CN1705216A - 具有升压电路的电子仪器 - Google Patents

Abstract

提供一种电子仪器，其中电源的启动电压低于普通升压电路的启动电压，并且能够有效地启动。该电子仪器包括：用于供电的电源；使用电源能量而启动的第一升压电路；用于存储第一升压电路的能量的电容器；使用电容器中的能量而启动的第二升压电路；使用第二升压电路的能量工作的负荷电路；用于检测电容器电压的电压检测电路；以及受电压检测信号控制的开关元件，其中当确定电容器的电压为预定电压或是更高时，电压检测电路闭合开关元件并且使用电容器的能量启动第二升压电路。

Description

具有升压电路的电子仪器

技术领域

本发明涉及一种电子仪器的升压电路，尤其涉及这样一种电子仪器，其中输入电压低于普通升压电路的启动电压。

背景技术

当电源提供给电子仪器的电源电压小于执行所需功能的负荷电路的电压时，必须要使用升压电路将电源功率转换成负荷电路能够工作的升压功率，并且使用该升压功率使负荷电路工作。然而，在近些年来，作为出于对小型化、轻型化、降低成本、设计、及方便的考虑的结果，其中所提供的电源电压均小于升压电路启动电压的电源有所增加。因此，由上述电源提供的功率不能用于使负荷电路工作，而且这种情况正变得越来越多。

例如，单电池型太阳能电池或燃料电池适用于上述情形。这样，在燃料电池中所提供的电源电压为0.5V到0.9V，以及在太阳能电池中为O.3V到0.7V，而升压电路不能在这种电压下启动。因此，这些电池的功能不能用于使负荷电路工作。

此外，在诸如双电荷层电容器这样的电容器已经放电至小于升压电路启动电压的情况下，剩余功率不能用于使负荷电路工作。

又此外，考虑到以上内容，给使用赛贝克(Seebeck)效应的热电元件提供这样一种电压的功率，在该电压下不能使常见的负荷电路启动，因此所产生的功率不能用于使负荷电路工作。

因此，如果可以降低升压电路的启动电压，那么在所提供的电源电压较低的情况下，电源功率可以用于使负荷电路工作。然而，通常为了降低升压电路的启动电压，必须要降低升压电路中的激励晶体管等的阀值电压。这样，激励晶体管等的漏电流增加，并且由于该漏电流引起的功率损耗而造成升压效率的降低。具体地，在使用上述电源的情况下，会降低使负荷电路工作的电源的利用率。

与此相关，设计了如下所述的电子仪器。如果采用传统电子仪器的构造，可以使升压电路的启动电压降低，而几乎不会降低升压电路的升压效率。

图6示出了具有上述特征的传统电子仪器的电路原理框图。

如图6所示，传统的电子仪器(例如，参照JP11-18419A(图2))包括：电源101，其中所提供的电源电压小于普通升压电路的启动电压；第一升压电路102，其中在启动电压低时升压效率低；第二升压电路103，其中在启动电压高时升压效率高；电容器105；以及执行所需功能的负荷电路104。电源101的输出端121分别连到第一升压电路102的输入端122、第二升压电路103的输入端125、以及第一升压电路102的电源端123上。第一升压电路102的输出端124分别连到电容器105的一个电极、第二升压电路103的电源端126、第二升压电路103的输出端127、以及负荷电路104的电源端128上，其中电容器105的另一个电极连接到GND端108上。各个电路和电源101的GND输入端连接到GND端108上。传统电子仪器按照上述方式构造。

由于上述构造，即使电源101提供的电源电压小于第二升压电路103的启动电压，并且如果该相关电压等于或大于第一升压电路102的启动电压，那么都通过使用电源101的功率而启动第一升压电路102，并且电源101的功率能够被转换成第一升压功率，其电压高于相关电源的电压并且等于或高于第二升压电路103的启动电压。此外，借助使用第一升压功率启动第二升压电路103，并且电源101的功率能够被转换成第二升压功率，其电压高于相关电源电压并且等于或高于负荷电路104的工作电压。因此，可以通过使用第二升压功率而驱动负荷电路104。

具体地，在上述的传统电子仪器中，通过使用第一升压功率启动在启动电压高时升压效率高的第二升压电路，该第一升压功率是通过转换启动电压低时升压效率低的第一升压电路的电源功率而获得的。之后，在启动第二升压电路后，通过使用第二升压功率而使负荷电路工作，该第二升压功率是通过转换第二升压电路的电源功率而获得的。因此，即使来自提供低压功率的电源功率也可有效用于使负荷电路工作。

具有上述构造的传统电子仪器具有这样一种构造，其中，诸如负荷电路和第二升压电路的电源端的各个部件连接到第一升压电路的输出端。因此，第一升压功率不仅被消耗用于给上述电容器充电而且被上述各个部件消耗。应该注意虽然现在不是描述传统电子仪器的构造，但是也设计成当电容器用第一升压功率充电时，停止第二升压电路和各个部件的工作。然而电路规模和各个元件的尺寸大，并且因此即使停止相关的元件，其功率消耗也不小。

