JP3624531B2

JP3624531B2 - Power control device, power generation device and electronic device

Info

Publication number: JP3624531B2
Application number: JP07764496A
Authority: JP
Inventors: 浩輝和地; 邦夫小池
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1996-03-29
Publication date: 2005-03-02
Anticipated expiration: 2016-03-29
Also published as: JPH09264971A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池や重りの運動などによって発電を行い、その電力で計時装置などの電子装置を稼動できる電子機器、発電装置および電力制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池や重りの運動エネルギーなどを用いて発電を行える発電装置を内蔵し、その電力で計時装置などの処理装置を稼動させる小型で携帯可能な電子機器が実用化されている。これらの電子機器においては、充放電可能な電池あるいはコンデンサを蓄電装置として採用し、発電能力が不足する場合であっても継続して処理装置を稼動できるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
太陽電池などの自然エネルギーを用いた発電装置や、重りなどによってユーザの生活環境から運動エネルギーを得て発電を行う発電装置など多種多用な発電装置の利用が考えられている。これらの発電装置の多くは継続して一定量の電力を供給できるものではなく、供給されるエネルギーはその密度が大きく変化し易く、不連続になることが多い。このため、発電装置から出力される電力も大きく変化する。例えば、太陽電池を用いた電子機器においては、夜間は太陽電池から電力が供給されないため、蓄電装置を放電させて処理装置を稼動させることになる。従って、発電装置から電力が供給されない場合に備えて蓄電装置の容量を大きくすることが望ましい。しかしながら、蓄電装置の容量を大きくすると充電時間が長くなり、いったん蓄電装置が放電してしまうと、処理装置が稼動できる電圧が確立されるまでに長い時間が必要になる。このため、例えば太陽電池を用いた装置においては、いったん停止すると、次に明るい環境で装置がスタートするまでに時間がかかることになる。
【０００４】
このような状況において、処理装置のスタート時間を短縮するために、図６あるいは図７に示すような幾つかの回路が考えられている。図６は、太陽電池１によって計時装置などの処理装置９を動かす装置であり、大容量のコンデンサ（スーパキャパシタ、ＳＣ）２あるいは２次電池などを充電装置として用いている。そして、このコンデンサ２と並列に、容量の小さなサブコンデンサ３を設け、さらに、大容量のコンデンサ２に供給される電力をオンオフできるようにスイッチ４を設けてある。従って、図６に示した装置においては、太陽電池１から発電が開始された直後は、スイッチ４をオフすることによって太陽電池１の電力をサブコンデンサ３の側に直接供給し、処理装置のスタートに必要な電圧をすぐに確立できる。
【０００５】
また、図７に示した装置は、重りの運動エネルギーを用いて発電を行う発電装置８を搭載したものであり、発電装置８から供給された交流電力を整流器７で整流して処理装置９に供給している。図７に示した装置においては、大容量のコンデンサ２と直列にスタートアップ用の抵抗５を接続し、この抵抗５における電圧降下によって処理装置９のスタートに必要な電圧をすぐに確立できるようにしている。
【０００６】
このような回路を採用することによって、蓄電装置が放電してしまった後であっても、発電装置が発電を開始するとすぐに電圧が確立され、処理装置をスタートすることができる。しかしながら、図６に示した、大容量のコンデンサ２に供給される電力をオンオフする回路においては、太陽電池１の起電圧が所定の値を越えないとスイッチ４をオンできず、コンデンサ２への電力供給がスイッチ４によってオフされている限り充電されない。このため、スイッチ４のオン・オフによって処理装置に供給される電圧が大きく変動する。そして、照度が低く、太陽電池１の発電能力が十分でない場合は、十分な電力が大容量のコンデンサ２および処理装置９に供給されないので、処理装置９を稼動するために必要な電圧が確保できず、稼動・非稼動を繰り返す状態に陥る可能性がある。また、このような事態を防止するために大容量のコンデンサ２を充電するタイミングを遅らせると、大容量のコンデンサへ充電されにくい。
【０００７】
一方、図７に示した装置においては、発電装置８が発電を開始すると、スタートアップ抵抗５を介して常に大容量のコンデンサ２が充電される。従って、安定した電力を処理装置９に供給でき、発電装置８が稼動・非稼動を繰り返した場合であっても、処理装置９に対し昇圧回路などを用いながら継続して電力を供給できる。しかしながら、太陽電池のように外界から与えられるエネルギー密度によって発電能力、特に、出力電流が変動する発電装置を用いた場合はスタートアップ抵抗５の設定が非常に難しい。すなわち、図５に破線で示すように、太陽電池１は照度によって出力電流が大きく変動し、さらに、開放電圧の近傍において急激に出力電流が低下するという特性を備えている。従って、低い照度で素早く電圧を確立させるために抵抗値の大きなスタートアップ抵抗を採用すると、照度が高い場合は太陽電池１の出力側が開放電圧に近くなるので太陽電池の発電能力が低下し、十分な充電効率が得られない。従って、コンデンサ２を充電できず処理装置に安定した電力を供給できない。開放電圧に近くなると、スタートアップ抵抗をバイパスする回路を設けて充電効率の改善を図ることは可能であるが、照度が高い場合はコンデンサ２を前もって充電する時間が得られないためにバイパス回路が動作することによって処理装置に供給される電圧が大きく変動してしまう。
【０００８】
また、高い照度に対応して抵抗値の小さなスタートアップ抵抗を採用すると、照度が低い場合は電圧降下が少ないので、処理装置をスタートするために必要な電圧を確保できない。太陽電池から供給される電流値によって、スタートアップ抵抗の値を制御することも可能であるが、図５に一点鎖線で示したように照度によって３００〜３０ｋΩあるいはそれ以上のレンジを持った可変抵抗と、これを制御する機構が必要となり、電子時計などの小型の装置に設けるのは難しく、また、コストアップになってしまう。
【０００９】
そこで、本発明においては、太陽電池のように発電特性が大きく変動する発電装置にも適用可能で、発電が開始されるとすぐに処理装置をスタートする電圧を確立でき、さらに、蓄電装置に対しても充電を行える電力制御装置を提供することを目的としている。そして、供給されるエネルギーが一定でなく、安定した電力の供給が望めない発電装置を用いた場合であっても、処理装置に安定した電力を長時間にわたって供給可能な電力制御装置および発電装置を提供することを目的としている。さらに、腕時計などのように小型の電子機器にも搭載可能な、小型で信頼性が高く、さらに、安価に実現可能な電力制御装置、発電装置およびこれを搭載した電子機器を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の電力制御装置においては、抵抗に代わり、ダイオードなどの定電圧素子を用いてスタート用の電圧を早急に確立し、それと共に継続的に蓄電装置に充電し、発電装置からの電力の供給が停止すると、蓄電装置から放電された電力を処理装置などの電力消費側に供給できるようにしている。すなわち、本発明の電力制御装置は、太陽電池から入力された直流電力を、直列接続された複数の定電圧手段を介して蓄電装置に供給可能な第１の供給部と、この第１の供給部と並列に接続され、電力消費装置に対し直流電力を供給可能な第２の供給部とを有しており、さらに、第１の供給部は、個々または複数の定電圧手段をバイパスする複数のスイッチ手段と、蓄電装置の充電電圧または第２の供給部の出力電圧の少なくともいずれかによってスイッチ手段を制御する制御手段とを備え、この制御手段は、太陽電池にかかる電圧が、高出力で給電可能な適正な範囲に収まるようにスイッチ手段を制御することを特徴としている。
