Ｖ_ｍａｉｎが入力され、エラーアンプ４２の＋端子には副整流回路３２の出力電圧Ｖ_{ｓｕｂ＿ｏｃ}が入力される。昇圧回路４１はエラーアンプ４２の出力が大きくなると入力インピーダンスを増加させ、エラーアンプ４２の出力が小さくなると入力インピータンスを小さくする。したがって、昇圧回路４１はフィードバック制御系を構成し、最終的にＶ_ｍａｉｎ＝Ｖ_{ｓｕｂ＿ｏｃ}となるよう制御される。

ＤＣ−ＤＣコンバータ４の出力に接続された蓄電素子５０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４の出力電圧Ｖ_{ｂｏｏｓｔ}を平滑化する役割を果たす。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ４は昇圧形コンバータである為、その出力インピーダンスは比較的高い。したがって、蓄電素子５０を装荷することによりマイコンやセンサ等の時間的にインピーダンスが変動する負荷に対して安定した電圧を供給することが可能となる。

図４は、図３の主整流回路３１及び副整流回路３２が示す入力電圧に対する電力の変換効率の特性である、電圧−電力変換効率特性のグラフを示し、（ａ）は入力電力Ｐ_ｉｎが−４ｄＢｍのときのグラフ、（ｂ）は入力電力Ｐ_ｉｎが−９ｄＢｍのときのグラフ、（ｃ）は入力電力Ｐ_ｉｎが−１３ｄＢｍのときのグラフをそれぞれ示す。横軸ｘが入力高周波の電力に相当し、縦軸ｙが電力変換効率に相当する。

すなわち、本実施形態では、分配回路２０は、副整流回路３２の出力の開放電圧が、主整流回路３１の電圧−電力変換効率特性のピーク値における電圧に等しくなるように、入力高周波電力を二つの経路、すなわち主経路２１及び副経路２２に分配する。このような分配状態を達成するため、一例としてβは０．２５に設定されている。

このような設定と前記フィードバック制御により、主整流回路３１の出力電圧は、図２で示した最大変換効率曲線（曲線１）上におけるものとなる。すなわち、エラーアンプ４２の入力インピーダンスは十分高いことから、副整流回路３２の出力には開放電圧が現れ、このとき副整流回路３２の出力電力は０であり、図２における開放電圧曲線（曲線２）上の特性が得られる。このとき、主整流回路３１の入力電力はアンテナ１から受信した入力電力を(１−β)倍したものとなり、主整流回路３１の変換効率は、図２において副整流回路３２の開放電圧曲線（曲線２）を右にシフトした最大変換効率曲線（曲線１）上における値をとることになる。これは図４における主整流回路３１の電圧−電力変換効率特性のピーク値を示している。

図４（ａ）では、副整流回路３２の開放電圧が約０．５Ｖとなり、この電圧において主整流回路３１の電力変換効率は最大値の約５２％をとる。図４（ｂ）では、副整流回路３２の開放電圧が約０．７Ｖとなり、この電圧において主整流回路３１の電力変換効率は最大値の約６１％をとる。図４（ｃ）では、副整流回路３２の開放電圧が約１．５Ｖとなり、この電圧において主整流回路３１の電力変換効率は最大値の約７０％をとる。

別の観点から述べると、ＤＣ−ＤＣコンバータ４が、主整流回路３１の出力電圧と副整流回路３２の出力電圧とを等しくするフィードバック制御を行う。このような制御により、主整流回路３１の電力変換効率を最大化させることが可能となる。

図５は、他の実施形態のエナジーハーベスト端末１００の一部分のブロック図である。本実施形態のエナジーハーベスト端末１００では、図３の実施形態に対し電圧調整回路６０が追加され、分配回路２０の定数も変更されている。

電圧調整回路６０は、副整流回路３２とＤＣ−ＤＣコンバータ４の間に設けられ、副整流回路３２の出力の開放電圧に比例した電圧を生成する。副整流回路３２の出力の開放電圧がＶ_{ｓｕｂ＿ｏｃ}である場合、例えば電圧調整回路６０はαＶ_{ｓｕｂ＿ｏｃ}の電圧を出力する。αは１より大きい値である。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ４は、主整流回路３１の出力電圧と電圧調整回路６０の出力電圧とを等しくするフィードバック制御を行う。

図６は、図５の主整流回路３１及び副整流回路３２が示す入力電圧に対する電力の変換効率の特性である、電圧−電力変換効率特性のグラフを示し、（ａ）は入力電力Ｐ_ｉｎが−１０ｄＢｍのときのグラフ、（ｂ）は入力電力Ｐ_ｉｎが−５ｄＢｍのときのグラフ、（ｃ）は入力電力Ｐ_ｉｎが−３ｄＢｍのときのグラフをそれぞれ示す。横軸ｘが入力高周波の電力に相当し、縦軸ｙが電力変換効率に相当する。

