KR102376574B1 - 전원 장치 - Google Patents

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다카쿠니 도우세키
아미 다나카
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Abstract

이 전원 장치는, 발전 전력을 받아 축전하는 축전부와, 상기 축전부로부터 공급되는 축전 전력으로부터, 당해 축전 전력의 전압보다 전압이 높은 승압 전력을 생성하고, 생성된 상기 승압 전력을 부하에 공급하는 승압부와, 상기 축전부의 축전 전압이 상승하여 상기 승압부의 최저 동작 전압 이상의 전압이 되면, 상기 승압부의 승압 동작을 허가하는 승압 동작 허가 신호를 상기 승압부에 출력하는 전압 검출부를 구비한다. 상기 승압부는, 상기 전압 검출부로부터 상기 승압 동작 허가 신호가 출력되면, 상기 축전부로부터 공급되는 상기 축전 전력에 의해 승압 동작을 개시함과 함께, 당해 승압 동작에 의해 생성되는 상기 승압 전력을 동작 전원으로 하여 동작한다.

Description

전원 장치{POWER SOURCE DEVICE}
본 발명은, 전원 장치에 관한 것이다.
종래, 발전된 전하를 축전하고, 축전된 전하를 부하에 흘림으로써, 부하를 동작시키는 기술이 알려져 있다 (예를 들어, 일본 공개특허공보 2007-181278호를 참조).
도 5 는, 종래의 전원 장치 (100) 의 기능 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 이 전원 장치 (100) 는, 발전 소자 (10) 와, 콘덴서 (20) 와, 다이오드 (110) 와, 전압 검출 회로 (30) 와, 타이머 회로 (TM) 와, 논리곱 회로 (AND) 와, 스위치 (SW) 와, 전압 제어 회로 (VR) 를 구비한다.
전원 장치 (100) 는, 발전 소자 (10) 가 발전한 전력을, 부하 (LD) 의 단자 T8 에 공급한다. 발전 소자 (10) 가 단자 T1 로부터 출력하는 발전 전력은, 배선 L1 을 흐르는 전류 I1 및 배선 L2 를 흐르는 전류 I2 로서 콘덴서 (20) 에 공급된다. 콘덴서 (20) 는, 발전 소자 (10) 에 의해 발전된 전하를 축적한다. 콘덴서 (20) 에 축전된 축전 전력은, 전류 I11 로서 전압 제어 회로 (VR) 에 공급된다. 콘덴서 (20) 는, 배선 L3 을 개재하여 접지된다. 다이오드 (110) 는, 발전 소자 (10) 가 발전하지 않을 때에 콘덴서 (20) 로부터의 전류의 역류를 방지한다. 타이머 회로 (TM) 는, 부하 (LD) 에 전력을 공급하는 간헐 동작을 시간에 의해 제어한다. 논리곱 회로 (AND) 는, 전압 검출 회로 (30) 의 단자 T3 으로부터의 출력과 타이머 회로 (TM) 로부터의 출력의 논리곱을 출력한다. 스위치 (SW) 는, 논리곱 회로 (AND) 의 출력에 의해 온 오프된다. 전압 제어 회로 (VR) 는, 부하 (LD) 에 공급되는 전압을 제어한다.
도 5 에 나타내는 예에서는, 전압 검출 회로 (30) 가, 단자 T2 (전압 검출 단자) 에 있어서, 콘덴서 (20) 의 충전 전압을 검출한다. 충전 전압이 부하 (LD) 를 동작시킬 수 있는 전압 이상으로서, 타이머 회로 (TM) 로부터의 출력이 있을 때에, 스위치 (SW) 가 온된다. 스위치 (SW) 가 온됨으로써, 콘덴서 (20) 의 축전 전력은, 전압 제어 회로 (VR) 를 개재하여 부하 (LD) 에 전류 I7 로서 공급된다.
그런데, 도 5 에 나타내는 예에서는, 콘덴서 (20) 의 축전 전력에 의해 부하 (LD) 를 동작시키면, 콘덴서 (20) 의 충전 전압이 저하된다. 콘덴서 (20) 의 충전 전압이 부하 (LD) 의 최저 동작 전압보다 낮아지면, 부하 (LD) 는 동작할 수 없게 된다. 요컨대, 콘덴서 (20) 의 충전 전압이 부하 (LD) 의 최저 동작 전압 이상인 경우에만, 부하 (LD) 는 동작할 수 있다.
즉, 도 5 에 나타내는 예에서는, 콘덴서 (20) 의 충전 전압이 부하 (LD) 의 최저 동작 전압 미만이 된 경우에, 콘덴서 (20) 에 축전되어 있는 전력을 부하 (LD) 의 동작에 사용할 수 없다. 요컨대, 상기 서술한 경우에 콘덴서 (20) 에 축전되어 있는 전력은 불필요해져 버린다.
그 때문에, 도 5 에 나타내는 예에서는, 부하 (LD) 의 동작에 이용할 수 없는 전력의 정도를 고려하면, 콘덴서 (20) 로서 큰 것을 채용할 필요가 생기므로, 전원 장치 (100) 전체가 커져 버린다. 또, 콘덴서 (20) 를 크게 한 경우에는, 콘덴서 (20) 의 방전 후, 부하 (LD) 를 동작시킬 수 있을 때까지 콘덴서 (20) 를 충전하는 기간이 길어져 버린다.
