JP4516587B2 - Power storage circuit - Google Patents
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Description
本発明は、発電電流の小さい交流発電器からの電荷を効率よく蓄電する蓄電回路に関する。 The present invention relates to a power storage circuit that efficiently stores charges from an AC generator having a small generated current.
ユビキタス情報社会の実現に向けて、センサを備えた多数の情報発信端末により構成されるセンサネットワークの研究開発が進んでいる。これらの情報発信端末はメンテナンスフリーであることが求められており、その課題の一つにバッテリーフリー化、すなわち情報発信端末自身が発電器をもち、電池を不要とする構成が必要になっている。 To realize a ubiquitous information society, research and development of a sensor network composed of a large number of information transmission terminals equipped with sensors is progressing. These information transmission terminals are required to be maintenance-free, and one of the issues is that they need to be battery-free, that is, the information transmission terminal itself has a generator and does not require a battery. .
一方、情報発信端末は小型化に伴って発電器も極小化する必要があり、そのような発電器として振動や熱などの生活空間エネルギーを電気エネルギーに変換するもの(例えばマイクロ振動型発電器、MEMS発電器など)が注目されている(非特許文献1)。 On the other hand, it is necessary to minimize the generator as the information transmission terminal is miniaturized. As such a generator, a device that converts living space energy such as vibration and heat into electric energy (for example, a micro vibration generator, Attention has been focused on MEMS power generators (Non-Patent Document 1).
図8は、非特許文献1に記載の電源回路の構成例を示す。図において、電源回路は、交流電流発生器81の両端子に、ショットキーダイオードのブリッジ接続による整流回路82、容量83を介して出力端子84が接続された構成である。整流回路82は、交流電流発生器81から出力される交流電流を整流し、容量83で平滑化して出力端子84に取り出された電力が負荷回路85に供給される。
FIG. 8 shows a configuration example of the power supply circuit described in Non-Patent Document 1. In the figure, the power supply circuit has a configuration in which an
ここで、交流電流発生器81は、微小な生活空間エネルギーを電気エネルギーに変換するために、その出力は電圧型ではなく電流型になっている。例えば、MEMS技術等により製作されるエレクトレットの振動を電流に変換する交流電流発生器81は、その大きさが数十μmから数mmで、大きさにより1nA程度から数μA程度の交流電流を発生する。
ところで、図8に示す電源回路を用いる場合、交流電流発生器81の出力電流が例えば数μA程度あれば負荷回路85を駆動することができるが、出力電流がnA級になると負荷回路85を駆動できなくなる。その場合には、交流電流発生器81の微小な出力電流から電荷を蓄電する蓄電回路が必要になる。一般的な蓄電回路としては、容量83と負荷回路85との間にスイッチを設け、容量83が所要電圧になるまでスイッチをオフとし、所要電圧になったときにスイッチをオンにして容量83に蓄積した電荷を負荷回路85に供給する構成が考えられる。
When the power supply circuit shown in FIG. 8 is used, the
しかし、このような蓄電回路の場合、交流電流発生器81の出力電流がショットキーダイオードの逆バイアス時のリーク電流(10nA程度)を大きく上回れば問題ないが、出力電流がnA級になるとリーク電流の影響が現れ、容量83に蓄積された電荷が逆バイアス時にリーク電流として消失してしまい、電荷が貯まらない問題がある。
However, in such a storage circuit, there is no problem if the output current of the AC
なお、本発明の適用を想定している情報発信端末は、例えば1時間ごとに数十ミリ秒だけ動作して所要の情報を送信するような間欠動作を行うものである。この場合、交流電流発生器の出力電流が微小であっても、待機時間中に動作に必要十分な電力を蓄電できる蓄電回路があれば対応可能になるが、上記のように蓄電中のリーク電流対策が必要になる。 In addition, the information transmission terminal which assumes application of this invention performs intermittent operation | movement which operate | moves only tens of milliseconds for every hour, for example, and transmits required information. In this case, even if the output current of the AC current generator is very small, it can be handled if there is a storage circuit that can store enough power for operation during the standby time. Countermeasures are required.
本発明は、以上の交流電流発生器の出力電流とリーク電流に関する問題点を考慮し、リーク電流を低減することにより出力電流が微小な交流電流発生器からの電荷を効率よく蓄電することができる蓄電回路を提供することを目的とする。 The present invention takes into account the above problems related to the output current and leakage current of the alternating current generator, and can efficiently store the charge from the alternating current generator with a small output current by reducing the leakage current. An object is to provide a power storage circuit.
