JP2003224979A - Power supply device and portable electronic device - Google Patents
Power supply device and portable electronic deviceInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 腕装着型電子機器に内蔵可能な発電装置の整
流効率を大幅に改善する電力供給装置を提供する。
【解決手段】 本発明の電力供給装置は、ダイオード
と、このダイオードに並列に接続されたバイパススィッ
チと、ダイオードに順方向電圧が生じたときにバイパス
スイッチをオンする制御部とを備えた1方向性ユニット
を用いて、腕装着型などの携帯型電子機器に内蔵される
発電装置からの電力の整流あるいは逆流阻止を行ってお
り、電力供給時の順方向電圧に伴う損失をほぼなくすこ
とができる。
(57) [Problem] To provide a power supply device capable of greatly improving the rectification efficiency of a power generation device that can be built into an arm-mounted electronic device. The power supply device according to the present invention includes a diode, a bypass switch connected in parallel to the diode, and a control unit that turns on the bypass switch when a forward voltage is generated in the diode. Rectification or backflow prevention from the power generator built into portable electronic devices such as wrist-worn type, using the power supply unit, it is possible to almost eliminate the loss associated with the forward voltage during power supply .
Description
【0001】[0001]
【技術分野】本発明は、腕装着型などの携帯型電子機器
に収納可能な、回転錘の運動を用いて身体の運動エネル
ギーを交流に変換可能なタイプなどの発電装置を備えた
電力供給装置に関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a power supply device equipped with a power generator such as a type that can be stored in a portable electronic device such as a wrist-worn type and that can convert the kinetic energy of the body into an alternating current by using the motion of a rotary weight. It is about.
【0002】[0002]
【背景技術】腕時計装置のような小型で携帯に適した電
子機器において、発電装置を内蔵することによって電池
の交換をなくし、あるいは電池自体を無くすことができ
る携帯型の電子機器が考案され、実用化されている。図
11に、その一例として発電装置1を内蔵した腕時計装
置10の概略構成を示してある。この携帯型電子機器
(腕時計装置)10においては、腕時計装置のケース内
で旋回運動を行う回転錘13と、回転錘13の回転運動
を電磁発電機に伝達する輪列機構11と、電磁発電機1
2を構成するロータ14およびステータ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。さらに、この
携帯型電子機器の電力供給装置20は、発電装置1から
出力された交流を整流して大容量コンデンサ5と処理装
置9に供給できる整流回路24を備えており、その出力
側には、充電装置である大容量コンデンサ5と、処理装
置9が接続されている。従って、電力供給装置20に接
続された処理装置9は、発電装置1の電力、あるいは、
大容量コンデンサ5が放電した電力によって搭載してい
る計時機能7などを稼働することができる。このため、
この携帯型の電子機器は、電池がなくても処理装置9を
継続して動作させることができ、何時でも何処でも処理
装置を使え、さらに、電池の廃棄などに伴う問題も除く
ことができる電子機器である。2. Description of the Related Art In a small and portable electronic device such as a wristwatch device, a portable electronic device in which a battery is replaced or the battery itself can be eliminated by incorporating a power generator is devised and put into practical use. Has been converted. FIG. 11 shows, as an example thereof, a schematic configuration of a wristwatch device 10 incorporating the power generator 1. In this portable electronic device (wristwatch device) 10, a rotary weight 13 that makes a turning motion in the case of the wristwatch device, a train wheel mechanism 11 that transmits the rotary motion of the rotary weight 13 to an electromagnetic generator, and an electromagnetic generator. 1
2 includes a rotor 14 and a stator 15, and when the two-pole magnetized disk-shaped rotor 14 rotates, an electromotive force is generated in the output coil 16 of the stator 15,
AC output can be taken out. Further, the power supply device 20 of the portable electronic device includes a rectifier circuit 24 that can rectify the alternating current output from the power generation device 1 and supply the rectified alternating current to the large-capacity capacitor 5 and the processing device 9, and its output side. A large-capacity capacitor 5 which is a charging device and a processing device 9 are connected. Therefore, the processing device 9 connected to the power supply device 20 uses the power of the power generation device 1, or
The timekeeping function 7 and the like mounted therein can be operated by the electric power discharged from the large-capacity capacitor 5. For this reason,
In this portable electronic device, the processing device 9 can be continuously operated without a battery, the processing device can be used anytime and anywhere, and the problem associated with battery disposal can be eliminated. Equipment.
【0003】図11に示した電子機器においては、内蔵
された発電装置1から供給される電力は交流電力なの
で、電力供給装置20の整流回路24によって整流され
た後に大容量コンデンサ5に充電され、また、ICなど
を備えた処理装置9の作動電力となる。図11に示した
電力供給装置20においては、2つのダイオード25お
よび26を用いて半波整流した電力を補助コンデンサ2
7に一時的に充電して昇圧整流を行える整流回路24を
用いている。これらのダイオード25および26として
はシリコンダイオードが用いられており、図12に示す
ように順方向の電流Ifに対して0.5〜0.6V程度
の順方向電圧Vfがある。このため、発電装置1から供
給された電力W0を整流回路24によって整流して得ら
れる電力W1は、整流回路24を構成するダイオードの
順方向電圧Vfの損失があるので次のようになる。In the electronic device shown in FIG. 11, since the electric power supplied from the built-in power generator 1 is AC power, it is rectified by the rectifier circuit 24 of the power supply device 20 and then charged in the large-capacity capacitor 5, In addition, it becomes the operating power of the processing device 9 including an IC and the like. In the power supply device 20 shown in FIG. 11, the power that has been half-wave rectified using the two diodes 25 and 26 is used as the auxiliary capacitor 2
A rectifier circuit 24 is used that can temporarily charge the battery 7 and perform boost rectification. Silicon diodes are used as the diodes 25 and 26, and as shown in FIG. 12, there is a forward voltage Vf of about 0.5 to 0.6 V with respect to the forward current If. Therefore, the electric power W1 obtained by rectifying the electric power W0 supplied from the power generation device 1 by the rectifying circuit 24 is as follows because there is a loss of the forward voltage Vf of the diode forming the rectifying circuit 24.
【0004】
W1 = ηc × W0 ・・・(1)
ηc = V1 /(V1 +2×Vf )・・・(2)
ここでηc は充電時の整流効率、V1は整流回路からの
出力電圧であり、図11に示した回路においては大容量
コンデンサ5の充電電圧に対応する。W1 = ηc × W0 (1) ηc = V1 / (V1 + 2 × Vf) (2) where ηc is the rectification efficiency during charging and V1 is the output voltage from the rectifier circuit. In the circuit shown in FIG. 11, this corresponds to the charging voltage of the large capacity capacitor 5.
【0005】腕時計装置などの携帯型の電子機器の処理
装置9の作動電圧は、消費電力を低減するためにICな
どが低電圧駆動化が進んでおり、例えば、0.9〜1.
0V程度でスタートさせることが可能である。従って、
大容量コンデンサ5の電圧は1.5〜2V程度に選択さ
れており、これに対し0.5〜0.6V程度の順方向電
圧Vfを考慮すると整流効率ηcは、0.6程度の値と
なってしまう。従って、整流効率ηcを向上するために
は順方向電圧Vfは低いことが望ましい。As for the operating voltage of the processing device 9 of portable electronic equipment such as a wristwatch device, ICs are being driven at a lower voltage in order to reduce power consumption. For example, 0.9 to 1.
It is possible to start at about 0V. Therefore,
The voltage of the large-capacity capacitor 5 is selected to be about 1.5 to 2 V. On the other hand, considering the forward voltage Vf of about 0.5 to 0.6 V, the rectification efficiency ηc is about 0.6. turn into. Therefore, it is desirable that the forward voltage Vf be low in order to improve the rectification efficiency ηc.
【0006】また、携帯型の電子機器に内蔵可能な発電
装置としては、回転錘を用いて体などの動きを捉えてロ
ータを回転して交流電力に変換する装置、ゼンマイを用
いてエネルギーを蓄積して交流電力に変換する装置、圧
電素子を体の動きなどによって振動させて交流電力を得
る装置、熱電素子あるいは太陽電池を用いて直流電力を
得る装置などがある。これらの内、交流電力が得られる
発電装置においては、身体などの動きから発電用に得ら
れる運動エネルギーが小さく、また、携帯型の電子機器
に内蔵するために発電装置自体も非常に小型化されてい
るので起電圧は小さく、さらに、身体の動きなどによっ
て大きく変動し、常に電力が得られるものでもない。こ
のため、整流回路の入力電圧は低く、順方向電圧Vfに
近い電圧で変動し、最大でも順方向電圧Vfの数倍に達
するにすぎない。従って、順方向電圧Vfを下げること
により、給電効率は大幅に改善される。As a power generator that can be built into a portable electronic device, a device that captures movements of a body or the like using a rotary weight to rotate a rotor to convert it into AC power, and energy is stored using a mainspring. Then, there are a device for converting to AC power, a device for vibrating a piezoelectric element by body movement or the like to obtain AC power, a device for obtaining DC power using a thermoelectric element or a solar cell, and the like. Among these, in a power generator that can obtain AC power, the kinetic energy obtained for power generation from movement of the body is small, and since the power generator itself is built in a portable electronic device, the power generator itself is also extremely miniaturized. Since the electromotive voltage is small, it also fluctuates greatly due to body movements, etc., and it is not always possible to obtain electric power. Therefore, the input voltage of the rectifier circuit is low, fluctuates at a voltage close to the forward voltage Vf, and reaches at most several times the forward voltage Vf. Therefore, by lowering the forward voltage Vf, the power supply efficiency is significantly improved.
【0007】太陽電池など直流電力を発生する発電装置
を用いた電力供給装置においても、照度などによって起
電圧が大きく変動することは同様である。従って、逆流
阻止用のダイオードの順方向電圧Vfを下げることによ
り、照度が低く起電圧の小さな状態でも、発電された電
力を有効に利用することができる。このように、近年開
発が進んでいる、携帯型電子機器に内蔵可能な発電装置
から電力を有効に利用するためには、その供給回路で使
用されている順方向電圧Vfを下げることが重要な課題
である。Even in a power supply device using a power generator that generates direct-current power such as a solar cell, the electromotive voltage greatly varies depending on the illuminance and the like. Therefore, by reducing the forward voltage Vf of the diode for blocking the reverse current, the generated power can be effectively used even in a state where the illuminance is low and the electromotive voltage is small. As described above, in order to effectively use the electric power from the power generator that can be built in the portable electronic device, which has been developed in recent years, it is important to lower the forward voltage Vf used in the supply circuit. It is an issue.
【0008】そこで、本発明においては、ダイオードに
代わり、順方向電圧Vfを低くできる1方向性ユニット
を採用することにより、携帯型電子機器用の電力供給装
置の整流効率ηcを大幅に向上し、給電効率の高い電力
供給装置を提供することを目的としている。そして、こ
のような高効率の発電装置を処理装置と共に搭載するこ
とにより、電池の交換なく、いつでも何処でも使用でき
る携帯型電子機器を提供することを目的としている。Therefore, in the present invention, a unidirectional unit capable of lowering the forward voltage Vf is adopted in place of the diode, whereby the rectification efficiency ηc of the power supply device for portable electronic equipment is significantly improved, An object is to provide a power supply device with high power supply efficiency. It is an object of the present invention to provide a portable electronic device that can be used anytime and anywhere without replacing the battery by mounting such a high-efficiency power generation device together with a processing device.
【0009】[0009]
【発明の開示】このため、本発明の携帯型電子機器に内
蔵可能な電力供給装置においては、発電装置からの電力
を充電装置または処理装置に供給する供給部に、ダイオ
ードと、このダイオードに並列に接続されたバイパスス
イッチと、ダイオードに順方向電圧が生じたときにバイ
パススイッチをオンする制御部とを備えた1方向性ユニ
ットを採用している。この1方向性ユニットにおいて
は、ダイオードの順方向に電流が流れて順方向電圧が発
生するとバイパススイッチがオンになるので順方向電圧
による損失を防止できる。また、電流の流れる方向がダ
イオードの逆方向となる場合は、順方向電圧とは逆極性
の電圧が発生するので、バイパススイッチはオンになら
ず、ダイオードによって逆流を防止できる。DISCLOSURE OF THE INVENTION Therefore, in a power supply device that can be incorporated in a portable electronic device of the present invention, a diode and a diode connected in parallel to the diode are provided in a supply unit that supplies power from a power generation device to a charging device or a processing device. The unidirectional unit includes a bypass switch connected to the switch and a control unit that turns on the bypass switch when a forward voltage is generated in the diode. In this unidirectional unit, when a current flows in the forward direction of the diode and a forward voltage is generated, the bypass switch is turned on, so that the loss due to the forward voltage can be prevented. When the current flows in the reverse direction of the diode, a voltage having a reverse polarity to the forward voltage is generated, so the bypass switch is not turned on and the diode can prevent the reverse current.
【0010】このような1方向性ユニットとして利用し
易いものでは、電界効果型トランジスタがあり、バイパ
ススイッチとして電界効果型トランジスタが機能し、ダ
イオードとしてバイパススイッチの寄生ダイオードが機
能する。A field effect transistor is one that can be easily used as such a unidirectional unit, a field effect transistor functions as a bypass switch, and a parasitic diode of the bypass switch functions as a diode.
【0011】さらに、腕時計装置に採用される太陽電池
あるいは回転錘を有する発電システムのようなユーザの
周囲のエネルギーを捉えて発電を行う発電装置を用いて
いる場合は、発電装置が継続して動作することは少な
い。このため、充電済の大容量キャパシタから供給され
た電圧あるいは昇圧回路によって昇圧された発電装置の
出力電圧より高い電圧で制御できるようにすることが望
ましい。発電装置の出力電圧より高い電圧で制御可能に
することにより、発電初期あるいは末期の出力電圧が低
い状態でもスイツチング動作を高速で確実に行うことが
できるので、整流効率をさらに高めることができる。Furthermore, when using a power generator that captures energy around the user to generate power, such as a solar cell or a power generation system having a rotary weight employed in a wristwatch device, the power generator continues to operate. There is little to do. Therefore, it is desirable to be able to control the voltage supplied from the charged large-capacity capacitor or the voltage higher than the output voltage of the power generation device boosted by the booster circuit. By enabling control at a voltage higher than the output voltage of the power generator, the switching operation can be reliably performed at high speed even when the output voltage at the initial or final stage of power generation is low, so that the rectification efficiency can be further increased.
