(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機によって発電される起電力をチョッパ電圧に変換し、そのチョッパ電圧を第１のラインと第２のラインとの間に発生させるチョッパ回路において、
前記第１のラインの電圧と前記発電機の出力端子における電圧とを比較する比較部と、  前記第１のラインと前記発電機の出力端子との間に設けられ、前記比較部からの比較結果が前記発電機の出力端子における電圧が所定の電圧以上の場合に電流を流す第１のスイッチ素子と当該第１のスイッチ素子に並列接続された第１の一方向性素子とを有する充電用のスイッチ部と、
前記第２のラインと前記発電機の出力端子との間に設けられ、第２のスイッチ素子および該第２のスイッチ素子に並列接続された一方向に電流を流す第２の一方向性素子を有する閉ループ用のスイッチ部と、
前記比較部の比較結果に基づいて前記第１のスイッチ素子が一定期間オフになったことを検出することにより、充電が終了したと判定する充電終了判定部と、
前記充電終了判定部により充電が終了したと判定された場合、前記第２のスイッチ素子を予め決められた時間だけオンさせるスイッチ素子制御部とを備え、
前記スイッチ素子制御部は、
前記第２のスイッチ素子をオンにする信号を、クロック信号を分周させることによって生成する時間設定部と、
前記第１のスイッチ素子がオンになった時点から前記充電終了判定部により充電が終了したと判定されるまで、前記第２のスイッチ素子を強制的にオフにする閉ループ禁止部とを有し、
前記充電終了判定部により充電が終了したと判定された場合、前記時間設定部におけるクロック信号の分周動作をリセットし、該時間設定部で生成される分周信号に基づいた設定時間だけ、前記第２のスイッチ素子をオンにすることを特徴とするチョッパ回路。
【請求項２】
請求項１記載のチョッパ回路において、
前記第２のラインと前記発電機の他の出力端子との間に設けられ、前記発電機の他の出力端子における電圧が所定の電圧以上の場合、前記第２のスイッチ素子をオンにする第２の比較部を更に具備することを特徴とするチョッパ回路。
【請求項３】
請求項１記載のチョッパ回路において、
前記閉ループ用のスイッチ部に並列接続された第２の充電用のスイッチ部を更に有し、
前記第２の充電用のスイッチ部は、前記発電機の他の出力端子における電圧に応じて接続状態が切り換わることを特徴とするチョッパ回路。
【請求項４】
電源の電力をチョッパ電圧に変換し、そのチョッパ電圧を第１のラインと第２のラインとの間に発生させるチョッパ回路において、
前記第１のラインの電圧と前記電源の電力が供給される入力端子の電圧とを比較する比較部と、
前記第１のラインと前記入力端子との間に設けられ、前記比較部からの比較結果が前記入力端子の電圧が所定の電圧以上の場合に電流を流す第１のスイッチ素子と当該第１のスイッチ素子に並列接続された第１の一方向性素子とを有する充電用のスイッチ部と、
前記第２のラインと前記入力端子との間に設けられ、第２のスイッチ素子および該第２のスイッチ素子に並列接続された一方向に電流を流す第２の一方向性素子を有する閉ループ用のスイッチ部と、
前記比較部の比較結果に基づいて前記第１のスイッチ素子が一定期間オフになったことを検出することにより、充電が終了したと判定する充電終了判定部と、
前記充電終了判定部により充電が終了したと判定された場合、前記第２のスイッチ素子を予め設定された設定時間だけオンにさせるスイッチ素子制御部とを備え、
前記スイッチ素子制御部は、
前記第２のスイッチ素子をオンにする信号を、クロック信号を分周させることによって生成する時間設定部と、
前記第１のスイッチ素子がオンになった時点から前記充電終了判定部により充電が終了したと判定されるまで、前記第２のスイッチ素子を強制的にオフにする閉ループ禁止部とを有し、
前記充電終了判定部により充電が終了したと判定された場合、前記時間設定部におけるクロック信号の分周動作をリセットし、該時間設定部で生成される分周信号に基づいた設定時間だけ、前記第２のスイッチ素子をオンにすることを特徴とするチョッパ回路。
【請求項５】
請求項４記載のチョッパ回路において、
前記第２のラインと前記電源の電力が供給される他の入力端子との間に設けられ、前記他の入力端子の電圧が所定の電圧以上の場合、前記第２のスイッチ素子をオンにする第２の比較部を更に具備することを特徴とするチョッパ回路。
【請求項６】
請求項４記載のチョッパ回路において、
前記閉ループ用のスイッチ部に並列接続された第２の充電用のスイッチ部を更に有し、
前記第２の充電用のスイッチ部は、前記電源の電力が供給される他の入力端子の電圧に応じて接続状態が切り換わることを特徴とするチョッパ回路。
【請求項７】
交流発電機によって発電される起電力をチョッパ電圧に変換し、そのチョッパ電圧を第１のラインと第２のラインとの間に発生させるチョッパ回路において、
前記第１のラインの電圧と前記交流発電機の一方の出力端子における電圧とを比較する第１の比較部と、
前記第１のラインと前記一方の出力端子との間に設けられ、前記一方の出力端子における電圧が所定の電圧以上の場合に電流を流す第１のスイッチ素子と当該第１のスイッチ素子に並列接続された第１の一方向性素子とを有する第１のスイッチ部と、
前記第１のラインの電圧と前記交流発電機の他方の出力端子における電圧とを比較する第２の比較部と、
前記第１のラインと前記他方の出力端子との間に設けられ、前記他方の出力端子における電圧が所定の電圧以上の場合に電流を流す第２のスイッチ素子と当該第２のスイッチ素子に並列接続された第２の一方向性素子とを有する第２のスイッチ部と、
前記第２のラインと前記一方の出力端子との間に設けられ、第３のスイッチ素子および該第３のスイッチ素子に並列接続された一方向に電流を流す第３の一方向性素子を有する第３のスイッチ部と、
前記第２のラインと前記他方の出力端子との間に設けられ、第４のスイッチ素子および該第４のスイッチ素子に並列接続された一方向に電流を流す第４の一方向性素子を有する第４のスイッチ部と、
前記第１および第２の比較部の比較結果に基づいて前記第１および第２のスイッチ素子が一定期間オフになったことを検出することにより、充電が終了したと判定する充電終了判定部と、
前記充電終了判定部により充電が終了したと判定された場合、前記第３および第４のスイッチ素子を予め決められた設定時間だけオンさせるスイッチ素子制御部とを備え、  前記スイッチ素子制御部は、
前記第３および第４のスイッチ素子をオンにする信号を、クロック信号を分周させることによって生成する時間設定部と、
前記第１および第２のスイッチ素子がオンになった時点から前記充電終了判定部により充電が終了したと判定されるまで、前記第３および第４のスイッチ素子を強制的にオフにする閉ループ禁止部とを有し、
前記充電終了判定部により充電が終了したと判定された場合、前記時間設定部におけるクロック信号の分周動作をリセットし、該時間設定部で生成される分周信号に基づいた設定時間だけ、前記第３および第４のスイッチ素子をオンにすることを特徴とするチョッパ回路。
【請求項８】
請求項７記載のチョッパ回路において、
前記第２のラインと前記他方の出力端子との間に設けられ、前記他方の出力端子における電圧が所定の電圧以上の場合、前記第３のスイッチ素子をオンにする第３の比較部と、
前記第２のラインと前記一方の出力端子との間に設けられ、前記一方の出力端子における電圧が所定の電圧以上の場合、前記第４のスイッチ素子をオンにする第４の比較部とを更に具備することを特徴とするチョッパ回路。
【請求項９】
請求項７記載のチョッパ回路において、
前記第３のスイッチ部に並列接続された第５のスイッチ部と、
前記第４のスイッチ部に並列接続された第６のスイッチ部とを更に有し、
前記第５のスイッチ部は、前記他方の出力端子における電圧に応じて接続状態が切り換わり、
前記第６のスイッチ部は、前記一方の出力端子における電圧に応じて接続状態が切り換わることを特徴とするチョッパ回路。
【請求項１０】
交流電源の電力をチョッパ電圧に変換し、そのチョッパ電圧を第１のラインと第２のラインとの間に発生させるチョッパ回路において、
前記第１のラインの電圧と前記交流電源の電力が供給される一方の入力端子の電圧とを比較する第１の比較部と、
前記第１のラインと前記一方の入力端子との間に設けられ、前記一方の入力端子の電圧が所定の電圧以上の場合に電流を流す第１のスイッチ素子と当該第１のスイッチ素子に並列接続された第１の一方向性素子とを有する第１のスイッチ部と、
前記第１のラインの電圧と前記交流電源の電力が供給される他方の入力端子の電圧とを比較する第２の比較部と、
前記第１のラインと前記他方の入力端子との間に設けられ、前記他方の入力端子の電圧が所定の電圧以上の場合に電流を流す第２のスイッチ素子と当該第２のスイッチ素子に並列接続された第２の一方向性素子とを有する第２のスイッチ部と、
前記第２のラインと前記一方の入力端子との間に設けられ、第３のスイッチ素子および該第３のスイッチ素子に並列接続された一方向に電流を流す第３の一方向性素子を有する第３のスイッチ部と、
前記第２のラインと前記他方の入力端子との間に設けられ、第４のスイッチ素子および該第４のスイッチ素子に並列接続された一方向に電流を流す第４の一方向性素子を有する第４のスイッチ部と、
前記第１および第２の比較部の比較結果に基づいて前記第１および第２のスイッチ素子が一定期間オフになったことを検出することにより、充電が終了したと判定する充電終了判定部と、
前記充電終了判定部により充電が終了したと判定された場合、前記第３および第４のスイッチ素子を予め決められた設定時間だけオンさせるスイッチ素子制御部と備え、  前記スイッチ素子制御部は、
前記第３および第４のスイッチ素子をオンにする信号を、クロック信号を分周させることによって生成する時間設定部と、
前記第１および第２のスイッチ素子がオンになった時点から前記充電終了判定部により充電が終了したと判定されるまで、前記第３および第４のスイッチ素子を強制的にオフにする閉ループ禁止部とを有し、
前記充電終了判定部により充電が終了したと判定された場合、前記時間設定部におけるクロック信号の分周動作をリセットし、該時間設定部で生成される分周信号に基づいた設定時間だけ、前記第３および第４のスイッチ素子をオンにすることを特徴とするチョッパ回路。
【請求項１１】
請求項１０記載のチョッパ回路において、
前記第２のラインと前記他方の入力端子との間に設けられ、前記他方の入力端子の電圧が所定の電圧以上の場合、前記第３のスイッチ素子をオンにする第３の比較部と、
前記第２のラインと前記一方の入力端子との間に設けられ、前記一方の入力端子の電圧が所定の電圧以上の場合、前記第４のスイッチ素子をオンにする第４の比較部とを更に具備することを特徴とするチョッパ回路。
