JP6904798B2 - 電源装置 - Google Patents
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Description
特許文献1の電源制御装置では、蓄電素子が、電源で発生した電力を蓄電する。DC−DC変換器は、入力側給電線からの入力を所定の電圧に変換し、出力側給電線に接続された負荷に供給する。DC−DC変換器は、入力側の電圧が第1所定電圧を超えた時に起動して給電を開始する。電源制御部は、出力側給電線に接続され、電力供給を受けて動作する。電源制御部は、電源の電源エネルギーに従い、動作モードを変えながら負荷への電力供給制御を行う。電源制御部は、マイクロコンピュータによって構成される。電源制御部は、DC−DC変換器からの給電開始で起動し、検出された電源エネルギーの監視のみを周期的に行う低消費電力動作モードで動作する。電源制御部は、電源エネルギーを監視し、入力側給電線の電圧が第1の所定電圧より高い第2の所定電圧になった状態に相当するレベルへ電源エネルギーが超えた時に、負荷への電力供給を開始させる。
発電装置P100の出力端子P120は、入力端子P131を経由して蓄電容量P101の一端に接続されている。発電装置P100の出力端子P120−2は、入力端子P132を経由してグランド端子P110に接続されている。蓄電容量P101の他端は、グランド端子P110に接続されている。蓄電容量P101の一端は、電圧検出回路P102の入力端子P121と、昇圧回路P301の入力端子P320と、制御回路P302の入力端子P323とに接続されている。
電圧検出回路P102の出力端子P122は、昇圧回路P301のイネーブル端子P321に接続されている。昇圧回路P301の出力端子P322は、スイッチ素子P303の一端と、制御回路P302の電源端子P324とに接続されている。
スイッチ素子P303の他端は、出力端子P133を経由して負荷P105の入力端子P127に接続されている。負荷P105の入力端子P127−2は、出力端子P134を経由してグランド端子P110に接続されている。スイッチ素子P303は、制御回路P302の出力端子P325からの信号によって制御される。
昇圧回路P301の入力端子P320と出力端子P322とは、昇圧回路P301の内部においてショットキーダイオード等の整流素子を介して接続されている。
スイッチ素子P303は、負荷P105への昇圧電力の供給を制御する。制御回路P302の駆動電力は、昇圧回路P301の出力端子P322から供給される。制御回路P302は、入力端子P323でモニターする蓄電電圧が所定の電圧以上であれば、スイッチ素子P303をオンする。
以下、図を参照して電源装置1の実施形態について説明する。
図1に示す例では、電源装置1が、蓄電容量101と、電圧検出回路102と、昇圧回路103と、Pチャネル型MOSトランジスタ104と、入力端子131と132と、出力端子133と134を備えている。電圧検出回路102は、入力端子121と、出力端子122とを備えている。昇圧回路103は、入力端子123と、電源端子124と、出力端子125と、イネーブル端子126とを備えている。
入力端子131は、蓄電容量101の一端と、電圧検出回路102の入力端子121と、昇圧回路103の入力端子123と、Pチャネル型MOSトランジスタ104のゲート端子に接続されている。蓄電容量101の他端は、グランド端子110に接続されている。入力端子132はグランド端子110に接続されている。電圧検出回路102の出力端子122は、昇圧回路103のイネーブル端子126に接続されている。昇圧回路103の入力端子123と出力端子125とは、昇圧回路103の内部においてショットキーダイオード等の整流素子を介して接続されている。昇圧回路103の出力端子125は、昇圧回路103の電源端子124と、Pチャネル型MOSトランジスタ104のソース端子とに接続されている。Pチャネル型MOSトランジスタ104のドレイン端子は、出力端子133に接続されている。出力端子134はグランド端子110に接続されている。また、各回路要素にはグランド端子110に接続されているものがあるが、グランド端子110との接続の説明は省略する。
電源装置1の外部に発電装置100と負荷105がある。発電装置100の出力端子120は、入力端子131に接続されている。発電装置100の出力端子120−2は、入力端子132に接続されている。負荷105の入力端子127は、出力端子133に接続されている。負荷105の入力端子127−2は、出力端子134に接続されている。
