JP5458692B2

JP5458692B2 - 電子装置

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Publication number: JP5458692B2
Application number: JP2009152037A
Authority: JP
Inventors: 吉律浅見
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2009-06-26
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2029-06-26
Also published as: JP2011010478A

Description

この発明は、発電手段と蓄電手段とを備えた電子装置に関する。

以前より、ソーラ発電、熱発電、装置自体が揺り動かされることで運動エネルギーを取り込んで発電を行う自動巻発電など、種々の発電機能を有する電子時計がある。発電された電力は二次電池に蓄積して利用することで、発電のない期間にも時計を動作させることができる。

また、本願発明に関連する技術として、特許文献１，２には、二次電池に加えて、電気容量の小さな補助容量を設け、二次電池の放電が進んだ場合でも、次に発電が行われた際に、補助容量に充電を行ってその電圧を利用することで、速やかに時計を始動させることを可能とするクイックスタート機能を備えた電子時計が開示されている。

特開平８−３６０７０号公報特開平１１−２９９１２５号公報

従来の発電機能を備えた電子時計では、発電素子と二次電池との間に整流素子を設け、発電量が多い期間には発電素子から二次電池側へ電流を供給する一方、発電量が少ない期間には整流素子によって二次電池から発電素子側への電流の逆流を防止している。

そのため、二次電池の充電レベルが比較的に高く、且つ、発電素子の発電量がやや少ない状態では、二次電池の電圧が発電電圧よりも高くなって、上記の整流素子により発電電流の供給が遮断される。従って、この発電により時計のＬＳＩ（大規模集積回路）を動作させるのに十分な電力が得られる場合でも、発電素子からＬＳＩ側に駆動電流が供給されることはなく、ＬＳＩで二次電池側の電力が使用されてしまうという課題があった。すなわち、発電電力を使用すれば二次電池の充電量を減少させずに済むのに、発電電力が使用されないことで二次電池の充電量の減少が進み、発電停止時に二次電池の電力が消耗されるのを早めてしまうという課題があった。

この発明の目的は、発電手段と蓄電手段とを備えた電子装置において、蓄電手段の蓄電量を無駄に減少させずに発電電力を有効に使用できる電子装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、
発電手段と、
該発電手段に対してそれぞれ並列に接続された第１蓄電手段、該第１蓄電手段より容量の小さな第２蓄電手段、および、装置の機能を実現する機能回路と、
閉成状態から開成状態に切り替わることで、前記機能回路および前記第２蓄電手段を前記発電手段および前記第１蓄電手段から切り離すことが可能な第１スイッチ手段と、
閉成状態から開成状態に切り替わることで、前記第１蓄電手段を前記発電手段、前記第２蓄電手段および前記機能回路から切り離すことが可能な第２スイッチ手段と、
前記第１蓄電手段の端子電圧と前記第２蓄電手段の端子電圧とを比較する第１比較器と、
前記機能回路を駆動可能な電源電圧である第１閾値電圧と前記第２蓄電手段の端子電圧とを比較する第２比較器と、
前記第１比較器の出力に基づき前記第１スイッチ手段と前記第２スイッチ手段との切り替えを制御する論理手段と、
を備え、
前記論理手段は、
前記第１蓄電手段の端子電圧が前記第２蓄電手段の端子電圧より大きい場合に前記第１スイッチ手段を閉成状態に、前記第２スイッチ手段を開成状態に切り替えるとともに、
前記第１蓄電手段の端子電圧が前記第２蓄電手段の端子電圧より小さい場合に前記第１スイッチ手段を開成状態に、前記第２スイッチ手段を閉成状態に切り替え、
前記第２比較器の出力に基づき前記第２蓄電手段の端子電圧が前記第１閾値電圧より低い場合に、前記第１比較器の出力に基づく前記第１スイッチ手段の切り替え制御を解除して、前記第２スイッチ手段を閉成状態とすることを特徴とする電子装置である。

本発明に従うと、発電手段の発電量が多い期間には、第１蓄電手段と第２蓄電手段との両方に充電が行われつつ、これらの電力が使用されて機能回路が動作する一方、発電手段の発電量が少ない期間には、第１蓄電手段の放電が抑えられて、発電手段の電力が使用されて機能回路が動作することになる。これにより、第１蓄電手段の蓄電量が無駄に消費されることなく、発電手段の発電量が有効に使用されて機能回路を動作させることができる。

