(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源ラインにカソードが接続され、アノードが入力交流の正側に接続された第１のダイオード、前記第１のダイオードに並列接続された第１のバイパススイッチ、および前記第１のダイオードに順方向電圧が生じたときに前記第１のバイパススイッチをオンする第１の制御手段を有する第１の一方向性ユニットと、電源ラインにカソードが接続され、アノードが前記入力交流の負側に接続された第２のダイオード、前記第２のダイオードに並列接続された第２のバイパススイッチ、および前記第２のダイオードに順方向電圧が生じたときに前記第２のバイパススイッチをオンする第２の制御手段を有する第２の一方向性ユニットと、前記第１のダイオードのアノードにカソードが接続され、アノードが接地された第３のダイオードと、前記第２のダイオードのアノードにカソードが接続され、アノードが接地された第４のダイオードとを有し、前記第１、第２の一方向性ユニットを前記入力交流の正側整流用と負側整流用にそれぞれ用いる電源装置であって、
前記第１のダイオードに順方向電圧が生じる期間を含む、前記入力交流の正側の電圧値が正となる期間では前記第２の制御手段への給電を停止する一方、前記第２のダイオードに順方向電圧が生じる期間を含む、前記入力交流の負側の電圧値が正となる期間では前記第１の制御手段への給電を停止する給電停止手段を具備することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記給電停止手段は、前記入力交流の正側の電圧値が所定の値を超えているか否かを判定する第１の判定手段と、前記入力交流の負側の電圧値が所定の値を超えているか否かを判定する第２の判定手段を具備し、前記第１の判定手段の判定結果に従って前記第２の制御手段への給電を停止し、第２の判定手段の判定結果に従って前記第１の制御手段への給電を停止することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記第２のバイパススイッチがオン状態のときに前記第１の判定手段への給電を停止し、前記第１のバイパススイッチがオン状態のときに前記第２の判定手段への給電を停止する第２給電停止手段を有することを特徴とする請求項１または２記載の電源装置。
【請求項４】
前記第３のダイオードに並列接続され、前記第２の判定手段の判定結果に従ってオン／オフする第３のバイパススイッチと、
前記第４のダイオードに並列接続され、前記第１の判定手段の判定結果に従ってオン／オフする第４のバイパススイッチと
を具備することを特徴とする請求項２または３記載の電源装置。
【請求項５】
前記パイパススイッチは電界効果型トランジスタであり、前記ダイオードは前記電界効果型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４いずれかに記載の電源装置。
【請求項６】
請求項１乃至５いずれかに記載の電源装置と、
前記電源装置への入力交流電力を発生する交流電力発生手段と、
前記電源装置から出力される直流電力を蓄電する蓄電手段と
を具備することを特徴とする発電装置。
【請求項７】
請求項６に記載の発電装置を搭載し、前記発電装置から電源供給を受ける電子装置を有したことを特徴とする電子機器。
【請求項８】
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６記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、稼働時の消費電流を低減することができる電源装置、発電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電圧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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の制御回路は、一般にコンパレータなどの素子を用いているが、発電状態を俊敏に検出する必要があるため高速の素子が用いられる。このため、この制御回路での消費電流が大きくなるという問題があった。
特に、この種の電源装置を携帯型の電子機器（例えば、電子式腕時計）に搭載する場合には、この消費電流を抑えることが重要な課題となっていた。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、制御回路での消費電力を抑えることができる電源装置、発電装置および電子機器を提供することを目的としている。
【０００４】
