(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リアルタイムクロック回路のバックアップ電源回路において、
主電源により充電されるバックアップ電源と、
前記主電源と、前記リアルタイムクロック回路の電源端子間に介挿された第１スイッチ手段と、
前記バックアップ電源と、前記リアルタイムクロック回路の電源端子間に介挿された第２スイッチ手段と、
前記主電源の電圧を検出し、該電圧が第１検出電圧以下の場合には、前記第１スイッチ手段をオフする第１電圧検出回路と、
前記主電源の電圧を検出し、該電圧が第２検出電圧以上の場合には、前記第２スイッチ手段をオフする第２電圧検出回路と
を具備するリアルタイムクロック回路のバックアップ電源回路。
【請求項２】
リアルタイムクロック回路のバックアップ電源回路において、
主電源により充電されるバックアップ電源と、
前記主電源と、前記リアルタイムクロック回路の電源端子間に介挿された第１スイッチ手段と、
前記バックアップ電源と、前記リアルタイムクロック回路の電源端子間に介挿された第２スイッチ手段と、
前記主電源の電圧を検出し、該電圧が第１検出電圧以下の場合には、前記第１スイッチ手段をオフする第１電圧検出回路と、
前記リアルタイムクロック回路の電源電圧を検出し、該電圧が第２検出電圧以上の場合には、前記第２スイッチ手段をオフする第２電圧検出回路と
を具備するリアルタイムクロック回路のバックアップ電源回路。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のリアルタイムクロック回路のバックアップ電源回路において、
前記第１検出電圧は、前記第２検出電圧より低い電圧であることを特徴とするリアルタイムクロック回路のバックアップ電源回路。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一つに記載のリアルタイムクロック回路のバックアップ電源回路において、
前記第１検出電圧は、前記主電源によって駆動される負荷回路の作動下限電圧よりやや高い電圧であることを特徴とするリアルタイムクロック回路のバックアップ電源回路。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一つに記載のリアルタイムクロック回路のバックアップ電源回路において、
前記第２検出電圧は、前記バックアップ電源の充電上限電圧以下の電圧であることを特徴とするリアルタイムクロック回路のバックアップ電源回路。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一つに記載のリアルタイムクロック回路のバックアップ電源回路において、
前記第１電圧検出回路、もしくは前記第２電圧検出回路、もしくは両電圧検出回路の検出電圧を設定するためのトリミング手段を備えたことを特徴とするリアルタイムクロック回路のバックアップ電源回路。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一つに記載のリアルタイムクロック回路のバックアップ電源回路において、
前記バックアップ電源に二次電池を用いたことを特徴とするリアルタイムクロック回路のバックアップ電源回路。
【請求項８】
請求項１から請求項６のいずれか一つに記載のリアルタイムクロック回路のバックアップ電源回路において、
前記バックアップ電源に大容量キャパシタを用いたことを特徴とするリアルタイムクロック回路のバックアップ電源回路。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一つに記載のリアルタイムクロック回路のバックアップ電源回路において、
前記リアルタイムクロック回路、前記第１スイッチ手段、前記第２スイッチ手段、前記第１電圧検出回路、および前記第２電圧検出回路を、１チップに集積したことを特徴とするリアルタイムクロック半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リアルタイムクロック回路のバックアップ電源回路およびそれを搭載した半導体装置に関し、特にバックアップ電源として充電可能な電源を用いたリアルタイムクロック回路のバックアップ電源回路、および、そのバックアップ電源回路を半導体で構成した装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近の電子機器では、主電源のオン／オフに係わらず動作を継続する必要のある回路が増加してきている。リアルタイムクロック回路も、その１つに含まれる。
