(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主電源によって作動され、かつ、モータの駆動を制御するモータ駆動制御回路であって、
前記モータを駆動する駆動回路と、
前記主電源および駆動回路間に設けられて、主電源から供給される電気エネルギを用いて駆動回路へ駆動電圧を供給する電源回路と、
前記電源回路の作動を制御する電源制御回路とを備え、
前記電源回路は、ドレイン端子またはソース端子の一方が、主電源に直接或いは間接的に接続され、ドレイン端子またはソース端子の他方が駆動回路の電源ラインに接続された電界効果型トランジスタを備え、
前記電源制御回路は、前記駆動電圧を監視し、
前記駆動電圧がモータ駆動電圧用に設定された所定の定電圧以上の場合は、電界効果型トランジスタのゲート端子へ入力する信号を制御して電界効果型トランジスタをオフにすることで、主電源から駆動回路への電気エネルギの供給を停止し、
前記駆動電圧がモータ駆動電圧用に設定された所定の定電圧未満の場合は、前記ゲート端子へ入力する信号を制御して電界効果型トランジスタをオンにすることで、主電源から駆動回路に電気エネルギを供給し、
前記電界効果型トランジスタのＯＦＦリーク電流は、モータが駆動していない時の電源回路の負荷電流よりも小さくなるように設定されていることを特徴とするモータ駆動制御回路。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ駆動制御回路において、
前記電源回路から供給される電気エネルギを蓄積する蓄電手段に蓄積された電気エネルギを放電可能な放電手段を備え、
前記電源制御回路は、前記蓄電手段の電圧が前記所定の定電圧以上の場合に、前記放電手段を作動して蓄電手段の電圧を前記所定の定電圧まで低下させることを特徴とするモータ駆動制御回路。
【請求項３】
請求項２に記載のモータ駆動制御回路において、
前記放電手段は、モータの駆動回路を利用して前記蓄電手段の電気エネルギを放電することを特徴とするモータ駆動制御回路。
【請求項４】
請求項１に記載のモータ駆動制御回路において、
前記電界効果型トランジスタは寄生ダイオードを備え、
この寄生ダイオードは、アノードが駆動回路の電源ラインに接続され、かつ、カソードが主電源に接続されていることを特徴とするモータ駆動制御回路。
【請求項５】
請求項１に記載のモータ駆動制御回路において、
前記電界効果型トランジスタのＯＦＦリーク電流が、モータが駆動していない時の電源回路の負荷電流よりも小さくなる条件を満足する範囲で、電界効果型トランジスタの閾値電圧が低く設定されていることを特徴とするモータ駆動制御回路。
【請求項６】
請求項１に記載のモータ駆動制御回路において、
前記電界効果型トランジスタのＯＦＦリーク電流が、モータが駆動していない時の電源回路の負荷電流よりも小さくなるように、電源回路の出力ラインにはモータとは別の負荷が接続されていることを特徴とするモータ駆動制御回路。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載のモータ駆動制御回路において、
前記電源制御回路は、所定の基準電圧と電源回路の出力とを比較するコンパレータを備え、
前記コンパレータは、電源回路の出力と基準電圧とを常時比較し、その比較結果に基づき、電源回路の作動または停止の制御を行うことを特徴とするモータ駆動制御回路。
【請求項８】
請求項７に記載のモータ駆動制御回路において、
前記コンパレータは、電源回路の出力を、一段階または複数段階に分圧する分圧手段を備えていることを特徴とするモータ駆動制御回路。
【請求項９】
請求項８に記載のモータ駆動制御回路において、
前記電界効果型トランジスタのＯＦＦリーク電流が、モータが駆動していない時の電源回路の負荷電流よりも小さくなるように、電源回路の出力ラインにはモータとは別の負荷が接続され、
前記負荷は、前記コンパレータの分圧手段であることを特徴とするモータ駆動制御回路。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれかに記載のモータ駆動制御回路を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の半導体装置において、
前記半導体装置は、中央演算処理装置を備えたマイクロコンピュータであることを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項９のいずれかに記載のモータ駆動制御回路と、
このモータ駆動制御回路で駆動制御されるモータと、
を備えることを特徴とする電子時計。
【請求項１３】
発電装置と、
発電装置で発電された電力が充電される二次電源を有する主電源と、
請求項１から請求項９のいずれかに記載のモータ駆動制御回路と、
このモータ駆動制御回路で駆動制御されるモータと、
を備えることを特徴とする発電装置付き電子時計。
【請求項１４】
請求項１３に記載の発電装置付き電子時計において、
前記モータ駆動制御回路は、前記発電装置で発電された電気エネルギが前記二次電源に充電されているのと並行して、モータの駆動電圧を所定の定電圧に制御することを特徴とする発電装置付き電子時計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ駆動制御回路、このモータ駆動制御回路を備えた半導体装置、電子時計および発電装置付き電子時計に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステッピングモータなどのモータは、各種機器のアクチュエータとして広く利用されている。例えば、電子時計においては、指針を駆動するアクチュエータとして利用されている。
このようなモータには作動電圧範囲があり、モータを安定して駆動するためには、前記作動電圧範囲内においてモータ駆動電圧を一定に維持すること、つまりモータ駆動電圧を定電圧にすることが好ましい。
そして、モータ駆動電源として、従来用いられていた酸化銀等の一次電池は、出力電圧も一定であるため、モータ駆動電圧を定電圧にすることは容易であった。
【０００３】
一方、近年では、電池交換を不要にするため、回転錘による自動巻き発電装置やソーラー発電装置と、発電装置で発電された電流で充電される二次電池とを設け、二次電池をモータの駆動電源とするものが広く利用されるようになった。
この際、二次電池は充電によって電圧が上昇するため、モータ作動電圧を超えてしまう可能性がある。
【０００４】
このため、モータ駆動電圧を制御する電源部に、３つの降圧用コンデンサと、１つの平滑用コンデンサを搭載した降圧回路を設け、二次電池の電圧を降圧した電圧をモータの駆動回路に供給することで、二次電池の電圧が上昇してもモータ駆動電圧を、モータ作動電圧範囲に調整する駆動制御方法が知られている（例えば特許文献１）。
【０００５】
また、充電による二次電池の電圧上昇を過充電防止機構（リミッタ）で抑制し、モータ駆動電圧が一定電圧値以上にならないように抑制することで、モータ駆動を安定化させる駆動制御方法も知られている（例えば特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１７４４９４号公報
【特許文献２】特開平7−３０６２７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１では次の２つの課題があった。
第１に、降圧回路は二次電池電圧を所定の倍率で小さくするので、充電により二次電池電圧が上昇すると、電源部の降圧電圧も上昇し、モータ駆動電圧が変動して定電圧にならないという問題があった。
すなわち、アナログ的に上昇する二次電池電圧に対応させて降圧電圧を一定にするには、細かい分解能で、多くの降圧倍率が必要となる。しかしながら、このような多くの降圧倍率を設定することは、多数のコンデンサなどが必要となり、回路構成上、困難である。
一方、特許文献１のように、２つの降圧倍率２／３と１／３だけで降圧制御を行う場合には、二次電池電圧がアナログ的に上昇すると、到底、降圧電圧を一定にすることができないという問題があった。
【０００８】
第２に、電源部がモータの駆動回路に電池電圧を供給している状態から、モータ駆動の条件に応じて、例えば、降圧倍率を２／３に設定し、２／３降圧電圧をモータの駆動回路に供給しようとしても、電源部は平滑用コンデンサを搭載しているため、時定数により、モータ駆動電圧を瞬時に降圧することができないという問題があった。
このため、モータを安定して駆動させるためには、電源部から供給されるモータ駆動電圧が降圧した電圧となるまでの時間以上の待機時間を設定する必要があり、迅速にモータを駆動したい場合においては設定した待機時間中はモータを駆動させることができず、モータ駆動に遅延が発生するという問題があった。
【０００９】