因此，在具有上述构造的传统电子仪器中，当第一升压电路输出的第一升压功率下降至小于各个元件的功率消耗时，电容器的电压不会升高成等于或大于可以启动第二升压电路的电压。因此，不能启动第二升压电路。这样，必须要将第一升压电路的能力设置成输出第一升压功率的能力，该第一升压功率超出各个元件的功率消耗。具体地，在具有上述构造的传统电子仪器中，必须要使第一升压电路的能力超过连接在第一升压电路输出端上的部件的电流消耗。在一般的升压电路中，升压能力越高，升压电路的安装面积和成本也相应增加越多。因此，不能减小第一升压电路的安装面积和成本，从而导致的结果是有这样一个问题：也不能减少传统电子仪器的安装面积和成本。

此外，在具有上述构造的传统电子仪器中，通过各个元件的功率消耗量来降低电容器的充电速度。结果是，从电源供电到第二升压电路启动要花费很长的时间。

具体地，在具有上述构造的传统电子仪器中，有另外一个问题，即从电源供电到通过使用相关功率而使负荷电路工作要花费很长的时间。

发明内容

根据本发明的第一方案，提供一种电子仪器，其特征在于包括：供电的电源；使用电源能量启动的第一升压电路；用于存储第一升压电路能量的电容器；使用电容器中的能量启动的第二升压电路；使用第二升压电路的能量工作的负荷电路；用于检测电容器电压的电压检测电路；以及受电压检测信号控制的开关元件，其中，当确定电容器电压等于或大于预定电压时，电压检测电路闭合开关元件并且通过使用电容器能量启动第二升压电路。

由于上述这种构造，可以降低第一升压电路的能力，并因此可以减小第一升压电路的实际测量面积和成本。结果是，可以降低电子仪器的安装面积和成本。此外，当不降低第一升压电路能力时，电容器的充电速度得以增加。这样，可以加速第二升压电路的启动。因此，可以缩短从电源供电到使用能量用于使负荷电路工作的时间。

此外，根据本发明的第二方案，除去第一方案外，提供一种电子仪器，其特征在于当确定电容器的电压等于或高于预定电压时，开关元件直到第二升压电路启动结束为止一直闭合。

由于上述这种构造，可以更加可靠地启动第二升压电路，并且因此可以使电源能量更加可靠地用于使负荷电路工作。

又进一步，根据本发明的第三方案，除去第一方案外，提供一种电子仪器，其特征在于第一升压电路采用使用电容器的升压方式。

由于上述这种构造，第一升压电路可以将各个电路和电容器组装在同一个芯片上。因此，可以进一步减小第一升压电路的安装面积和成本，并且结果是可以进一步减小电子仪器的安装面积和成本。

如上所述，在用第一升压电路的第一升压功率给电容器充电时，本发明的电子仪器可以借助开关元件将电容器与第二升压电路和负荷电路分离开。因此，与没有设置开关元件的传统电子仪器相比，没有必要将第一升压电路的容量设置成等于或大于第二升压电路和负荷电路的功率消耗量，并且第一升压电路的能力可以由此而极大程度地降低。当不降低第一升压电路的能力时，可以提高电容器的充电速度而不会受到第二升压电路和负荷电路功率消耗的影响。因此，可以缩短从电源供电到第二升压电路启动的时间。因而，本发明的电子仪器可以解决在传统电子仪器中固有的问题，即由于不可以降低第一升压电路的能力而使得不可能减小第一升压电路的安装面积和成本，以及从电源供电到使用能量使负荷电路工作要花费很长时间。

附图说明

在附图中：

图1是示出用于执行本发明的最佳方式的电路框图。

图2是示出根据本发明第一实施例的电子仪器的电路框图。

图3是根据本发明第一实施例的电子仪器的CP升压电路的电路图。

图4是根据本发明第一实施例的电子仪器的SWR升压电路的电路图。

图5是根据本发明第一实施例的电子仪器的电压检测电路的电路图。

图6是示出传统电子仪器的电路框图。

图7是示出根据本发明第二实施例的电子义器的电路框图。

图8是根据本发明第二实施例的电子仪器的ENCP升压电路的电路图。

图9是根据本发明第二实施例的电子仪器的第二电压检测电路的电路图。

图10是示出根据本发明第三实施例的电子仪器的电路框图。

具体实施方式

下面基于附图，将描述执行本发明的最佳方式。

图1是示意示出根据执行本发明最佳方式的电子仪器的电路框图。如图1所示，电子仪器具有如下构造。电子仪器包括用于供电的电源101、第一升压电路102、启动电压高于第一升压电路102的启动电压的第二升压电路103、电压检测电路106、电容器105、开关元件107、以及负荷电路104。电源101的输出端121与第一升压电路102的输入端122、第一升压电路102的电源端123、以及第二升压电路103的输入端125连接。第一升压电路102的输出端124与电压检测电路106的电压监控端129、电容器105的一个电极、以及开关元件107的一个电极相连接。开关元件107的另一个电极与第二升压电路103的电源端126、第二升压电路103的输出端127、以及负荷电路104的电源端128相连接。电容器105的另一个电极和各个电路的GND输入端与GND端108相连接。从电压检测电路106的信号输出端130输出用于控制开关元件107通/断的信号。