リアルタイムクロック回路は、時計機能を備えた回路であるため、その性格上２４時間連続して動作する必要がある。従って、リアルタイムクロック回路に通常電力を供給している電子機能の主電源の電圧が、リアルタイムクロック回路の最低動作電圧以下まで低下したときには、必ず何等かのバックアップ電源に切り換えて動作を継続させるようになっている。
【０００３】
図３は、従来のバックアップ電源として二次電池を用いたリアルタイムクロック回路の回路構成図である。
Ｖｉｎは主電源、３０は主電源Ｖｉｎにより電力供給される負荷回路、１０はリアルタイムクロックＩＣ、２０は二次電池である。リアルタイムクロックＩＣ１０は、リアルタイムクロック回路（ＲＴＣ）１１とダイオードＤ１で構成されており、主電源端子Ｖｃｃと二次電池接続端子Ｖｂを備えている。
【０００４】
ダイオードＤ１のアノードは主電源端子Ｖｃｃに、カソードはリアルタイムクロック回路１１の電源端子に接続されると共に、二次電池接続端子Ｖｂにも接続されている。
リアルタイムクロックＩＣ１０の主電源端子Ｖｃｃには、主電源Ｖｉｎと負荷回路３０が接続されている。二次電池接続端子Ｖｂには、二次電池２０が接続されている。二次電池２０内の抵抗ｒは、電池の内部抵抗であり、２１は保護抵抗である。
【０００５】
以下、図３に示す回路の動作を説明する。
主電源Ｖｉｎの電圧が二次電池２０の電圧より高い場合には、リアルタイムクロック回路１１への給電はダイオードＤ１を介して主電源Ｖｉｎから行われると共に、主電源Ｖｉｎにより二次電池２０が充電される。
一方、主電源Ｖｉｎの電圧が何等かの原因で二次電池２０の電圧より低くなると、ダイオードＤ１はオフするので、リアルタイムクロック回路１１への給電は二次電池２０から行われるようになる。
【０００６】
しかしながら、この回路は、スイッチ手段にオン時の電圧降下が大きいダイオードＤ１を用いているため、主電源Ｖｉｎの電圧は、二次電池２０の満充電電圧より、さらにダイオードＤ１の順方向電圧だけ高い電圧にしなければならず、電圧のロスが大きい。特に、最近の電子機器の電圧は省電力化の影響で低電圧動作となっているため、ダイオードＤ１の順方向電圧の影響は大きく、電力効率を下げてしまう。
また、二次電池２０の代わりに大容量キャパシタを用いた場合には、ダイオードＤ１の順方向電圧分だけ充電電圧が低くなり、主電源Ｖｉｎがオフした場合のバックアップ時間が短かくなると言う問題もある。
【０００７】
図４は、従来のバックアップ電源を用いたリアルタイムクロック回路の他の回路構成図である。
これは、効率低下の原因であるダイオードＤＩの代わりに、オン抵抗の小さいトランジスタをスイッチ手段ＳＷ１に用いたバックアップ電源回路の例を示している。なお、Ａ１は、負荷回路３０の消費電流を測定するための電流測定装置である。
リアルタイムクロックＩＣ１０は、リアルタイムクロック回路１１と第１電圧検出回路１２、およびスイッチ手段ＳＷ１で構成されており、主電源端子Ｖｃｃと二次電池接続端子Ｖｂを備えている。
【０００８】
スイッチ手段ＳＷ１は、主電源端子Ｖｃｃと二次電池接続端子Ｖｂ間に接続され、リアルタイムクロック回路１１の電源は二次電池接続端子Ｖｂに接続されている。
第１電圧検出回路１２の電圧検出入力は主電源端子Ｖｃｃに接続され、出力はスイッチ手段ＡＷ１の制御端子に接続されている。
第１電圧検出回路１２は主電源Ｖｉｎの電圧を検出し、この電圧が第１検出電圧以下になると、スイッチ手段ＳＷ１をオフにする。第１検出電圧は、負荷回路３０の正常動作が保証されている最低作動電圧以上に設定されている。
【０００９】
今、主電源Ｖｉｎの電圧が負荷回路３０の最低作動電圧以上の場合には、スイッチ手段ＳＷ１はオンしているので、リアルタイムクロック回路１１には主電源Ｖｉｎから電力が供給されている。さらに、主電源Ｖｉｎによって、二次電池２０も充電されている。