昇圧回路103は、蓄電電圧が昇圧回路103を起動可能な電圧以上になったことを電圧検出回路102が検出した場合に、電圧検出回路102によって起動され、入力端子123に入力された蓄電電力を昇圧電力に変換し、昇圧電力を出力端子125から出力する。Pチャネル型MOSトランジスタ104は、昇圧電力で動作する負荷105への昇圧電力の供給を制御する。
入力端子123に入力された蓄電電力は、昇圧回路103内のショットキーダイオード等の整流手段(図示せず)および昇圧回路103の出力端子125を介してPチャネル型MOSトランジスタ104のソース端子に供給される。また、蓄電電圧は、Pチャネル型MOSトランジスタ104のゲート端子に印加される。
昇圧回路103が蓄電電力を昇圧電力に変換しない場合、Pチャネル型MOSトランジスタ104のソース電圧(出力端子125の電圧)は、昇圧回路103の入力端子123と出力端子125の間にショットキーダイオード等の整流手段があるため、Pチャネル型MOSトランジスタ104のゲート電圧(入力端子123の電圧)以下になる。そのため、Pチャネル型MOSトランジスタ104はオフする。従って、蓄電電力は、負荷105に供給されず、負荷105において消費されない。
昇圧電力は、Pチャネル型MOSトランジスタ104のソース端子に供給される。また、昇圧電力に変換されていない蓄電電力による蓄電電圧が、Pチャネル型MOSトランジスタ104のゲート端子に印加される。
昇圧電力の電圧は蓄電電力の電圧よりも高いため、昇圧回路103が蓄電電力を昇圧電力に変換する場合、Pチャネル型MOSトランジスタ104のソース電圧(出力端子125の電圧)は、Pチャネル型MOSトランジスタ104のゲート電圧(入力端子123の電圧)よりも高くなる。その結果、Pチャネル型MOSトランジスタ104がオンし、昇圧電力が負荷105に供給される。負荷105は、昇圧電力によって駆動される。
また、出力端子125から出力される昇圧電力の一部は、昇圧回路103の電源端子124に供給され、昇圧回路103は、自分が昇圧している昇圧電力によって変換動作(昇圧動作)を持続する。
蓄電電圧が昇圧回路103の昇圧を継続するのに必要な電圧より低下し、昇圧回路103が変換動作を持続できなくなると、変換動作(昇圧動作)が停止してPチャネル型MOSトランジスタ104がオフし、蓄電容量101の蓄電電圧が再び上昇し始め、電源装置1は上述した動作を繰り返す。
図1に示す例では、発電装置100が発生する電力が非常に少ない場合でも、発電電力が負荷105において消費されることがない(発電電力が制御回路において消費されることもない)ので、昇圧回路103が起動する前に蓄電電圧の上昇が途中で止まってしまうことがない。このため、図1に示す例では、発電装置100が発生する電力が非常に少ない場合であっても、負荷105を駆動できるようになる。
第2実施形態の電源装置1は、後述する点を除き、上述した第1実施形態の電源装置1と同様に構成されている。従って、第2実施形態の電源装置1によれば、第1実施形態の電源装置1と同様の効果を奏することができる。
図2に示す例では、電源装置1が、Pチャネル型MOSトランジスタ104の代わりに、Pチャネル型MOSトランジスタ204を備えている。また、電源装置1が、プルダウン手段としてプルダウン抵抗205と、Nチャネル型MOSトランジスタ206とを備えている。
以下、第1実施形態と同じ部分は省略して説明する。
昇圧回路103の出力端子125は、昇圧回路103の電源端子124と、Pチャネル型MOSトランジスタ204のソース端子と出力端子133に接続されている。Pチャネル型MOSトランジスタ204のドレイン端子は、Nチャネル型MOSトランジスタ206のゲート端子とプルダウン抵抗205の一方の端子に接続されている。プルダウン抵抗205の他方の端子はグランド端子110に接続されている。Nチャネル型MOSトランジスタ206のドレイン端子は、出力端子134に接続されている。Nチャネル型MOSトランジスタ206のソース端子は、グランド端子110に接続されている。第1実施形態と同様に、グランド端子110との接続の説明は省略する。
電源装置1の外部に発電装置100と負荷105がある。発電装置100の出力端子120は、入力端子131に接続されている。発電装置100の出力端子120−2は、入力端子132に接続されている。負荷105の入力端子127は、出力端子133に接続されている。負荷105の入力端子127−2は、出力端子134に接続されている。
Pチャネル型MOSトランジスタ204およびNチャネル型MOSトランジスタ206は、負荷105への昇圧電力の供給を制御する。