第1の発明は、交流電流を発生する交流電流発生器と、交流電流発生器から出力される交流電流を整流する整流回路と、整流回路の出力端に接続され、交流電流発生器が出力する正の電荷を蓄積する電荷蓄積容量と、電荷蓄積容量に接続され、その蓄積電圧が所要電圧を超えたときにオンとし、所要電圧以下のときにオフに制御するスイッチ手段とを備え、スイッチ手段の制御により電荷蓄積容量の蓄積電圧が所要電圧を超えるまで交流電流発生器が出力する電荷を蓄積し、電荷蓄積容量の蓄積電圧が所要電圧を超えたときに電荷蓄積容量に蓄積された電荷による電力供給を行う構成である蓄電回路において、整流回路は、nMOSトランジスタのソース端子とpMOSトランジスタのソース端子を直結し、nMOSトランジスタのゲート端子とpMOSトランジスタのドレイン端子を直結し、nMOSトランジスタのドレイン端子とpMOSトランジスタのゲート端子を直結し、nMOSトランジスタのドレイン端子とpMOSトランジスタのドレイン端子を入出力端子とした第1の複合ダイオードを用いて構成し、pMOSトランジスタのドレイン端子を交流電流発生器の出力端子に接続し、nMOSトランジスタのドレイン端子を電荷蓄積容量に接続して正の電荷を蓄積する構成である。 1st invention is connected to the output terminal of the alternating current generator which generate | occur | produces alternating current, the rectification circuit which rectifies the alternating current output from an alternating current generator, and a rectification circuit, and an alternating current generator outputs A charge storage capacitor for storing positive charge, and a switch unit connected to the charge storage capacitor, which is turned on when the storage voltage exceeds a required voltage and controlled to be turned off when the storage voltage is lower than the required voltage. The charge output from the AC current generator is accumulated until the accumulated voltage of the charge storage capacitor exceeds the required voltage by the control of the charge storage capacitor, and the charge accumulated in the charge storage capacitor when the accumulated voltage of the charge storage capacitor exceeds the required voltage. In the power storage circuit configured to supply power, the rectifier circuit directly connects the source terminal of the nMOS transistor and the source terminal of the pMOS transistor, and the gate terminal of the nMOS transistor. And the drain terminal of the pMOS transistor are directly connected, the drain terminal of the nMOS transistor and the gate terminal of the pMOS transistor are directly connected, and the first composite diode having the drain terminal of the nMOS transistor and the drain terminal of the pMOS transistor as the input / output terminal is used. In this configuration, the drain terminal of the pMOS transistor is connected to the output terminal of the alternating current generator, and the drain terminal of the nMOS transistor is connected to the charge storage capacitor to store positive charges.
第1の発明の蓄電回路において、第1の複合ダイオードと同じ構成の第2の複合ダイオードを備え、交流電流発生器の出力端子に、第2の複合ダイオードのnMOSトランジスタのドレイン端子を接続し、pMOSトランジスタのドレイン端子を接地電位に接続した構成としてもよい。 The power storage circuit of the first invention comprises a second composite diode having the same configuration as the first composite diode, the drain terminal of the nMOS transistor of the second composite diode is connected to the output terminal of the alternating current generator, The drain terminal of the pMOS transistor may be connected to the ground potential.
第2の発明は、交流電流を発生する交流電流発生器と、交流電流発生器から出力される交流電流を整流する整流回路と、整流回路の出力端に接続され、交流電流発生器が出力する負の電荷を蓄積する電荷蓄積容量と、電荷蓄積容量に接続され、その蓄積電圧が所要電圧を超えたときにオンとし、所要電圧以下のときにオフに制御するスイッチ手段とを備え、スイッチ手段の制御により電荷蓄積容量の蓄積電圧が所要電圧を超えるまで交流電流発生器が出力する電荷を蓄積し、電荷蓄積容量の蓄積電圧が所要電圧を超えたときに電荷蓄積容量に蓄積された電荷による電力供給を行う構成である蓄電回路において、整流回路は、nMOSトランジスタのソース端子とpMOSトランジスタのソース端子を直結し、nMOSトランジスタのゲート端子とpMOSトランジスタのドレイン端子を直結し、nMOSトランジスタのドレイン端子とpMOSトランジスタのゲート端子を直結し、nMOSトランジスタのドレイン端子とpMOSトランジスタのドレイン端子を入出力端子とした第1の複合ダイオードを用いて構成し、nMOSトランジスタのドレイン端子を交流電流発生器の出力端子に接続し、pMOSトランジスタのドレイン端子を電荷蓄積容量に接続して負の電荷を蓄積する構成である。 2nd invention is connected to the output terminal of the alternating current generator which generate | occur | produces alternating current, the rectifier which rectifies the alternating current output from an alternating current generator, and the rectifier circuit, and an alternating current generator outputs A charge storage capacitor that stores negative charge, and a switch unit that is connected to the charge storage capacitor and that is turned on when the storage voltage exceeds a required voltage and is turned off when the storage voltage is lower than the required voltage. The charge output from the AC current generator is accumulated until the accumulated voltage of the charge storage capacitor exceeds the required voltage by the control of the charge storage capacitor, and the charge accumulated in the charge storage capacitor when the accumulated voltage of the charge storage capacitor exceeds the required voltage. In the power storage circuit configured to supply power, the rectifier circuit directly connects the source terminal of the nMOS transistor and the source terminal of the pMOS transistor, and the gate terminal of the nMOS transistor. And the drain terminal of the pMOS transistor are directly connected, the drain terminal of the nMOS transistor and the gate terminal of the pMOS transistor are directly connected, and the first composite diode having the drain terminal of the nMOS transistor and the drain terminal of the pMOS transistor as the input / output terminal is used. In this configuration, the drain terminal of the nMOS transistor is connected to the output terminal of the alternating current generator, and the drain terminal of the pMOS transistor is connected to the charge storage capacitor to store negative charges.
