JP3873838B2 - 電池電圧動作回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池を電源として動作する回路構成にかかり、例えば赤外線リモートコマンダー等に好適な電池電圧動作回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば赤外線リモートコマンダー等の装置では、例えば動作制御のための回路などはＩＣにより形成されている。
ＩＣなどにおけるデジタル回路には通常、電源電圧を監視するリセット回路が組み込まれ、リセット電圧を発生するか、或いは外部より供給するリセット電圧で動作を開始又は停止するようにされている。
これは回路が正常に動作する電圧以下では回路が動かないようにして、不要な誤動作を避けるために必要とされるものであるが、逆に言えばリセット電圧以下ではその回路は動作不可能になる。
電源が電池（一次電池や二次電池）の場合の様に、電圧が不安定な電源による回路を考えた場合、このリセット電圧が、電池寿命電圧となる。
また、電池には内部抵抗があり、消費電流で電池端子電圧が低下するため、大電流の場合はそれだけ早く寿命電圧に到達することとなる。
【０００３】
赤外線リモートコマンダーにおける従来の回路例を図８に示す。
図８は、電池２本を電源として使用する回路例である。
電池ＢＡＴによる３Ｖの電池電圧はコンデンサＣ１で安定化されて、ＩＣ１の動作電圧とされる。また電池電圧は、抵抗Ｒ１を介して赤外線発光ダイオード（ＬＥＤ）Ｄ１とトランジスタＱ１の直列回路に印加されている。
【０００４】
ＩＣ１は制御回路として搭載されており、キーマトリクス３による操作入力情報の検出に応じて、所定のコマンド信号を出力させる制御を行う。
リモートコマンダーにはユーザーが対象電子機器の操作を行うために多数の操作キーが用意されており、各キーはマトリクス構成の電極により、その操作が検出されるように構成されている。
ＩＣ１は発振子４により動作クロックを得るデジタル回路として構成される。そしてキーマトリクス３で検出された操作に応じたコマンド信号（パルス電圧信号）を発生させ、コマンド信号に応じた電流（電圧パルス）を抵抗Ｒ２を介してトランジスタＱ１のベースに印加する。
トランジスタＱ１は、コマンド信号に基づくベース電流によりオン／オフされる。そしてトランジスタＱ１がオンとされる期間には、赤外線発光ダイオードＤ１に電流が流れ、赤外線が出力される。従って、出力される赤外線は、ＩＣ１で発生されたコマンド信号に応じた、赤外線コマンド信号となる。
【０００５】
ＩＣ１においてはリセット回路２が組み込まれている。リセット回路２は電源端子Ｐに供給される電池電圧を監視しており、電源端子Ｐの電圧がリセット電圧以下となると、ＩＣ１の動作を停止させる。
【０００６】
この図８の回路の場合、発光ダイオードＤ１の順方向降下電圧（Ｖｆ）は約１．５Ｖあるが、電池電圧が３Ｖあるため、発光ダイオードＤ１と直列に電流制限抵抗Ｒ１を挿入する必要がある。
この抵抗Ｒ１での消費電力は熱になるだけで、発光ダイオードＤ１を光らせるには無効な電力であり、電池のエネルギー効率を悪化させる。
ＩＣ１は通常動作３Ｖで、リセット電圧が１．５Ｖ程度とされているとすると、この図８の回路は、電池電圧の半分程度まで動作が可能であり、電池寿命の点からは問題無いが、電池が２本必要となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このことから、電池１本で動作し、かつエネルギー効率を向上する回路も各種提案されていたが、それぞれ以下述べるように問題があった。
【０００８】
電池１本を電源として使用する回路例を図９に示す。なお、順次説明していく各回路例において、既に説明した回路例と同一部分は同一符号を付し、重複説明を避ける。
図９の回路の場合、電池ＢＡＴによる１．５Ｖの電池電圧はコンデンサＣ１で安定化されて、ＩＣ１の動作電圧とされる。
またトランジスタＱ１と直列にコイル（インダクタ）Ｌ１が接続され、コイルＬ１と並列に赤外線発光ダイオードＤ１が接続される。この場合、発光ダイオードＤ１のアノード端がトランジスタＱ１のコレクタに接続される。
発光ダイオードＤ１の順方向電圧降下は１．５Ｖ程度であるため、上記図８と同じ回路構成では発光ダイオードＤ１へ充分な電流を流す事が出来ない。そのため図９のようにコイルＬ１を用いた回路が必要となる。
【０００９】
この回路の場合、ＩＣ１からのコマンド信号によりトランジスタＱ１がオンする期間では、電池正極→コイルＬ１→トランジスタＱ１→電池負極というように電流が流れる。
次にＩＣ１からのコマンド信号電圧がLowになりトランジスタＱ１がオフとなる期間では、コイルＬ１に流れていた電流はコイルＬ１→発光ダイオードＤ１→コイルＬ１のループ電流となる。これが発光ダイオードＤ１を発光させる電流となる。
【００１０】
この図９の回路では、上記図８の電流制限抵抗Ｒ１に相当するものが無く、電池のエネルギー利用効率は良くなる。
しかしながらＩＣ１は、電池1本の電圧、すなわち１．５Ｖが定常電圧とされることとなり、ＩＣの製造上、リセット電圧は０．９〜１．０Ｖにならざるを得ない。このため電池が消耗して電圧が１Ｖ程度に下がると動作限界となる。
【００１１】
また、発光ダイオードＤ１へ電流を流しているときは、電池の内部抵抗により、電池ＢＡＴの端子電圧はさらに下がる。
電池が消耗してくると、発生電圧の低下と同時に内部抵抗も増加するが、発光ダイオードＤ１の発光時は、電池の端子電圧がさらに低下することになり、リセット電圧を下回ることが起こりやすい。そして無負荷時の電池端子電圧が充分高くとも、電流を流した時に電池端子電圧が下がり、リセット電圧を下回ればそれで動作停止となる。
【００１２】
このように、電池１本を使用した図９の回路の場合、定常電圧とリセット電圧の差が小さく、電池消耗によって動作不能となることが早まるとともに、実際には、電池電圧が、多少リセット電圧を上回っている段階でも、瞬間的な電圧低下によって動作不能となるものである。従って、電池電圧がリセット電圧に近づいた時点で動作限界となり、電池による動作可能時間（電池寿命）が短くなる。
【００１３】
これに対して、瞬間的な電圧の低下をある程度補償した回路例を図１０に示す。
この図１０の場合、ＩＣ１の電源端子Ｐは電池端子から抵抗Ｒ３，コンデンサＣ２による時定数を介して接続されている。これによって、ＩＣ１の電源端子Ｐの電圧は、電池端子電圧が瞬間的に低下しても直ぐには下がらない。
このため、上記図９の回路よりは多少使用下限電圧が下がるが、動作時にＩＣ１の電源端子電圧が下がることに変りはない。
またコンデンサＣ２に蓄積された電荷による電圧は、電池ＢＡＴの端子電圧が下がったときに抵抗Ｒ３を通る逆流を発生させることになるが、これもＩＣ１の電源端子電圧を下げる方向に働く。
【００１４】
また図１２に、図１０の回路における抵抗Ｒ３をダイオードＤ２に代えた例を示す。ダイオードＤ２を用いることで、上記した逆流は無くなる。
しかしながらダイオードの順方向電圧降下があり、ＩＣ１の電源端子Ｐの電圧は常にその分だけ低い電圧となる。例えばダイオードＤ２としてショットキーバリアダイオードを使用しても、順方向電圧降下は０．２Ｖ程度あり、電池1本の回路に使用するには無視出来ない電圧である。
またコンデンサＣ２の電圧は電池端子電圧より上がる事はなく、電池端子電圧が下がればコンデンサＣ２の電圧も徐々にその電圧まで下がって行く。
【００１５】
上記図１０の回路の場合、及び図１２の回路の場合の電圧状態の観測結果をそれぞれ図１１、図１３に示す。
図１１（ａ）、図１３（ａ）はコンデンサＣ２に得られる電圧、つまりＩＣ１の電源端子Ｐの電圧を示し、図１１（ｂ）、図１３（ｂ）は電池ＢＡＴの端子電圧を示している。
なお観測にあたっては、電池ＢＡＴとして、消耗した古い電池を使用した。
【００１６】
発光ダイオードＤ１に流れる電流は２００〜４００ｍＡと大きいため、電池ＢＡＴの端子電圧は内部抵抗により電圧降下が生じる。図１１（ｂ）、図１３（ｂ）に示されるように、無負荷時には電圧が１．４Ｖ程度あるにもかかわらず、動作時の最低電圧は１．０Ｖ程度まで下がる。
上記図９の回路であればこの段階でＩＣ１は動作不能となる。
図１０の回路の場合、コンデンサＣ２の電圧は平均化されるため、図１１（ａ）にみられるように電池端子の最低電圧までは下がらず、最低電圧は１．２６Ｖとなった。
【００１７】
