(57)【要約】【課題】  無駄な電流の消費を防止し、入力側のコンデンサの充電電圧が耐電圧を超え破損することを防止できる充電電池を提供する。【解決手段】  充電電池は、コンデンサＣ１と、抵抗Ｒｇ１と、ドレインがコンデンサＣ１の正極に接続され、ソースが充電電池の正極出力端子とコンデンサＣ２の正極とに接続され、ゲートが抵抗Ｒｇ１を介してソースに接続されているデプレッション型ＦＥＴ３と、正極がＦＥＴ３のソースと充電電池の正極出力端子とに接続され、負極が充電電池の負極出力端子に接続されるコンデンサＣ２と、アノードがＦＥＴ３のゲートに接続され、カソードが充電電池の負極出力端子に接続されているダイオードＤ１とを備える。【選択図】図１
2011239567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電手段から供給される電圧に応じてコンデンサに出力電圧を充電する充電電池であって、
前記充電手段によって充電される第１コンデンサと、
第１抵抗と、
ドレインが前記第１コンデンサの正極に接続され、ソースが前記充電電池の正極出力端子と第２コンデンサの正極とに接続され、ゲートが前記第１抵抗を介して前記ソースに接続されている第１デプレッション型ＦＥＴと、
正極が前記第１デプレッション型ＦＥＴのソースと前記充電電池の正極出力端子とに接続され、負極が前記充電電池の負極出力端子に接続され、前記第１デプレッション型ＦＥＴのソースからの電流によって充電され、前記充電電池の出力電圧を生成する前記第２コンデンサと、
一端が前記第１デプレッション型ＦＥＴのゲートに接続され、他端が前記充電電池の負極出力端子に接続されている第1電圧電流非線形素子とを備える、充電電池。
【請求項２】
前記第１抵抗と前記第１電圧電流非線形素子との値または特性が、前記第２コンデンサの満充電時の充電電圧が電池の公称電圧に略等しくなるように設定されている、請求項１に記載の充電電池。
【請求項３】
第２抵抗と、
ドレインが前記充電手段の正極出力端子に接続され、ソースが前記第１デプレッション型ＦＥＴのドレインと前記第１コンデンサの正極とに接続され、ゲートが前記第２抵抗を介して第２デプレッション型ＦＥＴのソースに接続されている前記第２デプレッション型ＦＥＴと、
一端が前記第２デプレッション型ＦＥＴのゲートと前記第２抵抗の一端とに接続され、他端が前記第１デプレッション型ＦＥＴのソースと前記第１コンデンサの正極とに接続されている第２電圧電流非線形素子とをさらに備える、請求項１または２に記載の充電電池。
【請求項４】
前記第２抵抗と前記第２電圧電流非線形素子との値又は特性が、前記第１コンデンサの充電電圧の最大値が前記第１コンデンサの耐電圧を超えないように設定されている、請求項３に記載の充電電池。
【請求項５】
充電手段から供給される電圧に応じてコンデンサに出力電圧を充電する充電電池であって、
前記充電手段によって充電される第１コンデンサと、
入力端子が前記第１コンデンサの正極に接続され、出力端子が前記充電電池の正極出力端子と第２コンデンサの正極とに接続され、第３端子が前記充電電池の負極出力端子に接続されている三端子レギュレータと、
正極が前記三端子レギュレータの出力端子と前記充電電池の正極出力端子とに接続され、負極が前記充電電池の負極出力端子に接続され、前記三端子レギュレータからの電流によって充電され、前記充電電池の出力電圧を生成する前記第２コンデンサと、
第２抵抗と、
ドレインが前記充電手段の正極出力端子に接続され、ソースが前記三端子レギュレータの入力端子と前記第１コンデンサの正極とに接続され、ゲートが前記第２抵抗を介して第２デプレッション型ＦＥＴのソースに接続されている前記第２デプレッション型ＦＥＴと、