本発明の実施形態の電子時計の全体を示すブロック図である。ＣＰＵにより実行されるスイッチ制御処理の制御手順を示すフローチャートである。充電関連の各電圧と第２ラッチとの状態遷移を表わすタイムチャートを示す。高照度の状態における第１スイッチおよび第２スイッチの切り替え状態を表わす説明図である。低照度およびゼロ照度の状態における第１スイッチおよび第２スイッチの切り替え状態を表わす説明図である。高負荷モード状態における第１スイッチおよび第２スイッチの切り替え状態を表わす説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態の電子時計の全体を示すブロック図である。

この実施形態の電子時計１は、複数の指針（例えば時針、分針、秒針）１１を回転させて時刻を表示するアナログ表示部と、例えば文字板上に配置された発電手段としてのソーラセル１２とを有するもので、例えば、腕時計の本体部となるものである。

この電子時計１は、図１に示すように、上記の指針１１やソーラセル１２に加えて、ソーラセル１２への電流の逆流を防止するダイオードＤ１と、発電された電力を蓄える第１蓄電手段としての二次電池２および第２蓄電手段としてのコンデンサ３と、指針１１を回転駆動するステップモータ１４と、ステップモータ１４の運動を指針１１に伝達する輪列機構１３と、時刻計時用に所定周波数の発振信号を生成する発振回路１５と、時計動作を実現させる各種の制御動作を行うＬＳＩ（大規模集積回路）１８等を備えている。

ＬＳＩ１８には、ステップモータ１４に駆動電流を出力する駆動回路２４と、発振回路１５から発振信号を受けて時刻の計時を行う計時回路２５と、時刻表示処理や電源切替処理など各部の統括的な制御処理を行う制御手段としてのＣＰＵ（中央演算処理装置）２１と、ＣＰＵ２１に作業用のメモリ空間を提供するＲＡＭ２２と、制御データや制御プログラムを格納したＲＯＭ２３と、ソーラセル１２に対する充電先の接続や機能回路（ＣＰＵ２１、ＲＡＭ２２、ＲＯＭ２３、駆動回路２４、計時回路２５、発振回路１５等を含む）の電源供給元の接続を切り替える第１スイッチＴｒ１および第２スイッチＴｒ２と、これら第１および第２スイッチＴｒ１，Ｔｒ２の切替信号を生成するスイッチ切替回路４０と、二次電池２の電池電圧を検出する検出手段としての電池電圧検出器３２と、電源電圧がＢＡＣ（バッテリオールクリア）電圧になったことを検出するＢＡＣ電圧検出器３１等が設けられている。

二次電池２は、電気化学反応を利用して電力を蓄えたり放電を行ったりするものであり、その蓄電容量はコンデンサ３に比べて非常に大きなものである。コンデンサ３は、静電容量によって電荷を蓄える構成であり、一般的なコンデンサ或いは比較的容量の大きな電気二重層コンデンサなどを適用することができる。

第１および第２のスイッチＴｒ１，Ｔｒ２は、例えば、ＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタなどから構成される。第１スイッチＴｒ１は、ソーラセル１２とコンデンサ３、並びに、ソーラセル１２と機能回路（２１，２４）をそれぞれ接続する共通の配線上に設けられ、オン（閉成）状態からオフ（開成）状態に切り替わることで、ソーラセル１２および二次電池２を、コンデンサ３および機能回路（２１，２４）から切り離すようになっている。

また、第２スイッチＴｒ２は、ソーラセル１２と二次電池２とを接続する配線上に設けられ、オン状態からオフ状態に切り替わることで、二次電池２をソーラセル１２、コンデンサ３および機能回路（２１，２４）から切り離すようになっている。

駆動回路２４は、ＣＰＵ２１から供給されるタイミングパルスに応じて電源電圧ＶＤＤをステップモータ１４にパルス出力することで、ステップモータ１４を１ステップずつ回転駆動させるものである。

電池電圧検出器３２は、例えば、二次電池２の電圧と２種類の閾値電圧とを比較して、その比較信号をＣＰＵ２１に出力することで、二次電池２の電圧がＭｉｄレベル（例えば２．３Ｖ以上）に復帰したことの検出と、二次電池２の電圧がチャージレベル（例えば２．２Ｖ〜１．９Ｖ）まで低下したことの検出とを行うものである。Ｍｉｄレベル（通常使用レベル）は、時計機能の各動作が通常に実行される充電レベル、チャージレベルは二次電池２の電圧低下を避けるために二次電池２の放電が制限されるとともに通常の時計機能のうち消費電力の比較的大きい動作が停止される充電レベルである。

