JP3872198B2 - 電子機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器に係り、さらに詳しくは、給電装置からの電力を蓄電器に蓄える電子機器であって、例えば、熱電変換素子等から電力が供給される携帯電子機器などに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４に示されるように、従来の電子機器４０は、電力を供給する給電装置４１と、蓄電器４４から給電装置４１への電力の逆流を防止する整流回路４２と、給電された電力を蓄電する蓄電手段と、電子機器を駆動する電子機器駆動回路４３を有していた。
【０００３】
すなわち、従来の電子機器４０では、給電装置から電力が供給される。給電装置４１から供給された電力は整流回路４２で整流され、蓄電器４４に充電されると共に電子機器駆動回路４３を駆動する。
そして、給電装置４１から電力が供給されなかったり、あるいは、給電装置４１から供給される電力の電圧が、蓄電器４４に充電されている電力の電圧より低い場合、蓄電器４４から電子機器駆動回路４３に電力が供給される。この時、整流回路４２があるため、蓄電器４４から給電装置４１への電力の逆流はない。
【０００４】
なお、従来の電子機器４０では、給電装置４１の出力電圧が電子機器駆動回路４３の最低動作電圧より低い場合、給電装置４１の出力電力を昇圧回路で昇圧して、蓄電器４４に充電したり、電子機器駆動回路４３を駆動していた。また、上記の給電装置４１としては、消費電力の比較的小さい携帯電子機器などに用いられる熱電変換素子やソーラーパネルなどがある。例えば、熱電変換素子は、Ｐ型とＮ型の半導体を用いてＰＮ接合を行い、温度差により起電力を生じさせて発電を行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の電子機器にあっては、給電装置から電力が供給されなかったり、あるいは、給電装置から供給される電力の電圧が、蓄電器に充電されている電力の電圧より低い場合、蓄電器から電子機器駆動回路に電力が供給される。
しかし、この状態で長時間、給電装置から供給される電力がなかったり、供給される電圧が蓄電器の電圧より低い状態が続くと、蓄電器に蓄えられた電力は減り続け、蓄電器の電圧は電子機器駆動回路の最低動作電圧を下回る。この時、電子機器駆動回路の動作は停止するが、電子機器駆動回路や整流回路には、依然、電子機器駆動回路の最低動作電圧より低い電圧がかかっている。そのため、電子機器駆動回路の待機リーク電流と整流回路の逆リーク電流が流れる。特に、電子機器駆動回路は、電源ラインに多くの素子が接続されており、待機リーク電流は多い。そのため、この状態が続けば、さらに蓄電器の電力は減り続け、電圧も下がっていく。
【０００６】
また、蓄電器の蓄電電力も少なく、電圧も低い状態で、給電装置が立上がった場合、給電装置の供給する電力は蓄電器の充電に引っ張られ、給電装置の出力電圧は低下する。この出力電圧の低下が、電子機器駆動回路の最低動作電圧を下回ってしまうと、給電装置から電力を供給しているにもかかわらず、電子機器駆動回路が動作しないという不都合があった。この状態は、蓄電器の充電量が少ないほど顕著になる。
【０００７】
ここで、蓄電器の蓄電電力も少なく、電圧も低い状態で、給電装置が立上がった場合、給電装置の出力電圧が充電器の充電に引っ張られて低下するのを防ぐために、給電装置の電力供給能力を上げればよいが、そうすると給電装置５２が大型化して、携帯電子機器等に使用できなくなるという不都合があった。
本発明は、かかる従来技術の有する不都合に鑑みてなされたもので、電子機器駆動回路が停止しているときの蓄電器の電力消費をできるだけ抑えるとともに、再起動時の電子機器駆動回路の応答性の高い電子機器を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明による電子機器は、電力を供給する給電手段と、給電手段への電力の逆流を防止する整流手段と、前記給電手段の電力を蓄電する蓄電手段と、前記給電手段、前記蓄電手段の電力で駆動する電子機器駆動回路を有するとともに、整流回路、電子機器駆動回路と蓄電手段との間に設けられ、蓄電手段に供給される電圧値が所定電圧値を越えた場合、蓄電手段の充放電を行い、蓄電手段に供給される電圧値が所定電圧値以下の場合は、整流回路、電子機器駆動回路と蓄電手段との間を遮断して制御する充放電制御回路と、を備える構成とした。
【０００９】
これによれば、整流回路、電子機器駆動回路と前記蓄電手段との間に設けられた充放電制御回路は、蓄電手段に供給される電圧値が所定電圧値を越えた場合、給電手段の電力を蓄電手段に供給することで、電子機器駆動回路に供給される電力の電圧低下を防止する。また、蓄電手段に蓄えられた電力の電圧が所定電圧値より高く、かつ、給電手段の出力電圧を越えた場合、蓄電手段から電子機器駆動回路に電力を供給する。このため、給電手段から供給される電圧が電子機器駆動回路の動作可能電圧を下回った時、蓄電手段の電力で動作を継続できる。さらに、蓄電手段に蓄えられた電力の電圧が所定電圧値以下の場合、整流回路、電子機器駆動回路と蓄電手段との間を遮断するように制御する。このため、電子機器駆動回路が停止しているときの蓄電器の電力消費をできるだけ抑えるとともに、再起動時の電子機器駆動回路の応答性を高めることができる。
【００１０】
さらに、充放電制御回路は、しきい値電圧の絶対値が前記所定電圧値に設定された一導電型のＭＯＳトランジスタ２つにより構成され、ＭＯＳトランジスタのソースともう一方のＭＯＳトランジスタのソースが充放電制御回路の入力端子と出力端子にそれぞれ接続され、ＭＯＳトランジスタのドレインともう一方のＭＯＳトランジスタのドレインを接続している構成とした。
【００１１】
これによれば、充放電制御回路は、しきい値電圧の絶対値が所定電圧値に設定された一導電型のＭＯＳトランジスタ２つにより構成されているため、充放電制御回路の入力端子側の電位が上昇してＭＯＳトランジスタのしきい値電圧の絶対値（所定電圧値）を越えた場合に、入力端子に接続されているＭＯＳトランジスタがオンして出力端子に接続されているＭＯＳトランジスタのドレインに電力を送る。ＭＯＳトランジスタのドレインに加えられた電力は、ＰＮ接合の順方向特性により基板接地のソース側（充放電制御回路の出力端子）に電力が送られる。
【００１２】
また、充放電制御回路の出力端子側の電位が下がってしきい値電圧以下になると、出力端子に接続されたＭＯＳトランジスタがオフする。このため、電子機器駆動回路が停止しているときの蓄電器の電力消費をできるだけ抑えるとともに、再起動時の電子機器駆動回路の応答性を高めることができる。
また、充放電制御回路は、所定電圧値と同じ基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、基準電圧と充放電制御回路の入力電圧とを比較する比較回路と、一導電型ＭＯＳトランジスタとインバータ回路で構成され、充放電制御回路の入力端子とソースが接続され、比較回路の出力信号が充放電制御回路の入力端子を電源に持つインバータ回路を介してゲートに印加し、スイッチングを行う一導電型のＭＯＳトランジスタと、充放電制御回路の出力端子とソースが接続され、ドレインともう一方の一導電型ＭＯＳトランジスタのドレインを接続し、比較回路の出力信号が蓄電手段を電源に持つインバータ回路を介してゲートに印加し、スイッチングを行う一導電型のＭＯＳトランジスタと、を備えている構成とした。
【００１３】