一端が前記第２デプレッション型ＦＥＴのゲートと前記第２抵抗の一端とに接続され、他端が前記三端子レギュレータの出力端子と前記第２コンデンサの正極とに接続されている第２電圧電流非線形素子とを備える、充電電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンデンサを用いた充電電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
単３乾電池やボタン電池１個で動作する電子機器は、使用する電池の寿命をできるだけ延ばすために、ＣＭＯＳ−ＩＣや液晶ディスプレイといった低消費電力部品を用いることにより、電源電圧を１．２Ｖ〜２Ｖ程度、消費電流を数μＡから数１０μＡと非常に小さな値としている。しかし、電池の場合、出力抵抗が極めて小さいので、負荷の短絡時に大電流が流れ、事故につながる危険性がある。これを防止するため、このような電子機器に対して、電池の代わりにコンデンサ（キャパシタ）を用いて電源供給を行うという方法が考えられる。最近では小型大容量の電気二重層コンデンサが登場してきており、その耐圧を越えない限り化学変化を伴わないので繰り返しの充放電特性は電池より優れ、このようなコンデンサを使った電源供給の方法が提案されている。
【０００３】
しかし、大容量といっても小型タイプではファラッド(F)オーダーの静電容量であり、電池の等価静電容量に比べると非常に小さい。例えば、単３型のニッケル水素電池の容量は一般に２Ａｈ程度であり、満充電電圧が１．４Ｖで放電終止電圧が０．９Ｖとすると、２Ａを１時間連続で放電した時の放電電荷量はＱeffect＝１×3600＝3600(c)であり、この放電による電圧低下が０．５Ｖであることから等価的な静電容量は3600／0.5＝7200(F)ということになり、同程度のサイズのコンデンサの千倍以上の実効容量を持っていると考えられる。
【０００４】
従って、コンデンサを使用する場合には、定期的または継続的な充電手段の併用が必要とされる。このことは、そのような充電手段が存在すれば電池交換などを必要としないメインテナンスフリーの電源が実現できることを意味している。このことから、太陽光や風、波といった自然エネルギーや、振動、廃熱といった従来は廃棄されていたエネルギーを使用した発電手段を充電手段として使用することでクリーンかつメインテナンスフリーな電源供給が期待できる。
【０００５】
上記の電源を実現する方法として図７の構成が考えられる。上記のような発電手段を用いた場合、その発電電圧は一般に間欠的であったり、変動したりするのに対し、電池の代替手段であるので出力電圧は電池と同じ電圧（例えば公称１．５Ｖ）に保つ必要がある。従って、コンデンサＣ1によって発電手段からの不規則な電圧を一度蓄積することで変動成分を減少させ、その電圧をレギュレータによって所定の出力電圧に変換して出力することになる。出力のコンデンサＣ２は急峻な負荷変動を吸収するためのものである。一般にレギュレータＩＣには過電流保護機能が備えられているので出力を短絡されても大電流が流れ続けて破壊するようなことはない。
【０００６】
放電時間を延ばすためにはコンデンサＣ1の蓄積電荷をできるだけ大きくすることが望ましい。従って、Ｃ1の容量と耐圧は大きいほど好ましい。しかしながら、コンデンサのサイズはＣＶ積で決まるので、サイズが同じなら耐圧を高くすると静電容量は小さくなる。上記のような発電手段を使用すると、入力される電圧（充電電圧）は大きく変動するので、その最大値に合わせてコンデンサの耐圧を選ぶと、静電容量は小さくなってしまう。逆に大きな静電容量のコンデンサを選ぶと耐圧が低くなるので、大きな充電電圧が印加されると耐圧オーバーとなってしまう。
