図1　エネルギーハーベスティング��の電源�v路　出�Z：Analog Devices

エネルギーハーベスティングは、電池も電線も使わずに�O���cのエネルギーだけで電子�v路を動かす電源�\術である。�陵杆�のエネルギーを�W(w┌ng)��するフォトダイオードがソーラーセルだ。この他にも、��(d┛ng)誘電��のように��を加えると電気を発�擇垢覦掬伝濃辧��a(b┳)度差を電気に変換するゼーベック効果素子を�W(w┌ng)��する��(sh┫)法もある。周囲を飛び交う電磁�Sを�W(w┌ng)��して�D流する��(sh┫)法もあるが、��て�O���cのエネルギーを電��として�W(w┌ng)��する。

しかし、いずれも�j(lu┛)きな電��を�Dり出すことは�Mしい。その中では、ソーラーは�j(lu┛)きな�C積のパネルいっぱいにフォトダイオードを作り込み、今や�}軽に(低価格で)使えるエネルギー源として、�k般的に�pけ入れられている。

IoTデバイスは、�a(b┳)度や湿度、光、加�]度、�v転などを検出し、そのデータをインターネット�屬離�ラウドに送るというもの。センサで検出しメモリに�Qめたデータを送信するのに�j(lu┛)きな電流を��要とするため、何分か何時間かおきにデータを送信し、検出しない時はスリープ�X��にしておけば、電��消�Jを抑えられる。データを送信する場合は、�j(lu┛)電流を流す�ξ�が要る。電子�v路����は、できる限り低い消�J電��で動作させる��要がある。IoTデバイスの��命はできるだけ長く保ちたいからだ。

工業��のIoTデバイスは、工場の配管や橋�悗離錺ぅ笋覆評錣鳳���のかかっている、劣化しやすい�霾�に設��し、10�Q��度は�Dり換えずに使うことが�i提になっている。このため長��命であることが�L(f┘ng)かせない。

エネルギーハーベスティング��のパワーマネジメントICは、DC-DCコンバータのような通常の電圧レギュレータ機�Δ世韻任呂覆ぁ�ソーラーや振動などで発�擇靴薪杜�を蓄える電池やコンデンサを外��けする��要があり、その充電�X況を管理する��要がある。またエネルギーハーベスティングの発電�ξ�が小さいため、通常の動作電圧3.3Vや5Vまで��圧する�v路も要る。しかも、電源から供給するメインの�v路は通常はスリープ�X��で数�王�Wと低い電流を、データの送信には数��mAと高い電流を供給しなければならない。ADIのADP5091はこれらの�v路を��て集積し、さらに蓄電��のコンデンサや電池が空になった場合に�△┐突���電池を���Tし、それを管理するための�v路も集積した。

��圧�v路にはスイッチングレギュレータを��い、電源電圧を�屬欧討い�が、�S形をスムーズにするため、LDOでならしている。出��はLDOを経て出ていく。

同社は、このチップの機�Δ魍稜Г垢襪燭瓠�発電��のソーラーパネルや蓄電��の�j(lu┛)容量のキャパシタを実際に外��けし、レギュレータ��性やデータ送信時の電���X況をモニターするデモを行った(図2)。

図2　ソーラーパネル�W(w┌ng)��のIoT端��のデモ　��端の白いボックスのソーラーセルが�uの�v路基��を被せて電源とする。マイコンとセンサを外��けしてIoT動作を確認できる。

エネルギー源として、フジクラの単セル型(0.5Vの色素�\感�陵枦澱咾鮹�い、充電池としては�陵柩凝鼎�40Fのリチウムイオンキャパシタを��いた。色素�\感型の単セルの発電�ξ�が1〜1.5mWと�j(lu┛)きかったためだ。また、コンデンサは�k般にµFを基本単位としているが、このリチウムイオンキャパシタは、Fを単位にするほど巨�j(lu┛)なキャパシタである。�O己放電が少なく、内�頽B�^（ESR）が150 mΩと小さい。だからこそ、ショートさせないように�R�Tする��要がある。40Fのキャパシタと、それ以外の�t��として、330µFを 3個並�`にしたセラミックコンデンサ、30mFのスーパーキャパシタとも比較した。この�T果、セラミックコンデンサは3分、スーパーキャパシタは24分でそれぞれ放電したが、40Fのキャパシタは1時間以�嵎欸eした。

さらに、バッテリが空になった�X��から充電を始めるコールド・スタートの立ち�屬�りシーケンスを提案している。さらに出��電圧と充電電圧の設定も行い、満充電・�O��放電・再充電といった�W定出��でのタイミングに関しても使い��(sh┫)を提案している。