JP2006158043A - Power controller - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power controller for achieving an output voltage quickly rising at a start of charging, eliminating a drastic fluctuation in the output voltage and enabling a high-capacity charge. <P>SOLUTION: A power controller is provided with an initial storage apparatus 21 connected to an input/output node 16b and storing a current inputted to the input/output node 16b, a backup storage apparatus 22 connected to the input/output node 16b through a variable conductance element 23 and storing the current inputted to the input/output node 16b, and a storage controlling circuit 13 for controlling a conductance of the variable conductance element 23 in accordance with a conductance change characteristic for monotonically increasing relative to a voltage difference between the output voltage and a threshold voltage if the output voltage from the input/output node 16b exceeds the fixed threshold voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、発電素子によって発電された電力を蓄電するとともに電圧を出力する電力制御装置に関し、特に、蓄電開始時の出力電圧の立ち上がり特性と安定性に優れ且つ大容量の充電が可能な電力制御装置に関する。   The present invention relates to a power control device that stores power generated by a power generation element and outputs a voltage, and in particular, power control that has excellent rising characteristics and stability of an output voltage at the start of power storage and enables large-capacity charging. Relates to the device.

自動車や鉄道車両の軸受けの摩耗による振動検出、火災報知システムにおける熱検出など、物流管理、設備管理、あるいは刻々変わる環境情報の取得等の多くの技術分野において、被測定対象の物理量をセンサにより測定しその測定結果を無線により外部に送信するワイヤレス・センサが使用されている。このような、ワイヤレス・センサにおいては、外部から電力線による給電を受けることなく駆動する必要があるための電源供給手段が必要となる。ワイヤレス・センサは、環境中に数多く設置されたり、人が入りにくい箇所に設置されたりする場合が多くある。そのため、ワイヤレス・センサの電源供給は、できるだけ自己完結的であることが望ましい。従って、電源供給方式としては、センサノード内に発電素子を設け、発電素子において発電された電力を電源として使用する自己発電方式が優れている(特許文献1〜5参照)。   In many technical fields such as logistics management, facility management, or acquisition of ever-changing environmental information, such as vibration detection due to wear on automobile and railway vehicle bearings, heat detection in fire alarm systems, etc., the physical quantity of the measurement target is measured with sensors. A wireless sensor that transmits the measurement result to the outside by radio is used. Such a wireless sensor requires a power supply means for driving without receiving power from the power line from the outside. Many wireless sensors are installed in the environment or installed in places where people are difficult to enter. Therefore, it is desirable that the power supply of the wireless sensor is as self-contained as possible. Therefore, as a power supply method, a self-power generation method in which a power generation element is provided in the sensor node and electric power generated in the power generation element is used as a power source is excellent (see Patent Documents 1 to 5).

また、近年は、時計内に発電素子を設けて、その発電素子が発電する電力によって時計内の電子回路を駆動する自己発電方式の電子時計が開発されている(特許文献6,7参照)。   In recent years, a self-power generation type electronic timepiece has been developed in which a power generation element is provided in a timepiece and an electronic circuit in the timepiece is driven by electric power generated by the power generation element (see Patent Documents 6 and 7).

これらの自己発電方式の電子機器においては、発電素子で発電された電力を蓄電し、蓄電された電力から電子回路を駆動するための一定の電源電圧を発生させる電力制御装置が必要とされる。   These self-powered electronic devices require a power control device that stores the power generated by the power generation element and generates a constant power supply voltage for driving the electronic circuit from the stored power.

図13は、特許文献6に記載の電力制御装置の構成を表す図である。図13において、電子機器100は、太陽電池101、電力制御装置102、及び負荷装置103を備えている。太陽電池101は、光エネルギーを電流に変換する発電素子である。電力制御装置102は、太陽電池101が出力する電流を蓄電するとともに、蓄電された電力を電圧として出力する装置である。負荷装置103は、電力制御装置102が出力する電圧により駆動される装置である。   FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of the power control device described in Patent Document 6. In FIG. 13, the electronic device 100 includes a solar cell 101, a power control device 102, and a load device 103. The solar cell 101 is a power generation element that converts light energy into current. The power control device 102 is a device that stores the current output from the solar battery 101 and outputs the stored power as a voltage. The load device 103 is a device driven by a voltage output from the power control device 102.

電力制御装置102は、蓄電装置104、供給部105、制御回路106、補助蓄電装置107、リミット・スイッチ108、放電スイッチ109、及び逆流防止用ダイオード110,111を備えている。   The power control device 102 includes a power storage device 104, a supply unit 105, a control circuit 106, an auxiliary power storage device 107, a limit switch 108, a discharge switch 109, and backflow prevention diodes 110 and 111.

蓄電装置104は、太陽電池101から出力される電流を蓄電する。供給部105は、発電素子から蓄電装置104へ流入する電流の断通を行う。供給部105は、直列接続された2個のダイオード112a,112bからなる定電圧部112、並びに、ダイオード112aに並列接続されたバイパス・スイッチ113a及びダイオード112bに並列接続されたバイパス・スイッチ113bからなるバイパス部113を備えている。   The power storage device 104 stores the current output from the solar battery 101. Supply unit 105 disconnects current flowing from the power generation element into power storage device 104. The supply unit 105 includes a constant voltage unit 112 including two diodes 112a and 112b connected in series, a bypass switch 113a connected in parallel to the diode 112a, and a bypass switch 113b connected in parallel to the diode 112b. A bypass unit 113 is provided.

補助蓄電装置107は、太陽電池101の両極に接続されており、太陽電池101から出力される電流を蓄電する。リミット・スイッチ108は、電力制御装置102の出力端子102a,102b間の電圧が一定の値以上にならないように出力端子102a,102b間の放電を行う。放電スイッチ109は、蓄電装置104から電力制御装置102の出力端子への放電を断通するスイッチである。逆流防止用ダイオード110,111は、太陽電池101に逆電流が流れるのを防止するためのダイオードである。   The auxiliary power storage device 107 is connected to both electrodes of the solar cell 101 and stores the current output from the solar cell 101. The limit switch 108 discharges between the output terminals 102a and 102b so that the voltage between the output terminals 102a and 102b of the power control apparatus 102 does not exceed a certain value. The discharge switch 109 is a switch that disconnects discharge from the power storage device 104 to the output terminal of the power control device 102. The backflow prevention diodes 110 and 111 are diodes for preventing a reverse current from flowing through the solar cell 101.

制御回路106は、電力制御装置102の出力端子102a,102b間の電圧及び蓄電装置104の両極間電圧に基づき、バイパス・スイッチ113a,113b、リミット・スイッチ108、及び放電スイッチ109の断通制御を行う。   The control circuit 106 controls disconnection of the bypass switches 113a and 113b, the limit switch 108, and the discharge switch 109 based on the voltage between the output terminals 102a and 102b of the power control device 102 and the voltage between both electrodes of the power storage device 104. Do.

尚、図13においては、バイパス・スイッチ113a,113b、及びリミット・スイッチ108はpチャネル型のMOSトランジスタで構成され、放電スイッチ109はnチャネル型のMOSトランジスタで構成されている。   In FIG. 13, the bypass switches 113a and 113b and the limit switch 108 are constituted by p-channel MOS transistors, and the discharge switch 109 is constituted by an n-channel MOS transistor.

次に、以上のように構成された従来の電力制御装置102の動作を説明する。図14は、図13に示した電力制御装置102のタイミング・チャートである。   Next, the operation of the conventional power control apparatus 102 configured as described above will be described. FIG. 14 is a timing chart of the power control apparatus 102 shown in FIG.

時刻tにおいては、蓄電装置104に殆ど電荷が蓄積されておらず、充電電圧VSCがほぼ0Vの状態である。このとき、制御回路106がバイパス・スイッチ113a,113b、及びリミット・スイッチ108に出力する制御信号φ,φ,φはLレベル、放電スイッチ109に出力する制御信号φはHレベルである。従って、各スイッチはオフ状態である。この状態で、太陽電池101に光が照射されると、太陽電池101から供給された電力は、供給部105によって定電圧部112及び蓄電装置104に供給される。供給部105においては、ダイオード112a,112bの順方向バイアス電圧Vによって電圧降下が発生し、蓄電装置104の供給電圧VSCPが上昇する。 At time t 0, almost charges are not stored in the power storage device 104, the state of the charging voltage V SC approximately 0V. At this time, the control signals φ 1 , φ 2 , and φ 4 output from the control circuit 106 to the bypass switches 113 a and 113 b and the limit switch 108 are at the L level, and the control signal φ 3 output to the discharge switch 109 is at the H level. is there. Therefore, each switch is in an off state. In this state, when the solar cell 101 is irradiated with light, the power supplied from the solar cell 101 is supplied to the constant voltage unit 112 and the power storage device 104 by the supply unit 105. In the supply unit 105 includes a diode 112a, a voltage drop occurs by the forward bias voltage V F of 112b, the supply voltage V SCP of the power storage device 104 is increased.

時刻tにおいて、供給電圧VSCPが基準電圧V0を増加方向に通過すると、制御回路106内のV0+検出信号がHレベルとなり、後述の基準電圧V1を検出する状態となる。また、制御回路106内のV0−検出信号がHレベルとなり、後述のV0−が検出可能な状態となる。また、供給電圧VSCPが基準電圧V0を通過すると、リセット検出信号がLレベルとなる。 At time t 1, when the supply voltage V SCP passes the reference voltage V0 in the increasing direction, V0 + detection signal in the control circuit 106 becomes H level, the state for detecting the reference voltage V1 to be described later. In addition, the V0− detection signal in the control circuit 106 becomes H level, and V0− described later can be detected. Further, when the supply voltage V SCP passes the reference voltage V0, the reset detection signal becomes L level.

このとき、供給部105と並列に接続された補助蓄電装置107には、供給部105と同一の電圧が印加されており、補助蓄電装置107には電力が蓄電される。この電力によって、負荷装置103は起動することが可能となる。   At this time, the same voltage as that of the supply unit 105 is applied to the auxiliary power storage device 107 connected in parallel with the supply unit 105, and electric power is stored in the auxiliary power storage device 107. With this electric power, the load device 103 can be activated.

照度が低く、太陽電池101から微小な電流しか供給されない場合でも、定電圧部112の順方向バイアス電圧により供給部105に所定の電圧が確立され、補助蓄電装置107にもその電圧が現れる。従って、かかる場合もすぐに負荷装置103の起動に必要な電圧を確保することができ、負荷装置103を素早くスタートさせることができる。   Even when the illuminance is low and only a small current is supplied from the solar battery 101, a predetermined voltage is established in the supply unit 105 by the forward bias voltage of the constant voltage unit 112, and the voltage also appears in the auxiliary power storage device 107. Therefore, even in such a case, a voltage necessary for starting the load device 103 can be secured immediately, and the load device 103 can be started quickly.

太陽電池101からの電力供給が継続して行われると、蓄電装置104は充電され、充電電圧VSCは上昇する。時刻tにおいて充電電圧VSCが基準電圧V1(0.6V)に達すると、制御回路106は制御信号φをHレベルとし、バイパス・スイッチ113aをオン状態とする。これにより、ダイオード112aがバイパス・スイッチ113aによりバイパスされ、定電圧部112における電圧降下は半分となる。これに伴って、補助蓄電装置107から蓄電装置104に電流が流れて出力電圧VSSは急速に減少するが、蓄電装置104には十分な充電電圧VSCが確立されているので、出力電圧VSSは負荷装置103の稼働に必要な最低電圧以下までには下がらない。続いて、太陽電池101から蓄電装置104に電流が供給され、供給電圧VSCPが上昇する。 When power supply from the solar battery 101 is continuously performed, the power storage device 104 is charged, and the charging voltage VSC increases. The charge voltage V SC at time t 2 reaches the reference voltage V1 (0.6V), the control circuit 106 a control signal phi 1 and H level, the bypass switch 113a is turned on. As a result, the diode 112a is bypassed by the bypass switch 113a, and the voltage drop in the constant voltage unit 112 is halved. Along with this, although the output voltage V SS current flows in the power storage device 104 from the auxiliary power storage device 107 decreases rapidly, since sufficient charging voltage V SC is established in the power storage device 104, an output voltage V SS does not drop below the minimum voltage required for operation of the load device 103. Subsequently, a current is supplied from the solar cell 101 to the power storage device 104, and the supply voltage VSCP increases.

時刻tにおいて充電電圧VSCが基準電圧V2(1.2V)に達すると、制御回路106は制御信号φをHレベルとし、バイパス・スイッチ113bをオン状態とする。これにより、ダイオード112a,112bがバイパス・スイッチ113bによりバイパスされ、太陽電池101の出力は直に蓄電装置104に供給される。また、これに伴って、補助蓄電装置107から蓄電装置104に電流が流れて出力電圧VSSは急速に減少するが、蓄電装置104には十分な充電電圧VSCが確立されているので、出力電圧VSSは負荷装置103の稼働に必要な最低電圧以下までには下がらない。 The charge voltage V SC at time t 3 reaches the reference voltage V2 (1.2V), the control circuit 106 a control signal phi 2 to the H level, the bypass switch 113b is turned on. As a result, the diodes 112a and 112b are bypassed by the bypass switch 113b, and the output of the solar cell 101 is directly supplied to the power storage device 104. Also, along with this, although the output voltage V SS current flows in the power storage device 104 from the auxiliary power storage device 107 decreases rapidly, since sufficient charging voltage V SC is established in the power storage device 104, the output voltage V SS is the lowest voltage does not decrease until the following required for the operation of the load device 103.

