(57)【要約】【課題】蓄電回路に接続された負荷の安定的な動作を可能にする機構を提供すること。【解決手段】遮断回路７０は、入力端７２と、出力端７８と、電源検知端７４とを有している。遮断回路７０の出力端７８は、蓄電回路３０から供給された電力によって動作する負荷６２に接続されている。遮断回路７０は、電源検知端７４に印加された電圧が所定電圧以下である場合、出力端７８を入力端７２から遮断する一方、電源検知端７４に印加された電圧が所定電圧よりも大きい場合、出力端７８を入力端７２と導通させる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端と、出力端と、電源検知端とを有する遮断回路であって、
前記遮断回路の前記出力端は、蓄電回路から供給された電力によって動作する負荷に接続されており、
前記電源検知端に印加された電圧が所定電圧以下である場合、前記出力端を前記入力端から遮断する一方、前記電源検知端に印加された電圧が前記所定電圧よりも大きい場合、前記出力端を前記入力端と導通させる
遮断回路。
【請求項２】
請求項１記載の遮断回路であって、
前記蓄電回路は、電源から供給される電力を蓄積して前記負荷に供給する回路であって、
前記蓄電回路は、電源ラインと、蓄電部と、制御部とを備えており、
前記電源ラインは、前記電源と前記負荷とを互いに接続しており、
前記蓄電部は、前記電源ラインに接続されており、前記電源から供給される前記電力を蓄積してゼロよりも大きな供給電圧を前記電源ラインに印加し、
前記制御部は、前記供給電圧がゼロからスタートして開始電圧に達するまで、前記負荷を前記蓄電部から遮断し、
前記制御部は、前記供給電圧が前記開始電圧に達した後、前記供給電圧が停止電圧に降下するまで、前記負荷を前記蓄電部と導通させ、前記供給電圧が前記停止電圧まで降下すると、前記供給電圧が再び前記開始電圧に達するまで、前記負荷を前記蓄電部から遮断し、
前記遮断回路の前記電源検知端は、前記電源ライン上の検知点に直接的又は間接的に接続されている
遮断回路。
【請求項３】
請求項２記載の遮断回路であって、
前記検知点における電圧は、前記負荷が前記蓄電部から遮断されているとき、グランド電圧であり、前記負荷が前記蓄電部と導通しているとき、グランド電圧よりも高い電圧である
遮断回路。
【請求項４】
請求項２又は請求項３記載の遮断回路であって、
前記蓄電回路は、スイッチ部を備えており、
前記スイッチ部は、前記電源ラインにおいて前記蓄電部と前記負荷との間に接続されており、
前記スイッチ部は、スイッチ端を有しており、
前記スイッチ部は、前記スイッチ端に印加された電圧が所定閾値よりも低い場合、前記負荷を前記蓄電部から遮断する遮断状態を取り、前記スイッチ端に印加された電圧が前記所定閾値よりも高い場合、前記負荷を前記蓄電部と導通させる導通状態を取り、
前記制御部は、前記電源ラインにおいて前記蓄電部と前記スイッチ部との間に接続されており、
前記制御部は、前記供給電圧がゼロからスタートして前記開始電圧に達するまで、前記スイッチ端に、前記所定閾値よりも低い電圧を印加し、
前記制御部は、前記供給電圧が前記開始電圧に達した後、前記供給電圧が前記停止電圧に降下するまで、前記スイッチ端に、前記所定閾値よりも高い電圧を印加し、前記供給電圧が前記停止電圧まで降下すると、前記供給電圧が再び前記開始電圧に達するまで、前記スイッチ端に、前記所定閾値よりも低い電圧を印加する
遮断回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遮断回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、負荷に電力を供給する蓄電回路が開示されている。
【０００３】
図１３を参照すると、非特許文献１に開示された蓄電回路９０は、電源９２がエネルギーハーベスティングによって生成した微小な電力を蓄積して負荷９８に供給する。蓄電回路９０は、電源ライン９３と、キャパシタ（図示せず）と、電圧検知回路９４と、比較回路９５と、抵抗Ｒ１からなるプルアップ抵抗９６と、スイッチ回路９７とを備えている。キャパシタは、電源ライン９３に接続されている（図示せず）。電圧検知回路９４、比較回路９５、プルアップ抵抗９６及びスイッチ回路９７は、図１３に示した回路構造を有している。例えば、電圧検知回路９４は、ツェナー電圧ＶＺを有するツェナーダイオードＺ１を備えており、比較回路９５は、オープンドレインのコンパレータ９５２を備えている。また、スイッチ回路９７は、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２とを備えている。
【０００４】
キャパシタ（図示せず）は、電源９２が生成した電力を蓄積し、これにより、電源ライン９３に電圧Ｖｉｎが生じる。電圧検知回路９４は、電圧Ｖｉｎとツェナー電圧ＶＺとに基づいて電圧Ｖｒを生成すると共に、電圧Ｖｉｎを分圧した電圧Ｖｄを生成する。コンパレータ９５２のポジティブ入力端には、電圧Ｖｄに応じた電圧Ｖｐが印加され、コンパレータ９５２のネガティブ入力端には、電圧Ｖｒが印加される。比較回路９５は、電圧Ｖｐと電圧Ｖｒとの比較結果に基づいて生成した電圧を、スイッチング素子Ｓ１のゲートに印加する。スイッチング素子Ｓ２は、スイッチング素子Ｓ１のゲートに印加された電圧に応じて、遮断状態（負荷９８を電源９２から遮断する状態）と、導通状態（負荷９８を電源９２に接続する状態）との間を遷移する。即ち、蓄電回路９０は、遮断状態と導通状態との間を遷移可能である。
【０００５】
非特許文献１によれば、キャパシタ（図示せず）が空の状態において電源９２が電力を生成すると、電力は、キャパシタに徐々に蓄積され、電圧Ｖｉｎ及び電圧Ｖｐが徐々に高くなる。電圧Ｖｐが電圧Ｖｒに達するまで、蓄電回路９０は遮断状態を維持し、電源９２が生成した電力は、負荷９８によって消費されることなく、キャパシタに蓄積される。キャパシタが十分に充電された後に、電圧Ｖｐが電圧Ｖｒ以上になり、蓄電回路９０は導通状態になる。このとき、十分に大きな電力が負荷９８に供給される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】小野仁，外３名，「スイッチング回路を応用した省エネルギー・エネルギーハーベスティング技術の開発」，平成２７年度  宮城県産業技術総合センター研究報告，宮城県（産業技術総合センター），平成２８年９月，Ｎｏ．１３（２０１５），ｐ．１−７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献１に開示された蓄電回路９０は、理論的には上述したように動作する。しかしながら、実際に回路を構成して実験してみると、負荷９８が安定的に動作しない場合がある。
【０００８】
そこで、本発明は、蓄電回路に接続された負荷の安定的な動作を可能にする機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明者による研究の結果、蓄電回路の回路構造に起因して、キャパシタが十分に充電される前にスイッチ回路が導通状態になる場合があることが分かった。そこで、本願発明者は、スイッチ回路を遮断状態と導通状態との間で適切に遷移させることが可能な新たな蓄電回路を発明した。新たな蓄電回路は、特願２０１７−２４０６９３として国内出願済みである。
【００１０】
しかしながら、本願発明者による更なる研究の結果、上述の新たな蓄電回路を使用しても、負荷が安定的に動作しない場合があることが分かった。特に、蓄電回路以外の外部回路から電圧が印加されるような負荷（例えば、外部回路の電圧を測定するセンサ）を蓄電回路に接続した場合、負荷が安定的に動作しない場合があることが分かった。これは、蓄電回路が遮断状態にあるとき（即ち、負荷が動作していないとき）に外部回路から負荷に電圧が印加されると、負荷が予期しない動作を行うためであると考えられる。そこで、本発明は、動作していない負荷を外部回路から遮断可能な遮断回路を提供する。具体的には、本発明は、下記の遮断回路を提供する。
【００１１】
本発明は、第１の遮断回路として、
入力端と、出力端と、電源検知端とを有する遮断回路であって、
前記遮断回路の前記出力端は、蓄電回路から供給された電力によって動作する負荷に接続されており、
前記電源検知端に印加された電圧が所定電圧以下である場合、前記出力端を前記入力端から遮断する一方、前記電源検知端に印加された電圧が前記所定電圧よりも大きい場合、前記出力端を前記入力端と導通させる
遮断回路を提供する。
【００１２】
また、本発明は、第２の遮断回路として、第１の遮断回路であって、
前記蓄電回路は、電源から供給される電力を蓄積して前記負荷に供給する回路であって、