また、特許文献２では、モータの作動電圧領域が比較的低い場合は、二次電池電圧が低い領域でリミッタを作動させる必要があり、二次電池の動作持続時間が短くなるという問題があった。すなわち、二次電池は、充電により電池電圧が上昇するため、リミッタの動作電圧が高いほど充電量が多くなり、持続時間も長くなる。つまり、リミッタを動作させる電圧を低くすればするほど、充電電圧が低下し、持続時間も短くなる。
従って、モータの作動電圧領域が低いためにリミッタを低い電圧で作動させると、その分、持続時間が短縮してしまうという問題がある。
【００１０】
一方で、モータ駆動の安定化と、二次電池の動作持続時間を長くすることを両立させるには、二次電池の電圧が高くなってもモータを駆動できるように、モータの作動電圧範囲を広く確保する必要がある。
しかしながら、作動電圧範囲の広いモータは、通常、性能面等で制約があり、特に高速で正転および逆転動作を行うようなモータでは作動電圧範囲を広く確保することが難しく、利用できるモータが限定されるという問題もあった。
また、モータ駆動を安定化させる為、モータ駆動中のみ二次電池の過充電を防止する方法もあるが、上昇した二次電池電圧でモータ駆動電圧が安定するだけであり、結局、モータの作動電圧範囲は広く確保する必要がある。さらに、モータ駆動中は二次電池への充電ができないため、充電効率が低下するという問題もある。
【００１１】
本発明は、モータ駆動時にモータ駆動電圧を迅速にモータ作動電圧範囲内の所定の定電圧にでき、主電源電圧に依存しないモータ駆動電圧をモータ駆動回路に供給して確実にモータを駆動させることができるモータ駆動制御回路、半導体装置および電子時計を提供することを第１の目的とする。
また、発電装置および二次電源を備え、二次電源を主電源としてモータを駆動する際に、二次電源の充電を損なうことなく、かつ、持続時間を長くすることができるとともに、モータ駆動時にモータ駆動電圧を迅速にモータ作動電圧範囲内の所定の定電圧にでき、二次電源の充電による電圧上昇に依存しないモータ駆動電圧をモータ駆動回路に供給して確実にモータを駆動させることができるモータ駆動制御回路、半導体装置および発電装置付き電子時計を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、主電源によって作動され、かつ、モータの駆動を制御するモータ駆動制御回路であって、前記モータを駆動する駆動回路と、前記主電源および駆動回路間に設けられて、主電源から供給される電気エネルギを用いて駆動回路へ駆動電圧を供給する電源回路と、前記電源回路の作動を制御する電源制御回路とを備え、前記電源回路は、ドレイン端子またはソース端子の一方が、主電源に直接或いは間接的に接続され、ドレイン端子またはソース端子の他方が駆動回路の電源ラインに接続された電界効果型トランジスタを備え、前記電源制御回路は、前記駆動電圧を監視し、前記駆動電圧がモータ駆動電圧用に設定された所定の定電圧以上の場合は、電界効果型トランジスタのゲート端子へ入力する信号を制御して電界効果型トランジスタをオフにすることで、主電源から駆動回路への電気エネルギの供給を停止し、前記駆動電圧がモータ駆動電圧用に設定された所定の定電圧未満の場合は、前記ゲート端子へ入力する信号を制御して電界効果型トランジスタをオンにすることで、主電源から駆動回路に電気エネルギを供給し、前記電界効果型トランジスタのＯＦＦリーク電流は、モータが駆動していない時の電源回路の負荷電流よりも小さくなるように設定されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明では、電源制御回路は、前記駆動電圧を監視し、モータ駆動電圧用に設定された所定の定電圧以上であれば電源回路を停止（オフ）し、電源回路からの駆動電圧の供給を停止すると、負荷電流によって駆動電圧が低下する。
また、電源回路をオフして駆動電圧が所定の定電圧未満に低下した場合には、電源回路を作動（オン）して主電源から駆動回路に電気エネルギを供給するため、モータ駆動電圧をモータ駆動電圧用に設定された所定の定電圧に上昇させることができる。
そして、駆動電圧が再度所定の定電圧以上になれば、電源回路をオフし、モータ駆動電圧を所定の定電圧に戻すことができ、駆動電圧を検出しながら電源回路のオン・オフ制御を繰り返すことで、モータ駆動電圧をほぼ一定の定電圧に維持することができる。
従って、主電源電圧に依存しないモータ駆動電圧をモータ駆動回路に供給することができ、本発明のモータ駆動制御回路によれば、モータを確実にかつ安定して駆動することができる。
さらに、電界効果型トランジスタがオフとなっている時、ＯＦＦリーク電流による主電源から蓄電手段に充電が行われることを防止することができ、モータ駆動電圧の定電圧制御を安定して行うことができる。
【００１４】
また、電源回路を電界効果型トランジスタで構成しているので、小さなゲート電流でオン・オフ制御を行うことができるとともに、半導体装置（ＩＣ）上に容易に構成できる。
なお、電界効果型トランジスタのドレイン端子またはソース端子の一方が、主電源に直接に接続されるとは、電界効果型トランジスタのドレイン端子またはソース端子が主電源に直接接続されることを意味し、間接的に接続されるとは、充電制御回路などを介して間接的に接続されることを意味する。
【００１５】
本発明において、前記電源回路から供給される電気エネルギを蓄積する蓄電手段に蓄積された電気エネルギを放電可能な放電手段を備え、前記電源制御回路は、前記蓄電手段の電圧が前記所定の定電圧以上の場合に、前記放電手段を作動して蓄電手段の電圧を前記所定の定電圧まで低下させることが好ましい。
ここで、前記蓄電手段は、コンデンサ等で構成され、モータ駆動制御回路内に組み込んでもよいし、モータ駆動制御回路の外に設けてもよい。
【００１６】
本発明では、前記電源回路がオンされ、駆動電圧を供給している場合に、その電気エネルギをコンデンサ等で構成される蓄電手段で蓄積する。このため、電源回路をオフしても、前記蓄電手段から駆動回路の駆動電圧が供給される。このため、蓄電手段を設けることで、モータ駆動時に大電流が流れても、モータ駆動電圧が急激に低下することを防止でき、この点でもモータ駆動電圧を所定の定電圧に維持でき、モータを確実にかつ安定して駆動することができる。
また、蓄電手段の電圧が所定の定電圧以上の場合には、放電手段を作動させて蓄電手段の電圧を所定の定電圧まで低下させているので、蓄電手段が設けられていても、モータ駆動電圧を迅速に所定の定電圧にすることができ、モータ駆動に遅延が生じることを防止できる。
【００１７】
本発明において、前記放電手段は、モータの駆動回路を利用して前記蓄電手段の電気エネルギを放電することが好ましい。
放電手段としては、抵抗素子、定電流素子などの専用の放電素子を設けて放電するものでもよいが、本発明のように、モータ駆動回路を利用して放電することができれば、専用の放電素子を不要にでき、その分、回路構成を簡易にできてモータ駆動制御回路のサイズも小さくできる。
【００１８】
前記電源制御回路は、前記駆動回路を、主電源の電圧で駆動する主電源駆動モードと、前記所定の定電圧で駆動する定電圧駆動モードとを選択可能に構成され、主電源駆動モードが選択された場合には、前記電源回路を作動して主電源から駆動回路へ電気エネルギを供給して駆動し、定電圧駆動モードが選択された場合には、前記駆動電圧を監視し、前記駆動電圧が所定の定電圧以上の場合は、前記電源回路を停止して駆動電圧の供給を停止し、前記駆動電圧が所定の定電圧未満の場合は、前記電源回路を作動して駆動電圧を供給してもよい。
【００１９】
主電源駆動モードが選択されると、電源制御回路は、主電源から電源回路を介してモータの駆動回路に電気エネルギを供給し、モータの駆動回路を主電源の電圧で駆動する。この場合、主電源の電圧が変動すると、モータの駆動電圧も変動するが、電圧制御が不要なため、省電力化を図ることができる。
一方、定電圧駆動モードが選択されると、電源制御回路は、前記駆動電圧を監視し、所定の定電圧以上であれば電源回路を停止（オフ）し、所定の定電圧未満であれば電源回路を作動（オン）する。これにより、駆動電圧を検出しながら電源回路のオン・オフ制御を繰り返すことで、モータ駆動電圧をほぼ一定の定電圧に維持することができ、モータを確実にかつ安定して駆動することができる。
さらに、上記２つの駆動モードを設けることで、作動領域の異なるモータが設けられている場合に各モータに適した電圧を加えることができ、各モータを効率的に駆動することができる。例えば、作動領域の狭いモータと、作動領域が比較的広いモータを有する場合、作動領域が比較的広いモータで、例えば重厚な針を駆動する場合のように高負荷の駆動を行う際に、モータ駆動電圧は定電圧より高い主電源電圧の方が望ましい場合がある。一方、作動領域が狭いモータを駆動する場合は、モータ駆動電圧は定電圧であることが望ましい。