【００１１】
本発明の電力制御装置においては、入力された直流電力が第１の供給部に印加され、蓄電装置に充電されると同時に定電圧手段によって所定の電圧が確保される。従って、第２の供給部に電力消費側の装置をスタートするために必要な電圧が現れ、蓄電装置の充電状態や電流の大小に係わらずスタートに必要な電圧を早急に確立できる。さらに、蓄電装置が充電され第１の供給部の電圧が上昇した場合は、スイッチ手段によって定電圧手段をバイパスして直流電流を蓄電装置に供給することが可能となるので、発電側にかかる電圧レベルを適正に保ち、高い充電効率を確保できる。また、ダイオード、バリスタなどの定電圧手段を用いることによって、電流の大小に係わらず安定した電圧を確保できるので、蓄電装置が適当に充電された後に定電圧手段を切替え、あるいは、切り離すことにより、第２の供給部から電力消費装置に安定した電力を供給できる。さらに、発電装置からの直流電力が急に遮断された場合であっても、蓄電装置は充電が進んでいるのでスイッチ手段を介して放電を行い、第１の供給部に並列に接続された第２の供給部から電力消費装置に直流電力を供給することができる。
【００１２】
さらに、第１の供給部には、直列に接続された複数の定電圧手段を設け、スイッチ手段により個々に、または複数の定電圧手段をバイパスすることによって発電装置にかかる電圧および第２の供給部の出力電圧を制御でき、さらに発電効率の高い条件で発電を行わせることが可能となる。
【００１３】
また、電力消費装置と並列に補助蓄電装置を接続し、電力消費装置に印加される電圧をさらに安定化させることが可能であり、蓄電装置側の充電電圧が十分でないときに補助蓄電装置から蓄電装置に対し充電が行われるのを防止するために第２の供給部は、電力消費装置に対し供給される電力の逆流を防止する逆流防止手段を設けることが望ましい。
【００１４】
定電圧手段としてダイオードの順方向バイアス電圧を用いていることが可能であり、他の回路要素と共に簡単に集積化を図り、小型で安価な電力制御装置を提供できる。
【００１５】
また、本発明の電力制御装置により、太陽電池と、太陽電池の直流電力を充放電可能な蓄電装置とを用いて、電力消費装置に対し安定した電力を供給可能な発電装置を提供でき、何時でも何処でも計時装置などの電力消費装置の機能を発揮させられる電子機器を提供できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図１に、本発明に係る太陽電池を備えた携帯型の電子機器を示してある。本例の電子機器１０は、太陽光のエネルギーを電力に変換する太陽電池１と、この太陽電池１から供給された電力を大容量の蓄電装置１３および計時装置などの処理装置９に供給する電力制御部２０を備えている。電力制御部２０は、蓄電装置１３に電力を供給する第１の供給部１１と、この第１の供給部１１に対し並列に接続され、処理装置９に電力を供給する第２の供給部１２を備えている。第１の供給部１１は、蓄電装置１３と直列に接続された定電圧部１４と、この定電圧部１４をバイパスするように設置されたバイパス部１５を備えている。また、第２の供給部は、処理装置９に対し並列に補助蓄電装置１６を接続できるようになっており、さらに、太陽電池１に対し補助蓄電装置１６から電力が逆流しないように逆流防止部１７としてダイオードが設置されている。さらに、蓄電装置１３から補助蓄電装置１６へ放電制御を行うスイッチ１８を備えている。本例の電子機器１０は、高電圧側Ｖｄｄが接地されて基準電圧となっている。このため、以下においては、出力電圧として低電圧側Ｖｓｓを参照し、電圧値は簡単のため全て絶対値で示すこととする。本例の電圧制御部２０は、さらに、太陽電池１から供給される電圧が高くなりすぎた場合に備えて、高電圧側Ｖｄｄと低電圧側Ｖｓｓを短絡するリミットスイッチ１９が設置されており、蓄電装置１３への過充電を防止し、処理装置９などに高電圧が印加されないようになっている。
【００１７】
本例の定電圧部１４は、直列に接続された２つのダイオード２１および２２から構成されている。また、バイパス部１５には、一方のダイオード２１をバイパスするスイッチ２３と、ダイオード２１および２２の両方をバイパスするスイッチ２４が設けられており、ダイオード２１および２２を個別にバイパスできるようになっている。ダイオード２１および２２は、図４に示すように、定電圧特性に近い電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性を備えており、電流が少ない場合でも所定の順方向バイアス電圧ＶＦ（本例では０．６Ｖ程度）が得られる。そして、電流が大きくなってもこの値はそれほど変化せず、図５に示すように、抵抗のＩ−Ｖ特性と比較すると良好な定電圧特性が得られる。さらに、複数のダイオードを直列に接続することにより、順方向バイアス電圧ＶＦの値を任意に設定することができる。
【００１８】
本例の蓄電装置１３は、電気２重層型などの大容量のコンデンサ２によって構成され、補助蓄電装置１６は小容量のコンデンサ３によって構成されている。また、太陽電池１が発電を行っていない状態でコンデンサ２から放電された電圧が太陽電池１に印加されないようにダイオード２９が第１の供給部１１と太陽電池１の間に設置されており、コンデンサ２から太陽電池１への逆電流を防止している。
【００１９】
本例の電圧制御部２０は、さらに、電圧制御部２０内の諸電圧を監視してスイッチ類を制御する制御回路３０を備えている。制御回路３０は、蓄電装置１３の高電圧側の電圧ＶＳＣＰ、低電圧側の電圧ＶＳＣＮ、および処理装置９に供給される電圧Ｖｓｓを検出し、バイパス部１５のスイッチ２３および２４のそれぞれを制御する制御信号φ１およびφ２、蓄電装置１３から補助蓄電装置１６へ放電制御を行うスイッチ１８を制御する制御信号φ３およびリミットスイッチ１９を制御する制御信号φ４を出力する。本例のスイッチ２３、２４および１９はｐチャンネル型のＭＯＳトランジスタによって構成されており、また、スイッチ１８はｎチャンネル型のＭＯＳトランジスタによって構成されている。
【００２０】
次に、図２に示した本例の電力制御部２０のタイミングチャートおよび図３に示したフローチャートに基づき、本例の電力制御部２０の動作を説明する。図２において、実線は出力電圧Ｖｓｓを示し、一点鎖線は蓄電装置１３の高電圧側の値ＶＳＣＰを示す。また、破線は蓄電装置１３の充電電圧ＶＳＣを示し、高圧側の電圧ＶＳＣＰと低圧側の電圧ＶＳＣＮの差によって求められる。
【００２１】
蓄電装置１３に殆ど電荷が蓄積されておらず、充電電圧ＶＳＣがほぼ０Ｖの状態で太陽電池１に光が照射されたケースを説明する。時刻ｔ０に電力制御部２０はステップ５１の初期状態にあり、制御信号φ１、φ２およびφ４は低電圧で、制御信号φ３は高電圧であり、スイッチ１８、１９、２３および２４はオフになっている。従って、太陽電池１から供給された電力は、第１の供給部１１によって直列に接続された定電圧部１４および蓄電装置１３に供給される。第１の供給部１１においては、定電圧部１４を構成するダイオード２１および２２の順方向バイアス電圧ＶＦによって定電圧部１４で電圧降下が発生し、蓄電装置１３への供給電圧ＶＳＣＰが上昇する。本例の処理装置９のスタート可能な電圧はほぼ０．９Ｖであり、処理装置９の稼動・非稼動を制御する基準電圧Ｖ０は約０．９５Ｖに設定してある。
【００２２】
