JP2562395B2

JP2562395B2 - 電源回路

Info

Publication number: JP2562395B2
Application number: JP4007009A
Authority: JP
Inventors: 辰司浅川
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1992-01-18
Filing date: 1992-01-18
Publication date: 1996-12-11
Anticipated expiration: 2011-12-11
Also published as: JPH0549180A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電源電圧を減圧して供
給するための電源回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在市販されている電子時計のほとんど
は水晶振動子の固有発振周波数を時刻の基準源としてい
て、信号はディバイダー、カウンター、デコーダー、ド
ライバーなどで構成されたＣＭＯＳ集積回路によって時
報及びその他の情報となり、表示体に伝えられ表示され
る。そしてその動作のエネルギー源として銀電池が使用
されている。この銀電池は１．４から１．６Ｖの範囲で
使用され、電流容量１００から１５０ｍＡＨのものが最
も多く使用されていて電池寿命は２年から３年である。
最近になりデザイン的な面から電池の薄型化が、使い易
さの点から電池の長寿命化が要求されるようになった。
その対策として太陽電池を内蔵して半永久化をはかった
り、リチウム電池などのような高密度電池の開発を進め
ている。リチウム電池は従来の銀電池に比較して数倍の
電気容量を持っているが、使用電圧が２．８Ｖと高いこ
とから使用量も銀電池の約倍になるという欠点を持って
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図１、図２に銀電池を
用いた電子時計の回路ブロック図を示し、図３、図４に
リチウム電池を用いた電子時計の回路ブロック図を示し
て従来の方法について説明する。図１は銀電池を用いた
指針式時計のブロック図であり、発振回路１、分周回路
２、ドライバー回路３、ステップモーター４、輪列５、
針６と銀電池７で構成されている。銀電池７から発振回
路１、分周回路２、ドライバー回路３に１．４から１．
６Ｖの電圧が供給されて、発振回路１が固有振動数で発
振し、その信号が分周回路２で分周され、ドライバー回
路３でドライブされてステップモーター４が１秒に１回
動く。そしてステップモーター４の回転動作は輪列５を
通って針６に伝えられる。いま発振、分周で消費される
電流が３μＡ、ステップモーターで消費される電流が３
μＡでトータル６μＡであるとすると、１００ｍＡＨの
電池を用いて電池寿命は約２年である。

【０００４】図２は銀電池を用いた液晶表示式時計のブ
ロック図であり、発振回路８、分周回路９、分周回路１
０、カウンター回路１１、デコーダー回路１２、ドライ
バー回路１３、表示体１４、昇圧回路１５、銀電池１６
から構成されている。銀電池１６から直接発振回路８と
分周回路９に１．４から１．６Ｖの電池電圧が供給さ
れ、さらに昇圧回路１５によって昇圧された電圧２．８
から３．２Ｖが分周回路１０、カウンター回路１１、デ
コーダー回路１２、ドライバー回路１３に供給される。
発振回路８の発振による固有振動数の信号が分周回路
９、１０で分周され、カウンター回路１１、デコーダー
回路１２、ドライバー回路１３を通って表示体１４に送
られる。いま１．５Ｖ系の発振、分周で消費される電流
は３μＡ、３Ｖ系分周以後で消費される電流は１．５Ｖ
換算で０．５μＡランプに２．５μＡでトータル６μＡ
であるとすると１００ｍＡＨの電池で電池寿命は約２年
である。