【請求項１２】
請求項１０に記載のチョッパ回路において、
前記第３のスイッチ部に並列接続された第５のスイッチ部と、
前記第４のスイッチ部に並列接続された第６のスイッチ部とを更に有し、
前記第５のスイッチ部は、前記他方の入力端子の電圧に応じて接続状態が切り換わり、
前記第６のスイッチ部は、前記一方の入力端子の電圧に応じて接続状態が切り換わることを特徴とするチョッパ回路。
【請求項１３】
第１のラインの電圧と発電機の出力端子における電圧とを比較する比較部と、前記第１のラインと前記出力端子との間に設けられ、前記発電機の出力端子における電圧が所定の電圧以上の場合に電流を流す第１のスイッチ素子と当該第１のスイッチ素子に並列接続された第１の一方向性素子とを有する充電用のスイッチ部と、第２のラインと前記出力端子との間に設けられ、第２のスイッチ素子および該第２のスイッチ素子に並列接続された一方向に電流を流す第２の一方向性素子を有する閉ループ用のスイッチ部と、前記閉ループ用のスイッチ部における第２のスイッチ素子を制御する制御部と、前記第２のスイッチ素子をオンにする信号を、クロック信号を分周させることによって生成する時間設定部とを備え、
前記発電機の起電力をチョッパ電圧に変換し、そのチョッパ電圧を前記第１のラインと前記第２のラインとの間に発生させるチョッパ回路の制御方法において、
前記比較部の比較結果に基づいて前記充電用のスイッチ部が一定期間オフになったことを検出することにより充電が終了したと判定する充電終了判定過程と、
前記第１のスイッチ素子がオンになった時点から前記充電終了判定過程において充電が終了したと判定されるまで、前記第２のスイッチ素子を強制的にオフにする閉ループ禁止過程と、
前記充電終了判定過程において充電が終了したと判定された場合に、前記時間設定部におけるクロック信号の分周動作をリセットし、該時間設定部で生成される分周信号に基づいた設定時間だけ、前記第２のスイッチ素子をオンにする閉ループ形成過程とを有することを特徴とするチョッパ回路の制御方法。
【請求項１４】
第１のラインの電圧と電源の電力が供給される入力端子の電圧とを比較する比較部と、前記第１のラインと前記入力端子との間に設けられ、前記入力端子の電圧が所定の電圧以上の場合に電流を流す第１のスイッチ素子と当該第１のスイッチ素子に並列接続された第１の一方向性素子とを有する充電用のスイッチ部と、第２のラインと前記入力端子との間に設けられ、第２のスイッチ素子および該第２のスイッチ素子に並列接続された一方向に電流を流す第２の一方向性素子を有する閉ループ用のスイッチ部と、前記第２のスイッチ素子を制御する制御部と、前記第２のスイッチ素子をオンにする信号を、クロック信号を分周させることによって生成する時間設定部とを備え、
前記電源の電力をチョッパ電圧に変換し、そのチョッパ電圧を前記第１のラインと前記第２のラインとの間に発生させるチョッパ回路の制御方法において、
前記比較部の比較結果に基づいて前記充電用のスイッチ部が一定期間オフになったことを検出することにより充電が終了したと判定する充電終了判定過程と、
前記第１のスイッチ素子がオンになった時点から前記充電終了判定過程において充電が終了したと判定されるまで、前記第２のスイッチ素子を強制的にオフにする閉ループ禁止過程と、
前記充電終了判定過程において充電が終了したと判定された場合に、前記時間設定部におけるクロック信号の分周動作をリセットし、該時間設定部で生成される分周信号に基づいた設定時間だけ、前記第２のスイッチ素子をオンにする閉ループ形成過程とを有することを特徴とするチョッパ回路の制御方法。
【請求項１５】
第１のラインの電圧と交流発電機の一方の出力端子における電圧とを比較する第１の比較部と、前記第１のラインと前記一方の出力端子との間に設けられ、前記一方の出力端子における電圧が所定の電圧以上の場合に電流を流す第１のスイッチ素子と当該第１のスイッチ素子に並列接続された第１の一方向性素子とを有する第１のスイッチ部と、前記第１のラインの電圧と前記交流発電機の他方の出力端子における電圧とを比較する第２の比較部と、前記第１のラインと前記他方の出力端子との間に設けられ、前記他方の出力端子における電圧が所定の電圧以上の場合に電流を流す第２のスイッチ素子と当該第２のスイッチ素子に並列接続された第２の一方向性素子とを有する第２のスイッチ部と、前記第２のラインと前記一方の出力端子との間に設けられ、第３のスイッチ素子および該第３のスイッチ素子に並列接続された一方向に電流を流す第３の一方向性素子を有する第３のスイッチ部と、前記第２のラインと前記他方の出力端子との間に設けられ、第４のスイッチ素子および該第４のスイッチ素子に並列接続された一方向に電流を流す第４の一方向性素子を有する第４のスイッチ部と、前記第３および第４のスイッチ素子を制御する制御部と、前記第３および第４のスイッチ素子をオンにする信号を、クロック信号を分周させることによって生成する時間設定部とを備え、
前記交流発電機の起電力をチョッパ電圧に変換し、そのチョッパ電圧を前記第１のラインと前記第２のラインとの間に発生させるチョッパ回路の制御方法において、
前記第１および第２の比較部の比較結果に基づいて第１および第２のスイッチ素子が一定期間オフになったことを検出することにより充電が終了したと判定する充電終了判定過程と、
前記第１および第２のスイッチ素子がオンになった時点から前記充電終了判定過程において充電が終了したと判定されるまで、前記第３および第４のスイッチ素子を強制的にオフにする閉ループ禁止過程と、
前記充電終了判定過程において充電が終了したと判定された場合に、前記時間設定部におけるクロック信号の分周動作をリセットし、該時間設定部で生成される分周信号に基づいた設定時間だけ、前記第３および第４のスイッチ素子をオンにする閉ループ形成過程とを有することを特徴とするチョッパ回路の制御方法。
【請求項１６】
第１のラインの電圧と交流電源の電力が供給される一方の入力端子の電圧とを比較する第１の比較部と、前記第１のラインと前記一方の入力端子との間に設けられ、前記一方の入力端子の電圧が所定の電圧以上の場合に電流を流す第１のスイッチ素子と当該第１のスイッチ素子に並列接続された第１の一方向性素子とを有する第１のスイッチ部と、前記第１のラインの電圧と前記交流電源の電力が供給される他方の入力端子の電圧とを比較する第２の比較部と、前記第１のラインと前記他方の入力端子との間に設けられ、前記他方の入力端子の電圧が所定の電圧以上の場合に電流を流す第２のスイッチ素子と当該第２のスイッチ素子に並列接続された第２の一方向性素子とを有する第２のスイッチ部と、第２のラインと前記一方の入力端子との間に設けられ、第３のスイッチ素子および該第３のスイッチ素子に並列接続された一方向に電流を流す第３の一方向性素子を有する第３のスイッチ部と、前記第２のラインと前記他方の入力端子との間に設けられ、第４のスイッチ素子および該第４のスイッチ素子に並列接続された一方向に電流を流す第４の一方向性素子を有する第４のスイッチ部と、前記第３および第４のスイッチ素子を制御する制御部と、前記第３および第４のスイッチ素子をオンにする信号を、クロック信号を分周させることによって生成する時間設定部とを備え、
前記交流電源の起電力をチョッパ電圧に変換し、そのチョッパ電圧を前記第１のラインと前記第２のラインとの間に発生させるチョッパ回路の制御方法において、
前記第１および第２の比較部の比較結果に基づいて第１および第２のスイッチ素子が一定期間オフになったことを検出することにより充電が終了したと判定する充電終了判定過程と、
前記第１および第２のスイッチ素子がオンになった時点から前記充電終了判定過程において充電が終了したと判定されるまで、前記第３および第４のスイッチ素子を強制的にオフにする閉ループ禁止過程と、
前記充電終了判定過程において充電が終了したと判定された場合に、前記時間設定部におけるクロック信号の分周動作をリセットし、該時間設定部で生成される分周信号に基づいた設定時間だけ、前記第３および第４のスイッチ素子をオンにする閉ループ形成過程とを有することを特徴とするチョッパ回路の制御方法。
【請求項１７】
請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載のチョッパ回路と、
前記チョッパ回路のチョッパ電圧を蓄電する蓄電部と
を備えることを特徴とするチョッパ式充電回路。
【請求項１８】
請求項１７記載のチョッパ式充電回路を内蔵するとともに、前記チョッパ式充電回路から給電される電力によって動作することを特徴とする電子機器。
【請求項１９】
請求項１７記載のチョッパ式充電回路と、
前記チョッパ式充電回路から給電される電力によって時刻を計時して表示する時刻表示部と
を備えることを特徴とする計時装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チョッパ回路、チョッパ回路の制御方法、チョッパ式充電回路、電子機器及び計時装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電機によって発電された交流電力をコンデンサや電池に充電する充電回路として、チョッパ式充電回路が知られている。
図２５は、従来によるチョッパ式充電回路の回路図である。このチョッパ式充電回路１は、クロック信号ＣＬを出力する発振回路２と、交流発電機ＡＧの出力端子Ａ、Ｂの電圧と電源の端子電圧ＶＤＤとを比較するコンパレータＣＯＭ１、ＣＯＭ２と、コンパレータＣＯＭ１、ＣＯＭ２の出力信号ＳＰ１、ＳＰ２とクロック信号ＣＬとを論理積演算するアンド回路３と、充電電流を蓄電する大容量コンデンサ４と、コンパレータＣＯＭ１、ＣＯＭ２の出力信号ＳＰ１、ＳＰ２によってオン・オフが制御されるＰチャンネルＦＥＴＰ１、Ｐ２と、アンド回路３の出力信号ＳＮによってオン・オフが制御されるＮチャンネルＦＥＴＮ１、Ｎ２とを備えて構成される。
ここで、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４は、各々ＰチャンネルＦＥＴＰ１、Ｐ２およびＮチャンネルＦＥＴＮ１、Ｎ２の寄生ダイオードである。
【０００３】
次に、このチョッパ式充電回路１の動作を図２６に示すタイミングチャートを用いて説明する。
図２６においては、時刻ｔａまでは出力端子Ａ、Ｂの電圧が端子電圧ＶＤＤ以下であり、コンパレータＣＯＭ１、ＣＯＭ２の出力信号ＳＰ１、ＳＰ２がＨレベルに維持され、ＰチャンネルＦＥＴＰ１、Ｐ２はオフ状態になっている場合を想定している。
時刻ｔａにおいてクロック信号ＣＬがＨレベルに立ち上がると、アンド回路３の出力信号ＳＮがＨレベルになるのでＮチャンネルＦＥＴＮ１、Ｎ２はオン状態になり、交流発電機ＡＧ、ＮチャンネルＦＥＴＮ１、Ｎ２の閉ループが形成される。