第2の発明の蓄電回路において、第1の複合ダイオードと同じ構成の第2の複合ダイオードを備え、交流電流発生器の出力端子に、第2の複合ダイオードのpMOSトランジスタのドレイン端子を接続し、nMOSトランジスタのドレイン端子を接地電位に接続した構成としてもよい。 The power storage circuit of the second invention comprises a second composite diode having the same configuration as the first composite diode, the drain terminal of the pMOS transistor of the second composite diode is connected to the output terminal of the AC current generator, The drain terminal of the nMOS transistor may be connected to the ground potential.
第3の発明は、交流電流を発生する交流電流発生器と、交流電流発生器から出力される交流電流を整流する整流回路と、整流回路の出力端に接続され、交流電流発生器が出力する正および負の電荷をそれぞれ蓄積する第1および第2の電荷蓄積容量と、第1および第2の電荷蓄積容量に接続され、その蓄積電圧の差が所要電圧を超えたときにオンとし、所要電圧以下のときにオフに制御するスイッチ手段とを備え、スイッチ手段の制御により第1および第2の電荷蓄積容量の蓄積電圧の差が所要電圧を超えるまで交流電流発生器が出力する電荷を蓄積し、第1および第2の電荷蓄積容量の蓄積電圧の差が所要電圧を超えたときに電荷蓄積容量に蓄積された電荷による電力供給を行う構成である蓄電回路において、整流回路は、nMOSトランジスタのソース端子とpMOSトランジスタのソース端子を直結し、nMOSトランジスタのゲート端子とpMOSトランジスタのドレイン端子を直結し、nMOSトランジスタのドレイン端子とpMOSトランジスタのゲート端子を直結し、nMOSトランジスタのドレイン端子とpMOSトランジスタのドレイン端子を入出力端子とした第1および第2の複合ダイオードを用いて構成し、第1の複合ダイオードのpMOSトランジスタのドレイン端子を交流電流発生器の出力端子に接続し、nMOSトランジスタのドレイン端子を第1の電荷蓄積容量に接続して正の電荷を蓄積し、第2の複合ダイオードのnMOSトランジスタのドレイン端子を交流電流発生器の出力端子に接続し、pMOSトランジスタのドレイン端子を第2の電荷蓄積容量に接続して負の電荷を蓄積する構成である。 3rd invention is connected to the output terminal of the alternating current generator which generate | occur | produces alternating current, the rectifier circuit which rectifies the alternating current output from an alternating current generator, and an rectifier circuit, and an alternating current generator outputs Connected to the first and second charge storage capacitors that store positive and negative charges, respectively, and the first and second charge storage capacitors, and is turned on when the difference between the storage voltages exceeds the required voltage. Switch means for controlling off when the voltage is equal to or lower than the voltage, and stores the charge output from the alternating current generator until the difference between the storage voltages of the first and second charge storage capacitors exceeds the required voltage by the control of the switch means. In the power storage circuit that is configured to supply power using the charge stored in the charge storage capacitor when the difference between the storage voltages of the first and second charge storage capacitors exceeds a required voltage, the rectifier circuit includes an nMOS transistor. The source terminal of the transistor and the source terminal of the pMOS transistor are directly connected, the gate terminal of the nMOS transistor and the drain terminal of the pMOS transistor are directly connected, the drain terminal of the nMOS transistor and the gate terminal of the pMOS transistor are directly connected, and the drain terminal of the nMOS transistor The first and second composite diodes having the drain terminal of the pMOS transistor as an input / output terminal are used, the drain terminal of the pMOS transistor of the first composite diode is connected to the output terminal of the alternating current generator, and the nMOS transistor And the drain terminal of the second composite diode is connected to the output terminal of the alternating current generator, and the drain terminal of the pMOS transistor is connected to the drain terminal of the pMOS transistor. Second charge storage It is configured to accumulate the negative charges connected to the capacitor.
第3の発明の蓄電回路において、交流電流発生器および整流回路を複数備え、第1の電荷蓄積容量に、複数の整流回路を構成する複数の第1の複合ダイオードを並列に接続し、第2の電荷蓄積容量に、複数の整流回路を構成する複数の第2の複合ダイオードを並列に接続した構成としてもよい。 The power storage circuit of the third invention is provided with a plurality of alternating current generators and rectifier circuits, wherein a plurality of first composite diodes constituting the plurality of rectifier circuits are connected in parallel to the first charge storage capacitor, A plurality of second composite diodes constituting a plurality of rectifier circuits may be connected in parallel to the charge storage capacitor.