前記蓄電回路は、電源ラインと、蓄電部と、制御部とを備えており、
前記電源ラインは、前記電源と前記負荷とを互いに接続しており、
前記蓄電部は、前記電源ラインに接続されており、前記電源から供給される前記電力を蓄積してゼロよりも大きな供給電圧を前記電源ラインに印加し、
前記制御部は、前記供給電圧がゼロからスタートして開始電圧に達するまで、前記負荷を前記蓄電部から遮断し、
前記制御部は、前記供給電圧が前記開始電圧に達した後、前記供給電圧が停止電圧に降下するまで、前記負荷を前記蓄電部と導通させ、前記供給電圧が前記停止電圧まで降下すると、前記供給電圧が再び前記開始電圧に達するまで、前記負荷を前記蓄電部から遮断し、
前記遮断回路の前記電源検知端は、前記電源ライン上の検知点に直接的又は間接的に接続されている
遮断回路を提供する。
【００１３】
また、本発明は、第３の遮断回路として、第２の遮断回路であって、
前記検知点における電圧は、前記負荷が前記蓄電部から遮断されているとき、グランド電圧であり、前記負荷が前記蓄電部と導通しているとき、グランド電圧よりも高い電圧である
遮断回路を提供する。
【００１４】
また、本発明は、第４の遮断回路として、第２又は第３の遮断回路であって、
前記蓄電回路は、スイッチ部を備えており、
前記スイッチ部は、前記電源ラインにおいて前記蓄電部と前記負荷との間に接続されており、
前記スイッチ部は、スイッチ端を有しており、
前記スイッチ部は、前記スイッチ端に印加された電圧が所定閾値よりも低い場合、前記負荷を前記蓄電部から遮断する遮断状態を取り、前記スイッチ端に印加された電圧が前記所定閾値よりも高い場合、前記負荷を前記蓄電部と導通させる導通状態を取り、
前記制御部は、前記電源ラインにおいて前記蓄電部と前記スイッチ部との間に接続されており、
前記制御部は、前記供給電圧がゼロからスタートして前記開始電圧に達するまで、前記スイッチ端に、前記所定閾値よりも低い電圧を印加し、
前記制御部は、前記供給電圧が前記開始電圧に達した後、前記供給電圧が前記停止電圧に降下するまで、前記スイッチ端に、前記所定閾値よりも高い電圧を印加し、前記供給電圧が前記停止電圧まで降下すると、前記供給電圧が再び前記開始電圧に達するまで、前記スイッチ端に、前記所定閾値よりも低い電圧を印加する
遮断回路を提供する。
【００１５】
また、本発明は、第５の遮断回路として、第２又は第３の遮断回路であって、
前記蓄電回路は、前記蓄電部として機能するキャパシタと、スイッチ回路とを備えており、
前記蓄電回路の前記制御部は、電圧検知回路と、比較回路と、付加的回路とを含んでおり、
前記電圧検知回路は、前記電源ラインに接続された検知入力端と、参照電圧を出力する参照出力端と、検知電圧を出力する検知出力端とを有しており、
前記参照電圧は、前記供給電圧が基準電圧よりも低い場合、前記供給電圧であり、前記供給電圧が前記基準電圧以上の場合、前記基準電圧であり、
前記検知電圧は、前記供給電圧に応じて変化し、且つ、前記供給電圧よりも低く、
前記比較回路は、前記電源ラインに接続されており、且つ、前記参照出力端に接続されたポジティブ入力端と、前記検知出力端に接続されたネガティブ入力端と、付加的制御電圧を出力する出力端とを有しており、
前記付加的制御電圧は、前記ポジティブ入力端に印加された電圧が前記ネガティブ入力端に印加された電圧よりも高い場合、前記供給電圧に応じた高電圧であり、前記ポジティブ入力端に印加された前記電圧が前記ネガティブ入力端に印加された前記電圧よりも低い場合、グランド電圧に応じた低電圧であり、
前記付加的回路は、前記電源ラインに接続された電源端と、グランドされたグランド端とを有しており、前記電源端と前記グランド端との間を遮断する非グランド状態と、前記電源端を前記グランド端と導通させるグランド状態との間を遷移可能であり、
前記スイッチ回路は、前記電源ラインにおいて前記キャパシタと前記負荷との間に接続されており、前記負荷を前記キャパシタから遮断する遮断状態と、前記負荷を前記キャパシタと導通させる導通状態との間を遷移可能であり、
前記付加的回路は、前記比較回路の前記出力端に接続された付加的入力端と、制御電圧を出力するスイッチ制御端とを有しており、
前記制御電圧は、前記付加的回路が前記非グランド状態にある場合、前記供給電圧に応じた高電圧であり、前記付加的回路が前記グランド状態にある場合、前記グランド電圧に応じた低電圧であり、
前記付加的回路は、前記供給電圧がゼロから上昇して、前記付加的制御電圧に応じて前記付加的入力端に印加された付加的印加電圧が付加的閾値に達するまでは、前記非グランド状態を取り、前記付加的印加電圧が前記付加的閾値に達した以降は、前記付加的印加電圧が前記付加的閾値よりも高い場合、前記グランド状態を取り、前記付加的印加電圧が前記付加的閾値よりも低い場合、前記非グランド状態を取り、
前記スイッチ回路は、前記スイッチ制御端に接続されたスイッチ端を有しており、
前記スイッチ回路は、前記供給電圧がゼロから上昇して、前記制御電圧に応じて前記スイッチ端に印加された印加電圧が所定閾値に達するまでは、前記遮断状態を取り、前記印加電圧が前記所定閾値に達した以降は、前記印加電圧が前記所定閾値よりも高い場合、前記導通状態を取り、前記印加電圧が前記所定閾値よりも低い場合、前記遮断状態を取り、
前記供給電圧がゼロから上昇して前記付加的印加電圧が前記付加的閾値に達するまで、前記印加電圧は、前記所定閾値よりも低い
蓄電回路を提供する。
【００１６】
また、本発明は、第６の遮断回路として、第５の遮断回路であって、
前記付加的回路の前記電源端は、前記電源ラインに接続されると共に、前記電圧検知回路の前記検知出力端に接続されており、
前記制御電圧は、前記付加的回路が前記非グランド状態にある場合、前記検知電圧に応じた高電圧である
蓄電回路を提供する。
【００１７】
また、本発明は、第７の遮断回路として、第６の遮断回路であって、
前記付加的回路は、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）からなる付加的スイッチング素子を備えており、
前記付加的スイッチング素子において、ゲートは、前記付加的入力端として機能し、ソースは、前記グランド端として機能し、ドレインは、前記電源端として機能し、且つ、前記電圧検知回路の前記検知出力端と前記スイッチ回路の前記スイッチ端との間に接続されており、
前記付加的閾値は、前記付加的スイッチング素子において前記ソースと前記ドレインとの間を導通させるための前記ゲートと前記ソースとの間の電位差の閾値であり、
前記スイッチ回路は、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴからなる主スイッチング素子と、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴからなる副スイッチング素子とを備えており、
前記主スイッチング素子において、ソースは、前記電源ラインの前記電源側に接続されており、ドレインは、前記電源ラインの前記負荷側に接続されており、
前記副スイッチング素子において、ゲートは、前記スイッチ端として機能し、ソースは、グランドされており、ドレインは、２つの抵抗を介して前記主スイッチング素子の前記ソースに接続されており、
前記主スイッチング素子のゲートは、前記２つの抵抗の間に接続されており、
前記所定閾値は、前記副スイッチング素子において前記ソースと前記ドレインとの間を導通させるための前記ゲートと前記ソースとの間の電位差の閾値である
蓄電回路を提供する。
【００１８】
また、本発明は、第８の遮断回路として、第５から第７までの遮断回路のいずれかであって、
前記所定閾値は、前記付加的閾値以上である
蓄電回路を提供する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の遮断回路によれば、電源検知端に印加された電圧が所定電圧以下である場合、入力端と出力端との間が遮断される。また、本発明の遮断回路の出力端は、蓄電回路から供給された電力によって動作する負荷に接続されている。例えば、負荷は、外部回路によって負荷の測定端に印加された電圧を測定するセンサである。この場合、遮断回路の入力端を外部回路に接続し、遮断回路の出力端をセンサの測定端に接続すればよい。この構成によれば、センサが蓄電回路から受ける電圧を遮断回路の電源検知端に印加することで、蓄電回路が遮断状態にあるとき（即ち、センサが動作していないとき）、センサは、外部回路から遮断される。即ち、本発明によれば、動作していない負荷を外部回路から遮断可能な遮断回路を提供でき、これにより、蓄電回路に接続された負荷の安定的な動作を可能にする機構を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態による蓄電型システムを示すブロック図である。