【０００７】
図８はコンデンサＣ1を過電圧から保護するために定電圧ダイオードＺＤと抵抗Ｒsを付加した回路である。これによってコンデンサＣ1に印加される電圧は定電圧ダイオードＺＤの電圧に制限される。しかし、図７、図８の回路においては、使用するレギュレータ自体がいくらかの電流を消費してしまう。ＣＭＯＳで作成した低消費電流タイプのレギュレータであっても通常数μＡ程度の消費電流があり、この電流は負荷を接続しなくても消費するので上記のように数１０μＡ程度の負荷電流を対象とする用途ではレギュレータの消費電流は無視できない。また、図８のように過電圧保護回路を設けると、定電圧ダイオードＺＤの漏れ電流も無視できなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−３５０４４３号公報
【特許文献２】特開平１１−９８７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記従来の課題を解決するためになされたものであり、１つの目的は、無駄な電流の消費を防止し、かつ、過電流を防止できる充電電池を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、無駄な電流の消費を防止し、入力側のコンデンサの充電電圧が耐電圧を超え破損することを防止できる充電電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の好ましい実施形態による充電電池は、充電手段から供給される電圧に応じてコンデンサに出力電圧を充電する充電電池であって、前記充電手段によって充電される第１コンデンサと、第１抵抗と、ドレインが前記第１コンデンサの正極に接続され、ソースが前記充電電池の正極出力端子と第２コンデンサの正極とに接続され、ゲートが前記第１抵抗を介して前記ソースに接続されている第１デプレッション型ＦＥＴと、正極が前記第１デプレッション型ＦＥＴのソースと前記充電電池の正極出力端子とに接続され、負極が前記充電電池の負極出力端子に接続され、前記第１デプレッション型ＦＥＴのソースからの電流によって充電され、前記充電電池の出力電圧を生成する前記第２コンデンサと、一端が前記第１デプレッション型ＦＥＴのゲートに接続され、他端が前記充電電池の負極出力端子に接続されている第1電圧電流非線形素子とを備える。
【００１２】
この場合、無駄な電流の消費を防止し、かつ、過電流を防止できる充電電池を提供することができる。
【００１３】
好ましい実施形態においては、前記第１抵抗と前記第１電圧電流非線形素子との値または特性が、前記第２コンデンサの満充電時の充電電圧が電池の公称電圧に略等しくなるように設定されている。
【００１４】
好ましい実施形態においては、第２抵抗と、ドレインが前記充電手段の正極出力端子に接続され、ソースが前記第１デプレッション型ＦＥＴのドレインと前記第１コンデンサの正極とに接続され、ゲートが前記第２抵抗を介して第２デプレッション型ＦＥＴのソースに接続されている前記第２デプレッション型ＦＥＴと、一端が前記第２デプレッション型ＦＥＴのゲートと前記第２抵抗の一端とに接続され、他端が前記第１デプレッション型ＦＥＴのソースと前記第１コンデンサの正極とに接続されている第２電圧電流非線形素子とをさらに備える。
【００１５】
この場合、無駄な電流の消費を防止し、入力側のコンデンサの充電電圧が耐電圧を超え破損することを防止できる。
【００１６】
好ましい実施形態においては、前記第２抵抗と前記第２電圧電流非線形素子との値又は特性が、前記第１コンデンサの充電電圧の最大値が前記第１コンデンサの耐電圧を超えないように設定されている。
