(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池から入力された直流電力を、直列に接続された複数の定電圧手段を介して蓄電装置に供給可能な第１の供給部と、
この第１の供給部と並列に接続され、電力消費装置に対し前記直流電力を供給可能な第２の供給部とを有し、
前記第１の供給部は、個々または複数の定電圧手段をバイパスする複数のスイッチ手段と、前記蓄電装置の充電電圧または前記第２の供給部の出力電圧の少なくともいずれかによってスイッチ手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記太陽電池にかかる電圧が、高出力で給電可能な適正な範囲に収まるように、前記複数のスイッチ手段を制御することを特徴とする電力制御装置。
【請求項２】
請求項１において、前記第２の供給部は、前記電力消費装置に対し供給される電力の逆流を防止する逆流防止手段を備えていることを特徴とする電力制御装置。
【請求項３】
請求項１において、前記定電圧手段としてダイオードの順方向バイアス電圧を用いていることを特徴とする電力制御装置。
【請求項４】
太陽電池と、
前記太陽電池からの直流電力を充放電可能な蓄電装置と、
前記太陽電池からの直流電力を、直列に接続された複数の定電圧手段を介して前記蓄電装置に供給可能な第１の供給部と、
この第１の供給部と並列に接続され、電力消費装置に対し前記直流電力を供給可能な第２の供給部とを有し、
前記第１の供給部は、個々または複数の定電圧手段をバイパスする複数のスイッチ手段と、前記蓄電装置の充電電圧または前記第２の供給部の出力電圧の少なくともいずれかによってスイッチ手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記太陽電池にかかる電圧が、高出力で給電可能な適正な範囲に収まるように、前記複数のスイッチ手段を制御することを特徴とする発電装置。
【請求項５】
請求項４において、前記第２の供給部は、前記電力消費装置と並列に接続された補助蓄電装置と、この補助蓄電装置からの逆流を防止する逆流防止手段とを備えていることを特徴とする発電装置。
【請求項６】
太陽電池と、
前記太陽電池からの直流電力を充放電可能な蓄電装置と、
前記直流電力によって動作する電子装置と、
前記太陽電池からの直流電力を、直列に接続された複数の定電圧手段を介して前記蓄電装置に供給可能な第１の供給部と、
この第１の供給部と並列に接続され、前記電子装置に対し前記直流電力を供給可能な第２の供給部とを有し、
前記第１の供給部は、個々または複数の定電圧手段をバイパスする複数のスイッチ手段と、前記蓄電装置の充電電圧または前記第２の供給部の出力電圧の少なくともいずれかによってスイッチ手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記太陽電池にかかる電圧が、高出力で給電可能な適正な範囲に収まるように、前記複数のスイッチ手段を制御し、
前記第２の供給部は、前記電子装置と並列に接続された補助蓄電装置と、この補助蓄電装置からの逆流を防止する逆流防止手段とを備えていることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池や重りの運動などによって発電を行い、その電力で計時装置などの電子装置を稼動できる電子機器、発電装置および電力制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池や重りの運動エネルギーなどを用いて発電を行える発電装置を内蔵し、その電力で計時装置などの処理装置を稼動させる小型で携帯可能な電子機器が実用化されている。これらの電子機器においては、充放電可能な電池あるいはコンデンサを蓄電装置として採用し、発電能力が不足する場合であっても継続して処理装置を稼動できるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