従って、２つの駆動モードを選択できるようにしておけば、作動領域が比較的広いモータを主電源電圧で駆動する際には主電源駆動モードを選択し、作動領域が狭いモータを定電圧で駆動する際には定電圧駆動モードを選択すればよく、異なる特性を有する各モータを効率的に駆動することができる。
【００２０】
本発明において、前記電界効果型トランジスタは寄生ダイオードを備え、この寄生ダイオードは、アノードが駆動回路の電源ラインに接続され、かつ、カソードが主電源に接続されていることが好ましい。
このような構成によれば、電界効果型トランジスタがオフとなっている時、寄生ダイオードを経由して主電源から蓄電手段に充電が行われることを防止することができ、モータ駆動電圧の定電圧制御を安定して行うことができる。すなわち、電界効果型トランジスタで構成される電源回路をオフしているのにも関わらず、主電源から蓄電手段に充電が行われてしまうと、モータ駆動電圧が変動し、定電圧に制御することが難しくなる。これに対し、本発明の構成では、電界効果型トランジスタがオフとなっている時に、寄生ダイオードを経由して主電源から蓄電手段に充電が行われることを防止でき、定電圧制御を安定化することができる。
【００２２】
本発明において、前記電界効果型トランジスタのＯＦＦリーク電流が、モータが駆動していない時の電源回路の負荷電流よりも小さくなる条件を満足する範囲で、電界効果型トランジスタの閾値電圧が低く設定されていることが好ましい。
このような構成によれば、電界効果型トランジスタの駆動能力を確保できるとともに、トランジスタサイズの縮小化を実現できる。
【００２３】
本発明において、前記電界効果型トランジスタのＯＦＦリーク電流が、モータが駆動していない時の電源回路の負荷電流よりも小さくなるように、電源回路の出力ラインにはモータとは別の負荷が接続されていることが好ましい。
このような構成においても、電界効果型トランジスタがオフとなっている時、ＯＦＦリーク電流による主電源から蓄電手段に充電が行われることを防止することができ、モータ駆動電圧の定電圧制御を安定して行うことができる。
【００２４】
本発明において、前記電源制御回路は、所定の基準電圧と電源回路の出力とを比較するコンパレータを備え、前記コンパレータは、電源回路の出力と基準電圧とを常時比較し、その比較結果に基づき、電源回路の作動または停止の制御を行うことが好ましい。
このような構成によれば、コンパレータを常時駆動しているために、駆動電圧の変化をリアルタイムに検出することができ、駆動電圧が所定の定電圧から外れた際に即座に電圧制御を行うことができ、モータ駆動電圧の定電圧制御を安定して行うことができる。
【００２５】
本発明において、前記コンパレータは、電源回路の出力を、一段階または複数段階に分圧する分圧手段を備えていることが好ましい。
電源回路の出力を分圧する分圧手段を備えていれば、コンパレータの基準電圧と比較する比較電圧を、分圧手段の分圧比によって調整できる。
このため、モータ駆動制御回路で制御するモータの種類によって、所定の定電圧の値が異なる場合でも、分圧手段の分圧比を適宜設定することで、制御対象のモータに応じた定電圧に容易に調整できる。
さらに、複数段階に分圧可能な分圧手段を備えていれば、分圧の段階を選択するだけで定電圧の切替が可能となり、モータの使用条件に応じて最適な定電圧を容易に設定することができる。従って、複数のモータがある場合も、各モータを駆動する毎に最適な定電圧を設定することができ、各モータを安定して確実に駆動することができる。
【００２６】
本発明において、前記電界効果型トランジスタのＯＦＦリーク電流が、モータが駆動していない時の電源回路の負荷電流よりも小さくなるように、電源回路の出力ラインにはモータとは別の負荷が接続され、前記負荷は、前記コンパレータの分圧手段であることが好ましい。
【００２７】
このような構成によれば、電界効果型トランジスタがオフとなっている時、ＯＦＦリーク電流による主電源から蓄電手段に充電が行われることを防止することができ、モータ駆動電圧の定電圧制御を安定して行うことができる。
また、負荷を分圧手段と兼用する事で、回路の大きさを縮小でき、モータ駆動制御回路を小型化することができる。
【００２８】
本発明の半導体装置は、前述したいずれかのモータ駆動制御回路を備えることを特徴とする。
このような半導体装置によれば、モータ駆動時にモータ駆動電圧を迅速にモータ作動電圧範囲内の所定の定電圧にでき、主電源電圧に依存しないモータ駆動電圧をモータ駆動回路に供給して確実にモータを駆動させることができるなど、前述した各モータ駆動制御回路による作用効果を奏することができる。
さらに、半導体装置（ＩＣ，半導体素子）で構成しているので、モータを内蔵した電子機器を製造するメーカは、この半導体装置を組み込み、制御対象のモータに応じて定電圧の電圧値を設定すれば、モータを安定して駆動する制御を容易に実現できる。
【００２９】
ここで、前記半導体装置は、中央演算処理装置を備えたマイクロコンピュータであることが好ましい。
このような構成によれば、電源制御回路やモータの駆動回路の制御をソフトウェアで実現でき、様々な制御を容易に実現することができる。
【００３０】
本発明の電子時計は、前述したいずれかのモータ駆動制御回路と、このモータ駆動制御回路で駆動制御されるモータと、を備えることを特徴とする。
本発明は、前記モータ駆動制御回路を備えているため、主電源電圧に依存しないモータ駆動電圧をモータ駆動回路に供給することができ、モータ駆動電圧を定電圧とすることができ、確実にかつ安定してモータを駆動させることができる。
【００３１】
本発明の発電装置付き電子時計は、発電装置と、発電装置で発電された電力が充電される二次電源を有する主電源と、前述したいずれかのモータ駆動制御回路と、このモータ駆動制御回路で駆動制御されるモータと、を備えることを特徴とする。
本発明は、前記モータ駆動制御回路を備えているため、発電装置で充電される主電源の電圧が上昇しても、モータ駆動電圧を定電圧とすることができ、確実にかつ安定してモータを駆動させることができる。
【００３２】
ここで、前記モータ駆動制御回路は、前記発電装置で発電された電気エネルギが前記二次電源に充電されているのと並行して、モータの駆動電圧を所定の定電圧に制御することが好ましい。
このような構成によれば、発電装置で発電した電気エネルギを二次電源に充電する際に、その充電を妨げることが無く、かつ、モータ駆動電圧を定電圧にすることができる。従って、効率的な充電を行えて、二次電源の持続時間を長くすることができるとともに、モータを確実にかつ安定して駆動することができる。
なお、二次電源としては、二次電池や、電気二重層コンデンサ、電解コンデンサ等の高容量コンデンサが利用できる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、モータ駆動時にモータ駆動電圧を迅速にモータ作動電圧範囲内の所定の定電圧にでき、主電源電圧に依存しないモータ駆動電圧をモータ駆動回路に供給して確実にモータを駆動させることができる。
また、発電装置および二次電源を備え、二次電源を主電源としてモータを駆動する際に、二次電源の充電を損なうことなく、かつ、持続時間を長くすることができるとともに、モータ駆動時にモータ駆動電圧を迅速にモータ作動電圧範囲内の所定の定電圧にでき、二次電源の充電による電圧上昇に依存しないモータ駆動電圧をモータ駆動回路に供給して確実にモータを駆動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施形態における発電機能付き電子時計の構成を示すブロック図。
【図２】前記実施形態における半導体装置の主要部を示す回路図。
【図３】電源回路の応答速度が遅い場合の電圧変動を示すタイミングチャート。
【図４】電源回路の応答速度が速い場合の電圧変動を示すタイミングチャート。
【図５】前記実施形態におけるモータ駆動電圧の変化状態および制御状態を示す図。
【図６】前記実施形態における放電手段を示す回路図。
【図７】第２実施形態における電源制御回路の構成を示す回路図。
【図８】第３実施形態における電子時計を示す正面図。
【図９】第３実施形態における運針制御処理を示すフローチャート。
【図１０】図９の発電量表示処理を示すフローチャート。
【図１１】第３実施形態の発電量表示処理時の状態を示すタイミングチャート。
【図１２】放電手段の変形例を示す回路図。
【図１３】放電手段の他の変形例を示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
［発電装置付き電子時計の全体構成］
発電装置付き電子時計１は、図１に示すように、発電装置２と、二次電池３と、主電源補助コンデンサ４と、第１モータ６と、第２モータ７と、半導体装置（ＩＣ）１０と、モータ駆動電圧補助コンデンサ６０とを備えている。なお、本実施形態では、モータ駆動電圧補助コンデンサ６０を半導体装置１０の外部に設けているが、半導体装置１０内に含ませて構成してもよい。
