JP6186770B2 - 電圧検出回路及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、電圧検出回路及び電子機器等に関する。

トランジスターの閾値電圧（Ｖｔｈ）は、ＮＢＴＩ（Negative Bias Temperature Instability）やホットキャリアの影響を受けて、時間の経過と共にシフトすることが知られている。そのシフト量は、トランジスターのゲートに印加される電圧に応じて異なったシフト量となる。そのため、コンパレーター等の電圧比較回路を差動対で構成した場合、差動入力に異なる電圧が印加されていると閾値電圧のシフト量が同一とならず、時間の経過と共に入力オフセットを生じる原因となる。

特許文献１には、第１期間と第２期間において入力電圧を２回検出し、それらの検出電圧を平均化する際に、電圧増幅器の入力オフセット成分のバラツキが第１期間と第２期間で正負が反対の極性となるように加算し、検出対象電圧の実行成分を精度良く検出する手法が開示されている。

特開２００６−１２６０９８号公報

上記のように電圧比較回路の入力オフセットが時間の経過と共に変化すると、検出電圧の精度が低下するという課題がある。例えば２次電池の充電制御において過充電を検出する場合、所定の電圧を超えたときに過充電と判断するが、その過充電と判断される電圧値が入力オフセットによって誤差を生じてしまう。

本発明の幾つかの態様によれば、高精度に電圧検出することが可能な電圧検出回路及び電子機器等を提供できる。

本発明の一態様は、第１入力端子の電圧と第２入力端子の電圧とを比較する比較回路と、第１電圧と第２電圧とが入力され、前記比較回路の前記第１入力端子の電圧と前記第２入力端子の電圧とを設定するスイッチ回路と、を含み、前記スイッチ回路は、電圧比較の動作オン・オフを間欠的に繰り返す間欠動作における動作オフ期間では、前記第１入力端子の電圧及び前記第２入力端子の電圧を同電圧に設定し、前記間欠動作における動作オン期間では、前記第１入力端子の電圧を、前記第１電圧又は前記第１電圧を電圧分割した電圧に設定し、前記第２入力端子の電圧を、前記第２電圧に設定する電圧検出回路に関係する。

このようにすれば、間欠動作の動作オフ期間において、比較回路の第１入力端子の電圧及び第２入力端子の電圧がスイッチ回路により同電圧に設定される。これにより、高精度に電圧検出することが可能になる。

また本発明の一態様では、前記スイッチ回路は、前記動作オフ期間において、前記第１入力端子の電圧及び前記第２入力端子の電圧を、前記第１電圧又は前記第２電圧に設定してもよい。

さて、ＮＢＴＩやホットキャリアの影響で比較回路の第１入力端子と第２入力端子に接続されている差動トランジスターの閾値電圧が変化する可能性がある。この点、本発明の一態様によれば、間欠動作の動作オフ期間において、第１入力端子の電圧及び第２入力端子の電圧を同一電圧である第１電圧又は第２電圧に設定できる。これにより、第１入力端子の電圧と第２入力端子の電圧が同一電圧になるので、差動トランジスターの閾値電圧のシフト量に差異が生じることを抑制できる。そのため、比較回路の入力オフセットが時間の経過と共に変化することを抑制でき、高精度に電圧検出できる。

また本発明の一態様では、前記スイッチ回路は、前記第１電圧のノードと前記第１入力端子との間に設けられる第１スイッチ素子と、前記第２電圧のノードと前記第２入力端子との間に設けられる第２スイッチ素子と、前記第１入力端子と前記第２入力端子との間に設けられる第３スイッチ素子と、を有し、前記動作オフ期間において、前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子の一方がオンになり、前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子の他方がオフになり、前記第３スイッチ素子がオンになり、前記動作オン期間において、前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子がオンになり、前記第３スイッチ素子がオフになってもよい。

このようにすれば、間欠動作の動作オフ期間において、第１スイッチ素子及び第３スイッチ素子がオンになることにより第１入力端子の電圧及び第２入力端子の電圧を共に第１電圧に設定できる。或は、第２スイッチ素子及び第３スイッチ素子がオンになることにより第１入力端子の電圧及び第２入力端子の電圧を共に第２電圧に設定できる。

また本発明の一態様では、前記スイッチ回路は、前記第１電圧とグランド電圧との間を電圧分割する電圧分割回路と、前記第１電圧のノードと前記電圧分割回路との間に設けられる第１スイッチ素子と、前記第２電圧のノードと前記第２入力端子との間に設けられる第２スイッチ素子と、前記第１入力端子と前記第２入力端子との間に設けられる第３スイッチ素子と、前記グランド電圧のノードと前記電圧分割回路との間に設けられる第４スイッチ素子と、を有し、前記動作オフ期間において、前記第１スイッチ素子がオンになると共に前記第４スイッチ素子がオフになることにより前記電圧分割回路が前記第１電圧を前記第１入力端子へ出力し、前記第２スイッチ素子がオフになり、前記第３スイッチ素子がオンになり、前記動作オン期間において、前記第１スイッチ素子及び前記第４スイッチ素子がオンになることにより前記電圧分割回路が前記第１電圧を電圧分割した電圧を前記第１入力端子へ出力し、前記第２スイッチ素子がオンになり、前記第３スイッチ素子がオフになってもよい。

このようにすれば、間欠動作の動作オフ期間において、第１スイッチ素子及び第３スイッチ素子がオンになることにより第１入力端子の電圧及び第２入力端子の電圧を共に第１電圧に設定できる。

また本発明の一態様では、基準電圧を生成する基準電圧生成回路を含み、前記スイッチ回路には、前記第１電圧として２次電池の出力電圧が入力され、前記第２電圧として前記基準電圧生成回路の出力電圧が入力されてもよい。

このようにすれば、間欠動作の動作オン期間において、２次電池の出力電圧又はその分割電圧と基準電圧とを比較することにより、２次電池の出力電圧を検出できる。例えば、２次電池の過放電や過充電を検出することが可能となる。

また本発明の一態様では、前記スイッチ回路は、前記動作オフ期間において、前記第１入力端子の電圧及び前記第２入力端子の電圧を、２次電池の出力電圧又はグランド電圧に設定してもよい。

このようにすれば、間欠動作の動作オフ期間において、第１入力端子の電圧及び第２入力端子の電圧を同一電圧である２次電池の出力電圧又はグランド電圧に設定できる。これにより、比較回路の入力オフセットが時間の経過と共に変化することを抑制でき、高精度に電圧検出できる。

また本発明の一態様では、前記スイッチ回路は、前記第１電圧のノードと前記第１入力端子との間に設けられる第１スイッチ素子と、前記第２電圧のノードと前記第２入力端子との間に設けられる第２スイッチ素子と、前記第１入力端子と前記第２入力端子との間に設けられる第３スイッチ素子と、前記２次電池の出力電圧のノードと前記第１入力端子との間、又は前記グランド電圧のノードと前記第１入力端子との間、又は前記２次電池の出力電圧のノードと前記第２入力端子との間、又は前記グランド電圧のノードと前記第２入力端子との間に設けられる第４スイッチ素子と、を有し、前記動作オフ期間において、前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子がオフになり、前記第３スイッチ素子及び前記第４スイッチ素子がオンになり、前記動作オン期間において、前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子がオンになり、前記第３スイッチ素子及び前記第４スイッチ素子がオフになることを特徴とする電圧検出回路。

このようにすれば、間欠動作の動作オフ期間において、第３スイッチ素子及び第４スイッチ素子がオンになることにより第１入力端子の電圧及び第２入力端子の電圧を共に２次電池の出力電圧或はグランド電圧に設定できる。