電力制御部２０の制御回路３０は、ステップ５２において供給電圧ＶＳＣＰを監視している。そして、定電圧部１４において順方向バイアス電圧が確立し、時刻ｔ１に供給電圧ＶＳＣＰが基準電圧Ｖ０を増加方向に通過すると、ステップ５３において、Ｖ０＋検出信号が高電圧になり、後述する基準電圧Ｖ１を検出する状態となる。また、Ｖ０−検出信号も高電圧になり、これにより、後述するステップ６２におけるＶ０−が検出可能な状態になる。Ｖ０−検出信号が高電圧の間に基準電圧Ｖ０が検出されると、電力制御部２０はリセットされ、ステップ５１に戻って初期状態から処理が開始される。
【００２３】
供給電圧ＶＳＣＰが基準電圧Ｖ０を通過すると、リセット（バー）検出信号が低電圧になる。処理装置９には、第１の供給部１１と並列に接続された第２の供給部１２を介して第１の供給部１１と同一の電圧の電力が供給されており、この電力によって処理装置９は時刻の表示や計時機能といった処理をスタートする。本例の電力制御部２０においては、図５に示すように照度が低く太陽電池１からは微小な電流しか供給されない場合であっても、第１の供給部１１に設けた定電圧部１４の順方向バイアス電圧によって第１の供給部１１に所定の電圧が確立され、第２の供給部１２にもその電圧が表れる。従って、太陽電池１から供給される電力が小さくてもすぐに処理装置９に必要な電圧を確保でき、処理装置９を素早くスタートさせることができる。逆に、図５に示すように、照度の高い光が与えられると太陽電池１からは大きな電流が流れる。しかしながら、本例の電力制御部２０の定電圧部１４には電流値に殆ど関係なく一定の電圧降下が生ずる。このため、太陽電池１から供給される電流値にほとんど影響されず、一定の電圧の電力を処理装置９に供給できる。
【００２４】
ステップ５３において処理装置９が即スタートした後、太陽電池１からの電力が継続して行われていると、定電圧部１４を介して蓄電装置１３が充電される。このため、蓄電装置１３の充電電圧ＶＳＣは上昇する。一方、供給電圧ＶＳＣＰは、定電圧部１４における電圧降下がほぼ一定であるので変化しない。ステップ５４において、制御回路３０は充電電圧ＶＳＣを監視しており、充電電圧ＶＳＣが順方向バイアス電圧ＶＦにほぼ等しい基準電圧Ｖ１（０．６Ｖ）に到達したか否かを判断する。ステップ５４において充電電圧ＶＳＣが基準電圧Ｖ１に到達していない場合は、ステップ６３において、充電電圧ＶＳＳが基準電圧Ｖ０より低下していないか否かを判断する。充電電圧ＶＳＣが基準電圧Ｖ１より低い状態で太陽電池の出力が零付近になると、定電圧部１４における電圧降下が低下し、補助蓄電装置１６へ充電がされず、出力電圧ＶＳＳが基準電圧Ｖ０より低下して処理装置９を稼動させる出力電圧Ｖｓｓが確保できない。そこで、本例では電力制御部２０の状態を初期状態に戻してステップ５１からの処理をやり直すようにしている。
【００２５】
時刻ｔ２に充電電圧ＶＳＣが基準電圧Ｖ１に到達すると、Ｖ１検出信号が出力され、ステップ５５において制御信号φ１が高電圧になりスイッチ２３がオンされる。これによって、定電圧部１４の１つのダイオード２１がスイッチ２３によってバイパスされる。従って、定電圧部１４における電圧降下は半分に低下する。しかしながら、蓄電装置１３には定電圧部１４で低下した電圧に相当する充電電圧ＶＳＣが確立されているので、出力電圧Ｖｓｓは処理装置９の稼動に必要な電圧以下にならず、安定した電力の供給が可能となる。一方、太陽電池１においては、図５に示したように、太陽電池１にかかる電圧が開放電圧まで高くなることはなく、高出力で給電可能な適正な範囲に収められるので高効率で発電が行える。制御装置３０は、ステップ５６において、継続して充電電圧ＶＳＣを監視しており、定電圧部１４における電圧降下にほぼ等しい基準電圧Ｖ２に到達したか否かを判断する。ステップ５６において充電電圧ＶＳＣが基準電圧Ｖ２に到達していない場合は、ステップ５７において、充電電圧ＶＳＳが基準電圧Ｖ０より低下していないか否かを判断する。充電電圧ＶＳＣが基準電圧Ｖ２より低い状態で太陽電池の出力が零付近になると、定電圧部１４における電圧降下が低下し、補助蓄電装置１６へ充電がされず、出力電圧ＶＳＳが基準電圧Ｖ０より低下して処理装置９を稼動させる出力電圧Ｖｓｓが確保できない。そこで、本例では電力制御部２０の状態を初期状態に戻してステップ５１からの処理をやり直すようにしている。もちろん、制御信号φ１を低電圧にして定電圧部１４のダイオード２１を復帰させ、定電圧部１４の電圧降下を増加させることによって処理装置９に必要な電圧を再確立させても良い。
【００２６】
第２の供給部１２においては、第１の供給部の電圧ＶＳＣＮが低下して補助蓄電装置１６の充電電圧以下になっても、スイッチ１８によって補助蓄電装置１６から蓄電装置１３には逆流しないようになっている。また、ダイオード１７によって太陽電池１への逆流も防止されている。従って、定電圧部１４の電圧が降下しても、補助蓄電装置１６に一端蓄えられた電力は蓄電装置１３の側に戻されず、処理装置９は補助蓄電装置１６で所定の電圧が保持できる間は処理を継続して行うことができる。
【００２７】
一方、太陽電池１が継続して発電を行い、時刻ｔ３に充電電圧ＶＳＣが基準電圧Ｖ２（１．２Ｖ）に達すると、Ｖ２検出信号が出力され、制御回路３０においては、ステップ５８で制御信号φ２が高電圧に、また、制御信号φ３が低電圧になる。これによって、定電圧部１４の２つのダイオード２１および２２がスイッチ２４によってバイパスされる。従って、太陽電池１の出力は直に蓄電装置１３に供給される。定電圧部１４をバイパスすることによって定電圧部１４における電圧降下はなくなるが、充電電圧ＶＳＣが処理装置９を稼動するために必要な電圧以上になっているので、第２の供給部１２を通して処理装置９には安定した電力が供給される。また、太陽電池１においては、電池にかかる電圧が下げられ、発電効率の良好な適正な範囲に電圧が保持される。従って、第１の供給部１１によって急速に蓄電装置１３を充電でき、同時に、第２の供給部１２から十分な電力を処理装置９に供給できる。さらに、本例の電力制御部２０においては、制御信号φ３によってスイッチ１８がオンし、太陽電池からの出力がない場合に、蓄電装置１３から補助蓄電装置１６へ電力を供給する。
【００２８】
本例の電力制御装置２０は、出力電圧Ｖｓｓの監視を継続し、ステップ５９において、過電圧状態になったことを示す基準電圧Ｖ３と比較する。そして、太陽電池１からの電力供給が増加し、蓄電装置１３の蓄電も十分であると、時刻ｔ４に出力電圧Ｖｓｓが基準電圧Ｖ３（２．４Ｖ）以上に達する。これにより、ステップ６０において、Ｖ３検出信号が出力され制御回路３０から制御信号φ４が高電圧となって出力される。この制御信号φ４によってリミッタスイッチ１９がオンし、太陽電池１の高電圧側Ｖｄｄと低電圧側Ｖｓｓが短絡され、太陽電池１から蓄電装置１３への電力供給が停止される。従って、出力電圧Ｖｓｓを処理装置９などに悪影響を与えない範囲に止めることができる。
【００２９】
一方、ステップ５９において、例えば時刻ｔ５に出力電圧Ｖｓｓが基準電圧Ｖ３を下回ると、ステップ６１において制御信号φ４が低電圧になりリミッタスイッチ１９がオフされる。これによって、太陽電池１は蓄電装置１３への電力供給を再開し、電圧制御部２０を介して蓄電装置１３および処理装置９に電力が供給される。
【００３０】
ここで、時刻ｔ５に太陽電池１への光が遮断され、太陽電池１から電力が供給されなくなったとする。太陽電池１から電力が供給されないので、蓄電装置１３は充電状態から放電状態に代わり、蓄電装置１３が電源となって第１の供給部１１および、この第１の供給部１１に並列に接続された第２の供給部１２を介して処理装置９に電力が供給される。このとき、ダイオード２１および２２を備えた定電圧部１４はバイパス部１５によってバイパスされ、蓄電装置１３から処理装置９へ電力を供給する抵抗にならないようになっている。
【００３１】
