(57)【要約】【課題】環境発電素子などの電圧信号が変動する場合でも効率よく昇圧することができる昇圧回路を提供する。【解決手段】昇圧回路は、電圧を昇圧する昇圧回路であって、電圧・電流を所定値以下に制限する電圧電流制御素子３０と、電圧電流制御素子３０の出力信号を電源とするリング発振器４０と、リング発振器４０により駆動されるチャージポンプ回路５０とを備える。環境発電素子１０は、例えば太陽電池など、電圧レベルが変動する発電素子である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧を昇圧する昇圧回路であって、
電圧・電流を所定値以下に制限する電圧電流制御素子と、
前記電圧電流制御素子の出力信号を電源とするリング発振器と、
前記リング発振器により駆動されるチャージポンプ回路と
を備えることを特徴とする昇圧回路。
【請求項２】
前記リング発振器は、前記電圧電流制御素子からの出力信号を電源とし、
前記チャージポンプ回路は、環境発電素子からの出力信号を電源とする
ことを特徴とする請求項１記載の昇圧回路。
【請求項３】
前記電圧電流制御素子として、ある一定のバイアス電圧が印可されたトランジスタを使用することを特徴とする請求項１又は２記載の昇圧回路。
【請求項４】
前記電圧電流制御素子として、トランジスタのゲート部分をソース側へと接続した定電流回路を使用することを特徴とする請求項１又は２記載の昇圧回路。
【請求項５】
前記電圧電流制御素子における制限量は、本昇圧回路に接続される回路の負荷に応じて設定されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の昇圧回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧信号を昇圧するための昇圧回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は、従来の昇圧回路の構成例を示す図である（特許文献１参照）。この図に示すように、昇圧回路は、ある安定したＤＣ電源（例えば乾電池）１０１から交流信号を創り出す機構（例えばリング発振器）１０２〜１０４を備えている。リング発振器１０２〜１０４から出力される交流信号をダイオード１０５〜１０８で整流しつつコンデンサ１０９〜１１２に蓄え、そのコンデンサ１０９〜１１２の電圧を加算回路１１３〜１１５で多段に加算することで昇圧している。このようなリング発振器１０２〜１０４は、電源電圧が低くても発振が可能となるため、特に、低電圧での昇圧動作に適している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１−１６４２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図５に示される昇圧回路は、乾電池１０１など、電圧がある一定範囲内にあるような入力信号を昇圧する場合には適している。しかしながら、太陽電池などの環境発電素子を電源として使用した場合、この昇圧回路を用いると効率が低下するという課題がある。
【０００５】
すなわち、ＤＣ電源１０１を交流に変換するリング発振器１０２〜１０４は、電源電圧の上昇に従い発振周波数が上昇する。そのため、消費電力が増加してしまい、また、後段のコンデンサ１０９〜１１２へのエネルギー供給が過剰となり、電力が無駄にリング発振器１０２〜１０４で失われてしまう。
【０００６】
本発明は、環境発電素子などの電圧信号が変動する場合でも効率よく昇圧することができる昇圧回路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】
【０００７】
上記目的を達成するため、第１の態様に係る発明は、電圧を昇圧する昇圧回路であって、電圧・電流を所定値以下に制限する電圧電流制御素子と、前記電圧電流制御素子の出力信号を電源とするリング発振器と、前記リング発振器により駆動されるチャージポンプ回路とを備えることを要旨とする。
【０００８】
第２の態様に係る発明は、第１の態様に係る発明において、前記リング発振器は、前記電圧電流制御素子からの出力信号を電源とし、前記チャージポンプ回路は、環境発電素子からの出力信号を電源とすることを要旨とする。
【０００９】
第３の態様に係る発明は、第１又は第２の態様に係る発明において、前記電圧電流制御素子として、ある一定のバイアス電圧が印可されたトランジスタを使用することを要旨とする。
【００１０】
第４の態様に係る発明は、第１又は第２の態様に係る発明において、前記電圧電流制御素子として、トランジスタのゲート部分をソース側へと接続した定電流回路を使用することを要旨とする。
