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JP3582338B2 - Switching unit, power supply and electronic equipment - Google Patents
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JP3582338B2 - Switching unit, power supply and electronic equipment - Google Patents

Switching unit, power supply and electronic equipment Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充電効率を高めることができるスイッチングユニット、電源装置および電子機器に関する。
【0002】
【従来の技術】
発電機によって発電された交流起電力をコンデンサや電池に充電するための整流回路として、トランジスタ等のスイッチ手段を用いたブリッジ型の整流回路が知られている。このブリッジ型整流回路においては、整流の効率を高めるため、スイッチ手段を発電機の発電状態に応じてオン・オフするようにしている。
ここで、図8は、この種のタイプの充電回路の構成例を示す回路図である。図において、AGは交流発電機であり、当該腕時計の動きに応じた発電を行う。ここで、図9は交流発電機AGとその周辺機構の構成を示す斜視図である。図示のように、交流発電機AGは、ロータ14とステータ15を備えており、2極磁化されたディスク状のロータ14が回転するとステータ15の出力用コイル16に起電力が発生し、交流出力が取り出せるようになっている。また、図において、13は腕時計本体ケース内で旋回運動を行う回転錘であり、11は回転錘13の回転運動を発電機AGに伝達する輪列機構である。回転錘13は腕時計を装着した人の腕の振りに応じて回転し、これに伴って交流発電機AGから起電力が得られるようになっている。
【0003】
交流発電機AGから出力された交流は、充電回路24で整流され、大容量コンデンサ5と処理装置9に供給される。処理装置9は、大容量コンデンサ5から放電される電力によって時計装置7を駆動する。
【0004】
次に、充電回路24について図8を参照して説明する。この図において、NMOSトランジスタN1は、コンパレータCOM3によってオン/オフ制御され、両者によって、電流を一方向にスイッチングする一方向性ユニット1が構成されている。同様にして、2はPMOSトランジスタP1とコンパレータCOM1によって構成される一方向性ユニット、3はNMOSトランジスタN2とコンパレータCOM4から構成される一方向性ユニット、4はPMOSトランジスタP2とコンパレータCOM2から構成される一方向性ユニットである。一方向性ユニット1と2は、接地から正電源に向けて順次直列に接続され、また同様にして一方向性ユニット3と4も接地から正電源に向けて順次直列に接続されている。そして、一方向性ユニット1と2の接続点と、一方向性ユニット3と4の接続点との間に交流発電機AGが接続されている。以上のように、一方向性ユニット1〜4によってブリッジ回路が構成されている。
【0005】
上記構成において、コンパレータCOM1は発電機AGの出力端AG1の電位と正電源Vddを比較し、コンパレータCOM2は発電機AGの出力端AG2の電位と正電源Vddとを比較する。また、コンパレータCOM3は出力端AG2の電位と接地電位とを比較し、コンパレータCOM4は出力端AG1の電位と接地電位とを比較する。
上述した構成において、交流発電機AGに起電力が発生し、たとえば、端子AG1が接地に対して正電位となると、コンパレータCOM4の出力信号がHレベルになり、NMOSトランジスタN2はオン状態になる。次に、交流発電機AGの出力端子AG1の電圧値が、大容量コンデンサ5の端子電圧Vddを上回ると、コンパレータCOM1の出力信号がLレベルになり、PMOSトランジスタP1がオン状態になる。この結果、図に矢印で示すように充電電流経路が形成され、一方向性ユニット3、交流発電機AG、一方向性ユニット2、大容量コンデンサ5という経路で充電電流が流れる。
そして、端子AG1の電位がVddを下回ると、コンパレータCOM1の出力信号がHレベルになり、PMOSトランジスタP1がオフ状態になる。この結果、上述の充電経路が遮断される。端子AG1の電位がVddを下回ってもPMOSトランジスタP1がオン状態のままだと、大容量コンデンサ5からの放電電流が逆流し、充電効率が悪化するため、端子AG1の電位がVddを上回ったときだけ、充電経路が形成されるようになっている。
一方、交流発電機AGから逆方向の起電力が出力され、端子AG2から接地電位に対して正になると、コンパレータCOM3の出力信号はHレベルになり、NMOSトランジスタN2がオン状態になる。そして、端子AG2の電位が、大容量コンデンサ5の端子電圧Vddを上回ると、コンパレータCOM2の出力信号がLレベルになり、PMOSトランジスタP2がオン状態になる。この結果、一方向性ユニット1、交流発電機AG、一方向性ユニット4、大容量コンデンサ5という経路で充電電流が流れる。そして、端子AG2の電位がVddを下回ると、コンパレータCOM2の出力信号がHレベルになり、PMOSトランジスタP2がオフ状態になる。この結果、上述の充電経路が遮断される。
以上のように一方向性ユニット2、3と一方向性ユニット1、4による整流動作が交互に繰り返され、大容量コンデンサ5に充電がされる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ダイオード(寄生ダイオードを含む)の両端電圧をコンパレータで比較する構成の一方向性ユニット(例えば、図8の一方向性ユニット2、4)の場合、スイッチ手段であるMOSトランジスタのドレイン、ソース間の導通抵抗(オン抵抗)を、なるべく小さな値となるように設計することが充電経路の損失を低減させ、充電効率を向上させる手法として考えられるが、このオン抵抗が低いため、特に導通電流が小さい場合にはソース−ドレイン間の電圧が低くなり、コンパレータ(COM1またはCOM2)のしきい値以下になってスイッチ手段はオフ状態になる。そして、スイッチ手段がオフになると、ダイオードの順方向電圧降下によってコンパレータの入力端の電位差が上昇するため、再びスイッチ手段がオン状態になる。以上のようにして、低電流導通時においては、スイッチ手段のオンとオフが頻繁に繰り返されるという現象が生じる。
【0007】
このため、微少な充電電流に対して、スイッチ手段のドライブ消費電流の方が多くなり、エネルギー効率が逆転してしまう。
例えば、図10(イ)、(ロ)、(ハ)は、各々図8に示す回路の端子AG1の電圧、充電電流および制御電流を示しており、この図に示すように、充電電流の小さな期間Tsにおいては、スイッチ手段がオン/オフを繰り返し、制御電流が増えていることが分かる。このように制御電流が増えると、充電電流に対して制御電流の方が大きくなり、エネルギー収支が逆転してしまう。
【0008】
以上のような現象は、例えば、チョッパ方式で充電を行う場合にパルス状のチョッパ充電電流が生じる際にも現れる。
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、例えば、MOSトランジスタなどのスイッチ手段を用いてスイッチングを行う際のエネルギー収支を改善し、充電効率を高めることができるスイッチングユニット、電源装置およびお電子機器を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項1に記載のスイッチングユニットにおいては、第1のスイッチ手段と、前記第1のスイッチ手段に並列接続され、前記第1のスイッチ手段よりオン抵抗が大きい第2のスイッチ手段と、並列接続された前記第1、第2のスイッチ手段の両端電圧に基づいて前記第1、第2のスイッチ手段のオン、オフを制御し、前記両端電圧が所定値以上になったときに前記第1、第2のスイッチ手段をオンとするように制御する第1の制御手段と、前記両端電圧が前記所定値を上回ってから一定時間の間は、前記第1の制御手段に優先して前記第1のスイッチ手段を強制的にオフにするオフ制御手段とを具備することを特徴とする。
また、請求項2に記載のスイッチングユニットにおいては、第1のスイッチ手段と、前記第1のスイッチ手段に並列接続され、前記第1のスイッチ手段よりオン抵抗が大きい第2のスイッチ手段と、並列接続された前記第1、第2のスイッチ手段の両端電圧に基づいて前記第1、第2のスイッチ手段のオン、オフを制御し、前記両端電圧が所定値以上になったときに前記第1、第2のスイッチ手段をオンとするように制御する第1の制御手段と、前記両端電圧が前記所定値を所定量上回るまでは、前記第1の制御手段に優先して前記第1のスイッチ手段を強制的にオフにするオフ制御手段とを具備することを特徴とする