【0012】このような1方向性ユニットは、バイパス
スイッチをオンすることによって、順方向電圧は低下し
てしまうのでバイパススイッチをオフするために異なっ
た方法で電流の方向を検出することが望ましい。例え
ば、制御部がバイパススイッチをオンした後、所定の時
間経過後にバイパススイッチをオフすることにより、順
方向電圧の有無が検出(サンプリング)でき、電流の方
向が判断できる。従って、定期的に順方向電圧の有無を
検出し、順方向電圧がある場合は再びバイパススイッチ
をオンすることにより順方向電圧の損失を低減でき、ま
た、電流の逆流も防止できる。Since the forward voltage of such a unidirectional unit is lowered by turning on the bypass switch, it is desirable to detect the direction of the current by a different method in order to turn off the bypass switch. For example, after the control unit turns on the bypass switch and turns off the bypass switch after a lapse of a predetermined time, the presence or absence of the forward voltage can be detected (sampling), and the direction of the current can be determined. Therefore, the presence or absence of the forward voltage is periodically detected, and when the forward voltage is present, the bypass switch is turned on again to reduce the loss of the forward voltage and prevent the reverse current flow.
【0013】また、制御部にダイオードの両端の電圧を
比較する比較手段としてコンパレータを設け、バイパス
スイッチがオンしている間は、バイパススイッチによる
電圧降下を検出して電流の方向を検出することも可能で
ある。また、コンパレータで検出可能な電圧降下を発生
させるために、バイパススイッチに直列に微小抵抗を接
続しておくことも可能である。このように、ダイオード
に順方向電圧が生じたか否かによってバイパススイッチ
を制御する1方向性ユニットを採用することにより、発
電装置とのインタフェースを増やさずに発電装置の発電
状態に基づき1方向性ユニットの制御を行うことができ
る。従って、発電装置自体に起電圧検出用のコイルなど
は不要なので、発電装置の構成を複雑にせずに、また、
発電装置とのインタフェースを増やすことなく、順方向
電圧による損失を除く制御を行うことが可能である。Further, a comparator may be provided in the control section as a comparing means for comparing the voltages across the diodes, and while the bypass switch is on, the voltage drop due to the bypass switch may be detected to detect the direction of the current. It is possible. It is also possible to connect a minute resistor in series with the bypass switch in order to generate a voltage drop that can be detected by the comparator. In this way, by adopting the unidirectional unit that controls the bypass switch depending on whether or not the forward voltage is generated in the diode, the unidirectional unit is based on the power generation state of the power generation device without increasing the interface with the power generation device. Can be controlled. Therefore, since a coil for detecting electromotive voltage is not required in the power generator itself, without complicating the structure of the power generator,
It is possible to perform control to eliminate loss due to forward voltage without increasing the number of interfaces with the power generator.
【0014】さらに、バイパススイッチを制御する電力
が得られない状態において1方向性ユニットとしての性
能を発揮させるためには、バイパススイッチとしてはエ
ンハンスメント形の電界効果型トランジスタを採用する
ことが望ましい。エンハンスメント形を採用することに
より、ゲート電圧が印加されないときはバイパススイッ
チがオフとなるのでダイオードを用いて1方向性ユニッ
トとしての逆流を防止する機能を果たすことができる。Further, in order to exert the performance as a unidirectional unit in a state where electric power for controlling the bypass switch is not obtained, it is desirable to adopt an enhancement type field effect transistor as the bypass switch. By adopting the enhancement type, since the bypass switch is turned off when the gate voltage is not applied, the diode can be used to prevent the reverse flow as the unidirectional unit.
【0015】発電装置から交流電力が供給される場合
は、電力供給装置の供給部において、交流電力を整流す
るためにこのような1方向性ユニットを用いてダイオー
ドの順方向電圧による損失を低減できる。特に、携帯型
電子機器に内蔵可能な発電装置の起電圧は低く、ダイオ
ードの順方向電圧に近いので、整流効率を大幅に向上す
ることが可能であり、給電効率の高い電力供給装置を提
供できる。When AC power is supplied from the generator, such a unidirectional unit for rectifying the AC power can be used in the supply section of the power supply to reduce the loss due to the forward voltage of the diode. . In particular, since the electromotive force of the power generator that can be built in the portable electronic device is low and is close to the forward voltage of the diode, it is possible to significantly improve the rectification efficiency and provide a power supply device with high power supply efficiency. .
【0016】供給部において、全波整流を行う場合は、
ダイオードに代わり、4つの1方向性ユニットを用いて
も良いが、発電装置に接続された第1および第2の入力
端子と、充電装置または処理装置に接続された第1およ
び第2の出力端子に対し、第1および第2の入力端子と
第1の出力端子の間に第1および第2の1方向性ユニッ
トを並列に接続し、第1および第2の入力端子と第2の
出力端子の間に第1および第2の電界効果型トランジス
タを並列に接続することができる。そして、第1および
第2の1方向性ユニットとして、第1導電型の電界効果
型トランジスタを採用する。これに対し、第1および第
2の電界効果型トランジスタは第2導電型を採用して第
1の電界効果型トランジスタのゲート入力には第2の入
力端子の電圧を印加し、第2の電界効果型トランジスタ
のゲート入力には第1の入力端子の電圧を印加する。こ
れにより、第1および第2の入力端子の電圧変化で1方
向性ユニットと共に第1および第2の電界効果トランジ
スタもオンオフするので、順方向電圧による損失がなく
し、給電効率を大幅に向上できる。When full-wave rectification is performed in the supply unit,
Instead of a diode, four unidirectional units may be used, but first and second input terminals connected to the generator and first and second output terminals connected to the charger or the processor. To the first and second input terminals and the first output terminal, the first and second unidirectional units are connected in parallel, and the first and second input terminals and the second output terminal are connected. The first and second field effect transistors can be connected in parallel between the two. A first conductivity type field effect transistor is adopted as the first and second unidirectional units. On the other hand, the first and second field effect transistors adopt the second conductivity type, and the voltage of the second input terminal is applied to the gate input of the first field effect transistor, and the second field effect transistor is applied. The voltage of the first input terminal is applied to the gate input of the effect transistor. As a result, the first and second field-effect transistors are turned on and off together with the unidirectional unit by the voltage change of the first and second input terminals, so that the loss due to the forward voltage is eliminated and the power supply efficiency can be significantly improved.
【0017】第2導電型の第1および第2の電界効果型
トランジスタのゲート入力に、インバータなどの駆動要
素を接続することにより、電界効果型トランジスタがオ
ンするタイミングの精度を上げるが可能である。また、
第1および第2の1方向性ユニットの制御部として、そ
れぞれの1方向性ユニットに順方向電圧を一括して判断
できるように、第1および第2の入力端子の電圧と第1
の出力端子の電圧を比較する3入力コンパレータを設け
ることも可能であり、コンパレータの総数を削減でき
る。これにより、電力供給回路を実現する半導体装置の
消費電力を低減できる。また、回路が簡略化されるので
半導体装置の面積が小さくなり、低コスト化される。By connecting a driving element such as an inverter to the gate inputs of the first and second field effect transistors of the second conductivity type, it is possible to improve the accuracy of the timing at which the field effect transistor is turned on. . Also,
As a control unit for the first and second unidirectional units, the voltages of the first and second input terminals and the first and second input terminals are set so that the forward voltage can be collectively determined for each unidirectional unit.
It is also possible to provide a three-input comparator that compares the voltages of the output terminals of, and the total number of comparators can be reduced. As a result, the power consumption of the semiconductor device that realizes the power supply circuit can be reduced. Further, since the circuit is simplified, the area of the semiconductor device is reduced and the cost is reduced.
【0018】また、直流電力を供給する発電装置を有す
る電力供給装置においても、逆流防止のために、上記の
1方向性ユニットを採用することによりダイオードの順
方向電圧による損失を低減できる。すなわち、上述した
1方向性ユニットを採用することにより発電時には、ダ
イオードの順方向電圧による損失を防止できる。また、
発電されていないときは、あるいは起電力が充電装置よ
りも低くなったときに発電装置への逆流も防止できる。Further, also in the power supply device having the power generation device for supplying the DC power, the loss due to the forward voltage of the diode can be reduced by adopting the above unidirectional unit in order to prevent the backflow. That is, by adopting the above-described unidirectional unit, it is possible to prevent the loss due to the forward voltage of the diode during power generation. Also,
It is also possible to prevent backflow to the power generation device when no power is being generated or when the electromotive force is lower than that of the charging device.
【0019】このように、本発明の電力供給装置は、腕
装着型の電子機器などの携帯型の電子機器に内蔵可能な
ものであり、電磁発電機あるいは圧電素子などを用いた
交流電力を出力する発電装置や、太陽電池や熱電素子な
ど直流電力を出力する発電装置を有するものであり、こ
れらの発電装置からの電力を損失少なく充電装置や処理
装置に供給することができる。これらの発電装置は、ユ
ーザーの体の動きや振動などを捉えて発電を行ったり、
太陽光や温度差などの自然界の不連続なエネルギーを電
気エネルギーに変換できる携帯可能なものであるが、継
続して電力が得られるものではなく、起電力あるいは電
流密度が小さい。従って、本発明の電力供給装置は、発
電装置の起電力にほぼ匹敵すダイオードの順方向電圧に
よる損失を防いで整流、あるいは、逆流を防止し、充電
装置や処理装置に給電できるので、携帯型電子機器の電
力供給装置として非常に有用である。従って、本発明の
電力供給装置を用いることにより、計時機能などを備え
た処理装置を搭載した腕装着型などの本格的な携帯型の
電子機器で、何時でも何処でも計時機能などの処理機能
を発揮可能な電子機器を提供できる。As described above, the power supply device of the present invention can be incorporated in a portable electronic device such as a wrist-worn electronic device, and outputs AC power using an electromagnetic generator or a piezoelectric element. And a power generation device that outputs DC power such as a solar cell or a thermoelectric element, and the power from these power generation devices can be supplied to the charging device and the processing device with little loss. These power generators capture the movements and vibrations of the user's body to generate electricity,
It is a portable device that can convert discontinuous energy in the natural world such as sunlight and temperature difference into electric energy, but it cannot continuously obtain electric power and has a small electromotive force or current density. Therefore, the power supply device of the present invention can prevent power loss due to the forward voltage of the diode, which is almost equal to the electromotive force of the power generation device, and can prevent rectification or reverse current, and can supply power to the charging device and the processing device. It is very useful as a power supply device for electronic devices. Therefore, by using the power supply device of the present invention, a full-scale portable electronic device such as a wrist-worn type equipped with a processing device having a timekeeping function and the like can be provided with a processing function such as a timekeeping function anytime, anywhere. It is possible to provide electronic devices that can be demonstrated.
【0020】[0020]
【発明を実施するための最良の形態】〔第1の実施の形
態〕以下に図面を参照して本発明をさらに詳しく説明す
る。図1に本発明に係る発電装置を備えた電子機器の概
要を示してある。本例の電子機器10の電力供給装置2
0は、図11に基づき説明したような腕時計装置などに
収納可能で、交流電力を供給可能な発電装置1と、この
発電装置1から入力された電力を整流して計時装置など
の処理装置9に供給する整流回路24を備えている。本
例の電力供給装置20の第1の出力端22および第2の
出力端23には、充電装置である大容量コンデンサ5お
よび処理装置9がそれぞれ接続されて、処理装置9は、
上述したような計時機能を搭載したものに加え、あるい
はラジオ、ページャあるいはパソコンなどの機能を備え
ているものなどであってももちろん良い。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION [First Embodiment] The present invention will be described in more detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows an outline of an electronic device including a power generation device according to the present invention. Power supply device 2 for electronic device 10 of this example
0 can be housed in a wristwatch device as described with reference to FIG. 11 and can supply AC power, and a processing device 9 such as a timing device that rectifies the power input from the power generation device 1. The rectifier circuit 24 for supplying the The first output end 22 and the second output end 23 of the power supply device 20 of the present example are connected to the large-capacity capacitor 5 and the processing device 9, which are charging devices, respectively, and the processing device 9
In addition to the one having the above-mentioned clock function, the one having a function of a radio, a pager, a personal computer or the like may be used.
【0021】本例の電力供給装置20の整流回路24
は、補助コンデンサ27と、2つの1方向性ユニット3
0および31を備えており、昇圧整流ができるようにな
っている。なお、本例の腕時計装置10は、高電圧側V
dd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。Rectifier circuit 24 of power supply device 20 of this example
Is an auxiliary capacitor 27 and two unidirectional units 3
0 and 31 are provided so that boost rectification can be performed. In addition, the wristwatch device 10 of this example has a high-voltage side V
dd is grounded to be the reference voltage. Therefore, in the following, the low voltage side Vss is referred to as the output voltage, and the voltage values are all expressed as absolute values for simplicity.
【0022】本例の整流回路24に用いられている1方
向性ユニット30および31は、それぞれpチャンネル
型MOSFET32とnチャンネル型MOSFET33
を備えており、これらのMOSFET32および33の
寄生ダイオード34および35を1方向に電流を流すた
めのダイオードとして用いている。また、MOSFET
32および33のソース(S)およびドレイン(D)の
電圧を検出し、ゲート(G )に制御信号を供給する制
御回路36 および37 をそれぞれの1方向性ユニット
30および31は備えている。The unidirectional units 30 and 31 used in the rectifier circuit 24 of this example are p-channel MOSFET 32 and n-channel MOSFET 33, respectively.
And the parasitic diodes 34 and 35 of these MOSFETs 32 and 33 are used as diodes for passing a current in one direction. Also MOSFET
Each unidirectional unit 30 and 31 comprises a control circuit 36 and 37, which detects the source (S) and drain (D) voltages of 32 and 33 and supplies a control signal to the gate (G 1).