また本発明の一態様では、前記スイッチ回路は、前記第１電圧と前記グランド電圧との間を電圧分割する電圧分割回路と、前記第１電圧のノードと前記電圧分割回路との間に設けられる第１スイッチ素子と、前記第２電圧のノードと前記第２入力端子との間に設けられる第２スイッチ素子と、前記第１入力端子と前記第２入力端子との間に設けられる第３スイッチ素子と、前記グランド電圧のノードと前記電圧分割回路との間に設けられる第４スイッチ素子と、を有し、前記動作オフ期間において、前記第１スイッチ素子がオフになると共に前記第４スイッチ素子がオンになることにより前記電圧分割回路が前記グランド電圧を前記第１入力端子へ出力し、前記第２スイッチ素子がオフになり、前記第３スイッチ素子がオンになり、前記動作オン期間において、前記第１スイッチ素子及び前記第４スイッチ素子がオンになることにより前記電圧分割回路が前記第１電圧を電圧分割した電圧を前記第１入力端子へ出力し、前記第２スイッチ素子がオンになり、前記第３スイッチ素子がオフになってもよい。

このようにすれば、間欠動作の動作オフ期間において、第３スイッチ素子及び第４スイッチ素子がオンになることにより第１入力端子の電圧及び第２入力端子の電圧を共にグランド電圧に設定できる。

また本発明の一態様では、基準電圧を生成する基準電圧生成回路を含み、前記スイッチ回路には、前記第１電圧として太陽電池の開放電圧が入力され、前記第２電圧として前記基準電圧生成回路の出力電圧が入力され、前記動作オフ期間において、前記比較回路及び前記基準電圧生成回路は非動作状態に設定され、前記動作オフ期間から前記動作オン期間に移る際に、前記第１スイッチ素子がオンになった後に、前記比較回路及び前記基準電圧生成回路が動作状態に設定されてもよい。

このようにすれば、間欠動作の動作オフ期間から動作オン期間となったときに、第１入力端子の電圧が第２入力端子の電圧を高い電圧から低い電圧に移行する電圧下降時を検出できることになり、比較回路のヒステリシスによる検出誤差を抑制できる。

また本発明の一態様では、基準電圧を生成する基準電圧生成回路を含み、前記スイッチ回路には、前記第１電圧として太陽電池の開放電圧が入力され、前記第２電圧として前記基準電圧生成回路の出力電圧が入力されてもよい。

このようにすれば、間欠動作の動作オン期間において、太陽電池の開放電圧又はその分割電圧と基準電圧とを比較することにより、太陽電池の開放電圧を検出できる。例えば、太陽電池の開放電圧が所定電圧を超えているか否かを検出することが可能となる。

また本発明の一態様では、前記スイッチ回路は、前記第１電圧のノードと前記第１入力端子との間に設けられる第１スイッチ素子と、前記第２電圧のノードと前記第２入力端子との間に設けられる第２スイッチ素子と、前記２次電池の出力電圧のノードと前記第１入力端子との間に設けられる第３スイッチ素子と、前記２次電池の出力電圧のノードと前記第２入力端子との間に設けられる第４スイッチ素子と、を有し、前記動作オフ期間において、前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子がオフになり、前記第３スイッチ素子及び前記第４スイッチ素子がオンになり、前記動作オン期間において、前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子がオンになり、前記第３スイッチ素子及び前記第４スイッチ素子がオフになってもよい。

このようにすれば、間欠動作の動作オフ期間において、第３スイッチ素子及び第４スイッチ素子がオンになることにより第１入力端子の電圧及び第２入力端子の電圧を共に２次電池の出力電圧に設定できる。

また本発明の一態様では、前記スイッチ回路は、前記第１電圧のノードと前記第１入力端子との間に設けられる第１スイッチ素子と、前記第２電圧のノードと前記第２入力端子との間に設けられる第２スイッチ素子と、前記グランド電圧のノードと前記第１入力端子との間に設けられる第３スイッチ素子と、前記グランド電圧のノードと前記第２入力端子との間に設けられる第４スイッチ素子と、を有し、前記動作オフ期間において、前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子がオフになり、前記第３スイッチ素子及び前記第４スイッチ素子がオンになり、前記動作オン期間において、前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子がオンになり、前記第３スイッチ素子及び前記第４スイッチ素子がオフになってもよい。

このようにすれば、間欠動作の動作オフ期間において、第３スイッチ素子及び第４スイッチ素子がオンになることにより第１入力端子の電圧及び第２入力端子の電圧を共にグランド電圧に設定できる。

また本発明の一態様では、前記スイッチ回路には、前記第１電圧として太陽電池の開放電圧が入力され、前記動作オフ期間から前記動作オン期間に移る際に、前記第２スイッチ素子がオンになった後に、前記第１スイッチ素子がオンになってもよい。

このようにすれば、間欠動作の動作オフ期間から動作オン期間となったときに、第１入力端子の電圧が第２入力端子の電圧を高い電圧から低い電圧に移行する電圧下降時を検出できることになり、比較回路のヒステリシスによる検出誤差を抑制できる。

また本発明の一態様では、前記スイッチ回路には、前記第１電圧として太陽電池の開放電圧が入力され、前記第２電圧として２次電池の出力電圧が入力されてもよい。

このようにすれば、太陽電池の開放電圧と２次電池の出力電圧とを比較することが可能となる。例えば、太陽電池の開放電圧が２次電池の出力電圧を越えているか否かを判定することで、２次電池を充電可能な状態であるか否かを判断できる。

また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載された電圧検出回路を含む電子機器に関係する。

電源回路の構成例。 本実施形態の電圧検出回路の比較例。 間欠動作についての説明図。 図４（Ａ）は本実施形態の電圧検出回路の第１構成例、図４（Ｂ）は、第１構成例の変形例。 本実施形態の電圧検出回路の動作を説明する表。 図６（Ａ）は本実施形態の電圧検出回路の第２構成例、図６（Ｂ）は、第２構成例の変形例。 図７（Ａ）は本実施形態の電圧検出回路の第３構成例、図７（Ｂ）は、第３構成例の変形例。 過放電検出回路の詳細な構成例。 過放電検出回路の動作を説明する表。 移行期間における過放電検出回路の動作説明図。 ソーラー電圧検出回路の詳細な構成例。 ソーラー電圧検出回路の動作説明図。 充電判定回路の詳細な構成例。 充電判定回路の動作を説明する表。 充電判定回路の動作説明図。 電子機器の構成例。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

１．電源回路
図１に、本実施形態の電圧検出回路を適用できる電源回路の構成例を示す。電源回路は、太陽電池１００（ソーラーセル）、２次電池１１０、放電制御回路１４０、充電制御回路１５０、保護回路１６０を含む。

太陽電池１００は、光エネルギーを電力に変換する装置であり、例えばシリコン型のソーラーパネルで構成される。太陽電池１００の出力電圧ＰＶＩＮは、ソーラーパネルに入射する光の照度に応じて変化する。２次電池１１０は、充電により電力を蓄え、繰り返し充放電することが可能な電池であり、例えばニッケル・カドミウム蓄電池やリチウムイオン２次電池等である。２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣは充放電に応じて変化する。

充電制御回路１５０は、太陽電池１００の出力により２次電池１１０を充電する制御を行う。具体的には、保護回路１６０が、太陽電池１００の出力電圧ＰＶＩＮが２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣがよりも高いと判断した場合には、充電制御回路１５０は、２次電池１１０に太陽電池１００を接続し、２次電池１１０を充電する。また、保護回路１６０が、２次電池１１０が過充電状態であると判断した場合には、充電制御回路１５０は、２次電池１１０から太陽電池１００を切り離し、充電を停止する。

放電制御回路１４０は、２次電池１１０の電力をシステムに供給する制御を行う。具体的には、保護回路１６０が、２次電池１１０が過放電状態であると判断した場合には、２次電池１１０をシステムから切り離し、電力供給を停止する。