また、同時に制御信号φをLレベルとし、放電スイッチ109をオン状態とする。これによって、太陽電池から出力がない場合には、蓄電装置104から補助蓄電装置107に電力が供給されるようになる。
特開2003−262645号公報 特開2003−168182号公報 特開2003−22492号公報 特開2003−307228号公報 特開2000−222668号公報 特開平9−264971号公報 特開平11−14766号公報
Further, the control signal phi 3 and L level at the same time, the discharge switch 109 in the ON state. Accordingly, when there is no output from the solar battery, power is supplied from the power storage device 104 to the auxiliary power storage device 107.
JP 2003-262645 A JP 2003-168182 A JP 2003-22492 A JP 2003-307228 A JP 2000-222668 A JP-A-9-264971 Japanese Patent Laid-Open No. 11-14766

上記従来の電力制御装置102においては、充電電圧VSCがある閾値電圧V1,V2を超えたときに、それぞれバイパス・スイッチ113a,113bを段階的にオン状態とする。このとき、供給部105の降下電圧が急激に変化し、補助蓄電装置107から蓄電装置104に電荷移動が生じ、出力電圧VSSの急激な低下が発生する。このような出力電圧VSSの急激な低下は、負荷装置103に対する電源ノイズとなり、負荷装置103の動作に悪影響を及ぼす場合がある。 Above in the conventional power control device 102, upon exceeding the threshold voltage V1, V2 with the charging voltage V SC, respectively bypass switches 113a, 113b stepwise the ON state. At this time, the voltage drop of the supply unit 105 changes rapidly, the charge transfer to the power storage device 104 from the auxiliary power storage device 107 occurs, a sudden drop in the output voltage V SS is generated. Sharp drop in such an output voltage V SS becomes a power supply noise to the load device 103, which may adversely affect the operation of the load device 103.

また、電力制御装置102では、蓄電装置104への印加電圧はダイオード112a,112bにより低く設定されているものの、充電時においては常に補助蓄電装置107と蓄電装置104との両方に充電電流が流れ込む。そのため、充電を開始してから補助蓄電装置107が完全充電されるまでの時間が遅れる。すなわち、出力電圧VSSの上昇時間(図14におけるt〜t等)が長いため、負荷装置103が電力消費をしてから次に再び電力消費をするまでのインターバル(電源電圧の回復時間)を比較的長くとることが必要とされる。従って、電力制御装置102は、短い間隔で頻繁に電力消費がされるような負荷装置に対して適用するのには不向きである。 In power control device 102, although the voltage applied to power storage device 104 is set low by diodes 112a and 112b, charging current always flows into both auxiliary power storage device 107 and power storage device 104 during charging. Therefore, the time from when charging is started until auxiliary power storage device 107 is fully charged is delayed. That is, the output voltage V SS rise time is long (t 0 ~t 4 or the like in FIG. 14), the load device 103 recovery time interval (power supply voltage until the next re-power from the power consumption ) Is required to be relatively long. Therefore, the power control apparatus 102 is not suitable for application to a load apparatus that frequently consumes power at short intervals.

そこで、本発明の目的は、蓄電開始時の出力電圧の立ち上がりが速く、出力電圧の急激な変動がなく、且つ大容量の充電が可能な電力制御装置を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a power control apparatus in which the output voltage rises quickly at the start of power storage, there is no sudden fluctuation in the output voltage, and large capacity charging is possible.

本発明に係る電力制御装置の第1の構成は、入出力ノードに入力される直流電流又は脈流電流を蓄電するとともに、前記入出力ノードに電圧を出力する電力制御装置であって、
前記入出力ノードに接続され、前記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;
コンダクタンス可変の可変コンダクタンス素子;
前記可変コンダクタンス素子を介して前記入出力ノードに接続され、前記入出力ノードに入力される電流を蓄電する1乃至複数のバックアップ用蓄電装置;
及び、前記入出力ノードの電圧(以下「出力電圧」という。)が一定の閾値電圧を超えた場合、前記出力電圧と前記閾値電圧との差電圧に対し単調増加するコンダクタンス変化特性に従い前記可変コンダクタンス素子のコンダクタンスを制御する蓄電制御回路;
を備えていることを特徴とする。
A first configuration of a power control device according to the present invention is a power control device that stores a direct current or a pulsating current input to an input / output node and outputs a voltage to the input / output node,
An initial power storage device that is connected to the input / output node and stores a current input to the input / output node;
Variable conductance element with variable conductance;
One or more backup power storage devices that are connected to the input / output node via the variable conductance element and store a current input to the input / output node;
In addition, when the voltage of the input / output node (hereinafter referred to as “output voltage”) exceeds a certain threshold voltage, the variable conductance according to a conductance change characteristic that monotonously increases with respect to a difference voltage between the output voltage and the threshold voltage. A storage control circuit for controlling the conductance of the element;
It is characterized by having.

この構成によれば、蓄電開始時においては、入出力ノードに入力される電流は、初期蓄電装置に蓄電され、それに伴って入出力ノードの電圧(出力電圧)が上昇する。出力電圧が閾値電圧を超えた場合、蓄電制御回路は、出力電圧と閾値電圧との差電圧に対し単調増加するコンダクタンス変化特性に従い、可変コンダクタンス素子のコンダクタンスを制御する。すなわち、可変コンダクタンス素子のコンダクタンスは、差電圧が負のとき可変コンダクタンス素子のコンダクタンスは0で、差電圧が0を超えて正になると可変コンダクタンス素子のコンダクタンスが急激に単調増加するように制御される。このため、出力電圧が閾値電圧を超えた直後でも、出力電圧は閾値以上に保持され、出力電圧が急激に降下するようなノイズの発生が抑えられる。   According to this configuration, at the start of power storage, the current input to the input / output node is stored in the initial power storage device, and the voltage of the input / output node (output voltage) increases accordingly. When the output voltage exceeds the threshold voltage, the power storage control circuit controls the conductance of the variable conductance element according to the conductance change characteristic that monotonously increases with respect to the difference voltage between the output voltage and the threshold voltage. That is, the conductance of the variable conductance element is controlled such that when the difference voltage is negative, the conductance of the variable conductance element is 0, and when the difference voltage exceeds 0 and becomes positive, the conductance of the variable conductance element suddenly increases monotonously. . For this reason, even immediately after the output voltage exceeds the threshold voltage, the output voltage is held at the threshold value or more, and the occurrence of noise that causes the output voltage to drop rapidly is suppressed.

ここで、初期蓄電装置及びバックアップ用蓄電装置としては、コンデンサや二次電池を使用することができる。   Here, a capacitor or a secondary battery can be used as the initial power storage device and the backup power storage device.

また、本発明において、初期蓄電装置の静電容量を小さくし、バックアップ用蓄電装置の静電容量は初期蓄電装置よりも大きくすることができる。これにより、蓄電開始時は、小容量の初期蓄電装置に蓄電されるため、入出力ノードの立ち上がりが速くなる。また、入出力ノードの電圧が所定の閾値電圧に達した後は、入出力ノードに入力される電流は、静電容量の大きいバックアップ用蓄電装置に蓄電される。従って、入出力ノードから電力を取り出して消費した場合でも、バックアップ用蓄電装置に蓄電された電荷によって入出力ノードの電圧降下を遅くすることができる。   In the present invention, the electrostatic capacity of the initial power storage device can be reduced, and the electrostatic capacity of the backup power storage device can be made larger than that of the initial power storage device. As a result, at the start of power storage, power is stored in the small-capacity initial power storage device, so that the rise of the input / output node is accelerated. Further, after the voltage of the input / output node reaches a predetermined threshold voltage, the current input to the input / output node is stored in the backup power storage device having a large capacitance. Therefore, even when power is extracted from the input / output node and consumed, the voltage drop at the input / output node can be delayed by the charge stored in the backup power storage device.

本発明に係る電力制御装置の第2の構成は、前記第1の構成において、前記初期蓄電装置は、前記バックアップ用蓄電装置及び前記可変コンダクタンス素子と並列に、前記入出力ノードに接続されていることを特徴とする。   According to a second configuration of the power control device of the present invention, in the first configuration, the initial power storage device is connected to the input / output node in parallel with the backup power storage device and the variable conductance element. It is characterized by that.

この構成によれば、蓄電開始時においては、入出力ノードに入力される電流は、初期蓄電装置に蓄電され、それに伴って入出力ノードの電圧(出力電圧)が上昇する。出力電圧が閾値電圧を超えた場合、蓄電制御回路は、出力電圧と閾値電圧との差電圧に対し単調増加するコンダクタンス変化特性に従い、可変コンダクタンス素子のコンダクタンスを制御する。これにより、初期蓄電装置に蓄電された電力が消費されない間は、入出力ノードに入力される電流は、初期蓄電装置に並列に接続されたバックアップ用蓄電装置の側に流入して蓄電され、バックアップ用蓄電装置の両極電圧が上昇する。従って、入出力ノードに入力される電流をバックアップ用蓄電装置に無駄なく蓄電することができる。   According to this configuration, at the start of power storage, the current input to the input / output node is stored in the initial power storage device, and the voltage of the input / output node (output voltage) increases accordingly. When the output voltage exceeds the threshold voltage, the power storage control circuit controls the conductance of the variable conductance element according to the conductance change characteristic that monotonously increases with respect to the difference voltage between the output voltage and the threshold voltage. As a result, while the power stored in the initial power storage device is not consumed, the current input to the input / output node flows into the backup power storage device connected in parallel to the initial power storage device and is stored. The bipolar voltage of the power storage device for use increases. Therefore, the current input to the input / output node can be stored in the backup power storage device without waste.

尚、バックアップ用蓄電装置を複数個使用する場合には、初期蓄電装置に対して単純に並列に接続する構成としてもよいが、図1(a)のような接続としてもよい。すなわち、初期蓄電装置C、N個(N≧2)の可変コンダクタンス素子VG(i=1,…,N)、N個のバックアップ用蓄電装置C2,i(i=1,…,N)、及びN個の蓄電制御回路CNT(i=1,…,N)を備えた構成とする。そして、i番目の可変コンダクタンス素子VGとi番目のバックアップ用蓄電装置C2,iとを直列に接続したN個の回路を初期蓄電装置Cに対して並列に接続する。また、蓄電制御回路CNTは可変コンダクタンス素子VGのコンダクタンスの制御を行うようにする。更に、蓄電制御回路CNTは、出力電圧Voutが一定の閾値電圧Vfullを超えた場合、出力電圧Voutと閾値電圧Vfullとの差電圧に対し単調増加するコンダクタンス変化特性に従い可変コンダクタンス素子VGのコンダクタンスを制御し、また、蓄電制御回路CNT(i≧2)は、バックアップ用蓄電装置C2,i−1の電圧V2,i−1が閾値電圧Vfullを超えた場合、電圧V2,i−1と閾値電圧Vfullとの差電圧に対し単調増加するコンダクタンス変化特性に従い可変コンダクタンス素子VGのコンダクタンスを制御するように構成する。このように、バックアップ用蓄電装置を多段化することにより、蓄電開始時の出力電圧の立ち上がり時間を短く維持しつつ、より大容量の充電が可能となる。 Note that when a plurality of backup power storage devices are used, a configuration in which the initial power storage devices are simply connected in parallel may be used, or a connection as illustrated in FIG. That is, the initial power storage device C 1 , N (N ≧ 2) variable conductance elements VG i (i = 1,..., N), N backup power storage devices C 2, i (i = 1,..., N) ) And N power storage control circuits CNT i (i = 1,..., N). Then, to connect in parallel the i-th variable conductance element VG i and i th of N circuit and a power storage device C 2, i are connected in series for backup to the initial power storage device C 1. The power storage control circuit CNT i controls the conductance of the variable conductance element VG i . Further, the power storage control circuit CNT 1 is, when the output voltage V out exceeds a certain threshold voltage V full, variable conductance element according conductance change characteristics that increase monotonically with respect to the difference voltage between the output voltage V out and the threshold voltage V full The conductance of VG 1 is controlled, and the power storage control circuit CNT i (i ≧ 2) is configured such that when the voltages V 2 and i−1 of the backup power storage devices C 2 and i−1 exceed the threshold voltage V full , The conductance of the variable conductance element VG i is controlled according to the conductance change characteristic that monotonously increases with respect to the difference voltage between the voltages V 2 and i−1 and the threshold voltage V full . As described above, by increasing the number of backup power storage devices, it is possible to charge a larger capacity while maintaining a short rise time of the output voltage at the start of power storage.

