JP2011010478A - Electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、発電手段と蓄電手段とを備えた電子装置に関する。 The present invention relates to an electronic device including a power generation unit and a power storage unit.
以前より、ソーラ発電、熱発電、装置自体が揺り動かされることで運動エネルギーを取り込んで発電を行う自動巻発電など、種々の発電機能を有する電子時計がある。発電された電力は二次電池に蓄積して利用することで、発電のない期間にも時計を動作させることができる。 Conventionally, there are electronic timepieces having various power generation functions such as solar power generation, thermal power generation, and self-winding power generation that generates kinetic energy by swinging the device itself. By generating and using the generated power in the secondary battery, the timepiece can be operated even during periods when there is no power generation.
また、本願発明に関連する技術として、特許文献1,2には、二次電池に加えて、電気容量の小さな補助容量を設け、二次電池の放電が進んだ場合でも、次に発電が行われた際に、補助容量に充電を行ってその電圧を利用することで、速やかに時計を始動させることを可能とするクイックスタート機能を備えた電子時計が開示されている。
In addition, as a technology related to the present invention,
従来の発電機能を備えた電子時計では、発電素子と二次電池との間に整流素子を設け、発電量が多い期間には発電素子から二次電池側へ電流を供給する一方、発電量が少ない期間には整流素子によって二次電池から発電素子側への電流の逆流を防止している。 In an electronic timepiece having a conventional power generation function, a rectifying element is provided between the power generation element and the secondary battery, and current is supplied from the power generation element to the secondary battery during a period when the amount of power generation is large. During a short period, the rectifying element prevents the backflow of current from the secondary battery to the power generation element side.
そのため、二次電池の充電レベルが比較的に高く、且つ、発電素子の発電量がやや少ない状態では、二次電池の電圧が発電電圧よりも高くなって、上記の整流素子により発電電流の供給が遮断される。従って、この発電により時計のLSI(大規模集積回路)を動作させるのに十分な電力が得られる場合でも、発電素子からLSI側に駆動電流が供給されることはなく、LSIで二次電池側の電力が使用されてしまうという課題があった。すなわち、発電電力を使用すれば二次電池の充電量を減少させずに済むのに、発電電力が使用されないことで二次電池の充電量の減少が進み、発電停止時に二次電池の電力が消耗されるのを早めてしまうという課題があった。 Therefore, when the charge level of the secondary battery is relatively high and the power generation amount of the power generation element is slightly low, the voltage of the secondary battery becomes higher than the power generation voltage, and the generation current is supplied by the rectifier element. Is cut off. Therefore, even when sufficient power is generated by this power generation to operate the LSI (large scale integrated circuit) of the watch, no drive current is supplied from the power generation element to the LSI side. There was a problem that the electric power of would be used. In other words, if the generated power is used, it is not necessary to reduce the charge amount of the secondary battery, but the decrease in the charge amount of the secondary battery proceeds because the generated power is not used, and the power of the secondary battery is reduced when the power generation is stopped. There was a problem of expediting exhaustion.
この発明の目的は、発電手段と蓄電手段とを備えた電子装置において、蓄電手段の蓄電量を無駄に減少させずに発電電力を有効に使用できる電子装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an electronic apparatus that includes a power generation means and a power storage means and that can effectively use generated power without unnecessarily reducing the amount of power stored in the power storage means.
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は、
発電手段と、
該発電手段に対してそれぞれ並列に接続された第1蓄電手段、該第1蓄電手段より容量の小さな第2蓄電手段、および、装置の機能を実現する機能回路と、
閉成状態から開成状態に切り替わることで、前記機能回路および前記第2蓄電手段を前記発電手段および前記第1蓄電手段から切り離すことが可能な第1スイッチ手段と、
閉成状態から開成状態に切り替わることで、前記第1蓄電手段を前記発電手段、前記第2蓄電手段および前記機能回路から切り離すことが可能な第2スイッチ手段と、
前記第1蓄電手段の端子電圧と前記第2蓄電手段の端子電圧とを比較する第1比較器と、
前記1比較器の出力に基づき前記第1スイッチ手段と前記第2スイッチ手段との切り替えを制御する論理手段と、
を備え、
前記論理手段は、
前記第1蓄電手段の端子電圧が前記第2蓄電手段の端子電圧より大きい場合に前記第1スイッチ手段を閉成状態に、前記第2スイッチ手段を開成状態に切り替えるとともに、
前記第1蓄電手段の端子電圧が前記第2蓄電手段の端子電圧より小さい場合に前記第1スイッチ手段を開成状態に、前記第2スイッチ手段を閉成状態に切り替えることを特徴とする電子装置である。
In order to achieve the above object, the invention according to
Power generation means;
A first power storage means connected in parallel to the power generation means, a second power storage means having a smaller capacity than the first power storage means, and a functional circuit for realizing the function of the device;
A first switch means capable of disconnecting the functional circuit and the second power storage means from the power generation means and the first power storage means by switching from the closed state to the open state;
A second switch means capable of disconnecting the first power storage means from the power generation means, the second power storage means and the functional circuit by switching from the closed state to the open state;
A first comparator for comparing the terminal voltage of the first power storage means and the terminal voltage of the second power storage means;
Logic means for controlling switching between the first switch means and the second switch means based on the output of the one comparator;
With
The logic means is
When the terminal voltage of the first power storage means is larger than the terminal voltage of the second power storage means, the first switch means is switched to the closed state, and the second switch means is switched to the open state.