これによれば、充放電制御回路は、基準電圧発生回路と比較回路とＭＯＳトランジスタとインバータ回路で構成されているため、基準電圧発生回路で発生させる基準電圧を変えることにより、任意の所定電圧でＭＯＳトランジスタをスイッチングさせることができ、電子機器駆動回路が停止しているときの蓄電器の電力消費をできるだけ抑えるとともに、再起動時の電子機器駆動回路の応答性を高めることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電子機器の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態の電子機器は、携帯電子機器である腕時計のムーブメント等の電子機器駆動回路を駆動するための電力を、熱電変換素子を用いた給電装置から供給して駆動するようにしたものである。
【００１５】
図１には、本実施の形態に係る電子機器１０の概略構成を示すブロック図が示されている。図１において、電子機器１０は、給電手段としての給電装置１２、昇圧回路１２、整流手段としてのショットキーダイオード１３、電子機器駆動回路１４、充放電制御回路１５、蓄電手段としての蓄電器１６などにより構成されている。
【００１６】
ここでは、給電装置１１に熱電変換素子を用いている。熱電変換素子は、例えば、Ｐ型熱電材料エレメントとＮ型熱電材料エレメントが２枚の基板に挟まれ、基板上でＰ型熱電材料エレメントとＮ型熱電材料エレメントが金属等の導電性物質を介してＰＮ接合されていて、複数個直列に、Ｐ、Ｎ、Ｐ、Ｎ、というように接続されている。この熱電変換素子は、ＰＮ接合部とＰＮ接合部の間に温度差を与えると、温度差に応じた電位差（起電力）を生じるとともに、ＰＮ接合を増やすことにより高い発生電圧を得ることができる。
【００１７】
給電装置１１から出力される電力は、昇圧回路１２に供給される。なお、給電装置１１は、上記熱電変換素子に限られるものではなく、ソーラーパネル（太陽電池板）やそれ以外のものであっても良い。
昇圧回路１２は、給電装置１１から供給される電力の電圧を昇圧するものである。昇圧回路１２としては、コイルを用いて昇圧する方式、コンデンサを用いて昇圧する、スイッチドキャパシタ方式、チャージポンプ方式がある。ここでは、スイッチドキャパシタ方式を用いている。
【００１８】
ショットキーダイオード１３は、昇圧回路１２と充放電制御回路１５、電子機器駆動回路１４の間に設けられており、蓄電器１６の電力が充放電制御回路１５を介して昇圧回路１２に逆流し、電力ロスが生じるのを防止するものである。
充放電制御回路１５は、ショットキーダイオード１３と蓄電器１６との間に配置されていて、昇圧回路１２の出力電圧が所定電圧値としての障壁電圧値Ｖｔを越えた場合、昇圧回路１２の出力電力を蓄電器１６に送って充電し、供給することで、電子機器駆動回路１４に供給される電力の電圧低下を防止する。また、蓄電器１６に蓄えられた電力の電圧が所定電圧値としての障壁電圧値Ｖｔより高く、かつ、昇圧回路１２の出力電圧を越えた場合、蓄電器16から電子機器駆動回路１４に電力を供給する。これにより、昇圧回路１２の出力電圧が電子機器駆動回路の最低動作電圧を下回った場合、電子機器駆動回路１４は蓄電器１６の電力で駆動を継続することができる。さらに、蓄電器１６に蓄えられた電力の電圧が所定電圧値としての障壁電圧値Ｖｔ以下の場合、電子機器駆動回路１４と蓄電器１６との間を遮断するように制御する。このため、電子機器駆動回路１４が停止しているときの蓄電器１６の電力消費をできるだけ抑えるとともに、再起動時の電子機器駆動回路１４の応答性を高めることができる。
【００１９】
蓄電器１６は、昇圧回路１２で昇圧された電力がショットキーダイオード１３、充放電制御回路１５を介して入力されると、充電されて蓄電される。この蓄電器１６に蓄電された電力は、充放電制御回路１５を介して、電子機器駆動回路（ここでは、腕時計のムーブメント等）に供給することにより、駆動させることができる。
【００２０】
電子機器駆動回路１４は、ここでは腕時計のムーブメントを用いている。腕時計のムーブメントは、ステッピングモーターを駆動するために、ドライバビリティの大きなＭＯＳトランジスタが用いられている。このため、電圧がかかった状態での待機時のリーク電流は大きい。
次に、本実施の形態の特徴的な構成である充放電制御回路１５について詳細に説明する。この充放電制御回路１５は、昇圧回路１２の出力電圧が障壁電圧値Ｖｔを越えた場合は、昇圧回路１２の出力電力を蓄電器１６に送って充電が行われる。これにより、充放電制御回路１５の入力端子（図２、図３の２１）の電圧、つまり、昇圧回路１２の出力電圧が障壁電圧値Ｖｔ以上の電位に保たれるようになる。
【００２１】
また、蓄電器１６に蓄えられた電力の電圧が所定電圧値としての障壁電圧値Ｖｔより高く、かつ、昇圧回路１２の出力電圧を越えた場合、蓄電器１６から電子機器駆動回路１４に電力を供給する。これにより、昇圧回路１２の出力電圧が電子機器駆動回路の最低動作電圧を下回った場合、電子機器駆動回路１４は蓄電器１６の電力で駆動を継続することができる。
【００２２】
さらに、蓄電器１６に蓄えられた電力の電圧が所定電圧値としての障壁電圧値Ｖｔ以下の場合、電子機器駆動回路１４と蓄電器１６との間を遮断するように制御する。このため、電子機器駆動回路１４が停止しているときの、蓄電器１６から電子機器駆動回路１４への待機リーク電流を抑える。また、蓄電器１６の電圧は、所定電圧値としての障壁電圧値Ｖｔ以下になると電流経路を遮断されるため、長期に給電装置１１から電力が供給されない限り、障壁電圧値Ｖｔを保持する。そのため、再起動時、昇圧回路１２の出力電圧が蓄電器１６の充電に使われてしまって電子機器駆動回路１４の電圧が上がらないという不具合や、蓄電器１６の電圧が中々上がらず、昇圧回路１２の出力電圧が途絶えた時、蓄電器１６から電子機器駆動回路１４に電力が供給されても電子機器駆動回路１４の動作が停止してしまうという不具合を解決できる。
【００２３】
ここで、上記した障壁電圧値Ｖｔは、電子機器駆動回路１４の最低動作電圧に設定するのが好ましい。これにより、電子機器駆動回路１４の電圧は最低動作電圧を確保でき、蓄電器１６に蓄えられた電力の電圧も最低動作電圧を確保するため、再起動時の電子機器駆動回路の動作応答性が高まる。
充放電制御回路１５の構成としては、種々のものが考えられるが、本実施の形態では、図２及び図３にその具体例が示されている。
【００２４】
図２に示される充放電制御回路１５では、ＰＭＯＳトランジスタ２３とＰＭＯＳトランジスタ２４を使い、トランジスタの特性を利用することによって、障壁電圧値Ｖｔにおけるスイッチング動作を実現している。
図２に示されるように、充放電制御回路１５は、ＰＭＯＳトランジスタ２３のソース（Ｓ）を入力端子２１と接続し、ＰＭＯＳトランジスタ２３のドレイン（Ｄ）をＰＭＯＳトランジスタ２４のドレイン（Ｄ）と接続し、出力端子２２とＰＭＯＳトランジスタ２４のソース（Ｓ）を接続し、ＰＭＯＳトランジスタ２３、２４のゲート（Ｇ）を、共にグラウンド（以下、ＧＮＤ）電位とする。そして、そのＰＭＯＳトランジスタ２３、２４を製造する際は、当該ＭＯＳトランジスタのしきい値電圧の絶対値が障壁電圧値Ｖｔとなるようにチャネルドープにより設定する。
【００２５】
このように構成したことにより、充放電制御回路１５の入力端子２１側の電圧が上昇してＰＭＯＳトランジスタ２３のしきい値電圧の絶対値（障壁電圧値Ｖｔ）を越えたときに、ＰＭＯＳトランジスタ２３がオンしてＰＭＯＳトランジスタ２４のドレイン（Ｄ）に電力が送られる。次に、この電力の電圧と充放電制御回路１５の出力端子２２の電圧に０．６Ｖ以上の差がある場合、ＰＭＯＳトランジスタ２４のドレイン（Ｄ）から基板にＰＮ接合の順方向がオンするので、基板を介してＰＭＯＳトランジスタ２４のソース（Ｓ）（充放電制御回路１４の出力端子２２）に電力が供給される。そして、ＰＭＯＳトランジスタ２４のソース（Ｓ）の電圧が障壁電圧値Ｖｔ以上になった時、ＰＭＯＳトランジスタ２４がオンしてドレイン（Ｄ）からソース（Ｓ）に電力が供給され、充放電制御回路１５の出力端子２２側に電力が送られて、蓄電器１６に充電される。