太陽電池などの自然エネルギーを用いた発電装置や、重りなどによってユーザの生活環境から運動エネルギーを得て発電を行う発電装置など多種多用な発電装置の利用が考えられている。これらの発電装置の多くは継続して一定量の電力を供給できるものではなく、供給されるエネルギーはその密度が大きく変化し易く、不連続になることが多い。このため、発電装置から出力される電力も大きく変化する。例えば、太陽電池を用いた電子機器においては、夜間は太陽電池から電力が供給されないため、蓄電装置を放電させて処理装置を稼動させることになる。従って、発電装置から電力が供給されない場合に備えて蓄電装置の容量を大きくすることが望ましい。しかしながら、蓄電装置の容量を大きくすると充電時間が長くなり、いったん蓄電装置が放電してしまうと、処理装置が稼動できる電圧が確立されるまでに長い時間が必要になる。このため、例えば太陽電池を用いた装置においては、いったん停止すると、次に明るい環境で装置がスタートするまでに時間がかかることになる。
【０００４】
このような状況において、処理装置のスタート時間を短縮するために、図６あるいは図７に示すような幾つかの回路が考えられている。図６は、太陽電池１によって計時装置などの処理装置９を動かす装置であり、大容量のコンデンサ（スーパキャパシタ、ＳＣ）２あるいは２次電池などを充電装置として用いている。そして、このコンデンサ２と並列に、容量の小さなサブコンデンサ３を設け、さらに、大容量のコンデンサ２に供給される電力をオンオフできるようにスイッチ４を設けてある。従って、図６に示した装置においては、太陽電池１から発電が開始された直後は、スイッチ４をオフすることによって太陽電池１の電力をサブコンデンサ３の側に直接供給し、処理装置のスタートに必要な電圧をすぐに確立できる。
【０００５】
また、図７に示した装置は、重りの運動エネルギーを用いて発電を行う発電装置８を搭載したものであり、発電装置８から供給された交流電力を整流器７で整流して処理装置９に供給している。図７に示した装置においては、大容量のコンデンサ２と直列にスタートアップ用の抵抗５を接続し、この抵抗５における電圧降下によって処理装置９のスタートに必要な電圧をすぐに確立できるようにしている。
【０００６】
このような回路を採用することによって、蓄電装置が放電してしまった後であっても、発電装置が発電を開始するとすぐに電圧が確立され、処理装置をスタートすることができる。しかしながら、図６に示した、大容量のコンデンサ２に供給される電力をオンオフする回路においては、太陽電池１の起電圧が所定の値を越えないとスイッチ４をオンできず、コンデンサ２への電力供給がスイッチ４によってオフされている限り充電されない。このため、スイッチ４のオン・オフによって処理装置に供給される電圧が大きく変動する。そして、照度が低く、太陽電池１の発電能力が十分でない場合は、十分な電力が大容量のコンデンサ２および処理装置９に供給されないので、処理装置９を稼動するために必要な電圧が確保できず、稼動・非稼動を繰り返す状態に陥る可能性がある。また、このような事態を防止するために大容量のコンデンサ２を充電するタイミングを遅らせると、大容量のコンデンサへ充電されにくい。
【０００７】
一方、図７に示した装置においては、発電装置８が発電を開始すると、スタートアップ抵抗５を介して常に大容量のコンデンサ２が充電される。従って、安定した電力を処理装置９に供給でき、発電装置８が稼動・非稼動を繰り返した場合であっても、処理装置９に対し昇圧回路などを用いながら継続して電力を供給できる。しかしながら、太陽電池のように外界から与えられるエネルギー密度によって発電能力、特に、出力電流が変動する発電装置を用いた場合はスタートアップ抵抗５の設定が非常に難しい。すなわち、図５に破線で示すように、太陽電池１は照度によって出力電流が大きく変動し、さらに、開放電圧の近傍において急激に出力電流が低下するという特性を備えている。従って、低い照度で素早く電圧を確立させるために抵抗値の大きなスタートアップ抵抗を採用すると、照度が高い場合は太陽電池１の出力側が開放電圧に近くなるので太陽電池の発電能力が低下し、十分な充電効率が得られない。従って、コンデンサ２を充電できず処理装置に安定した電力を供給できない。開放電圧に近くなると、スタートアップ抵抗をバイパスする回路を設けて充電効率の改善を図ることは可能であるが、照度が高い場合はコンデンサ２を前もって充電する時間が得られないためにバイパス回路が動作することによって処理装置に供給される電圧が大きく変動してしまう。