【0023】まず、1方向性ユニット30は、発電装置
1に補助コンデンサ27を並列に接続できるようになっ
ており、そのダイオード34によって交流電力を半波整
流して補助コンデンサ27 に充電するために用いられ
る。本例の回路では、pチャンネル型MOSFET32
のソース側32Sが接地されているVdd側に接続され、
ドレイン側32Dが補助コンデンサ27の側に接続され
ている。このため、ドレイン32Dからソース32Sに
向かって順方向となる寄生ダイオード34を半波整流用
に使用することができ、発電装置1のMss側の発生電圧
V0が接地電圧Vddより高く(プラス方向に)なったと
きに補助コンデンサ27を充電できるようになってい
る。First, the unidirectional unit 30 is configured so that the auxiliary capacitor 27 can be connected in parallel to the power generator 1, and the diode 34 of the unidirectional unit 30 half-wave rectifies the AC power to charge the auxiliary capacitor 27. Used. In the circuit of this example, the p-channel MOSFET 32
The source side 32S of is connected to the grounded Vdd side,
The drain side 32D is connected to the auxiliary capacitor 27 side. Therefore, the parasitic diode 34 in the forward direction from the drain 32D to the source 32S can be used for half-wave rectification, and the generated voltage V0 on the Mss side of the power generator 1 is higher than the ground voltage Vdd (in the positive direction). ), The auxiliary capacitor 27 can be charged.
【0024】以下に、図2に示したタイミングチャート
も参照しながら本例の整流回路24における各1方向性
ユニット30および31の構成および動作を説明する。
まず、1方向性ユニット30を構成するMOSFET3
2を制御する制御回路36は、ソース側32Sの電圧V
3とドレイン側32Dの電圧V2とを比較するコンパレー
タ41と、このコンパレータ41の出力を反転してMO
SFET32のゲート32Gに印加するインバータ45
を備えている。コンパレータ41の反転入力42には
ソース側の電圧V3が入力され、非反転入力43にはド
レイン側の電圧V2が入力されている。ダイオード34
の順方向となるドレイン側32Dからソース側32Sに
電流が流れると、ダイオード34には順方向電圧Vfが
発生する。このため、ドレイン側の電圧V2 がソース
側の電圧V3より高くなり、コンパレータ41の出力4
4から高レベルの信号が出力される。この高レベルの信
号はインバータ45によって反転して低レベルまたはマ
イナス電位の信号としてゲート電極32Gに印加され
る。これにより、pチャンネル型MOSFET32はオ
ンとなり、寄生ダイオード34をバイパスしてMOSF
ET32に形成されたチャンネルを通して電流が流れ
る。従って、ダイオード34の順方向電圧Vfによる電
圧降下はなくなるので、ソース側の電圧V3はドレイン
側の電圧V2近くまで上昇し、順方向電圧Vfによる損失
を低減することができる。しかし、MOSFET32に
形成されたチャンネルによる電圧降下があるので、ソー
ス側の電圧V3はドレイン側の電圧V2より低く保持され
る。本例のコンパレータ41はこの程度の電位差を検出
できる程度の精度を備えており、MOSFET32にド
レイン32Dからソース32Sに電流が流れている間は
MOSFET32をオンした状態を保持することができ
る。The configuration and operation of each unidirectional unit 30 and 31 in the rectifier circuit 24 of this example will be described below with reference to the timing chart shown in FIG.
First, the MOSFET 3 forming the unidirectional unit 30
2 controls the voltage V on the source side 32S.
Comparator 41 that compares 3 and the voltage V2 on the drain side 32D, and the output of this comparator 41 is inverted and MO
Inverter 45 applied to the gate 32G of the SFET 32
Is equipped with. The voltage V3 on the source side is input to the inverting input 42 of the comparator 41, and the voltage V2 on the drain side is input to the non-inverting input 43. Diode 34
When a current flows from the drain side 32D in the forward direction to the source side 32S, a forward voltage Vf is generated in the diode 34. Therefore, the voltage V2 on the drain side becomes higher than the voltage V3 on the source side, and the output 4 of the comparator 41
4 outputs a high level signal. This high level signal is inverted by the inverter 45 and applied to the gate electrode 32G as a low level or negative potential signal. As a result, the p-channel MOSFET 32 is turned on, bypassing the parasitic diode 34 and turning on the MOSF.
Current flows through the channel formed in ET32. Therefore, since the voltage drop due to the forward voltage Vf of the diode 34 disappears, the voltage V3 on the source side rises to near the voltage V2 on the drain side, and the loss due to the forward voltage Vf can be reduced. However, since there is a voltage drop due to the channel formed in the MOSFET 32, the voltage V3 on the source side is kept lower than the voltage V2 on the drain side. The comparator 41 of this example has such an accuracy as to detect such a potential difference, and can keep the MOSFET 32 turned on while the current flows from the drain 32D to the source 32S in the MOSFET 32.
【0025】あるいは、コンパレータ41に検出電圧ヒ
ステリシスを持たせ、ダイオード34に順方向電流が流
れ順方向電圧Vfが発生して非反転入力43と反転入力
42に一定レベル以上の電位差が生じたときにコンパレ
ータ41の出力44に高レベル信号が出力され、この一
定レベルの電位差よりも小さい所定の電位差あるいは負
の電位差が生じたときにコンパレータ41の出力44が
低レベルの信号に切り替わるようにコンパレータ41を
構成することも可能である。このようにMOSFET3
2をオン/オフさせる検出電圧に差(ヒステリシス)を
持たせることにより、MOSFET32をよりチャンネ
ル電圧降下の小さなスイッチ、さらには、電圧降下の全
くない理想的なスイッチで構成することが可能であり、
より以上の整流効果の向上を図ることができる。Alternatively, when the comparator 41 has a detection voltage hysteresis and a forward current flows through the diode 34 and a forward voltage Vf is generated to generate a potential difference of a certain level or more between the non-inverting input 43 and the inverting input 42. A high-level signal is output to the output 44 of the comparator 41, and the comparator 41 is switched so that the output 44 of the comparator 41 switches to the low-level signal when a predetermined potential difference smaller than the constant level potential difference or a negative potential difference occurs. It is also possible to configure. In this way MOSFET3
By providing a difference (hysteresis) in the detection voltage for turning on / off 2, it is possible to configure the MOSFET 32 with a switch with a smaller channel voltage drop, and further with an ideal switch with no voltage drop,
It is possible to further improve the rectification effect.
【0026】図2のタイミングチャートを参照すると、
発電装置1の無負荷時の発生電圧V0’が時刻t11に
高レベル、すなわち、接地電位Vddに対しVssの側が高
くなると、ダイオード34に電流が流れてダイオードの
順方向電圧による電圧降下が生ずる。これによりMOS
FET32の両端の電圧(V2−V3)はドレイン側32
Dの電圧V2の方が高くなり、時刻t12にコンパレー
タ41によって検出されるとコンパレータ41の出力4
4が高レベルになる。従って、pチャンネルMOSFE
T32がオンになり、1方向性ユニット30の両端の電
圧(V2−V3)はダイオードの順方向電圧Vfに達する
ことはなく、図示してあるようにMOSFET32のチ
ャンネルによる数10mV程度の微小な電圧降下が発生
する程度となる。1方向性ユニット30に電流が流れる
ので、補助コンデンサ27は充電され、その両端の電圧
(V0−V2)は徐々に上昇する。Referring to the timing chart of FIG. 2,
When the voltage V0 ′ generated when the generator 1 is unloaded is at a high level at time t11, that is, when Vss is higher than the ground potential Vdd, a current flows through the diode 34 and a voltage drop occurs due to the forward voltage of the diode. This allows MOS
The voltage (V2-V3) across the FET 32 is on the drain side 32
When the voltage V2 of D becomes higher and is detected by the comparator 41 at time t12, the output 4 of the comparator 41
4 becomes high level. Therefore, p-channel MOSFE
Since T32 is turned on, the voltage (V2-V3) across the unidirectional unit 30 does not reach the forward voltage Vf of the diode, and as shown in the figure, a minute voltage of several tens of mV due to the channel of the MOSFET 32. The descent will occur. Since a current flows through the unidirectional unit 30, the auxiliary capacitor 27 is charged and the voltage (V0-V2) across it is gradually increased.
【0027】時刻t13に、発電装置1の交流電力V
0’が減少に転ずると、ピーク電圧Vcまで充電された補
助コンデンサ27から電荷が放出され始める。補助コン
デンサ27からの放電が始まると、ドレイン側32Dの
電圧V2がソース側32Sの電圧V3よりも低くなるので
コンパレータ41の出力は低レベルになる。このため、
pチャンネル型MOSFETのゲート電極32Gにはイ
ンバータ45によって反転された高レベルの信号が供給
され、pチャンネル型MOSFET32はオフとなる。
また、ソース側の電圧V3がドレイン側の電圧V2よりも
高くなるとダイオード34においても逆方向の電圧とな
る。このため、ダイオード34を通しても電流は流れな
い。従って、1方向性ユニット30はオフとなり、補助
コンデンサ27からの放電は阻止され、時刻t13以降
においては、MOSFET32の両端の電圧としては発
電装置の発生電圧V0’と電圧Vcとの和(極性が反対と
なる場合は差)が現れる。At time t13, the AC power V of the power generator 1
When 0 ′ starts to decrease, electric charge starts to be discharged from the auxiliary capacitor 27 charged to the peak voltage Vc. When the discharge from the auxiliary capacitor 27 starts, the voltage V2 on the drain side 32D becomes lower than the voltage V3 on the source side 32S, so that the output of the comparator 41 becomes low level. For this reason,
The high-level signal inverted by the inverter 45 is supplied to the gate electrode 32G of the p-channel MOSFET 32, and the p-channel MOSFET 32 is turned off.
Further, when the voltage V3 on the source side becomes higher than the voltage V2 on the drain side, the voltage in the reverse direction is also applied to the diode 34. Therefore, no current flows through the diode 34. Therefore, the unidirectional unit 30 is turned off, the discharge from the auxiliary capacitor 27 is blocked, and after time t13, the voltage across the MOSFET 32 is the sum of the voltage V0 ′ generated by the generator and the voltage Vc (the polarity is If they are opposite, a difference will appear.
【0028】時刻t14に交流電力V0’の位相が変わ
って発生電圧V0が接地電圧Vddよりも低く(マイナス
側に)なると、補助コンデンサ27は1方向性ユニット
31によって直列に接続されるようになる。本例の整流
回路24に用いられている他の1方向性ユニット31
は、発電装置1に補助コンデンサ27を直列に接続でき
るようになっており、そのダイオード35によって交流
電力を半波整流し、さらに補助コンデンサ27に充電さ
れた電圧を加えて出力端22および23に供給できるよ
うになっている。従って、本例の電力供給装置20によ
って、発電装置1で発電された交流電力は2倍昇圧され
た直流電力として出力端22に接続された大容量コンデ
ンサ5および出力端23に接続された処理回路9に供給
される。At time t14, when the phase of the AC power V0 'changes and the generated voltage V0 becomes lower (minus side) than the ground voltage Vdd, the auxiliary capacitor 27 is connected in series by the unidirectional unit 31. . Another unidirectional unit 31 used in the rectifier circuit 24 of this example
Is capable of connecting the auxiliary capacitor 27 in series to the power generation device 1, half-wave rectifying the AC power by the diode 35 thereof, and further applying the voltage charged in the auxiliary capacitor 27 to the output terminals 22 and 23. It can be supplied. Therefore, the AC power generated by the power generation device 1 by the power supply device 20 of this example is doubled as DC power, and the large capacity capacitor 5 connected to the output end 22 and the processing circuit connected to the output end 23. 9 is supplied.
【0029】本例の整流回路24においては、第2の1
方向性ユニット31はnチャンネル型のMOSFET3
3が採用されており、MOSFET33のソース側33
Sが出力端22および23の側に接続され、ドレイン側
33Dが補助コンデンサ27の側に接続されている。こ
のため、ソース33Sからドレイン33Dに向かって順
方向となる寄生ダイオード35を半波整流用に使用する
ことができ、発生電圧V0が接地電圧Vddより低くなっ
たときに補助コンデンサ27に充電された電力に加えて
発電装置1で発電された電力を出力端22および23に
供給することができる。In the rectifier circuit 24 of this example, the second 1
The directional unit 31 is an n-channel MOSFET 3
3 is adopted, and the source side 33 of the MOSFET 33 is
S is connected to the output ends 22 and 23 side, and the drain side 33D is connected to the auxiliary capacitor 27 side. Therefore, the parasitic diode 35, which is in the forward direction from the source 33S to the drain 33D, can be used for half-wave rectification, and the auxiliary capacitor 27 is charged when the generated voltage V0 becomes lower than the ground voltage Vdd. In addition to the electric power, the electric power generated by the power generation device 1 can be supplied to the output ends 22 and 23.
【0030】このMOSFET33を制御する制御回路
37は、ソース側33Sの電圧V1とドレイン側33D
の電圧V2とを比較するコンパレータ41を備えてお
り、このコンパレータ41の出力44がMOSFET3
3のゲート33Gに印加されるようになっている。コン
パレータ41の反転入力42にはドレイン側の電圧V2
が入力され、非反転入力43にはソース側の電圧V1が
入力されている。ダイオード35の順方向となるソース
側33Sからドレイン側33Dに電流が流れると、ダイ
オード35には順方向電圧Vfが発生する。このため、
ソース側の電圧V1がドレイン側の電圧V2より高くな
り、コンパレータ41の出力44から高レベルの信号が
出力される。この高レベルの信号がゲート電極33Gに
印加されるのでnチャンネル型MOSFET33はオン
となり、寄生ダイオード35をバイパスしてMOSFE
T33に形成されたチャンネルを通して電流が流れる。
従って、ダイオード35の順方向電圧Vfにより電圧降
下はなくなるので、ソース側の電圧V1はドレイン側の
電圧V2近くまで降下し、順方向電圧Vfによる損失を低
減することができる。この1方向性ユニット31におい
ても、MOSFET33に形成されたチャンネルによる
電圧降下があるので、ソース側の電圧V1はドレイン側
の電圧V2より高く保持され、この電位差が本例のコン
パレータ41によって検出され、ソース33Sからドレ
イン33Dに電流が流れている間はMOSFET33は
オンとなる。The control circuit 37 for controlling the MOSFET 33 includes a voltage V1 on the source side 33S and a drain side 33D.
Is provided with a comparator 41 for comparing the voltage V2 of the MOSFET 3 with an output 44 of the comparator 41.
3 is applied to the gate 33G. The voltage V2 on the drain side is applied to the inverting input 42 of the comparator 41.
Is input, and the voltage V1 on the source side is input to the non-inverting input 43. When a current flows from the source side 33S in the forward direction of the diode 35 to the drain side 33D, a forward voltage Vf is generated in the diode 35. For this reason,
The voltage V1 on the source side becomes higher than the voltage V2 on the drain side, and a high level signal is output from the output 44 of the comparator 41. Since this high-level signal is applied to the gate electrode 33G, the n-channel MOSFET 33 is turned on, bypassing the parasitic diode 35 and passing through the MOSFE.