また、請求項3に記載のスイッチングユニットにおいては、第1のスイッチ手段と、前記第1のスイッチ手段に並列接続され、前記第1のスイッチ手段よりオン抵抗が大きい第2のスイッチ手段と、並列接続された前記第1、第2のスイッチ手段の両端電圧に基づいて前記第1、第2のスイッチ手段のオン、オフを制御し、前記両端電圧が所定値以上になったときに前記第1、第2のスイッチ手段をオンとするように制御する第1の制御手段と、前記両端電圧が前記所定値を上回ったか否かを所定周期毎に判定し、上回った場合には、当該周期において、前記第1の制御手段に優先して前記第1のスイッチ手段を強制的にオフにするオフ制御手段とを具備することを特徴とするスイッチングユニット。
また、請求項4に記載のスイッチングユニットにおいては、前記第1、第2のスイッチ手段に同方向に並列に接続されるダイオードを有することを特徴とする。
また、請求項5に記載のスイッチングユニットにおいては、前記第1、第2のスイッチ手段はMOSトランジスタで構成され、前記ダイオードは前記MOSトランジスタの寄生ダイオードであることを特徴とする。
また、請求項6に記載の電源装置においては、発電手段と充電手段との間に前記請求項1乃至5いずれかに記載のスイッチングユニットを介挿し、前記発電手段の端子電圧と前記充電手段の端子電圧が前記第1、第2のスイッチ手段の両端に印可されるように構成し、前記第1、第2のスイッチ手段が前記発電手段から前記充電手段に向かう充電経路を構成するようにしたことを特徴とする。
また、請求項7に記載の電源装置においては、前記発電手段は、交流発電機であることを特徴とする。
また、請求項8に記載の電源装置においては、前記発電手段は、太陽電池であることを特徴とする。
また、請求項9に記載の電子機器は、請求項6乃至請求項8いずれかに記載の前記電源装置から電源供給を受ける電子装置を有することを特徴とする。
請求項10に記載の電子機器は、前記電子装置は、電子式時計であることを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
A:実施形態の構成
図1は、この発明の一実施形態の構成を示す回路図である。なお、この実施形態は、本発明を電子式の腕時計に適用した実施形態である。また、前述した図8、図9の各部と対応する部分には同一の符号を付けてその説明を省略する。
【0011】
図1において、P1Lはオン抵抗が小さなPMOSトランジスタ(スイッチ手段)であり、オン抵抗の大きいPMOSトランジスタP1S(スイッチ手段)とソースおよびドレインが共通接続されている。すなわち、それぞれの電流経路が並列になるように接続されている。また、P2Lもオン抵抗が小さなPMOSトランジスタ(スイッチ手段)であり、オン抵抗が大きいPMOSトランジスタP2S(スイッチ手段)とソースおよびドレインが共通接続されている。すなわち、上記と同様にそれぞれの電流経路が並列接続されている。
【0012】
NANはナンドゲートであり、コンパレータCOM1とコンパレータCOM2の出力信号の論理積の反転信号を出力する。ナンドゲートNANの出力信号φTは、マスクパルス発生回路20に出力される。マスクパルス発生回路20は、図2に示すようにラッチ回路22とタイマ回路21によって構成されており、信号φTとクロック信号CLKからマスク信号φT1を生成する。ここで、タイマ回路21はリトリガータイプのカウンタで構成されており、信号φT1がHレベルに立ち上がる度にカウント値「0」からカウントを開始する。また、タイマ回路21は、所定のカウント値に達すると、カウントアップ信号φT2をLレベルにする。
【0013】
次に、ラッチ回路22は、信号φTをラッチする回路であり、このラッチ回路22で信号φTがHレベルに立ち上がると、ラッチ回路22の出力信号である信号φT1がHレベルになる。これにより、タイマ回路21がリセットされ、カウントを開始する。このカウントが所定値になると、タイマ回路21からカウントアップを示す信号φT2が出力され、これにより、ラッチ回路22がリセットされる。このように、タイマ回路21は、信号φTが立ち上がってから所定の時間を経時する機能を有し、信号φT1は、この所定の時間だけHレベルになる。
なお、本実施形態においては、クロック信号CLKは、時計の動作クロック信号を用いる。
【0014】
次に、図1に示すOR1はコンパレータCOM1の出力信号φP1Sと信号φT1の論理和をとるオアゲートであり、OR2はコンパレータCOM2の出力信号φP2Sと信号φT1の論理和をとるオアゲートである。
【0015】
B:実施形態の動作
次に、上述した構成によるこの実施形態の動作について説明する。ここでは、交流発電機AGから起電力が発生し、端子AG1の電圧が図3(イ)に示すような波形で出力された場合を例にとる。なお、図3に示す時刻t1以前においては、コンパレータCOM1の出力信号φP1SがHレベルにあってPMOSトランジスタP1S、P1Lがオフ状態にある場合を想定している。
【0016】
さて、図3(イ)の時刻t1から端子AG1の電圧が上昇し始め、時刻t2においてVddに達すると、コンパレータCOM1の出力信号φP1SがLレベルになり、PMOSトランジスタP1S、P1Lがオン状態になる。このとき、コンパレータCOM4の出力信号もHレベルになるからNMOSトランジスタN2もオン状態になり、大容量コンデンサ5への充電経路が形成される。
【0017】
また、信号φP1SがLレベルになると、ナンドゲートNANの出力信号φTがHレベルになるので、図2に示すラッチ回路22の出力信号φT1がHレベルになるとともに、タイマ回路21がカウント動作を開始する。信号φT1がHレベルになると、オアゲートOR1の出力信号φP1LがHレベルになり、オン抵抗が小さなPMOSトランジスタP1Lがオフ状態になる。この結果、充電経路を構成するスイッチ手段は、PMOSトランジスタP1SとNMOSトランジスタN2になり、コンパレータCOM1は、PMOSトランジスタP1Sだけのソースとドレイン間の電圧を比較することになる。この場合、PMOSトランジスタP1Sは、オン抵抗が大きいので、その両端電圧は交流発電機AGの起電力が小さい場合でもコンパレータCOM1のしきい値を下回ることがなく、PMOSトランジスタP1Sはオン状態を維持する。
【0018】
そして、タイマ回路21が時刻t3においてカウントアップすると、ラッチ回路22の出力信号φT1がLレベルになり、PMOSトランジスタP1Lがオン状態になる。このときは、図3(イ)に示すように、端子AG1の電圧も大きくなっており、PMOSトランジスタP1Lがオン状態になっても、PMOSトランジスタP1S、P1Lのソース−ドレイン間の電圧がコンパレータのしきい値を下回ることはない。この実施例においては、タイマー21のカウント開始からカウントアップまでの時間は、端子AG1の電圧がVddを越えてからさらに所定量の電圧上昇が得られる時間を想定して設定されている。
【0019】
また、図3の時刻t3以後は端子AG1の電圧が比較的高いが、時刻t4になるとVddに近い電圧値になる。この結果、PMOSトランジスタP1S、P1Lのソース−ドレイン間の電圧がコンパレータCOM1のしきい値を下回る。このとき、φP1Sが一旦Hレベルになり、PMOSトランジスタP1S、P1Lがオフすると、PMOSトランジスタP1S、P1Lのソース−ドレイン間電圧が上昇し、再びLレベルに立ち下がる。これにより、ナンドゲートNANの出力信号φTも、一旦LレベルになったのちHレベルになり、図2に示すラッチ回路22の出力信号φT1がHレベルになるとともに、タイマ回路21がカウント動作を開始する。すなわち、所定期間信号φT1がHレベルになり、オアゲートOR1の出力信号φP1LがHレベルになって、オン抵抗が小さなPMOSトランジスタP1Lがオフ状態になる。したがって、上述の場合と同様にして、コンパレータCOM1は、オン抵抗の大きなPMOSトランジスタP1Sだけのソースとドレインの各電位を比較することになる。この結果、交流発電機AGの起電力が弱くてもコンパレータCOM1の出力信号は反転せず、PMOSトランジスタP1Sはオン状態を維持する。
【0020】
そして、時刻t5において、端子AG1の電圧がVddを下回ると、コンパレータCOM1の出力信号φP1SがHレベルになり、PMOSトランジスタP1Sがオフ状態になる。信号φP1SはオアゲートOR1を介してPMOSトランジスタP1Lのゲートへも供給されるから、信号φT1の値に関わらずPMOSトランジスタP1Lもオフ状態になる。
【0021】
以上のように、本実施形態においては、低電流導通時であっても、PMOSトランジスタP1S、P1L、P2S、P2Lがオン/オフを繰り返すことがなく、サージの発生を防止でき、ドライブ電流の増加を抑えることができる。
なお、端子AG1が接地に対し負になり、端子AG2が接地に対して正になった場合は、PMOSトランジスタP2S、P2LとコンパレータCOM2が上述と同様の動作を行う。
ここで、図4(イ)、(ロ)、(ハ)に端子AG1の電圧、充電電流および制御電流を示すが、同図(ロ)に示す充電電流の小さな区間Tsにおいてもサージが発生せず、制御電流が抑えられていることが分かる。図10と比較するとその差異は明瞭である。
