JP2014183682A - 電圧検出回路及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力を抑制することが可能な電圧検出回路及び電子機器等を提供すること。
【解決手段】電圧検出回路は、太陽電池１００の出力電圧ＰＶＩＮのノードと太陽電池１００により充電される２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣのノードとの間に設けられる第１スイッチ素子ＪＳＷと、太陽電池１００の出力電圧ＰＶＩＮを分割した分割電圧を出力する電圧分割回路４０と、基準電圧を生成する基準電圧生成回路５０と、分割電圧と基準電圧とを比較する比較回路２０と、を含む。そして、第１の期間では、第１スイッチ素子ＪＳＷはオフになり、比較回路２０は非動作状態又は低消費電力モードに設定される。第１の期間の後の第２の期間では、比較回路２０は動作状態に設定され、分割電圧と基準電圧との比較動作を行う。
【選択図】 図４

Description

本発明は、電圧検出回路及び電子機器等に関する。

例えば携帯型の電子機器等では、充電可能な２次電池を電源とするものが多い。そのような電子機器では、２次電池の充放電制御やその他の制御を行うために、２次電池の出力電圧や２次電池を充電する電源（例えば太陽電池）の出力電圧を検出している。

例えば特許文献１には、時計装置において、２次電池の出力電圧が所定閾値以下である場合、且つ、太陽電池の出力電圧が２次電池の出力電圧以下の状態である非充電状態である場合に、時刻を計時する時計動作を停止する手法が開示されている。

特開２０１２−１８１１８０号公報

上記のような電子機器では一般的に電池電圧を単独で使用した時の動作稼動時間の長いことが要求されるため、２次電池の消費電力を抑制するという課題がある。即ち、上記のような電圧検出においても低消費電力化が必要である。

本発明の幾つかの態様によれば、消費電力を抑制することが可能な電圧検出回路及び電子機器等を提供できる。

本発明の一態様は、太陽電池の出力電圧のノードと前記太陽電池により充電される２次電池の出力電圧のノードとの間に設けられる第１スイッチ素子と、前記太陽電池の出力電圧を分割した分割電圧を出力する電圧分割回路と、基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、前記分割電圧と前記基準電圧とを比較する比較回路と、を含み、第１の期間では、前記第１スイッチ素子はオフになり、前記比較回路は非動作状態又は低消費電力モードに設定され、前記第１の期間の後の第２の期間では、前記比較回路は動作状態に設定され、前記分割電圧と前記基準電圧との比較動作を行う電圧検出回路に関係する。

本発明の一態様によれば、第１の期間では、比較回路が非動作状態又は低消費電力モードに設定され、第２の期間では、比較回路が動作状態に設定され、比較回路により太陽電池の出力電圧を分割した電圧と基準電圧との比較動作が行われる。これにより、消費電力を抑制することが可能になる。

また本発明の一態様では、前記第１の期間及び前記第２の期間は、電圧検出の動作オン・オフを間欠的に繰り返す間欠動作における動作オン期間内の期間であってもよい。

このようにすれば、動作オン期間のうち第１の期間において少なくとも比較回路を非動作状態又は低消費電力モードに設定できるので、間欠的に行う電圧検出による消費電力を抑制できる。

また本発明の一態様では、前記間欠動作における動作オフ期間では、少なくとも前記基準電圧生成回路及び前記比較回路は非動作状態に設定される。

このようにすれば、間欠動作における動作オフ期間において電圧検出回路の少なくとも一部を非動作状態にできる。このような間欠的な電圧検出を行うことで、電圧検出回路の消費電力を抑制できる。

また本発明の一態様では、前記間欠動作における動作オフ期間のうち前記２次電池の充電期間では、前記第１スイッチ素子はオンになってもよい。

本発明の一態様では動作オン期間になると第１スイッチ素子がオフになるので、太陽電池の出力電圧が開放電圧に漸近していく。例えば開放電圧となってから第２の期間において開放電圧を検出する場合、第１の期間において少なくとも比較回路を非動作状態とすることで、消費電力を効果的に抑制できる。

また本発明の一態様では、前記第１の期間では、前記基準電圧生成回路は非動作状態又は低消費電力モードに設定されてもよい。

このようにすれば、第１の期間において基準電圧生成回路と比較回路が非動作状態又は低消費電力モードになるので、より２次電池の消耗を抑制することができる。

また本発明の一態様では、前記第２の期間では、前記基準電圧生成回路は動作状態に設定されてもよい。

このようにすれば、第２の期間において基準電圧生成回路が基準電圧を出力するため、第２の期間において太陽電池の出力電圧を分割した電圧と基準電圧とを比較することができる。

また本発明の一態様では、前記基準電圧生成回路及び前記比較回路は、前記２次電池の出力電圧により動作してもよい。

このようにすれば、第１の期間において基準電圧生成回路や比較回路が非動作状態又は低消費電力モードとなることで、２次電池の消費電力を抑制でき、２次電池を搭載したシステムの可動時間を増加できる。

また本発明の一態様では、前記電圧分割回路は、第１〜第ｎの電圧タップノード（ｎは２以上の自然数）と前記分割電圧の出力ノードとの間に設けられる第１〜第ｎの電圧タップ用スイッチ素子を有してもよい。

このようにすれば、第１〜第ｎの電圧タップノードのいずれかを選択し、そのノードの電圧を分割電圧として出力できる。これにより、同じ基準電圧であっても、多値の太陽電池の出力電圧で検出を行うことが可能となり、太陽電池の日照条件を判別することができる。

