JP2779934B2

JP2779934B2 - 充電制御装置

Info

Publication number: JP2779934B2
Application number: JP8305341A
Authority: JP
Inventors: 善次西脇; 雅士吉野
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-11-15
Filing date: 1996-11-15
Publication date: 1998-07-23
Anticipated expiration: 2016-11-15
Also published as: JPH09189777A

Description

【発明の詳細な説明】【０００１】【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、電気エネ
ルギーをエネルギー源とする電子時計に用いて好適な充
電制御装置に関する。特に、必要なエネルギーが主電源
に充電されていない状態であっても、即座に副電源を充
電して短時間作動させることができる駆動制御・電源シ
ステムに関する。【０００２】［発明の概要］本発明は、例えば、電気エネルギーをエネルギー源とす
る電子時計に用いられるような充電可能な電源システム
において、詳細には、前記電源が少なくとも電源Ａと電
源Ａより小なる電気エネルギーを蓄える電源Ｂとより成
る複数の電源を有する電源システムにおいて、前記電源
Ａの電圧が前記電子時計の作動に必要な電圧より低い場
合、電源Ａに直列に電気的な負荷を入れて、電源Ｂの電
圧を電源Ａより高くして、前記電子時計の作動に必要な
エネルギーを短時間、電源Ｂより供給する一方、前記電
源Ａの電圧が前記電子時計の作動に必要な電圧より高い
場合、前記負荷をバイパスさせて、電源Ｂの電圧を電源
Ａと同じにする電源システムである。これによって電源
Ａにある程度の電気エネルギーが充電されていない場合
でも電源Ｂによって前記電子時計を短時間駆動すること
ができる一方、電源Ａにある程度の電気エネルギーが充
電されている場合には、電源Ａに十分な電気エネルギー
を効率良く短時間で充電することができる。【０００３】【従来の技術】従来、水晶時計等電気エネルギーをエネ
ルギー源とし、エネルギー源が充電可能なものにおいて
は、エネルギー源としての電源が図５に示すように１つ
であった。そのために、前記電源Ａ２が十分に充電され
た後にしか電子時計を作動させることができなかった。
そのため、前記電子時計を作動させるまでには長時間を
要し、また、その間前記電源に正常に充電が行われてい
るかどうかがわからず、使用上の大きな問題となってい
た。また、従来は、図８に示すようにコンデンサ２に電
圧がない場合には充電用トランジスタ３１をＯＦＦ、放
電用トランジスタ３２をＯＦＦにしておき、コンデンサ
３に太陽電池からの電気エネルギーを蓄えて時計体３３
を作動させようとしている。しかし、図８に示す従来の
システムだと強い光により急激に太陽電池の電圧が上昇
した場合、充電用トランジスタ３１を制御して補助コン
デンサ３にかかる電圧を制御しなければ、補助コンデン
サ３に過電圧がかかり、回路及び補助コンデンサ３が壊
れる欠点がある。そのため、常時連続的に補助コンデン
サ３の電圧をサンプリングして、過電圧がかからないよ
うにすることが提実されているが、常時連続サンプリン
グのために回路の消費電流が大幅に増加してしまう。さ
らに上記のような複雑な回路構成をとらなければなら
ず、回路の誤動作が多発していた。【０００４】【発明が解決しようとする課題】本発明は、例えば電子