接下来，将描述具有上述构造的本发明实施例的工作过程。

首先，从电源101的输出端向第一升压电路102提供低于第二升压电路103启动电压的电压的功率，并且通过使用该功率而启动第一升压电路102。然后，第一升压电路102将功率转换成第一升压功率，并且用第一升压功率开始给电容器105充电。这时，充电电容器105的电压没有到达预定电压，并且因此电压检测电路106确定电容器电压小于预定电压，并且输出用于关断开关元件107的电压。因此，开关元件107被关断。然后，当电压检测电路106已经检测到电容器105的电压升高至预定电压时，电压检测电路106输出用于接通开关元件107的信号，因而开关元件107闭合。由于开关元件107闭合，因此给第二升压电路103的电源输入端126提供在电容器105中的存储能量，并且通过使用存储在电容器105中的能量而启动第二升压电路103。当启动第二升压电路103时，第二升压电路103将来自电源101的功率转换成第二升压功率。第二升压功率用于使负荷电路104工作，并且此外第二升压功率也提供给第二升压电路103的电源端126从而用于使第二升压电路103连续工作。

应该注意当开关元件107闭合时，电容器105的电压设置成不下降低于第二升压电路103的启动电压，这是由于考虑到以下内容而定的。即：在第二升压电路103启动之前的期间内由第二升压电路103和负荷电路104所消耗的功率而引起电容器105的压降；连接在第二升压电路103的电源端126等的节点上的寄生电容；以及在提供有第二升压电路103的电源端126或输出端127、或负荷电路104的电源端128的平滑电容器的情况下，由于用在电容器105中的存储能量给平滑电容器充电而导致电容器105的压降。

正如在问题部分中已经描述过的，在传统电子仪器中，当用第一升压电路输出的第一升压功率给电容器充电时，第一升压功率也被连接在电容器上的各个元件所消耗，并且因此必须要将第一升压功率设置成大于各个元件的电流消耗，从而可以对电容器充电。因而不能减小第一升压电路的安装面积和成本。此外，由于电容器的充电速度慢，因此从电源供电到启动第二升压电路要花费很长时间。传统的电子仪器具有上面所描述的问题。因此，在传统的电子仪器中，所存在的问题是不能减少电子仪器的安装面积和成本，并且从电源供电到使用能量使负荷电路工作要花费很长时间。然而，在图1中示出的根据用于执行本发明的最佳方式的电子仪器中，采用了如上所述的构造，并且因此允许进行上述的工作。这样，当用第一升压电路输出的第一升压功率给电容器充电时，上述电容器和各个元件之间的连接可以通过开关元件而断开，并且因此各个元件就不会消耗第一升压功率。因此，即使第一升压功率小，只要有时间或是可以加速电容器的充电时间电容器就可以被充电，。具体地，可以尽可能地加长第二升压电路的启动时间，由此可能缩小第一升压电路的规模。结果是，可以缩小在图1中示出的根据用于执行本发明最佳方式的电子仪器的规模，并且缩短从电源供电到使用能量使负荷电路工作的时间。具体地，在图1中示出的根据用于执行本发明的最佳方式的电子仪器可以解决传统电子仪器中固有的问题。

值得指出的是，在考虑到小型化、轻型化、缩减成本、设计、以及方便的情况下，在图1中示出的根据用于执行本发明的最佳方式的电子仪器的电源对于使其中所提供的电源电压下降至小于第二升压电路的启动电压的电源是有效的。例如，上述电源对单电池太阳能电池、单电池燃料电池、或是诸如双电荷层电容器的电容器是有效的。

此外，对于图1所示的根据执行本发明最佳方式的电子仪器中的第一升压电路，推荐使用利用线圈和变压器的开关调节器，或是使用电荷泵方式或开关电容器方式的升压电路，其利用电容器。特别是，在使用电荷泵方式或开关电容器方式的利用电容器的升压电路时，由于可以降低升压电路的升压能力，因此可以采用低电容值的电容器。这样，可以在升压电路所使用的芯片上结合作为外部部件而占有空间的电容器。由此，使得可能进一步使第一升压电路小型化，并且结果是可能进一步使上述的电子仪器小型化。

进一步，图1所示的根据执行本发明的最佳方式的电子仪器的电压检测电路，被构造成提供对检测的电压的滞后作用，或是在检测出电压之后提供延迟时间。照这样，所提供的电路操作在从接通开关元件到第二升压电路起动完成不会断开开关元件，由此可能使第二升压电路更加可靠地启动。

又进一步，对于图1所示的根据执行本发明的最佳方式的电子仪器中的第二升压电路，推荐采用这样一种构造的电路，只要一旦启动某一输入电源就通过使用第二升压功率而继续工作。更进一步，虽然没有在用于执行本发明的最佳方式中进行描述，但可以肯定的是来自电源的能量可以通过在第二升压电路启动之后停止第一升压电路的工作，而更加有效地用于使负荷电路工作。