【図２】図１の蓄電型システムの蓄電回路の動作を模式的に示す図である。
【図３】図１の蓄電回路のスイッチ部が導通状態にあるときの負荷（センサ）の回路構造を模式的に示す図である。
【図４】図１の蓄電回路のスイッチ部が遮断状態にあるときの負荷（センサ）の回路構造を模式的に示す図である。
【図５】図１の蓄電型システムを遮断回路を設けた状態で示すブロック図である。
【図６】図５の遮断回路を示す回路図である。
【図７】図５の蓄電型システムの変形例を示すブロック図である。
【図８】図６の遮断回路の変形例を示す回路図である。
【図９】図１の蓄電回路の一例を示すブロック図である。
【図１０】図９の蓄電回路の一例を示す回路図である。
【図１１】図９及び図１０の蓄電回路の動作を模式的に示す図である。
【図１２】本発明の実施例の蓄電回路の動作を示す図である。
【図１３】非特許文献１の蓄電回路を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１を参照すると、本発明の実施の形態による蓄電型システム１０は、電源２０と、蓄電回路３０と、負荷６０とを備えている。
【００２２】
本実施の形態の電源２０は、周囲の環境から微小なエネルギーを収穫することで（即ち、エネルギーハーベスティングによって）１０μＷ〜１ｍＷ程度の微小な電力を生成し、且つ、微小な電圧を生成する。電源２０は、例えば、光電池、熱電素子、整流後の振動発電体等の発電体である。電源２０は、上述した発電体のうちの１つであってもよいし、上述した発電体を２以上含んでいてもよい。
【００２３】
本実施の形態の負荷６０は、例えば、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ、降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ、昇降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ（以下、「ＤＣ−ＤＣコンバータ」と総称する。）、センサ、マイクロコンピュータ、無線デバイス等の半導体素子を含む電子機器や、小型モーター等の動作開始時に一定以上の電圧を必要とする電子機器である。負荷６０は、上述した電子機器のうちの１つであってもよいし、上述した電子機器を２以上含んでいてもよい。
【００２４】
本実施の形態の蓄電回路３０は、蓄電装置（図示せず）に組み込まれた回路である。本実施の形態の蓄電装置は、電源２０及び負荷６０と別体の電子機器である。但し、本発明は、これに限られない。例えば、蓄電装置は、電源２０、蓄電回路３０及び負荷６０を備えた１つの電子機器であってもよい。また、蓄電回路３０は、負荷６０に組み込まれた回路であってもよい。
【００２５】
本実施の形態の負荷６０は、使用時に、動作状態と待機状態との間を繰り返し遷移する。負荷６０の待機状態における消費電力は、動作状態における消費電力と比較して著しく低い。一方、負荷６０の動作状態における消費電力（動作電力）は、数ｍＷ〜数Ｗ程度であり、電源２０が直接的に供給可能な電力よりも大きい。このため、負荷６０を電源２０に直接接続すると、電源２０は電圧降下を起こし、電源２０の電圧は、負荷６０を適切に動作させるための電圧（動作開始電圧ＶＳ）に到達しない。
【００２６】
一方、以下に説明するように、本実施の形態の蓄電回路３０は、電源２０が生成する微小な電力（静電エネルギー）を蓄積し、電力が十分に蓄積された段階で、必要な高電圧によって、負荷６０に電力を供給する。但し、本発明は、これに限られない。例えば、蓄電回路３０は、負荷６０に直接供給可能な高い電力及び電圧を生成する電源２０に接続してもよい。
【００２７】
本実施の形態の蓄電回路３０は、上述したように、電源２０から供給される電力を蓄積して負荷６０に供給する回路であり、電源ライン１２と、蓄電部（キャパシタ）３２と、制御部４０と、スイッチ部（スイッチ回路）５０とを備えている。以下、蓄電回路３０の各部位の構造及び機能について説明する。
【００２８】
蓄電回路３０の電源ライン１２は、電源２０と負荷６０とを互いに接続している。詳しくは、電源ライン１２は、入力側電源ライン（電源ライン）１２２と、出力側電源ライン（電源ライン）１２６とを含んでいる。電源ライン１２２は、電源２０とスイッチ部５０の一端とを互いに接続しており、電源ライン１２６は、スイッチ部５０の他端と負荷６０とを互いに接続している。換言すれば、スイッチ部５０は、電源ライン１２２と電源ライン１２６との間に設けられている。即ち、電源２０及び負荷６０は、電源ライン１２によってスイッチ部５０を介して互いに接続されている。
【００２９】
蓄電回路３０のスイッチ部５０は、上述したように、電源ライン１２において蓄電部３２と負荷６０との間に接続されている。また、スイッチ部５０は、スイッチ端５６を有している。スイッチ部５０は、スイッチ端５６に印加された印加電圧Ｖｘが所定の電圧値（所定閾値ＴＰ）よりも低い場合、負荷６０を電源２０から遮断する遮断状態を取り、スイッチ端５６に印加された印加電圧Ｖｘが所定閾値ＴＰよりも高い場合、負荷６０を電源２０に導通させる導通状態を取る。即ち、スイッチ部５０は、印加電圧Ｖｘに応じて、遮断状態と、導通状態との間を遷移可能である。スイッチ部５０は、電源２０が蓄電回路３０に電力を供給し始めた時点において遮断状態にある。
【００３０】
上述のように遮断状態と導通状態との間を遷移するスイッチ部５０は、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ等の電子部品を使用して構成できる。所定閾値ＴＰは、例えば、ＭＯＳＦＥＴにおいてソースとドレインとの間を導通又は遮断させるためのゲートとソースとの間の電位差の閾値（以下、単に「ゲート閾値」という。）である。
【００３１】
蓄電回路３０の蓄電部３２は、電源ライン１２２（電源ライン１２）に接続されている。従って、スイッチ部５０が遮断状態にあるとき、蓄電部３２は、負荷６０から遮断されている。一方、スイッチ部５０が導通状態にあるとき、蓄電部３２は、負荷６０と導通している。
【００３２】
蓄電部３２は、電源２０から供給される微小な電力を蓄積してゼロよりも大きな供給電圧Ｖｉｎを電源ライン１２２（電源ライン１２）に印加する。スイッチ部５０が遮断状態にあるとき、供給電圧Ｖｉｎは、蓄電部３２に電力が蓄積されるにつれて、負荷６０の動作開始電圧ＶＳを超えて上昇する。蓄電回路３０は、スイッチ部５０を所定時間だけ遮断状態にすることで、負荷６０を動作させるための十分な静電エネルギーを蓄電部３２に蓄積できる。加えて、蓄電回路３０は、蓄電部３２に十分な静電エネルギーが蓄積されたとき、スイッチ部５０を導通状態にする。スイッチ部５０が導通状態になると、負荷６０の動作開始電圧ＶＳよりも高い出力電圧Ｖｏｕｔによって負荷６０に電力が供給される。供給電圧Ｖｉｎは、負荷６０に電力が供給されるにつれて、徐々に降下する。
【００３３】
上述のように電力を蓄積する蓄電部３２は、例えば、１つのコンデンサから構成できる。但し、本発明は、これに限られない。例えば、蓄電部３２は、２以上のコンデンサから構成されていてもよいし、コンデンサ以外の電子部品を含んでいてもよい。蓄電部３２が２以上のコンデンサを含んでいる場合、コンデンサ間の接続方法は特に限定されない。また、蓄電部３２は、電解コンデンサ、セラミックコンデンサ、電気二重層コンデンサ等の様々なコンデンサから構成可能である。
【００３４】
蓄電回路３０の制御部４０は、電源ライン１２２（電源ライン１２）に接続されている。詳しくは、制御部４０は、電源ライン１２２において蓄電部３２とスイッチ部５０との間に接続されており、これにより供給電圧Ｖｉｎを検知可能である。加えて、制御部４０は、スイッチ部５０のスイッチ端５６に接続されており、スイッチ端５６に印加電圧Ｖｘを印加する。
【００３５】
図２を図１と併せて参照すると、制御部４０は、印加電圧Ｖｘによってスイッチ部５０を制御して、遮断状態と導通状態との間で遷移させる。
【００３６】
本実施の形態において、制御部４０は、供給電圧Ｖｉｎがゼロからスタートして動作開始電圧ＶＳよりも十分に大きな開始電圧ＶＨに達するまで、スイッチ端５６に、所定閾値ＴＰよりも低い電圧を印加電圧Ｖｘとして印加する。即ち、制御部４０は、供給電圧Ｖｉｎがゼロからスタートして開始電圧ＶＨに達するまで、スイッチ部５０を遮断状態に維持し、これにより負荷６０を蓄電部３２から遮断する。
【００３７】