この場合、交流発電機ＡＧに起電力が発生して、例えば、出力端子Ａが出力端子Ｂに対して正電位になると、図２５の符号αで示すように、交流発電機ＡＧ→ＮチャンネルＦＥＴＮ１→ＮチャンネルＦＥＴＮ２という経路で電流ｉ１が流れる。
【０００４】
そして、時刻ｔｂにおいてクロック信号ＣＬがＬレベルに立ち下がると、アンド回路３の出力信号ＳＮがＬレベルになるのでＮチャンネルＦＥＴＮ１、Ｎ２はオフ状態になり、上述の電流経路が遮断される。
この場合、クロック信号ＣＬがＨレベルの期間（以下「短絡期間」という。）に流れた電流により交流発電機ＡＧの発電コイルにおけるインダクタンスにエネルギーが蓄積され、このエネルギーによって出力端子Ａの電圧が昇圧される。次に、時刻ｔｃにおいて出力端子Ａの電圧が大容量コンデンサ４の端子電圧ＶＤＤ以上に昇圧されると、コンパレータＣＯＭ１の出力信号ＳＰ１がＬレベルに切り換わり、ＰチャンネルＦＥＴＰ１がオン状態に切り換わる。
この結果、図２５の符号βで示すように、ＮチャンネルＦＥＴＮ２のダイオードＤ４→交流発電機ＡＧ→ＰチャンネルＦＥＴＰ１→大容量コンデンサ４という経路で充電電流ｉ２が流れ、大容量コンデンサ４が充電される。
【０００５】
そして、充電が進むにつれ、発電コイルのインダクタンスに蓄えられたエネルギーが徐々に放出され、充電電流ｉ２が徐々に減少してくる。そして、出力端子Ａの電圧が大容量コンデンサ４の端子電圧ＶＤＤ以下になると、コンパレータＣＯＭ１の出力信号ＳＰ１がＨレベルになり、ＰチャンネルＦＥＴＰ１がオフ状態に切り換わり、上述の充電経路が遮断される。
すなわち、出力端子Ａの電圧が大容量コンデンサ４の端子電圧ＶＤＤ以下になるまではアンド回路３によりＮチャンネルＦＥＴＮ１、Ｎ２がオフ状態に維持され、充電が継続されることになる。そのため、交流発電機ＡＧの発電量が大きく、発電コイルのインダクタンスに蓄えられたエネルギーが大きい場合、短絡期間に移行しても充電が継続されるため、充電時間が長くなり、その分短絡期間が浸食されることになる。
なお、交流発電機ＡＧに起電圧が発生して出力端子Ｂが出力端子Ａに対して正電位になった場合、上述の短絡期間に流れる電流ｉ１の方向が逆になり、出力端子Ｂの電圧が昇圧される。この結果、ＮチャンネルＦＥＴＮ１のダイオードＤ３→交流発電機ＡＧ→ＰチャンネルＦＥＴＰ２→大容量コンデンサ４という経路で充電電流ｉ２が流れ、大容量コンデンサ４が充電されるようになっている。
【０００６】
このように、従来のチョッパ式充電回路は、クロック信号に基づいて回路の短絡と昇圧を繰り返し行うことにより、発電量が小さく一定でない交流発電機の起電圧をチョッパ電圧に変換して大容量コンデンサの充電を行うものである。また、発電コイルのインダクタンスに蓄えられたエネルギーが大きい場合や、入力エネルギーが大きい場合、チョッパの短絡期間を禁止して非チョッパ動作での充電を優先して行う。このチョッパ／非チョッパ動作切り替えによる充電により、大容量コンデンサを効率よく充電することが可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなチョッパ式充電回路においては、上述したように交流発電機の発電量が大きい場合、短絡期間に移行しても充電が継続されるため、短絡期間が浸食されてしまう。このため、短絡期間の間、発電コイルのインダクタンスに蓄積されるエネルギーが十分確保することができず、充電効率が低下してしまう、という問題がある。
しかし、短絡時間を十分に確保するために短絡期間を長く設定することも考えらえるが、特に発電機に交流発電機を用いた場合、その内部抵抗によって短絡期間における電流経路の損失が多くなり、結果として充電効率が低下してしまうことになる。
この場合、短絡期間のデューティ比（ｄｕｔｙ比）、つまりチョッパ動作における短絡期間の割合を交流発電機の発電量に応じて設定する方法が考えられるが、交流発電機の発電量を検出するために充電電流を検出する回路が別途必要になり、その分消費電力が増大してしまう。特に、腕時計に使用される小型の発電機にこのチョッパ式充電回路を適用した場合には、充電電流を検出する回路の消費電力が腕時計全体の消費電力に対して占める割合が高く、腕時計全体の消費電力低下の観点から好ましくない。
【０００８】
そこで、本発明は上述した事情を鑑みてなされたもので、発電機の発電量が変動する場合でも消費電力を増やすことなく充電効率を高めることができるチョッパ回路、チョッパ回路の制御方法、チョッパ式充電回路、これらを用いた電子機器及び計時装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、発電機によって発電される起電力をチョッパ電圧に変換し、そのチョッパ電圧を第１のラインと第２のラインとの間に発生させるチョッパ回路において、
前記第１のラインの電圧と前記発電機の出力端子における電圧とを比較する比較部と、
前記第１のラインと前記発電機の出力端子との間に設けられ、前記比較部からの比較結果が前記発電機の出力端子における電圧が所定の電圧以上の場合に電流を流す第１のスイッチ素子と当該第１のスイッチ素子に並列接続された第１の一方向性素子とを有する充電用のスイッチ部と、
前記第２のラインと前記発電機の出力端子との間に設けられ、第２のスイッチ素子および該第２のスイッチ素子に並列接続された一方向に電流を流す第２の一方向性素子を有する閉ループ用のスイッチ部と、
前記比較部の比較結果に基づいて前記第１のスイッチ素子が一定期間オフになったことを検出することにより、充電が終了したと判定する充電終了判定部と、
前記充電終了判定部により充電が終了したと判定された場合、前記第２のスイッチ素子を予め決められた時間だけオンさせるスイッチ素子制御部とを備え、
前記スイッチ素子制御部は、
前記第２のスイッチ素子をオンにする信号を、クロック信号を分周させることによって生成する時間設定部と、
前記第１のスイッチ素子がオンになった時点から前記充電終了判定部により充電が終了したと判定されるまで、前記第２のスイッチ素子を強制的にオフにする閉ループ禁止部とを有し、
前記充電終了判定部により充電が終了したと判定された場合、前記時間設定部におけるクロック信号の分周動作をリセットし、該時間設定部で生成される分周信号に基づいた設定時間だけ、前記第２のスイッチ素子をオンにすることを特徴としている。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のチョッパ回路において、
前記第２のラインと前記発電機の他の出力端子との間に設けられ、前記発電機の他の出力端子における電圧が所定の電圧以上の場合、前記第２のスイッチ素子をオンにする第２の比較部を更に具備することを特徴としている。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１記載のチョッパ回路において、
前記閉ループ用のスイッチ部に並列接続された第２の充電用のスイッチ部を更に有し、
前記第２の充電用のスイッチ部は、前記発電機の他の出力端子における電圧に応じて接続状態が切り換わることを特徴としている。
【００１２】
請求項４記載の発明は、電源の電力をチョッパ電圧に変換し、そのチョッパ電圧を第１のラインと第２のラインとの間に発生させるチョッパ回路において、
前記第１のラインの電圧と前記電源の電力が供給される入力端子の電圧とを比較する比較部と、
前記第１のラインと前記入力端子との間に設けられ、前記比較部からの比較結果が前記入力端子の電圧が所定の電圧以上の場合に電流を流す第１のスイッチ素子と当該第１のスイッチ素子に並列接続された第１の一方向性素子とを有する充電用のスイッチ部と、
前記第２のラインと前記入力端子との間に設けられ、第２のスイッチ素子および該第２のスイッチ素子に並列接続された一方向に電流を流す第２の一方向性素子を有する閉ループ用のスイッチ部と、
前記比較部の比較結果に基づいて前記第１のスイッチ素子が一定期間オフになったことを検出することにより、充電が終了したと判定する充電終了判定部と、
前記充電終了判定部により充電が終了したと判定された場合、前記第２のスイッチ素子を予め設定された設定時間だけオンにさせるスイッチ素子制御部とを備え、
前記スイッチ素子制御部は、
前記第２のスイッチ素子をオンにする信号を、クロック信号を分周させることによって生成する時間設定部と、
前記第１のスイッチ素子がオンになった時点から前記充電終了判定部により充電が終了したと判定されるまで、前記第２のスイッチ素子を強制的にオフにする閉ループ禁止部とを有し、
前記充電終了判定部により充電が終了したと判定された場合、前記時間設定部におけるクロック信号の分周動作をリセットし、該時間設定部で生成される分周信号に基づいた設定時間だけ、前記第２のスイッチ素子をオンにすることを特徴としている。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項４記載のチョッパ回路において、
前記第２のラインと前記電源の電力が供給される他の入力端子との間に設けられ、前記他の入力端子の電圧が所定の電圧以上の場合、前記第２のスイッチ素子をオンにする第２の比較部を更に具備することを特徴としている。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項４記載のチョッパ回路において、
前記閉ループ用のスイッチ部に並列接続された第２の充電用のスイッチ部を更に有し、
前記第２の充電用のスイッチ部は、前記電源の電力が供給される他の入力端子の電圧に応じて接続状態が切り換わることを特徴としている。
【００１８】
請求項７記載の発明は、交流発電機によって発電される起電力をチョッパ電圧に変換し、そのチョッパ電圧を第１のラインと第２のラインとの間に発生させるチョッパ回路において、
前記第１のラインの電圧と前記交流発電機の一方の出力端子における電圧とを比較する第１の比較部と、
前記第１のラインと前記一方の出力端子との間に設けられ、前記一方の出力端子におけ
る電圧が所定の電圧以上の場合に電流を流す第１のスイッチ素子と当該第１のスイッチ素子に並列接続された第１の一方向性素子とを有する第１のスイッチ部と、
前記第１のラインの電圧と前記交流発電機の他方の出力端子における電圧とを比較する第２の比較部と、
前記第１のラインと前記他方の出力端子との間に設けられ、前記他方の出力端子における電圧が所定の電圧以上の場合に電流を流す第２のスイッチ素子と当該第２のスイッチ素子に並列接続された第２の一方向性素子とを有する第２のスイッチ部と、
前記第２のラインと前記一方の出力端子との間に設けられ、第３のスイッチ素子および該第３のスイッチ素子に並列接続された一方向に電流を流す第３の一方向性素子を有する第３のスイッチ部と、