【００１７】
本発明の別の好ましい実施形態による充電電池は、充電手段から供給される電圧に応じてコンデンサに出力電圧を充電する充電電池であって、前記充電手段によって充電される第１コンデンサと、入力端子が前記第１コンデンサの正極に接続され、出力端子が前記充電電池の正極出力端子と第２コンデンサの正極とに接続され、第３端子が前記充電電池の負極出力端子に接続されている三端子レギュレータと、正極が前記三端子レギュレータの出力端子と前記充電電池の正極出力端子とに接続され、負極が前記充電電池の負極出力端子に接続され、前記三端子レギュレータからの電流によって充電され、前記充電電池の出力電圧を生成する前記第２コンデンサと、第２抵抗と、ドレインが前記充電手段の正極出力端子に接続され、ソースが前記三端子レギュレータの入力端子と前記第１コンデンサの正極とに接続され、ゲートが前記第２抵抗を介して第２デプレッション型ＦＥＴのソースに接続されている前記第２デプレッション型ＦＥＴと、一端が前記第２デプレッション型ＦＥＴのゲートと前記第２抵抗の一端とに接続され、他端が前記三端子レギュレータの出力端子と前記第２コンデンサの正極とに接続されている第２電圧電流非線形素子とを備える。
【００１８】
この場合、無駄な電流の消費を防止し、入力側のコンデンサの充電電圧が耐電圧を超え破損することを防止できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によると、無駄な電流の消費を防止し、かつ、過電流を防止できる充電電池を提供することができる。
【００２０】
または、本発明によると、無駄な電流の消費を防止し、入力側のコンデンサの充電電圧が耐電圧を超え破損することを防止できる充電電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の好ましい実施形態による充電電池１を示す回路図である。
【図２】無負荷時のＦＥＴ３およびダイオードＤ１の特性を示す図である。
【図３】負荷電流ＩＬが流れる時のＦＥＴ３およびダイオードＤ１の特性を示す図である。
【図４】本発明の別の好ましい実施形態による充電電池１１を示す回路図である。
【図５】本発明の別の好ましい実施形態による充電電池２１を示す回路図である。
【図６】充電電池１、１１、２１を示す外観図である。
【図７】従来の充電電池を示す回路図である。
【図８】従来の充電電池を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好ましい実施形態による充電電池について、図面を参照して具体的に説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。
【００２３】
図１は、本実施形態によるコンデンサ（キャパシタともいう。以下同様。）型充電電池（以下、充電電池という。）１を示す回路図である。充電電池１は、充電手段２と、コンデンサＣ１、Ｃ２と、デプレッション型ＦＥＴ３と、抵抗Ｒｇ１と、ダイオード（電圧電流非線形素子）Ｄ１とを備える。
【００２４】
充電手段２は、例えば、太陽光や風、波といった自然エネルギーや、振動、廃熱等の任意の発電方式によって充電用の電源電圧を生成し、生成した電圧をコンデンサＣ１に供給するものである。
【００２５】
コンデンサＣ１は、正極が充電手段２の正極出力端子とＦＥＴ３のドレインとの接続点に接続され、負極が充電手段２の負極出力端子と充電電池１の負極出力端子との接続点に接続されている。コンデンサＣ１は、充電手段２から供給される電圧による電流が供給され、電荷を蓄積することによって、電圧を充電する。コンデンサＣ１に充電された電圧は、ＦＥＴ３のドレインに供給される。
