JPS63154062A - 電源回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はリチウム電池のように内部インピーダンスの高
い電池を電源とする電源回路方式に関する。

本発明の目的は、照明ランプやブザーなどの重負荷回路
が動作して電池電源の出力電圧が低下した場合でも半導
体集積回路内の発振・分周部や基本ロジック部及び液晶
表示系に安定した電圧を供給するとともに、通常負荷時
の消費電力を低減するところにある。

従来より、電池電圧が約３．０■のリチウム電池を用い
た水晶時計においては、スイッチングトランジスタとコ
ンデンサとから成る２降圧回路により約１，５Ｖの電圧
をつ（り出して発振、分周、基本ロジック部を駆動させ
る方式で低電力化すなわち電池の長寿命化を図っている
。ここに表示が■−２Ｖデユーティ２のダイナミック駆
動液晶表示の場合は、前記の降圧された１、５ｖ系が同
時に液晶駆動信号の中間電位を与え、リチウム電池電圧
がそのまま液、１□駆動信号の２ｖ側電圧となっている
。

リチウム電池の特性として内部インピーダンスが高いと
いう問題があり、ランプ点灯時やブザー鳴鐘時など大き
な電流が流れる重負荷時には電池より取り出し得る電圧
が２．０Ｖ以下になる場合がある。これを単純に降圧す
ると本来の１．５Ｖ系が１．０Ｖ以下になり水晶振動子
の発振が停止するとか、液晶表示のコントラストが著し
く悪化するという不具合な現象が生じる。発振停止は時
計にとって致命的欠点となるため、重負荷時には降圧回
路を１．５Ｖ系より切離して１．５ｖ系に直接リチウム
電池電圧を供給するとか、定電圧回路を動作させて１．
５■をつくり出し１．５Ｖ系に供給するとかして発振停
止を防ぐ工夫がなされているものもあるが、液晶表示の
コントラスト悪化という重欠点は放置されたままになっ
ている。

本発明はリチウム電池を用いた従来の電源回路の上述の
如き欠点を解決したものである。以下にまずＶ−２Ｖ液
晶表示式時計に本発明の電源回路方式を応用した場合を
例にとってその動作原理を説明する。消費電流が小さく
電池電圧がほとんど低下していない時は従来と同様で電
池電圧を％に降圧して１．５ｖ系の電圧を得ると同時に
Ｖ−２Ｖ液晶駆動用の２■側電圧には電池電圧をそのま
ま用いる。重負荷により電池電圧を低下した場合にはま
ず定電圧回路を動作させて安定した１、５ｖ系の電圧を
得、これにより発振、分周、基本ロジック部を動作させ
るとともにＶ−２Ｖ液晶駆動用の中間電位を与える。更
に安定化された１、５■系電圧を倍電圧回路により昇圧
させ３．ＯＶをつくり出しＶ−２Ｖ液晶の２Ｖ側電源と
する。以上が本発明の電源回路方式の動作原理である。

上述の動作原理にもとず（回路の構成と、より詳細な動
作を第１図（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。図におい
て１は電池であり、２−５ＴＢは定電圧回路である。ま
た一点鎖線３内は昇・降圧回路であり■ｌｌＤは電源の
グランドレベル、■５，１は１．５Ｖ系負電源、■８，
２は３．０ｖ系負電源である。通常負荷時は第１図（ａ
）、（ｂ）で示すようにＳＴＢへの電源供給はスイッチ
４によって遮断され、ＳＴＢによる消費電流増加はない
、ＳＴＢからの出力もスイッチ５により遮断され、スイ
ッチ６の導通により電池電圧が直接■８，２系に供給さ
れる。第１図（ａ）においてはスイッチ８とｌＯが導通
し電池に対してコンデンサ１１　（ＣＡ　）と１２　（
ＣＩ　）が直列接続され、電池からコンデンサに充電さ
れる。

第１図（ｂ）に示す状態においてはスイッチ７と９が導
通しＣＡとＣ３が並列接続となりＣＡより■３□系平滑
コンデンサＣＩ＋に電荷が供給される。スイッチ８と１
０のオンオフと、スイッチ７と９のオンオフは連動して
交互に繰り返され、Ｃａ　＝　Ｃｍとすれば■３□には
電池電圧を２に降圧した電圧が得られる。

