(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電素子に電流を供給する第１の環境発電素子と同一材料で作成され、環境発電を行う第２の環境発電素子と、
前記第１の環境発電素子と前記蓄電素子との間の電流経路に設けられているとともに一端が前記第１の環境発電素子に直接接続されており、前記第２の環境発電素子の第１の出力電圧が第１の値よりも小さいときにオフ状態となり、前記電流経路を遮断する第１のスイッチと、
を有することを特徴とする充電回路。
【請求項２】
前記第２の環境発電素子は、前記第１の環境発電素子よりも素子サイズが小さい、ことを特徴とする請求項１に記載の充電回路。
【請求項３】
前記第２の環境発電素子の前記第１の出力電圧の論理レベルを反転するインバータ回路を有し、
前記第１のスイッチは、前記第１の環境発電素子の第２の出力電圧が印加される第１の電源線に接続され、前記インバータ回路の出力信号の論理レベルに応じてオン状態または前記オフ状態となるｐ型トランジスタであり、
前記第１の値は、前記インバータ回路の反転閾値である、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の充電回路。
【請求項４】
前記第１のスイッチは、基準電位となる第２の電源線に接続され、前記第１の出力電圧によってオン状態または前記オフ状態となるｎ型トランジスタであり、
前記第１の値は、前記ｎ型トランジスタがオンする閾値電圧である、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の充電回路。
【請求項５】
前記蓄電素子から前記第１の環境発電素子への電流の逆流を生じさせる環境エネルギーの値の測定結果に基づき、前記環境エネルギーが前記値のときに、前記第１の出力電圧が前記第１の値よりも小さくなるように抵抗値が設定された抵抗素子を、有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の充電回路。
【請求項６】
前記電流経路に、ＭＯＳＦＥＴである前記第１のスイッチと直列に接続され、前記第１の出力電圧に基づきオンオフが制御され、前記第１のスイッチと同じ導電型のトランジスタである第２のスイッチを有し、
前記第１のスイッチの第１のソースまたは第１のドレインの一方は、前記第１の環境発電素子に接続され、前記第２のスイッチの第２のソースまたは第２のドレインの一方は、前記蓄電素子に接続され、前記第１のソースまたは前記第１のドレインの他方と、前記第２のソースまたは前記第２のドレインの他方は互いに接続されているとともに、前記第１のスイッチの第１のバックゲート及び前記第２のスイッチの第２のバックゲートに接続されている、
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の充電回路。
【請求項７】
前記蓄電素子の電圧と第２の値とを比較し、比較結果を出力する比較回路と、
前記比較結果が、前記電圧が前記第２の値よりも大きいことを示すとき、前記第１のスイッチをオフする制御部と、
を有することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の充電回路。
【請求項８】
蓄電素子と、
前記蓄電素子に電流を供給する第１の環境発電素子と、
前記第１の環境発電素子と同一材料で作成され、環境発電を行う第２の環境発電素子と、
前記第１の環境発電素子と前記蓄電素子との間の電流経路に設けられているとともに一端が前記第１の環境発電素子に直接接続されており、前記第２の環境発電素子の第１の出力電圧が第１の値よりも小さいときにオフ状態となり、前記電流経路を遮断する第１のスイッチと、
前記蓄電素子の電圧に基づき動作する負荷回路と、
を有することを特徴とする電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電回路及び電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年注目が高まっているセンシング端末（無線モジュールとセンサを組み合わせた端末）などにおいて、環境発電を利用することが提案されている。
環境発電素子（たとえば、太陽電池など）で生成された電力は、センシング端末などの負荷回路に安定な電力を供給するために２次電池などの蓄電素子に蓄えられる。しかし環境エネルギーが弱くなると、環境発電素子の出力電圧が蓄電素子の電圧よりも小さくなり、蓄電素子から環境発電素子への電流の逆流が発生して電力が消費される可能性がある。
【０００３】
このような電流の逆流の発生を防止するために、従来、比較回路を用いて、太陽電池による発電電圧と２次電池の電圧を周期的に比較し、太陽電池と２次電池間のスイッチのオンオフを制御する技術があった。また、比較回路を用いて、太陽電池と２次電池間に設けられたスイッチに対して並列に設けられた逆流防止用ダイオードの両端の電位差（スイッチの両端の電位差）と、所定値との比較結果に基づき、スイッチを制御して逆流を防止しようとする技術があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３２７１９９２号明細書