【００２６】
従って、図２の充放電制御回路１５は、入力端子２１側の電位を障壁電圧値Ｖｔ以上を保ちつつ、出力端子２２側に電力を送って蓄電器１６に効率良く充電することができる。
次に、充放電制御回路１５の出力端子２２の電圧が所定電圧値としての障壁電圧値Ｖｔより高く、かつ、充放電制御回路１５の入力端子２１の電圧を越えた場合は、 ＰＭＯＳトランジスタ２４がオンしてＰＭＯＳトランジスタ２３のドレイン（Ｄ）に電力が送られる。次に、この電力の電圧と充放電制御回路１５の入力端子２１の電圧に０．６Ｖ以上の差がある場合、ＰＭＯＳトランジスタ２３のドレイン（Ｄ）から基板にＰＮ接合の順方向がオンするので、基板を介してＰＭＯＳトランジスタ２３のソース（Ｓ）（充放電制御回路１４の入力端子２１）に電力が供給される。そして、ＰＭＯＳトランジスタ２３のソース（Ｓ）の電圧が障壁電圧値Ｖｔ以上になった時、ＰＭＯＳトランジスタ２３がオンしてドレイン（Ｄ）からソース（Ｓ）に電力が供給され、充放電制御回路１５の入力端子２１側に電力が送られて、蓄電器１６に蓄えられた電力が電子機器駆動回路１４に供給される。
【００２７】
従って、図２の充放電制御回路１５は、出力端子２２側の電位を障壁電圧値Ｖｔ以上を保ちつつ、入力端子２１側に電力を送って電子機器駆動回路１４は駆動を継続することができる。
さらに、充放電制御回路１５の出力端子２２の電圧が所定電圧値としての障壁電圧値Ｖｔ以下の場合、ＰＭＯＳトランジスタ２４がオフし、充放電制御回路１５の入力端子２１と出力端子２２との間を遮断するように制御する。遮断することによって、蓄電器１６が消費する電力は、自己放電によるロスとＰＭＯＳトランジスタ２４のリーク電流だけとなる。
【００２８】
従って、図２の充放電制御回路１５は、出力端子２２の電圧を障壁電圧値に保ち、再起動時の電子機器駆動回路１５の駆動応答性を高める。
また、図２の障壁電圧値ＶｔがＰＭＯＳトランジスタ３０のしきい値電圧で決まるのに対し、図３に示される充放電制御回路１５は、ゲート電位が変えられる電力供給源と接続することにより、障壁電圧値Ｖｔを自由に設定できるようにしたものである。
【００２９】
図３に示されるように、充放電制御回路１５は、基準電圧発生回路３１、比較回路としてのコンパレータ回路３２、インバータ回路３３、３４、及びＰＭＯＳトランジスタ３５、３６などで構成されており、ＰＭＯＳトランジスタ３５のソース（Ｓ）を充放電制御回路１５の入力端子２１と接続し、ＰＭＯＳトランジスタ３５のドレイン（Ｄ）とＰＭＯＳトランジスタ３６のドレイン（Ｄ）を接続し、ＰＭＯＳトランジスタ３６のソース（Ｓ）を出力端子２２と接続されている。基準電圧発生回路３１から出力される基準電圧は、ここでは障壁電圧値Ｖｔに設定され、ＰＭＯＳトランジスタ３５、３６のしきい値電圧の絶対値は、障壁電圧値Ｖｔ以下で任意に設定されている。
【００３０】
また、コンパレータ回路４２のプラス端子には、基準電圧発生回路３１の出力電圧が入力され、マイナス端子は充放電制御回路１５の入力端子２１に接続されている。そして、コンパレータ回路４２の出力電圧は、インバータ回路３３、３４に入力され、インバータ回路３３の出力はＰＭＯＳトランジスタ３５のゲート（Ｇ）に、インバータ回路３４の出力はＰＭＯＳトランジスタ３６のゲート（Ｇ）に接続されている。ここでは、コンパレータ回路３２にΔＶのヒステリシスを持たせて、電力をやり取りするようにしている。また、コンパレータ回路３２の電源は充放電制御回路１５の入力端子から供給され、インバータ回路３３の電源は充放電制御回路１５の入力端子から供給され、インバータ回路３４の電源は充放電制御回路１５の出力端子から供給される。ここで、充放電制御回路１５の入力端子２１の電圧をＶａ、出力端子２２の電圧をＶｂとする。
【００３１】
このように構成したことにより、充放電制御回路１５の入力端子２１の電位Ｖａと基準電圧発生回路３１の出力電位とをコンパレータ回路３２で比較し、充放電制御回路１５の入力端子２１の電位Ｖａが基準電圧発生回路３１の出力電圧を越えたときに、コンパレータ回路３２は信号を出力してインバータ回路３３、３４にＨｉｇｈの信号を送り、ＰＭＯＳトランジスタ３５、３６をオンさせ、充放電制御回路１５の入力端子２１から出力端子２２に電力が送られて蓄電器１６に充電される。
【００３２】
そのまま、電力が送られて充電が続くと充放電制御回路１５の入力端子２１側の電位が低下して、コンパレータ回路３２のオフ検出電圧（障壁電圧値Ｖｔ−ヒステリシスΔＶ）となったときに、コンパレータ回路３２は信号を出力して、ＰＭＯＳトランジスタ３５、３６をオフすることにより（コンパレータ回路３２のヒステリシスによる）、充放電制御回路１５の入力端子２１側の電位を一定値以上で保持することができる。
【００３３】
ここでは、ＰＭＯＳトランジスタ４４を用いているため、トランジスタをオンさせる信号は、ＧＮＤ電位であり、オフさせる信号は、充放電制御回路１５の入力端子２１あるいは出力端子２２の電位となる。
次に、充放電制御回路１５の入力端子２１の電位Ｖａと基準電圧発生回路３１の出力電圧とをコンパレータ回路３２で比較し、充放電制御回路１５の入力端子２１の電位Ｖａが基準電圧発生回路３１の出力電圧以下のときに、コンパレータ回路３２は信号を出力してインバータ回路３３、３４にＬｏｗの信号を送り、ＰＭＯＳトランジスタ３５、３６をオフさせ、充放電制御回路１５の入力端子２１と出力端子２２の接続を遮断する。
【００３４】
ここで、インバータ回路３３の電源を充放電制御回路１５の入力端子２１の電圧Ｖａから供給しているのは、充放電制御回路１５の入力端子２１と出力端子２２の間を遮断しているときに、仮に充放電制御回路１５の出力端子２２の電圧Ｖｂから供給すると、Ｖｂの電圧が低いとＰＭＯＳトランジスタ３５のゲート（Ｇ）の電位が下がり、ＰＭＯＳトランジスタ３５をオフできなくなるのを防ぐためである。また、インバータ回路３４の電源を充放電制御回路１５の出力端子２２の電圧Ｖｂから供給しているのは、充放電制御回路１５の入力端子２１と出力端子２２の間を遮断しているときに、仮に充放電制御回路１５の入力端子２１の電圧Ｖａから供給すると、Ｖａの電圧が低いとＰＭＯＳトランジスタ３６のゲート（Ｇ）の電位が下がり、ＰＭＯＳトランジスタ３６をオフできなくなるのを防ぐためである。
【００３５】
さらに、基準電圧発生回路３１、コンパレータ回路３２、インバータ回路３３の最低動作電圧はＰＭＯＳトランジスタ３５のしきい値電圧の絶対値よりも低く設定する。これは、充放電制御回路１５の入力端子２１の電圧Ｖａが基準電圧発生回路３１、コンパレータ回路３２、インバータ回路３３の最低動作電圧より低い場合、回路の動作は不定となって、電流経路を遮断しなければならないときにＰＭＯＳトランジスタ３５がオンするのを防ぐためである。
【００３６】
このように構成することによって、充放電制御回路１５の入力端子２１の電圧Ｖａが低くなって、基準電圧発生回路３１、コンパレータ回路３２、インバータ回路３３の動作が不定になり、ＰＭＯＳトランジスタ３５のゲート（Ｇ）にＬｏｗの信号が入力されても、この時の入力端子２１の電圧Ｖａは、ＰＭＯＳトランジスタ３５のしきい値電圧の絶対値よりも低いため、ＰＭＯＳトランジスタ３５がオンすることはない。
【００３７】
また、基準電圧発生回路３１、コンパレータ回路３２の最低動作電圧はインバータ回路３４の反転電圧以下に設定する。これは、充放電制御回路１５の入力端子２１の電圧Ｖａが基準電圧発生回路３１、コンパレータ回路３２の最低動作電圧より低い場合、回路の動作が不定となって、電流経路を遮断しなければならないとき、ＰＭＯＳトランジスタ３５がオンするのを防ぐためである。