【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に記載の電源装置においては、電源ラインにカソードが接続され、アノードが入力交流の正側に接続された第１のダイオード、前記第１のダイオードに並列接続された第１のバイパススイッチ、および前記第１のダイオードに順方向電圧が生じたときに前記第１のバイパススイッチをオンする第１の制御手段を有する第１の一方向性ユニットと、電源ラインにカソードが接続され、アノードが前記入力交流の負側に接続された第２のダイオード、前記第２のダイオードに並列接続された第２のバイパススイッチ、および前記第２のダイオードに順方向電圧が生じたときに前記第２のバイパススイッチをオンする第２の制御手段を有する第２の一方向性ユニットと、前記第１のダイオードのアノードにカソードが接続され、アノードが接地された第３のダイオードと、前記第２のダイオードのアノードにカソードが接続され、アノードが接地された第４のダイオードとを有し、前記第１、第２の一方向性ユニットを入力交流の正側整流用と負側整流用にそれぞれ用いる電源装置であって、前記第１のダイオードに順方向電圧が生じる期間を含む、前記入力交流の正側の電圧値が正となる期間では前記第２の制御手段への給電を停止する一方、前記第２のダイオードに順方向電圧が生じる期間を含む、前記入力交流の負側の電圧値が正となる期間では前記第１の制御手段への給電を停止する給電停止手段を具備することを特徴とする。
また、請求項２に記載の電源装置にあっては、請求項１記載の電源装置において、前記給電停止手段は、前記入力交流の正側の電圧値が所定の値を超えているか否かを判定する第１の判定手段と、前記入力交流の負側の電圧値が所定の値を超えているか否かを判定する第２の判定手段を具備し、前記第１の判定手段の判定結果に従って前記第２の制御手段への給電を停止し、第２の判定手段の判定結果に従って前記第１の制御手段への給電を停止することを特徴とする。
また、請求項３に記載の電源装置にあっては、請求項１または２記載の電源装置において、前記第２のバイパススイッチがオン状態のときに前記第１の判定手段への給電を停止し、前記第１のバイパススイッチがオン状態のときに前記第２の判定手段への給電を停止する第２給電停止手段を有することを特徴とする。
また、請求項４に記載の電源装置にあっては、請求項２または３記載の電源装置において、前記第３のダイオードに並列接続され、前記第２の判定手段の判定結果に従ってオン／オフする第３のバイパススイッチと、前記第４のダイオードに並列接続され、前記第１の判定手段の判定結果に従ってオン／オフする第４のバイパススイッチとを具備することを特徴とする。
また、請求項５に記載の電源装置にあっては、請求項１乃至４いずれかに記載の電源装置にあって、前記パイパススイッチは電界効果型トランジスタであり、前記ダイオードは前記電界効果型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に記載の発電装置にあっては、請求項１乃至５いずれかに記載の電源装置と、前記電源装置への入力交流電力を発生する交流電力発生手段と、前記電源装置から出力される直流電力を蓄電する蓄電手段とを具備することを特徴とする。
また、請求項７に記載の電子機器にあっては、請求項６に記載の発電装置を搭載し、前記発電装置から電源供給を受ける電子装置を有したことを特徴とする。
また、請求項８に記載の電子機器にあっては、請求項７に記載の電子装置は電子式時計であることを特徴とする。
【０００５】
【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。
【０００６】
図１において、ＡＧは交流発電機であり、当該腕時計の動に応じた発電を行う。ここで、図２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。
【０００７】
交流発電機ＡＧから出力された交流は、本実施形態である充電回路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。
【０００８】
次に、充電回路２４について図１を参照して説明する。この図において、Ｎ１はＮＭＯＳトランジスタであり、Ｄはその寄生ダイオードである。このＮＭＯＳトランジスタＮ１は、コンパレータＣＯＭ３によってオン／オフ制御される。これらにより、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（寄生ダイオードＤを含む）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（寄生ダイオードＤを含む）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（寄生ダイオードＤを含む）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。
【０００９】
上記構成において、コンパレータＣＯＭ１は発電器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は発電器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は参照電圧Ｖｒｅｆ２と出力端ＡＧ２の電位とを比較し、コンパレータＣＯＭ４は参照電圧Ｖｒｅｆ１と出力端ＡＧ１の電位とを比較する。
【００１０】