また本発明の一態様では、前記第１の期間及び前記第２の期間は、電圧検出の動作オン・オフを間欠的に繰り返す間欠動作における動作オン期間内の期間であり、第１の前記動作オン期間では、前記第１〜第ｎの電圧タップ用スイッチ素子のうち第ｉの電圧タップ用スイッチ素子（ｉは１≦ｉ≦ｎの自然数）がオンになり、第２の前記動作オン期間では、前記第１〜第ｎの電圧タップ用スイッチ素子のうち第ｊの電圧タップ用スイッチ素子（ｊは１≦ｊ≦ｎの自然数）がオンになってもよい。

このようにすれば、１つの動作オン期間につき１つの電圧タップノードが選択されるので、多値の太陽電池の出力電圧のうち、１つの動作オン期間につき１つの値の太陽電池の出力電圧を検出することが可能となる。

また本発明の一態様では、前記太陽電池の出力電圧のノードと前記電圧分割回路との間に設けられる第２スイッチ素子を含み、前記第１の期間及び前記第２の期間は、電圧検出の動作オン・オフを間欠的に繰り返す間欠動作における動作オン期間内の期間であり、前記間欠動作における動作オフ期間では、前記第２スイッチ素子はオフになり、前記電圧分割回路はグランド電圧を出力し、前記動作オン期間では、前記第２スイッチ素子はオンになり、前記電圧分割回路は前記分割電圧を出力してもよい。

また本発明の一態様では、前記電圧分割回路の出力電圧が入力される前記比較回路の第１入力端子と前記比較回路の第２入力端子との間に設けられる第３スイッチ素子と、前記基準電圧生成回路の出力ノードと前記第２入力端子との間に設けられる第４スイッチ素子と、を含み、前記動作オフ期間では、前記第３スイッチ素子がオンになり、前記第４スイッチ素子がオフになり、前記動作オン期間では、前記第３スイッチ素子がオフになり、前記第４スイッチ素子がオンになってもよい。

これらの本発明の一態様では、動作オフ期間において比較回路の第１入力端子及び第２入力端子を共に同一電圧に設定できる。差動入力に異なる電圧が長時間印加されることにより入力オフセットが変化する場合があるが、本発明の一態様によれば、そのような変化を抑制でき、正確な電圧比較が可能になる。

また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載される電圧検出回路を含む電子機器に関係する。

本実施形態の電圧検出回路の比較例。 間欠動作についての説明図。 比較例の動作説明図。 本実施形態の電圧検出回路の構成例。 本実施形態の電圧検出回路の動作説明図。 本実施形態の電圧検出回路の動作説明図。 電圧分割回路の詳細な構成例。 電圧分割回路の動作説明図。 電圧分割回路を電圧検出回路に適用した場合の処理手順を示すフローチャート。 基準電圧生成回路の詳細な構成例。 電源回路の構成例。 電子機器の構成例。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

１．間欠動作
図１に、本実施形態の電圧検出回路の比較例を示す。まず、この比較例を例にとり、間欠的に電圧検出を行う間欠動作について説明する。

図１の電圧検出回路は、第１入力端子ＩＮＰ（例えば正極端子）の電圧ＶＰと第２入力端子ＩＮＭ（例えば負極端子）の電圧ＶＭとを比較する比較回路２０と、基準電圧Ｖｒｅｆを生成する基準電圧生成回路５０と、太陽電池１００の出力電圧ＰＶＩＮを抵抗素子ＲＡ、ＲＢにより電圧分割する電圧分割回路４０と、スイッチ素子ＮＳＷ、ＴＳＷ、ＣＳＷ、ＪＳＷと、インバーターＩＮＡと、ダイオードＤＩＡと、を含む。

スイッチ素子ＮＳＷ、ＴＳＷ、ＣＳＷ、ＪＳＷはイネーブル信号ＥＮによりオン・オフ制御される。また、比較回路２０は、比較動作を行う動作状態（動作オン状態）と比較動作を行わない非動作状態（動作オフ状態）とがイネーブル信号ＥＮにより切り替えられる。比較回路２０及び基準電圧生成回路５０は２次電池１１０から供給される電力（２次電池の出力電圧ＶＣＣ）で動作し、その非動作状態は、例えば消費電流をゼロにした状態や低消費電流状態等である。

図２、図３に、上記の比較例における間欠動作の説明図を示す。図２に示すように、本実施形態の間欠動作では、電圧検出動作を行わない動作オフ期間Ｔｏｆｆ（例えば１秒程度）と、電圧検出動作を行う動作オン期間Ｔｏｎ（例えば数ミリ秒程度）と、を繰り返す。動作オフ期間Ｔｏｆｆでは電圧検出回路の電力消費を抑制し、最小限の動作オン期間Ｔｏｎにすることで２次電池１１０の消耗を抑えている。

具体的には図２及び図３に示すように、間欠動作の動作オフ期間Ｔｏｆｆでは、スイッチ素子ＮＳＷがオフになることで太陽電池１００からグランドへの電流経路を遮断し、電圧分割回路４０は第１入力端子ＩＮＰへ電圧ＰＶＩＮを出力する。また、スイッチ素子ＴＳＷがオフになり、スイッチ素子ＣＳＷがオンになることで、第２入力端子ＩＮＭも電圧ＰＶＩＮに設定される。また、基準電圧生成回路５０及び比較回路２０は非動作状態に設定され、比較回路２０は電圧比較動作を行わない。間欠動作の大部分を占める動作オフ期間Ｔｏｆｆにおいて、このようにして電力消費を抑制することで、２次電池１１０の消耗を効果的に抑制できる。