第一实施例

图2是示出本发明电子仪器的第一实施例的电路原理框图。

下面将基于附图2对本发明电子仪器的第一实施例进行描述。

如图2所示，电子仪器具有以下构造。具体地，单电池太阳能电池201用作图1所示的电源101，电荷泵方式的升压电路(此后，缩写为CP升压电路)202用作图1所示的第一升压电路102，P-沟道型MOSFET(比后，缩写为PMOS)207用作图1所示的开关元件107，以及使用线圈的开关调节器方式的升压电路(此后，缩写为SWR升压电路)203用作图1所示的第二升压电路103。单电池太阳能电池201的输出端221与CP升压电路202的输入端222、CP升压电路202的电源端223、以及SWR升压电路203的输入端225连接。CP升压电路202的输出端224与电压检测电路106的电压监控端129、电容器105的一个电极、PMOS 207的源极、以及基片电极相连。PMOS 207的漏极与SWR升压电路203的电源端226、SWR升压电路203的输出端227、以及负荷电路104的电源端128相连。电容器105的另一个电极以及各个电路的GND输入端连接至GND端108。

此外，对于单电池太阳能电池201，采用这样一种电池，其启动时刻的输出电压近似为0.6V，从该电池可以获得近似1.2W的功率并且在此时刻的输出电压成为0.4V。CP升压电路202从输入端222接收到0.3V或是更高的电压功率。然后，这样，可以启动电子仪器，并且可能输出近似1.5V的电压的输出功率。进一步，输出功率降低至近似5μW，由此减小升压电容器的电容值从而将相关的升压电容器结合在芯片内。单电池太阳能电池201按照上述方式构造。电压检测电路106操作用于监控电容器105的电压，接通在电容器105的电压达到1.5V时已经被关断的PMOS207，在PMOS207导通之后一直到电容器105的电压下降到1.0V时为止持续导通PMOS207，当电容器105的电压下降至1.0V以下时关断PMOS207，并且一旦PMOS207被关断后一直到电容器105的电压超过近1.5V之前持续关断PMOS207。SWR升压电路203构造成，当给电源端226在电压近似为1.0V或更多的情况下输入50μW的功率近似0.1秒时，SWR升压电路203被启动，并且将单电池太阳能电池201的输入功率转换成在电压近似为1.5V时近似1W的功率，并且然后从输出端227输出这样转换的功率。此外，SWR升压电路203构造成通过使用近似50μW的这样转换的功率而继续进行升压操作。负荷电路104构造成通用由SWR升压电路203输出的电压为1.5V时近似为1W的功率而进行所需的工作。注意，如果PMOS207的导通电阻为近似2千欧或更小，那么在启动SWR升压电路203时不会有问题发生。

图3是示出在图2中示出的本发明电子仪器的第一实施例的CP升压电路202的电路原理图的视图。

下面将基于图3对CP升压电路202的构造进行描述。

如图3所示，CP升压电路202由振荡器电路320、使用SOI晶片的全耗尽N沟道型MOSFET(此后，缩写为FD-SOI型NMOS)301至306、以及升压电容器307至311组成。CP升压电路202按照下述方式构造。各个FD-SOI型NMOS 301至306分别与二极管连接。在CP升压电路202的输入端222和输出端224之间，二极管被串联连接成使输入端222到输出的224的方向为正向。升压电容器307的一个电极连接至FD-SOI型NMOS301和FD-SOI型302之间的节点。升压电容器308的一个电极连接至FD-SOI型NMOS302和FD-SOI型NMOS303之间的节点。升压电容器309的一个电极连接至FD-SOI型NMOS303和FD-SOI型NMOS304之间的节点。升压电容器310的一个电极连接至FD-SOI型NMOS304和FD-SOI型NMOS305之间的节点。升压电容器311的一个电极连接至FD-SOI型NMOS305和FD-SOI型NMOS306之间的节点。

在此指出FD-SOI型NMOS301至306的阀值电压近似为O.15V，并且振荡器电路320由使用SOI晶片的全耗尽CMOSFET组成(此后，缩写为FID-SOI型CMOS)。这样，当给电源端321输入极低的电压，即0.3V或更高电压的功率时，CP升压电路202可以工作。

此外，由振荡器电路320输出的时钟信号A(CLKA)和时钟信号B(CLKB)的频率设置成近似1MHz，并且如果从CP升压电路202的输出端224输出的功率近似为5μW，那么这就足够了。因此，如果每个升压电容器307至311的电容都近似为100pF，那么这是令人满意的。这样，升压电容器307至311能被组装在FID-SOI型NMOS301至306和振荡器电路320的同一芯片上。

具体地，采用具有上述构造的CP升压电路。这样，可以实现安装面积小的CP升压电路，并且当CP升压电路的输入端和电源端彼此连接时功率近似为5μW，电压是通过将0.3V或高至1.5V的电压升压而获得的。

图4是的电路原理图，其可以组装在FD-SOI型NMOS301至306和振荡电路320的同一芯片上。

具体地，采用具有上述构造的CP升压电路。这样，可以实现安装面积小的CP升压电路，并且当CP升压电路的电源端和输入端输入0.3V或更高的电压时，功率近似为5μW，电压是通过将0.3V或高至1.5V的电压升压而获得的。

