电源电路以及振动发电装置

摘要

本发明提供一种电源电路以及振动发电装置，该电源电路将从振动发电元件输入的电力向外部负载输出，其具备：对从振动发电元件输入的交流电力进行整流的整流电路；蓄积从整流电路输出的电力的第1电容器；斩波电路，其具有对斩波定时进行控制的开关元件，且输入部与第1电容器连接；以及向开关元件供给控制信号的控制信号生成部，并且控制信号生成部不参照第1电容器的电压而生成控制信号。

说明书

技术领域

本发明涉及电源电路以及振动发电装置。

背景技术

作为从环境振动收获能量的能量收集技术之一，已知有使用作为MEMS(Microelectromechanical Systems：微机电系统)振动元件的振动发电元件来从环境振动进行发电的方法。振动发电元件自身具备压电元件、静电电容型元件，若使其以环境振动的频率振动，则产生与该频率相等的交流的电力。因此，提出了组合了振动发电元件和将振动发电元件产生的交流电力变换为适合利用的电压的直流或交流的电源电路的振动发电装置(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5990352号公报

发明内容

发明要解决的课题

由于环境振动的振动能量微弱，因此要求将环境振动以高效率转换为电能的电源电路和振动发电装置。

用于解决课题的手段

第1方式的电源电路，将从振动发电元件输入的电力向外部负载输出，具备：整流电路，其对从所述振动发电元件输入的交流电力进行整流；第1电容器，其蓄积从所述整流电路输出的电力；斩波电路，其具有控制斩波定时的开关元件，且输入部与所述第1电容器连接；以及控制信号生成部，其向所述开关元件供给控制信号，并且控制信号生成部不参照所述第1电容器的电压而生成所述控制信号。

第2方式的电源电路优选为，在第1方式的电源电路中，还具备电压转换电路，该电压转换电路的输入部与所述斩波电路的输出部连接。

第3方式的电源电路优选为，在第1或第2方式的电源电路中，所述控制信号生成部生成具有恒定的周期和占空比的所述控制信号。

第4方式的电源电路优选为，在第3方式的电源电路中，根据所述振动发电元件以及所述振动发电元件的设置状况来决定所述周期以及所述占空比。

第5方式的电源电路优选为，在第1或第2方式的电源电路中，所述控制信号生成部接收基于所述振动发电元件的振动的振幅的状态信号，并基于所述状态信号生成所述控制信号。

第6方式的振动发电装置具备：第1至第4方式中的任意一个方式的电源电路；以及振动发电元件，其向所述电源电路供给电力。

第7方式的振动发电装置具备：第5方式的电源电路；以及振动发电元件，其向所述电源电路供给电力，并且向所述电源电路的所述控制信号生成部供给所述状态信号。

发明效果

根据本发明，能够高效地将环境振动的能量转换为电能。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式的电源电路50和振动发电装置100的概略结构的示意图。

图2是表示振动发电装置100所具备的振动发电元件10的概略的图。

图3是表示振动发电元件的变形例1的图。

图4是表示本发明的第2实施方式的电源电路50a及振动发电装置100a的概略结构的示意图。

图5是表示本发明的第3实施方式的电源电路50b和振动发电装置100b的概略结构的示意图。

图6是表示振动发电元件的变形例2的图。

图7是示出输出线W3的输出电压V3P的图。

图8是表示本发明的第4实施方式的电源电路50c和振动发电装置100c的概略结构的示意图。

具体实施方式

(第1实施方式)

以下，参照附图对本发明的第1实施方式进行说明。图1是表示本发明的第1实施方式的电源电路50及振动发电装置100的概略结构的示意图。振动发电装置100具备：振动发电元件10，其通过环境振动来发出交流电力；以及电源电路50，其将发电得到的交流电力取出并输出到外部的设备等。