時計のような充電可能な電源を有する電源システムにお
いて、従来は作動までに長時間を要したという問題点と
前記問題点の改良のために提案された従来の回路システ
ムの複雑さ、誤動作、消費電流の増大という新たな問題
点を解決して、簡単で安定な低消費電流の回路を構成し
て、電子時計の作動までの時間を短縮することを目的と
した充電制御装置を提供することを目的としている。【０００５】【課題を解決するための手段】本発明の充電制御装置
は、発電手段と、前記発電手段に並列に接続される第１
の電荷蓄積手段と、前記第１の電荷蓄積手段より容量が
小さく、かつ、電源として用いられる第２の電荷蓄積手
段と、前記第１の電荷蓄積手段の電圧が所定の値より低
い場合には前記第１の電荷蓄積手段と直列に電気的負荷
を接続し、前記第１の電荷蓄積手段と前記負荷とからな
る直列回路の両端の電圧を前記第２の電荷蓄積手段に充
電する一方、前記第１の電荷蓄積手段の電圧が前記所定
の値より高い場合には前記負荷をバイパスするスイッチ
ング手段を含む充電制御手段とを有することを特徴とす
る。【０００６】【作用】本発明によれば、第１の電荷蓄積手段の電圧が
所定の値より低い場合、第１の電荷蓄積手段と電気的負
荷とが直列に接続され、第１の電荷蓄積手段と負荷とか
らなる直列回路の両端の電圧が容量の小さな第２の電荷
蓄積手段に充電される。このため、負荷の両端に発生し
た電圧と第１の電荷蓄積手段の電圧とが第２の電荷蓄積
手段に充電されるため、発電手段が働きさえすれば第１
および第２の電荷蓄積手段が放電してしまった状態で
も、第２の電荷蓄積手段への充電が直ちに完了する。ま
た、第１の電荷蓄積手段の電圧が所定の値より高い場
合、負荷がバイパスされるので、第１の電荷蓄積手段を
効率良く短時間で充電することができる。【０００７】【発明の実施の形態】本発明を図によって説明する。【０００８】図１は本発明を有効に活用したシステムの
概念を示すブロック図である。ここで、本発明の充電制
御装置について、電気エネルギーをエネルギー源とする
電子時計に適用した場合を例にとって説明する。１は、
電源Ａと電源Ｂの充電のための電源で、太陽電池などの
発電源であり、電源Ａと電源Ｂを充電する能力のある電
源であればよい。２は電源Ａで３は電源Ａより電源容量
の小さな電源Ｂである。４は電源Ａの電圧が駆動制御回
路５を作動させる電圧以下でも、電源Ｂによって前記駆
動制御回路５を作動させるようにした本発明による充電
制御回路である。６は駆動制御回路５によって駆動され
る電子時計の表示機構である。【０００９】図２は本発明の電源Ａ、電源Ｂ、充電制御
回路の具体的な実施例である。１，２，３，５，６は各
々図１のｌ，２，３，５，６に対応している。また、
７，８，９，は図１の充電制御回路４の構成要素で、７
は２の電源Ａに直列に接続した電気的負荷で本実施例で
は抵抗であるがダイオードなどの電流が流れると電位差
のできるものであればよい。８は、２の電源Ａを効率よ
く充電するためのトランジスタで、９はダイオードであ
る。次に図２のシステムの動作について説明する。ま
ず、電流の流れについてであるが、電源Ａ２に電圧がな
い場合、トランジスタ８はＯＦＦしていて、充電源１の
プラスから電気的負荷７、電源Ａ２を通って、充電源１
のマイナスに流れる。また、充電源１のプラスから電源
Ｂ３を通って充電源１のマイナスに流れる。以上２つの
ループによって電源Ａ２と電源Ｂ３を充電する。本実施
例では電源Ａ２に高容量コンデンサである電気二重層コ
ンデンサを用い、電源Ｂ３にタンタル電解コンデンサな
どの電気二重層コンデンサより静電容量の小さいコンデ
ンサを用いる。まず、電源Ａ２に電圧がない場合、前述