【０００５】リチウム電池を用いた場合を図３、図４に
示す。図３は図１と同様に指針式時計のブロック図であ
り、発振回路１７、分周回路１８、ドライバー回路１
９、ステップモーター２０、輪列２１、針２２とリチウ
ム電池６２から構成されている。この場合リチュウム電
池６２の２．８から３Ｖの電圧が発振回路１７、分周回
路１８、ドライバー回路１９に供給されている。このた
めリチュウム電池の容量が銀電池の容量に比較してたと
えば３倍あったとしても図１と同じ回路を用いて、同じ
電流を消費しているならば電池寿命はたったの１．５倍
にしかならない。しかも、電圧を上げてＩＣを動作させ
ると消費される電流は増えるのが普通であり、リチウム
電池の容量が銀電池の容量の数倍あったとしてもその効
果はなくなってしまう。このことを図４にブロック図を
示す。図４の液晶表示式時計は発振回路２３、分周回路
２４、カウンター回路２５、デコーダー回路２６、ドラ
イバー回路２７、表示体２８とリチウム電池２９から構
成されている。この場合リチウム電池の２．８から３．
０Ｖの電圧が発振回路２３、分周回路２４、カウンター
回路２５、デコーダー回路２６、ドライバー回路２７に
供給されている。この場合図２の発振回路８、分周回路
９に該当する図４の発振回路２３、分周回路２４に２．
８から３．０Ｖの電圧がかかっていることからここでの
消費電力が倍以上になり、１．５Ｖで計算すると６μＡ
以上の電流が消費されることになり非常な無駄使いであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は以上のような欠
点について改良したもので、本発明の電源回路は、差動
増幅回路と、差動増幅回路の一方の入力端子に電源電圧
の分圧電圧を印加する分圧回路と、前記差動増幅回路及
び前記分圧回路それぞれに対して直列接続され、電流を
供給する電流制御スイッチと、前記差動増幅回路の出力
電圧に基づき導通制御される電流制御トランジスタとを
有し、前記電流制御トランジスタの一端の電圧に基づき
前記差動増幅回路の他方の入力端子が帰還制御され、か
つ該電流制御トランジスタの該一端から負荷に電源電圧
の減圧電圧を供給する電源回路において、前記電源電圧
を投入後所定の期間、制御信号を発生する制御信号発生
回路と、前記電流制御トランジスタのゲート端子と前記
電源電圧の端子のうち一方の端子との間に接続され、前
記制御信号に基づき導通制御される制御トランジスタと
を有し、前記制御信号を受けて、前記制御トランジスタ
が導通状態となることにより導通状態となった前記電流
制御トランジスタを介して、前記負荷に前記電源電圧を
供給し、前記制御信号を受けて、前記電流制御スイッチ
が、電流を供給しないことを特徴とする。

【０００７】

【実施例】本発明を電子時計に用いた場合の実施例の参
考図を図５、図７に示す。図５、図７に指針式時計のブ
ロック図を示し、図６、図８に液晶表示式時計のブロッ
ク図を示して説明する。図５に示されているようにリチ
ウム電池３７の電圧２．８から３．０Ｖを減圧回路３６
によって１．４から１．６Ｖに減圧して発振回路３０、
分周回路３１、ドライバー回路３２に供給している。減
圧する時の効率が約１００％であるとすると２．８から
３．０Ｖをそのまま供給した場合の約２倍の長寿命にな
り、リチウム電池の容量が同じ容積で銀電池の３倍ある
としたら、３倍の長寿命になり銀電池で３年もつ時計で
はリチウム電池だと９年もつことになる。

【０００８】図６は液晶表示式時計の一実施例である。
図６に示されるようにリチウム電池４５の電圧２．８か
ら３．０Ｖを減圧回路４４によって１．４から１．６Ｖ
に減圧して発振回路３８、分周回路３９、カウンター回
路４０、デコーダー回路４１及びドライバー回路４２の
全体に供給している。この場合ランプを考えに入れない
と図４に示される方式の約２倍の寿命になり、図２の銀
電池を用いた方式の約３倍以上の寿命になる。

【０００９】図７は指針式時計の他の実施例である。リ
チウム電池５４の電圧２．８から３．０Ｖを減圧回路５
３によって１．４から１．６Ｖに減圧し、発振回路４６
と分周回路４７に供給し、分周回路４８、ドライバー回
路５１には直接２．８から３．０Ｖを供給している。

【００１０】図８は液晶表示式時計の他の実施例であ
る。リチウム電池６４の電圧２．８から３．０Ｖを減圧
回路６３によって減圧し、発振回路５５と分周回路５６
に供給し、分周回路５７、カウンター回路５８、デコー
ダー回路５９、ドライバー回路６０には直接２．８から
３．０Ｖを供給している。