电源电路50具备整流电路20、第1电容器C1、斩波电路30、第2电容器C2、电压转换电路40以及第3电容器C3。

作为一个例子，振动发电元件10是具备驻极体电极的静电电容型的发电元件(驻极体型发电元件)，参照图2对其概要进行说明。

振动发电元件10具有作为可动电极的第1电极11和作为固定电极的第2电极12。作为一个例子，第1电极11是具有2根梳齿部分15的梳齿电极，且作为一个例子，第2电极12是具有3根梳齿部分16的梳齿电极。

第1电极11的梳齿部分15和第2电极12的梳齿部分16在图中的Z方向上具有预定的厚度，并且在它们啮合的部分彼此朝向另一个电极。第1电极11以及第2电极12例如能够制造为以硅为基材的MEMS结构体。

在第2电极12的梳齿部分16中的与第1电极11的梳齿部分15对置的面的表面的区域17，通过实施公知的带电处理(例如日本特开2014-049557号公报中记载的带电处理)，形成具有负电荷的驻极体。

通过驻极体化，第2电极12的梳齿部分16半永久性地带电。其结果，在与驻极化的电极对置的第1电极11的梳齿部分15感应与驻极化的电极相反的特性即正的感应电荷。

第2电极12由绝缘性的支承框13固定地保持。

另一方面，第1电极11被保持部14(电极保持部14a、连结部14b、固定部14c)保持为相对于支承框13在图中的上下方向(X方向)上振动。保持部14由保持第1电极11的电极保持部14a、固定于支承框13的固定部14c、连接电极保持部14a和固定部14c的具有挠性的连结部14b构成。

连结部14b是图1中的X方向的厚度薄、Z方向的厚度厚的由金属等的挠性材料构成的薄片。当从外部对支承框13施加振动时，设置在图中的电极保持部14a的左右的2个连结部14b挠曲，由此，电极保持部14a相对于支承框13在X方向上振动。其结果是，保持于电极保持部14a的第1电极11成为相对于固定于支承框13的第2电极12在X方向上振动的结构。

随着第1电极11和第2电极12向X方向的振动，第1电极11的梳齿部分15和第2电极12的梳齿部分16对置的面的面积增减。其结果是，第1电极11与第2电极12对置的部分的面积发生变化，驻极体的感应电荷也发生变化，第1电极11与第2电极12之间的电位差发生变化而产生电动势，从而进行基于振动发电元件10的发电。

振动发电元件10的发电效率依赖于第1电极11与第2电极12的相对振动的振幅。即，基本上第1电极11与第2电极12的相对振动的振幅越大，发电效率越高。但是，由于振动发电元件10的机械结构上的制约，振幅过大时，伴随振动的机械阻力也会增大。因此，在振动发电元件10中，存在由其结构决定的使发电效率最大的振幅(最佳振幅)。以下，将第1电极11与第2电极12的相对振动的振幅简称为振动发电元件10的振幅。

在输出来自振动发电元件10的交流电压的2条输出线中，与第1电极11连接的输出线W1与构成图1中的二极管桥型的全波整流型的整流电路20的第1二极管D1的阳极以及第3二极管D3的阴极连接。与一方的第2电极12连接的输出线W2与第2二极管D2的阳极以及第4二极管D4的阴极连接。整流电路20的输出部P1与第1二极管D1的阴极以及第2二极管D2的阴极连接。第3二极管D3的阳极以及第4二极管D4的阳极与电源电路50的接地连接。

通过整流电路20的整流作用，从整流电路20的输出部P1输出正电位的电力。该电力蓄积在一端与整流电路20的输出部P1连接，另一端与接地连接的第1电容器C1中，并且被供给到斩波电路30。整流电路20的输出部P1也是斩波电路30的输入部P1。

作为控制斩波定时的一例，第1实施方式的斩波电路30具备nMOS晶体管(nMOSFET)的开关元件T1和向开关元件T1供给恒定的周期及占空比的控制信号的控制信号生成部S1。因此，开关元件T1以恒定的周期、恒定的占空比(即，以恒定的时间比率)接通。

当开关元件T1接通时，蓄积在第1电容器C1中的电流(电能)通过开关元件T1和线圈L1流向与斩波电路30的输出部P2连接的第2电容器C2。此时，电能被转换为磁能并蓄积于线圈L1。另一方面，整流二极管D5在开关元件T1侧连接了阴极，因此，成为反向偏压，所以在整流二极管D5中不流过电流。