ＢＡＣ電圧検出器３１は、電源電圧ＶＤＤがＬＳＩ１８の動作下限電圧を下回ってＬＳＩ１８が不安定動作する前に、ＬＳＩ１８をオールクリア状態にするためのものであり、動作下限電圧より僅かに高い閾値電圧と電源電圧ＶＤＤとを比較して、電源電圧ＶＤＤが閾値電圧を下回った場合にオールクリア信号をＣＰＵ２１に出力するものである。ＬＳＩ１８は、このオールクリア信号によってリセット状態となる。

スイッチ切替回路４０は、第１スイッチＴｒ１の制御端子に切替信号を出力する二入力のアンドゲート４４と、第２スイッチＴｒ２の制御端子に切替信号を出力する三入力のアンドゲート４３と、アンドゲート４３，４４の１つの入力信号を供給する第１ラッチ４２と、アンドゲート４３，４４の別の入力信号を生成するコンパレータＣＰ１と、コンパレータＣＰ１から一方のアンドゲート４３に入力される信号のみを反転させるインバータ４５と、コンパレータＣＰ１の比較参照電圧を２種類生成する電圧リファレンス回路４１と、コンパレータＣＰ１の反転入力端子の接続を比較参照電圧側と二次電池２側との一方に選択的に切り替える切替回路４６と、三入力のアンドゲート４３のもう一つの入力信号を生成する切替制限回路４７と、切替回路４６と切替制限回路４７の作用を切り替えるための制御信号をラッチする第２ラッチ４８等から構成される。これらの構成のうち、アンドゲート４３，４４やインバータ４５により論理手段が構成され、コンパレータＣＰ１により第１比較器が構成される。また、第２ラッチ４８とＣＰＵ２１により第１制御手段が構成され、第１ラッチ４２とＣＰＵ２１により第２制御手段が構成される。

切替回路４６は、第２ラッチ４８の出力に基づいてオン・オフするスイッチトランジスタ５１，５２と、第２ラッチ４８から一方のスイッチトランジスタ５１に出力される信号を反転させるインバータ５３とを有する。そして、第２ラッチ４８の出力がローレベルのときには、コンパレータＣＰ１の反転入力端子の接続を二次電池２側に切り替え、第２ラッチ４８の出力がハイレベルのときには、コンパレータＣＰ１の反転入力端子の接続を電圧リファレンス回路４１側に切り替える。

切替制限回路４７は、電源電圧ＶＤＤと低駆動電圧Ｖｄ１（例えば２．０Ｖ）とを比較して、電源電圧ＶＤＤが低駆動電圧Ｖｄ１を下回ったら第２スイッチＴｒ２をオンさせる作用を有する。さらに、この切替制限回路４７は、第２ラッチ４８の出力に応じて上記作用の継続および停止を切り替え可能にしたものである。ここで、低駆動電圧Ｖｄ１とは、ＬＳＩ１８が安定的に動作する電源電圧のうち消費電力が低減される低い方の値（例えば２．０Ｖ）に設定された電圧であり、第１閾値電圧の一例を示すものである。この切替制限回路４７は、上記の低駆動電圧Ｖｄ１を生成する基準電圧生成回路５５と、低駆動電圧Ｖｄ１と電源電圧ＶＤＤとを比較する第２比較器としてのコンパレータＣＰ２と、コンパレータＣＰ２の出力を通過又は遮断するオアゲート５６とを有している。オアゲート５６には第２ラッチ４８のラッチ信号が入力され、第２ラッチ４８の出力がローレベルのときにコンパレータＣＰ２の出力がアンドゲート４３に送られる一方、第２ラッチ４８の出力がハイレベルのときにはコンパレータＣＰ２の出力によらずに常にハイレベルの信号がアンドゲート４３に送られるようになっている。

第１ラッチ４２および第２ラッチ４８は、ＣＰＵ２１から送られるハイレベル又はローレベルの制御信号をラッチして、この信号の出力を継続するものである。第２ラッチ４８は、上述のように切替回路４６の切り替えと切替制限回路４７の作用の切り替えとを行う制御信号をラッチするものである。

第１ラッチ４２は、第１スイッチＴｒ１と第２スイッチＴｒ２とを強制的にオン状態に切り替える制御信号をラッチするものである。第１ラッチ４２は、ＣＰＵ２１からローレベル信号を受けてアンドゲート４３，４４にローレベル信号を出力することで、コンパレータＣＰ１の出力や切替制限回路４７の出力によらずに、アンドゲート４３，４４からローレベル信号を出力させて第１および第２スイッチＴｒ１，Ｔｒ２を共にオンさせる。