【００１１】この図７、図８実施例においては、分周回
路を２組に分けて、各々減圧された電圧と電池電圧で駆
動しているが、駆動する電圧の選択は、この図７、図８
の変形として種々ある。図７の変形としての他の実施例
は発振回路、分周回路を減圧された電圧で駆動し、ドラ
イバー回路を電池電圧で駆動することである。また図８
の変形としての他の実施例は、発振回路、分周回路を減
圧された電圧で駆動し、カウンター回路、デコーダー回
路、ドライバー回路を電池電圧で駆動する、あるいは発
振回路、分周回路、カウンター回路を減圧された電圧で
駆動し、デコーダ回路、ドライバー回路を電池電圧で駆
動する、若しくは発振回路、分周回路、カウンター回
路、デコーダー回路を減圧された電圧で駆動し、ドライ
バー回路を電池電圧で駆動する等である。

【００１２】いずれの実施例も、電子時計回路の一部ま
たは全部に電池電圧を減圧して供給することにより、消
費電流を削減し電池の長寿命化をはかったものである。

【００１３】この本発明の電子時計の電源回路の実施例
を図９から図１０に示し、更に本発明を説明する。

【００１４】図９は容量７７とＭＯＳトランジスタ７８
及び８１乃至９１、分圧素子７９、８０によって構成さ
れる。ＭＯＳトランジスタ８２乃至８９は差動増幅器を
構成し、分圧素子７９、８０とＭＯＳトランジスタ８１
は電源電圧を供給するリチウム電池９２の分圧回路を構
成し、ＭＯＳトランジスタ７８、９０、９１は電流源を
構成し全体として減圧回路を構成する。ＭＯＳトランジ
スタ７８が電流制御トランジスタで、ＭＯＳトランジス
タ９１が制御トランジスタである。信号ＣＯＮがローで
信号ＣＬＫがハイの時は減圧電圧を供給するための各回
路が作動する。分圧回路は、７９、８０の素子値により
電池電圧を分圧し、差動増幅器は電流源が容量７７にそ
の分圧された電圧に等しくなるまで充電するよう制御す
る。この時７９、８０の素子値を選ぶことにより、端子
電圧（ＶDD−ＶSS）１．４から１．６Ｖが取り出され
る。この分圧素子としては、各一対の抵抗（拡散抵抗、
イオン打ち込み抵抗、ポリシリコン抵抗等）、ダイオー
ド、トランジスタ、容量（絶縁膜容量等）を用いる。明
らかに素子値は交互に等しくとることができる。

【００１５】信号ＣＯＮがローであっても信号ＣＬＫが
ローの時は減圧電圧を供給するための各回路は作動せ
ず、７８は電流を供給しないので容量に蓄えられた電圧
は１．４から１．６Ｖであり、接続される電子時計回路
により徐々に放電する。

【００１６】図１０は容量素子９３とＭＯＳトランジス
タ９４乃至１１０によって構成される。ＭＯＳトランジ
スタ１０１から１０８は差動増幅器を構成し、ＭＯＳト
ランジスタ９５乃至１００は電源電圧の分圧を差動増幅
器に印加する分圧手段である基準電圧源を構成し、ＭＯ
Ｓトランジスタ９４、１０９、１１０は電流源を構成
し、全体として電源回路を構成する。ＭＯＳトランジス
タ９４が電流制御トランジスタで、ＭＯＳトランジスタ
９１が制御トランジスタである。信号ＣＯＮがローで信
号ＣＬＫがハイの時は減圧電圧を供給するための各回路
が作動する。基準電圧源はＭＯＳトランジスタ９７、９
９のしきい値電圧差を基準電圧として出力し、差動増幅
器は容量９３に、その基準電圧に等しくなるまで充電す
るように制御する。

【００１７】この時９７、９９のしきい値電圧を選ぶこ
とにより端子電圧（ＶDD−ＶＳＳ）１．４から１．６Ｖ
が取り出される。このしきい値電圧差は、ｉ）９７、９９の一方のチャンネルにイオンを打ち込み
（チャンネルドーピング）、その打ち込み電荷量による
しきい値電圧変移量から構成する。