【特許文献２】特開平９−２６１８６１号公報
【特許文献３】特開２０００−３４７７５３号公報
【特許文献４】特開平４−２６５６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、周期的に発電電圧と２次電池の電圧を比較する技術では、比較タイミングで発電電圧が２次電池の電圧よりも大きくても、比較タイミングの間で、発電電圧が下がった場合、スイッチがオンのままとなり逆流が発生してしまう可能性がある。また、たとえば、室内で用いられるようなＩｏＴ（Internet of Things）機器に太陽電池を適用する場合、発電電流が小さくなる。そのため、スイッチの両端の電位差を検出する技術では、スイッチのオン抵抗が低い場合には、その電位差は非常に小さくなり、比較回路で検出することは難しい。
【０００６】
このように、従来の技術では、電流の逆流の発生を抑制することは困難であるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の一観点によれば、蓄電素子に電流を供給する第１の環境発電素子と同一材料で作成され、環境発電を行う第２の環境発電素子と、前記第１の環境発電素子と前記蓄電素子との間の電流経路に設けられ、前記第２の環境発電素子の第１の出力電圧が第１の値よりも小さいときにオフ状態となり、前記電流経路を遮断する第１のスイッチと、を有する充電回路が提供される。
【０００８】
また、発明の一観点によれば、蓄電素子と、前記蓄電素子に電流を供給する第１の環境発電素子と、前記第１の環境発電素子と同一材料で作成され、環境発電を行う第２の環境発電素子と、前記第１の環境発電素子と前記蓄電素子との間の電流経路に設けられ、前記第２の環境発電素子の第１の出力電圧が第１の値よりも小さいときにオフ状態となり、前記電流経路を遮断する第１のスイッチと、前記蓄電素子の電圧に基づき動作する負荷回路と、を有する電子装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
開示の充電回路及び電子装置によれば、比較的容易に電流の逆流の発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施の形態の充電回路の一例を示す図である。
【図２】第２の実施の形態の充電回路の一例を示す図である。
【図３】インバータ回路の一例を示す図である。
【図４】第２の実施の形態の充電回路の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図５】第３の実施の形態の充電回路の一例を示す図である。
【図６】ダミー太陽電池の発電特性の一例を示す図である。
【図７】第４の実施の形態の充電回路の一例を示す図である。
【図８】第４の実施の形態の充電回路の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図９】第５の実施の形態の充電回路の一例を示す図である。
【図１０】第６の実施の形態の充電回路の一例を示す図である。
【図１１】第６の実施の形態の充電回路の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図１２】電子装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、発明を実施するための形態を、図面を参照しつつ説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の充電回路の一例を示す図である。
【００１２】
充電回路１は、電源線４ａ，５間に接続された環境発電素子２で生成された電流に基づき、電源線４ｂ，５間に接続された蓄電素子（たとえば、２次電池やキャパシタ）３を充電する。また、充電回路１は、蓄電素子３から環境発電素子２への電流の逆流の発生を防止する機能を有している。
【００１３】
充電回路１は、環境発電素子１ａ、制御部１ｂ、スイッチ１ｃを有している。
環境発電素子１ａは、制御部１ｂと、基準電位（たとえば、０Ｖ）となっている電源線５に接続されている。環境発電素子１ａは、蓄電素子３に電流を供給する環境発電素子２と同一材料で作成されており、環境発電を行う。以下の説明では、環境発電素子２は太陽電池であるものとする。したがって、環境発電素子１ａも太陽電池であるものとする。なお、環境発電素子１ａは、蓄電素子３に電流を供給するものではないため、図１では、環境発電素子１ａをダミー太陽電池と表記している。
【００１４】
また、環境発電素子１ａは、環境発電素子２の発電状態をより反映するように、環境発電素子２と同じ条件の場所に、同じ条件で配置されることが望ましい。たとえば、環境発電素子１ａと、環境発電素子２は近接して配置され、両者の受光面の向きは同じになるように配置される。
【００１５】