充電制御回路１５０と放電制御回路１４０は、例えばトランジスター等で構成されるスイッチ素子により実現できる。それらのスイッチ素子は、保護回路１６０或はシステムのマイクロプロセッサー（例えば図１６の処理部３００）等によりオン・オフ制御され、電力経路の接続及び切断を行う。

保護回路１６０は、太陽電池１００の出力電圧ＰＶＩＮと２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣとを監視し、２次電池１１０の充放電を制御する。具体的には保護回路１６０は、制御回路２００、過充電検出回路２１０、過放電検出回路２２０、充電判定回路２３０を含む。

過充電検出回路２１０は、２次電池１１０の過充電検出を行い、検出結果を制御回路２００へ出力する。具体的には、２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣと過充電に対応する準電圧（例えばリチウムイオン２次電池の場合には４．２Ｖ程度）とを比較し、電圧ＶＣＣが基準電圧を超えている場合には２次電池１１０が過充電状態であると判断する。

過放電検出回路２２０は、２次電池１１０の過放電検出を行い、検出結果を制御回路２００へ出力する。具体的には、２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣと過放電に対応する基準電圧（例えばリチウムイオン２次電池の場合には２．６Ｖ程度）とを比較し、電圧ＶＣＣが基準電圧を下回っている場合には２次電池１１０が過放電状態であると判断する。

充電判定回路２３０は、２次電池１１０を充電可能な状態か否かを判定し、判定結果を制御回路２００へ出力する。具体的には、制御回路２００が充電制御回路１５０を制御して太陽電池１００の出力を２次電池１１０から切断し、太陽電池１００の出力電圧ＰＶＩＮを開放電圧にする。そして、充電判定回路２３０は、太陽電池１００の開放電圧と２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣとを比較し、開放電圧が電圧ＶＣＣよりも高い場合には充電可能な状態であると判定する。

２．電圧検出回路の間欠動作
次に、本実施形態の電圧検出回路が行う間欠動作について説明する。なお電圧検出回路は、図１の過充電検出回路２１０や過放電検出回路２２０、充電判定回路２３０等に対応する。

まず、図２に本実施形態の電圧検出回路の比較例として、過放電検出回路２２０の比較構成例を示す。この比較構成例は、２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣ（高電位側電源電圧）を抵抗素子ＲＡ、ＲＢにより電圧分割する電圧分割回路４０と、抵抗素子ＲＢとグランド電圧（低電位側電源電圧）のノードとの間に設けられるスイッチ素子ＳＷＮと、基準電圧を生成する基準電圧生成回路５０と、第１入力端子ＩＮＰ（例えば正極端子）の電圧ＶＰと第２入力端子ＩＮＭ（例えば負極端子）の電圧ＶＭとを比較する比較回路２０と、を含む。

基準電圧生成回路５０は、電圧ＶＣＣのノードとノードＮＶＡとの間に設けられるＰ型トランジスターＴＰＡと、ノードＮＶＡと出力ノードＮＶＢとの間に設けられるデプレッション型のＮ型トランジスターＴＮＡと、出力ノードＮＶＢとグランド電圧のノードとの間に設けられるエンハンスメント型のＮ型トランジスターＴＮＢと、出力ノードＮＶＢとグランド電圧のノードとの間に設けられるＮ型トランジスターＴＮＣと、を含む。トランジスターＴＮＡ、ＴＮＢのゲートには出力ノードＮＶＢが接続される。

スイッチ素子ＳＷＮとトランジスターＴＰＡ、ＴＮＣは制御回路２００によりオン・オフ制御される。また、比較回路２０は、比較動作を行う動作状態（動作オン状態）と比較動作を行わない非動作状態（動作オフ状態）とが制御回路２００により切り替えられる。比較回路２０及び基準電圧生成回路５０は２次電池１１０から供給される電力で動作し、その非動作状態は、例えば消費電流をゼロにした状態や低消費電流状態等である。

図３を用いて、上記の比較構成例を例にとって間欠動作について説明する。本実施形態の間欠動作では、電圧検出動作を行わない動作オフ期間Ｔｏｆｆ（例えば１秒程度）と、電圧検出動作を行う動作オン期間Ｔｏｎ（例えば数ミリ秒程度）と、を繰り返す。動作オフ期間Ｔｏｆｆでは電圧検出回路の電力消費を抑制し、最小限の動作オン期間Ｔｏｎにすることで２次電池１１０の消耗を抑えている。

具体的には、動作オフ期間Ｔｏｆｆでは、スイッチ素子ＳＷＮがオフになることで２次電池１１０からグランドへの電流経路を遮断し、電圧分割回路４０は第１入力端子ＩＮＰへ電圧ＶＣＣを出力する。また、トランジスターＴＰＡがオフになることで２次電池１１０からグランドへの電流経路を遮断し、トランジスターＴＮＣがオンになることで基準電圧生成回路５０が第２入力端子ＩＮＭへグランド電圧ＶＳＳを出力する。比較回路２０は非動作状態に設定され、電圧比較動作を行わない。

一方、動作オン期間Ｔｏｎでは、スイッチ素子ＳＷＮがオンになり、電圧分割回路４０は第１入力端子ＩＮＰへ分割電圧ＶＸ＝ＶＣＣ×ＲＢ／（ＲＡ＋ＲＢ）を出力する。また、トランジスターＴＰＡがオンになり、トランジスターＴＮＣがオフになり、基準電圧生成回路５０は第２入力端子ＩＮＭへ基準電圧Ｖｒｅｆを出力する。基準電圧Ｖｒｅｆは、図２の構成例では、ダイオード接続されたエンハンスメント型のトランジスターＴＮＢの閾値電圧（Ｖｔｈ）と、ゲート電極とソース電極が接続されたデプレッション型のトランジスターＴＮＡの闇値電圧（Ｖｔｈ）との差分電圧である。そして、比較回路２０は、第１入力端子ＩＮＰの電圧ＶＰ＝ＶＸと、第２入力端子ＩＮＭの電圧ＶＭ＝Ｖｒｅｆとを比較し、比較結果Ｖｏｕｔを出力する。

さて上記のように、動作オフ期間Ｔｏｆｆでは比較回路２０の第１入力端子ＩＮＰと第２入力端子ＩＮＭに異なる電圧が入力される。比較回路２０は、例えば差動入力のコンパレーターであり、その差動入力は、差動対を構成するトランジスターのゲートに接続されている。この差動対を含む比較回路２０の入力オフセットはＮＢＴＩやホットキャリアの影響を受けて変化するため、間欠動作の大部分を占める動作オフ期間Ｔｏｆｆにおいて差動対に異なる電圧が印加されていると、次第に差動対の閾値電圧（Ｖｔｈ）シフト量に差異が生じてオフセット電圧が大きくなり、電圧検出値に変動が発生するという課題がある。

具体的には、ＮＢＴＩとは、ＭＯＳトランジスターにおいて、ゲート電圧に対して負の基板バイアスが掛かった状態で高温になると次第に閾値電圧（Ｖｔｈ）が変化する現象である。ゲート電圧が異なれば基板バイアスも異なるため閾値電圧の変化も異なることになる。また、ホットキャリアはドレイン付近の電界によってゲート酸化膜にキャリアが注入される現象であり、そのキャリア注入によって閾値電圧（Ｖｔｈ）が変化する。ゲート電圧が異なればドレイン付近の電界強度も異なるため、閾値電圧の変化も異なることになる。このようにして、差動対に長時間異なる電圧が印加されていると、閾値電圧の変化が異なるため入力オフセットが次第に変化することになる。

３．電圧検出回路
３．１．第１構成例
図４（Ａ）〜図７（Ｂ）に、上記の課題を解決できる本実施形態の電圧検出回路の構成例を示す。なお本実施形態の電圧検出回路は、過放電検出回路２２０に限らず、過充電検出回路２１０や充電判定回路２３０にも適用できる。また、２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣを基準電圧Ｖｒｅｆにより検出する回路（過充電検出回路２１０、過放電検出回路２２０）に限らず、太陽電池１００の出力電圧ＰＶＩＮの開放電圧を基準電圧Ｖｒｅｆにより検出するソーラー電圧検出回路に適用することも可能である。