상기 서술한 바와 같은 종래 기술에서는, 축전 전력의 전압이 부하를 동작시키기 위해서 필요한 전압보다 낮아진 경우에, 축전 전력을 이용할 수 없게 되어, 축전 전력이 불필요해져 버린다는 문제가 있었다.
본 발명은, 축전 전력을 보다 많이 이용할 수 있는 전원 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하여 관련 목적을 달성하기 위해서, 이하의 양태를 채용하였다.
(1) 즉, 본 발명의 일 양태는, 발전 전력을 받아 축전하는 축전부와, 상기 축전부로부터 공급되는 축전 전력으로부터, 당해 축전 전력의 전압보다 전압이 높은 승압 전력을 생성하고, 생성된 상기 승압 전력을 부하에 공급하는 승압부와, 상기 축전부의 축전 전압이 상승하여 상기 승압부의 최저 동작 전압 이상의 전압이 되면, 상기 승압부의 승압 동작을 허가하는 승압 동작 허가 신호를 상기 승압부에 출력하는 전압 검출부를 구비하고, 상기 승압부가, 상기 전압 검출부로부터 상기 승압 동작 허가 신호가 출력되면, 상기 축전부로부터 공급되는 상기 축전 전력에 의해 승압 동작을 개시함과 함께, 당해 승압 동작에 의해 생성되는 상기 승압 전력을 동작 전원으로 하여 동작하는 전원 장치이다.
(2) 상기 (1) 에 기재된 전원 장치에서는, 상기 전압 검출부의 소비 전력이, 상기 승압부의 소비 전력보다 적어도 된다.
(3) 상기 (1) 또는 (2) 에 기재된 전원 장치는, 상기 축전부로부터 공급되는 상기 축전 전력으로부터, 당해 축전 전력의 전압보다 전압이 높으며, 또한 상기 승압부의 최저 동작 전압 이상의 전압인 제 2 승압 전력을 생성하고, 생성된 상기 제 2 승압 전력을 상기 승압부의 동작 전원으로서 공급하는 제 2 승압부를 추가로 구비해도 된다.
본 발명의 상기 양태에 의하면, 축전 전력을 보다 많이 이용할 수 있는 전원 장치를 제공할 수 있다.
도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 전원 장치의 기능 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2 는, 동 실시형태의 승압 회로의 회로 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3 은, 동 실시형태의 전원 장치의 동작 파형의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4 는, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 전원 장치의 기능 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5 는, 종래의 전원 장치의 기능 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
[제 1 실시형태]
이하, 도면을 참조하여 전원 장치 (1) 의 실시형태에 대해 설명한다.
도 1 은, 제 1 실시형태에 관련된 전원 장치 (1) 의 기능 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 전원 장치 (1) 는, 축전부로서 기능하는 콘덴서 (20) 와, 전압 검출부로서 기능하는 전압 검출 회로 (30) 와, 승압부로서 기능하는 승압 회로 (40) 를 구비한다. 전원 장치 (1) 는, 발전 소자 (10) 가 발전한 전력을, 부하 (LD) 에 공급한다. 발전 소자 (10) 란, 예를 들어, 태양 전지, 열 전기 변환 소자, 전자 유도에 의한 발전 소자 등이다. 발전 소자 (10) 는, 발전 전압 (Vg) 의 기전력을 갖는다. 부하 (LD) 란, 예를 들어, 무선 통신 모듈이다. 이 일례의 경우, 전원 장치 (1) 는, 무선 통신이 가능한 가반형 (可搬型) 의 장치에 구비되고, 태양 전지 등의 발전 소자 (10) 에 의해 발전된 전력을 무선 통신 모듈 등의 부하 (LD) 에 공급한다.
콘덴서 (20) 는, 발전 소자 (10) 가 발전하는 전력을 축전한다. 이하, 이 발전 소자 (10) 가 발전하는 전력을 발전 전력이라고 한다.
이 일례에 있어서, 발전 소자 (10) 의 발전 전력은, 부하 (LD) 의 소비 전력보다 작다. 이 경우, 발전 소자 (10) 의 발전 전력을 그대로 부하 (LD) 에 공급해도, 부하 (LD) 는 동작하지 않는다. 전원 장치 (1) 는, 발전 소자 (10) 의 발전 전력을 콘덴서 (20) 에 의해 축전함으로써, 부하 (LD) 가 동작 가능한 전력을 부하 (LD) 에 대해 공급한다. 요컨대, 콘덴서 (20) 는, 부하 (LD) 의 전원으로서 작용한다.
보다 구체적으로는, 발전 소자 (10) 는, 발전 전력을 단자 T1 로부터 출력한다. 발전 소자 (10) 가 출력하는 발전 전력은, 배선 L1 을 흐르는 전류 I1 및 배선 L2 를 흐르는 전류 I2 로서 콘덴서 (20) 에 공급된다. 콘덴서 (20) 는, 전류 I2 가 공급되면, 공급되는 전류 I2 를 축전 전력으로서 축전한다. 콘덴서 (20) 에 축전되는 축전 전력의 전압은, 콘덴서 (20) 의 정전 용량과, 발전 소자 (10) 로부터 공급되는 전류 I2 의 전하량에 따라 정해진다.
여기서, 콘덴서 (20) 에 축전되는 축전 전력의 전압을 「축전 전압 (Vc)」이라고 한다. 콘덴서 (20) 에 전류 I2 가 공급됨으로써, 축전 전압 (Vc) 은, 발전 소자 (10) 의 기전력의 발전 전압 (Vg) 을 상한으로 하여 상승한다.