なお、環境発電素子２，１ａは、直流電圧を出力する熱発電素子、交流電圧を出力する振動発電素子などであってもよい。ただ、交流電圧を出力する振動発電素子を用いる場合には、交流電圧を直流電圧に変換する変換器（整流器など）が用いられる。
【００１６】
制御部１ｂは、環境発電素子１ａの出力電圧に基づき、スイッチ１ｃを制御する制御信号を出力する。制御部１ｂは、たとえば、夜間などで、光の照度が低くて、環境発電素子１ａの出力電圧が、所定の値（以下閾値と呼ぶ）よりも小さいと、スイッチ１ｃをオフする制御信号を出力する。
【００１７】
なお、閾値は、たとえば、制御部１ｂに含まれるＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）がオンする閾値電圧である。制御部１ｂは、後述するようにインバータ回路などの簡単な回路で実現できる。
【００１８】
スイッチ１ｃは、環境発電素子２と蓄電素子３との間の電流経路に設けられ、環境発電素子１ａの出力電圧が閾値よりも小さいときには、制御部１ｂが出力する制御信号によってオフ状態となり、上記電流経路を遮断する。また、スイッチ１ｃは、環境発電素子１ａの出力電圧が閾値以上のときにはオン状態となる。このとき、環境発電素子２で生成された電流に基づき、蓄電素子３が充電される。
【００１９】
図１の例では、スイッチ１ｃの一端は、電源線４ａを介して環境発電素子２に接続されており、スイッチ１ｃの他端は、電源線４ｂを介して蓄電素子３に接続されている。スイッチ１ｃがオン状態のときには電源線４ａ，４ｂには、環境発電素子２の出力電圧が印加される。
【００２０】
なお、図１の例では、電源線４ａ，５間に、環境発電素子２と並列にノイズカット用のキャパシタＣが接続されているが、キャパシタＣはなくてもよい。
以下、第１の実施の形態の充電回路１の動作の一例を説明する。
【００２１】
図１の上側には、光の照度の変化と充電回路１の動作との一例の関係が示されている。
光の照度が比較的高く、環境発電素子１ａの出力電圧が閾値以上のときには（タイミングｔ０−ｔ１）、制御部１ｂは、スイッチ１ｃをオンする制御信号を出力する。これにより、スイッチ１ｃはオン状態となり、環境発電素子２で生成された電流が、電源線４ａ，４ｂを介して蓄電素子３に流れ、蓄電素子３が充電される。
【００２２】
一方、夜間などのように光の照度が低く、環境発電素子１ａの出力電圧が閾値よりも小さいときには（タイミングｔ１以降）、制御部１ｂは、スイッチ１ｃをオフする制御信号を出力する。これにより、スイッチ１ｃはオフ状態となり、環境発電素子２と蓄電素子３との間の電流経路が遮断される。
【００２３】
光の照度が低くなると、環境発電素子２の出力電圧が、蓄電素子３の電圧よりも小さくなる可能性がある。このときスイッチ１ｃがオン状態のままであると、蓄電素子３から環境発電素子２への電流の逆流が発生する可能性がある。しかし、本実施の形態の充電回路１では、環境発電素子１ａは、環境発電素子２と同一材料で作成されているため、出力電圧の特性も、環境発電素子２の出力電圧の特性と同じである。したがって、環境発電素子２の出力電圧が小さくなると、環境発電素子１ａの出力電圧も同様に小さくなり、上記のように、閾値を下回ると、スイッチ１ｃがオフ状態となる。これにより、蓄電素子３から環境発電素子２への電流の逆流の発生が防止される。
【００２４】
このように、充電回路１は、環境発電素子２と蓄電素子３間のスイッチ１ｃを、環境発電素子２と同一材料の環境発電素子１ａの出力電圧で制御することで、環境発電素子２の発電状態をリアルタイムに正確に反映したスイッチ１ｃの制御が可能となる。このため、低照度時（環境エネルギーが小さいとき）に蓄電素子３から環境発電素子２への電流の逆流の発生を容易に抑制できる。これにより、環境発電素子２に蓄電素子３からの電流が流れ込むことで生じる損失の発生を抑制できる。また、高精度な比較回路などを用いずともよく、簡素な回路で実現できるため、コストが抑えられる。
【００２５】
また、環境発電素子１ａは、スイッチ１ｃを制御するために用いられるため、比較的小さな出力電圧を出力するものでよい。そのため、環境発電素子１ａは、環境発電素子２よりも素子サイズが小さいものが用いられる。たとえば、環境発電素子２が、複数の太陽電池セルである場合には、環境発電素子１ａは、１セルの太陽電池セルで実現する。これにより、充電回路１の回路面積を小さくすることができる。
【００２６】
（第２の実施の形態）
以下、第２の実施の形態の充電回路を説明する。なお、以下では、図１に示した環境発電素子１ａ，２の例として太陽電池を用いて説明するが、太陽電池に限定されるものではない。
【００２７】
図２は、第２の実施の形態の充電回路の一例を示す図である。
充電回路１０は、電源線１３ａ，１４間に接続された太陽電池１１で生成された電流に基づき、電源線１３ｂ，１４間に接続された蓄電素子１２を充電する。また、充電回路１０は、蓄電素子１２から太陽電池１１への電流の逆流を防止する機能を有している。
【００２８】
充電回路１０は、ダミー太陽電池１０ａ、インバータ回路１０ｂ、ｐ型ＭＯＳＦＥＴ（以下ｐＭＯＳと略す）１０ｃを有している。