入力端子123に入力された蓄電電力は、昇圧回路103内のショットキーダイオード等の整流手段(図示せず)および昇圧回路103の出力端子125を介してPチャネル型MOSトランジスタ204のソース端子に供給される。また、蓄電電圧は、Pチャネル型MOSトランジスタ204のゲート端子に印加される。
昇圧回路103が蓄電電力を昇圧電力に変換しない場合、第1実施形態と同様に昇圧回路103の出力端子125の電圧は、入力端子123の電圧以下になり、Pチャネル型MOSトランジスタ204のソース電圧は、Pチャネル型MOSトランジスタ204のゲート電圧以下になる。その結果、Pチャネル型MOSトランジスタ204がオフする。従って、Nチャネル型MOSトランジスタ206のゲート電圧が、グランド端子110の電圧になり、Nチャネル型MOSトランジスタ206のソース電圧と等しくなる。その結果、Nチャネル型MOSトランジスタ206がオフする。そのため、蓄電容量101の蓄電電力は、昇圧回路103および負荷105において消費されない。
昇圧電力は、Pチャネル型MOSトランジスタ204のソース端子に供給される。また、蓄電容量101の蓄電電圧が、Pチャネル型MOSトランジスタ204のゲート端子に印加される。
昇圧電力の電圧は蓄電電圧よりも高いため、昇圧回路103が蓄電電力を昇圧電力に変換する場合、Pチャネル型MOSトランジスタ204のソース電圧(出力端子125の電圧)は、Pチャネル型MOSトランジスタ204のゲート電圧(入力端子123の電圧)よりも高くなる。その結果、Pチャネル型MOSトランジスタ204がオンする。従って、Nチャネル型MOSトランジスタ206のゲート電圧が、Nチャネル型MOSトランジスタ206のソース電圧よりも高くなる。そのため、Nチャネル型MOSトランジスタ206がオンする。その結果、昇圧回路103の昇圧電力が負荷105に供給される。負荷105は、昇圧回路103の昇圧電力によって駆動される。
また、出力端子125から出力される昇圧電力の一部は、昇圧回路103の電源端子124に供給され、昇圧回路103は、自分が昇圧している昇圧電力によって変換動作(昇圧動作)を持続する。
また、出力端子125から出力される昇圧回路103の昇圧電力の一部は、Pチャネル型MOSトランジスタ204のソース端子に供給され、Pチャネル型MOSトランジスタ204がオンし続ける。そのため、Nチャネル型MOSトランジスタ206もオンし続ける。その結果、負荷105は、昇圧回路103の昇圧電力によって駆動され続ける。
蓄電容量101の蓄電電圧が昇圧回路103の昇圧を継続するのに必要な電圧より低下し、昇圧回路103が変換動作を持続できなくなると、変換動作(昇圧動作)が停止してPチャネル型MOSトランジスタ204がオフし、Nチャネル型MOSトランジスタ206がオフする。その後、蓄電容量101の蓄電電圧が再び上昇し始め、電源装置1は上述した動作を繰り返す。
第3実施形態の電源装置1は、後述する点を除き、上述した第2実施形態の電源装置1と同様に構成されている。従って、第3実施形態の電源装置1によれば、第2実施形態の電源装置1と同様の効果を奏することができる。
図3に示す例では、電源装置1が、低電圧昇圧回路200と、スイッチ素子201と、起動用容量202と、整流手段としてショットキーダイオード203と、プルダウン抵抗205と、Nチャネル型MOSトランジスタ206とを更に備えている。低電圧昇圧回路200は、入力端子220と、制御信号出力端子221と、出力端子222とを備えている。
図1に示す例では、電圧検出回路102の出力端子122が、昇圧回路103のイネーブル端子126に接続されているが、図3に示す例では、電圧検出回路102の出力端子122が、低電圧昇圧回路200の入力端子220に接続されている。
また、図3に示す例では、低電圧昇圧回路200の出力端子222が、起動用容量202の一端と、スイッチ素子201の一端に接続されている。起動用容量202の他端は、グランド端子110に接続されている。スイッチ素子201の他端は、昇圧回路103の電源端子124と、ショットキーダイオード203のカソード端子と、Pチャネル型MOSトランジスタ104のソース端子に接続されている。スイッチ素子201は、低電圧昇圧回路200の制御信号出力端子221からの信号によって制御される。
Nチャネル型MOSトランジスタ206のゲート端子は、プルダウン抵抗205を介してグランド端子110に接続されている。Nチャネル型MOSトランジスタ206のソース端子は、グランド端子110に接続されている。Nチャネル型MOSトランジスタ206のドレイン端子は、昇圧電力で動作する負荷105が接続される出力端子134と、昇圧回路103の他端の電源端子124−2とに接続されている。第1実施形態と同様に、グランド端子110との接続の説明は省略する。