第１図（Ｃ）と（ｄ）は、重負荷時の接続状態を示した
もので、スイッチ４がオンしＳＴＢが動作してほぼ１．
５■に安定化された電圧■、ア、がＳＴＢより出力され
る。スイッチ５がオンして■８，１系が■ＳＴ＠　レベ
ルとなる。スイッチ６がオフするため電池電圧は■、３
２系から切離される。第１図（Ｃ）は、こうした接続状
態でスイッチ７と９とがオンしてＣＡからＶ　３？ｌ電
圧が充電されている状態を示す。

第１図ｄは、スイッチ８と１０がオンしＣＡからｖ　ｓ
ｓｔ系平滑コンデンサ１３　（ｃ、ｅ　）に電荷が供給
されている状態を示す。こうしてスイッチ７と９のオン
オフと、スイッチ８と１０のオンオフが連動して交互に
繰り返されるとｖ　ｓｓｚ系レベルは■３□”’ＶＳＴ
ｍの２倍の電圧に昇圧される。この昇圧動作は酸化銀電
池電圧を昇圧する際従来より用いられている方法と同様
である。

以上本発明の電源回路方式の構成とスイッチング動作の
説明である。上記の説明かられかるように、降圧動作と
昇圧動作とが同一のスイッチングトランジスタにより可
能であるが、このことは、集積回路に本発明を実現する
ことを容易ならしめる大きな要因として考え出された点
である。

第２図は第１図に示した構成の回路を具体化したもので
ある。ここに制御信号ＣＬ、は電池電圧を直接■、３ｇ
系に与え、るか、定電圧回路を動作させ定電圧化された
電圧を■３３．系に与えるかを切替えるための信号でＨ
ＩＧＨで前者、Ｔ、ＯＷで後者となる。１４〜２０は各
々第１図に示されたスイッチ４〜ＩＯに順次対応するス
イッチングトランジスタである。ＣＬ２．ＣＬ、・は界
・降圧回路のスイッチングトランジスタのオンオフを制
御するクロック信号で、タイミングは第３図に示したと
おりであり、通常２５６Ｔ（ｚ〜２ＫＨｚの周波数であ
る。トランジスタ２１と２２は信号ＣＬ。

をＣ２の点の電圧振幅に合わせるための働きをしている
。２３＝ＩＮＴ１と２４−ＩＮＴ２はレベルシフターで
ｌＮＴｌは信号ＣＬ　ｒを電池電圧振幅からＶ　Ｓａｔ
系電圧振幅ヘシフトするためのもので、またＩＮＴ２は
信号ＣＬ、をＶ。、系電圧振幅からＶ。２系電圧振幅ヘ
シフトするためのものである。なお２５は電池電圧の急
激な変動によるロジック部の誤動作を防止するための保
護抵抗である。破線で接続を示したＣＡ、Ｃｍ　、Ｃｃ
は半導体集積回路外へ外付けするコンデンサである。

ここに容ｆｆ１ｃｍとＣｃとに着目すると、定常的な観
点からはＣ８が必要な時すなわち通常負荷で降圧動作時
はＣｃがなくてもよく、またＣ６が必要な時すなわち重
負荷で昇圧動作時はＣ！ｌがなくてもよいことになる。

この観点からＣ８とＣｃを１つのコンデサンにまとめ、
昇圧時はｖ５，２側、降圧時はｖ８，１側へ切替使用す
ることが考えられる。

但し、実際にはそうした場合昇圧動作から降圧動作へ切
替わる過渡期において■８，１系電圧レベルが振られて
、ロジック部の誤動作を起こすため外付容ｆｆ１ｃＡ、
Ｃｍ　、Ｃｃの３つのコンデンサが独立して必要である
。

以上本発明の考え方と具体例について述べてきたが、本
発明の電源回路方式によれば定電圧回路を重負荷時のみ
しか動作させないため、通常負荷時の消費電力を小さく
抑えることができる。また定電圧回路自体、消費電力が
かなり大きくてもかまわないことと、電圧が低下した時
点で必要電圧を発生するようにすればよいことから、定
時定電圧回路を動作させている電源方式にくらべ、定電
圧回路の設計が著しぐ容易となる。更に先に述べたよう
な従来の電源回路方式での重大点である重負荷時の表示
のコントラスト悪化の問題も解決することができる。

なお、これまで述べてきた例は表示がＶ−２Ｖ液晶表示
の水晶時計に本発明の電源回路方式を応用した場合につ
いてのみであるが、Ｖ−２Ｖ−３■デユーテイ２のダイ
ナミック液晶駆動やそれより高次のデユーティサイクル
のダイナミック液晶駆動を行っている水晶時計の電源回
路に本発明を適用することも可能である。