前記第２のラインと前記他方の出力端子との間に設けられ、第４のスイッチ素子および該第４のスイッチ素子に並列接続された一方向に電流を流す第４の一方向性素子を有する第４のスイッチ部と、
前記第１および第２の比較部の比較結果に基づいて前記第１および第２のスイッチ素子が一定期間オフになったことを検出することにより、充電が終了したと判定する充電終了判定部と、
前記充電終了判定部により充電が終了したと判定された場合、前記第３および第４のスイッチ素子を予め決められた設定時間だけオンさせるスイッチ素子制御部とを備え、  前記スイッチ素子制御部は、
前記第３および第４のスイッチ素子をオンにする信号を、クロック信号を分周させることによって生成する時間設定部と、
前記第１および第２のスイッチ素子がオンになった時点から前記充電終了判定部により充電が終了したと判定されるまで、前記第３および第４のスイッチ素子を強制的にオフにする閉ループ禁止部とを有し、
前記充電終了判定部により充電が終了したと判定された場合、前記時間設定部におけるクロック信号の分周動作をリセットし、該時間設定部で生成される分周信号に基づいた設定時間だけ、前記第３および第４のスイッチ素子をオンにすることを特徴としている。
【００１９】
請求項８記載の発明は、請求項７記載のチョッパ回路において、
前記第２のラインと前記他方の出力端子との間に設けられ、前記他方の出力端子における電圧が所定の電圧以上の場合、前記第３のスイッチ素子をオンにする第３の比較部と、
前記第２のラインと前記一方の出力端子との間に設けられ、前記一方の出力端子における電圧が所定の電圧以上の場合、前記第４のスイッチ素子をオンにする第４の比較部とを更に具備することを特徴としている。
【００２０】
請求項９記載の発明は、請求項７記載のチョッパ回路において、
前記第３のスイッチ部に並列接続された第５のスイッチ部と、
前記第４のスイッチ部に並列接続された第６のスイッチ部とを更に有し、
前記第５のスイッチ部は、前記他方の出力端子における電圧に応じて接続状態が切り換わり、
前記第６のスイッチ部は、前記一方の出力端子における電圧に応じて接続状態が切り換わることを特徴としている。
【００２１】
請求項１０記載の発明は、交流電源の電力をチョッパ電圧に変換し、そのチョッパ電圧を第１のラインと第２のラインとの間に発生させるチョッパ回路において、
前記第１のラインの電圧と前記交流電源の電力が供給される一方の入力端子の電圧とを比較する第１の比較部と、
前記第１のラインと前記一方の入力端子との間に設けられ、前記一方の入力端子の電圧が所定の電圧以上の場合に電流を流す第１のスイッチ素子と当該第１のスイッチ素子に並列接続された第１の一方向性素子とを有する第１のスイッチ部と、
前記第１のラインの電圧と前記交流電源の電力が供給される他方の入力端子の電圧とを比較する第２の比較部と、
前記第１のラインと前記他方の入力端子との間に設けられ、前記他方の入力端子の電圧が所定の電圧以上の場合に電流を流す第２のスイッチ素子と当該第２のスイッチ素子に並列接続された第２の一方向性素子とを有する第２のスイッチ部と、
前記第２のラインと前記一方の入力端子との間に設けられ、第３のスイッチ素子および該第３のスイッチ素子に並列接続された一方向に電流を流す第３の一方向性素子を有する第３のスイッチ部と、
前記第２のラインと前記他方の入力端子との間に設けられ、第４のスイッチ素子および該第４のスイッチ素子に並列接続された一方向に電流を流す第４の一方向性素子を有する第４のスイッチ部と、
前記第１および第２の比較部の比較結果に基づいて前記第１および第２のスイッチ素子が一定期間オフになったことを検出することにより、充電が終了したと判定する充電終了判定部と、
前記充電終了判定部により充電が終了したと判定された場合、前記第３および第４のスイッチ素子を予め決められた設定時間だけオンさせるスイッチ素子制御部と備え、  前記スイッチ素子制御部は、
前記第３および第４のスイッチ素子をオンにする信号を、クロック信号を分周させることによって生成する時間設定部と、
前記第１および第２のスイッチ素子がオンになった時点から前記充電終了判定部により充電が終了したと判定されるまで、前記第３および第４のスイッチ素子を強制的にオフにする閉ループ禁止部とを有し、
前記充電終了判定部により充電が終了したと判定された場合、前記時間設定部におけるクロック信号の分周動作をリセットし、該時間設定部で生成される分周信号に基づいた設定時間だけ、前記第３および第４のスイッチ素子をオンにすることを特徴としている。
【００２２】
請求項１１記載の発明は、請求項１０記載のチョッパ回路において、
前記第２のラインと前記他方の入力端子との間に設けられ、前記他方の入力端子の電圧が所定の電圧以上の場合、前記第３のスイッチ素子をオンにする第３の比較部と、
前記第２のラインと前記一方の入力端子との間に設けられ、前記一方の入力端子の電圧が所定の電圧以上の場合、前記第４のスイッチ素子をオンにする第４の比較部とを更に具備することを特徴としている。
【００２３】
請求項１２記載の発明は、請求項１０に記載のチョッパ回路において、
前記第３のスイッチ部に並列接続された第５のスイッチ部と、
前記第４のスイッチ部に並列接続された第６のスイッチ部とを更に有し、
前記第５のスイッチ部は、前記他方の入力端子の電圧に応じて接続状態が切り換わり、
前記第６のスイッチ部は、前記一方の入力端子の電圧に応じて接続状態が切り換わることを特徴としている。
【００３０】
請求項１３記載の発明は、第１のラインの電圧と発電機の出力端子における電圧とを比較する比較部と、前記第１のラインと前記出力端子との間に設けられ、前記発電機の出力端子における電圧が所定の電圧以上の場合に電流を流す第１のスイッチ素子と当該第１のスイッチ素子に並列接続された第１の一方向性素子とを有する充電用のスイッチ部と、第２のラインと前記出力端子との間に設けられ、第２のスイッチ素子および該第２のスイッチ素子に並列接続された一方向に電流を流す第２の一方向性素子を有する閉ループ用のスイッチ部と、前記閉ループ用のスイッチ部における第２のスイッチ素子を制御する制御部と、前記第２のスイッチ素子をオンにする信号を、クロック信号を分周させることによって生成する時間設定部とを備え、
前記発電機の起電力をチョッパ電圧に変換し、そのチョッパ電圧を前記第１のラインと前記第２のラインとの間に発生させるチョッパ回路の制御方法において、
前記比較部の比較結果に基づいて前記充電用のスイッチ部が一定期間オフになったことを検出することにより充電が終了したと判定する充電終了判定過程と、
前記第１のスイッチ素子がオンになった時点から前記充電終了判定過程において充電が終了したと判定されるまで、前記第２のスイッチ素子を強制的にオフにする閉ループ禁止過程と、
前記充電終了判定過程において充電が終了したと判定された場合に、前記時間設定部におけるクロック信号の分周動作をリセットし、該時間設定部で生成される分周信号に基づいた設定時間だけ、前記第２のスイッチ素子をオンにする閉ループ形成過程とを有することを特徴としている。
【００３１】
請求項１４記載の発明は、第１のラインの電圧と電源の電力が供給される入力端子の電圧とを比較する比較部と、前記第１のラインと前記入力端子との間に設けられ、前記入力端子の電圧が所定の電圧以上の場合に電流を流す第１のスイッチ素子と当該第１のスイッチ素子に並列接続された第１の一方向性素子とを有する充電用のスイッチ部と、第２のラインと前記入力端子との間に設けられ、第２のスイッチ素子および該第２のスイッチ素子に並列接続された一方向に電流を流す第２の一方向性素子を有する閉ループ用のスイッチ部と、前記第２のスイッチ素子を制御する制御部と、前記第２のスイッチ素子をオンにする信号を、クロック信号を分周させることによって生成する時間設定部とを備え、
前記電源の電力をチョッパ電圧に変換し、そのチョッパ電圧を前記第１のラインと前記第２のラインとの間に発生させるチョッパ回路の制御方法において、
前記比較部の比較結果に基づいて前記充電用のスイッチ部が一定期間オフになったことを検出することにより充電が終了したと判定する充電終了判定過程と、
前記第１のスイッチ素子がオンになった時点から前記充電終了判定過程において充電が終了したと判定されるまで、前記第２のスイッチ素子を強制的にオフにする閉ループ禁止過程と、
前記充電終了判定過程において充電が終了したと判定された場合に、前記時間設定部におけるクロック信号の分周動作をリセットし、該時間設定部で生成される分周信号に基づいた設定時間だけ、前記第２のスイッチ素子をオンにする閉ループ形成過程とを有することを特徴としている。
【００３３】
請求項１５記載の発明は、第１のラインの電圧と交流発電機の一方の出力端子における電圧とを比較する第１の比較部と、前記第１のラインと前記一方の出力端子との間に設けられ、前記一方の出力端子における電圧が所定の電圧以上の場合に電流を流す第１のスイッチ素子と当該第１のスイッチ素子に並列接続された第１の一方向性素子とを有する第１のスイッチ部と、前記第１のラインの電圧と前記交流発電機の他方の出力端子における電圧とを比較する第２の比較部と、前記第１のラインと前記他方の出力端子との間に設けられ、前記他方の出力端子における電圧が所定の電圧以上の場合に電流を流す第２のスイッチ素子と当該第２のスイッチ素子に並列接続された第２の一方向性素子とを有する第２のスイッチ部と、前記第２のラインと前記一方の出力端子との間に設けられ、第３のスイッチ素子および該第３のスイッチ素子に並列接続された一方向に電流を流す第３の一方向性素子を有する第３のスイッチ部と、前記第２のラインと前記他方の出力端子との間に設けられ、第４のスイッチ素子および該第４のスイッチ素子に並列接続された一方向に電流を流す第４の一方向性素子を有する第４のスイッチ部と、前記第３および第４のスイッチ素子を制御する制御部と、前記第３および第４のスイッチ素子をオンにする信号を、クロック信号を分周させることによって生成する時間設定部とを備え、
前記交流発電機の起電力をチョッパ電圧に変換し、そのチョッパ電圧を前記第１のラインと前記第２のラインとの間に発生させるチョッパ回路の制御方法において、
前記第１および第２の比較部の比較結果に基づいて第１および第２のスイッチ素子が一定期間オフになったことを検出することにより充電が終了したと判定する充電終了判定過程と、
前記第１および第２のスイッチ素子がオンになった時点から前記充電終了判定過程において充電が終了したと判定されるまで、前記第３および第４のスイッチ素子を強制的にオフにする閉ループ禁止過程と、
前記充電終了判定過程において充電が終了したと判定された場合に、前記時間設定部におけるクロック信号の分周動作をリセットし、該時間設定部で生成される分周信号に基づいた設定時間だけ、前記第３および第４のスイッチ素子をオンにする閉ループ形成過程とを有することを特徴としている。