【００３８】
このように構成することによって、充放電制御回路１５の入力端子２１の電圧Ｖａが低くなって、基準電圧発生回路３１、コンパレータ回路３２の動作が不定になり、インバータ回路３４の入力側にＨｉｇｈの信号が入力されても、インバータ回路３４の反転電圧はＨｉｇｈ信号の電圧以上に設定されているため、ＰＭＯＳトランジスタ３６のゲート（Ｇ）にＬｏｗ信号を出力し、ＰＭＯＳトランジスタ３６をオンさせることはない。
【００３９】
さらに、インバータ回路３４の最低動作電圧、ＰＭＯＳトランジスタ３５、３６のしきい値電圧の絶対値は障壁電圧値Ｖｔ（基準電圧発生回路３１の出力電圧）以下に設定する。これは、前記各回路を正常に動作させるためのものである。このように構成することによって、インバータ回路３４は誤動作を起こさず、ＰＭＯＳトランジスタ３６のオン、オフを確実に動作させる。さらに、ＰＭＯＳトランジスタ３５、３６も上記構成にしたことで、確実なオン、オフが可能となる。
【００４０】
また、電子機器駆動回路１４に発振回路を内蔵している場合、該発振回路の出力クロック信号を基に間欠パルス信号を作りだし、間欠パルス信号で基準電圧発生回路３１やコンパレータ回路３２を動作させる。これは、基準電圧発生回路３１やコンパレータ回路３２の消費電力を少なくするためである。
このように構成することによって、基準電圧発生回路３１やコンパレータ回路３２が、電圧を検出する時だけに電流を流し、検出を行う。そのため、基準電圧発生回路３１やコンパレータ回路３２の消費電力を削減できる。
【００４１】
なお、上記図２及び図３の充放電制御回路１５は、何れもＰＭＯＳトランジスタを用いた例で説明したが、逆の導電型であるＮＭＯＳトランジスタを用いて、上記と同様に構成するものであっても勿論良い。
このように、充放電制御回路１５では、ＭＯＳトランジスタを使ってスイッチングすることにより、電子機器駆動回路１４が停止しているときの蓄電器１６の電力消費をできるだけ抑えるとともに、再起動時の電子機器駆動回路１４の応答性を高めることができる。
【００４２】
次に、動作を説明する。図１に示されるように、給電装置１１の熱電変換素子で発電された電力は、昇圧回路１２を起動して、給電装置１１から供給される電力を昇圧する。この昇圧された電力は、ショットキーダイオード１３を介して電子機器駆動回路１４、充放電制御回路１５に電力が供給される。
充放電制御回路１５は、入力電圧Ｖａが障壁電圧値Ｖｔ以上では、充放電制御回路１５の入力電圧ＶａをＶｔに保ちつつ、昇圧回路１２の出力電力が蓄電器１６に送られるので、電子機器駆動回路１４は良好な状態で回路を駆動させることができる。また、出力電圧Ｖｂが所定電圧値としての障壁電圧値Ｖｔより高く、かつ、入力電圧Ｖａの電圧を越えた場合、蓄電器16から電子機器駆動回路１４に電力を供給する。これにより、昇圧回路１２の出力電圧が電子機器駆動回路の最低動作電圧を下回った場合、電子機器駆動回路１４は蓄電器１６の電力で駆動を継続することができる。
【００４３】
そして、充放電制御回路１５の入力電圧が障壁電圧値Ｖｔ以下の場合は、蓄電器１６と電子機器駆動回路１４の間を遮断して電力を送らないので、電子機器駆動回路１４が停止しているときの蓄電器１６の電力消費を抑えるとともに、蓄電器１６の待機時電力ロスが少ないため、再起動時の電子機器駆動回路１４の応答性を高めることができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、電力を供給する給電手段と、給電手段への電力の逆流を防止する整流手段と、前記給電手段の電力を蓄電する蓄電手段と、前記給電手段、前記蓄電手段の電力で駆動する電子機器駆動回路を有するとともに、整流回路、電子機器駆動回路と蓄電手段との間に設けられ、蓄電手段に供給される電圧値が所定電圧値を越えた場合、蓄電手段の充放電を行い、蓄電手段に供給される電圧値が所定電圧値以下の場合は、整流回路、電子機器駆動回路と蓄電手段との間を遮断して蓄電手段の充放電を制御する充放電制御回路とを備える構成としたため、電子機器駆動回路が停止しているときの蓄電器の電力消費をできるだけ抑えるとともに、再起動時の電子機器駆動回路の応答性を高めることができる。
【００４５】
また、充放電制御回路を、しきい値電圧の絶対値が前記所定電圧値に設定された一導電型のＭＯＳトランジスタ２つにより構成し、ＭＯＳトランジスタのソースともう一方のＭＯＳトランジスタのソースが充放電制御回路の入力端子と出力端子にそれぞれ接続され、ＭＯＳトランジスタのドレインともう一方のＭＯＳトランジスタのドレインを接続している構成としたため、充放電制御回路の入力端子側の電位を所定電圧値以上に保ちつつ、出力端子を介して蓄電手段に電力を送り、さらに電子機器駆動回路が停止しているときの蓄電器の電力消費をできるだけ抑えて、再起動時の電子機器駆動回路の応答性を高めることができる。
【００４６】
また、充放電制御回路を、所定電圧値と同じ基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、基準電圧と充放電制御回路の入力電圧とを比較する比較回路と、一導電型ＭＯＳトランジスタとインバータ回路で構成し、充放電制御回路の入力端子とソースが接続され、比較回路の出力信号を、充放電制御回路の入力端子を電源に持つインバータ回路を介してゲートに印加し、スイッチングを行う一導電型のＭＯＳトランジスタと、充放電制御回路の出力端子とソースが接続され、ドレインともう一方の一導電型ＭＯＳトランジスタのドレインを接続し、比較回路の出力信号を、蓄電手段を電源に持つインバータ回路を介してゲートに印加し、スイッチングを行う一導電型のＭＯＳトランジスタを備えている構成としたため、充放電制御回路の入力端子側の電位を所定電圧値以上に保ちつつ、出力端子を介して蓄電手段に電力を送り、さらに電子機器駆動回路が停止しているときの蓄電器の電力消費をできるだけ抑えて、再起動時の電子機器駆動回路の応答性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る電子機器の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した充放電制御回路の回路構成例を示す図である。
【図３】図１に示した充放電制御回路の他の回路構成例を示す図である。
【図４】従来における電子機器の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０、４０ 電子機器
１１、４１ 給電装置
１２ 昇圧回路
１３ ショットキーダイオード
１４、４３ 電子機器駆動回路
１５ 充放電制御回路
１６、４４ 蓄電器
２１ 充放電制御回路入力端子
２２ 充放電制御回路出力端子
２３、２４、３５、３６ ＰＭＯＳトランジスタ
３１ 基準電圧発生回路
３２ コンパレータ回路
３３、 ３４ インバータ回路
４２ 整流回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器に係り、さらに詳しくは、給電装置からの電力を蓄電器に蓄える電子機器であって、例えば、熱電変換素子等から電力が供給される携帯電子機器などに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４に示されるように、従来の電子機器４０は、電力を供給する給電装置４１と、蓄電器４４から給電装置４１への電力の逆流を防止する整流回路４２と、給電された電力を蓄電する蓄電手段と、電子機器を駆動する電子機器駆動回路４３を有していた。
【０００３】
すなわち、従来の電子機器４０では、給電装置から電力が供給される。給電装置４１から供給された電力は整流回路４２で整流され、蓄電器４４に充電されると共に電子機器駆動回路４３を駆動する。