本発明に係る電力制御装置の第3の構成は、前記第1の構成において、前記バックアップ用蓄電装置は、前記初期蓄電装置よりも大きな静電容量を有し、前記初期蓄電装置は、前記可変コンダクタンス素子と並列且つ前記バックアップ用蓄電装置と直列に接続されていることを特徴とする。   According to a third configuration of the power control device of the present invention, in the first configuration, the backup power storage device has a larger capacitance than the initial power storage device, and the initial power storage device is the variable It is characterized by being connected in parallel with a conductance element and in series with the backup power storage device.

この構成によれば、蓄電開始時においては、入出力ノードに入力される電流は、初期蓄電装置に蓄電され、それに伴って入出力ノードの電圧(出力電圧)が上昇する。出力電圧が閾値電圧を超えた場合、蓄電制御回路は、出力電圧と閾値電圧との差電圧に対し単調増加するコンダクタンス変化特性に従い、可変コンダクタンス素子のコンダクタンスを制御する。これにより、入出力ノードに流入する電流がバックアップ用蓄電装置に蓄電されると共に、初期蓄電装置に蓄電された電荷は徐々に放電される。従って、出力電圧は一定の閾値電圧を保ったまま、初期蓄電装置の両極間電圧が下降するとともにバックアップ用蓄電装置の両極電圧が上昇する。   According to this configuration, at the start of power storage, the current input to the input / output node is stored in the initial power storage device, and the voltage of the input / output node (output voltage) increases accordingly. When the output voltage exceeds the threshold voltage, the power storage control circuit controls the conductance of the variable conductance element according to the conductance change characteristic that monotonously increases with respect to the difference voltage between the output voltage and the threshold voltage. Thereby, the current flowing into the input / output node is stored in the backup power storage device, and the charge stored in the initial power storage device is gradually discharged. Therefore, while the output voltage is maintained at a constant threshold voltage, the voltage between both electrodes of the initial power storage device decreases and the voltage across the backup power storage device increases.

これにより、蓄電開始直後では、初期蓄電装置及びバックアップ用蓄電装置に蓄電される。初期蓄電装置の静電容量をC、バックアップ用蓄電装置の静電容量をC2,i(i=1,…,N:Nはバックアップ用蓄電装置の数)、出力電圧をVoutとすると、直列接続された初期蓄電装置及びバックアップ用蓄電装置に蓄電される電荷Qは、式(1)のようになり、初期蓄電装置及びバックアップ用蓄電装置の両極間電圧V,Vは式(2)のようになり、V>Vである。ここで、複数のバックアップ用蓄電装置は単純に並列接続されていると仮定した。 Thereby, immediately after the start of power storage, power is stored in the initial power storage device and the backup power storage device. Assume that the capacitance of the initial power storage device is C 1 , the capacitance of the backup power storage device is C 2, i (i = 1,..., N: N is the number of backup power storage devices), and the output voltage is V out. The electric charge Q stored in the initial power storage device and the backup power storage device connected in series is expressed by the equation (1), and the voltages V 1 and V 2 between the electrodes of the initial power storage device and the backup power storage device are expressed by the formula (1) 2) where V 1 > V 2 . Here, it is assumed that the plurality of backup power storage devices are simply connected in parallel.

Figure 2006158043
Figure 2006158043

Figure 2006158043
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このとき、直列接続された初期蓄電装置及びバックアップ用蓄電装置の静電容量はバックアップ用蓄電装置単独の静電容量Cに比べて小さいため、出力電圧は早期に閾値電圧まで上昇する。従って、出力電圧が下降する速度が速い。 In this case, since the capacitance of the series-connected initial power storage device and the backup power storage device is smaller than the capacitance C 2 of the backup power storage device alone, the output voltage rises to the threshold voltage in an early stage. Therefore, the speed at which the output voltage decreases is fast.

一方、出力電圧が閾値電圧まで上昇した後は、静電容量の小さい初期蓄電装置が徐々に放電されるとともに静電容量の大きいバックアップ用蓄電装置が徐々に充電される。これにより、出力電圧Voutに対するバックアップ用蓄電装置の両極間電圧の比率が徐々に上昇するとともに初期蓄電装置の両極間電圧の比率が徐々に下降し、最終的にV=0,V=Voutとなるまで充電がされる。従って、最終的に蓄電される電荷量はQ=CVとなる。これにより、蓄電初期において出力電圧が閾値電圧まで上昇させる時間を短縮できると同時に、その後は入出力ノードに入力される電流をバックアップ用蓄電装置に無駄なく蓄電し、電力消費による出力電圧の下降速度を抑えることが可能となる。 On the other hand, after the output voltage rises to the threshold voltage, the initial power storage device with a small capacitance is gradually discharged and the backup power storage device with a large capacitance is gradually charged. As a result, the ratio of the voltage between both electrodes of the backup power storage device with respect to the output voltage V out gradually increases and the ratio of the voltage between both electrodes of the initial power storage device gradually decreases, and finally V 1 = 0, V 2 = The battery is charged until it reaches V out . Therefore, the amount of charge finally stored is Q = C 2 V. As a result, the time for the output voltage to rise to the threshold voltage in the initial stage of power storage can be shortened. Can be suppressed.

尚、ここでは複数個のバックアップ用蓄電装置を単純に並列に接続するような場合について説明したが、複数個のバックアップ用蓄電装置を、図1(b)のように直列に接続するようにすることもできる。すなわち、初期蓄電装置C、N個(N≧2)の可変コンダクタンス素子VG(i=1,…,N)、N個のバックアップ用蓄電装置C2,i(i=1,…,N)、及びN個の蓄電制御回路CNT(i=1,…,N)を備えた構成とする。そして、初期蓄電装置C及び各バックアップ用蓄電装置C2,1,…,C2,Nを直列に接続する。また、蓄電制御回路CNTは可変コンダクタンス素子VGのコンダクタンスの制御を行うようにする。そして、蓄電制御回路CNTは、出力電圧Voutが一定の閾値電圧Vfullを超えた場合、出力電圧Voutと閾値電圧Vfullとの差電圧に対し単調増加するコンダクタンス変化特性に従い可変コンダクタンス素子VGのコンダクタンスを制御し、また、蓄電制御回路CNT(i≧2)は、バックアップ用蓄電装置C2,i−1の電圧V2,i−1が閾値電圧Vfullを超えた場合、電圧V2,i−1と閾値電圧Vfullとの差電圧に対し単調増加するコンダクタンス変化特性に従い可変コンダクタンス素子VGのコンダクタンスを制御するように構成する。このように、バックアップ用蓄電装置を多段化することにより、蓄電開始時の出力電圧の立ち上がり時間を短く維持しつつ、より大容量の充電が可能となる。 Although a case where a plurality of backup power storage devices are simply connected in parallel has been described here, a plurality of backup power storage devices are connected in series as shown in FIG. You can also. That is, the initial power storage device C 1 , N (N ≧ 2) variable conductance elements VG i (i = 1,..., N), N backup power storage devices C 2, i (i = 1,..., N) ) And N power storage control circuits CNT i (i = 1,..., N). Then, the initial power storage device C 1 and each backup power storage device C 2,1 ,..., C 2, N are connected in series. The power storage control circuit CNT i controls the conductance of the variable conductance element VG i . Power storage control circuit CNT 1 is, when the output voltage V out exceeds a certain threshold voltage V full, variable conductance element according conductance change characteristics that increase monotonically with respect to the difference voltage between the output voltage V out and the threshold voltage V full The conductance of VG 1 is controlled, and the power storage control circuit CNT i (i ≧ 2) is configured such that when the voltages V 2 and i−1 of the backup power storage devices C 2 and i−1 exceed the threshold voltage V full , The conductance of the variable conductance element VG i is controlled according to the conductance change characteristic that monotonously increases with respect to the difference voltage between the voltages V 2 and i−1 and the threshold voltage V full . As described above, by increasing the number of backup power storage devices, it is possible to charge a larger capacity while maintaining a short rise time of the output voltage at the start of power storage.

本発明に係る電力制御装置の第4の構成は、前記第1乃至3の何れか一の構成において、一定の参照電圧を生成するリファレンス生成回路を備え、前記蓄電制御回路は、前記出力電圧を一定の分圧比で分圧して得られる電圧(以下「比較電圧」という。)が前記参照電圧を超えた場合、前記比較電圧と前記参照電圧との差電圧に比例した電圧(以下「蓄電制御電圧」という。)を出力するオペアンプ回路によって構成され、前記可変コンダクタンス素子は、ゲート端子に入力される前記蓄電制御電圧の増加とともにコンダクタンスが増加する電界効果トランジスタにより構成されていることを特徴とする。   According to a fourth configuration of the power control apparatus of the present invention, in any one of the first to third configurations, the power control device includes a reference generation circuit that generates a constant reference voltage, and the power storage control circuit outputs the output voltage. When a voltage obtained by voltage division at a certain voltage division ratio (hereinafter referred to as “comparison voltage”) exceeds the reference voltage, a voltage proportional to a difference voltage between the comparison voltage and the reference voltage (hereinafter referred to as “storage control voltage”). The variable conductance element is composed of a field effect transistor whose conductance increases with an increase in the storage control voltage input to the gate terminal.

この構成によれば、オペアンプ回路は、比較電圧と参照電圧を比較して、比較電圧が参照電圧を超えた場合に、両者の差電圧に比例した蓄電制御電圧を出力する。ここで、比較電圧と参照電圧とは、出力電圧が閾値電圧であるときに一致するように分圧比を設定しておく。可変コンダクタンス素子である電界効果トランジスタは、ゲートに入力される蓄電制御電圧の増加に伴いチャネルのコンダクタンスが増加する。これにより、出力電圧が閾値電圧を超えた場合、前記出力電圧と前記閾値電圧との差電圧に対し単調増加するコンダクタンス変化特性に従い前記可変コンダクタンス素子のコンダクタンスを制御することが可能となる。   According to this configuration, the operational amplifier circuit compares the comparison voltage and the reference voltage, and when the comparison voltage exceeds the reference voltage, outputs an accumulation control voltage proportional to the difference voltage between the two. Here, the voltage dividing ratio is set so that the comparison voltage and the reference voltage match when the output voltage is the threshold voltage. In the field effect transistor that is a variable conductance element, the conductance of the channel increases as the storage control voltage input to the gate increases. As a result, when the output voltage exceeds the threshold voltage, it is possible to control the conductance of the variable conductance element according to a conductance change characteristic that monotonously increases with respect to a difference voltage between the output voltage and the threshold voltage.

ここで、リファレンス生成回路としては、入出力ノードの電圧によって動作するバンドギャップ回路を使用することができる。バンドギャップ回路を使用することで、温度によらず安定した参照電圧を得ることができる。   Here, as the reference generation circuit, a band gap circuit that operates according to the voltage of the input / output node can be used. By using the band gap circuit, a stable reference voltage can be obtained regardless of the temperature.

本発明に係る電力制御装置の第5の構成は、前記第1乃至4の何れか一の構成において、前記入出力ノードに入力される電流を断続する充電入力スイッチ回路;
及び、前記バックアップ用蓄電装置の両端子間の電圧が前記閾値電圧に達した場合に、前記充電入力スイッチ回路を切断する過電流防止回路;
を備えていることを特徴とする。
A fifth configuration of the power control apparatus according to the present invention is the charge input switch circuit for intermittently supplying the current input to the input / output node in any one of the first to fourth configurations;
And an overcurrent prevention circuit that disconnects the charge input switch circuit when a voltage between both terminals of the backup power storage device reaches the threshold voltage;
It is characterized by having.

この構成により、過電流防止回路がバックアップ用蓄電装置の両端子間の電圧が閾値電圧に達した場合に充電入力スイッチ回路を切断することにより、出力電圧が閾値電圧を超えて過剰に上昇することを防止することができる。   With this configuration, the overcurrent prevention circuit disconnects the charging input switch circuit when the voltage between both terminals of the backup power storage device reaches the threshold voltage, so that the output voltage exceeds the threshold voltage and excessively rises. Can be prevented.

以上のように、本発明によれば、蓄電装置を初期蓄電装置とバックアップ用蓄電装置とに分けて、蓄電開始直後には初期蓄電装置に優先的に蓄電させる構成としたため、蓄電開始時の出力電圧の立ち上がりが速くなる。また、初期蓄電装置に蓄電が行われて出力電圧が上昇し、出力電圧が閾値電圧を超えた直後でも、出力電圧は閾値以上に保持され、出力電圧が急激に降下するようなノイズの発生が抑えられる。従って、出力電圧が安定し、品質のよい電源供給を行うことが可能となる。そして、出力電圧が閾値電圧に達した後は、バックアップ用蓄電装置に蓄電するため、蓄電容量が大きく、入力電流がない期間に電力消費がされた場合でも、長時間にわたって出力電圧を所定の閾値電圧に近い値に維持させることができる。   As described above, according to the present invention, the power storage device is divided into the initial power storage device and the backup power storage device, and the initial power storage device is preferentially stored immediately after the start of power storage. The voltage rises faster. In addition, even when the initial power storage device is charged and the output voltage rises, and immediately after the output voltage exceeds the threshold voltage, the output voltage is held above the threshold, and noise is generated that causes the output voltage to drop rapidly. It can be suppressed. Therefore, the output voltage is stabilized, and it is possible to supply power with high quality. After the output voltage reaches the threshold voltage, power is stored in the backup power storage device. Therefore, even when power is consumed in a period when the storage capacity is large and there is no input current, the output voltage is set to the predetermined threshold value for a long time. A value close to the voltage can be maintained.