A current flows through the channel formed in T33.
Therefore, since the voltage drop due to the forward voltage Vf of the diode 35 disappears, the voltage V1 on the source side drops to near the voltage V2 on the drain side, and the loss due to the forward voltage Vf can be reduced. In this unidirectional unit 31 as well, since there is a voltage drop due to the channel formed in the MOSFET 33, the voltage V1 on the source side is kept higher than the voltage V2 on the drain side, and this potential difference is detected by the comparator 41 of this example, The MOSFET 33 is turned on while the current is flowing from the source 33S to the drain 33D.
【0031】この1方向性ユニット31においても、コ
ンパレータ41に検出電圧ヒステリシスを持たせ、ダイ
オード35に順方向電流が流れ順方向電圧Vfが発生し
て非反転入力43と反転有力42に一定レベル以上の電
位差が生じたときにコンパレータ41の出力44に高レ
ベル信号が出力され、この一定レベルの電位差よりも小
さい所定の電位差あるいは負の電位差が生じたときにコ
ンパレータ41の出力44が低レベルの信号に切り替わ
るようにコンパレータ41を構成することも可能であ
る。このようにMOSFET33をオン/オフさせる検
出電圧に差(ヒステリシス)を持たせることにより、M
OSFET33もチャンネル電圧降下の小さなスイッ
チ、さらには、電圧降下の全くない理想的なスイッチで
構成することが可能であり、より以上の整流効果の向上
を図ることができる。Also in the unidirectional unit 31, the comparator 41 is provided with detection voltage hysteresis so that a forward current flows through the diode 35 and a forward voltage Vf is generated to cause the non-inverting input 43 and the inverting force 42 to have a certain level or more. A high level signal is output to the output 44 of the comparator 41 when the potential difference of 1 is generated, and the output 44 of the comparator 41 is the low level signal when a predetermined potential difference or a negative potential difference smaller than the constant level potential difference is generated. It is also possible to configure the comparator 41 to switch to. In this way, by giving a difference (hysteresis) to the detection voltage for turning on / off the MOSFET 33, M
The OSFET 33 can also be composed of a switch having a small channel voltage drop, and further, an ideal switch having no voltage drop at all, so that the rectification effect can be further improved.
【0032】図2に示したタイミングチャートを参照し
て1方向性ユニット33の動きを整理する。時刻t14
に発電装置の発生電圧V0’の位相が変わって接地電位
Vddよりも低くなり、時刻t15にMOSFET33の
両端の電圧(V1−V2)がプラスになる、すなわち、補
助コンデンサ27の電圧Vcと発生電圧V0’の和が大容
量コンデンサの充電電圧Vsc以上(−側であるので絶対
値で)になると、ダイオード35に電流が流れる。従っ
て、MOSFET33の両端に順方向電圧が発生し、時
刻t16にコンパレータ41によって検出される。この
結果、MOSFET33がオンし、MOSFET33の
両端の電圧降下は順方向電圧Vfまでは達せず、チャン
ネルによる電圧降下程度におさまる。このような1方向
性ユニット33による電圧降下が非常に小さな状況で大
容量コンデンサ5の充電が行われる。The movement of the unidirectional unit 33 will be summarized with reference to the timing chart shown in FIG. Time t14
At time t15, the voltage (V1-V2) across the MOSFET 33 becomes positive, that is, the voltage Vc of the auxiliary capacitor 27 and the generated voltage. When the sum of V0 'becomes equal to or higher than the charging voltage Vsc of the large-capacity capacitor (in the absolute value because it is on the negative side), a current flows through the diode 35. Therefore, a forward voltage is generated across the MOSFET 33 and is detected by the comparator 41 at time t16. As a result, the MOSFET 33 is turned on, the voltage drop across the MOSFET 33 does not reach the forward voltage Vf, and the voltage drop due to the channel is suppressed. The large-capacity capacitor 5 is charged in such a situation that the voltage drop due to the unidirectional unit 33 is very small.
【0033】時刻t17に発生電圧V0’がピークを越
えて補助コンデンサ27の電圧Vcとの和が大容量コン
デンサ5の充電電圧Vsc以下になると(MOSFET3
3のチャンネルによる電圧降下を含めた値であるが)、
大容量コンデンサ5の充電電圧Vscの方が高くなるので
大容量コンデンサ5から放電が始まる。At time t17, when the generated voltage V0 'exceeds the peak and the sum of the voltage Vc of the auxiliary capacitor 27 and the charging voltage Vsc of the large-capacity capacitor 5 becomes less than or equal to the charging voltage Vsc (MOSFET3
Although it includes the voltage drop due to the 3 channels),
Since the charging voltage Vsc of the large capacity capacitor 5 becomes higher, discharging starts from the large capacity capacitor 5.
【0034】大容量コンデンサ5から放電が始まると、
上述したように、ソース側33Sの電圧V1がドレイン
側33Dの電圧V2よりも低くなるのでコンパレータ4
1の出力44は低レベルに反転する。従って、nチャン
ネルMOSFET33はオフとなりダイオード35にお
いても逆方向の電圧のなるので1方向性ユニット33に
よって大容量コンデンサ5からの放電は阻止される。When discharge starts from the large-capacity capacitor 5,
As described above, since the voltage V1 on the source side 33S becomes lower than the voltage V2 on the drain side 33D, the comparator 4
The one output 44 is inverted to a low level. Therefore, the n-channel MOSFET 33 is turned off, and the reverse voltage is applied to the diode 35 as well, so that the discharge from the large-capacity capacitor 5 is blocked by the unidirectional unit 33.
【0035】そして、発電装置1から供給された交流電
力の位相が変わって発生電圧V0が接地電圧Vddよりも
高くなると、補助コンデンサ27が先に説明した他方の
1方向性ユニット30によって発電装置1に対し並列に
接続され、補助コンデンサ27の充電が行われる。この
間、1方向性ユニット31は、ドレイン側の電圧V2が
ソース側の電圧V1より小さいとき(電圧としてはV2が
V1より高くなる)は電流が流れない。従って、発電装
置1からの入力があっても、大容量コンデンサ5 の充
電電圧Vscより発生電圧V0が小さい場合は電流が流れ
ず、大容量コンデンサ5に充電された電荷が放電されて
しまうのを保護している。また、本例のMOSFET3
2および33は、エンハンスメント形が採用されてお
り、ゲート32Gおよび33Gに電圧が印加されない場
合は、MOSFET32および33はオフ状態となり、
ダイオード34および35の機能が活かされるようにな
っている。大容量コンデンサ5 に電圧がなく、制御回
路36および37が動作しない場合であっても、ダイオ
ード34および35によって整流回路24が構成され、
発電装置1の電力を整流して大容量コンデンサ5や処理
装置9に供給することができる。When the phase of the AC power supplied from the power generator 1 changes and the generated voltage V0 becomes higher than the ground voltage Vdd, the auxiliary capacitor 27 is operated by the other one-way unit 30 described above. And are connected in parallel to each other, and the auxiliary capacitor 27 is charged. During this time, the unidirectional unit 31 does not flow a current when the voltage V2 on the drain side is smaller than the voltage V1 on the source side (the voltage V2 becomes higher than V1). Therefore, even if there is an input from the power generator 1, if the generated voltage V0 is smaller than the charging voltage Vsc of the large-capacity capacitor 5, no current flows and the electric charge charged in the large-capacity capacitor 5 is discharged. Protects. In addition, the MOSFET 3 of this example
2 and 33 adopt the enhancement type, and when no voltage is applied to the gates 32G and 33G, the MOSFETs 32 and 33 are turned off,
The functions of the diodes 34 and 35 are utilized. Even when the large-capacity capacitor 5 has no voltage and the control circuits 36 and 37 do not operate, the rectifier circuit 24 is constituted by the diodes 34 and 35,
The power of the power generator 1 can be rectified and supplied to the large-capacity capacitor 5 and the processing device 9.
【0036】このように、本例の1方向性ユニット30
および31は、逆方向の電流を阻止できると共に、順方
向の電流に対しては順方向の電圧損失をMOSFET3
2および33のオン抵抗による損失程度まで低減するこ
とができる。従って、1方向性ユニット30によって補
助コンデンサ27を発生電圧V0近くまで充電すること
ができ、また、1方向性ユニット31によって整流後の
電圧として補助コンデンサ27に充電された電圧も加え
て発生電圧V0のほぼ2倍に近い電圧を出力端22およ
び23に供給することができる。このため、先に式
(2)で示した整流効率ηcを大幅に向上することがで
きる。一方、1方向性ユニット30および31の逆方向
に電流が流れたときは、MOSFET32および33が
オフとなるので、ダイオード34および35によって逆
流を阻止することができる。従って、漏れ損失を小さく
することができる。この漏れ損失は、一方向性ユニット
を用いることにより、MOSFETの逆リーク電流程
度、すなわち、1nA以下というほとんど無視できるよ
うなレベルにすることが可能であり、これは特に腕時計
のように消費電流が数100nAというローパワーのシ
ステムでは非常に効果が大きい。このように、本発明の
1方向性ユニットによって整流回路24が構成された電
力供給装置20においては、発電された電力を損失がほ
とんど発生しないように出力端22および23に供給す
ることができる。このため、給電効率が高く損失の少な
い電力供給装置を提供することができ、回転錘の運動か
ら得られた電気エネルギーを効率良く計時装置などの処
理回路9に供給し、その機能を稼働させることができ
る。また、出力端22に接続された大容量コンデンサ5
に供給して大容量コンデンサ5を充電し、発電装置1
が発電できなくなったときでも大容量コンデンサ5の電
力によって処理装置9 を継続して稼働できる。このよ
うに本発明により、携帯に適した小型の電子機器を提供
することができる。Thus, the one-way unit 30 of this example
And 31 are capable of blocking the reverse current, and the forward voltage loss with respect to the forward current, the MOSFET 3
It is possible to reduce the loss due to the on resistances of 2 and 33. Therefore, the unidirectional unit 30 can charge the auxiliary capacitor 27 to a voltage close to the generated voltage V0, and the unidirectional unit 31 also adds the voltage charged in the auxiliary capacitor 27 as the rectified voltage to the generated voltage V0. A voltage close to twice the voltage can be supplied to the outputs 22 and 23. Therefore, the rectification efficiency ηc shown in the equation (2) can be significantly improved. On the other hand, when the current flows in the opposite direction of the unidirectional units 30 and 31, the MOSFETs 32 and 33 are turned off, so that the diodes 34 and 35 can prevent the reverse current. Therefore, the leakage loss can be reduced. By using a unidirectional unit, this leakage loss can be made to a level that is almost negligible, that is, a reverse leakage current of the MOSFET, that is, 1 nA or less, which is a level that can be neglected. It is very effective in a low-power system of several 100 nA. As described above, in the power supply device 20 in which the rectifying circuit 24 is configured by the unidirectional unit of the present invention, the generated power can be supplied to the output ends 22 and 23 so that the loss is hardly generated. Therefore, it is possible to provide a power supply device with high power supply efficiency and low loss, and to efficiently supply the electric energy obtained from the motion of the rotary weight to the processing circuit 9 such as the timing device to operate its function. You can In addition, the large-capacity capacitor 5 connected to the output end 22
To the large-capacity capacitor 5 to charge the power generation device 1
Even when the power cannot be generated, the processing device 9 can be continuously operated by the electric power of the large-capacity capacitor 5. As described above, according to the present invention, it is possible to provide a small electronic device suitable for carrying.
【0037】〔第2の実施の形態〕図3に、本発明の異
なった例として、直流電源である太陽電池2によって計
時装置などの処理装置9を動作できる電子機器10の概
要を示してある。この電子機器10は、太陽電池2から
の直流電力を充電装置である大容量コンデンサ5および
処理装置9に供給する電力供給装置20を備えている。
電力供給装置20は、大容量コンデンサ5に接続された
第1の出力端22と、処理装置9に接続された第2の出
力端23とを備えている。第2の出力端23には、第1
の出力端22、すなわち大容量コンデンサ5に対し、ス
タートアップ用の抵抗28が直列に接続され、この抵抗
28と並列にバイパススイッチ51が接続されている。
従って、大容量コンデンサ5の充電レベルが低いとき
は、大容量コンデンサ5で主に電力が消費されてしまう
のを防止するためにスタートアップ用の抵抗28によっ
て処理装置9に接続された出力端23に十分な電圧が発
生するようになっている。また、大容量コンデンサ5に
ある程度の電圧が発生すると、スタートアップ用の抵抗
28をバイパススイッチ51によってバイパスし、効率
良く大容量コンデンサ5を充電できるようになってい
る。[Second Embodiment] FIG. 3 shows, as a different example of the present invention, an outline of an electronic device 10 capable of operating a processing device 9 such as a clock device by a solar cell 2 which is a DC power source. . The electronic device 10 includes a power supply device 20 that supplies the DC power from the solar cell 2 to the large-capacity capacitor 5 that is a charging device and the processing device 9.
The power supply device 20 includes a first output end 22 connected to the large-capacity capacitor 5 and a second output end 23 connected to the processing device 9. The second output 23 has a first
A resistor 28 for start-up is connected in series to the output terminal 22, that is, the large-capacity capacitor 5, and a bypass switch 51 is connected in parallel with the resistor 28.
Therefore, when the charge level of the large-capacity capacitor 5 is low, the large-capacity capacitor 5 is connected to the output terminal 23 connected to the processing device 9 by the start-up resistor 28 in order to prevent power from being mainly consumed. Sufficient voltage is generated. Further, when a certain amount of voltage is generated in the large capacity capacitor 5, the startup resistor 28 is bypassed by the bypass switch 51 so that the large capacity capacitor 5 can be charged efficiently.
