(57)【要約】【課題】効率良く充電を行うことが可能な電力制御回路、および、この電力制御回路を備える通信機器を提供する。【解決手段】電力制御回路３は、小容量コンデンサ３１と、大容量コンデンサ３２と、コイル３５と、スイッチＡ、Ｂを備える。スイッチＡ、Ｂの接続状態は、入力ノードの電位に応じてＯＮ／ＯＦＦに切り替えられる。スイッチＡがＯＮのとき、電力制御回路３に入力される電力は、小容量コンデンサ３１と大容量コンデンサ３２に蓄えられる。スイッチＡがＯＮからＯＦＦに切り替わると、コイル３５に生じる起電力により、グランドラインＧＬから、コイル３５と大容量コンデンサ３２とダイオード３４からなる閉ループに電流が流入し、大容量コンデンサ３２に電力が蓄えられる。これにより、大容量コンデンサ３２の充電効率が上がり、大容量コンデンサ３２への充電を短時間で完了することができる。【選択図】図１
2012050248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力ノードとグランドラインとの間に接続された第１コンデンサと、
前記入力ノードと前記グランドラインとの間に接続され、前記第１コンデンサよりも容量が大きな第２コンデンサと、
前記第２コンデンサと前記入力ノードとの間に直列接続された第１スイッチと、
前記入力ノードと出力ノードとの間に設けられ、前記入力ノードと前記出力ノードとを接続または非接続とする第２スイッチと、
前記第１スイッチが閉じられた状態から開放された状態に切り替えられたとき、前記グランドラインから前記第２コンデンサに電流を流入させる電流励起部と、
を有することを特徴とする電力制御回路。
【請求項２】
請求項１に記載の電力制御回路において、
前記電流励起部は、
前記第２コンデンサと前記第１スイッチとの間に直列接続されたコイルと、
アノードが前記グランドラインに接続されるとともに、カソードが前記コイルと前記第１スイッチとの間に接続された第１ダイオードとを備え、
前記第１スイッチが閉じられた状態から開放された状態に切り替えられたとき、前記コイルに生じる起電力によって、前記第２コンデンサ、前記コイルおよび前記第１ダイオードからなる閉ループに、前記グランドラインから電流が流入する、
ことを特徴とする電力制御回路。
【請求項３】
請求項２に記載の電力制御回路において、
アノードが前記第１ダイオードのカソードに接続され、カソードが前記入力ノードに接続された第２ダイオードをさらに備える、
ことを特徴とする電力制御回路。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れか一項に記載の電力制御回路において、
前記第１スイッチは、前記入力ノードの電位が閾値Ｖａ１を超えると当該第１スイッチの端子間を接続し、前記入力ノードの電位が閾値Ｖａ０（Ｖａ０＜Ｖａ１）を下回ると当該第１スイッチの端子間を非接続とするよう構成されている、
ことを特徴とする電力制御回路。
【請求項５】
請求項１ないし３の何れか一項に記載の電力制御回路において、
前記第２スイッチは、前記入力ノードの電位が閾値Ｖｂ１を超えると当該第２スイッチの端子間を接続し、前記入力ノードの電位が閾値Ｖｂ０（Ｖｂ０＜Ｖｂ１）を下回ると当該第２スイッチの端子間を非接続とするよう構成されている、
ことを特徴とする電力制御回路。
【請求項６】
請求項１ないし３の何れか一項に記載の電力制御回路において、
前記第１スイッチは、前記入力ノードの電位が閾値Ｖａ１を超えると当該第１スイッチの端子間を接続し、前記入力ノードの電位が閾値Ｖａ０（Ｖａ０＜Ｖａ１）を下回ると当該第１スイッチの端子間を非接続とするよう構成され、
前記第２スイッチは、前記入力ノードの電位が閾値Ｖｂ１を超えると当該第２スイッチの端子間を接続し、前記入力ノードの電位が閾値Ｖｂ０（Ｖｂ０＜Ｖｂ１）を下回ると当該第２スイッチの端子間を非接続とするよう構成され、
前記閾値Ｖａ０、Ｖａ１、Ｖｂ０、Ｖｂ１が、Ｖｂ０＜Ｖａ０、Ｖｂ１＜Ｖａ１の関係を満たす、