【００３６】
発電装置２は、時計用に用いられる各種の発電装置が利用できる。例えば、回転錘等で運動エネルギを発生させ、そのエネルギを捉えてロータを回転させて発電する回転型の発電装置や、ソーラーパネルなどで光エネルギを捉えて発電するソーラー型の発電装置などが利用できる。
【００３７】
二次電池３は、発電装置２で発電された電気エネルギを充電可能な蓄電手段（二次電源）であり、具体的には、リチウムイオン電池等の公知の二次電池で構成されている。
主電源補助コンデンサ４は、主電源である二次電池３を補助するために設けられている。例えば、二次電池３は容量も大きく内部抵抗もあるため、充電を開始してからＩＣ１０を駆動可能な電圧になるまで時間がかかる。一方、主電源補助コンデンサ４は、二次電池３に比べると容量が小さいが、充電開始時に迅速にＩＣ１０を駆動可能な電圧にすることができる。
従って、二次電池３および主電源補助コンデンサ４を設けることで、充電開始時には迅速に電圧を上昇させてＩＣ１０の起動性を確保でき、かつ、電源の容量も大きく確保してＩＣ１０を駆動する持続時間も長くできる。
【００３８】
モータ６，７は、ステッピングモータなどで構成されている。モータ６，７で駆動される対象は、電子時計１の種類に応じて設定される。
例えば、第１モータ６で電子時計１の時針、分針を駆動し、第２モータ７で秒針を駆動してもよい。また、第１モータ６で時針、分針、秒針を駆動し、第２モータ７で日車やその他の情報を指示する指針を駆動してもよい。
【００３９】
［半導体装置］
半導体装置（半導体素子、ＩＣ）１０は、整流回路１１、充電制御回路１２、定電圧発生回路１３、定電圧駆動部２０、電源回路３０、電源制御回路４０、駆動回路５０を備えて構成されている。
また、定電圧駆動部２０は、発振回路２１、分周／クロック制御回路２２、ＣＰＵ（中央演算処理回路）２３、制御ロジック回路２４、第１駆動制御回路２５、第２駆動制御回路２６を備えている。
【００４０】
整流回路１１は、発電装置２から出力される交流電流を整流するものであり、全波整流回路、半波整流回路などの公知の整流回路が利用できる。
充電制御回路１２は、整流回路１１で整流された電流を、二次電池３および主電源補助コンデンサ４に充電する際の制御を行うものである。なお、充電制御回路１２は、二次電池３の電圧が低い場合でも、二次電池３の電圧に所定の電圧を上乗せし、見かけ上電圧を高くしてＩＣ１０を駆動するクイックスタート回路や、二次電池３の電圧を昇降圧する昇降圧回路を含んで構成されている。
【００４１】
定電圧発生回路１３は、主電源電圧ＶＤＤで動作され、電圧ＶＤＤよりも低い定電圧VREGを発生させ、定電圧駆動部２０に供給する。従って、発振回路２１、分周／クロック制御回路２２、ＣＰＵ（中央演算処理回路）２３、制御ロジック回路２４、第１駆動制御回路２５、第２駆動制御回路２６は、定電圧VREGで作動される。定電圧駆動部２０の各回路を、主電源電圧ＶＤＤではなく、それよりも低い定電圧VREGで駆動するのは、各回路の消費電流を低減するためである。
【００４２】
発振回路２１は、水晶振動子等を備えており、所定周波数の信号を出力する。分周／クロック制御回路２２は、発振回路２１からの信号を分周し、分周により得られた各種基準信号をＣＰＵ２３、制御ロジック回路２４に出力する。
ＣＰＵ２３および制御ロジック回路２４は、供給されたクロックで動作する。制御ロジック回路２４は、ＣＰＵ２３でのソフト命令を処理し、処理結果を電源制御回路４０や各駆動制御回路２５，２６に出力する。
【００４３】
駆動制御回路２５，２６は、制御ロジック回路２４の処理結果に基づいて、モータ駆動パルスや、正転／逆転／運針周期等の各駆動形態に応じた運針タイミングを作成し、駆動回路５０の第１駆動回路５１、第２駆動回路５２にそれぞれモータ駆動パルスを出力する。
【００４４】
電源制御回路４０は、ＣＰＵ２３からのソフト命令を制御ロジック回路２４で処理したEnable信号８１に応じて動作する。具体的には、電源制御回路４０は、電源回路３０の出力側であるモータ駆動電圧ＶＤＭを監視し、その監視結果に基づいて、電源回路３０へオンオフ制御信号８２を出力して電源回路３０の動作を制御する。
【００４５】
電源回路３０は、電源制御回路４０からのオンオフ制御信号８２によりオンオフ制御され、オン制御の場合は主電源からの電気エネルギをモータ駆動電圧ＶＤＭとして出力する。そして、電源回路３０は、オン制御時にはモータ駆動電圧補助コンデンサ６０を電圧ＶＤＭレベルに充電する。モータ駆動電圧補助コンデンサ６０は、モータ駆動時に流れる大電流によって、モータ駆動電圧が急峻に降下するのを防ぐために設けられている。
また、電源回路３０がオフ制御されると、主電源からの電気エネルギの供給が遮断されるため、モータ駆動電圧補助コンデンサ６０に充電された電気エネルギがモータ駆動電圧ＶＤＭとして出力され、駆動回路５０が駆動される。
そして、電源回路３０がオフ制御された状態で駆動回路５０を駆動すると、モータ駆動電圧ＶＤＭが低下する。このため、電源制御回路４０は、モータ駆動電圧ＶＤＭが所定電圧以下に低下すると電源回路３０をオン制御し、再度、主電源からの電気エネルギをモータ駆動電圧ＶＤＭとして出力することで、モータ駆動電圧ＶＤＭを一定に維持できるように制御することができる。
【００４６】
駆動回路５０の第１駆動回路５１、第２駆動回路５２は、電源回路３０の出力であるモータ駆動電圧ＶＤＭで駆動する。そして、各駆動回路５１，５２は、駆動制御回路２５，２６から出力されるモータ駆動パルスに応じて、電圧ＶＤＭレベルのモータ制御信号をモータコイルに印加し、第１モータ６、第２モータ７を駆動電圧ＶＤＭで駆動する。
【００４７】
［電源制御回路の構成］
電源制御回路４０は、図２に示すように、分圧手段４１と、コンパレータ４２を備えて構成され、制御ロジック回路２４から出力されるEnable信号８１がHighレベルになると動作状態となる。
コンパレータ４２は、基準電圧を所定の仕事関数差で作成している。このため、コンパレータ４２の（−）端子をＶＳＳ（０Ｖ）に接続すると、基準電圧＝仕事関数差となる。本実施形態では、基準電圧＝仕事関数差＝１Ｖに設定してある。
【００４８】
分圧手段４１は、抵抗４１１，４１２，４１３，４１４と、スイッチとなる電界効果型トランジスタ４１５とを備えている。そして、電界効果型トランジスタ４１５がEnable信号８１でオンされると、電源回路３０の出力電圧ＶＤＭを所定の分圧比（前記各抵抗４１１〜４１４の抵抗値で設定）で分圧し、Ａ点の分圧結果をコンパレータ４２の（＋）端子へ入力する。
分圧手段４１の分圧比は、モータ駆動電圧を所定の定電圧、例えば１．３５Ｖの定電圧にしたい場合は、ＶＤＭ＝１．３５Ｖの時にＡ点がコンパレータの基準電圧である１Ｖになるように設定する。
この場合、前記オンオフ制御信号８２となるコンパレータ４２の出力は、電圧ＶＤＭ＜１．３５Ｖ時に非検出状態（Ｌｏｗレベル出力）、電圧ＶＤＭ≧１．３５Ｖ時に検出状態（Ｈｉｇｈレベル出力）となる。
【００４９】
［電源回路の構成］
電源回路３０は、Ｐ型の電界効果型トランジスタ３１を備えて構成されている。
そして、電源回路３０から出力されるモータ駆動電圧ＶＤＭが１．３５Ｖ未満の場合、コンパレータ４２からのオンオフ制御信号８２はＬｏｗレベルとなり、電界効果型トランジスタ３１はオンされ、主電源電圧ＶＤＤ＝モータ駆動電圧ＶＤＭとなる。
電界効果型トランジスタ３１がオンされると、モータ駆動電圧補助コンデンサ６０は、電源回路３０から出力される電気エネルギが充電され、モータ駆動電圧補助コンデンサ６０の電圧もモータ駆動電圧ＶＤＭとなる。
【００５０】
一方、電界効果型トランジスタ３１がオンされて、前記モータ駆動電圧ＶＤＭが１．３５Ｖ以上となった場合は、コンパレータ４２からのオンオフ制御信号８２はＨｉｇｈレベルとなり、電界効果型トランジスタ３１はオフされ、モータ駆動電圧補助コンデンサ６０の充電は遮断される。
そして、上記の電界効果型トランジスタ３１のオン・オフ制御を、コンパレータ４２の検出速度で繰り返すことで、電源回路３０の出力はほぼ１．３５Ｖの定電圧となる。
【００５１】
電界効果型トランジスタ３１は、オンオフ制御の応答速度を速くするため、ゲート端子の寄生容量を小さくする必要がある。すなわち、電界効果型トランジスタ３１の応答速度が遅いと、図３に示すように、電源回路３０の出力電圧ＶＤＭは三角波形のようになり定電圧とならない。例えば、出力電圧ＶＤＭがコンパレータ４２の検出電圧（定電圧）以上になっても電界効果型トランジスタ３１が即座にオフされないため、図３のＡ期間のように電圧がさらに上昇してしまう。また、電界効果型トランジスタ３１がオフされ、負荷電流によって電圧が下降して出力電圧ＶＤＭがコンパレータ４２の検出電圧未満になっても電界効果型トランジスタ３１が即座にオンされないため、図３のＣ期間のように電圧がさらに下降してしまう。このため、電源回路３０の出力電圧ＶＤＭは三角波形のようになってしまう。