【0022】
C:変形例
本発明の適用範囲は、以上の実施形態に限らず、例えば、以下のような種々の変形が可能である。
(1)上述した実施形態は、本願発明を交流発電機の整流回路に適用した例であたが、本願発明は直流電源にも適用することができる。以下にこのような適用例について説明する。
図5は太陽電池を電源にする充電回路の例である。この図においては、太陽電池Bによって時計装置などの処理装置39を動作させる電子機器40の概要を示してある。この電子機器40は、太陽電池Bからの直流電力を充電装置である大容量コンデンサ5および処理装置39に供給するための電力供給装置50を備えている。電力供給装置50は、太陽電池Bに接続された入力端21と、大容量コンデンサ5に接続された第1の出力端22と、さらに、処理装置39に接続された第2の出力端23とを備えている。第2の出力端23には、第1の出力端22、すなわち大容量コンデンサ5に対し、スタートアップ用の抵抗28が直列に接続され、この抵抗28と並列にバイパススイッチ51が接続されている。従って、大容量コンデンサ5の充電レベルが低いときは、大容量コンデンサ5で主に電力が消費されてしまうのを防止するためにスタートアップ用の抵抗28によって処理装置39に接続された出力端23に充分な電圧が発生するようになっている。また、大容量コンデンサ5にある程度の電圧が発生すると、スタートアップ用の抵抗28をバイパススイッチ51によってバイパスし、効率よく大容量コンデンサ5の充電ができるようになっている。
【0023】
本例の処理装置39には、作動電圧の安定化などのために補助コンデンサ8が並列に接続されている。また、電力供給装置50の入力端21と並列に短絡用のスイッチ52が接続されており、太陽電池Bからの入力電圧V0が高くなりすぎて処理装置39や大容量コンデンサ5に悪影響を与えるレベルに達すると、太陽電池Bからの入力を短絡し、出力電圧V1が高く成りすぎないようにしている。このような制御を行うために電力供給装置50は制御回路37を備えており、この制御回路37によって入力電圧V0および大容量コンデンサ5の出力端23の側の出力電圧V1が監視され、短絡用スイッチ52およびバイパス用スイッチ51を操作できるようになっている。
【0024】
この電力供給装置40においては、不連続な光エネルギーを電力に変換する太陽電池Bの出力が低下すると大容量コンデンサ5が放電した電力が出力端22から出力端23に供給され、処理装置39が駆動される。この際、大容量コンデンサ5から太陽電池Bに電流が流れると、電力が浪費され、また、太陽電池Bに損傷を与えるおそれがある。このため、電力供給装置50には大容量コンデンサ5から太陽電池Bに対する逆流防止用の1方向性ユニット31が設けられている。
【0025】
本例の1方向性ユニット31は、入力端21に供給された太陽電池Bの起電圧V0が大容量コンデンサ5に接続された出力端22の電圧V1よりも絶対値で大きいときに電流が流れるように接続されたダイオード35と、このダイオード35と並列に接続されたスイッチ38とを備えており、このスイッチ38が制御回路37からの制御信号φ1によって操作されるようになっている。図6に制御信号φ1の例を示している。制御回路37には、入力端21の入力電圧V0と、出力端22の出力電圧V1が入力されており、これらの電圧V0およびV1は、ダイオード35の両端の電圧に相当する。まず、時刻t1に、太陽電池Bが発電しておらず、また、大容量コンデンサ5に電荷が蓄積されていないときは、入力電圧V0および出力電圧V1は0であり、その差も0となる。このため、制御信号φ1は低レベルに保持されており、スイッチ38はオフとなっている。制御用の電源が確保できないときにオフするためには、例えば、エンハンスメント形のMOSFETなどの電界効果型トランジスタスイッチを用いることもできる。
【0026】
次に、時刻t2に太陽電池Bが発電を開始すると入力電圧V0が増加(マイナス側に)する。したがって、ダイオード35に電流が流れ、順方向電圧Vfが発生する。このため、ダイオード35の他端の電圧V1は、入力電圧V0よりもプラス側に小さくなる。制御回路37は、この電位差を検出して時刻t3に制御信号φ1を高レベルにしてスイッチ38をオンする。この結果、太陽電池Bからの電力はダイオード35をバイパスして流れ、順方向電圧Vfの損失なしに大容量コンデンサ5および処理回路39に供給される。
【0027】
また、図5に示すスイッチ38はオン抵抗が大きく、スイッチ41はオン抵抗が小さく設定されている。また、ANDはアンドゲートであり、その出力信号によってスイッチ41のオン/オフが制御される。
【0028】
図7は、制御回路37の構成を示すブロック図であり、この図に示すように制御回路37は、マスクパルス発生回路20、コンパレータCOM6およびインバータ60を有している。マスクパルス発生回路20は、前述した図1に示すものと同様の動作を行うものである。また、コンパレータCOM6は、電圧V0とV1を比較し、その比較結果を信号φ1として出力する。なお、マスクパルス発生回路20に供給される信号φ1は、前述の信号φTと同様に機能する。
【0029】
以上の構成によれば、電圧V0が電圧V1を越えた直後においては、スイッチ38のオン抵抗が小さいために、両者の電位差がコンパレータCOM6のしきい値を下回り、スイッチ41がオン/オフを頻繁に繰り返すという状態が発生してしまうが、この例においては、マスクパルス回路20に動作により、信号φT1(ただし、反転信号)が制御され、これにより、電圧V0とV1の電位差が小さいうちはスイッチ41がオフ状態になるように制御される。したがって、このような状況のときには、オン抵抗の大きなスイッチ38だけがオン状態となり、前述の実施形態と同様にしてサージが発生せず、制御電流が抑えられる。
【0030】
(2)上述の実施形態は、電子式の腕時計の例であったが、他の機能をもつ回路等を組み込んでも良い。例えば、ラジオ、ページャ、コンピュータ機能を有する回路等あるいは万歩計、血圧計、携帯電話機能を有する回路を備えていてもよい。
【0031】
(3)上述した実施形態におけるタイマ回路21に代えて電圧比較回路を設けてもよい。すなわち、タイマ回路21は、2つの電圧を比較する際に、一方が他方を越えても当初は僅かに上回るだけであることに着目し、所定量上回るまでの時間を計時している。したがって、2つの電圧の差を直接検出する電圧差検出回路を設け、これによって検出された電圧差が所定量を越えたか否かによってスイッチ手段のオン/オフを制御するようにしてもよい。
【0032】
また、図11に示すような回路構成をとっても良い。なお、この図に示す信号において、図2と同様の機能のものについては、同一の符号を付けてある。
図11に示す90はラッチ回路、91はT−FF(トグルフリップフロップ)であり、NORはノアゲートである。この図に示す回路においては、信号φTが立ち上がると、次にくるクロック信号CLKの立ち下がりエッジまでマスクパルスφT1を出力する。したがって、マスクパルスφT1を出力した後に、再びφTがHレベルに立ち上がった場合には、同様にして再びマスクパルスφT1が出力されるようになっている。
すなわち、図11に示す回路においては、図12に示すように、クロック信号CLKの1周期を単位として、その周期の中で信号φTの立ち上がりが検出されれば、その周期の終了時点までマスクパルスφT1を出力する動作を行う。
このような構成によれば、発電機の出力電圧が大容量コンデンサ5の充電電圧を充分に越えるまでの時間が予測できないような場合でも、前者が後者を越えた瞬間には、その度にマスクパルスφT1が出力されるから、サージ電流の発生を抑えることができる。
【0033】
(4)大容量コンデンサ5に代えて電池等の蓄電手段を用いても良い。交流発電機AGについても、本実施形態で示したものに限らず、他の交流発電機を用いても良い。
【0034】
(5)上述した実施形態は、MOSトランジスタの寄生ダイオードを用いて一方向性ユニット(電流を一方向に流すユニット)を構成した例であったが、寄生ダイオードを利用せず、別個にダイオードを用いてもよい。さらに、本願発明は、一方向性のユニットに限定せず、双方向に電流を流すスイッチ手段にも適用可能である。
【0035】
(6)また、本発明が適用される発電機は、上述したものに限らない。すなわち、チョッパ構成としてもよい。この場合には、大容量コンデンサ5の前段に昇圧回路を接続することも可能であり、また、発電機としてゼンマイ式発電機を使用することもできる。なお、チョッパ構成とする場合には、例えば、図1に示すコンパレータCOM3、COM4の出力信号をチョッパする構成(例えば、これらのコンパレータの出力とクロック信号の論理和をとるオア回路を設ける構成)を設ければよい。
【0036】