ことを特徴とする電力制御回路。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか一項に記載の電力制御回路と、
前記入力ノードに電力を供給する発電装置と、
前記出力ノードから電力の供給を受けて情報を送信する無線装置と、を備える、
ことを特徴とする通信機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電された電力を蓄電すると共に、蓄電された電力を後段の回路に出力する電力制御回路、および、電力制御回路から供給される電力によりワイヤレス通信を行う通信機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、身の回りに存在する様々な環境エネルギーの活用が進んでいる。たとえば、太陽光を受光することにより発電する太陽光発電装置のほか、人、車および電化製品等の振動を利用して発電する振動発電装置の開発が行われている。
【０００３】
以下の特許文献１には、発電された電力を充電して、負荷回路に電力を供給する電力制御装置が開示されている。この電力制御装置は、入出力ノードに接続され、入出力ノードに入力される電流を蓄電する初期蓄電装置と、コンダクタンスが可変の可変コンダクタンス素子と、可変コンダクタンス素子を介して入出力ノードに接続され、入出力ノードに入力される電流を蓄電するバックアップ用蓄電装置を備えている。バックアップ用蓄電装置は、初期蓄電装置よりも大容量の電力を蓄電することができるよう構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１５８０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記電力制御装置によれば、負荷回路の早い立ち上がりと長い駆動時間を実現することができ、また、負荷回路に供給する電圧の急激な変動を抑制することができる。しかしながら、バックアップ用蓄電装置の充電が完了するまでに長時間を要するという問題が生じる。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、効率良く充電を行うことが可能な電力制御回路、および、この電力制御回路を備える通信機器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】
本発明の第１の態様は、電力制御回路に関する。この態様に係る電力制御回路は、入力ノードとグランドラインとの間に接続された第１コンデンサと、入力ノードとグランドラインとの間に接続され、第１コンデンサよりも容量が大きな第２コンデンサと、第２コンデンサと入力ノードとの間に直列接続された第１スイッチと、入力ノードと出力ノードとの間に設けられ、入力ノードと出力ノードとを接続または非接続とする第２スイッチと、第１スイッチが閉じられた状態から開放された状態に切り替えられたとき、グランドラインから第２コンデンサに電流を流入させる電流励起部と、を有する。
【０００８】
本発明の第２の態様は、通信機器に関する。この態様に係る通信機器は、上記第１の態様の電力制御回路と、入力ノードに電力を供給する発電装置と、出力ノードから電力の供給を受けて情報を送信する無線装置と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、効率良く充電を行うことが可能な電力制御回路、および、この電力制
御回路を備える通信機器を提供することができる。
【００１０】
本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明を実施する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態によって何ら制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態に係るワイヤレスセンサの構成を示す図である。