ダミー太陽電池１０ａは、蓄電素子１２に電流を供給する太陽電池１１と同一材料で作成されており、太陽光発電を行う。
【００２９】
ダミー太陽電池１０ａは、インバータ回路１０ｂの入力端子と、基準電位（たとえば、０Ｖ）となっている電源線１４に接続されている。
インバータ回路１０ｂは、第１の実施の形態の充電回路１の制御部１ｂの機能を有しており、ダミー太陽電池１０ａの出力電圧Ｖｇ２の論理レベルを反転した制御信号Ｖｇ１を出力する。インバータ回路１０ｂは、出力電圧Ｖｇ２が、インバータ回路１０ｂの反転閾値よりも小さいとき（論理レベルがＬ（Low）レベルのとき）、ｐＭＯＳ１０ｃをオフするために論理レベルがＨ（High）レベルの制御信号Ｖｇ１を出力する。また、インバータ回路１０ｂは、出力電圧Ｖｇ２が、インバータ回路１０ｂの反転閾値以上のとき（論理レベルがＨレベルのとき）、ｐＭＯＳ１０ｃをオンするために論理レベルがＬレベルの制御信号Ｖｇ１を出力する。
【００３０】
ｐＭＯＳ１０ｃは、第１の実施の形態の充電回路１のスイッチ１ｃの機能を有している。ｐＭＯＳ１０ｃは、インバータ回路１０ｂが出力する制御信号Ｖｇ１に基づき、出力電圧Ｖｇ２がインバータ回路１０ｂの反転閾値よりも小さいときにオフし、太陽電池１１と蓄電素子１２との間の電流経路を遮断する。また、ｐＭＯＳ１０ｃは、出力電圧Ｖｇ２が、インバータ回路１０ｂの反転閾値以上のときにはオンし、太陽電池１１で生成された電流に基づき、蓄電素子１２を充電する。
【００３１】
図２に示すように、ｐＭＯＳ１０ｃのゲートはインバータ回路１０ｂの出力端子に接続されている。また、ｐＭＯＳ１０ｃのソースまたはドレインの一方は、電源線１３ａを介して太陽電池１１に接続されており、他方は、電源線１３ｂを介して蓄電素子１２に接続されている。また、ｐＭＯＳ１０ｃのバックゲートは、電源線１３ｂに接続されている。
【００３２】
このようなｐＭＯＳ１０ｃによって、図２に示すように、アノードを電源線１３ａに接続し、カソードを電源線１３ｂに接続した寄生ダイオードＤ１が形成されている。
なお、ｐＭＯＳ１０ｃがオンのとき、電源線１３ａ，１３ｂには、太陽電池１１の出力電圧が印加される。
【００３３】
また、図２の例では、電源線１３ａ，１４間に、太陽電池１１と並列にノイズカット用のキャパシタＣ１が接続されているが、キャパシタＣ１はなくてもよい。
ところで、上記のインバータ回路１０ｂは、たとえば、以下のような回路で実現できる。
【００３４】
図３は、インバータ回路の一例を示す図である。
インバータ回路１０ｂは、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ（以下ｎＭＯＳと略す）１０ｂ１と抵抗素子Ｒ１を有している。
【００３５】
ｎＭＯＳ１０ｂ１のゲートは、ダミー太陽電池１０ａに接続されており、ドレインは、抵抗素子Ｒ１の一端及びｐＭＯＳ１０ｃのゲートに接続されている。ｎＭＯＳ１０ｃのソースは電源線１４に接続されている。抵抗素子Ｒ１の他端は電源線１３ｂに接続されている。
【００３６】
このようなインバータ回路１０ｂでは、ダミー太陽電池１０ａの出力電圧Ｖｇ２が、ｎＭＯＳ１０ｂ１がオンする閾値電圧（インバータ回路１０ｂの反転閾値に相当する）よりも小さいと、ｎＭＯＳ１０ｂ１がオフ状態となる。ｎＭＯＳ１０ｂ１がオフ状態となると、抵抗素子Ｒ１によって、ｐＭＯＳ１０ｃのゲート電圧（制御信号Ｖｇ１）は、蓄電素子１２の電圧とほぼ等しくなる。したがって、ｐＭＯＳ１０ｃはオフ状態となる。
【００３７】
一方、ダミー太陽電池１０ａの出力電圧Ｖｇ２が、閾値電圧以上であると、ｎＭＯＳ１０ｂ１がオン状態となる。ｎＭＯＳ１０ｂ１がオン状態となると、ｐＭＯＳ１０ｃのゲート電圧の論理レベルがＬレベルに下がり、ｐＭＯＳ１０ｃはオン状態となる。
【００３８】
以下、第２の実施の形態の充電回路１０の動作の一例を説明する。
図４は、第２の実施の形態の充電回路の動作の一例を示すタイミングチャートである。
図４には、光の照度と、制御信号Ｖｇ１（ｐＭＯＳ１０ｃのゲート電圧）と、ダミー太陽電池１０ａの出力電圧Ｖｇ２（ｎＭＯＳ１０ｂ１のゲート電圧）の時間変化の一例が示されている。
【００３９】
光の照度が比較的高く、ダミー太陽電池１０ａの出力電圧Ｖｇ２が、ｎＭＯＳ１０ｂ１がオンする閾値電圧Ｖｔｈ１以上のときには（タイミングｔ１０−ｔ１１）、ｎＭＯＳ１０ｂ１がオン状態となる。これによりインバータ回路１０ｂから出力される制御信号Ｖｇ１は、ほぼ０Ｖとなり、ｐＭＯＳ１０ｃもオン状態となる。そのため、太陽電池１１で生成された電流が、電源線１３ａ，１３ｂを介して蓄電素子１２に流れ、蓄電素子１２が充電される。
【００４０】
一方、光の照度が低く、ダミー太陽電池１０ａの出力電圧Ｖｇ２が閾値電圧Ｖｔｈ１よりも小さいときには（タイミングｔ１１以降）、ｎＭＯＳ１０ｂ１がオフする。これにより、インバータ回路１０ｂから出力される制御信号Ｖｇ１は、蓄電素子１２の電圧Ｖｂとほぼ等しくなり、ｐＭＯＳ１０ｃもオフ状態となる。そのため、太陽電池１１と蓄電素子１２との間の電流経路が遮断される。
【００４１】