一方、間欠動作の動作オン期間Ｔｏｎでは、スイッチ素子ＪＳＷがオフになり、太陽電池１００と２次電池１１０の接続が切断されることで、太陽電池１００は無負荷の状態となり、出力電圧ＰＶＩＮは開放電圧になる。そして、スイッチ素子ＮＳＷがオンになり、電圧分割回路４０は第１入力端子ＩＮＰへ分割電圧ＶＸ＝ＰＶＩＮ×ＲＢ／（ＲＡ＋ＲＢ）を出力する。また、スイッチ素子ＴＳＷがオンになり、スイッチ素子ＣＳＷがオフになり、基準電圧生成回路５０は第２入力端子ＩＮＭへ基準電圧Ｖｒｅｆを出力する。比較回路２０は、第１入力端子ＩＮＰの電圧ＶＰ＝ＶＸと、第２入力端子ＩＮＭの電圧ＶＭ＝Ｖｒｅｆとを比較し、比較結果Ｖｏｕｔを出力する。

なお図３では充電状態における動作を示しており、間欠動作の動作オフ期間Ｔｏｆｆにおいてスイッチ素子ＪＳＷはオンになっているが、非充電状態では動作オフ期間Ｔｏｆｆにおいてスイッチ素子ＪＳＷはオフになる。充電可能か否かは、後述する図１１の充電判定回路２３０と過充電検出回路２１０により判定される。

さて、図３に示すように、スイッチ素子ＪＳＷがオンの状態では、太陽電池１００と２次電池１１０がスイッチ素子ＪＳＷにより接続されており、太陽電池１００の出力電圧ＰＶＩＮは２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣとほぼ同一となっている。そして、動作オフ期間Ｔｏｆｆから動作オン期間Ｔｏｎに移行し、スイッチ素子ＪＳＷがオフになり、太陽電池１００の出力が開放されると、電圧ＰＶＩＮは電圧ＶＣＣから次第に開放電圧に漸近する。この電圧ＰＶＩＮが開放電圧に達するのには、ある程度の時間が必要である。例えば、ソーラーセルとそれを覆うケースとの間には寄生容量が存在しており、その寄生容量を充電するためである。

動作オン期間Ｔｏｎでは、比較回路２０の第１入力端子ＩＮＰの電圧ＶＰには電圧ＰＶＩＮの分割電圧ＶＸが入力されているため、その分割電圧ＶＸも電圧ＰＶＩＮに従って開放電圧（の分割電圧）に漸近していく。そのため、第２入力端子ＩＮＭの電圧ＶＭである基準電圧Ｖｒｅｆとの比較を正確に行うためには、十分に開放電圧に近づいてから電圧比較を行う必要がある。この動作オン期間Ｔｏｎでは回路は動作状態となっているためＴｏｎ×Ｉｏｐｅ×ＶＣＣ（Ｉｏｐｅは、ＶＣＣ系での電圧検出回路の消費電流）の電力が消費されており、上述のように電圧ＰＶＩＮが開放電圧となるには時間を要することから２次電池１１０の消費電力が大きくなるという課題がある。例えばシステムが時計である場合には、ソーラーセルを覆う文字盤との間に寄生容量が生じ、その文字盤で覆われることによって光量が低下するため充電に時間が掛かり、動作オン期間Ｔｏｎを長くとる必要があるため消費電力が増加する。

２．電圧検出回路
図４に、上記の課題を解決できる本実施形態の電圧検出回路の構成例を示す。図４の電圧検出回路は、比較回路２０と、ラッチ回路３０と、基準電圧生成回路５０と、電圧分割回路４０と、スイッチ素子ＪＳＷ、ＰＳＷ、ＴＳＷ、ＣＳＷと、インバーターＩＮＡと、ダイオードＤＩＡと、論理和回路ＯＲＡと、を含む。電圧分割回路４０は、抵抗素子ＲＡ、ＲＢを含む。なお図１で説明した構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

スイッチ素子ＪＳＷは、太陽電池１００の出力電圧ＰＶＩＮのノードとノードＮＪとの間に設けられる。スイッチ素子ＪＳＷは例えばＰ型トランジスターである。ダイオードＤＩＡは、ノードＮＪと２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣのノードとの間に設けられる。ダイオードＤＩＡは、スイッチ素子ＪＳＷがオン状態であると共に太陽電池の電圧が電池電圧よりも低くなった状態において、２次電池１１０から電圧ＰＶＩＮの系へ電流を逆流させないために設けられている。

スイッチ素子ＰＳＷは、電圧ＰＶＩＮのノードとノードＮＡとの間に設けられる。スイッチ素子ＰＳＷは例えばＰ型トランジスターである。抵抗素子ＲＡはノードＮＡとノードＮＢとの間に設けられ、抵抗素子ＲＢはノードＮＢとグランド電圧のノードとの間に設けられる。スイッチ素子ＣＳＷは、比較回路２０の第１入力端子ＩＮＰと第２入力端子ＩＮＭとの間に設けられる。スイッチ素子ＴＳＷは、基準電圧生成回路５０の出力ノードＮＶＢと比較回路２０の第２入力端子ＩＮＭとの間に設けられる。スイッチ素子ＴＳＷ、ＣＳＷは、例えばＮ型トランジスターとＰ型トランジスターとを組み合わせたトランスファーゲートである。

基準電圧生成回路５０は、動作状態において基準電圧Ｖｒｅｆを出力ノードＮＶＢへ出力し、非動作状態において所定電圧（例えばグランド電圧等）を出力ノードＮＶＢへ出力する。基準電圧生成回路５０の詳細な構成例については後述する。