【図２】実施の形態に係るスイッチのＯＮ／ＯＦＦ特性について説明する図である。
【図３】実施の形態に係る電力制御回路の動作を説明する図である。
【図４】実施の形態に係る電力制御回路の動作を説明する図である。
【図５】実施の形態に係る電力制御回路の動作を説明する図である。
【図６】実施の形態に係るワイヤレスセンサの比較例の構成を示す図および大容量コンデンサに蓄えられる電圧についてシミュレーションを行った結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本実施の形態は、発電された電力を用いてワイヤレス通信を行う通信機器として、ワイヤレスセンサに本発明を適用したものである。本実施の形態に係るワイヤレスセンサは、たとえば、室内の壁等に装着されて各種情報を無線で送信する小型の機器である。機器の配線工事や電池交換を不要とするメンテナンスフリー化を図るために、本実施の形態のワイヤレスセンサは、室内の照明等の光により発電する発電装置を備え、この発電装置により発電された電力によって、各種検出と無線送信を行う。
【００１３】
以下、本実施の形態に係るワイヤレスセンサについて、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、ワイヤレスセンサ１の構成を示す図である。本実施の形態に係るワイヤレスセンサ１は、発電装置２と、電力制御回路３と、無線装置４から構成されている。ワイヤレスセンサ１の回路のグランドラインＧＬは、接地されている。なお、ワイヤレスセンサ１の回路の左上部分のノードを、以下、“入力ノード”と称し、ワイヤレスセンサ１の回路の右上部分のノードを、以下、“出力ノード”と称することにする。
【００１５】
発電装置２は、太陽光を受光して発電を行う太陽光発電装置である。発電装置２から入力ノードに入力される電流は、直流電流となっている。発電装置２は、入力ノードを介して電力制御回路３に電力を供給する。
【００１６】
電力制御回路３は、発電装置２によって発電される電力を、入力ノードを介して蓄えると共に、出力ノードを介して無線装置４に電力を供給する。電力制御回路３は、小容量コンデンサ３１と、大容量コンデンサ３２と、ダイオード３３、３４と、コイル３５と、スイッチＡ、Ｂを備えている。
【００１７】
小容量コンデンサ３１は、１００μＦ程度の容量を有し、電位ラインＶＬとグランドラインＧＬの間に接続されている。大容量コンデンサ３２は、０．１〜１０Ｆ程度の容量を有し、一方の端子がグランドラインＧＬに接続され、他方の端子がコイル３５に接続されている。小容量コンデンサ３１の容量が、大容量コンデンサ３２の容量より数段小さくなるよう、小容量コンデンサ３１と大容量コンデンサ３２が構成されている。
【００１８】
ダイオード３３、３４は、アノード側がグランドラインＧＬを向くように、電位ラインＶＬとグランドラインＧＬの間に直列に接続されている。コイル３５は、一方の端子が大容量コンデンサ３２に接続され、他方の端子がスイッチＡの端子Ａ２に接続されている。ダイオード３３、３４間のラインと、コイル３５とスイッチＡとの間のラインとは、短絡
されている。
【００１９】
スイッチＡは、端子Ａ１、Ａ２を有し、端子Ａ１が電位ラインＶＬに接続され、端子Ａ２がコイル３５に接続されている。スイッチＡは、入力ノードの電位に応じて、接続状態をＯＮ／ＯＦＦに切り替えるアナログスイッチ（いわゆる、ヒステリシススイッチ）である。スイッチＢは、端子Ｂ１、Ｂ２を有し、入力ノードと出力ノードに直列に接続されている。スイッチＢは、入力ノードの電位に応じて、接続状態をＯＮ／ＯＦＦに切り替えるアナログスイッチ（いわゆるヒステリシススイッチ）である。
【００２０】
スイッチＡとスイッチＢがＯＮ／ＯＦＦに切り替えられる入力ノードの電位の閾値は、互いに異なっている。スイッチＡとスイッチＢの特性については、追って、図２を参照して説明する。
【００２１】