電力制御部２０の制御回路３０は、処理装置９に供給されている出力電圧Ｖｓｓを継続して監視しており、ステップ６２において、基準電圧Ｖ０を下回らないか否かを判断する。時刻ｔ６に、出力電圧Ｖｓｓが基準電圧Ｖ０以下に低下すると、Ｖ０−検出信号が低電圧になり、制御信号φ１およびφ２が低電圧になり、制御信号φ３が高電圧になる。これにより、スイッチ１８、２３および２４がオフされ、ステップ５１の初期状態に戻される。この状態においては、第２の供給部１２から処理装置９に供給される電圧は、処理装置９の稼動に必要な電圧を下回るので、補助蓄電装置１６に蓄えられた電力を消費すると処理装置９は稼動を停止する。そして、次に太陽電池１に光が照射され、微量な電流が流れだすと上述したように定電圧部１４によってすぐにスタートに必要な電圧が確立されるので、処理装置９における処理がすぐに再開される。
【００３２】
このように、本例の電圧制御部２０およびこれを用いた電子機器１０においては、定電圧部１４を介して入力された直流電力が蓄電装置１３に供給される。このため、蓄電装置１３の状態、および太陽電池１から供給される電流の大小に係わらず処理装置９がスタートするために必要な電圧がすぐに確保できる。従って、太陽電池１に照射された光の照度が低い場合であっても、すぐに処理装置９をスタートできる。また、太陽電池１に高い照度の光が照射された場合であっても、定電圧部１４においては、ほぼ一定の電圧降下が得られるので急激に電圧が上昇することもなく、太陽電池１を発電効率の高い状態に保持できる。従って、蓄電装置の充電も順調に行える。
【００３３】
さらに、本例の電力制御部２０においては、定電圧部１４を介して蓄電装置１３に電力が供給されるので、第２の供給部から処理装置９に太陽電池１からの電力が供給されると同時に、第１の供給部において蓄電装置１３の充電も行われる。また、定電圧部１４における電圧降下が一定値に保たれるため、蓄電装置１３の充電電圧ＶＳＣを参照して定電圧部１４のにおける電圧切替えを行うことが可能である。従って、蓄電装置１３が所定の電圧に達するまで充電が行われた後に定電圧部１４の電圧切替えたり、あるいは全てバイパスできる。このため、処理装置９に供給される出力電圧Ｖｓｓが稼動可能な範囲に収まるように安定した電圧制御が可能となる。また、定電圧部１４における電圧降下がほぼ一定しているため、出力電圧Ｖｓｓから充電電圧ＶＳＣを判定することも可能である。
【００３４】
このように、本例の電力制御部２０を採用することによって、太陽電池１のように外界から供給されるエネルギー密度の変化などによってＩ−Ｖ特性が大きく変動する発電装置を用いた電子機器であっても、発電が開始されるとすぐに処理装置をスタートさせることが可能となる。ダイオードなどの定電圧素子を用いることにより、発電装置から供給される電流の大小に係わりなく、すぐにスタートに必要な電圧を確立でき、定電圧部のダイオードを順次バイパスすることによって処理装置に安定した電圧を供給でき、同時に高い発電効率が得られる。また、発電装置から電力が供給されると常に蓄電装置には充電が行われるので、発電装置から電力が継続して供給されないときは、蓄電装置から放電することによって処理装置へ電力を安定して供給できる。
【００３５】
さらに、本例の電力制御部２０は、ダイオードなどの定電圧素子を用いて構成が可能なので、非常に簡素な構成で信頼性が高く小型の装置として実現できる。定電圧素子としてバリスタやツェナーダイオードなどを用いることももちろん可能であるが、半導体基板上に作り込み可能なダイオードであっても良く、他の制御回路あるいは処理装置と共に１チップ化することも可能である。従って、本例の電力制御部２０は、腕装着型の電子時計などに簡単に組み込むことが可能であり、発電効率が高く、即スタート可能な電子機器を安価に提供することができる。
【００３６】
なお、本例においては、定電圧部１４に２つのダイオードを用いているが、１つでも良く、あるいは、３つ以上のダイオードを用いて細かいステップで電圧制御を行うことももちろん可能である。さらに、定電圧部およびバイパス部は本例とは逆に蓄電装置のＶｓｓ側に設けてももちろん良い。また、本例の電力制御部２０は、太陽電池のように出力電流の範囲が広い発電装置に特に適しているが、重りの運動によってロータを回転させて発電を行う発電装置など、他の発電装置から供給される電力を制御して、処理装置を即スタートさせることももちろん可能である。
【００３７】
また、本発明は上記の実施例で説明した時計機能を備えた電子機器に限定されるものではなく、ページャー、電話機、無線機、補聴器、万歩計、電卓、電子手帳などの情報端末、ＩＣカード、ラジオ受信機などの電力を消費して動作する様々な処理装置を組み込むことができる。また、本例の電力制御部を発電装置および蓄電装置と組み合わせることによって、これらの処理装置に対し電力を供給する発電装置として提供することも可能である。本例の電力制御装置、発電装置および電子機器においては、太陽電池などの発電装置から様々な処理装置に対し十分な電力を供給することが可能であり、いつでも何処でも電池切れや交換などの心配をせずに処理装置の機能を十分に発揮させることが可能となる。
【００３８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の電力制御装置は、ダイオードなどの定電圧手段を蓄電装置に直列に接続し、この定電圧手段における電圧降下によって電力消費装置を即スタートできる電圧を確保できるようにしている。従って、太陽電池のように照度によって出力される電流が大きく変動するような発電装置に対しても、簡単な構成でスタートに必要な電圧を早急に確立させることができる。さらに、定電圧手段における電圧降下の値がほぼ一定しているので、蓄電装置を常時充電し、その充電電圧を参照しながら電力消費装置に供給される電圧の制御が可能である。このため、発電装置が発電を行っている間、および、発電装置が発電を停止した後も電力消費装置に電力を安定して供給することができる。また、発電装置にかかる電圧も発電効率の高い状態に保持できるので、発電装置の能力の十分に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電力制御部を備えてた電子機器の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す電力制御部の動作を示すタイミングチャートである。
【図３】図１に示す電力制御部における処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】定電圧素子として用いられているダイオードの電流−電圧特性を示す図である。
【図５】太陽電池の電流−電圧特性を示す図である。
【図６】太陽電池を用い、即スタート機能を備えた装置の例を示す図である。
【図７】重りなどの運動エネルギーから発電を行う発電装置を用い、即スタート機能を備えた装置の例を示す図である。
【符号の説明】
１・・太陽電池
２・・大容量コンデンサ
３・・サブコンデンサ
１０・・電子機器
１１・・第１の供給部
１２・・第２の供給部
１３・・蓄電装置
１４・・定電圧部
１５・・バイパス部
１６・・補助蓄電装置
１７・・逆流防止部
１８・・放電スイッチ
１９・・リミットスイッチ
２０・・電力制御部
２１、２２・・ダイオード
２３、２４・・バイパススイッチ
３０・・制御回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electronic device, a power generation device, and a power control device that generate electric power by a solar cell, a weight motion, and the like, and can operate an electronic device such as a timing device with the electric power.