また図１２の回路の場合、コンデンサＣ２の電圧の下がり方は、コンデンサＣ２から電池端子側への逆流が無いため、図１０の場合よりはゆっくりではあるが、上がり方もゆっくりとなり、繰り返し送信（赤外線発光）が多くなるとコンデンサＣ２の電圧は図１３（ｂ）のように、１．１８Ｖ程度まで下がって行く。
【００１８】
つまり、リセット電圧が１Ｖの場合において、無負荷時の電圧が１．４３Ｖの消耗した電池で動作させた場合、ＩＣ１の電源端子Ｐの電圧は、図９の回路では既に動作限界となっているが、図１０の回路では、まだ０．２６Ｖ程度の余裕がある。また図１２の回路では０．１８Ｖ程度の余裕がある。
このことから、図１０或いは図１２の回路が、図９の回路よりも多少、電池寿命の長時間化が実現されていることがわかる。
【００１９】
図１４に電池の端子電圧特性の一例を示しておく。
図１４において実線（max）は電池に電流を流さない時の電圧、点線（min）は電池に大きな電流を流した時の電圧である。
ＩＣ１のリセット電圧を１．０Ｖとすれば、min電圧でリセットがかかればこの回路での電池寿命は８時間であり、max電圧で使えれば１６時間と言う事になる。図９の回路の場合、min電圧でリセットがかかることになる。
破線（mean）は図１０，図１２におけるコンデンサＣ２の電圧に相当する。この場合、電池寿命は１２時間程度となる。
【００２０】
以上のように電池１本を使用するリモートコマンダーの回路が各種提案されているが、いずれの場合も、電池エネルギーの有効活用の面から見るとまだ不充分である。例えば図９の場合は、図８のような電流制限抵抗による無駄はないものの、電池電圧に対してリセット電圧が相対的に高くなってしまうことから電池電圧が動作限界に達するまでが非常に早くなり、電池エネルギーの有効活用が達成されているとは言い難い。また、図１０，図１２の回路では、図９の回路よりは電池寿命が長くなるが、十分にエネルギーが有効活用できているとはいえない。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、例えば電池１本使用のリモコンコマンダーなどに好適な電池電圧動作回路として、電池電圧が低下しても使用するＩＣ用の電圧は簡単な昇圧回路で確保し、結果として電池寿命を延ばすことで、電池エネルギーを十分に有効活用できるようにすることを目的とする。
【００２２】
このため本発明の電池電圧動作回路は、コイルと発光素子との並列接続回路に対して直列接続される第一のスイッチ素子を有する動作回路部であって、上記コイルには電池電圧が供給されるとともに、上記第一のスイッチ素子の導通時にエネルギーを蓄積し、上記発光素子は、上記第一のスイッチ素子の非導通時に上記コイルに蓄積されたエネルギーにより順方向電流が流れる動作回路部と、第二のスイッチ素子とコンデンサからなる直列回路であって、上記第一のスイッチ素子に並列接続される直列回路を有するコントロール用電圧供給回路部と、上記直列回路の第二のスイッチ素子とコンデンサの接続点から上記電池電圧よりも高い電圧を取り出して動作電圧として上記動作回路部の動作を制御するコントロール回路部とを備えるようにする。
また上記コントロール用電圧供給回路部には、上記コントロール回路部の動作電圧が過大とならないように制限する制限回路が設けられるとともに、上記動作電圧が所定のリセット電圧以下となることで動作不能となるようにする。
また上記コントロール回路部は、操作入力に応じたコマンド信号を出力させる制御を行う回路部であり、上記発光素子は、上記コントロール回路部からのコマンド信号に応じた赤外線変調信号を出力する電池電圧動作回路とする。
【００２３】
以上の本発明によれば、コントロール回路部に対しては、コントロール用電圧供給回路部によって、電池電圧より昇圧された電圧が供給されることになる。つまり電池電圧がコントロール回路部のリセット電圧より低くなったとしても、コントロール回路部にはリセット電圧より高い動作電圧が供給される状態を維持できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態として、赤外線リモートコマンダーに採用できる回路を第１〜第４の実施の形態として説明し、また時計に採用できる回路を第５の実施の形態として説明する。
まずは、第１〜第５の実施の形態の説明に先立って、本発明の電池電圧動作回路の概念、つまり各実施の形態に共通する基本的な回路構成概念を図１で説明する。
【００２５】
＜基本概念＞
図１に示すように、本発明の実施の形態となる電池電圧動作回路は、大電流回路１２とコントロール回路１０を有し、電池（一次電池、二次電池）ＢＡＴを電源としている。電池１本により電源電圧は１．５Ｖとなる。
大電流回路１２は、電池電圧により動作し、比較的大きな電流を消費する動作回路部である。電池ＢＡＴによる電池電圧はコンデンサＣ１により安定化されて大電流回路１２の電源端子Ｐに供給される。
【００２６】
一方、コントロール回路１０は、比較的少ない電流で動作する回路、例えばＩＣ回路であって、大電流回路１２の動作を制御する回路である。このコントロール回路１０には、リセット回路１１が組み込まれている。リセット回路１１は、コントロール回路１０の電源端子Ｐに供給される動作電圧を監視し、動作電圧がリセット電圧より低くなった場合には、不要な誤動作を避けるためにコントロール回路１０の動作を停止させる。上述してきたように、このリセット電圧が、電池寿命電圧となる。
【００２７】
ここで、コントロール回路１０の電源端子Ｐには、ダイオードＤ10を介して電池電圧が供給される経路と、大電流回路１２において電池電圧より高い電圧端子ＨからダイオードＤ20を介して電圧が供給される経路が形成される。図示するようにコンデンサＣ２が接続されていることにより、コンデンサＣ２の正極側端子電圧が、コントロール回路１０の電源端子Ｐに供給される動作電圧となる。
ダイオードＤ10は、大電流回路１２が動作していない期間においてコントロール回路１０に電池電圧を供給する経路となる。
ダイオードＤ20、コンデンサＣ２は、大電流回路１２の動作期間において、大電流回路１２から、電池電圧よりも高い電圧を取り出して整流し、コントロール回路部の動作電圧とするためのコントロール用電圧供給回路部として機能する。
【００２８】
電池電圧で動作する回路では、リセット電圧が電池寿命電圧となるとともに、電池の内部抵抗のため消費電流で電池端子電圧が低下し、大電流では早く寿命電圧に到達する。
そこで、コントロール回路部に対しては、大電流回路１２において電池電圧より昇圧された電圧が供給されるようにすることで、電池の消耗や、大電流時（大電流回路１２の動作時）の電池端子電圧の低下によって、電池電圧がコントロール回路部のリセット電圧より低くなったとしても、コントロール回路部にはリセット電圧より高い動作電圧が供給される状態を維持できるようにし、電池寿命を延ばすようにするものである。
回路全体の最低動作電圧がコントロール回路１０のリセット電圧で決まる回路構成の場合、この方法で電池ＢＡＴの最低動作電圧を下げることができる。
【００２９】
ＩＣのリセット電圧（動作可能電圧の下限）はＩＣ製造プロセスである程度はコントロール出来るが、１Ｖ以下にするのは色々な制約がありむずかしい。
リセット電圧を下げると言う事はデジタル回路素子のオン／オフをコントロールする電位差が少ないと言う事であり、オンを重視して製造するとオフ特性が不充分（電流が完全に切れない）になり、逆にオフ特性を重視して製造するとオン特性が不充分（電流を充分に流せない）になる。
従ってリセット電圧を１Ｖ以下に下げることで電池寿命を延ばすという手法は適切でない場合があり、そこで本発明では、リセット電圧は１Ｖ程度としたまま、コントロール回路１０に供給する動作電圧を電池電圧より高い電圧とすることで電池の長寿命化を図るものである。
【００３０】
なお、リセット電圧の低いＩＣが製造され、その際に上記のオン特性、オフ特性の問題が生じなかったとしても、本発明回路を使用することにより、さらに電池寿命を延ばす事が可能であり、本発明回路は有効である。
【００３１】
＜第１の実施の形態＞
第１の実施の形態として、赤外線リモートコマンダーの回路を図２に示す。
電池ＢＡＴによる１．５Ｖの電池電圧はコンデンサＣ１で安定化される。電池電圧をＥ１として示す。
【００３２】
トランジスタＱ１と直列にコイル（インダクタ）Ｌ１が接続され、コイルＬ１と並列に赤外線発光ダイオードＤ１が接続される。この場合、発光ダイオードＤ１のアノード端がトランジスタＱ１のコレクタに接続される。この発光ダイオードＤ１、コイルＬ１、トランジスタＱ１による回路が、図１で説明した大電流回路１２に相当し、当該回路に対して電池電圧Ｅ１が印加される。