また、複数の交流電流発生器に代えて、1つの交流電流発生器から位相が異なる複数の交流電流を取り出し、それぞれ整流回路を介して第1および第2の電荷蓄積容量に接続する構成としてもよい。 Further, instead of a plurality of AC current generators, a plurality of AC currents having different phases may be taken out from one AC current generator and connected to the first and second charge storage capacitors via rectifier circuits, respectively. Good.
本発明は、交流電流発生器から出力される交流電流の整流回路として、pMOSトランジスタとnMOSトランジスタを縦積みにした複合ダイオードを用いることにより、逆バイアス時のリーク電流を極めて小さくすることができる。また、スイッチ手段によって蓄電モードと放電モードを切り替えることにより、微小な発電量の交流電流発生器を用いても電荷を効率より蓄電し、微小な発電量から負荷回路を駆動可能な所要の電力を生成することができる。 In the present invention, the leakage current at the time of reverse bias can be extremely reduced by using a composite diode in which a pMOS transistor and an nMOS transistor are vertically stacked as a rectifier circuit for an alternating current output from an alternating current generator. In addition, by switching between the storage mode and the discharge mode with the switch means, even if an alternating current generator with a small amount of power generation is used, the charge can be stored more efficiently and the required power that can drive the load circuit from the small amount of power generation. Can be generated.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の蓄電回路の第1の実施形態の第1の構成例を示す。
図において、交流電流発生器10の出力は、nMOSトランジスタとpMOSトランジスタから構成される複合ダイオード11を介して電荷蓄積容量12に接続されるとともに、抵抗13を介して接地電位に接続される。電荷蓄積容量12の他端は接地電位に接続される。また、複合ダイオード11と電荷蓄積容量12の接続部にはスイッチ14を介して出力端子15が接続されるとともに、電荷蓄積容量12の電圧を検知してスイッチ14のオンオフを制御する電圧検知回路16が接続される。また、出力端子15には、以上の蓄電回路から供給される電力により駆動される負荷回路17が接続される。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a first configuration example of the first embodiment of the power storage circuit of the present invention.
In the figure, the output of the
ここで、交流電流発生器10は、微小な生活空間エネルギーを電気エネルギーに変換するために、例えばMEMS技術等により製作されるエレクトレットの振動を電流に変換する構成であり、例えば1〜数十nA程度の交流電流を発生する。
Here, the alternating
複合ダイオード11は、交流電流発生器10側からpMOSトランジスタ、nMOSトランジスタの順に配置し、nMOSトランジスタのソース端子とpMOSトランジスタのソース端子を直結し、nMOSトランジスタのゲート端子とpMOSトランジスタのドレイン端子を直結し、nMOSトランジスタのドレイン端子とpMOSトランジスタのゲート端子を直結した構成である。nMOSトランジスタのドレイン端子とpMOSトランジスタのドレイン端子がダイオードの入出力端子に相当し、pMOSトランジスタ側が高電位のときに順バイアスである。この複合ダイオード11の特長は、ダイオードを逆バイアスにしたときに、ダイオードを構成するnMOSトランジスタのゲート/ソース間電圧およびpMOSトランジスタのゲート/ソース間電圧が共に逆バイアスされるため、リーク電流がショットキーダイオードの逆バイアス時に比べて非常に小さいことである。
The
交流電流発生器10から正の電荷が供給される場合、交流電流発生器10の出力電位が正になる。このため、複合ダイオード11のpMOSトランジスタ側が高電位になり、複合ダイオード11が順バイアスになって電流が流れ、電荷蓄積容量12に電荷が蓄積される。また、交流電流発生器10から負の電荷が供給される場合、交流電流発生器10の出力電位が負になる。このため、複合ダイオード11のpMOSトランジスタ側が低電位になり、複合ダイオード11が逆バイアスになって電流が流れず、抵抗13および接地電位側に電流が流れる。このとき、逆バイアスの複合ダイオード11のリーク電流は非常に小さいので、交流電流発生器10の出力電位が正のときに蓄積される電荷が負のときに消失する電荷に比べて桁違いに大きく、電荷蓄積容量12に徐々に電荷が蓄積される。
When a positive charge is supplied from the alternating
このような動作により、スイッチ14がオフであれば電荷蓄積容量12に徐々に電荷が蓄積され、蓄積された電圧を電圧検知回路16が検知し、所要電圧に達するとスイッチ14をオフからオンに制御し、電荷蓄積容量12からスイッチ14、出力端子15を介して負荷回路17に正電荷による電力が供給される。このとき、交流電流発生器10から電荷の供給は続いているが、電荷蓄積容量12から負荷回路17に供給される電荷に比べて無視される量である。電荷蓄積容量12の電圧が低下すると、電圧検知回路16が検知してスイッチ14をオンからオフに制御し、再び交流電流発生器10から複合ダイオード11を介して電荷蓄積容量12に徐々に電荷が蓄積される。なお、電圧検知回路16は、負荷回路17よりも低電力で動作するものとする。
With such an operation, if the
図2は、本発明の蓄電回路の第1の実施形態の第2の構成例を示す。
本構成例の特徴は、第1の構成例において交流電流発生器10の出力と接地電位との間に接続された抵抗13に代えて、nMOSトランジスタとpMOSトランジスタから構成される複合ダイオード18を用いたところにある。複合ダイオード18は、複合ダイオード11と同様の構成であるが、交流電流発生器10側からnMOSトランジスタ、pMOSトランジスタの順に配置され、複合ダイオード11と逆向きになる。
ここで、交流電流発生器10の出力電位が正のとき、複合ダイオード11のpMOSトランジスタ側が高電位になり、複合ダイオード11が順バイアスになって電流が流れるとともに、複合ダイオード18のnMOSトランジスタ側が高電位になり、複合ダイオード18が逆バイアスになって電流は流れない。また、交流電流発生器10の出力電位が負のとき、複合ダイオード11のpMOSトランジスタ側が低電位になり、複合ダイオード11が逆バイアスになって電流が流れないとともに、複合ダイオード18のnMOSトランジスタ側が低電位になり、複合ダイオード18が順バイアスになって電流が流れる。
FIG. 2 shows a second configuration example of the first embodiment of the power storage circuit of the present invention.