【００５２】
このような現象を防ぐには、電界効果型トランジスタ３１の応答速度を速くする必要があり、そのためには電界効果型トランジスタ３１のサイズを小さくしてゲート端子の寄生容量を小さくする必要がある。
また、モータ駆動電圧ＶＤＭの損失を低減するためには、駆動能力を大きくする必要がある。このためには、電界効果型トランジスタ３１のサイズを大きくする必要がある。
以上の要求性能を両立するため、電界効果型トランジスタ３１は、サイズを小さくしてゲート端子の寄生容量を小さくするとともに、駆動能力が大きくなるように閾値電圧を低く設定してある。
【００５３】
一方で、電界効果型トランジスタ３１の閾値電圧を低くすると、電界効果型トランジスタ３１のＯＦＦリーク電流が増加する。ＯＦＦリーク電流が増加し、ＯＦＦリーク電流が電源回路３０の負荷電流よりも大きくなると、電界効果型トランジスタ３１がオフとなっていても、ＯＦＦリーク電流によりモータ駆動電圧補助コンデンサ６０は充電され、電源回路３０の出力は定電圧とならない。
これを回避するため、電源回路３０の負荷に分圧手段４１を接続し、ＯＦＦリーク電流が電源回路３０の負荷電流未満となるようにしている。
【００５４】
また、電界効果型トランジスタ３１は寄生ダイオード３２を備えているが、この寄生ダイオード３２は、アノードがモータ駆動電圧ＶＤＭ側の電源ラインに接続され、カソードが主電源ＶＤＤ側の電源ラインに接続されるように、サブストレートを主電源ＶＤＤへ接続している。
これは、電界効果型トランジスタ３１がオフとなり、モータ駆動電圧補助コンデンサ６０の充電が遮断状態の時、寄生ダイオード３２の順方向電流によりモータ駆動電圧補助コンデンサ６０が充電されることを防止するためである。
【００５５】
以上のように、応答速度の速い電界効果型トランジスタ３１を用いることにより、図４に示すように、モータ駆動電圧ＶＤＭがコンパレータ４２の検出電圧つまり定電圧からずれると即座にオンオフ制御信号８２によって電界効果型トランジスタ３１つまり電源回路３０がオンオフ制御され、モータ駆動電圧ＶＤＭは、ほぼ定電圧に維持される。なお、前述の通り、電源回路３０は、オンオフ制御信号８２がHighレベルのときオフされ、Lowレベルのときオンされる。
【００５６】
［駆動回路の構成］
第１駆動回路５１は、図２に示すように、４つの電界効果型トランジスタ５１１，５１２，５１３，５１４を備えている。
各トランジスタ５１１，５１２，５１３，５１４は、第１駆動制御回路２５から出力されるモータ駆動パルスＰ１１〜Ｐ１４によって、それぞれ独立してオン・オフ制御を行うことができる。
そして、トランジスタ５１１，５１２は直列に接続され、トランジスタ５１３，５１４も直列に接続され、各トランジスタ５１１，５１２と、トランジスタ５１３，５１４とは並列に接続されている。
また、第１モータ６のコイルは、トランジスタ５１１および５１２間と、トランジスタ５１３および５１４間にそれぞれ接続されている。
【００５７】
第２駆動回路５２は、図２に示すように、第１駆動回路５１と同じ構成であり、４つの電界効果型トランジスタ５２１，５２２，５２３，５２４を備えている。
各トランジスタ５２１，５２２，５２３，５２４は、第２駆動制御回路２６から出力されるモータ駆動パルスＰ２１〜Ｐ２４によって、それぞれ独立してオン・オフ制御を行うことができる。
なお、各トランジスタ５２１〜５２４の接続や、第２モータ７のコイルの接続は第１駆動回路５１と同一なので説明を省略する。
【００５８】
［モータ駆動制御処理］
次に、本実施形態におけるモータ駆動制御処理に関して説明する。
本実施形態では、モータ６，７を主電源電圧ＶＤＤで駆動する主電源駆動モードと、定電圧で駆動する定電圧駆動モードとを選択できるようにされている。なお、この選択は、制御対象のモータ６，７の種類や動作状態などに基づいて行われる。この際、利用者等による手動設定で選択してもよいし、ＣＰＵ２３による自動設定で選択してもよい。
【００５９】
（主電源駆動モード：電源回路オン制御）
モータ６，７が主電源電圧ＶＤＤ駆動の時は、制御ロジック回路２４から電源制御回路４０に出力されるEnable信号８１はLowレベルとされる。このため、分圧手段４１はオフとなり、コンパレータ４２はDisableとなり、電源制御回路４０から電源回路３０に出力されるオンオフ制御信号８２はLowレベルとなる。
このため、電界効果型トランジスタ３１はオン状態となり、電源回路３０はオン制御とされる。そして、モータ駆動電圧補助コンデンサ６０は、二次電池３に接続され、主電源電圧ＶＤＤレベルまで充電される。この際、モータ駆動電圧ＶＤＭは主電源電圧ＶＤＤと一致し、例えば図５に示すように、ＶＤＤ＝１．５８Ｖの場合、ＶＤＭ＝１．５８Ｖとなる。
【００６０】
（定電圧駆動モード）
定電圧駆動モードが選択された場合には、まず、主電源電圧ＶＤＤになっているモータ駆動電圧ＶＤＭを迅速に定電圧に低下させるための放電制御（電源回路オフ制御）を行い、モータ駆動電圧ＶＤＭが定電圧に低下した後は、モータ駆動電圧ＶＤＭを一定の定電圧に維持するための電源回路オンオフ制御を行う。
【００６１】
（放電制御：電源回路オフ制御）
定電圧駆動モードになると、ＣＰＵ２３は制御ロジック回路２４に第１駆動回路５１を利用した放電制御を指示する。制御ロジック回路２４は、放電開始信号８４を出力し、第１駆動制御回路２５は、放電用のモータ駆動パルスを出力し、第１駆動回路５１を放電回路として利用して放電電流を流す。
具体的には、ＣＰＵ２３は、ソフト命令により、制御ロジック回路２４からEnable信号８１を出力し、電源制御回路４０を動作状態とする。
電源制御回路４０は、コンパレータ４２で、電圧ＶＤＭが、モータ６，７を定電圧駆動する際の定電圧（本実施形態では１．３５Ｖ）以上であるかを検出する。例えば、前述のように、電圧ＶＤＤ＝１．５８Ｖであれば、コンパレータ４２は、電圧ＶＤＭが１．３５Ｖ以上であることを検出し、Highレベルのオンオフ制御信号８２を出力し、電源回路３０をオフ制御する。
これにより、電界効果型トランジスタ３１がオフされ、主電源からモータ駆動電圧補助コンデンサ６０への充電が遮断される。
【００６２】
次に、ＣＰＵ２３は、制御ロジック回路２４から放電開始信号８４を出力させ、第１駆動制御回路２５から第１駆動回路５１を放電回路とするためのモータ駆動パルスＰ１１〜Ｐ１４を出力させる。
すなわち、第１駆動制御回路２５は、ＣＰＵ２３のソフト命令に応じて処理を行う制御ロジック回路２４からの指示により、Ｐ１１＝Ｌｏｗレベル、Ｐ１２＝Ｈｉｇｈレベル、Ｐ１３＝Ｈｉｇｈレベル、Ｐ１４＝Ｌｏｗレベルのモータ駆動パルスを出力する。
【００６３】
上記のモータ駆動パルスＰ１１〜Ｐ１４に応じて、第１駆動回路５１を構成する４つの電界効果型トランジスタ５１１，５１２，５１３，５１４は、トランジスタ５１１：オン、５１２：オン、５１３：オフ、５１４：オフとなる。このため、図６に示すように、モータ駆動電圧補助コンデンサ６０から電界効果型トランジスタ５１１，５１２を経由して放電電流が流れ、図５に示すように、モータ駆動電圧補助コンデンサ６０を定電圧（１．３５Ｖ）まで放電させる。
なお、放電電流は数ｍＡであり、放電時間はusecオーダーであり、例えば１秒間隔で行われる秒針のステップ運針の間でも十分に処理できる。このため、放電期間中は、各モータ６，７の駆動は禁止されている。
【００６４】
モータ駆動電圧補助コンデンサ６０の放電中、電源制御回路４０はコンパレータ４２で電圧ＶＤＭが定電圧（１．３５Ｖ）未満まで低下したかを検出する。そして、電圧ＶＤＭが定電圧未満になると、電源制御回路４０は、図１に示すように、放電終了信号８３を制御ロジック回路２４に出力し、制御ロジック回路２４は第１駆動制御回路２５を介して第１駆動回路５１の放電制御を停止させる。
なお、モータ駆動電圧補助コンデンサ６０は、容量、種類によっては放電終了後に電圧が復帰する時もあるが、この時は、上記放電制御を数回繰り返す事で、確実に定電圧まで放電すればよい。
【００６５】
（電源回路オンオフ制御）
モータ駆動電圧補助コンデンサ６０が放電制御によって定電圧までに低下した後は、電源制御回路４０から出力されるオンオフ制御信号８２により電界効果型トランジスタ３１をオンオフ制御することで、モータ駆動電圧ＶＤＭが定電圧に維持される。
すなわち、図４に示すように、モータ駆動電圧ＶＤＭが定電圧以上になれば電界効果型トランジスタ３１をオフし、定電圧未満になればオンすることを繰り返すことで、電圧ＶＤＭをほぼ定電圧に維持できる。このため、各モータ６，７を定電圧で確実にかつ安定して駆動できる。
【００６６】