当开关元件T1断开时，通过线圈L1的自感，蓄积于线圈L1的磁能被转换为电能，作为电能(电流)被移送至第2电容器C2。在该情况下，电流的方向成为从线圈L1通过第2电容器C2以及整流二极管D5而返回到线圈L1的方向，因此整流二极管D5成为正向偏压，不妨碍电流。

从斩波电路30输出的电力被蓄积在第2电容器C2中，从第2电容器C2输出到电压转换电路40的输入部Vin。

电压转换电路40对从反相斩波电路30输出并输入到输入部Vin的电压进行电压转换，以使从输出部Vout向外部负载RO输出的电压成为正的预定的固定值。电压转换电路40可以使用一般的开关调节器型的DC/DC转换器。在电压转换电路40的输出部Vout与接地之间设置有第3电容器C3，由此，来自电压转换电路40的输出电压被进一步平滑化。

另外，电压转换电路40是用于将从斩波电路30输出的电力转换为适于外部负载RO的电压的电路。因此，在适于外部负载RO的电压与斩波电路30的输出电压一致的情况下、外部负载RO自身具有转换电压的功能的情况下，电源电路50不需要具备电压转换电路40。在该情况下，在外部负载RO具有相当于第2电容器C2、第3电容器C3的电容器的情况下，电源电路50不需要具备第2电容器C2及第3电容器C3。

如上所述，为了使振动发电元件10的发电效率最大化，优选使振动发电元件10以最佳的振幅振动。但是，若第1电容器C1被充电而第1电容器C1的电压变得过高，则从振动发电元件10观察的第1电容器C1的电阻增大，因此振动发电元件10的负载增大，振动发电元件10的振幅减少，发电效率降低。

另一方面，若第1电容器C1被放电而第1电容器C1的电压变得过低，则从振动发电元件10观察到的第1电容器C1的电阻减少。因此，振动发电元件10的负载减少，振动发电元件10的振幅过度增大，机械阻力增加，振动的能量因机械阻力而被浪费，因此发电效率仍然降低。

因此，期望在斩波电路30中，将与振动发电元件10的发电能力相称的适当量的电能从第1电容器C1移送到与斩波电路30的输出部P2连接的第2电容器C2。

如上所述，第1实施方式的斩波电路30具备产生恒定的周期及占空比的控制信号的控制信号生成部S1。而且，从控制信号生成部S1向开关元件T1供给具有恒定的周期及占空比的控制信号。

通过该结构，斩波电路30能够将恒定量的电能从第1电容器C1移送到第2电容器C2。并且，通过根据振动发电元件10的发电量将控制信号生成部S1生成的控制信号的周期以及占空比设定为最佳的值，能够将从第1电容器C1移送到第2电容器C2的电能的量设定为最佳值。由此，能够将振动发电元件10的振幅保持为最佳的值，能够提高振动发电元件10的发电效率。

此外，能够基于振动发电元件10的结构、包括振动发电元件10的振动发电装置100所设置的场所的状况(振动状态、或者温度环境等)预测振动发电元件10的发电量，因此，期望基于振动发电元件10的结构、振动发电元件10的设置状况来决定控制信号生成部S1生成的控制信号的周期以及占空比。

控制信号生成部S1具备振荡电路和将振荡电路生成的信号输出至开关元件T1的电路，能够应用公知的各种电路。另外，向控制信号生成部S1的电力与后述的第3实施方式中说明的控制信号生成部S1a同样，从斩波电路30自身供给即可。

另外，如上所述，第1电容器C1的电压值与振动发电元件10的振幅具有相关性，因此也可以考虑取代第1实施方式的结构而根据第1电容器C1的电压值进行开关元件T1的接通和断开的控制。但是，第1电容器C1的电压值通过从振动发电元件10供给的脉冲电力而脉动。另外，在振动发电元件10的振幅被反映到第1电容器C1的电压值之前，会产生与第1电容器C1的充电时间相伴的延迟时间。