The feature of this configuration example is that a
Here, when the output potential of the alternating
第1および第2の構成例において、交流電流発生器10から出力される交流電流が複合ダイオード11を介して整流され、電荷蓄積容量12に蓄積される動作原理は共通である。第1の構成例では、交流電流発生器10の出力電位が正のときは抵抗13の抵抗値が高く、負のときは抵抗値が低い方がよいので、最適な抵抗値が存在し、その値は電流量に依存することになる。したがって、蓄電効率を向上させるためには交流電流発生器10の出力電流量に応じて抵抗値を調整する必要がある。一方、第2の構成例では、複合ダイオード11と相補的な動作をする複合ダイオード18が用いられるので、交流電流発生器10の出力電流量に依存することなく、電荷を電荷蓄積容量12に効率よく蓄積することができる利点がある。
In the first and second configuration examples, the operating principle in which the alternating current output from the alternating
(第2の実施形態)
図3は、本発明の蓄電回路の第2の実施形態の第1の構成例を示す。
本実施形態の特徴は、第1の実施形態の第1の構成例における複合ダイオード11の向きを交流電流発生器10に対して逆にしたところにある。
(Second Embodiment)
FIG. 3 shows a first configuration example of the second embodiment of the power storage circuit of the present invention.
The feature of this embodiment is that the direction of the
すなわち、交流電流発生器10の出力電位が正のとき、複合ダイオード11のnMOSトランジスタ側が高電位になり、逆バイアスになって電流が流れず、抵抗13および接地電位側に電流が流れる。また、交流電流発生器10の出力電位が負のとき、複合ダイオード11のnMOSトランジスタ側が低電位になり、複合ダイオード11が順バイアスになって電流が流れ、電荷蓄積容量12に負の電荷が蓄積される。このような動作により、スイッチ14がオフであれば電荷蓄積容量12に徐々に負の電荷が蓄積され、蓄積された電圧を電圧検知回路16が検知し、所要電圧に達するとスイッチ14をオフからオンに制御し、電荷蓄積容量12からスイッチ14、出力端子15を介して負荷回路17に負電荷による電力が供給される。電荷蓄積容量12の電圧が低下すると、電圧検知回路16が検知してスイッチ14をオンからオフに制御し、再び交流電流発生器10から複合ダイオード11を介して電荷蓄積容量12に徐々に負の電荷が蓄積される。
That is, when the output potential of the alternating
図4は、本発明の蓄電回路の第2の実施形態の第2の構成例を示す。
本構成例の特徴は、第1の実施形態の第2の構成例における複合ダイオード11および複合ダイオード18の向きを交流電流発生器10に対して逆にしたところにある。本構成例の動作は、第2の実施形態の第1の構成例と同様に負の電荷が電荷蓄積容量12に蓄積され、スイッチ14を介して負荷回路17に負電荷による電力が供給される。
FIG. 4 shows a second configuration example of the second embodiment of the power storage circuit of the present invention.
The feature of this configuration example is that the direction of the
(第3の実施形態)
図5は、本発明の蓄電回路の第3の実施形態を示す。
図において、交流電流発生器10の出力は、nMOSトランジスタとpMOSトランジスタから構成される複合ダイオード11を介して電荷蓄積容量12に接続されるとともに、nMOSトランジスタとpMOSトランジスタから構成される複合ダイオード18を介して電荷蓄積容量19に接続される。電荷蓄積容量12,19の他端は接地電位に接続される。複合ダイオード11と電荷蓄積容量12の接続部にはスイッチ14を介して出力端子15−1が接続され、また複合ダイオード18と電荷蓄積容量18の接続部には出力端子15−2が接続される。複合ダイオード11と電荷蓄積容量12の接続部および複合ダイオード18と電荷蓄積容量19の接続部には、電荷蓄積容量12,19の電圧差を検知してスイッチ14のオンオフを制御する電圧検知回路16が接続される。出力端子15−1,15−2には、以上の蓄電回路から供給される電力により駆動される負荷回路17が接続される。
(Third embodiment)
FIG. 5 shows a third embodiment of the power storage circuit of the present invention.