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。尚、ここでは、本発明に係る電力制御装置をワイヤレス・センサ(例えば、特許文献1〜5参照)に適用した事例について説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, a case where the power control apparatus according to the present invention is applied to a wireless sensor (for example, see Patent Documents 1 to 5) will be described.

図2は、本発明の実施例1に係るワイヤレス・センサ及び電力制御装置の構成を表すブロック図である。ワイヤレス・センサ1は、発電式センサ素子2、電力制御装置3、負荷回路4、及びアンテナ5を備えている。   FIG. 2 is a block diagram illustrating the configuration of the wireless sensor and the power control apparatus according to the first embodiment of the present invention. The wireless sensor 1 includes a power generation sensor element 2, a power control device 3, a load circuit 4, and an antenna 5.

発電式センサ素子2は、物理的エネルギーを電気信号として検出するセンサであり、発電素子としても使用できるものである。発電式センサ素子2としては、目的に応じて、圧電センサ、温度センサ、光電変換素子等の各種センサを使用することができる。ここでは、例として、発電式センサ素子2には、機械の故障診断等のために機械振動を検出する圧電センサが使用されているものとする。   The power generation sensor element 2 is a sensor that detects physical energy as an electrical signal, and can also be used as a power generation element. As the power generation sensor element 2, various sensors such as a piezoelectric sensor, a temperature sensor, and a photoelectric conversion element can be used depending on the purpose. Here, as an example, it is assumed that the power generation sensor element 2 uses a piezoelectric sensor that detects mechanical vibration for machine failure diagnosis and the like.

電力制御装置3は、発電式センサ素子2によって発電される電力を蓄電するとともに、ワイヤレス・センサ1の駆動電力として各回路に供給するための装置である。負荷回路4は、電力制御装置3が供給する電力を消費する回路である。本実施例において、負荷回路4は、センサ回路4a及び送受信回路4bを備えている。センサ回路4aは、発電式センサ素子2が出力する電気信号を入力し、検出信号として出力する回路である。送受信回路4bは、センサ回路4aが出力する検出信号を所定の通信プロトコルに従ってアンテナ5から送信するとともに、アンテナ5を介して外部から送信されてくる各種動作指令を受信する回路である。   The power control device 3 is a device for accumulating the power generated by the power generation sensor element 2 and supplying it to each circuit as drive power for the wireless sensor 1. The load circuit 4 is a circuit that consumes the power supplied by the power control device 3. In this embodiment, the load circuit 4 includes a sensor circuit 4a and a transmission / reception circuit 4b. The sensor circuit 4a is a circuit that inputs an electrical signal output from the power generation sensor element 2 and outputs it as a detection signal. The transmission / reception circuit 4b is a circuit that transmits a detection signal output from the sensor circuit 4a from the antenna 5 according to a predetermined communication protocol and receives various operation commands transmitted from the outside via the antenna 5.

上記電力制御装置3は、整流回路10、蓄電回路11、リファレンス生成回路12、蓄電制御回路13、過充電防止回路14、充電入力スイッチ回路14a、給電制御回路15、及び給電スイッチ回路15aを備えている。   The power control device 3 includes a rectifier circuit 10, a power storage circuit 11, a reference generation circuit 12, a power storage control circuit 13, an overcharge prevention circuit 14, a charge input switch circuit 14a, a power supply control circuit 15, and a power supply switch circuit 15a. Yes.

整流回路10は、発電式センサ素子2が出力する交流電流を整流する回路である。蓄電回路11は、整流回路10から出力される直流乃至脈流の電流を蓄電し、電圧として出力するための回路である。リファレンス生成回路12は、一定の参照電圧を生成し出力する回路であり、通常は、バンドギャップ・リファレンス回路が使用される。蓄電制御回路13は、蓄電回路11の蓄電動作を制御するための回路である。   The rectifier circuit 10 is a circuit that rectifies an alternating current output from the power generation sensor element 2. The power storage circuit 11 is a circuit for storing a direct current or pulsating current output from the rectifier circuit 10 and outputting it as a voltage. The reference generation circuit 12 is a circuit that generates and outputs a constant reference voltage, and a bandgap reference circuit is usually used. The power storage control circuit 13 is a circuit for controlling the power storage operation of the power storage circuit 11.

過充電防止回路14は、蓄電回路11に蓄電された電力が許容容量を超えて蓄電されないように、充電入力スイッチ回路14aの断通制御を行う回路である。尚、充電入力スイッチ回路14aは、整流回路10と蓄電回路11とを接続する電力供給線上に設けられている。給電制御回路15は、給電スイッチ回路15aの断通制御を行うことによって、蓄電回路11から負荷回路4への電力供給を制御する回路である。尚、給電スイッチ回路15aは、蓄電回路11の出力と負荷回路4の電源入力とを接続する電力供給線上に設けられている。   The overcharge prevention circuit 14 is a circuit that controls connection / disconnection of the charge input switch circuit 14a so that the electric power stored in the power storage circuit 11 does not exceed the allowable capacity. The charging input switch circuit 14 a is provided on a power supply line that connects the rectifier circuit 10 and the storage circuit 11. The power supply control circuit 15 is a circuit that controls power supply from the power storage circuit 11 to the load circuit 4 by performing disconnection control of the power supply switch circuit 15a. The power feeding switch circuit 15 a is provided on a power supply line that connects the output of the power storage circuit 11 and the power input of the load circuit 4.

図3は、本実施例に係る電力制御装置3の詳細な回路構成を示す図である。図3において、整流回路10、蓄電回路11、蓄電制御回路13、過充電防止回路14、充電入力スイッチ回路14a、給電制御回路15、及び給電スイッチ回路15aは、図2と同様のものであり、同符号を付して説明は省略する。尚、リファレンス生成回路12は、図3においては記載を省略してある。   FIG. 3 is a diagram illustrating a detailed circuit configuration of the power control device 3 according to the present embodiment. In FIG. 3, the rectifier circuit 10, the storage circuit 11, the storage control circuit 13, the overcharge prevention circuit 14, the charge input switch circuit 14a, the power supply control circuit 15, and the power supply switch circuit 15a are the same as those in FIG. The same reference numerals are given and description thereof is omitted. The reference generation circuit 12 is not shown in FIG.

整流回路10は、4個のダイオードで構成される通常のダイオード・ブリッジ回路20により構成されている。これにより、整流回路10は、発電式センサ素子2が出力する交流電流を全波整流する。整流回路10の2本の出力線は、入出力ノード16a及び接地ノード17に接続されている。また、入出力ノード16aは、充電入力スイッチ回路14aを介して入出力ノード16bに接続され、入出力ノード16bは、給電スイッチ回路15aを介して入出力ノード16cに接続されている。   The rectifier circuit 10 is configured by a normal diode bridge circuit 20 including four diodes. As a result, the rectifier circuit 10 performs full-wave rectification on the alternating current output by the power generation sensor element 2. Two output lines of the rectifier circuit 10 are connected to the input / output node 16 a and the ground node 17. The input / output node 16a is connected to the input / output node 16b via the charging input switch circuit 14a, and the input / output node 16b is connected to the input / output node 16c via the power supply switch circuit 15a.

蓄電回路11は、初期蓄電装置21、バックアップ用蓄電装置22、及び可変コンダクタンス素子23を備えている。初期蓄電装置21は、入出力ノード16bと接地ノード17との間に接続されたコンデンサである。初期蓄電装置21は、充電入力スイッチ回路14aを介して発電式センサ素子2から入出力ノード16bに入力される電流を蓄電する。   The power storage circuit 11 includes an initial power storage device 21, a backup power storage device 22, and a variable conductance element 23. Initial power storage device 21 is a capacitor connected between input / output node 16 b and ground node 17. Initial power storage device 21 stores a current input from power generation sensor element 2 to input / output node 16b via charge input switch circuit 14a.

可変コンダクタンス素子23は、pチャネルのMOSトランジスタで構成されている。バックアップ用蓄電装置22は、初期蓄電装置21よりも静電容量が大きいコンデンサにより構成されている。可変コンダクタンス素子23及びバックアップ用蓄電装置22は、入出力ノード16bと接地ノード17との間に直列に接続されている。すなわち、初期蓄電装置21は、バックアップ用蓄電装置22及び可変コンダクタンス素子23と並列に、入出力ノード16bと接地ノード17との間に接続されている。   The variable conductance element 23 is composed of a p-channel MOS transistor. The backup power storage device 22 is configured by a capacitor having a larger capacitance than the initial power storage device 21. Variable conductance element 23 and backup power storage device 22 are connected in series between input / output node 16 b and ground node 17. That is, the initial power storage device 21 is connected between the input / output node 16 b and the ground node 17 in parallel with the backup power storage device 22 and the variable conductance element 23.

可変コンダクタンス素子23は、そのゲートに入力する電圧によりコンダクタンスを変化させることが可能である。バックアップ用蓄電装置22は、充電入力スイッチ回路14aを介して発電式センサ素子2から入出力ノード16bに入力される電流を蓄電する。   The variable conductance element 23 can change the conductance by a voltage input to its gate. The backup power storage device 22 stores the current input from the power generation sensor element 2 to the input / output node 16b via the charge input switch circuit 14a.

尚、図3においては、バックアップ用蓄電装置22は、1個のコンデンサで表しているが、複数個のコンデンサを並列接続した構成としてもよい。また、バックアップ用蓄電装置22及び可変コンダクタンス素子23を、入出力ノード16bと接地ノード17との間に複数組接続した構成としてもよい。   In FIG. 3, the backup power storage device 22 is represented by a single capacitor, but a plurality of capacitors may be connected in parallel. Alternatively, a plurality of backup power storage devices 22 and variable conductance elements 23 may be connected between the input / output node 16 b and the ground node 17.

蓄電制御回路13は、入出力ノード16bの電圧(以下「出力電圧」という。)Vc1が一定の閾値電圧Vfullを超えた場合、出力電圧Vc1と閾値電圧Vfullとの差電圧ΔV=Vc1−Vfullに対し単調増加するコンダクタンス変化特性に従い可変コンダクタンス素子23のゲート電圧を制御する回路である。 When the voltage at the input / output node 16b (hereinafter referred to as “output voltage”) V c1 exceeds a certain threshold voltage V full , the power storage control circuit 13 determines the difference voltage ΔV = between the output voltage V c1 and the threshold voltage V full. This is a circuit that controls the gate voltage of the variable conductance element 23 in accordance with the conductance change characteristic that monotonously increases with respect to V c1 −V full .

蓄電制御回路13は、分圧抵抗24,25,27,28、オペアンプ26,29、及びワイヤドNOR回路30を備えている。   The power storage control circuit 13 includes voltage dividing resistors 24, 25, 27, 28, operational amplifiers 26, 29, and a wired NOR circuit 30.

分圧抵抗24,25は、入出力ノード16bと接地ノードとの間に直列に接続されている。分圧抵抗24,25は、入出力ノード16bに生じる出力電圧Vc1を一定の分圧比(Rc1h1:Rc1h2)で分圧して、両分圧抵抗24,25の接続ノードに比較電圧Vc1’を発生させる。また、分圧抵抗27,28は、バックアップ用蓄電装置22と可変コンダクタンス素子23との接続ノード(以下「バックアップ出力ノード」という。)31と接地ノードとの間に直列に接続されている。分圧抵抗27,28は、バックアップ出力ノード31に生じる電圧(以下「バックアップ電圧」という。)Vc2を一定の分圧比(Rc2h1:Rc2h2)で分圧して、両分圧抵抗27,28の接続ノードに比較電圧Vc2’を発生させる。尚、分圧抵抗24,25の分圧比と、分圧抵抗27,28の分圧比は等しいものとする。 The voltage dividing resistors 24 and 25 are connected in series between the input / output node 16b and the ground node. The voltage dividing resistors 24 and 25 divide the output voltage V c1 generated at the input / output node 16b at a constant voltage dividing ratio (R c1h1 : R c1h2 ), and the comparison voltage V c1 is connected to the connection node of both the voltage dividing resistors 24 and 25. 'Raise. The voltage dividing resistors 27 and 28 are connected in series between a connection node (hereinafter referred to as “backup output node”) 31 between the backup power storage device 22 and the variable conductance element 23 and a ground node. The voltage dividing resistors 27 and 28 divide a voltage generated at the backup output node 31 (hereinafter referred to as “backup voltage”) V c2 at a constant voltage dividing ratio (R c2h1 : R c2h2 ), and both the voltage dividing resistors 27 and 28. The comparison voltage V c2 ′ is generated at the connection node. It is assumed that the voltage dividing ratio of the voltage dividing resistors 24 and 25 and the voltage dividing ratio of the voltage dividing resistors 27 and 28 are equal.