そして、給電装置４１から電力が供給されなかったり、あるいは、給電装置４１から供給される電力の電圧が、蓄電器４４に充電されている電力の電圧より低い場合、蓄電器４４から電子機器駆動回路４３に電力が供給される。この時、整流回路４２があるため、蓄電器４４から給電装置４１への電力の逆流はない。
【０００４】
なお、従来の電子機器４０では、給電装置４１の出力電圧が電子機器駆動回路４３の最低動作電圧より低い場合、給電装置４１の出力電力を昇圧回路で昇圧して、蓄電器４４に充電したり、電子機器駆動回路４３を駆動していた。また、上記の給電装置４１としては、消費電力の比較的小さい携帯電子機器などに用いられる熱電変換素子やソーラーパネルなどがある。例えば、熱電変換素子は、Ｐ型とＮ型の半導体を用いてＰＮ接合を行い、温度差により起電力を生じさせて発電を行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の電子機器にあっては、給電装置から電力が供給されなかったり、あるいは、給電装置から供給される電力の電圧が、蓄電器に充電されている電力の電圧より低い場合、蓄電器から電子機器駆動回路に電力が供給される。
しかし、この状態で長時間、給電装置から供給される電力がなかったり、供給される電圧が蓄電器の電圧より低い状態が続くと、蓄電器に蓄えられた電力は減り続け、蓄電器の電圧は電子機器駆動回路の最低動作電圧を下回る。この時、電子機器駆動回路の動作は停止するが、電子機器駆動回路や整流回路には、依然、電子機器駆動回路の最低動作電圧より低い電圧がかかっている。そのため、電子機器駆動回路の待機リーク電流と整流回路の逆リーク電流が流れる。特に、電子機器駆動回路は、電源ラインに多くの素子が接続されており、待機リーク電流は多い。そのため、この状態が続けば、さらに蓄電器の電力は減り続け、電圧も下がっていく。
【０００６】
また、蓄電器の蓄電電力も少なく、電圧も低い状態で、給電装置が立上がった場合、給電装置の供給する電力は蓄電器の充電に引っ張られ、給電装置の出力電圧は低下する。この出力電圧の低下が、電子機器駆動回路の最低動作電圧を下回ってしまうと、給電装置から電力を供給しているにもかかわらず、電子機器駆動回路が動作しないという不都合があった。この状態は、蓄電器の充電量が少ないほど顕著になる。
【０００７】
ここで、蓄電器の蓄電電力も少なく、電圧も低い状態で、給電装置が立上がった場合、給電装置の出力電圧が充電器の充電に引っ張られて低下するのを防ぐために、給電装置の電力供給能力を上げればよいが、そうすると給電装置５２が大型化して、携帯電子機器等に使用できなくなるという不都合があった。
本発明は、かかる従来技術の有する不都合に鑑みてなされたもので、電子機器駆動回路が停止しているときの蓄電器の電力消費をできるだけ抑えるとともに、再起動時の電子機器駆動回路の応答性の高い電子機器を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明による電子機器は、電力を供給する給電手段と、給電手段への電力の逆流を防止する整流手段と、前記給電手段の電力を蓄電する蓄電手段と、前記給電手段、前記蓄電手段の電力で駆動する電子機器駆動回路を有するとともに、整流回路、電子機器駆動回路と蓄電手段との間に設けられ、蓄電手段に供給される電圧値が所定電圧値を越えた場合、蓄電手段の充放電を行い、蓄電手段に供給される電圧値が所定電圧値以下の場合は、整流回路、電子機器駆動回路と蓄電手段との間を遮断して制御する充放電制御回路と、を備える構成とした。
【０００９】
これによれば、整流回路、電子機器駆動回路と前記蓄電手段との間に設けられた充放電制御回路は、蓄電手段に供給される電圧値が所定電圧値を越えた場合、給電手段の電力を蓄電手段に供給することで、電子機器駆動回路に供給される電力の電圧低下を防止する。また、蓄電手段に蓄えられた電力の電圧が所定電圧値より高く、かつ、給電手段の出力電圧を越えた場合、蓄電手段から電子機器駆動回路に電力を供給する。このため、給電手段から供給される電圧が電子機器駆動回路の動作可能電圧を下回った時、蓄電手段の電力で動作を継続できる。さらに、蓄電手段に蓄えられた電力の電圧が所定電圧値以下の場合、整流回路、電子機器駆動回路と蓄電手段との間を遮断するように制御する。このため、電子機器駆動回路が停止しているときの蓄電器の電力消費をできるだけ抑えるとともに、再起動時の電子機器駆動回路の応答性を高めることができる。
【００１０】
さらに、充放電制御回路は、しきい値電圧の絶対値が前記所定電圧値に設定された一導電型のＭＯＳトランジスタ２つにより構成され、ＭＯＳトランジスタのソースともう一方のＭＯＳトランジスタのソースが充放電制御回路の入力端子と出力端子にそれぞれ接続され、ＭＯＳトランジスタのドレインともう一方のＭＯＳトランジスタのドレインを接続している構成とした。
【００１１】
これによれば、充放電制御回路は、しきい値電圧の絶対値が所定電圧値に設定された一導電型のＭＯＳトランジスタ２つにより構成されているため、充放電制御回路の入力端子側の電位が上昇してＭＯＳトランジスタのしきい値電圧の絶対値（所定電圧値）を越えた場合に、入力端子に接続されているＭＯＳトランジスタがオンして出力端子に接続されているＭＯＳトランジスタのドレインに電力を送る。ＭＯＳトランジスタのドレインに加えられた電力は、ＰＮ接合の順方向特性により基板接地のソース側（充放電制御回路の出力端子）に電力が送られる。
【００１２】
また、充放電制御回路の出力端子側の電位が下がってしきい値電圧以下になると、出力端子に接続されたＭＯＳトランジスタがオフする。このため、電子機器駆動回路が停止しているときの蓄電器の電力消費をできるだけ抑えるとともに、再起動時の電子機器駆動回路の応答性を高めることができる。
また、充放電制御回路は、所定電圧値と同じ基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、基準電圧と充放電制御回路の入力電圧とを比較する比較回路と、一導電型ＭＯＳトランジスタとインバータ回路で構成され、充放電制御回路の入力端子とソースが接続され、比較回路の出力信号が充放電制御回路の入力端子を電源に持つインバータ回路を介してゲートに印加し、スイッチングを行う一導電型のＭＯＳトランジスタと、充放電制御回路の出力端子とソースが接続され、ドレインともう一方の一導電型ＭＯＳトランジスタのドレインを接続し、比較回路の出力信号が蓄電手段を電源に持つインバータ回路を介してゲートに印加し、スイッチングを行う一導電型のＭＯＳトランジスタと、を備えている構成とした。
【００１３】
これによれば、充放電制御回路は、基準電圧発生回路と比較回路とＭＯＳトランジスタとインバータ回路で構成されているため、基準電圧発生回路で発生させる基準電圧を変えることにより、任意の所定電圧でＭＯＳトランジスタをスイッチングさせることができ、電子機器駆動回路が停止しているときの蓄電器の電力消費をできるだけ抑えるとともに、再起動時の電子機器駆動回路の応答性を高めることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電子機器の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態の電子機器は、携帯電子機器である腕時計のムーブメント等の電子機器駆動回路を駆動するための電力を、熱電変換素子を用いた給電装置から供給して駆動するようにしたものである。
【００１５】
図１には、本実施の形態に係る電子機器１０の概略構成を示すブロック図が示されている。図１において、電子機器１０は、給電手段としての給電装置１２、昇圧回路１２、整流手段としてのショットキーダイオード１３、電子機器駆動回路１４、充放電制御回路１５、蓄電手段としての蓄電器１６などにより構成されている。