コンパレータＣＰ１は、第２ラッチ４８の出力がハイレベル信号である場合には、電圧リファレンス回路４１から供給される参照電圧と、コンデンサ３の端子電圧とを比較して、その大小を表わすハイレベル信号またはローレベル信号を出力する。一方、第２ラッチ４８の出力がローレベル信号である場合には、コンデンサ３と二次電池２の端子電圧をそれぞれ比較して、コンデンサ３の電圧が高ければハイレベル信号を出力し、二次電池２の電圧が高ければローレベル信号を出力する。

電圧リファレンス回路４１は、２種類の参照電圧を生成して、出力端子ＯＵＴからコンパレータＣＰ１の反転入力端子へ供給するものである。第１の参照電圧は、コンデンサ３のフル充電電圧に対応する高レベル電圧（図３の“Ｖｈｉｇｈ”）であり、第２の参照電圧は、コンデンサ３の要充電電圧に対応する低レベル電圧（図３の“Ｖｌｏｗ”）である。

これらの第１および第２の参照電圧は、コンパレータＣＰ１の出力であるセレクト信号ＳＥＬによって切り替えられるようになっている。具体的には、コンデンサ３の電圧が高い方の第１参照電圧を超えれば、コンパレータＣＰ１に入力される比較参照電圧が低い方の第２参照電圧に切り替わり、コンデンサ３の電圧が低い方の第２参照電圧を下回れば、コンパレータＣＰ１に入力される比較参照電圧が高い方の第１参照電圧に切り替わる。

計時回路２５と発振回路１５は、ＬＳＩ１８に供給される電源と同一の電源が供給されて計時動作を行うようになっている。また、これら計時回路２５と発振回路１５による計時動作はＬＳＩ１８の動作と連動しており、ＬＳＩ１８が停止すれば計時動作も停止されるし、ＬＳＩ１８が作動すれば計時動作も再開されるようになっている。

次に、上記構成の電子時計１の動作について説明する。

図２には、ＣＰＵ２１により実行されるスイッチ制御処理のフローチャートを示す。

このスイッチ制御処理は、ＬＳＩ１８の動作中に継続的に実行されるものである。また、このスイッチ制御処理は、時計機能の動作を実現する時計機能処理と並列的に実行されるものである。時計機能処理とは、例えば、計時回路２５の計時動作と連動させて指針１１を駆動させたり、アラーム時刻に図示略のアラームを作動させたり、図示略の操作部から入力を行って操作に応じた設定処理や処理モードの切り替え等を行う処理である。

スイッチ制御処理においては、図２のフローチャートに示すように、ＣＰＵ２１は、電池電圧検出器３２の出力を判別するとともに、この判別結果に応じて第２ラッチ４８のラッチ信号を切り替える制御を行う。

まず、電池電圧検出器３２により二次電池２の電圧がＭｉｄレベルに復帰したことを示す検出がなされてから（ステップＳ１のＹＥＳ）、二次電池２の電圧がチャージレベルに低下したことを示す検出がなされる直前（ステップＳ４のＮＯ）までの期間には、電源供給の動作状態を通常動作状態にするために第２ラッチ４８にローレベル信号を出力する（ステップＳ２，Ｓ６）。第２ラッチ４８にローレベル信号がラッチされて移行される通常動作状態については後述する。

また、この期間において、ＣＰＵ２１は、時計機能処理が高負荷モードであるか否かを判別し（ステップＳ７）、高負荷モードであれば第１ラッチ４２にローレベル信号を出力し（ステップＳ９）、高負荷モードでなければ第１ラッチ４２にハイレベル信号を出力する（ステップＳ８）。高負荷モードとは、例えば、ステップモータ１４を長い期間にわたって高速に駆動する処理モードや、図示略のアラームを大出力駆動する処理モードなど、比較的大きな駆動電流を消費する動作モードのことである。

一方、電池電圧検出器３２により二次電池２の電圧がチャージレベルに低下したことを示す検出がなされてから（ステップＳ４のＹＥＳ）、二次電池２の電圧がＭｉｄレベルに復帰したことを示す検出がなされる直前（ステップＳ１のＮＯ）までの期間には、電子時計１の動作状態をクイックスタート状態にするために第２ラッチ４８にハイレベル信号を出力する（ステップＳ３，Ｓ５）。

なお、図２のフローチャートにおいては、ステップＳ３，Ｓ６，Ｓ８，Ｓ９を含む幾つかのループ処理で、第１ラッチ４２や第２ラッチ４８に同じ信号が繰り返し出力される内容になっているが、第１ラッチ４２や第２ラッチ４８に既に値が書き込まれていて変更する必要がない場合には、同じ信号を繰り返し出力する処理を省略するようにしても良い。