ここで、図13は、ゼンマイ式発電機を備えた電子制御機械時計の機械構造を示す斜視図である。この腕時計において、ゼンマイ110はリューズ(図示せず)に連結されており、リューズを巻くことによって、ゼンマイ110に機械エネルギが蓄積されるようになっている。ゼンマイ110と発電機130のロータ131の間には、増速輪列120が設けられている。増速輪列120は、分針124が固定されている二番車121、三番車122、および秒針125が固定されている四番車123等から構成されている。そして、この増速輪列120によってゼンマイ110の運動が発電機130のロータ131に伝達され、発電が行われるようになっている。ここで、発電機130は電磁ブレーキとしても作用し、増速輪列120に固定された指針を定速で回転させている。この意味において、発電機130は調速機としても機能する。
【0037】
次に、図14は、電子制御機械時計の電気的構成を示すブロック図である。図において、チョッパ回路200は、発電機130と整流回路140とによって構成されている。発電機130の起電圧は、整流回路140によって整流され、コンデンサ150に充電される。ここで、整流回路140は、上述したように、本実施形態の回路をチョッパ構成に変形した回路を用い、発電機130は交流発電機AGに代えて用いる。
【0038】
コンデンサ150は、チョッパ回路200、調速回路170、および発振回路160に電力を給電している。発振回路160は水晶振動子161を用いてクロック信号CLKを生成している。この調速回路170において、検出回路102が発電機130の発電周波数を検出すると、制御回路103は、この検出結果に基づいて、ロータ131の回転周期がクロック信号CLKの周期と合うように電磁ブレーキを調整してロータ131の回転速度を一定にするように整流回路140を制御している。この場合、整流回路140は、クロック信号CLKに基づいて生成された制御信号によって制御される。
【0039】
ここで、発電機130の回転制御は、発電機130のコイル両端を短絡可能なスイッチでオン・オフしてチョッパリングすることで行っている。このスイッチは、例えば、上述した実施形態におけるNチャンネルMOSトランジスタN1,N2(図1参照)が相当する。このチョッパリングによって、スイッチをオンした時には、発電機130にショートブレーキが掛かり、かつ発電機130のコイルに電気エネルギが蓄積される。一方、スイッチをオフすると、発電機130が動作し、コイルに蓄積されていた電気エネルギが開放され起電圧が生じる。この時の起電圧には、スイッチをオフしていた時の電気エネルギが加わるので、その値を高めることができる。このため、発電機130をチョッパリングで制御すると、ブレーキ時の発電電力の低下をスイッチオフ時の起電圧の高まり分で補填でき、発電電力を一定以上に保ちながら、制動トルクを増加でき、持続時間の長い電子制御式機械時計を構成することができる。
以上の構成において、発電機130の出力電圧が充分に高くない場合にみ、マスクパルスによって整流回路140のスイッチ手段のサージ電流を防止することができる。
【0040】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の発明によれば、サージ電流の発生を抑えて、充電効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図2】同実施形態におけるマスクパルス回路の構成を示すブロック図である。
【図3】同実施形態の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図4】同実施形態におけるサージの発生状態を説明するための波形図である。
【図5】同実施形態の変形例の構成を示すブロック図である。
【図6】同変形例の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図7】同変形例の制御回路37の構成を示すブロック図である。
【図8】従来装置の構成を示すブロック図である。
【図9】図9に示す発電器AGの構成を示す斜視図である。
【図10】図8に示す従来装置のサージの発生状況を示す波形図である。
【図11】本発明の他の変形例を示すブロック図である。
【図12】図11に示す変形例の動作を説明するための波形図である。
【図13】本発明のその他の変形例における発電機部分の外観構成を示す斜視図である。
【図14】図11に示す変形例の電気的構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
COM1 コンパレータ
COM2 コンパレータ
COM6 コンパレータ
P1S PMOSトランジスタ
P1L PMOSトランジスタ
P2S PMOSトランジスタ
P2L PMOSトランジスタ
OR1、OR2 オアゲート
NAN ナンドゲート
20 マスクパルス発生回路
21 タイマ回路
22 ラッチ回路
38 スイッチ
41 スイッチ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a switching unit, a power supply, and an electronic device that can increase charging efficiency.
[0002]
[Prior art]
As a rectifier circuit for charging a capacitor or a battery with AC electromotive force generated by a generator, a bridge-type rectifier circuit using switch means such as a transistor is known. In this bridge-type rectifier circuit, the switch means is turned on / off according to the power generation state of the generator in order to increase the efficiency of rectification.
Here, FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration example of this type of charging circuit. In the figure, AG is an AC generator, which generates electric power according to the movement of the wristwatch. Here, FIG. 9 is a perspective view showing the configuration of the AC generator AG and its peripheral mechanism. As shown in the drawing, the AC generator AG includes a rotor 14 and a stator 15. When the rotor 14 in the form of a bipolar magnetized disk rotates, an electromotive force is generated in an output coil 16 of the stator 15, and an AC output is generated. Can be taken out. In the figure, reference numeral 13 denotes a rotating weight that makes a turning motion in the wristwatch main body case, and 11 denotes a wheel train mechanism that transmits the rotating motion of the rotating weight 13 to the generator AG. The oscillating weight 13 rotates according to the swing of the arm of the person wearing the wristwatch, and accordingly, an electromotive force can be obtained from the AC generator AG.
[0003]
The alternating current output from the AC generator AG is rectified by the charging circuit 24 and supplied to the large-capacity capacitor 5 and the processing device 9. The processing device 9 drives the timepiece device 7 with the electric power discharged from the large-capacity capacitor 5.