【０００８】
また、高い照度に対応して抵抗値の小さなスタートアップ抵抗を採用すると、照度が低い場合は電圧降下が少ないので、処理装置をスタートするために必要な電圧を確保できない。太陽電池から供給される電流値によって、スタートアップ抵抗の値を制御することも可能であるが、図５に一点鎖線で示したように照度によって３００〜３０ｋΩあるいはそれ以上のレンジを持った可変抵抗と、これを制御する機構が必要となり、電子時計などの小型の装置に設けるのは難しく、また、コストアップになってしまう。
【０００９】
そこで、本発明においては、太陽電池のように発電特性が大きく変動する発電装置にも適用可能で、発電が開始されるとすぐに処理装置をスタートする電圧を確立でき、さらに、蓄電装置に対しても充電を行える電力制御装置を提供することを目的としている。そして、供給されるエネルギーが一定でなく、安定した電力の供給が望めない発電装置を用いた場合であっても、処理装置に安定した電力を長時間にわたって供給可能な電力制御装置および発電装置を提供することを目的としている。さらに、腕時計などのように小型の電子機器にも搭載可能な、小型で信頼性が高く、さらに、安価に実現可能な電力制御装置、発電装置およびこれを搭載した電子機器を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の電力制御装置においては、抵抗に代わり、ダイオードなどの定電圧素子を用いてスタート用の電圧を早急に確立し、それと共に継続的に蓄電装置に充電し、発電装置からの電力の供給が停止すると、蓄電装置から放電された電力を処理装置などの電力消費側に供給できるようにしている。すなわち、本発明の電力制御装置は、太陽電池から入力された直流電力を、直列接続された複数の定電圧手段を介して蓄電装置に供給可能な第１の供給部と、この第１の供給部と並列に接続され、電力消費装置に対し直流電力を供給可能な第２の供給部とを有しており、さらに、第１の供給部は、個々または複数の定電圧手段をバイパスする複数のスイッチ手段と、蓄電装置の充電電圧または第２の供給部の出力電圧の少なくともいずれかによってスイッチ手段を制御する制御手段とを備え、この制御手段は、太陽電池にかかる電圧が、高出力で給電可能な適正な範囲に収まるようにスイッチ手段を制御することを特徴としている。
【００１１】
本発明の電力制御装置においては、入力された直流電力が第１の供給部に印加され、蓄電装置に充電されると同時に定電圧手段によって所定の電圧が確保される。従って、第２の供給部に電力消費側の装置をスタートするために必要な電圧が現れ、蓄電装置の充電状態や電流の大小に係わらずスタートに必要な電圧を早急に確立できる。さらに、蓄電装置が充電され第１の供給部の電圧が上昇した場合は、スイッチ手段によって定電圧手段をバイパスして直流電流を蓄電装置に供給することが可能となるので、発電側にかかる電圧レベルを適正に保ち、高い充電効率を確保できる。また、ダイオード、バリスタなどの定電圧手段を用いることによって、電流の大小に係わらず安定した電圧を確保できるので、蓄電装置が適当に充電された後に定電圧手段を切替え、あるいは、切り離すことにより、第２の供給部から電力消費装置に安定した電力を供給できる。さらに、発電装置からの直流電力が急に遮断された場合であっても、蓄電装置は充電が進んでいるのでスイッチ手段を介して放電を行い、第１の供給部に並列に接続された第２の供給部から電力消費装置に直流電力を供給することができる。
【００１２】
さらに、第１の供給部には、直列に接続された複数の定電圧手段を設け、スイッチ手段により個々に、または複数の定電圧手段をバイパスすることによって発電装置にかかる電圧および第２の供給部の出力電圧を制御でき、さらに発電効率の高い条件で発電を行わせることが可能となる。
【００１３】
また、電力消費装置と並列に補助蓄電装置を接続し、電力消費装置に印加される電圧をさらに安定化させることが可能であり、蓄電装置側の充電電圧が十分でないときに補助蓄電装置から蓄電装置に対し充電が行われるのを防止するために第２の供給部は、電力消費装置に対し供給される電力の逆流を防止する逆流防止手段を設けることが望ましい。