An electronic device characterized in that when the terminal voltage of the first power storage means is smaller than the terminal voltage of the second power storage means, the first switch means is switched to an open state and the second switch means is switched to a closed state. is there.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の電子装置において、
前記機能回路を駆動可能な電源電圧である第1閾値電圧と前記第2蓄電手段の端子電圧とを比較する第2比較器を備え、
前記論理手段は、
前記第2比較器の出力に基づき前記第2蓄電手段の端子電圧が前記第1閾値電圧より低い場合に、前記第1比較器の出力に基づく前記第1スイッチ手段の切り替え制御を解除して、前記第1スイッチ手段を常に閉成状態とすることを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, in the electronic device according to the first aspect,
A second comparator for comparing a first threshold voltage, which is a power supply voltage capable of driving the functional circuit, and a terminal voltage of the second power storage unit;
The logic means is
When the terminal voltage of the second power storage means is lower than the first threshold voltage based on the output of the second comparator, the switching control of the first switch means based on the output of the first comparator is canceled, The first switch means is always closed.
請求項3記載の発明は、請求項2記載の電子装置において、
前記第1蓄電手段の充電レベルを検出する検出手段と、
前記第1比較器および前記第2比較器の作用の停止と継続を切り替える第1制御手段とを備え、
前記第1制御手段は、
前記検出手段の検出に基づき前記第1蓄電手段の充電レベルが通常使用レベルにある場合には前記第1比較器と前記第2比較器とを作用させる一方、前記第1蓄電手段の充電レベルが当該第1蓄電手段の放電を制限するチャージレベルにある場合に前記第1比較器と前記第2比較器の作用を停止させることを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, in the electronic device according to the second aspect,
Detecting means for detecting a charge level of the first power storage means;
First control means for switching between stopping and continuing the operation of the first comparator and the second comparator;
The first control means includes
When the charge level of the first power storage means is at a normal use level based on the detection of the detection means, the first comparator and the second comparator are operated, while the charge level of the first power storage means is The operation of the first comparator and the second comparator is stopped when it is at a charge level that limits the discharge of the first power storage means.
請求項4記載の発明は、請求項1〜3の何れか一項に記載の電子装置において、
前記第1スイッチ手段と前記第2スイッチ手段とを強制的に閉成状態に切り替えることが可能な第2制御手段を備え、
前記第2制御手段は、
前記機能回路の負荷が大きくなる所定の動作モードのときに前記第1スイッチ手段と前記第2スイッチ手段とを強制的に閉成状態にすることを特徴としている。
The invention according to claim 4 is the electronic device according to any one of
A second control means capable of forcibly switching the first switch means and the second switch means to a closed state;
The second control means includes
The first switch means and the second switch means are forcibly closed when in a predetermined operation mode in which the load of the functional circuit becomes large.
請求項5記載の発明は、請求項1〜4の何れか一項に記載の電子装置において、
前記第1蓄電手段は二次電池であり、
前記第2蓄電手段はコンデンサであることを特徴としている。
Invention of Claim 5 is an electronic apparatus as described in any one of Claims 1-4,
The first power storage means is a secondary battery;
The second power storage means is a capacitor.
請求項6記載の発明は、請求項1〜5の何れか一項に記載の電子装置において、
前記機能回路は、時計の機能に関わる動作を行うことを特徴としている。
Invention of Claim 6 is an electronic apparatus as described in any one of Claims 1-5,
The functional circuit performs an operation related to the function of the watch.
本発明に従うと、発電手段の発電量が多い期間には、第1蓄電手段と第2蓄電手段との両方に充電が行われつつ、これらの電力が使用されて機能回路が動作する一方、発電手段の発電量が少ない期間には、第1蓄電手段の放電が抑えられて、発電手段の電力が使用されて機能回路が動作することになる。これにより、第1蓄電手段の蓄電量が無駄に消費されることなく、発電手段の発電量が有効に使用されて機能回路を動作させることができる。 According to the present invention, during a period in which the power generation amount of the power generation means is large, both the first power storage means and the second power storage means are charged, while these powers are used to operate the functional circuit, During the period when the power generation amount of the means is small, the discharge of the first power storage means is suppressed, and the functional circuit operates by using the power of the power generation means. Thus, the function circuit can be operated by effectively using the power generation amount of the power generation means without wasting the power storage amount of the first power storage means.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態の電子時計の全体を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing an entire electronic timepiece according to an embodiment of the present invention.