電源装置1の外部に発電装置100と負荷105がある。発電装置100の出力端子120は、入力端子131に接続されている。発電装置100の出力端子120−2は、入力端子132に接続されている。負荷105の入力端子127は、出力端子133に接続されている。負荷105の入力端子127−2は、出力端子134に接続されている。
Pチャネル型MOSトランジスタ204およびNチャネル型MOSトランジスタ206は、負荷105への昇圧電力の供給を制御する。
入力端子123に入力された蓄電容量101の蓄電電力は、昇圧回路103内のショットキーダイオード等の整流手段(図示せず)および昇圧回路103の出力端子125を介して負荷105の端子127に供給される。また、蓄電容量101の蓄電電力は、昇圧回路103内のショットキーダイオード等の整流手段、昇圧回路103の出力端子125およびショットキーダイオード203を介してPチャネル型MOSトランジスタ204のソース端子に供給される。また、蓄電容量101の蓄電電圧は、Pチャネル型MOSトランジスタ204のゲート端子に印加される。
昇圧回路103が蓄電電力を昇圧電力に変換しない場合、第1実施形態と同様に昇圧回路103の出力端子125の電圧は、入力端子123の電圧以下になり、Pチャネル型MOSトランジスタ204のソース電圧は、Pチャネル型MOSトランジスタ204のゲート電圧以下になる。その結果、Pチャネル型MOSトランジスタ204がオフする。従って、Nチャネル型MOSトランジスタ206のゲート電圧が、グランド端子110の電圧になり、Nチャネル型MOSトランジスタ206のソース電圧と等しくなる。その結果、Nチャネル型MOSトランジスタ206がオフする。そのため、蓄電容量101の蓄電電力は、昇圧回路103および負荷105において消費されない。
また、起動用容量202の蓄電電力は、スイッチ素子201を介してPチャネル型MOSトランジスタ204のソース端子に供給される。
この時、Pチャネル型MOSトランジスタ204のソース電圧は、Pチャネル型MOSトランジスタ204のゲート電圧よりも高くなる。その結果、Pチャネル型MOSトランジスタ204がオンする。従って、Nチャネル型MOSトランジスタ206のゲート電圧が、グランド端子110の電圧よりも高くなり、Nチャネル型MOSトランジスタ206のソース電圧よりも高くなる。そのため、Nチャネル型MOSトランジスタ206がオンする。その結果、昇圧回路103は、起動し、蓄電容量101の蓄電電力を昇圧電力に変換して出力端子125から出力するため、昇圧回路103の昇圧電力が負荷105に供給される。負荷105は、昇圧回路103の昇圧電力によって駆動される。
また、出力端子125から出力される昇圧回路103の昇圧電力の一部は、ショットキーダイオード203を介して電源端子124に供給され、昇圧回路103は、自分が昇圧している昇圧電力によって変換動作(昇圧動作)を持続する。
また、出力端子125から出力される昇圧回路103の昇圧電力の一部は、ショットキーダイオード203を介してPチャネル型MOSトランジスタ204のソース端子に供給され、Pチャネル型MOSトランジスタ204がオンし続ける。そのため、Nチャネル型MOSトランジスタ206もオンし続ける。その結果、負荷105は、昇圧回路103の昇圧電力によって駆動され続ける。
蓄電電圧が昇圧回路103の昇圧を継続するのに必要な電圧より低下し、昇圧回路103が変換動作を持続できなくなると、変換動作(昇圧動作)が停止してPチャネル型MOSトランジスタ204がオフし、Nチャネル型MOSトランジスタ206がオフし、スイッチ素子201がオフする。その後、蓄電容量101の蓄電電圧が再び上昇し始め、電源装置1は上述した動作を繰り返す。
一方、低電圧昇圧回路200の出力端子222から出力される第2昇圧電力によっては、昇圧回路103を直接起動することができない。そのため、第2昇圧電力は、一旦、起動用容量202に蓄えられる。昇圧回路103を起動できる電力が起動用容量202に蓄えられたら、この蓄えられた電力が、スイッチ素子201を介して昇圧回路103の電源端子124に供給される。昇圧回路103が起動し、変換動作(昇圧動作)を開始すると、昇圧回路103は自分が昇圧している昇圧電力によって変換動作(昇圧動作)を持続する。
また、図3に示す例では、Pチャネル型MOSトランジスタ204がオフし、Nチャネル型MOSトランジスタ206がオフしている場合に、蓄電容量101の蓄電電力は、負荷105において消費されず、昇圧回路103や低電圧昇圧回路200においても消費されない。