主電源Ｖｉｎの電圧が低下して負荷回路３０の最低作動電圧以下になるか、あるいは、機器の電源がオフされて主電源Ｖｉｎから負荷回路３０への電力供給が停止すると、第１電圧検出回路１２はスイッチ手段ＳＷ１をオフにする。それにより、リアルタイムクロック回路１１への電力供給は二次電池２０から行われるので、主電源Ｖｉｎが低下、もしくはオフになっても、リアルタイムクロック回路１１への電力供給が継続される。従って、リアルタイムクロック回路１１は時間を計時し続けることができる。この回路では、スイッチ手段ＳＷ１のオン時の電圧降下をダイオードＤ１に比べ大幅に小さくできるため、主電源Ｖｉｎの電圧を低くでき、大幅な電力効率の向上が図れる。
【００１０】
なお、リアルタイムクロック回路に二次電池を内蔵させた電子機器としては、例えば、特開２００２−１６２４８５号公報（特許文献１参照）に記載のものがある。これによれば、リアルタイムクロック回路とバックアップ用二次電池との間の配線を短縮化して配線による電力ロスを低減させ、かつ、電子機器に組み込む前からリアルタイムクロック回路を作動させることができるようにして、電子機器生産者やユーザーの時刻設定を不要にしている。
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−１６２４８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述のように、従来技術では、主電源Ｖｉｎの電圧が、二次電池２０の充電上限電圧以上の場合には、二次電池を過充電してしまう、という危険がある。二次電池を過充電すると、発熱し、最悪発火や爆発に至ることもあるため、極めて危険である。
【００１３】
二次電池の代わりに、大容量のキャパシタを用いることもできる。大容量のキャパシタとしては電気二重層キャパシタが一般的であるが、電気二重層キャパシタの耐電圧は、電解液に水系を使用した場合には約１Ｖ、非水系を使用した場合には約３Ｖとなる。さらに、高耐圧を得るには直列接続して用いるため、任意の耐圧を得ることはできない。キャパシタの耐圧を上げるために直列接続すると、キャパシタの容量は耐圧に反比例して減少してしまうので、できるだけ低い耐圧のキャパシタを使用したが、その場合、スペース効率は向上する。しかし、二次電池同様に、キャパシタの耐圧を越える電圧を印加すると、キャパシタ内にガスが発生し、破裂するおそれがあるため、危険であることに変わりはない。
【００１４】
さらに、図４の回路において、負荷回路３０の動作を確認するため、負荷回路３０の消費電流Ｉ３を測定する場合には、当然、主電源Ｖｉｎの電圧は負荷回路３０の作動下限電圧以上の電圧に設定されているので、スイッチ手段ＳＷ１は第１電圧検出回路１２の出力によりオンとなっている。そのため、電流測定装置Ａ１の測定電流値Ｉ１は、主電源Ｖｉｎの電圧が二次電池２０の電圧以上に設定されている場合には、負荷回路３０の消費電流Ｉ３に二次電池への充電電流Ｉ２の合計になる。また、主電源Ｖｉｎの電圧が二次電池の電圧以下に設定されている場合には、負荷回路３０の消費電流Ｉ３には二次電池２０から供給される分が含まれるため、電流測定装置Ａ１の測定電流値Ｉ１と負荷回路３０の消費電流Ｉ３と一致せず、正確な消費電流が測定できない、という問題がある。
【００１５】
（目的）
本発明の目的は、上述した問題を考慮してなされたものであって、二次電池２０を過充電することなく、負荷回路３０の正確な消費電流の測定が可能なリアルタイムクロック回路のバックアップ電源回路およびその半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明のリアルタイムクロック回路のバックアップ電源回路は、リアルタイムクロック回路のバックアップ電源回路において、主電源により充電されるバックアップ電源と、前記主電源と、前記リアルタイムクロック回路の電源端子間に介挿された第１スイッチ手段と、前記バックアップ電源と、前記リアルタイムクロック回路の電源端子間に介挿された第２スイッチ手段と、前記主電源の電圧を検出し、該電圧が第１検出電圧以下の場合には前記第１スイッチ手段をオフする第１電圧検出回路と、前記主電源の電圧を検出し、該電圧が第２検出電圧以上の場合には前記第２スイッチ手段をオフする第２電圧検出回路を備える（請求項１参照）。
【００１７】