この実施形態の電子時計1は、複数の指針(例えば時針、分針、秒針)11を回転させて時刻を表示するアナログ表示部と、例えば文字板上に配置された発電手段としてのソーラセル12とを有するもので、例えば、腕時計の本体部となるものである。
The
この電子時計1は、図1に示すように、上記の指針11やソーラセル12に加えて、ソーラセル12への電流の逆流を防止するダイオードD1と、発電された電力を蓄える第1蓄電手段としての二次電池2および第2蓄電手段としてのコンデンサ3と、指針11を回転駆動するステップモータ14と、ステップモータ14の運動を指針11に伝達する輪列機構13と、時刻計時用に所定周波数の発振信号を生成する発振回路15と、時計動作を実現させる各種の制御動作を行うLSI(大規模集積回路)18等を備えている。
As shown in FIG. 1, the
LSI18には、ステップモータ14に駆動電流を出力する駆動回路24と、発振回路15から発振信号を受けて時刻の計時を行う計時回路25と、時刻表示処理や電源切替処理など各部の統括的な制御処理を行う制御手段としてのCPU(中央演算処理装置)21と、CPU21に作業用のメモリ空間を提供するRAM22と、制御データや制御プログラムを格納したROM23と、ソーラセル12に対する充電先の接続や機能回路(CPU21、RAM22、ROM23、駆動回路24、計時回路25、発振回路15等を含む)の電源供給元の接続を切り替える第1スイッチTr1および第2スイッチTr2と、これら第1および第2スイッチTr1,Tr2の切替信号を生成するスイッチ切替回路40と、二次電池2の電池電圧を検出する検出手段としての電池電圧検出器32と、電源電圧がBAC(バッテリオールクリア)電圧になったことを検出するBAC電圧検出器31等が設けられている。
The
二次電池2は、電気化学反応を利用して電力を蓄えたり放電を行ったりするものであり、その蓄電容量はコンデンサ3に比べて非常に大きなものである。コンデンサ3は、静電容量によって電荷を蓄える構成であり、一般的なコンデンサ或いは比較的容量の大きな電気二重層コンデンサなどを適用することができる。
The
第1および第2のスイッチTr1,Tr2は、例えば、MOSトランジスタやバイポーラトランジスタなどから構成される。第1スイッチTr1は、ソーラセル12とコンデンサ3、並びに、ソーラセル12と機能回路(21,24)をそれぞれ接続する共通の配線上に設けられ、オン(閉成)状態からオフ(開成)状態に切り替わることで、ソーラセル12および二次電池2を、コンデンサ3および機能回路(21,24)から切り離すようになっている。
The first and second switches Tr1 and Tr2 are composed of, for example, MOS transistors or bipolar transistors. The first switch Tr1 is provided on a common wiring that connects the
また、第2スイッチTr2は、ソーラセル12と二次電池2とを接続する配線上に設けられ、オン状態からオフ状態に切り替わることで、二次電池2をソーラセル12、コンデンサ3および機能回路(21,24)から切り離すようになっている。
The second switch Tr2 is provided on the wiring connecting the
駆動回路24は、CPU21から供給されるタイミングパルスに応じて電源電圧VDDをステップモータ14にパルス出力することで、ステップモータ14を1ステップずつ回転駆動させるものである。
The
電池電圧検出器32は、例えば、二次電池2の電圧と2種類の閾値電圧とを比較して、その比較信号をCPU21に出力することで、二次電池2の電圧がMidレベル(例えば2.3V以上)に復帰したことの検出と、二次電池2の電圧がチャージレベル(例えば2.2V〜1.9V)まで低下したことの検出とを行うものである。Midレベル(通常使用レベル)は、時計機能の各動作が通常に実行される充電レベル、チャージレベルは二次電池2の電圧低下を避けるために二次電池2の放電が制限されるとともに通常の時計機能のうち消費電力の比較的大きい動作が停止される充電レベルである。
For example, the
BAC電圧検出器31は、電源電圧VDDがLSI18の動作下限電圧を下回ってLSI18が不安定動作する前に、LSI18をオールクリア状態にするためのものであり、動作下限電圧より僅かに高い閾値電圧と電源電圧VDDとを比較して、電源電圧VDDが閾値電圧を下回った場合にオールクリア信号をCPU21に出力するものである。LSI18は、このオールクリア信号によってリセット状態となる。
The
スイッチ切替回路40は、第1スイッチTr1の制御端子に切替信号を出力する三入力のアンドゲート43と、第2スイッチTr2の制御端子に切替信号を出力する二入力のアンドゲート44と、アンドゲート43,44の1つの入力信号を供給する第1ラッチ42と、アンドゲート43,44の別の入力信号を生成するコンパレータCP1と、コンパレータCP1から一方のアンドゲート43に入力される信号のみを反転させるインバータ45と、コンパレータCP1の比較参照電圧を2種類生成する電圧リファレンス回路41と、コンパレータCP1の反転入力端子の接続を比較参照電圧側と二次電池2側との一方に選択的に切り替える切替回路46と、三入力のアンドゲート43のもう一つの入力信号を生成する切替制限回路47と、切替回路46と切替制限回路47の作用を切り替えるための制御信号をラッチする第2ラッチ48等から構成される。これらの構成のうち、アンドゲート43,44やインバータ45により論理手段が構成され、コンパレータCP1により第1比較器が構成される。また、第2ラッチ48とCPU21により第1制御手段が構成され、第1ラッチ42とCPU21により第2制御手段が構成される。
The
切替回路46は、第2ラッチ48の出力に基づいてオン・オフするスイッチトランジスタ51,52と、第2ラッチ48から一方のスイッチトランジスタ51に出力される信号を反転させるインバータ53とを有する。そして、第2ラッチ48の出力がローレベルのときには、コンパレータCP1の反転入力端子の接続を二次電池2側に切り替え、第2ラッチ48の出力がハイレベルのときには、コンパレータCP1の反転入力端子の接続を電圧リファレンス回路41側に切り替える。