オペアンプ26は、2つの入力を有し、一方には比較電圧Vc1’が入力され、他方にはリファレンス生成回路12が出力する参照電圧Vrefが入力される。オペアンプ26は、比較電圧Vc1’が参照電圧Vrefより高い場合、比較電圧Vc1’と参照電圧Vrefとの差電圧に比例した電圧(以下「蓄電制御電圧」という。)Vg1を出力する。 The operational amplifier 26 has two inputs, one of which receives the comparison voltage V c1 ′ and the other of which receives the reference voltage V ref output from the reference generation circuit 12. When the comparison voltage V c1 ′ is higher than the reference voltage V ref , the operational amplifier 26 outputs a voltage (hereinafter referred to as “storage control voltage”) V g1 proportional to the difference voltage between the comparison voltage V c1 ′ and the reference voltage V ref . To do.

オペアンプ29は、2つの入力を有し、一方には比較電圧Vc2’が入力され、他方には比較電圧Vc1’が入力される。オペアンプ29は、比較電圧Vc2’が比較電圧Vc1’より高い場合、比較電圧Vc1’と参照電圧Vrefとの差電圧に比例した電圧(以下「給電制御電圧」という。)Vg2を出力する。 The operational amplifier 29 has two inputs, one of which receives the comparison voltage V c2 ′ and the other of which receives the comparison voltage V c1 ′. When the comparison voltage V c2 ′ is higher than the comparison voltage V c1 ′, the operational amplifier 29 generates a voltage (hereinafter referred to as “power supply control voltage”) V g2 proportional to the difference voltage between the comparison voltage V c1 ′ and the reference voltage V ref . Output.

蓄電制御電圧Vg1と給電制御電圧Vg2とはワイヤドNOR回路30に入力される。ワイヤドNOR回路30は、蓄電制御電圧Vg1と給電制御電圧Vg2とのワイヤドNORをとった電圧(以下「コンダクタンス制御電圧」という。)Vを、可変コンダクタンス素子23のゲートに出力する。 The storage control voltage V g1 and the power supply control voltage V g2 are input to the wired NOR circuit 30. The wired NOR circuit 30 outputs a voltage (hereinafter referred to as “conductance control voltage”) V g obtained by taking the wired NOR between the power storage control voltage V g1 and the power supply control voltage V g2 to the gate of the variable conductance element 23.

蓄電制御電圧Vg1は、出力電圧Vc1が所定の閾値電圧Vfull=((Rc1h1+Rc1h2)Vc1’/Rc1h2)より高い場合、両者の差電圧ΔV=Vc1−Vfullに比例した大きさとなる。また、給電制御電圧Vg2は、バックアップ電圧Vc2が出力電圧Vc1よりも高い場合、両者の差電圧ΔV=Vc2−Vc1に比例した大きさとなる。 When the output voltage V c1 is higher than a predetermined threshold voltage V full = ((R c1h1 + R c1h2 ) V c1 ′ / R c1h2 ), the storage control voltage V g1 is proportional to the difference voltage ΔV = V c1 −V full It becomes the size. Further, when the backup voltage V c2 is higher than the output voltage V c1 , the power supply control voltage V g2 has a magnitude proportional to the difference voltage ΔV c = V c2 −V c1 therebetween .

従って、Vc2<Vc1の場合には、Vc1>Vfullのときにコンダクタンス制御電圧Vは差電圧ΔVに比例した電圧となり、入出力ノード16bからバックアップ用蓄電装置22に差電圧ΔVに応じた大きさの電流が流入する。一方、Vc2>Vc1の場合には、コンダクタンス制御電圧Vは差電圧ΔVに比例した電圧となり、バックアップ用蓄電装置22から入出力ノード16bへ差電圧ΔVに応じた大きさの電流が流出する。 Therefore, in the case of V c2 <V c1 , when V c1 > V full , the conductance control voltage V g becomes a voltage proportional to the difference voltage ΔV, and the difference voltage ΔV is transferred from the input / output node 16 b to the backup power storage device 22. A corresponding amount of current flows. On the other hand, V c2> in the case of V c1 is the conductance control voltage V g becomes a voltage proportional to the difference voltage [Delta] V c, the magnitude of the current corresponding from the backup power storage device 22 to a differential voltage [Delta] V c to the output nodes 16b Leaks.

過充電防止回路14は、バックアップ用蓄電装置22の両端子間の電圧(バックアップ電圧Vc2)が閾値電圧Vfullに達した場合に、充電入力スイッチ回路14aを切断する回路である。過充電防止回路14は、オペアンプ32を備えている。オペアンプ32は、2つの入力を有し、一方には上記比較電圧Vc2’が入力され、他方にはリファレンス生成回路12が出力する参照電圧Vrefが入力される。オペアンプ32は、比較電圧Vc2’が参照電圧Vrefより高い場合(すなわち、Vc2<Vfullの場合)、参照電圧Vrefと比較電圧Vc2’との差電圧に比例した電圧Vg3を出力する。 The overcharge prevention circuit 14 is a circuit that disconnects the charge input switch circuit 14a when the voltage (backup voltage V c2 ) between both terminals of the backup power storage device 22 reaches the threshold voltage V full . The overcharge prevention circuit 14 includes an operational amplifier 32. The operational amplifier 32 has two inputs, one of which receives the comparison voltage V c2 ′ and the other of which receives the reference voltage V ref output from the reference generation circuit 12. When the comparison voltage V c2 ′ is higher than the reference voltage V ref (that is, when V c2 <V full ), the operational amplifier 32 generates a voltage V g3 proportional to the difference voltage between the reference voltage V ref and the comparison voltage V c2 ′. Output.

充電入力スイッチ回路14aは、nチャネルのMOSトランジスタ33、nチャネルのMOSトランジスタ34、及び抵抗素子35を備えている。MOSトランジスタ34は、入出力ノード16a,16b間に接続されている。MOSトランジスタ33は、MOSトランジスタ34のゲートと接地ノード17との間に接続されている。また、抵抗素子35は、入出力ノード16aとMOSトランジスタ33のソースとの間に接続されている。MOSトランジスタ33のゲートには、オペアンプ32が出力する電圧Vg3が入力される。 The charge input switch circuit 14 a includes an n-channel MOS transistor 33, an n-channel MOS transistor 34, and a resistance element 35. The MOS transistor 34 is connected between the input / output nodes 16a and 16b. MOS transistor 33 is connected between the gate of MOS transistor 34 and ground node 17. The resistance element 35 is connected between the input / output node 16 a and the source of the MOS transistor 33. The voltage V g3 output from the operational amplifier 32 is input to the gate of the MOS transistor 33.

c2<Vfullの場合、バックアップ用蓄電装置22には、まだ充電する余裕がある。この場合、Vg3が0となる。これにより、MOSトランジスタ33がオフ状態となり、MOSトランジスタ34のゲートは整流回路10の出力電圧と同電位となる。従って、MOSトランジスタ34はオン状態となり、入出力ノード16a,16bは接続され、入出力ノード16bに電流を入力することが可能となる。 When V c2 <V full , the backup power storage device 22 still has room for charging. In this case, V g3 is 0. As a result, the MOS transistor 33 is turned off, and the gate of the MOS transistor 34 has the same potential as the output voltage of the rectifier circuit 10. Accordingly, the MOS transistor 34 is turned on, the input / output nodes 16a and 16b are connected, and a current can be input to the input / output node 16b.

一方、Vc2≧Vfullの場合、バックアップ用蓄電装置22はフル充電されており、これ以上充電電流を入力すると出力電圧は閾値電圧Vfullを超える。この場合、Vg3はVc2−Vfullの値に応じて増加するので、MOSトランジスタ33がオン状態となり、MOSトランジスタ34のゲート電圧は接地電位となる。従って、MOSトランジスタ34はオフ状態となり、入出力ノード16a,16bは切り離される。これにより、入出力ノード16bへの電流入力が遮断され、過充電が防止される。 On the other hand, when V c2 ≧ V full , the backup power storage device 22 is fully charged, and when a charging current is further input, the output voltage exceeds the threshold voltage V full . In this case, since V g3 increases according to the value of V c2 −V full , the MOS transistor 33 is turned on, and the gate voltage of the MOS transistor 34 becomes the ground potential. Therefore, MOS transistor 34 is turned off, and input / output nodes 16a and 16b are disconnected. Thereby, the current input to the input / output node 16b is cut off, and overcharge is prevented.

給電制御回路15は、分圧抵抗36,37、及びヒステリシス付コンパレータ38を備えている。また、給電スイッチ回路15aは、pチャネルのMOSトランジスタにより構成されている。分圧抵抗36,37は、入出力ノード16bと接地ノード17との間に直列に接続されている。分圧抵抗36,37は、入出力ノード16bに生じる出力電圧Vc1を一定の分圧比(Rl1:Rl2)で分圧して、両分圧抵抗36,37の接続ノードに比較電圧Vを発生させる。 The power supply control circuit 15 includes voltage dividing resistors 36 and 37 and a comparator 38 with hysteresis. The power supply switch circuit 15a is composed of a p-channel MOS transistor. Voltage dividing resistors 36 and 37 are connected in series between input / output node 16 b and ground node 17. Voltage dividing resistors 36 and 37, output node constant dividing ratio output voltage V c1 occurring 16b (R l1: R l2) in divide, cut in two comparative voltage V l to the connection node of resistors 36 and 37 Is generated.

ヒステリシス付コンパレータ38は、2つの入力を有し、一方には比較電圧Vが入力され、他方にはリファレンス生成回路12が出力する参照電圧Vrefが出力される。ヒステリシス付コンパレータ38の入出力特性を示す。図4(a)は、図3のヒステリシス付コンパレータ38の周辺回路部分を抜き出したものであり、図4(b)はヒステリシス付コンパレータ38の入出力特性である。電圧Vは電圧Vc1に比例するので、図4(b)の横軸は電圧Vc1で示してある。 The comparator with hysteresis 38 has two inputs, one of which receives the comparison voltage V 1 and the other of which outputs the reference voltage V ref output from the reference generation circuit 12. The input / output characteristics of the comparator with hysteresis 38 are shown. 4A shows the peripheral circuit portion of the comparator with hysteresis 38 in FIG. 3, and FIG. 4B shows the input / output characteristics of the comparator 38 with hysteresis. Since the voltage V l is proportional to the voltage V c1 , the horizontal axis of FIG. 4B is indicated by the voltage V c1 .

ヒステリシス付コンパレータ38は、出力電圧Vg4がV(Hレベル)の場合において、電圧Vc1が上昇して電圧Vfullを超えると、出力電圧Vg4が0(Lレベル)となる。ここで、Vfull=(Vref+Δ)(Rl1+Rl2)/Rl2である。 Hysteresis comparator with 38, in the case of the output voltage V g4 is V H (H level), exceeds the voltage V full voltage V c1 rises, the output voltage V g4 becomes 0 (L level). Here, a V full = (V ref + Δ ) (R l1 + R l2) / R l2.

この電圧Vg4は、給電スイッチ回路15aのゲートに入力される。この状態遷移により、給電スイッチ回路15aはオフ状態からオン状態に切り替わる。これにより、給電スイッチ回路15aは、蓄電開始直後は、電力が十分に蓄電されておらず出力電圧Vc1が電圧Vfullに達しない期間は給電スイッチ回路15aをオフ状態に保持して、電力が十分に蓄電されて出力電圧Vc1が電圧Vfullに達してから給電スイッチ回路15aをオン状態に切り換える。 This voltage V g4 is input to the gate of the feed switch circuit 15a. By this state transition, the power supply switch circuit 15a is switched from the off state to the on state. Thus, immediately after the start of power storage, the power supply switch circuit 15a holds the power supply switch circuit 15a in an off state during a period in which the power is not sufficiently stored and the output voltage Vc1 does not reach the voltage Vfull. sufficiently, the output voltage V c1 is the power storage switches the power supply switch circuit 15a from reaching the voltage V full oN state.

逆に、出力電圧Vg4が0(Lレベル)の場合において、電圧Vc1が下降してVth2を下回ると、出力電圧Vg4がV(Hレベル)となる。ここで、Vth2=(Vref−Δ)(Rl1+Rl2)/Rl2である。この状態遷移により、給電スイッチ回路15aはオン状態からオフ状態に切り替わる。 Conversely, when the output voltage V g4 is 0 (L level) and the voltage V c1 drops and falls below V th2 , the output voltage V g4 becomes V H (H level). Here, a V th2 = (V ref -Δ) (R l1 + R l2) / R l2. With this state transition, the power supply switch circuit 15a is switched from the on state to the off state.