なお、前記実施形態では、第１駆動回路５１を放電回路として利用する場合について説明したが、第２駆動回路５２を放電回路として利用してもよい。この場合は、制御ロジック回路２４から第２駆動回路５２を放電回路とする放電開始信号８５を第２駆動制御回路２６に出力し、第２駆動制御回路２６から放電用のモータ駆動パルスＰ２１〜２４を出力して第２駆動回路５２を放電回路とする制御、つまり前記第１駆動制御回路２５および第１駆動回路５１と同じ制御を行えばよい。
【００６７】
このような本実施形態によれば、次のような効果がある。
（１）電源回路３０および電源制御回路４０を設けたので、モータ駆動電圧ＶＤＭを主電源電圧ＶＤＤと一致させる主電源駆動モードと、モータ駆動電圧ＶＤＭを定電圧に維持する定電圧駆動モードとを選択して制御することができる。
すなわち、電源制御回路４０を停止させると、オンオフ制御信号８２がＬｏｗレベルになって電源回路３０の電界効果型トランジスタ３１をオンし続けるため、モータ駆動電圧ＶＤＭが主電源電圧ＶＤＤと一致する主電源駆動モードで制御できる。
一方、電源制御回路４０を作動させると、モータ駆動電圧ＶＤＭをコンパレータ４２で定電圧と比較し、その比較結果に応じて電界効果型トランジスタ３１をオン・オフ制御するため、モータ駆動電圧ＶＤＭを定電圧に維持できる。
従って、電源制御回路４０を作動させるだけで、モータ駆動電圧ＶＤＭを定電圧に容易に維持でき、モータ６，７を作動電圧範囲内の一定の電圧で駆動でき、モータ６，７を確実にかつ安定して駆動することができる。
【００６８】
（２）さらに、電源制御回路４０は、実際のモータ駆動電圧ＶＤＭを定電圧と比較して電源回路３０をオン・オフ制御しているので、従来のように、主電源電圧ＶＤＤを、２／３や１／３等に降圧する降圧回路を用いた場合のように、主電源電圧ＶＤＤの変動に影響されることがなく、二次電池３の充電などによって主電源電圧ＶＤＤが変化しても、モータ駆動電圧ＶＤＭを確実に定電圧に維持することができる。
また、主電源電圧に影響されずに、モータ６，７を定電圧駆動制御できるため、モータ６，７が駆動中であっても、発電装置２から二次電池３への充電を継続することができ、充電効率も向上することができる。
【００６９】
（３）モータ駆動電圧補助コンデンサ６０の電気エネルギを放電させる放電手段を備えているので、モータ駆動電圧ＶＤＭを迅速に定電圧に低下させることができ、モータ駆動に遅延が生じることも防止できる。
すなわち、降圧回路の時定数によってモータ駆動電圧ＶＤＭが定電圧に低下するまでに時間がかかる従来技術では、時定数に応じた待機時間を設定し、モータ駆動に遅延が生じる。
これに対し、本実施形態では、放電手段を設けてモータ駆動電圧補助コンデンサ６０の電気エネルギを放電しているので、モータ駆動電圧ＶＤＭを迅速に定電圧に低下させることができ、モータ駆動に遅延が生じることも防止できる。
【００７０】
（４）モータ駆動電圧補助コンデンサ６０を設けているので、モータ駆動時に大電流が流れても、モータ駆動電圧が急激に低下することを防止でき、モータ駆動電圧を所定の定電圧に維持でき、モータを確実にかつ安定して駆動することができる。
【００７１】
（５）放電手段として、モータ駆動パルスＰ１１〜Ｐ１４で各電界効果型トランジスタ５１１〜５１４の作動を制御することで、第１駆動回路５１を利用して放電しているので、抵抗素子、定電流素子などの専用の放電素子で放電する場合に比べて、モータ駆動制御回路の構成を簡易にでき、その回路サイズも小さくでき、ＩＣ１０を小型化できる。
【００７２】
（６）電源回路３０は、電界効果型トランジスタ３１を用いて構成しているので、小さなゲート電流でオン・オフ制御でき、ＩＣ１０に容易に組み込むことができる。
さらに、電界効果型トランジスタ３１がオフされている際に、主電源からモータ駆動電圧補助コンデンサ６０に充電が行われることを防止する寄生ダイオード３２を備えているので、電界効果型トランジスタ３１をオフしてモータ駆動電圧ＶＤＭを低下させたい際に、充電によってモータ駆動電圧ＶＤＭが上昇するようなことも防止でき、定電圧制御を安定して行うことができる。
【００７３】
（７）電源制御回路４０を、分圧手段４１およびコンパレータ４２を備えて構成しているので、コンパレータ４２の検出電圧の温度特性、ＩＣ製造時の量産バラツキを小さくできる。すなわち、コンパレータ４２を構成するトランジスタの閾値電圧は、同方向に変化するようにしてあり、かつ、コンパレータ４２の基準電圧である仕事関数差＝閾値電圧差は変化しない。また、分圧手段４１のＡ点から得られる分圧結果も、分圧手段４１を構成する各抵抗は同方向に変化するため、分圧比が変化せず、分圧結果は変化しない。従って、コンパレータ４２は検出誤差が小さくなり、精度の高い制御を行うことができる。
【００７４】
（８）分圧手段４１を電源回路３０の負荷としているので、電源回路３０の電界効果型トランジスタ３１の閾値電圧を低くでき、且つ、サイズ（面積）も小さくすることができる。
また、電界効果型トランジスタ３１がオフとなっている時、ＯＦＦリーク電流による主電源からモータ駆動電圧補助コンデンサ６０に充電が行われることを防止でき、モータ駆動電圧の定電圧制御を安定して行うことができる。
【００７５】
（９）さらに、主電源駆動モードと定電圧駆動モードを選択できるように構成したので、モータ６，７として作動領域の異なるモータを用いた場合に、各モータ６，７に適した電圧を加えることができ、各モータ６，７を効率的に駆動することができる。例えば、第１モータ６として作動領域が比較的広いモータを用い、第２モータ７として作業領域が狭いモータを用い、第１モータ６を駆動する際には主電源駆動モードを選択すれば、高負荷の駆動も可能となり、重厚な時刻表示用指針２２０を設けて効率的に駆動することもできる。また、第２モータ７を駆動する際には定電圧駆動モードを選択すれば、作動領域が狭いモータ７を効率的に駆動することができる。
【００７６】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図７を参照して説明する。
本実施形態では、前記第１実施形態の電源制御回路４０における分圧手段４１を改良し、モータ駆動電圧補助コンデンサ６０のモータ駆動電圧ＶＤＭを複数段階に切替可能に構成したものである。なお、その他の構成は、前記第１実施形態と同一であるため、説明を省略する。
【００７７】
本実施形態の分圧手段４１Ａは、前記分圧手段４１と同様に、４つの抵抗４１１〜４１４と、電界効果型トランジスタ４１５とを備えると共に、各抵抗４１１〜４１３と、モータ駆動電圧ＶＤＭの電源ラインとの間に、スイッチとなる電界効果型トランジスタ４１６〜４１８が設けられている。各トランジスタ４１６〜４１８は、ＣＰＵ２３のソフト命令による制御ロジック回路２４からの切替え信号ＳＡ〜ＳＣによって、オン・オフが制御され、これにより分圧手段４１Ａの分圧比を切替え可能に構成されている。
【００７８】
本実施形態では、切替え信号ＳＢによってトランジスタ４１７をオンすると、Ａ点では、直列接続された抵抗４１２，４１３の抵抗値と、抵抗４１４の抵抗値の比率に基づいてモータ駆動電圧ＶＤＭを分圧した電圧が生じ、この電圧がコンパレータ４２で基準電圧と比較される。
一方、切替え信号ＳＡによってトランジスタ４１６をオンすると、各抵抗４１１，４１２，４１３が直列に接続されるため、電圧ＶＤＭの電圧降下がより大きくなる。従って、切替え信号ＳＢでトランジスタ４１７をオンした場合の検出電圧に比べて、切替え信号ＳＡでトランジスタ４１６をオンした場合のほうが、検出電圧は高くなる。
逆に、切替え信号ＳＣによってトランジスタ４１８をオンすると、抵抗４１３のみで電圧降下が生じるため、切替え信号ＳＢでトランジスタ４１７をオンした場合の検出電圧に比べて、切替え信号ＳＣでトランジスタ４１８をオンした場合のほうが、検出電圧は低くなる。
これにより、モータ駆動電圧である定電圧を３段階に切替え可能となる。
なお、第２実施形態では、定電圧を３段階に切替えているが、抵抗やスイッチとなるトランジスタの数を適宜設定することなどで、２段階、或いは、４段階以上の定電圧切替えを可能な構成にしてもよい。
【００７９】
このような第２実施形態によれば、前記第１実施形態と同じ作用効果を奏することができる上、次のような効果もある。
（２−１）モータ駆動電圧である定電圧を３段階に切り替えることができるため、モータ駆動電圧を、モータ６，７の使用条件などに応じて最適な定電圧に設定することができ、モータ６，７を効率よく駆動することができる。
【００８０】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
第３実施形態の発電装置付き電子時計１Ｂは、手巻き発電機構と、発電状態表示機構とを備えている点が前記実施形態と大きく相違する。但し、モータ６，７の駆動を制御する半導体装置１０の構成に関しては前記第１実施形態と同様であるため、説明を省略あるいは簡略する。
【００８１】