【００１１】
第５の態様に係る発明は、第１から第４のいずれか１つの態様に係る発明において、前記電圧電流制御素子における制限量は、本昇圧回路に接続される回路の負荷に応じて設定されることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、環境発電素子などの電圧信号が変動する場合でも効率よく昇圧することができる昇圧回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態における昇圧回路の模式的ブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態における昇圧回路の模式的ブロック図である。
【図３】図１又は図２に示される昇圧回路の構成例１を示す図であり、（ａ）は模式的ブロック図、（ｂ）は回路図である。
【図４】図１又は図２に示される昇圧回路の構成例２を示す図であり、（ａ）は模式的ブロック図、（ｂ）は回路図である。
【図５】従来の昇圧回路の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態における昇圧回路の模式的ブロック図である。この昇圧回路は、図１に示すように、環境発電素子１０と、蓄電素子２０と、電圧電流制御素子３０と、リング発振器４０と、チャージポンプ回路５０と、電圧リファレンス回路６０とを備えている。環境発電素子１０は、例えば太陽電池など、電圧レベルが変動する発電素子である。太陽電池は、排気ガスや騒音を出さないクリーンなエネルギーであり、また、軽量・薄型な特徴を持つため、小型無線送信装置などの携帯機器への搭載に優れている。蓄電素子２０は、例えば二次電池やコンデンサなどである。電圧電流制御素子３０は、電圧・電流を所定値以下に制限する。リング発振器４０は、複数個の遅延要素をリング状に結合した構成の発振回路であり、電圧電流制御素子３０の出力信号を電源とする。チャージポンプ回路５０は、電圧を上昇させるための回路であり、リング発振器４０により駆動される。電圧リファレンス回路６０は、基準電圧を得るために用いられるリニアレギュレータなどである。
【００１６】
ここでは、環境発電素子１０が太陽電池である場合を想定している。このような環境発電素子１０から発生する電圧は、光量により０Ｖから変動する。そこで、電圧電流制御素子３０は、環境発電素子１０から発生される電圧および電流量を後段のチャージポンプ回路５０およびリング発振器４０へと供給する際に、電圧・電流がある一定以下となるよう制限する。これにより、リング発振器４０でのエネルギー消費やチャージポンプ回路５０のコンデンサへのエネルギー供給過多を抑制することが可能となる。
【００１７】
尚、電圧電流制御素子３０における制限量は、本昇圧回路に接続される回路の負荷に応じて設定してもよい。例えば、本昇圧回路を小型無線送信装置に搭載した場合、１回の通信で使うのに必要な電流量の総量を若干超える値を制限量とするのが望ましい。このように、実際に消費される電流量に応じて制限値を設定すれば、必要以上に電圧・電流を制限してしまう不具合を回避することができる。
【００１８】
ここで、環境発電素子１０の電圧・電流供給量が電圧電流制御素子３０の制限量を超過した場合、そのエネルギーは、通常であれば熱などに変換されて消費される。そこで、環境発電素子１０の後段に蓄電素子２０を接続することで、特にエネルギー供給が過多となった場合に余剰エネルギーの蓄積が可能となる。このエネルギーは、環境発電素子１０により生成されるエネルギーが低下した場合に使用されるため、全体の高効率化が可能となる。
【００１９】
以上のように、第１の実施の形態における昇圧回路は、電圧を昇圧する昇圧回路であって、電圧・電流を所定値以下に制限する電圧電流制御素子３０と、電圧電流制御素子３０の出力信号を電源とするリング発振器４０と、リング発振器４０により駆動されるチャージポンプ回路５０とを備える。すなわち、チャージポンプ回路５０をリング発振器４０で駆動することで、環境発電素子１０が発生する電圧を昇圧する昇圧回路において、環境発電素子１０が発生する電力（電圧・電流）を電圧電流制御素子３０で所定値以下に制限してリング発振器４０に供給するようにしている。これにより、環境発電素子１０などの電圧信号が変動する場合でも効率よく昇圧することが可能となる。
【００２０】
尚、ここでは環境発電素子１０として太陽電池を例示したが、その他の環境発電素子１０（例えば、機械から発せられる振動や熱などのエネルギーを収集する環境発電素子１０）を採用してもよいことはもちろんである。