【0038】本例の処理装置9には、作動電圧の安定化
などのために補助コンデンサ8が並列に接続されてい
る。また、電力供給装置20は太陽電池2と並列に短絡
用のスイッチ52が接続されており、太陽電池2の発生
電圧V0が高くなりすぎて処理装置9や大容量コンデン
サ5に悪影響を与えるレベルに達すると太陽電池2から
の入力を短絡し、出力電圧V1が高く成りすぎないよう
にしている。このような制御を行うために電力供給装置
20は制御回路37を備えており、この制御回路37に
よって発生電圧V0および大容量コンデンサ5の出力端
23の側の出力電圧V1が監視され、短絡用スイッチ5
2およびバイパス用スイッチ51を操作できるようにし
ている。An auxiliary capacitor 8 is connected in parallel to the processing device 9 of the present example in order to stabilize the operating voltage. In addition, the power supply device 20 is connected to the solar cell 2 in parallel with the short-circuiting switch 52, and the voltage V 0 generated by the solar cell 2 becomes too high, so that the processing device 9 and the large-capacity capacitor 5 are adversely affected. When it reaches, the input from the solar cell 2 is short-circuited so that the output voltage V1 does not become too high. In order to perform such control, the power supply device 20 is provided with a control circuit 37. The control circuit 37 monitors the generated voltage V0 and the output voltage V1 on the output terminal 23 side of the large-capacity capacitor 5 for short-circuiting. Switch 5
2 and the bypass switch 51 can be operated.
【0039】この電力供給装置20においては、不連続
な光エネルギーを電力に変換する太陽電池2の出力が低
下すると大容量コンデンサ5が放電した電力が出力端2
2から出力端23に供給され、処理装置9 が駆動され
る。この際、大容量コンデンサ5から太陽電池2に電流
が流れると、電力が浪費され、また、太陽電池2に損傷
を与える恐れがある。このため、電力供給装置20には
大容量コンデンサ5から太陽電池2に対する逆流防止用
の1方向性ユニット31が設けられている。In this power supply device 20, when the output of the solar cell 2 for converting discontinuous light energy into electric power decreases, the electric power discharged from the large-capacity capacitor 5 is output to the output terminal 2.
2 is supplied to the output end 23 and the processing device 9 is driven. At this time, if a current flows from the large-capacity capacitor 5 to the solar cell 2, electric power is wasted and the solar cell 2 may be damaged. For this reason, the power supply device 20 is provided with a unidirectional unit 31 for preventing backflow from the large-capacity capacitor 5 to the solar cell 2.
【0040】本例の1方向性ユニット31は、太陽電池
2の起電圧V0が大容量コンデンサ5に接続された出力
端22の電圧V1よりも絶対値で大きいときに電流が流
れるように接続されたダイオード35と、このダイオー
ド35と並列に接続されたスイッチ38とを備えてお
り、このスイッチ38が制御回路37からの制御信号φ
1によって操作されるようになっている。図4に、制御
信号φ1の例を示してある。制御回路37には、発生電
圧V0と、出力端22の出力電圧V1が導入されており、
これらの電圧V0およびV1はダイオード35の両端の電
圧に相当する。まず、時刻t1に、太陽電池2 が発電
しておらず、また、大容量コンデンサ5に電荷が蓄積さ
れていないときは発生電圧V0および出力電圧V1は0で
あり、その差も0となる。このため、制御信号φ1は低
レベルに保持されておりスイッチ38はオフとなってい
る。制御用の電源が確保できないときにオフとするため
には、例えば、エンハンスメント形のMOSFETなど
の電界効果型トランジスタスイッチを用いることができ
る。The unidirectional unit 31 of this example is connected so that a current flows when the electromotive voltage V0 of the solar cell 2 is larger in absolute value than the voltage V1 of the output terminal 22 connected to the large capacity capacitor 5. And a switch 38 connected in parallel with the diode 35. The switch 38 is provided with a control signal φ from the control circuit 37.
It is designed to be operated by 1. FIG. 4 shows an example of the control signal φ1. The generated voltage V0 and the output voltage V1 of the output end 22 are introduced into the control circuit 37,
These voltages V0 and V1 correspond to the voltage across the diode 35. First, at time t1, when the solar cell 2 is not generating power and no electric charge is stored in the large-capacity capacitor 5, the generated voltage V0 and the output voltage V1 are 0, and the difference between them is also 0. Therefore, the control signal φ1 is held at the low level and the switch 38 is off. In order to turn off when the control power supply cannot be secured, for example, a field effect transistor switch such as an enhancement type MOSFET can be used.
【0041】次に、時刻t2に太陽電池2が発電を開始
すると発生電圧V0が増加(マイナス側に)する。従っ
て、ダイオード35に電流が流れ、順方向電圧Vfが発
生する。このため、ダイオード35の他方の端の電圧V
1は発生電圧V0よりもプラス側に小さくなる。制御回路
37は、この電位差を検出して時刻t3に制御信号φ1
を高レベルにしてスイッチ38をオンする。この結果、
太陽電池2からの電力はダイオード35をバイパスして
流れ、順方向電圧Vfの損失なしに大容量コンデンサ5
および処理回路9に供給される。Next, when the solar cell 2 starts to generate electricity at time t2, the generated voltage V0 increases (to the minus side). Therefore, a current flows through the diode 35 and a forward voltage Vf is generated. Therefore, the voltage V at the other end of the diode 35 is
1 becomes smaller than the generated voltage V0 on the plus side. The control circuit 37 detects the potential difference and detects the control signal φ1 at time t3.
Is set to a high level and the switch 38 is turned on. As a result,
Electric power from the solar cell 2 bypasses the diode 35 and flows, and the large-capacity capacitor 5 does not lose the forward voltage Vf.
And to the processing circuit 9.
【0042】バイパススイッチ38をオンするとダイオ
ード35により順方向電圧Vfの影響がなくなるので、
電圧V1とV0との差はほとんどなくなる。もちろん、ス
イッチ38による電圧降下があるので、上記の例のよう
にこの電圧降下を検出してバイパススイッチ38を制御
しても良い。本例においては、バイパススイッチ38を
オンしてから所定の時間経過した時刻t4にいったんバ
イパススイッチ38をオフする。バイパススイッチ38
をオフしたときにダイオード35 による順方向電圧Vf
が検出されると、時刻t5に再びバイパススイッチ38
をオンする。このように、本例の1方向性ユニット3
1においては、定期的にバイパススイッチ38をオフし
て順方向電圧Vfをサンプリングすることによりダイオ
ード35に流れる電流の方向を検出できるようにしてい
る。従って、定期的にダイオード35の順方向電圧Vf
が太陽電池2と大容量コンデンサ5の間に発生するので
充電効率は損なわれる。しかしながら、スイッチ38を
オンしている間は、順方向電圧Vfの影響を除くことが
できる。このため、従来の電圧供給装置においては、常
に順方向電圧Vfの損失が発生していたのに比較すると
電圧供給装置20の給電効率を大幅に高めることができ
る。When the bypass switch 38 is turned on, the diode 35 does not influence the forward voltage Vf.
There is almost no difference between the voltages V1 and V0. Of course, since there is a voltage drop due to the switch 38, the bypass switch 38 may be controlled by detecting this voltage drop as in the above example. In this example, the bypass switch 38 is once turned off at a time t4 when a predetermined time has passed since the bypass switch 38 was turned on. Bypass switch 38
When the diode is turned off, the forward voltage Vf generated by the diode 35
Is detected, the bypass switch 38 is again activated at time t5.
Turn on. Thus, the unidirectional unit 3 of this example
In No. 1, the bypass switch 38 is turned off periodically to sample the forward voltage Vf so that the direction of the current flowing through the diode 35 can be detected. Therefore, the forward voltage Vf of the diode 35 is periodically set.
Occurs between the solar cell 2 and the large-capacity capacitor 5, so that the charging efficiency is impaired. However, the influence of the forward voltage Vf can be removed while the switch 38 is on. Therefore, in the conventional voltage supply device, the loss of the forward voltage Vf is always generated, so that the power supply efficiency of the voltage supply device 20 can be significantly increased as compared with the loss.
【0043】時刻t9に太陽電池2が発電を停止する
と、電圧V1とV0の差は逆転し、電圧V0の絶対値が小
さくなる。これによって制御信号φ1は低レベルになり
スイッチ38はオフとなる。電圧V1からV0を差し引い
た値がマイナスになるとダイオード35にも逆方向にな
るので電流は流れない。従って、本例の1方向性ユニッ
ト31を通しては電流が流れず、大容量コンデンサ5か
ら太陽電池2の側に電力は逆流せず、出力端23を介し
て処理装置9に大容量コンデンサ5の電力が供給され、
処理装置9が継続して稼働する。When the solar cell 2 stops generating electricity at time t9, the difference between the voltages V1 and V0 is reversed, and the absolute value of the voltage V0 becomes smaller. As a result, the control signal φ1 goes low and the switch 38 is turned off. When the value obtained by subtracting V0 from the voltage V1 becomes negative, the diode 35 also goes in the reverse direction, so that no current flows. Therefore, a current does not flow through the unidirectional unit 31 of this example, the power does not flow backward from the large-capacity capacitor 5 to the solar cell 2 side, and the power of the large-capacity capacitor 5 is supplied to the processing device 9 via the output terminal 23. Is supplied,
The processing device 9 continues to operate.
【0044】このように、本例の電力供給装置20にお
いても、本発明の1方向性ユニット31を逆流阻止のた
めに用いることにより、ダイオードの順方向電圧Vfに
よる損失を防止でき効率良く電力を転送できる。また、
電力を大容量コンデンサ5は処理装置9に供給する際に
順方向電圧Vfによる損失を除くことができるので、順
方向電圧Vfの大きな素子を採用することが可能であ
り、逆リーク電流が小さく漏れ損失を低減できるシリコ
ンダイオードを逆流防止用素子35として採用すること
ができる。As described above, also in the power supply device 20 of this embodiment, by using the unidirectional unit 31 of the present invention for blocking the reverse current, the loss due to the forward voltage Vf of the diode can be prevented and the power can be efficiently supplied. Can be transferred. Also,
Since the large-capacity capacitor 5 can eliminate the loss due to the forward voltage Vf when supplying the electric power to the processing device 9, it is possible to employ an element having a large forward voltage Vf and a small reverse leakage current and leakage. A silicon diode capable of reducing loss can be adopted as the backflow prevention element 35.
【0045】また、本例においては抵抗28、スイッチ
51、コンデンサ8およびスイッチ52の作用および効
果を中心に説明したが、これらの構成を上述した第1の
実施の形態に適用し、同等の作用および効果を得ること
ももちろん可能である。さらに、本例において1方向性
ユニット31のバイパススイッチ38を定期的にオフす
ることによりダイオードに流れる電流の方向を検出して
いるが、第1 の実施の形態のMOSFET32および
33においても同等のことが可能である。そして、この
ような方法によりサンプリング的にダイオード34およ
び35に流れる電流の方向を検出することにより、チャ
ンネルによる電圧降下のない理想的なMOSFETを用
いて整流回路を構成することができ、さらに効率よく電
力を供給することができる。また、サンプリング的に電
流方向あるいは電圧方向を検出することによりコンパレ
ータ41の動作もサンプリング的(離散的)で良いの
で、制御回路の消費電力を低減することができ、このよ
うな点も含めてさらに給電効率を高めることができる。Further, in this example, the operation and effect of the resistor 28, the switch 51, the capacitor 8 and the switch 52 have been mainly described, but these configurations are applied to the above-described first embodiment and equivalent operation is performed. And of course, it is possible to obtain the effect. Furthermore, in this example, the direction of the current flowing through the diode is detected by periodically turning off the bypass switch 38 of the unidirectional unit 31, but the same applies to the MOSFETs 32 and 33 of the first embodiment. Is possible. By detecting the directions of the currents flowing in the diodes 34 and 35 by sampling in this way, it is possible to configure a rectifier circuit using an ideal MOSFET that does not cause a voltage drop due to the channel, and more efficiently. Power can be supplied. Further, since the operation of the comparator 41 may be sampling (discrete) by detecting the current direction or the voltage direction in a sampling manner, the power consumption of the control circuit can be reduced. Power supply efficiency can be improved.
【0046】以上に説明したように、本発明にかかる電
力供給装置は、ダイオードに発生する順方向電圧を検出
してダイオードをバイパスするスイッチをオンし順方向
電圧の損失の発生を防止できる。従って、交流電力を整
流する整流回路における損失や、逆流防止素子における
損失を大幅に低減することが可能であり、順方向電圧に
よる損失なく入力端から出力端に電力を転送できる。ま
た、本発明の1方向性ユニットは、逆方向に電圧がかか
るとスイッチがオフし、ダイオードによって逆流を防止
できるようになっているので、従来と同様に出力端から
入力端への逆流も阻止することができ、大容量コンデン
サや処理装置の補助コンデンサにいったん蓄積された電
力が浪費されるのを防止できる。As described above, the power supply apparatus according to the present invention can detect the forward voltage generated in the diode and turn on the switch for bypassing the diode to prevent the loss of the forward voltage. Therefore, it is possible to significantly reduce the loss in the rectifier circuit that rectifies the AC power and the loss in the backflow prevention element, and the power can be transferred from the input end to the output end without the loss due to the forward voltage. Further, in the unidirectional unit of the present invention, the switch is turned off when a voltage is applied in the reverse direction, and the diode can prevent the reverse current, so that the reverse current from the output end to the input end is also blocked as in the conventional case. Therefore, it is possible to prevent the power once stored in the large-capacity capacitor or the auxiliary capacitor of the processing device from being wasted.