콘덴서 (20) 에 축전된 축전 전력은, 배선 L4 를 흐르는 전류 I3 및 배선 L7 을 흐르는 전류 I4 로서 승압 회로 (40) 에 공급된다. 콘덴서 (20) 는, 배선 L3 을 개재하여 접지된다.
전압 검출 회로 (30) 는, 축전 전압 (Vc) 을 검출한다. 전압 검출 회로 (30) 는, 검출한 축전 전압 (Vc) 이 상승하여, 승압 회로 (40) 의 최저 동작 전압 이상이 되면, 승압 동작 허가 신호 (I5) 를 승압 회로 (40) 에 대해 출력한다. 이 승압 동작 허가 신호 (I5) 란, 승압 회로 (40) 의 승압 동작을 허가 (또는 불허가) 하는 신호이다.
구체적으로는, 전압 검출 회로 (30) 는 단자 T2 (전압 검출 단자) 와, 단자 T3 (승압 동작 허가 신호 출력 단자) 을 구비한다. 전압 검출 회로 (30) 는, 단자 T2 에 배선 L5 를 개재하여 접속되는 배선 L4 의 전압, 즉 축전 전압 (Vc) 을 검출한다. 전압 검출 회로 (30) 는, 그 내부에 전압 비교기 (도시 생략) 를 구비하고 있고, 검출한 축전 전압 (Vc) 과, 임계치 전압을 비교한다. 이 임계치 전압은, 승압 회로 (40) 의 최저 동작 전압 이상으로 설정되어 있다. 예를 들어, 승압 회로 (40) 의 최저 동작 전압이 1.0 [V (볼트)] 인 경우, 임계치 전압은, 1.1 [V] 로 설정되어 있다.
전압 검출 회로 (30) 는, 검출한 축전 전압 (Vc) 이 임계치 전압 이상이 되면, 단자 T3 에 승압 동작 허가 신호 (I5) 를 출력한다. 출력된 승압 동작 허가 신호 (I5) 는, 배선 L8 을 개재하여 승압 회로 (40) 에 공급된다. 전압 검출 회로 (30) 는, 배선 L6 을 개재하여 접지된다.
승압 회로 (40) 는, 공급되는 전력의 전압보다 높은 전압의 승압 전력을 생성한다. 요컨대, 승압 회로 (40) 는, 공급 전력을 승압한다. 승압 회로 (40) 는, 생성된 승압 전력을 부하 (LD) 에 공급한다.
승압 회로 (40) 란, 이 일례에서는, 승압 초퍼형의 전압 변환 회로이다. 또한, 승압 회로 (40) 란, 승압 초퍼형의 전압 변환 회로에만 한정되지 않고, 예를 들어, 차지 펌프형의 전압 변환 회로여도 된다.
보다 구체적으로는, 승압 회로 (40) 는, 단자 T4 ∼ 단자 T7 을 구비한다. 단자 T4 는, 전력 입력 단자이고, 콘덴서 (20) 가 출력하는 전력이 공급된다. 단자 T5 는, 전원 단자이고, 승압 회로 (40) 가 승압 동작을 실시하기 위한 전력이 공급된다. 단자 T6 은, 승압 동작 허가 신호 검출 단자이고, 전압 검출 회로 (30) 가 출력하는 승압 동작 허가 신호 (I5) 가 공급된다. 단자 T7 은, 승압 전력 출력 단자이고, 승압 회로 (40) 가 승압한 승압 전력이 출력된다.
승압 회로 (40) 는, 단자 T6 에 공급되는 승압 동작 허가 신호 (I5) 의 전압에 따라 승압 동작을 개시 또는 정지한다. 예를 들어, 승압 동작 허가 신호 (I5) 가 고전위 (High) 인 경우에는 「승압 허가」를 나타낸다. 승압 동작 허가 신호 (I5) 가 저전위 (Low) 인 경우에는 「승압 불허가」를 나타낸다.
승압 회로 (40) 는, 승압 동작 허가 신호 (I5) 가 「승압 불허가」를 나타내는 경우, 승압 동작을 하지 않는다. 이 경우, 승압 회로 (40) 에 콘덴서 (20) 로부터 공급되는 축전 전력은, 승압되지 않고 단자 T7 로부터 출력된다. 이하, 승압 회로 (40) 에 의해 승압되지 않는 전력을 「비승압 전력」이라고 한다.
승압 회로 (40) 는, 승압 동작 허가 신호 (I5) 가 「승압 허가」를 나타내는 경우, 승압 동작을 한다. 이 경우, 승압 회로 (40) 에 콘덴서 (20) 로부터 공급되는 축전 전력은, 승압되어 단자 T7 로부터 출력된다. 여기서, 승압 회로 (40) 의 승압 동작에 의해 승압된 전력을 「승압 전력」이라고도 기재한다.
요컨대, 승압 회로 (40) 가 출력하는 출력 전력에는, 비승압 전력과 승압 전력이 있다.
승압 회로 (40) 가 출력하는 출력 전력은, 배선 L10 을 흐르는 전류 I6 및 배선 L11 을 흐르는 전류 I7 로서 부하 (LD) 의 단자 T8 에 공급된다. 또, 승압 회로 (40) 가 출력하는 출력 전력은, 배선 L12 를 흐르는 전류 I8 로서 단자 T5 (전원 단자) 에 공급된다. 즉, 승압 회로 (40) 가 출력하는 출력 전력은, 부하 (LD) 와, 승압 회로 (40) 의 전원 단자에 공급된다. 요컨대, 승압 회로 (40) 는, 스스로가 출력하는 전력을 전원으로 하여 승압 동작을 실시한다.