【００１４】
定電圧手段としてダイオードの順方向バイアス電圧を用いていることが可能であり、他の回路要素と共に簡単に集積化を図り、小型で安価な電力制御装置を提供できる。
【００１５】
また、本発明の電力制御装置により、太陽電池と、太陽電池の直流電力を充放電可能な蓄電装置とを用いて、電力消費装置に対し安定した電力を供給可能な発電装置を提供でき、何時でも何処でも計時装置などの電力消費装置の機能を発揮させられる電子機器を提供できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図１に、本発明に係る太陽電池を備えた携帯型の電子機器を示してある。本例の電子機器１０は、太陽光のエネルギーを電力に変換する太陽電池１と、この太陽電池１から供給された電力を大容量の蓄電装置１３および計時装置などの処理装置９に供給する電力制御部２０を備えている。電力制御部２０は、蓄電装置１３に電力を供給する第１の供給部１１と、この第１の供給部１１に対し並列に接続され、処理装置９に電力を供給する第２の供給部１２を備えている。第１の供給部１１は、蓄電装置１３と直列に接続された定電圧部１４と、この定電圧部１４をバイパスするように設置されたバイパス部１５を備えている。また、第２の供給部は、処理装置９に対し並列に補助蓄電装置１６を接続できるようになっており、さらに、太陽電池１に対し補助蓄電装置１６から電力が逆流しないように逆流防止部１７としてダイオードが設置されている。さらに、蓄電装置１３から補助蓄電装置１６へ放電制御を行うスイッチ１８を備えている。本例の電子機器１０は、高電圧側Ｖｄｄが接地されて基準電圧となっている。このため、以下においては、出力電圧として低電圧側Ｖｓｓを参照し、電圧値は簡単のため全て絶対値で示すこととする。本例の電圧制御部２０は、さらに、太陽電池１から供給される電圧が高くなりすぎた場合に備えて、高電圧側Ｖｄｄと低電圧側Ｖｓｓを短絡するリミットスイッチ１９が設置されており、蓄電装置１３への過充電を防止し、処理装置９などに高電圧が印加されないようになっている。
【００１７】
本例の定電圧部１４は、直列に接続された２つのダイオード２１および２２から構成されている。また、バイパス部１５には、一方のダイオード２１をバイパスするスイッチ２３と、ダイオード２１および２２の両方をバイパスするスイッチ２４が設けられており、ダイオード２１および２２を個別にバイパスできるようになっている。ダイオード２１および２２は、図４に示すように、定電圧特性に近い電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性を備えており、電流が少ない場合でも所定の順方向バイアス電圧ＶＦ  （本例では０．６Ｖ程度）が得られる。そして、電流が大きくなってもこの値はそれほど変化せず、図５に示すように、抵抗のＩ−Ｖ特性と比較すると良好な定電圧特性が得られる。さらに、複数のダイオードを直列に接続することにより、順方向バイアス電圧ＶＦ  の値を任意に設定することができる。
【００１８】
本例の蓄電装置１３は、電気２重層型などの大容量のコンデンサ２によって構成され、補助蓄電装置１６は小容量のコンデンサ３によって構成されている。また、太陽電池１が発電を行っていない状態でコンデンサ２から放電された電圧が太陽電池１に印加されないようにダイオード２９が第１の供給部１１と太陽電池１の間に設置されており、コンデンサ２から太陽電池１への逆電流を防止している。
【００１９】
本例の電圧制御部２０は、さらに、電圧制御部２０内の諸電圧を監視してスイッチ類を制御する制御回路３０を備えている。制御回路３０は、蓄電装置１３の高電圧側の電圧ＶＳＣＰ  、低電圧側の電圧ＶＳＣＮ  、および処理装置９に供給される電圧Ｖｓｓを検出し、バイパス部１５のスイッチ２３および２４のそれぞれを制御する制御信号φ１およびφ２、蓄電装置１３から補助蓄電装置１６へ放電制御を行うスイッチ１８を制御する制御信号φ３およびリミットスイッチ１９を制御する制御信号φ４を出力する。本例のスイッチ２３、２４および１９はｐチャンネル型のＭＯＳトランジスタによって構成されており、また、スイッチ１８はｎチャンネル型のＭＯＳトランジスタによって構成されている。