以上のように、第２の実施の形態の充電回路１０では、第１の実施の形態の充電回路１と同様に、低照度時（発電電力が小さいとき）に蓄電素子１２から太陽電池１１への電流の逆流の発生を簡素な回路で容易に抑制できる。そのため、太陽電池１１に蓄電素子１２からの電流が流れ込むことで生じる損失の発生を抑制できる。
【００４２】
また、ｐＭＯＳ１０ｃがオフ状態のとき、蓄電素子１２の電圧よりも太陽電池１１の出力電圧が小さくても、寄生ダイオードＤ１には逆バイアスが印加されるため、寄生ダイオードＤ１を介した電流の逆流の発生も抑制できる。
【００４３】
また、図３に示したように、ダミー太陽電池１０ａは、ｎＭＯＳ１０ｂ１を制御するために用いられるため、比較的小さな出力電圧Ｖｇ２を出力するものでよい。そのため、ダミー太陽電池１０ａは、太陽電池１１よりもサイズが小さいものが用いられる。たとえば、太陽電池１１が、複数の太陽電池セルである場合には、ダミー太陽電池１０ａは、１セルの太陽電池セルで実現する。これにより、充電回路１０の回路面積を小さくすることができる。
【００４４】
（第３の実施の形態）
図５は、第３の実施の形態の充電回路の一例を示す図である。図５において、図４に示した要素と同様の要素については同一符号が付されている。
【００４５】
第３の実施の形態の充電回路２０は、インバータ回路１０ｂのｎＭＯＳ１０ｂ１のゲート及びダミー太陽電池１０ａに一端を接続し、他端を電源線１４に接続した抵抗素子Ｒ２を有している。
【００４６】
抵抗素子Ｒ２の抵抗値は、蓄電素子１２から太陽電池１１への電流の逆流を生じさせる環境エネルギーの値のときに、ダミー太陽電池１０ａの出力電圧Ｖｇ２が、ｎＭＯＳ１０ｂ１がオンする閾値電圧よりも小さくなるように設定されている。
【００４７】
本実施の形態の充電回路２０のように、環境発電素子として太陽電池１１を用いる場合、環境エネルギーは、たとえば、光の照度である。
以下に、抵抗素子Ｒ２の抵抗値の設計例を示す。
【００４８】
まず、蓄電素子１２から太陽電池１１への電流の逆流が発生する照度が測定される。たとえば、蓄電素子１２が充電され、蓄電素子１２の電圧が３Ｖのとき、照度が低くなり太陽電池１１の出力電圧が３Ｖよりも小さくなると、蓄電素子１２から太陽電池１１への電流の逆流が生じる。このときの照度が測定される。そして、このときの照度におけるダミー太陽電池１０ａの出力電圧Ｖｇ２が、ｎＭＯＳ１０ｂがオンする閾値電圧より小さくなるように、抵抗素子Ｒ２の抵抗値が決められる。
【００４９】
以下では、閾値電圧が０．３Ｖで、電流の逆流が生じる照度が４０Ｌｕｘ以下であるとする。
図６は、ダミー太陽電池の発電特性の一例を示す図である。
【００５０】
図６では、照度が４０Ｌｕｘのときの、ダミー太陽電池１０ａの出力電圧Ｖｇ２と出力電流との関係及び、出力電圧Ｖｇ２と出力電力との関係が示されている。縦軸は出力電流（単位はμＡ）及び出力電力（単位はμＷ）を示し、横軸は出力電圧Ｖｇ２（単位はＶ）を示している。
【００５１】
たとえば、照度が４０Ｌｕｘのときに、出力電圧Ｖｇ２を、０．３Ｖの閾値電圧よりも小さい０．２９Ｖとするには、図６の出力電流と出力電圧Ｖｇ２との関係から、抵抗素子Ｒ２の抵抗値を１００ｋΩ程度にすればよいことが分かる。
【００５２】
太陽電池１１とダミー太陽電池１０ａの発電特性や、ｎＭＯＳ１０ｂ１がオンする閾値電圧には、製造ばらつきが生じている可能性がある。しかし、上記のように抵抗値を設定した抵抗素子Ｒ２を設けることで、充電回路２０は、より確実に、電流の逆流の発生を抑制できる。
【００５３】
（第４の実施の形態）
図７は、第４の実施の形態の充電回路の一例を示す図である。図７において、図２に示した要素と同様の要素については同一符号が付されている。
【００５４】
第４の実施の形態の充電回路３０は、第２の実施の形態の充電回路１０と異なり、スイッチとしてｐＭＯＳ１０ｃではなく、ｎＭＯＳ３０ａを有している。また、充電回路３０は、抵抗素子Ｒ３を有している。
【００５５】
図７に示すように、ｎＭＯＳ３０ａのゲートはダミー太陽電池１０ａ及び抵抗素子Ｒ３の一端に接続されている。また、ｎＭＯＳ３０ａのソースまたはドレインの一方は、電源線１４ａを介して太陽電池１１に接続されており、他方は、電源線１４ｂを介して蓄電素子１２に接続されている。また、ｎＭＯＳ３０ａのバックゲートは、電源線１４ｂに接続されている。
【００５６】
このようなｎＭＯＳ３０ａによって、図７に示すように、アノードを電源線１４ｂに接続し、カソードを電源線１４ａに接続した寄生ダイオードＤ２が形成されている。
なお、電源線１４ａ，１４ｂは、ｎＭＯＳ３０ａがオンのときには、基準電位となる。また、太陽電池１１と蓄電素子１２とを電気的に接続する電源線１３には、太陽電池１１の出力電圧が印加される。抵抗素子Ｒ３の他端は電源線１４ａに接続されている。
【００５７】
ｎＭＯＳ３０ａは、ダミー太陽電池１０ａの出力電圧Ｖｇ２によって、直接制御される。ｎＭＯＳ３０ａは、出力電圧Ｖｇ２が、ｎＭＯＳ３０ａがオンする閾値電圧よりも小さいときにオフ状態となり、太陽電池１１と蓄電素子１２との間の電流経路を遮断する。
【００５８】