【００１６】
ここでは、給電装置１１に熱電変換素子を用いている。熱電変換素子は、例えば、Ｐ型熱電材料エレメントとＮ型熱電材料エレメントが２枚の基板に挟まれ、基板上でＰ型熱電材料エレメントとＮ型熱電材料エレメントが金属等の導電性物質を介してＰＮ接合されていて、複数個直列に、Ｐ、Ｎ、Ｐ、Ｎ、というように接続されている。この熱電変換素子は、ＰＮ接合部とＰＮ接合部の間に温度差を与えると、温度差に応じた電位差（起電力）を生じるとともに、ＰＮ接合を増やすことにより高い発生電圧を得ることができる。
【００１７】
給電装置１１から出力される電力は、昇圧回路１２に供給される。なお、給電装置１１は、上記熱電変換素子に限られるものではなく、ソーラーパネル（太陽電池板）やそれ以外のものであっても良い。
昇圧回路１２は、給電装置１１から供給される電力の電圧を昇圧するものである。昇圧回路１２としては、コイルを用いて昇圧する方式、コンデンサを用いて昇圧する、スイッチドキャパシタ方式、チャージポンプ方式がある。ここでは、スイッチドキャパシタ方式を用いている。
【００１８】
ショットキーダイオード１３は、昇圧回路１２と充放電制御回路１５、電子機器駆動回路１４の間に設けられており、蓄電器１６の電力が充放電制御回路１５を介して昇圧回路１２に逆流し、電力ロスが生じるのを防止するものである。
充放電制御回路１５は、ショットキーダイオード１３と蓄電器１６との間に配置されていて、昇圧回路１２の出力電圧が所定電圧値としての障壁電圧値Ｖｔを越えた場合、昇圧回路１２の出力電力を蓄電器１６に送って充電し、供給することで、電子機器駆動回路１４に供給される電力の電圧低下を防止する。また、蓄電器１６に蓄えられた電力の電圧が所定電圧値としての障壁電圧値Ｖｔより高く、かつ、昇圧回路１２の出力電圧を越えた場合、蓄電器16から電子機器駆動回路１４に電力を供給する。これにより、昇圧回路１２の出力電圧が電子機器駆動回路の最低動作電圧を下回った場合、電子機器駆動回路１４は蓄電器１６の電力で駆動を継続することができる。さらに、蓄電器１６に蓄えられた電力の電圧が所定電圧値としての障壁電圧値Ｖｔ以下の場合、電子機器駆動回路１４と蓄電器１６との間を遮断するように制御する。このため、電子機器駆動回路１４が停止しているときの蓄電器１６の電力消費をできるだけ抑えるとともに、再起動時の電子機器駆動回路１４の応答性を高めることができる。
【００１９】
蓄電器１６は、昇圧回路１２で昇圧された電力がショットキーダイオード１３、充放電制御回路１５を介して入力されると、充電されて蓄電される。この蓄電器１６に蓄電された電力は、充放電制御回路１５を介して、電子機器駆動回路（ここでは、腕時計のムーブメント等）に供給することにより、駆動させることができる。
【００２０】
電子機器駆動回路１４は、ここでは腕時計のムーブメントを用いている。腕時計のムーブメントは、ステッピングモーターを駆動するために、ドライバビリティの大きなＭＯＳトランジスタが用いられている。このため、電圧がかかった状態での待機時のリーク電流は大きい。
次に、本実施の形態の特徴的な構成である充放電制御回路１５について詳細に説明する。この充放電制御回路１５は、昇圧回路１２の出力電圧が障壁電圧値Ｖｔを越えた場合は、昇圧回路１２の出力電力を蓄電器１６に送って充電が行われる。これにより、充放電制御回路１５の入力端子（図２、図３の２１）の電圧、つまり、昇圧回路１２の出力電圧が障壁電圧値Ｖｔ以上の電位に保たれるようになる。
【００２１】
また、蓄電器１６に蓄えられた電力の電圧が所定電圧値としての障壁電圧値Ｖｔより高く、かつ、昇圧回路１２の出力電圧を越えた場合、蓄電器１６から電子機器駆動回路１４に電力を供給する。これにより、昇圧回路１２の出力電圧が電子機器駆動回路の最低動作電圧を下回った場合、電子機器駆動回路１４は蓄電器１６の電力で駆動を継続することができる。
【００２２】
さらに、蓄電器１６に蓄えられた電力の電圧が所定電圧値としての障壁電圧値Ｖｔ以下の場合、電子機器駆動回路１４と蓄電器１６との間を遮断するように制御する。このため、電子機器駆動回路１４が停止しているときの、蓄電器１６から電子機器駆動回路１４への待機リーク電流を抑える。また、蓄電器１６の電圧は、所定電圧値としての障壁電圧値Ｖｔ以下になると電流経路を遮断されるため、長期に給電装置１１から電力が供給されない限り、障壁電圧値Ｖｔを保持する。そのため、再起動時、昇圧回路１２の出力電圧が蓄電器１６の充電に使われてしまって電子機器駆動回路１４の電圧が上がらないという不具合や、蓄電器１６の電圧が中々上がらず、昇圧回路１２の出力電圧が途絶えた時、蓄電器１６から電子機器駆動回路１４に電力が供給されても電子機器駆動回路１４の動作が停止してしまうという不具合を解決できる。
【００２３】
ここで、上記した障壁電圧値Ｖｔは、電子機器駆動回路１４の最低動作電圧に設定するのが好ましい。これにより、電子機器駆動回路１４の電圧は最低動作電圧を確保でき、蓄電器１６に蓄えられた電力の電圧も最低動作電圧を確保するため、再起動時の電子機器駆動回路の動作応答性が高まる。
充放電制御回路１５の構成としては、種々のものが考えられるが、本実施の形態では、図２及び図３にその具体例が示されている。
【００２４】
図２に示される充放電制御回路１５では、ＰＭＯＳトランジスタ２３とＰＭＯＳトランジスタ２４を使い、トランジスタの特性を利用することによって、障壁電圧値Ｖｔにおけるスイッチング動作を実現している。
図２に示されるように、充放電制御回路１５は、ＰＭＯＳトランジスタ２３のソース（Ｓ）を入力端子２１と接続し、ＰＭＯＳトランジスタ２３のドレイン（Ｄ）をＰＭＯＳトランジスタ２４のドレイン（Ｄ）と接続し、出力端子２２とＰＭＯＳトランジスタ２４のソース（Ｓ）を接続し、ＰＭＯＳトランジスタ２３、２４のゲート（Ｇ）を、共にグラウンド（以下、ＧＮＤ）電位とする。そして、そのＰＭＯＳトランジスタ２３、２４を製造する際は、当該ＭＯＳトランジスタのしきい値電圧の絶対値が障壁電圧値Ｖｔとなるようにチャネルドープにより設定する。
【００２５】
このように構成したことにより、充放電制御回路１５の入力端子２１側の電圧が上昇してＰＭＯＳトランジスタ２３のしきい値電圧の絶対値（障壁電圧値Ｖｔ）を越えたときに、ＰＭＯＳトランジスタ２３がオンしてＰＭＯＳトランジスタ２４のドレイン（Ｄ）に電力が送られる。次に、この電力の電圧と充放電制御回路１５の出力端子２２の電圧に０．６Ｖ以上の差がある場合、ＰＭＯＳトランジスタ２４のドレイン（Ｄ）から基板にＰＮ接合の順方向がオンするので、基板を介してＰＭＯＳトランジスタ２４のソース（Ｓ）（充放電制御回路１４の出力端子２２）に電力が供給される。そして、ＰＭＯＳトランジスタ２４のソース（Ｓ）の電圧が障壁電圧値Ｖｔ以上になった時、ＰＭＯＳトランジスタ２４がオンしてドレイン（Ｄ）からソース（Ｓ）に電力が供給され、充放電制御回路１５の出力端子２２側に電力が送られて、蓄電器１６に充電される。
【００２６】
従って、図２の充放電制御回路１５は、入力端子２１側の電位を障壁電圧値Ｖｔ以上を保ちつつ、出力端子２２側に電力を送って蓄電器１６に効率良く充電することができる。
次に、充放電制御回路１５の出力端子２２の電圧が所定電圧値としての障壁電圧値Ｖｔより高く、かつ、充放電制御回路１５の入力端子２１の電圧を越えた場合は、 ＰＭＯＳトランジスタ２４がオンしてＰＭＯＳトランジスタ２３のドレイン（Ｄ）に電力が送られる。次に、この電力の電圧と充放電制御回路１５の入力端子２１の電圧に０．６Ｖ以上の差がある場合、ＰＭＯＳトランジスタ２３のドレイン（Ｄ）から基板にＰＮ接合の順方向がオンするので、基板を介してＰＭＯＳトランジスタ２３のソース（Ｓ）（充放電制御回路１４の入力端子２１）に電力が供給される。そして、ＰＭＯＳトランジスタ２３のソース（Ｓ）の電圧が障壁電圧値Ｖｔ以上になった時、ＰＭＯＳトランジスタ２３がオンしてドレイン（Ｄ）からソース（Ｓ）に電力が供給され、充放電制御回路１５の入力端子２１側に電力が送られて、蓄電器１６に蓄えられた電力が電子機器駆動回路１４に供給される。