無線装置４は、センサ部と無線通信部とを備え、所定の項目（たとえば、温度、湿度、光量、振動の有無、等）をセンサ部で検出して、検出信号を無線通信部からワイヤレス通信により外部に送信する装置である。無線装置４は、出力ノードを介して電力制御回路３から供給される電力を用いることにより駆動する。
【００２２】
図２は、スイッチＡ、ＢのＯＮ／ＯＦＦ特性について説明する図である。同図（ａ）は、スイッチＡのＯＮ／ＯＦＦ特性を、同図（ｂ）は、スイッチＢのＯＮ／ＯＦＦ特性を表す図である。
【００２３】
同図（ａ）を参照して、スイッチＡがＯＦＦのときに、入力ノードの電位が閾値Ｖａ１よりも大きくなると、スイッチＡはＯＮになり、端子Ａ１と端子Ａ２とが接続される。また、スイッチＡがＯＮのときに、入力ノードの電位が閾値Ｖａ０よりも小さくなると、スイッチＡはＯＦＦになり、端子Ａ１と端子Ａ２とが非接続とされる。
【００２４】
同図（ｂ）を参照して、スイッチＢがＯＦＦのときに、入力ノードの電位が閾値Ｖｂ１よりも大きくなると、スイッチＢはＯＮになり、端子Ｂ１と端子Ｂ２とが接続される。また、スイッチＢがＯＮのときに、入力ノードの電位が閾値Ｖｂ０よりも小さくなると、スイッチＢはＯＦＦになり、端子Ｂ１と端子Ｂ２とが非接続とされる。
【００２５】
ここで、閾値Ｖａ１、Ｖａ０、Ｖｂ１、Ｖｂ０が、少なくとも、Ｖａ０＜Ｖａ１、Ｖｂ０＜Ｖｂ１、Ｖｂ０＜Ｖａ０、Ｖｂ１＜Ｖａ１の関係を満たすよう、スイッチＡ、Ｂが構成される。また、本実施の形態では、スイッチＡ、Ｂが、Ｖａ０＜Ｖｂ１の関係を満たすよう構成されているが、スイッチＡ、Ｂが、Ｖｂ１＜Ｖａ０の関係を満たすよう構成されても良い。
【００２６】
図３、４は、発電装置２で発電が行われる場合の、電力制御回路３の動作を説明する図である。なお、入力ノードにおける電位を、以下、「ノード電位」と称することにする。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、図４（ａ）、（ｂ）の左側には、発電開始後のワイヤレスセンサ１の状態が示され、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、図４（ａ）、（ｂ）の右側には、各状態におけるノード電位が示されている。
【００２７】
図３（ａ）は、小容量コンデンサ３１と大容量コンデンサ３２に電力が蓄えられていない状態から、発電装置２により発電が行われる状態を示す図である。発電装置２により発電が行われると、入力ノードから小容量コンデンサ３１に電流が流れ、小容量コンデンサ３１に電力が蓄えられる。これにより、ノード電位が上昇する。このとき、ダイオード３３の作用により、大容量コンデンサ３２には、電流が流れず、蓄電は生じない。こうして、ノード電位がＶｂ１に達すると、図３（ｂ）に示す如く、スイッチＢがＯＮになる。こ
れにより、無線装置４に電力が供給され、無線装置４が駆動される。
【００２８】
図３（ｂ）の状態から、さらに発電装置２により発電が行われ、ノード電位がＶａ１に達すると、図３（ｃ）に示す如く、スイッチＡがＯＮになる。これにより、電流がスイッチＡを通って、コイル３５へと流れる。これにより、大容量コンデンサ３２に電力が蓄えられる。しかる後、ノード電位がＶａ０よりも小さくなると、図４（ａ）に示す如く、スイッチＡがＯＦＦになる。これにより、小容量コンデンサ３１への蓄電が進み、ノード電位が上昇する。
【００２９】
なお、図４（ａ）において、スイッチＡがＯＦＦになると、コイル３５に流れていた電流が途切れるため、コイル３５に起電力が生じる。これにより、図４（ａ）の破線に示す如く、グランドからグランドラインＧＬを通って、大容量コンデンサ３２、コイル３５およびダイオード３４からなる閉ループに電流が流れ、大容量コンデンサ３２に電力が蓄えられる。
【００３０】
図４（ａ）の状態から、さらに発電装置２により発電が行われ、再び、ノード電位がＶａ１に達すると、図４（ｂ）に示す如く、再びスイッチＡがＯＮになる。これにより、電流がスイッチＡを通って、コイル３５へと流れ、大容量コンデンサ３２に電力が蓄えられる。
【００３１】