【００２６】
ＦＥＴ３は上記の通りデプレッション型であり、ゲート−ソース間電圧が０Ｖの時にでもドレイン電流Ｉｄをドレインからソースに向かって流すことができる。ＦＥＴ３は、ドレインがコンデンサＣ１の正極に接続され、ソースが充電電池１の正極出力端子と抵抗Ｒｇ１の一端とコンデンサＣ２の正極との接続点に接続され、ゲートがダイオードＤ１のアノードと抵抗Ｒｇ１の他端との接続点に接続されている。コンデンサＣ２の負極とダイオードＤ２のカソードとは、充電電池１の負極出力端子にそれぞれ接続されている。
【００２７】
抵抗Ｒｇ１とダイオードＤ１との値（特性）は、コンデンサＣ２の満充電時の充電電圧が電池の公称電圧（例えば１．５Ｖ）に略等しくなるように設定されている。
【００２８】
充電電池１の動作について説明する。充電手段２から供給される電圧によってコンデンサＣ１に電流が供給され、コンデンサＣ１が充電される。ＦＥＴ３は、コンデンサＣ１の充電電圧に基づいて、ドレインに電流が供給され、ドレイン電流Ｉｄ（ドレインからソースに流れる電流）が流れる。ドレイン電流Ｉｄは、コンデンサＣ２に供給され、コンデンサＣ２を充電する。コンデンサＣ２の充電電圧（両端電圧）は、充電電池１の出力電圧Ｖｏになっている。
【００２９】
ここで、コンデンサＣ２の充電電圧（出力電圧Ｖｏ）から、抵抗Ｒｇｌを介してダイオードＤ１（アノードからカソード）へと電流が流れることによって、ダイオードＤ１と抵抗Ｒｇ１との接続点の電圧がＦＥＴ３のゲートに供給される。従って、ＦＥＴ３は抵抗Ｒｇ１によって逆バイアスが与えられており、ＦＥＴ３のドレイン電流Ｉｄは、ダイオードＤ１と抵抗Ｒｇ１との接続点の電圧によって制御される。
【００３０】
以下、特性図を用いてＦＥＴ３の動作を中心に説明する。図２（ａ）は、無負荷時（すなわち、充電電池１の正極出力端子および負極出力端子に負荷が接続されておらず、負荷電流ＩＬが流れない場合）のＦＥＴ３のドレイン電流Ｉｄと、ＦＥＴ３のゲート−ソース間電圧ＶＧＳとの関係を示す図である。ドレイン電流Ｉｄ１が流れるときのゲート−ソース間電圧がＶＧＳ１であり、ゲート−ソース間電圧が０Ｖの時のドレイン電流がＩｄｓｓ（つまり、ドレイン電流Ｉｄの最大値）である。図２（ｂ）は、無負荷時のダイオードＤ１の両端電圧ＶＦとダイオードＤ１に流れる電流ＩＦとの関係を示す図である。ドレイン電流Ｉｄ１が流れるときのダイオードＤ１の両端電圧がＶＦ１である。
【００３１】
無負荷時には負荷電流ＩＬが流れないので、ＦＥＴ３のドレイン電流Ｉｄ１は抵抗Ｒｇｌを介してダイオードＤ１に流れる電流だけである。従って、充電電池１の出力電圧ＶｏおよびＦＥＴ３のドレイン電流Ｉｄ１は次式で表される。
【数１】
2011239567.tif 000003
【００３２】
ここで、ＶpはＦＥＴ３のピンチオフ電圧（図２（ａ）のようにドレイン電流Ｉｄが０になるゲート−ソース間電圧）、ＩsはダイオードＤ1の飽和電流、ｋはボルツマン定数、ｑは電子の電荷量、Ｔは絶対温度である。上式を満足するＶoがこの時の出力電圧となる。
【００３３】
一方、図３（ａ）は、充電電池１の正極出力端子と負極出力端子との間に負荷が接続されており、負荷電流ＩＬが流れる場合のＦＥＴ３のドレイン電流Ｉｄと、ＦＥＴ３のゲート−ソース間電圧ＶＧＳとの関係を示す図である。図３（ｂ）は、負荷電流ＩＬが流れる場合のダイオードＤ１の両端電圧ＶＦとダイオードＤ１を流れる電流ＩＦとの関係を示す図である。充電電池１の出力電圧Ｖｏ、ドレイン電流Ｉｄ２、抵抗Ｒｇ１を介してダイオードＤ１に流れる電流ΔＩｄは次式で表される。
【数２】
2011239567.tif 000004