制御部４０は、供給電圧Ｖｉｎが開始電圧ＶＨに達した後、供給電圧Ｖｉｎが開始電圧ＶＨよりも小さく且つ動作開始電圧ＶＳよりも大きな停止電圧ＶＬに降下するまで、スイッチ端５６に、所定閾値ＴＰよりも高い電圧を印加電圧Ｖｘとして印加する。即ち、制御部４０は、供給電圧Ｖｉｎが開始電圧ＶＨに達すると、スイッチ部５０を遮断状態から導通状態に遷移させる。制御部４０は、供給電圧Ｖｉｎが開始電圧ＶＨに達した後、供給電圧Ｖｉｎが停止電圧ＶＬに降下するまで、スイッチ部５０を導通状態に維持し、これにより負荷６０を蓄電部３２と導通させる。
【００３８】
制御部４０は、供給電圧Ｖｉｎが停止電圧ＶＬまで降下すると、供給電圧Ｖｉｎが再び開始電圧ＶＨに達するまで、スイッチ端５６に、所定閾値ＴＰよりも低い電圧を印加電圧Ｖｘとして印加する。即ち、制御部４０は、供給電圧Ｖｉｎが停止電圧ＶＬまで降下すると、スイッチ部５０を導通状態から遮断状態に遷移させる。制御部４０は、供給電圧Ｖｉｎが停止電圧ＶＬまで降下すると、供給電圧Ｖｉｎが再び開始電圧ＶＨに達するまで、スイッチ部５０を遮断状態に維持し、これにより負荷６０を蓄電部３２から遮断する。
【００３９】
上述のように動作する制御部４０は、オープンドレインのコンパレータ、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ等の電子部品を使用して構成できる。
【００４０】
上述のように構成された蓄電回路３０は、供給電圧Ｖｉｎがゼロからスタートして最初に開始電圧ＶＨに達するまで、初期状態にある。蓄電回路３０が初期状態にあるとき、制御部４０は、スイッチ部５０を、遮断状態に維持する。蓄電回路３０は、スイッチ部５０が最初に導通状態に遷移したときに定常状態になり、以降、電源２０から電力が供給され続けている限り、定常状態を維持する。蓄電回路３０が定常状態にあるとき、制御部４０は、スイッチ部５０を、導通状態と遮断状態との間で繰り返し遷移させる。
【００４１】
以上の説明から理解されるように、スイッチ部５０が導通状態にあるとき、負荷６０には、動作開始電圧ＶＳよりも高い出力電圧Ｖｏｕｔによって電力が供給される。この結果、負荷６０は、動作状態又は待機状態をとり、適切に動作する。一方、スイッチ部５０が遮断状態にあるとき、負荷６０には、電力が供給されない。この結果、負荷６０は、停止状態をとり、動作しない。負荷６０は、理論的には、上述したように安定的に動作するはずである。
【００４２】
しかしながら、図１３を参照すると、実際に蓄電型システムを構成して実験すると、負荷９８が安定的に動作しない場合がある。この現象について研究を進めた結果、従来の蓄電回路９０の回路構造に起因して、蓄電部（図１３に図示しないキャパシタ）が十分に充電される前にスイッチ回路９７（スイッチ部）が導通状態になる場合があることが分かった。図１、図９及び図１０を参照すると、本実施の形態の蓄電回路３０は、以上の考察に基づいて発明されたものであり、スイッチ部５０を遮断状態と導通状態との間で適切に遷移させることができる。この蓄電回路３０の回路構造に係る発明は、特願２０１７−２４０６９３として国内出願済みである。
【００４３】
しかしながら、実際に蓄電回路３０を構成して実験すると、蓄電回路３０を使用しても、負荷６０が安定的に動作しない場合があることが分かった。図３を参照すると、特に、蓄電回路３０以外の外部回路（図示せず）から電圧が印加されるような負荷６２（例えば、外部回路の電圧を測定するセンサ６２）を蓄電回路３０に接続した場合、負荷６２が安定的に動作しない場合があることが分かった。この原因は、スイッチ部５０が遮断状態にあるとき（即ち、負荷６２が動作していないとき）に外部回路から負荷６２に電圧が印加されると、負荷６２が予期しない動作を行うためであると考えられる。
【００４４】
以下、図３及び図４を参照しつつ、蓄電回路３０に負荷６２及び負荷６４を接続した場合について、負荷６２が安定的に動作しない原因を説明する。本実施の形態の負荷６２は、外部回路（図示せず）の電圧を測定するセンサ６２であり、設計に応じて形成される抵抗Ｒ６１と、外部回路に接続される測定端６２２とを有している。測定端６２２は、負荷６２が動作状態や待機状態にあるとき、ハイインピーダンス状態にあるか、又は、ハイインピーダンス状態に近い状態にある。換言すれば、本実施の形態の負荷６２は、動作状態及び待機状態においてハイインピーダンス状態又はハイインピーダンス状態に近い状態をとる測定端６２２を有するセンサである。一方、本実施の形態の負荷６４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ６４であり、設計に応じて形成される抵抗Ｒ６４を有している。但し、負荷６４は、マイクロコンピュータ等のＤＣ−ＤＣコンバータ以外の電子機器であってもよい。
【００４５】
図３を参照すると、負荷６２の測定端６２２には、外部回路の測定電圧Ｖｘｉｎが印加される。蓄電回路３０のスイッチ部５０が導通状態にあるとき、負荷６２及び負荷６４の夫々は、動作状態又は待機状態にある。このとき、測定端６２２は、ハイインピーダンス状態又はハイインピーダンス状態に近い状態にあるため、電源ライン１２６（電源ライン１２）から実質的に遮断されている。詳しくは、外部回路から測定端６２２に流れる電流は、例えば、負荷６２のＡ／Ｄ変換のためだけに使用される。従って、外部回路から測定端６２２に流れる電流は、負荷６２及び負荷６４の夫々の動作を阻害しない。
【００４６】
一方、図４を参照すると、蓄電回路３０のスイッチ部５０が遮断状態にあるとき、負荷６２及び負荷６４の夫々は、停止状態にある。このとき、負荷６２の測定端６２２が、ハイインピーダンス状態にない場合がある。より具体的には、負荷６２の回路構造に起因して、測定端６２２と電源ライン１２６（電源ライン１２）との間に、予期しない抵抗Ｒ６２が形成される場合がある。即ち、測定端６２２が、抵抗Ｒ６２を介して、電源ライン１２６と導通する場合がある。この場合、外部回路（図示せず）から測定端６２２に流れる電流は、負荷６２の回路を流れ、これにより負荷６２の動作を阻害するおそれがある。また、外部回路から測定端６２２に流れる電流は、電源ライン１２６を経由して負荷６４に流入するおそれがある。
【００４７】
一般的に、負荷６２及び負荷６４を含む負荷６０（図１参照）が停止状態にあるとき、電源ライン１２６を経由しない電流が負荷６０に流入すると、負荷６０が、誤動作したり故障したりするおそれがある。加えて、負荷６２の測定端６２２に接続された外部回路（外部機器：図示せず）の電流が奪われる。この結果、外部機器の消費電流が増加したり外部機器が故障したりするおそれがある。
【００４８】
一方、図５を参照すると、本実施の形態の蓄電型システム１０は、電源２０、蓄電回路３０及び負荷６０に加えて、遮断回路７０を備えている。負荷６０は、１以上の負荷（センサ）６２を含んでいる。即ち、図５に示した蓄電型システム１０は、負荷６０の一つとしてセンサ６２を備えたセンサシステムである。負荷６２の夫々は、遮断回路７０を介して外部回路（図示せず）に接続されている。外部回路のグランド電圧は、蓄電型システム１０のグランド電圧と一致している。以下に説明するように、このような蓄電型システム１０（センサシステム）において、遮断回路７０を設けることで、負荷６２を含む負荷６０の夫々を安定的に動作させることができる。
【００４９】
図６を参照すると、遮断回路７０は、入力端７２と、出力端７８と、電源検知端７４とを有している。遮断回路７０の入力端７２は、外部回路（図示せず）に接続されている。このように接続された入力端７２には、外部回路の測定電圧Ｖｘｉｎが印加される。遮断回路７０の出力端７８は、蓄電回路３０から供給された電力によって動作する負荷６２に接続されている。詳しくは、出力端７８は、負荷６２の測定端６２２に接続されている。このように接続された出力端７８は、測定端６２２に、測定電圧Ｖｘｉｎと実質的に同電圧の測定電圧Ｖｘｏｕｔを印加する。
【００５０】
図５を参照すると、遮断回路７０の電源検知端７４は、電源ライン１２６（電源ライン１２）の検知点１６２に接続されている。このように接続された電源検知端７４には、出力電圧Ｖｏｕｔに応じた検出電圧Ｖｘｄが印加される。本実施の形態によれば、蓄電回路３０のスイッチ部５０が導通状態にあるとき、負荷６２の動作開始電圧ＶＳよりも高い出力電圧Ｖｏｕｔが電源検知端７４に印加される。一方、図３及び図４から理解されるように、スイッチ部５０が遮断状態になると、電源ライン１２６は、速やかにグランドされ、これにより、グランド電圧である出力電圧Ｖｏｕｔが電源検知端７４に印加される。
【００５１】