【００１８】ｉｉ）９７、９９の一方のゲート材料をか
え、仕事関数差によるしきい値電圧変移量から構成す
る。

【００１９】信号ＣＬＫがローの時は減圧電圧を供給す
るための各回路は作動せず、９４は電流を供給しないの
で容量に蓄えられた電圧は１．４から１．６Ｖであり、
接続される電子時計回路により徐々に放電する。

【００２０】いずれの電源回路の実施例も電源回路が容
量素子及び電子時計回路と同一の半導体集積回路基板上
に形成される素子によって形成されることを要旨として
いる。特にＣＭＯＳ集積回路上に電子時計回路と共に集
積化されることは重要である。

【００２１】電源回路図９乃至図１０の各実施例におけ
る信号ＣＯＮ、ＣＬＫのタイミングチャートを図１１に
示す。バーＣＯＮ、バーＣＬＫ、はそれぞれＣＯＮ、Ｃ
ＬＫの反転信号であり、＋は論理和、・は論理積であ
る。電池が入り電圧が固定化すると、ＣＯＮとＣＬＫの
信号が電子時計回路からのタイミング信号によって作り
出される。信号ＣＯＮは電池が入ってからしばらくの間
（数秒から数分の間に設定できる）ハイであり、そのハ
イの間、電流制御トランジスタ７８、９４は導通状態に
なるので、負荷である電子時計回路に電池電圧が供給さ
れる。信号ＣＯＮがローになると差動増幅回路の出力信
号により電流制御トランジスタが制御されることで電池
の減圧された電圧が電子時計回路に供給される。これは
電池が入ってしばらくの間は発振回路の特性が安定しな
いので、この間だけ電池電圧を供給しようとするもので
ある。又、信号ＣＯＮがハイの間は、信号ＣＬＫの状態
にかかわらず差動増幅回路及び分圧回路に電流は供給さ
れない。つまり、図９では、信号ＣＯＮがハイになるこ
とによりトランジスタ８１がオフになるので、分圧素子
７９と９０への電流供給はされず、又トランジスタ８４
がオフ、トランジスタ８２がオンになることによりトラ
ンジスタ８５がオフになり、差動増幅回路への電流が供
給されないのである。図１０においては、信号ＣＯＮが
ハイの場合はトランジスタ９７がオフになることにより
トランジスタ９８がオフになるので、トランジスタ９９
への電流供給はされず、又トランジスタ１０３がオフ、
１０１がオンになることによりトランジスタ１０４がオ
フになり、差動増幅回路への電流が供給されないのであ
る。

【００２２】又、液晶表示式電子時計におけるランプ、
その他一般にアラーム、ブザー、音声等の出力時は大電
流が消費され、そのため電池の内部抵抗により電池電圧
及び減圧回路により減圧された電圧が低下し発振回路等
電子時計回路の動作が不安定になるが、信号ＣＯＮはそ
の時、減圧された電圧のかわりに電源電圧である電池電
圧を供給するための信号としても使用する。

【００２３】図１２は、電子時計回路に供給する電圧を
電池電圧または減圧された電圧から選択的に使用するた
めの信号ＣＯＮを発生する回路である。そのタイミング
チャート図１３を参照して、図１２の回路を説明する。
電池が入らない前容量１４２の電位Ａ’はＶDDにある。
電池が入るとＭＯＳトランジスタ１４１がオンしＡ’は
ＶCCの電位になる。その反転電位Ａによりセット・リセ
ット回路がセットされ、信号ＣＯＮはＶDDとなる。しば
らくの間の後電子時計回路からのタイミング信号Ｃによ
り、リセットされてＶCCとなるまでその電位ＶDDを保持
する。又、ランプ、アラーム、ブザー、音声等のスイッ
チＢが入ると信号ＣＯＮはそのＢがＶＣＣの間ＶDDと
なる。電子時計回路からこの図１２の回路への信号は、
電子時計回路が減圧された電圧系で駆動されるものであ
れば適当なインターフェース回路を通じて論理レベルの
変換を行う。このインターフェース回路は、減圧された
電圧系で駆動される電子時計回路と、電池電圧系で駆動
される。電子時計回路との間の信号伝達の論理レベルの
変換にも使用される。このインターフェース回路を図１
４に示す。減圧された電圧（ＶDD−ＶＳＳ）系の信号
α、バーαは、ＭＯＳトランジスタ１４７乃至１５２か
ら構成されるこのインターフェース回路により電池電圧
系（ＶDD−ＶCC）の論理レベルに変化され、それぞれ
β、バーβとなる。