また、ｎＭＯＳ３０ａは、出力電圧Ｖｇ２が、上記閾値以上のときにはオン状態となる。このとき、太陽電池１１と蓄電素子１２との間での電流経路が形成され、太陽電池１１で生成された電流に基づき、蓄電素子１２が充電される。
【００５９】
抵抗素子Ｒ３は、第３の実施の形態の充電回路２０の抵抗素子Ｒ２と同様に、ダミー太陽電池１０ａの出力電圧Ｖｇ２を調整する機能を有する。
抵抗素子Ｒ３の抵抗値は、蓄電素子１２から太陽電池１１への電流の逆流を生じさせる環境エネルギーの値のときに、ダミー太陽電池１０ａの出力電圧Ｖｇ２が、ｎＭＯＳ３０ａがオンする閾値電圧よりも小さくなるように設定されている。
【００６０】
抵抗素子Ｒ３の抵抗値の決定にあたっては、まず、蓄電素子１２から太陽電池１１への電流の逆流が発生する照度が、予め測定される。そして、このときの照度におけるダミー太陽電池１０ａの出力電圧Ｖｇ２が、ｎＭＯＳ３０ａがオンする閾値電圧より小さくなるように、抵抗素子Ｒ３の抵抗値が決められる。
【００６１】
なお、抵抗素子Ｒ３がなくてもダミー太陽電池１０ａの出力電圧Ｖｇ２によって、電流の逆流が発生する際にｎＭＯＳ３０ａをオフできれば、抵抗素子Ｒ３を設けなくてもよい。
【００６２】
以下、第４の実施の形態の充電回路３０の動作の一例を説明する。
図８は、第４の実施の形態の充電回路の動作の一例を示すタイミングチャートである。
図８には、光の照度と、ダミー太陽電池１０ａの出力電圧Ｖｇ２（ｎＭＯＳ３０ａのゲート電圧）の時間変化の一例が示されている。
【００６３】
光の照度が比較的高く、ダミー太陽電池１０ａの出力電圧Ｖｇ２が、ｎＭＯＳ３０ａがオンする閾値電圧Ｖｔｈ２以上のときには（タイミングｔ２０−ｔ２１）、ｎＭＯＳ３０ａがオン状態となる。そのため、太陽電池１１と蓄電素子１２との間での電流経路が形成され、太陽電池１１で生成された電流によって、蓄電素子１２が充電される。
【００６４】
一方、光の照度が低く、ダミー太陽電池１０ａの出力電圧Ｖｇ２が閾値電圧Ｖｔｈ２よりも小さいときには（タイミングｔ２１以降）、ｎＭＯＳ３０ａがオフ状態となる。そのため、電源線１４ａ，１４ｂが切り離され、太陽電池１１と蓄電素子１２との間の電流経路が遮断される。
【００６５】
以上のような第４の実施の形態の充電回路３０でも、第２の実施の形態の充電回路１０及び第３の実施の形態の充電回路２０と同様の効果が得られる。さらに、充電回路３０では、ダミー太陽電池１０ａの出力電圧Ｖｇ２で、ｎＭＯＳ３０ａが直接制御されるため、インバータ回路１０ｂが不要になり、充電回路３０を、より簡素な回路とすることができる。このため、よりコストを抑えられる。
【００６６】
また、ｎＭＯＳ３０ａがオフ状態のとき、蓄電素子１２の電圧よりも太陽電池１１の出力電圧が小さくても、寄生ダイオードＤ２には逆バイアスが印加されるため、寄生ダイオードＤ２を介した電流の逆流の発生も抑制できる。
【００６７】
（第５の実施の形態）
図９は、第５の実施の形態の充電回路の一例を示す図である。図９において、図７に示した要素と同様の要素については同一符号が付されている。
【００６８】
第５の実施の形態の充電回路４０は、太陽電池１１と蓄電素子１２の間の電流経路にスイッチとして機能するｎＭＯＳ３０ａと直列に接続された別のスイッチ（ｎＭＯＳ３０ｂ）を有している。
【００６９】
ｎＭＯＳ３０ｂのゲートはダミー太陽電池１０ａ及び抵抗素子Ｒ３の一端に接続されており、ｎＭＯＳ３０ｂは、ｎＭＯＳ３０ａと同様に、ダミー太陽電池１０ａの出力電圧Ｖｇ２に基づきオンオフが制御される。
【００７０】
また、ｎＭＯＳ３０ｂのドレインまたはソースの一方は、ｎＭＯＳ３０ａのドレインまたはソースの一方に接続されており、ｎＭＯＳ３０ｂのドレインまたはソースの他方は、電源線１４ｂを介して蓄電素子１２に接続されている。さらに、ｎＭＯＳ３０ｂのバックゲートは、ｎＭＯＳ３０ａのバックゲートとは接続方向が異なる。ｎＭＯＳ３０ｂのバックゲートは、ｎＭＯＳ３０ｂのドレインまたはソースの他方と接続されている。このため、ｎＭＯＳ３０ａのバックゲートと、ｎＭＯＳ３０ｂのバックゲートは電気的に接続されている。
【００７１】
このようなｎＭＯＳ３０ｂによって、図９に示すように、ｎＭＯＳ３０ａの寄生ダイオードＤ２とは逆向きの寄生ダイオードＤ３が形成されている。
上記のような充電回路４０は、第４の実施の形態の充電回路３０と同様の効果を有する。さらに、充電回路４０は、寄生ダイオードＤ２，Ｄ３が形成されることにより、ｎＭＯＳ３０ａ，３０ｂがオフ状態のとき、太陽電池１１と蓄電素子１２間の電流を双方向で流れないようにすることができる。
【００７２】
なお、第２及び第３の実施の形態の充電回路１０，２０も、制御信号Ｖｇ１でオンオフが制御され、ｐＭＯＳ１０ｃと直列に接続され、寄生ダイオードＤ１と逆向きの寄生ダイオードが形成されるようにバックゲートが接続されたｐＭＯＳを有していてもよい。
【００７３】
（第６の実施の形態）
図１０は、第６の実施の形態の充電回路の一例を示す図である。図１０において、図５に示した要素と同様の要素については同一符号が付されている。
【００７４】