トランジスタＱ１がオンする期間では、電池正極→コイルＬ１→トランジスタＱ１→電池負極というように電流が流れる。
トランジスタＱ１がオフとなる期間では、コイルＬ１に流れていた電流はコイルＬ１→発光ダイオードＤ１→コイルＬ１のループ電流となる。これが発光ダイオードＤ１を発光させる電流となる。
【００３３】
ＩＣ１は、図１におけるコントロール回路１０に相当する。
ＩＣ１は、キーマトリクス３による操作入力情報の検出に応じて、赤外線コマンド信号を出力させる制御を行う。
即ちリモートコマンダーにはユーザーが対象電子機器の操作を行うために多数の操作キーが用意されており、各キーはマトリクス構成の電極により、その操作が検出されるように構成されている。
ＩＣ１は発振子４により動作クロックを得るデジタル回路として構成される。そしてキーマトリクス３で検出された操作に応じたコマンド信号（パルス電圧信号）を発生させ、コマンド信号に応じた電流（電圧パルス）を抵抗Ｒ２を介してトランジスタＱ１のベースに印加する。
トランジスタＱ１は、コマンド信号に基づくベース電流によりオン／オフされる。そして上記のようにトランジスタＱ１がオフとされる期間には、赤外線発光ダイオードＤ１に電流が流れ、赤外線が出力される。従って、出力される赤外線は、ＩＣ１で発生されたコマンド信号に応じた、赤外線コマンド信号となる。
【００３４】
ＩＣ１においてはリセット回路２が組み込まれている。リセット回路２は電源端子Ｐに供給される電池電圧を監視しており、電源端子Ｐの電圧がリセット電圧以下となると、ＩＣ１の動作を停止させる。
【００３５】
ＩＣ１の電源端子Ｐに対する動作電圧供給のためには、ダイオード（ショットキーバリアダイオード）Ｄ３，抵抗Ｒ３，コンデンサＣ２による回路が形成される。ダイオードＤ３のアノードは発光ダイオードＤ１のアノード端に接続され、ダイオードＤ３のカソードは抵抗Ｒ３を介してコンデンサＣ２の正極側に接続される。この場合、コンデンサＣ２の電圧Ｅ３が、ＩＣ１の電源端子Ｐに供給される動作電圧となる。
なおこの図２の回路では、図１におけるダイオードＤ10、D20の機能をダイオードＤ３で兼用するものとなる。
【００３６】
ＩＣ１の動作電圧Ｅ３は以下のようになる。
ＩＣ１が赤外線発光制御をしていない動作停止時、つまりトランジスタＱ１がスイッチングしていないときは、電池ＢＡＴの正極→コイルＬ１→ダイオードＤ３→抵抗Ｒ３→コンデンサＣ２と電流が流れ、これがＩＣ１の動作電圧Ｅ３となる。
ＩＣ１の動作停止時は電流がほとんど流れないため、コイルＬ１、抵抗Ｒ３による電圧降下は無視でき、ダイオードＤ３による順方向電圧降下(Ｖｆ)は０．１Ｖ以下となる。ダイオードＤ３としてショットキーバリアダイオードを使用した場合、実測値でＶｆ＝０．０１７Ｖであった。
【００３７】
ＩＣ１が制御動作を行い、トランジスタＱ１をオンさせると、トランジスタＱ１のコレクタ電圧（Ｅ２）が下がるため、ダイオードＤ３はオフとなる。
またこのとき、電池ＢＡＴの正極からコイルＬ１を通してトランジスタＱ１のコレクタ−エミッタ間に電流が流れる。
トランジスタＱ１をオンさせるコマンド信号による電流は、コンデンサＣ２からＩＣ１を通りトランジスタＱ１のベースに供給される。
通常、トランジスタＱ１のスイッチング周波数は３６〜４０ＫＨｚであり、トランジスタＱ１が１回目にオンしている時間は7μ秒程度である。この程度の時間ではコンデンサＣ２の電圧の低下は問題になることはない。
【００３８】
次に、トランジスタＱ１がオフとなると、トランジスタＱ１のコレクタ電圧（Ｅ２）は上昇し、発光ダイオードＤ１へ電流を供給する。
この時、発光ダイオードＤ１には順方向に電流が流れており、アノード側電圧（Ｅ２）はカソード側電圧より高い電圧になっている。
このとき、電圧Ｅ２は、「電池電圧Ｅ１＋発光ダイオードＤ１の順方向降下電圧」になり、具体的には１．５Ｖ＋１．５Ｖ＝３Ｖ程度に上昇する。
【００３９】
この電圧Ｅ２は、ダイオードＤ３、抵抗Ｒ３を通してコンデンサＣ２を充電する。このときのダイオードＤ３の順方向降下電圧(Ｖｆ)を０．２Ｖとすると、コンデンサＣ２は、最大２．８Ｖまで充電されることになる。
すなわち電池電圧Ｅ１より高い電圧に充電することができ、電池電圧Ｅ１が低下した場合でもＩＣ１が動作するのに充分な動作電圧Ｅ３が確保されることになる。
【００４０】
なお抵抗Ｒ３は、コイルＬ１に蓄えられたエネルギーが、全部ダイオードＤ３の通してコンデンサＣ２側に来ないようにし、発光ダイオードＤ１に流れる電流が確保されるようにするための抵抗である。
【００４１】
この図２の回路では、ＩＣ１の始動電圧があれば、その後の電池端子の電圧降下は、ＩＣ１の電源端子電圧（Ｅ３）の低下には直接影響しない。
連続動作の場合、電池電圧Ｅ１がコイルＬ１、トランジスタＱ１に電流を流し、コイルＬ１に蓄えられたエネルギーの一部がダイオードＤ３を通してコンデンサＣ２に蓄えられ、この電力でＩＣ１が動作可能ならば動作は継続される。
実働回路では電池電圧Ｅ１が０．２Ｖ以下となるまで動作した。
【００４２】
図２の回路における電圧状態の観測結果を図３に示す。図３（ａ）はコンデンサＣ２に得られる電圧、つまりＩＣ１の電源端子Ｐの電圧Ｅ３を示し、図３（ｂ）は電池ＢＡＴの端子電圧Ｅ１を示している。
なおこの観測にあたっては、上述した図１１，図１３の場合と同様に、消耗した古い電池を使用した。
【００４３】
発光ダイオードＤ１に流れる電流は２００〜４００ｍＡと大きいため、電池ＢＡＴの端子電圧は内部抵抗により電圧降下が生じる。このため図３（ｂ）に示されるように、無負荷時には電圧が１．４Ｖ程度あるにもかかわらず、動作時の最低電圧は１．０Ｖ程度まで下がる。
これに対して動作電圧Ｅ３は、図３（ａ）のように、トランジスタＱ１がスイッチングを行っている期間に上昇することになる。上述のようにスイッチング期間においてコンデンサＣ２の充電が行われるためである。例えばコマンド信号の５フレーム後には１．８Ｖを超えるまで上昇している。
【００４４】
つまり、リセット電圧が１Ｖの場合において、無負荷時の電圧が１．４３Ｖの消耗した電池で動作させた場合、ＩＣ１の電源端子Ｐの電圧Ｅ３は、当初（動作開始前）は１．４０Ｖ程度であり、電池端子電圧Ｅ１よりわずかに低いが、この時点で０．４０Ｖ程度の余裕がある。そして動作開始以降、電圧Ｅ３が上昇していき、例えば５フレーム後で１．８４Ｖとなると、その時点でリセット電圧まで０．８４Ｖの余裕が生じていることになる。
【００４５】
このことからも本例の回路が電池寿命を長時間化できることが理解される。
なお、電池が消耗し電池電圧Ｅ１が低下していくに従って、赤外線送信出力は徐々に低下するが、これは赤外線コマンド信号の到達距離に関係するものであり、リモートコマンダーとしての動作は可能である。
ユーザーにとってみれば、電池の消耗は、リモートコマンダーによって電子機器を操作可能な距離が短くなったと感じるものとなるが、操作自体は可能である。またそれによって電池の換え時を認識できる。そして新しい電池を用意するまでは、到達距離の短くなったリモートコマンダーを使う事ができる。
【００４６】
ところで、このような電池１本の回路では、元々の電圧が低いため、ダイオードＤ３としては、上記例のように順方向降下電圧Ｖｆの低いショットキーバリアダイオードが適切である。ショットキーバリアダイオードは低電流領域での順方向降下電圧は０．１Ｖ以下になる。一方、例えばシリコンダイオードの場合は順方向降下電圧Ｖｆは０．５Ｖ程度になり、動作開始前電圧が電池電圧Ｅ１よりその分低くなる。従って電池電圧からみた動作可能下限電圧がその分上昇し、実質電池寿命が短くなる。
【００４７】
＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態の図４に示す。図４はＩＣ１に供給する動作電圧Ｅ３が上がり過ぎないようにした回路例である。
この場合、図２のダイオードＤ３に代えて、トランジスタＱ２、抵抗Ｒ４、ツェナーダイオードＤ４が接続される。即ちトランジスタＱ２のコレクタは発光ダイオードＤ１のアノード側に接続され、トランジスタＱ２のエミッタは抵抗Ｒ３を介してコンデンサＣ２の正極側に接続される。
トランジスタＱ２のベースと電池ＢＡＴの負極の間にはツェナーダイオードＤ４が接続される。トランジスタＱ２のコレクタ−ベース間には抵抗Ｒ４が接続される。
【００４８】