比較回路２０は、例えばコンパレーターにより構成される。コンパレーターは例えばヒステリシス付きのコンパレーターである。即ち、第１入力端子ＩＮＰの電圧ＶＰが高い電圧から低い電圧に低下して第２入力端子ＩＮＭの電圧ＶＭを通過する場合には、第１閾値（例えばオフセット無し）で比較結果Ｖｏｕｔがハイレベルからローレベルになる。一方、第１入力端子ＩＮＰの電圧ＶＰが低い電圧から高い電圧に上昇して第２入力端子ＩＮＭの電圧ＶＭを通過する場合には、第１閾値よりも高い第２閾値（例えば所定オフセット）で比較結果Ｖｏｕｔがローレベルからハイレベルになる。このようにヒステリシスを付けることで、電圧ＶＰと電圧ＶＭが近い場合であっても頻繁に比較結果Ｖｏｕｔが反転しなくなり、ノイズに影響され難い安定的な電圧比較が可能となる。

ラッチ回路３０は、比較回路２０からの比較結果Ｖｏｕｔをラッチし、そのラッチした論理レベルＦＱを出力する。例えばラッチ回路３０はフリップフロップ回路により構成される。論理レベルＦＱは、例えば不図示のマイクロコンピューター等（例えば図１２の処理部３００）に転送され、そのマイクロコンピューターによる処理に用いられる。例えば図７〜図９で後述するような照度を測定する処理に用いられる。

制御回路２００（例えば図１１で後述する制御回路２００）は、制御信号ＩＱとイネーブル信号ＥＮとに基づいてイネーブル信号ＥＮ１〜ＥＮ３を出力する。制御信号ＩＱとイネーブル信号ＥＮは、例えば不図示のマイクロコンピューター等（例えば図１２の処理部３００）から供給される。イネーブル信号ＥＮ１は、スイッチ素子ＪＳＷ、ＰＳＷ、ＴＳＷ、ＣＳＷをオン・オフ制御する信号である。イネーブル信号ＥＮ２は、基準電圧生成回路５０及び比較回路２０の動作状態と非動作状態とを切り替え制御する信号である。またイネーブル信号ＥＮ３は、ラッチ回路３０が比較結果Ｖｏｕｔをラッチするタイミングを規定する信号である。

図５、図６を用いて、上記の電圧検出回路の動作について説明する。間欠動作の動作オフ期間Ｔｏｆｆでは、制御信号ＩＱ＝Ｌ（“Ｌ”はローレベル）、イネーブル信号ＥＮ＝Ｌ（“Ｈ”はハイレベル）を受けて、イネーブル信号ＥＮ１＝ＥＮ２＝ＥＮ３＝Ｌとなる。このとき、スイッチ素子ＪＳＷはオン（或は非充電時にはオフ）になり、スイッチ素子ＰＳＷ（第２スイッチ素子）とスイッチ素子ＴＳＷ（第４スイッチ素子）はオフになり、スイッチ素子ＣＳＷ（第３スイッチ素子）はオンになり、比較回路２０の第１入力端子ＩＮＰ及び第２入力端子ＩＮＭはグランド電圧ＶＳＳに設定される。このようにするのは、ＮＢＴＩ（Negative Bias Temperature Instability）やホットキャリアの影響を受けて、時間の経過と共にコンパレーターの入力オフセットが変化するためである。即ち、間欠動作の動作オフ期間Ｔｏｆｆにおいて差動入力を同電位に設定することで、入力オフセットの変化を抑制し、高精度な電圧検出を行うことが可能になる。

間欠動作の動作オン期間Ｔｏｎは、第１の期間Ｔｏｎ１と、それに続く第２の期間Ｔｏｎ２を有している。第１の期間Ｔｏｎ１では、イネーブル信号ＥＮがハイレベルになり、イネーブル信号ＥＮ１がハイレベルになる。その後イネーブル信号ＥＮ２、ＥＮ３がハイレベルになるまでにはタイムラグがあり、その期間が第１の期間Ｔｏｎ１に相当する。

この第１の期間Ｔｏｎ１では、スイッチ素子ＪＳＷがオフになり、太陽電池１００の出力電圧ＰＶＩＮが開放電圧に漸近する。十分に開放電圧に近づくまでは電圧検出できないので、第１の期間Ｔｏｎ１では基準電圧生成回路５０及び比較回路２０を非動作状態に設定する。これにより、動作オフ期間Ｔｏｆｆに加えて第１の期間Ｔｏｎ１でも非動作状態となるため消費電力はＴｏｎ２×Ｉｏｐｅ×ＶＣＣ（Ｉｏｐｅは、ＶＣＣ系での電圧検出回路の消費電流）となり、２次電池１１０の消耗を抑制できる。なお、第１の期間Ｔｏｎ１の長さは、例えば電圧ＰＶＩＮが開放電圧となるために十分な期間を製品毎に予め設定しておけばよい。

第１の期間Ｔｏｎ１の次の第２の期間Ｔｏｎ２では、イネーブル信号ＥＮ２、ＥＮ３がハイレベルになる。この第２の期間Ｔｏｎ２では、スイッチ素子ＰＳＷ、ＴＳＷがオンになり、スイッチ素子ＣＳＷがオフになる。また、基準電圧生成回路５０及び比較回路２０は動作状態に設定される。そして、比較回路２０が、第１入力端子ＩＮＰの電圧ＶＰ＝ＶＸ（電圧ＰＶＩＮの開放電圧を分割した電圧）と、第２入力端子ＩＮＭの電圧ＶＭ＝Ｖｒｅｆとを比較する。ＶＸ＞Ｖｒｅｆの場合には比較結果Ｖｏｕｔは電圧ＶＣＣ（ハイレベル）となる。