ここで、閾値電圧Vth2は、負荷回路4の駆動に必要な電源電圧の最小値よりも大きい値に設定される。これにより、出力電圧Vc1が負荷回路4の駆動に必要な電源電圧まで下降し、蓄電電力が不足するようになった場合には、給電スイッチ回路15aがオフ状態となり、負荷回路4への給電が遮断される。 Here, the threshold voltage V th2 is set to a value larger than the minimum value of the power supply voltage necessary for driving the load circuit 4. As a result, when the output voltage V c1 drops to the power supply voltage necessary for driving the load circuit 4 and the stored power becomes insufficient, the power supply switch circuit 15a is turned off, and power is supplied to the load circuit 4. Is cut off.

図5は、リファレンス生成回路12の回路構成の一例を表す図である。このように、リファレンス生成回路12にはバンドギャップ・リファレンス回路を使用することができる。尚、リファレンス生成回路12の電源は、ワイヤレス・センサ内で電源を自給するため、入出力ノード16bの電圧Vc1が使用される。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the reference generation circuit 12. Thus, a bandgap reference circuit can be used for the reference generation circuit 12. Note that the voltage V c1 of the input / output node 16b is used as the power source of the reference generation circuit 12 in order to supply the power source in the wireless sensor.

図6は、図3,図5における各オペアンプの回路構成(a)及びワイヤドNOR回路30の回路構成(b)を表す図である。これらは、通常使用されるオペアンプ,ワイヤドNOR回路と同様であり、詳細な説明は省略する。   FIG. 6 is a diagram illustrating the circuit configuration (a) of each operational amplifier and the circuit configuration (b) of the wired NOR circuit 30 in FIGS. 3 and 5. These are the same as the normally used operational amplifier and wired NOR circuit, and detailed description thereof is omitted.

尚、図6(a)では、差動入力対にnチャネルのMOSトランジスタが用いられているが、同図のすべてのMOSトランジスタの極性を反転させて、同一回路構成で差動入力対にpチャネルのMOSトランジスタを用いたオペアンプを使用することもできる。更に、図6(a)のオペアンプの出力を入力側に正帰還させれば、ヒステリシス付コンパレータ38を構成することができる。   In FIG. 6A, an n-channel MOS transistor is used for the differential input pair. However, the polarity of all the MOS transistors in FIG. An operational amplifier using a channel MOS transistor can also be used. Furthermore, if the output of the operational amplifier in FIG. 6A is positively fed back to the input side, the comparator 38 with hysteresis can be configured.

以上のように構成された本実施例に係る電力制御装置3について、以下その動作を説明する。図7は可変コンダクタンス素子23の飽和領域における電圧−電流特性を表す図である。図8及び図9は、電力制御装置3の出力電圧の時間変化を表す図である。尚、図8,図9では、説明を簡単にするため、発電式センサ素子2は常に一定の電流を出力するものとした。   The operation of the power control apparatus 3 according to this embodiment configured as described above will be described below. FIG. 7 is a diagram illustrating the voltage-current characteristics in the saturation region of the variable conductance element 23. 8 and 9 are diagrams showing the time change of the output voltage of the power control device 3. In FIGS. 8 and 9, the power generation sensor element 2 always outputs a constant current for the sake of simplicity.

図8(a)は、負荷回路4による電力消費がない場合における電力制御装置3の充電動作を表している。   FIG. 8A shows the charging operation of the power control apparatus 3 when there is no power consumption by the load circuit 4.

時刻0において、初期蓄電装置21及びバックアップ用蓄電装置22には電力が蓄電されていないものとする。Vc1=0では、MOSトランジスタ34はダイオード接続がされた状態であり、可変コンダクタンス素子23のコンダクタンスは0である。また、給電スイッチ回路15aもオフ状態である。この状態では、整流回路10から供給される電流は入出力ノード16bに流れ込み、初期蓄電装置21に蓄電される。それに伴って、出力電圧Vc1が上昇し始める。初期蓄電装置21に流入する電流をIとすると、Vc1=I・t/Cである。初期蓄電装置21の静電容量Cは小さいので、Vc1は急速に上昇する。 It is assumed that no electric power is stored in the initial power storage device 21 and the backup power storage device 22 at time 0. When V c1 = 0, the MOS transistor 34 is in a diode-connected state, and the conductance of the variable conductance element 23 is 0. Further, the power supply switch circuit 15a is also in an off state. In this state, the current supplied from rectifier circuit 10 flows into input / output node 16 b and is stored in initial power storage device 21. Along with this, the output voltage V c1 starts to rise. Assuming that the current flowing into the initial power storage device 21 is I, V c1 = I · t / C 1 . Since the capacitance C 1 of the initial power storage device 21 is small, V c1 rises rapidly.

時刻tにおいて、出力電圧Vc1が閾値電圧Vfullに達する。そうすると、ヒステリシス付コンパレータ38の出力電圧Vg4が0となる。従って、給電スイッチ回路15aがオン状態となり、Vout=Vc1となる。これにより、負荷回路4が電源電圧を使用することが可能となる。 At time t 1, the output voltage V c1 reaches the threshold voltage V full. Then, the output voltage V g4 of the comparator with hysteresis 38 becomes zero. Accordingly, the power supply switch circuit 15a is turned on, and V out = V c1 . Thereby, the load circuit 4 can use the power supply voltage.

また、時刻tにおいて、出力電圧Vc1が閾値電圧Vfullに達すると、Vc1’=Vrefとなる。整流回路10から入出力ノード16bに電流が更に供給されると、電流は初期蓄電装置21に流入して更に出力電圧Vc1が上昇する。それに伴って、差電圧ΔV=Vc1’−Vrefは0より大きくなる。差電圧ΔVが0より大きくなると、それに比例して蓄電制御電圧Vg1=AopΔV=A(Vc1−Vfull)(Aopはオペアンプ26のゲイン)が出力され、これがコンダクタンス制御電圧Vとして可変コンダクタンス素子23のゲートに入力される。このとき、可変コンダクタンス素子23は飽和領域にあり、その電圧−電流特性は図7の通りである。従って、可変コンダクタンス素子23のコンダクタンスが0より急激に大きくなり、入出力ノード16bからバックアップ用蓄電装置22に電流が流入し始める。このとき、仮にコンダクタンスが過剰に大きくなって、入出力ノード16bの出力電圧Vc1が閾値電圧Vfull以下に引き下げられようとすれば、可変コンダクタンス素子23のコンダクタンスは0に戻るので、結局、Vc1は閾値電圧Vfull以下に下がることない。このようにして、出力電圧Vc1は、常に閾値電圧Vfullの値で平衡を保った状態となり、入出力ノード16bに供給される電流はバックアップ用蓄電装置22に流入し蓄電される。そして、バックアップ用蓄電装置22の電圧(バックアップ電圧Vc2)が上昇を始める。 Further, when the output voltage V c1 reaches the threshold voltage V full at time t 1 , V c1 ′ = V ref is satisfied . When the current is further supplied from the rectifier circuit 10 to the input / output node 16b, the current flows into the initial power storage device 21, and the output voltage Vc1 further increases. Accordingly, the difference voltage ΔV = V c1 ′ −V ref becomes larger than 0. When the difference voltage ΔV becomes greater than 0, the storage control voltage V g1 = A op ΔV = A (V c1 −V full ) (A op is the gain of the operational amplifier 26) is output in proportion thereto, which is the conductance control voltage V g. Is input to the gate of the variable conductance element 23. At this time, the variable conductance element 23 is in the saturation region, and its voltage-current characteristics are as shown in FIG. Therefore, the conductance of the variable conductance element 23 suddenly increases from 0, and current starts to flow from the input / output node 16b to the backup power storage device 22. At this time, if the conductance becomes excessively large and the output voltage V c1 of the input / output node 16b is to be lowered to the threshold voltage V full or less, the conductance of the variable conductance element 23 returns to 0. c1 does not fall below the threshold voltage Vfull . In this way, the output voltage V c1 is always kept in balance with the value of the threshold voltage V full , and the current supplied to the input / output node 16 b flows into the backup power storage device 22 and is stored. Then, the voltage (backup voltage V c2 ) of the backup power storage device 22 starts to rise.

バックアップ用蓄電装置22に流入する電流をIとすると、Vc2=I・t/Cである。バックアップ用蓄電装置22の静電容量Cは大きいので、Vc2は緩やかに上昇する。 Assuming that the current flowing into the backup power storage device 22 is I, V c2 = I · t / C 2 . Since the capacitance C 2 of the backup power storage device 22 is large, V c2 is gradually increased.

時刻tにおいて、バックアップ電圧Vc2は閾値電圧Vfullに達する。これに伴い、比較電圧Vc2’は参照電圧Vrefに達する。そうすると、オペアンプ32が出力する電圧Vg3は0となり、MOSトランジスタ33,34はオフ状態となる。従って、入出力ノード16a,16bは切り離され、過充電が防止され、出力電圧Vc1及びバックアップ電圧Vc2がともに閾値電圧Vfullの状態に保たれる。 In time t 2, the backup voltage V c2 reaches the threshold voltage V full. Accordingly, the comparison voltage V c2 ′ reaches the reference voltage V ref . Then, the voltage V g3 output from the operational amplifier 32 becomes 0, and the MOS transistors 33 and 34 are turned off. Accordingly, the input / output nodes 16a and 16b are disconnected, overcharge is prevented, and both the output voltage V c1 and the backup voltage V c2 are maintained at the threshold voltage V full .

このように、本実施例の電力制御装置3では、出力電圧Vc1が閾値電圧Vfullに達した後は、バックアップ用蓄電装置22に流れる電流を可変コンダクタンス素子23によって連続的に制御し、Vc1=Vfullの平衡状態を保ちつつバックアップ用蓄電装置22に蓄電を行う。これにより、出力電圧Vc1の急激な変化がなく常に安定した電源電圧を得ることが可能となる。また、初期蓄電装置21の充電が完了する(Vc1=Vfull)まで、バックアップ用蓄電装置22への充電は一切行われず、初期蓄電装置21のみに充電されるので、初期蓄電装置21の充電が完了し電源の使用が可能となるまでの時間(期間[0,t])を短縮することができる。 As described above, in the power control device 3 of this embodiment, after the output voltage V c1 reaches the threshold voltage V full , the current flowing through the backup power storage device 22 is continuously controlled by the variable conductance element 23, and V The backup power storage device 22 is charged while maintaining an equilibrium state of c1 = Vfull . As a result, it is possible to obtain a stable power supply voltage without a sudden change in the output voltage V c1 . Further, until the charging of the initial power storage device 21 is completed (V c1 = V full ), the backup power storage device 22 is not charged at all, and only the initial power storage device 21 is charged. Can be shortened (period [0, t 1 ]) until the use of the power source is completed.

次に、負荷回路4による電力消費がある場合について説明する。図8(b)は、バックアップ用蓄電装置22のバックアップ電圧Vc2が閾値電圧Vfullまで達していない状態で、負荷回路4において電力消費がされた場合の出力電圧の変化を示す。 Next, a case where there is power consumption by the load circuit 4 will be described. FIG. 8B shows a change in output voltage when power is consumed in the load circuit 4 in a state where the backup voltage V c2 of the backup power storage device 22 does not reach the threshold voltage V full .

時刻tにおいて、出力電圧Vc1が閾値電圧Vfullに達した後に、時刻t〜tにおいて負荷回路4による電力消費がされたとする。このとき、初期蓄電装置21に蓄電された電力が消費されると、出力電圧Vc1は閾値電圧Vfullより低い値に降下する。しかし、この場合にはVc1>Vc2なのでVg2=0のままである。従って、V=0となり、可変コンダクタンス素子23のコンダクタンスは0となる。そのため、バックアップ用蓄電装置22に蓄電された電力は消費されず、初期蓄電装置21に蓄電された電力のみが消費される。初期蓄電装置21の静電容量Cは小さいので、負荷回路4の電力消費に伴い、出力電圧Vc1は比較的速く降下する。 At time t 1, the output voltage V c1 is after reaching the threshold voltage V full, and at time t 2 ~t 3 power consumption by the load circuit 4 has been. At this time, when the power stored in the initial power storage device 21 is consumed, the output voltage V c1 drops to a value lower than the threshold voltage V full . However, in this case, V g2 = 0 because V c1 > V c2 . Therefore, V g = 0, and the conductance of the variable conductance element 23 is 0. For this reason, the power stored in the backup power storage device 22 is not consumed, and only the power stored in the initial power storage device 21 is consumed. Since the electrostatic capacity C 1 of the initial power storage device 21 is small, the output voltage V c1 drops relatively quickly with the power consumption of the load circuit 4.

しかし、時刻tにおいて負荷回路4の電力消費が終了した後は、即座に初期蓄電装置21が充電され、時刻tにおいて出力電圧Vc1は再び閾値電圧Vfullまで復帰するとともに、バックアップ用蓄電装置22への充電が再開される。 However, after the power consumption of the load circuit 4 is completed at time t 3, real initial power storage device 21 is charged, the output voltage V c1 at time t 4, together with the return again to the threshold voltage V full, energy storage backup Charging to the device 22 is resumed.