図２の回路と同様に、トランジスタＱ１がスイッチングしている期間には、トランジスタＱ１のコレクタ電圧（Ｅ２）は「電池電圧Ｅ１＋発光ダイオードＤ１の順方向降下電圧(Ｖｆ)」まで上がり、ツェナーダイオードＤ４が無い場合は、コンデンサＣ２の端子電圧は最大で３Ｖ程度まで上昇する。
ＩＣ１の耐圧がこの電圧より低い場合は、何らかの電圧制限が必要となる。
そこで図４の回路では、トランジスタＱ１のコレクタ電圧（Ｅ２）は、抵抗Ｒ４を通してツェナーダイオードＤ４のカソード側につながれているようにし、またトランジスタＱ２のベース電圧はツェナー電圧に固定されるようにしている。そして、トランジスタＱ２のエミッタ電圧は、そのベース電圧からベース−エミッタ間電圧Ｖbe分、下がった電圧となる。
【００４９】
これにより、トランジスタＱ１のコレクタ電圧（Ｅ２）が３Ｖあったとしても、ベース電圧はツェナーダイオードＤ４により定電圧化され、ＩＣ１の電源端子Ｐには過大な電圧はかからないことになる。従ってＩＣ１に対して耐圧を越える動作電圧Ｅ３がかかることが防止され、適切な回路となる。
【００５０】
なお、この回路は電池動作であるため、動作していないときに無駄電流が流れないようにすることが重要となる。このためには、ツェナーダイオードＤ４が電池１本の電圧（１．５Ｖ）で、電流が流れない様に選定すればよい。
【００５１】
＜第３の実施の形態＞
図５に第３の実施の形態を示す。この図５も、ＩＣ１に供給する動作電圧Ｅ３が上がり過ぎないようにした回路例である。
この場合、上述した図２の回路と同様に、ショットキーバリアダイオードＤ３と抵抗Ｒ３を配するが、この図５では、ショットキーバリアダイオードＤ３と抵抗Ｒ３の間にジャンクションＦＥＴ（Ｑ３）が接続される。即ちショットキーバリアダイオードＤ３のカソードがジャンクションＦＥＴ（Ｑ３）のドレインに接続され、ジャンクションＦＥＴ（Ｑ３）のソースが抵抗Ｒ３に接続される。
【００５２】
ジャンクションＦＥＴ（Ｑ３）では、ソース電圧がピンチオフ電圧より高くなると、ソース−ドレイン間がオフ状態になり、それ以上は電流が流れなくなるため、動作電圧Ｅ３が電圧制限できることになる。
これにより、トランジスタＱ１のコレクタ電圧（Ｅ２）が上がっていっても、ＩＣ１の電源端子Ｐには過大な電圧はかからない。
【００５３】
＜第４の実施の形態＞
第４の実施の形態の回路を図６に示すが、これもＩＣ１に供給する動作電圧Ｅ３として過大な電圧がかからないようにする回路例である。
この回路では、コイルＬ１とトランジスタＱ１が直列接続され、トランジスタＱ１のコレクタ−エミッタ間に対して並列に、ダイオードＤ５と発光ダイオードＤ１が直列接続されている。
ＩＣ１に対する動作電圧Ｅ３は、トランジスタＱ１のコレクタ電圧からショットキーバリアダイオードＤ３、抵抗Ｒ３、コンデンサＣ２によって取り出すようにしていることは図２の回路と同様である。
【００５４】
この場合、トランジスタＱ１がオフした時のコイルＬ１のエネルギーは、ダイオードＤ５→発光ダイオードＤ１→電池ＢＡＴ→コイルＬ１と流れて放出される。この時のトランジスタＱ１のコレクタ電圧（Ｅ２）は、ダイオードＤ５と発光ダイオードＤ１の各順方向降下電圧(Ｖｆ)の和になる。ダイオードＤ５がシリコンダイオードである場合、コレクタ電圧（Ｅ２）は約２．２Ｖとなる。
このコレクタ電圧から、ショットキーバリアダイオードＤ３の順方向降下電圧（Ｖｆ＝０．２Ｖ）下がった電圧、つまり２．０Ｖが、コンデンサＣ２に蓄えられる。
【００５５】
トランジスタＱ１のコレクタのピーク電圧は電池電圧Ｅ１にかかわらずほぼ一定のため、コンデンサＣ２の電圧、つまりＩＣ１の動作電圧Ｅ３もほぼ一定となる。従って、ＩＣ１の電源端子Ｐには過大な電圧はかからない。
【００５６】
なお、電池動作のため、回路が動作していないときに無駄な電流が流れない様にしておく必要があるが、図６の回路の場合、ダイオードＤ５，Ｄ１が２個シリーズ接続されており、順方向降下電圧Ｖｆを加算させて電池電圧より高くしていることで無駄な電流が流れない。
【００５７】
＜第５の実施の形態＞
上記各実施の形態ではリモートコマンダーの回路例としたが、本発明は、比較的少ない電流で動作する回路と、大きな電流を消費する回路があり、その全体の回路の最低動作電圧が、少ない電流で動作する回路で決まる場合において、有効である。
リモートコマンダー以外では、例えば図７のような時計回路を例に挙げることができる。
【００５８】
図７においてコイルＬ２は、秒針用モータのコイルである。ＩＣ２１は発振、分周回路を含む制御回路であり、またリセット回路２２を備える。水晶発振器２３によるクロックに基づいて動作する。
ＩＣ２１の消費電流は極少ない。それに比べ秒針を動かすモーターの電流は大きい。
つまりコイルＬ２は図１における大電流回路１２に相当し、ＩＣ２１はコントロール回路１０に相当する。
【００５９】
そして、ＩＣ２１の電源端子Ｐには、モータ用のコイルＬ２側から、高くなった電圧をショットキーバリアダイオードＤ６で整流して取り出し、コンデンサＣ２の電圧を動作電圧として供給する。
時計の場合、秒針を動かすために１秒ごとにスイッチングが行われるため、コンデンサＣ２の電圧は常に電池端子電圧より高くすることが可能となる。
従って電池端子電圧がリセット電圧より低くなっても、図７の回路は動作可能となり、電池エネルギーを有効活用できる。
【００６０】
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明としての回路例は更に多様に考えられる。また、リモートコマンダーや時計以外の回路としても多様に適用可能である。
【００６１】
【発明の効果】
以上の説明からわかるように本発明によれば、コントロール回路部に対しては、動作回路部の動作に応じて動作電池電圧よりも昇圧された電圧が、コントロール用電圧供給回路部によって供給されることになる。このため、電池の消耗や、電池に電流が流れた際の電圧降下によって、電池電圧がコントロール回路部のリセット電圧より低くなったとしても、コントロール回路部にはリセット電圧より高い動作電圧が供給される状態を維持できる。結果的に電池電圧がかなり低電圧に消耗するまでコントロール回路部がリセットされることはなく、電池寿命を著しく長寿命化でき、電池エネルギーを有効活用できるものとなる。
例えば電池１本を使用するリモートコマンダーの回路として実現されることで、リモートコマンダーの長時間使用が可能となる。
【００６２】
また、コントロール用電圧供給回路部に、コントロール回路部の動作電圧が過大とならないように制限する制限回路が設けられていることで、コントロール回路部の耐圧を越えるような電圧供給が防止され、適切な回路となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の構成概念を示すブロック図である。
【図２】第１の実施の形態の回路図である。
【図３】第１の実施の形態のコンデンサ電圧と電池電圧の観測図である。
【図４】第２の実施の形態の回路図である。
【図５】第３の実施の形態の回路図である。
【図６】第４の実施の形態の回路図である。
【図７】第５の実施の形態の回路図である。
【図８】従来の電池２本を使用する回路図である。
【図９】従来の電池１本を使用する回路図である。
【図１０】電池１本を使用する回路において瞬間的電圧低下を補償する回路図である。
【図１１】図１０の回路のコンデンサ電圧と電池電圧の観測図である。
【図１２】電池１本を使用する回路において瞬間的電圧低下を補償する回路図である。
【図１３】図１２の回路のコンデンサ電圧と電池電圧の観測図である。
【図１４】電池端子電圧特性の説明図である。
【符号の説明】
１ ＩＣ、２，１１ リセット回路、３ キーマトリクス、４ 発振子、１０
コントロール回路、１２ 大電流回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池を電源として動作する回路構成にかかり、例えば赤外線リモートコマンダー等に好適な電池電圧動作回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば赤外線リモートコマンダー等の装置では、例えば動作制御のための回路などはＩＣにより形成されている。
ＩＣなどにおけるデジタル回路には通常、電源電圧を監視するリセット回路が組み込まれ、リセット電圧を発生するか、或いは外部より供給するリセット電圧で動作を開始又は停止するようにされている。