コンパレータＣＯＭ１には、その出力端と正電源端との間にスイッチング素子Ｓ１が介挿され、その負側の電源入力端と接地間にスイッチング素子Ｓ２が介挿されている。これらスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２はコンパレータＣＯＭ３の出力信号φＮ１によってオン／オフ制御される。コンパレータＣＯＭ３には、その出力端と接地との間にスイッチング素子Ｓ５が介挿され、その負側の電源入力端と接地間にスイッチング素子Ｓ６が介挿されている。これらスイッチング素子Ｓ５、Ｓ６はコンパレータＣＯＭ１の出力信号φＰ１によってオン／オフ制御される。
【００１１】
また、コンパレータＣＯＭ２には、その出力端と正電源端との間にスイッチング素子Ｓ３が介挿され、その負側の電源入力端と接地間にスイッチング素子Ｓ４が介挿されている。これらスイッチング素子Ｓ３、Ｓ４はコンパレータＣＯＭ４の出力信号φＮ２によってオン／オフ制御される。コンパレータＣＯＭ４には、その出力端と接地との間にスイッチング素子Ｓ７が介挿され、その負側の電源入力端と接地間にスイッチング素子Ｓ８が介挿されている。これらスイッチング素子Ｓ７、Ｓ８は信号φＰ２によってオン／オフ制御される。
【００１２】
上述したスイッチング素子Ｓ１とＳ２は相補的にオン／オフし、信号φＮ１がＨレベルのときスイッチング素子Ｓ１がオンでスイッチング素子Ｓ２がオフ、信号φＮ１がＬレベルのときスイッチング素子Ｓ１がオフでスイッチング素子Ｓ２がオンになる。同様にして、スイッチング素子Ｓ３とＳ４、スイッチング素子Ｓ５とＳ６、スイッチング素子Ｓ７とＳ８は各々相補的にオン／オフするように構成されている。
また、上記構成における参照電圧Ｖｒｅｆ１は、発電器ＡＧの出力が確実に正側（端子ＡＧ１が＋、端子ＡＧ２が−になる発電期間）に入ったことを判定できる値に設定され、参照電圧Ｖｒｅｆ２は、発電器ＡＧの出力が確実に負側（端子ＡＧ１側が−、端子ＡＧ２側が＋になる発電期間）に入ったことを判定できる値に設定されている。これら参照電圧Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２は、制御上の問題がなければ０電位（接地電位）に近い値に設定してもよい。
【００１３】
Ｂ：実施形態の動作
まず、交流発電機ＡＧに起電力が発生し、たとえば、端子ＡＧ１から図３（イ）に示すような電位が生じると、この電位が参照電圧Ｖｒｅｆ１を越える時刻ｔ１において、コンパレータＣＯＭ４の出力信号φＮ２がＨレベルになる（図３（ヘ）参照）。この結果、スイッチング素子Ｓ３がオン状態、Ｓ４がオフ状態になる。このとき、ＮＭＯＳトランジスタＮ２はオン状態である。スイッチング素子Ｓ３がオン状態になると、ＰＭＯＳトランジスタＰ２のゲート電位（すなわち、信号φＰ２）が正電源電圧Ｖｄｄに固定されてＨレベルになるため、ＰＭＯＳトランジスタＰ２はオフ状態となる。また、スイッチング素子Ｓ４がオフ状態になるので、コンパレータＣＯＭ２は、電源が遮断されて停止状態になる。
【００１４】
また、信号φＰ２がＨレベルのときは、スイッチング素子Ｓ８がオン状態、Ｓ７がオフ状態にある。ここで、図３（ヲ）にスイッチング素子Ｓ７のオン／オフ状態を示す。なお、この図においては、時刻ｔ１の前から、スイッチング素子Ｓ８がオン状態、Ｓ７がオフ状態にあった場合を想定している。
【００１５】
スイッチング素子Ｓ８がオン状態であると、コンパレータＣＯＭ４は電源供給状態にあり、その出力信号φＮ２は、比較動作の結果（端子ＡＧ２の電位と参照電圧Ｖｒｅｆ１の比較）に対応した値をとる。この時点（時刻ｔ１の直後）においては、信号φＮ２は前述のようにＨレベルである。
【００１６】
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を時刻ｔ２において上回ると、コンパレータＣＯＭ１の出力信号φＰ１がＬレベルになり（図３（ハ）参照）、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。
【００１７】
このとき、信号φＰ１がＬレベルになるので、スイッチング素子Ｓ６がオフ状態、Ｓ５がオン状態になる。この結果、コンパレータＣＯＭ３の電源が遮断されてコンパレータＣＯＭ３は非動作状態になり、ＮＭＯＳトランジスタＮ１のゲート電位が接地電位に固定され、ＮＭＯＳトランジスタＮ１はオフ状態に固定される。この結果、信号φＮ１はＬレベルになり、スイッチング素子Ｓ１はオフ状態、Ｓ２はオン状態になる。
【００１８】
次に、時刻ｔ３になって端子ＡＧ１の電位がＶｄｄを下回ると、コンパレータＣＯＭ１の出力信号φＰ１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。
【００１９】
また、信号φＰ１がＨレベルになると、スイッチング素子Ｓ６がオン、Ｓ５がオフとなり（図３（ル）参照）、コンパレータＣＯＭ３が比較動作を開始し、その出力信号φＮ１は比較結果に応じた値をとる。そして、端子ＡＧ１の電位が図３（イ）の時刻ｔ４において、参照電圧Ｖｒｅｆ１を下回ると、コンパレータＣＯＭ４の出力信号φＮ２がＬレベルになり、ＮＭＯＳトランジスタＮ２がオフする。信号φＮ２がＬレベルになると、スイッチング素子Ｓ３がオフ、Ｓ４がオン状態になり、コンパレータＣＯＭ２が比較動作を開始し、その出力信号φＰ２は比較結果に応じた値をとる。
【００２０】