The switching
切替制限回路47は、電源電圧VDDと低駆動電圧Vd1(例えば2.0V)とを比較して、電源電圧VDDが低駆動電圧Vd1を下回ったら第2スイッチTr2をオンさせる作用を有する。さらに、この切替制限回路47は、第2ラッチ48の出力に応じて上記作用の継続および停止を切り替え可能にしたものである。ここで、低駆動電圧Vd1とは、LSI18が安定的に動作する電源電圧のうち消費電力が低減される低い方の値(例えば2.0V)に設定された電圧であり、第1閾値電圧の一例を示すものである。この切替制限回路47は、上記の低駆動電圧Vd1を生成する基準電圧生成回路55と、低駆動電圧Vd1と電源電圧VDDとを比較する第2比較器としてのコンパレータCP2と、コンパレータCP2の出力を通過又は遮断するオアゲート56とを有している。オアゲート56には第2ラッチ48のラッチ信号が入力され、第2ラッチ48の出力がローレベルのときにコンパレータCP2の出力がアンドゲート43に送られる一方、第2ラッチ48の出力がハイレベルのときにはコンパレータCP2の出力によらずに常にハイレベルの信号がアンドゲート43に送られるようになっている。
The switching
第1ラッチ42および第2ラッチ48は、CPU21から送られるハイレベル又はローレベルの制御信号をラッチして、この信号の出力を継続するものである。第2ラッチ48は、上述のように切替回路46の切り替えと切替制限回路47の作用の切り替えとを行う制御信号をラッチするものである。
The first latch 42 and the
第1ラッチ42は、第1スイッチTr1と第2スイッチTr2とを強制的にオン状態に切り替える制御信号をラッチするものである。第1ラッチ42は、CPU21からローレベル信号を受けてアンドゲート43,44にローレベル信号を出力することで、コンパレータCP1の出力や切替制限回路47の出力によらずに、アンドゲート43,44からローレベル信号を出力させて第1および第2スイッチTr1,Tr2を共にオンさせる。
The first latch 42 latches a control signal for forcibly turning on the first switch Tr1 and the second switch Tr2. The first latch 42 receives the low level signal from the
コンパレータCP1は、第2ラッチ48の出力がハイレベル信号である場合には、電圧リファレンス回路41から供給される参照電圧と、コンデンサ3の端子電圧とを比較して、その大小を表わすハイレベル信号またはローレベル信号を出力する。一方、第2ラッチ48の出力がローレベル信号である場合には、コンデンサ3と二次電池2の端子電圧をそれぞれ比較して、コンデンサ3の電圧が高ければハイレベル信号を出力し、二次電池2の電圧が高ければローレベル信号を出力する。
When the output of the
電圧リファレンス回路41は、2種類の参照電圧を生成して、出力端子OUTからコンパレータCP1の反転入力端子へ供給するものである。第1の参照電圧は、コンデンサ3のフル充電電圧に対応する高レベル電圧(図3の“Vhigh”)であり、第2の参照電圧は、コンデンサ3の要充電電圧に対応する低レベル電圧(図3の“Vlow”)である。
The
これらの第1および第2の参照電圧は、コンパレータCP1の出力であるセレクト信号SELによって切り替えられるようになっている。具体的には、コンデンサ3の電圧が高い方の第1参照電圧を超えれば、コンパレータCP1に入力される比較参照電圧が低い方の第2参照電圧に切り替わり、コンデンサ3の電圧が低い方の第2参照電圧を下回れば、コンパレータCP1に入力される比較参照電圧が高い方の第1参照電圧に切り替わる。
These first and second reference voltages are switched by a select signal SEL which is an output of the comparator CP1. Specifically, when the voltage of the
計時回路25と発振回路15は、LSI18に供給される電源と同一の電源が供給されて計時動作を行うようになっている。また、これら計時回路25と発振回路15による計時動作はLSI18の動作と連動しており、LSI18が停止すれば計時動作も停止されるし、LSI18が作動すれば計時動作も再開されるようになっている。
The
次に、上記構成の電子時計1の動作について説明する。
Next, the operation of the
図2には、CPU21により実行されるスイッチ制御処理のフローチャートを示す。
FIG. 2 shows a flowchart of the switch control process executed by the
このスイッチ制御処理は、LSI18の動作中に継続的に実行されるものである。また、このスイッチ制御処理は、時計機能の動作を実現する時計機能処理と並列的に実行されるものである。時計機能処理とは、例えば、計時回路25の計時動作と連動させて指針11を駆動させたり、アラーム時刻に図示略のアラームを作動させたり、図示略の操作部から入力を行って操作に応じた設定処理や処理モードの切り替え等を行う処理である。
This switch control process is continuously executed during the operation of the
スイッチ制御処理においては、図2のフローチャートに示すように、CPU21は、電池電圧検出器32の出力を判別するとともに、この判別結果に応じて第2ラッチ48のラッチ信号を切り替える制御を行う。
In the switch control process, as shown in the flowchart of FIG. 2, the
まず、電池電圧検出器32により二次電池2の電圧がMidレベルに復帰したことを示す検出がなされてから(ステップS1のYES)、二次電池2の電圧がチャージレベルに低下したことを示す検出がなされる直前(ステップS4のNO)までの期間には、電源供給の動作状態を通常動作状態にするために第2ラッチ48にローレベル信号を出力する(ステップS2,S6)。第2ラッチ48にローレベル信号がラッチされて移行される通常動作状態については後述する。