図9は、バックアップ用蓄電装置22のバックアップ電圧Vc2が閾値電圧Vfullに達した状態で、負荷回路4において電力消費がされた場合の出力電圧の変化を示す。 FIG. 9 shows a change in the output voltage when power is consumed in the load circuit 4 in a state where the backup voltage V c2 of the backup power storage device 22 reaches the threshold voltage V full .

出力電圧Vc1はすでに閾値電圧Vfullに達している。時刻tにおいて、バックアップ電圧Vc2が閾値電圧Vfullに達した後に、時刻t〜tにおいて負荷回路4による電力消費がされたとする。このとき、初期蓄電装置21に蓄電された電力が消費されると、出力電圧Vc1は閾値電圧Vfullより低い値に降下する。そうすると、Vc1’<Vc2’となるため、給電制御電圧Vg2がΔV=Vc2’−Vc1’に応じて大きくなる。そうすると、可変コンダクタンス素子23のコンダクタンスも大きくなり、結局、Vc1=Vc2の平衡状態を保ったまま、初期蓄電装置21及びバックアップ用蓄電装置22の双方に蓄電された電力が消費される。このとき、バックアップ用蓄電装置22の静電容量は大きいため、負荷回路4の電力消費による出力電圧Vc1の降下速度は非常に緩やかとなる。 The output voltage V c1 has already reached the threshold voltage V full . At time t 1, the backup after voltage V c2 has reached the threshold voltage V full, and at time t 2 ~t 3 power consumption by the load circuit 4 has been. At this time, when the power stored in the initial power storage device 21 is consumed, the output voltage V c1 drops to a value lower than the threshold voltage V full . Then, since V c1 ′ <V c2 ′, the power supply control voltage V g2 increases according to ΔV c = V c2 ′ −V c1 ′. As a result, the conductance of the variable conductance element 23 also increases, and eventually the electric power stored in both the initial power storage device 21 and the backup power storage device 22 is consumed while maintaining an equilibrium state of V c1 = V c2 . At this time, since the electrostatic capacity of the backup power storage device 22 is large, the rate of decrease of the output voltage V c1 due to the power consumption of the load circuit 4 becomes very slow.

時刻tにおいて負荷回路4の電力消費が終わると、まず、初期蓄電装置21が即座に充電されて出力電圧Vc1が閾値電圧Vfullまで回復し、次いで、バックアップ用蓄電装置22が充電され、バックアップ電圧Vc2が閾値電圧Vfullまで回復する。 When the power consumption of the load circuit 4 ends at time t 3, firstly, to recover the output voltage V c1 initial power storage device 21 is charged immediately until the threshold voltage V full, then the backup power storage device 22 is charged, The backup voltage V c2 is restored to the threshold voltage V full .

図10は、本発明の実施例2に係る電力制御装置3の詳細な回路構成を示す図である。本実施例に係る電力制御装置3は、初期蓄電装置21及びバックアップ用蓄電装置22が、入出力ノード16bと接地ノード17との間に直列に接続されている点で、実施例1と異なり、他の点においてはほぼ同様の構成を有する。図3と図10との対応する回路構成要素については同一の符号を付している。尚、図10では、入出力ノード16bの出力電圧をVc12、初期蓄電装置21の両端電圧をVc1と記す。また、分圧抵抗24,25の接続ノードに生成される出力電圧Vc12の分圧電圧をVc12’と記す。 FIG. 10 is a diagram illustrating a detailed circuit configuration of the power control device 3 according to the second embodiment of the present invention. The power control device 3 according to the present embodiment is different from the first embodiment in that the initial power storage device 21 and the backup power storage device 22 are connected in series between the input / output node 16b and the ground node 17, In other respects, the configuration is substantially the same. Corresponding circuit components in FIGS. 3 and 10 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 10, the output voltage of the input / output node 16 b is denoted as V c12 , and the voltage across the initial power storage device 21 is denoted as V c1 . Further, the divided voltage of the output voltage V c12 generated at the connection node of the voltage dividing resistors 24 and 25 is denoted as V c12 ′.

本実施例において、可変コンダクタンス素子23は、初期蓄電装置21と並列に、入出力ノード16bとバックアップ用蓄電装置22との間に接続されている。その他の点に関しては、図3と同様である。   In this embodiment, the variable conductance element 23 is connected between the input / output node 16 b and the backup power storage device 22 in parallel with the initial power storage device 21. The other points are the same as in FIG.

図11,図12は、実施例2に係る電力制御装置3の出力電圧の時間変化を表す図である。   FIGS. 11 and 12 are diagrams illustrating a time change of the output voltage of the power control device 3 according to the second embodiment.

図11(a)は、負荷回路4による電力消費がない場合における電力制御装置3の充電動作を表している。   FIG. 11A shows the charging operation of the power control device 3 when there is no power consumption by the load circuit 4.

時刻0において、初期蓄電装置21及びバックアップ用蓄電装置22には電力が蓄電されていないものとする。Vc12=0では、MOSトランジスタ34はダイオード接続がされた状態であり、可変コンダクタンス素子23のコンダクタンスは0である。また、給電スイッチ回路15aはオフ状態である。この状態では、整流回路10から供給される電流は入出力ノード16bに流れ込み、直列接続された初期蓄電装置21及びバックアップ用蓄電装置22に蓄電される。それに伴って、出力電圧Vc12が上昇し始める。初期蓄電装置21に流入する電流をIとすると、Vc1=I(C+C)t/(C・C)である。初期蓄電装置21の静電容量CはCに比べて十分に小さい(例えば、C≧0.1・Cに設定する。)ので、Vc12は急速に上昇する。 It is assumed that no electric power is stored in the initial power storage device 21 and the backup power storage device 22 at time 0. When V c12 = 0, the MOS transistor 34 is in a diode-connected state, and the conductance of the variable conductance element 23 is 0. The power supply switch circuit 15a is in an off state. In this state, the current supplied from the rectifier circuit 10 flows into the input / output node 16b and is stored in the initial power storage device 21 and the backup power storage device 22 connected in series. Along with this, the output voltage V c12 starts to rise. Assuming that the current flowing into the initial power storage device 21 is I, V c1 = I (C 1 + C 2 ) t / (C 1 · C 2 ). Since the electrostatic capacity C 1 of the initial power storage device 21 is sufficiently smaller than C 2 (for example, C 1 ≧ 0.1 · C 2 is set), V c12 rises rapidly.

尚、初期蓄電装置21及びバックアップ用蓄電装置22に加わる電圧は、それぞれ、Vc1=I・t/C,Vc2=I・t/Cである。初期蓄電装置21の静電容量Cはバックアップ用蓄電装置22の静電容量Cに比べて十分小さく設定されているので、V>Vとなる。 The voltages applied to the initial power storage device 21 and the backup power storage device 22 are V c1 = I · t / C 1 and V c2 = I · t / C 2 , respectively. Since the electrostatic capacity C 1 of the initial power storage device 21 is set sufficiently smaller than the electrostatic capacity C 2 of the backup power storage device 22, V 1 > V 2 is satisfied.

時刻tにおいて、出力電圧Vc12が閾値電圧Vfullを超える。そうすると、ヒステリシス付コンパレータ38の出力電圧Vg4が0となる。従って、給電スイッチ回路15aがオン状態となり、Vout=Vc12となる。これにより、負荷回路4が電源電圧を使用することが可能となる。 At time t 1, the output voltage V c12 exceeds the threshold voltage V full. Then, the output voltage V g4 of the comparator with hysteresis 38 becomes zero. Therefore, the power supply switch circuit 15a is turned on, and V out = V c12 is obtained. Thereby, the load circuit 4 can use the power supply voltage.

また、時刻tにおいて、出力電圧Vc12が閾値電圧Vfullに達すると、Vc12’=Vrefとなる。整流回路10から入出力ノード16bに電流が更に供給されると、出力電圧Vc12が更に上昇する。それに伴って、差電圧ΔV=Vc12’−Vrefは0より大きくなる。差電圧ΔVが0より大きくなると、それに比例して蓄電制御電圧Vg1が出力され、これがコンダクタンス制御電圧Vとして可変コンダクタンス素子23のゲートに入力される。そうすると、可変コンダクタンス素子23のコンダクタンスが0より大きくなり、入出力ノード16bからバックアップ用蓄電装置22に電流が流入し始める。また、同時に、初期蓄電装置21の電荷が放電される。このようにして、出力電圧Vc12は、常に閾値電圧Vfullの値で平衡を保った状態となり、入出力ノード16bに供給される電流はバックアップ用蓄電装置22に流入し蓄電されるとともに、初期蓄電装置21の電荷が放電される。そして、バックアップ用蓄電装置22の電圧(バックアップ電圧Vc2)が上昇を始めるとともに、初期昇圧電圧Vc1は降下し始める。すなわち、閾値電圧Vfullのうち、初期蓄電装置21の初期昇圧電圧Vc1がバックアップ電圧Vc2に置き換わる。 Further, when the output voltage V c12 reaches the threshold voltage V full at time t 1 , V c12 ′ = V ref is satisfied . When the current is further supplied from the rectifier circuit 10 to the input / output node 16b, the output voltage Vc12 further increases. Accordingly, the difference voltage ΔV = V c12 ′ −V ref becomes larger than 0. When the difference voltage ΔV becomes greater than 0, the storage control voltage V g1 is output in proportion thereto, and this is input to the gate of the variable conductance element 23 as the conductance control voltage V g . Then, the conductance of variable conductance element 23 becomes greater than 0, and current starts to flow from backup input / output node 16b to backup power storage device 22. At the same time, the electric charge of the initial power storage device 21 is discharged. In this way, the output voltage V c12 is always in a balanced state with the value of the threshold voltage V full , and the current supplied to the input / output node 16 b flows into the backup power storage device 22 and is stored, The electric charge of the electrical storage device 21 is discharged. Then, the voltage of the backup power storage device 22 (backup voltage V c2 ) starts to increase, and the initial boosted voltage V c1 starts to decrease. That is, the initial boosted voltage V c1 of the initial power storage device 21 in the threshold voltage V full is replaced with the backup voltage V c2 .

ここで、バックアップ用蓄電装置22に流入する電流をIとすると、Vc2=I・t/Cである。バックアップ用蓄電装置22の静電容量Cは大きいので、Vc2は緩やかに上昇する。 Here, when the current flowing into the backup power storage device 22 is I, V c2 = I · t / C 2 . Since the capacitance C 2 of the backup power storage device 22 is large, V c2 is gradually increased.

時刻tにおいて、バックアップ電圧Vc2は閾値電圧Vfull、初期昇圧電圧Vc1が0に達する。これに伴い、比較電圧Vc2’は参照電圧Vrefに達する。そうすると、オペアンプ32が出力する電圧Vg3は大きくなり、MOSトランジスタ33はオン状態、MOSトランジスタ34はオフ状態となる。従って、入出力ノード16a,16bは切り離され、過充電が防止され、出力電圧Vc12及びバックアップ電圧Vc2がともに閾値電圧Vfullの状態に保たれる。 In time t 2, the backup voltage V c2 is the threshold voltage V full, the initial boost voltage V c1 reaches zero. Accordingly, the comparison voltage V c2 ′ reaches the reference voltage V ref . As a result, the voltage V g3 output from the operational amplifier 32 is increased, the MOS transistor 33 is turned on, and the MOS transistor 34 is turned off. Accordingly, the input / output nodes 16a and 16b are disconnected, overcharge is prevented, and both the output voltage Vc12 and the backup voltage Vc2 are maintained at the threshold voltage Vfull .

このように、本実施例の電力制御装置3では、出力電圧Vc12が閾値電圧Vfullに達した後は、バックアップ用蓄電装置22に流れる電流を可変コンダクタンス素子23によって連続的に制御し、Vc12=Vfullの平衡状態を保ちつつバックアップ用蓄電装置22に蓄電を行う。これにより、出力電圧Vc12の急激な変化がなく常に安定した電源電圧を得ることが可能となる。また、出力電圧Vc12が閾値電圧Vfullに達するまでは、初期蓄電装置21とバックアップ用蓄電装置22とは完全な直列接続であり、その静電容量はC=C/(C+C)であり、C<<CであればC≒Cとなる。従って、出力電圧はI・t/C≒I・t/Cに従って上昇するため、充電が完了し電源の使用が可能となるまでの時間(期間[0,t])を短縮することができる。 As described above, in the power control device 3 of the present embodiment, after the output voltage V c12 reaches the threshold voltage V full , the current flowing through the backup power storage device 22 is continuously controlled by the variable conductance element 23, and V while maintaining the equilibrium of c12 = V full performing power storage to the backup electric storage device 22. Thereby, it is possible to obtain a stable power supply voltage without any sudden change of the output voltage Vc12 . Until the output voltage V c12 reaches the threshold voltage V full , the initial power storage device 21 and the backup power storage device 22 are completely connected in series, and the capacitance is C = C 1 C 2 / (C 1 + C 2) in and, the C ≒ C 1 if C 1 << C 2. Therefore, since the output voltage increases according to I · t / C≈I · t / C 1 , it is possible to shorten the time (period [0, t 1 ]) until charging is completed and the power supply can be used. it can.