[0004]
Next, the charging circuit 24 will be described with reference to FIG. In this figure, the NMOS transistor N1 is ON / OFF controlled by a comparator COM3, and the two constitute a unidirectional unit 1 for switching a current in one direction. Similarly, 2 is a unidirectional unit composed of a PMOS transistor P1 and a comparator COM1, 3 is a unidirectional unit composed of an NMOS transistor N2 and a comparator COM4, and 4 is composed of a PMOS transistor P2 and a comparator COM2. It is a unidirectional unit. Unidirectional units 1 and 2 are connected in series from ground to the positive power supply, and similarly, unidirectional units 3 and 4 are connected in series from ground to the positive power supply. An AC generator AG is connected between a connection point between the unidirectional units 1 and 2 and a connection point between the unidirectional units 3 and 4. As described above, the one-way units 1 to 4 constitute a bridge circuit.
[0005]
In the above configuration, the comparator COM1 compares the potential of the output terminal AG1 of the generator AG with the positive power supply Vdd, and the comparator COM2 compares the potential of the output terminal AG2 of the generator AG with the positive power supply Vdd. The comparator COM3 compares the potential of the output terminal AG2 with the ground potential, and the comparator COM4 compares the potential of the output terminal AG1 with the ground potential.
In the configuration described above, when an electromotive force is generated in the AC generator AG and, for example, the terminal AG1 has a positive potential with respect to the ground, the output signal of the comparator COM4 becomes H level and the NMOS transistor N2 is turned on. Next, when the voltage value of the output terminal AG1 of the AC generator AG exceeds the terminal voltage Vdd of the large-capacity capacitor 5, the output signal of the comparator COM1 becomes L level, and the PMOS transistor P1 is turned on. As a result, a charging current path is formed as shown by an arrow in the figure, and the charging current flows through a path including the one-way unit 3, the AC generator AG, the one-way unit 2, and the large-capacity capacitor 5.
Then, when the potential of the terminal AG1 falls below Vdd, the output signal of the comparator COM1 becomes H level, and the PMOS transistor P1 is turned off. As a result, the above-described charging path is interrupted. If the PMOS transistor P1 remains on even when the potential of the terminal AG1 falls below Vdd, the discharge current from the large-capacity capacitor 5 flows backward and the charging efficiency deteriorates, so that when the potential of the terminal AG1 exceeds Vdd. Only a charging path is formed.
On the other hand, when the electromotive force in the opposite direction is output from the AC generator AG and becomes positive with respect to the ground potential from the terminal AG2, the output signal of the comparator COM3 becomes H level, and the NMOS transistor N2 is turned on. When the potential of the terminal AG2 exceeds the terminal voltage Vdd of the large-capacity capacitor 5, the output signal of the comparator COM2 becomes L level, and the PMOS transistor P2 is turned on. As a result, a charging current flows through a path including the one-way unit 1, the AC generator AG, the one-way unit 4, and the large-capacity capacitor 5. Then, when the potential of the terminal AG2 becomes lower than Vdd, the output signal of the comparator COM2 becomes H level, and the PMOS transistor P2 is turned off. As a result, the above-described charging path is interrupted.
As described above, the rectification operation by the one-way units 2 and 3 and the one-way units 1 and 4 is alternately repeated, and the large-capacity capacitor 5 is charged.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the case of a unidirectional unit (for example, the unidirectional units 2 and 4 in FIG. 8) in which a voltage between both ends of a diode (including a parasitic diode) is compared by a comparator, the drain and the source of a MOS transistor which is a switch means Designing the conduction resistance (on-resistance) between them to be as small as possible can be considered as a method of reducing the loss of the charging path and improving the charging efficiency. However, since the on-resistance is low, the conduction current is particularly low. Is smaller, the voltage between the source and the drain becomes lower, becomes lower than the threshold value of the comparator (COM1 or COM2), and the switch means is turned off. When the switch is turned off, the potential difference at the input terminal of the comparator increases due to the forward voltage drop of the diode, and the switch is turned on again. As described above, when the low current is conducted, a phenomenon occurs in which the on / off of the switch unit is frequently repeated.
[0007]
For this reason, the drive current consumption of the switch means becomes larger than the minute charging current, and the energy efficiency is reversed.
For example, FIGS. 10 (a), (b), and (c) show the voltage, the charging current, and the control current of the terminal AG1 of the circuit shown in FIG. 8, respectively. In the period Ts, it can be seen that the switching means repeats on / off and the control current increases. When the control current increases in this way, the control current becomes larger than the charging current, and the energy balance is reversed.
[0008]
The above phenomenon also appears, for example, when a pulse-like chopper charging current is generated when charging is performed by a chopper method.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and for example, a switching unit, a power supply device and a switching unit capable of improving an energy balance when switching is performed by using a switching means such as a MOS transistor and improving charging efficiency. It is intended to provide electronic equipment.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, in the switching unit according to the first aspect, a first switching unit and a second switching unit connected in parallel to the first switching unit and having an ON resistance larger than that of the first switching unit. 2 switch means and the first and second switch means connected in parallel. Controlling on / off of the first and second switch means based on the voltage between both ends; The voltage at both ends is the specified value that's all When the first and second switch means are Control to turn on A first control unit for performing the off-control for forcibly turning off the first switch unit in preference to the first control unit for a predetermined time after the voltage between both ends exceeds the predetermined value. Means.
Further, in the switching unit according to the second aspect, the first switching means and the second switching means connected in parallel to the first switching means and having an on-resistance larger than that of the first switching means are connected in parallel. Of the first and second switch means connected Controlling on / off of the first and second switch means based on the voltage between both ends; The voltage at both ends is the specified value that's all When the first and second switch means are Control to turn on First control means for performing the operation, and off control means for forcibly turning off the first switch means in preference to the first control means until the voltage between both ends exceeds the predetermined value by a predetermined amount. Characterized by having
Further, in the switching unit according to the third aspect, the first switching means and the second switching means connected in parallel to the first switching means and having an ON resistance larger than that of the first switching means are connected in parallel. Of the first and second switch means connected Controlling on / off of the first and second switch means based on the voltage between both ends; The voltage at both ends is the specified value that's all When the first and second switch means are Control to turn on A first control unit that determines whether or not the voltage between both ends exceeds the predetermined value at predetermined intervals, and when the voltage exceeds the predetermined value, gives priority to the first control unit in the period, and A switching unit for forcibly turning off the first switch unit.
According to a fourth aspect of the present invention, in the switching unit, a diode connected in parallel to the first and second switch means in the same direction is provided.
Further, in the switching unit according to the fifth aspect, the first and second switch means are constituted by MOS transistors, and the diode is a parasitic diode of the MOS transistor.
Further, in the power supply device according to claim 6, the switching unit according to any one of claims 1 to 5 is interposed between the power generation unit and the charging unit, and the terminal voltage of the power generation unit and the charging unit of the charging unit. The terminal voltage is applied to both ends of the first and second switch means, and the first and second switch means constitute a charging path from the power generation means to the charging means. It is characterized by the following.
Further, in the power supply device according to claim 7, the power generation means is an AC generator.
Further, in the power supply device according to claim 8, the power generation means is a solar cell.
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an electronic apparatus including an electronic device that receives power supply from the power supply device according to any one of the sixth to eighth aspects.
An electronic apparatus according to a tenth aspect is characterized in that the electronic device is an electronic timepiece.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A: Configuration of the embodiment
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of one embodiment of the present invention. This embodiment is an embodiment in which the present invention is applied to an electronic wristwatch. Parts corresponding to those in FIGS. 8 and 9 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0011]
In FIG. 1, P1L is a PMOS transistor (switch means) having a low on-resistance, and its source and drain are commonly connected to a PMOS transistor P1S (switch means) having a high on-resistance. That is, the current paths are connected in parallel. Also, P2L has an on-resistance small The source and the drain of the PMOS transistor (switch means), which is a PMOS transistor (switch means) and have a large on-resistance, are commonly connected. That is, the respective current paths are connected in parallel as described above.