イネーブル信号ＥＮ３は、イネーブル信号ＥＮ２がローレベルになるよりも前にローレベルとなる。このイネーブル信号ＥＮ３の立ち下がりでラッチ回路３０が比較結果Ｖｏｕｔをラッチし、論理レベルＦＱとして保持する。ＶＸ＞Ｖｒｅｆの場合にはＦＱ＝Ｈが保持される。

なお、第１の期間Ｔｏｎ１では、スイッチ素子ＰＳＷ、ＴＳＷがオンになり、スイッチ素子ＣＳＷがオフになる。第１入力端子ＩＮＰの電圧ＶＰは分割電圧ＶＸであり、基準電圧生成回路５０は非動作状態なので第２入力端子ＩＮＭの電圧ＶＭはグランド電圧である。このようにしているのは、比較回路２０のヒステリシスによる検出電圧の誤差を防ぐためである。即ち、第１の期間Ｔｏｎ１では、（ＶＰ＝ＶＸ）＞（ＶＭ＝ＶＳＳ）であるため、第２の期間Ｔｏｎ２となりＶＭ＝Ｖｒｅｆとなったときに、第１入力端子ＩＮＰの電圧ＶＰが第２入力端子ＩＮＭの電圧ＶＭよりも高い電圧から低い電圧に低下する場合を必ず検出できることになる。これにより、いつもヒステリシスの電圧低下する時の閾値で電圧検出され、ヒステリシスの影響を避けることができる。

以上の実施形態では、電圧検出回路は、太陽電池１００の出力電圧ＰＶＩＮのノードと太陽電池１００により充電される２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣのノードとの間に設けられる第１スイッチ素子（ＪＳＷ）と、太陽電池１００の出力電圧ＰＶＩＮを分割した分割電圧ＶＸを出力する電圧分割回路４０と、基準電圧Ｖｒｅｆを生成する基準電圧生成回路５０と、分割電圧ＶＸと基準電圧Ｖｒｅｆとを比較する比較回路２０と、を含む。そして、第１の期間Ｔｏｎ１では、第１スイッチ素子（ＪＳＷ）はオフになり、比較回路２０は非動作状態又は低消費電力モードに設定される。第１の期間Ｔｏｎ１の後の第２の期間Ｔｏｎ２では、比較回路２０は動作状態に設定され、分割電圧ＶＸと基準電圧Ｖｒｅｆとの比較動作を行う。

このようにすれば、少なくとも比較回路２０が第１の期間Ｔｏｎ１において非動作状態又は低消費電力モードに設定されるため、２次電池１１０の消耗を低減できる。太陽電池１００の出力電圧ＰＶＩＮが開放電圧となる時間は照度等の条件によって異なるため、どのような条件でも開放電圧となるように十分な時間を確保しなければならない。そのため、上述の比較例のように動作オン期間Ｔｏｎの全体において回路を動作状態にすると２次電池１１０の消耗が大きくなる。この点、本実施形態によれば、更なる低消費電力化により２次電池１１０の使用可能時間を増やすことが可能である。

また本実施形態では、第１の期間Ｔｏｎ１及び第２の期間Ｔｏｎ２は、電圧検出の動作オン・オフを間欠的に繰り返す間欠動作における動作オン期間Ｔｏｎ内の期間である。具体的には、間欠動作における動作オフ期間Ｔｏｆｆでは、少なくとも基準電圧生成回路５０及び比較回路２０は非動作状態に設定される。

このようにすれば、間欠動作における動作オフ期間Ｔｏｆｆでは電圧検出の動作がオフとなり、電圧検出回路を非動作状態にできる。太陽電池１００の出力電圧ＰＶＩＮや２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣはそれほど急激に変化するものではないので、必ずしも頻繁に検出する必要がない。そのため、必要な間隔で電圧検出を行うようにすることで、効果的に低消費電力化できる。

また本実施形態では、間欠動作における動作オフ期間Ｔｏｆｆのうち２次電池１１０の充電期間では、第１スイッチ素子（ＪＳＷ）はオンになる。

電圧検出を行うためには第１スイッチ素子（ＪＳＷ）をオフにし、太陽電池１００の出力電圧ＰＶＩＮを開放電圧にする必要がある。上述のように開放電圧となるために時間がかかるため、開放電圧となるまでの第１の期間Ｔｏｎ１において非動作状態とすることで、消費電力を効果的に抑制できる。

３．電圧分割回路
以上の実施形態では電圧分割回路４０が１つの電圧タップを有する場合を例に説明したが、本実施形態はこれに限定されず、電圧分割回路４０が複数の電圧タップを有してもよい。

図７に、複数の電圧タップを有する場合の電圧分割回路４０の構成例を示す。電圧分割回路４０は、抵抗素子ＲＴ１〜ＲＴｎ＋１（ｎは２以上の自然数）と、電圧タップノードＮＴ１〜ＮＴｎと出力ノードＮＢとの間に設けられる電圧タップ用スイッチ素子ＳＴ１〜ＳＴｎと、論理積回路ＡＮ１〜ＡＮｎと、を含む。なお図７にはｎ＝３である場合を図示するが、本実施形態はこれに限定されない。