First, after the
また、この期間において、CPU21は、時計機能処理が高負荷モードであるか否かを判別し(ステップS7)、高負荷モードであれば第1ラッチ42にローレベル信号を出力し(ステップS9)、高負荷モードでなければ第1ラッチ42にハイレベル信号を出力する(ステップS8)。高負荷モードとは、例えば、ステップモータ14を長い期間にわたって高速に駆動する処理モードや、図示略のアラームを大出力駆動する処理モードなど、比較的大きな駆動電流を消費する動作モードのことである。
Further, during this period, the
一方、電池電圧検出器32により二次電池2の電圧がチャージレベルに低下したことを示す検出がなされてから(ステップS4のYES)、二次電池2の電圧がMidレベルに復帰したことを示す検出がなされる直前(ステップS1のNO)までの期間には、電子時計1の動作状態をクイックスタート状態にするために第2ラッチ48にハイレベル信号を出力する(ステップS3,S5)。
On the other hand, after the
なお、図2のフローチャートにおいては、ステップS3,S6,S8,S9を含む幾つかのループ処理で、第1ラッチ42や第2ラッチ48に同じ信号が繰り返し出力される内容になっているが、第1ラッチ42や第2ラッチ48に既に値が書き込まれていて変更する必要がない場合には、同じ信号を繰り返し出力する処理を省略するようにしても良い。
In the flowchart of FIG. 2, the same signal is repeatedly output to the first latch 42 and the
図3には、充電関連の各電圧と第2ラッチ48の出力の状態遷移を表わすタイムチャートを示す。
FIG. 3 is a time chart showing state transitions of charging-related voltages and the output of the
[クイックスタート状態]
先ず、上記のステップS3,S5の処理により第2ラッチ48がハイレベルにされることで移行されるクイックスタート状態について説明する。
[Quick start status]
First, the quick start state that is shifted when the
クイックスタート状態は、上述のように二次電池2の電圧がチャージレベル以下の状態からMidレベルに復帰するまで継続される動作状態である。
The quick start state is an operation state that continues until the voltage of the
図3の“クイックスタート状態”の期間に示すように、クイックスタート状態になると、先ず、第1スイッチTr1がオン、第2スイッチTr2がオフにされる。そして、ソーラセル12で発電が行われた場合に、コンデンサ3を高レベル電圧“Vhigh”になるまで充電する。コンデンサ3が充電されたら、このコンデンサ3の電力を用いて指針11やLSI18を駆動させるとともに、第1スイッチTr1がオフ、第2スイッチTr2がオンにされて二次電池2の充電が行われる。この二次電池2の充電期間において、コンデンサ3の電圧は高レベル電圧“Vhigh”から低下していく一方、二次電池2の電圧は充電により上昇する。そして、コンデンサ3の放電が進んで低レベル電圧“Vlow”まで低下したら、再び、第1スイッチTr1がオン、第2スイッチTr2がオフにされて、コンデンサ3を高レベル電圧“Vhigh”まで充電する。
As shown in the “quick start state” period of FIG. 3, when the quick start state is entered, first, the first switch Tr1 is turned on and the second switch Tr2 is turned off. When the
クイックスタート状態では、上記のような動作が繰り返されることで、二次電池2の電圧がチャージレベルに低下してからMidレベルに復活するまで、二次電池2は放電されることなく充電のみが行われる。一方、ソーラセル12で発電がなされた際には、コンデンサ3の充電および放電により指針11が速やかに駆動されて、発電中であることや電子時計1が完全停止していないことをユーザに知らせることができる。このクイックスタート状態における第1スイッチTr1と第2スイッチTr2の切り替えは、コンパレータCP1と電圧リファレンス回路41の作用によって実現される。
In the quick start state, the above operation is repeated, so that the
[通常動作状態]
次に、上記のステップS2,S6の処理により第2ラッチ48がローレベルにされることで移行される通常動作状態について説明する。
[Normal operation status]
Next, the normal operation state that is shifted when the
図4と図5には、通常動作状態における第1および第2スイッチTr1,Tr2の切替パターンを表わした説明図を示す。図4は、発電量が多くなる高照度状態のときの切替パターン、図5は発電量が少ない低照度状態およびゼロ照度状態のときの切替パターンを示している。 4 and 5 are explanatory diagrams showing switching patterns of the first and second switches Tr1 and Tr2 in the normal operation state. FIG. 4 shows a switching pattern in a high illuminance state where the power generation amount increases, and FIG. 5 shows a switching pattern in a low illuminance state and a zero illuminance state where the power generation amount is small.