した２つのループて電流が流れる。このとき、電源Ｂ３
の電圧は、電源Ａ２の電圧より電気的負荷７による電位
差からダイオード９による電位差を引いた分だけ高くな
る。流れる電流によって電気的負荷を設定してやると、
電源Ａ２の電圧が低い場合に、電源Ｂ３の電圧によって
駆動制御回路５を作動させることかできる。ここでダイ
オード９は、充電源１の電流が一時流れなくなっても、
電圧の高い電源Ｂ３から電源Ａ２に電流が流れて電源Ｂ
３の電圧が降下するのを防止している。また、電源Ａ
２の電圧が駆動制御回路５を作動させることのできる電
圧まで上昇した場合は、トランジスタ８をＯＦＦして電
源Ａ２への充電効率をよくする。本発明の実施例によ
ると、非常に簡単な回路構成で、主電源である電源Ａに
電圧がない場合でも副電源である電源Ｂによって駆動制
御回路を短時間で安定した動作をさせることができ、消
費電流も低くおさえることができる。【００１０】また、図３は本発明を用いた参考例の回路
ブロック図で先に述べた実施例に加えて主電源Ａ２の電
圧を昇圧して電源Ｂ３に充電する機能も備えている。こ
の昇圧機能について以下説明を行う。【００１１】図４において、破線Ｖｓｓ１’は前記昇圧
機能を用いた主電源Ａである高容量コンデンサ２の電圧
を示し、実線は電源Ｂであるコンデンサ５の電圧Ｖｓｓ
２の絶対値を示す。コンデンサ２がフル充電された後、
ソーラバッテリー１に光が当たらなくなった時を説明す
る。コンデンサ２の電圧｜Ｖｓｓ１’｜が１．２Ｖ以上
の時は、コンデンサ２とコンデンサ３とは同じ電圧にな
るように昇圧回路１０が動作する。コンデンサ２の電圧
｜Ｖｓｓ２’｜が１．２Ｖ〜０．８Ｖの時は昇圧回路１
０により１．５倍に昇圧してコンデンサ３に充電する。【００１２】上記のようにコンデンサ２の電圧｜Ｖｓｓ
１’｜が１．２Ｖ以上の時と１．２Ｖ〜０．８Ｖのとき
は、毎秒ステップモータ１５を駆動させ、昇圧状態が１
倍から１．５倍に変わるとき（図４ｔ１）にステップモ
ータ１５を駆動させるためのステップ状のパルス幅の最
も短いパルス幅に設定し、電圧の変動につれてそのパル
ス幅を制御する。【００１３】図４の０からｔ１の区間が１倍昇圧で、ｔ
１からｔ３の区間が１．５倍昇圧区間である。したがっ
てｔ１からｔ３の区間でのコンデンサ３の電圧｜Ｖｓｓ
２｜は、１．８Ｖ〜１．２Ｖとなる。コンデンサ２の電
圧｜Ｖｓｓ１’｜が０．８Ｖ〜０．６Ｖの時は昇圧回路
１０により２倍に昇圧されてコンデンサ３に充電され
る。図４のｔ３〜ｔ４の区間である。この時のコンデン
サ３の電圧｜Ｖｓｓ２｜は１．６Ｖ〜１．２Ｖとなる。
コンデンサ２の電圧が０．６Ｖ以下の時は、昇圧回路１
０により３倍に昇圧してコンデンサ５に充電する。図４
ｔ４以降である。上記の２倍、３倍昇圧状態の場合は、
コンデンサ２の電圧がかなり下がったことを知らせるた
めに、ステップモータ１５を１秒間に２ステップ駆動さ
せて、２秒周期でくり返すようにする。駆動パルス幅の
制御方式は、１倍、１．５倍昇圧状態の場合と同様であ
る。また、図４のｔ３とｔ４でｔ１と同様にステップモ
ータ１５を駆動させるためのステップ状のパルス幅を最
も短いパルス幅に設定し電圧の変動につれてそのパルス
幅を制御する。本参考例では、コンデンサ２の電圧が
０．３Ｖ以下（図４ｔ５以降）の場合について、昇圧機
能停止後コンデンサ３の電圧を前記実施例のごとく、コ
ンデンサ２の電圧よりも高くして、これによってステッ
プモータ１５を駆動させるための電源を得ようというも
のである。【００１４】次に本参考例の多段昇圧充電回路１０、電
圧検出回路１２、制御回路１３、ステツプモータ駆動回