【００３４】
請求項１６記載の発明は、第１のラインの電圧と交流電源の電力が供給される一方の入力端子の電圧とを比較する第１の比較部と、前記第１のラインと前記一方の入力端子との間に設けられ、前記一方の入力端子の電圧が所定の電圧以上の場合に電流を流す第１のスイッチ素子と当該第１のスイッチ素子に並列接続された第１の一方向性素子とを有する第１のスイッチ部と、前記第１のラインの電圧と前記交流電源の電力が供給される他方の入力端子の電圧とを比較する第２の比較部と、前記第１のラインと前記他方の入力端子との間に設けられ、前記他方の入力端子の電圧が所定の電圧以上の場合に電流を流す第２のスイッチ素子と当該第２のスイッチ素子に並列接続された第２の一方向性素子とを有する第２のスイッチ部と、第２のラインと前記一方の入力端子との間に設けられ、第３のスイッチ素子および該第３のスイッチ素子に並列接続された一方向に電流を流す第３の一方向性素子を有する第３のスイッチ部と、前記第２のラインと前記他方の入力端子との間に設けられ、第４のスイッチ素子および該第４のスイッチ素子に並列接続された一方向に電流を流す第４の一方向性素子を有する第４のスイッチ部と、前記第３および第４のスイッチ素子を制御する制御部と、前記第３および第４のスイッチ素子をオンにする信号を、クロック信号を分周させることによって生成する時間設定部とを備え、
前記交流電源の起電力をチョッパ電圧に変換し、そのチョッパ電圧を前記第１のラインと前記第２のラインとの間に発生させるチョッパ回路の制御方法において、
前記第１および第２の比較部の比較結果に基づいて第１および第２のスイッチ素子が一定期間オフになったことを検出することにより充電が終了したと判定する充電終了判定過程と、
前記第１および第２のスイッチ素子がオンになった時点から前記充電終了判定過程において充電が終了したと判定されるまで、前記第３および第４のスイッチ素子を強制的にオフにする閉ループ禁止過程と、
前記充電終了判定過程において充電が終了したと判定された場合に、前記時間設定部におけるクロック信号の分周動作をリセットし、該時間設定部で生成される分周信号に基づいた設定時間だけ、前記第３および第４のスイッチ素子をオンにする閉ループ形成過程とを有することを特徴としている。
【００３７】
請求項１７記載の発明は、請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載のチョッパ回路と、
前記チョッパ回路のチョッパ電圧を蓄電する蓄電部と
を備えることを特徴としている。
【００３８】
請求項１８記載の発明は、請求項１７記載のチョッパ式充電回路を内蔵するとともに、前記チョッパ式充電回路から給電される電力によって動作することを特徴としている。
【００３９】
請求項１９記載の発明は、請求項１７記載のチョッパ式充電回路と、
前記チョッパ式充電回路から給電される電力によって時刻を計時して表示する時刻表示部と
を備えることを特徴としている。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、チョッパ式充電回路を適用した腕時計を本発明の一実施形態として説明する。
【００４１】
（１）  実施形態
（１−１）  実施形態の構成
図１は、本発明の実施形態に係る腕時計に使用されるチョッパ式充電回路の回路図である。このチョッパ式充電回路１０は、図２５に示すアンド回路３に代えて制御回路２０が配置される点を除いてほとんど従来のチョッパ式充電回路１と同様であるため、同様の部分は同一の番号を付して示し、その詳細な説明を省略する。
【００４２】
このチョッパ式充電回路１０は、クロック信号ＣＬ１を出力する発振回路２Ａと、交流発電機ＡＧの出力端子Ａ、Ｂの電圧と端子電圧ＶＤＤの電圧を比較するコンパレータＣＯＭ１、ＣＯＭ２（比較部）と、コンパレータＣＯＭ１の出力信号ＳＰ１によってオン・オフが制御されるＰチャンネルＦＥＴＰ１（充電用のスイッチ部）と、コンパレータＣＯＭ２の出力信号ＳＰ２によってオン・オフが制御されるＰチャンネルＦＥＴＰ２（充電用のスイッチ部）と、交流発電機ＡＧの出力端子Ａ、Ｂに接続されたＮチャンネルＦＥＴＮ１、Ｎ２（閉ループ用のスイッチ部）と、コンパレータＣＯＭ１、ＣＯＭ２の出力信号ＳＰ１、ＳＰ２を入力してＮチャンネルＦＥＴＮ１、Ｎ２のオン・オフを制御する制御回路２０と、充電電流を蓄電する大容量コンデンサ４（蓄電部）とを備えて構成される。
ここで、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４（一方向性素子）は、ＰチャンネルＦＥＴＰ１、Ｐ２およびＮチャンネルＦＥＴＮ１、Ｎ２の寄生ダイオードであるが、通常のダイオードでもよい。
また、発振回路２Ａは、従来の発振回路２と同様の構成であるが、ここでは、３２ｋＨｚのクロック信号ＣＬ１等を出力するようになっている。
【００４３】
図２は、制御回路２０の回路図である。
制御回路２０は、分周回路２１（スイッチ素子制御部）と、３つのアンド回路２２、２３、２４と、２つのＤ−ＦＦ（Ｄ−フリップフロップ）回路２５、２６と、タイマーカウンタ２７（充電終了判定部）と、インバータ２８とを具備して構成されている。
分周回路２１は、クロック信号ＣＬ１を分周し、その分周信号ＳＢをアンド回路２２の一方の入力端子に供給する。ここで、分周回路２１の分周比Ｎは、Ｎ＝８に設定され、これにより、分周信号ＳＢの周波数Ｆは、クロック信号ＣＬ１の周波数の１／８倍になる。また、分周回路２１は、リセット端子に供給される後述する信号ＳＴが立ち下がると分周動作がリセットされる。
【００４４】
アンド回路２２は、分周信号ＳＢと後述するオン禁止信号ＳＮＱとの論理積を演算し、その出力信号ＳＮ１がＮチャンネルＦＥＴＮ１、Ｎ２のゲートに供給される。
アンド回路２３は、コンパレータＣＯＭ１の出力信号ＳＰ１とコンパレータＣＯＭ２の出力信号ＳＰ２との論理積を演算し、その出力信号ＳＰＰがＤ−ＦＦ回路２５のクロック入力端子と、アンド回路２４の一方の入力端子と、インバータ２８を介してＤ−ＦＦ回路２６のクロック入力端子に供給される。
Ｄ−ＦＦ回路２５（充電終了判定部）は、信号ＳＰＰが立ち上がるとＤ入力端子に供給されているＨレベルの信号を取り込んでＱ出力端子をＨレベルにする。また、Ｄ−ＦＦ回路２５は、クリア端子ＣＬＲに供給される信号ＳＴがＬレベルになるとクリアされる。Ｄ−ＦＦ回路２５のＱ出力端子の信号は、信号ＳＱとしてアンド回路２４の他方の入力端子に供給される。
ここで、信号ＳＱは、アンド回路２４を開閉する信号として機能する。このため、信号ＳＱがＨレベルのとき、アンド回路２４の一方の入力端子に供給される信号ＳＰＰは、アンド回路２４を介してタイマーカウンタ２７のセット／リセット端子に供給される。
また、信号ＳＰＰがＨレベルになる場合は、信号ＳＰ１、ＳＰ２の両信号がＨレベルの場合であるため、ＰチャンネルＦＥＴＰ１、Ｐ２の両方がオフ状態になっている。このため、ＰチャンネルＦＥＴＰ１、Ｐ２の両方がオフ状態に変化することにより、Ｄ−ＦＦ回路２５から出力される信号ＳＱがＨレベルになり、信号ＳＰＰはアンド回路２４を介してタイマーカウンタ２７のセット／リセット端子に供給される。
【００４５】
タイマーカウンタ２７は、セット／リセット端子に供給されている信号ＳＡがＨレベルになると、入力端子に供給されているクロック信号をカウントし、信号ＳＡがＬレベルになると、カウント値をリセットする。また、タイマーカウンタ２７は、カウント値がレジスタ２９に保存されている設定値に達すると、出力端子より出力されるキャリー信号ＳＴを短期間Ｌレベルに立ち下げ、カウント値をリセットする。ここで、このクロック信号は、クロック信号ＣＬ１を用いてもよく、また、他の周波数のクロック信号を用いてもよい。
すなわち、タイマーカウンタ２７は、信号ＳＡがＨレベルの期間をカウントし、信号ＳＡがＨレベルの期間が一定期間経過すると、キャリー信号ＳＴを短期間Ｌレベルに立ち下げるものである。
キャリー信号ＳＴは、Ｄ−ＦＦ回路２５および２６のクリア端子ＣＬＲと、分周回路２１のリセット端子に供給される。このため、キャリー信号ＳＴがＬレベルになると、Ｄ−ＦＦ回路２５および２６はクリアされ、分周回路２１は分周動作をリセットする。
【００４６】
Ｄ−ＦＦ回路２６（時間設定部、閉ループ禁止部）は、クロック入力端子に信号ＳＰＰがインバータ２８を介して供給され、信号ＳＰＰが立ち下がるとＤ入力端子に供給されているＨレベルの信号を取り込んで反転Ｑ出力端子をＬレベルにする。また、上述したように、Ｄ−ＦＦ回路２６は、クリア端子ＣＬＲに供給されるキャリー信号ＳＴがＬレベルになるとクリアされる。
Ｄ−ＦＦ回路２６の反転Ｑ出力端子の信号は、オン禁止信号ＳＮＱとしてアンド回路２２の他方の入力端子に供給される。
ここで、オン禁止信号ＳＮＱは、アンド回路２２を開閉する信号として機能する。このため、オン禁止信号ＳＮＱがＨレベルのとき、分周回路２１から出力される分周信号ＳＢは、アンド回路２２を介して信号ＳＮ１としてＮチャンネルＦＥＴＮ１、Ｎ２のゲートに供給される。
【００４７】
次に、交流発電機ＡＧとその周辺機構の構成を説明する。
図３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３５とステータ３６を備えており、２極磁化されたディスク状のロータ３５が回転すると、ステータ３６の発電コイル３７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３において、３８は腕時計本体ケース内で旋回運動を行う回転錘であり、３９は回転錘３８の回転運動を交流発電器ＡＧに伝達する輪列機構である。この回転錘３８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。
なお、交流発電機ＡＧは、リューズを手で回してロータを回転させて発電するものや、ゼンマイを巻いて、その開放力でロータを回転させて発電する交流発電機のことである。
【００４８】
交流発電機ＡＧから出力された交流は、本実施形態のチョッパ式充電回路１０で整流され、処理装置４０に供給される。処理装置４０は、チョッパ式充電回路１０から供給される電力によって時計装置４１を駆動する。この時計装置４１は、発振回路２Ａより出力されるクロック信号ＣＬ１に基づいて時計動作を行う。
以上のように、クロック信号ＣＬ１を生成する発振回路２Ａをチョッパ式充電回路１０と時計装置４１で兼用している。この結果、腕時計全体の回路構成を簡易にすると共に、腕時計全体として消費電流を削減することができる。
【００４９】
（２）実施形態の動作
次に、上述した構成による実施形態の動作について、図４および図５に示すチョッパ式充電回路１００の動作フローチャートと、図６に示すタイミングチャートに基づいて説明する。ここでは、このチョッパ式充電回路１００を有する腕時計が腕に装着されており、交流発電機ＡＧからは断続的に起電力が発生する。