通常動作状態は、上述のように電池電圧検出器32の検出出力に基づきCPU21が第2ラッチ48をローレベル出力に制御することで、二次電池2の電圧がMidレベル以上の状態からチャージレベルに低下する直前まで継続される。通常動作状態では、時計機能処理において高負荷モードの処理を除く通常の時計動作の制御が併行して行われる。
In the normal operation state, the
通常動作状態においては、第2ラッチ48の出力がローレベルにされることで、コンパレータCP1の反転入力端子の接続は二次電池2側に切り替えられる。つまり、コンパレータCP1によりコンデンサ3の端子電圧と二次電池2の端子電圧とが比較され、この比較結果を表わす信号が、2つのアンドゲート43,44へ送られる。さらに、切替制限回路47のコンパレータCP2が、電源電圧VDDと低駆動電圧Vd1とを比較して、その比較結果を表わす出力を三入力のアンドゲート43に出力する。
In the normal operation state, the connection of the inverting input terminal of the comparator CP1 is switched to the
[高照度状態]
この通常動作状態において、ソーラセル12への入射光が高照度状態になって多くの発電がなされると、図4(a)の切替状態と、図4(b)の切替状態とが、繰り返されて、ソーラセル12の発電電流がコンデンサ3と二次電池2に交互に送られていく。
[High illumination state]
In this normal operation state, when the incident light to the
詳細には、高照度の状態では、先ず、コンデンサ3の充電により電源電圧VDDが低駆動電圧Vd1を下回ることがないので、切替制限回路47の出力はハイレベルのままとなる。また、第1ラッチ42の出力はハイレベルに制御されている。従って、第1および第2スイッチTr1,Tr2はコンパレータCP1の出力にのみ応じて切り替えられることになる。
Specifically, in the high illuminance state, first, the power supply voltage VDD does not fall below the low drive voltage Vd1 due to the charging of the
コンパレータCP1は、コンデンサ3の電圧と二次電池2の電圧とを比較しているので、コンデンサ3の電圧の方が高くなれば、図4(b)に示すように、コンデンサ3側の第1スイッチTr1をオフ、二次電池2側の第2スイッチTr2をオンにする。それにより、二次電池2が充電されて二次電池2の電圧が上昇する。そして、二次電池2の電圧の方が高くなれば、図4(a)に示すように、コンデンサ3側の第1スイッチTr1をオン、二次電池2側の第2スイッチTr2をオフにする。それにより、コンデンサ3が充電されてコンデンサ3の電圧が上昇する。
Since the comparator CP1 compares the voltage of the
このように図4(a),(b)の状態が交互に繰り返されていくことで、図3の期間Aや期間Bに示すように、二次電池2とコンデンサ3に交互に充電が行われて、両者の電圧がほぼ同一の電圧で上昇していく。なお、図3の期間Aの途中で二次電池2とコンデンサ3の電圧が一定レベルで停止しているのは、二次電池2が満充電となって、図示略の過充電防止回路により二次電池2への充電が停止されているためである。
4A and 4B are alternately repeated in this way, the
[低照度状態]
通常動作状態において、ソーラセル12への入射光が低照度状態になって、ソーラセル12の発電量が低下すると、コンデンサ3に蓄えられた電力が機能回路(21,24)により消費されることで、二次電池2の電圧よりもコンデンサ3の電圧が早く低下する。その結果、コンデンサ3の電圧と二次電池2の電圧を比較するコンパレータCP1の出力はローレベルで一定となり、図5(a)に示すように、第1スイッチTr1はオン、第2スイッチTr2はオフにされる。
[Low illumination state]
In the normal operation state, when the incident light to the
このような切り替えにより、図3の“低照度”の期間に示すように、二次電池2の電力は消費されずに、ソーラセル12の発電電流が機能回路(21,24)に供給されることになる。ソーラセル12の発電量が、機能回路(21,24)の消費電力より少し上回ったり下回ったり変動する場合には、コンデンサ3の放電や充電が行われて、電源電圧VDDは少し上下するものの、機能回路(21,24)に適切な駆動電流が送られて正常な動作が継続される。
By such switching, as shown in the period of “low illuminance” in FIG. 3, the power generated by the
[ゼロ照度状態]
通常動作状態において、ソーラセル12への入射高がゼロ照度等になって、ソーラセル12の発電がほとんど行われなくなると、図3の“照度0”の期間に示すように、機能回路(21,24)の電力消費によりコンデンサ3の放電が進んで、コンデンサ3の電圧が低駆動電圧Vd1を下回ることになる。
[Zero illumination state]
In the normal operation state, when the incident height to the
すると、コンデンサ3の電圧と低駆動電圧Vd1とを比較するコンパレータCP2の出力がローレベルに変化するので、図5(c)に示すように、第2スイッチTr2がオンされる。ここで、第1スイッチTr1は、二次電池2の電圧がコンデンサ3の電圧を下回らない限りオン状態のままにされる。
Then, since the output of the comparator CP2 that compares the voltage of the
第1スイッチTr1と第2スイッチTr2がオン状態になると、二次電池2からコンデンサ3に電流が流れて、コンデンサ3の電圧が上昇する。そして、低駆動電圧Vd1を上回ると、再び、図5(b)に示すように、切替制限回路47の出力がハイレベルに変化するので第2スイッチTr2がオフされる。そして、機能回路(21,24)の電力消費により、再び、コンデンサ3の放電が進んでその電圧が低駆動電圧Vd1を下回る。
When the first switch Tr1 and the second switch Tr2 are turned on, a current flows from the
すなわち、通常動作状態でソーラセル12の発電がほとんど行われなくなると、図5(b),(c)の状態が繰り返されて、二次電池2の充電電力が少しずつコンデンサ3に移されて、コンデンサ3の電圧が低駆動電圧Vd1の前後で推移していく。さらに、この低駆動電圧Vd1の前後で推移する電源電圧VDDが機能回路(21,24)に送られて、機能回路(21,24)で安定的な動作が行われる。また、電源電圧VDDが低い低駆動電圧Vd1の近辺に調整されることで、高い電圧にされる場合と比較して、機能回路(21,24)の消費電力が低くされる。
That is, when the
図3の“照度0”の期間に示すように、コンデンサ3の電圧が低駆動電圧Vd1の前後で推移する際、二次電池2の電力がコンデンサ3に移されて消費されていくので、二次電池2の電圧は徐々に低下していく。しかし、この二次電池2の電圧の低下は、二次電池2の電圧を直接に機能回路(21,24)に供給した場合と比較すれば、機能回路(21,24)の消費電力が低くなる分、ややなだらかなものとなる。
As shown in the period of “illuminance 0” in FIG. 3, when the voltage of the
そして、二次電池2の電圧が徐々に低下する途中、再び、高照度や低照度の状態になることで、上述した発電量に応じた動作が行われるようになっている。また、ソーラセル12の発電がほとんど行われない期間が続いて、二次電池2の電圧がチャージレベルまで低下すると、CPU21が第2ラッチ48にハイレベル信号を出力することで、通常動作状態から前述のクイックスタート状態へと移行されるようになっている。
And the operation | movement according to the electric power generation amount mentioned above is performed because it will be in the state of a high illumination intensity or a low illumination intensity again in the middle of the voltage of the
[高負荷モード]
続いて、図2のステップS9の処理により第1ラッチ42がローレベルにされることで移行される高負荷モードの動作について説明する。
[High load mode]
Next, the operation in the high load mode that is shifted when the first latch 42 is set to the low level by the process of step S9 in FIG. 2 will be described.