【図面の簡単な説明】

改 第１図（ａ）〜（６）は、本発明の電源回路方式の構成
と動作を示すための図である。 第２図は本発明にもとすく具体的な回路例を示す。 第３図は第２図における信号ＣＬ２とＣｌ３のタイミン
グチャートである。 １・・・電池 ２・・・定電圧回路 ３・・・昇・降圧回路 ４．５，６，７，８，９．ＩＯ・・・スイッチ１１．１
２．１３・・・コンデンサ １４．１７．２１・・・ＰチャネルＭＯ３）ランジスタ
　・ １５．１６．１Ｂ、１９，２０，２２．・・・Ｎチャネ
ルＭＯ３）ランジスタ ２３．２４・・・レベルインターフェース２５・・・誤
動作防止用抵抗 ２６・・・インバータ Ｖｆｌｆｌ・・・グランドレベル ■８，１・・・１．５Ｖ系負電源 ■３゜・・・３．ＯＶ系負負電 源　！７１・・・定電圧出力レベル ＣＬ＋・・・重負荷／通常負荷切換信号ＣＬ！、ＣＬ３
・・・昇・降圧回路内スイッチングトランジスタ制御ク
ロック 以上 出願人　セイコーエプソン株式会社 代理人弁理士　　最　上　　　　務 第１図（（１） ｂ 第１図（ｃ） 第２図 第３図 手続補正書（自発） 昭働２　囃２　月ｌＯ日 ２、発明の名称 昇圧−降圧回路 ３、補正する者 事件との関係　　出願人 東京都新宿区西新宿２丁日４番１号 ５、補正の対象 明　細　書（全文補正） 明細書 １、発明の名称 昇圧・降圧回路 ２、特許請求の範囲 えることを特徴とする昇圧・降圧回路。 ３、発明の詳細な説明 本発明は電池を電源とする電源回路方式に関し、特に３
つのコンデンサを用いて昇圧動作と降圧動作とを切換え
て行う昇圧・降圧回路に関する。 従来より、電池電圧が約３．ＯＶのリチウム電池を用い
た水晶時計においては、スイッチングトランジスタとコ
ンデンサとから成るＡ降圧回路が備えられているだけで
あり、この降圧回路により約１．５ｖの電圧をつくり出
して発振・分周・基本ロジック部を駆動させる方式で低
電力化すなわち電池の長寿命化を図っていた。こここに
表示がＶ　−２ｖデユ一テイ％のダイナミック駆動液晶
表示（以下Ｖ−２Ｖ液晶表示と略記する。）の場合は、
前記の降圧された１、５ｖ系が同時に液晶駆動信号の中
間電位を与え、リチウム電池電圧がそのまま液晶駆動信
号の２ｖ側電圧となっていた。 リチウム電池の特性として内部インピーダンスが高いと
いう問題があり、ランプ点灯時やブザー鳴鐘時など大き
な電流が流れる重負荷時には電池より取り出し得る電圧
が２．０ｖ以下になる場合があった。これを単純に降圧
すると本来の１．５ｖ系が１．０ｖ以下になり水晶振動
子の発振が停止するとか、液晶表示のコントラストが著
しく悪化するという不具合な現象が生じる。発振停止は
時計にとって致命的欠点となるため、重負荷時には降圧
回路を１．５Ｖ系より切離して１．５ｖ系に直接リチウ
ム電池電圧を供給するとか、定電圧回路を動作させて１
．５ｖをつくり出し１．５ｖ系に供給するとかして発振
停止を防ぐ工夫がなされているものもあるが、液晶表示
のコントラスト悪化という重大点は放置されたままにな
っていた。 本発明はこのような従来の電源回路の欠点を解決するた
めに、消費電流が小さく電池電圧がほとんど低下してい
ない時は従来と同様に電池電圧を２降圧して１．５Ｖ系
の電圧を得ると同時にＶ−２■の液晶駆動用の２■側電
圧には電池電圧をそのまま用いるが、重負荷により電池
電圧が低下した場合にはまず定電圧回路を動作させて安
定した１゜５Ｖ系の定電圧を得、これにより発振、分周
、基本ロジック部を動作させると共にＶ−２Ｖ液晶駆動
用の中間電位を与えている。更にこの安定化された１、
５Ｖ系電圧を倍電圧回路により昇圧させ３゜Ｏｖをつく
り出しＶ−２Ｖ液晶の２ｖ側電源としている。 特に本発明は以上の電源回路方式における昇圧・降圧回
路に特徴を有しており、第１の電源端子と第２の電源端
子の間に挿入する第１のコンデンサと、第１の電源端子