【００３４】
ＦＥＴ３のドレイン電流Ｉｄ２は、負荷電流ＩＬにΔＩｄを加えたものとなる。上式を満足するＶｏがこの時の出力電圧となる。図２、図３からわかるように、Ｉｄ１＞ΔＩｄであるので、ＶＦ１＞ＶＦ２、|Ｖｇｓ１|＞|Ｖｇｓ２|であり、ダイオードＤ１の電圧変化とＦＥＴ1のゲート−ソース間電圧変化の和が、負荷電流ＩＬが流れるときの電圧降下となる。Ｉdssが大きく|Ｖp|が小さいほど特性図の傾きが急になり、ＶＦやＶＧＳの変化が小さくなり、負荷時の電圧降下を小さくできる。
【００３５】
ここで、充電電池１が出力電圧Ｖｏの電圧制限機能を有することを説明する。出力電圧Ｖｏを上昇させようとすると、出力電圧ＶｏはダイオードＤ１の両端電圧ＶＦと抵抗Ｒｇ１の両端電圧との和であり、かつ、ダイオードＤ１の両端電圧は所定値以上に上昇しないので、抵抗Ｒｇ１の両端電圧を増加させることになる。従って、抵抗Ｒｇ１に流れる電流を増加させることになり、ドレイン電流Ｉｄを増加させることになる。ドレイン電流Ｉｄを増加させるためには、図２（ａ）、図３（ａ）に示すように、ＦＥＴ３のゲート−ソース間電圧ＶＧＳの絶対値を低下させる（０Ｖに近づける）必要がある。その結果、出力電圧Ｖｏも低下することになり、ある一定の電圧以上には出力電圧Ｖｏが上昇しないことになる。従って、充電電池１は出力電圧Ｖｏの電圧制限機能を有する。
【００３６】
次に、充電電池１が過電流防止機能を有することを説明する。負荷電流ＩＬを大きくしようとすると、ドレイン電流Ｉｄを大きくする必要があるので、図３（ａ）に示すように、ＦＥＴ３のゲート−ソース間電圧ＶＧＳの絶対値を低下させる（０Ｖに近づける）必要がある。しかし、ＶＧＳの絶対値は０Ｖまでしか低下しないので、ドレイン電流ＩｄはＩｄｓｓまでしか上昇させることができない。従って、充電電池１が過電流防止機能を有することが分かる。従って、負荷が短絡した場合であっても、Ｉｄｓｓ以上の過電流が流れることはなく、ＦＥＴ３が破損することをない。
【００３７】
また、充電電池１によると、抵抗Ｒｇ１の抵抗値を大きな値に設定することによって、充電電池１内部で消費される電流を１μＡよりも十分に小さくすることができる。以上のように、充電電池１によると、無駄な電流の消費を防止でき、過電流を防止することができる。
【００３８】
図４は、別の実施形態による充電装置１１を示す回路図である。充電電池１１は、図１に示す充電電池１の構成に加えて、デプレッション型ＦＥＴ（以下、ＦＥＴという。）４と、ダイオードＤ２〜Ｄ４（電圧電流非線形素子）と、抵抗Ｒｇ２とを備える。特に限定されないが、充電手段２は、交流電圧を発生させる発電手段２ａと、交流電圧を整流するためのブリッジ整流回路（ダイオードＤ１０１〜Ｄ１０４）とを有する。なお、発電手段２ａが直流電圧を発生させる場合には、ブリッジ整流回路に代えて、逆流防止用のダイオード１つのみを設ければよい。
【００３９】
ＦＥＴ４は、ドレインが充電手段２の正極出力端子（ダイオードＤ１０１、Ｄ１０２の各カソード）に接続され、ソースがＦＥＴ３のドレインとコンデンサＣ１の正極と抵抗Ｒｇ２の一端との接続点に接続され、ゲートが抵抗Ｒｇ２の他端とダイオードＤ４のアノードとの接続点に接続されている。ダイオードＤ２〜Ｄ４はＦＥＴ４のゲートとＦＥＴ３のソースとの間に直列に接続されている。つまり、ダイオードＤ４は、アノードがＦＥＴ４のゲートと抵抗Ｒｇ２の他端とに接続され、カソードがダイオードＤ３のアノードに接続されている。ダイオードＤ３のカソードはダイオードＤ２のアノードに接続されている。ダイオードＤ２のカソードはＦＥＴ３のソースとコンデンサＣ２の正極との接続点に接続されている。
【００４０】