图4是示出图2所示的本发明电子仪器第一实施例的SWR升压电路203的电路原理图的视图。

下面将基于图4对SWR升压电路203的构造进行描述。

如图4所示，SWR升压电路203由：振荡器电路406、旁漏电阻器410、Vref电路408、误差放大器409、PWM电路411、NMOS晶体管402、线圈401、以及Schottky二极管403组成，其中，振荡器电路406用于产生时钟信号(CLK)，旁漏电阻410用于输出通过分割SWR升压电路203输出端227上的电压而获得的分压电压，Vref电路408用于输出参考电压，误差放大器409用于输出每个分压电压和参考电压之间的差的放大信号，PWM电路411用于响应于该放大信号而输出切换信号来作为通过改变输入时钟信号的工作(on-duty)周期而获得的信号，NMOS晶体管402用于通过接收其栅极上的切换信号而进行切换操作。SWR升压电路203构造如下。SWR升压电路203的输入端225与线圈401的一个电极相连，而线圈401的另一个电极与MNOS晶体管402的漏极和Schottky二极管403的P型电极相连。Schottky二极管403的N型电极连接至旁漏电阻器的正侧输入端和SWR升压电路203的输出端227。SWR升压电路203的电源端226连接至振荡器电路406的电源端412、PWM电路的电源端411、以及误差放大器的电源端413。GND端连接至NMOS晶体管402的源极、旁漏电阻器的GND输入端、误差放大器的GND输入端、以及上述各个电路的GND端。

采用具有上述构造的SWR升压电路。因此，每次当反复导通和截止的NMOS晶体管402截止时，每次在NMOS晶体管402导通时累积在线圈401中的能量通过Schottky二极管403输出至SWR升压电路203的输出端227。这样，从SWR升压电路203的输出端227输出电压功率，该电压高于从SWR升压电路203的输入端225输入的电压。此外，预先设置旁漏电阻器410的电阻比，使得当SWR升压电路203输出端227上的电压近似为1.5V时，由旁漏电阻器410输出的每个分压电压和由Vref电路408输出的参考电压彼此相等。这样，当NMOS晶体管402导通的时刻由误差放大器409和PWM电路405调节工作(on-duty)周期，从而使得SWR升压电路203的输出端227近似为1.5V，由此调节线圈401中累积的能量，即提供给SWR升压电路203的输出端227的能量。这样，SWR升压电路203输出端227上的电压被控制成近似1.5V。

在此指出，为了将SWR升压电路203的输出功率设置成1W，使用电感为近似5μH并且直流电阻为近似50毫欧的线圈作为线圈401，使用导通电阻近似50毫欧的NMOS晶体管作为NMOS晶体管402，并且使用当0.8A的电流流过时正向压降近似为0.1V的Schottky二极管作为Schottky二极管403。由振荡器电路406输出的时钟信号(CLK)频率设置成近似1MHz。

图5是示出图2所示的本发明电子仪器的第一实施例的电压检测电路106的电路原理图的视图。

下面将基于附图5对电压检测电路106的构造进行描述。

如图5所示，电压检测电路106构造如下。电压检测电路106包括：电阻器501、502和503，比较器电路509，Vref电路508，以及NMOS504。电阻器501的一个电极和比较器电路509的电源端513分别连接至电压检测电路的监控端129。电阻器501的另一电极与电阻器502的一个电极和比较器电路509的负输入端相连。电阻器502的另外一个电极和电阻器503的一个电极以及NMOS504的漏极相连。Vref电路508输出的参考电压输入至比较器电路509的正输入端，并且电压检测电路106的信号输出端130分别与比较器电路509的输出端和NMOS504的棚极相连。GND端与电阻器503的另一个电极、NMOS504的源极、以及Vref电路508和比较器电路509的GND输入端相连。

由于上述构造，电压检测电路106可以执行下述操作。具体地，当NMOS504导通时，比较器电路509将分压电压与通过Vref电路508输出的参考电压相比较，该分压电压是通过由电阻器501和电阻器502分割从电压监控端129输入的电压而得到的。同时，当NMOS504截止时，比较器电路509将分压电压与通过Vref电路508输出的参考电压相比较，该分压电压是通过电阻器501以及将电阻器503串联连接至电阻器502之后所形成的电阻器时通过电压监控端129输入的电压进行分割而得到的。当上述的各个分压电压低于参考电压时，比较器电路509可以给信号输出端130输出一个电压，该电压等于电压监控端129上的电压。同时，当各个分压电压高于参考电压时，比较器电路509可以给信号输出端130输出一个电压，该电压等于GND端上的电压。

在此指出要预先将电阻器501和电阻器502的电阻比设置成，当电压监控端129上的电压达到1.5V时由电阻器501和电阻器502所分割的电压与参考电压相等。电阻器503的值预先设置成，当电压监控端129的电压下降至1.0V时，由电阻器501以及通过将电阻器503和电阻器502串联连接而形成的电阻器所分割的电压可以与参考电压相等。