図８に上記の電圧分割回路４０の動作を模式的に示す。間欠動作における１つの動作オン期間Ｔｏｎでは、いずれか１つのスイッチ素子がオンになる。即ち、第１の動作オン期間ＴｏｎＡではスイッチ素子ＳＴｉがオンになり、スイッチ素子ＳＴ１〜ＳＴｉ−１、ＳＴｉ＋１〜ＳＴｎがオフになり、分割電圧はＶＸ＝ＶＴｉとなる。ＶＴｉは電圧タップノードＮＴｉの電圧である。第２の動作オン期間ＴｏｎＢではスイッチ素子ＳＴｊがオンになり、スイッチ素子ＳＴ１〜ＳＴｊ−１、ＳＴｊ＋１〜ＳＴｎがオフになり、分割電圧はＶＸ＝ＶＴｊとなる。ＶＴｊは電圧タップノードＮＴｊの電圧である。ｉ、ｊはｎ以下の自然数であり、ｉ≠ｊであってもよいし、ｉ＝ｊであってもよい。なお、動作オフ期間Ｔｏｆｆでは、例えばＳＴ１〜ＳＴｎのうち、いずれか任意のスイッチ素子がオンになる。或は、直前の動作オン期間Ｔｏｎにおいてオンのスイッチ素子が継属してオンになってもよい。

図９に、上記の電圧分割回路４０を電圧検出回路に適用した場合の処理手順を示すフローチャートを示す。この処理手順は、例えば不図示のマイクロコンピューター等（例えば図１２の処理部３００）により実行される。以下では、電圧タップによりソーラーパネルに入射する光の照度を判定し、その判定結果に応じてＧＰＳ（Global Positioning System）受信処理を行い、時刻情報を取得する場合を例にとり説明する。

この処理が開始されると、２次電池１１０を充電可能な状態であるか否かを判定する（ステップＳ１）。この判定は、例えば図１１で後述する充電判定回路２３０が行う。太陽電池１００の出力電圧ＰＶＩＮが２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣよりも高い場合には、充電可能と判断する。充電可能でないと判定した場合には、処理を終了する。充電可能と判定した場合には、変数ｋ＝１（ｋは自然数）を設定する（ステップＳ２）。

次に、動作オン期間Ｔｏｎにおいてスイッチ素子ＳＴｋをオンにする（ステップＳ３）。次に、電圧ＰＶＩＮの分割電圧ＶＸが基準電圧Ｖｒｅｆよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ４）。分割電圧ＶＸが基準電圧Ｖｒｅｆよりも小さいと判定した場合には処理を終了する。分割電圧ＶＸが基準電圧Ｖｒｅｆよりも大きいと判定した場合には、ＧＰＳ受信処理を行う（ステップＳ５）。ＧＰＳ受信に成功した場合には処理を終了する。ＧＰＳ受信に失敗した場合には、ｋ＝ｎであるか否かを判定し（ステップＳ６）、ｋ＝ｎである場合には処理を終了する。ｋ＜ｎである場合にはｋ＝ｋ＋１とし（ステップＳ７）、ステップＳ３を再び実行する。

さて、図７のｎ＝３の場合を例にとり、ＶＴｋ＝Ｖｒｅｆとなるときの電圧ＰＶＩＮをＰＶＩＮｋとすると、ＰＶＩＮ１＜ＰＶＩＮ２＜ＰＶＩＮ３である。光の照度が大きいほど電圧ＰＶＩＮは高くなるので、ＰＶＩＮｋに対応する照度を第ｋの照度とすると、第１の照度＜第２の照度＜第３の照度となる。ステップＳ４では最初に最も低い照度のＰＶＩＮ１を検出する。このときの照度を例えば居室での一般的な照度よりも高い照度に設定しておくと、少なくとも居室よりも明るい場所にいない限りＧＰＳの受信動作は行われないことになる。一般に建物内ではＧＰＳの電波は受信困難であるため、このようにすることで、不要なＧＰＳ受信が行われず、ＧＰＳ受信処理による電力消費を節約できる。

またステップＳ５でＧＰＳ受信に失敗した場合、段階的に照度を上げてＧＰＳ受信を試す。このとき、最初にＧＰＳ受信に成功した照度（ｋの値）を記憶しておき、次回の時刻測定からは、その記憶した照度を超えたときに初めてＧＰＳ受信処理を行うようにしてもよい。このようにすれば、製品毎に照度と電圧ＰＶＩＮとの対応が異なる場合であっても、それに応じてＧＰＳ受信開始の照度が調整され、不要なＧＰＳ受信を抑制できる。

４．基準電圧生成回路
図１０に、基準電圧生成回路５０の詳細な構成例を示す。基準電圧生成回路５０は、２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣのノードとノードＮＶＡとの間に設けられるＰ型トランジスターＴＰＡと、ノードＮＶＡと出力ノードＮＶＢとの間に設けられるデプレッション型のＮ型トランジスターＴＮＡと、出力ノードＮＶＢとグランド電圧のノードとの間に設けられるエンハンスメント型のＮ型トランジスターＴＮＢ、ＴＮＣと、を含む。トランジスターＴＮＡ、ＴＮＢのゲートには出力ノードＮＶＢが接続される。

トランジスターＴＰＡ、ＴＮＣは制御回路２００によりオン・オフ制御される。即ち、非動作状態（動作オフ期間Ｔｏｆｆ、第１の期間Ｔｏｎ１）では、トランジスターＴＰＡがオフになることで２次電池１１０からグランドへの電流経路を遮断し、トランジスターＴＮＣがオンになることで基準電圧生成回路５０が出力ノードＮＶＢへグランド電圧を出力する。一方、動作状態（第２の期間Ｔｏｎ２）では、トランジスターＴＰＡがオンになり、トランジスターＴＮＣがオフになり、基準電圧生成回路５０は出力ノードＮＶＢへ基準電圧Ｖｒｅｆを出力する。基準電圧Ｖｒｅｆは、この構成例では、ダイオード接続されたトランジスターＴＮＢのＰＮ接合の順方向電圧である。

５．電源回路
図１１に、本実施形態の電圧検出回路を適用できる電源回路の構成例を示す。電源回路は、太陽電池１００（ソーラーセル）、２次電池１１０、放電制御回路１４０、保護回路１６０、電圧検出回路１８０を含む。