図６は、本実施形態に係るチョッパ式充電回路１０のタイミングチャートである。なお、時刻ｔ１においては、コンパレータＣＯＭ１の出力信号ＳＰ１およびコンパレータＣＯＭ２の出力信号ＳＰ２がＨレベルであって、ＰチャンネルＦＥＴＰ１、Ｐ２はオフ状態にある場合、つまり交流発電機ＡＧの入力端子Ａ、Ｂの電圧が端子電圧ＶＤＤ以下の場合を想定している。
【００５０】
チョッパ式充電回路１０の動作が開始されると、図６（ｇ）に示すように、時刻ｔ１において信号ＳＡがＨレベルからＬレベルに切り換わると、タイマーカウンタ２７のカウント値がリセットされる（図４のステップＳ１）。そして、タイマーカウンタ２７は、短期間だけＬレベルになるキャリー信号ＳＴを出力し、Ｄ−ＦＦ回路２５および２６をクリアにするとともに、分周回路２１の分周動作をリセットする。
これにより、図６（ｉ）に示すように、オン禁止信号ＳＮＱがＨレベルになり、アンド回路２２は、分周信号ＳＢを信号ＳＮ１として出力することを許可する。
また、図６（ｂ）に示すように、分周信号ＳＢは、次のクロック信号ＣＬ１の立ち下がりのタイミングである時刻ｔ２においてＨレベルになる。このため、図６（ｃ）に示すように、制御回路２０の出力信号ＳＮ１はＨレベルになり（図４のステップＳ２）、ＮチャンネルＦＥＴＮ１、Ｎ２がオン状態に切り換える。
この結果、図１の符号αに示すように、交流発電機ＡＧ、ＮチャンネルＦＥＴＮ１、Ｎ２の閉ループによる電流経路が形成され短絡期間が開始される（図４のステップＳ３）。この際、交流発電機ＡＧの起電圧に応じて閉ループに電流ｉ１が流れ、発電コイル３７のインダクタンスにはエネルギーが蓄積される。なお、この閉ループは、発電コイル３７の両端を短絡してもよく、あるいは、ダイオードや抵抗等を介してもよい。
一方、Ｄ−ＦＦ回路２５は、キャリー信号ＳＴによって時刻ｔ１においてクリアされると、図６（ｆ）に示すように、信号ＳＱがＬレベルになるため、図６（ｇ）に示すように、アンド回路２４から出力される信号ＳＡもＬレベルになる。
このため、タイマーカウンタ２７は、カウント値がリセットされた状態に維持され、キャリー信号ＳＴがＨレベルに維持される。
【００５１】
図６（ｂ）に示す分周信号ＳＢは、周波数Ｆを示した信号であるため、時刻ｔ２から周波数Ｆの半周期の期間（クロック信号ＣＬ１の８パルスの期間）が経過して時刻ｔ３になると、Ｌレベルになる（図６（ｂ））。
これにより、図６（ｃ）に示すように、制御回路２０の出力信号ＳＮ１がＬレベルになり、ＮチャンネルＦＥＴＮ１、Ｎ２がオフ状態に切り換えられるため短絡期間を終了する（図４のステップＳ４）。
そして、発電コイル３７のインダクタンスに蓄積されたエネルギーによって、例えば出力端子Ａの電圧が昇圧し、時刻ｔ４において出力端子Ａの電圧が端子電圧ＶＤＤに達すると、コンパレータＣＯＭ１の出力信号ＳＰ１がＬレベルになり、ＰチャンネルＦＥＴＰ１がオン状態になる。
この結果、大容量コンデンサ４への電流経路が形成され、図１の符号βに示すように、充電電流ｉ２が大容量コンデンサ４に流れ、充電が開始される（図６（ｄ））（図４のステップＳ５）。
【００５２】
また、時刻ｔ４においてコンパレータＣＯＭ１の出力信号ＳＰ１がＬレベルになると、図６（ｅ）に示すように、アンド回路２３の出力信号ＳＰＰがＬレベルになるため、図６（ｉ）に示すように、オン禁止信号ＳＮＱがＬレベルになる。
すなわち、出力端子Ａの電圧が端子電圧ＶＤＤ以上になり、大容量コンデンサ４への電流経路を形成すれば、大容量コンデンサ４に充電電流を流すことが可能な状態になるため、オン禁止信号ＳＮＱがＬレベルになる（図４のステップＳ６）。
これにより、オン禁止信号ＳＮＱは、充電条件が満たされると、制御回路２０の出力信号ＳＮ１をＬレベルにし、これにより、ＮチャンネルＦＥＴＮ１、Ｎ２がオフ状態に維持する（図４のステップＳ７）。
なお、ここでは、出力端子Ａの電圧が昇圧した場合について説明するが、出力端子Ｂの電圧が昇圧した場合もコンパレータＣＯＭ１とＰチャンネルＦＥＴＰ１に代わって、コンパレータＣＯＭ２とＰチャンネルＦＥＴＰ２が動作する点を除いて同じ動作であるので、説明は省略する。
【００５３】
そして、充電により出力端子Ａの電圧が徐々に減少し、時刻ｔ５において出力端子Ａの電圧が端子電圧ＶＤＤ以下になると、コンパレータＣＯＭ１の出力信号ＳＰ１がＨレベルになり、ＰチャンネルＦＥＴＰ１がオフ状態に切り換わる。
この場合、信号ＳＰ１および信号ＳＰ２の両信号がＨレベルになるため、アンド回路２３からの出力信号ＳＰＰは、図６（ｅ）に示すように、Ｈレベルになる。
このため、図６（ｆ）に示すように、Ｄ−ＦＦ回路２５では、信号ＳＰＰの立ち上がりを検出して信号ＳＱがＨレベルになり（図４のステップＳ８）、信号ＳＰＰは、アンド回路２４を介してタイマーカウンタ２７のセット／リセット端子に供給される。これにより、信号ＳＰＰ（＝信号ＳＡ）がＨレベルの期間だけタイマーカウンタ２７によりカウントされることになる（図６（ｇ））（図４のステップＳ９）。
そして、タイマーカウンタ２７では、信号ＳＡがＨレベルか否かを判定し（図５のステップＳ１０）、Ｈレベルの場合にクロックを計測し（図５のステップＳ１１）、予め決められたカウント値になるまで計測を繰り返す（図５のステップＳ１２）。そして、ステップＳ１２でカウント値がｔに達した場合（ステップＳ１２；ＹＥＳ）、チャタリングによる変動が安定して充電が完了したと判定し、次の短絡期間に備えるべく、タイマーカウンタ２７のカウント値をリセットし（ステップＳ１３）、ステップＳ２からの処理を繰り返す。
すなわち、充電期間にＰチャンネルＦＥＴＰ１がオフ状態に切り換わると、タイマーカウンタ２７によりＰチャンネルＦＥＴＰ１、Ｐ２の両方がオフ状態の期間のカウントが開始される。
そして、ＰチャンネルＦＥＴＰ１、Ｐ２のオフ状態が一定時間経過すると、時刻ｔ７においてカウント値がレジスタ２９に保存されている設定値に達することにより、図６（ｈ）に示すように、キャリー信号ＳＴが比較的短期間でＬレベルに立ち下がる。
なお、時刻ｔ６と時刻ｔ７の差の時間ｔは、レジスタ２９に保存されている設定値に対応している。このため、この設定値を変更することにより、時間ｔの長さを調整することが可能となる。
【００５４】
これにより、キャリー信号ＳＴを受けてＤ−ＦＦ回路２６がクリアされると、図６（ｉ）に示すように、時刻ｔ７でオン禁止信号ＳＮＱがＨレベルになり、分周信号ＳＢがアンド回路２２を介して信号ＳＮ１としてＮチャンネルＦＥＴＮ１、Ｎ２のゲートに供給される。
従って、オン禁止信号ＳＮＱは、ＰチャンネルＦＥＴＰ１、Ｐ２の両方のオフ状態が一定期間経過するまでＨレベルに維持され、これにより、ＮチャンネルＦＥＴＮ１、Ｎ２がオフ状態に維持される。
従って、制御回路２０は、充電条件が満たされると、オン禁止信号ＳＮＱにより、ＮチャンネルＦＥＴＮ１、Ｎ２をオン状態に切り換え、ＰチャンネルＦＥＴＰ１、Ｐ２のオフ状態が一定期間経過するまで、これらＮチャンネルＦＥＴＮ１、Ｎ２をオフ状態に維持する。
【００５５】
ところで、ＰチャンネルＦＥＴＰ１、Ｐ２は、充電経路の損失を低減させて充電効率を向上させるためにＰチャンネルＦＥＴＰ１、Ｐ２のソース、ドレイン間の導通抵抗（オン抵抗）の比較的小さいものが用いられる。
このため、充電期間において、出力端子Ａの電圧が端子電圧ＶＤＤ近傍になってＰチャンネルＦＥＴＰ１がオン状態からオフ状態に切り換わると、ダイオードＤ１の順方向電圧降下によってコンパレータＣＯＭ１の両端電圧が上昇してＰチャンネルＦＥＴＰ１がオン状態に再び切り換わるという動作を繰り返す。
すなわち、充電終了時にＰチャンネルＦＥＴＰ１が、オン・オフを繰り返すという現象（チャタリング）が生じる（図６において、時刻ｔ５から時刻ｔ６）。
このような場合にＮチャンネルＦＥＴＮ１、Ｎ２をオン状態に切り換えた場合、ＰチャンネルＦＥＴＰ１とＮチャンネルＦＥＴＮ１、Ｎ２の両方がオン状態になる期間が生じ、図２６に示すように、大容量コンデンサ４から充電電流（貫通電流）ｉｋが流れ、充電効率が低下することになる。
【００５６】
本実施形態においては、上述したように、タイマーカウンタ２７により、ＰチャンネルＦＥＴＰ１、Ｐ２の両方がオフ状態の期間が一定期間経過したか否かを検出すると共に、オン禁止信号ＳＮＱにより、ＰチャンネルＦＥＴＰ１、Ｐ２のオフ状態が一定期間経過するまでは、ＮチャンネルＦＥＴＮ１、Ｎ２をオフ状態に維持している。
これにより、チョッパ式充電回路１０は、ＰチャンネルＦＥＴＰ１、Ｐ２にチャタリングが生じている期間（例えば時刻ｔ５から時刻ｔ６）は、ＮチャンネルＦＥＴＮ１、Ｎ２をオフ状態に維持することができ、貫通電流による充電効率の低下を防止している。この意味において、タイマーカウンタ２７は、充電終了判定部として機能し、Ｄ−ＦＦ回路２６は、閉ループ禁止部として機能している。
【００５７】
一方、上述したように、キャリー信号ＳＴがＬレベルに立ち下がると、Ｄ−ＦＦ回路２５がクリアされ、分周回路２１の分周動作がリセットされるため、分周信号ＳＢは、分周回路２１が分周動作をリセットされた後のクロック信号ＣＬ１の立ち上がりにおけるタイミングでＨレベルになり、オン禁止信号ＳＮＱがＨレベルになる（時刻ｔ８）。
これにより、ＰチャンネルＦＥＴＰ１、Ｐ２の両方がオフ状態の期間が一定期間経過すると、ＮチャンネルＦＥＴＮ１、Ｎ２はオン状態に切り換わり、短絡期間に移行する。そして、交流発電機ＡＧ、ＮチャンネルＦＥＴＮ１、Ｎ２の閉ループが形成され、交流発電機ＡＧの発電に応じて発電コイル３７のインダクタンスにエネルギーが蓄積される。
また、分周信号ＳＢは、分周回路２１の分周動作が時刻ｔ８でリセットされているため、分周回路２１により分周される周波数Ｆの半周期の時間が経過して時刻ｔ９になるとＬレベルになる（図６（ｂ））。
従って、時刻ｔ９においてＮチャンネルＦＥＴＮ１、Ｎ２がオフ状態に切り換えられるため短絡期間が終了し、短絡期間に発電コイル３７のインダクタンスに蓄積されたエネルギーによって、大容量コンデンサ４の充電が再び開始される。
【００５８】
次に、図６（ｄ）に示すように、時刻ｔ１０においてＰチャンネルＦＥＴＰ１、Ｐ２の両方がオフ状態の期間が一定期間経過した場合、図６（ｈ）に示すように、時刻ｔ１１においてタイマーカウンタ２７より出力されるキャリー信号ＳＴが短時間の間だけＬレベルになる。
これにより、上述の場合と同様に、Ｄ−ＦＦ回路２５および２６がクリアされ、分周回路２１の分周動作がリセットされることにより、図６（ｉ）、（ｂ）に示すように、オン禁止信号ＳＮＱおよび分周信号ＳＢがＨレベルになって信号ＳＮ１がＨレベルになる。これにより、充電期間を終了する（図６（ｃ））。