図６を参照すると、本実施の形態の遮断回路７０は、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴからなる第１素子７０２と、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴからなる第２素子７０４と、３つの抵抗Ｒ７１，Ｒ７２，Ｒ７３とを備えている。第１素子７０２、第２素子７０４及び抵抗Ｒ７１，Ｒ７２，Ｒ７３は、図６に示したように接続されている。
【００５２】
本実施の形態によれば、第２素子７０４のゲートに検出電圧Ｖｘｄが印加される。検出電圧Ｖｘｄが第２素子７０４のゲート閾値よりも低い場合、第２素子７０４のソースとドレインとの間が遮断され、第１素子７０２のゲートに、第１素子７０２のソースと同じ電位の電圧が印加される。この結果、第１素子７０２のソースとドレインとの間が遮断される。即ち、遮断回路７０の入力端７２と出力端７８との間が遮断される。
【００５３】
一方、検出電圧Ｖｘｄが第２素子７０４のゲート閾値よりも高い場合、第２素子７０４のソースとドレインとの間が導通し、第１素子７０２のゲートは、抵抗Ｒ７２を介してグランドされる。この結果、第１素子７０２のゲートに印加される電圧が、第１素子７０２のソースに印加される電圧よりも低くなる。従って、抵抗Ｒ７１及び抵抗Ｒ７２の抵抗値を、第１素子７０２のゲート閾値を考慮して適切に設定することで、第１素子７０２のソースとドレインとの間が導通する。即ち、遮断回路７０の入力端７２と出力端７８との間が導通する。
【００５４】
以上の説明から理解されるように、遮断回路７０は、電源検知端７４に印加された電圧が所定電圧ＶＰ以下である場合、出力端７８を入力端７２から遮断する一方、電源検知端７４に印加された電圧が所定電圧ＶＰよりも大きい場合、出力端７８を入力端７２と導通させる。本実施の形態において、所定電圧ＶＰは、第２素子７０４のゲート閾値である。但し、本発明は、これに限られず、所定電圧ＶＰは、遮断回路７０の回路構造に応じて決まる。
【００５５】
図５を参照すると、遮断回路７０によれば、電源検知端７４に印加された検出電圧Ｖｘｄが所定電圧ＶＰ以下である場合、入力端７２と出力端７８との間が遮断される。また、前述したように、遮断回路７０の出力端７８は、負荷６２に接続されている。負荷６２は、外部回路（図示せず）によって負荷６２の測定端６２２に印加された電圧を測定するセンサ６２である。
【００５６】
本実施の形態によれば、負荷６２が蓄電回路３０から受ける電圧を遮断回路７０の電源検知端７４に印加することで、蓄電回路３０のスイッチ部５０が遮断状態にあるとき（即ち、負荷６２が停止状態にあり動作していないとき）、負荷６２は、外部回路（図示せず）から遮断される。即ち、本発明によれば、動作していない負荷６２を外部回路から遮断可能な遮断回路７０を提供でき、これにより、蓄電回路３０に接続された負荷６２の安定的な動作を可能にする機構を提供できる。
【００５７】
詳しくは、負荷６２が停止状態にあるとき、外部回路（図示せず）から遮断回路７０に流れる電流は、負荷６２まで流れないため、負荷６２や負荷６４（図４参照）等の負荷６０の動作を阻害しない。また、外部回路からの電流に起因する負荷６０の誤動作や故障が防止される。加えて、外部回路（外部機器）の消費電流の増加や外部機器の故障が防止される。
【００５８】
本実施の形態の電源２０は、周囲の環境に依存して電力を生成するため、長時間にわたって蓄電部３２に電力が供給されない場合がある。この場合、蓄電部３２が生成する供給電圧Ｖｉｎは、比較的０Ｖになり易い。このような蓄電型システム１０において、遮断回路７０は特に必要である。但し、本発明は、これに限られず、遮断回路７０は、様々な蓄電型システムに適用可能である。例えば、遮断回路７０は、従来の蓄電型システムに適用してもよい。
【００５９】
本実施の形態によれば、遮断回路７０の電源検知端７４は、電源ライン１２６上の検知点１６２に直接的に接続されている。検知点１６２における電圧は、負荷６０が蓄電部３２から遮断されているとき、グランド電圧であり、負荷６０が蓄電部３２と導通しているとき、グランド電圧よりも高い出力電圧Ｖｏｕｔである。この構造によれば、遮断回路７０の回路構造を簡易にできる。但し、本発明は、これに限られず、電源検知端７４の接続方法は、様々に変形可能である。
【００６０】
例えば、電源検知端７４が接続される検知点１６２は、電源ライン１２２上に位置していてもよい。但し、この接続方法によれば、遮断回路７０は、検知点１６２における電圧が降下中である場合にのみ、入力端７２と出力端７８との間が導通するような回路構造を有する必要がある。この結果、遮断回路７０の回路構造は複雑になる。従って、特に必要性がない限り、この接続方法に比べて本実施の形態の接続方法が好ましい。
【００６１】
図７を参照すると、図示した負荷６０は、負荷（センサ）６２に加えて、負荷（マイクロコンピュータ）６６を含んでいる。負荷６６は、制御端６６８を有している。負荷６６の制御端６６８は、電源ライン１２６上の検知点１６２Ａの電圧がグランド電圧よりも高い場合、遮断回路７０の所定電圧ＶＰよりも高い電圧（Ｈｉｇｈ）を出力し、検知点１６２Ａの電圧がグランド電圧である場合、遮断回路７０の所定電圧ＶＰよりも低い電圧（Ｌｏｗ）を出力する。即ち、負荷６６は、検知点１６２Ａの電圧に応じて、Ｈｉｇｈ及びＬｏｗのうちのいずれか一方を制御端６６８に出力する。遮断回路７０の電源検知端７４は、負荷６６の制御端６６８に接続されている。遮断回路７０の入力端７２は、外部回路（図示せず）に接続されており、遮断回路７０の出力端７８は、負荷６２の測定端６２２に接続されている。
【００６２】
図７の遮断回路７０の電源検知端７４は、負荷６６の制御端６６８に接続されている。従って、電源検知端７４は、負荷６６を介して電源ライン１２６上の検知点１６２Ａに間接的に接続されている。この接続構造によっても、負荷６２が蓄電部３２から遮断されているとき、負荷６２の測定端６２２を外部回路（図示せず）から確実に遮断できる。また、この接続構造によれば、負荷６２による測定が実際に行われる場合にのみ制御端６６８にＨｉｇｈが出力されるように、負荷６６を設定できる。図６を参照すると、この設定によれば、遮断回路７０の抵抗Ｒ７３による電力消費を削減できる。
【００６３】
遮断回路７０の回路構造は、様々に変形可能である。例えば、図８を参照すると、変形例による遮断回路７０Ａは、遮断回路７０（図６参照）の部品に加えて、２つの抵抗Ｒ７４，Ｒ７５を備えている。遮断回路７０Ａは、遮断回路７０と同様に、電源検知端７４に印加された電圧が所定電圧ＶＰ以下である場合、出力端７８を入力端７２から遮断する一方、電源検知端７４に印加された電圧が所定電圧ＶＰよりも大きい場合、出力端７８を入力端７２と導通させる。
【００６４】
但し、遮断回路７０Ａは、遮断回路７０と異なり、外部回路（図示せず）が入力端７２に印加した測定電圧Ｖｘｉｎを、抵抗Ｒ７４，Ｒ７５によって分圧して負荷６２の測定端６２２に印加する。この分圧機構によれば、負荷６２が測定可能な電圧よりも測定電圧Ｖｘｉｎが高い場合、測定電圧Ｖｘｏｕｔを負荷６２が測定可能な電圧まで下げて測定できる。
【００６５】
遮断回路７０Ａによれば、出力端７８が入力端７２と導通しているとき、入力端７２に流入した電流は、抵抗Ｒ７４及び抵抗Ｒ７５を経由して流れ続け消費される。このような電流の消費を抑制するという観点から、遮断回路７０Ａの電源検知端７４は、負荷６６（図７参照）の制御端６６８に接続し、これにより、抵抗Ｒ７４及び抵抗Ｒ７５を流れる電流を負荷６６によって制御することが好ましい。
【００６６】
図５から図８までを参照すると、図示した遮断回路７０及び遮断回路７０Ａの夫々は、センサ６２である負荷６２に接続される。但し、本発明は、これに限られない。例えば、負荷６２は、外部回路（図示せず）から受ける制御信号に応じて動作する電子機器であってもよい。この場合も、遮断回路７０や遮断回路７０Ａを、外部回路と負荷６２との間に接続すればよい。
【００６７】
以下、本実施の形態における蓄電回路３０の構造及び機能について更に詳しく説明する。
【００６８】
図９を図１と併せて参照すると、蓄電回路３０は、蓄電部３２として機能するキャパシタ３２と、スイッチ部５０として機能するスイッチ回路５０とを備えている。蓄電回路３０の制御部４０は、電圧検知回路４４と、比較回路４６と、付加的回路４８とを含んでいる。
【００６９】
図９を図１０と併せて参照すると、電源ライン１２２（電源ライン１２）は、第１接続点（接続点）１４２、第２接続点（接続点）１４４、第３接続点（接続点）１４６、及び、第４接続点（接続点）１４８を有している。４つの接続点１４２、１４４、１４６、１４８は、電源２０に最も近い接続点１４２からスイッチ回路５０に最も近い接続点１４８まで、この順に並んでいる。
【００７０】
キャパシタ３２は、接続点１４２において電源ライン１２に接続されている。詳しくは、キャパシタ３２の一端は、接続点１４２に接続されており、キャパシタ３２の他端は、グランドされている。
