JP6600400B2 - 発振構造を備えるエナジーハーベスティング回路 - Google Patents
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Description
− エネルギー源3の出力におけるソースキャパシターCs1
− コイルとアース接続のためのn型MOSFETスイッチS1及び9
− ダイオードモードで接続しているp型MOSFET11
− 図1に示しているようにすべてのソースからエネルギーを格納するためのコイルLeと外部キャパシターCe
− 外部キャパシターCeの前にコイルLeが接続されて、外部キャパシターCeをまたがる負電圧が第2のスイッチ9をもまたがるように反映されることを避ける。そうでなければ、外部キャパシターCeを分離することは難しい。
(1)まず、いくらかの電荷を外部キャパシターCeに移動させる。なぜなら、起動時において、外部エネルギー源3が、コイルLeを介して空の外部キャパシターCeをチャージするからである。
(2)論理回路は、第2のスイッチ9を(既に閉になっていなければ)閉にして、第1のスイッチS1を開にする。結果として、外部キャパシターCeからの電荷がアースへと移動し、コイルLeの磁場をチャージし、このコイルLeが外部キャパシターCeを放電させて、外部キャパシターCeをまたがる電圧が負になる。このようにして、外部キャパシターCeは、常に、外部エネルギー源3の電圧レベルに関係なく、外部エネルギー源3のうちの1つから他の電荷をすぐに受けることができるようになっている。
(3)次のチャージサイクルは、論理回路6が第1のスイッチS1を閉にして第2のスイッチ9を開にするときに行われる。このチャージサイクルの間に、外部エネルギー源3は、前サイクルにおけるように同じエネルギー源であることができ、又は別のエネルギー源、すなわち、スイッチS2、S3又はS4に接続されるエネルギー源のいずれか1つ、であることができる。論理回路6によって、適切なエネルギー源の選択を行うことができる。この選択は、例えば、異なるエネルギー源3のエネルギーレベルに基づくことができる。
(4)最後に、可能性としては何回も後のチャージサイクルの後に、電荷が供給キャパシター15に移動し、そこに格納される。供給キャパシターをまたがる電圧レベルは、正であり、実質的に一定である。すなわち、発振がない。
3 エネルギー源
4 第1の発振回路ノード
5 第2の発振回路ノード
6 制御回路
7 クロック信号ジェネレーター
9 第2のスイッチ
11 電圧調整要素
13 第3のスイッチ
15 第2のキャパシター
29 電流調整要素
Ce 第1のキャパシター
Le インダクター
S1、S2、S3、S4 第1のスイッチ
Claims (15)
- 少なくとも1つのエネルギー源(3)からエナジーハーベスティングを行うエナジーハーベスティング回路(1)であって、
第1の発振回路ノード(4)に接続されているインダクター(Le)と、及び前記インダクター(Le)と直列に接続しており第2の発振回路ノード(5)に接続しており前記少なくとも1つのエネルギー源(3)からの電荷を一時的に格納する第1のキャパシター(Ce)とを有する発振回路(Le、Ce)と、
前記第1の発振回路ノード(4)と前記少なくとも1つのエネルギー源(3)の間にて接続しており、前記発振回路(Le、Ce)に又は前記発振回路(Le、Ce)から前記少なくとも1つのエネルギー源(3)を選択的に接続し分離する第1のスイッチ(S1、S2、S3、S4)と、
前記第1の発振回路ノード(4)と、当該エナジーハーベスティング回路における実質的に最低の電位にあり、前記第1のキャパシター(Ce)をまたがる電圧が負であるときに前記少なくとも1つのエネルギー源(3)から電荷を集めるための前記発振回路(Le、Ce)の発振の間に前記第1のキャパシター(Ce)をまたがる負の電圧を生成するための第3の発振回路ノードの間に接続されている第2のスイッチ(9)と、
前記少なくとも1つのエネルギー源(3)をまたがる電圧を制御する電圧調整要素(11)と、
前記第1及び第2のスイッチ(S1、S2、S3、S4、9)の開閉を制御する制御回路(6)と、及び
時間的に調和された形態で前記第1及び第2のスイッチ(S1、S2、S3、S4、9)の開閉を可能にするように、前記制御回路(6)に第1のクロック信号を供給するクロック信号ジェネレーター(7)と