この結果、ＮチャンネルＦＥＴＮ１、Ｎ２がオン状態に切り換えられ、再び短絡期間に移行し、交流発電機ＡＧの発電に応じて発電コイル３７のインダクタンスにエネルギーを蓄積する。
このように、本発明のチョッパ式充電回路１０における短絡時間は、分周回路２１により分周される周波数Ｆの半周期の時間に固定されているため、一定の短絡時間を確保することができるようになっている。
また、充電時間は、ＰチャンネルＦＥＴＰ１、Ｐ２のオン状態が継続する限り確保されるので、発電コイル３７に蓄積されたエネルギー、すなわち、交流発電機ＡＧの発電量に応じて変動するようになっている。従って、発電量が小さい場合、発電量が大きい場合より短絡時間のデューティ比が高くなるようにチョッパ周波数が自動的に調整される。
【００５９】
（３）  短絡時間とチョッパ周波数の最適値
次に、このチョッパ式充電回路１０の短絡時間とチョッパ周波数の最適値を求める。
先ず、チョッパ短絡時において、交流発電機ＡＧの発電コイル３７の内部抵抗によって消費されるエネルギーとインダクタンスに蓄積されるエネルギーを計算し最適な短絡時間を求め、次に、昇圧電圧とチョッパ開放時間についてシミュレーションを行う。
【００６０】
（３−１）  短絡時間の計算
インダクタンスによる昇圧動作を簡単に理解するために図７のような回路を想定する。ここで発電コイル３７が抵抗成分の無い理想的なインダクタンスであると仮定すると、発電コイル３７の電圧Ｖ（ｔ）と電流ｉ（ｔ）は以下のようになる。ここで、Ｌは発電コイル３７のインダクタンスである。
Ｖ（ｔ）＝Ｌ・ｄｉ（ｔ）／ｄｔ      ・・・（１）
ｉ（ｔ）＝∫（Ｖ（ｔ）／Ｌ）ｄｔ    ・・・（２）
すなわち、発電コイル３７に流れる電流ｉ（ｔ）は、電圧Ｖ（ｔ）の積分値に比例する。ここで、スイッチＳＷをオンにして、所定時間経過後の発電コイル３７に流れている電流をＩとすると、発電コイル３７に蓄積したエネルギーＵＬは、ＵＬ＝１／２・Ｌ・Ｉ2となる。また、大容量コンデンサ４の初期値として電圧Ｖｃが与えられていたとすると、大容量コンデンサ４のエネルギーＵＣは、ＵＣ＝１／２・Ｃ・Ｖｃ2となる。ここで、Ｃは大容量コンデンサ４の静電容量である。
スイッチＳＷをオフに開放すると、発電コイル３７に流れていた電流が大容量コンデンサ４に流れ、発電コイル３７に蓄積したエネルギーＵＬが大容量コンデンサ４に蓄積される。このとき、ダイオードＤの順方向電圧や回路の損失は無視し、大容量コンデンサ４の電圧が電圧Ｖｃ１に増加したとすると電圧Ｖｃ１は以下のようになる。
ｄＵＣ＝ＵＬより
１／２・Ｃ・（Ｖｃ１2−Ｖｃ2）＝１／２・Ｌ・Ｉ2   ・・・（３）
よって（３）式を解くと、
Ｖｃ１＝Ｉ・√（Ｌ／Ｃ）＋Ｖｃ  ・・・（４）
【００６１】
（４）式より、昇圧動作により得られる電圧Ｖｃ１は、発電コイル３７に流れる電流に比例する。ここで、発電コイル３７に流れる電流は、上述したように発電コイル３７の電圧の積分値に比例することから、電圧を一定とするとスイッチＳＷをオンにした時間、すなわち、短絡時間によって発電コイル３７の電圧が決定されることになる。上述の昇圧動作より得られる電圧などの算出は、改訂スイッチング・レギュレータ設計ノウハウ（長谷川  彰  著  ＣＱ出版社）のｐ１８〜ｐ１９を一部引用する。
本実施形態の発電コイル３７は、小型の交流発電機ＡＧの発電コイルであるため内部抵抗が大きく、無視して考えることができない。従って、本実施形態に係るチョッパ式充電回路１０は、図８のように表すことができる。
【００６２】
図８において、Ｒは、発電コイル３７の内部抵抗である。なお、Ｒｃは、大容量コンデンサ４の内部抵抗である。
ここで、スイッチＳＷをオンにして、発電コイル３７に流れている電流をｉ１（ｔ）とすると、発電コイル３７の電圧Ｖ１（ｔ）は以下のようになる。
Ｖ１（ｔ）＝Ｌ・ｄｉ（ｔ）／ｄｔ＋Ｒ・ｉ１（ｔ）    ・・・（５）
また、式（５）から、発電コイル３７に流れる電流ｉ１（ｔ）は以下のようになる。
ｉ１（ｔ）＝Ｖ１（ｔ）／Ｒ・（１−ｅ-R・t/L）       ・・・（６）
これにより、（６）式より、発電コイル３７に流れる電流ｉ１（ｔ）は、発電コイル３７の電圧Ｖ１（ｔ）と内部抵抗Ｒで決定される電流値によって制限されることになる。
【００６３】
図９は、チョッパ短絡時の発電コイル３７の内部抵抗ＲとインダクタンスＬに印可される電圧の時間変化を示す特性曲線図である。ここで、発電コイル３７は、
時定数τ＝（Ｌ／Ｒ）＝約０．４ｍｓｅｃのものを用い、起電圧が０．６Ｖの場合を想定している。
図９に示すように、インダクタンスＬに印可される電圧Ｖ１（ｔ）は、指数関数的に減少し、約２ｍｓｅｃ以上では０．６Ｖの起電圧全てが内部抵抗Ｒに印可され、銅損として消費されている。従って、短絡時間が約２ｍｓｅｃ以上の場合、チョッパ開放期間に移行しても効果的な昇圧充電が望めなくなるだけでなく、ロータ３５の回転を停止させる方向に力が働き、充電効率低下の原因になる。
【００６４】
図１０は、（６）式をもとに、チョッパ短絡時の発電コイル３７の内部抵抗ＲとインダクタンスＬの１０μｓｅｃごとの各エネルギー（以下「瞬時エネルギー」という））を示す特性曲線図である。また、図１０において、インダクタンスＬの瞬時エネルギーと内部抵抗Ｒの瞬時エネルギーの差分を点線により示している。
また、図１１は、図１０に示す結果をエネルギーの累積値に換算した場合の特性曲線図である。図１１に示すように、インダクタンスＬに蓄積されたエネルギーＵＬ（図１１において破線により示す）は、約１．６ｍｓｅｃ以降で飽和している。また、内部抵抗Ｒで消費されるエネルギーＵＲ（図１１において実線により示す）は加速的に上昇し、０．４５ｍｓｅｃ以降では、発電コイル３７に蓄積されたエネルギーよりも多くなりエネルギー収支（ＵＬ−ＵＲ）がマイナスになっている（図１１において点線により示す）。
【００６５】
従って、充電時のダイオードＤの整流ロスや大容量コンデンサ４の内部抵抗等による損失を除くと、充電効率を最大にするためにはエネルギー収支（ＵＬ−ＵＲ）が最大になる短絡時間に設定すればよいことになる。すなわち、図１１に示すように、この場合、スイッチＳＷをオンにしてから０．２７ｍｓｅｃ経過した時点でエネルギー収支（ＵＬ−ＵＲ）が最大になっていることから、０．２７ｍｓｅｃに短絡時間を設定した場合に充電効率が最大になる。
ここで、図９に示すように、短絡時間が０．２７ｍｓｅｃの時は、内部抵抗ＲとインダクタンスＬに印可される電圧が等しくなった時間Ｔと対応している。
従って、（６）式にＲ・ｉ１（ｔ）＝１／２・Ｖ（ｔ）を代入すると短絡時間Ｔは以下のように表すことができる。
Ｔ＝０．６９３・Ｌ／Ｒ                ・・・（７）
以上の結果から発電コイル３７のインダクタンスと内部抵抗に応じて最適な短絡時間を決定することができる。上述の実施形態において、例えば、発電コイル３７の時定数τ＝約０．４ｍｓｅｃであるとすれば、短絡期間を０．２７ｍｓｅｃに設定する。具体的には、分周回路２１において、クロック信号ＣＬ１を短絡時間Ｔと半周期が同一である１．８５１ｋＨｚの周波数Ｆに分周すればよい。本実施形態においては、クロック信号ＣＬ１に３２ｋＨｚのクロック信号を使用するため、周波数Ｆを近似値として２ｋＨｚにしている。
この短絡期間は値Ｔの±３０％の範囲内、より好ましくは±２０％の範囲内に設定することが望ましい。
【００６６】
（３−２）  昇圧電圧のシミュレーション
次に、同条件においてチョッパ周波数を２ｋＨｚ、短絡時間Ｔを０．２５ｍｓｅｃに設定した場合の昇圧電圧についてシミュレーションを行い、そのシミュレーション結果を図１２に示す。
図１２に示すように、入力電圧、すなわち、交流発電機ＡＧの起電圧が１５０ｍＶ以上あれば６Ｖ程度まで昇圧できるエネルギーをインダクタンスＬに蓄積させることができる結果となった。実際の充電の際は、２次電池を接続することによって大容量コンデンサ４の内部抵抗などで２次側の充電電圧が決定されるため、２次側の充電電圧はここまで昇圧されるものではないが、小さな起電圧を瞬時に２次側へ昇圧させるには十分と言える。
【００６７】
（３−３）  チョッパ開放時間のシミュレーション
次に、短絡時間を０．２５ｍｓｅｃに設定してチョッパ開放時間を変化させた場合の充電量についてシミュレーションを行った。
ここでは、図１３に示すように、短絡時間のデューティ比（ＯＮｄｕｔｙ）を５０％、７５％等に変化させて充電電荷量を求めるシミュレーションを行い、そのシミュレーション結果を図１４、図１５に示す。なお、図１４、図１５には、その短絡時間とデューティ比によって決まるチョッパ周波数を併記している。
図１４は、入力電圧が低い場合（入力電圧＝０．１５Ｖ）のシミュレーション結果であり、図１５は、入力電圧が高い場合（入力電圧＝０．９Ｖ）のシミュレーション結果である。
図１４から明らかなように、入力電圧が低い場合には、チョッパ周波数を高くすると、すなわち、充電時間を少なくして昇圧回数を稼ぐと充電比率｛（各チョッパ周波数の充電電荷量／２ｋＨｚ時の充電電荷量）×１００｝が高くなる傾向となる。
しかし、図１５に示されるように、入力電圧が高い場合には、チョッパ周波数を高くするとインダクタンスＬに蓄積されたエネルギーＵＬを十分に充電できなくなり充電比率が低くなる傾向となる。
以上の結果から、入力電圧が小さい場合、チョッパ周波数を高くし、入力電圧が大きい場合、チョッパ周波数を低くすることにより充電効率を高くできることが判る。
【００６８】
次に、実際のチョッパ式充電回路において、チョッパ周波数と短絡期間のデューティ比を変化させた時の充電比率を測定する実験を行った。
（３−４）  チョッパ周波数の検討
図１６、図１７に、チョッパ周波数を変化させた時の充電比率の実験結果を示す。なお、短絡期間のデューティ比は５０％に固定している。
ここで、図１６は、入力電圧が小さい場合であり、図１７は、入力電圧が高い場合である。
図１６、図１７に示す実験結果からチョッパ周波数は、２ｋＨｚ近辺の場合に充電比率が最大値になる。
ここで、図１６に示す結果と図１１に示す結果を短絡時間と充電電荷量の関係に正規化して図１８に示す。図１８に示されるように、実験結果においても（２−１）で求めた計算結果と同様に、０．２７ｍｓｅｃに短絡期間を設定した場合に充電効率が最大になることが確認できる。
【００６９】
（３−５）  短絡期間のデューティ比の検討
図１９、図２０に、短絡期間のデューティ比を変化させた時の充電比率の実験結果を示す。なお、短絡期間は、０．２７ｍｓｅｃに固定している。
ここで、図１９は、入力電圧が小さい場合であり、図２０は、入力電圧が高い場合である。
図１９に示す実験結果では、入力電圧が小さい場合には短絡期間のデューティ比が高くなると充電比率が高くなり、図２０に示す実験結果では、入力電圧が大きい場合には短絡期間のデューティ比が高くなると充電比率が低くなる。これは、図１４、図１５に示すシミュレーション結果と同じ結果である。