【００２７】
従って、図２の充放電制御回路１５は、出力端子２２側の電位を障壁電圧値Ｖｔ以上を保ちつつ、入力端子２１側に電力を送って電子機器駆動回路１４は駆動を継続することができる。
さらに、充放電制御回路１５の出力端子２２の電圧が所定電圧値としての障壁電圧値Ｖｔ以下の場合、ＰＭＯＳトランジスタ２４がオフし、充放電制御回路１５の入力端子２１と出力端子２２との間を遮断するように制御する。遮断することによって、蓄電器１６が消費する電力は、自己放電によるロスとＰＭＯＳトランジスタ２４のリーク電流だけとなる。
【００２８】
従って、図２の充放電制御回路１５は、出力端子２２の電圧を障壁電圧値に保ち、再起動時の電子機器駆動回路１５の駆動応答性を高める。
また、図２の障壁電圧値ＶｔがＰＭＯＳトランジスタ３０のしきい値電圧で決まるのに対し、図３に示される充放電制御回路１５は、ゲート電位が変えられる電力供給源と接続することにより、障壁電圧値Ｖｔを自由に設定できるようにしたものである。
【００２９】
図３に示されるように、充放電制御回路１５は、基準電圧発生回路３１、比較回路としてのコンパレータ回路３２、インバータ回路３３、３４、及びＰＭＯＳトランジスタ３５、３６などで構成されており、ＰＭＯＳトランジスタ３５のソース（Ｓ）を充放電制御回路１５の入力端子２１と接続し、ＰＭＯＳトランジスタ３５のドレイン（Ｄ）とＰＭＯＳトランジスタ３６のドレイン（Ｄ）を接続し、ＰＭＯＳトランジスタ３６のソース（Ｓ）を出力端子２２と接続されている。基準電圧発生回路３１から出力される基準電圧は、ここでは障壁電圧値Ｖｔに設定され、ＰＭＯＳトランジスタ３５、３６のしきい値電圧の絶対値は、障壁電圧値Ｖｔ以下で任意に設定されている。
【００３０】
また、コンパレータ回路４２のプラス端子には、基準電圧発生回路３１の出力電圧が入力され、マイナス端子は充放電制御回路１５の入力端子２１に接続されている。そして、コンパレータ回路４２の出力電圧は、インバータ回路３３、３４に入力され、インバータ回路３３の出力はＰＭＯＳトランジスタ３５のゲート（Ｇ）に、インバータ回路３４の出力はＰＭＯＳトランジスタ３６のゲート（Ｇ）に接続されている。ここでは、コンパレータ回路３２にΔＶのヒステリシスを持たせて、電力をやり取りするようにしている。また、コンパレータ回路３２の電源は充放電制御回路１５の入力端子から供給され、インバータ回路３３の電源は充放電制御回路１５の入力端子から供給され、インバータ回路３４の電源は充放電制御回路１５の出力端子から供給される。ここで、充放電制御回路１５の入力端子２１の電圧をＶａ、出力端子２２の電圧をＶｂとする。
【００３１】
このように構成したことにより、充放電制御回路１５の入力端子２１の電位Ｖａと基準電圧発生回路３１の出力電位とをコンパレータ回路３２で比較し、充放電制御回路１５の入力端子２１の電位Ｖａが基準電圧発生回路３１の出力電圧を越えたときに、コンパレータ回路３２は信号を出力してインバータ回路３３、３４にＨｉｇｈの信号を送り、ＰＭＯＳトランジスタ３５、３６をオンさせ、充放電制御回路１５の入力端子２１から出力端子２２に電力が送られて蓄電器１６に充電される。
【００３２】
そのまま、電力が送られて充電が続くと充放電制御回路１５の入力端子２１側の電位が低下して、コンパレータ回路３２のオフ検出電圧（障壁電圧値Ｖｔ−ヒステリシスΔＶ）となったときに、コンパレータ回路３２は信号を出力して、ＰＭＯＳトランジスタ３５、３６をオフすることにより（コンパレータ回路３２のヒステリシスによる）、充放電制御回路１５の入力端子２１側の電位を一定値以上で保持することができる。
【００３３】
ここでは、ＰＭＯＳトランジスタ４４を用いているため、トランジスタをオンさせる信号は、ＧＮＤ電位であり、オフさせる信号は、充放電制御回路１５の入力端子２１あるいは出力端子２２の電位となる。
次に、充放電制御回路１５の入力端子２１の電位Ｖａと基準電圧発生回路３１の出力電圧とをコンパレータ回路３２で比較し、充放電制御回路１５の入力端子２１の電位Ｖａが基準電圧発生回路３１の出力電圧以下のときに、コンパレータ回路３２は信号を出力してインバータ回路３３、３４にＬｏｗの信号を送り、ＰＭＯＳトランジスタ３５、３６をオフさせ、充放電制御回路１５の入力端子２１と出力端子２２の接続を遮断する。
【００３４】
ここで、インバータ回路３３の電源を充放電制御回路１５の入力端子２１の電圧Ｖａから供給しているのは、充放電制御回路１５の入力端子２１と出力端子２２の間を遮断しているときに、仮に充放電制御回路１５の出力端子２２の電圧Ｖｂから供給すると、Ｖｂの電圧が低いとＰＭＯＳトランジスタ３５のゲート（Ｇ）の電位が下がり、ＰＭＯＳトランジスタ３５をオフできなくなるのを防ぐためである。また、インバータ回路３４の電源を充放電制御回路１５の出力端子２２の電圧Ｖｂから供給しているのは、充放電制御回路１５の入力端子２１と出力端子２２の間を遮断しているときに、仮に充放電制御回路１５の入力端子２１の電圧Ｖａから供給すると、Ｖａの電圧が低いとＰＭＯＳトランジスタ３６のゲート（Ｇ）の電位が下がり、ＰＭＯＳトランジスタ３６をオフできなくなるのを防ぐためである。
【００３５】
さらに、基準電圧発生回路３１、コンパレータ回路３２、インバータ回路３３の最低動作電圧はＰＭＯＳトランジスタ３５のしきい値電圧の絶対値よりも低く設定する。これは、充放電制御回路１５の入力端子２１の電圧Ｖａが基準電圧発生回路３１、コンパレータ回路３２、インバータ回路３３の最低動作電圧より低い場合、回路の動作は不定となって、電流経路を遮断しなければならないときにＰＭＯＳトランジスタ３５がオンするのを防ぐためである。
【００３６】
このように構成することによって、充放電制御回路１５の入力端子２１の電圧Ｖａが低くなって、基準電圧発生回路３１、コンパレータ回路３２、インバータ回路３３の動作が不定になり、ＰＭＯＳトランジスタ３５のゲート（Ｇ）にＬｏｗの信号が入力されても、この時の入力端子２１の電圧Ｖａは、ＰＭＯＳトランジスタ３５のしきい値電圧の絶対値よりも低いため、ＰＭＯＳトランジスタ３５がオンすることはない。
【００３７】
また、基準電圧発生回路３１、コンパレータ回路３２の最低動作電圧はインバータ回路３４の反転電圧以下に設定する。これは、充放電制御回路１５の入力端子２１の電圧Ｖａが基準電圧発生回路３１、コンパレータ回路３２の最低動作電圧より低い場合、回路の動作が不定となって、電流経路を遮断しなければならないとき、ＰＭＯＳトランジスタ３５がオンするのを防ぐためである。
【００３８】
このように構成することによって、充放電制御回路１５の入力端子２１の電圧Ｖａが低くなって、基準電圧発生回路３１、コンパレータ回路３２の動作が不定になり、インバータ回路３４の入力側にＨｉｇｈの信号が入力されても、インバータ回路３４の反転電圧はＨｉｇｈ信号の電圧以上に設定されているため、ＰＭＯＳトランジスタ３６のゲート（Ｇ）にＬｏｗ信号を出力し、ＰＭＯＳトランジスタ３６をオンさせることはない。
【００３９】
さらに、インバータ回路３４の最低動作電圧、ＰＭＯＳトランジスタ３５、３６のしきい値電圧の絶対値は障壁電圧値Ｖｔ（基準電圧発生回路３１の出力電圧）以下に設定する。これは、前記各回路を正常に動作させるためのものである。このように構成することによって、インバータ回路３４は誤動作を起こさず、ＰＭＯＳトランジスタ３６のオン、オフを確実に動作させる。さらに、ＰＭＯＳトランジスタ３５、３６も上記構成にしたことで、確実なオン、オフが可能となる。