这样，当电压监控端129的电压小于1.5V时，电压检测电路106从信号输出端130输出一个电压，该电压等于电压监控端129上的电压。同时，当电压监控端129的电压达到1.5V或更高时，电压检测电路106从信号输出端130输出一个电压，该电压等于GND端上的电压。然后，一旦电压监控端129的电压达到1.5V或是更高时，电压检测电路106可以执行用以从信号输出端130输出与GND端上的电压相等的电压的操作，即直到电压监控端129的电压下降至小于1.0V以前具有0.5V滞后作用的检测操作。当电压监控端129的电压下降至小于1.0V时，电压检测电路106可以执行用以输出与电压监控端129的电压相等的电压的操作。

如上所述，在根据本发发明电子仪器的第一实施例中，采用如上所述的构造。这样，即使通过使用输出功率的电压低至约0.5V的单个太阳能电池，相关输出功率也能够转换成负荷电路可以工作利用的近似1.5V的电压功率。可以使用这样转换的功率使负荷电路工作。

进一步，在使用上述CP升压电路的输出功率对上述电容器进行充电的情况下，电容器与SWR升压电路或是与负荷电路之间的连接可以通过PMOS晶体管207断开。这样，即使是CP升压电路的输出功率没有设置成超过SWR升压电路或负荷电路功率消耗的功率，电容器的电压也能够上升至可以启动SWR升压电路的电压。这样，CP升压电路的输出功率能力可以极大地减小，并且CP升压电路的升压电容器可以结合在芯片上。因而，外部零件很少的CP升压电路就可以得以实现，并且安装面积非常小。因此，根据本发明第一实施例的电子仪器变得极其紧凑。

第二实施例

图7是示出本发明电子仪器的第二实施例的电路原理框图。

下面将基于附图7对本发明电子仪器的第二实施例进行描述。

第二实施例按照下述方式构造。首先，在图2所示的第一实施例的构造中增加第二电压检测电路706、第一Schottky二极管731、以及第二Schottky二极管732。然后，使用ENCP升压电路702来取代图2所示的CP升压电路202，该升压电路702具有这样的功能，即可以响应输入至停止信号输入端725的信号而选择电子仪器是否工作的功能。如图7所示，电子仪器按照下述方式构造。第二电压检测电路706的电压监控端730连接至SWR升压电路203的输出端227和负荷电路104的电源端128。第二电压检测电路706的信号输出端729连接至ENCP升压电路702的停止信号输入端725。在PMOS207的漏极和SWR升压电路203的电源端226之间设置第一Schottky二极管731，使得从PMOS207的漏极朝向SWR升压电路203的电源端226的方向为正向。在SWR升压电路203的电源端226和SWR升压电路203的输出端227之间设置第二Schottky二极管732，使得由SWR升压电路203的输出端227朝向SWR升压电路203的电源端226的方向为正向。

由于上述构造，在本发明的第二实施例中，除去本发明第一实施例的上述特征以外，第二电压检测电路706监控SWR升压电路203的输出端227的电压以及负荷电路104的电源端电压。当已经确定产生了所需要的电压功率时，给ENCP升压电路702的停止信号输入端725输出停止信号，由此可能停止ENCP升压电路702的操作。这样，在本发明的第二实施例中，在SWR升压电路203启动之后，ENCP升压电路702的操作可以停止，并且因此，就其数量来说，在本发明第二实施例中可以比在本发明第一实施例中更加有效地利用单电池太阳能电池201的功率。此外，通过第一Schottky二极管731，在SWR升压电路203启动之后输出端227上的电压设置成高于约3V，即高于ENCP升压电路702的击穿电压。即使SWR升压电路203输出端227上的电压达到高于3.0V，施加在ENCP升压电路702输出端724上的电压也能降至3.0V或更低。因此，与本发明第一实施例相比，本发明第二实施例中的SWR升压电路203的输出电压可以增加地更多。这样，可以驱动工作电压较高的负荷电路104。进一步，当PMOS207被第二Schottky二极管732导通并且电容器105的能量用于启动SWR升压电路203时，电容器105的能量仅提供给SWR升压电路203的电源端226，而不提供给SWR升压电路203的输出端227和负荷电路104的电源端128。由此，即使在负荷电路104的电流消耗大、或是必须要附加到SWR升压电路203输出端227上的输出平滑电容器的电容值大的情况下，可以不用增加电容器105中的存储能量而启动SWR升压电路203。由此，即使SWR升压电路203的输出平滑电容大并且负荷电路104的功率消耗大，本发明第二实施例中存储在电容器105中的能量值也能比本发明第一实施例中的小。因而，可以缩短启动SWR升压电路203所需的时间。

具体地，如上所述，与本发明第一实施例不同，在本发明的第二实施例中，可以更加有效地利用作为电源的单电池太阳能电池的能量，并且可以驱动工作电压较高的负荷电路，而且还可以缩短从单电池太阳能电池开始发电到驱动负荷电路的时间。

在此指出，虽然已经对作为示例的在本发明第二实施例中使用Schottky二极管作为整流元件的情况进行了描述，但可以肯定的是只要所使用的元件具有整流功能那么这个元件就可以使用。