次に、交流発電機ＡＧから逆方向の電流が出力され、端子ＡＧ２から正の電圧が出力されると（図３（ロ）参照）、コンパレータＣＯＭ３が、その電圧値と参照電圧Ｖｒｅｆ２とを比較する。今、図３に示す時刻ｔ５において、端子ＡＧ２の電位が参照電圧Ｖｒｅｆ２を越えると、時刻ｔ１の場合とは逆に、コンパレータＣＯＭ１が電源遮断状態になり、また、ＰＭＯＳトランジスタＰ１がオフ状態になる。すなわち、交流発電機ＡＧが逆方向の電流が出力されている期間は、一方向性ユニット３と１の役割が入れ替わり、また、一方向性ユニット４と２の役割が入れ替わる。
【００２１】
以上のようにして、一方向性ユニット２、３が充電経路を構成するとき（例えば、図３の時刻ｔ２〜ｔ３）には、使用していないコンパレータＣＯＭ２、３は電源遮断し、同様に一方向性ユニット１、４が充電経路を構成するとき（例えば、図３の時刻ｔ６〜ｔ７）には、使用していないコンパレータＣＯＭ１、４の電源を遮断する。また、コンパレータＣＯＭ２は交流発電機ＡＧの起電力の正側の期間（ＡＧ１端子の電位が接地に対して正となった場合）は、ほとんど電源供給を受けておらず、同様にコンパレータＣＯＭ１は、交流発電機ＡＧの起電力の負側の期間（ＡＧ２端子の電位が接地に対して正になった場合）は、ほとんど電源供給を受けていない。これらのコンパレータＣＯＭ１、２は、発電器ＡＧの出力電圧が大容量コンデンサ５の端子電圧を上回ったか否かを瞬時に判定できないと充電効率が下がってしまうため高速動作が要求され、その分消費電流も大きい。したがって、本実施形態のように、コンパレータＣＯＭ１、２が使用されない期間において給電遮断されると、回路全体での消費電流は著しく低減される。
【００２２】
本実施形態は、本発明を腕時計に適用したので、次のような顕著な効果が得られる。すなわち、腕時計に組み込まれる発電機は極めて小さな形状となるため、起電圧はどうしても低くなり、整流効率が悪くなるが、本実施形態によれば、コンパレータが使用されない期間においてはその給電が遮断されるので、大容量コンデンサ５の電荷を無駄にすることがなく、腕時計には極めて好適である。
【００２３】
なお、本実施形態においてＶｄｄ側をグランド電位とするような構成に変更しても、上記と同様の動作および効果が得られる。
【００２４】
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。
【００２５】
（２）コンパレータＣＯＭ３、ＣＯＭ４の電源については制御を省略してもよい。これはコンパレータＣＯＭ１、ＣＯＭ２は、高速性が要求され、消費電流が大きいが、コンパレータＣＯＭ３、ＣＯＭ４はさほど高速性が要求されないため消費電流の小さい素子を使うことができるからである。したがって、低消費電力化がさほど要求されない状況においては、コンパレータＣＯＭ３、ＣＯＭ４の電源は常時供給されるように構成してもよい。具体的には、図１に示す回路において、スイッチング素子Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８を省略すればよい。
【００２６】
（３）上述の実施形態は、ブリッジ整流を行う例であったが、全波整流を行うようにすれば他の回路構成でもよい。すなわち、一方向性ユニット１および２を用いて全波整流を行う構成にし、一方が整流を行わない期間においては、そのコンパレータ（ＣＯＭ１または２）の給電を停止するように構成すればよい。
【００２７】
（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。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の発明によれば、回路の消費電流を大きく低減することができる。
【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回路図である。
【図２】同実施形態において用いる発電器ＡＧの構成を示す斜視図である。
【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。
【符号の説明】
１〜４  一方向性ユニット
５  大容量コンデンサ（蓄電手段）
９  処理回路（電子装置）
ＡＧ  交流発電機（交流電力発生手段）
ＣＯＭ１  コンパレータ（第１の制御手段）
ＣＯＭ２  コンパレータ（第２の制御手段）
ＣＯＭ３  コンパレータ（給電停止手段：第２の判定手段）
ＣＯＭ４  コンパレータ（給電停止手段：第１の判定手段）
Ｓ２、Ｓ４  スイッチング手段（給電停止手段）
Ｓ６、Ｓ８  スイッチング手段（第２給電停止手段）
Ｐ１  ＰＭＯＳトランジスタ（第１のバイパススイッチ：電界効果トランジスタ）
Ｐ２  ＰＭＯＳトランジスタ（第２のバイパススイッチ：電界効果トランジスタ）
Ｎ１  ＮＭＯＳトランジスタ（第３のバイパススイッチ：電界効果トランジスタ）
Ｎ２  ＮＭＯＳトランジスタ（第４のバイパススイッチ：電界効果トランジスタ）
Ｄ  ダイオード（寄生ダイオード）
【図１】
0003575257.tif 000002
【図２】
0003575257.tif 000003
【図３】
0003575257.tif 000004