電子時計１Ｂは、図８に示すように、時針２２１、分針２２２、秒針２２３からなる時刻表示用指針２２０を備えており、この時刻表示用指針２２０は前記第１モータ６によって駆動される。
また、電子時計１Ｂの文字板２２４の９時位置には、時刻表示用指針２２０とは別に設けられる発電表示用指針である表示針（副表示針）２３１および発電表示用目盛板２３２が設けられている。発電表示用目盛板２３２には、所定の目盛３２１が表示され、表示針２３１を第２モータ７で駆動して、目盛３２１を指示することで発電状態を表示可能とされている。
なお、文字板２２４の３時位置には窓２４１が形成され、文字板２２４の裏面に配置された日車によって日付が表示可能とされている。この日車は、図示略の日車用モータで回転駆動される。
【００８２】
電子時計１Ｂは、発電装置２として、回転錘の回転エネルギでロータを回転することで発電する発電装置を内蔵している。
この発電装置のロータは、りゅうず２０３を回すことでも発電可能とされている。この回転錘による自動巻発電と、りゅうず２０３による手巻き発電とを実現する具体的な構成は、本出願人が既に出願した特願2006-276156号や、特願2006-276157号の明細書に開示されたものと同じであるため、説明を省略する。
【００８３】
そして、前記第２モータ７で駆動される表示針２３１は、通常は、二次電池３に充電された電気エネルギ量に応じて電子時計１Ｂの動作持続時間を表示するとともに、りゅうず２０３を操作した手巻き機構により発電した場合は、その発電量を表示するように制御されている。
ここで、第２モータ７は、特に、手巻きによる発電量を表示する際は、高速で正転及び逆転駆動をさせる必要があり、１秒に１回正転駆動する第１モータ６と比較し、充電による主電源ＶＤＤの変動幅に対応してモータ７の作動電圧範囲を広く確保することが非常に困難である。
従って、この時計１Ｂでは、第１モータ６のみ駆動させる際は、モータ駆動電圧を主電源ＶＤＤと同電圧とし、第１モータ６および第２モータ７を駆動させる際は、第２駆動回路５２により放電制御を行った後、第１モータ６および第２モータ７の各モータ駆動電圧を定電圧としている。
【００８４】
本実施形態のモータ駆動制御処理に関し、図９，１０のフローチャートおよび図１１のタイミングチャートを用いて説明する。
まず、初期状態では、電源制御回路４０は作動されておらず、このため、電源回路３０はオン状態とされており、モータ駆動電圧ＶＤＭは主電源電圧ＶＤＤと一致している（ステップＳ１）。
【００８５】
続いて、ＣＰＵ２３は、第１駆動制御回路２５および第１駆動回路５１を介して第１モータ６を毎秒運針駆動で制御し、時刻表示用指針２２０で時刻を表示する。また、ＣＰＵ２３は、第２駆動制御回路２６および第２駆動回路５２を介して第２モータ７を駆動し、表示針２３１で現在の動作持続時間を指示する（ステップＳ２）。
【００８６】
なお、持続時間は、例えば、二次電池３の電圧を検出し、その電圧値に基づいて算出してもよいし、発電装置２の発電電流つまり二次電池３への充電電流を積算して求めてもよい。
また、持続時間は、例えば、目盛３２１の１目盛が１日などに設定されるため、一旦、持続時間の指示を行うと、持続時間が変更されるまではその指示を継続すればよい。すなわち、持続時間の目盛が１日単位の場合には、発電が無くて１日経過したために持続時間も１日減少した場合や、発電が行われて１日分の持続時間が増加した場合に第２モータ７を駆動して、表示針２３１を１日分、増加あるいは減少すればよい。従って、持続時間表示の変更が必要ない間は、第２モータ７の駆動つまり表示針２３１の運針は停止されている。
このような持続時間の算出および表示の方法は、本出願人が出願した特願2007-065646号の明細書に記載された方法などを用いればよい。
【００８７】
続いて、ＣＰＵ２３は、手巻き発電が行われているか否かを判定する（ステップＳ３）。ここで、手巻き発電が行われていた場合には、ＣＰＵ２３は、発電量表示処理を実行する（ステップＳ４）。
なお、手巻き発電の判定は、例えば、りゅうず２０３の回転を検出したり、手巻き発電時の発電電流の変化の特徴などに基づいて判定すればよい。
【００８８】
発電量表示処理が実行されると、図１０に示すように、ＣＰＵ２３は制御ロジック回路２４を介して電源制御回路４０を作動する（ステップＳ１１）。
そして、ＣＰＵ２３は、制御ロジック回路２４から第２駆動制御回路２６に対し放電開始信号８５を出力させ、第２駆動回路５２による放電制御に移行する（ステップＳ１２）。
【００８９】
第２駆動制御回路２６は、第２駆動回路５２に対して、第２駆動回路５２を放電回路とするためのモータ駆動パルスＰ２１〜２４を出力し、モータ駆動電圧補助コンデンサ６０に充電されていた電荷を放電させる（ステップＳ１３）。具体的には、図１１に示すように、モータ駆動パルスＰ２２、Ｐ２３をHighレベルとし、モータ駆動パルスＰ２１，Ｐ２４はLowレベルのままに制御する。これにより、モータ駆動電圧補助コンデンサ６０に充電されていた電気エネルギが第２駆動回路５２を通って放電される。
そして、電源制御回路４０のコンパレータ４２で、モータ駆動電圧ＶＤＭが定電圧以下になったかを判定する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４でＮｏと判定された場合には、ステップＳ１３に戻りモータ駆動電圧補助コンデンサ６０の放電を継続する。すなわち、モータ駆動電圧補助コンデンサ６０の放電処理（Ｓ１３）は、ＶＤＭ≦定電圧となるまで継続する。
また、この放電の間、第１モータ６および第２モータ７はそれぞれ駆動が禁止されている。
【００９０】
そして、電源制御回路４０において、ＶＤＭ≦定電圧となったことが判定されると（ステップＳ１４）、電源制御回路４０は放電終了信号８３を制御ロジック回路２４に出力し、制御ロジック回路２４は第２駆動制御回路２６を介して第２駆動回路５２の放電制御を停止し、モータ駆動電圧補助コンデンサ６０の放電処理を終了する（ステップＳ１５）。
【００９１】
次に、ＣＰＵ２３は、電源制御回路４０を利用してモータ駆動電圧ＶＤＭが定電圧となるように制御する（ステップＳ１６）。すなわち、図１１に示すように、モータ駆動電圧ＶＤＭがコンパレータ４２の検出電圧（定電圧）よりも低下すると、コンパレータ４２の出力信号であるオンオフ制御信号８２がLowレベルとなり、電界効果型トランジスタ３１がオンされて、主電源電圧ＶＤＤでモータ駆動電圧補助コンデンサ６０が充電され、モータ駆動電圧ＶＤＭも上昇する。
一方、モータ駆動電圧ＶＤＭが上昇し、定電圧以上になると、オンオフ制御信号８２がHighレベルとなり、電界効果型トランジスタ３１がオフされて、モータ駆動に伴い、電圧ＶＤＭは下降する。
従って、モータ駆動電圧ＶＤＭの変化に応じて電界効果型トランジスタ３１をオン・オフ制御することで、図１１に示すように、モータ駆動電圧ＶＤＭは、コンパレータ４２の検出電圧つまり定電圧でほぼ一定に維持される。
【００９２】
そして、ＣＰＵ２３は、第１モータ６による毎秒運針制御および第２モータ７による発電量表示駆動制御を行う（ステップＳ１７）。
すなわち、ＣＰＵ２３は、第１駆動制御回路２５から出力されるモータ駆動パルスＰ１１〜Ｐ１４を制御して、第１モータ６を１秒ごとに正転し、時刻表示用指針２２０をステップ運針する。
【００９３】
また、ＣＰＵ２３は、第２駆動制御回路２６から出力されるモータ駆動パルスＰ２１〜Ｐ２４を制御して、第２モータ７を正転あるいは逆転の早送り運針を行い、発電量を表示する。
例えば、図１１の１段目に示すように、整流回路出力を所定のサンプリングレートでサンプリングし、その各サンプリング時の平均発電電流値を求め、その発電電流値の大きさに応じて表示針２３１を移動すればよい。なお、この発電量表示の制御方法は、本出願人が出願した特願2007-065646号の明細書に記載された方法などを用いればよい。
【００９４】
次に、ＣＰＵ２３は、手巻き発電が継続しているかを確認する（ステップＳ１８）。そして、手巻き発電が継続している場合には、前記ステップＳ１６，Ｓ１７の処理を繰り返す。
一方、手巻き発電が終了している場合には、図１１に示すように、ＣＰＵ２３は、Enable信号８１をＬｏｗレベルとし、電源制御回路４０を停止する（ステップＳ１９）。
そして、この電源制御回路４０がDisableとされることで、電界効果型トランジスタ３１はオンされ、電圧ＶＤＭは主電源電圧ＶＤＤと同じ電圧になる（ステップＳ２０）。
以上により、発電量表示処理Ｓ４が終了する。
【００９５】
図９に示すように、発電量表示処理Ｓ４が終了した場合、あるいは、ステップＳ３で手巻き発電無しと判定された場合には、ＣＰＵ２３は運針制御停止か否かを判定する（ステップＳ５）。運針制御停止とは、例えば、長期間発電が行われなくなり、二次電池３の電圧がＩＣ１０を駆動可能な電圧以下に低下した場合など、運針制御を続行できなくなった状態を意味する。