これは回路が正常に動作する電圧以下では回路が動かないようにして、不要な誤動作を避けるために必要とされるものであるが、逆に言えばリセット電圧以下ではその回路は動作不可能になる。
電源が電池（一次電池や二次電池）の場合の様に、電圧が不安定な電源による回路を考えた場合、このリセット電圧が、電池寿命電圧となる。
また、電池には内部抵抗があり、消費電流で電池端子電圧が低下するため、大電流の場合はそれだけ早く寿命電圧に到達することとなる。
【０００３】
赤外線リモートコマンダーにおける従来の回路例を図８に示す。
図８は、電池２本を電源として使用する回路例である。
電池ＢＡＴによる３Ｖの電池電圧はコンデンサＣ１で安定化されて、ＩＣ１の動作電圧とされる。また電池電圧は、抵抗Ｒ１を介して赤外線発光ダイオード（ＬＥＤ）Ｄ１とトランジスタＱ１の直列回路に印加されている。
【０００４】
ＩＣ１は制御回路として搭載されており、キーマトリクス３による操作入力情報の検出に応じて、所定のコマンド信号を出力させる制御を行う。
リモートコマンダーにはユーザーが対象電子機器の操作を行うために多数の操作キーが用意されており、各キーはマトリクス構成の電極により、その操作が検出されるように構成されている。
ＩＣ１は発振子４により動作クロックを得るデジタル回路として構成される。そしてキーマトリクス３で検出された操作に応じたコマンド信号（パルス電圧信号）を発生させ、コマンド信号に応じた電流（電圧パルス）を抵抗Ｒ２を介してトランジスタＱ１のベースに印加する。
トランジスタＱ１は、コマンド信号に基づくベース電流によりオン／オフされる。そしてトランジスタＱ１がオンとされる期間には、赤外線発光ダイオードＤ１に電流が流れ、赤外線が出力される。従って、出力される赤外線は、ＩＣ１で発生されたコマンド信号に応じた、赤外線コマンド信号となる。
【０００５】
ＩＣ１においてはリセット回路２が組み込まれている。リセット回路２は電源端子Ｐに供給される電池電圧を監視しており、電源端子Ｐの電圧がリセット電圧以下となると、ＩＣ１の動作を停止させる。
【０００６】
この図８の回路の場合、発光ダイオードＤ１の順方向降下電圧（Ｖｆ）は約１．５Ｖあるが、電池電圧が３Ｖあるため、発光ダイオードＤ１と直列に電流制限抵抗Ｒ１を挿入する必要がある。
この抵抗Ｒ１での消費電力は熱になるだけで、発光ダイオードＤ１を光らせるには無効な電力であり、電池のエネルギー効率を悪化させる。
ＩＣ１は通常動作３Ｖで、リセット電圧が１．５Ｖ程度とされているとすると、この図８の回路は、電池電圧の半分程度まで動作が可能であり、電池寿命の点からは問題無いが、電池が２本必要となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このことから、電池１本で動作し、かつエネルギー効率を向上する回路も各種提案されていたが、それぞれ以下述べるように問題があった。
【０００８】
電池１本を電源として使用する回路例を図９に示す。なお、順次説明していく各回路例において、既に説明した回路例と同一部分は同一符号を付し、重複説明を避ける。
図９の回路の場合、電池ＢＡＴによる１．５Ｖの電池電圧はコンデンサＣ１で安定化されて、ＩＣ１の動作電圧とされる。
またトランジスタＱ１と直列にコイル（インダクタ）Ｌ１が接続され、コイルＬ１と並列に赤外線発光ダイオードＤ１が接続される。この場合、発光ダイオードＤ１のアノード端がトランジスタＱ１のコレクタに接続される。
発光ダイオードＤ１の順方向電圧降下は１．５Ｖ程度であるため、上記図８と同じ回路構成では発光ダイオードＤ１へ充分な電流を流す事が出来ない。そのため図９のようにコイルＬ１を用いた回路が必要となる。
【０００９】
この回路の場合、ＩＣ１からのコマンド信号によりトランジスタＱ１がオンする期間では、電池正極→コイルＬ１→トランジスタＱ１→電池負極というように電流が流れる。
次にＩＣ１からのコマンド信号電圧がLowになりトランジスタＱ１がオフとなる期間では、コイルＬ１に流れていた電流はコイルＬ１→発光ダイオードＤ１→コイルＬ１のループ電流となる。これが発光ダイオードＤ１を発光させる電流となる。
【００１０】
この図９の回路では、上記図８の電流制限抵抗Ｒ１に相当するものが無く、電池のエネルギー利用効率は良くなる。
しかしながらＩＣ１は、電池1本の電圧、すなわち１．５Ｖが定常電圧とされることとなり、ＩＣの製造上、リセット電圧は０．９〜１．０Ｖにならざるを得ない。このため電池が消耗して電圧が１Ｖ程度に下がると動作限界となる。
【００１１】
また、発光ダイオードＤ１へ電流を流しているときは、電池の内部抵抗により、電池ＢＡＴの端子電圧はさらに下がる。
電池が消耗してくると、発生電圧の低下と同時に内部抵抗も増加するが、発光ダイオードＤ１の発光時は、電池の端子電圧がさらに低下することになり、リセット電圧を下回ることが起こりやすい。そして無負荷時の電池端子電圧が充分高くとも、電流を流した時に電池端子電圧が下がり、リセット電圧を下回ればそれで動作停止となる。
【００１２】
このように、電池１本を使用した図９の回路の場合、定常電圧とリセット電圧の差が小さく、電池消耗によって動作不能となることが早まるとともに、実際には、電池電圧が、多少リセット電圧を上回っている段階でも、瞬間的な電圧低下によって動作不能となるものである。従って、電池電圧がリセット電圧に近づいた時点で動作限界となり、電池による動作可能時間（電池寿命）が短くなる。
【００１３】
これに対して、瞬間的な電圧の低下をある程度補償した回路例を図１０に示す。
この図１０の場合、ＩＣ１の電源端子Ｐは電池端子から抵抗Ｒ３，コンデンサＣ２による時定数を介して接続されている。これによって、ＩＣ１の電源端子Ｐの電圧は、電池端子電圧が瞬間的に低下しても直ぐには下がらない。
このため、上記図９の回路よりは多少使用下限電圧が下がるが、動作時にＩＣ１の電源端子電圧が下がることに変りはない。
またコンデンサＣ２に蓄積された電荷による電圧は、電池ＢＡＴの端子電圧が下がったときに抵抗Ｒ３を通る逆流を発生させることになるが、これもＩＣ１の電源端子電圧を下げる方向に働く。
【００１４】
また図１２に、図１０の回路における抵抗Ｒ３をダイオードＤ２に代えた例を示す。ダイオードＤ２を用いることで、上記した逆流は無くなる。
しかしながらダイオードの順方向電圧降下があり、ＩＣ１の電源端子Ｐの電圧は常にその分だけ低い電圧となる。例えばダイオードＤ２としてショットキーバリアダイオードを使用しても、順方向電圧降下は０．２Ｖ程度あり、電池1本の回路に使用するには無視出来ない電圧である。
またコンデンサＣ２の電圧は電池端子電圧より上がる事はなく、電池端子電圧が下がればコンデンサＣ２の電圧も徐々にその電圧まで下がって行く。
【００１５】
上記図１０の回路の場合、及び図１２の回路の場合の電圧状態の観測結果をそれぞれ図１１、図１３に示す。
図１１（ａ）、図１３（ａ）はコンデンサＣ２に得られる電圧、つまりＩＣ１の電源端子Ｐの電圧を示し、図１１（ｂ）、図１３（ｂ）は電池ＢＡＴの端子電圧を示している。
なお観測にあたっては、電池ＢＡＴとして、消耗した古い電池を使用した。
【００１６】
発光ダイオードＤ１に流れる電流は２００〜４００ｍＡと大きいため、電池ＢＡＴの端子電圧は内部抵抗により電圧降下が生じる。図１１（ｂ）、図１３（ｂ）に示されるように、無負荷時には電圧が１．４Ｖ程度あるにもかかわらず、動作時の最低電圧は１．０Ｖ程度まで下がる。
上記図９の回路であればこの段階でＩＣ１は動作不能となる。
図１０の回路の場合、コンデンサＣ２の電圧は平均化されるため、図１１（ａ）にみられるように電池端子の最低電圧までは下がらず、最低電圧は１．２６Ｖとなった。
【００１７】
また図１２の回路の場合、コンデンサＣ２の電圧の下がり方は、コンデンサＣ２から電池端子側への逆流が無いため、図１０の場合よりはゆっくりではあるが、上がり方もゆっくりとなり、繰り返し送信（赤外線発光）が多くなるとコンデンサＣ２の電圧は図１３（ｂ）のように、１．１８Ｖ程度まで下がって行く。
【００１８】
つまり、リセット電圧が１Ｖの場合において、無負荷時の電圧が１．４３Ｖの消耗した電池で動作させた場合、ＩＣ１の電源端子Ｐの電圧は、図９の回路では既に動作限界となっているが、図１０の回路では、まだ０．２６Ｖ程度の余裕がある。また図１２の回路では０．１８Ｖ程度の余裕がある。
このことから、図１０或いは図１２の回路が、図９の回路よりも多少、電池寿命の長時間化が実現されていることがわかる。
【００１９】
図１４に電池の端子電圧特性の一例を示しておく。