その後、再び、ノード電位がＶａ０よりも小さくなると、図４（ａ）の場合と同様、スイッチＡがＯＦＦになる。このとき、再びコイル３５に起電力が生じ、大容量コンデンサ３２に電力が蓄えられる。
【００３２】
このように、発電装置２により発電が行われ続けると、電力制御回路３の状態は、交互に図４（ａ）、（ｂ）に示す状態となる。これにより、大容量コンデンサ３２に徐々に電力が蓄えられる。
【００３３】
図５は、発電装置２で発電が行われていた後、発電が行われなくなったときの電力制御回路３の動作を説明する図である。なお、ここでは、小容量コンデンサ３１の電位が大容量コンデンサ３２の電位よりも大きく、且つ、大容量コンデンサ３２の電位は、Ｖｂ０よりも大きい場合が想定されている。
【００３４】
たとえば、図４（ｂ）の状態において発電装置２による発電が行われなくなると、小容量コンデンサ３１に蓄えられた電力が、無線装置４と大容量コンデンサ３２に供給される。その後、小容量コンデンサ３１の放電が進み、ノード電位がＶａ０を下回ると、図５（ａ）のように、スイッチＡがＯＦＦになる。これにより、小容量コンデンサ３１から大容量コンデンサ３２への電力供給が遮断され、小容量コンデンサ３１からの電力は、図５（ａ）の破線矢印に示す如く、無線装置４のみに供給される。
【００３５】
その後、さらに、小容量コンデンサ３１の放電が進み、小容量コンデンサ３１の電位が大容量コンデンサ３２の電位を下回ると、図５（ｂ）の破線矢印に示す如く、大容量コンデンサ３２に蓄えられた電力が無線装置４に供給される。これにより、大容量コンデンサ３２に蓄えられた電力により、無線装置４が駆動される。
【００３６】
図５（ｂ）の状態から、大容量コンデンサ３２に蓄えられた電力が消費され、ノード電位がＶｂ０よりも小さくなると、図５（ｃ）に示す如く、スイッチＢがＯＦＦになり、無線装置４に供給されていた電力が遮断される。
【００３７】
このように、発電装置２による発電が行われなくなった場合でも、電力制御回路３の小
容量コンデンサ３１と大容量コンデンサ３２により、無線装置４に対して、安定的に且つ長時間、電力が供給されることになる。
【００３８】
次に、上記実施の形態と比較例（上記特許文献１）とを比較しながら、大容量コンデンサに電力が蓄えられる早さについて説明する。
【００３９】
図６（ａ）は、本比較例におけるワイヤレスセンサ１の構成を示す図である。本比較例では、図１に示したワイヤレスセンサ１から、電力制御回路３に替えて電力制御回路５が設置されている。
【００４０】
電力制御回路５は、上記小容量コンデンサ３１と同じ容量を有する小容量コンデンサ５１と、上記大容量コンデンサ３２と同じ容量を有する大容量コンデンサ５２と、可変抵抗５３と、スイッチ５４を備えている。このような電力制御回路５が用いられる場合も、上記実施の形態と同様に、無線装置４に対して、安定的に且つ長時間、電力が供給される。
【００４１】
ここで、本件出願人は、上記実施の形態の大容量コンデンサ３２に蓄えられる電圧と、図６（ａ）に示した比較例の大容量コンデンサ５２に蓄えられる電圧について、シミュレーションを行った。図６（ｂ）は、そのシミュレーションの結果を示す図である。
【００４２】
図６（ｂ）に示す如く、時間の経過に伴って、上記実施の形態と比較例のいずれの場合も、大容量コンデンサに電圧が蓄えられることが分かる。比較例では、時間の経過に略比例して、大容量コンデンサ５２の電圧が上昇する。これに対し、上記実施の形態では、大容量コンデンサ３２の電圧上昇が、比較例に比べ、より急峻となることが分かる。これは、上記実施の形態では、スイッチＡがＯＦＦにされたときにも、図４（ａ）を参照して説明した如く、大容量コンデンサ３２に対する蓄電が行われることによるものである。すなわち、上記実施の形態の方が、比較例に比べ、大容量コンデンサ３２に迅速に電力を蓄えることが可能であると言える。
【００４３】
以上、上記実施の形態によれば、発電が行われると、小容量コンデンサ３１に電力が蓄えられ、速やかに、ノード電位が上昇するため、無線装置４を迅速に起動することができる。また、大容量コンデンサ３２に蓄えられた電力により、長時間、無線装置４を駆動することができる。