In the figure, the output of the alternating
複合ダイオード11は、第1の実施形態と同様に、交流電流発生器10側からpMOSトランジスタ、nMOSトランジスタの順に配置した構成である。複合ダイオード18は、第2の実施形態と同様に、交流電流発生器10側からnMOSトランジスタ、pMOSトランジスタの順に配置した構成である。すなわち、複合ダイオード11,18は、交流電流発生器10に対して互いに逆向きに接続され、交流電流発生器10の出力電位の正、負に応じて、電荷蓄積容量12に正の電荷および電荷蓄積容量19に負の電荷がそれぞれ蓄積される。
As in the first embodiment, the
電圧検知回路16は、電荷蓄積容量12,19にそれぞれ蓄積された電圧の差を検知し、所要電圧に達するとスイッチ14をオフからオンに制御し、電荷蓄積容量12からスイッチ14、出力端子15−1、負荷回路17、出力端子15−2、電荷蓄積容量18を接続して負荷回路17に電力を供給する。電荷蓄積容量12,19の差電圧が低下すると、電圧検知回路16が検知してスイッチ14をオンからオフに制御し、再び交流電流発生器10から複合ダイオード11,18を介してそれぞれ電荷蓄積容量12,19に徐々に電荷が蓄積される。このように、本実施形態の構成では、正、負の電荷の両方を蓄積できるので、蓄電効率を向上させることができる。
The
(第4の実施形態)
図6は、本発明の蓄電回路の第4の実施形態の第1の構成例を示す。
本構成例の特徴は、第3の実施形態に示す蓄電回路を複数(ここでは2個)備える構成において、電荷蓄積容量12,19、スイッチ14、電圧検知回路16を共通化するところにある。すなわち、電荷蓄積容量12,19、スイッチ14、電圧検知回路16に対して、複数の交流電流発生器10−1,10−2、複合ダイオード11−1と18−1、複合ダイオード11−2と18−2をそれぞれ並列に接続する構成である。
(Fourth embodiment)
FIG. 6 shows a first configuration example of the fourth embodiment of the power storage circuit of the present invention.
The feature of this configuration example is that the
これにより、複数の交流電流発生器10−1,10−2からの電荷を同時に電荷蓄積容量12,19に蓄積できるので、短時間に蓄電することが可能になる。なお、複数の交流電流発生器10−1,10−2として、例えばそれぞれ異なる方向の振動に最適化した振動発電器を配置することにより、さらに蓄電効率を向上させることができる。
As a result, the charges from the plurality of AC current generators 10-1 and 10-2 can be simultaneously stored in the
図7は、本発明の蓄電回路の第4の実施形態の第2の構成例を示す。
本構成例の特徴は、第4の実施形態の第1の構成例における複数の交流電流発生器10−1,10−2に代えて、1つの交流電流発生器10から位相の異なる複数の交流電流を取り出し、複数組設けられた複合ダイオード11−1と18−1、複合ダイオード11−2と18−2の各組の接続部に接続するところにある。
FIG. 7 shows a second configuration example of the fourth embodiment of the power storage circuit of the present invention.
The feature of this configuration example is that instead of the plurality of alternating current generators 10-1 and 10-2 in the first configuration example of the fourth embodiment, a plurality of alternating currents having different phases from one alternating
本構成例は、図8に示すダイオードブリッジ回路のダイオードを複合ダイオード11,18に置き換えた構成に類似するが、交流電流発生器10が例えば1〜数十nA程度の交流電流を発生するものであっても、複合ダイオード11,18の逆バイアス特性とスイッチ14の制御によって電荷蓄積容量12,19に効率的に蓄電し、負荷回路17に駆動電力を供給することができる。
This configuration example is similar to the configuration in which the diode of the diode bridge circuit shown in FIG. 8 is replaced with the
10 交流電流発生器
11,18 複合ダイオード
12,19 電荷蓄積容量
13 抵抗
14 スイッチ
15 出力端子
16 電圧検知回路
17 負荷回路
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記交流電流発生器から出力される交流電流を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力端に接続され、前記交流電流発生器が出力する正の電荷を蓄積する電荷蓄積容量と、
前記電荷蓄積容量に接続され、その蓄積電圧が所要電圧を超えたときにオンとし、所要電圧以下のときにオフに制御するスイッチ手段と
を備え、前記スイッチ手段の制御により前記電荷蓄積容量の蓄積電圧が所要電圧を超えるまで前記交流電流発生器が出力する電荷を蓄積し、前記電荷蓄積容量の蓄積電圧が所要電圧を超えたときに前記電荷蓄積容量に蓄積された電荷による電力供給を行う構成である蓄電回路において、
前記整流回路は、nMOSトランジスタのソース端子とpMOSトランジスタのソース端子を直結し、nMOSトランジスタのゲート端子とpMOSトランジスタのドレイン端子を直結し、nMOSトランジスタのドレイン端子とpMOSトランジスタのゲート端子を直結し、nMOSトランジスタのドレイン端子とpMOSトランジスタのドレイン端子を入出力端子とした第1の複合ダイオードを用いて構成し、pMOSトランジスタのドレイン端子を前記交流電流発生器の出力端子に接続し、nMOSトランジスタのドレイン端子を前記電荷蓄積容量に接続して正の電荷を蓄積する構成である
ことを特徴とする蓄電回路。 An alternating current generator for generating alternating current;
A rectifying circuit for rectifying an alternating current output from the alternating current generator;
A charge storage capacitor connected to the output terminal of the rectifier circuit for storing positive charges output from the alternating current generator;
Switch means connected to the charge storage capacitor and turned on when the storage voltage exceeds a required voltage and controlled to be turned off when the storage voltage is lower than the required voltage, and the charge storage capacitor is stored under the control of the switch means. A structure for accumulating charges output from the AC current generator until the voltage exceeds a required voltage, and supplying power by the charges accumulated in the charge storage capacity when the accumulated voltage of the charge storage capacity exceeds the required voltage In a storage circuit that is