图8是图7所示的本发明第二实施例中的ENCP升压电路702的电路原理图。该ENCP升压电路702的构造几乎和图3所示的CP升压电路202的电路图相同，而不同之处仅在于使用EN振荡器电路820取代了振荡器路320，以及新设置了停止信号输入端725，并且该输入端725连接至EN振荡器电路820的EN端822上。

由于上述构造，除图3所示的CP升压电路202的功能之外，可能增加响应于从停止信号输入端725输入的信号来停止ENCP升压电路202工作的功能。图9是图7所示的本发明第二实施例中的第二电压检测电路706的电路原理图。第二电压检测电路706的构造几乎和图5所示的电压检测电路106相同，而不同之处在于断开了电阻器503和NMOS晶体管504，以及电阻器502和电阻器503的连接部分连接到GND端上。

由于上述构造，可以实现消除对于检测电压的滞后作用的普通电压检测电路，该滞后作用用于图5所示的电压检测电路106。

第三实施例

图10是是示出本发明电子仪器的第三实施例的电路原理框图。

下面将基于附图10对本发明电子仪器的第三实施例进行描述。

第三实施例按照下述方式构造。首先，在图7所示的第二实施例的构造中增加作为开关元件的NMOS晶体管1002、倒相电路1003、以及对于负荷电路104的输出功能、输入停止信号，作为用于停止来自SWR升压电路203和ENCP升压电路702中的电源的功率消耗的信号。此外，在第二实施例的构造中增加用于输出输入停止信号的输入停止信号输出端1004，并且设置单电池燃料电池1001取代单电池太阳能电池201来作为电源。第三实施例的电子仪器按照下述方式构造。单电池燃料电池1001的输出端1021连接至ENCP升压电路702的电源端223和输入端222以及NMOS1002的漏极。NMOS1002的源极连接至SWR升压电路203的输入端225。负荷电路104的输入停止信号输出端1004连接至ENCP升压电路702的停止信号输入端725、第二电压检测电路706的信号输出端729、以及倒相电路1003的输入端。倒相电路1003的输出端连接至NMOS1002的栅极，而倒相电路1003的电源与SWR升压电路203的电源是共用的。其余构造与图7所示的本发明第二实施例相同。在此指出，在此构造中，与从第二信号检测电路706的信号输出端729输出的信号相比，从负荷电路104的输入停止信号输出端1004输出的输入停止信号享有更高的优先级。

接下来，除去上面已经描述过的实施例的工作外，还执行下述工作。在停止单电池燃料电池1001对ENCP升压电路702和SWR升压电路203的供电时，从负荷电路104的输入停止信号输出端1004输出“高”电压，该电压是等于负荷电路104的电源端128的电压的电压，ENCP升压电路702根据该“高”信号停止其工作，并且倒相电路1003的输出端输出“低”电压，该电压等于GND端108的电压。因此，操作使NMOS晶体管1002截止。同时，在不停止由单电池燃料电池1001给ENCP升压电路702和SWR升压电路203进行供电的情况下，从负荷电路104的输入停止信号输出端1004输出“低”电压，该电压是等于GND端108的电压的电压，ENCP升压电路702继续其在该“低”电压下工作，并且倒相电路1003的输出端输出“高”电压，该电压等于SWR升压电路203的电源端226上的电压。因此，操作使NOMS晶体管1002导通。

具体地，在图10所示的本发明的第三实施例中，采用如上所述的构造。这样，可以在图7所示的本发明第二实施例的特征中增加这样一个特征，负荷电路104可能控制电源的功率是否提供给ENCP升压电路702和SWR升压电路203。因此，在本发明的第三实施例中，相对于本发明的第二实施例的特征，增加了这样一个特征，即当不是必须要给负荷电路等提供功率时，在ENCP升压电路和SWR升压电路中不会消耗电源功率。因此，在本发明的第三实施例中，相对于本发明的第二实施例的特征还增加了这样的特征，即在使用诸如燃料电池或双电荷层电容器等这些功率有限的电源时，可能长时间地使负荷电路工作，而另外一个特征是当电源是燃料电池时可以使提供燃料时的功率消耗最少，这使得耐用性得以改进。