[0012]
NAN is a NAND gate that outputs an inverted signal of the logical product of the output signals of the comparators COM1 and COM2. Output signal φT of NAND gate NAN is output to mask pulse generation circuit 20. The mask pulse generation circuit 20 includes a latch circuit 22 and a timer circuit 21 as shown in FIG. 2, and generates a mask signal φT1 from the signal φT and the clock signal CLK. Here, the timer circuit 21 is constituted by a retrigger type counter, and starts counting from the count value “0” every time the signal φT1 rises to the H level. When a predetermined count value is reached, timer circuit 21 sets count-up signal φT2 to L level.
[0013]
Next, the latch circuit 22 is a circuit that latches the signal φT. When the signal φT rises to the H level in the latch circuit 22, the signal φT1 which is the output signal of the latch circuit 22 goes to the H level. Thereby, the timer circuit 21 is reset and starts counting. When the count reaches a predetermined value, the timer circuit 21 outputs a signal φT2 indicating a count-up, whereby the latch circuit 22 is reset. As described above, the timer circuit 21 has a function of passing a predetermined time after the rise of the signal φT, and the signal φT1 goes to the H level only for the predetermined time.
In the present embodiment, an operation clock signal of a clock is used as the clock signal CLK.
[0014]
Next, OR1 shown in FIG. 1 is an OR gate that takes the logical sum of the output signal φP1S of the comparator COM1 and the signal φT1, and OR2 is the OR gate that takes the logical sum of the output signal φP2S of the comparator COM2 and the signal φT1.
[0015]
B: Operation of the embodiment
Next, the operation of this embodiment with the above-described configuration will be described. Here, a case where an electromotive force is generated from the AC generator AG and the voltage of the terminal AG1 is output with a waveform as shown in FIG. Before time t1 shown in FIG. 3, it is assumed that the output signal φP1S of the comparator COM1 is at the H level and the PMOS transistors P1S and P1L are off.
[0016]
Now, the voltage of the terminal AG1 starts to increase from time t1 in FIG. 3A, and when it reaches Vdd at time t2, the output signal φP1S of the comparator COM1 goes to L level, and the PMOS transistors P1S and P1L are turned on. . At this time, since the output signal of the comparator COM4 also goes to the H level, the NMOS transistor N2 is also turned on, and a charging path to the large-capacity capacitor 5 is formed.
[0017]
When signal φP1S goes low, output signal φT of NAND gate NAN goes high, so that output signal φT1 of latch circuit 22 shown in FIG. 2 goes high and timer circuit 21 starts counting. . When the signal φT1 goes high, the output signal φP1L of the OR gate OR1 goes high, and the PMOS transistor P1L having a small on-resistance is turned off. As a result, the switch means forming the charging path is the PMOS transistor P1S and the NMOS transistor N2, and the comparator COM1 compares the voltage between the source and the drain of only the PMOS transistor P1S. In this case, since the ON resistance of the PMOS transistor P1S is large, the voltage between both ends thereof does not fall below the threshold value of the comparator COM1 even when the electromotive force of the AC generator AG is small, and the PMOS transistor P1S maintains the ON state. .
[0018]
Then, when the timer circuit 21 counts up at time t3, the output signal φT1 of the latch circuit 22 goes low, and the PMOS transistor P1L is turned on. At this time, as shown in FIG. 3A, the voltage of the terminal AG1 is also large, and even if the PMOS transistor P1L is turned on, the voltage between the source and the drain of the PMOS transistors P1S and P1L is not changed by the comparator. It does not fall below the threshold. In this embodiment, the time from the start of counting by the timer 21 to the count-up is set on the assumption that a predetermined amount of voltage increase can be obtained after the voltage of the terminal AG1 exceeds Vdd.
[0019]
Further, the voltage at the terminal AG1 is relatively high after time t3 in FIG. 3, but becomes a voltage value close to Vdd at time t4. As a result, the voltage between the source and the drain of the PMOS transistors P1S and P1L falls below the threshold value of the comparator COM1. At this time, when φP1S once becomes H level and the PMOS transistors P1S and P1L are turned off, the source-drain voltages of the PMOS transistors P1S and P1L rise and fall to L level again. Thereby, the output signal φT of the NAND gate NAN also goes low once and then goes high, the output signal φT1 of the latch circuit 22 shown in FIG. 2 goes high, and the timer circuit 21 starts counting. . That is, the signal φT1 is at the H level for a predetermined period, the output signal φP1L of the OR gate OR1 is at the H level, and the PMOS transistor P1L having a small on-resistance is turned off. Therefore, in the same manner as described above, the comparator COM1 compares the source potential and the drain potential of only the PMOS transistor P1S having a large on-resistance. As a result, even if the electromotive force of the AC generator AG is weak, the output signal of the comparator COM1 is not inverted, and the PMOS transistor P1S maintains the ON state.
[0020]
Then, at time t5, when the voltage of the terminal AG1 falls below Vdd, the output signal φP1S of the comparator COM1 goes high, and the PMOS transistor P1S is turned off. Since the signal φP1S is also supplied to the gate of the PMOS transistor P1L via the OR gate OR1, the PMOS transistor P1L is also turned off regardless of the value of the signal φT1.
[0021]
As described above, in the present embodiment, even when the current is low, the PMOS transistors P1S, P1L, P2S, and P2L do not repeatedly turn on / off, so that the occurrence of surge can be prevented and the drive current increases. Can be suppressed.
When the terminal AG1 becomes negative with respect to the ground and the terminal AG2 becomes positive with respect to the ground, the PMOS transistors P2S and P2L and the comparator COM2 perform the same operation as described above.
Here, FIGS. 4 (a), 4 (b) and 4 (c) show the voltage of the terminal AG1, the charging current and the control current, and a surge occurs even in the small section Ts of the charging current shown in FIG. 4 (b). It can be seen that the control current was suppressed. The difference is clear when compared with FIG.
[0022]
C: Modified example
The application range of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and for example, the following various modifications are possible.
(1) Although the above-described embodiment is an example in which the present invention is applied to a rectifier circuit of an AC generator, the present invention can also be applied to a DC power supply. Hereinafter, such an application example will be described.
FIG. 5 is an example of a charging circuit using a solar cell as a power supply. In this figure, an outline of an electronic device 40 for operating a processing device 39 such as a clock device by a solar cell B is shown. The electronic device 40 includes a power supply device 50 for supplying DC power from the solar cell B to the large-capacity capacitor 5 as a charging device and the processing device 39. The power supply device 50 includes an input terminal 21 connected to the solar cell B, a first output terminal 22 connected to the large-capacity capacitor 5, and a second output terminal 23 connected to the processing device 39. It has. A start-up resistor 28 is connected to the second output terminal 23 in series with the first output terminal 22, that is, the large-capacity capacitor 5, and a bypass switch 51 is connected in parallel with the resistor 28. Accordingly, when the charge level of the large-capacity capacitor 5 is low, the output terminal 23 connected to the processing device 39 by the start-up resistor 28 in order to prevent power from being mainly consumed by the large-capacity capacitor 5. A sufficient voltage is generated. When a certain voltage is generated in the large-capacity capacitor 5, the startup resistor 28 is bypassed by the bypass switch 51, and the large-capacity capacitor 5 can be charged efficiently.
[0023]
An auxiliary capacitor 8 is connected in parallel to the processing device 39 of this example for stabilizing the operating voltage. Further, a short-circuit switch 52 is connected in parallel with the input terminal 21 of the power supply device 50, and the input voltage V0 from the solar cell B becomes too high and adversely affects the processing device 39 and the large-capacity capacitor 5. , The input from the solar cell B is short-circuited to prevent the output voltage V1 from becoming too high. In order to perform such control, the power supply device 50 includes a control circuit 37. The control circuit 37 monitors the input voltage V0 and the output voltage V1 on the output terminal 23 side of the large-capacity capacitor 5, and monitors the short-circuit voltage. The switch 52 and the bypass switch 51 can be operated.