抵抗Ｒｇ２とダイオードＤ２〜Ｄ４との値（特性）は、コンデンサＣ１の充電電圧の最大値がコンデンサＣ１の耐電圧を超えないように、ＦＥＴ４のドレイン電流Ｉｄを制御できるように設定されている。従って、場合によっては、ダイオードＤ２〜Ｄ４は１つのダイオードでも２つのダイオードでもよい。
【００４１】
充電電池１１の動作について説明する。充電手段２から供給される電圧によって、電流がＦＥＴ４のドレインからソースを介してコンデンサＣ１に流れ、コンデンサＣ１を充電する。コンデンサＣ１の充電電圧による電流が、ＦＥＴ３のドレインからソースを介してコンデンサＣ２へと流れ、コンデンサＣ２を充電する。コンデンサＣ２の充電電圧が充電電池１１の出力電圧Ｖｏになると共に、出力電圧Ｖｏによる電流が抵抗Ｒｇ１を介してダイオードＤ１へと流れ、ダイオードＤ１の電圧がＦＥＴ３のゲートに供給され、ＦＥＴ３のドレイン電流Ｉｄが制御される。以上の動作は図１の充電電池１と基本的には同じである。
【００４２】
さらに、充電手段２から供給される電圧によって、電流がＦＥＴ４のドレインからソース、抵抗Ｒｇ２、ダイオードＤ４、Ｄ３及びＤ２を介してコンデンサＣ２へと流れ、コンデンサＣ２を充電する。この動作によって、充電電池１１の出力電圧ＶｏにダイオードＤ２、Ｄ３およびＤ４に生じる各両端電圧を加算した電圧がＦＥＴ４のゲートに供給される。従って、出力電圧ＶｏにダイオードＤ２、Ｄ３、Ｄ４の両端電圧を加算した電圧に応じてＦＥＴ４のドレイン電流Ｉｄが制御される。従って、出力電圧Ｖｏに応じてコンデンサＣ１に充電される最大電圧が制限されることになる。つまり、図２（ａ）、図３（ａ）を参照し、出力電圧Ｖｏが上昇するとＦＥＴ４のゲート−ソース間電圧が上昇する（絶対値が大きくなる）ので、ドレイン電流Ｉｄは小さくなり、コンデンサＣ１の充電電圧が制限されることになる。
【００４３】
すなわち、充電電池１１では、図８に示すようにコンデンサＣ１の前段に抵抗とツェナーダイオードを設けることによってコンデンサＣ１に充電される電圧の最大値を制限するのではなく、充電電池１１の出力電圧Ｖｏに所定電圧を加算した電圧によってコンデンサＣ１に流れ込む電流量を制限することによってコンデンサＣ１に充電される最大充電電圧を制限している。そして、上記の通り、抵抗Ｒｇ２、ダイオードＤ４、Ｄ３、Ｄ２を流れる電流はコンデンサＣ２に流れる電流や負荷電流となるので、電流が無駄に消費されないという利点がある。
【００４４】
充電電池１１によると、発電手段２ａの最大発電電圧がＦＥＴ４の耐圧以下であればどのような発電手段でも充電手段として使用できる。電気二重層コンデンサの耐圧は一般に２．５Ｖ〜５．５Ｖ程度であるのに対し、ＦＥＴの耐圧は３０Ｖ〜５０Ｖとなる。
【００４５】
一例として、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４として2SK372（Vp≒0.5V選別）、Ｃ１として5.5V、0.66F（0.22F×3）、Ｃ２として5.5V、0.22F、Ｄ1〜Ｄ4として赤色ＬＥＤ、Ｒｇ１＝5.6MΩ、Ｒｇ２＝3.6MΩとして回路を実際に作成したところ、無負荷時にＶo＝１．７Ｖ、１ｍＡ負荷時にＶｏ＝１．４Ｖとほぼマンガン電池に相当する出力電圧が得られた。なお、コンデンサＣ１に加わる最大電圧は約５Ｖに制限されており、回路内での消費電流は0.1μA以下に抑えることができた。
【００４６】
図４の回路において、コンデンサＣ１、Ｃ２の静電容量の単位をファラッド(F)とし、満充電時のコンデンサＣ１の電圧をＶcharge(V)、負荷としての機器が動作する最低電源電圧をＶend(V)とすると、この回路から使用できる実効電荷量Ｑeffect(C)は、前記ゲートバイアス電流を無視すると、以下の式となる。