승압 회로 (40) 는, 배선 L9 를 개재하여 접지된다. 부하 (LD) 는, 배선 L13 을 개재하여 접지된다.
[승압 회로 (40) 의 동작의 개요]
여기서, 승압 회로 (40) 의 동작의 개요를 설명한다. 축전 전압 (Vc) 이 낮아, 승압 회로 (40) 의 최저 동작 전압에 도달하고 있지 않는 경우에는, 전압 검출 회로 (30) 는, 「승압 불허가」를 나타내는 승압 동작 허가 신호 (I5) 를 출력한다. 이 경우, 승압 회로 (40) 는, 승압 동작을 실시하지 않는다. 승압 회로 (40) 의 단자 T5 (전원 단자) 에는, 전압이 축전 전압 (Vc) 상당의 전력, 즉 비승압 전력이 공급된다.
발전 소자 (10) 의 발전에 의해 축전 전압 (Vc) 이 상승하여, 승압 회로 (40) 의 최저 동작 전압에 도달하면, 승압 회로 (40) 는 승압 동작 가능한 상태가 된다. 단, 전압 검출 회로 (30) 가 「승압 불허가」를 나타내는 승압 동작 허가 신호 (I5) 를 출력하고 있는 동안에는, 승압 회로 (40) 는 승압 동작을 실시하지 않는다.
발전 소자 (10) 의 발전에 의해 축전 전압 (Vc) 이 더욱 상승하여, 축전 전압 (Vc) 이 전압 검출 회로 (30) 의 임계치 전압 이상이 되면, 전압 검출 회로 (30) 는, 「승압 허가」를 나타내는 승압 동작 허가 신호 (I5) 를 출력한다. 이 경우, 승압 회로 (40) 는, 승압 동작을 개시한다. 또한, 상기 서술한 바와 같이, 이 임계치 전압은 승압 회로 (40) 의 최저 동작 전압 이상의 전압으로 설정되어 있다.
승압 회로 (40) 가 승압 동작을 개시하면, 승압 전력이 부하 (LD) 와 승압 회로 (40) 의 단자 T5 (전원 단자) 에 공급된다. 승압 회로 (40) 가 승압 동작을 개시하면, 승압 회로 (40) 는, 승압 전력에 의해 동작한다.
승압 전력이 부하 (LD) 에 공급되면, 부하 (LD) 에 공급된 승압 전력은 소비된다. 상기 서술한 바와 같이 이 일례에서는, 발전 소자 (10) 의 발전 전력은, 부하 (LD) 의 소비 전력보다 작다. 이 때문에, 만일 발전 소자 (10) 가 발전을 계속하고 있던 경우라 하더라도, 부하 (LD) 에 의해 승압 전력이 소비되면, 콘덴서 (20) 에 축전되어 있는 축전 전력이 감소한다. 또한, 발전 소자 (10) 가 발전하고 있지 않는 경우에는, 부하 (LD) 에 의해 승압 전력이 소비되면, 콘덴서 (20) 에 축전되어 있는 축전 전력이 보다 크게 감소한다.
콘덴서 (20) 에 축전되어 있는 축전 전력이 감소하면, 축전 전압 (Vc) 이 저하된다.
승압 회로 (40) 는, 공급되는 축전 전압 (Vc) 의 전압에 관계없이, 승압 전력의 전압을 일정 전압으로 유지한다. 이 승압 전력의 전압은, 승압 회로 (40) 의 최저 동작 전압 이상으로 설정되어 있다. 따라서, 축전 전압 (Vc) 이 승압 회로 (40) 의 최저 동작 전압 미만으로 저하된 경우라 하더라도, 승압 회로 (40) 에는, 승압 회로 (40) 의 최저 동작 전압 이상의 전압이 동작 전력으로서 공급된다. 요컨대, 축전 전압 (Vc) 의 축전 전력이 다 소비되지 않는 한, 축전 전압 (Vc) 이 저하되었다고 해도, 승압 회로 (40) 는 승압 동작을 계속할 수 있다.
[승압 회로 (40) 의 구체예]
다음으로, 도 2 를 참조하여 승압 회로 (40) 의 구체예에 대해 설명한다.
도 2 는, 본 실시형태의 승압 회로 (40) 의 회로 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 또한, 도 1 과 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
승압 회로 (40) 는, 승압 초퍼 회로 (41) 와, 제어 회로 (42) 와, 저항 (43-1) 과 저항 (43-2) 을 갖는 브리더 저항 (43) 과, 출력 콘덴서 (44) 를 구비한다.
승압 초퍼 회로 (41) 는, 인덕터 (411) 와, 다이오드 (412) 와, 트랜지스터 스위치 (413) 를 구비한다. 이 승압 초퍼 회로 (41) 의 회로 구성은 이미 알려져 있기 때문에, 그 설명을 생략한다. 승압 초퍼 회로 (41) 로부터 출력되는 전류 I6 은, 출력 전력으로서 단자 T7 로부터 승압 회로 (40) 의 외부에 공급된다. 이 출력 전력의 일부는, 단자 T5 를 개재하여 승압 회로 (40) 에 공급된다.