を有することを特徴とするエナジーハーベスティング回路(1)。 - 前記第1のキャパシター(Ce)をまたがる電圧は、発振サイクルのサイクル長が前記第1のクロック信号と実質的に同じであるように、最大の正の電圧値と最小の負の電圧値の間にて発振するように構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載のエナジーハーベスティング回路(1)。 - 前記第2のスイッチ(9)が開であるときに前記第1のスイッチ(S1、S2、S3、S4)が閉であり、前記第2のスイッチ(9)が閉であるときに前記第1のスイッチ(S1、S2、S3、S4)が開であるように構成されている
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のエナジーハーベスティング回路(1)。 - さらに、第2のキャパシター(15)と第3のスイッチ(13)を有しており、前記第2のキャパシター(15)は、前記第3のスイッチ(13)を介して前記第1の発振回路ノード(4)に接続される
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のエナジーハーベスティング回路(1)。 - 前記第2のキャパシター(15)は、前記第3のスイッチ(13)が閉であるときに前記第1のキャパシター(Ce)からの電荷によってチャージされるように構成されている
ことを特徴とする請求項4に記載のエナジーハーベスティング回路(1)。 - 前記制御回路(6)は、前記第3のスイッチ(13)の動作を制御する第2のクロック信号を生成するように構成されている
ことを特徴とする請求項4又は5に記載のエナジーハーベスティング回路(1)。 - 前記第2のクロック信号のクロック周波数は、前記第1のクロック信号のクロック周波数とは異なる
ことを特徴とする請求項6に記載のエナジーハーベスティング回路(1)。 - さらに、前記第3のスイッチ(13)に接続しており前記第2のキャパシター(15)から前記第1の発振回路ノード(4)へと電流が流れることを防ぐ電流調整要素(29)を有する
ことを特徴とする請求項4〜7のいずれかに記載のエナジーハーベスティング回路(1)。 - 前記クロック信号ジェネレーター(7)は、クオーツ結晶、RC発振器、リング発振器又は位相ロックループ(PLL)を有するクオーツ発振器を有する
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のエナジーハーベスティング回路(1)。 - 当該エナジーハーベスティング回路(1)は、複数のエネルギー源からエナジーハーベスティングを行うように構成しており、当該エナジーハーベスティング回路(1)は、前記複数のエネルギー源(3)と前記発振回路(Le、Ce)の間に第1のスイッチの群(S1、S2、S3、S4)を有する
ことを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載のエナジーハーベスティング回路(1)。 - 前記制御回路(6)は、同時に1つのエネルギー源(3)のみが前記発振回路(Le、Ce)に接続されるように、前記第1のスイッチの群の動作を制御するように構成されている
ことを特徴とする請求項10に記載のエナジーハーベスティング回路(1)。 - 前記第1及び第2のスイッチは、n型MOSFETである
ことを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載のエナジーハーベスティング回路(1)。 - 前記少なくとも1つのエネルギー源(3)は、太陽電池、熱電ジェネレーター、磁気誘導回路、圧電素子又は電池のいずれかである
ことを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載のエナジーハーベスティング回路(1)。 - 請求項1〜13のいずれかに記載のエナジーハーベスティング回路(1)を有する腕時計。
- 請求項1〜13のいずれかに記載のエナジーハーベスティング回路(1)を動作させる方法であって、
前記第1のキャパシター(Ce)をまたがる電圧が実質的にその最小の負の電圧レベルにあるときに前記第1のスイッチ(S1、S2、S3、S4)の1つを閉にして、前記エネルギー源(3)を前記エナジーハーベスティング回路(1)に接続して、これによって、前記エネルギー源(3)からの電荷の収穫を可能にし、これと実質的に同時に前記第2のスイッチ(9)を開にする
ことを特徴とする方法。
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