図１４において実線（max）は電池に電流を流さない時の電圧、点線（min）は電池に大きな電流を流した時の電圧である。
ＩＣ１のリセット電圧を１．０Ｖとすれば、min電圧でリセットがかかればこの回路での電池寿命は８時間であり、max電圧で使えれば１６時間と言う事になる。図９の回路の場合、min電圧でリセットがかかることになる。
破線（mean）は図１０，図１２におけるコンデンサＣ２の電圧に相当する。この場合、電池寿命は１２時間程度となる。
【００２０】
以上のように電池１本を使用するリモートコマンダーの回路が各種提案されているが、いずれの場合も、電池エネルギーの有効活用の面から見るとまだ不充分である。例えば図９の場合は、図８のような電流制限抵抗による無駄はないものの、電池電圧に対してリセット電圧が相対的に高くなってしまうことから電池電圧が動作限界に達するまでが非常に早くなり、電池エネルギーの有効活用が達成されているとは言い難い。また、図１０，図１２の回路では、図９の回路よりは電池寿命が長くなるが、十分にエネルギーが有効活用できているとはいえない。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、例えば電池１本使用のリモコンコマンダーなどに好適な電池電圧動作回路として、電池電圧が低下しても使用するＩＣ用の電圧は簡単な昇圧回路で確保し、結果として電池寿命を延ばすことで、電池エネルギーを十分に有効活用できるようにすることを目的とする。
【００２２】
このため本発明の電池電圧動作回路は、コイルと発光素子との並列接続回路に対して直列接続される第一のスイッチ素子を有する動作回路部であって、上記コイルには電池電圧が供給されるとともに、上記第一のスイッチ素子の導通時にエネルギーを蓄積し、上記発光素子は、上記第一のスイッチ素子の非導通時に上記コイルに蓄積されたエネルギーにより順方向電流が流れる動作回路部と、第二のスイッチ素子とコンデンサからなる直列回路であって、上記第一のスイッチ素子に並列接続される直列回路を有するコントロール用電圧供給回路部と、上記直列回路の第二のスイッチ素子とコンデンサの接続点から上記電池電圧よりも高い電圧を取り出して動作電圧として上記動作回路部の動作を制御するコントロール回路部とを備えるようにする。
また上記コントロール用電圧供給回路部には、上記コントロール回路部の動作電圧が過大とならないように制限する制限回路が設けられるとともに、上記動作電圧が所定のリセット電圧以下となることで動作不能となるようにする。
また上記コントロール回路部は、操作入力に応じたコマンド信号を出力させる制御を行う回路部であり、上記発光素子は、上記コントロール回路部からのコマンド信号に応じた赤外線変調信号を出力する電池電圧動作回路とする。
【００２３】
以上の本発明によれば、コントロール回路部に対しては、コントロール用電圧供給回路部によって、電池電圧より昇圧された電圧が供給されることになる。つまり電池電圧がコントロール回路部のリセット電圧より低くなったとしても、コントロール回路部にはリセット電圧より高い動作電圧が供給される状態を維持できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態として、赤外線リモートコマンダーに採用できる回路を第１〜第４の実施の形態として説明し、また時計に採用できる回路を第５の実施の形態として説明する。
まずは、第１〜第５の実施の形態の説明に先立って、本発明の電池電圧動作回路の概念、つまり各実施の形態に共通する基本的な回路構成概念を図１で説明する。
【００２５】
＜基本概念＞
図１に示すように、本発明の実施の形態となる電池電圧動作回路は、大電流回路１２とコントロール回路１０を有し、電池（一次電池、二次電池）ＢＡＴを電源としている。電池１本により電源電圧は１．５Ｖとなる。
大電流回路１２は、電池電圧により動作し、比較的大きな電流を消費する動作回路部である。電池ＢＡＴによる電池電圧はコンデンサＣ１により安定化されて大電流回路１２の電源端子Ｐに供給される。
【００２６】
一方、コントロール回路１０は、比較的少ない電流で動作する回路、例えばＩＣ回路であって、大電流回路１２の動作を制御する回路である。このコントロール回路１０には、リセット回路１１が組み込まれている。リセット回路１１は、コントロール回路１０の電源端子Ｐに供給される動作電圧を監視し、動作電圧がリセット電圧より低くなった場合には、不要な誤動作を避けるためにコントロール回路１０の動作を停止させる。上述してきたように、このリセット電圧が、電池寿命電圧となる。
【００２７】
ここで、コントロール回路１０の電源端子Ｐには、ダイオードＤ10を介して電池電圧が供給される経路と、大電流回路１２において電池電圧より高い電圧端子ＨからダイオードＤ20を介して電圧が供給される経路が形成される。図示するようにコンデンサＣ２が接続されていることにより、コンデンサＣ２の正極側端子電圧が、コントロール回路１０の電源端子Ｐに供給される動作電圧となる。
ダイオードＤ10は、大電流回路１２が動作していない期間においてコントロール回路１０に電池電圧を供給する経路となる。
ダイオードＤ20、コンデンサＣ２は、大電流回路１２の動作期間において、大電流回路１２から、電池電圧よりも高い電圧を取り出して整流し、コントロール回路部の動作電圧とするためのコントロール用電圧供給回路部として機能する。
【００２８】
電池電圧で動作する回路では、リセット電圧が電池寿命電圧となるとともに、電池の内部抵抗のため消費電流で電池端子電圧が低下し、大電流では早く寿命電圧に到達する。
そこで、コントロール回路部に対しては、大電流回路１２において電池電圧より昇圧された電圧が供給されるようにすることで、電池の消耗や、大電流時（大電流回路１２の動作時）の電池端子電圧の低下によって、電池電圧がコントロール回路部のリセット電圧より低くなったとしても、コントロール回路部にはリセット電圧より高い動作電圧が供給される状態を維持できるようにし、電池寿命を延ばすようにするものである。
回路全体の最低動作電圧がコントロール回路１０のリセット電圧で決まる回路構成の場合、この方法で電池ＢＡＴの最低動作電圧を下げることができる。
【００２９】
ＩＣのリセット電圧（動作可能電圧の下限）はＩＣ製造プロセスである程度はコントロール出来るが、１Ｖ以下にするのは色々な制約がありむずかしい。
リセット電圧を下げると言う事はデジタル回路素子のオン／オフをコントロールする電位差が少ないと言う事であり、オンを重視して製造するとオフ特性が不充分（電流が完全に切れない）になり、逆にオフ特性を重視して製造するとオン特性が不充分（電流を充分に流せない）になる。
従ってリセット電圧を１Ｖ以下に下げることで電池寿命を延ばすという手法は適切でない場合があり、そこで本発明では、リセット電圧は１Ｖ程度としたまま、コントロール回路１０に供給する動作電圧を電池電圧より高い電圧とすることで電池の長寿命化を図るものである。
【００３０】
なお、リセット電圧の低いＩＣが製造され、その際に上記のオン特性、オフ特性の問題が生じなかったとしても、本発明回路を使用することにより、さらに電池寿命を延ばす事が可能であり、本発明回路は有効である。
【００３１】
＜第１の実施の形態＞
第１の実施の形態として、赤外線リモートコマンダーの回路を図２に示す。
電池ＢＡＴによる１．５Ｖの電池電圧はコンデンサＣ１で安定化される。電池電圧をＥ１として示す。
【００３２】
トランジスタＱ１と直列にコイル（インダクタ）Ｌ１が接続され、コイルＬ１と並列に赤外線発光ダイオードＤ１が接続される。この場合、発光ダイオードＤ１のアノード端がトランジスタＱ１のコレクタに接続される。この発光ダイオードＤ１、コイルＬ１、トランジスタＱ１による回路が、図１で説明した大電流回路１２に相当し、当該回路に対して電池電圧Ｅ１が印加される。
トランジスタＱ１がオンする期間では、電池正極→コイルＬ１→トランジスタＱ１→電池負極というように電流が流れる。
トランジスタＱ１がオフとなる期間では、コイルＬ１に流れていた電流はコイルＬ１→発光ダイオードＤ１→コイルＬ１のループ電流となる。これが発光ダイオードＤ１を発光させる電流となる。
【００３３】
ＩＣ１は、図１におけるコントロール回路１０に相当する。
ＩＣ１は、キーマトリクス３による操作入力情報の検出に応じて、赤外線コマンド信号を出力させる制御を行う。
即ちリモートコマンダーにはユーザーが対象電子機器の操作を行うために多数の操作キーが用意されており、各キーはマトリクス構成の電極により、その操作が検出されるように構成されている。