【００２０】
次に、図２に示した本例の電力制御部２０のタイミングチャートおよび図３に示したフローチャートに基づき、本例の電力制御部２０の動作を説明する。図２において、実線は出力電圧Ｖｓｓを示し、一点鎖線は蓄電装置１３の高電圧側の値ＶＳＣＰ  を示す。また、破線は蓄電装置１３の充電電圧ＶＳＣを示し、高圧側の電圧ＶＳＣＰ  と低圧側の電圧ＶＳＣＮ  の差によって求められる。
【００２１】
蓄電装置１３に殆ど電荷が蓄積されておらず、充電電圧ＶＳＣがほぼ０Ｖの状態で太陽電池１に光が照射されたケースを説明する。時刻ｔ０に電力制御部２０はステップ５１の初期状態にあり、制御信号φ１、φ２およびφ４は低電圧で、制御信号φ３は高電圧であり、スイッチ１８、１９、２３および２４はオフになっている。従って、太陽電池１から供給された電力は、第１の供給部１１によって直列に接続された定電圧部１４および蓄電装置１３に供給される。第１の供給部１１においては、定電圧部１４を構成するダイオード２１および２２の順方向バイアス電圧ＶＦ  によって定電圧部１４で電圧降下が発生し、蓄電装置１３への供給電圧ＶＳＣＰ  が上昇する。本例の処理装置９のスタート可能な電圧はほぼ０．９Ｖであり、処理装置９の稼動・非稼動を制御する基準電圧Ｖ０は約０．９５Ｖに設定してある。
【００２２】
電力制御部２０の制御回路３０は、ステップ５２において供給電圧ＶＳＣＰ  を監視している。そして、定電圧部１４において順方向バイアス電圧が確立し、時刻ｔ１に供給電圧ＶＳＣＰ  が基準電圧Ｖ０を増加方向に通過すると、ステップ５３において、Ｖ０＋検出信号が高電圧になり、後述する基準電圧Ｖ１を検出する状態となる。また、Ｖ０−検出信号も高電圧になり、これにより、後述するステップ６２におけるＶ０−が検出可能な状態になる。Ｖ０−検出信号が高電圧の間に基準電圧Ｖ０が検出されると、電力制御部２０はリセットされ、ステップ５１に戻って初期状態から処理が開始される。
【００２３】
供給電圧ＶＳＣＰ  が基準電圧Ｖ０を通過すると、リセット（バー）検出信号が低電圧になる。処理装置９には、第１の供給部１１と並列に接続された第２の供給部１２を介して第１の供給部１１と同一の電圧の電力が供給されており、この電力によって処理装置９は時刻の表示や計時機能といった処理をスタートする。本例の電力制御部２０においては、図５に示すように照度が低く太陽電池１からは微小な電流しか供給されない場合であっても、第１の供給部１１に設けた定電圧部１４の順方向バイアス電圧によって第１の供給部１１に所定の電圧が確立され、第２の供給部１２にもその電圧が表れる。従って、太陽電池１から供給される電力が小さくてもすぐに処理装置９に必要な電圧を確保でき、処理装置９を素早くスタートさせることができる。逆に、図５に示すように、照度の高い光が与えられると太陽電池１からは大きな電流が流れる。しかしながら、本例の電力制御部２０の定電圧部１４には電流値に殆ど関係なく一定の電圧降下が生ずる。このため、太陽電池１から供給される電流値にほとんど影響されず、一定の電圧の電力を処理装置９に供給できる。
【００２４】
ステップ５３において処理装置９が即スタートした後、太陽電池１からの電力が継続して行われていると、定電圧部１４を介して蓄電装置１３が充電される。このため、蓄電装置１３の充電電圧ＶＳＣは上昇する。一方、供給電圧ＶＳＣＰ  は、定電圧部１４における電圧降下がほぼ一定であるので変化しない。ステップ５４において、制御回路３０は充電電圧ＶＳＣを監視しており、充電電圧ＶＳＣが順方向バイアス電圧ＶＦ  にほぼ等しい基準電圧Ｖ１（０．６Ｖ）に到達したか否かを判断する。ステップ５４において充電電圧ＶＳＣが基準電圧Ｖ１に到達していない場合は、ステップ６３において、充電電圧ＶＳＳが基準電圧Ｖ０より低下していないか否かを判断する。充電電圧ＶＳＣが基準電圧Ｖ１より低い状態で太陽電池の出力が零付近になると、定電圧部１４における電圧降下が低下し、補助蓄電装置１６へ充電がされず、出力電圧ＶＳＳが基準電圧Ｖ０より低下して処理装置９を稼動させる出力電圧Ｖｓｓが確保できない。そこで、本例では電力制御部２０の状態を初期状態に戻してステップ５１からの処理をやり直すようにしている。
【００２５】