[0002]
[Prior art]
A small and portable electronic device that incorporates a power generation device that can generate power using kinetic energy of a solar cell, a weight, and the like, and operates a processing device such as a time measuring device with the power, has been put into practical use. In these electronic devices, a chargeable / dischargeable battery or capacitor is employed as the power storage device, so that the processing device can be operated continuously even when the power generation capacity is insufficient.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Various power generation devices such as a power generation device using natural energy such as a solar battery and a power generation device that obtains kinetic energy from a user's living environment by a weight or the like are considered. Many of these power generators are not capable of continuously supplying a certain amount of power, and the supplied energy tends to vary greatly in density and is often discontinuous. For this reason, the electric power output from the power generator also changes greatly. For example, in an electronic device using a solar battery, since power is not supplied from the solar battery at night, the power storage device is discharged and the processing device is operated. Therefore, it is desirable to increase the capacity of the power storage device in case power is not supplied from the power generation device. However, when the capacity of the power storage device is increased, the charging time becomes longer. Once the power storage device is discharged, a long time is required until a voltage at which the processing device can be operated is established. For this reason, for example, in an apparatus using a solar cell, once stopped, it takes time until the apparatus starts in the next bright environment.
[0004]
In such a situation, in order to shorten the start time of the processing apparatus, some circuits as shown in FIG. 6 or FIG. 7 are considered. FIG. 6 shows a device that moves a processing device 9 such as a timekeeping device by the solar battery 1, and uses a large-capacity capacitor (supercapacitor, SC) 2 or a secondary battery as a charging device. A sub-capacitor 3 having a small capacity is provided in parallel with the capacitor 2, and a switch 4 is provided so that power supplied to the capacitor 2 having a large capacity can be turned on / off. Therefore, in the apparatus shown in FIG. 6, immediately after the power generation from the solar cell 1 is started, the power of the solar cell 1 is directly supplied to the sub-capacitor 3 by turning off the switch 4 to start the processing apparatus. You can quickly establish the voltage you need.
[0005]
Further, the apparatus shown in FIG. 7 is equipped with a power generation apparatus 8 that generates power using kinetic energy of a weight, and rectifies the AC power supplied from the power generation apparatus 8 with a rectifier 7 to the processing apparatus 9. Supply. In the apparatus shown in FIG. 7, a start-up resistor 5 is connected in series with a large-capacitance capacitor 2 so that a voltage required for starting the processing device 9 can be immediately established by a voltage drop across the resistor 5. Yes.
[0006]
By adopting such a circuit, even after the power storage device has been discharged, the voltage is established as soon as the power generation device starts power generation, and the processing device can be started. However, in the circuit shown in FIG. 6 for turning on / off the power supplied to the large-capacity capacitor 2, the switch 4 cannot be turned on unless the electromotive voltage of the solar cell 1 exceeds a predetermined value. As long as the power supply is turned off by the switch 4, it is not charged. For this reason, the voltage supplied to the processing apparatus varies greatly depending on whether the switch 4 is turned on or off. When the illuminance is low and the power generation capacity of the solar cell 1 is not sufficient, sufficient power is not supplied to the large-capacitance capacitor 2 and the processing device 9, so that a voltage necessary for operating the processing device 9 can be secured. Therefore, there is a possibility that it will be repeatedly in operation / non-operation. Further, if the timing of charging the large-capacity capacitor 2 is delayed in order to prevent such a situation, it is difficult to charge the large-capacity capacitor.
[0007]
On the other hand, in the device shown in FIG. 7, when the power generation device 8 starts power generation, the large-capacitance capacitor 2 is always charged via the start-up resistor 5. Accordingly, stable power can be supplied to the processing device 9, and even when the power generation device 8 is repeatedly operated / not operated, power can be continuously supplied to the processing device 9 using a booster circuit or the like. However, it is very difficult to set the start-up resistance 5 when using a power generation device in which the power generation capacity, particularly the output current, varies depending on the energy density given from the outside, such as a solar cell. That is, as indicated by a broken line in FIG. 5, the solar cell 1 has a characteristic that the output current varies greatly depending on the illuminance, and further, the output current rapidly decreases in the vicinity of the open circuit voltage. Therefore, if a start-up resistor having a large resistance value is used to quickly establish a voltage with low illuminance, the output side of the solar cell 1 is close to the open voltage when the illuminance is high, so that the power generation capability of the solar cell is reduced and sufficient. Charging efficiency cannot be obtained. Therefore, the capacitor 2 cannot be charged and stable power cannot be supplied to the processing apparatus. When close to the open-circuit voltage, it is possible to improve the charging efficiency by providing a circuit that bypasses the start-up resistor. However, when the illuminance is high, the bypass circuit operates because there is no time to charge the capacitor 2 in advance. As a result, the voltage supplied to the processing apparatus greatly fluctuates.
[0008]
In addition, when a start-up resistor having a small resistance value is employed corresponding to high illuminance, the voltage drop is small when the illuminance is low, and thus a voltage necessary for starting the processing apparatus cannot be secured. Although it is possible to control the value of the start-up resistance by the current value supplied from the solar cell, the variable resistance having a range of 300 to 30 kΩ or more depending on the illuminance as shown by the one-dot chain line in FIG. Therefore, a mechanism for controlling this is required, and it is difficult to install in a small device such as an electronic timepiece, and the cost increases.
[0009]
Therefore, in the present invention, it can be applied to a power generation device whose power generation characteristics vary greatly, such as a solar battery, and can establish a voltage for starting a processing device as soon as power generation is started. However, it aims at providing the electric power control apparatus which can charge. A power control device and a power generation device capable of supplying stable power to a processing device over a long period of time even when a power generation device in which the supplied energy is not constant and stable power supply cannot be expected is used. It is intended to provide. Furthermore, it is an object to provide a power control device, a power generation device, and an electronic device including the power control device that can be mounted on a small electronic device such as a wristwatch and can be realized at low cost. It is said.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In the power control device of the present invention, a starting voltage is quickly established using a constant voltage element such as a diode instead of a resistor, and the power storage device is continuously charged along with it, and power is supplied from the power generation device. When is stopped, the power discharged from the power storage device can be supplied to the power consuming side such as the processing device. That is, the power control apparatus of the present invention From solar cells Input DC power Multiple connected in series A first supply unit capable of supplying power to the power storage device via the constant voltage means; and a second supply unit connected in parallel with the first supply unit and capable of supplying DC power to the power consuming device. In addition, the first supply unit Individual or multiple Bypass constant voltage means plural Switch means and the charging voltage or Is the first Control means for controlling the switch means by at least one of the output voltages of the two supply units. The control means controls the switch means so that the voltage applied to the solar cell is within an appropriate range where power can be supplied with high output. It is characterized by that.
[0011]
In the power control apparatus of the present invention, the input DC power is applied to the first supply unit and charged to the power storage device, and at the same time, a predetermined voltage is secured by the constant voltage means. Therefore, a voltage necessary for starting the device on the power consumption side appears in the second supply unit, and the voltage necessary for the start can be quickly established regardless of the state of charge of the power storage device and the magnitude of the current. Further, when the power storage device is charged and the voltage of the first supply unit rises, the switch means can bypass the constant voltage means and supply a direct current to the power storage device. The level can be kept appropriate and high charging efficiency can be secured. In addition, by using constant voltage means such as a diode and a varistor, a stable voltage can be ensured regardless of the magnitude of the current, so by switching or disconnecting the constant voltage means after the power storage device is appropriately charged, Stable power can be supplied from the second supply unit to the power consuming device. Further, even when the DC power from the power generation device is suddenly interrupted, the power storage device is being charged, so that it is discharged through the switch means and connected to the first supply unit in parallel. DC power can be supplied from the two supply units to the power consuming device.