因此，在基于第1电容器C1的电压值的控制中，由于第1电容器C1的电压值的上述脉动、延迟时间容易产生误差，难以进行准确的控制。

因此，在上述第1实施方式中，控制信号生成部S1构成为不参照第1电容器C1的电压而生成控制信号，由此，实现将从第1电容器C1移送到第2电容器C2的电能的量设定为最佳值。

(振动发电元件的变形例)

图3是表示变形例的振动发电元件10a的概略图。振动发电元件10a是相对于上述图2的振动发电元件10隔着保持部14在图中的下侧使另一个振动发电元件10上下反转而并列配置的结构。

作为2个固定电极的第2电极12a和第2电极12b分别固定在支承框13的+X侧和-X侧的端部的内侧。另一方面，作为2个可动电极的第1电极11a及第1电极11b分别设置在构成保持部14的电极保持部14a的+X侧及-X侧。第1电极11a和第1电极11b通过布线W0相互连接。在第2电极12a、12b各自的梳齿部分16a、16b中的、与第1电极11a、11b的梳齿部分15a、15b对置的面的表面的区域17a、17b，形成有具有负电荷的驻极体。

当保持部14因来自外部的振动而振动时，第1电极11a、11b相对于第2电极12a、12b一体地在X方向上振动。在振动的各相位中，在第1电极11a与第2电极12a对置的面积增大时，第1电极11b与第2电极12b对置的面积减少。因此，相对于通过布线W0相互连接的第1电极11a和第1电极11b，在第2电极12a和第2电极12b中产生相位相互反转的电压。

与第2电极12b连接的输出线W1与构成图1中的整流电路20的第1二极管D1的阳极以及第3二极管D3的阴极连接。与一方的第2电极12a连接的输出线W2与第2二极管D2的阳极以及第4二极管D4的阴极连接。

变形例的振动发电元件10a相对于图2所示的振动发电元件10，能够更多地获得每单位装置面积以及每单位装置体积的发电量。

(第2实施方式)

图4是表示本发明的第2实施方式的电源电路50a及振动发电装置100a的概略结构的示意图。另外，对与上述第1实施方式相同的部分标注相同的附图标记，并省略说明。

第2实施方式的电源电路50a在具备输出负电压的整流电路20a和将来自整流电路20a的负电压转换为正电压的斩波电路30a这一点上与上述第1实施方式不同。即，从振动发电元件10输入的交流电力被整流电路20a整流为负电压的脉冲电力，并蓄积于第1电容器C1。然后，通过斩波电路30a转换为正电压，并蓄积于第2电容器C2。之后的结构与上述第1实施方式相同。

另外，斩波电路30a将负的输入电压反转为正的输出电压并输出，因此以后也称为反转斩波电路30a。

反转斩波电路30a作为控制斩波定时的一例，具备nMOS晶体管(nMOSFET)的开关元件T2和向开关元件T2供给恒定的周期及占空比的控制信号的控制信号生成部S2。因此，开关元件T2以恒定的周期、恒定的占空比(即，以恒定的时间比率)接通。控制信号生成部S2与图1所示的控制信号生成部S1同样地，具备振荡电路和将振荡电路生成的信号向开关元件T2输出的电路，能够应用公知的各种电路。

由于在第1电容器C1中蓄积有负电压的电力，因此当开关元件T2接通时，蓄积在第1电容器C1中的电力成为电流，按照第1电容器C1、接地线、线圈L2以及开关元件T2的顺序流动。此时，电能被转换为磁能并蓄积于线圈L2。另一方面，由于整流二极管D10的阳极与开关元件T2侧连接，因此成为反向偏压，在整流二极管D10以及第2电容器C2中不流过电流。

当开关元件T2断开时，通过线圈L2的自感，线圈L2中蓄积的磁能被转换为电流的能量。此时，由于与线圈L2的接地相反的一侧成为正的电压，因此整流二极管D10成为正偏压，电流通过整流二极管D10流向反转斩波电路30a的输出部P2，在第2电容器C2中蓄积正电压的电能。