ＩＣ１は発振子４により動作クロックを得るデジタル回路として構成される。そしてキーマトリクス３で検出された操作に応じたコマンド信号（パルス電圧信号）を発生させ、コマンド信号に応じた電流（電圧パルス）を抵抗Ｒ２を介してトランジスタＱ１のベースに印加する。
トランジスタＱ１は、コマンド信号に基づくベース電流によりオン／オフされる。そして上記のようにトランジスタＱ１がオフとされる期間には、赤外線発光ダイオードＤ１に電流が流れ、赤外線が出力される。従って、出力される赤外線は、ＩＣ１で発生されたコマンド信号に応じた、赤外線コマンド信号となる。
【００３４】
ＩＣ１においてはリセット回路２が組み込まれている。リセット回路２は電源端子Ｐに供給される電池電圧を監視しており、電源端子Ｐの電圧がリセット電圧以下となると、ＩＣ１の動作を停止させる。
【００３５】
ＩＣ１の電源端子Ｐに対する動作電圧供給のためには、ダイオード（ショットキーバリアダイオード）Ｄ３，抵抗Ｒ３，コンデンサＣ２による回路が形成される。ダイオードＤ３のアノードは発光ダイオードＤ１のアノード端に接続され、ダイオードＤ３のカソードは抵抗Ｒ３を介してコンデンサＣ２の正極側に接続される。この場合、コンデンサＣ２の電圧Ｅ３が、ＩＣ１の電源端子Ｐに供給される動作電圧となる。
なおこの図２の回路では、図１におけるダイオードＤ10、D20の機能をダイオードＤ３で兼用するものとなる。
【００３６】
ＩＣ１の動作電圧Ｅ３は以下のようになる。
ＩＣ１が赤外線発光制御をしていない動作停止時、つまりトランジスタＱ１がスイッチングしていないときは、電池ＢＡＴの正極→コイルＬ１→ダイオードＤ３→抵抗Ｒ３→コンデンサＣ２と電流が流れ、これがＩＣ１の動作電圧Ｅ３となる。
ＩＣ１の動作停止時は電流がほとんど流れないため、コイルＬ１、抵抗Ｒ３による電圧降下は無視でき、ダイオードＤ３による順方向電圧降下(Ｖｆ)は０．１Ｖ以下となる。ダイオードＤ３としてショットキーバリアダイオードを使用した場合、実測値でＶｆ＝０．０１７Ｖであった。
【００３７】
ＩＣ１が制御動作を行い、トランジスタＱ１をオンさせると、トランジスタＱ１のコレクタ電圧（Ｅ２）が下がるため、ダイオードＤ３はオフとなる。
またこのとき、電池ＢＡＴの正極からコイルＬ１を通してトランジスタＱ１のコレクタ−エミッタ間に電流が流れる。
トランジスタＱ１をオンさせるコマンド信号による電流は、コンデンサＣ２からＩＣ１を通りトランジスタＱ１のベースに供給される。
通常、トランジスタＱ１のスイッチング周波数は３６〜４０ＫＨｚであり、トランジスタＱ１が１回目にオンしている時間は7μ秒程度である。この程度の時間ではコンデンサＣ２の電圧の低下は問題になることはない。
【００３８】
次に、トランジスタＱ１がオフとなると、トランジスタＱ１のコレクタ電圧（Ｅ２）は上昇し、発光ダイオードＤ１へ電流を供給する。
この時、発光ダイオードＤ１には順方向に電流が流れており、アノード側電圧（Ｅ２）はカソード側電圧より高い電圧になっている。
このとき、電圧Ｅ２は、「電池電圧Ｅ１＋発光ダイオードＤ１の順方向降下電圧」になり、具体的には１．５Ｖ＋１．５Ｖ＝３Ｖ程度に上昇する。
【００３９】
この電圧Ｅ２は、ダイオードＤ３、抵抗Ｒ３を通してコンデンサＣ２を充電する。このときのダイオードＤ３の順方向降下電圧(Ｖｆ)を０．２Ｖとすると、コンデンサＣ２は、最大２．８Ｖまで充電されることになる。
すなわち電池電圧Ｅ１より高い電圧に充電することができ、電池電圧Ｅ１が低下した場合でもＩＣ１が動作するのに充分な動作電圧Ｅ３が確保されることになる。
【００４０】
なお抵抗Ｒ３は、コイルＬ１に蓄えられたエネルギーが、全部ダイオードＤ３の通してコンデンサＣ２側に来ないようにし、発光ダイオードＤ１に流れる電流が確保されるようにするための抵抗である。
【００４１】
この図２の回路では、ＩＣ１の始動電圧があれば、その後の電池端子の電圧降下は、ＩＣ１の電源端子電圧（Ｅ３）の低下には直接影響しない。
連続動作の場合、電池電圧Ｅ１がコイルＬ１、トランジスタＱ１に電流を流し、コイルＬ１に蓄えられたエネルギーの一部がダイオードＤ３を通してコンデンサＣ２に蓄えられ、この電力でＩＣ１が動作可能ならば動作は継続される。
実働回路では電池電圧Ｅ１が０．２Ｖ以下となるまで動作した。
【００４２】
図２の回路における電圧状態の観測結果を図３に示す。図３（ａ）はコンデンサＣ２に得られる電圧、つまりＩＣ１の電源端子Ｐの電圧Ｅ３を示し、図３（ｂ）は電池ＢＡＴの端子電圧Ｅ１を示している。
なおこの観測にあたっては、上述した図１１，図１３の場合と同様に、消耗した古い電池を使用した。
【００４３】
発光ダイオードＤ１に流れる電流は２００〜４００ｍＡと大きいため、電池ＢＡＴの端子電圧は内部抵抗により電圧降下が生じる。このため図３（ｂ）に示されるように、無負荷時には電圧が１．４Ｖ程度あるにもかかわらず、動作時の最低電圧は１．０Ｖ程度まで下がる。
これに対して動作電圧Ｅ３は、図３（ａ）のように、トランジスタＱ１がスイッチングを行っている期間に上昇することになる。上述のようにスイッチング期間においてコンデンサＣ２の充電が行われるためである。例えばコマンド信号の５フレーム後には１．８Ｖを超えるまで上昇している。
【００４４】
つまり、リセット電圧が１Ｖの場合において、無負荷時の電圧が１．４３Ｖの消耗した電池で動作させた場合、ＩＣ１の電源端子Ｐの電圧Ｅ３は、当初（動作開始前）は１．４０Ｖ程度であり、電池端子電圧Ｅ１よりわずかに低いが、この時点で０．４０Ｖ程度の余裕がある。そして動作開始以降、電圧Ｅ３が上昇していき、例えば５フレーム後で１．８４Ｖとなると、その時点でリセット電圧まで０．８４Ｖの余裕が生じていることになる。
【００４５】
このことからも本例の回路が電池寿命を長時間化できることが理解される。
なお、電池が消耗し電池電圧Ｅ１が低下していくに従って、赤外線送信出力は徐々に低下するが、これは赤外線コマンド信号の到達距離に関係するものであり、リモートコマンダーとしての動作は可能である。
ユーザーにとってみれば、電池の消耗は、リモートコマンダーによって電子機器を操作可能な距離が短くなったと感じるものとなるが、操作自体は可能である。またそれによって電池の換え時を認識できる。そして新しい電池を用意するまでは、到達距離の短くなったリモートコマンダーを使う事ができる。
【００４６】
ところで、このような電池１本の回路では、元々の電圧が低いため、ダイオードＤ３としては、上記例のように順方向降下電圧Ｖｆの低いショットキーバリアダイオードが適切である。ショットキーバリアダイオードは低電流領域での順方向降下電圧は０．１Ｖ以下になる。一方、例えばシリコンダイオードの場合は順方向降下電圧Ｖｆは０．５Ｖ程度になり、動作開始前電圧が電池電圧Ｅ１よりその分低くなる。従って電池電圧からみた動作可能下限電圧がその分上昇し、実質電池寿命が短くなる。
【００４７】
＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態の図４に示す。図４はＩＣ１に供給する動作電圧Ｅ３が上がり過ぎないようにした回路例である。
この場合、図２のダイオードＤ３に代えて、トランジスタＱ２、抵抗Ｒ４、ツェナーダイオードＤ４が接続される。即ちトランジスタＱ２のコレクタは発光ダイオードＤ１のアノード側に接続され、トランジスタＱ２のエミッタは抵抗Ｒ３を介してコンデンサＣ２の正極側に接続される。
トランジスタＱ２のベースと電池ＢＡＴの負極の間にはツェナーダイオードＤ４が接続される。トランジスタＱ２のコレクタ−ベース間には抵抗Ｒ４が接続される。
【００４８】
図２の回路と同様に、トランジスタＱ１がスイッチングしている期間には、トランジスタＱ１のコレクタ電圧（Ｅ２）は「電池電圧Ｅ１＋発光ダイオードＤ１の順方向降下電圧(Ｖｆ)」まで上がり、ツェナーダイオードＤ４が無い場合は、コンデンサＣ２の端子電圧は最大で３Ｖ程度まで上昇する。
ＩＣ１の耐圧がこの電圧より低い場合は、何らかの電圧制限が必要となる。
そこで図４の回路では、トランジスタＱ１のコレクタ電圧（Ｅ２）は、抵抗Ｒ４を通してツェナーダイオードＤ４のカソード側につながれているようにし、またトランジスタＱ２のベース電圧はツェナー電圧に固定されるようにしている。そして、トランジスタＱ２のエミッタ電圧は、そのベース電圧からベース−エミッタ間電圧Ｖbe分、下がった電圧となる。
【００４９】