제어 회로 (42) 는, 승압 초퍼 회로 (41) 를 구동시킴으로써 승압 동작의 제어를 실시한다. 제어 회로 (42) 는, 단자 T422 를 개재하여 승압 동작 허가 신호 (I5) 를 취득한다. 제어 회로 (42) 는, 취득한 승압 동작 허가 신호 (I5) 가 「승압 허가」를 나타내는 경우에 승압 동작을 실시한다. 구체적으로는, 제어 회로 (42) 는, 트랜지스터 스위치 (413) 를 온 오프하는 신호를, 단자 T423 을 개재하여 트랜지스터 스위치 (413) 에 출력한다. 트랜지스터 스위치 (413) 가 온 상태인 경우에는, 인덕터 (411) 를 흐르는 전류 I411 은, 전류 I413 으로서 트랜지스터 스위치 (413) 를 흐른다. 그리고, 트랜지스터 스위치 (413) 가 오프 상태가 되면, 인덕터 (411) 를 흐르는 전류 I411 은, 전류 I412 로서 다이오드 (412) 를 흐른다.
제어 회로 (42) 는, 브리더 저항 (43) 및 단자 T424 를 개재하여 출력 전력의 전압 감시를 실시하고, 승압 동작을 실시하고 있는 경우의 출력 전력 (요컨대 승압 전력) 의 전압을 일정치로 제어한다.
출력 콘덴서 (44) 는, 출력 전력의 전압치를 안정화시킨다.
또한, 동 도면에 있어서, 승압 회로 (40) 는, 단자 T7 로부터 출력한 출력 전력을, 단자 T5 를 개재하여 제어 회로 (42) 에 공급하는 회로 구성을 갖지만, 이 구성에만 한정되지 않는다. 승압 회로 (40) 는, 승압 초퍼 회로 (41) 가 출력하는 출력 전력을 단자 T7 로부터 출력하기 전에 단자 T421 에 공급하는 회로 구성을 가지고 있어도 된다. 이와 같이 구성함으로써, 승압 회로 (40) 는, 단자 T5, 요컨대 전원 단자를 생략할 수 있다.
또, 동 도면에 있어서 승압 회로 (40) 가 출력 콘덴서 (44) 를 구비하고 있지만, 이 구성에만 한정되지 않는다. 출력 콘덴서 (44) 는, 승압 회로 (40) 의 외부 (예를 들어, 배선 L10) 에 접속되는 회로 구성이어도 된다.
[전원 장치 (1) 의 동작의 구체예]
다음으로, 도 3 을 참조하여 전원 장치 (1) 의 동작의 구체예에 대해 설명한다.
도 3 은, 본 실시형태의 전원 장치 (1) 의 동작 파형의 일례를 나타내는 도면이다. 또한, 동 도면에 있어서 가로축은 시각 t 를 나타낸다. 또 도 3 의 (A) 의 세로축은 발전 소자 (10) 의 발전 전압 (Vg) 을 나타낸다. 도 3 의 (B) 의 세로축은 콘덴서 (20) 의 축전 전압 (Vc) 을 나타낸다. 도 3 의 (C) 의 세로축은 승압 동작 허가 신호 (I5) 의 전위를 나타낸다. 도 3 의 (D) 의 세로축은 승압 회로 (40) 의 출력 전력의 전압, 요컨대 출력 전압 (Vl) 을 나타낸다.
시각 t0 에 있어서, 파형 W1 에 나타내는 바와 같이, 발전 소자 (10) 의 발전 전압 (Vg) 이 전압 V1 이 된다. 이 때, 콘덴서 (20) 의 축전 전압 (Vc) 은 0 (제로) 이다. 또, 이 때 승압 동작 허가 신호 (I5) 는 저전위 (Lo), 즉 승압 불허가를 나타낸다. 또, 이 때 출력 전압 (Vl) 은 0 (제로) 이다.
시각 t0 으로부터 시각 t1 에 있어서, 발전 소자 (10) 가 발전을 계속하면, 콘덴서 (20) 에는 발전 전력이 축전되어, 축전 전압 (Vc) 이 상승한다. 이 축전 전압 (Vc) 의 상승에 수반하여, 출력 전압 (Vl) 이 상승한다.
이 시각 t0 으로부터 시각 t1 에 있어서는, 승압 동작 허가 신호 (I5) 는 저전위 (Lo), 즉 승압 불허가이기 때문에, 승압 회로 (40) 는 승압 동작을 하지 않는다. 따라서, 시각 t0 으로부터 시각 t1 에 있어서, 출력 전압 (Vl) 은, 축전 전압 (Vc) 에 일치한다.
시각 t1 에 있어서 축전 전압 (Vc) 이 전압 V2 에 도달하면, 전압 검출 회로 (30) 는, 승압 동작 허가 신호 (I5) 를 고전위 (High) 즉 「승압 허가」로 변화시킨다. 이로써, 승압 회로 (40) 는, 승압 동작을 개시한다. 승압 동작의 개시에 수반하여, 출력 전압 (Vl) 은 전압 V5 로 상승한다.
여기서, 전압 V2 란, 승압 동작의 개시 임계치 전압이다. 전압 V3 이란, 승압 회로 (40) 의 최저 동작 전압이다. 전압 검출 회로 (30) 의 임계치 전압은, 승압 회로 (40) 의 최저 동작 전압 이상으로 설정되어 있다.
이후, 승압 동작 허가 신호 (I5) 가 「승압 허가」를 나타내는 동안, 승압 회로 (40) 의 승압 동작에 의해 출력 전압 (Vl) 은 일정치 (전압 V5) 로 유지된다. 이 일례에서는, 시각 t1 로부터 시각 t4 까지, 출력 전압 (Vl) 은 일정치 (전압 V5) 로 유지된다.