ここで各構成例では、間欠動作の動作オフ期間Ｔｏｆｆでのスイッチのオン・オフ状態を図示している。また図５は、動作オン期間Ｔｏｎを含めたスイッチのオン・オフ状態を示す表である。

図４（Ａ）には、電圧検出回路の第１構成例を示す。電圧検出回路は、第１入力端子ＩＮＰの電圧と第２入力端子ＩＮＭの電圧とを比較する比較回路２０と、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２とを受けて、比較回路２０の第１入力端子ＩＮＰの電圧ＶＰと第２入力端子ＩＮＭの電圧ＶＭとを設定するスイッチ回路１０と、を含む。

スイッチ回路１０は、第１電圧Ｖ１のノードと第１入力端子ＩＮＰとの間に設けられるスイッチ素子ＳＷＡと、第２電圧Ｖ２のノードと第２入力端子ＩＮＭとの間に設けられるスイッチ素子ＳＷＢと、第１入力端子ＩＮＰと第２入力端子ＩＮＭとの間に設けられるスイッチ素子ＳＷＣと、を含む。これらのスイッチ素子ＳＷＡ〜ＳＷＣは、制御回路２００によりオン・オフ制御され、例えばＰ型又はＮ型のトランジスター或はそれらを組み合わせたトランスファーゲートにより実現できる。なお、ノードや端子とスイッチ素子との間には、更に他の回路素子が設けられていてもよい。例えば後述する図８に示すように、スイッチ素子ＳＷＡと第１入力端子ＩＮＰとの間に電圧分割回路４０の抵抗素子ＲＡが設けられてもよい。

比較回路２０は、ヒステリシス付きのコンパレーターである。即ち、第１入力端子ＩＮＰの電圧ＶＰが上から下に第２入力端子ＩＮＭの電圧ＶＭを通過する場合には、第１閾値（例えばオフセット無し）で比較結果Ｖｏｕｔがハイレベルからローレベルになる。一方、第１入力端子ＩＮＰの電圧ＶＰが下から上に第２入力端子ＩＮＭの電圧ＶＭを通過する場合には、第１閾値よりも高い第２閾値（例えば所定オフセット）で比較結果Ｖｏｕｔがローレベルからハイレベルになる。このようにヒステリシスを付けることで、電圧ＶＰと電圧ＶＭが近い場合であっても頻繁に比較結果Ｖｏｕｔが反転しなくなり、ノイズに影響され難い安定的な電圧比較が可能となる。

図５を用いて、上記構成例の動作について説明する。なお記号“−”は各構成例において存在しないスイッチ素子を表す。図５の表の１Ａに示すように、間欠動作の動作オフ期間Ｔｏｆｆではスイッチ素子ＳＷＡ、ＳＷＣがオンになり、スイッチ素子ＳＷＢがオフになる。そのため、第１入力端子ＩＮＰ及び第２入力端子ＩＮＭは同一の第１電圧Ｖ１に設定される。このようにして動作オフ期間Ｔｏｆｆにおいて差動入力を同一電圧に設定することで、入力オフセットの経時的な変化を抑制できる。

一方、動作オン期間Ｔｏｎでは、スイッチ素子ＳＷＡ、ＳＷＢがオンになり、スイッチ素子ＳＷＣがオフになる。そのため、第１入力端子ＩＮＰの電圧ＶＰは第２電圧Ｖ１に設定され、第２入力端子ＩＮＭの電圧ＶＭは第２電圧Ｖ２に設定され、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２とを比較可能になる。

図４（Ｂ）に第１構成例の変形例を示す。なお以下では第１構成例と同一の構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

この変形例では、図５の表の１Ｂに示すように、間欠動作の動作オフ期間Ｔｏｆｆではスイッチ素子ＳＷＢ、ＳＷＣがオンになり、スイッチ素子ＳＷＡがオフになる。これにより、第１入力端子ＩＮＰ及び第２入力端子ＩＮＭを同一の第２電圧Ｖ２に設定できる。動作オン期間Ｔｏｎでの動作は第１構成例と同様である。

上記の第１構成例及びその変形例では、電圧検出回路は、第１入力端子ＩＮＰの電圧ＶＰと第２入力端子ＩＮＭの電圧ＶＭとを比較する比較回路２０と、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２とが入力され、比較回路２０の第１入力端子ＩＮＰの電圧ＶＰと第２入力端子ＩＮＭの電圧ＶＭとを設定するスイッチ回路１０と、を含む。そして、スイッチ回路１０は、電圧比較の動作オン・オフを間欠的に繰り返す間欠動作における動作オフ期間Ｔｏｆｆでは、第１入力端子ＩＮＰの電圧ＶＰ及び第２入力端子ＩＮＭの電圧ＶＭを同電圧に設定し、間欠動作における動作オン期間Ｔｏｎでは、第１入力端子ＩＮＰの電圧ＶＰを第１電圧Ｖ１に設定し、第２入力端子ＩＮＭの電圧ＶＭを第２電圧Ｖ２に設定する。なお、動作オン期間Ｔｏｎにおいて、第１入力端子ＩＮＰの電圧ＶＰを、第１電圧Ｖ１を電圧分割した電圧ＶＸ＝Ｖ１×ＲＢ／（ＲＡ＋ＲＢ）に設定してもよい（例えば後述する図８の構成における動作オフ期間Ｔｏｆｆ）。

このようにすれば、間欠動作のうち大部分を占める動作オフ期間Ｔｏｆｆにおいて、比較回路２０の差動入力に同電圧を入力できる。これにより、ＮＢＴＩやホットキャリアによる経時的な入力オフセットの変化を抑制できるため、正確な電圧検出を行うことが可能になる。

ここで第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２は、過充電検出回路２１０や過放電検出回路２２０では、２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣと基準電圧生成回路５０の出力電圧である。或は、ソーラー電圧検出回路では、太陽電池１００の出力電圧ＰＶＩＮと基準電圧生成回路５０の出力電圧である。或は、充電判定回路２３０では、太陽電池１００の出力電圧ＰＶＩＮと２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣ等である。

また本実施形態では、スイッチ回路１０は、動作オフ期間Ｔｏｆｆにおいて、第１入力端子ＩＮＰの電圧ＶＰ及び第２入力端子ＩＮＭの電圧ＶＭを、第１電圧Ｖ１又は第２電圧Ｖ２に設定する。

具体的には、スイッチ回路１０は、第１スイッチ素子（ＳＷＡ）、第２スイッチ素子（ＳＷＢ）、第３スイッチ素子（ＳＷＣ）を含む。そして、動作オフ期間Ｔｏｆｆにおいて、第１スイッチ素子（ＳＷＡ）及び第２スイッチ素子（ＳＷＢ）の一方がオンになり、第１スイッチ素子（ＳＷＡ）及び第２スイッチ素子（ＳＷＢ）の他方がオフになり、第３スイッチ素子（ＳＷＣ）がオンになる。

このようにすれば、図４（Ａ）に示すように第１スイッチ素子（ＳＷＡ）及び第３スイッチ素子（ＳＷＣ）がオンになることにより差動入力を共に第１電圧Ｖ１に設定できる。或は、図４（Ｂ）に示すように第２スイッチ素子（ＳＷＢ）及び第３スイッチ素子（ＳＷＣ）がオンになることにより差動入力を共に第２電圧Ｖ２に設定できる。

３．２．第２構成例
図６（Ａ）に本実施形態の電圧検出回路の第２構成例を示す。この構成例のスイッチ回路１０は、スイッチ素子ＳＷＡ〜ＳＷＣと、第２入力端子ＩＮＭとグランド電圧のノードとの間に設けられるスイッチ素子ＳＷＤと、を含む。