【0047】従って、本発明の電力供給装置の入力端
に、太陽電池あるいは熱電素子などの直流を出力する発
電装置、あるいは電磁発電機や振動タイプの熱電素子を
用いた交流を出力する発電装置を接続することにより、
ダイオードの順方向電圧による損失がなく、また、漏れ
損失も少ない給電効率の高い発電装置を提供することが
できる。このため、本発明の発電装置によって、エネル
ギー密度の小さな太陽電池や熱電素子、あるいはユーザ
ーの動きを捉えて発電を行う回転錘を用いた発電機など
からの電力を処理装置や充電装置に効率良く供給でき、
携帯に適した発電装置を提供できる。さらに、本発明の
1方向性ユニットは、ダイオードとスイッチの組み合わ
せ、あるいはMOSFETなどの電界効果型トランジス
タスイッチとその寄生ダイオードといった非常に簡易で
小型化可能なユニットであり、この点でも携帯型の発電
装置に適している。また、計時機能などを備えた処理装
置と共に本発明の電力供給装置あるいは発電装置を搭載
することにより、携帯型で自己発電型の電子機器を提供
することが可能であり、大容量コンデンサなどの充電装
置を併用することにより、様々な環境下において長時
間、維続して処理装置を稼働させることが可能な電子機
器を提供することができる。本発明の電子機器は、腕時
計やその他の携帯型、あるいは車両搭載型などとして実
現することが可能であり、上記の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(登録商標)、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
込むことができることはもちろんである。Therefore, at the input end of the power supply device of the present invention, a power generation device for outputting direct current such as a solar cell or a thermoelectric element, or a power generation device for outputting alternating current using an electromagnetic generator or a vibration type thermoelectric element. By connecting,
It is possible to provide a power generation device with high power supply efficiency, which has no loss due to the forward voltage of the diode and has little leakage loss. Therefore, by the power generator of the present invention, the power from a solar cell or thermoelectric element having a small energy density, or a generator using a rotary weight that captures the movement of the user to generate power can be efficiently supplied to the processing device and the charging device. Can supply,
A power generator suitable for carrying can be provided. Further, the unidirectional unit of the present invention is a very simple and miniaturizable unit such as a combination of a diode and a switch, or a field effect transistor switch such as MOSFET and its parasitic diode. Suitable for equipment. In addition, by mounting the power supply device or the power generation device of the present invention together with a processing device having a timekeeping function, it is possible to provide a portable and self-powered electronic device, and to charge a large-capacity capacitor or the like. By using the device together, it is possible to provide an electronic device capable of continuously operating the processing device for a long time under various environments. The electronic device of the present invention can be realized as a wristwatch or other portable type, or a vehicle-mounted type, and is not limited to the electronic device having the clock function described in the above example, but a pager. , A telephone, a wireless device, a hearing aid, a pedometer (registered trademark), an information terminal such as a calculator, an electronic notebook, an IC card, a radio receiver, and the like can be incorporated with various processing devices which operate by consuming power. Of course.
【0048】また、本発明が上述した各電子装置10の
回路例に限定されないことはもちろんである。例えば、
図1に示した交流電源の整流回路の1方向性ユニットと
して図3に示した逆流阻止用の1方向性ユニットを用い
ることも可能であり、その逆ももちろん可能である。ま
た、整流回路は上述した昇圧整流回路の他に、ブリッジ
型に1方向性ユニットを組み合わせて全波整流を行う回
路や、1方向性ユニットを用いて半波整流を行う回路な
どであっても良いことは勿論である。また、昇圧整流に
おいても、上記の2倍昇圧に限らず、3倍以上の昇圧回
路を用いることももちろん可能である。また、ダイオー
ドをバイパスするスイッチとして電界効果型トランジス
タといったユニポーラトランジスタの他にバイポーラト
ランジスタスイッチを用いることも可能であり、電力供
給装置をIC化して提供したり、あるいは処理装置と共
に同一の半導体基板に搭載するなど様々なバリエーショ
ンが可能である。Of course, the present invention is not limited to the circuit examples of the electronic devices 10 described above. For example,
The unidirectional unit for backflow prevention shown in FIG. 3 can be used as the unidirectional unit of the rectifier circuit of the AC power supply shown in FIG. 1 and vice versa. Further, the rectifier circuit may be a circuit for performing full-wave rectification by combining a unidirectional unit in a bridge type or a circuit for performing half-wave rectification using the unidirectional unit, in addition to the boost rectifier circuit described above. Of course good things. Also, in boost rectification, not only the above-mentioned double boosting but also a boosting circuit of triple or more can be used. Further, as the switch for bypassing the diode, a bipolar transistor switch can be used in addition to the unipolar transistor such as a field effect transistor, and the power supply device can be provided as an IC or provided on the same semiconductor substrate together with the processing device. Various variations are possible.
【0049】〔第3の実施の形態〕図5に、発電装置1
からの交流電力を1方向性ユニット30を用いて全波整
流して処理装置9および充電装置5に供給可能な電力供
給装置20の例を示してある。上述したように、4つの
1方向性ユニットをブリッジに組み立て全波整流するこ
とも可能であるが、本例の電力供給装置20において
は、コンパレータ41を備えた1方向性ユニット30a
および30bと、MOSFET60aおよび60bとで
ブリッジを構成して全波整流を行うようにしている。従
って、本例の整流回路24においては、1方向性ユニッ
ト30は2つで良く、コンパレータ41を2つ設ければ
良いので、回路が簡略化され、整流回路24を搭載した
半導体装置(ASIC)を小型にでき、いっそう低コス
トで携帯型の電子機器に搭載しやすい電力供給装置20
を実現できる。[Third Embodiment] FIG. 5 shows a power generator 1
An example of a power supply device 20 capable of full-wave rectifying the AC power from the device using the unidirectional unit 30 and supplying the AC power to the processing device 9 and the charging device 5 is shown. As described above, it is possible to assemble four unidirectional units into a bridge for full-wave rectification, but in the power supply device 20 of this example, the unidirectional unit 30a including the comparator 41 is used.
And 30b and the MOSFETs 60a and 60b constitute a bridge for full-wave rectification. Therefore, in the rectifier circuit 24 of this example, the number of the one-way units 30 is two, and the two comparators 41 may be provided. Therefore, the circuit is simplified, and the semiconductor device (ASIC) in which the rectifier circuit 24 is mounted is installed. Power supply device 20 that can be made compact and can be easily installed in a portable electronic device at a lower cost
Can be realized.
【0050】本例の整流回路24においては、ブリッジ
を形成するために、発電装置1に接続された入力端子A
G1およびAG2と、充電装置5および処理装置9に接
続される一方の出力端子O1との間に2つの1方向性ユ
ニット30aおよび30bが並列に接続されており、入
力端子AG1およびAG2と他方の出力端子O2との間に
整流用のMOSFET60aおよび60bが並列に接続
されている。1方向性ユニット30aおよび30bは、
pチャンネル型のMOSFET32および制御用のコン
パレータ41をそれぞれ備えており、これらの詳しい構
成は上述した1方向性ユニットと同じであるので以下で
は説明は省略する。これに対し、出力端子O2との間に
並列に接続されたMOSFET60aおよび60bは、
nチャンネル型であり、ドレイン側60Dが発電装置側
の入力端子AG1およびAG2にそれぞれ接続され、ソー
ス側60Sが出力端子O2に接続されている。さらに、
MOSFET60aのゲート端子60Gは入力端子AG
2に接続され、MOSFET60bのゲート端子60G
は入力端子AG1に接続されている。さらに、MOSF
ET60aおよび60bのゲート側60Gは、インバー
タ61と、これを駆動するMOSFET62およびプル
アップ用の抵抗63とからなる駆動要素を介してそれぞ
れの入力端子AG2およびAG1に接続されている。これ
らの駆動要素を発電装置側AG1およびAG2の電圧で駆
動し、さらに、整流用のMOSFET60aおよび60
bを制御できるので、MOSFET60aおよび60b
に影響を与えずにオンオフのタイミング調整が可能であ
る。すなわち、駆動要素であるMOSFET62の閾値
を任意に変えることにより、整流用のMOSFET60
aおよび60bが動くタイミングを任意に選択すること
ができる。整流用のMOSFET60aおよび60bの
ゲート側60Gに発電装置側の電圧を直に供給しても良
いが、タイミングを調整するために閾値を変えると、ド
ライブ能力が低下し、あるいは、リーク電流が増えるな
どパフォーマンスが低下する。これに対し、駆動要素を
設けると、MOSFET60aおよび60bのパフォー
マンスに影響を与えずにタイミング調整が可能である。In the rectifier circuit 24 of this example, the input terminal A connected to the power generator 1 in order to form a bridge.
Two unidirectional units 30a and 30b are connected in parallel between G1 and AG2 and one output terminal O1 connected to the charging device 5 and the processing device 9, and the input terminals AG1 and AG2 and the other one Rectification MOSFETs 60a and 60b are connected in parallel with the output terminal O2. The unidirectional units 30a and 30b are
A p-channel type MOSFET 32 and a control comparator 41 are provided respectively, and their detailed configurations are the same as those of the above-mentioned one-way unit, and therefore description thereof will be omitted below. On the other hand, the MOSFETs 60a and 60b connected in parallel with the output terminal O2 are
It is an n-channel type, the drain side 60D is connected to the input terminals AG1 and AG2 on the power generator side, and the source side 60S is connected to the output terminal O2. further,
The gate terminal 60G of the MOSFET 60a is an input terminal AG
2 is connected to the gate terminal 60G of the MOSFET 60b
Is connected to the input terminal AG1. Furthermore, MOSF
The gate side 60G of the ETs 60a and 60b is connected to respective input terminals AG2 and AG1 via a drive element including an inverter 61, a MOSFET 62 for driving the inverter 61, and a pull-up resistor 63. These drive elements are driven by the voltages of the power generator side AG1 and AG2, and further rectification MOSFETs 60a and 60 are used.
b can be controlled so that MOSFETs 60a and 60b
It is possible to adjust the on / off timing without affecting the. That is, by arbitrarily changing the threshold value of the driving element MOSFET 62, the rectification MOSFET 60
The timing at which a and 60b move can be arbitrarily selected. The voltage on the side of the power generator may be directly supplied to the gate side 60G of the rectifying MOSFETs 60a and 60b, but if the threshold value is changed to adjust the timing, the drive capability is reduced or the leak current is increased. Poor performance. On the other hand, when the driving element is provided, the timing can be adjusted without affecting the performance of the MOSFETs 60a and 60b.
【0051】図6に示したタイミングチャートに基づ
き、本例の電力供給装置20の整流回路24の動作を説
明する。発電装置1 において発電が開始され、入力端
子AG1の電位が低電位Vscから高電位Vddに上昇し、
時刻t21に駆動要素のMOSFET62の閾値に達す
ると、MOSFET62がオンする。このため、インバ
ータ61の出力が低電位から高電位に変わり、整流用の
MOSFET60bがオンする。さらに入力端子AG1
の電圧が上昇し、充電装置5の充電電圧Vdd以上になる
と1方向性ユニット30aで順方向電圧が発生する。こ
れによって、時刻t22に1方向性ユニット30aのM
OSFET32の両端の電圧が所定の値になると、コン
パレータ41の出力が低電位に変わりMOSFET32
がオンし、1方向性ユニット30aが順方向電圧による
損失なく導通する。従って、発電装置1からの電力が充
電装置5 または処理装置9に供給される。発電装置1
の起電圧が反転しはじめると、時刻t23に1方向性ユ
ニット30aのMOSFET32の両端の電圧が低下
し、コンパレータ41の出力が高レベルに変わってMO
SFET32がオフする。さらに、入力端子AG1の電
圧が低下すると、駆動要素であるMOSFET62の閾
値以下となり、時刻t24に整流用のMOSFET60
bもオフになる。このため、1方向性ユニット30aの
寄生ダイオード34およびMOSFET60bの寄生ダ
イオード65により逆方向の電流は流れなくなる。The operation of the rectifier circuit 24 of the power supply apparatus 20 of this example will be described based on the timing chart shown in FIG. Power generation is started in the power generator 1, the potential of the input terminal AG1 rises from the low potential Vsc to the high potential Vdd,
When the threshold value of the driving element MOSFET 62 is reached at time t21, the MOSFET 62 is turned on. Therefore, the output of the inverter 61 changes from the low potential to the high potential, and the rectifying MOSFET 60b is turned on. Furthermore, input terminal AG1
When the voltage rises and becomes equal to or higher than the charging voltage Vdd of the charging device 5, a forward voltage is generated in the unidirectional unit 30a. As a result, at time t22, M of the unidirectional unit 30a is
When the voltage across the OSFET 32 reaches a predetermined value, the output of the comparator 41 changes to a low potential and the MOSFET 32
Turns on, and the unidirectional unit 30a conducts without loss due to the forward voltage. Therefore, the electric power from the power generation device 1 is supplied to the charging device 5 or the processing device 9. Generator 1
When the electromotive voltage starts to reverse, the voltage across the MOSFET 32 of the unidirectional unit 30a decreases at time t23, the output of the comparator 41 changes to high level, and MO
The SFET 32 turns off. Further, when the voltage of the input terminal AG1 decreases, it becomes less than or equal to the threshold of the MOSFET 62 that is a driving element, and at time t24, the rectifying MOSFET 60
b also turns off. Therefore, the reverse direction current does not flow due to the parasitic diode 34 of the unidirectional unit 30a and the parasitic diode 65 of the MOSFET 60b.
【0052】発電装置1の起電圧が反転した場合も同様
であり、入力端子AG2の電圧が上昇して時刻t25に
整流用のMOSFET60aがオンになり、時刻t26
に1方向性ユニット30bが順方向電圧の損失なく導通
する。従って、発電装置1から高効率で充電装置5およ
び処理装置9に電力が供給される。一方、入力端子AG
2の電圧が降下して時刻t27に1方向性ユニット30
bがオフになり、時刻t28に整流用のMOSFET6
0aがオフになる。これにより、1方向性ユニット30
bおよびMOSFET60aに逆方向の電流は流れなく
なる。このようにして全波整流が行われ、本例のブリッ
ジを用いて全波整流を行う際も1方向性ユニット30a
および30b、さらにMOSFET60aおよび60b
が導通したときのダイオードの順方向電圧による損失を
阻止できる。携帯型の電子機器に収納可能な発電装置1
の起電圧はシリコンダイオードの順方向電圧以下から数
倍程度であるので、上記の実施の形態と同様に、シリコ
ンダイオードの順方向電圧による損失を除くことにより
非常に整流効率が高く給電効率の高い電力供給装置を提
供できる。The same applies when the electromotive voltage of the power generator 1 is reversed, and the voltage of the input terminal AG2 rises, the rectifying MOSFET 60a is turned on at time t25, and time t26.
Then, the unidirectional unit 30b conducts without loss of forward voltage. Therefore, electric power is supplied from the power generation device 1 to the charging device 5 and the processing device 9 with high efficiency. On the other hand, the input terminal AG
The voltage of 2 drops and at time t27, the unidirectional unit 30
b is turned off, and at time t28, the rectifying MOSFET 6
0a turns off. Thereby, the unidirectional unit 30
The current in the opposite direction does not flow through b and MOSFET 60a. In this way, the full-wave rectification is performed, and even when the full-wave rectification is performed using the bridge of this example, the unidirectional unit 30a
And 30b, and MOSFETs 60a and 60b
It is possible to prevent the loss due to the forward voltage of the diode at the time of conduction. Power generator 1 that can be stored in a portable electronic device
Since the electromotive voltage is less than the forward voltage of the silicon diode to several times higher, the rectification efficiency is very high and the power supply efficiency is high by removing the loss due to the forward voltage of the silicon diode as in the above embodiment. A power supply device can be provided.