[0012]
Further, the first supply unit is provided with a plurality of constant voltage means connected in series, and the voltage applied to the power generator and the second supply by bypassing the constant voltage means individually or by the switch means. The output voltage of the unit can be controlled, and power generation can be performed under conditions with higher power generation efficiency.
[0013]
In addition, it is possible to connect an auxiliary power storage device in parallel with the power consuming device to further stabilize the voltage applied to the power consuming device, and to store power from the auxiliary power storage device when the charging voltage on the power storage device side is not sufficient. In order to prevent the device from being charged, it is desirable that the second supply unit is provided with a backflow prevention means for preventing a backflow of power supplied to the power consuming device.
[0014]
It is possible to use a forward bias voltage of the diode as the constant voltage means, and it can be easily integrated with other circuit elements to provide a small and inexpensive power control device.
[0015]
Moreover, by the power control device of the present invention, Solar cell and solar cell The power generator that can supply stable power to the power consuming device can be provided by using the power storage device that can charge and discharge the direct current power, and the function of the power consuming device such as the time measuring device can be exhibited anytime and anywhere. Electronic equipment Offer it can.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a portable electronic device provided with a solar cell according to the present invention. The electronic device 10 of this example includes a solar cell 1 that converts sunlight energy into electric power, and electric power that is supplied from the solar cell 1 to a large-capacity power storage device 13 and a processing device 9 such as a timing device. A control unit 20 is provided. The power control unit 20 is connected in parallel to the first supply unit 11 that supplies power to the power storage device 13, and the second supply unit 12 that is connected in parallel to the first supply unit 11 and supplies power to the processing device 9. It has. The first supply unit 11 includes a constant voltage unit 14 connected in series with the power storage device 13 and a bypass unit 15 installed so as to bypass the constant voltage unit 14. Further, the second supply unit can connect the auxiliary power storage device 16 in parallel to the processing device 9, and further, the backflow prevention unit prevents the power from flowing back from the auxiliary power storage device 16 to the solar cell 1. Reference numeral 17 denotes a diode. Further, a switch 18 is provided for performing discharge control from the power storage device 13 to the auxiliary power storage device 16. In the electronic device 10 of the present example, the high voltage side Vdd is grounded to be a reference voltage. Therefore, in the following, the low voltage side Vss is referred to as the output voltage, and the voltage values are all expressed as absolute values for simplicity. The voltage control unit 20 of this example is further provided with a limit switch 19 for short-circuiting the high voltage side Vdd and the low voltage side Vss in preparation for the case where the voltage supplied from the solar cell 1 becomes too high. The overcharge to the power storage device 13 is prevented, and a high voltage is not applied to the processing device 9 or the like.
[0017]
The constant voltage unit 14 of this example is composed of two diodes 21 and 22 connected in series. Further, the bypass unit 15 is provided with a switch 23 for bypassing one diode 21 and a switch 24 for bypassing both the diodes 21 and 22 so that the diodes 21 and 22 can be individually bypassed. . As shown in FIG. 4, the diodes 21 and 22 have a current-voltage (IV) characteristic close to a constant voltage characteristic, and a predetermined forward bias voltage VF (0. About 6V) is obtained. And even if the current increases, this value does not change so much, and as shown in FIG. 5, a good constant voltage characteristic can be obtained as compared with the IV characteristic of the resistor. Furthermore, the value of the forward bias voltage VF can be arbitrarily set by connecting a plurality of diodes in series.
[0018]
The power storage device 13 of this example is configured by a large capacity capacitor 2 such as an electric double layer type, and the auxiliary power storage device 16 is configured by a small capacity capacitor 3. Further, a diode 29 is installed between the first supply unit 11 and the solar cell 1 so that the voltage discharged from the capacitor 2 is not applied to the solar cell 1 when the solar cell 1 is not generating power. The reverse current from the capacitor 2 to the solar cell 1 is prevented.
[0019]
The voltage control unit 20 of this example further includes a control circuit 30 that monitors various voltages in the voltage control unit 20 and controls switches. The control circuit 30 detects the voltage VSCP on the high voltage side, the voltage VSCN on the low voltage side of the power storage device 13, and the voltage Vss supplied to the processing device 9, and controls each of the switches 23 and 24 of the bypass unit 15. Control signals φ1 and φ2, control signal φ3 for controlling switch 18 for controlling discharge from power storage device 13 to auxiliary power storage device 16, and control signal φ4 for controlling limit switch 19 are output. The switches 23, 24 and 19 in this example are constituted by p-channel type MOS transistors, and the switch 18 is constituted by an n-channel type MOS transistor.
[0020]
Next, the operation of the power control unit 20 of this example will be described based on the timing chart of the power control unit 20 of this example shown in FIG. 2 and the flowchart shown in FIG. In FIG. 2, the solid line indicates the output voltage Vss, and the alternate long and short dash line indicates the value VSCP on the high voltage side of the power storage device 13. A broken line indicates the charging voltage VSC of the power storage device 13 and is obtained by a difference between the high-voltage side voltage VSCP and the low-voltage side voltage VSCN.
[0021]
A case will be described in which light is applied to the solar cell 1 in a state where almost no electric charge is accumulated in the power storage device 13 and the charging voltage VSC is substantially 0V. At time t0, power control unit 20 is in the initial state of step 51, control signals φ1, φ2 and φ4 are low voltage, control signal φ3 is high voltage, and switches 18, 19, 23 and 24 are turned off. Yes. Therefore, the electric power supplied from the solar cell 1 is supplied to the constant voltage unit 14 and the power storage device 13 connected in series by the first supply unit 11. In first supply unit 11, a voltage drop occurs in constant voltage unit 14 due to forward bias voltage VF of diodes 21 and 22 constituting constant voltage unit 14, and supply voltage VSCP to power storage device 13 increases. The startable voltage of the processing apparatus 9 of this example is about 0.9V, and the reference voltage V0 for controlling the operation / non-operation of the processing apparatus 9 is set to about 0.95V.
[0022]
In step 52, the control circuit 30 of the power control unit 20 monitors the supply voltage VSCP. When the forward bias voltage is established in the constant voltage unit 14 and the supply voltage VSCP passes the reference voltage V0 in the increasing direction at time t1, in step 53, the V0 + detection signal becomes a high voltage, and a reference voltage V1 described later. Will be detected. In addition, the V0-detection signal also becomes a high voltage, so that V0- can be detected in step 62 described later. When the reference voltage V0 is detected while the V0-detection signal is at a high voltage, the power control unit 20 is reset, and the process returns to step 51 to start the process from the initial state.
[0023]
When the supply voltage VSCP passes the reference voltage V0, the reset (bar) detection signal becomes a low voltage. The processing device 9 is supplied with electric power having the same voltage as that of the first supply unit 11 via a second supply unit 12 connected in parallel with the first supply unit 11, and this processing power is used as the processing device. 9 starts processing such as time display and a clocking function. In the power control unit 20 of the present example, even when the illuminance is low and only a small current is supplied from the solar cell 1 as shown in FIG. 5, the constant voltage unit 14 provided in the first supply unit 11 A predetermined voltage is established in the first supply unit 11 by the forward bias voltage, and the voltage also appears in the second supply unit 12. Therefore, even if the electric power supplied from the solar cell 1 is small, the voltage necessary for the processing device 9 can be secured immediately and the processing device 9 can be started quickly. Conversely, as shown in FIG. 5, a large current flows from the solar cell 1 when light with high illuminance is applied. However, a constant voltage drop occurs in the constant voltage unit 14 of the power control unit 20 of this example almost regardless of the current value. For this reason, it is hardly influenced by the current value supplied from the solar cell 1, and the power of a constant voltage can be supplied to the processing device 9.