如上所述，通过反相斩波电路30a，负电压的电力被转换为正电压的电力。

在第2实施方式中，电压转换电路40及其以后的结构也与上述第1实施方式相同。

另外，在第2实施方式中，也能够代替振动发电元件10而使用图3所示的变形例的振动发电元件10a。

在第2实施方式中，斩波电路(反转斩波电路30a)也具备产生恒定的周期及占空比的控制信号的控制信号生成部S2，能够将恒定量的电能从第1电容器C1移送到第2电容器C2。并且，通过根据振动发电元件10的发电量将控制信号生成部S2生成的控制信号的周期以及占空比设定为最佳的值，能够将从第1电容器C1移送到第2电容器C2的电能的量设定为最佳值。由此，能够将振动发电元件10的振幅保持为最佳的值，能够提高振动发电元件10的发电效率。

(第3实施方式)

图5是表示本发明的第3实施方式的电源电路50b及振动发电装置100b的概略结构的示意图。另外，对与上述第1实施方式相同的部分标注相同的附图标记，并省略说明。

第3实施方式的电源电路50b以及振动发电装置100b与上述第1实施方式的不同点在于，控制信号生成部S1a接收基于振动发电元件10b的振动的振幅的状态信号，基于该状态信号生成控制信号。

图6是表示输出上述状态信号的振动发电元件10b的概要的图。对于与图2所示的振动发电元件10相同的部分，标注相同的附图标记并省略说明。

振动发电元件10b成为相对于图2所示的振动发电元件10还具有其他的电极对的结构。即，在与第1电极11和第2电极12的对平行且在Y方向上错开的位置具有成对排列的第3电极21和第4电极22。第3电极21和第4电极22的结构分别与第1电极11和第2电极12相同。而且，在第4电极22的梳齿部分23中的与第3电极21对置的面的表面的区域24形成有具有负的电荷的驻极体。

第4电极22被支承框13固定地保持。另一方面，第3电极21被保持部14保持，与第1电极11成为一体而相对于支承框13被保持为在图中的上下方向(X方向)上振动。因此，当振动发电元件10b在X方向上振动时，在第3电极21与第4电极22之间也产生与在第1电极11和第2电极12之间产生的电压相同符号的电压。

但是，如图6所示，第3电极21和第4电极22的X方向的长度比第1电极11和第2电极12的X方向的长度短，电极间的对置部的面积也小。因此，因振动而在第3电极21与第4电极22之间产生的电力小于在第1电极11与第2电极12之间产生的电力。

来自第3电极21的输出线W3与图5中的控制信号生成部S1a中的电阻元件R2的一端连接。另一方面，来自第4电极22的输出线W4与电源电路50b的接地连接。

另外，也可以构成为将输出线W3与第4电极22连接而不是与第3电极21连接，将输出线W4与第3电极21连接而不是与第4电极22连接。

图7是表示从输出线W3输出的电压VW3的图。曲线图的横轴表示时间t，纵轴表示电压V。电压VW3是周期随着振动发电元件10b的振动的周期而大致以正弦波状变动的交流电压。电压VW3的振幅与振动发电元件10b的第3电极21和第4电极22的振动的振幅具有正相关性。如上所述，第3电极21和第4电极22的振动的振幅与产生供给到电源电路50b的电力的第1电极11和第2电极12的振动的振幅(振动发电元件10b的振幅)相同。

因此，电压VW3的振幅基于振动发电元件10b的振幅。换言之，电压VW3是基于振动发电元件10b的振动的振幅的状态信号。

在振动发电元件10b以使发电效率为最大的最佳振幅振动的情况下，电压VW3的电压的振幅与图7中虚线所示的最佳电压V1一致。

在电压VW3的电压的振幅比最佳电压V1大的情况下，振动发电元件10b以比最佳振幅大的振幅振动，因此发电效率降低。因此，优选通过增大第1电容器C1的电压来增大振动发电元件10b的负载，使振动发电元件10b的振幅接近最佳振幅。为此，优选断开斩波电路30b中的开关元件T1a。