【００７１】
電圧検知回路４４は、接続点１４４において電源ライン１２に接続されている。詳しくは、電圧検知回路４４は、検知入力端４４２と、参照出力端４４６と、検知出力端４４８とを有している。検知入力端４４２は、接続点１４４において電源ライン１２に接続されており、これにより、検知入力端４４２に供給電圧Ｖｉｎが印加される。参照出力端４４６は、印加された供給電圧Ｖｉｎに応じて参照電圧Ｖｒを出力する。検知出力端４４８は、印加された供給電圧Ｖｉｎに応じて検知電圧Ｖｄを出力する。
【００７２】
参照出力端４４６は、検知入力端４４２に印加された供給電圧Ｖｉｎが基準電圧ＶＺよりも低い場合、供給電圧Ｖｉｎを出力し、供給電圧Ｖｉｎが基準電圧ＶＺ以上の場合、基準電圧ＶＺを出力する。また、検知出力端４４８は、供給電圧Ｖｉｎを分圧した電圧を検知電圧Ｖｄとして出力する。即ち、検知電圧Ｖｄは、供給電圧Ｖｉｎに応じて変化し、且つ、供給電圧Ｖｉｎよりも低い。
【００７３】
比較回路４６は、コンパレータ４６Ｃと、抵抗Ｒ５，Ｒ６からなるヒステリシス回路４６Ｈとを備えている。比較回路４６（コンパレータ４６Ｃ）は、接続点１４６において電源ライン１２に接続されており、これにより、比較回路４６（コンパレータ４６Ｃ）に供給電圧Ｖｉｎが印加される。比較回路４６（コンパレータ４６Ｃ）は、ポジティブ入力端４６２と、ネガティブ入力端４６４と、出力端４６８とを有している。ポジティブ入力端４６２は、電圧検知回路４４の参照出力端４４６に接続されており、参照電圧Ｖｒに応じた非反転電圧Ｖｐが印加される。ネガティブ入力端４６４は、電圧検知回路４４の検知出力端４４８に接続されており、検知電圧Ｖｄに応じた反転電圧Ｖｎが印加される。
【００７４】
比較回路４６（コンパレータ４６Ｃ）は、非反転電圧Ｖｐと反転電圧Ｖｎとを比較し、比較結果に基づいた付加的制御電圧Ｖｃａを出力端４６８から出力する。付加的制御電圧Ｖｃａは、非反転電圧Ｖｐが反転電圧Ｖｎよりも高い場合、供給電圧Ｖｉｎに応じた高電圧であり、非反転電圧Ｖｐが反転電圧Ｖｎよりも低い場合、グランド電圧に応じた低電圧である。
【００７５】
付加的回路４８は、電源端４８２と、グランド端４８４と、付加的入力端４８６と、スイッチ制御端４８８と、抵抗Ｒ４とを有している。電源端４８２は、接続点１４８において電源ライン１２に接続されており、これにより、電源端４８２に供給電圧Ｖｉｎに応じた電圧が印加される。詳しくは、供給電圧Ｖｉｎを抵抗Ｒ４と（Ｒ５＋Ｒ６＋Ｒ９）とで分圧した電圧が電源端４８２に印加される。グランド端４８４は、グランドされている。付加的入力端４８６は、比較回路４６の出力端４６８に接続されており、付加的制御電圧Ｖｃａに応じた付加的印加電圧Ｖｘａが印加される。スイッチ制御端４８８は、電源端４８２と接続点１４８との間に接続されている。付加的回路４８は、付加的印加電圧Ｖｘａによって動作し、スイッチ制御端４８８から制御電圧Ｖｃを出力する。
【００７６】
付加的回路４８は、付加的制御電圧Ｖｃａに応じて付加的入力端４８６に印加された付加的印加電圧Ｖｘａによって、電源端４８２とグランド端４８４との間を遮断する非グランド状態と、電源端４８２をグランド端４８４と導通させてグランドするグランド状態との間を遷移可能である。付加的回路４８が非グランド状態にある場合、スイッチ制御端４８８は、供給電圧Ｖｉｎに応じた高電圧を出力する。一方、付加的回路４８がグランド状態にある場合、スイッチ制御端４８８はグランドされ、グランド電圧（低電圧）を出力する。即ち、制御電圧Ｖｃは、付加的回路４８が非グランド状態にある場合、供給電圧Ｖｉｎに応じた高電圧であり、付加的回路４８がグランド状態にある場合、グランド電圧に応じた低電圧である。
【００７７】
以上のように構成された付加的回路４８は、付加的印加電圧Ｖｘａと所定の電圧値（付加的閾値ＴＡ）との大小関係によって状態遷移するように設定可能である。本実施の形態において、付加的閾値ＴＡは、基準電圧ＶＺよりも低くなるように設定されている。付加的回路４８は、供給電圧Ｖｉｎがゼロから上昇して付加的印加電圧Ｖｘａが付加的閾値ＴＡに達するまでは、非グランド状態を取る。付加的回路４８は、供給電圧Ｖｉｎがゼロから上昇して付加的印加電圧Ｖｘａが最初に付加的閾値ＴＡに達した以降は、付加的印加電圧Ｖｘａと付加的閾値ＴＡとの間の大小関係に応じて状態を遷移させる。より具体的には、付加的回路４８は、付加的印加電圧Ｖｘａが付加的閾値ＴＡよりも高い場合、グランド状態を取り、付加的印加電圧Ｖｘａが付加的閾値ＴＡよりも低い場合、非グランド状態を取る。
【００７８】
本実施の形態において、電源端４８２は、電圧検知回路４４の検知出力端４４８とスイッチ回路５０のスイッチ端５６との間に接続されている。即ち、電源端４８２は、電源ライン１２に接続されると共に、検知出力端４４８に接続されており、この構成により、電源端４８２には、検知電圧Ｖｄに応じた電圧が印加される。本実施の形態によれば、付加的回路４８が非グランド状態にある場合、スイッチ制御端４８８は、検知電圧Ｖｄに応じた高電圧（供給電圧Ｖｉｎよりも低く且つ検知電圧Ｖｄよりも高い電圧）を出力する。本実施の形態における制御電圧Ｖｃは、付加的回路４８が非グランド状態にある場合、検知電圧Ｖｄに応じた高電圧であり、付加的回路４８がグランド状態にある場合、グランド電圧に応じた低電圧である。但し、本発明は、これに限られず、電源端４８２は、必要に応じて検知出力端４４８に接続すればよい。
【００７９】
スイッチ回路５０のスイッチ端５６は、付加的回路４８のスイッチ制御端４８８に接続されており、制御電圧Ｖｃに応じた印加電圧Ｖｘが印加される。スイッチ回路５０は、制御電圧Ｖｃに応じてスイッチ端５６に印加された印加電圧Ｖｘによって、遮断状態と導通状態との間を遷移可能である。詳しくは、スイッチ回路５０は、供給電圧Ｖｉｎがゼロから上昇して、印加電圧Ｖｘが所定閾値ＴＰに達するまでは、遮断状態を取る。スイッチ回路５０は、供給電圧Ｖｉｎがゼロから上昇して印加電圧Ｖｘが最初に所定閾値ＴＰに達した以降は、印加電圧Ｖｘと所定閾値ＴＰとの間の大小関係に応じて状態を遷移させる。より具体的には、スイッチ回路５０は、印加電圧Ｖｘが所定閾値ＴＰよりも高い場合、導通状態を取り、印加電圧Ｖｘが所定閾値ＴＰよりも低い場合、遮断状態を取る。
【００８０】
図９及び図１０から理解されるように、所定閾値ＴＰ、付加的閾値ＴＡ、付加的印加電圧Ｖｘａ及び印加電圧Ｖｘは、蓄電回路３０の回路構造に応じて調整可能である。本実施の形態によれば、供給電圧Ｖｉｎがゼロから上昇して付加的印加電圧Ｖｘａが付加的閾値ＴＡに達するまで、印加電圧Ｖｘは、所定閾値ＴＰよりも低い。即ち、付加的回路４８は、印加電圧Ｖｘが所定閾値ＴＰに達する前に非グランド状態からグランド状態に遷移し、これにより、スイッチ回路５０にグランド電圧に応じた低電圧が印加される。この結果、付加的回路４８がグランド状態に遷移した後も、スイッチ回路５０は、遮断状態を維持する。特に、本実施の形態によれば、所定閾値ＴＰは、付加的閾値ＴＡ以上であり、スイッチ回路５０の遮断状態を維持し易い。但し本発明は、これに限られず、所定閾値ＴＰは、付加的閾値ＴＡより小さくてもよい。
【００８１】
以下、以上のように構成された蓄電回路３０の動作について詳細に説明する。
【００８２】
図９及び図１１を参照すると、蓄電回路３０が動作開始した時点（図１１の時間軸の値が０であるゼロ時間）において、キャパシタ３２は空である。従って、供給電圧Ｖｉｎ、付加的制御電圧Ｖｃａ（＝付加的印加電圧Ｖｘａ）及び制御電圧Ｖｃ（＝印加電圧Ｖｘ）の夫々は、０Ｖである。この結果、付加的回路４８は、非グランド状態にあり、電源端４８２とグランド端４８４との間を遮断している。同様に、スイッチ回路５０は遮断状態にあり、キャパシタ３２と負荷６０との間を遮断している。また、蓄電回路３０は、初期状態にある。
【００８３】
蓄電回路３０が動作開始すると、キャパシタ３２が徐々に充電され、これにより、供給電圧Ｖｉｎが徐々に高くなる。蓄電回路３０が動作開始して所定のＴ０時間になるまで、付加的回路４８は、非グランド状態を維持し、スイッチ回路５０は、遮断状態を維持する。一方、制御電圧Ｖｃがスイッチ回路５０の所定閾値ＴＰに達するよりも前のＴ０時間において、付加的制御電圧Ｖｃａが付加的回路４８の付加的閾値ＴＡに達する。
【００８４】
付加的制御電圧ＶｃａがＴ０時間において付加的閾値ＴＡに達した後、供給電圧Ｖｉｎは、上昇し続ける。この結果、付加的制御電圧Ｖｃａは、付加的回路４８の付加的閾値ＴＡを超えて上昇し続け、付加的回路４８は、Ｔ０時間の直後にグランド状態になる。付加的回路４８がグランド状態になると、制御電圧Ｖｃは、グランド電圧（０Ｖ）になる。この結果、スイッチ回路５０は遮断状態を維持し、キャパシタ３２は、充電され続ける。