時刻ｔ２に充電電圧ＶＳＣが基準電圧Ｖ１に到達すると、Ｖ１検出信号が出力され、ステップ５５において制御信号φ１が高電圧になりスイッチ２３がオンされる。これによって、定電圧部１４の１つのダイオード２１がスイッチ２３によってバイパスされる。従って、定電圧部１４における電圧降下は半分に低下する。しかしながら、蓄電装置１３には定電圧部１４で低下した電圧に相当する充電電圧ＶＳＣが確立されているので、出力電圧Ｖｓｓは処理装置９の稼動に必要な電圧以下にならず、安定した電力の供給が可能となる。一方、太陽電池１においては、図５に示したように、太陽電池１にかかる電圧が開放電圧まで高くなることはなく、高出力で給電可能な適正な範囲に収められるので高効率で発電が行える。制御装置３０は、ステップ５６において、継続して充電電圧ＶＳＣを監視しており、定電圧部１４における電圧降下にほぼ等しい基準電圧Ｖ２に到達したか否かを判断する。ステップ５６において充電電圧ＶＳＣが基準電圧Ｖ２に到達していない場合は、ステップ５７において、充電電圧ＶＳＳが基準電圧Ｖ０より低下していないか否かを判断する。充電電圧ＶＳＣが基準電圧Ｖ２より低い状態で太陽電池の出力が零付近になると、定電圧部１４における電圧降下が低下し、補助蓄電装置１６へ充電がされず、出力電圧ＶＳＳが基準電圧Ｖ０より低下して処理装置９を稼動させる出力電圧Ｖｓｓが確保できない。そこで、本例では電力制御部２０の状態を初期状態に戻してステップ５１からの処理をやり直すようにしている。もちろん、制御信号φ１を低電圧にして定電圧部１４のダイオード２１を復帰させ、定電圧部１４の電圧降下を増加させることによって処理装置９に必要な電圧を再確立させても良い。
【００２６】
第２の供給部１２においては、第１の供給部の電圧ＶＳＣＮ  が低下して補助蓄電装置１６の充電電圧以下になっても、スイッチ１８によって補助蓄電装置１６から蓄電装置１３には逆流しないようになっている。また、ダイオード１７によって太陽電池１への逆流も防止されている。従って、定電圧部１４の電圧が降下しても、補助蓄電装置１６に一端蓄えられた電力は蓄電装置１３の側に戻されず、処理装置９は補助蓄電装置１６で所定の電圧が保持できる間は処理を継続して行うことができる。
【００２７】
一方、太陽電池１が継続して発電を行い、時刻ｔ３に充電電圧ＶＳＣが基準電圧Ｖ２（１．２Ｖ）に達すると、Ｖ２検出信号が出力され、制御回路３０においては、ステップ５８で制御信号φ２が高電圧に、また、制御信号φ３が低電圧になる。これによって、定電圧部１４の２つのダイオード２１および２２がスイッチ２４によってバイパスされる。従って、太陽電池１の出力は直に蓄電装置１３に供給される。定電圧部１４をバイパスすることによって定電圧部１４における電圧降下はなくなるが、充電電圧ＶＳＣが処理装置９を稼動するために必要な電圧以上になっているので、第２の供給部１２を通して処理装置９には安定した電力が供給される。また、太陽電池１においては、電池にかかる電圧が下げられ、発電効率の良好な適正な範囲に電圧が保持される。従って、第１の供給部１１によって急速に蓄電装置１３を充電でき、同時に、第２の供給部１２から十分な電力を処理装置９に供給できる。さらに、本例の電力制御部２０においては、制御信号φ３によってスイッチ１８がオンし、太陽電池からの出力がない場合に、蓄電装置１３から補助蓄電装置１６へ電力を供給する。
【００２８】
本例の電力制御装置２０は、出力電圧Ｖｓｓの監視を継続し、ステップ５９において、過電圧状態になったことを示す基準電圧Ｖ３と比較する。そして、太陽電池１からの電力供給が増加し、蓄電装置１３の蓄電も十分であると、時刻ｔ４に出力電圧Ｖｓｓが基準電圧Ｖ３（２．４Ｖ）以上に達する。これにより、ステップ６０において、Ｖ３検出信号が出力され制御回路３０から制御信号φ４が高電圧となって出力される。この制御信号φ４によってリミッタスイッチ１９がオンし、太陽電池１の高電圧側Ｖｄｄと低電圧側Ｖｓｓが短絡され、太陽電池１から蓄電装置１３への電力供給が停止される。従って、出力電圧Ｖｓｓを処理装置９などに悪影響を与えない範囲に止めることができる。
【００２９】