太陽電池１００は、光エネルギーを電力に変換する装置であり、例えばシリコン型のソーラーパネルで構成される。太陽電池１００の出力電圧ＰＶＩＮは、ソーラーパネルに入射する光の照度に応じて変化する。２次電池１１０は、充電により電力を蓄え、繰り返し充放電することが可能な電池であり、例えばニッケル・カドミウム蓄電池やリチウムイオン２次電池等である。２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣは充放電に応じて変化する。

電圧検出回路１８０は、太陽電池１００の出力による２次電池１１０の充電を制御する充電制御回路１５０と、太陽電池１００の出力電圧ＰＶＩＮを検出する検出回路１７０と、を含む。充電制御回路１５０は、例えば図４のスイッチ素子ＪＳＷ、ダイオードＤＩＡ、論理和回路ＯＲＡに対応する。検出回路１７０は、例えば図４の比較回路２０、ラッチ回路３０、電圧分割回路４０、基準電圧生成回路５０、スイッチ素子ＰＳＷ、ＴＳＷ、ＣＳＷ、インバーターＩＮＡに対応する。

充電制御回路１５０は、太陽電池１００の出力電圧ＰＶＩＮが２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣよりも高いと保護回路１６０により判断された場合には、２次電池１１０に太陽電池１００を接続し、２次電池１１０を充電する。また、２次電池１１０が過充電状態であると保護回路１６０により判断された場合には、充電制御回路１５０は、２次電池１１０から太陽電池１００を切り離し、充電を停止する。

放電制御回路１４０は、２次電池１１０の電力をシステムに供給する制御を行う。具体的には、保護回路１６０が、２次電池１１０が過放電状態であると判断した場合には、２次電池１１０をシステムから切り離し、電力供給を停止する。

充電制御回路１５０と放電制御回路１４０は、例えばトランジスター等で構成されるスイッチ素子により実現できる。それらのスイッチ素子は、保護回路１６０或はシステムのマイクロプロセッサー（例えば図１２の処理部３００）等によりオン・オフ制御され、電力経路の接続及び切断を行う。

保護回路１６０は、太陽電池１００の出力電圧ＰＶＩＮと２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣとを監視し、２次電池１１０の充放電を制御する。具体的には保護回路１６０は、制御回路２００、過充電検出回路２１０、過放電検出回路２２０、充電判定回路２３０を含む。

過充電検出回路２１０は、２次電池１１０の過充電検出を行い、検出結果を制御回路２００へ出力する。具体的には、２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣと過充電に対応する基準電圧（例えばリチウムイオン２次電池の場合には４．２Ｖ程度）とを比較し、電圧ＶＣＣが基準電圧を超えている場合には２次電池１１０が過充電状態であると判断する。

過放電検出回路２２０は、２次電池１１０の過放電検出を行い、検出結果を制御回路２００へ出力する。具体的には、２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣと過放電に対応する基準電圧（例えばリチウムイオン２次電池の場合には２．６Ｖ程度）とを比較し、電圧ＶＣＣが基準電圧を下回っている場合には２次電池１１０が過放電状態であると判断する。

充電判定回路２３０は、２次電池１１０を充電可能な状態か否かを判定し、判定結果を制御回路２００へ出力する。具体的には、充電判定回路２３０は、ダイオードＤＩＡを介して２次電池１１０に接続されている太陽電池１００の出力電圧ＰＶＩＮと２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣとを比較し、太陽電池１００の出力電圧ＰＶＩＮが２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣよりも高い場合には充電可能な状態であると判定する。

６．電子機器
図１２に、本実施形態の電圧検出回路を適用できる電子機器の構成例を示す。電子機器は、処理部３００、記憶部３１０、操作部３２０、入出力部３３０、電源回路３６０、ＧＰＳ３５０、それらを接続するバス３４０、太陽電池１００、２次電池１１０を含む。例えば電子機器としては、ソーラーパネルを備えた腕時計等を想定できる。

処理部３００が電源回路３６０に対して電圧検出の開始を指示すると、電源回路３６０が間欠動作を行って太陽電池１００の出力電圧ＰＶＩＮや２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣを検出し、その検出結果に基づいて充電制御や放電制御を行う。また電源回路３６０は、電圧ＰＶＩＮの検出結果を処理部３００へ転送し、処理部３００は、その検出結果に基づいてＧＰＳ３５０の受信処理を行い、時刻測定を行う。また、電源回路３６０は、過放電検出結果を処理部３００へ転送し、処理部３００は、過放電状態が検出された場合にシステムをパワーダウンする処理を行ってもよい。記憶部３１０は、例えば処理部３００のワーキングメモリーである。或は、処理部３００の処理に必要な情報を記憶しておいてもよい。操作部３２０は、ユーザーからの操作を受け付けるものである。入出力部３３０は、外部とのデーターの入出力等を行う。例えば腕時計の場合には、時刻等の情報を表示する表示部であってもよい。

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本発明の範囲に含まれる。また電圧検出回路、保護回路、電源回路、電子機器の構成・動作や、間欠動作における制御手法等も、本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