The rectifier circuit directly connects the source terminal of the nMOS transistor and the source terminal of the pMOS transistor, directly connects the gate terminal of the nMOS transistor and the drain terminal of the pMOS transistor, directly connects the drain terminal of the nMOS transistor and the gate terminal of the pMOS transistor, A first composite diode having the drain terminal of the nMOS transistor and the drain terminal of the pMOS transistor as an input / output terminal is used, the drain terminal of the pMOS transistor is connected to the output terminal of the alternating current generator, and the drain of the nMOS transistor A storage circuit, wherein a terminal is connected to the charge storage capacitor to store positive charges.
前記第1の複合ダイオードと同じ構成の第2の複合ダイオードを備え、
前記交流電流発生器の出力端子に、前記第2の複合ダイオードのnMOSトランジスタのドレイン端子を接続し、pMOSトランジスタのドレイン端子を接地電位に接続した構成である
ことを特徴とする蓄電回路。 The power storage circuit according to claim 1,
A second composite diode having the same configuration as the first composite diode;
The storage circuit, wherein the output terminal of the alternating current generator is connected to the drain terminal of the nMOS transistor of the second composite diode and the drain terminal of the pMOS transistor is connected to the ground potential.
前記交流電流発生器から出力される交流電流を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力端に接続され、前記交流電流発生器が出力する負の電荷を蓄積する電荷蓄積容量と、
前記電荷蓄積容量に接続され、その蓄積電圧が所要電圧を超えたときにオンとし、所要電圧以下のときにオフに制御するスイッチ手段と
を備え、前記スイッチ手段の制御により前記電荷蓄積容量の蓄積電圧が所要電圧を超えるまで前記交流電流発生器が出力する電荷を蓄積し、前記電荷蓄積容量の蓄積電圧が所要電圧を超えたときに前記電荷蓄積容量に蓄積された電荷による電力供給を行う構成である蓄電回路において、
前記整流回路は、nMOSトランジスタのソース端子とpMOSトランジスタのソース端子を直結し、nMOSトランジスタのゲート端子とpMOSトランジスタのドレイン端子を直結し、nMOSトランジスタのドレイン端子とpMOSトランジスタのゲート端子を直結し、nMOSトランジスタのドレイン端子とpMOSトランジスタのドレイン端子を入出力端子とした第1の複合ダイオードを用いて構成し、nMOSトランジスタのドレイン端子を前記交流電流発生器の出力端子に接続し、pMOSトランジスタのドレイン端子を前記電荷蓄積容量に接続して負の電荷を蓄積する構成である
ことを特徴とする蓄電回路。 An alternating current generator for generating alternating current;
A rectifying circuit for rectifying an alternating current output from the alternating current generator;
A charge storage capacitor that is connected to an output terminal of the rectifier circuit and stores negative charges output from the alternating current generator;
Switch means connected to the charge storage capacitor and turned on when the storage voltage exceeds a required voltage and controlled to be turned off when the storage voltage is lower than the required voltage, and the charge storage capacity is stored under the control of the switch means. A structure for accumulating charges output from the AC current generator until the voltage exceeds a required voltage, and supplying power by the charges accumulated in the charge storage capacity when the accumulated voltage of the charge storage capacity exceeds the required voltage In a storage circuit that is
The rectifier circuit directly connects the source terminal of the nMOS transistor and the source terminal of the pMOS transistor, directly connects the gate terminal of the nMOS transistor and the drain terminal of the pMOS transistor, directly connects the drain terminal of the nMOS transistor and the gate terminal of the pMOS transistor, A first composite diode having the drain terminal of the nMOS transistor and the drain terminal of the pMOS transistor as an input / output terminal is used, the drain terminal of the nMOS transistor is connected to the output terminal of the alternating current generator, and the drain of the pMOS transistor A storage circuit, wherein a terminal is connected to the charge storage capacitor to store negative charges.