另一方面，在电压VW3的电压的振幅比最佳电压V1小的情况下，振动发电元件10b以比最佳振幅小的振幅振动，因此发电效率仍然降低。因此，优选通过降低第1电容器C1的电压来减少振动发电元件10b的负载，使振动发电元件10b的振幅接近最佳振幅。为此，优选将斩波电路30b中的开关元件T1a接通，将蓄积在第1电容器C1中的电荷移送到第2电容器C2。

因此，通过基于电压VW3控制斩波电路30b中的开关元件T1a，能够以使发电效率为最大的最佳振幅使振动发电元件10b振动。

控制信号生成部S1a具备如上述那样控制开关元件T1a的电路。

电阻元件R1的一端与斩波电路30b的输入部P1连接，另一端与齐纳二极管Da的阴极连接，齐纳二极管Da的阳极与接地连接。齐纳二极管Da的阴极的电压是输入部P1的电压通过电阻R1而电压下降后的电压，但如果是比齐纳二极管Da的击穿电压的绝对值高的电压，则保持为正的恒定值(齐纳二极管Da的击穿电压的绝对值)。

电阻元件R3的一端与电阻元件R2的输入电压VW3的一端的相反侧的另一端即分压部P3连接，电阻元件R3的另一端与接地连接。设定构成分压器的电阻元件R2和电阻元件R3的电阻值，使得在电压VW3与上述最佳电压V1大致一致的情况下，分压部P3的电压与齐纳二极管Da的击穿电压的绝对值一致。为了容易地进行该设定，如图5中所示，电阻元件R2、R3的至少一方(在图5中为电阻元件R2)优选为可变电阻。

然后，通过将与电压VW3成比例的分压部P3的电压和齐纳二极管Da的阴极的电压输入到比较器电路CP来进行电压比较，来判断电压VW3是使振动发电元件10的发电效率为最大的最佳电压V1以上还是其以下。

在比较器电路CP的正侧输入端输入齐纳二极管Da的阴极的电压。另一方面，在负侧输入端输入分压部P3的电压。

另外，在比较器电路CP的正侧电源，输入齐纳二极管Da的阴极的电压，在负侧电源，连接接地。

如果分压部P3的电压高于齐纳二极管Da的阴极的电压，则比较器电路CP输出零电压(接地电位)。

如果分压部P3的电压低于齐纳二极管Da的阴极的电压，则比较器电路CP输出正电压。

比较器电路CP的输出被输入到nMOS晶体管(nMOSFET)T3的栅极。

如果比较器电路CP的输出为正，则晶体管T3接通，由于流过电阻元件R5的电流引起的电压下降，作为pMOS晶体管(pMOSFET)的开关元件T1a的栅极的电压成为比开关元件T1a的源极的电压低的电压(负侧的电压)，开关元件T1a接通。另外，为了能够调整电压下降的量，电阻元件R5优选为可变电阻。

另一方面，如果比较器电路CP的输出为零(接地电位)，则晶体管T3断开，其结果是，作为pMOS晶体管的开关元件T1a的栅极的电压与开关元件T1a的源极的电压相等，因此开关元件T1a断开。

另外，配置在晶体管T3的栅极与接地之间的电阻元件R4是用于使暂时蓄积在晶体管T3的栅极的比较器电路CP的输出放电到接地的电阻元件，为了调整放电时间，优选为可变电阻。

另外，第2齐纳二极管Db是在输入部P1的电压的绝对值较小，nMOS晶体管T3的动作不稳定的状态下，切断第2齐纳二极管Db及电阻元件R5，使开关元件T1a断开的元件。

如以上所说明的那样，控制信号生成部S1a接收基于振动发电元件10b的振动的振幅的状态信号即电压VW3，并基于该电压VW3生成控制信号，并将该控制信号供给至开关元件T1a。由此，第3实施方式的电源电路50b以及振动发电装置100b能够将振动发电元件10b的振幅保持为最佳的值，能够提高振动发电元件10b的发电效率。

(第4实施方式)