図５の表の２Ａに示すように、間欠動作の動作オフ期間Ｔｏｆｆではスイッチ素子ＳＷＡ、ＳＷＢがオフになり、スイッチ素子ＳＷＣ、ＳＷＤがオンになる。これにより、第１入力端子ＩＮＰ及び第２入力端子ＩＮＭを同一のグランド電圧に設定できる。一方、動作オン期間Ｔｏｎでは、スイッチ素子ＳＷＡ、ＳＷＢがオンになり、スイッチ素子ＳＷＣ、ＳＷＤがオフになる。

なおスイッチ素子ＳＷＤではなく、第１入力端子ＩＮＰとグランド電圧のノードとの間に設けられるスイッチ素子ＳＷＥが設けられてもよい。この場合、図５の表の２Ｂに示すように、間欠動作の動作オフ期間Ｔｏｆｆにおいてスイッチ素子ＳＷＥがオンになることで差動入力を同一のグランド電圧に設定できる。

図６（Ｂ）に第２構成例の変形例を示す。この変形例のスイッチ回路１０は、スイッチ素子ＳＷＡ〜ＳＷＣと、第１入力端子ＩＮＰと電圧ＶＣＣのノードとの間に設けられるスイッチ素子ＳＷＦと、を含む。

図５の表の２Ｃに示すように、間欠動作の動作オフ期間Ｔｏｆｆではスイッチ素子ＳＷＡ、ＳＷＢがオフになり、スイッチ素子ＳＷＣ、ＳＷＦがオンになる。これにより、第１入力端子ＩＮＰ及び第２入力端子ＩＮＭを同一の電圧ＶＣＣに設定できる。一方、動作オン期間Ｔｏｎでは、スイッチ素子ＳＷＡ、ＳＷＢがオンになり、スイッチ素子ＳＷＣ、ＳＷＦがオフになる。

なおスイッチ素子ＳＷＦではなく、第２入力端子ＩＮＭと電圧ＶＣＣのノードとの間に設けられるスイッチ素子ＳＷＧが設けられてもよい。この場合、図５の表の２Ｄに示すように、間欠動作の動作オフ期間Ｔｏｆｆにおいてスイッチ素子ＳＷＧがオンになることで差動入力を同一の電圧ＶＣＣに設定できる。

上記の第２構成例及びその変形例では、スイッチ回路１０は、動作オフ期間Ｔｏｆｆにおいて、第１入力端子ＩＮＰの電圧ＶＰ及び第２入力端子ＩＮＭの電圧ＶＭを、２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣ又はグランド電圧ＶＳＳに設定する。

具体的には、スイッチ回路１０は、第１スイッチ素子（ＳＷＡ）、第２スイッチ素子（ＳＷＢ）、第３スイッチ素子（ＳＷＣ）、第４スイッチ素子（ＳＷＤ又はＳＷＥ又はＳＷＦ又はＳＷＧ）を含む。そして、動作オフ期間Ｔｏｆｆにおいて、第１スイッチ素子（ＳＷＡ）及び第２スイッチ素子（ＳＷＢ）がオフになり、第３スイッチ素子（ＳＷＣ）及び第４スイッチ素子（ＳＷＤ又はＳＷＥ又はＳＷＦ又はＳＷＧ）がオンになる。

このようにすれば、図６（Ａ）に示すように第３スイッチ素子（ＳＷＣ）及び第４スイッチ素子（ＳＷＤ又はＳＷＥ）がオンになることにより差動入力を共にグランド電圧ＶＳＳに設定できる。或は、図６（Ｂ）に示すように第３スイッチ素子（ＳＷＣ）及び第４スイッチ素子（ＳＷＦ又はＳＷＧ）がオンになることにより差動入力を共に２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣに設定できる。

３．３．第３構成例
図７（Ａ）に本実施形態の電圧検出回路の第３構成例を示す。この構成例のスイッチ回路１０は、スイッチ素子ＳＷＡ、ＳＷＢと、第２入力端子ＩＮＭとグランド電圧のノードとの間に設けられるスイッチ素子ＳＷＤと、第１入力端子ＩＮＰとグランド電圧のノードとの間に設けられるスイッチ素子ＳＷＥと、を含む。

図５の表の３Ａに示すように、間欠動作の動作オフ期間Ｔｏｆｆではスイッチ素子ＳＷＡ、ＳＷＢがオフになり、スイッチ素子ＳＷＤ、ＳＷＥがオンになる。これにより、第１入力端子ＩＮＰ及び第２入力端子ＩＮＭを同一のグランド電圧に設定できる。一方、動作オン期間Ｔｏｎでは、スイッチ素子ＳＷＡ、ＳＷＢがオンになり、スイッチ素子ＳＷＤ、ＳＷＥがオフになる。

図７（Ｂ）に第３構成例の変形例を示す。この変形例のスイッチ回路１０は、スイッチ素子ＳＷＡ、ＳＷＢと、第１入力端子ＩＮＰと電圧ＶＣＣのノードとの間に設けられるスイッチ素子ＳＷＦと、第２入力端子ＩＮＭと電圧ＶＣＣのノードとの間に設けられるスイッチ素子ＳＷＧと、を含む。

図５の表の３Ｂに示すように、間欠動作の動作オフ期間Ｔｏｆｆではスイッチ素子ＳＷＡ、ＳＷＢがオフになり、スイッチ素子ＳＷＦ、ＳＷＧがオンになる。これにより、第１入力端子ＩＮＰ及び第２入力端子ＩＮＭを同一の電圧ＶＣＣに設定できる。一方、動作オン期間Ｔｏｎでは、スイッチ素子ＳＷＡ、ＳＷＢがオンになり、スイッチ素子ＳＷＦ、ＳＷＧがオフになる。

上記の第３構成例及びその変形例では、スイッチ回路１０は、第１スイッチ素子（ＳＷＡ）、第２スイッチ素子（ＳＷＢ）、第３スイッチ素子（ＳＷＥ）、第４スイッチ素子（ＳＷＤ）を含む。或は、スイッチ回路１０は、第１スイッチ素子（ＳＷＡ）、第２スイッチ素子（ＳＷＢ）、第３スイッチ素子（ＳＷＦ）、第４スイッチ素子（ＳＷＧ）を含む。そして、動作オフ期間Ｔｏｆｆにおいて、第１スイッチ素子（ＳＷＡ）及び第２スイッチ素子（ＳＷＢ）がオフになり、第３スイッチ素子（ＳＷＥ又はＳＷＦ）及び第４スイッチ素子（ＳＷＤ又はＳＷＧ）がオンになる。

このようにすれば、間欠動作の動作オフ期間において、図７（Ａ）に示すように第３スイッチ素子（ＳＷＥ）及び第４スイッチ素子（ＳＷＤ）がオンになることにより差動入力を共にグランド電圧ＶＳＳに設定できる。或は、図７（Ｂ）に示すように第３スイッチ素子（ＳＷＦ）及び第４スイッチ素子（ＳＷＧ）がオンになることにより差動入力を共に２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣに設定できる。

４．過放電検出回路
図８〜図１０に、過放電検出回路２２０の詳細な構成例を示す。過放電検出回路２２０は、スイッチ回路１０、比較回路２０、基準電圧生成回路５０を含む。なお上述の各構成例と同一の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。例えば基準電圧生成回路５０は図２と同様の構成で実現できる。