【００２４】さて電源回路としては図９から図１０に示
された実施例の他に、容量や抵抗ダイオード、トランジ
スタを組み合わせた各種回路、トランスを用いた方法な
どがあげられる。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明の方法によると、消
費電力の少ない電源回路を提供できる。さらに、本発明
のように、電源投入後は負荷に電源電圧を直接供給する
ことにより、負荷の回路動作が安定したものとなり、し
かも、電流制御トランジスタのゲート端子に電源電圧を
供給するための制御トランジスタを設けたことにより、
負荷に直接電源電圧を供給する場合も、負荷に電源電圧
を供給する場合でも、同じ電流制御トランジスタを用い
て電圧を供給することが出来るので、回路の高集積化が
出来るという効果を有する。

【００２６】しかも、電源電圧を供給している間は、差
動増幅回路及び分圧回路への電流供給はされていないの
でさらなる低消費電力が可能となるという効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の方法における電子時計のブロック図であ
る。

【図２】従来の方法における電子時計のブロック図であ
る。

【図３】従来の方法における電子時計のブロック図であ
る。

【図４】従来の方法における電子時計のブロック図であ
る。

【図５】本発明による電子時計のブロック図である。

【図６】本発明による電子時計のブロック図である。

【図７】本発明による電子時計のブロック図である。

【図８】本発明による電子時計のブロック図である。

【図９】本発明による電子時計の電源回路の実施例を示
す図。

【図１０】本発明による電子時計の電源回路の実施例を
示す図。

【図１１】電源回路の各実施例における信号のタイミン
グチャート。

【図１２】電源回路の各実施例における信号ＣＯＮの発
生回路。

【図１３】図１６の回路タイミングチャート。

【図１４】減圧された電圧系から電池電圧系への信号伝
達のインターフェース回路。

【符号の説明】

１、８、１７、２３、３０、３８、４６、５５発振回
路２、９、１０、１８、２４、３１、３９、４７、４８、
５６、５７分周回路３、１３、１９、２７、３２、４２、４９、６０ドラ
イバー４、２０、３３、５０ステップモーター５、２１、３４、５１輪列６、２２、３５、５２針７、１６銀電池２９、３７、４５、５４、６２、６４、９２、１１１
リチウム電池１１、２５、４０、５８カウンター回路１２、２６、４１、５９デコーダー回路１４、２８、４３、６１表示体１５昇圧回路３６、４４、５３、６３減圧回路７７、９３、１４２容量７８、８１から９１、９４から１１０、１４１、１４７
から１５２ＭＯＳトランジスタ７９、８０分圧素子１４３、１４６インバータ回路１４４、１４５ナンド回路ＶDD−ＶSS 減圧された電圧ＶDD−ＶCC 電池電圧

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】差動増幅回路と、差動増幅回路の一方の入力端子に電源電圧の分圧電圧を
印加する分圧回路と、前記差動増幅回路及び前記分圧回路それぞれに対して直
列接続され、電流を供給する電流制御スイッチと、前記差動増幅回路の出力電圧に基づき導通制御される電
流制御トランジスタとを有し、前記電流制御トランジスタの一端の電圧に基づき前記差
動増幅回路の他方の入力端子が帰還制御され、かつ該電
流制御トランジスタの該一端から負荷に電源電圧の減圧
電圧を供給する電源回路において、前記電源電圧を投入後所定の期間、制御信号を発生する
制御信号発生回路と、前記電流制御トランジスタのゲート端子と前記電源電圧
の端子のうち一方の端子との間に接続され、前記制御信
号に基づき導通制御される制御トランジスタとを有し、前記制御信号を受けて、前記制御トランジスタが導通状
態となることにより導通状態となった前記電流制御トラ
ンジスタを介して、前記負荷に前記電源電圧を供給し、前記制御信号を受けて、前記電流制御スイッチが、電流
を供給しないことを特徴とする電源回路。