시각 t1 로부터 시각 t4 까지, 콘덴서 (20) 의 축전 전력이 부하 (LD) 에 의해 소비되어, 축전 전압 (Vc) 이 저하된다.
이 일례에서는, 시각 t1 로부터 시각 t2 까지는 발전 소자 (10) 가 발전을 계속하고 있다. 시각 t2 이후, 발전 소자 (10) 는 발전을 하지 않는다. 따라서, 이 일례에서는, 시각 t1 로부터 시각 t2 까지는 축전 전압 (Vc) 이 비교적 완만하게 저하되고, 시각 t2 이후는 축전 전압 (Vc) 이 비교적 급격하게 저하된다.
시각 t4 에 있어서, 축전 전압 (Vc) 이 전압 V4 에 도달한다. 이 전압 V4 란, 승압 동작의 정지 임계치 전압이다. 전압 검출 회로 (30) 는, 축전 전압 (Vc) 이 전압 V4 에 도달한 것을 검출하면, 승압 동작 허가 신호 (I5) 를 저전위 (Lo), 즉 「승압 불허가」로 전환한다. 이로써 승압 회로 (40) 는, 승압 동작을 정지한다. 승압 동작의 정지에 의해 출력 전압 (Vl) 은, 축전 전압 (Vc) 에 일치한다.
여기서, 부하 (LD) 의 최저 동작 전압은, 전압 V6 이다. 부하 (LD) 는, 시각 t1 로부터 시각 t4 의 사이, 동작 가능하다. 또한, 이 일례에서는, 부하 (LD) 의 최저 동작 전압 (전압 V6) 은, 승압 회로 (40) 의 승압 동작의 최저 동작 전압 (V3) 보다 높다.
여기서, 시각 t3 에 주목한다. 시각 t3 에 있어서, 축전 전압 (Vc) 이 저하되어, 전압 V3 즉 승압 회로 (40) 의 최저 동작 전압에 도달한다. 만일, 승압 회로 (40) 가 축전 전압 (Vc) 을 동작 전원으로 하여 승압 동작을 하고 있는 경우를 생각한다. 이 경우, 승압 회로 (40) 는, 시각 t3 에 있어서 승압 회로 (40) 가 동작할 수 없게 되어, 승압 동작이 정지한다.
요컨대, 승압 회로 (40) 가 축전 전압 (Vc) 을 동작 전원으로 하여 승압 동작을 하고 있는 경우에는, 부하 (LD) 의 동작 가능 시간은, 시각 t1 로부터 시각 t3 까지이다.
한편, 본 실시형태의 승압 회로 (40) 는, 출력 전압 (Vl) 을 동작 전원으로 하여 승압 동작을 실시한다. 이 경우, 부하 (LD) 의 동작 가능 시간은, 시각 t1 로부터 시각 t4 까지이다. 요컨대, 승압 회로 (40) 의 승압 동작의 동작 전원을 출력 전압 (Vl) 으로 함으로써, 부하 (LD) 의 동작 시간을 보다 길게 할 수 있다.
이것은, 본 실시형태의 전원 장치 (1) 에 의하면, 승압 회로 (40) 가 출력 전압 (Vl) 을 동작 전원으로 하지 않는 경우에 비해, 콘덴서 (20) 에 축전되어 있는 축전 전력을 보다 많이 이용할 수 있는 것을 나타내고 있다.
상기 서술한 바와 같이, 제 1 실시형태의 전원 장치 (1) 에서는, 전압 검출 회로 (30) 로부터 「승압 허가」를 나타내는 승압 동작 허가 신호 (I5) 가 출력되면, 승압 회로 (40) 는, 콘덴서 (20) 로부터 공급되는 축전 전력에 의해 승압 동작을 개시함과 함께, 승압 동작에 의해 생성되는 승압 전력을 동작 전원으로 하여 동작한다. 이 때문에, 축전 전력을 보다 많이 이용할 수 있다.
또, 제 1 실시형태의 전원 장치 (1) 에서는, 항상 동작하고 있는 전압 검출 회로 (30) 의 소비 전력은, 항상 동작하고 있지 않는 승압 회로 (40) 의 소비 전력보다 적기 때문에, 전원 장치 (1) 전체의 소비 전력을 삭감할 수 있다.
또, 제 1 실시형태의 전원 장치 (1) 에서는, 「승압 허가」를 나타내는 승압 동작 허가 신호 (I5) 가, 전압 검출 회로 (30) 로부터 승압 회로 (40) 에 출력되지 않으면, 승압 회로 (40) 가 승압 동작을 개시하지 않는다. 그 때문에, 승압 회로 (40) 의 승압 동작이 개시된 후에 승압 회로 (40) 가 승압 동작을 계속할 수 없는 불안정한 상태가 되어 버릴 우려를 억제할 수 있다.
제 1 실시형태의 전원 장치 (1) 에서는, 도 3 의 (B) 에 나타내는 바와 같이, 콘덴서 (20) 의 축전 전압 (Vc) 이 전압 V4 로 저하될 때까지, 콘덴서 (20) 의 축전 전력을 부하 (LD) 의 동작에 이용할 수 있다. 그 때문에, 콘덴서 (20) 를 소형화할 수 있다. 또, 불필요한 축전 전력이 거의 없기 때문에, 콘덴서 (20) 의 충전 기간 (도 3 의 (B) 의 기간 t0 ∼ t1) 을 단축시킬 수 있다.