【数３】
2011239567.tif 000005
【００４７】
従って、負荷電流ＩL(A)時の放電持続時間（寿命）Ｔlife(sec)は、以下通りに計算される。
【数４】
2011239567.tif 000006
【００４８】
上記の定数において、Ｃ1＝0.66F、Ｃ2＝0.22F、Ｖcharge＝5V、Ｖo＝1.5V、Ｖend＝1.2Vとするなら、
Ｑeffect＝2.574C
である。従って、負荷電流ＩLが1mAである場合は、
Ｔlife＝2574sec＝42.9min
同様にして、ＩL＝0.1mAであれば、
Ｔlife＝25740sec＝429min＝7.15h
そしてＩL＝10μAならば、
Ｔlife＝257400sec＝4290min＝71.5h≒2.98days
という結果が得られる。
【００４９】
図５は、本発明のさらに別の好ましい実施形態による充電電池２１を示す回路図である。充電電池２１は、図４の充電電池１１と比較し、ＦＥＴ３、抵抗Ｒｇ１およびダイオードＤ１を三端子レギュレータ２２に置き換えたものである。
【００５０】
三端子レギュレータ２２は、入力端子がコンデンサＣ１の正極に接続され、出力端子が充電電池２１の正極出力端子とコンデンサＣ２の正極とに接続され、グランド端子（第３端子）が充電電池２１の負極出力端子に接続されている。三端子レギュレータ２２は、ＦＥＴ４を介して供給される電圧から定電圧を生成し、定電圧に基づく電流をコンデンサＣ２に供給し、コンデンサＣ２を充電させる。コンデンサＣ２は、正極が三端子レギュレータ２２の出力端子と充電電池の正極出力端子とに接続され、負極が充電電池の負極出力端子に接続され、三端子レギュレータ２２からの電流によって充電され、充電電池２１の出力電圧を生成する。
【００５１】
ＦＥＴ４は、ドレインが充電手段２の正極出力に接続され、ソースが三端子レギュレータ２２の入力端子に接続され、ゲートが抵抗Ｒｇ２を介してＦＥＴ４のソースとコンデンサＣ１の正極と三端子レギュレータ２２の入力端子との接続点に接続されている。
【００５２】
充電電池２１によると、充電電池１１と同様に、出力電圧ＶｏにダイオードＤ２、Ｄ３、Ｄ４の両端電圧を加えた電圧がＦＥＴ４のゲートに供給され、ＦＥＴ４のドレイン電流Ｉｄが制御される。その結果、出力電圧ＶｏにダイオードＤ２、Ｄ３、Ｄ４の両端電圧を加えた電圧に応じて、コンデンサＣ１に充電される電圧の最大値を制限することができる。従って、無駄な電流を消費することが防止され、コンデンサＣ１に充電される最大電圧を耐電圧未満に制限することができる。
【００５３】
図６は、上記の充電電池１、１１、２１の外観図の一例を示し、電池の代替として電池ホルダーに挿入可能な筐体内に上記の充電電池１、１１、２１の回路を収め、外部充電手段によって充電が可能となるよう充電入力コネクタを設けた形状を特長としている。
【００５４】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、電子機器の充電電池として好適に採用され得る。
【符号の説明】
【００５６】
１            充電電池
２            充電手段
３            デプレッション型ＦＥＴ
４            デプレッション型ＦＥＴ
１１          充電電池
２１          充電電池
２２          三端子レギュレータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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