と第３の電源端子の間に挿入する第２のコンデンサと、
第１の電源端子と第３の電源端子の間に挿入される状態
と第２の電源端子と第３の電源端子の間に挿入される状
態が交互に存在する第３のコンデンサとを備え、第１の
電源端子と第２の電源端子の間に電圧を印加した場合に
はこの電圧の昇圧電圧を第１の電源端子と第３の電源端
子の間に発生し、第１の電源端子と第３の電源端子の間
に電圧を印加した場合にはこの電圧の降圧電圧を第１の
電源端子と第２の電源端子の間に発生するものである。 本発明は以上の構成を備えることにより、３つのコンデ
ンサを巧みに用いて、１つの回路により昇圧動作と降圧
動作を切換えて行わせることが可能となる。 以下に図面を用いて本発明のより詳細な動作を説明する
。第１図（ａ）、■）は本発明の昇圧・降圧回路におけ
る降圧動作を示す図である。図においてｌは電池であり
、２のＳＴＢは定電圧回路である。 また一点鎖線３内は昇圧・降圧回路で、ありＶＤｌｌは
電源のグランドレベル、ＶＬＳＩ　は１．５■系負電源
、ｖ　ｓｓｚは３．０Ｖ系負電源である。通常負荷時は
第１図（ａ）、ら）で示すようにＳＴＢへの電源供給は
スイッチ４によって遮断され、ＳＴＢによる消費電流増
加はない。ＳＴＢからの出力もスイッチ５により遮断さ
れ、スイッチ６の導通により電池電圧が直接ｖ　ｓｓｚ
系に供給される。第１図（ａ）においてはスイッチ８と
１０が導通し電池に対してコンデンサ１１（ＣＡ）と１
２（Ｃｍ）が直列接続され、電池からコンデンサに充電
される。第１図（ｂ）に示す状態においてはスイッチ７
と９が導通しＣＡとＣａが並列接続となりＣＡより■３
，１系平滑コンデンサＣ，に電荷が供給される。スイッ
チ８と１０のオンオフと、スイッチ７と９のオフオンは
連動して交互に繰り返され、ＣＡ　＝Ｃ，ｔとすれば■
Ｓ□には電池電圧をＡに降圧した電圧が得られる。 第１図（Ｃ）、（ｄ）は重負荷時の接続状態を示したも
ので、本発明の昇圧・降圧回路における昇圧動作を示す
図である一スイツチ４がオンしＳＴＢが動作してほぼ１
．５■に安定化された電圧Ｖ、□がＳＴＢより出力され
る。スイッチ５がオンしてＶ　３３１系が■３□レベル
となる。スイッチ６がオフするため電池電圧はＶＳＳ□
系から切離される。第１面（Ｃ）は、こうした接続状態
でスイッチ７と９とがオンしてＣＡにｖ　ｓｔｍ電圧が
充電されている状態を示す。第１図（ｄ）は、スイッチ
８と１０がオンしＣＡからＶ　！ｕ系平滑コンデンサ１
３（Ｃｃ）に電荷が供給されている状態を示す。こうし
てスイッチ７と９のオンオフと、スイッチ８と１０のオ
フオンが連動して交互に繰り返されるとｖ　ｓｓｚ系レ
ベルはＶＬＳＩ−ｖｓｒｍの２倍の電圧に昇圧される。 この昇圧動作は酸化銀電池電圧を昇圧する際従来より用
いられている方法と同様である。 以上が本発明の昇圧・降圧回路の構成とスイッチング動
作の説明であるが、上記の説明かられかるように、降圧
動作と昇圧動作とが同一のスイッチングトランジスタに
より可能である。 第２図は第１図に示した構成の回路を。具体化したもの
である。ここに制御信号ＣＬ１は電池電圧を直接Ｖ　５
ｓ２□系に与えるか、定電圧回路を動作させ定電圧化さ
れた電圧をｖ　ｓｓｚ系に与えるかを切替えるための信
号でＨＩＧＨで前者、ＬＯＷで後者となる。１４〜２０
は各々第１図に示されたスイッチ４〜１０に順次対応す
るスイッチングトランジスタである。ＣＬ、　、ＣＬ３
は昇圧・降圧回路のスイッチングトランジスタのオンオ
フを制御するクロック信号で、タイミングは第３図に示
したとおりであり、通常２５６Ｈｚ〜２ＫＨｚの周波数
である。トランジスタ２１と２２は信号ＣＬ。 をＣ２の点の電圧振幅に合わせるため゛の働きをしてい
る。２３＝ＩＮＴＬと２４＝ＩＮＴ２はレベルシフター
でｌＮＴｌは信号ＣＬ　ｔを電池電圧振幅からｖｉｓ□
系電圧振幅ヘシフトするためのもので、またＩＮＴ２は