【００４４】
また、上記実施の形態によれば、スイッチＢがＯＮになって無線装置４に電力が供給されている際に、この電力供給が維持されたまま、スイッチＡがＯＮになり大容量コンデンサ３２に電力が蓄えられる。このとき、無線装置４に供給される電圧は緩やかに減少するものの、スイッチＢがＯＦＦになる前に、スイッチＡがＯＦＦになるため、無線装置４に供給される電圧が再び上昇することとなる。よって、無線装置４に供給される急激な電圧の変動が防止されるため、安定的に無線装置４を駆動することできる。
【００４５】
また、上記実施の形態によれば、スイッチＡがＯＮになって、発電装置２で発電された電力が、直接的に大容量コンデンサ３２に蓄えられる。さらに、スイッチＡがＯＦＦになった場合でも、上記図３（ｄ）に示したように、コイル３５に起電力が生じることにより、大容量コンデンサ３２に電力が蓄えられる。これにより、大容量コンデンサ３２の充電効率が上がり、大容量コンデンサ３２への充電を短時間で完了することができる。
【００４６】
なお、上記実施の形態において、図２（ａ）に示した閾値Ｖａ１は、発電装置２の発電効率が最大となる電圧値よりも僅かに大きい値に設定されるのが望ましい。こうすると、発電装置２の発電効率が最大となる電圧値の近傍で、スイッチＡがＯＮになるため、効率的に大容量コンデンサ３２に電力が蓄えられ得る。
【００４７】
また、上記実施の形態において、図２（ａ）に示した閾値の差（Ｖａ１−Ｖａ０）が小さく設定されると、発電装置２が発電を行っている際に、スイッチＡが頻繁にＯＮ／ＯＦＦを繰り返すようになる。これにより、コイル３５の起電力によって大容量コンデンサ３２に電力が蓄えられる回数が増加する。このとき、スイッチＡのＯＮ／ＯＦＦによってエネルギーが消費され易くなるものの、起電力による大容量コンデンサ３２への蓄電を促すために、より小さなコイル３５を用いることが可能となる。
【００４８】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施の形態も上記以外に種々の変更が可能である。
【００４９】
たとえば、上記実施の形態では、発電装置２は、直流電流を出力する太陽光発電装置とされたが、これに限らず、振動によって発電を行う振動発電装置であっても良い。この場合、発電装置２から出力される電流は交流電流となるため、発電装置２に整流回路が設置される。これにより、上記実施の形態と同様に他の回路を構成することができるため、上記実施の形態と同様の効果が奏される。
【００５０】
また、電力の供給先は、無線装置に限らず、他の装置であっても良い。さらに、本発明は、ワイヤレスセンサ以外の装置に適用することも可能である。
【００５１】
この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００５２】
３  …  電力制御回路
３１  …  小容量コンデンサ（第１コンデンサ）
３２  …  大容量コンデンサ（第２コンデンサ）
３３  …  ダイオード（第２ダイオード）
３４  …  ダイオード（電流励起部、第１ダイオード）
３５  …  コイル（電流励起部）
Ａ  …  スイッチ（第１スイッチ）
Ｂ  …  スイッチ（第２スイッチ）
Ｖａ０  …  閾値
Ｖａ１  …  閾値
Ｖｂ０  …  閾値
Ｖｂ１  …  閾値
【図１】
2012050248.tif 000003
【図２】
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【図３】
2012050248.tif 000005
【図４】
2012050248.tif 000006
【図５】
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【図６】
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