２０ 比較回路、３０ ラッチ回路、４０ 電圧分割回路、
５０ 基準電圧生成回路、１００ 太陽電池、１１０ ２次電池、
１４０ 放電制御回路、１５０ 充電制御回路、１６０ 保護回路、
１７０ 検出回路、１８０ 電圧検出回路、２００ 制御回路、
２１０ 過充電検出回路、２２０ 過放電検出回路、
２３０ 充電判定回路、３００ 処理部、３１０ 記憶部、
３２０ 操作部、３３０ 入出力部、３４０ バス、
３５０ ＧＰＳ、３６０ 電源回路、
ＡＮ１〜ＡＮｎ 論理積回路、ＣＳＷ スイッチ素子、
ＤＩＡ ダイオード、ＥＮ，ＥＮ１〜ＥＮ３ イネーブル信号、
ＩＮＡ インバーター、ＩＮＭ 第２入力端子、ＩＮＰ 第１入力端子、
ＩＱ 制御信号、ＪＳＷ スイッチ素子、ＮＳＷ スイッチ素子、
ＮＴ１〜ＮＴｎ 電圧タップノード、ＯＲＡ 論理和回路、
ＰＳＷ スイッチ素子、ＰＶＩＮ 太陽電池の出力電圧、
ＲＡ，ＲＢ，ＲＴ１〜ＲＴｎ 抵抗素子、
ＳＴ１〜ＳＴｎ 電圧タップ用スイッチ素子、
ＴＮＡ〜ＴＮＣ，ＴＰＡ トランジスター、ＴＳＷ スイッチ素子、
Ｔｏｆｆ 動作オフ期間、Ｔｏｎ 動作オン期間、
Ｔｏｎ１ 第１の期間、Ｔｏｎ２ 第２の期間、
ＶＣＣ ２次電池の出力電圧、ＶＭ 第２入力端子の電圧、
ＶＰ 第１入力端子の電圧、ＶＳＳ グランド電圧、ＶＸ 分割電圧、
Ｖｏｕｔ 比較結果、Ｖｒｅｆ 基準電圧

Claims (12)

1. 太陽電池の出力電圧のノードと前記太陽電池により充電される２次電池の出力電圧のノードとの間に設けられる第１スイッチ素子と、
   前記太陽電池の出力電圧を分割した分割電圧を出力する電圧分割回路と、
   基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
   前記分割電圧と前記基準電圧とを比較する比較回路と、
   を含み、
   第１の期間では、前記第１スイッチ素子はオフになり、前記比較回路は非動作状態又は低消費電力モードに設定され、
   前記第１の期間の後の第２の期間では、前記比較回路は動作状態に設定され、前記分割電圧と前記基準電圧との比較動作を行うことを特徴とする電圧検出回路。
2. 請求項１において、
   前記第１の期間及び前記第２の期間は、電圧検出の動作オン・オフを間欠的に繰り返す間欠動作における動作オン期間内の期間であることを特徴とする電圧検出回路。
3. 請求項２において、
   前記間欠動作における動作オフ期間では、少なくとも前記基準電圧生成回路及び前記比較回路は非動作状態に設定されることを特徴とする電圧検出回路。
4. 請求項２又は３において、
   前記間欠動作における動作オフ期間のうち前記２次電池の充電期間では、前記第１スイッチ素子はオンになることを特徴とする電圧検出回路。
5. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
   前記第１の期間では、前記基準電圧生成回路は非動作状態又は低消費電力モードに設定されることを特徴とする電圧検出回路。
6. 請求項１乃至５のいずれかにおいて、
   前記第２の期間では、前記基準電圧生成回路は動作状態に設定されることを特徴とする電圧検出回路。
7. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
   前記基準電圧生成回路及び前記比較回路は、前記２次電池の出力電圧により動作することを特徴とする電圧検出回路。
8. 請求項１乃至７のいずれかにおいて、
   前記電圧分割回路は、第１〜第ｎの電圧タップノード（ｎは２以上の自然数）と前記分割電圧の出力ノードとの間に設けられる第１〜第ｎの電圧タップ用スイッチ素子を有することを特徴とする電圧検出回路。
9. 請求項８において、
   前記第１の期間及び前記第２の期間は、電圧検出の動作オン・オフを間欠的に繰り返す間欠動作における動作オン期間内の期間であり、
   第１の前記動作オン期間では、前記第１〜第ｎの電圧タップ用スイッチ素子のうち第ｉの電圧タップ用スイッチ素子（ｉは１≦ｉ≦ｎの自然数）がオンになり、
   第２の前記動作オン期間では、前記第１〜第ｎの電圧タップ用スイッチ素子のうち第ｊの電圧タップ用スイッチ素子（ｊは１≦ｊ≦ｎの自然数）がオンになることを特徴とする電圧検出回路。
10. 請求項１乃至９のいずれかにおいて、
    前記太陽電池の出力電圧のノードと前記電圧分割回路との間に設けられる第２スイッチ素子を含み、
    前記第１の期間及び前記第２の期間は、電圧検出の動作オン・オフを間欠的に繰り返す間欠動作における動作オン期間内の期間であり、
    前記間欠動作における動作オフ期間では、前記第２スイッチ素子はオフになり、前記電圧分割回路はグランド電圧を出力し、
    前記動作オン期間では、前記第２スイッチ素子はオンになり、前記電圧分割回路は前記分割電圧を出力することを特徴とする電圧検出回路。
11. 請求項１０において、
    前記電圧分割回路の出力電圧が入力される前記比較回路の第１入力端子と前記比較回路の第２入力端子との間に設けられる第３スイッチ素子と、
    前記基準電圧生成回路の出力ノードと前記第２入力端子との間に設けられる第４スイッチ素子と、
    を含み、
    前記動作オフ期間では、前記第３スイッチ素子がオンになり、前記第４スイッチ素子がオフになり、
    前記動作オン期間では、前記第３スイッチ素子がオフになり、前記第４スイッチ素子がオンになることを特徴とする電圧検出回路。
12. 請求項１乃至１１のいずれかに記載される電圧検出回路を含むことを特徴とする電子機器。

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