ここで、図２０において短絡期間のデューティ比が２５％の場合に極端に充電比率が低いのは、大きい発電電圧では非チョッパ動作で充電される期間が大半を占め、チョッパ動作によって充電させる期間は一部分となる。このチョッパ動作によって充電させる期間と、短絡期間のデューティ比２５％でのチョッパ周期が近いためである。
すなわち、図２１にチョッパ動作と非チョッパ動作による充電が混在した発電電圧波形を示すように、チョッパ動作期間でのチョッパは１、２回程度でほとんどチョッパの効果が出なくなっている。
【００７０】
以上の結果から、入力電圧が小さい程、短絡期間のデューティ比を高くすることにより、充電電荷量を高く維持することができる。具体的には、短絡時間Ｔ＝０．６９３・Ｌ／Ｒに設定した場合、入力電圧が小さい場合、短絡期間のデューティ比を６０％以上にし、入力電圧が大きい場合、短絡期間のデューティ比を６０％以下にすることにより、充電電荷量を高く維持することができる。より好ましくは入力電圧が小さい場合、短絡期間のデューティ比を７５％前後にし、入力電圧が大きい場合、短絡期間のデューティ比を５０％前後にすることにより、充電電荷量を最大にすることができる。
これらにより、チョッパ式充電回路１０においては、交流発電機ＡＧの発電量が変動する場合でも、最適な短絡時間およびチョッパ周波数で動作することができ、充電効率を高めることができる。
また、このチョッパ式充電回路１０は、交流発電機ＡＧの発電量の大小に応じて充電期間が決まるため、自動的にチョッパ周波数が調整される。このため、充電電流を検出する回路等を設けて発電量を検出する必要がない。これにより、回路全体の消費電力を高くすることなく充電効率を高めることができる。
【００７１】
（４）  変形例
（４−１）  第１変形例
上述の実施形態においては、チョッパ周波数を変動させる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、チョッパ周波数を発電量が変動しても全体として充電効率が高くなる値に固定してもよい。この場合、図１９、図２０に示すように、短絡期間のデューティ比が５０％前後になるような周波数にチョッパ周波数を設定することにより、発電量が変動する場合でも簡易な構成で充電電荷量を高く維持することができる。さらにこの場合、交流発電機の最大発電量の大小（例えば、交流発電機が大型の場合と小型の場合）に応じてチョッパ周波数を設定することにより、簡易な構成で充電効率を高くすることができる。
【００７２】
（４−２）  第２変形例
上述の実施形態においては、大容量コンデンサ４の充電時においては、ＮチャンネルＦＥＴＮ１およびＮ２をオフ状態に制御する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、大容量コンデンサ４の充電時の電流経路にあるＮチャンネルＦＥＴＮ１、Ｎ２がオン状態になるようにしてもよい。
この場合、例えば、図２２に示すように、交流発電機ＡＧの出力端子Ａ、Ｂの電圧と基準電圧Ｖｒｅｆ１とをそれぞれ比較するコンパレータＣＯＭ３、ＣＯＭ４（第２の制御部）と、各コンパレータＣＯＭ３、ＣＯＭ４の出力信号と制御回路２０の出力信号ＳＮ１との論理和を演算するオア回路ＯＲ１、ＯＲ２（第２の制御部）を追加し、オア回路ＯＲ１、ＯＲ２の各出力信号をＮチャンネルＦＥＴＮ１、Ｎ２のゲートに供給する方法が考えられる。
また、図２３に示すように、ＮチャンネルＦＥＴＮ１、Ｎ２にそれぞれＮチャンネルＦＥＴＮ３、Ｎ４（第２の充電用のスイッチ部）を並列接続し、これらＮチャンネルＦＥＴＮ３、Ｎ４のゲートに交流発電機ＡＧの出力端子Ａ、Ｂの各電圧を供給する方法が考えられる。
このようにすれば、充電時に電流が流れるダイオードＤ３またはＤ４の損失を低減することができ、チョッパ式充電回路の充電効率を高くすることができる。
【００７３】
（４−３）  第３変形例
上述の実施形態においては、交流発電機の起電力を充電する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、商用交流電源や電波などの交流電源や、直流発電機などの直流電源の電力を充電する場合にも広く適用することができる。
また、電力を入力する方法は、図２４に示すようにコイル（１次コイル、２次コイル）を介して非接触で入力する方法などを広く適用することができる。
【００７４】
（４−４）  第４変形例
上述の実施形態においては、スイッチ部の一例として、ＰチャンネルＦＥＴ、ＮチャンネルＦＥＴの電界効果トランジスタを使用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ＰチャンネルＦＥＴに代えてＰＮＰ型のトランジスタ、または、ＮチャンネルＦＥＴに代えてＮＰＮ型のバイポーラトランジスタを使用してもよい。
また、ＰチャンネルＦＥＴＰ１およびＰ２をダイオードに置き換えてもよい。この場合、コンパレータＣＯＭ１およびＣＯＭ２は、それぞれダイオードの順方向電圧を検出し、その出力信号ＳＰ１およびＳＰ２は制御回路２０にのみ供給される。
【００７５】
（４−５）  第５変形例
上述の実施形態においては、全波整流を行うチョッパ式充電回路に本発明を適用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、半波整流を行うチョッパ式充電回路に適用してもよい。
【００７６】
（４−６）  第６変形例
上述の実施形態においては、チョッパ式充電回路を腕時計に適用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば置き時計、柱時計などのいわゆる時計や、パーソナルコンピュータ、電卓、携帯電話などの電子機器に内蔵された計時装置でもよく、更には携帯型の血圧計、ページャ、歩数計などの電子機器に広く適用することができる。また、これらの電子機器に電池とチョッパ式充電回路とを両方具備させて、蓄電量が少なくなった場合に電池の電力で動作させるようにしてもよい。
【００７７】
（４−７）  第７変形例
上述の実施形態においては、チョッパ式充電回路に本発明を適用する場合について述べたが、単にチョッパ電圧を出力するチョッパ回路にも適用することも可能である。
【００７８】
【発明の効果】
上述したように本発明のチョッパ式充電回路は、コンパレータＣＯＭ１、ＣＯＭ２の比較結果に基づいてトランジスタＰ１、Ｐ２が一定期間オフになったことを検出することにより充電が終了したと判定し、充電が終了したと判定すると、トランジスタＮ１、Ｎ２を予め設定された設定時間だけオンした後オフにすることにより、発電機の発電量が変動する場合でも消費電力を高くすることなく充電効率を高めるることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態に係る腕時計に使用されるチョッパ式充電回路の回路図である。
【図２】  前記チョッパ式充電回路の制御回路の回路図である。
【図３】  前記腕時計の交流発電機とその周辺機構の構成を示す斜視図である。
【図４】  前記チョッパ式充電回路による動作を示すフローチャートである。
【図５】  図４に続くフローチャートである。
【図６】  前記チョッパ式充電回路のタイミングチャートである。
【図７】  インダクタンスによる昇圧動作の説明に供する回路図である。
【図８】  内部抵抗を考慮した場合のインダクタンスによる昇圧動作の説明に供する回路図である。
【図９】  チョッパ短絡時の発電コイルの内部抵抗ＲとインダクタンスＬに印可される電圧の時間変化を示す特性曲線図である。
【図１０】  チョッパ短絡時の発電コイルの内部抵抗とインダクタンスＬの瞬時エネルギーを示す特性曲線図である。
【図１１】  図１０に示す結果をエネルギーの累積値に換算した場合の特性曲線図である。
【図１２】  チョッパ周波数を２ｋＨｚ、短絡時間Ｔを０．２５ｍｓｅｃに設定した場合の昇圧電圧のシミュレーション結果を示す特性曲線図である。
【図１３】  短絡時間のデューティ比の説明に供する図である。
【図１４】  入力電圧が低い場合の短絡時間のデューティ比と充電電荷量のシミュレーション結果を示す特性曲線図である。
【図１５】  入力電圧が高い場合の短絡時間のデューティ比と充電電荷量のシミュレーション結果を示す特性曲線図である。
【図１６】  入力電圧が低い場合のチョッパ周波数と充電電荷量の実験結果を示す特性曲線図である。
【図１７】  入力電圧が高い場合のチョッパ周波数と充電電荷量の実験結果を示す特性曲線図である。
【図１８】  図１６に示す結果と図１１に示す結果を正規化して短絡時間と充電電荷量の実験結果を示す特性曲線図である。
【図１９】  入力電圧が低い場合の短絡時間のデューティ比と充電電荷量の実験結果を示す特性曲線図である。
【図２０】  入力電圧が高い場合の短絡時間のデューティ比と充電電荷量の実験結果を示す特性曲線図である。
【図２１】  チョッパ動作と非チョッパ動作による充電が混在した発電電圧波形を示す波形図である。
【図２２】  変形例２に係るチョッパ式充電回路の回路図である。
【図２３】  変形例２に係るチョッパ式充電回路の回路図である。
【図２４】  交流電源の電力を非接触で入力する方法を示す図である。
【図２５】  従来のチョッパ式充電回路の回路図である。
【図２６】  前記チョッパ式充電回路のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１、１０……チョッパ式充電回路
２、２Ａ……発振回路
２０……制御回路
３、２２、２３、２４……アンド回路
４……大容量コンデンサ（蓄電部）
２１……分周回路（スイッチ素子制御部）
２５……Ｄ−ＦＦ回路（充電終了判定部）
２６……Ｄ−ＦＦ回路（スイッチ素子制御部、閉ループ禁止部）
２７……タイマーカウンタ（充電終了判定部）
４０……処理装置（時刻表示部）
４１……時計装置（時刻表示部）
Ａ、Ｂ……出力端子
Ｌ……発電コイルのインダクタンス
Ｒ……発電コイルの内部抵抗
ＡＧ……交流発電機
ＣＯＭ１、ＣＯＭ２……コンパレータ（起電圧検出用の比較部、第１および第２の比較部）
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４……ダイオード（一方向性素子）
Ｎ１、Ｎ２……ＮチャンネルＦＥＴ（閉ループ用のスイッチ部、第３および第４のスイッチ部、スイッチ素子）
Ｐ１、Ｐ２……ＰチャンネルＦＥＴ（起電圧検出用のスイッチ部、第１および第２のスイッチ部、スイッチ素子）
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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