これにより、トランジスタＱ１のコレクタ電圧（Ｅ２）が３Ｖあったとしても、ベース電圧はツェナーダイオードＤ４により定電圧化され、ＩＣ１の電源端子Ｐには過大な電圧はかからないことになる。従ってＩＣ１に対して耐圧を越える動作電圧Ｅ３がかかることが防止され、適切な回路となる。
【００５０】
なお、この回路は電池動作であるため、動作していないときに無駄電流が流れないようにすることが重要となる。このためには、ツェナーダイオードＤ４が電池１本の電圧（１．５Ｖ）で、電流が流れない様に選定すればよい。
【００５１】
＜第３の実施の形態＞
図５に第３の実施の形態を示す。この図５も、ＩＣ１に供給する動作電圧Ｅ３が上がり過ぎないようにした回路例である。
この場合、上述した図２の回路と同様に、ショットキーバリアダイオードＤ３と抵抗Ｒ３を配するが、この図５では、ショットキーバリアダイオードＤ３と抵抗Ｒ３の間にジャンクションＦＥＴ（Ｑ３）が接続される。即ちショットキーバリアダイオードＤ３のカソードがジャンクションＦＥＴ（Ｑ３）のドレインに接続され、ジャンクションＦＥＴ（Ｑ３）のソースが抵抗Ｒ３に接続される。
【００５２】
ジャンクションＦＥＴ（Ｑ３）では、ソース電圧がピンチオフ電圧より高くなると、ソース−ドレイン間がオフ状態になり、それ以上は電流が流れなくなるため、動作電圧Ｅ３が電圧制限できることになる。
これにより、トランジスタＱ１のコレクタ電圧（Ｅ２）が上がっていっても、ＩＣ１の電源端子Ｐには過大な電圧はかからない。
【００５３】
＜第４の実施の形態＞
第４の実施の形態の回路を図６に示すが、これもＩＣ１に供給する動作電圧Ｅ３として過大な電圧がかからないようにする回路例である。
この回路では、コイルＬ１とトランジスタＱ１が直列接続され、トランジスタＱ１のコレクタ−エミッタ間に対して並列に、ダイオードＤ５と発光ダイオードＤ１が直列接続されている。
ＩＣ１に対する動作電圧Ｅ３は、トランジスタＱ１のコレクタ電圧からショットキーバリアダイオードＤ３、抵抗Ｒ３、コンデンサＣ２によって取り出すようにしていることは図２の回路と同様である。
【００５４】
この場合、トランジスタＱ１がオフした時のコイルＬ１のエネルギーは、ダイオードＤ５→発光ダイオードＤ１→電池ＢＡＴ→コイルＬ１と流れて放出される。この時のトランジスタＱ１のコレクタ電圧（Ｅ２）は、ダイオードＤ５と発光ダイオードＤ１の各順方向降下電圧(Ｖｆ)の和になる。ダイオードＤ５がシリコンダイオードである場合、コレクタ電圧（Ｅ２）は約２．２Ｖとなる。
このコレクタ電圧から、ショットキーバリアダイオードＤ３の順方向降下電圧（Ｖｆ＝０．２Ｖ）下がった電圧、つまり２．０Ｖが、コンデンサＣ２に蓄えられる。
【００５５】
トランジスタＱ１のコレクタのピーク電圧は電池電圧Ｅ１にかかわらずほぼ一定のため、コンデンサＣ２の電圧、つまりＩＣ１の動作電圧Ｅ３もほぼ一定となる。従って、ＩＣ１の電源端子Ｐには過大な電圧はかからない。
【００５６】
なお、電池動作のため、回路が動作していないときに無駄な電流が流れない様にしておく必要があるが、図６の回路の場合、ダイオードＤ５，Ｄ１が２個シリーズ接続されており、順方向降下電圧Ｖｆを加算させて電池電圧より高くしていることで無駄な電流が流れない。
【００５７】
＜第５の実施の形態＞
上記各実施の形態ではリモートコマンダーの回路例としたが、本発明は、比較的少ない電流で動作する回路と、大きな電流を消費する回路があり、その全体の回路の最低動作電圧が、少ない電流で動作する回路で決まる場合において、有効である。
リモートコマンダー以外では、例えば図７のような時計回路を例に挙げることができる。
【００５８】
図７においてコイルＬ２は、秒針用モータのコイルである。ＩＣ２１は発振、分周回路を含む制御回路であり、またリセット回路２２を備える。水晶発振器２３によるクロックに基づいて動作する。
ＩＣ２１の消費電流は極少ない。それに比べ秒針を動かすモーターの電流は大きい。
つまりコイルＬ２は図１における大電流回路１２に相当し、ＩＣ２１はコントロール回路１０に相当する。
【００５９】
そして、ＩＣ２１の電源端子Ｐには、モータ用のコイルＬ２側から、高くなった電圧をショットキーバリアダイオードＤ６で整流して取り出し、コンデンサＣ２の電圧を動作電圧として供給する。
時計の場合、秒針を動かすために１秒ごとにスイッチングが行われるため、コンデンサＣ２の電圧は常に電池端子電圧より高くすることが可能となる。
従って電池端子電圧がリセット電圧より低くなっても、図７の回路は動作可能となり、電池エネルギーを有効活用できる。
【００６０】
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明としての回路例は更に多様に考えられる。また、リモートコマンダーや時計以外の回路としても多様に適用可能である。
【００６１】
【発明の効果】
以上の説明からわかるように本発明によれば、コントロール回路部に対しては、動作回路部の動作に応じて動作電池電圧よりも昇圧された電圧が、コントロール用電圧供給回路部によって供給されることになる。このため、電池の消耗や、電池に電流が流れた際の電圧降下によって、電池電圧がコントロール回路部のリセット電圧より低くなったとしても、コントロール回路部にはリセット電圧より高い動作電圧が供給される状態を維持できる。結果的に電池電圧がかなり低電圧に消耗するまでコントロール回路部がリセットされることはなく、電池寿命を著しく長寿命化でき、電池エネルギーを有効活用できるものとなる。
例えば電池１本を使用するリモートコマンダーの回路として実現されることで、リモートコマンダーの長時間使用が可能となる。
【００６２】
また、コントロール用電圧供給回路部に、コントロール回路部の動作電圧が過大とならないように制限する制限回路が設けられていることで、コントロール回路部の耐圧を越えるような電圧供給が防止され、適切な回路となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の構成概念を示すブロック図である。
【図２】第１の実施の形態の回路図である。
【図３】第１の実施の形態のコンデンサ電圧と電池電圧の観測図である。
【図４】第２の実施の形態の回路図である。
【図５】第３の実施の形態の回路図である。
【図６】第４の実施の形態の回路図である。
【図７】第５の実施の形態の回路図である。
【図８】従来の電池２本を使用する回路図である。
【図９】従来の電池１本を使用する回路図である。
【図１０】電池１本を使用する回路において瞬間的電圧低下を補償する回路図である。
【図１１】図１０の回路のコンデンサ電圧と電池電圧の観測図である。
【図１２】電池１本を使用する回路において瞬間的電圧低下を補償する回路図である。
【図１３】図１２の回路のコンデンサ電圧と電池電圧の観測図である。
【図１４】電池端子電圧特性の説明図である。
【符号の説明】
１ ＩＣ、２，１１ リセット回路、３ キーマトリクス、４ 発振子、１０
コントロール回路、１２ 大電流回路
Claims (3)
- コイルと発光素子との並列接続回路に対して直列接続される第一のスイッチ素子を有する動作回路部であって、上記コイルには電池電圧が供給されるとともに、
上記第一のスイッチ素子の導通時にエネルギーを蓄積し、上記発光素子は、上記第一のスイッチ素子の非導通時に上記コイルに蓄積されたエネルギーにより順方向電流が流れる動作回路部と、
第二のスイッチ素子とコンデンサからなる直列回路であって、上記第一のスイッチ素子に並列接続される直列回路を有するコントロール用電圧供給回路部と、
上記直列回路の第二のスイッチ素子とコンデンサの接続点から上記電池電圧よりも高い電圧を取り出して動作電圧として上記動作回路部の動作を制御するコントロール回路部と、
を備えたことを特徴とする電池電圧動作回路。 - 上記コントロール用電圧供給回路部には、上記コントロール回路部の動作電圧が過大とならないように制限する制限回路が設けられるとともに、上記動作電圧が所定のリセット電圧以下となることで動作不能となることを特徴とする請求項１に記載の電池電圧動作回路。
- 上記コントロール回路部は、操作入力に応じたコマンド信号を出力させる制御を行う回路部であり、
上記発光素子は、上記コントロール回路部からのコマンド信号に応じた赤外線変調信号を出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の電池電圧動作回路。
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