路１４の具体例を示す。【００１５】図６は、多段昇圧充電回路１０の基本形で
あり、図７はその動作を具体的に示したものであり、
（イ）は昇圧動作、（ロ）は充電動作である。図６、図
７のコンデンサ２，３は、図３のそれであり、コンデン
サ２１，２２は昇圧用の補助コンデンサである。また、
図６のＴｒ１〜Ｔｒ７はＦＥＴであり、昇圧を行なうた
めのスイッチの役割を果たしている。図６において、昇
圧を行なわずにＶｓｓ１’とＶｓｓ２を同電位にするた
めには、Ｔｒ３とＴｒ４をＯＮさせて、他のＴｒはＯＦ
Ｆにすればよい。【００１６】この状態を示したのが、図７（Ａ）であ
り、図４の０〜ｔ１における動作である。また、ｔ１〜
ｔ３において１．５倍昇圧充電を行なうためには、昇圧
時Ｔｒ１，Ｔｒ３,Ｔｒ６をＯＮし他をＯＦＦ、充電時
Ｔｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ７をＯＮし他をＯＦＦす
る。同様にｔ３〜ｔ４時に２倍昇圧充電を行なうために
は、昇圧時Ｔｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５，Ｔｒ７をＯＮし他
をＯＦＦ、充電時は、１．５倍昇圧時充電時の充電時と
同様の動作を行ない、さらに、ｔ４〜ｔ５時に３倍昇圧
を行なうためには、昇圧時は２倍昇圧充電時の昇圧時と
同様の動作を行ない、充電時にはＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ
６，をＯＮし他をＯＦＦする。以上の様に各ＦＥＴを制
御すれば、各々図７に示す状態となり、各昇圧充電が可
能となる。ここで、本参考例によれば、図４のｔ５以降
の｜Ｖｓｓ１’｜が低くなった場合においては、図７
（Ｅ）のように図７（Ａ）の状態に加えてＴｒ８をＯＦ
Ｆしておく。これによりコンデンサ２の電圧｜Ｖｓｓ
１’｜が低い時に、即座にコンデンサ３に電圧を発生さ
せることができ、電圧検出回路１２、制御回路１３、ス
テップモータ駆動回路１４、ステツプモータ１５を作動
させることができる。さらに本参考例のように本発明と
昇圧充電とを組み合わせることによって、短時間で主電
源の電気エネルギーを使用できるため、時計体を長時間
作動させることができる。以上を具体的に電子回路で実
現した多段昇圧充電回路１０、電圧検出回路１２、制御
回路１３、ステップモータ駆動回路１４の一実施例は特
願昭６０−２４３８の中に詳細に記載している。本参考
例で用いるステップモータの駆動方式については特開昭
５４−７５５２０，特開昭５４−７７１６９において公
知のシステムであるが、この駆動方法では電源電圧が約
１．１〜１．２Ｖ以下では制御できないことか知られて
いる。したがって従来は電源電圧が約１．１〜１．２Ｖ
以上にならないと電子時計を作動させることができなか
った。本参考例では、昇圧充電を行なっている間、すな
わち電子時計が作動している全電圧域にわたり、前記ス
テップモータの駆動パルス幅制御方式を使用することが
できる。【００１７】さらに本発明によって、主電源であるコン
デンサ２の電圧が電子時計作動電圧より低い場合に、コ
ンデンサ３の電圧によって作動させることが可能にな
る。本参考例では、図３の多段昇圧充電回路において、
１．５倍，２倍，３倍の３種類の昇圧手段を有し、それ
を電圧検出回路１２による電圧信号により切換えて使っ
ているが、本参考例はこの３種類に限定されるものでは
なく、１種類でも又、多種類用意してもよく、又、倍率
もさまざま考えられる。これにともない通常状態と違う
ステップモータの作動タイミングをとってコンデンサ２
の電圧状態を表わす方法もさまざま考えられる。また、