図３には、充電関連の各電圧と第２ラッチ４８の出力の状態遷移を表わすタイムチャートを示す。

［クイックスタート状態］
先ず、上記のステップＳ３，Ｓ５の処理により第２ラッチ４８がハイレベルにされることで移行されるクイックスタート状態について説明する。

クイックスタート状態は、上述のように二次電池２の電圧がチャージレベル以下の状態からＭｉｄレベルに復帰するまで継続される動作状態である。

図３の“クイックスタート状態”の期間に示すように、クイックスタート状態になると、先ず、第１スイッチＴｒ１がオン、第２スイッチＴｒ２がオフにされる。そして、ソーラセル１２で発電が行われた場合に、コンデンサ３を高レベル電圧“Ｖｈｉｇｈ”になるまで充電する。コンデンサ３が充電されたら、このコンデンサ３の電力を用いて指針１１やＬＳＩ１８を駆動させるとともに、第１スイッチＴｒ１がオフ、第２スイッチＴｒ２がオンにされて二次電池２の充電が行われる。この二次電池２の充電期間において、コンデンサ３の電圧は高レベル電圧“Ｖｈｉｇｈ”から低下していく一方、二次電池２の電圧は充電により上昇する。そして、コンデンサ３の放電が進んで低レベル電圧“Ｖｌｏｗ”まで低下したら、再び、第１スイッチＴｒ１がオン、第２スイッチＴｒ２がオフにされて、コンデンサ３を高レベル電圧“Ｖｈｉｇｈ”まで充電する。

クイックスタート状態では、上記のような動作が繰り返されることで、二次電池２の電圧がチャージレベルに低下してからＭｉｄレベルに復活するまで、二次電池２は放電されることなく充電のみが行われる。一方、ソーラセル１２で発電がなされた際には、コンデンサ３の充電および放電により指針１１が速やかに駆動されて、発電中であることや電子時計１が完全停止していないことをユーザに知らせることができる。このクイックスタート状態における第１スイッチＴｒ１と第２スイッチＴｒ２の切り替えは、コンパレータＣＰ１と電圧リファレンス回路４１の作用によって実現される。

［通常動作状態］
次に、上記のステップＳ２，Ｓ６の処理により第２ラッチ４８がローレベルにされることで移行される通常動作状態について説明する。

図４と図５には、通常動作状態における第１および第２スイッチＴｒ１，Ｔｒ２の切替パターンを表わした説明図を示す。図４は、発電量が多くなる高照度状態のときの切替パターン、図５は発電量が少ない低照度状態およびゼロ照度状態のときの切替パターンを示している。

通常動作状態は、上述のように電池電圧検出器３２の検出出力に基づきＣＰＵ２１が第２ラッチ４８をローレベル出力に制御することで、二次電池２の電圧がＭｉｄレベル以上の状態からチャージレベルに低下する直前まで継続される。通常動作状態では、時計機能処理において高負荷モードの処理を除く通常の時計動作の制御が併行して行われる。

通常動作状態においては、第２ラッチ４８の出力がローレベルにされることで、コンパレータＣＰ１の反転入力端子の接続は二次電池２側に切り替えられる。つまり、コンパレータＣＰ１によりコンデンサ３の端子電圧と二次電池２の端子電圧とが比較され、この比較結果を表わす信号が、２つのアンドゲート４３，４４へ送られる。さらに、切替制限回路４７のコンパレータＣＰ２が、電源電圧ＶＤＤと低駆動電圧Ｖｄ１とを比較して、その比較結果を表わす出力を三入力のアンドゲート４３に出力する。

［高照度状態］
この通常動作状態において、ソーラセル１２への入射光が高照度状態になって多くの発電がなされると、図４（ａ）の切替状態と、図４（ｂ）の切替状態とが、繰り返されて、ソーラセル１２の発電電流がコンデンサ３と二次電池２に交互に送られていく。

詳細には、高照度の状態では、先ず、コンデンサ３の充電により電源電圧ＶＤＤが低駆動電圧Ｖｄ１を下回ることがないので、切替制限回路４７の出力はハイレベルのままとなる。また、第１ラッチ４２の出力はハイレベルに制御されている。従って、第１および第２スイッチＴｒ１，Ｔｒ２はコンパレータＣＰ１の出力にのみ応じて切り替えられることになる。