充電回路５０は、低照度検知部５０ａ、過充電保護部５０ｂ、制御部５０ｃ、ｐＭＯＳ１０ｃを有している。
低照度検知部５０ａは、図５に示した第３の実施の形態の充電回路２０と同様に、ダミー太陽電池１０ａ、ｎＭＯＳ１０ｂ１、抵抗素子Ｒ１，Ｒ２を有している。低照度検知部５０ａは、照度が低くなって、ダミー太陽電池１０ａの出力電圧Ｖｇ２が、ｎＭＯＳ１０ｂ１がオンする閾値電圧よりも小さくなると、論理レベルがＨレベルの制御信号Ｖｇ１を出力する。出力電圧Ｖｇ２が閾値電圧以上のときには、低照度検知部５０ａは、論理レベルがＬレベルの制御信号Ｖｇ１を出力する。
【００７５】
過充電保護部５０ｂは、蓄電素子１２の過充電を防止するための回路である。過充電保護部５０ｂは、ｎＭＯＳ５１、比較回路５２、抵抗素子Ｒ４，Ｒ５を有している。
ｎＭＯＳ５１のドレインは、抵抗素子Ｒ４を介して電源線１３ａに接続されており、ｎＭＯＳ５１のソースは、電源線１４及び自身のバックゲートに接続されている。ｎＭＯＳ５１のゲートには、比較回路５２の出力信号Ｖｄが供給される。
【００７６】
比較回路５２は、蓄電素子１２の電圧Ｖｂが電圧Ｖｒｅｆよりも大きければ、論理レベルがＨレベルの出力信号Ｖｄを出力し、電圧Ｖｂが電圧Ｖｒｅｆよりも小さければ、論理レベルがＬレベルの出力信号Ｖｄを出力する。
【００７７】
電圧Ｖｒｅｆは、たとえば、蓄電素子１２の動作電圧の上限値に基づいて決められている。たとえば、蓄電素子１２が２次電池で、その動作電圧の範囲が２．８−３．１Ｖであるとき、電圧Ｖｒｅｆは、たとえば、３．１Ｖなどと設定される。なお、電圧Ｖｒｅｆは、たとえば、図示しない１次電池の電圧を用いて生成されてもよいし、太陽電池１１の出力電圧Ｖｉｎを用いて生成されてもよいし、蓄電素子１２の電圧Ｖｂを用いて生成されてもよい。
【００７８】
比較回路５２は、電源線１３ｂ，１４間に接続されており、電源線１３ｂ，１４間の電圧を電源電圧として動作する。比較回路５２の反転入力端子（“−”と表記されている）は、電源線１３ｂに接続されており、比較回路５２の非反転入力端子（“＋”と表記されている）には、電圧Ｖｒｅｆが印加される。比較回路５２の出力端子は、ｎＭＯＳ５１のゲートのほか、抵抗素子Ｒ５を介して電源線１３ａに接続されている。さらに比較回路５２の出力端子は制御部５０ｃに接続されている。
【００７９】
制御部５０ｃは、低照度検知部５０ａが出力する制御信号Ｖｇ１と、過充電保護部５０ｂの比較回路５２の出力信号Ｖｄに基づき、制御信号Ｖｇを出力し、ｐＭＯＳ１０ｃのオンオフを制御する。
【００８０】
制御部５０ｃは、ｐＭＯＳ５３，５４を有している。ｐＭＯＳ５３のソースまたはドレインの一方及びｐＭＯＳ５４のゲートには出力信号Ｖｄが供給され、ｐＭＯＳ５４のソースまたはドレインの一方及びｐＭＯＳ５３のゲートには制御信号Ｖｇ１が供給される。また、ｐＭＯＳ５３，５４のソースまたはドレインの他方は互いに接続されているとともに、ｐＭＯＳ５３，５４のバックゲート及び、ｐＭＯＳ１０ｃのゲートに接続されている。
【００８１】
以下、第６の実施の形態の充電回路５０の動作の一例を説明する。
図１１は、第６の実施の形態の充電回路の動作の一例を示すタイミングチャートである。図１１には、照度が変化したときの、太陽電池１１の出力電圧Ｖｉｎと、蓄電素子１２の電圧Ｖｂの変化の様子が示されている。また、図１１には、制御信号Ｖｇ１，Ｖｇ、出力信号Ｖｄの変化、及び、ｐＭＯＳ１０ｃ，５３，５４、ｎＭＯＳ１０ｂ１，５１の状態の変化についても示されている。
【００８２】
なお、図１１の説明では、光の照度が１００Ｌｕｘを下回ると、電流の逆流の発生を防止するためにｐＭＯＳ１０ｃをオフ状態とするように、抵抗素子Ｒ２の抵抗値が設定されているものとしている。
【００８３】
太陽電池１１に光が照射されると、出力電圧Ｖｉｎが上昇していく。光の照度が１００Ｌｕｘより高いとき（タイミングｔ３０−ｔ３１）、ｎＭＯＳ１０ｂ１はオン状態であるので、制御信号Ｖｇ１は０Ｖとなる（論理レベルがＬレベルになることに相当する）。これにより、ｐＭＯＳ５３もオン状態となる。また、このとき蓄電素子１２の電圧Ｖｂは、電圧Ｖｒｅｆよりも小さいため、比較回路５２の出力信号Ｖｄも０Ｖとなる。そのため、ｎＭＯＳ５１はオフ状態となり、ｐＭＯＳ５４はオン状態となる。また、ｎＭＯＳ１０ｂ１、ｐＭＯＳ５３，５４がオン状態のとき、制御信号Ｖｇが０Ｖとなるため、ｐＭＯＳ１０ｃはオン状態となる。
【００８４】
光の照度が１００Ｌｕｘよりも低いとき（タイミングｔ３１−ｔ３２）、出力電圧Ｖｉｎが下降し（図１１では０Ｖとなっている）、ダミー太陽電池１０ａの出力電圧Ｖｇ２が、ｎＭＯＳ１０ｂ１がオンする閾値電圧より小さくなる。そのため、ｎＭＯＳ１０ｂ１はオフ状態となり、制御信号Ｖｇ１は、電圧Ｖｂとなる（論理レベルがＨレベルになることに相当する）。これにより、ｐＭＯＳ５３もオフ状態となる。また、このとき蓄電素子１２の電圧Ｖｂは、電圧Ｖｒｅｆよりも小さいため、比較回路５２の出力信号Ｖｄは０Ｖのままである。そのため、ｎＭＯＳ５１はオフ状態を維持し、ｐＭＯＳ５４もオン状態を維持する。また、ｎＭＯＳ１０ｂ１、ｐＭＯＳ５３がオフ状態、ｐＭＯＳ５４がオン状態のとき、制御信号Ｖｇが電圧Ｖｂとなるため、ｐＭＯＳ１０ｃはオフ状態となる。