一方、ステップ５９において、例えば時刻ｔ５に出力電圧Ｖｓｓが基準電圧Ｖ３を下回ると、ステップ６１において制御信号φ４が低電圧になりリミッタスイッチ１９がオフされる。これによって、太陽電池１は蓄電装置１３への電力供給を再開し、電圧制御部２０を介して蓄電装置１３および処理装置９に電力が供給される。
【００３０】
ここで、時刻ｔ５に太陽電池１への光が遮断され、太陽電池１から電力が供給されなくなったとする。太陽電池１から電力が供給されないので、蓄電装置１３は充電状態から放電状態に代わり、蓄電装置１３が電源となって第１の供給部１１および、この第１の供給部１１に並列に接続された第２の供給部１２を介して処理装置９に電力が供給される。このとき、ダイオード２１および２２を備えた定電圧部１４はバイパス部１５によってバイパスされ、蓄電装置１３から処理装置９へ電力を供給する抵抗にならないようになっている。
【００３１】
電力制御部２０の制御回路３０は、処理装置９に供給されている出力電圧Ｖｓｓを継続して監視しており、ステップ６２において、基準電圧Ｖ０を下回らないか否かを判断する。時刻ｔ６に、出力電圧Ｖｓｓが基準電圧Ｖ０以下に低下すると、Ｖ０−検出信号が低電圧になり、制御信号φ１およびφ２が低電圧になり、制御信号φ３が高電圧になる。これにより、スイッチ１８、２３および２４がオフされ、ステップ５１の初期状態に戻される。この状態においては、第２の供給部１２から処理装置９に供給される電圧は、処理装置９の稼動に必要な電圧を下回るので、補助蓄電装置１６に蓄えられた電力を消費すると処理装置９は稼動を停止する。そして、次に太陽電池１に光が照射され、微量な電流が流れだすと上述したように定電圧部１４によってすぐにスタートに必要な電圧が確立されるので、処理装置９における処理がすぐに再開される。
【００３２】
このように、本例の電圧制御部２０およびこれを用いた電子機器１０においては、定電圧部１４を介して入力された直流電力が蓄電装置１３に供給される。このため、蓄電装置１３の状態、および太陽電池１から供給される電流の大小に係わらず処理装置９がスタートするために必要な電圧がすぐに確保できる。従って、太陽電池１に照射された光の照度が低い場合であっても、すぐに処理装置９をスタートできる。また、太陽電池１に高い照度の光が照射された場合であっても、定電圧部１４においては、ほぼ一定の電圧降下が得られるので急激に電圧が上昇することもなく、太陽電池１を発電効率の高い状態に保持できる。従って、蓄電装置の充電も順調に行える。
【００３３】
さらに、本例の電力制御部２０においては、定電圧部１４を介して蓄電装置１３に電力が供給されるので、第２の供給部から処理装置９に太陽電池１からの電力が供給されると同時に、第１の供給部において蓄電装置１３の充電も行われる。また、定電圧部１４における電圧降下が一定値に保たれるため、蓄電装置１３の充電電圧ＶＳＣを参照して定電圧部１４のにおける電圧切替えを行うことが可能である。従って、蓄電装置１３が所定の電圧に達するまで充電が行われた後に定電圧部１４の電圧切替えたり、あるいは全てバイパスできる。このため、処理装置９に供給される出力電圧Ｖｓｓが稼動可能な範囲に収まるように安定した電圧制御が可能となる。また、定電圧部１４における電圧降下がほぼ一定しているため、出力電圧Ｖｓｓから充電電圧ＶＳＣを判定することも可能である。
【００３４】
このように、本例の電力制御部２０を採用することによって、太陽電池１のように外界から供給されるエネルギー密度の変化などによってＩ−Ｖ特性が大きく変動する発電装置を用いた電子機器であっても、発電が開始されるとすぐに処理装置をスタートさせることが可能となる。ダイオードなどの定電圧素子を用いることにより、発電装置から供給される電流の大小に係わりなく、すぐにスタートに必要な電圧を確立でき、定電圧部のダイオードを順次バイパスすることによって処理装置に安定した電圧を供給でき、同時に高い発電効率が得られる。また、発電装置から電力が供給されると常に蓄電装置には充電が行われるので、発電装置から電力が継続して供給されないときは、蓄電装置から放電することによって処理装置へ電力を安定して供給できる。
【００３５】