【００８５】
供給電圧Ｖｉｎは、Ｔ０時間以降も上昇し続ける。前述したように、基準電圧ＶＺは、付加的閾値ＴＡよりも高い。この設定により、供給電圧Ｖｉｎは、Ｔ０時間よりも後のＴ１時間に基準電圧ＶＺに達し、このとき、参照電圧Ｖｒ（非反転電圧Ｖｐ）は、基準電圧ＶＺになる。
【００８６】
供給電圧Ｖｉｎは、Ｔ１時間以降も上昇し続け、これにより検知電圧Ｖｄ及び反転電圧Ｖｎは、上昇し続ける。一方、非反転電圧Ｖｐは、基準電圧ＶＺに維持される。この結果、反転電圧Ｖｎは、所定のＴ２時間において、非反転電圧Ｖｐと等しくなり、その後、非反転電圧Ｖｐを超える。Ｔ２時間において、供給電圧Ｖｉｎは、開始電圧ＶＨに達する。Ｔ０時間からＴ２時間の間、キャパシタ３２に電力が蓄積され続ける。
【００８７】
Ｔ２時間以降、非反転電圧Ｖｐは、反転電圧Ｖｎよりも低くなり、これにより、比較回路４６の付加的制御電圧Ｖｃａは、グランド電圧（０Ｖ）になる。この結果、付加的回路４８は、非グランド状態になり、スイッチ回路５０は導通状態になる。導通状態において、電源２０が生成した電力は、キャパシタ３２に蓄積された電力と共に負荷６０に供給される。
【００８８】
以上に説明したように、本実施の形態の蓄電回路３０は、供給電圧Ｖｉｎが負荷６０の動作開始電圧ＶＳよりも高い開始電圧ＶＨに達するまで電力を蓄積し続け、供給電圧Ｖｉｎが開始電圧ＶＨに達すると、負荷６０に電力を供給する。即ち、本実施の形態の蓄電回路３０は、負荷６０に安定的に電力を供給できる。
【００８９】
本実施の形態の蓄電回路３０は、例えば、図１０に示したように構成できる。
【００９０】
図１０を参照すると、電圧検知回路４４は、３つの抵抗Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９と、１つの定電圧素子（ツェナーダイオード）Ｚ１とを備えている。この電圧検知回路４４によれば、基準電圧ＶＺは、ツェナーダイオードＺ１のツェナー電圧である。
【００９１】
比較回路４６のコンパレータ４６Ｃは、３つのスイッチング素子（第１スイッチング素子４６Ｆ、第２スイッチング素子４６Ｓ及び第３スイッチング素子４６Ｔ）と、３つの抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３とを備えている。第１スイッチング素子４６Ｆ及び第２スイッチング素子４６Ｓの夫々は、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴからなり、第３スイッチング素子４６Ｔは、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴからなる。スイッチング素子の夫々は、ゲートに印加される電圧に応じて、ソースとドレインとの間が導通したＯＮ状態と、ソースとドレインとの間が遮断されたＯＦＦ状態との間を遷移可能である。
【００９２】
蓄電回路３０が定常状態にあるとき、反転電圧Ｖｎが非反転電圧Ｖｐよりも低い場合、第１スイッチング素子４６Ｆは、ＯＮ状態になり、第２スイッチング素子４６Ｓは、ＯＦＦ状態になる。この結果、第３スイッチング素子４６Ｔのゲートにグランド電圧が印加され、第３スイッチング素子４６Ｔは、ＯＦＦ状態になる。即ち、第３スイッチング素子４６Ｔのドレイン（出力端４６８）がグランドから遮断され、出力端４６８は、高電圧（供給電圧Ｖｉｎ）を出力する。
【００９３】
一方、蓄電回路３０が定常状態にあるとき、反転電圧Ｖｎが非反転電圧Ｖｐを超えると、第１スイッチング素子４６Ｆは、ＯＦＦ状態になり、第２スイッチング素子４６Ｓは、ＯＮ状態になる。この結果、第３スイッチング素子４６Ｔのゲートに、供給電圧Ｖｉｎを抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ１とによって分圧した電圧が印加され、第３スイッチング素子４６Ｔは、ＯＮ状態になる。即ち、第３スイッチング素子４６Ｔのドレイン（出力端４６８）がグランドと導通し、出力端４６８は、低電圧（グランド電圧）を出力する。
【００９４】
付加的回路４８は、抵抗Ｒ４に加えて、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴからなる付加的スイッチング素子４８Ａを備えている。付加的スイッチング素子４８Ａにおいて、ゲートは、付加的入力端４８６として機能し、ソースは、グランド端４８４として機能し、ドレインは、電源端４８２として機能する。付加的スイッチング素子４８Ａは、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴからなり、ゲートに印加される電圧に応じて、ソースとドレインとの間が導通したＯＮ状態と、ソースとドレインとの間が遮断されたＯＦＦ状態との間を遷移可能である。以上のように構成された付加的回路４８は、供給電圧Ｖｉｎがゼロから上昇して付加的印加電圧Ｖｘａが付加的閾値ＴＡに達するまでは、非グランド状態を取る。本実施の形態において、付加的閾値ＴＡは、付加的スイッチング素子４８Ａのゲート閾値である。本実施の形態における定電圧素子Ｚ１の基準電圧ＶＺは、付加的閾値ＴＡに比べて十分に高い。
【００９５】
スイッチ回路５０は、２つのスイッチング素子（主スイッチング素子５０Ｍ及び副スイッチング素子５０Ｓ）と、３つの抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３とを備えている。主スイッチング素子５０Ｍは、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴからなり、副スイッチング素子５０Ｓは、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴからなる。スイッチング素子の夫々は、ゲートに印加される電圧に応じて、ソースとドレインとの間が導通したＯＮ状態と、ソースとドレインとの間が遮断されたＯＦＦ状態との間を遷移可能である。
【００９６】
主スイッチング素子５０Ｍにおいて、ソースは、電源ライン１２の電源２０側（電源ライン１２２）に接続されており、ドレインは、電源ライン１２の負荷６０側（電源ライン１２６）に接続されている。副スイッチング素子５０Ｓのゲートは、抵抗Ｒ１１を介して付加的回路４８のスイッチ制御端４８８に接続されており、スイッチ端５６として機能する。副スイッチング素子５０Ｓにおいて、ソースは、グランドされており、ドレインは、２つの抵抗Ｒ１２、Ｒ１３を介して主スイッチング素子５０Ｍのソースに接続されている。主スイッチング素子５０Ｍのゲートは、２つの抵抗Ｒ１２、Ｒ１３の間に接続されている。
【００９７】
以上のように構成されたスイッチ回路５０は、供給電圧Ｖｉｎがゼロから上昇して、印加電圧Ｖｘが所定閾値ＴＰに達するまでは、遮断状態を取る。本実施の形態において、所定閾値ＴＰは、副スイッチング素子５０Ｓのゲート閾値である。本実施の形態における定電圧素子Ｚ１の基準電圧ＶＺは、所定閾値ＴＰに比べて十分に高い。
【実施例】
【００９８】
シミュレータにおいて、実施例の回路として図１０の蓄電回路３０を構築して動作を検証した。実施例の回路における各要素の容量値、抵抗値等は表１の通りだった。
【００９９】
【表１】
2020202640.tif 000003
【０１００】
表１に記載した抵抗値に基づき、開始電圧ＶＨ、停止電圧ＶＬ、及び、蓄電回路３０の合成抵抗Ｒを計算した。この計算において、スイッチング素子による影響は考慮しなかった。計算の結果、開始電圧ＶＨは、４．５Ｖであり、停止電圧ＶＬは、１．３Ｖだった。スイッチング素子の夫々のゲート閾値ＶＧＳ（ｔｈ）は、計算による停止電圧ＶＬよりも低かった。また、合成抵抗Ｒは、供給電圧Ｖｉが開始電圧ＶＨから停止電圧ＶＬまで下降するまでの間は、３３ｋΩであり、供給電圧Ｖｉが停止電圧ＶＬから開始電圧ＶＨまで上昇するまでの間は、３３ｋΩだった。
【０１０１】
実施例の回路を電源２０及び負荷６０の間に接続して、実施例の回路の動作を検証した。動作検証において、電源２０として、直列に接続した８つの光電池を使用し、負荷６０として、１０Ωの抵抗器を使用した。光電池の夫々において、受光面積は５７．８ｃｍ２であり、直射日光による開放電圧Ｖｏｃは１Ｖであり、直射日光による短絡電流Ｉｓｃは５００ｍＡだった。光電池の垂直上方から太陽光相当のスペクトルを持つ光を１０ｍＷ／ｃｍ２の強度で与え、これにより、電源２０から約５０ｍＡの電流を実施例の回路に供給した。ツェナーダイオードＺ１のツェナー電圧ＶＺ（公称値：１．８Ｖ）は、電源２０から供給される電流値によって異なり、上述の条件では、０．９Ｖだった。以上の条件において、キャパシタ３２が空の状態（即ち、キャパシタ３２の電圧が０Ｖの状態）を開始点（０秒時点）として、供給電圧Ｖｉｎ、参照電圧Ｖｒ（非反転電圧Ｖｐ）、検知電圧Ｖｄ、反転電圧Ｖｎ、制御電圧Ｖｃ、及び、出力電圧Ｖｏｕｔの夫々の変動を、シミュレータにより測定した。