この構成例は、電圧検出回路の第１構成例（図４（Ａ）及び図５の表の１Ａ）に対応し、第１電圧Ｖ１は２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣであり、第２電圧Ｖ２は基準電圧生成回路５０の出力電圧である。具体的には、スイッチ回路１０は、電圧ＶＣＣ（第１電圧Ｖ１）のノードとノードＮＡとの間に設けられるスイッチ素子ＳＷＡと、ノードＮＡとノードＮＣとの間に設けられる電圧分割回路４０と、ノードＮＣとグランド電圧のノードとの間に設けられるスイッチ素子ＳＷＨと、基準電圧生成回路５０の出力ノード（第２電圧Ｖ２のノード）と第２入力端子ＩＮＭとの間に設けられるスイッチ素子ＳＷＢと、第１入力端子ＩＮＰと第２入力端子ＩＮＭとの間に設けられるスイッチ素子ＳＷＣと、インバーターＩＮＡを含む。

図８及び図９に示すように、間欠動作の動作オフ期間Ｔｏｆｆでは、制御回路２００は、制御信号ＩＱ＝Ｌ（“Ｌ”はローレベルを表す）とイネーブル信号ＥＮ＝Ｌを受けて、スイッチ素子ＳＷＡ、ＳＷＣをオンにし、スイッチ素子ＳＷＨ、ＳＷＢをオフにする。また、基準電圧生成回路５０と比較回路２０を非動作状態にする。これにより、電圧分割回路４０は、第１入力端子ＩＮＰに接続されるノードＮＢに対して電圧ＶＣＣを出力し、スイッチ素子ＳＷＣがオンのため第２入力端子ＩＮＭも電圧ＶＣＣに設定される。なお制御信号ＩＱとイネーブル信号ＥＮは、例えばシステムのマイクロプロセッサー（例えば図１６の処理部３００）等から入力される。

一方、間欠動作の動作オン期間Ｔｏｎでは、制御回路２００は、制御信号ＩＱ＝Ｌとイネーブル信号ＥＮ＝Ｈ（“Ｈ”はハイレベルを表す）を受けて、スイッチ素子ＳＷＡ、ＳＷＨ、ＳＷＢをオンにし、スイッチ素子ＳＷＣをオフにする。また、基準電圧生成回路５０と比較回路２０を動作状態にする。これにより、電圧分割回路４０は、第１入力端子ＩＮＰに対して分割電圧ＶＸ＝ＶＣＣ×ＲＢ／（ＲＡ＋ＲＢ）を出力し、基準電圧生成回路５０が第２入力端子ＩＮＭに対して基準電圧Ｖｒｅｆを出力する。そして、比較回路２０は、分割電圧ＶＸが基準電圧Ｖｒｅｆを下回っているか否かを判定する。

図１０に示すように、動作オフ期間Ｔｏｆｆから動作オン期間Ｔｏｎに移行する際には、一旦、スイッチ素子ＳＷＡ、ＳＷＢをオンにし、スイッチ素子ＳＷＨ、ＳＷＣをオフにする。このとき、比較回路２０の第１入力端子ＩＮＰの電圧ＶＰは電圧ＶＣＣとなり、第２入力端子ＩＮＭの電圧ＶＭは基準電圧Ｖｒｅｆとなる（即ちＶＰ＞ＶＭ）。このようにするのは、比較回路２０のヒステリシスによる誤検出を避けるためである。即ち、過放電検出においては、２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣ（の分割電圧ＶＸ）が基準電圧Ｖｒｅｆを上から下に通過するのを検出している。そのため、一旦図１０のような状態（ＶＰ＞ＶＭ）としてからスイッチ素子ＳＷＨをオンにして第１入力端子ＩＮＰに分割電圧ＶＸを入力することで、第１入力端子ＩＮＰの電圧ＶＰが第２入力端子ＩＮＭの電圧ＶＭよりも高い状態から電圧比較を始め、必ずヒステリシスの下側の第１閾値で電圧検出するようにできる。

なお図９に示すように、電圧検出を行わない非動作状態（例えば保護回路１６０のパワーダウン状態）では、制御回路２００は制御信号ＩＱ＝Ｈを受けて、スイッチ素子ＳＷＡ、ＳＷＣをオフにし、スイッチ素子ＳＷＨ、ＳＷＢをオンにする。この場合、比較回路２０の第１入力端子ＩＮＰ及び第２入力端子ＩＮＭはグランド電圧に設定される。即ち、図２に示す基準電圧生成回路５０の構成例では、トランジスターＴＰＡがオフになり、トランジスターＴＮＣがオンになり、基準電圧生成回路５０はグランド電圧を出力するので、比較回路２０の第２入力端子ＩＮＭはグランド電圧に設定される。

上記の構成例では、スイッチ回路１０は、第１スイッチ素子（ＳＷＡ）、第２スイッチ素子（ＳＷＢ）、第３スイッチ素子（ＳＷＣ）、第４スイッチ素子（ＳＷＨ）を含む。そして、動作オフ期間Ｔｏｆｆにおいて、第１スイッチ素子（ＳＷＡ）と第３スイッチ素子（ＳＷＣ）がオンになり、第２スイッチ素子（ＳＷＢ）と第４スイッチ素子（ＳＷＨ）がオフになる。

このようにすれば、間欠動作の動作オフ期間において、図８に示すように第１スイッチ素子（ＳＷＡ）及び第３スイッチ素子（ＳＷＣ）がオンになることにより差動入力を共に２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣ（第１電圧Ｖ１）に設定できる。これにより、ＮＢＴＩやホットキャリアによる比較回路２０の入力オフセットの経時的な変化を抑制できる。

５．ソーラー電圧検出回路
図８の構成は、太陽電池１００の出力電圧ＰＶＩＮを検出するソーラー電圧検出回路に適用することも可能である。図１１に、そのソーラー電圧検出回路の詳細な構成例を示す。回路構成については図８と同様であるため説明を省略する。なお、この構成例は、電圧検出回路の第２構成例の変形例（図５の表の２Ｂ）に対応し、スイッチ素子ＳＷＨは図５の表のスイッチ素子ＳＷＥに対応する。

図１２に動作説明図を示す。間欠動作の動作オフ期間Ｔｏｆｆでは、スイッチ素子ＳＷＡ、ＳＷＢがオフになり、スイッチ素子ＳＷＣ、ＳＷＨがオンになるため、比較回路２０の第１入力端子ＩＮＰの電圧ＶＰ及び第２入力端子ＩＮＭの電圧ＶＭは共にグランド電圧ＶＳＳとなる。

動作オフ期間Ｔｏｆｆから動作オン期間Ｔｏｎに移行する際には、まず充電制御回路１５０が太陽電池１００と２次電池１１０を切断し、太陽電池１００の出力を開放する。太陽電池１００と２次電池１１０が接続された状態では太陽電池１００の出力電圧ＰＶＩＮは２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣとほぼ同一となっており、太陽電池１００の出力が開放されると、電圧ＰＶＩＮは次第に開放電圧に漸近する。開放電圧は、電圧ＶＣＣよりも高い（図１２に示すＰＶＩＮの実線）場合もあれば、低い（点線）場合もある。開放電圧に達するのに時間が掛かるのは、例えばソーラーセルとそれを覆うケースとの間の寄生容量を充電するためである。例えばシステムが時計である場合には、ソーラーセルを覆う文字盤との間に寄生容量が生じ、その文字盤で覆われることによって光量が低下するため充電に時間が掛かることになる。

動作オフ期間Ｔｏｆｆから動作オン期間Ｔｏｎへの移行期間ＴＭでは、スイッチ素子ＳＷＡ、ＳＷＢ、ＳＷＨをオンにし、スイッチ素子ＳＷＣをオフにする。基準電圧生成回路５０と比較回路２０は非動作状態を維持する。このとき、第１入力端子ＩＮＰの電圧ＶＰは太陽電池１００の出力電圧ＰＶＩＮの分割電圧となり、第２入力端子ＩＮＭの電圧ＶＭはグランド電圧ＶＳＳとなる。そのため、電圧ＰＶＩＮがどのような電圧であってもＶＰ＞ＶＭとなる。