图8是表示本发明的第4实施方式的电源电路50c和振动发电装置100c的概略结构的示意图。另外，对与上述第2实施方式以及第3实施方式相同的部分标注相同的附图标记，并省略说明。

第4实施方式的电源电路50c和振动发电装置100c在具备输出负电压的整流电路20a和将来自整流电路20a的负电压转换为正电压的斩波电路30c这一点上，与上述第2实施方式类似。但是，在斩波电路30c内设置的控制信号生成部S2a与上述第3实施方式相同，是接收基于振动发电元件10b的振动的振幅的状态信号，基于该状态信号生成控制信号的结构，在这一点上与第2实施方式不同。

第4实施方式的振动发电装置100c所具备的振动发电元件与图6所示的振动发电元件10b相同，因此省略说明。

控制信号生成部S2a接收基于振动发电元件10b的振动的振幅的状态信号，基于该状态信号生成控制信号。控制信号生成部S2a的结构与图5所示的控制信号生成部S1a的结构相似。但是，图5的斩波电路30b是以正电压进行动作的电路，与此相对，在图8所示的本实施方式中，由于具备将负电压变换为正电压的反转斩波电路30c，所以结构的详细情况不同。

电阻元件R1的一端与反相斩波电路30c的输入部P1连接，另一端与齐纳二极管Dc的阳极连接，齐纳二极管Dc的阴极与接地连接。齐纳二极管Dc的阳极的电压是输入部P1的电压通过电阻R1而电压下降后的电压，但如果是比齐纳二极管Dc的击穿电压高的负电压，则保持为负的恒定值(齐纳二极管Dc的击穿电压)。

与上述第3实施方式相同，与振动发电元件10b的第3电极21连接的输出线W3的另一端与构成分压器的电阻元件R2和电阻元件R3的电阻元件R2的端部连接。并且，设定电阻元件R2和电阻元件R3各自的电阻值，使得在电压VW3与绝对值为上述最佳电压V1的负值(以下，称为负的最佳电压VM)一致的情况下，分压部P3的电压与齐纳二极管Dc的击穿电压一致。

然后，通过将与电压VW3成比例的分压部P3的电压和齐纳二极管Dc的阳极的电压输入到比较器电路CP来进行电压比较，来判断电压VW3是使振动发电元件10的发电效率为最大的负的最佳电压VM以上还是其以下。

在比较器电路CP的负侧输入端输入齐纳二极管Dc的阳极的电压。另一方面，在正侧输入端输入分压部P3的电压。

另外，在比较器电路CP的正侧电源连接接地，在负侧电源输入齐纳二极管Dc的阳极的电压。

如果分压部P3的电压与齐纳二极管Dc的阴极的电压相比为正，则比较器电路CP输出零电压(接地电位)。

如果分压部P3的电压与齐纳二极管Dc的阴极的电压相比为负，则比较器电路CP输出负的电压。

比较器电路CP的输出被输入到pMOS晶体管(pMOSFET)T4的栅极。

如果比较器电路CP的输出为负，则晶体管T4接通，由于流过电阻元件R5的电流引起的电压下降，作为nMOS晶体管(nMOSFET)的开关元件T2a的栅极的电压成为比开关元件T2a的源极的电压靠正侧的电压，开关元件T2a接通。

另一方面，如果比较器电路CP的输出为零(接地电位)，则晶体管T4断开，其结果是，作为nMOS晶体管的开关元件T2a的栅极的电压与开关元件T2a的源极的电压相等，因此开关元件T2a断开。

另外，第2齐纳二极管Dd与第3实施方式的第2齐纳二极管Db相同，是用于在输入部P1的电压的绝对值较小，pMOS晶体管T4的动作不稳定的状态下，切断第2齐纳二极管Dd以及电阻元件R5，使开关元件T2a断开的元件。

如以上所说明的那样，控制信号生成部S2a接收基于振动发电元件10b的振动的振幅的状态信号即电压VW3，并基于该电压VW3生成控制信号，并将该控制信号供给至开关元件T2a。由此，第4实施方式的电源电路50c以及振动发电装置100c能够将振动发电元件10b的振幅保持为最佳的值，能够提高振动发电元件10b的发电效率。