进一步，使得倒相电路1003的电源和SWR升压电路203电源端226的电源共用。这样，在不是由燃料电池1001供电的情况下，升压功率不提供给负荷电路104，而当由燃料电池1001供电时，能够确保产生升压功率，使得负荷电路104可以工作。这也是本发明第三实施例的一个特征。这是由于NMOS晶体管1002的阀值电压对于减小泄漏电流来说是高的，因此不能通过使用其电压过低的单电池燃料电池1001等提供的功率导通NMOS晶体管。因此，必须要在由ENCP升压电路702或是SWR升压电路提供的升压功率的电压下，导通NMOS晶体管1002。此外，必须要从ENCP升压电路702的输出端224、SWR升压电路203的输出端227、以及SWR升压电路203的电源端226中任一端提取用于倒相电路1003的电源。然而，在使倒相电路1003的电源和ENCP升压电路702输出端224的电源共用的情况下，当从SWR升压电路203输出升压功率时，ENCP升压电路702被停止。因此，从ENCP升压电路702的输出端224不输出升压功率，并且NMOS晶体管1002截止。从SWR升压电路203不产生升压功率同时NMOS晶体管1002处于截止，并且因而负荷电路104的工作保持停止。进一步，在使倒相电路1003的电源和SWR升压电路203的输出端227电源共用的情况下，当在SWR升压电路203的输出端227上不产生升压功率时，NMOS晶体管1002必定被截止。当NMOS晶体管1002截止时，在SWR升压电路203的输出端227中不产生升压功率。因此，在SWR升压电路203的输出端227上从不产生升压功率，并且负荷电路也保持不工作状态。相关地，如果使倒相电路1003的电源与SWR升压电路203电源端226的电源共用，那么首先当给SWR升压电路203的电源端226提供ENCP升压电路702的升压功率时，NMOS晶体管1002导通。这样，从SWR升压电路203产生升压功率，并且通过Schotky二极管732给SWR升压电路203的电源端226提供相关升压功率。因此，通过使用该相关升压功率可以一直使NMOS晶体管1002保持导通。结果，负荷电路104可以开始工作，并且此后能继续工作。

进一步，采用这种构造，当从负荷电路104的输入停止信号输出端1004输出的电压为和GND端108上的电压相等的“低”电压时，ENCP升压电路702工作，并且NMOS晶体管1002导通。更进一步，当在不由燃料电池1001供电的情况下不给负荷电路104提供升压功率，而当由燃料电池1001供电时，必定产生升压功率，由此使得负荷电路104工作。这也是本发明第三实施例的一个特征。这是因为在相反的条件下，即使从作为电源的燃料电池1001中输出所需的功率，除非由外部给负荷电路104供给功率，否则各个升压电路不能工作，不能获得升压功率，并且负荷电路104也不能工作。具体地，原因如下。当不给负荷电路104供电时，即使负荷电路104将要工作，从负荷电路104的输入停止信号输出端1004输出的电压也变为与GND端108上的电压相等的“低”电压。然后，ENCP升压电路702被带入停止状态，并且NMOS晶体管1002也被带入截止状态。因此，无论可能等候了多长时间也不会给负荷电路104供电，并且负荷电路104不能工作。

更进一步，对于NMOS晶体管1002，不能使用PMOS晶体管。对于PMOS晶体管来说，为了提供低电压功率，必须增加用于负升高其棚极电压的电路或者降低阀值的绝对值，尽管泄漏电流增加。相关地，必须要增加电路规模或是允许单电池燃料电池功率的利用效率可以降低。相反，对于NMOS晶体管1002，使用电路规模不增加、并且不降低单电池燃料电池的功率利用效率的NMOS晶体管。仍进一步，NMOS晶体管1002中的单电池燃料电池1001的电源控制不用于ENCP升压电路702和SWR升压电路203这两个升压电路的电源，而是只用于SWR升压电路203的电源。这样，即使在两升压电路都不产生升压功率的情况下也能使负荷电路104可靠工作，这是本发明第三实施例的另一个特征。

在此指出，本发明的电源并不限于各个实施例中所描述的电源。可以肯定的是，即使电源是用于仅产生输入电压功率的电源，其中该功率不能由普通的升压电路转换成普通负荷电路可以工作的升压功率，那么如果采用该相关电源来作为本发明每个实施例中的电源，则电源可以使负荷电路工作。

进一步，可以肯定的是本发明上述每个实施例的构造都产生负荷电路在低输入电压下工作的特征。如果其他构造包括用于启动和使启动电压低的SWR升压电路工作的构造，该构造也包括在本发明的每个实施例中，即便是其余构造不同，那么在相关构造中增加该其余构造。这样，除去如上所述负荷电路可以在低输入电压下工作的特征以外可能增加别的特征。

Claims (8)

1、一种电子仪器，包括：

用于供电的电源；

使用来自所述电源的能量启动的第一升压电路；

用于存储第一升压电路的能量的电容器；

使用存储在所述电容器中的能量启动的第二升压电路；

使用第二升压电路的能量工作的负荷电路；

用于检测所述电容器的电压的电压检测电路；

受电压检测信号控制的开关元件；

其中当确定所述电容器电压为预定电压或更大时，所述电压检测电路闭合所述开关元件并且使用所述电容器的能量启动第二升压电路。

2、根据权利要求1的电子仪器，其中直到第二升压电路的启动结束前，所述开关元件一直闭合。

3、根据权利要求1的电子仪器，其中在第二升压电路启动之后，第一升压电路停止其工作。

4、根据权利要求1的电子仪器，其中所述电压检测电路具有滞后作用。

5、根据权利要求1的电子仪器，第一升压电路采用使用电容器的升压方式。

6、根据权利要求1的电子仪器，其中第一升压电路由使用SOI晶片的全耗尽N沟道型MOSFET和升压电容器形成。

7、根据权利要求1的电子仪器，其中所述开关元件包括MOS场效应晶体管。

8、根据权利要求1的电子仪器，其中所述电源可以是单电池太阳能电池、单电池燃料电池、诸如双电荷层电容器之类的电容器、以及使用赛贝克效应的热电元件中的任意一种。

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