また、図3に示す例では、発電装置100が発生する電力が非常に少ない場合であっても、負荷105を駆動することができる。
図3に示す例では整流手段としてショットキーダイオードの例をあげたが、通常のダイオードやダイオード接続したトランジスタでも良い。
100…発電装置
101…蓄電容量
102…電圧検出回路
103…昇圧回路
104、204…Pチャネル型MOSトランジスタ
105…負荷
200…低電圧昇圧回路
201…スイッチ素子
202…起動用容量
203…ショットキーダイオード
205…プルダウン抵抗
206…Nチャネル型MOSトランジスタ
Claims (4)
- 発電装置から電力の入力を受け、負荷に電力を供給する電源装置であって、
前記発電装置と接続する入力端子と、
前記発電装置から入力される電力を蓄電する蓄電容量と、
前記蓄電容量の蓄電電圧を検出する電圧検出回路と、
前記電圧検出回路によって起動され、前記蓄電容量の蓄電電力を昇圧して出力する昇圧回路と、
前記昇圧回路の出力に接続され、前記蓄電電圧で制御される第1のMOSトランジスタと、
前記負荷と接続する出力端子と、を備え、
前記蓄電容量の一端は、前記入力端子の一方の端子と、前記昇圧回路の入力端子と、前記電圧検出回路の入力端子と、前記第1のMOSトランジスタのゲート端子とに接続されることを特徴とする電源装置。 - 前記蓄電容量の他端は、グランド端子に接続され、
前記電圧検出回路の出力端子は、前記昇圧回路のイネーブル端子に接続され、
前記昇圧回路の出力端子は、前記昇圧回路の電源端子と、前記第1のMOSトランジスタのソース端子とに接続され、
前記第1のMOSトランジスタのドレイン端子は、前記出力端子の一方の端子に接続することを特徴とする請求項1に記載の電源装置。 - 第2のMOSトランジスタと、プルダウン手段とを更に備え、
前記蓄電容量の一端は、前記入力端子の一方の端子と、前記昇圧回路の入力端子と、前記電圧検出回路の入力端子と、前記第1のMOSトランジスタのゲート端子とに接続され、
前記蓄電容量の他端は、グランド端子に接続され、
前記電圧検出回路の出力端子は、前記昇圧回路のイネーブル端子に接続され、
前記昇圧回路の出力端子は、前記昇圧回路の電源端子と、前記第1のMOSトランジスタのソース端子と、前記出力端子の一方の端子とに接続され、
前記出力端子の他方の端子は、前記第2のMOSトランジスタのドレイン端子に接続され、
前記第2のMOSトランジスタのソース端子は、グランド端子に接続され、
前記第1のMOSトランジスタのドレイン端子は、前記第2のMOSトランジスタのゲート端子と、前記プルダウン手段の一方の端子とに接続され、
前記プルダウン手段の他方の端子は、グランド端子に接続されることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。 - 第2のMOSトランジスタと、プルダウン手段と、低電圧昇圧回路と、スイッチ素子と、起動用容量と、整流手段とを更に備え、
前記蓄電容量の一端は、前記入力端子の一方の端子と、前記昇圧回路の入力端子と、前記電圧検出回路の入力端子と、前記第1のMOSトランジスタのゲート端子とに接続され、
前記蓄電容量の他端は、グランド端子に接続され、
前記昇圧回路の出力端子は、前記整流手段の一方の端子と、前記出力端子の一方の端子とに接続され、
前記整流手段の他方の端子は、前記昇圧回路の電源端子と、前記第1のMOSトランジスタのソース端子と、前記スイッチ素子の一方の端子とに接続され、
前記電圧検出回路の出力端子は、前記低電圧昇圧回路の入力端子に接続され、
前記低電圧昇圧回路の出力端子は、前記起動用容量の一方の端子と、前記スイッチ素子の他方の端子とに接続され、
前記起動用容量の他方の端子は、グランド端子に接続され、
前記低電圧昇圧回路の制御信号出力端子は、前記スイッチ素子の制御端子に接続され、
前記出力端子の他方の端子は、前記昇圧回路の他端の電源端子と、前記第2のMOSトランジスタのドレイン端子とに接続され、
前記第2のMOSトランジスタのソース端子は、グランド端子に接続され、
前記第1のMOSトランジスタのドレイン端子は、前記第2のMOSトランジスタのゲート端子と、前記プルダウン手段の一方の端子とに接続され、
前記プルダウン手段の他方の端子は、グランド端子に接続されることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
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