【００８５】
これにより、太陽電池１１と蓄電素子１２との間の電流経路が遮断され、電流の逆流の発生が抑制される。
再び、光の照度が１００Ｌｕｘより高くなると（タイミングｔ３２）、出力電圧Ｖｉｎは上昇し、電圧Ｖｂも上昇していく。しかし、電圧Ｖｂが電圧Ｖｒｅｆより小さいときには、制御信号Ｖｇ１，Ｖｇ、出力信号Ｖｄの電圧、各ＭＯＳＦＥＴの状態は、タイミングｔ３０−ｔ３１のときと同じである。
【００８６】
出力電圧Ｖｉｎ及び電圧Ｖｂがさらに上昇し、電圧Ｖｂが電圧Ｖｒｅｆを上回ると、比較回路５２の出力信号Ｖｄは出力電圧Ｖｉｎと同じ電圧となる。このため、ｎＭＯＳ５１はオン状態となり、ｐＭＯＳ５４はオフ状態となる。ｐＭＯＳ５３はオン状態を維持するので、制御信号Ｖｇは出力電圧Ｖｉｎと同じ電圧となり、ｐＭＯＳ１０ｃはオフ状態となる。
【００８７】
これにより、太陽電池１１と蓄電素子１２との間の電流経路が遮断され、蓄電素子１２の過充電を抑制することができる。
上記のような、充電回路５０では、第３の実施の形態の充電回路２０と同様の効果が得られる。たとえば、ダミー太陽電池１０ａと太陽電池１１としてアモルファスシリコン太陽電池を用い、蓄電素子１２としてコイン型リチウム２次電池を用いる場合、光の照度が２００Ｌｕｘのとき、太陽電池１１の発電電流は５０μＡ程度である。低照度検知部５０ａを設けない場合、光の照度が０Ｌｕｘのとき、蓄電素子１２から太陽電池１１に４０μＡ程度の電流が逆流し、損失が生じる。これに対し、上記のような低照度検知部５０ａを設け、ｐＭＯＳ１０ｃを制御することで、逆流を０．１μＡ程度に抑えられる。
【００８８】
さらに、第６の実施の形態の充電回路５０では、蓄電素子１２の過充電を防止することができる。また、逆流を防止する際にオフ状態とするスイッチ（ｐＭＯＳ１０ｃ）を、過充電を防止する際にオフ状態とするスイッチとしても用いることができる。このため、逆流防止機能と過充電防止機能とを有する充電回路２０の回路面積の増加やスイッチのオン抵抗による損失を抑制できる。
【００８９】
なお、上記のような過充電保護部５０ｂと、制御部５０ｃの回路構成を適宜変更して、図７に示したような充電回路３０に追加して、過充電が発生する際に、ｎＭＯＳ３０ａをオフ状態とするようにしてもよい。
【００９０】
（電子装置）
図１２は、電子装置の一例を示す図である。図１２において、図１に示した要素と同様の要素については同一符号が付されている。
【００９１】
電子装置６０は、たとえば、センシング端末であり、充電回路１、環境発電素子２、蓄電素子３のほか、電源回路６１及び負荷回路６２を有している。
電源回路６１は、たとえば、ＤＣ（Direct Current）／ＤＣコンバータを有し、蓄電素子３の電圧を、負荷回路６２の動作に適した電圧に変換する。なお、蓄電素子３の電圧で負荷回路６２が動作可能であれば、電源回路６１はなくてもよい。
【００９２】
負荷回路６２は、蓄電素子３の電圧に基づき動作する。たとえば、センサや無線モジュールなどである。なお、負荷回路６２として、様々な電子回路や電子機器が適用できる。
このような電子装置６０において、図１に示したような充電回路１を用いることで、環境エネルギーが小さいときに蓄電素子３から環境発電素子２への電流の逆流の発生を容易に抑制できる。そのため、環境発電素子２に蓄電素子３からの電流が流れ込むことで生じる損失の発生を抑制できる。これによって、負荷回路６２への電力供給が不安定となることを抑えられる。また、高精度な比較回路などを用いずともよく、簡素な回路で充電回路１を実現できるため、電子装置６０のコストを抑えられる。
【００９３】
なお、充電回路１として、第２乃至第６の実施の形態の充電回路１０，２０，３０，４０，５０を用いてもよいことは言うまでもない。
以上、実施の形態に基づき、本発明の充電回路及び電子装置の一観点について説明してきたが、これらは一例にすぎず、上記の記載に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００９４】
１  充電回路
１ａ  環境発電素子（ダミー太陽電池）
１ｂ  制御部
１ｃ  スイッチ
２  環境発電素子（太陽電池）
３  蓄電素子
４ａ，４ｂ，５  電源線
Ｃ  キャパシタ
【図１】
0006646218.tif 000002
【図２】
0006646218.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0006646218.tif 000006
【図６】
0006646218.tif 000007
【図７】
0006646218.tif 000008
【図８】
0006646218.tif 000009
【図９】
0006646218.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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