【0053】なお、プルアップ抵抗63に代わり、適当
な定電流発生回路を高電圧側VddとN チャンネルMO
SFET62のドレイン側との間に接続しても良い。ま
た、NチャンネルMOSFET62は、定常状態で非発
電時はオフであり、抵抗63およびMOSFET62を
介して電流は流れないようになっている。これは定電流
発生回路を用いた場合でも同様である。また、Nチャン
ネルMOSFET62とプルアップ抵抗63という駆動
要素のかわりに、NチャンネルMOSFETとPチャン
ネルMOSFETからなるCMOSインバータ回路を使
用しても良い。この場合においても安定状態で非発電時
はオフであり、電流は流れない。さらに、入力端子AG
1と電源電圧Vsc、および入力端子AG2と電源電圧Vsc
との間にプルダウン抵抗を入れることにより、非発電時
の定常状態での入力端子AG1およびAG2の電位の安定
化を図ることも可能である。In place of the pull-up resistor 63, a suitable constant current generating circuit is used for the high voltage side Vdd and N channel MO.
It may be connected to the drain side of the SFET 62. Further, the N-channel MOSFET 62 is off in the steady state during non-power generation, and no current flows through the resistor 63 and the MOSFET 62. This is the same even when the constant current generating circuit is used. Further, instead of the driving elements of the N-channel MOSFET 62 and the pull-up resistor 63, a CMOS inverter circuit composed of an N-channel MOSFET and a P-channel MOSFET may be used. Even in this case, it is off in the stable state during non-power generation, and no current flows. Furthermore, the input terminal AG
1 and power supply voltage Vsc, and input terminal AG2 and power supply voltage Vsc
It is also possible to stabilize the potentials of the input terminals AG1 and AG2 in a steady state during non-power generation by inserting a pull-down resistor between and.
【0054】図7に、1方向性ユニット30aおよび3
0bと、整流用のMOSFET60aおよび60bを用
いて全波整流を行う整流回路24を備えた電力供給装置
20の異なった例を示してある。本例の腕時計装置10
は、キャパシタ5から放電される電圧Vscを昇圧し、電
源電圧Vssとして処理装置9を動作できる昇圧回路70
を備えている。このような昇圧回路70は、複数のコン
デンサを切り換えて2段、3段あるいはそれ以上の昇圧
が可能な回路などを用いて実現することができる。もち
ろん、この昇圧回路70はキャパシタ5の電圧Vscを昇
圧せずに電源電圧Vssとして供給することも可能であ
る。In FIG. 7, unidirectional units 30a and 3 are shown.
0b and a different example of the power supply device 20 including the rectifying circuit 24 that performs full-wave rectification using the rectifying MOSFETs 60a and 60b. Wristwatch device 10 of this example
Is a booster circuit 70 capable of boosting the voltage Vsc discharged from the capacitor 5 and operating the processing device 9 as the power supply voltage Vss.
Is equipped with. Such a booster circuit 70 can be realized by using a circuit capable of boosting two, three, or more stages by switching a plurality of capacitors. Of course, the booster circuit 70 can also supply the voltage Vsc of the capacitor 5 as the power supply voltage Vss without boosting it.
【0055】さらに、本例の電力供給装置20は、昇圧
回路70で昇圧可能になった電源電圧Vssの供給をうけ
る電源端子29を備えており、電源電圧Vssが1方向性
ユニット30aおよび30b、整流用のMOSFET6
0aおよび60bの制御回路、すなわち、コンパレータ
41とインバータ61の動作電源として使用されるよう
になっている。従って、キャパシタ(大容量コンデン
サ)5が充電途中のとき、あるいはキャパシタ5が放電
して電圧Vscが降下している状態でも、電圧Vscを数倍
に昇圧した電源電圧Vssによって1方向性ユニット30
aおよび30b、整流用のMOSFET60aおよび6
0bを制御することができる。従って、充電初期あるい
は放電末期などのキャパシタ5の電圧Vscが低い状態で
も、スイッチを構成するこれらのMOSFETを駆動す
るのに十分な電圧を確保できるので、スイッチング動作
を高速で確実に行うことができ、効率良く整流すること
が可能となる。このため、充電初期あるいは放電末期の
整流損失を低減することができる。例えば、高電位Vdd
に対し電圧Vscが−0.5V程度と小さいときに、例え
ば、3倍昇圧した−1.5V程度の電源電圧Vssを確保
することができ、この電源電圧Vssによって1方向性ユ
ニット30aのPチャンネルMOSFET32を駆動す
ることができる。PチャンネルMOSFETのドライブ
能力はゲート電圧の2乗で増加するので、昇圧された電
力を用いて制御することにより、ほぼ9倍のドライブ能
力を発揮させ、効率良く整流を行うことができる。Further, the power supply device 20 of this example is provided with a power supply terminal 29 for receiving the supply of the power supply voltage Vss which can be boosted by the booster circuit 70, and the power supply voltage Vss is one-way units 30a and 30b. MOSFET 6 for rectification
It is designed to be used as an operating power supply for the control circuits 0a and 60b, that is, the comparator 41 and the inverter 61. Therefore, even when the capacitor (large-capacity capacitor) 5 is being charged, or even when the capacitor 5 is discharged and the voltage Vsc is decreasing, the unidirectional unit 30 is generated by the power supply voltage Vss obtained by boosting the voltage Vsc several times.
a and 30b, rectification MOSFETs 60a and 6
0b can be controlled. Therefore, even when the voltage Vsc of the capacitor 5 is low at the initial stage of charging or the final stage of discharging, a sufficient voltage can be secured to drive these MOSFETs forming the switch, so that the switching operation can be surely performed at high speed. It is possible to rectify efficiently. Therefore, the rectification loss at the initial stage of charging or the final stage of discharging can be reduced. For example, high potential Vdd
On the other hand, when the voltage Vsc is as small as about -0.5V, for example, a power supply voltage Vss of about -1.5V boosted three times can be secured, and the P-channel of the unidirectional unit 30a is secured by this power supply voltage Vss. The MOSFET 32 can be driven. Since the drive capability of the P-channel MOSFET increases with the square of the gate voltage, it is possible to achieve almost 9 times the drive capability by controlling with the boosted power and to perform rectification efficiently.
【0056】図8に、さらに上記と異なった電力供給装
置20の例を示してある。本例の電力供給装置20は、
全波整流を行う整流回路24の低電位側(Vsc側)にN
チャンネルMOSFET33を用いた1方向性ユニット
31aおよび31bが接続され、高電位側(Vdd側)に
整流用MOSFETとしてPチャンネル型のMOSFE
T80aおよび80bが接続されている。そして、MO
SFET80aのゲート端子80Gは入力端子AG2の
電圧によって動作し、MOSFET80bのゲート端子
は反対側の入力端子AG1の電圧によって動作するよう
になっている。MOSFET80aおよび80bのゲー
ト側80Gは、インバータ81と、これを駆動するMO
SFET82およびプルダウン用の抵抗83とからなる
駆動要素が設けられている。さらに、電源電圧Vssの受
入れ端子29が設けられており、電源電圧Vssで1方向
性ユニット31aおよび31b、整流用のMOSFET
80aおよび80bを制御できるようになっている。こ
れらの駆動要素の動作は、極性の相違を考慮すると、先
に図7に基づき説明した回路と同様であるので、ここで
は詳しい説明は省略する。FIG. 8 shows an example of a power supply device 20 different from the above. The power supply device 20 of this example is
N on the low potential side (Vsc side) of the rectifier circuit 24 that performs full-wave rectification
The unidirectional units 31a and 31b using the channel MOSFET 33 are connected, and a P-channel type MOSFE as a rectifying MOSFET on the high potential side (Vdd side).
T80a and T80b are connected. And MO
The gate terminal 80G of the SFET 80a is operated by the voltage of the input terminal AG2, and the gate terminal of the MOSFET 80b is operated by the voltage of the input terminal AG1 on the opposite side. The gate side 80G of the MOSFETs 80a and 80b includes an inverter 81 and an MO for driving the inverter 81.
A driving element including an SFET 82 and a pull-down resistor 83 is provided. Further, a receiving terminal 29 for receiving the power supply voltage Vss is provided, and at the power supply voltage Vss, the unidirectional units 31a and 31b and the rectifying MOSFET.
It is possible to control 80a and 80b. The operation of these drive elements is similar to that of the circuit described above with reference to FIG. 7 in consideration of the difference in polarity, and therefore detailed description thereof is omitted here.
【0057】このように、1方向性ユニットおよびスイ
ッチを構成するMOSFETの極性を反転させて電力供
給回路20を構成することも可能である。また、本例で
はPチャンネルMOSFETよりもドライブ能力の大き
なNチャンネルMOSFETを用いた1方向性ユニット
31aおよび31bを採用しているので、1方向性ユニ
ットを制御するコンパレータ41の出力をNチャンネル
MOSFETに合わせて小さくすることができる。従っ
て、同じドライブ能力を達成するための1方向性ユニッ
トを実現するためにチップ上に占める面積を小さくする
ことができ、消費電力も上記と比較し低減することが可
能になる。As described above, it is possible to configure the power supply circuit 20 by inverting the polarities of the MOSFETs forming the unidirectional unit and the switch. Further, in this example, since the unidirectional units 31a and 31b using N-channel MOSFETs having a larger drive capacity than the P-channel MOSFETs are adopted, the output of the comparator 41 for controlling the unidirectional units is changed to the N-channel MOSFETs. It can be made smaller. Therefore, the area occupied on the chip can be reduced in order to realize the unidirectional unit for achieving the same drive capability, and the power consumption can be reduced as compared with the above.
【0058】〔第4の実施の形態〕図9に、1方向性ユ
ニット30aおよび30bと、整流用のMOSFET6
0aおよび60bを用いて全波整流を行う整流回路24
を備えた電力供給装置20の異なった例を示してある。
本例においては、1方向性ユニット30aおよび30b
は、pチャンネル型のMOSFET32の制御部として
オア回路48をそれぞれ備えており、さらに、1方向性
ユニット30aおよび30bの共通の制御部として3入
力のコンパレータ47を備えている。[Fourth Embodiment] FIG. 9 shows unidirectional units 30a and 30b and a rectifying MOSFET 6.
Rectifier circuit 24 for full-wave rectification using 0a and 60b
A different example of the power supply device 20 having the is shown.
In this example, unidirectional units 30a and 30b
Each has an OR circuit 48 as a control unit of the p-channel type MOSFET 32, and further has a three-input comparator 47 as a common control unit of the unidirectional units 30a and 30b.
【0059】2つの1方向性ユニットに共通するコンパ
レータ47の非反転入力47aは高電位Vddに接続され
ており、2つの反転入力47bおよび47cは発電装置
1に繋がった入力端子AG1およびAG2にそれぞれ接続
されている。従って、コンパレータ47の出力は入力端
子AG1およびAG2のいずれか一方の電位が高電位Vdd
より高くなると高電位から低電位に変化する。そして、
各1方向性ユニット30aおよび30bにおいては、対
応する整流用のMOSFET60bおよび60aの駆動
用のインバータ61の入力信号と3入力コンパレータ4
7の出力信号をオア回路48に入力し、両方の信号が低
電位になったときにpチャンネルMOSFET32をオ
ンしてダイオードの順方向電圧による損失なく電力が供
給できるようにしている。このように、1方向性ユニッ
ト30aおよび30bを制御するコンパレータを共通化
することにより、コンパレータの総数を削減できるので
電力供給装置20を構成する半導体装置(ASIC)を
コンパクトにすることができ、携帯型の電子機器に収納
し易くすると共に製造コストを下げることができる。さ
らに、コンパレータを削減できるのでコンパレータで消
費される電力も削減することができる。コンパレータ1
組当たりの消費電力は50nA程度であるので、本例で
コンパレータを2組から1組に削減することにより、5
0nA程度の消費電力の改善を図ることができる。先に
も説明したように、腕時計のような消費電力が数100
nA程度のローパワーのシステムにおいては、コンパレ
ータを削減することによる消費電力の低減効果は非常に
大きい。The non-inverting input 47a of the comparator 47, which is common to the two unidirectional units, is connected to the high potential Vdd, and the two inverting inputs 47b and 47c are respectively connected to the input terminals AG1 and AG2 connected to the generator 1. It is connected. Therefore, as for the output of the comparator 47, the potential of either one of the input terminals AG1 and AG2 is the high potential Vdd.
The higher the potential, the higher the potential changes to the lower potential. And
In each of the unidirectional units 30a and 30b, the input signal of the inverter 61 for driving the corresponding rectifying MOSFETs 60b and 60a and the 3-input comparator 4 are provided.
The output signal of No. 7 is input to the OR circuit 48, and when both signals become low potential, the p-channel MOSFET 32 is turned on so that power can be supplied without loss due to the forward voltage of the diode. By thus sharing the comparators that control the unidirectional units 30a and 30b, the total number of comparators can be reduced, so that the semiconductor device (ASIC) that constitutes the power supply device 20 can be made compact and portable. It is possible to facilitate the storage in a mold type electronic device and reduce the manufacturing cost. Furthermore, since the number of comparators can be reduced, the power consumed by the comparators can also be reduced. Comparator 1
Since the power consumption per group is about 50 nA, by reducing the number of comparators from two to one in this example,
It is possible to improve the power consumption by about 0 nA. As explained earlier, power consumption like a wristwatch is several hundreds.
In a low power system of about nA, the effect of reducing the power consumption by reducing the number of comparators is very large.
【0060】なお、その他の構成について、図5に基づ
き説明した電力供給装置20と共通するので説明を省略
する。Since the other configurations are common to those of the power supply device 20 described with reference to FIG. 5, description thereof will be omitted.