さらに、本例の電力制御部２０は、ダイオードなどの定電圧素子を用いて構成が可能なので、非常に簡素な構成で信頼性が高く小型の装置として実現できる。定電圧素子としてバリスタやツェナーダイオードなどを用いることももちろん可能であるが、半導体基板上に作り込み可能なダイオードであっても良く、他の制御回路あるいは処理装置と共に１チップ化することも可能である。従って、本例の電力制御部２０は、腕装着型の電子時計などに簡単に組み込むことが可能であり、発電効率が高く、即スタート可能な電子機器を安価に提供することができる。
【００３６】
なお、本例においては、定電圧部１４に２つのダイオードを用いているが、１つでも良く、あるいは、３つ以上のダイオードを用いて細かいステップで電圧制御を行うことももちろん可能である。さらに、定電圧部およびバイパス部は本例とは逆に蓄電装置のＶｓｓ側に設けてももちろん良い。また、本例の電力制御部２０は、太陽電池のように出力電流の範囲が広い発電装置に特に適しているが、重りの運動によってロータを回転させて発電を行う発電装置など、他の発電装置から供給される電力を制御して、処理装置を即スタートさせることももちろん可能である。
【００３７】
また、本発明は上記の実施例で説明した時計機能を備えた電子機器に限定されるものではなく、ページャー、電話機、無線機、補聴器、万歩計、電卓、電子手帳などの情報端末、ＩＣカード、ラジオ受信機などの電力を消費して動作する様々な処理装置を組み込むことができる。また、本例の電力制御部を発電装置および蓄電装置と組み合わせることによって、これらの処理装置に対し電力を供給する発電装置として提供することも可能である。本例の電力制御装置、発電装置および電子機器においては、太陽電池などの発電装置から様々な処理装置に対し十分な電力を供給することが可能であり、いつでも何処でも電池切れや交換などの心配をせずに処理装置の機能を十分に発揮させることが可能となる。
【００３８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の電力制御装置は、ダイオードなどの定電圧手段を蓄電装置に直列に接続し、この定電圧手段における電圧降下によって電力消費装置を即スタートできる電圧を確保できるようにしている。従って、太陽電池のように照度によって出力される電流が大きく変動するような発電装置に対しても、簡単な構成でスタートに必要な電圧を早急に確立させることができる。さらに、定電圧手段における電圧降下の値がほぼ一定しているので、蓄電装置を常時充電し、その充電電圧を参照しながら電力消費装置に供給される電圧の制御が可能である。このため、発電装置が発電を行っている間、および、発電装置が発電を停止した後も電力消費装置に電力を安定して供給することができる。また、発電装置にかかる電圧も発電効率の高い状態に保持できるので、発電装置の能力の十分に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電力制御部を備えてた電子機器の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す電力制御部の動作を示すタイミングチャートである。
【図３】図１に示す電力制御部における処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】定電圧素子として用いられているダイオードの電流−電圧特性を示す図である。
【図５】太陽電池の電流−電圧特性を示す図である。
【図６】太陽電池を用い、即スタート機能を備えた装置の例を示す図である。
【図７】重りなどの運動エネルギーから発電を行う発電装置を用い、即スタート機能を備えた装置の例を示す図である。
【符号の説明】
１・・太陽電池
２・・大容量コンデンサ
３・・サブコンデンサ
１０・・電子機器
１１・・第１の供給部
１２・・第２の供給部
１３・・蓄電装置
１４・・定電圧部
１５・・バイパス部
１６・・補助蓄電装置
１７・・逆流防止部
１８・・放電スイッチ
１９・・リミットスイッチ
２０・・電力制御部
２１、２２・・ダイオード
２３、２４・・バイパススイッチ
３０・・制御回路
【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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