そして、電圧ＰＶＩＮが開放電圧に十分近づいてから動作オン期間Ｔｏｎにし、基準電圧生成回路５０と比較回路２０を動作状態にし、第２入力端子ＩＮＭの電圧ＶＭを基準電圧Ｖｒｅｆにする。そうすると、第１入力端子ＩＮＰの電圧ＶＰが第２入力端子ＩＮＭの電圧ＶＭを上から下に通過する場合を必ず検出できることになり、比較回路２０のヒステリシスによる検出誤差を防ぐことができる。なお移行期間ＴＭの長さは、例えば電圧ＰＶＩＮが開放電圧となるために十分な期間を製品毎に予め設定しておけばよい。

上記の構成例によれば、スイッチ回路１０は、第１スイッチ素子（ＳＷＡ）、第２スイッチ素子（ＳＷＢ）、第３スイッチ素子（ＳＷＣ）、第４スイッチ素子（ＳＷＨ）を含む。図１２で説明したように、動作オフ期間Ｔｏｆｆから動作オン期間Ｔｏｎに移る際に、第１スイッチ素子（ＳＷＡ）がオンになった後（移行期間ＴＭの経過後）に、比較回路２０及び基準電圧生成回路５０が動作状態に設定される。

このようにすれば、上述のように太陽電池１００の開放電圧が基準電圧Ｖｒｅｆを上から下に通過する場合を必ず検出でき、比較回路２０のヒステリシスによる検出誤差を防ぐことができる。また、このようなタイムラグを設けることで、太陽電池１００の出力電圧ＰＶＩＮが開放電圧に十分近づく時間を確保でき、正確な開放電圧の検出が可能になる。

６．充電判定回路
図１３〜図１５に、充電判定回路２３０の詳細な構成例を示す。充電判定回路２３０は、スイッチ回路１０、比較回路２０を含む。

この構成例は、電圧検出回路の第３構成例（図７（Ａ）及び図５の表の３Ａ）に対応し、トランジスターＴＲＡ、ＴＲＢはそれぞれスイッチ素子ＳＷＥ、ＳＷＤに対応する。第１電圧Ｖ１は太陽電池１００の出力電圧ＰＶＩＮであり、第２電圧Ｖ２は２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣである。

具体的には、スイッチ回路１０は、電圧ＰＶＩＮ（第１電圧Ｖ１）のノードと第１入力端子ＩＮＰとの間に設けられるスイッチ素子ＳＷＡと、電圧ＶＣＣ（第２電圧Ｖ２）のノードと第２入力端子ＩＮＭとの間に設けられるスイッチ素子ＳＷＢと、第１入力端子ＩＮＰとグランド電圧のノードとの間に設けられるトランジスターＴＲＡと、第２入力端子ＩＮＭとグランド電圧のノードとの間に設けられるトランジスターＴＲＢと、インバーターＩＮＢ、ＩＮＣと、を含む。

スイッチ素子ＳＷＡとトランジスターＴＲＡはイネーブル信号ＥＮ２によりオン・オフ制御され、スイッチ素子ＳＷＢとトランジスターＴＲＢはイネーブル信号ＥＮ１によりオン・オフ制御される。また比較回路２０はイネーブル信号ＥＮ３により動作状態と非動作状態が切り替え制御される。これらのイネーブル信号ＥＮ１〜ＥＮ３は、制御回路２００から入力される。

図１４及び図１５に示すように、間欠動作の動作オフ期間Ｔｏｆｆでは、スイッチ素子ＳＷＡ、ＳＷＢがオフになり、トランジスターＴＲＡ、ＴＲＢがオンになる。このとき、比較回路２０の第１入力端子ＩＮＰ及び第２入力端子ＩＮＭは共にグランド電圧ＶＳＳに設定される。

動作オフ期間Ｔｏｆｆから動作オン期間Ｔｏｎに以降する際には、まずイネーブル信号ＥＮ１がローレベルからハイレベルに変化する。このとき、太陽電池１００の出力が開放となり、電圧ＰＶＩＮが開放電圧に漸近する。また、スイッチ素子ＳＷＢがオンになり、トランジスターＴＲＢがオフになり、比較回路２０の第２入力端子ＩＮＭの電圧ＶＭが２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣに設定される。第１入力端子ＩＮＰの電圧ＶＰはグランド電圧ＶＳＳのままなので、移行期間ＴＭではＶＰ＜ＶＭである。

そして、電圧ＰＶＩＮが十分に開放電圧に近づいてからイネーブル信号ＥＮ２をローレベルからハイレベルに変化させる。このとき、スイッチ素子ＳＷＡがオンになり、トランジスターＴＲＡがオフになり、比較回路２０の第１入力端子ＩＮＰの電圧ＶＰは電圧ＰＶＩＮに設定される。移行期間ＴＭではＶＰ＜ＶＭなので、第１入力端子ＩＮＰの電圧ＶＰが第２入力端子ＩＮＭの電圧ＶＭを下から上に通過する場合を必ず検出できることになる。充電判定では、ＰＶＩＮ＞ＶＣＣとなったことを検出して充電を開始するため、ＰＶＩＮがＶＣＣを越えるときの検出電圧にヒステリシスによる誤差が出ないように下から上に通過する場合を検出している。

上記の構成例では、スイッチ回路１０は、第１スイッチ素子（ＳＷＡ）、第２スイッチ素子（ＳＷＢ）、第３スイッチ素子（ＴＲＡ）、第４スイッチ素子（ＴＲＢ）を含む。そして、図１５で説明したように、動作オフ期間Ｔｏｆｆから動作オン期間Ｔｏｎに移る際に、第２スイッチ素子（ＳＷＢ）がオンになった後（移行期間ＴＭの経過後）に、第１スイッチ素子（ＳＷＡ）がオンになる。

このようにすれば、上述のように太陽電池１００の開放電圧が２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣを下から上に通過する場合を必ず検出でき、比較回路２０のヒステリシスによる検出誤差を防ぐことができる。

７．電子機器
図１６に、上記の電圧検出回路を適用できる電子機器の構成例を示す。電子機器は、処理部３００、記憶部３１０、操作部３２０、入出力部３３０、保護回路１６０、それらを接続するバス３４０、太陽電池１００、２次電池１１０を含む。例えば電子機器としては、ソーラーパネルを備えた腕時計等を想定できる。

処理部３００が保護回路１６０に対して電圧検出の開始を指示すると、保護回路１６０が間欠動作を行って太陽電池１００の出力電圧ＰＶＩＮや２次電池１１０の出力電圧ＶＣＣを検出し、その検出結果に基づいて充電制御や放電制御を行う。また保護回路１６０は、検出結果を処理部３００へ転送してもよい。例えば処理部３００は、過放電状態が検出された場合にシステムをパワーダウンする処理を行ってもよい。記憶部３１０は、処理部３００のワーキングメモリーである。或は、処理部３００の処理に必要な情報を記憶しておいてもよい。操作部３２０は、ユーザーからの操作を受け付けるものである。入出力部３３０は、外部とのデーターの入出力等を行う。例えば腕時計の場合には、時刻等の情報を表示する表示部であってもよい。

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本発明の範囲に含まれる。また電圧検出回路、保護回路、電源回路、電子機器の構成・動作や、間欠動作における制御手法等も、本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