此外，在上述第3实施方式以及第4实施方式中，如图3所示，也能够使用在保持部14的两侧(+X侧、-X侧)形成有电极的振动发电元件。在该情况下，关于图6的振动发电元件10b的第3电极21以及第4电极22，也形成于保持部14的-X侧，利用导线将2个第3电极21连接，并且能够将输出线W3与设置于保持部14的-X的新的第4电极连接。或者，第3电极21以及第4电极22也可以与图6同样地仅设置于保持部14的+X侧。

(实施方式的效果)

(1)上述各实施方式以及各变形例的电源电路50将从振动发电元件10、10a输入的电力向外部负载输出。该电源电路50具备：整流电路20，其对从振动发电元件10、10a输入的交流电力进行整流；第1电容器C1，其对从整流电路20输出的电力进行蓄积；斩波电路30，其具有对斩波定时进行控制的开关元件T1、T2，且输入部与第1电容器C1连接；以及控制信号生成部S1、S2，其向开关元件T1、T2供给控制信号，控制信号生成部S1、S2构成为不参照第1电容器C1的电压而生成控制信号。

根据该结构，能够将振动发电元件10、10a的振幅保持为最佳的值，能够提高振动发电元件10、10a的发电效率，高效地将环境振动的能量转换为电能。

(2)在(1)中，通过采用输入部还具备与斩波电路30的输出部连接的电压转换电路40的结构，能够从电源电路50输出适合于外部负载RO的电压，由此，能够实现适于各种外部负载RO的电源电路50。

(3)在(1)或(2)中，控制信号生成部S1、S2也可以构成为生成具有恒定的周期和占空比的控制信号，能够将恒定量的电能从第1电容器C1移送到第2电容器C2，能够将振动发电元件10、10a的振幅进一步保持为最佳的值。

(4)在(3)中，能够设为基于振动发电元件10、10a以及振动发电元件10、10a的设置状况来决定周期以及占空比的结构，由此，能够将振动发电元件10、10a的振幅进一步保持为最优的值。

(5)在(1)或(2)中，控制信号生成部S1a、S2a能够构成为接收基于振动发电元件10b的振动的振幅的状态信号，基于状态信号生成控制信号，由此，能够将振动发电元件10b的振幅进一步保持为最佳的值，进一步提高发电效率。

(6)上述第1实施方式以及第2实施方式以及各变形例的振动发电装置100、100a具备：(1)至(4)中任一项所述的电源电路50；以及向电源电路50供给电力的振动发电元件10、10a。

根据该结构，能够将振动发电元件10、10a的振幅保持为最佳的值，能够提高振动发电元件10、10a的发电效率，高效地将环境振动的能量转换为电能。

(7)上述第3实施方式以及第4实施方式以及各变形例的振动发电装置100b、100d具备：(5)所记载的电源电路50b、50c；以及向电源电路50b、50c供给电力的振动发电元件10b。

根据该结构，能够将振动发电元件1b的振幅保持为最佳的值，能够提高振动发电元件10b的发电效率，高效地将环境振动的能量转换为电能。

上述说明了各种各样的实施方式以及变形例，但是本发明并不限定于这些内容。另外，各实施方式和变形例可以分别单独应用，也可以组合使用。在本发明的技术思想的范围内所想到的其它实施方式也包含于本发明的范围内。

下述优先权基础申请的公开内容作为引用文件被并入本申请。

日本专利申请2018年第105436号(2018年05月31日申请)

符号说明

100、100a、100b、100c…振动发电装置；10、10a、10b…振动发电元件；20、20a…整流电路；30、30a、30b、30c…斩波电路；S1、S2、S1a、S2b…控制信号生成部；40…电压转换电路；C1…第1电容器；C2…第2电容器；C3…第3电容器；RO…外部负载；T1、T2、T1a、T2a…开关元件；CP…比较器电路；Da、Dc…齐纳二极管。