コンパレータＣＰ１は、コンデンサ３の電圧と二次電池２の電圧とを比較しているので、コンデンサ３の電圧の方が高くなれば、図４（ｂ）に示すように、コンデンサ３側の第１スイッチＴｒ１をオフ、二次電池２側の第２スイッチＴｒ２をオンにする。それにより、二次電池２が充電されて二次電池２の電圧が上昇する。そして、二次電池２の電圧の方が高くなれば、図４（ａ）に示すように、コンデンサ３側の第１スイッチＴｒ１をオン、二次電池２側の第２スイッチＴｒ２をオフにする。それにより、コンデンサ３が充電されてコンデンサ３の電圧が上昇する。

このように図４（ａ），（ｂ）の状態が交互に繰り返されていくことで、図３の期間Ａや期間Ｂに示すように、二次電池２とコンデンサ３に交互に充電が行われて、両者の電圧がほぼ同一の電圧で上昇していく。なお、図３の期間Ａの途中で二次電池２とコンデンサ３の電圧が一定レベルで停止しているのは、二次電池２が満充電となって、図示略の過充電防止回路により二次電池２への充電が停止されているためである。

［低照度状態］
通常動作状態において、ソーラセル１２への入射光が低照度状態になって、ソーラセル１２の発電量が低下すると、コンデンサ３に蓄えられた電力が機能回路（２１，２４）により消費されることで、二次電池２の電圧よりもコンデンサ３の電圧が早く低下する。その結果、コンデンサ３の電圧と二次電池２の電圧を比較するコンパレータＣＰ１の出力はローレベルで一定となり、図５（ａ）に示すように、第１スイッチＴｒ１はオン、第２スイッチＴｒ２はオフにされる。

このような切り替えにより、図３の“低照度”の期間に示すように、二次電池２の電力は消費されずに、ソーラセル１２の発電電流が機能回路（２１，２４）に供給されることになる。ソーラセル１２の発電量が、機能回路（２１，２４）の消費電力より少し上回ったり下回ったり変動する場合には、コンデンサ３の放電や充電が行われて、電源電圧ＶＤＤは少し上下するものの、機能回路（２１，２４）に適切な駆動電流が送られて正常な動作が継続される。

［ゼロ照度状態］
通常動作状態において、ソーラセル１２への入射高がゼロ照度等になって、ソーラセル１２の発電がほとんど行われなくなると、図３の“照度０”の期間に示すように、機能回路（２１，２４）の電力消費によりコンデンサ３の放電が進んで、コンデンサ３の電圧が低駆動電圧Ｖｄ１を下回ることになる。

すると、コンデンサ３の電圧と低駆動電圧Ｖｄ１とを比較するコンパレータＣＰ２の出力がローレベルに変化するので、図５（ｃ）に示すように、第２スイッチＴｒ２がオンされる。ここで、第１スイッチＴｒ１は、二次電池２の電圧がコンデンサ３の電圧を下回らない限りオン状態のままにされる。

第１スイッチＴｒ１と第２スイッチＴｒ２がオン状態になると、二次電池２からコンデンサ３に電流が流れて、コンデンサ３の電圧が上昇する。そして、低駆動電圧Ｖｄ１を上回ると、再び、図５（ｂ）に示すように、切替制限回路４７の出力がハイレベルに変化するので第２スイッチＴｒ２がオフされる。そして、機能回路（２１，２４）の電力消費により、再び、コンデンサ３の放電が進んでその電圧が低駆動電圧Ｖｄ１を下回る。

すなわち、通常動作状態でソーラセル１２の発電がほとんど行われなくなると、図５（ｂ），（ｃ）の状態が繰り返されて、二次電池２の充電電力が少しずつコンデンサ３に移されて、コンデンサ３の電圧が低駆動電圧Ｖｄ１の前後で推移していく。さらに、この低駆動電圧Ｖｄ１の前後で推移する電源電圧ＶＤＤが機能回路（２１，２４）に送られて、機能回路（２１，２４）で安定的な動作が行われる。また、電源電圧ＶＤＤが低い低駆動電圧Ｖｄ１の近辺に調整されることで、高い電圧にされる場合と比較して、機能回路（２１，２４）の消費電力が低くされる。

図３の“照度０”の期間に示すように、コンデンサ３の電圧が低駆動電圧Ｖｄ１の前後で推移する際、二次電池２の電力がコンデンサ３に移されて消費されていくので、二次電池２の電圧は徐々に低下していく。しかし、この二次電池２の電圧の低下は、二次電池２の電圧を直接に機能回路（２１，２４）に供給した場合と比較すれば、機能回路（２１，２４）の消費電力が低くなる分、ややなだらかなものとなる。