[0024]
In the power supply device 40, when the output of the solar cell B that converts discontinuous light energy into electric power decreases, the electric power discharged from the large-capacity capacitor 5 is supplied from the output terminal 22 to the output terminal 23, and the processing device 39 Driven. At this time, when a current flows from the large-capacity capacitor 5 to the solar cell B, power is wasted and the solar cell B may be damaged. For this reason, the power supply device 50 is provided with a unidirectional unit 31 for preventing backflow from the large-capacity capacitor 5 to the solar cell B.
[0025]
In the one-way unit 31 of the present example, a current flows when the electromotive voltage V0 of the solar cell B supplied to the input terminal 21 is larger in absolute value than the voltage V1 of the output terminal 22 connected to the large-capacity capacitor 5. And a switch 38 connected in parallel with the diode 35. The switch 38 is operated by a control signal φ1 from a control circuit 37. FIG. 6 shows an example of the control signal φ1. The input voltage V0 of the input terminal 21 and the output voltage V1 of the output terminal 22 are input to the control circuit 37, and these voltages V0 and V1 correspond to voltages across the diode 35. First, at time t1, when the solar cell B does not generate power and no charge is accumulated in the large-capacity capacitor 5, the input voltage V0 and the output voltage V1 are 0, and the difference between them is also 0. . Therefore, the control signal φ1 is held at a low level, and the switch 38 is off. In order to turn off when a control power supply cannot be secured, for example, a field effect transistor switch such as an enhancement type MOSFET can be used.
[0026]
Next, when the solar cell B starts power generation at time t2, the input voltage V0 increases (to the negative side). Therefore, a current flows through the diode 35, and a forward voltage Vf is generated. Therefore, the voltage V1 at the other end of the diode 35 becomes smaller than the input voltage V0 on the plus side. The control circuit 37 detects this potential difference and sets the control signal φ1 to high level at time t3 to turn on the switch 38. As a result, the electric power from the solar cell B flows bypassing the diode 35 and is supplied to the large-capacity capacitor 5 and the processing circuit 39 without loss of the forward voltage Vf.
[0027]
The switch 38 shown in FIG. 5 has a large on-resistance, and the switch 41 has a small on-resistance. AND is an AND gate, whose output signal controls ON / OFF of the switch 41.
[0028]
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of the control circuit 37. As shown in FIG. 7, the control circuit 37 has a mask pulse generation circuit 20, a comparator COM6, and an inverter 60. The mask pulse generating circuit 20 performs the same operation as that shown in FIG. The comparator COM6 compares the voltages V0 and V1, and outputs the result of the comparison as a signal φ1. The signal φ1 supplied to the mask pulse generation circuit 20 functions in the same manner as the signal φT described above.
[0029]
According to the above configuration, immediately after the voltage V0 exceeds the voltage V1, the ON resistance of the switch 38 is small, so that the potential difference between the two drops below the threshold value of the comparator COM6, and the switch 41 frequently switches on / off. However, in this example, the signal φT1 (however, the inverted signal) is controlled by the operation of the mask pulse circuit 20, so that the switch is switched while the potential difference between the voltages V0 and V1 is small. 41 is controlled to be turned off. Therefore, in such a situation, only the switch 38 having a large on-resistance is turned on, and no surge occurs as in the above-described embodiment, and the control current is suppressed.
[0030]
(2) Although the above embodiment is an example of an electronic wristwatch, a circuit or the like having another function may be incorporated. For example, a circuit having a radio, a pager, a computer function, or a circuit having a pedometer, a sphygmomanometer, and a mobile phone function may be provided.
[0031]
(3) A voltage comparison circuit may be provided instead of the timer circuit 21 in the above-described embodiment. That is, when comparing the two voltages, the timer circuit 21 pays attention to the fact that even if one exceeds the other, it initially only slightly exceeds it, and measures the time until it exceeds the predetermined amount. Therefore, a voltage difference detection circuit for directly detecting the difference between the two voltages may be provided, and the on / off of the switch means may be controlled depending on whether or not the detected voltage difference exceeds a predetermined amount.
[0032]
Further, a circuit configuration as shown in FIG. 11 may be adopted. In the signals shown in this figure, those having the same functions as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals.
In FIG. 11, 90 is a latch circuit, 91 is a T-FF (toggle flip-flop), and NOR is a NOR gate. In the circuit shown in this figure, when the signal φT rises, the mask pulse φT1 is output until the next falling edge of the clock signal CLK. Therefore, when φT rises to the H level again after outputting the mask pulse φT1, the mask pulse φT1 is output again in the same manner.
That is, in the circuit shown in FIG. 11, if the rising of the signal φT is detected in one cycle of the clock signal CLK as a unit as shown in FIG. An operation of outputting φT1 is performed.
According to such a configuration, even when the time required for the output voltage of the generator to sufficiently exceed the charging voltage of the large-capacity capacitor 5 cannot be predicted, each time the former exceeds the latter, the mask is required. Since the pulse φT1 is output, generation of a surge current can be suppressed.
[0033]
(4) Power storage means such as a battery may be used instead of the large-capacity capacitor 5. The AC generator AG is not limited to the one described in the present embodiment, and another AC generator may be used.
[0034]
(5) The above-described embodiment is an example in which a unidirectional unit (a unit that allows current to flow in one direction) is configured using a parasitic diode of a MOS transistor. However, a diode is separately used without using a parasitic diode. May be used. Further, the present invention is not limited to a unidirectional unit, but can be applied to a switch unit that allows current to flow in both directions.
[0035]
(6) The generator to which the present invention is applied is not limited to the one described above. That is, a chopper configuration may be used. In this case, a booster circuit can be connected before the large-capacity capacitor 5, and a spring-powered generator can be used as the generator. In the case of a chopper configuration, for example, a configuration in which the output signals of the comparators COM3 and COM4 shown in FIG. 1 are choppered (for example, a configuration in which an OR circuit that takes the logical sum of the output of these comparators and a clock signal) is provided. It may be provided.
[0036]
Here, FIG. 13 is a perspective view showing the mechanical structure of an electronically controlled mechanical timepiece provided with a mainspring generator. In this wristwatch, the mainspring 110 is connected to a crown (not shown), and winding the crown stores mechanical energy in the mainspring 110. A speed increasing gear train 120 is provided between the mainspring 110 and the rotor 131 of the generator 130. The speed increasing gear train 120 includes a second wheel & pinion 121 to which the minute hand 124 is fixed, a third wheel & pinion 122, and a fourth wheel & pinion 123 to which the second hand 125 is fixed. Then, the movement of the mainspring 110 is transmitted to the rotor 131 of the generator 130 by the speed increasing train train 120, so that power generation is performed. Here, the generator 130 also functions as an electromagnetic brake, and rotates a pointer fixed to the speed increasing train 120 at a constant speed. In this sense, the generator 130 also functions as a governor.
[0037]
Next, FIG. 14 is a block diagram showing an electrical configuration of the electronically controlled mechanical timepiece. In the figure, the chopper circuit 200 includes a generator 130 and a rectifier circuit 140. The electromotive voltage of the generator 130 is rectified by the rectifier circuit 140 and the capacitor 150 is charged. Here, as described above, the rectifier circuit 140 uses a circuit obtained by modifying the circuit of the present embodiment into a chopper configuration, and the generator 130 is used in place of the AC generator AG.
[0038]
The capacitor 150 supplies power to the chopper circuit 200, the speed control circuit 170, and the oscillation circuit 160. The oscillation circuit 160 generates the clock signal CLK using the crystal oscillator 161. In the speed control circuit 170, when the detection circuit 102 detects the power generation frequency of the generator 130, the control circuit 103 controls the electromagnetic brake based on the detection result so that the rotation cycle of the rotor 131 matches the cycle of the clock signal CLK. Is adjusted to control the rectifier circuit 140 so that the rotation speed of the rotor 131 is constant. In this case, the rectifier circuit 140 is controlled by a control signal generated based on the clock signal CLK.