【００４０】
また、電子機器駆動回路１４に発振回路を内蔵している場合、該発振回路の出力クロック信号を基に間欠パルス信号を作りだし、間欠パルス信号で基準電圧発生回路３１やコンパレータ回路３２を動作させる。これは、基準電圧発生回路３１やコンパレータ回路３２の消費電力を少なくするためである。
このように構成することによって、基準電圧発生回路３１やコンパレータ回路３２が、電圧を検出する時だけに電流を流し、検出を行う。そのため、基準電圧発生回路３１やコンパレータ回路３２の消費電力を削減できる。
【００４１】
なお、上記図２及び図３の充放電制御回路１５は、何れもＰＭＯＳトランジスタを用いた例で説明したが、逆の導電型であるＮＭＯＳトランジスタを用いて、上記と同様に構成するものであっても勿論良い。
このように、充放電制御回路１５では、ＭＯＳトランジスタを使ってスイッチングすることにより、電子機器駆動回路１４が停止しているときの蓄電器１６の電力消費をできるだけ抑えるとともに、再起動時の電子機器駆動回路１４の応答性を高めることができる。
【００４２】
次に、動作を説明する。図１に示されるように、給電装置１１の熱電変換素子で発電された電力は、昇圧回路１２を起動して、給電装置１１から供給される電力を昇圧する。この昇圧された電力は、ショットキーダイオード１３を介して電子機器駆動回路１４、充放電制御回路１５に電力が供給される。
充放電制御回路１５は、入力電圧Ｖａが障壁電圧値Ｖｔ以上では、充放電制御回路１５の入力電圧ＶａをＶｔに保ちつつ、昇圧回路１２の出力電力が蓄電器１６に送られるので、電子機器駆動回路１４は良好な状態で回路を駆動させることができる。また、出力電圧Ｖｂが所定電圧値としての障壁電圧値Ｖｔより高く、かつ、入力電圧Ｖａの電圧を越えた場合、蓄電器16から電子機器駆動回路１４に電力を供給する。これにより、昇圧回路１２の出力電圧が電子機器駆動回路の最低動作電圧を下回った場合、電子機器駆動回路１４は蓄電器１６の電力で駆動を継続することができる。
【００４３】
そして、充放電制御回路１５の入力電圧が障壁電圧値Ｖｔ以下の場合は、蓄電器１６と電子機器駆動回路１４の間を遮断して電力を送らないので、電子機器駆動回路１４が停止しているときの蓄電器１６の電力消費を抑えるとともに、蓄電器１６の待機時電力ロスが少ないため、再起動時の電子機器駆動回路１４の応答性を高めることができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、電力を供給する給電手段と、給電手段への電力の逆流を防止する整流手段と、前記給電手段の電力を蓄電する蓄電手段と、前記給電手段、前記蓄電手段の電力で駆動する電子機器駆動回路を有するとともに、整流回路、電子機器駆動回路と蓄電手段との間に設けられ、蓄電手段に供給される電圧値が所定電圧値を越えた場合、蓄電手段の充放電を行い、蓄電手段に供給される電圧値が所定電圧値以下の場合は、整流回路、電子機器駆動回路と蓄電手段との間を遮断して蓄電手段の充放電を制御する充放電制御回路とを備える構成としたため、電子機器駆動回路が停止しているときの蓄電器の電力消費をできるだけ抑えるとともに、再起動時の電子機器駆動回路の応答性を高めることができる。
【００４５】
また、充放電制御回路を、しきい値電圧の絶対値が前記所定電圧値に設定された一導電型のＭＯＳトランジスタ２つにより構成し、ＭＯＳトランジスタのソースともう一方のＭＯＳトランジスタのソースが充放電制御回路の入力端子と出力端子にそれぞれ接続され、ＭＯＳトランジスタのドレインともう一方のＭＯＳトランジスタのドレインを接続している構成としたため、充放電制御回路の入力端子側の電位を所定電圧値以上に保ちつつ、出力端子を介して蓄電手段に電力を送り、さらに電子機器駆動回路が停止しているときの蓄電器の電力消費をできるだけ抑えて、再起動時の電子機器駆動回路の応答性を高めることができる。
【００４６】
また、充放電制御回路を、所定電圧値と同じ基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、基準電圧と充放電制御回路の入力電圧とを比較する比較回路と、一導電型ＭＯＳトランジスタとインバータ回路で構成し、充放電制御回路の入力端子とソースが接続され、比較回路の出力信号を、充放電制御回路の入力端子を電源に持つインバータ回路を介してゲートに印加し、スイッチングを行う一導電型のＭＯＳトランジスタと、充放電制御回路の出力端子とソースが接続され、ドレインともう一方の一導電型ＭＯＳトランジスタのドレインを接続し、比較回路の出力信号を、蓄電手段を電源に持つインバータ回路を介してゲートに印加し、スイッチングを行う一導電型のＭＯＳトランジスタを備えている構成としたため、充放電制御回路の入力端子側の電位を所定電圧値以上に保ちつつ、出力端子を介して蓄電手段に電力を送り、さらに電子機器駆動回路が停止しているときの蓄電器の電力消費をできるだけ抑えて、再起動時の電子機器駆動回路の応答性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る電子機器の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した充放電制御回路の回路構成例を示す図である。
【図３】図１に示した充放電制御回路の他の回路構成例を示す図である。
【図４】従来における電子機器の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０、４０ 電子機器
１１、４１ 給電装置
１２ 昇圧回路
１３ ショットキーダイオード
１４、４３ 電子機器駆動回路
１５ 充放電制御回路
１６、４４ 蓄電器
２１ 充放電制御回路入力端子
２２ 充放電制御回路出力端子
２３、２４、３５、３６ ＰＭＯＳトランジスタ
３１ 基準電圧発生回路
３２ コンパレータ回路
３３、 ３４ インバータ回路
４２ 整流回路
Claims (3)
- 電力を供給する給電手段と、
前記給電手段の電力を蓄電する蓄電手段と、
前記給電手段または前記蓄電手段の電力で駆動する電子機器駆動回路と、
前記電子機器駆動回路と前記蓄電手段の間に設けた、前記蓄電手段の充放電を制御する充放電制御回路と、
前記給電手段と前記電子機器駆動回路の間に設けた、前記給電手段への電力の逆流を防止する整流手段とを有する電子機器において、
前記充放電制御回路は、第１のＭＯＳトランジスタと第２のＭＯＳトランジスタとからなり、
前記第１のＭＯＳトランジスタは、前記電子機器駆動回路側の端子とソース及び基板を接続し、ＧＮＤ電位とゲートを接続し、
前記第２のＭＯＳトランジスタは、前記蓄電手段側の端子とソース及び基板を接続し、ＧＮＤ電位とゲートを接続し、
かつ互いのドレインを接続した一導電型ＭＯＳトランジスタであって、
前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタは、前記電子機器駆動回路の最低動作電圧以上の閾値を有し、前記給電手段が前記蓄電手段に充電する場合に前記電子機器駆動回路の駆動電圧が前記閾値以下になるのを防止し、前記蓄電手段が前記電子機器駆動回路を駆動する場合に前記蓄電手段の電圧が前記閾値以下になるのを防止するように制御することを特徴とする電子機器。 - 前記給電手段は、発電手段と、前記発電手段の出力を昇圧する昇圧手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の電子機器。
- 前記発電手段が熱電変換素子で構成することを特徴とする請求項２記載の電子機器。
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