【０１０２】
図１２に測定結果を示す。図１２から理解されるように、実施例の回路は、負荷６０に安定的に電力を供給できる。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
電源、蓄電回路及び様々な負荷を備えた蓄電型システムにおいて、負荷を動作させるための電源としてエネルギーハーベスティングを応用することで、電池が不要になり、これにより、蓄電型システムの軽量化、高耐環境化、メンテナンスフリー化等の様々な効果が期待できる。蓄電型システムの応用例として、負荷としてセンサを備えたセンサシステムが考えられる。様々なセンサシステム、特に無線センサシステムは、近年発展が著しいＩｏＴ分野及びＭ２Ｍ分野において、産業機器（電子機器）の状態を把握するために欠かせないものとなっている。
【０１０４】
エネルギーハーベスティングを応用したセンサシステムによって産業機器の状態を把握する場合、産業機器から出力される何らかの信号線をセンサシステムに接続する必要がある。一方、このようなセンサシステムにおける蓄電回路は、エネルギーハーベスティングによって得られる微小な電力でセンサシステムを間欠的に動作させる。蓄電回路がセンサに電力を供給していないときに信号線を通じてセンサに電流が流れると様々な問題が生じうる。例えば、高価な産業機器が故障するおそれがある。このような問題は、エネルギーハーベスティングの実用化が進まない原因の１つになっていた。
【０１０５】
一方、本発明によれば、センサの信号線を通じて電流が流れ込むことが無い。従って、エネルギーハーベスティングを応用したセンサシステムは、本来の効果を発揮できる。加えて、センサを高価な産業機器に安心して接続できる。本発明によれば、ＩｏＴ分野及びＭ２Ｍ分野でのエネルギーハーベスティングの応用が促進されると考えられる。
【符号の説明】
【０１０６】
１０                      蓄電型システム
１２                      電源ライン
１２２                    入力側電源ライン（電源ライン）
１２６                    出力側電源ライン（電源ライン）
１４２                    第１接続点（接続点）
１４４                    第２接続点（接続点）
１４６                    第３接続点（接続点）
１４８                    第４接続点（接続点）
１６２，１６２Ａ          検知点
２０                      電源
３０                      蓄電回路
３２                      キャパシタ（蓄電部）
４０                      制御部
４４                      電圧検知回路
４４２                    検知入力端
４４６                    参照出力端
４４８                    検知出力端
４６                      比較回路
４６Ｃ                    コンパレータ
４６Ｈ                    ヒステリシス回路
４６Ｆ                    第１スイッチング素子
４６Ｓ                    第２スイッチング素子
４６Ｔ                    第３スイッチング素子
４６２                    ポジティブ入力端
４６４                    ネガティブ入力端
４６８                    出力端
４８                      付加的回路
４８Ａ                    付加的スイッチング素子
４８２                    電源端
４８４                    グランド端
４８６                    付加的入力端
４８８                    スイッチ制御端
５０                      スイッチ回路（スイッチ部）
５０Ｍ                    主スイッチング素子
５０Ｓ                    副スイッチング素子
５６                      スイッチ端
６０                      負荷
６２                      負荷（センサ）
６２２                    測定端
６４                      負荷（ＤＣ−ＤＣコンバータ）
６６                      負荷（マイクロコンピュータ）
６６８                    制御端
７０，７０Ａ              遮断回路
７０２                    第１素子
７０４                    第２素子
７２                      入力端
７４                      電源検知端
７８                      出力端
Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９          抵抗（電圧検知回路の抵抗）
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３          抵抗（コンパレータの抵抗）
Ｒ５，Ｒ６                抵抗（ヒステリシス回路の抵抗）
Ｒ４                      抵抗（付加的回路の抵抗）
Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３    抵抗（スイッチ回路の抵抗）
Ｒ６１，Ｒ６２            抵抗（センサの抵抗）
Ｒ６４                    抵抗（ＤＣ／ＤＣコンバータの抵抗）
Ｒ７１，Ｒ７２，Ｒ７３    抵抗（遮断回路の抵抗）
Ｒ７４，Ｒ７５            抵抗（変形例の遮断回路の抵抗）
Ｚ１                      定電圧素子（ツェナーダイオード）
Ｖｉｎ                    供給電圧
Ｖｏｕｔ                  出力電圧
ＶＺ                      基準電圧
Ｖｒ                      参照電圧
Ｖｄ                      検知電圧
Ｖｐ                      非反転電圧
Ｖｎ                      反転電圧
Ｖｃａ                    付加的制御電圧
Ｖｘａ                    付加的印加電圧
Ｖｃ                      制御電圧
Ｖｘ                      印加電圧
ＶＳ                      動作開始電圧
ＶＨ                      開始電圧
ＶＬ                      停止電圧
Ｖｘｉｎ                  測定電圧
Ｖｘｏｕｔ                測定電圧
Ｖｘｄ                    検出電圧
ＶＰ                      所定電圧
【図１】
2020202640.tif 000004
【図２】
2020202640.tif 000005
【図３】
2020202640.tif 000006
【図４】
2020202640.tif 000007
【図５】
2020202640.tif 000008
【図６】
2020202640.tif 000009
【図７】
2020202640.tif 000010
【図８】
2020202640.tif 000011
【図９】
2020202640.tif 000012
【図１０】
2020202640.tif 000013
【図１１】
2020202640.tif 000014
【図１２】
2020202640.tif 000015
【図１３】
2020202640.tif 000016