[0039]
Here, the rotation of the generator 130 is controlled by turning on and off both ends of the coil of the generator 130 with a switch capable of short-circuiting and choppering. This switch corresponds to, for example, the N-channel MOS transistors N1 and N2 (see FIG. 1) in the above-described embodiment. When the switch is turned on by this chopper ring, a short brake is applied to the generator 130 and electric energy is accumulated in the coil of the generator 130. On the other hand, when the switch is turned off, the generator 130 operates to release the electric energy stored in the coil and generate an electromotive voltage. At this time, the electric voltage at the time when the switch is turned off is added to the electromotive voltage, so that the value can be increased. For this reason, when the generator 130 is controlled by choppering, the decrease in the generated power during braking can be compensated for by the increase in the electromotive voltage when the switch is turned off, and the braking torque can be increased while maintaining the generated power at or above a certain level. An electronically controlled mechanical timepiece with a long time can be constructed.
In the above configuration, only when the output voltage of the generator 130 is not sufficiently high, the surge current of the switch means of the rectifier circuit 140 can be prevented by the mask pulse.
[0040]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the generation of surge current can be suppressed, and the charging efficiency can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a mask pulse circuit according to the first embodiment.
FIG. 3 is a timing chart for explaining the operation of the embodiment.
FIG. 4 is a waveform chart for explaining a state of occurrence of a surge in the embodiment.
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a modification of the embodiment.
FIG. 6 is a timing chart for explaining the operation of the modification.
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a control circuit 37 of the modification.
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a conventional device.
FIG. 9 is a perspective view showing a configuration of a generator AG shown in FIG.
FIG. 10 is a waveform diagram showing a state of occurrence of a surge in the conventional device shown in FIG.
FIG. 11 is a block diagram showing another modification of the present invention.
FIG. 12 is a waveform chart for explaining an operation of the modification shown in FIG. 11;
FIG. 13 is a perspective view showing an external configuration of a generator portion in another modification of the present invention.
FIG. 14 is a block diagram showing an electrical configuration of a modification shown in FIG.
[Explanation of symbols]
COM1 comparator
COM2 comparator
COM6 comparator
P1S PMOS transistor
P1L PMOS transistor
P2S PMOS transistor
P2L PMOS transistor
OR1, OR2 OR gate
NAN NAND Gate
20 Mask pulse generation circuit
21 Timer circuit
22 Latch circuit
38 switch
41 switch

Claims (10)

第1のスイッチ手段と、
前記第1のスイッチ手段に並列接続され、前記第1のスイッチ手段よりオン抵抗が大きい第2のスイッチ手段と、
並列接続された前記第1、第2のスイッチ手段の両端電圧に基づいて前記第1、第2のスイッチ手段のオン、オフを制御し、前記両端電圧が所定値以上になったときに前記第1、第2のスイッチ手段をオンとするように制御する第1の制御手段と、
前記両端電圧が前記所定値を上回ってから一定時間の間は、前記第1の制御手段に優先して前記第1のスイッチ手段を強制的にオフにするオフ制御手段とを具備することを特徴とするスイッチングユニット。
First switch means;
A second switch connected in parallel to the first switch and having an on-resistance greater than that of the first switch;
On / off of the first and second switch means is controlled based on the voltage between both ends of the first and second switch means connected in parallel, and when the voltage between both ends becomes a predetermined value or more , the second switch means 1. first control means for controlling the second switch means to be turned on ;
An off-control means for forcibly turning off the first switch means in preference to the first control means for a predetermined time after the voltage between both ends exceeds the predetermined value. And a switching unit.
第1のスイッチ手段と、
前記第1のスイッチ手段に並列接続され、前記第1のスイッチ手段よりオン抵抗が大きい第2のスイッチ手段と、
並列接続された前記第1、第2のスイッチ手段の両端電圧に基づいて前記第1、第2のスイッチ手段のオン、オフを制御し、前記両端電圧が所定値以上になったときに前記第1、第2のスイッチ手段をオンとするように制御する第1の制御手段と、
前記両端電圧が前記所定値を所定量上回るまでは、前記第1の制御手段に優先して前記第1のスイッチ手段を強制的にオフにするオフ制御手段とを具備することを特徴とするスイッチングユニット。
First switch means;
A second switch connected in parallel to the first switch and having an on-resistance greater than that of the first switch;
On / off of the first and second switch means is controlled based on the voltage between both ends of the first and second switch means connected in parallel, and when the voltage between both ends becomes a predetermined value or more , the second switch means 1. first control means for controlling the second switch means to be turned on ;
Switching control means for forcibly turning off the first switch means prior to the first control means until the voltage between both ends exceeds the predetermined value by a predetermined amount. unit.
第1のスイッチ手段と、
前記第1のスイッチ手段に並列接続され、前記第1のスイッチ手段よりオン抵抗が大きい第2のスイッチ手段と、
並列接続された前記第1、第2のスイッチ手段の両端電圧に基づいて前記第1、第2のスイッチ手段のオン、オフを制御し、前記両端電圧が所定値以上になったときに前記第1、第2のスイッチ手段をオンとするように制御する第1の制御手段と、
前記両端電圧が前記所定値を上回ったか否かを所定周期毎に判定し、上回った場合には、当該周期において、前記第1の制御手段に優先して前記第1のスイッチ手段を強制的にオフにするオフ制御手段とを具備することを特徴とするスイッチングユニット。
First switch means;
A second switch connected in parallel to the first switch and having an on-resistance greater than that of the first switch;
On / off of the first and second switch means is controlled based on the voltage between both ends of the first and second switch means connected in parallel, and when the voltage between both ends becomes a predetermined value or more , the second switch means 1. first control means for controlling the second switch means to be turned on ;
It is determined at predetermined intervals whether or not the voltage between both ends exceeds the predetermined value, and when the voltage exceeds the predetermined value, the first switch is forcibly activated in the cycle in preference to the first control. A switching unit comprising: an off-control means for turning off.
前記第1、第2のスイッチ手段に同方向に並列に接続されるダイオードを有することを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載のスイッチングユニット。4. The switching unit according to claim 1, further comprising a diode connected in parallel to said first and second switch means in the same direction. 前記第1、第2のスイッチ手段はMOSトランジスタで構成され、前記ダイオードは前記MOSトランジスタの寄生ダイオードであることを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載のスイッチングユニット。4. The switching unit according to claim 1, wherein said first and second switch means are constituted by MOS transistors, and said diodes are parasitic diodes of said MOS transistors. 発電手段と充電手段との間に前記請求項1乃至5いずれかに記載のスイッチングユニットを介挿し、前記発電手段の端子電圧と前記充電手段の端子電圧が前記第1、第2のスイッチ手段の両端に印可されるように構成し、前記第1、第2のスイッチ手段が前記発電手段から前記充電手段に向かう充電経路を構成するようにしたことを特徴とする電源装置。The switching unit according to claim 1 is interposed between the power generation means and the charging means, and a terminal voltage of the power generation means and a terminal voltage of the charging means are equal to those of the first and second switch means. A power supply device configured to be applied to both ends, wherein the first and second switch means constitute a charging path from the power generation means to the charging means. 前記発電手段は、交流発電機であることを特徴とする請求項6記載の電源装置。The power supply device according to claim 6, wherein the power generation unit is an AC generator. 前記発電手段は、太陽電池であることを特徴とする請求項6記載の電源装置。The power supply device according to claim 6, wherein the power generation unit is a solar cell. 請求項6乃至請求項8いずれかに記載の前記電源装置から電源供給を受ける電子装置を有することを特徴とする電子機器。An electronic apparatus, comprising: an electronic device that receives power supply from the power supply device according to claim 6. 前記電子装置は、電子式時計であることを特徴とする請求項9記載の電子機器。The electronic device according to claim 9, wherein the electronic device is an electronic timepiece.
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