[0024]
After the processing device 9 starts immediately at step 53, the power storage device 13 is charged via the constant voltage unit 14 when the power from the solar cell 1 is continuously performed. For this reason, the charging voltage VSC of the power storage device 13 increases. On the other hand, the supply voltage VSCP does not change because the voltage drop in the constant voltage unit 14 is substantially constant. In step 54, the control circuit 30 monitors the charging voltage VSC and determines whether or not the charging voltage VSC has reached a reference voltage V1 (0.6 V) substantially equal to the forward bias voltage VF. If the charging voltage VSC has not reached the reference voltage V1 in step 54, it is determined in step 63 whether or not the charging voltage VSS has decreased below the reference voltage V0. When the output of the solar battery is close to zero with the charging voltage VSC lower than the reference voltage V1, the voltage drop in the constant voltage unit 14 decreases, the auxiliary power storage device 16 is not charged, and the output voltage VSS is higher than the reference voltage V0. The output voltage Vss that lowers and operates the processing device 9 cannot be secured. Therefore, in this example, the state of the power control unit 20 is returned to the initial state, and the processing from step 51 is performed again.
[0025]
When the charging voltage VSC reaches the reference voltage V1 at time t2, the V1 detection signal is output. In step 55, the control signal φ1 becomes a high voltage and the switch 23 is turned on. As a result, one diode 21 of the constant voltage unit 14 is bypassed by the switch 23. Therefore, the voltage drop in the constant voltage unit 14 is reduced to half. However, since the charging voltage VSC corresponding to the voltage reduced by the constant voltage unit 14 is established in the power storage device 13, the output voltage Vss does not become lower than the voltage necessary for the operation of the processing device 9, and stable power Supply becomes possible. On the other hand, in the solar cell 1, as shown in FIG. 5, the voltage applied to the solar cell 1 does not increase up to the open voltage, and the power can be generated with high efficiency because it is within an appropriate range where power can be supplied with high output. Yes. In step 56, the control device 30 continuously monitors the charging voltage VSC, and determines whether or not the reference voltage V2 that is substantially equal to the voltage drop in the constant voltage unit 14 has been reached. If the charging voltage VSC has not reached the reference voltage V2 in step 56, it is determined in step 57 whether or not the charging voltage VSS has decreased below the reference voltage V0. When the output of the solar cell becomes near zero while the charging voltage VSC is lower than the reference voltage V2, the voltage drop in the constant voltage unit 14 decreases, the auxiliary power storage device 16 is not charged, and the output voltage VSS is higher than the reference voltage V0. The output voltage Vss that lowers and operates the processing device 9 cannot be secured. Therefore, in this example, the state of the power control unit 20 is returned to the initial state, and the processing from step 51 is performed again. Of course, the voltage required for the processing device 9 may be reestablished by lowering the control signal φ1 to restore the diode 21 of the constant voltage unit 14 and increasing the voltage drop of the constant voltage unit 14.
[0026]
In the second supply unit 12, even if the voltage VSCN of the first supply unit decreases and becomes equal to or lower than the charging voltage of the auxiliary power storage device 16, the switch 18 does not reversely flow from the auxiliary power storage device 16 to the power storage device 13. It has become. Further, backflow to the solar cell 1 is prevented by the diode 17. Therefore, even if the voltage of the constant voltage unit 14 drops, the electric power stored in the auxiliary power storage device 16 is not returned to the power storage device 13 side, while the processing device 9 can hold the predetermined voltage in the auxiliary power storage device 16. Can continue processing.
[0027]
On the other hand, when the solar cell 1 continuously generates power and the charging voltage VSC reaches the reference voltage V2 (1.2 V) at time t3, a V2 detection signal is output. φ2 becomes a high voltage, and the control signal φ3 becomes a low voltage. As a result, the two diodes 21 and 22 of the constant voltage unit 14 are bypassed by the switch 24. Therefore, the output of the solar cell 1 is directly supplied to the power storage device 13. By bypassing the constant voltage unit 14, the voltage drop in the constant voltage unit 14 is eliminated. However, since the charging voltage VSC is higher than the voltage necessary for operating the processing device 9, the processing is performed through the second supply unit 12. Stable power is supplied to the device 9. Moreover, in the solar cell 1, the voltage concerning a battery is lowered | hung and a voltage is hold | maintained in the appropriate range with favorable electric power generation efficiency. Accordingly, the power storage device 13 can be rapidly charged by the first supply unit 11, and at the same time, sufficient power can be supplied from the second supply unit 12 to the processing device 9. Further, in power control unit 20 of this example, power is supplied from power storage device 13 to auxiliary power storage device 16 when switch 18 is turned on by control signal φ3 and there is no output from the solar cell.
[0028]
The power control apparatus 20 of this example continues to monitor the output voltage Vss, and compares it with a reference voltage V3 indicating that an overvoltage state has been reached in step 59. When the power supply from the solar cell 1 increases and the power storage device 13 is sufficiently charged, the output voltage Vss reaches the reference voltage V3 (2.4 V) or more at time t4. Thus, in step 60, the V3 detection signal is output, and the control signal φ4 is output as a high voltage from the control circuit 30. The limiter switch 19 is turned on by the control signal φ4, the high voltage side Vdd and the low voltage side Vss of the solar cell 1 are short-circuited, and the power supply from the solar cell 1 to the power storage device 13 is stopped. Therefore, the output voltage Vss can be stopped in a range that does not adversely affect the processing device 9 and the like.
[0029]
On the other hand, in step 59, for example, when the output voltage Vss falls below the reference voltage V3 at time t5, in step 61, the control signal φ4 becomes a low voltage and the limiter switch 19 is turned off. As a result, the solar cell 1 resumes power supply to the power storage device 13, and power is supplied to the power storage device 13 and the processing device 9 via the voltage control unit 20.
[0030]
Here, it is assumed that light to the solar cell 1 is interrupted at time t5 and power is not supplied from the solar cell 1. Since no electric power is supplied from the solar cell 1, the power storage device 13 is connected in parallel to the first supply unit 11 and the first supply unit 11 as a power source instead of the charged state to the discharged state. In addition, power is supplied to the processing device 9 via the second supply unit 12. At this time, the constant voltage unit 14 including the diodes 21 and 22 is bypassed by the bypass unit 15 so as not to be a resistor for supplying power from the power storage device 13 to the processing device 9.
[0031]
The control circuit 30 of the power control unit 20 continuously monitors the output voltage Vss supplied to the processing device 9 and determines in step 62 whether or not the reference voltage V0 is not lowered. When the output voltage Vss drops below the reference voltage V0 at time t6, the V0-detection signal becomes low voltage, the control signals φ1 and φ2 become low voltage, and the control signal φ3 becomes high voltage. Thereby, the switches 18, 23 and 24 are turned off, and the initial state of step 51 is restored. In this state, the voltage supplied from the second supply unit 12 to the processing device 9 is lower than the voltage necessary for the operation of the processing device 9, so that when the power stored in the auxiliary power storage device 16 is consumed, the processing device 9. Stops operating. Next, when the solar cell 1 is irradiated with light and a very small amount of current starts flowing, the voltage necessary for starting is immediately established by the constant voltage unit 14 as described above. Resumed.
[0032]
As described above, in the voltage control unit 20 and the electronic apparatus 10 using the voltage control unit 20 of this example, the DC power input through the constant voltage unit 14 is supplied to the power storage device 13. For this reason, the voltage required for the processing device 9 to start can be secured immediately regardless of the state of the power storage device 13 and the magnitude of the current supplied from the solar cell 1. Therefore, even if the illuminance of the light applied to the solar cell 1 is low, the processing device 9 can be started immediately. Even when the solar cell 1 is irradiated with light with high illuminance, the constant voltage unit 14 can obtain a substantially constant voltage drop, so that the voltage does not rise suddenly. The power generation efficiency can be kept high. Therefore, the power storage device can be charged smoothly.