【0061】図10に示したタイミングチャートに基づ
き、本例の電力供給装置20の整流回路24の動作を説
明する。発電装置1において発電が開始され、入力端子
AG1の電位が低電位Vscから高電位Vddに上昇し、時
刻t31に駆動要素のMOSFET62の閾値に達する
と、MOSFET62がオンする。このため、インバー
タ61の入力側が高電位から低電位に変わり、出力側が
低電位から高電位に変わって整流用のMOSFET60
bがオンする。さらに入力端子AG1の電圧が上昇し、
充電装置5の充電電圧Vdd以上になると1方向性ユニッ
ト30aで順方向電圧が発生する。従って、時刻t32
に3入力コンパレータ47の出力が低電位になり、1方
向性ユニット30aのオア回路48に入力されている両
方の信号が低電位になるので、pチャンネルMOSFE
T32がオンする。これにより、1方向性ユニット30
aがダイオードの順方向電圧による損失なく導通し、発
電装置1からの電力が充電装置5または処理装置9に供
給される。発電装置1の起電圧が反転しはじめると、時
刻t33に1方向性ユニット30aのMOSFET32
の両端の電圧が低下し、共通のコンパレータ47の出力
が高レベルに変わってMOSFET32がオフする。さ
らに、入力端子AG1の電圧が低下すると、駆動要素で
あるMOSFET62の閾値以下となり、時刻t34に
整流用のMOSFET60bもオフになる。従って、1
方向性ユニット30aの寄生ダイオード34およびMO
SFET60bの寄生ダイオード65により逆方向に電
流は流れなくなる。The operation of the rectifier circuit 24 of the power supply device 20 of this example will be described based on the timing chart shown in FIG. When power generation is started in the power generator 1, the potential of the input terminal AG1 rises from the low potential Vsc to the high potential Vdd and reaches the threshold of the MOSFET 62 of the driving element at time t31, the MOSFET 62 turns on. Therefore, the input side of the inverter 61 changes from a high potential to a low potential, and the output side changes from a low potential to a high potential, and the rectifying MOSFET 60
b turns on. Furthermore, the voltage of the input terminal AG1 rises,
When the charging voltage of the charging device 5 becomes equal to or higher than Vdd, a forward voltage is generated in the unidirectional unit 30a. Therefore, time t32
Since the output of the 3-input comparator 47 has a low potential and both signals input to the OR circuit 48 of the unidirectional unit 30a have a low potential, the p-channel MOSFE
T32 turns on. Thereby, the unidirectional unit 30
a conducts without loss due to the forward voltage of the diode, and the power from the power generation device 1 is supplied to the charging device 5 or the processing device 9. When the electromotive voltage of the power generator 1 starts to reverse, at time t33, the MOSFET 32 of the unidirectional unit 30a
The voltage across both ends of the MOSFET decreases, the output of the common comparator 47 changes to high level, and the MOSFET 32 turns off. Further, when the voltage of the input terminal AG1 decreases, the voltage becomes less than or equal to the threshold value of the MOSFET 62, which is a driving element, and the rectifying MOSFET 60b also turns off at time t34. Therefore, 1
Parasitic diode 34 and MO of directional unit 30a
The parasitic diode 65 of the SFET 60b prevents current from flowing in the opposite direction.
【0062】発電装置1の起電圧が反転すると、入力端
子AG2の電圧が上昇して時刻t35に整流用のMOS
FET60aがオンになる。時刻t36に共通の3入力
コンパレータ47の出力が低電位となり、MOSFET
60aの側のインバータ61の入力電圧が低電位となっ
ているので、1方向性ユニット30bのオア回路38の
出力が低電位となってMOSFET32がオンする。こ
のため、1方向性ユニット30bおよびMOSFET6
0aが順方向電圧の損失なく導通し、発電装置1から高
効率で充電装置5および処理装置9に電力が供給され
る。入力端子AG2の電圧が降下すると時刻t37に1
方向性ユニット30bがオフになり、さらに、時刻t3
8に整流用のMOSFET60aがオフになる。これに
より、1方向性ユニット30bおよびMOSFET60
aに逆方向の電流は流れなくなる。このようにして全波
整流が行われ、ダイオードによる順方向電圧の損失がほ
ぼない状態で電力供給が行われる。When the electromotive voltage of the power generator 1 is inverted, the voltage of the input terminal AG2 rises and the rectifying MOS is generated at time t35.
The FET 60a is turned on. At time t36, the output of the common 3-input comparator 47 becomes low potential, and the MOSFET
Since the input voltage of the inverter 61 on the side of 60a has a low potential, the output of the OR circuit 38 of the unidirectional unit 30b has a low potential and the MOSFET 32 is turned on. Therefore, the unidirectional unit 30b and the MOSFET 6
0a conducts without loss of forward voltage, and power is supplied from the power generation device 1 to the charging device 5 and the processing device 9 with high efficiency. When the voltage of the input terminal AG2 drops, 1 at time t37
Directional unit 30b is turned off, and at time t3
8, the rectifying MOSFET 60a is turned off. Thereby, the unidirectional unit 30b and the MOSFET 60
The reverse current does not flow in a. In this way, full-wave rectification is performed, and power is supplied with almost no loss of forward voltage due to the diode.
【0063】発電装置1に回転錘を用いた腕装着型の電
子機器において、上記のように1方向性ユニットを用い
て整流回路を構成した電力供給装置と、シリコンダイオ
ードよりVfの小さなショットキーダイオードを用いて
整流回路を構成した電力供給装置の充電電荷量の比較が
行われている。その結果、1方向性ユニットを採用した
電力供給装置の方が、回転錘の動きが大きい場合、すな
わち、回転錘を垂直に立てて180度旋回させたときで
1.32倍、回転錘の動きの小さな場合、すなわち、回
転錘を30度に立てて90度旋回させたときで1.71
倍の充電電荷量が得られている。この結果から、1方向
性ユニットを採用することにより、整流効率が大幅に向
上していることが判り、さらに、起電圧が小さいとき、
すなわち、回転錘の動きが小さなときほど整流効率の改
善率が高いことが判る。従って、本例の1方向性ユニッ
トを用いた電力供給装置を採用した携帯型電子機器で
は、腕の小さな動きでも効率良く給電が行われ、充電能
力の高い携帯型電子機器を提供できる。In a wrist-worn electronic device using a rotary weight for the power generator 1, a power supply device having a rectifying circuit using the unidirectional unit as described above, and a Schottky diode having a Vf smaller than that of a silicon diode. A comparison has been made of the amount of electric charge charged in a power supply device that has a rectifier circuit using the. As a result, in the power supply device employing the one-way unit, the movement of the rotary weight is larger, that is, the movement of the rotary weight is 1.32 times when the rotary weight is vertically set and turned 180 degrees. Is small, that is, 1.71 when the rotary weight is raised to 30 degrees and rotated 90 degrees.
Double the amount of charge is obtained. From this result, it is found that the rectification efficiency is significantly improved by adopting the unidirectional unit, and further, when the electromotive voltage is small,
That is, it can be seen that the smaller the movement of the rotary weight, the higher the improvement rate of the rectification efficiency. Therefore, in the portable electronic device that employs the power supply device using the unidirectional unit of this example, power can be efficiently supplied even with a small movement of the arm, and a portable electronic device with high charging capability can be provided.
【0064】なお、上記の例では、1方向性ユニットを
pチャンネル型のMOSFETで構成し整流用のMOS
FETをnチャンネル型にしているが、これらと異なる
導電型を用いて電力供給装置を構成することももちろん
可能である。In the above example, the unidirectional unit is composed of a p-channel type MOSFET and a rectifying MOS is formed.
Although the FET is an n-channel type, it is of course possible to configure the power supply device by using a conductivity type different from these.
【0065】以上に説明したように、本発明において
は、携帯型の電子機器に収納可能な発電装置を備えた電
力供給装置において、1方向性ユニットを用いて整流機
能あるいは逆流阻止機能を実現し、給電効率の高い電力
供給装置を実現している。特に、携帯型電子機器に収納
可能な発電装置の起電力はダイオードの順方向電圧に近
く、さらに、起電力が変動するのでダイオードの順方向
電圧による損失を除いて電力を供給可能にするにより、
携帯型電子機器の充電能力を飛躍的に高めることができ
る。従って、本発明の1方向性ユニットを採用した電力
供給装置によって、環境条件によって発電能力が大きく
変動する太陽電池や熱電素子、あるいはユーザの動きを
回転錘などを用いて捉えて交流発電を行う電磁発電機あ
るいは熱電素子などを用いた発電装置の電力供給能力を
大幅に向上でき、携帯型電子機器の充電装置を充電し、
また、処理装置を稼働するために十分な電力を供給する
ことができる。このため、本発明により、様々な環境下
で継続して処理装置を稼働できる携帯型に適した電子機
器を提供することができ、電池の有無などに係わらず、
何時でもどこでも処理装置の機能を十分に発揮させられ
る電子機器を提供することができる。As described above, according to the present invention, the rectification function or the backflow prevention function is realized by using the unidirectional unit in the power supply device having the power generator which can be housed in the portable electronic equipment. , Has realized a power supply device with high power supply efficiency. In particular, the electromotive force of the power generator that can be housed in the portable electronic device is close to the forward voltage of the diode, and since the electromotive force fluctuates, it is possible to supply the power by removing the loss due to the forward voltage of the diode.
The charging ability of the portable electronic device can be dramatically improved. Therefore, the power supply device adopting the one-way unit of the present invention uses a rotary weight or the like to detect the movement of the solar cell or thermoelectric element whose power generation capacity greatly varies depending on environmental conditions, or electromagnetic power for AC power generation. The power supply capacity of a power generator using a generator or thermoelectric element can be significantly improved, and the charging device of a portable electronic device can be charged.
In addition, sufficient power can be supplied to operate the processing device. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a portable electronic device that can continuously operate the processing device under various environments, regardless of the presence or absence of a battery, etc.
It is possible to provide an electronic device that allows the functions of the processing device to be fully exerted at any time and anywhere.
【0066】本発明の電力供給装置は、携帯型電子機器
用に適したものであり、腕装着型などの身体に装着し、
その動きなどを捉えて自動的に発電を行い、電池を用い
ずに、あるいは電池の補助電源として電子機器を稼働さ
せることができるものである。The power supply device of the present invention is suitable for portable electronic equipment, and is worn on a body such as an arm-mounted type,
By capturing such movements and the like, electric power is automatically generated, and the electronic device can be operated without using the battery or as an auxiliary power source of the battery.
【図1】 1方向性ユニットを採用した、本発明に係る
電力供給装置および電子機器の概略構成を示すブロック
図である。FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a power supply device and an electronic device according to the present invention which employs a unidirectional unit.
【図2】 図1に示す整流回路の動作を説明するための
タイミングチャートである。FIG. 2 is a timing chart for explaining the operation of the rectifier circuit shown in FIG.
【図3】 1方向性ユニットを備えた、上記と異なる本
発明に係る電力供給装置および電子機器の概略を示すブ
ロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing an outline of a power supply device and an electronic device according to the present invention, which are different from the above and include a unidirectional unit.
【図4】 図3に示す1方向性ユニットのスイッチを操
作する制御信号を示すタイミングチャートである。4 is a timing chart showing a control signal for operating a switch of the unidirectional unit shown in FIG.
【図5】 1方向性ユニットを用いて全波整流を行う電
力供給装置および電子機器の概略を示すブロック図であ
る。FIG. 5 is a block diagram schematically showing a power supply device and an electronic device that perform full-wave rectification using a unidirectional unit.
【図6】 図5に示す電力供給装置の動作を示すタイミ
ングチャートである。6 is a timing chart showing an operation of the power supply device shown in FIG.
【図7】 1方向性ユニットを用いて全波整流を行う電
力供給装置および電子機器の異なる例を示すブロック図
である。FIG. 7 is a block diagram showing a different example of a power supply device and an electronic device that perform full-wave rectification using a unidirectional unit.
【図8】 1方向性ユニットを用いて全波整流を行う電
力供給装置および電子機器の異なる例を示すブロック図
である。FIG. 8 is a block diagram showing different examples of a power supply device and an electronic device that perform full-wave rectification using a unidirectional unit.
【図9】 1方向性ユニットを用いて全波整流を行う電
力供給装置および電子機器のさらに異なる例を示すブロ
ック図である。FIG. 9 is a block diagram showing still another example of a power supply device and an electronic device that perform full-wave rectification using a unidirectional unit.
【図10】 図9に示す電力供給装置の動作を示すタイ
ミングチャートである。10 is a timing chart showing an operation of the power supply device shown in FIG.
【図11】 従来の電子機器の例を示すブロック図であ
る。FIG. 11 is a block diagram showing an example of a conventional electronic device.
【図12】 ダイオードの順方向電圧の特性を示すグラ
フである。FIG. 12 is a graph showing the characteristics of the forward voltage of a diode.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新川 修 長野県諏訪市大和3丁目3番5号 セイコ ーエプソン株式会社内 (72)発明者 門脇 忠雄 長野県諏訪市大和3丁目3番5号 セイコ ーエプソン株式会社内 Fターム(参考) 2F002 AA00 AB04 AE01 GA04 2F084 AA00 GG02 GG04 GG08 JJ07 5H006 AA06 BB08 CA02 CA07 CB04 CB07 DC05 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Osamu Shinkawa Seiko, 3-3-3 Yamato, Suwa City, Nagano Prefecture -In Epson Corporation (72) Inventor Tadao Kadowaki Seiko, 3-3-3 Yamato, Suwa City, Nagano Prefecture -In Epson Corporation F-term (reference) 2F002 AA00 AB04 AE01 GA04 2F084 AA00 GG02 GG04 GG08 JJ07 5H006 AA06 BB08 CA02 CA07 CB04 CB07 DC05
Claims (2)
置であって、直流電力を発生する発電装置と、この発電
装置からの電力を少なくとも1つの1方向性ユニットを
介して充電装置または処理装置に供給する供給部とを有
し、 前記1方向性ユニットは、ダイオードと、このダイオー
ドに並列に接続されたバイパススイッチと、前記ダイオ
ードに順方向電圧が生じたときに前記バイパススイッチ
をオンする制御部とを備え、 前記供給部は前記1方向性ユニットを用いて充電装置ま
たは処理装置から前記発電装置への逆流を防止すること
を特徴とする電力供給装置。1. A power supply device that can be incorporated in a portable electronic device, the power generation device generating DC power, and the power from the power generation device being charged or processed through at least one unidirectional unit. A supply unit for supplying the device, wherein the unidirectional unit turns on the bypass switch when a forward voltage is generated in the diode, a bypass switch connected in parallel with the diode, and the diode. And a control unit, wherein the supply unit uses the unidirectional unit to prevent backflow from a charging device or a processing device to the power generation device.
充電装置と、 前記電力供給装置から供給された直流電力によって動作
する処理装置とを有することを特徴とする携帯型電子機
器。2. The power supply device according to claim 1, a charging device capable of accumulating direct-current power supplied from the power supply device, and a processing device operated by the direct-current power supplied from the power supply device. A portable electronic device comprising:
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