従って、ステップＳ５で制御停止状態と判定されると制御を終了する。一方、制御停止ではないと判定されると、ステップＳ２に戻り、第１モータ６による運針制御および第２モータ７による持続時間表示が行われる。
【００９６】
このような本実施形態によれば、前記各実施形態と同様の作用効果を得られるほか、次のような効果もある。
（３−１）手巻き発電時は、図１１の１段目に示すように、発電電流値は大きく変化する。このため、発電状態を表示する表示針２３１を駆動する第２モータ７は、図１１のモータ駆動パルスＰ２１〜Ｐ２４に示すように、正転方向や逆転方向に早送り駆動を行う必要があるが、本実施形態では、第２モータ７が駆動される場合には、モータ駆動電圧ＶＤＭを定電圧に制御しているため、第２モータ７を確実にかつ安定して早送り駆動できる。
【００９７】
（３−２）さらに、定電圧制御を行うのは、手巻き発電が行われている間だけであり、それ以外は、主電源駆動モードで駆動している。このため、制御用にエネルギが消費され、かつ、放電も行われる定電圧制御を常時継続する場合に比べて、省電力化を図ることができる。
また、手巻き発電時以外では、主電源電圧の変動も小さいため、主電源電圧ＶＤＤでモータ６，７を駆動しても確実にかつ安定して駆動することができる。なお、持続時間の指示を変更する場合は、発電状態の表示に比べて早送りで正転や逆転を行う必要がないために、第２モータ７を主電源電圧で駆動しても十分に安定して駆動できる。
【００９８】
（３−３）電子時計１は、発電状態（発電電流）に応じて移動する表示針２３１を備えているので、使用者は、発電装置２における発電状態をリアルタイムに確認することができる。このため、手巻き発電操作時に、発電量が十分であるかを確認でき、使用者は発電状態を確認しながら操作することで、手巻き発電操作を確実に行うことができる。
【００９９】
（３−４）時刻表示用指針２２０とは別の表示針２３１で発電状態を表示しているので、時刻表示と発電状態の表示とを同時に行うことができる。このため、時刻表示用指針２２０を発電表示にも兼用する場合に比べて、利便性を向上できる。
さらに、発電状態を表示針２３１で表示できるので、タコメータのように、発電状態をリアルタイムにかつ視覚的に表示でき、使用者は発電状態を感覚的にかつ容易に把握できる。
【０１００】
（３−５）表示針２３１は、通常時は持続時間を表示し、発電時に発電状態を表示しているので、互いに関連性の強い情報を同一の表示針２３１で表示でき、時計１Ｂの使用者も情報を容易に把握できる。その上、表示針２３１を兼用できるので、指針やモータを増やす必要が無く、電子時計１Ｂの構成を簡易化できる。
さらに、通常時には持続時間が表示されているので、使用者は、時計１Ｂが発電せずにどれくらい作動し続けるのかを把握でき、時計が停止する前に発電操作を行うことで、時計１Ｂが停止してしまうことも防止できる。
【０１０１】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、放電手段としては、前記実施形態のように、モータの駆動回路５１，５２を利用したものに限らず、駆動回路５１，５２に設けられる回転検出用の抵抗を使用して放電してもよい。例えば、図１２に示すように、駆動回路５１に設けられる回転検出用の抵抗５３を利用して放電する場合には、抵抗５３に接続された電界効果型トランジスタ５４をオンするとともに、電界効果型トランジスタ５１２をオンし、他のトランジスタ５１１，５１３，５１４をオフし、モータ駆動電圧補助コンデンサ６０に充電された電気エネルギを、前記トランジスタ５４、抵抗５３、電界効果型トランジスタ５１２を介して放電すればよい。
【０１０２】
また、放電手段としては、モータコイルの抵抗を利用して放電してもよい。例えば、図１３に示すように、第１モータ６を利用して放電する場合には、電界効果型トランジスタ５１１，５１４をオンし、電界効果型トランジスタ５１２，５１３をオフすると、モータ駆動電圧補助コンデンサ６０に充電された電気エネルギは、前記トランジスタ５１１、モータコイル抵抗、トランジスタ５１４を介して流れて放電される。なお、放電制御は、前述のとおり、非常に時間が短く、モータ６を駆動するほどのエネルギを備えていないため、モータコイル抵抗を利用して放電した場合に、モータ６が駆動することはない。
また、モータ６の回転方向の極性と逆方向の極性で放電すれば、モータ６が放電制御により駆動することをより確実に防止できる。例えば、電界効果型トランジスタ５１２、５１３をオンした際にモータ６が回転する極性に設定されているのであれば、放電制御は電界効果型トランジスタ５１１、５１４をオンすれば、放電制御によりモータ６が駆動することはなく、確実に放電のみを行うことができる。
【０１０３】
さらに、放電手段としては、駆動回路５１，５２を利用せずに、抵抗素子、定電流素子などの専用の放電素子を設けて放電するものでもよい。専用の放電素子を用いれば、放電量の調整を容易に行うことができる利点がある。
【０１０４】
また、前記実施形態では、各モータ６，７の駆動電圧を同じ定電圧に調整していたが、各モータ６，７の定電圧をそれぞれ別々に設定してもよい。すなわち、複数のモータが設けられている場合、モータの用途や特性によっては、モータ毎に定電圧を異ならせる必要がある。この場合には、モータの駆動回路５１，５２毎に、電源回路３０、電源制御回路４０、モータ駆動電圧補助コンデンサ６０を設け、モータ毎に定電圧を制御可能に構成すればよい。
【０１０５】
前記実施形態では、主電源駆動モードと定電圧駆動モードとを切り替えて制御可能にしていたが、制御対象のモータ６，７の種類や駆動速度などによっては、常時、定電圧駆動モードで駆動するようにしてもよい。
【０１０６】
前記実施形態では、２つのモータ６，７を設けていたが、本発明は、モータが１つの場合、あるいは３つ以上の場合でも適用することができる。
【０１０７】
発電装置２としては、前記実施形態のような手巻き発電装置および自動巻き発電装置を備えるものに限らず、回転錘のみで発電する手巻き発電機構を備えない自動巻き発電装置、光エネルギにより発電するソーラー発電装置、熱エネルギにより発電する熱発電装置、圧電効果を利用した圧電型発電装置、浮遊電波等の外部の誘導により発電する発電装置等の各種の発電装置が利用できる。また、電子時計１，１Ｂには、前記各種の発電装置を１種類組み込んでもよいし、前記実施形態のように、複数種類の発電装置を組み合わせてもよい。
また、本発明は、発電装置を備えるものに限らず、例えば、外部発電装置で発生する電気エネルギを内部の蓄電装置に蓄え、その電力で駆動する蓄電装置付き電子時計にも利用できる。つまり電子時計自体には発電装置を備えておらず、外部から充電される二次電池３等の蓄電装置を備えた電子時計にも本発明は適用できる。
【０１０８】
また、本発明の電子時計１は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、電子泳動ディスプレイ等の各種の表示パネルを有する時計でもよい。
さらに、本発明は、腕時計に限らず、モータを備えていれば、懐中時計、置時計、掛け時計などの他の時計にも適用できるし、時計以外の各種の電子機器にも適用できる。
さらに、本発明は、半導体装置（半導体素子、ＩＣ）１０をパッケージ化して外販し、各電子機器の製造メーカにおいて、本発明の半導体装置１０を組み込んで使用してもよい。
要するに、本発明は、発電装置や外部から充電される二次電池３等を備えて電源電圧が変動する主電源を有し、かつ、モータを定電圧で駆動する必要がある場合に広く利用できる。
【符号の説明】
【０１０９】
１，１Ｂ…発電機能付き電子時計、２…発電装置、３…二次電池、４…主電源補助コンデンサ、６…第１モータ、７…第２モータ、１０…半導体装置（ＩＣ）、１１…整流回路、１２…充電制御回路、２０…定電圧駆動部、２３…ＣＰＵ、２４…制御ロジック回路、２５…第１駆動制御回路、２６…第２駆動制御回路、３０…電源回路、３１…電界効果型トランジスタ、３２…寄生ダイオード、４０…電源制御回路、４１，４１Ａ…分圧手段、４２…コンパレータ、５１…第１駆動回路、５２…第２駆動回路、５３…抵抗、５４…電界効果型トランジスタ、６０…モータ駆動電圧補助コンデンサ、２０３…りゅうず、２２０…時刻表示用指針、２３１…表示針。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005387719.tif 000008
【図８】
0005387719.tif 000009
【図９】
0005387719.tif 000010
【図１０】
0005387719.tif 000011
【図１１】
0005387719.tif 000012
【図１２】
0005387719.tif 000013
【図１３】
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