また、リアルタイムクロック回路のバックアップ電源回路において、主電源により充電されるバックアップ電源と、前記主電源と、前記リアルタイムクロック回路の電源端子間に介挿された第１スイッチ手段と、前記バックアップ電源と、前記リアルタイムクロック回路の電源端子間に介挿された第２スイッチ手段と、前記主電源の電圧を検出し、該電圧が第１検出電圧以下の場合には前記第１スイッチ手段をオフする第１電圧検出回路と、前記リアルタイムクロック回路の電源電圧を検出し、該電圧が第２検出電圧以上の場合には、前記第２スイッチ手段をオフにする第２電圧検出回路を備える（請求項２参照）。
【００１８】
また、前記第１検出電圧は、前記第２検出電圧より低い電圧とする（請求項３参照）。
また、前記第１検出電圧は、前記主電源によって駆動される負荷回路の作動下限電圧よりやや高い電圧とする（請求項４参照）。
また、前記第２検出電圧は、前記バックアップ電源の充電上限電圧以下の電圧とする（請求項５参照）。
【００１９】
また、前記第１検出回路、もしくは前記第２電圧検出回路、もしくは両電圧検出回路の検出電圧を設定するためのトリミング手段を備える（請求項６参照）。
また、前記バックアップ電源に二次電池を用いる（請求項７参照）。
また、前記バックアップ電源に大容量キャパシタを用いる（請求項８参照）。
さらに、前記リアルタイムクロック回路、前記第１スイッチ手段、前記第２スイッチ手段、前記第１電圧検出回路、および前記第１電圧検出回路を１チップに集積する（請求項９参照）。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、主電源とリアルタイムクロック回路の電源入力端子との間に第１スイッチ手段を設け、リアルタイムクロック回路の電源入力端子とバックアップ用電源との間に第２スイッチ手段を設け、主電源の電圧がバックアップ電源の耐電圧を超えた場合には、第２スイッチ手段をオフするようにしたので、バックアップ電源の過充電が防止できるようになった。
また、負荷回路の消費電流測定を行う場合には、主電源の電圧を負荷回路の最低作動電圧に設定することで、第２スイッチ手段をオフすることができるので、バックアップ電源の影響を受けずに消費電流測定が可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面により詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施例に係るリアルタイムクロック回路のバックアップ電源の構成図である。
なお、図１において、リアルタイムクロックＩＣ１０内部に特徴があり、リアルタイムクロックＩＣ１０以外については、図４に示す従来技術と同じである。
リアルタイムクロックＩＣ１０は、リアルタイムクロック回路１１、第１電圧検出回路１２、第２電圧検出回路１３、スイッチ手段ＳＷ１、スイッチ手段ＳＷ２で構成され、主電源端子Ｖｃｃと二次電池接続端子Ｖｂを備えている。
また、スイッチ手段ＳＷ２は、二次電池接続端子Ｖｂとリアルタイムクロック回路１１の電源端子間に接続されている。
【００２２】
第１電圧検出回路１２の電圧検出入力は、主電源端子Ｖｃｃに接続され、出力は第１スイッチ手段ＳＷ１の制御端子に接続されている。また、第２電圧検出回路１３の電圧検出入力も主電源端子Ｖｃｃに接続され、出力は第２スイッチ手段ＳＷ２の制御端子に接続されている。
第１電圧検出回路１２の第１検出電圧は、負荷回路３０の最低作動電圧より少し高い電圧に設定されており、検出電圧が第１検出電圧以上の場合に第１スイッチ手段ＳＷ１をオンにする。また、第２電圧検出回路１３の第２検出電圧は二次電池２０の充電上限電圧に設定されており、検出電圧が第２検出電圧以上の場合に第２スイッチ手段ＳＷ２をオフにする。
【００２３】
例えば、負荷回路３０の最低作動電圧を２．７Ｖとしたとき、第１電圧検出回路１２の第１検出電圧を２．７５Ｖとする。また、二次電池２０の充電上限電圧を３Ｖとしたとき、第２電圧検出回路１３の第２検出電圧を３Ｖとする。さらに、主電源Ｖｉｎの最大電圧を３．３Ｖとする。
主電源端子Ｖｃｃの電圧が、第１検出電圧（２．７５Ｖ）と第２検出電圧（３Ｖ）の間にある場合は、第１スイッチ手段ＳＷ１と第２スイッチ手段ＳＷ２は共にオンしている。この状態では、主電源Ｖｉｎからリアルタイムクロック回路１１への給電と二次電池２０の充電が行われる。
【００２４】
主電源端子Ｖｃｃの電圧が、第１検出電圧（２．７５Ｖ）以下の場合には、第１スイッチ手段ＳＷ１がオフ、第２スイッチ手段ＳＷ２はオンである。この状態では、二次電池２０からリアルタイムクロック回路１１の給電が行われる。