次に、負荷回路4による電力消費がある場合について説明する。図11(b)は、バックアップ用蓄電装置22のバックアップ電圧Vc2が閾値電圧Vfullまで達していない状態で、負荷回路4において電力消費がされた場合の出力電圧の変化を示す。 Next, a case where there is power consumption by the load circuit 4 will be described. FIG. 11B shows a change in the output voltage when power is consumed in the load circuit 4 in a state where the backup voltage V c2 of the backup power storage device 22 does not reach the threshold voltage V full .

時刻tにおいて、出力電圧Vc12が閾値電圧Vfullに達した後に、時刻t〜tにおいて負荷回路4による電力消費がされたとする。このとき、初期蓄電装置21及びバックアップ用蓄電装置22に蓄電された電力が消費されると、出力電圧Vc12は閾値電圧Vfullより低い値に降下する。このとき、Vfullに占めるVc1の分圧比が大きいので、静電容量の小さい初期蓄電装置21の放電の影響が出力電圧Vc12に大きく現れ、負荷回路4の電力消費に伴い出力電圧Vc12は比較的速く減少する。 At time t 1, the output voltage V c12 is after reaching the threshold voltage V full, and at time t 2 ~t 3 power consumption by the load circuit 4 has been. At this time, when the electric power stored in the initial power storage device 21 and the backup power storage device 22 is consumed, the output voltage V c12 drops to a value lower than the threshold voltage V full . At this time, since the partial pressure ratio of V c1 occupying the V full large, the influence of the discharge of the capacitance small initial power storage device 21 appears larger at the output voltage V c12, with the power consumption of the load circuit 4 output voltage V c12 Decreases relatively quickly.

しかし、時刻tにおいて負荷回路4の電力消費が終了した後は、即座に初期蓄電装置21が充電され、時刻tにおいて出力電圧Vc1は再び閾値電圧Vfullまで復帰するとともに、可変コンダクタンス素子23を通してのバックアップ用蓄電装置22への充電と初期蓄電装置21の放電が再開される。 However, after the power consumption of the load circuit 4 is completed at time t 3, real initial power storage device 21 is charged, the output voltage V c1 at time t 4, together with the return again to the threshold voltage V full, variable conductance element The charging of the backup power storage device 22 through 23 and the discharging of the initial power storage device 21 are resumed.

図12は、バックアップ用蓄電装置22のバックアップ電圧Vc2が閾値電圧Vfullに達した状態で、負荷回路4において電力消費がされた場合の出力電圧の変化を示す。 FIG. 12 shows changes in the output voltage when power is consumed in the load circuit 4 in a state where the backup voltage V c2 of the backup power storage device 22 has reached the threshold voltage V full .

出力電圧Vc12はすでに閾値電圧Vfullに達している。時刻tにおいて、バックアップ電圧Vc2が閾値電圧Vfullに達し、初期昇圧電圧Vc1が0に達した後に、時刻t〜tにおいて負荷回路4による電力消費がされたとする。このとき、バックアップ用蓄電装置22に蓄電された電力が消費されると、出力電圧Vc12は閾値電圧Vfullより低い値に降下する。そうすると、Vc12’<Vc2’となるため、給電制御電圧Vg2がΔV=Vc2’−Vc12’に応じて大きくなる。そうすると、可変コンダクタンス素子23のコンダクタンスも大きくなり、結局、Vc12=Vc2の平衡状態を保ったまま、バックアップ用蓄電装置22に蓄電された電力が消費される。このとき、バックアップ用蓄電装置22の静電容量は大きいため、負荷回路4の電力消費による出力電圧Vc12の降下速度は非常に緩やかとなる。 The output voltage V c12 has already reached the threshold voltage V full . At time t 1, the backup voltage V c2 reaches the threshold voltage V full, the initial boost voltage V c1 is after reaching zero, and at time t 2 ~t 3 power consumption by the load circuit 4 has been. At this time, when the power stored in the backup power storage device 22 is consumed, the output voltage V c12 drops to a value lower than the threshold voltage V full . Then, since V c12 ′ <V c2 ′, the power supply control voltage V g2 increases according to ΔV c = V c2 ′ −V c12 ′. As a result, the conductance of the variable conductance element 23 also increases, and eventually the power stored in the backup power storage device 22 is consumed while maintaining the equilibrium state of V c12 = V c2 . At this time, since the electrostatic capacity of the backup power storage device 22 is large, the drop speed of the output voltage Vc12 due to the power consumption of the load circuit 4 becomes very gradual.

時刻tにおいて負荷回路4の電力消費が終わると、まず、初期蓄電装置21が即座に充電されて出力電圧Vc12が閾値電圧Vfullまで回復し、次いで、バックアップ用蓄電装置22が充電されると同時に初期蓄電装置21が放電され、バックアップ電圧Vc2が閾値電圧Vfullまで回復する。 When the power consumption of the load circuit 4 ends at time t 3 , the initial power storage device 21 is immediately charged and the output voltage V c12 is restored to the threshold voltage V full , and then the backup power storage device 22 is charged. At the same time, the initial power storage device 21 is discharged, and the backup voltage V c2 is restored to the threshold voltage V full .

本発明において複数のバックアップ用蓄電装置を接続する構成例を説明する図である。It is a figure explaining the structural example which connects the some backup electrical storage apparatus in this invention. 本発明の実施例1に係るワイヤレス・センサ及び電力制御装置の構成を表すブロック図である。It is a block diagram showing the structure of the wireless sensor and power control apparatus which concern on Example 1 of this invention. 実施例1に係る電力制御装置3の詳細な回路構成を示す図である。It is a figure which shows the detailed circuit structure of the power control apparatus 3 which concerns on Example 1. FIG. ヒステリシス付コンパレータ38の入出力特性を表す図である。It is a figure showing the input-output characteristic of comparator 38 with hysteresis. リファレンス生成回路12の回路構成の一例を表す図である。2 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a reference generation circuit 12. FIG. 図3,図5における各オペアンプの回路構成(a)及びワイヤドNOR回路30の回路構成(b)を表す図である。6 is a diagram illustrating a circuit configuration (a) of each operational amplifier in FIG. 3 and FIG. 5 and a circuit configuration (b) of a wired NOR circuit 30. FIG. 可変コンダクタンス素子23の飽和領域における電圧−電流特性を表す図である。4 is a diagram illustrating voltage-current characteristics in a saturation region of a variable conductance element 23. FIG. 実施例1に係る電力制御装置3の出力電圧の時間変化を表す図である。It is a figure showing the time change of the output voltage of the electric power control apparatus 3 which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係る電力制御装置3の出力電圧の時間変化を表す図である。It is a figure showing the time change of the output voltage of the electric power control apparatus 3 which concerns on Example 1. FIG. 本発明の実施例2に係る電力制御装置3の詳細な回路構成を示す図である。It is a figure which shows the detailed circuit structure of the power control apparatus 3 which concerns on Example 2 of this invention. 実施例2に係る電力制御装置3の出力電圧の時間変化を表す図である。It is a figure showing the time change of the output voltage of the electric power control apparatus 3 which concerns on Example 2. FIG. 実施例2に係る電力制御装置3の出力電圧の時間変化を表す図である。It is a figure showing the time change of the output voltage of the electric power control apparatus 3 which concerns on Example 2. FIG. 特許文献6に記載の電力制御装置の構成を表す図である。It is a figure showing the structure of the electric power control apparatus of patent document 6. FIG. 図13に示した電力制御装置102のタイミング・チャートである。14 is a timing chart of the power control apparatus 102 illustrated in FIG. 13.

符号の説明Explanation of symbols

1 ワイヤレス・センサ
2 発電式センサ素子
3 電力制御装置
4 負荷回路
4a センサ回路
4b 送受信回路
5 アンテナ
10 整流回路
11 蓄電回路
12 リファレンス生成回路
13 蓄電制御回路
14 過充電防止回路
14a 充電入力スイッチ回路
15 給電制御回路
15a 給電スイッチ回路
16a,16b,16c 入出力ノード
17 接地ノード
20 ダイオード・ブリッジ回路
21 初期蓄電装置
22 バックアップ用蓄電装置
23 可変コンダクタンス素子
24,25,27,28,36,37 分圧抵抗
26,29,32 オペアンプ
30 ワイヤドNOR回路
31 バックアップ出力ノード
33,34 MOSトランジスタ
35 抵抗素子
38 ヒステリシス付コンパレータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wireless sensor 2 Electric power generation type sensor element 3 Power control apparatus 4 Load circuit 4a Sensor circuit 4b Transmission / reception circuit 5 Antenna 10 Rectification circuit 11 Power storage circuit 12 Reference generation circuit 13 Power storage control circuit 14 Overcharge prevention circuit 14a Charge input switch circuit 15 Power feeding Control circuit 15a Feed switch circuit 16a, 16b, 16c Input / output node 17 Ground node 20 Diode bridge circuit 21 Initial power storage device 22 Backup power storage device 23 Variable conductance element 24, 25, 27, 28, 36, 37 Voltage dividing resistor 26 , 29, 32 Operational amplifier 30 Wired NOR circuit 31 Backup output node 33, 34 MOS transistor 35 Resistance element 38 Comparator with hysteresis

Claims (5)

入出力ノードに入力される直流電流又は脈流電流を蓄電するとともに、前記入出力ノードに電圧を出力する電力制御装置であって、
前記入出力ノードに接続され、前記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;
コンダクタンス可変の可変コンダクタンス素子;
前記可変コンダクタンス素子を介して前記入出力ノードに接続され、前記入出力ノードに入力される電流を蓄電する1乃至複数のバックアップ用蓄電装置;
及び、前記入出力ノードの電圧(以下「出力電圧」という。)が一定の閾値電圧を超えた場合、前記出力電圧と前記閾値電圧との差電圧に対し単調増加するコンダクタンス変化特性に従い前記可変コンダクタンス素子のコンダクタンスを制御する蓄電制御回路;
を備えていることを特徴とする電力制御装置。
A power control device that stores direct current or pulsating current input to an input / output node and outputs a voltage to the input / output node,
An initial power storage device that is connected to the input / output node and stores a current input to the input / output node;
Variable conductance element with variable conductance;
One or more backup power storage devices that are connected to the input / output node via the variable conductance element and store a current input to the input / output node;
In addition, when the voltage of the input / output node (hereinafter referred to as “output voltage”) exceeds a certain threshold voltage, the variable conductance according to a conductance change characteristic that monotonously increases with respect to a difference voltage between the output voltage and the threshold voltage. A storage control circuit for controlling the conductance of the element;
A power control apparatus comprising:
前記初期蓄電装置は、前記バックアップ用蓄電装置及び前記可変コンダクタンス素子と並列に、前記入出力ノードに接続されていること
を特徴とする請求項1記載の電力制御装置。
The power control apparatus according to claim 1, wherein the initial power storage device is connected to the input / output node in parallel with the backup power storage device and the variable conductance element.
前記バックアップ用蓄電装置は、前記初期蓄電装置よりも大きな静電容量を有し、
前記初期蓄電装置は、前記可変コンダクタンス素子と並列且つ前記バックアップ用蓄電装置と直列に接続されていること
を特徴とする請求項1記載の電力制御装置。
The backup power storage device has a larger capacitance than the initial power storage device,
The power control apparatus according to claim 1, wherein the initial power storage device is connected in parallel with the variable conductance element and in series with the backup power storage device.
一定の参照電圧を生成するリファレンス生成回路を備え、
前記蓄電制御回路は、前記出力電圧を一定の分圧比で分圧して得られる電圧(以下「比較電圧」という。)が前記参照電圧を超えた場合、前記比較電圧と前記参照電圧との差電圧に比例した電圧(以下「蓄電制御電圧」という。)を出力するオペアンプ回路によって構成され、
前記可変コンダクタンス素子は、ゲート端子に入力される前記蓄電制御電圧の増加とともにコンダクタンスが増加する電界効果トランジスタにより構成されていること
を特徴とする請求項1乃至3の何れか一記載の電力制御装置。
A reference generation circuit that generates a constant reference voltage
When the voltage obtained by dividing the output voltage at a certain voltage division ratio (hereinafter referred to as “comparison voltage”) exceeds the reference voltage, the power storage control circuit has a difference voltage between the comparison voltage and the reference voltage. Is composed of an operational amplifier circuit that outputs a voltage proportional to (hereinafter referred to as “storage control voltage”),
4. The power control device according to claim 1, wherein the variable conductance element includes a field effect transistor whose conductance increases with an increase in the storage control voltage input to a gate terminal. 5. .
前記入出力ノードに入力される電流を断続する充電入力スイッチ回路;
及び、前記バックアップ用蓄電装置の両端子間の電圧が前記閾値電圧に達した場合に、前記充電入力スイッチ回路を切断する過電流防止回路;
を備えていることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一に記載の電力制御装置。




A charge input switch circuit for intermittently supplying a current input to the input / output node;
And an overcurrent prevention circuit that disconnects the charge input switch circuit when a voltage between both terminals of the backup power storage device reaches the threshold voltage;
The power control apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising:




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