図6は、高負荷モードのときの第1および第2スイッチTr1,Tr2の切替パターンを表わした説明図である。 FIG. 6 is an explanatory diagram showing a switching pattern of the first and second switches Tr1 and Tr2 in the high load mode.
高負荷モードでは、第1ラッチ42にローレベル信号がセットされることで、図6に示すように、第1スイッチTr1と第2スイッチTr2とが強制的にオン状態にされる。それにより、コンデンサ3と二次電池2の両方が機能回路(21,24)に接続されることになる。この接続により、二次電池2から機能回路(21,24)への直接的な電力供給と、コンデンサ3による平滑作用とが得られて、大電流の出力にも対応することが可能となる。
In the high load mode, as a low level signal is set in the first latch 42, the first switch Tr1 and the second switch Tr2 are forcibly turned on as shown in FIG. Thereby, both the
以上のように、この実施の形態の電子時計1によれば、通常動作状態において、コンパレータCP1によりコンデンサ3の電圧と二次電池2の電圧とが比較され、この比較結果を表わす出力に基づき第1および第2スイッチTr1,Tr2が切り替えられるので、充電量が多くなる高照度状態では、図4(a),(b)の切り替えが繰り返されて、コンデンサ3や二次電池2の充電が行われる。さらに、充電量が少なくなる低照度状態では、二次電池2が切り離されてソーラセル12からの発電電力が機能回路(21,24)で消費される。従って、二次電池2の充電レベルが高くても、機能回路(21,24)を駆動するのに十分な発電が行われている場合には、ソーラセル12の発電電力が機能回路(21,24)に供給されるので、二次電池2の電力が無駄に消費されず、その後、発電が停止しても、二次電池2の電力が大きく消耗するのを遅らせることができる。
As described above, according to the
また、切替制限回路47により電源電圧VDDと低駆動電圧Vd1とか比較され、この比較結果に基づいて第2スイッチTr2が制御されるので、充電量がさらに少なくなるゼロ照度状態では、図5(b),(c)の切り替えが繰り返されて、二次電池2の電圧がコンデンサ3により低駆動電圧Vd1に調整されて、機能回路(21,24)で消費されることになる。従って、機能回路(21,24)を駆動できるほどの発電量が得られない場合に限って、二次電池2の電力が少しずつ使用されることとなり、二次電池2の電力が無駄に使用されることがない。また、このとき、電源電圧VDDは、二次電池2の電圧よりも低い低駆動電圧Vd1に調整されるので、二次電池2の電圧を直接供給する場合と比較して、機能回路(21,24)の消費電力を低くすることができる。それゆえ、発電が停止しても、二次電池2の電力が大きく消耗するのを大きく遅らせることができる。
Further, the
また、この実施形態の電子時計1によれば、切替回路46の接続と切替制限回路47の作用を切り替えるために第2ラッチ48が設けられ、CPU21が第2ラッチ48にローレベル信号をセットすることで、上記のような通常動作状態の電源供給動作が得られる一方、CPU21が第2ラッチ48にハイレベル信号をセットすることで、上記の通常動作状態の電源供給動作が停止され、クイックスタート状態の電源供給動作に切り替えられるようになっている。従って、二次電池2の充電レベルの状態に応じて電源供給動作を適切に切り替えることができる。
Further, according to the
また、この実施形態の電子時計1によれば、第1および第2スイッチTr1,Tr2を強制的にオンにするための第1ラッチ42が設けられているので、高負荷モードの際に第1ラッチ42にローレベル信号をセットして、第1および第2スイッチTr1,Tr2をともにオンさせることで、大電流の出力にも対応することが可能になっている。
In addition, according to the
なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。例えば、上記実施形態では、2個のスイッチTr1,Tr2により、ソーラセル12、コンデンサ3、二次電池2、機能回路(21,24)の接続状態を切り替えるようにしているが、同様の接続状態の切り替えを3個や4個のスイッチを連動させて行うようにしても良い。また、コンパレータCP1,CP2が比較対象の電圧を直接に入力して比較する構成を例示したが、比較対象の電圧を分割抵抗を介して分割した電圧を入力して比較を行うようにしても良い。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. For example, in the above embodiment, the connection state of the
また、上記実施形態では、コンパレータCP1の反転入力端子の接続を切り替えることで、コンパレータCP1に二次電池2とコンデンサ3の電圧比較動作と、クイックスタート状態におけるコンデンサ3の充放電の切り替えを行う電圧比較動作とを行わせるようにしているが、これらの電圧比較動作を別個のコンパレータを用いて行うようにしても良い。
Moreover, in the said embodiment, the voltage which switches the voltage comparison operation | movement of the
また、上記実施形態では、発電手段としてソーラセル12を例示したが、熱発電や自動巻発電の機構を適用することもできる。また、上記実施形態では、本発明を電子時計に適用した例を示したが、発電手段と蓄電手段とを有する種々の電子装置に適用することができる。その他、実施形態で示した細部構造および方法は発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
Moreover, in the said embodiment, although the
1 電子時計
2 二次電池
3 コンデンサ
11 指針
12 ソーラセル
14 ステップモータ
15 発振回路
21 CPU
22 RAM
23 ROM
24 駆動回路
25 計時回路
32 電池電圧検出器
CP1 コンパレータ
40 スイッチ切替回路
41 電圧リファレンス回路
42 第1ラッチ
43,44 アンドゲート
45 インバータ
46 切替回路
47 切替制限回路
48 第2ラッチ
CP2 コンパレータ
55 基準電圧生成回路
56 オアゲート
Tr1 第1スイッチ(第1スイッチ手段)
Tr2 第2スイッチ(第2スイッチ手段)
Vd1 低駆動電圧
DESCRIPTION OF
22 RAM
23 ROM
24
Tr2 second switch (second switch means)
Vd1 Low drive voltage
Claims (6)
該発電手段に対してそれぞれ並列に接続された第1蓄電手段、該第1蓄電手段より容量の小さな第2蓄電手段、および、装置の機能を実現する機能回路と、
閉成状態から開成状態に切り替わることで、前記機能回路および前記第2蓄電手段を前記発電手段および前記第1蓄電手段から切り離すことが可能な第1スイッチ手段と、
閉成状態から開成状態に切り替わることで、前記第1蓄電手段を前記発電手段、前記第2蓄電手段および前記機能回路から切り離すことが可能な第2スイッチ手段と、
前記第1蓄電手段の端子電圧と前記第2蓄電手段の端子電圧とを比較する第1比較器と、
前記1比較器の出力に基づき前記第1スイッチ手段と前記第2スイッチ手段との切り替えを制御する論理手段と、
を備え、
前記論理手段は、
前記第1蓄電手段の端子電圧が前記第2蓄電手段の端子電圧より大きい場合に前記第1スイッチ手段を閉成状態に、前記第2スイッチ手段を開成状態に切り替えるとともに、
前記第1蓄電手段の端子電圧が前記第2蓄電手段の端子電圧より小さい場合に前記第1スイッチ手段を開成状態に、前記第2スイッチ手段を閉成状態に切り替えることを特徴とする電子装置。 Power generation means;