[0033]
Furthermore, in the power control unit 20 of this example, power is supplied to the power storage device 13 via the constant voltage unit 14, so that power from the solar cell 1 is supplied from the second supply unit to the processing device 9. At the same time, the power storage device 13 is also charged in the first supply unit. Further, since the voltage drop in the constant voltage unit 14 is maintained at a constant value, the voltage switching in the constant voltage unit 14 can be performed with reference to the charging voltage VSC of the power storage device 13. Therefore, after charging until the power storage device 13 reaches a predetermined voltage, the voltage of the constant voltage unit 14 can be switched, or all can be bypassed. For this reason, stable voltage control is possible so that the output voltage Vss supplied to the processing device 9 falls within the operable range. In addition, since the voltage drop in the constant voltage unit 14 is substantially constant, the charging voltage VSC can be determined from the output voltage Vss.
[0034]
In this way, by adopting the power control unit 20 of this example, an electronic apparatus using a power generation device whose IV characteristics vary greatly due to a change in energy density supplied from the outside, such as the solar cell 1. Even if it exists, it becomes possible to start a processing apparatus as soon as power generation is started. By using a constant voltage element such as a diode, the voltage required for starting can be established immediately, regardless of the magnitude of the current supplied from the power generation device, and the processing device is stabilized by bypassing the diode in the constant voltage section in sequence. The high voltage generation efficiency can be obtained at the same time. In addition, since the power storage device is always charged when power is supplied from the power generation device, when power is not continuously supplied from the power generation device, the power is stably supplied to the processing device by discharging from the power storage device. Can supply.
[0035]
Furthermore, since the power control unit 20 of this example can be configured using a constant voltage element such as a diode, it can be realized as a small device with a very simple configuration and high reliability. Of course, it is possible to use a varistor or a Zener diode as the constant voltage element, but it may be a diode that can be built on a semiconductor substrate, and can be integrated into one chip together with other control circuits or processing devices. is there. Therefore, the power control unit 20 of this example can be easily incorporated into an arm-mounted electronic timepiece and the like, and can provide an electronic device that has high power generation efficiency and can be started immediately at low cost.
[0036]
In this example, two diodes are used for the constant voltage unit 14, but one diode may be used, or it is of course possible to perform voltage control in fine steps using three or more diodes. Furthermore, the constant voltage unit and the bypass unit may be provided on the Vss side of the power storage device, contrary to this example. The power control unit 20 of this example is particularly suitable for a power generation device with a wide output current range such as a solar cell, but other power generation such as a power generation device that generates power by rotating a rotor by the movement of a weight. It is of course possible to start the processing apparatus immediately by controlling the power supplied from the apparatus.
[0037]
In addition, the present invention is not limited to the electronic device having the clock function described in the above embodiments, but includes information terminals such as pagers, telephones, wireless devices, hearing aids, pedometers, calculators, electronic notebooks, ICs, etc. Various processing devices that consume power such as cards and radio receivers can be incorporated. Further, by combining the power control unit of this example with a power generation device and a power storage device, it is also possible to provide a power generation device that supplies power to these processing devices. In the power control device, power generation device, and electronic equipment of this example, it is possible to supply sufficient power from a power generation device such as a solar battery to various processing devices, and there is a concern about battery exhaustion or replacement anytime and anywhere. It is possible to fully exhibit the function of the processing apparatus without performing the above.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, the power control device of the present invention can connect a constant voltage means such as a diode in series with the power storage device so that a voltage that can immediately start the power consuming device by a voltage drop in the constant voltage means can be secured. I have to. Therefore, a voltage necessary for starting can be quickly established with a simple configuration even for a power generation device in which the current output depending on the illuminance varies greatly, such as a solar cell. Furthermore, since the value of the voltage drop in the constant voltage means is substantially constant, it is possible to control the voltage supplied to the power consuming device while always charging the power storage device and referring to the charging voltage. For this reason, it is possible to stably supply power to the power consuming device while the power generation device is generating power and after the power generation device has stopped generating power. In addition, since the voltage applied to the power generation device can be maintained in a state where the power generation efficiency is high, the capacity of the power generation device can be fully exhibited.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an electronic device including a power control unit according to the present invention.
FIG. 2 is a timing chart showing the operation of the power control unit shown in FIG.
FIG. 3 is a flowchart showing a flow of processing in the power control unit shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a diagram showing current-voltage characteristics of a diode used as a constant voltage element.
FIG. 5 is a diagram showing current-voltage characteristics of a solar cell.
FIG. 6 is a diagram showing an example of an apparatus using a solar cell and having an immediate start function.
FIG. 7 is a diagram showing an example of a device having a quick start function using a power generation device that generates power from kinetic energy such as a weight.
[Explanation of symbols]
1. Solar cell
2. Large capacity capacitors
3. Sub capacitor
10. Electronic equipment
11. First supply section
12. Second supply section
13. Power storage device
14. Constant voltage section
15. Bypass section
16. Auxiliary power storage device
17. Backflow prevention part
18. Discharge switch
19. Limit switch
20. Power control unit
21, 22 .. Diode
23, 24 ... Bypass switch
30 ... Control circuit

Claims

A first supply unit capable of supplying DC power input from a solar cell to the power storage device via a plurality of constant voltage means connected in series ;
A second supply unit connected in parallel with the first supply unit and capable of supplying the DC power to the power consuming device;
The first supply unit controls the switch unit by at least one of a plurality of switch units that bypass individual or a plurality of constant voltage units and a charging voltage of the power storage device or an output voltage of the second supply unit. Control means ,
The power control apparatus , wherein the control means controls the plurality of switch means so that a voltage applied to the solar cell falls within an appropriate range where power can be supplied with high output .

The power control apparatus according to claim 1, wherein the second supply unit includes a backflow prevention unit that prevents backflow of power supplied to the power consuming apparatus.

2. The power control apparatus according to claim 1, wherein a forward bias voltage of a diode is used as the constant voltage means.

Solar cells,
A power storage device capable of charging and discharging DC power from the solar cell;
A first supply unit capable of supplying DC power from the solar cell to the power storage device via a plurality of constant voltage means connected in series;
A second supply unit connected in parallel with the first supply unit and capable of supplying the DC power to the power consuming device;
The first supply unit controls the switch unit by at least one of a plurality of switch units that bypass each or a plurality of constant voltage units, and a charging voltage of the power storage device or an output voltage of the second supply unit. Control means,
The said control means controls the said several switch means so that the voltage concerning the said solar cell may be settled in the appropriate range which can be electrically fed by high output, The power generator characterized by the above-mentioned.

The said 2nd supply part is provided with the auxiliary | assistant electrical storage apparatus connected in parallel with the said electric power consumption apparatus, and the backflow prevention means which prevents the backflow from this auxiliary | assistant electrical storage apparatus. Power generator.

Solar cells,
A power storage device capable of charging and discharging DC power from the solar cell;
An electronic device operated by the DC power;
A first supply unit capable of supplying DC power from the solar cell to the power storage device via a plurality of constant voltage means connected in series;
A second supply unit connected in parallel to the first supply unit and capable of supplying the DC power to the electronic device;
The first supply unit controls the switch unit by at least one of a plurality of switch units that bypass each or a plurality of constant voltage units, and a charging voltage of the power storage device or an output voltage of the second supply unit. Control means,
The control means controls the plurality of switch means so that the voltage applied to the solar cell falls within an appropriate range where power can be supplied with high output,
The second supply unit includes an auxiliary power storage device connected in parallel with the electronic device, and backflow prevention means for preventing a backflow from the auxiliary power storage device.