そして、二次電池２の電圧が徐々に低下する途中、再び、高照度や低照度の状態になることで、上述した発電量に応じた動作が行われるようになっている。また、ソーラセル１２の発電がほとんど行われない期間が続いて、二次電池２の電圧がチャージレベルまで低下すると、ＣＰＵ２１が第２ラッチ４８にハイレベル信号を出力することで、通常動作状態から前述のクイックスタート状態へと移行されるようになっている。

［高負荷モード］
続いて、図２のステップＳ９の処理により第１ラッチ４２がローレベルにされることで移行される高負荷モードの動作について説明する。

図６は、高負荷モードのときの第１および第２スイッチＴｒ１，Ｔｒ２の切替パターンを表わした説明図である。

高負荷モードでは、第１ラッチ４２にローレベル信号がセットされることで、図６に示すように、第１スイッチＴｒ１と第２スイッチＴｒ２とが強制的にオン状態にされる。それにより、コンデンサ３と二次電池２の両方が機能回路（２１，２４）に接続されることになる。この接続により、二次電池２から機能回路（２１，２４）への直接的な電力供給と、コンデンサ３による平滑作用とが得られて、大電流の出力にも対応することが可能となる。

以上のように、この実施の形態の電子時計１によれば、通常動作状態において、コンパレータＣＰ１によりコンデンサ３の電圧と二次電池２の電圧とが比較され、この比較結果を表わす出力に基づき第１および第２スイッチＴｒ１，Ｔｒ２が切り替えられるので、充電量が多くなる高照度状態では、図４（ａ），（ｂ）の切り替えが繰り返されて、コンデンサ３や二次電池２の充電が行われる。さらに、充電量が少なくなる低照度状態では、二次電池２が切り離されてソーラセル１２からの発電電力が機能回路（２１，２４）で消費される。従って、二次電池２の充電レベルが高くても、機能回路（２１，２４）を駆動するのに十分な発電が行われている場合には、ソーラセル１２の発電電力が機能回路（２１，２４）に供給されるので、二次電池２の電力が無駄に消費されず、その後、発電が停止しても、二次電池２の電力が大きく消耗するのを遅らせることができる。

また、切替制限回路４７により電源電圧ＶＤＤと低駆動電圧Ｖｄ１とか比較され、この比較結果に基づいて第２スイッチＴｒ２が制御されるので、充電量がさらに少なくなるゼロ照度状態では、図５（ｂ），（ｃ）の切り替えが繰り返されて、二次電池２の電圧がコンデンサ３により低駆動電圧Ｖｄ１に調整されて、機能回路（２１，２４）で消費されることになる。従って、機能回路（２１，２４）を駆動できるほどの発電量が得られない場合に限って、二次電池２の電力が少しずつ使用されることとなり、二次電池２の電力が無駄に使用されることがない。また、このとき、電源電圧ＶＤＤは、二次電池２の電圧よりも低い低駆動電圧Ｖｄ１に調整されるので、二次電池２の電圧を直接供給する場合と比較して、機能回路（２１，２４）の消費電力を低くすることができる。それゆえ、発電が停止しても、二次電池２の電力が大きく消耗するのを大きく遅らせることができる。

また、この実施形態の電子時計１によれば、切替回路４６の接続と切替制限回路４７の作用を切り替えるために第２ラッチ４８が設けられ、ＣＰＵ２１が第２ラッチ４８にローレベル信号をセットすることで、上記のような通常動作状態の電源供給動作が得られる一方、ＣＰＵ２１が第２ラッチ４８にハイレベル信号をセットすることで、上記の通常動作状態の電源供給動作が停止され、クイックスタート状態の電源供給動作に切り替えられるようになっている。従って、二次電池２の充電レベルの状態に応じて電源供給動作を適切に切り替えることができる。

また、この実施形態の電子時計１によれば、第１および第２スイッチＴｒ１，Ｔｒ２を強制的にオンにするための第１ラッチ４２が設けられているので、高負荷モードの際に第１ラッチ４２にローレベル信号をセットして、第１および第２スイッチＴｒ１，Ｔｒ２をともにオンさせることで、大電流の出力にも対応することが可能になっている。

なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。例えば、上記実施形態では、２個のスイッチＴｒ１，Ｔｒ２により、ソーラセル１２、コンデンサ３、二次電池２、機能回路（２１，２４）の接続状態を切り替えるようにしているが、同様の接続状態の切り替えを３個や４個のスイッチを連動させて行うようにしても良い。また、コンパレータＣＰ１，ＣＰ２が比較対象の電圧を直接に入力して比較する構成を例示したが、比較対象の電圧を分割抵抗を介して分割した電圧を入力して比較を行うようにしても良い。