前記第1の複合ダイオードと同じ構成の第2の複合ダイオードを備え、
前記交流電流発生器の出力端子に、前記第2の複合ダイオードのpMOSトランジスタのドレイン端子を接続し、nMOSトランジスタのドレイン端子を接地電位に接続した構成である
ことを特徴とする蓄電回路。 In the electrical storage circuit according to claim 3,
A second composite diode having the same configuration as the first composite diode;
The storage circuit, wherein the output terminal of the alternating current generator is connected to the drain terminal of the pMOS transistor of the second composite diode and the drain terminal of the nMOS transistor is connected to the ground potential.
前記交流電流発生器から出力される交流電流を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力端に接続され、前記交流電流発生器が出力する正および負の電荷をそれぞれ蓄積する第1および第2の電荷蓄積容量と、
前記第1および第2の電荷蓄積容量に接続され、その蓄積電圧の差が所要電圧を超えたときにオンとし、所要電圧以下のときにオフに制御するスイッチ手段と
を備え、前記スイッチ手段の制御により前記第1および第2の電荷蓄積容量の蓄積電圧の差が所要電圧を超えるまで前記交流電流発生器が出力する電荷を蓄積し、前記第1および第2の電荷蓄積容量の蓄積電圧の差が所要電圧を超えたときに前記電荷蓄積容量に蓄積された電荷による電力供給を行う構成である蓄電回路において、
前記整流回路は、nMOSトランジスタのソース端子とpMOSトランジスタのソース端子を直結し、nMOSトランジスタのゲート端子とpMOSトランジスタのドレイン端子を直結し、nMOSトランジスタのドレイン端子とpMOSトランジスタのゲート端子を直結し、nMOSトランジスタのドレイン端子とpMOSトランジスタのドレイン端子を入出力端子とした第1および第2の複合ダイオードを用いて構成し、前記第1の複合ダイオードのpMOSトランジスタのドレイン端子を前記交流電流発生器の出力端子に接続し、nMOSトランジスタのドレイン端子を前記第1の電荷蓄積容量に接続して正の電荷を蓄積し、前記第2の複合ダイオードのnMOSトランジスタのドレイン端子を前記交流電流発生器の出力端子に接続し、pMOSトランジスタのドレイン端子を前記第2の電荷蓄積容量に接続して負の電荷を蓄積する構成である
ことを特徴とする蓄電回路。 An alternating current generator for generating alternating current;
A rectifying circuit for rectifying an alternating current output from the alternating current generator;
First and second charge storage capacitors connected to the output terminal of the rectifier circuit and storing positive and negative charges output from the alternating current generator, respectively;
Switching means connected to the first and second charge storage capacitors and turned on when a difference between the storage voltages exceeds a required voltage and turned off when the difference is less than the required voltage, By the control, the charge output from the alternating current generator is accumulated until the difference between the accumulated voltages of the first and second charge storage capacitors exceeds a required voltage, and the accumulated voltage of the first and second charge storage capacitors is In the power storage circuit that is configured to supply power by the charge stored in the charge storage capacitor when the difference exceeds a required voltage,
The rectifier circuit directly connects the source terminal of the nMOS transistor and the source terminal of the pMOS transistor, directly connects the gate terminal of the nMOS transistor and the drain terminal of the pMOS transistor, directly connects the drain terminal of the nMOS transistor and the gate terminal of the pMOS transistor, The first and second composite diodes having the drain terminal of the nMOS transistor and the drain terminal of the pMOS transistor as input / output terminals are used, and the drain terminal of the pMOS transistor of the first composite diode is connected to the alternating current generator. Connected to the output terminal, the drain terminal of the nMOS transistor is connected to the first charge storage capacitor to store positive charge, and the drain terminal of the nMOS transistor of the second composite diode is connected to the output of the alternating current generator. Connect to the terminal Storage circuit, characterized in that by connecting the drain terminal of the pMOS transistor to said second charge storage capacitor is configured to accumulate a negative charge.
前記交流電流発生器および前記整流回路を複数備え、
前記第1の電荷蓄積容量に、前記複数の整流回路を構成する複数の第1の複合ダイオードを並列に接続し、前記第2の電荷蓄積容量に、前記複数の整流回路を構成する複数の第2の複合ダイオードを並列に接続した構成である
ことを特徴とする蓄電回路。 The power storage circuit according to claim 5,
A plurality of the AC current generator and the rectifier circuit,
A plurality of first composite diodes that constitute the plurality of rectifier circuits are connected in parallel to the first charge storage capacitor, and a plurality of second diodes that constitute the plurality of rectifier circuits are connected to the second charge storage capacitor. 2. A power storage circuit, wherein two composite diodes are connected in parallel.
前記複数の交流電流発生器に代えて、1つの交流電流発生器から位相が異なる複数の交流電流を取り出し、それぞれ前記整流回路を介して前記第1および第2の電荷蓄積容量に接続する構成である
ことを特徴とする蓄電回路。 The power storage circuit according to claim 6,
Instead of the plurality of AC current generators, a plurality of AC currents having different phases are taken out from one AC current generator and connected to the first and second charge storage capacitors through the rectifier circuit, respectively. A power storage circuit characterized by that.
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