【００２１】
また、本昇圧回路の適用対象は、環境発電素子１０を電源として使用する場合に限定されるものではない。すなわち、環境発電素子１０以外のものを電源として使用する場合でも、電圧信号が変動する場合であれば、同様の効果を得ることができる。
【００２２】
（第２の実施の形態）
図２は、第２の実施の形態における昇圧回路の模式的ブロック図である。この図に示すように、チャージポンプ回路５０にかかる電圧は、電圧電流制御素子３０を介さず環境発電素子１０から直接供給されてもよい。リング発振器４０に比べてチャージポンプ回路５０の電圧に対する消費電力量が少なく、回路全体の消費電力増加分が抑えられる。そのため、用途によっては、チャージポンプ回路５０の電圧を制御することなく使用することで高速な昇圧動作を期待することができる。
【００２３】
その他の構成は、第１の実施の形態（図１）と同様である。すなわち、リング発振器４０は、電圧電流制御素子３０からの出力信号を電源としている。そのため、環境発電素子１０が発生する電力（電圧・電流）を電圧電流制御素子３０で所定値以下に制限してリング発振器４０に供給することができる。これにより、環境発電素子１０などの電圧信号が変動する場合でも効率よく昇圧することが可能となる。
【００２４】
以上のように、第２の実施の形態では、リング発振器４０は、電圧電流制御素子３０からの出力信号を電源とし、チャージポンプ回路５０は、環境発電素子１０からの出力信号を電源としている。これにより、第１の実施の形態に比べて高速な昇圧動作を期待することができる。
【００２５】
（構成例１）
図３は、図１又は図２に示される昇圧回路の構成例１を示す図であり、（ａ）は模式的ブロック図、（ｂ）は回路図である。この図に示すように、電圧電流制御素子３０として、ある一定のバイアス電圧Ｖｂが印可されたトランジスタ３１を使用してもよい。リング発振器４０は、奇数個のＮＯＴゲート４１〜４３をリング状に結合した構成である。チャージポンプ回路５０は、ダイオードＤ１〜Ｄ５と、コンデンサＣ１〜Ｃ４と、加算回路５１〜５３とを備える。電圧リファレンス回路６０は、トランジスタ６１〜６５と、抵抗６６とを備える。リング発振器４０から出力される交流信号をダイオードＤ１〜Ｄ５で整流しつつコンデンサＣ１〜Ｃ４に蓄え、そのコンデンサＣ１〜Ｃ４の電圧を加算回路５１〜５３で多段に加算することで昇圧している。
【００２６】
以上のように、この構成例１では、電圧電流制御素子３０として、ある一定のバイアス電圧Ｖｂが印可されたトランジスタ３１を使用している。このような構成によれば、トランジスタ３１のバイアス電圧Ｖｂおよびトランジスタサイズにより、電圧電流制御素子３０からの出力電圧および出力電流を規定することができる。
【００２７】
（構成例２）
図４は、図１又は図２に示される昇圧回路の構成例２を示す図であり、（ａ）は模式的ブロック図、（ｂ）は回路図である。この図に示すように、電圧電流制御素子３０として、トランジスタのゲート部分をソース側へと接続した定電流回路３２を使用してもよい。その他の構成は、構成例１（図３）と同様である。すなわち、リング発振器４０は、奇数個のＮＯＴゲート４１〜４３をリング状に結合した構成である。チャージポンプ回路５０は、ダイオードＤ１〜Ｄ５と、コンデンサＣ１〜Ｃ４と、加算回路５１〜５３とを備える。電圧リファレンス回路６０は、トランジスタ６１〜６５と、抵抗６６とを備える。リング発振器４０から出力される交流信号をダイオードＤ１〜Ｄ５で整流しつつコンデンサＣ１〜Ｃ４に蓄え、そのコンデンサＣ１〜Ｃ４の電圧を加算回路５１〜５３で多段に加算することで昇圧している。
【００２８】
以上のように、この構成例２では、電圧電流制御素子３０として、トランジスタのゲート部分をソース側へと接続した定電流回路３２を使用している。この構成例２は、構成例１（図３）と異なり、定電圧を形成することが困難な場合に適した構成である。
【００２９】
以上のように、本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。
【符号の説明】
【００３０】
１０…環境発電素子
２０…蓄電素子
３０…電圧電流制御素子
３１…トランジスタ
３２…定電流回路
４０…リング発振器
５０…チャージポンプ回路
Ｖｂ…バイアス電圧
【図１】
2015107014.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2015107014.tif 000006
【図５】
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