また、上記実施形態では、コンパレータＣＰ１の反転入力端子の接続を切り替えることで、コンパレータＣＰ１に二次電池２とコンデンサ３の電圧比較動作と、クイックスタート状態におけるコンデンサ３の充放電の切り替えを行う電圧比較動作とを行わせるようにしているが、これらの電圧比較動作を別個のコンパレータを用いて行うようにしても良い。

また、上記実施形態では、発電手段としてソーラセル１２を例示したが、熱発電や自動巻発電の機構を適用することもできる。また、上記実施形態では、本発明を電子時計に適用した例を示したが、発電手段と蓄電手段とを有する種々の電子装置に適用することができる。その他、実施形態で示した細部構造および方法は発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１電子時計
２二次電池
３コンデンサ
１１指針
１２ソーラセル
１４ステップモータ
１５発振回路
２１ＣＰＵ
２２ＲＡＭ
２３ＲＯＭ
２４駆動回路
２５計時回路
３２電池電圧検出器
ＣＰ１コンパレータ
４０スイッチ切替回路
４１電圧リファレンス回路
４２第１ラッチ
４３，４４アンドゲート
４５インバータ
４６切替回路
４７切替制限回路
４８第２ラッチ
ＣＰ２コンパレータ
５５基準電圧生成回路
５６オアゲート
Ｔｒ１第１スイッチ（第１スイッチ手段）
Ｔｒ２第２スイッチ（第２スイッチ手段）
Ｖｄ１低駆動電圧

Claims

発電手段と、
該発電手段に対してそれぞれ並列に接続された第１蓄電手段、該第１蓄電手段より容量の小さな第２蓄電手段、および、装置の機能を実現する機能回路と、
閉成状態から開成状態に切り替わることで、前記機能回路および前記第２蓄電手段を前記発電手段および前記第１蓄電手段から切り離すことが可能な第１スイッチ手段と、
閉成状態から開成状態に切り替わることで、前記第１蓄電手段を前記発電手段、前記第２蓄電手段および前記機能回路から切り離すことが可能な第２スイッチ手段と、
前記第１蓄電手段の端子電圧と前記第２蓄電手段の端子電圧とを比較する第１比較器と、
前記機能回路を駆動可能な電源電圧である第１閾値電圧と前記第２蓄電手段の端子電圧とを比較する第２比較器と、
前記第１比較器の出力に基づき前記第１スイッチ手段と前記第２スイッチ手段との切り替えを制御する論理手段と、
を備え、
前記論理手段は、
前記第１蓄電手段の端子電圧が前記第２蓄電手段の端子電圧より大きい場合に前記第１スイッチ手段を閉成状態に、前記第２スイッチ手段を開成状態に切り替えるとともに、
前記第１蓄電手段の端子電圧が前記第２蓄電手段の端子電圧より小さい場合に前記第１スイッチ手段を開成状態に、前記第２スイッチ手段を閉成状態に切り替え、
前記第２比較器の出力に基づき前記第２蓄電手段の端子電圧が前記第１閾値電圧より低い場合に、前記第１比較器の出力に基づく前記第１スイッチ手段の切り替え制御を解除して、前記第２スイッチ手段を閉成状態とすることを特徴とする電子装置。
前記第１蓄電手段の充電レベルを検出する検出手段と、
前記第１比較器の比較する電圧の切り替え及び前記第２比較器の作用の切り替えを行う第１制御手段と、を備え、
前記第１制御手段は、
前記検出手段の検出に基づき前記第１蓄電手段の充電レベルが通常使用レベルにある場合には前記第１比較器に前記第１蓄電手段の端子電圧と前記第２蓄電手段の端子電圧とを比較させ、前記第２比較器の出力信号を出力させる一方、前記第１蓄電手段の充電レベルが当該第１蓄電手段の放電を制限するチャージレベルにある場合に前記第１比較器に前記第２蓄電手段の端子電圧と電圧リファレンス回路から供給される電圧とを比較させ、前記第２比較器の出力信号に係わらず所定の信号を出力させることを特徴とする請求項１記載の電子装置。
前記第１スイッチ手段と前記第２スイッチ手段とを強制的に閉成状態に切り替えることが可能な第２制御手段を備え、
前記第２制御手段は、
前記機能回路の負荷が大きくなる所定の動作モードのときに前記第１スイッチ手段と前記第２スイッチ手段とを強制的に閉成状態にすることを特徴とする請求項１〜２の何れか一項に記載の電子装置。
前記第１蓄電手段は二次電池であり、
前記第２蓄電手段はコンデンサであることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の電子装置。
前記機能回路は、時計機能に関わる動作を行うことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の電子装置。