信号ＣＬ　ｚをＶＳＳｔ系電圧振幅からｖ　ｓｓｔ系電
圧振幅ヘシフトするためのものである。なお２５は電池
電圧の急激な変動によるロジック部の誤動作を防止する
ための保護抵抗である。破線で接続を示したＣＡ、Ｃ，
、ＣＣは半導体集積回路外へ外付けするコンデンサであ
る。 ここに容量Ｃ８とＣｃとに着目すると、定常的な観点か
らはＣ１が必要な時すなわち通常負荷で降圧動作時はＣ
ｃがな（でもよく、またＣ６が必要な時すなわち重負荷
で昇圧動作時はＣ６がなくてもよいことになる。この観
点からＣｍとＣ６を１つのコンデンサにまとめ、昇圧時
はＶＳＳ□側、降圧時はｖ３３１側へ切替使用すること
が考えられる。 但し、実際にはそうした場合昇圧動作から降圧動作へ切
替わる過渡期においてＶ。ｌ系電圧レベルが振られて、
ロジック部の誤動作を起こすため外付容量ＣＡ、Ｃｍ　
、Ｃｃの３つのコンデンサが独立して必要である。 以上本発明の考え方と具体例について述べてきたが、本
発明の実施例に従う電源回路方式によれば定電圧回路を
重負荷時のみしか動作させないため、通常負荷時の消費
電力を小さく抑えることができる。また定電圧回路自体
、消費電力がかなり大きくてもかまわないことと、電圧
が低下した時点で必要電圧を発生するようにすればよい
ことから、常時定電圧回路を動作させている電源方式に
（らべ、定電圧回路の設計が著しく容易となる。 更に先に述べたような従来の電源回路方式での重大点で
ある重負荷時の表示のコントラスト悪化の問題も解決す
ることができる。 なお、これまで述べてきた例は表示がＶ−２Ｖ液晶表示
の水晶時計に応用した場合についてのみであるが、Ｖ−
２Ｖ−３Ｖデユーテイ２のダイナミック液晶駆動やそれ
より高次のデユーティサイクルのダイナミック液晶駆動
を行っている水晶時計に実施例に従う電源回路を通用す
ることも可能である。 以上に説明したように本発明の昇圧・降圧回路によれば
、３つのコンデンサとスイッチングトランジスタを用い
た回路に昇圧動作と降圧動作を切換えて行わせることが
可能となり、構成要素の少ない簡単な昇圧・降圧回路を
提供することができる。 ４、図面の簡単な説明 第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の昇圧・降圧回路の降圧
動作を説明するための図である。 第１図（Ｃ）、（ｄ）は本発明の昇圧・降圧回路の昇圧
動作を説明するための図である。 第２図は本発明の昇圧・降圧回路の具体的な回路例を示
す図である。 第３図は第２図における信号ＣＬ、とＣＬ、のタイミン
グチャートである。 １・・・・・・電池 ２・・・・・・定電圧回路 ３・・・・・・昇圧・降圧回路 ４．５．６．７，８．９，１０・・・・・・スイッチ１
１．１２．１３・・・・・・コンデンサ１４．１７．１
１・・・・・・ＰチャネルＭＯ３）ランジスタ １５．１６，１８，１９，２０．２２・・・・・・Ｎチ
ャネルＭＯ３）ランジスタ ２３．２４・・・・・・レベルインターフェース２５・
・・・・・誤動作防止用抵抗 ２６・・・・・・インバータ ＶＤＤ・・・・・・グランドレベル及び第１の電源端子
Ｖｓｓ＋　、　Ａ・・・・・・１．５■系負電源及び第
２の電源端子 ＶＳＳ□、Ｂ・・・・・・３．ＯＶ系負電源及び第３の
電源端子 ■、ア、・・・・・・定電圧出力レベルＣＬ、・・・・
・・重負荷／通常負荷切換信゛号ＣＬ２．ＣＬ３・・・
・・・昇圧・降圧回路内スイッチングトランジスタ制御
クロック 以上 ７′

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電池を電源とする水晶時計用の電源回路方式において、
   半導体集積回路内に昇・降圧回路と定電圧回路とを内臓
   し、電池電圧の変動に応じて昇・降圧回路のみが動作す
   る場合と、定電圧回路及び昇圧回路が動作する場合とが
   切替わることを特徴とする電源回路。