[제 2 실시형태]
다음으로 도 4 를 참조하여 본 발명의 제 2 실시형태에 대해 설명한다. 또한, 상기 서술한 제 1 실시형태의 구성 및 동작과 동일한 것에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다. 제 2 실시형태의 승압 회로 (140) 는, 부 (副) 승압 회로 (45) 를 구비하는 점에 있어서, 제 1 실시형태의 승압 회로 (40) 와 상이하다.
승압 회로 (140) 는, 부승압 회로 (45) 와, 콘덴서 (46) 와, 트랜지스터 스위치 (47) 와, 콘덴서 (48) 와, 다이오드 (49) 를 구비한다.
부승압 회로 (45) 는, 콘덴서 (20) 로부터 단자 T4 에 공급되는 축전 전력의 축전 전압 (Vc) 을 승압한다. 이 부승압 회로 (45) 는, 예를 들어, 플라잉 커패시터 방식의 승압 회로이다. 부승압 회로 (45) 는, 단자 T451 (전력 입력 단자) 에 공급되는 축전 전압 (Vc) 을 승압하여, 단자 T453 (전력 출력 단자) 에 출력한다.
콘덴서 (46) 는, 단자 T453 에 접속되어 있고, 부승압 회로 (45) 가 승압한 전력을 축전한다.
부승압 회로 (45) 는, 콘덴서 (46) 의 축전 전압에 기초하여, 단자 T454 (스위치 제어 단자) 의 출력을 전환한다. 제어 회로 (142) 를 기동시키는 데에 필요한 전력이 콘덴서 (46) 에 모여 있지 않는 경우에는, 부승압 회로 (45) 는, 트랜지스터 스위치 (47) 를 오프 상태로 한다. 이로써, 콘덴서 (46) 에 축전되어 있는 전력은, 제어 회로 (142) 에 출력되지 않는다. 부승압 회로 (45) 의 동작 전압은, 승압 회로 (140) 의 동작 전압보다 낮다.
전압 검출 회로 (30) 는, 부승압 회로 (45) 를 기동시킬 수 있는 축전 전압 (Vc) 까지 콘덴서 (20) 가 충전된 것을 검출하면, 「승압 허가」의 승압 동작 허가 신호 (I5) 를 단자 T452 에 공급한다. 단자 T452 에 공급되는 승압 동작 허가 신호 (I5) 가 「승압 허가」가 되면, 부승압 회로 (45) 는, 축전 전력을 승압 전력으로 변환시키고, 콘덴서 (46) 는, 승압 전력을 축전한다.
제어 회로 (142) 를 기동시키는 데에 필요한 전력이 콘덴서 (46) 에 모인 경우에는, 부승압 회로 (45) 는, 전류 I9 에 의해 트랜지스터 스위치 (47) 를 온 상태로 한다. 이로써, 콘덴서 (46) 에 축전된 전력은, 전류 I10 으로서 제어 회로 (142) 에 출력된다. 트랜지스터 스위치 (47) 가 온 상태가 됨으로써, 제어 회로 (142) 가 승압 동작을 개시한다.
다이오드 (49) 는, 트랜지스터 스위치 (47) 가 온 상태가 됨으로써 콘덴서 (46) 로부터 방전된 전력이, 부하 (LD) 측으로 흘러드는 것을 저지한다. 제어 회로 (142) 가 기동된 후, 출력 단자 T7 에 발생하는 승압 전력의 일부는, 다이오드 (49) 를 개재하여 제어 회로 (142) 의 전원 단자 T421 에 공급된다.
콘덴서 (48) 는, 제어 회로 (142) 의 전원 전압을 안정화시킨다.
여기서, 제 1 실시형태에 있어서는, 제어 회로 (42) 가 승압 동작을 개시하는 경우의 전원 전압은, 축전 전압 (Vc) 이다. 따라서, 제 1 실시형태에 있어서는, 축전 전압 (Vc) 은, 제어 회로 (42) 의 승압 동작의 최저 동작 전압 이상일 것이 요구된다.
한편, 본 실시형태의 승압 회로 (140) 에 의하면, 승압 회로 (140) 에 공급되는 축전 전압 (Vc) 이 제어 회로 (142) 의 승압 동작의 최저 동작 전압 미만이라 하더라도, 제어 회로 (142) 가 승압 동작을 개시할 수 있다. 요컨대, 승압 회로 (140) 에 의하면, 축전 전압 (Vc) 을 제어 회로 (142) 의 승압 동작의 최저 동작 전압 미만으로 저감시킬 수 있다.
여기서, 콘덴서 (20) 가, 이른바 전기 이중층 커패시터 (EDLC) 인 경우, 그 축전 전압 (Vc) 은, 0.5 ∼ 0.6［V］정도인 것이 바람직하다. 이것은, 전기 이중층 커패시터의 축전 전압 (Vc) 이, 예를 들어 0.8［V］를 초과하면, 전기 이중층 커패시터의 수명이 짧아지기 때문이다.
승압 회로 (140) 의 승압 동작의 최저 동작 전압을 0.5 ∼ 0.6［V］정도로 하는 것은 일반적으로 곤란하다. 승압 회로 (140) 의 승압 동작의 최저 동작 전압이, 예를 들어, 1.0［V］인 경우, 제 1 실시형태의 회로 구성이면, 축전 전압 (Vc) 이 비교적 낮은 전기 이중층 커패시터를 콘덴서 (20) 로서 선정할 수 없다.