主電源端子Ｖｃｃの電圧が、第２検出電圧（３Ｖ）以上の場合には、第１スイッチ手段ＳＷ１がオン、第２スイッチ手段ＳＷ２はオフである。この状態では、主電源Ｖｉｎからリアルタイムクロック回路１１の給電が行われるが、二次電池２０への充電は行われない。すなわち、主電源端子Ｖｃｃの電圧が二次電池２０の充電上限電圧以上の場合には、充電を行わないようにしたので、二次電池２０の過充電を防止することができる。
【００２５】
また、負荷回路３０の消費電流の測定を行う場合には、主電源Ｖｉｎの電圧を負荷回路３０の最低作動電圧（２．７Ｖ）に設定する。それにより、最低作動電圧は第１検出電圧よりも低いので、第１検出電圧回路１２が動作して第１スイッチ手段ＳＷ１をオフにする。その結果、図４で示した従来技術のように、主電源Ｖｉｎから二次電池２０への充電電流（−Ｉ２）や、二次電池２０から負荷回路３０へ流れる電流（Ｉ２）の影響を受けることなく、負荷回路３０の消費電流Ｉ３を電流測定装置Ａ１の測定電流Ｉ１として正確に測定できるようになる。
【００２６】
実施例では、バックアップ電源として二次電池２０を用いた例を示したが、二次電池２０の代よりに大容量のキャパシタを用いることもできる。第２電圧検出回路１３の第２検出電圧を大容量のキャパシタの耐電圧以下に設定すればよい。
【００２７】
図２は、本発明の第２の実施例に係るリアルタイムクロック回路のバックアップ電源回路の構成図である。
図１と異なる点は、第２電圧検出回路１３の電圧検出入力が主電源入力端子Ｖｃｃからリアルタイムクロック回路１１の電源端子に移動した点である。それ以外は、図１と全く同じである。
第２電圧検出回路１３の電圧検出入力をリアルタイムクロック回路１１の電源端子に移動することによって、二次電池２０の充電時の電圧検出の際に、第１スイッチ手段ＳＷ１のオン抵抗による電圧降下の影響を排除できるようになり、二次電池２０の充電電圧をより満充電に近付けることができるようになった。
【００２８】
勿論、図２の回路でも、二次電池２０の代わりに大容量キャパシタを使用することが可能である。
上記リアルタイムクロック回路１１と第１、第２電圧検出回路１２，１３、および第１、第２スイッチ手段ＳＷ１，２を１チップの半導体装置に集積することにより、小型でローコストなリアルタイムクロックＩＣが実現できる。
さらに、本リアルタイムクロックＩＣは、半導体装置内に第１電圧検出回路１２、第２電圧検出回路１３の検出電圧を設定するためのトリミング手段を備えている。半導体製造工程の途中において、本リアルタイムクロックＩＣを使用する電子機器の電源特性と、バックアップ電源に使用する二次電池、もしくは大容量キャパシタの耐電圧に合わせて、第１電圧検出回路１２、および第２電圧検出回路１３のどちらか一方、または両方の検出電圧をトリミングすることで、同一半導体装置でありながら幅広いバックアップ電源回路に対応することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施例に係るリアルタイムクロック回路のバックアップ電源回路の構成図である。
【図２】本発明の第２の実施例に係るリアルタイムクロック回路のバックアップ電源回路の構成図である。
【図３】従来のリアルタイムクロック回路のバックアップ電源回路の構成図である。
【図４】従来のリアルタイムクロック回路のバックアップ電源回路の構成図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  リアルタイムクロックＩＣ
１１  リアルタイムクロック回路
１２  第１電圧検出回路
１３  第２電圧検出回路
２０  バックアップ電源
３０  負荷回路
Ａ１  電流測定装置
２１  保護抵抗
ＳＷ１  第１スイッチ手段
ＳＷ２  第２スイッチ手段
Ｖｉｎ  主電源
Ｉ１  電流測定装置の測定電流
Ｉ２  二次電池から負荷回路へ流れる電流
Ｉ３  負荷回路の消費電流
Ｖｃｃ  主電源端子
Ｖｂ  二次電池接続端子
【図１】
0005033665.tif 000002
【図２】
0005033665.tif 000003
【図３】
0005033665.tif 000004
【図４】
0005033665.tif 000005