図４のグラフとは異なり、本実施形態では、副整流回路３２の開放電圧は、主整流回路３１の電圧−電力変換効率特性のピーク値における電圧に比べて小さい値に抑えられている。よって、副整流回路３２に分配すべき電力は、図４のものに比べて小さくすることができる。言い換えると、分配回路２０は、図３の実施形態に比べて、より大部分の電力を主整流回路３１に分配することができる。分配回路２０が副整流回路３２に分配する電力を抑えることにより、開放電圧も小さくなる。そして、電圧調整回路６０が、図６（ａ）〜（ｃ）の各々において矢印で示す様に、この抑えられた開放電圧を所定の乗数αをもって増加させ、ＤＣ−ＤＣコンバータ４が、電圧調整回路６０の出力電圧と主整流回路３１の出力電圧とを等しくするようなフィードバック制御を行う。これにより、エナジーハーベスト端末１００は高い電力変換効率をもって駆動することができる。

図６（ａ）では、副整流回路３２の開放電圧が約０．５Ｖとなり、電圧調整回路６０によりこの開放電圧が約０．７５Ｖまで増加し、この電圧において主整流回路３１の電力変換効率は最大値の約６０％をとる。図６（ｂ）では、副整流回路３２の開放電圧が約０．９Ｖとなり、電圧調整回路６０によりこの開放電圧が約１．３５Ｖまで増加し、この電圧において主整流回路３１の電力変換効率は最大値の約７０％をとる。図６（ｃ）では、副整流回路３２の開放電圧が約１．２Ｖとなり、電圧調整回路６０によりこの開放電圧が約１．７Ｖまで増加し、この電圧において主整流回路３１の電力変換効率は最大値の約７０％をとる。

上記制御は、必ずしも電圧調整回路６０によって達成されるものではない。エナジーハーベスト端末１００が、副整流回路３２の出力の開放電圧に比例する電圧αＶ_{ｓｕｂ＿ｏｃ}を生成するデバイス、ソフト制御の様な何らかの構成もしくは機能を有すればよい。そして、この生成された電圧を主整流回路３１の電圧−電力変換効率特性のピーク値における電圧に合致させることによって、本制御が実現できる。

図７は分配回路２０の種々の例を示す。図７（ａ）及び図７（ｂ）の分配回路２０は集中定数回路を用いた例であり、図７（ｃ）は分布定数回路を用いた例であるが、分配回路２０の構成、種類等は特に限定されない。

本開示においては、ＲＦ−ＤＣ変換回路を、主整流回路と副整流回路の２系統とし、副整流回路の開放電圧に基づき、主整流回路の出力電圧を最適なものとしている。したがって、主整流回路の出力電圧をモニタする必要がなく、また、副整流回路に供給する電力は主整流回路に供給される電力に比べて小さいことから、低損失かつ簡易な構成において、ＲＦ−ＤＣ変換回路の電力変換効率の最適化を図ることが可能となり、ひいては電力変換効率に優れたエナジーハーベスト端末を実現できる。

以上、図面を参照して本開示に係るエナジーハーベスト端末の実施形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例、修正例、置換例、付加例、削除例、均等例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

本開示によれば、エナジーハーベスト端末の高効率な無線電力の活用に寄与するため、エナジーハーベスト端末の利用がより一層促進される。

１ アンテナ
２ 高周波スイッチ
３ ＲＦ−ＤＣ変換回路
４ ＤＣ−ＤＣコンバータ
５ 電源制御回路
６ マイクロプロセッサ
７ センサ
８ 出力装置
９ ＲＦＩＤ送受信機
１０ 蓄電デバイス
２０ 分配回路
３１ 主整流回路
３２ 副整流回路
５０ 蓄電素子
６０ 電圧調整回路
１００ エナジーハーベスト端末

Claims (2)

1. 入力した入力高周波電力を少なくとも二つの分岐した経路に分配する分配回路と、
   前記分配回路により分配した入力高周波電力の一方を直流の出力電力に変換する主整流回路と、
   前記主整流回路の出力電力を入力として電圧変換を行うＤＣ−ＤＣコンバータと、
   前記分配回路により分配した入力高周波電力の他方を直流の出力電力に変換する副整流回路と、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力に接続される蓄電素子と、を備え、
   前記分配回路は、前記副整流回路の出力の開放電圧が、前記主整流回路の電圧−電力変換効率特性のピーク値における電圧に等しくような分配比をもって、前記入力高周波電力を前記二つの経路に分配し、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記主整流回路の出力電圧と前記副整流回路の出力電圧とを等しくするフィードバック制御を行う、
   エナジーハーベスト端末。
2. 入力した入力高周波電力を少なくとも二つの分岐した経路に分配する分配回路と、
   前記分配回路により分配した入力高周波電力の一方を直流の出力電力に変換する主整流回路と、
   前記主整流回路の出力電力を入力として電圧変換を行うＤＣ−ＤＣコンバータと、
   前記分配回路により分配した入力高周波電力の他方を直流の出力電力に変換する副整流回路と、
   前記副整流回路の出力の開放電圧に比例する電圧を生成する電圧調整回路と、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力に接続される蓄電素子と、を備え、
   前記電圧調整回路は、前記電圧調整回路の出力電圧が、前記主整流回路の電圧−電力変換効率特性のピーク値における電圧に等しくなるような比例定数をもって電圧を生成し、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記主整流回路の出力電圧と前記電圧調整回路の出力電圧とを等しくするフィードバック制御を行う、
   エナジーハーベスト端末。

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