本参考例での電圧検出はコンデンサ２の電圧を検出して
いるが、コンデンサ３の電圧を検出して、多段昇圧充電
回路１０の内容と比較して昇圧状態を決める方法ももち
ろん可能である。また、ソーラバッテリーの部分は、小
型発電機等、発電能力、充電する能力のあるものであれ
ば何でもよい。さらに、ステップモータの駆動パルス幅
の制御、検出方法についても本参考例に限らず、適当な
駆動システムであればよい。また、電気的負荷７，トラ
ンジスタ８の位置はコンデンサ２の下側、つまりマイナ
ス側にあってもよい。【００１８】【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、第
１の電荷蓄積手段の電圧が所定の値より低い場合には第
１の電荷蓄積手段と直列に電気的負荷を接続し、第１の
電荷蓄積手段と負荷とからなる直列回路の両端の電圧を
容量の小さな第２の電荷蓄積手段に充電する構成によっ
て、負荷の両端に発生した電圧と第１の電荷蓄積手段の
電圧とが第２の電荷蓄積手段に充電される。このため、
発電手段が働きさえすれば第１および第２の電荷蓄積手
段が放電してしまった状態でも、第２の電荷蓄積手段へ
の充電が直ちに完了するので、例えば電子時計を即座に
駆動させることができる。また、本発明において、第１
の電荷蓄積手段の電圧が所定の値より高い場合には負荷
をバイパスする構成によって、負荷での電流制限・電圧
降下が発生することなく、発電手段が容量の大きな第１
の電荷蓄積手段に直接的に接続される。このため、第１
の電荷蓄積手段を効率良く短時間で充電することができ
る。【００１９】したがって、本発明によれば、製品完成後
の電荷蓄積手段が充電されていない時も電子時計が動く
かどうかという品質の確認が容易であり、また、使用中
長い間充電されず電荷蓄積手段の電圧が低下してしまっ
た時にも即座に電子時計を動かすことができる一方、電
荷蓄積手段がある程度充電されている時にはその後の充
電を効率良く短時間でできるという効果を奏するもので
ある。

【図面の簡単な説明】【図１】実施例のブロック図。【図２】実施例の具体的なブロック図。【図３】参考例の回路ブロック図。【図４】コンデンサの放電特性及び参考例による効果説
明図。【図５】従来例を示す図。【図６】参考例における多段昇圧充電システムの一具体
例の図。【図７】(A),(B)-(イ),(B)-(ロ),(C)-(イ),(C)-(ロ),
(D)-(イ),(D)-(ロ),(E)・・・多段昇圧充電システムの
作動説明図。【図８】第２従来例を示す図。【符号の説明】１・・・ソーラバッテリーなどの充電源２・・・高容量コンデンサ（電源Ａ）３・・・コンデンサ（電源Ｂ）７・・・高容量コンデンサに直列に接続した電気的負荷８・・・充電制御用トランジスタ９，１１・・・逆流防止用ダイオード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G04C 10/00 G04G 1/00 310

Claims

(57)【特許請求の範囲】１．発電手段と、前記発電手段に並列に接続される第１の電荷蓄積手段
と、前記第１の電荷蓄積手段より容量が小さく、かつ、電源
として用いられる第２の電荷蓄積手段と、前記第１の電荷蓄積手段の電圧が所定の値より低い場合
には前記第１の電荷蓄積手段と直列に電気的負荷を接続
し、前記第１の電荷蓄積手段と前記負荷とからなる直列
回路の両端の電圧を前記第２の電荷蓄積手段に充電する
一方、前記第１の電荷蓄積手段の電圧が前記所定の値よ
り高い場合には前記負荷をバイパスするスイッチング手
段を含む充電制御手段とを有することを特徴とする充電
制御装置。