１０ スイッチ回路、２０ 比較回路、４０ 電圧分割回路、
５０ 基準電圧生成回路、１００ 太陽電池、１１０ ２次電池、
１４０ 放電制御回路、１５０ 充電制御回路、１６０ 保護回路、
２００ 制御回路、２１０ 過充電検出回路、２２０ 過放電検出回路、
２３０ 充電判定回路、３００ 処理部、３１０ 記憶部、
３２０ 操作部、３３０ 入出力部、３４０ バス、
ＥＮ，ＥＮ１〜ＥＮ３ イネーブル信号、ＩＮＡ〜ＩＮＣ インバーター、
ＩＮＭ 第２入力端子、ＩＮＰ 第１入力端子、ＩＱ 制御信号、
ＰＶＩＮ 太陽電池の出力電圧、ＲＡ，ＲＢ 抵抗素子、
ＳＷＡ〜ＳＷＨ，ＳＷＮ スイッチ素子、ＴＭ 移行期間、
ＴＮＡ〜ＴＮＣ トランジスター、Ｔｏｆｆ 動作オフ期間、
Ｔｏｎ 動作オン期間、ＴＰＡ，ＴＲＡ，ＴＲＢ トランジスター、
Ｖ１ 第１電圧、Ｖ２ 第２電圧、ＶＣＣ ２次電池の出力電圧、
ＶＭ 第２入力端子の電圧、Ｖｏｕｔ 比較結果、
ＶＰ 第１入力端子の電圧、Ｖｒｅｆ 基準電圧、
ＶＳＳ グランド電圧、ＶＸ 分割電圧

Claims (7)

1. 第１入力端子の電圧と第２入力端子の電圧とを比較する比較回路と、
   第１電圧と第２電圧とが入力され、前記比較回路の前記第１入力端子の電圧と前記第２入力端子の電圧とを設定するスイッチ回路と、
   を含み、
   前記スイッチ回路は、
   前記第１電圧のノードと前記第１入力端子との間に設けられる第１スイッチ素子と、
   前記第２電圧のノードと前記第２入力端子との間に設けられる第２スイッチ素子と、
   前記第１入力端子と前記第２入力端子との間に設けられる第３スイッチ素子と、
   ２次電池の出力電圧のノードと前記第１入力端子との間、又はグランド電圧のノードと前記第１入力端子との間、又は前記２次電池の出力電圧のノードと前記第２入力端子との間、又は前記グランド電圧のノードと前記第２入力端子との間に設けられる第４スイッチ素子と、
   を有し、
   電圧比較の動作オン・オフを間欠的に繰り返す間欠動作における動作オフ期間では、前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子がオフになり、前記第３スイッチ素子及び前記第４スイッチ素子がオンになることにより、前記第１入力端子の電圧及び前記第２入力端子の電圧を前記２次電池の出力電圧又は前記グランド電圧に設定し、
   前記間欠動作における動作オン期間では、前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子がオンになり、前記第３スイッチ素子及び前記第４スイッチ素子がオフになることにより、前記第１入力端子の電圧を、前記第１電圧又は前記第１電圧を電圧分割した電圧に設定し、前記第２入力端子の電圧を、前記第２電圧に設定することを特徴とする電圧検出回路。
2. 第１入力端子の電圧と第２入力端子の電圧とを比較する比較回路と、
   第１電圧と第２電圧とが入力され、前記比較回路の前記第１入力端子の電圧と前記第２入力端子の電圧とを設定するスイッチ回路と、
   基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
   を含み、
   前記スイッチ回路には、前記第１電圧として太陽電池の開放電圧が入力され、前記第２電圧として前記基準電圧生成回路の出力電圧が入力され、
   前記スイッチ回路は、
   前記第１電圧とグランド電圧との間を電圧分割する電圧分割回路と、
   前記第１電圧のノードと前記電圧分割回路との間に設けられる第１スイッチ素子と、
   前記第２電圧のノードと前記第２入力端子との間に設けられる第２スイッチ素子と、
   前記第１入力端子と前記第２入力端子との間に設けられる第３スイッチ素子と、
   前記グランド電圧のノードと前記電圧分割回路との間に設けられる第４スイッチ素子と、
   を有し、
   前記動作オフ期間において、前記第１スイッチ素子がオフになると共に前記第４スイッチ素子がオンになることにより前記電圧分割回路が前記グランド電圧を前記第１入力端子へ出力し、前記第２スイッチ素子がオフになり、前記第３スイッチ素子がオンになることにより、前記第１入力端子の電圧及び前記第２入力端子の電圧を、２次電池の出力電圧又は前記グランド電圧に設定し、
   前記動作オン期間において、前記第１スイッチ素子及び前記第４スイッチ素子がオンになることにより前記電圧分割回路が前記第１電圧を電圧分割した電圧を前記第１入力端子へ出力し、前記第２スイッチ素子がオンになり、前記第３スイッチ素子がオフになり、
   前記動作オフ期間において、前記比較回路及び前記基準電圧生成回路は非動作状態に設定され、
   前記動作オフ期間から前記動作オン期間に移る際に、前記第１スイッチ素子がオンになった後に、前記比較回路及び前記基準電圧生成回路が動作状態に設定されることを特徴とする電圧検出回路。
3. 請求項１または２において、
   基準電圧を生成する基準電圧生成回路を含み、
   前記スイッチ回路には、前記第１電圧として太陽電池の開放電圧が入力され、前記第２電圧として前記基準電圧生成回路の出力電圧が入力されることを特徴とする電圧検出回路。
4. 第１入力端子の電圧と第２入力端子の電圧とを比較する比較回路と、
   第１電圧と第２電圧とが入力され、前記比較回路の前記第１入力端子の電圧と前記第２入力端子の電圧とを設定するスイッチ回路と、
   を含み、
   前記スイッチ回路には、前記第１電圧として太陽電池の開放電圧が入力され、前記第２電圧として２次電池の出力電圧が入力され、
   前記スイッチ回路は、
   前記第１電圧のノードと前記第１入力端子との間に設けられる第１スイッチ素子と、
   前記第２電圧のノードと前記第２入力端子との間に設けられる第２スイッチ素子と、
   前記２次電池の出力電圧のノードと前記第１入力端子との間に設けられる第３スイッチ素子と、
   前記２次電池の出力電圧のノードと前記第２入力端子との間に設けられる第４スイッチ素子と、
   を有し、
   前記動作オフ期間において、前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子がオフになり、前記第３スイッチ素子及び前記第４スイッチ素子がオンになることにより、前記第１入力端子の電圧及び前記第２入力端子の電圧を、前記２次電池の出力電圧又はグランド電圧に設定し、
   前記動作オン期間において、前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子がオンになり、前記第３スイッチ素子及び前記第４スイッチ素子がオフになることを特徴とする電圧検出回路。
5. 第１入力端子の電圧と第２入力端子の電圧とを比較する比較回路と、
   第１電圧と第２電圧とが入力され、前記比較回路の前記第１入力端子の電圧と前記第２入力端子の電圧とを設定するスイッチ回路と、
   を含み、
   前記スイッチ回路には、前記第１電圧として太陽電池の開放電圧が入力され、前記第２電圧として２次電池の出力電圧が入力され、
   前記スイッチ回路は、
   前記第１電圧のノードと前記第１入力端子との間に設けられる第１スイッチ素子と、
   前記第２電圧のノードと前記第２入力端子との間に設けられる第２スイッチ素子と、
   グランド電圧のノードと前記第１入力端子との間に設けられる第３スイッチ素子と、
   前記グランド電圧のノードと前記第２入力端子との間に設けられる第４スイッチ素子と、
   を有し、
   前記動作オフ期間において、前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子がオフになり、前記第３スイッチ素子及び前記第４スイッチ素子がオンになることにより、前記第１入力端子の電圧及び前記第２入力端子の電圧を、前記２次電池の出力電圧又は前記グランド電圧に設定し、
   前記動作オン期間において、前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子がオンになり、前記第３スイッチ素子及び前記第４スイッチ素子がオフになることを特徴とする電圧検出回路。
6. 請求項５において、
   前記動作オフ期間から前記動作オン期間に移る際に、前記第２スイッチ素子がオンになった後に、前記第１スイッチ素子がオンになることを特徴とする電圧検出回路。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載された電圧検出回路を含むことを特徴とする電子機器。

Images