한편, 본 실시형태의 회로 구성이면, 부승압 회로 (45) 를 구비하고 있기 때문에, 축전 전압 (Vc) 이 비교적 낮은 전기 이중층 커패시터를 콘덴서 (20) 로서 선정하였다고 해도, 제어 회로 (142) 의 승압 동작의 최저 동작 전압 이상으로, 축전 전압 (Vc) 을 승압할 수 있다.
요컨대, 본 실시형태의 승압 회로 (140) 에 의하면, 축전 전압 (Vc) 이 비교적 낮은 전기 이중층 커패시터 등을 콘덴서 (20) 로서 선정할 수 있다. 전기 이중층 커패시터는, 다른 종류의 커패시터에 비해 용량이 크기 때문에, 보다 많은 전하를 축전할 수 있다. 즉, 본 실시형태의 승압 회로 (140) 에 의하면, 부하 (LD) 의 동작 시간을 보다 길게 할 수 있다.
상기 서술한 바와 같이, 도 4 에 나타내는 예에서는, 부승압 회로 (45) 로서 플라잉 커패시터 방식의 승압 회로가 사용되지만, 다른 예에서는, 부승압 회로 (45) 로서, 승압용 콘덴서를 내장한 차지 펌프 방식의 승압 회로를 사용할 수도 있다. 상세하게는, 이 예에서는, 주로 콘덴서 (46) 의 전력에 의해 제어 회로 (142) 를 기동시킴으로써, 부승압 회로 (45) 의 변환 능력을 작은 값으로 설정한다. 그 때문에, 부승압 회로 (45) 로서, 승압용 콘덴서를 내장한 차지 펌프 방식의 승압 회로를 사용하는 것이 가능해진다. 그 결과, 부승압 회로 (45) 의 소형화와 비용 다운이 가능해진다.
상기 서술한 바와 같이, 제 2 실시형태의 전원 장치 (1) 는, 제 1 실시형태의 전원 장치 (1) 와 동일하게 구성되어 있기 때문에, 제 1 실시형태의 전원 장치 (1) 와 동일한 효과를 발휘할 수 있다. 또, 제 2 실시형태의 전원 장치 (1) 에서는, 축전부로서의 콘덴서 (20) 로부터 공급되는 축전 전력으로부터, 그 축전 전력의 전압보다 전압이 높으며, 또한 승압부로서의 승압 회로 (140) 의 최저 동작 전압 이상의 전압인 제 2 승압 전력을 생성하고, 생성된 제 2 승압 전력을 승압 회로 (140) 의 제어 회로 (142) 의 동작 전원으로서 공급하는 제 2 승압부로서 기능하는 부승압 회로 (45) 가 구비되어 있다. 이 때문에, 승압 회로 (140) 의 승압 개시 전압을 저감시킬 수 있다.
또, 제 2 실시형태의 전원 장치 (1) 에서는, 콘덴서 (20) 의 축전 전압 (Vc) 의 최대치가, 부승압 회로 (45) 의 기동 전압으로 억제된다. 그 때문에, 콘덴서 (20) 로서, 충전 전압이 높으면 열화되는 전기 이중층 커패시터를 사용할 수 있다. 전기 이중층 커패시터는 소형이고 용량이 크기 때문에, 전기 이중층 커패시터를 사용함으로써, 전원 장치 (1) 전체를 소형화할 수 있다.
이상, 본 발명의 각 실시형태 및 그 변형을 설명하였지만, 이들 실시형태 및 그 변형은 예로서 제시한 것이고, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 실시형태 및 그 변형은, 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 여러 가지의 생략, 치환, 변경을 실시할 수 있다. 이들 실시형태 및 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함됨과 동시에, 특허 청구의 범위에 기재된 발명과 그 균등 범위에 포함되는 것이다. 또, 상기 서술한 각 실시형태 및 그 변형은, 서로 적절히 조합할 수 있다.

Claims (3)

  1. 발전 전력을 받아 축전하는 축전부와,
    상기 축전부로부터 공급되는 축전 전력으로부터, 당해 축전 전력의 전압보다 전압이 높은 승압 전력을 생성하고, 생성된 상기 승압 전력을 부하에 공급하는 승압부와,
    상기 축전부의 축전 전압이 상승하여 상기 승압부의 최저 동작 전압 이상의 전압이 되면, 상기 승압부의 승압 동작을 허가하는 승압 동작 허가 신호를 상기 승압부에 출력하는 전압 검출부를 구비하고,
    상기 승압부는,
    상기 전압 검출부로부터 상기 승압 동작 허가 신호가 출력되면, 상기 축전부로부터 공급되는 상기 축전 전력에 의해 승압 동작을 개시함과 함께, 당해 승압 동작에 의해 생성되는 상기 승압 전력을 동작 전원으로 하여 동작하는, 전원 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 검출부의 소비 전력은, 상기 승압부의 소비 전력보다 적은, 전원 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 축전부로부터 공급되는 상기 축전 전력으로부터, 당해 축전 전력의 전압보다 전압이 높으며, 또한 상기 승압부의 최저 동작 전압 이상의 전압인 제 2 승압 전력을 생성하고, 생성된 상기 제 2 승압 전력을 상기 승압부의 동작 전원으로서 공급하는 제 2 승압부를 추가로 구비하는, 전원 장치.
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