A first power storage means connected in parallel to the power generation means, a second power storage means having a smaller capacity than the first power storage means, and a functional circuit for realizing the function of the device;
A first switch means capable of disconnecting the functional circuit and the second power storage means from the power generation means and the first power storage means by switching from the closed state to the open state;
A second switch means capable of disconnecting the first power storage means from the power generation means, the second power storage means and the functional circuit by switching from the closed state to the open state;
A first comparator for comparing the terminal voltage of the first power storage means and the terminal voltage of the second power storage means;
Logic means for controlling switching between the first switch means and the second switch means based on the output of the one comparator;
With
The logic means is
When the terminal voltage of the first power storage means is larger than the terminal voltage of the second power storage means, the first switch means is switched to the closed state, and the second switch means is switched to the open state.
An electronic device, wherein when the terminal voltage of the first power storage means is smaller than the terminal voltage of the second power storage means, the first switch means is switched to an open state and the second switch means is switched to a closed state.
前記論理手段は、
前記第2比較器の出力に基づき前記第2蓄電手段の端子電圧が前記第1閾値電圧より低い場合に、前記第1比較器の出力に基づく前記第1スイッチ手段の切り替え制御を解除して、前記第1スイッチ手段を常に閉成状態とすることを特徴とする請求項1記載の電子装置。 A second comparator for comparing a first threshold voltage, which is a power supply voltage capable of driving the functional circuit, and a terminal voltage of the second power storage unit;
The logic means is
When the terminal voltage of the second power storage means is lower than the first threshold voltage based on the output of the second comparator, the switching control of the first switch means based on the output of the first comparator is canceled, 2. The electronic apparatus according to claim 1, wherein the first switch means is always closed.
前記第1比較器および前記第2比較器の作用の停止と継続を切り替える第1制御手段とを備え、
前記第1制御手段は、
前記検出手段の検出に基づき前記第1蓄電手段の充電レベルが通常使用レベルにある場合には前記第1比較器と前記第2比較器とを作用させる一方、前記第1蓄電手段の充電レベルが当該第1蓄電手段の放電を制限するチャージレベルにある場合に前記第1比較器と前記第2比較器の作用を停止させることを特徴とする請求項2記載の電子装置。 Detecting means for detecting a charge level of the first power storage means;
First control means for switching between stopping and continuing the operation of the first comparator and the second comparator;
The first control means includes
When the charge level of the first power storage means is at a normal use level based on the detection of the detection means, the first comparator and the second comparator are operated, while the charge level of the first power storage means is 3. The electronic device according to claim 2, wherein the operation of the first comparator and the second comparator is stopped when the charge level is at a level that limits the discharge of the first power storage means.
前記第2制御手段は、
前記機能回路の負荷が大きくなる所定の動作モードのときに前記第1スイッチ手段と前記第2スイッチ手段とを強制的に閉成状態にすることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の電子装置。 A second control means capable of forcibly switching the first switch means and the second switch means to a closed state;
The second control means includes
The first switch means and the second switch means are forcibly closed when in a predetermined operation mode in which the load of the functional circuit is increased. The electronic device according to item.
前記第2蓄電手段はコンデンサであることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の電子装置。 The first power storage means is a secondary battery;
The electronic device according to claim 1, wherein the second power storage unit is a capacitor.
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